水環(huán)境的生物監(jiān)測(cè)方法及其應(yīng)用

郭 丹

（湖南省郴州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，湖南 郴州 423000)

當(dāng)前，保護(hù)水資源、改善水環(huán)境，已經(jīng)成為各國(guó)水利、環(huán)保部門迫在眉睫的工作。監(jiān)測(cè)是水環(huán)境管理的有效手段，其中，生物監(jiān)測(cè)主要是從生物學(xué)角度出發(fā)評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量狀況，可綜合反映水環(huán)境變化，及時(shí)、敏感預(yù)警環(huán)境污染事件，本文主要圍繞水環(huán)境生物監(jiān)測(cè)方法的應(yīng)用展開(kāi)詳細(xì)分析。

1 水環(huán)境監(jiān)測(cè)方法概述

水環(huán)境監(jiān)測(cè)是水資源保護(hù)的必要環(huán)節(jié)，常用的監(jiān)測(cè)技術(shù)包括：人工監(jiān)測(cè)、生物監(jiān)測(cè)以及有線自動(dòng)監(jiān)測(cè)等。其中，人工監(jiān)測(cè)主要是由專業(yè)的檢測(cè)人員定期、不定期采集水樣，并交由專業(yè)人員分析，人力、財(cái)力投入相對(duì)較大，且由于水環(huán)境在不斷變化，水環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果具有一定的滯后性；生物監(jiān)測(cè)是通過(guò)觀察不同監(jiān)測(cè)區(qū)域水生物的變化情況，對(duì)水環(huán)境進(jìn)行判斷，監(jiān)測(cè)工作源于水生物對(duì)水環(huán)境的敏感度，且可隨著水環(huán)境的變化產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)，但是會(huì)受到水生物的生長(zhǎng)、活動(dòng)限制；有線自動(dòng)監(jiān)測(cè)是指利用傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)子站，采集數(shù)據(jù)并傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，獲取相應(yīng)的水環(huán)境分析結(jié)果，但是此種監(jiān)測(cè)方法成本相對(duì)較高，有一定的局限性。

基于上述分析，各種水環(huán)境監(jiān)測(cè)方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，目前隨著我國(guó)環(huán)境治理進(jìn)入總量管理、流域管理、風(fēng)險(xiǎn)管理以及生態(tài)管理時(shí)代，生物監(jiān)測(cè)方法可在各個(gè)領(lǐng)域大顯身手。如總量管理中，基于污染物減排工作的逐步落實(shí)，通過(guò)生物監(jiān)測(cè)方法的運(yùn)用可全面掌握減排生態(tài)效益；流域管理中，基于“一湖一策、一河一策”、流域水生態(tài)功能分區(qū)工作的落地，生物監(jiān)測(cè)可提供綜合生物毒性信息，并為中長(zhǎng)期預(yù)警提供水生生物群落演替信息；風(fēng)險(xiǎn)管理中，基于生物監(jiān)測(cè)結(jié)果，可及時(shí)判斷污染物污染水平與生物效應(yīng)的關(guān)系；生態(tài)管理中，生物學(xué)指標(biāo)納入管理指標(biāo)體系中，生物監(jiān)測(cè)成為水環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容之一[1]。

2 水環(huán)境生物監(jiān)測(cè)的概念與方法

2.1 生物監(jiān)測(cè)的概念

生物監(jiān)測(cè)主要是以生物為對(duì)象或手段開(kāi)展環(huán)境監(jiān)測(cè)工作，監(jiān)測(cè)生物的主要類型如下表1所示。

表1 監(jiān)測(cè)生物的主要類型

將生物納入環(huán)境監(jiān)測(cè)范疇時(shí)，需認(rèn)識(shí)到生物作為監(jiān)測(cè)對(duì)象時(shí)，具有雙重身份。一是保護(hù)對(duì)象，此時(shí)生物監(jiān)測(cè)的核心內(nèi)容是搞清環(huán)境中生物對(duì)各種環(huán)境脅迫的響應(yīng)情況；二是環(huán)境控制的污染與外來(lái)干擾因素，此時(shí)生物監(jiān)測(cè)的核心是明確其強(qiáng)度與環(huán)境負(fù)面影響，主要類型包括：病原體及其指示生物監(jiān)測(cè)、外來(lái)生物監(jiān)測(cè)、富營(yíng)養(yǎng)化生物（如：藻類）監(jiān)測(cè)[2]。

