第五章_生物与生态监测

1、第五章第五章 生物与生态监测生物与生态监测受到污染的生物，在生态、生理和生受到污染的生物，在生态、生理和生化指标以及污染物在体内的行为等方面会化指标以及污染物在体内的行为等方面会发生变化，出现不同的症状或反应，利用发生变化，出现不同的症状或反应，利用这些变化来反映和度量环境污染程度的方这些变化来反映和度量环境污染程度的方法称为法称为生物监测法生物监测法。生物监测方法：生物监测方法：1. 1. 生态（群落生态和个体生态）监测生态（群落生态和个体生态）监测2. 2. 生物测试生物测试( (毒性测定、致突变测定毒性测定、致突变测定) )3. 3. 生物的生理、生化指标测定生物的生理、生化指标测定4.

2、 4. 生物体内污染物残留量测定生物体内污染物残留量测定生物监测的定义和方法生物监测的定义和方法 背景：背景：当空气，水体，土壤等环境要素受到污染后，生当空气，水体，土壤等环境要素受到污染后，生物在吸收营养的同时，也吸收了污染物，并在体内迁移，积物在吸收营养的同时，也吸收了污染物，并在体内迁移，积累，从而遭受污染。累，从而遭受污染。u生物监测能反映各种污染物的综合影响，具有直生物监测能反映各种污染物的综合影响，具有直观、客观、综合和历史可溯源性的特点；观、客观、综合和历史可溯源性的特点；u理化监测是定期采样，结果不能反映采样前、后理化监测是定期采样，结果不能反映采样前、后的情况，而生态系统中的

3、生物汇集了整个生长期环境的情况，而生态系统中的生物汇集了整个生长期环境因素改变的情况；因素改变的情况；u有些生物对污染物很敏感，有些连精密仪器都测有些生物对污染物很敏感，有些连精密仪器都测不出的微量污染物的浓度，却能通过不出的微量污染物的浓度，却能通过“生物放大生物放大”作作用在生物体内积累而被测出。用在生物体内积累而被测出。生物监测法与理化监测比较生物监测法与理化监测比较：例如：例如：浮游生物浮游生物0.04mg/kg0.04mg/kgDDTDDT水水0.000003mg/L0.000003mg/L小小 鱼鱼0.5mg/kg0.5mg/kg大大 鱼鱼2.0mg/kg2.0mg/kg水水 鸟鸟

4、25mg/kg25mg/kg（1.31.3万倍）万倍）（1717万倍）万倍）（6767万倍）万倍）（833833万倍）万倍）l 生物浓缩：生物浓缩：生物从环境中吸收污染物质生物从环境中吸收污染物质, ,使其体内的浓度使其体内的浓度比环境中高很多倍。比环境中高很多倍。l 生物放大：生物放大：污染物在生物体内的累积随着食物链中营养污染物在生物体内的累积随着食物链中营养级的提高而在生物体内逐步增加的现象。级的提高而在生物体内逐步增加的现象。u形成原因形成原因：对污染物的摄入量大于排除分解消除。：对污染物的摄入量大于排除分解消除。生物监测法的优缺点生物监测法的优缺点优点：优点：（与物理、化学监测方法相

5、比）（与物理、化学监测方法相比）1 1、更能确切反映污染因子对人和生物危害及环境污染更能确切反映污染因子对人和生物危害及环境污染综合影响综合影响。2 2、环境污染物浓度较低的情况下，可以利用有些生物对特定污环境污染物浓度较低的情况下，可以利用有些生物对特定污染物很敏感，危害人体之前进行染物很敏感，危害人体之前进行“早期诊断早期诊断” 。局限性：局限性：1 1、不能象理化监测那样获得准确数据。不能象理化监测那样获得准确数据。2 2、对污染因子的敏感性随生活在污染环境中时间增长而降低，专对污染因子的敏感性随生活在污染环境中时间增长而降低，专一性差。一性差。 要全面、准确地评价环境质量，必须使理化监

6、测和生物监测要全面、准确地评价环境质量，必须使理化监测和生物监测结合起来，生物监测作为理化监测补充，用理化监测数据说明生结合起来，生物监测作为理化监测补充，用理化监测数据说明生物反应现象。物反应现象。 1 1、敏感生物敏感生物：环境中污染物浓度含量很低时（甚至低至：环境中污染物浓度含量很低时（甚至低至化学方法测不出来），指示生物就表现出某些灵敏的反应。化学方法测不出来），指示生物就表现出某些灵敏的反应。 根据症状及反应程度进行定性、定量分析。如：牵牛花对根据症状及反应程度进行定性、定量分析。如：牵牛花对光化学烟雾很敏感。光化学烟雾很敏感。 2 2、耐性耐性( (抗性）生物抗性）生物：这类生物在

