第八章 生物对受损环境的监测 西北大学环境生物学课件

第八章生物对受损环境的监测 生物与环境是一个有机互动的整体，当环境发生变化时，生物也将进行调整使之与环境保持协调和一致，当环境受损时，生物自然也将在其生命活动中产生异常反应。在一定条件下，这种反应与受损环境的性质特征、产生强度，甚至作用时间都呈高度的相关性。这样，就可以利用生物的这些反应来指示环境的变化。 生物对受损环境产生的响应，可以发生在生物系统的基因、细胞、组织、器官、个体、种群、群落、生态系统等各层次。利用这些不同层次的生物学属性的变化，就可以对各种不同类型的污染环境和退化环境进行监测和预警。 第一节生物监测概述第二节生物对污染环境的监测与指示第三节环境预警与生物监测第四节生态监测 生物监测是利用生物分子、细胞、组织、器官、个体、种群和群落及生态系统等层次上的变化对人为胁迫的生物学响应来阐明环境状况。即用生物作指标对环境质量变化进行指示，从生物学的角度对环境质量变化进行监测，为环境质量的评价提供依据。一、生物监测的基本概念 利用金丝雀、老鼠来监测地下矿区瓦斯含量鱼儿在受到外界环境的不良刺激时会“咳嗽”。攻击伊拉克时，美国除配备世界上最先进的化学侦测仪器外，养了一些小鸡，以便在遇到毒气时尽早得到报警。 借助于各种先进检测仪器和分析手段的理化监测方法，虽然能精确测定环境污染物的瞬时浓度，但不能反映各种污染物混合作用于生物系统的长期影响。 生物监测，反映的是各种影响因子对生物综合作用的结果，是对整个环境的生物学操作后果的监测与评价。与现代监测方法相互补充，就能够帮助人们即时获取有关环境质量状况及其变化的综合信息，为环境控制管理提供依据 生物监测的发展从传统的生物种类、数量和行为的描述发展到现代化验室自动分析;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自动分析等领域相结合的研究。 二、监测生物的选择并非任何一种生物都适用于对环境质量的监测。唐昌蒲的敏感品种白雪公主暴露在10×10-9的氟化氢中20h便出现明显的受害症状，而泡桐吸氟量高达1.06×10-5却没有受害症状出现。 监测生物选择应遵循的原则：（1）选择对人为胁迫敏感并具有特异性反应的生物（2）选择遗传稳定、对人为胁迫反应个体差异小、发育正常的健康生物（3）选择易于繁殖和管理的常见生物（4）尽量选择既有监测功能又兼有其它功能的生物 三、生物预警和监测环境变化的机理在人为胁迫条件下，生物系统会对受损环境发生一些在自然条件下没有或罕见的生物反应，这种反应可以发生在生物系统的基因、细胞、组织、器官、个体、种群、群落及生态系统等各个层次。反应强度与环境受损程度存在着相关性。 个体水平种群及群落生态系统反应 （一）个体水平的生物反应个体是生物系统中最重要的组织层次，是器官、细胞和基因的整合单位，是环境变化的直接承受者。 1、细胞及分子水平的生物反应染色体结构变异、数目变异，DNA损伤及基因突变率等与污染物的种类、浓度存在着相关关系，即剂量一效应关系。当一定浓度的环境污染物及其活性代谢产物进入生物机体后，通过对生命活动不可或缺的催化剂—酶的抑制，将改变细胞膜的通透性，从而直接影响细胞的正常功能.（一）个体水平的生物反应 2、组织、器官水平的生物反应如大气环境受污染后，植物叶片会出现各种伤斑，甚至叶组织局部坏死，不同污染物对植物的伤害反应症状不同。根据受害叶数、颜色深浅及伤斑大小与大气中污染物种类及浓度的相关性，将污染伤害植物的程度同已知的环境污染物浓度联系起来，就能凭借叶片的受害症状反映大气中相应污染物的浓度，从而对大气进行监测和预警。 