第二章污染生態(tài)效應(yīng)及其評價(jià)

第二章污染生態(tài)效應(yīng)及其評價(jià)武青1032011224003污染生態(tài)效應(yīng)概念：污染物進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，參與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，對生態(tài)系統(tǒng)的組分、結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生某些影響，在生態(tài)系統(tǒng)中由污染物引起的響應(yīng)即為污染生態(tài)效應(yīng)。幾個相關(guān)概念1）生物個體污染效應(yīng)：指環(huán)境污染對生物的影響表現(xiàn)在生物個體層次上的反應(yīng)。2）生物群落污染效應(yīng)：指環(huán)境污染在生物種群以上層次上的反應(yīng)。3）生態(tài)系統(tǒng)污染效應(yīng)：指環(huán)境污染對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的影響。1.環(huán)境污染的生態(tài)響應(yīng)污染對種群的遺傳選擇污染對單一環(huán)境生物生態(tài)位的改變或滅亡污染改變了生物進(jìn)化的方向污染生態(tài)效應(yīng)2.環(huán)境污染的短期效應(yīng)（1）污染物對生物的毒害作用:

生理、生化過程受阻，生長發(fā)育停滯，最終導(dǎo)致死亡。1）污染物對植物的影響：首先能影響植物根系對營養(yǎng)元素的吸收，其次能抑制植物根系的呼吸作用，再者對植物細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)、種子生活力以及植物生長、發(fā)育、生理生化諸方面的影響。2）對動物和人體的影響：如重金屬對魚類的影響：首先重金屬能粘附在魚鰓的表面，造成鰓上皮和粘液細(xì)胞的營養(yǎng)失調(diào)，影響對氧的吸收，降低血液輸送氧的能力；其次重金屬還能降低血液中呼吸色素的濃度，使紅細(xì)胞減少。（2）生物對污染物的抗性生物對各種不良環(huán)境具有一定的適應(yīng)性和抵抗力，稱為生物的耐性或抗性。生物對污染物的抗性機(jī)制是外部排斥（通過形態(tài)學(xué)機(jī)制、生理生化機(jī)制、生態(tài)學(xué)機(jī)制等將污染物阻擋于體外）和內(nèi)部忍耐（通過結(jié)合固定、代謝解毒等過程，將污染物在體內(nèi)富集、解毒）的綜合結(jié)果。解毒是抗性的基礎(chǔ)，但不是抗性的全部。生物抗性可概括為：拒絕吸收、結(jié)合鈍化、代謝轉(zhuǎn)化、排出體外、改變代謝途徑等。對于生物本身來說，抗性是它們在逆境中得以生存和延續(xù)的保證，是污染環(huán)境中生物多樣性得以保持的基礎(chǔ)。3.環(huán)境污染的長期效應(yīng)環(huán)境污染的長期效應(yīng)，是生物多樣性的喪失和遺傳多樣性的喪失。環(huán)境污染引起的物種喪失程度，并不亞于生態(tài)破壞。（1）遺傳多樣性的喪失:包括已有的遺傳基因庫的減少和新的遺傳變異來源的降低。（2）物種多樣性的喪失:在過去的400多年間，地球上約有2%的哺乳動物、1.2%的鳥類已經(jīng)滅絕；在未來的30年中，全世界將有6萬種植物可能滅絕。（3）生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡單化、食物網(wǎng)簡化、食物鏈不完整、物質(zhì)循環(huán)路徑減少或不暢通、能量供給渠道減少、供給程度降低、信息傳遞受阻等。污染生態(tài)效應(yīng)評價(jià)的原則與指標(biāo)體系1.污染生態(tài)效應(yīng)評價(jià)的指導(dǎo)思想生物體與地球環(huán)境化學(xué)組成的同一性、污染物質(zhì)在生物組織中分布的選擇性、以及生物體對化學(xué)物質(zhì)的必需性，是污染生態(tài)效應(yīng)評價(jià)的指導(dǎo)思想。評價(jià)污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的污染程度以及所引起的生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量變異，應(yīng)以生態(tài)環(huán)境條件及其組成成分變化為基礎(chǔ)，以污染物質(zhì)對人體、動物、植物以及微生物的個體、種群的健康效應(yīng)及相關(guān)效應(yīng)為依據(jù)。2.污染生態(tài)效應(yīng)評價(jià)的基本原則（1）污染生態(tài)效應(yīng)的多樣性直接與間接；線性關(guān)系與非線性關(guān)系，時滯效應(yīng)、反饋效應(yīng)、復(fù)合污染生態(tài)效應(yīng)（包括協(xié)同作用、拮抗作用、加和作用、獨(dú)立作用等。）等。（2）污染生態(tài)效應(yīng)分析的全面性污染物質(zhì)的產(chǎn)生和釋放機(jī)理，污染物質(zhì)在不同環(huán)境條件下的存在形態(tài)與轉(zhuǎn)化規(guī)律，污染物質(zhì)在不同環(huán)境介質(zhì)中的遷移規(guī)律及污染物質(zhì)作用于生物體的毒害機(jī)理等。（4）生態(tài)系統(tǒng)抗沖擊能力的有限性當(dāng)污染物濃度或者數(shù)量的變化，超出生態(tài)系統(tǒng)或者生命個體的適應(yīng)能力的上、下限時，才可能產(chǎn)生污染生態(tài)效應(yīng)。3.污染生態(tài)效應(yīng)評價(jià)指標(biāo)體系的建立（1）生物個體生態(tài)效應(yīng)指標(biāo)①個體形態(tài)指標(biāo)；②生理生化指標(biāo)（2）生物種群生態(tài)效應(yīng)指標(biāo)①種群密度和大小；②種群結(jié)構(gòu)；③種群數(shù)量（3）生物群落生態(tài)效應(yīng)指標(biāo)①群落的結(jié)構(gòu)（包括物種多樣性指數(shù)和個體數(shù)量變化指標(biāo)）；②群落的生態(tài)；③群落的動態(tài)；④群落的分布（5）生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)效應(yīng)指標(biāo)①生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化；②生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性；③系統(tǒng)中的生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者與非生物環(huán)境的關(guān)系污染生態(tài)效應(yīng)評價(jià)的類型與方法1.污染生態(tài)效應(yīng)評價(jià)的主要類型（1）短期效應(yīng)評價(jià)指污染物對生物個體毒害作用的評價(jià)，包括生物生理、生化過程受阻，生長發(fā)育停滯，最后可能導(dǎo)致死亡。（2）長期效應(yīng)評價(jià)指污染物對群落和生態(tài)系統(tǒng)影響的評價(jià)，包括遺傳多樣性的喪失、物種多樣性的喪失、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡單化等。2.污染生態(tài)效應(yīng)評價(jià)的基本方法生物學(xué)評價(jià)法和綜合評價(jià)法。生物學(xué)評價(jià)法是指用生物學(xué)方法，按一定標(biāo)準(zhǔn)對一定范圍內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評定和預(yù)測，具體有：指示生物法、生物指數(shù)法和種類多樣性指數(shù)法等。綜合評價(jià)法則包括重疊法、列表清單法與相關(guān)矩陣法和網(wǎng)絡(luò)法等。（1）指示生物法

