6 第六章 環(huán)境污染的生物監(jiān)測.ppt

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1、第六章第六章 環(huán)境污染的生物監(jiān)測環(huán)境污染的生物監(jiān)測 主要內(nèi)容 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) 大氣污染的生物監(jiān)測大氣污染的生物監(jiān)測 第三節(jié)第三節(jié) 水污染的生物監(jiān)測水污染的生物監(jiān)測 第四節(jié)第四節(jié) 土壤污染的生物監(jiān)測土壤污染的生物監(jiān)測 第五節(jié)第五節(jié) 生物監(jiān)測方法的典型例子生物監(jiān)測方法的典型例子第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 生物監(jiān)測這一術(shù)語是在1977年4月由歐洲共同體（EEC）、世界衛(wèi)生組織（WHO）、美國環(huán)境保護局（EPA）組織的“關(guān)于生物樣品在評價人體接觸污染物方面的應(yīng)用”的國際會議上正式提出并給予的定義。 定義：定義： 生物監(jiān)測生物監(jiān)測是利用生物分子、細胞、組織、器官、分子、細胞、組織、器官

2、、個體、種群和群落個體、種群和群落等各層次對環(huán)境污染程度所產(chǎn)生的反應(yīng)來闡明環(huán)境狀況，從生物學(xué)的角度為環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測和評價提供依據(jù)。 利用生物進行環(huán)境污染監(jiān)測，早在20世紀初就引起了生態(tài)學(xué)有的注意。 生物監(jiān)測是一種既經(jīng)濟、方便，又可靠準確的方法。因此生物監(jiān)測是利用生物對特寫污染物的抗性或敏感性來綜合地反映環(huán)境狀況，這是任何物理、化學(xué)監(jiān)測所不能比擬的。 具有長期性、累積性、綜合性長期性、累積性、綜合性的特點。 但生物監(jiān)測并非可以取代化學(xué)、物理監(jiān)測，而生物監(jiān)測并非可以取代化學(xué)、物理監(jiān)測，而是作為重要的補充，生物監(jiān)測能夠彌補化學(xué)、是作為重要的補充，生物監(jiān)測能夠彌補化學(xué)、物理監(jiān)測的缺陷物理監(jiān)測的缺陷。

3、如果沒有化學(xué)、物理監(jiān)測數(shù)據(jù)所提供的信息，生物的反應(yīng)就不能準確地提供污染信息。 生物監(jiān)測就有悠久的歷史。 生物監(jiān)測方法從生物學(xué)層次來分，主要包括生態(tài)監(jiān)測（群落生態(tài)和個體生態(tài)）、生物測試（急性毒性測定、亞急性毒性測定上和慢性毒性測定）以及分子、生理、生化指標和污染物在體內(nèi)的行為等幾個方面。 生物監(jiān)測已經(jīng)從傳統(tǒng)的生物種類、數(shù)量和行為的描述發(fā)展到現(xiàn)代化的自動分析；從單純的生態(tài)學(xué)方法擴展到與生理、生化、毒理學(xué)和生物體殘留量分析等領(lǐng)域相結(jié)合的研究。 從生物 的分類法來分，主要包括： 動物監(jiān)測（以動物為監(jiān)測生物）、 植物監(jiān)測（以植物為監(jiān)測生物）、 微生物監(jiān)測（以微生物為監(jiān)測生物）。 指示生物是指對環(huán)境中的污

4、染物能產(chǎn)生各種定性反應(yīng)，指示環(huán)境污染物的存在。 監(jiān)測生物不僅能夠反映污染物的存在，而且能夠反映污染物的量。監(jiān)測生物必然是指示生物，同時它還要回答環(huán)境中污染物多少的問題。第二節(jié)第二節(jié) 大污污染的生物監(jiān)測大污污染的生物監(jiān)測 大氣污染時，某些生物動物和植物以及微生物會做出不同程度的反應(yīng)，利用生物對大氣污染的異常反應(yīng)來檢測大氣中有害物質(zhì)的成分和含量，了解大氣質(zhì)量狀況，就是大氣污染的生物生物監(jiān)測監(jiān)測。 指示生物是指以地環(huán)境中的污染物能產(chǎn)生各種這下性反應(yīng)，指標環(huán)境污染物的存在。監(jiān)測生物多種多樣，有SO2、HF、O3、NOx、粉塵及重金屬等污染物。 一、大氣中主要的污染物及其植一、大氣中主要的污染物及其植物

5、監(jiān)測物監(jiān)測 利用植物監(jiān)測大氣污染的依據(jù)是植物對大氣污染的生物效應(yīng)，這種效應(yīng)可表現(xiàn)為慢性傷害,如酶系統(tǒng)被破壞或產(chǎn)生其他生理反應(yīng);也可表現(xiàn)為急性傷害，如葉片出現(xiàn)傷斑，生長量和生產(chǎn)量受到影響等等；還表現(xiàn)為植物群落結(jié)構(gòu)的改變。 生物效應(yīng)同植物種類，污染物的種類、濃度以及作用時間等因素有關(guān)。 如各種污染物造成的葉傷害癥狀所表現(xiàn)的顏色、形狀、部位因植物種類和污染物的種類而異，根據(jù)這些癥狀即可估測大氣污染物的成分。 污染物的濃度愈大，植物受害愈重。植物受害的最低濃度稱為臨界濃度或極限濃度臨界濃度或極限濃度。 植物從接觸臨界濃度以上的有毒氣體時起，到植物體出現(xiàn)受害癥狀時為止，這段時間稱為臨界時間臨界時間。 一

6、般情況下，污染物的濃度愈高，植物受害的臨界時間愈短；濃度愈低，臨界時間愈長。植物種類不同，各種污染物的臨界濃度和臨界時間也不同。 部分植物對大氣污染物極為敏感，在人和動物達到受害濃度之前，就開始顯示出可察覺的受害癥狀，植物本事不宜移動，便于管理，因而利用歷史悠久，能有效的監(jiān)測大氣污染。 （一）光化學(xué)氧化劑（光化學(xué)煙霧）（一）光化學(xué)氧化劑（光化學(xué)煙霧） （二）二氧化硫（二）二氧化硫 （三）氟化物（三）氟化物 （四）乙烯（四）乙烯（C2H4）（一）光化學(xué)氧化劑（光化學(xué)煙霧） 臭氧、過氧?；跛狨ヮ惡偷趸?統(tǒng)稱為光化學(xué)氧化劑光化學(xué)氧化劑，又稱為光化學(xué)煙霧。 1. 臭氧 2. 過氧酰基硝酸酯類（P

7、ANs）1 臭氧 植物與其周圍環(huán)境進行正常的氣體交換時O3就經(jīng)氣孔進入植物葉片內(nèi)，誘發(fā)一系列的污染傷害癥狀，許多葉片會呈現(xiàn)大片淺赤褐色或古銅色，并導(dǎo)致葉片褪綠、衰老和脫落。Ozone injury to soybean（大豆） foliage植物受臭氧急性傷害后出現(xiàn)的初始典型癥狀： 葉片上散布細密點狀斑，幾乎是均勻地分布在整個葉片上，并且其形狀、大小也比較規(guī)則、一致，顏色呈 棕色或黃褐色。 O3傷害植物的一個共同特征，人們稱之為“點斑”，這種斑點呈銀灰色或褐色，隨著葉齡的增長逐漸脫色，變成黃褐色或白色。這些斑點還會連成一片變成大片的塊斑（blotch），致使葉片褪綠或脫落。點斑通常是急性傷害的

8、一個標志。Dark pigmented stipple on upper surface of yellow poplar（白楊） leaves exposed to ozone.針葉樹對O3的反應(yīng) 針葉樹對O3的反應(yīng)有所不同，先是針葉的尖部變紅，然后變?yōu)楹稚?，進而褪為灰色，針葉上會出現(xiàn)一些孤立的黃斑或斑跡。 貼梗海棠在0.5mg/L的臭氧下暴露半小時就會受到傷害。 Tipburn on eastern white pine exposed to ozone.P167-1682.過氧?；跛狨ヮ悾≒ANs） 包括過氧乙酰硝酸酯（PAN）、過氧丙酰硝酸酯（PPN）、過氧丁基硝酸酯（PBN）及過氧

