环境污染生物监测2

第六章环境污染生物监测生物监测法：受到污染的生物，在生态、生理和生化指标以及污染物在体内的行为等方面会发生变化，出现不同的症状或反应，利用这些变化来反映和度量环境污染程度的方法称为生物监测法。通过生物（动、植物及微生物）在环境中的分布、生长、发育状况及生理生化指标和生态系统的变化情况来研究环境污染情况，测定污染物毒性的监测方法。生物监测的方法：1、生态监测（生物群落生态和个体生态）；2、生物监测（毒性测定、致突变测定等）；3、生物的生理、生化指标测定；4、生物体内污染物残留量的测定等。优点：（与物理、化学监测方法相比）1、更能确切反映污染因子对人和生物危害及环境污染综合影响。2、环境污染物比较低的情况下，可以利用有些生物对特定污染物很敏感，危害人体之前进行“早期诊断”。局限性：不能象理化监测那样获得准确数据。对污染因子的敏感性随生活在污染环境中时间增长而降低，专一性差。要全面、准确地评价环境质量，必须使理化监测和生物监测结合起来，生物监测作为理化监测补充，用理化监测数据说明生物反应现象。指示生物含义：能够对环境中污染物作出定性、定量反应的生物。1、敏感生物：环境中污染物浓度含量很低时（甚至低至化学方法测不出来），指示生物就表现出某些灵敏的反应.根据症状及反应程度进行定性、定量分析。如：牵牛花对光化学烟雾很敏感。2、耐性(抗性）生物：这类生物在不良的环境中却表现出良好的生长势。也就是说污染了的环境反而促进了这类生物的生长。如：水体富营养化，蓝藻大量出现。第一节、水环境污染生物监测一、水环境污染生物监测目的和监测项目水环境中存在着大量的水生生物群落，各类水生生物之间及水生生物与其赖以生存的环境之间存在着互相依存又互相制约的密切关系。当水体受到污染而使水环境条件改变时，各种不同的水生生物由于对环境的要求和适应能力不同而产生不同的反应，因此可用水生生物来了解和判断水体污染的类型、程度，为制定控制污染措施提供依据。用水生生物来监测研究水体污染状况的方法较多，如生物群落法、生产力测定法、残毒测定法、急性毒性试验、细菌学检验等。《水环境生物监测技术规范》中规定了河流、湖泊、水库等淡水环境的生物监测项目、频率等，对断面和采样点的布设，应尽量与化学监测的断面一致。河流：根据河流长度，至少设置三个断面：对照断面、污染断面和观察断面；采样点数视水面宽、水深、生物分布特点等确定。湖泊、水库：一般在入湖（库）区、中心区、出口区、最深水区、清洁区等处设置监测断面。P292表6－1河、湖、库淡水生物监测项目及频率二、生物群落监测方法未污染的环境水体中生物群落种类多、生态系统相对稳定，当水体受到污染后，水生生物的群落结构和个体数量就会发生变化，使自然生态平衡受到破坏，最终结果是敏感生物消亡，抗性生物旺盛生长，群落结构单一。水生指示生物水污染指示生物主要有：浮游生物、着生生物、底栖动物、鱼类和微生物等。利用它们的群落结构、种类和数量的变化能反映水质状况。浮游生物：是指浮游在水体中的生物，可分为浮游动物和浮游植物两大类，其特点是个体小、游泳能力差，是水生食物链的基础，对环境变化反应敏感。浮游动物：原生动物、轮虫、枝角类、桡足类等。浮游植物：藻类（以单细胞、群体或丝状体的形式存在）。着生生物：是指附着在长期浸没于水中的各种基质（植物、动物、石头、人工）表面上的有机体群落。包括许多生物类别，如：细菌、真菌、藻类、原生动物、轮虫、甲壳动物、线虫、寡毛虫类、软体动物、昆虫幼虫、鱼卵和幼鱼等。底栖动物（亦称底栖大型无脊椎动物）是指栖息在水体底部淤泥内、石块或砾石表面的间隙中，以及附着在水生植物之间的肉眼可见的水生无脊椎动物，体长超过2mm。包括：水生昆虫、大型甲壳虫类、软体动物、环节动物、圆形动物、扁型动物等。其特点是移动能力差、故在比较稳定的水体环境中，种类比较多，每个种的数量适当，群落结构稳定，当水体受到污染后，其群落结构便发生变化，污染较重时，多数敏感种和好氧种逐渐消失，而耐污染种成为优势种。