1、 第五章第五章 环境质量的生物监测与生物评价环境质量的生物监测与生物评价 第一节第一节 生物监测和环境质量评价概念生物监测和环境质量评价概念 第二节第二节 大气污染生物监测与评价大气污染生物监测与评价 第三节第三节 水污染生物监测与评价水污染生物监测与评价 第四节第四节 有害物理因素的生物学效应评价有害物理因素的生物学效应评价 1 第一节第一节 生物监测和环境质量评价概念生物监测和环境质量评价概念（一）环境质量概念（一）环境质量概念 环境质量环境质量(Environmental Quality(Environmental Quality): ): 指在一个具体指在一个具体的环境内的环境内, ,
2、环境的环境的总体总体或或环境的基本要素环境的基本要素对人群的对人群的生存生存和和繁衍繁衍以及社会经济发展的以及社会经济发展的适宜程度适宜程度，即，即环境素质环境素质的优劣的优劣程度。程度。（二）环境质量的基本内涵（二）环境质量的基本内涵 包括包括自然环境质量自然环境质量和和社会环境质量社会环境质量两个方面。两个方面。21 1、自然环境质量、自然环境质量 包括物理、化学和生物环境质量包括物理、化学和生物环境质量 （1 1）物理环境质量）物理环境质量 指周围物理环境条件好坏，包括气候、水文、地质、地指周围物理环境条件好坏，包括气候、水文、地质、地貌等条件的变化。人为因素如噪声、电磁、微波辐射、热污
3、貌等条件的变化。人为因素如噪声、电磁、微波辐射、热污染以及自然灾害如地面沉降等都影响物理环境质量。染以及自然灾害如地面沉降等都影响物理环境质量。 （2 2）化学环境质量）化学环境质量 指指周围化学环境条件周围化学环境条件好坏，好坏，如环境如环境pHpH值、氧化还原电位值、氧化还原电位、重金属离子性质和种类等，与环境中化学组成有关、重金属离子性质和种类等，与环境中化学组成有关, ,受人受人类活动造成的化学污染的影响。类活动造成的化学污染的影响。 3（3 3）生物环境质量）生物环境质量 指环境中指环境中生物群落构成生物群落构成的好坏，的好坏， 一般构成群一般构成群 落中落中种种群越多，结构越复杂群
4、越多，结构越复杂，群落内部的，群落内部的生态位就越多生态位就越多，群落，群落就就稳定稳定。不同地区生物群落的结构及组成特点不同。不同地区生物群落的结构及组成特点不同。2 2、社会环境质量、社会环境质量 指各地区经济、文化、教育和美学等各方面发展的好指各地区经济、文化、教育和美学等各方面发展的好坏。坏。 社会发展程度不同，社会环境质量也不同，如奴社会发展程度不同，社会环境质量也不同，如奴隶社会、资本主义社会等。隶社会、资本主义社会等。4（三）环境质量基准和标准（三）环境质量基准和标准（1 1）环境质量基准）环境质量基准( (Environmental quality criteria) ) 指环
5、境因素在一定条件下作用于特定对象指环境因素在一定条件下作用于特定对象( (人和生物人和生物) )，而，而无不良无不良或或有害效应的最大阈值有害效应的最大阈值。例：大气中。例：大气中SO2年平年平均浓度超过均浓度超过0.115 mg/M3时，对人体健康就会产生有害影时，对人体健康就会产生有害影响，这个浓度值就称为大气中响，这个浓度值就称为大气中SO2的基准。的基准。 其是制定其是制定环境质量标准环境质量标准的科学依据的科学依据，是，是保障保障人类生存人类生存活动和维持生态平衡活动和维持生态平衡的基本水准。的基本水准。 5（2 2）环境质量标准）环境质量标准( (Environmental qua
6、lity standard） 指国家为保障指国家为保障人类健康人类健康和和适宜的生存条件适宜的生存条件，保护生物资，保护生物资源、维持生态平衡，对环境中源、维持生态平衡，对环境中有害因素有害因素在限定的时空范围内在限定的时空范围内容许阈值容许阈值所作的所作的强制性法规强制性法规。 环境质量标准是以环境质量标准是以环境质量基准为依据环境质量基准为依据，并考虑社会、，并考虑社会、经济、技术等因素，经过综合分析制定的，由国家管理机关经济、技术等因素，经过综合分析制定的，由国家管理机关颁布，一般具有颁布，一般具有法律的强制性法律的强制性。 环境质量标准规定的环境质量标准规定的污染物容许剂量污染物容许剂
