環(huán)境生態(tài)學教學第十二章

環(huán)境生態(tài)學教學第十二章第一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)環(huán)境污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的行為一、環(huán)境污染的概念指有害物質(zhì)或因子進入環(huán)境，并在環(huán)境中擴散、遷移、轉(zhuǎn)化，使環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生變化，對人類以及其他生物的正常生存和發(fā)展產(chǎn)生不利影響的現(xiàn)象。引起環(huán)境污染的物質(zhì)或因子稱為污染物。第二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日二、環(huán)境污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的行為

進入生態(tài)系統(tǒng)的污染物．在生態(tài)系統(tǒng)中的行為一般可能經(jīng)歷三類具體過程，即遷移、轉(zhuǎn)化和礦化或降解。污染物在環(huán)境中的遷移污染物的遷移是指污染物在環(huán)境中發(fā)生的空間位置的移動及其存在形式或存在狀態(tài)的變化。

主要有以下三種方式：機械遷移物理化學遷移生物遷移第三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日應注意的是：1、并非所有污染物的遷移都涉及到這三個具體過程。2、污染物的遷移作用使得污染物可以傳送到很遠的距離，由局部性污染引起區(qū)域性污染，甚至造成全球性的污染。污染物在環(huán)境中的轉(zhuǎn)化污染物在環(huán)境中通過物理、化學或生物的作用由一種存在形態(tài)轉(zhuǎn)變成另一種存在形態(tài)的過程。污染物的遷移過程往往同時伴隨著污染物本身的形態(tài)轉(zhuǎn)變．反之亦然。第四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日污染物的物理轉(zhuǎn)化通過蒸發(fā)、滲透、凝聚、吸附以及放射性元素的蛻變等——種或幾種過程來實現(xiàn)污染物的化學轉(zhuǎn)化通過各種化學反應發(fā)生的轉(zhuǎn)化，如氧化還原反應、水解反應、絡合反應、光化學反應等污染物的生物轉(zhuǎn)化通過生物的吸收和代謝作用而發(fā)生的變化第五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日污染物在食物鏈中的轉(zhuǎn)移

污染物在食物鏈中的轉(zhuǎn)移是指污染物經(jīng)生物的取食與被食關(guān)系沿食物鏈從低營養(yǎng)級傳遞到高營養(yǎng)級生物體內(nèi)的過程。1．生物濃縮指生物機體或處于同一營養(yǎng)級上的生物種群，從周圍環(huán)境中蓄積某種元素或難分解的化合物，使生物體內(nèi)該物質(zhì)的濃度超過環(huán)境中濃度的現(xiàn)象，又稱為生物學富集。2.濃縮系數(shù)或富集因子生物體內(nèi)某種元素或難分解的化合物的濃度同它所生存的環(huán)境中該物質(zhì)的濃度比值第六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日2．生物積累指生物在其整個代謝活躍期通過吸收、吸附、吞食等各種過程，從周圍環(huán)境中蓄積某些元素或難分解的化合物，以致隨著生長發(fā)育，濃縮系數(shù)不斷增大的現(xiàn)象，又稱生物學積累。3．生物放大

生態(tài)系統(tǒng)中，由于高營養(yǎng)級生物以低營養(yǎng)級生物為食物，某種元素或難分解化合物在生物機體中的濃度隨著營養(yǎng)級的提高而逐步增大的現(xiàn)象稱為生物放大。第七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日環(huán)境污染的生態(tài)效應

