第六章生物监测_环境监测讲解

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生物监测的特点
长期性
环境污染物的含量和其它环境条件改变的强度 大小，是随时间而变化的。这些变化是因污染 物的排放量不稳定而造成的。理化监测只能代 表取样期间的概况。而生活于一定区域内的生 物，能把一定时问内环境变化情况反映出来。
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综合性
人类生产、生活所抛弃的废物，成份极其复杂。 理化监测只能获得各种成份的类别和含量，但 不能确切说明对生物有机体的影响。而生物是 接受综合影想，不仅仅是个别离子的作用。生 物监测能反映环境多因子、多成份综合作用的 结果，能阐明整个环境的情况。符合排放标准 的废物，其长期影响环境的后果，更需要用生 物监测来评价。
BI＞10时，为清洁水域 BI为1-6时，为中等污染水域 BI=0时，为严重污染水域
Hale Waihona Puke Baidu15
贝克－津田生物指数
所有拟评价或监测的河段各种底栖大型无脊椎动物 BI≥20，为清洁水区 10＜BI＜20，为轻度污染水区 6＜BI≤10，为中等污染水区 0＜BI≤6，为严重污染水区
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水生生物耐污值的确定
对我国和北美地区共有的属，引用Lenat (1993) 的数据；
其中鱼类毒性试验应用较广泛。
褐藻
金鱼
蝴蝶鱼
绿藻
图6.1 可用于水生生物毒性试验的部分鱼类和藻类
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静水式鱼类急性毒性试验供试鱼的选择和驯养
要选择无病、行动活泼、鱼鳍 完整舒展、食欲和逆水性强、 体长（不包括尾部）约3cm的 同种和同龄的金鱼。
选出的鱼必须先在与试验条件 相似的生活条件（温度、水质 等）下驯养7天以上；试验前 一天停止喂食；如果在试验前 四天内发生死亡现象或发病的 鱼高于10%，则不能使用。
硅藻指数 0～50为多污带
50～100为α-中污带
100～150为β-中污带
150～200为轻污带
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（二）污水生物系统法
将受有机物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连续的 河段，即多污带段、α-中污带段、β-中污带段 和寡污带段，每个带都有自己的物理、化学和 生物学特征。根据这些特征进行判断。
试验溶液的pH值通常控制在6.7—8.5之间。 配制试验溶液和驯养鱼用水应是未受污染的河水
或湖水。如果使用自来水，必须经充分曝气才能 使用。不宜使用蒸馏水。
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试验步骤
预试验(探索性试验) 试验溶液浓度设计
确定试验溶液的浓度范围 通常选七个浓度(至少五个)
试验
记录不同时间的金鱼成活数
毒性判定
计算半数忍受限度（TLm）
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富集性
生物的一个重要特点是它能够通过各种方式
从环境中富集某些元素。如水中DDT农药:
水中浓度为3 ng/L→浮游生物（富集7.3万倍） →
小鱼 (富集14.3万倍) → 大鱼
（富集
858万倍）
人食用这些水中生物后→ 富集1000万倍
以上过程，只有通过生物监测手段，通过食物 链放大了的各营养级进行分析，才能对水体进行 全面评价。
金鱼1
金鱼2
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试验条件选择
每一种浓度的试验溶液为一组，每组至少10尾鱼 试验容器用容积约10L的玻璃缸，保证每升水中鱼 重不超过2g。
试验溶液的温度要适宜，对冷水鱼为12—28℃， 对温水鱼为20—28℃。同一试验中，温度变化为 ±2℃。
试验溶液中不能含大量耗氧物质，要保证有足够 的溶解氧，对于冷水鱼不少于5mg/L，对于温水鱼 不少于4mg/L。
亲缘关系最近或较近的属的耐污值； 同一生境中其它属的耐污值； 分布范围； 采集经验和感觉。
耐污值粗分为5档：很低 (耐污值大概为0-1.0)
低(1.0-3.0), 中等(3.0-5.0),
高(5.0-7.0)和很高 (7.0-10.0).
