水环境保护：第3章 水污染生物监测

1、第3章 水污染生物监测Biological monitoring一 监测含义可理解为监视、测定、监控等。环境监测(Environmental monitoring)：就是通过对影响环境质量因素的代表值的测定，确定环境质量（或污染程度）及其变化趋势。二 目的准确、及时、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为环境管理、污染源控制、环境规划等提供科学依据。 具体归纳为 根据环境质量标准，通过监测来检验和判别工业排放物浓度或排放量是否超标，检验和评价环境质量；根据污染分布情况，追踪寻找污染源，为实现监督管理、控制污染提供依据；3. 收集本底数据，积累长期监测资料，为研究环境容量、实施总量控制和目标管理、

2、预测预报环境质量提供数据； 具体归纳为4. 为保护人类健康、保护环境，合理使用自然资源，制订环境法规、标准、规划等服务。5. 通过监测确定环保设施运行效果，以便采取措施和管理对策，达到减少污染、保护环境的目的。6. 为环境科学研究提供科学依据。三 环境监测的分类 1.政府授权的公益型环境监测 目前环境保护系统各级监测站主要职责，具体可分为监视性监测、特定目的性监测以及研究性监测 .2.非政府组织的公共事务环境监测 咨询性监测，为科研机构、生产单位等提供服务性监测，例如室内环境空气监测、生产性研究监测等。 四 环境监测的发展 1）典型污染事故调查监测发展阶段或被动监测阶段20世纪50年代以来，化

3、学毒物造成危害较大的环境污染事件不断出现，（如国际八大公害事件中有五大就发生在50年代以后，其余三大公害也发生在之前的三、四十年代）,环境分析因此产生，主要是对环境样品进行化学分析。此时环境试样种类繁多，被测组分浓度很低，测定对象成分复杂，被测组分容易发生变化，样品处理量大，影响范围广。四 环境监测的发展2）污染源监督性监测发展阶段或主动监测、目的监测阶段60年代末开始，工业发达国家相继颁布了一些环境保护法律，其主要目的是有效限制企业排放污染物。由于环境立法的逐渐完善、环境执法的日益严格以及对企业污染源污染排放监控的日益重视，污染源监测工作得到很大发展。考虑到物理因素，以及污染物之间的相互作用

4、，不但可用化学监测手段，还可用物理、生物监测手段综合监测。此时认识到了环境分析只是环境监测的一部分。四 环境监测的发展3）以环境质量监测为主的发展阶段或自动监测阶段 80年代初，发达国家相继建立了自动连续监测系统，可连续观察空气、水体污染浓度变化、预测预报未来环境质量。同时，地理信息系统技术（GIS）、遥感技术（RS）和全球卫星定位技术（GPS）等3S技术逐渐在环境监测中得到应用。五 发展趋势 由经典的化学分析向仪器分析发展； 由手工操作向连续自动化迈进 微量分析（0.01%1%）向痕量（0.01%超痕量发展)；由污染物成分分析发展到化学形态分析；仪器的联合使用和电子计算机化。六 监测的主要方

5、法简介（一） 化学分析法重量分析法和容量分析法。重量法:操作麻烦，对于污染物浓度低的，会产生较大误差，它主要用于大气中总悬浮颗粒、降尘量、烟尘、生产性粉尘及废水中悬浮固体、残渣、油类、硫酸盐、二氧化硅等的测定。随着称量工具的改进，重量法得到进一步发展。例如，近几年用微量测重法测定大气飘尘和空气中的汞蒸汽等。容量法: 具有操作方便、快速、准确度高、应用范围广、费用低的特点，在环境监测中得到较多应用，但灵敏度不够高，对于测定浓度太低的污染物，也不能得到满意的结果。它主要用于水中的酸碱度、NH3-N、COD、BOD、DO、Cr6+、硫离子、氰化物、氯化物、硬度、酚等的测定，及废气中铅的测定。 环境生

