生物監(jiān)測技術在水環(huán)境監(jiān)測中的應用

梁曉蘭

（臨沂市生態(tài)環(huán)境局費縣分局臨沂市費縣環(huán)境監(jiān)控中心，山東 臨沂 273400）

現(xiàn)今，國內(nèi)水環(huán)境污染治理主要包括兩個方向，其一，從源頭管控工農(nóng)業(yè)、生活污水的排放；其二，監(jiān)測并治理自然水體的污染。在實際工作中，傳統(tǒng)的監(jiān)測技術會更加關注污染物本身，會著重圍繞水體中的濁度、色度、化學需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、總有機碳、pH值等進行監(jiān)測，這些參數(shù)可以真正反映水環(huán)境的情況，但卻難以體現(xiàn)出水環(huán)境污染對生物體帶來的危害。如很多污染物會與水環(huán)境融合，并相互作用，會對生物體產(chǎn)生一定的影響，但依靠傳統(tǒng)理化監(jiān)測技術是難以有效地監(jiān)測出來。而生物監(jiān)測技術可以依靠觀測生物群的轉(zhuǎn)變來了解污染物的嚴重影響，該技術有利于彌補原有技術的缺陷，可以讓水體監(jiān)測變得更為全方位、更為合理[1]。

1 生物監(jiān)測技術原理

在生態(tài)自然領域中，有些生物和水環(huán)境之間有著密切的關聯(lián)，彼此影響。但如果水體中污染物的含量高于安全閾值，勢必會對生物的發(fā)育與繁殖產(chǎn)生直接危害，會使污染物轉(zhuǎn)移并匯聚于生物體中，從而導致生物產(chǎn)生各種各樣的病癥。而生物監(jiān)測技術依靠生物學反應，可以對水環(huán)境中不同生物群種的病癥情況與它們對水體的敏感性進行具體、深入的剖析，以此衡量水污染的狀況及程度，明確水污染種類。

同傳統(tǒng)理化監(jiān)測技術進行對比，生物監(jiān)測技術有著諸多優(yōu)勢，比如靈敏性強、監(jiān)測范圍大以及成本低等。不過，生物監(jiān)測技術是一項新興的水環(huán)境監(jiān)測技術方法，其技術標準仍缺乏完善性，以至于無法確保監(jiān)測結(jié)果的可靠性與精準性。

2 生物監(jiān)測的特點

當生態(tài)環(huán)境遭到破壞與污染后，生物的生長與繁殖也會因此受到制約，但把生物監(jiān)測技術合理地運用于環(huán)境監(jiān)測領域中時，可以獲得突出成效。一般情況下，環(huán)境污染大多爆發(fā)于小領域之中，因此，在挑選取樣監(jiān)測點時，應充分考慮實際狀況，根據(jù)可能引起的環(huán)境污染來科學、合理地選擇監(jiān)測點，只有這樣才可以保證監(jiān)測結(jié)果和實際狀況相匹配。在實際運用中，生物監(jiān)測技術可以體現(xiàn)出一定時段中的環(huán)境轉(zhuǎn)變狀況，使相關人員了解監(jiān)測區(qū)域中所含有污染物的類別、濃度等信息，便于合理高效地采取治理措施。例如，在對水環(huán)境進行監(jiān)測時，可圍繞水環(huán)境中的生物生長狀況展開監(jiān)測，這樣所獲取的結(jié)果會更加全方位。需要注意的是，在實施生物監(jiān)測的過程中，切勿僅制約在監(jiān)測范圍中的物種，應融合附近的環(huán)境狀況來具體實施。

3 生物監(jiān)測技術方法

目前，較為常用的生物監(jiān)測技術手段主要包括四種：

（1）指示生物法。該方法是指在一定的水體環(huán)境內(nèi)，當水體質(zhì)量出現(xiàn)改變時，通過對那部分具有受害病癥情況或消亡的生物個體或種群的改變情況進行監(jiān)測，從而較為精準地衡量環(huán)境質(zhì)量水平。

（2）群落結(jié)構(gòu)法。該方法是指通過自然界某種領域中彼此依存的某種動物、植物以及微生物的構(gòu)成，對水生生物此類群落結(jié)構(gòu)的改變狀況進行監(jiān)測，從而對水體質(zhì)量進行衡量。

