-环境污染生物学监测与评价教学课件

第 六 章 环境污染生物学监测与评价2020/12/111 第一节第一节 环境污染生物学监测及评价概述环境污染生物学监测及评价概述一、环境污染生物学监测及评价的概念一、环境污染生物学监测及评价的概念(一一)生物学监测的概念生物学监测的概念 利用生物的分子、细胞、组织器官、个利用生物的分子、细胞、组织器官、个体、种群和群落等各层次对环境污染程度所体、种群和群落等各层次对环境污染程度所产生的反应来阐明环境状况，从生物学的角产生的反应来阐明环境状况，从生物学的角度为环境质量的监测和评价提供依据。度为环境质量的监测和评价提供依据。2020/12/112(二二)生物学评价的概念生物学评价的概念 用生物学方法、按一定的标准对一定范用生物学方法、按一定的标准对一定范围内的环境质量进行评定和预测。包括：围内的环境质量进行评定和预测。包括：回顾评价回顾评价 现状评价现状评价 预测评价预测评价2020/12/113二、生物学监测和生物学评价的特点二、生物学监测和生物学评价的特点(一一)综合性，真实性；综合性，真实性；(二二)长期性；长期性；(三三)灵敏性；灵敏性；(四四)简单易行、经济高效。简单易行、经济高效。2020/12/114三、环境污染生物学监测及评价方法、过程三、环境污染生物学监测及评价方法、过程(一一)现场调查现场调查 1.了解污染源；了解污染源；2.判定生物伤害判定生物伤害(危害危害)是否由污染引起是否由污染引起(二二)选点、取样选点、取样(三三)实验室工作和现场环境模拟实验室工作和现场环境模拟(四四)数据统计分析数据统计分析(五五)评价评价2020/12/115四、指示生物四、指示生物(以植物为例以植物为例)(一一)气候指示植物气候指示植物1、亚热带气候指示植物：、亚热带气候指示植物：苏铁、蒲葵、露兜树等；苏铁、蒲葵、露兜树等；2、暖带气候指示植物：、暖带气候指示植物：山茶、天竹桂、日本女贞；山茶、天竹桂、日本女贞；3、寒温带气候指示植物：、寒温带气候指示植物：山毛榉、蒙古栎、刺秋、山柳等；山毛榉、蒙古栎、刺秋、山柳等；4、亚寒带气候指示植物：、亚寒带气候指示植物：曲调冷杉、北海道云杉、塔藓等。曲调冷杉、北海道云杉、塔藓等。2020/12/116(二二)大气污染指示植物大气污染指示植物 二氧化硫指示植物：荞麦、芝麻、烟草、二氧化硫指示植物：荞麦、芝麻、烟草、马蓼、地衣、苔藓植物。马蓼、地衣、苔藓植物。(三三)土壤环境指示植物土壤环境指示植物 肥沃土壤指示植物肥沃土壤指示植物：黄金蕨、长白苎麻、：黄金蕨、长白苎麻、野凤仙花、珊瑚木、绣球花等；野凤仙花、珊瑚木、绣球花等；瘠薄土壤指示植物瘠薄土壤指示植物：里白、杨梅树、乌：里白、杨梅树、乌饭树、马醉木、夏黄栌等。饭树、马醉木、夏黄栌等。2020/12/117(四四)水环境的指示生物水环境的指示生物-中污：大颤藻、小颤藻、小球藻、臀尾中污：大颤藻、小颤藻、小球藻、臀尾 水软虫等；水软虫等；-中污：水生束丝藻、变异直链硅藻、蚤中污：水生束丝藻、变异直链硅藻、蚤 状水蚤、大型水蚤、帆口虫、巨状水蚤、大型水蚤、帆口虫、巨 环旋轮虫等；环旋轮虫等；寡污带：水细菌数量极少，鱼类种类较多。寡污带：水细菌数量极少，鱼类种类较多。2020/12/118 第二节第二节 空气污染的生物监测及评价空气污染的生物监测及评价一、空气污染的生物监测原理一、空气污染的生物监测原理 生物监测是研究污染对生物群落结构和生物监测是研究污染对生物群落结构和功能的影响，测得的是污染物长期地、综合功能的影响，测得的是污染物长期地、综合影响的结果，所以它与其他监测方法相比具影响的结果，所以它与其他监测方法相比具有独特之处。有独特之处。二、空气污染对植物的影响二、空气污染对植物的影响(一一)有害气体进入植物体内的途径有害气体进入植物体内的途径 主要通过气孔进入植物体主要通过气孔进入植物体2020/12/119(二二)空气污染对植物的效应空气污染对植物的效应1、对群落的影响、对群落的影响 群落中的敏感种类减少或消失，抗性群落中的敏感种类减少或消失，抗性强的种类保存下来，甚至发展，与生态环强的种类保存下来，甚至发展，与生态环境基本相同的群落组成相比较，其种类组境基本相同的群落组成相比较，其种类组成和最小面积减少。