原生動物在環境監測與城鎮污水處理中的應用

□ 陸夏銘 楊 青

原生動物是動物界最低等和最原始的動物，具有一般動物所能表現出來的生理功能，是一個獨立生活的有機體。原生動物對環境污染比較敏感，能夠在自然形成的水環境中大面積、大范圍地分布。因此，原生動物可以從不同方向上分析水域污染程度，并為水污染的凈化以及監測提供理論依據，這已成為實現水環境治理、水環境監測的一個有效而直接的手段。

1 ??原生動物概述

1.1 原生動物類別

原生動物是最低等的單細胞動物，細胞內分化出的各種細胞器起到延續后代和維持生命的作用，有機體所需要做到的一切生理功能，比如營養功能、呼吸功能、生殖功能以及排泄功能等都是通過單個細胞來完成的。原生動物種類繁多，目前已經記錄的原生動物有6000多種，它們分布非常廣泛，可以生活在海水、淡水以及土壤環境中，與人類的生存與發展有著十分密切的聯系，具有十分重要的研究價值，能夠敏感地反映出環境變化[1]。

1.2 原生動物的應用方式

原生動物可以作為指示生物存在，在一定范圍之內，通過控制變量對原生動物種群數量以及生命特征等參數的變化進行監測，可以有效得到周圍環境的特征以及環境污染情況。與其他高等生物相比，原生動物對生存環境的依賴性更強，與生存環境接觸更加密切和直接，從而能夠更加靈敏而迅速地反映出外界環境條件的波動，不會受到時間和空間的限制，能夠準確感知水體污染情況和土壤污染。此外，原生動物的繁殖力極強，生長速度極快，因此能夠極為快速地檢測出環境污染對原生動物繁殖與代謝的影響，監測耗費的時間更短，成本更低，可廣泛應用于環境監測與污水處理活動之中[2]。

1.3 原生動物的功能與結構

原生動物除了具有細胞必有的細胞器之外，還同時兼備一些比較特殊的細胞器。比如在淡水原生動物中，比較常見的細胞器是伸縮泡，由于外界環境中溶質的濃度要遠低于淡水原生動物細胞質中的溶質濃度，因此外界環境中的水會不斷擴散到細胞質中，細胞中的伸縮泡可以有效防止細胞腫脹，并能夠調控細胞內的溶質濃度，避免細胞內水分過多而對單細胞生物正常生命活動產生不良影響，確保細胞內的各項生理功能能夠順利進行。同時，由于伸縮泡排出的是細胞內過剩的液體，需要保持細胞內溶質濃度和體積的一致，所以在剩余液體排出之前，溶質必須要能在細胞內從水中分離出來，目前對細胞質的分離狀態機制的研究仍不明確[3]。

2 ??原生動物在環境監測中的應用

2.1 原生動物在土壤環境監測中的應用

社會經濟的不斷發展和新科技、新技術的層出不窮，對環境也產生了較大壓力。比如化學工業的發展使得農田殺蟲劑、除草劑和肥料等化學產品產量日益增加，在農田和土壤環境中的應用程度也不斷深化。這些化學污染會給土壤環境造成嚴重破壞，影響土壤結構的穩定性和土壤內部的生態平衡。通常情況下，土壤的自我修復能力能夠有效凈化污染物，但是如果土壤污染程度超過土壤凈化水平，將會導致土壤肥力的急劇下降和生態平衡破壞，引起土壤系統和功能惡化，抑制植物的生長發育與土壤的降解能力。

土壤中的原生動物可以對土壤環境的變化進行靈活的反應，作為一種有效的指示生物，土壤肥力的改變將會直接影響原生動物的數量以及群落結構。原生動物能夠感知到土壤發生的細微變化，且變化速度較快，以1d為一個實驗周期。農藥作為現代農業發展的重要組成部分，可以有效降低病蟲害對農業產量的影響，但與此同時，農藥的過度使用也會影響土壤環境和水環境的質量。研究發現農藥的使用會顯著降低土壤中原生動物的種類和數量，可以通過衍生動物反映出土壤中重金屬污染情況和農藥污染情況。根據相關資料發現，纖毛蟲在較低濃度的殺蟲劑中會改變自身的形狀，抑制體內DNA和蛋白質的合成，可以通過纖毛蟲形狀的變化來判斷土壤中殺蟲劑的濃度[4]。

2.2 原生動物在水環境監測的應用

原生動物作為指示生物在水質監測與評價中有十分廣泛的作用，原生動物是構成水域環境的重要生物群體，其數量可以直接影響水體食物網和食物鏈，在一定程度上決定了水環境中高等動物的密度。絕大多數的原生動物對水質的變化比較敏感，研究結果表明，迅速的水質變化會引起野生動物種群數量和特征的顯著改變。

