軟件倉庫-水域生態(tài)學

1、水域生態(tài)學第十五章 水污染生態(tài)學1第一節(jié) 水污染對水生生物的影響 一、水資源現(xiàn)狀 二、污染與脅迫 三、污染物對水生生物的影響及其反饋作用生物凈化 2一、水資源現(xiàn)狀 水是人類寶貴的自然資源，因為地球上的生命都離不開水。與海洋和陸地相比，淡水僅占地球表面較小的比例，但是它對人類的重要性卻是無與倫比的。據(jù)統(tǒng)計地球上咸水占973，而淡水僅占2.7。就這小部分淡水中還包括人類目前尚無法利用的南北兩極的冰山和冰河，以及深度在750m以下的地下水。因此，人類能利用的淡水還不到地球總儲水量的1。3水資源現(xiàn)狀-2隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人們生活水平的提高，近50年來，人類對淡水的消耗量增加了一倍。全世界對水的需要

2、量將逐年增加。這一發(fā)展的趨勢是無法阻擋的。造成淡水緊缺的更重要的原因是水污染十分嚴重。寶貴的水不能循環(huán)使用，這是對水資源的最大破壞，而且還直接危害了人類的健康。 1977年聯(lián)合國“水”會議秘書處發(fā)表公告，指出全世界40億人口中有70得不到安全的飲用水。我國水污染的來源主要是工廠廢水。1991年報道廢水總量為3362億噸，其中70是工業(yè)廢水。中國42個城市的處理污水能力還不到5。不少城市的供水水源地下水也已受到酚、氰、砷等不同程度的污染。 4二、 1. 脅迫的定義 脅迫(stress)是環(huán)境生物學家從工程學借用來的一個詞。在工程學上stress是“應(yīng)力”之意。它的標準工程定義是指由于外部的力，不

3、均勻的溫度等引起一個彈性物質(zhì)的變形或應(yīng)力變化。stress是對這一彈性物質(zhì)在該條件下的種定量表示方法。這一工程上的術(shù)語被生態(tài)學家用來描述各種因子能引起一個有機體的正常生理狀況的一些可檢出的變化，或是引起種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)天然狀況的一些可檢出的變化。這些變化可稱之為脅迫效應(yīng)(stress effect)。要了解整個生態(tài)系脅迫的反應(yīng)，必須要有功能變化和結(jié)構(gòu)變化的信息。 5脅迫類型脅迫有兩種類型，一種是天然的，一種是人為的。前者指正常的環(huán)境因子變化如溫度、光周期、光強、流速、溶解的營養(yǎng)物質(zhì)、溶解氧等因子的變化，其中也包括正常的季節(jié)變化和周年變化，以上這些環(huán)境因子的變化都能導致水生生物在結(jié)構(gòu)與功能上

4、的 變化。后者是指由于人為的(anthropogenic)原因引起各種脅迫，如有毒化學物、熱、營養(yǎng)物的富集等都能對水生生物產(chǎn)生影響。在實際應(yīng)用中，要把人為的壓迫和自然界本身的變化區(qū)別開來，是很困難的。 6水污染的定義 早在18世紀時，人們從實踐中認識了水污染(water pollution)。最初認為水污染是指進入水體的外來物質(zhì)，其量超過了該物質(zhì)在水體中的本底含量。它只強調(diào)了外來物質(zhì)的量，而忽視了對水生生物的影響。隨著科學的發(fā)展，美國藻類學家Patrick(1953)認為水污染的定義是指任何帶進水體的物質(zhì)能使水生生物多樣性指數(shù)下降，以致破壞接受系統(tǒng)中生命的平衡狀態(tài)?，F(xiàn)在對水污染的理解比較強調(diào)人

5、類經(jīng)濟活動的因素，強調(diào)損害水生生物資源和危害人類的健康。水污染比較完整的定義：由于人為的原因使水質(zhì)發(fā)生變化，導致水的任何有益的用途受到現(xiàn)實的或潛在的損害。即水體進入某種污染物使水的質(zhì)量惡化并使水的用途受到不良影響，稱為水污染。 7背景值背景值：是指未受人為影響或者基本未受污染的環(huán)境中某種物質(zhì)的天然含量或濃度。 又稱為本底值。8影響河流水生生物的5種污染途徑Patrick (1967)提出5種污染途徑可以影響河流水生生物。由于還原化合物的生物氧化作用或非生物氧化作用而使溶解氧的含量下降?；瘜W物及其降解產(chǎn)物可能有毒，如農(nóng)藥、殺蟲劑、表面活性劑等。工廠排放的廢水帶有余熱，由于溫度的沖擊和波動可能有害

6、于水生生物，因為它能影響其臨界的生理活動，如酶的活性等。廢水的生理性能，如因沉淀作用而引起水體底部產(chǎn)生剝蝕或光滑的變化。由于混濁度的增加以及其他原因而導致生境的改變。 9水污染原因（1）工業(yè)廢水：渾、臭并含大量溶解和懸浮的有機質(zhì)和無機質(zhì)。（2）農(nóng)地排水和水土流失：化肥、農(nóng)藥。（3）生活污水：有機質(zhì)、腸胃病菌和寄生蟲。（4）工業(yè)廢渣的溶解 （5）大氣污染物的降落：如酸雨 103. 廢水的幾種主要類型工廠排放的廢水(effluent)按其理化相似性及其對水生生物群落的影響，大體上可劃分為六類： (1)惰性懸浮物。 (2)有毒物質(zhì)酸、堿、重金屬、酚、氰化物、有機毒素、放射性物質(zhì)。 (3)無機還原化合

7、物。 (4)有機廢水。 (5)熱廢水。 (6)煉油廢水。 111. 污染物對水生生物的影響 (1)對細菌、真菌的影響(2)對藻類和高等水生植物的影響(3)對水生無脊椎動物的影響(4)對魚類的影響12(1)對細菌、真菌的影響城市生活污水的糞便中帶有許多致病菌，如大腸桿菌Escherichia coli。在有機污染嚴重的水體中，可看到大量的污水真菌。它們大量繁殖，長成肉眼可見的、呈灰白、淡黃、微紅、棕色的團塊，像地毯似地蓋滿了河流的底部，也可被河水沖刷下來成團塊漂浮在水面。最常見的污水真菌是浮游球衣細菌Sphaerotilus natans和白色貝氏硫菌Beggiatoa alba。這在造紙廠、纖

