水環(huán)境監(jiān)測中的生物監(jiān)測運用

和向東

（麗江市環(huán)境監(jiān)測站，云南 麗江 674100）

水環(huán)境監(jiān)測中的生物監(jiān)測運用

和向東

（麗江市環(huán)境監(jiān)測站，云南 麗江 674100）

生物監(jiān)測是指依據(jù)生物生長和生存的特征，分析其處于不同生活環(huán)境下的生存狀態(tài)，監(jiān)測和考察這一生物的生存環(huán)境。生物監(jiān)測是水環(huán)境監(jiān)測工作的重點，由于我國現(xiàn)階段水環(huán)境污染情況越來越嚴重，其在水環(huán)境監(jiān)測中的作用愈發(fā)凸顯。本文以現(xiàn)階段水環(huán)境監(jiān)測工作情況為基礎(chǔ)，結(jié)合近年來生物監(jiān)測應(yīng)用特點，分析水環(huán)境監(jiān)測中生物監(jiān)測的應(yīng)用，并以發(fā)光細菌監(jiān)測技術(shù)為例進行深層次分析。

水環(huán)境；監(jiān)測；生物監(jiān)測；發(fā)光細菌監(jiān)測技術(shù)

生物檢測技術(shù)，從字面上分析可知，依據(jù)生物生長和生存的特征，分析其處于不同生活環(huán)境下的生存狀態(tài)，對這一生物的生存環(huán)境進行監(jiān)測和考察的技術(shù)?，F(xiàn)階段應(yīng)用最多的就是結(jié)合生物的種群和群落的生存情況和個體生存差異實施研究，以此了解其生存的自然環(huán)境特點。受到我國現(xiàn)階段水環(huán)境污染情況越來越嚴重的影響，生物監(jiān)測在水環(huán)境監(jiān)測中的作用得以凸顯。

1 生物監(jiān)測的分析

生物監(jiān)測的分析主要是指依據(jù)生物彼此之間的影響與生物和環(huán)境之間的影響，認識生物與周邊環(huán)境之間存在的實際關(guān)系，結(jié)合環(huán)境與生物之間的關(guān)系，監(jiān)測現(xiàn)階段生物成長的自然環(huán)境中存在的問題。在水環(huán)境監(jiān)測中，生物監(jiān)測主要是指結(jié)合水生生物在水中生長情況的變化和其體內(nèi)各項物質(zhì)含量的變化，實施監(jiān)測，認識水環(huán)境中存在的水質(zhì)問題和相關(guān)污染問題，明確問題的根本，因地制宜，提出正確的治理方案。

現(xiàn)階段，生物監(jiān)測在水環(huán)境檢測中展現(xiàn)出自身難以取代的地位。在實際應(yīng)用中，人們需要全面了解現(xiàn)階段水環(huán)境中存在的問題，認識不同水環(huán)境對多樣化水生生物構(gòu)成的影響。以往的物理、化學(xué)監(jiān)測方案需要引用相應(yīng)外來物質(zhì)或者化學(xué)物質(zhì)，這樣會對水環(huán)境產(chǎn)生深層次的負面影響，但是生物監(jiān)測可以結(jié)合生物生活特點，更為完善、合理地開展水環(huán)境監(jiān)測，監(jiān)測生物在不同環(huán)境中的生存狀態(tài)，有助于生物技術(shù)的不斷推廣和優(yōu)化[1]。

