污染生态学第九讲ppt课件.ppt
污染生态学,上官铁梁山西大学环境与资源学院,污染生态诊断与的监测分析,第九讲,生态系统污染诊断的目的和意义 生态系统污染诊断是一项重要的基础工作，也是研究的前沿领域。国外始于上世纪60年代，我国70年代初开始研究，水生生态系统的研究比较深入生态系统污染诊断就是诊断生态系统质量的优劣，即按照一套综合会诊程序和行之有效的检验方法（物理法、化学法、生物学方法及毒理学方法等）对一定区域内生态系统质量进行说明、评定和预测。,污染生态诊断与的监测分析,污染生态诊断,污染生态诊断与的监测分析,生态系统污染是指人为排放的有害（污染）物质，破坏了生态系统的平衡，改变了原来生态系统的正常结构和功能，恶化工农业生产和人类生活空间。污染物有沿着食物链转移、富集而后进入人体，危害人类健康。,污染生态诊断,污染生态诊断与的监测分析,生态系统污染诊断是建立在对污染状况和污染源全面调查的基础上的。即污染源污染物排放特征现状监测了解污染程度及范围分析污染物分布和移动讨论污染发生机制掌握生态系统质量变化规律。因此，生态系统污染诊断的目的包括：了解区域生态系统质量状况及各个时期的变化规律，为控制生态系统污染和治理重点提出要求为制定生态规划、城市生态建设规划方案提供依据为制定区域环境污染物排放标准、环境标准和环境法规等提供依据生态系统质量诊断是环境管理的工作的手段之一，为搞好环境管理提供依据,污染生态诊断,污染生态诊断与的监测分析,生态系统诊断原理污染产生的原因 对生态系统有害的主要污染物,污染生态诊断,污染生态诊断与的监测分析,污染物的时间分布 河流随季节变化、大气随气象条件的变化、早上随车流量的变化污染物的空间变化 扩散方向、地理位置与污染物的含量的关系 阈值,污染生态诊断,污染生态诊断与的监测分析,生态系统污染衡量标准环境背景值 是指环境要素在未受污染的情况下，环境本身所固有的物质含量，以及环境中能量分布的正常值。是诊断生态系统污染程度的参考值。如土壤背景值就是不受人类活动影响和现代工业污染与破坏的情况下，土壤原来固有的化学组成和结构特征。植物的背景值是指在良好条件（正常情况下的水、肥、气候等诸多因素）下生长于具有背景值的土壤中某一植物的体内的化学组成和营养特征。,污染生态诊断,污染生态诊断与的监测分析,环境质量标准是国家为保护人群健康和生存环境，对环境要素中有害容许含量所作的规定，体现了国家的环境保护政策和要求以及经济和技术发展水平。分为：水质标准、大气质量标准、土壤质量标准和生物质量标准 地区质量标准环境容量是以生态系统为基础，在一定区域与一定期限内，遵循环境质量标准既保证农产品生物学质量，同时也不使环境遭致污染时，环境所能容纳污染物的最大负荷量。M=K+R；K=基本环境容量（也称K容量或稀释容量），表征自然环 境特征 R=变动环境容量（R容量或自净容量），表征污染物质的 特征,污染生态诊断,污染生态诊断与的监测分析,临界浓度是指环境中某种污染物对人或其他生物不产生不良影响或有害作用的最大剂量或浓度。按作用对象不同分为：卫生临界浓度（对人群健康的影响）、生态临界浓度（对动植物及生态系统的影响）和物理临界浓度（对材料、能见度、气候等的影响）临界浓度确定的方法主要有：1）生物地球化学法，主要是应用统计学方法，根据环境中元素地球化学含量状况、分布特征来推测环境中临界浓度的方法。,污染生态诊断,污染生态诊断与的监测分析,2）生态环境效应法，对于土壤而言，有以下类型建立土壤-植物-人系统，应用食品卫生标准推算土壤中有害物质的浓度，作为临界浓度；将作物产量减少10%的土壤有害物质浓度，作为临界浓度；对地面水、地下水不产生次生污染时的土壤有害物质浓度，作为临界浓度；当土壤微生物减少或土壤微生物活性降低到一定数量时，土壤中有害物质浓度即为临界浓度。