环境污染的生物监测与评价

1、第三章 环境污染的生物监测与评价,一 概况 二 大气污染的生物监测与评价 三 水体污染的生物监测与评价 四物理、化学诱变物质检测,一 概况,生物对环境毒物、污染物的反应变化程度作为监测评价环境质量变化、受污染程度的依据称为生物监测（monitoring）与评价（evaluating）。 生物监测本世纪初才提出，70年代才逐渐成为较活跃的研究领域。19081909年，德国科学家科尔克威茨（Kolkwitz）和马森（Marson）首先提出了污水生物系统评价法，从而为水体污染的生物监测打下了基础。 我国自70年代起，在进行污染源的调查中开展了生物监测工作，运用藻类、原生动物、底栖无脊椎动物等生物对水

2、体污染状况进行了研究,1、生物监测的特点,1）能综合地反映环境质量状况 环境问题是相当复杂的，某一生态效应常是几种因素综合作用的结果。 （2）具有连续监测的功能 用理化监测方法可快速而精确测得某空间内许多环境空间的瞬时变化值，但却不能以此来确定这种环境质量对长期生活于这一空间内的生命系统影响的真实情况。生态监测具有这种优点，因为它是利用生命系统的变化来“指示”环境质量，而生命系统各层次都有其特定的生命周期，这就使得监测结果能反映出某地区受污染或生态破坏后累积结果的历史状况,3）具有多功能性 通常，理化监测仪器的专一注很强，测定03的仪器不能兼测S02，测S02的也不能兼测C2H4。生物监测却能

3、通过指示生物的不同反应症状，分别监测多种干扰效应。 （4）监测灵敏度高 有些生物对某种污染物的反应很敏感。如有种唐昌蒲，在0.01ppm的氟化氢下，20小时就出现反应症状，据记载，有的敏感植物能监测到十亿分之一浓度的氟化物污染，而现在许多仪器也未达到这样的灵敏度水平,2、生物监测不足之处,1）不能像理化监测仪器那样迅速作出反应，从而可在较短时间内就能获得监测结果，也不能像仪器那样能精确地监测出环境中某些污染物的含量，它通常反映的只是各监测点的相对污染或变化水平； （2）外界各种因子容易影响生物监测结果和生物监测性能。如利用斑豆（phaseolus vulgaris）监测03，其致伤率与光照强度

4、密切相关。S02对植物的危害受气象条件影响很大等,3）生物生长发育，生理代谢状况等都制约着外干扰的作用。相同强度的同种干扰对处于不同状态的生物常产生不同的生态效应。如水稻在抽穗、扬花、灌浆时期对污染反应最敏感、危害最大，而成熟期的敏感性就明显降低； （4）指示生物同一受害症状可由多种因素造成，增加了对监测结果判断的困难。如许多植物的落叶、矮态、卷转、僵直和扭曲等，大气氟化物的污染和低浓度除草剂的施用均可造成上述异常现象。S02对植物的伤害往往与霜冻或无机盐缺乏的症状也很相似,二 大气污染的生物监测与评价,1 指示生物 有些生物，尤其是植物，它们对有害物质能够显示出明显的伤害症状，由此可检测环境

5、的污染程度，称之为指示生物。 2 指示植物的选择标准 （1）对污染物反应敏感并表现出明显的伤害症状。 （2） 为常见品种，易管理和繁殖，生长季节长。 （3） 植株必须健壮，干扰症少,3 指示植物的选择方法,1） 现场调查法 （2） 栽培比较法 将筛选植物进行盆栽培养，然后放在已知污染区一定点位上进行观察，选出敏感植物。 （3） 熏气试验法 将需要筛选的植物移植或放置熏气室中，把所需浓度的单一或混合污染气体与空气混合后通人熏气室内,4） 叶片浸蘸法 将化学溶液浸蘸植物叶片后，产生近似于某种污染气体直接熏气同样的效果。如浸蘸氢氟酸可产生氟化氢的效果，浸蘸亚硫酸可产生二氧化硫的效果等,4 伤害症状、

6、敏感品种,1） 伤害症状 SO2：伤斑大部分出现在叶脉间，伤区与健康组织之间界线分明。 NOx：伤斑大部分出现在叶脉间，伤区与健康组织之间界线分明。 Cl2：伤斑也主要在叶脉间，但伤斑与健康组织之间的界线模糊或有一个过渡区。 HF：伤斑多出现在叶尖和叶缘，伤区与非伤区之间常有一条红色或深褐色的边界线。 O3：伤害主要在叶面出现密集的细小斑点,2）大气污染伤害植物的特点,1）有明显的方向性 同一株树上，面向污染源的部分，要比背向污染源的部分受害严重。 2）植物的受害程度与距离污染源的远近密切相关。 一般距离越近，植物受害越重；距离越远，植物受害越轻。但如污染源是一个很高的烟囱，则在一定范围内离烟

