生物监测环境监测PPT学习教案

1、会计学1生物监测环境监测生物监测环境监测2为什么做生物监测？为什么做生物监测？ 瞬时值瞬时值（化学监测）（化学监测） 环境变化环境变化（生物监测）（生物监测）第1页/共93页3利用生物的组分、个体、种群或群落对环境利用生物的组分、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，角度，为环境质量的监测和评价提供依据，称为生物监测。称为生物监测。生物监测方法：生物监测方法：1. 生态（群落生态和个体生态生态（群落生态和个体生态 ）监测）监测2. 生物测试（毒性测定、致突变测定）生物测试（毒性测定、致突变测定）3

2、. 生物的生理、生化指标测定生物的生理、生化指标测定4. 生物体内污染物残留量测定生物体内污染物残留量测定第2页/共93页4第3页/共93页5n 综合性综合性 人类生产、生活所抛弃的废物，成份极其复杂。人类生产、生活所抛弃的废物，成份极其复杂。理化监测只能获得各种成份的类别和含量，但理化监测只能获得各种成份的类别和含量，但不能确切说明对生物有机体的影响。而生物是不能确切说明对生物有机体的影响。而生物是接受综合影想，不仅仅是个别离子的作用。生接受综合影想，不仅仅是个别离子的作用。生物监测能反映环境多因子、多成份综合作用的物监测能反映环境多因子、多成份综合作用的结果，能阐明整个环境的情况。符合排放

3、标准结果，能阐明整个环境的情况。符合排放标准的废物，其长期影响环境的后果，更需要用生的废物，其长期影响环境的后果，更需要用生物监测来评价。物监测来评价。第4页/共93页6n 富集性富集性 生物的一个重要特点是它能够通过各种方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。如水中式从环境中富集某些元素。如水中DDT农药农药:水中浓度为水中浓度为3 ng/L浮游生物（富集浮游生物（富集7.3万倍）万倍） 小鱼小鱼 (富集富集14.3万倍万倍) 大鱼大鱼 （富（富集集858万倍）万倍）人食用这些水中生物后人食用这些水中生物后 富集富集1000万倍万倍 以上过程，只有通过生物监测手段，通过

4、食以上过程，只有通过生物监测手段，通过食物链放大了的各营养级进行分析，才能对水体进物链放大了的各营养级进行分析，才能对水体进行全面评价。行全面评价。第5页/共93页7第二节第二节 空气污染生物监测空气污染生物监测 第三节第三节 生物污染监测生物污染监测第四节第四节 生态监测生态监测第一节第一节 水环境污染生物监测水环境污染生物监测第6页/共93页8第7页/共93页9p 了解污染对水生生物的危害状况了解污染对水生生物的危害状况p 判别和测定水体污染的类型和程度判别和测定水体污染的类型和程度p 为制定污染控制措施、保持水环境生态系统为制定污染控制措施、保持水环境生态系统 平衡平衡 提供依据提供依据

5、主要目的主要目的第8页/共93页10河流河流：根据长度，至少设上（对照）、中（污根据长度，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。视水面宽、水深、生物分布特点等确定。湖泊（水库）湖泊（水库）：入湖（库）区、中心区、出口区入湖（库）区、中心区、出口区、最深水区、清洁区等处设监测断面、最深水区、清洁区等处设监测断面 第9页/共93页11生物监测主要方法生物监测主要方法一、生物群落监测方法一、生物群落监测方法二、生物测试法二、生物测试法三、细菌学检验法三、细菌学检验法第10页/共93页12多种水生生物生态系

6、统平衡未污染水体敏感生物消亡抗性生物旺盛群落结构单一污染水体第11页/共93页13着生生物（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） 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）浮游动物（原生动物、轮虫、枝角类和桡足类 ）浮游植物藻类水污染指示生物水污染指示生物第12页/共93页14（一）生物指数监测法（一）生物指数监测法 贝克生物指数贝克生物指数 贝克贝克-津田生物指数津田生物指数 生物种类多样性指数生物种类多样性指数 硅藻生物指数硅藻生物指数（二）污水生物系统法（二）污水生物系统法 （三）（三） PFU微型生物群落监测法微型生物群落监测法生

