环境污染生物监测市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.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伎俩对污染物各种仪器和化学分析伎俩对污染物各种仪器和化学分析伎俩对污染物各种仪器和化学分析伎俩对污染物种类和浓种类和浓种类和浓种类和浓度度度度能够比较快速而灵敏地分析测定出来,其中一些能够比较快速而灵敏地分析测定出来,其中一些能够比较快速而灵敏地分析测定出来,其中一些能够比较快速而灵敏地分析测定出来,其中一些常规检验已经能够连续监测。但大部分测定项目或常规检验已经能够连续监测。但大部分测定项目或常规检验已经能够连续监测。但大部分测定项目或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时采样。因而参数还需定时采样。因而参数还
2、需定时采样。因而参数还需定时采样。因而只反应采样瞬时污染物浓只反应采样瞬时污染物浓只反应采样瞬时污染物浓只反应采样瞬时污染物浓度(一个或一类)度(一个或一类)度(一个或一类)度(一个或一类),不能反应各种污染物共同作用,不能反应各种污染物共同作用,不能反应各种污染物共同作用,不能反应各种污染物共同作用综合结果。综合结果。综合结果。综合结果。生物监测生物监测生物监测生物监测结果可反应污染原因对人和生物危害结果可反应污染原因对人和生物危害结果可反应污染原因对人和生物危害结果可反应污染原因对人和生物危害及对环境综合效应及对环境综合效应及对环境综合效应及对环境综合效应环境监测中理化监测不足:环境监测中
3、理化监测不足:环境监测中理化监测不足:环境监测中理化监测不足:第1页利用生物组分、个体、种群或群落利用生物组分、个体、种群或群落对环境污染或环境改变所产生反应来量对环境污染或环境改变所产生反应来量度环境污染程度方法称为生物监测。度环境污染程度方法称为生物监测。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.生物生理、生化指标测定生物生理、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定义和方法生物监测定义和方法第2页n n 长久性长久性长久性长久性 污染物
4、含量和其它环境条件改变强度大小,污染物含量和其它环境条件改变强度大小,污染物含量和其它环境条件改变强度大小,污染物含量和其它环境条件改变强度大小,是随时间而改变。理化监测只能代表取样期间概是随时间而改变。理化监测只能代表取样期间概是随时间而改变。理化监测只能代表取样期间概是随时间而改变。理化监测只能代表取样期间概况。而生活于一定区域内生物,能把一定时间内况。而生活于一定区域内生物,能把一定时间内况。而生活于一定区域内生物,能把一定时间内况。而生活于一定区域内生物,能把一定时间内环境改变情况反应出来。环境改变情况反应出来。环境改变情况反应出来。环境改变情况反应出来。以上过程,只有经以上过程,只有
5、经过生物监测伎俩,经过过生物监测伎俩,经过食物链放大了各营养级食物链放大了各营养级进行分析,才能对水体进行分析,才能对水体进行全方面评价。进行全方面评价。n n富集性富集性富集性富集性 生物一个主要特点是它能够经过各种方式从环生物一个主要特点是它能够经过各种方式从环生物一个主要特点是它能够经过各种方式从环生物一个主要特点是它能够经过各种方式从环境中富集一些元素。如水中境中富集一些元素。如水中境中富集一些元素。如水中境中富集一些元素。如水中DDTDDT农药农药农药农药:水中浓度为水中浓度为水中浓度为水中浓度为0.000003mg0.000003mgL L浮游生物(富集浮游生物(富集浮游生物(富集
6、浮游生物(富集7.37.3万倍)万倍)万倍)万倍)小鱼小鱼小鱼小鱼 (富集富集富集富集14.314.3万倍万倍万倍万倍)大鱼大鱼大鱼大鱼 (富集(富集(富集(富集858858万倍)万倍)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人食用这些水中生物后富集人食用这些水中生物后富集10001000万倍。万倍。万倍。万倍。n n 综合性综合性综合性综合性 人类生产、生活所产生污染物,成份极其复人类生产、生活所产生污染物,成份极其复人类生产、生活所产生污染物,成份极其复人类生产、生活所产生污染物,成份极其复杂。理化监测只能取得各种成份类别和含量,但杂。理化监测只能取得各种成份类别和含量
