丁 偉
(安徽晟創(chuàng)檢測技術(shù)有限公司,安徽合肥 230000)
生物監(jiān)測技術(shù)對環(huán)境監(jiān)測具有助力作用,需要對生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀進(jìn)行分析,及時發(fā)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境中存在的問題,提高生態(tài)環(huán)境監(jiān)測方法的有效性。環(huán)境中常常會存在污染現(xiàn)象,并且污染問題難以被發(fā)現(xiàn),因而采用環(huán)境監(jiān)測的方式,保證環(huán)境污染得到精準(zhǔn)判斷。污染物對環(huán)境及生物均具有影響,需要確保生物對污染物的指示作用,借助生物對污染物進(jìn)行識別。
環(huán)境監(jiān)測是應(yīng)對環(huán)境污染的主要形式,需要注重監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用,發(fā)現(xiàn)環(huán)境中存在的污染物質(zhì)。環(huán)境監(jiān)測范圍包括土壤、水體、大氣等,重金屬、有機(jī)物等均可對環(huán)境造成污染,使環(huán)境中帶有一定的毒性,影響動植物的正常生長。以生物測試法為例,持續(xù)時間通常為7~14 d,若毒物毒性較低,則會延長測試時間,需要做好長期測試的準(zhǔn)備,最長可持續(xù)2~3 個月。對環(huán)境污染進(jìn)行分析時,需要明確具體的污染指標(biāo),結(jié)合生物手段展開監(jiān)測,提高監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。以土壤重金屬污染為例,鎘含量不能超過47 mg/m3,鉻含量不能超過30 mg/m3,鉛含量不能超過800 mg/m3,汞含量不能超過33 mg/m3。由此可見,生物檢測技術(shù)具有嚴(yán)格的指標(biāo),需要結(jié)合監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)展開分析,確保生物監(jiān)測技術(shù)能夠發(fā)揮作用[1]。
2.1.1 植物監(jiān)測 土壤是植物賴以生存的環(huán)境,需要對土壤的污染情況進(jìn)行判斷,將生物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用其中,對生物的受害情況進(jìn)行判斷。土壤監(jiān)測可以運用指示植物,對環(huán)境中植物生長情況進(jìn)行判斷,一旦植物出現(xiàn)異常生長情況,則要考慮到土壤污染的影響。土壤對植物的根、莖、葉造成影響,應(yīng)對植物的整體特征進(jìn)行觀察,與正常生長情況進(jìn)行對比。如銅、鎳、鈷會抑制新根生長,使根系呈現(xiàn)為絮狀,導(dǎo)致植物無法正常吸收水分和養(yǎng)分,引起植株矮小甚至枯死。通過指示植物可以確定土壤的特性污染情況,根據(jù)植物生長變化對污染進(jìn)行判斷,實現(xiàn)對土壤污染狀況的分析。此外,農(nóng)藥殘留也會對土壤造成污染,一旦農(nóng)藥殘留超標(biāo),將會對植物造成危害,尤其是幼嫩組織部分,將會產(chǎn)生褐色焦斑或葉片脫落,使植物因土壤污染而受害。
2.1.2 動物監(jiān)測 土壤監(jiān)測過程中,可以將動物作為指示生物,對土壤的污染情況進(jìn)行判斷,實現(xiàn)對土壤環(huán)境的監(jiān)測。土壤監(jiān)測需要對采樣區(qū)域進(jìn)行劃分,每個樣方大小為0.5 m,深度為45 cm,如圖1 所示,將深度劃分為5 個層次,分別為1~5 cm 層、5~15 cm 層、15~25 cm 層、25~35 cm 層、35~45 cm 層,對土壤空間區(qū)域進(jìn)行明確劃分。選擇蚯蚓作為指示生物,對不同區(qū)域蚯蚓種類、數(shù)量等進(jìn)行統(tǒng)計,分析蚯蚓的表征狀況。對于處于污染土壤環(huán)境下的蚯蚓,其體征將會出現(xiàn)卷曲、僵硬、腫大等,甚至導(dǎo)致蚯蚓的體表存在損傷[2]。如DDT、有機(jī)氯化物等污染便會出現(xiàn)上述狀況。除了土壤生物外,還可以采用其捕食者進(jìn)行監(jiān)測,如鳥類、昆蟲等。通常情況下,成鳥將土壤生物喂食給幼鳥,通過對幼鳥血液、肝臟等進(jìn)行分析,實現(xiàn)殘留毒性的檢驗,進(jìn)而對土壤污染情況進(jìn)行監(jiān)測。