7、物群落监测方法生物群落监测方法第13页/共93页151. 贝克生物指数和贝克贝克生物指数和贝克-津田生物指数津田生物指数贝克生物指数（贝克生物指数（BI）= 2A + B第14页/共93页16第15页/共93页17 耐污值粗分为5档：很低 (耐污值大概为0-1.0) 低(1.0-3.0), 中等(3.0-5.0), 高(5.0-7.0)和很高 (7.0-10.0). 第16页/共93页18 值值1.0: 严重污染严重污染; 值值1.03.0:中等污染；中等污染； 值值3.0: 清洁清洁NnNndisii12logdddd第17页/共93页1910022CBACBA 硅藻指数硅藻指数 050为多

8、污带为多污带 50100为为-中污带中污带 100150为为-中污带中污带 150200为轻污带为轻污带第18页/共93页20（二）污水生物系统（二）污水生物系统法法 第19页/共93页21项目多污带-中污带-中污带寡污带化学过程还原和分解作用明显开始水和底泥里出现氧化作用氧化作用更强烈因氧化使无机化达到矿化阶段溶解氧没有或极微量少量较多很多BOD很高高较低低硫化氢的生成具有强烈的硫化氢臭味没有强烈硫化氢臭味无无水中有机物蛋白质、多肽等高分子物质大量存在高分子化合物分解产生氨基酸、氨等大部分有机物已完成无机化过程有机物全分解底泥常有黑色硫化铁存在，呈黑色硫化铁氧化成氢氧化铁，底泥不呈黑色有Fe

9、2O3存在大部分氧化水中细菌大量存在，每毫升可达100万个以上细菌较多，每毫升在10万个以上数量减少，每毫升在10万个以下数量少，每毫升在100个以下表表6.1 污水系统的部分生物学、化学特征污水系统的部分生物学、化学特征第20页/共93页22（三）（三）PFU微型生物群落监测法微型生物群落监测法沉入水体，达到平衡（两周四周）（PFU）作为人工基质）作为人工基质结果表达结果表达将将PFU水分挤至烧杯、显微镜观察水分挤至烧杯、显微镜观察第21页/共93页23第22页/共93页24污染较轻的情况下，随着污染加重，集群速度污染较轻的情况下，随着污染加重，集群速度G、平衡时的物种数平衡时的物种数Seq

10、都会增大，达到都会增大，达到90Seq的时间的时间T90%将缩短。从生态学观点看，此时营养水平适合将缩短。从生态学观点看，此时营养水平适合大多数原生动物的生长，因此种类多，丰度也大；大多数原生动物的生长，因此种类多，丰度也大；随着污染程度进一步加重，平衡时物种数随着污染程度进一步加重，平衡时物种数Seq会减小会减小，达到，达到90Seq所需时间所需时间T90%将延长，集群速度将延长，集群速度G也也减小。从生态学观点看，重污染和严重污染已超出减小。从生态学观点看，重污染和严重污染已超出大多数原生动物的耐受限度，在这恶劣的环境中，大多数原生动物的耐受限度，在这恶劣的环境中，大多数种类不能耐受而消失

11、。大多数种类不能耐受而消失。第23页/共93页25按水流方式：静水式和流水式按水流方式：静水式和流水式按按测试时间分类测试时间分类：急性试验和慢性试验：急性试验和慢性试验按按受试活体受试活体：水生生物和发光细菌等：水生生物和发光细菌等第24页/共93页26（一）水生生物毒性试验（一）水生生物毒性试验图图6.1 可用于水生生物毒性试验的部分鱼类和藻类可用于水生生物毒性试验的部分鱼类和藻类第25页/共93页27如果在试验前四天内如果在试验前四天内发生死亡现象或发病发生死亡现象或发病的鱼高于的鱼高于10%，则不，则不能使用能使用。第26页/共93页28n每一种浓度的试验溶液为一组，每组至少每一种浓度