9、異丁基硝酸酯（PisoBN）。PAN誘發(fā)的早期癥狀：誘發(fā)的早期癥狀： 在葉背面出現(xiàn)水漬或亮斑。隨著傷害的加劇，氣孔附近的海綿葉肉細胞崩潰并為氣窩取代。結(jié)果使受害葉片的葉背面呈銀灰色，兩三天后變?yōu)楹稚AN誘發(fā)的一個最重要的受害癥狀是出現(xiàn)“傷帶傷帶”（banding）。 這些癥狀出現(xiàn)于最幼嫩的對PAN敏感的葉片的葉上尖上（與O3傷害成熟葉的情形恰恰相反）。隨著葉片組織的逐漸生長和成熟，受害的部分就表現(xiàn)為許多傷帶。 用于監(jiān)測PAN的植物有： 長葉萵苣（Lactuca sativa）、瑞士甜菜（Beta chilensis）以及一年生蟲熟禾（Poa annua）。 光化學(xué)氧化物指示植物光化學(xué)氧化物

10、指示植物矮牽牛花矮牽?；ㄆ咸哑咸巡げ瞬げ它S瓜黃瓜馬鈴薯馬鈴薯洋蔥洋蔥O3的指示植物的指示植物（二）二氧化硫（二）二氧化硫（SO2） 二氧化硫（SO2）具有毒性，還能形成酸雨。 主要來源于化石燃料的燃燒。 如果SO2濃度超過極限值,就會引起傷害。這一極限值稱為傷害閾值，它因植物種類和環(huán)境條件而異。 綜合大多數(shù)已發(fā)表的數(shù)據(jù),敏感植物的SO傷害閾值為：8小時0.25ppm，4小時0.35ppm，2小時0.55ppm，或1小時0.95ppm。Marginal and interveinal necrosis on American beech（山毛櫸） leaves exposed to sulfur

11、 dioxide.植物受二氧化硫傷害后出現(xiàn)的初始典型癥狀： 微微失去膨壓，失去原來光澤，出現(xiàn)呈暗綠色的水漬狀斑點，葉面微微有水滲出并起皺。這幾種癥狀可以單獨出現(xiàn)，也可能同時出現(xiàn)。隨著時間推移，癥狀繼續(xù)發(fā)展，成為比較明顯的失綠斑，呈灰綠色，然后逐漸失去干枯，直至出現(xiàn)顯著的壞死斑。壞死斑顏色有深（黃褐色、紅棕色、深褐色和黑色）有淺（灰白色、象牙色、灰黃色和淺灰色），但以淺色為主。二氧化硫?qū)Υ蟛ㄋ咕盏奈：Χ趸驅(qū)Υ蟛ㄋ咕盏奈：Χ趸紝γ藁ǖ挠绊戦熑~植物中同共型急性中毒癥狀是葉脈間有不規(guī)則的壞死斑，傷害嚴重時，點斑發(fā)展成為條狀、塊斑，壞死組織和健康組織之間有一失綠過渡帶。單子葉植物在平行葉脈之間出

12、現(xiàn)斑點狀或條狀的壞死區(qū)。針葉植物受二氧化硫傷害首先從針葉尖端開始，逐漸的向下發(fā)展，呈線棕色或褐色。二氧化硫熏繡球二氧化硫熏繡球 Acute sulfur dioxide injury to raspberry（黑莓） 二氧化硫?qū)ι寄镜奈：Χ趸驅(qū)ι寄镜奈：Χ趸驅(qū)τ衩兹~的危害 監(jiān)測二氧化硫的植物有一年生早熟禾、芥菜、堇菜、百日草、歐洲蕨、蘋果樹、顫楊、美國白臘樹、紫花苜蓿、大麥、蕎麥等，以及苔蘚和地衣。 紫花苜蓿在二氧化硫濃度 達到0.3mg/L時就有明顯反應(yīng); 二氧化硫指示植物二氧化硫指示植物堇菜堇菜苔蘚苔蘚白蠟樹白蠟樹云杉云杉地衣地衣棉花棉花白楊白楊部分二氧化硫指示植物部分二氧化硫指示

13、植物（三）氟化物（三）氟化物 大氣中的氟化物以氣態(tài)氟化氫（HF）、顆粒態(tài)或氣態(tài)形式吸附其他顆粒物上等三種形態(tài)存在，其中以HF的毒性最大，主要來源鋁等金屬冶煉工業(yè)排放的廢氣。 氟化物對植物的影響大氣氟污染物主要為氟化氫（HF）。它的排放量遠比SO2小,影響范圍也小些，一般只在污染源周圍地區(qū)。但它對植物的毒性很強。空氣含ppb級濃度HF時,接觸幾個星期可使敏感植物受害。 氟是積累性毒物，植物葉子能繼續(xù)不斷地吸收空氣中極微量的氟，吸收的F隨蒸騰流轉(zhuǎn)移到葉尖和葉緣，在那里積累至一定濃度后就會使組織壞死。這種積累性傷害是氟污染的一個特征。葉子含氟量高到4050ppm時,多數(shù)植物雖不致受害,但牛羊等牲畜吃

14、了這些被污染的葉子,就會中毒，如引起關(guān)節(jié)腫大、蹄甲變長、骨質(zhì)變松、臥欄不起，以至于死亡。蠶吃了含氟量大于 30ppm的桑葉后，不食、不眠、不作繭，大量死亡。氟化氫對葉植物的傷害癥狀： 植物受氟害的典型癥狀是植物受氟害的典型癥狀是葉尖和葉緣壞葉尖和葉緣壞死，傷區(qū)和非傷區(qū)之間常有一紅色或深死，傷區(qū)和非傷區(qū)之間常有一紅色或深褐色界線。褐色界線。氟污染容易危害正在伸展中的幼嫩葉子，因而出現(xiàn)枝梢頂端枯死現(xiàn)象。此外，氟傷害還常伴有失綠和過早落葉現(xiàn)象，使生長受抑制，對結(jié)實過程也有不良影響。 （1）一般是葉緣或葉片頂部出現(xiàn)壞死區(qū)，壞死區(qū)有明顯的有色邊緣。這種壞死的組織可能發(fā)生分離，甚至脫落，但通常情況下葉子并

15、不脫落。受害組織與正常組織之間有明顯的分界。氟化物對植物葉的影響氟化物對植物葉的影響Fluoride injury to plum（李子） foliage. （2）在針葉樹中，氟化氫導(dǎo)致的組織壞死，首先從當年的針葉的葉尖開始，然后逐漸向針葉基部蔓延。被傷害的部分逐漸由綠色變?yōu)辄S色，再變?yōu)槌嗪稚?。嚴重枯焦的針葉則發(fā)生脫落。新長出的幼葉對氟化氫敏感，而比較老的葉片則不易被傷害。Tip necrosis on needles of eastern white pine exposed to fuorides. 監(jiān)測氟化氫的植物有杏樹、北美黃彬、美國黃松、唐菖蒲、小蒼蘭以及地衣等。 如氟化氫濃度為 1

16、0ppb時，20小時使唐菖蒲（Gladiolus gandavensis）開始受害；濃度為50ppb時,69小時可使棉花開始受害。 氟化物的指示植物氟化物的指示植物（四）乙烯（C2H4） 乙烯本是植物生成的一種天然的植物激素，具有重要的生理功能。但目前成為大氣中的主要污染物，主要由機動車輛排放。 （C2H4）對植物的影響，一般是影響植物的生長及花和果實的發(fā)育，并且加速植物組織的老化。 引起植物產(chǎn)生反應(yīng)的乙烯閾值濃度為10100ppb，飽和反應(yīng)濃度為110ppm。乙烯對植物的危害不像其他污染物那樣會造成葉組織的破壞，它的作用是多方面的，其中一個特殊的效應(yīng)是“偏上生長”，就是使葉柄上下兩邊的生長速

