水環(huán)境生物監(jiān)測的發(fā)展方向與核心技術(shù)

摘要：在水環(huán)境監(jiān)測中，生物監(jiān)測的應(yīng)用可明確環(huán)境脅迫效應(yīng)，為水環(huán)境管理提供全面參考資料，有助于水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的改善。基于此，文章將水環(huán)境生物監(jiān)測為研究對象，從生物監(jiān)測現(xiàn)狀入手，分析其發(fā)展方向，并結(jié)合水環(huán)境生物監(jiān)測工作實踐，論述其核心技術(shù)，為水環(huán)境生物監(jiān)測的合理應(yīng)用提供幫助。

關(guān)鍵詞：水環(huán)境;生物監(jiān)測;發(fā)展方向;核心技術(shù)

中圖分類號：X835 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）12-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.12.038

Development direction and core technology of water environment biological monitoring

Ji Yexin

（Shanghai Chongming Environmental Monitoring Station，Shanghai 202150，China）

Abstract：In water environment monitoring，the application of biological monitoring can clarify the environmental stress effect，provide comprehensive reference for water environment management，and contribute to the improvement of water environment ecosystem.Based on this，this paper takes water environment biological monitoring as the research object，starts with the current situation of water environment biological monitoring，analyzes its development direction，and discusses its core technology in combination with the work practice of water environment biological monitoring，so as to provide help for the rational application of water environment biological monitoring.

Key words：Water environment;Biological monitoring;Development direction;Core technology

在生態(tài)文明建設(shè)深化推進背景下，水環(huán)境管理要求增多，在原本水質(zhì)達標(biāo)的基礎(chǔ)上，要求水環(huán)境保持生態(tài)健康。為實現(xiàn)該目標(biāo)，環(huán)境監(jiān)測人員應(yīng)采取生物監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)水環(huán)境的生態(tài)管理。但和水質(zhì)理化監(jiān)測技術(shù)相比，生物監(jiān)測技術(shù)仍存在一定不足，需明確其未來發(fā)展方向，大力推廣核心技術(shù)。

1 水環(huán)境生物監(jiān)測的發(fā)展方向

1.1 水環(huán)境生物監(jiān)測現(xiàn)狀

在水環(huán)境生物監(jiān)測中，監(jiān)測項目包括水生生物群落、微生物衛(wèi)生學(xué)、生態(tài)毒理、環(huán)境毒理、生物殘毒與生物標(biāo)志物等，監(jiān)測項目較多，監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)比較復(fù)雜，對監(jiān)測人員的專業(yè)水平要求較高。在此基礎(chǔ)上，水環(huán)境生物監(jiān)測存在一定困難，主要體現(xiàn)在以下幾點：

1.1.1 缺乏重視

因傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測以理化指標(biāo)為主，在生態(tài)發(fā)展的當(dāng)下，部分監(jiān)測人員缺乏對生物監(jiān)測的重視，仍將生物指標(biāo)看作是輔助理化監(jiān)測的內(nèi)容，且在生物監(jiān)測中，監(jiān)測內(nèi)容均圍繞水環(huán)境污染，并未覆蓋水環(huán)境管理的生物完整性、生態(tài)系統(tǒng)等內(nèi)容。

1.1.2 生物監(jiān)測體系不完善

雖然我國已頒布多項與環(huán)境生物監(jiān)測相關(guān)的政策法規(guī)，但在實際應(yīng)用中，并未構(gòu)建完善生物監(jiān)測體系，如物種分類存在盲區(qū)、QA/QC力度偏低等，不能為環(huán)境管理提供有效幫助[1]。同時，在生態(tài)文明建設(shè)背景下，水環(huán)境管理內(nèi)容更為多元，需生物監(jiān)測提供支持，但因不完善的生物監(jiān)測體系，相關(guān)監(jiān)測技術(shù)并未滿足管理需求。

1.2 發(fā)展方向與建議

結(jié)合水環(huán)境生物監(jiān)測現(xiàn)狀，其未來發(fā)展方向應(yīng)涵蓋以下內(nèi)容：

1.2.1 提高對生物指標(biāo)的重視

環(huán)境監(jiān)測從業(yè)者應(yīng)認(rèn)識到生物指標(biāo)的重要性，明確生物指標(biāo)能夠準(zhǔn)確呈現(xiàn)環(huán)境真實、客觀狀況，結(jié)合水環(huán)境管理需求，制定針對性生物學(xué)目標(biāo)，將生物監(jiān)測上升至頂層設(shè)計高度，提高生物監(jiān)測的法律地位，將水環(huán)境管理從傳統(tǒng)的污染物管理發(fā)展為生態(tài)目標(biāo)管理，在監(jiān)測水環(huán)境污染物指標(biāo)的同時，進行生態(tài)系統(tǒng)、環(huán)境脅迫效應(yīng)、生物完整性等指標(biāo)的分析，豐富水環(huán)境生物監(jiān)測的理論，為體系與技術(shù)創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。

