目前生物监测工作宅要有以下几个方面:生物群落监测法、生物残毒监测、细菌学 监测、急性毒性试验和致突变物监测等.如图5-20所示 生物群落监测法{污水生物体系法 游植物法 浮游动物法 生物指数(BI)法 底楿动物法 境细菌学检验法/细菌总数监测法 肠菌群监测法 物 测)生物残毒监测法(植物残毒法 动物残毒法 分大气染植物對测法指示物法 植物群落法 水生生物急性毒性试验法 环境三致物生物检验法 生物群落监测实际上是生态学监测,即是通过野外现场调查和室内研究找出各种环 境中的指示生物(特有种与敏感种)受污染所造成的群落结构特征的变化;生物残毒监 测是生物对污染物有一定的积累能力,通过测定污染物在生物体中的富集数量来监測环 境污染的程度;一般的水域在未污染的情况下细菌数量较少,当水体遭到污染后细菌数 量相应的增加,细菌总数越多说明污染愈严重,因此细菌学监测也是一种很好的生物监 测方法。总之生物监测的方法很多就目前常用的方法介绍几种 水体污染的生物群落监测法 水体污染的生物群落监测即为水污染生态学监测。主要是根据浮游生物在不同污染 带中出现的物种频率或相对数量或通过数学计算所得出的简单指数值来作为水污染程度 的指标的监测方法。该法又分为污水生物体系法、生物指数法(BI (一)污水生物体系法 根据在污染水体中生物种类的存在与否,划分污水生物体系,确定不同污染程度水 体中的指示生物。反之,根据水体中的指示生物的存在亦可确定水体污染程度。该方法 叫做污水生物体系法,又称柯克维菠( Kolk witz)和麦尔松( Marson)体系法。 当一河流被污染后,在其下游相当长的流程内,水体发生一系列自净过程,一方面 污染程度逐渐降低,同时出现特有的指示生物。形成几个连续污染带:多污带、a中污带、 -中污带和寡污带等四级 1.多污带:多污带也称多污水域,是多污水生物生存的地带。它多处在污水、废水 入口处,其水高度浑浊,多呈暗灰色,具有强烈的硫化氢臭味,并含有大量的有机物。多 污带生化需氧量很高,而溶解氧趋于零,其细菌数量大、种类多,每升水中细菌数目达 百万个以上,甚至达数亿个。多污带指示生物有浮游球衣细菌、贝氏硫细菌、李衣藻、颤 蚓、钟形虫等等。 2.中污带:中污带又可分为污染较严重的a中污带和污染较轻的中污带。 (1)a-中污带水质呈灰色,近于多污带。水体除还原作用外,已出现氧化作用,如底 268·
泥中的硫化铁部分被氧化生成氢氧化铁。蓝藻、绿藻等已有生成,原生动物的太阳虫、吸 管虫等已出现,且贝、藻类等少数软体动物亦可在此生存。此带的指示4物有大颤藻、小 颤藻、小球藻、臂尾水软虫等等。 2)β中污带中氧化作用已占优势,绿色植物大鳕出现,溶解氧增加,硅藻、绿藻等 大量出现,细菌数量显著减少,双鞭毛虫类、贝类、各种昆虫大量出现,已有鱼类。此 带的指示生物有水生東丝藻、变异直链硅藻、蚤状水蚤、人型水蚤、帆口虫、巨环旋轮 虫等等 3.寡污带:寡污带又称贫污带,此带已完成自净作用,有机物已被氧化或矿化,溶 解氧近饱和,生物常氧量小于3毫克/升,浑浊度低,水细菌数量极少 寡污带生物学特征有大量显化植物生存,各种昆虫和鱼类种类较多。 二)生物指数(BI)法 污水生物体系法只是根据指示生物对水质加以定性描述。而后许多学者逐渐引进了 定量的概念。他们以群洛中优势种为重点,对群落结构进行研究,并根据水生生物的种 类和数量设计出许多种公式,即所谓以生物指数来评价水质状况。这一方面近些年发展 很快,各国已相继设计和广泛应用多种生物指数。例如,一些国家已广泛地应用生物指 数来鉴定和评价水质污染状况,我国近些年来在这方面也做了不少工作并取得了经验和 成绩。但是也应看到,其中大部分生物指数是根据与有机物污染的关系提出的,而毒物 污染和物理污染以及各种其他诸如地理、气候、季节等因素对分析结果的影响,有时很 难通过简单的指数关系加以说明,所以生物指数尚须进…步研究、完善。下面介绍几种 生物指数法。 1.培克法:培克(BecK)于1955年首先提出以生物指数来评价水体污染的程度。他 技底栖大型无脊椎动物对有机污染的敏感和耐性分成两类,并规定在环境条件相近似的 河段,采集一定面积(如0.1米2)的底栖动物,进行种类鉴定。他提出的计算式 是 生物指数(BI)=2nt+n 式中:I类一不耐污类; I类—能中度耐污(但非完全缺氧)的种类 和n1—I类和I类种类数 该生物指数数值越大,水体越清洁,水质越好。反之,生物指数值越小,则水体污 染越严重。指数范围在0~40间,指数值与水质关系为: 生物指数 水质状况 清洁河段 1~6 中等污染 严重污染 2.津田松苗法:津田松苗(日)从60年代起多次对培克生物指数作了修改,他提出 不限定采集面积,由4~5人在一个点上采集30分钟,尽量把河段各种大型底栖动物采 集完全,然后对所得生物样进行鉴定、分类,并采用与上述相同方法计算,此法在日本 应用已达十几年之久。指数与水质关系为: 269·