2.2 水環(huán)境的生物監(jiān)測(cè)方法

通過(guò)生物監(jiān)測(cè)，可在一定程度上反映水環(huán)境狀況，常見(jiàn)的生物監(jiān)測(cè)方法如下。

2.2.1 微生物群落監(jiān)測(cè)法

微生物群落監(jiān)測(cè)對(duì)象為微型生物在水環(huán)境中出現(xiàn)的物種頻率、相對(duì)數(shù)量等。經(jīng)由多年發(fā)展，我國(guó)逐步建立適用于我國(guó)生態(tài)環(huán)境的微生物群落監(jiān)測(cè)體系，且數(shù)學(xué)分析在監(jiān)測(cè)分析中發(fā)揮的作用越加顯著。基于計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，將實(shí)現(xiàn)更大范圍地揭示生物群落參數(shù)變化規(guī)律，并獲得精確的監(jiān)測(cè)結(jié)果。

2.2.2 發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)法

發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)是一種較為成熟的監(jiān)測(cè)方法，靈敏度高，適用范圍廣，可監(jiān)測(cè)得到水樣中大多數(shù)的有毒物質(zhì)，是經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的方法。此種方法在水環(huán)境有機(jī)物、重金屬等毒性物質(zhì)監(jiān)測(cè)方面優(yōu)勢(shì)顯著，但是操作相對(duì)繁瑣，容易出現(xiàn)誤差。基于電子技術(shù)的發(fā)展，為發(fā)光細(xì)菌法的應(yīng)用提供了可靠支撐，進(jìn)一步提高監(jiān)測(cè)有效性。

2.2.3 生物行為反應(yīng)監(jiān)測(cè)法

生物行為反應(yīng)監(jiān)測(cè)的對(duì)象是生物受污染物影響后產(chǎn)生的趨利避害行為反應(yīng)或生理機(jī)能變化情況，常用監(jiān)測(cè)生物包括魚(yú)類、雙殼軟體動(dòng)物、水蚤等。其中，魚(yú)類最為常用，如：斑馬魚(yú)、鯉魚(yú)、金魚(yú)等，較多運(yùn)用于淡水環(huán)境；海洋監(jiān)測(cè)中，多以雙殼類生物活體為監(jiān)測(cè)對(duì)象，且在國(guó)外已經(jīng)取得較好的研究進(jìn)展與應(yīng)用示范；水蚤作為生物監(jiān)測(cè)的指示生物，通過(guò)光電檢測(cè)器測(cè)算水蚤位移能力、判斷水蚤生命活動(dòng)，可掌握水質(zhì)受污染情況，同時(shí)水蚤死亡率、繁殖能力可作為污染物毒性判斷依據(jù)。

結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析可得，生物行為反應(yīng)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)、早期預(yù)警，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值高，且在部分地區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化發(fā)展。基于計(jì)算機(jī)圖形化、自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，可進(jìn)一步提高生物動(dòng)態(tài)行為監(jiān)測(cè)精確性，高效、自動(dòng)分析生物動(dòng)態(tài)行為軌跡數(shù)據(jù)，完善生物行為模型的構(gòu)建工作，為水環(huán)境分析提供直接可視化的參考數(shù)據(jù)。

2.2.4 底棲、兩棲動(dòng)物監(jiān)測(cè)法

底棲、兩棲動(dòng)物監(jiān)測(cè)，主要是通過(guò)評(píng)價(jià)示生物在水體中出現(xiàn)或消失、數(shù)量多少情況，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行判斷。底棲動(dòng)物水質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)包括Saprobic指數(shù)、BI指數(shù)、群落多樣性指數(shù)等；兩棲動(dòng)物發(fā)育過(guò)程對(duì)環(huán)境因子變化敏感，其行為與生理指標(biāo)可對(duì)水體質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控。

