水污染的生物群落监测方法.docx
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水污染的生物群落监测方法
水污染的生物群落监测方法
水生生物监测断面布设的原则和方法
一、水生生物监测断面布设的原则
（一）断面布设要有代表性
在不同的水域或不同的污染区内，浮游生物的分布是不均匀的，在对一个水域进行调查时，所采的样要对调查内容有代表性。
如：
调查污染物对水体的影响，必须在排污口附近设采样点。
（二）与水化学监测断面布设的一致性
水生生物指标是评价水质和生态状况的重要指标，要和化学指标做相关分析，才能说明水质状况。
所以要求在时间上、空间上与化学采样一致。
（三）断面布设要考虑水环境的整体性
如：
污染物排入河流后，河流本身有一自净作用，下游的污染要减轻，所以在下游要设断面。
（四）断面布设的经济性
（人力、物力、交通、安全）
（五）断面布设的连续性
采样点一旦布设，就不要轻易改动，要考虑长期变化趋势。
二、布点方法
（一）河流
至少设三个断面：
对照断面：
排污口上游
污染断面：
排污口附近（一般在下游500~1000m）
观察断面（或称消减断面）：
排污口下游（一般在下游1500m以远），可多设几个。
有支流的，支流下要设断面。
断面位置应避开死水区，尽量选择顺直河段，水流平缓、无急流湍滩处。
每个断面的采样数可视河流宽度而定：
宽度<50m，在河中心设1个采样点；
宽度=50~100m，设左右2个采样点；
宽度>100m，设左、中、右3个采样点。
（二）湖泊、水库
①入湖口区（入库口区）：
说明进来的水是什么水？
可做对照）
②湖（库）中心区
③出口区
④最深水区（如湖北东湖，最深水区污染最重，中心区污染较轻）
⑤沿湖（库）边排污口区：
（了解不同工厂排放的污水对水质及水生生物的影响，如丫儿湖周围有很多工厂排污）
⑥相对清洁区
首先了解地理位置，了解哪些地方比较清洁。
在做环境评价报告书时首先要把社会环境、自然环境搞清楚。
对于特殊水体，要根据具体情况和要求设点。
长沙环境保护职业技术学院
课时授课计划
授课章节目录：
水污染的生物群落监测方法
项目一浮游生物的测定
授课时数：
3
目的要求：
1.了解浮游生物的概念、类群。
2.掌握利用浮游生物监测水质的方法。
3.认识常见浮游生物。
教材分析（难点、重点）：
本节重点：
浮游生物的计数方法。
本节难点：
浮游生物的分类鉴定
教学方法：
图解法、启发式、问答式
教学手段：
板书
教具、挂图与参考书：
参考书：
《淡水微型生物图谱》
布置作业：
P241-4题。
课后记要：
项目一浮游生物的测定
浮游生物（plankton）：
指随波逐流地生活在水体中的微型生物。
一、采样
（一）采样工具
1.浮游生物网
定性网和定量网
2．采水器
（1）瓶式采水器
（2）水生--81型有机玻璃采水器
3.透明度盘
（二）采样层次（深度）
在江河中：
水面下0.5m左右
在湖泊、水库中：
水深<2m，一般可仅在表层（0.5m深处）取样
水深>2m，分层采
（三）采样方法及采样量
1.定性样的采集
用定性网在选定的采样点于水面和0.5m深处以每秒20~30cm的速度作“∞”形循回缓慢拖动，时间为5~10分钟
2.定量样的采集
一般用采水器
藻类：
一般采水1~2升
原生动物、轮虫及未成熟的微小甲壳动物：
采水1~5升
成熟的甲壳动物：
采水10~50升
如用定量网采集：
水样体积＝r2×H
（四）采样频率
一般常规生物监测，每年采样应不少于两次，一般在春秋两季进行，若要了解浮游生物周年的变化，则一年四季都要采样，特殊需要，则根据具体情况增加采样次数。