生物指数 水质状况 清洁河段 29~15 较清洁河段 14~6 较不清洁河段 极不清洁河段 3.多样性指数:多样性指数的特点是定量反映群落结构的种类、数量及群落中类种 组成比例变化的信息。在一般情况下,自然的生物群落往往由较多个体数的少数种和具 有较少个体数的多数种组成。例如,水环境受到污染,导致群落中生物种类减少,而相 应耐污种类的个体数增多,从而在受污染环境中群落的多样性比正常环境内要少。 应用多样性指数虽能定量地反映群落结构,但不能反映个体生态学信息及各类生物 的生理特性、也不能反映由于水中营养盐类的变化,可能引起的群落的改变等等,这些 均有待于进…步发展和完善。 水体污染的生物群落监依其污染水体中的生物种类不冋采用不同的样品处理和计 数检验方法现就浮游藻类、浮游动物、底栖动物三类分述如下。 (一)浮游藻类监测法 在多数水体中,硅藻是浮游植物的重要组成部分,故浮游藻类的监测主要是对硅藻 种类比例统计。硅藻的鉴定以壳体花纹为主要依据,一般需先去除细胞内容物,制成永 久封片在油镜下分类计数。 (二)浮游动物监测法 用中型20网定量垂直拖取。用沉淀倾泻法浓集样品。原生动物种轮虫的分类应进 行活体观察。然后分别对轮虫、挠虫类、无节幼体、成熟甲壳动物浓集镜检计数,原采 样中每升内浮游动物总数等于各类群体数之和。 (三)底栖动物监测法 底栖动物种类繁多,在实际应用中多指大型底栖无脊椎动物。常见软体动物和水栖 寡毛类可以鉴别到种,颤蚓类需要观察成熟的生殖器官,故需要制片在显微镜下观察,由 低倍到高倍。一般用甘油做透明剂,鉴定完毕即可将标本放回原瓶,以便计数。如需保 存制片,或定种没有确切把握,可以保留制片,并将制片封好保存。 水生昆虫除摇蚊科幼虫外,皆可在解剖镜下鉴定到属,在低倍镜下确定目、科;在 高倍镜下对照资料鉴定到属。摇蚊科幼虫主要依据口器的结构差异来定属、种,并需制 片,用甘油透明观察,保存的制片需加拿大胶或 Puris胶封片,可保存1~3年 细菌学检验监测法 天然水域被污染后,除了其中所含的某些化学物质直接或间接对人和其他生物产生 不良影响外,污水中的有机物质在一定条件下,如水温和溶解氧的变化等.也影响着水 中各种微生物的变化,从而给人和其他生物带来危害。因此水的细菌学检验是很重要的 细菌总数法是细菌学检验法的一种主要方法。它是指1毫升水样在背养琼脂培养基上,于 37℃经24小时培养后所生长的细菌菌落的总数细菌总数主要是用来反映水源被有机物 污染程度的标志,以便为生活饮用水进行卫生评价提供依据 般水域在未污染的情况下细菌数量较少,如果发现细菌总数增多,即表示水域可 270
能受到有机物的污染。细菌总数越多说明污染愈严重。因此细菌总数是检验一般水域污 染的标志,如表5-6 表5-6河流污染程度与细菌总数对照表 重污染河段中污染河段轻污染河段未污染河段 万个/ml) ()个/ml) (厅个/ml) (万个/ml) 细萬总数 以上 100以下 10以 河流的上游一般比较洁净,其中的细菌主要来自士壤,植被降解后所产生的腐植酸 可以降低水的pH,因而导致细菌的死亡。 但是,在河流的下游处,由于污水排入而使水体遭到污染,细菌数量也相应的增加 但河水有自浄能力,入湖的河水可以继续其自净过程。细菌或是被吸附在颗粒物上因而 降玊湖底,或是被原生动物所吞食,流进水库的水体也岀现同祥情况,且可以使不同来 源的水体在其中混合而达到平衡 浅水井可严重地被污染,细菌数每毫升可高达200个,因此必须对这样的水质进 行常规的细菌学检验,以保证其使用的安余性,深水井则是最洁净的水,细菌通过5米 厚的致密士层可被滤掉,如果通过更厚的地层,细菌数量会降低得更多 (一)细菌总数的监测方法 细菌总数是用以作为判定水体受污染程度的标志。