1、第五章 污染生态诊断与监测分析,第一节污染生态诊断,一、生态系统污染诊断的目的和意义 生态系统污染诊断是污染生态学的一项重要的基础性工作，也是研究的前沿领域。国外从 20 世纪 60 年代开始研究水生生态系统污染诊断工作， 70 年代以来发展十分迅速，成为污染生态学研究工作的一个重要研究方向。我国于 70 年代初期开始这项研究工作，迄今已作出不少成绩。，生态系统污染诊断是生态系统质量评价的基础和生态系统恢复预测的依据。,生态系统污染诊断的目的：,l ）通过生态系统质量诊断，了解区域生态系统质量状况及其各个时期的变化规律，为控制生态系统污染和治理重点污染源提出要求；2 ）通过生态系统质量诊断，为
2、制定生态规划、城市生态建设规划方案提供依据；3 ）通过生态系统质量诊断，为制定区域环境污染物排放标准、环境标准和环境法规等提供依据； 4 ）生态系统质量诊断是环境管理工作的重要手段之一，为搞好环境管理提供依据。,二、污染生态诊断原理,1生态系统污染 生态环境问题的实质应该说是生态系统的污染。而生态系统的污染则是指人为排放的有害（污染）物质，破坏了生态系统的平衡，改变了原来生态系统的正常结构和功能，恶化工农业生产和人类生活的空间。污染物质又沿着食物链转移、富集而后进人人体，危害人类健康。,（ 1 ）污染产生的原因,污染物质是指对自然生态系统和人类健康有毒害作用的物质 。,（2）污染物的时间分布,
3、在研究生态系统污染时，需要了解污染物的排放量和污染因素的强度随时间变化的规律。一些工厂排放污染物的种类和浓度往往是随时间而变化的，如河流由于季节的变化而有丰水期和枯水期以及潮汛的变化，都使污染物浓度随时间而变化；大气污染随着气象条件的变化，往往会造成同一污染物对同一地点在不同时间内所造成的地面污染浓度相差数倍至数十倍；交通噪声的强度也是由于车辆流量的变化而随时间的变化而变化。,（ 3 ）污染物的空间分布,污染物排放到生态系统后，随着水源和空气运动而被扩散稀释。不同污染物的稳定胜和扩散速度与污染物性质有关。因此，不同地理位置上污染物的浓度分布是不相同的。例如，一个烟囱（点源）排放的污染物在不同距
4、离和高度的分布，是受气象条件和环境条件影响的。,（ 4 ）与污染物含量的关系,有害物质引起毒害作用的量及其无害的自然本底值之间存在个界限，放射性和噪声的强度也有同样清况。所以，污染因素对生态系统的危害有一阈值，对阈值的研究是判断生态系统污染及污染程度的重要依据，也是制定生态系统污染标准的科学依据,2 生态系统污染衡量标准,（ 1 ）环境背景值 环境背景值是指环境要素在未受污染的倩况下，环境本身所固有的元素含量，以及环境中能量分布的正常值。可作为诊断生态系统污染程度的参照值。 如果化学元素含量超过厂环境背景值和能量分布异常，表明生态系统可能受到了污染。,土壤背景值是在不受或少受人类活动影响和现代
5、工业污染与破坏的情况下，土壤原来固有的化学组成和结构特征。但由于人类活动和现代工业发展的影响，加上土壤本身所具有的多样性和不均匀性等所固有的特征，因而土壤元素的背景值是统计性的，它是一个范围值，而不是一个确定值。 植物的背景值是指在良好的环境条件下生长于具有背景值的土壤中某一植物的可食部分的化学组成和营养特征，这里所指的良好环境条件包括正常情况下的水、肥、气候等诸因素。,（ 2 ）环境质量标准,环境质量标准是国家为保护人群健康和生存环境，对环境要素中有害物容许含量所作的规定，体现了国家的环境保护政策和要求以及经济和技术发展的水平。环境质量一般分为水质标准、大气质量标准、土壤质量标准和生物质量标
6、准。,制定环境质量标准的主要科学依据是环境质量基准。环境质量基准和环境质量标准是两个不同的概念，前者是由化学物暴露对象之间的剂量一效应关系确定的，不考虑社会、经济、技术等人为因素，不具有法律效力；而后者是以前者为依据，并考虑社会、经济和技术因素，经过综合分析而制定的，由国家管理机关颁布，具有法律的效力。,（ 3 ）环境容量,环境容量是以生态系统为基础，在一定区域与一定期限内，遵循环境质量标准，既保证农产品生物学质量，同时也不使环境遭致污染时，环境所能容纳污染物的最大负荷量。环境容量是对污染物进行急量控制与环境管理的重要手段，它对损害或破坏环境质量的人类活动，施加数量上的限制，以求人的活动符合自
