第三章污染生态诊断与监测分析

1、武青1032011224003第三章 污染生态诊断与监测分析按照一套综合会诊程序和行之有效的检验方法（物理、化学、生物学以及生态毒理学方法等），对一定区域内的生态系统质量进行说明、评价和预测。污染生态诊断的概念污染生态诊断意义通过对污染源的全面调查，确定主要污染源和主要污染物及其排放特征，了解主要污染物的污染程度及范围，研究污染物的分布和运动规律，探讨污染发生的机制，掌握生态系统质量的变化规律。污染生态诊断的依据 （1）生物对污染的适应对污染引起的“自然”环境（外环境）及生物生理（内环境）条件变化的适应；对污染物自身的适应。 （2）污染条件下的生物进化不能适应污染的生物，种群衰退，物种消亡，引

2、起生物多样性的丧失；能够适应的生物，在污染条件下，将产生快速分化，形成高污染适应性的进化取向。污染生物监测生物监测生物监测是指利用生物个体、种群或群落对环境中污染物质的反应，即利用生物在各种污染环境下所发出的各种信息，来判断环境污染状况的一种手段，从生物学角度为环境质量的监测和评价提供依据。生物监测包括水污染监测、土壤污染监测和大气污染监测。1. 1. 大气污染生物监测大气污染生物监测利用生物对大气污染物的反应，监测有害气体的成分和含量，以了解大气环境质量的状况。大气污染的生物监测包括动物监测和植物监测。指示动物和指示植物。有些植物对大气污染的反应极为敏感，在污染物达到人和动物的受害浓度之前，

3、它们就显示出受害症状，如紫花苜蓿、贴梗海棠、香石竹、番茄、唐菖蒲等。利用动物也能够起到指示、监测环境的作用。事实上，利用生物监测环境污染是从动物开始的。利用微生物生物区系组成及数量变化，监测环境污染程度完全可行。环境污染影响生物的组成和分布，生物的区系变化可用于监测环境。2. 2. 水体污染生物监测水体污染生物监测以滇池为例，水生植被与水体污染程度的关系： 1）重污染：各种高等沉水植物全部死亡； 2）中度污染：敏感植物如海菜花、轮藻等消失，篦齿眼子菜稀少，抗性强的如红线草、狐尾藻等相当繁茂； 3）轻度污染：海菜花、轮藻等渐趋消失，中等敏感植物和抗污植物均有生长； 4）无污染：各类植物包括轮藻、

4、海菜正常生长。水污染指示动物，采用底栖动物中的环节动物、软体动物、固着生活的甲壳动物以及水生昆虫等。鱼类可作为水体污染的监测生物。鱼的呼吸系统最敏感，利用鱼类受毒害前后呼吸频率的变化，可判断污染物的毒性大小和污染程度。微生物是有机污染物的良好监测生物。3. 3. 土壤污染生物监测土壤污染生物监测利用一些对特定污染物较为敏感的植物，作为土壤污染物的预测和监测指标。一般来说，指示植物主要起到预警作用。土壤动物是反映环境变化的敏感指示生物，当某些环境因素的变化发展到一定限度时，会影响到土壤动物的繁衍和生存，甚至死亡。微生物种群数量变化、微生物酶活性变化等，都可以用作土壤受污染程度的监测指标。污染生态

5、分析方法1. 1. 生物典型受害症状分析生物典型受害症状分析通过肉眼观察生物体受污染后发生的形态变化，如植物叶片伤害症状、动物器官畸形等来进行环境污染的监测。处在大气环境中的敏感植物受污染后，叶片会出现伤害症状。根据受害症状与大气中污染物浓度的相关性，将污染伤害植物的程度同已知的环境污染物浓度联系起来，能够凭借叶片典型症状，反映大气中相应污染物的浓度。在根据形态结构变化监测水体污染时，最常见的生物材料是鱼类。土壤中的污染物对植物的根，茎、叶都可能产生影响，出现一定的症状。2. 2. 生物生理生化指标分析生物生理生化指标分析生物受污染时某些生理生化指标的变化灵敏、迅速，更适宜作环境监测。如：氨和

