環(huán)境污染的生物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)

1、第三章第三章 環(huán)境污染的生物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)環(huán)境污染的生物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià) 一一 概況概況 二二 大氣污染的生物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)大氣污染的生物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià) 三三 水體污染的生物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)水體污染的生物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià) 四四物理、化學(xué)誘變物質(zhì)檢測(cè)物理、化學(xué)誘變物質(zhì)檢測(cè)一一 概況概況 生物對(duì)環(huán)境毒物、污染物的反應(yīng)變化程度作為監(jiān)測(cè)評(píng)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(cè)（monitoring）與評(píng)價(jià)（evaluating）。 生物監(jiān)測(cè)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(guó)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(píng)價(jià)法，從而為水體污染的生物監(jiān)測(cè)

2、打下了基礎(chǔ)。 我國(guó)自70年代起，在進(jìn)行污染源的調(diào)查中開(kāi)展了生物監(jiān)測(cè)工作，運(yùn)用藻類、原生動(dòng)物、底棲無(wú)脊椎動(dòng)物等生物對(duì)水體污染狀況進(jìn)行了研究。 1、生物監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)生物監(jiān)測(cè)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(wèn)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(jiǎn)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(cè)儀器的專一注很強(qiáng)，測(cè)定03的儀器不能兼測(cè)S02，測(cè)S02的也不能兼測(cè)C2H4。生物監(jiān)測(cè)卻能通過(guò)指示生物的不同反應(yīng)癥狀，分別監(jiān)測(cè)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(cè)靈敏度高）監(jiān)測(cè)靈敏度高 有些生物對(duì)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(cè)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(cè)不足之處生物監(jiān)測(cè)不足之處 （1）不能像理化監(jiān)測(cè)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(cè)結(jié)果，也不能像儀器那樣能精確地監(jiān)測(cè)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(cè)點(diǎn)的相對(duì)污染或變化水平； （2）生物生長(zhǎng)發(fā)育，生理代謝狀況等都制約著污生物生長(zhǎng)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(duì)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(duì)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(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果判斷的困難。增加了對(duì)監(jiān)測(cè)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?，F(xiàn)象。S02對(duì)植物的傷害往往與霜凍或無(wú)機(jī)鹽缺乏的癥狀也很相似。二二 大氣污染的生物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)大氣污染的生物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià) 1 指示生物指示生物 有些生物，尤其是植物，它們對(duì)有害物質(zhì)

5、能夠顯示出明顯的傷害癥狀，由此可檢測(cè)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(duì)污染物反應(yīng)敏感并表現(xiàn)出明顯的傷害癥狀。 （2） 為常見(jiàn)品種，易管理和繁殖，生長(zhǎng)季節(jié)長(zhǎng)。 （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(chǎng)調(diào)查法現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(shù)白蠟樹(shù)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?；ò珷颗；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(shù)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(guò)程中遇障礙物，障礙物后面的植物可在有害氣體擴(kuò)散過(guò)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(píng)價(jià)方法大氣污染區(qū)的植物評(píng)價(jià)方法 （1） 癥狀指標(biāo)法癥狀指標(biāo)法 通過(guò)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(píng)價(jià)大氣環(huán)境污染的指標(biāo)。 （2） 生長(zhǎng)量指標(biāo)法生長(zhǎng)量指標(biāo)法 IA=W0/Wm 式中，IA影響指數(shù) W0清潔區(qū)（對(duì)照）植物生長(zhǎng)量 Wm污染區(qū)植物生長(zhǎng)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(lái)反映群落中的種類數(shù)和豐度的