采样要尽量在晴朗无风的天气进行。
二、样品的固定、浓缩和保存
采样－固定－浓缩－定容－计数或保存
固定液：
（1）鲁哥氏液（Lugo1s）
碘化钾（60g）＋碘（40g）＋蒸馏水（1000mL）
1000mL水样加15mL鲁哥氏液
适于固定藻类、原生动物和轮虫
（2）4%的福尔马林
福尔马林（4mL）＋甘油（10mL）＋水（86mL）
l00mL水样加4~5mL福尔马林溶液
适于固定枝角类和桡足类
（3）70%酒精
适于固定枝角类和桡足类
浓缩方法：
（1）沉淀法
（2）过滤法
（3）离心法
三、浮游生物的测定
（一）定性测定
分类鉴定：
最好用活体观察
可用低浓度麻醉剂，如1%硫酸镉、水合氯醛、酒精等，也可在载玻片上加少许棉纤维，以阻止其活动。
浮游生物的主要类群：
1.藻类
2.原生动物
3.轮虫
4.枝角类和桡足类
（二）定量测定
1.计数框及其使用
（1）塞奇威克一拉夫脱计数框（简称S-R计数框）：
该计数框长50mm，宽20mm，深lmm，总面积为1000mm2，总体积为lmL。
（2）网格计数框：
这种计数框长20mm，宽20mm，深0.25mm，总面积为400mm2，总体积为0.1mL，计数框的底部刻有100个均等的方格。
2.显微镜的校准
3.计数
4.计数方法
（1）长条计数法
浮游生物数/ mL=
式中C--计数的浮游生物数；
L--一个长条的长度，也就是计数框的长度（mm）；
W--一个长条的宽度，即目尺的长度（mm）；
D--一个长条的深度，即计数框的深度（mm）；
S--计数的长条数。
（2）视野计数法
浮游生物个数/mL＝
式中A--一个视野面积（mm2）；
D--视野的深度（mm）；
F--计数的视野数（一般至少10个）；
C--计数的生物个数。
（3）网格计数法
浮游生物数/升＝
式中C--计数的生物个数；
V1--由1升水浓缩成的样品水量；
V2--计数的样品水量。
四、结果报告
（一）定性测定
1.利用指示生物进行评价
2.利用多样性指数和各种生物指数进行评价
3.利用藻类各类群在群落中所占比例进行评价
（二）定量测定
1.利用浮游植物的数量可以作为划分湖泊营养状态的标准，但目前尚无统一的标准，一般以：
<3×105个/L贫营养
3×105～5×105（或1×106）中营养
>5×105（或>1×106）富营养
≥10×106高度富营养
2.浮游动物方面，一般来说，水中浮游动物越少，表明水体富营养化程度越低，水质越好，有人提出：
浮游动物数量<100个/L贫营养
1000-2000个/L中营养
>3000个/L富营养
五、有浮游生物评价水质的优点
与大型无脊椎动物相比，浮游生物个体小，数量多
1.试验容器小
用浮游生物网就可以采样
2.取材方便
3.生长快，繁殖快
要做潜在的污染物对生物的生长、发育、繁殖的影响，光了解一代不能说明问题，用浮游生物很快就可以完成几个世代的试验，而用鱼等大型动物需要很长时间。
4.可以在合成的培养基中存在
测试方便，可多次反复，而其他生物则不行。
培养基容易配制，价格也便宜。
5.和环境接触密切，对环境污染物的反应时间短
因为浮游生物大都是单细胞的，与鱼等高等生物相比，与环境接触要密切，接触面积大，整个细胞都与环境接触，所以反应时间短。
而鱼在水中则要经过消化道吸收才能产生反应。
6.具有无性繁殖和有性繁殖，可以提供品系均一的后代
7.微型生物基本上是世界性分布
同样的种类在不同的大陆上都可以作为指示生物，在国际上有代表性。
8.可以储存，易保存，要求的空间小。
9.浮游生物与其他水生群落相比，对废水的耐受能力差异不大。
10.从数量上、重量上，在水生态系统中占优势地位
