生物监测

奚旦立《环境监测》生物监测章节。包括生物污染检测、水环境污染生物监测、空气污染生物监测、生态监测、土壤生物监测几个方面的内容介绍。

生物监测

• 水环境污染生物监测
  • 监测目的
    • 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
    • 为制定控制污染措施提供依据
  • 监测原则
    • 断面要有代表性
    • 尽量与化学监测断面相一致
    • 考虑水环境整体性
  • 监测方法
    • 污水生物系统法
      • 四带污染物的化学过程、物质组成、种群组成（细菌、原生动物、藻类、后生动物的变化）
    • 生物群落监测方法
      • 生物指数监测法（贝克-田津指数、香农指数）
      • 污水生物系统法
      • PFU 微型生物群落监测法
    • 生物测试法
      • 水生生物毒性实验（被试鱼的准备、驯化、浓度设置、毒性判断方法）
      • 发光细菌法（原理、细菌准备、HgCl2对照）
      • 致突变和致癌物监测：微核试验、Ames实验
    • 叶绿素a的测定：原理、分光光度法、荧光光谱法
    • 微囊藻毒素的测定：类型、毒性、检测方法及其优缺点
    • 细菌学监测
      • 水样采集、细菌总数测定、总大肠菌群的测定、其他粪便污染指示菌的测定
• 空气污染生物监测
  • 植物监测
    • 指示植物
      • 二氧化硫指示植物
        • 堇菜、白杨、云杉、地衣、苔藓、白蜡树、棉花
        • 失去光泽→暗绿色水渍状斑点，叶面微渗水起皱 → 灰绿色斑，失水干枯，坏死斑
      • 光化学氧化剂指示植物
        • 马铃薯、洋葱、葡萄、菠菜、矮牵牛花、黄瓜
        • 均匀细点斑，棕或褐色 → 连片 连片 块斑，褪色、黄褐色或灰白色
      • 氟化物指示植物
        • 唐菖蒲、郁金香、雪松、慈竹、金钱草、葡萄
        • 子主题
          • 被伤害组织和正常组织之间的区带呈现明显的褐色特征。叶尖和叶边缘(尤其是前叶边缘)最先受害，变成灰白色或褐色。在叶脉间也形成类似二氧化硫伤害所出现的斑点
      • 氮氧化物指示植物
        • 烟草、番茄、秋海棠、向日葵、菠菜
        • 叶片出现密集的深绿色斑痕，变成淡黄色或青铜色，损伤部位主要出现在较大的叶脉之间。
      • 持久性有机污染物指示植物
        • 地衣、苔藓以及某些植物的叶
    • 监测方法
      • 栽培指示植物监测法
      • 植物群落监测法
  • 动物监测
    • 监测方法
      • 利用动物个体的异常反应
      • 用动物种群数量的变化
  • 微生物监测
    • 微生物与气溶胶、颗粒物 等媒体一起散布并污染环境
    • 室内空气质量与空气中微生物数量密切相关
• 土壤生物监测
  • 常见的土壤污染：重金属（镉、铜、锌、铅）、石油类、农药和病原微生物
  • 植物监测
    • 根据植物形态异常变化
    • 根据植物生态习性
    • 例如：铜污染——大小蕨；锌污染——细小康穗、狐茅、紫堇等； 砷污染—— 地衣； 酸性土壤—— 芒萁骨、铺地蜈蚣 ；碱性土壤——碱蓬、剪刀股。
  • 动物监测
    • 主要反应：动物群落结构、生态分布、种类和数量会发生改变
    • 指示动物：蚯蚓、原生动物、土壤线虫、土壤甲螨
      • 蚯蚓：调查污染区土壤中蚯蚓种群数量和群落结构→得到总丰度、种类丰度、多样性指数等参数→评价土壤污染情况
      • 线虫：形态特殊、食物专一、分离鉴定简单对环境污染物的胁迫能做出迅速的反应
      • 甲螨：不同形态的数量增减来指示污染类型。例如：全大翼甲螨↑、单翼甲螨↓ →土壤汞、镉污染
    • 动物吸收
      • 一般通过呼吸道、消化道、皮肤等途径
      • 分布规律：1、溶解性一价离子在体内均匀分布; 2、镧、锑、钍等三价或四价等易水解金属阳离子，水解形成胶体，累积于肝或网状内皮系统; 3、二价阳离子与骨骼亲和性较强，铅、钙、钡等； 4、脂溶性污染物质易在脂肪累积； 5、特殊亲和性，碘-甲状腺，汞、铀—肾。