7、不良的环境中却表现出：这类生物在不良的环境中却表现出良好的生长势。也就是说污染了的环境反而促进了这类生物的良好的生长势。也就是说污染了的环境反而促进了这类生物的生长。如：水体富营养化，蓝藻大量出现。生长。如：水体富营养化，蓝藻大量出现。 指示生物指示生物 含义含义：能够对环境中污染物作出定性、定量反应的生物。：能够对环境中污染物作出定性、定量反应的生物。 水体富营养化：水体富营养化：是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类（以蓝藻为主入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类（以蓝藻为主

8、）迅速繁殖，水体溶解）迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。 第一节第一节 水环境污染生物监测水环境污染生物监测第二节第二节 大气污染生物监测大气污染生物监测第三节第三节 生物污染监测生物污染监测第四节第四节 生态监测技术简介生态监测技术简介第一节第一节 水环境污染生物监测水环境污染生物监测对水环境进行生物监测的主要目的对水环境进行生物监测的主要目的:了解污染对水生生物的危害状况，判别和了解污染对水生生物的危害状况，判别和测定水体污染的类型和程度，为制定控制污染测定水体污染的类型和程度，为制定控制污染措施，使水环境

9、生态系统保持平衡提供依据。措施，使水环境生态系统保持平衡提供依据。 断面要有代表性断面要有代表性 尽可能与化学监测断面相一致尽可能与化学监测断面相一致 考虑水环境的整体性、监测工作连续性和经济性考虑水环境的整体性、监测工作连续性和经济性u河流河流：根据长度，至少设上游（对照）、中游：根据长度，至少设上游（对照）、中游（污染）、下游（观察）三个断面；采样点数视水（污染）、下游（观察）三个断面；采样点数视水面宽、水深、生物分布特点等确定。面宽、水深、生物分布特点等确定。u湖泊（水库）湖泊（水库）：在入湖（库）区、中心区、出：在入湖（库）区、中心区、出口区、最深水区、清洁区等处设监测断面。口区、最深

10、水区、清洁区等处设监测断面。采样断面和采样点的布设原则采样断面和采样点的布设原则生物监测主要方法：生物监测主要方法：生物群落监测方法生物群落监测方法 生物测试法生物测试法 细菌学检验法细菌学检验法一、生物群落监测方法一、生物群落监测方法未受污染的环境水体中生活着多种多样的水生生物，这是长期自然发展的结果，也是生态系统保持相对平衡的标志。当水体受到污染后，水生生物的群落结构和个体数量就会发生变化，使自然生态平衡系统被破坏，最终结果是敏感生物消亡，抗性生物旺盛生长，群落结构单一，这是生物群落监测法的理论依据。生物群落监测中的对象：生物群落监测中的对象：水污染指示生物水污染指示生物浮游生物浮游生物着

11、生生物着生生物附着于长期浸没水中的各种基质（植物、动物、石头）表面上的有机体群落。底栖动物底栖动物栖息在水体底部淤泥内、石块或砾石表面及其间隙中的肉眼可见的水生无脊椎动物。 鱼类鱼类水生食物链的最高营养水平微生物微生物清洁水体中少，污染水体中多浮游动物浮游动物（原生动物、轮虫、枝角类和桡足类 ）浮游植物浮游植物藻类（一）生物指数监测法（一）生物指数监测法（二）污水生物系统法（二）污水生物系统法 （三）（三） PFU微型生物群落监测法（简称微型生物群落监测法（简称PFU法）法） 生物群落监测方法包括：生物群落监测方法包括：（一）生物指数监测法（一）生物指数监测法 生物指数生物指数指运用数学公式计

12、算出的反映生物种群或指运用数学公式计算出的反映生物种群或群落结构的变化，以评价水环境质量的数值。群落结构的变化，以评价水环境质量的数值。主要有以下四种方法：主要有以下四种方法：贝克生物指数贝克生物指数贝克贝克-津田生物指数津田生物指数生物种类多样性指数生物种类多样性指数硅藻生物指数硅藻生物指数 贝克贝克(Beck)生物指数生物指数 生物指数生物指数(BI)= 2nA + nB 式中：式中：A敏感底栖动物种类敏感底栖动物种类 B耐污底栖动物种类耐污底栖动物种类 n底栖大型无脊椎动物的种类底栖大型无脊椎动物的种类 评价（计算数值与水质的关系）：评价（计算数值与水质的关系）： BI10，清洁水域；，

