环境噪声的生物学效应课件.ppt

第五章 环境质量的生物监测与生物评价 第一节 生物监测和环境质量评价概念 第二节 大气污染生物监测与评价 第三节 水污染生物监测与评价 第四节 有害物理因素的生物学效应评价,1,第一节 生物监测和环境质量评价概念（一）环境质量概念 环境质量(Environmental Quality):指在一个具体的环境内,环境的总体或环境的基本要素对人群的生存和繁衍以及社会经济发展的适宜程度，即环境素质的优劣程度。（二）环境质量的基本内涵 包括自然环境质量和社会环境质量两个方面。,2,1、自然环境质量 包括物理、化学和生物环境质量（1）物理环境质量 指周围物理环境条件好坏，包括气候、水文、地质、地貌等条件的变化。人为因素如噪声、电磁、微波辐射、热污染以及自然灾害如地面沉降等都影响物理环境质量。（2）化学环境质量 指周围化学环境条件好坏，如环境pH值、氧化还原电位、重金属离子性质和种类等，与环境中化学组成有关,受人类活动造成的化学污染的影响。,3,（3）生物环境质量 指环境中生物群落构成的好坏，一般构成群 落中种群越多，结构越复杂，群落内部的生态位就越多，群落就稳定。不同地区生物群落的结构及组成特点不同。2、社会环境质量 指各地区经济、文化、教育和美学等各方面发展的好坏。社会发展程度不同，社会环境质量也不同，如奴隶社会、资本主义社会等。,4,（三）环境质量基准和标准（1）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(人和生物)，而无不良或有害效应的最大阈值。例：大气中SO2年平均浓度超过0.115 mg/M3时，对人体健康就会产生有害影响，这个浓度值就称为大气中SO2的基准。其是制定环境质量标准的科学依据，是保障人类生存活动和维持生态平衡的基本水准。,5,（2）环境质量标准(Environmental quality standard）指国家为保障人类健康和适宜的生存条件，保护生物资源、维持生态平衡，对环境中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。环境质量标准是以环境质量基准为依据，并考虑社会、经济、技术等因素，经过综合分析制定的，由国家管理机关颁布，一般具有法律的强制性。环境质量标准规定的污染物容许剂量或浓度原则上应小于或等于相应的基准值。,6,（四）环境质量调查、监测及评价 1、环境质量调查 为了解环境质量状况，而对(1)自然环境状态,(2)环境背景值,(3)区域污染状况,(4)人类干扰下环境的演变规律，(5)环境因素的危害效应所作调查。2、环境质量监测 为分析和了解环境因素的变化过程和发展趋势，而对一系列具有代表性的环境指标，进行定期的或连续的监测、观察和分析称”环境质量监测”。,7,3、环境质量评价 按照一定的标准（环境质量标准），采用相应的方法，对环境质量进行评定、比 较及预测称”环境质量评价”。首先要清楚环境质量背景值以及环境质量基准。通过环境质量调查与监测，再依据评价标准，采用适宜的方法，给出科学的评价。,8,（五）环境质量调控与环境质量预测 1、环境质量调控 指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出允许的容纳量。或采取人工手段，使环境要素变化不超过或能够达到一定的标准。,9,2、环境质量预测 依据环境质量监测结果，对环境质量未来发展趋势作出推断。其是制定环境法规，对环境进行科学管理，以及规划区域人口、资源、生产布局重要的基础性凭据。,10,（六）生物监测的概念 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，以阐明环境污染状况。从生物学角度为环境质量监测和评价提供依据。1、生物监测原理 在一定区域内，生态系统具有固有的结构和功能，环境质量变化必然会对生态系统固有的结构和功能产生影响。态系统的变化可以在一定程度上反映环境的物理、化学过程的变化。因此，可以通过对生物的观察来评价环境质量的变化。,11,2、环境质量生物监测的优点（1）能直接反映出环境质量对生态系统的影响。（2）能综合反映环境质量状况。（3）具有连续监测的功能，监测灵敏度高。（4）价格低廉，不需添置贵重仪器。（5）可以在大面积或较长距离内密集布点，甚至在边远地区布点。,12,3、生物监测的不足（1）不能像仪器那样能精确地监测环境中某些污染物的含量。（2）不能像理化监测仪器那样迅速作用反应。