生物与生态监测课件

生物与生态监测生物与生态监测1环境监测中理化监测的不足：环境监测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进行比较迅速而灵敏地分析测定。

缺点：只能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：环境监测一般采用2生物与生态监测的定义：

生物与生态监测是在长期连续监测，污染的累积效应监测方面，对理化监测的重要补充，充分利用指示生物对污染物毒性反应的敏感性，更能较准确地反映真实的污染状况。

生物监测包括生态环境变化，生物个性急性、亚急性、慢性的毒性测定，生物的生理生化分析，有毒物质、污染物在生物体内循环运转的分析，个体生态状况以及群落生态结构变化分析等生物与生态监测的定义：生物与生态监测是在长3生物监测的方法：1）指示生物法2）现场调查法3）现场盆栽定点监测法4）群落和生态系统监测法5）毒性与毒理试验6）生物标志物监测法7）环境流行病学调查法根据生物监测的对象不同，其方法也各不相同生物监测的方法：1）指示生物法根据生物监测的对象不同，其方法4一、水污染的生物监测

对水环境进行生物监测的主要目的：

了解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，使水环境生态系统保持平衡提供依据。一、水污染的生物监测对水环境进5采样断面和采样点的布设原则采样断面有代表性尽可能与化学监测断面相一致考虑水环境的整体性、监测工作连续性和经济性

河流：根据长度，至少设上（对照）、中（污染）、下游（观察）三个断面；采样点数视水面宽、水深、生物分布特点等确定。

湖泊（水库）：入湖（库）区、中心区、出口区、最深水区、清洁区等处设监测断面。采样断面和采样点的布设原则采样断面有代表性河6生物监测主要方法一、生物群落监测方法二、生物测试法三、细菌学检验法生物监测主要方法一、生物群落监测方法7一、生物群落监测方法1）一般描述对比法2）水污染指示生物3）生物指数监测法4）污水生物系统法5）PFU微型生物群落监测法一、生物群落监测方法1）一般描述对比法8生物群落监测中的对象：水污染指示生物浮游生物着生生物—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—栖息在水体底部淤泥内、石块或砾石表面及其缝隙中的肉眼可见的水生无脊椎动物。鱼类微生物生物群落监测中的对象：水污染指示生物浮游生物着生生物—附着于91）生物指数监测法评价水质用的生物指数主要是依据不利环境因素，如各种污染物对生物群落结构的影响，用数学形式表现群落结构来指示环境质量状况，包括污染在内的水质变化对生物群落的生态学效应。常用的有贝克生物指数、贝克—津田生物指数、生物种类多样性指数、硅藻生物指数等。1）生物指数监测法评价水质用的生物指数主要是依据不利环境因素10贝克生物指数和贝克—津田生物指数生物指数（BI）=2A+B式中：A、B——分别为敏感底栖动物种类数和耐污底栖动物种类数。贝克生物指数：从采样点采到的底栖大型无脊椎动物当BI>10时，为清洁水域；BI为1~6时，为中等污染水域；BI=0时，为严重污染水域。贝克—津田生物指数：所有拟评价或监测的河段各种底栖大型无脊椎动物当BI≥20时，为清洁水域；10<BI<20，为轻度污染水区；6<BI≤10，为中等污染水区；0<BI≤6，为严重污染水域。贝克生物指数和贝克—津田生物指数生物指数（BI）=2A+B11生物种类多样性指数式中：d——种类多样性指数；

N——单位面积样品中收集到的各类动物的总个数；

ni——单位面积样品中第i种动物的个数；

S——收集到的动物种类数。动物种类越多，指数越大，水质越好；反之，种类越少，指数越小，水体污染越严重。威尔姆对美国十几条河流进行了调查，总结出指数与水样污染程度的关系如下：d值＜1.0，严重污染；d值1.0～3.0，中等污染；

d值＞3.0，清洁。生物种类多样性指数式中：d——种类多样性指数；12硅藻生物指数硅藻指数=式中：A——不耐污染藻类的种类数；B——广谱性藻类的种类数；C——仅在污染水域才出现的藻类种类数。硅藻指数0~50为多污带；硅藻指数50~100为α-中污带；硅藻指数为100~150为β-中污带；硅藻指数150~200为轻污带。硅藻生物指数硅藻指数=式中：A——不耐污染藻类的种类数；132）污水生物系统法