17、度不等,從而使葉片下垂(見彩圖乙烯污染指示植物番茄。左為污染引起的偏上反應(yīng)，右為正常、乙烯污染指示植物中國石竹。左為污染引起的閉花反應(yīng),右為正常)。 乙烯的另一個作用是引起葉片、花蕾、花和果實的脫落，因而影響某些農(nóng)作物產(chǎn)量和花卉的觀賞效果。如棉花、芝麻、油菜、茄子、辣椒等作物極易受乙烯影響而落花落蕾,大葉黃楊、苦楝 、女貞、 刺槐、 油橄欖、柑桔等遇到乙烯則易落葉。 有一些植物因接觸乙烯而產(chǎn)生不正常的生長反應(yīng)，如莖變粗，節(jié)間變短，頂端優(yōu)勢消失，側(cè)枝叢生等，還有一些植物會產(chǎn)生一些特殊現(xiàn)象，如棉花花蕾萼片張開，黃瓜卷須彎曲等。 乙烯使某些植物如石竹、紫花苜蓿、夾竹桃等正在開放的花朵發(fā)生閉花現(xiàn)象（又

18、稱“睡眠”效應(yīng),圖2下）,使洋玉蘭的花瓣和花萼脫水枯萎，使菊花、一串紅、 三色堇的花期縮短， 使花石榴、鳳仙花、紫茉莉等不能開花，使向日葵、蓖麻、小麥等結(jié)實不良、空秕率增加，使西瓜、桃子等產(chǎn)生畸形果和開裂果，座果率降低。 乙烯使植物產(chǎn)生反應(yīng)的濃度，一般認為是0.010.1PPm，引起達到最大反應(yīng)的一半時，所需濃度是0.11.0PPm，飽和反應(yīng)濃度為110PPm， 植物發(fā)生急性傷害的閾值濃度為0.051.0PPm。 植物對乙烯的敏感性有很大差別，芝麻、棉花等屬于敏感植物，而水稻、小麥、玉米、高梁及葉菜類、蔥等則不敏感。 監(jiān)測（C2H4）的植物通常有蘭花、麝香石竹、黃瓜、西紅柿、萬壽菊及皂莢樹等。

19、乙烯的指示植物乙烯的指示植物（五）氯氣 Cl2 對葉肉細胞有很強的殺傷力,進入葉肉細胞后很快破壞葉綠素,產(chǎn)生點、塊狀褪色傷斑,葉片嚴重失綠,甚至全葉漂白脫落。其傷斑部位大多在脈間,傷斑與健康組織之間沒有明顯界限。氯氣對植物的危害氯氣對植物的危害 對Cl2 敏感的植物: 圓柏、垂柳、加拿大楊、油松、紫薇、欒樹等。對Cl2 抗性強的植物:櫻花、絲棉木、臭椿、小葉女貞、接骨木、木槿、烏桕、龍柏等。較強者:海桐、大葉黃楊、小葉黃楊、女貞、棕櫚、絲蘭、香樟、枇杷、石榴、構(gòu)樹、泡桐、刺槐、葡萄、天竺葵等。 Cement-dust coating on apple leaves and fruit. The

20、 dust had no injurious effect on the foliage, but inhibited the action of a pre-harvest crop spray. 煤煙粉塵和金屬飄塵煤煙粉塵和金屬飄塵利用植物監(jiān)測大氣污染的方法： （1）現(xiàn)場生態(tài)調(diào)查）現(xiàn)場生態(tài)調(diào)查 在污染現(xiàn)場調(diào)查植物的受害癥狀。如敏感植物受害，表明大氣受到污染；抗性中等的植物受害，表明污染比較嚴重；抗性強的植物受害，表明污染已十分嚴重。在嚴重污染區(qū)，敏感植物基本消失。根據(jù)植物葉片的受害癥狀，可以判斷大氣中的主要污染物；根據(jù)受害癥狀面積的大小，也可以判斷大氣污染的程度。綜合抗性不同的植物的受害狀

21、況，即可繪制出大氣污染的分級分區(qū)圖，確定區(qū)域性污染的程度和范圍。 在污染現(xiàn)場調(diào)查植物的慢性傷害狀況時，可把污染區(qū)的一年生枝條的長度、葉面積的變化、葉重及年一年生枝條的長度、葉面積的變化、葉重及年輪輪等，同非污染區(qū)的這些指標進行比較，也可了解污染的程度、范圍和污染的歷史。 （2） 現(xiàn)場盆栽定點監(jiān)測現(xiàn)場盆栽定點監(jiān)測 將監(jiān)測用的指示植物栽在污染區(qū)選定的監(jiān)測點上，定期觀察、記錄其受害癥狀和受害程度，可估測大氣污染物的成分、濃度和范圍。如中國利用京桃監(jiān)測氯氣，用唐菖蒲、金蕎麥 監(jiān)測氟化物；美國洛杉磯利用矮牽牛監(jiān)測過氧乙酰硝酸酯,用煙草監(jiān)測臭氧等氧化劑，都取得較好的效果。利用紫花苜蓿 (Medicago

22、sativa)監(jiān)測二氧化硫已為人們所熟知。 一旦這些敏感植物受害，就等于發(fā)出空氣被污染的“警報”。采用盆栽植物，可以根據(jù)需要設(shè)置監(jiān)測點，不受污染現(xiàn)場環(huán)境條件的限制，在廠區(qū)、室內(nèi)、車間到處都可進行，便于開展群眾性的監(jiān)測活動。 （3）植物體內(nèi)污染物含量分析）植物體內(nèi)污染物含量分析 葉片對重金屬、二氧化硫、氟化物、氯等有一定的富集能力。對葉片中的這些污染物進行含量分析，可以了解大氣污染物的種類、污染范圍和污染程度。如植物的自然含氟量為0.525ppm，自然含硫量一般為0.10.3，如果排除根系吸收等因素，測得葉片中氟或硫的含量高于上述自然含量，就表明空氣中存在著氟或二氧化硫污染。樹皮一年四季都能固定

23、大氣中的氟，監(jiān)測樹皮中的含氟量的工作在植物休眠期仍可進行。 可以分析葉片、樹皮、年輪等。（4）利用地衣、苔蘚植物監(jiān)測）利用地衣、苔蘚植物監(jiān)測 地衣和苔蘚植物都屬于隱花植物，對大氣中不同濃度的二氧化硫、氟化氫等反應(yīng)很敏感。二氧化硫年平均濃度在 0.0150.105ppm范圍，就能使地衣絕跡，沒有地衣生長的地帶稱為“地衣沙漠”。 苔蘚是僅次于地衣的指示植物，如大氣中二氧化硫濃度超過0.017ppm，大多數(shù)苔蘚植物就不能生存。1968年，在荷蘭瓦赫寧根舉行的大氣污染對動植物影響討論會上，附生隱花植物（主要指地衣和苔蘚）被推薦為大氣污染的指示生物。用生態(tài)學(xué)方法調(diào)查污染區(qū)樹干上距地12.5米高度范圍內(nèi)的

24、樹生地衣或附生苔蘚植物的種類、數(shù)量和分布，在污染源附近會發(fā)現(xiàn)“地衣沙漠區(qū)”，苔蘚植物也是愈接近污染源種類愈少，甚至完全消失。根據(jù)地衣、苔蘚植物的多度、蓋度、頻度以及種類數(shù)量的變化，繪制污染分級圖，能清楚地顯示出大氣污染的程度和范圍，還可以在一定程度上反映污染歷史。實例：某化工廠3050m范圍內(nèi)植物受害情況說明及分析植物名稱受 害 情 況懸鈴木、加拿大白楊80或全部葉片受害，甚至脫落檜柏、絲瓜葉片有明顯大塊傷斑，部分植物枯死向日葵、蔥、玉米、菊花、牽?；?0左右葉面積受害，葉脈間有點、塊狀傷斑月季、薔薇、枸杞、香椿、烏桕80左右葉面積受害，葉片有輕度點、塊狀傷斑葡萄、金銀花、構(gòu)樹、馬齒莧10左右

