山東泉誠(chéng)檢測(cè)技術(shù)有限公司 王冰,李叢叢,李居英
由于中國(guó)經(jīng)濟(jì)工業(yè)化腳步的加深和快速發(fā)展,國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展腳步也在不斷加速,但是水自然環(huán)境也同時(shí)受到了巨大的危害和污染。
由于人們對(duì)水環(huán)境的危害和污染使得被污染水域上的動(dòng)植物種類(lèi)銳減,許多動(dòng)植物也因此瀕臨滅絕。在危害巨大的水域,人的各種傳染病發(fā)生率也在增加。人口日益增多的疑難雜癥和生物的弱堿問(wèn)題也使人們認(rèn)識(shí)到了水環(huán)境的嚴(yán)重性。生物水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)方法就是一項(xiàng)基于人們對(duì)水體環(huán)境現(xiàn)狀了解下的針對(duì)性污染控制方法。通過(guò)對(duì)水體環(huán)境的長(zhǎng)期觀察,人們能夠認(rèn)識(shí)到水污染源的主要危害成分,并對(duì)癥采取控制措施,進(jìn)而改善了水體環(huán)境管理的有效性。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)也是控制水生態(tài)效價(jià)與安全的關(guān)鍵技術(shù)。
研究生態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境工程中的運(yùn)用,對(duì)于進(jìn)一步提高水環(huán)境工程監(jiān)測(cè)的可靠性,具有重大的科學(xué)價(jià)值。
生態(tài)監(jiān)測(cè)主要是為了對(duì)環(huán)境變化進(jìn)行更有效的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià),即利用生物品種和類(lèi)型對(duì)環(huán)境變化來(lái)評(píng)價(jià)產(chǎn)生的環(huán)境影響。目前常用的生物監(jiān)測(cè)技術(shù)主要有兩類(lèi):生態(tài)學(xué)方法、毒理學(xué)方法,作為現(xiàn)階段相對(duì)有效的環(huán)境測(cè)試方式,在環(huán)保監(jiān)測(cè)中具有舉足輕重的意義。而毒理學(xué)方法則是將某種毒性的化學(xué)物質(zhì)對(duì)其他生物進(jìn)行測(cè)試,并利用比較的方法,測(cè)試出生物是否具有較大的毒性和在特定環(huán)境中所含的毒性指數(shù)。而生物學(xué)測(cè)試與前者比較,生物學(xué)測(cè)試方式相對(duì)而言更加安全和適用,可以直接把環(huán)境的變化情況反映出來(lái),并且測(cè)試結(jié)果也比較精確?,F(xiàn)階段所利用的生物監(jiān)測(cè)技術(shù)手段相對(duì)較多,同時(shí)其效益也較為理想,主要目的就是把自然環(huán)境中的有害物質(zhì)及時(shí)找出,以防止損害生態(tài)環(huán)境。
比較理化的檢驗(yàn)技術(shù),生物檢驗(yàn)具有很大的優(yōu)越性,它具有一定的顯示功能而且綜合性比較強(qiáng)。在一般情況下,當(dāng)水環(huán)境受化學(xué)物質(zhì)的污染后,并不會(huì)馬上產(chǎn)生改變,而只是有個(gè)慢慢地改變過(guò)程,因此生物檢驗(yàn)技術(shù)能夠觀測(cè)到細(xì)節(jié)的改變。生化檢驗(yàn)方法復(fù)雜,對(duì)自然環(huán)境有一定的危害,并且檢驗(yàn)數(shù)據(jù)往往不精確。但生物檢驗(yàn)技術(shù)卻可以把數(shù)值準(zhǔn)確表現(xiàn)出來(lái),同時(shí)當(dāng)水環(huán)境受到破壞時(shí),生物檢驗(yàn)技術(shù)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的問(wèn)題,并根據(jù)問(wèn)題采取合理的處理對(duì)策。因?yàn)樯餀z驗(yàn)技術(shù)在費(fèi)用上相對(duì)較少,而理化檢查則需要很大的成本,同時(shí)效益上也不理想,而且生物檢驗(yàn)技術(shù)在維護(hù)與保養(yǎng)期間,所需要的設(shè)備也相對(duì)較。
生物監(jiān)測(cè)技術(shù)還具有幾個(gè)缺陷,無(wú)法監(jiān)測(cè)水體中污染物的確切含量,并且目前還缺乏完整、統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。另外,一些生物監(jiān)測(cè)方式不能有效把自然環(huán)境條件形成的危害和污染的危害聯(lián)系起來(lái),監(jiān)測(cè)期限過(guò)長(zhǎng)。上述原因制約著生態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,人們必須不斷創(chuàng)新和研發(fā)生態(tài)技術(shù)手段,使之在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中起到良好的效果。