（3）生物測試法。該方法是指采用水生生物受害后出現(xiàn)的生理機能改變的病癥情況來對水污染程度、類型進行判斷。

（4）殘毒測定法。在現(xiàn)實環(huán)境中，生物體從環(huán)境中汲取了各類污染成分，通過體中轉(zhuǎn)移、處理與再分配，最終會有一些有害物質(zhì)堆積于體中。這時生物體中的有害物質(zhì)濃度通常會比其四周環(huán)境內(nèi)的對應濃度高很多，因此，通過對生物體中的有害物質(zhì)濃度進行檢測，就可以衡量水環(huán)境污染的情況。

4 生物監(jiān)測技術現(xiàn)狀

如今，世界各國都存在著淡水資源匱乏、環(huán)境污染等各種問題。其中，水污染作為環(huán)境污染中的一種關鍵類型，已在相關領域的人員中引起廣泛關注，而水環(huán)境監(jiān)測也成為了非常關鍵的一項工作?，F(xiàn)階段，水環(huán)境監(jiān)測技術手段主要包括生物監(jiān)測和理化監(jiān)測。在實際工作中，將生物監(jiān)測技術合理地運用在環(huán)境監(jiān)測中，其結(jié)果明確且真實，具有較高的經(jīng)濟性與實用性，同時還能很好地體現(xiàn)出環(huán)境污染的真實情況。并且，該技術還能夠提早發(fā)現(xiàn)污染情況，可防止出現(xiàn)生態(tài)環(huán)境失衡的現(xiàn)象。如今，國內(nèi)水污染的情況仍舊非常嚴重，所以必須要積極合理地運用環(huán)境監(jiān)測技術手段。

當前，在現(xiàn)代科技飛速發(fā)展的背景下，信息技術在很多領域中都得到了普遍運用，同樣，水環(huán)境監(jiān)測也運用了各種先進的信息技術手段。所以，相關技術人員也投入到了自動化生物監(jiān)測器的研發(fā)之中，從而提高了水環(huán)境內(nèi)污染物的監(jiān)測精準，并合理地衡量了水體的質(zhì)量情況。即便如此，但我國的水環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制信息化水平仍然不高，還沒有構(gòu)建出一套完整、健全的標準體系，以致于實際的監(jiān)測問題難以快速實現(xiàn)反饋與解決，且監(jiān)測結(jié)果也難以保持較高的準確性與可靠性。因此，相關技術人員要積極地把信息化技術運用到監(jiān)測工作之中，以此構(gòu)建全方位的標準化信息處理模式，真正提升環(huán)境監(jiān)測結(jié)果的精準性[2]。

5 生物監(jiān)測技術及其在水環(huán)境監(jiān)測中的應用

5.1 制定相應的監(jiān)測標準

在水體內(nèi)生活、成長的生物個體，由于食物鏈與發(fā)育的需求往往會在水體內(nèi)積攢各類成本。因此，在制定水質(zhì)標準時，務必要把生物體中堆積的污染物對其生理機能與遺傳效應所帶來的危害考慮到制定范疇之中。如今，在飲用水的檢測中，我們已分離并測出了高于兩千類的有機化合物，對于這些有機化合物，通過理化監(jiān)測技術手段難以分辨出對人類身體造成的影響。而運用生物監(jiān)測技術手段，可以科學地挑選被檢測生物與相應的監(jiān)測條件，由此制定的水質(zhì)標準會更為科學、嚴謹。

5.2 監(jiān)測微生物群落

在水體環(huán)境內(nèi)，細菌、藻類等微生物產(chǎn)生的頻率和規(guī)模能夠體現(xiàn)出這一范圍內(nèi)的水體狀況，因此，就形成了微生物群落監(jiān)測技術方法。該方法在很早之前就得到了運用，是依靠聚氨酯塑料進行水體樣本采集，再通過計算得到微生物的分布指數(shù)，在此基礎上評估水體污染的具體情況。隨著環(huán)境污染條件的改變，微生物監(jiān)測技術也在相應的調(diào)整和創(chuàng)新?，F(xiàn)今，國內(nèi)微生物群落監(jiān)測技術的衡量指標在不斷豐富，就目前來看，其核心評估指標主要包括原物種類別、多樣性指數(shù)、植鞭毛蟲百分值與異養(yǎng)性指數(shù)。通過對以上指數(shù)進行評估，有利于提升水體監(jiān)測結(jié)果。

