第六章 生物污染监测 (Biology Pollution Monitoring)

1. 第六章 生物污染监测(Biology Pollution Monitoring) 本章属于知识性了解章节 主要应掌握生物监测的特点、优势和局限 利用生物法监测环境污染的基本原理 以水环境生物监测为重点，了解水质生物指数的结构和评价依据

2. 受环境污染影响，生物在生态、生理和生化指标、污染物在体内的行为等会发生变化，出现不同的症状或反应。利用这些变化或反应来反映和度量环境质量变化的方法称为生物监测法。生物监测结果能够反映污染因素对人和生物的危害及对环境影响的综合效应，是理化监测方法的重要补充受环境污染影响，生物在生态、生理和生化指标、污染物在体内的行为等会发生变化，出现不同的症状或反应。利用这些变化或反应来反映和度量环境质量变化的方法称为生物监测法。生物监测结果能够反映污染因素对人和生物的危害及对环境影响的综合效应，是理化监测方法的重要补充 • 生物监测包括利用生物作为指示物监测环境质量和作为受体受到的环境污染程度两方面

3. 第一节 污染物在生物体内的分布 一、生物浓缩，生物积累，生物放大 浓缩系数：生物体内某种元素或难分解的化合物的浓度同它所生存的环境中该物质的浓度的比值，以表示生物浓缩的程度。

4. 生物浓缩 1 、定义    生物机体从周围环境中蓄积某种元素或（难分解化合物）使生物体内该物质浓度超过环境中浓度的现象。 •    注：生物富集用浓缩系数表示。 •    湖水中：DDT:0.0006ppm ,水生植物内可达2.1ppm 2、形成   摄入量大于排除分解消除。

5. 生物放大 1、定义 污染物浓度随营养级的提高而逐步增大的现象叫生物放大。 2、因素 • 不同物质：Fe 、Ba 、Mn 、Zn 、Cd 、As 、Cr 、Hg等。 • 藤壶，沙蚕（大）；牡蛎；蓝蟹最小

6. 生物积累 牡蛎绿色病 1、定义：随生物生长发育，污染物浓度不断增大的现象。 生物半衰期 • 1、定义：     由于新陈代谢作用，污染物在机体或器官内的量减少到原有量的一半时所需要的时间，称为生物半衰期：T1/2。 2、意义:      T1/2长的，中毒危险性大于T1/2小的；不同器官可以不同，     例如:Hg在脑中T1/2长。

8. 二、生物污染的特点 • 1.污染物在体内浓度>环境浓度 • 2.污染物在体内毒性>环境中毒性（生物转化的增毒） • 3.污染物在体内浓度>环境中浓度 • 4.污染物在体内毒性<环境中毒性（生物转化的减毒） • 5.污染物被生物降解或净化（同时可造成生物浓缩，积累） • 6.生物体对污染物的敏感性和抗性

9. 三、生物污染的途径 生物浓缩

10. 四、污染物在生物体内的分布和蓄积 （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，作物品种，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含量的顺序是： • 根>茎>叶>穗>壳>种子 （二）污染物在动物体内的分布 • 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。

11. 按照污染物性质和进入动物组织的类型不同，大体有如图五种分布规律

12. 五、污染物在动物体内的转化与排泄

13. 第二节 生物样品的采集和制备 一、生物样品的采集与制备 （一）植物样品的采集与制备 1、植物样品的采集 2、植物样品的制备 （1）平均样的获得 （2）四分法、切成块的1/4－1/8混合 （3）分析试样的制备 a.鲜样 b.风干样：60－70摄氏度低温真空干燥箱中烘干（匀浆、小片） c.水分含量测定（100－105℃烘干/真空干燥/低温烘干 3、分析结果的表示

