第六章-环境污染生物监测

第六章环境污染生物监测第一节水体污染的生物监测第二节大气污染生物监测第三节生态监测第四节生物污染监测生物监测1、定义：通过生物（动、植物及微生物）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，来研究环境污染的情况，测定污染物毒性的一类监测方法。2、手段：了解生物群落变化——生态监测观察生物受害症状——毒性、致突变测定测定生物体内污染物含量测定生物生理生化反应指示生物•定义：能够对环境中污染物作出定性、定量反应的生物。•敏感性指示生物：污染物浓度很低时，就表现出某些灵敏反应的指示生物。如牵牛花对光化学烟雾很敏感。•耐性指示生物：在不良的环境中却表现出良好的生长势的指示生物。也就是说污染了的环境反而促进了这类植物的生长。如：水体富营养化，蓝藻大量出现。第一节水体污染的生物监测一、水环境污染生物监测项目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。样品采集：尽可能与化学监测断面一致，采样点数使视具体情况而定。见表。监测项目:见表（P292）生物群落法的理论依据：未受污染的水体生态系统保持相对平衡，当水体受到污染后，水生生物的群落结构、种类和个体数量发生变化，使自然生态平衡系统遭到破坏，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。二、生物群落监测方法（一）水污染指示生物•1、浮游生物：•2、着生生物：•3、底栖动物：•4、鱼类：•5、微生物•生物指数：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、生物种类多样性指数3、硅藻生物指数（二）生物指数法1、贝克生物指数•由贝克于1955年首次提出：将从采样点采到的底栖大型无脊椎动物分成两类，一类是不耐有机污染物的敏感种，另一类为耐有机污染物的耐污种，通过公式进行简单计算。生物指数（BI）=2A+BA类—敏感底栖动物种类数B类—耐污底栖动物种类数BI=10-40，清洁水域；BI=1-6，中等污染水域；BI=0，严重污染区域。2、生物种类多样性指数•d——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•d1.0严重污染•d=1.0-3.0中等污染•d3.0清洁NnNndisii12log•特点：能定量反映生物群落结构的种类、数量及群落中种类组成变化信息。3、硅藻生物指数硅藻指数=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。指数0～50为多污带；50～100为α-中污带；100～150为β-中污带；50～200为轻污带。10022CBACBA三、生物测试法（一）水生生物毒性实验（二）发光细菌法（三）其他方法定义：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。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发光细菌法原理：利用污染物对革兰氏阴性兼性厌氧微生物所发射出的蓝绿光强度的影响，来判断水质受污染的情况。凡是干扰或损害细菌呼吸或生理过程的任何因素都能使细菌的发光强度立即发生改变，并随毒物浓度增加，发光强度减弱。具有较高灵敏度和重现性，特别是测定综合毒性。测定方法：1、新鲜发光细菌培养物测定法检测发光细菌加入测试水样后（作用10-20min）的发光强度变化。2、发光细菌与海藻混合测定法利用有毒物质对发光细菌没有直接毒害作用，而对藻类有毒害作用的特点。因为毒物的作用使藻类放氧能力下降，发光细菌发光能力也下降。3、冷冻干燥发光细菌制剂测定法四、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•大气污染的生物监测：是利用生物对存在于大气中的污染物的反应，监测有害气体的成分和含量，以确定大气的环境质量水平。一、利用植物监测（一）指示植物及其受害症状•大气污染的指示植物：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。