环境监测EnvironmentalMonitoring

环境监测EnvironmentalMonitoring第六章环境污染生物监测生物监测生物监测法的定义：受到污染的生物，在生态、生理和生化指标、污染物在体内的行为等方面会发生变化，出现不同的症状或反应，利用这些变化来反映和度量环境污染程度的方法，称为生物监测法。生物监测的特点生物监测反映的是自然的、综合的污染状况能直接反映环境质量对生态系统的影响可以进行连续监测、不需要昂贵的仪器设备生物可以选择性地富集某些污染物可以作为早期污染的“报警器”可以监测污染效应的发展动态可以在大面积或较长距离内密集布点，甚至在边远地区也能布点监测生物监测的分类根据生物所处的环境介质分为：水环境污染生物监测空气污染生物监测土壤污染生物监测从生物分类法划分：动物监测、植物监测、微生物监测以生物学层次划分：生态监测（群落生态、个体生态）生物测试（毒性测定、致突变测定）生物的生理、生化指标测定生物体内污染物残留量的测定以采用的方法划分：实验室内的生物监测、现场生物调查第六章主要内容第一节水环境污染生物监测第二节空气污染生物监测第三节土壤污染生物监测（自学）第四节生物污染监测第五节生态监测（自学）第一节水环境污染生物监测本节主要内容：介绍水体生物监测中的生物群落监测方法、生物测试法和一些其他生物监测方法的原理和简单的操作方法。第一节水环境污染生物监测一、水环境污染生物监测的目的、样品采集和监测项目二、水环境污染生物监测方法（一）污水生物系统法（二）生物群落监测方法（三）生物测试法（四）叶绿素a的测定（五）微囊藻毒素的测定（六）细菌学检验法一、水环境污染生物监测的目的、样品采集和监测项目目的：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。监测断面、监测项目、监测频率监测断面与采样点尽可能与化学监测断面一致1.河流：根据流经区域的长度，采样点数视具体情况而定。至少设上（对照）、中（控制）、下（消减）游三个断面采样点数视断面宽、水深、生物分布特点确定。2.湖泊、水库：一般在入湖区、中心区、出口区、最深水区、清洁区设断面3.海洋：监测点覆盖或代表监测海域，以最少监测点满足监测目的表6-1河、湖、库淡水生物监测项目及频率水环境污染状况评价河流生物监测：底栖动物、大肠杆菌监测为主，结合着生生物监测和浮游植物监测进行分析评价，河流水质评价采用Shannon多样性指数湖泊、水库生物监测：监视富营养化状况，监测指标以叶绿素a、浮游植物为主要指标，结合底栖动物的种类、数量和大肠杆菌进行分析。湖泊水质评价方法采用（1）Shannon多样性指数（2）Margalef多样性指数（3）藻类密度标准海洋生物监测：采用浮游植物、浮游动物及底栖生物的种类组成、种类多样性、均匀度、丰度，栖息密度作为评价参数。海洋浮游生物、底栖生物用Shannon多样性指数法、描述法和指示生物法定量定性评价海域环境对海洋浮游生物、底栖生物的影响程度。二、水环境污染生物监测方法（一）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，自上游向下游划分为四个互相连续的河段，即多污带，α-中污带、β-中污带和寡污带。各污染带水体内存在着特有的生物种群见表6-2。根据所监测水体中生物种类的存在与否，划分污水生物系统，确定水体的污染程度。表6-2污水系统生物学、化学特征思考题简述污水生物系统法监测河水水质污染程度的原理（二）生物群落监测方法水体受污染后，水生生物的群落结构和个体数量会发生变化，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。（二）、生物群落监测方法1、水污染指示生物法2、生物指数监测法3、PFU微型生物群落监测法（PFU法）水体污染中的生物监测利用指示生物监测水体污染状况3)水污染的生物测试，即利用水生生物受到污染物的毒害作用所产生的生理机能变化，测定水质的污染状况。