生態(tài)效應包括兩個方面的涵義：一是指有利于生態(tài)系統(tǒng)中生物體生存和發(fā)展的變化，即良性的生態(tài)效應；另一方面是指不利于生態(tài)系統(tǒng)中生物體生存和發(fā)展的變化，即不良的生態(tài)效應。目前，人們習慣于將不利于生態(tài)系統(tǒng)中生物體生存和發(fā)展的現(xiàn)象稱為生態(tài)效應第八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日個體生態(tài)效應污染物在生物個體水平上的影響，如行為改變、繁殖下降、生長和發(fā)育受阻、產(chǎn)量下降、死亡等種群生態(tài)效應污染物在種群層次上的影響，如種群的密度、繁殖、數(shù)量動態(tài)、種間關(guān)系、種群進化等的影響群落和生態(tài)系統(tǒng)效應污染物對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的影響，包括生態(tài)系統(tǒng)組成成分、結(jié)構(gòu)以及物質(zhì)循環(huán)、能量流動、信息傳遞和系統(tǒng)動態(tài)進化等第九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)環(huán)境污染的種群生態(tài)效應一、污染對種群動態(tài)的影響污染物對種群動態(tài)的影響主要表現(xiàn)為種群數(shù)量的改變、種群性比和年齡結(jié)構(gòu)的變化、種群增長率的改變、種群調(diào)節(jié)機制的改變等。1.導致個體數(shù)量的增加或減少2.改變種群的生活史進程3.對種群增長率的影響4.影響種群的性別比例和年齡結(jié)構(gòu)第十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日二、污染對種間關(guān)系的影響污染物通過影響生物體的生理代謝功能，使之出現(xiàn)各種異常生理、心理及行為反應，從而改變原有的種間關(guān)系。污染物毒害會影響到動物取食能力、捕獲獵物的能力以及逃脫捕食者的能力等。污染物可以改變或逆轉(zhuǎn)種間競爭關(guān)系。第十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日三、污染與種群進化研究表明，生物對污染物的抗性是污染脅迫下種群進化的基本過程。抗性是指有機體暴露在逆境(如有毒物質(zhì)、低溫、干旱及病蟲害等)時成功進行各項固有活動的能力。生物有機體對污染物的抗性通常有兩種基本類型：回避性和耐受性避性是指有機體阻止環(huán)境中過量污染物進人體內(nèi)的能力。耐性是指有機體處理過量蓄積在體內(nèi)的污染物的能力。

第十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)污染物的群落與生態(tài)系統(tǒng)效應一、污染對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響污染物可導致群落組成和結(jié)構(gòu)的改變，包括優(yōu)勢種變化、生物量、豐度、種的多樣性等。污染物對群落物種組成的影響是由于不同物種對污染物的敏感性不同引起的。（耐污種、敏感種）污染物對群落和生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)效應主要反映在群落的物種組成和物種多樣性的變化上。是生物監(jiān)測的理論基礎。1．水生生態(tài)系統(tǒng)2.陸生生態(tài)系統(tǒng)第十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日二、污染物對生態(tài)系統(tǒng)功能的影響1．污染對初級生產(chǎn)量的影響直接毒害作用使初級生產(chǎn)量下降通過減少重要營養(yǎng)元素的生物可利用性、減少光合作用、增加呼吸作用、增加病蟲害脅迫等途徑而使初級生產(chǎn)量下降2．污染對物質(zhì)循環(huán)的影響污染物能在營養(yǎng)循環(huán)的一些作用點上影響營養(yǎng)物質(zhì)的動態(tài)，如改變有機物質(zhì)的分解和礦化速率、營養(yǎng)物質(zhì)吸收狀況等而影響生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)第十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日三、污染與生態(tài)系統(tǒng)演替在污染嚴重的地區(qū)，由于污染引起的初級生產(chǎn)力下降和環(huán)境條件的改變，已造成整個牛態(tài)系統(tǒng)的退化．群落朝著逆向演替的方向，甚至可能造成整個生態(tài)系統(tǒng)的崩潰。第十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)污染物生態(tài)效應研究方法一、污染物的毒性試驗1.毒物與毒性效應在一定條件下，能夠?qū)ι矬w造成損害的物質(zhì)稱為毒物。毒性效應是指化學物引起生物體損害的總和。毒性效應可以發(fā)生在不同的水平，如器官、組織、細胞等。2.污染物毒性參數(shù)(1)絕對致死劑量或濃度(2)半數(shù)致死劑量或濃度(3)最小致死劑量或濃度第十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日2.污染物毒性參數(shù)(4)最大耐受劑量或濃度(5)最大無作用劑量(6)最小有作用劑量(7)半數(shù)效應濃度(8)半數(shù)抑制濃度(9)毒性最大容許濃度

3．毒性分級我國將毒物分為劇毒、高毒、中等毒、低毒和微毒五級。4．毒性試驗急件毒性試驗亞慢性毒性試驗慢性毒性試驗第十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日第十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日第十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日二、污染物的群落與生態(tài)系統(tǒng)效應研究方法1．生物指數(shù)用來描述污染物對群落結(jié)構(gòu)的影響，以反映受污染的群落和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化。如群落種類組成變化，特別是某些對污染物敏感或有耐受性的種類的出現(xiàn)或消失，群落中種群的數(shù)量變化，群落中種類組成比例的變化等等。Beck生物指數(shù)IB=2×n1＋n2

按底棲大型無脊椎動物對有機污染的耐受性將其分為兩類，n1是對污染敏感的生物種類，n2是抗污染的生物種類第二十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日硅藻生物指數(shù)式中：I為硅藻生物指數(shù);A為不耐污染的種類數(shù);B為在污染和清潔水體中均出現(xiàn)的種類數(shù);C為在中等污染和多污染帶出現(xiàn)的種類數(shù)。注意：