2 生物檢測的特點

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，工業(yè)發(fā)展速度不斷提高，使得相關(guān)的環(huán)境問題逐漸得到人們的關(guān)注。環(huán)境監(jiān)測在經(jīng)過長時間的發(fā)展之后，已經(jīng)具備了優(yōu)質(zhì)的操作技巧、實施經(jīng)驗以及技術(shù)能力，以往的環(huán)境監(jiān)測工作都是結(jié)合物理和化學(xué)形式進行，依據(jù)相應(yīng)的藥物、機械對環(huán)境實施檢測。這種監(jiān)測形式過于單一，可以在污染較少的環(huán)境監(jiān)測中實施，但是面對多樣化污染的環(huán)境，因為其自身存在不同的污染問題，這需要工作者對這一環(huán)境實施全方面的考察，認識不同污染源在同一環(huán)境下產(chǎn)生的影響。在這一背景下，以往的監(jiān)測方案將難以實現(xiàn)目標。但是，生物檢測可以依據(jù)生物在水環(huán)境中的實際生長狀況，明確水環(huán)境對生物成長構(gòu)成的影響，對存在多樣化污染的復(fù)雜水環(huán)境實施全面監(jiān)測。

生物監(jiān)測可以展現(xiàn)出污染物存在的生物學(xué)效應(yīng)，更為直接地突顯污染物對生物體構(gòu)成的影響，同時一部分生物的靈活性要超出精密儀器的設(shè)定，可以對污染物造成的影響產(chǎn)生快速的反應(yīng)。通常情況下，環(huán)境受到多樣化污染物的綜合影響，逐漸構(gòu)建成復(fù)合型污染。目前存在的物理、化學(xué)形式只能監(jiān)測單項污染物的濃度，但是生物監(jiān)測可以彌補其中存在的問題，體現(xiàn)出多樣化污染物的綜合影響。同時，生物監(jiān)測在實際應(yīng)用中操作非常簡單，其成本支出較低，可以應(yīng)用較少的人才達到目標。但是，目前推廣的生物檢測技術(shù)也存在一定的問題，如無法監(jiān)測到水體中污染物的精準濃度；還沒有整合的環(huán)境質(zhì)量準則；有的生物監(jiān)測方案還無法有效劃分環(huán)境因素構(gòu)成的影響和污染物構(gòu)成的影響；監(jiān)測過程中需要的時間過長。這些問題都使生物檢測技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用受到了約束。因此，在實際應(yīng)用中，需要結(jié)合上述問題，對生物檢測技術(shù)進行改進，充分發(fā)揮其在環(huán)境監(jiān)測中的有效作用[2]。

3 生物監(jiān)測在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

3.1 群落監(jiān)測

生物群落是生物系統(tǒng)的重要組成部分，對生物群體實施監(jiān)測可以了解不同生物種群之間的關(guān)系和影響，認識不同群落在自然環(huán)境中的特點和不同環(huán)境對不同生物群體產(chǎn)生的影響，進而深入認識自然環(huán)境的變化特點和未來的發(fā)展方向。所以，對生物群體實施監(jiān)測可以明確這一生物群體所在生態(tài)系統(tǒng)中的環(huán)境發(fā)展情況，明確其存在的污染問題，提出有效的解決方案。一般情況下，群落監(jiān)測包含兩點內(nèi)容，一是對水環(huán)境實施評估，二是對水域的發(fā)展實施合理劃分。

3.1.1 水環(huán)境的評估

生物監(jiān)測在水環(huán)境監(jiān)測中可以對水域的情況實施全面監(jiān)測和評估，可以結(jié)合生物群體和生物種群在多樣化的水環(huán)境中的不同成長情況，全面分析不同水環(huán)境中水質(zhì)的變化特點和水中物質(zhì)含量的變化特點。例如，長江流域里建設(shè)的水庫中存在多種生物種群和群落，水中很多植物出現(xiàn)富營養(yǎng)化，對這些生物群落在一段時間的生長情況實施研究，可以全面了解這一階段水庫中水質(zhì)的變化情況。認識水庫中水質(zhì)的變化情況和改變緣由，這樣才能從根本上提出解決水環(huán)境問題的正確方案，降低水環(huán)境的污染程度，減少水污染帶來的影響。生物監(jiān)測不僅在水環(huán)境監(jiān)測工作中具有重要的作用，還可以對環(huán)境的管理工作實施監(jiān)控、觀測，將環(huán)境監(jiān)測的實際情況向大眾推廣，防止出現(xiàn)不利影響[3]。

