第九章生态监测 课时安排:2学时 教学目的:通过讲授,让学生掌握以下内容: 1.生态监测的概念和理论依据 2.生态监测的基本方法 教学方法: 1.从监测手段带出方法 2.实例 重点及难点:重点是生态监测的基本方法和使用仪器装置
1 第九章 生态监测 课时安排：2 学时 教学目的：通过讲授，让学生掌握以下内容： 1. 生态监测的概念和理论依据 2. 生态监测的基本方法 教学方法： 1. 从监测手段带出方法 2. 实例 重点及难点：重点是生态监测的基本方法和使用仪器装置
第一节生态监测的概念和理论依据 生态监测的概念、特点和基本要求 (一)生态监测的概念 在环境科学中,环境监测是硏究和测定环境质量的学科,它是环境科学硏究的基 础和必要手段。生态监测( ecological monitoring)是环境监测的组成部分。它是利 用各种技术测定和分析生命系统各层次对自然或人为作用的反应或反馈效应的综合 表征来判断和评价这些干扰对环境产生的影响、危害及其变化规律,为环境质量的评 估、调控和环境管理提供科学依据。形象些说,生态监测就是利用生命系统及其相互 关系的变化反应做“仪器”来监测环境质量状况及其变化 目前,关于生态监测的定义尚不统一,归纳起来大体有以下几种看法 生态监测是生态系统层次的生物监测( biological monitoring)。持这种观点的认 为,生态监测就是观测与评价生态系统对自然变化及人为变化所做的反应,包括生物 监测和地球物理化学监测两方面内容(刘培哲,1989) 生态监测是比生物监测更复杂、更综合的一种监测技术。其观点是,从学科上看, 生态监测属于生物监测的一部分,但因它涉及的范围远比生物学科广泛、综合,因此 可把生态监测独立于生物监测之外(王焕校等,1986) 生物监测包括着生态监测。持这种观点的理由是,生物监测就是系统地利用生物 反应以评价环境的变化,并把它的信息应用于环境质量控制的程序中去。从生物学组 建水平( hierarchical levels of biological arganization)观点出发,各级水平上都可 以有反应,但重点放在生态系统级的生物反应上(沈韫芬等,1990)。 实际上,无论是生物监测还是生态监测,都是利用生命系统各层次对自然或人为 因素引起环境变化的反应来判定环境质量,都是硏究生命系统与环境系统的相互关 系,这无疑又都属于生态学研究范畴。从这种意义上说,凡是利用生命系统(无论哪 层次)为主进行环境监测的方法和手段都可称为生态监测。就是被视为生物监测开
2 第一节 生态监测的概念和理论依据 一、生态监测的概念、特点和基本要求 （一）生态监测的概念 在环境科学中，环境监测是研究和测定环境质量的学科，它是环境科学研究的基 础和必要手段。生态监测（ecological monitoring）是环境监测的组成部分。它是利 用各种技术测定和分析生命系统各层次对自然或人为作用的反应或反馈效应的综合 表征来判断和评价这些干扰对环境产生的影响、危害及其变化规律，为环境质量的评 估、调控和环境管理提供科学依据。形象些说，生态监测就是利用生命系统及其相互 关系的变化反应做“仪器”来监测环境质量状况及其变化。 目前，关于生态监测的定义尚不统一，归纳起来大体有以下几种看法： 生态监测是生态系统层次的生物监测（biological monitoring）。持这种观点的认 为，生态监测就是观测与评价生态系统对自然变化及人为变化所做的反应，包括生物 监测和地球物理化学监测两方面内容（刘培哲，1989）； 生态监测是比生物监测更复杂、更综合的一种监测技术。其观点是，从学科上看， 生态监测属于生物监测的一部分，但因它涉及的范围远比生物学科广泛、综合，因此 可把生态监测独立于生物监测之外（王焕校等，1986）； 生物监测包括着生态监测。持这种观点的理由是，生物监测就是系统地利用生物 反应以评价环境的变化，并把它的信息应用于环境质量控制的程序中去。从生物学组 建水平（hierarchical levels of biological arganization）观点出发，各级水平上都可 以有反应，但重点放在生态系统级的生物反应上（沈韫芬等，1990）。 实际上，无论是生物监测还是生态监测，都是利用生命系统各层次对自然或人为 因素引起环境变化的反应来判定环境质量，都是研究生命系统与环境系统的相互关 系，这无疑又都属于生态学研究范畴。从这种意义上说，凡是利用生命系统（无论哪 一层次）为主进行环境监测的方法和手段都可称为生态监测。就是被视为生物监测开
