第五章 生物监测法

表6-1河、湖、库淡水生物监测项目及频率
二、生物群落监测方法


理论依据
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。
环境污染生物监测
生物监测
定义：当空气，水体，土壤等环境要素受到污染后，生
物在吸收营养的同时，也吸收了污染物，并在体内迁移， 积累，从而遭受污染。受到污染的生物，在生态，生理和 生化指标，污染物在体内的行为等方面会发生变化，出现 不同的症状或反应，利用这些变化来反应和度量环境污染 程度的方法称为 生物监测法
试验特点


静水式生物试验： 适用于试液毒物成分稳定， 耗氧量低的污水或毒物 流水式生物试验：适用于慢性毒性试验，可以 保证试液浓度，防止试验生物代谢产物的蓄积， 保证试液有较高的溶解氧 急性毒性试验：在24~96h内即能显示被测物对 试验生物的致死或其他有害效应的测试 慢性毒性试验：测定低浓度毒物对试验生物全 活动周期的影响试验。常以存活，生长，产卵和 孵化率等为指标

生物监侧的种类： 生态 （群落，个体生态）监测；生物 测试（毒性测定，致突变测定等）；生物的生理，生化指 标测定； 生物体内污染物残留量的测定等。
生物监测的任务
对环境中各种生物指标进行定期或临时的监测，了解污 染物对生物的危害和影响，从而判定环境污染的类型和 程度 通过对自然环境和污染环境长期积累的监测资料和趋势 分析，为政府制定法规，环境质量标准，环境质量控制 对策和环境管理提供可靠依据 积极展开生物监测技术研究，促进生物监测技术发展。


第一节
水环境污染生物监测
一、水环境污染生物监测的目的、样品采集和监测项目
一、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 二、样品采集：尽可能与化学监测 断面一致，采样点数使视具体情 况而定 三、监测项目:
三、 生物测试法

一、水生生物毒性试验 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

进行水生生物毒性试验可用鱼类、藻类等，其中以鱼 类毒性试验应用较广泛。鱼类对水环境的变化反应十分灵 敏，当水体中的污染物达到一定浓度或强度时就会引起一 系列的中毒反应。
第二节 空气污染生物监测

生物监测法是通过生物（动物、植物、微生物）在 环境中的分布，生长发育状况及生理生化指标和生态系 统的变化来研究环境污染情况，测定污染物毒性。
一、利用植物监测

一、指示植物及其受害症状 1、指示植物


2、受害症状
二、监测方法 1、栽培指示植物监测法 2、植物群落监测法 3、其他监测法
（二）生物指数监测法
运用数学公式计算出的反映生物种群或群落结构变化， 以评价环境质量的数值。

贝克生物指数 将从采样点采到的底栖大型无脊椎动物分两类，即不 耐有机污染物的敏感种和耐有机污染物的耐污种，按下式 计算生物指数： 生物指数（BI）=2A+B 式中：A 、B分别代表敏感底栖动物种类和耐污底栖 动物种类数； 当BI>10时，为清洁水域；当BI为1 ～6时，为中等 污染水域；当BI=0时，为严重污染水域。
常用生物监测手段
水污染：① 利用指示生物进行环境监测；② 利用水 生生物群落结构变化监测水污染；③ 水污染的生物测试， 通过生物生理机能变化来测试水质污染状况 大气污染： ① 利用指示植物监测大气污染； ② 测 定植物污染物的含量，估测大气污染状况； ③ 观测植 物的生理生化反应，对大气污染的长期效应做出判断 土壤 较少
能反映一个地区的污染历史

1、指示植物
2、受害症状
SO2监测植物——矮牵牛
（二）监测方法
利用植物对大气污染物的反应，监测有害气体的成
分和含量，达到了解大气环境质量状况，称之为大 气污染的生物监测 栽培指示植物监测法 植物群落监测法 其他监测法

