1. 阐明污染物质在环境中的迁移转化规律
污染物质进入环境后，不是静止不变的，不但水流能把污染物质从受污染的地区携带到未受污染的地区，而且植物（或水生生物）也能从土壤（或水）中吸收残留物，然后转移到整个体内。动物食取这些植物时，也接受了这些污染物质，这就是说，随着生态系统的物质循环和食物链的复杂生态过程，污染物质不断迁移、转化、积累和富集。
例如DDT是一种脂溶性农药，它在水中和脂肪中的溶解度分别为0.002毫克/升和100克/公斤，两者相差五千万倍。因此，DDT极易通过植物茎叶或果实表面的腊质层而进入植物体内，特别容易被脂肪含量高的豆科和花生类植物所吸收，也极容易在动物和人体内积累和富集。
大家知道北极的爱斯基摩人从未用过DDT，但在他们体内却检出了DDT。这说明DDT已经迁移到了北极。
有的人体中每公斤脂肪含有DDT300毫克；每公斤牛奶的DDT含量为0.0035毫克。这些DDT就是在生态系统的物质循环中，沿着不同的途径进入牛奶和人体并在人体中富集的。
通过污染物质在生态系统中迁移和转化规律的研究，我们可以弄清污染物质对环境危害的范围、途径和程度（或者后果）。
2. 环境质量的生物监测和生物评价
环境质量的监测手段，在目前主要是化学监测和仪器监测；其优点是速度快，对单因子监测的准确率高。但也存在两个弱点：一是有些仪器还不能连续进行测定，往往一年只能取几个、几十个样品，用这些数据来代表全年的环境质量状况，有时是不合理的；因为污染物质进入环境的种类和数量在全年中变化很大，这些样品有时很难反映环境污染的真实情况。二是化学监测和仪器监测只能测定某一污染物质的污染状况，而实际环境中往往都是多种污染物质造成的综合污染。不同污染物质在同一环境中相互作用，有可能会出现拮抗和相加或相乘的协同现象。因此，用单因子污染的效果反映多因子综合污染的状况，也往往会产生一定的差错。
至于生物监测，它在某种程度上恰恰弥补了上述这些不足。所谓生物监测，就是利用生物对环境中污染物质的反映，也就是用生物在污染环境下所发生的信息，来判断环境污染状况的一种手段。由于生物长时间生活在环境中，经受着环境各种物质的影响和侵害，因此它们不仅可以反映出环境中各种物质的综合影响，而且也能反映出环境污染的历史状况。这种反映比化学和仪器监测更能接近实际。
目前，国内外已广泛利用生物对环境尤其是对大气和水体进行监测和评价：
（1）利用植物对大气污染进行监测和评价。许多植物对于工业排放的有毒物质十分敏感，当大气受到有毒物质污染时，它们就产生了“症状”而输出某种信息。据此，就可以判断污染物质的种类并进行定性分析；还可以根据受害的轻重和受害的面积大小，判断污染的程度而进行定量分析。此外，还可以根据叶片中污染物质的含量、叶片解剖构造的变化、生理机能的改变、叶片和新稍生长量、年轮等等，鉴定大气的污染程度。研究证明，菠菜、胡萝卜等可监测二氧化硫；杏、桃、葡萄等可监测氟化氢；蕃茄可监测臭氧；棉花可监测乙烯。关于一般植物在环境保护中的作用，将在“近代的城市环境”一章中进一步加以介绍。
（2）利用水生生物监测和评价水体污染。采用的方法很多，主要有下述两种：
① 污水生物体系法 这是比较普遍采用的方法。由于各种生物对污染的忍耐力不同，在污染程度不一的水体中，就会出现不同的生物种群而构成不同的生物体系。因此，根据各个水域中生物体系的组成，可以判断水体的污染程度。表3—2列出了不同污水中所对应的生物体系和指示生物。
表3—2 不同污水中的生物体系和指示生物
由表可见，在不同类型的污水中生活着的生物种类和数量都有很大的差异。
② 指示种法 即利用某种生物在水中数量的多少和生理反应等生物学特性，来判断该水域受到污染的程度。此处用于指示水体污染的生物，称为指示种或指示生物。例如美国对伊利湖污染的调查，就是利用湖中指示生物颤蚓的数量作为指标，进行湖水质量评价的。湖水中颤蚓的数量与湖水受污染程度的关系如下：
此外，还可根据水生生物的生理指标和毒理指标，某些水生动物的形态和习性的改变、生物体内有毒物质的含量等等，对水体的污染进行监测和评价。
3. 为环境标准的制定提供依据(www.xing528.com)