创者的科尔克威茨和马森( Kolkwiz and masson)也不主张简单地使用他们的生物 表,强调不要根据某种生物,而应该根据其生物群落来评价环境。目前人们所说的生 物监测,实际上大多都是生态监测。基于上述看法,本章将两者统称为生态监测 (二)生态监测的特点和意义 生态监测是本世纪初叶发展起来的,其标志是科尔克威茨和马森提出的污水生物 系统,为运用指示生物评价污染水体自浄状况奠定了基础。其后,克列门茨 ( Clements,1920)把植物个体及群落对于各种因素的反应作为指标,应用于农 林、牧业。他(1924)还主张把植物作为高效的测定仪器,积极提倡植物监测器( plant monitor)。50年代后,经许多学者(如 Liebman,1951。津田松苗等,1964)的 深入研究,到70年代后使生态监测成为活跃的研究领域,并在理论和监测方法上更 加丰富,在环境监测中占有了特殊的地位。生态监测有物理和化学监测所不能替代的 作用和所不具备的一些特点,主要表现在: 1.能综合地反映环境质量状况环境问题是相当复杂的,某一生态效应常是几种 因素综合作用的结果。如在受污染的水体中,通常是多种污染物并存,而每种污染物 并非都是各自单独起作用,各类污染物之间也不都是简单的加减关系。理化监测仪器 常常反映不出这种复杂的关系,而生态监测却具有这种特征。例如在污染水体中利用 网箱养鱼进行的野外生态监测,鱼类样本的各项生物学指标状况就是水体中各种污染 物及其之间复杂关系综合作用的结果和反映。如生长速度的减缓,既与某些污染物对 鱼类的直接作用有关,同时也有污染物对饵料生物影响所起到的间接作用。 2.具有连续监测的功能用理化监测方法可快速而精确测得某空间内许多环境因 素的瞬时变化值,但却不能以此来确定这种环境质量对长期生活于这一空间内的生命 系统影响的真实情况。生态监测具有这种优点,因为它是利用生命系统的变化来“指 示”环境质量,而生命系统各层次都有其特定的生命周期,这就使得监测结果能反映 出某地区受污染或生态破坏后累积结果的历史状况。例如大气污染的监测植物,如同 不下岗的“哨兵”,真实地记录着污染危害的全过程和植物承受的累积量。事实证明, 植物这种连续监测的结果远比非连续性的理化仪器监测的结果更准确。如利用仪器监 测某地的SO,其结果是四次痕量、四次未检出、仅一次为006mg。但分析生长在
3 创者的科尔克威茨和马森（Kolkwiz and Marsson）也不主张简单地使用他们的生物 表，强调不要根据某种生物，而应该根据其生物群落来评价环境。目前人们所说的生 物监测，实际上大多都是生态监测。基于上述看法，本章将两者统称为生态监测。 （二）生态监测的特点和意义 生态监测是本世纪初叶发展起来的，其标志是科尔克威茨和马森提出的污水生物 系统，为运用指示生物评价污染水体自净状况奠定了基础。其后，克列门茨 （Clements，1920）把植物个体及群落对于各种因素的反应作为指标，应用于农、 林、牧业。他（1924）还主张把植物作为高效的测定仪器，积极提倡植物监测器（plant monltor）。50 年代后，经许多学者（如 Liebman，1951。津田松苗等，1964）的 深入研究，到 70 年代后使生态监测成为活跃的研究领域，并在理论和监测方法上更 加丰富，在环境监测中占有了特殊的地位。生态监测有物理和化学监测所不能替代的 作用和所不具备的一些特点，主要表现在： 1．能综合地反映环境质量状况 环境问题是相当复杂的，某一生态效应常是几种 因素综合作用的结果。如在受污染的水体中，通常是多种污染物并存，而每种污染物 并非都是各自单独起作用，各类污染物之间也不都是简单的加减关系。理化监测仪器 常常反映不出这种复杂的关系，而生态监测却具有这种特征。例如在污染水体中利用 网箱养鱼进行的野外生态监测，鱼类样本的各项生物学指标状况就是水体中各种污染 物及其之间复杂关系综合作用的结果和反映。如生长速度的减缓，既与某些污染物对 鱼类的直接作用有关，同时也有污染物对饵料生物影响所起到的间接作用。 2．具有连续监测的功能 用理化监测方法可快速而精确测得某空间内许多环境因 素的瞬时变化值，但却不能以此来确定这种环境质量对长期生活于这一空间内的生命 系统影响的真实情况。生态监测具有这种优点，因为它是利用生命系统的变化来“指 示”环境质量，而生命系统各层次都有其特定的生命周期，这就使得监测结果能反映 出某地区受污染或生态破坏后累积结果的历史状况。例如大气污染的监测植物，如同 不下岗的“哨兵”，真实地记录着污染危害的全过程和植物承受的累积量。事实证明， 植物这种连续监测的结果远比非连续性的理化仪器监测的结果更准确。如利用仪器监 测某地的 SO2，其结果是四次痕量、四次未检出、仅一次为 0.06mg。 但分析生长在