6、物监测一 生物监测的定义、任务和要求（一） 定义生物监测: 就是利用规范化或标准化的生物估价技术与方法,快速识别和鉴定有关生态环境交流的状态与质量的反馈信息。一 生物监测的定义、任务和要求反馈信息可反映以下三个问题:1.毒物是否被排放水中，在生物体内的分布及停留时间;2.受毒害生物群落的分布、繁殖、稳定的趋势;3. 生物是否得到保护, 强调一点：给出信号能采取措施保护平衡一 生物学监测系统任务和要求1.在致死物质溢流(spill)还未进入受纳系统（江、湖、河、海）之前，就被侦察出来 (毒性实验) 。一 生物学监测系统任务和要求2.监测生物有广泛的代表性，不会因为它对某种特殊毒物有很高的忍受力，

7、没有把这种毒物侦察出来而通过了，但是对受纳系统中的其它生物群藻却是有害的 (鱼苗孵化) 。一 生物学监测系统任务和要求3.能达到和理、化监测相同的结果，并且成本低，效率高。(1) 马拉硫磷， 0.29ug/L 在48h 隆腺溞的致死。(2) 藻体中某污染物含量与水中污染物浓度成正比。用藻类作污染物吸收能力的测试 污染物浓度 藻体中某污染物含量一 生物学监测系统任务和要求4.生物监测虽不能鉴别是哪种特殊毒物引起的反应，而只能提出有害物质的出现。但能够和理化监测系统结合起来，就可以鉴别是何种毒物引起的紧急反应，即定性不定量。(黄鳝例案). 5.生物监测中不会出现假信号以致造成判断上的失误。 6.在

8、监测每个受纳系统时，生物监测最好能应用当地的生物。7.在工厂内的生物监测系统能侦察出致死的或长期有效的物质溢流，操作简便。二 水化学和生物监测的重要性物理化学方法： 先进手段和方法; 对污染种类、数量、快而灵敏、测出; 常规参数，能连续监测不足：要定期采样，仅反映瞬时浓度。二 水化学和生物监测的重要性生物方法：大量污物进行理化监测技术有困 难，经济不允许。 环境复杂，理化监测无能为力，生物监测显示特色。 特殊重要性和灵敏性。用藻类监测污染物 污染物浓度 藻体污物含量二 水化学和生物监测的重要性如浓度低到0.29ug/L的马拉硫磷，在48h内可使一种叫隆腺蚤的浮游动物致死。不足:未能回答污染种类

9、和实际浓度;手工操作费时， 费人工;要求掌握生态学，分类学、生理学、 生物化学。 三 水质生物学监测(一 ) 主要进展：(1) 生物监测方法对原有经典方法有所改进，并有新的发展;(2) 具体应用方面:既从定性到定量，从简单到复杂;从单纯环境污染调查，到制订排放标准等; 。三 水质生物学监测单从城市生活污染的监测，发展到各种工业废水的监测。 (3) 应用区域方面：开始应用于欧洲，其次美国、加拿大，后来于日本等地区；从淡水到海洋.三 水质生物学监测（4）原因分析人口不断地向沿海集中，新型工业的新建与扩建，人们把海洋作为无限的垃圾场。稳定的污染物通过河流排入海洋，引起海洋生态系统的紊乱。石油污染，造

10、成死鱼等污染事件.四 各国生物监测概况德国:对1100多个河水监测点,根据河水中水生生物的情况，将河水划分为五类不同的“污染负荷”。同时测定了生化需氧量、氨、亚硝酸盐等化学指标。四 各国生物监测概况德 国:结果表明:生物监测指标与化学指标是完全一致的,按所属的类别标记在1：20万的地图上.四 各国生物监测概况并分别涂以兰、绿、黄、橙、红色，分别表示所属的 类，污染程度从到V逐渐严重。这种水质图为当地水源管理部门和控污染的工程设计部门提供了可靠的资料。四 各国生物监测概况 加拿大1. 在河流、湖泊的废水里进行了水质生物学监测，以查明废水的影响以及废水控制措施的效果。 四 各国生物监测概况2. 通

