環(huán)境污染生物監(jiān)測(cè)

生物監(jiān)測(cè)法：受到污染的生物，在生態(tài)、生理和生化指標(biāo)以及污染物在體內(nèi)的行為等方面會(huì)發(fā)生變化，出現(xiàn)不同的癥狀或反應(yīng)，利用這些變化來(lái)反映和度量環(huán)境污染程度的方法稱為生物監(jiān)測(cè)法。通過(guò)生物（動(dòng)、植物及微生物）在環(huán)境中的分布、生長(zhǎng)、發(fā)育狀況及生理生化指標(biāo)和生態(tài)系統(tǒng)的變化情況來(lái)研究環(huán)境污染情況，測(cè)定污染物毒性的監(jiān)測(cè)方法。

生物監(jiān)測(cè)的方法：

1、生態(tài)監(jiān)測(cè)（生物群落生態(tài)和個(gè)體生態(tài)）；

2、生物監(jiān)測(cè)（毒性測(cè)定、致突變測(cè)定等）；

3、生物的生理、生化指標(biāo)測(cè)定；

4、生物體內(nèi)污染物殘留量的測(cè)定等。優(yōu)點(diǎn)：

1、更能確切反映污染因子對(duì)人和生物危害及環(huán)境污染綜合影響。

2、環(huán)境污染物比較低的情況下，可以利用有些生物對(duì)特定污染物很敏感，危害人體之前進(jìn)行“早期診斷”。局限性：

不能象理化監(jiān)測(cè)那樣獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

對(duì)污染因子的敏感性隨生活在污染環(huán)境中時(shí)間增長(zhǎng)而降低，專一性差。要全面、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量，必須使理化監(jiān)測(cè)和生物監(jiān)測(cè)結(jié)合起來(lái)，生物監(jiān)測(cè)作為理化監(jiān)測(cè)補(bǔ)充，用理化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)說(shuō)明生物反應(yīng)現(xiàn)象。含義：能夠?qū)Νh(huán)境中污染物作出定性、定量反應(yīng)的生物。

1、敏感生物：環(huán)境中污染物濃度含量很低時(shí)（甚至低至化學(xué)方法測(cè)不出來(lái)），指示生物就表現(xiàn)出某些靈敏的反應(yīng).

根據(jù)癥狀及反應(yīng)程度進(jìn)行定性、定量分析。如：牽?；▽?duì)光化學(xué)煙霧很敏感。

2、耐性(抗性）生物：這類生物在不良的環(huán)境中卻表現(xiàn)出良好的生長(zhǎng)勢(shì)。也就是說(shuō)污染了的環(huán)境反而促進(jìn)了這類生物的生長(zhǎng)。

如：水體富營(yíng)養(yǎng)化，藍(lán)藻大量出現(xiàn)。

指示生物

水環(huán)境污染生物監(jiān)測(cè)一、水環(huán)境污染生物監(jiān)測(cè)目的和監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

水環(huán)境中存在著大量的水生生物群落，各類水生生物之間及水生生物與其賴以生存的環(huán)境之間存在著互相依存又互相制約的密切關(guān)系。當(dāng)水體受到污染而使水環(huán)境條件改變時(shí)，各種不同的水生生物由于對(duì)環(huán)境的要求和適應(yīng)能力不同而產(chǎn)生不同的反應(yīng)，因此可用水生生物來(lái)了解和判斷水體污染的類型、程度，為制定控制污染措施提供依據(jù)。

用水生生物來(lái)監(jiān)測(cè)研究水體污染狀況的方法較多，如生物群落法、生產(chǎn)力測(cè)定法、殘毒測(cè)定法、急性毒性試驗(yàn)、細(xì)菌學(xué)檢驗(yàn)等。

二、生物群落監(jiān)測(cè)方法

未污染的環(huán)境水體中生物群落種類多、生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定，當(dāng)水體受到污染后，水生生物的群落結(jié)構(gòu)和個(gè)體數(shù)量就會(huì)發(fā)生變化，使自然生態(tài)平衡受到破壞，最終結(jié)果是敏感生物消亡，抗性生物旺盛生長(zhǎng)，群落結(jié)構(gòu)單一。

水生指示生物

水污染指示生物主要有：浮游生物、著生生物、底棲動(dòng)物、魚類和微生物等。

利用它們的群落結(jié)構(gòu)、種類和數(shù)量的變化能反映水質(zhì)狀況。

浮游生物：是指浮游在水體中的生物，可分為浮游動(dòng)物和浮游植物兩大類，其特點(diǎn)是個(gè)體小、游泳能力差，是水生食物鏈的基礎(chǔ)，對(duì)環(huán)境變化反應(yīng)敏感。浮游動(dòng)物：原生動(dòng)物、輪蟲、枝角類、橈足類等。浮游植物：藻類（以單細(xì)胞、群體或絲狀體的形式存在）。