2、组织、器官水平的生物反应如紫花苜蓿、棉花等叶片的叶脉间出现不规则的白色、黄色斑点或块状坏死，反映SO2污染，而烟草叶片出现的红棕色斑点状坏死则指示大气中的O3污染。 如美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员采用中子活化法分析树木年轮中重金属元素的含量变化。结果显示20世纪中第一个十年的年轮含铁量减少，1950s后汞含量增加，1950s早期至1960s银含量增加，这与当地在同期内炼铁炉被淘汰、工业用汞量增加及在云中撒布碘化银人工降雨等人类活动导致的环境变化呈相关性。 （二）种群及群落的生物反应污染物将从两个方面影响种群：一方面，在污染作用下，种群中敏感个体死亡，种群的死亡率上升；另一方面，污染胁迫会使躯体生长率下降，如污染物通过降低植物的光合作用或动物的合成代谢导致种群的躯体生长率下降。 环境的受损将使正常环境条件下的群落物种组成与结构发生改变。1974年的英国Bantry海湾溢油事故使35km海滩受到污染。现场调查表明：齿缘墨角藻等藻类由于受害严重而大量死亡，而车叶藻等藻类由于对石油污染的抗性较强而成为优势种。其它油轮事故的调查也发现污染导致了群落结构改变。 （三）生态系统的响应1、生态系统结构变化敏感物种的消失使系统内的物种数量显著降低，竟争、捕食、寄生及共生等种间关系的改变，使群落的物种组成与结构发生改变，生态系统的结构趋于简单化、食物链不完整、食物网简化。种的目录、多样性指数、分布格局、密度、指示种类等物种水平分析及对非生物物质的理化分析结合可以反映受损环境对生态系统结构的影响。 2、生态系统功能变化由于污染物的毒害作用使初级生产者受到伤害，从而使食物链缩短，并通过对分解者的毒害作用使生态系统的营养循环受到影响，物质分解和信息传递受阻，生态系统的功能发生改变。 通过生态系统速率，即群落中种群的生产速率和呼吸速率；营养物质的循环速率如受污染后物种恢复率，初级生产力等功能参数的变化与环境受损程度存在的相关性，可以反映环境的受损程度。 第一节生物监测概述第二节生物对污染环境的监测与指示第三节环境预警与生物监测 生物监测优点：能直接反映出环境污染对生物个体乃至生态系统的影响；能全面综合地反映环境污染状况；监测灵敏度高；材料方便易得，价格便宜；可以在很大范围内布点监测，具有普遍适用性；可以长期连续进行监测。 生物监测分类从生物层次来分:包括生理生态监测、生物群落监测、遗传学监测以及分子标记方法；从不同种类生物来分:包括动物监测、植物监测和微生物监测；从环境介质的不同来分:包括大气污染监测、水污染监测和土壤污染监测。 一、形态结构监测动物生病、死亡或迁移；植物叶片出现病变，植株生病、死亡；微生物种类和数量的变化等。在此类监测方法中，发展最成熟、应用最广的就是利用生物对大气污染进行监测。 （一）SO2植物受SO2伤害后的典型症状为：叶面微微失水并起皱，出现失绿斑，失绿斑渐渐失水干枯，发展为明显的坏死斑，颜色可以从白色、灰白色、黄色到褐色、黑色不等。在低浓度时一般表现为细胞受损，不发生组织坏死。长期暴露在低浓度环境中的老叶有时表现为缺绿，不同植物间存在较大差异。禾本科植物在中肋两侧出现不规则坏死，从淡棕色到白色；针叶植物从针叶顶端发生坏死，呈带状，红棕色或褐色。监测SO2的植物有苔鲜、地衣、紫花苜蓿、大麦、荞麦、美国白蜡树、欧洲白桦、南瓜、美洲五针松、芥菜、荃菜等。 （二）O3植物受臭氧伤害后出现的症状为：阔叶植物下表皮出现不规则的小点或小斑，部分下陷，小点变成红棕色，后褪成白色或黄褐色；禾本科植物最初的坏死区不连接，随后可以造成较大的坏死区；针叶树针叶顶部发生棕色坏死，但棕色和绿色组织分布不规则 监测植物典型症状监测植物典型症状美国白蜡白色刻斑、紫铜色松树烧尖、针叶呈杂色斑菜豆古铜色、褪绿马铃薯灰色金属状斑点黄瓜白色刻斑菠菜灰白色斑点O3的监测植物及其典型症状 （三）PANPAN诱发的早期症状是在叶背面出现水渍状或亮斑。