环境质量的生物监测与生物评价PPT课件

1、.,1,第四章 环境质量的生物监测与生物评价,09.07.2020,.,2,提纲,第一节 生物监测和环境质量评价概念 第二节 生物监测与评价 第三节 生态环境质量评价 第四节 化学品生态风险评价 第五节 有害物理因素的生物学效应的评价,.,3,第一节生物监测和环境质量评价概念,环境质量的涵义 生物监测的概念,.,4,1.1 环境质量的涵义,环境质量（Environmental Quality）环境素质的优劣程度它反应了环境对人群的生存和繁衍及社会 经济发展的适宜程度,.,5,1.1 环境质量的涵义,环境质量的基本内涵 自然环境质量：物理、化学、生物 社会环境质量 环境质量评价： 环境质量基准：

2、环境因素在一定条件下作用于特定对象而产生不良或有害效应的最大阈值 注：它是由污染物同特定对象之间的剂量反应关系确定的，不考虑社会、经济、技术等人为因素，具有客观性。 环境质量标准：国家权利机构为保障人群健康和适宜生存条件，为保护生物资源、维持生态平衡，对环境中有害因素在限定的时空范围内容许阈值所做的强制性法规。 注：体现国家环境保护政策和要求，具有一定的主观性。,.,6,1.1 环境质量的涵义,环境质量调查、监测与评价 环境质量调查： 为了解环境质量所进行的一系列工作。 环境质量监测 指对环境指标进行定期的或连续的监测、观察和分析其变化。 环境质量评价 指按照一定的标准，采用相应的方法对环境质

3、量进行评定、比较及预测。,.,7,环境质量调控与环境质量预测 环境质量预测 对环境质量未来趋势所作的判断，是制定环境法规、环境科学管理等的基础性依据。 环境质量调控 狭义的调控 广义的调控,.,8,1.2 生物监测的概念,生物监测（Biomonitoring）利用生物个体、种群或群落对环境污染或变化所产生的反应阐明环境污染状况 生物监测的特点 优点 综合反映环境污染状况 灵敏度高、能发现早期环境污染 能连续监测污染史 方法简便成本低 局限性 易受各种环境因素的影响 可能受到监测生物生长发育状况的影响 费时且难确定环境污染物的实际浓度,.,9,监测生物与监测指标的选择 监测生物的选择： 选择对污

4、染物敏感的生物 选择具有污染特异性反应的生物 选择遗传上稳定的生物 选择易于繁殖和管理的常见生物 如可能，应尽量选择除监测功能外兼有其他功能的生物,.,10,选择监测指标应遵循的原则： 根据监测目的选择监测指标 根据污染物的性质和毒理作用机制选择监测指标 根据生物的特性选择监测指标,.,11,第二节生物监测与评价,大气污染生物监测与评价 水污染生物监测与评价,.,12,大气污染的植物监测有以下几种方法： 指示植物法 现场调查法 植物群落调查法 现场盆栽定点监测法 地衣、苔藓监测法： 微核技术的应用 污染量指数法 大气污染的综合生态指标法,.,13,指示生物,指示生物的概念： 指对环境中某些物质

5、（包括污染物）能产生各种反应或信息而被用来监测和评价环境质量的现状和变化的生物。 指示生物的种类 包括大气污染指示生物和水体污染指示生物。 例如： 指示节气 枣花发，种棉花；杏花开，快种麦 指示天气 燕子低飞预示雨将来临，蜻蜓高飞预示天晴 指示水质 水韮则是指示水流污染的植物。它很娇气，虽然生长在河里，但水不流动或略有污染，便不再生长，或者死亡。而在山间无污染的小溪中却长得很好。 指示资源 安徽的海州香薷指示铜矿，湖南念同的野韭指示金矿 注：指示生物只在一定的时空范围内起作用：安徽的海州香薷只在安徽指示铜矿，在北方则无此作用,.,14,2.1 大气污染生物监测与评价,大气污染的植物监测方法 指

