环境污染生物监测

溶解氧 没有或极微量 BOD 很高 硫化氢 具有强烈的硫化氢 的生成 臭味 水中 蛋白质、多肽等高 有机物 分子物质大量存在 底泥 常有黑色硫化铁存 在，呈黑色 大量存在，每毫升 可达100万个以上
大部分有机 有机物全分解 物已完成无 机化过程 有Fe2O3存 在 大部分氧化
水中 细菌
数量减少， 数量少，每毫 每毫升在10 升在100个以下
指示植物及其受害症状
指示植物是指受到污染物的作用后能较敏感和快 速地产生明显反应的植物，可以选择草本植物、 木本植物及地衣、苔藓等 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。
生物污染监测
生物污染监测就是应用各种检测手段测定生物体 内的有害物质，以便及时掌握被污染的程度。 生物污染监测的步骤：

生物样品的采集 生物样品制备 预处理
污染物的测定
一、生物对污染物的吸收及在体内 分布
(一) 植物对污染物的吸收及在体内分布 空气污染物主要通过粘附、从叶片气孔或茎部皮 孔侵入方式进入植物体； 植物通过根系从土壤或水体中吸收水溶态污染物。 从土壤和水体中吸收污染物的植物，一般分布规 律和残留含量的顺序是：根>茎>叶>穗>壳>种子
PFU监测原理
PFU的挂放
• 1969年Cairns首次使用聚氨酯泡沫塑料块 (Polyurechane Foam Unit，简称PFU)采 集水体微型生物群落； • 根据生物地理平衡模型及微型生物在PFU 上群集的过程，提出了3个功能参数：
– 平衡时的物种数量Seq； – 群集曲线的斜率(或称群集速度常数)G； – 达到90％Seq所需要的时间T90％
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。
表6.2为污水系统的部分生物学、化学特征。
污水系统的部分生物学、化学特征
项目 化学 过程 多污带 还原和分解作用明 显开始 α-中污带 水和底泥里出现氧 化作用 少量 高 没有强烈硫化氢臭 味 高分子化合物分解 产生氨基酸、氨等 硫化铁氧化成氢氧 化铁，底泥不呈黑 色 细菌较多，每毫升 在10万个以上 β-中污带 寡污带 氧化作用更 因氧化使无机 强烈 化达到矿化阶 段 较多 较低 无 很多 低 无
其他监测法 剖析树木的年轮，可以了解所在地区空气 污染的历史。 空气污染可以导致指示植物一些生理生 化指标的变化，如光合作用、叶绿素、体内酶 的活性、细胞染色体等指标的变化，故通过测 定这些指标可评估空气污染状况。 通过测定植物体内吸收积累的一些污染 物含量，也可以评价空气污染物的种类和污染 水平。
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。
水生生物群落监测方法
• 一、生物群落监测方法 • 二、生物测试法 • 三、细菌学检验法
生物群落监测方法
表6-5 排放SO2的某化工厂附近植物群落受害情况
植 物 受 害 情 况 80％～100%叶片受害，甚至脱落 叶片有明显大块伤斑，部分植株枯死 50%左右叶面积受害，叶片脉间有点、块状伤斑 30%左右叶面积受害，叶脉间有轻度点、块状伤斑 10%左右叶面积受害，叶片上有轻度点状斑 无明显症状 悬铃木、加拿大白杨 桧柏、丝瓜 向日葵、葱、玉米、菊、牵牛花、 月季、蔷薇、枸杞、香椿、乌柏 葡萄、金银花、枸树、马齿苋 广玉兰、大叶黄杨、栀子花、腊梅
水环境污染生物监测
对水环境进行生物监测的主要目的: 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 控制污染措施，使水环境生态系统保持 平衡提供依据。
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

