試論生物監(jiān)測在水環(huán)境中的應(yīng)用及存在的問題

岳強(qiáng) 周旭(江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院 江蘇省環(huán)境工程重點實驗室，江蘇 南京 210036)

0 引言

我國是一個水資源豐富的國家，地表水系縱橫，地下水網(wǎng)交織，但同時我國還是一個水污染現(xiàn)象比較嚴(yán)重的國家，農(nóng)業(yè)污水、工業(yè)廢水、城市污水影響了我國的自然水體，這在很大程度上限制了我國的經(jīng)濟(jì)、民生發(fā)展。環(huán)境監(jiān)測是監(jiān)督水環(huán)境質(zhì)量、及早發(fā)現(xiàn)污染現(xiàn)象和污染源頭、監(jiān)控水污染治理進(jìn)度的重要環(huán)保工作，生物監(jiān)測是環(huán)境監(jiān)測中的一類技術(shù)，主要依靠細(xì)胞、微生物、動物的反應(yīng)來判斷環(huán)境中的污染物存在、濃度、發(fā)展趨勢，具有靈敏度高、反映全面、反映真實等優(yōu)勢，受到環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的普遍重視。

1 生物監(jiān)測概述

1.1 生物監(jiān)測概念

生物監(jiān)測利用的是自然界中生物的個體、種群對環(huán)境變化、其他生物變化所產(chǎn)生的反應(yīng)來判斷環(huán)境污染或環(huán)境質(zhì)量變化的一種監(jiān)測方式，生物監(jiān)測技術(shù)的切入點在于生物學(xué)。生物監(jiān)測通常包含兩個類型的技術(shù)，一個類型是因為環(huán)境中污染物的存在而使特定生物大面積生長或死亡，技術(shù)人員或設(shè)備根據(jù)生物的受影響程度監(jiān)測污染物種類、濃度、有害程度；另一個類型是因為環(huán)境中其他生物之間的平衡被打破而使特定生物大面積生長或死亡，技術(shù)人員根據(jù)生物的受影響程度來判斷水污染種類、程度。

1.2 生物監(jiān)測的優(yōu)勢

不同于物理、化學(xué)原理的監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備，生物反應(yīng)的變化速度稍慢，變化過程相對較長，這也為技術(shù)人員及設(shè)備捕捉生物變化瞬間、預(yù)測生物變化趨勢提供了更加充裕的時間，使生物監(jiān)測對環(huán)境變化的反映更加真實。生物監(jiān)測還能夠通過生物對低濃度、小毒性污染的富集和積累來對慢性長期污染進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測和判定，對環(huán)境變化的反映更加全面，有效填補(bǔ)物理、化學(xué)監(jiān)測的缺失。生物監(jiān)測的使用成本較低，細(xì)胞、微生物、動物并不需要定期投放，且能夠做大面積、連續(xù)的監(jiān)測實驗，對設(shè)備、儀表、器材的磨損程度較小。

2 常見的生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境中的應(yīng)用

2.1 細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)

細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)是生物監(jiān)測中的常見技術(shù)之一，發(fā)展程度也比較高，已經(jīng)被大面積應(yīng)用于生產(chǎn)、生活用水監(jiān)測中。發(fā)光細(xì)菌是細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)中的常用監(jiān)測工具，利用的是細(xì)胞的發(fā)光特性，能夠?qū)λh(huán)境中的急性毒性進(jìn)行測定。在正常環(huán)境和生理狀態(tài)下，發(fā)光細(xì)菌發(fā)出的是波長在450～490nm的藍(lán)綠色光，且發(fā)光強(qiáng)度穩(wěn)定；在有毒物存在的環(huán)境下，發(fā)光細(xì)菌的生理狀態(tài)受到影響，生存狀態(tài)不穩(wěn)定，發(fā)光同樣會受到抑制，且發(fā)光強(qiáng)度不穩(wěn)定。借助發(fā)光細(xì)菌，可以將水環(huán)境中的有毒物質(zhì)形成的影響用光度計測出，操作簡便，結(jié)果準(zhǔn)確，靈敏度高。常用的發(fā)光細(xì)菌是青海弧菌，這是一種淡水發(fā)光菌，非致病、不會引起二次污染，在凍干粉狀態(tài)下運輸、存儲安全。

2.2 微生物監(jiān)測技術(shù)

微生物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用的主要是細(xì)菌、原生物等微生物群落反應(yīng)來判斷水環(huán)境質(zhì)量的生物監(jiān)測技術(shù)。微生物監(jiān)測技術(shù)中常用的指標(biāo)是微生物的原種類型、鞭毛百分率、異養(yǎng)指數(shù)等，這些參數(shù)結(jié)合起來能夠有效反映出微生物群落的分布變化。在微生物領(lǐng)域內(nèi)，細(xì)菌、真菌、藻類、生物的數(shù)量分布和繁衍是有一定層級的，在水環(huán)境質(zhì)量下降的過程中，最先受到影響的往往是細(xì)菌、真菌，當(dāng)微生物群落數(shù)量大面積下降時，必然會引起藻類及生物的生存環(huán)境進(jìn)一步惡化，最終導(dǎo)致生物的大量死亡，因此，關(guān)注微生物群落的變化是生物監(jiān)測中比較重要的技術(shù)之一。

2.3 生物行為監(jiān)測技術(shù)

