第四章 环境质量的生物监测与评价

第四章环境质量的生物监测与生物评价第一节生物监测和环境质量评价概念一、环境质量定义及其基本内涵（一）环境质量定义环境质量是环境素质的优劣程度。在一个具体的环境内，环境的总体或环境的基本要素对人群的生存和繁衍及社会经济发展的适宜程度，是反映人类的具体要求而形成的对环境的性质及数量进行评定的一种概念。（二）环境质量的基本内涵环境质量是指自然环境质量和社会环境质量两个方面，它包括物理的、化学的和生物的质量，又可具体划分为大气环境质量、水环境质量、土壤环境质量、生物环境质量等。所谓物理环境质量是指周围物理环境条件的好坏，自然界气候，水文，地质，地貌等条件的变化，人为的热污染，噪声污染，微波辐射，地面下沉以及自然灾害等都能影响物理环境的质量。化学环境质量是指周围化学环境条件的好坏。生物环境质量是自然环境质量的重要组成部分，它是指周围生物群落构成的特点而言，不同地区生物群落的结构及组成特点不同，其生物环境质量也有差别。社会环境质量包括经济的，文化的及美学的等各方面。环境质量基准一般定义为：环境因素在一定的条件下作用于特定对象而不产生不良或有害效应的最大值。（三）环境质量调查、监测及评价环境质量调查是为了了解环境的质量状况而进行的一系列工作，调查的主要内容是环境背景值，自然环境状态，区域污染状况，人类干扰下环境的演变规律，以及环境因素的危害效应等。为了评价环境质量，人们研究并确定了一系列具有代表性的环境指标，对这些指标进行定期的或连续的监测、观察和分析其变化称为环境质量监测。按照一定的标准，采用相应的方法对环境质量进行评定、比较及预测，称为环境质量评价。（四）环境质量调控与环境质量预测环境质量预测是对环境质量未来趋势所做的推断。环境质量调控包括狭义及广义两个方面。狭义的调控是采取合理有效的措施，调节和控制向环境中排放的污染物不超出允许的容纳量。广义的调控是采取人工手段，使环境要素变化不超过或能够达到一定的标准。二、生物监测的概念生物监测是利用生物个体、种群或群落对环境污染或变化所产生的反应阐明环境污染状况,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、土壤、大气污染监测三大部分。生物监测至少应具备两个重要条件：（1）对比性，已建立的标准可供对照；（2）重复性，在一定观测点上每隔一定时间采样分析。生物监测的特点和不足特点：1）能直接反映出环境质量对生态系统的影响；2）能综合反映环境质量状况；3）具有连续监测的功能；4）监测灵敏度高；5）价格低廉，不需购置昂贵的精密仪器；6）不需要繁琐的仪器保养及维修等工作；7）可以在大面积或较长距离内密集布点，甚至在边远地区也能布点进行监测。不足：1）不能象理化监测那样迅速做出反应；2）不能象仪器那样能精确地监测出环境中某些污染物的含量，生物监测通常只是反映各监测点的相对污染或变化水平。第二节生物监测与评价一、大气污染生物监测与评价大气污染物生物监测是指利用生物对大气污染物的反应，监测有害气体成分和含量以了解大气的环境质量状况。大气污染物的生物监测包括动物监测和植物监测。（一）大气污染的植物监测方法利用植物对大气污染的反应，监测有害气体的成分和含量以了解大气环境质量状况。大气污染的植物监测方法：1.指示植物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。

大气污染指示植物应具备的条件有：对污染物反应敏感，受污染后的反应症状明显，且干扰症状少；生长期长，能不断萌发新叶；栽培管理和繁殖容易；尽可能具有一定的观赏或经济价值，以起到美化环境与监测环境质量的双重作用。（1）常用大气污染指示植物二氧化硫污染指示植物、氟化物污染指示植物、臭氧污染指示植物、过氧乙酰硝酸酯污染指示植物、乙烯污染指示植物、氯气污染指示植物、二氧化碳污染指示植物（2）指示植物的选择方法现场比较评比法、栽培比较试验法、人工熏气法（3）常见有害气体对植物伤害的典型症状二氧化硫、氟化氢、氯气、氨气、二氧化氮、臭氧、过氧乙酰硝酸酯、乙烯、酸雾2.现场调查法（1）选择观察点（2）调查了解主要大气污染物的种类，浓度和分布情况（3）选择观察对象（4）根据调查目的和人力条件确定观测时间（5）确定观测项目（6）根据调查和资料对比分析，确定各种植物对有害气体的抗性等级，也可把地区受害程度表示在地图上。3.植物群落监测法监测各种植物的受害程度和症状，分析植物群落中各种植物的反应，也可对该地的大气污染程度做出评价。4.现场盆栽定点监测法5.地衣、苔藓监测法6.微核技术的应用7.污染量指数法8.大气污染的综合生态指标清洁：树木生长正常，叶片面积含铅量接近于清洁对照区指标轻污染：树木生长正常，但所选指标明显高于清洁对照区中污染：树木生长正常，但可见典型受害症状。重污染：树木受到明显伤害，秃尖，受害面积达50%（二）植物监测和评价大气污染中值得注意的问题主要是区分大气污染物对植物的伤害与其他因素对植物的伤害。1.调查污染源2.观察叶片受害症状3.观察植物受害方式在上述途径不能判断受害原因时,可借助于叶片污染物的含量分析（三）大气污染的细菌总数测定1.测定方法

