水環(huán)境的生物監(jiān)測方法及其應(yīng)用

郭 丹

（湖南省郴州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，湖南 郴州 423000)

當(dāng)前，保護水資源、改善水環(huán)境，已經(jīng)成為各國水利、環(huán)保部門迫在眉睫的工作。監(jiān)測是水環(huán)境管理的有效手段，其中，生物監(jiān)測主要是從生物學(xué)角度出發(fā)評價環(huán)境質(zhì)量狀況，可綜合反映水環(huán)境變化，及時、敏感預(yù)警環(huán)境污染事件，本文主要圍繞水環(huán)境生物監(jiān)測方法的應(yīng)用展開詳細分析。

1 水環(huán)境監(jiān)測方法概述

水環(huán)境監(jiān)測是水資源保護的必要環(huán)節(jié)，常用的監(jiān)測技術(shù)包括：人工監(jiān)測、生物監(jiān)測以及有線自動監(jiān)測等。其中，人工監(jiān)測主要是由專業(yè)的檢測人員定期、不定期采集水樣，并交由專業(yè)人員分析，人力、財力投入相對較大，且由于水環(huán)境在不斷變化，水環(huán)境監(jiān)測結(jié)果具有一定的滯后性；生物監(jiān)測是通過觀察不同監(jiān)測區(qū)域水生物的變化情況，對水環(huán)境進行判斷，監(jiān)測工作源于水生物對水環(huán)境的敏感度，且可隨著水環(huán)境的變化產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)，但是會受到水生物的生長、活動限制；有線自動監(jiān)測是指利用傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)構(gòu)建現(xiàn)場監(jiān)測子站，采集數(shù)據(jù)并傳輸至遠程監(jiān)控中心，并對數(shù)據(jù)進行分析處理，獲取相應(yīng)的水環(huán)境分析結(jié)果，但是此種監(jiān)測方法成本相對較高，有一定的局限性。

基于上述分析，各種水環(huán)境監(jiān)測方法各有優(yōu)缺點，目前隨著我國環(huán)境治理進入總量管理、流域管理、風(fēng)險管理以及生態(tài)管理時代，生物監(jiān)測方法可在各個領(lǐng)域大顯身手。如總量管理中，基于污染物減排工作的逐步落實，通過生物監(jiān)測方法的運用可全面掌握減排生態(tài)效益；流域管理中，基于“一湖一策、一河一策”、流域水生態(tài)功能分區(qū)工作的落地，生物監(jiān)測可提供綜合生物毒性信息，并為中長期預(yù)警提供水生生物群落演替信息；風(fēng)險管理中，基于生物監(jiān)測結(jié)果，可及時判斷污染物污染水平與生物效應(yīng)的關(guān)系；生態(tài)管理中，生物學(xué)指標納入管理指標體系中，生物監(jiān)測成為水環(huán)境監(jiān)測的重要內(nèi)容之一[1]。

2 水環(huán)境生物監(jiān)測的概念與方法

2.1 生物監(jiān)測的概念

生物監(jiān)測主要是以生物為對象或手段開展環(huán)境監(jiān)測工作，監(jiān)測生物的主要類型如下表1所示。

表1 監(jiān)測生物的主要類型

將生物納入環(huán)境監(jiān)測范疇時，需認識到生物作為監(jiān)測對象時，具有雙重身份。一是保護對象，此時生物監(jiān)測的核心內(nèi)容是搞清環(huán)境中生物對各種環(huán)境脅迫的響應(yīng)情況；二是環(huán)境控制的污染與外來干擾因素，此時生物監(jiān)測的核心是明確其強度與環(huán)境負面影響，主要類型包括：病原體及其指示生物監(jiān)測、外來生物監(jiān)測、富營養(yǎng)化生物（如：藻類）監(jiān)測[2]。

2.2 水環(huán)境的生物監(jiān)測方法

通過生物監(jiān)測，可在一定程度上反映水環(huán)境狀況，常見的生物監(jiān)測方法如下。

2.2.1 微生物群落監(jiān)測法

微生物群落監(jiān)測對象為微型生物在水環(huán)境中出現(xiàn)的物種頻率、相對數(shù)量等。經(jīng)由多年發(fā)展，我國逐步建立適用于我國生態(tài)環(huán)境的微生物群落監(jiān)測體系，且數(shù)學(xué)分析在監(jiān)測分析中發(fā)揮的作用越加顯著?；谟嬎銠C、大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)的發(fā)展，將實現(xiàn)更大范圍地揭示生物群落參數(shù)變化規(guī)律，并獲得精確的監(jiān)測結(jié)果。

2.2.2 發(fā)光細菌監(jiān)測法

發(fā)光細菌監(jiān)測是一種較為成熟的監(jiān)測方法，靈敏度高，適用范圍廣，可監(jiān)測得到水樣中大多數(shù)的有毒物質(zhì)，是經(jīng)由標準認證的方法。此種方法在水環(huán)境有機物、重金屬等毒性物質(zhì)監(jiān)測方面優(yōu)勢顯著，但是操作相對繁瑣，容易出現(xiàn)誤差?；陔娮蛹夹g(shù)的發(fā)展，為發(fā)光細菌法的應(yīng)用提供了可靠支撐，進一步提高監(jiān)測有效性。

