环境污染的生物监测与评价省名师优质课赛课获奖课件市赛课百校联赛优质课一等奖课件

第三章环境污染生物监测与评价一概况二大气污染生物监测与评价三水体污染生物监测与评价四物理、化学诱变物质检测1/54一概况生物对环境毒物、污染物反应改变程度作为监测评价环境质量改变、受污染程度依据称为生物监测（monitoring）与评价（evaluating）。生物监测本世纪初才提出，70年代才逐步成为较活跃研究领域。1908～19，德国科学家科尔克威茨（Kolkwitz）和马森（Marson）首先提出了污水生物系统评价法，从而为水体污染生物监测打下了基础。我国自70年代起，在进行污染源调查中开展了生物监测工作，利用藻类、原生动物、底栖无脊椎动物等生物对水体污染情况进行了研究。2/541、生物监测特点（1）能综合地反应环境质量情况环境问题是相当复杂，某一生态效应常是几个原因综合作用结果。如在受污染水体中，通常是各种污染物并存，而每种污染物并非都是各自单独起作用，各类污染物之间也不都是简单加减关系。3/54（2）含有多功效性通常，理化监测仪器专一注很强，测定03仪器不能兼测S02，测S02也不能兼测C2H4。生物监测却能经过指示生物不一样反应症状，分别监测各种干扰效应。植物受SO2、PAN和氟化物危害后，叶组织结构和色泽常表现出不一样受害症状。（3）监测灵敏度高有些生物对某种污染物反应很敏感。如有种唐昌蒲，在0.01ppm氟化氢下，20小时就出现反应症状，据记载，有敏感植物能监测到十亿分之一浓度氟化物污染，而现在许多仪器也未到达这么灵敏度水平。4/542、生物监测不足之处（1）不能像理化监测仪器那样快速作出反应，从而可在较短时间内就能取得监测结果，也不能像仪器那样能准确地监测出环境中一些污染物含量，它通常反应只是各监测点相对污染或改变水平；5/54（2）生物生长发育，生理代谢情况等都制约着外干扰作用。相同强度同种干扰对处于不一样状态生物常产生不一样生态效应。如水稻在抽穗、扬花、灌浆时期对污染反应最敏感、危害最大，而成熟期敏感性就显著降低；（3）指示生物同一受害症状可由各种原因造成，增加了对监测结果判断困难。如许多植物落叶、矮态、卷转、僵直和扭曲等，大气氟化物污染和低浓度除草剂施用均可造成上述异常现象。S02对植物伤害往往与霜冻或无机盐缺乏症状也很相同。6/54二大气污染生物监测与评价1指示生物有些生物，尤其是植物，它们对有害物质能够显示出显著伤害症状，由此可检测环境污染程度，称之为指示生物。2指示植物选择标准（1）对污染物反应敏感并表现出显著伤害症状。（2）为常见品种，易管理和繁殖，生长季节长。（3）植株必须健壮，干扰症少。7/543指示植物选择方法（1）现场调查法（2）栽培比较法将筛选植物进行盆栽培养，然后放在已知污染区一定点位上进行观察，选出敏感植物。（3）熏气试验法将需要筛选植物移植或放置熏气室中，把所需浓度单一或混合污染气体与空气混合后通人熏气室内。8/54（4）叶片浸蘸法将化学溶液浸蘸植物叶片后，产生近似于某种污染气体直接熏气一样效果。如浸蘸氢氟酸可产生氟化氢效果，浸蘸亚硫酸可产生二氧化硫效果等。9/544伤害症状、敏感品种

（1）伤害症状SO2：伤斑大部分出现在叶脉间，伤区与健康组织之间界限分明。NOx：伤斑大部分出现在叶脉间，伤区与健康组织之间界限分明。Cl2：伤斑也主要在叶脉间，但伤斑与健康组织之间界限含糊或有一个过渡区。HF：伤斑多出现在叶尖和叶缘，伤区与非伤区之间常有一条红色或深褐色边界限。O3：伤害主要在叶面出现密集细小斑点。10/54A.二氧化硫指示植物苔藓白蜡树云杉地衣棉花白杨

(2)指示植物11/54

B.光化学氧化物指示植物矮牵牛花葡萄菠菜黄瓜马铃薯洋葱12/54雪松葡萄金钱草杏树慈竹郁金香C.氟化物指示植物13/54D乙烯指示植物万寿菊皂荚树黄瓜番茄兰花14/54E氮氧化物指示植物向日葵菠菜秋海棠番茄烟草15/54（3）大气污染伤害植物特点

