水质 微型生物群落监测 PFU法

水质 微型生物群落监测 PFU法

GB/T 12990-91

Water quality-Microbial community

biomonitoring-PFU method

PPU微型生物群落监测方法(以下简称PFU法)是应用泡沫塑料块作为人工基质收集水体中的微型生物群落，测定该群落结构与功能的各种参数，以评价水质。此外，用室内毒性试验方法，以预报工业废水和化学品对受纳水体中微型生物群落的毒性强度，为制定其安全浓度和最高允许浓度提出群落级水平的基准。 1 适用范围

1.1 本标准的野外监测适用于淡水水体，包括湖泊、水库、池塘、大江、河流、溪流。

1.2 本标准的室内毒性试验适用于工厂排放的废水、城镇生活污水、各类有害化学物质。

1.3 本标准适用于综合水质评价。 2 定义

2.1 PFU：是Polyurethane foam unit(聚氨酯泡沫塑料块)的缩写。

2.2 微型生物群落(Microbial community)：是指水生态系统中显微镜下才能看见的微小生物，主要是细茵、真苗、藻类和原生动物，此外也包括小型的后生动物，如轮虫等。它们占据着各自的生态位，被此间有复杂的相互作用，构成一特定的群落，称之为微型生物群落。

2.3 群落生境(Community habitat)：不同的解落生活在不同的生境中，不同的生境有不同的群落。PFU微型生物群落随采样点的不同生境而异。

2.4 分类单元：以形态差异为主的分类学上的种(Species)，无法确定个别种的学名时，可用属(Genus)、科(Family)或类群(Group)代替，只需把形态不同的种类分清。 3 原理

微型生物群落在水生态系统中客观存在。用PFU浸泡水中，曝露一定时间后，水体中大部分微型生物种类均可群集到PFU内，挤出的水样能代表该水体中的微型生物群落。已证明原生动物(包括植物性鞭毛虫、动物性鞭毛虫、肉足虫和纤毛虫)在群集过程中符合生态学上的MacArthur－Wilson岛屿区域地理平衡模型，由此可求出群集过程中的三个功能参数(Seq、G、T90％)。在生物组建水平中，群落水平高于种和种群水平，因而在群落水平上的生物监测和毒性试验比种和种群水平更具有环境真实性，为环境管理部门提供符合客观环境的结构和功能参数，作出科学的判断。 4 试验环境

4.1 野外监测：任何季节、任何地区均可在任何水体中进行。 4.2 毒性试验：在室内进行毒性试验时要求模拟天然环境。 5 试验用材料及设备

5.1 PFU的制备：50mm×65mm×75mm聚氨酯泡沫塑料块，白或淡黄色均可。使用前在蒸馏水中浸泡12～24h，取出并挤去水分，用细绳将PFU束腰捆紧，留出150～200mm长的绳头便于悬挂。 5.2 静态毒性试验用材料：

a.55mm×260mm×540mm的搪瓷盘或塑料盘。

b.玻璃培养柜，可隔成三层。层距660mm。每层装40W日光灯。 5.3 动态毒性试验用的材料： a.可调恒流稀释装置1台。

b.直径400mm、高200mm的有机玻璃平底圆形试验槽，槽底均匀分布6个直径10mm的出水孔。8个。 c.母液罐。

d.搪瓷捅1个，用于稀释水。 6 仪器和试剂

6.1 配有相差镜头的生物显微镜一台。

6.2 毒物测试用试剂和仪器。(依测试毒物而定)。

5.3 测叶绿素a含量常规方法中用的试剂和仪器。(90％丙酮、抽滤装置、721分光光度计、孔径0.7～1.0μm玻璃纤维滤膜)。

6.4 测去灰分干重常规方法中用的试剂和仪器。(烘箱、马烘炉、10mL坩埚、分析天平)。 7 试验步骤 7.1 野外监测

7.1.1 PFU的挂放：挂放数量依工作要求而定。PFU均需有重物垂吊，以免漂移。悬挂的方式有三种：

a.漂浮式(图1)：两边浮桶用石块固定位置后，用绳索把两个浮桶牵住。 b.沉式(图2)：把PFU绑成一束，用石块下沉，用重物系一束PFU抛向水中，不得把PFU沉在底部，以免影响污染监测的效果。

c.分散式(图3)：在同一采样点分散几处挂放，每处只放2～4个PFU。绳端固定在岸边。

图1 漂浮式 图2 沉式

图3 分散式

7.1.2 采样：PFU曝露天数根据工作要求而异。常规监测曝露不能少于1天。评价水质要做一个完整的群集曲线，曝露时间规定1，3，7，11，15，21，28天时采样。静水和流水分别在28、15天结束。

