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1、第四章环境质量的生物监测与生物评价,生物监测和环境质量评价概念 生物监测与评价 生态环境质量评价 化学品生态风险评价 有害物理因素的生物学效应的评价,第一节 生物监测和环境质量评价概念,一、环境质量(Environmental Quality)定义 是指环境素质的优劣程度，优劣是质的概念，程度是量的表征。 在一个具体的环境内，环境的总体或环境的基 本要素对人群的生存和繁衍及社会经济发展的适应程 度，是反映人类的具体要求而形成的对环境的性质及 数量进行评价的一种概念。 环境质量是由环境本身质的特性所决定的，受人类活动影响，反过来对人群的生存及健康产生直接作用。,环境评价： 质量评价： 自然环境：
2、物理、化学、生物（生态） 或者具体化为大气、水、土壤、生物 社会环境：经济、人口、文化 影响评价-风险评价（生态风险、健康风险）,环境质量基准和环境质量标准 环境质量基准（Criteria）是污染物同特定对象之间的剂量反应关系确定的，不考虑社会、经济、技术等人为因素，不具有法律效力。环境质量基准有环境卫生基准，水生生物基准等，客观性。 环境质量标准（Standard）是以环境质量基准为依据，并考虑社会、经济、技术等因素，经过综合分析制定的，具有法律意义。 环境质量标准有水质量标准、大气质量标准、土壤质量标准、生物质量标准，主观性。,环境质量调查、监测及评价 环境质量调查：为了了解环境的质量状况
3、而进行的一系列工作。 环境质量监测：指对环境指标进行定期的或连续的监测、观察和分析其变化。 环境质量评价：指按照一定的标准，采用相应的方法对环境质量进行评定、比较及预测。,环境质量调控与环境质量预测 环境质量调控：采取人工手段，使环境要素的变化不超过或能够达到一定的标准。 环境质量预测：对环境质量的未来趋势所做的推断，是制定法律法规，对环境进行科学管理，以及规划区域性人口、资源、生产布局的重要的基础性依据。,二、生物监测(Biological Monitoring)的概念 有计划、有规律地利用生物个体、种群或群落对环境污染或变化所产生的反应阐明环境污染状况，从生物学角度为环境质量的监测和评价提
4、供依据。 定期：周期性、时效性、长期性 系统：对比性、可重复性、多参数,思考：与理化监测相比，生物监测有何优缺点？ 能直接反映环境质量对生态系统的影响 不需购置昂贵的仪器及进行仪器保养和维修 可大面积或长距离内密集布点 不足之处：反应不够快速，无法精确监测某些污染物的含量，精度不高，易受环境因素的影响如季节和地理环境等,三、环境评价与生物监测的关系 1、关系：相互验证、支持、各有优缺点 2、理论基础： 环境与生物是一个整体，变化有因果关系，有规律。“生态系统理论” 3、存在问题：了解不够、关系不明确、多种因素作用、技术不完善,第二节 生物监测与评价,一、大气污染的生物监测 、植物监测方法：利用
5、植物对大气污染的反应，监测有害气体的成分和含量以了解大气环境质量状况。 1、指示植物法,a、指示生物概念：指对环境中某些物质能产生各种反应或信息而被用来监测和评价环境质量的现状和变化的生物。 b、指示生物的种类：大气污染指示生物和水体污染指示生物。,c、应用举例： 指示节气 枣花发，种棉花；杏花开，快种麦 指示天气 燕子低飞预示雨将来临，蜻蜓高飞预示天晴 指示水质 美国威斯康星地区湖泊中的软水指示植物为Gratiola，硬水指示植物为Ranunculus aquatilis 指示资源 安徽的海州香薷指示铜矿，湖南念同的野韭指示金矿,d、指示植物的选择方法：敏感种、有外观反映 现场比较评比法 栽
6、培比较试验法 人工熏气法 e、常见大气污染指示植物 二氧化硫指示植物：地衣苔藓、芝麻、向日葵、落叶松、加拿大白杨等 氟化物指示植物：郁金香、杏、葡萄、梅、雪松等 二氧化氮指示植物：向日葵、番茄、秋海棠、烟草等,f、监测方法 选择可靠的指示植物，了解其受害症状和受伤阈值，然后根据受害程度大小估测大气污染物的成分、浓度和范围。 注：受伤阈值指引起指示植物受害的污染气体的最低浓度和暴露时间。,g、几种大气污染物对植物的危害症状,2、现场调查法：植物的生长、外观变化（长期效应） 具体方法： a、选择观察点 b、调查了解主要大气污染物的种类、浓度和分布扩散规律。 c、选择观察对象：树木、农作物、蔬菜及野
