生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的運(yùn)用探索

湖北省十堰市水文水資源勘測(cè)局 湖北 十堰 442000

前言

生物監(jiān)測(cè)作為一種有效的環(huán)境監(jiān)測(cè)方法，可以綜合體現(xiàn)環(huán)境因素的聯(lián)合作用，相比理化監(jiān)測(cè)更加敏感，已經(jīng)廣泛使用在水環(huán)境的監(jiān)測(cè)中。由于受到的影響因素較多，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)不能準(zhǔn)確測(cè)定水環(huán)境中的污染物含量，但是能夠評(píng)估整體生物毒性，尤其在檢測(cè)毒性物質(zhì)方面。目前使用最多的是利用生物種群和群落的生存狀況以及不同個(gè)體的生產(chǎn)去觀察監(jiān)測(cè)，以便認(rèn)識(shí)到生產(chǎn)環(huán)境的優(yōu)劣。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)將成為有關(guān)工作人員有待探索的重要內(nèi)容。

1 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 生物監(jiān)測(cè)特點(diǎn)

伴隨工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程的加快，暴露的環(huán)境問(wèn)題令人關(guān)注，各國(guó)也開(kāi)始對(duì)自然環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)、關(guān)注與治理。環(huán)境監(jiān)測(cè)在歷經(jīng)了長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展后，已變得較為成熟，例如采用物理、化學(xué)等方式對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但是對(duì)于復(fù)雜的水環(huán)境，特別是存在的各種污染源問(wèn)題，有必要使用生物監(jiān)測(cè)技術(shù)，該技術(shù)在特別復(fù)雜的水環(huán)境監(jiān)測(cè)中非常有效。

1.2 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理分析

生物與自己生存的環(huán)境息息相關(guān)，相互影響，如果有外來(lái)污染物侵入該環(huán)境后，污染物會(huì)將營(yíng)養(yǎng)物和生物共同吸收，留在體內(nèi)產(chǎn)生遷移與聚集。污染生物后將出現(xiàn)相應(yīng)的癥狀，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)可以僅僅依靠污染物或環(huán)境的敏感性來(lái)確定水環(huán)境中污染的嚴(yán)重程度。不同的生物監(jiān)測(cè)技術(shù)產(chǎn)生的生物水平不同，相比其他監(jiān)測(cè)方法優(yōu)勢(shì)在于以下幾點(diǎn)：第一，該技術(shù)靈敏度高，利用生物指示劑，生物反應(yīng)的靈敏程度超過(guò)大多數(shù)加成設(shè)備與儀器；第二，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)可以直接反應(yīng)水環(huán)境受到污染物的綜合作用并加以表現(xiàn)，而物理或是化學(xué)檢測(cè)只能對(duì)一種有毒物質(zhì)加以分析，無(wú)法對(duì)水體中所有有害物質(zhì)的毒害作用加以分析。第三，生物監(jiān)測(cè)成本低，首先生物指示劑是很常見(jiàn)的水生生物，價(jià)格便宜，其次該監(jiān)測(cè)技術(shù)需要收集并處理數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)過(guò)程不用人為干預(yù)，從而降低了人工費(fèi)。

1.3 應(yīng)用前景

生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用前景較好，監(jiān)測(cè)結(jié)果可以直觀反映，能夠提升大眾對(duì)環(huán)境污染的關(guān)注度。雖然生物監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)水環(huán)境內(nèi)的污染物不能定量分析，但聯(lián)合化學(xué)監(jiān)測(cè)和物理檢測(cè)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生物體中污染物含量和行為異常的關(guān)系，所以，該技術(shù)需要有數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)運(yùn)算的支持。該技術(shù)不但能夠?qū)λ|(zhì)加以監(jiān)測(cè)，指示劑結(jié)構(gòu)也能作為水產(chǎn)品的一項(xiàng)參考數(shù)據(jù)。因此，不斷完善該技術(shù)，對(duì)使用數(shù)據(jù)加以多樣化探析，能夠給相關(guān)行業(yè)提供可靠的參考。

2 關(guān)于生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

2.1 生物群落監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

（1）微生物群落監(jiān)測(cè)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(cè)技術(shù)的發(fā)展。微生物群落監(jiān)測(cè)主要依靠自然環(huán)境中的群落結(jié)構(gòu)信息來(lái)評(píng)估環(huán)境并預(yù)先預(yù)測(cè)可能的變化。該技術(shù)的關(guān)鍵是收集水樣并結(jié)合數(shù)學(xué)計(jì)算來(lái)計(jì)算微生物的特定分布指數(shù)，從而確定水環(huán)境的污染程度。技術(shù)的發(fā)展以及自然環(huán)境的優(yōu)化讓微生物群落監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷改進(jìn)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)也變得多樣，目前所用的評(píng)價(jià)指標(biāo)、原物種類(lèi)型等，監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度、科學(xué)性獲得了一定提升。

