第六章 环境污染生物监测
目前在环境监测中，一般采用各种仪器和化学
分析手段．对污染物的种类和浓度可以比较快速而
灵敏地分析测定出来，其中某些常规检验已经能够
连续监测。但大部分测定项目或参数还需定期采样。
因而只反映采样瞬时的污染物浓度，不能反映环境
已经发生的变化。
环境监测中理化监测的不足,
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。
生物监测方法,
1,生态（群落生态和个体生态 ）监测
2,生物测试 (毒性测定、致突变测定 )
3,生物的生理、生化指标测定
4,生物体内污染物残留量测定
生物监测的定义和方法
生物监测的特点 ? 富集性 生物的一个重要特点是它能够通过各种方式从
环境中富集某些元素。如水中 DDT农药,
水中浓度为 0.000003mg／ L
浮游生物（富集 7.3万倍）
小鱼 (富集 14.3万倍 )
大鱼 （富集 858万倍）
人食用这些水中生物后富集 1000万倍。
? 长期性
环境污染物的含量和其它环境条件改变的强
度大小，是随时间而变化的。这些变化是因污染
物的排放量不稳定而造成的。理化监测只能代表
取样期间的概况。而生活于一定区域内的生物，
能把一定时问内环境变化情况反映出来。
综合性
人类生产、生活所产生的污染物，成份极其
复杂。理化监测只能获得各种成份的类别和含量，
但不能确切说明对生物有机体的影响。而生物是
接受综合作用，不仅仅是个别组分的影响，所以
生物监测能反映环境诸因子、多组分综合作用的
结果，能阐明整个环境的情况。对符合排放标准
的污染物，其长期影响环境的后果，更需要用生
物监测来评价。
以上过程，只有通
过生物监测手段，通过
食物链放大了的各营养
级进行分析，才能对水
体进行全面评价。
第二节 空气污染生物监测
第三节 生物污染监测
第四节 生态监测
第一节 水环境污染生物监测
对水环境进行生物监测的主要目的,
了解污染对水生生物的危害状况，判别和
测定水体污染的类型和程度，为制定控制污染
措施，使水环境生态系统保持平衡提供依据。
第一节 水环境污染生物监测
采样断面和采样点的布设原则
? 断面要有代表性
? 尽可能与化学监测断面相一致
? 考虑水环境的整体性、监测工作连续性和经济性
河流：根据长度，至少设上（对照）、中（污
染）、下游（观察）三个断面；采样点数视水面宽、
水深、生物分布特点等确定。
湖泊（水库）：入湖（库）区、中心区、出口
区、最深水区、清洁区等处设监测断面。
生物监测主要方法
一、生物群落监测方法
二、生物测试法
三、细菌学检验法
一、生物群落监测方法
未受污染的环境水体中生活着多种多样的水
生生物，这是长期自然发展的结果，也是生态系
统保持相对平衡的标志。当水体受到污染后，水
生生物的群落结构和个体数量就会发生变化，使
自然生态平衡系统被破坏，最终结果是敏感生物
消亡，抗性生物旺盛生长，群落结构单一，这是
生物群落监测法的理论依据。
生物群落监测中的对象,
水污染指示生物
浮游生物
着生生物－ 附着于长期浸没水中
的各种基质表面上的有机体群落。
底栖动物－ 栖息在水体底部淤泥
内、石块或砾石表面及其间隙中
的肉眼可见的水生无脊椎动物。
鱼类
微生物
浮游生物（ 原生
动物、轮虫、枝
角类和桡足类 ）
浮游生物－藻类
（一）生物指数监测法（贝克生物指数,贝克 -
津田生物指数,生物种类多样性指数,
硅藻生物指数 ）
（二）污水生物系统法
（三） PFU微型生物群落监测法（简称 PFU法）
生物群落监测方法
（一）生物指数监测法
生物指数（ BI） =2A+B
式中,A,B—— 分别为敏感底栖动物种类数和耐污底栖动物
种类数。
贝克生物指数,
从采样点采到的底栖大型无脊椎动物
当 BI＞ 10时，为清洁水域； BI为 1~6时，为中
等污染水域； BI=0时，为严重污染水域。
贝克－津田生物指数,
所有拟评价或监测的河段各种底栖大型无脊椎动物
当 BI≥20，为清洁水区； 10＜ BI＜ 20，为轻度
污染水区； 6＜ BI≤10，为中等污染水区； 0＜ BI≤6，
为严重污染水区 。
1.贝克生物指数和贝克 -津田生物指数
2.生物种类多样性指数
式中,—— 种类多样性指数；
N—— 单位面积样品中收集到的各类动物的总个数；
ni—— 单位面积样品中第 i种动物的个数；
S—— 收集到的动物种类数。
动物种类越多，指数越大，水质越好；反之，种类越
少，指数越小，水体污染越严重。威尔姆对美国十几条河
流进行了调查，总结出指数与水样污染程度的关系如下,
值＜ 1.0：严重污染 ; 值 1.0～ 3.0：中等污染；
值＞ 3.0：清洁
N
n
N
nd is
i
i?
?
??
1
2l o g
d
d d
d
3.硅藻生物指数
硅藻指数 =
式中,A—— 不耐污染藻类的种类数；
B—— 广谱性藻类的种类数；
C—— 仅在污染水域才出现的藻类种类数。
硅藻指数 0～ 50为多污带；硅藻指数 50～ 100为
α -中污带；硅藻指数 100～ 150为 β -中污带；硅藻
指数 150～ 200为轻污带。
1 0 022 ??? ?? CBA CBA
（二） 污水生物系统法
将受有机物污染的河流按照污染程度和自净过
程，自上游向下游划分为四个相互连续的河段，即
多污带段,α -中污带段,β -中污带段和寡污带段，
每个带都有自己的物理、化学和生物学特征。根据
这些特征进行判断。
表 6.1为污水系统的部分生物学、化学特征。
项目 多污带 α -中污带 β -中污带 寡污带
化学
过程
还原和分解作用明
显开始
水和底泥里出现氧化
作用
氧化作用更
强烈
因氧化使无机
化达到矿化阶
段
溶解氧 没有或极微量 少量 较多 很多
BOD 很高 高 较低 低
硫化氢
的生成
具有强烈的硫化氢
臭味
没有强烈硫化氢臭味 无 无
水中
有机物
蛋白质、多肽等高
分子物质大量存在
高分子化合物分解产
生氨基酸、氨等
大部分有机
物已完成无
机化过程
有机物全分解
底泥 常有黑色硫化铁存
在，呈黑色
硫化铁氧化成氢氧化
铁，底泥不呈黑色
有 Fe2O3存在 大部分氧化
水中
细菌
大量存在，每毫升
可达 100万个以上
细菌较多，每毫升在
10万个以上
数量减少，
每毫升在 10
万个以下
数量少，每毫
升在 100个以下
表 6.1 污水系统的部分生物学、化学特征
（三） PFU微型生物群落监测法
PFU法是以聚氨酯泡沫塑料块（ PFU）作为人工
基质沉入水体中，经一定时间后，水体中大部分微型
生物种类均可群集到 PFU内，达到种数平衡，通过观
察和测定该群落结构与功能的各种参数来评价水质状
况。
根据水环境条件确定采样时间，一般在静水中采
样约需四周，在流水中采样约需两周；采样结束后，
带回实验室，把 PFU中的水全部挤于烧杯内，用显微
镜进行微型生物种类观察和活体计数。
Cairns首次使用聚氨酯泡沫塑料块
(Polyurechane Foam Unit，简称 PFU)采集水体微型
生物群落；
根据生物地理平衡模型及微型生物在 PFU上群集
的过程，提出了 3个功能参数,
? 平衡时的物种数量 Seq；
? 群集曲线的斜率 (或称群集常数 )G；
? 达到 90％ Seq所需要的时间 T90％ 。
如果环境受到污染影响，原来的平衡遭到破坏，
这 3个参数将发生改变。因此，利用微型生物在 PFU上