25、葉面積受害，葉片有輕度點狀傷斑廣玉蘭、大葉黃楊、臘梅肉眼觀察無明顯癥狀表42 某化工廠3050m范圍內(nèi)植物受害情況情況分析： 根據(jù)植物葉片出現(xiàn)的癥狀特點（傷斑出現(xiàn)葉脈間），表明該廠附近的大氣已被SO2污染。從受害程度上看，由于一些對SO2抗性強的構(gòu)樹、馬齒莧等已受到損害，可以判斷該地區(qū)發(fā)生過急性危害，估測其SO2濃度為310 ppm。二、大氣污染的動物監(jiān)測（一）利用動物個體的異常反應(yīng)對礦井內(nèi)瓦斯毒氣敏感的動物金絲雀 金翅雀雞老鼠對對SO2敏感的敏感的動物動物敏感性水平：敏感性水平：本鳥最高本鳥最高俺狗狗第二俺狗狗第二耐受力最好的當屬我們家禽了耐受力最好的當屬我們家禽了金絲雀金絲雀狗狗家禽家禽（

26、二）利用動物種群數(shù)量的變化 大型哺乳動物、鳥類、昆蟲等遷移不易直接接觸污染物的潛葉性昆蟲、蟲癭昆蟲、不易直接接觸污染物的潛葉性昆蟲、蟲癭昆蟲、體表有蠟質(zhì)的蚧類增加，圖體表有蠟質(zhì)的蚧類增加，圖6.126.12為部分該類昆蟲。為部分該類昆蟲。潛葉蛾癭蚊紅蠟蚧 蜜蜂是大氣污染最理想的監(jiān)測動物。 As、氟化物、鉛、汞、O3等影響蜜蜂體內(nèi)污染物的含量和蜜蜂的壽命； 蜜蜂的活動范圍比較廣； 可以用一個區(qū)域中動物種群數(shù)量的變化監(jiān)測大氣污染狀況。三、大氣污染的微生物監(jiān)測 （一）利用空氣中微生物的發(fā)生率監(jiān)測大氣污染 空氣中沒有微生物可以利用的營養(yǎng)物質(zhì)，它不是微生物生長和繁殖的天然環(huán)境?？諝庵械奈⑸餂]有固定的種

27、群，使通過土壤塵埃、水滴、人和動物體表的脫落物，呼吸道的排泄物等進入大氣的。 因此塵埃多的空氣中微生物也多。因此，可以利用大氣微生物物種數(shù)量及其分布來檢測大氣環(huán)境質(zhì)量。 遼寧省某市空氣中微生物區(qū)系分布與環(huán)境質(zhì)量關(guān)系研究表明：空氣中微生物的數(shù)量隨著人群和車輛流動的增加而增多，繁華的中街微生物數(shù)量最多，其次是交通路口，居民小區(qū)；郊區(qū)某公園和農(nóng)村空氣中細菌最少。 2001和2002年山東省某海濱城市空氣微生物監(jiān)測發(fā)現(xiàn)：該市空氣微生物檢出率高，空氣處于微生物中度污染狀態(tài)。其中東部、居住區(qū)空氣污染較重，南部、西部和風(fēng)景游覽區(qū)空氣污染較輕。濱海區(qū)空氣陸源細菌少于內(nèi)陸區(qū)，真菌卻較多。濱海與內(nèi)陸區(qū)空氣微生物含

28、量相近，濱海區(qū)空氣陸源微生物增多，意味兩區(qū)空氣污染有趨同現(xiàn)象。（二）利用病原微生物的致病性監(jiān)測大氣污染 許多大氣污染物具有殺菌作用，能夠改變微生物的種類區(qū)系及活性，改變微生物的數(shù)量、分布特征、代謝活動、致病性及其他生理功能。借助對這些特征的調(diào)查、比較可以估計當?shù)氐目諝馕廴厩闆r。 SO2污染嚴重的地區(qū)，柱銹菌屬、鞘銹菌屬、柵銹菌屬、皮孢銹菌屬等不存在或受到抑制。 黑痣病是幾種槭樹常見的病害，它對SO2有抗性。因此槭樹上的黑痣病的發(fā)病率的嚴重程度與相應(yīng)的SO2的平均濃度有關(guān)。第三節(jié)第三節(jié) 水污染的生物監(jiān)測水污染的生物監(jiān)測 水體中的污染物十分復(fù)雜，洗滌劑、染料、酚類物質(zhì)、油類物質(zhì)、重金屬、放射性物質(zhì)

29、以及一些富營養(yǎng)化物質(zhì)如氮、磷?，F(xiàn)有的水質(zhì)污染綜合指標即BOD、COD、TOD、DO等化學(xué)監(jiān)測只能檢測出化學(xué)監(jiān)測只能檢測出某一指標，并不能反映出多種毒物的綜某一指標，并不能反映出多種毒物的綜合影響合影響。測定的結(jié)果不能說明其對生物界和人類的危害程度。而利用生物監(jiān)測能夠避免這一弊端。 生物監(jiān)測可以利用水中生物及早警報水體中存在的有毒物質(zhì)。 在用生物方法進行水體監(jiān)測時，可以用浮游生物、著生生物、底棲生物、魚和微生物作為監(jiān)測生物。一、水污染的植物監(jiān)測 水生植物的個體、種群和群落均可以作為水污染的指示生物。 舉例： 1 滇池-合適的監(jiān)測生物 2 太子河-河流分段 以滇池為例，水生植被與水體污染程度的關(guān)系

30、如下： （）嚴重污染（）嚴重污染各種高等沉水植物全部死亡。 （）中等污染（）中等污染敏感植物如海菜化、輪藻、石龍尾等消失，篦齒眼子菜等敏感植物稀少，抗性強的如紅線草、狐尾藻等相當繁茂。 （）輕度污染（）輕度污染敏感植物如海菜花、輪藻等漸趨消失，中等敏感植物和抗污植物均有生長。 （）無污染（）無污染輪藻生長茂盛，海菜花生長正常。上述各類植物均能夠正常生長。 海菜花、輪藻等敏感植物可以用作監(jiān)測植物。1 滇池滇池 通過太子河本溪段河流上不同的5個斷面的檢測，計算各種指數(shù)，通過各斷面的藻類種群組成和數(shù)量分布可見： 上游河段水質(zhì)較好，藻類種類多、密度大，種群中寡污性種類多，耐污性種類較少； 下游水質(zhì)污染

31、嚴重；浮游植物種類數(shù)減少，清潔種類顯著減少以至消失，被耐污性種類所取代； 離開市區(qū)后，水質(zhì)通過自凈而轉(zhuǎn)好，藻類種類和數(shù)量回升，硅藻數(shù)量增加。 個主要排污溝的浮游植物種類少而單調(diào)，以耐污性種類為優(yōu)勢，說明水質(zhì)受到嚴重污染。2 太子河太子河二、 水污染的動物監(jiān)測 水污染指示生物一般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動物以及水生昆蟲等。它們個體大，在水中相對位移小、生命周期較長，能夠反映環(huán)境污染特點，已經(jīng)成為水體污染指示生物的重要研究對象。 主要有顫蚓、水蛭、魚類以及原生動物等作為監(jiān)測動物。 顫蚓： 用單位面積顫蚓數(shù)作為水體污染程度的

32、指標，例如，顫蚓類條/m2）為未污染；顫蚓類條/m2屬輕污染；顫蚓類條/m2屬中污染；顫蚓類條/m2屬嚴重污染。 往往還形成單一種類。 水蛭： 水蛭也是一種相當耐污染的無脊椎動物，有些種類只有在富含有機物的水域中生活。 魚類： 由于水土污染嚴重，魚類的大量死亡和數(shù)量的急劇下降，魚可以作為水體污染的監(jiān)測生物。魚類的呼吸系統(tǒng)是魚體與水環(huán)境之間聯(lián)系最廣的界面。魚的呼吸系統(tǒng)是受污染物影響的最敏感的系統(tǒng)，可利用污染物對魚類毒害前后呼吸頻率的變化來判斷污染物的毒性大小和污染程度。 在用魚來監(jiān)測水體污染的方法中，監(jiān)測參數(shù)包括咳嗽反應(yīng)、耗氧量、運動類型、回避反應(yīng)、趨流性、游泳耐力、心跳速率和血液成分等。(徐士