（3）生物监测参数的选择较难。因为1）生态系统各组分对污染物产生反应不同。2）同一生物在不同的发育阶段对污染物反应不同。3）系统受污染后的效应往往在初期不易测出。4）目前对生态系统尚无一个最基本的标准。,13,第二节大气污染生物监测与评价 利用生物对大气污染物的反应，监测有害气体的成分和含量，以了解大气的环境质量状况。主要采用植物监测。一、大气污染的植物监测方法 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，称大气污染的植物监测。,14,2.5 ppm SO2,6 h绣球 大波斯菊,杉木,玉米,15,大叶桃花心木 蒲桃 Cl2处理 6 h,16,（一）利用指示植物监测 对大气污染反应灵敏，用来监测和评价大气污染状况的植物称大气污染指示植物。人们可以根据指示植物所表现的各症状,对大气环境质量作出评价。1、指示植物应具条件（1）对污染反应敏感，受污染后的反应症状明显，且干扰症状少。（2）生长期长，能不断萌发新叶。（3）栽培管理和繁殖容易。（4）尽可能具有一定的观赏或经济价值，以起到美化环境与监测环境质量的双重作用。,17,2、对主要污染物敏感的植物及其反应浓度（1）SO2 主要敏感植物有紫苜蓿、大麦、棉花、小麦、三 叶草、甜菜、莴苣、大豆、向日葵。一般 0.25 0.3 g/gFW 不引起中毒，0.1 0.3 g/g FW长期暴露可慢性中毒。（2）HF 敏感植物有唐菖蒲、郁金香、金荞麦、玉米、杏、葡萄、雪松等。最敏感植物在0.1 g/g FW即有反应，叶中浓度达50 200 g/g FW时敏感植物出现坏死斑。,18,（3）O3 主要敏感植物有烟草、番茄、矮牵牛、菠菜、土豆、燕麦、丁香、秋海棠、女贞、梓树。在0.020.05 g/gFW 最敏感植物会产生中毒。（4）过氧乙酰硝酸酯(PAN)主要敏感植物有矮牵牛、早熟禾、长叶莴苣、斑豆、番茄和芥菜。在0.010.05 g/gFW 时最敏感植物会产生危害。,19,3、有害气体对植物伤害症状（1）SO2 我国当前主要的大气污染物，排放量大，对植物的危害也比较严重。发电厂、石油加工厂、硫酸厂等都可散发较多的SO2。0.0510 mg/L的就有可能危害植物。主要症状：脉间或叶缘或叶尖出现暗绿色斑点，然后，叶片褪绿，出现坏死斑点，最后叶片干枯，老叶易受害。,20,（2）HF 铝厂、磷肥厂、钢铁厂和玻璃厂等都可产生HF。当HF浓度为15 g时,较长时间接触就可使植物受害。典型症状：幼叶的叶缘或叶尖，少数为脉间出现伤斑，受害叶组织与正常组织之间常形成暗红色或红棕色界线，枝梢常枯死。,21,（3）Cl2 化工厂、农药厂、冶炼厂有时会逸出大量氯气。氯气进入植物叶片后很快破坏叶绿素，产生褐色伤斑，严重时全叶漂白，枯卷甚至脱落。其毒性比SO2大35倍。典型症状：脉间出现点状斑，严重时全叶失绿漂白甚至脱落，但与正常组织间界线模糊。,22,（4）O3 当大气中O3浓度0.1mg/L,延续23 h,烟草、苜蓿、菠菜、三叶草、燕麦、玉米和蚕豆等植物会出现病症。一般成熟叶先受害，出现零星分布各种斑点，有棕色、褐色、桔红和紫红色等，逐渐出现叶片弯曲，叶缘、叶尖干枯而脱落。,23,（5）过氧乙酰硝酸酯（PAN）有剧毒，空气中PAN浓度只要在20 g/L以上，就会伤害植物。伤害症状：初期叶背呈银灰色或古铜色斑点，后叶背凹陷，变皱、扭曲，呈半透明。更严重是，叶子两而都坏死，开始时呈水渍状，干后变成白色或浅褐色坏死带。,24,4、常见室内植物的监测（1）有效吸收空气中的SO2、CO、苯类挥发性气体等有害物质:铁树、菊花、雏菊、万寿菊、金橘、石榴、半支莲、米兰、腊梅、山茶等。（2）杀菌作用植物：玫瑰、桂花、紫罗兰、茉莉、蔷薇、柠檬、石竹、铃兰、紫薇等，其芳香花卉产生的挥发性油类物质有杀菌作用。此外还有晚香玉、除虫菊、野菊花、紫茉莉、柠檬、紫薇、茉莉、兰花、丁香、苍术、玉米花、蒲公英、薄荷。其中，文竹可指示室内甲醛和苯污染超标。,25,（二）现场调查法监测 在污染区内调查原有植物生长发育状况。具体方法：1）选择观察点：根据调查目的和实际情况进行布点，进行实地踏勘调查，以污染源为中心，确定观察点。2）调查污染区主要大气污染物种类、浓度和分布规律。3）选择观察对象和确定观察时间:主要是树木、农作物、蔬菜及野生草本植物等。并做好标记及采取保护措施，使其免受虫兽侵害。根据调查目的和人力条件确定观察时间。,26,4）主要观察各类植物地上部分营养器官受害的表现症状，包括叶色、形状的变化，及受害面积、年龄、落叶程度等。