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。叶片背面呈银灰色，成褐色。这些症状出现在最幼嫩的叶尖上，随着叶片组织的逐渐生长和成熟，受害部分就表现为许多“伤带”，这是PAN诱发的一个最重要的受害症状。用于监测PAN的植物有：长叶莴苣、瑞士甜菜以及一年生早熟禾。 （四）氟化氢氟化氢对阔叶植物的伤害症状，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。坏死组织可能分离、脱落，而叶片并不脱落。针叶树首先从当年的针叶叶尖开始，然后逐渐向针叶基部蔓延。被伤害的部分逐渐由绿色变再变成赤褐色。严重枯焦的针叶则发生脱落。新叶较老叶更易受到伤害。监测氟化氢的植物有杏树、北美黄杉、美国黄松、唐菖蒲、小苍兰。 （五）乙烯乙烯对植物一般是影响植物的生长及花和果实的发育，并加速植物组织的老化。监测乙烯的植物通常有兰花、麝香石竹、黄瓜、番茄、万寿菊及皂角等。 监测土壤污染植物的根、茎、叶都可能产生影响，出现一定的症状。如锌污染引起洋葱主根肥大和曲褶；铜污染使大麦不能分粟，受到污染的土壤使蛆身体蜷曲、僵硬、缩短和肿大，体色变暗，体表受伤甚至死亡，表明土壤受到了DDT和有机氯化物的污染。 二、生理生化监测当外界环境受到污染时，生物的某些生理生化指标会随之发生变化，而且比可见症状反应更灵敏、精确。 指标污染物变化过氧化物酶F2、HF、SO2增加多酚氧化酶SO2、NO2、碳氢化合物增加谷氨酸脱氨酶SO2、NOx增加硝酸还原酶SO2，NOx减少光合作用非特异性减少大气污染物胁迫的生物化学和生理学指标变化 动物:主要是利用鱼来监测水污染，鱼的常用生理代谢指标有：鳃盖运动频率、呼吸频率、呼吸代谢、侧线感观机能、掺透压调节、摄食量与能量转换率、抗病力等。生化方面的指标有：血液成分变化、血糖水平、酶活性变化、糖类及酯类代谢等。鱼的血液对一些污染物很敏感，如铅中毒会加速红细胞的沉降、增加不成熟红细胞的数量、使一般红细胞溶解和退化而导致溶血性贫血。 微生物也可以很好地监测环境污染。例如大肠埃希菌对光化学烟雾非常敏感，只要几个ng/g就可以导致死亡。臭氧对大肠埃希菌也有毒害作用，使细胞表面氧化，造成内含物渗出细胞而被毁。 三、体内污染物及其代谢产物监测可以通过分析生物体内污染物的种类和含量来监测环境的污染状况。 地衣和苔鲜植物对于大气污染物极为敏感，它们体内的污染物质含量与环境中污染物质浓度及其沉降率之间有着良好的相关关系。地衣和苔鲜植物被广泛地用于监测大气中重金属、粉尘、SO2等污染物。 高等植物叶片中的污染物含量也常常被用来监测大气污染。在污染地区选择抗性好、吸污能力强、分布广泛的一种或几种监测植物，分析叶片中某种或多种污染物质含量；或者人工实地栽培监测植物，也可以把盆栽监测植物放到监测点，经历一段时间后取叶片分析其中污染物质含量，从而判断当地环境污染情况。 植物树皮一年四季都能固定空气中的污染物质，它具有不受季节限制的优点，所以可以把污染区植物树皮中污染物质含量与生长在清洁区立地条件相类似的植物树皮污染物含量相比较，用来监测空气污染的年度变化。 水生生物体内污染物质进行分析，同样也可以了解水中污染物的种类、相对含量和危害程度。 人体健康监测。比如环境中铅污染可以通过人体血液和头发中铅含量来监测，也可以通过血中游离原扑琳浓度和尿中δ-氨基乙酞丙酸浓度增加来监测。