6、铵离子使植物的6-磷酸葡萄糖脱氢酶、苹果酸脱氢酶和过氧化物酶活性升高； 过氧乙酰硝酸酯抑制6- 磷酸葡萄糖脱氢酶和苹果酸脱氢酶的活性； 植物对臭氧、二氧化硫、亚硫酸根离子、硫酸根离子、氨和铵离子都敏感，过氧化物酶活性会有所升高。如：鳃盖运动频率、呼吸频率、呼吸代谢、侧线感观机能、渗透压调节、摄食量与能量转换率、抗病力、神经内分泌活动及血液成分变化、血糖水平、酶（如鱼脑胆碱酯酶、转氨酶、血浆酶、ATP酶等）活性变化、糖类、酯类代谢等。3. 3. 生物细胞遗传学指标分析生物细胞遗传学指标分析采用细胞遗传学的方法来筛选化学诱变因子，监测环境中具有致癌、致畸、致突变的化学物质。常用的方法主要有：微核测

7、定法、染色体畸变分析、姐妹染色体交换率、非预定DNA合成等。高等植物被认为是进行环境化学物质的遗传毒性效应研究的极好材料，如紫露草和蚕豆。在动物方面常用蝌蚪肠细胞、小鼠外周血淋巴细胞、蟾蜍血液细胞等为材料，观察细胞染色体畸变情况、微核率、非预定DNA合成等指标来监测大气和水污染。4. 4. 生物群落结构分析生物群落结构分析以在昆阳磷肥厂附近氟污染林地的地衣调查结果为例：严重污染严重污染：树干上没有梅衣属地衣，石蕊属地衣不能够形成子囊盘，甚至不能够形成柱体；中等污染中等污染：梅衣属地衣出现在树干高度4m以下，石蕊属的几个种虽然有柱体及子囊盘，但原植体小于正常生长者；轻污染轻污染：树花属地衣较多，

8、梅花属叶状及粉状地衣分布高达树冠内部的主干上；无污染无污染：松萝属及树花属地衣在树木和灌木上普遍出现，梅衣属等叶状地衣在树干上大片分布到树冠内部的小枝上。5. 5. 群落多样性指数分析群落多样性指数分析（1）简便多样性指数 d = sN 式中：s为群落种类数；N为总个体数。（2）Willams多样性指数 d = K (ni/N)lg (ni / N) 或 d = (ni / N)2.303 6 lg (ni / N) 式中nI为单位面积上第i种的个体数； N为单位面积上各类生物的总个体数； i =1，2，3，m。指数d3为轻污染。优点是具有简明的数值概念，可以直接反映环境的质量。6. 6. 生

9、物生长量变化分析生物生长量变化分析动物、植物、微生物都可作为这一技术的材料。在水污染的生物监测中，一些藻类植物最适合于这种方法。常用的藻类有斜生栅藻、小球藻、水华鱼腥藻、羊角月牙藻、莱茵衣藻等。因为藻类生长快，适应周期短，是一种理想的监测材料。按照一套综合会诊程序和行之有效的检验方法（物理、化学、生物学以及生态毒理学方法等），对一定区域内的生态系统质量进行说明、评价和预测。污染生态诊断的概念污染生态诊断意义通过对污染源的全面调查，确定主要污染源和主要污染物及其排放特征，了解主要污染物的污染程度及范围，研究污染物的分布和运动规律，探讨污染发生的机制，掌握生态系统质量的变化规律。污染生态诊断的依据

10、 （1）生物对污染的适应对污染引起的“自然”环境（外环境）及生物生理（内环境）条件变化的适应；对污染物自身的适应。 （2）污染条件下的生物进化不能适应污染的生物，种群衰退，物种消亡，引起生物多样性的丧失；能够适应的生物，在污染条件下，将产生快速分化，形成高污染适应性的进化取向。污染生物监测生物监测生物监测是指利用生物个体、种群或群落对环境中污染物质的反应，即利用生物在各种污染环境下所发出的各种信息，来判断环境污染状况的一种手段，从生物学角度为环境质量的监测和评价提供依据。生物监测包括水污染监测、土壤污染监测和大气污染监测。1. 1. 大气污染生物监测大气污染生物监测利用生物对大气污染物的反应，

