环境监测 第六章-生物监测

1、第六章第六章 环境污染生物监测环境污染生物监测利用生物的组分、个体、种群或群利用生物的组分、个体、种群或群落对环境污染或环境变化所产生的反应，落对环境污染或环境变化所产生的反应，从生物学的角度，为环境质量的监测和从生物学的角度，为环境质量的监测和评价提供依据，称为生物监测。评价提供依据，称为生物监测。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生态（群落生态和个体生态 ）监测）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. 4. 生物体内污染物残留量测定生物体内污染物残留量

2、测定生物监测的定义和方法生物监测的定义和方法生物监测的特点生物监测的特点富集性富集性 生物的一个重要特点是它能够通过各种方式从环生物的一个重要特点是它能够通过各种方式从环境中富集某些元素。如水中境中富集某些元素。如水中DDT农药农药:水中浓度为水中浓度为0.000003mgL浮游生物（富集浮游生物（富集7.3万倍）万倍） 小鱼小鱼 (富集富集14.3万倍万倍) 大鱼大鱼 （富集（富集858万倍）万倍） 人食用这些水中生物后富集人食用这些水中生物后富集1000万倍。万倍。 长期性长期性 环境污染物的含量和其它环境条件改变的强环境污染物的含量和其它环境条件改变的强度大小，是随时间而变化的。这些变化

3、是因污染度大小，是随时间而变化的。这些变化是因污染物的排放量不稳定而造成的。理化监测只能代表物的排放量不稳定而造成的。理化监测只能代表取样期间的概况。而生活于一定区域内的生物，取样期间的概况。而生活于一定区域内的生物，能把一定时问内环境变化情况反映出来。能把一定时问内环境变化情况反映出来。 综合性综合性 人类生产、生活所产生的污染物，成份极其人类生产、生活所产生的污染物，成份极其复杂。理化监测只能获得各种成份的类别和含量，复杂。理化监测只能获得各种成份的类别和含量，但不能确切说明对生物有机体的影响。而生物是但不能确切说明对生物有机体的影响。而生物是接受综合作用，不仅仅是个别组分的影响，所以接受

4、综合作用，不仅仅是个别组分的影响，所以生物监测能反映环境诸因子、多组分综合作用的生物监测能反映环境诸因子、多组分综合作用的结果，能阐明整个环境的情况。对符合排放标准结果，能阐明整个环境的情况。对符合排放标准的污染物，其长期影响环境的后果，更需要用生的污染物，其长期影响环境的后果，更需要用生物监测来评价。物监测来评价。以上过程，只有通以上过程，只有通过生物监测手段，通过过生物监测手段，通过食物链放大了的各营养食物链放大了的各营养级进行分析，才能对水级进行分析，才能对水体进行全面评价。体进行全面评价。 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，

5、判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，为制定别和测定水体污染的类型和程度，为制定控制污染措施，使水环境生态系统保持平控制污染措施，使水环境生态系统保持平衡提供依据。衡提供依据。第一节第一节 水环境污染生物监测水环境污染生物监测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 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考虑水环境的整体性、监测工作连续性和经济性性 一、生物群落监测方法一、生物群落监测方法二、生物测试法二、生物测试法三、细菌学检验法三、细菌学检验法一、生物群落监测方法一、

6、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。生物群落监测法的理论依据。：。原生动物、原生动物、轮虫、枝角类

7、和桡足类轮虫、枝角类和桡足类浮游植物浮游植物藻类藻类（一）（一）生物指数监测法生物指数监测法（贝克生物指数、贝克（贝克生物指数、贝克-津津田生物指数、生物种类多样性指数、硅藻田生物指数、生物种类多样性指数、硅藻生物指数）生物指数） （二）（二）污水生物系统法污水生物系统法（三）（三） PFU微型生物群落监测法微型生物群落监测法（简称（简称PFU法）法） （一）生物指数监测法（一）生物指数监测法 生物指数（生物指数（BI）=2A+B式中：式中：A、B分别为敏感底栖动物种类数和耐污底栖动分别为敏感底栖动物种类数和耐污底栖动物种类数。物种类数。贝克生物指数贝克生物指数：从采样点采到的底栖大型无脊椎动

8、：从采样点采到的底栖大型无脊椎动物。当物。当BI10时，为清洁水域；时，为清洁水域；BI为为16时，为中时，为中等污染水域；等污染水域；BI=0时，为严重污染水域。时，为严重污染水域。2 2、贝克津田生物指数、贝克津田生物指数 所有拟评价或监测的河段各种底栖大型无脊椎动所有拟评价或监测的河段各种底栖大型无脊椎动物。当物。当BI20，为清洁水区；，为清洁水区；10BI20，为轻度，为轻度污染水区；污染水区；6BI10，为中等污染水区；，为中等污染水区；0BI6，为严重污染水区为严重污染水区 。1.1.贝克生物指数贝克生物指数3.3.生物种类多样性指数生物种类多样性指数 式中：式中： 种类多样性指

9、数；种类多样性指数； N 单位面积样品中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。 动物种类越多，指数越大，水质越好；反之，种类越动物种类越多，指数越大，水质越好；反之，种类越少，指数越小，水体污染越严重。少，指数越小，水体污染越严重。威尔姆对美国十几条河威尔姆对美国十几条河流进行了调查，总结出指数与水样污染程度的关系如下：流进行了调查，总结出指数与水样污染程度的关系如下： 值值1.0：严重污染：严重污染; 值值1.03.0：中等污染；：中等污染； 值值3.0：

