环境污染生物监测要点和作用

1、环境污染生物监测要点和作用目前在环境监测中，一般采用各种仪器和化学分析手段对污染物的种类和浓度可以比较快速而灵敏地分析测定出来，其中某些常规检验已经能够连续监测。但大部分测定项目或参数还需定期采样。因而只反映采样瞬时的污染物浓度，不能反映环境已经发生的变化。环境监测中理化监测的不足：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，从生物学的角度，为环境质量的监测和评价提供依据，称为生物监测。生物监测方法：1. 生态（群落生态和个体生态 ）监测2. 生物测试(毒性测定、致突变测定) 3. 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监测的定义和方法生物监测的特点富

2、集性 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DDT农药:水中浓度为L浮游生物（富集万倍） 小鱼 (富集万倍) 大鱼 （富集858万倍） 人食用这些水中生物后富集1000万倍。 长期性 环境污染物的含量和其它环境条件改变的强度大小，是随时间而变化的。这些变化是因污染物的排放量不稳定而造成的。理化监测只能代表取样期间的概况。而生活于一定区域内的生物，能把一定时问内环境变化情况反映出来。 综合性 人类生产、生活所产生的污染物，成份极其复杂。理化监测只能获得各种成份的类别和含量，但不能确切说明对生物有机体的影响。而生物是接受综合作用，不仅仅是个别组分的影响，所以生物监测能反

3、映环境诸因子、多组分综合作用的结果，能阐明整个环境的情况。对符合排放标准的污染物，其长期影响环境的后果，更需要用生物监测来评价。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，才能对水体进行全面评价。 空气污染生物监测大气污染的生物监测是利用生物对存在于大气中的污染物的反应，监测有害气体的成分和含量，以确定大气的环境质量水平。一、利用植物监测在生物体系中，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。正因为植物对大气污染的反应敏感性强，加上本身位置

4、的固定，便于监测与管理，大气污染的生物监测主要是利用植物进行监测。（一）指示植物及其受害症状对大气污染反应灵敏，用以指示和反映大气污染状况的植物，称为大气污染的指示植物。空气污染物一般通过叶面上的气孔或孔隙进入植物体内，侵袭细胞组织，并发生一系列生化反应，从而使植物组织遭受破坏，呈现受害症状。这些症状虽然随污染物的种类、浓度以及受害植物的品种、曝露时间不同而有差异，但具有某些共同特点，如叶绿素被破坏、细胞组织脱水，进而发生叶面失去光泽，出现不同颜色（黄色、褐色或灰白色）的斑点，叶片脱落，甚至全株枯死等异常现象。 二氧化硫指示植物堇菜苔藓白蜡树云杉地衣棉花白杨图6.3 部分二氧化硫指示植物光化学

5、氧化物指示植物矮牵牛花葡萄菠菜黄瓜马铃薯洋葱图6.4 O3的指示植物雪松葡萄金钱草杏树慈竹郁金香图6.5 氟化物的指示植物氟化物指示植物乙烯的指示植物万寿菊皂荚树黄瓜番茄兰花图6.6 乙烯的指示植物氮氧化物指示植物向日葵菠菜秋海棠番茄烟草图6.7 氮氧化物指示植物受害症状1、SO2污染的危害症状不整齐的变色斑块（烟斑）2、硫酸雾污染的危害症状透光斑点，或成孔洞3、氟化物污染的危害症状叶尖/叶缘呈现伤斑不同污染物的植物受害症状主要污染物受害症状SO2植物叶脉间产生不整齐的变色斑块（烟斑）硫酸雾危害较轻浅黄色透光斑点；受害严重变成孔洞Nox（与O3或SO2混合）密集的水浸蚀斑痕（深绿色淡黄色/青铜

6、色）氟化物叶尖/叶缘呈现伤斑，萎黄组织与正常组织有明显分界线O3大片浅褐色或古铜色斑（二）监测方法1.栽培指示植物监测法先将指示植物在没有污染的环境中盆栽或地栽培植，待生长到适宜大小时，移至监测点观察它们的受害症状和程度。 图6.8 植物监测器示意图1.气泵；2.针型阀；3.流量计；4.活性炭净化器；5.盆栽指示植物2、现场调查法1）植物群落调查法： 先通过调查和试验，确定群落中不同种植物对污染物的抗性等级，将其分为敏感、抗性中等和抗性强三类。如果敏感植物叶部出现受害症状，表明空气已受到轻度污染；如果抗性中等的植物出现部分受害症状，表明空气已受到中度污染；当抗性中等植物出现明显受害症状，有些抗