8、維廠、制糖廠等排出廢水的河流中經(jīng)?？梢?。在厭氧的水體中，底部會因甲烷細菌的活動而產(chǎn)生沼氣，硫化菌也能把硫酸鹽變?yōu)榱蚧?，放出硫化氫。因而在有機物污染嚴重的水體中常能聞到令人不愉快的沼氣和硫化氫味。些有害物質(zhì)進入水體后，能影響微生物的生長：破壞水體自凈能力。例如殺蟲劑丹寧和氯丹對大多數(shù)微生物來說，是生長、代謝、呼吸的抑止劑。水體中的重金屬對細菌也能產(chǎn)生根大的影響。廢水中汞離子濃度增加時，能降低好氣菌的生長率，增長延滯期。水體淤泥內(nèi)的某些細菌能使各種有機鉛和無機鉛化合物甲基化，從而大大增加了鉛的毒性。銅對細菌的影響和鉛很相似。鎘的毒性又次于銅和鉛，在50mgL時，細菌種群數(shù)量才減少。鉻對細菌的毒性

9、在上述幾中金屬中是最低的。污染的河流中，金屬離子不會是單一的。已知在含有銅、鉛和鋅的金屬冶煉廢水中，細菌的活性與這些金屬含量成反比。 13 (2)對藻類和高等水生植物的影響 適度的有機污染能促進藻類和高等水生植物的生長，緩解藻類和高等植物的營養(yǎng)物質(zhì)的競爭。但是如有過量的氮和磷，藻類會大量繁殖，甚至產(chǎn)生“水華”，由于藻類遮陰影響光線的射人，藻毒素能排斥其他生物，高等水生植物如Elodea、聚草Myriophyllum、黃絲草Potamogeton能因而消亡。氮磷營養(yǎng)物質(zhì)的增加，雖能促進藻類生長，但是種類組成有很大改變。饒欽止等(1980)研究藻類隨東湖富營養(yǎng)化的過程而產(chǎn)生的變化，其中重要的標志是

10、由以甲藻和硅藻占主要比例演變?yōu)橐运{藻和綠藻占主要成分。 14工業(yè)污染和化學毒物對藻類的影響抑止藻類細胞的光合作用。已知各有機氯殺蟲劑(如毒殺芬、狄氏劑等)和有機磷殺蟲劑(如倍硫磷等)、重金屬元素(如Cu、Cd、Hg、Pb、Zn等)、煉油廢水等能抑止藻類的光合作用。對核酸合成和遺傳的影響。已知酚和石油能降低藻類細胞內(nèi)DNA和RNA的濃度，使蛋白質(zhì)合成發(fā)生故障。對營養(yǎng)物質(zhì)攝取的影響。已知除草劑MCPA(2-甲基-4-氯苯氧基乙酸)和MCPB(2-甲基-4-氯苯氧基丁酸)能抑止藻類對磷的攝取，而重金屬(如Pb、Zn、Cu、Cd等)能刺激藻類對磷的攝人。由于不同藻類種類對營養(yǎng)物質(zhì)的攝取能力起了變化，于

11、是藻類的組成也相應(yīng)地改變，往往出現(xiàn)藍藻占優(yōu)勢。固氮作用。藍藻的固氮作用是與藍藻中異形胞的數(shù)量成正比。有些殺蟲劑能使藍藻異形胞的數(shù)量增加，也就加速了固氮作用。水生態(tài)系統(tǒng)中固氮作用加速、藍藻生長旺盛，只會使水質(zhì)變壞。但有些除草劑卻能降低藍藻的固氮作用。 顆粒懸浮物質(zhì)使河水混濁、陽光不能透入，從而影響藻類和高等水生植物的生長。顆粒大的懸浮質(zhì)能沉在底部，蓋住高等水生植物和水底的藻類。 15 (3)對水生無脊椎動物的影響 有機污染嚴重的水體中，枝角類和橈足類幾乎絕跡，輪蟲也很少，主要是一些以細菌為食或腐生性的原生動物，尤其是異養(yǎng)性鞭毛蟲，如波豆蟲Bodo等。水生昆蟲和軟體動物對有機物污染的反應(yīng)十分靈敏，

12、當污染嚴重以致完全缺氧時，就不能生存；只有雙翅目昆蟲中的毛蠓屬Psychoda和Eristalis的幼蟲才能生存，因為它們是以尾部的器官呼吸空氣中的氧氣。僅有少量的氧氣而有機污染嚴重的水中，寡毛類顫蚓科Tubificidae中的顫蚓屬Tubifex和水絲蚓Limnodrilus不僅能生存，還能大量繁殖以致河底呈一片紅色。雖有有機物污染，但不乏氧氣的地方搖蚊Chironomus thummi幼蟲才能生存，而水虱Asellus aquaticus、軟體動物、螞蝗等要生存在溶解氧多而水質(zhì)干凈的水中。惰性的固體物質(zhì)如果沉淀到底部，可以把底棲動物蓋住，隨著泥沙的不斷覆蓋和推移，往往使底棲動物無處生長。

13、16(4)對魚類的影響有機物污染嚴重的地區(qū)魚可因缺氧而致死。熱污染的水中因度過高使魚不能耐受而回避，或魚卵不能發(fā)育孵化。重金屬污染的水中，魚的呼吸系統(tǒng)受到損傷，鰓絲之間的空隙被含有重金屬的粘液所堵塞，阻礙了鰓絲與水的接觸魚望息而死。石油污染的水中，雖然我國的四大家魚尚能生長，但由于魚體積累了大量的石油烴類化合物，體表沾染了大量的油污，石油臭味令人厭惡。60年代時，由于生產(chǎn)農(nóng)藥(對硫磷、馬拉硫磷、樂果、六六六等)的廢水未經(jīng)處理直接排人鴨兒湖，以致該湖經(jīng)濟魚類幾乎絕跡。 17綜上所述，污染對水生生物的影響可歸納為：直接危害：如重金屬（Cu、Pb、Hg）、農(nóng)藥，使生物種類減少，嚴重的可造成除細菌外，

14、別無其他生物能生存的致死效應(yīng)。能引起影響光合作用、呼吸作用、生長、生殖等的亞致死效應(yīng)以及致畸、致癌、致突變，傷害魚鰓、覆蓋底棲動物等。毒物積累在生物體內(nèi)，通過食物鏈的作用轉(zhuǎn)移到更高一級營養(yǎng)層次的有機體內(nèi)，使毒物在生物體內(nèi)的濃度愈來愈大，甚至轉(zhuǎn)移到人，如汞污染引起人的水俁病。影響氣體狀況：污水耗氧，放出H2S、NH3、CO2等。 182生物凈化 天然水體在受到一定程度的污染后，由于自然界物理、化學及生物等過程的作用會使污染的水得到凈化，這種現(xiàn)象稱為水體的自凈。生物凈化在水體自凈中起相當重的作用。生物類群通過代謝作用(同化作用和異化作用)，使進入環(huán)境中的污染物質(zhì)無害化，這個反饋作用稱為生物凈化(b