1.2.2 構(gòu)建完善生物監(jiān)測體系

監(jiān)測人員應(yīng)將監(jiān)測問題、監(jiān)測發(fā)展趨勢為導(dǎo)向，完善生物監(jiān)測指標(biāo)體系，創(chuàng)新生物監(jiān)測技術(shù)，完善QA/QC等傳統(tǒng)技術(shù)，引進快速監(jiān)測、生物傳感器等新技術(shù)，結(jié)合水環(huán)境管理需求，開展針對性生物監(jiān)測[2]。細化來說，對于總量管理，生物監(jiān)測應(yīng)為管理者提供減排措施、生態(tài)效應(yīng)等信息，評估污染物減排措施的應(yīng)用效果;對于流域管理，生物監(jiān)測應(yīng)為管理者提供水體生態(tài)特征數(shù)值，呈現(xiàn)更全面科學(xué)的水生態(tài)信息，便于生態(tài)功能分區(qū);對于風(fēng)險管理，生物監(jiān)測應(yīng)為管理者提供生物毒性、生物群落演替相關(guān)信息，保障應(yīng)急事件的及時響應(yīng)及短期、中期、長期預(yù)警，有效控制水環(huán)境污染風(fēng)險，構(gòu)建良好水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng);對于生態(tài)管理，生物監(jiān)測應(yīng)為管理者提供各類生物學(xué)指標(biāo)，便于管理者構(gòu)建水環(huán)境生態(tài)指標(biāo)體系，為水環(huán)境生物監(jiān)測提供幫助。

2 水環(huán)境生物監(jiān)測的核心技術(shù)

在明確水環(huán)境生物監(jiān)測發(fā)展方向的基礎(chǔ)上，監(jiān)測人員應(yīng)掌握生物監(jiān)測的核心技術(shù)，切實發(fā)揮生物監(jiān)測的重要作用，為水環(huán)境管理提供全面、真實的信息，提高水環(huán)境管理水平，推動水生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展。就目前水環(huán)境生物監(jiān)測工作而言，核心技術(shù)包括以下幾項：

2.1 水生生物監(jiān)測技術(shù)

就生物學(xué)角度而言，因生長條件與周期等因素差異，不同水生生物在時間和空間上的分布不同，使其具備分布不均勻特征。在此基礎(chǔ)上，監(jiān)測人員不可利用傳統(tǒng)理化監(jiān)測理念開展生物監(jiān)測，應(yīng)明確生物監(jiān)測核心領(lǐng)域，應(yīng)用針對性監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)水生生物的精準(zhǔn)監(jiān)測。

以生物群落監(jiān)測為例，結(jié)合監(jiān)測工作提出的點位布設(shè)、不同生物的差異化采樣、樣品質(zhì)量保障等要求，監(jiān)測人員可引進流式細胞術(shù)，進行生物群落的在線監(jiān)測，實現(xiàn)生物識別、計數(shù)及生物量研究等功能。在實際監(jiān)測中，監(jiān)測人員可利用流式細胞儀進行水環(huán)境浮游生物種類的鑒定，實時掌握區(qū)域水環(huán)境的種群變化，對于特殊區(qū)域，可設(shè)定監(jiān)測閾值，進行水華預(yù)警，實現(xiàn)水環(huán)境的智能化管理。目前水環(huán)境生物監(jiān)測常用的流式細胞儀包括FlowCAM流式細胞攝像系統(tǒng)、CytoSub水下浮游植物在線監(jiān)測流式細胞儀等，但這類設(shè)備投入成本較高，行業(yè)工作者應(yīng)加強研發(fā)，結(jié)合我國水環(huán)境特點，開發(fā)出適用于我國水環(huán)境生物監(jiān)測的流式細胞儀，提高水環(huán)境生物監(jiān)測水平。

2.2 生物完整性監(jiān)測技術(shù)

因我國各地區(qū)地理條件不同，水環(huán)境差異較大，不能實施統(tǒng)一生物評價標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境監(jiān)測人員在開展生物完整性監(jiān)測時，應(yīng)結(jié)合地區(qū)特點，構(gòu)建針對性水環(huán)境生物評價標(biāo)準(zhǔn)，評估區(qū)域水環(huán)境生物完整性。通常來說，生物完整性用IBI指數(shù)表示，該指標(biāo)具備綜合性特征，包括兩項含義，其一是不同生物類群同一指標(biāo)的總和;其二是同個生物類群內(nèi)不同指標(biāo)的總和，可有效體現(xiàn)區(qū)域水環(huán)境生物的狀況，為水環(huán)境管理提供參考資料。

