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1、环境质量的生物监测要求和生物评价 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 n环境质量的涵义 n生物监测的概念 1 1 环境质量的涵义 n n 环境质量环境质量 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 n n 环境质量的基本内涵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 n环境质量评
2、价 环境质量基准环境质量基准 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 n环境质量调查 监测与评价 n n 环境质量调查环境质量调查 为了解环境质量所进行的一系列工作 n n 环境质量监测环境质量监测 指对环境指标进行定期的或连续的监
3、测 观察 和分析其变化 n n 环境质量评价环境质量评价 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 n环境质量调控与环境质量预测 n n 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 n n 环境质量调控环境质量调控 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 n n 生物监测生物监测 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
4、生物 学角度为环境质量监测和评价提供依据 n生物监测的特点 优点优点 n n 直接直接反映环境质量对生态系统的影响 n n 综合综合反映环境污染状况 n能发现早期环境污染 n能连续监测污染史 n方法简便成本低 局限性局限性 n易受各种环境因素的影响 n可能受到监测生物生长发育状况的影响 n费时且难确定环境污染物的实际浓度 n监测生物与监测指标的选择 n n 监测生物的选择 监测生物的选择 n选择对污染物敏感的生物 n选择具有污染特异性反应的生物 n选择遗传上稳定的生物 n选择易于繁殖和管理的常见生物 n如可能 应尽量选择除监测功能外兼有其他功能的生物 n n 选择监测指标应遵循的原则选择监测指
5、标应遵循的原则 n根据监测目的选择监测指标 n根据污染物的性质和毒理作用机制选择监测指标 n根据生物的特性选择监测指标 第二节生物监测与评价 n大气污染生物监测与评价 n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 n指示植物法 n现场调查法 n植物群落调查法 n现场盆栽定点监测法 n地衣 苔藓监测法 n微核技术的应用 n污染量指数法 n大气污染的综合生态指标法 2 1 2 1 大气污染生物监测与评价大气污染生物监测与评价 指示生物 n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 n指示生物的种类 包括大气污染指示
6、生物和水体污染指示生物 n例如 指示节气 n枣花发 种棉花 杏花开 快种麦 指示天气 n燕子低飞预示雨将来临 蜻蜓高飞预示天晴 指示水质 n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 n安徽的海州香薷指示铜矿 湖南念同的野韭指示金矿 2 1 大气污染生物监测与评价 n大气污染的植物监测方法 1 1 指示植物指示植物 n对大气污染反应灵敏的植物 污染物污染物 反应浓度反应浓度主要敏感植物主要敏感植物 SOSO 2 2 0 25 100000 100000 水样采集与保藏 细菌总数的测定 大肠菌群
7、的测定 多管发酵法 滤膜法 平皿法 n n 大肠菌群数大肠菌群数 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
8、群最为理想 多管发酵法 多管发酵法 又称三步发酵法 1 1 初发酵 推测试验 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紫色变为黄色 以初步判断是 否有大肠菌群存在 2 平皿分离 证实试验 n 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 n 将初发酵管中已发酵的菌液接种于伊红美兰伊红美兰 培养基培养基 37 C培养24 h 根据菌落特征 带核带核 心的 有金属光泽的深紫色菌落心的 有金属光
9、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 n 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 n 产酸 产气产酸 产气分别记为阳性反应 不产酸 产气则记为阴性反应 n 根据阳性管数量 查表求得水体大肠菌群 的数量 10ml 1001ml 1001ml 10 11ml 10 2 3 1 1 1 1支 各5支 347 2007 水质 粪大肠菌群的 测定 多管发酵法和滤膜法 试行 n二 水污染的浮游生物检验法 浮游生物 植物植物 动物 是水质的指示生物 n浮