7、,但杂。理化监测只能取得各种成份类别和含量,但杂。理化监测只能取得各种成份类别和含量,但不能确切说明对生物有机体影响。而生物是接收不能确切说明对生物有机体影响。而生物是接收不能确切说明对生物有机体影响。而生物是接收不能确切说明对生物有机体影响。而生物是接收综合作用,不但仅是个别组分影响,所以生物监综合作用,不但仅是个别组分影响,所以生物监综合作用,不但仅是个别组分影响,所以生物监综合作用,不但仅是个别组分影响,所以生物监测能反应环境诸因子、多组分综合作用结果,能测能反应环境诸因子、多组分综合作用结果,能测能反应环境诸因子、多组分综合作用结果,能测能反应环境诸因子、多组分综合作用结果,能说明整个
8、环境情况。对符合排放标准污染物,其说明整个环境情况。对符合排放标准污染物,其说明整个环境情况。对符合排放标准污染物,其说明整个环境情况。对符合排放标准污染物,其长久影响环境后果,更需要用生物监测来评价。长久影响环境后果,更需要用生物监测来评价。长久影响环境后果,更需要用生物监测来评价。长久影响环境后果,更需要用生物监测来评价。生物监测特点生物监测特点第3页第二节第二节 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 第4页对水环境进行生物监测主要目标对水环境进行生物监测主要目标:了解污染对
9、水生生物危害情况,判别和测了解污染对水生生物危害情况,判别和测定水体污染类型和程度,为制订控制污染办法,定水体污染类型和程度,为制订控制污染办法,使水环境生态系统保持平衡提供依据。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第5页采样断面和采样点布设标准采样断面和采样点布设标准 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 考虑水环境整体性、监测工作连续性和经济性考虑水环境整体性、监测工作连续性和经济性考虑水环境整体性、监测工作连续性和经
10、济性考虑水环境整体性、监测工作连续性和经济性 河流:依据长度,最少设河流:依据长度,最少设河流:依据长度,最少设河流:依据长度,最少设上上上上(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、中心区、出口湖泊(水库):入湖(库)区
11、、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。第6页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、细菌学检验法第7页生物群落监测中对象生物群落监测中对象生物群落监测中对象生物群落监测中对象: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、定量反应生物)量反应生物)一、生物群落监测方法一、生物群落监测
12、方法未受污染环境水体中生活着各种多样水生生未受污染环境水体中生活着各种多样水生生物,当水体受到污染后,水生生物群落结构和个物,当水体受到污染后,水生生物群落结构和个体数量就会发生改变,使自然生态平衡系统被破体数量就会发生改变,使自然生态平衡系统被破坏,最终止果是:敏感生物消亡,抗性生物旺盛坏,最终止果是:敏感生物消亡,抗性生物旺盛生长,群落结构单一,这是生物群落监测法理论生长,群落结构单一,这是生物群落监测法理论依据。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久浸没水中附着于长久浸没水中各种基质表面上有机体群落。各种基质表面上有机体群落。底栖动物底栖动物底栖
13、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肉眼可见水生无脊椎动物。肉眼可见水生无脊椎动物。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第8页(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、硅藻生物指数硅藻生物指数)(二)污水生物系统法(二)污水生物系统法(三)(三)PFU微型生物群落监测法(简称