2.2.5 其他生物監(jiān)測(cè)方法

隨著生物監(jiān)測(cè)方法的不斷研究與發(fā)展，各種新型監(jiān)測(cè)技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn)，如：以幼蟲(chóng)變態(tài)、生物分子活性等為指標(biāo)進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測(cè)，海底底棲無(wú)脊椎動(dòng)物變態(tài)期幼體對(duì)污染物敏感性較高，變態(tài)過(guò)程易受環(huán)境污染干擾；生物傳感器及生物電化學(xué)監(jiān)測(cè)，主要是利用分子元件對(duì)被測(cè)物質(zhì)進(jìn)行識(shí)別，如：生物體內(nèi)酶、抗體、激素、DNA等，由此評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)污染對(duì)環(huán)境的影響[3]。

3 水環(huán)境生物監(jiān)測(cè)方法的應(yīng)用

水環(huán)境生物監(jiān)測(cè)方法的實(shí)際應(yīng)用，應(yīng)定位在以流域?yàn)閱卧⒁愿骷?jí)支流為監(jiān)測(cè)區(qū)段，構(gòu)建完善的監(jiān)測(cè)體系，并實(shí)現(xiàn)環(huán)境管理目標(biāo)由“污染防治”朝著“生態(tài)健康”的方向發(fā)展。水環(huán)境生物監(jiān)測(cè)方法的具體應(yīng)用要點(diǎn)如下。

3.1 構(gòu)建水環(huán)境生物監(jiān)測(cè)技術(shù)體系

水環(huán)境生物監(jiān)測(cè)技術(shù)體系構(gòu)建情況，直接影響到水環(huán)境管理效果。對(duì)此，需完善生物監(jiān)測(cè)指標(biāo)、技術(shù)方法標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)方法體系，整個(gè)業(yè)務(wù)體系包括微生物監(jiān)測(cè)、生物群落監(jiān)測(cè)、生物毒理試驗(yàn)以及水環(huán)境生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測(cè)等，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境生態(tài)完整性評(píng)價(jià)與管理。

3.2 完善水環(huán)境生物監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

在現(xiàn)有生態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，需積極補(bǔ)充監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)、提高監(jiān)測(cè)能力，完善全國(guó)水環(huán)境生物監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，切實(shí)涵蓋各大流域，有效評(píng)價(jià)水環(huán)境生態(tài)質(zhì)量狀況，全面摸清流域水環(huán)境污染情況，為國(guó)家水環(huán)境保護(hù)與管理提供服務(wù)。

3.3 建立生物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)

基于現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，在對(duì)生物監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷研發(fā)的基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)一步完善生物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)送、存儲(chǔ)、管理工作，構(gòu)建一體化管理平臺(tái)，完善全國(guó)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)收集管理、流域環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)工作。

3.4 夯實(shí)生物監(jiān)測(cè)人才保障體系

水環(huán)境生物監(jiān)測(cè)保障主要包括專業(yè)人才引進(jìn)、培訓(xùn)等工作，構(gòu)建生物監(jiān)測(cè)專家?guī)欤蛟旄邔I(yè)素養(yǎng)的生物監(jiān)測(cè)隊(duì)伍，保障水環(huán)境生物監(jiān)測(cè)工作的順利開(kāi)展。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水生生物群落與水環(huán)境處于一個(gè)互相作用、聯(lián)系的狀態(tài)下，外部物質(zhì)進(jìn)入水環(huán)境后將影響生物個(gè)體中，由此對(duì)生物生理狀況、種群數(shù)量、物種組成等產(chǎn)生各種影響。由此，生物監(jiān)測(cè)在水環(huán)境管理中發(fā)揮著重要作用，水環(huán)境生物監(jiān)測(cè)眾多，實(shí)際應(yīng)用中需進(jìn)一步完善水環(huán)境生物監(jiān)測(cè)技術(shù)體系，完善監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)與管理平臺(tái)，并夯實(shí)人才保障，切實(shí)提高我國(guó)水環(huán)境管理水平。