生物监测技术探讨

1、生生物物监监测测技技术术探探讨讨目录目录生物监测简介生物监测简介生物监测的特点生物监测的特点生物监测类型生物监测类型 生物监测技术和方法生物监测技术和方法 4123目前开展的工作和存在的问题目前开展的工作和存在的问题5一、生物监测简介一、生物监测简介 环境监测环境监测以环境中生态系统的以环境中生态系统的各项指标为监测对象各项指标为监测对象生态监测生态监测主要以生物为监主要以生物为监测对象测对象生物监测生物监测主要监测对象为环境主要监测对象为环境的各项化学指标的各项化学指标化学监测化学监测主要监测对象为环境主要监测对象为环境的各项物理指标的各项物理指标物理监测物理监测一、生物监测简介一、生物监测

2、简介生物监测生物监测 1. 1.定义一：定义一： 利用生物个体、种群或群落对环境污染利用生物个体、种群或群落对环境污染或变化所产生的反应进行定期、定点分析或变化所产生的反应进行定期、定点分析与测定以阐明环境污染状况的环境监测方与测定以阐明环境污染状况的环境监测方法。法。 2. 2.定义二：定义二： 利用水生生物个体、种群或群落对水体利用水生生物个体、种群或群落对水体污染或变化所产生的反应来判断水体污染污染或变化所产生的反应来判断水体污染状况的一种水体污染监测方法。状况的一种水体污染监测方法。 3.生物监测发展现状生物监测发展现状 生物监测工作是生物监测工作是20世纪初在一些国家开世纪初在一些国

3、家开展起来的。展起来的。1977年美国试验和材料学会年美国试验和材料学会(ASTM)出版了出版了水和废水质量的生物监测水和废水质量的生物监测会议论文集会议论文集，内容包括利用各类水生生物，内容包括利用各类水生生物进行监测和生物测试技术，概括了这方面的进行监测和生物测试技术，概括了这方面的成就和进展。成就和进展。一、生物监测简介一、生物监测简介 中国近年来在环境污染调查中，也开展了中国近年来在环境污染调查中，也开展了生物监测工作，例如对北京官厅水库、湖北鸭生物监测工作，例如对北京官厅水库、湖北鸭儿湖、辽宁浑河等水体的生物监测，利用鱼血儿湖、辽宁浑河等水体的生物监测，利用鱼血酶活力的变化反映水体污

4、染，用底栖动物监测酶活力的变化反映水体污染，用底栖动物监测农药污染等，都取得一定成果。在利用植物监农药污染等，都取得一定成果。在利用植物监测大气污染方面，也进行了大量研究。测大气污染方面，也进行了大量研究。 生物监测是环境监测的重要组成部分，为生物监测是环境监测的重要组成部分，为环境影响评价提供技术支持。环境影响评价提供技术支持。一、生物监测简介一、生物监测简介二、生物监测的特点二、生物监测的特点 生物监测能反应各种污染物的综合生物监测能反应各种污染物的综合影响，具有直观、客观、综合和历史可影响，具有直观、客观、综合和历史可溯源性的特点；理化监测是定期采样，溯源性的特点；理化监测是定期采样，结

5、果不能反映采样前、后的情况，而生结果不能反映采样前、后的情况，而生态系统中生物汇集了整个生长期环境因态系统中生物汇集了整个生长期环境因素改变的情况。素改变的情况。 二、生物监测的特点二、生物监测的特点 环境中的污染因素是相当复杂的，混合环境中的污染因素是相当复杂的，混合成分之间的相互作用使得环境中污染物对生成分之间的相互作用使得环境中污染物对生物的影响大相径庭，难以预测。孤立检测各物的影响大相径庭，难以预测。孤立检测各种污染物对反应毒性的意义不是很大。复合种污染物对反应毒性的意义不是很大。复合污染物的毒性及其对生物的影响不是个别因污染物的毒性及其对生物的影响不是个别因素的简单加合，因此单纯的物

