水環(huán)境治理中生物監(jiān)測技術(shù)運用

高政瑞

中國水利水電第十四工程局有限公司 云南昆明 650000

在經(jīng)濟與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的背景下，水環(huán)境治理的重要性不言而喻，也是現(xiàn)如今生態(tài)環(huán)保事業(yè)所關注的重點領域。將生物監(jiān)測技術(shù)應用在水環(huán)境治理中，可以利用生物種群和群落的變化對水環(huán)境的污染情況進行具體反映，進而為環(huán)境監(jiān)測和治理提供準確數(shù)據(jù)，所以對生物監(jiān)測技術(shù)進行深入研究對于環(huán)境保護工程來說有著十分重要的意義。

1 生物監(jiān)測技術(shù)的機制分析

因為在水環(huán)境中分布著大量的生物體，例如藻類、魚類和一些浮游生物等，雖然根據(jù)水質(zhì)的不同分布著不同的生物類型，但是水環(huán)境中的生物體一定與水環(huán)境相互依存、互為共生，一旦水環(huán)境發(fā)生變化，將直接影響生命體的繁衍和生存。將生物檢測技術(shù)應用在水環(huán)境監(jiān)測和治理中，就是對水生物的變化進行快速分析，并精準檢測水生物體內(nèi)污染物的累積含量和分布種類，以此為基礎采取有效措施對水污染問題進行科學的治理。與其他的監(jiān)測技術(shù)相比，生物監(jiān)測技術(shù)的準確性和檢測效率都更高，所以現(xiàn)如已經(jīng)廣泛應用于水環(huán)境治理中。傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)只能完成一種污染物的檢測，而且費時費力，而生物監(jiān)測技術(shù)能夠同時反映多種污染情況，并且成本低、受外界環(huán)境限制較小。但是不可否認的是，技術(shù)在應用過程中也并非十全十美，例如：目前尚無法精準計算污染物濃度、監(jiān)測標準也缺乏系統(tǒng)性，而且也不能對污染物因素和環(huán)境因素之間的影響和聯(lián)系進行具體區(qū)分，所以生物監(jiān)測技術(shù)在應用過程中仍有很大的進步空間，需要學者的不斷努力和鉆研。

2 生物監(jiān)測技術(shù)的原理和優(yōu)勢

2.1 生物監(jiān)測技術(shù)的原理分析

生物監(jiān)測技術(shù)就是實時監(jiān)測水環(huán)境中的生物群落變化情況，因為水環(huán)境與水體中的生物群落存在互生關系，水環(huán)境的變化勢必會影響生物群落結(jié)構(gòu)的變化。在天然的水環(huán)境中，生物群落以清水種類為主要優(yōu)勢群體；在受到污染的水環(huán)境中，以抗低溶解氧的生物種群為主要優(yōu)勢群體[1]?；谶@一特性，生物監(jiān)測技術(shù)就可以根據(jù)水環(huán)境中的生物種類對水環(huán)境進行監(jiān)測和治理。生物監(jiān)測技術(shù)在應用過程中，需要根據(jù)水體的實際情況進行取樣檢測，檢測內(nèi)容具有十分明顯的針對性，所以檢測結(jié)果更能真實的反映出水體的實際情況，并且能夠?qū)σ欢螘r間內(nèi)的水環(huán)境變化情況進行詳細反映，可以為我國的環(huán)境保護工程提供更加準確的數(shù)據(jù)。除此之外，生物監(jiān)測技術(shù)還可以結(jié)合周邊環(huán)境進行檢測，用來明確在生態(tài)環(huán)境之中水環(huán)境的具體影響和作用。

2.2 生物監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)勢分析

2.2.1 能夠?qū)λh(huán)境的整體情況進行系統(tǒng)了解

傳統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，只能簡單的對水體污染元素的含量進行檢測，無法對水體環(huán)境的整體污染情況進行具體反映，水環(huán)境監(jiān)測和治理的最主要目的是保證整個水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的健康，這也就說明傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)無法滿足水環(huán)境工程的具體需求。而生物監(jiān)測技術(shù)則是對水環(huán)境中的微生物和動植物的生存狀態(tài)和生存數(shù)量進行具體監(jiān)測，同時能夠根據(jù)他們體內(nèi)的元素變化對水環(huán)境的整體質(zhì)量進行系統(tǒng)評估，從而能夠?qū)λh(huán)境的整體情況進行系統(tǒng)反映。