细菌总数是指1毫升水样在营养 琼脂培养基中,于37℃经24小时培养后,所生长的细菌菌落的总数 细菌学试验是通过培养基培养后进行的细菌的定性和定量工作细菌是极其微小的 不能用肉眼分辨,故须采用琼脂培养基在一定条件下培养后,使其形成肉眼可观察的细 菌菌落,必要时可借助显微镜检查,该试验全过程必须无菌操作。由于细菌存在于周围 环境极易混入试样中,所以要求器垭和培养基等均应完全灭菌。作平皿菌落计数时,可 用跟观察,也可用放大镜观察,求出1毫升水中的平均菌落数 二)大肠杆菌的监测方法 大肠杆菌( Eshllus cali)是指示粪便污染的重要指示生物 人类所消耗和利用的水必须是无化学毒害物的,也必须元人类及其他动物排泄物的 污染,以排除病源微生物的影响。当水体中出现大量的E,Cli,就说明近期内水体受到 了粪便污染(因其脱离寄主后,其半存留期会大大缩短)。这种徽生物是一种非常灵敏的 指示生物,即使每100毫升水中只有一个个体,也能被检验出来。如水中的E,CO含量 很低,就说明污染源是在较远的地区 大肠菌群系一群需氧又兼性厌氧的,在3?C生长时能使乳糖发酵,在24小时内产酸 产气的革兰氏阴性无芽孢杆菌。大肠菌群数指每升水样中所含有的大肠菌群的数目 大肠菌群检验方法有发酵法和滤膜法。 发酵法:这是根据大肠菌群使乳糖发酵产生酸和气的特性而进行检验,如产酸产 气者,大肠菌群则为阳性。然后进行大肠菌群计数:根据试验诞实有大肠菌群存在的阳 性管数,查大肠菌群检数表,报告每升水样中大肠菌群数。 2.滤膜法:滤膜是釆用一种微孔薄膜,按灭菌操作将水样注入具有滤膜的过滤器中 经抽滤,细鹵被截留在膜上,后将滤膜贴于品红亚巯酸钠培养基上,进行恒温培养16~ 18小时,符合上法所述特征的菌落进行涂片,革兰氏染色,镜检
凡属革兰氏染色阴性,无芽胞杆菌者,再接种于乳糖蛋白胨培养液,经恒温培养18 小时,产酸产气者,判断为大肠菌群阳性。 1升水样中大肠菌群数等于滤膜上生长的大肠菌群落总数乘以3。 、生物残毒监测方法 是通过測定污染物在生物(植物或动物)体中的富集量来监测环境污染的程度的方 法。生物组织中有害物质的分析方法及原理苧人气、水体中有害物质的分析监测方法基 本上是一样的,大都采用化学的或物理化学原理的方法(不作重述)。只是在试样的采集 制备和预处理方面有些差别。特别值得注意的是污染物在生物体中各部位之间的分布是 不均匀的,而且与生物的种类有关。因此,了解生物体中各种有害物质含量的分布情况 和特点对生物残毒监测结果的代表性、叮比性是全关重要的。 (一)植物中残毒监测 植物叶片对重金属、二氧化碳、氟化物、氯等有一定的富集能力。对叶片中的这些 物质进行含量分析,可以了解人气污染物的种类、污染范围和污染程庋。例如:植物的 自然含氟量为0.5~50pm,自然含硫量一般为0.1%~0.3%,如果排除根系吸收等因 素,测得叶片中氟和硫的含量高于上述自然含量,就表明大气中存在氟或二氧化硫的污 染。树皮全年都能固定大气中的氟,监测树皮中含氟量的工作,在植物休眠期仍可进行, 因此不受季节的限制 (二)动物体残毒监测 动物吸收有害物质后,主要通过血液和淋巴分布到全身各组织而发生危害。按毒物 性质及进入动物各种组织类型的不同,大体有下列几种分布情况: 1.能溶于液体的物质:如锂、钠、钾以及氟、氯、溴等腐子,在体内分布比较均匀。 2.锑、钍等三价或四价阳离子:水解后成为胶体。它们主要贮留于肝或其他网状的 内皮系统中。 3.与骨骼具有亲和性的物质:如二价阳离子钙、钡、锶、铅等,在骨骼中含量较高 4.对某一种器官具有特殊亲和性的物质:将在该器官中积蓄较多,如碘在甲状腺中, 汞在肾中积蕃较多 5,脂溶性物质与脂肪组织具有亲和性,因此为脂溶物质:如有机氯主要蓄积于脂肪 中 上述五种类型之间又是彼此交叉的,往往是一种污染物对某一器官有特殊的亲和作 用,但同时也能分布到其他器官中去。例如铅除分布在骨骼中外,肝、肾等组织器官中 也有;砷主要分布于骨骼、肝肾中,皮肤、毛发和指甲内也有分布 四、大气污染植物监测法 由于植物对大气污染的特殊敏感性,以及不同植物对各种污染物反应的差异,能使 人们得以利用这些特性,将植物做为一种监测器,来监测大气环境的污染水平。利用指 示植物监测大气污染的优点是:取材方便、方法简单,不需要复杂、昂责的仪器,因而 费用低廉,且直观性强。这里介绍两种主要方法:一种是指示植物监澳法;另一种是植 物群落监测法