6、理、化学分析素的简单加合，因此单纯的物理、化学分析不能说明问题，只有通过生物监测才能真正不能说明问题，只有通过生物监测才能真正反映综合效应的结果。反映综合效应的结果。二、生物监测的特点二、生物监测的特点（二）连续性（二）连续性 环境污染是变化和连续的。一般物理、环境污染是变化和连续的。一般物理、化学监测手段相对只能反映取样前后环境的化学监测手段相对只能反映取样前后环境的情况，而生物监测能更为全面地了解污染物情况，而生物监测能更为全面地了解污染物对环境造成的长期效应。对环境造成的长期效应。二、生物监测的特点二、生物监测的特点（三）敏感性（三）敏感性 某些生物对特定的污染物的敏感程度是某些生物对特

7、定的污染物的敏感程度是现代精密仪器也难以实现的。现代精密仪器也难以实现的。 鱼类：鱼类：10-610-5mg/L的有机磷能抑制的有机磷能抑制鱼类脑中的乙酰胆碱酯酶的活性，使鱼类鱼类脑中的乙酰胆碱酯酶的活性，使鱼类出现中毒现象。出现中毒现象。 某些植物在某些植物在0.3ml/m3的含二氧化硫空气的含二氧化硫空气中就会出现受害症状。中就会出现受害症状。 二、生物监测的特点二、生物监测的特点v生物富集作用、生物积累和生物放大生物富集作用、生物积累和生物放大鱼鹰体内含量为鱼鹰体内含量为2.510-5大鱼体内含量为大鱼体内含量为210-6小鱼体内含量为小鱼体内含量为510-7浮游动物体内含量为浮游动物体

8、内含量为410-8水中水中DDT的含量仅为的含量仅为310-12二、生物监测的特点二、生物监测的特点（四）直观性（四）直观性 利用常见生物种类可以判别生态系统的健利用常见生物种类可以判别生态系统的健康，使监测手段更为直观、为民众能信服。康，使监测手段更为直观、为民众能信服。 健康河流的生物学观点：有大型食草或食健康河流的生物学观点：有大型食草或食肉型鱼类长期生存，能正常繁殖。肉型鱼类长期生存，能正常繁殖。 二、生物监测的特点二、生物监测的特点 可以确切反映污染因子可以确切反映污染因子对人和生物的危害及环境对人和生物的危害及环境污染的综合影响；早期诊污染的综合影响；早期诊断作用；富集作用。断作用

9、；富集作用。专一性差；测量困难、专一性差；测量困难、费时；动物管理不方便；费时；动物管理不方便；利用植物作为监测对象利用植物作为监测对象应用比较广。应用比较广。优势优势局限性局限性生物监测的优势与局限生物监测的优势与局限三、生物监测的类型三、生物监测的类型根据监测对象可分为以下几类：根据监测对象可分为以下几类： 水环境污染生物监测水环境污染生物监测 大气环境污染生物监测大气环境污染生物监测 土壤环境污染生物监测土壤环境污染生物监测三、生物监测的类型三、生物监测的类型（一）一） 水环境污染生物监测水环境污染生物监测 1. 进行水环境生物监测的目的进行水环境生物监测的目的 对水环境进行生物监测的主

10、要目的是了解对水环境进行生物监测的主要目的是了解污染对水生生物的危害状况，判别和测定水体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。水环境生态系统保持平衡提供依据。三、生物监测的类型三、生物监测的类型2. 水环境污染指示生物水环境污染指示生物 水环境污染指示生物是指能对水体中污染水环境污染指示生物是指能对水体中污染物产生各种定性、定量反应的生物，如浮游生物物产生各种定性、定量反应的生物，如浮游生物、着生生物、底栖生物、鱼类和微生物等。、着生生物、底栖生物、鱼类和微生物等。三、生物监测的类

