生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的運用探索

湖北省十堰市水文水資源勘測局 湖北 十堰 442000

前言

生物監(jiān)測作為一種有效的環(huán)境監(jiān)測方法，可以綜合體現(xiàn)環(huán)境因素的聯(lián)合作用，相比理化監(jiān)測更加敏感，已經(jīng)廣泛使用在水環(huán)境的監(jiān)測中。由于受到的影響因素較多，生物監(jiān)測技術(shù)不能準(zhǔn)確測定水環(huán)境中的污染物含量，但是能夠評估整體生物毒性，尤其在檢測毒性物質(zhì)方面。目前使用最多的是利用生物種群和群落的生存狀況以及不同個體的生產(chǎn)去觀察監(jiān)測，以便認(rèn)識到生產(chǎn)環(huán)境的優(yōu)劣。生物監(jiān)測技術(shù)將成為有關(guān)工作人員有待探索的重要內(nèi)容。

1 生物監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 生物監(jiān)測特點

伴隨工業(yè)化發(fā)展進程的加快，暴露的環(huán)境問題令人關(guān)注，各國也開始對自然環(huán)境進行監(jiān)測、關(guān)注與治理。環(huán)境監(jiān)測在歷經(jīng)了長時間發(fā)展后，已變得較為成熟，例如采用物理、化學(xué)等方式對環(huán)境進行監(jiān)測，但是對于復(fù)雜的水環(huán)境，特別是存在的各種污染源問題，有必要使用生物監(jiān)測技術(shù)，該技術(shù)在特別復(fù)雜的水環(huán)境監(jiān)測中非常有效。

1.2 生物監(jiān)測技術(shù)的原理分析

生物與自己生存的環(huán)境息息相關(guān)，相互影響，如果有外來污染物侵入該環(huán)境后，污染物會將營養(yǎng)物和生物共同吸收，留在體內(nèi)產(chǎn)生遷移與聚集。污染生物后將出現(xiàn)相應(yīng)的癥狀，生物監(jiān)測技術(shù)可以僅僅依靠污染物或環(huán)境的敏感性來確定水環(huán)境中污染的嚴(yán)重程度。不同的生物監(jiān)測技術(shù)產(chǎn)生的生物水平不同，相比其他監(jiān)測方法優(yōu)勢在于以下幾點：第一，該技術(shù)靈敏度高，利用生物指示劑，生物反應(yīng)的靈敏程度超過大多數(shù)加成設(shè)備與儀器；第二，生物監(jiān)測技術(shù)可以直接反應(yīng)水環(huán)境受到污染物的綜合作用并加以表現(xiàn)，而物理或是化學(xué)檢測只能對一種有毒物質(zhì)加以分析，無法對水體中所有有害物質(zhì)的毒害作用加以分析。第三，生物監(jiān)測成本低，首先生物指示劑是很常見的水生生物，價格便宜，其次該監(jiān)測技術(shù)需要收集并處理數(shù)據(jù)，監(jiān)測過程不用人為干預(yù)，從而降低了人工費。

1.3 應(yīng)用前景

生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用前景較好，監(jiān)測結(jié)果可以直觀反映，能夠提升大眾對環(huán)境污染的關(guān)注度。雖然生物監(jiān)測技術(shù)對水環(huán)境內(nèi)的污染物不能定量分析，但聯(lián)合化學(xué)監(jiān)測和物理檢測就可以實現(xiàn)對生物體中污染物含量和行為異常的關(guān)系，所以，該技術(shù)需要有數(shù)學(xué)模型和計算機運算的支持。該技術(shù)不但能夠?qū)λ|(zhì)加以監(jiān)測，指示劑結(jié)構(gòu)也能作為水產(chǎn)品的一項參考數(shù)據(jù)。因此，不斷完善該技術(shù)，對使用數(shù)據(jù)加以多樣化探析，能夠給相關(guān)行業(yè)提供可靠的參考。

