PFU微型生物群落监测法.pptx
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1、第六章第六章 环境污染生物监测环境污染生物监测各种仪器和化学分析手段对污染物的各种仪器和化学分析手段对污染物的各种仪器和化学分析手段对污染物的各种仪器和化学分析手段对污染物的种类和种类和种类和种类和浓度浓度浓度浓度可以比较快速而灵敏地分析测定出来,其中某可以比较快速而灵敏地分析测定出来,其中某可以比较快速而灵敏地分析测定出来,其中某可以比较快速而灵敏地分析测定出来,其中某些常规检验已经能够连续监测。但大部分测定项目些常规检验已经能够连续监测。但大部分测定项目些常规检验已经能够连续监测。但大部分测定项目些常规检验已经能够连续监测。但大部分测定项目或参数还需定期采样。因而或参数还需定期采样。因而或
2、参数还需定期采样。因而或参数还需定期采样。因而只反映采样瞬时的污染只反映采样瞬时的污染只反映采样瞬时的污染只反映采样瞬时的污染物浓度(一种或一类)物浓度(一种或一类)物浓度(一种或一类)物浓度(一种或一类),不能反映多种污染物共同,不能反映多种污染物共同,不能反映多种污染物共同,不能反映多种污染物共同作用的综合结果。作用的综合结果。作用的综合结果。作用的综合结果。生物监测生物监测生物监测生物监测结果可反映污染因素对人和生物的危结果可反映污染因素对人和生物的危结果可反映污染因素对人和生物的危结果可反映污染因素对人和生物的危害及对环境的综合效应害及对环境的综合效应害及对环境的综合效应害及对环境的综
3、合效应环境监测中理化监测的不足:环境监测中理化监测的不足:环境监测中理化监测的不足:环境监测中理化监测的不足:利用生物的组分、个体、种群或群利用生物的组分、个体、种群或群落对环境污染或环境变化所产生的反应落对环境污染或环境变化所产生的反应来量度环境污染程度的方法称为生物监来量度环境污染程度的方法称为生物监测。测。生物监测方法:生物监测方法:1.生态(群落生态和个体生态生态(群落生态和个体生态 )监测)监测2.生物测试生物测试(毒性测定、致突变测定毒性测定、致突变测定)3.生物的生理、生化指标测定生物的生理、生化指标测定4.生物体内污染物残留量测定生物体内污染物残留量测定生物监测的定义和方法生物
4、监测的定义和方法n 长期性长期性 污染物的含量和其它环境条件改变的强度大污染物的含量和其它环境条件改变的强度大小,是随时间而变化的。理化监测只能代表取样小,是随时间而变化的。理化监测只能代表取样期间的概况。而生活于一定区域内的生物,能把期间的概况。而生活于一定区域内的生物,能把一定时间内环境变化情况反映出来。一定时间内环境变化情况反映出来。以上过程,只有通以上过程,只有通过生物监测手段,通过过生物监测手段,通过食物链放大了的各营养食物链放大了的各营养级进行分析,才能对水级进行分析,才能对水体进行全面评价。体进行全面评价。n富集性富集性 生物的一个重要特点是它能够通过各种方式从生物的一个重要特点
5、是它能够通过各种方式从环境中富集某些元素。如水中环境中富集某些元素。如水中DDT农药农药:水中浓度为水中浓度为0.000003mgL浮游生物(富集浮游生物(富集7.3万倍)万倍)小鱼小鱼 (富集富集14.3万倍万倍)大鱼大鱼 (富集(富集858万倍)万倍)人食用这些水中生物后富集人食用这些水中生物后富集1000万倍。万倍。n 综合性综合性 人类生产、生活所产生的污染物,成份极其人类生产、生活所产生的污染物,成份极其复杂。理化监测只能获得各种成份的类别和含量,复杂。理化监测只能获得各种成份的类别和含量,但不能确切说明对生物有机体的影响。而生物是但不能确切说明对生物有机体的影响。而生物是接受综合作
