第六章1111part1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 环境污染生物监测,不仅如此，由于生物与环境之间息息相关，人类,产生的无数的污染物就会进入生物体。,而且这些污染还会随着食物链的关系在生物圈中污染开来。,Hg CH,3,HgCl,鱼 人,这中间的传播主要是靠,生物富集作用,来进行的，环境中的污染毒物，如重金属、化学农药等，通过一级一级的,食物链,会在生物体内成千上万倍的积累。,进行生物污染监测的目的就是要通过对生物体内有害物质的检测，及时掌握和判断生物被污染的情况和程度，以采取措施保护和改善生物的生存环境。,生物监测,概念,生物监测是一类通过生物（动物、植物、微生物）在环境中的分布，生长发育状况及生理生化指标和生态系统的变化来研究环境质量状况的环境监测技术方法。,富集性,生物的一个重要特点是它能够通过各种方式从环境中富集某些元素。如水中,DDT,农药,:,水中浓度为,0.000003 mg/L,浮游生物,（富集,7.3,万倍）,小鱼,(,富集,14.3,万倍,),大鱼,（,富集,858,万倍,）,人食用这些水中生物后富集,1000,万倍。,以上过程，只有通过生物监测手段，通过食物链放大了的各营养级进行分析，才能对水体进行全面评价。,生物监测的特点,生物富集作用、生物积累和生物放大,生物监测,直观性,利用常见生物种类可以判别生态系统的健康，使监测更为直观、为民众能信服。,健康河流的生物学观点：有大型食草或食肉性鱼类长期生存，能正常繁殖。,法国塞纳河水清了，鱼类也多了起来。,50,多年前，塞纳河内只有,4,至,5,种鱼类，如今已增至,20,来种，其中包括鳟鱼、鲈鱼、白斑狗鱼和河鳗等，还有红眼鱼、冬穴鱼等较为稀有的鱼种。,生物监测：优势与局限,生物监测的分类,以生物所处的环境介质不同,从生物分类法划分,大气污染生物监测，,水体污染生物监测，,土壤污染生物监测,动物监测，,植物监测，,微生物监测。,第二节 空气污染生物监测,第三节 生物污染监测,第四节 生态监测,第一节 水环境污染生物监测,6.1,水环境污染生物监测,了解污染对水生生物的危害状况，判别和测定水体污染的类型和程度，为制定控制污染措施，使水环境生态系统保持平衡提供依据。,一、对水环境进行生物监测的主要目的,:,6.1.2,采样断面和采样点的布设原则,断面要有代表性,尽可能与化学监测断面相一致,考虑水环境的整体性、监测工作连续性和经济性,河流：根据长度，至少,设上（对照）、中（污染）、下游（观察）三个断面,；采样点数视水面宽、水深、生物分布特点等确定。,湖泊（水库）：,入湖（库）区、中心区、出口区、最深水区、清洁区,等处设监测断面。,表,6-1,河、湖、库淡水生物监测项目及频率,6.1.2,生物群落监测方法,（一）、,水污染指示生物,（二）、,生物指数监测法,（三）、,污水生物系统法,（四）、,PFU,微型生物群落监测法（,PFU,法）,依据：,未受污染的环境水体中生活着多种多样的水生生物，水,体受污染后，水生生物的群落结构和个体数量发生变化，敏感,生物消亡，抗性生物旺盛生长，群落结构单一。,它们的群落结构、种类和数量的变化能反映水质状况,未受污染的环境水体中生活着多种多样的水生生物，这是长期自然发展的结果，也是生态系统保持相对平衡的标志。当水体受到污染后，水生生物的群落结构和个体数量就会发生变化，使自然生态平衡系统被破坏，最终结果是敏感生物消亡，抗性生物旺盛生长，群落结构单一，这是生物群落监测法的理论依据。