六章環(huán)境污染生物監(jiān)測(cè)課件

六章環(huán)境污染生物監(jiān)測(cè)利用生物的組分、個(gè)體、種群或群落對(duì)環(huán)境污染或環(huán)境變化所產(chǎn)生的反應(yīng)來(lái)量度環(huán)境污染程度的方法稱為生物監(jiān)測(cè)。生物監(jiān)測(cè)方法：

1.生態(tài)（群落生態(tài)和個(gè)體生態(tài)

）監(jiān)測(cè)

2.生物測(cè)試(毒性測(cè)定、致突變測(cè)定)

3.生物的生理、生化指標(biāo)測(cè)定

4.生物體內(nèi)污染物殘留量測(cè)定生物監(jiān)測(cè)的定義和方法長(zhǎng)期性

污染物的含量和其它環(huán)境條件改變的強(qiáng)度大小，是隨時(shí)間而變化的。理化監(jiān)測(cè)只能代表取樣期間的概況。而生活于一定區(qū)域內(nèi)的生物，能把一定時(shí)間內(nèi)環(huán)境變化情況反映出來(lái)。以上過(guò)程，只有通過(guò)生物監(jiān)測(cè)手段，通過(guò)食物鏈放大了的各營(yíng)養(yǎng)級(jí)進(jìn)行分析，才能對(duì)水體進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。富集性

生物的一個(gè)重要特點(diǎn)是它能夠通過(guò)各種方式從環(huán)境中富集某些元素。如水中DDT農(nóng)藥:水中濃度為0.000003mg／L浮游生物（富集7.3萬(wàn)倍）小魚(yú)(富集14.3萬(wàn)倍)大魚(yú)（富集858萬(wàn)倍）

人食用這些水中生物后富集1000萬(wàn)倍。

綜合性人類生產(chǎn)、生活所產(chǎn)生的污染物，成份極其復(fù)雜。理化監(jiān)測(cè)只能獲得各種成份的類別和含量，但不能確切說(shuō)明對(duì)生物有機(jī)體的影響。而生物是接受綜合作用，不僅僅是個(gè)別組分的影響，所以生物監(jiān)測(cè)能反映環(huán)境諸因子、多組分綜合作用的結(jié)果，能闡明整個(gè)環(huán)境的情況。對(duì)符合排放標(biāo)準(zhǔn)的污染物，其長(zhǎng)期影響環(huán)境的后果，更需要用生物監(jiān)測(cè)來(lái)評(píng)價(jià)。生物監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)第二節(jié)空氣污染生物監(jiān)測(cè)

第三節(jié)生物污染監(jiān)測(cè)第四節(jié)生態(tài)監(jiān)測(cè)第一節(jié)水環(huán)境污染生物監(jiān)測(cè)對(duì)水環(huán)境進(jìn)行生物監(jiān)測(cè)的主要目的:了解污染對(duì)水生生物的危害狀況，判別和測(cè)定水體污染的類型和程度，為制定控制污染措施，使水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)保持平衡提供依據(jù)。第一節(jié)水環(huán)境污染生物監(jiān)測(cè)采樣斷面和采樣點(diǎn)的布設(shè)原則

斷面要有代表性

盡可能與化學(xué)監(jiān)測(cè)斷面相一致

考慮水環(huán)境的整體性、監(jiān)測(cè)工作連續(xù)性和經(jīng)濟(jì)性河流：根據(jù)長(zhǎng)度，至少設(shè)上（對(duì)照）、中（污染）、下游（觀察）三個(gè)斷面；采樣點(diǎn)數(shù)視水面寬、水深、生物分布特點(diǎn)等確定。湖泊（水庫(kù)）：入湖（庫(kù)）區(qū)、中心區(qū)、出口區(qū)、最深水區(qū)、清潔區(qū)等處設(shè)監(jiān)測(cè)斷面。生物監(jiān)測(cè)主要方法一、生物群落監(jiān)測(cè)方法二、生物測(cè)試法三、細(xì)菌學(xué)檢驗(yàn)法生物群落監(jiān)測(cè)中的對(duì)象：水污染指示生物（能對(duì)水體中污染物產(chǎn)生各種定性、定量反應(yīng)的生物）一、生物群落監(jiān)測(cè)方法未受污染的環(huán)境水體中生活著多種多樣的水生生物，當(dāng)水體受到污染后，水生生物的群落結(jié)構(gòu)和個(gè)體數(shù)量就會(huì)發(fā)生變化，使自然生態(tài)平衡系統(tǒng)被破壞，最終結(jié)果是：敏感生物消亡，抗性生物旺盛生長(zhǎng)，群落結(jié)構(gòu)單一，這是生物群落監(jiān)測(cè)法的理論依據(jù)。