综合生态环境效应方法的最低值体系还有：土壤植物体系；土壤微生物体系；土壤水体系,污染生态诊断与的监测分析,污染的严重程度生态系统污染评价指数法：P=C/CsP=环境中污染物的污染指数C=环境中污染物的实测值（/）Cs=环境中污染物的临界浓度（/）根据土壤中污染物的污染指数的大小，一般将污染的严重程度分为7个级别（见下表）,污染生态诊断,污染生态诊断与的监测分析,污染生态诊断,土壤污染严重程度分级,污染生态诊断与的监测分析,污染生态诊断方法敏感植物指示法：利用植物对污染物生态反应和生理生化反应“信号”，采用何种指标表示污染的质和量，目前尚需研究，可以用：症状法：编制症状图谱（余叔文，1981.大气污染伤害植物症状图谱）症状分级评价：无、轻微、中度、中度严重、严重、完全受伤生长量法：IA=Wo/Wm IA=影响指数；Wo=对照区（清洁区）植物生长量；Wm=诊断区（污染区）植物生长量清洁度指数法：LAP=大气清洁度；n=植物种类数；Q=种的生态指数：f=种的优势度 还有：种子萌发和幼苗毒性试验；陆地植物生长试验；生活力指标法,污染生态诊断,污染生态诊断与的监测分析,植物生活力评价分级,污染生态诊断,污染生态诊断与的监测分析,污染生态诊断,污染生态诊断与的监测分析,所谓生态系统质量，就是环境要素（水体、大气和土壤等）和生物组分受到污染的程度。及时了解生态系统受污染的程度及其变化趋势，以便给生态系统健康状况诊断，然后对症下药，达到治理、修复污染的生态系统。因此，生态系统污染诊断是生态系统质量评价的基础和生态系统恢复预测的依据,污染生态诊断,污染生态诊断与的监测分析,生物监测是以生态系统为对象，运用物理的、化学的和生物的技术手段，对其中的污染物及其有关组成成分进行定量的和系统的综合分析，以探讨研究生态系统质量及其变化规律的一门科学。,污染生态监测,污染生态诊断与的监测分析,监测点和采样时间水样：江河布点分为：单点布设法(上、中、下游）、三点布设法（两边一中心）、断面布设法（上中下游断面布设对照断面、控制断面和消减断面）、多断面布设法（主河道和支流均布设控制断面）土壤：对角线布点发、梅花布点发、棋盘式布点法、蛇形布点法,污染生态监测,污染生态诊断与的监测分析,污染生态监测程序：取样、样品分析、生态实验、室内毒性实验、结果计算、数据统计、编写报告,污染生态监测,环境污染的生物监测,生物监测是一种既经济、方便，又可靠准确的方法。实践证明，长期生长在污染环境中的抗性生物，能够忠实的“记录”污染的过程，能够反映污染物的历史变迁，提供环境变迁的证据；而对污染物敏感的生物，其生理学和生态学的反应能够及时、灵敏地反映较低水平的环境污染，提供环境质量的现时信息。因此生物监测是利用生物对特定污染物的抗性或敏感性来综合地反映环境状况，这是任何物理、化学监测所不能比拟的。,环境污染的生物监测,生物监测方法从生物学层次来分，主要包括生态监测（群落生态和个体生态）、生理测试（急性毒性测定、亚急性毒性测定和慢性毒性测定）分子、生理、生化指标和污染物在体内的行为等几个方面。目前，生物监测已经从传统的生物种类、数量和行为的描述发展到现代化的自动分析，从单纯的生态学方法扩展到与生理、生化、毒理学和生物体残留量分析等领域相结合的研究。,环境污染的生物监测,在生物监测的基本概念中，“指示生物”和“监测生物”是两个不同的概念。指示生物是对环境中的污染物能够产生各种定性反应，指示环境污染物的存在。监测生物不仅能够反映污染物的存在，而且能够反映污染物的量。