第七章 生物指示物

生物指示物/指示生物

Biologicalindicators引言

我們知道，生物（包括人）很大程度上受到環(huán)境理化因子的影響。有經(jīng)驗(yàn)的生態(tài)學(xué)家可以通過未知環(huán)境中生物種類名單準(zhǔn)確地指出土壤、大氣、水、氣候等因素的特征甚至地理位置。而且，多年來地理學(xué)家利用特異性指示植物物種和群落勘察地質(zhì)組成和當(dāng)?shù)氐V藏，這個(gè)過程稱為地植物學(xué)勘探。通過理化因素對(duì)活生物體的影響可以對(duì)環(huán)境中現(xiàn)存物質(zhì)及其存在水平給出明確的結(jié)論。例如，當(dāng)植物生長(zhǎng)的土壤中特定的礦質(zhì)元素（無機(jī)營(yíng)養(yǎng)）缺乏時(shí)，植物常出現(xiàn)典型和獨(dú)特癥狀（缺素癥）。引言

在污染物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過量時(shí)生物體同樣受到影響，這經(jīng)常用于指示污染的性質(zhì)和程度。這些效應(yīng)類型可歸納為以下一些或全部?jī)?nèi)容：1.1生物群落中物種和/或優(yōu)勢(shì)種群發(fā)生改變；1.2生物群落物種多樣性發(fā)生改變；1.3種群死亡率上升，尤其是卵和幼體階段（早期發(fā)展階段很敏感）；1.4個(gè)體生理和行為的改變；1.5個(gè)體形態(tài)和組織畸變；1.6個(gè)體組織中污染物或其代謝物的積累(Build-up)上述效應(yīng)的研究促使生物調(diào)查/監(jiān)視（BiologicalSurveillance）方法用于替代（或至少是補(bǔ)充）化學(xué)分析方法監(jiān)測(cè)環(huán)境質(zhì)量。在一段時(shí)間內(nèi)同一環(huán)境中生物調(diào)查包括一系列相似的調(diào)查內(nèi)容，因此是動(dòng)態(tài)的。若生物調(diào)查具有特殊目的，如按規(guī)范規(guī)定的污染物，則稱為生物監(jiān)測(cè)（Biologicalmonitoring/Biomonitoring）。引言借助于各種先進(jìn)檢測(cè)儀器和分析手段的理化監(jiān)測(cè)方法，雖然能夠精確測(cè)定環(huán)境污染物的瞬時(shí)濃度，但不能反映各種污染物聯(lián)合作用于生物系統(tǒng)的長(zhǎng)期影響。人為導(dǎo)致的受損環(huán)境中各種污染物同時(shí)存在并共同作用于生物系統(tǒng)。不同污染物之間或發(fā)生協(xié)同作用，或拮抗作用，如果不考慮污染物、環(huán)境因素和生物的綜合作用，就不能真正反映環(huán)境質(zhì)量的變化和生活在其中的生物狀況，不能真正保證自然生態(tài)系統(tǒng)的健康運(yùn)行。引言利用生物指標(biāo)對(duì)環(huán)境質(zhì)量變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由于生物接受的是各種環(huán)境因子與污染物的綜合作用，因而反映的是各種影響因子對(duì)生物綜合作用的結(jié)果，是對(duì)整個(gè)環(huán)境的生物學(xué)損傷后果的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。與理化監(jiān)測(cè)方法相互補(bǔ)充，就能幫助人們及時(shí)獲取有關(guān)環(huán)境質(zhì)量狀況及其變化的綜合信息，為環(huán)境控制管理提供依據(jù)。引言生物監(jiān)測(cè)比化學(xué)分析更具有優(yōu)勢(shì)。如大多數(shù)污染監(jiān)測(cè)程序是建立在規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行樣品采集（定時(shí)采樣），連續(xù)采樣通常行不通并且很昂貴。這樣，在常規(guī)化學(xué)采樣方案中，尤其是在可變環(huán)境（如大氣和河流）中采樣間隔內(nèi)任何一個(gè)污染高峰或低谷可能都檢測(cè)不到（undetected）。相反,生物體在瞬時(shí)污染情況下可發(fā)生可測(cè)反應(yīng),在高污染水平反應(yīng)更明顯。它們還可以在污染物波動(dòng)水平提供時(shí)間-綜合（time-integrated）反應(yīng)。依據(jù)選用生物壽命不同,這種反應(yīng)可從幾天（微生物）至幾個(gè)月/幾年間（大型植物、大型無脊椎動(dòng)物和脊椎動(dòng)物）變化。