13、清洁水域； BI为为16时，为中等污染水域；时，为中等污染水域； BI=0时，为严重污染水域时，为严重污染水域 由贝克于由贝克于1955年首次提出：将从年首次提出：将从采样点采样点采到的底栖大型无采到的底栖大型无脊椎动物分成两类，一类是不耐有机污染物的敏感种，另一类脊椎动物分成两类，一类是不耐有机污染物的敏感种，另一类为耐有机污染物的耐污种，通过公式进行简单计算。为耐有机污染物的耐污种，通过公式进行简单计算。 津田松苗的改进与发展：津田松苗的改进与发展：1974年，日本津田松苗在贝克的年，日本津田松苗在贝克的基础上发展起来的用生物多样性评价水质的方法，不限于基础上发展起来的用生物多样性评价水质

14、的方法，不限于在采样点采集生物样品，而是将在采样点采集生物样品，而是将评价区或评价河段评价区或评价河段的所有的所有底栖大型无脊椎动物尽量采到，再用贝克公式进行计算。底栖大型无脊椎动物尽量采到，再用贝克公式进行计算。 贝克贝克-津田生物指数津田生物指数 贝克贝克-津田生物指数的评价标准（计算数值与水质的关系）：津田生物指数的评价标准（计算数值与水质的关系）： BI30，为清洁水区；，为清洁水区； BI=1529，为较清洁水区；，为较清洁水区； BI=614，为不清洁水区；，为不清洁水区； BI=05，为极不清洁水区，为极不清洁水区 式中：式中：d种类多样性指数；种类多样性指数； N单位面积样品中

15、收集到的各类动物的总个数；单位面积样品中收集到的各类动物的总个数； ni 单位面积样品中第单位面积样品中第i种动物的个数；种动物的个数； S收集到的动物种类数。收集到的动物种类数。 d 值越大，水质越好。值越大，水质越好。 d 值与水样污染程度关系如下：值与水样污染程度关系如下：NnlogNni2s1iid 生物种类多样性指数生物种类多样性指数 沙农、威尔姆等人提出的生物种类多样性指数，沙农、威尔姆等人提出的生物种类多样性指数，理论依据理论依据是在清洁的环境中，通常生物种类极其多样，并因竞争形是在清洁的环境中，通常生物种类极其多样，并因竞争形成生态平衡。水体受到污染后，不能适应的生物或死亡或成

16、生态平衡。水体受到污染后，不能适应的生物或死亡或逃离，能够适应的生物种类则会大大增加。逃离，能够适应的生物种类则会大大增加。 该指数的特点该指数的特点是能够定量反映群落中生物的种类、数量及是能够定量反映群落中生物的种类、数量及种类组成比例变化的信息。种类组成比例变化的信息。 利用水中浮游藻类不同种类的相对多少来评价水质的好利用水中浮游藻类不同种类的相对多少来评价水质的好坏，如硅藻指数。坏，如硅藻指数。 A不耐污染的藻类的种类数；不耐污染的藻类的种类数； B光谱性藻类的种类数；光谱性藻类的种类数； C仅在污染水域中才出现的藻类种类数仅在污染水域中才出现的藻类种类数 硅藻指数在硅藻指数在050为多

17、污带，为多污带，50150为中污带，为中污带，150200为轻污带。为轻污带。10022CBACBA硅藻指数d3.0 清洁水清洁水d 1.03.0 中等污染水中等污染水 d 茎茎 叶叶 穗穗 壳壳 种子种子（二）动物对污染物的吸收及在体内分布（二）动物对污染物的吸收及在体内分布 环境中的污染物一般通过呼吸道、消化道、皮肤等环境中的污染物一般通过呼吸道、消化道、皮肤等途径进入动物体内途径进入动物体内; ; 水和土壤中的污染物质主要通过饮用水和食物摄入水和土壤中的污染物质主要通过饮用水和食物摄入，经消化道被吸收，经消化道被吸收; ; 脂溶性污染物质通过皮肤吸收后进入动物肌体。脂溶性污染物质通过皮肤

