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。
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。
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
环境生物学重点
环境生物学重点绪论1.环境的概念以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的基本条件的综合体，包括自然环境和社会环境。
2.环境问题包括哪两大类、酸雨的定义、生物多样性的层次两类环境问题：环境污染和生态破坏定义：pH＜5.7①遗传多样性②物种多样性③生态系统多样性④景观多样性3.环境生物学的概念环境生物学是研究生物与受人类干扰的环境之间相互作用规律及其机理的科学，是环境科学与生物学的相互融合、相互渗透所形成的交叉学科（教材）。
其他定义环境生物学是研究生物与人为受损环境之间的相互关系的学科（段昌群）。
环境生物学是研究生物系统与人为逆境相互关系的科学（熊冶廷）。
4.环境生物技术是利用生物体、生物体的代谢反应过程和生物合成产物对污染或被破坏的环境进行治理和修复以及监测和评价的一种单一的或复合的工艺技术系统。
包括污染物生物控制、消除技术和环境生物监测、评价技术5.环境生物学和分支学科的相关性第一章环境污染物在生态系统中的行为1、环境污染及类型大气污染、水体污染和土壤污染大气污染物种类气体污染如CO2、NO x、碳氢化合物、HF、H2S、SO2、CO等。
颗粒物污染烟灰、烟尘、光化学烟雾微生物悬浮气溶胶污染水污染水污染的类型需氧有机物质污染氮磷化合物污染有毒重金属和难降解化合物的污染石油类污染病原微生物污染热污染盐污染土壤污染环境污染的类型按污染物的性质：生物污染、化学污染和物理污染。
⏹按污染物的形态：废气污染、废水污染、固体废弃物污染、噪声污染和辐射污染。
⏹按污染物的产生原因：生活污染和生产污染（如工业农业和交通）。
⏹按污染的涉及范围：全球性污染、区域性污染和局部污染2、污染物、优先污染物、污染源污染物：指进入环境以后使环境的正常组成结构、状态和性质发生变化、直接或间接有害于人类生存和发展的物质。
优先污染物：由于有毒物质品种繁多，不可能对每一种污染物都制定控制标准，因而提出在众多污染物中筛选出潜在危险大的作为优先研究和控制的对象，称之为优先污染物或优先控制污染物。
环境科学导论第4章生态学在环境保护中的作用
3、为环境标准的制定提供依据 4、人工生态系统及其在污染防治研究中 的应用（如曝气池中指示生物）
生物监测的定义
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，从生物学的角度，为环境 质量的监测和评价提供依据，称为生物监测 。
一个直径近两米的排 污管，正在向渭河排 放咸阳的城市污水
三、解决近代城市中的环境问题 1、编制生态规划（环境规划） ——是指在编制国家或地区的发展规划时，不
是单纯考虑经济因素，还有考虑地球物理因素、 生态因素和社会因素。（各类规划必须进行环 境影响评价）
2、进行城市生态系统的研究 ——利用生态学原则和系统论的方法来研究，
土地处理系统有五种类型
慢速渗滤系统 快速渗滤系统
地表漫流系统
湿地处理系统 地下渗滤处理系统
慢速渗滤系统 适用于渗水性良好的土壤、砂质土壤及蒸发量 小、气候润湿的地区。废水经喷灌或面灌后垂直向 下缓慢渗滤，土地净化田上种作物，这些作物可吸 收污水中的水分和营养成分，负荷一般较低，渗滤 速度慢，故污水净化效率高，出水水质优良。
二、充分利用生态系统的调节能力 ——如大气污染物的高烟囱排放、水体自净、土地处
理系统（污水灌溉）等。
土地处理系统——城市污水资源化 利用土地以及其中的微生物和植物根系对污染 物的净化能力来处理已经过预处理的污水或废水， 同时利用其中的水分和肥力促进农作物、牧草或树 木生长的工程设施。
组成： 由废水的预处理设施、贮水湖、灌溉系统、地下排水 系统等部分组成。
地下渗滤处理系统 地下渗滤处理系统是将污水投配到距地面约 0.5m深，有良好渗透性的地层中，藉毛管浸润和土 壤渗透作用，使污水向四周扩散，通过过滤、沉淀、 吸附和生物降解作用等过程使污水得到净化. 地下渗滤系统适用于无法接人城市排水管网的 小水量污水处理，如分散的居民点住宅、度假村、 疗养院等。
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环境质量调查、监测及评价
环境质量调查 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。
环境质量调控与预测
环境质量调控
对环境未来趋势所做的推断，是环境科 学的重要做成部分，是制定环境法规， 对环境进行科学管理，以及规划区域行 人后、资源、生产布局的重要的基础依 据。
思考：与理化监测相比，生物监测有何优 缺点？
监测灵敏度高，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