10、清洁：清洁NnNndisii12logdddd4.4.硅藻生物指数硅藻生物指数 硅藻指数硅藻指数=式中：式中：A不耐污染藻类的种类数；不耐污染藻类的种类数； B广谱性藻类的种类数；广谱性藻类的种类数； C仅在污染水域才出现的藻类种类数。仅在污染水域才出现的藻类种类数。硅藻指数硅藻指数050为多污带；为多污带；硅藻指数硅藻指数50100为为-中污带；中污带；硅藻指数硅藻指数100150为为-中污带；中污带；硅藻指数硅藻指数150200为轻污带。为轻污带。 2A+B2C A+BC100（二）污水生物系统法（二）污水生物系统法 将受有机物污染的河流按照污染程度和自净将受有机物污染的河流按照污染程度和

11、自净过程，自上游向下游划分为四个相互连续的河段，过程，自上游向下游划分为四个相互连续的河段，即即多污带段、多污带段、-中污带段、中污带段、-中污带段和寡污带中污带段和寡污带段段，每个带都有自己的物理、化学和生物学特征。，每个带都有自己的物理、化学和生物学特征。根据这些特征进行判断。根据这些特征进行判断。 项目项目多污带多污带-中污带中污带-中污带中污带寡污带寡污带化学化学过程过程还原和分解作用明还原和分解作用明显开始显开始水和底泥里出现氧化水和底泥里出现氧化作用作用氧化作用更氧化作用更强烈强烈因氧化使无机因氧化使无机化达到矿化阶化达到矿化阶段段溶解氧溶解氧没有或极微量没有或极微量少量少量较多较

12、多很多很多BOD很高很高高高较低较低低低硫化氢硫化氢的生成的生成具有强烈的硫化氢具有强烈的硫化氢臭味臭味没有强烈硫化氢臭味没有强烈硫化氢臭味无无无无水中水中有机物有机物蛋白质、多肽等高蛋白质、多肽等高分子物质大量存在分子物质大量存在高分子化合物分解产高分子化合物分解产生氨基酸、氨等生氨基酸、氨等大部分有机大部分有机物已完成无物已完成无机化过程机化过程有机物全分解有机物全分解底泥底泥常有黑色硫化铁存常有黑色硫化铁存在，呈黑色在，呈黑色硫化铁氧化成氢氧化硫化铁氧化成氢氧化铁，底泥不呈黑色铁，底泥不呈黑色有有Fe2O3存存在在大部分氧化大部分氧化水中水中细菌细菌大量存在，每毫升大量存在，每毫升可达可

13、达100万个以上万个以上细菌较多，每毫升在细菌较多，每毫升在10万个以上万个以上数量减少，数量减少，每毫升在每毫升在10万个以下万个以下数量少，每毫数量少，每毫升在升在100个以下个以下表表6.1 6.1 污水系统的部分生物学、化学特征污水系统的部分生物学、化学特征（三）（三）PFUPFU微型生物群落监测法微型生物群落监测法 PFU法法是以聚氨酯泡沫塑料块（是以聚氨酯泡沫塑料块（Polyurechane Foam Unit，简称，简称PFU）作为人工基质沉入水体中，）作为人工基质沉入水体中，经一定时间后，水体中大部分微型生物种类均可群集经一定时间后，水体中大部分微型生物种类均可群集到到PFU内

14、，达到种数平衡，通过观察和测定该群落结内，达到种数平衡，通过观察和测定该群落结构与功能的各种参数来评价水质状况。构与功能的各种参数来评价水质状况。 根据水环境条件确定采样时间，一般在根据水环境条件确定采样时间，一般在静水静水中中采样约需采样约需四周四周，在，在流水流水中采样约需中采样约需两周两周；采样结束；采样结束后，带回实验室，把后，带回实验室，把PFUPFU中的水全部挤于烧杯内，用中的水全部挤于烧杯内，用显微镜进行微型生物种类观察和活体计数。显微镜进行微型生物种类观察和活体计数。Cairns首次使用聚氨酯泡沫塑料块采集水体微型首次使用聚氨酯泡沫塑料块采集水体微型生物群落；生物群落；根据生物

15、地理平衡模型及微型生物在根据生物地理平衡模型及微型生物在PFU上群集上群集的过程，提出了的过程，提出了3个功能参数：个功能参数： 平衡时的物种数量平衡时的物种数量Seq； 群集曲线的斜率群集曲线的斜率(或称群集常数或称群集常数)G； 达到达到90Seq所需要的时间所需要的时间T90。如果环境受到污染影响，原来的平衡遭到破坏，如果环境受到污染影响，原来的平衡遭到破坏，这这3个参数将发生改变。因此，利用微型生物在个参数将发生改变。因此，利用微型生物在PFU上的群集过程中上的群集过程中3个参数的变化，可以评价水质和监个参数的变化，可以评价水质和监测水污染。测水污染。PFU微型生物群落参数的变化在不同

16、的微型生物群落参数的变化在不同的水质范围内具有不同的行为水质范围内具有不同的行为:污染较轻的情况下，污染较轻的情况下，随着污染加重，集群速度随着污染加重，集群速度G、平衡时的物种数、平衡时的物种数Seq都会增大，达到都会增大，达到90Seq的的时间时间T90%将缩短。从生态学观点看，此时营养水平将缩短。从生态学观点看，此时营养水平适合大多数原生动物的生长，因此，适合大多数原生动物的生长，因此，种类多，丰度种类多，丰度也大也大；但随着污染程度进一步加重，但随着污染程度进一步加重，平衡时物种数平衡时物种数Seq会减少，达到会减少，达到90Seq所需时间所需时间T90%将延长，集将延长，集群速度群速

