环境污染生物监测描述

第一节概述环境污染生物监测：系统地利用生物的组分、个体、种群或群落对环境污染或环境变化所产生的反应，从生物学的角度，为环境质量的监测和评价提供依据。环境污染物的生物学效应当前环境化学研究领域里十分活跃的研究课题环境污染物能引起各种复杂的生物效应，如致畸、致突变、致癌的生物化学变化。生物效应同化学物质的结构与毒性相关，与多种污染物毒性的协同和拮抗作用相关，也与污染物食物链作用的生物化学过程相关等。随着分析技术和分子生物学的发展，环境污染的生物化学研究取得很大进展，并与环境生物学、环境医学相互交叉渗透，成为当前生命科学的一个重要组成部分。1、生物对污染物的吸收2、污染物在动物体内的分布动物吸收污染物质后，主要通过血液和淋巴系统传输到全身各组织发生危害。3、大分子水平上对环境变化的反应生物对环境胁迫会产生复杂的生理生化反应，基因表达失常糖类、脂肪、蛋白质等大分子代谢紊乱生物酶功能遭损害出现一些特异的化合物。生物对一些环境污染物的特异反应是生物监测的依据。4、个体水平上对环境变化的反应生物个体对环境胁迫的反应包括生长发育异常，形态变异、生殖功能低下甚至丧失，行为失常等。生物监测方法：指示生物法5、种群水平上对环境变化的反应在严重的环境胁迫下，生物种群数量急剧减少乃至灭绝，大量个体出现生理生化、繁殖及行为的异常，适应性丧失。生物监测湖泊富营养化的特征参数为藻类的种群和生物量变化6、生态系统水平上对环境变化的反应某些对污染物有指示价值的生物种类的出现或消失.群落中生物种类数在污染加重的条件下减少,在水质较好的情况下增加,但过于清洁的条件下由于食物缺乏也会导致种类数减少.组成群落的个别种群变化群落中种类组成比例的变化自养-异养程度上的变化生产力的变化1.生态（群落生态和个体生态）监测2.生物测试(毒性测定、致突变测定)3.生物的生理、生化指标测定4.生物体内污染物残留量测定生物监测的方法生物分布、群落结构、繁殖、生长、发育、生理生化指标生物监测的两种情况利用生物来监测环境受污染的实际变化情况在有害废物排入环境前后，对照测定生物在组成及数量上的变化，来判断环境污染的程度。用以评价由于污染所寻造成的生态系统的变化。目前在环境监测中，一般采用各种仪器和化学分析手段．对污染物的种类和浓度可以比较快速而灵敏地分析测定出来，其中某些常规检验已经能够连续监测。但理化只反映采样瞬时的污染物浓度，不能反映环境的质量（对生物的适宜程度）。环境监测中理化监测的不足生物监测的特点第一，生物监测具有连续监测的能力。用物理和化学的监测方法可以快速而精确的检测到某空间环境中多种环境因素的瞬间变化值，但不能像生物监测那样长期连续的监测环境变化。原因在于生物监测是利用生命系统来指示环境变化，而生命系统本身就具有特定的生命周期，所以生物监测的结果就可以反映该环境变化过程的累积状况，甚至可以对该地区污染情况的历史进行分析。生物监测的特点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0.000003mg／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。长期性环境污染物的含量和其它环境条件改变的强度大小，是随时间而变化的。这些变化是因污染物的排放量不稳定而造成的。理化监测只能代表取样期间的概况。而生活于一定区域内的生物，能把一定时问内环境变化情况反映出来。生物监测的特点第二，生物监测能较为综合地反应环境质量状况。生物监测所反映的是自然的和综合的污染状况环境中往往多种污染成分同时存在，理化监测只能测定出它们的种类和含量，但不能说明它们对生物的影响生物是接受综合影响，所以生物能反映环境中多种污染成分综合作用的结果。生物监测的特点第三，生物监测具有多功能性。通常理化监测仪器的专一性很强，例如测定二氧化硫就不能兼测臭氧、过氧乙酰硝酸脂等，但生物检测比如一株植物，在受到二氧化硫、臭氧、过氧乙酰硝酸脂的不同危害时就表现出不同的受害症状，所以具有多种功能。生物监测的特点第四，生物检测的灵敏度高。生物监测的高灵敏度表现在两个方面，从物种的方面说，高灵敏度是指有些生物对某种污染物的反应很灵敏，比如唐菖蒲这种生物在0.01×10-6的氟化氢环境中就产生可见的受害症状，这种对氟化氢的高灵敏反应，到现在大多数仪器还不能达到。从宏观的角度说，生物检测可以真实和全面地反映外来干扰对环境系统的功能整体影响和产生的连锁反应。五、经济性生物监测技术和手段的经济性为开拓监测面积和范围，实现点、站结合，构成经济、有效实用的监测网络提供了可能。六、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。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。生物监测的意义生物和环境之间存在着相互联系、相互依赖、相互制约的关系。从某种意义上来说，生物监测能够更直接地综合反映环境质量对生态系统的影响，比理化方法得到的数据更具有说服力。生物监测也是保护生物生存条件、维护生态平衡的手段，是环境监测的重要组成部分。•不能迅速地做出反应，从而在较短时间内就能获得检测结果；•不能精确地监测出环境中某些污染物的含量；•容易受外界各环境因子及生物本身状况的影响。生物监测技术的不足第二节水环境生物监测水环境是由栖息生物和水共同组成的复杂的动态平衡的生态系统。污染物进入水环境，必然引起生物相和量的变化，直至达到新的平衡。不同污染状态的水质，有着不同种类和数量的生物。因此，根据水中生存的不同生物，可判断水的污染程度，调查不同水域生物的种类和数量，可以评价水质污染状况。