環(huán)境污染的生物監(jiān)測與評價(jià)

1、第三章第三章 環(huán)境污染的生物監(jiān)測與評價(jià)環(huán)境污染的生物監(jiān)測與評價(jià) 一一 概況概況 二二 大氣污染的生物監(jiān)測與評價(jià)大氣污染的生物監(jiān)測與評價(jià) 三三 水體污染的生物監(jiān)測與評價(jià)水體污染的生物監(jiān)測與評價(jià) 四四物理、化學(xué)誘變物質(zhì)檢測物理、化學(xué)誘變物質(zhì)檢測一一 概況概況 生物對環(huán)境毒物、污染物的反應(yīng)變化程度作為監(jiān)測評價(jià)環(huán)境質(zhì)量變化、受污染程度的依據(jù)稱為生物監(jiān)測（monitoring）與評價(jià)（evaluating）。 生物監(jiān)測本世紀(jì)初才提出，70年代才逐漸成為較活躍的研究領(lǐng)域。19081909年，德國科學(xué)家科爾克威茨（Kolkwitz）和馬森（Marson）首先提出了污水生物系統(tǒng)評價(jià)法，從而為水體污染的生物監(jiān)測

2、打下了基礎(chǔ)。 我國自70年代起，在進(jìn)行污染源的調(diào)查中開展了生物監(jiān)測工作，運(yùn)用藻類、原生動物、底棲無脊椎動物等生物對水體污染狀況進(jìn)行了研究。 1、生物監(jiān)測的特點(diǎn)生物監(jiān)測的特點(diǎn) （1）能綜合地反映環(huán)境質(zhì)量狀況）能綜合地反映環(huán)境質(zhì)量狀況 環(huán)境問題是相當(dāng)復(fù)雜的，某一生態(tài)效應(yīng)常是幾種因素綜合作用的結(jié)果。如在受污染的水體中，通常是多種污染物并存，而每種污染物并非都是各自單獨(dú)起作用，各類污染物之間也不都是簡單的加減關(guān)系。 （2）具有多功能性）具有多功能性 通常，理化監(jiān)測儀器的專一注很強(qiáng)，測定03的儀器不能兼測S02，測S02的也不能兼測C2H4。生物監(jiān)測卻能通過指示生物的不同反應(yīng)癥狀，分別監(jiān)測多種干擾效應(yīng)。

3、植物受SO2、PAN和氟化物的危害后，葉的組織結(jié)構(gòu)和色澤常表現(xiàn)出不同的受害癥狀。 （3）監(jiān)測靈敏度高）監(jiān)測靈敏度高 有些生物對某種污染物的反應(yīng)很敏感。如有種唐昌蒲，在0.01ppm的氟化氫下，20小時(shí)就出現(xiàn)反應(yīng)癥狀，據(jù)記載，有的敏感植物能監(jiān)測到十億分之一濃度的氟化物污染，而現(xiàn)在許多儀器也未達(dá)到這樣的靈敏度水平。2、生物監(jiān)測不足之處生物監(jiān)測不足之處 （1）不能像理化監(jiān)測儀器那樣迅速作出反應(yīng)，從而可在較短時(shí)間內(nèi)就能獲得監(jiān)測結(jié)果，也不能像儀器那樣能精確地監(jiān)測出環(huán)境中某些污染物的含量，它通常反映的只是各監(jiān)測點(diǎn)的相對污染或變化水平； （2）生物生長發(fā)育，生理代謝狀況等都制約著污生物生長發(fā)育，生理代謝狀況

4、等都制約著污染物干擾的作用。染物干擾的作用。相同強(qiáng)度的同種干擾對處于不同狀態(tài)的生物常產(chǎn)生不同的生態(tài)效應(yīng)。如水稻在抽穗、揚(yáng)花、灌漿時(shí)期對污染反應(yīng)最敏感、危害最大，而成熟期的敏感性就明顯降低； （3）指示生物同一受害癥狀可由多種因素造成，指示生物同一受害癥狀可由多種因素造成，增加了對監(jiān)測結(jié)果判斷的困難。增加了對監(jiān)測結(jié)果判斷的困難。如許多植物的落葉、矮態(tài)、卷轉(zhuǎn)、僵直和扭曲等，大氣氟化物的污染和低濃度除草劑的施用均可造成上述異常現(xiàn)象。S02對植物的傷害往往與霜凍或無機(jī)鹽缺乏的癥狀也很相似。二二 大氣污染的生物監(jiān)測與評價(jià)大氣污染的生物監(jiān)測與評價(jià) 1 指示生物指示生物 有些生物，尤其是植物，它們對有害物質(zhì)