7、然规律，从而进一步要求污染物的排放，必须限制在允许限度内，既能发挥土壤的净化功能，又保证该系统处于良性循环状态。,目前，环境容量的理论研究工作大体上处于由定性描述逐步向定量化方向发展的阶段。目前，环境容量的理论研究工作大体上处于由定性描述逐步向定量化方向发展的阶段。 从理论上讲，环境容量 M 由两个部分组成，即： M = K + R 其中， K 为基本环境容量（也有人称为 K 容量或稀释容量） ；R 为变动环境容量（也有人称为 R 容量或自净容量）。前者主要表征的是自然环境的特性，后者主要表征的是污染物质的特性。所以，环境容量是自然环境的基本属性之一，由自然环境特性和污染物质特性所共同确定的。
8、,（ 4 ）临界浓度,临界浓度是指环境中某种污染物对人或其他生物不产生不良或有害影响的最大剂量或浓度。它反映环境介质中的污染物作用于研究对象，在不同浓度或剂量下引起危害作用的种类和程度。 按作用对象的不同可分为卫生临界浓度（对人群健康的影响）、生态临界浓度（对动植物及生态系统的影响）和物理临界浓度（对材料、能见度、气候等的影响）。生态系统中污染物临界浓度确定有多种方法，归结起来，主要有生态地球化学法和生态环境效应法。,1 ）生态地球化学法：,主要是应用统计学方法，根据环境中元素地球化学含量状况、分布特征来推测环境中临界浓度的方法。例如，以各土壤中某元素的自然含量或背景值来表示，一般的作法是背景
9、值算术平均值十 2 倍（或 3 倍）标准差或几何均值乘以几何标准差。小于此值是无污染土壤，大于此值是污染土壤。 例如，英国环境部暂定的园艺土壤中铅的最大允许浓度 500 mg/kg，是根据表层含铅平均值 75 mg 今 g 和标准差 388 mg / kg 制定的。欧共体推荐的铅临界值是根据英国表土铅的几何均值制定的。,2 ）生态环境效应法：,对于土壤临界浓度的确定，主要有以下几种类型： 建立土壤植物（动物）一人系统，应用食品卫生标准推算土壤中有害物质的浓度，作为临界浓度； 将作物产量减少 10 的土壤有害物质浓度，作为临界浓度； 对地面水、地下水不产生次生污染时的土壤有害物质浓度，作为临界浓
10、度； 当土壤微生物减少或土壤微生物活性降低到一定数量时，土壤中有害物质浓度即为临界浓度。,前苏联一些专家（ 1982 ）在论述土壤污染物的临界浓度制定时，提出了 20 多个土壤微生物活性和生化过程指标，其中主要有呼吸作用、固氮作用、蔗糖酶、蛋白酶、纤维素酶、硝化作用、大肠杆菌、微生物区系（包括最敏感的类型、腐生细菌）等。在上述指标中，固氮作用、酶活性和呼吸作用是最敏感的指标。这些指标当土壤中的重金属含量超过背景值仅百万分之几时，就开始表现出抑制作用。土壤真菌对重金属污染也是高度敏感，其数量在污染土壤中剧增。而其他微生物种类的数量，则相应减少。,前苏联专家还进一步提出，以上述指标确定土壤重金属临
11、界含量的具体界限：一种以上的生物化学指标在 7 天以上出现25 的变化或者微生物计数指标在 7 天出现 50 的变化。另外， B B Uvbnh 在谈及土壤重金属临界浓度时指出，微生物（或群）的数量减少或活性降低大约 10 -15可以作为制定标准的极限，超过则会引起土壤正常功能的毒害。,（5 ）污染的严重程度,在生态系统污染评价中，目前国内外尚无统一的评价标准，以往绝大多数的国内外文献报道，均用背景值加二倍或三倍标准差作为污染标准。这种污染评价方法虽然能机械的、数学的描述某地区的某元素的富集或流失的程度，但没有与元素的毒理学联系起来，也没有与元素的生态环境效应联系起来。而且，由于其得出的指数不
12、具有等价的属性，还难于进行不同元素间污染程度的对比。,为此，在土壤一植物系统污染生态评价中，采用了既考虑污染物的毒理学性质和生态效应，又考虑污染物的环境效应的某区域土缝的临界浓度作为评价标准。生态系统污染评价的方法采用指数评价法，评价模式为：P = C / Cs 其中， C 土壤中污染物的实测浓度( mg/kg ) ; Cs -土壤中污染物的临界浓度 (mg/kg) ； P - 土壤中污染物的污染指数。根据土壤中污染物的污染指数的大小，一般将污染的严重程度分级分为 7 个级别,也有学者将土壤污染的严重程度概括为四个污染等级区。例如一些研究依据土壤和稻米的镉污染指数将土壤镉污染的严重程度分为背景