生物群落是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的主要成分,利用生物群系觀察能夠掌握不同物種在整個(gè)自然環(huán)境中的地位,不同物種間的互動(dòng),以及各種條件對(duì)整個(gè)生態(tài)種群的影響,從而掌握整個(gè)自然環(huán)境的變遷和發(fā)展。對(duì)生物群系的調(diào)查有助于掌握這些種群所在的自然環(huán)境的總體狀況,掌握環(huán)境污染情況,從而有的放矢地提供環(huán)境治理的方法。通常情況下,生物群落監(jiān)測(cè)主要涉及兩方面的內(nèi)容:一是評(píng)估性水體環(huán)境監(jiān)測(cè)。利用生物監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)水體自然環(huán)境進(jìn)行評(píng)估、監(jiān)測(cè),并通過(guò)觀測(cè)生物群系在各種水體中的生長(zhǎng)狀況,以全面了解水體變化狀況和水體物質(zhì)濃度的變化趨勢(shì)。二是對(duì)水體發(fā)展做出宏觀計(jì)劃。利用生物監(jiān)測(cè)技術(shù)全面掌握水體環(huán)境保護(hù)的實(shí)際情況后,按照生物學(xué)規(guī)律對(duì)水體環(huán)境保護(hù)實(shí)施專(zhuān)項(xiàng)綜合治理,提出水體環(huán)境保護(hù)綜合規(guī)劃改造實(shí)施方案。例如,中國(guó)長(zhǎng)江流域部分水庫(kù)中存在著水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題,產(chǎn)生了大量的藻飾魚(yú),若用物理或化學(xué)等辦法處理就會(huì)影響水體的生活品質(zhì),同時(shí)也會(huì)對(duì)水體生物的繁殖生存環(huán)境帶來(lái)惡劣的破壞,而利用生物監(jiān)測(cè)技術(shù),在富營(yíng)養(yǎng)化的水體飼養(yǎng)食藻飾的魚(yú)類(lèi),就可以很好地解決這一問(wèn)題,同時(shí)可以減少養(yǎng)魚(yú)成本,從而獲得了巨大的效益,運(yùn)用環(huán)??茖W(xué)技術(shù)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展,從而達(dá)到雙贏。
發(fā)光細(xì)菌檢驗(yàn)技術(shù)可以檢查出水樣中的大部分高毒性有害物質(zhì),在對(duì)有機(jī)物、重金屬和有毒更多的化合物檢驗(yàn)方面起到了非常關(guān)鍵的作用,不過(guò)在實(shí)際操作中來(lái)說(shuō),這項(xiàng)檢驗(yàn)技術(shù)也具有操作復(fù)雜、誤差數(shù)值較大的缺點(diǎn)。后來(lái),電子科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展為發(fā)光微生物技術(shù)的使用進(jìn)行了新的發(fā)展,在發(fā)光微生物技術(shù)中又引進(jìn)了紫外線分光光度法、熒光光度法等。
相對(duì)于其他的生物監(jiān)測(cè)技術(shù),從微生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水污染環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中的運(yùn)用開(kāi)始,而且經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期開(kāi)發(fā),微生物監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越完善、可信。通過(guò)對(duì)微生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的運(yùn)用,其可以比較高效地監(jiān)測(cè)水體環(huán)境中各種菌類(lèi)的含量、種群大小等,然后再經(jīng)過(guò)一定的計(jì)算、數(shù)據(jù)分析,確定被測(cè)水體環(huán)境中細(xì)菌的分布指數(shù),有助于技術(shù)人員比較精確地評(píng)估水體環(huán)境的污染情況。在其中,可以選用聚氨酯樹(shù)脂塊做為基底,然后收集水體環(huán)境中的細(xì)菌,再經(jīng)過(guò)化驗(yàn)研究確定各種生物數(shù)據(jù),以此來(lái)比較全面、精確地評(píng)估被測(cè)水體環(huán)境中的污染情況。在具體使用的監(jiān)測(cè)方法上,由于微生物監(jiān)測(cè)方法的不斷完善,相關(guān)的監(jiān)測(cè)手段也比以往也有著不同程度的變化與革新,監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確水平也大大提高。此外,通過(guò)對(duì)微生物監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行合理調(diào)整,其測(cè)試效率和精確水平也能夠獲得有效提高,并與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合,從而能夠更加合理地研究出細(xì)菌種群的發(fā)展變化及其規(guī)律,從而使得測(cè)試的結(jié)果更為真實(shí)、可信。
