生物監測技術在環境監測中的應用

王福偉

(遼寧省大連市環境監測中心，遼寧 大連 116023)

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生物監測技術在環境監測中的應用

王福偉

(遼寧省大連市環境監測中心，遼寧 大連 116023)

指出了近年來環境污染問題日益突出，環保問題受到越來越多人的重視。而生物監測作為環境監測的一個重要手段，在日常工作中發揮了越來越重要的作用。綜合分析了生物監測技術在土壤污染、大氣污染以及水體污染等方面的運用，探討了目前生物監測技術的不足，展望了生物監測技術的發展前景。

生物； 監測； 環境； 應用

1　引言

近年來，社會經濟不斷發展，人口急增，環境污染日益嚴重，環保問題受到越來越多的人關注。治理污染、保護環境成了全社會的共識。監測環境污染的變化情況，成為治污的首要前提。傳統的理化監測方法，不能全面的反應污染物對生物體及生態系統的影響。運用生物監測，可以彌補理化監測的不足，從不同角度研究污染物帶來的危害，受到社會各界的認可。

2　生物監測

生物監測(Biomonitoring，BiologicalMonitoring)是利用生物的組分、個體、種群或群落對環境污染或環境變化所產生的的反應，從生物學的角度，為環境質量的監測和評價提供依據。其具有如下優點：

2.1長期性

理化監測是定期采樣，監測結果只能反映采樣期間的情況，而生物體作為理想的環境監測器，能把一定時間內的環境變化情況反映出來，因而能夠更全面地反映環境污染狀況。

2.2富集性

易于富集污染物。處于生態系統中的生物，微量污染物可以通過食物鏈產生富集效應，在食物鏈終端檢測，可檢測到高達數萬倍的污染物濃度。

2.3綜合性

環境污染的成因復雜，并不是各個污染物之間的簡單加合。傳統的理化監測只能檢測各種成分的類別和含量，不能多種污染物、多種暴露途徑的綜合暴露進行累積風險評價。而生物監測可以真實地反映環境中諸多因子、多種污染物的成分的綜合效應，進行累積風險評價，為污染物環境總量控制提供依據。

2.4靈敏性

生物監測具有靈敏性，某些生物能夠對一些精密儀器都無法檢測出的痕量污染物產生反應，表現出受危害的效應，可以在早期發現污染，從而提高了靈敏度，有助于早期預警。

3　生物監測在不同介質的環境監測中的應用分析

3.1生物監測在土壤污染監測中的應用分析

3.1.1土壤動物監測

土壤動物對于土壤有機質分解、養分循環、改善土壤結構等方面具有重要的作用。土壤中無脊椎動物因繁殖力強，分布廣，且暴露于土壤中，與土壤接觸面積廣，其生命活動和代謝與土壤息息相關，是良好的土壤污染的指示生物。

王丹丹等研究蚯蚓對鋅污染土壤養分狀況及鋅形態的影響，實驗中蚯蚓生長率隨污染濃度升高而下降，重金屬污染對蚯蚓生長表現出抑制作用。蚯蚓活動降低了土壤pH值，而顯著提高了土壤DTPA-Zn含量，使土壤中Zn的形態從殘渣態、有機態向鐵錳氧化態和交換態轉變，提高了重金屬植物有效性。

3.1.2土壤植物檢測

土壤受到污染后，生長在其上的植物會表現出各種“信號”， 如葉片上出現傷斑蒸騰率降低、呼吸作用加強、生長發育受抑，由于吸收污染物質，導致植物體中的某些成分相對于正常情況下發生改變等。

宋囊在5種闊葉綠化樹種對土壤Cu污染的耐性評價研究中表明，植物對Cu的吸收主要積累部位由多到少依次是根部、莖部、葉。不同程度的Cu污染對植物的生長代謝都有影響。Cu脅迫下，植物的比葉重、生物量下降；葉綠素含量降低，光合作用受到抑制；膜脂過氧化嚴重；丙二醛含量增加，酶活性失調，細胞膜透性增大，刺激脯氨酸的合成，根系活力降低。

3.1.3土壤微生物監測

土壤微生物是土壤生物體系中關鍵的功能要素，受到污染的土壤，其微生物群落結構會改變，可用來評估土壤質量。

楊萌青等在石油污染土壤微生物群落結構與分布特性研究中，探討典型油田區石油污染土壤微生物群落的結構特征，污染水平與微生物群落分布的關系。結果表明，污染土壤石油含量的差異是造成微生物群落結構相似度差異的主要原因；隨著土壤污染程度的增加，微生物群落的均勻度指數降低，菌屬分布不均勻，表現出土壤微生物群落結構和種屬的污染脅迫與分異現象。

3.2生物監測在大氣污染監測中的應用分析

大氣污染物主要為SO2，HF，氮氧化物，H2S等。大氣污染的生物監測中，應用較為成熟的為植物監測。其指示植物主要分為3 類：高等植物、地衣和苔蘚。

3.2.1高等植物

很多植物對大氣污染具有敏感性，暴露在污染的大氣環境中，植物在宏觀層面會有響應，包括植物性狀、生長代謝及繁殖能力。微觀層面也會有變化，包括凈光合速率、蒸騰速率、細胞膜滲透率、氣孔導度、電子傳遞速率及植物細胞液中線粒體和質體等。暴露在污染大氣環境中的植物，經過長期的微觀響應積累，將通過宏觀響應表現出來。

