环境生物学第八章环境质量生物监测和生物评价

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1、第八章 环境质量生物监测与生物评价8.1 生物监测和环境质量评价概念 环境质量：环境素质的优劣程度。 即在一个具体的环境内，环境的总体或环境的基本要素对人群的生存和繁衍及社会经济发展的适宜程度。具体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；又可具体划分为：大气环境质量、水环境质量、土壤环境质量、生物环境质量等。生物环境质量：自然环境质量的重要组成部分，指周围生物群落构成的特点而言，不同地区生物群落的结构及组成持点不同，其生物环境质量也有差别。 环境质量基准: 环境因素在一定条件下作用特定对象（人或生物）而不产生不良或有害效应的最大阈值。它是由污染物同特定对象之间的剂

2、量反应关系确定的，不考虑社会、经济、技术等人为因素。或者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。具有客观性。 环境质量标准: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。具有主观性。GB3838-88“地面水环境质量标准”。考察环境质量: 环境质量调查:环境背景值、自然环境状况、区域污染状况、人类干扰、环境因素危害等。 环境质量监测: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: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。

3、环境质量调控:达到一定的标准；污染物不超出许的容纳量。 环境质量预测: 环境质量未来趋势所作的推断。l 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的监测和评价提供依据。 具体就是利用生物对环境毒物、污染物的反应变化及变化程度去监测评价环境质量的变化、受污染程度。 生物监测重点放在个体和生态系统级的生物反应上 生物监测至少应具备条件：对比性；重复性u 生物监测内容包括： 生态环境变化 生物个体急性、亚急性、慢性的毒性测定 生物的生理生化分析 有毒物质、污染物在生物体内循环运转的分析 个体生态状况以及群落生态结构变化分析等 u

4、生物监测的依据生态系统理论是生物监测的理论基础。具有维持一定地区的系统结构与功能的能力u 生物监测基本方法1、指示生物法指示生物：对环境中某些物质，包括污染物的作用或环境条件的改变能较敏感和快速地产生明显反应的生物 ；另有定义：环境中对某些物质(包括进入环境中的污染物)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

5、的海州香薷只在安徽指示铜矿，在北方则无此作用。 指示生物的基本特征: 灵敏； 代表性； 具有小的差异性 :重现性好；具有多功能性。根据对环境中某种特定污染物敏感的或有较高耐受性的生物种类的存在或缺失，来指示其所在环境中的多寡或分解程度，是最经典的生物学评价方法。 指示生物选择方法： 现场比较 栽培或饲养比较试验 人工熏气 浸蘸、现场调查法 在污染区内调查原有生物生长发育状况，初步查明环境污染与生物生长之间的相互关系。 常用于大气污染的生物监测 调查主要污染物的种类、浓度和分布扩散规律 选择观察点 选择观察对象 确定观测时间 确定观测项目 根据调查和资料对比分析，可把地区受害程度表示在地图上 3

6、、现场盆栽定点监测法： 将监测用的指示植物栽培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 4、群落和生态系统监测法群落和生态系统水平上的生物监测方法以水域监测为多，近几年来关于陆地生态系统人为干扰的生物监测方法和指标体系也有了迅速发展 。 主要观察指标 结构参数 功能参数 主要的群落和生态系统监测方法v 植物群落监测法：植物群落和周围环境有着密切的关系 v 污水生物系统法 v 微型生物群落监测法 v 生物指数法 v 微宇宙法 思考：与理化监测相比，生物监测有何优缺点？优点： 能直接反映环境质量对生态系统的影响 不需购置昂

7、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8.2 生物监测与评价8.2.1 大气污染的生物监测与评价 大气污染生物监测：利用生物对大气污染物的反应，监测有害气体的成分和含量以了解大气的环境质量状况。 由于植物的特点，大气污染植物监测被广泛应用植物监测的主要内容 直接利用植物受害情况，对大气质量变化做出判断； 利用植物叶片对大气污染物的富集累积特性，通过测定植物体内污染物的量判断大气污染程度； 利用大气污染敏感植物（地衣、苔藓）做生物监测； 利用植物生理生化反应来监测大气质量；

8、利用植物群落变化监测大气环境质量大气污染的植物监测有以下几种方法：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。 在受到污染物的侵袭后有明显的显示：如明显的伤害症状、生长和形态的变化、果实或种子的变化以及生产力或产量的变化等 一般选择： 一年生草本植物、多年生木本植物以及地衣、苔藓等 主要是树木、农作物、蔬菜及野生草本植物 常见大气污染指示植物O3的指示植物 菠菜、马铃薯、葡萄、黄瓜二氧化硫指示植物 白杨、棉花、云杉、苔藓氟化物指示植物 郁金香、雪松、杏树、慈竹乙烯的指示植物 兰花、番茄、皂荚树、万寿菊氮

9、氧化物指示植物 向日葵、烟草、秋海棠 指示植物的选择方法 现场比较评比法：单一污染物的现场挑选敏感植物。 栽培比较试验法：将各种预备筛选的植物进行栽培，然后放在监测区，挑选敏感植物。 人工熏气法：人工实验条件挑选敏感植物。 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

10、色溃伤SO2伤斑多分布于脉间，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、近圆形坏死斑表81 几种大气污染物对植物的危害症状2 .植物群落监测法植物群落监测法: 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

11、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排放SO2的某化工厂附近植物群落受害情况植物名称受 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表72 某化工厂3050m范围内植物受害情况3 .地衣、苔藓监测法 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

12、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，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

13、识方法。 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。l 植物监测的其他方法4 .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 I级：清洁大气（小于1.20）； II级：轻度污

14、染（1.21-2.00）； III级：中度污染（2.01-3.00）； IV级：严重污染（大于3.00） 应用植物监测应注意问题？采取措施？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，并有较为丰富的实践经验。l 大气污染的细菌总数测定i室外空气中微生物的数量和人与动物的密度、植物的数量、土囊与地面的铺装情况、气温与湿度、日照与气流等因素有关。室外空气中微生物大部分为非致病性微生物，一般病原微生物的存在比较少。ii室内空气中，特别在通风不良、人员拥挤的环境中，可有较多的微生物存在，也有可能有来自人体的某些病原微生物。iii通过对空气中微生物的检测可以了解空气环境中微生物的分布情况，为地区性空气环境质量评价提供生物污染的依据。 空气污染的微生物学评价指标 细菌总数 链球菌总数 测定方法： 沉降平皿法 吸收管法 撞击平皿法 滤膜法8.2.2 水污染的生物监测 水体受到污染而使水环境条件改变时，各种不同的水生生物由于对水环境的要求和适应能力不同而产生不同的反应， 人们就根据水生生物的反应，对水体污染程度作出