5、能夠顯示出明顯的傷害癥狀，由此可檢測環(huán)境的污染程度，稱之為指示生物。 2 指示植物的選擇標(biāo)準(zhǔn)指示植物的選擇標(biāo)準(zhǔn) （1）對污染物反應(yīng)敏感并表現(xiàn)出明顯的傷害癥狀。 （2） 為常見品種，易管理和繁殖，生長季節(jié)長。 （3） 植株必須健壯，干擾癥少。3 指示植物的選擇方法指示植物的選擇方法 （1） 現(xiàn)場調(diào)查法現(xiàn)場調(diào)查法 （2） 栽培比較法栽培比較法 將篩選植物進(jìn)行盆栽培養(yǎng)，然后放在已知污染區(qū)一定點(diǎn)位上進(jìn)行觀察，選出敏感植物。 （3） 熏氣試驗(yàn)法熏氣試驗(yàn)法 將需要篩選的植物移植或放置熏氣室中，把所需濃度的單一或混合污染氣體與空氣混合后通人熏氣室內(nèi)。 （4） 葉片浸蘸法葉片浸蘸法 將化學(xué)溶液浸蘸植物葉片后，

6、產(chǎn)生近似于某種污染氣體直接熏氣同樣的效果。如浸蘸氫氟酸可產(chǎn)生氟化氫的效果，浸蘸亞硫酸可產(chǎn)生二氧化硫的效果等。4 傷害癥狀、敏感品種傷害癥狀、敏感品種 （1） 傷害癥狀傷害癥狀 SO2：傷斑大部分出現(xiàn)在葉脈間，傷區(qū)與健康組織之間界線分明。 NOx：傷斑大部分出現(xiàn)在葉脈間，傷區(qū)與健康組織之間界線分明。 Cl2：傷斑也主要在葉脈間，但傷斑與健康組織之間的界線模糊或有一個(gè)過渡區(qū)。 HF：傷斑多出現(xiàn)在葉尖和葉緣，傷區(qū)與非傷區(qū)之間常有一條紅色或深褐色的邊界線。 O3：傷害主要在葉面出現(xiàn)密集的細(xì)小斑點(diǎn)。 A. A.二氧化硫指示植物二氧化硫指示植物苔蘚苔蘚白蠟樹白蠟樹云杉云杉地衣地衣棉花棉花白楊白楊 (2)(

7、2)指示植物指示植物B.光化學(xué)氧化物指示植物光化學(xué)氧化物指示植物矮牽牛花矮牽?；ㄆ咸哑咸巡げ瞬げ它S瓜黃瓜馬鈴薯馬鈴薯洋蔥洋蔥C.氟化物指示植物氟化物指示植物D 乙烯的指示植物乙烯的指示植物E E 氮氧化物指示植物氮氧化物指示植物（3）大氣污染傷害植物的特點(diǎn)）大氣污染傷害植物的特點(diǎn) 1）有明顯的方向性有明顯的方向性 同一株樹上，面向污染源的部分，要比背向污染源的部分受害嚴(yán)重。 2）植物的受害程度與距離污染源的遠(yuǎn)近密切相關(guān)。植物的受害程度與距離污染源的遠(yuǎn)近密切相關(guān)。 一般距離越近，植物受害越重；距離越遠(yuǎn)，植物受害越輕。但如污染源是一個(gè)很高的煙囪，則在一定范圍內(nèi)離煙囪越近受害越輕，最大落地濃度為煙囪