,（一）,水污染指示生物,浮游生物,着生生物,附着于长期浸没水中的各种基质表面上的有机体群落,细 真 藻,底栖动物,栖息在水体底部淤泥内、石块间隙中的肉眼可见的水生无脊椎动物。,鱼类,微生物,:,反应被有机物污染的程度,浮游动物,（,原生动物、轮虫、枝角类和桡足类,）,浮游植物藻类,（二）生物指数监测法,从采样点采到的底栖大型无脊椎动物分两类：,不耐有机物污染的,敏感种,和耐有机物污染的,耐污种,。,生物指数,（,BI,）,=2,A,+,B,式中：,A,敏感种；,B,耐污种。,1.,贝克生物指数,BI,值意义,0,1,6,10,严重污染区域,中等污染区域,清洁区域,不限于在采集点采集，而是在所有拟评价或监测的河段各种底栖,大型无脊椎动物尽量采到，再用贝克公式计算。,BI,值意义,0,6,6,10,10,20,20,严重污染区域,中等污染区域,轻度污染水区,清洁区域,2.,贝克津田生物指数：,2.,生物种类多样性指数,种类多样性指数；,N,单位面积样品各类动物的总个数；,n,i,单位面积样品中第,i,种动物的个数；,S,动物种类数。,动物种类越多，指数越大，水质越好,；反之，种类越少，,指数越小，水体污染越严重。威尔姆对美国十几条河流进,行了调查，总结出指数与水样污染程度的关系：,1.0,1.0,3.0,3.0,严重污染,中等污染,清洁,3.,硅藻生物指数,硅藻指数,=,式中：,A,不耐污染藻类的种类数；,B,广谱性藻类的种类数；,C,仅在污染水域才出现的藻类种类数。,硅 藻 指 数,0,50,50,100,100,150,150,200,多污带,-,中污带,-,中污带,轻污带,（三）污水生物系统法,该方法将受有机物污染的河流按其,污染程度和自净过程,划分为几个互相连续的污染带，每一带生存着各自独特的生物,(,指示生物,),。,根据河流的污染程度，通常将其划分为四个污染带，,即,多污带段、,-,中污带段、,-,中污带段和寡污带段,，各污染带水体内存在着特有的生物种群见,表,6-2,（,P,295-296,）,。,表,6-2,污水系统生物学、化学特征,（四）,PFU,（,polyurethane foam unit,）,微型生物群落,监测法,把,PFU,浸泡水中，曝露一定时间后，水体中大部分微型生物种类均可群集到,PFU,内，挤出的水样能代表该水体中的微型生物群落。,根据水环境条件确定采样时间，,一般在静水中采样约需四周，在流水中采样约需两周；,采样结束后，带回实验室，把,PFU,中的水全部挤于烧杯内，,用显微镜进行微型生物种类观察和活体计数。,水生态系统中显微镜下才能看见的微小生物，主要是细茵、真苗、藻类和原生动物,Cairns,首次使用聚氨酯泡沫塑料块,(Polyurechane Foam Unit,，简称,PFU,),采集水体微型生物群落；,根据生物地理平衡模型及微型生物在,PFU,上群集的过程，提出了,3,个功能参数：,平衡时的物种数量,S,eq,；,群集曲线的斜率,(,或称群集常数,),G,；,达到,90,S,eq,所需要的时间,T,90,。,如果环境受到污染影响，原来的平衡遭到破坏，这,3,个参数将发生改变。因此，利用微型生物在,PFU,上的群集过程中,3,个参数的变化，可以评价水质和监测水污染。,PFU,微型生物群落参数的变化在不同的水质范围内具有不同的行为,:,污染较轻的情况下，随着污染加重，集群速度,G,、平衡时的物种数,S,eq,都会增大，达到,90,S,eq,的时间,T,90%,将缩短。从生态学观点看，此时营养水平适合大多数原生动物的生长，因此，种类多，丰度也大；,但随着污染程度进一步加重，平衡时物种数,S,eq,会减少，达到,90,S,eq,所需时间,T,90%,将延长，集群速度,G,也减小。