3.1.2 水域宏觀劃分

結(jié)合生物監(jiān)測，在全面認識多樣化水環(huán)境實際狀況后，人們可以結(jié)合不同水環(huán)境的生長環(huán)境，依據(jù)生物特點，利用生物成長規(guī)律實施全面的水環(huán)境綜合管理，對水環(huán)境實施全面的整改。例如，長江流域中，有的水庫中段出現(xiàn)水質(zhì)嚴重富營養(yǎng)化的問題。如果僅僅依靠物理和化學(xué)方案實施管理，會影響水中其他生物的成長，加劇水環(huán)境的惡化。在實際應(yīng)用中，依據(jù)生物監(jiān)測方案，在富營養(yǎng)化嚴重的區(qū)域養(yǎng)殖以藻類為食的魚類，既可以有效解決水質(zhì)富營養(yǎng)化的問題，又可以用低成本養(yǎng)殖魚類，獲取更多的綜合效益，這樣有助于保護環(huán)境，實現(xiàn)科學(xué)發(fā)展[4]。

3.2 生物測試的應(yīng)用

生物測試一般是依據(jù)生物方案，結(jié)合相關(guān)的實驗形式，全面分析自然環(huán)境對生物成長的影響，明確現(xiàn)階段水環(huán)境中出現(xiàn)的污染問題，了解污染問題的源頭，實施全面管理。生物監(jiān)測中的生物測試方案包含兩點內(nèi)容，一是監(jiān)測水中多樣化植物營養(yǎng)素和生長素對實際環(huán)境變化產(chǎn)生的影響，二是明確被不同程度的污染源影響后的水質(zhì)對各種生物產(chǎn)生的毒害反應(yīng)。在現(xiàn)階段的生物測試工作中，一般是對生物群落或者生物種群實施全面的監(jiān)測，并不是單一的個體?，F(xiàn)階段，應(yīng)用較多的生物測試包含生物傳感器以及結(jié)合生物測試設(shè)計出的環(huán)境指標。

3.2.1 生物傳感器

傳感器是現(xiàn)階段科技技術(shù)推廣中應(yīng)用較多的現(xiàn)代化技術(shù)，在生物監(jiān)測技術(shù)中存在一定的應(yīng)用價值。生物傳感器是現(xiàn)階段新推廣的技術(shù)，其重點工作原理是以相應(yīng)的生物元件為判斷依據(jù)，按照規(guī)定的要求，將生物傳感器獲取的生物信號結(jié)合內(nèi)置芯片和相應(yīng)技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C可以判斷的信號，以此實施人為操作的研究，對環(huán)境作出更為優(yōu)質(zhì)的研究評估，全面處理現(xiàn)階段存在的環(huán)境問題。結(jié)合多樣化的需求，目前已經(jīng)研究出多種識別元件，構(gòu)成了多樣化的生物傳感器，如DNA傳感器等。

3.2.2 設(shè)計環(huán)境標準

現(xiàn)階段，生物檢測技術(shù)可以在設(shè)計環(huán)境標準中提供依據(jù)。結(jié)合多樣化的生物技術(shù)開展水環(huán)境的監(jiān)測，全方位認識多樣化水環(huán)境對各種生物種群構(gòu)成的影響，明確滿足多種生物生存的最佳環(huán)境，結(jié)合這一特點設(shè)計環(huán)境標準，全方位解決現(xiàn)階段的環(huán)境問題與環(huán)境改變造成生物物種的變化問題。除此之外，結(jié)合水環(huán)境的環(huán)境標準設(shè)計可以解決現(xiàn)階段人們飲用水存在的水質(zhì)問題，處理現(xiàn)階段社會中存在的一大安全問題[5]。

