生物监测详细.ppt

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第六章环境污染生物监测,目前在环境监测中，一般采用各种仪器和化学分析手段对污染物的种类和浓度可以比较快速而灵敏地分析测定出来，其中某些常规检验已经能够连续监测。

但大部分测定项目或参数还需定期采样。

因而只反映采样瞬时的污染物浓度，不能反映环境已经发生的变化。

环境监测中理化监测的不足：

一、生物群落监测方法,未受污染的环境水体中生活着多种多样的水生生物，这是长期自然发展的结果，也是生态系统保持相对平衡的标志。

当水体受到污染后，水生生物的群落结构和个体数量就会发生变化，使自然生态平衡系统被破坏，最终结果是敏感生物消亡，抗性生物旺盛生长，群落结构单一，这是生物群落监测法的理论依据。

生物群落监测中的对象：

水污染指示生物,浮游生物,着生生物附着于长期浸没水中的各种基质表面上的有机体群落。

底栖动物栖息在水体底部淤泥内、石块或砾石表面及其间隙中的肉眼可见的水生无脊椎动物。

鱼类,微生物,浮游生物（原生动物、轮虫、枝角类和桡足类）,浮游生物藻类,

（一）生物指数监测法（贝克生物指数、贝克-津田生物指数、生物种类多样性指数、硅藻生物指数）

（二）污水生物系统法（三）PFU微型生物群落监测法（简称PFU法）,生物群落监测方法,

（一）生物指数监测法,生物指数（BI）=2A+B式中：

A、B分别为敏感底栖动物种类数和耐污底栖动物种类数。

贝克生物指数：

从采样点采到的底栖大型无脊椎动物当BI10时，为清洁水域；BI为16时，为中等污染水域；BI=0时，为严重污染水域。

贝克津田生物指数：

所有拟评价或监测的河段各种底栖大型无脊椎动物当BI20，为清洁水区；10BI20，为轻度污染水区；6BI10，为中等污染水区；0BI6，为严重污染水区。

1.贝克生物指数和贝克-津田生物指数,2.生物种类多样性指数,式中：

种类多样性指数；N单位面积样品中收集到的各类动物的总个数；ni单位面积样品中第i种动物的个数；S收集到的动物种类数。

动物种类越多，指数越大，水质越好；反之，种类越少，指数越小，水体污染越严重。

威尔姆对美国十几条河流进行了调查，总结出指数与水样污染程度的关系如下：

值1.0：

严重污染;值1.03.0：

中等污染；值3.0：

清洁,3.硅藻生物指数,硅藻指数=式中：

A不耐污染藻类的种类数；B广谱性藻类的种类数；C仅在污染水域才出现的藻类种类数。

硅藻指数050为多污带；硅藻指数50100为-中污带；硅藻指数100150为-中污带；硅藻指数150200为轻污带。

（二）污水生物系统法,将受有机物污染的河流按照污染程度和自净过程，自上游向下游划分为四个相互连续的河段，即多污带段、-中污带段、-中污带段和寡污带段，每个带都有自己的物理、化学和生物学特征。

根据这些特征进行判断。

表6.1为污水系统的部分生物学、化学特征。

（三）PFU微型生物群落监测法,PFU法是以聚氨酯泡沫塑料块（PFU）作为人工基质沉入水体中，经一定时间后，水体中大部分微型生物种类均可群集到PFU内，达到种数平衡，通过观察和测定该群落结构与功能的各种参数来评价水质状况。

根据水环境条件确定采样时间，一般在静水中采样约需四周，在流水中采样约需两周；采样结束后，带回实验室，把PFU中的水全部挤于烧杯内，用显微镜进行微型生物种类观察和活体计数。

PFU微型生物群落参数的变化在不同的水质范围内具有不同的行为:

污染较轻的情况下，随着污染加重，集群速度G、平衡时的物种数Seq都会增大，达到90Seq的时间T90%将缩短。

从生态学观点看，此时营养水平适合大多数原生动物的生长，因此，种类多，丰度也大；,但随着污染程度进一步加重，平衡时物种数Seq会减少，达到90Seq所需时间T90%将延长，集群速度G也减小。

从生态学观点看，重污染和严重污染已超出大多数原生动物的耐受限度，在这恶劣的环境中，大多数种类不能耐受而消失。

利用生物受到污染物质危害或毒害后所产生的反应或生理机能的变化，来评价水体污染状况，确定毒物安全浓度的方法称为生物测试法。

二、生物测试法,分类,按水流方式：

静水式和流水式,按测试时间分类：

急性试验和慢性试验,按受试活体分类：

水生生物和发光细菌等,试验条件选择,每一种浓度的试验溶液为一组，每组至少10尾鱼试验容器用容积约10L的玻璃缸，保证每升水中鱼重不超过2g。

试验溶液的温度要适宜，对冷水鱼为1228，对温水鱼为2028。

同一试验中，温度变化为2。

试验溶液中不能含大量耗氧物质，要保证有足够的溶解氧，对于冷水鱼不少于5mg/L，对于温水鱼不少于4mg/L。

试验溶液的pH值通常控制在6.78.5之间。

配制试验溶液和驯养鱼用水应是未受污染的河水或湖水。

如果使用自来水，必须经充分曝气才能使用。

不宜使用蒸馏水。

试验步骤,试验溶液浓度设计,确定试验溶液的浓度范围,试验,记录不同时间的金鱼成活数,毒性判定,计算半数忍受限度（TLm）,预试验（探索性试验）,通常选七个浓度（至少五个）,生物发光法是结合生命有机体的生物物理和生物化学过程，检测的是处于环境中的生物，提供的是一个综合的整体指标，因此比传统的检验方法更迅速，直接反映环境污染对生物的影响。