原理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使水生态系统保持平衡提供依据。对水生态系统进行生物监测的主要目的一、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水环境的整体性、监测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。二、生物监测主要方法（一）、生物群落监测方法（二）、生物测试法（三）、细菌学检验法（一）、生物群落监测方法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。生物群落监测中的对象：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。底栖动物－栖息在水体底部淤泥内、石块或砾石表面及其间隙中的肉眼可见的水生无脊椎动物。鱼类微生物浮游动物浮游植物BiologicalMonitoring水污染指示生物定义：能对水体中污染物产生各种定性、定量反应的生物特点：生命周期长，活动环境固定，持久反映污染物对水体的综合影响浮游生物：食物链基础；指标生物原生动物、轮虫、枝角类、桡虫类着生生物：指示水体污染程度（河流）细菌、真菌、藻类、原生动物、轮虫、甲壳动物、线虫、寡毛虫类、软体动物、昆虫幼虫、鱼卵和幼鱼底栖动物：应用最广泛鱼类：全面反映水体总质量微生物：有机污染多则繁殖较多051015202530生物类型各类生物所占百分数鱼类大型无脊椎动物原生动物大型水生植物藻类细菌Hellawell推荐作为指示生物的各种生物所占的百分数浮游生物监测法浮游生物包括浮游植物和浮游动物，如藻类、原生动物、轮虫、枝角类等多数个体小（肉眼不可见），游泳能力弱或完全没有游泳能力，过着随波逐流的生活。浮游生物多数对环境变化反应很敏感，可作为水质的指示生物。特征：浮游生物为水生食物链基础；浮游植物含有叶绿素，能利用光能进行光合作用，是初级生产者，在水生态系统中具有重要地位。鱼腥藻螺旋藻微囊藻色球藻蓝藻门Cyanophyta隐藻门Cryptophyta角甲藻甲藻门Pyrrophyta蓝隐藻隐藻多甲藻金藻门Chrysophyta黄群藻金囊藻黄藻门Xanthophyta胶葡萄藻黄丝藻硅藻门Bacillariophyta裸藻门Euglenophyta陀螺藻扁裸藻卵形藻曲壳藻绿藻门Chlorophyta栅藻衣藻纤维藻盘星藻变形虫（原生动物）轮虫枝角类水蚤（跷足类）浮游动物浮游生物网采样浮游生物采样器岸边采样浮游生物采样器网采样底栖动物的移动能力差，故在正常的水体中种类较多，每个种的个体数量适当，群落结构稳定。当水体受到污染后，对污染较为敏感的种类和不适应缺氧的种类逐渐消失，而仅保留耐污种类，成为优势种。目前各国都广泛应用这种方法。在清洁的河流、湖泊、池塘中，有机质含量少，微生物也很少，但受到有机物污染后，微生物数量大量增加，所以水体中含微生物的多少可以反映水体被有机物污染的程度。底栖动物监测法和微生物监测法摇蚊水丝蚓颤蚓蚌引自冯建社，2004表6-71、生物指数监测法贝克生物指数、贝克-津田生物指数、生物种类多样性指数、硅藻生物指数2、污水生物系统法3、PFU微型生物群落监测法（简称PFU法）生物群落监测方法1.生物指数法什么是生物指数法？它是依据不利环境因素，用数学形式表现群落结构来指示环境质量状况，包括污染在内的水质变化对生物群落的生态学效应的一种方法。生物指数法的应用特点方法简单，有一个粗略数字概念，便于比较；缺点：需分类学和生态学专门人员进行种类鉴定，同时只考虑了种类数，而未考虑个体数量。应用时应结合生物学其他指标和物理、化学指标，综合考虑各方面的影响因素。BiologicalMonitoring生物指数监测法(BioticIndex)生物：底栖大型无脊椎动物、浮游藻类方法：Beck:BI津田松苗修正生物种类多样性指数：Shannon—Willam多样性指数硅藻生物指数1、生物指数监测法生物指数（BI）=2A+B贝克生物指数：从采样点采到的底栖大型无脊椎动物当BI＞10时，为清洁水域；BI为1~6时，为中等污染水域；BI=0时，为严重污染水域。贝克－津田生物指数：所有拟评价或监测河段各种底栖大型无脊椎动物当BI≥20，为清洁水区；10＜BI＜20，为轻度污染水区；6＜BI≤10，为中等污染水区；0＜BI≤6，为严重污染水区。（1）贝克生物指数和贝克-津田生物指数敏感底栖动物种类数耐污底栖动物种类数（2）生物种类多样性指数式中：——种类多样性指数；N——单位面积样品中收集到的各类动物的总个数；ni——单位面积样品中第i种动物的个数；S——收集到的动物种类数。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如下：值＜1.0：严重污染;值1.0～3.0：中等污染；值＞3.0：清洁NnNndisii12logdddd（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为多污带；硅藻指数50～100为α-中污带；硅藻指数100～150为β-中污带；硅藻指数150～200为轻污带。10022CBACBABiologicalMonitoring2、污水生物系统Kolkwitz和Marsson所提出要点：受污染河流的自净作用导致河流从上游向下游形成一系列污染程度由高到低的连续区带；每一带中都生活有一些特征生物，构成生物区系；根据区系的生物特征可鉴别河流的不同区带受有机污染的程度。多污带中污带寡污带以细菌和低等原生动物为主以细菌为食的耐污动物占优势、藻类大量