生物行為反應(yīng)監(jiān)測(cè)技術(shù),是指利用海洋生物在受到水污染影響時(shí)所引起的趨利避害性的反應(yīng)變化來(lái)判斷水體環(huán)境污染狀況,從而判斷水體環(huán)境污染的嚴(yán)重程度,并針對(duì)水體環(huán)境污染狀況進(jìn)行做出警示的技術(shù)。在水體監(jiān)測(cè)中所使用的生物行為反應(yīng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的主要海洋中生物種類(lèi)包括了魚(yú)、雙殼軟體動(dòng)物門(mén)生物、水蟲(chóng)類(lèi)等,以斑馬魚(yú)這種水體的生物行為反應(yīng)監(jiān)測(cè)技術(shù)為例,由于當(dāng)水體中發(fā)生環(huán)境污染以后,斑馬魚(yú)往往能夠在數(shù)分鐘之內(nèi)就顯示出行為反應(yīng),所以我們也往往利用斑馬魚(yú)進(jìn)行海洋的淡水生態(tài)監(jiān)測(cè)。雖然魚(yú)類(lèi)通常被我們用來(lái)在淡水條件下進(jìn)行監(jiān)測(cè),但在海洋中則通常是通過(guò)雙殼類(lèi)生物活體來(lái)監(jiān)測(cè)對(duì)水體的環(huán)境污染狀況并進(jìn)行生理反應(yīng)。例如,可將電磁傳感器技術(shù)運(yùn)用于貽貝雙殼移動(dòng)情況的測(cè)量項(xiàng)目上,也可利用高頻的電磁感應(yīng)器技術(shù)來(lái)測(cè)量貝殼類(lèi)物體的移動(dòng)。
該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵屬于生物傳感器,通常情況下其由兩部分構(gòu)成,對(duì)于識(shí)別元件來(lái)講,其中存在一系列的活性物質(zhì),比如抗體以及細(xì)胞等,而對(duì)于轉(zhuǎn)換器部分,包含較多的分析工具,主要有光敏管以及氧電極等。這項(xiàng)技術(shù)利用生物體的靈敏度,來(lái)改變電子信號(hào),使其能夠充分地反映環(huán)境的污染狀況。這種技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn),既可以縮短分析的時(shí)間,又可以保證準(zhǔn)確率,并且更加精確?,F(xiàn)在有很多種傳感器,比如DNA。從水質(zhì)的角度來(lái)看,苯酚的監(jiān)測(cè)通常采用BOD和微生物傳感器。前者主要依靠溶解氧的濃度,來(lái)判斷水質(zhì),在試驗(yàn)中,這種方法被廣泛應(yīng)用,但在實(shí)際應(yīng)用中,它的適用性并不是很好。利用微生物傳感器,對(duì)苯酚的監(jiān)測(cè),可以在很短的時(shí)間內(nèi),準(zhǔn)確地測(cè)量出苯酚,再加上這些數(shù)據(jù),可以更好地了解相關(guān)地區(qū)的環(huán)境。同時(shí),通過(guò)對(duì)活性劑型傳感器的合理使用,可以達(dá)到污染物監(jiān)測(cè)的目的。
在進(jìn)行的水體環(huán)境監(jiān)測(cè)活動(dòng)中,也可通過(guò)對(duì)底棲動(dòng)物或者二棲動(dòng)物的監(jiān)測(cè)技術(shù),對(duì)水體環(huán)境中的是否有底棲動(dòng)物和二棲動(dòng)物,及其種類(lèi)的多少來(lái)監(jiān)測(cè)水體環(huán)境狀況。同時(shí)通過(guò)對(duì)底棲動(dòng)物和二棲動(dòng)物的監(jiān)測(cè)技術(shù)還可以將種群多樣化水平,以動(dòng)物的BI指數(shù)及其他指標(biāo)作為監(jiān)測(cè)參考,這樣可以使得環(huán)境監(jiān)測(cè)工作更加的科學(xué)全面。可充分利用二棲類(lèi)哺乳動(dòng)物的行為改變狀況及其各種生態(tài)因素改變狀況把被研究的水體環(huán)境的水體質(zhì)量監(jiān)測(cè)起來(lái),特別是對(duì)哺乳動(dòng)物的健康狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)后,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水體生態(tài)因子的改變狀況進(jìn)行深入的了解。通過(guò)底棲哺乳動(dòng)物和二棲動(dòng)物的監(jiān)測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水體環(huán)境的水體改變狀況進(jìn)行深度的研究。
當(dāng)前,由于中國(guó)的生物監(jiān)測(cè)技術(shù)與西方國(guó)家相比還存在著不少的差異,所以為了提高生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在中國(guó)的使用效益,中國(guó)的職能部門(mén)一定要針對(duì)中國(guó)的實(shí)際狀況,構(gòu)建和健全生物監(jiān)測(cè)規(guī)范管理體系,以立法的方式,把生物監(jiān)測(cè)融入環(huán)境監(jiān)測(cè)的管理體系當(dāng)中,從而使得生物監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠進(jìn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施。