2.2.2 具有一定預見性，可實現(xiàn)污染的提前處理

生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)具有一定的修復和凈化能力，但是如果污染超過了凈化極限，將會對生態(tài)環(huán)境造成不可逆的損傷，會嚴重加大環(huán)境治理難度。傳統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)在應用過程中無法預見水體污染的惡化情況，因此也就不能提前采取有效措施進行治理，而生物監(jiān)測技術(shù)可以根據(jù)生物的生長狀況和體內(nèi)化學元素的變化及時尋找污染源頭，能夠在污染超過水體凈化能力之前采取有效措施對水體污染進行有的放矢的控制。

除此之外，生物檢測技術(shù)的效率更高、速度更快，能夠?qū)σ欢螘r間內(nèi)的水環(huán)境變化情況進行真實和全面的反映，并且成本低易于操作，所以有著十分廣泛的應用空間。生物監(jiān)測的技術(shù)的主要檢測對象為生物群落，通過對水生生物群落的真實反映，能夠為生態(tài)系統(tǒng)保護提供更為直觀的數(shù)據(jù)，從而促使環(huán)境治理更加科學，能夠切實保護生物群落的繁衍和生存，可以在一定程度上強調(diào)水環(huán)境治理的生態(tài)性。

3 常用的生物監(jiān)測技術(shù)

3.1 微生物監(jiān)測技術(shù)

3.1.1 PGR技術(shù)

PGR也就是聚合酶鏈式反應，主要用來監(jiān)測水環(huán)境中的微生物變化情況，與傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)相比，可以省去微生物培養(yǎng)的環(huán)節(jié)，打破了傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)的應用局限。此技術(shù)在應用過程中，首先需要在高溫條件下，對DNA進行整合使其變成單鏈結(jié)構(gòu)，在一定溫度條件下，引物和單鏈之間會進行堿基互補配對；然后通過調(diào)節(jié)溫度引導DNA聚合酶形成互補鏈。聚合酶的制造是PGR技術(shù)應用的基礎，在這一環(huán)節(jié)中溫度控制是最為關鍵的內(nèi)容，需要技術(shù)人員對溫度進行變性或者重復性控制，來科學完成微生物DNA的合成，最終對微生物種類進行精準檢測[2]。PGR技術(shù)在應用過程中具體的溫度控制情況如表1所示：

表1 詳細溫度控制表

3.1.2 生物傳感技術(shù)

生物傳感技術(shù)的主要應用原理為：利用相應的檢測儀器來檢測水體中的微生物濃度，并將濃度值轉(zhuǎn)換成電信號，要求檢測儀器必須對生物物質(zhì)極為敏感，生物傳感器是最為關鍵的設備。在生物傳感器中配備了眾多智能元件，例如微生物性能識別元件、信號放大裝置和理化換能器等，生物傳感器的最主要作用就是實現(xiàn)對微生物信號的接收和轉(zhuǎn)換。生物傳感器可以在生物體的某些器官中進行固定，因此檢測精度更高。

3.1.3 酶免疫檢測技術(shù)

作為一種十分先進的生物監(jiān)測技術(shù)，酶免疫檢測技術(shù)主要用來檢測抗原和抗體等微生物，其應用原理為：以相互關聯(lián)的酶為基礎，利用酶催化反應來測定免疫復合物，將抗體固定，只需通過簡單的洗滌就可以輕易分離出免疫復合物，以此即可準確檢測免疫復合類微生物。酶免疫檢測技術(shù)實現(xiàn)了對水體微生物的深層次檢測，同時在檢測過程中并不會影響水環(huán)境的免疫特征。

3.2 發(fā)光細菌監(jiān)測技術(shù)

