第四章 环境质量的生物监测与生物评价

第四章环境质量的生物监测与生物评价生物监测和环境质量评价概念生物监测与评价生态环境质量评价化学品生态风险评价有害物理因素的生物学效应的评价本章将讨论以下内容：第一节生物监测和环境质量评价概念环境质量生物监测环境质量定义环境质量（EnvironmentalQuality）：指环境素质的优劣程度。优劣是质的概念，程度是量的表征。环境质量基本内涵环境质量指自然环境质量和社会环境质量两个方面，包括物理的、化学的和生物的质量、又可以分为大气环境质量、水环境质量、土壤环境质量、生物环境质量。环境质量基准（EnvironmentalQualityCriteria）指环境因素在一定条件下作用于特定对象（人或生物）而不产生不良或有害效应的最大阈值。也就是说环境质量基准是保障人类生存活动及维持生态平衡的基本水准。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（EnvironmentalQualityStandard）是国家权力机构以前者为依据，考虑社会、经济、技术等因素，经过综合分析后，对环境中的有害因素在限定的时空范围内容许阈值所作的强制性法规，体现国家环境保护政策和要求，具有一定的主观性。环境质量调查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量进行评定、比较及预测。环境质量调查、监测及评价环境质量调控对环境未来趋势所做的推断，是环境科学的重要做成部分，是制定环境法规，对环境进行科学管理，以及规划区域行人后、资源、生产布局的重要的基础依据。环境质量预测广义：调节控制污染物浓度不超出允许的容纳量；狭义：采取人工手段，是环境要素变化不超过或能够达到一定标准。环境质量调控与预测生物监测（Biomonitoring）生物监测生物监测是利用生物个体、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，从生物学角度为环境质量监测和评价提供依据。思考：与理化监测相比，生物监测有何优缺点？监测灵敏度高，能直接反映环境质量对生态系统的影响不需购置昂贵的仪器及进行仪器保养和维修可大面积或长距离内密集布点不足之处：反应不够快速，无法精确监测某些污染物的含量，精度不高，易受环境因素的影响如季节和地理环境等生物监测包括水、土壤和大气污染监测三大部分，就是定期二系统的利用生物对环境的反应信息来确定包括水、气和土壤环境在内的环境质量。生物监测至少应具备两个重要条件：对比性，有已建立的标准可供对照；重复性，在一定观测点上每隔一定时间采样分析。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大气污染的生物监测与评价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指示生物指示生物的概念：指对环境中某些物质（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美国威斯康星地区湖泊中的软水指示植物为Gratiola，硬水指示植物为Ranunculusaquatilis。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。作为指示生物的各种生物所占的百分数051015202530生物类型各类生物所占百分数鱼类大型无脊椎动物原生动物大型水生植物藻类细菌作为指示生物的各种生物所占的百分数1.指示植物监测法指示植物利用某些植物对某些有害气体的特殊敏感性，可以监测大气中该气体的浓度，这种植物就称为该大气污染物的指示植物。指示植物监测法指示植物应具备的条件对污染物反应敏感；受污染后的反应症状明显，且干扰症状少；生长期长，能不断萌发新叶；栽培管理和繁殖容易；观赏和经济价值指示植物监测法常见大气污染指示植物二氧化硫污染指示植物：如地衣、苔藓、芝麻、向日葵、落叶松、加拿大白杨等氟化物污染指示植物：如郁金香、杏、葡萄、梅、雪松等二氧化氮污染指示植物：向日葵、番茄、秋海棠、烟草等指示植物的选择方法现场比较评比法栽培比较试验法人工熏气法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。几种大气污染物对植物的危害症状污染物危害症状O3叶面出现白色或褐色不规则斑点或呈条斑分布，叶尖端变成褐色或坏死PAN叶子下表面变光滑或呈银白色或青铜色NO2脉间组织和靠近叶缘边出现不规则的白色或褐色溃伤SO2伤斑多分布于叶脉间，与健康组织区别明显，阔叶植物脉间出现不规则坏死斑，单子叶植物平行脉间出现斑点或条状坏死区HF叶尖和叶缘出现灼伤、退绿，伤区与健康组织区别明显Cl2叶脉间变白，叶尖和叶缘出现灼伤及落叶酸雾叶上出现细密、近圆形坏死斑2.