14、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第9页(一)生物指数监测法(一)生物指数监测法 生物指数(生物指数(生物指数(生物指数(BIBI)=2=2A A+B B式中:式中:A A、B B分别为敏感底栖动物种类数和耐污底栖动物分别为敏感底栖动物种类数和耐污底栖动物种类数。种类数。贝克生物指数:贝克生物指数:贝克生物指数:贝克生物指数:从采样点采到底栖大型无脊椎动物从采样点采到底栖大型无脊椎动物从采样点采到底栖大型无脊椎动物从采样点采到底栖大型无脊椎动物 当当当当BIBI1010时,为清洁水域;时,为清洁水域;时,为清洁水域;时,为清洁水域;BIBI为为为为1616时
15、,为中等时,为中等时,为中等时,为中等污染水域;污染水域;污染水域;污染水域;BI=0BI=0时,为严重污染水域。时,为严重污染水域。时,为严重污染水域。时,为严重污染水域。2.2.贝克津田生物指数:贝克津田生物指数:贝克津田生物指数:贝克津田生物指数:全部拟评价或监测河段各种底栖大型无脊椎动物全部拟评价或监测河段各种底栖大型无脊椎动物全部拟评价或监测河段各种底栖大型无脊椎动物全部拟评价或监测河段各种底栖大型无脊椎动物 当当当当BI20BI20,为清洁水区;,为清洁水区;,为清洁水区;,为清洁水区;1010BIBI2020,为轻度,为轻度,为轻度,为轻度污染水区;污染水区;污染水区;污染水区;
16、6 6BI10BI10,为中等污染水区;,为中等污染水区;,为中等污染水区;,为中等污染水区;0 0BI6BI6,为严重污染水区,为严重污染水区,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第10页3.3.生物种类多样性指数生物种类多样性指数 式中:式中:式中:式中:种类多样性指数;种类多样性指数;种类多样性指数;种类多样性指数;N N N N单位面积样品中搜集到各类动物总个数;单位面积样品中搜集到各类动物总个数;单位面积样品中搜集到各类动物总个数;单位面积样品中搜集到各类动物总个数;n n n ni i i i单位面积样品中第单位面
17、积样品中第单位面积样品中第单位面积样品中第i i i i种动物个数;种动物个数;种动物个数;种动物个数;S S S S搜集到动物种类数。搜集到动物种类数。搜集到动物种类数。搜集到动物种类数。动物种类越多,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,种类越动物种类越多,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
18、水样污染程度关系以下:流进行了调查,总结出指数与水样污染程度关系以下:流进行了调查,总结出指数与水样污染程度关系以下:流进行了调查,总结出指数与水样污染程度关系以下:值值值值1.01.01.01.0:严重污染:严重污染:严重污染:严重污染;值值值值1.01.01.01.03.03.03.03.0:中等污染;:中等污染;:中等污染;:中等污染;值值值值3.03.03.03.0:清洁:清洁:清洁:清洁第11页4.4.硅藻生物指数硅藻生物指数 硅藻指数硅藻指数硅藻指数硅藻指数=式中:式中:式中:式中:A A A A不耐污染藻类种类数;不耐污染藻类种类数;不耐污染藻类种类数;不耐污染藻类种类数;B B
19、 B B广谱性藻类种类数;广谱性藻类种类数;广谱性藻类种类数;广谱性藻类种类数;C C C C仅在污染水域才出现藻类种类数。仅在污染水域才出现藻类种类数。仅在污染水域才出现藻类种类数。仅在污染水域才出现藻类种类数。硅藻指数硅藻指数硅藻指数硅藻指数0 0 0 050505050为多污带;硅藻指数为多污带;硅藻指数为多污带;硅藻指数为多污带;硅藻指数50505050100100100100为为为为-中污带;硅藻指数中污带;硅藻指数中污带;硅藻指数中污带;硅藻指数100100100100150150150150为为为为-中污带;硅藻中污带;硅藻中污带;硅藻中污带;硅藻指数指数指数指数15015015