11、过水质生物学监测，观察某大型化工厂开工前、中、后,底栖无脊椎动物的变化来阐明该大型化工厂废水的影响。 3. 报告了以蠕虫作指示生物监测河流污染的一些情况 4.研究表明:滴滴涕的浓度低到40PPb时，即可影响年幼鲑鱼的耐寒能力。四 各国生物监测概况 美国：1 . 1927年,美国以水生物作为水污染指标,威斯康星州的调查表明:污染的直接作用是降低了水中溶解氧的含量. (1) 新近污染带 （2） 腐败带 （3） 恢复带,四 各国生物监测概况2. 根据对氧的需要情况将指示生物分成三类：（1）抵抗型指示生物：（2） 耐受型指示生物：（3）敏感型指示生物：四 各国生物监测概况3. 在伊利诺斯河用底栖较大的

12、无脊椎动物作指标，研究了河流的污染情况。4. 对堪萨斯州的堪萨斯州河也进行了比较周密的生物学监测。四 各国生物监测概况为了取得完整资料，调查组由下列人员组成：一名或数名化学工作者，一名细菌学工作者，一名藻类工作者，一名原生动物工作者，一名或数名无脊椎动物学工作者（包括一名水生昆虫学工作者），一名鱼类工作者和若干名现场助理人员。四 各国生物监测概况5.在海洋方面 每个监测站将利用柱状浮标带,有在不同程度的生长板和一个在柱状浮标底下沉于海底的盘(监测期大约为45天)，在期末将生长板和沉底的盘提上来进行分析。 四 各国生物监测概况英国在英国的曲恩塔河上，划分为四个不同程度的污染带：第一带 重污染带：

13、污水真菌繁殖，蠕虫.第二带污染带：大量的蠕虫，少数摇 蚊幼虫 ,少数藻类开始出现. 第三带轻污带存在着各种藻类，完全 看不到污水真菌. 四 各国生物监测概况第四带 恢复带：水中动植物群落与河流污染源上游的情况基本相同。四 各国生物监测概况日本1.曾以硅藻作为河流的污染指标对水质污染状况进行了生物学评价.2.海洋生物学监测方面:曾以底栖生物作指标调查日本海沿岸和太平洋沿岸等水域的污染情况; 四 各国生物监测概况3.海洋生物学监测方面:曾以底栖生物作指标调查4.以底栖动物的变化来划分水质污染程度: 无生物区; 污染区; 过营养区; 正常区. 五 生物监测的内容 急性毒性试验，求出安全浓度。鱼类、溞

14、、藻类急性毒性试验慢性毒性试验，求出排放指标、致畸、致残浓度。毒物的富集实验；鱼类的致畸实验；毒物的联合作用实验；污水暂养实验；鱼类血细胞微核观察；鱼类的生理指标；鱼类的生化指标；鱼类的病理指标。 1.底栖生物监测的方法底栖大型无脊椎动物是最适宜的污染指示生物，能较好地反映水体状况.1 能比较长时间栖息在河流一定的位置;2 繁殖较慢;3 容易大量收集样品;4 比较容易鉴定。2.小底栖生物监测的方法也是很好的污染指标1 分布广泛，2 对环境的变化较为敏感3 大型无脊椎动物绝迹时，某些小生物还可存在。但是它们的鉴定困难而且费时， 3.藻类生物监测的方法硅藻已被广泛使用，一般认为它是适宜的指示生物