对农作物还要观察根系发育，生长高度、干鲜重和产量的变化等。若条件许可，可取受害部位观察内部组织结构受害状况，并进行化学分析，测定有害物质的积累量。5）根据污染区主要大气污染物种类、浓度和分布规律、植物形态和内部组织结构的变化，确定污染气体性质、各种植物对有害气体的抗性等级。,27,（三）植物群落监测法 植物群落和周围环境有着密切的联系，各种植物对污染物敏感性不同，其反应有明显的不同，因此，环境变化可以直接或间接影响植物群落的生长。根据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，对该地区的大气污染程度作出评价。,28,（四）现场盆栽定点监测法 将指示植物栽培在污染选定的监测点上，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。（五）地衣、苔藓监测法 据报道，当大气SO2浓度超过0.017 mg/m3 时,大多数苔藓植物就不能生存，在0.0150.105 mg/m3 浓度时，就可使地衣绝迹。1968年荷兰就用地衣和苔藓监测大气中的SO2和HF的变化，用他们作大气污染指标生物。,29,（六）采用微核技术监测 环境污染物可使紫露草花粉母细胞染色体畸变而形成微核（Te-Hsiu Ma，70）。因此，可用形成微核的数量，指示环境污染状况。现被美国EPA列为污染监测常规指标。,30,（七）污染量指数法（IPC）分析叶片中污染物含量指示监测大气污染。其中，Cm为监测点指示植物叶片中某污染物的含量，Cc为对照样点同种植物叶片中某污染物含量。,31,污染程度分级：KIPC 3.0 IV级 严重污染,32,（八）大气污染的综合生态指标 大气污染会影响植物的生长。可根据树木生长和叶片症状划分了大气污染等级(中国环境科学学会)。,二、大气污染的细菌总数测定 对空气中的微生物进行检测，可了解微生物的分布情况，为空气环境质量评价提供生物污染依据。特别是在通风不良、人员拥挤的环境中，可能存在来自人体的某些病原微生物。（一）测定方法 有沉降平皿法、吸收管法、撞击平皿法和滤膜法等法。,34,1、沉降平皿法 将盛有琼脂培养基的平皿置于一定地点，打开皿盖，暴露一定时间，然后进行培养，计数其中生长的菌落数。暴露1 min后每 m2 培养基表面上生长的菌落数相当于0.3 m3空气中所含的细菌数。此法方法简单，但由于一些带菌小颗粒在短时间不易降落到培养皿内，故无法确切进行定量测定。,35,2、吸收管法 利用特制的吸收管将定量空气快速吸收到管内吸收液内，然后培养吸收液，计算菌落数或分离病原微生物。3、撞击平皿法 抽吸一定量的空气，快速撞击在一个或数个转动或不转动的平皿内的培养基表面上，然后进行培养，计算菌落数。,36,4、滤膜法 使定量空气通过滤膜（0.45 M），带微生物的尘粒会吸附在滤膜表面，然后将尘粒洗脱在适当的溶液中，再吸取一部分进行培养计数。（二）空气污染微生物评价指标 对室内空气，一般认为细菌总数超过5001000个/m3以上时，作为空气污染指标。,37,表4-4.住房空气卫生评价标准,38,第三节 水污染生物监测与评价一、水污染生物监测法：细菌、浮游、底栖生物和微型生物群落监测法（一）细菌学监测要求 1、被测细菌：因为致病菌在水体中存在极少,在实际工作中，常常以粪便污染指示菌作为代表，而不是直接检测水中的致病菌。其中以大肠菌群最为理想，但有时也可用水体细菌总数来反映水体被细菌污染情况。,39,2、水污染的细菌学指标 我国现行饮用水卫生标准规定，细菌总数 10-100个/1ml自来水，大肠菌群数 3个/1L。,40,3、水样的采集和保存 总原则是按一般无菌操作基本要求采样，运输和保存过程不受污染。（1）自来水样的采集 先用酒精灯灼烧水龙头灭菌，然后完全打开水龙头放水数分钟，以排除管道内积存的死水，再采集水样。若水样含氯，则以1:500 的比例先加入3%硫代硫酸钠，以消除水样中的余氯，防止其对细菌数目减少。,41,（2）江、河、湖、塘、水库的取样 采样瓶先灭菌，在距水面1015 cm深处取样。注意样瓶内的水面与瓶塞底部应留一些空隙，以便摇匀水样。（3)水样保存与送检 从取样到检验不应超过2 h，如果不能立即检验，可在15 下冷藏保存，但不得超过 6 h，以保证原水中细菌不起变化。,42,4、细菌总数和大肠菌群的测定（1）细菌总数 采用1ml水样接种于普通琼脂培养基中，在37下培养24 h，计数所生长的菌落数，可反映水体受有机物污染的程度。