11、型三、生物监测的类型3.水环境生物监测方法水环境生物监测方法 生物群落监测法生物群落监测法 生物测试法生物测试法 细菌学检验法细菌学检验法三、生物监测的类型三、生物监测的类型（二）二） 大气环境污染生物监测大气环境污染生物监测 大气环境中污染物多种多样，有些可以利大气环境中污染物多种多样，有些可以利用指示植物或者指示动物监测，直接反映其危用指示植物或者指示动物监测，直接反映其危害和对空气的污染程度。由于动物的管理比较害和对空气的污染程度。由于动物的管理比较困难，目前尚未形成一套完整的监测方法。而困难，目前尚未形成一套完整的监测方法。而植物分布范围广、容易管理，有不少植物品种植物分布范围广、容易

12、管理，有不少植物品种分别对不通空气污染物反应很敏感，在污染物分别对不通空气污染物反应很敏感，在污染物达到人和动物受害浓度之前就能显示受害症状达到人和动物受害浓度之前就能显示受害症状。故而大气环境污染生物监测中常用植物指示。故而大气环境污染生物监测中常用植物指示法。法。三、生物监测的类型三、生物监测的类型1. 大气污染的生物监测方法：大气污染的生物监测方法：（1）植物指示法）植物指示法（2）大气污染植被调查法）大气污染植被调查法（3）植物群落监测法）植物群落监测法（4）污染指数法）污染指数法（5）大气污染的细菌总数测定法）大气污染的细菌总数测定法（6）地衣、苔藓监测法）地衣、苔藓监测法（7）紫露

13、草微核监测法）紫露草微核监测法（8）大气污染的综合生态指标法）大气污染的综合生态指标法三、生物监测的类型三、生物监测的类型大气污染的细菌总数测定法大气污染的细菌总数测定法利用微生物监测利用微生物监测 空气中微生物区系组成及数量变化空气中微生物区系组成及数量变化与空气污染有密切关系，可用于监测空与空气污染有密切关系，可用于监测空气质量。气质量。 监测指标主要为空气中的细菌总数监测指标主要为空气中的细菌总数三、生物监测的类型三、生物监测的类型大气污染的细菌总数测定法大气污染的细菌总数测定法a.降平皿法降平皿法 b.收管法收管法 c.撞击平皿法撞击平皿法 d.滤膜法滤膜法 三、生物监测的类型三、生物

14、监测的类型（三）三） 土壤生物监测土壤生物监测土壤生物监测指标土壤生物监测指标 土壤微生物量、生物多样性、土壤呼吸及其土壤微生物量、生物多样性、土壤呼吸及其衍生指数、微生物群落结构及功能、土壤酶，微衍生指数、微生物群落结构及功能、土壤酶，微动物区系和植物生长等均可看做有潜力的生物指动物区系和植物生长等均可看做有潜力的生物指标。标。 土壤微生物是土壤生物区系中关键的功能要土壤微生物是土壤生物区系中关键的功能要素，对土壤微生物评估可以综合反映土壤的生物素，对土壤微生物评估可以综合反映土壤的生物学质量。学质量。三、生物监测的类型三、生物监测的类型按照指示生物可分为以下三类按照指示生物可分为以下三类

15、植物指示法植物指示法 动物指示法动物指示法 微生物指示法微生物指示法三、生物监测的类型三、生物监测的类型（一）生物对污染物的吸收方式（一）生物对污染物的吸收方式 分为表面附着和生物吸收两种方式。分为表面附着和生物吸收两种方式。 （1）表面附着：污染物附着在生物表面的现象）表面附着：污染物附着在生物表面的现象 （2）生物吸）生物吸收：大气、收：大气、水体和土壤水体和土壤中的污染物，中的污染物，可经生物体可经生物体各器官的主各器官的主动吸收和被动吸收和被动吸收进入动吸收进入生物体生物体植物吸收：大气中的气体污染物，可以通植物吸收：大气中的气体污染物，可以通 过植物页面的气孔吸收，经细过植物页面的气