从生态学观点看，重污染和严重污染已超出大多数原生动物的耐受限度，在这恶劣的环境中，大多数种类不能耐受而消失。,水质 微型生物群落监测,PFU,法,GB/T 12990-91,本标准的野外监测适用于淡水水体，包括湖泊、水库、池塘、大江、河流、溪流。,a.,漂浮式：两边浮桶用石块固定位置后，用绳索把两个浮桶牵住。,b.,沉式：把,PFU,绑成一束，用石块下沉，用重物系一束,PFU,抛向水中，不得把,PFU,沉在底部。,c.,分散式：在同一采样点分散几处挂放，每处只放,2,4,个,PFU,。绳端固定在岸边。,漂浮式,沉式,分散式,PFU,均需有重物,垂吊，以免漂移,野外监测,采样：,PFU,曝露天数根据工作要求而异。常规监测曝露不能少于,1,天。评价水质要做一个完整的群集曲线，曝露时间规定,1,，,3,，,7,，,11,，,15,，,21,，,28,天时采样。静水和流水分别在,28,、,15,天结束。,采集的,PFU,块分别放在塑料食品袋中带回实验室，生物显微镜下观察。,静态毒性试验的布局：,在试验盘的两端各绑,4,5,个空白,PFU,，并使,PFU,吸满受试水。,于盘子中央再挂放种源,PFU,。各空白,PFU,须与种源,PFU,距高相等。各浓底梯度均应有两个试验盘。置于玻璃培养柜内，,40W,日光灯白天开灯,12h,，天黑关灯,12h,，成为一个实验室微生态系统。,种源,PFU,：种源,PFU,是指事先在无污染水体中已放了数天的,PFU,，其上已群集了许多微型生物种类，接近平衡期的、未成熟的群落。未成熟群落要比成熟群落,(,平衡期后,),对污染的毒性反应敏感得多。毒性试验,0,天时，须镜检种源,PFU,。,毒性试验,动态毒性试验的布局：把盛稀释水的和盛母液的容器出水管分别引入恒沉稀释装置内进行配比，然后再把恒流稀释装置的出水管清流到试验槽的中央，根据实验要求可调试至所需的稀释倍数。如果采用,0.5,稀释因子，理论上可得到毒物浓度为,100,、,50,、,25,、,12.5,、,6.25,、,0,等组。调试浓度梯度后，再在试验槽中先挂空白,PFU,，再挂种源,PFU,，两者距离相等。试验期间仍须按时分析浓度梯度。,采样：,在静态试验中按,1,，,3,，,7,，,11,，,15,天采样，在动态试验中按,0.5,，,1,，,3,，,7,，,11,，,15,天采样。采样是随机的。小心地解开,PFU,绳索，从试验盘,(,槽,),中提出，挤出溶掖于烧杯后，仍将,PFU,小心放回原地绑好，做好记号表示此,PFU,已用过。试验结束后对各盘中种源,PFU,进行镜捡。,利用生物受到污染物质危害或毒害后所产生的反应或生理机能的变化，来评价水体污染状况，确定毒物安全浓度的方法称为生物测试法。,三、,生物测试法,分 类,按水流方式：静水式和流水式,按,测试时间分类,：急性试验和慢性试验,按,受试活体,分类,：水生生物和发光细菌等,（一）,水生生物毒性试验,水生生物毒性试验可用：,鱼类、蚤类、藻类等，,其中鱼类毒性试验应用较广泛,。,金鱼,绿藻,褐藻,蝴蝶鱼,图,6.1,可用于水生生物毒性试验的部分鱼类和藻类,静水式鱼类急性毒性试验,供试鱼的选择和驯养,要选择无病、行动活泼、鱼鳍完整舒展、食欲和逆水性强、体长约,3 cm,的同种和同龄的金鱼。,选出的鱼必须先在与试验条件相似的生活条件（温度、水质等）下驯养,7,天以上；试验前一天停止喂食；如果在试验前,4,天内发生死亡现象或发病的鱼高于,10%,，则不能使用。,金鱼,2,金鱼,1,试验条件选择,每一种浓度的试验溶液为一组，每组至少,10,尾鱼，试验容器用容积约,10L,的玻璃缸，保证每升水中鱼重不超过,2g,。