17、度G也减小。从生态学观点看，重污染和严重也减小。从生态学观点看，重污染和严重污染已超出大多数原生动物的耐受限度，在这恶劣污染已超出大多数原生动物的耐受限度，在这恶劣的环境中，的环境中，大多数种类不能耐受而消失大多数种类不能耐受而消失。利用生物受到污染物质危害或毒害后所产生的利用生物受到污染物质危害或毒害后所产生的反应或生理机能的变化，来评价水体污染状况，确反应或生理机能的变化，来评价水体污染状况，确定毒物安全浓度的方法称为定毒物安全浓度的方法称为生物测试法。生物测试法。 二、生物测试法二、生物测试法按水流方式：按水流方式：静水式和流水式静水式和流水式按测试时间分类：按测试时间分类：急性试验和慢

18、性试验急性试验和慢性试验按受试活体分类：按受试活体分类：水生生物和发光细菌等水生生物和发光细菌等（一）水生生物毒性试（一）水生生物毒性试验验金鱼金鱼绿藻绿藻褐藻褐藻蝴蝶鱼蝴蝶鱼图图6.1 6.1 可用于水生生物毒性试验的部分鱼类和藻类可用于水生生物毒性试验的部分鱼类和藻类静水式鱼类急性毒性试验静水式鱼类急性毒性试验供试鱼的选择和驯养供试鱼的选择和驯养 要选择无病、行动活泼、鱼鳍完要选择无病、行动活泼、鱼鳍完整舒展、食欲和逆水性强、体长整舒展、食欲和逆水性强、体长（不包括尾部）约（不包括尾部）约3 cm的同种和的同种和同龄的金鱼。同龄的金鱼。选出的鱼必须先在与试验条件相选出的鱼必须先在与试验条件

19、相似的生活条件（温度、水质等）似的生活条件（温度、水质等）下驯养下驯养7 d以上；试验前一天停以上；试验前一天停止喂食；如果在试验前止喂食；如果在试验前4 d天内天内发生死亡现象或发病的鱼高于发生死亡现象或发病的鱼高于10%，则不能使用。，则不能使用。金鱼金鱼2金鱼金鱼1试验条件选择试验条件选择n每一种浓度的试验溶液为一组，每组每一种浓度的试验溶液为一组，每组至少至少10尾鱼尾鱼试验试验容器用容积约容器用容积约10L的玻璃缸，保证每升水中鱼重不超的玻璃缸，保证每升水中鱼重不超过过2g。n试验溶液的试验溶液的温度温度要适宜，对冷水鱼为要适宜，对冷水鱼为1228，对温，对温水鱼为水鱼为2028。同

20、一试验中，温度变化为。同一试验中，温度变化为2。n试验溶液中不能含大量耗氧物质，要保证有足够的试验溶液中不能含大量耗氧物质，要保证有足够的溶溶解氧解氧，对于冷水鱼不少于，对于冷水鱼不少于5mg/L，对于温水鱼不少于，对于温水鱼不少于4mg/L。n试验溶液的试验溶液的pH值值通常控制在通常控制在6.78.5之间。之间。n配制试验溶液和驯养鱼用水应是未受污染的河水或湖配制试验溶液和驯养鱼用水应是未受污染的河水或湖水。如果使用自来水，必须经充分曝气才能使用。不水。如果使用自来水，必须经充分曝气才能使用。不宜使用蒸馏水。宜使用蒸馏水。试验步骤试验步骤试验溶液浓度设计试验溶液浓度设计 确定试验溶液的浓度

21、范围确定试验溶液的浓度范围试验试验 记录不同时间的金鱼成活数记录不同时间的金鱼成活数毒性判定毒性判定计算半数忍受限度（计算半数忍受限度（TLmTLm）预试验预试验( (探索性试验探索性试验) ) 通常选七个浓度通常选七个浓度( (至少五个至少五个) )96hLC50(mg/L)111010100100毒性分级毒性分级极高毒极高毒高毒高毒中毒中毒低毒低毒半数忍受限度（半数忍受限度（TLm），），即即半数存活浓度半数存活浓度。求。求TLm值的简便方法是将试验鱼存活半数以上和半数值的简便方法是将试验鱼存活半数以上和半数以下的数据与相应试验液毒物（或污水）浓度绘于以下的数据与相应试验液毒物（或污水）浓

22、度绘于半对数坐标纸上（对数坐标表示毒物浓度，算术坐半对数坐标纸上（对数坐标表示毒物浓度，算术坐标表示存活率），用标表示存活率），用直线内插法直线内插法求出。求出。表表6.2 6.2 某毒物实验结果某毒物实验结果毒物浓度毒物浓度 / (mgL-1)每组鱼数每组鱼数/ 尾尾试验鱼成活数试验鱼成活数24 h48 h96 h10.07.55.64.23.22.4对照组对照组10101010101010038910101000279101000127910安全浓度安全浓度= =安全浓度安全浓度=48TLm0.1图图6.2 6.2 用直线内插法求用直线内插法求TLmTLm48TLm0.3(24TLm/48

23、TLm)2（二）发光细菌法（二）发光细菌法发光细菌是一类能自发发光的细菌，其发光机制发光细菌是一类能自发发光的细菌，其发光机制是由于菌体内有一种是由于菌体内有一种荧光素酶荧光素酶，通过酶催化不饱和脂，通过酶催化不饱和脂肪酸反应，而向外界辐射蓝绿色的荧光，发光光谱范肪酸反应，而向外界辐射蓝绿色的荧光，发光光谱范围在围在435630nm，有单一最大发射峰，有单一最大发射峰(max=475nm).它是生物自身的正常生理代谢过程。由于发光细它是生物自身的正常生理代谢过程。由于发光细菌有易培养、增殖速度快、发光易受外界环境的影响菌有易培养、增殖速度快、发光易受外界环境的影响且反应迅速、灵敏等特点。近年来