生物指數(shù)均是以水生生態(tài)系統(tǒng)為基礎提出的。只有在對所研究的生態(tài)系統(tǒng)和污染物有比較詳細了解的條件下才能應用。所得結(jié)果的有效性基本上取決于對生物物種的正確鑒定及其抗污染能力的了解。另外，大多生物指數(shù)只考慮物種數(shù)，而忽略各物種的個體數(shù)，因而損失了部分信息。第二十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日2.多樣性指數(shù)多樣性指數(shù)是群落內(nèi)物種數(shù)及其多度的綜合測度，用以描述群落的復雜度。香農(nóng)－威納指數(shù)辛普森多樣性指數(shù)Margales指數(shù)一般來說，多樣性指數(shù)所依據(jù)的只是群落中的部分物種，而且沒有考慮不同物種的相對重要性或生態(tài)學功能。在以一個物種代替另一個物種的情形下，此類指數(shù)不能反映群落的變化，而且也不能反映出稀有物種的消失；事實上，若要揭示污染物對群落的影響，單以多樣性指數(shù)的變化是不足為據(jù)的，還必須結(jié)合單個種群動態(tài)的變化。第二十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日3．生產(chǎn)力

生產(chǎn)力是反映一個生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的一個指標。用生產(chǎn)力評價的方法分析生態(tài)系統(tǒng)中生物種群或群落的物質(zhì)代謝及能量流動的動態(tài)，以有機物的生產(chǎn)過程和分解過程的強度為依據(jù)評價污染物的群落和生態(tài)系統(tǒng)效應。第二十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日三、模型生態(tài)系統(tǒng)法是研究污染物在群落和生態(tài)系統(tǒng)水平上的生態(tài)效應的方法。這些方法主要用于研究污染物的生態(tài)效應，但也可用于研究污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的行為。根據(jù)人工控制程度的大小，模型生態(tài)系統(tǒng)法可分為三大類：即模擬微系統(tǒng)試驗、半模擬微系統(tǒng)試驗和野外試驗。1．模擬微系統(tǒng)模擬微系統(tǒng)是在實驗室、溫室，甚至氣候箱等人工控制條件下建立，用以模擬選定的生態(tài)系統(tǒng)成分相互作用及其過程的人工生態(tài)系統(tǒng)。第二十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日三、模型生態(tài)系統(tǒng)法2．半模擬微系統(tǒng)半模擬微系統(tǒng)是指在野外條件下的部分人工控制試驗。此類試驗在野外真實環(huán)境條件下進行，氣候及環(huán)境介質(zhì)等基本環(huán)境因素與正常環(huán)境相同，但通常有一個人為邊界，受試物與實驗生物由實驗者確定。3．野外試驗野外試驗是以真實生態(tài)系統(tǒng)為實驗系統(tǒng)，測試污染物對生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)效應與功能效應。生態(tài)系統(tǒng)的所有條件基本上保持自然狀態(tài)，實驗者可以控制的變量是污染物的種類和數(shù)量。第二十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日第五節(jié)生物監(jiān)測

一、生物監(jiān)測概述生物監(jiān)測(biologicalmonitoring)是指以生物個體、種群或群落對環(huán)境污染物脅迫的反應為指標，檢測環(huán)境的污染狀況，從生物學角度為環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測和評價提供依據(jù)。☆生物監(jiān)測以環(huán)境污染物與生物之間的濃度-反應關(guān)系為基礎?！顫舛?反應關(guān)系可以分為不同的類型。即使屬于同一類濃度-反應關(guān)系，不同的化學物質(zhì)或不同的生物其曲線也不盡相同。以陸地植物對大氣污染物的反應為例，這些反應可能表現(xiàn)在葉片傷害、生物量變化以及生物積累等方面?！钤诮⒕唧w的生物監(jiān)測技術(shù)之前，人們應事先了解監(jiān)測生物對監(jiān)測污染物的可能反應。這需要進行大量的實驗研究，以便建立起濃度-反應關(guān)系。第二十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日☆在各種高、精、尖理化檢測儀器和分析手段可資利用的現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)中，生物監(jiān)測的理論和方法還能得到不斷發(fā)展和有效應用，這反映出生物監(jiān)測具有某些獨特的應用價值和理化監(jiān)測方法不能替代或不能有效替代的特點?！钤谏锉O(jiān)測實踐中，如果同時配合一定的理化監(jiān)測技術(shù)，將會使生物監(jiān)測結(jié)果更加明確有效。這說明生物監(jiān)測本身具有一定的局限性，不能代替理化監(jiān)測。☆生物監(jiān)測的優(yōu)點和局限性均是生物本身的特點所決定的。從某種意義上說，由環(huán)境質(zhì)量變化所引起的生物學過程變化能夠更直接地綜合反映出環(huán)境質(zhì)量對生態(tài)系統(tǒng)的影響，比用理化方法監(jiān)測得到的參數(shù)更具有說服力。第二十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日1、生物監(jiān)測的優(yōu)點(1)能綜合反映環(huán)境質(zhì)量狀況；(2)監(jiān)測靈敏度高，能發(fā)現(xiàn)早期環(huán)境污染；(3)能連續(xù)監(jiān)測污染史；(4)方法簡便，成本低。