当发光细菌与水样毒性组分接触时，可影响或干扰细菌的新陈代谢，使细菌的发光强度下降或熄灭。

在一定毒物浓度范围内，有毒物质浓度与发光强度呈负相关线性关系，因而可使用生物发光光度计测定水样的相对发光强度来监测有毒物质的浓度。

（二）发光细菌法,第二节空气污染生物监测,大气污染的生物监测是利用生物对存在于大气中的污染物的反应，监测有害气体的成分和含量，以确定大气的环境质量水平。

一、利用植物监测,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。

1、指示植物,2、受害症状,第三节生物污染监测,生物污染监测就是应用各种检测手段测定生物体内的有害物质，以便及时掌握被污染的程度。

生物污染监测的步骤：

生物样品的采集,预处理,污染物的测定,生物样品制备,一、生物对污染物的吸收,二、污染物在生物体内的分布,掌握污染物质进入生物体的途径及迁移和在各部位的分布规律，对正确采集样品，选择测定方法和获得正确的测定结果是十分重要的。

（一）植物对污染物的吸收及在体内分布空气污染物主要通过粘附、从叶片气孔或茎部皮孔侵入方式进入植物体；植物通过根系从土壤或水体中吸收水溶态污染物。

氟化物、农药等,污染物,图6.13植物对气态污染物的吸收,图6.14植物从土壤或水体中吸收污染物,

（二）污染物在动物体内的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;水和土壤中的污染物质主要通过饮用水和食物摄入，经消化道被吸收;脂溶性污染物质通过皮肤吸收后进入动物肌体。

呼吸道,消化道,皮肤吸收,图6.15动物对污染物的吸收方式,动物吸收污染物质后，主要通过血液和淋巴系统传输到全身各组织发生危害。

三、生物样品的采集和制备,1.植物样品的采集

（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：

在划分好的采样小区内，常采用梅花形布点法或交叉间隔布点法确定代表性的植株。

（一）植物样品的采集和制备,2.植物样品的制备

（1）鲜样的制备：

测定植物内容易挥发、转化或降解的污染物质、营养成分，以及多汁的瓜、果、蔬菜样品，应制备成新鲜样品。

样品洗净晾干或拭干捣碎机捣碎制浆研磨

（2）干样的制备：

风干、烘干磨碎过筛保存3.分析结果表示方法常以干重为基础表示（mg/kg），但含水量高的蔬菜、水果等，以鲜重表示计算结果为好。

四、生物样品的预处理,

（一）消解和灰化,湿法消解灰化法,提取方法分离方法,液-液萃取法蒸馏法层析法：

磺化法和皂化法气提法和液上空间法低温冷冻法,振荡浸取法组织捣碎提取法脂肪提取器提取直接球磨提取法,

（二）提取、分离和浓缩,（三）浓缩方法,蒸馏法K-D浓缩器蒸发法等,五、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。

表6.8硅酸镁-乙醚-石油醚层析体系分离农药,第四节生态监测,生态监测就是运用可比的方法，在时间或空间对一定区域范围内的生态系统或生态组合体的类型、结构和功能及其组成要素进行系统的测定和观察的过程。

生态监测不同于环境监测。

生态监测是指预先制定的计划和用可比的方法，在一个区域范围内对各生态系统变化情况以及每个生态系统内一个或多个环境要素或指标进行连续观测的过程。

生态监测是一个动态的连续观察、测试的过程，少则一个或几个生态变化周期，多则几十个、几百个生态变化周期。

在时空上少则几年，多则几十年或更长一段时间。

一、生态监测的类型及内容,

（一）宏观生态监测宏观监测地域面积至少应在一定区域范围之内，对一个或若干个生态系统进行监测，最大范围可扩展至一个国家、一个地区基至全球。

主要监测区域范围内具有特殊意义的生态系统的分布、面积及生态功能的动态变化。

（二）微观生态监测微观监测指对一个或几个生态系统内各生态要素指标进行物理、化学、生态学方面的监测。

根据监测的目的一般可分为：

1.干扰性生态监测2.污染性生态监测3.治理性生态监测4.环境质量现状评价监测,四、生态监测方法,1.地面监测,地面监测中获得：

降雨量、土壤湿度、小型动物、动物残余物（粪便、尿和残余食物）等。

地面测量采样线一般沿着现存的地貌，如小路、家畜和野兽行走的小道。

收集数据，包括植物物候现象、高度、物种、物种密度、草地覆盖以及生长阶段、密度和木本物种的覆盖；观察动物活动、生长、生殖、粪便及食物残余物等。

3.卫星监测,卫星监测最大的优点是覆盖面宽，可以获得人工难以到达的高山、丛林资料；由于目前资料来源增加，费用相对降低。

但对地面细微变化难以了解。

因此地面监测、空中监测和卫星监测相互配合才能获得完整的资料。