發(fā)光細菌顧名思義就是能夠不在外界環(huán)境的刺激下而自身主動發(fā)射出一種可見熒光，發(fā)光細菌廣泛分布在海洋環(huán)境中，部分存在于淡水體系中，例如霍亂弧菌、青海弧菌、發(fā)光異短桿菌等。發(fā)光細菌多為革蘭氏陰性細菌，呈現(xiàn)出明顯的厭氧特征，在檢測該類細菌時，需要利用氯化鈉溶液和甘油。發(fā)光細菌監(jiān)測技術(shù)在應用過程中主要是對發(fā)光細菌的發(fā)光強度進行檢測，以此來明確水環(huán)境中的污染物含量。因為在無干擾的自然環(huán)境中，發(fā)光細菌的發(fā)光強度始終保持一致，并且所發(fā)出的光多呈藍綠色，波長在450～490nm之間，但是一旦水環(huán)境遭受污染，那么就會嚴重影響發(fā)光細菌的發(fā)光強度和波長[3]。所以技術(shù)人員可以依據(jù)發(fā)光強度變化完成對水環(huán)境中污染物的檢測。

3.3 其他生物檢測技術(shù)

3.3.1 指示生物法

指示生物法就是需要在水環(huán)境中選擇一種生物作為指示種，此種生物具有在固定區(qū)域生活的特征，通過對指示種進行監(jiān)測來反映水環(huán)境的污染情況。如果水體的質(zhì)量發(fā)生變化，那么水環(huán)境中的生物也會發(fā)生相應變化，在污染嚴重的情況下甚至會導致生物的消亡，所以通觀察生物個體或者生物種群，可以對水體質(zhì)量進行精準推測。

3.3.2 殘毒測定法

殘毒測定法就是對水生物體內(nèi)的殘毒進行測定，并將檢測數(shù)據(jù)作為水體污染的分析數(shù)據(jù)。雖然有毒物質(zhì)在生物體內(nèi)經(jīng)過消化會被排除體外，但是在生物體內(nèi)仍舊會殘留一部分毒素，所以可以通過對殘毒進行測定來對水體質(zhì)量進行監(jiān)測。

3.3.3 微核測定法

如果微生物的生存空間存在著污染物質(zhì)，那么其染色體勢必會受到影響，進而會導致微生物的損傷和誘變，通過對生物遺傳物質(zhì)進行微核檢測，即可判斷水體的污染情況。

3.3.4 單細胞凝膠電泳法

此種生物檢測技術(shù)在應用過程中需要測定DNA鏈的損傷情況，廣泛應用于海洋無脊椎動物細胞的生物監(jiān)測中，在應用過程中不會對生物產(chǎn)生嚴重危害，并且可有效保證監(jiān)測結(jié)果的準確性和靈敏性。作為一項先進的監(jiān)測技術(shù)，單細胞凝膠電泳法對于海洋性生物和無脊椎動物植物的研究意義重大，現(xiàn)如今是我國主要應用的一種遺傳病毒監(jiān)測技術(shù)。工作人員需要利用DNA分子對生物特性進行復制，然后修復相關的生物鏈，此項技術(shù)在應用過程中操作簡單、數(shù)據(jù)精準，有著十分廣泛的應用前景。

4 生物監(jiān)測技術(shù)的具體應用

4.1 應用在魚類生物中

將生物監(jiān)測技術(shù)應用在魚類生物監(jiān)測中，主要的檢測對象為鯽魚和斑馬魚等，因為此種魚類的適應能力更強且在水環(huán)境中廣泛分布。通常情況來說，如果在水環(huán)境中含有濃度較高的二氯苯酚，那么就會嚴重影響鯽魚肝臟的抗氧化能力；如果在水環(huán)境中含有濃度較高的氯化鎘，那鯽魚淋巴細胞的DNA就會損傷嚴重[4]。這些數(shù)據(jù)都能夠準確的反映出水環(huán)境質(zhì)量，并且有助于工作人員采取有效措施進行有針對性的治理。

4.2 應用在兩棲動物中

將生物監(jiān)測技術(shù)應用在兩棲動物中已經(jīng)取得了顯著的監(jiān)測成果。兩棲動物多生活在接近水體的陸地中，最常見的監(jiān)測對象為青蛙和蝌蚪，兩棲動物的皮膚具有很強的滲透性，可以利用皮膚完成呼吸活動。小蝌蚪與青蛙主要以水域中的腐植質(zhì)作為食物，而成體青蛙則主要以昆蟲為食物，如果水環(huán)境中存在污染物質(zhì)，那么蝌蚪的進食量將明顯降低并且分布受限，所以可以借此檢測水體中的有毒物質(zhì)。在我國生物監(jiān)測技術(shù)應用在兩棲動物方面尚處于起步階段，通常用來檢測嚴重的水環(huán)境污染，例如農(nóng)藥和重金屬污染等。