逐漸拋棄以往低效率、偏差大的人工采樣模式,運(yùn)用先進(jìn)科技建設(shè)生物監(jiān)測(cè)自動(dòng)在線平臺(tái),可以提高生物監(jiān)測(cè)的質(zhì)量,使生物監(jiān)測(cè)成果具有準(zhǔn)確性,為后續(xù)的環(huán)境治理項(xiàng)目的實(shí)施創(chuàng)造重要的決策依據(jù)。
現(xiàn)階段,由于中國(guó)工業(yè)產(chǎn)品的高速增長(zhǎng),部分企業(yè)公司為了謀求經(jīng)濟(jì)利潤(rùn),卻未能對(duì)排放物進(jìn)行嚴(yán)格的管理,加上中國(guó)環(huán)保監(jiān)管措施尚未健全,使得很多的自然環(huán)境受到很大的破壞。所以,正確、合理地建立生物監(jiān)測(cè)早期預(yù)警系統(tǒng),才能有效對(duì)水體環(huán)境污染狀況做出正確的警示,防止環(huán)境污染范圍的擴(kuò)展。
隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的不斷完善,將安全監(jiān)測(cè)資源加以匯總歸集,并將安全監(jiān)測(cè)資料保存在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中,不但可以及時(shí)協(xié)助相關(guān)工作人員查找安全監(jiān)測(cè)資源,同時(shí)可以通過(guò)數(shù)據(jù)變動(dòng)情況了解水環(huán)境的污染趨勢(shì),進(jìn)而使整治工作的實(shí)施具有針對(duì)性。此外,通過(guò)分析環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與生物學(xué)監(jiān)測(cè)指標(biāo),從中掌握各種生物學(xué)在各個(gè)季節(jié),以及機(jī)體中污染的積累水平程度,并得出監(jiān)測(cè)生物學(xué)的經(jīng)典表現(xiàn)和污染背景值,并列放在所設(shè)置的生物學(xué)信息庫(kù)中。
鑒于生態(tài)監(jiān)測(cè)存在著具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ那熬埃嚓P(guān)組織或部門(mén)需要增加對(duì)生態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)研發(fā)方面的資金投入,以加強(qiáng)對(duì)生態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的研發(fā)力量,以爭(zhēng)取發(fā)現(xiàn)更多、更加安全、更為經(jīng)濟(jì)的可進(jìn)行水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的生物技術(shù),并嘗試將其運(yùn)用于實(shí)際水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作當(dāng)中,使水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)成果更為全面、精細(xì)化。
在使用生物監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測(cè)的過(guò)程中,要綜合水體特征、指示生物的實(shí)際生長(zhǎng)狀態(tài)等各項(xiàng)動(dòng)態(tài)性因素進(jìn)行周期性的測(cè)試。要打造階段性的測(cè)試方案,結(jié)合不同的變量因素進(jìn)行多次調(diào)整,還應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)卦黾訕颖镜臄?shù)量,這樣能夠提升監(jiān)測(cè)結(jié)果的可信度。另外針對(duì)不同季節(jié)以及不同地區(qū)的水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí),可以在前期進(jìn)行小規(guī)模的試驗(yàn),明確監(jiān)測(cè)頻率以及具體的生物反應(yīng)程度,這樣再結(jié)合不同地區(qū)的實(shí)際特點(diǎn)打造針對(duì)性的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。依托這樣的階段性以及區(qū)域性監(jiān)測(cè)體系,構(gòu)建全國(guó)以及全世界數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)生態(tài)網(wǎng),確保所有的數(shù)據(jù)信息具有普適性以及典型性,這樣才能夠進(jìn)一步消除地域差別以及個(gè)體差別,為生態(tài)技術(shù)監(jiān)測(cè)體系的應(yīng)用,提供更多可能性。
