污染生態(tài)與環(huán)境生態(tài)工程

污染生態(tài)與環(huán)境生態(tài)工程1第1頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日1環(huán)境污染問題2污染生態(tài)過程效應評價3污染生態(tài)效應與毒性4污染生態(tài)診斷與毒理5污染控制與環(huán)境生態(tài)工程污染生態(tài)與環(huán)境生態(tài)工程2第2頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日1環(huán)境污染問題1.1環(huán)境污染問題及其發(fā)展1.2在生態(tài)系統(tǒng)中的遷移與轉(zhuǎn)化1.3生物在污染生態(tài)過程中的作用3第3頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日環(huán)境科學中，環(huán)境是以人類為主體的外部世界，即人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)條件的綜合體，包括自然環(huán)境和社會環(huán)境。自然環(huán)境是直接或間接影響到人類的一切自然形成的物質(zhì)及其能量的總體。社會環(huán)境是人類在自然環(huán)境的基礎上，通過長期有意識的社會勞動所創(chuàng)造的人工環(huán)境。1.1環(huán)境污染問題及其發(fā)展4第4頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日1.1環(huán)境污染問題及其發(fā)展環(huán)境具有多層次、多結(jié)構(gòu)的特性。環(huán)境科學把環(huán)境作為一個整體進行綜合研究。環(huán)境污染產(chǎn)生的原因，大都是資源的浪費和不合理使用，使有用的資源變?yōu)閺U物進入環(huán)境而造成的。5第5頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日環(huán)境問題主要是由于人類活動所引起的環(huán)境質(zhì)量下降，對人類及其他生物的正常生長和發(fā)育產(chǎn)生危害的現(xiàn)象。包括：是因工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活向環(huán)境排放過量污染物質(zhì)而造成環(huán)境污染；是由于人們不合理地開發(fā)利用資源、而產(chǎn)生的環(huán)境破壞。人類面臨的環(huán)境問題主要有3類：全球性的大氣環(huán)境變化；大面積的生態(tài)破壞；突發(fā)性的嚴重污染事件。1.1環(huán)境污染問題及其發(fā)展6第6頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日1.1環(huán)境污染問題及其發(fā)展1.環(huán)境污染物及其來源環(huán)境污染物是指人們在生產(chǎn)生活過程中，排入大氣、水、土壤中并引起環(huán)境污染或?qū)е颅h(huán)境破壞的物質(zhì)。（1）生產(chǎn)性污染物工業(yè)生產(chǎn)所形成的“三廢”。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中長期使用的農(nóng)藥。（2）生活性污染物糞便、垃圾、污水等生活廢棄物。（3）放射性污染物核能工業(yè)排放的放射性廢棄物，醫(yī)用及工農(nóng)業(yè)用放射源，以及核武器生產(chǎn)及試驗所排放出來的廢棄物和飄塵。7第7頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日2.環(huán)境污染的類型與特征（1）環(huán)境污染的類型按環(huán)境要素可分為大氣污染、水體污染和土壤污染等；按污染物的性質(zhì)可分為生物污染、化學污染和物理污染等；按污染物的形態(tài)可分為廢氣污染、廢水污染和固體廢物污染，以及噪聲污染、輻射污染等；按污染產(chǎn)生的原因可分為生產(chǎn)污染和生活污染；按污染物的分布范圍又可分為全球性污染、區(qū)域性污染和局部性污染等。1.1環(huán)境污染問題及其發(fā)展8第8頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日（2）環(huán)境污染的特征影響范圍廣作用時間長污染情況復雜污染清除難1.1環(huán)境污染問題及其發(fā)展9第9頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日1.2污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的遷移與轉(zhuǎn)化1.污染物在環(huán)境中的遷移（1）機械遷移①水的機械遷移作用；②大氣的機械遷移作用；③重力的機械遷移作用。（2）物理-化學遷移污染物在環(huán)境中遷移的最重要的形式，這類遷移的結(jié)果決定了污染物在環(huán)境中的存在形式、富集狀況和潛在危害程度。10第10頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日1.