生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用及展望

摘要：經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展帶來了水污染與水環(huán)境破壞，國家“十三五”規(guī)劃明確“以提高環(huán)境質(zhì)量為核心”的環(huán)保目標(biāo)，我國環(huán)境監(jiān)測行業(yè)迎來以質(zhì)量監(jiān)測為主的快速發(fā)展階段。在水環(huán)境的監(jiān)測的常用技術(shù)中，生物監(jiān)測技術(shù)通過分析水環(huán)境污染物的生物利用度，直接反映污染物的生物效應(yīng)，并表征水環(huán)境潛在風(fēng)險(xiǎn)。生物監(jiān)測也可作為水環(huán)境物化分析的補(bǔ)充手段，以解決復(fù)雜的水環(huán)境問題。本文針對(duì)水環(huán)境監(jiān)測中生物監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用和展望進(jìn)行了分析和研究。

關(guān)鍵詞：水環(huán)境監(jiān)測;生物檢測技術(shù);應(yīng)用;展望;分析

新時(shí)期下，我國水環(huán)境問題得到了解決，部分流域水環(huán)境仍面臨較為嚴(yán)重的問題，尤其是工廠排放出來的有毒化學(xué)物品，有毒有害污染物一般并不是單一污染物，很多都是由多種污染物混合在一起形成的有害物質(zhì)，這在很大程度上給水環(huán)境監(jiān)測帶來了一定的難度。而生物監(jiān)測技術(shù)具有穩(wěn)定性、敏感性和長期性等多種特點(diǎn)，通過這些特點(diǎn)可以有效的將水環(huán)境面臨的污染特征表現(xiàn)出來，并根據(jù)反映出來的問題找到具體解決辦法，以提高水環(huán)境監(jiān)測效果。

一、關(guān)于生物監(jiān)測技術(shù)的概述分析

（一）生物監(jiān)測技術(shù)原理

所謂的生物監(jiān)測技術(shù)，就是利用生物的組分和個(gè)體等對(duì)環(huán)境污染產(chǎn)生的反應(yīng)，在生物學(xué)的角度上給水環(huán)境監(jiān)測提供重要依據(jù)。生物檢測技術(shù)的應(yīng)用也是在細(xì)胞生物學(xué)之后才開始發(fā)展起來的。生物檢測技術(shù)最主要的作用就是在有毒有害物質(zhì)發(fā)生危害之前，將污染物監(jiān)測出來，在保護(hù)水環(huán)境的同時(shí)，避免給人體造成更多傷害。水環(huán)境各種生物之間都有著不一樣的聯(lián)系和反應(yīng)，生物種之間也都存在著制約和被制約的關(guān)系，當(dāng)水環(huán)境受到侵害的時(shí)候，這些生物之間就會(huì)發(fā)生反應(yīng)，而我們就會(huì)通過這些反應(yīng)去檢測水環(huán)境中污染的種類和原因，以及水污染程度[1]。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，污染物在生物體中的作用最早是從大分子開始，然后從細(xì)胞再發(fā)展到群落結(jié)構(gòu)，最后在慢慢的影響到生態(tài)系統(tǒng)的水平。

（二）生物監(jiān)測優(yōu)勢分析

傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測，多數(shù)采用理化監(jiān)測技術(shù)，理化監(jiān)測技術(shù)一般進(jìn)行采樣回實(shí)驗(yàn)室分析，在線自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)仍具有一定的局限性。生物監(jiān)測技術(shù)和傳統(tǒng)的理化監(jiān)測技術(shù)相比具有一定優(yōu)勢，下面來簡單的分析一下生物監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)勢。首先，對(duì)于比較細(xì)微的外源性物質(zhì)來說，它在水環(huán)境中的影響和變化，生物監(jiān)測技術(shù)會(huì)比理化監(jiān)測更容易捕捉;其次，對(duì)水環(huán)境的污染和破壞，污染物很多時(shí)候是由多種生物組合而成的，而在這些組合而成的生物當(dāng)中，必然會(huì)存在著各種聯(lián)系，從而加速對(duì)水資源的破壞，生物監(jiān)測技術(shù)就會(huì)反映出水污染和各種生物之間的效應(yīng);此外，在水環(huán)境污染的過程中，很多時(shí)候只有少量的污染源，對(duì)于這些少量的污染源來說，理化監(jiān)測技術(shù)是很難發(fā)現(xiàn)的，但是生物監(jiān)測技術(shù)就能提前感知這種情況。最后，和常規(guī)理化監(jiān)測技術(shù)相比，生物監(jiān)測技術(shù)費(fèi)用比較低，可以在大范圍上連續(xù)使用，而且此法也不需要對(duì)儀器儀表進(jìn)行維修和保養(yǎng)。

