水污染監測中生物監測的應用策略與展望

楊淞惠

（臨沂市生態環境局臨沭縣分局，山東 臨沂 276700）

從自然科學上分析，生物和環境本身就是一種穩定平衡關系，是相互依存的。水是生命之源，研究水生生物不僅僅具有重要的科學意義，更兼有歷史價值。特別是對水生生物繁衍進化進行研究，可以充分反映水質污染的源頭，將自然生態下的水進行研究分析，也可以通過分析反映出有害物質的危害形式，通過毒理學和藥物學，研究出解決水質污染的方法。化驗檢測分析是有科學依據的，這種檢測方法可以進行毒理學分析，比起理化分析更加經濟、可靠，同時分析數據也會更加準確。隨著科學的進步，自然水質檢測可以通過長時間監測，并同時加裝報警裝置，一旦發現水質存在污染物，甚至可以威脅到生態平衡，就可以快速、準確地監測出來，第一時間進行預防和處理，防止生態系統遭到破壞[1]。水是動植物生存不可缺少的，人類生存需要干凈的水資源，而且水是最寶貴的不可再生資源。因此，必須要最大限度地避免水資源的污染。對于生物監測技術的發展一定要精益求精，在今后的時間里，我們將會更加廣泛、頻繁地運用到環境污染監測系統來對水源進行監測，因此，本文的目的是闡述目前生物監測中存在的優勢和不足。

1 生物監測的優缺點

從世界環保科技的發展情況來看，水質生物監測技術的發展時間是從20世紀初開始的，經歷的時間不是很長，所以還有很大的提升空間。從其發展過程來看，經歷了對生物個體的研究、對細胞的研究，目前，已經實現了對于基因的研究。上世紀90年代，我國開始對信息技術的發展進行扶持，生物監測技術在信息技術的幫助下也有了突飛猛進的發展。聯合國環境規劃署對于水下測量活體微生物和水質壓力對人的影響有了新的發現，即水下生物是以環境作為寄生體的，而環境變化也受到水下生物的影響，因此生物的體征和環境二者互為影響，這體現了生物學的統一性和協同性[2]。

生物監測具有以下優點：（1）能夠反映污染物的生物學理論特征，這樣可以直觀地判斷出污染物對于生物本身的影響，目前我國在這一領域有許多精密的儀器是可以判斷的；（2）生物監測技術可以監測出多種不同類型的污染物對水質產生的負面影響，這樣就可以采取物理或化學手段攻克這些負面影響，努力保證優質水源；（3）生物監測技術的操作流程較為簡單，成本較低；（4）對水下生物的監測，只采用儀器監測即可，不需要人力物力。

生物監測中也存在以下缺點：（1）在監測水下微生物的時候，無法準確判斷微生物的數量和濃度，數據不夠精確；（2）國家缺少對于該項環境評測的排放標準；（3）某些生物監測方法對于環境因素和污染物的影響檢測不夠全面；（4）水源監測過程所耗時間成本太大。

由于生物監測存在上述問題，亟需改進水質污染監測技術，這需要更先進的技術力量作為支撐。

2 生物監測技術在水環境中的應用

2.1 微生物群落監測技術

大自然中的水環境寄生了許多微生物，其中含有大量細菌、藻類以及原生生物，許多原生生物的種類和特征并沒有進行科學證實。因此，水中微生物群落監測技術就顯得更為重要了。水中微生物群落監測是將水下微生物進行群體性分類的一種監測手段，它可以將水下微生物按照生存環境，繁衍周期等劃分出類型、等級等。隨著科技的不斷進步，該項技術得到了發展和推廣。而就目前而言，水質污染越來越嚴重，水下微生物繁衍和進化的速度越來越快，這項技術的更新并不足以滿足對當前自然水質的監測。以此作為水質污染指標，已經缺少說服力了。因此，目前研究者在此基礎上進行了改進和修正，以原生動物種數、植鞭毛蟲百分比、多樣性指數和異養性指數為參數，建立適用于中國生態環境的微生物群落監測技術[3]。水下生物研究完全可以通過改進生物監測裝置取得監測效果，比如以瓶裝聚氨酯泡沫塑料塊為材料，可以滿足對水下暗流的監測，這對海洋微生物的監測有良好的效果。同時還有研究者提出，可以通過污染類型的分類對污水進行處理，在處理的過程中可以對污水進行研究，這就可以通過科學手段證明微生物對于污水中的生存環境有怎樣的適應性。可以通過此項研究不斷地偵測水下微生物的多樣性。從某種意義上來看，這充分帶動了微生物群落監測技術的發展。而且這種發展可以更大程度地精確監測水質的各項指標，由此來判斷這些廢水是否可以用來灌溉，使之變廢為寶。