8、高度15-20倍。 3）在有害氣體擴(kuò)散過程中遇障礙物，障礙物后面的植物可在有害氣體擴(kuò)散過程中遇障礙物，障礙物后面的植物可避免受害避免受害 4）不局限在一種植物上，而是涉及到各種植物不局限在一種植物上，而是涉及到各種植物。5 大氣污染區(qū)的植物評價(jià)方法大氣污染區(qū)的植物評價(jià)方法 （1） 癥狀指標(biāo)法癥狀指標(biāo)法 通過觀察植物形態(tài)變化，尤其是葉片出現(xiàn)的受害癥狀，可以作為評價(jià)大氣環(huán)境污染的指標(biāo)。 （2） 生長量指標(biāo)法生長量指標(biāo)法 IA=W0/Wm 式中，IA影響指數(shù) W0清潔區(qū)（對照）植物生長量 Wm污染區(qū)植物生長量（3） 群落生態(tài)指標(biāo)法群落生態(tài)指標(biāo)法 主要是利用群落結(jié)構(gòu)的變化，來反映群落中的種類數(shù)和豐度的

9、關(guān)系，進(jìn)而對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測和評價(jià)。在未受污染脅迫的正常群落中，種類數(shù)多。隨著污染脅迫的增加，種類數(shù)下降。 在利用群落生態(tài)指標(biāo)法時(shí)，一般選擇附生苔蘚植物群落，這是因?yàn)樘μ\植物具有以下特點(diǎn)： 1）生長于樹皮，不受土壤條件的影響。 2）多年生常綠植物，全年可測。（苔蘚計(jì)） 3）葉多數(shù)只有一層細(xì)胞，對污染物敏感。 附生苔蘚調(diào)查及城市大氣污染分級 X：每m3空氣中的細(xì)菌數(shù) N：平板暴露分鐘，于37培養(yǎng)小時(shí)后生長的菌落數(shù) r：平皿底半徑（cm）6 空氣細(xì)菌污染與監(jiān)測空氣細(xì)菌污染與監(jiān)測2100100rNX（1）沉降平皿法沉降平皿法奧梅梁斯基曾建議：如面積為100cm2的平板培養(yǎng)基，暴露在空氣中5分鐘，于37培

10、養(yǎng)24小時(shí)后所生長的菌落數(shù)，相當(dāng)于10L空氣中的細(xì)菌數(shù)（2） 濾過法濾過法 使一定體積的空氣通過吸附劑，而后培養(yǎng)吸附劑中的細(xì)菌，計(jì)數(shù)出菌落數(shù)。 1）先將儀器按圖裝置。 2）將下面的大玻瓶盛滿4L水。 3）旋開水龍頭，使水緩緩流出。這時(shí)外界的空氣被吸人，經(jīng)喇叭口進(jìn)人盛有50ml無菌水的三角瓶中。至4L水淹完后，則4體積空氣中的微生物被濾過在50ml水中。 4）自三角瓶中吸1ml水放入無菌培養(yǎng)血中，然后加入肉膏蛋白陳瓊脂培養(yǎng)基中，搖勻，凝固后置28培養(yǎng)48小時(shí)后計(jì)算結(jié)果。1 水生生物樣品的采集和處理水生生物樣品的采集和處理 （1） 浮游生物浮游生物 1）主要類群 2）采樣 樣點(diǎn)設(shè)置：浮游生物網(wǎng)、采

11、水器。 采樣深度：浮游生物在水體中不僅水平分布上有差異，而且垂直分布上也有不同。水深2米以內(nèi)的，可在0.5米左右深處采樣，3米以上可分層采樣。 固定保存 計(jì)數(shù) 三三 水體污染的生物監(jiān)測與評價(jià)水體污染的生物監(jiān)測與評價(jià)（2） 底棲生物調(diào)查底棲生物調(diào)查 底棲動物一般認(rèn)為體長超過2mm，所以亦稱為底棲大型無脊椎動物。 2 水體初級生產(chǎn)力的測定水體初級生產(chǎn)力的測定 （1） 黑白瓶測氧法黑白瓶測氧法 1）原理 2）操作步驟 采水與灌瓶 掛瓶 曝光：通常曝光24小時(shí) 3）計(jì)算方法 總產(chǎn)量=白瓶溶氧-黑瓶溶氧 呼吸量=初始溶氧-黑瓶溶氧 凈產(chǎn)量=總產(chǎn)量-呼吸量（2） 葉綠素含量測定法葉綠素含量測定法 3 污水

