水域生物監測研究進展

王美垚，管建洪

(鎮江山水灣生態農業開發有限公司，江蘇鎮江 212125)

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水域生物監測研究進展

王美垚，管建洪*

(鎮江山水灣生態農業開發有限公司，江蘇鎮江 212125)

水域生物監測技術在環境監測中的應用日益廣泛。綜述了水域生物監測的概念與特征、常用指示生物、水域生物監測方法與應用、水域生物監測的發展前景。

生物監測；水環境；指示生物

水環境監測通常采用的傳統方法是理化檢測方法，通過測定水體中有害物質的濃度來評價水體水質情況。生物與其所處的周圍環境是彼此相互作用的統一系統，其中一方例如水體環境中各種水質因子發生濃度等的變化都將會對生活在該水體環境中的各種生物產生直接作用。Wepener等研究發現，水體中有毒有害污染物將會對水體中的生物產生毒害作用，一方面，其會對生物體的組織產生損傷作用，進而也就影響了該生物正常存活、生長、甚至是繁殖。另一方面，各種有毒有害污染物還會對整個生態系統產生影響，嚴重影響到生態系統的平衡等[1]。20世紀初，Cairns和Schalie提出了“生物監測”這一概念。生物監測方法因其可以反映有毒有害污染物在生物體內的富集程度，可以直接反映環境質量對生態系統的影響以綜合反映環境質量狀況而日益受到人們的重視，現今已成為常用的水質監測方法[2-5]。筆者從生物監測的概念與特點、水生指示生物、水域生物監測方法和應用以及水域生物監測前景4個方面進行綜述，旨在為今后更好地開展水域生物監測提供參考。

1 生物監測概念及特征

1.1 生物監測的概念生物監測指通過生物個體、種群或群落對環境質量及其變化所產生的反應和影響來闡明環境污染的性質、程度和范圍，也就是通過生物體的各種反應來體現進而對環境質量水平進行評價[6]。環境與所處其中的生物彼此影響、彼此互作，是一個統一的系統。由于生物體生活在水環境中，其各種行為如正常的活動、攝食、生理代謝等會對水體產生或多或少的影響，與此同時，環境也會對生活在其中的生物體產生反作用，存在于環境中的各種有毒有害物質會對生物體產生危害，會引起生物體行為的改變如正常的活動受到抑制等，甚至影響到生物體的正常的生長發育，嚴重者則會導致生物個體的死亡，進而導致種群結構發生變化，同時也會對整個生物群落甚至是生態系統造成毀壞性的影響。

1.2 生物監測的特征生物監測相比于理化監測，具有效率高、使用便捷等優點，具體特點如下：

1.2.1靈敏性好。 研究發現，采用理化檢測方法以及精密度很好的理化檢測儀器進行監測時，對于環境中存在的一些濃度極低的微量化學污染物都很難檢測出，而此時采用生物監測方法，卻可以很好地體現出[7]。

1.2.2連續監測性。 水體中有毒有害物質因其長期存在，因此會對相應的水體環境造成一種長期的、持續性的、累積性的影響，生活在水體中的生物也是長期受到此種污染的影響，會在其形態、活動狀況甚至是繁殖等各種生理行為上有所體現，因此生物監測具有良好的連續性[8]。

1.2.3監測功能多樣化。 生活在水體中的生物多種多樣，不勝枚舉，而其中的很多種生物對于水體中不同的有毒有害物質做出的反應或者是出現的不良癥狀等是不同的，因此生物監測具有十分突出的多樣性。

1.2.4較強的污染物富集能力。生物體長期生活在水體中，因此對于水體中的有毒有害污染物具有長期、持續性累積作用。由于級級擴大的生物富集作用，最終水環境中的有毒有害物質將提高數十萬倍，這樣也就更突出地體現出了水體污染狀況。