第二十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日2.生物監(jiān)測的局限性(1)易受各種環(huán)境因素的影響；(2)可能受到監(jiān)測生物生長發(fā)育狀況的影響；(3)費時且難確定環(huán)境污染的實際濃度。第二十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日鑒于生物監(jiān)測的優(yōu)點和局限性，在實際應用中可將其與理化監(jiān)測配合運用，揚長避短、相互補充、準確監(jiān)測。監(jiān)測生物的規(guī)范化、監(jiān)測條件(培養(yǎng)條件、觀測時間等)的標準化、濃度-反應曲線的精確化(含供比較用的準確標準圖譜)以及監(jiān)測人員的專業(yè)化(如具有扎實的毒理學、生理學、分類學等知識)，均可在一定程度上彌補生物監(jiān)測之不足。第三十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日二、監(jiān)測生物及指標的選擇

監(jiān)測生物是生物監(jiān)測的核心，其優(yōu)劣直接決定生物監(jiān)測結(jié)果的可靠性。監(jiān)測指標是檢測監(jiān)測生物對污染脅迫反應的依據(jù)，正確選擇監(jiān)測指標是生物監(jiān)測成敗的關(guān)鍵。因此，監(jiān)測生物及指標的選擇至關(guān)重要。第三十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日1.生物的選擇

監(jiān)測生物的選擇應遵循以下五個原則：(1)選擇對污染物敏感的生物；(2)選擇具有污染特異性反應的生物；(3)選擇遺傳上穩(wěn)定的生物；(4)選擇易于繁殖和管理的常見生物；(5)應盡量選擇除監(jiān)測功能外兼有其他功能的生物。第三十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日2.監(jiān)測指標的選擇★理論上說，如果生物系統(tǒng)對污染脅迫產(chǎn)生反應，它必然有某種形式的狀態(tài)改變。這些變化都可以作為監(jiān)測指標。如癥狀指示指標、生長勢和產(chǎn)量評價指標、生理生化指標、行為指標等。★實際工作中，由于受到人力、經(jīng)費、技術(shù)水平及其他條件的限制，不可能對所有指標全部進行測定。因此，只能根據(jù)具體情況有針對性地選擇某些指標。第三十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日2.監(jiān)測指標的選擇(1)根據(jù)監(jiān)測目的選擇監(jiān)測指標；(2)根據(jù)污染物的性質(zhì)和毒理作用機制選擇監(jiān)測指標；(3)根據(jù)生物的特性選擇監(jiān)測指標。第三十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日三、生物監(jiān)測的基本方法根據(jù)監(jiān)測生物系統(tǒng)的組構(gòu)水平、監(jiān)測指標及分析技術(shù)等，可將生物監(jiān)測的基本方法大致分為四類：★化學成分分析法★

生理學方法★

毒理學與遺傳毒理學方法★

生態(tài)學方法第三十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日1.化學成分分析法化學成分分析法是基于生物的蓄積特性，通過分析生物體內(nèi)污染物含量來監(jiān)測環(huán)境污染狀況。如應用污染指數(shù)(I)：

I=Cm/CoCm：污染區(qū)指示植物中某污染物的含量

Co：對照點同種植物中某污染物濃度。第三十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日2.生理學方法

生理學方法是利用污染物引起的生物個體行為、生長、發(fā)育以及各種生理生化變化為指標，監(jiān)測環(huán)境污染狀況。在一定的濃度范圍以內(nèi)，污染物沒有致死作用和致病作用，但可能干擾機體的某些生理功能，使其部分功能受到影響。3.毒理學與遺傳毒理學方法毒理學方法是以污染物引起機體病理狀態(tài)和死亡為指標，監(jiān)測環(huán)境污染狀況。第三十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日3.毒理學與遺傳毒理學