7、生草本植物。 d、确定观察时间：根据调查目的和人力条件 e、确定观察项目：叶、芽、枝条等器官受害的表现症状。 f、 确定各种植物对有害气体的抗性等级,实例：某化工厂30-50m范围内植物受害情况及分析,根据植物叶片出现的症状特点（伤斑出现叶脉间），表明该厂附近的大气已被SO2污染。从受害程度上看，由于一些对SO2抗性强的构树、马齿苋等已受到损害，可以判断该地区发生过急性危害，估测其SO2浓度为310 ppm。,3、植物群落监测法：以群落结构变化为依据 如敏感植物受害，表明大气受到污染； 如抗性中等的植物受害，表明大气污染较严重； 如抗性强的植物受害，表明大气污染十分严重； 在严重污染地区，敏感
8、植物不存在。,4、地衣、苔藓监测法：对SO2和氟化氢敏感 a、特点 生长在树干上，减少了土壤或水体污染的干扰。 以植物整体吸收养分，吸收污染物的量相对较多。 生长速度慢，有利于掌握长时间的污染积累结果。 多年生长绿色植物，一年四季均可作为监测器。 取材方便，成本低，有直观效果，但在自然条件下结果难以定量。 形体小，分类困难，不易掌握辨识方法。,b、观察指标 多度、盖度、频度、种类 数量以及内外部受害症状等指标。 e、在大气污染状况下，地衣、苔藓分布规律 污染严重地区，很少或完全绝迹； 随污染的减轻，种属增加，多度、盖度、频度等也逐渐增高并且在树干上的分布高度也升高。,5、现场盆栽定点监测法 6
9、、微核技术的应用：染色体畸变而形成微核 7、污染量指数法 KIPC监测点指示植物叶片中污染物的含量/对照点同种植物叶片中污染物的含量 8、大气污染的综合生态指标法,植物监测和评价大气污染中值得注意的问题 主要是区分大气污染对植物的伤害与其他因素对植物伤害。植物出现的症状是包括大气污染在内的多因素混合污染的结果。 判定大气污染危害的途径： a、调查污染源（风向、距离） b、观察叶片受害症状 c、观察植物受害方式 还可以借助于叶片污染物的含量分析,（二）、大气污染的微生物监测 1、原理：空气中微生物数量与大型生物的密度与各种环境因素（气温、湿度、日照、气流等）有关。 2、评价指标：细菌总数；链球菌
10、总数 3、方法： a、沉降平皿法 b、吸收管法 c、撞击平皿法 d、滤膜法,（三）、动物模拟实验 1、采气后溶出-动物实验 2、人工气候箱,二、水污染的生物监测 、水污染的生物监测方法 1、水污染的细菌学监测：细菌总数、（粪）大肠菌、军团菌、金黄葡萄球菌 细菌总数 细菌总数指1mL水样在营养琼脂培养基中，于37、24小时培养后所生长的细菌菌落总数。 它可反映水体有机污染的程度，如每1毫升自来水中细菌总数不得超过100个。,大肠菌群数 大肠杆菌是一群需氧和兼性厌氧的、能发酵乳糖、产酸、产气的革兰氏阴性无芽孢杆状细菌。主要来源于人畜粪便中，在肠道中普遍存在并且是数量最多的一种。 大肠菌群数指每升水
11、样中含有的大肠菌群的数量。如每升饮用水中大肠菌群数不得超过3个。 大肠菌群数的测定：多管发酵法和滤膜法,思考：,为何用大肠菌群作为水质粪便污染的指示菌？ 致病菌在水体中存在数量极少，检测技术复杂，不易直接检测； 大肠菌在水中存在的数目与致病菌呈一定正相关，抵抗力略强，易于检查等特点，故作为水体受粪便污染的指标，以大肠菌群最为理想。,2、水污染的浮游生物检验法： a、浮游植物：分类计数、叶绿素a、初级生产力 b、浮游动物：分类计数、重量法 c、浮游生物监测法的特点 浮游生物中的某些种类对有机污染或化学污染非常敏感，长期被用作指示生物，但由于浮游生物的不稳定性且常常集群分布，因而其作为水质指示生物
12、的可靠性和准确性受到限制。,3、底栖大型无脊椎动物监测法：分类计数、重量法 在未受干扰的环境中，大型无脊椎动物（包括水生昆虫、大型甲壳类、软体动物、环节动物等）群落的组成和密度比较稳定，这些群落可调节群落结构来反映生境质量变化，这些对环境变化的反应可用来监测和评价污染物对水体的影响。,4、微型生物群落监测法：分类计数、PFU法 微型生物群落 微型生物群落是生活在水中的微小生物，包括藻类、原生动物、轮虫、线虫、甲壳类等，如环境受到严重干扰，其群落的平衡被破坏，其结构特征也随之变化，因而可用其进行水体的监测和评价。 PFU法（聚氨酯泡沫塑料块法） 原生动物在PFU内的群集速度和时间受环境的影响，不