16、孔吸收，经细 胞间隙抵达导管，而后运转至胞间隙抵达导管，而后运转至 其他部位其他部位动物吸收：环境中的污染物质，可以通过动物吸收：环境中的污染物质，可以通过 呼吸道、消化道和皮肤吸收等呼吸道、消化道和皮肤吸收等 途径进入动物肌体途径进入动物肌体三、生物监测的类型三、生物监测的类型（二）植物指示法（二）植物指示法 污染物在植物体内的分布污染物在植物体内的分布 污染物被植物吸收后，在植物体内各部位污染物被植物吸收后，在植物体内各部位的分布规律与吸收污染物的途径、植物品种、的分布规律与吸收污染物的途径、植物品种、污染物的性质等因素有关。污染物的性质等因素有关。 从土壤和水中吸收污染物的植物，一般分从

17、土壤和水中吸收污染物的植物，一般分布规律和残留量的顺序是：布规律和残留量的顺序是： 根茎叶穗壳种子根茎叶穗壳种子三、生物监测的类型三、生物监测的类型根据植物生长环境不同可分为：根据植物生长环境不同可分为： a.水生植物：主要应用于水环境污染水生植物：主要应用于水环境污染生物监测生物监测 b.地面植物：主要用于空气环境污染地面植物：主要用于空气环境污染生物监测生物监测三、生物监测的类型三、生物监测的类型1.大气污染的植物指示法：大气污染的植物指示法： 在生物体系中，植物更易遭受大气在生物体系中，植物更易遭受大气污染的伤害，其原因为：植物能以庞大污染的伤害，其原因为：植物能以庞大的叶面积与空气接触

18、，进行活跃的气体的叶面积与空气接触，进行活跃的气体交换；植物缺乏动物的循环系统来缓冲交换；植物缺乏动物的循环系统来缓冲外界的影响；植物固定生长的特点使其外界的影响；植物固定生长的特点使其无法避开污染物的伤害。无法避开污染物的伤害。三、生物监测的类型三、生物监测的类型2.常用的大气污染指示植物有以下类型：常用的大气污染指示植物有以下类型： (1)二氧化硫污染指示植物二氧化硫污染指示植物 (2)氟化物污染指示植物氟化物污染指示植物 (3)臭氧污染指示植物臭氧污染指示植物 (4)过氧乙酰硝酸酯污染指示植物过氧乙酰硝酸酯污染指示植物 (5)乙烯污染指示植物乙烯污染指示植物 (6)氯气污染指示植物氯气污

19、染指示植物 (7)二氧化氮污染指示植物二氧化氮污染指示植物 三、生物监测的类型三、生物监测的类型以二氧化硫为例：以二氧化硫为例： 常用的指示植物有：常用的有地衣、苔藓、常用的指示植物有：常用的有地衣、苔藓、紫花苜蓿、荞麦、金荞麦、芝麻、向日葵、大马紫花苜蓿、荞麦、金荞麦、芝麻、向日葵、大马蓼、土荆芥、藜、曼陀罗、落叶松、美洲五针松蓼、土荆芥、藜、曼陀罗、落叶松、美洲五针松、马尾松、枫杨、加拿大白杨、杜仲、水杉、雪、马尾松、枫杨、加拿大白杨、杜仲、水杉、雪松（幼嫩叶）、胡萝卜、葱、菠菜、莴苣、南瓜松（幼嫩叶）、胡萝卜、葱、菠菜、莴苣、南瓜等。等。 三、生物监测的类型三、生物监测的类型三、生物监测

20、的类型三、生物监测的类型三、生物监测的类型三、生物监测的类型三、生物监测的类型三、生物监测的类型以氟化物为例以氟化物为例 污染指示植物：常用的有唐菖蒲、郁金香、金污染指示植物：常用的有唐菖蒲、郁金香、金荞麦、杏、葡萄、小苍兰、金钱草、玉簪、梅、荞麦、杏、葡萄、小苍兰、金钱草、玉簪、梅、紫荆、雪松紫荆、雪松(幼嫩叶幼嫩叶)、落叶松、美洲五针松、欧、落叶松、美洲五针松、欧洲赤松等。洲赤松等。 三、生物监测的类型三、生物监测的类型三、生物监测的类型三、生物监测的类型三、生物监测的类型三、生物监测的类型（三）三） 动动物指示法物指示法动物吸收动物吸收污染物质污染物质后，主要后，主要通过血液通过血液和淋