原生動物可以用于赤潮的監測，纖毛蟲和藍藻的高密度聚集以及過量繁育會引起赤潮而影響水體生態系統穩定。通過研究發現，原生動物的種群結構和群落數量與赤潮有顯著的關系。發生赤潮時，纖毛蟲主要出現在深水表層，赤潮退去時則逐漸向水的表層移動，纖毛蟲隨著赤潮的消失而消失，其數量有明顯改變。由此可見，原生動物的種群變化與數量變化可以用于監測赤潮。

此外，原生動物還可以有效用于水體重金屬的監測。早期有研究人員研究了鋅離子和銅離子對尾草履蟲的毒性影響，實驗結果表明，鋅離子和銅離子的濃度越大，尾草履蟲的存活數量越少，而且銅離子的毒性要大于鋅離子的毒性。由于重金屬離子對水體的影響是綜合的，因此在進行重金屬離子監測時，需要充分考慮到多種離子共同作用的影響。有學者研究了新元素、銅元素以及鎘元素對原生生物的影響，實驗結果表明，銅元素、鎘元素對原生生物的影響均大于鋅元素。在實際水質監測活動中，可用纖毛蟲來監測重金屬離子污染程度，將纖毛蟲作為監測重金屬的指示生物。

3 ??原生動物在城鎮污水處理中的應用

3.1 滲透過濾系統

污水處理系統中的滲透過濾系統主要包括無氧消化池、沉淀池和濾床等幾部分內容。污水在經過沉淀池和消化池之后，進入濾床，在濾床移動的過程中可以有效刺激細菌的生長。細菌通過取食廢水中的有機碎屑形成菌膜，并接著出現真菌和藻類，一直到出現原生動物。原生動物的繁殖與生長會起到一定的凈化水質的作用，使廢水中的懸浮顆粒黏結形成絮狀沉淀，提高污水處理效果，保證污水處理質量。

3.2 活性污泥系統

原生動物在活性污泥系統中的應用方法主要包括氧化法、缺氧法以及一體化污泥法等。活性污泥系統中游泳種類的細菌生物體會率先出現，使得有機物質發生氧化，接著出現各類原生動物，從鞭毛蟲到纖毛蟲、草履蟲和緣毛蟲。纖毛蟲可以促進活性污泥生成絮狀體，減少污水中的懸浮物質和污染物質，起到污染物質沉降的作用，從而使得污水處理效果進一步提升。

3.3 原生動物在污水處理中的機能

有的原生動物可以直接利用廢水中的有機物質。通過研究表明，原生動物過氧化氫酶的活性要遠高于細菌酶的活性。原生動物可以利用細菌分解產生的氨基酸參與氧化作用，活性污泥中如果存在原生動物，會使得污水處理之后氨基酸、有機物質以及水溶性磷濃度含量明顯下降。原生動物在污水處理過程中主要起到細菌掠食和絮凝作用。比如，原生動物中的纖毛蟲可以捕食細菌，游離細菌數量與原生動物數量之間有明顯的關系，原生動物數量會隨著細菌數量的增加而增加，從而可以預測有機廢水的處理效率。

3.4 原生動物在污水處理中的應用實例

李宗義等人通過對啤酒廢水活性污泥進行馴化和培養，跟蹤觀察原生動物生態演替規律。根據廢水處理中的生物開展深入的研究，明確原生動物的演替規律，在一定時間范圍內評價廢水處理的運轉形式[5]。該方法所耗費的時間較短，成本低，方法簡便。早在1909年便有德國學者提出了污水生物處理系統，并給出多種原生動物對不同污染狀態的處理效果以及應用價值。李鳳超等人應用PFU微型生物群落監測方法監測白洋淀水質，監測結果顯示白洋淀水域的內源性污染對原生動物群落產生較大的影響[6]。受到附近府河污水的影響，白洋淀水域環境中原生動物群落發生了極大的改變，與20世紀90年代相比，白洋淀中心區4個采樣點的原生動物群落種類數急劇下降，由此可見內源性污染對白洋淀水質已經產生了嚴重的影響。許木啟等人研究北京通惠河水質情況與原生動物群落多樣性的相互關系，在一天時間內收集的原生動物功能參數，能夠有效反映出5個采樣站水質的變化。每個采樣站原生動物群落結構參數包括個體豐度、種類組成、多樣性以及生物數量等，參數差異與水質有十分密切的關系[7]。蔡后建等人研究了纖毛蟲群落在太湖梅梁灣湖區的分布情況，根據富營養指數指標，可以將該湖區劃分為中營養型水域和富營養型水域，特有的纖毛蟲種類分布在富營養型水域當中，纖毛蟲的生物量、個體豐度與富營養狀態密切相關，富營養型水域中的纖毛蟲的個體體積要大于中營養型環境中的纖毛蟲，且差異明顯[8]。

4 ??結語

原生動物在環境監測與污水處理活動中有十分廣泛的應用，能夠顯著提升污水監測靈敏度和污水處理質量。本文主要針對原生動物在環境監測與污水處理中的應用情況進行探討，希望能夠提高污水處理速度和處理效率，為環境保護工作提供一定的參考。