生物監測技術在水環境監測中的應用

惠亞梅

（甘肅省酒泉生態環境監測中心，甘肅 酒泉 735000）

《2021中國生態環境狀況公報》顯示，截至2021年底，我國3 632個地表水監測的國考斷面中，劣Ⅴ類占1.2%，主要污染指標為化學需氧量（CODCr）、高錳酸鹽指數（CODMn）和總磷（TP）；1 900個國家地下水環境質量考核點位中，Ⅴ類占20.6%，主要超標指標為硫酸鹽、氯化物和鈉等[1]。水環境監測能夠及時反映污染物對水環境及其生物種群的影響。傳統理化監測技術更加關注色度、電導率、重金屬含量等指標，難以深刻反映水環境變化。生物監測技術通過監測水環境，能夠較為全面反映水環境對生物體的影響，彌補傳統理化監測技術的缺陷[2-4]。

1 生物監測技術特點

生物監測技術運用生物學方法，以不同水生生物的反應判斷水質污染程度[5-7]。與理化監測相比，生物監測優勢突出。一是長期性。理化監測一般只能反映采樣期水質情況，而生物監測則可通過水生生物生理及生化特征來反映長期水質狀況，支持水環境動態、連續監測。二是靈敏性。與理化監測相比，生物監測靈敏性更強。水生生物對部分污染物十分敏感，水質監測效果更為直觀可靠。三是綜合性。理化監測一般會根據目標污染物選擇監測技術，而水生生物會接觸多種目標污染物，生物監測技術能夠全面反映不同污染物對水環境的影響。四是多樣性。理化監測只能監測特定條件下水環境中的污染物，而生物監測范圍更廣，理化監測難以監測外源性化學物質，生物監測可以分析外源性化學物質對水環境的細微影響。

2 生物監測技術原理

水環境中，不同生物種群相互制約，并保持動態平衡。污染物一開始以分子形態影響生態系統，并將影響傳遞至生物鏈頂端，不僅會直接影響生物，還會導致生物之間相互作用。一旦水環境遭受污染，這種平衡關系就會被打破，導致生物出現相應反應。生物監測技術就是根據水生生物種群及機體的變化來監測水環境，確保監測結果真實、準確和可靠[8-10]。生物監測效率高，成本低，可持續進行水環境監測。

2.1 利用指示生物監測水質

水環境中，一些生物會對污染物產生應激反應，這類生物被稱為指示生物。常見的指示生物主要有浮游生物、底棲生物和微生物等，指示生物是生物監測的主要媒介。根據指示生物類型及其數量判斷水質情況，基于不同指示生物的生存狀況，分析水環境污染程度。指示生物對應的水體污染等級如表1所示。

表1 指示生物對應的水體污染等級

2.2 借助生物測試監測水質

生物監測技術通過水生生物的反應監測水體中的一種或多種污染物，研究不同劑量化學物質的污染水體中水生生物的反應。在污染水體中，某些水生生物的生長受到抑制，本體活性降低甚至死亡。根據水生生物的反應，繪制劑量效果曲線，分析污染物危害。生物監測需要開展急性毒性試驗，不同受試生物毒性測定的標準方法如表2所示。

表2 不同受試生物毒性測定標準方法

3 生物監測技術分類

水生生物群落與水環境互相作用、互相影響，保持著動態平衡。一旦污染物進入水環境，影響生物個體及種群，就可以通過監測指示生物和開展生物測試，分析水環境狀況。不同生物監測技術的特點如表3所示。

表3 不同生物監測技術的特點

3.1 微生物群落監測技術

自然水域孕育著各種各樣的微生物，它們與其他生物相互影響、相互制約，形成穩定、完整的生態圈。一旦水環境受到污染，微生物的生長、繁殖環境就會發生變化。微生物群落監測技術通過監測水環境中微生物數量，評估水環境污染程度[11-12]。

3.2 發光細菌監測技術

部分細菌在水中具有發光特性，在分子氧作用和胞內熒光酶催化下，還原態的黃素單核苷酸被氧化成長鏈脂肪酸。水體污染程度不同，水中發光細菌的發光強度也會不同。發光細菌監測技術就是利用部分細菌的發光特性，評估水環境污染[13-14]。

3.3 生物行為反應監測技術

生物行為反應監測技術就是利用水生生物對水環境變化的行為反應來評價水體污染程度，并確定水污染范圍。斑馬魚對水環境變化十分敏感，一旦水體出現嚴重污染，斑馬魚就會出現異常活動，甚至大量死亡，據此可以判定水污染程度。在水質優良的水環境中，部分藻類、蚤類繁殖能力較強，一旦水環境出現污染，生物群落的繁殖與生長就會受到抑制。

4 基于生物監測的水體修復方法

近年來，生物監測技術發展迅速，廣泛應用在水環境監測中。生物監測可以明確水環境質量，要以此為基礎，及時做好水體修復，維持良好水生態。

4.1 調控水流動力

水體通常含有豐富的溶解氧，溶解氧能夠有效降解水中的有機物，使水環境保持生態平衡。當水體含氧量較低或者污染較為嚴重時，水中有機物含量就會增加。氧氣供應不足會影響好氧生物的生存，同時促進厭氧生物生長，導致水體黑臭。此時，可調控水流動力，通過人工曝氣補充氧氣，抑制水中厭氧生物生長。氧化溝工藝適用于水生態修復，投資和運行成本低。

4.2 改善水體底質

部分水體流速較慢，泥沙淤積會導致水中污染物不斷累積，加劇水環境污染。因此，要做好清淤，改善水體底質。一是及時清除水體中的淤泥，防止出現二次污染。二是利用生態修復工藝，補種親水植物，從而修復水環境。利用挺水植物、浮葉植物、沉水植物、濕生植物等水生植物，控制水中氮、磷等污染物，降低水中營養元素濃度，改善水質[15-16]。

5 結論

生物監測技術運用生物學方法，以不同水生生物的反應判斷水質污染程度。生物監測優勢突出，它具有長期性、靈敏性、綜合性和多樣性。生物監測技術可以根據水生生物種群及機體的變化來監測水環境，確保監測結果真實、準確和可靠。生物監測效率高，成本低，可利用指示生物和生物測試持續進行水環境監測。常見的生物監測技術有微生物群落監測技術、發光細菌監測技術和生物行為反應監測技術。當前，要以生物監測為基礎，合理調控水流動力，改善水體底質，最終做好水體修復。