该地的紫花苜蓿叶片,其含硫量却比对照区高出0.87mg/。有些生态监测结果还有 助于对某地区环境污染历史状况的分析,这也是理化监测所办不到的 具有多功能性通常,理化监测仪器的专一性很强,测定O3的仪器不能兼测 sO,测SO的也不能兼测CH。生态监测却能通过指示生物的不同反应症状,分别 监测多种干扰效应。例如在污染水体中,通过对鱼类种群的分析就可获得某污染物在 鱼体内的生物积累速度以及沿食物链产生的生物学放大情况等许多信息。植物受 sO、PAN(过氧乙酰硝酸酯)和氟化物的危害后,叶的组织结构和色泽常表现出不 同的受害症状。 4.监测灵敏度高生态监测灵敏度髙包含着两种含义。从物种的水平上说,是指 有些生物对某种污染物的反应很敏感。如有种唐昌蒲,在001ppm的氟化氢下,20 小时就出现反应症状。据记载,有的敏感植物能监测到十亿分之一浓度的氟化物污染, 而现在许多仪器也未达到这样的灵敏度水平;另外,对于宏观系统的变化,生态监测 更能真实和全面地反应外干扰的生态效应所引起的环境变化。许多外干扰对生态系统 的影响都因系统的功能整体性而产生链锁反应。如大气污染可影响植物的初级生产 力,采用理化的方法可对此予以定量分析。然而,初级生产力变化使系统内一系列生 态关系的改变才是大气污染影响的全部效应,也是干扰后该系统的真实的环境质量状 况。生态系统的各组分对系统功能变化的反应也是很敏感的。因此,只有通过生态监 测才能对宏观系统的复杂变化予以客观的反映 当然,从整体上看,生态监测在理论的方法上仍有许多问题亟待解决,也还有 些缺陷,其主要表现是 不能像理化监测仪器那样迅速作出反应,从而可在较短时间内就能获得监测结 果,也不能像仪器那样能精确地监测出环境中某些污染物的含量,它通常反映的只是 各监测点的相对污染或变化水平; 外界各种因子容易影响生态监测结果和生物监测性能。如利用斑豆( phaseolus vulgaris L.)监测O3,其致伤率与光照强度密切相关。SO对植物的危害受气象条 件影响很大等
4 该地的紫花苜蓿叶片，其含硫量却比对照区高出 0.87mg/g。有些生态监测结果还有 助于对某地区环境污染历史状况的分析，这也是理化监测所办不到的。 3．具有多功能性 通常，理化监测仪器的专一性很强，测定 O3的仪器不能兼测 SO2，测 SO2的也不能兼测 C2H4。生态监测却能通过指示生物的不同反应症状，分别 监测多种干扰效应。例如在污染水体中，通过对鱼类种群的分析就可获得某污染物在 鱼体内的生物积累速度以及沿食物链产生的生物学放大情况等许多信息。植物受 SO2、PAN（过氧乙酰硝酸酯）和氟化物的危害后，叶的组织结构和色泽常表现出不 同的受害症状。 4．监测灵敏度高 生态监测灵敏度高包含着两种含义。从物种的水平上说，是指 有些生物对某种污染物的反应很敏感。如有种唐昌蒲，在 0.01ppm 的氟化氢下，20 小时就出现反应症状。据记载，有的敏感植物能监测到十亿分之一浓度的氟化物污染， 而现在许多仪器也未达到这样的灵敏度水平；另外，对于宏观系统的变化，生态监测 更能真实和全面地反应外干扰的生态效应所引起的环境变化。许多外干扰对生态系统 的影响都因系统的功能整体性而产生链锁反应。如大气污染可影响植物的初级生产 力，采用理化的方法可对此予以定量分析。然而，初级生产力变化使系统内一系列生 态关系的改变才是大气污染影响的全部效应，也是干扰后该系统的真实的环境质量状 况。生态系统的各组分对系统功能变化的反应也是很敏感的。因此，只有通过生态监 测才能对宏观系统的复杂变化予以客观的反映。 当然，从整体上看，生态监测在理论的方法上仍有许多问题亟待解决，也还有一 些缺陷，其主要表现是： 不能像理化监测仪器那样迅速作出反应，从而可在较短时间内就能获得监测结 果，也不能像仪器那样能精确地监测出环境中某些污染物的含量，它通常反映的只是 各监测点的相对污染或变化水平； 外界各种因子容易影响生态监测结果和生物监测性能。如利用斑豆（phaseolus vulgaris L．）监测 O3，其致伤率与光照强度密切相关。SO2对植物的危害受气象条 件影响很大等；