33、霞等，2003)(徐士霞等，2003)三、水污染的微生物監(jiān)測 有機污染物是微生物的良好生長物質(zhì)，水體內(nèi)有機質(zhì)的含量高，則微生物的數(shù)量大。一般在清潔湖泊、池塘、水庫和河流中，有機質(zhì)含量少，微生物也很少，每毫升水中含有幾十至幾百個細菌，并以自養(yǎng)型為主，常見的種類有硫細菌、硫細菌、鐵細菌、鞘桿菌鐵細菌、鞘桿菌等。 在停滯的池塘水、污染的江河水，以及下水道的溝水中，有機質(zhì)含量高，微生物的種類和數(shù)量都很多，每毫升可達幾千萬至幾億個，其中以抗性強、能分解各種有機物的一些腐生腐生型細菌、真菌型細菌、真菌為主。 細菌總數(shù)越多，說明污染越嚴重。常見的有變形桿菌、大腸桿菌、糞鏈球菌變形桿菌、大腸桿菌、糞鏈球菌等。

34、發(fā)光細菌法發(fā)光細菌法發(fā)光細菌是一類能自發(fā)發(fā)光的細菌，其發(fā)光機制是由于菌體內(nèi)有一種熒光素酶，通過酶催化不飽和脂肪酸反應(yīng)，而向外界輻射藍綠色的熒光，發(fā)光光譜范圍在435630nm，有單一最大發(fā)射峰(max=475nm).發(fā)光是生物自身的正常生理代謝過程.由于發(fā)光細菌有易培養(yǎng)、增殖速度快、發(fā)光易受外界環(huán)境的影響且反應(yīng)迅速、靈敏等特點。近年來國內(nèi)外較多地將發(fā)光細菌應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測，Beckman公司依據(jù)發(fā)光細菌的發(fā)光原理,已推出用于環(huán)境監(jiān)測的生物毒性檢測儀Microtox。 生物發(fā)光法是結(jié)合生命有機體的生物物理和生物化學(xué)過程，檢測的是處于環(huán)境中的生物，提供的是一個綜合的整體指標，因此比傳統(tǒng)的檢驗方法更迅

35、速，直接反映環(huán)境污染對生物的影響。 當發(fā)光細菌與水樣毒性組分接觸時，可影響或干擾細菌的新陳代謝，使細菌的發(fā)光強度下降或熄滅。在一定毒物濃度范圍內(nèi)，有毒物質(zhì)濃度與發(fā)光強度呈負相關(guān)線性關(guān)系，因而可使用生物發(fā)光光度計測定水樣的相對發(fā)光強度來監(jiān)測有毒物質(zhì)的濃度。 發(fā)光細菌來監(jiān)測有毒物質(zhì)，費時較少且敏感性好，操作簡便，結(jié)果準確。 該法在環(huán)境監(jiān)測中可用于水體中無機或有機的許多毒物，如重金屬、農(nóng)藥、除草劑、酚類化合物及氰化物等30多種污染物的監(jiān)測。SOS顯色反應(yīng) 世紀年代初建立的一種遺傳毒物細菌監(jiān)測系統(tǒng)SOS顯色反應(yīng)已在環(huán)境污染物的致遺傳毒性監(jiān)測中廣泛應(yīng)用。 原理原理：通過大腸桿菌液在遺傳毒性因素作用后，根

36、據(jù)最終產(chǎn)生的BD半乳糖苷酶在液體分解底物鄰硝基BD半乳糖苷所產(chǎn)生的黃色可溶性色素來進行定量測定。通過檢測細胞的SOS反應(yīng)就可測定外源性化學(xué)物及物理因素是否具有遺傳毒性。該法速度快且可直接用于檢測成分復(fù)雜的混合物。第四節(jié)第四節(jié) 土壤污染的生物監(jiān)測土壤污染的生物監(jiān)測 土壤中的污染物質(zhì)主要有重金屬、農(nóng)藥、化肥及洗滌劑等。生活在污染土壤中的生物、其生活力、代謝特點、行為方式、種類組成、數(shù)量分布、體內(nèi)污染物及其代謝產(chǎn)物含量等均不同程度的受到污染物的影響。因此，土壤生物的這些特征變化可以用來監(jiān)測土壤污染的成分和濃度。一、土壤污染的植物監(jiān)測 植物監(jiān)測就是利用土壤污染的指示植物進行監(jiān)測, 土壤受到污染后, 污

37、染物對植物產(chǎn)生各種反應(yīng)“信號”。 主要是產(chǎn)生可見癥狀, 如葉片上出現(xiàn)傷斑; 生理代謝異常, 如蒸騰率降低 呼吸作用加強, 生長發(fā)育受抑; 植物成分發(fā)生變化, 由于吸收污染物質(zhì),使植物體中的某些成分相對于正常情況下發(fā)生改變 (1)根據(jù)植物形態(tài)異常變化判定土壤污染 研究發(fā)現(xiàn), 當土壤中 Cu 過量時, 嬰粟植株矮化; Ni過量時, 白頭翁的花瓣變?yōu)闊o色; Mn 過量時, 植物葉片畸形 莖呈金黃色; 土壤中 Mn Fe S 超量時, 石竹 紫宛 八仙花花色分別呈深紫色 無色(原玫瑰色)和天藍色(原玫瑰色) (2)根據(jù)植物生態(tài)習(xí)性判定土壤污染 研究證實, 有些植物具有超量積累重金屬能力, 通常分布于重

38、金屬過量土壤中, 此生態(tài)習(xí)性可資判斷土壤重金屬污染與否 如萱麻能在含 Hg 豐富的土壤上生長; 早熟禾 裸柱菊 北美獨行菜能在 Cu 污染土壤上生存; 北美車前 蚊母草 早熟禾 裸柱菊則能在 Cd 污染土壤上存活 (3)根據(jù)植物體內(nèi)污染物含量判定土壤污染 相關(guān)報道如祝棟林等報道了苔蘚對 Pb 有很強的富集能力,其體內(nèi)的重金屬濃度隨土壤濃度的增大而增大 Lee Y Z等用可食用植物如蘿卜吸收鎘的量表征土壤受重金屬鎘的污染程度另外, 許多蕨類植物也可用于土壤環(huán)境污染的監(jiān)測 目前關(guān)于土壤環(huán)境的植物監(jiān)測法主要用于重金屬污染, 而有關(guān)有機物污染土壤的植物監(jiān)測尚未見報道 有必要加強此方面的研究二、土壤動物

39、監(jiān)測 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)展到一定限度時限會影響到土壤動物的繁衍和生存，甚至死亡。研究表明在重金屬污染的土壤中土壤動物的數(shù)量隨污染程度的減輕而逐漸增加，并且與重金屬的濃度具有顯著的負相關(guān)。 農(nóng)藥和重金屬能夠?qū)⑸倜舾械膭游锏臄?shù)量，使土壤動物的數(shù)量和群落發(fā)生改變。土壤動物種類和個體數(shù)隨污染程度的增加而明顯減少，群落結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化 。 如：農(nóng)藥減少蚯蚓的數(shù)量 有機磷農(nóng)藥廢水使動物群落發(fā)生改變。（王振中等，1996） 蚯蚓的急性毒性實驗中所配制的敵敵畏溶液濃度為3.2，5.6，10，18.2mL/L，在農(nóng)藥灑入培養(yǎng)缸的瞬間，即發(fā)現(xiàn)蚯蚓急劇彈跳，隱伏在土層中的蚯

40、蚓也紛紛涌出土面，濃度越大，蚯蚓的反應(yīng)越強烈，6h后某些蚯蚓個體環(huán)帶區(qū)有充血腫脹現(xiàn)象，12h后，蚯蚓呈現(xiàn)暗紅色，活動能力大為減弱，甚至出現(xiàn)麻痹、組織潰瘍等病變，直至死亡。 在此實驗中，隨染毒歷時的延長，蚯蚓死亡率迅速上升，在3.2mL/L濃度組，24 h死亡率為28.9%，而在4d后即達到99%的死亡，第5天已不存在活體(表6)；其他濃度亦有相同的趨勢，只是在高濃度全部死亡的時間較快，24h后即已死亡大部分，不到36h已沒有活體。 實驗表明：蚯蚓對敵敵畏農(nóng)藥污染極為敏感，可以用來作為農(nóng)藥環(huán)境污染監(jiān)測的指示生物。 敵敵畏使動物群落發(fā)生改變敵敵畏使動物群落發(fā)生改變?nèi)径練v時(h)不同濃度(mL。L-