13、区、安全区、警戒区、污染超载区和严重污染区等5个污染等级区。,三、污染生态诊断方法,1 敏感植物指示法 （ l ）症状法 植物受到污染影响后，常常会在植物形态上，尤其是叶片上出现肉眼可见的伤害症状，即可见症状。不同的污染物质和浓度所产生的症状及程度各不相同根据敏感植物在不同环境下叶片的受害症状、程度、颜色变化和受害面积等指标，来指示生态系统的污染程度，以诊断主要污染物的种类和范围。,余叔文等（1981）编写出版的 大气污染伤害植物症状图谱 具有重要的实用价值。植物症状指标还可以反映生态系统污染的程度，给出相对的定量关系。例如，在污染物浓度与植物伤害程度分级的基础上，根据植物伤害程度和面积来确定
14、污染物的浓度性围。 Minning 等曾利用菜豆监测 O3 ，并制定了评价表（表 4 一 5 ) ，值得借鉴。,（2 ）生长量法,利用植物在污染生态区和清洁区生长量的差异来诊断和评价生态系统污染状况。一般影响指数越大，说明生态系统污染越严重。 IA =W0/ Wm 式中， IA 影响指数； Wo 清洁区（即对照区）植物生长量；Wm 诊断区 即污染区）植物生长量。,（ 3 ）清洁度指标法,是指利用敏感植物种类、数量和分布的变化，来指示大气环境的污染状况。通常指数越大，说明空气质量越好。以地衣生态调查为例，可用下式求得各监测点大气清洁度指数(IAP)IA P 大气清洁度； n 地衣种类数； Q 种
15、的生态指数（即平均数） f一种的优势度（即目测盖度及频度的综合）。,（4 ）种子发芽和根伸长的毒性试验,本方法可用于测定受试物对陆生植物种子萌发和根部伸长的抑制作用，以诊断受试物对陆生植物胚胎发育的影响。l ）原理：种子在含一定浓度受试物的基质中发芽，当对照组种子发芽率在 65 以上，根长达2cm 时，试验结束，测定不同处理浓度种子的发芽率和根伸长抑制率,2 ）仪器和试验材料：培养容器为直径 20 cm 的硬质玻璃培养皿；受控环境生长箱或种子发芽试验器。试验材料可选用小麦、水稻、玉米、大白菜、西红柿、黄瓜、大豆、莴苣和棉花等。 3 ）操作步骤： 浓度范围选择：本试验为正式试验选择浓度范围。在
16、20cm 直径的玻璃培养皿中，加人 1 cm 厚度的冲洗干净、干燥的石英砂，或 50g 干净土壤，以作为种子发芽和根伸长的基质。在种子置于培养皿前，制备受试液。其浓度以几何级数配制，如 0.01 、 0 . 1 、 1 . 0 、 10 . 0 、 100 . 0 和 1000 . 0 mg/l。最低浓度应设置在分析方法的检测限内，水溶性受试物的上限浓度，应是饱和浓度。如果受试物不溶于水，则可用丙酮、乙醇等有机溶剂作载体。把新配制的受试液加人土壤中，混合均匀，将实验用的植物种子置于其中。放置种子时，应保持种子胚根末端和生长方向呈一直线，盖好玻璃培养皿，置人恒温培养箱中培养，温度控制在 25 士
17、 1 。每一处理，至少有15粒种子。当对照种子发芽率达到 65 以上，根的长度达 2 cm ，试验即可结束。,正式试验：其目的在于建立受试物对植物种子影响的浓度一效应曲线，确定种子发芽率和根根长的 EC10和 EC50 。每一植物种子试验，至少应有 6 个不同的处理浓度。浓度以几何级数选择。选择的浓度应在种子发芽率和根伸长的 EC10 和 Ec50的范围内。每一处理浓度应设 3 次以上重复，每一重复至少有 15 粒种子。发芽试验期间温度控制在 25 士1 ，保持黑暗。对照组种子发芽率达到 65 以上，根的长度达 2 Cm ，试验即可结束。测定各处理浓度发芽和根伸长长度的平均植。若得不出发芽率和
18、根伸长的 EC10和 EC50，应重新进行试验。在试验开始和结束时测定各处理和对照的浓度和pH值。,4 ）计算：试验终止时测定各处理和对照的根伸长长度和发芽数。伸长的测量应从下胚轴与根之间的过度点开始。计算发芽率和根长的平均值、标准差，对浓度反应曲线进行拟合优度的测定，计算种子发芽率和根伸长的 EC10和 EC50。,5 ）注意事：项本测试适用于水溶性化学物质；如果受试物不溶于水，可用水溶性有机溶剂，如丙酮、乙醇、丙醇等作载体，获得实验要求的浓度。选择有机溶剂的原则是，最高用量对植物无毒作用；少量有机溶剂能溶解或悬浮受试物；对受试化学物的毒性无协同或拮抗作用；载体在实验溶液中的浓度不超过 0.