浮游生物著生生物－附著于長(zhǎng)期浸沒(méi)水中的各種基質(zhì)表面上的有機(jī)體群落。

底棲動(dòng)物－棲息在水體底部淤泥內(nèi)、石塊或礫石表面及其間隙中的肉眼可見(jiàn)的水生無(wú)脊椎動(dòng)物。

魚(yú)類微生物浮游動(dòng)物（原生動(dòng)物、輪蟲(chóng)、枝角類和橈足類）浮游植物－藻類（一）生物指數(shù)監(jiān)測(cè)法（貝克生物指數(shù)、貝克-津田生物指數(shù)、生物種類多樣性指數(shù)、硅藻生物指數(shù)）（二）污水生物系統(tǒng)法（三）PFU微型生物群落監(jiān)測(cè)法（簡(jiǎn)稱PFU法）

生物群落監(jiān)測(cè)方法（一）生物指數(shù)監(jiān)測(cè)法生物指數(shù)（BI）=2A+B

式中：A、B——分別為敏感底棲動(dòng)物種類數(shù)和耐污底棲動(dòng)物種類數(shù)。貝克生物指數(shù)：

從采樣點(diǎn)采到的底棲大型無(wú)脊椎動(dòng)物當(dāng)BI＞10時(shí)，為清潔水域；BI為1~6時(shí)，為中等污染水域；BI=0時(shí)，為嚴(yán)重污染水域。2.貝克－津田生物指數(shù)：

所有擬評(píng)價(jià)或監(jiān)測(cè)的河段各種底棲大型無(wú)脊椎動(dòng)物當(dāng)BI≥20，為清潔水區(qū)；10＜BI＜20，為輕度污染水區(qū)；6＜BI≤10，為中等污染水區(qū)；0＜BI≤6，為嚴(yán)重污染水區(qū)

。1.貝克生物指數(shù)和貝克-津田生物指數(shù)3.生物種類多樣性指數(shù)

式中：——種類多樣性指數(shù)；

N——單位面積樣品中收集到的各類動(dòng)物的總個(gè)數(shù)；

ni——單位面積樣品中第i種動(dòng)物的個(gè)數(shù)；

S——收集到的動(dòng)物種類數(shù)。動(dòng)物種類越多，指數(shù)越大，水質(zhì)越好；反之，種類越少，指數(shù)越小，水體污染越嚴(yán)重。威爾姆對(duì)美國(guó)十幾條河流進(jìn)行了調(diào)查，總結(jié)出指數(shù)與水樣污染程度的關(guān)系如下：

值＜1.0：嚴(yán)重污染;值1.0～3.0：中等污染；值＞3.0：清潔4.硅藻生物指數(shù)

硅藻指數(shù)=式中：A——不耐污染藻類的種類數(shù)；

B——廣譜性藻類的種類數(shù)；

C——僅在污染水域才出現(xiàn)的藻類種類數(shù)。

硅藻指數(shù)0～50為多污帶；硅藻指數(shù)50～100為α-中污帶；硅藻指數(shù)100～150為β-中污帶；硅藻指數(shù)150～200為輕污帶。

（二）污水生物系統(tǒng)法

將受有機(jī)物污染的河流按照污染程度和自凈過(guò)程，自上游向下游劃分為四個(gè)相互連續(xù)的河段，即多污帶段、α-中污帶段、β-中污帶段和寡污帶段，每個(gè)帶都有自己的物理、化學(xué)和生物學(xué)特征。根據(jù)這些特征進(jìn)行判斷。