（三）生物監(jiān)測技術(shù)的重要性

對(duì)于傳統(tǒng)的理化監(jiān)測來說，它的監(jiān)測原理是通過對(duì)污染物的濃度、來源等來監(jiān)測水質(zhì)情況的，這樣的監(jiān)測方法不但不能很好的反映水污染對(duì)水中生物的影響，同時(shí)也不能解釋水污染和水生生物之間的關(guān)系。經(jīng)常出現(xiàn)的狀況是同種污染物在水體中卻以不同的化學(xué)形式存在，所以它的毒性、污染性和流動(dòng)性都是不確定的因素，而且理化監(jiān)測技術(shù)成本還非常的大，所以說，無論從哪一種角度來看，這種監(jiān)測技術(shù)的方法都是不可行的[2]。但是生物監(jiān)測技術(shù)就可以通過對(duì)水資源的分析，直接反映出污染物的生物效應(yīng)，從而降低污染風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。生物監(jiān)測技術(shù)能在很大程度上幫助人們解決復(fù)雜的水環(huán)境問題，由此可見，生物監(jiān)測技術(shù)的重要性。

二、常用的生物監(jiān)測技術(shù)的方法分析

（一）指示生物法

指示生物法的監(jiān)測原理是：由于水生物種長期生活在水環(huán)境當(dāng)中，所以水環(huán)境一旦出現(xiàn)任何的變化都會(huì)被生物感知出來，并將其破壞或者銷毀。如根據(jù)搖蚊幼蟲在水環(huán)境中死亡的數(shù)量以及死亡程度，來觀察水環(huán)境的質(zhì)量和品質(zhì)。

（二）群落結(jié)構(gòu)法

所謂的群落結(jié)構(gòu)法是指在一定的環(huán)境中，動(dòng)物和植物以群體的方式相互依存和發(fā)展的統(tǒng)稱。水環(huán)境質(zhì)量的好壞會(huì)直接影響到群體動(dòng)植物的生活，也就是說，如果動(dòng)植物群落結(jié)構(gòu)比較嚴(yán)重的話，就說明水環(huán)境遭到了很大的破壞，如果群落結(jié)構(gòu)質(zhì)量非常好的時(shí)候，就說明水資源狀況良好。這種監(jiān)測方法給監(jiān)測水環(huán)境的問題提供了非常有利的幫助[3]。

（三）生物測試法

生物測試法一般是水環(huán)境在遭到破壞時(shí)使用的監(jiān)測方法。當(dāng)水環(huán)境中的生物受到污染和毒害的時(shí)候，水生物的身體機(jī)能會(huì)在被動(dòng)的情況下發(fā)生變化，而相關(guān)的檢測人員就可以根據(jù)這種機(jī)能的癥狀來觀察和監(jiān)測水環(huán)境污染的狀態(tài)。生物測試法可以用在單一污染的情況下，也可以和其他監(jiān)測技術(shù)配合使用，并通過其他監(jiān)測技術(shù)的配合在復(fù)合因素污染的情況下對(duì)水環(huán)境進(jìn)行檢測。

（四）殘毒測定法

由于水環(huán)境受到了污染和破壞，導(dǎo)致長期生存在水環(huán)境中的生物體也受到了污染，正是因?yàn)檫@些生物體長期生存在水環(huán)境中，所以水生物本身也會(huì)長期吸收污染的殘留，這些污染物會(huì)在生物體內(nèi)經(jīng)過吸收、消化和分配等環(huán)節(jié)，在這些環(huán)節(jié)中，污染物的殘?jiān)粫?huì)被徹底清除干凈，所以這個(gè)時(shí)候就需要監(jiān)測人員對(duì)水生物進(jìn)行抽樣檢測，并通過測試生物體中的殘毒含量判斷水污染的程度。給判斷水污染的狀況提供依據(jù)。