原理：将受有机物污染的河流按照污染程度和自净过程，自上游向下游划分为四个相互连续的河段，即多污带段、α-中污带段、

β-中污带段和寡污带段，每个带都有自己的物理、化学和生物学特征，亦可用生物群落中的优势种群来划分污染带。

下表为污水系统的部分生物学、化学特征：项目多污带α-中污带β-中污带寡污带化学过程还原和分解作用明显开始水和底泥里出现氧化作用氧化作用更强烈因氧化使无机化达到矿化阶段溶解氧没有或极微量少量较多很多BOD很高高较低低硫化氢生成具有强烈的硫化氢臭味没有强烈硫化氢臭味无无水中有机物蛋白质、多肽等高分子物质大量存在高分子化合物分解长生氨基酸、氨等大部分有机物已完成无机化过程有机物全分解底泥常有黑色硫化铁存在，呈黑色硫化铁氧化成氢氧化铁，底泥不呈黑色有Fe2O3

存在大部分氧化水中细菌大量存在，每毫升可达100万个以上细菌较多，每毫升在10万个以上数量减少，没毫升在10万个以下数量少，每毫升在100个以下2）污水生物系统法原理：将受有机物污染的河流按照污染程度和143）PFU微型生物群落监测法原理：PEU法是以聚氨酯泡沫塑料块（PFU）作为人工基质沉入水体中，经一定时间后，水体中大部分微型生物种类均可群集到PFU内，达到种数平衡，通过观察和测定该群落结构与功能的各种参数来评价水质状况。不同程度的污染水域集群速度种类数目环境质量变化优点：PFU法使监测水平提高到了群落层次，使监测更符合客观事实和真实环境，并且简便易行。3）PFU微型生物群落监测法原理：PEU法是以聚氨酯泡沫塑料15二、生物测试法

利用生物收到污染物质危害或毒害后所产生的反应或生理机能的变化，来评价水体污染状况，确定毒物安全浓度的方法称为生物测试法。

分类：按水流方式，可分为静水式生物测试和流水式生物测试；

按测试时间，可分为急性试验和慢性实验；

按受试活体，可分为水生生物和发光细菌等；二、生物测试法利用生物收到污染物质危害或毒害后所产生的反应161.水生生物毒性试验水生生物毒性试验可用鱼类、蚤类、藻类等其中鱼类毒性试验应用较广泛1.水生生物毒性试验水生生物毒性试验可用172.发光细菌法发光细菌是一类能自发发光的细菌，其发光机制是由于菌体内有一种荧光素酶，通过酶催化不饱和脂肪酸反应，而向外界辐射蓝绿色的荧光，发光光谱范围在435～630nm，有单一最大发射峰(λmax=475nm).它是生物自身的正常生理代谢过程.由于发光细菌有易培养、增殖速度快、发光易受外界环境的影响且反应迅速、灵敏等特点。2.发光细菌法发光细菌是一类能自发发光的细菌，其发光18生物发光法是结合生命有机体的生物物理和生物化学过程，检测的是处于环境中的生物，提供的是一个综合的整体指标，因此比传统的检验方法更迅速，直接反映环境污染对生物的影响。当发光细菌与水样毒性组分接触时，可影响或干扰细菌的新陈代谢，使细菌的发光强度下降或熄灭。在一定毒物浓度范围内，有毒物质浓度与发光强度呈负相关线性关系，因而可使用生物发光光度计测定水样的相对发光强度来监测有毒物质的浓度。生物发光法是结合生命有机体的生物物理和生物化193.其他生物测试法微核技术：细胞分裂过程中染色体进行复制时，如果受到外界诱变因子作用，就会产生一些游离的染色体片段，形成包膜，变成大小不等的小球体，这就是微核。利用细胞减数分裂四分体时期出现的微核来指示环境污染的方法称为微核技术其他生物测试方法有水生植物生产力的测定、致诱变物质检测、艾姆斯试验、染色体畸变试验等。3.其他生物测试法微核技术：细胞分裂过程中染色体进行复制时，20三、细菌学检验法

在实际工作中，经常以检验细菌总数，特别是检验作为粪便污染的指示细菌，如总大肠菌群、粪大肠菌群、粪链球菌、肠道病毒等，来间接判断水的卫生学质量三、细菌学检验法在实际工作中，经常以检验21二、大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。二、大气污染生物监测大气污染的生物监测22一、利用植物监测