著生生物：是指附著在長(zhǎng)期浸沒(méi)于水中的各種基質(zhì)（植物、動(dòng)物、石頭、人工）表面上的有機(jī)體群落。包括許多生物類別，如：細(xì)菌、真菌、藻類、原生動(dòng)物、輪蟲、甲殼動(dòng)物、線蟲、寡毛蟲類、軟體動(dòng)物、昆蟲幼蟲、魚卵和幼魚等。

底棲動(dòng)物（亦稱底棲大型無(wú)脊椎動(dòng)物）

是指棲息在水體底部淤泥內(nèi)、石塊或礫石表面的間隙中，以及附著在水生植物之間的肉眼可見的水生無(wú)脊椎動(dòng)物，體長(zhǎng)超過(guò)2mm。

包括：水生昆蟲、大型甲殼蟲類、軟體動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物、圓形動(dòng)物、扁型動(dòng)物等。其特點(diǎn)是移動(dòng)能力差、故在比較穩(wěn)定的水體環(huán)境中，種類比較多，每個(gè)種的數(shù)量適當(dāng)，群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，當(dāng)水體受到污染后，其群落結(jié)構(gòu)便發(fā)生變化，污染較重時(shí)，多數(shù)敏感種和好氧種逐漸消失，而耐污染種成為優(yōu)勢(shì)種。

魚類：代表最高營(yíng)養(yǎng)水平凡。凡能影響浮游生物和大型無(wú)脊椎動(dòng)物的水質(zhì)因素，也能改變魚類的種群。某些污染物對(duì)低等生物可能不會(huì)引起明顯變化，但對(duì)魚類影響明顯。魚類能夠全面反映水體的總體水平。

微生物：微生物對(duì)水體有機(jī)污染非常敏感，清潔水體中微生物的數(shù)量較少，有機(jī)污染物濃度增加，微生物的數(shù)量會(huì)成倍增加。

生物指數(shù)是指運(yùn)用數(shù)學(xué)公式計(jì)算出的反應(yīng)生物種群或群落結(jié)構(gòu)的變化，以評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量的數(shù)值。

1、貝克生物指數(shù)

由貝克于1955年首次提出：將從采樣點(diǎn)采到的底棲大型無(wú)脊椎動(dòng)物分成兩類，一類是不耐有機(jī)污染物的敏感種，另一類為耐有機(jī)污染物的耐污種，通過(guò)公式進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。

生物指數(shù)（BI）＝2A+BA－敏感底棲動(dòng)物種類數(shù)

B－耐污底棲動(dòng)物種類數(shù)

（一）生物指數(shù)監(jiān)測(cè)法

計(jì)算數(shù)值與水質(zhì)的關(guān)系為：

BI>10清潔水

BI＝1～6中等污染水

BI＝0嚴(yán)重污染水域

2、貝克－津田生物指數(shù)

1974年，日本津田松苗在貝克的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的用生物多樣性評(píng)價(jià)水質(zhì)的方法，其方法是將評(píng)價(jià)區(qū)或評(píng)價(jià)河段的所有底棲大型無(wú)脊椎動(dòng)物盡量采到，再用貝克公式進(jìn)行計(jì)算，所得數(shù)值與水質(zhì)的關(guān)系為：

BI≥20清潔水

BI＝10～20輕度污染水

BI＝6～10中等污染水

BI＝0～6嚴(yán)重污染水域3、生物種類多樣性指數(shù)

由馬格利夫、沙農(nóng)、威爾姆等人提出。該指數(shù)的特點(diǎn)是能夠定量反映群落中生物的種類、數(shù)量及種類組成比例變化的信息。

式中：d－種類多樣性指數(shù)；

N－單位面積樣品中收集到的各類動(dòng)物的總個(gè)數(shù)；

ni

－單位面積樣品中第i種動(dòng)物的個(gè)數(shù)；

S－收集到的動(dòng)物種類數(shù)。

d值越大，水質(zhì)越好d>3.0清潔水

d＝1.0～3.0中等污染水

d<1.0嚴(yán)重污染水域

4、硅藻生物指數(shù)利用水中浮游藻類不同種類的相對(duì)多少來(lái)評(píng)價(jià)水質(zhì)的好壞，如硅藻指數(shù)。

A－不耐污染的藻類的種類數(shù)；

B－光譜性藻類的種類數(shù)；

C－僅在污染水域中才出現(xiàn)的藻類種類數(shù)硅藻指數(shù)在0～50為多污帶，50～150為中污帶，150～200為輕污帶。

（二）污水生物系統(tǒng)法

污水生物系統(tǒng)是由德國(guó)學(xué)者于20世紀(jì)初提出的，其原理基于將受有機(jī)污染的河流按照污染程度和自凈過(guò)程，自上而下劃分為相互連續(xù)的河段，分別稱為多污帶段、α-中污帶段、β-中污帶段和寡污帶段，根據(jù)每個(gè)帶的物理、化學(xué)和生物學(xué)特征，