表6.2為污水系統(tǒng)的部分生物學(xué)、化學(xué)特征。項(xiàng)目多污帶α-中污帶β-中污帶寡污帶化學(xué)過(guò)程還原和分解作用明顯開(kāi)始水和底泥里出現(xiàn)氧化作用氧化作用更強(qiáng)烈因氧化使無(wú)機(jī)化達(dá)到礦化階段溶解氧沒(méi)有或極微量少量較多很多BOD很高高較低低硫化氫的生成具有強(qiáng)烈的硫化氫臭味沒(méi)有強(qiáng)烈硫化氫臭味無(wú)無(wú)水中有機(jī)物蛋白質(zhì)、多肽等高分子物質(zhì)大量存在高分子化合物分解產(chǎn)生氨基酸、氨等大部分有機(jī)物已完成無(wú)機(jī)化過(guò)程有機(jī)物全分解底泥常有黑色硫化鐵存在，呈黑色硫化鐵氧化成氫氧化鐵，底泥不呈黑色有Fe2O3存在大部分氧化水中細(xì)菌大量存在，每毫升可達(dá)100萬(wàn)個(gè)以上細(xì)菌較多，每毫升在10萬(wàn)個(gè)以上數(shù)量減少，每毫升在10萬(wàn)個(gè)以下數(shù)量少，每毫升在100個(gè)以下表6.2污水系統(tǒng)的部分生物學(xué)、化學(xué)特征（三）PFU微型生物群落監(jiān)測(cè)法PFU法是以聚氨酯泡沫塑料塊（PFU）作為人工基質(zhì)沉入水體中，經(jīng)一定時(shí)間后，水體中大部分微型生物種類均可群集到PFU內(nèi)，達(dá)到種數(shù)平衡，通過(guò)觀察和測(cè)定該群落結(jié)構(gòu)與功能的各種參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)水質(zhì)狀況。

根據(jù)水環(huán)境條件確定采樣時(shí)間，一般在靜水中采樣約需四周，在流水中采樣約需兩周；采樣結(jié)束后，帶回實(shí)驗(yàn)室，把PFU中的水全部擠于燒杯內(nèi)，用顯微鏡進(jìn)行微型生物種類觀察和活體計(jì)數(shù)。

利用生物受到污染物質(zhì)危害或毒害后所產(chǎn)生的反應(yīng)或生理機(jī)能的變化，來(lái)評(píng)價(jià)水體污染狀況，確定毒物安全濃度的方法稱為生物測(cè)試法。

二、生物測(cè)試法分類

按水流方式：靜水式和流水式按測(cè)試時(shí)間分類：急性試驗(yàn)和慢性試驗(yàn)按受試活體分類：水生生物和發(fā)光細(xì)菌等（一）水生生物毒性試驗(yàn)水生生物毒性試驗(yàn)可用：魚(yú)類、蚤類、藻類等，其中魚(yú)類毒性試驗(yàn)應(yīng)用較廣泛。金魚(yú)綠藻褐藻蝴蝶魚(yú)圖6.1可用于水生生物毒性試驗(yàn)的部分魚(yú)類和藻類（二）發(fā)光細(xì)菌法發(fā)光細(xì)菌是一類能自發(fā)發(fā)光的細(xì)菌，其發(fā)光機(jī)制是由于菌體內(nèi)有一種熒光素酶，通過(guò)酶催化不飽和脂肪酸反應(yīng)，而向外界輻射藍(lán)綠色的熒光，發(fā)光光譜范圍在435～630nm，有單一最大發(fā)射峰(λmax=475nm).它是生物自身的正常生理代謝過(guò)程.由于發(fā)光細(xì)菌有易培養(yǎng)、增殖速度快、發(fā)光易受外界環(huán)境的影響且反應(yīng)迅速、靈敏等特點(diǎn)。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外較多地將發(fā)光細(xì)應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)，Beckman公司依據(jù)發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光原理,已推出用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的生物毒性檢測(cè)儀Microtox。當(dāng)發(fā)光細(xì)菌與水樣毒性組分接觸時(shí)，可影響或干擾細(xì)菌的新陳代謝，使細(xì)菌的發(fā)光強(qiáng)度下降或熄滅。在一定毒物濃度范圍內(nèi)，有毒物質(zhì)濃度與發(fā)光強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)線性關(guān)系，因而可使用生物發(fā)光光度計(jì)測(cè)定水樣的相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度來(lái)監(jiān)測(cè)有毒物質(zhì)的濃度。1.水生植物生產(chǎn)力的測(cè)定水生植物中葉綠素含量、光合作用能力、固氮能力等指標(biāo)的變化。

2.致誘變物質(zhì)監(jiān)測(cè)其檢測(cè)方法有：微核測(cè)定艾姆斯（Ames）試驗(yàn)染色體畸變?cè)囼?yàn)

