生物監測技術在水環境監測中的應用

朱冬梅

（臨邑縣環境保護局，山東 臨邑 251500）

隨著我國經濟的快速發展，各行各業對水資源的需求呈現日益增長的趨勢。與此同時，水資源污染情況也呈現增長態勢，水環境質量，尤其是飲用水環境質量直接影響人體健康，所以受到人們的高度重視。由于監測技術的局限性，環境監測未能及時有效地反映環境污染問題，使得污水超標排放時有發生，一些重金屬、有機物等污染物排放到水環境中，污染水體。水環境監測是水環境保護的基礎，主要是通過對水體環境變化進行定量調查，全面及時地掌握水環境質量的變化特征，為水資源保護、管理以及水污染防治提供可靠的依據。

傳統的水環境監測主要有物理法和化學法。目前，傳統的監測技術已經不能滿足當前的需求，需要成本低、效率高而且測量準確的新技術。生物監測技術是利用生物個體、種群或者群落對環境污染或變化產生的反應，利用生物學對環境污染進行檢測和評價。生物監測技術始于20世紀初，隨后逐步發展、補充，取得了一定的進步，其應用越來越廣泛，逐漸成為環境監測的重要手段。我國的生物監測技術起步較晚，目前尚未形成系統化、標準化的體系，因此生物監測技術還需不斷發展和完善[1]。

1 生物監測技術原理

生物體與其生存環境有著十分密切的關系，它們相應影響、相互依存、相互制約。當污染物進入生物環境時，污染物協同營養物質被生物一起吸收，并在生物體內進行遷移、聚集[2]。生物體受到污染物影響，會出現相應的癥狀。生物監測技術就是利用生物體對污染物或環境變化所產生的敏感性來判斷水體環境的污染程度。不同生物監測技術反映的生物水平如表1所示。

生物監測能夠反映污染物的生物學效應，能夠更加直觀地表現污染物對生物的影響，有些生物的靈敏程度甚至超過精密儀器，不僅準確，而且反應迅速。水環境污染一般含有多種污染物，目前，水環境監測技術只能進行單項污染物濃度的監測。而生物監測技術恰能彌補目前監測技術的不足，能夠快速反映多種污染物的綜合影響，同時該技術操作簡單、成本低。但是，生物監測技術還存在一些缺點，不能監測水體中污染物的準確濃度，而且目前還沒有完善、統一的標準。此外，有些生物監測方法不能有效將環境因素產生的影響與污染物的影響聯系起來，監測周期過長。這些因素限制了生物監測技術的應用，人們需要不斷改進和研究生物技術，使其在水環境監測中發揮更好的作用。

表1 不同生物水平的生物監測技術匯總

2 生物監測技術應用

2.1 微生物群落監測技術

水環境中存在大量的細菌、藻類、原生動物等，微生物在水環境中存在的數量及頻率能夠反映出該區域的水環境質量，由此產生了微生物群落監測技術[3]。微生物群落監測主要用來收集自然環境中的群落結構和功能信息，進而評價環境狀況，預測未來可能出現的變化。該技術應用相對較早，主要是通過采集水體樣本并結合數學計算方式來統計微生物的分布指數，進而判斷水環境污染的程度。隨著科學技術的不斷發展和自然環境的改變，微生物群落監測技術不斷發展變化，監測指標也不斷增多。目前主要應用的評價指標有多樣性指數、原物種類型、異養性指數等，不僅提高了生物監測的準確性，也提高了我國水環境監測的科學性。

