第三章-污染生態(tài)診斷與監(jiān)測分析

武青1032011224003第三章污染生態(tài)診斷與監(jiān)測分析按照一套綜合會診程序和行之有效的檢驗(yàn)方法（物理、化學(xué)、生物學(xué)以及生態(tài)毒理學(xué)方法等），對一定區(qū)域內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量進(jìn)行說明、評價和預(yù)測。污染生態(tài)診斷的概念污染生態(tài)診斷意義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(yùn)動規(guī)律，探討污染發(fā)生的機(jī)制，掌握生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的變化規(guī)律。污染生態(tài)診斷的依據(jù)

（1）生物對污染的適應(yīng)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(yīng)；②對污染物自身的適應(yīng)。（2）污染條件下的生物進(jìn)化①不能適應(yīng)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(yīng)的生物，在污染條件下，將產(chǎn)生快速分化，形成高污染適應(yīng)性的進(jìn)化取向。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(yīng)，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(xué)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。1.大氣污染生物監(jiān)測利用生物對大氣污染物的反應(yīng)，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(yīng)極為敏感，在污染物達(dá)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。利用動物也能夠起到指示、監(jiān)測環(huán)境的作用。事實(shí)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。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(qiáng)的如紅線草、狐尾藻等相當(dāng)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。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(jī)污染物的良好監(jiān)測生物。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(yù)測和監(jiān)測指標(biāo)。一般來說，指示植物主要起到預(yù)警作用。土壤動物是反映環(huán)境變化的敏感指示生物，當(dāng)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(biāo)。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(jìn)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(yīng)污染物的濃度。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。2.生物生理生化指標(biāo)分析生物受污染時某些生理生化指標(biāo)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(yùn)動頻率、呼吸頻率、呼吸代謝、側(cè)線感觀機(jī)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。3.生物細(xì)胞遺傳學(xué)指標(biāo)分析采用細(xì)胞遺傳學(xué)的方法來篩選化學(xué)誘變因子，監(jiān)測環(huán)境中具有致癌、致畸、致突變的化學(xué)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(yù)定DNA合成等。高等植物被認(rèn)為是進(jìn)行環(huán)境化學(xué)物質(zhì)的遺傳毒性效應(yīng)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(xì)胞、小鼠外周血淋巴細(xì)胞、蟾蜍血液細(xì)胞等為材料，觀察細(xì)胞染色體畸變情況、微核率、非預(yù)定DNA合成等指標(biāo)來監(jiān)測大氣和水污染。4.生物群落結(jié)構(gòu)分析以在昆陽磷肥廠附近氟污染林地的地衣調(diào)查結(jié)果為例：①嚴(yán)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(dá)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。5.群落多樣性指數(shù)分析（1）簡便多樣性指數(shù)

d=s／N

式中：s為群落種類數(shù)；N為總個體數(shù)。（2）Willams多樣性指數(shù)d=－K[(ni/N)lg(ni/N)]或d=－[(ni/N)2.3036lg(ni/N)]式中nI為單位面積上第i種的個體數(shù)；

N為單位面積上各類生物的總個體數(shù)；

i=1，2，3，…，m。指數(shù)d<1為重污染；d=1~3為中污染；d>3為輕污染。優(yōu)點(diǎn)是具有簡明的數(shù)值概念，可以直接反映環(huán)境的質(zhì)量。6.生物生長量變化分析動物、植物、微生物都可作為這一技術(shù)的材料。在水污染的生物監(jiān)測中，一些藻類植物最適合于這種方法。常用的藻類有斜生柵藻、小球藻、水華魚腥藻、羊角月牙藻、萊茵衣藻等。因?yàn)樵孱惿L快，適應(yīng)周期短，是一種理想的監(jiān)測材料。按照一套綜合會診程序和行之有效的檢驗(yàn)方法（物理、化學(xué)、生物學(xué)以及生態(tài)毒理學(xué)方法等），對一定區(qū)域內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量進(jìn)行說明、評價和預(yù)測。污染生態(tài)診斷的概念污染生態(tài)診斷意義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(yùn)動規(guī)律，探討污染發(fā)生的機(jī)制，掌握生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的變化規(guī)律。污染生態(tài)診斷的依據(jù)

