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指示生物

指示生物是指对某一环境特征具有某种指示特性的生物,它可分为敏感指示生物和耐性指示植物,也可分为水污染指示生物、大气污染指示生物、土壤污染指示生物。 [1]

利用指示生物开展生物监测 ,能在一定程度反映出环境污染的综合生物学效应 ,是环境监测行之有效的手段之一。

指示生物又称生物指示器,是指那些在一定地区范围内,能通过其特性、数量、种类或群落等变化,指示环境或某一环境因子特征的生物。在环境保护上,常用一些敏感生物指示环境污染状况。如唐菖蒲可以指示氟化氢的污染状况,地衣可以指示二氧化硫的污染状况,颤蚓的数量可以指示水体有机物污染的程度。指示生物包括指示植物、浮游生物、着生生物、底栖动物、鱼类及细菌等。 [2]

在长期的观察中发现,自然界中有的动植物对环境中的一些物质很敏感。它们对这些物质的多少和变化能产生各种反应或信息。因此,环境学家就用 它们来定性地监测和评价环境质量的好坏和趋势,并且把有这种特性的动植物叫做指示生物。这些动植物有的能指示水污染状况,有的能反应空气污染的轻重和主要的污染物质。 [3]

1909年德国学者B科尔克维茨和M马松对一些受有机物污染的河流的生物分布情况进行了调查,发现河流的不同污染带,存在着表示这一污染带特性的生物。他们在此基础上提出了指示生物的概念。例如水中存在着责翅目、蜉蝣目稚虫或毛翅目幼虫,水质一般比较清洁;而颤蚓类大量存在或食蚜蝇幼虫出现时,水体一般是受到严重的有机物污染。许多浮游生物、水生微型动物、大型底栖无脊椎动物、摇蚊幼虫、蚤和藻类对水体受到的有机物污染也具有指示作用。此外,还可利用一些生物的行为、生理生化反应等对水污染进行评价。 [4]

在陆生动植物中也有许多指示生物。一些鸟类对大气污染,特别是一氧化碳污染反应敏感。如以前就有人用金丝雀监测煤矿坑道中的一氧化碳。许多植物对大气污染的反应也很敏感。例如地衣、苔藓植物、紫花苜蓿等对二氧化硫敏感,唐昌蒲等对氟化氰敏感,烟草对臭氧敏感。很多生长期较长、容易栽培和管理,并对大气污染反应敏感而症状明显的植物,都可作为指示生物。

不同生物对污染物的抗性及耐受力都是有限度的,当污染严重到超过它们的吸收、抵抗力时,它们也会出现各种严重症状,自身生理机能失调或彻底被破坏,甚至枯萎死亡。还有,各种生物对环境因素变动产生的反应,或敏感或耐受力大小,又与它们自身状况 和多种环境因素有关系。如同一物种能力大小有差异、同一个生物不同生长期也会表现出差异;环境中的光照状况,相互作用的温度,相对湿度,土地营养等条件不同,其敏感及耐受力也有所不同。 [3]

与传统的物理化学方法相比,利用指示生物监测水、土壤和大气的环境污染及其对人体的危害存在以下优越性:a.生物在环境中接触到的污染物不止一种,在多种污染物混合时,可能发生协同效应,使污染物的毒害作用加重,因此利用指示生物可较好地反映出污染物对生物体的综合效应;b.一些低浓度或痕量的毒性物质可在能直接检测或人类直接感受到之前,通过生物的指示作用而迅速做出反应,有利于早期发现;c.对于剂量小、长期作用的慢性毒性效应,物理化学方法很难测定,但可通过生物方法检测到。 [5]

指示生物可分为敏感指示生物耐性指示植物这两类。

敏感指示生物

环境中污染物浓度含量很低,甚至低至化学方法无法测定时, 一些生物能表现出某些灵敏的反应,这些生物就称为敏感指示生物。可以根据生物反应症状及反应程度进行定性、定量分析污染物浓度。如牵牛花对光化学烟雾很敏感。

耐性指示植物

这类植物在不良的环境中能表现出良好的生长势,也就是说污染的环境反而能促进这类植物的生长。如水体富营养化,蓝藻大量出现。 [1]

指示生物按环境可可分为水污染指示生物、大气污染指示生物、土壤污染指示生物。 [5]

水污染指示生物

不同生物类群对水环境有不同的指示特点。水生微生物对环境的指示快速、直接,藻类对环境的指示主要是反映中上层水体质量,低栖动物对环境的指示主要是反映下层水体和底质质量,鱼类的指示主要是体现因食物链的富集作用而表现的毒理特征,水生植物对水环境的指示则反映水体及与水体关系密切的生长基质。

