第四章环境质量的生物监测与生物评价
《环境生物学》课程教学大纲
《环境生物学》课程教学大纲课程中文名称（英文名称）：环境生物学（Environmental Biology）课程代码：PRN241课程类别：学科基础课程课程性质：必修课课程学时：48学时（理论32学时，实验16学时）学分：3学分适用专业：环境科学先修课程：环境学、无机化学一、课程介绍1.环境生物学是环境科学专业一门重要的必修学科基础课。
环境生物学是20世纪50年代环境问题成为全球重大问题时，生物学家在运用生命科学的理论和方法，认识环境问题实质并寻找解决环境问题途径的过程中逐渐形成的一门新兴边缘学科。
本课程系统介绍环境生物学的基本知识、主要技术和发展动态，使学生对环境生物学能有一个较完整的认识，为学习后续课程打下坚实的基础2.环境生物学属于环境科学专业学生必修的专业基础课，在专业人才培养方案和课程体系中的地位十分重要，属重点基础课，许多后续课程如环境毒理学、环境生物化学、环境生物工程、环境污染修复工程等与环境生物学密切相关。
环境生物学也是环境生态类考研科目之一，对学生的考研具有重要作用。
了解与掌握环境生物学的基本理论和方法，是环境类专业人才认识和解决环境问题所必须。
二、课程教学目的和任务通过本课程的学习，使学生对本大纲范围内的环境生物学内容有比较系统和比较全面的了解，认识环境污染物的生物效应以及环境污染的生物净化，使学生掌握环境生物学的基本知识和基础理论；培养学生具有初步的分析问题和解决问题的能力，为学好后续课程打下坚实基础。
课程应达到的基本要求为理解和掌握以下理论、方法和技术：1）环境污染物在生态系统中的行为；2）污染物对生物的影响；3）污染物的生物效应检测；4）环境质量的生物监测与生物评价；5）环境污染生物净化的原理；6）环境污染物的生物净化方法；7）现代生物技术与环境污染治理8）污染环境的生物修复三、课程学时分配、教学内容与教学基本要求四、教学方法与教学手段说明环境生物学为重点基础课，牵涉面广，学科交叉较多，内容丰富，而学时有限，因此，贯彻“少而精”的原则，精选有代表性的、有广泛应用的、最基本的、较现代化的内容作为基本要求。
《环境生物学》课程教学大纲
《环境生物学》课程教学大纲一、课程根本信息课程代码：260411课程名称：环境生物学英文名称：Environmental Biology课程类别：专业选修课学时：54学分：3.0适用对象: 环境科学专业考核方式：考试先修课程：无二、课程简介环境生物学主要探讨生物与受损环境之间的相互作用和调控机理。
环境生物学是环境科学、生态学、环境毒理学、环境化学、普通生物学等相关科学的穿插学科，它包含了污染生态学、生态毒理学等不同分支学科的内容，该学科主要研究人类活动对生态系统造成的环境污染、生态破坏对人类与生物产生的效应以与人类和生物对这种环境污染、生态破坏的产生的响应，其目的在于为维护人类生态安康，保护和改善人类生存与开展的环境，合理利用自然和自然资源提供科学根底，促进环境和生物相互关系以利于人类的生存和社会可持续开展。
三、课程性质与教学目的通过本课程的教学，帮助学生了解环境污染物在生态系统中的行为和对生物体的危害，以与生物体在净化环境污染中的作用，使学生充分理解环境污染和生物之间的相互作用，更深层次地认识到环境保护的重要性。
本课程要求学生掌握环境污染物在生物体内从吸收到排泄的整个行为过程，和环境污染对生物在各级水平上的影响，了解污染物的生物效应的检测方法。
掌握生物净化污染物的根本原理，了解生物净化的根本方法和常用的工艺。
该学科主要培养和训练学生认识生物与环境的相互关系与其根本规律，了解和掌握环境生物学的根本识；本课程要求学生应具备普通物学、生态学、环境学概论等相关专业的根底知识和理论。
通过本课程的学习，学生应掌握环境生物学的根本理论、研究方法和技术，同时拓宽学生的学术视野和知识结构，提高学生整体综合素质。
为今后进一步的学习和工作打下良好的根底。
四、教学内容与要求绪论〔2课时〕（一）目的与要求1.掌握环境生物学的概念、研究内容与任务；2.认识环境科学与环境问题，环境科学的开展历史。
3.了解环境生物学与相关学科的关系，环境生物学的开展趋势。
生态环境的监测与评价方法
生态环境的监测与评价方法在当今社会，生态环境问题越来越引起人们的重视，因为环境问题对人类的健康和生活质量都有着直接的影响。
因此，进行生态环境监测和评价是非常必要的。
本文将探讨几种常见的生态环境监测和评价方法。
一、水质监测方法水是人类生活必需品，因此水的质量显得格外重要。