18、吸收后进入动物肌体。 动物吸收污染物质后，主要通过血液和淋巴系统动物吸收污染物质后，主要通过血液和淋巴系统传输到全身各组织发生危害。传输到全身各组织发生危害。二、生物样品的采集和制备二、生物样品的采集和制备（一）植物样品的采集和制备（一）植物样品的采集和制备(1) 对样品的要求：采集的植物样品要具有代表性对样品的要求：采集的植物样品要具有代表性、典型性和适时性、典型性和适时性（在植物的不同生长发育阶段定期采样）。 1、 植物样品的采集植物样品的采集 (3) 采样方法：在每个采样小区内的采样点上分别采样方法：在每个采样小区内的采样点上分别采集采集510处植株的根、茎、叶、果实等，将同部位处植株的

19、根、茎、叶、果实等，将同部位样混合，组成一个混合样；采集样品量要能满足需要，样混合，组成一个混合样；采集样品量要能满足需要，一般经制备后，至少有一般经制备后，至少有2050g干重样品。干重样品。(2) 布点方法：在划分好的布点方法：在划分好的采样小区内，常采用采样小区内，常采用梅花形布梅花形布点法点法或或交叉间隔布点法交叉间隔布点法确定代确定代表性的植株。表性的植株。 2、植物样品的制备、植物样品的制备(1) 鲜样的制备：测定植物内容易挥发、转化或降解鲜样的制备：测定植物内容易挥发、转化或降解的污染物质、营养成分，以及多汁的瓜、果、蔬菜样品的污染物质、营养成分，以及多汁的瓜、果、蔬菜样品，应制

20、备成新鲜样品。，应制备成新鲜样品。样品洗净样品洗净晾干或拭干晾干或拭干捣碎机捣碎制浆捣碎机捣碎制浆研磨研磨(2) 干样的制备：干样的制备： 风干、烘干风干、烘干磨碎磨碎过筛过筛保存保存 3、分析结果表示方法、分析结果表示方法 植物样品中污染物质的分析结果常以干重为基础表植物样品中污染物质的分析结果常以干重为基础表示（示（mg/kgmg/kg干重），以便比较各样品某一成分含量的干重），以便比较各样品某一成分含量的高低。高低。 但对含水量高的蔬菜、水果等，以鲜重表示计算结但对含水量高的蔬菜、水果等，以鲜重表示计算结果为好。果为好。 （二）动物样品的采集和制备（二）动物样品的采集和制备 动物的尿液、

21、血液、唾液、胃液、乳液、粪便、动物的尿液、血液、唾液、胃液、乳液、粪便、毛发、指甲、骨骼和组织等均可作为检验样品。毛发、指甲、骨骼和组织等均可作为检验样品。三、生物样品的预处理三、生物样品的预处理( (一一) )消解和灰化消解和灰化湿法消解湿法消解灰化法灰化法提取方法提取方法分离方法分离方法液液-液萃取法液萃取法蒸馏法蒸馏法层析法层析法磺化法和皂化法磺化法和皂化法气提法和液上空间法气提法和液上空间法低温冷冻法低温冷冻法振荡浸取法振荡浸取法组织捣碎提取法组织捣碎提取法脂肪提取器提取脂肪提取器提取直接球磨提取法直接球磨提取法(二二) 提取、分离和浓缩提取、分离和浓缩(三三) 浓缩方法浓缩方法蒸馏法

22、蒸馏法K-D浓缩器浓缩器蒸发法等蒸发法等四、污染物的测定四、污染物的测定 测定方法主要有测定方法主要有：光谱分析法、色谱分析法、电化：光谱分析法、色谱分析法、电化学分析法、学分析法、放射分析法、联合检测技术等。放射分析法、联合检测技术等。1、光谱分析法、光谱分析法2、色谱分析法、色谱分析法3、电化学分析法、电化学分析法4、放射分析法、放射分析法5、联合检测技术联合检测技术 示波极谱法，阳极溶出伏安法等近代极谱技术可用示波极谱法，阳极溶出伏安法等近代极谱技术可用于测定生物样品中的农药残留物和某些重金属元素。于测定生物样品中的农药残留物和某些重金属元素。 可用放射性同位素进行示踪模拟试验。用中子活

23、化可用放射性同位素进行示踪模拟试验。用中子活化法测定含汞，锌，铜等农药残留物及某些有害金属污染法测定含汞，锌，铜等农药残留物及某些有害金属污染物，具有灵敏，特效，不破坏试样等优点。物，具有灵敏，特效，不破坏试样等优点。 气相色谱质谱气相色谱质谱（GC-MS），气相色谱傅立叶变），气相色谱傅立叶变换红外光谱换红外光谱(GC-FTIR)，液相色谱质谱（，液相色谱质谱（LC-MS）。）。第四节第四节 生态生态监测技术简介监测技术简介一一、生态监测的概念、生态监测的概念 生态监测：生态监测：是在地球的全部或局部范围内观察和收集生命是在地球的全部或局部范围内观察和收集生命支持能力的数据，并加以分析研究，