7、量或浓度原则上应或浓度原则上应小小于或等于于或等于相应的基准值。相应的基准值。 6（四）环境质量调查、监测及评价（四）环境质量调查、监测及评价 1 1、环境质量调查、环境质量调查 为为了解环境质量状况了解环境质量状况，而对，而对(1)(1)自然环境状态自然环境状态,(2),(2)环境背环境背景值景值,(3),(3)区域污染状况区域污染状况,(4),(4)人类干扰下环境的演变规律，人类干扰下环境的演变规律，(5)(5)环境因素的危害效应所作调查。环境因素的危害效应所作调查。 2 2、环境质量监测、环境质量监测 为分析和了解环境因素的为分析和了解环境因素的变化过程和发展趋势变化过程和发展趋势，而对
8、一，而对一系列具有系列具有代表性的环境指标代表性的环境指标，进行，进行定期定期的或的或连续连续的监测、的监测、观察和分析称观察和分析称”环境质量监测环境质量监测”。7 3 3、环境质量评价、环境质量评价 按照一定的标准（按照一定的标准（环境质量标准环境质量标准），采用），采用相应的方法相应的方法，对，对环境质量进行环境质量进行评定、比评定、比 较较及及预测预测称称”环境质量评价环境质量评价”。 首先要清楚环境质量背景值以及环境质量基准。通过环境首先要清楚环境质量背景值以及环境质量基准。通过环境质量调查与监测，再依据评价标准，采用适宜的方法，给出科质量调查与监测，再依据评价标准，采用适宜的方法，
9、给出科学的评价。学的评价。8（五）环境质量调控与环境质量预测（五）环境质量调控与环境质量预测 1 1、环境质量调控、环境质量调控 指采取合理指采取合理有效的措施有效的措施，调节和控制向环境中，调节和控制向环境中排放的污排放的污染物不超出染物不超出允许的容纳量。或采取人工手段，使允许的容纳量。或采取人工手段，使环境要素环境要素变化不超过变化不超过或或能够达到一定的标准能够达到一定的标准。 92 2、环境质量预测、环境质量预测 依据环境质量监测结果，对环境质量依据环境质量监测结果，对环境质量未来发展趋势未来发展趋势作作出推断。出推断。 其是其是制定环境法规制定环境法规，对，对环境进行科学管理环境进
10、行科学管理，以及规划，以及规划区域人口区域人口、资源资源、生产布局生产布局重要的基础性凭据。重要的基础性凭据。10（六）生物监测的概念（六）生物监测的概念 利用利用生物个体、种群或群落生物个体、种群或群落对环境污染或变化所对环境污染或变化所产生的产生的反应反应，以阐明环境污染状况。从生物学角度为环境质量监，以阐明环境污染状况。从生物学角度为环境质量监测和评价提供依据。测和评价提供依据。 1 1、生物监测原理、生物监测原理 在一定区域内，生态系统具有在一定区域内，生态系统具有固有的结构和功能固有的结构和功能，环境，环境质量变化必然会对生态系统固有的结构和功能产生影响。质量变化必然会对生态系统固有
11、的结构和功能产生影响。 态系统的变化可以在一定程度上反映环境的物理、化态系统的变化可以在一定程度上反映环境的物理、化学过程的变化。因此，可以通过对生物的观察来评价环境学过程的变化。因此，可以通过对生物的观察来评价环境质量的变化。质量的变化。11 2 2、环境质量生物监测的优点、环境质量生物监测的优点 （1 1）能直接反映出环境质量对生态系统的影响。）能直接反映出环境质量对生态系统的影响。 （2 2）能综合反映环境质量状况。）能综合反映环境质量状况。 （3 3）具有连续监测的功能，监测灵敏度高。）具有连续监测的功能，监测灵敏度高。 （4 4）价格低廉，不需添置贵重仪器。）价格低廉，不需添置贵重仪
12、器。 （5 5）可以在大面积或较长距离内密集布点，甚至在边远）可以在大面积或较长距离内密集布点，甚至在边远地区布点。地区布点。123 3、生物监测的不足、生物监测的不足 （1 1）不能像仪器那样能精确地监测环境中某些污染物的）不能像仪器那样能精确地监测环境中某些污染物的含量。含量。 （2 2）不能像理化监测仪器那样迅速作用反应。）不能像理化监测仪器那样迅速作用反应。 （3 3）生物监测参数的选择较难。）生物监测参数的选择较难。 因为因为1 1）生态系统各组）生态系统各组分对污染物产生反应不同。分对污染物产生反应不同。2 2）同一生物在不同的发育阶段）同一生物在不同的发育阶段对污染物反应不同。对
13、污染物反应不同。3 3）系统受污染后的效应往往在初期不）系统受污染后的效应往往在初期不易测出。易测出。4 4）目前对生态系统尚无一个最基本的标准。）目前对生态系统尚无一个最基本的标准。13 第二节大气污染生物监测与评价第二节大气污染生物监测与评价 利用生物对大气污染物的反应，监测有害气体的成利用生物对大气污染物的反应，监测有害气体的成分和含量，以了解大气的环境质量状况。主要采用植分和含量，以了解大气的环境质量状况。主要采用植物监测。物监测。一、大气污染的植物监测方法一、大气污染的植物监测方法 利用利用植物对大气污染的反应植物对大气污染的反应，监测有害气体的成分，监测有害气体的成分和含量，以了解
