环境监测--第6章——环境污染生物监测

环境监测第六章环境污染生物监测刘璇化学工程与现代材料学院环境污染VS生物监测环境污染生物监测的原因和必要性是什么？环境监测中理化监测的不足：目前，在环境监测中，一般采用各种仪器和化学分析手段，对污染物的种类和浓度可以比较快速而灵敏地分析测定出来，其中某些常规检验已经能够连续监测。但大部分测定项目或参数还需定期采样。因而只反映采样瞬时的污染物浓度，不能反映环境已经发生的变化。提出背景：“生物监测”这一术语是在1977年4月由欧洲共同体（EEC）、世界卫生组织（WHO）、美国环境保护局（EPA）组织的“关于生物样品在评价人体接触污染物方面的应用”的国际会议上正式提出并给予的定义。“生物监测”定义：生物监测是利用生物分子、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。利用生物进行环境污染监测，早在20世纪初就引起了生态学有关学者的注意。两种“生物监测”概念环境监测领域：利用生物来监测环境受污染的实际变化情况；在有害废物排入环境前后，对照测定生物在组成及数量上的变化，来判断环境污染的程度。用以评价由于污染所寻造成的生态系统的变化。职业卫生领域：在生物的血液、尿、头发或其他生物材料中测定含有害物质或其代谢产物的量，统称为生物监测；对人体进行生物学监测，能从多方面反映机体接触有害物质的水平，包括呼吸吸收、皮肤吸收、消化道摄入和劳动强度，甚至工作场所外受到的污染等，即可估计通过各条途径接触所致的体内负荷状况。例：水体污染十分复杂，洗涤剂、染料、油类、重金属、放射性物质以及富营养化物质。现有的水质污染指标BOD、COD、DO等化学监测并不能反映出多种毒物的综合影响。测定的结果不能说明其对生物界和人类的危害程度，生物监测能够避免这一弊端。以滇池为例，水生植被与水体污染程度的关系如下：（１）严重污染：各种高等沉水植物全部死亡。（２）中等污染：敏感植物如海菜化、轮藻等消失，篦齿眼子菜等敏感植物稀少，抗性强的如红线草、狐尾藻等相当繁茂。（３）轻度污染：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。（４）无污染：轮藻生长茂盛，海菜花生长正常。上述各类植物均能够正常生长。海菜花、轮藻等敏感植物可以用作指示植物。第二节空气污染生物监测第三节土壤污染生物监测第四节生物污染监测第一节水环境污染生物监测第五节生态监测生物监测利用受到污染的生物，在生态、生理和生化指标、污染物在体内的行为等方面会发生变化，出现不同的症状或反应，利用这些变化来反映和度量环境污染程度的方法称为生物监测。特点定义生物监测反映的是自然的、综合的污染状况能直接反映环境质量对生态系统的影响可进行连续监测，不需要昂贵的仪器、设备生物可以选择性的富集某些污染物可以作为早期污染的“报警器”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，甚至在边远地区也能进行监测生物监测分类水环境污染生物监测空气污染生物监测土壤污染生物监测按环境介质按生物分类按生物学层次按采用的方法动物监测植物监测微生物监测生态监测（群落、个体）生物测试（毒性、致突变）生物的生理、生化指标测定生物体内污染物残留量测定实验室内的生物测试现场生物调查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二、水环境污染生物监测方法1、监测目的：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。一、水环境污染生物监测的目的、样品采集和监测项目2、采样断面、采样点的布设布设原则：断面要有代表性尽可能与物理和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。3、监测项目和频率：对象监测指标监测项目监测频率（次/年）备注河流底栖动物种类、数量2必测大肠菌群数量6着生生物种类、数量2选测浮游植物种类、数量2湖泊水库叶绿素a含量＞2必测浮游植物种类、密度＞2大肠菌群数量6底栖动物种类、数量2选测二、水环境污染生物监测方法监测方法污水生物系统法：根据监测水体中生物种类的存在与否，划分污水生物系统，确定水体的污染程度。生物群落监测方法：根据水生生物的群落结构和生物个体数量随水体污染程度的变化情况，确定水体的污染程度。生物测试法：利用生物受到污染物危害或毒害后产生的反应或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。细菌学检验法微囊藻毒素的测定叶绿素a的测定二、水环境污染生物监测方法1、污水生物系统法将受有机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联系的河段，即：多污带段、α-中污带段、β-中污带段和寡污带段，它们都有各自的物理、化学和生物特征。根据监测水体中生物种类的存在与否，划分污水生物系统，确定水体的污染程度。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氧化作用使无机化达到矿化阶段溶解氧没有、极微少量较多很多BOD很高高较低低水中有机物蛋白质、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、氨等大部分已完成无机化有机物完全分解污水系统的部分生物学、化学特征2、生物群落监测方法浮游生物着生生物——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、微生物浮游动物——原生动物、轮虫、枝角类和桡足类浮游植物——藻类水污染的指示生物水污染指示生物法：通过观察水体中的指示生物的种类和数量变化铼判断水体污染程度的。