1)利用指示生物监测水体污染状况。(2)利用水生生物群落结构变化进行监测，同时可引用生物指数和生物种的多样性指数等数学手段，简化监测方法。（一）、水污染指示生物生物群落中生活着各种水生生物，如浮游生物、着生生物、底栖动物、鱼类和微生物等。由于它们的群落结构、种类和数量的变化能反映水质状况，故称之为指示生物。详细部分自学2、生物指数监测法生物指数的定义：运用数学公式计算出的反映生物种群或群落结构变化，以评价环境质量的数值。（1）、贝克生物指数（2）、贝克－津田生物指数（3）、生物种类多样性指数（4）、硅藻生物指数（1）、贝克生物指数从采样点采到的底栖大型无脊椎动物分为2类：（1）不耐有机污染的敏感种（2）耐有机污染的耐污种，按下式计算生物指数：贝克生物指数（BI）=2A+BA-敏感底栖动物种类数；B-耐污底栖动物种类数BI10时，为清洁水域；BI=1-6时，为中等污染水域；BI=0时，为严重污染水域（2）.贝克－津田生物指数不限于在采集点采集，而是在拟评价或监测的河段把各种底栖大型无脊椎动物尽量采到，再用贝克公式计算。BI20时，为清洁水域；BI=10-20时，为轻度污染水域；BI=6-10时，为中等污染水域BI=0-6时，为严重污染水域（3）、生物种类多样性指数d底栖大型无脊椎动物种类多样性指数N-单位面积样品中收集到的各类底栖大型无脊椎动物的总个数ni-单位面积样品中收集到的第i种底栖大型无脊椎动物的个数S-单位面积样品中收集到的底栖大型无脊椎动物种类数动物种类越多，d越大，水质越好。d1.0严重污染；d=1.0-3.0中等污染；d3.0清洁Shannon多样性指数（4）、硅藻生物指数10022CBACBA硅藻生物指数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0-50，多污带50-100，α-中污带100-150，β-中污带150-200，轻污带3、PFU微型生物群落监测法（PFU法）（1）、方法原理（2）、测定要点（自学）（3）、结果表示（参数）（1）、方法原理微型生物群落：是指水生态系统中在显微镜下才能看到的微小生物，包括细菌、真菌、藻类、原生动物、小型后生动物等。它们彼此间有复杂的相互作用，在一定的生境中构成特定的群落，群落结构特征与高等生物群落相似。当水环境受到污染后，群落的平衡被破坏，种数减少，多样性指数下降。PFU法以聚氨酯泡沫塑料块（PFU）作为人工基质沉入水体中，经一定时间后，水体中大部分微型生物种类均可群集到PFU内，达到种数平衡，通过观察和测定该群落结构与功能的各种参数来评价水质状况。还可以用毒性试验方法预报废水或有害物质对受纳水体中微型生物群落的毒害程度，为制定安全浓度和最高允许浓度提出群落级水平的基准。（3）、结果表示（参数）思考题说明生物群落法监测水体污染的依据；常用哪些水生生物作为群落法监测水体污染的指示生物？说明贝克生物指数法、生物种类多样性指数法评价水质优劣的原理有何不同之处？PFU微型生物群落监测法通过观测哪些指标表征水体污染程度？（三）、生物测试法定义：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。生物测试法分类静水式生物测试把受试生物放于不流动的试验溶液中，测定污染物的浓度与生物中毒反应之间的关系，从而确定污染物的毒性。流水式生物测试把受试生物放于连续或间歇流动的试验溶液中，测定污染物的浓度与生物反应之间的关系。短期的急性毒性试验（不超过96h）长期的慢性毒性试验（数月或数年）（三）、生物测试法1、水生生物毒性试验2、发光细菌法3、致突变和致癌物检测1、水生生物毒性试验进行水生生物毒性试验可用鱼类、藻类等，其中以鱼类毒性试验应用较广泛。