第八章生物污染监测

第八章生物污染监测

1、了解水环境污染生物监测方法 2、掌握细菌学检测方法 3、了解空气污染监测方法 4、掌握生物样品的采集、制备、预处理和测定 5、了解生物污染监测的意义和主要方法 6、了解生态监测的方法

生物监测 • 定义：当空气，水体，土壤等环境要素受到污染后，生物在吸收营养的同时，也吸收了污染物，并在体内迁移，积累，从而遭受污染。受到污染的生物，在生态，生理和生化指标，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，利用这些变化来反应和度量环境污染程度的方法称为生物监测法 • 生态（群落，个体生态）监测；生物测试（毒性测定，致突变测定等）；生物的生理，生化指标测定；生物体内污染物残留量的测定等。

生物监测的任务 • 对环境中各种生物指标进行定期或临时的监测，了解污染物对生物的危害和影响，从而判定环境污染的类型和程度 • 通过对自然环境和污染环境长期积累的监测资料和趋势分析，为政府制定法规，环境质量标准，环境质量控制对策和环境管理提供可靠依据 • 积极展开生物监测技术研究，促进生物监测技术发展。

常用生物监测手段 • 水污染的生物监测手段：① 利用指示生物进行环境监测；② 利用水生生物群落结构变化监测水污染；③ 水污染的生物测试，通过生物生理机能变化来测试水质污染状况 • 大气污染的生物监测手段：① 利用指示植物监测大气污染； ② 测定植物污染物的含量，估测大气污染状况； ③ 观测植物的生理生化反应，对大气污染的长期效应做出判断 • 土壤较少

一、目的：了解污染对水生生物的危害状况，判别和测定水体污染的类型和程度，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一、目的：了解污染对水生生物的危害状况，判别和测定水体污染的类型和程度，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二、样品采集：尽可能与化学监测断面一致，采样点数使视具体情况而定三、监测项目:见表6－1（P292）第一节水环境污染生物监测一、水环境污染生物监测的目的、样品采集和监测项目

表6-1河、湖、库淡水生物监测项目及频率

二、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。

一、水污染指示生物 • 生物群落中生活着各种水生生物，如浮游生物、着生生物、底栖动物、鱼类和细菌等。由于它们的群落结构、种类和数量的变化能反映水质状况，故称之为指示生物。

水污染指示生物是指能对水体中污染物产生各种定性、定量反应的生物，如浮游生物、着生生物、底栖动物、鱼类和微生物等水污染指示生物是指能对水体中污染物产生各种定性、定量反应的生物，如浮游生物、着生生物、底栖动物、鱼类和微生物等 • 浮游生物是指悬浮在水体中的生物，可分为浮游动物和浮游植物两大类，它们多数个体小，游泳能力弱或完全没有游泳能力，过着随波逐流的生活 • 着生生物（即周丛生物）是指附着于长期浸没水中的各种基质（植物、动物、石头、人工）表面上的有机体群落 • 底栖动物是栖息在水体底部淤泥内、石块或砾石表面及其间隙中，以及附着在水生植物之间的肉眼可见的水生无脊椎动物，其体长超过2mm，亦称底栖大型无脊椎动物 • 在清洁的河流、湖泊、池塘中，有机质含量少，微生物也很少，但受到有机物污染后，微生物数量大量增加，所以水体中含微生物的多少可以反映水体被有机物污染的程度

（二）生物指数监测法 定义：依据不利环境因素（如各种污染）对生物群落结构的影响，用数学形式表现群落结构来指示环境质量状况 1、贝克生物指数贝克生物指数（BI）= 2A + B 2、贝克－津田生物指数

3、生物群落中的种类多样性是群落生态组织水平的生物学特征，且反应群落功能的组织特性3、生物群落中的种类多样性是群落生态组织水平的生物学特征，且反应群落功能的组织特性种类多样性有两方面的意义：一是群落中的种类数，另一种是群落中各种类个体数的分布。

4、硅藻生物指数 用作计算生物指数的生物除底栖大型无脊椎动物外，也有用浮游藻类的，如硅藻指数： 2A+B-2C 硅藻指数= X100 A+B-C 仅在污染水域才出现的藻类种类数不耐污染藻类的种类数广谱性藻类的种类数

（三）污水生物系统法 • 方法将受有机物污染的河流按其污染程度和自净过程划分为几个互相连续的污染带，每一带生存着各自独特的生物(指示生物) • 根据河流的污染程度，通常将其划分为四个污染带，即多污带，α-中污带、β-中污带和寡污带。各污染带水体内存在着特有的生物种群见表6-2（P295-296）