4 實例分析生物檢測技術(shù)的應(yīng)用——以發(fā)光細菌監(jiān)測技術(shù)為例

某縣城水域面積占整個城市面積的42.5%，水網(wǎng)縱橫，污染問題較為多樣。結(jié)合規(guī)定項目有毒化學(xué)物質(zhì)實施監(jiān)測，如重金屬、有機物以及農(nóng)藥殘留等，它們會對水體安全監(jiān)管構(gòu)成影響。由此，下面主要是對發(fā)光細菌實施監(jiān)測。

4.1 檢測過程

生物毒性在線檢測系統(tǒng)的監(jiān)測工作包含兩方面，一方面是發(fā)光菌的培育和保護；另一方面是發(fā)光菌和水樣的反應(yīng)實施發(fā)光檢測，以及檢測之后的質(zhì)控和清洗工作。這兩方面的工作在檢測中自主完成，不需要人工的管理。這一設(shè)計主要是引用了雙光路對照檢測技術(shù)，在實際工作中一路是參考水樣，另一路是待測水樣，結(jié)合雙光路的檢測原理，可以解決檢測中發(fā)光細菌因為環(huán)境變化造成的變化[6]。

4.1.1 發(fā)光菌的培育和保護

固定化的發(fā)光細菌處于休眠，要在-20℃儲存，確保其活性。在實際應(yīng)用中，需要結(jié)合復(fù)蘇稀釋液將固態(tài)化的發(fā)光細菌在常溫中復(fù)蘇15 min，之后儲備到一個5℃的特氟龍恒溫孵育倉中。其中擁有一個不斷轉(zhuǎn)動的攪拌子，它可以避免細菌溶液出現(xiàn)沉淀。復(fù)蘇的發(fā)光菌壽命可以達到一周。

4.1.2 測量

檢測工作包含四個步驟，一是獲取發(fā)光菌，放置到菌種孵育倉中，對其實施孵育，從而達到最優(yōu)質(zhì)的生理狀態(tài)；二是獲取待測水樣，融入到反應(yīng)池中，之后再次獲取發(fā)光菌再融入到反應(yīng)池中，整合之后，檢測發(fā)光數(shù)據(jù)（S0）；三是在反應(yīng)池中實施30 min的接觸反應(yīng)，之后再次檢測發(fā)光數(shù)據(jù)（St），并結(jié)合下述公式獲取相對發(fā)光度（PLI）；四是測量結(jié)束后，儀器設(shè)施自主清潔，對光路實施清潔，避免出現(xiàn)交叉污染。

其中，RLI（%）是待測水樣的相對發(fā)光度，C0與Ct表示參考水樣的最初發(fā)光數(shù)量和處于t時段的發(fā)光數(shù)量。在每進行一次水樣檢測之后，需要再實施一次質(zhì)控樣品檢測，其相對發(fā)光度≤75%，獲取的信息與水樣要在相同條件下儲存，確保測量工作的標準性。

4.2 在線集成

設(shè)備融入到水源地水質(zhì)自動檢測系統(tǒng)中，受到上位機的管理，可以達到全天24 h的全面監(jiān)察。通常情況下，每4 h就會自主進行測試，出現(xiàn)特殊問題時可以加密到1 h，檢測信息資料會傳回中心系統(tǒng)平臺。當然，設(shè)備自身擁有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過組網(wǎng)可以達到遠程操控、實時檢測設(shè)備操作情況以及問題判斷等目的[7]。

4.3 監(jiān)測結(jié)果

監(jiān)測結(jié)果主要分為兩方面，一是毒物測試。在實際發(fā)展中，對不同濃度的毒物實施測試，明確其中蘊含的相對發(fā)光度。例如，樣品HgCl2的濃度達到0.10 mg/L，相對發(fā)光度為51%。除此之外，利用甲醇等實施毒性檢測試驗，其樣品濃度為25 mg/L，相應(yīng)相對發(fā)光度為88%，毒性不大。二是生物毒性和常規(guī)檢測標準的關(guān)聯(lián)性。在實際監(jiān)測過程中，對常規(guī)標準中的生物毒性與電導(dǎo)率實施測量信息數(shù)據(jù)的整合研究，有助于全面掌握水環(huán)境污染中存在的問題，了解污染的源頭，為解決方案的制定提供有效的依據(jù)。