成和最小面积减少。2020/12/11102、对个体的影响、对个体的影响 个体生长减慢、发育受阻、失绿发黄和个体生长减慢、发育受阻、失绿发黄和早衰等症状。早衰等症状。3、对组织器官的影响、对组织器官的影响 叶组织坏死、出现伤斑及坏死斑；叶组织坏死、出现伤斑及坏死斑；有害气体对叶片伤害的症状特征是空气有害气体对叶片伤害的症状特征是空气污染污染“伤害诊断伤害诊断”的主要依据。的主要依据。2020/12/11114、对细胞和细胞器的影响、对细胞和细胞器的影响 细胞膜系统的适应性被破坏，引起水分细胞膜系统的适应性被破坏，引起水分和离子平衡失调；光合作用下降；干扰生物和离子平衡失调；光合作用下降；干扰生物合成。合成。5、对酶系统的影响、对酶系统的影响 污染物通过酶系统的作用而影响生化反污染物通过酶系统的作用而影响生化反应，破坏生理代谢。应，破坏生理代谢。2020/12/1112三、大气中主要污染物的植物监测三、大气中主要污染物的植物监测(一一)植物监测环境污染的依据植物监测环境污染的依据 1、产生可见症状；、产生可见症状；2、生理代谢活动发生变化；、生理代谢活动发生变化；3、植物组成成分种类和含量变化；、植物组成成分种类和含量变化；4、植物种类或类群的变化。、植物种类或类群的变化。2020/12/1113(二二)植物监测分析方法植物监测分析方法1、现场调查法、现场调查法(1)调查方法调查方法 A.选择观察点选择观察点 根据调查目的和实际环境情况进行布点根据调查目的和实际环境情况进行布点;B.了解调查区内主要有害气体了解调查区内主要有害气体 包括种类、浓度、分布和扩散规律等；包括种类、浓度、分布和扩散规律等；C.观察样本观察样本 主要是树木、农作物、蔬菜或野生草本植主要是树木、农作物、蔬菜或野生草本植物等；物等；2020/12/1114D.确定观测时间确定观测时间 季节、频数、生长发育期等；季节、频数、生长发育期等；E.观察内容观察内容 包括各类植物叶、芽、枝条等器官受害包括各类植物叶、芽、枝条等器官受害的症状表现；的症状表现；F.资料分析、评价资料分析、评价2020/12/11151.1.(2)(2)叶片受害症状叶片受害症状2.2.(3)(3)伤害等级伤害等级3.3.2 2、生长量法、生长量法 IA=W0/WmIA=W0/Wm4.4.3 3、伤害症状法、伤害症状法5.5.4 4、现场栽培监测、现场栽培监测2020/12/11165、低等附生植物群落及、低等附生植物群落及 体内污染物含量分析法体内污染物含量分析法2020/12/11172020/12/11185 5、低等附生植物群落及体内污染物含量分析法低等附生植物群落及体内污染物含量分析法6 6、清洁度指数法、清洁度指数法 n n IAP=(Qf)/10 IAP=(Qf)/10 i=1 i=1IAPIAP：大气清洁度指数；：大气清洁度指数；n n：敏感植物种类数；敏感植物种类数；Q Q：所有监测点所调查植物出现的平均数；所有监测点所调查植物出现的平均数；f f：种的优势度；种的优势度；10 10：为便于处理数据而缩小的倍数。：为便于处理数据而缩小的倍数。2020/12/11197、生活力指标法、生活力指标法 生活力指标法评价标准生活力指标法评价标准调查项目调查项目 1 2 3 4长长 势势树梢枯损树梢枯损叶叶 形形叶叶 色色枝叶密度枝叶密度茂盛茂盛无无正常正常正常正常 较弱较弱少见少见 弱弱 较多较多 极弱极弱多多备备 注注2020/12/11208 8、植物污染物含量分析法、植物污染物含量分析法(1)(1)叶片含污量分析法叶片含污量分析法 计算公式：计算公式：IPC=Cm IPC=CmCe Ce Cm Cm：监测点采集的植物叶片中污染物或：监测点采集的植物叶片中污染物或元素含量；元素含量；Ce Ce：对照点采样植物叶片中同种物质或：对照点采样植物叶片中同种物质或元素的含量。