19、 l ml/L。 发芽是指胚重新开始活跃生长。种子初生根的长度达 0 . 5 cm 作为发芽的标准 每次试验，都应设置对照，水溶性受试物，用无离子水作对照。若需要使用有机溶剂作载体，尚需设置溶剂对照。对照的试验条件、程序和方法，与处理组相同。 种子应大小一致，饱满度、等级相同。试验植物种子含水量低于 10 % ，在 5 条件下保存。所有试验用的玻璃器皿和基质应清洁，无污染。试验中不准使用塑料培养皿口对照种子发芽率应大于 65 。ECx 系指染毒种子发芽率或根伸长的长度与对照种子相比下降 X 时，受试物的浓度。,（5）陆生植物的生长试验,本测试可用于诊断受试物对陆生植物毒性、生态效应，估计受试物
20、对植物生长及生产力的影响。 1 ）原理：植物幼苗生长在一定浓度的受试物环境中，时间以 14 天为宜，用生长指标和中毒症状与对照的相应参数加以比较。2 ）材料与仪器：主要仪器和设备：温室或受控环境生长箱；同一种植物应使用体积相同、形状一致的聚乙烯或瓷盆钵。 植物材料：小麦、水稻、玉米、大白菜、西红柿、黄瓜、大豆、莴苣和棉花等。,3 ）操作步骤：,浓度范围选择试验：受试液制备同前根伸长试验。把新配制的受试液加人土壤中，混合均匀，将试验植物种子 20 粒，直接播种在盆内支持介质中，出苗后间苗，每盆保留 10 株生长整齐一致的幼苗。试验从处理开始至结束，共 14 天。试验了束，调查测定各处理植物的生长
21、参数，以生长参数下降程度评价受试物的影响。可根书受试物对种子发芽、根伸长的影响，确定正式试验的浓度范围。,正式试验：,除对照外，至少设 5 个不同的处理浓度，对每一种试验植物，选择的浓度范围，应在 EC10和 E C50值之间。试验植物种子采用直播方式，出苗率达 50 以上就可间苗，每盆保留 10 株生长整齐一致的幼苗。每一处理浓度设置 3 个平行样，试验共 14 天。试验结束时测量植株、根和地上部的长度，鲜重和干重。测定植株干重时，首先将植株材料放置在 105 -110 下烘 15 min ，以快速杀死细胞，再在 70 烘至恒重 ( 4 - 6h ) ，在干燥器内冷却至室温后称重。,4 ）计
22、算：统计植物全株、根和地上部分的长度、鲜重与干重平均值、标准差，对各处理和对照作图给出浓度一反应曲线，并进行拟合优度的测定，计算 EC10和 EC50。5 ）注意事项：在同一种植物幼苗毒性试验中，应采用体积相等，形状相同的盆栽容器。栽培植物的支持介质可以使用石英砂、玻璃球或土壤，禁止使用珍珠岩、蛭石。栽培植物的盆钵、支持介质、营养液贮存器和试验过程中所用的设备、容器都应清洁干净、以防污染。试验期间的环境条件应保持在：CO2, 350 士 50 g/l；光周期期间的相对湿度， 70 士 5 % ，暗周期期间的相对湿度， 90 士 5 % ；光照强度 4 000 lx ；昼/夜温差控制， 25/2
23、0 士 3 。,（6 ）生活力指标法,此方法是利用植物在生态系统中生长发育所受到的影响来诊断生态系统的污染状况。通常是先确定调查点，再确定调查树种，然后确定植物生活力指标调查项目并分级定出诊断标准。实地调查时，在每个调查点上选定几株样树，然后对每株样树进行评定，将各项目的评价值加起来除以调查项目，就可以得到影响指数。指数越大生态系统污染愈严重。日本曾用这种方法评价了一些城市空气污染程度。,2 敏感动物指示法,(1)蚯蚓指示法 选用蚯蚓进行筛选试验是为了诊断污染生态系统中化学物质对土壤中动物的急性伤害。 l ）原理：将蚯蚓置于含不同浓度受试物的土壤中，饲养 7 天和 14 天，评价其死亡率。应包
24、括使生物无死亡发生和全部死亡的两组浓度。,2 ）材料与仪器：试验生物：推荐的蛆叫品种是赤子爱胜（Eisenia toefida）。尽管赤子爱胜蛆躬不是典型的土壤种类，但它存在于富含有机质的土壤中，对化学物质的敏感性与栖息在一般土壤中的蚯蚓类似。但赤子爱胜蚯蚓生活周期短，繁殖能力强，易于饲养。选择二月龄以上，体重 300 一 600 mg 左右的健康蚯蚓供试验用。 仪器：玻璃容器为 1 升敞口标本瓶和直径 3 cm ，长 8 cm的平底玻璃瓶；培养装置为光强 400 800 lx ，温度控制调节 20 士 2 的房间、生长箱或培养箱； pH 计。,3 ）操作步骤：在正式试验之前，一般需进行浓度范