14. （二）动物样品的采集与制备 尿液、血液、毛发、指甲、脏器和组织、水产食品等

15. （三）微生物样品的采集 　（1）自来水采样 　（2）江、河、湖泊、 池塘、水库等的采样 微生物采集

16. （三）生物样品的预处理 1、消解和灰化 • 测定生物样品中的微量金属和非金属元素时，通常都要将其大量有机物基体分解，然后进行测定，分解有机物的方法有湿法分解和干法灰化。 1）湿法分解 •     常用的消解试剂体系有：硝酸－高氯酸、硝酸－硫酸、硫酸－过氧化氢、硫酸－高锰酸钾、硝酸－硫酸－五氧化二钒等 2）灰化法 • 不使用或者少使用化学试剂，并可处理较大称量的样品，有利于提高测定微量元素的准确度，但是因为灰化温度一般为450－550摄氏度，不宜处理测定易挥发组分的样品。此外。灰化所用的时间也较长。

17. 2.提取和浓缩

18. （四）污染物的生物监测方法 （一）生物污染监测的意义 1、较早发现污染，并初步判断类型及程度（指示生物） 2、能够反映一个地区的污染历史（生长年轮；体内含量；毛发；指甲） 3、能够综合反映环境污染对生态系统的影响程度（综合影响的对生物危害） 4、保护生物，保护生态环境 5、发现生物污染，防止对人类的食物污染，例如：甲基汞在鱼中>>水中（上万倍）。 6、研究和预测环境污染与人类健康的关系

19. 二、生物污染监测的方法 （一）利用生物受污染后的伤害症状 （二）取生物材料检测    需要了解： 1.污染物在植物体内的分布 2.污染物在动物体内的分布 3.选择生物材料的依据     大气污染时：大气中极微量F在植物叶子中可达40－50ppm （三）、测定实例： 粮食中几种有害金属（铜、锌、镉、铅、铬、汞）及类金属（砷）元素测定；植物中氟化物的测定；鱼组织中有机汞和无机汞的测定；水果及蔬菜中有机磷农药的测定。

20. 三、常用分析方法 1、光谱分析法 有可见-紫外分光光度法、红外分光光度法、荧光分光光度法、原子吸收分光光度法、发射光谱分析法、X射线荧光分析法等。

21. （二）色谱分析法

22. （三）电化学分析法 示波极谱法，阳极溶出伏安法等近代极谱技术可用于测定生物样品中的农药残留物和某些重金属元素。 （四）放射分析法 可用放射性同位素进行示踪模拟试验。用中子活化法测定含汞，锌，铜等农药残留物及某些有害金属污染物，具有灵敏，特效，不破坏试样等优点。 （五）联合检测技术 气相色谱－质谱（GC-MS），气相色谱－傅立叶变换红外光谱(GC-FTIR),液相色谱－质谱（LC-MS）。

23. 第三节 水环境污染生物监测 一、监测目的、样品采集和监测项目 • 主要目的是了解环境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，为制定污染控制措施，保护水环境的生态平衡提供依据 • 对于水环境污染生物监测，《水环境生物监测技术规范》中对监测断面布设原则和方法、监测方法、监测频率等作了规定

24. 项 目 适 用 范 围 监测频次 年-1 名称 必(选)测 浮游生物 必测 湖泊、水库 ≥2 选测 河流 ≥2 浮游动物 必测 河流、湖泊、水库 ≥2 着生生物 必测 河流 ≥2 选测 湖泊、水库 ≥2 底栖动物 必测 河流、湖泊、水库 ≥2 水生维管束植物 必测 河流、湖泊、水库 ≥2 河、湖、库淡水生物监测项目

25. 项 目 适 用 范 围 频次 名称 必(选)测 残毒 部分必测 河流/湖泊/水库/池塘 参照地表水监测技术规范 细菌总数 必测 饮用水/水源水/地表水/废水 总大肠菌群 必测 饮用水/水源水/地表水/废水 粪大肠菌群 选测 饮用水/水源水/地表水/废水 沙门氏菌 选测 饮用水/水源水/地表水/废水 鱼类/溞类/藻 类毒性试验 选测 污染源

