搜索
污染生态学上官铁梁山西大学环境与资源学院污染生态诊断与的监测分析第九讲生态系统污染诊断的目的和意义生态系统污染诊断是一项重要的基础工作，也是研究的前沿领域。国外始于上世纪60年代，我国70年代初开始研究，水生生态系统的研究比较深入生态系统污染诊断就是诊断生态系统质量的优劣，即按照一套综合会诊程序和行之有效的检验方法（物理法、化学法、生物学方法及毒理学方法等）对一定区域内生态系统质量进行说明、评定和预测。污染生态诊断与的监测分析污染生态诊断污染生态诊断与的监测分析生态系统污染是指人为排放的有害（污染）物质，破坏了生态系统的平衡，改变了原来生态系统的正常结构和功能，恶化工农业生产和人类生活空间。污染物有沿着食物链转移、富集而后进入人体，危害人类健康。污染生态诊断污染生态诊断与的监测分析生态系统污染诊断是建立在对污染状况和污染源全面调查的基础上的。即污染源→污染物→排放特征→现状监测→了解污染程度及范围→分析污染物分布和移动→讨论污染发生机制→掌握生态系统质量变化规律。因此，生态系统污染诊断的目的包括：了解区域生态系统质量状况及各个时期的变化规律，为控制生态系统污染和治理重点提出要求为制定生态规划、城市生态建设规划方案提供依据为制定区域环境污染物排放标准、环境标准和环境法规等提供依据生态系统质量诊断是环境管理的工作的手段之一，为搞好环境管理提供依据污染生态诊断污染生态诊断与的监测分析生态系统诊断原理污染产生的原因对生态系统有害的主要污染物污染生态诊断类型与种类主要污染物大气污染物飘尘、SOx、NOx、CO和总氧化剂水体污染物无机无毒物酸、碱及一般无机盐和N、P等植物营养物质无机有毒物各类重金属、氰化物和氟化物有机无毒物碳水化合物、脂肪和蛋白质有机有毒物苯酚、多环芳烃、多氯联苯、有机农药、二恶英、三氯乙醛等土壤污染物营养型无机污染物NH4+、PO43-、NO3-重金属与无机毒物Cr、Cd、Hg、Cu、Pb、等放射性物质Cs、Sr有机污染物酚、多环芳烃、多氯联苯、除草剂、杀虫剂和油类有害微生物肠细菌、破伤风杆菌、结核杆菌等污染生态诊断与的监测分析污染物的时间分布河流随季节变化、大气随气象条件的变化、早上随车流量的变化污染物的空间变化扩散方向、地理位置与污染物的含量的关系阈值污染生态诊断污染生态诊断与的监测分析生态系统污染衡量标准环境背景值是指环境要素在未受污染的情况下，环境本身所固有的物质含量，以及环境中能量分布的正常值。是诊断生态系统污染程度的参考值。如土壤背景值就是不受人类活动影响和现代工业污染与破坏的情况下，土壤原来固有的化学组成和结构特征。植物的背景值是指在良好条件（正常情况下的水、肥、气候等诸多因素）下生长于具有背景值的土壤中某一植物的体内的化学组成和营养特征。污染生态诊断污染生态诊断与的监测分析环境质量标准是国家为保护人群健康和生存环境，对环境要素中有害容许含量所作的规定，体现了国家的环境保护政策和要求以及经济和技术发展水平。分为：水质标准、大气质量标准、土壤质量标准和生物质量标准地区质量标准环境容量是以生态系统为基础，在一定区域与一定期限内，遵循环境质量标准既保证农产品生物学质量，同时也不使环境遭致污染时，环境所能容纳污染物的最大负荷量。M=K+R；K=基本环境容量（也称K容量或稀释容量），表征自然环境特征R=变动环境容量（R容量或自净容量），表征污染物质的特征污染生态诊断污染生态诊断与的监测分析临界浓度是指环境中某种污染物对人或其他生物不产生不良影响或有害作用的最大剂量或浓度。按作用对象不同分为：卫生临界浓度（对人群健康的影响）、生态临界浓度（对动植物及生态系统的影响）和物理临界浓度（对材料、能见度、气候等的影响）临界浓度确定的方法主要有：1）生物地球化学法，主要是应用统计学方法，根据环境中元素地球化学含量状况、分布特征来推测环境中临界浓度的方法。