1）有显著方向性同一株树上，面向污染源部分，要比背向污染源部分受害严重。2）植物受害程度与距离污染源远近亲密相关。普通距离越近，植物受害越重；距离越远，植物受害越轻。但如污染源是一个很高烟囱，则在一定范围内离烟囱越近受害越轻，最大落地浓度为烟囱高度15-20倍。3）在有害气体扩散过程中遇障碍物，障碍物后面植物可防止受害4）不局限在一个植物上，而是包括到各种植物。16/545大气污染区植物评价方法

（1）症状指标法经过观察植物形态改变，尤其是叶片出现受害症状，能够作为评价大气环境污染指标。（2）生长量指标法IA=W0/Wm式中，IA—影响指数W0清洁区（对照）植物生长量Wm—污染区植物生长量17/54（3）群落生态指标法

主要是利用群落结构改变，来反应群落中种类数和丰度关系，进而对环境进行监测和评价。在未受污染胁迫正常群落中，种类数多。伴随污染胁迫增加，种类数下降。在利用群落生态指标法时，普通选择附生苔藓植物群落，这是因为苔藓植物含有以下特点：1）生长于树皮，不受土壤条件影响。2）多年生常绿植物，整年可测。（苔藓计）3）叶多数只有一层细胞，对污染物敏感。附生苔藓调查及城市大气污染分级18/54

X：每m3空气中细菌数．N：平板暴露５分钟，于37℃培养２４小时后生长菌落数r：平皿底半径（cm）6空气细菌污染与监测

（1）沉降平皿法奥梅梁斯基曾提议：如面积为100cm2平板培养基，暴露在空气中5分钟，于37℃培养二十四小时后所生长菌落数，相当于10L空气中细菌数．19/54（2）滤过法使一定体积空气经过吸附剂，而后培养吸附剂中细菌，计数出菌落数。1）先将仪器按图装置。2）将下面大玻瓶盛满4L水。3）旋开水龙头，使水缓缓流出。这时外界空气被吸人，经喇叭口进人盛有50ml无菌水三角瓶中。至4L水淹完后，则4Ｌ体积空气中微生物被滤过在50ml水中。4）自三角瓶中吸1ml水放入无菌培养血中，然后加入肉膏蛋白陈琼脂培养基中，摇匀，凝固后置28℃培养48小时后计算结果。20/541水生生物样品采集和处理（1）浮游生物1）主要类群2）采样①样点设置：浮游生物网、采水器。②采样深度：浮游生物在水体中不但水平分布上有差异，而且垂直分布上也有不一样。水深2米以内，可在0.5米左右深处采样，3米以上可分层采样。③固定保留④计数

三水体污染生物监测与评价21/54（2）底栖生物调查

底栖动物一般认为体长超出2mm，所以亦称为底栖大型无脊椎动物。2水体初级生产力测定（1）黑白瓶测氧法1）原理2）操作步骤采水与灌瓶挂瓶曝光：通常曝光二十四小时3）计算方法总产量=白瓶溶氧-黑瓶溶氧呼吸量=初始溶氧-黑瓶溶氧净产量=总产量-呼吸量22/54（2）叶绿素含量测定法

3污水生物系统法1960年海因斯（Hyness）提出河流从排入处到下游生态学模式。在欧洲，则比较广泛地应用19德国科学家科尔克威斯和莫尔斯森（Kolkwiz和Marsson）水体污染评价标准。依据这个理论，当水体受污染后，发生一系列自净过程，生物种类发生改变，出现特有指示生物，可分别划分为四个不一样地带；即多污染带、α—中污带、β—中污染带和寡污带。以后又有些人把多污带及寡污带也划分为α、β累计6个。23/54将受有机物污染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，每个带都有自己物理、化学和生物学特征。依据这些特征进行判断。

污水24/54在环境质量发生改变时，生物种类和数量也都会随之发生改变，把生物种类和数量发生这种改变用恰当数学公式加以表示，所求得数值即为生物指数。

（1）颤蚓类与全部底栖动物相比生物指数水蚯蚓与陆蚯蚓是相同。习见有四个科，即飘体虫科、仙女虫科、颤蚓科和带丝蚓科。颤蚓类密度可达每平方米2万尾以上。污水底部全部是红若地毯颤蚓，前半部埋在泥中，后半部露在水中不停地摆动，皆以耐有机污染著称。4生物指数法25/54也可按下面方法来进行评价：颤蚓类＜100条/m2不污染