（1）生物對污染的適應(yīng)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(yīng)；②對污染物自身的適應(yīng)。（2）污染條件下的生物進(jìn)化①不能適應(yīng)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(yīng)的生物，在污染條件下，將產(chǎn)生快速分化，形成高污染適應(yīng)性的進(jìn)化取向。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(yīng)，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(xué)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。1.大氣污染生物監(jiān)測利用生物對大氣污染物的反應(yīng)，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(yīng)極為敏感，在污染物達(dá)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。利用動物也能夠起到指示、監(jiān)測環(huán)境的作用。事實(shí)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。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(qiáng)的如紅線草、狐尾藻等相當(dāng)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。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(jī)污染物的良好監(jiān)測生物。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(yù)測和監(jiān)測指標(biāo)。一般來說，指示植物主要起到預(yù)警作用。土壤動物是反映環(huán)境變化的敏感指示生物，當(dāng)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(biāo)。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(jìn)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(yīng)污染物的濃度。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。2.生物生理生化指標(biāo)分析生物受污染時某些生理生化指標(biāo)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(yùn)動頻率、呼吸頻率、呼吸代謝、側(cè)線感觀機(jī)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。3.生物細(xì)胞遺傳學(xué)指標(biāo)分析采用細(xì)胞遺傳學(xué)的方法來篩選化學(xué)誘變因子，監(jiān)測環(huán)境中具有致癌、致畸、致突變的化學(xué)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(yù)定DNA合成等。高等植物被認(rèn)為是進(jìn)行環(huán)境化學(xué)物質(zhì)的遺傳毒性效應(yīng)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(xì)胞、小鼠外周血淋巴細(xì)胞、蟾蜍血液細(xì)胞等為材料，觀察細(xì)胞染色體畸變情況、微核率、非預(yù)定DNA合成等指標(biāo)來監(jiān)測大氣和水污染。4.生物群落結(jié)構(gòu)分析以在昆陽磷肥廠附近氟污染林地的地衣調(diào)查結(jié)果為例：①嚴(yán)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(dá)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。5.群落多樣性指數(shù)分析（1）簡便多樣性指數(shù)

d=s／N

式中：s為群落種類數(shù)；N為總個體數(shù)。（2）Willams多樣性指數(shù)d=－K[(ni/N)lg(ni/N)]或d=－[(ni/N)2.3036lg(ni/N)]式中nI為單位面積上第i種的個體數(shù)；

N為單位面積上各類生物的總個體數(shù)；

i=1，2，3，…，m。指數(shù)d<1為重污染；d=1~3為中污染；d>3為輕污染。優(yōu)點(diǎn)是具有簡明的數(shù)值概念，可以直接反映環(huán)境的質(zhì)量。6.生物生長量變化分析動物、植物、微生物都可作為這一技術(shù)的材料。在水污染的生物監(jiān)測中，一些藻類植物最適合于這種方法。常用的藻類有斜生柵藻、小球藻、水華魚腥藻、羊角月牙藻、萊茵衣藻等。因?yàn)樵孱惿L快，適應(yīng)周期短，是一種理想的監(jiān)測材料。7.生態(tài)系統(tǒng)綜合分析污水生物系統(tǒng)法監(jiān)測水體有機(jī)污染的程度或測定有機(jī)污染物的生物降解。原理是：在一條河流受到污染后，自上游往下游形成一系列在污染程度上逐漸減輕的連續(xù)帶，每一帶都生存有大體上能夠表示這一帶特性的動物和植物。從而可以根據(jù)一條河流中一定區(qū)域內(nèi)生物類群的組成和數(shù)量，來鑒別該區(qū)域的有機(jī)物污染程度，同時也能夠反映在相應(yīng)的化學(xué)指標(biāo)上。他們把河段分成3個帶：多污帶、中污帶和少污帶。