24、国内外较多地将发且反应迅速、灵敏等特点。近年来国内外较多地将发光细菌应用于环境监测，光细菌应用于环境监测，Beckman公司依据发光细菌公司依据发光细菌的发光原理，已推出用于环境监测的的发光原理，已推出用于环境监测的生物毒性检测仪生物毒性检测仪Microtox。 生物发光法生物发光法是结合生命有机体的生物物理和生物化学是结合生命有机体的生物物理和生物化学过程，检测的是处于环境中的生物，提供的是一个综过程，检测的是处于环境中的生物，提供的是一个综合的整体指标，因此比传统的检验方法更迅速，直接合的整体指标，因此比传统的检验方法更迅速，直接反映环境污染对生物的影响。反映环境污染对生物的影响。 当发光

25、细菌与水样毒性组分接触时，可影响或干扰细当发光细菌与水样毒性组分接触时，可影响或干扰细菌的新陈代谢，使细菌的发光强度下降或熄灭。在一菌的新陈代谢，使细菌的发光强度下降或熄灭。在一定毒物浓度范围内，有毒物质浓度与发光强度呈负相定毒物浓度范围内，有毒物质浓度与发光强度呈负相关线性关系，因而可使用生物发光光度计测定水样的关线性关系，因而可使用生物发光光度计测定水样的相对发光强度来监测有毒物质的浓度。相对发光强度来监测有毒物质的浓度。 Deltatox水质毒性检测仪水质毒性检测仪 台式生物毒性检测仪台式生物毒性检测仪 1.水生植物生产力的测定水生植物生产力的测定水生植物中叶绿素含量、光合作用能力、固氮

26、能水生植物中叶绿素含量、光合作用能力、固氮能力等指标的变化。力等指标的变化。 2.致诱变物质监测致诱变物质监测其检测方法有：其检测方法有：微核测定微核测定艾姆斯（艾姆斯（Ames）试验）试验染色体畸变试验染色体畸变试验 （三）其他生物测试法（三）其他生物测试法在线叶绿素在线叶绿素a测定仪测定仪 三、细菌学检验法三、细菌学检验法1.卫生学质量的判断卫生学质量的判断在实际工作中，经常以检验细菌总数，特别是在实际工作中，经常以检验细菌总数，特别是检验作为粪便污染的指示细菌，如检验作为粪便污染的指示细菌，如总大肠菌群、粪总大肠菌群、粪大肠菌群、粪链球菌、肠道病毒大肠菌群、粪链球菌、肠道病毒等，来间接判

27、断水等，来间接判断水的卫生学质量。的卫生学质量。2.利用细菌的新陈代谢能力检测废水毒性：利用细菌的新陈代谢能力检测废水毒性：利用细菌的活动能力利用细菌的活动能力利用细菌生长抑制试验利用细菌生长抑制试验利用细菌的呼吸代谢检测利用细菌的呼吸代谢检测第二节第二节 空气污染生物监测空气污染生物监测 大气污染的生物监测是利用生物对存在于大大气污染的生物监测是利用生物对存在于大气中的污染物的反应，监测有害气体的成分和含气中的污染物的反应，监测有害气体的成分和含量，以确定大气的环境质量水平。量，以确定大气的环境质量水平。一、利用植物监测一、利用植物监测 在生物体系中，植物更易遭受大气污染的伤在生物体系中，植

28、物更易遭受大气污染的伤害，其原因为害，其原因为：植物能以庞大的叶面积与空气接植物能以庞大的叶面积与空气接触，进行活跃的气体交换；植物缺乏动物的循环触，进行活跃的气体交换；植物缺乏动物的循环系统来缓冲外界的影响；植物固定生长的特点使系统来缓冲外界的影响；植物固定生长的特点使其无法避开污染物的伤害。其无法避开污染物的伤害。正因为植物对大气污正因为植物对大气污染的反应敏感性强，加上本身位置的固定，便于染的反应敏感性强，加上本身位置的固定，便于监测与管理，大气污染的生物监测主要是利用植监测与管理，大气污染的生物监测主要是利用植物进行监测。物进行监测。（一）指示植物及其受害症状（一）指示植物及其受害症状

29、 对大气污染反应灵敏，用以指示和反映大气对大气污染反应灵敏，用以指示和反映大气污染状况的植物，称为污染状况的植物，称为大气污染的指示植物大气污染的指示植物。 空气污染物一般通过叶面上的气孔或孔隙进空气污染物一般通过叶面上的气孔或孔隙进入植物体内，侵袭细胞组织，并发生一系列生化入植物体内，侵袭细胞组织，并发生一系列生化反应，从而使植物组织遭受破坏，呈现受害症状反应，从而使植物组织遭受破坏，呈现受害症状。这些症状虽然随污染物的种类、浓度以及受害植这些症状虽然随污染物的种类、浓度以及受害植物的品种、曝露时间不同而有差异，但具有某些物的品种、曝露时间不同而有差异，但具有某些共同特点，如共同特点，如叶绿

30、素被破坏、细胞组织脱水，进叶绿素被破坏、细胞组织脱水，进而发生叶面失去光泽，出现不同颜色（黄色、褐而发生叶面失去光泽，出现不同颜色（黄色、褐色或灰白色）的斑点，叶片脱落，甚至全株枯死色或灰白色）的斑点，叶片脱落，甚至全株枯死等异常现象。等异常现象。1、二氧化硫指示植物、二氧化硫指示植物堇菜堇菜苔藓苔藓白蜡树白蜡树云杉云杉地衣地衣棉花棉花白杨白杨图图6.3 部分二氧化硫指示植物部分二氧化硫指示植物 光化学氧化物指示植物光化学氧化物指示植物矮牵牛花矮牵牛花葡萄葡萄菠菜菠菜黄瓜黄瓜马铃薯马铃薯洋葱洋葱图图6.4 O3的指示植物的指示植物图图6.5 氟化物的指示植物氟化物的指示植物3、氟化物指示植物、