引言許多污染物可在同一環(huán)境中出現(xiàn)，并且能夠進(jìn)行化學(xué)分析的單一污染物的數(shù)量是有限的。因?yàn)樯锶郝淇蓪?duì)任何有害污染物產(chǎn)生反應(yīng)，由于現(xiàn)存污染物水平的提高或新的/不期望污染物的出現(xiàn)而檢測(cè)到的變化可以看作詳細(xì)化學(xué)分析（detailedchemicalanalysis）的警告和預(yù)兆。而且，許多不能被檢測(cè)到的污染物協(xié)同或拮抗效應(yīng)在生物體上是可以檢測(cè)到的。1生物監(jiān)測(cè)生物監(jiān)測(cè)：利用生物分子、細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體、種群和群落以及生態(tài)系統(tǒng)等層次上的變化對(duì)人為脅迫的生物學(xué)響應(yīng)反應(yīng)來闡明環(huán)境狀況。即用生物作指標(biāo)對(duì)環(huán)境質(zhì)量變化進(jìn)行指示，從生物學(xué)的角度對(duì)環(huán)境質(zhì)量變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)提供依據(jù)。1生物監(jiān)測(cè)·利用生物對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警歷史悠久古代帝王繕前令奴仆嘗食礦工下井前以繩縛雞投井利用金絲雀、老鼠監(jiān)測(cè)地下礦區(qū)瓦斯含量·20世紀(jì)初廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)·生物監(jiān)測(cè)以環(huán)境污染物與生物之間的濃度-反應(yīng)關(guān)系為基礎(chǔ)1生物監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)生物的選擇應(yīng)遵循的原則 對(duì)人為脅迫敏感并具有特異性反應(yīng) 遺傳穩(wěn)定、對(duì)人為脅迫反應(yīng)個(gè)體差異小、發(fā)育正常、健康 易于繁殖和管理且常見（避免用珍惜瀕危物種） 盡量用既有監(jiān)測(cè)又兼有其他功能的生物（經(jīng)濟(jì)或觀賞）監(jiān)測(cè)指標(biāo)的選擇應(yīng)遵循的原則 根據(jù)監(jiān)測(cè)目的 根據(jù)污染物的性質(zhì)和毒理作用機(jī)制 根據(jù)生物的特性1生物監(jiān)測(cè)生物監(jiān)測(cè)的方法 生態(tài)學(xué)方法 生理學(xué)方法 毒理學(xué)和遺傳毒理學(xué)方法 生物化學(xué)成分分析方法1生物監(jiān)測(cè)生物預(yù)警和監(jiān)測(cè)環(huán)境變化的機(jī)理人為脅迫下生物系統(tǒng)會(huì)對(duì)受損環(huán)境發(fā)生一些在自然條件下沒有或罕見的生物反應(yīng)，這種反應(yīng)可以發(fā)生在生物系統(tǒng)的基因、細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體、種群、群落及生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)層次。反應(yīng)強(qiáng)度與環(huán)境受損程度存在著相關(guān)性，是利用生物對(duì)環(huán)境變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)、預(yù)警的基礎(chǔ)。個(gè)體水平的生物反應(yīng)細(xì)胞及分子水平的生物反應(yīng) 細(xì)胞膜、生物酶、 染色體結(jié)構(gòu)變異、數(shù)目變異、DNA損傷、基因突變組織、器官水平的生物反應(yīng) 植物葉片的各種傷斑/壞死、畸形1生物監(jiān)測(cè)生物預(yù)警和監(jiān)測(cè)環(huán)境變化的機(jī)理種群及群落的生物反應(yīng) 種群中敏感個(gè)體死亡，種群死亡率上升、種群的軀體生長(zhǎng)率下降群落物種組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，優(yōu)勢(shì)種群發(fā)生改變、群落發(fā)生演替生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)趨于簡(jiǎn)單化、食物鏈不完整、食物網(wǎng)簡(jiǎn)化生態(tài)系統(tǒng)功能受損脆弱生態(tài)系統(tǒng)、受損生態(tài)系統(tǒng)、退化生態(tài)系統(tǒng)