6、用,不仅仅是个别组分的影响,所以接受综合作用,不仅仅是个别组分的影响,所以生物监测能反映环境诸因子、多组分综合作用的生物监测能反映环境诸因子、多组分综合作用的结果,能阐明整个环境的情况。对符合排放标准结果,能阐明整个环境的情况。对符合排放标准的污染物,其长期影响环境的后果,更需要用生的污染物,其长期影响环境的后果,更需要用生物监测来评价。物监测来评价。生物监测的特点生物监测的特点第二节第二节 空气污染生物监测空气污染生物监测 第三节第三节 生物污染监测生物污染监测第四节第四节 生态监测生态监测第一节第一节 水环境污染生物监测水环境污染生物监测 对水环境进行生物监测的主要目的对水环境进行生物监测
7、的主要目的:了解污染对水生生物的危害状况,判别和了解污染对水生生物的危害状况,判别和测定水体污染的类型和程度,为制定控制污染测定水体污染的类型和程度,为制定控制污染措施,使水环境生态系统保持平衡提供依据。措施,使水环境生态系统保持平衡提供依据。第一节第一节 水环境污染生物监测水环境污染生物监测采样断面和采样点的布设原则采样断面和采样点的布设原则 断面要有代表性断面要有代表性断面要有代表性断面要有代表性 尽可能与化学监测断面相一致尽可能与化学监测断面相一致尽可能与化学监测断面相一致尽可能与化学监测断面相一致 考虑水环境的整体性、监测工作连续性和经济性考虑水环境的整体性、监测工作连续性和经济性考虑
8、水环境的整体性、监测工作连续性和经济性考虑水环境的整体性、监测工作连续性和经济性 河流:根据长度,至少设河流:根据长度,至少设河流:根据长度,至少设河流:根据长度,至少设上上上上(对照)、(对照)、(对照)、(对照)、中中中中(污(污(污(污染)、染)、染)、染)、下下下下游(观察)三个断面;采样点数视水面宽、游(观察)三个断面;采样点数视水面宽、游(观察)三个断面;采样点数视水面宽、游(观察)三个断面;采样点数视水面宽、水深、生物分布特点等确定。水深、生物分布特点等确定。水深、生物分布特点等确定。水深、生物分布特点等确定。湖泊(水库):入湖(库)区、中心区、出口湖泊(水库):入湖(库)区、中
9、心区、出口湖泊(水库):入湖(库)区、中心区、出口湖泊(水库):入湖(库)区、中心区、出口区、最深水区、清洁区等处设监测断面。区、最深水区、清洁区等处设监测断面。区、最深水区、清洁区等处设监测断面。区、最深水区、清洁区等处设监测断面。生物监测主要方法生物监测主要方法一、生物群落监测方法一、生物群落监测方法二、生物测试法二、生物测试法三、细菌学检验法三、细菌学检验法生物群落监测中的对象生物群落监测中的对象生物群落监测中的对象生物群落监测中的对象:水污染指示生物水污染指示生物水污染指示生物水污染指示生物(能对水体中污染物(能对水体中污染物产生各种定性、定产生各种定性、定量反应的生物)量反应的生物)
10、一、生物群落监测方法一、生物群落监测方法未受污染的环境水体中生活着多种多样的水未受污染的环境水体中生活着多种多样的水生生物,当水体受到污染后,水生生物的群落结生生物,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,使自然生态平衡系构和个体数量就会发生变化,使自然生态平衡系统被破坏,最终结果是:敏感生物消亡,抗性生统被破坏,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,这是生物群落监测物旺盛生长,群落结构单一,这是生物群落监测法的理论依据。法的理论依据。浮游生物浮游生物浮游生物浮游生物着生生物着生生物着生生物着生生物附着于长期浸没水中附着于长期浸没水中的各种基质表面上的有