生物生长发育,生理代谢状况等都制约着外干扰的作用。相同强度的同种干扰对 处于不同状态的生物常产生不同的生态效应。如水稻在抽穗、扬花、灌浆时期对污染 反应最敏感、危害最大,而成熟期的敏感性就明显降低: 指示生物同一受害症状可由多种因素造成,增加了对监测结果判别的困难。如许 多植物的落叶、矮态、卷转、僵直和扭曲等,大气氟化物的污染和低浓度除草剂的施 用均可造成上述异常现象。SO3对植物的伤害往往与霜冻或无机盐缺乏的症状也很相 但是,尽管生态监测还存在着一定的局限性,它在环境监测中的地位和作用仍然 是非常重要的。通过生态监测可揭示和评价各类生态系统在某一时段的环境质量状 况,为利用、改善和保护环境指出方向;其次,由于生态监测更侧重于研究人为干扰 与生态环境变化的关系,可使人们搞清哪些活动模式既符合经济规律又符合生态规 律,从而为协调人与自然的关系提供科学依据;另外,通过生态监测还能掌握对生态 环境变化构成影响的各种主要干扰因素及每种因素的贡献。这既能为受损生态系统的 恢复和重建提出科学依据,也可为制定相应的环保管理计划,增强环保工作的针对性 和主动性,进而提髙措施的有效性服务;最后,由于生态监测可反馈各种干扰的综合 信息,所以使人们能依此对区域生态环境质量的变化趋势作出科学预测 三)生态监测的基本要求 与理化监测不同,生态监测有些特殊要求,明确和掌握这些基本要求对于工作的 顺利开展是有益的。 1.样本容量应满足统计学要求因受环境复杂性和生物适应多样性的影响,生态 监测结果的变异幅度往往很大,要使监测结果准确可信,除监测样点设置和采样方法 科学、合理和具有代表性外,样本容量应该满足统计学的要求,对监测结果原则上都 需要进行统计学的检验。否则,不仅要浪费大量的人力和物力,且容易得出不符合客 观实际的结论。例如,有人曾专门调查了东北、安徽、贵州等地区黄鼬冬季针毛的长 度,以此来分析气候条件的差异是否对其有影响。每个地区随机取四个样本,得到了 表8-1的结果。从表中项看,地区间有一定差异,但同一地区的不同样本间也有差异。 如果对结果的分析停留在这个水平上,就容易得出“黄鼬冬季针毛长度的地区差异与 5
5 生物生长发育，生理代谢状况等都制约着外干扰的作用。相同强度的同种干扰对 处于不同状态的生物常产生不同的生态效应。如水稻在抽穗、扬花、灌浆时期对污染 反应最敏感、危害最大，而成熟期的敏感性就明显降低； 指示生物同一受害症状可由多种因素造成，增加了对监测结果判别的困难。如许 多植物的落叶、矮态、卷转、僵直和扭曲等，大气氟化物的污染和低浓度除草剂的施 用均可造成上述异常现象。SO2对植物的伤害往往与霜冻或无机盐缺乏的症状也很相 似。 但是，尽管生态监测还存在着一定的局限性，它在环境监测中的地位和作用仍然 是非常重要的。通过生态监测可揭示和评价各类生态系统在某一时段的环境质量状 况，为利用、改善和保护环境指出方向；其次，由于生态监测更侧重于研究人为干扰 与生态环境变化的关系，可使人们搞清哪些活动模式既符合经济规律又符合生态规 律，从而为协调人与自然的关系提供科学依据；另外，通过生态监测还能掌握对生态 环境变化构成影响的各种主要干扰因素及每种因素的贡献。这既能为受损生态系统的 恢复和重建提出科学依据，也可为制定相应的环保管理计划，增强环保工作的针对性 和主动性，进而提高措施的有效性服务；最后，由于生态监测可反馈各种干扰的综合 信息，所以使人们能依此对区域生态环境质量的变化趋势作出科学预测。 （三）生态监测的基本要求 与理化监测不同，生态监测有些特殊要求，明确和掌握这些基本要求对于工作的 顺利开展是有益的。 1．样本容量应满足统计学要求 因受环境复杂性和生物适应多样性的影响，生态 监测结果的变异幅度往往很大，要使监测结果准确可信，除监测样点设置和采样方法 科学、合理和具有代表性外，样本容量应该满足统计学的要求，对监测结果原则上都 需要进行统计学的检验。否则，不仅要浪费大量的人力和物力，且容易得出不符合客 观实际的结论。例如，有人曾专门调查了东北、安徽、贵州等地区黄鼬冬季针毛的长 度，以此来分析气候条件的差异是否对其有影响。每个地区随机取四个样本，得到了 表 8-1 的结果。从表中项看，地区间有一定差异，但同一地区的不同样本间也有差异。 如果对结果的分析停留在这个水平上，就容易得出“黄鼬冬季针毛长度的地区差异与