1生物監(jiān)測(cè)生物對(duì)污染環(huán)境的監(jiān)測(cè)和指示生物監(jiān)測(cè)方法 生物層次:生理生態(tài)、生物群落、遺傳學(xué)、分子標(biāo)記 生物種類:植物監(jiān)測(cè)、動(dòng)物監(jiān)測(cè)、微生物監(jiān)測(cè)、（人類） 環(huán)境介質(zhì):大氣污染監(jiān)測(cè)、水污染監(jiān)測(cè)、土壤污染監(jiān)測(cè)1生物監(jiān)測(cè)生物對(duì)污染環(huán)境的監(jiān)測(cè)和指示形態(tài)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最成熟—利用生物對(duì)大氣污染進(jìn)行監(jiān)測(cè) 動(dòng)物生病、死亡、遷移 植物葉片病變，植株生病、死亡 微生物種類和數(shù)量的變化生理生化監(jiān)測(cè)植物酶活（增加或減少）、脅迫代謝物（增多）、代謝（增加或減少）動(dòng)物生理代謝指標(biāo)（呼吸頻率、呼吸代謝、攝食量、抗病力）、生化指標(biāo)（血糖、酶活、代謝）微生物發(fā)光、畸變（PAHs對(duì)細(xì)菌）1生物監(jiān)測(cè)生物對(duì)污染環(huán)境的監(jiān)測(cè)和指示體內(nèi)污染物及其代謝產(chǎn)物監(jiān)測(cè)地衣和苔蘚植物高等植物葉片、樹皮水生生物人體健康監(jiān)測(cè)（血液、頭發(fā)、尿液）1生物監(jiān)測(cè)生物對(duì)污染環(huán)境的監(jiān)測(cè)和指示遺傳毒理監(jiān)測(cè)（染色體畸變和基因突變）體外基因突變?cè)囼?yàn)：Ames試驗(yàn)、哺乳動(dòng)物體細(xì)胞株突變 試驗(yàn)體內(nèi)基因突變?cè)囼?yàn)：顯性致死突變?cè)囼?yàn)（生殖細(xì)胞染色 體）、果蠅伴性隱性致死試驗(yàn)染色體畸變?cè)囼?yàn)：體細(xì)胞、生殖細(xì)胞、體內(nèi)、體外微核試驗(yàn)：動(dòng)物細(xì)胞、植物細(xì)胞姐妹染色單體交換試驗(yàn)1生物監(jiān)測(cè)生物對(duì)污染環(huán)境的監(jiān)測(cè)和指示分子標(biāo)記DNA損傷試驗(yàn):非程序性DNA修復(fù)試驗(yàn)、單細(xì)胞凝膠電泳（SCGE）DNA-加合物測(cè)定:免疫法、熒光法、32P-后標(biāo)記法蛋白加合物:血紅蛋白（Hb）-加合物（色譜-質(zhì)譜法、免疫法）生物群落監(jiān)測(cè)法付生植物群落監(jiān)測(cè)法:地衣生長(zhǎng)繪圖法微生物監(jiān)測(cè)法:大氣污染微生物監(jiān)測(cè)法、水污染的細(xì)菌學(xué)監(jiān)測(cè)、 微型生物群落監(jiān)測(cè)法（如PFU法）底棲大型無脊椎動(dòng)物監(jiān)測(cè)法微宇宙法:標(biāo)準(zhǔn)化水生微宇宙（SAM）、土壤核心微宇宙（SCM）模擬農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)1生物監(jiān)測(cè)生物監(jiān)測(cè)環(huán)境預(yù)警中的應(yīng)用環(huán)境預(yù)警