(1)沉降平皿法(2)吸收管法(3)撞击平皿法(4)滤膜法2.空气污染的微生物学评价指评价空气微生物污染状况的指标可用细菌总数和链球菌总数，数量标准目前尚无正式规定。二、水污染生物监测与评价（一）水污染的生物监测方法当水体受到污染而使水环境条件改变时，人们就可以根据水生生物的反应，对水体污染程度作出判断，这是水生生物监测水体污染的基础。

1.水污染的细菌学监测（1）水污染的细菌学指标：我国现行饮用水卫生标准规定，细菌总数1mL自来水不得超过100个，大肠菌群数每升水中不得超过3个。（2）水样的采集与保存：供细菌学检验用的水样必须按一般无菌操作的基本要求进行采样，并保证运送、保存过程中不受污染。（3）细菌总数的测定----平皿法细菌总数是指1mL水样接种于普通琼脂培养基中，在37℃下培养24h，计数所生长的菌落数，可以反映水体有机污染的程度。（4）大肠菌群的测定大肠菌群是较好的水质粪便污染的指示菌，其检验方法有发酵法及滤膜法两种。2.水污染的浮游生物检验法浮游生物尤其是浮游植物长期以来就被用作水质的指示生物，有些种类对有机污染或化学污染非常敏感。（1）采样包括采样点的布设、采样步骤、浮游植物、浮游动物（2）检验标本的制作：浮游植物的永久性湿封片、浮游动物的封片。（3）浮游生物的计数包括浮游生物的计数、计数框、拉季微量计数法、滤膜计数、硅藻种类比例计数、浮游动物、浮游植物染色和制备技术。（4）生物量（现存量）的测定浮游生物现存量可用单位体积的生物个体数来表示。包括叶绿素a、生物体积、重量法、ATP测定法3.底栖大型无脊椎动物监测法一般的方法是从污染影响地点和邻近的未受影响的地点采集大型无脊椎动物群落进行对比。4.微型生物群落监测法常用的是聚氨酯泡沫塑料块法，又称PFU法。（二）水环境质量的生物学评价水体受到污染后，对生存于其中的生物产生影响，生物也对此作出不同的反应和变化，其反应和变化是水环境评价的良好指标，这是水环境质量的生物学评价的基本依据和原理。水环境质量的生物学评价有以下几种方法。1.一般描述对比法根据对调查水体的水生生物的区系组成、种类、数量、生态分布、资源情况等的描述，对比区域内同类型水体或同一水体的历史资料，对目前的环境质量现状作出评价。2.指示生物法指示生物是指环境中对某些物质能产生各种反应或信息而被用来监测和评价环境质量的现状和变化的生物。根据对水环境中有机污染或某种特定污染物敏感的或有较高耐受性的生物种类的存在或缺失,来指示其所在水体或河段内有机物或某种特定污染物的多寡或分解程度,即指示生物法。3.污水生物系统根据一条河流中一定区域内所发现的动物区系和植物区系来鉴别该区域的有机物污染程度，河流可划分为以下几带：多污带：是水体受到有机物污染严重的区域中污带：分为α-中污带、β-中污带。α-中污带有机物污染仍较严重，存在较多的较小分子量的有机物，溶解氧较前一带略多，氧化作用使底泥中的硫化氢减少；β-中污带为中等程度的有机物污染区，溶解氧相当高，氧化作用显著，有机物能较好的矿化。寡污带：经河流的自净作用后有机物全部被分解,水质透明度大,溶解氧恢复正常或达到饱和。

4.生物指数评价水质用的生物指数主要是依据不利环境因素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毒理学效应，主要有六个方面:a.某些对污染物有指示价值的生物种类的出现或消失.b.群落中生物种类数在污染加重的条件下减少,在水质较好的情况下增加,但过于清洁的条件下由于食物缺乏也会导致种类数减少.c.组成群落的个别种群变化d.群落中种类组成比例的变化e.自养-异养程度上的变化f.生产力的变化

