第六章 环境污染生物监测总结ppt课件.ppt

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1、第六章 环境污染生物监测,汇报人：凌彬彬指导老师：尹平河 教授时间：2016/11/14,第六章 环境污染生物监测,生物监测法：受到污染的生物，在生态、生理和生化指标以及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，利用这些变化来反映和度量环境污染程度的方法称为生物监测法。,特点：1、反映自然的综合的污染状况 2、直接反映对生态系统的影响 3、连续、便宜 4、选择性 5、早期污染的“报警器”6、监测污染物发展动态 7、大面积、长距离、偏远山区。,分类：1.水污染生物监测、空气污染生物监测、土壤污染生物监测2.动物监测、植物监测、微生物监测3.生态监测、生物测试、生物的生理生化指标测

2、定及生物体内污染物残留量的测定4.实验室内的生物测定、现场生物调查,第一节、水环境污染生物监测,一、水环境污染生物监测目的、样品采集和监测项目,了解污染对水生生物的危害状况，判断水体污染的类型、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：代表性、整体性、连续性、经济性 尽量与物理和化学监测的断面一致。,河、湖、库淡水生物监测项目及频率,二、水环境污染生物监测方法,（一）污水生物系统法多污带段、-中污带段、-中污带段、寡污带段（表6-2）根据生物种类的存在与否，确定水体污染程度。,1.水污染指示生物法 水污染指示生物主要有：浮游生物、着生生物、底栖动物、鱼类和微生物等。通过

3、观察它们的群落结构、种类和数量的变化能判断水体污染程度。,（二）生物群落监测方法,2.生物指数监测法 生物指数是指运用数学公式计算出的反应生物种群或群落结构的变化，以评价环境质量的数值。主要有四种方法。（1）贝克生物指数 由贝克于1955年首次提出：将从采样点采到的底栖大型无脊椎动物分成两类，一类是不耐有机污染物的敏感种，另一类为耐有机污染物的耐污种，通过公式进行简单计算。生物指数（BI）2A+B A敏感底栖动物种类数 B耐污底栖动物种类数,BI10 清洁水 BI16 中等污染水 BI0 严重污染水域,（2）贝克津田生物指数 1974年，日本津田松苗在贝克的基础上发展起来的用生物多样性评价水质

4、的方法，其方法是将评价区或评价河段的所有底栖大型无脊椎动物尽量采到，再用贝克公式进行计算，所得数值与水质的关系为：BI20 清洁水 BI1020 轻度污染水 BI610 中等污染水 BI06 严重污染水域,（3）生物种类多样性指数 由马格利夫、沙农、威尔姆等人提出。该指数的特点是能够定量反映群落中生物的种类、数量及种类组成比例变化的信息。式中：d种类多样性指数；N单位面积样品中收集到各类底栖大型无脊椎动物的总个数；ni 单位面积样品中第i种底栖大型无脊椎动物的个数；S单位面积样品中收集到底栖大型无脊椎动物种类数。动物种类越多，d 值越大，水质越好。,d3.0 清洁水 d 1.03.0 中等污染

5、水 d1.0 严重污染水域,（4）硅藻生物指数 A不耐污染的藻类的种类数；B广谱性藻类的种类数；C仅在污染水域中才出现的藻类种类数 硅藻指数在050为多污带，50150为中污带，150200为轻污带。,3.PFU微型生物群落监测法（聚氨酯泡沫塑料）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、原生动物和微型后生动物等。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，当水体环境受到污染后，群落的平衡被破坏，种类减少，多样性指数下降，结构和功能参数发生变化。将PFU塑料块作为人工基质放入水体，经一定时间后，水体中大部分微型生物均可群集到PFU内，达到种数

6、平衡，通过观察和测定PFU内的生物群落结构和功能参数来评价水质状况。,（三）生物测试法,利用生物受到污染物毒害后所发生的反应或生理机能的变化，来评价水体的污染状况，确定毒物安全浓度的方法称为生物测试法。有静水生物测试和流水生物测试两种；测试时间有短期（4天）的急性试验和长期（数月或数年）的慢性试验；测试工作可以在实验室、也可以在野外污染水体中进行。（1）水生生物毒性试验 受试水生生物主要有鱼类、溞类、藻类等。,静水式鱼类急性毒性试验：试验步骤：,预实验（探索性试验）,确定试验浓度范围,试验溶液浓度设计,通常选取7个浓度范围,试验,记录不同时间鱼类死亡情况,毒性判定,LD50、LC50,安全浓度