14、大气环境质量状况，称和含量，以了解大气环境质量状况，称大气污染的植大气污染的植物监测物监测。 142.5 ppm SO2, 6 h绣球 大波斯菊杉木玉米15 大叶桃花心木 蒲桃 Cl2处理 6 h16（一）利用指示植物监测（一）利用指示植物监测 对大气污染反应灵敏，用来监测和评价大气污染状况的对大气污染反应灵敏，用来监测和评价大气污染状况的植物称植物称大气污染指示植物大气污染指示植物。人们可以根据指示植物所表现。人们可以根据指示植物所表现的的各症状各症状, ,对大气环境质量作出评价。对大气环境质量作出评价。 1 1、指示植物应具条件、指示植物应具条件 （1 1）对污染反应敏感，受污染后的反应症
15、状明显，且干）对污染反应敏感，受污染后的反应症状明显，且干扰症状少。（扰症状少。（2 2）生长期长，能不断萌发新叶。（）生长期长，能不断萌发新叶。（3 3）栽培）栽培管理和繁殖容易。（管理和繁殖容易。（4 4）尽可能具有一定的观赏或经济价值）尽可能具有一定的观赏或经济价值，以起到美化环境与监测环境质量的双重作用。，以起到美化环境与监测环境质量的双重作用。 172、对主要污染物敏感的植物及其反应浓度、对主要污染物敏感的植物及其反应浓度（1）SO2 主要敏感植物有紫苜蓿、大麦、棉花、小麦、主要敏感植物有紫苜蓿、大麦、棉花、小麦、 三三 叶草叶草、 甜菜、莴苣、大豆、向日葵。一般甜菜、莴苣、大豆、向
16、日葵。一般 0.25 0.3 g/gFW 不引起中毒，不引起中毒，0.1 0.3 g/g FW长期暴露可慢性中毒。长期暴露可慢性中毒。（2）HF 敏感植物有唐菖蒲、郁金香、金荞麦、玉米、杏、葡萄敏感植物有唐菖蒲、郁金香、金荞麦、玉米、杏、葡萄、雪松等。最敏感植物在、雪松等。最敏感植物在0.1 g/g FW即有反应，叶中浓度即有反应，叶中浓度达达50 200 g/g FW时敏感植物出现坏死斑。时敏感植物出现坏死斑。18（3）O3 主要敏感植物有烟草、番茄、矮牵牛、菠菜、土豆、主要敏感植物有烟草、番茄、矮牵牛、菠菜、土豆、燕麦、丁香、秋海棠、女贞、梓树。燕麦、丁香、秋海棠、女贞、梓树。 在在0.0
17、20.05 g/gFW 最敏感植物会产生中毒。最敏感植物会产生中毒。（4）过氧乙酰硝酸酯）过氧乙酰硝酸酯 (PAN ) 主要敏感植物有矮牵牛、早熟禾、长叶莴苣、斑豆主要敏感植物有矮牵牛、早熟禾、长叶莴苣、斑豆、番茄和芥菜。、番茄和芥菜。 在在0.010.05 g/gFW 时最敏感植物会产生危害。时最敏感植物会产生危害。193、有害气体对植物伤害症状、有害气体对植物伤害症状（1）SO2 我国当前主要的大气污染物，排放量大，对植物的危我国当前主要的大气污染物，排放量大，对植物的危害也比较严重。发电厂、石油加工厂、硫酸厂等都可散发害也比较严重。发电厂、石油加工厂、硫酸厂等都可散发较多的较多的SO2。
18、0.0510 mg/L的就有可能危害植物。的就有可能危害植物。 主要症状：脉间或叶缘或叶尖出现暗绿色斑点，然后，主要症状：脉间或叶缘或叶尖出现暗绿色斑点，然后，叶片褪绿，出现坏死斑点，最后叶片干枯，老叶易受害。叶片褪绿，出现坏死斑点，最后叶片干枯，老叶易受害。20（2）HF 铝厂、磷肥厂、钢铁厂和玻璃厂等都可产生铝厂、磷肥厂、钢铁厂和玻璃厂等都可产生HF。当。当HF浓度为浓度为15 g时时,较长时间接触就可使植物受害。较长时间接触就可使植物受害。 典型症状：幼叶的叶缘或叶尖，少数为脉间出现伤斑典型症状：幼叶的叶缘或叶尖，少数为脉间出现伤斑，受害叶组织与正常组织之间常形成暗红色或红棕色界，受害叶
19、组织与正常组织之间常形成暗红色或红棕色界线，枝梢常枯死。线，枝梢常枯死。21（3）Cl2 化工厂、农药厂、冶炼厂有时会逸出大量氯气。氯气进化工厂、农药厂、冶炼厂有时会逸出大量氯气。氯气进入植物叶片后很快破坏叶绿素，产生褐色伤斑，严重时全入植物叶片后很快破坏叶绿素，产生褐色伤斑，严重时全叶漂白，枯卷甚至脱落。其毒性比叶漂白，枯卷甚至脱落。其毒性比SO2大大35倍。倍。 典型症状：脉间出现点状斑，严重时全叶失绿漂白甚典型症状：脉间出现点状斑，严重时全叶失绿漂白甚至脱落，但与正常组织间界线模糊。至脱落，但与正常组织间界线模糊。22（4）O3 当大气中当大气中O3浓度浓度0.1mg/L,延续延续23
