環(huán)境污染的生物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)省名師優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件市賽課百校聯(lián)賽優(yōu)質(zhì)課一等獎(jiǎng)?wù)n件

第三章環(huán)境污染生物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)一概況二大氣污染生物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)三水體污染生物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)四物理、化學(xué)誘變物質(zhì)檢測(cè)1/54一概況生物對(duì)環(huán)境毒物、污染物反應(yīng)改變程度作為監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量改變、受污染程度依據(jù)稱為生物監(jiān)測(cè)（monitoring）與評(píng)價(jià)（evaluating）。生物監(jiān)測(cè)本世紀(jì)初才提出，70年代才逐步成為較活躍研究領(lǐng)域。1908～19，德國(guó)科學(xué)家科爾克威茨（Kolkwitz）和馬森（Marson）首先提出了污水生物系統(tǒng)評(píng)價(jià)法，從而為水體污染生物監(jiān)測(cè)打下了基礎(chǔ)。我國(guó)自70年代起，在進(jìn)行污染源調(diào)查中開展了生物監(jiān)測(cè)工作，利用藻類、原生動(dòng)物、底棲無(wú)脊椎動(dòng)物等生物對(duì)水體污染情況進(jìn)行了研究。2/541、生物監(jiān)測(cè)特點(diǎn)（1）能綜合地反應(yīng)環(huán)境質(zhì)量情況環(huán)境問題是相當(dāng)復(fù)雜，某一生態(tài)效應(yīng)常是幾個(gè)原因綜合作用結(jié)果。如在受污染水體中，通常是各種污染物并存，而每種污染物并非都是各自單獨(dú)起作用，各類污染物之間也不都是簡(jiǎn)單加減關(guān)系。3/54（2）含有多功效性通常，理化監(jiān)測(cè)儀器專一注很強(qiáng)，測(cè)定03儀器不能兼測(cè)S02，測(cè)S02也不能兼測(cè)C2H4。生物監(jiān)測(cè)卻能經(jīng)過指示生物不一樣反應(yīng)癥狀，分別監(jiān)測(cè)各種干擾效應(yīng)。植物受SO2、PAN和氟化物危害后，葉組織結(jié)構(gòu)和色澤常表現(xiàn)出不一樣受害癥狀。（3）監(jiān)測(cè)靈敏度高有些生物對(duì)某種污染物反應(yīng)很敏感。如有種唐昌蒲，在0.01ppm氟化氫下，20小時(shí)就出現(xiàn)反應(yīng)癥狀，據(jù)記載，有敏感植物能監(jiān)測(cè)到十億分之一濃度氟化物污染，而現(xiàn)在許多儀器也未到達(dá)這么靈敏度水平。4/542、生物監(jiān)測(cè)不足之處（1）不能像理化監(jiān)測(cè)儀器那樣快速作出反應(yīng)，從而可在較短時(shí)間內(nèi)就能取得監(jiān)測(cè)結(jié)果，也不能像儀器那樣能準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)出環(huán)境中一些污染物含量，它通常反應(yīng)只是各監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)污染或改變水平；5/54（2）生物生長(zhǎng)發(fā)育，生理代謝情況等都制約著外干擾作用。相同強(qiáng)度同種干擾對(duì)處于不一樣狀態(tài)生物常產(chǎn)生不一樣生態(tài)效應(yīng)。如水稻在抽穗、揚(yáng)花、灌漿時(shí)期對(duì)污染反應(yīng)最敏感、危害最大，而成熟期敏感性就顯著降低；（3）指示生物同一受害癥狀可由各種原因造成，增加了對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果判斷困難。如許多植物落葉、矮態(tài)、卷轉(zhuǎn)、僵直和扭曲等，大氣氟化物污染和低濃度除草劑施用均可造成上述異常現(xiàn)象。S02對(duì)植物傷害往往與霜凍或無(wú)機(jī)鹽缺乏癥狀也很相同。6/54二大氣污染生物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)1指示生物有些生物，尤其是植物，它們對(duì)有害物質(zhì)能夠顯示出顯著傷害癥狀，由此可檢測(cè)環(huán)境污染程度，稱之為指示生物。2指示植物選擇標(biāo)準(zhǔn)（1）對(duì)污染物反應(yīng)敏感并表現(xiàn)出顯著傷害癥狀。（2）為常見品種，易管理和繁殖，生長(zhǎng)季節(jié)長(zhǎng)。（3）植株必須健壯，干擾癥少。7/543指示植物選擇方法（1）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查法（2）栽培比較法將篩選植物進(jìn)行盆栽培養(yǎng)，然后放在已知污染區(qū)一定點(diǎn)位上進(jìn)行觀察，選出敏感植物。（3）熏氣試驗(yàn)法將需要篩選植物移植或放置熏氣室中，把所需濃度單一或混合污染氣體與空氣混合后通人熏氣室內(nèi)。8/54（4）葉片浸蘸法將化學(xué)溶液浸蘸植物葉片后，產(chǎn)生近似于某種污染氣體直接熏氣一樣效果。如浸蘸氫氟酸可產(chǎn)生氟化氫效果，浸蘸亞硫酸可產(chǎn)生二氧化硫效果等。9/544傷害癥狀、敏感品種