表6-2污水系统生物学、化学特征

多污带（polysaprobic zone ) α- 中污带 ( α-mesosaprobic zone ) β-中污带 ( β- mesosaprobic zone ) 寡污带 ( oligosaprobic zone ）

（四） PFU微型生物群落监测法（PFU法） • 1、方法原理 • 2、测定要点 • 3、结果表示（参数）

方法原理 • 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、原生动物和小型后生动物等。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，其群落结构特征与高等生物群落相似。当水环境受到污染后，群落的平衡被破坏，种数减少，多样性指数下降，随之结构、功能参数发生变化 • 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

三、生物测试法 • 一、水生生物毒性试验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 • 进行水生生物毒性试验可用鱼类、藻类等，其中以鱼类毒性试验应用较广泛。鱼类对水环境的变化反应十分灵敏，当水体中的污染物达到一定浓度或强度时就会引起一系列的中毒反应。

根据试验水所含毒物浓度的高低和暴露时间的长短，毒 性试验可分为急性试验和慢性试验 • 毒性试验方法可分为静水式试验和流水式试验两大类前者是把受试生物放于不流动的试验溶液中，测定污染物的浓度与生物中毒反应之间的关系，从而确定污染物的毒性；后者把受试生物放于连续或间歇流动的试验溶液中，测定污染物浓度与生物反应之间的关系。

试验特点 • 静水式生物试验：适用于试液毒物成分稳定，耗氧量低的污水或毒物 • 流水式生物试验：适用于慢性毒性试验，可以保证试液浓度，防止试验生物代谢产物的蓄积，保证试液有较高的溶解氧 • 急性毒性试验：在24~96h内即能显示被测物对试验生物的致死或其他有害效应的测试 • 慢性毒性试验：测定低浓度毒物对试验生物全活动周期的影响试验。常以存活，生长，产卵和孵化率等为指标

术语 • 致死浓度（Lethal Concentration, 简称LC）：是足以使受试生物死亡的毒物浓度 • 半致死浓度（Median lethal Concentration 简称LC50)：造成50％的受试生物在一定观察期内死亡的浓度 • 半数存活率或半数忍受限（Median tolerance Limit, 简称TL M )：指在一定时期内使受试生物50％存活的毒物浓度。

毒物最大允许浓度（Maximum allowable toxicant concentration, 简称MATC):指在承受排放的天然水体中可溶许存在而不对生产力或其他用途有不良影响的浓度 • MATC也是在慢性试验中，毒物对受试生物无影响的最高浓度和有影响的最低浓度之间的阈浓度

在慢性毒性试验中，常用受试鱼生产指数来测定毒物最大容许浓度，所谓鱼生产指数，是鱼正常生长和繁殖后代的指数在慢性毒性试验中，常用受试鱼生产指数来测定毒物最大容许浓度，所谓鱼生产指数，是鱼正常生长和繁殖后代的指数 • 应用系数（Application factor, 简称AF）：根据急性毒性试验求的LC50或TLM推算毒物对鱼类安全浓度的一种常数 K (应用系数） = 毒物最大允许浓度/ 96小时LC50

（二）发光细菌法 （三）其它方法生产力测定：叶绿素含量、光合作用能力、固氮能力等；致突变和致癌物质的检测方法有：微核测定、艾姆斯（Ames)试验、染色体畸变试验等。

四、细菌学检验法 • 在实际工作中，经常以检验细菌总数，特别是检验作为粪便污染的指示细菌，如总大肠菌群、粪大肠菌群、粪链球菌、肠道病毒等，来间接判断水的卫生学质量 • 1、水样采集采集细菌学检验用水样，必须严格按照无菌操作要求进行；防止在运输过程中被污染，并应迅速进行检验。一般从采样到检验不宜超过2小时；在10℃以下冷藏保存不得超过6小时采集江、河、湖、库等水样，可将采样瓶沉入水面下10—15cm处，瓶口朝水流上游方向，使水样灌入瓶内。需要采集一定深度的水样时，用采水器采集。采集自来水样，首先用酒精灯灼烧水龙头灭菌或用70%的酒精消毒，然后放水3分钟，再采集约为采样瓶容积的80%左右的水量。

2、细菌总数的测定 细菌总数是指1mL水样在营养琼脂培养基中，于37℃经24小时培养后，所生长的细菌菌落（CFU）的总数。它是判断饮用水、水源水、地表水等污染程度的标志 • 3、总大肠菌群的测定总大肠菌群是指那些能在35℃、48小时之内使乳糖发酵产酸、产气、需氧及兼性厌氧的、革兰氏阴性的无芽孢杆菌，以每升水样中所含有的大肠菌群的数目表示 • 4、其它粪便污染指示细菌的测定粪大肠菌群、沙门氏菌、链球菌等