建立在環(huán)境承載能力或環(huán)境容量基礎(chǔ)上，通過一些重要的自然狀態(tài)指標(biāo)，對(duì)大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并及時(shí)提供環(huán)境危險(xiǎn)信號(hào)的警示報(bào)告。 由于環(huán)境承載能力的變化是多種因素相互作用的組合，其中的生物隨環(huán)境變化具有很強(qiáng)的連續(xù)性、反應(yīng)的綜合性和敏感性，從而在環(huán)境預(yù)警中生物監(jiān)測(cè)具有重要作用。某些生物對(duì)特定污染物極為敏感，甚至有時(shí)精密儀器也難檢測(cè)的一些微量污染物就能對(duì)生物體產(chǎn)生嚴(yán)重傷害。有些生物具有很強(qiáng)的蓄積環(huán)境污染物能力，利用這些高敏感、高蓄積的的監(jiān)測(cè)生物，能夠及時(shí)檢測(cè)出環(huán)境中存在的微量污染物，作為早期環(huán)境污染的報(bào)警器。1生物監(jiān)測(cè)生物監(jiān)測(cè)環(huán)境預(yù)警中的應(yīng)用水體污染的預(yù)警體系

退化水體的生物監(jiān)測(cè)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是利用生物敏感性對(duì)污染源排放的廢水和地表水的水質(zhì)變化進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)、傳輸和數(shù)據(jù)處理的一種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。較早的生物預(yù)警：魚流水或廢水死亡率（數(shù)）/受害癥狀 自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)：監(jiān)測(cè)生物的生理或行為參數(shù) 生物傳感器陸地環(huán)境退化的預(yù)警體系

陸地環(huán)境退化與否與地表植被的變化高度相關(guān)，分析監(jiān)測(cè)植被的變化是有效開展陸地環(huán)境預(yù)警的手段。植被沒有移動(dòng)能力，最能真實(shí)地表現(xiàn)環(huán)境的變化，對(duì)環(huán)境質(zhì)量的變化起到適時(shí)警報(bào)器的功能。 遙感技術(shù)：草地遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)1生物監(jiān)測(cè)生物監(jiān)測(cè)的局限性易受各種環(huán)境因素的影響-自然脅迫（葉斑）可能受到監(jiān)測(cè)生物生長(zhǎng)發(fā)育狀況的影響費(fèi)時(shí)且難確定環(huán)境污染物的實(shí)際濃度彌補(bǔ)配合理化監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)生物規(guī)范化、監(jiān)測(cè)條件標(biāo)準(zhǔn)化、濃度-反應(yīng)曲線精確化、監(jiān)測(cè)人員專業(yè)化1生物監(jiān)測(cè)用活生物體進(jìn)行污染物生物監(jiān)測(cè)的方法很多?？纱篌w劃分為表1。不論選用哪種方法，采集具有代表性和有意義的生物樣品是任何調(diào)查成功的關(guān)鍵。采樣方法很多，一些容易產(chǎn)生誤差，因此在利用所得數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和外推時(shí)必須將其考慮進(jìn)去?？紤]到時(shí)間、資金和人力等所選用的方法必須和規(guī)定的方法達(dá)到折衷（compromise）。采樣方法的選擇還受到采樣要求的影響，還應(yīng)該與不同操作者在不同時(shí)間和地點(diǎn)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。表1生物監(jiān)測(cè)的基本方法監(jiān)視類型主要有機(jī)體評(píng)價(jià)的主要污染物優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)群落結(jié)構(gòu)無脊椎動(dòng)物、大型植物有機(jī)物（石油烴、殺蟲劑、PCBs）、有毒廢棄物（重金屬）、過剩營(yíng)養(yǎng)