（1）傷害癥狀SO2：傷斑大部分出現(xiàn)在葉脈間，傷區(qū)與健康組織之間界限分明。NOx：傷斑大部分出現(xiàn)在葉脈間，傷區(qū)與健康組織之間界限分明。Cl2：傷斑也主要在葉脈間，但傷斑與健康組織之間界限含糊或有一個(gè)過渡區(qū)。HF：傷斑多出現(xiàn)在葉尖和葉緣，傷區(qū)與非傷區(qū)之間常有一條紅色或深褐色邊界限。O3：傷害主要在葉面出現(xiàn)密集細(xì)小斑點(diǎn)。10/54A.二氧化硫指示植物苔蘚白蠟樹云杉地衣棉花白楊

(2)指示植物11/54

B.光化學(xué)氧化物指示植物矮牽?；ㄆ咸巡げ它S瓜馬鈴薯洋蔥12/54雪松葡萄金錢草杏樹慈竹郁金香C.氟化物指示植物13/54D乙烯指示植物萬(wàn)壽菊皂莢樹黃瓜番茄蘭花14/54E氮氧化物指示植物向日葵菠菜秋海棠番茄煙草15/54（3）大氣污染傷害植物特點(diǎn)

1）有顯著方向性同一株樹上，面向污染源部分，要比背向污染源部分受害嚴(yán)重。2）植物受害程度與距離污染源遠(yuǎn)近親密相關(guān)。普通距離越近，植物受害越重；距離越遠(yuǎn)，植物受害越輕。但如污染源是一個(gè)很高煙囪，則在一定范圍內(nèi)離煙囪越近受害越輕，最大落地濃度為煙囪高度15-20倍。3）在有害氣體擴(kuò)散過程中遇障礙物，障礙物后面植物可防止受害4）不局限在一個(gè)植物上，而是包括到各種植物。16/545大氣污染區(qū)植物評(píng)價(jià)方法

（1）癥狀指標(biāo)法經(jīng)過觀察植物形態(tài)改變，尤其是葉片出現(xiàn)受害癥狀，能夠作為評(píng)價(jià)大氣環(huán)境污染指標(biāo)。（2）生長(zhǎng)量指標(biāo)法IA=W0/Wm式中，IA—影響指數(shù)W0清潔區(qū)（對(duì)照）植物生長(zhǎng)量Wm—污染區(qū)植物生長(zhǎng)量17/54（3）群落生態(tài)指標(biāo)法