再如根据人尿中马尿酸浓度监测空气中甲苯浓度，根据人尿中有机溶剂的浓度来监测空气中有机溶剂的浓度等。 四、遗传毒理监测环境中许多污染物能够引起生物体的遗传物质发生基因结构变化，这些物质称为致突变物。生物体的遗传物质发生了基因结构的变化称为突变。突变可分为基因突变和染色体畸变两大类。 基因突变（Genemutation）在化学致突变物作用下细胞DNA中碱基对的排列顺序发生变化。基因突变只涉及染色体的某一部分的改变，且不能用光学显微镜直接观察。染色体畸变则可涉及染色体的数目或结构发生改变，可以用光学显微镜直接观察。 （一）体外基因突变试验（二）体内基因突变试验（三）染色体畸变试验（四）微核试验（五）姐妹染色单体交换试验 （一）体外基因突变试验1、鼠伤寒沙门氏菌/哺乳动物微粒体酶试验法鼠伤寒沙门氏菌的组氨酸营养缺陷型菌株，在含微量组氨酸的培养基中，除极少数自发回复突变的细胞外，一般只能分裂几次，形成在显微镜下才能见到的微菌落。受诱变剂作用后，大量细胞发生回复突变，自行合成组氨酸，发育成肉眼可见的菌落。据此来检定受试物是否具有致突变作用。某些致突变物需要代谢活化后才能引起回复突变，故需加入经诱导剂诱导的大鼠肝制备的S9混合液。 2、哺乳动物体细胞株突变试验利用哺乳动物突变细胞株发生回复突变，从而确定受试物是否具有致突变性。 （二）体内基因突变试验1、显性致死突变试验哺乳动物生殖细胞染色体发生突变时，往往不能与异性生殖细胞结合，或使受精卵在着床前死亡和胚胎早期死亡。检测外来化合物对动物生殖细胞染色体的致突变作用。 选用健康雄性成年鼠，预先接触受试物，再进行交配。交配用的成年雌鼠，不接触受试物。以雌雄鼠同笼日算起第15～17天，采用颈椎脱臼法处死雌鼠后，立即剖腹取出子宫，仔细检查、计数，分别记录每一雌鼠的活胎数、早期死亡胚胎数与晚期死亡胚胎数。 2、果蝇伴性隐性致死试验F1XXX0YXX0XYXXXYX0XX0Y （三）染色体畸变试验染色体畸变试验可以在体细胞进行，也可以在生殖细胞进行，可以在体外，也可以在体内进行。当化学物质作用于细胞周期时，诱发染色体型畸变，在显微镜下观察染色体数目和形态。染色体发生数目和结构变化的情况。染色体畸变率越高，说明污染越严重。 （四）微核试验活细胞内染色体受到诱变发生断裂，纺锤丝和中心粒受损，在细胞分裂后期，仍然遗留在细胞质中。末期之后，单独形成一个或几个规则的次核，被包含在子细胞的胞质内，比主核小，故称微核。凡能使染色体发生断裂或使染色体和纺锤体联结损伤的化学物，都可用微核试验来检测。在一定污染物浓度范围内，污染物与微核率有很好的剂量一效应关系，而且灵敏度高、简便、可靠，近年来，已成为一种常用的污染监测方法。 来自一个染色体的两条单体之间同源片断的互换称为姐妹染色单体互换（sister-chromatidexchange,简称SCE）。这种互换是完全的，对称的。由于姐妹染色单体染色上的明显差异，如果姐妹染色单体间在某些部位发生互换，则在互换处可见有一界限明显、颜色深浅对称的互换片段，故SCE易于计数，即使在一定距离内发生多次互换，也可被检测出来。（五）姐妹染色单体交换试验 SCE反映了DNA的损伤，可以使用SCE作为哺乳类动物突变形成的指标。由于SCE分析方法比观察染色体畸变更简便、迅速、敏感，并表现出很好的剂量效应关系，因此，目前已将此法列为检测诱变剂或致癌物的常规指标之一。 五、分子标记分子标记是遗传标记的一种，是在基因水平上的标记，是直接在DNA分子上检测遗传变异。指能反映生物个体或种群间基因组中某种差异的特异性DNA片段。分子标记能对不同发育时期的个体、任何组织器官甚至细胞作检测，数量极多，遍及整个基因组，多态性高,遗传稳定. 