为了切实有效地加强环境保护工作，对已经污染的环境进行治理，并且对尚未污染的环境加强保护，就必须制定国家和地区的环境标准。环境标准主要包括下述三大部分：
环境标准的制定，又必须以环境容量为主要依据。环境容量指的是环境对污染物的最大允许量（或负荷量），也就是保证人体健康和维护生态系统平衡的环境质量所允许的污染物浓度。为了确定允许的污染物浓度，要求得综合研究污染物浓度与人体健康和生态系统关系的资料，并进行定量的相关分析。它们的关系如下：
4. 人工生态系统及其在污染防治研究中的应用
这里所指的人工生态系统是试验用的一种手段。它是根据自然生态系统的结构和功能设计的、在人工控制条件下的人为生态系统，有时称为模拟生态系统、实验生态系统、微型生态系统或微宇宙等等。
人工生态系统的特点，主要是把生态系统复杂的结构和功能加以简化，如只选择某一食物链，或食物链上的某种或某几种代表性环节，构成试验性的生态系统，以便于进行科学研究。它一般比所模拟的真实生态系统规模较小，时间较短，以突出环境污染因素的作用。当前，人工生态系统已用于：
（1）野外观测对比，以便更好地解释和验证自然界真实生态系统中的各种过程；
（2）研究污染对生物群落的影响；
（3）预测预报环境受到某种干扰后的质量变化情况；
（4）研究生态系统对污染物的反应，以及污染物在生态系统中的积累、转移和降解途径，借以了解生物净化机理与提出治理的途径。
人工生态系统可根据不同的设计和运转方式分为许多不同的类型：如自然群落型和人工群落型；污染物脉冲式加入的封闭——非平衡型和污染物连续恒定加入的连续——平衡；流水（河流）型和静水（湖泊、水库）型；几个食物链生物共存的综合型和几个营养级生物分别试验而最后合成的分级合成型；室内型和室外型；短期型（几小时到几个月）和长期型（几个月到几年）以及小型（燃杯、小缸、水族箱、塑料袋）和大型（几百米以上的人工河流、拥有上千吨水和几十亩面积的人工隔离水库或天然水库）等等。
例如，美国伊利诺斯大学生物学和昆虫学系及环境学研究所于1968年开始，应用一个室内模拟生态系统，研究了100多种农药，许多重金属和其他化合物的毒性以及转移、降解和积累的情况。它是个“早期警报系统”，并已为世界卫生组织采用，作为测定新农药对环境危害的标准方法。试验是在一个25厘米×30厘米×50厘米的玻璃缸中进行（见图3—4），缸内装有7升“标准湖水”，并以15公斤洗净的白砂铺成斜坡，在露出水面的砂坡上种以高梁。试验开始时，喷洒在叶片上的是有放射性标记的农药或其他化合物，并按试验的目的陆续加入藻类、蚤、底栖动物和鱼等。然后定期测定这些生物的反应以及水、砂和生物体内的残留量，最后计算毒物的生态学放大和生物降解指数。据此，即可对污染物对环境的潜在危害以及新农药设计和应用的可能性提出意见，并可筛选出杀虫效果、对其他生物时毒性、生物降解性等方面都比较理想的农药。此外，对于农药的比较代谢和几种农药的相互作用试验，都取得了依靠现场监测难以得到的较好结果。
图3-4 研究农药降解和生物学放大模拟生态系统示意图
也有规模较大的室外人工生态系统。例如瑞士苏黎世高等技术学院的联邦给水，污水净化和水污染控制研究所设计的、目前世界上最长的人工河。它由四条各长200米的槽所组成，流量为760升/千时，并可控制其坡度；它主要用于研究水体的自净作用，特别是丝状菌的生态学及其在净化污水中的作用（图3—5）。
图3-5 用于生态学试验的室外人工河示意图
近年来我国的一些科研单位也已开始采用人工生态系统的试验技术，对汞在食物链中的浓缩、积累和转移以及污水中氰的净化机制进行研究。
通过上述生态学在环境保护中的几种主要应用，可以看出为什么生态学理论是保护环境的基础，也是解决人类面临的各种重大环境问题的主要依据，从而日益受到人们的普遍重视。自从60～70年代以来，不少科学家和专家们都在他们的工作中，把各种学科与生态的有关原理综合起来进行研究。有人说：“今日人类生态学是自然科学和社会科学的桥梁”。这是有一定道理的。
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