检测步骤P148。（2）大肠菌群系 指粪便内全部兼性需氧的革兰氏阴性杆菌，以埃希氏菌属为主，其次还有柠檬酸杆菌属、肠杆菌属和克雷伯氏菌属等,是水质粪便污染指示菌。检验方法有发酵法和滤膜法两种。,43,附（一）革兰氏染色鉴定过程：1、先用龙胆紫（结晶紫）来染细菌，将细菌染成紫色。2、然后再涂以革兰氏碘液，来加强染料与菌体的结合。3、再用95%酒精来脱色2030秒钟，有些细菌不被脱色，仍保留紫色，有些细菌被脱色变成无色。4、最后再用番红或沙黄复染1分钟，结果已被脱色的细菌被染成红色，未脱色的细菌仍然保持紫色，不再着色。凡被染成紫色的细菌称为革兰氏阳性菌（G+菌）；染成红色的称为革兰氏阴性菌（G-菌）。,44,革兰氏染色法是细菌分类依据之一。其将细菌分为二类：（1）革兰氏阳性菌 细胞壁中含脂类较低，肽聚糖含量较高，大多数化脓性球菌都属于革兰氏阳性菌。（2）革兰氏阴性菌 细胞壁中的脂类含量高，因而容易被乙醇脱色，而肽聚糖含量低，大多数肠道菌多属于革兰氏阴性菌。,45,附（二）细菌结构 由夹膜、细胞壁、质膜、质生质体、拟核和内含物等组成，有的还有鞭毛，属原核生物。1、夹膜：细胞壁表面覆盖的一层粘性物质，若夹膜连在一起而形成菌胶团。（1）组成：多糖和多肽组成。如肺炎球菌III的夹膜为葡萄糖和葡萄糖醛酸组成的高分子物质。（2）功能：1）保护作用，因除去夹膜，细菌仍能正常生长。2）其贮藏物质可作为营养。,46,2、细胞壁 由N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰胞壁酸和短肽聚合而成的肽聚糖所构成的网状结构，短肽：一般由4-5个Aa，如L-Ala-D-Glu-L-Lys-D-Ala组成。此外，革兰氏阳性菌胞壁还有垣酸，是由核醇、葡萄糖、丙氨酸和磷酸组成的多聚化合物。3、拟核:细菌没有真正的细胞核，仅具拟核的结构，细菌染色体，称染色质体。,47,4、鞭毛：细菌表面着生从细胞内伸出的细长物。其主要成分为蛋白质，含少量的多糖或脂类。与细菌的运动有关，起源于质膜内侧。,48,49,（三）放线菌的结构 由分枝状菌丝组成，以菌丝生长，孢子繁殖，是介于细菌和真菌的一类微生物，用于抗生素的生产。常见有链霉菌、诺卡氏菌、放线菌和小单孢菌等。1）和细菌一样没有真正的核，也为原核生物；2）胞壁中也有胞壁酸和二氨基庚二酸，不含真菌的纤维素或几丁质。3）生长条件与细菌相似，但在液体培养基中的生长形态以及在固体培养基上形成的菌落与真菌相似。,50,51,1)发酵法（或多管发酵法或三步发酵法）I）初发酵 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37 培养24 h，观察产气和产酸情况。由于大肠菌群可使乳糖发酵而产酸产气，可初步检别是否有大肠菌群。由于水中除大肠菌群外，还有其他细菌亦可引起乳糖发酵，故需进一步证实。,52,II）平皿分离 将初酵管中的菌液接种入伊红美蓝培养基或远藤氏培养基上，这类培养基可以抑制其他细菌而利于大肠菌群的生长。根据菌落特征，挑出可能为大肠菌群的菌落并制片，如镜检为革兰氏阴性无芽孢杆菌，进一步证明为大肠菌群。III）复发酵试验 将上述可能为大肠菌群的菌落再次移接入乳糖培养基中，经24 h能产酸和产气者即最后确证有大肠菌群的存在。,53,2）滤膜法 I)选用孔径0.450.65m的微孔滤膜,通过抽滤使一定量的水样通过,将水中的细菌截留在滤膜过滤上。II)将滤膜不截菌的一面贴附在特定固体培养基如伊红美蓝培养基上进行培养。通过镜检及菌体特征初步确定大肠菌群细菌。III)凡革兰氏阴性无芽孢菌再接入含乳糖培养基上，经24h能产酸产气者即可确定有大肠菌群的存在。,54,（二）浮游生物检验法 1、浮游生物 指随波逐流地生活于广阔的水域或大洋的微型水生生物，包括浮游动物和植物。浮游植物常见的有硅藻、甲藻、衣藻等；而浮游动物 主要包括原生动物、轮虫、枝角类和桡(ro)足类，且一般海 水中的种类比淡水种类多。,55,56,57,2、浮游生物在污染水质检测中的作用 浮游植物以单细胞、群体或丝状体出现，他们中的有些种类对有机污染或化学污染非常敏感，已常作为水质指示生物，浮游植物清水指示种：冰岛直链藻、小球藻和锥囊藻属的一些种类。污染指示种：谷皮菱形藻、铜锈微囊藻和水花束丝藻等。和浮游植物相比，由于浮游动物 分布不稳定性，在水污染检测中的作用受到限制。