水质的监测方法主要有两种：一种是现场测试，包括测量pH值、浑浊度，以及测量温度等参数；另一种是实验室测试，包括测量溶解氧、氨氮、硝酸盐等参数。
这些参数都与水的生态环境息息相关，通过检测这些参数可以了解水体的温度、酸碱度、有机物质含量等信息，从而评价水的质量。
二、空气质量监测方法空气质量对人类的健康有着至关重要的影响，因此空气质量的监测也是非常必要的。
现代化城市中，空气中的污染物会直接影响居民的生活质量。
空气质量监测方法主要有两种：一种是现场监测，包括对空气质量中的PM2.5、PM10、二氧化硫等主要污染物进行监测；另一种是通过遥感技术对空气质量进行监测。
通过这些方法的运用，可以对空气中的污染物进行及时的监测与提醒。
三、土壤质量监测方法土壤质量是决定农业生产的重要基础。
但随着化学农药、肥料等化学物质的大量使用，土壤污染问题逐渐加重。
因此，进行土壤质量监测也是非常必要的。
土壤质量监测主要分为现场检测和实验室检测。
现场检测包括对土壤的颜色、质地、含水量、PH值等参数进行测量；实验室检测包括酸碱度、盐分、微量元素、重金属等检测。
通过了解土壤的质量，可以对农业生产进行合理管理，并防止土壤污染对健康的危害。
四、生物多样性评价方法生物多样性是生态系统的重要组成部分。
评价生物多样性的方法主要有三种：第一种是通过对生态系统的生物群落的种类、数量、分布等信息进行统计来评价生物多样性；第二种是通过对一定范围内的物种进行调查，根据物种的分布情况来评价生物多样性；第三种是通过对遗传多样性进行研究，以评价生物多样性。
总之，监测和评价生态环境质量对保障人类健康和生活质量至关重要。
水体环境的生物学监测和评价方法
水体环境的生物学监测和评价方法水体环境生物学监测与评价方法
水环境的生物学监测与评价是衡量水环境生态质量的重要手段之一，也是研究生态学最常用的一种方法。
在水质管理部门，经常使用生物学监测和评价方法对水环境进行监测和评价，以了解水体环境变化，识别水体污染源及控制污染，从而保护生态环境健康。
水体环境生物学监测与评价的内容可概括为生态状况的监测和评价，两者共同构成了完整的确定水体环境状况的监测和评价模式。
在水体环境的生物学监测中，可以根据自然生态环境的特点，收集生物指标数据，如水体中的生物种类、数量、种群结构等，以及水体环境的自然修复能力等。
水体环境生物学评价则就是利用水体中生物指标数据，应用统计学、生态学和生物学等方法，从整体上评价水体环境的生态状况，并从生态环境质量与水质管理目标之间的矛盾关系，确定生态可持续发展或环境保护的可行性方案。
水体环境生物学监测与评价技术是水体环境的可持续发展的基础，其应用范围日益扩大，成为科学研究和水环境管理的必要工具。
当前，学者们已将水体环境生物学监测和评价的各种技术方法发展得更为专业化，如极端服从实验方法、生态范围评价方法或模型等，从而使相关技术进一步应用于市政环境、过程管理水平和可持续发展等领域。
此外，近些年，大学也逐渐融入了水体环境生物学监测与评价的技术，开设了相关的学科研究，如水质评价、水体污染控制、水体监测诊断、水体污染恢复等，帮助高校学生们领略水体环境保护的重要性，更加深入地探讨水体环境生物学监测与评价技术在水环境科研和管理领域的实践应用，从而更好地推进水体环境的健康发展、环境保护与可持续发展。
环境质量的生物监测与评价
发生这种变化所造成的不利效应的程度，如污染物在体 内 的代谢产物及其浓度。
•效应生物标志物可以证明化学污染物对机体的不利效应，
如乙酰胆碱酯酶抑制；此外有的既是暴露生物标志物也是
效应生物标志物，如DNA加合物
(三)生物标志物
• 2.生物标志物的特异性
（二）植物监测和评价大气污染中值得 注意的问题
•应当区分大气污染对植物的伤害与其他因 素对植物 的伤害，如冻害、病虫害、肥料 不足、农药药害 等
•判别的方法：调查污染源、观察叶片受害 症状、观 察植物受害方式，如有必要，可 分析叶片污染物 的含量
（三）大气污染的细菌总数测定
1. 测定方法
沉降平皿法 吸收管法 撞击平皿法 滤膜法
反应关系 •⑷综合分析调查及实验资料：为所造成的健康危 害或
疾病的病因提供线索或建立假说，进而查明 因果关 系
（四）环境流行病学调查
2.环境流行病学的常川H究方法生态
学研宄 现况研究 队列研究 病例一对照研究
生态学研究
•或称相关研宄，是整个流行病学调查的开 始，分析 单位是人群或某一群体而不是个 体。如伦敦烟雾 事件与伦敦居民死亡的关 系。
4.微型生物群落监测法
•微型生物是生活在水中的微小生物，包括藻类、 轮虫、线虫、甲壳类等。如果环境受到外界的严 重 干扰，群落的平衡被破坏，其结构特征也随之 变化。常用的方法是聚氨酯泡沫塑料块法，又称