鱼类：代表最高营养水平凡。凡能影响浮游生物和大型无脊椎动物的水质因素，也能改变鱼类的种群。某些污染物对低等生物可能不会引起明显变化，但对鱼类影响明显。鱼类能够全面反映水体的总体水平。微生物：微生物对水体有机污染非常敏感，清洁水体中微生物的数量较少，有机污染物浓度增加，微生物的数量会成倍增加。（一）生物指数监测法生物指数是指运用数学公式计算出的反应生物种群或群落结构的变化，以评价环境质量的数值。主要有四种方法。1、贝克生物指数由贝克于1955年首次提出：将从采样点采到的底栖大型无脊椎动物分成两类，一类是不耐有机污染物的敏感种，另一类为耐有机污染物的耐污种，通过公式进行简单计算。生物指数（BI）＝2A+BA－敏感底栖动物种类数B－耐污底栖动物种类数计算数值与水质的关系为：BI10清洁水BI＝1～6中等污染水BI＝0严重污染水域2、贝克－津田生物指数1974年，日本津田松苗在贝克的基础上发展起来的用生物多样性评价水质的方法，其方法是将评价区或评价河段的所有底栖大型无脊椎动物尽量采到，再用贝克公式进行计算，所得数值与水质的关系为：BI≥20清洁水BI＝10～20轻度污染水BI＝6～10中等污染水BI＝0～6严重污染水域3、生物种类多样性指数由马格利夫、沙农、威尔姆等人提出。该指数的特点是能够定量反映群落中生物的种类、数量及种类组成比例变化的信息。式中：d－种类多样性指数；N－单位面积样品中收集到的各类动物的总个数；ni－单位面积样品中第i种动物的个数；S－收集到的动物种类数。d值越大，水质越好NnlogNni2s1iidd3.0清洁水d＝1.0～3.0中等污染水d1.0严重污染水域4、硅藻生物指数利用水中浮游藻类不同种类的相对多少来评价水质的好坏，如硅藻指数。A－不耐污染的藻类的种类数；B－光谱性藻类的种类数；C－仅在污染水域中才出现的藻类种类数硅藻指数在0～50为多污带，50～150为中污带，150～200为轻污带。10022＝CBACBA硅藻指数（二）污水生物系统法污水生物系统是由德国学者于20世纪初提出的，其原理基于将受有机污染的河流按照污染程度和自净过程，自上而下划分为相互连续的河段，分别称为多污带段、α-中污带段、β-中污带段和寡污带段，根据每个带的物理、化学和生物学特征，对水体水质进行评价。津田生物系统表：见P295表6－2。特点：将物理、化学特性与生物学特性结合起来，综合评价水体水质状况。污水系统生物学、化学特征（三）PFU微型生物群落监测法（聚氨酯泡沫塑料）微型生物群落是指水生态系统中在显微镜下才能看到的微小生物，包括细菌、真菌、原生动物和小型后生动物等。它们彼此间有复杂的相互作用，在一定的生境中构成特定的群落，当水体环境受到污染后，群落的平衡被破坏，种类减少，多样性指数下降，结构和功能参数发生变化。将PFU塑料块作为人工基质放入水体，经一定时间后，水体中大部分微型生物均可群集到PFU内，达到种数平衡，通过观察和测定PFU内的生物群落结构和功能参数来评价水质状况。三、生物测试法利用生物受到污染物毒害后所发生的反应或生理机能的变化，来评价水体的污染状况，确定毒物安全浓度的方法称为生物测试法。将受试生物放入试验水体中，测试污染物浓度与生物中毒反应之间的关系，从而确定污染物的毒性。有静水生物测试和流水生物测试两种；测试时间有短期（4天）的急性试验和长期（数月或数年）的慢性试验；测试工作可以在实验室、也可以在野外污染水体中进行。（一）、水生生物毒性试验受试水生生物主要有鱼类、溞类、藻类等。鱼类对水环境的变化反应十分灵敏，当水体中的污染物达到一定浓度时，就会引起中毒反应，如行为异常、生理功能紊乱、组织细胞病变，甚至死亡。鱼类毒性试验的主要目的是寻找某种毒物对鱼类的半致死浓度与安全浓度，为制定水质标准和排放标准提供依据。测试方法：鱼类的选用和驯化、试验条件、试验时间连续4天（96h），毒性判定：半致死量判断指标(LD50)：毒物的最高允许浓度：常用半数忍受限度（TLm），即半数存活浓度作为毒物的毒性浓度。