生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的運用

白一力

摘? 要：生物監(jiān)測方法在傳統(tǒng)的水環(huán)境物理、化學(xué)監(jiān)測方法基礎(chǔ)上，能夠充分利用生物習(xí)性，更加全面、科學(xué)、環(huán)保地開展水環(huán)境監(jiān)測工作和水環(huán)境質(zhì)量評價，促進水環(huán)境質(zhì)量的改善。該文簡單地概述了我國現(xiàn)代水生物監(jiān)測技術(shù)，重點闡述了水生物監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)勢與其特點，對生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用與運用做出了一定的探討和分析。

關(guān)鍵詞：生物監(jiān)測? 技術(shù)? 水環(huán)境監(jiān)測? 運用

中圖分類號：X835? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2021）03（c）-0101-03

Application of Biological Monitoring Technology in Water Environment Monitoring

BAI Yili

（Chongqing Ecological Environment Monitoring Center， Chongqing， 401147? China）

Abstract： Based on the traditional water environment physical and chemical monitoring methods， biological monitoring methods can make full use of biological habits， carry out water environment monitoring and water environment quality evaluation more comprehensively， scientifically and environmentally， and promote the improvement of water environment quality. This paper briefly summarizes the modern water biological monitoring technology in China， focuses on the advantages and characteristics of water biological monitoring technology， and makes a certain discussion and analysis on the application and application of biological monitoring technology in water environment monitoring.

Key Words： Biological monitoring; Technology; Water environment monitoring; Application

現(xiàn)階段，我國水污染主要是工業(yè)廢水、生產(chǎn)污水以及農(nóng)業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、城市地區(qū)的面源性污染等引起的。借助于微生物在不同的水質(zhì)條件中的不同變異，促使了生物監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用和誕生，因其在很大程度上反映了水環(huán)境質(zhì)量的真實狀態(tài)，可以為水環(huán)境治理工作提供重要參考。

1? 生物監(jiān)測技術(shù)原理

天然水域中存在的微生物之間都處于一個微妙的平衡狀態(tài)，若水體一旦被污染破壞，微生物之間的平衡將被破壞，則會產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)變化，從而來判斷其污染的種類以及其所造成的污染程度，使相關(guān)研究人員可以用不同的方式去分析判斷與其相關(guān)的環(huán)境污染問題。我國當(dāng)前的生物監(jiān)測的主要手段一般是理化監(jiān)測，通過理化監(jiān)測，大量的數(shù)據(jù)資料被采集并作為環(huán)境污染和評估的重要依據(jù)，但是這類的監(jiān)測技術(shù)通常都是短期的且不可持續(xù)的。生物監(jiān)測技術(shù)能夠充分地利用生物在環(huán)境中的影響及其變動，所收集到的數(shù)據(jù)和信息可以進行各種多元化的計算和測量，從而使研究人員可以直接得到新的監(jiān)測結(jié)果。

2? 生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的技術(shù)優(yōu)勢

生物監(jiān)測技術(shù)經(jīng)歷了一定的發(fā)展周期，之所以能夠得到廣泛的應(yīng)用，還是因為該技術(shù)同傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)相比，具有很多的優(yōu)越性，可以細分為以下幾項優(yōu)勢。

2.1 監(jiān)測效率高

對于一些外源性物質(zhì)的影響和變化，該技術(shù)也能及時進行監(jiān)測，與傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)相比，監(jiān)測水平大大提高[1]。

2.2 監(jiān)測綜合性強

結(jié)合水環(huán)境的實際發(fā)展來看，如果水環(huán)境出現(xiàn)了污染，那么污染物可能遠不止一種，可能會存在多個污染物。這些污染物之間相互混合，會產(chǎn)生一定的協(xié)同作用，如果無法進行監(jiān)測和把握，會對水環(huán)境造成長期的污染。應(yīng)用生物監(jiān)測技術(shù)將會很大程度上改善這種情況，因為該技術(shù)的監(jiān)測綜合性比較強[2]。

2.3 監(jiān)測成本低

監(jiān)測成本也是影響監(jiān)測工作的主要因素，傳統(tǒng)的監(jiān)測手段需要耗費大量的資源，對于推進監(jiān)測行業(yè)的長遠發(fā)展非常不利。生物監(jiān)測的成本得到了極大的降低，對于相關(guān)設(shè)備的維護成本也比較低。

