試論生物監測在水環境中的應用及存在的問題

岳強 周旭(江蘇省環境科學研究院 江蘇省環境工程重點實驗室，江蘇 南京 210036)

0 引言

我國是一個水資源豐富的國家，地表水系縱橫，地下水網交織，但同時我國還是一個水污染現象比較嚴重的國家，農業污水、工業廢水、城市污水影響了我國的自然水體，這在很大程度上限制了我國的經濟、民生發展。環境監測是監督水環境質量、及早發現污染現象和污染源頭、監控水污染治理進度的重要環保工作，生物監測是環境監測中的一類技術，主要依靠細胞、微生物、動物的反應來判斷環境中的污染物存在、濃度、發展趨勢，具有靈敏度高、反映全面、反映真實等優勢，受到環境科學領域的普遍重視。

1 生物監測概述

1.1 生物監測概念

生物監測利用的是自然界中生物的個體、種群對環境變化、其他生物變化所產生的反應來判斷環境污染或環境質量變化的一種監測方式，生物監測技術的切入點在于生物學。生物監測通常包含兩個類型的技術，一個類型是因為環境中污染物的存在而使特定生物大面積生長或死亡，技術人員或設備根據生物的受影響程度監測污染物種類、濃度、有害程度；另一個類型是因為環境中其他生物之間的平衡被打破而使特定生物大面積生長或死亡，技術人員根據生物的受影響程度來判斷水污染種類、程度。

1.2 生物監測的優勢

不同于物理、化學原理的監測技術和設備，生物反應的變化速度稍慢，變化過程相對較長，這也為技術人員及設備捕捉生物變化瞬間、預測生物變化趨勢提供了更加充裕的時間，使生物監測對環境變化的反映更加真實。生物監測還能夠通過生物對低濃度、小毒性污染的富集和積累來對慢性長期污染進行準確預測和判定，對環境變化的反映更加全面，有效填補物理、化學監測的缺失。生物監測的使用成本較低，細胞、微生物、動物并不需要定期投放，且能夠做大面積、連續的監測實驗，對設備、儀表、器材的磨損程度較小。

2 常見的生物監測技術在水環境中的應用

2.1 細菌監測技術

細菌監測技術是生物監測中的常見技術之一，發展程度也比較高，已經被大面積應用于生產、生活用水監測中。發光細菌是細菌監測技術中的常用監測工具，利用的是細胞的發光特性，能夠對水環境中的急性毒性進行測定。在正常環境和生理狀態下，發光細菌發出的是波長在450～490nm的藍綠色光，且發光強度穩定；在有毒物存在的環境下，發光細菌的生理狀態受到影響，生存狀態不穩定，發光同樣會受到抑制，且發光強度不穩定。借助發光細菌，可以將水環境中的有毒物質形成的影響用光度計測出，操作簡便，結果準確，靈敏度高。常用的發光細菌是青海弧菌，這是一種淡水發光菌，非致病、不會引起二次污染，在凍干粉狀態下運輸、存儲安全。

2.2 微生物監測技術

微生物監測技術應用的主要是細菌、原生物等微生物群落反應來判斷水環境質量的生物監測技術。微生物監測技術中常用的指標是微生物的原種類型、鞭毛百分率、異養指數等，這些參數結合起來能夠有效反映出微生物群落的分布變化。在微生物領域內，細菌、真菌、藻類、生物的數量分布和繁衍是有一定層級的，在水環境質量下降的過程中，最先受到影響的往往是細菌、真菌，當微生物群落數量大面積下降時，必然會引起藻類及生物的生存環境進一步惡化，最終導致生物的大量死亡，因此，關注微生物群落的變化是生物監測中比較重要的技術之一。

2.3 生物行為監測技術

生物行為監測技術是借助微生物、動物面對污染時的行為判斷環境質量的一種監測技術，水環境監測中常用的就是微生物、魚類、底棲動物、兩棲動物，比如斑馬魚。斑馬魚是一種在淡水中生活的魚類，這種魚對于水環境質量的變化十分敏感，且與人類在基因上具有較高的相似性，相似性高達87%，是一種十分適合用于水環境生物行為監測的水生動物，經過它們的行為可以判斷水環境是否適用于人體。斑馬魚能夠在1h之內完成針對1000種水污染物質的甄別，每次甄別的成本不足45元人民幣，相較于其他高成本的監測設備和器材，斑馬魚能夠節約大量的環境監測費用。目前，斑馬魚已經被深圳多家水廠和香港水務署正式應用，成為水質監測感應體系的重要一環。其他的魚類、水藻等生物都有作為標的生物的價值，比如：將魚群投放在水體中下游，并投放強光，若魚群始終沒有進入上游，則說明污染可能已經遍布上游，向中游甚至下游擴散；又比如：短時間內大量水藻的生長，說明水體中出現富營養化現象，后續水體會很快呈現缺氧狀態，很快會出現大量的魚群死亡。

3 生物監測在水環境中應用存在的問題

3.1 生物監測標準存在爭議

生物本身受到環境的影響較大，不同地區環境中生長的同一種生物在面對同一種污染物時的反應并不完全一致，這與化學藥劑的反應溫度條件、催化劑等條件的固定性不同，生物的反應的理化條件、相關參數都存在一定的不確定性。部分環境領域的學者認為應用生物來監測水環境質量、監測水環境是否達標都是有價值的，但不同地區、環境下的生物監測指標是否能夠達成一致還有待商榷。若要使用生物監測來判斷水環境、監控水環境質量，不僅要考慮到被監測水體的特點和需求，還要考慮到生物的變異性、適用性，要考慮增加參與測試的樣本數量，這樣才能保證監測的質量、有效性。必要情況下，最好對參與生物監測實驗的標的生物進行一定的馴化處理，使生物保持在相對理想的狀態，盡量調整標的生物的耐受性，選用生長期一致的生物進行生物監測，這樣能夠有效降低生物監測結果的異議。

3.2 生物監測結果的實際應用

生物監測是一個長期的、定期的、定量與定性并存的監測工作，并不推薦將生物監測作為一個一次性的、不定期的、單純定量的監測工具，這樣反而局限了生物監測能夠發揮作用的空間，也偏離了環境監測工作的初衷和目的。環境污染本身就是一個過程復雜、結果復雜、負面影響長久的東西，很多環境污染帶來的后果是現階段的理化監測所挖掘不出來的，這些影響必須要通過生物監測才能夠清晰呈現出來，才能夠讓人們引以為戒，針對這些隱藏的、長期的、慢性的毒副作用進行處理和凈化。因此，無論是微生物群落也好，還是生物行為也罷，都應當被視為一個系統性的、連續性的、長期性的環境監測工具，技術人員需要在長期連續監測的結果中挖掘細節，由宏觀到微觀去探析污染物對生物體的威脅和影響，從而取得更加真實、全面、具體、有效的生物監測結果，促進我國生物監測領域的發展，提高生物監測對環境監測領域發展的推動效果，為我國的水資源污染治理工作提供技術支持。

4 結語

目前，水環境污染問題已經成為影響我國民生、經濟、工業發展的嚴峻問題，而控制水環境污染、提高水環境質量的基礎在于環境監測，只有當環境技術人員對環境有了足夠了解時，才能夠制定出科學、可行的計劃和方案，真正實現對水環境的保護。生物監測目前在應用上還存在一定的問題，但已經取得了較大的成就，技術人員需要進一步進行研發試驗，進一步提高靈敏度和適用范圍，以便發揮生物監測更大的作用。