6、示植物 对大气污染反应灵敏的植物,.,15,扩展：净化室内空气的植物 1.龟背竹 “龟背竹本领强，二氧化碳一扫光”。龟背竹又名龟背蕉、蓬来蕉、电线莲、透龙掌，常绿藤本植物。它夜间有很强的吸收二氧化碳的特点，比其他花卉高6倍以上。,.,16,2.美人蕉 “美人蕉抗性强，二氧化硫它能降”。美人蕉又名红花蕉、苞米花、凤尾花、宽心姜。它对二氧化硫有很强的吸收性能。,.,17,石榴 “花石榴红似火，既观花又观果，空气含铅别想躲”。石榴又名安石榴、海石榴、丹若。花谚说，室内摆一两盆石榴，能降低空气中的含铅量。,.,18,石竹 “草石竹铁肚量，能把毒气打扫光”。石竹又名洛阳花、草石竹，多年生草本植物，石竹种

7、类很多，夏秋开花。它有吸收二氧化硫和氯化物的本领，凡有类似气体的地方，均可以种植石竹。,.,19,海桐 “七里香降烟雾，又是隔音好植物”。海桐又名宝珠香、七里香，为常绿灌木，夏季开花，叶片嫩绿光亮，四季常青不凋。它能吸收光化学烟雾，还能防尘隔音。,.,20,月季、蔷薇 “月季蔷薇肚量大，吞进毒气能消化”。这两种花卉较多地吸收硫化氢、氟化氢、苯酚、乙醚等有害气体，减少这些气体的污染。,.,21,吊兰、芦荟 “吊兰芦荟是强手，甲醛吓得躲着走”。这两种花卉可消除甲醛的污染，使空气净化。,.,22,菊花、铁树、生长藤 “菊花铁树生长藤，能把苯气吸干净”。这三种花卉，都有吸苯的本领，可以减少苯的污染。,

8、.,23,几种大气污染物对植物的危害症状,表41 几种大气污染物对植物的危害症状,.,24,2.1 大气污染生物监测与评价,大气污染的植物监测方法 指示植物选择方法 现场比较评比法 栽培比较试验法 人工熏气法,.,25,监测方法 选择可靠的指示植物，了解其受害症状和受伤阈值，然后根据受害程度大小估测大气污染物的成分、浓度和范围。 注：受伤阈值指引起指示植物受害的污染气体的最低浓度和暴露时间。,.,26,2.1 大气污染生物监测与评价,大气污染的植物监测方法 2.现场调查法：在污染区调查原有植物生长发育状况 选择观察点 了解大气污染的物理状况 选择观察对象 确定观测时间和频率 确定观测项目 分析

9、观测结果,.,27,2.1 大气污染生物监测与评价,大气污染的植物监测方法 3.植物群落监测法 该法是利用植物群落中各种植物对环境污染的反应估测大气污染的方法。 如敏感植物受害，表明大气受到污染；如抗性中等的植物受害，表明大气污染较严重；如抗性强的植物受害，表明大气污染十分严重；在严重污染地区，敏感植物不存在。 在长期受污染地区，一些群落多样性受到影响，从而使植物退化，由此可根据群落中物种多少及个体数量多少来评价大气污染状况。 实例：某化工厂附近的植物群落调查,.,28,实例：某化工厂3050m范围内植物受害情况说明及分析,表42 某化工厂3050m范围内植物受害情况,情况分析： 根据植物叶片

10、出现的症状特点（伤斑出现叶脉间），表明该厂附近的大气已被SO2污染。从受害程度上看，由于一些对SO2抗性强的构树、马齿苋等已受到损害，可以判断该地区发生过急性危害，估测其SO2浓度为310 ppm。,.,29,5.地衣、苔藓监测法,地衣、苔藓作为指示植物的特点 这两类植物对二氧化硫和氟化氢等的反应比高等植物敏感；例如SO2年平均浓度在0.0150.105 ppm范围内就可使地衣绝迹；浓度超过0.017ppm时大多数苔藓植物不能生存。 地衣、苔藓生长在树干上，故可以减少土壤或水体污染的干扰。 地衣、苔藓所需水分和养分等全部依赖于雨水和露，同时以植物整体吸收养分，而高等植物靠气孔来吸收大气中的污染