2.4 監(jiān)測預(yù)見性強

較強的預(yù)見性也有助于促進生物監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用。因為傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)反應(yīng)周期比較長，在發(fā)現(xiàn)問題時往往已經(jīng)造成了污染，生物監(jiān)測技術(shù)能在人類感受到之前進行環(huán)境問題的預(yù)見。生物監(jiān)測技術(shù)相較于傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)來說，對于外界的污染更加敏感，尤其是在水環(huán)境當(dāng)中，本身水源就有自身凈化的特點，而污染進入其中往往是慢性污染，常規(guī)監(jiān)測不能完全覆蓋和響應(yīng)，而生物監(jiān)測技術(shù)則可以很敏感地預(yù)見這些慢性污染。

2.5 能夠全面了解生物與水源的關(guān)系

傳統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)不能夠全面了解水污染對不同生物間的綜合影響，因為水環(huán)境的污染不可能只是一種單純的污染物，多種污染物會對水生物產(chǎn)生混合影響。考慮到水下生物也存在多樣性，那么這些生物之間肯定會發(fā)生協(xié)同作用，從而不斷加深污染對于水源的侵害。傳統(tǒng)的物理技術(shù)不能夠監(jiān)測多樣效應(yīng)，而且水質(zhì)的好壞與生物因素之間息息相關(guān)，單純監(jiān)測水源污染不能反映出生物活性，而生物監(jiān)測技術(shù)可以從微生物的生活情況來反映水資源污染程度，可以體現(xiàn)水下生物環(huán)境。

3? 在水環(huán)境監(jiān)測中運用的常見生物監(jiān)測技術(shù)

3.1 生物群落監(jiān)測技術(shù)

3.1.1 微生物群落監(jiān)測技術(shù)

大量的生物生活在水環(huán)境中，這些微生物在水環(huán)境中的數(shù)目和頻率可以體現(xiàn)這一位置的水環(huán)境質(zhì)量，這導(dǎo)致了微生物群落監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展。微生物群落監(jiān)測主要依靠自然環(huán)境中的群落結(jié)構(gòu)信息來評估環(huán)境并預(yù)先預(yù)測可能的變化。該方法的關(guān)鍵在于收集水樣并通過結(jié)合數(shù)學(xué)計算方法來分析和確定水環(huán)境中微生物特定分布的指數(shù)，從而判斷水環(huán)境受到污染程度。技術(shù)的進步和發(fā)展以及自然環(huán)境條件的優(yōu)化使得微生物群落監(jiān)測技術(shù)在現(xiàn)代社會中得到了不斷改善，監(jiān)測的指標(biāo)也越來越多樣，目前使用的評估指標(biāo)包括原物種和類型等，監(jiān)測精準(zhǔn)度、科學(xué)性獲得了一定提升[3]。

3.1.2 魚類群落監(jiān)測技術(shù)

魚類在進行水體營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)以及食物網(wǎng)絡(luò)中營養(yǎng)層次的結(jié)構(gòu)中起著重要作用。魚類的大量攝食可以影響浮游生物的種類及其群落組織結(jié)構(gòu)從而會影響到水質(zhì)，可通過對魚類群落監(jiān)測，結(jié)合穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)，追溯魚類進食有機碳來源，從側(cè)面探尋水體的健康情況。

3.2 生物行為反映監(jiān)測技術(shù)

該技術(shù)主要是基于生物的異常行為和舉動去推測出污染物的情況以及水中各種污染物安全濃度，從而迅速發(fā)出警報。監(jiān)測者利用觀察到的生物舉動和自身的生理變化來判斷污染嚴重的程度，一般使用最多的指示性生物是魚和水蚤。當(dāng)前已經(jīng)開發(fā)出智能水質(zhì)病害毒性監(jiān)視與檢測系統(tǒng)，能夠全天候通過監(jiān)視水質(zhì)毒性生物活動指標(biāo)并實時地分析它們的活動途徑，并做出回應(yīng)，及時地給出報告和預(yù)警。

3.3 發(fā)光細菌監(jiān)測技術(shù)

