环境生态学教学课件：环境生态监测技术

1、环境生态监测环境生态监测生态监测的内容和特点生态监测的内容和特点生态监测的方法生态监测的方法生态监测的考量标准和实例生态监测的考量标准和实例Contents我国生态监测的发展趋势和对策我国生态监测的发展趋势和对策一一.生态监测的内容和特点生态监测的内容和特点 环境监测环境监测(environmental monitoring): 研究和监测环境质量。其手段有化学、物理学、生物研究和监测环境质量。其手段有化学、物理学、生物学、生态学、地球物理、地球化学等，因此其内容有学、生态学、地球物理、地球化学等，因此其内容有化学监测、物理监测、生物监测、生态监测、地球物化学监测、物理监测、生物监测、生态监测

2、、地球物理化学监测等。理化学监测等。 生态监测生态监测(ecological monitoring): 采用生态学的各种方法和手段，从不同尺度上对各类采用生态学的各种方法和手段，从不同尺度上对各类生态系统结构和功能的失控格局的度量，主要通过监生态系统结构和功能的失控格局的度量，主要通过监测生态系统条件、条件变化、对环境压力的反映及其测生态系统条件、条件变化、对环境压力的反映及其趋势而获得。趋势而获得。概概 念念 美国环保局美国环保局 中国学者中国学者将生态监测解释为自然生态系将生态监测解释为自然生态系统的变化及其原因的监测，内统的变化及其原因的监测，内容主要是人类活动对自然生态容主要是人类活动

3、对自然生态机构和功能的影响及改变。机构和功能的影响及改变。生态监测就是运用可比的方法，在生态监测就是运用可比的方法，在时间和空间上对特定区域范围内生时间和空间上对特定区域范围内生态系统或生态系统组合体的类型、态系统或生态系统组合体的类型、结构和功能及其组合要素进行系结构和功能及其组合要素进行系统地测定和观察的过程，监测的结统地测定和观察的过程，监测的结果则用于评价和预测人类活动对生果则用于评价和预测人类活动对生态系统的影响，为合理利用资源、态系统的影响，为合理利用资源、改善生态环境和自然保护提供决策改善生态环境和自然保护提供决策依据依据概念比较概念比较 中国学者从方法、原理、目的、手段、意义上

4、做了中国学者从方法、原理、目的、手段、意义上做了更全面的阐述更全面的阐述生态检测是本世纪中叶发展起来的，其标志生态检测是本世纪中叶发展起来的，其标志是科尔威茨和马森提出的污水生物系统，为是科尔威茨和马森提出的污水生物系统，为运用指示生物评价污染水体自净状况奠定了运用指示生物评价污染水体自净状况奠定了基础。基础。生态监测的发展生态监测的发展其后，可列门茨把植物作为高效的测定仪其后，可列门茨把植物作为高效的测定仪器，积极提倡植物监测器。器，积极提倡植物监测器。2020世纪世纪5050年代后，经许多学者的深入研究，到年代后，经许多学者的深入研究，到7070年代后使生态监测成为活跃的研究领域，并年代后

5、使生态监测成为活跃的研究领域，并在理论监测方法上更丰富，在环境监测中占特在理论监测方法上更丰富，在环境监测中占特殊的地位。殊的地位。我国生态监测的现状我国生态监测的现状我国在海洋、农业方面的生态研究中制定了我国在海洋、农业方面的生态研究中制定了比较具体的规范，但在其他方面尚无统一标准比较具体的规范，但在其他方面尚无统一标准我国已经越来越重视生态环境监测，但生态监我国已经越来越重视生态环境监测，但生态监测覆盖范围较小，属于微观监测范畴测覆盖范围较小，属于微观监测范畴从国内已有工作来看，许多现代化的技术和手从国内已有工作来看，许多现代化的技术和手段，还没有在生态监测中发挥作用。多数工作段，还没有在

6、生态监测中发挥作用。多数工作尚属研究性质，环境监测意义上的常规生态监尚属研究性质，环境监测意义上的常规生态监测工作尚在起步和酝酿中，亟待开发和实施测工作尚在起步和酝酿中，亟待开发和实施生态监测的生态监测的CNKICNKI检索趋势检索趋势热点年份生态监测的相热点年份生态监测的相关高频被引文章关高频被引文章 生态检测指标选择一般生态检测指标选择一般过程探讨过程探讨 张建辉，吴忠勇，王文杰，李雪 被引次数 8 次 我国生态监测的研究进我国生态监测的研究进展展罗泽娇,程胜高 被引次数 11 次热点月份高频浏览文章热点月份高频浏览文章 遥感及遥感及GISGIS技术在天津滨技术在天津滨海新区生态监测中的应

7、海新区生态监测中的应用用2006年9月：知网节浏览次数 34 次卫星遥感技术在红树林卫星遥感技术在红树林生态监测与研究中的应生态监测与研究中的应用进展用进展2006年11月：知网节浏览次数 72 次生态监测对象生态监测对象农田农田草原草原森林森林荒漠荒漠湖泊湖泊海洋海洋生生态态监监测测生态监测类型生态监测类型宏观宏观微观微观干扰性干扰性污染性污染性治理性治理性概念：对区域范围内生态系统的组合方概念：对区域范围内生态系统的组合方式、镶嵌特征、动态变化和时空分布式、镶嵌特征、动态变化和时空分布格局及其在人类活动影响下的变化进格局及其在人类活动影响下的变化进行观测和测定。行观测和测定。手段：手段：R

8、S、GIS和生态图技术和生态图技术范围：区域生态，可大至全球范围：区域生态，可大至全球对人类活动产生的干扰的监测对人类活动产生的干扰的监测对人类排放的有毒有害物质随对人类排放的有毒有害物质随食物链的富集对生态系统造食物链的富集对生态系统造成影响的监测成影响的监测对易遭受破坏的生态系统在人对易遭受破坏的生态系统在人类治理后生态平衡恢复状况类治理后生态平衡恢复状况的监测的监测 综合性综合性 生态监测是一门涉及多学科的交叉领域。涉及到农、生态监测是一门涉及多学科的交叉领域。涉及到农、林、牧、副、渔等各种生产行业林、牧、副、渔等各种生产行业 长期性长期性 自然界中生态过程的变化十分缓慢，而且生态系统具