20、0150200200200200为轻污带。为轻污带。为轻污带。为轻污带。第12页(二)污水生物系统法(二)污水生物系统法 将受有机物污染河流按照污染程度和自净过程,将受有机物污染河流按照污染程度和自净过程,将受有机物污染河流按照污染程度和自净过程,将受有机物污染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河段,即多污带自上游向下游划分为四个相互连续河段,即多污带自上游向下游划分为四个相互连续河段,即多污带自上游向下游划分为四个相互连续河段,即多污带段、段、段、段、-中污带段、中污带段、中污带段、中污带段、-中污带段和寡污带段,每个中污带段和寡污带段,每个中污带段和寡污带段,每个中
21、污带段和寡污带段,每个带都有自己物理、化学和生物学特征。依据这些特带都有自己物理、化学和生物学特征。依据这些特带都有自己物理、化学和生物学特征。依据这些特带都有自己物理、化学和生物学特征。依据这些特征进行判断。征进行判断。征进行判断。征进行判断。表表表表6.26.26.26.2为污水系统部分生物学、化学特征。为污水系统部分生物学、化学特征。为污水系统部分生物学、化学特征。为污水系统部分生物学、化学特征。第13页项目项目多污带多污带-中污带中污带-中污带中污带寡污带寡污带化学化学过程过程n n还原和分还原和分解作用显解作用显著开始著开始水和底泥里出现氧化水和底泥里出现氧化作用作用氧化作用更氧化作
22、用更强烈强烈n n因氧化因氧化使无机使无机化抵达化抵达矿化阶矿化阶段段溶解氧溶解氧没有或极微量没有或极微量n n少许少许较多较多很多很多BODBOD很高很高高高较低较低低低n n硫硫化化氢氢生生成成n n含有强烈含有强烈硫化氢臭硫化氢臭味味没有强烈硫化氢臭味没有强烈硫化氢臭味无无无无水中水中有机物有机物蛋白质、多肽等高蛋白质、多肽等高分子物质大量存在分子物质大量存在高分子化合物分解产高分子化合物分解产生氨基酸、氨等生氨基酸、氨等大部分有机大部分有机物已完成无物已完成无机化过程机化过程有机物全分解有机物全分解底泥底泥常有黑色硫化铁存常有黑色硫化铁存在,呈黑色在,呈黑色硫化铁氧化成氢氧化硫化铁氧化
23、成氢氧化铁,底泥不呈黑色铁,底泥不呈黑色有有FeFe2 2O O3 3存在存在大部分氧化大部分氧化水中水中细菌细菌大量存在,每毫升大量存在,每毫升可达可达100100万个以上万个以上细菌较多,每毫升在细菌较多,每毫升在1010万个以上万个以上n n数量数量降低,降低,每毫每毫升在升在1010万万个以个以下下数量少,每毫数量少,每毫升在升在100100个以下个以下表表6.2 污水系统部分生物学、化学特征污水系统部分生物学、化学特征第14页(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
24、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,到达种数平衡,经过观内,到达种数平衡,经过观察和测定该群落结构与功效各种参数来评价水质情况。察和测定该群落结构与功效各种参数来评价水质情况。依据水环境条件确定采样时间,普通在静水中采依据水环境条件确定采样时间,普通在静水中采样约需四面,在流水中采样约需两周;采样结束后,样约需四面,在流水中采样约需两周;采样结束后,带回试验室,把带回试验室,把PFU中水全部挤于烧杯内,用显微镜中水全部挤于烧杯内,用显微镜进行微型生物种类观察和活体计数。进行微型生物种类观察和活体计数。第15页利用生物
25、受到污染物质危害或毒害后所产生反利用生物受到污染物质危害或毒害后所产生反利用生物受到污染物质危害或毒害后所产生反利用生物受到污染物质危害或毒害后所产生反应或生理机能改变,来评价水体污染情况,确定毒应或生理机能改变,来评价水体污染情况,确定毒应或生理机能改变,来评价水体污染情况,确定毒应或生理机能改变,来评价水体污染情况,确定毒物安全浓度方法称为生物测试法。物安全浓度方法称为生物测试法。物安全浓度方法称为生物测试法。物安全浓度方法称为生物测试法。二、生物测试法二、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
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