六、生物群落监测法生物群落监测法是通过研究在污染环境下，生物群落种类、组成和数量的变化来监测环境污染状况。环境污染的最终结果之一是敏感生物消亡，抗性生物旺盛生长，群落结构单一。 (一)水污染指示生物法水污染指示生物是指能对水体中污染物产生各种定性、定量反应的生物。浮游生物：悬浮在水体中的生物，可分为浮游动物（原生动物），浮游植物（藻类）两大类。多数个体小，游泳能力弱或完全没有游泳能力，过着随波逐流的生活。是水生食物链的基础，它们对环境变化反应很敏感。 2、着生动物：指附着于长期浸没于水中的各种基质（动物、植物、石头、人工）表面上的有机体群落，如细菌、真菌、藻类、原生动物、轮虫、甲壳虫……甚至鱼卵和幼鱼，它们对水体污染的反应很敏感。3、底栖动物：指栖息在水体底部淤泥内、石块或砾石表面及其间隙中，以及附着在水生植物之间的肉眼可见的水生无脊椎动物，其体长超过2mm。它们的移动能力差，故在正常的环境下比较稳定的水体中，种类比较多，每个种的个体、数量适当，群落结构稳定。当水体受污染时，其群落结构便发生变化。严重的有机污染和毒物污染会使多数较为敏感的种类和不适应缺氧的种类逐渐消灭，而耐污染的种类成为优势种。4、鱼类：鱼类对水体受污染的反应，比上述生物可能更敏感，所以鱼类品种的变化、及个体数量的变化，能够全面的反映水体的总体质量 污水生物系统法将受有机物污染的河流，按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污染带，每一带都有自己的物理化学和生物特征，生存着各自独特的生物（指示生物）微型生物群落监测法（简称PFU法，PFU是聚氨酯泡沫塑料块的简称）把聚氨酯泡沫塑料作为人工基质沉入水中，经一定时间后，水体中大部分微型生物均可群集到PFU内，达到种类平衡，通过观察和测定PFU上的微型生物的种群结构与功能的各种参数来评价水质状况。 (二)植物群落检测法先通过调查试验，确定污染区植物群落中不同种植物对污染物的抗性等级，将其分敏感，抗性中等和抗性强三类。再观察植物群落受到污染后，用各种植物的反应来评价空气污染状况。 （三）利用动物监测在一个区域内，利用动物种群数量的变化，特别是对污染物敏感动物种群数量及个体数目的变化来评价空气污染状况。 （四）大气微生物监测法空气中微生物总量的测定是评价地区性环境质量的一个依据，测定方法可以有：沉降平皿法、吸收管法、撞击平皿法和滤膜法。评价空气微生物污染状况的指标可以用细菌总数和链球菌总数，一般当空气中细菌总数超过500~1000个/m3时，认为空气发生了污染。表8-3中的指标可以作为一般室内空气卫生的标准，但是不适合室外或通风良好的室内空气的卫生评定。 （五）微宇宙法微宇宙（Microcosm）法是研究污染物在生物种群、群落、生态系统和生物圈水平上的生物效应的一种方法，又被称为模型生态系统（ModelEcosystem）法。微宇宙是生态系统的一部分，包含有生物和非生物的组成及其过程，能提供生态系统的群落结构和功能，但又不完全等同于生态系统，没有自然生态系统庞大和复杂，不能包含自然生态系统的所有组成，也不能包含自然生态系统的所有过程。微宇宙既可被应用于研究自然生态系统的结构和功能，也可被应用于污染生态系统。 （1）标准化水生微宇宙1.每个微宇宙系统中生物的类型和数量藻类（起始的每种藻浓度为103cell）鱼腥藻Anabaenecylindrical纤维藻Ankistrodesmussp.莱哈衣藻Chlamydomonasreinhardi小球藻ChlorellavullgarisL.