13、同污染水体，其群集速度和种类数不同。,(二) 水环境质量的生物学评价 1、一般描述对比法 2、指示生物法（敏感种、耐污种） 水体污染指示生物 常采用底栖动物中的环节动物、软体动物、固着生活的甲壳动物以及水生昆虫等，在环境中相对位移小（颤蚓类、摇蚊幼虫、蚂蝗、浮游生物和藻类）。,Hellawell推荐作为指示生物的各种生物所占的百分数,图41 Hellawell推荐作为指示生物的各种生物所占的百分数,3、污水生物系统法（理、化、生综合特征） 原理 受污河流由于自身的自净过程从而导致自上游往下游形成一系列在污染程度上逐渐减轻的连续带。每一带都生存有特定的生物，由此可以划分为四个污染带：多污带、 -
14、中污带、 -中污带、寡污带。根据一定区域内所发现的动物、植物区系可以鉴别该区域的有机污染程度。,各带特点 多污带：有机污染严重，DO含量低，细菌极多，无好氧生物，无鱼类生存； 中污带：包括-中污带（有机污染较为严重， DO略有回升，多为耐污性生物种类，）和-中污带（中等程度的有机污染区域，DO较高，有多种藻类和原生动物，有鱼类出现）； 寡污带：DO恢复正常或达饱和，水质透明，细菌数量少，藻类种类和数量多。,污水生物系统的应用 主要应用对象是被生活污水污染的水域，对重金属和其他工业废水引起的污染水域的应用问题尚需进一步研究。 应用该法来监测和评价环境比较全面，但工作很繁重，耗费时间，而且需要具有
15、熟练的分类知识，同时调查结果也不易表示。,4、生物指数（特定种） 概念： 它是依据不利环境因素，用数学形式表现群落结构来指示环境质量状况，包括污染在内的水质变化对生物群落的生态学效应的一种方法。,例子：Beck生物指数 公式：IB2n An B 注1： n A为底栖大型无脊椎动物中对有机物敏感的种类数； n B为底栖大型无脊椎动物中对有机物不敏感（耐污性）的种类数 注2： IB0时，表示水体受到严重污染；IB在1-10之间时为中等污染；IB大于10时为清洁水体。,应用特点 方法简单，有一个粗略数字概念，便于比较； 缺点：需分类学和生态学专门人员进行种类鉴定，同时只考虑了种类数，而未考虑个体数量
16、。 应用时应结合生物学其他指标和物理、化学指标，综合考虑各方面的影响因素。,5、种的多样性指数（所有种） 什么是多样性指数法？ 多样性指数法是应用数理统计方法来表示生物群落的种类和个体数量的比值从而评价环境质量的一种方法。,多样性指数法的工作原理 其工作原理为不同的生物对污染的敏感性和耐受性不同，敏感的种类在不利的条件下死亡，抗性强的种类在新的条件下可大量发现。利用群落中个体数与种类数的比值在不同污染区的不同，从而反映环境污染的状况。,6、生产力：反映一个生态系统内物质循环和能量流动的指标。 P/R值：初级生产量和呼吸量的比率。 自养指数 I AI：去灰分重和叶绿素含量的比值。,7、残留量指数
17、及富集系数 残留量指数 IC i / C s i 富集系数 K C i / C s i 注：C i生物个体或种群的某种化合物或元素的实测残留量，mg/kg； C s i环境中的本底值，mg/kg 。 比值小于1时表明水体未受污染，比值大于1时表明水体受到污染，并按不同数值划分污染程度。,三、土壤污染生物监测 1、微生物（群落结构、活性、菌/根际效应） 2、土壤生物群落（蚯蚓、线虫、昆虫） 3、植物栽培（发芽、生长、富集） 4、模拟（蚯蚓急、慢性试验） 5、溶出液-水生物测试 四、生态监测 1、地面监测（基础、功能变化、小尺度） 2、航空监测（实用、直观、中尺度） 3、卫星监测（时间短、预测、信
18、息丰富、大尺度）,五、环境流行病学（Epidemiology） 研究特定人群中有关健康状态和事件的分布以及影响这样分布的决定因素。以制定防治措施，解决健康问题。重点在人生活和工作过程中环境与健康的关系。 研究内容： 1. 接触与剂量（方式、时间、体内含量） 2. 健康效应（发病率、死亡统计）,研究原则： 1.选择样本要有代表性 2.调查设计要有对比性 3.获取资料要注意有效性 测量和比较（体检方式、病历资料） 设计与误差：随机误差、系统误差,第三节 生态环境质量评价,一、基本概念 1、生态环境：指除人口种群之外的生态系统中不同层次的生物所组成的生命系统。 2、生态环境质量：在人为作用下生态环境