（三）其他生物測(cè)試法三、細(xì)菌學(xué)檢驗(yàn)法1.衛(wèi)生學(xué)質(zhì)量的判斷在實(shí)際工作中，經(jīng)常以檢驗(yàn)細(xì)菌總數(shù)，特別是檢驗(yàn)作為糞便污染的指示細(xì)菌，如總大腸菌群、糞大腸菌群、糞鏈球菌、腸道病毒等，來(lái)間接判斷水的衛(wèi)生學(xué)質(zhì)量。2.利用細(xì)菌的新陳代謝能力檢測(cè)廢水毒性：利用細(xì)菌的活動(dòng)能力利用細(xì)菌生長(zhǎng)抑制試驗(yàn)利用細(xì)菌的呼吸代謝檢測(cè)第二節(jié)空氣污染生物監(jiān)測(cè)大氣污染的生物監(jiān)測(cè)是利用生物對(duì)存在于大氣中的污染物的反應(yīng)，監(jiān)測(cè)有害氣體的成分和含量，以確定大氣的環(huán)境質(zhì)量水平。一、利用植物監(jiān)測(cè)在生物體系中，植物更易遭受大氣污染的傷害，其原因?yàn)?植物能以龐大的葉面積與空氣接觸，進(jìn)行活躍的氣體交換;植物缺乏動(dòng)物的循環(huán)系統(tǒng)來(lái)緩沖外界的影響;植物固定生長(zhǎng)的特點(diǎn)使其無(wú)法避開(kāi)污染物的傷害。因?yàn)橹参飳?duì)大氣污染的反應(yīng)敏感性強(qiáng)，加上本身位置的固定，便于監(jiān)測(cè)與管理，大氣污染的生物監(jiān)測(cè)主要是利用植物進(jìn)行監(jiān)測(cè)。（一）指示植物及其受害癥狀指示植物：對(duì)大氣污染反應(yīng)靈敏，用以指示和反映大氣污染狀況的植物（草本、木本、地衣、苔蘚等）。受害癥狀：葉綠素被破壞、細(xì)胞組織脫水，進(jìn)而發(fā)生葉面失去光澤，出現(xiàn)不同顏色（黃色、褐色或灰白色）的斑點(diǎn)，葉片脫落，甚至全株枯死等異?，F(xiàn)象。

二氧化硫指示植物堇菜苔蘚白蠟樹(shù)云杉地衣棉花白楊圖6.3部分二氧化硫指示植物光化學(xué)氧化物指示植物矮牽?；ㄆ咸巡げ它S瓜馬鈴薯洋蔥圖6.4O3的指示植物雪松葡萄金錢(qián)草杏樹(shù)慈竹郁金香圖6.5氟化物的指示植物氟化物指示植物乙烯的指示植物萬(wàn)壽菊皂莢樹(shù)黃瓜番茄蘭花圖6.6乙烯的指示植物氮氧化物指示植物向日葵菠菜秋海棠番茄煙草圖6.7氮氧化物指示植物（二）監(jiān)測(cè)方法1.栽培指示植物監(jiān)測(cè)法先將指示植物在沒(méi)有污染的環(huán)境中盆栽或地栽培植，待生長(zhǎng)到適宜大小時(shí)，移至監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀察它們的受害癥狀和程度。圖6.8植物監(jiān)測(cè)器示意圖1.氣泵；2.針型閥；3.流量計(jì)；4.活性炭?jī)艋鳎?.盆栽指示植物2、植物群落監(jiān)測(cè)法

先通過(guò)調(diào)查和試驗(yàn)，確定群落中不同種植物對(duì)污染物的抗性等級(jí)，將其分為敏感、抗性中等和抗性強(qiáng)三類。如果敏感植物葉部出現(xiàn)受害癥狀，表明空氣已受到輕度污染；如果抗性中等的植物出現(xiàn)部分受害癥狀，表明空氣已受到中度污染；當(dāng)抗性中等植物出現(xiàn)明顯受害癥狀，有些抗性強(qiáng)的植物也出現(xiàn)部分受害癥狀時(shí)，則表明已造成嚴(yán)重污染。植物受害情況懸鈴木、加拿大白楊檜柏、絲瓜向日葵、蔥、玉米、菊、牽牛花、月季、薔薇、枸杞、香椿、烏柏葡萄、金銀花、枸樹(shù)、馬齒莧廣玉蘭、大葉黃楊、梔子花、臘梅80％～100%葉片受害，甚至脫落葉片有明顯大塊傷斑，部分植株枯死50%左右葉面積受害，葉片脈間有點(diǎn)、塊狀傷斑30%左右葉面積受害，葉脈間有輕度點(diǎn)、塊狀傷斑10%左右葉面積受害，葉片上有輕度點(diǎn)狀斑無(wú)明顯癥狀表6.3排放SO2的某化工廠附近植物群落受害情況二、利用動(dòng)物監(jiān)測(cè)（一）利用動(dòng)物個(gè)體的異常反應(yīng)