發(fā)光式在線細菌感染監(jiān)測已相對成熟，目前，在國內(nèi)生物監(jiān)測技術(shù)中較為熟練的一種細菌監(jiān)測技術(shù)，主要適用對象為水廠和城市居民飲用水中的飲用水源地，是其保障水質(zhì)的一項關(guān)鍵性監(jiān)測技術(shù)。如今，該監(jiān)測技術(shù)能夠有效地利用先進的水質(zhì)毒性檢測計算機來實時測定水質(zhì)，在3 h左右獲取相應(yīng)的水質(zhì)數(shù)據(jù)，具有很好的便捷性以及更加靈敏且檢測精準(zhǔn)度高的優(yōu)勢。

3.4 底棲動物和兩棲動物監(jiān)測技術(shù)

底棲動物和兩棲動物都是屬于一個自然界中相對特殊的生物，基于它們的指示性的特殊存在，來反映人類對水污染的嚴重程度。目前，該技術(shù)利用了兩棲動物身體的生理和行為發(fā)展變化，已廣泛應(yīng)用到對重金屬污染情況的評估中。另外，兩棲動物可能會在被農(nóng)藥嚴重污染的水體中產(chǎn)生一系列相應(yīng)的生理與行為改變，因此研究人員可以更加直觀、準(zhǔn)確地判斷這些水的污染程度[4]。

3.5 生物傳感監(jiān)測技術(shù)

該分子技術(shù)主要特點是基于依靠一種新型生物分子傳感器，它由生物分子可以識別和物質(zhì)轉(zhuǎn)化兩個部分共同工作組成，分子可以識別物質(zhì)包括轉(zhuǎn)化酶、抗體、微生物、細胞和其他各種具有一定生物活性的化學(xué)物質(zhì)，轉(zhuǎn)化器主要部件包括活性氧原子電極、光敏晶體管等。生物傳感器的應(yīng)用技術(shù)主要依靠將有機物和生物質(zhì)獲得信號直接轉(zhuǎn)化成作為有機無線電獲得信號的較高靈敏度，以傳達對環(huán)境的污染程度。生物傳感器技術(shù)的最大優(yōu)點之一是數(shù)據(jù)分析速度快、準(zhǔn)確性高[5]。

4? 生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的具體應(yīng)用

4.1 群落監(jiān)測在水環(huán)境監(jiān)測中的具體應(yīng)用

對水體生物群落之間進行的監(jiān)測就能夠很好地掌握該類型的生物群落所處的生態(tài)系統(tǒng)之中的整體環(huán)境狀況，了解它們受到的污染程度，從而開始實施更加有針對性地進行環(huán)境管理。通常意義上，群落監(jiān)控主要包含兩個基本方面的內(nèi)容：一是對各類水環(huán)境狀況進行綜合評價;二是科學(xué)規(guī)劃和制定流域發(fā)展戰(zhàn)略。

4.1.1 水環(huán)境評價

水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)在水環(huán)境監(jiān)測中主要體現(xiàn)在能夠?qū)λ虻目傮w狀態(tài)和水質(zhì)情況做出監(jiān)測，能夠通過各類水生物群落和各類水生物種群在不同水環(huán)境中的不同形態(tài)和生長狀況，全面了解不同水環(huán)境中水質(zhì)的變動情況以及水中各種礦物質(zhì)含量變動情況。了解到水環(huán)境中各類水質(zhì)發(fā)生變化的情況以及可能導(dǎo)致水質(zhì)發(fā)生改變的原因和根源方法，能夠有針對性地提出解決水環(huán)境問題的有效措施和對策，水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)能夠在對生物環(huán)境監(jiān)測的過程中發(fā)揮巨大的指標(biāo)和影響作用，還可以對環(huán)境的防護和治理發(fā)揮實時監(jiān)測和觀察的作用[6]。

4.1.2 水域宏觀規(guī)劃

采用環(huán)境生物化學(xué)監(jiān)測全面地分析掌握不同整體水環(huán)境實際的治理情況以后，針對各種整體水環(huán)境實際治理情況，能夠從環(huán)境生物的科學(xué)視角，利用各種環(huán)境生物學(xué)的基本規(guī)律性質(zhì)來進行各種水環(huán)境整體綜合治理、修復(fù)和改善建設(shè)工程計劃。特別是針對當(dāng)前大型水庫和長江流域支流富營養(yǎng)化嚴重的問題，可依據(jù)水生物監(jiān)測技術(shù)來制定流域水生態(tài)評價體系和保護規(guī)劃，提升流域水環(huán)境質(zhì)量。