菱形藻Nitzschiakutzigiana栅列藻Scenedesmusobliquus羊角月牙藻Selenastrumcapricormutum毛枝藻Stigocloniumsp.丝藻Ulothrixsp.动物（在第4天加入，起始的数量在每种后括号内）大型蚤Daphniamagna（16/每个微宇宙）Hyalellaazteca（12/每个微宇宙）Cypridopsis或Cyprinotussp.（6/每个微宇宙）Hypotrichs（0.1/ml） Philodinasp.（0.03/ml）2.试验设计①试验容器类型和大小3~8L的玻璃广口瓶，直径为16.0cm，25.0cm高，瓶口大小为10.6cm②培养液体积500ml/容器③重复组数6个④试验浓度组数4个⑤取样频率每周2次直至试验结束⑥试验期63d⑦试验毒物加入在第7d，或者每次取样后加入3.物理、化学参数①温度20~25℃②试验工作台至少2.6m×0.85m③光质量暖型日光④光强度79.2μEm2S1PhAR⑤光照周期12h光照/12h黑暗⑥微宇宙培养液T82MV⑦沉积物200g二氧化硅沙和0.5g土壤几丁质⑧pH调至pH为7 土壤核心微宇宙1.试验生物多样化，根据土壤核心采集场所不同而不同2.试验设计①微宇宙大小和类型60cm深和17cm直径的高密度塑料管，一端覆盖一层玻璃布，由部为土壤核心②土壤20cm深的表层土壤③重复组数6~8个④浓度组数3个⑤淋洗加入受试物质前，每周1次，加入受试物质后，每2周1~2次⑥试验期12周或更长3.物理、化学参数①温度根据试验季节进行同步温度控制②光照根据试验区域季节控制光照③浇水根据试验区域的历史资料，用实验室用水或过滤收集的雨水浇水4.测定终点多种多样 第三节环境预警与生物监测环境预警:通过一些重要的自然状态指标，对大气圈、水圈、岩石圈、生物圈的环境进行实时监测，并及时提供环境危险信号的警示报告。 生物监测在环境预警中的应用（一）水体污染的预警体系（二）陆地环境退化的预警 生物监测表明外源性化学物质影响生物种或生物调控过程的细微变化。采用生物监测技术，可连续监测污染物及其产生的微小扰动，而这些变化可能为常规化学分析错过。生物监测灵敏，可能在数分钟内对污染物的存在作出反应。此外，生物监测整合了污染物的时空变化，将污染物间、污染物与环境条件的相互作用考虑在内，因而综合反映了污染物对生物和生态系统的危害 目前，生物监测的成功范例还不是很多，主要是生物反应过于复杂，难以确定其与化学物质污染的定量关系。此外，急性致死或慢性中毒试验等生物监测的持续时间长，不适合开展实时监测或用于预防性监测目的。 水生生物早期警报系统生物早期警报系统是将活生物置于监测室内，建立生物信号检测系统，根据生物个体的异常生理或行为参数变化警报污染事件，主要用于监测污染物毒性在短期内的变化。系统的基本特征包括：(1)生物生活在受控制的实验室或野外；(2)水体处于连续或半连续流动状态；(3)通过适当的检测装置监视生物个体的生理或行为参数，当参数检测值高于或低于预设值后发出警报信息。 将用作传感器的水生生物置于连续水流中。反应变量以电信号形式检出，或用测量变换器转换成电信号。在有污染物检出的情况下发出警报信号。建立生物早期警报系统需要获得丰富的生物生理和行为信息。只有全面掌握了传感生物的行为和生理特征，才能形成有效的信号收集系统。适当的统计算法有助于提高检测的可*性和灵敏度。一般的处理方式是建造模型，将检测信号输入后，比较当前状态与本底水平，以此发现微小变化。 生物早期警报系统的类型多种不同营养级的生物都可用作生物早期警报系统的传感器。