15、结果表明:随着污染程度的增加，硅藻的种类数目明显减少,而生存的硅藻的个体数则明显增多.4. 水生生物监测的方法某些大的附着藻类对污染的反应很敏感，在沿海水域的生态系统中是一种较好的污染指示生物。 鱼类（省略） 鸟类（省略） 细菌 细菌总数， 大肠杆菌 5.水的细菌学检验水的细菌学检验，特别是肠道细菌的检验，在卫生学上具有重要意义。实际工作中，常以检验细菌总数，特别是检验作为粪便污染的指示细菌，来间接判断水的卫生学质量。5.水的细菌学检验（1）水样的采集:严格按无菌操作要求进行，防止在运输过程中被污染，并应迅速进行检验。6.水的细菌学检验（2）细菌总数的测定：细菌总数是指1mL水样在营养琼脂培养

16、基中，于37经24小时培养后，所生长的细菌菌落的总数。它是判断饮用水、水源水、地表水等污染程度的标志。6.水的细菌学检验其操作过程如下：1）灭菌 ；2）制备营养琼脂培养基 ；3）培养（二份平行样，一份空白） ；7.水的细菌学检验（3）总大肠菌群的测定：总大肠菌群是指那些能在35、48小时之内使乳糖发酵产酸、产气、需氧及兼性厌氧的、革兰氏阴性的无芽孢杆菌，以每升水样中所含有的大肠菌群的数目来表示。7.水的细菌学检验总大肠菌群的检验方法富有发酵法和滤膜法。发酵法可用于各种水样（包括底泥），但操作繁琐，费时间。滤膜法操作简便、快速，但不适用于浑浊水样。 8.水的细菌学检验 1. 多管发酵法是根据大肠

17、菌群细菌能发酵乳糖、产酸产气以及具备革兰氏染色阴性、无芽孢呈杆状等特性进行检验的。9.水的细菌学检验检验程序如下：1)配备平板基； 2）初步发酵试验； 3）平板分离； 4）复发酵试验； 5）大肠菌群计数。 2、 滤膜法（4）其他细菌的测定10. 生物比重 =昆虫湿重/颤蚓属湿重11. 个体数量 每m2少于100个颤蚓，为无污染。每m2 有100990个颤蚓的处 为轻度污染。每m2 有10005000个以上,为中度污染。每m2 有5000个以上颤蚓, 为重度污染。12.以水生生物评价水质的生态学依据1.某些有指示价值的种类（如对某种污染有耐性或敏感的种类）的出现或消失；2 .水生生物群落中种类或

18、类群的增减；3.个别种群的变化；12.以水生生物评价水质的生态学依据4.水生生物群落中个体组成的变化；5.自养异养程度的变化；6.生产力高低程度的变化。13.污水生物系统1.多污带 2.中污带（A中污带）（B中污带） 3.寡污带14.生物指数 Biotic index生物指数：运用数学方法求得的反映生物种群或群落结构的变化的数值，用以评价水质量。14.生物指数 Biotic index Beck生物指数 Beck(1955)按底栖大型无脊椎动物对有机污染的耐性分成两大类： BI2n1n11 14.生物指数 Biotic indexBI2n1n11 I类是不耐污种类；类是能中度耐污（但非完全缺氧

19、）的种类; n1和n11 分别为I类和类种类数.(2) Beck生物指数贝克生物指数（BI）= 2n1 + n2BI=0时，属严重污染区域，BI=1-6时，为中等有机物污染区域，BI=10-40时，为清洁水区。 (3) 硅藻指数据在河中采到硅藻内不耐污种类数A）；对有机污染无所谓种类数（B）；仅在污染区独有地存在种类数（C）；计算生物指数；在评价污染程度，计算公式为：(4) 各门藻类种类商的生物指数 以绿藻类鼓藻类的种类数 藻商篮藻鼓藻； 绿藻商绿藻鼓藻； (4) 各门藻类种类商的生物指数 硅藻商中心藻目羽状藻目; 裸藻商裸藻类（蓝藻类绿藻类）； 复合藻商（蓝藻类绿藻类裸藻类）鼓藻类。颤虫引类

