生物监测与环境质量评价

NH3
大多为脉间点块 状伤斑，伤斑褐 色或褐黑色，与 正常组织之间界 限明显，症状出 现较早，稳定得 快。
NOx：
大多为叶脉间 不规则形伤斑， 呈白色，黄褐 色、或棕色， 有时出现全叶 点状斑。
氮氧化物指示植物
向日葵 烟草
菠菜
秋海棠 番茄
O3
大多为叶面散布 细密点状斑，呈棕 色或黄褐色，少数 为脉间块斑。
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
是一类通过生物（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质量状况 的环境监测技术方法。
生物监测方法的优缺点
金丝雀
鸡
金翅雀
老鼠
对矿井内瓦斯毒气敏感的动物；攻击伊拉克时美国除了配备最先进的化学监测仪器以 外还养了一些小鸡以便在遇到毒气时尽早报警
对SO2敏感的动物
金丝雀
狗 家禽
8.2.1 大气污染的植物监测
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和免疫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。
大气污染的植物监测 ——利用植物对大气污染的反应，监测有害气体的成分
和含量以了解大气环境质量状况。
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
第8章 生物监测及环境质量评价
8.1 生物监测概述 8.2 大气污染生物监测 8.3 水污染的生物监测 8.4 土壤污染的生物监测
生物与其生存环境之间存在着相互影响，相互制约，相互依 存的密切关系，生物需要不断地直接或间接从环境中吸取营 养，进行新陈代谢，维持自身生命。
当环境受到污染后，生物在吸收营养的同时，也吸收了污染 物质，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，可以利用这些变化来 反映和度量环境污染的程度，从而实现对环境的生物监测。
C2H4
叶片发生不正常 的偏上生长（叶 片下垂），或失 绿黄化，并常常 发生落叶、落花、 落果以及结实等 不正常的现象。
乙烯的指示植物
兰花
番茄
皂荚树
万寿菊
黄瓜
扩展：净化室内空气的植物
1.龟背竹 “龟背竹本领强，二氧化碳一扫光”。龟背竹又名龟
背蕉、蓬来蕉、电线莲、透龙掌，常绿藤本植物。它夜间
推荐的大气污染指示生物
优缺点
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。
HF
常见的指示植物：唐菖蒲、郁金 香、金荞麦、杏、葡萄、小苍兰、 金线草、梅、紫荆、雪松（幼嫩 叶）、落叶松、欧洲赤松等。
氟化物指示植物
郁金香
雪松
慈竹 金钱草
葡萄
唐菖蒲
杏树
Cl2
大多为脉间点块状伤斑， 伤斑褐色或褐黑色，与正 常组织之间界线明显，症 状一般出现较早，稳定得 快。
常见的指示植物：芝麻、 荞麦、向日葵、大马蓼、 藜、万寿菊、鸡冠花、大 白菜、萝卜、桃树、枫杨、 雪松、落叶松、油松。
石竹
“草石竹铁肚量，能把毒气打扫光”。石竹又名洛阳花、草石竹，多
年生草本植物，石竹种类很多，夏秋开花。它有吸收二氧化硫和氯化物的本 领，凡有类似气体的地方，均可以种植石竹。
海桐
“七里香降烟雾，又是隔音好植物”。海桐又名宝珠香、七里
香，为常绿灌木，夏季开花，叶片嫩绿光亮，四季常青不凋。它能吸 收光化学烟雾，还能防尘隔音。
对污染物反应敏感，受污染后的反应症状明显，且干扰少； 生长周期长，能不断萌发新叶； 栽培管理和繁殖容易； 尽可能具有的观赏和经济价值。
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 水韮是指示水流污染的植物。它很娇气，虽然生长在河里，但水不流动或略有污 染，便不再生长，或者死亡。而在山间无污染的小溪中却长得很好。 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
（4）现场盆栽定点监测法
将监测用的指示植物栽培在污染区的监测点上，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。
（5）地衣苔藓监测法
地衣和苔藓对SO2和HF反应敏感（其中SO2 0.0150.105mg/m3可使地衣全部死亡，大于0.017 mg/m3时，大多数 苔藓植物就不能生存），根据这两类植物的多度、盖度、频 度和种类、数量的变化绘出污染分级图，以显示大气污染的 程度、范围和污染历史。
常见大气污染的指示植物
常见有害气体对植物伤害的典型症状
症状主要出现在叶脉间，呈现大小不等的，无一定分布规律的点、块状 伤斑，与正常组织之间界线明显，也有少数伤斑分布在叶片边缘，或全 叶褪绿黄化。伤斑颜色多为土黄或红棕色，但伤斑的形状、分布和色泽 因植物种类和受害条件的不同会有一定的变化，幼叶不易受害。
SO2
常见的指示植物：地衣、苔藓、紫 花苜蓿、荞麦、金荞麦、芝麻、向 日葵、曼陀罗、落叶松、马尾松、 枫杨、加拿大白杨、杜仲、水杉、 雪松（幼嫩叶）、胡萝卜、葱、菠 菜、莴苣、南瓜。
部分二氧化硫指示植物
堇菜 地衣
白杨 苔藓
云杉
白蜡树
棉花