7、囱越近受害越轻，最大落地浓度为烟囱高度15-20倍。 3）在有害气体扩散过程中遇障碍物，障碍物后面的植物可避免受害 4）不局限在一种植物上，而是涉及到各种植物,5 大气污染区的植物评价方法,1） 症状指标法 通过观察植物形态变化，尤其是叶片出现的受害症状，可以作为评价大气环境污染的指标。 （2） 生长量指标法 IA=W0/Wm 式中，IA影响指数 W0清洁区（对照）植物生长量 Wm污染区植物生长量,3） 群落生态指标法,主要是利用群落结构的变化，来反映群落中的种类数和丰度的关系，进而对环境进行监测和评价。在未受污染胁迫的正常群落中，种类数多。随着污染胁迫的增加，种类数下降。 在利用群落生态指标

8、法时，一般选择附生苔藓植物群落，这是因为苔藓植物具有以下特点： 1）生长于树皮，不受土壤条件的影响。 2）多年生常绿植物，全年可测。（苔藓计） 3）叶多数只有一层细胞，对污染物敏感。 附生苔藓调查及城市大气污染分级,X：每m3空气中的细菌数 N：平板暴露分钟，于37培养小时后生长的菌落数 r：平皿底半径（cm,6 空气细菌污染与监测,1）沉降平皿法 奥梅梁斯基曾建议：如面积为100cm2的平板培养基，暴露在空气中5分钟，于37培养24小时后所生长的菌落数，相当于10L空气中的细菌数,2） 滤过法,使一定体积的空气通过吸附剂，而后培养吸附剂中的细菌，计数出菌落数。 1）先将仪器按图装置。 2）将

9、下面的大玻瓶盛满4L水。 3）旋开水龙头，使水缓缓流出。这时外界的空气被吸人，经喇叭口进人盛有50ml无菌水的三角瓶中。至4L水淹完后，则4体积空气中的微生物被滤过在50ml水中。 4）自三角瓶中吸1ml水放入无菌培养血中，然后加入肉膏蛋白陈琼脂培养基中，摇匀，凝固后置28培养48小时后计算结果,三 水体污染的生物监测与评价,1 指示生物与水体污染的关系 （1） 水体严重污染的指示生物 有颤蚓类，毛蠓，细长摇蚊幼虫，绿色裸藻，小颤藻 等。这些指示生物能在溶解氧低的条件下生活，其中颤蚓类是有机物污染水体中的优势种。 （2） 水体中等污染的指示生物 主要有居水虱，瓶螺，被甲栅藻，四角盘星藻，环绿藻

10、 等，对低溶解氧有较好的耐受能力。 （3） 清洁水体指示生物 有蚊石蚕，扁蜉，蜻蜒，田螺，簇生枝竹藻等，只能在溶解氧很高，未受污染水体中大量繁殖,2 水生生物样品的采集和处理,1） 浮游生物 1）主要类群 2）采样 样点设置：浮游生物网、采水器。 采样深度：浮游生物在水体中不仅水平分布上有差异，而且垂直分布上也有不同。水深2米以内的，可在0.5米左右深处采样，3米以上可分层采样。 固定保存 计数,2） 底栖生物调查,底栖动物一般认为体长超过2mm，所以亦称为底栖大型无脊椎动物。 3 水体初级生产力的测定 （1） 黑白瓶测氧法 1）原理 2）操作步骤 采水与灌瓶 挂瓶 曝光：通常曝光24小时 3

11、）计算方法 总产量=白瓶溶氧-黑瓶溶氧 呼吸量=初始溶氧-黑瓶溶氧 净产量=总产量-呼吸量,2） 叶绿素含量测定法,4 污水生物系统法 1960年海因斯（Hyness）提出河流从排入处到下游的生态学模式。在欧洲，则比较广泛地应用1909年德国科学家科尔克威斯和莫尔斯森（Kolkwiz和Marsson）的水体污染评价标准。根据这个理论，当水体受污染后，发生一系列自净过程，生物种类发生变化，出现特有的指示生物，可分别划分为四个不同的地带；即多污染带、中污带、中污染带和寡污带。后来又有人把多污带及寡污带也划分为、合计6个,在环境质量发生变化时，生物的种类和数量也都会随之发生变化，把生物种类和数量发生