15、iological purification)。這是因為水中各種生物。主要是微生物，在它的生命活動過程中，經(jīng)過吸附、氧化、還原、分解、吸收了某些污染物。在污染物的降解和無機化的過程中，直接或間接地把污染物作為營養(yǎng)源既滿足了有機體自身的原生質(zhì)合成、繁殖及其他生命活動等的需要，又使水體得到了凈化。但是水體對污染物負載能力是有一定限度的，如果污染物超過了生態(tài)系統(tǒng)的負載能力，生物凈化作用就會遭到破壞，生態(tài)系統(tǒng)也就失去了原來的平衡狀態(tài)。 19泰晤士河污水排人河流時，對水生生物的影響有時可達數(shù)百公里之遠，才能恢復?；謴偷臉酥局饕捶N類是否恢復到與污染前或污染源上游相近的生物群落組成，也就是完成了河流的自凈

16、作用。如果超過了河流自凈能力，就變成死河。人類歷史上是有教訓的如英國倫敦的泰晤士河。在19世紀時由于人口增多，工業(yè)污染嚴重，使這條本來十分干凈的河變成骯臟不堪的臭河，幾次發(fā)生過霍亂，約有4萬人死亡。本世紀50年代中期這條河從生物學的角度上說是“死亡”了，它的含氧量為零。從1964年開始大規(guī)模治理河流，建立了453個污水處理廠，經(jīng)20年的治理，變污水為清潔的、符合衛(wèi)生標誰的飲用水了。現(xiàn)在水中氧的飽和度達98，適宜于一百多種魚類的生存。1984年一只海豹沿此河逆流而上，以吞食河魚為生：這是150年來人們首次看到海豹又活躍在泰士河道上。 20生態(tài)服務(wù)(ecological service)因此，現(xiàn)在

17、提出了一種全新的概念，即生態(tài)服務(wù)(ecological service)，或稱生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(ecosystem service)(Caims, l997)，它是指自然生態(tài)系統(tǒng)，其中包括這個系統(tǒng)中的生物，對人類提供了有一定限度的生存條件，并服務(wù)于人類。從經(jīng)濟觀點來看，它是有價的服務(wù)，已估計出地球上一切產(chǎn)品和服務(wù)的價值大約為30萬億美元。英國泰晤士河提供了一個很好的例子，恢復泰晤士河的水質(zhì)所投入的資金也許比當時利用這條河流發(fā)展經(jīng)濟的收益還要高。因此，在發(fā)展經(jīng)濟的同時必需要考慮環(huán)境的保護。否則，經(jīng)濟的發(fā)展就有個得不償失的問題。 21第二節(jié) 生物降解和生物積累污染物進入水生態(tài)系統(tǒng)后，直接和間接地接觸各

18、類水生生物，產(chǎn)達生物降解和生物積累的過程。22一、生物降解 凡生態(tài)系統(tǒng)中的生物能對天然的和合成的有機物質(zhì)進行破壞和礦化作用的過程，稱之為生物降解(biodegradation)。污染物的生物降解主要是指微生物，其他水生生物也有微弱的降解作用。 231. 微生物的降解 自然界中所有的有機物質(zhì)都能被微生物降解因而地球生物圈內(nèi)元素循環(huán)恒久不 息。從理論上說沒有什么東西是微生物不能分解的，這是因為微生物有兩個專性。一是對基質(zhì)的專一性，例如分解蛋白質(zhì)的總是腐敗細菌，分解纖維的總是纖維素分解菌，微生物對一定的基質(zhì)有特別的趨向性。二是有高度的化學專性，例如鐮刀菌比較喜歡氧化12-碳原子。24PCB 對高分子

19、的合成物就需要幾種、乃至幾十種酶的聯(lián)合作用才能降解完畢，例如分解甲苯就要十幾種曲。農(nóng)藥多氯聯(lián)苯(po1ychlorinated bipheny1，簡寫為PCB,俗名殺草敏)開始細菌無法分解，后來發(fā)現(xiàn)可利用細菌在功能上的專性，聯(lián)合起來就可以降解它。篩選和培養(yǎng)出一種菌株可以把四氯聯(lián)苯拆開，另一種菌株把拆開了的四氯苯甲酸進行分解，這是因為這兩種菌株各有各的質(zhì)粒。于是把兩類細菌混合培養(yǎng)，兩種質(zhì)粒互相拼合，產(chǎn)生了降解新污染物的質(zhì)粒，并且可以遺傳下來這樣就獲得了能同時拆開和分解四氯聯(lián)苯的新菌株、為降解人造合成污染物提供了新的途徑。252水生生物的降解 一般認為比起微生物的降解作用來說，其他水生生物的降解作

20、用即使有效能的話，也是微不足道的。前蘇聯(lián)烏克蘭加盟共和國科學院膠體化學和水化學研究所水凈化微生 物學研究室的研究人員比較了細菌和藻類粉核小球藻(Chlorella pyrenoidosa對十二烷基磺酸鈉的降解活力，當十二烷基磺酸鈉濃度在50和100mg/L時，小球藻要花8晝夜才能降解它，而細菌則在該化學品濃度為500和600mg/L時，在18小時就可降解完畢。由此證明藻類的降解活力比細菌要低得多。大量研究表明水生植物對多種污染物質(zhì)、氮、磷等營養(yǎng)元素有很強的吸收和利用能力。對有毒物質(zhì)如含酚廢水也有很強的吸收、分解、凈化能力(表131)。對重金屬Hg、Pb、Cd、Cu、As、Cr等有很強的富集能力

21、。除了水生植物能直接吸收污染物達到凈化外，其根系的微生物作用也是不可低估的。26二、生物積累 污染物進入環(huán)境后，不論它最初是分布于大氣還是陸地，最后大部分將通過各種途徑，如降雨、地表徑流、水土流失等進人水生態(tài)系統(tǒng)江、湖、河、海，直接或間接地接觸各種水生生物。污染物能對水生生物產(chǎn)生各種影響，首先就是水生生物能攝取污染物。攝取有兩個途徑吸附(adsorption)和吸收(absorption)。前者是指污染物被大量地被吸附在生物體的表面，后者是指污染物被吸人體內(nèi)。吸附和吸收可以有先后之分，也可以各行其是。污染物進入生物體內(nèi)，隨著新陳代謝活動而分布全身或積累于體內(nèi)，或排出體外。這就是污染物在水生生物

22、中的行為，這種行為不會是均等的，隨生物本身和外界環(huán)境而有變異。 27生物積累(bioaccumulation) 生物通過吸附、吸收、吞食等各種過程，從周圍環(huán)境中攝入污染物并滯留在體內(nèi)，當攝人量超過消除量時，污染物在生物體內(nèi)的濃度可比周圍水中的濃度高許多倍，這種現(xiàn)象稱之為生物積累(bioaccumulation)或生物學積累(biological accumulation)。生物積累可包括兩個過程：生物濃縮(bioconcentration)，這是指有機體直接從水中攝取污染物；生物放大(biomagnification)，這是指有機物通過食物鏈從水中攝取污染物。這兩個過程可以分開測定。前者可用生