元素的含量。评价：IPC 值越大，空气污染越严重。2020/12/1121(2)(2)污染指数法污染指数法 单项指数法单项指数法 IP=Cm/C0IP=Cm/C0 IP IP：含污量指数；：含污量指数；Cm Cm：监测点植物叶片中某种污染物实测含：监测点植物叶片中某种污染物实测含 量；量；C0C0：对照点植物叶片：对照点植物叶片(或组织或组织)中某中某 种污染物实测含量。种污染物实测含量。2020/12/1122根据根据IPIP将污染度分为四级：将污染度分为四级：级：清洁，级：清洁，IP IP1.201.20；级：轻度污染，级：轻度污染，IP 1.212.00IP 1.212.00；级：中度污染，级：中度污染，IP 2.13.00IP 2.13.00；级：重度污染，级：重度污染，IPIP3.003.002020/12/1123综合指数法综合指数法 n n ICP=WiIPi ICP=WiIPi i=1 i=1 ICP ICP：综合污染指数；：综合污染指数；n n：污染物种类数；污染物种类数；Wi Wi：某种污染物质的权重值；某种污染物质的权重值；IPi IPi：某种污染物值指数；：某种污染物值指数；9 9、利用生物的生理、生化指标监测环境污染、利用生物的生理、生化指标监测环境污染 1010、年轮法、年轮法 2020/12/1124四、大气污染的动物监测四、大气污染的动物监测2020/12/1125四、大气污染的动物监测四、大气污染的动物监测 昆虫、鸟类、鼠类等昆虫、鸟类、鼠类等五、大气污染的微生物监测五、大气污染的微生物监测(一一)细菌敏感性；细菌敏感性；(二二)微生物畸变微生物畸变(三三)空气微生物污染的评价指标空气微生物污染的评价指标1、利用空气中微生物的发生率监测大气污染、利用空气中微生物的发生率监测大气污染2、利用病原微生物的致病性监测大气污染、利用病原微生物的致病性监测大气污染2020/12/1126 第三节第三节 水体污染的生物学监测与评水体污染的生物学监测与评一、水污染的植物监测一、水污染的植物监测(一一)以河流、湖泊为例以河流、湖泊为例 1 1、严重污染严重污染 各种高等沉水植物全部死亡；各种高等沉水植物全部死亡；2 2、中度污染中度污染 敏感植物如海菜花、轮藻等消失，篦齿敏感植物如海菜花、轮藻等消失，篦齿眼子莱等敏感植物稀少，抗性强狐尾藻等相眼子莱等敏感植物稀少，抗性强狐尾藻等相当繁茂；当繁茂；2020/12/1127 3 3、轻度污染、轻度污染 敏感植物如海菜花、轮藻等渐趋消失，敏感植物如海菜花、轮藻等渐趋消失，中等敏感植物和抗污植物均有生长；中等敏感植物和抗污植物均有生长；4 4、无污染、无污染 上述各类植物均能正常生长。上述各类植物均能正常生长。2020/12/1128(二二)水生植物对重金属的监测水生植物对重金属的监测(三三)利用生物的生长量变化监测水体污染利用生物的生长量变化监测水体污染2020/12/1129二、水污染的动物监测与评价二、水污染的动物监测与评价(一一)污水生物体系法污水生物体系法 1 1、多污带、多污带 2 2、中污带：、中污带：(1)-(1)-中污带，中污带，(2)-(2)-中污带；中污带；3 3、寡污带、寡污带2020/12/1130(二二)生物指数生物指数(BI)(BI)法法 1 1、培克、培克(Beck)(Beck)法法 生物指数生物指数(BI)=2A+B(BI)=2A+B A A：代表敏感种类；：代表敏感种类；B B：代表中度耐污种类；：代表中度耐污种类；评价：评价：BIBI值越大，水体越清洁，水质越好；值越大，水体越清洁，水质越好；BI BI值越小，则水体污染越严重。值越小，则水体污染越严重。