9、自然界中生态过程的变化十分缓慢，而且生态系统具 有自我调控功能，短期监测往往不能说明问题。有自我调控功能，短期监测往往不能说明问题。 复杂性复杂性 生态系统是一个庞大的动态系统，生态监测要区分自生态系统是一个庞大的动态系统，生态监测要区分自然因素和认为干扰两种因素的作用十分困难然因素和认为干扰两种因素的作用十分困难 分散性分散性 生态监测站点的选取往往相隔较远，监测网的分散性生态监测站点的选取往往相隔较远，监测网的分散性很大。很大。生态监测特点生态监测特点 能综合地反映环境质量状况能综合地反映环境质量状况 具有连续监测的功能具有连续监测的功能 具有多功能性具有多功能性 监测灵敏度高监测灵敏度高

10、生态监测优点生态监测优点 样本容量应满足统计学要求样本容量应满足统计学要求 要定期、定点连续观测要定期、定点连续观测 综合分析综合分析 要有扎实的专业知识和严谨的科学态度要有扎实的专业知识和严谨的科学态度 生态监测基本要求生态监测基本要求生态监测指标体系主要指一些列能敏感清晰地反映生态系统基本特征及生态环境变化趋势的并相互印证的项目。 陆地生态体系 水文生态体系确定原则代表性、敏感性、综合性、可行性、可比性代表性、敏感性、综合性、可行性、可比性经济性、阶段性、协调性经济性、阶段性、协调性生态监测指标体系及确定原则生态监测指标体系及确定原则环境污染的生态监测环境污染的生态监测二二.生态监测方法生

11、态监测方法生态环境破坏的生态监测生态环境破坏的生态监测生物多样性监测生物多样性监测1 指示生物法指示生物法2 生物样品的污染监测法生物样品的污染监测法3 群落和生态系统层次的生态监测法群落和生态系统层次的生态监测法1 1 指示生物法指示生物法 指示生物法指示生物法 指用指示生物来监测环境状况的指用指示生物来监测环境状况的一种方法，一种方法，指示生物指示生物(indicator (indicator organism)organism)是一是一 些对环境中的某些对环境中的某些物质，包括污染物的作用或环些物质，包括污染物的作用或环境条件的改变能境条件的改变能较敏感较敏感和和快速快速地地产生明显反应

12、的生物。通过其所产生明显反应的生物。通过其所作的反应可了解环境的现状和变作的反应可了解环境的现状和变化，起化，起“预警预警”功能。功能。概概 念念1.环境污染的生态监测环境污染的生态监测指指示示生生物物法法大气污染的指大气污染的指示生物监测示生物监测水体污染的指水体污染的指示生物监测示生物监测 症状指示指标症状指示指标 指示生物的这类指标主要是通过肉眼或其它宏观方式可观察到的形指示生物的这类指标主要是通过肉眼或其它宏观方式可观察到的形态变化态变化 。 生长势和产量评价指标生长势和产量评价指标 对于植物而言，各类器官的生长状况观测值都可用来作指示指标。对于植物而言，各类器官的生长状况观测值都可用

13、来作指示指标。 生理生化指标生理生化指标 它比症状指标和生长指标更敏感和迅速，常在生物未出现可见症状它比症状指标和生长指标更敏感和迅速，常在生物未出现可见症状之前就已有了生理生化方面的明显改变。之前就已有了生理生化方面的明显改变。 行为学指标行为学指标 在污染水域的监测中，水生生物和鱼类的回避反应（在污染水域的监测中，水生生物和鱼类的回避反应（avoidance reaction）也是监测水质的一种比较灵敏、简便的方法。）也是监测水质的一种比较灵敏、简便的方法。 指示方式和指标指示方式和指标（1）敏感）敏感 这类植物不能长时间生活在一定浓度的有害气体环境中，否则，这类植物不能长时间生活在一定浓

14、度的有害气体环境中，否则，植物的生长点将干枯；全株叶片受害普遍、症状明显，大部分受植物的生长点将干枯；全株叶片受害普遍、症状明显，大部分受害叶片迅速脱落；生长势衰弱，植物受害后难以恢复。害叶片迅速脱落；生长势衰弱，植物受害后难以恢复。（2）抗性中等）抗性中等 这类植物能较长时间生活在一定浓度的有害气体环境中。在遭遇这类植物能较长时间生活在一定浓度的有害气体环境中。在遭遇高浓度有害气体袭击后，生长恢复缓慢，植株表现出缓慢性中毒高浓度有害气体袭击后，生长恢复缓慢，植株表现出缓慢性中毒症状，如节间缩短、小枝丛生、叶形缩小以及生长量下降等。症状，如节间缩短、小枝丛生、叶形缩小以及生长量下降等。（3）抗

15、性强）抗性强 这类植物能较正常的生活在一定浓度的有害气体环境中，基本不这类植物能较正常的生活在一定浓度的有害气体环境中，基本不受伤害或受害轻微。慢性受害症状不明显。在遭受高浓度有害气受伤害或受害轻微。慢性受害症状不明显。在遭受高浓度有害气体袭击后，叶片受害轻或受害后生长恢复较快，能迅速萌发出新体袭击后，叶片受害轻或受害后生长恢复较快，能迅速萌发出新枝叶，并能形成新树冠。枝叶，并能形成新树冠。生物敏感性的划分生物敏感性的划分目前采用三级制：敏感，抗性中等，抗性强目前采用三级制：敏感，抗性中等，抗性强指示生物的选择方法指示生物的选择方法 现场比较评比法现场比较评比法 该法适用于植物或运动性很小的生

16、物。选取排放已知单一污染物的该法适用于植物或运动性很小的生物。选取排放已知单一污染物的现场，对污染源影响范围内的各类生物进行观察记录。现场，对污染源影响范围内的各类生物进行观察记录。 特点：这种方法简单易行，其缺点是受野外条件下各种因子复杂作特点：这种方法简单易行，其缺点是受野外条件下各种因子复杂作用的影响，易造成个体间的不一致从而影响选择结果，对专业知识用的影响，易造成个体间的不一致从而影响选择结果，对专业知识和工作经验要求高。和工作经验要求高。 栽培或饲养比较试验法栽培或饲养比较试验法 将各种预备筛选的动植物进行栽培或饲养，然后把这些生物放置将各种预备筛选的动植物进行栽培或饲养，然后把这些