23、物濃縮因子(bioconcentration factors簡寫B(tài)CF)來表示，即最后的或平衡的組織中污染物濃度與周圍水中的污染物濃度之比BCF最終組織中污染物濃度/水中污染物濃度。也有人把生物濃縮因子稱為濃縮因子、濃縮系數(shù)。 28影響B(tài)CF值的因素影響濃縮因子BCF值的一個很重要的因素，就是污染物的化學特性，尤其是它的持久性(persistance)和親油性(1ipophilicity)，目前正在尋求n-辛醇/水的分配系數(shù)(partition coefficient)與BCF之間的關(guān)系。后者生物放大可用放射性同位素標記化學物后，追蹤其在食物鏈各營養(yǎng)級中轉(zhuǎn)移的過程。例如在試驗系統(tǒng)中有初級生產(chǎn)者

24、藻類和次級生產(chǎn)者枝角類和魚，比較每營養(yǎng)級組織內(nèi)含該化學物的濃度。一般說來，通過食物鏈的轉(zhuǎn)移，導致較高營養(yǎng)級生物體內(nèi)污染物的增加，也就是污染物的生物學放大。但是也有相反的現(xiàn)象，有些在較高食物鏈位置上的動物反而有減少積累的趨勢。 29進入生物體內(nèi)的污染物進入生物體內(nèi)的污染物，部分殘留在體內(nèi)，也有一部分立即從體內(nèi)徘出，殘留于 體內(nèi)的污染物在一定條件下也會逐漸消除(elimination)。消除的途徑有：排泄，通過排泄器官排出體外；排遺，隨糞便排出；分泌，如分泌粘液，乳汁等；解毒，通過酶的作用使許多有毒化合物轉(zhuǎn)化為低毒或無毒化合物；其他生理過程，如甲殼動物的蛻殼，昆蟲的蛻皮均可消除殘毒物。消除的速度常

25、用生物學半衰期(biological halflife)來表示，它是指組織內(nèi)污染物的濃度下降到穩(wěn)定狀態(tài)時的一半濃度所需的時間，一般地把含有污染物殘留量(處于穩(wěn)定狀態(tài)下)的生物轉(zhuǎn)移到干凈的水中測定其消除的速度。 30生物積累的重要性在評價污染物的危害性時，生物積累的測定是對慢性毒性試驗的重要補充。通過殘留量的測定，可以判斷該化學物質(zhì)的生物效應(yīng)強度。測定生物半定期后，可以知道該化 學物質(zhì)的生物效應(yīng)持久程度。它們是公害評價中不可缺少的論據(jù)。 31第三節(jié) 水污染的生物處理 一、廢水處理是水資源保護的關(guān)鍵 二、生物處理的基本原理 三、廢水生物處理的方法 32廢水處理與水資源保護水作為一種資源，并不是取之

26、不盡，用之不竭的。我國水資源數(shù)量有限。通過對廢(污)水的處理，不僅可以回收其他有用的物質(zhì)和凈化環(huán)境還可以做到一水多用，重復使用，以減輕水危機的壓力。目前我國處理廢(污)水的能力僅為排放量的十分之一左右?，F(xiàn)有污水處理工程設(shè)施，不僅數(shù)量少，而且規(guī)模小，技術(shù)落后，有的處理效果也不見得好。我國處理廢水的標準是以達到排放標準作為依據(jù)。且不談現(xiàn)用的排放標準是否有充分的科學依據(jù)。從總體的觀點來考慮，它對排入受納系統(tǒng)的污染物總量沒有起到控制作用。例如，一個工廠排的廢水達到了國家允許排放的標準，對某條河流沒有危害，那么幾十個、幾百個工廠都按此標準排放，廢水的量增大了幾十甚至幾百倍，超過了河流自凈的負荷量，能對此

27、河流不造成嚴重的污染嗎?這樣簡單的道理是不能視而不見的。因此工廠廢水處理一定要和受納水體的自凈能力結(jié)合起來。 33二、生物處理的基本原理一般常用初級、二級、三級處理來表示廢水處理的程度。初級處理用于去除懸浮固體與漂浮物質(zhì)，常用格篩、沉淀、浮選的方法；有時，還伴之以中和均衡處理。然后進入二級處理或受納水體。二級處理即生物處理。三級處理，亦稱高級處理，它要求更高的出水質(zhì)量，即去除在二級處理中未能去除的污染物，它包括溶解性的磷、氮化合物、帶色、味、氣的有機物、細菌、病毒、膠狀物、可溶性的礦物質(zhì)。目的或是為了使處理的水能重復使用，或是為了使受納水系不致遭到污染。生物處理的原理基于水體自凈作用，并用人工

28、的條件加以強化。將水體自凈這一基本原理應(yīng)用到廢水處理中去，利用處理裝置創(chuàng)造有利于生物凈化的條件，在空間上和時間上強化河流自凈的速度，使天然的河流白凈機制在工廠中實現(xiàn)。 34三、廢水生物處理的方法生物處理可劃分為好氧處理和厭氧處理。好氧處理有活性污泥法、生物濾池和生物 轉(zhuǎn)盤。厭氧處理有甲烷發(fā)酵法。兩者具備的有氧化塘法。 35第四節(jié) 生物學監(jiān)測 一、生物學監(jiān)測的意義和任務(wù) 二、用生態(tài)學方法進行生物學監(jiān)測 三、用毒理學方法進行生物學監(jiān)測 四、公害評價的基本原理 36一、生物學監(jiān)測的意義和任務(wù) 環(huán)境保護的目的是為了保護人類和人類所賴以生存的環(huán)境空氣、水、動植物。通常用監(jiān)測的方法達到環(huán)境保護的目的，以確

29、保事先建立的質(zhì)量控制條件能付之實現(xiàn)。過去十分強調(diào)物理監(jiān)測和化學監(jiān)測，對生物監(jiān)測不夠重視。殊不知理化監(jiān)測的方法即使技術(shù)先進，所設(shè)計的精密儀器也只能測出毒物的濃度，它無法測出它的毒性強度。毒性的強弱只能通過生物監(jiān)測的方法才能獲得。但是生物監(jiān)測不能鑒別是哪種特殊毒物所引起的反應(yīng)，而只能指示有害物質(zhì)的存在。因此必須和理化監(jiān)測結(jié)合起來，才能互相取長補短，真正達到保護環(huán)境的目的。 37生物監(jiān)測的定義生物監(jiān)測是系統(tǒng)地利用生物反應(yīng)以評價環(huán)境的變化，并把它的信息應(yīng)用于環(huán)境質(zhì)量控制的程序中去。從生物學組建水平(hierarchical levels of biological organization) 觀點出發(fā)

