污染生态学课件第六章.ppt

第六章 环境污染的生物监测,,主要内容,第一节 概述第二节 大气污染的生物监测第三节 水污染的生物监测第四节 土壤污染的生物监测第五节 生物监测方法的典型例子,第一节 概述,生物监测这一术语是在1977年4月由欧洲共同体（EEC）、世界卫生组织（WHO）、美国环境保护局（EPA）组织的“关于生物样品在评价人体接触污染物方面的应用”的国际会议上正式提出并给予的定义定义： 生物监测是利用生物分子、细胞、组织、器官、个体、种群和群落等各层次对环境污染程度所产生的反应来阐明环境状况，从生物学的角度为环境质量的监测和评价提供依据利用生物进行环境污染监测，早在20世纪初就引起了生态学有的注意生物监测是一种既经济、方便，又可靠准确的方法因此生物监测是利用生物对特写污染物的抗性或敏感性来综合地反映环境状况，这是任何物理、化学监测所不能比拟的具有长期性、累积性、综合性的特点但生物监测并非可以取代化学、物理监测，而是作为重要的补充，生物监测能够弥补化学、物理监测的缺陷如果没有化学、物理监测数据所提供的信息，生物的反应就不能准确地提供污染信息 生物监测就有悠久的历史生物监测方法从生物学层次来分，主要包括生态监测（群落生态和个体生态）、生物测试（急性毒性测定、亚急性毒性测定上和慢性毒性测定）以及分子、生理、生化指标和污染物在体内的行为等几个方面。

生物监测已经从传统的生物种类、数量和行为的描述发展到现代化的自动分析；从单纯的生态学方法扩展到与生理、生化、毒理学和生物体残留量分析等领域相结合的研究从生物 的分类法来分，主要包括：动物监测（以动物为监测生物）、植物监测（以植物为监测生物）、微生物监测（以微生物为监测生物）指示生物是指对环境中的污染物能产生各种定性反应，指示环境污染物的存在监测生物不仅能够反映污染物的存在，而且能够反映污染物的量监测生物必然是指示生物，同时它还要回答环境中污染物多少的问题第二节 大污污染的生物监测,大气污染时，某些生物动物和植物以及微生物会做出不同程度的反应，利用生物对大气污染的异常反应来检测大气中有害物质的成分和含量，了解大气质量状况，就是大气污染的生物监测指示生物是指以地环境中的污染物能产生各种这下性反应，指标环境污染物的存在监测生物多种多样，有SO2、HF、O3、NOx、粉尘及重金属等污染物一、大气中主要的污染物及其植物监测,利用植物监测大气污染的依据是植物对大气污染的生物效应，这种效应可表现为慢性伤害,如酶系统被破坏或产生其他生理反应;也可表现为急性伤害，如叶片出现伤斑，生长量和生产量受到影响等等；还表现为植物群落结构的改变。

生物效应同植物种类，污染物的种类、浓度以及作用时间等因素有关如各种污染物造成的叶伤害症状所表现的颜色、形状、部位因植物种类和污染物的种类而异，根据这些症状即可估测大气污染物的成分污染物的浓度愈大，植物受害愈重植物受害的最低浓度称为临界浓度或极限浓度植物从接触临界浓度以上的有毒气体时起，到植物体出现受害症状时为止，这段时间称为临界时间一般情况下，污染物的浓度愈高，植物受害的临界时间愈短；浓度愈低，临界时间愈长植物种类不同，各种污染物的临界浓度和临界时间也不同部分植物对大气污染物极为敏感，在人和动物达到受害浓度之前，就开始显示出可察觉的受害症状，植物本事不宜移动，便于管理，因而利用历史悠久，能有效的监测大气污染一）光化学氧化剂（光化学烟雾）（二）二氧化硫（三）氟化物（四）乙烯（C2H4）,（一）光化学氧化剂（光化学烟雾）,臭氧、过氧酰基硝酸酯类和氮氧化物 统称为光化学氧化剂，又称为光化学烟雾1. 臭氧2. 过氧酰基硝酸酯类（PANs）,1 臭氧,植物与其周围环境进行正常的气体交换时O3就经气孔进入植物叶片内，诱发一系列的污染伤害症状，许多叶片会呈现大片浅赤褐色或古铜色，并导致叶片褪绿、衰老和脱落。