（2）魚(yú)類(lèi)群落監(jiān)測(cè)技術(shù)。魚(yú)類(lèi)在水體的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)和食物網(wǎng)營(yíng)養(yǎng)級(jí)結(jié)構(gòu)中扮演重要角色。魚(yú)類(lèi)的攝食會(huì)影響浮游生物的群落結(jié)構(gòu)從而影響水質(zhì)，可通過(guò)對(duì)魚(yú)類(lèi)群落監(jiān)測(cè)，結(jié)合穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)[1]，追溯魚(yú)類(lèi)進(jìn)食有機(jī)碳來(lái)源，從側(cè)面探尋水體的健康情況。

2.2 生物行為反應(yīng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

該技術(shù)是基于生物所作出的異常舉動(dòng)去推斷出污染情況以及水中污染物的安全濃度，從而快速發(fā)出預(yù)警。監(jiān)測(cè)人員利用觀察生物舉動(dòng)和生理改變來(lái)判斷污染嚴(yán)重程度，一般使用最多的指示生物為魚(yú)和水蚤，比如淡水魚(yú)斑馬魚(yú)本身有極強(qiáng)的敏感度，很適合用來(lái)當(dāng)作指示生物。而斑馬魚(yú)能夠依靠其半靜態(tài)方法研究水生生物的重金屬毒性，試驗(yàn)可以看出重金屬離子Cu2+、Cd2+會(huì)對(duì)斑馬魚(yú)的毒性和過(guò)氧化氫酶活性產(chǎn)生干擾[2]。目前，人們可以開(kāi)發(fā)一種智能的水質(zhì)毒性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以24小時(shí)監(jiān)測(cè)指示生物的活動(dòng)并實(shí)時(shí)分析其活動(dòng)路徑，如果發(fā)現(xiàn)異常的生物反應(yīng)，系統(tǒng)將做出響應(yīng)并及時(shí)給出預(yù)警。在淡水環(huán)境內(nèi)，魚(yú)類(lèi)是主要的指示生物；在海洋環(huán)境內(nèi)，雙殼生物為主要的指示生物。

2.3 發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)

發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)已經(jīng)相對(duì)成熟，是生物監(jiān)測(cè)技術(shù)中比較熟練的技術(shù)。主要用于水廠和居民飲用水水源的監(jiān)測(cè)，是保證水質(zhì)的關(guān)鍵監(jiān)測(cè)技術(shù)。如今該技術(shù)可以為細(xì)胞發(fā)光、污染物遺傳毒性方面當(dāng)作參考指標(biāo)，也能夠利用水質(zhì)毒性測(cè)定儀來(lái)測(cè)定水質(zhì)，可以在三小時(shí)左右獲得水質(zhì)數(shù)據(jù)，相對(duì)別的技術(shù)有很好的便捷性、更加靈敏且精準(zhǔn)度高的優(yōu)點(diǎn)。在電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展中，發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)和紫外線分光和熒光分度法聯(lián)合，在監(jiān)測(cè)中方面效果很好，為日后發(fā)展打好了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.4 底棲動(dòng)物和兩棲動(dòng)物監(jiān)測(cè)技術(shù)

底棲動(dòng)物和兩棲動(dòng)物是自然界中相對(duì)特殊的生物，由于它們的特殊存在，已經(jīng)出現(xiàn)了基于底棲動(dòng)物和兩棲動(dòng)物的指示物種監(jiān)測(cè)技術(shù)，指示生物的數(shù)量用于反映水污染的程度。目前，許多大型底棲生物監(jiān)測(cè)技術(shù)已被廣泛用于重金屬污染的評(píng)估。在國(guó)外Saprobic指數(shù)和BI指數(shù)主要用于評(píng)價(jià)水環(huán)境，而國(guó)內(nèi)評(píng)價(jià)則主要基于水環(huán)境中底棲動(dòng)物和兩棲動(dòng)物的完整性指數(shù)。另外，該技術(shù)利用了兩棲動(dòng)物的生理變化和行為變化。另外，兩棲動(dòng)物會(huì)在被農(nóng)藥污染的水體中產(chǎn)生相應(yīng)的生理和行為變化，因此可以直觀地判斷水的污染程度。

2.5 生物傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)