（1）水污染指示生物法（2）生物指数监测法生物指数是指运用数学公式计算出的反应生物种群或群落结构变化、用以评价环境质量的数值。包括：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。3.生物测试法水流方式测试时间受试活体分类静水式：试验溶液不流动流水式：试验溶液连续或间歇流动急性试验：时间不超过96h慢性试验：时间为数月或数年水生生物Φ：受试生物为鱼类、藻类等发光细菌：受试生物为一种非致命性的革兰氏阴性微生物，在适当条件下能发射出肉眼可见的蓝绿色光。Φ水生生物毒性试验金鱼褐藻蝴蝶鱼可用于水生生物毒性试验的部分鱼类和藻类水生生物毒性试验可用鱼类、溞类、藻类等，其中鱼类毒性试验应用较广泛。鱼类对水环境的变化反应十分灵敏，当水体中的污染物达到一定浓度或强度时，就会引起中毒反应。第二节空气污染生物监测一、利用植物监测二、利用动物监测定义：空气污染时，某些生物动物和植物以及微生物会做出不同程度的反应，利用生物对空气污染的异常反应来检测空气中有害物质的成分和含量，了解空气质量状况，就是空气污染的生物监测。指示生物：空气污染物多种多样，有些可以用指示植物或指示动物监测。动物的管理比较困难，且未形成一套完整的监测方法；而植物分布广泛、容易管理，有不少植物品种对不同空气污染物反应敏感，在污染物达到人和动物受害浓度前就能显示受害症状。生物体系中，植物更易遭受空气污染的伤害，是因为：植物能以庞大的叶面积与空气接触，进行活跃的气体交换植物缺乏动物的循环系统来缓冲外界的影响植物固定生长的特点使其无法避开污染物的伤害正因为植物对空气污染的反应敏感性强，加上本身位置的固定，便于监测与管理，空气污染的生物监测主要是利用植物进行监测。一、利用植物监测（1）二氧化硫（SO2）指示植物部分二氧化硫指示植物1.指示植物及其受害症状指示植物是指受到污染物的作用后能较敏感和快速的产生明显反应的植物（用以指示和反映空气污染状况的植物）。可以选择草本植物、木本植物以及地衣、苔藓等。（2）氮氧化物（NOx）指示植物（3）氟化物指示植物（4）光化学氧化物指示植物O3的指示植物植物受臭氧急性伤害后出现的初始典型症状：叶片上散布细密点状斑，几乎均匀地分布在整个叶片上，并且其形状、大小比较规则、一致，颜色呈棕色或黄褐色。O3伤害植物的一个共同特征——点斑，呈银灰色或褐色，随叶龄增长逐渐脱色，变成黄褐色或白色。这些斑点还会连成一片变成大片的块斑，致使叶片褪绿或脱落。点斑通常是急性伤害的一个标志。2.监测方法（1）栽培指示植物监测法先将指示植物在没有污染的环境中盆栽或地栽培植，待生长到适宜大小时，移至监测点观察它们的受害症状和程度。先通过调查和试验，确定群落中不同种植物对污染物的抗性等级，将其分为敏感、抗性中等和抗性强三类：①若敏感植物叶部出现受害症状，表明空气已受到轻度污染；②若抗性中等的植物出现部分受害症状，表明空气已受到中度污染；③若抗性中等植物出现明显受害症状，有些抗性强的植物也出现部分受害症状时，则表明已造成严重污染。同时，根据植物呈现的受害症状特征、程度和受害面积比例等判断主要污染物和污染程度。（2）植物群落监测法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80％左右叶面积受害，叶片有轻度点、块状伤斑葡萄、金银花、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某化工厂30～50m范围内植物受害情况情况分析：根据植物叶片出现的症状特点（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3~10ppm。二、利用动物监测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敏感性水平：本鸟最高俺狗狗第二耐受力最好的当属我们家禽了金丝雀狗家禽对SO2敏感的动物2.利用动物种群数量的变化受不了啦，快跑吧！大型哺乳动物、鸟类不堪忍受空气污染而迁往别处三、利用微生物监测空气微生物是空气污染的重要因子，它与气溶胶、颗粒物等媒体一起散布并污染环境、左右疾病发生与传播，监测空气微生物状况是掌握其活动和作用的必要前提。某医院的空气微生物监测163份标本，合格88份，合格率仅54％；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、合理使用抗生素，控制医院感染是十分重要的。室内空气微生物监测：第三节土壤污染生物监测一、土壤污染的植物监测二、土壤污染的动物监测三、土壤污染的微生物监测根据土壤中生物受污染程度和其活力、代谢特点、行为方式以及体内污染物等的变化监测土壤污染程度的方法。一、土壤污染的植物监测利用土壤污染的指示植物进行监测，土壤受到污染后，污染物对植物产生各种反应“信号”，主要是：产生可见症状，如叶片上出现伤斑；生理代谢异常，如蒸腾率降低、呼吸作用加强，生长发育受抑；植物成分发生变化，由于吸收污染物质，使植物体中的某些成分相对于正常情况下发生改变。1.根据植物形态异常变化判定土壤污染研究发现：当土壤中Cu过量时，婴粟植株矮化；Ni过量时，白头翁的花瓣变为无色。2.根据植物生态习性判定土壤污染研究证实：有些植物具有超量积累重金属能力，通常分布于重金属过量土壤中，此生态习性可资判断土壤重金属污染与否。早熟禾、裸柱菊等能在Cu污染土壤上生存。3.根据植物体内污染物含量判定土壤污染文献查阅得：祝栋林等报道了苔藓对Pb有很强的富集能力，其体内的重金属浓度随土壤浓度的增大而增大。二、土壤污染的动物监测土壤动物在土壤有机质分解、养分循环、改善土壤结构、影响健康和植物演替中具有重要的作用。由于土壤动物的主要种类与生态系统不同方面的信息相互联系，因此土壤动物可以作为土壤污染的生态指标。三、土壤污染的微生物监测主要是通过监测土壤中微生物群落的变化来反映土