,（三）底栖大型无脊椎动物监测法 1、底栖大型无脊椎动物 指栖息在水底或附着在水中植物和石块上肉眼可见的，大小不能通过孔眼为0.595 mm或1.0 mm(海洋)的水生无脊椎动物。包括水生昆虫、大型甲壳类、软体动物、环节动物、圆形动物、扁形动物以及其他水生无脊椎动物。,59,60,大型甲壳类,61,2、监测原理 清洁水生环境，可维持多种多样的大型无脊椎动物，其群落结构是平衡的。业已证实，这种平衡群落结构受水体污染的影响，严重的有机污染会限制物种的种类，耐污种会增加，有毒的化学污染物甚至可使大型无脊椎动物绝迹。因此，群落结构的改变可反映生境质量的变化。,62,3、监测方法（1）在污染区和邻近未受污染的地点采集“大型底栖无脊椎动物群落”。（2）进行群落结构分析 统计群落中的各生物种群个体的数目，根据组成、密度、生物量、多样性和其他分析结果描述群落的特征并作比较。,63,（四）微型生物群落监测法 1、微型生物 指生活在水中的微小生物，包括藻类、原生动物、轮虫、线虫和甲壳类等。2、监测原理 环境污染会严重影响微型生物群落结构特征，因此，微型生物群落结构的变化可用于污染水体的监测和评价。,64,3、监测方法 即PFU（聚氨酯泡沫塑料块）法 美国学者Cairns认为，江、河、湖、泊中的石块、沉水木块、泥石表面等都相当于一个生态岛，群集着许多微小生物。将一PFU（孔径100150m，厚5cm，规格5 cm 6.5 cm 7.5 cm)一小块悬挂于水中,经一段时间后,会形成一微型生物群落。,65,环境污染会影响生态岛上生物种类和物种种数的平衡点。微型生物在PFU上的群集速度，随生物种类增加而下降，群集速度与种类数的交叉点称种数的平衡点。达到平衡点的时间几天到数周，环境污染能影响集群的平衡点。不同程度污染水域，其集群速度和种类数不同，利用其可以监测水环境质量的变化。,66,二、水环境质量的生物学评价 有一般描述、指示生物评价法、污水生物系统评价法、生物指数评价法、生物多样性指数评价法等。1、一般描述对比法 根据对调查水体的水生生物的区系组成、种类、数量、生态分布、资源情况等的描述，对比区域内同类型水体或同一水体的历史资料，对目前的环境质量现状作出评价。不足是由于资料的可比性较差，不易标准化，且评价人员需较丰富的经验。,67,2、指示生物评价法（1）评价原理 根据对水环境中有机污染或某种特定污染物敏感的或有较高耐受性的生物种类的存在或缺失，来指示其所在水体或河段内有机物或某种特定污染物的多寡或分解程度，称指示生物法。被用来监测和评价环境质量的现状和变化的生物，称指示生物。,68,（2）常见水体污染指示生物 1)指示清水水体的生物 纹石蚕(Hyobopsyche sp)；扁蜉（Heptagenia）；田螺(Compeloma decisum)、时状针杆藻(Synedra ulna)、簇生竹枝藻和蜻蜒（Anax junius）的稚虫等。2）指示中等污染水体的生物 居栉水虱、被甲栅藻、四角盘星藻、环绿藻、脆弱刚毛藻、蜂巢席藻和美洲眼子草等。,69,3）严重污染水体的指示生物 颤蚓类、毛蠓、细长摇蚊幼虫、绿色裸藻、静裸藻、小颤藻等。我国常见的颤蚓类有霍甫水丝蚓、中华拟颤蚓和正颤蚓等。,70,3、污水生物系统评价法（1）评价原理 Kolkwitz 和 Marsson在1908年和1909年提出污水生物系统的概念。发现由于受污染河流的自净过程作用，而导致自上游往下游形成一系列在污染程度上逐渐减轻的连续带，每一带都生存有大体上能够表示这一带特性的动物和植物。,71,（2）污染带及相应特征 1）多污带：此带特征是高分子有机物质极丰富，溶解氧含量少，产生H2S、甲烷、氨气等气体。生物种类特点：细菌和无色鞭毛虫极多；有少量靠腐烂有机物或细菌为主要食物的动物，没有好氧生物，没有鱼类生存。,72,2）中污带：又可分-中污带和-中污带。-中污带：有机污染仍较严重，存在较多的较小分子量有机物，溶解氧略多，氧化作用使底泥中的H2S产生减少，有许多细菌和真菌，藻类少见，以细菌为食物的耐污动物占优势。-中污带：此带为中等程度的有机物污染区。溶解氧相当高，氧化作用显著，有机物能较好地矿化。有多种蓝藻、绿藻及硅藻，有多种原生动物，有鱼类出现。,73,3）寡污带 经河流的自净作用后有机物质全部被分解，水质透明度大，溶解氧恢复正常或达到饱和。细菌数量少，藻类增多。污水生物系统评价法系统特点：主要用于被生活污水污染的水域，而不适用于受重金属和其他工业污染的水域。,74,4、生物指数评价法 用数学形式表现生物群落结构变化，来指示环境质量状况，包括污染在内的水质变化对生物群落的生态学效应。