26. 水环境污染生物监测布点 基本原则 • 断面要有代表性，尽可能与常规监测一致 • 考虑水环境的整体性、监测工作的连续性和施行的经济性 • 对于河流，至少在区内设上游（对照）、中游（污染）、下游（观察）三个断面 • 对于湖泊、水库，一般应在入湖（库）区、中心区、出口区、最深水区、清洁区等处设监测断面

27. 二、 生物群落监测方法 （一） 水污染指示生物：能对水体中污染物产生各种定性、定量反应的生物。包括浮游生物、着生生物、底栖生物、鱼类和微生物 • 浮游生物 动物+植物；水生食物链的基础 • 着生生物 附着于水中基质表面的有机群体 • 底栖生物 栖息在水底淤泥内 • 鱼类 水生食物链的最高营养水平 • 微生物 清洁水体中少，有机污染水体中多

28. （二）生物指数监测法 • 生物指数是运用数学公式计算出的反映生物种群或种群结构变化，以评价水环境质量的数值 • 贝克(Beck)生物指数 生物指数(BI)= 2nA + nB 式中：A——敏感底栖动物种类 B——耐污底栖动物种类 n——底栖大型无脊椎动物的种类 • 评价：BI＞10，清洁水域；BI为1~6时，为中等污染水域；BI=0时，为严重污染水域

29. 贝克-津田生物指数 • 津田松苗的改进与发展：不限于在采样点采集生物样品，而是在拟评价或监测的整个河段采集各种底栖大型无脊椎动物，再利用贝克公式计算 • 贝克-津田生物指数的评价标准 BI≥30，为清洁水区； BI=15~29，为较清洁水区； BI=6~14，为不清洁水区； BI=0~5，为极不清洁水区

30. 生物种类多样性指数：沙农、威尔姆等人提出的生物种类多样性指数，理论依据是在清洁的环境中，通常生物种类极其多样，并因竞争形成生态平衡。水体受到污染后，不能适应的生物或死亡或逃离，能够适应的生物种类则会大大增加生物种类多样性指数：沙农、威尔姆等人提出的生物种类多样性指数，理论依据是在清洁的环境中，通常生物种类极其多样，并因竞争形成生态平衡。水体受到污染后，不能适应的生物或死亡或逃离，能够适应的生物种类则会大大增加 • 硅藻生物指数 用硅藻代替底栖大型无脊椎动物进行计算

31. 三、 污水生物系统法 • 基本原理：受到有机污染的河流存在自净过程，可以自上而下划分成四个连续的河段：污染源段-多污带、α-中污带、β -中污带、消减段-寡污带，各有其物理、化学和生物特征 • 基本方法：通过系统调查和采样，根据栖息生物的生态学特征、植物、动物、原生动物、后生动物等生物学指标，可以判断河流水体的综合污染程度

32. 四、 PFU微型生物群落监测法 • 方法原理 用微型生物群落代替大型水生生物系统，用定点模拟代替环境采样，通过微型生物群落的多样性指标：结构和功能参数的观测，判断水体污染程度 • 测定要点 以多孔的聚氨酯泡沫塑料块(PFU)作为人工基质悬于水中，流水两周、静水四周，在显微镜下观测PFU所含水中的微型生物种类

33. 三、 生物测试法 • 简介：利用生物受到污染危害或毒害后产生的反应或生理机能变化，评价水体污染状况 • 水生生物毒性试验：利用鱼类、溞类、藻类等水生生物放养在监测水体中，从其生存状态判断水体毒性 • 发光细菌法：发光细菌是一类非致病的革兰氏阴性兼性厌氧微生物，在适当条件下可以发出蓝绿色光，受到水样毒性组分影响，发光强度会降低或熄灭，从而判断污染程度