主要是利用群落結(jié)構(gòu)改變，來反應(yīng)群落中種類數(shù)和豐度關(guān)系，進(jìn)而對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)。在未受污染脅迫正常群落中，種類數(shù)多。伴隨污染脅迫增加，種類數(shù)下降。在利用群落生態(tài)指標(biāo)法時(shí)，普通選擇附生苔蘚植物群落，這是因?yàn)樘μ\植物含有以下特點(diǎn)：1）生長(zhǎng)于樹皮，不受土壤條件影響。2）多年生常綠植物，整年可測(cè)。（苔蘚計(jì)）3）葉多數(shù)只有一層細(xì)胞，對(duì)污染物敏感。附生苔蘚調(diào)查及城市大氣污染分級(jí)18/54

X：每m3空氣中細(xì)菌數(shù)．N：平板暴露５分鐘，于37℃培養(yǎng)２４小時(shí)后生長(zhǎng)菌落數(shù)r：平皿底半徑（cm）6空氣細(xì)菌污染與監(jiān)測(cè)

（1）沉降平皿法奧梅梁斯基曾提議：如面積為100cm2平板培養(yǎng)基，暴露在空氣中5分鐘，于37℃培養(yǎng)二十四小時(shí)后所生長(zhǎng)菌落數(shù)，相當(dāng)于10L空氣中細(xì)菌數(shù)．19/54（2）濾過法使一定體積空氣經(jīng)過吸附劑，而后培養(yǎng)吸附劑中細(xì)菌，計(jì)數(shù)出菌落數(shù)。1）先將儀器按圖裝置。2）將下面大玻瓶盛滿4L水。3）旋開水龍頭，使水緩緩流出。這時(shí)外界空氣被吸人，經(jīng)喇叭口進(jìn)人盛有50ml無(wú)菌水三角瓶中。至4L水淹完后，則4Ｌ體積空氣中微生物被濾過在50ml水中。4）自三角瓶中吸1ml水放入無(wú)菌培養(yǎng)血中，然后加入肉膏蛋白陳瓊脂培養(yǎng)基中，搖勻，凝固后置28℃培養(yǎng)48小時(shí)后計(jì)算結(jié)果。20/541水生生物樣品采集和處理（1）浮游生物1）主要類群2）采樣①樣點(diǎn)設(shè)置：浮游生物網(wǎng)、采水器。②采樣深度：浮游生物在水體中不但水平分布上有差異，而且垂直分布上也有不一樣。水深2米以內(nèi)，可在0.5米左右深處采樣，3米以上可分層采樣。③固定保留④計(jì)數(shù)

三水體污染生物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)21/54（2）底棲生物調(diào)查

底棲動(dòng)物一般認(rèn)為體長(zhǎng)超出2mm，所以亦稱為底棲大型無(wú)脊椎動(dòng)物。2水體初級(jí)生產(chǎn)力測(cè)定（1）黑白瓶測(cè)氧法1）原理2）操作步驟采水與灌瓶掛瓶曝光：通常曝光二十四小時(shí)3）計(jì)算方法總產(chǎn)量=白瓶溶氧-黑瓶溶氧呼吸量=初始溶氧-黑瓶溶氧凈產(chǎn)量=總產(chǎn)量-呼吸量22/54（2）葉綠素含量測(cè)定法

3污水生物系統(tǒng)法1960年海因斯（Hyness）提出河流從排入處到下游生態(tài)學(xué)模式。在歐洲，則比較廣泛地應(yīng)用19德國(guó)科學(xué)家科爾克威斯和莫爾斯森（Kolkwiz和Marsson）水體污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)這個(gè)理論，當(dāng)水體受污染后，發(fā)生一系列自凈過程，生物種類發(fā)生改變，出現(xiàn)特有指示生物，可分別劃分為四個(gè)不一樣地帶；即多污染帶、α—中污帶、β—中污染帶和寡污帶。以后又有些人把多污帶及寡污帶也劃分為α、β累計(jì)6個(gè)。23/54將受有機(jī)物污染河流按照污染程度和自凈過程，自上游向下游劃分為四個(gè)相互連續(xù)河段，即多污帶段、α-中污帶段、β-中污帶段和寡污帶段，每個(gè)帶都有自己物理、化學(xué)和生物學(xué)特征。依據(jù)這些特征進(jìn)行判斷。