PFU法。主要是通过原生动物的群集过程，群集
速度随着种类的上升而下降，群集速度与种类数 的 交叉点就是种数的平衡点，达到平衡点的时间 取决 于环境。环境污染能影响群集和平衡点，污 染严重， 毒物浓度高，则原生动物群集速度慢， 种类低；水 质好，则群集速度快，种类多。
第四章 环境质量的生物监测与评价
5.种的多样性指数 多样性指数是生物群落中种类与个体数的比值。在正常水体中群落 的结构相对稳定，水体受到污染后，群落中敏感种类减少，而耐污种 类的个体则大大增加，污染程度不同，生物群落变化也不同。常用的 多样性指数有：格利森和马格列夫多样性指数、香农-韦弗多样性指 数、辛普森多样性指数、凯恩斯连续比较指数 6.生产力 生产力是反映一个生态系统内物质循环和能量流动的一个指标。常 用的有： P/R值：根据群落的初级生产量P和呼吸量R的比率划分污染等级。 P/R 值在水质正常是一般为1左右，如偏离过大，则表明受到污染。 自养指数：用单位质量（mg/m3）的去灰分重与叶绿素的比值来表。 7.残留量指数及富集系数 用生物个体或种群的某种化合物或元素的实测残留量与环境中的本 底量的比值来表示。
二、水污染生物监测与评境条件改变时，人们就可以根据水生生物的 反应，对水体污染程度作出判断，这是水生生物监测水体污染的基础。
1.水污染的细菌学监测 （1）水污染的细菌学指标：我国现行饮用水卫生标准规定，细菌
总数1mL自来水不得超过100个，大肠菌群数每升水中不得超过3个。 （2）水样的采集与保存：供细菌学检验用的水样必须按一般无菌操 作的基本要求进行采样，并保证运送、保存过程中不受污染。
生物监测的特点和不足
特点：1）能直接反映出环境质量对生态系统的影 响；2）能综合反映环境质量状况；3）具有连续监 测的功能；4）监测灵敏度高；5）价格低廉，不需 购置昂贵的精密仪器；6）不需要繁琐的仪器保养 及维修等工作；7）可以在大面积或较长距离内密 集布点，甚至在边远地区也能布点进行监测。 不足：1）不能象理化监测那样迅速做出反应；2） 不能象仪器那样能精确地监测出环境中某些污染物 的含量，生物监测通常只是反映各监测点的相对污 染或变化水平。
环境质量的生物监测与生物评价ppt课件
3 生物监测的缺点： （1）不能迅速作出反应；
（2）不能精确地监测出环境中某些污染物的含量， 通常只是反映各监测点的相对污染或变化水平。
第二节 生物监测与评价 一、大气污染生物监测与评价
1 动物监测 2 植物监测（在大气中被广泛应用）
(一)大气污染的植物监测方法
------利用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。
⑨酸雾(硫酸、盐酸、硝酸等)：叶上出现细密、近圆形 坏死斑。
2．现场调查法 选择观察点→调查了解主要大气污染物的种类、
浓度和分布扩散规律→ 选择观察对象→根据调查目的 和人力条件确定观测时间→确定观测项目→根据调查 和资料对比分析，确定各种植物对有害气体的抗性等 级，也可把地区受害程度表示在地图上。
⑤过氧乙酰硝酸酯：可在叶片的先端、中部或基部出 现坏死带，叶片背面变为银白色、棕色、古铜色或玻 璃状。
⑥臭氧：大多为叶面散布细密点状斑，呈棕色或黄 褐色，少数为脉间块斑。
⑦二氧化氮：伤斑白色、黄褐色或棕色，叶脉间多不 规则形，有时出现全叶点状斑。
⑧氨气：伤斑与正常组织之间界线明显，症状一般出 现较早，褐色或褐黑色，大多为脉间点块状伤斑。
(1)水污染的细菌学指标：我国现行饮用水卫生标准规 定，细菌总数1 mL自来水不得超过100个；大肠菌群数 每升水中不得超过3个。 如在1 mL水中细菌总数为：
10～100个为极清洁水； 100～1 000个为清洁水； 1 000～10 000个为不太清洁水； 10 000 ～100 000个为不清洁水； >100 000个为极不清洁水。
②滤膜法：比发酵法时间短，有可能在24 h内完成。
选取孔径0．45～0．65um的微孔滤膜→抽滤，将 水中的细菌截留于滤膜上→将滤膜不截菌的一面贴附 在特定固体培养基上(如伊红美蓝培养基) →培养→初 步确定大肠菌群细菌（依据菌落特征及镜检菌体形态 ） →根据通过水量及滤膜上长出的肯定为大肠菌群的 菌落数换算出每升水样中大肠菌群数。
《环境生物学》 第4章环境污染生物监测.ppt
（三）利用微生物监测
第1节 空气污染生物监测
平皿落菌法：将营养琼脂培养基融化倒人d90mm无菌平皿中 制成平板。将它放在待测点(通常设5个测点)，打开皿盖暴 露于空气5~10min，以待空气微生物降落在平板表面上，盖 好皿盖，置于培养箱中培养1-3d后取出计菌落数，即为落 菌数。