20、h,烟草、苜蓿、菠菜、烟草、苜蓿、菠菜、三叶草、燕麦、玉米和蚕豆等植物会出现病症。三叶草、燕麦、玉米和蚕豆等植物会出现病症。 一般成熟叶先受害，出现零星分布各种斑点，有棕色、一般成熟叶先受害，出现零星分布各种斑点，有棕色、褐色、桔红和紫红色等，逐渐出现叶片弯曲，叶缘、叶尖褐色、桔红和紫红色等，逐渐出现叶片弯曲，叶缘、叶尖干枯而脱落。干枯而脱落。 23（5）过氧乙酰硝酸酯（）过氧乙酰硝酸酯（PAN） 有剧毒，空气中有剧毒，空气中PAN浓度只要在浓度只要在20 g/L以上，就会伤以上，就会伤害植物。害植物。 伤害症状：初期叶背呈银灰色或古铜色斑点，后叶背伤害症状：初期叶背呈银灰色或古铜色斑点，后叶
21、背凹陷，变皱、扭曲，呈半透明。更严重是，叶子两而都坏凹陷，变皱、扭曲，呈半透明。更严重是，叶子两而都坏死，开始时呈水渍状，干后变成白色或浅褐色坏死带。死，开始时呈水渍状，干后变成白色或浅褐色坏死带。24 4、常见室内植物的常见室内植物的监测监测 （1）有效吸收空气中的）有效吸收空气中的SO2 、CO、苯类挥发性气体苯类挥发性气体等有等有害物质害物质: 铁树、菊花、雏菊、万寿菊、金橘、石榴、半支莲铁树、菊花、雏菊、万寿菊、金橘、石榴、半支莲、米兰、腊梅、山茶等。、米兰、腊梅、山茶等。 （2）杀菌作用植物杀菌作用植物：玫瑰、桂花、紫罗兰、茉莉、蔷薇：玫瑰、桂花、紫罗兰、茉莉、蔷薇、柠檬、石竹、铃兰
22、、紫薇等，其芳香花卉产生的、柠檬、石竹、铃兰、紫薇等，其芳香花卉产生的挥发性挥发性油类物质有杀菌作用油类物质有杀菌作用。此外还有晚香玉、除虫菊、野菊花。此外还有晚香玉、除虫菊、野菊花、紫茉莉、柠檬、紫薇、紫茉莉、柠檬、紫薇、茉莉茉莉、兰花、丁香、苍术、玉米、兰花、丁香、苍术、玉米花、蒲公英、薄荷。花、蒲公英、薄荷。 其中，其中，文竹文竹可指示室内甲醛和苯污染超标。可指示室内甲醛和苯污染超标。25 （二）现场调查法监测（二）现场调查法监测 在污染区内调查原有植物生长发育状况。具体方法：在污染区内调查原有植物生长发育状况。具体方法： 1）选择观察点：）选择观察点： 根据调查目的和实际情况进行布点，
23、进行根据调查目的和实际情况进行布点，进行实地踏勘调查，以污染源为中心，实地踏勘调查，以污染源为中心，确定观察点确定观察点。 2）调查污染区）调查污染区主要大气污染物种类、浓度和分布规律主要大气污染物种类、浓度和分布规律。 3）选择）选择观察对象观察对象和和确定观察时间确定观察时间: 主要是树木、农作物、主要是树木、农作物、蔬菜及野生草本植物等。并做好蔬菜及野生草本植物等。并做好标记标记及采取保护措施，使其免及采取保护措施，使其免受受虫兽侵害虫兽侵害。 根据调查目的和人力条件确定根据调查目的和人力条件确定观察时间观察时间。 26 4）主要观察各类植物）主要观察各类植物地上部分营养器官地上部分营养
24、器官受害的表现症状，受害的表现症状，包括包括叶色、形状的变化叶色、形状的变化，及，及受害面积、年龄、落叶程度受害面积、年龄、落叶程度等。等。对对农作物农作物还要观察还要观察根系发育根系发育，生长高度、干鲜重和产量生长高度、干鲜重和产量的变的变化等。化等。 若条件许可，可取受害部位观察若条件许可，可取受害部位观察内部组织结构受害内部组织结构受害状况，状况，并进行并进行化学分析化学分析，测定有害物质的积累量。，测定有害物质的积累量。 5）根据）根据污染区污染区主要大气主要大气污染物种类、浓度和分布污染物种类、浓度和分布规律、规律、植植物形态和内部组织结构的变化物形态和内部组织结构的变化，确定，确定
25、污染气体性质污染气体性质、各种植、各种植物对有害气体的物对有害气体的抗性等级抗性等级。27（三）植物群落监测法（三）植物群落监测法 植物群落和周围环境有着密切的联系，植物群落和周围环境有着密切的联系，各种植物各种植物对污染对污染物物敏感性不同敏感性不同，其反应有明显的不同，因此，其反应有明显的不同，因此，环境变化可环境变化可以直接或间接影响植物群落的生长以直接或间接影响植物群落的生长。 根据各种植物的根据各种植物的受害症状和受害程度受害症状和受害程度，分析植物群落中，分析植物群落中各种各种植物的反应植物的反应， 对该地区的大气污染程度作出评价。对该地区的大气污染程度作出评价。28（四）现场盆栽