（五）生物傳感器測試法

在科學(xué)技術(shù)水平發(fā)展的情況下，DNA 重組技術(shù)被廣泛應(yīng)用到生物技術(shù)的領(lǐng)域當(dāng)中，形成了現(xiàn)在的生物監(jiān)測技術(shù)。生物傳感器測試法主要是將水環(huán)境生物的反應(yīng)轉(zhuǎn)化為信號(hào)的形式，幫助監(jiān)測人員判斷水環(huán)境的質(zhì)量[4]。生物傳感器測試法的原理是通過電子技術(shù)的運(yùn)用，將被檢測的生物和待檢測的對(duì)象轉(zhuǎn)化為能檢測到的電子信號(hào)。

三、生物監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用研究

（一）關(guān)于浮游動(dòng)物的群落判斷

根據(jù)浮游動(dòng)物群落的特點(diǎn)，我們可以看出，優(yōu)質(zhì)的動(dòng)物群落狀態(tài)能很好的反映出水環(huán)境的污染程度。浮游動(dòng)物是無脊椎動(dòng)物，他們沒有游泳的能力，只是根據(jù)水流而進(jìn)行飄動(dòng)，浮游動(dòng)物一般是魚類和貝類的攻擊目標(biāo)。浮游動(dòng)物一般是以群體的形式出現(xiàn)，一旦水環(huán)境出現(xiàn)污染或毒害，浮游動(dòng)物就會(huì)被沖散，一旦出現(xiàn)這種情況就意味著水環(huán)境遭到了破壞。也就是說，一旦水環(huán)境中的營養(yǎng)和水質(zhì)出現(xiàn)渾濁或者缺氧的情況，都會(huì)對(duì)浮游動(dòng)物產(chǎn)生影響，讓浮游動(dòng)物出現(xiàn)落單和分布不均的情況。這種情況就能給相關(guān)的監(jiān)測人員提供監(jiān)測依據(jù)。

（二）著生生物的應(yīng)用研究

何為著生生物？著生生物是在人造或者天然基質(zhì)表面的群落，主要包括藻類、真菌和原生動(dòng)物，是水環(huán)境最早期的預(yù)警標(biāo)志物。關(guān)于著生生物的監(jiān)測指標(biāo)主要有生物多樣性的指數(shù)、均勻度的指數(shù)、藻類的密度和生物的總量。

（三）底棲動(dòng)物的應(yīng)用研究

底棲動(dòng)物其實(shí)就是棲息于海洋和河水底部的動(dòng)物，它也是水生態(tài)系統(tǒng)中非常重要的組成部分。底棲動(dòng)物一般生存在泥沙和巖石的基礎(chǔ)上，有很多也是無脊椎動(dòng)物，如蝦、扇貝、蛤蜊等。底棲動(dòng)物會(huì)受到濃度高的金屬和營養(yǎng)物的影響，在水環(huán)境的監(jiān)測過程中，底棲動(dòng)物扮演著分解者的角色。就目前的水環(huán)境監(jiān)測來說，以底棲動(dòng)物評(píng)價(jià)和監(jiān)測水質(zhì)的方法已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用起來，而且還取得了非常好的效果。

（四）魚類的應(yīng)用研究

眾所周知，魚類是水環(huán)境中非常重要的生物體，一旦水環(huán)境遭到污染和破壞，魚類將面臨著非常大危險(xiǎn)，畸形、死亡、變異、繁衍等等都會(huì)受到影響。而且在水環(huán)境的污染物中，會(huì)有個(gè)別的污染物對(duì)魚類有嚴(yán)重的刺激作用，如重金屬污染將會(huì)轉(zhuǎn)化成毒性或者金屬化合物，魚類在水環(huán)境中長期生存，這些污染物就會(huì)在魚類的體內(nèi)形成生物累積，給動(dòng)物和人類的健康帶來危害。所以說魚類對(duì)污染物有明顯的生理和行為反應(yīng)，因此利用魚類來檢測和評(píng)估水環(huán)境的污染也是很好的監(jiān)測方法[5]。目前常用檢測水環(huán)境的魚類有馬頭鰍、斑馬魚、鲇魚、河鱸等。