（二）监测方法1、盆栽植物监测法（1）普通盆栽法；（2）植物监测器法；（3）微核监测技术2、现场调查法（1）植物群落调查法；（2）调查地衣和苔藓；（3）调查树木年轮3、其他监测方法•先将指示植物在没有污染的环境中盆栽或地栽培植，待生长到适宜大小时，移至监测点观察它们的受害症状和程度。•例如：唐菖蒲监测大气中氟化物污染•非污染环境唐菖蒲（3-4叶）放在距污染源主导风向下风向不同距离地方定期观察（叶尖、叶缘是否有伤斑出现，且伤斑与正常组织间有一明显界线）1、盆栽植物监测法（1）普通盆栽法•可以测定大气、水体中三致物质（致癌、畸、突变）•紫露草：多年生草本植物，单子叶、鸭趾草科。•原理：花粉母细胞减数分裂过程中，染色体受到污染而破坏，在四分体中形成微核，以微核增加数量作为判断污染程度的指标。•监测：紫露草开花盛期的幼期花序插入盛有清洁自来水的杯子中监测点一段时间后观察微核数量。（3）微核检测技术•利用监测区域植物群落受到污染后，各种植物的反应来评价空气污染状况。•轻度污染:敏感植物叶部出现受害症状•中度污染:抗性中等植物出现部分受害症状•严重污染: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2、现场调查法（1）植物群落调查法•地衣、苔藓对某些污染物反应敏感，如SO2年均浓度0.015-0.105cm3/m3,可使地衣绝迹；浓度达0.017cm3/m3，绝大多数苔藓不能生存。1）现场调查法：重污染区——少数壳状地衣中污染区——枝状地衣轻污染区——叶状地衣严重污染地带——除极个别耐污品种外，很少有地衣、苔藓（2）调查地衣、苔藓法2）移植试验：非污染区地衣、苔藓连同基质一起取下，移植到污染区的不同监测点上。3）地衣、苔藓分析法：Pb、Cu、Cd、S、Cl等•了解所在地区大气污染历史；•树木年轮宽——气候正常、未遭受污染年份；树木年轮窄——大气污染严重、气候条件恶劣年份。•利用X射线法对年轮材质进行测定，判断其污染情况（3）调查树木年轮3、其他监测方法•生产力测定：光合作用、呼吸作用、叶绿素a等生理指标•污染物含量测定第三节生态监测•生态监测：是运用可比的方法，在时间或空间对一定区域范围内的生态系统或生态组合体的类型、结构和功能及其组成要素进行系统的测定和观察的过程。生态监测是一个动态的连续观察、测试的过程，少则一个或几个生态变化周期，多则几十个、几百个生态变化周期。在时空上少则几年，多则几十年或更长一段时间。一、生态监测的类型及内容(一)宏观生态监测宏观监测地域面积至少应在一定区域范围之内，对一个或若干个生态系统进行监测，最大范围可扩展至一个国家、一个地区基至全球。(二)微观生态监测微观监测指对一个或几个生态系统内各生态要素指标进行物理、化学、生态学方面的监测。(1)全球气候变暖引起的生态系统或动植物区系位移；(2)珍稀、濒危动植物种的分布及其栖息地；(3)水土流失面积及其时空分布和对环境影响；(4)沙漠化面积及其时空分布和对环境影响；(5)草场沙化退化面积及其时空分布和对环境影响；(6)人类活动对陆地生态系统（森林、草原、农田、荒漠等）结构和功能的影响；(7)水环境污染对水体生态系统（湖泊、水库、河流和海洋等）结构和功能的影响；(8)主要环境污染物（农药、化肥、有机污染物和重金属）在土壤-植物-水体系统中的迁移和转化；(9)水土流失地、沙漠化地及草原退化地优化治理模式的生态平衡恢复过程；(10)各生态系统中微量气体的释放通量与吸收情况。(三)我国优先监测的生态项目(1)国家采用的生态监测仪器属大型监测设备，如：遥感、地理信息系统、地理图像系统；(2)常规生态监测选择小型仪器。一般的测试系统，应由传感器、中间变换设备、传输设备、数据处理设备、显示记录设备几部分组成。二、监测仪器四、生态监测方法1.地面监测2.空中监测3.卫星监测1.地面监测地面监测中获得：降雨量、土壤湿度、小型动物、动物残余物（粪便、尿和残余食物）等。第四节生物污染监测•生物污染监测:应用各种检测手段测定生物体内的有害物质，以便及时掌握被污染的程度。•生物污染监测的步骤：生物样品的采集预处理污染物的测定生物样品制备一、生物对污染物的吸收及在体内分布植物吸收：根系从土壤或水体中吸收污染物二、生物样品的预处理(一)消解和灰化湿法消解灰化法提取方法分离方法液-液萃取法蒸馏法（柱）层析法磺化法和皂化法气提法和液上空间法低温冷冻法振荡浸取法组织捣碎提取法脂肪提取器提取直接球磨提取法(二)提取、分离(三)浓缩方法蒸馏法K-D浓缩器蒸发法等三、污染物的测定•测定方法主要有：分光光度法原子吸收光谱法荧光分光光度法色谱法质谱法联机法