毒物的安全浓度：应用TLm计算毒物的安全浓度，计算公式见P300。慢性试验：在实验室中进行的低毒物浓度、长时间的毒性试验，以观察毒物与生物反应之间的关系，验证急性毒性试验结果，估算安全浓度或最大容许浓度。（二）、发光细菌法利用污染物对革兰氏阴性兼性厌氧微生物所发射出的蓝绿光强度的影响，来判断水质受污染的情况。发光细菌是一种非致病性的普通细菌，具有发光能力，正常条件下，经培养后能发出肉眼可见绿色光，波长490nm。凡是干扰或损害细菌呼吸或生理过程的任何因素都能使细菌的发光强度立即发生改变，并随毒物浓度增加，发光强度减弱。这一特性可用于污水和地面水中污染物毒性测定，具有较高灵敏度和重现性，特别是测定综合毒性。如重金属、CN－、农药、酚类化合物、抗生素等对其发光过程具有毒害作用。测定方法：1、新鲜发光细菌培养物测定法发光细菌液体发光培养基中培养（至对数生长期），稀释至适当菌浓度后，加入测试管中，再加入试液，作用10-20min后，读出并记录对照管和样品管发光强度变化数据。2、发光细菌与海藻混合测定法利用有毒物质对发光细菌没有直接毒害作用，而对藻类有毒害作用的特点，把培养好的发光细菌悬浮液和培养好的藻类悬浮液混合后加入测试管，光照一段时间后再测定发光强度的变化。因为毒物的作用使藻类放氧能力下降，发光细菌发光能力也下降。3、冷冻干燥发光细菌制剂测定法将已培养至对数生长期的发光细菌制成干燥粉剂，在冰箱中冷藏，使用时取出，加入缓冲液保温平衡10-15min，恢复到干燥前的生理状态进行试验。（三）、其他方法用生物监测水体污染程度和毒性的方法还有水生植物生产力的测定、生物体内残毒的测定、致突变试验等。1、水生植物生产力测定（初级生产力测定）：通过测定水生植物中叶绿素含量、光合作用能力等指标来反应水体的污染状况。例如：通过测定水体中浮游植物的叶绿素a和光合作用能力，可以判断水体的污染程度。①、绿素a的测定：一般浮游藻类中叶绿素a大约占有机物干重的1-2%，是估算藻类生物量的一个良好指标，也是湖泊、水库生物监测时必测项目。测定方法：将水样过滤，用90%丙酮提取测定几个波长的吸光度（D645、D750、D663、D630）。②、黑白瓶测氧法：浮游植物、附表植物等通过光合作用将CO2合成有机物，同时释放出氧气，当水体被污染时，这种能力发生变化。测定方法：每个采样点，同时在三只瓶中（白瓶、黑瓶、原始瓶）充满水样，对原始瓶立即进行DO固定和测定；另外两个瓶悬挂在采样点处曝光24h后立即固定DO进行测定。总生产力(mg/L.d)=DO白-DO黑净生产力(mg/L.d)=DO白-DO原始测定宜在晴天进行，同时记录当天水温、水深、透明度等。生产力测定常常反映湖泊、水库等的富营养化状况。2、致突变、致癌物质检测：致突变和致癌物质也称诱变剂，其测定方法有：微核测定艾姆斯（Ames）试验染色体畸变试验四、细菌学检验法通过检验水中的细菌总数、总大肠菌群、粪大肠菌群、粪链球菌、沙门氏菌（肠道病菌）等，来间接判断水的卫生学质量。（一）、水样采集采样瓶、采样器必须严格按照无菌操作要求进行；防止在运送过程中被污染，并应迅速进行检验。一般从采样到检验不宜超过2h；在10℃以下冷藏保存不得超过6h。（二）、细菌总数的测定细菌总数是指1mL水样在营养琼脂培养基中，于37℃经24h培养后，所生长的细菌菌落的总数。操作步骤：1、培养皿、移液管及蒸馏水等灭菌；2、琼脂培养基的配制；3、倒皿：将1mL水样或稀释后的水样注入培养皿中，倒入15mL左右的琼脂培养基，摇匀后置于37℃恒温培养箱中培养24h。4、计数：用肉眼或借助放大镜对培养皿中的菌落计数。（三）、总大肠菌群的测定大肠菌群在水体中容易存活，且对氯具有很强的抵抗能力，可作为水体粪便污染的指示菌。总大肠菌群是指能在35℃、48h之内使乳糖发酵产酸、产气、需氧及兼性厌氧的、革兰氏阴性的无芽孢杆菌，主要包括：埃希氏菌属、柠檬酸杆菌属、肠杆菌属等。测定方