Ozone injury to soybean（大豆） foliage,植物受臭氧急性伤害后出现的初始典型症状：,叶片上散布细密点状斑，几乎是均匀地分布在整个叶片上，并且其形状、大小也比较规则、一致，颜色呈 棕色或黄褐色O3伤害植物的一个共同特征，人们称之为“点斑”，这种斑点呈银灰色或褐色，随着叶龄的增长逐渐脱色，变成黄褐色或白色这些斑点还会连成一片变成大片的块斑（blotch），致使叶片褪绿或脱落点斑通常是急性伤害的一个标志Dark pigmented stipple on upper surface of yellow poplar（白杨） leaves exposed to ozone.,针叶树对O3的反应,针叶树对O3的反应有所不同，先是针叶的尖部变红，然后变为褐色，进而褪为灰色，针叶上会出现一些孤立的黄斑或斑迹贴梗海棠在0.5mg/L的臭氧下暴露半小时就会受到伤害Tipburn on eastern white pine exposed to ozone.,P167-168,2.过氧酰基硝酸酯类（PANs）,包括过氧乙酰硝酸酯（PAN）、过氧丙酰硝酸酯（PPN）、过氧丁基硝酸酯（PBN）及过氧异丁基硝酸酯（PisoBN）。

PAN诱发的早期症状： 在叶背面出现水渍或亮斑随着伤害的加剧，气孔附近的海绵叶肉细胞崩溃并为气窝取代结果使受害叶片的叶背面呈银灰色，两三天后变为褐色PAN诱发的一个最重要的受害症状是出现“伤带”（banding） 这些症状出现于最幼嫩的对PAN敏感的叶片的叶上尖上（与O3伤害成熟叶的情形恰恰相反）随着叶片组织的逐渐生长和成熟，受害的部分就表现为许多伤带用于监测PAN的植物有：长叶莴苣（Lactuca sativa）、瑞士甜菜（Beta chilensis）以及一年生虫熟禾（Poa annua）光化学氧化物指示植物,矮牵牛花,葡萄,菠菜,黄瓜,马铃薯,洋葱,O3的指示植物,（二）二氧化硫（SO2）,二氧化硫（SO2）具有毒性，还能形成酸雨主要来源于化石燃料的燃烧如果SO2浓度超过极限值,就会引起伤害这一极限值称为伤害阈值，它因植物种类和环境条件而异综合大多数已发表的数据,敏感植物的SO伤害阈值为：8小时0.25ppm，4小时0.35ppm，2小时0.55ppm，或1小时0.95ppmMarginal and interveinal necrosis on American beech（山毛榉） leaves exposed to sulfur dioxide.,植物受二氧化硫伤害后出现的初始典型症状：,微微失去膨压，失去原来光泽，出现呈暗绿色的水渍状斑点，叶面微微有水渗出并起皱。

这几种症状可以单独出现，也可能同时出现随着时间推移，症状继续发展，成为比较明显的失绿斑，呈灰绿色，然后逐渐失去干枯，直至出现显著的坏死斑坏死斑颜色有深（黄褐色、红棕色、深褐色和黑色）有浅（灰白色、象牙色、灰黄色和浅灰色），但以浅色为主二氧化硫对大波斯菊的危害,二氧化碳对棉花的影响,,阔叶植物中同共型急性中毒症状是叶脉间有不规则的坏死斑，伤害严重时，点斑发展成为条状、块斑，坏死组织和健康组织之间有一失绿过渡带单子叶植物在平行叶脉之间出现斑点状或条状的坏死区针叶植物受二氧化硫伤害首先从针叶尖端开始，逐渐的向下发展，呈线棕色或褐色二氧化硫熏绣球,Acute sulfur dioxide injury to raspberry（黑莓）,二氧化硫对杉木的危害,二氧化硫对玉米叶的危害,,监测二氧化硫的植物有一年生早熟禾、芥菜、堇菜、百日草、欧洲蕨、苹果树、颤杨、美国白腊树、紫花苜蓿、大麦、荞麦等，以及苔藓和地衣紫花苜蓿在二氧化硫浓度 达到0.3mg/L时就有明显反应;,二氧化硫指示植物,堇菜,苔藓,白蜡树,云杉,地衣,棉花,白杨,部分二氧化硫指示植物,（三）氟化物,大气中的氟化物以气态氟化氢（HF）、颗粒态或气态形式吸附其他颗粒物上等三种形态存在，其中以HF的毒性最大，主要来源铝等金属冶炼工业排放的废气。