内容有：1）污染区指示生物如敏感种或耐污种群的变化。2）群落中生物种类数的变化。3)组成群落的个别种群变化。4)群落中种类组成比例的变化。5)自养-异养性质的变化，(6)生产力的变化。,75,（1）Beck生物指数法 以大型底栖无脊椎动物对有机污染物的耐受性来评价。IB=2nA+nB（nA：不耐有机污染的种类数；nB：耐受中等程度污染但非完全缺氧条件的种类数）。评价标准：IB 10，为清洁水；IB=1 10，为中等污染水；IB=0，为严重污染水。各监测点的环境因素力求一致，如水深、流速、底质和有无水草等。,76,（2）硅藻生物指数法 用河流中硅藻的种类数的变化来评价。其中，I：硅藻生物指数；A：不耐污种类数；B：对有机污染无所谓的种类数；C：在污染区内独有的种类数。I值越小，A+B大，水污染程度越小。,77,（3）污染生物指数法（BIP）指无叶绿素微生物占全部微生物（有叶绿素和无叶绿素）的百分比。A：有叶绿素的微生物数；B：无叶绿素的生物数,78,（4）颤蚓类与全部底栖动物生物指数法 S：颤蚓类个体数；N：底栖类动物个体数 I：越大，水体污染越严重。,5、种的多样性指数评价法 多样性指数：生物群落中种类与个体数的比值。在正常水体中群落的结构是相对稳定的。水体受到污染后，群落中的敏感种减少，而耐污种增加，种的多样性指标会发生变化。,80,（1）格利森(Gleason)和马格列夫(Margalef)多样性指数 S:生物种类数;N:生物总个体数;d值越大表示水质越好。,81,（2）辛普森（Simpson）多样性指数 ni：i种的个体数；N：总个体数 d值越大，表示污染越轻,82,6、生产力指标评价法 生产力指标评价法：是以生态系统中有机物的生产和分解过程的强度为依据评价水体被污染的程度。有：（1）P/R值 P/R值是指污染区域群落的初级生产量P和呼吸量R的比值。正常水质P/R值一般为1，如偏离过大，表明受到污染。其变化规律为：,83,即在寡污带至中污带一段，随有机污染程度的提高，外来有机物增多并被利用，初级生产量随之提高，P/R值随之增大，至a-中污带达最高，以后有机物污染程度继续提高，P/R值反而下降，到严重污染时降至0。,84,（2）自养指数（IAI）自养指数：指污染水域去灰分重占叶绿素重量的比值。A:干重;B:灰分重（金属氧化物）;A-B:去灰分重;C:叶绿素含量。IAI 在50100表示水体未受污染，大于100表示受到污染。,85,三、生物标志物评价 1、生物标志物概念 利用污染物导致个体、种群、群落水平上的改变来监测污染，这些改变是污染物造成的晚期影响。事实上，生物有机体一旦受污染物的影响，在生理和生化上就会迅速地发生变化。可以测定污染物效应的生理和生化反应指标称生物标志物。如有机磷农药可抑制乙酰胆碱酯酶的活性等。,86,2、生物标志物的特点（1）反应迅速：生理生化反应通常在48 h内就有变化。（2）预测对另一生物的作用：生物标志物在不同种动、植物间具有相似性，因而可就污染物对另一种物种的影响作出预测。（3）起环境诊断作用：可以反映在特定环境中的生物体在生理上是否正常，在受损生态系统的修复时，通过对生物标志物的监测，可以知道修复技术是否有效和生态系统是否恢复到正常。,87,（4）有的生物标志物具高度特异性 如：水鸟血样的氨基乙酰丙酸脱氢酶（ALAD）活性仅受Pb的抑制。乙酰胆碱酯酶的活性特异地受有机磷农药的抑制等。但混合功能氧化酶活性、免疫系统的变化不具特异性，因很多污染物都可引起它们的变化。,88,表4-10 生物标志物以特异性降低顺序排列,89,四、环境流行病学调查（一）环境流行病学调查的目的 污染物通过对环境的改变而影响人类的健康。为了解污染物对人体健康的危害程度，常用动物实验来估价毒物的毒性，但常出现假阴性或假阳性结果，而过高或过低了毒物的作用。可能是由于种属差异以及实验过程中许多不确定因素造成的。因而，将毒理学实验结果外推到人群受到局限。因此，完整的方法将是实验室研究与人群流行病学调查有机结合起来。,90,环境流行病调查目的是：研究环境中自然因素和污染因素危害人群健康的流行规律。尤其是研究环境因素和人体健康之间的相关关系和因果关系，即阐明暴露-效应关系，又称接触-效应关系。包括3个方面：1）研究已知的环境暴露因素对人群的健康效应。2）探索引起健康异常的环境有害因素，是在出现健康异常后，探索病因的研究。3）确定暴露剂量反应关系：主要是人群暴露剂量的大小与群体中特定效应的出现频率间的关系。