  • 微生物监测
    • 主要反应：土壤污染后，微生物群落结构及其功能就会改变，通过测定污染物进入土壤前后的微生物种类、数量、生长状况及生理生化变化
    • 指示微生物：大肠菌群
    • 真菌和放线菌：有机物组成和pH
    • 腐生菌：表征有机物净化过程中，非芽孢菌/芽孢菌比例先↑后↓
    • 嗜热菌：土壤牲畜粪便污染的表征
• 生态监测
  • 定义：运用可比的方法，在时间或空间上对一定区域范围内的生态系统或生态组合体的类型、结构和功能及其组成要素进行系统的测定和观察的过程
  • 特点：一般是动态的连续观察、测试的过程，周期长
    • 综合性 —— 多学科
    • 长期性 —— 影响缓慢
    • 复杂性 —— 空间异质性、干扰复杂性、及自然反馈
    • 分散性 —— 监测时、空分散性
  • 目的：1、了解所研究地区生态系统的现状及其变化； 2、根据现状及变化趋势，为评价已开发项目对生态环境的影响和计划开发项目可能的影响提供科学依据； 3、提供地球资源状况及其可利用数量
  • 原理：生物与环境之间相互依存、相互影响、协同进化。生态学上个体、种群、群落和生态系统各组织层次的生物变化可以作为环境改变的指示和象征。
  • 生态监测类型
    • 宏观生态监测
      • 监测区域范围内具有特殊意义的生态系统的分布及面积的动态变化
    • 微观生态监测
      • 对一个或几个生态系统内各生态因子进行的生物、物理和化学的监测
        • 干扰性生态监测
        • 污染性生态监测
        • 治理性生态监测
  • 生态监测指标选择
    • 自然指标：自然景观、自然状况、自然因素
    • 人为指标：人文景观、人为因素
    • 一般性监测指标：重点生态监测指标、常规生态监测指标
    • 应急监测指标：自然力和人为因素造成的紧急生态问题监测
  • 生态监测方法：地面监测、空中监测和卫星监测相互配合才能获得完整的资料。
    • 地面监测
      • 降雨量、土壤湿度、小型动物、动物残余物（粪便、尿和残余食物）等
    • 空中监测
    • 卫星监测
      • 覆盖面宽，可以获得人工难以到达的高山、丛林资料
• 生物污染监测
  • 应用各种检测手段测定生物体内的有害物质，以便及时掌握被污染的程度
  • 监测步骤
    • 污染物的测定——理化手段←预处理←生物样品制备←生物样品的采集
    • 植物样品的采集和制备
      • 要求：具有代表性、典型性和适时性
      • 布点方法：常采用梅花形布点法或交叉间隔布点法
      • 采样方法：在样方内选择优势种的植物分别采集根、茎、叶
      • 干样制备、鲜样制备：植物样品的制备
    • 动物样品的采集和制备
      • 动物的尿液、血液、唾液、胃液、乳液、粪便、毛发、指甲、骨骼和组织等均可作为检验样品
  • 生物样品的预处理
    • 消解和灰化
      • 湿法消解
        • 湿式消解法是依靠氧化剂的氧化能力来分解样品
      • 灰化法
        • 靠升高温度或增强氧的氧化能力来分解样品有机质
    • 提取、分离和浓缩
      • 提取方法：振荡浸取法、组织捣碎提取法、脂肪提取器提取、直接球磨提取法
      • 分离方法：液-液萃取法、蒸馏法、层析法、磺化法和皂化法、气提法和液上空间法、低温冷冻法
    • 浓缩方法
      • 蒸馏法、K-D浓缩器、蒸发法、真空冷冻干燥法等
  • 污染物的测定
    • 测定重金属：分光光度法、 原子吸收光谱
    • 测定有机物：荧光光度法、气相色谱法或高效液相色谐法，质谱法或气一质联用法
    • 放射分析法：了解污染物在生物体内的代谢途径和降解过程，用放射性同位素进行示踪模拟试验
    • 联用技术： GC - MS 、 GC - FTIR 、 LC - MS 等。组分复杂的样品同时得到分离和鉴定，并可进行定量测定。灵敏、快速、可靠，系统分析。