4.3 應用在原生生物中

在水環(huán)境中分布著種類繁多的原生生物，并且分布范圍十分廣泛，在整個生態(tài)系統(tǒng)中占有重要地位。因為原生生物會吸收藻類和細菌，也能在一定程度上對生物群落的分布產(chǎn)生影響，原生生物的存在會加快水中的能量轉(zhuǎn)換有助于實現(xiàn)水環(huán)境的快速循環(huán)，進而不斷提高有機物的分解速度，所以如果原生生物的生存環(huán)境受到污染，那么生物就會出現(xiàn)一系列的本能反應，技術(shù)人員就可以通過水環(huán)境中的藻類物質(zhì)和有機顆粒的吸收和攝取對水體環(huán)境進行監(jiān)測。

4.4 應用在藻類群落中

微生物是水環(huán)境的重要組成部分，藻類生物對于水體中的營養(yǎng)鹽和重金屬濃度有著較大反應，因為一旦藻類吸收了過量的金屬物質(zhì)，就會嚴重影響藻類的正常生長代謝，同時由于藻類細胞色素的減少，會嚴重降低藻類的光合作用，導致藻類細胞畸變或者組織壞死，如果污染物質(zhì)濃度達到一定標準，還有可能造成藻類的大面積死亡。所以技術(shù)人員就可以依據(jù)藻類的種類、化學成分和豐度為依據(jù)綜合水質(zhì)進行科學判斷，通常所選擇的藻類多為耐酸性藻類，例如羽文藻、短縫藻等[5]。

4.5 應用在魚類正趨流性判斷中

對魚類正趨流性的研究始于上世紀70年代，主要是通過在中下游區(qū)域設置強光區(qū)或者電擊區(qū)，來控制魚類的活動范圍并判斷魚類的種類，如果魚類無法返回上游，則說明它們所在的水體環(huán)境受到了一定程度的污染。

5 生物監(jiān)測技術(shù)在應用過程中的注意問題

同種生物的不同個體之間存在著很大差異，個體的差異性會在一定程度上影響監(jiān)測結(jié)果的準確性。所以在水環(huán)境監(jiān)測和治理過程中，工作人員一定要盡量增加樣本的種類和數(shù)量，確保監(jiān)測結(jié)果能夠真實全面的反映水環(huán)境情況，保證監(jiān)測結(jié)果的權(quán)威性和嚴謹性。除此之外，在不同的生長周期，生物個體對水質(zhì)的要求各不相同，那么所對應的污染反應也將有所差別，所以工作人員在應用生物監(jiān)測技術(shù)時一定要對生物的生長周期進行全面考慮，選擇最適宜的生物生長階段作為研究對象。水環(huán)境污染是一個長期積累的過程，在污染初期因為污染物的濃度較低，所以水生物的反應并不明顯，那么監(jiān)測結(jié)果將很難具體反映出實際的污染情況，這也就要求工作人員必須能夠充分了解水環(huán)境和生物之間的整體生態(tài)關系，能夠及時發(fā)現(xiàn)水體異常和生物異常，然后再采用相關的監(jiān)測方法具體檢測出污染物濃度，確保能夠在污染惡化之前給出具體的解決措施，為水環(huán)境治理工程的順利開展奠定良好基礎。

6 結(jié)語

綜上所述，在我國的水環(huán)境工程中生物監(jiān)測技術(shù)有著十分廣泛的應用并取得了顯著的應用效果，能夠切實為水環(huán)境治理奠定良好的基礎。與傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)相比，生物監(jiān)測技術(shù)能夠?qū)λh(huán)境的整體情況進行系統(tǒng)的分析，并且能夠針對污染提出預見性的解決措施，有助于推動我國水環(huán)境工程的長遠可持續(xù)發(fā)展。