第1节 空气污染生物监测
白杨
云杉
地衣
苔藓
白蜡树
图1 部分二氧化硫指示植物
棉花
第1节 空气污染生物监测
2. 光化学氧化物指示植物
菠菜 马铃薯
洋葱
葡萄
矮牵牛花
图2 O3的指示植物
黄瓜
3. 氟化物指示植物
第1节 空气污染生物监测
郁金香 葡萄
雪松
慈竹 金钱草
图3 氟化物的指示植物
杏树
4. 乙烯的指示植物
第1节 空气污染生物监测
第 一节 空气污染生物监测
第二节 水环境污染生物监测
第1节 空气污染生物监测
大气污染的生物监测是利用生物对大气中的污染物 的反应，监测有害气体的成分和含量，以了解大气 的环境质量水平。
利用植物监测 利用动物监测 利用微生物监测
第1节 空气污染生物监测
（一）植物监测—依据/原因
植物能以庞大的叶面积与空气接触，进行 活跃的气体交换; 植物缺乏动物的循环系统来缓冲外界的影 响; 植物固定生长的特点使其无法避开污染物 的伤害。
图5 对SO2敏感的动物
家禽
第1节 空气污染生物监测
二、利用动物种群数量的变化
大型哺乳动物、鸟类、昆虫等迁移
受不了啦，快跑吧！
图6 大型哺乳动物、鸟类不堪忍受空气污染而迁往别处
第1节 空气污染生物监测
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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。
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
植物名称 悬铃木、加拿大白杨
受 害情况 80％或全部叶片受害，甚至脱落
桧柏、丝瓜
叶片有明显大块伤斑，部分植物枯死
向日葵、葱、玉米、菊花、牵 牛花
月季、蔷薇、枸杞、香椿、乌 桕
50％左右叶面积受害，叶脉间有点、块状伤 斑
80％左右叶面积受害，叶片有轻度点、块状 伤斑
葡萄、金银花、构树、马齿苋 10％左右叶面积受害，叶片有轻度点状伤斑
广玉兰、大叶黄杨、腊梅 肉眼观察无明显症状
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3～10 ppm。
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。
HF
叶尖和叶缘出现灼伤、退绿，伤区与健康组织区别明 显
Cl2 叶脉间变白，叶尖和叶缘出现灼伤及落叶 酸雾 叶上出现细密、近圆形坏死斑
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
– 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。
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：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）
– 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 – 栽培比较试验法 – 人工熏气法
e、常见大气污染指示植物
1、指ห้องสมุดไป่ตู้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
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
g、几种大气污染物对植物的危害症状
污染物
危害症状
O3
叶面出现白色或褐色不规则斑点或呈条斑分布，叶尖 端变成褐色或坏死
PAN 叶子下表面变光滑或呈银白色或青铜色
NO2 脉间组织和靠近叶缘边出现不规则的白色或褐色溃伤 伤斑多分布于脉间，与健康组织区别明显，阔叶植物
SO2 脉间出现不规则坏死斑，单子叶植物平行脉间出现斑 点或条状坏死区
3、植物群落监测法：以群落结构变化为 依据
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
㈠、植物监测方法：利用植物对大气污染的 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。
• 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供依据。
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。