7、=96hLC50*(0.1-0.01)易分解、积累少的化学物质选用的系数为0.05-0.1对稳定、能在鱼体中高累积的化学物质，系数选用0.01-0.05,2.发光细菌法 利用污染物对革兰氏阴性兼性厌氧微生物所发射出的蓝绿光强度的影响，来判断水质受污染的情况。在一定毒物浓度范围内，毒物浓度与发光强度呈负相关线性关系（利用生物发光光度计测定相对发光强度）3.致突变和致癌物检测,微核测定艾姆斯（Ames）试验染色体畸变试验,（四）叶绿素a的测定,叶绿素a是一种能将光合作用的光能传递给化学反应系统的唯一色素。,叶绿素a含量可作为评价水体富营养化并预测其发展趋势的指标之一。,测定方法：高效液相色谱法、分

8、光光度法、荧光光谱法,（五）微囊藻毒素的测定。水体中产毒藻类主要为蓝藻。微蘘藻毒素是蓝藻产生的一类天然毒素，是富营养化淡水水体中最常见的藻类毒素。微蘘藻毒素的检测方法：生物测试法、物理化学检测法,（六）细菌学检验法,通过检验水中的细菌总数、总大肠菌群、粪大肠菌群、粪链球菌、沙门氏菌（肠道病菌）等，来间接判断水的卫生学质量。水样采集 采样瓶、采样器必须严格按照无菌操作要求进行；防止在运送过程中被污染，并应迅速进行检验。一般从采样到检验不宜超过2h；在10以下冷藏保存不得超过6h。,第二节、空气污染生物监测,一、利用植物监测,（一）指示植物及其受害症状 指示植物是指受到污染物作用后能较敏感和快速地

9、产生明显反应的植物。可选择草本植物、木本植物及地衣、苔藓等。受害症状的共同特点是：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。,1、SO2污染的危害症状：一般其叶脉间叶肉最先出现淡棕红色斑点，经过一系列的颜色变化，最后出现漂白斑点，危害严重时叶片边缘及叶肉全部枯黄，仅留叶脉仍为绿色。敏感植物主要有紫花苜蓿、棉株、元麦、大麦、小麦、大豆、芝麻、荞麦、辣椒、菠菜、胡萝卜、烟草、百日菊、麦杆菊、玫瑰、苹果树、雪松、马尾松、白杨、白桦、杜仲、腊梅等。2、硫酸雾危害症状：叶片边缘光滑，受害较轻时，叶面上呈现分散的浅黄色透光斑点；受害

10、严重时则成孔洞，这是由于硫酸雾以细雾状水滴附着于叶片上所致。,3、NOx污染的危害症状：NOx对植物构成危害的浓度要大于SO2等污染物。它往往与O3或SO2混合在一起显示危害症状，首先在叶片上出现密集的深绿色水浸蚀斑痕，随后这种斑痕逐渐变成淡黄色或青铜色。损伤部位主要出现在较大的叶脉之间，但也会沿叶缘发展。敏感植物主要有烟草、番茄、秋海棠、向日葵、菠菜等。,4、氟化物污染的危害症状：先在植物的特点部位呈现伤斑，例如，单子叶植物和针叶树的叶尖，双子叶植物和阔叶植物的叶缘等。开始这些部位发生萎黄，然后颜色转深形成棕色斑块，在发生萎黄组织与正常组织之间有一条明显分界线，随着受害程度的加重，黄斑向叶片

11、中部及靠近叶柄部,分发展，最后，使叶片大部分枯黄，仅叶主脉下部及叶柄附近仍保持绿色。敏感植物主要有唐菖蒲、金荞麦、葡萄、玉簪、杏梅、榆树叶、郁金香、山桃树、金丝桃树、慈竹等。5、光化学氧化剂污染的危害症状：首先在叶片上出现分布较均匀、细密点状斑，呈棕色或褐色，随后这种斑痕逐渐变成黄褐色或灰白色，并连成一片。敏感植物主要有烟草、矮牵牛花、马唐、花生、马铃薯、洋葱、萝卜、丁香、牡丹、长叶莴笋、瑞士甜菜及早熟禾等6.持久性有机物的指示植物受害症状地衣、苔藓以及某些植物的叶片,（二）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

12、受害症状和程度。,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,2.植物群落监测法：利用监测区域内植物群落受到污染后出现的症状来评价空气污染状况。,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。敏感植物叶部出现受害症状，表明空气已受到轻度污染；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；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。,二、利用动物监测,利用动物个体的异常反应。利用动物种群数量的变化。,三、利用微生物监测,空气中微生物区系组成及数量变化与空气

