生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用及研究

曹立強(qiáng)

(河北省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,河北 石家莊 050000)

一、生物監(jiān)測原理

生物監(jiān)測是通過生物物種或個體對環(huán)境變化的響應(yīng)來監(jiān)測和評估環(huán)境污染。生物監(jiān)測原理主要有兩方面：毒理學(xué)方法和生態(tài)學(xué)方法,生物監(jiān)測方法比傳統(tǒng)的物理和化學(xué)測試方法具有更高的安全性和實用性。同時,生物監(jiān)測方法也是物理和化學(xué)方法的重要補(bǔ)充和發(fā)展,在環(huán)境監(jiān)測和評價中發(fā)揮著非常重要的作用。其中,通過生物檢測方法中的毒理學(xué)預(yù)防來測量某種有毒物質(zhì)在環(huán)境中的毒性,并且還可以分析各種污染物的綜合毒性。從監(jiān)測結(jié)果上來說能夠?qū)ξ廴疚锏南嚓P(guān)情況進(jìn)行全面準(zhǔn)確地反映,并將環(huán)境的長期污染狀況用數(shù)據(jù)真實的反映出來。生物測定方法在綜合環(huán)境評價中具有非常明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。此外,生物檢測技術(shù)具有很強(qiáng)的預(yù)測功能,在環(huán)境預(yù)測中起著非常重要的作用。從目前的應(yīng)用情況上來說生物監(jiān)測技術(shù)主要是對對現(xiàn)階段生態(tài)系統(tǒng)中還沒有被污染物所危害的地區(qū)進(jìn)行監(jiān)測,盡可能預(yù)測和測試,以避免污染,并確保生態(tài)環(huán)境的平衡。

二、生物檢測技術(shù)在水環(huán)境中的應(yīng)用

（一）微生物群落檢測法

這是早期的一種檢測方法，可以有效檢測到水中的一些微生物和生物變化，真菌、生物、藻類等出現(xiàn)頻率和數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計，進(jìn)而得知它們的分布，再利用有效的統(tǒng)計與計算，得知水污染的程度。現(xiàn)階段，已經(jīng)有了較大變化，在如今科技不斷提升的情況下，微生物群落檢測法結(jié)合多種現(xiàn)代科技以及化學(xué)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行評定檢測。現(xiàn)階段的生物群落監(jiān)測法具有較好的適用性，有專業(yè)人士曾用微生物群落檢測法對某地區(qū)的工業(yè)廢水做出檢測，對工業(yè)廢水中的毒性作出評價，進(jìn)而得知，工業(yè)廢水中毒素對生物群落有很大的影響。這種工業(yè)廢水長期排放的話，會使水環(huán)境的效應(yīng)濃度不斷提高，會使得生物群落群數(shù)不斷下降，進(jìn)而導(dǎo)致生物的大量死亡?，F(xiàn)階段，微生物群落檢測法有至關(guān)重要的作用，可以通過該檢測方法，檢測出群落的參數(shù)，再利用計算機(jī)進(jìn)行有效分析，進(jìn)而得知生物受到水質(zhì)的影響。

（二）生物監(jiān)測技術(shù)在兩棲動物的應(yīng)用

眾說周知，兩棲動物生活史周期和生理學(xué)特性比較獨特。因此生物監(jiān)測技術(shù)在兩棲動物身上得到較為廣泛的應(yīng)用。一般來說，成體主要生活在接近水的陸地，一方面能有效監(jiān)測水體污染情況，另一方面還有發(fā)揮監(jiān)測陸地污染的作用。監(jiān)測工作人員在水環(huán)境監(jiān)測中主要使用青蛙和蝌蚪等兩棲動物。上述這兩種兩棲動物的皮膚具有較好的滲透性，它們主要通過皮膚來完成呼吸作用，蝌蚪食用水域中的腐殖質(zhì)物質(zhì)，當(dāng)然腐殖質(zhì)物質(zhì)也是魚類的一種餌料。一般來說，水中的浮游生物主要是被小青蛙食用的，成體青蛙主要以昆蟲為食。實踐證明，一旦蝌蚪接觸到了污染物，那么蝌蚪的進(jìn)食或是在水環(huán)境的分布量就會大大減少。特別是在規(guī)避有毒物質(zhì)方面，有著非常顯著的監(jiān)測效果。監(jiān)測工作人員利用生物間的聯(lián)級反應(yīng)，能進(jìn)一步實現(xiàn)監(jiān)測的目的。受多種因素的影響，生物監(jiān)測技術(shù)在兩棲動物方面的應(yīng)用起步比較晚。目前主要應(yīng)用在一些較為嚴(yán)重的水環(huán)境監(jiān)測中，如農(nóng)藥以及重金屬污染的監(jiān)測中。