5.3 監(jiān)測生物行為反應

生物行為反應監(jiān)測是依靠生物受害所顯示出的趨利避害行為或生理機能的轉(zhuǎn)變，來進行水環(huán)境污染狀況的衡量，從而判斷污染物的含量及類別，以此便于快速選擇應對的技術手段。該技術一般用于對魚類、雙殼軟體動物等水體生物生活的水體環(huán)境監(jiān)測，在這當中，魚類是環(huán)境監(jiān)測最普遍采用的一種指示生物。例如，斑馬魚會對水體質(zhì)量產(chǎn)生特別敏感的反應，只要水環(huán)境的質(zhì)量受到了一定污染，該生物就能非?？斓刈龀雠c之對應的行為表現(xiàn)，因此，該生物也是特別不錯的環(huán)境監(jiān)測指示物種。且斑馬魚的基因同人類的基因存在著非常大的類似度，通過斑馬魚這種水體生物作為監(jiān)測樣本而獲得的水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，大部分是可以適用于人類的。在相關探究中，技術人員通過半靜態(tài)法對斑馬魚進行環(huán)境監(jiān)測，以了解重金屬對水生生物的整體毒害影響，在實驗中，他們得出重金屬離子Cu2+、Cd2+和Cr6+對斑馬魚存在著不同程度的危害性，以及斑馬魚體中過氧化氫酶CAT活性與Cu2+、Cd2+和Cr6+濃度都具有顯著的劑量—效應關系，所以，可將斑馬魚作為指示生物來進行重金屬污染的環(huán)境監(jiān)測。

此外，也可以將鯉魚等當做指示生物，依照魚的呼吸轉(zhuǎn)變情況來了解水體的污染情況。在展開生物毒性級別劃分的過程中，可將時間當做變量指標，也就是通過多種小型組合魚類在污染源廢水原液中的半致死時間為標準展開判斷。在水環(huán)境監(jiān)測中，大部分情況下魚類都可以作為淡水環(huán)境監(jiān)測的指示生物，而對于海洋環(huán)境的監(jiān)測，通常情況下會采取雙殼類生物活體受害的生理機能變化或者行為表現(xiàn)來展開判斷，這一方面，國外目前已收獲了相對顯著的探究成果，在運用上也同樣獲得了一定成就。如國外探究者把電磁感應技術運用在貽貝雙殼距離轉(zhuǎn)變的監(jiān)測中，以此來評估判斷水環(huán)境的污染情況。還有，水蚤也是被普遍采用的一種水體監(jiān)測指示生物，在實際應用中是通過水質(zhì)預警監(jiān)測系統(tǒng)的光電檢測儀器來計算水蚤位移的能力，并對其生命活動進行判定，以此來評估水體環(huán)境質(zhì)量的情況。

5.4 監(jiān)測底棲動物和兩棲動物

底棲動物與兩棲動物也可以作為水體環(huán)境監(jiān)測的指示生物。通過對這些生物在水環(huán)境內(nèi)的形成或滅亡、總量情況來評判水環(huán)境的質(zhì)量水平。底棲動物水質(zhì)的衡量指標主要包括Saprobic指數(shù)、BI指數(shù)、群落多樣性指數(shù)。在這些指標當中，前兩個指標已被歐美等國家納作關鍵水質(zhì)生物評估指數(shù)，不過我國目前仍未建立出一套相似的生物指數(shù)監(jiān)測技術標準體系。在研究中，通過采用底棲動物完整性指數(shù)這一指標來圍繞太湖生態(tài)環(huán)境質(zhì)量展開衡量，由此得出；接連觀測采集數(shù)據(jù)有利于強化評估指數(shù)的準確性，并增強了最終監(jiān)測結(jié)果的科學性。此外，通過觀察與監(jiān)測兩棲動物的行為表現(xiàn)與生理機能改變，也同樣能判斷水環(huán)境的質(zhì)量情況。因此，我國有關研究人員在實驗中將兩棲動物作為指示生物，來檢測農(nóng)藥引起的水環(huán)境污染，并構(gòu)建了水環(huán)境污染水平的監(jiān)測平臺與配套的評估標準，以及相應的監(jiān)測手段。

5.5 發(fā)光細菌法

發(fā)光細菌法是一項已趨向于成熟的生物監(jiān)測技術手段，是一種取得了標準認證的技術手段，在國內(nèi)外都得到了普遍運用。該技術的優(yōu)點非常多，如迅速便捷、靈敏度高以及運用領域廣等，可將水體樣本中的大量有害成分檢測出來。該技術在有機物以及重金屬等有毒成分監(jiān)測中得到了運用，并有著非常寬闊的運用前景，不過該技術也存在操作復雜、誤差偏高等缺點。但電子技術的發(fā)展給這種生物監(jiān)測技術手段的探究與運用帶來了更強的保障，比如螢光光度法等設備手段，這也使得，發(fā)光細菌法必然會具有更為寬闊的發(fā)展空間與運用前景。

