生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

惠亞梅

（甘肅省酒泉生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，甘肅 酒泉 735000）

《2021中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，截至2021年底，我國(guó)3 632個(gè)地表水監(jiān)測(cè)的國(guó)考斷面中，劣Ⅴ類占1.2%，主要污染指標(biāo)為化學(xué)需氧量（CODCr）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）和總磷（TP）；1 900個(gè)國(guó)家地下水環(huán)境質(zhì)量考核點(diǎn)位中，Ⅴ類占20.6%，主要超標(biāo)指標(biāo)為硫酸鹽、氯化物和鈉等[1]。水環(huán)境監(jiān)測(cè)能夠及時(shí)反映污染物對(duì)水環(huán)境及其生物種群的影響。傳統(tǒng)理化監(jiān)測(cè)技術(shù)更加關(guān)注色度、電導(dǎo)率、重金屬含量等指標(biāo)，難以深刻反映水環(huán)境變化。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)通過監(jiān)測(cè)水環(huán)境，能夠較為全面反映水環(huán)境對(duì)生物體的影響，彌補(bǔ)傳統(tǒng)理化監(jiān)測(cè)技術(shù)的缺陷[2-4]。

1 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)特點(diǎn)

生物監(jiān)測(cè)技術(shù)運(yùn)用生物學(xué)方法，以不同水生生物的反應(yīng)判斷水質(zhì)污染程度[5-7]。與理化監(jiān)測(cè)相比，生物監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)突出。一是長(zhǎng)期性。理化監(jiān)測(cè)一般只能反映采樣期水質(zhì)情況，而生物監(jiān)測(cè)則可通過水生生物生理及生化特征來反映長(zhǎng)期水質(zhì)狀況，支持水環(huán)境動(dòng)態(tài)、連續(xù)監(jiān)測(cè)。二是靈敏性。與理化監(jiān)測(cè)相比，生物監(jiān)測(cè)靈敏性更強(qiáng)。水生生物對(duì)部分污染物十分敏感，水質(zhì)監(jiān)測(cè)效果更為直觀可靠。三是綜合性。理化監(jiān)測(cè)一般會(huì)根據(jù)目標(biāo)污染物選擇監(jiān)測(cè)技術(shù)，而水生生物會(huì)接觸多種目標(biāo)污染物，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠全面反映不同污染物對(duì)水環(huán)境的影響。四是多樣性。理化監(jiān)測(cè)只能監(jiān)測(cè)特定條件下水環(huán)境中的污染物，而生物監(jiān)測(cè)范圍更廣，理化監(jiān)測(cè)難以監(jiān)測(cè)外源性化學(xué)物質(zhì)，生物監(jiān)測(cè)可以分析外源性化學(xué)物質(zhì)對(duì)水環(huán)境的細(xì)微影響。

2 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)原理

水環(huán)境中，不同生物種群相互制約，并保持動(dòng)態(tài)平衡。污染物一開始以分子形態(tài)影響生態(tài)系統(tǒng)，并將影響傳遞至生物鏈頂端，不僅會(huì)直接影響生物，還會(huì)導(dǎo)致生物之間相互作用。一旦水環(huán)境遭受污染，這種平衡關(guān)系就會(huì)被打破，導(dǎo)致生物出現(xiàn)相應(yīng)反應(yīng)。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)就是根據(jù)水生生物種群及機(jī)體的變化來監(jiān)測(cè)水環(huán)境，確保監(jiān)測(cè)結(jié)果真實(shí)、準(zhǔn)確和可靠[8-10]。生物監(jiān)測(cè)效率高，成本低，可持續(xù)進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測(cè)。

2.1 利用指示生物監(jiān)測(cè)水質(zhì)

水環(huán)境中，一些生物會(huì)對(duì)污染物產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，這類生物被稱為指示生物。常見的指示生物主要有浮游生物、底棲生物和微生物等，指示生物是生物監(jiān)測(cè)的主要媒介。根據(jù)指示生物類型及其數(shù)量判斷水質(zhì)情況，基于不同指示生物的生存狀況，分析水環(huán)境污染程度。指示生物對(duì)應(yīng)的水體污染等級(jí)如表1所示。

表1 指示生物對(duì)應(yīng)的水體污染等級(jí)

2.2 借助生物測(cè)試監(jiān)測(cè)水質(zhì)

生物監(jiān)測(cè)技術(shù)通過水生生物的反應(yīng)監(jiān)測(cè)水體中的一種或多種污染物，研究不同劑量化學(xué)物質(zhì)的污染水體中水生生物的反應(yīng)。在污染水體中，某些水生生物的生長(zhǎng)受到抑制，本體活性降低甚至死亡。根據(jù)水生生物的反應(yīng)，繪制劑量效果曲線，分析污染物危害。生物監(jiān)測(cè)需要開展急性毒性試驗(yàn)，不同受試生物毒性測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法如表2所示。