9、關(guān)系，進(jìn)而對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)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(zhǎng)于樹(shù)皮，不受土壤條件的影響。 2）多年生常綠植物，全年可測(cè)。（苔蘚計(jì)） 3）葉多數(shù)只有一層細(xì)胞，對(duì)污染物敏感。 附生苔蘚調(diào)查及城市大氣污染分級(jí) 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(zhǎng)的菌落數(shù) r：平皿底半徑（cm）6 空氣細(xì)菌污染與監(jiān)測(cè)空氣細(xì)菌污染與監(jiān)測(cè)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(zhǎng)的菌落數(shù)，相當(dāng)于10L空氣中的細(xì)菌數(shù)（2） 濾過(guò)法濾過(guò)法 使一定體積的空氣通過(guò)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(kāi)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(wú)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(guò)在50ml水中。 4）自三角瓶中吸1ml水放入無(wú)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(cè)與評(píng)價(jià)水體污染的生物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)（2） 底棲生物調(diào)查底棲生物調(diào)查 底棲動(dòng)物一般認(rèn)為體長(zhǎng)超過(guò)2mm，所以亦稱為底棲大型無(wú)脊椎動(dòng)物。 2 水體初級(jí)生產(chǎn)力的測(cè)定水體初級(jí)生產(chǎn)力的測(cè)定 （1） 黑白瓶測(cè)氧法黑白瓶測(cè)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(cè)定法葉綠素含量測(cè)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(guó)科學(xué)家科爾克威斯和莫爾斯森（Kolkwiz和Marsson）的水體污染評(píng)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(guò)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(lái)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(guò)程，自上將受有機(jī)物污染的河流按照污染程度和自凈過(guò)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?；瘜W(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(huì)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(dòng)物相比的生物指數(shù)顫蚓類與全部底棲動(dòng)物相比的生物指數(shù)水蚯蚓與陸蚯蚓是相似的。習(xí)見(jiàn)的有四個(gè)科，即飄體蟲(chóng)科、仙女蟲(chóng)科、顫蚓科和帶絲蚓科。顫蚓類密度可達(dá)每平方米2萬(wàn)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(dòng)

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(lái)進(jìn)行評(píng)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(dòng)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(dòng)物相比的生物指數(shù)顫蚓類與全部底棲動(dòng)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(yíng)養(yǎng)通道

15、，更多的營(yíng)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(jìng)爭(zhēng)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(píng)價(jià)（利用底棲動(dòng)物）珠江廣州河段污染評(píng)價(jià)（利用底棲動(dòng)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(yú)類毒性試驗(yàn)魚(yú)類毒性試驗(yàn) 魚(yú)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(duì)魚(yú)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(yú)類可以正常存活、生長(zhǎng)、繁殖的最高毒物濃度。 （1）魚(yú)種的選擇 實(shí)驗(yàn)魚(yú)要求對(duì)污水反應(yīng)靈感的本地種類，鯉魚(yú)和鯽魚(yú)是國(guó)際性魚(yú)類，而金魚(yú)對(duì)一些毒物反應(yīng)靈感，都是應(yīng)用較多的實(shí)驗(yàn)魚(yú)類。 （2）實(shí)

17、驗(yàn)條件的控制 實(shí)驗(yàn)魚(yú)要求是同一批來(lái)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(duì)照組。試驗(yàn)時(shí)間一般為48-96小時(shí)，找出魚(yú)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(duì)魚(yú)是安全的。 6 魚(yú)類毒性試驗(yàn)魚(yú)類毒性試驗(yàn)6 水體富營(yíng)養(yǎng)化的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)

18、化的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià) 藻類總數(shù)及葉綠素-a含量評(píng)價(jià)法 優(yōu)勢(shì)種評(píng)價(jià)法 不同營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的水體中存在不同的生物種類，特別在優(yōu)勢(shì)種方面差異明顯。一般來(lái)說(shuō)，貧營(yíng)養(yǎng)型湖泊中的浮游植物以金藻、黃藻類為主，中營(yíng)養(yǎng)型湖泊中常以甲藻、隱藻、硅藻類占優(yōu)勢(shì)，富營(yíng)養(yǎng)型湖泊則常以綠藻、藍(lán)藻類占優(yōu)勢(shì)。 多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)方法 水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)實(shí)例 綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)7 水污染的細(xì)菌學(xué)監(jiān)測(cè)水污染的細(xì)菌學(xué)監(jiān)測(cè) 我國(guó)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(lái)水不得超過(guò)100個(gè)；大腸菌群數(shù)每升自來(lái)水中不得超過(guò)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(wú)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(cè)定水中有無(wú)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(cè)四物理、化學(xué)誘變物質(zhì)檢測(cè)