,试验溶液的温度要适宜，对冷水鱼为,12,28,，对温水鱼为,20,28,。同一试验中，温度变化为,2,。,试验溶液中不能含大量耗氧物质，要保证有足够的,溶解氧，对于冷水鱼不少于,5 mg/L,，,对于温水鱼不少于,4,mg/L,。,试验溶液的,pH,值通常控制在,6.7,8.5,之间。,配制试验溶液和驯养鱼用水应是未受污染的河水或湖水。如果使用自来水，必须经充分曝气才能使用。不宜使用蒸馏水。,试 验 步 骤,试验溶液浓度设计,确定试验溶液的浓度范围,试验,记录不同时间的金鱼成活数,毒性判定,计算半数忍受限度,（,TL,m,）,预试验,(,探索性试验,),通常选七个浓度,(,至少五个,),鱼类,鱼类对水体受污染的反应，比上述生物可能更敏感，所以鱼类品种的变化、及个体数量的变化，能够全面的反映水体的总体质量,传说中的长江鲥鱼,最后一条人工饲养的白鳍豚,“淇淇”，已于,2002,年,7,月,死亡,四、,细菌学检验法,1.,卫生学,质量的判断,在实际工作中，经常以检验细菌总数，特别是检验作为粪便污染的指示细菌，如总大肠菌群、粪大肠菌群、粪链球菌、肠道病毒等，来间接判断水的卫生学质量。,2.,利用细菌的新陈代谢能力检测废水毒性：,利用细菌的活动能力,利用用细菌生长抑制试验,利用细菌的呼吸代谢检测,第二节 空气污染生物监测,空气污染的生物监测是利用生物对存在于空气中的污染物的反应，监测有害气体的成分和含量，以确定空气的环境质量水平。,6.2.1,利用植物监测,在生物体系中，植物更易遭受大气污染的伤害，其原因为,:,植物能以庞大的叶面积与空气接触，进行活跃的气体交换,;,植物缺乏动物的循环系统来缓冲外界的影响,;,植物固定生长的特点使其无法避开污染物的伤害。,正因为植物对大气污染的反应敏感性强，加上本身位置的固定，便于监测与管理，大气污染的生物监测主要是利用植物进行监测。,6.2.1.1,指示植物及其受害症状,对大气污染反应灵敏，用以指示和反映大气污染状况的植物，称为大气污染的指示植物。,空气污染物一般通过叶面上的气孔或孔隙进入植物体内，侵袭细胞组织，并发生一系列生化反应，从而使植物组织遭受破坏，呈现受害症状。这些症状虽然随污染物的种类、浓度以及受害植物的品种、曝露时间不同而有差异，但具有某些共同特点，如叶绿素被破坏、细胞组织脱水，进而发生叶面失去光泽，出现不同颜色（黄色、褐色或灰白色）的斑点，叶片脱落，甚至全株枯死等异常现象。,指示植物,栽培指示植物监测法：,先将指示植物在没有污染的环境中盆栽培植，待生长到适宜大小时，移至监测点，观测它们受害症状和程度。植物指示器如图所示。,当大气中存在污染物时，某些植物会对这种污染作出本能的反应。污染物分子通过叶面气孔进入植物体内，侵袭细胞组织，并发生一系列生化反应，从而使植物组织遭受破坏，呈现受害症状。,植物对大气环境污染的反应比人和动物敏感，当空气中有害,气体浓度只有百万分之几的时候，植物就开始,报警,。,香蒲对氟化物最敏感，在很低浓度下就会表现出受害症状，而棉花、松树、杏树、李树等在较高浓度下也不受害或受害很轻。,植物对各种有害气体,的抗性有很大差异,不同的植物对不同的污染物在不同时间有不同的敏感性，如：杏树对氟化物最敏感的时间在,上午,10,时。而水杉则在下午,2,时。,人们正是利用植物的这种敏感性，来监测大气环境污染的。,现在人们已经找到各种各样监测大气污染物质的,报警植物,了。,通过图片介绍,8,种污染气体的指示植物,紫花苜蓿对,SO,2,很敏感。