四、在水環(huán)境中對(duì)生物監(jiān)測技術(shù)展望分析

（一）發(fā)揮生物監(jiān)測在污染源監(jiān)測中的先導(dǎo)作用

根據(jù)生物監(jiān)測技術(shù)的特點(diǎn)分析，它可以直接、及時(shí)的反應(yīng)出污染物的毒性和潛在的危害因素，所以需要先對(duì)污染源控制研究，給進(jìn)一步控制污染物提供可靠的技術(shù)支持。

（二）建立環(huán)境污染監(jiān)測的生物監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

隨著我國的發(fā)展和進(jìn)步，工業(yè)發(fā)展也得到了很大的進(jìn)步，但是在工業(yè)發(fā)展過程中，很多的化學(xué)物質(zhì)在安全性尚未確定的情況下就已經(jīng)投入使用，在生產(chǎn)過程中會(huì)通過排放出有毒物質(zhì)給人體和水環(huán)境生物體帶來非常大的危害，所以在這種情況下，需要加強(qiáng)對(duì)水環(huán)境污染的監(jiān)測，構(gòu)建生物監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，生物預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)能直接的反映出環(huán)境的污染程度，并通過預(yù)警系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)污染源，采取相應(yīng)的措施，以此來降低對(duì)水環(huán)境的污染[6]。

（三）將生物監(jiān)測和理化監(jiān)測結(jié)合起來，發(fā)揮兩者的優(yōu)勢

為了更好的對(duì)水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，可以將生物監(jiān)測和理化監(jiān)測結(jié)合起來，要發(fā)揮兩種監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)勢特點(diǎn)，對(duì)水環(huán)境更好的監(jiān)測。如，理化監(jiān)測技術(shù)可以更好的監(jiān)測水環(huán)境污染的主要部分，但很難反應(yīng)出污染物的組成和具體的污染要素，而生物監(jiān)測法就可以很好的監(jiān)測出來，所以說，將生物監(jiān)測技術(shù)和理化監(jiān)測技術(shù)結(jié)合起來，能更真實(shí)的將水環(huán)境的污染因素反應(yīng)出來。

（四）要制定生物監(jiān)測指標(biāo)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和立法管理

對(duì)于我國目前的情況來說，生物監(jiān)測指標(biāo)并沒有得到統(tǒng)一，所以無法形成法定的生物監(jiān)測指標(biāo)體系，這在很大程度上嚴(yán)重影響了生物監(jiān)測的數(shù)據(jù)在水環(huán)境管理中應(yīng)用，所以需要相關(guān)的部門進(jìn)行研究和探討，制定統(tǒng)一環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)測指標(biāo)，以此來提高生物監(jiān)測技術(shù)對(duì)水環(huán)境的監(jiān)測。

在實(shí)際水環(huán)境監(jiān)測中，我國急切需要的是低成本、高成效的監(jiān)測技術(shù)，以此來保護(hù)水環(huán)境的安全。但是就目前的現(xiàn)狀來說，新污染物在不斷的出現(xiàn)，我國的監(jiān)測對(duì)象還都是水生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，所以我們必須要發(fā)揮出生物監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)勢和對(duì)未來的展望[7]。

結(jié)束語

總而言之，和傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)相比，生物監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)取得了很大的成就，而且利用生物監(jiān)測技術(shù)監(jiān)測水環(huán)境也是未來的發(fā)展趨勢，所以我們必須要重視起來。生物監(jiān)測技術(shù)是非常有效的水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，而且成本也不高，受到非常多人的關(guān)注。而對(duì)于生物監(jiān)測技術(shù)來說，它有著傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測中缺乏敏銳度的綜合優(yōu)勢，所以，對(duì)生物監(jiān)測技術(shù)的我們要不斷的去探索和挖掘。

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作者簡介：

柏楊（1987-），男，回族，河南信陽人，講師，博士學(xué)位，研究方向?yàn)樗h(huán)境監(jiān)測技術(shù)及應(yīng)用。