污染物在環(huán)境中的遷移（3）生物遷移污染物通過生物的吸收、代謝、生長、死亡等過程所實現(xiàn)的遷移。選擇吸收和積累作用，降解作用，放大累積作用。11第11頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日以光化學氧化、催化氧化反應為主。大氣中的碳氫化合物和氮氧化物等，在陽光（紫外線）作用下發(fā)生光化學氧化反應產(chǎn)生臭氧（O3）、過氧乙酰硝酸酯（PAN）等物質(zhì)。一次污染物和二次污染物的混合物所形成的煙霧稱為光化學煙霧。二氧化硫，經(jīng)光化學氧化作用和金屬氧化物催化氧化后轉(zhuǎn)化為三氧化硫，與溶于大氣中的水形成硫酸或硫酸鹽，在空氣中形成硫酸霧，是形成酸雨的重要物質(zhì)之一。2.污染物在大氣中的轉(zhuǎn)化12第12頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日3.污染物在水體中的轉(zhuǎn)化（1）氧化-還原作用天然水體含有許多無機及有機氧化劑和還原劑，這些物質(zhì)對污染物的轉(zhuǎn)化起重要作用。（2）絡合作用天然水體中存在許多無機配位體和有機配位體，水體中各種配位體可以與污染物，特別是重金屬污染物進行絡合反應，影響污染物在水體中的發(fā)生、遷移、反應和生物效應等。13第13頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日（3）生物降解作用水體中的微生物，特別是底泥中的厭氧微生物，可使一些污染物發(fā)生轉(zhuǎn)化。3.污染物在水體中的轉(zhuǎn)化14第14頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日4.污染物在土壤中的轉(zhuǎn)化與殘留污染物在土壤中的轉(zhuǎn)化及其行為，取決于污染物和土壤的理化性質(zhì)。土壤是自然環(huán)境中微生物最活躍的場所，生物降解在這里起重要的作用。土壤的pH、溫度、濕度、通氣和微生物種群等，是污染物轉(zhuǎn)化的重要條件。金屬的轉(zhuǎn)化受土壤pH的影響：pH小于7時，金屬溶于水呈離子狀態(tài)；pH大于7時，金屬易與堿性物質(zhì)化合呈不溶性鹽類。15第15頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日5.污染物在生物體內(nèi)的富集與殘留不易分解、脂溶性較強、與蛋白質(zhì)或酶有較高親和力的物質(zhì)，如DDT、有機氯化合物和一些重金屬，在生物體內(nèi)不易被降解。生物個體或處于同一營養(yǎng)級的許多生物種群，從周圍環(huán)境中吸收并積累某種元素或難分解的化合物，導致生物體內(nèi)該物質(zhì)的濃度超過環(huán)境中濃度的現(xiàn)象，叫做生物富集。生物積累是指同一生物個體在生長發(fā)育的不同階段生物富集系數(shù)不斷增加的現(xiàn)象；生物放大是指在同一食物鏈上，生物富集系數(shù)從低位營養(yǎng)級到高位營養(yǎng)級逐級增大的現(xiàn)象。16第16頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日影響生物富集的因素：生物的特性；污染物的性質(zhì)；濃度；作用時間；環(huán)境特點。5.污染物在生物體內(nèi)的富集與殘留17第17頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日1.3生物在污染生態(tài)過程中的作用1.植物對污染物的吸收與遷移（1）植物對污染物的吸收對氣態(tài)污染物的粘附和吸收主要決定于植物表面積的大小和粗糙程度。對水溶態(tài)污染物的吸收水溶態(tài)的污染物到達根表面，主要通過擴散和質(zhì)體流途徑（即污染物隨蒸騰拉力，在植物吸收水分時一起到達植物根部）。18第18頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日（2）污染物在植物體內(nèi)的遷移從根吸收的污染物，能進入導管，隨蒸騰拉力向地上部移動。通過葉片吸收的污染物，可從地上部向根部運輸。環(huán)境中重金屬元素濃度低時，以有機絡合物的形態(tài)遷移；濃度高時，以游離的離子態(tài)形式存在。1.3生物在污染生態(tài)過程中的作用19第19頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日2.動物對污染物的吸收與遷移（1）動物對污染物的吸收呼吸吸收部分污染物能穿過肺泡；部分污染物能在肺部長期停留，使肺部致敏纖維化或致癌；部分污染物運至支氣管，刺激氣管壁產(chǎn)生反應性咳嗽而排出。消化道吸收消化道是動物吸收污染物的主要途徑，腸道粘膜是吸收污染物的主要部位之一。皮膚及其他途徑吸收1.3生物在污染生態(tài)過程中的作用20第20頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日（2）污染物在動物體內(nèi)的遷移和排出動物主要以糞便和尿的形式直接將污染物排出，或通過膽汁、乳汁、呼氣、毛發(fā)等將污染物排出。1.3生物在污染生態(tài)過程中的作用21第21頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日3.微生物對污染物的吸收與遷移微生物對污染物有著很強的吸收和分解能力。