为制定环境卫生标准和采取预防措施提供依据。,91,（二）环境流行病学调查内容和过程 1、发病率调查 调查不同地区人群的特异性疾病的地区分布、人群分布和时间分布、发病率和死亡率，并连续观察其发展变化规律。2、致病环境因素调查 调查并检测环境中有害因素，包括污染物和某些自然环境中固有的微量元素在大气、水体、土壤以及食物中的分布、负荷水平、时空波动、理化形态、转化规律和人群暴露水平，以及引起危害和疾病的条件。,3、分析调查资料 1）确定污染的范围和程度，以及对人体健康的影响；2）确定污染物的种类和性质、阈限负荷，以及暴露-效应关系和剂量反应曲线，并以此为基础，研究污染物的阈限负荷，为制定环境卫生标准提供基础参数。,4、建立假说，提供治疗建议 根据调查及分析资料，为所造成的健康危害或疾病的病因提供线索或建立假说。提出引起流行性疾病的可能原因。根据假说，提供治疗建议和措施，进一步证实推论。如缺碘甲状腺肿大，则加碘治疗；缺硒心肌病则加食物硒治疗。,（三）环境流行病学研究原则（三性原则）1、选择样本要有代表性 环境污染物对健康影响的特点是低浓度、长时间、慢性危害，因此，在选择调查对象时，要考虑到敏感群体，应选择有代表性的样本。选择人数应符合统计学上分组的要求。一般样本越大，越能反映实际情况。如在进行环境污染与某一种肿瘤关系的调查时，多采用大样本。,95,2、调查设计要有对比性 揭示人群与非暴露人群在健康反应上的差异；在无标准或参考依据时，要严格选择非暴露人群作为对照。由于暴露-反应关系与环境负荷水平和人群组合有关，一般需设立若干个暴露反应梯度组，如划分轻重污染区，按不同年龄、性别的人群进行分组等，以便于调查资料的对比分析。此外，用对暴露区和非暴露区人群的患病率或死亡率以及某种效应的出现率，须用标准人口结构，加以标准化换算之后，才能进行比较。,96,3、获取资料时要注意有效性 要排除环境污染物和生物检测材料的采样或检测方法中的干扰因素。对调查对象的询问、体检，对死亡病例诊断依据的复核等，均应取得有效的完整资料。此外,还要注意环境中多因素联合作用。在研究某一已知因素时，力求排除其他因素的干扰；在研究原因不明的健康异常或疾病时，力求探明主导因素和辅助因素的作用。,第四节 有害物理因素的生物学效应评价一、环境噪声的生物学效应（一）环境噪声污染 1、概念：除了废水、废气、废渣以外，国际上已将噪声并列为第四大环境污染。近年来，随着现代工业、交通、城建等事业的发展，环境噪声污染日趋严重。噪声（Noise）：凡是干扰人们工作、学习、休息的声音，此外，振幅和频率杂乱、断续或统计上无规律的声振动，也称噪声。,98,2、环境噪声源及污染特点（1）环境噪声源 1）交通噪声；2）工业噪声;3）施工噪声;4）社会生活噪声（2）环境噪声污染特点 1)局限性和分散性：随距离的增加和受建筑物及绿化林带的阻挡，声能量逐渐衰减。,99,2）感觉公害 从性质来讲，环境噪声属于感觉公害。噪声污染不仅与污染源的强度、性质，而且还与受害人的生理和心理有关。如夜间噪声对睡眠的影响，老年人和青年人，脑力与体力劳动者是不一样的。3）能量污染 表现为噪声停止，污染即自行消除。,100,3、环境噪声对人体健康的影响（1）对听觉器官产生影响 在刺耳难受的环境中较长时间，人会产生听觉疲劳，要过一定时间（几分钟甚至几小时）才可完全恢复听力。长期在强烈噪声环境中工作，听力损失则逐渐加重，直到不能恢复，听力损失呈永久性，造成噪声性耳聋。,101,（2）对神经系统的影响 噪声可作用于人的中枢神经，使大脑皮层的兴奋和抑制平衡失调，导致条件反射异常，人的脑血管张力遭到损害，神经细胞边缘出现染色质的溶解，严重时可以引起渗出性出血灶，脑电图电势发生改变，而引起神经衰弱症。表现头痛、昏晕、耳鸣、多梦、失眠、心慌、记忆力衰退、全身乏力等症状。,102,（3）对心血管系统的影响 噪声可引起交感神经紧张，从而导致血压波动增大，年轻人表现为血压降低，而老人则以升高者居多。在心电图检查中，常见有窦性心动过速或过缓、窦性心律不齐、传导阻滞等。,103,（4）对内分泌的影响 各国都有严重噪声干扰促使早产和死产率升高、初生儿体重减轻的报告。主要原因是经常性噪声可使母体内分泌腺体功能紊乱。如使脑垂体分泌的催产激素过剩，强烈刺激子宫肌收缩而导致早产。此外，子宫收缩会影响子宫内血管为胎儿输送氧气和养料，使胎儿缺乏营养和氧气而造成发育障碍或死亡。,104,（二）环境噪声标准及其居民主观评价法 1、我国环境噪声标准(Environmental noise standard）,105,0类：为特别需安静区域。