11、监测有害气体的成分和含量，以了解大气环境质量的状况。大气污染的生物监测包括动物监测和植物监测。指示动物和指示植物。有些植物对大气污染的反应极为敏感，在污染物达到人和动物的受害浓度之前，它们就显示出受害症状，如紫花苜蓿、贴梗海棠、香石竹、番茄、唐菖蒲等。利用动物也能够起到指示、监测环境的作用。事实上，利用生物监测环境污染是从动物开始的。利用微生物生物区系组成及数量变化，监测环境污染程度完全可行。环境污染影响生物的组成和分布，生物的区系变化可用于监测环境。2. 2. 水体污染生物监测水体污染生物监测以滇池为例，水生植被与水体污染程度的关系： 1）重污染：各种高等沉水植物全部死亡； 2）中度污染：敏

12、感植物如海菜花、轮藻等消失，篦齿眼子菜稀少，抗性强的如红线草、狐尾藻等相当繁茂； 3）轻度污染：海菜花、轮藻等渐趋消失，中等敏感植物和抗污植物均有生长； 4）无污染：各类植物包括轮藻、海菜正常生长。水污染指示动物，采用底栖动物中的环节动物、软体动物、固着生活的甲壳动物以及水生昆虫等。鱼类可作为水体污染的监测生物。鱼的呼吸系统最敏感，利用鱼类受毒害前后呼吸频率的变化，可判断污染物的毒性大小和污染程度。微生物是有机污染物的良好监测生物。3. 3. 土壤污染生物监测土壤污染生物监测利用一些对特定污染物较为敏感的植物，作为土壤污染物的预测和监测指标。一般来说，指示植物主要起到预警作用。土壤动物是反映环

13、境变化的敏感指示生物，当某些环境因素的变化发展到一定限度时，会影响到土壤动物的繁衍和生存，甚至死亡。微生物种群数量变化、微生物酶活性变化等，都可以用作土壤受污染程度的监测指标。污染生态分析方法1. 1. 生物典型受害症状分析生物典型受害症状分析通过肉眼观察生物体受污染后发生的形态变化，如植物叶片伤害症状、动物器官畸形等来进行环境污染的监测。处在大气环境中的敏感植物受污染后，叶片会出现伤害症状。根据受害症状与大气中污染物浓度的相关性，将污染伤害植物的程度同已知的环境污染物浓度联系起来，能够凭借叶片典型症状，反映大气中相应污染物的浓度。在根据形态结构变化监测水体污染时，最常见的生物材料是鱼类。土壤

14、中的污染物对植物的根，茎、叶都可能产生影响，出现一定的症状。2. 2. 生物生理生化指标分析生物生理生化指标分析生物受污染时某些生理生化指标的变化灵敏、迅速，更适宜作环境监测。如：氨和铵离子使植物的6-磷酸葡萄糖脱氢酶、苹果酸脱氢酶和过氧化物酶活性升高； 过氧乙酰硝酸酯抑制6- 磷酸葡萄糖脱氢酶和苹果酸脱氢酶的活性； 植物对臭氧、二氧化硫、亚硫酸根离子、硫酸根离子、氨和铵离子都敏感，过氧化物酶活性会有所升高。如：鳃盖运动频率、呼吸频率、呼吸代谢、侧线感观机能、渗透压调节、摄食量与能量转换率、抗病力、神经内分泌活动及血液成分变化、血糖水平、酶（如鱼脑胆碱酯酶、转氨酶、血浆酶、ATP酶等）活性变化

15、、糖类、酯类代谢等。3. 3. 生物细胞遗传学指标分析生物细胞遗传学指标分析采用细胞遗传学的方法来筛选化学诱变因子，监测环境中具有致癌、致畸、致突变的化学物质。常用的方法主要有：微核测定法、染色体畸变分析、姐妹染色体交换率、非预定DNA合成等。高等植物被认为是进行环境化学物质的遗传毒性效应研究的极好材料，如紫露草和蚕豆。在动物方面常用蝌蚪肠细胞、小鼠外周血淋巴细胞、蟾蜍血液细胞等为材料，观察细胞染色体畸变情况、微核率、非预定DNA合成等指标来监测大气和水污染。4. 4. 生物群落结构分析生物群落结构分析以在昆阳磷肥厂附近氟污染林地的地衣调查结果为例：严重污染严重污染：树干上没有梅衣属地衣，石蕊