生物行為監(jiān)測技術(shù)是借助微生物、動物面對污染時的行為判斷環(huán)境質(zhì)量的一種監(jiān)測技術(shù)，水環(huán)境監(jiān)測中常用的就是微生物、魚類、底棲動物、兩棲動物，比如斑馬魚。斑馬魚是一種在淡水中生活的魚類，這種魚對于水環(huán)境質(zhì)量的變化十分敏感，且與人類在基因上具有較高的相似性，相似性高達(dá)87%，是一種十分適合用于水環(huán)境生物行為監(jiān)測的水生動物，經(jīng)過它們的行為可以判斷水環(huán)境是否適用于人體。斑馬魚能夠在1h之內(nèi)完成針對1000種水污染物質(zhì)的甄別，每次甄別的成本不足45元人民幣，相較于其他高成本的監(jiān)測設(shè)備和器材，斑馬魚能夠節(jié)約大量的環(huán)境監(jiān)測費用。目前，斑馬魚已經(jīng)被深圳多家水廠和香港水務(wù)署正式應(yīng)用，成為水質(zhì)監(jiān)測感應(yīng)體系的重要一環(huán)。其他的魚類、水藻等生物都有作為標(biāo)的生物的價值，比如：將魚群投放在水體中下游，并投放強(qiáng)光，若魚群始終沒有進(jìn)入上游，則說明污染可能已經(jīng)遍布上游，向中游甚至下游擴(kuò)散；又比如：短時間內(nèi)大量水藻的生長，說明水體中出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象，后續(xù)水體會很快呈現(xiàn)缺氧狀態(tài)，很快會出現(xiàn)大量的魚群死亡。

3 生物監(jiān)測在水環(huán)境中應(yīng)用存在的問題

3.1 生物監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)存在爭議

生物本身受到環(huán)境的影響較大，不同地區(qū)環(huán)境中生長的同一種生物在面對同一種污染物時的反應(yīng)并不完全一致，這與化學(xué)藥劑的反應(yīng)溫度條件、催化劑等條件的固定性不同，生物的反應(yīng)的理化條件、相關(guān)參數(shù)都存在一定的不確定性。部分環(huán)境領(lǐng)域的學(xué)者認(rèn)為應(yīng)用生物來監(jiān)測水環(huán)境質(zhì)量、監(jiān)測水環(huán)境是否達(dá)標(biāo)都是有價值的，但不同地區(qū)、環(huán)境下的生物監(jiān)測指標(biāo)是否能夠達(dá)成一致還有待商榷。若要使用生物監(jiān)測來判斷水環(huán)境、監(jiān)控水環(huán)境質(zhì)量，不僅要考慮到被監(jiān)測水體的特點和需求，還要考慮到生物的變異性、適用性，要考慮增加參與測試的樣本數(shù)量，這樣才能保證監(jiān)測的質(zhì)量、有效性。必要情況下，最好對參與生物監(jiān)測實驗的標(biāo)的生物進(jìn)行一定的馴化處理，使生物保持在相對理想的狀態(tài)，盡量調(diào)整標(biāo)的生物的耐受性，選用生長期一致的生物進(jìn)行生物監(jiān)測，這樣能夠有效降低生物監(jiān)測結(jié)果的異議。

3.2 生物監(jiān)測結(jié)果的實際應(yīng)用

生物監(jiān)測是一個長期的、定期的、定量與定性并存的監(jiān)測工作，并不推薦將生物監(jiān)測作為一個一次性的、不定期的、單純定量的監(jiān)測工具，這樣反而局限了生物監(jiān)測能夠發(fā)揮作用的空間，也偏離了環(huán)境監(jiān)測工作的初衷和目的。環(huán)境污染本身就是一個過程復(fù)雜、結(jié)果復(fù)雜、負(fù)面影響長久的東西，很多環(huán)境污染帶來的后果是現(xiàn)階段的理化監(jiān)測所挖掘不出來的，這些影響必須要通過生物監(jiān)測才能夠清晰呈現(xiàn)出來，才能夠讓人們引以為戒，針對這些隱藏的、長期的、慢性的毒副作用進(jìn)行處理和凈化。因此，無論是微生物群落也好，還是生物行為也罷，都應(yīng)當(dāng)被視為一個系統(tǒng)性的、連續(xù)性的、長期性的環(huán)境監(jiān)測工具，技術(shù)人員需要在長期連續(xù)監(jiān)測的結(jié)果中挖掘細(xì)節(jié)，由宏觀到微觀去探析污染物對生物體的威脅和影響，從而取得更加真實、全面、具體、有效的生物監(jiān)測結(jié)果，促進(jìn)我國生物監(jiān)測領(lǐng)域的發(fā)展，提高生物監(jiān)測對環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域發(fā)展的推動效果，為我國的水資源污染治理工作提供技術(shù)支持。

4 結(jié)語

目前，水環(huán)境污染問題已經(jīng)成為影響我國民生、經(jīng)濟(jì)、工業(yè)發(fā)展的嚴(yán)峻問題，而控制水環(huán)境污染、提高水環(huán)境質(zhì)量的基礎(chǔ)在于環(huán)境監(jiān)測，只有當(dāng)環(huán)境技術(shù)人員對環(huán)境有了足夠了解時，才能夠制定出科學(xué)、可行的計劃和方案，真正實現(xiàn)對水環(huán)境的保護(hù)。生物監(jiān)測目前在應(yīng)用上還存在一定的問題，但已經(jīng)取得了較大的成就，技術(shù)人員需要進(jìn)一步進(jìn)行研發(fā)試驗，進(jìn)一步提高靈敏度和適用范圍，以便發(fā)揮生物監(jiān)測更大的作用。