26、定点监测法（四）现场盆栽定点监测法 将指示植物栽培在污染选定的监测点上，定期观察、将指示植物栽培在污染选定的监测点上，定期观察、记录其受害症状和程度，来估测污染物的成分、浓度和记录其受害症状和程度，来估测污染物的成分、浓度和范围，以此来监测该地区大气污染情况。范围，以此来监测该地区大气污染情况。（五）地衣、苔藓监测法（五）地衣、苔藓监测法 据报道，当大气据报道，当大气SO2浓度超过浓度超过0.017 mg/m3 时时, 大多数大多数苔藓植物就不能生存，在苔藓植物就不能生存，在0.0150.105 mg/m3 浓度时，就浓度时，就可使地衣绝迹。可使地衣绝迹。 1968年荷兰就用地衣和苔藓监测大气
27、中年荷兰就用地衣和苔藓监测大气中的的SO2和和HF的变化，用他们作大气污染指标生物。的变化，用他们作大气污染指标生物。29（六）采用微核技术监测（六）采用微核技术监测 环境污染物可使环境污染物可使紫露草花粉母细胞紫露草花粉母细胞染色体畸变而形成染色体畸变而形成微核（微核（Te-Hsiu Ma，70）。）。 因此，可用形成因此，可用形成微核的数量微核的数量，指示环境污染状况。现，指示环境污染状况。现被美国被美国EPA列为污染监测常规指标。列为污染监测常规指标。30（七）污染量指数法（七）污染量指数法（IPC） 分析叶片中污染物含量指示监测大气污染。分析叶片中污染物含量指示监测大气污染。 其中，其
28、中，Cm为监测点指示植物叶片中某污染物的含量，为监测点指示植物叶片中某污染物的含量，Cc为对照样点同种植物叶片中某污染物含量。为对照样点同种植物叶片中某污染物含量。 CmIPCCCK31污染程度分级：污染程度分级： KIPC 3.0 IV级级 严重污染严重污染 32（八）大气污染的综合生态指标（八）大气污染的综合生态指标 大气污染会影响植物的生长。可根据树木生长和叶片症状大气污染会影响植物的生长。可根据树木生长和叶片症状划分了大气污染等级划分了大气污染等级(中国环境科学学会中国环境科学学会)。二、大气污染的细菌总数测定二、大气污染的细菌总数测定 对空气中的微生物进行检测，可了解对空气中的微生物
29、进行检测，可了解微生物的分布微生物的分布情况，为空气环境质量评价提供生物污染依据。情况，为空气环境质量评价提供生物污染依据。 特别是在通风不良、人员拥挤的环境中，可能存在特别是在通风不良、人员拥挤的环境中，可能存在来自人体的某些病原微生物。来自人体的某些病原微生物。（一）测定方法（一）测定方法 有沉降平皿法、吸收管法、撞击平皿法和滤膜法等有沉降平皿法、吸收管法、撞击平皿法和滤膜法等法。法。341、沉降平皿法、沉降平皿法 将盛有琼脂培养基的平皿置于一定地点，打开皿盖，暴将盛有琼脂培养基的平皿置于一定地点，打开皿盖，暴露一定时间，然后进行培养，计数其中生长的菌落数。露一定时间，然后进行培养，计数其
30、中生长的菌落数。 暴露暴露1 min后每后每 m2 培养基表面上生长的菌落数相当于培养基表面上生长的菌落数相当于0.3 m3空气中所含的细菌数。空气中所含的细菌数。 此法方法简单，但由于一些此法方法简单，但由于一些带菌小颗粒在短时间带菌小颗粒在短时间不易降不易降落到培养皿内，故无法确切进行定量测定。落到培养皿内，故无法确切进行定量测定。 352、吸收管法、吸收管法 利用特制的吸收管将利用特制的吸收管将定量空气定量空气快速吸收到管内快速吸收到管内吸收液吸收液内内，然后培养吸收液，计算菌落数或分离病原微生物。，然后培养吸收液，计算菌落数或分离病原微生物。 3、撞击平皿法、撞击平皿法 抽吸抽吸一定量
31、的空气，一定量的空气，快速撞击快速撞击在一个或数个转动或不在一个或数个转动或不转动的平皿内的转动的平皿内的培养基表面培养基表面上，然后进行培养，计算菌上，然后进行培养，计算菌落数。落数。 364、滤膜法、滤膜法 使定量空气通过滤膜（使定量空气通过滤膜（0.45 M），带微生物的尘粒会吸，带微生物的尘粒会吸附在滤膜表面，然后将尘粒洗脱在适当的溶液中，再吸取附在滤膜表面，然后将尘粒洗脱在适当的溶液中，再吸取一部分进行培养计数。一部分进行培养计数。（二）空气污染微生物评价指标（二）空气污染微生物评价指标 对室内空气，一般认为细菌总数超过对室内空气，一般认为细菌总数超过5001000个个/ m3以以上