浮游生物是构成水生态系统的主要组成部分，虽然很小、很轻、但数量多，所以占优势。
长沙环境保护职业技术学院
课时授课计划
授课章节目录：
水污染的生物群落监测方法
项目二着生生物的测定
授课时数：
1
目的要求：
1.了解着生生物的概念、类群。
2.掌握利用着生生物监测水质的方法。
3.认识常见着生硅藻。
教材分析（难点、重点）：
本节重点：
着生生物的计数方法。
本节难点：
着生硅藻的分类鉴定
教学方法：
图解法、启发式、问答式
教学手段：
板书
教具、挂图与参考书：
参考书：
淡水微型生物图谱
布置作业：
P281、3题。
课后记要：
项目二着生生物的测定
着生生物（Periphyton）也称周丛生物，指生长在浸没于水中的各种基质（Substratum）表面上的微型生物群落。
周丛生物包括细菌、真菌、藻类、原生动物、轮虫等微型动物，但在生物监测中，着重研究的是硅藻。
着生生物由于是附着生活的，不会回避污染物，最能反映污染源下游的情况。
所以可以用着生生物种类组成及数量的变化，指示水体污染程度，在河流中应用效果最好，也可在湖泊和水库中应用。
一、采样方法
1.天然基质
水中的动物、大型植物、石块、木块
缺点是表面积不固定，表明类型也不同（有的软，有的硬，有的光滑，有的粗糙）、方向，摆放位置都不同。
∴适于采集定性样
2.人工基质
载玻片（如硅藻计），聚酯薄膜和PFU
优点：
能在任意地点放置，能控制表面积、表面类型、表面方向，表面也很均匀。
即可以弥补天然基质的缺点。
适于采集定量样和定性样
采样时，一般放置在水面下5～15cm处，以受到合适的光照为宜。
放置14天。
二、样品的处理和保存
1.定量样品的处理和保存
取人工基质（玻片3-4片或剪取薄膜4×15cm）－刮下生物－放入有水烧杯中－固定（鲁哥氏液）－浓缩－定容－计数－保存（加4%福尔马林液）
2.定性样品的处理和保存
采样（人工基质或天然基质）－刮下生物－放入有水烧杯中－固定（鲁哥氏液）－分类鉴定－保存（加4%福尔马林液）
三、种类鉴定和计数
1.定性鉴定
可活体观察也可制成永久装片
2.定量计数：
个/cm2
浮游生物个数/cm2＝
×
式中A--一个视野面积（mm2）；
D--视野的深度（mm）；
F--计数的视野数（一般至少10个）；
C--计数的生物个数;
V1—浓缩后水洋的体积（mL）
S－采样面积（cm2）
四、结果报告
PFU法
微型生物：
指借助于显微镜才能看到的微小生物类群，主要是指细菌、真菌、藻类、原生动物，有时也包括小型的后生动物如轮虫等。
一、PFU微型生物群落的特性
1.符合MacArthur-Wiltson岛屿动物地理平衡模型
2.岛屿的大小直接影响群集的种数
随着生境范围的增加，群集的种数也增加，但到一定程度时，进一步增加生境范围时，其种数的比例就要下降。
原生动物群集的种数和PFU大小的对数成直接相关，最合适的PFU大小为5×7.5×6.5cm3。
3.原生动物群集过程反映出群落内的调节机制
把第一次出现的种类称为入侵种，也叫新见种；
出现过一次的种类或连续多次出现，消失了再也未出现过，称为消失种；第一次重复出现的种类叫拓殖种
以前出现过的老的种类，又断断续续地出现，叫居留者；
曾经消失过，后来又出现，叫复见种
消失种数＝（新见种数+复见种数+上次总种数）-本次总种数
群集速度＝
消失速度＝
4.微型生物的食物网
二、PFU的工作方法
1.室外工作方法
挂PFU，一天后，以及第3、5、7、12、15、21、28天检查，每个点每次取两块，剪下后，放在塑料袋中，到实验室后，带上橡皮手套，把PFU上的水挤在烧杯中，用吸管滴在载玻片上，在显微镜下检查，把每天的新见种，复见种，消失种都记录下来。