16、属地衣不能够形成子囊盘，甚至不能够形成柱体；中等污染中等污染：梅衣属地衣出现在树干高度4m以下，石蕊属的几个种虽然有柱体及子囊盘，但原植体小于正常生长者；轻污染轻污染：树花属地衣较多，梅花属叶状及粉状地衣分布高达树冠内部的主干上；无污染无污染：松萝属及树花属地衣在树木和灌木上普遍出现，梅衣属等叶状地衣在树干上大片分布到树冠内部的小枝上。5. 5. 群落多样性指数分析群落多样性指数分析（1）简便多样性指数 d = sN 式中：s为群落种类数；N为总个体数。（2）Willams多样性指数 d = K (ni/N)lg (ni / N) 或 d = (ni / N)2.303 6 lg (ni /

17、N) 式中nI为单位面积上第i种的个体数； N为单位面积上各类生物的总个体数； i =1，2，3，m。指数d3为轻污染。优点是具有简明的数值概念，可以直接反映环境的质量。6. 6. 生物生长量变化分析生物生长量变化分析动物、植物、微生物都可作为这一技术的材料。在水污染的生物监测中，一些藻类植物最适合于这种方法。常用的藻类有斜生栅藻、小球藻、水华鱼腥藻、羊角月牙藻、莱茵衣藻等。因为藻类生长快，适应周期短，是一种理想的监测材料。7. 7. 生态系统综合分析生态系统综合分析污水生物系统法监测水体有机污染的程度或测定有机污染物的生物降解。原理是： 在一条河流受到污染后，自上游往下游形成一系列在污染程度

18、上逐渐减轻的连续带，每一带都生存有大体上能够表示这一带特性的动物和植物。从而可以根据一条河流中一定区域内生物类群的组成和数量，来鉴别该区域的有机物污染程度，同时也能够反映在相应的化学指标上。他们把河段分成3个带：多污带、中污带和少污带。 污水生态系统的特征 指 标多污带强中污带弱中污带少污带有机物含有大量有机物，主要是未分解的蛋白质和糖类由于蛋白质等有机物分解，形成氨基酸和氨有机物进一步分解为氨盐、亚硝酸盐和硝酸盐。水中有机物已经很少有机物已经被矿化，蛋白质最后分解成硝酸盐，水中有机物极少溶解氧极低或全无少量多多BOD非常高高低很低硫化氢非常高较高少无底泥多固有硫化铁，呈黑色硫化铁被氧化成氢氧

19、化铁，不呈黑色有氧化铁存在几乎全被氧化，有氧化铁存在细菌数（个mL）数十万至数百万数十万数万数百生物种类很少少多多个别优势种很强强弱弱水生维管植物无很少少多主要生物类群微生物、污水原生动物蓝藻、鞭毛绿虫藻、原生动物、蠕虫、轮虫蓝藻、绿藻、硅藻、原生动物、甲壳动物、鱼类硅藻、绿藻、原生动物、甲壳动物、水生昆虫、鱼类图形叠置法图形叠置法1. 概念：该法将一套表示各环境要素一定特征的透明图片叠置起来，用以表示环境的综合特征，反映出建设项目的影响范围以及环境影响的性质和程度将所研究的地区划分成若干个环境单元以每个环境单元为独立单位，分别绘制反映环境性质、特征的各环境要素的一系列单幅环境图把这系列环境图

20、衬透于该环境单元的基本地图（或称底图）之上，形成一个环境单元的综合环境图把若干个环境单元的综合图加以衔接，构成一个地区的综合环境图据此可进行综合分析，判别环境影响的范围、性质和程度。通过图上所表示的不同颜色以及阴影的深浅等色像可说明其影响的程度2.步骤：3. 适用场合：地理空间较大的建设项目，如“线型”影响项目（公路、铁道、管道等）和区域开发项目4.作用：预测评价和传达某一地区适合开发的程度，识别供选择的地点和路线等图形叠置法图形叠置法简单型清单（实例）改变土地利用方式对一些水文参数的影响描述型清单法（实例）分级型清单法（实例）水资源开发项目环境影响综合评价矩阵法矩阵法环境影响矩阵的结构环境质量综合评价方法环境质量综合评价方法 项目活动1活动2活动n环境因子总影响环境因子1M11W11 M12W12M1nW1n环境因子2M21W21M22W22M2nW2n环境因子mMm1Wm1Mm2Wm2MmnWmn活动总影响j1j1n1jWMj2j2n1jWMmjmjnjWM1221iimiWMininmiWM1minjijijWM11j1j1n1jWM各开发行为对环境要素的影响（按矩阵法排列）各开发行为对环境要素的影响（按矩阵法排列）表中数字表示影响大小。1表示没有影响；1