21、巴系和淋巴系统传输到统传输到全身各组全身各组织，进而织，进而发生危害发生危害NoImage污染物在污染物在动物体内动物体内的分布的分布四、生物监测技术与方法四、生物监测技术与方法生物监测的方法有以下几类：生物监测的方法有以下几类： （一）生态（群落生态和个体生态）监测（一）生态（群落生态和个体生态）监测 （二）生物测试（毒性测定、致突变测定）（二）生物测试（毒性测定、致突变测定） （三）生物的生理、生化指标测定（三）生物的生理、生化指标测定 （四）生物体内污染物残留量测定（四）生物体内污染物残留量测定四、生物监测技术与方法四、生物监测技术与方法（一）生物群落监测（一）生物群落监测 1.生物群落

22、监测中的对象：生物群落监测中的对象：污染指示污染指示生物生物浮游生物浮游生物浮游生物浮游生物（原生动物、轮虫、指教动物类和挠足类）浮游生物浮游生物藻类藻类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底栖动物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鱼类微生物微生物四、生物监测技术与方法四、生物监测技术与方法2.生物群落监测方法生物群落监测方法（1）生物指数监测法（贝克生物指数、贝壳生物指数监测法（贝克生物指数、贝壳-津田生物指数、生物种类多样性指数、硅藻生津田生物指数、生物种类多样性指数、硅藻生物指数）物指数）（2）污水生物系统法污水

23、生物系统法（3）PFU微型生物群落监测法（简称微型生物群落监测法（简称PFU法）法）四、生物监测技术与方法四、生物监测技术与方法 生物测试、生物的生理、生化指标测定、生物测试、生物的生理、生化指标测定、生物体内污染物残留量测定都要求对动植物样生物体内污染物残留量测定都要求对动植物样品的生理指标作进一步的测定，因此要对样品品的生理指标作进一步的测定，因此要对样品的采集和预处理做一些要求。的采集和预处理做一些要求。四、生物监测技术与方法四、生物监测技术与方法（二）（二） 生物样品的采集和制备生物样品的采集和制备 1.植物样品的采集和制备植物样品的采集和制备 a.植物样品的采集植物样品的采集 （1）

24、对样品的要求：采集的植物样品要具）对样品的要求：采集的植物样品要具有代表性、典型性和适时性。有代表性、典型性和适时性。 （2）布点方法：在划分好的采样小区内，）布点方法：在划分好的采样小区内，常采用梅花形布点法或交叉间隔布点法确定代常采用梅花形布点法或交叉间隔布点法确定代表性的植株。表性的植株。四、生物监测技术与方法四、生物监测技术与方法 （3）采样方法：在每个采样小区内的采样）采样方法：在每个采样小区内的采样点上分别采集点上分别采集5至至10处植株的根、茎、叶、果处植株的根、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需要，一般经

25、制备后，至少集样品量要能满足需要，一般经制备后，至少有有20至至50g干重样品。干重样品。四、生物监测技术与方法四、生物监测技术与方法b. 植物样品的制备植物样品的制备 （1）鲜样的制备步骤）鲜样的制备步骤样品洗净样品洗净晾干或拭干晾干或拭干捣碎机捣碎捣碎机捣碎研磨研磨 （2）干样的制备）干样的制备风干或烘干风干或烘干磨碎磨碎过筛过筛保存保存c. 分析结果表示方法分析结果表示方法 常以干重为基础表示（常以干重为基础表示（mg/kg），但含水），但含水量高的蔬菜、水果等，以鲜重表示计算结果为量高的蔬菜、水果等，以鲜重表示计算结果为好。好。四、生物监测技术与方法四、生物监测技术与方法2.动物样品的