20、与全部两栖动物相比的生物指数Goodnight 8c Whitley(1961)提出快建简便计算分式为： (6) King和Bell（1964）用水生昆虫寡毛类湿重的比值来评价水质，比法可用于评价有机污染和某些有毒废水污染。 15.生物多样性指数（species divex sity index） 生物多样性指数： 应用数理统计方法求得表示生物群的种类和个体数量的数值，用以评价渔业水质量。S-为群落中种的总数， ni第I种的数，N为个体总数(1) 组合型多样性指数 (2) Menhinick指数 16. 其它生物监测方法(1) 微型生物监测 十年来对各种废水如重金属、农药、石油、发电厂热排水、

21、化工、冶炼、印染、制药、食品加工、汽车制造、炼钢、炼焦、炼油、采石、棉纺、酿酒、制烟、化肥、航天以及生活污水等进行PFU法的监测，取得显著效果。(1) 微型生物监测 对我国长江中游地区主要饮用水源-长江(重庆-宜昌)、汉江、乌江、清江、沅江等用PFU法进行水质评价。并在SCI收录的国际期刊上发表文章，为成为国际标准方法创造了条件 (2)用水花生根尖微核技术（MCN）对马鞍山市废水的监测 其根尖细胞微核率 MCN（），不仅可用于监测不同废水的污染程度，而且由于该植物长期生活在污染水体中，还能反映不同废水的污染物富集程度及现状。(2)用水花生根尖微核技术（MCN）对马鞍山市废水的监测 当外界环境中

22、存在一定浓度的致突变物时，可使细胞发生损伤，从而使微核细胞率上升。另外微核细胞率的上升，提示环境中存在有致突变物，即受试水样中含有能打断DNA分子的诱变剂或能打断纺锤丝的纺锤丝毒剂，从而表现出遗传毒性。 (3)应用分子生态毒理学方法监测水体 研究污染物及代谢产物与细胞内大分子，包括蛋白质、核酸、酶的相互作用，找出作用的靶位或靶分子，并揭示其作用机理，从而能对在个体、种群、群落或生态系统水平上的影响作出预报，具有很大的预测价值。(3)应用分子生态毒理学方法监测水体 目前最常用的是把腺三磷酶作为生物学标志，方法是测定体内三磷酸腺苷酶ATPase的活性，并以其活性强弱作为多种污染物胁迫的指标. (4

23、)测定贻贝消化腺上皮细胞中溶酶体 贻贝消化腺上皮细胞中的溶酶体是有毒物质积累滞留的主要场所，它在排泄有毒污染物质的过程中起着关键作用。(4)测定贻贝消化腺上皮细胞中溶酶体 溶酶体中的有毒物质会削弱膜的稳定性，减少产生水解作用的溶酶体酶向细胞溶质中扩散。能够阻止有毒物质及其代谢产物产生的细胞毒素对有机体产生影响。贻贝消化腺上皮细胞中的溶酶体膜的稳定性和金属硫蛋白的含量的测定可以作为水体. (5)生物体内胆碱脂酶活性的测定 有机磷农药和氨基甲酸盐杀虫剂与底物乙酰胆碱的分子形状类似，能与酶酯基的活性中心发生不可逆的键合从而抑制酶活性，它可以用来评价有机体在杀虫剂和毒害神经的污染物质（如重金属）中的暴

24、露程度。(5)生物体内胆碱脂酶活性的测定 Mohamed Dellali等 用蛤和贻贝监测泻湖的水体污染，结果表明，蛤和贻贝体内乙酰胆碱脂酶的活性能很好地反映当地水体的污染状况。 (6)水生生物环境诊断技术 日本开发出水生生物环境诊断技术（Aquatic Organisms Environment Diagnostics，简称AOD）。该方法采用冷冻浓缩技术 ,将低毒性水体样品中的部分水分脱出，使水样中的毒理成分合理地浓缩，再进行生物毒性试验，进而判定水体的毒性水平。(6)水生生物环境诊断技术 AOD技术所选用的测试鱼要求体积较小，同时要满足测试生物所必备的高敏感性、取材方便、便于饲养或繁殖、

