1、 本科毕业论文 （ 20 届） 水体有机污染物生物监测的研究进展 所在学院 专业班级 农业资源与环境 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 0 - 目录 中文摘要 1 英文摘要 2 1 前言 1 1.1 水体有机污染物 1 1.2 生物监测 1 1.3 水体有机污染物的生物监测 2 2 水体中主要有机污染物种类、来源与危害 3 2.1 水体主要有机污染物种类 3 2.2 水体有机污染物的来源 3 2.3 水体有机污染物的危害 4 3 水体有机污染物的污染现状 4 3.1 地表水 5 3.2 地下水 5 4 水体有机污染物的生物监测 6 4.1 生物监测的原理 6 4.2 主要的
2、监测方 法 6 4.3 不同种类的生物体在水体有机污染物上的监测应用 8 5 小结及展望 11 5.1 小结 11 5.2 展望 12 致谢 13 参考文献 14 - I - 摘要 水体有机污染物特别是持久性有机污染物（ POPs）具有广泛的毒性，对人类生存环境以及对动、植物生长等会造成严重的影响和潜在的威胁。本文概述了水体主要有机污染物的种类、来源、污染现状及其危害，并对我国部分重点河流、湖泊和地下水的有机污染现状进行了描述；重点介绍了生物监测的原理、主要监测方法，以及利用生物监测技术进行有机污染物监测的研究现状；列举了利用鱼类、浮游生物、底栖生物、鸟类、原生生物等进行水体有机污染物的监测实
3、例，特别是对水体持久性有机污染物的生物监测。最后对全文进行了小结与回顾，水体有机 污染物的生物监测与物理化分析手段进行了比较，生物监测技术具有明显的优势，并就水体有机污染物今后的研究发展方向进行了展望，生物监测要与理化监测手段、分子遗传技术等相结合，从而开辟更广阔的天地。 关键词 水体 有机污染物 危害 生物监测 - II - The research progress about biological monitoring on waters organic contamination Abstract Organic pollutants in waters, especially per
4、sistent organic pollutants (POPs) has a wide range of toxicity, on the human environment and the animals and plants grow so will cause serious impact and potential threat. This article outlines the major organic pollutants in water body types, sources, pollution and harm, and some focus on our river
5、s, lakes and groundwater of organic pollution are described; Focuses on the principles of biological monitoring, the main detection methods, and use of biological monitoring for organic pollutants monitoring of the status quo; Cited the use of fish, plankton, benthos, birds, protozoa and other organ
6、ic pollutants in the water monitoring instances, especially persistent organic pollutants in water biological monitoring. Finally, the full text of the summary and review, Organic pollutants in water bodies and physical analysis of biological monitoring methods were compared, Biological monitoring t