同時，在開展生物完整性監(jiān)測前，監(jiān)測人員應(yīng)做好以下四項工作：（1）合理選擇參考點位，保障IBI指數(shù)計算的合理性;（2）對初選指標(biāo)進行冗余度分析，確保生物類群指標(biāo)具備獨立性，避免IBI指數(shù)的計算存在偏差;（3）分析人類干擾梯度，保障IBI指數(shù)計算的準(zhǔn)確性，使監(jiān)測結(jié)果更具說服力;（4）分析備選指標(biāo)關(guān)聯(lián)性，保障指標(biāo)選取的合理性，使其更貼合生態(tài)分區(qū)特征，保障IBI指數(shù)的科學(xué)性[3]。

2.3 綜合毒性監(jiān)測技術(shù)

監(jiān)測人員可借鑒EPA毒性指標(biāo)、毒性削減評價TRE等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合我國水環(huán)境特點，明確水環(huán)境生物監(jiān)測的綜合毒性指標(biāo)，對于不同受試生物，采用不同生物監(jiān)測技術(shù)。目前常用的綜合毒性監(jiān)測技術(shù)有以下幾種：

2.3.1 發(fā)光細菌監(jiān)測技術(shù)

監(jiān)測人員可利用費氏弧菌等發(fā)光細菌在不同水環(huán)境的發(fā)光強度變化，評估水環(huán)境中急性生物的毒性。該生物監(jiān)測技術(shù)具有精度高、監(jiān)測便捷、適用范圍廣等優(yōu)勢，將其與現(xiàn)代光電監(jiān)測技術(shù)、智能控制系統(tǒng)配合應(yīng)用，可研發(fā)水質(zhì)綜合毒性智能監(jiān)測系統(tǒng)，縮短發(fā)光細菌監(jiān)測時間，在半小時內(nèi)即可獲得監(jiān)測結(jié)果，有助于水環(huán)境管理效率與質(zhì)量的提升。

2.3.2 硝化細菌監(jiān)測技術(shù)

在不同水環(huán)境下，硝化細菌的呼吸或代謝速率有所不同，監(jiān)測人員可利用該原理進行綜合毒性監(jiān)測。目前硝化細菌監(jiān)測技術(shù)原理分為兩類，其一，針對硝化細菌在有毒環(huán)境和無毒環(huán)境下對氨根的不同利用程度，獲得水環(huán)境的綜合毒性指標(biāo);其二，針對硝化細菌在水環(huán)境內(nèi)的溶解氧消耗量，獲得綜合毒性指標(biāo)。溶解氧量越少，毒性越強。在綜合毒性監(jiān)測中，硝化細菌監(jiān)測技術(shù)的靈敏度較高，監(jiān)測速度快，可在3-15min內(nèi)完成監(jiān)測。

2.3.3 活性污泥監(jiān)測技術(shù)

該監(jiān)測技術(shù)與硝化細菌監(jiān)測技術(shù)原理類似，可通過活性污泥在水環(huán)境內(nèi)的溶解氧消耗量，獲得綜合毒性指標(biāo)。但因活性污泥的組成相對復(fù)雜，本身含有一定量的有毒有害物質(zhì)，該方法不適用于生活飲用水或污染較小的水源監(jiān)測，在重度污染水環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用較為廣泛。

2.4 微生物衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)監(jiān)測技術(shù)

在水環(huán)境生物監(jiān)測中，微生物衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)通常用于水源或生活飲用水的生物監(jiān)測，評估其是否滿足安全飲用水要求。基于微生物學(xué)性狀及食品安全要求，微生物衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)包括細菌總數(shù)、大腸菌群及致病菌。其中，細菌總數(shù)是指將1mL水樣接種于普通營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基中，于36℃溫度培養(yǎng)48h，監(jiān)測其生長的細菌菌落數(shù)量;糞大腸菌群是大腸菌群其中的一個指標(biāo)，可通過多管發(fā)酵法、酶底物法或紙片法等方法來監(jiān)測糞大腸菌群，將監(jiān)測數(shù)值與相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值進行對比，評估水源及生活飲用水的微生物衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)是否合理。

另外，在水環(huán)境生物監(jiān)測中，監(jiān)測人員也可利用指示生物，評估水環(huán)境的生態(tài)狀況，提高水環(huán)境評價的準(zhǔn)確性，使水環(huán)境管理更具針對性及科學(xué)性。在利用指示生物開展水環(huán)境生物監(jiān)測時，指示生物及監(jiān)測點的選擇為重點。

3 結(jié)論

在水環(huán)境生物監(jiān)測發(fā)展中，應(yīng)提高對生物監(jiān)測的重視，構(gòu)建完善生物監(jiān)測體系;在水環(huán)境生物監(jiān)測實踐中，監(jiān)測人員應(yīng)結(jié)合監(jiān)測要求，選擇合適的監(jiān)測技術(shù)，進行水生生物監(jiān)測、生物完整性監(jiān)測、綜合毒性監(jiān)測及微生物衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)監(jiān)測，為水環(huán)境管理提供有效參考，實現(xiàn)良好水生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)。

參考文獻

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收稿日期：2020-10-01

作者簡介：季曄鑫（1986-），女，漢族，本科學(xué)歷，工程師，研究方向為環(huán)境監(jiān)測。