12、生物系統(tǒng)法污水生物系統(tǒng)法 1960年海因斯（Hyness）提出河流從排入處到下游的生態(tài)學(xué)模式。在歐洲，則比較廣泛地應(yīng)用1909年德國科學(xué)家科爾克威斯和莫爾斯森（Kolkwiz和Marsson）的水體污染評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)這個(gè)理論，當(dāng)水體受污染后，發(fā)生一系列自凈過程，生物種類發(fā)生變化，出現(xiàn)特有的指示生物，可分別劃分為四個(gè)不同的地帶；即多污染帶、中污帶、中污染帶和寡污帶。后來又有人把多污帶及寡污帶也劃分為、合計(jì)6個(gè)。將受有機(jī)物污染的河流按照污染程度和自凈過程，自上將受有機(jī)物污染的河流按照污染程度和自凈過程，自上游向下游劃分為四個(gè)相互連續(xù)的河段，即多污帶段、游向下游劃分為四個(gè)相互連續(xù)的河段，即多污帶段、

13、-中中污帶段、污帶段、-中污帶段和寡污帶段，每個(gè)帶都有自己的物理、中污帶段和寡污帶段，每個(gè)帶都有自己的物理、化學(xué)和生物學(xué)特征。根據(jù)這些特征進(jìn)行判斷。化學(xué)和生物學(xué)特征。根據(jù)這些特征進(jìn)行判斷。 污污水水在環(huán)境質(zhì)量發(fā)生變化時(shí)，生物的種類和數(shù)量也都會隨之發(fā)生變化，把生物種類和數(shù)量發(fā)生的這種變化用恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)公式加以表示，所求得的數(shù)值即為生物指數(shù)。 （1） 顫蚓類與全部底棲動物相比的生物指數(shù)顫蚓類與全部底棲動物相比的生物指數(shù)水蚯蚓與陸蚯蚓是相似的。習(xí)見的有四個(gè)科，即飄體蟲科、仙女蟲科、顫蚓科和帶絲蚓科。顫蚓類密度可達(dá)每平方米2萬尾以上。污水底部全部是紅若地毯的顫蚓，前半部埋在泥中，后半部露在水中不斷地?cái)[動

14、，皆以耐有機(jī)污染著稱。4 生物指數(shù)法生物指數(shù)法也可按下面方法來進(jìn)行評價(jià)：顫蚓類100條/m2 不污染 100-999 輕污染1000-5000 中等污染 7500 嚴(yán)重污染 100底棲動物個(gè)體數(shù)顫蚓類個(gè)體數(shù)生物指數(shù)（1） 顫蚓類與全部底棲動物相比的生物指數(shù)顫蚓類與全部底棲動物相比的生物指數(shù)大于80%污染嚴(yán)重，小于60%認(rèn)為水質(zhì)良好。 （2） 多樣性指數(shù)（多樣性指數(shù)（diversity index） 種的多樣性包含兩個(gè)成分，一為群落中的種類數(shù)；二是群落中各種種類的個(gè)體數(shù)的數(shù)量分布。在大部分多樣性指數(shù)中，組成群落的生物種類越多，其多樣性指數(shù)越大，而重復(fù)性越小。多樣性大的群落，就具有更復(fù)雜的營養(yǎng)通道

15、，更多的營養(yǎng)鏈和側(cè)鏈，群落的穩(wěn)定性也就越大。自然的生物群落往往由較多個(gè)體數(shù)的少數(shù)種和具有較少個(gè)體數(shù)的多數(shù)種組成。如環(huán)境污染不利因素將導(dǎo)致群落中生物種類減少，降低種間競爭的相互作用，使留下的耐污種類的個(gè)體數(shù)增多。以致受污染環(huán)境中群落的多樣性比正常環(huán)境內(nèi)少。 NinkiNind2log11）香農(nóng)（香農(nóng)（Shannon）指數(shù)）指數(shù)ni：第i種的個(gè)體數(shù) I=1，2，3，kN：生物的總個(gè)體數(shù)d 大于3為寡污帶，d=1-3為中污帶，d小于1為多污帶。 式中：d-多樣性指數(shù) S-種類數(shù) N-總個(gè)體數(shù)d大于3為寡污帶，d=1-3為中污帶，d小于1為多污帶。 NSdln12）馬吉萊夫（）馬吉萊夫（Margele