使用方便、低耗、不需專業(yè)設(shè)備或必備知識(shí)需一些專業(yè)知識(shí)、局部應(yīng)用、無特異性指示生物無脊椎動(dòng)物、大型植物、藻類、地衣有機(jī)廢棄物、過剩營(yíng)養(yǎng)、酸化、有毒氣體使用方便、低耗、不需專業(yè)設(shè)備需一些專業(yè)知識(shí)、局部應(yīng)用、無特異性微生物方法細(xì)菌有機(jī)物和排泄物

相對(duì)低耗、與人類健康直接相關(guān)

需一些專業(yè)設(shè)備和知識(shí)

積累生物大型植物、大型無脊椎動(dòng)物、脊椎動(dòng)物有毒廢棄物、放射性核素指示污染物的生物可利用性、與人類健康相關(guān)耗時(shí)、設(shè)備昂貴、需人員培訓(xùn)生物測(cè)定微生物、大型植物、藻類、無脊椎動(dòng)物、低等脊椎動(dòng)物

有機(jī)物、有毒氣體、有毒廢棄物

結(jié)果快速、相對(duì)低耗、需連續(xù)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室結(jié)果很難外推2監(jiān)測(cè)群落結(jié)構(gòu)在實(shí)際情況下，單個(gè)物種的毒性試驗(yàn)常常不能真實(shí)反映群落和生態(tài)系統(tǒng)受污染脅迫的狀況。從群落水平上測(cè)量脅迫反應(yīng)能夠在一定程度上克服由單個(gè)或少數(shù)幾個(gè)物種的脅迫反應(yīng)解釋群落與生態(tài)系統(tǒng)效應(yīng)所帶來的困難。從20世紀(jì)50年代后期開始，許多學(xué)者提出了多種描述群落結(jié)構(gòu)和組成變化的參數(shù)用于研究污染所引起的群落及生態(tài)系統(tǒng)效應(yīng)。2監(jiān)測(cè)群落結(jié)構(gòu)

許多生物監(jiān)測(cè)方法是基于污染導(dǎo)致的生物群落結(jié)構(gòu)的變化。實(shí)際上，很難對(duì)整個(gè)群落進(jìn)行操作。因此，通常是研究群落的一定區(qū)域，例如水生生態(tài)系統(tǒng)中的浮游植物或底棲生物和陸地生態(tài)系統(tǒng)中的大型無脊椎動(dòng)物或大型植物。2監(jiān)測(cè)群落結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)群落結(jié)構(gòu)的方法是建立在生物群落中個(gè)體的出現(xiàn)-消失（presence-absence）和/或數(shù)值多度基礎(chǔ)之上的。傳統(tǒng)上采用多樣性指數(shù)或相似性指數(shù)，很少采用物種多度模型。相對(duì)于任何污染物來說，除非有廣泛的可利用的環(huán)境數(shù)據(jù)，否則運(yùn)用這些方法觀察到的變化具有主觀性而缺乏客觀性。近年來，更加復(fù)雜的多元分析技術(shù)比較客觀地與影響因素（特殊污染物等）聯(lián)系起來運(yùn)用于監(jiān)測(cè)中。然而，即使對(duì)非專業(yè)人士來講，許多多樣性指數(shù)和相似性指數(shù)應(yīng)用起來很容易，并且是有成本效益的，因此，保證了它們?cè)谖廴颈O(jiān)測(cè)中繼續(xù)占有一席之地。2.1多樣性指數(shù)

多樣性指數(shù)以單因素形式給出了特定環(huán)境中物種的多度，是群落內(nèi)物種數(shù)及其多度的綜合測(cè)度，用以描述群落的復(fù)雜度。在生態(tài)毒理學(xué)研究中常用于確定群落是否受到污染物的影響。可用于群落結(jié)構(gòu)的3方面：①物種數(shù)量/豐度②各現(xiàn)存物種個(gè)體總數(shù)/多度③不同物種個(gè)體分布均一性/均勻度一些常用的多樣性指數(shù)及計(jì)算方法如表2：表2常用的多樣性指數(shù)和相似性指數(shù)指數(shù)(index)計(jì)算方法多樣性指數(shù)(Diversityindices)Shannonindex(H’)投影Simpsonindex(D)Margalefindex(DMg)相似性指數(shù)(Similarityindices)Sorensen’sindex(C)Jaccardcoefficient(J)PinkhamandPearsonindexofcommunitysimilarity(P)2.2相似性指數(shù)