17、生物放置在监测区内观察，并详细记录其生长发育状况及受害反应。经一在监测区内观察，并详细记录其生长发育状况及受害反应。经一段时间，评定各种生物的抗性。段时间，评定各种生物的抗性。特点：这种方法可以避免现场评比法中因条件差异造成的影响，虽特点：这种方法可以避免现场评比法中因条件差异造成的影响，虽难免仍有一些干扰因子影响指示生物选取的准确性，但由于环境条难免仍有一些干扰因子影响指示生物选取的准确性，但由于环境条件比较一致，对敏感种类的筛选率比现场评比法高。件比较一致，对敏感种类的筛选率比现场评比法高。指示生物的选择方法指示生物的选择方法 人工熏气法人工熏气法 将要筛选的动植物移植或放置在人工控制条件

18、的熏气室内，把所确将要筛选的动植物移植或放置在人工控制条件的熏气室内，把所确定的单一或混合气体与空气掺混均匀后通入熏气室内，根据不同定的单一或混合气体与空气掺混均匀后通入熏气室内，根据不同要求控制熏气时间。要求控制熏气时间。特点：能人工控制试验体条件，能较准确地把握生物的反应症状或观特点：能人工控制试验体条件，能较准确地把握生物的反应症状或观察的其他指标，受害的临界值，以及评比各类生物的敏感性等。察的其他指标，受害的临界值，以及评比各类生物的敏感性等。 蘸浸法蘸浸法 人工配置某种化学溶液、浸蘸生物的组织或器官。人工配置某种化学溶液、浸蘸生物的组织或器官。特点：这种方法所获结果与人工熏气法基本相

19、符，而且具有简便省时特点：这种方法所获结果与人工熏气法基本相符，而且具有简便省时和快速的优点，在没有人工熏气装置时可采用此法，此法适用于植物，和快速的优点，在没有人工熏气装置时可采用此法，此法适用于植物，特别适用大量植物的筛选。特别适用大量植物的筛选。大气污染的指示生物监测 紫花苜蓿紫花苜蓿 苔藓地衣苔藓地衣 菜菜 豆豆 烟烟 草草二氧化硫二氧化硫 氟化物氟化物 臭臭 氧氧常用指示生物常用指示生物监测二氧化硫监测二氧化硫不同生长季节对大气中二氧化硫最敏感的指示生物不同生长季节对大气中二氧化硫最敏感的指示生物季节季节敏感植物代表敏感植物代表春季春季和初夏和初夏 一年生早熟禾、芸苔属、堇菜属、鱼尾

20、菊、蕨类、葡萄、一年生早熟禾、芸苔属、堇菜属、鱼尾菊、蕨类、葡萄、苹果属、白杨、白蜡、白桦、芥菜、百日草、欧洲蕨、颤杨、苹果属、白杨、白蜡、白桦、芥菜、百日草、欧洲蕨、颤杨、美国白蜡树美国白蜡树夏季夏季苜蓿、大麦、荞麦菊苣、甜瓜、小麦、棉花、大豆、梨、落苜蓿、大麦、荞麦菊苣、甜瓜、小麦、棉花、大豆、梨、落叶松、西葫芦、南瓜叶松、西葫芦、南瓜夏末夏末东方白松、杰克松、挪威云杉、每周五针松、加拿大短叶松东方白松、杰克松、挪威云杉、每周五针松、加拿大短叶松症状症状23SO2SO海绵细胞和栅栏海绵细胞和栅栏细胞质壁分离细胞质壁分离细胞收缩崩溃、细胞收缩崩溃、叶绿素分解叶绿素分解叶脉间叶脉间“烟斑烟斑”

21、叶背叶面叶背叶面“条斑条斑”叶片萎蔫叶片萎蔫下垂下垂失水干枯失水干枯脱落脱落优优 点点缺缺 点点地衣生长非常缓慢，寿命长地衣生长非常缓慢，寿命长 地衣再生能力很差，受二氧化硫地衣再生能力很差，受二氧化硫 污染后会发生死亡污染后会发生死亡地衣易于管理和移植地衣易于管理和移植 能积累硫，也能积累氟化物含重能积累硫，也能积累氟化物含重 金属金属地衣没有维管系统，易于从水溶地衣没有维管系统，易于从水溶液中吸收和积累硫液中吸收和积累硫 地衣对高浓度的二氧化硫反应迟钝地衣对高浓度的二氧化硫反应迟钝各种地衣对二氧化硫的敏感性不各种地衣对二氧化硫的敏感性不一样，有的非常敏感，有的而具一样，有的非常敏感，有的而

22、具有很强抗性有很强抗性 统计室外地衣的种类是一项十分费统计室外地衣的种类是一项十分费 力的工作力的工作与高等植物相比，地衣对低浓度与高等植物相比，地衣对低浓度的二氧化硫更敏感的二氧化硫更敏感 常常需要有关地衣的专门知识常常需要有关地衣的专门知识地衣种类的分布与大气二氧化硫地衣种类的分布与大气二氧化硫浓度之间有很好的相关关系浓度之间有很好的相关关系利用附生地衣监测大气中二氧化硫的优点和缺点利用附生地衣监测大气中二氧化硫的优点和缺点二氧化硫浓度上升时，叶状地衣和枝状地衣首先消失，共生二氧化硫浓度上升时，叶状地衣和枝状地衣首先消失，共生群丛中，共生藻对二氧化硫的影响最敏感群丛中，共生藻对二氧化硫的影

23、响最敏感二氧化硫中度污染时附生在树基部和树干上的二氧化硫中度污染时附生在树基部和树干上的地衣的消失顺序地衣的消失顺序消失顺序消失顺序地衣的种类地衣的种类最先消失最先消失具有酸性树皮和缓冲能力低的树（如桦树和针叶树）上具有酸性树皮和缓冲能力低的树（如桦树和针叶树）上的地衣的地衣其次消失其次消失枥树。美国梧桐等树皮呈中性的树上的敏感地衣随后消枥树。美国梧桐等树皮呈中性的树上的敏感地衣随后消失。随着树皮逐渐酸化，地衣区系逐渐变为对二氧化硫失。随着树皮逐渐酸化，地衣区系逐渐变为对二氧化硫有抗性的种类有抗性的种类随后消失随后消失树皮碱性、缓冲能力大的树木（如榆树）上的地衣树皮碱性、缓冲能力大的树木（如榆