31、氟化物指示植物4、乙烯的指示植物、乙烯的指示植物图图6.6 乙烯的指示植物乙烯的指示植物5、氮氧化物指示植物、氮氧化物指示植物（二）监测方法（二）监测方法1.1.栽培指示植物监测法栽培指示植物监测法先将指示植物在没有污染的环境中先将指示植物在没有污染的环境中盆栽盆栽或或地栽地栽培植，待生长到适宜大小时，移至监测点观察它们培植，待生长到适宜大小时，移至监测点观察它们的受害症状和程度。的受害症状和程度。 图图6.8 植物监测器示意图植物监测器示意图1.1.气泵；气泵；2.2.针型阀；针型阀；3.3.流量计；流量计；4.4.活活性炭净化器；性炭净化器；5.5.盆栽指示植物盆栽指示植物2 2、植物群落

32、监测法、植物群落监测法 先通过调查和试验，确定群落中不同种植物对污先通过调查和试验，确定群落中不同种植物对污染物的抗性等级，将其分为染物的抗性等级，将其分为敏感、抗性中等敏感、抗性中等和和抗性强抗性强三类。三类。如果如果敏感植物敏感植物叶部出现受害症状，表明空气已受叶部出现受害症状，表明空气已受到到轻度污染轻度污染；如果如果抗性中等的植物抗性中等的植物出现部分受害症状，表明空出现部分受害症状，表明空气已受到气已受到中度污染中度污染；当当抗性中等植物抗性中等植物出现明显受害症状，有些出现明显受害症状，有些抗性强抗性强的植物的植物也出现部分受害症状时，则表明已造成也出现部分受害症状时，则表明已造成

33、严重污严重污染。染。植植 物物受受 害害 情情 况况 悬铃木、加拿大白杨悬铃木、加拿大白杨 桧柏、丝瓜桧柏、丝瓜 向日葵、葱、玉米、向日葵、葱、玉米、菊、牵牛花、菊、牵牛花、 月季、蔷薇、枸杞、月季、蔷薇、枸杞、香椿、乌柏香椿、乌柏 葡萄、金银花、枸树葡萄、金银花、枸树、马齿苋、马齿苋 广玉兰、大叶黄杨、广玉兰、大叶黄杨、栀子花、腊梅栀子花、腊梅80100%叶片受害，甚至脱落叶片受害，甚至脱落叶片有明显大块伤斑，部分植株叶片有明显大块伤斑，部分植株枯死枯死50%左右叶面积受害，叶片脉间左右叶面积受害，叶片脉间有点、块状伤斑有点、块状伤斑30%左右叶面积受害，叶脉间有左右叶面积受害，叶脉间有轻度

34、点、块状伤斑轻度点、块状伤斑10%左右叶面积受害，叶片上有左右叶面积受害，叶片上有轻度点状斑轻度点状斑无明显症状无明显症状表表6.3 排放排放SO2的某化工厂附近植物群落受害情况的某化工厂附近植物群落受害情况3 3、其他监测法、其他监测法 年轮年轮 生理生化指标：生理生化指标：光合作用、叶绿素、体内光合作用、叶绿素、体内酶的活性、细胞染色体等酶的活性、细胞染色体等 植物体内污染物含量植物体内污染物含量二、利用动物监测二、利用动物监测（一）利用动物个体的异常反应（一）利用动物个体的异常反应对矿井内瓦斯毒气敏感的动物对矿井内瓦斯毒气敏感的动物金丝雀金丝雀 金翅雀金翅雀鸡鸡老鼠老鼠图图6.9 对矿井

35、内瓦斯毒气敏感的动物对矿井内瓦斯毒气敏感的动物对对SO2敏感的动物（敏感的动物（美国多诺拉事件美国多诺拉事件）敏感性水平：敏感性水平：本鸟最高本鸟最高俺狗狗第二俺狗狗第二耐受力最好的当属我们家禽了耐受力最好的当属我们家禽了金丝雀金丝雀狗狗家禽家禽图图6.10 对对SO2敏感的动物敏感的动物（二）利用动物种群数量的变化（二）利用动物种群数量的变化 大型哺乳动物、鸟类、昆虫等迁移大型哺乳动物、鸟类、昆虫等迁移图图6.11 大型哺乳动物、鸟类不堪忍受空气污染而迁往别处大型哺乳动物、鸟类不堪忍受空气污染而迁往别处不易直接接触污染物的潜叶性昆虫、虫瘿昆虫、不易直接接触污染物的潜叶性昆虫、虫瘿昆虫、体表有

36、蜡质的蚧类增加，图体表有蜡质的蚧类增加，图6.12为部分该类昆虫。为部分该类昆虫。潜叶蛾潜叶蛾瘿蚊瘿蚊红蜡蚧红蜡蚧图图6.12 部分昆虫和蚧类部分昆虫和蚧类三、利用微生物监测三、利用微生物监测 空气微生物是空气污染的重要因子，它与空气微生物是空气污染的重要因子，它与气溶气溶胶、颗粒物胶、颗粒物等媒体一起散布并污染环境、左右疾病等媒体一起散布并污染环境、左右疾病发生与传播，监测空气微生物状况是掌握其活动和发生与传播，监测空气微生物状况是掌握其活动和作用的必要前提。作用的必要前提。室内空气微生物监测：室内空气微生物监测：某医院的空气微生物监测某医院的空气微生物监测163份标本，合格份标本，合格88