相似性指數(shù)是將兩個(gè)不同采樣點(diǎn)物種多度進(jìn)行比較，其中一個(gè)作為對(duì)照。相似性指數(shù)主要用于陸地環(huán)境，許多不同類型已經(jīng)用于環(huán)境污染監(jiān)測(cè)。一些常用的方法和計(jì)算見表2。2.3物種多度模型這些模型的優(yōu)點(diǎn)是集中在一系列已經(jīng)記錄的多度值范圍內(nèi)的所有多樣性模型，而不是將所有信息濃縮成單一數(shù)值。盡管如此，在環(huán)境監(jiān)測(cè)中還是處于次要地位。2.4多元分析上述方法中有關(guān)影響因素的缺乏客觀性以及利用多樣性指數(shù)和相似性指數(shù)時(shí)信息的損失/降低（loss）是任何污染監(jiān)測(cè)程序的致命缺點(diǎn)。盡管多元分析技術(shù)比較復(fù)雜，但在一定程度上可以克服上述缺點(diǎn)。通過不同方式聚類數(shù)據(jù)可以檢測(cè)群落中不同地點(diǎn)的不連續(xù)性。這樣，進(jìn)行物種數(shù)據(jù)的數(shù)值分類（許多聚類分析方法中的一個(gè)）可將相同分類組分組成聚到一起。如果有適當(dāng)?shù)沫h(huán)境數(shù)據(jù)則可以將不同地點(diǎn)的污染水平區(qū)分出來。即使缺少客觀的環(huán)境數(shù)據(jù)，至少也能推測(cè)并得出在進(jìn)一步研究中可檢測(cè)的假設(shè)。2.4多元分析近年來，廣泛應(yīng)用于生物監(jiān)測(cè)的一種分類方法是雙向指示物種分析（TWINSPAN，Two-wayindicatorspeciesanalysis）。投影3指示生物法生物指示物：利用特定個(gè)體指示物種或類群的出現(xiàn)或消失，即對(duì)環(huán)境中以某種方式檢測(cè)到的污染物的敏感性和反應(yīng)。利用出現(xiàn)/消失（定性）和/或相對(duì)/絕對(duì)數(shù)據(jù)（定量）、生理和形態(tài)變化來確定采樣地區(qū)污染物的效應(yīng)和分布。3.1生物指數(shù)(BioticIndices)所用數(shù)據(jù)用來指?jìng)€(gè)體指示物。某一采樣點(diǎn)所有個(gè)體指示物的種類和數(shù)量發(fā)生的變化用恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)公式加以表達(dá)，所求得的數(shù)值之和為生物指數(shù)，生物指數(shù)在同一地點(diǎn)表示污染狀況有許多類型。3.1生物指數(shù)(BioticIndices)3.1.1污水生物系統(tǒng)（Saprobicsystem）最早的生物指數(shù)是20世紀(jì)早期用于水生生態(tài)系統(tǒng)的污水生物系統(tǒng)（Saprobicsystem）。用于監(jiān)測(cè)河流中的有機(jī)物。從一個(gè)主要的有機(jī)物排放點(diǎn)源開始沿著河流向下游可分為4個(gè)區(qū)域：3.1.1.1多污帶：極度污染3.1.1.2α-中污帶：嚴(yán)重污染3.1.1.3β-中污帶：中度污染3.1.1.4寡污帶：很輕或無污染最早的污水生物系統(tǒng)修訂了若干次后產(chǎn)生了污水生物指數(shù)(S)（SaprobicorSaprobienindex）。