25、围选择试验。以几何级数系列设计处理浓度，如 0.01 、 0.1 、 1.0 、 10.0 、 100.0 和 1000.0 mg / kg （土壤干重）。至少应设置 5 种不同处理浓度。,在试验开始前，将受试物溶于无离子水，然后与上壤混合。倘若受试物不溶于水，可用丙酮、乙醇、甲醇等有机溶剂溶解。若受试物既不溶于水又不溶于有机溶剂，可将一定量的受试物与石英砂混合，其总量为10 g ，然后在试验容器内与 600g 土壤混合。在每一玻璃标本瓶中，加人 600g 干土（加水150ml 左右）和 10 条蚯蚓。这些蚯蚓在试验前已在干净土壤中饲养 24h ，并在置人标本瓶之前冲洗干净。用纱布或塑料薄膜扎
26、好瓶口。将培养瓶置于 20 士 2 ，湿度 80 的条件下培养，并提供连续光照，以保证试验期间，蚯蚓生活在试验介质中。整个试验期为 14 天、每一处理和对照组应有 4 个平行样。,试验第 7 天，将培养瓶内的试验介质轻轻倒人一玻璃皿，取出蚯蚓，检验蚯蚓前尾部对机械刺激的反应。检验结束后，将试验介质和蚯蚓重新置于培养瓶中。试验结束时，测定和报告试验基质中的含水量。4 ）结果计算：将受试物处理浓度和死亡率数据，在对数一概率纸上作图，计算LC50和置信限。 5 ）注意事项：本测试适用于溶于水和不溶于水的化学物质。试验结束时对照组的死亡率不应超过 10 。同时应测量参比物的比 LC50。本测试推荐的参
27、比物为氯醋酸酰胺。,（ 2 ）鱼类回避试验,行为毒理学（ behavioral toxicology）是研究环境中不良因素（包括物理的、化学的因素）对实验动物及人类行为方面影响的科学，是毒理学的一个分支。行为测试目前已较广泛用于有机溶剂、重金属（尤其是铅、汞）、工业废气、农药等神经毒理学研究。许多研究表明，行为确是一种早期和敏感的毒理学指标，人或动物接触相对低剂量（或浓度）的环境毒物后，常是在出现临床症状或生理生化指标改变之前，表现出行为功能障碍。行为指标不仅敏感，并且在测试上是无创伤的，也比较客观，容易掌握，对于考虑毒物对神经系统功能损害具有相对特异性。在制定最高容许浓度和诊断、评价生态系统
28、贡最标准方面尤其具有特殊意义。,回避反应是鱼类行为方式之一。污染引起的生物回避，可使水环境中的水生生物种处，区系分布随之改变，从而打破了生态系统的平衡。利用生物行为反应进行污染生态诊断，可以检出低浓度的污染物。 生物回避性能是由于外界环境作用于其感官系统，信息再传递到中枢神经系统所引起的。目前对污染物产生回避反应的水生动物种类主要有鱼、虾、蟹。还有水生昆虫等也有一定回避能力。,I ）试验装置：在天然条件下，观察回避反应难度较大，所以目前多在实验室进行试验装置有两类：a ）缓梯度装置：将废水和清水在试验槽中作不同程度的混合，形成不同浓度区域，来观察鱼在槽中的位置，判断是否回避。其优点是模拟江河水
29、环境，但结果难于重复，且不易确定反应阑值；b ）陡梯度装置：做成长筒形、长方形、平行水槽、 Y 形、圆形等不同形式的试验设备，废水和清水在槽中截然分开而不混合。缺点是天然条件下除两股水混合处或排污口外，陡梯度是不多见的。,2 ）试验方法：测量回避行为的参数有两个：一是受试动物进人清水区和废水区的次数（尾数）； 二是滞留时间。一般肉眼观察时，可 30 min 记录一次；也可采用自动观测装置。 具体方法如下：调节水的流量：先在两个供水瓶及三个池中装满清洁水。一方面冲洗回避试验槽；一方面调节自供水瓶流人另外两池的水流速度，使流量控制在 200ml/min。 驯化实验鱼：将 50 尾实验鱼放人试验池，
30、让其在三池水中自由进出，使适应试验环境 l h ，然后将全部实验鱼驱人混合水池。 回避实验：对每种受试毒物采用 3 - 5 个浓度进行试验。试验浓度一般以 24h 半数耐受量 TLm 的 1 / 10 、 1 / 5 以及 24 h TLm 的 2 倍或 5 倍等试验浓度，回避试验自低浓度开始，逐步提高试验浓度直至实验鱼出现明显的回避反应为止。回避试验的具体做法如下：,A ：打开试验水池和清洁水池进人混合水池的隔板，同时使供试验水和供清洁水的两瓶开始以每分钟 200ml 的流量分别向试验水池和清洁水池供水，记录 l h 内实验鱼自混合水池分别游人试验水池和清洁水池的尾数。 B :将三池的水全部
31、放掉，并用清洁水洗试验水池 2 一 3 次，把实验鱼驱人装满有清洁水的混合水池。将原来两池交换供水瓶，使原来的试验水池变成清洁水池，而原来的清洁水池成为试验水池。C :重复 A 回避实验，每一浓度试验 4 次，确定试验鱼对该受试毒物产生回避反应的浓度。为了进一步确定回避阈值浓度，另用 50 尾实验鱼，用低于此明显回避反应的浓度继续进行同样试验，直至找出引起鱼类回避反应具有显著差异性的最低浓度即为回避浓度。,3 ）试验结果计算：,由试验结果可以计算出鱼类回避率其计算公式如下： 回避率（%）=(E-A)/E100 式中， E 代表进人清水池中的鱼数（ 4 次总计); A 为进入试验水池的鱼数（ 4