气候条件无关”的结论。而研究者正是通过采用统计学方法处理以及各区之间的相互 比较,证实了我国黄鼬冬季针毛长度不同的原因是地区气候差异造成的。这个结论显 然符合客观实际。 表8-1不同地区的黄鼬冬季针毛长度(mr 洋本数 东北 内蒙古河北 安徽 320 292 233 223 328 274 26.1 25.1 225 258 229 304 255 ∑x 1264 1096 914 5305 4 316 274 260 2285 399744 300798 70999 2453.16 089641425821 2.要定期、定点连续观测生物的生命活动具有周期性特点,如生理节律、日、 季节和年周期变化规律等。这就要求生态监测在方法上应实行定期的、定点的连续观 测。每次监测最好都要保证一定的重复。切不可用一次监测结果作依据对监测区的环 境质量给出判定和评价。例如,在水生态系统中,浮游生物受光照、水温等因素的影 响而有垂直移动的生态习性,一天内的不同时间采样其密度往往差别很大。所以,监 测时间的科学性和一致性是结果可比性的重要条件。 3.综合分析对监测结果要依据生态学的基本原理做综合分析。所谓综合分析, 就是通过对诸多复杂关系的层层剥离找出生态效应的内在机制及其必然性,以便对环 境质量做岀更准确的评价。综合分析过程既是对监测结果产生机理的解析,也是对干 扰后生态环境状况对生命系统作用途径和方式以及不同生物间影响程度的具体判定 例如,通过对热污染水体( thermal pollution water)多年的生态监测发现,严重的热 污染会对水库的渔业资源造成破坏,渔产量明显减少。但构成渔获物的五种主要经济 鱼类中,白鲢和鲫鱼( Carassius auratus)数量减少最多,生长速度减慢、疾病增多。 而鳙鱼( Aristichthys nobilis)和草鱼( Ctenopharyngodon idellus)的数量增加,生 长速度也加快。这个结果表明,热污染对水体渔业资源的影响与鱼类种群的生态特性 有关,其影响程度、方式与鱼类的生态位有关(盛连喜等,1990)
6 气候条件无关”的结论。而研究者正是通过采用统计学方法处理以及各区之间的相互 比较，证实了我国黄鼬冬季针毛长度不同的原因是地区气候差异造成的。这个结论显 然符合客观实际。 2．要定期、定点连续观测 生物的生命活动具有周期性特点，如生理节律、日、 季节和年周期变化规律等。这就要求生态监测在方法上应实行定期的、定点的连续观 测。每次监测最好都要保证一定的重复。切不可用一次监测结果作依据对监测区的环 境质量给出判定和评价。例如，在水生态系统中，浮游生物受光照、水温等因素的影 响而有垂直移动的生态习性，一天内的不同时间采样其密度往往差别很大。所以，监 测时间的科学性和一致性是结果可比性的重要条件。 3．综合分析 对监测结果要依据生态学的基本原理做综合分析。所谓综合分析， 就是通过对诸多复杂关系的层层剥离找出生态效应的内在机制及其必然性，以便对环 境质量做出更准确的评价。综合分析过程既是对监测结果产生机理的解析，也是对干 扰后生态环境状况对生命系统作用途径和方式以及不同生物间影响程度的具体判定。 例如，通过对热污染水体（thermal pollution water）多年的生态监测发现，严重的热 污染会对水库的渔业资源造成破坏，渔产量明显减少。但构成渔获物的五种主要经济 鱼类中，白鲢和鲫鱼（Carassius auratus）数量减少最多，生长速度减慢、疾病增多。 而鳙鱼（Aristichthys nobilis）和草鱼（Ctenopharyngodon idellus）的数量增加，生 长速度也加快。这个结果表明，热污染对水体渔业资源的影响与鱼类种群的生态特性 有关，其影响程度、方式与鱼类的生态位有关（盛连喜等，1990）
4.要有扎实的专业知识和严谨的科学态度生态监测涉及面广、专业性强,监测 人员需有娴熟的生物种类鉴定技术和生态学知识。根据国家环保部门的有关规定,凡 从事生态监测的人员,必须经过技术培训和专业考核,必须具有一定的专业知识及操 作技术,掌握试验方法,熟悉有关环境法规、标准等技术文件。要以极其负责的态度 保证监测数据的清晰、完整、准确,确保监测结果的客观性和真实性。 、生态监测的理论依据 生物与其生存环境是统一的整体。环境创造了生物,生物又不断地改变着环境, 两者相互依存、相互补偿、协同进化。这是生物进化论的基本思想,是生态学最重要 的理论基础之一,同时也是生态监测理论依据的核心。 (一)生态监测的基础——生命与环境的统一性和协同进化 生物系统各层次之所以能够做为“仪器”来指示其生存环境的质量状况,从根本 上说,这是由两者间存在着相互依存和协同进化的内在关系决定的。 按着进化论的理论,现在地球上多种多样的生物并非从来就有的,原始地球上是 个没有生命的世界。原始生命始于无机小分子(图8-1),它是物质进化的结果。 