监测生物必然是指示生物，同时它还要回答环境中污染物多少的问题。,大气污染物的生物监测,大气是生物赖以生存的必要条件之一，但大气受到污染时，生物会不同程度地作出反应，如某些动物的生病、死亡或成群迁移；植物叶片的变色、脱落或枯死等；微生物种类和数量的变化等。因此，可以利用生物对大气污染的这些异常反应监测大气中有害物质的成分和含量，了解大气质量状况，这就是大气污染的生理监测 大气中污染物多种多样，有SO2、HF、O3、NOX、粉尘及重金属等。不同的生物对它们的敏感性不同，反应也不一样，因此不同的大气污染物有不同的监测生物。,环境污染的生物监测,大气中主要的污染物及植物监测利用植物来指示和监测大气质量，既灵敏可靠，又简单易行，在20世纪初，就引起人们的注意，几十年来，在这方面的研究取得较大发展。我国从70年代初就开展监测植物的选择和利用，积累了较多经验，有的已经应用于生产实践中。,大气污染物及植物监测,环境污染的生物监测,有些植物对大气污染的反应极为敏感，在污染物达到人和动物的受害浓度之前，它们就显示出可察觉的受害症状，例如，紫花苜蓿在二氧化硫浓度达到0.3mg/L时就有明显反应。这些敏感生物的生存状况可以反映其生存介质的环境质量，用来监测环境。植物还能够将污染物或其代谢产物富集在体内，分析植物体的化学成分并可确定其含量。另外，环境污染除了对生物个体产生影响外，还在种群、群落层次上影响生物的组成和分布。因此，生物的种类区系变化也可以用于监测环境。同时，植物本身的不可移动性、便于管理等特征，使它成为重要的大气污染监测生物。,大气污染物及植物监测,环境污染的生物监测,（一）光化学氧化剂（光化学烟雾）臭氧、过氧酰基硝酸酯类和氮氧化物统称为光化学氧化剂，又称为光化学烟雾。1.臭氧（O3）臭氧是一种气态的次生大气污染物，是氮氧化物在阳光照射下发生复杂反应的产物。它具有很强的生物毒性。植物受臭氧急性伤害后出现的初始典型症状为：叶片上散布细密点状斑，几乎是均匀地分布在整个叶片上，并且其形状、大小也比较规则、一致，颜色呈棕色或黄褐色。O3伤害植物的一个共同特征，人们称之为“点斑”，这种斑点呈银灰色或褐色，随着叶龄的增长逐渐脱色，变成黄褐色或白色。这些斑点还会连成一片变成大片的块斑（blotch），致使叶片褪绿或脱落。点斑通常是急性伤害的一个标志。,大气污染物及植物监测,环境污染的生物监测,2.过氧酰基硝酸酯类（PANs）包括过氧乙酰硝酸酯（PAN）、过氧丙酰硝酸酯（PPN）、过氧丁基硝酸酯（PBN）及过氧异丁基硝酸酯（PisoBN）。过氧酰基硝酸酯类（PANs）中含量最高的、毒性最强的为过氧丙酰硝酸酯（PPN）。它是一种次生污染物，是烃在阳光照射下发生复杂反应的产物。PAN诱发的早期症状是在叶背面出现水渍状或亮斑。随着伤害的加剧，气孔附近的海绵叶肉细胞崩溃并为气窝（air pocket）取代。结果受害叶片的叶背面呈银灰色，两三天后变为褐色。PAN诱发的一个最重要的受害症状是出现“伤带”（banding）。这些症状出现于最幼嫩的对PAN敏感的叶片的叶尖上（与O3伤害成熟叶片的情形恰恰相反）。随着叶片组织的逐渐生长和成熟，受害的部分就表现为许多伤带。,环境污染的生物监测,（二）二氧化硫（SO2）SO2是一种众所周知的大气污染物，除了自身的毒性外，它还是形成酸雨的主要物质之一。目前空气中的SO2污染主要来源于含硫燃料（如煤）的燃烧。植物受二氧化硫伤害后出现的初始典型症状为：微微失去膨压，失去原来光泽，出现呈暗绿色的水渍状斑点，叶面微微有水渗出并起皱。这几种症状可以单独出现，也可能同时出现。