环境污染生物监测课件

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.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.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.生物的生理、生化指标测定生物的生理、生化指标测定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以上过程，以上过程，只有通过生物监测只有通过生物监测手段，通过食物链手段，通过食物链放大了的各营养级放大了的各营养级进行分析，才能对进行分析，才能对水体进行全面评价。水体进行全面评价。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。：附着于长期浸没水中附着于长期浸没水中的各种基质表面上的有机体群落。的各种基质表面上的有机体群落。栖息在水体底部淤泥栖息在水体底部淤泥内、石块或砾石表面及其间隙中内、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。的肉眼可见的水生无脊椎动物。原生原生动物、轮虫、枝动物、轮虫、枝角类和桡足类角类和桡足类（一）生物指数监测法（贝克生物指数（一）生物指数监测法（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）（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）1.1.贝克生物指数和贝克贝克生物指数和贝克-津田生物指数津田生物指数NnNndisii12logdddd10022CBACBA万个以下表表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 PFU法是以聚氨酯泡沫塑料块（法是以聚氨酯泡沫塑料块（PFU）作为人工）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到生物种类均可群集到PFU内，达到种数平衡，通过观内，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察和测定该群落结构与功能的各种参数来评价水质状况。况。根据水环境条件确定采样时间，一般在静水中采根据水环境条件确定采样时间，一般在静水中采样约需四周，在流水中采样约需两周；采样结束后，样约需四周，在流水中采样约需两周；采样结束后，带回实验室，把带回实验室，把PFU中的水全部挤于烧杯内，用显微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。镜进行微型生物种类观察和活体计数。污染较轻的情况下，随着污染加重，集群速度污染较轻的情况下，随着污染加重，集群速度G G、平衡时的物种数、平衡时的物种数S Seqeq都会增大，达到都会增大，达到9090S Seqeq的时的时间间T T90%90%将缩短。从生态学观点看，此时营养水平适将缩短。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，种类多，丰度也合大多数原生动物的生长，因此，种类多，丰度也大；大；但随着污染程度进一步加重，平衡时物种数但随着污染程度进一步加重，平衡时物种数S Seqeq会减少，达到会减少，达到9090S Seqeq所需时间所需时间T T90%90%将延长，集群速将延长，集群速度度G G也减小。从生态学观点看，重污染和严重污染也减小。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，在这恶劣的环已超出大多数原生动物的耐受限度，在这恶劣的环境中，大多数种类不能耐受而消失。境中，大多数种类不能耐受而消失。按水流方式：静水式和流水式按水流方式：静水式和流水式按按测试时间分类测试时间分类：急性试验和慢性试验：急性试验和慢性试验按按受试活体受试活体：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 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n每一种浓度的试验溶液为一组，每组至少每一种浓度的试验溶液为一组，每组至少10尾鱼尾鱼试验容器用容积约试验容器用容积约10L的玻璃缸，保证每升水中鱼的玻璃缸，保证每升水中鱼重不超过重不超过2g。n试验溶液的温度要适宜，对冷水鱼为试验溶液的温度要适宜，对冷水鱼为1228，对温水鱼为对温水鱼为2028。同一试验中，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，要保证有足够试验溶液中不能含大量耗氧物质，要保证有足够的溶解氧，对于冷水鱼不少于的溶解氧，对于冷水鱼不少于5mg/L，对于温水鱼，对于温水鱼不少于不少于4mg/L。n试验溶液的试验溶液的pH值通常控制在值通常控制在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或湖水。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。使用。不宜使用蒸馏水。确定试验溶液的浓度范围确定试验溶液的浓度范围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）通常选七个浓度通常选七个浓度(至少五个至少五个)半数忍受限度（半数忍受限度（TLmTLm），即半数存活浓度。求），即半数存活浓度。求TLmTLm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），用直线内插法求出。标表示存活率），用直线内插法求出。表表6.2 某毒物实验结果某毒物实验结果安全浓度=2Lm)(24TLm/48T0.348TLm安全浓度=48TLm0.1图6.2 用直线内插法求TLm（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荧光素酶，通过酶催化不饱和脂是由于菌体内有一种荧光素酶，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435435630nm630nm，有单一最大发射峰，有单一最大发射峰(maxmax=475nm).=475nm).它是生物自身的正常生理代谢过程它是生物自身的正常生理代谢过程.由于发光细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光细菌应用于环境监测，菌应用于环境监测，BeckmanBeckman公司依据发光细菌公司依据发光细菌的发光原理的发光原理,已推出用于环境监测的生物毒性检测仪已推出用于环境监测的生物毒性检测仪MicrotoxMicrotox。图图6.8 植物监测器示意图植物监测器示意图1.气泵；气泵；2.针型阀；针型阀；3.流量计；流量计；4.活性活性炭净化器；炭净化器；5.盆栽指示植物盆栽指示植物表表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6.2.2.1利用动物个体的异常反应对矿井内瓦斯毒气敏感的动物金丝雀 金翅雀鸡老鼠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大型哺乳动物、鸟类、昆虫等迁移潜叶蛾瘿蚊红蜡蚧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。生物样品的采集预处理污染物的测定生物样品制备氟化物、农药等氟化物、农药等污染物污染物表6.4 成熟期水稻各部位中的含镉量表6.5 氟污染区蔬菜不同部位的含氟量 单位：g/g 表表6.6 农药在稻谷中的农药在稻谷中的蓄积蓄积情况情况表表6.7 农药在水果中的蓄积情况农药在水果中的蓄积情况呼吸道消化道皮肤吸收图6.15 动物对污染物的吸收方式 (3)采样方法：在每个采样小区内的采样点上分采样方法：在每个采样小区内的采样点上分别采集别采集510处植株的根、茎、叶、果实等，将同部处植株的根、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位样混合，组成一个混合样；采集样品量要能满足需要，一般经制备后，至少有需要，一般经制备后，至少有2050g干重样品。干重样品。图6.16 采样点布设方法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（四）生态监测指标选择（四）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）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）监测方案的编制图6.22 热岛现象研究遥感图图6.21 非洲地理图像图6.23 地球遥感图图6.24 某地地理信息图表表6.9 陆生生态系统监测指标陆生生态系统监测指标表表6.10 水生生态系统监测指标水生生态系统监测指标n地面监测中获得：降雨量、土壤湿度、小型动地面监测中获得：降雨量、土壤湿度、小型动物、动物残余物（粪便、尿和残余食物）等。物、动物残余物（粪便、尿和残余食物）等。n地面测量采样线一般沿着现存的地貌，如小路、地面测量采样线一般沿着现存的地貌，如小路、家畜和野兽行走的小道。家畜和野兽行走的小道。n收集数据，包括植物物候现象、高度、物种、收集数据，包括植物物候现象、高度、物种、物种密度、草地覆盖以及生长阶段、密度和木物种密度、草地覆盖以及生长阶段、密度和木本本 物种的覆盖；观察动物活动、生长、生殖、物种的覆盖；观察动物活动、生长、生殖、粪便及食物残余物等。粪便及食物残余物等。卫星监测最大的优点是覆盖面宽，可以获得人卫星监测最大的优点是覆盖面宽，可以获得人工难以到达的高山、丛林资料；由于目前资料来源工难以到达的高山、丛林资料；由于目前资料来源增加，费用相对降低。但对地面细微变化难以了解。增加，费用相对降低。但对地面细微变化难以了解。因此地面监测、空中监测和卫星监测相互配合才能因此地面监测、空中监测和卫星监测相互配合才能获得完整的资料。获得完整的资料。