32、 次总计）。 通常以受试动物进入废水和清水区次数或时间各占50%，表示中性反应；进入清水区次数或时间超过50%，表示有某种程度的回避。但要注意生物之间差异性和室内外结果的综合分析。,3 发光细菌诊断法,利用发光杆菌作为指示生物的方法，是一种快速、简便、灵敏、廉价的诊断方法，并与其他水生生物测定的毒比数据有一定的相关性，因此，该方法对有毒化学品的筛选、诊断和评价具有重要意义，也可作为诊断、评价污染生态系统内化学物毒性的指标。1 ）原理：明亮发光杆菌（ photobacterium phosphoreum）在正常生活状态下，体内荧光素（ FMN ）在有氧参与时，经荧光酶的作用会产生荧光，光的峰值在
33、 490 nm左右。当细胞活性高时，细胞内 ATP 含量高，发光强；休眠细胞ATP含量明显下降，发光弱；当细胞死亡， ATP 立即消失，发光即停止。 处于活性期的发光菌，当受到外界毒性物质（如重金属离子、氯代芳烃等有机毒物、农药、染料等化学物质）的影响，菌体就会受抑甚至死亡，体内 ATP 含量也随之降低甚至消失，发光减弱甚至到零，并呈线性相关。,4 物理诊断法,物理诊断方法是污染生态诊断的重要内容之一。它通过物理方法测定水的温度（热污染）、颜色、味道等物理性质来确诊环境介质的健康状况，为污染生态评价和恢复预测提供科学依据。,（ 1 ）颜色,纯净的水是无色透明的，天然水经常呈现一定的颜色。它主要
34、来源于植物的叶、皮、根、腐殖质以及可溶性无机矿物质和泥沙等，地面水受工业废水污染后可使水色变得极为复杂。水色可分为：“真色”和“表色”，完全除去水中悬浮物质后呈现的颜色称为“真色”，没有除去悬浮物时所呈现的颜色称为“表色”。水质分析中，除特殊清况外，一般要用“真色”表示，故在测定前需要先用澄清或离心沉降的方法除去水中的悬浮物。但不能用滤纸过滤，因为滤纸能吸收部分颜色。有些水样含有颗粒太细的有机物或无机物，不易用离心法除去，只能测定水样的“表色” , 但测量结果要在报告中注明。,颜色的测定方法有下列几种。,1 ）鈷铂比色法： 用氯铂酸钾与氯化钻的混合液作为标准溶液，称为铂钻标准。规定 1 mg/
35、L以氯铂酸离子形式存在的铂产生的颜色作为 1 度。 测定时，先配制标准溶液，即溶解 1 . 246g 氯铂酸钾（K2PtCl6相当于 0.500g 金属铂和 1 . 000g 结晶的二氯化鈷（CoCl26H2O）于含 100 ml浓 HCI 的蒸馏水中，用蒸馏水稀释到 1000 ml 。此标准溶液相当于 500 度。再用此液配制 5 一 70 度递增的标准色系列。配制方法和对应的读书见表4-7。,测定时，用目视比较水样和鈷铂标准色阶，直接记录水样色度。一般在 70 度以内直接比色，如果超过 70 度，可将水样用燕馏水稀释后比色，一直到颜色在标准色阶内为止。如果没有氯铂酸钾，可用重铬酸钾代替。制
36、备标准色阶时，称取 0 . 0437g 重铬酸钾及 1 . 000g 硫酸钻（CoSO47H2O ) ，溶于少量水中，加人 0 . 50mg浓硫酸，用水稀释至 500 ml，此溶液色度为 500 度。再用此溶液按上法配制标准色阶。 本方法适用于较清洁的地面水及地下水的测量（带黄色调），而不适用于测量受工业废水严重污染的水体。,2 ）颜色的描述法：,当水体被污水或工业废水污染后，水样的颜色与铂钻标准色列不一致时，应做颜色描述。其作法是：取一定体积的澄清（或过滤）水样，置于比色管或无色烧杯中，在白色背景下与同体积蒸馏水作比较，进行定性描述，记录颜色种类及特征。颜色描述：用无色，微绿，微黄，浅黄，棕
37、黄，红等表示。,3 ）稀释倍数法：,测定工业废水的色度时，常用稀释倍数法。将澄清的废水水样用无色水稀释至将近无色，装入比色管中（水柱高为 10cm ) ，在白色背景上与同样高度的蒸馏水相比较。一直稀释至不能察觉出颜色为止，这个刚好不能察觉颜色的最大稀释倍数，即为该水样的稀释倍数。此法用量值表示，且有国家标准，比颜色描述法优越。但因受人的辨色力的差异和主观因素的影响，往往会引起测定的差异，特别在低色度时更是如此。,（ 2 ）味道,清洁水样是无嗅味的，污染水由于污染物不同而会产生各种嗅味。例如生活污水和轻工业废水，因含有较多量的有机物质，发酵后会产生酸味、臭味；含有硫化氢的水会发出臭鸡蛋味等。味道