2 關(guān)于生物監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

2.1 生物群落監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

（1）微生物群落監(jiān)測技術(shù)。大量的生物生活在水環(huán)境中，這些微生物在水環(huán)境中的數(shù)目和頻率可以體現(xiàn)這一位置的水環(huán)境質(zhì)量，這導(dǎo)致了微生物群落監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展。微生物群落監(jiān)測主要依靠自然環(huán)境中的群落結(jié)構(gòu)信息來評估環(huán)境并預(yù)先預(yù)測可能的變化。該技術(shù)的關(guān)鍵是收集水樣并結(jié)合數(shù)學(xué)計算來計算微生物的特定分布指數(shù)，從而確定水環(huán)境的污染程度。技術(shù)的發(fā)展以及自然環(huán)境的優(yōu)化讓微生物群落監(jiān)測技術(shù)不斷改進，監(jiān)測指標(biāo)也變得多樣，目前所用的評價指標(biāo)、原物種類型等，監(jiān)測精準(zhǔn)度、科學(xué)性獲得了一定提升。

（2）魚類群落監(jiān)測技術(shù)。魚類在水體的營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)和食物網(wǎng)營養(yǎng)級結(jié)構(gòu)中扮演重要角色。魚類的攝食會影響浮游生物的群落結(jié)構(gòu)從而影響水質(zhì)，可通過對魚類群落監(jiān)測，結(jié)合穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)[1]，追溯魚類進食有機碳來源，從側(cè)面探尋水體的健康情況。

2.2 生物行為反應(yīng)監(jiān)測技術(shù)

該技術(shù)是基于生物所作出的異常舉動去推斷出污染情況以及水中污染物的安全濃度，從而快速發(fā)出預(yù)警。監(jiān)測人員利用觀察生物舉動和生理改變來判斷污染嚴(yán)重程度，一般使用最多的指示生物為魚和水蚤，比如淡水魚斑馬魚本身有極強的敏感度，很適合用來當(dāng)作指示生物。而斑馬魚能夠依靠其半靜態(tài)方法研究水生生物的重金屬毒性，試驗可以看出重金屬離子Cu2+、Cd2+會對斑馬魚的毒性和過氧化氫酶活性產(chǎn)生干擾[2]。目前，人們可以開發(fā)一種智能的水質(zhì)毒性監(jiān)測系統(tǒng)，該監(jiān)測系統(tǒng)可以24小時監(jiān)測指示生物的活動并實時分析其活動路徑，如果發(fā)現(xiàn)異常的生物反應(yīng)，系統(tǒng)將做出響應(yīng)并及時給出預(yù)警。在淡水環(huán)境內(nèi)，魚類是主要的指示生物；在海洋環(huán)境內(nèi)，雙殼生物為主要的指示生物。

2.3 發(fā)光細菌監(jiān)測技術(shù)

發(fā)光細菌監(jiān)測已經(jīng)相對成熟，是生物監(jiān)測技術(shù)中比較熟練的技術(shù)。主要用于水廠和居民飲用水水源的監(jiān)測，是保證水質(zhì)的關(guān)鍵監(jiān)測技術(shù)。如今該技術(shù)可以為細胞發(fā)光、污染物遺傳毒性方面當(dāng)作參考指標(biāo)，也能夠利用水質(zhì)毒性測定儀來測定水質(zhì)，可以在三小時左右獲得水質(zhì)數(shù)據(jù)，相對別的技術(shù)有很好的便捷性、更加靈敏且精準(zhǔn)度高的優(yōu)點。在電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展中，發(fā)光細菌監(jiān)測技術(shù)和紫外線分光和熒光分度法聯(lián)合，在監(jiān)測中方面效果很好，為日后發(fā)展打好了堅實的基礎(chǔ)。

2.4 底棲動物和兩棲動物監(jiān)測技術(shù)

底棲動物和兩棲動物是自然界中相對特殊的生物，由于它們的特殊存在，已經(jīng)出現(xiàn)了基于底棲動物和兩棲動物的指示物種監(jiān)測技術(shù)，指示生物的數(shù)量用于反映水污染的程度。目前，許多大型底棲生物監(jiān)測技術(shù)已被廣泛用于重金屬污染的評估。在國外Saprobic指數(shù)和BI指數(shù)主要用于評價水環(huán)境，而國內(nèi)評價則主要基于水環(huán)境中底棲動物和兩棲動物的完整性指數(shù)。另外，該技術(shù)利用了兩棲動物的生理變化和行為變化。另外，兩棲動物會在被農(nóng)藥污染的水體中產(chǎn)生相應(yīng)的生理和行為變化，因此可以直觀地判斷水的污染程度。

2.5 生物傳感監(jiān)測技術(shù)