10、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 n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 1 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 n三 底栖大型无脊椎动物监测法 底栖大型无脊椎动物
11、 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 来监测和评价城市 工业 石油 农业废物及其土地 利用对自然水体的影响 四 微型生物群落监测法 微型生物群落 微型生物群落是生活在水中的微小生物 包括 藻类 原生动物 轮虫 线虫 甲壳类等 如 环境受到外界的严重干扰 其群落的平衡被破 坏 其结构特征也随之变化 因而可用其进行 水体的监测和评价 nPFU 聚氨酯泡沫塑料法 原生动
12、物在PFU内的群集速度和时间受环境的影响 不 同污染水体 其群集速度和种类数不同 n 二 水环境质量的生物学评价 1 一般描述对比法 2 指示生物法 n水体污染指示生物 常采用底栖动物中的环节动物 软体动物 固着生活的 甲壳动物以及水生昆虫等 它们个体较大 在环境中相 对位移小 无逃避行为 生命周期较长 故成为水体污 染指示生物的重要研究对象 水体质量水体质量清洁清洁中等污染中等污染严重污染严重污染 指示指示 生物生物 蜻蜓幼虫 针杆蜻蜓幼虫 针杆 藻 田螺等藻 田螺等 席藻 环绿藻 死席藻 环绿藻 死 角盘星藻角盘星藻 小颤藻 绿色裸小颤藻 绿色裸 藻 摇蚊幼虫等藻 摇蚊幼虫等 Hellaw
13、ell推荐作为指示生物的各种生物所占 的百分数 Hellawell推荐作为指示生物的各种生物所占的百分数 3 污水生物系统 1 污水生物系统法的原理 受污染的河流由于自身的自净过程自净过程从而导致 自上游往下游形成一系列在污染程度上逐渐自上游往下游形成一系列在污染程度上逐渐 减轻的连续带减轻的连续带 随污染物浓度的降低 生物 种类也发生变化 每一带都生存有大体上能 够表示这一带特性的动物和植物 由此可以 将河流依次划分为四个污染带 即多污带 中污带 中污带 寡污带 从而可 以根据一条河流中一定区域内所发现的动物 区系和植物区系来鉴别该区域的有机污染程 度 n 2 污水生物系统中各带特点 多污带
14、多污带 有机污染严重 溶解氧含量低 细菌 极多 无好氧生物 无鱼类生存 中污带中污带 包括 中污带 中污带 有机污染较为严重 溶解氧略有回升 多为耐污性生物种类 和 中污带 中污带 中等程度的有机污染区域 溶 解氧较高 有多种藻类和原生动物 有鱼类出 现 寡污带寡污带 溶解氧恢复正常或达饱和 水质透明 细菌数量少 藻类种类和数量多 n 3 污水生物系统的应用 主要应用对象是被生活污水污染的水域被生活污水污染的水域 对重 金属和其他工业废水引起的污染水域的应用问 题尚需进一步研究 应用该法来监测和评价环境比较全面 但工作 很繁重 耗费时间繁重 耗费时间 而且需要具有熟练的分类 知识 同时调查结果
15、也不易表示 n4 生物指数法 n 1 什么是生物指数法 它是依据不利环境因素 用数学形式表现群落结构 来指示环境质量状况 包括污染在内的水质变化对 生物群落的生态学效应的一种方法 n例子 Beck生物指数 公式 IB 2n A n B 注1 n A为底栖大型无脊椎动物中对有机物敏感的 种类数 在污染水体中从未发现 n B为底栖大型 无脊椎动物中对有机物不敏感 耐污性 的种类数 只在污染状况下才出现 注2 IB 0时 表示水体受到严重污染 IB在1 9之间时为中等污染 IB大于10时为清洁水体 n 2 生物指数法的应用特点 方法简单 有一个粗略数字概念 便于比较 缺点 需分类学和生态学专门人员进
16、行种类鉴 定 同时只考虑了种类数 而未考虑个体数量 应用时应结合生物学其他指标和物理 化学指 标 综合考虑各方面的影响因素 5 多样性指数法 1 多样性指数法是应用数理统计方法来表示 生物群落的种类和个体数量的比值生物群落的种类和个体数量的比值从而评价环 境质量的一种方法 2 其工作原理为不同的生物对污染的敏感性敏感性 和耐受性和耐受性不同 敏感的种类在不利的条件下死 亡 抗性强的种类在新的条件下可大量发现 利用群落中个体数与种类数的比值在不同污染 区的不同 从而反映环境污染的状况 n例子 香农 韦弗多样性指数 公式 注1 d 多样性指数 S 生物种类数 N 群 落的个体总数 n i 第 i种的个体数 注2 此公式的计算经多人的调查资料发现 d在0 任何正数之间变动 全部生物个体为一个种时 d 0 全部个体各属不同种时 d最大 注 当d小于1时为重污染带 d在1 3时为中污染带 d大于3时为寡污带 n6 生产力 反映一个生态系统内物质循环 和能量流动的指标 P R值 初级生产量和呼吸量的比率 水质正常一般在1左右 偏离过大则受到污染 自养指数 I AI 去灰分重和叶绿素含量的比