有试验表明，将紫花苜蓿放置于,SO,2,浓度为,1.210,-6,的环境中,1h,，就会显示出可见受害症状；若在,2010,-6,浓度下，只需暴露,10 min,，叶面上就会出现灰白色斑点。,一般叶脉间叶肉最先出现棕红,色斑点，最后出现漂白斑点，,危害严重时叶片边缘及叶肉全,部枯黄，仅留叶脉仍为绿色。,SO,2,监测植物,矮牵牛,堇菜,苔藓,白蜡树,云杉,地衣,棉花,白杨,图,6.3,部分二氧化硫指示植物,2.,光化学氧化物指示植物,矮牵牛花,葡萄,菠菜,黄瓜,马铃薯,洋葱,图,6.4 O,3,的指示植物,在臭氧浓度为,10,-6,时，牡丹等花卉经,h,即出现受污染症状。,雪松,葡萄,金钱草,杏树,慈竹,郁金香,3.,氟化物指示植物,葡萄、玉簪、杏梅等，也可对氟化物的污染起指示作用,.,4.,乙烯的指示植物,万寿菊,皂荚树,黄瓜,番茄,兰花,图,6.6,乙烯的指示植物,5.,氮氧化物指示植物,向日葵,菠菜,秋海棠,番茄,烟草,烟草在,310,-6,NO,2,环境中经,4-8h,即可显示受害症状；,2510,-6,浓度下经,7,小时可使番茄的叶子,变白。,番茄、秋海棠、向日葵等，也可对,NO2,的污染起指示作用。,唐菖蒲对氟化物最为敏感，当它暴露在,10ppb,氟化氢环境中，,20h,后就会出现可见伤害症状。,在过氧乙酰硝酸酯的浓度为,10ppb,时，这些植物经,h,后出现症状。,在氯气浓度为,100ppb,时，这些植物经,h,即发生类似二氧化硫与过氧化酰基硝酸酯中毒的症状，叶脉间出现白或黄褐色斑点，很快落叶。,在氨气浓度为,1710-6,时，经,h,这些植物叶两面变白色，叶缘部分出现黑斑及紫色条纹，提早落叶。,在二氧化碳浓度为,110-6,时，经,h,这些花卉就会发生急性症状，即叶片呈暗绿色水渍状斑点，干后呈现灰白色，叶脉间有不定形斑点，褪绿、黄化。,这是一个植物监测器。该监测器由,A,、,B,两室组成，,A,室为测量室，,B,室为对照室。,1.,气泵，,2.,针形阀,3.,流量计,4.,活性炭净化器,5.,盆栽指示植物,既然我们已经知道不同种类的植物能够对空气污染的种类和浓度,作出不的反映，那么是否可以利用这一现象来对空气环境的污染,状况做定量的分析呢？,将同样大小的指示植物分别放入两室。,经,A,、,B,两室的导气管，用气泵将完全相同的污染空气以相同流量分别打入,A,、,B,室，这时进入,A,室的气体含有污染物，而进入,B,室的气体中污染物已被除去。,待通入足够量的污染空气后，,A,、,B,两室,中的植物会出现不同的情况。这样我们还只能够得到一个定性的结论。那么怎样定量呢？,如果我们分别用这种植物进行不同的条件实验，即用已知浓度的污染气体由低浓度到高浓度做一组系列实验，然后拍摄高清晰度的照片，就可以得到,植物污染标准变色色阶,，这样就可以估算空气中的污染物浓度了。,2,、,植物群落监测法,先通过调查和试验，确定群落中不同种植物对污染物的抗性等级，将其分为,敏感、抗性中等和抗性强三类,。如果敏感植物叶部出现受害症状，表明空气已受到轻度污染；如果抗性中等的植物出现部分受害症状，表明空气已受到中度污染；当抗性中等植物出现明显受害症状，有些抗性强的植物也出现部分受害症状时，则表明已造成严重污染。,植 物,受 害 情 况,悬铃木、加拿大白杨,桧柏、丝瓜,向日葵、葱、玉米、菊、牵牛花、,月季、蔷薇、枸杞、香椿、乌柏,葡萄、金银花、枸树、马齿苋,广玉兰、大叶黄杨、栀子花、腊梅,80,100%,叶片受害，甚至脱落,叶片有明显大块伤斑，部分植株枯死,50%,左右叶面积受害，叶片脉间有点、块状伤斑,30%,左右叶面积受害，叶脉间有轻度点、块状伤斑,10%,左右叶面积受害，叶片上有轻度点状斑,无明显症状,表,6.3,排放,SO,2,的某化工厂附近植物群落受害情况,二、地衣和苔藓调查法,地衣和苔藓是低等植物，分布广泛，但对某些污染物反应敏感。