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
生物监测包括水、土壤和大气污染监测 三大部分，就是定期二系统的利用生物 对环境的反应信息来确定包括水、气和 土壤环境在内的环境质量。生物监测至 少应具备两个重要条件：
叶脉间变白，叶尖和叶缘出现灼伤及落叶 叶上出现细密、近圆形坏死斑
2. 现场调查法
调查原有植物的生长发育状况、初步查明大气污 染与植物生长之间的相互关系。具体方法： 选择观察点 调查主要污染物的种类、浓度和分布扩散规律 选择观察对象 观察时间：调查目的和人力条件而定 确定观察项目 对比分析
麦
指示天气
燕子低飞预示雨将来临，蜻蜓高
飞预示天晴
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 注：指示生物只在一定的时空范围内起作用：安 徽的海州香薷只在安徽指示铜矿，在北方则无此 作用。
微核技术的应用
污染量指数法
大气污染的综合生态指标法
指示生物
指示生物的概念：
指对环境中某些物质（包括污染物）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。
包括大气污染指示生物和水体污染指示生 物。
指示生物的种类
例如：
指示节气
枣花发，种棉花；杏花开，快种
指示植物的选择方法
现场比较评比法
栽培比较试验法
人工熏气法
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。
几种大气污染物对植物的危害症状
污染物 危 害 症 状
第四章 环境质量的生物监测与生物评价
本章将讨论以下内容：
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
环境质量 生物监测
环境质量定义
环境质量（Environmental Quality ）： 指环境素质的优劣程度。 优劣是质的概念，程度是量的表征。
作为指示生物的各种生物所占的百分数
30
各类生物所占百分数
25 20 15 10 5 0 鱼类 大型无脊椎动物 原生动物 大型水生植物 藻类 细菌
生物类型
作为指示生物的各种生物所占的百分数
1. 指示植物监测法
指示植物
利用某些植物对某些有害气体的特殊敏感
性，可以监测大气中该气体的浓度，这种
植物就称为该大气污染物的指示植物。
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，具有客观性。
环境质量标准（Environmental
Quality Standard）
是国家权力机构以前者为依据，考虑社会
、经济、技术等因素，经过综合分析后， 对环境中的有害因素在限定的时空范围内 容许阈值所作的强制性法规，体现国家环 境保护政策和要求，具有一定的主观性。
O3
PAN NO2 SO2 HF Cl2 酸雾
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 叶子下表面变光滑或呈银白色或青铜色 脉间组织和靠近叶缘边出现不规则的白色或褐色溃伤 伤斑多分布于叶脉间，与健康组织区别明显，阔叶植 物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 叶尖和叶缘出现灼伤、退绿，伤区与健康组织区别明 显
对比性，有已建立的标准可供对照； 重复性，在一定观测点上每隔一定时 间采样分析。
第二节 生物监测与评价
大气污染生物监测与评价 水污染生物监测与评价
大气污染的生物监测与评价
大气污染的植物监测有以下几种方法：
指示植物法 现场调查法 植物群落调查法
现场盆栽定点监测法
地衣、苔藓监测法
环境质量基本内涵
环境质量指自然环境质量和社会环境质量两个
方面，包括物理的、化学的和生物的质量、又
可以分为大气环境质量、水环境质量、土壤环
境质量、生物环境质量。
环境质量基准（Environmental Quality Criteria）
指环境因素在一定条件下作用于特定对象（人 或生物）而不产生不良或有害效应的最大阈值 。也就是说环境质量基准是保障人类生存活动 及维持生态平衡的基本水准。它是由污染物同
指示植物监测法
指示植物应具备的条件
对污染物反应敏感；
受污染后的反应症状明显，且干扰症状少；
生长期长，能不断萌发新叶；
栽培管理和繁殖容易；
观赏和经济价值
指示植物监测法
常见大气污染指示植物
二氧化硫污染指示植物：如地衣、苔藓、
芝麻、向日葵、落叶松、加拿大白杨等
氟化物污染指示植物：如郁金香、杏、葡 萄、梅、雪松等 二氧化氮污染指示植物：向日葵、番茄、 秋海棠、烟草等
3. 植物群落监测法
植物群落监测法
环境质量预测
广义：调节控制污染物浓度不超出允许 的容纳量； 狭义：采取人工手段，是环境要素变化 不超过或能够达到一定标准。
生物监测（Biomonitoring）
生物监测
生物监测是利用生物个体、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监测和 评价提供依据。