（三）生物行為反應(yīng)監(jiān)測法

生物行為反應(yīng)監(jiān)測法可以對污染水環(huán)境下,微生物的自我保護(hù)行為進(jìn)行觀察,從而更加真實的反應(yīng)出水環(huán)境的污染程度,近些年越來越的專家學(xué)者推崇使用生物行為反應(yīng)監(jiān)測法這種生物監(jiān)測技術(shù)。一般情況下,所選中的監(jiān)測對象主要是是魚類、水蚤和軟體動物,其中斑馬魚由于對水質(zhì)變化感知最為靈敏,若是處于污染的水質(zhì)中,斑馬魚很快就會出現(xiàn)異常行為,此外斑馬魚的基因與人類的基因極為相似,因此通過觀察斑馬魚的反應(yīng),也可以借此推及到人類身上,從而了解該污染水質(zhì)環(huán)境,對人體的破壞和影響,鑒于此,斑馬魚常被應(yīng)用到生物行為反應(yīng)監(jiān)測中。

（四）高等水生植物

高等水生植物是指長期生活在多水的環(huán)境中，并且能生長、蔓延、繁殖的植物，包括荷花、水蔥等挺水植物，芡實、王蓮等浮葉植物，水葫蘆等漂浮植物和金魚藻、眼子菜等沉水植物。高等水生植物一般生長在淺水湖泊或水庫沿岸，能為魚類提供產(chǎn)卵場所，也能為水鳥、昆蟲等提供食物來源和棲息場所，除此之外，還在凈化水質(zhì)和維護(hù)生態(tài)平衡方面發(fā)揮著重要作用。但高等水生植物過度生長會消耗大量的營養(yǎng)物質(zhì)，遮蔽陽光，妨礙通風(fēng)等，影響浮游生物的繁衍，同時也會不同程度地影響水體的溫度和溶解氧水平。

研究表明，在河口生態(tài)系統(tǒng)中，海菖蒲具有從沉積物中吸收重金屬As、Cd、Cu、Hg和Pb的能力，吸收量與沉積物中重金屬濃度呈正相關(guān)，適合作為河口的生物監(jiān)測器。黃花水龍是生長在淺水域的多年生浮葉植物，由于其具備對親脂性有機(jī)農(nóng)藥的高生物積累能力，通過計算其生物富集因子(bioconcentrationfactor,BCF)和生物沉積物富集因子(biota-sediment accumulationfactors,BSAF)可用于水環(huán)境的生物監(jiān)測。

（五）SOS顯色法的應(yīng)用

SOS顯色法是一種遺傳毒性監(jiān)測方法,早在20世紀(jì)80年代就開始應(yīng)用。這種方法是對有毒微生物的DNA進(jìn)行嚴(yán)重的破壞,限制生物的正確復(fù)制。比如大腸桿菌在DNA分子被破壞的情況下會發(fā)生錯誤修復(fù)反應(yīng),我們稱之為SOS應(yīng)答。這種方法應(yīng)用簡單,反應(yīng)快速,監(jiān)測效率高。而且靈敏度很高,相較于其它方法監(jiān)測數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確,可信度高。

（六）發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)

細(xì)菌檢測技術(shù)是生物監(jiān)測技術(shù)中比較成熟的技術(shù)之一,主要用于檢測生活水源。比如說自來水廠的水環(huán)境,對于人民生活、生產(chǎn)用水安全性起到非常大的保障作用。發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)主要以細(xì)胞的發(fā)光特性和污染物的遺傳毒性為主要參考依據(jù),將其與生物毒性探測器,水毒性探測器和其他用于監(jiān)測目的的設(shè)備相結(jié)合。發(fā)光細(xì)菌檢測技術(shù)監(jiān)測非常迅速、快捷,相比較其他監(jiān)測技術(shù)來說檢測速度具有非常大的優(yōu)勢性,最快能夠在三個小時之內(nèi)就能夠得到檢測結(jié)果,它具有非常高的靈敏度,非常方便,操作快捷。

結(jié)論：

綜上所述，生物監(jiān)測技術(shù)可以在很大程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)測手段中存在的不足，進(jìn)一步完善水環(huán)境監(jiān)測工作。監(jiān)測工作人員在水環(huán)境監(jiān)測中需要將傳統(tǒng)監(jiān)測方式和生物監(jiān)測方式有機(jī)結(jié)合起來，全面監(jiān)測水環(huán)境中污染物，有效解決水污染問題。