38、的检验，主要靠检测人员的嗅觉。由于人们对臭味的感觉灵敏度不同，测定时可请数人同时测定，取其平均值。定性描述时，可以将水样调到室温（冷法）或加热（热法），振荡后，闻其气味，并用适当文字描述之。,定量测定，一般是用稀释法。测定其嗅阈浓度，也就是用无嗅水（即蒸馏水和用活性碳过滤过的或煮沸过的自来水）逐步稀释待测水样，一直到测定人员刚嗅到有气味时的浓度。测定嗅阈值，也就是水样稀释到嗅闭浓度时的稀释倍数。具体操作时，按一定( 40 或 60 ），振摇并打开瓶塞，按照由低到高的顺序，测定其嗅阈值温度,5化学诊断法,用化学分析方法诊断生态系统的污染情况，称为化学诊断法。化学分析方法是以物质的化学性质和化学反
39、应为基础的分析方法。国际学术联合会环境问题科学委员会提出生态系统应测定下列污染物质：第一类，包括汞、铅、铬及其代谢产物与分解产物，多氯联苯（ PCB ) ； 第二类，为石油产品、 DDT 以外的长效性有机氯，四氯化碳醋酸衍生物，氯化脂肪族，砷、锌、硒、铬、钒、锰、镍，有机磷化合物及其他活性物质（抗菌素、激素、致畸性物质、催畸性物质和诱变物质）等。 我国常规监测项目中，金属化合物有镉、铬、铜、汞、铅、锌；非金属无机化合物有砷、氰化物、氟化物、硫化物等；有机化合物有苯并（ a ）芘、三氯乙醛、油类、挥发酚、 DDT 、六六六等。,6 遥感诊断法,遥感技术能够监测全球性大气、土壤、水质、植物污染，掌
40、握污染源的位置、污染物的性质及其扩散的动态变化，及时了解污染物对生态系统的影响，从而采取积极的防护措施。 1 ）水质污染诊断： 2 ）土壤污染遥感诊断： 3 ）植物污染遥感诊断：,第二节污染生态监测,一、污染生态监测定义 污染生态监测是以生态系统为对象，运用物理的、化学的和生物的技术手段，对其中的污染物及其有关的组成成分进行定量的和系统的综合分析，以探索研究生态系统质量及其变化规律的一门学科。,污染生态监测的目的：, 根据污染物或其他影响生态系统质量因素的分布，追踪污染路线，寻找污染源； 确定污染源所造成的污染影响，它在时间和空间上的分布规律及其发展、迁移和转化情况； 研究污染扩散模式和规律，
41、为预测预报生态系统质量，控制生态系统污染和环境治理提供依据； 收集生态系统本底值及其变化趋势数据，积累长期监测资料，为保护人类健康和合理使用自然资源提供建议，为制定和修改环境标准提供数据。,二、监测点和采样时间的选择,污染生态监测的样品应该在具有代表性的时间、地点、按规定的采样要求采集，它必须能够反映实际情况。若忽视了试样的代表性，即使采用先进的分析手段进行认真地分析，也得不到正确的结果。,1 、水样的采集,水质监测的对象不是自然界存在的全部水，而是水体，具体地讲是指河流、湖泊、水库、海洋以及经人类加工的工业用水、排放水和生活饮用水等。下面着重讨论地面水（包括河流、湖泊、水库、沟渠等）和工厂排
42、出废水的采集。,（ l ）布点原则, 在大量废水排入河流的主要居民区、工业区的上游和下游； 湖泊、水库、河口的主要出口和入口； 河流主流、河口、湖泊和水库的代表性位置； 主要用水地区，如公用给水的取水口，商业性捕鱼水域和娱乐水域； 主要支流汇入主流、河口或沿海水域的汇合口。此外，布点还要考虑河流的宽窄和深度，污染程度往往与河的不同深度有关。,( 2 )布点方法,l ）江河水系的布点方法： 单点布设法：这是最简单的布点法，适合于河面较窄、流量不大、河床没有沙滩的小河流。其方法是在河流中心取样，但为了掌握水质变化，可以在工业城市偏上游和偏下游处分别单点取样，也可在河流断面上取混合水样，后者较为准确
43、。由于河面较窄，取单点水样，一般就能代表河流的污染状况。,三点布设法：,当在工业城市的下游有较大的河心滩时，则在河水分流处布设 A 点，河心滩两边设 B 、 C 两点，以便掌握河水分流后有害物质含量的分布情况。,断面布设法：,对于河面宽、水量大、水深流急的河流，应采用断面（即采样位置）布设法，即在河流经工业城市或工业区的上游、中游、下游布设三种类型的监测断面，即对照断面、控制断面和消减断面。,对照断面是为了解河流入境前的水体水质状况，应在河流进入城市或工业区之前，避开废水和生活污水排出口，一个河段只设一个对照断面。 控制断面是为了解特定排污对水体的影响，评价水质污染清况，以便控制污染物排放的采
44、样断面。其数目应根据城市的工业布局和排污口分布情况而定。,如沿岸大城市、大型工矿区、工业集中区、城市的主要饮用水源、水产资源集中的水域、主要风景区、重大水利设施处以及国际河流出入国境线的出入口处等都应设置控制断面。一般认为，重要排污口下游的控制断面应放在距排污口 500-1000m处，因为在排污口的污染带下游 500m 横断面上的 1/2宽度处重金属的浓度出现高峰。,消减断面是指废水、污水汇入河流，流经一定距离与河水充分混合后，水中污染物的浓度因河水的稀释作用和河流本身的自净作用而逐渐降低，且左、中、右三点浓度差异较小的断面。 一般认为，消减断面应设在城市或工业区最后一个排污口下游 1 500