1.2.5監測成本低。 生物監測所需要的儀器相對簡單，監測覆蓋面積大，并具有較強的連續性，因此相對于理化檢測所需的各種昂貴儀器來說，監測成本更低[9-10]。

1.2.6綜合性高。水體環境中的有毒有害物質種類多樣、彼此相互作用，對于水體造成的損害影響不是由單一因素決定的，而是一種綜合性效應。理化檢測通常所能體現的只是單一污染物的性質、濃度等，而水環境中的生物體則能更好地綜合體現其對于生物體的損傷作用，因此生物監測對于水體污染狀況的體現更具有綜合性以及客觀性[11]。

2 水生指示生物

水生態系統中包含有各種水生生物，如浮游生物、底棲動物、水生高等植物、魚類等。當水環境遭受污染時，會對水體中各類生物個體、種群組成、結構等造成影響，因而水體中的各種生物對于水域污染具有很好的指示性作用，因此可以通過對水環境中生物種群的組成、結構、數量等進行監測，進而對水體質量作出評估。能夠體現水質狀況的這些水生生物又被稱為指示生物[12]。

2.1 浮游生物浮游生物是水生態系統中一個重要的組成部分，其是水環境質量的最直接體現者，其種群的組成、結構、生活狀況等都會因水質狀況的改變而發生變化。藻類是水體水生態系統的初級生產者，水環境內的有毒有害物質極容易對藻類造成損害，會對藻類的生理狀況造成影響，對其正常代謝產生阻礙作用，同時還可能影響藻體的正常功能，如光合作用等，嚴重者則會導致藻體的生長停滯、大量死亡，影響了水生生物群落組成，嚴重破壞了水生態系統平衡。不同的藻類對于水體環境的要求是不相同的，例如，當水體質量較好時，水環境中的綠藻以及藍藻數量就會較少，而當水體遭受到嚴重污染時，則會出現藍藻以及綠藻數量較多的現象。因此，對水體質量進行監測時，可以通過監測是否出現了藍藻以及綠藻來判斷水體是否遭受到了較嚴重的污染。另一方面，也可以通過監測水體中藻類生活狀況、生長以及繁殖狀況等來對水體質量進行評價。

2.2 高等水生植物在水域生態系統中，水生高等植物也是其中的一個重要組成部分，其在維護水生態系統適宜的結構組成進而維護水體生態系統的健康良性循環方面具有十分重要的作用。水環境中各種環境因子的含量等的變化會對高等水生植物的存活狀況、生長、代謝以及繁殖情況等帶來影響，反之水域生態系統中的高等水生植物的生命活動情況又會反作用于水體中各環境因子，進而影響水環境質量。在水體生態系統中，高等水生植物對于水體質量發揮調節作用，可以通過抑制有害藻類的生長或者是某些藻類的惡性生長以保證水體維持正常，同時有利于維持水體良好的透明度，進而維護水體質量。鑒于高等水生植物對于維護良好水質以及對于水體質量的良好體現性，其也成為水環境常用評價指標之一。

2.3 底棲動物底棲動物包括甲殼動物、軟體雙殼動物和水生昆蟲等，由于該類生物具有加速有機質分解、蓄積有毒有害污染物促進水體凈化等功能，因此底棲動物是體現以及維護水體生態系統健康的一種重要類群。由于底棲動物長期棲居于水體底部，因此水體底質狀況則會對其生長以及繁殖狀況等產生直接影響，同時底棲生物的獨特特性，諸如生活史較長、種類繁多、活動區域較固定等，使其經常作為水環境污染的常用指示生物之一[13]。其中的軟體雙殼類對于水環境中尤其是底質中的有毒有害污染物具有較強的蓄積的能力，因此其經常用于水體水質狀況監測[14-16]。一些生理指標例如生長因子等不僅可以體現生物體的營養狀況，同時還可以反映水體環境對其造成的影響，因此其經常作為水質監測評價指標[17]。對于遭受嚴重污染的水體，指示生物所產生的病理學變化以及死亡率等指標也常作為評價水環境質量的重要指標[18-19]。