2.2 生物行為反應監測技術

生物行為反應監測技術是一種重要的水生物監測技術。通俗地講，就是監測水生物在受到水下污染物的影響下會有什么樣的生理反應和生理變化，從這些變化的現象可以得出水質污染的情況，以此作為證據來綜合評價水質污染程度和安全濃度，看這些水是否可以經過處理，用于灌溉。目前，我國水下生物研究中檢測到的類型有雙殼軟體動物、魚類和水蚤等，當然，魚類是我們經常見的生物，因此它也是水下生物環境監測最常用的生物。有的研究者通過對斑馬魚的研究，監測出熱帶水源的魚類大部分都對水質比較敏感，一旦水質受到了污染，它們就會在幾分鐘之內作出感應。而且，實驗證明斑馬魚的基因與人類有較高的相似度，因此，國外的一些水生物研究專家經常會提取斑馬魚的基因來研究水質，看什么樣的水質更適應人類飲用或作為農業灌溉。

魚類分為淡水魚和海洋魚。以海洋生物為例，雙殼生物對于水體污染程度較為敏感。有研究者發現，利用電磁感應技術可以監測到海洋中的雙殼生物在污水中對于染毒毒性的反應[4]。而研究結果也證實了這些生物對于生存環境的選擇也具有一定的規律性。同時這種監測方式除以魚類和雙殼軟體動物為研究標本外，還曾利用水蚤等生物作為研究生物，他們通過利用光電檢測儀器監測水蚤在海洋中的移動能力，從而判斷出水蚤在海洋下的生命狀態和活動軌跡，以此也可以作為水下污染的判斷依據。

2.3 發光細菌監測技術

在飲用水的處理中，逐步研發出一種比較實用的監測技術，發光細菌監測技術。目前這項技術已經比較成熟[5]。我們常常運用這種技術對生活用水、污水處理等進行科學監測。它的原理是根據微生物細胞可以發光這一特征，敏捷快速地捕捉到水下微生物，從而對其結果進行分析，判斷出該水源的水質結構。這種方法比較靈敏，實用性較強，因此應用范圍比較廣泛，而且絕大多數的微生物可以通過這種方法檢測出來。還有研究者通過這種監測手段將微生物捕捉上來之后進行基因研究，可以對其毒害性進行評估。

3 生物監測方法在水環境中的應用

3.1 生物群落監測方法

為了掌握水環境中生物的群落數據，技術人員研發了指示生物監測方法，該方法的優勢是操作便捷，可統計特定范圍內的生物群落。水污染指示生物包含復雜的內容，常見的是著生生物，即真菌和藻類等，對于底棲大型無脊椎動物來說，其包括著甲殼類、腔腸動物等，而大型水生植物主要有海藻等。魚類也是生物群落的重要數據，可分為鲇魚、鮭魚、河鱸。生物指數法能夠了解水體的污染狀態，通過對水環境中生物種類的分析，明確生物群落的數量和種類，并在計算機的協助下計算出生物發分布狀況，這也是評價水環境污染程度的重要指標。隨著科技的提升，物種多樣性指數Shannon-Wiener實現了全面應用，主要用來評價水體的污染情況，得到了廣泛的好評。