圖1 土壤監(jiān)測層次劃分
2.1.3 微生物監(jiān)測 土壤中存在著大量的微生物,可以采用微生物對土壤污染情況進(jìn)行監(jiān)測,實現(xiàn)土壤的毒性檢驗。衛(wèi)生物監(jiān)測過程中,將發(fā)光細(xì)菌作為檢測指示生物,根據(jù)污染物狀況確定對發(fā)光情況的影響,對污染物情況進(jìn)行分析,確保微生物監(jiān)測的映應(yīng)用水平。微生物監(jiān)測運用細(xì)菌對污染物的發(fā)光特性,具有較短的監(jiān)測結(jié)果獲取時間,可將時間縮短在3 h 左右,提高土壤污染物的監(jiān)測效率。發(fā)光細(xì)菌需要進(jìn)行培養(yǎng),細(xì)菌以凍干粉形式存在,保存溫度不能超過-20 ℃,防止對發(fā)光細(xì)菌的活性造成影響,使微生物監(jiān)測能夠發(fā)揮作用。土壤污染物檢測過程在常溫進(jìn)行,通過復(fù)蘇稀釋液使發(fā)光細(xì)菌復(fù)蘇,使其具有良好的發(fā)光活性,確保發(fā)光檢測的效果。土壤監(jiān)測過程中,需要對發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光量進(jìn)行檢測,時間在20~30 min 之間,對發(fā)光情況進(jìn)行精準(zhǔn)識別。經(jīng)過對監(jiān)測結(jié)果的整理,不同濃度污染物監(jiān)測結(jié)果見表1。對土壤中的HgCl2、K2Cr2O、C6H3OH 進(jìn)行了監(jiān)測,得到了對應(yīng)的濃度和相對發(fā)光度,實現(xiàn)了對污染物濃度的精準(zhǔn)檢驗。
表1 不同濃度污染物監(jiān)測結(jié)果
2.2.1 生態(tài)監(jiān)測 生態(tài)監(jiān)測可以運用生物指示法,提高對環(huán)境的監(jiān)視作用,快速對環(huán)境狀態(tài)形成反應(yīng),確定環(huán)境是否存在問題。知識生物在檢測方法上具有針對性,并且指示生物的種類較多,便于對其進(jìn)行培養(yǎng),應(yīng)用價值非常廣泛。指示生物包括浮游生物、魚類、微生物等,可以針對監(jiān)測環(huán)境進(jìn)行選材,選擇適合作為監(jiān)測的生物,提高環(huán)境監(jiān)測的效率。對于存在污染的環(huán)境,生物的生存狀態(tài)將會受到影響,引起生物發(fā)生數(shù)量、種類等變化,根據(jù)污染程度的不同,將會帶來不同的變化。如地衣可以指示SO2的污染狀況,含量不能超過80 mg/m3、顫蚓數(shù)量可以指示水體有機(jī)物污染程度等。需要注意的是,指示生物具有選擇要求,需要具有足夠的敏感性且屬于生態(tài)系統(tǒng)的組成部分,既要具有較為廣泛的分布,又要對特定毒物或因子形成反應(yīng),確保污染物得到精準(zhǔn)辨識[3]。
水體屬于復(fù)雜的檢測環(huán)境,為污染物提供了擴(kuò)散途徑,且水中生物流動性較大,使得污染的傳播較為迅速。生態(tài)監(jiān)測采用微生物工程、細(xì)胞工程等實現(xiàn)監(jiān)測,需要注重生物領(lǐng)域技術(shù)的應(yīng)用,確保生物監(jiān)測取得良好成效,對水體環(huán)境進(jìn)行綜合評價。如藻類、底棲生物等,具有較強(qiáng)的耐污能力。一旦生物體內(nèi)出現(xiàn)污染物,則說明水體污染較為嚴(yán)重,需要對水體環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行治理。在水體環(huán)境中,生態(tài)特征容易發(fā)生變化,采用生態(tài)監(jiān)測手段具有必要性,便于采取不同方式開展監(jiān)測,并且指示生物的選擇種類較多,對水體環(huán)境進(jìn)行全方位檢驗。生態(tài)監(jiān)測利用水體生物的生命周期特性,實現(xiàn)對水體異常情況的檢驗,有助于環(huán)境的常態(tài)化檢測,及時發(fā)現(xiàn)水體中存在的環(huán)境問題。