如疗养区、高级别墅区、高级宾 馆区等。1类：住宅区、高教机关为主的区域；2类：住宅区、商业、工业混杂区域；3类：工业区；4类：城市公路干道两侧、穿越城市的内河航道、铁路主次 干线两侧等。,106,2、对环境噪声的主观评价调查 测定噪声值并不一定能正确反映人对噪声的感受程度，有时需要借助于社会调查方法，研究和确定各类居民对环境噪声的主观评价。可采用家庭访问调查和印发调查表由居民填写进行。（1）调查对象：居住一年以上1775年岁的居民。,107,（2）调查内容 居民姓名、性别、年龄、职业、住址、健康状况和病史；每天在家几小时，一般什么时候在家、居住时觉得安静、较安静、吵还是很吵；在房间时是否听到噪声，是何种噪声，噪声是否影响了生活；对噪声敏感或不敏感，即是否容易受到噪声的干扰。,108,（3）调查时间：一般在噪声测量之前进行调查。（4）评价等级：一般分四级：1）无任何干扰、2）有一定干扰、3）中等干扰、4）很受干扰或是很安静。一般50%居民认为吵的噪声强度为许可噪声标准的上限值。,109,（三）城市噪声的监测 可用声级计和声频频谱分析仪测量噪声的强度。1、整个城市噪声的监测 将全市划分为500500 M2的网络，测量点选择在每个网络的中心。若中心位置在房顶、污沟、禁区等不宜测量，可移到旁边能测量的位置。测量网络和数目不应少于100个，若城市较小，可按250 250 M2的面积划分网络。,110,对于城市环境噪声的长期监测，根据可能的条件，决定测点的数量，一般不少于7个。位置：繁华市区一点、典型居民区一点、交通干线两点、工厂区一点和混合区两点。2、城市扰民噪声源监测 1）交通噪声监测 在两个交通路口之间的十字交通线上，选择一个测点，测点在马路边人行道上，一般距马路沿20 cm。,111,2）工业噪声监测 扰民工业噪声：指生产作业时间内向外环境辐射的噪声。测点选择在每一座工厂边界线外1 m的路线上，要求选择若干点，且每两测点的噪声平均声级相差幅度为5 dB。,112,二、放射性污染的生物学效应（一）放射性污染 核武器的频繁试验，核能和放射性同位素应用（如日本311大地震，福冈核电站核泄露）。进入人类环境中的放射性物质也与日俱增，对环境的污染严重。1、放射污染源 主要有天然和人工放射污染 1）人工放射源；(1)核武器使用和试验；(2)核燃料开采；(3)核电站；(4)同位素应用,113,2）天然放射源 人类环境中存在天然放射性物质，如地壳中的放射性铀、钍和钾等，若进入人体会产生内辐射。此外，还有宇宙射线产生的外辐射。这些天然辐射所产生的总辐射水平称天然放射性本底。（C14半衰期为5730年；Co60半衰期为5.27年;P32半衰期为14.3 天;K42半衰期为12.36 小时),114,2、辐射对人体损伤的作用机理1）直接损伤作用 辐射可直接将生物机体某些生物大分子物质，如DNA、RNA、蛋白质和一些重要的酶类等，发生原子或分子的电离，而导致这些分子的共价键断裂，生成离子、自由基或形成碎片，对生物要机体产生直接伤害。,115,2）间接损伤作用 放射粒子首先作用于水分子，使其电离，而形成活性很强的自由基和活性氧分子，如H2O2、OH等，由这些ROS对生物有机体产生间接伤害。不同放射粒子作用差异：1、射线粒子：带2个正电荷，由氦的原子核组成,电离能力强，但穿透力弱，对机体的伤害主要是内辐射。如14C同位素。,116,2、射线粒子：带1个负电荷，电离能力弱于射线粒子，但穿透力强，主要防外辐射，如32P同位素。3、质子流：带正电荷，电离能力强，但穿透力弱，其作用相似于粒子，但危害比其大。4、中子流：其质量与质子相同，但中子不带电。1）中子与其它元素的原子核撞击，会产生不稳定同位素如2H、13C、14C、25Na等，使物质具放射性。2）中子进入原子核内可引起核子反应，会释放大量的高能中子，高能中子具有杀伤力。,117,5、射线和x射线粒子 两者其本质是电磁波，射线波长小于0.01 nm，是波长最短的电磁波；x射线的波长在0.01100 nm。射线和x射线粒子都不带电荷，穿透力极强，但较、粒子内辐射危害小。,3、放射性污染对人体健康的影响（1）急性辐射损伤 当人体受到大剂量照射后，其有害结果几乎立即可以观察到。这种一次或短期内接受大剂量辐射引起的急性生物效应称为急性辐射损伤。核爆炸、核反应堆意外事故等造成的损伤就属急性效应。（2）慢性远期效应 主要是指长期低剂量造成的危害，如辐射致癌、白血病、白内障、寿命缩短等方面