34. 四、 细菌学检验法 • 原理：水体受到人畜粪便、生活污水、某些工农业废水污染后，细菌总数会大量增加 • 水样采集：特定的监测目的要求必须严格无菌操作、迅速操作 • 细菌总数的测定：培养24h，镜检测定 • 总大肠菌群的测定：多管发酵法和滤膜法 • 联系《环境微生物学》的有关内容

35. 第四节 空气污染生物监测 总说 • 空气中污染物很多，有些可以利用指示植物或指示动物监测，直接反映污染物的危害和对空气污染的程度 • 动物管理困难，植物方法因分布广泛、反应灵敏而广为应用 • 生物监测的固有缺点：对污染因子的灵敏度随暴露时间延长而下降，专一性差，用于定量困难等

36. 一、 利用植物监测空气污染 空气污染的指示生物：受到空气中污染物的作用后，能够较敏感、快速地产生显著反应的生物。包括草本植物、木本植物、地衣、苔藓等 受害症状： • SO2的指示植物及受害症状 • 光化学氧化剂的指示植物及受害症状 • 氟化物的指示植物及受害症状 • 乙烯的指示植物及受害症状

37. 二、 利用动物监测空气污染 • 传统方法：利用金丝雀、金翅雀、老鼠、鸡等异常反应探测矿井瓦斯 • 多诺拉事件事后调查发现，金丝雀对SO2最敏感，其次是狗，再次是家禽 • 鸟类、昆虫都可以监测空气质量变化 • 敏感和耐污动物种群数量的变化可以反映区域空气质量

38. 三、 利用微生物物监测空气污染 • 空气不是微生物生长繁殖的天然环境，没有固定的微生物种群，主要通过土壤尘埃、水滴、人和动物脱落物、分泌物、排泄物等途径进入环境。空气中微生物区系组成和数量反映空气质量。 • 城市中市中心空气质量差，微生物数量多；农村和郊区空气质量好，细菌少 • 室内空气质量与空气中的微生物数量密切有关；特别是致病微生物

39. 生物监测：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，测定污染物毒性的一类监测方法生物监测：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，测定污染物毒性的一类监测方法

40. 一、植物在污染环境中的受害症状

43. 二、大气污染指示植物的选择

44. 三、监测方法 • 1.盆栽植物监测方法：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

45. 2.现场调查法 • 1）植物群落调查法：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

46. ２）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）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。２）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）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。 • 3.其他监测法：如生产力测定法、指示植物中污染物质含量测定法等。

47. 受污染的雪松 唐菖蒲

48. 第四节 生态监测 生态监测基本概念 • 生态监测定义 • 生态监测是在地球的全部或局部范围内观察和收集生命支持能力的数据，并加以分析研究，以了解生态环境的现状和变化 • 生命支持能力数据包括生物（人类、动物、植物和微生物）和非生物（地球基本属性），可以分为三种数据：生境的；动物群的；经济和社会的

49. 生态监测的目的 • 生态监测的目的包括 了解区域生态系统的现状及其变化 根据现状和变化趋势，为评价现状环境影响、预测未来影响提供依据 提供地球资源状况和可利用资源量 • 4.2 生态监侧的类型和内容 宏观生态监测：系统组合方式、镶嵌特征、动态变化、空间分布格局 微观生态监测：干扰性、污染性、治理性

50. 4.3 生态监测方案 • 中国优先监测的生态项目 ⑴.全球气候变暖引起的生态系统或动植物区系位移 ⑵.珍惜、濒危动植物的分布及其栖息地 ⑶.水土流失面积及其时空分布和对环境影响 ⑷.沙漠化面积及其时空分布和对环境影响治理模式的生态恢复过程 ⑸.草场沙化退化面积及其时空分布和对环境影响 ⑹.人类活动对陆生生态系统结构和功能的影响 ⑺.水环境污染对水生生态系统结构和功能的影响 ⑻.主要环境污染物在土壤-植物-水体系统中的迁移转化 ⑼.水土流失地、沙漠化地及草场退化地优化 ⑽.各生态系统中微量气体的释放通量和吸收情况