4.2 生物測試的應(yīng)用

各種微生物監(jiān)測手段主要包括兩個方面的內(nèi)容：一是監(jiān)測水中不同類型的植物營養(yǎng)素和動植物的生長因子對環(huán)境產(chǎn)生的影響;二是識別被不同嚴重程度的污染源破壞的水質(zhì)及其對不同微生物產(chǎn)生的毒害。在當(dāng)前的各類微型動物的測試工作過程中，通常都是對各類微型動物的群落或者微型動物種群等資料進行一個整體性的監(jiān)測，而不是單一地監(jiān)測某一類微型動物個體。當(dāng)前使用比較廣泛的新型生物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用主要包括生物傳感器及其通過新型生物監(jiān)測而設(shè)計制定的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)[7]。

4.2.1 生物傳感器

傳感器系統(tǒng)作為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域最流行的技術(shù)，在生物監(jiān)測技術(shù)中也具有很高的應(yīng)用價值。生物傳感器技術(shù)根據(jù)特定規(guī)律，通過內(nèi)置芯片和特定技術(shù)，將生物傳感器檢測和感知到的各種生物信號直接轉(zhuǎn)化為計算機能夠自動識別生物信號，從而進行人工操作和分析，做出更好的分析和評價，從而解決我國普遍存在的環(huán)境污染問題。

4.2.2 制定環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前的生物監(jiān)測技術(shù)也可以應(yīng)用到制定相關(guān)的環(huán)境質(zhì)量等標(biāo)準(zhǔn)。針對不同類型的微生物和科學(xué)技術(shù)需要進行水環(huán)境的監(jiān)測，要掌握不同類型微生物繁殖和棲息的最佳環(huán)境，就要全面掌握不同類型水環(huán)境對不同微生物和個體種群發(fā)育和生長的影響。根據(jù)這些指標(biāo)，制定相應(yīng)的水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，不僅可以反映人民群眾對環(huán)境改善的獲得感程度，還能進一步表現(xiàn)飲用水水質(zhì)質(zhì)量，降低事關(guān)民生的環(huán)境風(fēng)險[8]。

5? 結(jié)語

生物監(jiān)測技術(shù)目前在水環(huán)境保護中的應(yīng)用前景十分廣泛，其監(jiān)測系統(tǒng)操作簡單方便、成本相對較低，且監(jiān)測效果良好、準(zhǔn)確性高，在水環(huán)境保護中其監(jiān)測系統(tǒng)可以通過各種信息技術(shù)直接實現(xiàn)水下環(huán)境的有效監(jiān)測，為城市居民日常生活和企業(yè)的生產(chǎn)飲用水、自然資源水環(huán)境保護提供了基礎(chǔ)，對于發(fā)現(xiàn)和預(yù)防水污染、改善流域水環(huán)境質(zhì)量具有十分重要的意義和指導(dǎo)作用。

參考文獻

[1] 張東.生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的運用探索[J].科學(xué)與信息化，2021（7）：32，34.

[2] 海濤.水環(huán)境監(jiān)測中生物監(jiān)測技術(shù)的運用[J].環(huán)球市場，2020（29）：385.

[3] 張鴿，李駿，紀海婷，等.生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的運用探索[J].環(huán)境與發(fā)展，2020，32（8）：170，172.

[4] 龐思遠.基于WSN的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究[D].沈陽理工大學(xué)，2020.

[5] 李燕.水環(huán)境監(jiān)測中生物監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用[J].節(jié)能與環(huán)保，2021（3）：92-93.

[6] 岳瀟.水環(huán)境污染檢測中生物監(jiān)測的運用[J].裝飾裝修天地，2021（2）：191.

[7] 方衛(wèi)強.智能水環(huán)境監(jiān)測裝置電路優(yōu)化設(shè)計研究[D].青海師范大學(xué)，2020.

[8] 趙霞.水環(huán)境污染生物監(jiān)測技術(shù)的運用研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2018（25）：155.