13、污染有密切关系，用于检测空气质量一般通过测定细菌总数和链球菌总数作为空气评价指标,一、土壤生物污染的植物监测,土壤受到污染后，植物对污染物产生的反应主要表现：叶片上出现伤斑、生理代谢异常、植物化学成分改变。植物的根茎叶均出现受害症状。,第三节 土壤生物污染监测,二、土壤生物污染的动物监测,在重金属污染的土壤中，动物种类、数量随环境污染程度的增加而逐渐减少，并且与重金属的浓度具有显著的负相关关系。蚯蚓、原生动物、土壤线虫、土壤甲螨等均可作为指示动物监测土壤污染,二、土壤中的微生物监测,通过测定土壤污染前后微生物的种类、数量、生长状况，以及生理生化变化等特征，监测土壤污染程度。1.土壤中大肠杆菌一

14、般大肠杆菌超过1.0CFU/g可认为土壤受到污染.2.土壤中的真菌和放线菌根据真菌和放线菌数量变化判断土壤有机物的组成和pH的变化.3.土壤中的腐生菌,评价土壤有机污染的状况,4.土壤中的嗜热菌,表征土壤牲畜粪便污染的指标.嗜热菌超过103-105CFU/g，土壤被视为牲畜粪便污染，超过105CFU/g可确定为重污染。,一、污染物在生物体内的吸收和分布,生物受污染的途径主要有表面附着、生物吸收和生物浓缩三种形式。,第四节 生物污染监测,生物体内各部位的污染物分布的不均匀性：由于其结构与代谢活性不同；,（一）污染物在植物体内的吸收和分布空气中的气态和颗粒态的污染物主要通过黏附、叶片气孔或茎部皮孔

15、侵入方式进入植物体；土壤或水体中的污染物主要通过植物的根系吸收进入植物体内。,污染物被植物吸收后，在植物体内各部位的分布规律与吸收污染物的途径、植物品种、污染物的性质等因素有关。例如从土壤和水体中吸收污染物的植物，一般分布规律和残留量的顺序为：根 茎 叶 穗 壳 种子；而从空气中通过叶面吸收，则叶面的残留量最大。污染物的性质不同，在植物中的分布也有不同。例如一般农药喷洒后，水果表皮的残留量较大，果肉中的残留量较少，而脂溶性的农药，其渗透性比较大，更容易渗透到果肉中，见表612。,（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;动物吸收污染物质

16、后，主要通过血液和淋巴系统传输到全身各组织。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：(1)、能溶解于体液的物质，如钠、钾、锂、氟、氯、溴等离子，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)、与骨骼亲和性较强的物质，如铅、钙、钡、锶、镭、铍等二价阳离子在骨骼中含量较高。(4)、对某一种器官具有特殊亲和性的物质，则在该种器官中蓄积较多。如碘对甲状腺，汞、铀对肾脏有特殊亲和性。(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。,（一）、植物样品的采集和制备 1、植物样品的采集(

17、1)对样品的要求：采集的植物样品要具有代表性、典型性和适时性。(2)布点方法：梅花形或交叉间隔布点法（3）采样方法：在每个采样点上分别采集510处植株的根、茎、叶、果实等，或可以整株采集后带回实验室再按部位分开处理。,二、生物样品的采集和制备,2、植物样品的制备(1)鲜样的制备：样品洗净晾干或拭干切碎、混匀捣碎机捣碎制浆或研磨(2)干样的制备：样品洗净风干或烘干除尘粉碎过筛保存（二）、动物样品的采集和制备 动物的尿液、血液、唾液、胃液、乳液、粪便、毛发、指甲、骨骼和组织等均可作为检验样品。,三、生物样品的预处理（一）、消解和灰化 1、湿法消解：酸氧化剂 2、灰化法：坩埚（450550）马弗炉（

18、二）、提取、分离和浓缩 1、提取法：振荡浸取、组织捣碎提取、脂肪提取器提取（索氏提取器）、直接球磨提取等。,1、蒸馏烧瓶；2、滤纸筒；3、提取筒；4、虹吸管；5、冷凝器图 6.6 索式提取器示意图,2、分离法：液液萃取法、蒸馏法、层析法、磺化法和皂化法、气提法和顶空法、低温冷凝法等。3、浓缩法：蒸馏或减压蒸馏、K-D浓缩器浓缩、蒸发。四、污染物的测定,测定方法主要有分光光度法、原子吸收光谱法、荧光分光光度法、色谱法、质谱法和联机法等。,第五节 生态监测,一、生态监测的定义 在地球的全局或局部范围内观察和收集生命支持能力数据，并加以分析研究，以了解生态环境的现状和变化。生态监测是运用可比的方法，