24、以了解生态环境的现状和支持能力的数据，并加以分析研究，以了解生态环境的现状和变化。变化。 生态监测不同于环境监测。生态监测不同于环境监测。生态监测是指预先制定的计划生态监测是指预先制定的计划和用可比的方法，在一个区域范围内对各生态系统变化情况以及和用可比的方法，在一个区域范围内对各生态系统变化情况以及每个生态系统内一个或多个环境要素或指标进行连续观测的过程。每个生态系统内一个或多个环境要素或指标进行连续观测的过程。 生态监测是一个动态的连续观察、测试的过程生态监测是一个动态的连续观察、测试的过程，少则一个或，少则一个或几个生态变化周期，多则几十个、几百个生态变化周期。在时空几个生态变化周期，多

25、则几十个、几百个生态变化周期。在时空上少则几年，多则几十年或更长一段时间。上少则几年，多则几十年或更长一段时间。 生命支持能力数据包括：生物的（人类、动物、植物和微生命支持能力数据包括：生物的（人类、动物、植物和微生物等）、非生物的（地球的基本属性）。生物等）、非生物的（地球的基本属性）。 了解所研究地区生态系统的现状及其变化；了解所研究地区生态系统的现状及其变化； 根据现状及变化趋势为评价已开发项目对生态环根据现状及变化趋势为评价已开发项目对生态环境的影响和计划开发项目可能的影响提供科学依境的影响和计划开发项目可能的影响提供科学依据；据； 提供地球资源状况及其可利用数量。提供地球资源状况及其

26、可利用数量。生态监测的目的：生态监测的目的：二、生态监测的类型二、生态监测的类型（一）宏观生态监测（一）宏观生态监测 根据生态监测的对象及其涉及的空间尺度，可分为根据生态监测的对象及其涉及的空间尺度，可分为宏观生态监测宏观生态监测和和微观生态监测。微观生态监测。 宏观监测地域面积宏观监测地域面积至少应在一定区域范围之内，对一个或至少应在一定区域范围之内，对一个或若干个生态系统进行监测，最大范围可扩展至一个国家、一个若干个生态系统进行监测，最大范围可扩展至一个国家、一个地区乃至全球。地区乃至全球。 监测内容监测内容：主要监测区域范围内具有特殊意义的生态系统主要监测区域范围内具有特殊意义的生态系统

27、的分布及面积的动态变化。如热带雨林生态系统、沙漠化生态的分布及面积的动态变化。如热带雨林生态系统、沙漠化生态系统、湿地生态系统等。系统、湿地生态系统等。（二）（二）微微观生态监测观生态监测 微观监测指对一个或几个生态系统内各生态要素指标进行微观监测指对一个或几个生态系统内各生态要素指标进行物理、化学、生态学方面的监测。根据监测的具体内容，一般物理、化学、生态学方面的监测。根据监测的具体内容，一般可分为：可分为： 是指人类特定生产活动所造成的生态干扰监测。是指人类特定生产活动所造成的生态干扰监测。 如如砍伐森林砍伐森林所造成的森林生态系统的结构和功能、水文过所造成的森林生态系统的结构和功能、水文

28、过程和物质迁移规律的改变；程和物质迁移规律的改变；草场过牧草场过牧引起的草场退化、生产力引起的草场退化、生产力降低；降低；湿地的开发湿地的开发引起的生态型的改变及引起的生态型的改变及生活污染物的排放生活污染物的排放对对水生生态系统的影响等。水生生态系统的影响等。 1 1、干扰性生态监测、干扰性生态监测 2 2、污染性生态监测、污染性生态监测 主要是对农药及重金属污染物等在生态系统中食物链的传主要是对农药及重金属污染物等在生态系统中食物链的传递及富集的监测。递及富集的监测。 3 3、治理性生态监测、治理性生态监测 主要是指对被破坏的生态系统经人类的治理后生态平衡恢主要是指对被破坏的生态系统经人类的治理后生态平衡恢复过程的监测。复过程的监测。 如对侵蚀劣地的治理与植物重建过程的监测；对沙漠化土如对侵蚀劣地的治理与植物重建过程的监测；对沙漠化土地治理过程的监测等。地治理过程的监测等。三、生态监测的方法三、生态监测的方法 1 1、地面监测地面监测 生态监测方法有生态监测方法有地面监测地面监测、空中监测空中监测和和卫星监测卫星监测三种。三种。 在所监测区域建