30、，各級水平上都可以有反應(yīng)，但是重點應(yīng)放在生態(tài)系統(tǒng)級的生物反應(yīng)上。因為生態(tài)系能反應(yīng)出生物與生物、生物與非生物因子之間的相互關(guān)系。38生物學監(jiān)測的目的生物學監(jiān)測的目的是希望在有害物質(zhì)還未達到受納系統(tǒng)之前，在工廠或現(xiàn)場就以最 快的速度把它監(jiān)側(cè)出來，以免破壞受納系統(tǒng)的生態(tài)平衡；或是能偵察出潛在的毒性，以免釀成更大的公害。如果有毒物質(zhì)已經(jīng)溢流到受納系統(tǒng)，造成魚、蝦等經(jīng)濟生物大批死亡，這時再去進行監(jiān)測和評價已經(jīng)太晚，故而，我們應(yīng)當把重點放在野外的水污染生物學監(jiān)測。其理由是：有機體對各種毒物的反應(yīng)常常被受納系統(tǒng)水中的理、化性質(zhì)所緩和或加強，這樣就會改變毒物的毒性；還有可能是毒物和其他排放的廢水起相互作用，也

31、會明顯改變毒物的毒性。這樣，就會從根本上改變有機體在實驗室內(nèi)對純污染物質(zhì)所作出的毒性反應(yīng)。直接的野外監(jiān)測可克服上述缺陷。 39生物學監(jiān)測系統(tǒng)的任務(wù)和要求(1)在致死物質(zhì)溢流(spill)還未進入受納系統(tǒng)(江、湖、河、海)之前，就被偵察出來。(2)監(jiān)測生物有廣泛的代表性，不會因為它對某種特殊毒物有很高的忍受力，以致沒有把這種毒物偵察出來而通過了，但是對受納系統(tǒng)中的其他生物群落卻是有害的。(3)能達到和理、化監(jiān)測相同的結(jié)果，并且成本低，效率高。(4)生物監(jiān)測雖不能鑒別是哪種特殊毒物引起的反應(yīng)，而只能提出有害物質(zhì)的出現(xiàn)。但如能和理化監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)合起來，就可以鑒別是何種毒物引起的急性反應(yīng)。(5)生物監(jiān)測

32、中不會出現(xiàn)假信號以致造成判斷上的失誤。(6)在監(jiān)測每個受納系統(tǒng)時，生物監(jiān)測都能應(yīng)用當?shù)氐纳铩?7)在工廠內(nèi)的生物監(jiān)測系統(tǒng)能偵察出致死的或長效的物質(zhì)溢流，操作簡便。 40二、用生態(tài)學方法進行生物學監(jiān)測 1指示種類階段2群落結(jié)構(gòu)階段3群落功能階段411指示種類階段Kolkwitz 和Marrson (1909)首次提出污染系統(tǒng)和河流不同污染帶(寡污帶、-中污帶、-中污帶、多污帶)的指示生物種類。他們的出發(fā)點是每個種類都對環(huán)境有特殊的要求，只有當水體中存在這些環(huán)境條件的前提下，這個種類才能生存。他們總結(jié)了河流有機物污染的自凈過程，把自凈過程劃分為4個污染帶，每帶中提出有代表性的生物種類(包括藻類、

33、原生動物、輪蟲、甲殼動物、底棲動物、魚類等，細菌以數(shù)量多少來劃分)，稱之為污水生物系統(tǒng)(saprobic system)。 此后，許多研究者（Patrick 1949; Liebmann 1995; Fjerdingstad 1964; Sladecek 1973）對此污水系統(tǒng)進行修改和補充，提出各種污染帶中更為詳細的指示生物名錄。其出發(fā)點認為可根據(jù)對環(huán)境變化敏感的某些生物種類的存在或缺失來指示環(huán)境質(zhì)量。事實上沒有一個種類對不同污染物的敏感度和耐受度都是一致的。工業(yè)廢水中污染物品種繁多，而且往往是混合的，更難確認每個種類對它的反映。某一種類的存在至少說明已有生存的起碼條件。但是要說明該種類不存

34、在的理由時就很困難。分辨不清是環(huán)境不合適還是因為沒有機會生存，或是因為有與之競爭的種類。也就難以弄清是受天然條件的排斥，還是受污染物壓迫的排斥。有人想改正污染系統(tǒng)指示生物的這些缺點，但因為對各種類的環(huán)境要求，它們對各種毒物的忍受性這方面的知識很不足，故限制了污染系統(tǒng)指示生物的預(yù)報能力但是一些特殊性的種類能對特殊的毒物有反應(yīng)這類工作仍然是很有價值的。 422群落結(jié)構(gòu)階段-1第二階段發(fā)展為用群落結(jié)構(gòu)來評定水質(zhì)。個體、種群、群落三級是生態(tài)的一個連續(xù)發(fā)展系統(tǒng)，由低級發(fā)展為高級。對水生生物單種個體的生理、生態(tài)和毒理研究都是十分必要，但它是在實驗室的單純而穩(wěn)定的環(huán)境下進行的結(jié)果，故缺少天然的有機聯(lián)系。即使

35、對某一種類的生物學有了全面的了解，亦仍然不能預(yù)報與這種類結(jié)合在一起的生物群落的影響。作為常規(guī)的方法，對具有經(jīng)濟價值的種類只能用生活史中的某個階段為試驗材料。同一種魚，其大小、年齡、不同發(fā)育階段、個體差異對同一化學毒物有不同的反應(yīng)。于是就逐漸發(fā)展為用種群評價水質(zhì)。用魚類種群進行生物測試或作為監(jiān)測生物在取材方面是太困難了。為了解魚類種群的生長情況，就要求大量的個體，而過度的捕魚其本身也是對天然群落的一種干擾。 43群落結(jié)構(gòu)階段-2可用低等的微型生物種群進行監(jiān)測。如用小球藻、梨形四膜蟲、草履蟲的純種培養(yǎng)為材料，進行生物測試。測定該種群半存活率的毒物濃度，或測定廢水引起該種群半存活率的時間。種群級測定

36、比起個體級測定已是發(fā)展了一步，但畢竟在不同的種類中，種群級的反應(yīng)也各不相同。用幾個種群的反應(yīng)來評定污染脅迫對群落的結(jié)構(gòu)和功能的影響，還是不足的。如果把目標直接對準微型生物的群落，這些微型生物對較高等的水生生物有很大的影響，通過它又影響整個水生生物群落。最初應(yīng)用種類的多樣性指數(shù)來揭示群落的結(jié)構(gòu)特點。多樣性指數(shù)是反映群落中的種類數(shù)和豐度的關(guān)系。污染或其他環(huán)境脅迫能使多樣性指數(shù)下降。因為群落對污染脅迫的反應(yīng)首先是減低了群落的復合性。伴隨著種數(shù)減低，種群的密度也起變化。在未受污染脅迫的正常群落中，種類數(shù)多而個體數(shù)的幅度相當窄(圖131a)。隨著污染脅迫的增加，種類數(shù)下降，同時發(fā)生少數(shù)種類的個體數(shù)增加、