污水24/54在環(huán)境質(zhì)量發(fā)生改變時(shí)，生物種類和數(shù)量也都會(huì)隨之發(fā)生改變，把生物種類和數(shù)量發(fā)生這種改變用恰當(dāng)數(shù)學(xué)公式加以表示，所求得數(shù)值即為生物指數(shù)。

（1）顫蚓類與全部底棲動(dòng)物相比生物指數(shù)水蚯蚓與陸蚯蚓是相同。習(xí)見有四個(gè)科，即飄體蟲科、仙女蟲科、顫蚓科和帶絲蚓科。顫蚓類密度可達(dá)每平方米2萬(wàn)尾以上。污水底部全部是紅若地毯顫蚓，前半部埋在泥中，后半部露在水中不停地?cái)[動(dòng)，皆以耐有機(jī)污染著稱。4生物指數(shù)法25/54也可按下面方法來進(jìn)行評(píng)價(jià)：顫蚓類＜100條/m2不污染

100-999輕污染1000-5000中等污染7500嚴(yán)重污染

（1）顫蚓類與全部底棲動(dòng)物相比生物指數(shù)

大于80%污染嚴(yán)重，小于60%認(rèn)為水質(zhì)良好。

26/54（2）多樣性指數(shù)（diversityindex）

種多樣性包含兩個(gè)成份，一為群落中種類數(shù)；二是群落中各種種類個(gè)體數(shù)數(shù)量分布。在大部分多樣性指數(shù)中，組成群落生物種類越多，其多樣性指數(shù)越大，而重復(fù)性越小。多樣性大群落，就含有更復(fù)雜營(yíng)養(yǎng)通道，更多營(yíng)養(yǎng)鏈和側(cè)鏈，群落穩(wěn)定性也就越大。自然生物群落往往由較多個(gè)體數(shù)少數(shù)種和含有較少個(gè)體數(shù)多數(shù)種組成。如環(huán)境污染不利原因?qū)⒃斐扇郝渲猩锓N類降低，降低種間競(jìng)爭(zhēng)相互作用，使留下耐污種類個(gè)體數(shù)增多。以致受污染環(huán)境中群落多樣性比正常環(huán)境內(nèi)少。

27/541）香農(nóng)（Shannon）指數(shù)

ni：第i種個(gè)體數(shù)I=1，2，3，······kN：生物總個(gè)體數(shù)d大于3為寡污帶，d=1-3為中污帶，d小于1為多污帶。

28/54式中：d-多樣性指數(shù)S-種類數(shù)N-總個(gè)體數(shù)d大于3為寡污帶，d=1-3為中污帶，d小于1為多污帶。

2）馬吉萊夫（Margelef）多樣性指數(shù)

珠江廣州河段污染評(píng)價(jià)（利用底棲動(dòng)物）29/54R-“組”數(shù)N-總個(gè)體數(shù)C.I大于3為寡污帶，C.I=1-3為中污帶，C.I小于1為多污帶。

3）凱恩斯（Cairns）連續(xù)比較指數(shù)

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5魚類毒性試驗(yàn)

魚類毒性試驗(yàn)主要目標(biāo)是尋求某種毒物或工業(yè)廢水對(duì)魚類半致死濃度與安全濃度。所謂安全濃度，就是在污染物連續(xù)作用下，魚類能夠正常存活、生長(zhǎng)、繁殖最高毒物濃度。（1）魚種選擇試驗(yàn)魚要求對(duì)污水反應(yīng)靈感當(dāng)?shù)胤N類，鯉魚和鯽魚是國(guó)際性魚類，而金魚對(duì)一些毒物反應(yīng)靈感，都是應(yīng)用較多試驗(yàn)魚類。（2）試驗(yàn)條件控制試驗(yàn)魚要求是同一批起源，同種、同齡。31/54(3)半數(shù)致死濃度(LC50)或平均忍受限(TLm)計(jì)算試驗(yàn)時(shí)選取5種以上不一樣濃度（mg/L），并設(shè)置重復(fù)2-3個(gè)及對(duì)照組。試驗(yàn)時(shí)間普通為48-96小時(shí)，找出魚半數(shù)存活率濃度。