將指示生物的出現(xiàn)頻率和生境喜好考慮進(jìn)來后可得到各個(gè)的污水生物/腐生值（asaprobicvalue）。某一地點(diǎn)所有指示生物的腐生值之和除以它們出現(xiàn)頻率之和即可得到該地點(diǎn)的污水生物指數(shù)/腐生指數(shù)。污水生物系統(tǒng)已經(jīng)改進(jìn)和重新定義。最新版本是用于德國(guó)水質(zhì)評(píng)價(jià)的德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)方法[GermanStandardMethod(DIN38410T.2)]。污水生物系統(tǒng)提出以后其他的生物指數(shù)得到發(fā)展，主要是一些特定國(guó)家用于監(jiān)測(cè)流水中有機(jī)物的效應(yīng)。廣泛應(yīng)用于UK的兩個(gè)生物指數(shù)是Trent生物指數(shù)[TBI（TrentBioticIndex）]及其衍生指數(shù)[ChandlerBioticScore(CBS)]。3.1生物指數(shù)(BioticIndices)3.1.2Trent生物指數(shù)（TBI）Trent生物指數(shù)最初是由Woodiwise(1964)用于評(píng)價(jià)英格蘭Trent河時(shí)提出的，提出了6個(gè)無脊椎動(dòng)物類群作為評(píng)價(jià)水質(zhì)的指示生物，根據(jù)這6個(gè)無脊椎動(dòng)物出現(xiàn)的順序和種類數(shù)以及所獲得的大型底棲無脊椎動(dòng)物的類群總數(shù)劃分指數(shù)值，并提出了劃分標(biāo)準(zhǔn)，再依據(jù)指數(shù)值的大小進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)。指數(shù)值越低，污染越嚴(yán)重；指數(shù)值越高，污染越輕。優(yōu)點(diǎn)：只需要掌握所規(guī)定的關(guān)鍵生物即可，不需鑒定到種，可以簡(jiǎn)化鑒定的時(shí)間和精力；易于為非生物學(xué)工作者掌握；對(duì)中度污染的水質(zhì)反映靈敏，適于對(duì)漁業(yè)水質(zhì)的評(píng)價(jià)。缺點(diǎn)：軟體動(dòng)物未列入關(guān)鍵群，對(duì)輕度污染的水質(zhì)反映不靈敏，指示水污染等級(jí)的指數(shù)范圍太窄；用于其它河流時(shí)，因生物區(qū)系不同，需要加以修改；在調(diào)查時(shí)偶然出現(xiàn)的生物，能輕易改變調(diào)查地點(diǎn)的生物指數(shù)值，影響評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性；對(duì)重金屬等無機(jī)污染不能進(jìn)行評(píng)價(jià)。3.1生物指數(shù)(BioticIndices)3.1.3