41、1)影響下蚯蚓死亡率3.25.610.018.22.428.93248844854.464100100726780無活體無活體967084無活體無活體120100100無活體無活體表表6敵敵畏濃度與蚯蚓死亡率的關(guān)系敵敵畏濃度與蚯蚓死亡率的關(guān)系表表4 4敵敵敵敵畏畏濃濃度度與與彈彈尾尾種種群群的的關(guān)關(guān)系系動物種類動物種類不同濃度組中彈尾數(shù)量不同濃度組中彈尾數(shù)量A AB BC CD DE EF FG GH HI IJ JK K棘跳屬棘跳屬OnychiuruOnychiurus s Gervais Gervais2828202011111 14 41 12 21 15 53 32 22 21 1奇跳

42、屬奇跳屬XenyllaXenylla1414131314141 11 13 37 71 15 53 31 1球角跳屬球角跳屬HypogastrHypogastruaua202011112 25 52 24 43 32 2 偽亞跳屬偽亞跳屬PseudachoPseudachorutesrutes1 11 11 1 1 1 跳科跳科NeanuridaNeanuridae e9 94 42 23 32 2 2 2 符跳屬符跳屬FolsominaFolsomina WillemWillem15156 69 98 81 10 02 22 23 33 3 裔符跳屬裔符跳屬FolsomideFolsomid

43、es s5 513139 91 12 25 56 61 1 原等跳屬原等跳屬ProisotomProisotoma a2 22 22 2 1 1 小等跳屬小等跳屬IsotomielIsotomiellala9 914145 5 4 42 2 .表表1 1敵敵畏溶液濃度和土壤動物種群、密度及多樣性指數(shù)的關(guān)系敵敵畏溶液濃度和土壤動物種群、密度及多樣性指數(shù)的關(guān)系項目項目不同敵敵畏溶液濃度不同敵敵畏溶液濃度A AB BC CD DE EF FG GH HI IJ JK K種類種類76765353484842424646454546464242353531312626數(shù)量數(shù)量( (個個) )682682

44、4974973793793833833333333543542832832192191651651511517878動物密度動物密度( (10104 4個個/m/m3 3) )66.966.950.950.938.938.939.39.2 234.34.2 236.36.3 329.29.0 022.22.5 516.16.9 915.15.5 58.08.0多樣性指數(shù)多樣性指數(shù)HH11.511.58.388.387.927.926.86.89 97.77.75 57.57.50 07.97.97 77.67.61 16.66.66 65.95.98 85.75.74 4優(yōu)勢類群中蜱螨類和彈尾

45、類動物占動物總量的79%，其中以蜱螨類中的甲螨亞目耐污能力較強，彈尾類對農(nóng)藥污染較敏感。 圖圖1 1土壤動物數(shù)量與敵敵畏農(nóng)藥濃度的關(guān)系土壤動物數(shù)量與敵敵畏農(nóng)藥濃度的關(guān)系三、土壤污染的微生物監(jiān)測 污染物進入土壤后首先受害的是土壤微生物，許多土壤微生物對土壤中重金屬、農(nóng)藥等污染物含量的稍許提高就會表現(xiàn)出明顯的不良反應(yīng)。通過測定污染物進入土壤系統(tǒng)前后的微生物種類、數(shù)量、生長狀況及生理生化變化等特征就可監(jiān)測土壤污染的程度。 楊居榮等研究了土壤中重金屬和砷對幾種固氮菌(紫云英根瘤菌、圓褐固氮菌等)及解磷細菌(芽孢桿菌)以及纖維分解菌一木霉的影響。結(jié)果表明Cd、Cu、Pb、Cr對較為敏感的大芽孢桿菌和枯草

46、桿菌均有明顯的抑制作用，隨著重金屬濃度的升高，菌落數(shù)明顯減少。 砷污染對幾種固氮菌、解磷細菌及維分解菌均具有抑制作用。纖維分解菌群的活性受重金屬和其他有毒元素的影響很大。 從已有的研究來看，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微生物監(jiān)測指標。第五節(jié)第五節(jié) 環(huán)境污染生物監(jiān)測方法的環(huán)境污染生物監(jiān)測方法的典型例子典型例子 一、利用生物典型受害癥狀監(jiān)測環(huán)境污染 本法主要是通過肉眼觀察生物體受污染影響后發(fā)生的形態(tài)變化，如觀察植物葉片傷害癥狀、動物器官畸形。 處在大氣環(huán)境中的敏感植物受污染物影響，葉片會表現(xiàn)出傷害癥狀。根據(jù)特寫植物的典型癥狀（尤其是急性癥狀）可以指示大氣中某種污

47、染物的存在。 根據(jù)受害葉數(shù)、顏色深淺及傷斑的大小與大氣中污染根據(jù)受害葉數(shù)、顏色深淺及傷斑的大小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)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，就能夠憑借葉片典型癥狀反境污染物濃度聯(lián)系起來，就能夠憑借葉片典型癥狀反應(yīng)大氣中相應(yīng)污染物的濃度。應(yīng)大氣中相應(yīng)污染物的濃度。 建立用于參比的照片系列，將受害的葉片與參照照片建立用于參比的照片系列，將受害的葉片與參照照片比較，就可以估計葉片的受害程度和空氣中污染物的比較，就可以估計葉片的受害程度和空氣中污染物的類型和含量。類型和含量。 利用這種方法監(jiān)測大氣污染時，必須盡可能采用哪些

48、不會產(chǎn)生“混淆癥狀”的職務(wù)材料，以便得到植物對特定污染物影響的非常獨特的反映。 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，如Cu、Ni、Co會抑制新根的伸長，形成獅子尾巴一樣的形狀。 鋅污染引起洋蔥主根肥大和曲褶；鋅、銅污染使扁豆、紅小豆等的老葉組織變褐死亡； 銅污染使大麥不能分蘗，長到片葉時就抽穗； 鎳使甘藍葉由綠變?yōu)楹稚?，葉片變得細長，葉緣向內(nèi)卷曲，燕麥葉片有分散的斑點狀白化癥； 在銅、鉬污染嚴重的土壤中生長的點瓣罌栗花瓣上會出現(xiàn)黑色條紋； 在硼污染嚴重地區(qū)，駝絨蒿變矮小或畸形；土壤中不同污染物的癥狀土壤中不同污染物的癥狀 酚污染會使水稻根系發(fā)育不好，植株變矮小，小蘗

49、減少，葉片變窄，葉色灰暗，嚴重受害者葉片枯黃，葉緣內(nèi)卷，少數(shù)葉片主脈兩側(cè)有不明顯的褐色條斑，根部變?yōu)楹稚?氰化物能夠使植株變矮，根系短而稀少，部分葉尖端有褐色斑紋； 砷污染使小麥葉片變得窄而硬，呈青綠色；鉻使小麥植株生長矮小，下部葉片發(fā)黃，葉面出現(xiàn)鐵銹樣斑塊； 鎘使大豆葉脈變成棕色，葉片褪綠，葉柄變?yōu)榈t棕色； 一些無機農(nóng)藥污染使植物葉柄基部或葉片出現(xiàn)燒傷的斑點或條紋，使幼嫩組織發(fā)生褐色焦斑或破壞；有機農(nóng)藥污染嚴重使葉片相繼變黃或脫落，花座少，延遲結(jié)果，果變小或籽粒不飽滿等。水水 稻稻 缺缺 鐵鐵水水 稻稻 鐵鐵 毒毒中毒癥狀：中毒癥狀：水稻亞鐵中毒水稻亞鐵中毒“青銅病青銅病”黃黃 瓜瓜 硼