24、树）上的地衣地衣和苔藓除了从二氧化硫中吸取并积累硫以外，还以地衣和苔藓除了从二氧化硫中吸取并积累硫以外，还以另一种方式受二氧化硫影响，地衣和苔藓所附生树中树另一种方式受二氧化硫影响，地衣和苔藓所附生树中树皮受二氧化硫影响，树种发生演替，树皮的酸性改变从皮受二氧化硫影响，树种发生演替，树皮的酸性改变从而造成地衣和苔藓的消失而造成地衣和苔藓的消失监测臭氧监测臭氧常用指示植物：常用指示植物：菠菜、萝卜、甜瓜、菜豆、马铃薯、番茄、烟草、洋葱、菠菜、萝卜、甜瓜、菜豆、马铃薯、番茄、烟草、洋葱、女贞、槭、丁香、葡萄等女贞、槭、丁香、葡萄等指示植物指示植物监测特征监测特征 烟草烟草产生产生“退色斑退色斑”，

25、叶片的伤害程度与臭氧的浓度有关，叶片的伤害程度与臭氧的浓度有关 菜豆菜豆老龄的叶片上显示出大片的古铜色斑与刻点，然后发生老龄的叶片上显示出大片的古铜色斑与刻点，然后发生褪绿色以至叶片脱落褪绿色以至叶片脱落 美洲美洲 五针五针 松松针叶尖端被伤害，针叶斑驳，针叶数量减少针叶尖端被伤害，针叶斑驳，针叶数量减少1. 在高浓度臭氧下，针叶尖端严重灼伤，变为褐色在高浓度臭氧下，针叶尖端严重灼伤，变为褐色2. 低含量时，使刚刚成熟的针叶组织出现褪绿斑驳，然低含量时，使刚刚成熟的针叶组织出现褪绿斑驳，然后逐渐向针叶基部延伸，到了后期，则促使针叶脱落后逐渐向针叶基部延伸，到了后期，则促使针叶脱落，受害严重的树

26、木可能使较老的，较成熟的针叶全部，受害严重的树木可能使较老的，较成熟的针叶全部脱落，只在枝条的顶部残存一簇簇未成熟的针叶脱落，只在枝条的顶部残存一簇簇未成熟的针叶监测其它几种主要污染物监测其它几种主要污染物污染物类别污染物类别监测植物监测植物氟化物氟化物杏、黄衫、唐菖蒲、金线草、梅、雪松、美国雪松、杏、黄衫、唐菖蒲、金线草、梅、雪松、美国雪松、美洲云杉、玉米、苹果、葡萄、小苍兰、欧洲赤松、美洲云杉、玉米、苹果、葡萄、小苍兰、欧洲赤松、挪威云杉挪威云杉过氧乙酰过氧乙酰硝酸酯硝酸酯早熟禾、矮牵牛、菜豆、番茄、长叶莴苣、瑞士甜菜早熟禾、矮牵牛、菜豆、番茄、长叶莴苣、瑞士甜菜 氮氧化物氮氧化物悬铃木、

27、向日葵、番茄、烟草、豌豆、菜豆、紫花苜悬铃木、向日葵、番茄、烟草、豌豆、菜豆、紫花苜蓿、芥菜蓿、芥菜乙烯乙烯兰花、麝香石竹、黄瓜、西红柿、万寿菊、皂荚兰花、麝香石竹、黄瓜、西红柿、万寿菊、皂荚 HF植物对氟化物的受害症状植物对氟化物的受害症状气孔或水孔气孔或水孔植物植物体内体内导管导管叶片尖端和边缘叶片尖端和边缘积累积累CaFCaF沉淀沉淀干扰酶的作用、干扰酶的作用、阻碍代谢机制、阻碍代谢机制、破坏叶绿素和破坏叶绿素和原生质原生质叶肉失水干燥叶肉失水干燥变成褐色变成褐色植物对过氧乙酰硝酸酯的受害症状植物对过氧乙酰硝酸酯的受害症状早期叶背面出早期叶背面出现水渍状或亮斑现水渍状或亮斑气孔附近的海绵

28、叶肉细胞气孔附近的海绵叶肉细胞崩溃并为气窝取代崩溃并为气窝取代银灰色部分银灰色部分变为褐色变为褐色另一症状是在幼嫩叶片的叶尖上，随叶片组织的生长和成熟，表现为许另一症状是在幼嫩叶片的叶尖上，随叶片组织的生长和成熟，表现为许多多“伤带伤带”。再次受。再次受PAN污染后会产生另一条污染后会产生另一条“伤带伤带”，最终布满整个，最终布满整个叶片叶片确定大气污染程度的指数确定大气污染程度的指数 污染影响指数污染影响指数IA IA=Wo/Wm IA污染影响指数；污染影响指数； Wo清洁未污染区植物生长量；清洁未污染区植物生长量； Wm污染区监测植物生物量污染区监测植物生物量 清洁度指数清洁度指数IAP

29、IAP= IAP大气清洁度；大气清洁度； n-监测区指示植物种类；监测区指示植物种类； Q种的生态指数；种的生态指数； f 种的优势度种的优势度()/Qfn水体污染的指示生物监测水体污染的指示生物监测指示生物指示生物指示作用指示作用大肠杆菌大肠杆菌天然水的细菌性污染天然水的细菌性污染浮游生物浮游生物水体环境的有机污染水体环境的有机污染原生动物原生动物水体的微污染水体的微污染大型无脊大型无脊椎动物椎动物1. 耐污类群，如水蚯蚓类，某些摇蚊幼虫，蛭类和肺耐污类群，如水蚯蚓类，某些摇蚊幼虫，蛭类和肺螺目的螺类在有机物丰富的地方数量大增；螺目的螺类在有机物丰富的地方数量大增；2. 等足目、端足目的幼虫