7、echnology has obvious advantages, Organic pollutants in water bodies and to study the future direction of development in the future, Biological monitoring with the physical and chemical testing methods, the combination of molecular genetic techniques, thus opening up a wider world. Key Words Waters
8、Organic pollutants Harm Research Biological monitoring 1 1. 前言 1.1 水体有机污染物 全国科学技术名词审定委员会指出，所谓有机污染物是指是能导致生态系统、生物体产生不良反应或对水体造成污染的有机化合物，可分为天然有机污染物和人工合成有机污染物两大类。由于人类生产活动作用影响，有机污染物普遍存在于各个领域，其污染范围已经是全球性的问题。早在 20 年前，人们就发现远在南极的企鹅体内有 DDT 的存在， 可见有机污染物已经蔓延至全球各个角落。 而且有机污染物的毒性极强 ，具有致畸、致癌、致突变的作用，全球由于有机污染物的污染造成人们中
9、毒事件比比皆是。 水体有机污染物主要是指工业污水、城市生活垃圾和有机农药等造成的。进入水体之后分解需要大量溶解氧，一旦水体供养不足，使氧化作用停止，引起有机物厌氧发酵，散发出恶臭，严重影响环境质量。有些有机污染物（如有机氯农药）难以降解，长年累月累积下来，经食物链富集放大，最后集到人体身上，引起急性或慢性中毒，影响人类生存的可持续性发展。 1.2 生物监测 1.2.1 生物监测技术的产生 生物监测工作是 20 世纪初在一些国家开展起来的。 70 年代以 来， 人们对机污染物的研究和控制有一个过程，采取的措施也与科学技术和生产发展水平密切相关。早期对污染物的研究大多基于某些含量大或浓度高、易于观
10、察等特征比较明显的种类，成熟的环境质量监测技术偏重于理化分析手段。随着生产和科学技术的发展，人们开始认识到仅利用理化监测手段来分析说明环境质量问题已远远不够、更无法全面客观反映环境质量状况 1。因此 生物监测逐渐成了研究人员监测手段的活跃领域， 生物监测日益得到重视。 1977 年美国试验和材料学会 (ASTM)出版了水和废水质量的生物监测会议论文集，内容包括利用各类生物体 进行监测和生物测试技术。 为能更好的发展研究生物检测技术，国家环境保护局还将其下属的几个研究所重新组合为国家研究中心国立健康与环境影响研究所和国立人体暴露剂量研究所等。1992 年举行的“北大西洋公约组织高科技讨论会”指出
11、对于环境污染的监测，仅用理化方法是没有实际的生态学意义，而用生物监测手段最能体现生物学意义和对环境的危害程度，最后都认为应该将理化方法和生物学方法兼而并用。同时还认定，今后对环境污染物的监测将使用各种生物体系统（例如动物、植物甚至人体） 2。我国对水体污染的生物监测起步比较晚， 80 年代末才开 始全国范围内的城市生物监测试点。不过也取得了显著成果，例如在沿海、湖泊和河流水体的富营养化，城市各污染源的排放监测，地下水污染指标等都得到了国际的认可。 1.2.2 生物监测的优势 传统的环境监测方法如理化分析是监测环境污染的一个重要手段，其主要是通过物理和化学分析了解污染物的浓度。但是传统的理化分析
12、系统与生物监测方法相比有其缺陷性。 1.2.2.1 假如环境中的污染物浓度相当低，受现有监测仪器的敏感度影响，就会很难准确测定，而生物监测具有很强的灵敏性；一些微量的污染物进入环境后，在人类能直接感受到或2 能直接检 测出来之前，生物即可作出反应，显示出某些污染症状，可见利用生物监测可提早发现污染，及时控制及防治。 1.2.2.2 在环境污染中，生物体接触的不只是一种污染物。而是几种甚至几十种混合起来，使其发生协同作用，生物监测恰能对环境污染的综合效应通过群落、个体显现出来。 1.2.2.3 受仪器的灵活性限制，不能够对污染物进行连续性的监测，而且取样相当繁琐，生物监测则都克服了这些局限性 3
13、。 1.2.2.4 传统的理化分析只能代表取样期间的污染状况，不能准确的反映环境中各类污染物的长期混合效应；而生活于某区域内的生 物，却可以把长期的污染效果反映出来 4。 1.2.2.5 生物处于生态系统中，易于富集污染物，通过食物链可以把环境中的微量有毒物质富集起来，当达到该食物链顶端时，可将污染物浓度提高达数万倍。 1.2.2.6 免去高昂及烦琐的仪器保养和维修工作费用，却可以做到大面积的连续布点研究，因此生物监测较理化监测费用大大降低。 1.2.2.7 生物监测比较多样化，更具功能性，因为一种生物体可以对不同污染物表现出不同症状 5。 1.2.2.8 理化分析手段难以反映污染物的毒性效应