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培植，待生长 到适宜大小时，移至监测点，观测它们受害症状和程度。 植物指示器如图所 示
4、硅藻生物指数
用作计算生物指数的生物除底栖大型无脊椎动物外，也有 用浮游藻类的，如硅藻指数： 2A+B-2C 硅藻指数= X100 A+B-C 仅在污染水域才出现 的藻类种类数 不耐污染藻 类的种类数 广谱性藻类的 种类数
（三）污水生物系统法


将受有机物污染的河流按其污染程度和自净 过程划分为几个互相连续的污染带，每一带生 存着各自独特的生物(指示生物) 根据河流的污染程度，通常将其划分为四个 污染带，即多污带，α-中污带、β-中污带和 寡污带。各污染带水体内存在着特有的生物种 群。

毒物最大允许浓度 （Maximum allowable toxicant concentration, 简称MATC): 指在 承受排放的天然水体中可溶许存在而不对生 产力或其他用途有不良影响的浓度 MATC也是在慢性试验中，毒物对受试生物 无影响的最高浓度和有影响的最低浓度之间 的阈浓度


（三）其它方法 生产力测定：叶绿素含量、光合作用能力、固氮能力等； 致突变和致癌物质的检测方法有：微核测定、艾姆斯 （Ames)试验、染色体畸变试验等。
四、细菌学检验法


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 1、水样采集 采集细菌学检验用水样，必须严格按照无菌操作要求进 行；防止在运输过程中被污染，并应迅速进行检验。一般 从采样到检验不宜超过2小时；在10℃以下冷藏保存不得超 过6小时 采集江、河、湖、库等水样，可将采样瓶沉入水面下 10—15cm处，瓶口朝水流上游方向，使水样灌入瓶内。需 要采集一定深度的水样时，用采水器采集。采集自来水样， 首先用酒精灯灼烧水龙头灭菌或用70%的酒精消毒，然后放 水3分钟，再采集约为采样瓶容积的80%左右的水量。
（二）发光细菌法
发光细菌是一种非致病的革兰氏阴性兼性厌氧微生物，他 们在适当条件下能够发出肉眼可见的蓝绿色光。当发光菌 与毒性组分接触时，可影响或干扰细菌的新陈代谢，使细 菌的发光强度下降或熄灭。在一定毒物浓度范围内，有毒 物质浓度与发光强度呈负相关线性关系，因而可以使用生 物发光光度计测定水样的相对发光强度来监测有毒物质的 浓度。
细菌学检验法

水样采集 细菌总数的测定
细菌总数是指1mL 水样在营养琼脂培养基中，于37℃
经 24h培养后，所生长的细菌菌落（CFU）的总数。 程序如下： 灭菌 接种 计数 总大肠菌群的测定 其它粪便污染指示细菌的测定 粪大肠菌群 沙门氏菌 链球菌



2、细菌总数的测定 细菌总数是指1mL水样在营养琼脂培养基中，于37℃ 经24小时培养后，所生长的细菌菌落（CFU）的总数。它 是判断饮用水、水源水、地表水等污染程度的标志 3、总大肠菌群的测定 总大肠菌群是指那些能在35℃、48小时之内使乳糖 发酵产酸、产气、需氧及兼性厌氧的、革兰氏阴性的无 芽孢杆菌，以每升水样中所含有的大肠菌群的数目表示 4、其它粪便污染指示细菌的测定 粪大肠菌群、沙门氏菌、链球菌等

1、方法原理 2、测定要点 3、结果表示（参数）
方法原理


微型生物群落是指水生态系统中在显微镜下才能看 到的微小生物，包括细菌、真菌、藻类、原生动物和 小型后生动物等。它们彼此间有复杂的相互作用，在 一定的生境中构成特定的群落，其群落结构特征与高 等生物群落相似。当水环境受到污染后，群落的平衡 被破坏，种数减少，多样性指数下降，随之结构、功 能参数发生变化 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
3 生物种类多样性指数
该指数的特点是能定量反映群落中生物的种类、数量、 及种类组成比例变化信息。如沙农-威尔姆的种类多样性指 s 数计算公式：
d=−
i=1
ni ni log N 2N
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总个数； ni-单位面积样品中第i种动物个数； S-收集到的动物种类数。 d<0 严重污染； d在1.0 ～3.0 中度污染 d>3.0 清洁。
大气污染对植物的影响