伤斑多半分布在叶尖和叶缘，与正常组织之间有一明显的暗红色界线，少 数为脉间伤斑，幼叶易受害。另外，伤斑的分布与叶片的厚薄、叶脉的粗 细和走向也有一定的关系，通常侧脉不明显或细弱的叶片受害斑多连成整 块，位置也不固定；侧脉明显的叶片伤斑多分散在脉间；平行脉叶片的受 害部分常在叶尖或叶片的隆起部位；叶质厚硬的叶片伤斑常分布在主脉两 侧的隆起部位或叶缘；大而薄的叶片伤斑多分布在边缘，常连成大片。
月季、蔷薇
“月季蔷薇肚量大，吞进毒气能消化”。这两种花卉较多地吸
收硫化氢、氟化氢、苯酚、乙醚等有害气体，减少这些气体的污染。
吊兰、芦荟
“吊兰芦荟是强手，甲醛吓得躲着走”。这两种花卉
可消除甲醛的污染，使空气净化。
菊花、铁树、生长藤
“菊花铁树生长藤，能把苯气吸干净”。这三种花卉，都有吸苯的本
领，可以减少苯的污染。
常见的指示植物： 烟草、矮天牛、马 唐、燕麦、洋葱、 萝卜、马铃薯、女 贞、皂荚、丁香、 葡萄、牡丹。
O3的指示植物
菠菜 马铃薯
洋葱
葡萄
矮牵牛花
黄瓜
PAN 过氧乙酰硝酸脂
叶片背面变为银白 色，棕色、古铜色 或玻璃状，不呈点、 块状伤斑，有时在 叶片的先端，中部 或基部出现坏死带。
常见的指示植物： 早熟禾、矮牵牛、 繁缕和菜豆等。
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、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
8.1 生物监测（Biological Monitoring ）概述
定义
利用生物个体、种群、群落以及生态系统等各级生物水平对环 境污染物的生物学反应为指标来检测环境的污染状况。即用生 物作指标对环境质量变化进行指示，从生物学的角度对环境质 量变化进行监测，为环境质量的评价提供依据。
两个基本条件：对比性、可重复性
主要监测方法：
指示植物法 现场调查法 植物群落监测法 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
（1）指示植物监测法
通常敏感植物对大气污染反应最快，最容易受害，最先发 出污染信息，出现污染症状，因此可根据此来判断大气污 染状况。
指示植物一般应具备条件：
优点
1.能综合反映环境污染状况； 2.监测灵敏度高，能早期发现环境污染； 3.方法简便，成本低，不需购置昂贵的精密仪器； 4.具有连续监测功能；
缺点
1.不能象理化监测仪器一样迅速作出反应； 2.不能像仪器那样精确地监测出环境中某些污染物的含量； 3.通常只能反映出个监测点的相对污染或变化水平。 4.易受到各种环境因素的影响 5.易受到监测生物生长发育状况的影响
行脉间出现斑点或条状坏健康组织 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
（2）现场调查法
在污染区内调查原有植物生长发育状况，初步查明 大气污染与植物生长之间的关系。
1 选择观察点（布点） 2 调查了解主要大气污染物的种类、 浓度和分布扩散规律 3 选择观察对象 4 根据调查目的和人力条件确定观 测时间 5 确定观测项目 6 根据调查和资料对比分析，确定 各种植物对有害气体的抗性等级
监测生物的选择应遵循的原则
1. 对环境污染敏感并具有特异性反应的生物（如唐菖蒲的敏 感种暴露在10×10-9的HF，20 h就有明显的受害症状，而泡 桐在吸氟量达到1.06×10-5却无受害症状）
2. 遗传稳定、对同一的环境污染反应个体差异小、发育正常 的健康生物。
3. 易于繁殖和管理的常见生物
4. 尽量选择既具有监测功能有具有其它功能的生物（大气 污染物监测，选择监测植物时，可兼顾绿化观赏价值和监 测功能于一体）。
8.2 大气污染生物监测与评价
利用植物对大气污染的反应，监测有害气体的成分 和含量以了解大气环境质量状况，称之为大气污染生物 监测。包括植物监测和动物监测。
但由于动物对环境的特性和管理困难，目前尚未形 成一套完整的监测方法。而植物位置相对固定、管理方 便且对大气污染敏感等特点，因而在大气污染监测中被 广泛应用。
有很强的吸收二氧化碳的特点，比其他花卉高6倍以上。
2.美人蕉
“美人蕉抗性强，二氧化硫它能降”。美人
蕉又名红花蕉、苞米花、凤尾花、宽心姜。它对 二氧化硫有很强的吸收性能。
石榴
“花石榴红似火，既观花又观果，空气含铅别想躲”。石榴又
名安石榴、海石榴、丹若。花谚说，室内摆一两盆石榴，能降低空气 中的含铅量。
（3）植物群落监测法
植物群落和周围环境有着密切的关系，环境条件的变化 可以直接或间接影响植物群落的生长。各种植物对污染物 敏感性不同，其反应有明显的不同。因此，监测各种植物 的受害症状和受害程度，分析植物群落中各种植物的反应， 可以对该地区的大气污染程度作出评价。
该法是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 据群落中物种多少及个体数量多少来评价大气污染状况。
几种大气污染物对植物的危害症状
表4－1 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 色溃伤
伤斑多分布于脉间，与健康组织区别明显，阔 SO2 叶植物脉间出现不规则坏死斑，单子叶植物平
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
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。