30、多见于中度污染的水体中。等足目、端足目的幼虫多见于中度污染的水体中。高等动物高等动物“测毒鱼测毒鱼”技术，稀有的鲫的鲤鱼，可以监测技术，稀有的鲫的鲤鱼，可以监测1kg水中水中1/1012g的致癌物质二噁英的致癌物质二噁英2 生物样品的污染监测法生物样品的污染监测法 生物样品的生态监测是指通过采集生物样品分生物样品的生态监测是指通过采集生物样品分析生物体中污染物的含量的监测方法。析生物体中污染物的含量的监测方法。1.环境污染的生态监测环境污染的生态监测概概 念念 生物（动物和植物）从环境中吸取营养的同时，生物（动物和植物）从环境中吸取营养的同时，也吸收和积累了一些有害的物质。也吸收和积累了一些有

31、害的物质。 生物样品中有害物质的分析方法及原理与大气、生物样品中有害物质的分析方法及原理与大气、水体中有害物质的分析方法及原理基本一样，水体中有害物质的分析方法及原理基本一样，只是在试样的采集、制备和预处理方面有些差只是在试样的采集、制备和预处理方面有些差别。别。试样的采集试样的采集 污染物在生物体中各污染物在生物体中各部位之间分布不均匀部位之间分布不均匀以及不同生物种类的以及不同生物种类的生态学效应不同。生态学效应不同。 如植物从土壤中吸取如植物从土壤中吸取的污染物，积蓄在各的污染物，积蓄在各部位的含量是不同的。部位的含量是不同的。 一般的分布规律是按一般的分布规律是按下列顺序递减的：下列顺

32、序递减的： 根根茎茎叶叶穗穗壳壳果果瓤瓤预处理 湿法消解湿法消解 干法灰化干法灰化 柱层析法柱层析法 液液萃取液液萃取 磺化法磺化法 低温冷冻法低温冷冻法检测方法 分光光度法分光光度法 原子吸收法原子吸收法 荧光光度法荧光光度法 色谱法、质谱法色谱法、质谱法确定大气污染程度的指数确定大气污染程度的指数 污染量指数法污染量指数法IPC IPC=Cm/Cc Cm监测样点指示植物叶片中某污染物的含量；监测样点指示植物叶片中某污染物的含量； Cc-对照样中同种植物叶片中某污染物的含量对照样中同种植物叶片中某污染物的含量IPC3.0: IV级，严重污染级，严重污染 确定水污染程度的指数确定水污染程度的指

33、数水体富营养化程度的营养状态指数水体富营养化程度的营养状态指数TSI该方法是根据水体透明度、浮游植物现存量、水体总磷浓度间存在该方法是根据水体透明度、浮游植物现存量、水体总磷浓度间存在的相关关系，以的相关关系，以 透明度作基准求得的，其变化范围为透明度作基准求得的，其变化范围为0100根据叶绿素根据叶绿素a值（值（chl)计算计算TSI的公式为的公式为其他其他TSI值计算公式为：值计算公式为： SD为透明度，为透明度，m. TP为总磷浓度，为总磷浓度，mg/m2 TSI54为富营养型为富营养型2.040.68110(6)ln 2chlTSI()ln10(6)ln2SDSDTSI()48ln()

34、10(6)ln 2TPTPTSI3 3 群落和生态系统层次的生态监测群落和生态系统层次的生态监测 对环境污染从群落和生态系统层次的生态监测，最早是由对环境污染从群落和生态系统层次的生态监测，最早是由Kolkwiz 和和 Marsson 1909年提出，年提出， 后经完善的污水生物系统法，一种用于河流污染、尤其是有机污染后经完善的污水生物系统法，一种用于河流污染、尤其是有机污染的一种监测方法。的一种监测方法。 由于河流受污染后由于河流受污染后,在污染源下游的一段流程里会发生在污染源下游的一段流程里会发生 自净过程，即随着河水污染程度的逐渐减轻自净过程，即随着河水污染程度的逐渐减轻,生物的种类组成

35、也随之生物的种类组成也随之发生变化，在不同的河段将出现不发生变化，在不同的河段将出现不 同的物种。同的物种。 根据生物种类组成将河流划分为多污带、根据生物种类组成将河流划分为多污带、-污染带、污染带、-污染带污染带 和寡和寡污染带。各污染带都有各自的物理、化学和生物的特征污染带。各污染带都有各自的物理、化学和生物的特征 。 亦可用群落中优势种群来划分污染带。亦可用群落中优势种群来划分污染带。 概概 念念1.环境污染的生态监测环境污染的生态监测 根据污染水体中优势种群的不同，把污染水体划根据污染水体中优势种群的不同，把污染水体划分为分为9个污水带，其中各带的优势藻类分别如下：个污水带，其中各带的

36、优势藻类分别如下：污水带污水带 优势群落优势群落优势种优势种粪生带粪生带无藻类优势群落无藻类优势群落甲型多污带甲型多污带裸藻群落裸藻群落绿裸藻、静裸藻绿裸藻、静裸藻乙型多污带乙型多污带裸藻群落裸藻群落丙型多污带丙型多污带绿色颤藻群落绿色颤藻群落甲型中污带甲型中污带环丝藻群落环丝藻群落乙型中污带乙型中污带脆弱刚藻群落脆弱刚藻群落丙型中污带丙型中污带红藻群落红藻群落串珠藻串珠藻寡污带寡污带绿藻群落绿藻群落簇生主枝藻簇生主枝藻清水带清水带绿藻群落绿藻群落羽状竹枝藻羽状竹枝藻 PFU法是用聚氨酯泡沫塑料块采集水域中微法是用聚氨酯泡沫塑料块采集水域中微生物和测定其群集速度来监测和评价环境质量生物和测定其

37、群集速度来监测和评价环境质量状况的一种方法。状况的一种方法。1969年由美国弗吉尼亚工程年由美国弗吉尼亚工程学院和弗吉尼亚州立大学环境研究中心的学院和弗吉尼亚州立大学环境研究中心的Cairns 等人等人1969年创立的。国内自年创立的。国内自80年代起将年代起将这种方法用于污染水体的监测和评价。这种方法用于污染水体的监测和评价。PFU法法 PFU法的原理是岛屿生物学原理，即原生动法的原理是岛屿生物学原理，即原生动物集群过程实际上是集群速度随着种类上升而物集群过程实际上是集群速度随着种类上升而下降的过程，二者的交叉点就是种数的平衡点。下降的过程，二者的交叉点就是种数的平衡点。达到平衡点的时间取决