产生生命的物质运动,包括天体运动尤其是太阳幅射能起了重要作用。生命的产生是 地球上各种物质运动综合作用的结果,正是从这种意义上说,环境创造了生命,生命 是适应于这一环境的一种特殊的物质运动。 )(器)(那) 原始生命 多分子体系 图8-1原始生命产生的大致过程 然而,生命一经产生它又在其发展进化过程中不断地改着环境,形成了生物与环 境间的相互补偿和协同发展的关系。第四章中曾介绍的群落原生演替就是这方面的典 型例子。许多发展到“顶极”阶段的群落,都是从裸露的岩石上发展起来的。最初只 有地衣定居于岩石表面,此时的环境并没有可供植物着根的土壤,更没有充分的水和 营养物质。但是地衣生长过程中的分泌物和尸体的分解,不但把等量的水和营养物质
7 4．要有扎实的专业知识和严谨的科学态度 生态监测涉及面广、专业性强，监测 人员需有娴熟的生物种类鉴定技术和生态学知识。根据国家环保部门的有关规定，凡 从事生态监测的人员，必须经过技术培训和专业考核，必须具有一定的专业知识及操 作技术，掌握试验方法，熟悉有关环境法规、标准等技术文件。要以极其负责的态度 保证监测数据的清晰、完整、准确，确保监测结果的客观性和真实性。 二、生态监测的理论依据 生物与其生存环境是统一的整体。环境创造了生物，生物又不断地改变着环境， 两者相互依存、相互补偿、协同进化。这是生物进化论的基本思想，是生态学最重要 的理论基础之一，同时也是生态监测理论依据的核心。 （一）生态监测的基础——生命与环境的统一性和协同进化 生物系统各层次之所以能够做为“仪器”来指示其生存环境的质量状况，从根本 上说，这是由两者间存在着相互依存和协同进化的内在关系决定的。 按着进化论的理论，现在地球上多种多样的生物并非从来就有的，原始地球上是 一个没有生命的世界。原始生命始于无机小分子（图 8-1），它是物质进化的结果。 产生生命的物质运动，包括天体运动尤其是太阳幅射能起了重要作用。生命的产生是 地球上各种物质运动综合作用的结果，正是从这种意义上说，环境创造了生命，生命 是适应于这一环境的一种特殊的物质运动。 然而，生命一经产生它又在其发展进化过程中不断地改着环境，形成了生物与环 境间的相互补偿和协同发展的关系。第四章中曾介绍的群落原生演替就是这方面的典 型例子。许多发展到“顶极”阶段的群落，都是从裸露的岩石上发展起来的。最初只 有地衣定居于岩石表面，此时的环境并没有可供植物着根的土壤，更没有充分的水和 营养物质。但是地衣生长过程中的分泌物和尸体的分解，不但把等量的水和营养物质
归还给环境,而且还生成不同性质的物质促进岩石风化而变为土壤。其结果是环境保 存水分的能力增强了,可提供的营养物质的种类和数量增加了,从而为高一级植物(苔 鲜类)创造了生存条件。如此下去,生物从无到有,从只有植物或动物到两者并存。 生物群落从低级阶段向髙级阶段发展一一小生境和物种多样性增大、结构和功能趋于 相对稳定和完善的“顶极”状态。在这一过程中,环境则由光秃秃的岩石裸地向着小 生境增多的方向演变,原生演替是生物改变环境的过程,是两者协同发展的过程 生物与环境间的这种关系,是自然界长期发展中形成的。因此,生物的变化既是 某一区域内环境变化的一个组成部分,同时又可作为环境改变的一种指示和象征。生 物与环境间的这种统一性,正是开展生态监测的基础和前提条件。 (二)生态监测的可能性—生物适应的相对性 生物对环境的适应实际上就是各种生物能够很好地生活在各种环境的适宜现象。 适应是普遍的生命现象,生物的多样性其中就包括了适应的多样性。南极大陆是地球 上最寒冷的地方,年均温度为-25℃,最低温度达-88℃。既使在这样极端的环境条件 下,生活的已知动物仍达70余种。这个区域水体中生活的许多鱼类,能够合成不同 寻常的生化物质一一抗冰蛋白。它可使鱼类降低血液的冰点。据分析,南极海水的冰 点为-18℃,而含有抗冻蛋白的鱼类的血液冰点是-2.1℃,这就保证了这些鱼类在该 海域里能够安全生活。 适应是长期进化的结果。因此,在一定环境条件下,某一空间内的生物群落的结 构及其内在的各种关系是相对稳定的。当存在人为干扰时,一种生物或一类生物在该 区域内出现、消失或数量的异常变化都与环境条件有关,是生物对环境变化适应与否 的反映。在欧洲的若干种尺蛾中都有二种类型的分化。一种为常态型,体呈灰色; 种为突变型,体为黑色。灰色尺蛾在非工业区占优势,黑色尺蛾在工业区占优势。有 人曾用一种尺蛾( Biston betularia)的上述两种类型在工业区和非工业区进行了标记 重捕试验(表8-2)。结果是两个区内两类尺蛾的回捕率完全相反。这个结果说明, 生物生存的机会不完全是随机的,生存有选择性。生物与其生存环境的统一与否,是 生存选择结果的条件