的群集过程中 3个参数的变化，可以评价水质和监测
水污染。
PFU微型生物群落参数的变化在不同的水
质范围内具有不同的行为,
污染较轻的情况下，随着污染加重，集群速度
G、平衡时的物种数 Seq都会增大，达到 90％ Seq的时
间 T90%将缩短。从生态学观点看，此时营养水平适
合大多数原生动物的生长，因此，种类多，丰度也
大；
但随着污染程度进一步加重，平衡时物种数 Seq
会减少，达到 90％ Seq所需时间 T90%将延长，集群速
度 G也减小。从生态学观点看，重污染和严重污染
已超出大多数原生动物的耐受限度，在这恶劣的环
境中，大多数种类不能耐受而消失。
利用生物受到污染物质危害或毒害后所产生的
反应或生理机能的变化，来评价水体污染状况，确
定毒物安全浓度的方法称为生物测试法。
二、生物测试法
分
类
按水流方式：静水式和流水式
按 测试时间分类,急性试验和慢性试验
按 受试活体 分类,水生生物和发光细菌等
（一）水生生物毒性试验
水生生物毒性试验可用,
鱼类、蚤类、藻类等,
其中鱼类毒性试验应用较广泛。
金鱼 绿藻
褐藻
蝴蝶鱼
图 6.1 可用于水生生物毒性试验的部分鱼类和藻类
静水式鱼类急性毒性试验
供试鱼的选择和驯养
? 要选择无病、行动活泼、鱼鳍
完整舒展、食欲和逆水性强、
体长（不包括尾部）约 3 cm的
同种和同龄的金鱼。
? 选出的鱼必须先在与试验条件
相似的生活条件（温度、水质
等）下驯养 7 d以上；试验前
一天停止喂食；如果在试验前
4 d天内发生死亡现象或发病
的鱼高于 10%，则不能使用。
金鱼 2
金鱼 1
试验条件选择
? 每一种浓度的试验溶液为一组，每组至少 10尾鱼
试验容器用容积约 10L的玻璃缸，保证每升水中鱼
重不超过 2g。
? 试验溶液的温度要适宜，对冷水鱼为 12～ 28℃,
对温水鱼为 20～ 28℃ 。同一试验中，温度变化为
± 2℃ 。
? 试验溶液中不能含大量耗氧物质，要保证有足够的溶解氧，对于冷水鱼不少于 5mg/L，对于温水鱼
不少于 4mg/L。
? 试验溶液的 pH值通常控制在 6.7～ 8.5之间。
? 配制试验溶液和驯养鱼用水应是未受污染的河水
或湖水。如果使用自来水，必须经充分曝气才能使用。不宜使用蒸馏水。
试验步骤
试验溶液浓度设计
确定试验溶液的浓度范围
试验 记录不同时间的金鱼成活数
毒性判定 计算半数忍受限度（ TLm）
预试验 (探索性试验 )
通常选七个浓度 (至少五个 )
半数忍受限度（ TLm），即半数存活浓度。求
TLm值的简便方法是将试验鱼存活半数以上和半数
以下的数据与相应试验液毒物（或污水）浓度绘于
半对数坐标纸上（对数坐标表示毒物浓度，算术坐
标表示存活率），用直线内插法求出。
表 6.2 某毒物实验结果
毒物浓度
/ (mg·L-1)
每组鱼数
/ 尾
试验鱼成活数
24 h 48 h 96 h
10.0
7.5
5.6
4.2
3.2
2.4
对照组
10
10
10
10
10
10
10
0
3
8
9
10
10
10
0
0
2
7
9
10
10
0
0
1
2
7
9
10
安全浓度 = 2L m )( 2 4 T L m /4 8 T
0, 34 8 T L m ?
安全浓度 =48TLm× 0.1
图 6.2 用直线内插法求 TLm
点击此处观看,
,金鱼毒性实验,
（二）发光细菌法
发光细菌是一类能自发发光的细菌，其发光机制
是由于菌体内有一种荧光素酶，通过酶催化不饱和脂
肪酸反应，而向外界辐射蓝绿色的荧光，发光光谱范
围在 435～ 630nm，有单一最大发射峰 (λ max=475nm),
它是生物自身的正常生理代谢过程,由于发光细
菌有易培养、增殖速度快、发光易受外界环境的影响
且反应迅速、灵敏等特点。近年来国内外较多地将发
光细
菌应用于环境监测,Beckman公司依据发光细菌
的发光原理,已推出用于环境监测的生物毒性检测仪
Microtox。
? 生物发光法是结合生命有机体的生物物理和生物
化学过程，检测的是处于环境中的生物，提供的
是一个综合的整体指标，因此比传统的检验方法
更迅速，直接反映环境污染对生物的影响。
? 当发光细菌与水样毒性组分接触时，可影响或干
扰细菌的新陈代谢，使细菌的发光强度下降或熄
灭。在一定毒物浓度范围内，有毒物质浓度与发
光强度呈负相关线性关系，因而可使用生物发光
光度计测定水样的相对发光强度来监测有毒物质
的浓度。
1.水生植物生产力的测定
水生植物中叶绿素含量、光合作用能力、固氮能
力等指标的变化。
2.致诱变物质监测
其检测方法有,
? 微核测定
? 艾姆斯（ Ames）试验
? 染色体畸变试验
（三）其他生物测试法
三、细菌学检验法
1,卫生学质量的判断
在实际工作中，经常以检验细菌总数，特别是
检验作为粪便污染的指示细菌，如总大肠菌群、粪
大肠菌群、粪链球菌、肠道病毒等，来间接判断水
的卫生学质量。
2,利用细菌的新陈代谢能力检测废水毒性,
? 利用细菌的活动能力
? 利用用细菌生长抑制试验
? 利用细菌的呼吸代谢检测
第二节 空气污染生物监测
? 大气污染的生物监测是利用生物对存在于大气中
的污染物的反应，监测有害气体的成分和含量，
以确定大气的环境质量水平。
一、利用植物监测
? 在生物体系中，植物更易遭受大气污染的伤害，
其原因为,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。正因为植物对大气污染的反应敏
感性强，加上本身位臵的固定，便于监测与管理，
大气污染的生物监测主要是利用植物进行监测。
（一）指示植物及其受害症状
? 对大气污染反应灵敏，用以指示和反映大气污染
状况的植物，称为大气污染的指示植物。
? 空气污染物一般通过叶面上的气孔或孔隙进入植
物体内，侵袭细胞组织，并发生一系列生化反应，
从而使植物组织遭受破坏，呈现受害症状。这些
症状虽然随污染物的种类、浓度以及受害植物的
品种、曝露时间不同而有差异，但具有某些共同
特点，如叶绿素被破坏、细胞组织脱水，进而发
生叶面失去光泽，出现不同颜色（黄色、褐色或
灰白色）的斑点，叶片脱落，甚至全株枯死等异
常现象。
1,二氧化硫指示植物
堇菜
苔藓 白蜡树
云杉
地衣
棉花
白杨
图 6.3 部分二氧化硫指示植物
2,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
图 6.4 O3的指示植物
雪松
葡萄
金钱草
杏树
慈竹
郁金香
图 6.5 氟化物的指示植物
3,氟化物指示植物
4,乙烯的指示植物
万寿菊
皂荚树 黄瓜
番茄
兰花
图 6.6 乙烯的指示植物
5,氮氧化物指示植物
向日葵
菠菜
秋海棠
番茄 烟草 图 6.7 氮氧化物指示植物
（二）监测方法
1.栽培指示植物监测法
先将指示植物在没有污染的环境中盆栽或地栽
培植，待生长到适宜大小时，移至监测点观察它们
的受害症状和程度。
图 6.8 植物监测器示意图
1.气泵； 2.针型阀； 3.流量计； 4.活性
炭净化器； 5.盆栽指示植物
2、植物群落监测法
先通过调查和试验，确定群落中不同种植物对污
染物的抗性等级，将其分为敏感、抗性中等和抗性强
三类。如果敏感植物叶部出现受害症状，表明空气已
受到轻度污染；如果抗性中等的植物出现部分受害症
状，表明空气已受到中度污染；当抗性中等植物出现
明显受害症状，有些抗性强的植物也出现部分受害症