19、在时间和空间上对特定区域范围内的生态系统或生态系统组合体的类型、数量、结构和功能及其组成要素等进行系统的测定和观察过程，监测结果用于评价和预测人类活动对生态系统的影响，为合理利用资源、改善生态环境和自然保护提供决策依据。,二、生态监测的类型及内容 宏观生态监测 宏观生态监测的对象是区域范围内各类生态系统的组合方式、镶嵌特征、动态变化和空间分布格局等及其在人类活动影响下的变化。微观生态监测 监测的对象是某一特定生态系统或生态系统聚合体的结构和功能特征及其在人类活动影响下的变化。1.干扰性生态监测 2.污染性生态监测 3.治理性生态监测,三、生态监测的任务和特点：生态监测的任务生态监测的特点综合性

20、长期性复杂性分散性,四、生态监测指标体系（一）生态监测指标确定原则（1）代表性、综合性及可操作性（2）检测内容具有可比性(3)各监测站可依监测项目的特殊性增加特定的指标，突出各自的特点；,(4)指标应能反映生态系统各个层次和主要的生态问题，以结构和功能指标为主；(5)宏观生态监测依监测项目选定相应的数量指标和强度指标，微观生态监测应包括生态系统各个组分，并能反映主要的生态过程。（二）、生态监测指标及其质量评价生态监测指标要体现生态环境的整体性和系统性、本质特征的代表性和环境保护的综合性。宏观生态监测指标的选择 一级指标：优劣度、稳定度或脆弱度；,二级指标：生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指

21、数、土地退化指数、污染负荷指数。生态环境状况指数（EI）：用于评价生态环境质量的优劣。EI=0.25生物丰度指数+0.2植被覆盖指数+0.2水网密度指数+0.2土地退化指数+0.15污染负荷指数。2.不同类型生态监测站监测指标的选择陆地生态监测站：指标体系分为气象、水文、土壤、植物、动物、微生物六大要素水文生态监测站：水温气象、水质、底质、浮游植物、浮游动物、有用动物、着生藻类、底栖生物、微生物八大要素,四、生态监测指标体系 生态体系分自然陆地（森林、草原、荒漠）、农业、淡水（河流、湖泊和湿地）和海洋四大生态体系。（一）自然陆地生态监测指标 1、森林生态系统：指标类型 监测指标 大气 SO2、

22、酸雨、O3、NOx TSP、林间CO2浓度 土壤 土壤质量、土壤盐基饱和度、PH值 水体 PH、DO、浊度、F-、Cl-植物 森林生长量、林冠状况、病虫害、火灾、树叶中养分（N、P、K、Ca、Mg等）、植被结构、树叶中的化学 污染物（SO2等）、生态系统多样性 动物 鸟类丰度、鸟鸣声频度、蚯蚓丰度 景观 地面覆盖情况、土地利用情况、水土流失强度等级、其他干扰证据,2、荒漠生态系统：主要归纳为18种，其中14种为自然指标，4种为人为指标。序号 监测指标 1 多年生植被覆盖度（）2 生物量（干重）（mg/hm2.a)3 生长量（t/hm2.a）4 生物种类数（sp/hm2)5 优势种数（sp/hm

23、2)6 优势度（）7 正常平面上的土壤风蚀率（t/hm2.a)8 正常平面上的砂土沉积率（t/hm2.a)9 一年内沉积的土层厚度（cm）10 一年内风蚀带走土层厚度（cm）11 沙暴频度（10年间有沙暴年数）12 一年内沙暴日数（d）13 一年内沙暴时数（h）14 2m高处最大风速（m/s）15 人口概况 16 资源利用状况 17 产业结构 18 经济发展水平,（二）农业系统生态监测指标 归纳为3大类、12组、74个指标。指标类型 指标组 监测指标1、生境资源类 气候 温度、日照时数、雨量、无霜期、气候灾害、蒸发量 土地 面积、土地利用类型、地形、坡度、土地侵蚀 状况、地面景观 土壤 土壤类

24、型、土层厚度、土壤营养、土壤营养障碍 土壤质地、土壤湿度、土壤元素背景值 水文 年径流量、地面水储量、水深、水温、透明度、含盐量、地下水位和变幅、地下水流向、水质背 景值 非主体生物 生物种类、生物数量、与主体生物间的关系、植被状况、植被结构、物种多度、生物多样性指 数、作为天敌的生物种类数量和活动强度、土壤 生物种类和数量、环境指示生物状况2、主体生物类 农作物 种类与品种、产量与生产率、光能利用率,家畜家禽 种类与品种、产量与生产率、饲料转化率 鱼类 种类与品种、产量与生产率、饲料转化率3、人类社会 人口 人口总数、人口密度、人口素质、人口从业状况 影响类 经济与技术 工业产值、农业产量与