要解決這些問(wèn)題,必須建立健全的生物監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng),并建立監(jiān)控系統(tǒng),從生物分子到生物群落的各個(gè)層次進(jìn)行監(jiān)控。這樣既保證了生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的針對(duì)性,又保證了一些特殊情況的分析,從而提高了監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。
這就需要著重研究利用生物技術(shù)建立的生態(tài)修復(fù)技術(shù),并利用微生物和其它生態(tài)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)水環(huán)境的修復(fù)。比如,在海底種植一些水生植物,然后選擇合適的種類(lèi)和數(shù)量,形成一個(gè)可循環(huán)的海底生態(tài)系統(tǒng)。為水生植物的生長(zhǎng)創(chuàng)造有利的生長(zhǎng)條件,加強(qiáng)水體水質(zhì)的監(jiān)控與管理;利用海底生物的培育、生產(chǎn)者與消費(fèi)者的建立,建立起一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的自然生態(tài)系統(tǒng)。此外,還應(yīng)加強(qiáng)水生生物的生境保護(hù),開(kāi)展稀有、瀕危物種的研究與人工干預(yù)。根據(jù)不同的農(nóng)村和城市,制定相應(yīng)的生態(tài)修復(fù)產(chǎn)業(yè)和治理方案,既能提高生物技術(shù)的實(shí)用價(jià)值,又能促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
單細(xì)胞凝膠電泳技術(shù)指的是一項(xiàng)通過(guò)對(duì)細(xì)胞DNA鏈損傷程度的監(jiān)測(cè),并評(píng)估遺傳危險(xiǎn)性的技術(shù)方法,這項(xiàng)監(jiān)測(cè)方法在實(shí)際操作過(guò)程中尤為突出。由于在通常狀態(tài)下環(huán)境中的遺傳毒物含量相對(duì)較少,通過(guò)單細(xì)胞凝膠電泳會(huì)分析出低濃度的毒性或有害物質(zhì)。再有,SOS顯色技術(shù)同時(shí)也是目前基因毒性監(jiān)測(cè)的最新技術(shù),基本原理如下:當(dāng)DNA分子結(jié)構(gòu)在外界范圍破壞與控制的情況下會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤的,這樣的基因毒物處理后所發(fā)生的反應(yīng)就被稱(chēng)作是SOS應(yīng)答。SOS的方法具有監(jiān)測(cè)靈敏、快捷、簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
分子環(huán)境毒理學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)運(yùn)用了最先進(jìn)的分子生物學(xué)檢驗(yàn)技術(shù),通常被我們用于分析環(huán)境污染物的主要代謝物和細(xì)菌中大分子的代謝作用,并以此尋找作用的目標(biāo)分子,以便于有效預(yù)測(cè)其個(gè)體、物種、群體等的基本狀態(tài)。隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)展,生物體中膽堿酯酶活力測(cè)定已逐步演變?yōu)楹Q蟆⒌w環(huán)境污染監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)常規(guī)手段,因?yàn)楹Q蟓h(huán)境中有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑、氨基甲酸鹽殺蟲(chóng)子分子結(jié)構(gòu)與水域環(huán)境中生物分子之間的高度相似性,因此可以和生物活性中心結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的融合,進(jìn)而有效控制酶活力,從而更精確地判斷生物體在殺蟲(chóng)劑、毒性有害的污染物質(zhì)中的暴露狀態(tài)。
隨著技術(shù)的日益提高,現(xiàn)階段的技術(shù)更加全面,并且在各個(gè)領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用。生物監(jiān)測(cè)是一種很重要的測(cè)試技術(shù),對(duì)中國(guó)人體的未來(lái)發(fā)展具有重大影響。但現(xiàn)階段生物監(jiān)測(cè)技術(shù)還面臨一些問(wèn)題,有關(guān)人員必須關(guān)注問(wèn)題所在,并采取相應(yīng)措施處理,以發(fā)揮生物監(jiān)測(cè)的優(yōu)越性,同時(shí)還需要對(duì)該領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)加以研究,為中國(guó)的未來(lái)發(fā)展做出良好基礎(chǔ)。