16、f）多樣性指數(shù)）多樣性指數(shù) 珠江廣州河段污染評價(jià)（利用底棲動物）珠江廣州河段污染評價(jià)（利用底棲動物）R-“組”數(shù)N-總個(gè)體數(shù)C.I大于3為寡污帶，C.I =1-3為中污帶，C.I小于1為多污帶。 NRIC.3）凱恩斯（）凱恩斯（Cairns）連續(xù)比較指數(shù)）連續(xù)比較指數(shù) 5 魚類毒性試驗(yàn)魚類毒性試驗(yàn) 魚類毒性試驗(yàn)的主要目的是尋求某種毒物或工業(yè)廢水對魚類的半致死濃度與安全濃度。所謂安全濃度，就是在污染物的持續(xù)作用下，魚類可以正常存活、生長、繁殖的最高毒物濃度。 （1）魚種的選擇 實(shí)驗(yàn)魚要求對污水反應(yīng)靈感的本地種類，鯉魚和鯽魚是國際性魚類，而金魚對一些毒物反應(yīng)靈感，都是應(yīng)用較多的實(shí)驗(yàn)魚類。 （2）實(shí)

17、驗(yàn)條件的控制 實(shí)驗(yàn)魚要求是同一批來源，同種、同齡。(3)半數(shù)致死濃度半數(shù)致死濃度(LC50)或平均忍受限或平均忍受限(TLm)的計(jì)算的計(jì)算實(shí)驗(yàn)時(shí)選用5種以上不同濃度（mg/L），并設(shè)置重復(fù)2-3個(gè)及對照組。試驗(yàn)時(shí)間一般為48-96小時(shí)，找出魚半數(shù)存活率濃度。 （4）安全濃度的計(jì)算）安全濃度的計(jì)算 LmgTLmTLmTLm/48/243 . 0482安全濃度式中，48TLm48h半數(shù)存活率濃度（mg/L） 24TLm24h半數(shù)存活率濃度（mg/L）安全濃度的驗(yàn)證：如有中毒癥狀發(fā)生，則應(yīng)降低濃度再實(shí)驗(yàn)，直到確證某濃度對魚是安全的。 6 魚類毒性試驗(yàn)魚類毒性試驗(yàn)6 水體富營養(yǎng)化的監(jiān)測與評價(jià)水體富營養(yǎng)

18、化的監(jiān)測與評價(jià) 藻類總數(shù)及葉綠素-a含量評價(jià)法 優(yōu)勢種評價(jià)法 不同營養(yǎng)狀態(tài)的水體中存在不同的生物種類，特別在優(yōu)勢種方面差異明顯。一般來說，貧營養(yǎng)型湖泊中的浮游植物以金藻、黃藻類為主，中營養(yǎng)型湖泊中常以甲藻、隱藻、硅藻類占優(yōu)勢，富營養(yǎng)型湖泊則常以綠藻、藍(lán)藻類占優(yōu)勢。 多樣性指數(shù)評價(jià)方法 水體富營養(yǎng)化評價(jià)實(shí)例 綜合評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)7 水污染的細(xì)菌學(xué)監(jiān)測水污染的細(xì)菌學(xué)監(jiān)測 我國現(xiàn)行生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：細(xì)菌總數(shù)1ml自來水不得超過100個(gè)；大腸菌群數(shù)每升自來水中不得超過3個(gè)。水的細(xì)菌性污染主要是由于糞便污水的排放而引起的。要判斷水質(zhì)是否安全可靠，最好是檢查水中有無病原菌。但由于被糞便污染的水中病原菌數(shù)量畢竟較少，所以只測定水中有無腸道非病原菌的存在，就可以確定是否受到糞便的污染。而大腸桿菌群是腸道桿菌好氧菌中最普遍和數(shù)量最多的一種，且與腸道致病菌呈一定正相關(guān)，因此，作為水體受糞便污染的指標(biāo)，以大腸桿菌群最為理想。 1 微核試驗(yàn)微核試驗(yàn)（1）紫露草花粉母細(xì)胞微核試驗(yàn)）紫露草花粉母細(xì)胞微核試驗(yàn) 花粉母細(xì)胞（減數(shù)分裂）花粉母細(xì)胞（減數(shù)分裂）四分體四分體%100四分體數(shù)微核總數(shù)微核率（2）蠶豆根尖、葉尖微核試驗(yàn)）蠶豆根尖、葉尖微核試驗(yàn) 四物理、化學(xué)誘變物質(zhì)檢測四物理、化學(xué)誘變物質(zhì)檢測