32、时，作为空气污染指标。上时，作为空气污染指标。 37 表表4-4. 住房空气卫生评价标准住房空气卫生评价标准38 第三节第三节 水污染生物监测与评价水污染生物监测与评价一、水污染生物监测法一、水污染生物监测法：细菌、浮游、底栖生物和微型生物：细菌、浮游、底栖生物和微型生物群落监测法群落监测法（一）细菌学监测要求（一）细菌学监测要求 1、被测细菌、被测细菌：因为致病菌在水体中存在极少：因为致病菌在水体中存在极少, 在实际工作在实际工作中，常常以中，常常以粪便污染指示菌粪便污染指示菌作为代表，而不是直接检测水中作为代表，而不是直接检测水中的致病菌。的致病菌。 其中以其中以大肠菌群大肠菌群最为理想，
33、但有时也可用最为理想，但有时也可用水体细菌总数水体细菌总数来反映水体被细菌污染情况。来反映水体被细菌污染情况。 39 2、水污染的细菌学指标、水污染的细菌学指标 我国现行饮用水卫生标准规定，细菌总数我国现行饮用水卫生标准规定，细菌总数 10-100个个/1ml自自来水，大肠菌群数来水，大肠菌群数10，为清洁水；，为清洁水；IB = 1 10，为中等污染，为中等污染水；水； IB = 0，为严重污染水。，为严重污染水。 各监测点的环境因素力求一致，如水深、流速、底质和各监测点的环境因素力求一致，如水深、流速、底质和有无水草等。有无水草等。76（2）硅藻生物指数法）硅藻生物指数法 用河流中硅藻的种
34、类数的变化来评价。用河流中硅藻的种类数的变化来评价。 其中，其中，I：硅藻生物指数；：硅藻生物指数； A：不耐污种类数；：不耐污种类数；B：对有机：对有机污染无所谓的种类数；污染无所谓的种类数；C：在污染区内独有的种类数。：在污染区内独有的种类数。 I I值越小，值越小，A+BA+B大，大，水污染程度越小。水污染程度越小。10022CBACBAI77（3）污染生物指数法（）污染生物指数法（BIP） 指无叶绿素微生物占全部微生物（有叶绿素和无叶绿素）的百指无叶绿素微生物占全部微生物（有叶绿素和无叶绿素）的百分比。分比。 A：有叶绿素的微生物数；：有叶绿素的微生物数；B：无叶绿素的生物数：无叶绿素
35、的生物数 100BABIBIP78（4）颤蚓类与全部底栖动物生物指数法颤蚓类与全部底栖动物生物指数法 S：颤蚓类个体数；：颤蚓类个体数； N：底栖类动物个体数：底栖类动物个体数 I：越大，水体污染越严重。：越大，水体污染越严重。 100NSI5、种的多样性指数评价法、种的多样性指数评价法 多样性指数：多样性指数：生物群落中种类与个体数的比值。生物群落中种类与个体数的比值。 在正常水体中群落的结构是相对稳定的。水体受到污在正常水体中群落的结构是相对稳定的。水体受到污染后，群落中的染后，群落中的敏感种减少，而耐污种增加敏感种减少，而耐污种增加，种的多样性，种的多样性指标会发生变化。指标会发生变化。
36、80（1）格利森）格利森(Gleason)和马格列夫和马格列夫(Margalef)多样性指数多样性指数 S:生物种类数生物种类数; N:生物总个体数生物总个体数; d值越大表示水质越好。值越大表示水质越好。 NSdln181 （2）辛普森（辛普森（Simpson）多样性指数）多样性指数 ni：i种的个体数；种的个体数；N：总个体数：总个体数 d值越大，表示污染越轻值越大，表示污染越轻 822)/(1Nnid6、生产力指标评价法、生产力指标评价法 生产力指标评价法生产力指标评价法：是以生态系统中有机物的生产和：是以生态系统中有机物的生产和分解过程的强度为依据评价水体被污染的程度。有：分解过程的强
37、度为依据评价水体被污染的程度。有：（1）P/R值值 P/R值是指污染区域群落的初级生产量值是指污染区域群落的初级生产量P和呼吸量和呼吸量R的的比值。比值。 正常水质正常水质P/R值一般为值一般为1，如偏离过大，表明受到污染，如偏离过大，表明受到污染。其变化规律为：。其变化规律为：83 即在寡污带至中污带一段，随即在寡污带至中污带一段，随有机污染程度的提高有机污染程度的提高，外来有机物增多并被利用，初级生产量随之提高，外来有机物增多并被利用，初级生产量随之提高，P/R值随之增大，至值随之增大，至a-中污带达最高，以后有机物污染中污带达最高，以后有机物污染程度继续提高，程度继续提高，P/R值反而下
38、降，到严重污染时降至值反而下降，到严重污染时降至0。 84（2）自养指数（）自养指数（IAI） 自养指数自养指数：指污染水域去灰分重占叶绿素重量的比值。：指污染水域去灰分重占叶绿素重量的比值。 A: 干重干重; B: 灰分重（灰分重（金属氧化物金属氧化物）; A-B: 去灰分重去灰分重; C: 叶绿素含量。叶绿素含量。 IAI 在在50100表示水体未受污染，大于表示水体未受污染，大于100表示受到污染。表示受到污染。33/mmgCmmgBAIAI85三、生物标志物评价三、生物标志物评价 1、生物标志物概念、生物标志物概念 利用污染物导致个体、种群、群落水平上的改变来监测利用污染物导致个体、种