37、份，合格率仅份，合格率仅54；表明空气微生物的污染与医院表明空气微生物的污染与医院感染密切相关，加强消毒隔离措施、合理使用抗生感染密切相关，加强消毒隔离措施、合理使用抗生素，控制医院感染是十分重要的。素，控制医院感染是十分重要的。室外空气微生物监测：室外空气微生物监测： 辽宁省某市空气中微生物区系分布与环境质量关系辽宁省某市空气中微生物区系分布与环境质量关系研究表明：研究表明：空气中微生物的数量随着人群和车辆流空气中微生物的数量随着人群和车辆流动的增加而增多，繁华的中街微生物数量最多，其动的增加而增多，繁华的中街微生物数量最多，其次是交通路口，居民小区；郊区某公园和农村空气次是交通路口，居民小

38、区；郊区某公园和农村空气中细菌最少。中细菌最少。 2001和和2002年山东省某海滨城市空气微生物监测发年山东省某海滨城市空气微生物监测发现：现：该市空气微生物检出率高，空气处于微生物中该市空气微生物检出率高，空气处于微生物中度污染状态。其中东部、居住区空气污染较重，南度污染状态。其中东部、居住区空气污染较重，南部、西部和风景游览区空气污染较轻。滨海区空气部、西部和风景游览区空气污染较轻。滨海区空气陆源细菌少于内陆区，真菌却较多。滨海与内陆区陆源细菌少于内陆区，真菌却较多。滨海与内陆区空气微生物含量相近，滨海区空气陆源微生物增多，空气微生物含量相近，滨海区空气陆源微生物增多，意味两区空气污染有

39、趋同现象。意味两区空气污染有趋同现象。第三节第三节 生物污染监测生物污染监测 生物污染监测生物污染监测就是应用各种检测手段测定生物体就是应用各种检测手段测定生物体内的有害物质，及时掌握被污染的程度，以便采内的有害物质，及时掌握被污染的程度，以便采取措施，改善生物生存环境，保证生物食品的安取措施，改善生物生存环境，保证生物食品的安全。全。 生物污染监测的步骤生物污染监测的步骤：生物样品的采集生物样品的采集预处理预处理污染物的测定污染物的测定生物样品制备生物样品制备一、生物对污染物的吸收及在体内分布一、生物对污染物的吸收及在体内分布( (一一) ) 植物对污染物的吸收植物对污染物的吸收 及在体内分

40、布及在体内分布空气污染物主要通过黏空气污染物主要通过黏附、从叶片气孔或茎部附、从叶片气孔或茎部皮孔侵入方式进入植物皮孔侵入方式进入植物体；体；植物通过根系从土壤或植物通过根系从土壤或水体中吸收水溶态污染水体中吸收水溶态污染物。物。 氟化物、农药等氟化物、农药等污染物污染物图图6.13 植物对气态污染物的吸收植物对气态污染物的吸收图图6.14 植物从土壤或水体中吸收污染物植物从土壤或水体中吸收污染物植株部位植株部位放射性计数放射性计数/(脉冲脉冲min-1g干样干样-1)含镉量含镉量/(gg干样干样-1)分配百分数分配百分数/%不同部位不同部位合计合计地上地上部位部位叶、叶鞘叶、叶鞘茎茎 杆杆穗

41、穗 轴轴穗穗 壳壳糙糙 米米1483754437350.671.700.200.160.153.59.01.10.80.815.2根系部分根系部分354016.1284.484.8表表6.4 成熟期水稻各部位中的含镉量成熟期水稻各部位中的含镉量品品 种种叶叶 片片根根茎茎果果 实实番番 茄茄茄茄 子子黄黄 瓜瓜菜菜 豆豆菠菠 菜菜青萝卜青萝卜胡萝卜胡萝卜14910711016457.034.063.032.031.050.018.73.82.419.59.033.07.32.53.83.617.0表表6.5 氟污染区蔬菜不同部位的含氟量氟污染区蔬菜不同部位的含氟量 单位：单位：g/g 表表6.

42、6 农药在稻谷中的蓄积情况农药在稻谷中的蓄积情况农农 药药糠糠 / %米米 / %农农 药药糠糠 / %米米 / %p,p -DDT六六六六六六马拉硫磷马拉硫磷704087306013苯硫磷苯硫磷乙拌磷乙拌磷倍硫磷倍硫磷80659420356表表6.7 农药在水果中的蓄积情况农药在水果中的蓄积情况农农 药药品种品种 果皮果皮 / %果肉果肉 / %农农 药药品种品种果皮果皮/ %果肉果肉/ %p,p -DDT西维因西维因敌菌丹敌菌丹倍硫磷倍硫磷苹果苹果苹果苹果苹果苹果桃桃97229770378330异狄氏剂异狄氏剂杀螟松杀螟松乐果乐果柿子柿子葡萄葡萄橘子橘子9698854215（二）动物对污染

43、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 环境中的污染物环境中的污染物一般通过呼吸道、消化道、皮肤等一般通过呼吸道、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水和土壤中的污染物质主要通过饮用水和食物摄入，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；脂溶性污染物质脂溶性污染物质通过皮肤吸收后进入动物肌体。通过皮肤吸收后进入动物肌体。 呼吸道呼吸道消化道消化道皮肤吸收皮肤吸收图图6.15 动物对污染物的吸收方式动物对污染物的吸收方式 动物吸收污染物后，主要通过动物吸收污染物后，主要通过血液和淋巴系血液和淋巴系统统传输到全身各组织发生危害。