11、机体群落。的各种基质表面上的有机体群落。底栖动物底栖动物底栖动物底栖动物栖息在水体底部淤泥栖息在水体底部淤泥内、石块或砾石表面及其间隙中内、石块或砾石表面及其间隙中的肉眼可见的水生无脊椎动物。的肉眼可见的水生无脊椎动物。鱼类鱼类鱼类鱼类微生物微生物微生物微生物浮游动物浮游动物浮游动物浮游动物(原生动原生动物、轮虫、枝角类和物、轮虫、枝角类和桡足类桡足类 )浮游植物浮游植物浮游植物浮游植物藻类藻类藻类藻类(一)生物指数监测法(贝克生物指数(一)生物指数监测法(贝克生物指数、贝克、贝克-津田生物指数津田生物指数、生物种类多样性指数、生物种类多样性指数、硅、硅藻生物指数藻生物指数)(二)污水生物系统
12、法(二)污水生物系统法(三)(三)PFU微型生物群落监测法(简称微型生物群落监测法(简称PFU法)法)生物群落监测方法生物群落监测方法(一)生物指数监测法(一)生物指数监测法 生物指数(生物指数(BI)=2A+B式中:A、B分别为敏感底栖动物种类数和耐污底栖动物种类数。贝克生物指数:贝克生物指数:从采样点采到的底栖大型无脊椎动物从采样点采到的底栖大型无脊椎动物 当当BI10时,为清洁水域;时,为清洁水域;BI为为16时,为中等时,为中等污染水域;污染水域;BI=0时,为严重污染水域。时,为严重污染水域。2.贝克津田生物指数:贝克津田生物指数:所有拟评价或监测的河段各种底栖大型无脊椎动物所有拟评
13、价或监测的河段各种底栖大型无脊椎动物 当当BI20,为清洁水区;,为清洁水区;10BI20,为轻度,为轻度污染水区;污染水区;6BI10,为中等污染水区;,为中等污染水区;0BI6,为严重污染水区,为严重污染水区 。1.1.贝克生物指数和贝克贝克生物指数和贝克-津田生物指数津田生物指数3.3.生物种类多样性指数生物种类多样性指数 式中:式中:种类多样性指数;种类多样性指数;N N单位面积样品中收集到的各类动物的总个数;单位面积样品中收集到的各类动物的总个数;n ni i单位面积样品中第单位面积样品中第i i种动物的个数;种动物的个数;S S收集到的动物种类数。收集到的动物种类数。动物种类越多,
14、指数越大,水质越好;反之,种类越动物种类越多,指数越大,水质越好;反之,种类越少,指数越小,水体污染越严重。威尔姆对美国十几条河少,指数越小,水体污染越严重。威尔姆对美国十几条河流进行了调查,总结出指数与水样污染程度的关系如下:流进行了调查,总结出指数与水样污染程度的关系如下:值值1.01.0:严重污染:严重污染;值值1.01.03.03.0:中等污染;:中等污染;值值3.03.0:清洁:清洁4.4.硅藻生物指数硅藻生物指数 硅藻指数硅藻指数=式中:式中:A A不耐污染藻类的种类数;不耐污染藻类的种类数;B B广谱性藻类的种类数;广谱性藻类的种类数;C C仅在污染水域才出现的藻类种类数。仅在污
15、染水域才出现的藻类种类数。硅藻指数硅藻指数0 05050为多污带;硅藻指数为多污带;硅藻指数5050100100为为-中污带;硅藻指数中污带;硅藻指数100100150150为为-中污带;硅藻中污带;硅藻指数指数150150200200为轻污带。为轻污带。(二)(二)污水生物系统法污水生物系统法 将受有机物污染的河流按照污染程度和自净过将受有机物污染的河流按照污染程度和自净过程,自上游向下游划分为四个相互连续的河段,即程,自上游向下游划分为四个相互连续的河段,即多污带段、多污带段、-中污带段、中污带段、-中污带段和寡污带段,中污带段和寡污带段,每个带都有自己的物理、化学和生物学特征。根据每个带
16、都有自己的物理、化学和生物学特征。根据这些特征进行判断。这些特征进行判断。表表6.26.2为污水系统的部分生物学、化学特征。为污水系统的部分生物学、化学特征。项目多污带-中污带-中污带寡污带化学过程还原和分解作用明显开始水和底泥里出现氧化作用氧化作用更强烈因氧化使无机化达到矿化阶段溶解氧没有或极微量少量较多很多BOD很高高较低低硫化氢的生成具有强烈的硫化氢臭味没有强烈硫化氢臭味无无水中有机物蛋白质、多肽等高分子物质大量存在高分子化合物分解产生氨基酸、氨等大部分有机物已完成无机化过程有机物全分解底泥常有黑色硫化铁存在,呈黑色硫化铁氧化成氢氧化铁,底泥不呈黑色有Fe2O3存在大部分氧化水中细菌大量