19、的变化程度，或者说生命系统在人为作用下的总的变化状态。 3、生态环境质量评价：依据生态系统结构和功能状态的优劣对环境质量进行评价的一种方法。,二、评价理论依据： 生态系统的完整性 持续性 三、评价范围与内容：项目、区域、政策 1、生态资源开发利用（项目评价） a、生态承载力：可持续获取量 b、区域性影响：系统、景观改变的效应 2、生态系统功能状态分析 3、生物多样性,四、评价方法： 1、资料收集（包括工程分析） 2、调查：生物、环境因素，开发方式和强度 3、功能分析（生态演变特性） 4、参数的选择 5、生态制图 6、评价技术同其他评价,五、判定因子 1、完整性： a、生产力（生物量） b、稳定
20、状况；变化范围 c、功能状况：生态作用 d、异质性：连通、嵌块 2、多样性：景观和物种多样性、保护濒危物种 3、水和土地的影响 a、荒漠化程度：沙面积、植被覆盖度 b、水体性质：地面、地下水质标准 c、土壤性质：土壤质量标准,六、评价结论 1、生态完整性：人为干扰、功能及稳定状态、发展趋势 2、敏感生态问题 3、人类活动的方式和强度 4、基本特性：承载力、合适的强度,七、影响预测（影响评价）： 运用模型估算、推测 1、生态变化趋势 2、影响严重性 3、时空的变化 4、是否向有利的方向发展 5、损益分析,八、评价的目的 1、首要问题：珍稀、濒危物种；敏感地区、可持续利用 2、生境划分；重要性、特
21、殊性、影响程度 3、提出替代方案：消减影响 4、提出修复方案 5、提出管理措施；重要影响因素的控制、监测指标和手段,第四节 生态风险评价,一、基本概念 1、风险（Risk）：指不利事件发生的概率，相对安全而言，预测不利事件可能发生的概率，或可能性多大。 2、生态风险：对生态系统而言的风险 a、人类将要进行的活动的风险（物理破坏） b、人类已进行活动的区域风险（物理+化学+生物） c、人造化学品生态风险（化学破坏） 3、生态风险评价 a、狭义：化学品的评价 b、广义：所有的生态影响,二、基本原则 1、保护自然资源和区域可持续性发展 2、遵循生态学和生态环境保护原理 3、符合环境条件 4、综合考虑
22、环境与社会经济的协调发展,三、评价类型 1、回顾性 风险受体明确，需确定可能有风险的范围 2、多重压力的生态系统风险 已被确定的风险因素不止一个 3、监视性风险：风险因素受体未明确，用监测方法发现风险和评价风险。 4、生物安全性风险：外来物种和转基因生物,四、评价指标,五、化学品生态风险评价 1、评价基础与依据：生态毒理学、化学品或排放物的生态毒理数据 2、评价范围：食物链（网），直接接触+体内积累 3、评价原则：损益分析，风险是否可接受,4、评价程序 a、危害识别 b、暴露反应估算 c、暴露评价 d、风险表征 5、评价特点 a、指标尽量用EC、LOEC、 MATC少用LC b、是对多个不同营
23、养阶层物种的效应 c、考虑化学品的生命周期 d、收集资料、建立模型（QSAR）并进行计算,第五节 健康风险评价,一、对健康风险的确定 难度：化合物的迁移和归趋复杂；公众对于环境灾害的相对危险的理解可能被扭曲。 影响理解风险的因素： 个人主观意识 对概率论的理解和相信 个人经验的误导 高估自己控制命运的能力 新闻媒体引导的偏见 对一些技术和行为的不合理的恐惧和怀疑,二、物理性污染的健康效应 1、噪声：干扰人们休息、学习和工作的声音。 其效应不仅与噪声的性质有关，还与心理、生理、社会生活、年龄、体质等因素有关。 通过对听觉系统的作用，主要影响神经系统，可导致对心血管、内分泌系统的影响。,2、放射性污染的生物学效应 放射性污染的来源：天然；人工（核武器、核燃料、核电站、同位素） 作用机理 直接损伤：直接电离机体生物大分子 间接损伤：电离水分子，导致氧化自由基的产生，自由基作用于生物大分子,效应结果 急性损伤：根据一次性接受剂量，血象变化至死亡 远期效应：致癌、白血病、寿命缩短、胚胎畸形 大剂量下测定的生物效应外推到小剂量的不可靠性。机体本身的自我修复功能。,3、射频电磁辐射污染的生物学效应 污染源：无线电广播、电视通讯、雷达控测 对人体健康的影响： 热效应：辐射强度大时 非致热作用：多方面影响，机理不清楚，可能与放射性作用相似。,