环境生物学04环境质量的生物监测与生物评价

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1、第四章 环境质量的生物监测与生物评价,2019/10/19,提纲,第一节 生物监测和环境质量评价概念 第二节 生物监测与评价 第三节 生态环境质量评价 第四节 化学品生态风险评价 第五节 有害物理因素的生物学效应的评价,第一节 生物监测和环境质量评价概念,环境质量的涵义 生物监测的概念,1.1 环境质量的涵义,环境质量（Environmental Quality） 环境素质的优劣程度 它反应了环境对人群的生存和繁衍及社会 经济发展的适宜程度,1.1 环境质量的涵义,环境质量的基本内涵 自然环境质量：物理、化学、生物；大气、水、土壤 社会环境质量：经济、文化、美学等 环境质量评价： 环境质量基准

2、：环境因素在一定条件下作用于特定对象而不产生不良或有害效应的最大阈值 注：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：国家权利机构为保障人群健康和适宜生存条件，为保护生物资源、维持生态平衡，对环境中有害因素在限定的时空范围内容许阈值所做的强制性法规。 注：体现国家环境保护政策和要求，具有一定的主观性。,1.1 环境质量的涵义,环境质量调查、监测与评价 环境质量调查： 为了解环境质量所进行的一系列工作。 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

3、行评定、比较及预测。,环境质量调控与环境质量预测 环境质量预测 对环境质量未来趋势所作的判断，是制定环境法规、环境科学管理等的基础性依据。 环境质量调控 狭义的调控：采取合理有效的措施，调节和控制向环境中排放的污染物不超过允许的容纳值。 广义的调控：采取人工手段，使环境要素变化不超过或达到一定的标准。,1.2 生物监测的概念,生物监测（Biomonitoring） 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。 生物监测的特点 优点 直接反映环境质量对生态系统的影响 综合反映环境污染状况 能发现早期环境污染 能连续监测污染史 方

4、法简便成本低 局限性 易受各种环境因素的影响 可能受到监测生物生长发育状况的影响 费时且难确定环境污染物的实际浓度,监测生物与监测指标的选择 监测生物的选择： 选择对污染物敏感的生物 选择具有污染特异性反应的生物 选择遗传上稳定的生物 选择易于繁殖和管理的常见生物 如可能，应尽量选择除监测功能外兼有其他功能的生物,选择监测指标应遵循的原则： 根据监测目的选择监测指标 根据污染物的性质和毒理作用机制选择监测指标 根据生物的特性选择监测指标,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

5、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,2.1 大气污染生物监测与评价,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 水韮则是指示水流污染的植物。它很娇气，虽然生长在河里，但水不流动或略有污染，便不再生长，或者死亡。而在山间无污染的小溪中却长得很好。 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

6、矿,2.1 大气污染生物监测与评价,大气污染的植物监测方法 1.指示植物 对大气污染反应灵敏的植物,几种大气污染物对植物的危害症状,2.1 大气污染生物监测与评价,大气污染的植物监测方法 指示植物选择方法 现场比较评比法：排放已知单一污染物的现场，对污染源影响范围内各类植物进行观察记录。 栽培比较试验法：栽培预选植物，放置在监测区进行观察记录。 人工熏气法：待筛选植物放置在熏气室，人工控制气体成分、浓度和熏气时间，进行观察记录。,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

7、露时间。,扩展：净化室内空气的植物 1.龟背竹 “龟背竹本领强，二氧化碳一扫光”。龟背竹又名龟背蕉、蓬来蕉、电线莲、透龙掌，常绿藤本植物。它夜间有很强的吸收二氧化碳的特点，比其他花卉高6倍以上。,2.美人蕉 “美人蕉抗性强，二氧化硫它能降”。美人蕉又名红花蕉、苞米花、凤尾花、宽心姜。它对二氧化硫有很强的吸收性能。,石榴 “花石榴红似火，既观花又观果，空气含铅别想躲”。石榴又名安石榴、海石榴、丹若。花谚说，室内摆一两盆石榴，能降低空气中的含铅量。,石竹 “草石竹铁肚量，能把毒气打扫光”。石竹又名洛阳花、草石竹，多年生草本植物，石竹种类很多，夏秋开花。它有吸收二氧化硫和氯化物的本领，凡有类似气体的