17、存在,每毫升可达100万个以上细菌较多,每毫升在10万个以上数量减少,每毫升在10万个以下数量少,每毫升在100个以下表表6.2 污水系统的部分生物学、化学特征污水系统的部分生物学、化学特征(三)(三)PFU微型生物群落监测法微型生物群落监测法 PFU法是以聚氨酯泡沫塑料块(法是以聚氨酯泡沫塑料块(PFU)作为人工)作为人工基质沉入水体中,经一定时间后,水体中大部分微型基质沉入水体中,经一定时间后,水体中大部分微型生物种类均可群集到生物种类均可群集到PFU内,达到种数平衡,通过观内,达到种数平衡,通过观察和测定该群落结构与功能的各种参数来评价水质状察和测定该群落结构与功能的各种参数来评价水质状
18、况。况。根据水环境条件确定采样时间,一般在静水中采根据水环境条件确定采样时间,一般在静水中采样约需四周,在流水中采样约需两周;采样结束后,样约需四周,在流水中采样约需两周;采样结束后,带回实验室,把带回实验室,把PFU中的水全部挤于烧杯内,用显微中的水全部挤于烧杯内,用显微镜进行微型生物种类观察和活体计数。镜进行微型生物种类观察和活体计数。利用生物受到污染物质危害或毒害后所产生的利用生物受到污染物质危害或毒害后所产生的反应或生理机能的变化,来评价水体污染状况,确反应或生理机能的变化,来评价水体污染状况,确定毒物安全浓度的方法称为生物测试法。定毒物安全浓度的方法称为生物测试法。二、生物测试法二、
19、生物测试法分分 类类 按水流方式:静水式和流水式按水流方式:静水式和流水式按按测试时间分类测试时间分类:急性试验和慢性试验:急性试验和慢性试验按按受试活体受试活体分类分类分类分类:水生生物和发光细菌等:水生生物和发光细菌等(一)水生生物毒性试验(一)水生生物毒性试验水生生物毒性试验可用:水生生物毒性试验可用:水生生物毒性试验可用:水生生物毒性试验可用:鱼类、蚤类、藻类等,鱼类、蚤类、藻类等,鱼类、蚤类、藻类等,鱼类、蚤类、藻类等,其中鱼类毒性试验应用较广泛。其中鱼类毒性试验应用较广泛。其中鱼类毒性试验应用较广泛。其中鱼类毒性试验应用较广泛。金鱼金鱼绿藻绿藻褐藻褐藻蝴蝶鱼蝴蝶鱼图图6.1 可用于
20、水生生物毒性试验的部分鱼类和藻类可用于水生生物毒性试验的部分鱼类和藻类(二)发光细菌法(二)发光细菌法发光细菌是一类能自发发光的细菌,其发光机制发光细菌是一类能自发发光的细菌,其发光机制是由于菌体内有一种荧光素酶,通过酶催化不饱和脂是由于菌体内有一种荧光素酶,通过酶催化不饱和脂肪酸反应,而向外界辐射蓝绿色的荧光,发光光谱范肪酸反应,而向外界辐射蓝绿色的荧光,发光光谱范围在围在435435630nm630nm,有单一最大发射峰,有单一最大发射峰(maxmax=475nm).=475nm).它是生物自身的正常生理代谢过程它是生物自身的正常生理代谢过程.由于发光细由于发光细菌有易培养、增殖速度快、发
21、光易受外界环境的影响菌有易培养、增殖速度快、发光易受外界环境的影响且反应迅速、灵敏等特点。近年来国内外较多地将发且反应迅速、灵敏等特点。近年来国内外较多地将发光细应用于环境监测,光细应用于环境监测,BeckmanBeckman公司依据发光细菌的公司依据发光细菌的发光原理发光原理,已推出用于环境监测的生物毒性检测仪已推出用于环境监测的生物毒性检测仪MicrotoxMicrotox。n当发光细菌与水样毒性组分接触时,可影响或干当发光细菌与水样毒性组分接触时,可影响或干扰细菌的新陈代谢,使细菌的发光强度下降或熄扰细菌的新陈代谢,使细菌的发光强度下降或熄灭。在一定毒物浓度范围内,有毒物质浓度与发灭。在
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