11、物，故前者吸收污染物的量相对较多。 生长速度比高等植物慢，一旦受损不易恢复，有利于掌握长时间的污染积累结果。 两者为多年生长绿色植物，一年四季均可作为监测器。而高等植物往往冬季落叶，难以显示受害情况。 取材方便，成本低，有直观效果，但在自然条件下难以获得精确可靠的定量数据。 形体小，分类困难，不经过专门的学习不易掌握辨识方法。,.,30,地衣、苔藓监测法,观察指标 通常观察地衣、苔藓植物的多度、盖度、频度、种类数量以及内外部受害症状等指标。 在大气污染状况下，地衣、苔藓分布规律 污染严重地区，地衣、苔藓植物很少或完全绝迹； 随污染的减轻，地衣、苔藓植物种属增加，多度、盖度、频度等也逐渐增高并且

12、在树干上的分布高度也升高。,.,31,植物监测的其他方法,微核技术的应用： 根据环境污染物会引起染色体畸变而形成微核的原理，利用紫路草花粉母细胞的微核数量指示环境污染状况，我国已应用该法来监测水、大气污染状况。 污染量指数法 KIPC监测点指示植物叶片中某污染物的含量/对照点同种植物中某污染物的含量 大气污染的综合生态指标法,.,32,思考： 应用植物监测应注意哪些问题？采取哪些措施？ 应注意区分大气污染对植物的伤害与其他因素对植物伤害，如冻害、病虫害、肥料不足、农药药害等也可使植物受害。 可从调查污染源入手，通过观察植物叶片受害症状、受害方式，或进行叶片污染物的含量分析来进行判断，这要求工作

13、人员观察细心，并有较为丰富的实践经验。,.,33,2.1 大气污染生物监测与评价,大气污染的微生物监测方法 大气污染的细菌总数测定法 沉降平皿法 吸收管法 撞击平皿法 滤膜法,.,34,2.2 水污染生物监测与评价,（一）水污染的生物监测主要包括以下方面： 水污染的细菌学监测 浮游生物监测法 底栖大型无脊椎动物监测法 微型生物群落监测法,.,35,一、水污染的细菌学监测 标准 方法,.,36,大肠菌群数 大肠杆菌是一群需氧和兼性厌氧的、能发酵乳糖、产酸、产气的革兰氏阴性无芽孢杆状细菌。主要来源于人畜粪便中，在肠道中普遍存在并且是数量最多的一种。故大肠杆菌群的检测作为监测水体是否受粪便污染的指标

14、。 大肠菌群数指每升水样中含有的大肠菌群的数量。如每升饮用水中大肠菌群数不得超过3个。 大肠菌群数的测定：多管发酵法和滤膜法 思考：为何用其作为水质粪便污染的指示菌？ 致病菌在水体中存在数量极少，检测技术复杂，不易直接检测； 大肠菌在水中存在的数目与致病菌呈一定正相关，抵抗力略强，易于检查等特点，故作为水体受粪便污染的指标，以大肠菌群最为理想。,.,37,二、水污染的浮游生物检验法浮游生物（植物、动物）是水质的指示生物 浮游生物包括浮游植物和浮游动物，如藻类、原生动物、轮虫、枝角类等 浮游生物监测法的特点 浮游生物中的某些种类对有机污染或化学污染非常敏感，长期被用作指示生物，但由于浮游生物的不

15、稳定性且常常集群分布，因而其作为水质指示生物的可靠性和准确性受到限制。,.,38,检验步骤 采样点、采样时间、采样器的选择 选择有代表性的水体类型；设置有代表性的采样断面与采样点；在特征季节采样；一般最低标准是每月一次。 控制断面：设在排污口下游500-1000米处，因为一般在排污口下游500 米横断面上的1/2宽度处重金属浓度会出现高峰。 消减断面：由于自净作用，污染物浓度显著下降的断面，一般设在最后一个排污口下游1500米处。 设置好断面后，再根据河宽设计采样垂线，50米宽时设中垂线一条，50-100米时设两条，而大于1500米时至少要设计5条等距采样垂线。垂线上在设计采样点，一般水深小于