表2 不同受試生物毒性測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)方法

3 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)分類

水生生物群落與水環(huán)境互相作用、互相影響，保持著動(dòng)態(tài)平衡。一旦污染物進(jìn)入水環(huán)境，影響生物個(gè)體及種群，就可以通過監(jiān)測(cè)指示生物和開展生物測(cè)試，分析水環(huán)境狀況。不同生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)如表3所示。

表3 不同生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)

3.1 微生物群落監(jiān)測(cè)技術(shù)

自然水域孕育著各種各樣的微生物，它們與其他生物相互影響、相互制約，形成穩(wěn)定、完整的生態(tài)圈。一旦水環(huán)境受到污染，微生物的生長(zhǎng)、繁殖環(huán)境就會(huì)發(fā)生變化。微生物群落監(jiān)測(cè)技術(shù)通過監(jiān)測(cè)水環(huán)境中微生物數(shù)量，評(píng)估水環(huán)境污染程度[11-12]。

3.2 發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)

部分細(xì)菌在水中具有發(fā)光特性，在分子氧作用和胞內(nèi)熒光酶催化下，還原態(tài)的黃素單核苷酸被氧化成長(zhǎng)鏈脂肪酸。水體污染程度不同，水中發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光強(qiáng)度也會(huì)不同。發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)就是利用部分細(xì)菌的發(fā)光特性，評(píng)估水環(huán)境污染[13-14]。

3.3 生物行為反應(yīng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

生物行為反應(yīng)監(jiān)測(cè)技術(shù)就是利用水生生物對(duì)水環(huán)境變化的行為反應(yīng)來評(píng)價(jià)水體污染程度，并確定水污染范圍。斑馬魚對(duì)水環(huán)境變化十分敏感，一旦水體出現(xiàn)嚴(yán)重污染，斑馬魚就會(huì)出現(xiàn)異常活動(dòng)，甚至大量死亡，據(jù)此可以判定水污染程度。在水質(zhì)優(yōu)良的水環(huán)境中，部分藻類、蚤類繁殖能力較強(qiáng)，一旦水環(huán)境出現(xiàn)污染，生物群落的繁殖與生長(zhǎng)就會(huì)受到抑制。

4 基于生物監(jiān)測(cè)的水體修復(fù)方法

近年來，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展迅速，廣泛應(yīng)用在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中。生物監(jiān)測(cè)可以明確水環(huán)境質(zhì)量，要以此為基礎(chǔ)，及時(shí)做好水體修復(fù)，維持良好水生態(tài)。

4.1 調(diào)控水流動(dòng)力

水體通常含有豐富的溶解氧，溶解氧能夠有效降解水中的有機(jī)物，使水環(huán)境保持生態(tài)平衡。當(dāng)水體含氧量較低或者污染較為嚴(yán)重時(shí)，水中有機(jī)物含量就會(huì)增加。氧氣供應(yīng)不足會(huì)影響好氧生物的生存，同時(shí)促進(jìn)厭氧生物生長(zhǎng)，導(dǎo)致水體黑臭。此時(shí)，可調(diào)控水流動(dòng)力，通過人工曝氣補(bǔ)充氧氣，抑制水中厭氧生物生長(zhǎng)。氧化溝工藝適用于水生態(tài)修復(fù)，投資和運(yùn)行成本低。

4.2 改善水體底質(zhì)

部分水體流速較慢，泥沙淤積會(huì)導(dǎo)致水中污染物不斷累積，加劇水環(huán)境污染。因此，要做好清淤，改善水體底質(zhì)。一是及時(shí)清除水體中的淤泥，防止出現(xiàn)二次污染。二是利用生態(tài)修復(fù)工藝，補(bǔ)種親水植物，從而修復(fù)水環(huán)境。利用挺水植物、浮葉植物、沉水植物、濕生植物等水生植物，控制水中氮、磷等污染物，降低水中營(yíng)養(yǎng)元素濃度，改善水質(zhì)[15-16]。

5 結(jié)論

生物監(jiān)測(cè)技術(shù)運(yùn)用生物學(xué)方法，以不同水生生物的反應(yīng)判斷水質(zhì)污染程度。生物監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)突出，它具有長(zhǎng)期性、靈敏性、綜合性和多樣性。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)可以根據(jù)水生生物種群及機(jī)體的變化來監(jiān)測(cè)水環(huán)境，確保監(jiān)測(cè)結(jié)果真實(shí)、準(zhǔn)確和可靠。生物監(jiān)測(cè)效率高，成本低，可利用指示生物和生物測(cè)試持續(xù)進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測(cè)。常見的生物監(jiān)測(cè)技術(shù)有微生物群落監(jiān)測(cè)技術(shù)、發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)和生物行為反應(yīng)監(jiān)測(cè)技術(shù)。當(dāng)前，要以生物監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)，合理調(diào)控水流動(dòng)力，改善水體底質(zhì)，最終做好水體修復(fù)。