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2. 生物种类多样性指数
式中： d —— 种类多样性指数； N —— 单位面积样品中收集到的各类动物的
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（二）发光细菌法
发光细菌是一类能自发发光的细菌，其发光机制是由 于 菌生体物内发有光一法种是荧结光合素生酶命，有通机过体酶的催生化物不物饱理和和脂生肪物酸 反应化，学而过向程外，界检辐测射的蓝是绿处色于的环荧境光中，的发生光物光，谱提范供围的在 4它3是是更5～生迅一6物速个3自0，综n身直合m的接的，正反整有常映体单生环指一理境标最代污，大谢染因发过对此射程生比峰.物传由(λ的统于ma影的发x=响检光47。验细5方菌nm法有). 易 培当养发、光增细殖菌速与度水快样、毒发性光组易分受接外触界时环，境可的影影响响或且干反 应迅扰速细、菌灵的敏新等陈特代点谢。，近使年细来菌国的内发外光较强多度地下将降发或光熄细 菌应灭用。于在环一境定监毒测物，浓B度e范ck围m内an，公有司毒依物据质发浓光度细与菌发的 发光光原强理度,呈已负推相出关用线于性环关境系监，测因的而生可物使毒用性生检物测发仪光 Mi光的cr度浓ot计 度ox测 。。定水样的相对发光强度来监测有毒物质
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污染较轻的情况下，随着污染加重，集群速度G、 平衡时的物种数Seq都会增大，达到90％Seq的时间 T90%将缩短。从生态学观点看，此时营养水平适合 大多数原生动物的生长，因此种类多，丰度也大；
随着污染程度进一步加重，平衡时物种数Seq会减小， 达到90％Seq所需时间T90%将延长，集群速度G也减 小。从生态学观点看，重污染和严重污染已超出大 多数原生动物的耐受限度，在这恶劣的环境中，大 多数种类不能耐受而消失。
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第一节 水环境污染生物监测 第二节 空气污染生物监测 第三节 生物污染监测 第四节 生态监测
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第一节 水环境污染生物监测
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主要目的
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 为制定污染控制措施、保持水环境生态系统
平衡 提供依据
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采样断面和采样点的布设原则
断面要有代表性 尽可能与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
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（三）其他生物测试法
1. 水生植物生产力的测定
水生植物中叶绿素含量、光合作用能力、固氮 能力等指标的变化 2. 致诱变物质监测 其检测方法有：
微核测定 艾姆斯（Ames）试验 染色体畸变试验
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三、细菌学检验法
1. 卫生学质量的判断 在实际工作中，经常以检验细菌总数，特别是 检验作为粪便污染的指示细菌，如总大肠菌群、 粪大肠菌群、粪链球菌、肠道病毒等，来间接 判断水的卫生学质量。
第六章 环境污染生物监测
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为什么做生物监测？
瞬时值 （化学监测）
环境变化 （生物监测）
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生物监测的定义和方法
利用生物的组分、个体、种群或群落对环境 污染或环境变化所产生的反应，从生物学的 角度，为环境质量的监测和评价提供依据， 称为生物监测。
生物监测方法： 1. 生态（群落生态和个体生态 ）监测 2. 生物测试（毒性测定、致突变测定） 3. 生物的生理、生化指标测定 4. 生物体内污染物残留量测定
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表6.1 污水系统的部分生物学、化学特征
项目
多污带
α-中污带
β-中污带
寡污带
化学 还原和分解作用明 水和底泥里出现氧化 氧化作用更
过程 显开始
作用
强烈
溶解氧 没有或极微量
少量
较多
因氧化使无机 化达到矿化阶 段
很多
BOD 很高
高
较低
低
硫化氢 具有强烈的硫化氢 没有强烈硫化氢臭味 无
无
的生成 臭味
万个以下
有机物全分解
大部分氧化
数量少，每毫 升在100个以下
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（三）PFU微型生物群落监测法
（PFU）作为人工基质
沉入水体，达到平衡 （两周－四周）
将PFU水分挤至烧杯、显微镜观察
结果表达
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3个功能参数： 平衡时的物种数量Seq； 群集曲线的斜率（或称群集常数）G； 达到90％Seq所需要的时间T90％。 如果环境受到污染影响，原来的平衡遭到破坏，这3 个参数将发生改变。因此，利用微型生物在PFU上的 群集过程中3个参数的变化，可以评价水质和监测水 污染。
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生物群落监测方法
