探討生物監測方法在水環境監測中的應用

常興麗，孔凡華

1.臨沂市生態環境監控中心；2.山東省臨沂生態環境監測中心

在水環境監測過程中，生物監測占據著舉足輕重的地位，尤其是在信息技術的推動下，環境問題日益突出。實際工作在落實過程中，要站在全局把控，進行多角度、立體化、多元的內容分析。主要是由于環境和生物彼此之間相互依存，一旦有一方出現問題，勢必也會影響另一方的生存。生物監測技術的應用能夠幫助相關技術人員進行環境因素的分析，建立完善的污染物排放指標，做好功能的分區。水環境的監測和治理成為目前水生態環境保護的重要內容，而治理依托于監測，在水環境監測過程中使用生物監測的方法能有效地對微生物、大型生物等進行分析，避免對水體產生二次破壞。目前，人們對健康給予足夠多的關注，尤其是飲用水的安全問題。為了能更加有效地在短時間內分析水環境的污染情況，需要強化水環境監測手段，使用物理、化學等多種監測分析方法，定性、定量地分析水體中污染物的防治情況，特別是加大生物監測技術的投入力度尤為重要。

一、生物監測理論

生物監測技術在使用時能夠對特定區域的生物進行觀察，生物和環境之間相互依存、相互依賴。生物監測技術在使用過程中根據生物體對污染物或者是環境產生的反應，有效地判斷出污染程度。尤其是在進行水環境污染監測過程中，魚類會在第一時間出現不良反應，常見的不良反應有水生動物呼吸急促，如果污染物濃度過高，魚類會出現大面積的死亡。由此可見，在進行污染物濃度判定的過程中，可以根據魚類的生物反應，分析呼吸頻率前后的變化，進而確定污染源以及污染物的毒性。

生物監測能有效了解污染物引起的生物化學效應，直觀了解污染物對生物體的不良反應。絕大多數生物的靈敏度要遠遠高于精密儀器設備，一旦發生污染，它們會做出明顯的反應。因此，在水環境監測過程中，可以結合操作簡便、成本投入較小的生物監測方式，這樣就能夠在極短的時間內完成監測工作。生物監測方法在應用過程中是通過捕捉一定樣本對生物進行分析的，雖然能夠有效地節約生物監測成本，節省大量的人力、物力，但是在進行生物監測的過程中，需要具備一定的條件，比如，在某區域生物監測過程中長期使用能夠有效反映生物污染物情況，同時生物對某些污染物具有較高的靈敏度。但是生物監測方法在使用時也存在自身的缺點，主要是由于在生物監測過程中，大多數情況下需要反復捕捉個體進行數據測繪，才能建立起生物監測圖形。在某種程度上，生物監測是間接對水環境進行檢測，可能會導致其他數據不準確，而忽視了水環境存在的問題，甚至無法判斷水環境的污染程度，再加上監測人員在進行水生態環境監測的過程中，由于沒有完善的和統一的質量標準，無形中也會耗費大量的分析預判時間。

二、水環境監測中常見的生物監測技術

（一）微生物群落監測技術

在當前的水環境監測過程中，細菌、藻類以及原生生物等這類微型生物的數量能夠如實反映該區域內水生態環境狀況，微生物群落監測技術的投入應用能夠幫助技術人員分析污染物的分布狀況，進而判斷該區域水環境污染情況，主要是使用聚氨酯塑料進行水體樣本的采集，借助數字計算分析出微生物的具體分布狀況。在使用時，評價指標包括多樣性指數以及原物種類型等，能夠幫助更多的監測技術人員解讀水環境污染現狀。微生物監測技術在應用過程中不斷升級，其評價指標也在不斷增加，環境監測的科學性得到顯著提高。

（二）生物行為反應監測技術

在人們賴以生存的自然生態環境中，不僅有人類，還有各種各樣的動物和植物，生物種類眾多，不同生物對環境的影響也是不同的，環境污染會嚴重影響自然界中的生物。如果生物所在的自然環境受到一定的污染，它們的機體會產生應激反應。不管是生理或行為都會出現一定的變化，常見的有金魚、斑馬魚等。生物行為反應監測技術在應用過程中主要是基于生物的應激反應，比如，有的生物可能會出現各種身體機能功能的退化。通過監測馬斑魚能夠確定污染物在水環境中的濃度，該魚類能有效地對環境污染做出響應，這主要是由于斑馬魚的基因和人類極為類似，它對水體保持著較高的靈敏度，一旦外部環境發生變化，斑馬魚對銅離子和鉛離子的反應不同，監測人員可以根據斑馬魚的不同反應判斷水體受污染程度，進而對水體污染做出快速的預警。