12、的试验溶液为一组，每组至少10尾鱼尾鱼试验容器用容积约试验容器用容积约10L的玻璃缸，保证每升水中的玻璃缸，保证每升水中鱼重不超过鱼重不超过2g。n试验溶液的温度要适宜，对冷水鱼为试验溶液的温度要适宜，对冷水鱼为1228，对温水鱼为对温水鱼为2028。同一试验中，温度变化为。同一试验中，温度变化为2。n试验溶液中不能含大量耗氧物质，要保证有足够试验溶液中不能含大量耗氧物质，要保证有足够的溶解氧，对于冷水鱼不少于的溶解氧，对于冷水鱼不少于5mg/L，对于温水，对于温水鱼不少于鱼不少于4mg/L。n试验溶液的试验溶液的pH值通常控制在值通常控制在6.78.5之间。之间。n配制试验溶液和驯养鱼用水应

13、是未受污染的河水配制试验溶液和驯养鱼用水应是未受污染的河水或湖水。如果使用自来水，必须经充分曝气才能或湖水。如果使用自来水，必须经充分曝气才能使用。不宜使用蒸馏水。使用。不宜使用蒸馏水。第27页/共93页29试验溶液浓度设计试验溶液浓度设计 通常选七个浓度通常选七个浓度(至少五个至少五个)确定试验溶液的浓度范围确定试验溶液的浓度范围预试验预试验( (探索性试验探索性试验) ) 毒性判定毒性判定计算半数忍受限度计算半数忍受限度（TLm）试验试验 记录不同时间的金鱼成活数记录不同时间的金鱼成活数第28页/共93页30半数忍受限度（半数忍受限度（TLm），即半数存活浓度。求），即半数存活浓度。求TL

14、m值的简便方法是将试验鱼存活半数以上和半数以下的值的简便方法是将试验鱼存活半数以上和半数以下的数据与相应试验液毒物（或污水）浓度绘于半对数坐数据与相应试验液毒物（或污水）浓度绘于半对数坐标纸上（对数坐标表示毒物浓度，算术坐标表示存活标纸上（对数坐标表示毒物浓度，算术坐标表示存活率），用直线内插法求出。率），用直线内插法求出。表表6.2 某毒物实验结果某毒物实验结果毒物浓度（mg/L）每组鱼数（尾）试验鱼成活数24（h）48（h）96(h)10.07.55.64.23.22.4对照组10101010101010038910101000279101000127910第29页/共93页31安全浓度=

15、2Lm)(24TLm/48T0.348TLm安全浓度= 48 TLm0.1图6.2 用直线内插法求TLm第30页/共93页32（二）发光细菌法（二）发光细菌法发光细菌是一类能自发发光的细菌，其发光机制是发光细菌是一类能自发发光的细菌，其发光机制是由于菌体内有一种荧光素酶，通过酶催化不饱和脂由于菌体内有一种荧光素酶，通过酶催化不饱和脂肪酸反应，而向外界辐射蓝绿色的荧光，发光光谱肪酸反应，而向外界辐射蓝绿色的荧光，发光光谱范围在范围在435435630nm630nm，有单一最大发射峰，有单一最大发射峰(maxmax=475nm).=475nm).它是生物自身的正常生理代谢过程它是生物自身的正常生理

16、代谢过程. .由于发光细菌有由于发光细菌有易培养、增殖速度快、发光易受外界环境的影响且易培养、增殖速度快、发光易受外界环境的影响且反应迅速、灵敏等特点。近年来国内外较多地将发反应迅速、灵敏等特点。近年来国内外较多地将发光细光细菌应用于环境监测，菌应用于环境监测，BeckmanBeckman公司依据发光细菌的发公司依据发光细菌的发光原理光原理, ,已推出用于环境监测的生物毒性检测仪已推出用于环境监测的生物毒性检测仪MicrotoxMicrotox。第31页/共93页33第32页/共93页34第33页/共93页35第34页/共93页36第35页/共93页37第36页/共93页38堇菜堇菜苔藓苔藓白