随着时间推移，症状继续发展，成为比较明显的失绿斑，成灰绿色，然后逐渐失水干枯，直至出现显著的坏死斑。,环境污染的生物监测,（三）氟化物大气中的氟化物以气态氟化氢（HF）、颗粒态或以气态形式吸附在其他颗粒物上等三种形态存在，其中以HF的毒性最大，它产生于铝等冶炼工业排放的废气。氟化氢对阔叶植物的伤害症状，一般是叶缘或叶片顶部出现坏死区，坏死区有明显的有色边缘。这种坏死的组织之间有明显的分界。,环境污染的生物监测,二、大气污染的动物监测利用动物监测大气污染虽不及植物那么普遍，但也能够起到指示、监测环境的作用。事实上，利用生物监测环境污染是从动物开始的。人们很造就懂得用金丝雀、金翅雀、老鼠及鸡等动物的异常反应（不安，甚至死亡）来探测矿井里瓦斯毒气；利用对氰氢酸特别敏感的鹦鹉来监测用氰氧化物为原料的制药车间空气中氰氢酸的含量，以此确保工人的生命安全。,环境污染的生物监测,一个区域中动物种群数量的变化也可以监测该地大气污染状况。如一些大型哺乳类、鸟类、昆虫等，特别对大气污染敏感种类数量的变化很能够说明问题。如果发现上述动物迁移，不易直接接触污染物的潜叶性昆虫、虫瘿昆虫、体表有蜡质的蚧类等数量增加，说明该地区大气污染严重，环境恶化。,环境污染的生物监测,三、大气污染的微生物监测微生物与环境污染关系密切，利用微生物区系组成及数量变化监测环境污染程度已完全可行。（一）利用空气中微生物的发生率监测大气污染空气中没有微生物可利用的营养物质，它不是微生物生长繁殖的天然环境。因此，空气中没有固定的微生物种群，它主要是通过土壤尘埃、水滴、人和动物体表的干燥脱落物、呼吸道的排泄物等方式被带如空气中。凡是尘埃多的空气，其中的微生物也多。因此，可利用大气微生物种类数量及其分布来监测大气环境质量。周大石等（1994）研究了沈阳市大气微生物区系分布与环境质量的关系，发现郊区大气中细菌数量明显少于市区。,环境污染的生物监测,（二）利用病原微生物的致病性监测大气污染许多大气污染物具有杀菌作用，能够改变微生物的种类区系及活性，改变微生物得数量、分布特征、代谢活动、致病性及其他生理功能。借助对这些特征的调查、比较可以估计当地的空气污染情况。黑痣病是几种槭树常见的病害。它对SO2有抗性，因此，槭树上黑痣病的严重程度与相应的SO2年平均浓度相关。通过调查槭树上黑痣病的发病率，与已知的基准进行对比分析，就可了解当年SO2的年平均浓度,环境污染的生物监测,第三节 水污染的生物监测水体中的污染物十分复杂，工业废水中所含的毒物数量大、种类多。其中主要有：洗涤剂、染料、酚类物质、油类物质、重金属、放射性物质以及一些富营养化物质如氮、磷。现有的水质污染综合指标及BOD、COD、TOD、DO等化学监测只能检测出某一指标，并不能反映出多种毒物的综合影响。测定结果不能说明其对生物界和人类的危害程度。而利用生物监测能够避免这一弊端。生物监测可以利用水生生物及早警报水体中存在的有毒物质。在用生物方法进行水体监测时，可以用鱼、原生动物、水生植物或微生物作监测生物,环境污染的生物监测,一、水污染的植物监测在水体污染的情况，不仅水的物理和化学性质有所变化，而且水中的生物种类组成和数量及特征也奖发生变化。因此，水生植被的组成变化可以用来监测水体健康状况。以浮游植物为例，在水体受到污染时，种类和数量即会减少，而且耐污染的种类也将出现。若对它们的特点进行调查研究，就可以对水体污染程度作出判断。以滇池为例，水生植被与水体污染程度的关系如下：（1）严重污染 各种高等沉水植物全部死亡。（2）中等污染 敏感植物如轮藻、石龙尾等消失，蓖齿眼子菜等敏感植物稀少，抗性强的如红线草、狐尾藻等相当繁茂。