2.2.2 污染監(jiān)測 水體環(huán)境中的污染物較多,包括重金屬、無機(jī)陰離子、有機(jī)農(nóng)藥等,需要注重現(xiàn)行環(huán)境中污染的檢測,提高對污染物質(zhì)的辨識能力。以重金屬為例,環(huán)境自身很難進(jìn)行降解,將會引起重金屬的長期存在,一旦被生物吸收,不僅會影響生物的正常生長,還會進(jìn)入到食物鏈中,重金屬污染問題將長期存在。重金屬可以采用微生物進(jìn)行檢測,通過特定微生物對重金屬進(jìn)行識別,確保重金屬的檢驗效率。水體環(huán)境監(jiān)測應(yīng)明確重金屬的檢測標(biāo)準(zhǔn),具體標(biāo)準(zhǔn)見表2。若監(jiān)測指標(biāo)超過標(biāo)準(zhǔn)值,則說明水環(huán)境中重金屬含量超標(biāo)。微生物監(jiān)測主要利用重金屬基因的高通特性,通過高通qRCP 技術(shù)實現(xiàn)重金屬的針對性檢驗。如利用重金屬抗性基因芯片(MRG),可針對鎘、鉻、鉛等多種重金屬進(jìn)行監(jiān)測,3 h 內(nèi)可監(jiān)測出50 份樣品,具有較高的重金屬監(jiān)測效率。
表2 水環(huán)境中重金屬監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)
2.2.3 群落監(jiān)測 在環(huán)境因素影響下,生物群落將會發(fā)生一定程度的變化,通過群落變化的觀測,可以對自然環(huán)境污染情況進(jìn)行評估,提高環(huán)境監(jiān)測的效率。群落結(jié)構(gòu)的影響較為廣泛,包括植物、動物、微生物等,需要對不同的群落展開分析,嚴(yán)格把握群落的影響因素。生物群落分為水平結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu),環(huán)境對生物的影響將上升到空間層面,需要注重群落空間層次的劃分[4]。以森林群落為例,若土壤環(huán)境存在污染,將會影響到森林的整體空間生長,水平結(jié)構(gòu)表現(xiàn)上為個體數(shù)量的減少,垂直結(jié)構(gòu)上將會影響到長勢,引起林木的矮小、枯葉等問題,導(dǎo)致林木無法順利生長。因此,通過群落結(jié)構(gòu)的監(jiān)測可以對環(huán)境污染情況進(jìn)行判斷,需要做好生物群落的分析工作,保障環(huán)境監(jiān)測控制的穩(wěn)定性[5]。
水體環(huán)境中生物群落具有復(fù)雜性,通過生物群落確定污染情況,對水體環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格觀察。浮游生物群落結(jié)構(gòu)是確定水體污染情況的重要形式,如圖2 所示,采用了8 個采樣點進(jìn)行監(jiān)測,若浮游生物的數(shù)量則多,則說明該區(qū)域存在著一定程度的污染,需要做好污染問題的監(jiān)測工作,對浮游生物數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計。
圖2 浮游生物群落結(jié)構(gòu)
水體群落監(jiān)測通常選擇浮游生物,如藻類、原生動物等,生物群落的選擇較為廣泛,便于對污染的影響情況展開分析。生物群落監(jiān)測采用網(wǎng)格計數(shù)的方式,計算公式如下
式中,N 為浮游生物數(shù)量(個/L),C 為計數(shù)的生物個數(shù)(個);V1為1L 水濃縮成的樣品水量;V2為計數(shù)的樣品水量。通過上述公式,可確定生物群落的分布情況,對受到污染的群落進(jìn)行檢驗。水體污染將會導(dǎo)致群集的迅速消失,影響水體環(huán)境中種群的正常存活,需要對種群的存活數(shù)進(jìn)行對比。種群消失速度計算公式如下