25、品系纯等条件。目前，AOD主要采用红鳍鱼（.albnubes）和淡水虾（P.compressa）作测试生物。 (7)幼虫变态实验 (1)幼虫的变态期是其生活史的关键阶段，变态期的幼体对污染物的敏感性要高于其它阶段，胚胎发生和幼虫发育受影响的污染物浓度会阻碍其变态。(7)幼虫变态实验 (2)幼虫的变态过程易于观察（受到外来信息物质的调控），易受环境污染的干扰。与死亡率比较，能否在附着基表面顺利变态是监测污染物毒性的更敏感的指标。 (8)四膜虫 刺泡发射法 四膜虫的刺泡是附着在细胞质表面，由基粒分化而来，垂直胞质排列，当外界环境因子触发可诱导刺泡发射，形成显微镜下可见的分泌泡。吴伟等用阳性致突变物

26、诱发四膜虫刺泡发射， (8)四膜虫 刺泡发射法 试验结果表明，四膜虫对致突变阳性物质相当敏感，且有剂量效应关系。因此利用四膜虫刺泡发射是评价水体中化学物质致突变的一种快速、简便、良好的方法。 (9)长叶异痣蟌Ischnura elegans（VanderLinden） (雌)长叶异痣蟌对水体汞具有富集性，富集倍数高达54487600倍，可作为水体汞污染的监测生物。其中雌性长叶异痣蟌体内汞含量样体（同时、同地采集的）间存在很大差异，因此可作为水体汞污染的定性研究，不宜作为水体汞污染的定量监测。(9)长叶异痣蟌Ischnura elegans（VanderLinden） (雄)性长叶异痣蟌体内汞含

27、量样本间的差异则不显著，并且雄性长叶异痣蟌体内汞含量随水体汞含量的增加及时间的延长而增加，可作为水体汞污染的指示生物。 (10)期卤虫为受试生物 实验研究了K2Cr2O7、HgCl2、As2O3、KCN、六六六、苯酚、苯7种物质对卤虫的中毒阈值和 LC50 -24h（Leathal Concentration 50-24h, 24 h半致死浓度）的测定，阐明了该方法具有操作简便、快速、覆盖面宽、技术易掌握、所需设备不复杂等特点。(11)深圳口岸启动外来传染病传播媒介生物监测 根据国家质检总局的有关规定，该局决定：今起在深圳口岸全面启动外来传染病传播媒介生物监测工作，包括深圳口岸出入境交通工具、

28、集装箱、行李、货物、邮包以及口岸的媒介生物监测、检测、鉴定、标本制作、风险评估、预警和响应等。 (11)深圳口岸启动外来传染病传播媒介生物监测据介绍，媒介生物监测的对象主要有鼠、蚤、蚊、蝇、蟑螂、蜱、螨、蠓等8种。深圳检验检疫局有关负责人指出，近年来，该局从入境船舶中截获医学媒介生物数量有逐渐增多的趋势，(11)深圳口岸启动外来传染病传播媒介生物监测去年曾从一入境的船舶中截获1万多只蟑螂，今年以来多次从入境船舶中截获几千只蟑螂。外来医学媒介生物的品种也逐渐增多。 (12) 用蚌检测水质(1)有毒物质的判断: 蚌张开两壳，遇刺激也难彻底合闭，放在有水的器皿中静养35分钟后，斧足完全伸出壳外时，说明水体中的有毒物质含量高，黄鳝处于被药物或被毒物的残害之中。 (12) 用蚌检测水质 (2)细菌指数的判断: 剖开蚌，其肉不白，说明水体中的细菌指数较高。水体中的细菌含量较高、高和很高，在蚌肉上表现的颜色为泥色、红色和黑色。(3)藻类生长情况的判断: 摸起蚌，若蚌壳外表清洁，无绿色绒毛或黑色堆积物，说明水体中的有害黄鳝生长的藻类较少，