2.2.3 生物行為反應(yīng)監(jiān)測法

生物行為反應(yīng)監(jiān)測的對象是生物受污染物影響后產(chǎn)生的趨利避害行為反應(yīng)或生理機能變化情況，常用監(jiān)測生物包括魚類、雙殼軟體動物、水蚤等。其中，魚類最為常用，如：斑馬魚、鯉魚、金魚等，較多運用于淡水環(huán)境；海洋監(jiān)測中，多以雙殼類生物活體為監(jiān)測對象，且在國外已經(jīng)取得較好的研究進展與應(yīng)用示范；水蚤作為生物監(jiān)測的指示生物，通過光電檢測器測算水蚤位移能力、判斷水蚤生命活動，可掌握水質(zhì)受污染情況，同時水蚤死亡率、繁殖能力可作為污染物毒性判斷依據(jù)。

結(jié)合相關(guān)實踐經(jīng)驗分析可得，生物行為反應(yīng)監(jiān)測實現(xiàn)在線監(jiān)測、早期預(yù)警，實際應(yīng)用價值高，且在部分地區(qū)已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化發(fā)展。基于計算機圖形化、自動化技術(shù)的發(fā)展，可進一步提高生物動態(tài)行為監(jiān)測精確性，高效、自動分析生物動態(tài)行為軌跡數(shù)據(jù)，完善生物行為模型的構(gòu)建工作，為水環(huán)境分析提供直接可視化的參考數(shù)據(jù)。

2.2.4 底棲、兩棲動物監(jiān)測法

底棲、兩棲動物監(jiān)測，主要是通過評價示生物在水體中出現(xiàn)或消失、數(shù)量多少情況，對水質(zhì)進行判斷。底棲動物水質(zhì)評價參數(shù)包括Saprobic指數(shù)、BI指數(shù)、群落多樣性指數(shù)等；兩棲動物發(fā)育過程對環(huán)境因子變化敏感，其行為與生理指標可對水體質(zhì)量進行監(jiān)控。

2.2.5 其他生物監(jiān)測方法

隨著生物監(jiān)測方法的不斷研究與發(fā)展，各種新型監(jiān)測技術(shù)開始出現(xiàn)，如：以幼蟲變態(tài)、生物分子活性等為指標進行水環(huán)境監(jiān)測，海底底棲無脊椎動物變態(tài)期幼體對污染物敏感性較高，變態(tài)過程易受環(huán)境污染干擾；生物傳感器及生物電化學(xué)監(jiān)測，主要是利用分子元件對被測物質(zhì)進行識別，如：生物體內(nèi)酶、抗體、激素、DNA等，由此評價、預(yù)測污染對環(huán)境的影響[3]。

3 水環(huán)境生物監(jiān)測方法的應(yīng)用

水環(huán)境生物監(jiān)測方法的實際應(yīng)用，應(yīng)定位在以流域為單元、以各級支流為監(jiān)測區(qū)段，構(gòu)建完善的監(jiān)測體系，并實現(xiàn)環(huán)境管理目標由“污染防治”朝著“生態(tài)健康”的方向發(fā)展。水環(huán)境生物監(jiān)測方法的具體應(yīng)用要點如下。

3.1 構(gòu)建水環(huán)境生物監(jiān)測技術(shù)體系

水環(huán)境生物監(jiān)測技術(shù)體系構(gòu)建情況，直接影響到水環(huán)境管理效果。對此，需完善生物監(jiān)測指標、技術(shù)方法標準、評價方法體系，整個業(yè)務(wù)體系包括微生物監(jiān)測、生物群落監(jiān)測、生物毒理試驗以及水環(huán)境生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測等，實現(xiàn)水環(huán)境生態(tài)完整性評價與管理。

3.2 完善水環(huán)境生物監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

在現(xiàn)有生態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，需積極補充監(jiān)測網(wǎng)點、提高監(jiān)測能力，完善全國水環(huán)境生物監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，切實涵蓋各大流域，有效評價水環(huán)境生態(tài)質(zhì)量狀況，全面摸清流域水環(huán)境污染情況，為國家水環(huán)境保護與管理提供服務(wù)。

3.3 建立生物監(jiān)測數(shù)據(jù)管理平臺

基于現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，在對生物監(jiān)測技術(shù)不斷研發(fā)的基礎(chǔ)上，應(yīng)進一步完善生物監(jiān)測數(shù)據(jù)報送、存儲、管理工作，構(gòu)建一體化管理平臺，完善全國監(jiān)測數(shù)據(jù)收集管理、流域環(huán)境質(zhì)量評價工作。

3.4 夯實生物監(jiān)測人才保障體系

水環(huán)境生物監(jiān)測保障主要包括專業(yè)人才引進、培訓(xùn)等工作，構(gòu)建生物監(jiān)測專家?guī)?，打造高專業(yè)素養(yǎng)的生物監(jiān)測隊伍，保障水環(huán)境生物監(jiān)測工作的順利開展。

4 結(jié)語

綜上所述，水生生物群落與水環(huán)境處于一個互相作用、聯(lián)系的狀態(tài)下，外部物質(zhì)進入水環(huán)境后將影響生物個體中，由此對生物生理狀況、種群數(shù)量、物種組成等產(chǎn)生各種影響。由此，生物監(jiān)測在水環(huán)境管理中發(fā)揮著重要作用，水環(huán)境生物監(jiān)測眾多，實際應(yīng)用中需進一步完善水環(huán)境生物監(jiān)測技術(shù)體系，完善監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)與管理平臺，并夯實人才保障，切實提高我國水環(huán)境管理水平。