對(duì)水體水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

津田生物系統(tǒng)表：見下表。特點(diǎn)：將物理、化學(xué)特性與生物學(xué)特性結(jié)合起來(lái)，綜合評(píng)價(jià)水體水質(zhì)狀況。污水系統(tǒng)生物學(xué)、化學(xué)特征（三）PFU微型生物群落監(jiān)測(cè)法（聚氨酯泡沫塑料）微型生物群落是指水生態(tài)系統(tǒng)中在顯微鏡下才能看到的微小生物，包括細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物和小型后生動(dòng)物等。它們彼此間有復(fù)雜的相互作用，在一定的生境中構(gòu)成特定的群落，當(dāng)水體環(huán)境受到污染后，群落的平衡被破壞，種類減少，多樣性指數(shù)下降，結(jié)構(gòu)和功能參數(shù)發(fā)生變化。將PFU塑料塊作為人工基質(zhì)放入水體，經(jīng)一定時(shí)間后，水體中大部分微型生物均可群集到PFU內(nèi)，達(dá)到種數(shù)平衡，通過(guò)觀察和測(cè)定PFU內(nèi)的生物群落結(jié)構(gòu)和功能參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)水質(zhì)狀況。

三、生物測(cè)試法

利用生物受到污染物毒害后所發(fā)生的反應(yīng)或生理機(jī)能的變化，來(lái)評(píng)價(jià)水體的污染狀況，確定毒物安全濃度的方法稱為生物測(cè)試法。將受試生物放入試驗(yàn)水體中，測(cè)試污染物濃度與生物中毒反應(yīng)之間的關(guān)系，從而確定污染物的毒性。有靜水生物測(cè)試和流水生物測(cè)試兩種；測(cè)試時(shí)間有短期（4天）的急性試驗(yàn)和長(zhǎng)期（數(shù)月或數(shù)年）的慢性試驗(yàn)；測(cè)試工作可以在實(shí)驗(yàn)室、也可以在野外污染水體中進(jìn)行。

（一）、水生生物毒性試驗(yàn)

受試水生生物主要有魚類、溞類、藻類等。

魚類對(duì)水環(huán)境的變化反應(yīng)十分靈敏，當(dāng)水體中的污染物達(dá)到一定濃度時(shí)，就會(huì)引起中毒反應(yīng)，如行為異常、生理功能紊亂、組織細(xì)胞病變，甚至死亡。魚類毒性試驗(yàn)的主要目的是尋找某種毒物對(duì)魚類的半致死濃度與安全濃度，為制定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和排放標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。測(cè)試方法：魚類的選用和馴化、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)時(shí)間連續(xù)4天（96h），毒性判定：半致死量判斷指標(biāo)(LD50)：

毒物的最高允許濃度：常用半數(shù)忍受限度（TLm），即半數(shù)存活濃度作為毒物的毒性濃度。

毒物的安全濃度：應(yīng)用TLm計(jì)算毒物的安全濃度。慢性試驗(yàn)：在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的低毒物濃度、長(zhǎng)時(shí)間的毒性試驗(yàn)，以觀察毒物與生物反應(yīng)之間的關(guān)系，驗(yàn)證急性毒性試驗(yàn)結(jié)果，估算安全濃度或最大容許濃度。

利用污染物對(duì)革蘭氏陰性兼性厭氧微生物所發(fā)射出的藍(lán)綠光強(qiáng)度的影響，來(lái)判斷水質(zhì)受污染的情況。發(fā)光細(xì)菌是一種非致病性的普通細(xì)菌，具有發(fā)光能力，正常條件下，經(jīng)培養(yǎng)后能發(fā)出肉眼可見綠色光，波長(zhǎng)490nm。凡是干擾或損害細(xì)菌呼吸或生理過(guò)程的任何因素都能使細(xì)菌的發(fā)光強(qiáng)度立即發(fā)生改變，并隨毒物濃度增加，發(fā)光強(qiáng)度減弱。這一特性可用于污水和地面水中污染物毒性測(cè)定，具有較高靈敏度和重現(xiàn)性，特別是測(cè)定綜合毒性。如重金屬、CN－、農(nóng)藥、酚類化合物、抗生素等對(duì)其發(fā)光過(guò)程具有毒害作用。

（二）、發(fā)光細(xì)菌法1、新鮮發(fā)光細(xì)菌培養(yǎng)物測(cè)定法發(fā)光細(xì)菌液體發(fā)光培養(yǎng)基中培養(yǎng)（至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期），稀釋至適當(dāng)菌濃度后，加入測(cè)試管中，再加入試液，作用10-20min后，讀出并記錄對(duì)照管和樣品管發(fā)光強(qiáng)度變化數(shù)據(jù)。