指示生物是指對某些物質(zhì)（進(jìn)入環(huán)境中的污染物）能夠產(chǎn)生各種反應(yīng)而被用來監(jiān)測和評價(jià)環(huán)境質(zhì)量的生物。1）大氣污染指示植物:作物、花卉、野生植物等均可用作指示植物。

2）水污染指示生物:浮游生物、水生微型動物、大型底棲無脊椎動物均可作為水污染的指示生物。

a.指示水體嚴(yán)重污染的生物，如顫蚓類、毛蠓、細(xì)長搖蚊幼蟲、綠色裸藻、小顫藻等。

b.指示水體中等程度污染的生物，主要有居櫛水虱、瓶螺、被甲柵藻、四角盤星藻、環(huán)綠藻、脆弱剛毛藻、蜂巢席藻等。

c.指示清水水體的生物，如紋石蠶、扁蜉、蜻蜓、田螺、簇生枝竹藻等。

d.靜水中主要采用底棲生物或著生生物。

（2）生物指數(shù)法

1）污染量指數(shù)法污染量指數(shù)法（IPC）是以分析葉片中污染物含量為基礎(chǔ)，監(jiān)測大氣污染的一種方法。

2）生物指數(shù)法評價(jià)水質(zhì)用的生物指數(shù)，主要是依據(jù)不利環(huán)境因素（如各種污染物）對生物群落結(jié)構(gòu)的影響，用數(shù)學(xué)形式來表現(xiàn)群落結(jié)構(gòu)指示環(huán)境質(zhì)量的狀況。