鱼类对水环境的变化反应十分灵敏，当水体中的污染物达到一定浓度或强度时就会引起一系列的中毒反应（行为异常、生理功能紊乱、组织细胞病变、死亡）。鱼类毒性试验的目的寻找某种毒物或工业废水对鱼类的半数致死浓度与安全浓度，为制定水质标准和废水排放标准提供科学依据；测试水体的污染程度和检查废水处理效果比较不同化学物质毒性的高低；测试不同种类鱼对毒物的相对敏感性；测试环境因素对废水毒性的影响等1、水生生物毒性试验（1）供试验鱼的选择和驯养金鱼（2）试验条件选择（3）实验步骤自学2、发光细菌法发光细菌是一类非致病的革兰氏阴性兼性厌氧微生物，在适当条件下能发射出肉眼可见的蓝绿色光（450nm-490nm）。当发光细菌（如明亮发光杆菌）与水样毒性组分（如氯化汞）接触时，可影响或干扰细菌的新陈代谢，使细菌的发光强度下降或熄灭。在一定浓度范围内，有毒物质浓度与发光强度呈负线性相关，因而可使用生物发光光度计测定水样的相对发光强度来监测有毒物质的浓度。（四）叶绿素a的测定叶绿素a是植物光合作用的重要光合色素，常见的有叶绿素a、b、c、d四种。叶绿素a是一种能将光合作用的光能传递给化学反应系统的唯一色素，叶绿素b、c、d吸收的光能均是通过叶绿素a传递给化学反应系统的。通过测定叶绿素a，可掌握水体的初级生产力，了解河流、湖泊和海洋中浮游植物的现存量。当叶绿素a10mg/m3并有迅速增加的趋势时，可以预测水体将发生富营养化。分析方法：分光光度法、荧光光谱法1.分光光度法测定叶绿素a（1）基本原理叶绿素a的最大吸收峰位于663nm，叶绿素b、C和提取液浊度的干扰可通过在645nm、630nm、750nm处测得的吸光度校正。水中的浮游植物采用过滤法富集，用有机溶剂（丙酮、甲醇、乙醇）提取其中的叶绿素。（2）测定方法及要点丙酮法（我国）：以质量分数为90%的丙酮提取乙醇法（国际）：以体积分数为90%的热乙醇提取丙酮法测定要点将一定量水样用乙酸纤维滤膜过滤，将收集的有浮游植物的滤膜于冰箱内低温干燥6-8h后放入组织研磨器，加入少量碳酸镁粉末及2-3mL质量分数为90%的丙酮溶液，充分研磨，提取叶绿素a，离心，取上清液。重复提取1-2次，离心所得上清液合并于容量瓶，90%丙酮定容（5mL或10mL）。取上清液于比色皿中，663nm、645nm、630nm、750nm测吸光度，公式计算。2.荧光光谱法测定叶绿素a方法原理：当丙酮提取液用436nm的紫外线照射时，叶绿素a发射670nm的荧光，荧光强度与浓度成正比。方法特点：（1）灵敏度高，比分光光度法高2个数量级，适合藻类较少的贫营养化湖泊或外海中叶绿素a的测定。（2）分析过程中易受其他色素或色素衍生物的干扰，不利于野外快速测定。（五）微囊藻毒素的测定1.微囊藻毒素的毒性和结构水体中产毒藻类主要是蓝藻，如微囊藻、鱼腥藻等。微囊藻可产生肝毒素，导致腹泻、呕吐、肝肾等器官损坏，促瘤致癌。微囊藻毒素（microcystin,MC）是蓝藻产生的一类天然毒素，富营养化淡水水体中最常见的藻类毒素，也是毒性最大、危害最严重的一种。世界卫生组织、我国现行的《生活饮用水卫生标准》和地表水环境质量标准规定MC-LR在生活饮用水中的限值是1μg/L。微囊藻毒素（MCs）是一类具有生物活性的单环七肽，相对分子量约为1000，基本结构为环（D-丙氨酸-L-X-D-赤-甲基-β-D-异天冬氨酸-L-Z-Adda-D-异谷氨酸-N-甲基脱氢丙氨酸)，如图所示。目前已鉴定的MCs异构体已超过70多种，其中最常见的且毒性较大的有MC-LR和MC-RR，L、R分别代表亮氨酸和精氨酸。由于环状结构和共轭双键的存在，MCs性质较为稳定，抗pH变化；具有热稳定性，加热煮沸后不失活，不挥发，能耐300°C的高温；易溶于水、甲醇或丙酮，不溶于非极性溶剂；具有生物富集性。由于MCs分子结构中含有羧基、氨基和酰胺基，所以在不同的pH条件下，分子有不同的离子化倾向。2.微囊藻毒素的检测方法生物测试法：物理化学测试法：HPLC、L