如流速较快，还可追加12h。采样时从挂放的PFU随机取两块，供生物平行观察。如需进行叶绿素a和去灰分干重的测定，则取第三块PFU。采集的PFU块分别放在塑料食品袋中带回实验室。袋中不要加水。回室后，带上薄膜塑料手套，把PFU中的水全部挤于烧杯中，把袋中的水也倒入。观察一个样品挤一个。全部镜检样品必须在48h内完成。 7.2 毒性试验

7.2.1 稀释水：用没有污染的天然水源或去氯自来水，加热到60℃维持20min，以便杀死水中的生物。在冷却过程中自然曝气，备用。

7.2.2 种源(Epicenter)PFU：种源PFU是指事先在无污染水体中已放了数天(流水3天，静水15～20天)的PFU，其上已群集了许多微型生物种类，接近平衡期的、未成熟的群落。未成熟群落要比成熟群落(平衡期后)对污染的毒性反应敏感得多。毒性试验0天时，须镜检种源PFU。

7.2.3 静态毒性试验的布局：在试验盘的两端各绑4～5个空白PFU，并使PFU吸满受试水。于盘子中央再挂放种源PFU。各空白PFU须与种源PFU距高相等(图4)。各浓底梯度均应有两个试验盘。置于玻璃培养柜内，40W日光灯保持试验盘光强1000～2000lx。白天开灯12h，天黑关灯12h，成为一个实验室微生态系统(也称微宇宙)(图5)。

图4 静态毒性试验盘中PFU的布放 图5 静态毒性试验的布置

7.2.4 动态毒性试验的布局：把盛稀释水的和盛母液的容器出水管分别引入恒沉稀释装置内进行配比，然后再把恒流稀释装置的出水管清流到试验槽的中央(如图6)，根据实验要求可调试至所需的稀释倍数。如果采用0.5稀释因子(Dilution factor)，理论上可得到毒物浓度为100％、50％、25％、12.5％、6.25％、0％等组。可根据人力删去个别低浓度组。调试浓度梯度后，再在试验槽中先挂空白PFU，再挂种源PFU，两者距离相等。试验期间仍须按时分析浓度梯度。 7.2.5 采样：在静态试验中按1，3，7，11，15天采样，在动态试验中按0.5，1，3，7，11，15天采样。采样是随机的。小心地解开PFU绳索，从试验盘(槽)中提出，挤出溶掖于烧杯后，仍将PFU小心放回原地绑好，做好记号表示此PFU已用过。试验结束后对各盘中种源PFU进行镜捡。 7.3 原生动物镜检

镜检时用细吸管从烧杯底部吸3滴水样于载玻片上，盖上22mm×32mm盖玻片。按高、中、低倍镜顺序仔细全片检查三片原生动物种类。要求看到85％种类。若要求种类多样性指数(Species diversityindex)，则须定量计算。把水样摇匀，吸0.1mL水祥于0.1mL计数框内，全片进行活体计数。

图6 动态毒性试验——流水、稀释系统示意图

8 结果的表示和有效性

8.1 微型生物群落结构和功能参数：

PFU法的结果可用各种参数来表示(见下表)。对表内的这些参数的生态学意义已有许多说明，有的也已划定了指示水质好坏的范围。表1中分类学的参数表示要进行种类鉴定，主要是原生动物；非分类学参数是指用仪器(如Gilson呼吸仪)或化学分析方法测定整个微型生物群落。群集过程是根据MacArthur－wilson岛屿区系平衡模型修订公式：

式中：St——t时的种数； Seq——平衡时的种数； G——群集速度常数；

T90％——达到90％Seq所需时间， H——污染强度。

在Seq与毒物浓度之间能获得统计学的相关公式，据此公式可获得EC5、EC20、EC50的效应浓度和预报MATC。

PFU微型生物群落结构和功能参数

结 构 参 数 分类学的： a)种类数 功 能 参 数 a)群集过程(Seq，G，T90％) b)指示种类 c)多样性指数(d) 非分类学的： a)异养性指数(HI) b)叶绿素a b)功能类群(光合自养者P，食菌者B，食藻 者A，食肉者R，腐生者S，杂食者N) a)光合作用速度(P) b)呼吸作用速度(R) 8.2 结果的有效性

8.2.1 在工厂的排污口、上下游挂放了不少于1天的PFU，根据原生动物种数可监测到曝露期内工厂有否污染事故发生。

8.2.2 毒性强度：毒性强度试验可对水质进行现状和预评价。

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