例如，,SO,2,的年平均浓度在,0.01510,-6,0.10510,-6,范围内就可以使地衣绝迹；浓度达,0.01710,-6,时，大多数苔藓植物便不能生存。调查树干上的地衣和苔藓适于大气污染监测。当知道树干上的地衣和苔藓的种类与数量后，就可以估计大气污染程度。在工业城市中，距市中心越近，通常地衣的种类越少；而重污染区内一般仅有少数壳状地衣分布；污染程度减轻，便出现枝状地衣；在轻污染区，叶状地衣数量最多。日本学者调查了东京周围苔藓的分布，根据发现的,21,种苔藓分布状况，将该地区分成五个,带，各带的大气污染程度不同，如将这些结果绘制在地图上，便得到大气污染分布图。对于没有适当的树木或石壁观察地衣和苔藓的地方，可以进行人工栽培并放在苔藓监测器中进行监测。苔藓监测器的组成和测定原理与前面介绍的指示植物监测器相同，只是可以更小型化。,地衣的观察,剖析树木的年轮，可以了解所在地区大气污染的历史。在气候正常、未曾遭受污染的年份，可观测到树木的年轮宽；而在大气污染严重或气候条件恶劣的年份，可观测到树木的年轮变窄。还可以用,x,射线法对年轮材质进行测定，判断其污染情况，污染严重的年份木质比重小，正常年份的木质比重大，它们对,x,射线的吸收程度不同。,三、树木的年轮调查法,用紫露草微核监测技术测定大气、水体等中的三致（致癌、致畸、致突变）物质，目前国外已被广泛应用，我国也已推荐作为生物监测方法之一。紫露草的花粉母细胞在减数分裂过程中的染色体受到污染物攻击和破坏后，在四分体中形成微核，以微核增加的数量作为判断污染程度的指标。测定时：选择紫露草开花盛期的幼期花序，随机采栽一定数量的花枝条，插入盛有清洁自来水的杯子中，移到监测点上，经一定时间后，进行固定处理，切下适龄花蕾，剥出花粉并轻压成片，在显微镜下观察形成的微核（呈圆形或椭圆形）数量。,用紫露草监测三致物质,6.2.2,利用动物监测,6.2.2.1,利用动物个体的异常反应,对矿井内瓦斯毒气敏感的动物,金丝雀,金翅雀,鸡,老鼠,图,6.9,对矿井内瓦斯毒气敏感的动物,对,SO,2,敏感的动物,敏感性水平：,本鸟最高,俺狗狗第二,耐受力最好的当属我们家禽了,金 丝 雀,狗,家 禽,图,6.10,对,SO,2,敏感的动物,6.2.2.2,利用动物种群数量的变化,受不了啦，快跑吧！,大型哺乳动物、鸟类、昆虫等迁移,图,6.11,大型哺乳动物、鸟类不堪忍受空气污染而迁往别处,6.2.3,利用微生物监测,空气微生物是空气污染的重要因子，它与气溶胶、颗粒物等媒体一起散布并污染环境、左右疾病发生与传播，监测空气微生物状况是掌握其活动和作用的必要前提。,室内空气微生物监测,：,某医院的空气微生物监测,163,份标本，合格,88,份，合格率仅,54,；表明空气微生物的污染与医院感染密切相关，加强消毒隔离措施、合理使用抗生素，控制医院感染是十分重要的。,室外空气微生物监测：,辽宁省某市空气中微生物区系分布与环境质量关系研究表明：空气中微生物的数量随着人群和车辆流动的增加而增多，繁华的中街微生物数量最多，其次是交通路口，居民小区；郊区某公园和农村空气中细菌最少。,2001,和,2002,年山东省某海滨城市空气微生物监测发现：该市空气微生物检出率高，空气处于微生物中度污染状态。其中东部、居住区空气污染较重，南部、西部和风景游览区空气污染较轻。滨海区空气陆源细菌少于内陆区，真菌却较多。滨海与内陆区空气微生物含量相近，滨海区空气陆源微生物增多，意味两区空气污染有趋同现象。,