土壤污染指示生物

土壤中含有大量的土壤微生物和原生动物等,土壤原生动物常常作为土壤环境的指示生物。土壤原生动物是生活在土表凋落物和土壤中的重要动物类群,它的种类繁多且生物量巨大,包括鞭毛虫、肉足虫和纤毛虫等。土壤原生动物作为指示生物具有以下优越性:a.原生动物是土壤生态系统的重要组成部分,具有巨大而稳定的生产力;b.原生动物没有保护性细胞壁,具有较薄的细胞膜,有利于与环境中的毒性物质接触;c.原生动物个体微小, 生活周期短,比真核生物能在更短的时间内得到结果;d.与高等动物类似的细胞结构,研究结果比原核生物更具有说服力;e.土壤原生动物的种类在全球分布,其形态、生态和遗传等特性十分相似,因此作为指示生物可在全球范围内应用;f.土壤原生动物可在极端条件下生存,对研究极端环境有重要意义。

土壤原生动物是土壤农药污染的敏感指示生物,农药的大最使用导致土壤敏感物种的减少或消失,耐污种数量相对增加。

大气污染指示生物

许多植物对大气污染的反应非常敏感,即使在极低浓度的情况下,也能很快表现出受害症状。大气污染对植物的危害作用主要表现在:a.外部伤害,污染物通过气孔被吸收进入植物体,对叶面产生严重伤害;b.组织伤害,污染物进人植物体内,引起阔叶树叶内海绵细胞和叶下表皮的破坏,使叶绿体发生畸变,引起栅栏细胞伤害,最终导致上表皮损伤; c.影响代谢作用,大气污染改变了植物的生理生化过程,如蒸腾作用减弱,光合作用受到抑制,引起形态的变化。地衣和苔藓是公认的最为敏感的大气污染指示植物,具有灵敏、精确和直接等特点,现已广泛应用于环境污染的生物指示。 [5]

选择指示生物的要求有:

1、有足够的敏感性;2、有广泛的地理分布和足够的数量;3、是生态系统的重要组成;4、实验室易于繁殖和培养;5、具有丰富的生物学背景资料;6、对毒物或因子的反应能够被测定;7,具有重要的经济价值和旅游价值。 [6]

指示生物的选择方法主要有现场比较评比法、栽培(饲养)比较试验法、人工熏气法和浸蘸法等。 [1]

现场比较评比法

现场比较评比法是指对污染源影响范围内的各类生物进行观察记录。如对于指示植物来说,需注意叶片上出现的伤害症状特征与受害面积,比较后评比出各自的抗性等级。

栽培(饲养)比较试验法

将各种预备的指示生物进行栽培或饲养,然后放予监测区域内,观察并记录其生长发育状况与受害反应。

人工熏气法

将被筛选的生物放在人工控制条件的熏气室内,通入所确定的单一或混合气体与空气的混合均匀后的气体,按要求控制熏气的时间,从而能较准确地掌握生物体的反应情况。

浸蘸法

浸蘸法适用于大量指示植物的选择,人工配置化学溶液,浸蘸生物的组织或器官,可产生与熏气相同的效果.具有简便、省时和快速的优点。 [1]

1、用综合指示生物评价法、4种常用藻类生物评价法及6种常用底栖动物评价法对2014年齐齐哈尔市水体进行评价进行Jaccard相似系数计算分析,比较评价结果的相似性。对评价结果相同的水体与理化指标确定的水体功能进行归纳,确定Ⅱ-Ⅲ类水体为轻污染;Ⅳ类水体为中污染;Ⅴ类-劣Ⅴ水体为重污染。 [7]

2、蝶类与植物相互依存、协同进化,其对生境独特的敏感性和对生境指示的便捷性,可用于快速评估生境质量动态变化或生境破碎化。关注和明确蝶类对于生境的指示作用,对维持生态系统的稳定性与可持续发展有重要价值。蝶类也是短期监测生态恢复的敏感指示群体,选取适宜的蝶类类群反映生态恢复进程,监测与预警土地利用方式改变对蝶类群落的影响,有利于筛选和发展适合生境特征的生态恢复手段,为生态恢复评估提供新视角。 [8]

3、环境监测是污染治理和环境管理的重要工具。传统的理化监测和单一的理化指标难以测定和反映污染物的综合生物学效应。利用指示生物开展生物监测 ,能在一定程度反映出环境污染的综合生物学效应 ,是环境监测行之有效的手段之一。 [9]


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