一般一块PFU至少要做两个装片，要求全片检查，以免遗漏。
2.室内工作方法――毒性试验
三、测试指标
在分类学方面，可测种数，种类组成、相对密度，群集速度、消失速度、平衡期（群集速度与消失速度相等的时间）、平衡期时的种数等；
在非分类学方面，可以测活细胞的生物量、叶绿素a含量（即自养生物量），呼吸速度，各种化学分析等。
从以上这些参数可以获得微型生物群落在结构与功能上的变化。
四、PFU法的优点（P34）
长沙环境保护职业技术学院
课时授课计划
授课章节目录：
水污染的生物群落监测方法
项目三底栖动物的测定
授课时数：
1
目的要求：
1.了解底栖动物的概念、类群。
2.掌握利用底栖动物监测水质的方法。
3.认识常见底栖动物。
教材分析（难点、重点）：
本节重点：
底栖动物的定性测定方法。
本节难点：
底栖动物的分类鉴定
教学方法：
图解法、启发式、问答式
教学手段：
板书
教具、挂图与参考书：
参考书：
淡水生物学
挂图：
采泥器挂图
布置作业：
1.何谓底栖动物？
淡水中底栖动物的类群有哪些？
2.简述底栖动物监测水质的优点。
课后记要：
项目三底栖动物的测定
底栖动物：
指生活在水体底部，不能通过40目（每孔0.793mm）分样筛的大型无脊椎动物。
主要包括：
软体动物，如螺类、蚌类；节肢动物，如水生昆虫、大型甲壳类；环节动物，如水蚯蚓、蛭类；圆形动物；扁形动物以及其它无脊椎动物。
一、采样
（一）采样点及采样频率
（二）采样工具及采样方法
1.彼德逊采泥器
每次采集面积为1/16米2或1/40米2
适于采集泥砂和淤泥等松软底质
可采集定性样和定量样
2.人工基质篮式采样器
直径18厘米，高20厘米（或直径16厘米，高18厘米），网孔面积4～6厘米2。
主要应用于河流及溪流中，可采集定性样和定量样
3.三角拖网
适于浅水，采集定性样
4.铁铲、手抄网、手拣
适于浅水，采集定性样
5.筛选工具
40目分样筛、白色磁盘
二、样品的处理和保存
1.洗净
2.拣选
3.固定
固定液：
（1）螺、蚌：
用70%的酒精固定，4～5天后再换一次酒精即可
（2）昆虫幼虫及甲壳动物：
可放入小瓶中用50%酒精固定，再转入70～80%的酒精中封存。
（3）环节动物的水蚯蚓、蛭类：
应先麻醉，使其呈舒展状态后再固定。
麻醉可用硫酸镁或薄荷精，或者先用较低浓度的固定液，如30%的酒精或2%的福尔马林，数小时后再逐渐过渡到正常的固定浓度
4.保存
三、样品的鉴定和计数
（一）样品的鉴定
（二）样品的计数：
换算成个/m2
四、结果报告
五、用底栖动物监测水质的优点
1.种类多，分布广，代表性强
2.有较长的生活周期（与微型生物相比）
底栖动物生活周期长，水质的变化可以在它一个个体中充分的反映，可以监测出低浓度污染物的累积效应（即富集性），有助于了解该水体的污染历史。
3.活动范围小
不易回避污染物
4.个体大，变形小，易采集，易观察
5.能对各种污染物产生不同的反应，是一种很好的指示生物。
有的底栖动物对污染物抗性很强（如颤蚓），有的很敏感（如涡虫）
长沙环境保护职业技术学院
课时授课计划
授课章节目录：
水污染的生物群落监测方法
项目四指示生物和污水生物系统
授课时数：
1
目的要求：
1.了解利用指示生物监测水质的方法。
2.掌握污水生物系统的原理和方法。
3.了解各污染带的特征。
教材分析（难点、重点）：
本节重点：
污水生物系统的原理
本节难点：
微型生物分类
教学方法：
图解法、启发式、问答式
教学手段：
板书
教具、挂图与参考书：
参考书：
《淡水微型生物图谱》
布置作业：
P281、3题。
课后记要：
项目四指示生物和污水生物系统