37、幅度變寬(圖131b)。如果脅迫再不斷增加，大多數(shù)種類都受到影響甚至消失，密度也下降(圖131c)。即使在極端污染的情況下，完全沒有藻類和原生動物的可能性還是很少的。藻類和原生動物能占領(lǐng)十分不同的生態(tài)位。有些化學毒物幾乎達到殺菌的條件，還能發(fā)現(xiàn)某些特別的原生動物和藻類可以入侵并忍受。這就是群落結(jié)構(gòu)的變化。 44異養(yǎng)性指數(shù)(HI，也可用自養(yǎng)性指數(shù)AI表示)異養(yǎng)性指數(shù)(HI，也可用自養(yǎng)性指數(shù)AI表示)是對生物群落進行生化分析而得出的指數(shù)。一般認為在干凈水體中以自養(yǎng)性生物占優(yōu)勢，在污染水體中以異養(yǎng)性生物占優(yōu)勢。公式為：HIBATP(mg/L)/葉綠素a(mg/L)，BATP(mg/L)ATPg/L/

38、2400這個公式是根據(jù)1mg干重有機物中有2.4g ATP，把用ATP光度計測得的量(g/L)除以2400，即可估算出有多少干重的有機物(mg/L)。因為ATP只存在于有生命的細胞中，用ATP來代表活的生物量。其理由是所有的動、植物細胞均含ATP；ATP和細胞有機碳之比例相對穩(wěn)定；在死的細胞中無ATP；在環(huán)境正常波動下ATP在細胞內(nèi)的含量不會改變很大；在不同的生長期，ATP不會有明顯的偏離；在以細胞有機碳和ATP之比例穩(wěn)定的基礎(chǔ)上估計的生物量，要比測總的有機碳更為合理。ATP包括自養(yǎng)性和異養(yǎng)性的生物。葉綠素a是代表自養(yǎng)性的生物，所得的指數(shù)應(yīng)當是異養(yǎng)性指數(shù)，故我們稱之為Heterotrophy

39、Index(簡稱HI)。HI(或AI)高，表示有污染。但是，群落結(jié)構(gòu)變化不是總能和生態(tài)系統(tǒng)中其他變化聯(lián)系的。為了了解整個生態(tài)系對脅迫的反應(yīng)，必須要有結(jié)構(gòu)和功能變化的信息。之所以至今仍在用群落結(jié)構(gòu)參數(shù)，其原因是結(jié)構(gòu)參數(shù)已有傳統(tǒng)的方法，故容易和其他已出版的資料進行比較。而功能參數(shù)的方法還在初試階段，技術(shù)亦未規(guī)范化，積累的資料少，只對末受干擾的生態(tài)系中有較多的研究。 453群落功能階段 第三階段是用群落的功能來評定水質(zhì)。為了建立水體監(jiān)測有用的標難，必須了解正 常情況下群落結(jié)構(gòu)和功能變化的機制。如果一個河、湖被污染，我們可以用群落結(jié)構(gòu)上的變化來偵察其污染程度。然而我們還不能完全理解維持群落結(jié)構(gòu)的單元間

40、的相互作 用，也即整個群落的機制。群落的結(jié)構(gòu)反映出種類和數(shù)量的差別，群落的功能反映出它們的生命活動。因此結(jié)構(gòu)與功能兩者不可分割。在水體中常用的功能參數(shù)有光合作用速 度、呼吸速度、繁殖率、代謝率、營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)速度、濾食速度、群集速度等。 46對生態(tài)系脅迫的結(jié)構(gòu)功能反應(yīng)從理論上說，對生態(tài)系脅迫的結(jié)構(gòu)功能反應(yīng)有三種基本類型。 (1)結(jié)構(gòu)改變沒有伴隨功能改變 例如有些種類消失了，但一定的群落功能沒有消失，因為存活的種類能夠履行消失種類同樣的功能。 (2)功能改變而結(jié)構(gòu)不變 例如在亞致死脅迫效應(yīng)中，群落的生命活動(如呼吸作用)有變化，但群落的結(jié)構(gòu)是完整的。 (3)結(jié)構(gòu)與功能兩者都變 其前提是結(jié)構(gòu)與功能關(guān)

41、系密切，因此可以從結(jié)構(gòu)信息 來預(yù)報功能信息。如果結(jié)構(gòu)的復合性下降(如減少種數(shù)或多樣性指數(shù))，同時就引起功能復合性的下降(減少了能量或營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移的通途)。 47PFUf法由于生態(tài)系的自動平衡機制(homeostatic machanism)之故，結(jié)構(gòu)與功能所受的影響可能是不同的。結(jié)構(gòu)與功能對環(huán)境變化的反應(yīng)也不會是一致的。就功能本身而言，對環(huán)境的反應(yīng)比較一致，很少變異。故環(huán)境只要有一點變化，功能即可作出反應(yīng)，可以測出統(tǒng)計學上比較正確可靠的數(shù)據(jù)，可以十分成功地鑒別干擾。對結(jié)構(gòu)進行某項分析時，其變異性較大，要分析更多的樣品，才能得到和功能分析相同的顯著性差異。 在我國首次通過的水質(zhì)微型生物群落監(jiān)測P

42、FUf法國家標準（GB/T1299091)是群落級的生物監(jiān)測方法。這個方法之所以被國家環(huán)保局采納為國家標準，因為它能達到和理、化監(jiān)測相同的結(jié)果，并且具有經(jīng)濟、快速、正確的優(yōu)點。在一項由加拿大國際發(fā)展研究中心(IDRC)資助的國際合作項目中表明了PFU法在漢江的污染監(jiān)測中所采用的微型生物群落的4個參數(shù)(原生動物種數(shù)、植物性鞭毛蟲的百分比、多樣性指數(shù)、異養(yǎng)性指數(shù))均與化學綜合污染指數(shù)在統(tǒng)計學上呈顯著性相關(guān)(沈韞芬等1995)。 48三、用毒理學方法進行生物學監(jiān)測 鑒于一切污染物毒性的強弱必需通過生物監(jiān)測才能獲得。生物監(jiān)測必需將室內(nèi)毒性試驗和野外生物監(jiān)測結(jié)合，才能達到保護環(huán)境的目的。 49 (一)毒