14、及对生态系统和生物体的综合效应，无法准 确说明环境中生物体的受危害程度，难以反映其环境风险，生物监测在自然情况下却能反映出多种污染物对生物的综合影响。 因此生物监测便于综合性环境风险评价，可以更加准确、全面、客观的评价环境质量。 1.3 水体有机污染物的生物监测 随着国内外环境研究人员利用生物体对水体有机污染物进行的大量深入研究，发现生物及其生存环境中存在着协同进化性及统一性关系等，因此生物体对生存环境污染程度的变化十分敏感。人们可以从监测生物的体内器官有机污染物含量、细胞变化情况、生化反应及等得到信息；也可以根据生态学的相关指示标准，如群落的异 常反应、数量的变化、优势种的更替演变等对该单位
15、水体的有机污染物的实际毒性和潜在影响进行监测，为水体有机物污染的生物监测的实践提供了可靠的理论依据 6。根据以上理论依据我们可以知道生物监测能直接判断水体中有机污染物的实际毒性和潜在影响，真实反映有机污染物对生物体的危害状况，在多种有机污染物共同存在的情况下，能综合准确的反映环境质量状况，且能连续监测，通过其不同的反应症状指示出多种干扰效应，监测灵敏度高，可实现早期预报。而且能监测长期作用产生的有机污染物的慢性毒性效果，利用生物监测水体有机污染物，克服了理化分 析的局限性。 在水体有机污染生物监测的研究中，根据不同的要求和目的，可以采用不同的生物监测方法，如对有机污染物的毒性研究可以用生态毒理
16、学法，某一生态系统中对受污染指示生物的组织病理学和某有机物的流动迁移分析可以用生物残毒测试法，对藻类叶绿素 a 含量的分析、在特定环境中特定物种体内有机污染物含量的分析等可用 PFU 法。除了选择适当的监测方法外，对指示生物的选择也很重要，应优先选取易于养殖、分布广泛、有丰富背景资料的生物体。该生物在食物链中占有一定的地位，且应是一种重要的水生生态群的代表，能从周围环境中积累有机污染 物，而且其体内的有机污染物浓度与环境中有机污染浓度之间存在相关性关系。资料表明，用于监测水体有机污染的指示生物常用有原生动物、底栖动物 (如贝类、3 螺 )等其他水生生物。由于有机污染物日益受到人们的关注，所以水
17、体有机污染物的生物监测技得到了实际性的进展。近年来人们利用生物体对水体有机污染物的监测做了很多的研究，获得了大量准确可靠的实验数据和经验。 2. 水体主要有机污染物种类、来源与危害 2.1 水体主要有机污染物种类 自 20 世纪以来，有机污染物的危害越来越严重，而且其结构复杂，种类繁多。有机污染物按人类活动分 为工业环境污染、城市环境污染和农业环境污染三大类；按环境要素分大气污染、土壤污染和水体污染三类；按造成环境污染的性质来源分化学污染、生物污染和物理污染（放射性污染、噪声污染等）、固体废弃物污染和能源污染。 水体主要有机污染物有以下四大类：有机锡化合物、二噁英类、多环芳烃、多氯联苯、三氯乙
18、醛；甲醛、阿特拉津、丙烯腈、丙烯醛、有机氯农药、有机磷农药和邻苯二甲酸酯类；有机质、半挥发性和挥发性有机污染物、氯苯类化合物、挥发性卤代烃、苯系物；总有机卤化物、可吸附有机卤素、硝基苯类、石油类、酚类化合物和苯胺类化合物 7。有些是毒性极强的三致（致畸、致癌和致突变）物质，尤其以持久性有机污染物最为突出，具有难以降解、流动迁移性强，高毒性、持久性、生物积累性及不易察觉等特点。如多氯联苯、二噁英类和有机氯农药等，人体摄入微量就可能引起急性或慢性中毒。 2.2 水体有机污染物的来源 2.2.1 工业排放 来自城乡食品工业、印染工业、塑料制造工业及石油化工等工业污水， 工业 废水 引起的水体 有机
19、污染最 为 严重 ， 它含 有机 污染物多，成分复杂，不仅在污水水 体 中不易净化，而且处理也比较困难。工业废水，是工业污染引起水体污染的最重要的原因。它占工 业排出的污染物的大部分。工业废水所含的污染物因工厂种类不同而千差万别，即使是同类工厂，生产过程不同，其所含 有机 污染物的质和量也不一样。工业除了排出的废水直接注入水体引起污染外，废气 和 固体废物也会 造成 水体 有机 污染。 2.2.2 城市生活排放 随着人口不断向城市和工业区集中生活 ， 城市生活污染已成为水体有机污染另一项重要污染源，是 城市生活垃圾 、 污水和废气 所 造成的。城市污染源对水体的污染主要是生活污水，它是人们日常