BI值范围在040间，生物指数与水质关系为：BI)10，水质状况清洁；16，中等污染；0，严重污染2020/12/11312 2、津田松苗法、津田松苗法生物指数：生物指数：3030，清洁河段，基本无污染；清洁河段，基本无污染；2915 2915，较清洁河段，轻微污染；，较清洁河段，轻微污染；146 146，较不清洁河段，中等污染；较不清洁河段，中等污染；50 50，极不清洁河段，重污染极不清洁河段，重污染2020/12/11323 3、硅藻生物指数、硅藻生物指数(XBI)(XBI)法法公式：公式：XBI XBI(2A(2AB B2C)/(A2C)/(AB BC)100C)100 A A：代表不耐污种类数；：代表不耐污种类数；B B：代表广谱性种类数；：代表广谱性种类数；C C：代表仅在污染区出现的种类数。：代表仅在污染区出现的种类数。评价标准：评价标准：XBI XBI值在值在0 05050，为多污带；为多污带；50 50100100，为为-中污带；中污带；100150 100150，为为-中污带；中污带；150 150200200，为轻污带。为轻污带。2020/12/1133(三三)群落多样性指数法群落多样性指数法 1、简便多样性指数、简便多样性指数 公式：公式：d=s/Nd=s/N；s s 为群落种类数，为群落种类数，N N为总个体数为总个体数 d d 值越大，水质越好，生物种类越少；值越大，水质越好，生物种类越少；d d 值越小，水质越差，生物种类越少。值越小，水质越差，生物种类越少。2020/12/11342 2、香农、香农(Shannon)(Shannon)指数指数 n n d=(n d=(ni iN)logN)log2 2(n(ni iN)N)I I d d：生物多样性指数；：生物多样性指数；ni ni：单位面积样品中第：单位面积样品中第i i种动物个数；种动物个数；N N：单位面积样品中各类动物的总数；单位面积样品中各类动物的总数；S S：样品中动物的种数。样品中动物的种数。评价：生物种类越多评价：生物种类越多d d 值越大，水质越好；值越大，水质越好；反之，水质越差，反之，水质越差，d d 值越小，生物种类越少。值越小，生物种类越少。2020/12/1135(四四)形态结构及症状法形态结构及症状法 三、水污染的微生物监测三、水污染的微生物监测 四、指示生物法评价水体污染四、指示生物法评价水体污染2020/12/1136五、利用生物细胞遗传学指标监测环境污染五、利用生物细胞遗传学指标监测环境污染(一一)微核监测技术微核监测技术1、植物细胞微核技术的原理、植物细胞微核技术的原理 取材方便；取材方便；不受时间、空间和设备条件的限制，全不受时间、空间和设备条件的限制，全 年均可进行；年均可进行；耗资少，费用低；耗资少，费用低；需时少，需时少，484872h72h即可得到结果。即可得到结果。2020/12/11372、细胞微核技术的实验方法和步骤、细胞微核技术的实验方法和步骤(1)(1)浸泡种子；浸泡种子；(2)(2)种子萌发；种子萌发；(3)(3)处理；处理；(4)(4)恢复培养；恢复培养；(5)(5)取材固定；取材固定；(6)(6)制片；制片；2020/12/1138(7)镜检镜检 蚕豆根尖微核监测纪录表 实验号：镜检日期：镜检者：片号 12各次观察的细胞数和微核数微核数细胞数总计平均微核千分率(MCN)2020/12/1139(8)(8)数据处理数据处理 MCN()=MCN()=测试样品测试样品(或对照或对照)观察到的观察到的MCNMCN数数 -测试样品测试样品(或对照或对照)观察的细胞数观察的细胞数(1000)(1000)2020/12/1140(9)(9)水质评价水质评价 直接采用直接采用MCNMCN的千分率为标准来判断的千分率为标准来判断水质状况：水质状况：MCN MCN 水质状况水质状况 10 10以下以下 基本没有污染基本没有污染 10 1018 18 轻度污染轻度污染 18 1830 30 中度污染中度污染 30 30以上以上 重度污染重度污染2020/12/1141水质污染指数评价：水质污染指数评价：样品实测样品实测MCN()MCN()平均值平均值水质污染指数水质污染指数=-=-标准组标准组(对照对照)MCN()MCN()平均值平均值污染指数污染指数水质状况水质状况 0 01.5 1.5 水质基本无污染；水质基本无污染；1.5 1.52.0 2.0 水质为轻度污染；水质为轻度污染；2.0 2.03.53.5 水质为中度污染；水质为中度污染；3.5 3.5以上时水质为重度污染。