43、性試驗生物監(jiān)測最常采用的一種形式是生物測試(bioassay)，現(xiàn)常稱為毒性試驗(toxicity test)，它是指某種污染物毒性的強度是由活的有機體對它的反應(yīng)如何而決定的一種試驗，可分為急性、慢性毒性試驗和生物積累試驗等。 501急性毒性試驗（acute toxicity test）測定一種毒物在不同濃度時，在24、48、96小時期間內(nèi)的相對致死性。試驗的設(shè)計是為了得出該毒物在限定時間內(nèi)能影響一定百分比(例如50)受試生物個體死亡的最高濃度，也即是臨界濃度。受試生物曝露在分等級的、按對數(shù)系列的廢物濃度中再觀察生物對它的反應(yīng)如何，常用死亡率或功能損傷(在無法判斷死亡率的情況下例如在螺的試驗中

44、，就采用貼在水槽壁上的螺有多少掉落下來，以表示損傷)來表示對毒物的反應(yīng)，并要求對照組中受試生物的反應(yīng)要10，毒性試驗才有效。在用死亡率時，用致死濃度(lethal concentration, LC)來表示，指在限定時間內(nèi)對種群的一定比例所產(chǎn)生的致死效應(yīng)。48hLC50是指48小時內(nèi)對種群中50的個體產(chǎn)生致死效應(yīng)的濃度。51劑量反應(yīng)曲線與LC50相似的涵義的詞匯還有漸近半致死濃度(asymptotic LC50)，致死閾濃度 (1ethal threshold concentration)，初始致死濃度(incipient lethal concentration)。如果毒物的濃度橫坐標用以l

45、og10來表示，死亡率的縱坐標用來表示，就可以得到一條理想的劑量反應(yīng)曲線dose-response curve)(圖13.2a)，這個圖形是累加的正態(tài)分布，它描述了在一個受試生物的種群中，在低濃度毒物中只有少數(shù)個體無法忍受而致死，在高濃度毒物中只有少數(shù)個體能忍受而存活，而在中濃度毒物中，大多數(shù)個體都死亡。如果橫坐標的度量不變，死亡率的縱坐標用概率單位(probit scale)來表示，則上述的劑量反應(yīng)曲線就變成直線相關(guān)，稱為劑量反應(yīng)線(dose-response line)(圖13.2b)。這條直線也可稱之為對數(shù)概率-模式(log-probit model)，并可從此直線用內(nèi)插法求出半致死濃度

46、LC50。如果進行的試驗數(shù)據(jù)用對數(shù)-概率畫出來的線不是直線，說明它不呈正態(tài)分布從這些數(shù)據(jù)中計算的LC50是沒有意義的，要尋找技術(shù)上的原因。在獲得了劑量反應(yīng)曲線以后，還要考慮時間劑量的相互作用(time-dose interaction)。死亡率決定于毒物濃度和曝露時間的長短，有機體通常能忍受短期的大劑量和隨時間遞增而逐步地忍受小劑量。在較長期的曝露后，能對毒性產(chǎn)生延遲效應(yīng)(lag effect)。 52 LC50 LC50不是一種對毒性的絕對的、定量的描述，它只是說明了種群在一定時間、一定環(huán)境下對毒物的反應(yīng)幅度。如果用同一種受試生物，相對不同廢水進行試驗，就會有不同的LC50。如果用不同種類的

47、生物對同一種廢水進行試驗，也會有不同的LC50。因此獲得的毒性也是相對的，受試生物的敏感性也是相對的。532慢性毒性試驗有些毒物在長期低濃度時也能積累毒性，從而引起長期效應(yīng)，巳用般毒性試驗方法是無法偵察的，這時須采用慢性毒性試驗(chronic toxicity)的方法，也稱長期的、亞致死毒性試驗(long-term sublethal toxicity test)。慢性毒性試驗是為了取得各種濃度的毒物對機體的生存、生長、繁殖過程能產(chǎn)生什么效應(yīng)的種試驗。它的測試項目很多，典型的包括測量生長(體長和體重)、存活時間、幼體產(chǎn)生的數(shù)量、孵化過程、畸變的類型和百分比等，這些測定都是曝露在不同濃度下進行

48、的，試驗的時間根據(jù)受試生物而異，對藻類和原生動物是幾小時至幾天，對小的無脊椎動物是幾星期，對大的元脊椎動物和魚是幾個月乃至一年以上。它可以包括完整的生活史(卵下一代卵)，部分生活史(胚胎幼體)，或是生命史(卵死亡)中的一部分和整體，以估計對繁殖、生長、發(fā)育的效應(yīng)。 543. 生物積累試驗 生物積累是指某些毒物的濃度在生物組織內(nèi)可積累到比周圍水體的毒物濃度高出許 多倍。生物積累至少包括兩個過程：生物濃縮；生物放大。生物積累試驗(bioacumulation test)是對慢性毒性試驗的重要補充。55 4毒性試驗中要考慮的幾個問題 (1)毒性試驗的目的 進行毒性試驗的目的是為了能對污染管理提供可靠

49、的信息，一是用于預(yù)報廢水的環(huán)境效應(yīng)，二是提出廢水排放的標準，也即是安全濃度(safe concentration)。為此，它必須能回答以下幾個問題：該廢水對受試生物的致死濃度。該廢水在亞致死濃度時，對受試生物生活史的部分和整體所產(chǎn)生的效應(yīng)。廢水中有許多成分，判斷出何種成分最毒。因為在自然水體中生物是多種多樣的，故受試生物不只限于一種生物，應(yīng)有多種生物，哪種生物最敏感。廢水進入自然水體中，會因理化因子不同而呈不同的毒性，室內(nèi)試驗應(yīng)判斷出在什么環(huán)境因子條件下廢水最毒，在進入天然水環(huán)境時，毒性是否變化，在受納系統(tǒng)中將有多大范圍受到毒性的影響。萬一工廠廢水中的毒物出現(xiàn)突然高濃度沖擊或溢流時，對受納系統(tǒng)

50、會產(chǎn)生伺種方式的短期效應(yīng)?？傊?，通過毒性試驗應(yīng)當正確地回答，該種化學品可按受的濃度是多少。 56(2)受試生物的選擇和條件文獻記錄已采用的受試生物近200種，常用也有20種左右。選擇受試生物應(yīng)隨具體要求而異如果是要求比較不同時間的毒性，必須選擇能常年生存的、易于飼養(yǎng)的種類。如果要求估計一種即將廣泛使用的、新的化學物可能產(chǎn)生的生物效應(yīng)，則挑選最敏感的種類。如果只是想了解排放的廢水對該地區(qū)有什么影響，最好要用當?shù)氐姆N類。 57選擇的生物要符合以下條件能代表生態(tài)學上重要的類群(group)。類群有結(jié)構(gòu)類群和功能類群。結(jié)構(gòu)類群是指系統(tǒng)發(fā)育上或空間上的區(qū)別，前者是指分類上不同的階元，后者是指不同的棲息地

