生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用及研究

摘 要：自然界的水環(huán)境是通過各種形式的循環(huán)實(shí)現(xiàn)跨空間的各類水形態(tài)的轉(zhuǎn)化。水環(huán)境與人的生活息息相關(guān)，能直接或間接地影響人類的生活。水生態(tài)環(huán)境的污染和破壞導(dǎo)致生物多樣性減少，影響人和其他生物的健康。利用生物監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)水環(huán)境加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，通過監(jiān)測(cè)結(jié)果了解和掌握更多的水環(huán)境現(xiàn)狀，從而實(shí)施針對(duì)性的水環(huán)境污染治理。本文介紹了生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理及其在水環(huán)境中應(yīng)用的作用，探討了水環(huán)境工程的中的監(jiān)測(cè)內(nèi)容，根據(jù)監(jiān)測(cè)內(nèi)容分析生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用。旨在為水環(huán)境保護(hù)與污染控制工程的系統(tǒng)化建設(shè)提供一些參考。

關(guān)鍵詞：生物監(jiān)測(cè)技術(shù);水環(huán)境工程;應(yīng)用;環(huán)境保護(hù);污染控制

隨著人類工業(yè)化進(jìn)程的加深，社會(huì)發(fā)展速度雖然在不斷加快，但生態(tài)環(huán)境卻遭到了嚴(yán)重的污染和破壞。人類對(duì)水環(huán)境的污染和破壞導(dǎo)致被污染水體中的生物數(shù)量銳減，不少生物因此瀕臨滅絕。污染嚴(yán)重的水體周邊人的各類疾病發(fā)病率在不斷上升。人越來越多的疑難雜癥及生物多樣性弱堿問題讓人類意識(shí)到水環(huán)境保護(hù)的重要性。水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種基于對(duì)水環(huán)境污染情況掌握下的針對(duì)性污染治理措施。通過對(duì)水環(huán)境的監(jiān)測(cè)，我們可以了解到污染源和污染成分，再對(duì)癥采取措施，從而提高水環(huán)境污染治理的效果。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)是監(jiān)測(cè)生物效價(jià)和安全性的核心技術(shù)。研究生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用對(duì)提高水環(huán)境工程監(jiān)測(cè)的安全性有著重要的意義。

一、生物監(jiān)測(cè)技術(shù)概述

（一）生物監(jiān)測(cè)的內(nèi)涵

利用生物個(gè)體、種群或群落對(duì)環(huán)境污染或變化所產(chǎn)生的反應(yīng)闡明環(huán)境污染狀況，從生物學(xué)角度為環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)提供依據(jù)。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)來源于20世紀(jì)70年代對(duì)水污染及生物監(jiān)測(cè)及研究。美國(guó)的《水和廢水質(zhì)量的生物監(jiān)測(cè)會(huì)議論文集》就有提到利用水生物監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)各類水生生物，是研究水污染關(guān)系的重要依據(jù)。

（二）生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理

生物監(jiān)測(cè)技術(shù)是利用個(gè)體對(duì)環(huán)境變化的影響來監(jiān)測(cè)和評(píng)估環(huán)境的污染情況。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用是利用各類水生生物對(duì)環(huán)境變化的影響來監(jiān)測(cè)和評(píng)估環(huán)境污染情況。它利用了毒性學(xué)方法和生態(tài)學(xué)方法的原理來實(shí)現(xiàn)對(duì)水生生物的監(jiān)測(cè)。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的物理監(jiān)測(cè)與化學(xué)監(jiān)測(cè)方法而言，具有較高的安全性和實(shí)用性優(yōu)勢(shì)。理論上，它是對(duì)傳統(tǒng)的物理監(jiān)測(cè)法與化學(xué)監(jiān)測(cè)法的延伸和補(bǔ)充。主要用于花境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。毒理學(xué)原理在測(cè)定有毒物質(zhì)在環(huán)境中的毒性作用方面有著明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)可以分析水環(huán)境中污染物的綜合毒性，反應(yīng)更加全面是水環(huán)境污染問題。動(dòng)態(tài)化的監(jiān)測(cè)過程能夠反應(yīng)水環(huán)境長(zhǎng)期污染情況，提供更加精準(zhǔn)、真實(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及環(huán)境污染的信息依據(jù)。它在綜合環(huán)境評(píng)價(jià)中能夠客觀真實(shí)的反映水環(huán)境中存在的各方面的污染問題，可用于預(yù)測(cè)和治理水環(huán)境污染的客觀理論依據(jù)。根據(jù)當(dāng)前生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在我國(guó)水環(huán)境工程中國(guó)的應(yīng)用情況來看，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)中對(duì)未被污染的區(qū)域的危害能夠起到一定的預(yù)測(cè)作用，預(yù)防水生態(tài)環(huán)境遭到污染和破壞。由此可見，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用對(duì)維持長(zhǎng)期有效的環(huán)境保護(hù)意義深遠(yuǎn)。