2.2 生物行為反應監測技術

自然界中生物種類繁多，不同生物對自然環境的變化有著不同反應。而環境污染也是環境影響的一部分。某些生物在自然環境受到污染后會出現一些應激性的生理變化或者行為上的變化。生物行為反應監測技術就是在這個基礎上產生的一種環境監測技術。根據生物的生理功能變化，對環境污染程度做出判斷，進而確定污染物在水環境中的濃度。在水環境監測中，較為常見的指示生物有斑馬魚、鰻魚、金魚等，它們常用于淡水環境中的污染物測定。例如，斑馬魚的基因類似于人類基因，對生活水質有較高的敏感度，當生活環境發生變化時，可以在幾分鐘內做出迅速反應，同時可以根據斑馬魚的反應來推斷水質對人體的危害程度。此外，生物監測技術還能夠測定水中重金屬離子濃度，如Cu2+、Pb2+等，他們作用到斑馬魚身上都會產生不同的反應，以此來判斷污染程度。隨著計算機、自動化技術的發展，該技術可以實現在線實時監測，進而能夠對水環境污染做出快速、及時的預警[4]。

2.3 發光細菌監測技術

發光細菌監測技術是一項較為成熟的監測技術，是眾多生物監測技術中應用最為廣泛而且穩定的技術。其主要應用于自來水廠和生活飲用水源的水質監測，是水源水質保證的重要監測技術。目前，該技術主要以細胞發光特征、污染物遺傳毒性作為參考指標，同時也結合水質毒性測定儀等進行水質的測定，最快可在3 h內得出水質的檢測結果，相比其他技術具有更便捷、更靈敏和準確度高的優勢。在電子科學技術的推動下，發光細菌監測技術與紫外線分光及熒光等分度法進行了技術的結合，在監測過程中取得了較大的發展，為今后的發展提供了更為廣闊的空間。

2.4 底棲動物和兩棲動物監測技術

底棲動物和兩棲動物是自然界中比較特殊的生物，由于其存在的特殊性，產生了以底棲、兩棲動物作為主要指示物種的監測技術，通過指示生物的數量情況反映水質污染程度。目前，大型的底棲動物監測技術已被廣泛應用于重金屬污染的評價。國外主要采用Saprobic指數與BI指數來評價水環境質量，而我國主要以底棲、兩棲動物在水環境中的完整性指數進行評價，此外，該技術還參考兩棲動物的生理變化和行為變化。例如，兩棲動物在被農藥污染的水體中會出現相應的生理和行為變化，由此可直觀地判斷水體污染程度。

2.5 生物傳感器監測技術

生物傳感監測技術的核心是生物傳感器，主要組成部分有分子識別部分和轉換部分，分子識別部分包括酶、抗體、抗原、微生物、細胞、組織等生物活性物質，轉換器包括氧電極、光敏管、場效應管等。生物傳感器技術依靠的是生物質敏感程度轉換為電信號，進而體現環境污染程度。生物傳感器技術具有專一性強、分析速度快、準確度高等優勢[5]。目前應用較多的生物傳感器有胞傳感器、DNA傳感器以及免疫傳感器等。而生物傳感器技術在水環境監測中的應用主要是BOD生物傳感器和微生物傳感器測定酚。BOD生物傳感器是依靠溶解氧的濃度來判定水質情況，該技術偏向于實驗室研究，不太適合現場監測。微生物傳感器測定酚是利用傳感器快速準確地測定焦化、煉油以及化工企業廢水中的酚，根據其測定結果，可以詳細了解相應區域的水質情況。此外，人們可以通過陰離子表面活性劑傳感器來測定生活污水中的污染物。

3 結語

水是重要的自然資源，珍惜水資源，是全社會共同的責任。為了有效保護水環境，人們需要加強對水環境的監測。隨著環保工作的不斷深入和環保要求的不斷提高，生物監測技術在環保工作中的應用越來越多，而且在水環境監測中有著更加重要的作用。同時，隨著計算機技術、圖像視頻捕捉及各種傳感器技術的發展，采用生物監測技術將會更加快捷、方便，而且對水體污染物毒性的監測也會越來越準確。在不斷提高環境監測技術水平的同時，人們要讓全社會形成保護環境的良好氛圍，從而讓水環境監測工作更有意義和價值。