38、于环境条件。达到平衡点的时间取决于环境条件。概概 念念原理原理 生物指数（生物指数（biotic index）是指运用数学公式反映生物）是指运用数学公式反映生物种群或群落结构的变化以评价环境质量的数值。种群或群落结构的变化以评价环境质量的数值。 常用的有：常用的有：（1）生物指数（）生物指数（BI）2nA+nB, n为底栖大型无脊椎动为底栖大型无脊椎动物的种类数，物的种类数， A为敏感种类数，为敏感种类数，B为耐污染种类数。为耐污染种类数。 BI30:清洁水体；清洁水体； BI为为1529：较清洁水体；：较清洁水体； BI为为614：不清洁水体；：不清洁水体；BI为为05：极不清洁水体：极不清

39、洁水体（2）污染生物指数颤蚓类的个体数量底栖动物个体）污染生物指数颤蚓类的个体数量底栖动物个体数量数量100 数值小于数值小于60%为良好水质；数值为为良好水质；数值为60%80%为中等污为中等污 染水质；数值大于染水质；数值大于80%为严重污染水质为严重污染水质（3）硅藻指数（）硅藻指数（2AB2C）（）（ABC）100，A为不耐污染的种类数；为不耐污染的种类数；B为对有机污染耐力强的种类为对有机污染耐力强的种类数；数；C为在污染区内独有的种类数。为在污染区内独有的种类数。生物指数法生物指数法 以测定有生命成分的结构信息为基础的指数以测定有生命成分的结构信息为基础的指数 以功能信息为基础的指

40、数。这类指数主要是些以功能信息为基础的指数。这类指数主要是些生态效率指标，如生态效率指标，如P/R比率、比率、PN/PG比率等比率等 以结构与功能联合的信息为基础的指标。如转以结构与功能联合的信息为基础的指标。如转换率（换率（turnover ration），像群落的生产速率），像群落的生产速率与群落生物量的比值，即与群落生物量的比值，即 P/B比率等比率等 群落和生态系统层次的其它监测指标群落和生态系统层次的其它监测指标 生态环境破坏的生态监测是对人为干扰下产生的非污生态环境破坏的生态监测是对人为干扰下产生的非污染性的环境破坏监测，这种非污染性的干扰，可以影染性的环境破坏监测，这种非污染性的

41、干扰，可以影响到生态系统结构或功能的改变。响到生态系统结构或功能的改变。2.生态环境破坏的生态监测生态环境破坏的生态监测用以反应生态环境破坏程度的指数方法用以反应生态环境破坏程度的指数方法（1）营养指数）营养指数相当于叶绿素相当于叶绿素a估算的有机碳量估算的有机碳量/去灰分干重估算的有机碳量去灰分干重估算的有机碳量（2）功能性营养指数）功能性营养指数叶绿素叶绿素a估算的有机碳量估算的有机碳量/ATP估算的有机碳量估算的有机碳量（3）活性指数）活性指数ATP估算的有机碳量估算的有机碳量/去灰分干重估算的有机碳量去灰分干重估算的有机碳量（4）异养性指数）异养性指数 HI=BATP(mg/L)/叶绿

42、素叶绿素a(mg/L) 生物多样性监测是为了解生物多样性所面临的压力、生物多样性监测是为了解生物多样性所面临的压力、生物多样性的现状及变化，以及生物多样性的保护及生物多样性的现状及变化，以及生物多样性的保护及其有效性，在时间尺度上对生物多样性的反复编目，其有效性，在时间尺度上对生物多样性的反复编目，从而确定其变化的监测方法从而确定其变化的监测方法 其主要目的是为管理者和决策者服务，为他们在保护其主要目的是为管理者和决策者服务，为他们在保护生物多样性，制定土地利用规划、评价环境影响等问生物多样性，制定土地利用规划、评价环境影响等问题上提供必要的信息，还为相关学科提供大量的资料，题上提供必要的信息

43、，还为相关学科提供大量的资料，如土壤学、农学、林学、渔业学、生物保护学和环境如土壤学、农学、林学、渔业学、生物保护学和环境科学科学3.生物多样性监测生物多样性监测概概 念念监监测测的的空空间间尺尺度度地方监测地方监测地区监测地区监测全球监测全球监测如对保护区流域、湖泊、湿地、农田、人工林、如对保护区流域、湖泊、湿地、农田、人工林、河口和海岸线内单个生态系统或生境的监测河口和海岸线内单个生态系统或生境的监测包括对一个或多个生态系统、大型河流、海湾包括对一个或多个生态系统、大型河流、海湾和大学那个海洋生态系统的监测和大学那个海洋生态系统的监测建立在前两者的基础上，采取广泛布点与定向建立在前两者的基

44、础上，采取广泛布点与定向观测相结合的方法观测相结合的方法生物多样性监测的内容生物多样性监测的内容 基因监测：基因监测：遗传变异与濒危物种、遗传变异与家养动物的繁育、跟踪遗传变异与濒危物种、遗传变异与家养动物的繁育、跟踪个体起源的标记个体起源的标记 种群监测：种群监测： 种群大小与密度、种群结构、种群均衡、种群分析、影响种群大小与密度、种群结构、种群均衡、种群分析、影响种群的人口压力变化种群的人口压力变化 物种监测：物种监测：关键种、外来种、指示种、重点保护种、受威胁种、对人关键种、外来种、指示种、重点保护种、受威胁种、对人类有特殊价值的物种、典型的或有代表性的物种的监测类有特殊价值的物种、典型

45、的或有代表性的物种的监测 生态系统与生态景观监测：生态系统与生态景观监测：生态系统过程、景观片段化、生境破坏及生态系统过程、景观片段化、生境破坏及其他干扰的影响；种群抵抗人类干扰的变化趋势；对群球气候变化的其他干扰的影响；种群抵抗人类干扰的变化趋势；对群球气候变化的影响；由于某个关键种的灭绝而可能导致的生态系变化，森林覆盖与影响；由于某个关键种的灭绝而可能导致的生态系变化，森林覆盖与土地利用对生物多样性的影响等监测土地利用对生物多样性的影响等监测 保护区监测：保护区监测：保护区管理的有效性；保护区关键特征的状态；保护区保护区管理的有效性；保护区关键特征的状态；保护区面临的威胁；保护区的利用及其