（一）生物指数监测法 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
（二）污水生物系统法 （三） PFU微型生物群落监测法
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（一）生物指数监测法
1. 贝克生物指数和贝克-津田生物指数 贝克生物指数（BI）= 2A + B
式中：A、B —分别为敏感底栖动物种类数和耐污底 栖动物种类数。 贝克生物指数：从采样点采到的底栖大型无脊椎动物
2. 利用细菌的新陈代谢能力检测废水毒性：
利用细菌的活动能力 利用用细菌生长抑制试验 利用细菌的呼吸代谢检测
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第二节 空气污染生物监测
大气污染的生物监测是利用生物对存在于大气中 的污染物的反应，监测有害气体的成分和含量， 以确定大气的环境质量水平。
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一、利用植物监测
在生物体系中，植物更易遭受大气污染的伤害， 其原因为: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。正因为植物对大气污染的反应敏 感性强，加上本身位置的固定，便于监测与管理， 大气污染的生物监测主要是利用植物进行监测。
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（一）指示植物及其受害症状
对大气污染反应灵敏，用以指示和反映大气污染 状况的植物，称为大气污染的指示植物。
空气污染物一般通过叶面上的气孔或孔隙进入植 物体内，侵袭细胞组织，并发生一系列生化反应， 从而使植物组织遭受破坏，呈现受害症状。这些 症状虽然随污染物的种类、浓度以及受害植物的 品种、曝露时间不同而有差异，但具有某些共同 特点，如叶绿素被破坏、细胞组织脱水，进而发 生叶面失去光泽，出现不同颜色（黄色、褐色或 灰白色）的斑点，叶片脱落，甚至全株枯死等异 常现象。
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1. 二氧化硫指示植物
堇菜
白杨
云杉
地衣
苔藓
白蜡树
图6.3 部分二氧化硫指示植物
总个数； ni —— 单位面积样品中第i种动物的个数； S —— 收集到的动物种类数。
d 值＜1.0: 严重污染; d 值＞3.0: 清洁
d 值1.0～3.0:中等污染；
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3. 硅藻生物指数
硅藻指数=
2A B 2C 100 A B C
式中：A——不耐污染藻类的种类数； B——广谱性藻类的种类数； C——仅在污染水域才出现的藻类种类数。
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二、生物测试法
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。
按水流方式：静水式和流水式
分
类
按测试时间分类：急性试验和慢性试验
按受试活体分类：水生生物和发光细菌等
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（一）水生生物毒性试验
水生生物毒性试验可用： 鱼类、溞类、藻类等，
水中 蛋白质、多肽等高 高分子化合物分解产 大部分有机
有机物 分子物质大量存在 生氨基酸、氨等
物已完成无
机化过程
底泥 常有黑色硫化铁存 硫化铁氧化成氢氧化 有Fe2O3存
在，呈黑色
铁，底泥不呈黑色 在
水中 细菌
大量存在，每毫升 细菌较多，每毫升在 数量减少，
可达100万个以上 10万个以上
每毫升在10
表6.2 某毒物实验结果
每组鱼数 （尾）
试验鱼成活数 24（h） 48（h）
96(h)
10
0
0
0
10
3
0
0
10
8
2
1
10
9
7
2
10
10
9
7
10
10
10
9
10
10
10
10
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图6.2 用直线内插法求TLm
48TLm 0.3 安全浓度= (24TLm/48TLm)2 安全浓度= 48 TLm×0.1
未污染水体
敏感生物消亡 抗性生物旺盛 群落结构单一
污染水体
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水污染指示生物
浮游生物
浮游动物（原生 动物、轮虫、枝 角类和桡足类 ） 浮游植物－藻类
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
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半数忍受限度（TLm），即半数存活浓度。求TLm值 的简便方法是将试验鱼存活半数以上和半数以下的数 据与相应试验液毒物（或污水）浓度绘于半对数坐标 纸上（对数坐标表示毒物浓度，算术坐标表示存活 率），用直线内插法求出。
毒物浓度 （mg/L）
10.0 7.5 5.6 4.2 3.2 2.4 对照组
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
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生物监测主要方法
一、生物群落监测方法 二、生物测试法 三、细菌学检验法
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一、生物群落监测方法
多种水生生物 生态系统平衡