16、5米时，只在0.3-0.5米处设一点，水深5-10米时在距离底部0.5米处再加一个点。,.,39,检验步骤 2.采样过程，样品的固定（或标本制作） 3.样品分析 浮游生物的计数：显微计数 生物量的测定：Chla、细胞体积、干重、ATP,.,40,三、底栖大型无脊椎动物监测法 底栖大型无脊椎动物 包括水生昆虫、大型甲壳类、软体动物、环节动物等，一般栖息在水底或附着在水中植物和石块上，肉眼可见。 底栖大型无脊椎动物监测法 在未受干扰的环境里，河流和湖泊中大型无脊椎动物群落的组成和密度比较稳定，这些群落可调节群落结构来反映生境质量变化，这些对环境变化的反应可用来监测和评价城市、工业、石油、农业废物及

17、其土地利用对自然水体的影响。,.,41,四、微型生物群落监测法 微型生物群落 微型生物群落是生活在水中的微小生物，包括藻类、原生动物、轮虫、线虫、甲壳类等，如环境受到外界的严重干扰，其群落的平衡被破坏，其结构特征也随之变化，因而可用其进行水体的监测和评价。 PFU（聚氨酯泡沫塑料法） 原生动物在PFU内的群集速度和时间受环境的影响，不同污染水体，其群集速度和种类数不同。,.,42,（二）水环境质量的生物学评价 1.一般描述对比法 2.指示生物法 水体污染指示生物 常采用底栖动物中的环节动物、软体动物、固着生活的甲壳动物以及水生昆虫等。它们个体较大，在环境中相对位移小，无逃避行为，生命周期较长，

18、故成为水体污染指示生物的重要研究对象。,.,43,Hellawell推荐作为指示生物的各种生物所占的百分数,图41 Hellawell推荐作为指示生物的各种生物所占的百分数,.,44,3.污水生物系统 （1）污水生物系统法的原理 受污染的河流由于自身的自净过程从而导致自上游往下游形成一系列在污染程度上逐渐减轻的连续带。随污染物浓度的降低，生物种类也发生变化，每一带都生存有大体上能够表示这一带特性的动物和植物，由此可以将河流依次划分为四个污染带，即多污带、 中污带、 中污带、寡污带，从而可以根据一条河流中一定区域内所发现的动物区系和植物区系来鉴别该区域的有机污染程度。,.,45,（2）污水生物系

19、统中各带特点 多污带：有机污染严重，溶解氧含量低，细菌极多，无好氧生物，无鱼类生存； 中污带：包括中污带（有机污染较为严重，溶解氧略有回升，多为耐污性生物种类，）和中污带（中等程度的有机污染区域，溶解氧较高，有多种藻类和原生动物，有鱼类出现）； 寡污带：溶解氧恢复正常或达饱和，水质透明，细菌数量少，藻类种类和数量多。,.,46,（3）污水生物系统的应用 主要应用对象是被生活污水污染的水域，对重金属和其他工业废水引起的污染水域的应用问题尚需进一步研究。 应用该法来监测和评价环境比较全面，但工作很繁重，耗费时间，而且需要具有熟练的分类知识，同时调查结果也不易表示。,.,47,4.生物指数法 （1）

20、什么是生物指数法？ 它是依据不利环境因素，用数学形式表现群落结构来指示环境质量状况，包括污染在内的水质变化对生物群落的生态学效应的一种方法。 例子：Beck生物指数 公式：IB2n An B 注1： n A为底栖大型无脊椎动物中对有机物敏感的种类数，在污染水体中从未发现； n B为底栖大型无脊椎动物中对有机物不敏感（耐污性）的种类数，只在污染状况下才出现。 注2： IB0时，表示水体受到严重污染； IB在19之间时为中等污染； IB大于10时为清洁水体。,.,48,（2）生物指数法的应用特点 方法简单，有一个粗略数字概念，便于比较； 缺点：需分类学和生态学专门人员进行种类鉴定，同时只考虑了种类

21、数，而未考虑个体数量。 应用时应结合生物学其他指标和物理、化学指标，综合考虑各方面的影响因素。,.,49,5.多样性指数法 （1）多样性指数法是应用数理统计方法来表示生物群落的种类和个体数量的比值从而评价环境质量的一种方法。 （2）其工作原理为不同的生物对污染的敏感性和耐受性不同，敏感的种类在不利的条件下死亡，抗性强的种类在新的条件下可大量发现。利用群落中个体数与种类数的比值在不同污染区的不同，从而反映环境污染的状况。,.,50,例子：香农韦弗多样性指数 公式： 注1：d多样性指数；S生物种类数；N群落的个体总数；n i第 i种的个体数。 注2：此公式的计算经多人的调查资料发现，d在0任何正数