状时，则表明已造成严重污染。
植 物 受 害 情 况
悬铃木、加拿大白杨
桧柏、丝瓜
向日葵、葱、玉米、菊、牵牛花,
月季、蔷薇、枸杞、香椿、乌柏
葡萄、金银花、枸树、马齿苋
广玉兰、大叶黄杨、栀子花、腊梅
80％～ 100%叶片受害，甚至脱落
叶片有明显大块伤斑，部分植株枯死
50%左右叶面积受害，叶片脉间有点、块状伤斑
30%左右叶面积受害，叶脉间有轻度点、块状伤斑
10%左右叶面积受害，叶片上有轻度点状斑
无明显症状
表 6.3 排放 SO2的某化工厂附近植物群落受害情况
二、利用动物监测
（一）利用动物个体的异常反应
对矿井内瓦斯毒气敏感的动物
金丝雀
金翅雀 鸡
老鼠
图 6.9 对矿井内瓦斯毒气敏感的动物
对 SO2敏感的 动物
敏感性水平,本鸟最高
俺狗狗第二
耐受力最好的当属我们家禽了
金丝雀 狗
家禽 图 6.10 对 SO
2敏感的动物
（二）利用动物种群数量的变化
受不了啦，快跑吧！
大型哺乳动物、鸟类、昆虫等迁移
图 6.11 大型哺乳动物、鸟类不堪忍受空气污染而迁往别处
不易直接接触污染物的潜叶性昆虫、虫瘿昆虫、
体表有蜡质的蚧类增加，图 6.12为部分该类昆虫。
潜叶蛾
瘿蚊
红蜡蚧
图 6.12 部分昆虫和蚧类
三、利用微生物监测
空气微生物是空气污染的重要因子，它与气溶
胶、颗粒物等媒体一起散布并污染环境、左右疾病
发生与传播，监测空气微生物状况是掌握其活动和
作用的必要前提。
? 室内空气微生物监测,
某医院的空气微生物监测 163份标本，合格 88
份，合格率仅 54％；表明空气微生物的污染与医院
感染密切相关，加强消毒隔离措施、合理使用抗生
素，控制医院感染是十分重要的。
? 室外空气微生物监测,
? 辽宁省某市空气中微生物区系分布与环境质量关
系研究表明：空气中微生物的数量随着人群和车
辆流动的增加而增多，繁华的中街微生物数量最
多，其次是交通路口，居民小区；郊区某公园和
农村空气中细菌最少。
? 2001和 2002年山东省某海滨城市空气微生物监测
发现：该市空气微生物检出率高，空气处于微生
物中度污染状态。其中东部、居住区空气污染较
重，南部、西部和风景游览区空气污染较轻。滨
海区空气陆源细菌少于内陆区，真菌却较多。滨
海与内陆区空气微生物含量相近，滨海区空气陆
源微生物增多，意味两区空气污染有趋同现象。
第三节 生物污染监测
? 生物污染监测就是应用各种检测手段测定生物体
内的有害物质，以便及时掌握被污染的程度。
? 生物污染监测的步骤,
生物样品的采集
预处理
污染物的测定
生物样品制备
一、生物对污染物的吸收及在体内分布
(一 ) 植物对污染物的吸收
及在体内分布
? 空气污染物主要通过粘附、
从叶片气孔或茎部皮孔侵
入方式进入植物体；
? 植物通过根系从土壤或水
体中吸收水溶态污染物。
氟化物、农药等
污染物
图 6.13 植物对气态污染物的吸收
图 6.14 植物从土壤或水体中吸收污染物
植物内污染物的分布见表 6.4和表 6.5。
植株部位 放射性计数 /(脉冲 ·min-1·g 干样 -1) 含镉量 /(μg·g干样 -1) 分配百分数 /% 不同部位 合计
地上
部位
叶、叶鞘
茎 杆
穗 轴
穗 壳
糙 米
148
375
44
37
35
0.67
1.70
0.20
0.16
0.15
3.5
9.0
1.1
0.8
0.8
15.2
根系部分 3540 16.12 84.4 84.8
表 6.4 成熟期水稻各部位中的含镉量
品 种 叶 片 根 茎 果 实
番 茄
茄 子
黄 瓜
菜 豆
菠 菜
青萝卜
胡萝卜
149
107
110
164
57.0
34.0
63.0
32.0
31.0
50.0
—
18.7
3.8
2.4
19.5
9.0
—
33.0
7.3
—
—
2.5
3.8
3.6
17.0
—
—
—
表 6.5 氟污染区蔬菜不同部位的含氟量 单位,μg/g
表 6.6 农药在稻谷中的 蓄积 情况
农 药 糠 / % 米 / % 农 药 糠 / % 米 / %
p,p′-DDT
γ— 六六六
马拉硫磷
70
40
87
30
60
13
苯硫磷
乙拌磷
倍硫磷
80
65
94
20
35
6
表 6.7 农药在水果中的蓄积情况
农 药 品种 果皮 / % 果肉 / % 农 药 品种 果皮 / % 果肉 / %
p,p′-DDT
西维因
敌菌丹
倍硫磷
苹果
苹果
苹果
桃
97
22
97
70
3
78
3
30
异狄氏剂
杀螟松
乐果
柿子
葡萄
橘子
96
98
85
4
2
15
（二）动物对污染物的吸收及在体内分布
? 环境中的污染物一般通过呼吸道、消化道、皮肤等
途径进入动物体内 ;
? 水和土壤中的污染物质主要通过饮用水和食物摄入，
经消化道被吸收 ;
? 脂溶性污染物质通过皮肤吸收后进入动物肌体。
呼吸道
消化道
皮肤吸收
图 6.15 动物对污染物的吸收方式
二、生物样品的采集和制备
1,植物样品的采集
(1) 对样品的要求：采集的植物样品要具有代表
性、典型性和适时性。
(2) 布点方法：在划分好的采样小区内，常采用
梅花形布点法或交叉间隔布点法确定代表性的植株。
(一 ) 植物样品的采集和制备
(3) 采样方法：在每个采样小区内的采样点上分
别采集 5～ 10处植株的根、茎、叶、果实等，将同部
位样混合，组成一个混合样；采集样品量要能满足
需要，一般经制备后，至少有 20～ 50g干重样品。
图 6.16 采样点布设方法
2,植物样品的制备
(1) 鲜样的制备：测定植物内容易挥发、转化或降
解的污染物质、营养成分，以及多汁的瓜、果、蔬菜
样品，应制备成新鲜样品。
样品洗净 → 晾干或拭干 → 捣碎机捣碎制浆 → 研磨
(2) 干样的制备,风干、烘干 → 磨碎 → 过筛 → 保存
3,分析结果表示方法
常以干重为基础表示（ mg/kg），但含水量高的蔬
菜、水果等，以鲜重表示计算结果为好。
(二 ) 动物样品的采集和制备
? 动物的尿液、血液、唾液、胃液、乳液、粪便、
毛发、指甲、骨骼和组织等均可作为检验样品。
三、生物样品的预处理
(一 )消解和灰化 湿法消解 灰化法
提取方法
分离方法
液 -液萃取法
蒸馏法
层析法,
磺化法和皂化法
气提法和液上空间法
低温冷冻法
振荡浸取法
组织捣碎提取法
脂肪提取器提取
直接球磨提取法
(二 ) 提取、分离和浓缩
(三 ) 浓缩方法
蒸馏法
K-D浓缩器
蒸发法等
图 6.17 高频电场激发灰化装臵示意图
图 6.18 氧瓶燃烧灰化装臵示意图
图 6.19 索式提取器示意图 图 6.20 实验室用搅拌球磨机实物照片
四、污染物的测定
? 测定方法主要有分光光度法、原子吸收光谱法、
荧光分光光度法、色谱法、质谱法和联机法等。
表 6.8 硅酸镁 -乙醚 -石油醚层析体系分离农药
吸附剂 淋洗溶液 能分离出来的农药
硅酸镁 6%乙醚 -石油醚 艾氏剂、六六六各种异构体,p,p′-DDT,p,p′-DDT,p,p′-DDD,p,p′-DDE、七氯、多氯联苯等
硅酸镁 15%乙醚 -石油醚 狄氏剂、异狄氏剂、地亚农、杀螟硫磷、对硫磷、苯硫磷等
硅酸镁 50%乙醚 -石油醚 强碱农药、马拉硫磷等
第四节 生态监测
? 生态监测就是运用可比的方法，在时间或空间对一
定区域范围内的生态系统或生态组合体的类型、结
构和功能及其组成要素进行系统的测定和观察的过
程。