46、社会经济效益。以及保护区以外的农面临的威胁；保护区的利用及其社会经济效益。以及保护区以外的农业、林业和渔业的监测。业、林业和渔业的监测。 国际间的范例国际间的范例三三.生态监测的考量和实例生态监测的考量和实例 野鸟群族野鸟群族 英国的可持续发展目标中，有一项采用农庄鸟类（英国的可持续发展目标中，有一项采用农庄鸟类（farmland bir） 与树林鸟类（与树林鸟类（woodland bird）的总族群量年变化，作为监测的）的总族群量年变化，作为监测的 指标。在英国约有指标。在英国约有76%的区域为农庄型态，树林则有的区域为农庄型态，树林则有10%。采用。采用 鸟类和族群鸟类和族群的考的考主要是

47、基于鸟类分布广泛，在生态位置上又主要是基于鸟类分布广泛，在生态位置上又 在食物链的后端，也是反应野生动物与环境状态的良好指标之一在食物链的后端，也是反应野生动物与环境状态的良好指标之一 这个指标采用这个指标采用1970 至现在出现于英国境内较为常见的农庄与树林至现在出现于英国境内较为常见的农庄与树林 反之鸟类，反之鸟类，用用Royal Society of the Protection of Birds (RSPB)、British Trust for Orinithology (BTO)和和Department of the Environment, Transport and the Re

48、gions(DETR)的资料的资料 库，针对库，针对139种英国较为常见的繁殖鸟类（除去稀有鸟种），将种英国较为常见的繁殖鸟类（除去稀有鸟种），将 各鸟种的族群数量统计而成。各鸟种的族群数量统计而成。 繁殖期鸟类调查繁殖期鸟类调查 美国的繁殖期鸟类调查从美国的繁殖期鸟类调查从1960年代迄今，已有非常长年代迄今，已有非常长 的时间，也累计了相当宝贵的资料。这个工作源自美的时间，也累计了相当宝贵的资料。这个工作源自美 国，后推广到加拿大与墨西哥，每年仅有一天的调国，后推广到加拿大与墨西哥，每年仅有一天的调 查，在鸟类的繁殖期进行，调查区域采用生态分区为查，在鸟类的繁殖期进行，调查区域采用生态分区

49、为 依据，调查者为业余的赏鸟者，调查时采用相同的设依据，调查者为业余的赏鸟者，调查时采用相同的设 计，完成后，资料则递交到位于联邦政府的资料中计，完成后，资料则递交到位于联邦政府的资料中 心，任何人均可以取得相关的资料进行研究工作。由心，任何人均可以取得相关的资料进行研究工作。由 于繁殖期鸟类调查的成功，这些资于繁殖期鸟类调查的成功，这些资在在1990代也纳代也纳 入美国环保署（入美国环保署（EPA）的）的EMAP （Environmental Monitoring and Assessment Program）计划内，）计划内， EMAP就是就是EPA执行美国生态资源监测评估的重要工执行美国

50、生态资源监测评估的重要工作。作。 国际间的范例国际间的范例 Vital Sign Monitoring 美国的国家公园近年来致力于美国的国家公园近年来致力于Vital Sign Monitoring的工的工作，这个计划书针对国家公园内的资源，进行必要的调作，这个计划书针对国家公园内的资源，进行必要的调查与分析。每一个查与分析。每一个Vital Sign Monitoring的工作，均有详的工作，均有详细的采用标准，各国家公园间建立了网络架构，资料间细的采用标准，各国家公园间建立了网络架构，资料间可以共享分析，与可以共享分析，与EMAP类似，形成另一个全美的生态类似，形成另一个全美的生态监测系统

51、。监测系统。Vital Sign Monitoring的监测项目依据各国家的监测项目依据各国家公园的特色而异，大致上包括非生物性的空气、气候、公园的特色而异，大致上包括非生物性的空气、气候、土壤、水质、人类干扰和生态项目等。土壤、水质、人类干扰和生态项目等。 国际间的范例国际间的范例 最有名的监测案例为最有名的监测案例为櫻花钩吻鲑櫻花钩吻鲑、黑面琵鹭灰面黑面琵鹭灰面鵟鹰鵟鹰。雪霸国家公园每半。雪霸国家公园每半会进行櫻花钩吻鲑会进行櫻花钩吻鲑的计数工作，研究者以潜水的方式估计七家湾溪的计数工作，研究者以潜水的方式估计七家湾溪与附近溪与附近溪內的鱼体数量，作为保育的参考。同內的鱼体数量，作为保育的

52、参考。同样的，台南七股的黑面琵鹭与墾丁国家公园灰面样的，台南七股的黑面琵鹭与墾丁国家公园灰面鵟鹰的数鵟鹰的数，也有一些研究人员进，也有一些研究人员进数数的估计，的估计，由于动物具有迁移性，这些资料也与东南亚其他由于动物具有迁移性，这些资料也与东南亚其他地区同步技术，成为监测这两种鸟类重要资讯。地区同步技术，成为监测这两种鸟类重要资讯。 台湾的例子台湾的例子 另一个重要的监测例子为另一个重要的监测例子为挖子尾自然保留区挖子尾自然保留区的的鸟类计鸟类计数数，1992时，台湾野鸟学会与台北市野鸟学会在民时，台湾野鸟学会与台北市野鸟学会在民间公司的支持下，间公司的支持下，开始开始为期为期5、每月进、每

53、月进一次的淡一次的淡水河鸟类调查计划书，挖子尾自然保水河鸟类调查计划书，挖子尾自然保区是其中一个区是其中一个监测站。监测站。此区域是由淡江大学的同学负责，遵循一致此区域是由淡江大学的同学负责，遵循一致的调查方法，每个月第的调查方法，每个月第2个星期，从涨潮到退潮，每一个星期，从涨潮到退潮，每一个小時，在挖子尾的固定个小時，在挖子尾的固定线上，执行鸟类的计数。线上，执行鸟类的计数。此工作持续此工作持续9之久。之久。由于该地附近有两项重大工程由于该地附近有两项重大工程开发案（八开发案（八污水处理厂与淡海新市镇），污水处理厂与淡海新市镇），使得這些使得這些资料弥足珍贵，因为它们反应了工程开发对环境的