（4）安全濃度計(jì)算

式中，48TLm—48h半數(shù)存活率濃度（mg/L）24TLm—24h半數(shù)存活率濃度（mg/L）安全濃度驗(yàn)證：如有中毒癥狀發(fā)生，則應(yīng)降低濃度再試驗(yàn)，直到確證某濃度對(duì)魚是安全。

6魚類毒性試驗(yàn)32/546水體富營(yíng)養(yǎng)化監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)①藻類總數(shù)及葉綠素-a含量評(píng)價(jià)法②優(yōu)勢(shì)種評(píng)價(jià)法不一樣營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)水體中存在不一樣生物種類，尤其在優(yōu)勢(shì)種方面差異顯著。普通來說，貧營(yíng)養(yǎng)型湖泊中浮游植物以金藻、黃藻類為主，中營(yíng)養(yǎng)型湖泊中常以甲藻、隱藻、硅藻類占優(yōu)勢(shì)，富營(yíng)養(yǎng)型湖泊則常以綠藻、藍(lán)藻類占優(yōu)勢(shì)。③多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)方法水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)實(shí)例④綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)33/54

7水污染細(xì)菌學(xué)監(jiān)測(cè)

我國(guó)現(xiàn)行生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求：細(xì)菌總數(shù)1ml自來水不得超出100個(gè)；大腸菌群數(shù)每升自來水中不得超出3個(gè)。水細(xì)菌性污染主要是因?yàn)榧S便污水排放而引發(fā)。要判斷水質(zhì)是否安全可靠，最好是檢驗(yàn)水中有沒有病原菌。但因?yàn)楸患S便污染水中病原菌數(shù)量畢竟較少，所以只測(cè)定水中有沒有腸道非病原菌存在，就能夠確定是否受到糞便污染。而大腸桿菌群是腸道桿菌好氧菌中最普遍和數(shù)量最多一個(gè)，且與腸道致病菌呈一定正相關(guān)，所以，作為水體受糞便污染指標(biāo)，以大腸桿菌群最為理想。

34/541微核試驗(yàn)（1）紫露草花粉母細(xì)胞微核試驗(yàn)

花粉母細(xì)胞（減數(shù)分裂）→四分體（2）蠶豆根尖、葉尖微核試驗(yàn)

四物理、化學(xué)誘變物質(zhì)檢測(cè)

35/54艾姆斯試驗(yàn)是由美國(guó)加州大學(xué)艾姆斯教授等人經(jīng)多年研究創(chuàng)建一個(gè)檢測(cè)環(huán)境中致突變物測(cè)試方法，也稱鼠傷寒沙門氏菌／哺乳動(dòng)物微粒體試驗(yàn)。

因?yàn)橛行┲峦蛔兾镔|(zhì)在生物體內(nèi)經(jīng)代謝活化后才顯示致突變性，而這種活化是由微粒體非特異功效氧化酶系統(tǒng)完成，而細(xì)菌和低等生物體內(nèi)沒有這種酶系統(tǒng)，故為了使試驗(yàn)條件更近似哺乳動(dòng)物代謝情況，艾姆斯等人又采取了在體外加人哺乳動(dòng)物肝微粒體酶系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱S-9混合液）使檢物活化方法。

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艾姆斯（Ames）試驗(yàn)

野生型his+營(yíng)養(yǎng)缺點(diǎn)型his-正向突變回復(fù)突變36/54艾姆斯（Ames）試驗(yàn)圖解

37/54環(huán)境影響評(píng)價(jià)工程程序38/54生物監(jiān)測(cè)與理化監(jiān)測(cè)比較39/54苔蘚植物監(jiān)測(cè)大