17、蜡白蜡树树云杉云杉地衣地衣棉花棉花白杨白杨图图6.3 部分二氧化硫指示植物部分二氧化硫指示植物第37页/共93页39矮牵牛花矮牵牛花葡萄葡萄菠菜菠菜黄瓜黄瓜马铃马铃薯薯洋葱洋葱图图6.4 O3的指示植物的指示植物第38页/共93页40第39页/共93页41第40页/共93页42第41页/共93页43第42页/共93页44植 物受 害 情 况悬铃木、加拿大白杨桧柏、丝瓜向日葵、葱、玉米、菊、牵牛花、月季、蔷薇、枸杞、香椿、乌柏葡萄、金银花、枸树、马齿苋广玉兰、大叶黄杨、栀子花、腊梅80100%叶片受害，甚至脱落叶片有明显大块伤斑，部分植株枯死50%左右叶面积受害，叶片脉间有点、块状伤斑30%左右

18、叶面积受害，叶脉间有轻度点、块状伤斑10%左右叶面积受害，叶片上有轻度点状斑无明显症状表6.3 排放SO2的某化工厂附近植物群落受害情况第43页/共93页45（一）利用动物个体的异常反应对矿井内瓦斯毒气敏感的动物：金丝雀 金翅雀鸡老鼠第44页/共93页46敏感性水平：敏感性水平：本鸟最高本鸟最高俺狗狗第二俺狗狗第二耐受力最好的当属我们家禽耐受力最好的当属我们家禽了了金丝雀金丝雀狗狗家禽家禽第45页/共93页47大型哺乳动物、鸟类、昆虫等迁移第46页/共93页48潜叶蛾瘿蚊红蜡蚧第47页/共93页49第48页/共93页50第49页/共93页51第50页/共93页52n生物污染监测就是应用各种检测

19、手段测定生物体生物污染监测就是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。内的有害物质，以便及时掌握被污染的程度。n生物污染监测的步骤：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第51页/共93页53氟化物、农药等氟化物、农药等污染物污染物第52页/共93页54植株部位放射性计数（脉冲/minlg干样）含 镉 量（g/lg干样）（%）%地上部位叶、叶鞘茎 杆穗 轴穗 壳糙 米1483754437350.671.700.200.160.153.59.01.10.80.815.2根系部分354016.1284.484.8表6.4 成熟期水稻各部位中的含镉

20、量品 种叶 片根茎果 实番 茄茄 子黄 瓜菜 豆菠 菜青萝卜胡萝卜14910711016457.034.063.032.031.050.018.73.82.419.59.033.07.32.53.83.617.0表6.5 氟污染区蔬菜不同部位的含氟量第53页/共93页55表表6.6 农药在稻谷中的蓄积情况农药在稻谷中的蓄积情况农 药糠（%）米（%）农 药糠（%）米（%）PP-DDT六六六马拉硫磷704087306013苯硫磷乙拌磷倍硫磷80659420356表表6.7 农药在水果中的蓄积情况农药在水果中的蓄积情况农 药品种果皮（%）果肉（%）农 药品种果皮（%）果肉（%）PP-DDT西维因敌菌

21、丹倍硫磷苹果苹果苹果桃97229770378330异狄氏剂杀螟松乐果柿子葡萄桔子9698854215第54页/共93页56呼吸道消化道皮肤吸收图6.15 动物对污染物的吸收方式第55页/共93页57第56页/共93页58 (3) 采样方法：在每个采样小区内的采样点上分采样方法：在每个采样小区内的采样点上分别采集别采集510处植株的根、茎、叶、果实等，将同部处植株的根、茎、叶、果实等，将同部位样混合，组成一个混合样；采集样品量要能满足位样混合，组成一个混合样；采集样品量要能满足需要，一般经制备后，至少有需要，一般经制备后，至少有20g50g干重样品。干重样品。图6.16 采样点布设方法第57页/