生态监测不同于环境监测。 生态监测是指预先
制定的计划和用可比的方法，在一个区域范围内对
各生态系统变化情况以及每个生态系统内一个或多
个环境要素或指标进行连续观测的过程。
生态监测是一个动态的连续观察、测试的过程,
少则一个或几个生态变化周期，多则几十个、几百
个生态变化周期。在时空上少则几年，多则几十年
或更长一段时间。
生态监测的目的,
? 了解所研究地区生态系统的现状及其变化；
? 根据现状及变化趋势为评价已开发项目对生态环
境的影响和计划开发项目可能的影响提供科学依
据；
? 提供地球资源状况及其可利用数量。
一、生态监测的类型及内容
(一 ) 宏观生态监测
宏观监测地域面积至少应在一定区域范围之内，
对一个或若干个生态系统进行监测，最大范围可扩
展至一个国家、一个地区基至全球。主要监测区域
范围内具有特殊意义的生态系统的分布、面积及生
态功能的动态变化。
(二 ) 微观生态监测
微观监测指对一个或几个生态系统内各生态要
素指标进行物理、化学、生态学方面的监测。根据
监测的目的一般可分为,
1,干扰性生态监测
2,污染性生态监测
3,治理性生态监测
4,环境质量现状评价监测
（三）生态类型的划分
森林生态系统
草原生态系统
农村生态系统
城市生态系统
（四）生态监测指标选择
自然指标,自然景观、自然状况、自然因素
人为指标,人文景观、人为因素
一般性监测指标,重点生态监测指标、常规生态
监测指标
应急监测指标,自然力和人为因素造成的紧急生
态问题监测
(1) 全球气候变暖引起的生态系统或动植物区系位移；
(2) 珍稀、濒危动植物种的分布及其栖息地；
(3) 水土流失面积及其时空分布和对环境影响；
(4) 沙漠化面积及其时空分布和对环境影响；
(5) 草场沙化退化面积及其时空分布和对环境影响；
(6) 人类活动对陆地生态系统（森林、草原、农田、荒漠
等）结构和功能的影响；
(7) 水环境污染对水体生态系统（湖泊、水库、河流和海
洋等）结构和功能的影响；
(8) 主要环境污染物（农药、化肥、有机污染物和重金属）
在土壤 -植物 -水体系统中的迁移和转化；
(9) 水土流失地、沙漠化地及草原退化地优化治理模式的
生态平衡恢复过程；
(10) 各生态系统中微量气体的释放通量与吸收情况。
(五 ) 我国优先监测的生态项目
二、生态监测方案
（ 1）监测目的；
（ 2）监测的方法及使用设备；
（ 3）监测场地描述：土壤类型、植被、海拔、经
纬度、面积；
（ 4）监测频度；
（ 5）监测起止时间、周期；
（ 6）数据的整理：观测数据、实验分析数据、统
计数据、文字数据、图形数据、图像数据，编制生态
监测项目报表；
（ 7）监测人员及监测要求。
（一）监测方案的编制
(1) 国家采用的生态监测仪器属大型监测设备，
如：遥感、地理信息系统、地理图像系统；
(2) 常规生态监测选择小型仪器。一般的测试系
统，应由传感器、中间变换设备、传输设备、数据处
理设备、显示记录设备几部分组成。
图 6.22 热岛现象研究遥感图 图 6.21 非洲地理图像
（二）监测仪器的选择
图 6.23 地球遥感图
图 6.24 某地地理信息图
? 生态监测平台是宏观生态监测的工作基础，
它以遥感技术作支持，并具备容量足够大的
计算机和宇航信息处理装臵。
? 生态监测站是微观生态监测工作的基础，它
以完整的室内外分析观测仪器作支持，并具
备计算机等信息处理系统。
（三）生态监测平台和生态监测站
(1) 能反映生态系统的各个层次和主要生态环境
问题，并以结构和功能指标为主；
(2) 筛选那些受外界条件影响大、改变快、具有
综合性代表意义的指标作为优先监测指标；
(3) 考虑可操作性及实际监测能力。
（四）生态监测指标确定原则
表 6.9 陆生生态系统监测指标
要素 常规指标 选择指标
气象 气温；湿度；风向；风速；降水量及分布；蒸发 量；地面及浅层地温；日照时数 大气干、湿沉降物及其化学组成；林间 CO2浓度（森林）
水文
地表径流量；径流水化学组成：酸度、碱度、总
磷、总氮及 NO2－, NO3－,农药（农田）；径流
水总悬浮物；地下水位；泥沙颗粒组成及流失量；
泥沙化学成分：有机质、全氮、全磷、全钾及重
金属、农药（农田）
附近河流水质；附近河流泥沙流失量；农田
灌水量、入渗量和蒸发量（农田）
土壤
有机质；养分含量：全氮、全磷、全钾、速效磷、
速效钾； pH值；交换性酸及其组成；交换性盐基
及其组成；阳离子交换量；颗粒组成及团粒结构；
容重；含水量
CO2释放量（稻田测 CH4）；农药残留量、
重金属残留量、盐分总量、水田氧化还的电
位、化肥和有机肥施用量及化学组成（农
田）；元素背景值；生命元素含量；沙丘动
态（荒漠）
植物
种类及组成；种群密度；现存生物量；凋落物量
及分解率；地上部分生产量；不同器官的化学组
成：粗灰分、氮、磷、钾、钠、有机碳、水分和
光能的收支
可食部分农药、重金属,NO2-和 NO3-含量
（农田）；可食部分粗蛋白、粗脂肪含量
动物
动物种类及种群密度；土壤动物生物量；热值；
能量和物质的收支；化学成分：灰分、蛋白质、
脂肪、全磷、钾、钠、钙、镁
体内农药、重金属残留量（农田）
微生物 种类及种群密度；生物量；热值 土壤酶类型；土壤呼吸强度；土壤固氮作用
表 6.10 水生生态系统监测指标
要素 常规指标 选择指标
水 文
气 象
日照时数；总辐射量；降水量；蒸发量；风速、
风向；气温；湿度；大气压；云量、云形、云高
及可见度
海况（海洋）；入流量和出流量
（淡水）；入流和出流水的化学组
成（淡水）；水位（淡水）；大气
干湿沉降物量及组成（淡水）
水 质
水温；颜色；气味；浊度；透明度；电导率；残
渣；氧化还原电位； pH值；矿化度；总氮；亚硝
态氮；硝态氮；氨氮；总磷；总有机碳；溶解氧；
化学需氧量；生化需氧量
重金属（镉、汞、砷、铬、铜、锌、
镍）；农药；油类；挥发酚类
底 质 氧化还原电位； pH值；粒度；总氮；总磷；有机质 重金属（总汞、砷、铬、铜、锌,镉、铅、镍）；硫化物；农药
游 泳
动 物
个体种类及数量；年龄和丰富度；现存量、捕捞
量和生产力
体内农药、重金属残留量；致死量
和亚致死量；酶活性（ p-450酶）
浮 游
植 物
群落组成；定量分类数量分布（密度）；优势种
动态；生物量；生产力
体内农药、重金属残留量；酶活性
（ p-450酶）
浮 游
动 物
群落组成定性分类；定量分类数量分布；优势种
动态；生物量 体内农药、重金属残留量
微生物 细菌总数；细菌种类；大肠杆菌群及分类；生化 活性
着生藻类和
底栖动物 定性分类；定量分类；生物量动态；优势种 体内农药、重金属残留量
四、生态监测方法
1,地面监测
? 地面监测中获得：降雨量、土壤湿度、小型动
物、动物残余物（粪便、尿和残余食物）等。
? 地面测量采样线一般沿着现存的地貌，如小路、
家畜和野兽行走的小道。
? 收集数据，包括植物物候现象、高度、物种、
物种密度、草地覆盖以及生长阶段、密度和木
本 物种的覆盖；观察动物活动、生长、生殖、
粪便及食物残余物等。
2,空中监测
图 6.25 空中监测飞行路线图 图 6.26 空中观察示意图
3,卫星监测
卫星监测最大的优点是覆盖面宽，可以获得人
工难以到达的高山、丛林资料；由于目前资料来源
增加，费用相对降低。但对地面细微变化难以了解。
因此地面监测、空中监测和卫星监测相互配合才能
获得完整的资料。
本 章 结 束