（3）轻度污染 敏感植物如海菜花、轮藻等渐趋消失，中等敏感植物和抗污植物均有生长。（4）无污染 轮藻生长茂盛。上述各类植物均能够正常生长。从上述结果可以看出，轮藻等敏感植物可以用做监测植物。,环境污染的生物监测,二、水污染的动物监测水污染指示生物一般采用底栖动物中的环节动物、软体动物、固着生活的甲壳动物以及水生昆虫等。它们个体大，在水中相对位移小、生命周期较长，能够反映环境污染特点，已经成为水体污染指示生物的重要研究对象。例如，颤蚓类普遍出现于污染水体中，特别在严重有机污染水体中数量多、种类单纯，其中以霍莆水丝蚓或颤蚓最为常见。可以用单位面积颤蚓数作为水体污染程度的指标，例如，颤蚓类100条/m2（扁蜉幼虫100条/m2）为未污染，颤蚓类100999条/m2属轻污染，颤蚓类10005000条/m2属中污染，颤蚓类5000条/m2属严重污染。,环境污染的生物监测,在水体中生长的细菌菌落可以反应水域被有机污染物污染的程度，细菌总数越多，说明污染越严重。大肠菌群是一群需氧及兼性厌氧细菌，能够作为水体被粪便污染的指标。水中大肠菌群数不得超过3个/L才能作为饮用水。在自然 水体中大肠菌群以250个/mL作为浑浊界限。,环境污染的生物监测,发光细菌是一类非致病性细菌，在正常的生理条件下能发出0.4nm的蓝绿色可见光，这种发光现象是细菌新陈代谢过程。毒物具有抑光作用没，毒物浓度与细菌发光强度呈负相关线性关系。凡能够干扰或破坏发光细菌呼吸、生长、新陈代谢等生理过程的任何有毒物质都可以根据发光强度的变化监测水体污染。,环境污染的生物监测,该法在环境监测中可用于无机或有机的许多毒物，如重金属、农药、除草剂、酚类化合物及氰化物等30多种污染物的监测。如利用发光细菌快速测定工业废水综合毒性、水体中氰化物浓度、污染水体生物毒性等,环境污染的生物监测,第四节 土壤污染的生物监测土壤中的污染物主要有重金属、农药、化肥及洗涤剂等。生活在污染土壤中的生物，其生活力、代谢特点、行为方式、种类组成、数量分布、体内污染物及其代谢产物含量等均不同程度地受到污染物的影响。因此，土壤生物的这些特征变化可以用来监测土壤污染的分布和浓度。,环境污染的生物监测,一、土壤污染的植物监测通过利用一些对特定污染物较为敏感的植物，以此作为土壤污染物的预测和监测指示。一般来说，指示植物主要起到预警作用。目前用于大气、水体污染物监测的植物种类较丰富，而用于土壤监测的植物种类相对较少。国外在20世纪60、70年代对土壤重金属污染指示的野生和栽培植物研究很多。其他土壤污染物的指示植物筛选还有待于进一步充实和完善。,环境污染的生物监测,二、土壤污染的动物监测土壤动物是反映环境变化的敏感指示生物，当某些环境因素的变化发展到一定限度时即会影响到土壤动物的繁衍和生存，甚至死亡。研究表明在重金属污染的土壤中土壤动物种类数量随污染程度的减轻而逐渐增加，并且与重金属的浓度具有显著的负相关。,环境污染的生物监测,三、土壤污染的微生物监测工农业生产产生的废气物对土壤的污染，导致了土壤微生物数量组成的种群组成的改变。污染物进入土壤后首先受害的是土壤微生物，许多土壤微生物对土壤中重金属、农药等污染物含量的稍许提高就会表现出明显的不良反应。通过测定污染物进入土壤系统前后的微生物种类、数量、生长状况及生理生化变化等特征就可监测土壤污染的程度。,环境污染的生物监测,土壤微生物数量的改变与自身的耐药性有关，对农药有耐受性的微生物增加了，而敏感的却减少了，因此使用农药的结果使土壤微生物群落趋于单一化。而不同农药引起微生物数量变化的情况是不完全相同的。所以微生物种群数量变化、微生物酶活性变化等都可以用作土壤受污染程度的微生物监测指标。,