8 归还给环境，而且还生成不同性质的物质促进岩石风化而变为土壤。其结果是环境保 存水分的能力增强了，可提供的营养物质的种类和数量增加了，从而为高一级植物（苔 鲜类）创造了生存条件。如此下去，生物从无到有，从只有植物或动物到两者并存。 生物群落从低级阶段向高级阶段发展——小生境和物种多样性增大、结构和功能趋于 相对稳定和完善的“顶极”状态。在这一过程中，环境则由光秃秃的岩石裸地向着小 生境增多的方向演变，原生演替是生物改变环境的过程，是两者协同发展的过程。 生物与环境间的这种关系，是自然界长期发展中形成的。因此，生物的变化既是 某一区域内环境变化的一个组成部分，同时又可作为环境改变的一种指示和象征。生 物与环境间的这种统一性，正是开展生态监测的基础和前提条件。 （二）生态监测的可能性——生物适应的相对性 生物对环境的适应实际上就是各种生物能够很好地生活在各种环境的适宜现象。 适应是普遍的生命现象，生物的多样性其中就包括了适应的多样性。南极大陆是地球 上最寒冷的地方，年均温度为-25℃，最低温度达-88℃。既使在这样极端的环境条件 下，生活的已知动物仍达 70 余种。这个区域水体中生活的许多鱼类，能够合成不同 寻常的生化物质——抗冰蛋白。它可使鱼类降低血液的冰点。据分析，南极海水的冰 点为-1.8℃，而含有抗冻蛋白的鱼类的血液冰点是-2.1℃，这就保证了这些鱼类在该 海域里能够安全生活。 适应是长期进化的结果。因此，在一定环境条件下，某一空间内的生物群落的结 构及其内在的各种关系是相对稳定的。当存在人为干扰时，一种生物或一类生物在该 区域内出现、消失或数量的异常变化都与环境条件有关，是生物对环境变化适应与否 的反映。在欧洲的若干种尺蛾中都有二种类型的分化。一种为常态型，体呈灰色；一 种为突变型，体为黑色。灰色尺蛾在非工业区占优势，黑色尺蛾在工业区占优势。有 人曾用一种尺蛾（Biston betulartia）的上述两种类型在工业区和非工业区进行了标记 重捕试验（表 8-2）。结果是两个区内两类尺蛾的回捕率完全相反。这个结果说明， 生物生存的机会不完全是随机的，生存有选择性。生物与其生存环境的统一与否，是 生存选择结果的条件
表8-2不同类型尺蛾在不同条件的回捕结果 总数量(只灰色数只)黑色数只总数(只 释放数 非工业区 回捕数 回捕数釋释放数 125 63% 释放数 工业区 回捕数 123 141 回捕数釋放数 13.1 275% (转自方宗照,1973) 但是,生物的适应具有相对性。相对性的一层含义是生物为适应环境而发生某些 变异,上述的尺蛾类型分化就是生物适应环境的一种变异;另一种含义是生物适应能 力不是无限的,而是有一个适应范围(生态幅),超过这个范围,生物就表现出不同 程度的损伤特征。以群落结构特征参数,如种的多样性、种的丰度、均匀度以及优势 度和群落相似性等作为生态监测指标就是以此为理论依据的,正是生物适应的相对性 才使生物群落发生着各种变化。 (三)污染生态监测的依据—生物的富集能力 生物学富集( biological enrichment)是指生物体或处于同一营养级上的许多生 物种群,从周围环境中浓缩某种元素或难分解物质的现象。亦称为生物学浓缩 ( biological concentration)。通过生物富集,元素或某种难分解物质在生物体内的 浓度可以大大超过该物质在环境介质中的浓度。可见,生物学富集是指生物体或同一 营养级的生物与环境中某元索(或物质)浓度的比较。 生物富集现象是生物中的普遍现象之一。生物在生命活动的全过程中,需要不断 地从外界摄取营养物质,以构成自己的机体和维持各种生命活动。生物在从外界摄取 营养物质的同时,必然使体内一些物质或元素的浓度大大超过环境中的浓度。在长期 的进化历程中,生物对环境中某种元素或各类物质的需求与其生活环境条件间的“供 需”关系基本是协调的。然而,人类的干扰如农药的使用、某些人工合成化学物质等 进入环境后,也必然要被生物吸收和富集,而且还会通过食物链在生态系统中传递和 被放大。当这些物质超过生物所能承受的浓度后,将对生物乃至整个群落造成影响或