谢 谢！
目前在环境监测中，一般采用各种仪器和化学
分析手段．对污染物的种类和浓度可以比较快速而
灵敏地分析测定出来，其中某些常规检验已经能够
连续监测。但大部分测定项目或参数还需定期采样。
因而只反映采样瞬时的污染物浓度，不能反映环境
已经发生的变化。
环境监测中理化监测的不足,
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。
生物监测方法,
1,生态（群落生态和个体生态 ）监测
2,生物测试 (毒性测定、致突变测定 )
3,生物的生理、生化指标测定
4,生物体内污染物残留量测定
生物监测的定义和方法
生物监测的特点 ? 富集性 生物的一个重要特点是它能够通过各种方式从
环境中富集某些元素。如水中 DDT农药,
水中浓度为 0.000003mg／ L
浮游生物（富集 7.3万倍）
小鱼 (富集 14.3万倍 )
大鱼 （富集 858万倍）
人食用这些水中生物后富集 1000万倍。
? 长期性
环境污染物的含量和其它环境条件改变的强
度大小，是随时间而变化的。这些变化是因污染
物的排放量不稳定而造成的。理化监测只能代表
取样期间的概况。而生活于一定区域内的生物，
能把一定时问内环境变化情况反映出来。
综合性
人类生产、生活所产生的污染物，成份极其
复杂。理化监测只能获得各种成份的类别和含量，
但不能确切说明对生物有机体的影响。而生物是
接受综合作用，不仅仅是个别组分的影响，所以
生物监测能反映环境诸因子、多组分综合作用的
结果，能阐明整个环境的情况。对符合排放标准
的污染物，其长期影响环境的后果，更需要用生
物监测来评价。
以上过程，只有通
过生物监测手段，通过
食物链放大了的各营养
级进行分析，才能对水
体进行全面评价。
第二节 空气污染生物监测
第三节 生物污染监测
第四节 生态监测
第一节 水环境污染生物监测
对水环境进行生物监测的主要目的,
了解污染对水生生物的危害状况，判别和
测定水体污染的类型和程度，为制定控制污染
措施，使水环境生态系统保持平衡提供依据。
第一节 水环境污染生物监测
采样断面和采样点的布设原则
? 断面要有代表性
? 尽可能与化学监测断面相一致
? 考虑水环境的整体性、监测工作连续性和经济性
河流：根据长度，至少设上（对照）、中（污
染）、下游（观察）三个断面；采样点数视水面宽、
水深、生物分布特点等确定。
湖泊（水库）：入湖（库）区、中心区、出口
区、最深水区、清洁区等处设监测断面。
生物监测主要方法
一、生物群落监测方法
二、生物测试法
三、细菌学检验法
一、生物群落监测方法
未受污染的环境水体中生活着多种多样的水
生生物，这是长期自然发展的结果，也是生态系
统保持相对平衡的标志。当水体受到污染后，水
生生物的群落结构和个体数量就会发生变化，使
自然生态平衡系统被破坏，最终结果是敏感生物
消亡，抗性生物旺盛生长，群落结构单一，这是
生物群落监测法的理论依据。
生物群落监测中的对象,
水污染指示生物
浮游生物
着生生物－ 附着于长期浸没水中
的各种基质表面上的有机体群落。
底栖动物－ 栖息在水体底部淤泥
内、石块或砾石表面及其间隙中
的肉眼可见的水生无脊椎动物。
鱼类
微生物
浮游生物（ 原生
动物、轮虫、枝
角类和桡足类 ）
浮游生物－藻类
（一）生物指数监测法（贝克生物指数,贝克 -
津田生物指数,生物种类多样性指数,
硅藻生物指数 ）
（二）污水生物系统法
（三） PFU微型生物群落监测法（简称 PFU法）
生物群落监测方法
（一）生物指数监测法
生物指数（ BI） =2A+B
式中,A,B—— 分别为敏感底栖动物种类数和耐污底栖动物
种类数。
贝克生物指数,
从采样点采到的底栖大型无脊椎动物
当 BI＞ 10时，为清洁水域； BI为 1~6时，为中
等污染水域； BI=0时，为严重污染水域。
贝克－津田生物指数,
所有拟评价或监测的河段各种底栖大型无脊椎动物
当 BI≥20，为清洁水区； 10＜ BI＜ 20，为轻度
污染水区； 6＜ BI≤10，为中等污染水区； 0＜ BI≤6，
为严重污染水区 。
1.贝克生物指数和贝克 -津田生物指数
2.生物种类多样性指数
式中,—— 种类多样性指数；
N—— 单位面积样品中收集到的各类动物的总个数；
ni—— 单位面积样品中第 i种动物的个数；
S—— 收集到的动物种类数。
动物种类越多，指数越大，水质越好；反之，种类越
少，指数越小，水体污染越严重。威尔姆对美国十几条河
流进行了调查，总结出指数与水样污染程度的关系如下,
值＜ 1.0：严重污染 ; 值 1.0～ 3.0：中等污染；
值＞ 3.0：清洁
N
n
N
nd is
i
i?
?
??
1
2l o g
d
d d
d
3.硅藻生物指数
硅藻指数 =
式中,A—— 不耐污染藻类的种类数；
B—— 广谱性藻类的种类数；
C—— 仅在污染水域才出现的藻类种类数。
硅藻指数 0～ 50为多污带；硅藻指数 50～ 100为
α -中污带；硅藻指数 100～ 150为 β -中污带；硅藻
指数 150～ 200为轻污带。
1 0 022 ??? ?? CBA CBA
（二） 污水生物系统法
将受有机物污染的河流按照污染程度和自净过
程，自上游向下游划分为四个相互连续的河段，即
多污带段,α -中污带段,β -中污带段和寡污带段，
每个带都有自己的物理、化学和生物学特征。根据
这些特征进行判断。
表 6.1为污水系统的部分生物学、化学特征。
项目 多污带 α -中污带 β -中污带 寡污带
化学
过程
还原和分解作用明
显开始
水和底泥里出现氧化
作用
氧化作用更
强烈
因氧化使无机
化达到矿化阶
段
溶解氧 没有或极微量 少量 较多 很多
BOD 很高 高 较低 低
硫化氢
的生成
具有强烈的硫化氢
臭味
没有强烈硫化氢臭味 无 无
水中
有机物
蛋白质、多肽等高
分子物质大量存在
高分子化合物分解产
生氨基酸、氨等
大部分有机
物已完成无
机化过程
有机物全分解
底泥 常有黑色硫化铁存
在，呈黑色
硫化铁氧化成氢氧化
铁，底泥不呈黑色
有 Fe2O3存在 大部分氧化
水中
细菌
大量存在，每毫升
可达 100万个以上
细菌较多，每毫升在
10万个以上
数量减少，
每毫升在 10
万个以下
数量少，每毫
升在 100个以下
表 6.1 污水系统的部分生物学、化学特征
（三） PFU微型生物群落监测法
PFU法是以聚氨酯泡沫塑料块（ PFU）作为人工
基质沉入水体中，经一定时间后，水体中大部分微型
生物种类均可群集到 PFU内，达到种数平衡，通过观
察和测定该群落结构与功能的各种参数来评价水质状
况。
根据水环境条件确定采样时间，一般在静水中采
样约需四周，在流水中采样约需两周；采样结束后，
带回实验室，把 PFU中的水全部挤于烧杯内，用显微
镜进行微型生物种类观察和活体计数。
Cairns首次使用聚氨酯泡沫塑料块
(Polyurechane Foam Unit，简称 PFU)采集水体微型
生物群落；
根据生物地理平衡模型及微型生物在 PFU上群集
的过程，提出了 3个功能参数,
? 平衡时的物种数量 Seq；
? 群集曲线的斜率 (或称群集常数 )G；
? 达到 90％ Seq所需要的时间 T90％ 。
如果环境受到污染影响，原来的平衡遭到破坏，
这 3个参数将发生改变。因此，利用微型生物在 PFU上