26、采集和制备动物样品的采集和制备 a.动物样品的采集动物样品的采集 动物的尿液、血液、唾液、胃液、乳液、动物的尿液、血液、唾液、胃液、乳液、粪便、毛发、指甲、骨骼和组织等均可作为检粪便、毛发、指甲、骨骼和组织等均可作为检验样品。验样品。四、生物监测技术与方法四、生物监测技术与方法b.动物样品的预处理动物样品的预处理 （1）消解和灰化）消解和灰化 （2）提取、分离和浓缩）提取、分离和浓缩 提取方法：震荡浸取法、组织捣碎提取法、提取方法：震荡浸取法、组织捣碎提取法、脂肪提取器提取、直接球磨提取法脂肪提取器提取、直接球磨提取法 分离方法：液分离方法：液-液萃取法、蒸馏法、层析法、液萃取法、蒸馏法、层析

27、法、磺化法和皂化法、气提法和液上空间法、低温冷磺化法和皂化法、气提法和液上空间法、低温冷冻法冻法 （3）浓缩方法：蒸馏法、）浓缩方法：蒸馏法、K-D浓缩器、蒸发法浓缩器、蒸发法等等四、生物监测技术与方法四、生物监测技术与方法（三）（三） 污染物的测定污染物的测定 经过处理后的动植物样品要做进一步经过处理后的动植物样品要做进一步的分析测定。监测项目有汞、铬、铅、铜的分析测定。监测项目有汞、铬、铅、铜、镉、砷、氟等无机化合物和农药、芳香、镉、砷、氟等无机化合物和农药、芳香烃、激素等有机化合物。测定方法主要有烃、激素等有机化合物。测定方法主要有分光光度法、原子吸收光谱法、荧光分光分光光度法、原子吸收

28、光谱法、荧光分光光度法、色谱法、质谱法和联机法等。光度法、色谱法、质谱法和联机法等。四、生物监测技术与方法四、生物监测技术与方法污染物的测定污染物的测定 a.粮食作物中有害金属元素的测定粮食作物中有害金属元素的测定 b.水果、蔬菜和谷类中有机磷农药的测定水果、蔬菜和谷类中有机磷农药的测定 c.鱼组织中有机汞和无机汞的测定鱼组织中有机汞和无机汞的测定五、目前开展的工作和存在的问题五、目前开展的工作和存在的问题 去年环保站承担了去年环保站承担了普光气田生物、土壤监普光气田生物、土壤监测与评价方法研究测与评价方法研究 项目。由于以前对生物监项目。由于以前对生物监测方面的工作研究比较少，去年七月份，站

29、上测方面的工作研究比较少，去年七月份，站上专门组织了参与项目的人员去四川农业大学进专门组织了参与项目的人员去四川农业大学进行学习培训。行学习培训。 回来后又做了一系列的试验和前期准备工回来后又做了一系列的试验和前期准备工作，例如：熏气设备的设计、调整和优化，选作，例如：熏气设备的设计、调整和优化，选择合适的植物生理指标，在环保站进行简单的择合适的植物生理指标，在环保站进行简单的熏气实验等。熏气实验等。 五、目前开展的工作和存在的问题五、目前开展的工作和存在的问题 分别在分别在2011年年12月至月至2012年年元元月和月和2012年年3月月至至4月对普光气田常见农作物月对普光气田常见农作物油菜进行了两期油菜进行了两期二氧化硫熏气实验，之后对油菜的一些生理指标二氧化硫熏气实验，之后对油菜的一些生理指标进行了室内的分析监测。进行了室内的分析监测。 两期试验中取得植物、土壤样品数据两期试验中取得植物、土壤样品数据1400多个多个和大量胁迫症状标本比对照片和大量胁迫症状标本比对照片 。对数据整理分析。对数据整理分析