該技術(shù)主要依靠生物傳感器，它由分子識(shí)別和轉(zhuǎn)換部分組成，分子識(shí)別包括酶，抗體，微生物，細(xì)胞和其他生物活性物質(zhì)，轉(zhuǎn)化器包括氧電極，光敏管等。生物傳感器技術(shù)依賴(lài)于將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的敏感性，以傳達(dá)對(duì)環(huán)境的污染程度。生物傳感器技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是分析速度快，準(zhǔn)確性高，當(dāng)前常用的生物傳感器和微生物傳感器是BOD和微生物感測(cè)以確定苯酚。

3 生物監(jiān)測(cè)在水環(huán)境中的實(shí)際運(yùn)用

3.1 水域宏觀規(guī)劃

使用生物監(jiān)測(cè)全方位了解不同水環(huán)境的真實(shí)情況后，對(duì)各種水環(huán)境能夠從生物角度利用生物規(guī)律進(jìn)行綜合的水環(huán)境治理，以及改良水環(huán)境措施。例如，對(duì)目前長(zhǎng)江流域的一些水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，產(chǎn)生了太多藻類(lèi)，如果使用物理方法顯然會(huì)給水中其他生物帶來(lái)危害，對(duì)此可以使用生物方法，在嚴(yán)重的水域養(yǎng)殖以藻類(lèi)為食的魚(yú)類(lèi)，從而緩解水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化的問(wèn)題，并降低養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)的成本，帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)收益，更好依靠環(huán)境進(jìn)行科學(xué)發(fā)展。

3.2 生物測(cè)試的運(yùn)用

生物測(cè)試一般是利用生物方法采取一定的實(shí)驗(yàn)手段，全方位探究自然環(huán)境對(duì)生物生長(zhǎng)發(fā)育的影響狀況，從而認(rèn)識(shí)到目前自然環(huán)境的問(wèn)題，找出污染源加以有效治理。生物監(jiān)測(cè)中的生物測(cè)試方式為:第一步監(jiān)測(cè)水體中植物的營(yíng)養(yǎng)素和生長(zhǎng)素對(duì)環(huán)境帶來(lái)的影響；第二步認(rèn)識(shí)到不同程度危害的水質(zhì)對(duì)不同生物的毒害狀況。在目前生物測(cè)試中，一般是針對(duì)生物群進(jìn)行監(jiān)測(cè)而不是單個(gè)個(gè)體。

3.3 現(xiàn)代技術(shù)推動(dòng)生物監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展的具體應(yīng)用

水環(huán)境中的污染成為限制人們基本生活的主要因素。而生物監(jiān)測(cè)技術(shù)操作簡(jiǎn)單，監(jiān)測(cè)治理高，在水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中獲得了很好的使用。并且現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也讓該技術(shù)在不斷產(chǎn)生創(chuàng)新和發(fā)展。具體可以從以下幾點(diǎn)看出：

其一，水環(huán)境的污染物質(zhì)給人們帶來(lái)的危害在于對(duì)人體細(xì)胞遺傳物質(zhì)的侵害。近幾年，水環(huán)境監(jiān)測(cè)中生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在聯(lián)合細(xì)胞微核技術(shù)和四分體微核技術(shù)在動(dòng)植物等方面有了突破性進(jìn)展。用微核測(cè)定方法代替染色體畸形變的方法，借此去監(jiān)測(cè)環(huán)境污染物對(duì)生物遺傳物質(zhì)的傷害技術(shù)也獲得了很大的空間發(fā)展。

其二，經(jīng)過(guò)有關(guān)人員發(fā)現(xiàn)，水花生根尖微核可以當(dāng)作監(jiān)測(cè)水環(huán)境污染情況的材料。水花生根尖細(xì)胞的微核不僅能監(jiān)測(cè)不同污染水體環(huán)境中表現(xiàn)的污染程度，還可以對(duì)不同水環(huán)境污染中的污染物富集程度進(jìn)行說(shuō)明。這一監(jiān)測(cè)技術(shù)的使用憑據(jù)在于如果水環(huán)境系統(tǒng)中有一定濃度的污染突變物后，水花生根尖微核細(xì)胞會(huì)有對(duì)應(yīng)的肌理?yè)p傷，而讓微核細(xì)胞率增多，從而判斷水環(huán)境的污染情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

伴隨環(huán)保工作的不停深入和提升，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在環(huán)保工作中的地位越來(lái)越高，并且在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中有更明顯的優(yōu)勢(shì)及用處。同時(shí)，伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像視頻捕捉和各類(lèi)傳感器技術(shù)的出現(xiàn)，采取生物監(jiān)測(cè)技術(shù)能更迅速、便捷獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，并且對(duì)水體的污染物毒性監(jiān)測(cè)也更加精確。在不斷提升環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)水準(zhǔn)的時(shí)候，也要營(yíng)造保護(hù)環(huán)境的社會(huì)氛圍，從而讓水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作更有現(xiàn)實(shí)意義與價(jià)值。