12、的这种变化用恰当的数学公式加以表示，所求得的数值即为生物指数,1） 颤蚓类与全部底栖动物相比的生物指数 水蚯蚓与陆蚯蚓是相似的。习见的有四个科，即飘体虫科、仙女虫科、颤蚓科和带丝蚓科。颤蚓类密度可达每平方米2万尾以上。污水底部全部是红若地毯的颤蚓，前半部埋在泥中，后半部露在水中不断地摆动，皆以耐有机污染著称,5 生物指数法,也可按下面方法来进行评价： 颤蚓类100条/m2 不污染 100-999 轻污染 1000-5000 中等污染 7500 严重污染,1） 颤蚓类与全部底栖动物相比的生物指数,大于80%污染严重，小于60%认为水质良好,2） 多样性指数（diversity index,种的多

13、样性包含两个成分，一为群落中的种类数；二是群落中各种种类的个体数的数量分布。在大部分多样性指数中，组成群落的生物种类越多，其多样性指数越大，而重复性越小。多样性大的群落，就具有更复杂的营养通道，更多的营养链和侧链，群落的稳定性也就越大。自然的生物群落往往由较多个体数的少数种和具有较少个体数的多数种组成。如环境污染不利因素将导致群落中生物种类减少，降低种间竞争的相互作用，使留下的耐污种类的个体数增多。以致受污染环境中群落的多样性比正常环境内少,1）香农（Shannon）指数,ni：第i种的个体数 I=1，2，3，k N：生物的总个体数 d 大于3为寡污带，d=1-3为中污带，d小于1为多污带,式

14、中：d-多样性指数 S-种类数 N-总个体数 d大于3为寡污带，d=1-3为中污带，d小于1为多污带,2）马吉莱夫（Margelef）多样性指数,珠江广州河段污染评价（利用底栖动物,R-“组”数 N-总个体数 C.I大于3为寡污带，C.I =1-3为中污带，C.I小于1为多污带,3）凯恩斯（Cairns）连续比较指数,6 鱼类毒性试验,鱼类毒性试验的主要目的是寻求某种毒物或工业废水对鱼类的半致死浓度与安全浓度。所谓安全浓度，就是在污染物的持续作用下，鱼类可以正常存活、生长、繁殖的最高毒物浓度。 （1）鱼种的选择 实验鱼要求对污水反应灵感的本地种类，鲤鱼和鲫鱼是国际性鱼类，而金鱼对一些毒物反应灵

15、感，都是应用较多的实验鱼类。 （2）实验条件的控制 实验鱼要求是同一批来源，同种、同龄,3)半数致死浓度(LC50)或平均忍受限(TLm)的计算 实验时选用5种以上不同浓度（mg/L），并设置重复2-3个及对照组。试验时间一般为48-96小时，找出鱼半数存活率浓度,4）安全浓度的计算,式中，48TLm48h半数存活率浓度（mg/L） 24TLm24h半数存活率浓度（mg/L） 安全浓度的验证：如有中毒症状发生，则应降低浓度再实验，直到确证某浓度对鱼是安全的,6 鱼类毒性试验,7 水体富营养化的监测与评价,藻类总数及叶绿素-a含量评价法 优势种评价法 不同营养状态的水体中存在不同的生物种类，特别

16、在优势种方面差异明显。一般来说，贫营养型湖泊中的浮游植物以金藻、黄藻类为主，中营养型湖泊中常以甲藻、隐藻、硅藻类占优势，富营养型湖泊则常以绿藻、蓝藻类占优势。 多样性指数评价方法 水体富营养化评价实例 综合评价标准,8 水污染的细菌学监测,我国现行生活饮用水卫生标准规定：细菌总数1ml自来水不得超过100个；大肠菌群数每升自来水中不得超过3个。水的细菌性污染主要是由于粪便污水的排放而引起的。要判断水质是否安全可靠，最好是检查水中有无病原菌。但由于被粪便污染的水中病原菌数量毕竟较少，所以只测定水中有无肠道非病原菌的存在，就可以确定是否受到粪便的污染。而大肠杆菌群是肠道杆菌好氧菌中最普遍和数量最多的一种，且与肠道致病菌呈一定正相关，因此，作为水体受粪便污染的指标，以大肠杆菌群最为理想,1 微核试验,1）紫露草花粉母细胞微核试验,花粉母细胞（减数分裂）四分体,2）蚕豆根尖、叶