54、重资料弥足珍贵，因为它们反应了工程开发对环境的重大冲击，而这种影响在现行的环评中，无法侦测出来。大冲击，而这种影响在现行的环评中，无法侦测出来。淡海新市镇淡海新市镇八里污水处八里污水处理厂理厂 挖子尾自然挖子尾自然保留区保留区 本区域的鸟类呈本区域的鸟类呈现下降趋势，因现下降趋势，因为资料的变异程为资料的变异程度高，这种趋势度高，这种趋势不能在两三年内不能在两三年内确定，九年的监确定，九年的监测成果则可清楚测成果则可清楚的反应这种趋势的反应这种趋势 冬候鸟和过境鸟冬候鸟和过境鸟的减少趋势尤为的减少趋势尤为明显明显 原因分析：原因分析： 陆地上的扰动，造成水域生态系统生产力的丧失，经过陆地上的扰

55、动，造成水域生态系统生产力的丧失，经过食物链的作用，影响到鸟类群聚。食物链的作用，影响到鸟类群聚。1992时，八时，八污水污水处处厂处于规划状态，尚未施工，厂处于规划状态，尚未施工，1993工程开始，造工程开始，造成挖子尾鸟类的减少，隨后淡海新市镇的开发，虽然离成挖子尾鸟类的减少，隨后淡海新市镇的开发，虽然离挖子尾有一段距离，但是因为潮水的作用，也冲击到挖挖子尾有一段距离，但是因为潮水的作用，也冲击到挖子尾的鸟类，造成明显的减少。这个案子尾的鸟类，造成明显的减少。这个案反应反应环评的环评的问题与后续监测计划追踪的缺陷，也充分显示生态评价问题与后续监测计划追踪的缺陷，也充分显示生态评价中，必须考

56、中，必须考时间完整性与空间涵盖度的问题。时间完整性与空间涵盖度的问题。监测因子的选择监测因子的选择 生物因子代表生态完整性和生态过程生物因子代表生态完整性和生态过程 选择因子时也须考虑其代表性选择因子时也须考虑其代表性在执行监测时，考在执行监测时，考空间尺空间尺。考虑抽样的方式考虑抽样的方式监测的时间和频度监测的时间和频度资料库的建立和资料的积累资料库的建立和资料的积累 生态监测的考量生态监测的考量就实际面而言，选用快速、自动化的无生物因子，如就实际面而言，选用快速、自动化的无生物因子，如空气品质、紫外线、水质、空气品质、紫外线、水质、PH、等，是比较简单的等，是比较简单的选择；但是，这些因子

57、可能会因为仪器故障、仪器改选择；但是，这些因子可能会因为仪器故障、仪器改变等原因而失效，或因为仪器改变造成标准变等原因而失效，或因为仪器改变造成标准一，而一，而且，也可能无法反映生态系统內的真实改变。所以，且，也可能无法反映生态系统內的真实改变。所以，选择生物性的因子作为监测重点，有时要比非生物因选择生物性的因子作为监测重点，有时要比非生物因子来得子来得重要。重要。在生物性因子中，一般会以容在生物性因子中，一般会以容取得、分类清楚的物取得、分类清楚的物种为主，如水域中的鱼类、水生昆虫和鳥类和两生累，种为主，如水域中的鱼类、水生昆虫和鳥类和两生累，当然，在特殊需求下，也会有当然，在特殊需求下，也

58、会有多的考多的考和选项。和选项。监测因子的选择监测因子的选择 美国国家公园的美国国家公园的Vital Sign Monitoring 的项目，包含的项目，包含植物群植物群、外来种的族群、外来种的族群和扩充、检疫和防疫因子、目和扩充、检疫和防疫因子、目标物种或生物群聚和濒危或受威胁物种等。标物种或生物群聚和濒危或受威胁物种等。 各界采用的永久样区、水栖昆虫、两生类、鸟类等，就是各界采用的永久样区、水栖昆虫、两生类、鸟类等，就是明显的明显的子，子， 在单一物种上，也有雪霸国家公钩的櫻花鈎吻鲑、湖山水在单一物种上，也有雪霸国家公钩的櫻花鈎吻鲑、湖山水库范围內的八色鸟、库范围內的八色鸟、门国家公园的鸬

59、鹚等。门国家公园的鸬鹚等。 近近来禽来禽感的问题日益严重，国內外也有许多的单位在感的问题日益严重，国內外也有许多的单位在特定的地点（如湿地、大湖、池塘），收集一些生态的资特定的地点（如湿地、大湖、池塘），收集一些生态的资，以监测病菌（病毒）的存在和可能的扩散情形。，以监测病菌（病毒）的存在和可能的扩散情形。 选用生物因子要考选用生物因子要考這些指标因子能否代表生态完整這些指标因子能否代表生态完整性和生态过程性和生态过程 以前述挖子尾自然保以前述挖子尾自然保区的监测为例，依据八区的监测为例，依据八污水处理污水处理厂的环评报告厂的环评报告看，所选择的监测因子主要是在水域的因看，所选择的监测因子主要

60、是在水域的因子，如无生物性因子和底栖生物，子，如无生物性因子和底栖生物，过，比较有趣的是，过，比较有趣的是，真正发生且可以明显看到的改变卻是鸟类组成和浓度的变真正发生且可以明显看到的改变卻是鸟类组成和浓度的变化。化。选择因子时要考虑其代表性选择因子时要考虑其代表性 由于由于同的机构管同的机构管特定的区域，生态的变化又超越政特定的区域，生态的变化又超越政治的边界，因此，在设计监测项目和分析监测资料时，治的边界，因此，在设计监测项目和分析监测资料时，应该注意空间的完整性和可能受到影响的范围。应该注意空间的完整性和可能受到影响的范围。空间尺度的考量空间尺度的考量 以挖子尾自然保以挖子尾自然保区的监测