50、硼 毒毒棉棉 花花 硼硼 毒毒B過多癥狀：過多癥狀：棉花、棉花、油菜油菜“金邊葉金邊葉”錳中毒錳中毒的的馬鈴薯葉背馬鈴薯葉背缺錳缺錳的馬鈴薯葉背的馬鈴薯葉背中毒癥狀：中毒癥狀：老葉失綠區(qū)老葉失綠區(qū)中有棕色斑點，誘發(fā)其中有棕色斑點，誘發(fā)其它元素的缺乏癥它元素的缺乏癥菠菠 菜菜 鋅鋅 中中 毒毒番番 茄茄 鋅鋅 中中 毒毒中毒癥狀：中毒癥狀：葉片黃化，出現(xiàn)葉片黃化，出現(xiàn)褐色斑點褐色斑點番番 茄茄 鉬鉬 中中 毒毒中毒癥狀：中毒癥狀：茄科葉片失綠等茄科葉片失綠等（二）動物體形發(fā)生變化 1 在根據(jù)形態(tài)結(jié)構(gòu)變化指標來監(jiān)測水體污染時，最常見的生物材料是魚類。如果見到魚的體形變短變寬、背鰭頸部后方向上隆起，

51、鰭條排列緊密，臀鰭基部上方的鱗片排列緊密，發(fā)生不規(guī)則錯亂，側(cè)線不明顯或消失等，可認為水體已被嚴重污染。 2 受到污染的土壤使蝗蚓身體蜷曲、僵硬、縮短和腫大，體色變暗，體表受傷甚至死亡。 二、利用生物體內(nèi)的污染物及其代謝產(chǎn)物含量分析方法監(jiān)測環(huán)境污染（一）利用低等附生植物體內(nèi)污染物監(jiān)測大氣污染 地衣和苔蘚植物被大量用來指示和監(jiān)測大氣中重金屬、粉塵、SO2等污染。附生植物具有比較好的監(jiān)測大氣污染的功能，原因：1.附生植物地理分布廣，出現(xiàn)在各種自然環(huán)境，甚至工業(yè)區(qū)和城市市區(qū)。2.附生植物無表皮和角質(zhì)層，污染物容易通過。3.附生植物無真正意義上的根，也沒有維管組織，其所需礦物質(zhì)主要通過干濕沉降。在這些植

52、物及其枝葉體中發(fā)現(xiàn)的全部污染物，是直接從空氣中吸收或是吸收沉降在植物體上的污染物。4.因為附生植物大多為單層細胞，污染物可以從背腹兩面進入植物體，所以對大氣污染敏感。5.附生植物大多分布在樹干、枝、葉上，不受土壤污染的影響。（二）利用高等植物葉片內(nèi)污染物監(jiān)測大氣污染 植物體內(nèi)的污染物的含量與大氣或土壤中相應(yīng)得污染物的濃度有很大的相關(guān)性，并且能夠反映較長時間內(nèi)大氣污染物的平均濃度。因此可以通過分析植物葉片中積累的污染物含量的多少來評價大氣的質(zhì)量。 根據(jù)一個地區(qū)范圍的污染源的分布情況以及地形、地貌等的特點，在污染區(qū)不同污染地段采集一種或幾種各地段都有的植物葉片（喬木、灌木）或全株（草本），在非污染

53、區(qū)設(shè)對照點。 可以計算含污量指數(shù)IP。Cm為采樣點采樣植物葉片中污染物含量；Cc為對照點采樣植物葉片中污染物含量。CcCmIP/ 水中的污染物可以進入生物體內(nèi)并富集，通過分析水生生物體內(nèi)的某些成分，就能夠了解水中污染物的種類、相對水平和危害程度。分析可以是生物體的整體，如魚類、貝類、蝦類等，也可以是生物體的一部分、排泄物、嘔吐物等。三、利用生物的生理、生化指標監(jiān)測環(huán)境污染 生物受污染時，某些生理生化指標的變化，遠比形態(tài)可見癥狀反應(yīng)靈敏、迅速，因此，更適宜用作環(huán)境監(jiān)測。 (1) 植物對污染反應(yīng)具有以下普遍性： NH3使植物的磷酸葡萄糖脫氫酶、蘋果酸脫氫酶和過氧化物酶活性升高；過氧乙酰硝酸酯抑制磷

54、酸葡萄糖脫氫酶和蘋果酸脫氫酶的活性；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，植物暴露在這些污染物中之后，過氧化物酶活性都有所升高 (2)用動物來監(jiān)測 利用魚的生理代謝來監(jiān)測水污染的指標有：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、的和及神經(jīng)內(nèi)分泌活動等。 生化方面的指標有：血液成分變化、血糖水平、酶活性（如魚腦膽堿酯酶、轉(zhuǎn)氨酶、血漿酶和ATP酶等）變化、糖類及酯類化代謝等。 不成熟紅細胞的增加和溶血性貧血可作為水體中鉛污染的監(jiān)測指標。 四、利用生物的細胞遺傳學(xué)指標監(jiān)測環(huán)境污染 目前采用的細胞遺傳學(xué)得方法來篩選化學(xué)誘變因子，監(jiān)測環(huán)境

55、中的具有致癌、致畸、致突變的物質(zhì)。 目前常采用的方法主要有：微核測定法、染色體畸變分析、姐妹染色體交換率及非預(yù)定DNA合成等。（一）微核監(jiān)測技術(shù) 外源性誘變劑或物理誘變因素可以誘導(dǎo)生活細胞內(nèi)染色體發(fā)生斷裂、影響紡錘絲和中心粒的正常功能，造成有些染色體及其斷片在細胞分裂后期滯后，不能夠正常地分配并整合到了細胞的細胞核上，形成所謂的微核。在一定污染物濃度范圍內(nèi)，污染物與微核率有很好的劑量效應(yīng)關(guān)系，而且靈敏度高，可靠性強。 目前應(yīng)用最多的是紫露草微核技術(shù)（也稱紫露草四分體微核監(jiān)測法）和蠶豆根尖細胞微核技術(shù)。植物微核技術(shù)監(jiān)測法尤其對具有致畸、致癌、致突變的污染物監(jiān)測最有效，在我國目前已廣泛應(yīng)用于空氣、

56、水體、土壤污染監(jiān)測等方面。 進行微核監(jiān)測所用的材料可以是植物或動物組織和細胞。植物微核測定常用根尖和四分體。利用蠶豆根尖微核技術(shù)和紫露草四分體微核技術(shù)主要用于大氣污染、水污染和土壤污染的監(jiān)測，現(xiàn)已經(jīng)被列為監(jiān)測環(huán)境污染物的常規(guī)指標。（二）染色體畸變技術(shù)在物理和化學(xué)因素的影響下，染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)的變化稱之為染色體畸變分析。染色體畸變包括染色體單體斷裂、雙著絲點染色體、染色體粉碎化和染色單體互換等。染色體畸變率越高，說明污染越嚴重。（三）非預(yù)定DNA合成非預(yù)定DNA合成（unscheduled DNA synthesis,UDS）技術(shù)的原理是：如果細胞復(fù)制受阻，同時又暴露于受測藥品和H標記的胸腺密啶

57、核苷，那么此時如果受測物質(zhì)不損傷DNA從而刺激修復(fù)系統(tǒng)(UDS)H標記就不會有明顯的摻入。UDS試驗是在DNA水平上檢測化學(xué)物質(zhì)的損傷作用，現(xiàn)已廣泛用于致癌物質(zhì)的篩選和作為評價污染物遺傳毒性的指標之一。五、利用生物群落結(jié)構(gòu)分析方法監(jiān)測環(huán)境污染 環(huán)境污染的最終結(jié)果之一是敏感生物消亡，抗性生物旺盛生長，群落結(jié)構(gòu)單一。（一）附生植物的群落 在1920年至1970年年中，關(guān)于附生植物指示大氣污染的研究主要有個階段：污染地區(qū)生植物群落類型、種類組成與分布；移植附生植物于污染地區(qū)，觀察其受害至死亡所需時間；利用附生植物群落學(xué)特征計算大氣潔凈度指數(shù)，進行環(huán)境質(zhì)量評價；利用種的豐富度就種類數(shù)量特征繪制大氣污染