22、之间变动。全部生物个体为一个种时，d0；全部个体各属不同种时，d最大。 注：当d小于1时为重污染带；d在13时为中污染带；d大于3时为寡污带。,.,51,其他生物学评价方法 6.生产力：反映一个生态系统内物质循环和能量流动的指标。 P/R值：初级生产量和呼吸量的比率。 自养指数 I AI：去灰分重和叶绿素含量的比值。,.,52,6.残留量指数 和富集系数 残留量指数 IC i / C s i 富集系数 K C i / C s i 注：C i生物个体或种群的某种化合物或元素的实测残留量，mg/kg； C s i环境中的本底值，mg/kg 。 比值小于1时表明水体未受污染，比值大于1时表明水体受到

23、污染，并按不同数值划分污染程度。,.,53,（三）生物标志物化学污染物所导致的生物有机体的生理生化改变， 分作暴露生物标志物和效应生物标志物 广义上的概念指在任何生物学水平上用于测定污染物暴露和效应的指标，包括亚个体、个体、种群、群落和生态系统。 目前普遍赞同和应用的概念指在亚个体和个体水平上既可以测定污染物暴露水平，也可以测定污染物效应的生理和生化指标。 特点 灵敏性高：响应快、检测较为方便 特异性高,.,54,分类 暴露生物标志物和效应生物标志物 暴露生物标志物（Exposure Biomarkers）： 可指示机体对化学污染物的暴露，但不显示发生这种变化所造成的不利效应的程度。 效应生物

24、标志物（Effect Biomarkers）：可证明化学污染物对机体的不利效应。,.,55,在监测和评价中生物标志物的作用 生物标志物是污染物作用于生物机体的早期反应，能最早发现污染物的危害。 由于生化反应和生理作用在不同种之间有相似性，其能够更准确和精确预测对其它物种的影响。 可以反应在特定环境种生物体在生理上是否健康或是否恢复到正常，起到环境诊断的作用。 反应一般较为快速，通常在48小时可以表现出来。,.,56,作为生物标志物的基本原则 （1）一般指示性 （2）相对敏感性 （3）生物特异性 （4）化学特异性 （5）反应的时间效应 （6）固有的变化性 （7）与高级生物学水平上效应的关系 （8

25、）野外应用价值,.,57,生物标志物未能广泛应用的原因 对许多环境污染物来说，化学分析方法相对简单和容易。 目前研究重点是发展生物标志物而不是应用。 目前难于阐明生物标志物的监测结果与特定环境改变之间的关系。 缺乏了解生物标志物的生态相关性。,.,58,2.2 水污染生物监测与评价,（四）环境流行病学调查内容 调查特异性疾病的空间、时间和人群分布 调查致病因子的环境分布 分析调查结果，评价影响，提出卫生标准 结合试验结果，提出和验证病因假说,.,59,第三节 生态环境质量及其基本内涵,生态环境质量 生态环境指除人口种群以外的生态系统中不同层次的生物所组成的生命系统。 生命系统在人为作用下总的变

26、化状态,.,60,第三节 生态环境质量及其基本内涵,生态环境的背景问题 生态环境质量在无人为干扰时，应是生态环境最基本的背景。但目前也只能以干扰小的地段作为背景。 生态环境质量预测 环境质量预测是根据环境质量的内在规律及现实状况对未来发展变化作出推断。,.,61,第四节 化学品生态风险评价,风险（Risk）：不利事件发生的概率 风险评价（Risk Assessment） 生态风险评价（Ecological Risk Assessment ） 指确定环境危害（环境中出现的物理的、化学的或生物的媒介）对非人群生态系统不利影响的概率和大小，以及这些风险可接受程度的过程。 健康风险评价： 侧重于人群的健康。,.,62,生态风险评价的主要内容 暴露评价：提供污染物在生态系统中的时空分布规律 受体分析：受危害的生物或生态系统的相关信息 危害评价：研究剂量效应关系，提出某种控制指标或阈值 风险表征：根据上述信息综合分析，给出有无风险及风险大小的结论,.,63,生态风