选择传感生物主要依据包括(1)生态重要性，对水生态系的营养转化和能量传递具有重要意义；(2)分布广泛，检测结果具有可比性；(3)易实验室培养、繁殖，可长期获得基因稳定的均质种群；(4)对多种污染物敏感，反应稳定；(5)生活周期较长，饲养、替换等维持工作少，能较长时间保持运动活力，表观无明显变化；(6)具有易被检出的指标，背景干扰少，而预设反应易判断；(7)有关基础资料丰富；(8)考虑物种的经济重要性，抗疾病、寄生虫病和物理损伤，对环境水质，如水温、溶解氧和浑浊度等的耐受，形体大小，适应在流体系统内生活等因素。 鱼早期警报系统发展鱼生物监测的努力始于1929年。其时，Bdding根据鱼的呼吸变化指示有毒环境。后来，鱼的游泳行为、正趋流性、选择行为等相继得到应用。Cairns及其同事对发展鱼的自动、实时监测的贡献尤其大。德国、法国、日本和英国等国已出现鱼早期警报系统专利。隆头鱼(Salmogairdneri)，大鳞大麻哈鱼(Oncorhynchustshawytscha)、虹蝤(Poeciliareticulata)，铜吻鳞鳃太阳鱼等淡水和海洋鱼常用于早期警报系统。对它们的监测方法有多种. 1.以鱼死亡为终点的早期警报系统严重的污染事故，如石油、有毒化学物质泄漏，导致鱼在短期内因氧气缺乏或神经损伤等原因死亡。死亡现象的发生表明水质急剧恶化，应尽快查明污染源并控制污染扩散。 2.腮呼吸早期警报系统腮呼吸对污染物敏感，0.5h内可检出接近半致死浓度的污染物，亚致死浓度(20％—50％LC50)的污染物也可在24h内检出，但对<10％LC50浓度的污染物不发生反应。在有污染物存在的情况下，鱼腮呼吸加快且无规律。系统研制初期，将检测电极直接安装在鱼腮上，监视当前呼吸频率并将之与前1或2h的平均呼吸频率比较，如果出现明显差异，则表明发生了污染。现在发展是在容器壁上安装双电极，不仅可以测呼吸频率，同时还获得呼吸强度、心跳速度等信息，但信号较弱。 3正趋流性早期警报系统很多生活在流水环境中的鱼都表现出一种独特的位移行为，即总是逆水游动，定义为正趋流性。水体污染物可使鱼的正趋流能力被破坏，鱼失去逆游能力而顺水动。德国从1977年开始研究利用鱼的正趋流性开展生物监测。在下游设强光区或适度电击，控制健康鱼向下游的活动，或间歇性提高水流速度，迫使鱼反应。如果鱼不能维持在上游的位置，则表明污染产生了危害。 4选择行为早期警报系统鱼类能够凭借其强大的运动能力逃避不利环境。设计选择装置，使洁净水和受试水分别流入，在出口处混合，形成污染物浓度梯度，鱼在二个极端间选择停留位置。如果大多数鱼集中在洁净水一端，则受试水遭受了污染。 5弱电脉冲早期警报系统Mormyriden和Gymnotiden等科的鱼周期性发出弱电脉冲。脉冲频率与种类有关，20-30~C温度范围内1—1600S-1”。尼罗河狗鱼(GnatonemusPetersi)的正常脉冲频率为C.18S”，但在污染达到一定程度后，鱼体运动和弱电脉冲频率均下降。根据这种变化预警污染事件。 6游泳活动早期警报系统污染物提高或降低鱼的游泳能力，用光电技术连续或半连续确定鱼的位置变化，通过比较鱼的当前运动与历史记录检出污染物 双壳类软体动物早期警报系统水溞早期警报系统 生物早期警报系统与理化检测相结合生物警报的最大困难在于生物个体对化学物质反应的不确定性。在实验室受控条件下，生物个体表现出良好的线性反应，但引入实际环境中，监测数据可能极度分散，干扰结果分析。生物早期警报系统只能获得毒性信息，而不能表明污染物性质。因此，在确认污染事件时，生物警报必须与理化检测结合，通过理化检测鉴定污染物类型。此外，可根据待检水体的性质选择对出现概率较大的污染物敏感的传感生物开展特异性监测。 