一、指示生物法
指示生物：
指对环境中的某些物质（包括污染物，O2，CO2等特殊物质）能够产生各种反应信息的生物。
二、污水生物系统
受有机污染的河流从排污口至下游划分成一系列在污染程度上逐渐下降的连续带，即多污带、中污带（又分为-中污带和-中污带）和寡污带，这一系列的带称为污水生物系统。
1.多污带
（1）理化特征
水呈暗灰色，极浑浊，BOD很高（10-500mg/L），氧气极缺，水底沉积大量的悬浮物质。
pH不稳定。
（2）生物特征
☆微生物：
水细菌数量多，每毫升可达100万个以上；
☆植物：
几乎没有，如果有的话，有少量的蓝藻；
☆动物：
以原生动物为主，主要为鞭毛虫和纤毛虫类，颤蚓类是有机物污染十分严重水体的优势种，颤蚓类数量越多，表示水体污染越严重。
摇蚊幼虫不仅耐有机物污染，而且某些摇蚊幼虫耐重金属污染，有的对电镀废水包括六价铬、氰和铜离子的耐受量较高。
（3）指示生物
主要有浮游球衣细菌、贝氏硫细菌、素衣藻、钟虫、颤蚓类，摇蚊幼虫等。
2.-中污带
（1）理化特征
水为灰色，BOD值仍相当高（5-10mg/L），但是，除了还原作用之外，还有氧化作用，有机物分解形成氨和氨基酸。
氧气仍然缺乏，为半嫌氧条件，并有硫化氢存在。
pH不稳定。
（2）生物特征
微生物：
以水细菌为主（>10万个/mL）
植物：
蓝藻、绿藻、硅藻
动物：
出现吞食细菌的纤毛虫类和轮虫类
（3）指示生物
大颤藻、小颤藻、椎尾水轮虫、天蓝喇叭虫、栉虾、臂毛水轮虫等多种藻类和轮虫类。
3.-中污带
（1）理化特征
氧化作用占优势，绿色植物大量出现。
水中含氧量增高，氮的化合物呈铵盐、亚硝酸盐或硝酸盐。
BOD下降（<5mg/L），pH稳定。
（3）生物特征
☆微生物：
水细菌数量减少（<10万个/mL）
☆植物：
各种藻类
☆动物：
轮虫类、贝类和各种昆虫、泥鳅、鲤鱼等鱼类
（3）指示生物
有多种藻类（如水花束丝藻，梭裸藻，短荆盘星藻类等），轮虫（如腔轮虫，双荆同尾轮虫，卵形鞍甲轮虫等），水溞（溞状水溞、大型水溞等），以及虫类（绿草履虫，鼻节毛虫，弹跳虫等）。
4.寡污带
（1）理化特征
自净作用已经完成，有机物已被完全氧化或矿化，为清洁水体。
溶解氧丰富，硫化氢几乎不存在，水的pH值适于生物生存。
污泥沉淀已矿质化。
（2）生物特征
☆微生物：
水细菌少（<100个/mL）
☆☆植物：
水中藻类少，但着生藻类多，出现显花植物
☆☆动物：
多种多样，有甲壳类、苔藓虫、水螅、各种鱼类、水生昆虫幼虫等。
（3）指示生物
多种鱼类、水生昆虫幼虫、田螺等。
Ⅰ长沙环境保护职业技术学院
课时授课计划
授课章节目录：
项目五水污染的生物群落评价
Ⅰ生物指数
授课时数：
1
目的要求：
1.了解生物指数的概念。
2.掌握几个常用生物指数监测水质的方法。
教材分析（难点、重点）：
本节重点：
Goodnight指数、硅藻生物指数
本节难点：
水生生物分类
教学方法：
启发式、问答式
教学手段：
板书
教具、挂图与参考书：
参考书：
1.《淡水微型生物图谱》；2.《淡水生物学》
布置作业：
与多样性指数一起布置。
课后记要：
Ⅰ生物指数
水环境发生变化后，生物群落的结构会相应发生改变，其变化程度如何（如种类数的变化，个体数的变化等）可用数学公式来表示。
生物指数可以简化污水生物系统。
生物指数：
应用数学公式来反映生物种群和群落结构的变化，以评价环境质量。
水环境受到污染后，会产生很多生态学效应，主要有以下几个方面：
（1）指示生物的变化：
即某些有指示价值的种类出现或消失，导致生物群落的种类组成发生变化。
（2）群落中生物种类数的变化：
污染重时减少，水质好时增多。