3.2 PFU微型生物群落監測法

為了減輕技術人員的工作壓力，提高微生物種群監測數據的精確度，科研人員提出了聚氨酯泡沫塑料塊法（PFU），該方式主要適用于湖泊、大江等環境的監測。近年來，該監測方式成為了水庫、池塘水污染狀況的主要監測手段。初步研究發現，PFU的優勢是數據精確，操作簡單，能夠收集水體環境中絕大多數微生物的種類，即使在惡劣的環境下，其也可在1-3 d內完成數據的采集，有助于微生物群落數據的采集。隨著科技的發展，PFU的應用范圍得到了全面拓展，不僅局限在室外的環境中，而且可用于室內化工廠水污染的監測。

3.3 生物測試法

從定義角度來看，生物毒性試驗重視的是有毒物質的監測，其能夠對水中有毒物質的含量和種類進行分析，屬于生物測試的范疇。生物測試法根據其應用方式的不同可分為兩類：第一類是靜水式生物測試，即對穩定水環境的監測，在實驗室中較為常見；第二類是流水式生物測試，其可對河流等動態水環境進行監測，盡管兩者在形式上存在差異，但具體的監測原理是一致的。生物測試法的出現使得水環境的監測方式發生了變化，其不僅可以幫助科研人員了解水環境的污染狀況，掌握有害物質的類型，還可以明確污染物造成的影響，為后續環保制度的調整創造條件。生物測試法有助于科研人員實施環境質量的評定，并在污染物的清理和排放層面有著重要的指導意義。生物測試法適用于復雜的環境，滿足不同科研人員的需求。

3.4 在線生物監測

在線生物監測技術的開展需要計算機和網絡技術的支持，其能夠分析水環境下生物的生理指標，掌握生物的生活習性，并以此為基礎，探索不同生物對毒性的耐受力。生物在線監測的對象有多種，常見的是魚、大型蚤、發光菌等。

4 水生生物環境監測技術存在的問題及對策

在水生生物監測研究的過程中，需要大量的實踐工作，這些實踐也是以理論作為基礎的。理論加實踐，為許多科研人員提供了研究思路和理論導向。而在研究中發現，也存在著許多制約微生物生長和分布差異性較大性的因素。

4.1 差異性較大

水中的生物，大多以微生物為主，我國土地幅員遼闊，同是水下微生物，地域不同，產生的微生物也不同。此外，不同污染物導致的微生物分布和生長具有較大的差異性。除去這兩點重要的原因，氣候、溫度、濕度等諸多環境因素都會對水下生長的微生物造成很大的差異。對于這些不同種類的微生物監測，要通過其反應程度制定不同地區的監測標準。對于各地的監測結果要分情況進行處理，有助于消除地域差別。

4.2 濃度較低的污染物對水生生態產生危害

在認識論上，通常我們認為濃度、密度越大，產生的影響就會越大。相反，濃度、密度越小，產生的影響就會越小。然而這種觀點在水下微生物研究中是不絕對的。許多生態地區的水下生物并不多，或者說密度并不大，但是對于復雜的水生生態結構卻產生著巨大的影響。許多水下微生物具有慢性毒性釋放的能力，針對這一異常情況，我們應當分門別類地處理，要對水下生物分子進行高密度監測，并及時對于污染物作出預警和處理預案。

5 總結及展望

水下生物監測不僅是水質監測的重要組成部分，也可以上升到環境監測的高度，是環保事業的一部分，雖然從全球的范圍上看，由于地域不同，物種和生理變化會存在著很大的差異，但是可以通過對物種的研究總結出一種綜合評價的方法，這種方法是以監測水質毒性、細菌和微生物含量為主，但是也可以說對于微生物研究起著很大的幫助，尤其是對于新型毒性物質的監測體現出了很大的優勢，應當在水下生物監測的同時結合其它物理、生物的研究方式，對于污染物作出綜合評價，特別是毒害性的評價，監測越精確，對我們未來的發展就越有保障。目前，利用生物監測結果應對水質突發性污染和預警是具有很大的經濟意義和社會效應的。在未來的時間里，水污染監測技術還將繼續探索，并向著生物監測的趨勢發展，為后續水資源保護奠定堅實的基礎。