污染量指數(shù)法：KIPC=Cm/CC式中：Cm為監(jiān)測點(diǎn)指示植物葉片中污染物含量；

CC為對照點(diǎn)同種植物葉片中污染物的含量。根據(jù)IPC值，對各監(jiān)測點(diǎn)污染程度進(jìn)行分級：I級：清潔大氣（KIPC<1.20）；II級：輕度污染（KIPC：1.21～2.0）；III級：中度污染（KIPC：2.01～3.0）；IV級：嚴(yán)重污染（KIPC>3.0）。Beck生物指數(shù)（Beck，1955）：IB=2nA+nB式中：IB是生物指數(shù)；

nA為不耐有機(jī)污染的種數(shù)；

nB為耐中度有機(jī)污染的種數(shù)。IB值=0,表示水體受有機(jī)物嚴(yán)重污染；IB值1～10,表示水體受有機(jī)物中度污染；IB值>10，表示水體為清潔水體。

硅藻生物指數(shù)：用河流中硅藻的種類數(shù)來計(jì)算

I=式中：I為硅藻生物指數(shù)；

A為不耐污的種類數(shù)；

B是對有機(jī)污染無所謂的種類數(shù)；

C為在污染區(qū)內(nèi)獨(dú)有的種類數(shù)。生物指數(shù)法（Goodnight，1961）：利用顫蚓類與全部底棲動物的比值生物指數(shù)=×100若指數(shù)<60%為水質(zhì)良好；

60～80%為中度有機(jī)污染；

>80%為嚴(yán)重有機(jī)污染。水生昆蟲與寡毛類濕重的比值(King,1964)應(yīng)用這種方法無需將生物鑒定到種，將底棲動物中昆蟲和寡毛類檢出，分別稱重并按下式計(jì)算：

I=此值數(shù)值越小，表示污染越嚴(yán)重；反之，數(shù)值越大，表示水質(zhì)越清潔。污染生物指數(shù)（BIP）IBIP是指無葉綠素微生物占全部微生物的百分比，其指數(shù)按下式計(jì)算：

IBIP=式中A為有葉綠素微生物數(shù)；

B為無葉綠素微生物數(shù)。指數(shù)0～8為清潔水；

8～20為輕度污染水；

20～60為中度污染水；

60～100為嚴(yán)重污染水。

（3）種類多樣性指數(shù)生物群落中的種數(shù)與個體數(shù)的比值。常用的指數(shù)有：

Gleason豐富度指數(shù)

Margalef豐富度指數(shù)

Shannon-Weaver多樣性指數(shù)

Simpson多樣性指數(shù)綜合評價(jià)法:

（1）重疊法做成一套復(fù)合圖，表示生態(tài)系統(tǒng)的特征，指明污染物在生態(tài)系統(tǒng)各部位的污染效應(yīng)的性質(zhì)和程度。（2）列表清單法利特（Little）等1971年提出的利用開列清單進(jìn)行影響評價(jià)的方法。他將研究中所選擇的環(huán)境參數(shù)及開發(fā)方案列在一種表格里，可以鑒別出開發(fā)行為可能會對哪一種環(huán)境因子產(chǎn)生影響，并表示出其影響的好壞及相對大小，但它對環(huán)境參數(shù)不能進(jìn)行定量計(jì)算?？设b別污染物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中不良的或有益的生態(tài)效應(yīng)，并表示其相對強(qiáng)弱，但不能進(jìn)行定量計(jì)算。（3）Leopold相關(guān)矩陣法矩陣“行”方向列出生態(tài)系統(tǒng)的生物與非生物因子，“列”方向列出污染物因子，對角線左上方標(biāo)出影響大小的分值，右下方標(biāo)出污染物影響的相對重要度。（4）網(wǎng)絡(luò)法利用影響樹表示出污染物對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的各種原發(fā)性效應(yīng)和繼發(fā)性效應(yīng)。污染生態(tài)效應(yīng)評價(jià)的內(nèi)容污染物的毒害效應(yīng)遺傳多樣性的喪失物種多樣性的喪失生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化