（三）生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用作用

生物監(jiān)測(cè)技術(shù)可以綜合性的監(jiān)測(cè)水環(huán)境，監(jiān)測(cè)過程可以體現(xiàn)動(dòng)態(tài)化和實(shí)時(shí)性。將生物監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用到水環(huán)境工程中，有助于提高水環(huán)境監(jiān)測(cè)的效率，及時(shí)獲取水環(huán)境中生物物質(zhì)變化的進(jìn)程，掌握系統(tǒng)、完整化的生物變化過程?；趯?duì)生物監(jiān)測(cè)信息的分析，還可以有效預(yù)見水環(huán)境的變化，通過前期污染預(yù)測(cè)可能發(fā)生的水體污染問題，起到預(yù)報(bào)環(huán)境污染的作用。傳統(tǒng)的物理監(jiān)測(cè)法及化學(xué)監(jiān)測(cè)法對(duì)水環(huán)境細(xì)微的變化監(jiān)測(cè)效果不明顯，而生物監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠更加敏感地捕捉到水環(huán)境細(xì)微的變化，從污染前天起預(yù)測(cè)細(xì)小的污染經(jīng)過長(zhǎng)期的積累后演變的結(jié)果，起到預(yù)報(bào)污染變化的作用。對(duì)一些具有長(zhǎng)期危害且其危害大、毒性范圍小的水土污染，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的成本低、效率高。在廣泛的監(jiān)測(cè)水環(huán)境污染問題時(shí)，有助于降低水環(huán)境監(jiān)測(cè)成本的作用。

二、水環(huán)境工程中的監(jiān)測(cè)內(nèi)容

水環(huán)境工程中監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容為動(dòng)物、植物、微生物在環(huán)境中的分布、生長(zhǎng)、發(fā)育狀況、省力化指標(biāo)、生態(tài)系統(tǒng)變化及其與環(huán)境污染的關(guān)系。生物監(jiān)測(cè)法時(shí)測(cè)定環(huán)境污染物毒性的有效方法。對(duì)動(dòng)物、植物及微生物的群落生態(tài)、個(gè)體生態(tài)、攜帶的毒性、致突變因素、體內(nèi)殘留物等指標(biāo)的測(cè)定，是了解水環(huán)境污染情況的重要依據(jù)。生物監(jiān)測(cè)獲得的監(jiān)測(cè)信息能夠更加確切的反映污染因子對(duì)人和生物的危害及花境污染的綜合影響。在環(huán)境污染物較低的情況下，利用某些生物對(duì)特定污染物的敏感性，對(duì)水環(huán)境污染危害人體做早期的診斷和預(yù)測(cè)。由于生物監(jiān)測(cè)技術(shù)不能獲得理化監(jiān)測(cè)那樣具體準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為了更加全面、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)水環(huán)境質(zhì)量，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境工程中應(yīng)用時(shí)可以結(jié)合理化監(jiān)測(cè)技術(shù)及其數(shù)據(jù)，將理化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為生物監(jiān)測(cè)結(jié)果的補(bǔ)充，來評(píng)價(jià)生物反應(yīng)現(xiàn)象。

三、生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用

（一）微生物群落監(jiān)測(cè)技術(shù)

微生物群落監(jiān)測(cè)技術(shù)用于監(jiān)測(cè)水環(huán)境中的細(xì)菌、水藻及原生物等微生物。水環(huán)境中的各類微生物的數(shù)量、出現(xiàn)頻率能夠反映一個(gè)階段內(nèi)水環(huán)境的情況。微生物群落監(jiān)測(cè)技術(shù)主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)有微生物園中類型、多樣性指數(shù)、異養(yǎng)指數(shù)、鞭毛百分率。采用聚氨酯塑料收集水樣，結(jié)合數(shù)據(jù)計(jì)算方法計(jì)算微生物的分布指數(shù)，評(píng)價(jià)水環(huán)境污染程度。理論上，水環(huán)境污染情況是個(gè)動(dòng)態(tài)化的過程。污染條件也在不斷的發(fā)生變化。微生物監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)微生物評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)根據(jù)污染條件的變化不斷擴(kuò)展和擴(kuò)充，以提高水環(huán)境污染評(píng)價(jià)的全面性。

（二）生物行為反應(yīng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

生物行為反應(yīng)監(jiān)測(cè)技術(shù)用于監(jiān)測(cè)微生物污染時(shí)發(fā)生的行為變化。部分微生物在受到敏感的污染條件時(shí)，會(huì)發(fā)生明顯的生物變化、行為變化或壓力性反應(yīng)。這些指標(biāo)能夠較為準(zhǔn)確的反映環(huán)境污染存在的問題。例如斑馬魚、金魚等，對(duì)外部環(huán)境污染的變化感知及其敏感。斑馬魚、金魚的生理變化、行為變化等，可以作為指示淡水水質(zhì)的變化的指標(biāo)，來評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)區(qū)域水環(huán)境的污染問題。斑馬魚與人體具有很多相似的行為反應(yīng)。監(jiān)測(cè)斑馬魚的反應(yīng)在指示水環(huán)境污染對(duì)人體的危害方面具有極高的應(yīng)用價(jià)值。

（三）發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)