的群集过程中 3个参数的变化，可以评价水质和监测
水污染。
PFU微型生物群落参数的变化在不同的水
质范围内具有不同的行为,
污染较轻的情况下，随着污染加重，集群速度
G、平衡时的物种数 Seq都会增大，达到 90％ Seq的时
间 T90%将缩短。从生态学观点看，此时营养水平适
合大多数原生动物的生长，因此，种类多，丰度也
大；
但随着污染程度进一步加重，平衡时物种数 Seq
会减少，达到 90％ Seq所需时间 T90%将延长，集群速
度 G也减小。从生态学观点看，重污染和严重污染
已超出大多数原生动物的耐受限度，在这恶劣的环
境中，大多数种类不能耐受而消失。
利用生物受到污染物质危害或毒害后所产生的
反应或生理机能的变化，来评价水体污染状况，确
定毒物安全浓度的方法称为生物测试法。
二、生物测试法
分
类
按水流方式：静水式和流水式
按 测试时间分类,急性试验和慢性试验
按 受试活体 分类,水生生物和发光细菌等
（一）水生生物毒性试验
水生生物毒性试验可用,
鱼类、蚤类、藻类等,
其中鱼类毒性试验应用较广泛。
金鱼 绿藻
褐藻
蝴蝶鱼
图 6.1 可用于水生生物毒性试验的部分鱼类和藻类
静水式鱼类急性毒性试验
供试鱼的选择和驯养
? 要选择无病、行动活泼、鱼鳍
完整舒展、食欲和逆水性强、
体长（不包括尾部）约 3 cm的
同种和同龄的金鱼。
? 选出的鱼必须先在与试验条件
相似的生活条件（温度、水质
等）下驯养 7 d以上；试验前
一天停止喂食；如果在试验前
4 d天内发生死亡现象或发病
的鱼高于 10%，则不能使用。
金鱼 2
金鱼 1
试验条件选择
? 每一种浓度的试验溶液为一组，每组至少 10尾鱼
试验容器用容积约 10L的玻璃缸，保证每升水中鱼
重不超过 2g。
? 试验溶液的温度要适宜，对冷水鱼为 12～ 28℃,
对温水鱼为 20～ 28℃ 。同一试验中，温度变化为
± 2℃ 。
? 试验溶液中不能含大量耗氧物质，要保证有足够的溶解氧，对于冷水鱼不少于 5mg/L，对于温水鱼
不少于 4mg/L。
? 试验溶液的 pH值通常控制在 6.7～ 8.5之间。
? 配制试验溶液和驯养鱼用水应是未受污染的河水
或湖水。如果使用自来水，必须经充分曝气才能使用。不宜使用蒸馏水。
试验步骤
试验溶液浓度设计
确定试验溶液的浓度范围
试验 记录不同时间的金鱼成活数
毒性判定 计算半数忍受限度（ TLm）
预试验 (探索性试验 )
通常选七个浓度 (至少五个 )
半数忍受限度（ TLm），即半数存活浓度。求
TLm值的简便方法是将试验鱼存活半数以上和半数
以下的数据与相应试验液毒物（或污水）浓度绘于
半对数坐标纸上（对数坐标表示毒物浓度，算术坐
标表示存活率），用直线内插法求出。
表 6.2 某毒物实验结果
毒物浓度
/ (mg·L-1)
每组鱼数
/ 尾
试验鱼成活数
24 h 48 h 96 h
10.0
7.5
5.6
4.2
3.2
2.4
对照组
10
10
10
10
10
10
10
0
3
8
9
10
10
10
0
0
2
7
9
10
10
0
0
1
2
7
9
10
安全浓度 = 2L m )( 2 4 T L m /4 8 T
0, 34 8 T L m ?
安全浓度 =48TLm× 0.1
图 6.2 用直线内插法求 TLm
点击此处观看,
,金鱼毒性实验,
（二）发光细菌法
发光细菌是一类能自发发光的细菌，其发光机制
是由于菌体内有一种荧光素酶，通过酶催化不饱和脂
肪酸反应，而向外界辐射蓝绿色的荧光，发光光谱范
围在 435～ 630nm，有单一最大发射峰 (λ max=475nm),
它是生物自身的正常生理代谢过程,由于发光细
菌有易培养、增殖速度快、发光易受外界环境的影响
且反应迅速、灵敏等特点。近年来国内外较多地将发
光细
菌应用于环境监测,Beckman公司依据发光细菌
的发光原理,已推出用于环境监测的生物毒性检测仪
Microtox。
? 生物发光法是结合生命有机体的生物物理和生物
化学过程，检测的是处于环境中的生物，提供的
是一个综合的整体指标，因此比传统的检验方法
更迅速，直接反映环境污染对生物的影响。
? 当发光细菌与水样毒性组分接触时，可影响或干
扰细菌的新陈代谢，使细菌的发光强度下降或熄
灭。在一定毒物浓度范围内，有毒物质浓度与发
光强度呈负相关线性关系，因而可使用生物发光
光度计测定水样的相对发光强度来监测有毒物质
的浓度。
1.水生植物生产力的测定
水生植物中叶绿素含量、光合作用能力、固氮能
力等指标的变化。
2.致诱变物质监测
其检测方法有,
? 微核测定
? 艾姆斯（ Ames）试验
? 染色体畸变试验
（三）其他生物测试法
三、细菌学检验法
1,卫生学质量的判断
在实际工作中，经常以检验细菌总数，特别是
检验作为粪便污染的指示细菌，如总大肠菌群、粪
大肠菌群、粪链球菌、肠道病毒等，来间接判断水
的卫生学质量。
2,利用细菌的新陈代谢能力检测废水毒性,
? 利用细菌的活动能力
? 利用用细菌生长抑制试验
? 利用细菌的呼吸代谢检测
第二节 空气污染生物监测
? 大气污染的生物监测是利用生物对存在于大气中
的污染物的反应，监测有害气体的成分和含量，
以确定大气的环境质量水平。
一、利用植物监测
? 在生物体系中，植物更易遭受大气污染的伤害，
其原因为,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。正因为植物对大气污染的反应敏
感性强，加上本身位臵的固定，便于监测与管理，
大气污染的生物监测主要是利用植物进行监测。
（一）指示植物及其受害症状
? 对大气污染反应灵敏，用以指示和反映大气污染
状况的植物，称为大气污染的指示植物。
? 空气污染物一般通过叶面上的气孔或孔隙进入植
物体内，侵袭细胞组织，并发生一系列生化反应，
从而使植物组织遭受破坏，呈现受害症状。这些
症状虽然随污染物的种类、浓度以及受害植物的
品种、曝露时间不同而有差异，但具有某些共同
特点，如叶绿素被破坏、细胞组织脱水，进而发
生叶面失去光泽，出现不同颜色（黄色、褐色或
灰白色）的斑点，叶片脱落，甚至全株枯死等异
常现象。
1,二氧化硫指示植物
堇菜
苔藓 白蜡树
云杉
地衣
棉花
白杨
图 6.3 部分二氧化硫指示植物
2,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
图 6.4 O3的指示植物
雪松
葡萄
金钱草
杏树
慈竹
郁金香
图 6.5 氟化物的指示植物
3,氟化物指示植物
4,乙烯的指示植物
万寿菊
皂荚树 黄瓜
番茄
兰花
图 6.6 乙烯的指示植物
5,氮氧化物指示植物
向日葵
菠菜
秋海棠
番茄 烟草 图 6.7 氮氧化物指示植物
（二）监测方法
1.栽培指示植物监测法
先将指示植物在没有污染的环境中盆栽或地栽
培植，待生长到适宜大小时，移至监测点观察它们
的受害症状和程度。
图 6.8 植物监测器示意图
1.气泵； 2.针型阀； 3.流量计； 4.活性
炭净化器； 5.盆栽指示植物
2、植物群落监测法
先通过调查和试验，确定群落中不同种植物对污
染物的抗性等级，将其分为敏感、抗性中等和抗性强
三类。如果敏感植物叶部出现受害症状，表明空气已
受到轻度污染；如果抗性中等的植物出现部分受害症
状，表明空气已受到中度污染；当抗性中等植物出现
明显受害症状，有些抗性强的植物也出现部分受害症