氟化物对植物的影响　大气氟污染物主要为氟化氢（HF）它的排放量远比SO2小,影响范围也小些，一般只在污染源周围地区但它对植物的毒性很强空气含ppb级浓度HF时,接触几个星期可使敏感植物受害氟是积累性毒物，植物叶子能继续不断地吸收空气中极微量的氟，吸收的F随蒸腾流转移到叶尖和叶缘，在那里积累至一定浓度后就会使组织坏死这种积累性伤害是氟污染的一个特征叶子含氟量高到40～50ppm时,多数植物虽不致受害,但牛羊等牲畜吃了这些被污染的叶子,就会中毒，如引起关节肿大、蹄甲变长、骨质变松、卧栏不起，以至于死亡蚕吃了含氟量大于 30ppm的桑叶后，不食、不眠、不作茧，大量死亡氟化氢对叶植物的伤害症状：,植物受氟害的典型症状是叶尖和叶缘坏死，伤区和非伤区之间常有一红色或深褐色界线氟污染容易危害正在伸展中的幼嫩叶子，因而出现枝梢顶端枯死现象此外，氟伤害还常伴有失绿和过早落叶现象，使生长受抑制，对结实过程也有不良影响1）一般是叶缘或叶片顶部出现坏死区，坏死区有明显的有色边缘这种坏死的组织可能发生分离，甚至脱落，但通常情况下叶子并不脱落受害组织与正常组织之间有明显的分界氟化物对植物叶的影响,Fluoride injury to plum（李子） foliage.,,（2）在针叶树中，氟化氢导致的组织坏死，首先从当年的针叶的叶尖开始，然后逐渐向针叶基部蔓延。

被伤害的部分逐渐由绿色变为黄色，再变为赤褐色严重枯焦的针叶则发生脱落新长出的幼叶对氟化氢敏感，而比较老的叶片则不易被伤害Tip necrosis on needles of eastern white pine exposed to fuorides.,,监测氟化氢的植物有杏树、北美黄彬、美国黄松、唐菖蒲、小苍兰以及地衣等如氟化氢浓度为 10ppb时，20小时使唐菖蒲（Gladiolus gandavensis）开始受害；浓度为50ppb时,6～9小时可使棉花开始受害雪松,葡萄,金钱草,杏树,慈竹,郁金香,氟化物的指示植物,唐菖蒲,（四）乙烯（C2H4）,乙烯本是植物生成的一种天然的植物激素，具有重要的生理功能但目前成为大气中的主要污染物，主要由机动车辆排放C2H4）对植物的影响，一般是影响植物的生长及花和果实的发育，并且加速植物组织的老化引起植物产生反应的乙烯阈值浓度为10～100ppb，饱和反应浓度为1～10ppm乙烯对植物的危害不像其他污染物那样会造成叶组织的破坏，它的作用是多方面的，其中一个特殊的效应是“偏上生长”，就是使叶柄上下两边的生长速度不等,从而使叶片下垂(见彩图[乙烯污染指示植物──番茄。

左为污染引起的偏上反应，右为正][常]、[乙烯污染指示植物──中国石竹左为污染引起的闭花反应,右为正常])乙烯的另一个作用是引起叶片、花蕾、花和果实的脱落，因而影响某些农作物产量和花卉的观赏效果如棉花、芝麻、油菜、茄子、辣椒等作物极易受乙烯影响而落花落蕾,大叶黄杨、苦楝 、女贞、 刺槐、 油橄榄、柑桔等遇到乙烯则易落叶有一些植物因接触乙烯而产生不正常的生长反应，如茎变粗，节间变短，顶端优势消失，侧枝丛生等，还有一些植物会产生一些特殊现象，如棉花花蕾萼片张开，黄瓜卷须弯曲等乙烯使某些植物如石竹、紫花苜蓿、夹竹桃等正在开放的花朵发生闭花现象（又称“睡眠”效应,图2下）,使洋玉兰的花瓣和花萼脱水枯萎，使菊花、一串红、 三色堇的花期缩短， 使花石榴、凤仙花、紫茉莉等不能开花，使向日葵、蓖麻、小麦等结实不良、空秕率增加，使西瓜、桃子等产生畸形果和开裂果，座果率降低乙烯使植物产生反应的浓度，一般认为是0.01－0.1PPm，引起达到最大反应的一半时，所需浓度是0.1－1.0PPm，饱和反应浓度为1－10PPm，植物发生急性伤害的阈值浓度为0.05－1.0PPm植物对乙烯的敏感性有很大差别，芝麻、棉花等属于敏感植物，而水稻、小麦、玉米、高梁及叶菜类、葱等则不敏感。

监测（C2H4）的植物通常有兰花、麝香石竹、黄瓜、西红柿、万寿菊及皂荚树等。