污染生态诊断污染生态诊断与的监测分析2）生态环境效应法，对于土壤而言，有以下类型①建立土壤-植物-人系统，应用食品卫生标准推算土壤中有害物质的浓度，作为临界浓度；②将作物产量减少10%的土壤有害物质浓度，作为临界浓度；③对地面水、地下水不产生次生污染时的土壤有害物质浓度，作为临界浓度；④当土壤微生物减少或土壤微生物活性降低到一定数量时，土壤中有害物质浓度即为临界浓度。综合生态环境效应方法的最低值体系还有：土壤→植物→体系；土壤→微生物体系；土壤→水体系污染生态诊断与的监测分析污染的严重程度生态系统污染评价指数法：P=C/CsP=环境中污染物的污染指数C=环境中污染物的实测值（㎎/㎏）Cs=环境中污染物的临界浓度（㎎/㎏）根据土壤中污染物的污染指数的大小，一般将污染的严重程度分为7个级别（见下表）污染生态诊断污染生态诊断与的监测分析污染级别污染指数范围级别背景值≤背景值1安全值背景值——0.72警戒值0.7——1.03轻度污染1.0——1.54中度污染1.5——2.05重度污染2.0——2.56严重污染＞2.57污染生态诊断土壤污染严重程度分级污染生态诊断与的监测分析污染生态诊断方法敏感植物指示法：利用植物对污染物生态反应和生理生化反应“信号”，采用何种指标表示污染的质和量，目前尚需研究，可以用：症状法：编制症状图谱（余叔文，1981.《大气污染伤害植物症状图谱》）症状分级评价：无、轻微、中度、中度—严重、严重、完全受伤生长量法：IA=Wo/WmIA=影响指数；Wo=对照区（清洁区）植物生长量；Wm=诊断区（污染区）植物生长量清洁度指数法：LAP=大气清洁度；n=植物种类数；Q=种的生态指数：f=种的优势度还有：种子萌发和幼苗毒性试验；陆地植物生长试验；生活力指标法nifQ110)(LAP污染生态诊断污染生态诊断与的监测分析调查项目评价分级标准1234高度器官生物量支杆枯损叶形态叶大小叶色叶受损开花与落花果实受损植物生活力评价分级污染生态诊断污染生态诊断与的监测分析污染生态诊断污染生态诊断与的监测分析所谓生态系统质量，就是环境要素（水体、大气和土壤等）和生物组分受到污染的程度。及时了解生态系统受污染的程度及其变化趋势，以便给生态系统健康状况诊断，然后对症下药，达到治理、修复污染的生态系统。因此，生态系统污染诊断是生态系统质量评价的基础和生态系统恢复预测的依据污染生态诊断污染生态诊断与的监测分析生物监测是以生态系统为对象，运用物理的、化学的和生物的技术手段，对其中的污染物及其有关组成成分进行定量的和系统的综合分析，以探讨研究生态系统质量及其变化规律的一门科学。污染生态监测污染生态诊断与的监测分析监测点和采样时间水样：江河布点分为：单点布设法(上、中、下游）、三点布设法（两边一中心）、断面布设法（上中下游断面布设对照断面、控制断面和消减断面）、多断面布设法（主河道和支流均布设控制断面）土壤：对角线布点发、梅花布点发、棋盘式布点法、蛇形布点法污染生态监测污染生态诊断与的监测分析污染生态监测程序：取样、样品分析、生态实验、室内毒性实验、结果计算、数据统计、编写报告污染生态监测环境污染的生物监测生物监测是一种既经济、方便，又可靠准确的方法。实践证明，长期生长在污染环境中的抗性生物，能够忠实的“记录”污染的过程，能够反映污染物的历史变迁，提供环境变迁的证据；而对污染物敏感的生物，其生理学和生态学的反应能够及时、灵敏地反映较低水平的环境污染，提供环境质量的现时信息。因此生物监测是利用生物对特定污染物的抗性或敏感性来综合地反映环境状况，这是任何物理、化学监测所不能比拟的。环境污染的生物监测生物监测方法从生物学层次来分，主要包括生态监测（群落生态和个体生态）、生理测试（急性毒性测定、亚急性毒性测定和慢性毒性测定）分子、生理、生化指标和污染物在体内的行为等几个方面。目前，生物监测已经从传统的生物种类、数量和行为的描述发展到现代化的自动分析，从单纯的生态学方法扩展到与生理、生化、毒理学和生物体残留量分析等领域相结合的研究。