状时，则表明已造成严重污染。
植 物 受 害 情 况
悬铃木、加拿大白杨
桧柏、丝瓜
向日葵、葱、玉米、菊、牵牛花,
月季、蔷薇、枸杞、香椿、乌柏
葡萄、金银花、枸树、马齿苋
广玉兰、大叶黄杨、栀子花、腊梅
80％～ 100%叶片受害，甚至脱落
叶片有明显大块伤斑，部分植株枯死
50%左右叶面积受害，叶片脉间有点、块状伤斑
30%左右叶面积受害，叶脉间有轻度点、块状伤斑
10%左右叶面积受害，叶片上有轻度点状斑
无明显症状
表 6.3 排放 SO2的某化工厂附近植物群落受害情况
二、利用动物监测
（一）利用动物个体的异常反应
对矿井内瓦斯毒气敏感的动物
金丝雀
金翅雀 鸡
老鼠
图 6.9 对矿井内瓦斯毒气敏感的动物
对 SO2敏感的 动物
敏感性水平,本鸟最高
俺狗狗第二
耐受力最好的当属我们家禽了
金丝雀 狗
家禽 图 6.10 对 SO
2敏感的动物
（二）利用动物种群数量的变化
受不了啦，快跑吧！
大型哺乳动物、鸟类、昆虫等迁移
图 6.11 大型哺乳动物、鸟类不堪忍受空气污染而迁往别处
不易直接接触污染物的潜叶性昆虫、虫瘿昆虫、
体表有蜡质的蚧类增加，图 6.12为部分该类昆虫。
潜叶蛾
瘿蚊
红蜡蚧
图 6.12 部分昆虫和蚧类
三、利用微生物监测
空气微生物是空气污染的重要因子，它与气溶
胶、颗粒物等媒体一起散布并污染环境、左右疾病
发生与传播，监测空气微生物状况是掌握其活动和
作用的必要前提。
? 室内空气微生物监测,
某医院的空气微生物监测 163份标本，合格 88
份，合格率仅 54％；表明空气微生物的污染与医院
感染密切相关，加强消毒隔离措施、合理使用抗生
素，控制医院感染是十分重要的。
? 室外空气微生物监测,
? 辽宁省某市空气中微生物区系分布与环境质量关
系研究表明：空气中微生物的数量随着人群和车
辆流动的增加而增多，繁华的中街微生物数量最
多，其次是交通路口，居民小区；郊区某公园和
农村空气中细菌最少。
? 2001和 2002年山东省某海滨城市空气微生物监测
发现：该市空气微生物检出率高，空气处于微生
物中度污染状态。其中东部、居住区空气污染较
重，南部、西部和风景游览区空气污染较轻。滨
海区空气陆源细菌少于内陆区，真菌却较多。滨
海与内陆区空气微生物含量相近，滨海区空气陆
源微生物增多，意味两区空气污染有趋同现象。
第三节 生物污染监测
? 生物污染监测就是应用各种检测手段测定生物体
内的有害物质，以便及时掌握被污染的程度。
? 生物污染监测的步骤,
生物样品的采集
预处理
污染物的测定
生物样品制备
一、生物对污染物的吸收及在体内分布
(一 ) 植物对污染物的吸收
及在体内分布
? 空气污染物主要通过粘附、
从叶片气孔或茎部皮孔侵
入方式进入植物体；
? 植物通过根系从土壤或水
体中吸收水溶态污染物。
氟化物、农药等
污染物
图 6.13 植物对气态污染物的吸收
图 6.14 植物从土壤或水体中吸收污染物
植物内污染物的分布见表 6.4和表 6.5。
植株部位 放射性计数 /(脉冲 ·min-1·g 干样 -1) 含镉量 /(μg·g干样 -1) 分配百分数 /% 不同部位 合计
地上
部位
叶、叶鞘
茎 杆
穗 轴
穗 壳
糙 米
148
375
44
37
35
0.67
1.70
0.20
0.16
0.15
3.5
9.0
1.1
0.8
0.8
15.2
根系部分 3540 16.12 84.4 84.8
表 6.4 成熟期水稻各部位中的含镉量
品 种 叶 片 根 茎 果 实
番 茄
茄 子
黄 瓜
菜 豆
菠 菜
青萝卜
胡萝卜
149
107
110
164
57.0
34.0
63.0
32.0
31.0
50.0
—
18.7
3.8
2.4
19.5
9.0
—
33.0
7.3
—
—
2.5
3.8
3.6
17.0
—
—
—
表 6.5 氟污染区蔬菜不同部位的含氟量 单位,μg/g
表 6.6 农药在稻谷中的 蓄积 情况
农 药 糠 / % 米 / % 农 药 糠 / % 米 / %
p,p′-DDT
γ— 六六六
马拉硫磷
70
40
87
30
60
13
苯硫磷
乙拌磷
倍硫磷
80
65
94
20
35
6
表 6.7 农药在水果中的蓄积情况
农 药 品种 果皮 / % 果肉 / % 农 药 品种 果皮 / % 果肉 / %
p,p′-DDT
西维因
敌菌丹
倍硫磷
苹果
苹果
苹果
桃
97
22
97
70
3
78
3
30
异狄氏剂
杀螟松
乐果
柿子
葡萄
橘子
96
98
85
4
2
15
（二）动物对污染物的吸收及在体内分布
? 环境中的污染物一般通过呼吸道、消化道、皮肤等
途径进入动物体内 ;
? 水和土壤中的污染物质主要通过饮用水和食物摄入，
经消化道被吸收 ;
? 脂溶性污染物质通过皮肤吸收后进入动物肌体。
呼吸道
消化道
皮肤吸收
图 6.15 动物对污染物的吸收方式
二、生物样品的采集和制备
1,植物样品的采集
(1) 对样品的要求：采集的植物样品要具有代表
性、典型性和适时性。
(2) 布点方法：在划分好的采样小区内，常采用
梅花形布点法或交叉间隔布点法确定代表性的植株。
(一 ) 植物样品的采集和制备
(3) 采样方法：在每个采样小区内的采样点上分
别采集 5～ 10处植株的根、茎、叶、果实等，将同部
位样混合，组成一个混合样；采集样品量要能满足
需要，一般经制备后，至少有 20～ 50g干重样品。
图 6.16 采样点布设方法
2,植物样品的制备
(1) 鲜样的制备：测定植物内容易挥发、转化或降
解的污染物质、营养成分，以及多汁的瓜、果、蔬菜
样品，应制备成新鲜样品。
样品洗净 → 晾干或拭干 → 捣碎机捣碎制浆 → 研磨
(2) 干样的制备,风干、烘干 → 磨碎 → 过筛 → 保存
3,分析结果表示方法
常以干重为基础表示（ mg/kg），但含水量高的蔬
菜、水果等，以鲜重表示计算结果为好。
(二 ) 动物样品的采集和制备
? 动物的尿液、血液、唾液、胃液、乳液、粪便、
毛发、指甲、骨骼和组织等均可作为检验样品。
三、生物样品的预处理
(一 )消解和灰化 湿法消解 灰化法
提取方法
分离方法
液 -液萃取法
蒸馏法
层析法,
磺化法和皂化法
气提法和液上空间法
低温冷冻法
振荡浸取法
组织捣碎提取法
脂肪提取器提取
直接球磨提取法
(二 ) 提取、分离和浓缩
(三 ) 浓缩方法
蒸馏法
K-D浓缩器
蒸发法等
图 6.17 高频电场激发灰化装臵示意图
图 6.18 氧瓶燃烧灰化装臵示意图
图 6.19 索式提取器示意图 图 6.20 实验室用搅拌球磨机实物照片
四、污染物的测定
? 测定方法主要有分光光度法、原子吸收光谱法、
荧光分光光度法、色谱法、质谱法和联机法等。
表 6.8 硅酸镁 -乙醚 -石油醚层析体系分离农药
吸附剂 淋洗溶液 能分离出来的农药
硅酸镁 6%乙醚 -石油醚 艾氏剂、六六六各种异构体,p,p′-DDT,p,p′-DDT,p,p′-DDD,p,p′-DDE、七氯、多氯联苯等
硅酸镁 15%乙醚 -石油醚 狄氏剂、异狄氏剂、地亚农、杀螟硫磷、对硫磷、苯硫磷等
硅酸镁 50%乙醚 -石油醚 强碱农药、马拉硫磷等
第四节 生态监测
? 生态监测就是运用可比的方法，在时间或空间对一
定区域范围内的生态系统或生态组合体的类型、结
构和功能及其组成要素进行系统的测定和观察的过
程。
生态监测不同于环境监测。 生态监测是指预先