生物早期警报系统的自动化发展计算机技术的应用提高了处理检测数据的能力，而远程数据传输系统的发展为生物早期警报系统的在线运行提供了强大支持。未来监测系统的野外工作性能将得到显著改善，并逐步发展成便携式。 第四节生态监测生态监测(EcologicalMonitoring)是以生态学原理为理论基础,运用可比的和较成熟的方法,在时间和空间上对特定区域范围内生态系统和生态系统组合体的类型,结构和功能及其组合要素进行系统地测定,为评价和预测人类活动对生态系统的影响,为合理利用资源,改善生态环境提供决策依据. 生态监测的基本任务对生态系统现状以及因人类活动所引起的重要生态问题进行动态监测;对破坏的生态系统在人类的治理过程中生态平衡恢复过程的监测;通过监测数据的集积,研究上述各种生态问题的变化规律及发展趋势,建立数学模型,为预测预报和影响评价打下基础;支持国际上一些重要的生态研究及监测计划,如GEMS(全球定位系统)、MAB(人与生物圈)等,加入国际生态监测网络" 生态监测的内容（1）生态环境中非生命成分的监测包括对各种生态因子的监控和测试,既监测自然环境条件(如气候、水文、地质等),又监测物理、化学指标的异常(如大气污染物、水体污染物、土壤污染物、噪声、热污染、放射性等。（2）生态环境中生命成分的监测包括对生命系统的个体、种群、群落的组成、数量、动态的统计和监测,污染物在生物体中量的测试。（3）生物与环境构成的系统的监测包括对一定区域范围内生物与环境之间构成的系统的组合方式,动态变化和空间分布格局等的监测. 生态监测的内容（4）生物与环境相互作用及其发展规律的监测包括对生态系统的结构、功能进行研究，既包括监测自然条件下(如自然保护区内)的生态系统结构、功能特征的监测,也包括生态系统在受到干扰、污染或恢复、重建、治理后的结构和功能的监测。（5）社会经济系统的监测 生态监测的特点1、综合性2、长期性3、复杂性4、具有独特的时空尺度 生态监测的类型宏观生态监测微观生态监测 生态监测,环境监测和生物监测之间的关系 生态监测是指通过各种物理、化学、生化、生态学原理等各种技术手段,对生态环境中的各个要素、生物与环境之间的相互关系、生态系统结构和功能进行监控和测试,为评价生态环境质量、保护生态环境、恢复重建生态、合理利用自然资源提供依据,它包括了环境监测和生物监测。 生态监测技术1、地面监测2、航空监测3、卫星监测 生态监测技术路线生态监测以空中遥感监测为主要技术手段，地面对应监测为辅助措施，结合GIS和GPS技术，完善生态监测网络，建立完整的生态监测指标体系和评价方法，达到科学评价生态环境状况及预测其变化趋势的目的。 赤水河上游生态环境及茅台镇环境状况的动态调查与分析在赤水河沿岸分布有以茅台酒为代表的一系列名酒产地，包括茅台酒、郎酒、习酒、怀酒、董酒、金沙窖酒、泸州老窖等，形成了独特的酒文化，在全世界也是绝无仅有的。 1、城镇生态功能日渐衰减。2、除沿河城区及周围中心乡镇外，大多数集镇生活废物尚未得到有效的处置。3、大气环境污染日趋严重。4、水资源环境退化加速。5、城镇快速膨胀，人口压力过大。 全面调查赤水河流域上游地区的生态环境质量，包括城镇生态环境、农业生态环境、矿区生态环境和自然生态环境，分析与评估其生态足迹和环境容载力，找出生态环境质量存在的问题。全面调查赤水河流域上游地区的水体污染源，评价赤水河水环境质量现状，预测赤水河水环境质量发展趋势，核定赤水河流域上游地区水环境容量。全面调查茅台镇的大气、水、固体废弃物和人居环境的现状，预测其发展趋势，确定大气、水、固体废弃物的环境容量和排污削减量，编制茅台镇生态环境保护规划。全面提出赤水河流域上游地区和茅台镇的生态环境改善对策与措施。