（提问：
水质过于清洁的话会怎样？
）
（3）组成群落的个别种群的变化：
（提问：
让学生举例）
如多污带颤蚓大量增加。
（4）群落中种类组成的变化：
（提问：
让学生举例）
如从多污带到寡污带群落的种类组成不同
（5）自养－异养程度上的变化：
（提问：
何谓自养？
异养？
让学生举例）
例：
在富营养化的水体里，自养生物会很多。
（6）生产力在程度上的变化
主要指自养生物。
以上这些都是生态学效应，都可以用数学公式表示，当然一个公式不可能反映所有的效应，所以要全面反映水质的变化，经常用几个参数。
一、贝克（Beck）指数（针对底栖动物）
BI=2A+B
式中：
BI--生物指数；
A--为不耐污的种类数;
B—耐污的种类数。
要求：
各点的水深、流速、地质等环境因素一致，采集面积一定。
BI值的范围为0～40，重污染区为0，中等污染区为1～10，清洁水域为10～40。
日本学者津田松苗:
生物指数水质状况
＞30清洁河段
29～15较清洁河段
14～6较不清洁河段
5～0极不清洁河段
二、硅藻生物指数
A:
不耐污的硅藻种类数
B:
对有机污染适应性强的种类数
C:
仅在污染区独有的种类数
I≤0为重污染；I为0～100为中度污染；I为100～150为轻度污染；I＞150为基本无污染。
三、Goodnight-Whitley生物指数
生物指数＞80%严重污染
生物指数＝60%～80%中等污染
生物指数＜60%水质良好
四、生物比重指数
此指数值越小，表示污染越严重；反之则水质越清洁，指数的变动范围为0～612（经验值）。
五、Trent（特伦特）生物指数
以七个无脊椎动物类群作为评价水质的指示生物，根据这七个类群动物出现的顺序和种类数以及所获得的大型底栖无脊椎动物的类群总数划分指数值，指数值越低，表示污染越严重，指数值高，表示污染轻。
六、藻类污染指数
Palmer（1969）对能耐受污染的20属藻类，分别给与不同的污染指数值，根据水样中出现的藻类，计算总污染指数，如：
总污染指数 ＞20 重污染
15～19中污染
＜15轻污染
七、污染生物指数（BIP）
BIP=
式中：
A--有叶绿素微型生物数（即藻类数量）。
B--无叶绿素微型生物数（即原生动物数量）。
指数与水质的关系为：
污染程度清洁水轻污染水中污染水严重污染水
BIP值0～88～2020～6060～100
八、营养状态指数
卡尔森（Carlson）根据湖水透明度、浮游植物现存量（以chla值代表）、湖水总磷浓度间存在的关系，以透明度做基准，求出营养状态指数（Tropicstateindex,TSI）。
其值为0～100，用以划分水体富用以化程度。
根据chla计算的公式为：
TSI（chla）＝10（6－）
lnSD
其他TSI的计算公式为：
ln2
TSI（SD）＝10（6－）
SD----透明度（m）
TSI（SD）＝10（6－）
TP----总磷浓度（mg/m3）
日本相崎守弘等以chla值为基准，根据日本湖泊的资料，求出修正的Carlson营养状态指数（TSIm）
TSIm（chla）=10（2.46+）
TSIm（SD）=10（2.46+）
TSIm（SD）=10（2.46+）
TSI值可以单独使用，也可用几个单项TSI值求总TSI
总TSI＝
TSI<38贫营养型
TSI=38～53中营养型
TSI>54富营养型
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课时授课计划
授课章节目录：
项目五水污染的
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