第四章 环境质量的生物监测与生物评价

二、生物监测（Biomonitoring）
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。
与理化监测相比，生物监测有何优缺点？
• 能直接反映环境质量对生态系统的影响 • 不需购置昂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
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。
浮游生物监测法的具体步骤
• • • •
采样 检验标本的制作 计数 生物量的测定：叶绿素a法；生物体积法；重量法；ATP测定
3.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。
化学环境质量是指周围化学环境条件的好坏，不同地区各环 境要素的化学组成不同，它们的化学环境质量也不二样。人 类活动造成的化学污染可以降低化学环境质量。 生物环境质量是自然环境质量的重要组成部分，它是指周围 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 特点不同，其生物环境质量也有差别。 2、社会环境质量包括经济的、文化的及美学的等各方面。各 地区发展程度不同，社会环境质量有明显的差别。
表4－2 某化工厂30～50m范围内植物受害情况
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3～10 ppm。
地衣、苔藓监测法
地衣、苔藓作为指示植物的特点
第四章 环境质量的生物监测与生物评价
本章将讨论以下内容：
生物监测和环境质量评价概念 生物监测与评价 生态环境质量评价 化学品生态风险评价 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
一、环境质量定义及基本内涵
（一）环境质量的定义 环境质量（ Environmental Quality ）：指环境素质的优 劣程度。优劣是质的概念，程度是量的表征。
• 细菌总数指1mL水样在营养琼脂培养基中，于37℃、24小
时培养后所生长的细菌菌落总数。
• 它可反映水体有机污染的程度，如每1毫升自来水中细菌
总数不得超过100个。
大肠菌群数
• 大肠杆菌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
环境质量评价涉及到：
环境质量基准（ Environmental Quality Criteria）
• 指环境因素在一定条件下作用于特定对象（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（ Environmental Quality Standard）
含量，精度不高，易受环境因素的影响如季节和地理环 境等
第二节 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Hale Waihona Puke Baidu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 • 美国威斯康星地区湖泊中的软水指示植物为Gratiola，硬水 指示植物为Ranunculus aquatilis。 • 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：安徽的海州香薷只 在安徽指示铜矿，在北方则无此作用。
• 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
二、水污染的生物监测
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
1.水污染的细菌学监测
水污染的细菌学监测指标有以下两个： 细菌总数
一、大气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
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。 指示植物的选择原则： • 对污染物敏感；受污染后的症状明显；干扰症状少； 生长期长，能不断萌发新叶；栽培管理和繁殖容易； 并尽可能具有一定的观赏或经济价值，以起到美化环 境和监测环境质量的双重作用。
2.浮游生物监测法
浮游生物定义：在海洋、湖泊及河川等水域的生物中，那些自 身完全没有移动能力，或者有也非常弱，因而不能逆水流而动， 而是浮在水面生活，这类生物总称为浮游生物。 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
实例：某化工厂附近的植物群落调查
实例：某化工厂30～50m范围内植物受害情况说明及分析
植物名称 悬铃木、加拿大白杨 桧柏、丝瓜 受 害 情 况 80％或全部叶片受害，甚至脱落 叶片有明显大块伤斑，部分植物枯死
向日葵、葱、玉米、菊花、 50％左右叶面积受害，叶脉间有点、 牵牛花 块状伤斑 月季、蔷薇、枸杞、香椿、 80％左右叶面积受害，叶片有轻度点、 乌桕 块状伤斑 葡萄、金银花、构树、马 齿苋 广玉兰、大叶黄杨、腊梅 10％左右叶面积受害，叶片有轻度点 状伤斑 肉眼观察无明显症状
• 为了评价环境质量，人们研究并确定了一系列具有代表性
的环境指标，对这些指标进行定期的或连续的监测、观察 和分析其变化称为环境质量监测。 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。
（四）环境质量调控与质量预测
环境质量预测：是对环境质量未来趋势所做的判断，是环境 科学的重要组成部分，是制定环境法规，对环境进行科学管 理，以及规划区域性人口、资源、生产布局的重要的基础性 依据。 环境质量调控：狭义：是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量。 广义：采取人工手段，使环境要素变化不超过或者能够达到 一定的标准。
1、指示植物 、
2、受害症状 、
SO2监测植物 监测植物——矮牵牛 监测植物 矮牵牛
指示植物的选择方法 • 现场比较评比法 • 栽培比较试验法 • 人工熏气法 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 受伤阈值， 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 受伤阈值指引起指示植物受害的污染气体的最 受伤阈值 低浓度和暴露时间。
（二）环境质量的基本内涵 1、自然环境质量和社会环境质量两个方面，它包括物理的、化 学的和生物的质苎：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。 物理环境质量：指周围物理环境条件的好坏，自然界气候、水文、 地质、地貌等条件的变化，人为的热苎柔、噪声污染、微波辐射、 地面下沉以及自然灾害等都能影响物理环境质量。
植物群落监测法
植物群落监测法
• 该法是利用植物群落 植物群落中各种植物对环境污染的反应估测大气 植物群落
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。
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
度等也逐渐增高并且在树干上的分布高度也升高。
植物监测的其他方法
• 是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，具有一定的主观性。
（三）环境质量调查、监测及评价
环境质量调查：是为了了解环境的质量状况而进行的一系列 工作，调查的主要内容是环境背景值、自然环境状态、区域 污染状况、人为干扰下环境的演变规律，以及环境因素的危 害效应等。 环境质量监测
• 这两类植物对二氧化硫 氟化氢 二氧化硫和氟化氢 二氧化硫 氟化氢等的反应比高等植物敏感；
• •
• • • •
例如SO2年平均浓度在0.015～0.105 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。
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
思考： 应用植物监测应注意哪些问题？采取哪些措施？
（2）测定方法
细菌总数：指1ml水样接种于普通琼脂培养基中，在37度 下培养24h，计数生长的菌落数。一般采用平皿法。 大肠杆菌： 发酵法：大肠杆菌能使乳糖发酵产酸产气。将不同稀释 度的水样分别接种入含有乳糖等糖类的培养液中，经 过37度培养24h，观察产酸产气情况初步判断是否有大 肠杆菌存在。 滤膜法：选用045-065微米的微孔滤膜，通过抽滤使一定 的水样通过，将水中的细菌截留在滤膜上。将滤膜不 截菌的一面贴附在固体培养基上进行培养，通过菌落 特征和镜检初步确定是否有大肠杆菌。
思考：
大肠菌群为何用其作为水质粪便污染的指示菌？
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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。
测量方法
（1）水样的采集与保存 无菌操作 自来水：酒精灯水龙头灭菌，完全打开，放水3分钟， 排除死水。如果水样中含氯，预先在采样瓶中加入3% 的硫代硫酸钠。 江河湖海的水样：用事先灭菌的采水器，距水面1015m采集水样。 原则上立即送检，不超过2h；1-5度冷冻保存，不超过 6h。
• 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。
大气污染的 细菌总数测定
空气污染的微生物学评价指标