污水生態(tài)系統(tǒng)的特征

指標(biāo)多污帶強(qiáng)中污帶弱中污帶少污帶有機(jī)物含有大量有機(jī)物，主要是未分解的蛋白質(zhì)和糖類由于蛋白質(zhì)等有機(jī)物分解，形成氨基酸和氨有機(jī)物進(jìn)一步分解為氨鹽、亞硝酸鹽和硝酸鹽。水中有機(jī)物已經(jīng)很少有機(jī)物已經(jīng)被礦化，蛋白質(zhì)最后分解成硝酸鹽，水中有機(jī)物極少溶解氧極低或全無少量多多BOD非常高高低很低硫化氫非常高較高少無底泥多固有硫化鐵，呈黑色硫化鐵被氧化成氫氧化鐵，不呈黑色有氧化鐵存在幾乎全被氧化，有氧化鐵存在細(xì)菌數(shù)（個／mL）數(shù)十萬至數(shù)百萬數(shù)十萬數(shù)萬數(shù)百生物種類很少少多多個別優(yōu)勢種很強(qiáng)強(qiáng)弱弱水生維管植物無很少少多主要生物類群微生物、污水原生動物藍(lán)藻、鞭毛綠蟲藻、原生動物、蠕蟲、輪蟲藍(lán)藻、綠藻、硅藻、原生動物、甲殼動物、魚類硅藻、綠藻、原生動物、甲殼動物、水生昆蟲、魚類圖形疊置法1.概念：該法將一套表示各環(huán)境要素一定特征的透明圖片疊置起來，用以表示環(huán)境的綜合特征，反映出建設(shè)項(xiàng)目的影響范圍以及環(huán)境影響的性質(zhì)和程度將所研究的地區(qū)劃分成若干個環(huán)境單元以每個環(huán)境單元為獨(dú)立單位，分別繪制反映環(huán)境性質(zhì)、特征的各環(huán)境要素的一系列單幅環(huán)境圖把這系列環(huán)境圖襯透于該環(huán)境單元的基本地圖（或稱底圖）之上，形成一個環(huán)境單元的綜合環(huán)境圖把若干個環(huán)境單元的綜合圖加以銜接，構(gòu)成一個地區(qū)的綜合環(huán)境圖據(jù)此可進(jìn)行綜合分析，判別環(huán)境影響的范圍、性質(zhì)和程度。通過圖上所表示的不同顏色以及陰影的深淺等色像可說明其影響的程度2.步驟：3.適用場合：地理空間較大的建設(shè)項(xiàng)目，如“線型”影響項(xiàng)目（公路、鐵道、管道等）和區(qū)域開發(fā)項(xiàng)目4.作用：預(yù)測評價和傳達(dá)某一地區(qū)適合開發(fā)的程度，識別供選擇的地點(diǎn)和路線等圖形疊置法簡單型清單（實(shí)例）改變土地利用方式對一些水文參數(shù)的影響描述型清單法（實(shí)例）分級型清單法（實(shí)例）水資源開發(fā)項(xiàng)目環(huán)境影響綜合評價第一級第二級矩陣法環(huán)境影響矩陣的結(jié)構(gòu)環(huán)境質(zhì)量綜合評價方法

項(xiàng)目活動1活動2…活動n環(huán)境因子總影響環(huán)境因子1M11W11

M12W12…M1nW1n環(huán)境因子2M21W21M22W22…M2nW2n………………環(huán)境因子mMm1Wm1Mm2Wm2…MmnWmn活動總影響…各開發(fā)行為對環(huán)境要素的影響（按矩陣法排列）表中數(shù)字表示影響大小。1表示沒有影響；10表示影響最大。負(fù)數(shù)表示不利影響；正數(shù)表示有利影響。括號內(nèi)數(shù)字表示權(quán)重，數(shù)值愈大權(quán)重愈大。環(huán)境質(zhì)量綜合評價方法

環(huán)境要素居住區(qū)改變水文排水改變修路噪聲和振動城市化平整土地侵蝕控制園林化汽車