大多數(shù)微生物的細胞壁都具有能結(jié)合和固定污染物的能力。細胞的能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)在物質(zhì)轉(zhuǎn)運過程中，不能區(qū)分電荷相同的物質(zhì)是否為代謝所需物質(zhì)，所以，一些污染物可能隨代謝必需物進入微生物細胞。1.3生物在污染生態(tài)過程中的作用22第22頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日2污染生態(tài)效應及其評價23第23頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日當污染物進入生態(tài)系統(tǒng)，參與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，對生態(tài)系統(tǒng)的組分、結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生某些影響，在生態(tài)系統(tǒng)中由污染物引起的響應即為污染生態(tài)效應。1）生物個體污染效應指環(huán)境污染對生物的影響表現(xiàn)在生物個體層次上的反應。2）生物群落污染效應指環(huán)境污染在生物種群以上層次上的反應。3）生態(tài)系統(tǒng)污染效應指環(huán)境污染對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的影響。2.1污染的生態(tài)效應24第24頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日1.環(huán)境污染的生態(tài)響應種群內(nèi)對污染適應程度不同的個體，在種群中的比率發(fā)生調(diào)整，伴隨抗性個體比例的升高，種群的遺傳結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這種遺傳變化在世代間的不斷積累，將提高種群對污染的適應水平。在進化過程中，長期處于單一環(huán)境的生物，很難適應這種環(huán)境的變遷，有的分布區(qū)退縮到偏僻的地帶，有的則會消失。25第25頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日污染的選擇力大于“自然”環(huán)境的選擇力，大多數(shù)生物因此改變了進化方向，以前主要是對“自然”環(huán)境的適應，現(xiàn)在轉(zhuǎn)而對人類改變的污染環(huán)境的適應。1.環(huán)境污染的生態(tài)響應26第26頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日2.環(huán)境污染的短期效應（1）污染物對生物的毒害作用1）污染物對植物的影響首先能影響植物根系對營養(yǎng)元素的吸收，其次能抑制植物根系的呼吸作用，再者對植物細胞的超微結(jié)構(gòu)、種子生活力以及植物生長、發(fā)育、生理生化諸方面的影響。2）對動物和人體的影響如重金屬對魚類的影響：首先重金屬能粘附在魚鰓的表面，造成鰓上皮和粘液細胞的營養(yǎng)失調(diào)，影響對氧的吸收，降低血液輸送氧的能力；其次重金屬還能降低血液中呼吸色素的濃度，使紅細胞減少。27第27頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日（2）生物對污染物的抗性生物對各種不良環(huán)境具有一定的適應性和抵抗力，稱為生物的耐性或抗性。生物對污染物的抗性機制是外部排斥（通過形態(tài)學機制、生理生化機制、生態(tài)學機制等將污染物阻擋于體外）和內(nèi)部忍耐（通過結(jié)合固定、代謝解毒等過程，將污染物在體內(nèi)富集、解毒）的綜合結(jié)果。解毒是抗性的基礎，但不是抗性的全部。2.環(huán)境污染的短期效應28第28頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日生物抗性可概括為：拒絕吸收、結(jié)合鈍化、代謝轉(zhuǎn)化、排出體外、改變代謝途徑等。對于生物本身來說，抗性是它們在逆境中得以生存和延續(xù)的保證，是污染環(huán)境中生物多樣性得以保持的基礎。2.環(huán)境污染的短期效應29第29頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日環(huán)境污染的長期效應，是生物多樣性的喪失和遺傳多樣性的喪失。環(huán)境污染引起的物種喪失程度，并不亞于生態(tài)破壞。（1）遺傳多樣性的喪失包括已有的遺傳基因庫的減少和新的遺傳變異來源的降低。（2）物種多樣性的喪失在過去的400多年間，地球上約有2%的哺乳動物、1.2%的鳥類已經(jīng)滅絕；（3）生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡單化、食物網(wǎng)簡化、食物鏈不完整、物質(zhì)循環(huán)路徑減少或不暢通、能量供給渠道減少、供給程度降低、信息傳遞受阻等。3.環(huán)境污染的長期效應30第30頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日2.2污染生態(tài)效應評價的

