第二章-污染生态效应及其评价

第二章污染生态效应及其评价武青1032011224003污染生态效应概念：污染物进入生态系统，参与生态系统的物质循环，对生态系统的组分、结构和功能产生某些影响，在生态系统中由污染物引起的响应即为污染生态效应。几个相关概念1）生物个体污染效应：指环境污染对生物的影响表现在生物个体层次上的反应。2）生物群落污染效应：指环境污染在生物种群以上层次上的反应。3）生态系统污染效应：指环境污染对生态系统结构与功能的影响。1.环境污染的生态响应污染对种群的遗传选择污染对单一环境生物生态位的改变或灭亡污染改变了生物进化的方向污染生态效应2.环境污染的短期效应（1）污染物对生物的毒害作用:生理、生化过程受阻，生长发育停滞，最终导致死亡。1）污染物对植物的影响：首先能影响植物根系对营养元素的吸收，其次能抑制植物根系的呼吸作用，再者对植物细胞的超微结构、种子生活力以及植物生长、发育、生理生化诸方面的影响。2）对动物和人体的影响：如重金属对鱼类的影响：首先重金属能粘附在鱼鳃的表面，造成鳃上皮和粘液细胞的营养失调，影响对氧的吸收，降低血液输送氧的能力；其次重金属还能降低血液中呼吸色素的浓度，使红细胞减少。（2）生物对污染物的抗性生物对各种不良环境具有一定的适应性和抵抗力，称为生物的耐性或抗性。生物对污染物的抗性机制是外部排斥（通过形态学机制、生理生化机制、生态学机制等将污染物阻挡于体外）和内部忍耐（通过结合固定、代谢解毒等过程，将污染物在体内富集、解毒）的综合结果。解毒是抗性的基础，但不是抗性的全部。生物抗性可概括为：拒绝吸收、结合钝化、代谢转化、排出体外、改变代谢途径等。对于生物本身来说，抗性是它们在逆境中得以生存和延续的保证，是污染环境中生物多样性得以保持的基础。3.环境污染的长期效应环境污染的长期效应，是生物多样性的丧失和遗传多样性的丧失。环境污染引起的物种丧失程度，并不亚于生态破坏。（1）遗传多样性的丧失:包括已有的遗传基因库的减少和新的遗传变异来源的降低。（2）物种多样性的丧失:在过去的400多年间，地球上约有2%的哺乳动物、1.2%的鸟类已经灭绝；在未来的30年中，全世界将有6万种植物可能灭绝。（3）生态系统结构的简单化、食物网简化、食物链不完整、物质循环路径减少或不畅通、能量供给渠道减少、供给程度降低、信息传递受阻等。污染生态效应评价的原则与指标体系1.污染生态效应评价的指导思想生物体与地球环境化学组成的同一性、污染物质在生物组织中分布的选择性、以及生物体对化学物质的必需性，是污染生态效应评价的指导思想。评价污染物在生态系统中的污染程度以及所引起的生态系统质量变异，应以生态环境条件及其组成成分变化为基础，以污染物质对人体、动物、植物以及微生物的个体、种群的健康效应及相关效应为依据。2.污染生态效应评价的基本原则（1）污染生态效应的多样性直接与间接；线性关系与非线性关系，时滞效应、反馈效应、复合污染生态效应（包括协同作用、拮抗作用、加和作用、独立作用等。）等。（2）污染生态效应分析的全面性污染物质的产生和释放机理，污染物质在不同环境条件下的存在形态与转化规律，污染物质在不同环境介质中的迁移规律及污染物质作用于生物体的毒害机理等。（4）生态系统抗冲击能力的有限性当污染物浓度或者数量的变化，超出生态系统或者生命个体的适应能力的上、下限时，才可能产生污染生态效应。3.污染生态效应评价指标体系的建立（1）生物个体生态效应指标①个体形态指标；②生理生化指标（2）生物种群生态效应指标①种群密度和大小；②种群结构；③种群数量（3）生物群落生态效应指标①群落的结构（包括物种多样性指数和个体数量变化指标）；②群落的生态；③群落的动态；④群落的分布（5）生态系统生态效应指标①生态系统结构变化；②生态系统稳定性；③系统中的生产者、消费者和分解者与非生物环境的关系污染生态效应评价的类型与方法1.污染生态效应评价的主要类型（1）短期效应评价指污染物对生物个体毒害作用的评价，包括生物生理、生化过程受阻，生长发育停滞，最后可能导致死亡。（2）长期效应评价指污染物对群落和生态系统影响的评价，包括遗传多样性的丧失、物种多样性的丧失、生态系统结构的简单化等。2.污染生态效应评价的基本方法生物学评价法和综合评价法。生物学评价法是指用生物学方法，按一定标准对一定范围内的环境质量进行评定和预测，具体有：指示生物法、生物指数法和种类多样性指数法等。