（三）發光細菌監測技術

和以上兩種技術相比，發光細菌監測技術在使用過程中能夠有效保障水源質量。發光細菌監測技術常使用在水質毒性測定層面，主要是由于它能夠通過分析細胞發光特點，進而確定污染物的遺傳毒性，結合具體的細胞發光特征，得出精準的檢測結果。在自來水廠以及生活飲用水中常使用發光細菌檢測技術。發光細菌監測技術不僅應用范圍較廣，而且技術應用更為成熟。在實際應用時，發光細菌監測技術還可以和熒光分光光度法等技術結合使用。

（四）底棲動物和兩棲動物監測技術

在自然界中，底棲動物和兩棲動物具有一定的特殊性，底棲動物和兩棲動物監測技術在使用時能夠進行重金屬污染物的分析。在具體水環境檢測時，能夠有效分析以上兩種動物的完整性指標，分析它們的生理及行為是否發生改變，進而能夠判斷水體污染情況[1]。

圖1 不同頻率反射光譜生物傳感器受到光膜層厚度的影響效果

（五）生物傳感器監測技術

生物傳感器監測技術由分子識別和轉換兩個部分組成（見下圖一），前者包括酶、抗原細胞等，后者則是氧電極、場效應管等。在使用過程中，主要是依靠生物的敏感度轉化為電信號，進而判斷污染程度。生物傳感器監測技術速度快、準確率高。BOD生物傳感器依靠溶解氧的濃度分析水質狀況，其在應用時基本偏于實驗研究，很少進行現場監測。生物監測技術在應用過程中，對水體污染物毒性的監測也越來越簡便、快速、精準。環境監測技術在提高的同時，環境管理精準化水平也得到全面提升，環境質量得以有效改善。

除了上述方法，近年來隨著生物監測技術的不斷應用和發展，尤其是細胞、微核技術以及四分體位技術被廣泛應用于環境監測中，微核測定法代替染色體畸變的方式監測環境污染，使得生物遺傳物質損傷監測更加快速靈敏。同時，也可以使用水花生根尖微核技術作為監測水體污染的新材料，在應用過程中，由于該植物長期生活在污染水體中，當外界環境存在致突變物時，可使細胞發生損傷，微核細胞率上升。此外，也可以使用SOS顯示法，該方法被廣泛應用于遺傳毒性的測定，具有快速、便捷、靈敏的優勢，它測定的是遺傳毒物對細胞原發生的直接反應[2]。

三、生物監測方法在水環境監測中的應用

（一）在群落監測中的應用

群落是生物系統最重要的組成部分，在進行水環境監測的過程中使用生物監測技術能夠認識不同群落在自然生態環境中的特點，利用不同自然生態環境條件對各種生物類群的影響來分析自然生態環境的演變特性等。在開展生態種群實驗監測過程中,可以確定生態種群在自然生態環境體系中的發展走向,從而確定環境污染問題。常見的生物群落監測在實踐運用過程中主要包括以下兩個方面的研究內容：一是水環境評價。在水環境評價時，可以根據生態群體即生態群體在水域生態環境中的各種生長情況,分析水體變化情況和水體生物質濃度的變動特點。例如，在長江流域建設水庫,由于有各種各樣的生物群落和種群,可針對生物群落一段時間內的生長發育情況展開研究,分析該階段水質變化情況，這樣才能夠從根本上解決該流域水生態環境問題。生物監測技術在應用過程中不僅能夠進行環境治理，而且還能夠將環境監測的實際情況向大眾推廣、二是水域宏觀劃分。結合現有的生物監測技術，可以使用水域劃分的方式，結合水生生物的生長規律，落實整改治理措施，加大水環境綜合整治力度。針對水域出現富營養化的問題，如果僅使用物理或化學方法進行治理，可能會抑制水生態環境中其他生物的生長，而導致水域持續惡化。在應用時可以建立生物監測方案，在該區域養殖魚類，有效解決富營養化問題[3]。