7、性强的植物也出现部分受害症状时，则表明已造成严重污染。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2）调查地衣和苔藓一般，距离市中心越近，地衣的种类越少，重污染区仅有少数壳状地衣的存在一般，气候正常，未遭受污染的年份树木的年轮宽。

8、大气污染严重或气候恶劣的年份数目的年轮窄。3）调查数目的年轮二、利用动物监测（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 鸡老鼠图6.9 对矿井内瓦斯毒气敏感的动物对SO2敏感的动物敏感性水平：本鸟最高俺狗狗第二耐受力最好的当属我们家禽了金丝雀狗家禽图6.10 对SO2敏感的动物（二）利用动物种群数量的变化 受不了啦，快跑吧！大型哺乳动物、鸟类、昆虫等迁移 图6.11 大型哺乳动物、鸟类不堪忍受空气污染而迁往别处不易直接接触污染物的潜叶性昆虫、虫瘿昆虫、体表有蜡质的蚧类增加，图为部分该类昆虫。潜叶蛾 瘿蚊 红蜡蚧 图6.12 部分昆虫和蚧类三、利用微生物监测 空气微

9、生物是空气污染的重要因子，它与气溶胶、颗粒物等媒体一起散布并污染环境、左右疾病发生与传播，监测空气微生物状况是掌握其活动和作用的必要前提。 室内空气微生物监测：某医院的空气微生物监测163份标本，合格88份，合格率仅54；表明空气微生物的污染与医院感染密切相关，加强消毒隔离措施、合理使用抗生素，控制医院感染是十分重要的。 室外空气微生物监测：辽宁省某市空气中微生物区系分布与环境质量关系研究表明：空气中微生物的数量随着人群和车辆流动的增加而增多，繁华的中街微生物数量最多，其次是交通路口，居民小区；郊区某公园和农村空气中细菌最少。2001和2002年山东省某海滨城市空气微生物监测发现：该市空气微生

10、物检出率高，空气处于微生物中度污染状态。其中东部、居住区空气污染较重，南部、西部和风景游览区空气污染较轻。滨海区空气陆源细菌少于内陆区，真菌却较多。滨海与内陆区空气微生物含量相近，滨海区空气陆源微生物增多，意味两区空气污染有趋同现象。end第三节 生物污染监测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。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 一、生物对污染物的吸收及在体内分布 (一) 植物对污染物的吸收 及在体内分布空气污染物主要通过粘附、从叶片气孔或茎部皮孔侵入方式进入植物体；植物通过根系从土壤或水体中吸收水溶态污染物。

11、氟化物、农药等 污染物 图6.13 植物对气态污染物的吸收图6.14 植物从土壤或水体中吸收污染物植物内污染物的分布见表和表。植株部位放射性计数/(脉冲min-1g干样-1)含镉量/(gg干样-1)分配百分数/%不同部位合计地上部位叶、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.

12、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 单位：g/g 表6.6 农药在稻谷中的蓄积情况农 药糠 / %米 / %农 药糠 / %米 / %p,p-DDT六六六马拉硫磷704087306013苯硫磷乙拌磷倍硫磷80659420356表6.7 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/ %p,p-DDT西维因敌菌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橘子9698854215 （二）动物对污染物的吸收及在体内分布环境中的污染物一般通过呼吸道、消化道、皮肤等途径进入动物

13、体内;水和土壤中的污染物质主要通过饮用水和食物摄入，经消化道被吸收;脂溶性污染物质通过皮肤吸收后进入动物肌体。 呼吸道消化道皮肤吸收图6.15 动物对污染物的吸收方式二、生物样品的采集和制备1. 植物样品的采集(1) 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。(2) 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表性的植株。 (一) 植物样品的采集和制备 (3) 采样方法：在每个采样小区内的采样点上分别采集510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需要，一般经制备后，至少有2050g干重样品。图6.16 采样点

14、布设方法2. 植物样品的制备(1) 鲜样的制备：测定植物内容易挥发、转化或降解的污染物质、营养成分，以及多汁的瓜、果、蔬菜样品，应制备成新鲜样品。样品洗净晾干或拭干捣碎机捣碎制浆研磨 (2) 干样的制备： 风干、烘干磨碎过筛保存 3. 分析结果表示方法常以干重为基础表示（mg/kg），但含水量高的蔬菜、水果等，以鲜重表示计算结果为好。 (二) 动物样品的采集和制备动物的尿液、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验样品。三、生物样品的预处理(一)消解和灰化湿法消解灰化法提取方法分离方法液-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

