第六章_环境污染生物监测--101.

生物监测反映自然的、综合的污染状况能直接反映环境质量对生态系统的影响可以进行连续监测，不需要昂贵的仪器、设备可以作为早期污染的报警器生物监测的特点生物可以选择性地富集某些污染物可以监测污染效应的发展动态可以在大面积或较长距离内密集布点进行监测环境监测方法的分类水环境污染生物监测空气污染生物监测土壤污染生物监测动物监测植物监测微生物监测生态监测生物测试生物的生理生化指标测定生物体内污染物残留量的测定实验室内的生物测试现场生物调查1234生物所处的环境介质生物分类法生物学层次采用的方法第一节水环境污染生物监测一、水环境污染生物监测的目的、样品采集和监测项目对水环境进行生物监测的主要目的是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，为制定控制污染措施，使水环境生态系统保持平衡提供依据。采样断面和采样点的布设原则断面要有代表性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河流：根据长度，至少设上（对照）、中（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。湖泊（水库）：入湖（库）区、中心区、出口区、最深水区、清洁区等处设监测断面。海洋：监测站位应覆盖或代表监测海域；测站应考虑监测海域的功能区划和水动力状况，尽可能避开污染源；除特殊需要（因地形、水深和监测目标所限制）外，可结合水质或沉积物站位，采用网格式或断面等方式布设；开阔海区，测站可适当减少，半封闭或封闭海区，测站可适当加密。各类环境水体生物监测指标及频次一览表对象监测指标监测项目频次备注监测指标监测项目频次备注河流*底栖动物种类、数量2次/年必测着生生物种类、数量2次/年选测大肠菌群数量6次/年必测浮游植物种类、数量2次/年选测湖泊*水库叶绿素a含量2次以上/年必测大肠菌群数量6次/年必测浮游植物种类和密度2次以上/年必测底栖动物种类、数量2次/年选测城市*水体下列5种方法任选一种：1、鱼类急性毒性试验2、蚤类急性毒性试验3、藻类急性毒性试验4、发光细菌急性毒性试验5、微型生物群落级毒性试验96小时死亡率48小时LC5096小时EC50抑光率选测近岸海域**浮游植物种类、数量4次/年必测叶绿素a含量4次/年必测大型浮游动物种类、数量4次/年底栖动物(底内生物)种类、数量4次/年大肠菌群数量4次/年细菌总数数量4次/年初级生产力4次/年选测赤潮生物种类、数量4次/年选测中小型浮游动物种类、数量4次/年底栖生物(底上生物)种类、数量4次/年大型藻类数量4次/年鱼类数量4次/年二、水环境污染生物监测方法（一）污水生物系统法（二）生物群落监测方法（三）生物测试法（四）叶绿素a的测定（五）微囊藻毒素的测定（一）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过程，自上游向下游划分为四个相互连续的河段，即多污带段、α-中污带段、β-中污带段和寡污带段，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。污水系统生物学、化学特征项目多污带α-中污带β-中污带寡污带化学过程还原和分解作用明显开始水和底泥里出现氧化作用氧化作用更强烈因氧化使无机化达到矿化阶段溶解氧没有或极微量少量较多很多BOD很高高较低低硫化氢的生成具有强烈的硫化氢臭味没有强烈硫化氢臭味无无水中有机物蛋白质、多肽等高分子物质大量存在高分子化合物分解产生氨基酸、氨等大部分有机物已完成无机化过程有机物全分解底泥常有黑色硫化铁存在，呈黑色硫化铁氧化成氢氧化铁，底泥不呈黑色有Fe2O3存在大部分氧化水中细菌大量存在，每毫升可达100万个以上细菌较多，每毫升在10万个以上数量减少，每毫升在10万个以下数量少，每毫升在100个以下栖息生物的生态学特征动物都是摄食细菌者，且耐受pH强烈变化，耐低溶解氧的厌氧生物，对H2S、NH3等毒物有强烈抗性摄食细菌动物占优势，肉食性动物增加，对溶氧和pH变化表