常用的生物指数：（1）Beck生物指数：按底栖大型无脊椎动物对有机污染的耐受性将其分成两类，A类是不耐有机污染的种类，B类是能耐受中等程度的污染但非完全缺氧条件的种类。（2）硅藻生物指数：用河流中硅藻的种类计算生物指数。（3）颤蚓类与全部底栖动物相比的生物指数：用颤蚓类与全部底栖动物个体数量的比例作为全部生物指数。（4）水生昆虫与寡毛类湿重的比值：用底栖动物中昆虫湿重与寡毛类湿重比值的百分数来表示生物指数。（5）特伦特生物指数：按照调查所得样本中大型底栖无脊椎动物的类群总数及属于6类关键性生物类群的种类数而确定其生物指数。（6）钱勒计分系统：钱勒依据种类和多度随水质恶化而减少以至消失的次序来计分，多度分成5个级别，总分越高表示污染越轻。（7）污染评价均值：依据底栖生物群落的定性和定量资料计算污染评价均值。5.种的多样性指数多样性指数是生物群落中种类与个体数的比值。在正常水体中群落的结构相对稳定，水体受到污染后，群落中敏感种类减少，而耐污种类的个体则大大增加，污染程度不同，生物群落变化也不同。常用的多样性指数有：格利森和马格列夫多样性指数、香农-韦弗多样性指数、辛普森多样性指数、凯恩斯连续比较指数6.生产力生产力是反映一个生态系统内物质循环和能量流动的一个指标。常用的有：P/R值：根据群落的初级生产量P和呼吸量R的比率划分污染等级。P/R值在水质正常是一般为1左右，如偏离过大，则表明受到污染。自养指数：用单位质量（mg/m3）的去灰分重与叶绿素的比值来表。7.残留量指数及富集系数用生物个体或种群的某种化合物或元素的实测残留量与环境中的本底量的比值来表示。（三）生物标志物化学污染物所导致的生物有机体的生物化学和生理学变化称为生物标志物。1.生物标志物分类暴露生物标志物指示机体对化学污染物的暴露，但不显示发生这种变化所造成的不利效应的程度。效应生物标志物可以证明化学污染物对机体的不利效。2.生物标志物的特异性生物标志物的特异性差异性很大。特异性高的生物标志物如血色素合成中的氨基乙酰丙酸脱氢酶仅被铅限制。而一些非特异性生物标志物如很多污染物可引起免疫系统的某种反应。3.作为生物标志物的基本原则（1）一般指示性（2）相对敏感性（3）生物特异性（4）化学特异性（5）反应的时间效应（6）固有的变化性（7）与高级生物学水平上效应的关系（8）野外应用价值4.监测和评价中生物标志物的作用

1)预警作用

2)预测作用3)诊断作用

4)修复作用

5)快速反应作用（四）环境流行病学调查1.环境流行病学研究的内容包括：调查不同地区特异性疾病的人群分布，时间动态、调查并检测环境中致病因子、分析调查资料、综合分析调查及实验资料2.环境流行病学调查研究的原则包括选择样本要有代表性、调查设计要有对比性、获取资料要注意有效性3.环境流行病学研究设计第三节生态环境质量评价一、生态环境质量及其基本内涵生态环境质量是从生态系统的层次上，研究系统各组分，特别是有生命组分的质量变化规律和相互关系，以及人为作用下结构和功能的变化情况，从而评价其环境质量的优劣。生态环境质量评价是利用生态系统最综合、最本质的属性特征变化来评价环境质量，是目前较为理想的一种方法。二、生态环境质量的背景问题生态环境质量在无人为干扰，硬是生态环境最基本的背景。但是目前我们所面临的的生态环境很少处于无人干扰的情况下。三、生态环境质量评价参量的选择及其数量表征四、生态环境质量预测环境质量预测就是根据环境质量的内在规律及现实状况对未来发展变化作出推断。第四节化学品生态风险评价一、基本概念（一）风险：是指不利事件发生的概率（二）生态风险评价：确定环境危害对非人群生态系统不利影响的概率和大小，以及这些风险可接受的过程。二、生态风险评价内容（一）评价系统的结构由四个部分组成，即暴露评价、危害评价、受体分析和风险表征。暴露评价、危害评价、受体分析分别与风险表征直接联系，风险表征需要暴露评价、危害评价、受体分析的支持，暴露评价、危害评价、受体分析是风险评价的基础，这三者之间是相对独立的，对风险表征的支持作用是相互平行的。（二）生态风险评价的主要内容1、暴露评价：是对污染物从污染源排放进入环境到被生物吸收，以及对生态受