22、共93页59第58页/共93页60第59页/共93页61鲫鱼鲫鱼短吻舌短吻舌鳎鳎 三角鲂三角鲂黄颡鱼黄颡鱼刀鲚刀鲚鲳条鱼鲳条鱼鲻鱼鲻鱼白条鱼白条鱼蒙古红鲌蒙古红鲌花滑花滑翘嘴红鲌翘嘴红鲌鲶鱼鲶鱼第60页/共93页62沙塘鳢沙塘鳢红耆鲌逆鱼逆鱼赤眼鳟赤眼鳟鲈鲈鱼鱼鲢鱼鲢鱼鲤鱼鲤鱼第61页/共93页63ABCDEFGHIJ020406080100120140 concentration, ng/g wwfish species HCH DDT OCP144 ng/g ww 钱塘江下游鱼类钱塘江下游鱼类OCP 浓度浓度A刀鱼刀鱼 B鲻鱼鲻鱼 C翘嘴红鲌翘嘴红鲌 D短短吻舌鳎吻舌鳎 E黄颡黄颡 F鳊鱼

23、鳊鱼 G鲫鱼鲫鱼 H鲤鱼鲤鱼 I鲢鱼鲢鱼 J鲈鱼鲈鱼KLMNOPQR010203040 concentration, ng/g wwfish species HCH DDT OCP 钱塘江中游鱼类钱塘江中游鱼类OCP 浓浓度度K蒙古红鲌蒙古红鲌 L花滑花滑 M鲇鱼鲇鱼 N逆鱼逆鱼 O红鳍鲌红鳍鲌 P沙塘鳢沙塘鳢 Q赤眼鳟赤眼鳟 R青梢红鲌青梢红鲌第62页/共93页64 钱塘江不同食性的鱼类钱塘江不同食性的鱼类OCP 浓度浓度DDT/DDE1:DDT有新输入第63页/共93页65 钱塘江鱼类各器官的钱塘江鱼类各器官的OCP浓度浓度A鲤鱼鲤鱼 B鲈鱼鲈鱼 C鳊鱼鳊鱼 D鲢鱼鲢鱼 f1肌肉肌肉 f2

24、肝胰脏肝胰脏 f3肾脏肾脏 f4脑脑 f5脾脏脾脏 f6鳃鳃 f7心脏心脏 f8卵巢卵巢f1f2f3f4f5f6f7f8050100150200250300350 A B C Dconcentrationfish organ鲤鱼鲈鱼三角鲂鲢鱼鱼的内脏器官的OCP显著高于肌肉组织脑 292 ng/g ww第64页/共93页66234567234567 Log fish/water BCFLog Kow fish D y = 0.53x +1.28, R=0.68DDE BCF 与与Kow的的相关性相关性短吻舌鳎短吻舌鳎234567012345 log fish/sediment BCFlog K

25、owfish D y =0.41x -0.56, r=0.67DDEB第65页/共93页67秀丽白秀丽白虾虾中华绒螯蟹中华绒螯蟹 采集的钱塘江虾、蟹、贝与植物采集的钱塘江虾、蟹、贝与植物风眼莲采集贝类采集贝类-黄黄蚬蚬第66页/共93页68A B A B A B C A BC A B C D A B A B0102030405060708090100shellfishHZWYFYFCJMCLXJH ng/g wwHCH DDT OCP钱塘江贝类钱塘江贝类OCP的浓度水平的浓度水平A 河蚬B 梨形环棱螺C 中华圆田螺D 黄色蚶形无齿蚌16.9-78.6 ng/gDDTHCHother OCP第6

26、7页/共93页69234567234567 A logBCFlogKowDDEshellfish A in HZ y=0.37 x+ 2.66 R=0.76 p=0.00267234567234567 BlogBCFlogKowDDEshellfish B in HZy=0.298x+3.44 R=0.80 p=0.00123BCF 与与Kow相关性相关性钱塘江贝类钱塘江贝类第68页/共93页70 钱塘江各种水生生物钱塘江各种水生生物OCP浓度浓度第69页/共93页71液-液萃取法蒸馏法层析法：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蒸馏