25、产值、区域经济类型、城市化程度、人均产值、人均收入、经济产投比 单位面积投入物质量、单位面积投入能源量、土 地耕作与经营方式 生态破坏 水土流失量、土地沙化或盐渍化程度与数量、土 地肥力减退情况、病虫害猖獗程度、植被破坏情 况、生物多样性变化、气候状况变化 化学污染 土壤污染、水源污染、大气污染、农牧鱼产品污 染、野生生物生境污染、污染对生物及其生境 的影响,（三）淡水生态监测指标 淡水系统包括河流湖泊生态系统和湿地生态系统2大类。河流湖泊生态系统监测指标 指标类型 指标组 监测指标 生物类 大型水草 种类、数量、优势种、覆盖率、分布 浮游动物 轮虫和夹壳虫种的丰度、不同种的丰度比例 浮游植物

26、 种类、数量、优势种 底栖无脊椎动物 浮游目/责翅目/毛翅目数量、比例、丰度 沉积性硅藻 种类、丰度 周丛生物 种类、丰度 微生物 细菌总数、大肠杆菌数 鱼类 种类、丰度、年龄、大小结构、敏感种百分数 外来种百分数、外部变异性 鸟类 种类、丰度,生境资源类 物理状况 温度、色度、透明度、浊度、悬浮物 水质状况 Na、K、Ca、Mg、Si、SO42-、NO3-、Cl-、CO32-硬度、PH、COD、BOD、DO、Mn、Fe、Eh等 营养状况 叶绿素a、可溶性有机碳、NO3-N、NH3 N TN、TP、正磷酸盐 有毒污染物 CN、农药类、As、Cr、Cd、Cu、Pb、Hg、Se、Zn 岸边情况 植

27、被的类型和数量 水体性状 面积、最大深度、平均深度、水体体积、水面波动 生境复杂性 水深、流速、底质构成社会经济 土地利用和覆盖 农业、城市、采矿、放牧、造林等的强度和构成影响类 百分数 人口、畜禽密度 数量和密度 与产业结构 污染物负荷 点源和非点源排放量 水产养殖和鱼种 种类和数量,湿地生态监测指标指标类型 指标组 监测指标生物类 植被 植被类型、植被覆盖度、植被群落结构及功能、植物生产量、植物季相变化 动物 动物种群、动物数量、迁徙动物种类和数量、土壤微生物、种类和数量 生境资源类 气象 降水量、气温、空气湿度、风、蒸发量、日照、辐射 土壤 湿度、冻结与减冻、呼吸强度、理化性状 水文与水

28、质 地表与地下水位、流向、水质（Na、K、Ca、Mg、Si SO42-、NO3-、CO32-、Cl-、硬度、PH、COD、BOD、DO、Mn、Fe、Eh等 大气 贴地气层CO2、CH4、SO2、NOx、降尘等 湿地状况 面积改变社会经济 人口 数量、从业状况影响类 产业状况 工农业构成与发展水平、产业开发对湿地及其湿地生 物的影响 污染 污染物排放种类及数量、污染影响,其他 地表径流量与水质改变、海岸带开发利用情况社会经济 污染物 油类、六六六、DDT、多氯联苯、硫化物、挥影响类 发物、氰化物、放射性核素、As、Cr、Cd、Cu、Pb、Hg、Se、Zn 渔业活动 近海养殖、海洋捕捞、海岸带开发

29、,（四）海洋生态监测指标指标类型 指标组 监测指标生物类 浮游植物群落 细胞总数量、种类数、优势种/优势度、甲藻 数量/硅藻数量 浮游动物群落 生物量（或个体总数量）、种类数、优势种/优势度 底栖动物群落 生物量、种类数、优势种/优势度、种类丰度 潮间带生物群落 生物量、种类数、优势种/优势度 微生物 异养细菌总数、石油降解菌数、化能无机菌数 异常细菌数 渔业生态 渔获总量、渔获物种类、渔获鱼类年龄组成、增养殖种类的存活率、肥满率 生产率 叶绿素a、初级生产力非生物类 常规水质 PH、SS、TOC、浊度、DO、COD、BOD 常规底质 有机质、硫化物、粒度、氧化还原电位 营养盐类 NO3-N、NH3 N、NO2-N、磷酸盐、硅酸盐 水文要素 水深、水温、盐度、海流、海浪、透明度、水色、海冰,