44、传输到全身各组织发生危害。 按照污染物性质和进入动物组织的类型不同，按照污染物性质和进入动物组织的类型不同，大体有五种分布规律。大体有五种分布规律。同一种污染物对某种器官有特殊亲和作用，但同同一种污染物对某种器官有特殊亲和作用，但同时也分布于其他器官；时也分布于其他器官；不同价态和存在形态的同一元素在体内蓄积的部不同价态和存在形态的同一元素在体内蓄积的部位也有差异。位也有差异。 污染物的代谢过程分为：污染物的代谢过程分为：氧化、还原和消氧化、还原和消解解以及以及结合反应结合反应两步。两步。 排泄途经：排泄途经：主要通过肾脏、消化道、呼吸主要通过肾脏、消化道、呼吸道排出，也有少量随汗液、乳汁、唾

45、液等道排出，也有少量随汗液、乳汁、唾液等分泌液排出，也有通过毛发而离开肌体。分泌液排出，也有通过毛发而离开肌体。二、生物样品的采集和制备二、生物样品的采集和制备1. 植物样品的采集植物样品的采集(1) 对样品的要求：对样品的要求：采集的植物样品要具有采集的植物样品要具有代表代表性、典型性性、典型性和和适时性适时性。(2) 布点方法：布点方法：在划分好的采样小区内，常采用在划分好的采样小区内，常采用梅花形布点法梅花形布点法或或交叉间隔布点法交叉间隔布点法确定代表性的植株。确定代表性的植株。 ( (一一) ) 植物样品的采集和制备植物样品的采集和制备 (3) 采样方法：采样方法：在每个采样小区内的

46、采样点上分别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，至少有要，一般经制备后，至少有2050g干重样品。干重样品。图图6.16 采样点布设方法采样点布设方法2. 植物样品的制备植物样品的制备(1) 鲜样的制备：鲜样的制备：测定植物内易挥发、转化或降解测定植物内易挥发、转化或降解的污染物质、营养成分，以及多汁的瓜、果、蔬菜样的污染物质、营养成分，以及多汁的瓜、果、蔬菜样品，应制备成新鲜样品。品，应制备成新鲜样品。样品洗

47、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常以常以干重干重为基础表示（为基础表示（mg/kg），但含水量高的蔬），但含水量高的蔬菜、水果等，以菜、水果等，以鲜重鲜重表示计算结果为好。表示计算结果为好。 ( (二二) ) 动物样品的采集和制备动物样品的采集和制备 动物的动物的尿液、血液、唾液、胃液、乳液、尿液、血液、唾液、胃液、乳液、粪便、毛发、指甲、骨骼和组织粪便、毛发、指甲、骨骼和组织等均可作等均可作为检验样品。为检验样品。三、生物样品的预处理三、生物样

48、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蒸馏法K-D浓缩器浓缩器蒸发法等蒸发法等 图图6.17 高频电场激发灰化装置示意图高频电场激发灰化装置示意图图图6.18 氧瓶燃烧灰化装置示意图氧瓶燃烧灰化装置示意图

49、图图6.19 索式提取器示意图索式提取器示意图图图6.20 实验室用搅实验室用搅拌球磨机实物照片拌球磨机实物照片四、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分光光度法、原子吸收光谱法、分光光度法、原子吸收光谱法、荧光分光光度法、色谱法、质谱法和联机法荧光分光光度法、色谱法、质谱法和联机法等。等。表表6.8 硅酸镁硅酸镁-乙醚乙醚-石油醚层析体系分离农药石油醚层析体系分离农药吸附剂吸附剂淋洗溶液淋洗溶液能分离出来的农药能分离出来的农药硅酸镁硅酸镁6%乙醚乙醚-石油醚石油醚艾氏剂、六六六各种异构体、艾氏剂、六六六各种异构体、p,p -DDT、 p,p -DDT、p,p -DDD、

50、p,p -DDE、七氯、多氯联苯等、七氯、多氯联苯等硅酸镁硅酸镁15%乙醚乙醚-石油醚石油醚狄氏剂、异狄氏剂、地亚农、杀螟硫磷、对硫磷、苯硫狄氏剂、异狄氏剂、地亚农、杀螟硫磷、对硫磷、苯硫磷等磷等硅酸镁硅酸镁50%乙醚乙醚-石油醚石油醚强碱农药、马拉硫磷等强碱农药、马拉硫磷等第四节第四节 生态监测生态监测 生态监测（生态监测（ecological monitoring），），不同于环境不同于环境监测，监测，是利用各种技术测定和分析生命系统各层次是利用各种技术测定和分析生命系统各层次对自然或人为作用的反应或反馈效应的综合表征来对自然或人为作用的反应或反馈效应的综合表征来判断和评价这些干扰对环境产

51、生的影响、危害及其判断和评价这些干扰对环境产生的影响、危害及其变化规律，为环境质量的评估、调控和环境管理提变化规律，为环境质量的评估、调控和环境管理提供科学依据。形象些说，生态监测就是利用生命系供科学依据。形象些说，生态监测就是利用生命系统及其相互关系的变化反应做统及其相互关系的变化反应做“仪器仪器”来监测环境来监测环境质量状况及其变化。质量状况及其变化。目前，关于生态监测的定义尚不统一，归纳起目前，关于生态监测的定义尚不统一，归纳起来大体有以下几种看法来大体有以下几种看法 生态监测是生态系统层次的生物监测（生态监测是生态系统层次的生物监测（biological monitoring）。持这种

52、观点的认为，生态监测就是观测与评价生态系统对自然变持这种观点的认为，生态监测就是观测与评价生态系统对自然变化及人为变化所做的反应，包括生物监测和地球物理化学监测两化及人为变化所做的反应，包括生物监测和地球物理化学监测两方面内容（刘培哲，方面内容（刘培哲，1989）；）； 生态监测是比生物监测更复杂、更综合的一种监测技术。生态监测是比生物监测更复杂、更综合的一种监测技术。其观点其观点是，从学科上看，生态监测属于生物监测的一部分，但因它涉及是，从学科上看，生态监测属于生物监测的一部分，但因它涉及的范围远比生物学科广泛、综合，因此可把生态监测独立于生物的范围远比生物学科广泛、综合，因此可把生态监测独