目前已篩選出有多種敏感植物，指示不同的大氣污染物，通過指示植物監測法或植物群落監測法進行監測。

3.2.2苔蘚和地衣

苔蘚植物因具有獨特的形態和生理特征, 對空氣污染反應十分敏感，已被廣泛用于監測城市或地區的環境質量與變化。苔蘚和地衣還可用于指示偏遠地區大氣持久性有機污染物狀態。

李琦等在苔蘚植物對青島市大氣重金屬污染的生物監測作用中證明，苔蘚植物體內重金屬含量能夠反映空氣重金屬污染程度和空氣質量變化。該研究為評價青島市空氣重金屬污染狀況提供了一個有效的生物監測方法。

3.3生物監測在水體污染監測中的應用分析

在一定條件下的水環境中，生物群落和水環境之間通過相互作用，保持著動態平衡關系。外來物質進入水環境后，會影響生態系統中生物的生理指標、種群的數量及結構等方面。根據監測指示物和監測對象的不同，可將生物監測分為如下幾類。

3.3.1微生物群落監測方法

微生物群落監測法是發展應用較早的生物監測方法。微型生物主要包括藻類、原生動物、輪蟲、線蟲、甲殼類等，常用的方法是聚氨酯泡沫塑料塊法，又稱PFU 法。通過PFU 法可得到的原生動物群集過程：群集速度隨著種類增加而減少，群集速度與種類數的交叉點即為種數的平衡點。水體污染能影響集群速度和平衡點，水體污染程度不同，其集群速度和種類數也不同，因此可以監測水環境質量變化。

李朝霞等用PFU微型生物群落監測技術評價園區化工廢水的靜態毒性。結果表明，原生動物群落對化工廢水效應濃度(EC)變化非常敏感。隨著EC的增加和毒性時間的延長，原生動物群落群集的物種多樣性指數下降，群集的速度也減緩。

在微生物群落監測法的發展過程中，數學分析在其中的作用越來越明顯。數學分析以及計算機應用的發展能在更大范圍內揭示生物群落的變化規律，使微生物群落監測法的使用范圍更廣，結果更加準確。

3.3.2生物毒性試驗

隨著生物學技術的快速發展，近年來研究者們提出了多種包括DNA、RNA、酶、組織器官、細菌、海藻、浮游生物、底棲軟體動物及魚等的生物毒性試驗方法。急性毒性試驗( Acute Toxicity Test) 是研究水環境污染，確定濃度-效應曲線的常用方法。分為以下幾類:①魚類毒性試驗，②藻類急性毒性試驗，③水蚤類急性毒性試驗，④種子發芽和根生長的毒性試驗，⑤發光細菌的急性毒性試驗。用細菌進行生物毒性試驗主要集中在細菌發光、酶活性變化、生長及呼吸抑制等方面。

陳繼紅等在發光細菌法在水質綜合毒性在線檢測中的應用中，以海洋發光細菌費氏弧菌(Vibriofischeri)作為檢測生物，確定了費氏弧菌凍干粉的復蘇條件。HgCl2等幾種毒物對費氏弧菌均具有較強的光抑制作用。以費氏弧菌作為指示生物，對實際水樣的測試和分析表明，發光細菌法能夠應用于水質環境安全的綜合毒性在線監測預警中。

3.3.3其他監測方法

伴隨著生物技術的不斷發展，一些新的分子工具介入到了生物檢測技術中。如基因工程技術、PCR技術、DNA探針技術、酶蛋白標志物、免疫檢測技術、生物傳感器等現代生物技術越來越多的應用于水環境的監測中，大大提高了環境監測的靈敏度，起到了很好的預警效果。

張昊等在生物熒光傳感器檢測環境水樣中氨基甲酸酯類農藥殘留時，建立了簡便、靈敏的氨基甲酸酯類農藥生物熒光傳感器及其檢測方法。此方法有望用于快速檢測水環境中氨基甲酸酯類農藥殘留情況。李鑫等應用基于單克隆抗體的免疫傳感器檢測環境中的芘和苯并芘，建立了免疫傳感器法對芘和苯并芘進行檢測，線性范圍為0.2～10.0 μg/L。該方法可以用于含有芘和苯并芘的環境樣品的快速篩選，可以在10 min內初步獲得檢測結果。

4　結語

雖然生物監測在環境監測中的作用越來越明顯，但是也表現出一定的不足。比如在精確性、快速性以及靈敏性等方面還需要不斷的提高。另外，生物監測易受各種環境因素的影響，不僅會受到污染物帶來的影響, 還在一定程度上受到土壤、地域、季節、病蟲害等原因的影響。

受到多種原因的限制，生物監測技術目前并不完善，但是作為能夠評價綜合毒性的有效方法，能為人類提供大量的、連續的、綜合的環境信息。生物監測方法與理化檢測方法聯合應用，更能夠評價污染物的綜合毒性效應，更準確地監測綜合污染狀況。

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2016-06-14

王福偉(1982—)，男，工程師，主要從事環境監測方面的工作。

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1674-9944(2016)16-0084-03