二氧化硫指示植物
苔藓
白蜡树
云杉
光化学氧化物指示植物
菠菜
洋葱
葡萄
氟化物指示植物
郁金香
金钱草
葡萄
乙烯的指示植物
兰花 黄瓜 番茄
氮氧化物指示植物
番茄
烟草
向日葵
监测方法
1.栽培指示植物监测法 先将指示植物在没有污染的环境中盆栽或地栽 培植，待生长到适宜大小时，移至监测点观察它们 的受害症状和程度。
着生生物－附着于长期浸没水中
水污染指示生物
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。
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 鱼类 微生物
监测方法
• （一）生物指数监测法（贝克生物指数 、 Biblioteka Baidu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（简称 PFU法
生物污染监测的意义
• 一.较早发现污染，并初步判断类型及程度 （指示生物） • 二.能够反映一个地区的污染历史（生长年 轮；体内含量；毛发；指甲） • 三.能够综合反映环境污染对生态系统的影 响程度（综合影响的对生物危害） • 四.保护生物，保护生态环境 • 五.发现生物污染，防止对人类的食物污染 • 六.研究和预测环境污染与人类健康的关系
硅藻生物指数
• 硅藻指数=
• 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。 • 硅藻指数0～50为多污带；硅藻指数50～100为 • α-中污带；硅藻指数100～150为β-中污带；硅藻 • 指数150～200为轻污带。
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
利用动物监测
（一）利用动物个体的异常反应 对矿井内瓦斯毒气敏感的动物
金丝雀
鸡 老鼠
不易直接接触污染物的潜叶性昆虫、虫瘿昆虫、 体表有蜡质的蚧类增加，下图为部分该类昆虫。
潜叶蛾
红蜡蚧
瘿蚊
利用微生物监测
• 空气不是微生物生长繁殖的天然环境，故没有固定的微 生物种群，它主要通过土壤尘埃、水滴、人和动物体表的 干燥脱落物、呼吸道的排泄物等方式带入空气中。空气中 微生物区系组成及数量变化与空气污染有密切关系，可用 于监测空气质量。 • 室内空气中的致病微生物是危害人体健康的主要因素之 一，特别是在温度高、灰尘多、通风不良、日光不足的情 况下，生存时间较长，致病的可能性也较大，在居室空气 卫生标准中都规定微生物最高限量指标。 • 因为直接测定病原体有一定困难，故一般推荐细菌总数 和链球菌总数作为室内空气细菌学的评价指标。
有机污染物质进入动物体后，除很少一部分水 溶性强，分子量小的毒物可以原形排出外，绝大部 分都要经过某种酶的代谢（或转化），从而改变其 毒性，增强其水溶性而易于排泄。 无机污染物质，进入动物体后，一部分参加生 化代谢过程，转化为化学形态和结构不同的化合物， 也有一部分直接于细胞各部分。 各种污染物质经转化后，其排泄途径主要通过 肾脏，消化道和呼吸道，也有少量随汗液，乳汁等 分泌液排出。
（1）能溶解于体液的物质，如钠，钾，氟等离子， 在体内分布比较均匀 （2）镧，锑，钍等三价和四价阳离子，水解后生 成胶体，主要蓄积于肝或其他网状内皮系统 （3）与骨骼亲和形较强的物质，如铅，钙等二价 阳离子在骨骼中含量较高 （4）对某一器官具有特殊亲和性的物质，则在该 种器官中蓄积较多 （5）脂溶性物质，如有机氯化合物（六六六，DDT 等）易蓄积于动物体内的脂肪中。
PFU微型生物群落监测法
• PFU法是以聚氨酯泡沫塑料块（PFU）作为人工基质沉入 水体中，经一定时间后，水体中大部分微型生物种类均可 群集到PFU内，达到种数平衡，通过观察和测定该群落结 构与功能的各种参数来评价水质状况。还可以用毒性试验 方法预报废水或有害物质对受纳水体中微型生物群落的毒 害强度，为制定安全浓度和最高允许浓度提出群落级水平 的基准。 • 根据水环境条件确定采样时间，一般在静水中采样约 需四周，在流水中采样约需两周；采样结束后，带回实验 室，把PFU中的水全部挤于烧杯内，用显微镜进行微型生 物种类观察和活体计数。
未受污染的环境水体中生活着多种多样的水生生物，
这是长期自然发展的结果，也是生态系统保持相 对平衡的标志。当水体受到污染后，水生生物的 群落结构和个体数量就会发生变化，使自然生态 平衡系统被破坏，最终结果是敏感生物消亡，抗
性生物旺盛生长，群落结构单一，这是生物群落
监测法的理论依据。
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
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。 当然，这种方法也有其固有的局限性。例如，对 污染因子的敏感性随生活在污染环境中时间的增 长而降低，专一性差，用来进行定量困难，费时 等。

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，加上本身位臵的固定，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。
（二）动物对污染物的吸收及在体内分布 环境中的污染物一般通过呼吸道、消化道、皮肤等 途径进入动物体内; 水和土壤中的污染物质主要通过饮用水和食物摄入， 经消化道被吸收;

脂溶性污染物质通过皮肤吸收后进入动物肌体。
动物吸收污染物质后，主要通过血液和淋巴系统 传输到全身各组织发生危害。按照污染物性质和进 入动物组织的类型不同，大体有以下五种分布规律：
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。 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； 但随着污染程度进一步加重，平衡时物种数Seq会减少，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。
1.气泵；2.针型阀；3.流量计；4.活性炭 净化器；5.盆栽指示植物
植物监测器示意图
植物群落监测法 先通过调查和试验，确定群落中不同种植物对污 染物的抗性等级，将其分为敏感、抗性中等和抗性强 三类。如果敏感植物叶部出现受害症状，表明空气已 受到轻度污染；如果抗性中等的植物出现部分受害症 状，表明空气已受到中度污染；当抗性中等植物出现 明显受害症状，有些抗性强的植物也出现部分受害症 状时，则表明已造成严重污染。
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
生物监测的特点
• a 长期性 • 理化监测只能代表取样期间的情况；而生活于一定区域 内的生物，能把一定时间内环境变化情况反映出来。 • b 综合性 • 理化监测只能检知各种成分的类别和含量，但不能确切 地说明对生物有机体的影响；而生物检测能反映环境诸因 子，多成分综合作用的结果，能阐明整个环境的情况。 • c 富集性 • d 灵敏性
环境污染生物监测
定义：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。
主讲内容
生物监测方法 生物监测的特点 生物污染监测的意义 2 空气污染监测 3 生物污染监测 4 生态监测 1 水环境污染生 物监测
思考
生物监测方法：