原則與指標體系1.污染生態(tài)效應評價的指導思想生物體與地球環(huán)境化學組成的同一性、污染物質(zhì)在生物組織中分布的選擇性、以及生物體對化學物質(zhì)的必需性，是污染生態(tài)效應評價的指導思想。評價污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的污染程度以及所引起的生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量變異，應以生態(tài)環(huán)境條件及其組成成分變化為基礎，以污染物質(zhì)對人體、動物、植物以及微生物的個體、種群的健康效應及相關(guān)效應為依據(jù)。31第31頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日2.污染生態(tài)效應評價的基本原則（1）污染生態(tài)效應的多樣性直接與間接；線性關(guān)系與非線性關(guān)系，時滯效應、反饋效應、復合污染生態(tài)效應等。（2）污染生態(tài)效應分析的全面性污染物質(zhì)的產(chǎn)生和釋放機理，污染物質(zhì)在不同環(huán)境條件下的存在形態(tài)與轉(zhuǎn)化規(guī)律，污染物質(zhì)在不同環(huán)境介質(zhì)中的遷移規(guī)律及污染物質(zhì)作用于生物體的毒害機理等。32第32頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日（3）污染生態(tài)效應的綜合性即復合污染生態(tài)效應，包括協(xié)同作用、拮抗作用、加和作用、獨立作用等。（4）生態(tài)系統(tǒng)抗沖擊能力的有限性當污染物濃度或者數(shù)量的變化，超出生態(tài)系統(tǒng)或者生命個體的適應能力的上、下限時，才可能產(chǎn)生污染生態(tài)效應。2.污染生態(tài)效應評價的基本原則33第33頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日3.污染生態(tài)效應評價指標體系的建立（1）生物個體指標①個體形態(tài)指標；②生理生化指標。（2）生物種群指標①種群密度和大?。虎诜N群結(jié)構(gòu)；③種群數(shù)量34第34頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日（3）生物群落指標①群落的結(jié)構(gòu)；②群落的生態(tài)；③群落的動態(tài)；④群落的分布。（4）生物群落結(jié)構(gòu)指標①物種多樣性指數(shù)；②個體數(shù)量變化指標。3.污染生態(tài)效應評價指標體系的建立35第35頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日（5）生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)效應指標①生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化；②生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性；③系統(tǒng)中的生產(chǎn)者、消費者和分解者與非生物環(huán)境的關(guān)系3.污染生態(tài)效應評價指標體系的建立36第36頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日2.3污染生態(tài)效應評價的類型與方法1.污染生態(tài)效應評價的主要類型（1）短期效應評價指污染物對生物個體毒害作用的評價，包括生物生理、生化過程受阻，生長發(fā)育停滯，最后可能導致死亡。（2）長期效應評價指污染物對群落和生態(tài)系統(tǒng)影響的評價，包括遺傳多樣性的喪失、物種多樣性的喪失、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡單化等。37第37頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日2.污染生態(tài)效應評價的基本方法生物學評價法和綜合評價法。生物學評價法是指用生物學方法，按一定標準對一定范圍內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量進行評定和預測，具體有：指示生物法、生物指數(shù)法和種類多樣性指數(shù)法等。綜合評價法則包括重疊法、列表清單法與相關(guān)矩陣法和網(wǎng)絡法等。38第38頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日2.污染生態(tài)效應評價的基本方法（1）指示生物法