环境污染的生物监测在生物监测的基本概念中，“指示生物”和“监测生物”是两个不同的概念。指示生物是对环境中的污染物能够产生各种定性反应，指示环境污染物的存在。监测生物不仅能够反映污染物的存在，而且能够反映污染物的量。监测生物必然是指示生物，同时它还要回答环境中污染物多少的问题。大气污染物的生物监测大气是生物赖以生存的必要条件之一，但大气受到污染时，生物会不同程度地作出反应，如某些动物的生病、死亡或成群迁移；植物叶片的变色、脱落或枯死等；微生物种类和数量的变化等。因此，可以利用生物对大气污染的这些异常反应监测大气中有害物质的成分和含量，了解大气质量状况，这就是大气污染的生理监测大气中污染物多种多样，有SO2、HF、O3、NOX、粉尘及重金属等。不同的生物对它们的敏感性不同，反应也不一样，因此不同的大气污染物有不同的监测生物。环境污染的生物监测大气中主要的污染物及植物监测利用植物来指示和监测大气质量，既灵敏可靠，又简单易行，在20世纪初，就引起人们的注意，几十年来，在这方面的研究取得较大发展。我国从70年代初就开展监测植物的选择和利用，积累了较多经验，有的已经应用于生产实践中。大气污染物及植物监测环境污染的生物监测有些植物对大气污染的反应极为敏感，在污染物达到人和动物的受害浓度之前，它们就显示出可察觉的受害症状，例如，紫花苜蓿在二氧化硫浓度达到0.3mg/L时就有明显反应。这些敏感生物的生存状况可以反映其生存介质的环境质量，用来监测环境。植物还能够将污染物或其代谢产物富集在体内，分析植物体的化学成分并可确定其含量。另外，环境污染除了对生物个体产生影响外，还在种群、群落层次上影响生物的组成和分布。因此，生物的种类区系变化也可以用于监测环境。同时，植物本身的不可移动性、便于管理等特征，使它成为重要的大气污染监测生物。大气污染物及植物监测环境污染的生物监测（一）光化学氧化剂（光化学烟雾）臭氧、过氧酰基硝酸酯类和氮氧化物统称为光化学氧化剂，又称为光化学烟雾。1.臭氧（O3）臭氧是一种气态的次生大气污染物，是氮氧化物在阳光照射下发生复杂反应的产物。它具有很强的生物毒性。植物受臭氧急性伤害后出现的初始典型症状为：叶片上散布细密点状斑，几乎是均匀地分布在整个叶片上，并且其形状、大小也比较规则、一致，颜色呈棕色或黄褐色。O3伤害植物的一个共同特征，人们称之为“点斑”，这种斑点呈银灰色或褐色，随着叶龄的增长逐渐脱色，变成黄褐色或白色。这些斑点还会连成一片变成大片的块斑（blotch），致使叶片褪绿或脱落。点斑通常是急性伤害的一个标志。大气污染物及植物监测环境污染的生物监测2.过氧酰基硝酸酯类（PANs）包括过氧乙酰硝酸酯（PAN）、过氧丙酰硝酸酯（PPN）、过氧丁基硝酸酯（PBN）及过氧异丁基硝酸酯（PisoBN）。过氧酰基硝酸酯类（PANs）中含量最高的、毒性最强的为过氧丙酰硝酸酯（PPN）。它是一种次生污染物，是烃在阳光照射下发生复杂反应的产物。PAN诱发的早期症状是在叶背面出现水渍状或亮斑。随着伤害的加剧，气孔附近的海绵叶肉细胞崩溃并为气窝（airpocket）取代。结果受害叶片的叶背面呈银灰色，两三天后变为褐色。PAN诱发的一个最重要的受害症状是出现“伤带”（banding）。这些症状出现于最幼嫩的对PAN敏感的叶片的叶尖上（与O3伤害成熟叶片的情形恰恰相反）。随着叶片组织的逐渐生长和成熟，受害的部分就表现为许多伤带。环境污染的生物监测（二）二氧化硫（SO2）SO2是一种众所周知的大气污染物，除了自身的毒性外，它还是形成酸雨的主要物质之一。目前空气中的SO2污染主要来源于含硫燃料（如煤）的燃烧。植物受二氧化硫伤害后出现的初始典型症状为：微微失去膨压，失去原来光泽，出现呈暗绿色的水渍状斑点，叶面微微有水渗出并起皱。这几种症状可以单独出现，也可能同时出现。随着时间推移，症状继续发展，成为比较明显的失绿斑，成灰绿色，然后逐渐失水干枯，直至出现显著的坏死斑。环境污染的生物监测（三）氟化物大气