100-999轻污染1000-5000中等污染7500严重污染

（1）颤蚓类与全部底栖动物相比生物指数

大于80%污染严重，小于60%认为水质良好。

26/54（2）多样性指数（diversityindex）

种多样性包含两个成份，一为群落中种类数；二是群落中各种种类个体数数量分布。在大部分多样性指数中，组成群落生物种类越多，其多样性指数越大，而重复性越小。多样性大群落，就含有更复杂营养通道，更多营养链和侧链，群落稳定性也就越大。自然生物群落往往由较多个体数少数种和含有较少个体数多数种组成。如环境污染不利原因将造成群落中生物种类降低，降低种间竞争相互作用，使留下耐污种类个体数增多。以致受污染环境中群落多样性比正常环境内少。

27/541）香农（Shannon）指数

ni：第i种个体数I=1，2，3，······kN：生物总个体数d大于3为寡污带，d=1-3为中污带，d小于1为多污带。

28/54式中：d-多样性指数S-种类数N-总个体数d大于3为寡污带，d=1-3为中污带，d小于1为多污带。

2）马吉莱夫（Margelef）多样性指数

珠江广州河段污染评价（利用底栖动物）29/54R-“组”数N-总个体数C.I大于3为寡污带，C.I=1-3为中污带，C.I小于1为多污带。

3）凯恩斯（Cairns）连续比较指数

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5鱼类毒性试验

鱼类毒性试验主要目标是寻求某种毒物或工业废水对鱼类半致死浓度与安全浓度。所谓安全浓度，就是在污染物连续作用下，鱼类能够正常存活、生长、繁殖最高毒物浓度。（1）鱼种选择试验鱼要求对污水反应灵感当地种类，鲤鱼和鲫鱼是国际性鱼类，而金鱼对一些毒物反应灵感，都是应用较多试验鱼类。（2）试验条件控制试验鱼要求是同一批起源，同种、同龄。31/54(3)半数致死浓度(LC50)或平均忍受限(TLm)计算试验时选取5种以上不一样浓度（mg/L），并设置重复2-3个及对照组。试验时间普通为48-96小时，找出鱼半数存活率浓度。

（4）安全浓度计算

式中，48TLm—48h半数存活率浓度（mg/L）24TLm—24h半数存活率浓度（mg/L）安全浓度验证：如有中毒症状发生，则应降低浓度再试验，直到确证某浓度对鱼是安全。

6鱼类毒性试验32/546水体富营养化监测与评价①藻类总数及叶绿素-a含量评价法②优势种评价法不一样营养状态水体中存在不一样生物种类，尤其在优势种方面差异显著。普通来说，贫营养型湖泊中浮游植物以金藻、黄藻类为主，中营养型湖泊中常以甲藻、隐藻、硅藻类占优势，富营养型湖泊则常以绿藻、蓝藻类占优势。③多样性指数评价方法水体富营养化评价实例④综合评价标准33/54

7水污染细菌学监测

我国现行生活饮用水卫生标准要求：细菌总数1ml自来水不得超出100个；大肠菌群数每升自来水中不得超出3个。水细菌性污染主要是因为粪便污水排放而引发。要判断水质是否安全可靠，最好是检验水中有没有病原菌。但因为被粪便污染水中病原菌数量毕竟较少，所以只测定水中有没有肠道非病原菌存在，就能够确定是否受到粪便污染。而大肠杆菌群是肠道杆菌好氧菌中最普遍和数量最多一个，且与肠道致病菌呈一定正相关，所以，作为水体受粪便污染指标，以大肠杆菌群最为理想。

34/541微核试验（1）紫露草花粉母细胞微核试验

花粉母细胞（减数分裂）→四分体（2）蚕豆根尖、叶尖微核试验

四物理、化学诱变物质检测

35/54艾姆斯试验是由美国加州大学艾姆斯教授等人经多年研究创建一个检测环境中致突变物测试方法，也称鼠伤寒沙门氏菌／哺乳动物微粒体试验。

因为有些致突变物质在生物体内经代谢活化后才显示致突变性，而这种活化是由微粒体非特异功效氧化酶系统完成，而细菌和低等生物体内没有这种酶系统，故为了使试验条件更近似哺乳动物代谢情况，艾姆斯等人又采取了在体外加人哺乳动物肝微粒体酶系统（简称S-9混合液）使检物活化方法。

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艾姆斯（Ames）试验

野生型his+营养缺点型his-正向突变回复突变36/54艾姆斯（Ames）试验图解

37/54环境影响评价工程程序38/54生物监测与理化监测比较39/54苔藓植物监测大