指示生物是指對某些物質(zhì)（進入環(huán)境中的污染物）能夠產(chǎn)生各種反應而被用來監(jiān)測和評價環(huán)境質(zhì)量的生物。1）大氣污染指示植物：作物、花卉、野生植物等均可用作指示植物。

2）水污染指示生物：浮游生物、水生微型動物、大型底棲無脊椎動物均可作為水污染的指示生物。指示水體嚴重污染的生物，如顫蚓類、毛蠓、小顫藻等。指示水體中等程度污染的生物，主要有居櫛水虱、蜂巢席藻等。指示清水水體的生物，如紋石蠶、扁蜉、簇生枝竹藻等。39第39頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日（2）生物指數(shù)法1）污染量指數(shù)法污染量指數(shù)法（IPC）是以分析葉片中污染物含量為基礎，監(jiān)測大氣污染的一種方法。

2）生物指數(shù)法評價水質(zhì)用的生物指數(shù)，主要是依據(jù)不利環(huán)境因素（如各種污染物）對生物群落結(jié)構(gòu)的影響，用數(shù)學形式來表現(xiàn)群落結(jié)構(gòu)指示環(huán)境質(zhì)量的狀況。2.污染生態(tài)效應評價的基本方法40第40頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日污染量指數(shù)法：KIPC=Cm/CC式中：Cm為監(jiān)測點指示植物葉片中污染物含量；CC為對照點同種植物葉片中污染物的含量。根據(jù)IPC值，對各監(jiān)測點污染程度進行分級：I級：清潔大氣（KIPC<1.20）；II級：輕度污染（KIPC：1.21～2.0）；III級：中度污染（KIPC：2.01～3.0）；IV級：嚴重污染（KIPC>3.0）。2.污染生態(tài)效應評價的基本方法41第41頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日Beck生物指數(shù)（Beck，1955）：IB=2nA+nB式中：IB是生物指數(shù)；nA為不耐有機污染的種數(shù)；nB為耐中度有機污染的種數(shù)。IB值=0，表示水體受有機物嚴重污染；IB值1～10，表示水體受有機物中度污染；IB值>10，表示水體為清潔水體。2.污染生態(tài)效應評價的基本方法42第42頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日

硅藻生物指數(shù)：用河流中硅藻的種類數(shù)來計算

I=

式中：I為硅藻生物指數(shù)；A為不耐污的種類數(shù)；B是對有機污染無所謂的種類數(shù)；C為在污染區(qū)內(nèi)獨有的種類數(shù)。2.污染生態(tài)效應評價的基本方法43第43頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日生物指數(shù)法（Goodnight，1961）：利用顫蚓類與全部底棲動物的比值生物指數(shù)=×100若指數(shù)<60%為水質(zhì)良好；60～80%為中度有機污染；>80%為嚴重有機污染。2.污染生態(tài)效應評價的基本方法44第44頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日水生昆蟲與寡毛類濕重的比值(King,1964)

應用這種方法無需將生物鑒定到種，將底棲動物中昆蟲和寡毛類檢出，分別稱重并按下式計算：

I=此值數(shù)值越小，表示污染越嚴重；反之，數(shù)值越大，表示水質(zhì)越清潔。2.污染生態(tài)效應評價的基本方法45第45頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日污染生物指數(shù)（BIP）IBIP是指無葉綠素微生物占全部微生物的百分比，其指數(shù)按下式計算：

IBIP=

式中A為有葉綠素微生物數(shù)；B為無葉綠素微生物數(shù)。指數(shù)0～8為清潔水，8～20為輕度污染水，20～60為中度污染水，60～100為嚴重污染水。2.污染生態(tài)效應評價的基本方法46第46頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日

（3）種類多樣性指數(shù)生物群落中的種數(shù)與個體數(shù)的比值。常用的指數(shù)有：

Gleason豐富度指數(shù)

Margalef豐富度指數(shù)

Shannon-Weaver多樣性指數(shù)

Simpson多樣性指數(shù)2.污染生態(tài)效應評價的基本方法47第47頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日（1）重疊法做成一套復合圖，表示生態(tài)系統(tǒng)的特征，指明污染物在生態(tài)系統(tǒng)各部位的污染效應的性質(zhì)和程度。（2）列表清單法可鑒別污染物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中不良的或有益的生態(tài)效應，并表示其相對強弱，但不能進行定量計算。

2.污染生態(tài)效應評價的基本方法

（綜合評價法）

48第48頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日（3）Leopold相關(guān)矩陣法矩陣“行”方向列出生態(tài)系統(tǒng)的生物與非生物因子，“列”方向列出污染物因子，對角線左上方標出影響大小的分值，右下方標出污染物影響的相對重要度。（4）網(wǎng)絡法利用影響樹表示出污染物對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的各種原發(fā)性效應和繼發(fā)性效應。2.污染生態(tài)效應評價的基本方法