以上时水质为重度污染。凡数值在上、下限值时，定位上一级污染。2020/12/1142(二二)染色体畸变技术染色体畸变技术(三三)非预定非预定DNADNA合成合成七、利用生态系统综合指标监测环境污染七、利用生态系统综合指标监测环境污染2020/12/1143八、水体营养化的评价八、水体营养化的评价(一一)水体富营养化概述水体富营养化概述(二二)富营养化的评价方法富营养化的评价方法 1 1、数学模型法；、数学模型法；2 2、参数指标法、参数指标法 (1)COD(1)COD指标；指标；(2)P-N(2)P-N浓度指标浓度指标 3 3、底栖生物法；、底栖生物法；4 4、生理评价法、生理评价法2020/12/1144九、废水生物处理的生物监测与评价九、废水生物处理的生物监测与评价(一一)生物代谢活力及其指示作用生物代谢活力及其指示作用 1 1、溶解氧的影响；、溶解氧的影响；2 2、高浓度有机物和毒物的影响；、高浓度有机物和毒物的影响；3 3、pHpH值的影响；值的影响；4 4、环境条件变化对纤毛虫生殖方式的影响；、环境条件变化对纤毛虫生殖方式的影响；5 5、环境因素对菌胶团的影响、环境因素对菌胶团的影响2020/12/1145(二二)生物种类、数量变化及其指示作用生物种类、数量变化及其指示作用 1、丝状细菌的优势生长；、丝状细菌的优势生长；2、轮虫的出现；、轮虫的出现；3、钟虫和等枝虫的出现；、钟虫和等枝虫的出现；4、游泳型纤毛虫的大量繁殖、游泳型纤毛虫的大量繁殖2020/12/1146 第四节第四节 土壤污染的生物监测土壤污染的生物监测一、土壤污染的植物监测一、土壤污染的植物监测(一一)农药等污染的植物监测农药等污染的植物监测(二二)重金属污染的植物监测重金属污染的植物监测(三三)土壤重金属污染监测植物土壤重金属污染监测植物2020/12/1147二、土壤污染的动物监测二、土壤污染的动物监测(一一)土壤污染动物监测土壤污染动物监测(二二)利用飞禽的监测土壤污染利用飞禽的监测土壤污染(三三)土壤污染对野生动物的影响土壤污染对野生动物的影响三、土壤污染的微生物监测三、土壤污染的微生物监测2020/12/1148四、土壤重金属污染等生物监测及评价四、土壤重金属污染等生物监测及评价(一一)对土壤酶活性的影响对土壤酶活性的影响(二二)对土壤微生物的影响对土壤微生物的影响(三三)对幼苗的生理影响对幼苗的生理影响(四四)对水稻生长的影响对水稻生长的影响2020/12/1149五、影响土壤污染物质危害的因素五、影响土壤污染物质危害的因素(一一)土壤的气体条件；土壤的气体条件；(二二)土壤中有机质和粘粒的含量；土壤中有机质和粘粒的含量；(三三)土壤反应土壤反应2020/12/1150六、土壤生化指标六、土壤生化指标(一一)土壤呼吸作用土壤呼吸作用(二二)土壤氮化作用土壤氮化作用(三三)土壤硝化作用土壤硝化作用2020/12/1151七、测定土壤酶活性七、测定土壤酶活性(一一)重金属重金属CdCd浓度对土壤酶活性的影响；浓度对土壤酶活性的影响；(二二)土壤酶活性恢复土壤酶活性恢复2020/12/1152八、土壤环境容量八、土壤环境容量2020/12/115312020/12/115412020/12/11551 12020/12/11561 12020/12/11571 12020/12/11581 12020/12/11591 12020/12/116012020/12/116112020/12/116212020/12/116312020/12/116412020/12/1165PPT教学课件谢 谢 观 看ThankYouForWatching2020/12/11