第二节空气污染生物监测 • 生物监测法是通过生物（动物、植物、微生物）在环境中的分布，生长发育状况及生理生化指标和生态系统的变化来研究环境污染情况，测定污染物毒性。

一、利用植物监测 • 一、指示植物及其受害症状 • 1、指示植物 • 2、受害症状 • 二、监测方法 • 1、栽培指示植物监测法 • 2、植物群落监测法 • 3、其他监测法

大气污染对植物的影响 • 对群落的影响（敏感种消失，抗性强的保留甚至发展） • 对个体的影响（生长减慢，发育受阻，失绿发黄和早衰等） • 对组织器官的影响（叶组织坏死，叶面出现伤斑） • 对细胞和细胞器的影响（细胞膜系统的适应性被破坏，引起水份和离子平衡失调） • 对酶系统的影响（影响生化反应，导致代谢破坏）

指示植物 指受到污染物的作用后能较敏感和快速地产生明显反应的植物，可以选择草本植物、木本植物及地衣、苔藓等 • 监测方法（1）、栽培指示植物监测法 • （2）、植物群落监测法 • （3）、其他监测法

指示植物的作用 • 能综合反映大气污染对生态系统的影响 • 能较早的发现大气污染 • 能监测出不同的大气污染 • 能反映一个地区的污染历史

1、指示植物

2、受害症状

SO2监测植物——矮牵牛

（二）监测方法 • 利用植物对大气污染物的反应，监测有害气体的成分和含量，达到了解大气环境质量状况，称之为大气污染的生物监测 • 栽培指示植物监测法 • 植物群落监测法 • 其他监测法

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培植，待生长到适宜大小时，移至监测点，观测它们受害症状和程度。植物指示器如图所示

2、植物群落监测法： 调查现场植物群落中各种植物受害症状和程度，估测大气污染情况。表6-5 排放SO2的某些化工厂附近植物群落受害情况调查地衣和苔藓法：通过调查树干上的地衣和苔藓的种类与数量，便可估计大气污染程度。在工业城市，通常距市中心越近，地衣的种类越少，重污染区内一般仅有少数壳状地衣分布，随着污染程度的减轻，便出现枝状地衣；在轻污染地区，叶状地衣数量最多。

3、其他监测法 　调查树木的年轮：剖析树木的年轮，可以了解所在地区大气污染的历史。一般，污染严重或气候条件恶劣年份树木的年轮较窄，木质比重小还有生产力测定法、指示植物中污染物质含量测定法等

二、利用动物监测 在一个区域内，利用动物种群数量的变化，特别是对污染物敏感动物种群数量的变化，也可以监测该区域空气污染状况。

三、利用微生物监测 空气不是微生物生长繁殖的天然环境，故没有固定的微生物种群，它主要通过土壤尘埃、水滴、人和动物体表的干燥脱落物、呼吸道的排泄物等方式带入空气中。

一、生物对污染物的吸收及在体内分布 第三节生物污染监测

（一）污染物在植物体内的分布 • 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 • 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是：根>茎>叶>穗>壳>种子

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内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内 • 粘附是指污染物粘附在植物表面的现象 • 气态污染物如氟化物，主要通过植物叶面上的气孔进入叶肉组织，首先溶解在细胞壁的水分中，一部分被叶肉细胞吸收，大部分则沿纤维管束组织运输，在叶尖和叶缘中积累，使叶尖和叶缘组织坏死。

植物通过根系从土壤或水体中吸收水溶态污染物，其吸收量与污染物的含量、土壤类型及植物品种等因素有关植物通过根系从土壤或水体中吸收水溶态污染物，其吸收量与污染物的含量、土壤类型及植物品种等因素有关 • 污染物进入植物体后，在各部位分布和蓄积情况与吸收污染物的途径、植物品种、污染物的性质及其作用时间等因素有关。

（二）动物对污染物的吸收及在体内的分布 • 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。 • 空气中的气态污染物、粉尘从鼻、咽、腔进入气管，有的可到达肺部。 • 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。

皮肤是保护肌体的有效屏障，但具有脂溶性的物质，如四乙基铅、有机汞化合物、有机锡化合物等，可以通过皮肤吸收后进入动物肌体。皮肤是保护肌体的有效屏障，但具有脂溶性的物质，如四乙基铅、有机汞化合物、有机锡化合物等，可以通过皮肤吸收后进入动物肌体。 • 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。

第八章 生物污染监测