45、m 以上的河段上。对于一些水量小的河流，可根据具体隋况确定消减面的位置。,多断面布设法：,这是在有支流注入的河流，且上游和支流都有工业城市情况下应采用的布点方法。更确切地讲，是多个控制断面，以掌握河流各部分的污染情况。 如A A断面反映主流受工业城市废水的污染清况； B B 断面反映支流污染晴况； C C 断面反映两股流汇合后河流的污染清况。,断面上的采样点数目,在一个断面上的采样点数目，取决于水面的宽度和深度。 水面宽为 100 - 1000m 时，应设左、中、右三条垂线（中泓一条垂线，左、右两岸有明显水流处各设一条垂线）； 水面宽为 50- 100m 时，至少应设置五条等距离的垂线。较宽的
46、河口酌情增加垂线数。 城市供水点的上游 1000m 处至少设一个采样点。 在一条垂线上，水深 10 - 50m 时，设三个采样点，即水面下 0 . 3 -0 . 5m 处的表层一点，距河底约 lm 处的底层一点， l/2水深处的中层一点； 水深 5 - 10m ，设表层和底层水两个点；水深小于或等于5m 时，只需取表层水一点； 水深超过 50m 时，则应酌情增加采样点数。,2 ）湖泊水库的布点方法：,根据汇入湖、库的河流数量、径流、沿岸污染源的影响，水体的生态环境特点，湖库中污染物的扩散与水体的自净能力等情况，设置以下几种断面： 在入出湖、库的河流汇合处，分别设置采样断面。 在湖、库区沿岸的城
47、市、工矿区、大型排污口、饮用水源、风景游览区、游泳场、排灌站等地，应以这些功能区为中心，在其辐射线上设置近似弧形的采样断面。,2 ）湖泊水库的布点方法：, 在湖、库中心和沿水流流向以及滞流区分别设置采样断面。 在湖泊中不同鱼类的回游产卵区应设置采样断面。 按照湖、库的水体种类（单一水体或复杂水体），适当增、减采样断面。此外，还可按湖、库面积已大小划成 2km2 的网格布点，每个方块布一个采样点。长形湖、库用平行线条布点法近圆形的湖泊采用同心圆布点法。,由于湖、库的水经常处十停滞状态，不同的深浅层水温也不同，从而水体内所含的物质的质、量也有所不同，因此必须采集不同深度的水样，以了解其垂直分布与分
48、层情况垂线上采样点的选择，在一般情况下，可参照河流中采样点的布置。若湖、库存在间温层，则要根据成层的清况确定采样点的位置。,3 ）工业废水采样点的设置：, 要测定一类污染物，应在车间或车间设置出口处布点采样。一类污染物主要包括汞、镉、砷、铅和它们的无机化合物，六价铬的无机化合物，有机氯和强致癌物质等。 要测定二类污染物，应在工厂总排污口布点采样。二类污染物有：悬浮物、硫化物、挥发酚、氰化物、有机磷；石油类；铜、锌、氟及它们的无机化合物；硝基苯类、苯胺类等。某些二类污染物的分析方法尚不成熟，在急排污口处布点采样分析因干扰物质多而影响分析结果。这时，应将采样点移至车间排污口，按污水排放量的比例折算
49、成总排污口废水中的浓度。,3 ）工业废水采样点的设置：, 在处理设施的工厂，应在处理设施的排出口布点。为了解对废水的处理效果，可在进水口和出水口同时布点采样。 在排污渠道上，采样点应设在渠道较直、水量较稳定、上游没有污水汇入处,（3 ）水样的采集频率,l ）水系的采样： 为了掌握水质的季节变化，需要采集四季的水样，每季不少于三次。如果水质监测手段和力量有限，每年至少应在丰水期、枯水期、平水期各采样两次。,北方有冰封期和南方有洪水期限的省市，必须分别增加冰封期、洪水期采样。 一年内采样总数应不少于 6-8 次。对于一些重要的控制断面，为能了解一天内和几天之间的水质变化情况，也可以在一天内按一定的
50、时间间隔，或三天内分不同等分时间进行采样监测。有自动采样器时，则可进行连续自动采样和监测。对沿海受潮汐影响的河流，每次采样应在退潮和涨潮时增加采样。 主要承受污水或废水的小河流，每年至少应在丰、枯水期各采样一次，如果遇到特殊情况或发生污染事故时，还应随时增加采样次数。,2 ）废水样品的采集：,由于生产工艺过程不同，工业废水的水质、水量变化很大，因此，在采样前，应仔细调查生产工艺过程；根据实际情况和分析目的，采用不同的采样时间和采样频率。 瞬时水样：如果工厂的生产工艺过程连续、恒定，废水中的组分及浓度不随时间变化，可以用瞬时取样。瞬时取样也适用于采集有特定要求的水样。例如，某些平均浓度合格，但高峰排放浓度超标的废水，可隔时瞬时采样，分别分析，将测定数据绘制成时间与浓度关系曲线，并计算其平均浓度和高峰排放的浓度。,