（二）在生物測試中的應用

生物測試必須根據相應的試驗內容,分析自然環境對生物生長形成的環境影響,確定環境污染問題成因,實施全面的生態監督管理。首先,系統要檢測水體中多樣化的植物營養素和生長素，及其對環境影響變化而形成的生物營養。然后,針對不同污染源程度的水體進行研究,在生物檢測工作中,要通過對生物群落或生態種群開展生物檢測工作,在實際的操作過程中,要通過技術設計相應的環境指標體系,在系統投入使用的過程,利用當前的互聯網技術、生態監測技術,全面發掘生態檢測方法在水體環境保護中的應用優勢。另一方面,系統在實際運營過程中還可以導入計算機信息體系,轉換生物傳感器識別的生物信號，除此之外，還需要結合多種生物可識別的元件制成生物傳感器，可有效的應對環境變化，解決當下存在的問題。另一方面，為了妥善解決人們的飲水問題。在生物監測方法應用過程中，要分析現有的水環境設計標準，重點解決存在的問題，分析多樣化水體對生物群落產生的影響，在具體的應用以及操作過程中建立完善的標準，開展生物技術的水生態環境檢測工作[4]。

四、實踐案例

在某區域水環境監測過程中，主要針對重金屬、有機物以及農藥殘留等生物毒性進行分析。其一，對于采用的監測技術，在該區域環境監測時可使用發光細菌生物監測技術。這項生物毒性自動在線監測系統的監測工作包括兩個方面：一是需要進行發光細菌的培養和保護，二是發光細菌和水樣反應進行發光檢測，檢測完成以后需要進行清洗。以上兩方面的內容都是在監測過程中自主完成的，在監測時使用雙光路對照監測技術，在發光細菌培養以及保護過程中，要嚴格管控溫度參數，一般溫度需要控制在零下20攝氏度。除此之外，還要配合復蘇稀釋液，將法官細菌在常溫狀態下進行15分鐘的復蘇。對比參考水樣以及待測水樣。為了避免細菌溶液出現沉淀，需要不停地攪拌。在測量工作實施過程中需要獲取發光圈、待測水樣，同時在反應池中進行半個小時的接觸反應。在反應結束以后，儀器設備會進行自主清潔，避免出現交叉污染[5]。

其二，在線集成。在操作過程中，每隔4個小時就會進行自主采樣、測試、分析出數據、清洗等。如果出現特殊情況，還可以設定加密監測到一個小時進行一次。

其三，監測結果。監測結果一種是毒物測試，另一種是生物毒性和常規檢測標準的關聯。對于前者來說，毒物測試在應用過程中需要對不同濃度的毒物進行測試。比如，氯化汞濃度達到每升0.1毫克的時候，發光度為51%。對于生物毒性和常規檢測的關聯，要分析生物毒性和電導率，有助于全面掌握水環境污染問題，了解污染源頭，制定科學有效的治理方案[6]。

五、結語

在經濟發展的不斷推動之下，各行各業迅速發展，隨之而來的環境問題令人們擔憂。自工業革命以來，世界各國紛紛開展自然生態環境的監測，持續關注自然生態環境的變化，并采取治理手段，修復或恢復自然生態環境。在環境監測過程中，收貨了較為成熟的技術和經驗，從傳統的使用物理化學監測方式到各種方式不斷交替延伸。然而，對于較為復雜的水生態環境監測，技術人員要采取行之有效的方式解決多種污染源問題，了解不同污染源在同一環境中會出現的影響，在這種狀況下使用生物監測技術能有效地幫助技術人員了解環境對生物產生的綜合影響。使用生物監測技術能有效彌補傳統物理化學監測技術存在的缺陷，并結合先進的生物監測手段，更好地解決環境問題。結合水環境污染現狀不斷地優化生態環境監測工作，選擇科學有效的監測技術，切實提高監測質量，更好地解決水環境污染問題，加快改善和修復水生態環境，筑牢高質量發展的綠色生態屏障，保障人民身體健康。