制定的计划和用可比的方法，在一个区域范围内对
各生态系统变化情况以及每个生态系统内一个或多
个环境要素或指标进行连续观测的过程。
生态监测是一个动态的连续观察、测试的过程,
少则一个或几个生态变化周期，多则几十个、几百
个生态变化周期。在时空上少则几年，多则几十年
或更长一段时间。
生态监测的目的,
? 了解所研究地区生态系统的现状及其变化；
? 根据现状及变化趋势为评价已开发项目对生态环
境的影响和计划开发项目可能的影响提供科学依
据；
? 提供地球资源状况及其可利用数量。
一、生态监测的类型及内容
(一 ) 宏观生态监测
宏观监测地域面积至少应在一定区域范围之内，
对一个或若干个生态系统进行监测，最大范围可扩
展至一个国家、一个地区基至全球。主要监测区域
范围内具有特殊意义的生态系统的分布、面积及生
态功能的动态变化。
(二 ) 微观生态监测
微观监测指对一个或几个生态系统内各生态要
素指标进行物理、化学、生态学方面的监测。根据
监测的目的一般可分为,
1,干扰性生态监测
2,污染性生态监测
3,治理性生态监测
4,环境质量现状评价监测
（三）生态类型的划分
森林生态系统
草原生态系统
农村生态系统
城市生态系统
（四）生态监测指标选择
自然指标,自然景观、自然状况、自然因素
人为指标,人文景观、人为因素
一般性监测指标,重点生态监测指标、常规生态
监测指标
应急监测指标,自然力和人为因素造成的紧急生
态问题监测
(1) 全球气候变暖引起的生态系统或动植物区系位移；
(2) 珍稀、濒危动植物种的分布及其栖息地；
(3) 水土流失面积及其时空分布和对环境影响；
(4) 沙漠化面积及其时空分布和对环境影响；
(5) 草场沙化退化面积及其时空分布和对环境影响；
(6) 人类活动对陆地生态系统（森林、草原、农田、荒漠
等）结构和功能的影响；
(7) 水环境污染对水体生态系统（湖泊、水库、河流和海
洋等）结构和功能的影响；
(8) 主要环境污染物（农药、化肥、有机污染物和重金属）
在土壤 -植物 -水体系统中的迁移和转化；
(9) 水土流失地、沙漠化地及草原退化地优化治理模式的
生态平衡恢复过程；
(10) 各生态系统中微量气体的释放通量与吸收情况。
(五 ) 我国优先监测的生态项目
二、生态监测方案
（ 1）监测目的；
（ 2）监测的方法及使用设备；
（ 3）监测场地描述：土壤类型、植被、海拔、经
纬度、面积；
（ 4）监测频度；
（ 5）监测起止时间、周期；
（ 6）数据的整理：观测数据、实验分析数据、统
计数据、文字数据、图形数据、图像数据，编制生态
监测项目报表；
（ 7）监测人员及监测要求。
（一）监测方案的编制
(1) 国家采用的生态监测仪器属大型监测设备，
如：遥感、地理信息系统、地理图像系统；
(2) 常规生态监测选择小型仪器。一般的测试系
统，应由传感器、中间变换设备、传输设备、数据处
理设备、显示记录设备几部分组成。
图 6.22 热岛现象研究遥感图 图 6.21 非洲地理图像
（二）监测仪器的选择
图 6.23 地球遥感图
图 6.24 某地地理信息图
? 生态监测平台是宏观生态监测的工作基础，
它以遥感技术作支持，并具备容量足够大的
计算机和宇航信息处理装臵。
? 生态监测站是微观生态监测工作的基础，它
以完整的室内外分析观测仪器作支持，并具
备计算机等信息处理系统。
（三）生态监测平台和生态监测站
(1) 能反映生态系统的各个层次和主要生态环境
问题，并以结构和功能指标为主；
(2) 筛选那些受外界条件影响大、改变快、具有
综合性代表意义的指标作为优先监测指标；
(3) 考虑可操作性及实际监测能力。
（四）生态监测指标确定原则
表 6.9 陆生生态系统监测指标
要素 常规指标 选择指标
气象 气温；湿度；风向；风速；降水量及分布；蒸发 量；地面及浅层地温；日照时数 大气干、湿沉降物及其化学组成；林间 CO2浓度（森林）
水文
地表径流量；径流水化学组成：酸度、碱度、总
磷、总氮及 NO2－, NO3－,农药（农田）；径流
水总悬浮物；地下水位；泥沙颗粒组成及流失量；
泥沙化学成分：有机质、全氮、全磷、全钾及重
金属、农药（农田）
附近河流水质；附近河流泥沙流失量；农田
灌水量、入渗量和蒸发量（农田）
土壤
有机质；养分含量：全氮、全磷、全钾、速效磷、
速效钾； pH值；交换性酸及其组成；交换性盐基
及其组成；阳离子交换量；颗粒组成及团粒结构；
容重；含水量
CO2释放量（稻田测 CH4）；农药残留量、
重金属残留量、盐分总量、水田氧化还的电
位、化肥和有机肥施用量及化学组成（农
田）；元素背景值；生命元素含量；沙丘动
态（荒漠）
植物
种类及组成；种群密度；现存生物量；凋落物量
及分解率；地上部分生产量；不同器官的化学组
成：粗灰分、氮、磷、钾、钠、有机碳、水分和
光能的收支
可食部分农药、重金属,NO2-和 NO3-含量
（农田）；可食部分粗蛋白、粗脂肪含量
动物
动物种类及种群密度；土壤动物生物量；热值；
能量和物质的收支；化学成分：灰分、蛋白质、
脂肪、全磷、钾、钠、钙、镁
体内农药、重金属残留量（农田）
微生物 种类及种群密度；生物量；热值 土壤酶类型；土壤呼吸强度；土壤固氮作用
表 6.10 水生生态系统监测指标
要素 常规指标 选择指标
水 文
气 象
日照时数；总辐射量；降水量；蒸发量；风速、
风向；气温；湿度；大气压；云量、云形、云高
及可见度
海况（海洋）；入流量和出流量
（淡水）；入流和出流水的化学组
成（淡水）；水位（淡水）；大气
干湿沉降物量及组成（淡水）
水 质
水温；颜色；气味；浊度；透明度；电导率；残
渣；氧化还原电位； pH值；矿化度；总氮；亚硝
态氮；硝态氮；氨氮；总磷；总有机碳；溶解氧；
化学需氧量；生化需氧量
重金属（镉、汞、砷、铬、铜、锌、
镍）；农药；油类；挥发酚类
底 质 氧化还原电位； pH值；粒度；总氮；总磷；有机质 重金属（总汞、砷、铬、铜、锌,镉、铅、镍）；硫化物；农药
游 泳
动 物
个体种类及数量；年龄和丰富度；现存量、捕捞
量和生产力
体内农药、重金属残留量；致死量
和亚致死量；酶活性（ p-450酶）
浮 游
植 物
群落组成；定量分类数量分布（密度）；优势种
动态；生物量；生产力
体内农药、重金属残留量；酶活性
（ p-450酶）
浮 游
动 物
群落组成定性分类；定量分类数量分布；优势种
动态；生物量 体内农药、重金属残留量
微生物 细菌总数；细菌种类；大肠杆菌群及分类；生化 活性
着生藻类和
底栖动物 定性分类；定量分类；生物量动态；优势种 体内农药、重金属残留量
四、生态监测方法
1,地面监测
? 地面监测中获得：降雨量、土壤湿度、小型动
物、动物残余物（粪便、尿和残余食物）等。
? 地面测量采样线一般沿着现存的地貌，如小路、
家畜和野兽行走的小道。
? 收集数据，包括植物物候现象、高度、物种、
物种密度、草地覆盖以及生长阶段、密度和木
本 物种的覆盖；观察动物活动、生长、生殖、
粪便及食物残余物等。
2,空中监测
图 6.25 空中监测飞行路线图 图 6.26 空中观察示意图
3,卫星监测
卫星监测最大的优点是覆盖面宽，可以获得人
工难以到达的高山、丛林资料；由于目前资料来源
增加，费用相对降低。但对地面细微变化难以了解。
因此地面监测、空中监测和卫星监测相互配合才能
获得完整的资料。
本 章 结 束
谢 谢！