5 結(jié)語

隨著工業(yè)、生活、農(nóng)業(yè)等方面用水不科學(xué)和排放污染等問題的逐漸加重，水污染問題得到充分展現(xiàn)，水體監(jiān)測和管理工作已經(jīng)成為現(xiàn)階段環(huán)境保護工作的重要內(nèi)容?，F(xiàn)階段，實際應(yīng)用的生物檢測技術(shù)可以解決以往物理、化學(xué)等形式環(huán)境監(jiān)測工作中存在的問題，不斷優(yōu)化環(huán)境監(jiān)測工作，提升實際檢測工作的質(zhì)量和效率。因此，應(yīng)用現(xiàn)代化的生物監(jiān)測形式，依據(jù)現(xiàn)階段存在的傳統(tǒng)監(jiān)測形式，有助于在目前多變的環(huán)境中實施全面監(jiān)測，有效解決現(xiàn)實發(fā)展中的環(huán)境問題。在水環(huán)境監(jiān)測工作中，常用的生物檢測技術(shù)包含微生物、發(fā)光細菌、生物行為反應(yīng)等監(jiān)測技術(shù)。因此，人們要結(jié)合實際水環(huán)境污染情況，科學(xué)地選擇生物檢測技術(shù)，保障技術(shù)應(yīng)用的正確性和科學(xué)性，這樣才可以正確判斷水體污染問題，并提出優(yōu)質(zhì)的解決方案。

1 張述偉，孔祥峰，姜源慶，等.生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境中的應(yīng)用及研究[J].環(huán)境保護科學(xué)，2015，（5）：103-107.

2 程 英，裴宗平，鄧 霞，等.生物監(jiān)測在水環(huán)境中的應(yīng)用及存在問題探討[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2008，33（2）：111-114.

3 劉偉成，單樂州，謝起浪，等.生物監(jiān)測在水環(huán)境污染監(jiān)測中的應(yīng)用[J].環(huán)境與健康雜志，2008，（5）：456-459.

4 黃玉平，張慶國，吳 朝.生物監(jiān)測及其在水環(huán)境污染防治中的應(yīng)用進展[J].安徽農(nóng)學(xué)通報（下半月刊），2009，15（8）：38-39.

5 陰 琨，王業(yè)耀，許人驥，等.中國流域水環(huán)境生物監(jiān)測體系構(gòu)成和發(fā)展[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2014，（5）：114-120.

6 徐東炯，張 詠，徐恒省，等.水環(huán)境生物監(jiān)測的發(fā)展方向與核心技術(shù)[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2015，（6）：9-11.19.

7 楊 萌.水環(huán)境污染監(jiān)測中的生物監(jiān)測的應(yīng)用芻議[J].黑龍江科技信息，2017，（3）：7.

Application of Biological Monitoring in Water Environment Monitoring

He Xiangdong
(Lijiang Environmental Monitoring Station, LiJiang 674100, China)

Biological monitoring is based on the characteristics of biological growth and survival, analysis of its living conditions in different living conditions, monitoring and inspection of the living environment of this creature. Biological monitoring is the focus of water environmental monitoring work, because China's current water pollution situation is more and more serious, its role in water environment monitoring increasingly prominent. Based on the current situation of water environment monitoring and the application of biological monitoring in recent years, this paper analyzes the application of biological monitoring in water environment monitoring, and takes the luminescent bacteria monitoring technology as an example to carry on the deep analysis.

water environment; monitoring; biological monitoring; monitoring technique of luminescent bacteria

X835

A

1008-9500(2017)07-0096-04

2017-05-16

和向東（1969-），男，納西族，云南麗江人，工程師，研究方向：環(huán)境工程、環(huán)境監(jiān)測和水污染治理。