20、生活中产生的各种污水的混合液，其中包括厨房、洗涤房、厕所排出的污水 等 。世界上仅城市地区一年排出的工业和 生活废水就多达 500 立方公里，而每一滴污水将污染数倍乃至数十倍的水体。 2.2.3 农业径流排放 我国是农业生产大国，其用水量比工业还大， 并且 不能重复利用 ，除了喷撒农药 、 施肥及光合作用可为植物吸收和吸附外，其余 80 90%的灌溉水等通过土壤或排灌渠进入地表水和地下水 。 由于 有机 农药、化肥等日益扩大 生产 使用，而使用的 有机 农药和化肥只有少量附着或 被农 作物 吸收 ，其余绝大部分残留在土壤和飘浮在大气中，通过降雨，经过地表径流的冲刷携带进入 河流湖泊 和渗入地下
21、水，形成污染，成为典型的面状 有机 污染源。是造成天然水体 有机 污染及 水体富营养化作用的 主要 来源 8。 4 2.3 水体有机污染物的危害 2.3.1 对环境的危害 地 球是我们赖以生存的家园，并为我们提供了 良好的生活 环境。但是随着社会经济的迅速发展和城市人口的高度集中， 水体有机污染物日益严重，水环境遭受了前所未有的破坏，导致生物的减少或灭绝，造成各类环境资源的价值降低，破坏生态平衡。 如蓝藻的爆发使各种水生生物缺氧而死、水环境发出臭味，弥漫整个周边环境。威胁到人类对水体资源的可持续发展利用和生存发展环境。 2.3.2 对水生生物的危害 由于水生生物对有机污染物比较敏感，水体环境
22、中有机污染物的一些微量变化都能引起生物种群数量、群落结构的变化、优势种的演变更替等，例如一定区域水体受有机质污染到一定程度时，耗尽水体溶解氧，产生厌氧作用，使大量鱼虾类缺氧而死，同时蓝藻迅速生长繁殖，即畸形繁殖，代替其他优势种群，爆发水华或赤潮，使水体发出恶臭，严重影响环境质量。当水体中有机污染物超过一定含量， 会导致病菌大量滋生并传播， 会使各种水生生物感染疾病、 严重的会导致鱼染病大量死亡。 少量的有机物如有机农药，含量即使很低，但鱼类在长期接触的情况下，也会引起慢性中毒，表现出麻痹、痉挛失调和游动停滞等病态， 最终摄食致死。 2.3.3 对人类的危害 到目前为止全世界已在水中测定出 22
23、21 种有机污染物，其中 765 种存在于自来水中， 20种已被确认为致癌物， 18 种为促癌物， 26 种为可疑致癌物， 56 种为诱变物质 9。水体受污染后水中各种有机污染物质超过一定含量，可危害人体健康，可引慢性、急性中毒和致畸、致癌等长远危害。这些有机物通过其特有的吸附作用，再通过生物放大和食物链的层层关系中对动植物和人类健康造成了严重的危害。在水体有机污染物中，以 POPs 危害最为严重，其具有高毒性、持久性、生物积累性和流动性四个特点。 POPs 在自然界中滞留时间很长，由于 POPs 不易分解，毒性又极强，经过富集进入生物体，并沿着食物链浓缩放大。进入人体后又不易及时察觉，往往要
24、经过多年后才有症状，对人类的可持续发展和生存繁衍构成重大威胁。其具体症状包括致突变性、致畸性、致癌及具有内分泌干扰作用，可以影响到几代人。1999 年，法国、荷兰、德国发生的二噁英污染事件，造成家禽饲料被污染，经各种传播途径很多畜禽类产品及乳制品含有二噁英，导致欧洲食品行业经济大崩溃 10。 1979 年，台湾的米糠油因为被多氯联苯污染，上千人食用该食物，致使集体中毒 事件。具体症 状表现为：皮肤毛囊肿胀、肝水肿等，当时接触过多氯联苯的女性，甚至 7 年之后产下的婴儿牙齿和指甲变形，发育不良，行为异常等症状 11。 3.水体有机污染物的污染现状 水环境的有机污染是一个全球性的问题，其严重程度、
25、性质和危害是随着工业的发展不断增多和变化。特别是 20 世纪 50 年代以来，化学工业的发展使人工合成的有机物种类和数量与日俱增。据相关资料表明， 1880 年，人们知道的有机物有 112 万种， 1910 年增加至 127万种， 1940 年达 167 万种， 1978 年剧增至 500 万种，目前已知的有机物种类约为 700 多万种 ，并仍在以每年数以千计的速率上升。全球合成有机物的总量已达 215 亿 t。这些有机物已经5 或正在通过各种途径进入水环境，现已发现的就有 10000 多种。 3.1 地表水 我国随着工业化进程和人们生活水平的不断进步，我国地表水有机污染物日益严重， 我国水利