Chandler記分系統(tǒng)(CBS)

ChandlerBioticScore(CBS)最初是Chandler（1970）為蘇格蘭高地河流設(shè)計(jì)的，包括很多因子。根據(jù)大型無脊椎動(dòng)物類群對(duì)水體污染的敏感性及各類群出現(xiàn)的多度分別記分。多度分為5級(jí)，每5個(gè)最小樣本中有1-2個(gè)個(gè)體為出現(xiàn)；3-30個(gè)個(gè)體為少；31-50個(gè)為普遍；51-100個(gè)為多；100個(gè)以上為很多。對(duì)污染敏感性高，多度也高的類群記分高；耐污染，多度又高的類群記分少；無大型無脊椎動(dòng)物時(shí)記為0。根據(jù)記分表計(jì)算出各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的總分，對(duì)各點(diǎn)的污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)：總分為0，表示嚴(yán)重污染；0-45為重污染；45-300為中度污染；>300為輕度污染或未污染。3.1生物指數(shù)(BioticIndices)3.1.4

生物監(jiān)測(cè)工作委員會(huì)記分[BiologicalMonitoringWorkingParty(BMWP)Score]在UK應(yīng)用最普遍。標(biāo)準(zhǔn)方法：每一點(diǎn)取樣，擾亂河床3分鐘，用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)采集所有大型無脊椎動(dòng)物。所有采集到的種類鑒定到屬，只適于寬泛應(yīng)用、消除錯(cuò)誤鑒定而不考慮豐度。每一屬有一記分（表12.5），各個(gè)分?jǐn)?shù)經(jīng)概括形成BMWP值。另一因子，AverageScorePerTaxon(ASPT)是由BMWP值/記分分類數(shù)值所得。與BMWP值不同，ASPT相對(duì)來說不依賴采集樣品大小、季節(jié)以及采樣方法。這些指數(shù)的缺點(diǎn)是應(yīng)用于流水，有時(shí)甚至是應(yīng)用于河流中特殊的生境如淺灘，流經(jīng)粗糙卵石和礫石河床的快速流水。利用大型植物構(gòu)建水質(zhì)指數(shù)還存在強(qiáng)烈爭(zhēng)議，盡管應(yīng)用于不同的水環(huán)境類型（表12.6）。3.1生物指數(shù)(BioticIndices)3.1.5

水質(zhì)指數(shù)[WaterQualityIndex(WQI)]在美國(guó)應(yīng)用廣泛，由國(guó)家衛(wèi)生基金發(fā)展形成。這個(gè)并不是真正的生物指數(shù)，它是利用化學(xué)和物理參數(shù)（如溫度和氨）以及細(xì)菌學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。3.1生物指數(shù)(BioticIndices)3.1.6大氣凈度指數(shù)法IndexofAirPurity(IAP)在陸生生態(tài)系統(tǒng)中應(yīng)用地衣的生物指數(shù)。計(jì)算公式：IAP=∑n1（Q×f）/10IAP：大氣凈度指數(shù)； n：一個(gè)地區(qū)附生植物地衣種的總數(shù)； Q：與這一地區(qū)地衣種類生活在一起的其他種類的平均數(shù)； f：一種附生地衣在一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的蓋度或出現(xiàn)頻率；10：為便于數(shù)據(jù)處理而縮小的倍數(shù)。 生物指數(shù)低表示污染嚴(yán)重所有生物指數(shù)或記分系統(tǒng)都有局限性，應(yīng)和其它數(shù)據(jù)（如化學(xué)和物理參數(shù)）結(jié)合使用。然而，計(jì)算比較簡(jiǎn)單并且通常需要少量的分類學(xué)知識(shí)即可應(yīng)用。為環(huán)境質(zhì)量問題提供了簡(jiǎn)單、易于理解的無專家參與即可進(jìn)行決策的環(huán)境污染措施。3.2區(qū)域圖繪制指示生物的另一個(gè)用途是物種分布圖的構(gòu)建，提供污染物分布的指示信息，不是構(gòu)建生物指數(shù)。地衣對(duì)許多大氣污染物很敏感，尤其對(duì)SO2和氟化物更敏感。上百年來地衣群落在城市和工業(yè)區(qū)經(jīng)?？萁吆腿狈?，通過地衣在分布區(qū)的空間和時(shí)間變化可繪制出某一地方甚至國(guó)家級(jí)水平的一些大氣污染物的濃度，這是可能的，因?yàn)樵诳扇菰S范圍內(nèi)特定地衣物種的信息已經(jīng)獲得，尤其是SO2。地衣繪圖是很好的技術(shù)，專家可從地衣分布獲得大氣污染物知識(shí)，對(duì)非專業(yè)人士來講也能獲得很多有用的信息（圖12.3，表12.7）。維管束植物也用于通過繪圖研究監(jiān)測(cè)污染物。動(dòng)物很少用，但螨類對(duì)SO2敏感，可放在監(jiān)測(cè)點(diǎn)的容器中，幾周后可得到直接由于SO2污染引起的死亡數(shù)。3.3形態(tài)學(xué)和組織學(xué)指示

植物的絕對(duì)和相對(duì)生長(zhǎng)速率，濕/干重，根/芽和葉面積指數(shù)以及其他許多形態(tài)特