該技術(shù)主要依靠生物傳感器，它由分子識別和轉(zhuǎn)換部分組成，分子識別包括酶，抗體，微生物，細胞和其他生物活性物質(zhì)，轉(zhuǎn)化器包括氧電極，光敏管等。生物傳感器技術(shù)依賴于將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為電信號的敏感性，以傳達對環(huán)境的污染程度。生物傳感器技術(shù)的優(yōu)點是分析速度快，準(zhǔn)確性高，當(dāng)前常用的生物傳感器和微生物傳感器是BOD和微生物感測以確定苯酚。

3 生物監(jiān)測在水環(huán)境中的實際運用

3.1 水域宏觀規(guī)劃

使用生物監(jiān)測全方位了解不同水環(huán)境的真實情況后，對各種水環(huán)境能夠從生物角度利用生物規(guī)律進行綜合的水環(huán)境治理，以及改良水環(huán)境措施。例如，對目前長江流域的一些水庫富營養(yǎng)化嚴(yán)重，產(chǎn)生了太多藻類，如果使用物理方法顯然會給水中其他生物帶來危害，對此可以使用生物方法，在嚴(yán)重的水域養(yǎng)殖以藻類為食的魚類，從而緩解水質(zhì)富營養(yǎng)化的問題，并降低養(yǎng)殖魚類的成本，帶來更高的經(jīng)濟收益，更好依靠環(huán)境進行科學(xué)發(fā)展。

3.2 生物測試的運用

生物測試一般是利用生物方法采取一定的實驗手段，全方位探究自然環(huán)境對生物生長發(fā)育的影響狀況，從而認(rèn)識到目前自然環(huán)境的問題，找出污染源加以有效治理。生物監(jiān)測中的生物測試方式為:第一步監(jiān)測水體中植物的營養(yǎng)素和生長素對環(huán)境帶來的影響；第二步認(rèn)識到不同程度危害的水質(zhì)對不同生物的毒害狀況。在目前生物測試中，一般是針對生物群進行監(jiān)測而不是單個個體。

3.3 現(xiàn)代技術(shù)推動生物監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的具體應(yīng)用

水環(huán)境中的污染成為限制人們基本生活的主要因素。而生物監(jiān)測技術(shù)操作簡單，監(jiān)測治理高，在水環(huán)境監(jiān)測工作中獲得了很好的使用。并且現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也讓該技術(shù)在不斷產(chǎn)生創(chuàng)新和發(fā)展。具體可以從以下幾點看出：

其一，水環(huán)境的污染物質(zhì)給人們帶來的危害在于對人體細胞遺傳物質(zhì)的侵害。近幾年，水環(huán)境監(jiān)測中生物監(jiān)測技術(shù)在聯(lián)合細胞微核技術(shù)和四分體微核技術(shù)在動植物等方面有了突破性進展。用微核測定方法代替染色體畸形變的方法，借此去監(jiān)測環(huán)境污染物對生物遺傳物質(zhì)的傷害技術(shù)也獲得了很大的空間發(fā)展。

其二，經(jīng)過有關(guān)人員發(fā)現(xiàn)，水花生根尖微核可以當(dāng)作監(jiān)測水環(huán)境污染情況的材料。水花生根尖細胞的微核不僅能監(jiān)測不同污染水體環(huán)境中表現(xiàn)的污染程度，還可以對不同水環(huán)境污染中的污染物富集程度進行說明。這一監(jiān)測技術(shù)的使用憑據(jù)在于如果水環(huán)境系統(tǒng)中有一定濃度的污染突變物后，水花生根尖微核細胞會有對應(yīng)的肌理損傷，而讓微核細胞率增多，從而判斷水環(huán)境的污染情況。

4 結(jié)束語

伴隨環(huán)保工作的不停深入和提升，生物監(jiān)測技術(shù)在環(huán)保工作中的地位越來越高，并且在水環(huán)境監(jiān)測中有更明顯的優(yōu)勢及用處。同時，伴隨計算機技術(shù)、圖像視頻捕捉和各類傳感器技術(shù)的出現(xiàn)，采取生物監(jiān)測技術(shù)能更迅速、便捷獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，并且對水體的污染物毒性監(jiān)測也更加精確。在不斷提升環(huán)境監(jiān)測技術(shù)水準(zhǔn)的時候，也要營造保護環(huán)境的社會氛圍，從而讓水環(huán)境監(jiān)測工作更有現(xiàn)實意義與價值。