39、群、群落水平上的改变来监测污染，这些改变是污染物造成的污染，这些改变是污染物造成的晚期影响晚期影响。事实上，生物。事实上，生物有机体一旦受污染物的影响，在生理和生化上就会迅速地有机体一旦受污染物的影响，在生理和生化上就会迅速地发生变化。发生变化。 可以测定污染物效应的生理和生化反应指标称生物标可以测定污染物效应的生理和生化反应指标称生物标志物。如有机磷农药可抑制乙酰胆碱酯酶的活性等。志物。如有机磷农药可抑制乙酰胆碱酯酶的活性等。 862、生物标志物的特点、生物标志物的特点 （1）反应迅速：生理生化反应通常在）反应迅速：生理生化反应通常在48 h内就有变化。内就有变化。 （2）预测对另一生物的作
40、用：生物标志物在不同种动、植）预测对另一生物的作用：生物标志物在不同种动、植物间具有相似性，因而可就污染物对另一种物种的影响作出物间具有相似性，因而可就污染物对另一种物种的影响作出预测。预测。 （3）起环境诊断作用：可以反映在特定环境中的生物体在）起环境诊断作用：可以反映在特定环境中的生物体在生理上是否正常生理上是否正常，在受损生态系统的修复时，通过对生物标，在受损生态系统的修复时，通过对生物标志物的监测，可以知道志物的监测，可以知道修复技术是否有效修复技术是否有效和生态系统是否恢和生态系统是否恢复到正常。复到正常。 87（4）有的生物标志物具高度特异性）有的生物标志物具高度特异性 如：水鸟血
41、样的氨基乙酰丙酸脱氢酶（如：水鸟血样的氨基乙酰丙酸脱氢酶（ALAD）活性仅）活性仅受受Pb的抑制。的抑制。 乙酰胆碱酯酶的活性特异地受有机磷农药的抑制等。乙酰胆碱酯酶的活性特异地受有机磷农药的抑制等。 但混合功能氧化酶活性、免疫系统的变化不具特异性，但混合功能氧化酶活性、免疫系统的变化不具特异性，因很多污染物都可引起它们的变化。因很多污染物都可引起它们的变化。 88表表4-10 生物标志物以特异性降低顺序排列生物标志物以特异性降低顺序排列 89四、四、 环境流行病学调查环境流行病学调查 （一）（一）环境流行病学调查的目的环境流行病学调查的目的 污染物通过对环境的改变而影响人类的健康。污染物通过
42、对环境的改变而影响人类的健康。为了解污染为了解污染物对人体健康的物对人体健康的危害程度危害程度，常用，常用动物实验动物实验来来估价毒物的估价毒物的毒性毒性，但常出现，但常出现假阴性或假阳性结果假阴性或假阳性结果，而过高或过低了毒物的作，而过高或过低了毒物的作用。可能是由于用。可能是由于种属差异种属差异以及实验过程中许多以及实验过程中许多不确定因素不确定因素造造成的。因而，将毒理学实验结果成的。因而，将毒理学实验结果外推外推到人群到人群受到局限受到局限。 因此，完整的方法将是因此，完整的方法将是实验室研究实验室研究与与人群流行病学人群流行病学调查调查有机结合起来。有机结合起来。 90 环境流行病
43、调查目的是：环境流行病调查目的是：研究环境中研究环境中自然因素自然因素和和污染污染因素因素危害人危害人群健康的流行规律群健康的流行规律。尤其是研究。尤其是研究环境因素环境因素和和人人体健康体健康之间的之间的相关关系相关关系和和因果关系因果关系，即阐明，即阐明暴露暴露-效应关系效应关系，又称接触，又称接触-效应关系。效应关系。 包括包括3个个方面：方面：1）研究已知的）研究已知的环境暴露因素环境暴露因素对人群的对人群的健健康效应康效应。2）探索探索引起引起健康异常健康异常的环境的环境有害因素有害因素，是在出现，是在出现健康异常后，探索病因的研究。健康异常后，探索病因的研究。3）确定）确定暴露剂量
44、反应关暴露剂量反应关系系：主要是人群暴露剂量的大小与群体中特定效应的出现：主要是人群暴露剂量的大小与群体中特定效应的出现频率间的关系。频率间的关系。为制定环境卫生标准和采取预防措施提供为制定环境卫生标准和采取预防措施提供依据。依据。91（二）环境流行病学调查内容和过程（二）环境流行病学调查内容和过程 1、发病率调查发病率调查 调查不同地区人群的特异性疾病的地区分布、人群分布和调查不同地区人群的特异性疾病的地区分布、人群分布和时间分布、发病率和死亡率，并连续观察其发展变化规律。时间分布、发病率和死亡率，并连续观察其发展变化规律。 2、致病环境因素调查致病环境因素调查 调查并检测环境中调查并检测环