53、立于生物监测之外（王焕校等，监测之外（王焕校等，1986）；）；生物监测包括着生态监测。生物监测包括着生态监测。持这种观点的理由是，生物监测就是持这种观点的理由是，生物监测就是系统地利用生物反应以评价环境的变化，并把它的信息应用于环系统地利用生物反应以评价环境的变化，并把它的信息应用于环境质量控制的程序中去。从生物学组建水平（境质量控制的程序中去。从生物学组建水平（hierarchical levels of biological arganization）观点出发，各级水平上都可以有反应，）观点出发，各级水平上都可以有反应，但重点放在生态系统级的生物反应上（沈韫芬等，但重点放在生态系统级的生

54、物反应上（沈韫芬等，1990）。）。生态监测有物理和化学监测所不能替代的生态监测有物理和化学监测所不能替代的作用和所不具备的一些特点，主要表现在作用和所不具备的一些特点，主要表现在 能综合地反映环境质量状况能综合地反映环境质量状况 具有连续监测的功能具有连续监测的功能 具有多功能性具有多功能性 监测灵敏度高监测灵敏度高 生态监测的目的：生态监测的目的： 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环境的影响和计划开发项目可能的影响提供科学依据

55、；学依据； 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可利用数量。一、生态监测的类型及内容一、生态监测的类型及内容( (一一) ) 宏观生态监测宏观生态监测宏观监测宏观监测地域面积至少应在一定区域范围之内，地域面积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、一个地区基至全球。主要监测区域展至一个国家、一个地区基至全球。主要监测区域范围内具有特殊意义的生态系统的分布、面积及生范围内具有特殊意义的生态系统的分布、面积及生态功能的动态变化。态功能的动态变化。(二二) 微观生态监测微观生态监测 微观监测微观监

56、测指对一个或几个生态系统内各生态要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。根据素指标进行物理、化学、生态学方面的监测。根据监测的目的一般可分为：监测的目的一般可分为： 1. 干扰性生态监测干扰性生态监测 2. 污染性生态监测污染性生态监测 3. 治理性生态监测治理性生态监测 4. 环境质量现状评价监测环境质量现状评价监测（三）生态监测指标选择（三）生态监测指标选择自然指标自然指标：自然景观、自然状况、自然因素：自然景观、自然状况、自然因素人为指标人为指标：人文景观、人为因素：人文景观、人为因素一般性监测指标一般性监测指标：重点生态监测指标、常规生态：重点生态监测

57、指标、常规生态监测指标监测指标应急监测指标应急监测指标：自然力和人为因素造成的紧急生：自然力和人为因素造成的紧急生态问题监测态问题监测(1) 全球气候变暖引起的生态系统或动植物区系位移；全球气候变暖引起的生态系统或动植物区系位移；(2) 珍稀、濒危动植物种的分布及其栖息地；珍稀、濒危动植物种的分布及其栖息地；(3) 水土流失面积及其时空分布和对环境影响；水土流失面积及其时空分布和对环境影响；(4) 沙漠化面积及其时空分布和对环境影响；沙漠化面积及其时空分布和对环境影响；(5) 草场沙化退化面积及其时空分布和对环境影响；草场沙化退化面积及其时空分布和对环境影响；(6) 人类活动对陆地生态系统（森

58、林、草原、农田、荒漠等）结人类活动对陆地生态系统（森林、草原、农田、荒漠等）结构和功能的影响；构和功能的影响；(7) 水环境污染对水体生态系统（湖泊、水库、河流和海洋等）水环境污染对水体生态系统（湖泊、水库、河流和海洋等）结构和功能的影响；结构和功能的影响；(8) 主要环境污染物（农药、化肥、有机污染物和重金属）在土主要环境污染物（农药、化肥、有机污染物和重金属）在土壤壤-植物植物-水体系统中的迁移和转化；水体系统中的迁移和转化；(9) 水土流失地、沙漠化地及草原退化地优化治理模式的生态平水土流失地、沙漠化地及草原退化地优化治理模式的生态平衡恢复过程；衡恢复过程；(10) 各生态系统中微量气体

59、的释放通量与吸收情况。各生态系统中微量气体的释放通量与吸收情况。(四四) 我国优先监测的生态项目我国优先监测的生态项目二、生态监测方案二、生态监测方案（1）监测目的；）监测目的；（2）监测的方法及使用设备；）监测的方法及使用设备；（3）监测场地描述：土壤类型、植被、海拔、经）监测场地描述：土壤类型、植被、海拔、经纬度、面积；纬度、面积；（4）监测频度；）监测频度；（5）监测起止时间、周期；）监测起止时间、周期；（6）数据的整理：观测数据、实验分析数据、统）数据的整理：观测数据、实验分析数据、统计数据、文字数据、图形数据、图像数据，编制生态计数据、文字数据、图形数据、图像数据，编制生态监测项目报

60、表；监测项目报表；（7）监测人员及监测要求。）监测人员及监测要求。（一）监测方案的编制（一）监测方案的编制(1) 国家采用的生态监测仪器属大型监测设备，如：国家采用的生态监测仪器属大型监测设备，如：遥感遥感（remote senseing RS）、地理信息系统）、地理信息系统(geographic information system GIS)、地理图像系统、地理图像系统；图图6.22 热岛现象研究遥感图热岛现象研究遥感图图图6.21 非洲地理图像非洲地理图像（二）监测仪器的选择（二）监测仪器的选择图图6.23 地球遥感图地球遥感图图图6.24 某地地理信息图某地地理信息图DE-1 插入式测树