现场调查法调查原有植物的生长发育状况、初步查明大气污染与植物生长之间的相互关系。具体方法：选择观察点调查主要污染物的种类、浓度和分布扩散规律选择观察对象观察时间：调查目的和人力条件而定确定观察项目对比分析3.植物群落监测法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实例：某化工厂30～50m范围内植物受害情况说明及分析植物名称受害情况悬铃木、加拿大白杨80％或全部叶片受害，甚至脱落桧柏、丝瓜叶片有明显大块伤斑，部分植物枯死向日葵、葱、玉米、菊花、牵牛花50％左右叶面积受害，叶脉间有点、块状伤斑月季、蔷薇、枸杞、香椿、乌桕80％左右叶面积受害，叶片有轻度点、块状伤斑葡萄、金银花、构树、马齿苋10％左右叶面积受害，叶片有轻度点状伤斑广玉兰、大叶黄杨、腊梅肉眼观察无明显症状4.现场盆栽定点法将监测用的指示植物盆栽在污染区选定的监测点上，定期观察，记录其受害症状和程度，来估测污染物的成分、浓度和范围，以此来监测该地区大气污染情况。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0.015～0.105ppm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。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在树干上的分布高度也升高。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表4-3大气污染的生物学等级污染水平主要表现清洁生长正常，叶片面积含污染物量接近对照区轻污染生长正常，但所选指标明显高于对照区中污染生长正常，但可见典型受害症状重污染收到明显伤害，受害面积达50%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。思考：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，这要求工作人员观察细心，并有较为丰富的实践经验。大气污染的细菌总数测定空气污染的微生物学评价指标细菌总数链球菌总数表4-4住房空气卫生评价标准大气污染的细菌总数测定测定方法：沉降平皿法吸收管法撞击平皿法滤膜法水污染的生物监测与评价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1.水污染的细菌学监测水污染的细菌学监测指标有以下两个：细菌总数细菌总数指1mL水样在营养琼脂培养基中，于37℃、24小时培养后所生长的细菌菌落总数。它可反映水体有机污染的程度，如每1毫升自来水中细菌总数不得超过100个。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。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。大肠菌群数测定：多管发酵法和滤膜法思考：什么是大肠菌群？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。2.浮游生物监测法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。浮游生物监测法的具体步骤（1）采样：包括样点的布设、采样步骤、采样器的选择等。采样点布设采样步骤浮游植物浮游动物浮游生物监测法的具体步骤（2）检验标本的制作浮游植物的永久性湿封片：摇匀沉淀样品，准确吸取0.1ml样品至载玻片上，盖上盖玻片，用粘合剂圈封盖玻片。对于半永久性封片，可在样品中加入甘油；浮游动物的封片：从样品中吸取5ml样品，视样品浓度可作适当稀释或浓缩。用聚乙烯乳酰酚植被半永久性浮游动物封片。浮游生物监测法的具体步骤（3）浮游生物计数：显微镜浮游植物计数单位计数框拉季（Lackey）微量（微断面）计数法滤膜法硅藻种类比例计数浮游动物浮游生物监测法的具体步骤（4）生物量测定叶绿素a生物体积重量法ATP法3.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水中植物和石块上，肉眼可见。自上世纪70-80年代开始使用，亚洲日本和韩国走在最前列大型底栖动物的特点：种类多生活周期长活动场所比较固定易于采集不同种类对水质的敏感性差异大受外界干扰后群落结构的变化趋势可以反映受污染的性质和程度而且它们在水生态系统的能量流动中起着重要作用。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