2.4 魚類水環境質量的改變會對魚體的生理機能造成影響，尤其是水體中的一些有毒有害污染物會在魚體內富集，對其機體造成損傷，因此魚類常作為評價水體質量的指示生物之一。可以采用肉眼觀察魚類死亡率來進行判斷。張云美等采用家用洗滌劑對食蚊魚、孔雀魚、紅劍魚等進行了急性毒性試驗，研究結果表明，洗滌劑會對魚類產生長期慢性毒性作用，進而推測出生活污水對于魚體的毒害作用[20]。王麗萍等研究污水處理廠排出水對魚類的影響，結果表明污水處理廠排出的廢水對于魚類具有很強的毒性作用[21]。

3 水域生物監測方法及應用

3.1 生物群落法1955年Beck首次提出采用生物指數來對水體水質狀況進行評價。1960年Goodnight等提出了通過確定顫蚓類數量占全體底棲無脊椎動物數量的比例來確定水體污染程度，同時也提出以80%為參考標準，污染較嚴重的水體該污染指數>80%。1964年Bell等提出了判斷有機污染以及有毒廢水污染的方法，那就是以水生昆蟲與寡毛類濕重的比例來作為評判標準。現如今，最常使用的是微型生物群落監測法(PFU法)。它是通過采集到的生物群落的結構與功能的各類參數指標來對水環境質量進行評價。使用該方法時，要根據待監測水域的特征來選擇適宜的生物學指數[22-24]。PFU法準確、便捷，具有較好的重復性，可以在群落水平上體現環境因子對于生物的影響。現今已有許多學者采用PFU法對湖泊、水庫等水體的生物種類、豐度等進行了監測，也應用于水體富營養化程度的評價中[25-27]。

3.2 生物蓄積監測水域環境中的雙殼貝類、魚類等對于水體中存在的有毒污染物如重金屬離子、農藥等具有較強的蓄積能力，在上述有害物質濃度較低時仍可以體現出其毒害性，因而常用作評價水環境質量的指示生物[28]。有學者開展了不同水質條件對于羅非魚各組織細胞的生物毒性作用，試驗結果表明對于魚體組織細胞染毒培養時間僅為18 h[29]。也有學者開展了硫氰酸鈉、二甲基甲酰胺等幾種污染物對于常見淡水魚類的急性毒性試驗[30]。楊小玲等采用貽貝和牡蠣對水體進行監測，檢測結果表明渤海近岸水體中生物體內丁基錫含量為23.4～162.4 ng/g[31]。

3.3 指示生物監測法水環境中指示生物的行為以及生理狀態會伴隨水體中各環境因子性質、含量等的變化而發生改變，因此可以據此變化來對水體水質狀況進行判斷。Wepener等采用魚類作為指示生物來對水環境質量進行監測。研究結果表明，水環境中的污染物對魚體生理機能產生了很大的影響[1]。有研究者將兩棲動物、蝦、蟹等投放到未達到致死劑量的毒性污染物的水環境中，研究結果表明，上述生物會選擇主動游入清水區以防止污染物對機體造成損傷[32-33]。另外，生物的習性、攝食行為等也會因水體環境質量的改變而發生變化。

3.4 生物毒性監測法由于面對水環境中的有害因子，水體中生物的行為、生理機能會作出相應反應，生物毒性監測法就是采用了該種原理而對水體質量進行監測的。通過生物毒性監測法，可以判斷具有較強致毒作用的污染物為何物、其對于生物體的損傷程度如何、對于水體環境會造成何種影響等。另外，由于細菌、浮游生物、魚類等生物的特性，因此其在水環境污染評價、有毒廢水處理效果、制定污水排放標準等發揮著重要作用[34-35]。李麗娜等開展了Pb對泥螺的慢性毒性試驗[36]。同時，發光細菌法[37]也是生物毒性監測的常用方法。該方法的原理是運用了某些微生物具有發光的特性，而水體中的有毒有害污染物質將對生物的發光特性產生抑制作用，抑制強度與污染物的毒性成正比。已有學者運用發光細菌法對污水毒性進行監測，證實該方法快速、簡便，且具有較好的靈敏度和可靠性[38-39]。