（綜合評價法）

49第49頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日2.4污染生態(tài)效應評價的內(nèi)容污染物的毒害效應遺傳多樣性的喪失物種多樣性的喪失生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化50第50頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日1.污染物的毒害效應對生態(tài)系統(tǒng)中已經(jīng)存在或者即將存在的污染物的物理、化學與生物學特性進行系統(tǒng)的研究分析，推測污染物的毒性。生態(tài)毒理學實驗確定污染物的急性與慢性毒性效應。51第51頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日2.遺傳多樣性的喪失①污染條件下，種群的敏感性個體消失，從而使整個種群的遺傳多樣性水平降低；②污染引起種群規(guī)模減小，降低了種群的遺傳多樣性水平；③使種群實現(xiàn)對污染完全適應，并恢復到原來的種群數(shù)量，由于建立者效應，造成遺傳來源單一，變異性的來源大大降低。52第52頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日3.物種多樣性的喪失污染引起物種多樣性降低的機理：①污染物的直接毒害作用，使生物喪失生存或繁衍的能力；②污染引起生境的改變，使生物喪失了生存的環(huán)境；③生態(tài)系統(tǒng)中的富集和積累作用，使食物鏈后端的生物中毒而難以存活或繁育。53第53頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日4.生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化應用生態(tài)學方法，對生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者、消費者、分解者以及非生物環(huán)境進行具體的調(diào)查分析，確定待評價生態(tài)系統(tǒng)中能量流動、物質(zhì)循環(huán)、信息傳遞的特定規(guī)律。54第54頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日3污染生態(tài)診斷與監(jiān)測分析55第55頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日3.1污染生態(tài)診斷1.污染生態(tài)診斷的概念按照一套綜合會診程序和行之有效的檢驗方法（物理、化學、生物學以及生態(tài)毒理學方法等），對一定區(qū)域內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量進行說明、評價和預測。通過對污染源的全面調(diào)查，確定主要污染源和主要污染物及其排放特征，了解主要污染物的污染程度及范圍，研究污染物的分布和運動規(guī)律，探討污染發(fā)生的機制，掌握生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的變化規(guī)律。56第56頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日2.污染生態(tài)診斷的依據(jù)（1）生物對污染的適應①對污染引起的“自然”環(huán)境（外環(huán)境）及生物生理（內(nèi)環(huán)境）條件變化的適應；②對污染物自身的適應。（2）污染條件下的生物進化①不能適應污染的生物，種群衰退，物種消亡，引起生物多樣性的喪失；②能夠適應的生物，在污染條件下，將產(chǎn)生快速分化，形成高污染適應性的進化取向。57第57頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日3.2污染生物監(jiān)測生物監(jiān)測是指利用生物個體、種群或群落對環(huán)境中污染物質(zhì)的反應，即利用生物在各種污染環(huán)境下所發(fā)出的各種信息，來判斷環(huán)境污染狀況的一種手段，從生物學角度為環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測和評價提供依據(jù)。生物監(jiān)測包括水污染監(jiān)測、土壤污染監(jiān)測和大氣污染監(jiān)測。58第58頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日利用生物對大氣污染物的反應，監(jiān)測有害氣體的成分和含量，以了解大氣環(huán)境質(zhì)量的狀況。大氣污染的生物監(jiān)測包括動物監(jiān)測和植物監(jiān)測。指示動物和指示植物有些植物對大氣污染的反應極為敏感，在污染物達到人和動物的受害濃度之前，它們就顯示出受害癥狀，如紫花苜蓿、貼梗海棠、香石竹、番茄、唐菖蒲等。1.大氣污染生物監(jiān)測59第59頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日1.大氣污染生物監(jiān)測利用動物也能夠起到指示、監(jiān)測環(huán)境的作用。事實上，利用生物監(jiān)測環(huán)境污染是從動物開始的。利用微生物生物區(qū)系組成及數(shù)量變化，監(jiān)測環(huán)境污染程度完全可行。環(huán)境污染影響生物的組成和分布，生物的區(qū)系變化可用于監(jiān)測環(huán)境。60第60頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日2.水體污染生物監(jiān)測以滇池為例，水生植被與水體污染程度的關(guān)系：