對(duì)礦井內(nèi)瓦斯毒氣敏感的動(dòng)物

金絲雀金翅雀

雞老鼠圖6.9對(duì)礦井內(nèi)瓦斯毒氣敏感的動(dòng)物對(duì)SO2敏感的動(dòng)物敏感性水平：本鳥(niǎo)最高俺狗狗第二耐受力最好的當(dāng)屬我們家禽了金絲雀狗家禽圖6.10對(duì)SO2敏感的動(dòng)物（二）利用動(dòng)物種群數(shù)量的變化受不了啦，快跑吧！大型哺乳動(dòng)物、鳥(niǎo)類、昆蟲(chóng)等遷移

圖6.11大型哺乳動(dòng)物、鳥(niǎo)類不堪忍受空氣污染而遷往別處三、利用微生物監(jiān)測(cè)空氣微生物是空氣污染的重要因子，它與氣溶膠、顆粒物等媒體一起散布并污染環(huán)境、左右疾病發(fā)生與傳播，監(jiān)測(cè)空氣微生物狀況是掌握其活動(dòng)和作用的必要前提。室內(nèi)空氣微生物監(jiān)測(cè)：某醫(yī)院的空氣微生物監(jiān)測(cè)163份標(biāo)本，合格88份，合格率僅54％；表明空氣微生物的污染與醫(yī)院感染密切相關(guān)，加強(qiáng)消毒隔離措施、合理使用抗生素，控制醫(yī)院感染是十分重要的。室外空氣微生物監(jiān)測(cè)：遼寧省某市空氣中微生物區(qū)系分布與環(huán)境質(zhì)量關(guān)系研究表明：空氣中微生物的數(shù)量隨著人群和車(chē)輛流動(dòng)的增加而增多，繁華的中街微生物數(shù)量最多，其次是交通路口，居民小區(qū)；郊區(qū)某公園和農(nóng)村空氣中細(xì)菌最少。2001和2002年山東省某海濱城市空氣微生物監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)：該市空氣微生物檢出率高，空氣處于微生物中度污染狀態(tài)。其中東部、居住區(qū)空氣污染較重，南部、西部和風(fēng)景游覽區(qū)空氣污染較輕。濱海區(qū)空氣陸源細(xì)菌少于內(nèi)陸區(qū)，真菌卻較多。濱海與內(nèi)陸區(qū)空氣微生物含量相近，濱海區(qū)空氣陸源微生物增多，意味兩區(qū)空氣污染有趨同現(xiàn)象。第三節(jié)生物污染監(jiān)測(cè)生物污染監(jiān)測(cè)就是應(yīng)用各種檢測(cè)手段測(cè)定生物體內(nèi)的有害物質(zhì)，以便及時(shí)掌握被污染的程度。生物污染監(jiān)測(cè)的步驟：生物樣品的采集

預(yù)處理

污染物的測(cè)定

生物樣品制備

一、生物樣品的采集和制備1.植物樣品的采集(污染物在植物體內(nèi)分布不均勻）(1)對(duì)樣品的要求：采集的植物樣品要具有代表性、典型性和適時(shí)性。(2)布點(diǎn)方法：在劃分好的采樣小區(qū)內(nèi)，常采用梅花形布點(diǎn)法或交叉間隔布點(diǎn)法確定代表性的植株。(一)植物樣品的采集和制備(3)采樣方法：在每個(gè)采樣小區(qū)內(nèi)的采樣點(diǎn)上分別采集5～10處植株的根、莖、葉、果實(shí)等，將同部位樣混合，組成一個(gè)混合樣；采集樣品量要能滿足需要，一般經(jīng)制備后，至少有20～50g干重樣品。圖6.16采樣點(diǎn)布設(shè)方法2.植物樣品的制備(1)鮮樣的制備：測(cè)定植物內(nèi)容易揮發(fā)、轉(zhuǎn)化或降解的污染物質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)成分，以及多汁的瓜、果、蔬菜樣品，應(yīng)制備成新鮮樣品。樣品洗凈→晾干或拭干→搗碎機(jī)搗