对群落的影响（敏感种消失，抗性强的保留甚至发 展） 对个体的影响 （生长减慢，发育受阻，失绿发黄和 早衰等） 对组织器官的影响 （叶组织坏死，叶面出现伤斑） 对细胞和细胞器的影响 （细胞膜系统的适应性被破 坏，引起水份和离子平衡失调） 对酶系统的影响 （影响生化反应，导致代谢破坏）

在慢性毒性试验中，常用受试鱼生产指数来测 定毒物最大容许浓度，所谓鱼生产指数，是鱼正 常生长和繁殖后代的指数 应用系数 （Application factor, 简称AF）： 根据急性毒性试验求的LC50或TLM推算毒物对鱼类 安全浓度的一种常数 K (应用系数） = 毒物最大允许浓度/ 96小时 LC50



指示植物 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 监测方法 （1）、栽培指示植物监测法 （2）、植物群落监测法 （3）、其他监测法
指示植物的作用


能综合反映大气污染对生态系统的影响 能较早的发现大气污染

能监测出不同的大气污染
术语

Biblioteka Baidu
致死浓度 （Lethal Concentration, 简称LC）： 是足以使受试生物死亡的毒物浓度 半致死浓度（Median lethal Concentration 简称LC50) ：造成50％的受试生物在一定观察期 内死亡的浓度 半数存活率或半数忍受限（Median tolerance Limit, 简称TL M )：指在一定时期内使受试生物 50％存活的毒物浓度。

根据试验水所含毒物浓度的高低和暴露时间的 长短，毒 性试验可分为急性试验和慢性试验

毒性试验方法可分为静水式试验和流水式试验 两大类
前者是把受试生物放于不流动的试验溶液中， 测定污染物的浓度与生物中毒反应之间的关系， 从而确定污染物的毒性；后者把受试生物放于连 续或间歇流动的试验溶液中，测定污染物浓度与 生物反应之间的关系。
贝克-津田污染指数
津田松苗在对贝克指数多次修改的基础上，提出不限 于在采集点采集，而是在拟评价或监测的河段把各种底栖大 型无脊椎动物尽量采到，再用贝克公式计算，所得数值与水 质的关系为BI ≥20,为清洁水区；10<BI<20，为轻度污染水 区；6<BI ≤10，为中等污染区； 0<BI ≤6，为严重污染水 区。




水污染指示生物是指能对水体中污染物产生各种定性、定量 反应的生物，如浮游生物、着生生物、底栖动物、鱼类和微 生物等 浮游生物是指悬浮在水体中的生物，可分为浮游动物和浮游 植物两大类，它们多数个体小，游泳能力弱或完全没有游泳 能力，过着随波逐流的生活 着生生物（即周丛生物）是指附着于长期浸没水中的各种基 质（植物、动物、石头、人工）表面上的有机体群落 底栖动物是栖息在水体底部淤泥内、石块或砾石表面及其间 隙中，以及附着在水生植物之间的肉眼可见的水生无脊椎动 物，其体长超过2mm，亦称底栖大型无脊椎动物 微生物 在清洁的河流、湖泊、池塘中，有机质含量少，微 生物也很少，但受到有机物污染后，微生物数量大量增加， 所以水体中含微生物的多少可以反映水体被有机物污染的程 度
表6-2污水系统生物学、化学特征
多污带 （polysaprobic zone )
α- 中污带 ( α-mesosaprobic zone )
β-中污带 ( β- mesosaprobic zone ) 寡污带 ( oligosaprobic zone ）
（四） PFU微型生物群落监测法（PFU法）