1）重污染各種高等沉水植物全部死亡；

2）中度污染敏感植物如海菜花、輪藻等消失，篦齒眼子菜稀少，抗性強的如紅線草、狐尾藻等相當繁茂；

3）輕度污染海菜花、輪藻等漸趨消失，中等敏感植物和抗污植物均有生長；

4）無污染各類植物包括輪藻、海菜正常生長。61第61頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日水污染指示動物，采用底棲動物中的環(huán)節(jié)動物、軟體動物、固著生活的甲殼動物以及水生昆蟲等。魚類可作為水體污染的監(jiān)測生物。魚的呼吸系統(tǒng)最敏感，利用魚類受毒害前后呼吸頻率的變化，可判斷污染物的毒性大小和污染程度。微生物是有機污染物的良好監(jiān)測生物。2.水體污染生物監(jiān)測62第62頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日3.土壤污染生物監(jiān)測利用一些對特定污染物較為敏感的植物，作為土壤污染物的預測和監(jiān)測指標。一般來說，指示植物主要起到預警作用。土壤動物是反映環(huán)境變化的敏感指示生物，當某些環(huán)境因素的變化發(fā)展到一定限度時，會影響到土壤動物的繁衍和生存，甚至死亡。微生物種群數(shù)量變化、微生物酶活性變化等，都可以用作土壤受污染程度的監(jiān)測指標。63第63頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日3.3污染生態(tài)分析方法1.生物典型受害癥狀分析通過肉眼觀察生物體受污染后發(fā)生的形態(tài)變化，如植物葉片傷害癥狀、動物器官畸形等來進行環(huán)境污染的監(jiān)測。處在大氣環(huán)境中的敏感植物受污染后，葉片會出現(xiàn)傷害癥狀。根據(jù)受害癥狀與大氣中污染物濃度的相關(guān)性，將污染傷害植物的程度同已知的環(huán)境污染物濃度聯(lián)系起來，能夠憑借葉片典型癥狀，反映大氣中相應污染物的濃度。64第64頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日1.生物典型受害癥狀分析在根據(jù)形態(tài)結(jié)構(gòu)變化監(jiān)測水體污染時，最常見的生物材料是魚類。土壤中的污染物對植物的根，莖、葉都可能產(chǎn)生影響，出現(xiàn)一定的癥狀。65第65頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日2.生物生理生化指標分析生物受污染時某些生理生化指標的變化靈敏、迅速，更適宜作環(huán)境監(jiān)測。如：①氨和銨離子使植物的6-磷酸葡萄糖脫氫酶、蘋果酸脫氫酶和過氧化物酶活性升高；②過氧乙酰硝酸酯抑制6-磷酸葡萄糖脫氫酶和蘋果酸脫氫酶的活性；③植物對臭氧、二氧化硫、亞硫酸根離子、硫酸根離子、氨和銨離子都敏感，過氧化物酶活性會有所升高。如：鰓蓋運動頻率、呼吸頻率、呼吸代謝、側(cè)線感觀機能、滲透壓調(diào)節(jié)、攝食量與能量轉(zhuǎn)換率、抗病力、神經(jīng)內(nèi)分泌活動及血液成分變化、血糖水平、酶（如魚腦膽堿酯酶、轉(zhuǎn)氨酶、血漿酶、ATP酶等）活性變化、糖類、酯類代謝等。66第66頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日3.生物細胞遺傳學指標分析采用細胞遺傳學的方法來篩選化學誘變因子，監(jiān)測環(huán)境中具有致癌、致畸、致突變的化學物質(zhì)。常用的方法主要有：微核測定法、染色體畸變分析、姐妹染色體交換率、非預定DNA合成等。高等植物被認為是進行環(huán)境化學物質(zhì)的遺傳毒性效應研究的極好材料，如紫露草和蠶豆。在動物方面常用蝌蚪腸細胞、小鼠外周血淋巴細胞、蟾蜍血液細胞等為材料，觀察細胞染色體畸變情況、微核率、非預定DNA合成等指標來監(jiān)測大氣和水污染。67第67頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日4.生物群落結(jié)構(gòu)分析以某磷肥廠附近氟污染林地的地衣調(diào)查結(jié)果為例：①嚴重污染：樹干上沒有梅衣屬地衣，石蕊屬地衣不能夠形成子囊盤，甚至不能夠形成柱體。②中等污染：梅衣屬地衣出現(xiàn)在樹干高度4m以下，石蕊屬的幾個種雖然有柱體及子囊盤，但原植體小于正常生長者。③輕污染：樹花屬地衣較多，梅花屬葉狀及粉狀地衣分布高達樹冠內(nèi)部的主干上。④無污染：松蘿屬及樹花屬地衣在樹木和灌木上普遍出現(xiàn)，梅衣屬等葉狀地衣在樹干上大片分布到樹冠內(nèi)部的小枝上。68第68頁，共74頁，2023年，2月20日，星期日5.群落多樣性指數(shù)分析（1）簡便多樣性指數(shù)

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