15、碎提取法脂肪提取器提取直接球磨提取法(二) 提取、分离和浓缩(三) 浓缩方法蒸馏法K-D浓缩器蒸发法等 图6.17 高频电场激发灰化装置示意图图6.18 氧瓶燃烧灰化装置示意图图6.19 索式提取器示意图图6.20 实验室用搅拌球磨机实物照片四、污染物的测定测定方法主要有分光光度法、原子吸收光谱法、荧光分光光度法、色谱法、质谱法和联机法等。表6.8 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、 p,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

16、螟硫磷、对硫磷、苯硫磷等硅酸镁50%乙醚-石油醚强碱农药、马拉硫磷等第四节 生态监测生态监测就是运用可比的方法，在时间或空间对一定区域范围内的生态系统或生态组合体的类型、结构和功能及其组成要素进行系统的测定和观察的过程。 生态监测不同于环境监测。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。 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、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间。 生态监测的目的：了解所研究地区生态系统的现状及其变化；根据现状及

17、变化趋势为评价已开发项目对生态环境的影响和计划开发项目可能的影响提供科学依据； 提供地球资源状况及其可利用数量。一、生态监测的类型及内容(一) 宏观生态监测宏观监测地域面积至少应在一定区域范围之内，对一个或若干个生态系统进行监测，最大范围可扩展至一个国家、一个地区基至全球。主要监测区域范围内具有特殊意义的生态系统的分布、面积及生态功能的动态变化。(二) 微观生态监测 微观监测指对一个或几个生态系统内各生态要素指标进行物理、化学、生态学方面的监测。根据监测的目的一般可分为： 1. 干扰性生态监测 2. 污染性生态监测 3. 治理性生态监测 4. 环境质量现状评价监测（三）生态类型的划分森林生态系

18、统草原生态系统农村生态系统城市生态系统（四）生态监测指标选择自然指标：自然景观、自然状况、自然因素人为指标：人文景观、人为因素一般性监测指标：重点生态监测指标、常规生态监测指标应急监测指标：自然力和人为因素造成的紧急生态问题监测(1) 全球气候变暖引起的生态系统或动植物区系位移；(2) 珍稀、濒危动植物种的分布及其栖息地；(3) 水土流失面积及其时空分布和对环境影响；(4) 沙漠化面积及其时空分布和对环境影响；(5) 草场沙化退化面积及其时空分布和对环境影响；(6) 人类活动对陆地生态系统（森林、草原、农田、荒漠等）结构和功能的影响；(7) 水环境污染对水体生态系统（湖泊、水库、河流和海洋等）

19、结构和功能的影响；(8) 主要环境污染物（农药、化肥、有机污染物和重金属）在土壤-植物-水体系统中的迁移和转化；(9) 水土流失地、沙漠化地及草原退化地优化治理模式的生态平衡恢复过程；(10) 各生态系统中微量气体的释放通量与吸收情况。(五) 我国优先监测的生态项目二、生态监测方案（1）监测目的；（2）监测的方法及使用设备；（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。（一）监测方案的编制(1) 国家采用的生态监测

20、仪器属大型监测设备，如：遥感、地理信息系统、地理图像系统；(2) 常规生态监测选择小型仪器。一般的测试系统，应由传感器、中间变换设备、传输设备、数据处理设备、显示记录设备几部分组成。图6.22 热岛现象研究遥感图 图6.21 非洲地理图像（二）监测仪器的选择图6.23 地球遥感图图6.24 某地地理信息图 生态监测平台是宏观生态监测的工作基础，它以遥感技术作支持，并具备容量足够大的计算机和宇航信息处理装置。生态监测站是微观生态监测工作的基础，它以完整的室内外分析观测仪器作支持，并具备计算机等信息处理系统。（三）生态监测平台和生态监测站(1) 能反映生态系统的各个层次和主要生态环境问题，并以结构

21、和功能指标为主；(2) 筛选那些受外界条件影响大、改变快、具有综合性代表意义的指标作为优先监测指标；(3) 考虑可操作性及实际监测能力。（四）生态监测指标确定原则表6.9 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；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）

22、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；土壤固氮作用表6.10 水生生态系统监测指标要素常规指标选择指标水 文气 象日照时数；总辐射量；降水量；蒸发量；风速、风向；气温；湿度；大气压；云量、云形、云高及可见