58、分布圖。 調(diào)查項目有種的總數(shù)、每個種的覆蓋度、每個種的分布頻率、顏色變化、葉綠素含量、菌絲體受傷害程度、受精和生殖狀況、生長發(fā)育以及產(chǎn)量等特征?，F(xiàn)以昆明磷肥廠附近林地在氟污染情況下對地衣調(diào)查的結(jié)果為例： 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，甚至不能夠柱體。粉狀地衣只存在于地表及樹干基部15cm以下。指裂梅衣含氟量大于570mg/kg。 中等污染：梅衣屬地衣出現(xiàn)在樹干高度4m以下，但沒有連片生長的梅衣原柱體。指裂梅衣大部分個體不產(chǎn)生粉芽。石蕊屬的幾個種雖然有柱體及囊盤，但原植體不同程度小于正常生長者。粉狀地衣在樹干上可以分布到5m高處。指裂梅衣含氟量270570mg/kg

59、。 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。指裂梅衣含氟量67270mg/kg。 不污染：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。指裂梅衣含氟量小于67mg/kg。（二）（二）PFU微型生物群落監(jiān)測法（微型生物群落監(jiān)測法（GBT 1299091） PFU法是以聚氨酯泡沫塑料塊（PFU）作為人工基質(zhì)沉入水體中，經(jīng)一定時間后，水體中大部分微型生物種類均可群集到PFU內(nèi)，達到種數(shù)平衡，通過觀察和測定該群落結(jié)構(gòu)與功能的各種參數(shù)來評價水質(zhì)狀況。 根據(jù)水環(huán)境條件確定采樣時間，一般在靜水中采樣約需四周，在流水中采樣約需兩周；

60、采樣結(jié)束后，帶回實驗室，把PFU中的水全部擠于燒杯內(nèi)，用顯微鏡進行微型生物種類觀察和活體計數(shù)。PFU懸掛的方式有三種：懸掛的方式有三種： a.漂浮式(圖1)：兩邊浮桶用石塊固定位置后，用繩索把兩個浮桶牽住。 b.沉式(圖2)：把PFU綁成一束，用石塊下沉，用重物系一束PFU拋向水中，不得把PFU沉在底部，以免影響污染監(jiān)測的效果。c.分散式(圖3) 圖1圖3圖2 北京長河是北京市主要的飲用水和景觀用水河道。位于長河下游的北京排污河是北京市一條主要的污水排放河道。 野外生態(tài)實驗期間,從市區(qū)污染源排放的通惠河雙橋到下游入?？诘臇|安子河段,設(shè)置5個PFU站,同時在上游長河的京密引水渠比較清潔的六郎莊斷

61、面設(shè)一對照采樣站。野外連續(xù)14d的實驗結(jié)果表明,6個采樣站的水體污染主要指標BOD5和CODcr的變化與PFU原生動物群集速度關(guān)系密切。（許木啟和曹宏，2004）例： 群落多樣性指數(shù)法又稱差異指數(shù)，是根據(jù)生物多樣性理論設(shè)計的一種指數(shù)。生物多樣性是長期自然發(fā)展的結(jié)果，是自然生態(tài)系統(tǒng)保持相對平衡的重要因素。六、群落多樣性指數(shù)法監(jiān)測環(huán)境污染（一）簡便多樣性指數(shù)s為群落中總種類數(shù)；N為總個體數(shù)Nsd/（二）Willams多樣性指數(shù) Ni為單位面積上第i種的個體數(shù)，i=1,2,3,m; N為單位面積上各類生物的總個體數(shù)。 動物種類越多，指數(shù)越大，水質(zhì)越好；反之，動物種類越多，指數(shù)越大，水質(zhì)越好；反之，種

62、類越少，指數(shù)越小，水體污染越嚴重。種類越少，指數(shù)越小，水體污染越嚴重。 對指數(shù)的評價：3為輕污染。 )/lg(3026. 2)/(1miiiNnNnd（三）Margalef多樣性指數(shù) d=(S-1)/Ln N S為種類數(shù)； N為總個體數(shù)。 d值越大表示水質(zhì)越清潔。(四) Shannon-Winer多樣性指數(shù) 式中： ， ni為第i種生物的個體數(shù)； N為總個體數(shù)； S為物種數(shù)。SiPiPiH12logNnPii/ 多樣性指數(shù)的最大優(yōu)點是具有簡明的數(shù)值概念，它可以直接反映環(huán)境的質(zhì)量。指數(shù)值越大，表示多樣性越高，生態(tài)環(huán)境狀況越好。七、利用生物指數(shù)法（BI）監(jiān)測環(huán)境污染（一）（一）Beck法（法（19

63、55）水體中大型無脊椎動物對有機污染的敏感和耐性分類為兩類，在環(huán)境條件相似、面積確定的河段采集底棲動物，進行種類鑒定。公式： BI2ABA表示敏感種；B表示耐污種。標準：BI10，屬清潔；BI10，屬中等污染；BI0，屬重污染。指數(shù)范圍在0-40之間，BI值與水質(zhì)的關(guān)系：BI10水質(zhì)清潔IBI水質(zhì)中度污染BI水質(zhì)嚴重污染紅螯相手蟹寬身大眼蟹中華擬蟹守螺河蜆泥螺泥螺菲擬沼螺菲擬沼螺（二）Beck-Tsuda法（1960） 該法用采集時間代替采集面積，采集面積不限定，由45人在一個采集點上采集30min，盡量將河段各種大型底棲動物采集完全，然后鑒定所采集的動物種類，計算方法基本與Beek法相同。

64、公式：公式： BI2A 水質(zhì)評價標準為：BI20屬清潔水體；10BI20，屬輕度污染水體；BI10，屬中度污染水體；0BI6，屬重度污染水體。 該法在采集樣品前應(yīng)對采樣河流進行背景調(diào)查，采樣時間應(yīng)選擇有效河段（如礫石底河段，避免在淤泥河段采樣）取樣，在約0.5m深處采樣，河水流速在100-150cm/s，采集時每個（次）采樣點面積應(yīng)相同。（三）硅藻生物指數(shù)（三）硅藻生物指數(shù) 硅藻指數(shù)硅藻指數(shù) XBI =XBI =式中：式中：A A不耐污染藻類的種類數(shù)；不耐污染藻類的種類數(shù)；B B廣譜性藻類的種類數(shù)；廣譜性藻類的種類數(shù)；C C僅在污染水域才出現(xiàn)的藻類種類數(shù)。僅在污染水域才出現(xiàn)的藻類種類數(shù)。標準標

65、準：硅藻指數(shù)硅藻指數(shù)0 05050為多污帶；為多污帶； 硅藻指數(shù)硅藻指數(shù) 5050100100為為-中污帶；中污帶； 硅藻指數(shù)硅藻指數(shù) 100100150150為為-中污帶；中污帶； 硅藻指數(shù)硅藻指數(shù) 150150200200為輕污帶。為輕污帶。 10022CBACBA八、利用生物的生長量變化監(jiān)測環(huán)境污染 因為藻類生長快，適應(yīng)周期短，是一種理想的監(jiān)測材料。具體方法是采用人工培養(yǎng)，測量、統(tǒng)計生長量。常用的藻類有 斜生柵藻、小球藻、水華魚腥藻、羊角月牙藻及萊茵衣藻等。 其他的植物、動物、微生物都可以作為這一技術(shù)的材料?？梢越y(tǒng)計的量有： 生物量：重量法和體積法、葉綠素法、ATP法； 生產(chǎn)力：溶解氧法九、利用生態(tài)系統(tǒng)綜合指標監(jiān)測環(huán)境污染 1902年德國植物學(xué)家Kolwilz和微生物學(xué)家Marsson首次提出污水生物系統(tǒng)法來監(jiān)測水體有機污染的程度或測定有機污染物的生物降解。 其原理是：在一條河流受到有機污染后，可產(chǎn)生自然凈化過程，表現(xiàn)出污染程度的逐級弟減，并且能夠反映在相應(yīng)的化學(xué)指標和生物類群的組成和數(shù)量上。 據(jù)此可以把河段分成若干連續(xù)的區(qū)帶。Kolwilz把河段分成連續(xù)三個區(qū)帶（表6-4）：多污帶中污帶少污帶，中污帶又可分為強中污帶和弱中污污帶。