27、法K-D浓缩器蒸发法等第70页/共93页72图6.17 高频电场激发灰化装置图6.18 氧瓶燃烧灰化装置第71页/共93页73图6.20 实验室用搅拌球磨机第72页/共93页74表表6.8 硅酸镁乙醚石油醚层析体系分离农药硅酸镁乙醚石油醚层析体系分离农药吸附剂淋洗溶液能分离出来的农药硅酸镁6%乙醚-石油醚艾氏剂、六六六各种异构体、p,p-DDT、 o,p-DDT、p,p-DDD、p,p-DDE、七氯、多氯联苯等硅酸镁15%乙醚-石油醚狄氏剂、异狄氏剂、地亚农、杀螟硫磷、对硫磷、苯硫磷等硅酸镁50%乙醚-石油醚强碱农药，马拉硫磷等第73页/共93页75第74页/共93页76第75页/共93页77

28、n 生态监测不同于环境监测。生态监测不同于环境监测。生态监测是指预先制生态监测是指预先制定的计划和用可比的方法，在一个区域范围内对定的计划和用可比的方法，在一个区域范围内对各生态系统变化情况以及每个生态系统内一个或各生态系统变化情况以及每个生态系统内一个或多个环境要素或指标进行连续观测的过程。多个环境要素或指标进行连续观测的过程。 生态监测是一个动态的连续观察、测试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、，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

29、间。几十年或更长一段时间。第76页/共93页78第77页/共93页79第78页/共93页80第79页/共93页81（四）生态监测指标选择（四）生态监测指标选择n自然指标：自然景观、自然状况、自然因素自然指标：自然景观、自然状况、自然因素n人为指标：人文景观、人为因素人为指标：人文景观、人为因素n一般性监测指标：重点生态监测指标、常规生一般性监测指标：重点生态监测指标、常规生态监测指标态监测指标n应急监测指标：自然力和人为因素造成的紧急应急监测指标：自然力和人为因素造成的紧急生态问题监测生态问题监测第80页/共93页82第81页/共93页83（一）监测方案的编制：（1）监测目的；（2）监测的方法

30、及使用设备；（3）监测场地描述：土壤类型、植被、海拔、经纬度、面积；（4）监测频度；（5）监测起止时间、周期；（6）数据的整理：观测数据、实验分析数据、统计数据、文字数据、图形数据、图像数据，编制生态监测项目报表；（7）监测人员及监测要求。第82页/共93页84图6.21 热岛现象研究遥感图图6.22 大兴安岭火灾遥感图第83页/共93页85图6.23 非洲地理图像图图6.24 某地地理信息图第84页/共93页86第85页/共93页87第86页/共93页88表表6.9 陆生生态系统监测指标陆生生态系统监测指标要素常规指标选择指标气象气温；湿度；风向；风速；降水量及分布；蒸发量；地面及浅层地温；

31、日照时数大气干、湿沉降物及其化学组成；林间CO2浓度（森林）水文地表径流量；径流水化学组成：酸度、碱度、总磷、总氮及NO2-、NO3-、农药（农田）；径流水总悬浮物；地下水位；泥沙颗粒组成及流失量；泥沙化学成分：有机质、全氮、全磷、全钾及重金属、农药（农田）附近河流水质；附近河流泥沙流失量；农田灌水量、入渗量和蒸发量（农田）土壤有机质；养分含量：全氮、全磷、全钾、速效磷、速效钾；pH值；交换性酸及其组成；交换性盐基及其组成；阳离子交换量；颗粒组成及团粒结构；容重；含水量CO2释放量（稻田测CH4）；农药残留量、重金属残留量、盐分总量、水田氧化还的电位、化肥和有机肥施用量及化学组成（农田）；元素背景值；生命元素含量；沙丘动态（荒漠）植物种类及组成；种群密度；现存生物量；凋落物量及分解率；地上部分生产量；不同器官的化学组成：粗灰分、氮、磷、钾、钠、有机碳、水分和光能的收支可食部分农药、重金属、NO2-和NO3-含量（农田）；可食部分粗蛋白、粗脂肪含量动物动物种类及种群密度；土壤动物生物量；热值；能量和物质的收支；化学成分：灰分、蛋白质、脂肪、全磷、钾、钠、钙、镁体内农药、重金属残留量（农田）微生物种类及种群密度；生物量；热值土壤酶类型；土壤呼吸强度；土壤固氮作用第87页/共93页89表表6-13 水生