现出高度适应性，对氨有一定耐性，对硫化氢耐性较弱对溶解氧和pH变化耐性较差，并且不能长时间耐腐败性毒物对pH和溶解氧变化耐性很弱，特别是对腐败性毒物如硫化氢等耐性很差植物硅藻、绿藻、接合藻及高等植物没有出现出现蓝藻、绿藻、接合藻、硅藻等出现多种类的硅藻、绿藻、接合藻，是鼓藻的主要分布区水中藻类少，但着生藻类较多动物以微型动物为主，原生动物居优势仍以微型动物占大多数多种多样多种多样原生动物有变形虫、纤毛虫，但无太阳虫、双鞭毛虫、吸管虫等出现仍然没有双鞭毛虫，但逐渐出现太阳虫、吸管虫等太阳虫、吸管虫中耐污性差的种类出现，双鞭毛虫也出现鞭毛虫、纤毛虫中有少量出现后生动物仅有少数轮虫、蠕形动物、昆虫幼虫出现；水螅、淡水海绵、苔藓动物、小型甲壳类、鱼类不能生存没有淡水海绵、苔藓动物，有贝类、甲壳类、昆虫出现，鱼类中的鲤、鲫、鲶等可在此带栖息淡水海绵、苔藓动物、水螅、贝类、小型甲壳类、两栖类动物、鱼类均有出现昆虫幼虫种类很多，其他各种动物逐渐出现（二）生物群落监测方法•水污染指示生物是指能对水体中污染物产生各种定性、定量反应的生物，它们对水环境的变化特别是化学污染反应敏感或有较高的耐受性。浮游生物着生生物－附着于长期浸没水中的各种基质表面上的有机体群落底栖动物－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—能够全面反映水体的总体质量微生物—微生物的多少可以反映水体被有机物污染的程度浮游动物（原生动物、轮虫、枝角类和桡足类）浮游植物－藻类水污染指示生物（二）生物群落监测方法•生物指数监测法是指运用数学公式计算出的反映生物种群或群落结构变化，用以评价环境质量的数值。贝克生物指数贝克-津田生物指数生物种类多样性指数硅藻生物指数贝克生物指数把从采样点采到的底栖大型无脊椎动物分为两类，不耐有机物污染的敏感种和耐有机物污染的耐污种，按下式计算：生物指数（BI）=2A+B式中：A、B——分别为敏感底栖动物种类数和耐污底栖动物种类数。BI＞10时，为清洁水域；BI为1～6时，为中等污染水域；BI=0时，为严重污染水域。贝克-津田生物指数不限于在采集点采集，而是在拟评价或监测的河段把各种低栖大型无脊椎动物尽量采到。BI≥20，为清洁水区；10＜BI＜20，为轻度污染水区；6＜BI≤10，为中等污染水区；0＜BI≤6，为严重污染水区。——种类多样性指数；N——单位面积样品中收集的各类动物的总数；ni——单位面积样品中第i种动物的个数；S——收集到的动物种类数。生物种类多样性指数该指数的特点是能定量反映群落中生物的种类、数量及种类组成比例变化信息。NSdln1①马格里夫多样性指数计算式为：d——种类多样性指数；N——各类生物的总个数；S——生物种类数。NnNndisii12logd②沙农-威尔姆种类多样性指数值＜1.0，严重污染；值1.0～3.0，中等污染；值＞3.0，清洁ddd硅藻生物指数硅藻指数=硅藻指数0～50为多污带；硅藻指数50～100为α-中污带；硅藻指数100～150为β-中污带；硅藻指数150～200为轻污带。10022CBACBA不耐污染藻类的种类数广谱性藻类的种类数仅在污染水域才出现的藻类种类数•PFU微型生物群落监测法（简称PFU法）（二）生物群落监测方法原理：PFU法是以聚氨酯泡沫塑料块（PFU）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到PFU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。还可以用毒性试验方法预报废水或有害物质对受纳水体中微型生物群落的毒害强度。测定要点：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，带回实验室，把PFU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。