3.5 其他方法除了上述生物監測方法外，人們還采用生物體內有害物質殘留的測定、水生植物生產力的測定、以及幼蟲變態試驗等方法來對水域環境進行監測。水生植物生產力的測定是通過測定水生植物體的光合作用能力、固氮能力、其所含有的葉綠素含量等指標的變化來判斷水域環境的污染水平。生物體內有害物質殘留的測定則是根據水生生物對于有毒有害污染物具有蓄積作用的特性，采用理化檢測方法來確定其體內毒物的分布以及含量，并據此來研究水域環境中有毒有害污染物的分布、含量以及轉移規律[40]。變態期的幼蟲相對于其生活史中的其他階段來說，對于污染物的敏感性更高，污染物會阻礙幼蟲完成變態發育，因此可通過觀察其能否在附著基表面順利變態來監測水體污染物的毒害性[41]。

4 展望

4.1 制定合理的環境質量標準，加強生物監測立法我國的生物監測起步較晚，至今還未有相關的法律法規出臺，沒有形成法定化的生物監測指標體系，這樣也就大大阻礙了生物監測的發展。因此這也就需要相關部門制定統一的環境標準和生物監測指標體系，通過制定相關環境法律法規來將生物監測指標列入環境質量影響評價和水域污染源排放的監督管理工作之中。

4.2 監測方法的標準化相對于理化檢測，生物監測具有更好的客觀真實性，同時其也可以綜合體現水域環境狀況以及有毒有害污染物對于水生態系統的影響。隨著水域環境污染問題的日益嚴重，生物監測的重要性就越發地突顯出來，其應用領域也越發廣泛起來，與此同時，在理論研究上也取得了很大進展。但是由于技術等的限制性，例如群落監測的結果較難定量化等問題還未得到很好的解決，這也就使得對于生物監測方法來說，至今還未有較為系統統一的國家或是地方性環境質量標準來進行界定。所以，這也就更需要廣大的專業技術人員進行深入研究與探索，要堅持不懈地致力于生物監測方法的標準化，不斷開展相關性研究，以期早日確定生物監測的標準方法。

4.3 提高生物監測的技術水平生物體具有較強的地域性分布特征，對于同一生態系統中的同種生物，如果其所居地不同，對于有毒有害污染物其會產生不同的耐受性。因此，在開展生物監測時，應充分考慮待監測生物的地域性特征來確定適宜的監測頻率，這也就使得生物監測工作更具復雜性、艱巨性。在開展生物監測工作中，會遇到許多現實性問題，這也就需要我們更應在不斷持續、深入開展生物監測工作的同時，努力提高生物監測技術的高效性、精準性以及靈敏性。

眾所周知，理化監測具有即時性、具有相對統一的標準、較強的專一性、不受地域限制等優點。各種環境因子對于生物體的影響則具有長期性、持續性的特點，有毒有害污染物產生的不良結果很多時候都是一種潛在性、綜合性、持續性的，這些都是理化監測所無法實現的。另一方面，盡管生物監測不具有理化監測的上述優點，其是運用了生物對于有毒有害污染物所作出的相應反應，如生理行為及功能產生變化等來對水域環境質量進行評價，但是它所具有的高靈敏性、多功能性以及綜合性等優點對于人們對水域環境質量作出合理的評價同樣發揮著重要作用。因此，今后開展水域環境質量評價工作時，要在運用生物監測的同時更好地與理化監測進行結合，以期對于水體環境質量作出更加客觀、全面、精準、科學的評價。

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Research Advance of Biological Monitoring on Water Environment

WANG Mei-yao, GUAN Jian-hong*

(Zhenjiang Shanshuiwan Ecological Agricultural Development Co., Ltd., Zhenjiang, Jiangsu 212125)

The application of biological monitoring on water environment is more and more widely. The article introduces definition and character of biological monitoring on water environment, biological indicators, method and application of biological monitoring on water environment and prospect of biological monitoring on water environment.

Biological monitoring; Water environment; Indicator organism

王美垚(1984-)，女，天津人，博士研究生，研究方向：漁業生態環境與資源。*通訊作者，高級工程師，從事水產養殖與生態研究。

2015-02-06

S 181.3

A

0517-6611(2015)09-257-04