5.6 生物傳感器監(jiān)測技術

生物傳感器監(jiān)測技術是依靠合適的生物傳感器，把生物敏感度轉(zhuǎn)化成電信號從而開展監(jiān)測。傳感器是采用固定化的生物敏感材料來制作辨別元件，同時安裝了信號放大裝置與理化換能器。換句話說，它是不斷把生物材料獲取的有規(guī)律的信息變換成我們能夠理解的信息，以此給水質(zhì)評估帶來可靠的參考依據(jù)。同其他生物監(jiān)測技術方法進行對比，該技術具備精準性強、針對性高以及分析迅速等優(yōu)點。在實際的水環(huán)境監(jiān)測中，常見的生物傳感器有BOD傳感器、DNA傳感器和微生物傳感器。舉例來說，BOD傳感器是把生化需氧量作為水體衡量的核心參數(shù)，再根據(jù)實際狀況合理采取相關的評測手段，以此科學準確的檢測溶解氧的含量，進而衡量水環(huán)境質(zhì)量的狀況。

6 提升生物監(jiān)測技術在水環(huán)境監(jiān)測中的精準性

生物的成長與分布都存在著明顯的個體差別，且相同生物對污染物的行為表現(xiàn)也會存在一定的差別。所以，在進行水體監(jiān)測的過程中，我們應盡可能地擴大生物的數(shù)量，以強化監(jiān)測結(jié)果的準確性。同時，還需構(gòu)建一套健全的監(jiān)測網(wǎng)絡，提高生物監(jiān)測的次數(shù)，縮小區(qū)域差別性，以此強化水體的監(jiān)測效果。

此外，低含量的水污染物對水體環(huán)境也會帶來潛在影響，若通過生物監(jiān)測技術進行監(jiān)測，在短時間中是難以看見突出成效的。所以，我們應持續(xù)優(yōu)化生物監(jiān)測技術，讓其可以充分符合水環(huán)境監(jiān)測的各項要求，以此來強化監(jiān)測結(jié)果的精準性與真實性。

7 發(fā)光細菌法在水環(huán)境毒性監(jiān)測中的應用實例

7.1 可用于突發(fā)性水質(zhì)污染事件應急檢測

在突然出現(xiàn)地震、投毒等水質(zhì)污染現(xiàn)象時，發(fā)光細菌法快捷的優(yōu)勢便能充分體現(xiàn)出來。如果這時采用發(fā)光細菌法展開監(jiān)測，可以馬上查找到污染類型、濃度等信息，便于及時采取應對措施。通常情況下，通過發(fā)光細菌法進行監(jiān)測大概用時是15～60 min之間，相比于傳統(tǒng)生物監(jiān)測周期明顯快一些。

7.2 可用于致癌物質(zhì)生物毒性檢測

在醫(yī)藥行業(yè)、石油工業(yè)等排放的污水中，含氮雜環(huán)化合物大量存在，而絕大部分的含氮雜環(huán)化合物都具有致癌、致畸變以及致突變等危害，無法被微生物分解消除。在采用發(fā)光細菌監(jiān)測技術展開監(jiān)測時，可以通過發(fā)光細菌的暗光突變種，或采取基因工程技術，把發(fā)光菌的發(fā)光基因轉(zhuǎn)移進檢測“三致”實驗鼠傷寒沙門氏菌的細胞中，讓它可以發(fā)射熒光，這樣的檢測流程只需要花費12 h，不僅效率快，而且成本較低。

8 應用前景分析

綜上所述，在水環(huán)境中應用生物監(jiān)測技術，不僅可以降低水環(huán)境監(jiān)測的成本，還有利于提高監(jiān)測速度以及監(jiān)測效果。因該技術的優(yōu)點與功能，使其具備了非常寬廣的應用前景。同時，該技術不但便于操作、毒害微弱，而且還可以提供動態(tài)監(jiān)測，同時還能進行污染狀況預測。因此，在今后的生物監(jiān)測技術不斷發(fā)展與優(yōu)化的過程中，可將該技術運用于更為繁雜、更為多樣的水環(huán)境監(jiān)測工程之中。在實際應用中，通過科學、合理地應用該技術，可以給環(huán)境治理帶來真實、可靠的參考依據(jù)，且該技術在污染嚴重的水體治理中也起到了非常關鍵的作用[3]。