2、發(fā)光細(xì)菌與海藻混合測(cè)定法利用有毒物質(zhì)對(duì)發(fā)光細(xì)菌沒(méi)有直接毒害作用，而對(duì)藻類有毒害作用的特點(diǎn)，把培養(yǎng)好的發(fā)光細(xì)菌懸浮液和培養(yǎng)好的藻類懸浮液混合后加入測(cè)試管，光照一段時(shí)間后再測(cè)定發(fā)光強(qiáng)度的變化。因?yàn)槎疚锏淖饔檬乖孱惙叛跄芰ο陆?，發(fā)光細(xì)菌發(fā)光能力也下降。

測(cè)定方法：3、冷凍干燥發(fā)光細(xì)菌制劑測(cè)定法將已培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的發(fā)光細(xì)菌制成干燥粉劑，在冰箱中冷藏，使用時(shí)取出，加入緩沖液保溫平衡10-15min，恢復(fù)到干燥前的生理狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)。

（三）、其他方法用生物監(jiān)測(cè)水體污染程度和毒性的方法還有水生植物生產(chǎn)力的測(cè)定、生物體內(nèi)殘毒的測(cè)定、致突變?cè)囼?yàn)等。

1、水生植物生產(chǎn)力測(cè)定（初級(jí)生產(chǎn)力測(cè)定）：

通過(guò)測(cè)定水生植物中葉綠素含量、光合作用能力等指標(biāo)來(lái)反應(yīng)水體的污染狀況。例如：通過(guò)測(cè)定水體中浮游植物的葉綠素a和光合作用能力，可以判斷水體的污染程度。

①、綠素a的測(cè)定：一般浮游藻類中葉綠素a大約占有機(jī)物干重的1-2%，是估算藻類生物量的一個(gè)良好指標(biāo)。

②

、黑白瓶測(cè)氧法：浮游植物、附表植物等通過(guò)光合作用將CO2合成有機(jī)物，同時(shí)釋放出氧氣，當(dāng)水體被污染時(shí)，這種能力發(fā)生變化。測(cè)定方法：每個(gè)采樣點(diǎn)，同時(shí)在三只瓶中（白瓶、黑瓶、原始瓶）充滿水樣，對(duì)原始瓶立即進(jìn)行DO固定和測(cè)定；另外兩個(gè)瓶懸掛在采樣點(diǎn)處曝光24h后立即固定DO進(jìn)行測(cè)定。總生產(chǎn)力(mg/L.d)=DO白-DO黑凈生產(chǎn)力(mg/L.d)=DO白-DO原始測(cè)定宜在晴天進(jìn)行，同時(shí)記錄當(dāng)天水溫、水深、透明度等。生產(chǎn)力測(cè)定常常反映湖泊、水庫(kù)等的富營(yíng)養(yǎng)化狀況。2、致突變、致癌物質(zhì)檢測(cè)：致突變和致癌物質(zhì)也稱誘變劑，其測(cè)定方法有：

微核測(cè)定艾姆斯（Ames）試驗(yàn)染色體畸變?cè)囼?yàn)

四、細(xì)菌學(xué)檢驗(yàn)法

通過(guò)檢驗(yàn)水中的細(xì)菌總數(shù)、總大腸菌群、糞大腸菌群、糞鏈球菌、沙門氏菌（腸道病菌）等，來(lái)間接判斷水的衛(wèi)生學(xué)質(zhì)量。

（一）、水樣采集

采樣瓶、采樣器必須嚴(yán)格按照無(wú)菌操作要求進(jìn)行；防止在運(yùn)送過(guò)程中被污染，并應(yīng)迅速進(jìn)行檢驗(yàn)。一般從采樣到檢驗(yàn)不宜超過(guò)2h；在10℃以下冷藏保存不得超過(guò)6h。

（二）、細(xì)菌總數(shù)的測(cè)定

細(xì)菌總數(shù)是指1mL水樣在營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基中，于37℃

經(jīng)24h培養(yǎng)后，所生長(zhǎng)的細(xì)菌菌落的總數(shù)。操作步驟：

1、培養(yǎng)皿、移液管及蒸餾水等滅菌；

2、瓊脂培養(yǎng)基的配制；

3、倒皿：將1mL水樣或稀釋后的水樣注入培養(yǎng)皿中，倒入15mL左右的瓊脂培養(yǎng)基，搖勻后置于37℃

恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24h。

4、計(jì)數(shù)：用肉眼或借助放大鏡對(duì)培養(yǎng)皿中的菌落計(jì)數(shù)。（三）、總大腸菌群的測(cè)定

大腸菌群在水體中容易存活，且對(duì)氯具有很強(qiáng)的抵抗能力，可作為水體糞便污染的指示菌。