式中,V 為消失速度(種/d);S 為消失種數(shù)(種);T 為間隔天數(shù)(d)。通過這種方式,可以對水體環(huán)境對群落消亡情況進(jìn)行分析,確定污染物的影響特征及范圍,由群落方面判斷水體環(huán)境的質(zhì)量。
2.2.4 抗原監(jiān)測 抗原監(jiān)測利用生物免疫原理,針對抗原對環(huán)境中的污染物進(jìn)行識別,使污染物得到及時發(fā)現(xiàn)。酶免疫檢測主要利用酶的催化反應(yīng),將抗體固定在塑料板上,根據(jù)免疫特征檢驗污染情況,提高監(jiān)測方法的有效性。利用微生物的抗原機(jī)制,可以對水中的有機(jī)物進(jìn)行吸收,將特定的污染物質(zhì)吸收到微生物體內(nèi),實現(xiàn)對污染物的精準(zhǔn)監(jiān)測。微生物的構(gòu)造較為簡單,采取細(xì)胞層面的培養(yǎng)方式,培養(yǎng)出適宜的抗原檢測酶,提高對污染物的識別作用。水環(huán)境中的污染物質(zhì)將會引發(fā)生物代謝紊亂,使生物體內(nèi)帶有一定的毒素,結(jié)合發(fā)光細(xì)菌培養(yǎng)方式,可以使感染毒素的微生物發(fā)光,便于對抗原進(jìn)行監(jiān)測,并且對污染物的代謝情況進(jìn)行了解,保障水環(huán)境監(jiān)測具有良好的免疫特征。
2.3.1 植物監(jiān)測 大氣屬于環(huán)境檢測的重要組成部分,需要對常見污染成分進(jìn)行分析,借助植物來確定大氣污染情況,對空氣質(zhì)量進(jìn)行一定程度的判斷。在大氣環(huán)境中,植物與空氣直接接觸,可以通過植物來監(jiān)測污染。通常情況下,長期處于污染環(huán)境下的植物葉片將會處于發(fā)黃狀態(tài),如水杉、地衣等,對空氣污染物較為敏感,將會出現(xiàn)生長異常狀況。而且,通過植物表征變化可對污染物進(jìn)行識別,如大蒜受到氟化物影響后,葉片尾處會呈現(xiàn)尖形,顏色變?yōu)榧t褐色,同時伴有斑點。在大氣環(huán)境中,植物監(jiān)測的取材較為廣泛,可尋找具有針對性的指示生物,根據(jù)生物的現(xiàn)狀進(jìn)行監(jiān)測,確保植物監(jiān)測法得到有效運用。植物對顆粒物具有吸附作用,將會附著在植物的表面,通過植物表面監(jiān)測可判斷空氣中顆粒物情況,對顆粒物污染具有輔助檢測效果。
2.3.2 濃度檢測 如圖3 所示,大氣環(huán)境中的污染物種類眾多,如SO2、NO2、CO 等,采用生物技術(shù)可將污染物質(zhì)沉降下來,實現(xiàn)對污染物總量的監(jiān)測,確定污染物的濃度狀況。例如:采用海藻酸鈉包埋固定微生物,可以形成SO2固定床,增強(qiáng)對SO2的吸收作用,借助生物手段固化污染物。濃度監(jiān)測具有一定的難度,需要將污染物固化下來,同時實現(xiàn)對污染物的檢測,防止污染物對空氣造成持續(xù)污染。
圖3 大氣環(huán)境中污染物含量
濃度計算采用質(zhì)量-體積濃度,計算公式如下
式中,X 為濃度值(mg/m3);C 為以ppm 表示的濃度值;M為分子量。污染物濃度具有限定值的要求,通過濃度監(jiān)測對污染濃度進(jìn)行判斷,由濃度限值作為污染程序的界定條件。環(huán)境空氣污染物濃度限制見表3,濃度限制分為一級和二級兩個限制條件,以SO2濃度為例,若X(SO2)≤20 μg/m3,則符合一級濃度限值條件;若20<X(SO2)≤60 μg/m3,則符合二級濃度限值條件;X(SO2)>60 μg/m3,則污染物濃度嚴(yán)重超標(biāo)。
表3 環(huán)境空氣污染物濃度限值
綜上所述,生物監(jiān)測技術(shù)對環(huán)境具有監(jiān)測作用,需要合理對技術(shù)進(jìn)行使用,提高對環(huán)境的監(jiān)測質(zhì)量。生物監(jiān)測包括表征、群落等,實現(xiàn)對污染物質(zhì)的有效監(jiān)測,確定污染物的具體成分。生物監(jiān)測對環(huán)境的影響程度較小,監(jiān)測費用方面要低一些,屬于環(huán)境監(jiān)測中的常用方法,對環(huán)境的質(zhì)量進(jìn)行控制。環(huán)境污染作用范圍包括土壤、水體、空氣,需要確保環(huán)境監(jiān)測的精準(zhǔn)性。