9 但是，生物的适应具有相对性。相对性的一层含义是生物为适应环境而发生某些 变异，上述的尺蛾类型分化就是生物适应环境的一种变异；另一种含义是生物适应能 力不是无限的，而是有一个适应范围（生态幅），超过这个范围，生物就表现出不同 程度的损伤特征。以群落结构特征参数，如种的多样性、种的丰度、均匀度以及优势 度和群落相似性等作为生态监测指标就是以此为理论依据的，正是生物适应的相对性 才使生物群落发生着各种变化。 （三）污染生态监测的依据——生物的富集能力 生物学富集（biological enrichment）是指生物体或处于同一营养级上的许多生 物种群，从周围环境中浓缩某种元素或难分解物质的现象。亦称为生物学浓缩 （biological concentration）。通过生物富集，元素或某种难分解物质在生物体内的 浓度可以大大超过该物质在环境介质中的浓度。可见，生物学富集是指生物体或同一 营养级的生物与环境中某元索（或物质）浓度的比较。 生物富集现象是生物中的普遍现象之一。生物在生命活动的全过程中，需要不断 地从外界摄取营养物质，以构成自己的机体和维持各种生命活动。生物在从外界摄取 营养物质的同时，必然使体内一些物质或元素的浓度大大超过环境中的浓度。在长期 的进化历程中，生物对环境中某种元素或各类物质的需求与其生活环境条件间的“供 需”关系基本是协调的。然而，人类的干扰如农药的使用、某些人工合成化学物质等 进入环境后，也必然要被生物吸收和富集，而且还会通过食物链在生态系统中传递和 被放大。当这些物质超过生物所能承受的浓度后，将对生物乃至整个群落造成影响或
损伤,并通过各种形式表现出来。污染的生态监测就是以此为依据来分析和判断各种 污染物在环境中的行为和危害的。 (四)生态监测结果的可比性——生命具有共同特征 生态监测结果常受多种原因的影响而呈现出较大的变化范围,这就为同一类型 (如森林或草地)的不同生态系统间生态监测结果的对比增加了困难,但这并不等于 生态监测结果没有可比性。从根本上说,生态监测结果的可比性是因为生命具有共同 的特征,如各种生物(除病毒和噬菌体外)都是由细胞所构成的;都能进行新陈代谢、 具有感应性和生殖能力等。这些共同特征决定了生物对同一环境因素变化的忍受能力 有一定的范围,即不同地区的同种生物抵抗某种环境压力或对某一生态要素的需求基 本相同。例如在我国有广泛分布的白鲢鱼( Hypophthalmichthys molitrix的性成熟 年龄和产卵时间南、北方差别较大,但达到性成熟所需的总积温却基本相同(表8-3)。 人为干扰(如人为增温)可使其性成熟年龄或产卵时间提前(表8-4)。这是人为干 扰作用存在的表现和水体增温的结果,但并没有改变鱼类性成熟对总积温的需求。所 以,生命具有共同特征是生态监测结果可比性的基础 表83不同地区白鲢性成熟总积温对比 江苏 黑龙江 生长期月数) 56 生长期平均水温)272 24.1 202 生长总积温℃d9920 5.7800 性成熟年 性成熟总积温℃d19.34017340-23120|1,425-20910165-1999 性成熟总积温均值℃19,584 0.20 19.167 18.331 表84人为增温对鲤鱼产卵期影响的监测 最早产见时间 水体与样站 1973年前194年 年总积温℃d 1985年 增温>3℃每年4月下句或4月144月17 6,4784 增温水体增温<3℃5月上旬 月184月15-17日4,8574 自然水区 4月234月18日 邻近自然水体 与增温水体相同 5月7日 4,0136
10 损伤，并通过各种形式表现出来。污染的生态监测就是以此为依据来分析和判断各种 污染物在环境中的行为和危害的。 （四）生态监测结果的可比性——生命具有共同特征 生态监测结果常受多种原因的影响而呈现出较大的变化范围，这就为同一类型 （如森林或草地）的不同生态系统间生态监测结果的对比增加了困难，但这并不等于 生态监测结果没有可比性。从根本上说，生态监测结果的可比性是因为生命具有共同 的特征，如各种生物（除病毒和噬菌体外）都是由细胞所构成的；都能进行新陈代谢、 具有感应性和生殖能力等。这些共同特征决定了生物对同一环境因素变化的忍受能力 有一定的范围，即不同地区的同种生物抵抗某种环境压力或对某一生态要素的需求基 本相同。例如在我国有广泛分布的白鲢鱼（Hypophthalmichthys molitrix）的性成熟 年龄和产卵时间南、北方差别较大，但达到性成熟所需的总积温却基本相同（表 8-3）。 人为干扰（如人为增温）可使其性成熟年龄或产卵时间提前（表 8-4）。这是人为干 扰作用存在的表现和水体增温的结果，但并没有改变鱼类性成熟对总积温的需求。所 以，生命具有共同特征是生态监测结果可比性的基础