26、部门于 1994 年对 7 个流域的 14 个典型河段进行了有机物污染状况调查检测，共检出197 种有机化合物，在上海黄浦江水中检出 700 多种有机污染物；在天津引滦水中，曾检出了 200 多种有机污染物及挥发性有机物 15 种；在第二松花江吉林江段水中测得有机化合物317 种；长江干流有 40 种 。经生物论证其中已经确认的“三致”物质有 25 种、可疑致癌物有 24 种、助癌物或促癌物有 18 种、致突变物质有 47 种。广东境内部分江段有机污染超过类标准。全国 7 大重点流域地表水有机污染普遍，主要污染河段均集中在城市河段。长江流域、黄河流域、珠江流域、松花江流域、海河流域、淮河流域、
27、辽河流域、渭河和汾河污染严重，主要污染指标为氨氮、高锰酸盐指数、生化需氧量和石油类。我国部分江河、湖泊有机污染状况见表 112。 表 3.1-1 我国主要江河及湖泊有机污染状况 Table 3.1-1 Situation of organic contamination in some rivers and lakes of China 地点 有机污染 深港交界的深圳河 超标污染物以有机污染物为主 上海黄浦江 MS 定性检出的 218 中有机物中属美国 EPA 的优先污染物达 39 种 第 2 松花江 (吉林 ) 醛、酮、芳香族、醇类、卤代烃类等有机物 374 种 湘江流域 以 有机污染为主的
28、复 以有机污染物为主的复合污染 珠江东湖源水 有机物种类 241 种 长江黄石段 有机物种类 100 种 太湖 有机物种类 74 种 天津引滦水 有机物种类 215 种 3.2 地下水 2000 年国家环保局环境公报显示，地表水中检出有机污染物的种类和数目明显多于地下水，但地下水有机污染物也不容忽视，主要有挥发性有机物和有机污染物 10 种 13。我国 44个城市地下水的调查中，有 42 个城市地下水受到污染，并检出数百种有毒有机物。地下水的有机污染物以 POPs 居多，如在华北地区地下水中普遍检出有机氯类污染物，沉积物中多氯有机物浓度与国外部分水体沉积物中的多氯有机物浓度基本相当 14；洞庭
29、湖底泥中五氯酚含量最高，显著高于全国用药区沉积物中 五氯酚含量中位数 462 g/kg 的上千倍 15。我国部分地区地下水有机污染状况见表 2。 6 表 3.2-1 我国部分地区地下水有机污染状况 Table 3.2-1 Sitatus of organic contamination in some regional groundwater systems of China 地点 有机污染物 文献来源 北京市东南部污灌区深水井 有机污染物 58 种 李纯等16 京津唐地区 有机污染物种类达 133 种 中国科学院化学研究所 17 杭州市地下水5 个代表区 20%受 6 种卤代烃、 11 种多
30、环芳烃 10 种有机氯污染； 40%受 2 种卤代烃、 9 种多环芳烃、 6 种有机氯农药污染； 60%受 8 种多环芳烃和 1 种有机氯农药污染； 80%受 7 种多环芳烃污染； 100%受 2 种多环芳烃污染 俞光明等 18 松花江沿 岸某城市 共检出卤代烃 8 种、氯代苯 4 种，单环芳烃 4种，多环芳烃 1 种，有机氯农药 1 种 崔健等19 沈阳市细河沿岸地下水 均检出石油类和美国国家环保局“黑名单”上的 16 种优先控制多环芳烃，总浓度范围在0.0200.987 毫克每升 宋雪英等 20 北京某排污河灌区地下水 检出有 机物 138 种，其中 23%我国筛选出的优先控制有机污染物
31、中国科学院化学研究所21 淮河流域盱眙段浅层地下水 检出的多为半挥发性和挥发性有机物， PAHs 浓度很高 李定龙等22 4.水体有机污染物的生物监测 4.1 生物监测的原理 生物监测方法的建立是以 环境生物学 理论为基础。根据监测生物系统的结构水平、监测指示 物 及分析技术等，可以将生物监测的基本方法大致分为四大类，即生态学方法、生理学方法、毒理学方法及生物化学成分分析法。 生物监测指利用群落、种群或生物个体对环境污染产生的各种反应（如优势种的更替、群 落结构变化和个体生物体摄食异常等），通过生物学的方法，从生物学角度对环境污染状况进行监测和评价的一种技术 23。 又称 “ 生物测定 ”法 。利用生物对环境中污染物质的敏感性反应来判断环境污染的一种手段。用来补充物理、化学分析方法的不足。如利用敏感植物监测 水体 污染 ， 应用指示生物群落结构、生物测试及 细菌学检验法 等方法，反映水体受污染 状况 。 4.2 主要的监测方法 4.2.1 生物指数法 在特定的生态系统中，生物的优势群、丰度值及群落、种类结构组成等都随水体有机污染物浓度程度的变化而变化。生物指数是利用选定的生物类群或指示 生物与水质的相关性系数，特别是与有机污染物之间的相关性系数，划分出不同污染程度的水体，可以直接客观的反映水体质量 24。