8、地方，均可以种植石竹。,海桐 “七里香降烟雾，又是隔音好植物”。海桐又名宝珠香、七里香，为常绿灌木，夏季开花，叶片嫩绿光亮，四季常青不凋。它能吸收光化学烟雾，还能防尘隔音。,月季、蔷薇 “月季蔷薇肚量大，吞进毒气能消化”。这两种花卉较多地吸收硫化氢、氟化氢、苯酚、乙醚等有害气体，减少这些气体的污染。,吊兰、芦荟 “吊兰芦荟是强手，甲醛吓得躲着走”。这两种花卉可消除甲醛的污染，使空气净化。,菊花、铁树、生长藤 “菊花铁树生长藤，能把苯气吸干净”。这三种花卉，都有吸苯的本领，可以减少苯的污染。,2.1 大气污染生物监测与评价,大气污染的植物监测方法 2.现场调查法：在污染区调查原有植物生长发育状况

9、 选择观察点 了解大气污染的物理状况 选择观察对象 确定观测时间和频率 确定观测项目 分析观测结果,2.1 大气污染生物监测与评价,大气污染的植物监测方法 3.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3050m范围内植物受害情况说明及分析,

10、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310 ppm。,4.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0.0150.105 ppm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

11、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

12、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,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。 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

13、富的实践经验。,2.1 大气污染生物监测与评价,大气污染的微生物监测方法 大气污染的细菌总数测定法 沉降平皿法 吸收管法 撞击平皿法 滤膜法,MAS-100 NT (MBV),2.2 水污染生物监测与评价,（一）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,一、水污染的细菌学监测 标准 方法,大肠菌群数 大肠菌群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

14、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。 大肠菌群数的测定：多管发酵法和滤膜法 思考：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。,多管发酵法： 又称三步发酵法 1) 初发酵（推测试验）： 将不同稀释度的水样，分别接种于含有乳糖等糖类的培养液中（3倍或1倍乳糖液），经37 C培养24 h，观察产酸产气情况，培养基内加有溴甲酚紫作为PH指示剂，细菌产酸后，培养基即由原来的紫色变为黄色，以初步判断是否有大肠菌群存在

15、。,2）平皿分离（证实试验）,水中除大肠菌群外，尚有其它细菌可能引起糖类发酵，因此需要进一步证实。 将初发酵管中已发酵的菌液接种于伊红美兰培养基，37 C培养24 h，根据菌落特征（带核心的、有金属光泽的深紫色菌落），挑取可能为大肠菌群的菌落制片，经革兰氏染色，进一步证实是否为大肠菌群。,3） 复发酵试验(完成实验）,将上述可能为大肠菌群的菌落再次转接入1倍乳糖培养液中，经37 C培养24 h，产酸产气者即最后确证为存在大肠菌群。 产酸、产气分别记为阳性反应，不产酸、产气则记为阴性反应； 根据阳性管数量，查表求得水体大肠菌群的数量。, 347-2007 水质 粪大肠菌群的测定 多管发酵法和滤膜

16、法（试行）,二、水污染的浮游生物检验法 浮游生物（植物、动物）是水质的指示生物 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。,清水指示种类,污染指示种类,检验步骤 采样点、采样时间、采样器的选择 选择有代表性的水体类型；设置有代表性的采样断面与采样点；在特征季节采样；一般最低标准是每月一次。 2.采样过程，样品的固定（或标本制作） 3.样品分析 浮游生物的计数：显微计数 生物量的测定：Chla、细胞体积、干重、ATP,三、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在水中植物和石块上，肉眼可见。 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