45、境中有害因素有害因素，包括污染物和某些自然环，包括污染物和某些自然环境中境中固有的微量元素固有的微量元素在大气、水体、土壤以及食物中的分布在大气、水体、土壤以及食物中的分布、负荷水平、时空波动、理化形态、转化规律和人群暴露水、负荷水平、时空波动、理化形态、转化规律和人群暴露水平，以及引起危害和疾病的条件。平，以及引起危害和疾病的条件。 3、分析调查资料、分析调查资料 1）确定污染的范围和程度，以及对人体健康的影响；）确定污染的范围和程度，以及对人体健康的影响；2）确定确定污染物的种类和性质、阈限负荷，以及污染物的种类和性质、阈限负荷，以及暴露暴露-效应关系效应关系和剂量反应曲线，并以此为基础，
46、研究污染物的和剂量反应曲线，并以此为基础，研究污染物的阈限负荷阈限负荷，为制定环境卫生标准提供基础参数。为制定环境卫生标准提供基础参数。 4、建立假说，提供治疗建议建立假说，提供治疗建议 根据调查及分析资料，为所造成的健康危害或疾病的病因根据调查及分析资料，为所造成的健康危害或疾病的病因提供线索或建立假说提供线索或建立假说。提出引起流行性疾病的可能原因。提出引起流行性疾病的可能原因。 根根据假说，提据假说，提供治疗建议和措施供治疗建议和措施，进一步证实推论。如缺碘甲，进一步证实推论。如缺碘甲状腺肿大，则加碘治疗；缺硒心肌病则加食物硒治疗。状腺肿大，则加碘治疗；缺硒心肌病则加食物硒治疗。（三）环
47、境流行病学研究原则（三性原则）（三）环境流行病学研究原则（三性原则） 1、选择样本要有代表性、选择样本要有代表性 环境污染物对健康影响的特点是环境污染物对健康影响的特点是低浓度、长时间、慢低浓度、长时间、慢性危害性危害，因此，在选择调查对象时，要考虑到，因此，在选择调查对象时，要考虑到敏感群体敏感群体，应选择有应选择有代表性的样本代表性的样本。 选择人数选择人数应符合统计学上分组的要求。一般应符合统计学上分组的要求。一般样本越大样本越大，越能反映实际情况。如在进行环境污染与某一种肿瘤关，越能反映实际情况。如在进行环境污染与某一种肿瘤关系的调查时，多采用大样本。系的调查时，多采用大样本。95 2
48、、调查设计要有对比性、调查设计要有对比性 揭示人群与非暴露人群在健康反应上的差异；在无标揭示人群与非暴露人群在健康反应上的差异；在无标准或参考依据时，准或参考依据时， 要严格要严格选择非暴露人群作为对照选择非暴露人群作为对照。 由于暴露由于暴露- -反应关系与反应关系与环境负荷水平环境负荷水平和和人群组合人群组合有关，有关，一般需设立一般需设立若干个若干个暴露反应梯度组，如划分轻重污染暴露反应梯度组，如划分轻重污染区，按不同年龄、性别的人群进行分组等，以便于调查区，按不同年龄、性别的人群进行分组等，以便于调查资料的对比分析。资料的对比分析。 此外，用对暴露区和非暴露区人群的此外，用对暴露区和非
49、暴露区人群的患病率患病率或或死亡率死亡率以及某以及某种效应的出现率种效应的出现率，须用，须用标准人口标准人口结构结构，加以标准化换算之后，才能进行比较，加以标准化换算之后，才能进行比较。 963、获取资料时要注意有效性、获取资料时要注意有效性 要排除环境污染物和生物检测材料的采样或检测方法要排除环境污染物和生物检测材料的采样或检测方法中的中的干扰因素干扰因素。对调查对象的询问、体检，对死亡病例诊。对调查对象的询问、体检，对死亡病例诊断依据的复核等，均应取得断依据的复核等，均应取得有效的完整资料有效的完整资料。 此外此外,还要注意环境中多因素还要注意环境中多因素联合作用联合作用。在研究某一已。在
50、研究某一已知因素时，力求知因素时，力求排除其他因素的干扰排除其他因素的干扰；在研究原因不明的；在研究原因不明的健康异常或疾病时，力求探明健康异常或疾病时，力求探明主导因素主导因素和和辅助因素辅助因素的作用的作用。 第四节第四节 有害物理因素的生物学效应评价有害物理因素的生物学效应评价一、环境噪声的生物学效应一、环境噪声的生物学效应（一）环境噪声污染（一）环境噪声污染 1、概念：除了废水、废气、废渣以外，国际上已将噪声、概念：除了废水、废气、废渣以外，国际上已将噪声并列为第四大环境污染。近年来，随着现代工业、交通、并列为第四大环境污染。近年来，随着现代工业、交通、城建等事业的发展，环境噪声污染日