51、區(qū)，如浮游生物、底棲生物。功能類群是指營養(yǎng)或能量流上的區(qū)別例如生產(chǎn)者、消費者和分解者，又如自養(yǎng)者、食菌者、食碎屑者、食藻者、食肉者、雜食者。該種類已有足夠的背景數(shù)據(jù)，如對該種的生長、生理、遺傳、變異、營養(yǎng)、繁殖以及它在自然水體中的作用已有較為詳細的研究，這樣就能辨請實驗所得的反應(yīng)的真?zhèn)尾恢掳鸭俜磻?yīng)當作毒性效應(yīng)。要能提供足夠數(shù)量的同一大小、同一年齡、在遺傳上穩(wěn)定的同一品系的受試生物，以保證反應(yīng)均勻一致。而且要能容易飼養(yǎng)，全年可供應(yīng)。受試生物能適應(yīng)實驗室的試驗條件，能夠馴化并生活正常。受試生物的試驗終點反響(test end point response)容易鑒別。受試生物要對毒物反應(yīng)的敏感性強，

52、但又要具有不易生病、不易被寄生的優(yōu)點。 58(3)稀釋水的選擇和試驗條件的控制 可供稀釋的水有三種，即受納系統(tǒng)的水、去氯自來水和入工合成水。用受納系統(tǒng)的水作為稀釋水是最理想的，因為它的環(huán)境現(xiàn)實性大。但如果稀釋水本身就有毒，則只能采用去氯自來水和人工合成水。因此稀釋水要符合二條標準。一是化學標準。稀釋水不應(yīng)含有即使是痕量的、低濃度的污染物和農(nóng)藥等，因為它本身就可以對生物產(chǎn)生低毒性的效應(yīng)，而且和試驗藥品接觸后也可能會產(chǎn)生人們尚未了解的拮抗效應(yīng)(不同毒物混在起時產(chǎn)生互相抵消的負效應(yīng))，疊加效應(yīng)(混合后產(chǎn)生兩者毒性相加的效應(yīng))和協(xié)同效應(yīng)(混合后產(chǎn)生比疊加效應(yīng)還要大的效應(yīng))。二是生物標準。受試生物能在稀

53、釋水中馴化和生存，保證在試驗期間對照組（無毒物的稀釋水)沒有脅迫的信號。試驗的條件如光周期、光強、光質(zhì)、水溫、水質(zhì)等都要保持在試驗期間的恒定狀態(tài)。 59(4)提高毒性試驗的環(huán)境現(xiàn)實性毒性試驗通常有四種設(shè)計方式靜止試驗，有更新的靜止試驗，連續(xù)或間歇的流水試驗和現(xiàn)場試驗。挑逃哪一種試驗方式視工作要求而異。在現(xiàn)場做毒性試驗最好用當?shù)氐纳?，這樣就更具有環(huán)境現(xiàn)實性?，F(xiàn)場試驗的缺點是試驗容易被好奇者破壞，環(huán)境條件不易控制，監(jiān)測也較困難。60 (5)毒性試驗的標準化 建立標準化的毒性試驗是為了提高可比度，使不同國家、不同實驗室、不同的工作人員獲得可以比較的結(jié)果，因為現(xiàn)在的環(huán)境污染問題不只是一個國家的問題，

54、而是跨國的、全球性的問題。目前的毒性試驗方法無論是急性的，還是慢性的，都沒有達到標準化。61 5. 毒性試驗的數(shù)據(jù)在環(huán)境管理中的應(yīng)用 (1)急性毒性試驗的數(shù)據(jù)(2)慢性毒性試驗的數(shù)據(jù)(3)生物積累試驗的數(shù)據(jù)(4)毒性試驗數(shù)據(jù)的驗證62(1)急性毒性試驗的數(shù)據(jù)急性毒性試驗的結(jié)果不足以預(yù)報毒物對生態(tài)系統(tǒng)的安全濃度，試圖從急性毒性試驗的數(shù)據(jù)來提出水質(zhì)標準，是缺乏科學性的。因為生態(tài)系統(tǒng)不是各種生物的集合物，在生態(tài)系統(tǒng)中的許多生物與生物之間，生物與非生物之間的相互作用會改變毒物對生態(tài)系統(tǒng)的影響。1988年9月22日美國參議院接受一項提案并在國會通過了一項消費者產(chǎn)品安全試驗法令(Consumer Prod

55、ucts Safety Test Act)。法令指出在產(chǎn)品試驗中用脊椎動物進行的急性毒性試驗LC50(半致死劑量)試驗是不準確的，使人誤解而無益，為此聯(lián)邦政府采取禁止使用LC50試驗。63急性毒性試驗的數(shù)據(jù)但是世界上每年新的化學品有成千上萬種，如果都要求通過急性、慢性毒性試驗和 生物積累試驗，也是很困難的。因此用快速的急性毒性試驗方法對眾多的化學品進行篩 選試驗，還是必要的。也有用LC50估計最大可接受毒物濃度(maximum allowable toxicant concentration, MATC)，公式為AF= MATC/ LC50, AF(application factor)是應(yīng)用

56、因子的意思，其值變動于0.00010.1之間，它是慢性毒性試驗獲得的MATC和急性毒性試驗獲得的LC50兩者之比值。從生物學上分析，MATC和LC50是兩個不等量的測量，LC50中死亡的生物可能是由于機械性地破壞了呼吸作用如魚在鰓上涂上一層化合物引起窒息而死，MATC則是對繁殖的損傷，酶的破壞或是行為的變化。把這兩種數(shù)量進行比較，無疑是一個概念性的錯誤。誠然也不排斥在LC50和MATC之間有可能存在著過渡性的聯(lián)系，但是已知AF值在同一水平上有很大的變化，對同一種化學品不同的受試生物的AF值可有二位數(shù)的差異幅度，在同一種生物對不同的化學藥品則可以有4位數(shù)的差異幅度，對一個未知MATC的化學品，往往在求得LC50以后，就借用同類化學品的AF值，代入公式MATCLC50AF，由此估計新化學品大致的MKTlC值只能視之為勘察的試探值。 64(2)慢性毒性試驗的數(shù)據(jù)雖然慢性毒性試驗比急性毒性試驗復雜而昂貴但所得的數(shù)據(jù)在預(yù)報安全濃度時很有用，而且具有重要的生態(tài)學意義，因為它證實了毒物對生物生長和繁殖的影響，從而揭示了導致生態(tài)系統(tǒng)中多樣性指數(shù)下降的機理。如果采用流水裝置的慢性毒性試驗，就可以在現(xiàn)場決定