对大气污染反应灵敏，用来监测和评价大气污染状况的生物称为大气污染指示生物，它包括指示植物和指示动物两大类，其中对指示植物研究较多。

指示植物指受到污染物的作用后能较敏感和快速地产生明显反应的植物，如草本植物、木本植物及地衣、苔藓等，能综合反映大气污染对生态系统的影响强度，能较早发现大气污染，监测出不同的大气污染。一、利用植物监测对大气污染反应231.二氧化硫污染指示植物地衣苔藓荞麦马尾松向日葵1.二氧化硫污染指示植物地衣苔藓荞麦马尾松向日葵242.氟化物污染指示植物郁金香金钱草小苍兰落叶松2.氟化物污染指示植物郁金香金钱草小苍兰落叶松253.臭氧污染指示生物牵牛花丁香杏树3.臭氧污染指示生物牵牛花丁香杏树264.过氧乙酰硝酸酯污染指示生物

常用的有早熟禾、矮牵牛、繁缕、菜豆等。5.乙烯污染指示生物

常用的有芝麻、番茄、香石竹、棉花等。6.氯气污染指示生物

常用的有芝麻、荞麦、向日葵、翠菊、万寿菊、鸡冠花、大白菜、萝卜等。7.二氧化氮污染指示生物

常用的有

悬铃木、向日葵、番茄、秋海棠、烟草等。4.过氧乙酰硝酸酯污染指示生物27二、栽培指示植物监测法

该方法是先将指示植物在没有污染的环境中盆栽或地栽培植，待长大到适宜大小时，移至监测点观察它们的受害症状和程度。二、栽培指示植物监测法该方法是先将指示植物28三、植物群落监测法

植物群落监测法是分析监测区内植物群落中各种植物（敏感性不同）的受害症状和程度以估测该地区大气污染程度的一种监测方法。

敏感植物出现受害症状表示轻度污染，抗性中等的植物出现部分受害症状表示中度污染，抗性中等的植物出现明显受害症状、抗性较强的植物出现部分受害症状表示严重污染。三、植物群落监测法植物群落监测29四、利用微生物监测空气微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。

空气污染的微生物学评价指标：

可用细菌总数和链球菌总数，目前对于空气中微生物数量的标准尚无正式规定。四、利用微生物监测空气微生物是空气污染的重30三、土壤污染的生物监测

土壤是人类赖以生存和生活的重要自然环境，它与人类健康有着密切关系。土壤污染所产生的影响大都是间接的，土壤污染通过土壤——农作物——人体或土壤——地下水（地表水）——人体这两个最基本的环节对人体产生影响。

研究土壤污染的危害时，通常检查对农作物以及对地下水、地面水的影响来判断土壤污染的情况。三、土壤污染的生物监测土壤是人类赖以生存31土壤污染的类型1.重金属的污染2.农药的污染3.放射性污染4.病原微生物的污染土壤污染的类型1.重金属的污染32污染土壤的生物监测1.土壤微生物监测1）样品的采集和处理2）土壤微生物的分离和计数土壤生化性能测定

土壤微生物呼吸产生的二氧化碳，可用容量法、减压法和气体分析法等进行测定。土壤动物监测

土壤动物监测的内容包括农药和除草剂对污染土壤区域生活的无脊椎动物、鸟类和哺乳类动物影响的监测。土壤是无脊椎动物栖居与生活的场所，当土壤受到污染以后，便会导致这些生物的种类和数量的变化。植物生长发育监测土壤生态系统监测

土壤生态系统监测包括两种方法，即野外定点观测和动态检测相结合以及模拟实验法。污染土壤的生物监测1.土壤微生物监测33四、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：生物样品的采集生物样品制备预处理污染物的测定四、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34一、生物样品的采集与制备（一）植物样品的采集与制备

1.植物样品的采集

（1）对样品的要求：采集的样品要具有代表性、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。

（3）采样的方法：在每个采样小区内的采样点上分别采集5～10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20～50g干重样品。一、生物样品的采集与制备（一）植物样品的采集与制备352.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。2.植物样品的制备36（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。（二）动物样品的采集和制备37二、生物样品的预处理1.有机物分解（1）干法灰化（2）湿法灰化2.待测组分提取（1）浸提法（2）萃取提取法3.待测组分分离（1）萃取分离（2）层析分离（3）磺化与皂化分离（4）沉淀分离二、生物样品的预处理1.