細(xì)菌廣泛存在與水環(huán)境中。監(jiān)測(cè)水環(huán)境中的細(xì)菌類型、數(shù)量，在評(píng)價(jià)水環(huán)境的安全性方面有著重要的應(yīng)用價(jià)值。目前，我國(guó)的細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)的成熟性確保了水環(huán)境安全性監(jiān)測(cè)的有效性。發(fā)光細(xì)菌技術(shù)利用一些細(xì)菌細(xì)胞的發(fā)光特性來監(jiān)測(cè)污染物及其徐俊遺傳毒性。該技術(shù)通過生物毒性探測(cè)器實(shí)現(xiàn)水環(huán)境細(xì)菌毒性的監(jiān)測(cè)。生物毒性探測(cè)器具有毒性監(jiān)測(cè)效率快、結(jié)果精準(zhǔn)、操作方便等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。采用生物毒性探測(cè)器，最快可在3小時(shí)內(nèi)獲得水環(huán)境細(xì)菌及毒性監(jiān)測(cè)結(jié)果。

（四）底棲和兩棲監(jiān)測(cè)技術(shù)

底棲、兩棲動(dòng)物數(shù)量是生物監(jiān)測(cè)水質(zhì)的重要指標(biāo)。底棲、兩棲動(dòng)物對(duì)生存的水環(huán)境要求極高。底棲和兩棲監(jiān)測(cè)技術(shù)是通過監(jiān)測(cè)底棲、兩棲生物的生理、行為等指標(biāo)來評(píng)價(jià)水質(zhì)及水環(huán)境污染問題的。主要指標(biāo)有Saprobic指標(biāo)和BI指標(biāo)兩類。底棲和兩棲動(dòng)物的監(jiān)測(cè)指標(biāo)是完整評(píng)價(jià)水環(huán)境變化的重要指標(biāo)。

（五）生物傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)

生物傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)借助傳感器自動(dòng)捕捉和識(shí)別信號(hào)的功能，用以監(jiān)測(cè)部分生物有機(jī)體做出的應(yīng)急響應(yīng)。生物有機(jī)體的應(yīng)急響應(yīng)能夠反映水環(huán)境污染變化情況，可作為指示水環(huán)境污染的應(yīng)急電信號(hào)。電信號(hào)是間接測(cè)量和評(píng)價(jià)水環(huán)境中污染物濃度的重要依據(jù)。監(jiān)測(cè)到的電信號(hào)結(jié)合有機(jī)體DNA重組技術(shù)對(duì)生物做更加深入的研究，來幫助我們了解生物體攜帶的中毒素及其含量，獲得更加全面、復(fù)雜的水環(huán)境污染指標(biāo)。

四、應(yīng)用前景分析

生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用有監(jiān)測(cè)水環(huán)境污染動(dòng)態(tài)、預(yù)測(cè)污染發(fā)展情況、降低水環(huán)境監(jiān)測(cè)成本、提高水環(huán)境監(jiān)測(cè)效率和質(zhì)量的作用。它的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及其作用決定了其在未來有廣闊的市場(chǎng)前景。未來，水環(huán)境監(jiān)測(cè)將廣泛面向水環(huán)境展開，來提高水環(huán)境污染的監(jiān)測(cè)和保護(hù)。微生物監(jiān)測(cè)技術(shù)成本低、易操作、毒性小、適用范圍廣，又能提供實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)未來污染情況。對(duì)水環(huán)境的監(jiān)測(cè)是水環(huán)境污染治理的必然條件。未來，隨著生物監(jiān)測(cè)技術(shù)水平的提升，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)將應(yīng)用到解決更加復(fù)雜的水環(huán)境系統(tǒng)工程問題。它能為環(huán)境治理提供客觀、精準(zhǔn)的治理依據(jù)，在復(fù)合污染嚴(yán)重的水環(huán)境綜合治理中發(fā)揮更加重要的作用。

五、結(jié)語

水資源作為所有生物賴以生存的生命源泉，對(duì)于人類社會(huì)及其文明的可持續(xù)發(fā)展意義重大。為了人類文明的可持續(xù)發(fā)展，人類必須加強(qiáng)水環(huán)境保護(hù)及污染控制，構(gòu)建和維護(hù)長(zhǎng)期的水生態(tài)平衡狀態(tài)。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)是監(jiān)測(cè)水環(huán)境生物安全性必不可少的技術(shù)。微生物群落監(jiān)測(cè)技術(shù)、生物行為反應(yīng)監(jiān)測(cè)技術(shù)、發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)、底棲和兩棲監(jiān)測(cè)技術(shù)、生物傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠?yàn)樗h(huán)境工程中水體的微生物、生物行為、細(xì)菌、兩棲生物、底棲生物的生物動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供技術(shù)支撐，同時(shí)監(jiān)測(cè)水體中的非金屬無機(jī)物及其他污染物，了解生物生存狀態(tài)及其安全性，為水環(huán)境生物保護(hù)及污染治理提供依據(jù)。鑒于其在水環(huán)境工程監(jiān)測(cè)中的重要性，建議加大對(duì)生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境工程中應(yīng)用的研究和推廣。

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作者簡(jiǎn)介：李旭暉（1999— ），男，漢族，云南昆明人，本科，研究方向：生物工程。