综合评价法则包括重叠法、列表清单法与相关矩阵法和网络法等。（1）指示生物法指示生物是指对某些物质（进入环境中的污染物）能够产生各种反应而被用来监测和评价环境质量的生物。1）大气污染指示植物:作物、花卉、野生植物等均可用作指示植物。2）水污染指示生物:浮游生物、水生微型动物、大型底栖无脊椎动物均可作为水污染的指示生物。a.指示水体严重污染的生物，如颤蚓类、毛蠓、细长摇蚊幼虫、绿色裸藻、小颤藻等。b.指示水体中等程度污染的生物，主要有居栉水虱、瓶螺、被甲栅藻、四角盘星藻、环绿藻、脆弱刚毛藻、蜂巢席藻等。c.指示清水水体的生物，如纹石蚕、扁蜉、蜻蜓、田螺、簇生枝竹藻等。d.静水中主要采用底栖生物或着生生物。（2）生物指数法1）污染量指数法污染量指数法（IPC）是以分析叶片中污染物含量为基础，监测大气污染的一种方法。2）生物指数法评价水质用的生物指数，主要是依据不利环境因素（如各种污染物）对生物群落结构的影响，用数学形式来表现群落结构指示环境质量的状况。污染量指数法：KIPC=Cm/CC式中：Cm为监测点指示植物叶片中污染物含量；CC为对照点同种植物叶片中污染物的含量。根据IPC值，对各监测点污染程度进行分级：I级：清洁大气（KIPC1.20）；II级：轻度污染（KIPC：1.21～2.0）；III级：中度污染（KIPC：2.01～3.0）；IV级：严重污染（KIPC3.0）。Beck生物指数（Beck，1955）：IB=2nA+nB式中：IB是生物指数；nA为不耐有机污染的种数；nB为耐中度有机污染的种数。IB值=0,表示水体受有机物严重污染；IB值1～10,表示水体受有机物中度污染；IB值10，表示水体为清洁水体。硅藻生物指数：用河流中硅藻的种类数来计算I=式中：I为硅藻生物指数；A为不耐污的种类数；B是对有机污染无所谓的种类数；C为在污染区内独有的种类数。10022CBACBA生物指数法（Goodnight，1961）：利用颤蚓类与全部底栖动物的比值生物指数=×100若指数60%为水质良好；60～80%为中度有机污染；80%为严重有机污染。底栖类动物个体数颤蚓类个体数水生昆虫与寡毛类湿重的比值(King,1964)应用这种方法无需将生物鉴定到种，将底栖动物中昆虫和寡毛类检出，分别称重并按下式计算：I=此值数值越小，表示污染越严重；反之，数值越大，表示水质越清洁。100寡毛类湿重昆虫湿重污染生物指数（BIP）IBIP是指无叶绿素微生物占全部微生物的百分比，其指数按下式计算：IBIP=式中A为有叶绿素微生物数；B为无叶绿素微生物数。指数0～8为清洁水；8～20为轻度污染水；20～60为中度污染水；60～100为严重污染水。100BAB（3）种类多样性指数生物群落中的种数与个体数的比值。常用的指数有：Gleason丰富度指数Margalef丰富度指数Shannon-Weaver多样性指数Simpson多样性指数综合评价法:（1）重叠法做成一套复合图，表示生态系统的特征，指明污染物在生态系统各部位的污染效应的性质和程度。（2）列表清单法利特（Little）等1971年提出的利用开列清单进行影响评价的方法。他将研究中所选择的环境参数及开发方案列在一种表格里，可以鉴别出开发行为可能会对哪一种环境因子产生影响，并表示出其影响的好坏及相对大小，但它对环境参数不能进行定量计算。可鉴别污染物质在生态系统中不良的或有益的生态效应，并表示其相对强弱，但不能进行定量计算。（3）Leopold相关矩阵法矩阵“行”方向列出生态系统的生物与非生物因子，“列”方向列出污染物因子，对角线左上方标出影响大小的分值，右下方标出污染物影响的相对重要度。（4）网络法利用影响树表示出污染物对生态系统产生的各种原发性效应和继发性效应。污染生态效应评价的内容污染物的毒害效应遗传多样性的丧失物种多样性的丧失生态系统结构的变化1.污染物的毒害效应对生态系统中已经存在或者即将存在的污染物的物理、化学与生物学特性进行系统的研究分析，推测污染物的毒性。生态毒理学实验确定污染物的急性与慢性毒性效应。2.遗传多样性的丧失①污染条件下，种群的敏感性个体消失，从而使整个种群的遗传多样性水平降低；②污染引起种群规模减小，降低了种群的遗传多样性水平；③使种群实现对污染完全适应，并恢复到原来的种群数量，由于建立者效应，造成遗传来源单一，变异性的来源大大降低。