PFU微型生物群落结构和功能参数结构参数功能参数分类学的1）种类数2）指示种类3）多样性指数1）群集过程（Seq、G、T90%）2）功能类群（光合自养者，食菌者、食藻者、食肉者、腐生者、杂食者）非分类学的1）异养性指数2）叶绿素a1）光合作用速度2）呼吸作用速度Seq为群落达平衡时的种数；G为微型生物群集速度常数；T90%为达到90%Seq所需时间。（三）生物测试法•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，确定毒物安全浓度的方法称为生物测试法。•有静水式生物测试和流水式生物测试两种。分类按水流方式：静水式和流水式按测试时间分类：急性试验和慢性试验按受试活体分类：水生生物和发光细菌等1、水生生物毒性试验水生生物毒性试验可用：鱼类、蚤类、藻类等，其中鱼类毒性试验应用较广泛。金鱼绿藻褐藻蝴蝶鱼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供试鱼的选择和驯养•要选择无病、行动活泼、鱼鳍完整舒展、食欲和逆水性强、体长（不包括尾部）约3cm的同种和同龄的金鱼。•选出的鱼必须先在与试验条件相似的生活条件（温度、水质等）下驯养7d以上；试验前一天停止喂食；如果在试验前4d天内发生死亡现象或发病的鱼高于10%，则不能使用。金鱼2金鱼1试验条件选择每一种浓度的试验溶液为一组，每组至少10尾鱼试验容器用容积约10L的玻璃缸，保证每升水中鱼重不超过2g。试验溶液的温度要适宜，对冷水鱼为12～28℃，对温水鱼为20～28℃。同一试验中，温度变化为±2℃。试验溶液中不能含大量耗氧物质，要有足够的溶解氧，对冷水鱼DO应≥5mg/L，对温水鱼DO≥4mg/L。试验溶液的pH值通常控制在6.7～8.5之间。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。不宜使用蒸馏水。试验步骤试验溶液浓度设计确定试验溶液的浓度范围试验记录不同时间的金鱼成活数毒性判定计算半数致死量（LD50）半数致死浓度（LC50）预试验(探索性试验)通常选七个浓度(至少五个)求LC50值的简便方法是将试验鱼死亡半数以上和半数以下的数据与相应试验液毒物（或污水）浓度绘于半对数坐标纸上（对数坐标表示毒物浓度，算术坐标表示死亡率），用直线内插法求出。用直线内插法求LC50鱼类急性毒性的分级标准96hLC50／mg/L＜11～1010～100＞100毒性分级极高毒高毒中毒低毒假设某废水实验结果废水浓度／%每组鱼数（尾）试验鱼死亡数24（h）48（h）96(h)10.07.55.64.23.2对照组1010101010101097100109741010109410直线内插法LC50—5.2%4.7%4.4%3505050)48/24(3.024hLChLChLC2505050)48/24(3.048hLChLChLC)01.0~1.0(9650hLC安全浓度=安全浓度=安全浓度=对易分解、积累少的化学物质，一般选用的系数在0.05～0.1之间；稳定能在鱼体内高蓄积化学物质，一般选用的系数在0.01～0.05之间。•方法原理发光细菌是一类非致病的革兰氏阴性微生物，它们在适当条件下能发射出肉眼可见的蓝绿色光（450～490nm）。当样品毒性组分与发光细菌接触时，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相对发光强度来监测有毒物质的浓度。2、发光细菌法以氯化汞浓度作为参比毒物表征废水或可溶性化学物质的毒性，也可用半数有效浓度（EC50），即发光强度为最大发光强度一半时的废水浓度或可溶化学物质的浓度来表征；选用明亮发光杆菌T3小种作发光细菌。常采用新鲜发光细菌培养法和冷冻干燥发光菌粉制剂法。•测定要点2、发光细菌法实验材料的准备发光细菌新鲜菌悬液的制备样品测定测试结果分析工业废水发光强度标准系列测试管编号123456稀释液／mL废水水样／mL发光细菌悬液／mL0.900①0.100.800.100.100.720.180.100.580.320.100.400.800.1000.900.10样品EC50值与生物毒性的关系EC50值毒性级别等级2525～7575求不出EC50值*