生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用及研究

摘 要：自然界的水環(huán)境是通過各種形式的循環(huán)實現(xiàn)跨空間的各類水形態(tài)的轉(zhuǎn)化。水環(huán)境與人的生活息息相關(guān)，能直接或間接地影響人類的生活。水生態(tài)環(huán)境的污染和破壞導(dǎo)致生物多樣性減少，影響人和其他生物的健康。利用生物監(jiān)測技術(shù)對水環(huán)境加強監(jiān)測，通過監(jiān)測結(jié)果了解和掌握更多的水環(huán)境現(xiàn)狀，從而實施針對性的水環(huán)境污染治理。本文介紹了生物監(jiān)測技術(shù)的原理及其在水環(huán)境中應(yīng)用的作用，探討了水環(huán)境工程的中的監(jiān)測內(nèi)容，根據(jù)監(jiān)測內(nèi)容分析生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用。旨在為水環(huán)境保護(hù)與污染控制工程的系統(tǒng)化建設(shè)提供一些參考。

關(guān)鍵詞：生物監(jiān)測技術(shù);水環(huán)境工程;應(yīng)用;環(huán)境保護(hù);污染控制

隨著人類工業(yè)化進(jìn)程的加深，社會發(fā)展速度雖然在不斷加快，但生態(tài)環(huán)境卻遭到了嚴(yán)重的污染和破壞。人類對水環(huán)境的污染和破壞導(dǎo)致被污染水體中的生物數(shù)量銳減，不少生物因此瀕臨滅絕。污染嚴(yán)重的水體周邊人的各類疾病發(fā)病率在不斷上升。人越來越多的疑難雜癥及生物多樣性弱堿問題讓人類意識到水環(huán)境保護(hù)的重要性。水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)是一種基于對水環(huán)境污染情況掌握下的針對性污染治理措施。通過對水環(huán)境的監(jiān)測，我們可以了解到污染源和污染成分，再對癥采取措施，從而提高水環(huán)境污染治理的效果。生物監(jiān)測技術(shù)是監(jiān)測生物效價和安全性的核心技術(shù)。研究生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用對提高水環(huán)境工程監(jiān)測的安全性有著重要的意義。

一、生物監(jiān)測技術(shù)概述

（一）生物監(jiān)測的內(nèi)涵

利用生物個體、種群或群落對環(huán)境污染或變化所產(chǎn)生的反應(yīng)闡明環(huán)境污染狀況，從生物學(xué)角度為環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測和評價提供依據(jù)。生物監(jiān)測技術(shù)來源于20世紀(jì)70年代對水污染及生物監(jiān)測及研究。美國的《水和廢水質(zhì)量的生物監(jiān)測會議論文集》就有提到利用水生物監(jiān)測技術(shù)監(jiān)測各類水生生物，是研究水污染關(guān)系的重要依據(jù)。

（二）生物監(jiān)測技術(shù)的原理

生物監(jiān)測技術(shù)是利用個體對環(huán)境變化的影響來監(jiān)測和評估環(huán)境的污染情況。生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用是利用各類水生生物對環(huán)境變化的影響來監(jiān)測和評估環(huán)境污染情況。它利用了毒性學(xué)方法和生態(tài)學(xué)方法的原理來實現(xiàn)對水生生物的監(jiān)測。生物監(jiān)測技術(shù)相對于傳統(tǒng)的物理監(jiān)測與化學(xué)監(jiān)測方法而言，具有較高的安全性和實用性優(yōu)勢。理論上，它是對傳統(tǒng)的物理監(jiān)測法與化學(xué)監(jiān)測法的延伸和補充。主要用于花境監(jiān)測與評價。毒理學(xué)原理在測定有毒物質(zhì)在環(huán)境中的毒性作用方面有著明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。生物監(jiān)測技術(shù)可以分析水環(huán)境中污染物的綜合毒性，反應(yīng)更加全面是水環(huán)境污染問題。動態(tài)化的監(jiān)測過程能夠反應(yīng)水環(huán)境長期污染情況，提供更加精準(zhǔn)、真實的監(jiān)測數(shù)據(jù)及環(huán)境污染的信息依據(jù)。它在綜合環(huán)境評價中能夠客觀真實的反映水環(huán)境中存在的各方面的污染問題，可用于預(yù)測和治理水環(huán)境污染的客觀理論依據(jù)。根據(jù)當(dāng)前生物監(jiān)測技術(shù)在我國水環(huán)境工程中國的應(yīng)用情況來看，生物監(jiān)測技術(shù)對當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)中對未被污染的區(qū)域的危害能夠起到一定的預(yù)測作用，預(yù)防水生態(tài)環(huán)境遭到污染和破壞。由此可見，生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用對維持長期有效的環(huán)境保護(hù)意義深遠(yuǎn)。

（三）生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用作用

生物監(jiān)測技術(shù)可以綜合性的監(jiān)測水環(huán)境，監(jiān)測過程可以體現(xiàn)動態(tài)化和實時性。將生物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用到水環(huán)境工程中，有助于提高水環(huán)境監(jiān)測的效率，及時獲取水環(huán)境中生物物質(zhì)變化的進(jìn)程，掌握系統(tǒng)、完整化的生物變化過程。基于對生物監(jiān)測信息的分析，還可以有效預(yù)見水環(huán)境的變化，通過前期污染預(yù)測可能發(fā)生的水體污染問題，起到預(yù)報環(huán)境污染的作用。傳統(tǒng)的物理監(jiān)測法及化學(xué)監(jiān)測法對水環(huán)境細(xì)微的變化監(jiān)測效果不明顯，而生物監(jiān)測技術(shù)能夠更加敏感地捕捉到水環(huán)境細(xì)微的變化，從污染前天起預(yù)測細(xì)小的污染經(jīng)過長期的積累后演變的結(jié)果，起到預(yù)報污染變化的作用。對一些具有長期危害且其危害大、毒性范圍小的水土污染，生物監(jiān)測技術(shù)的成本低、效率高。在廣泛的監(jiān)測水環(huán)境污染問題時，有助于降低水環(huán)境監(jiān)測成本的作用。

二、水環(huán)境工程中的監(jiān)測內(nèi)容

水環(huán)境工程中監(jiān)測的主要內(nèi)容為動物、植物、微生物在環(huán)境中的分布、生長、發(fā)育狀況、省力化指標(biāo)、生態(tài)系統(tǒng)變化及其與環(huán)境污染的關(guān)系。生物監(jiān)測法時測定環(huán)境污染物毒性的有效方法。對動物、植物及微生物的群落生態(tài)、個體生態(tài)、攜帶的毒性、致突變因素、體內(nèi)殘留物等指標(biāo)的測定，是了解水環(huán)境污染情況的重要依據(jù)。生物監(jiān)測獲得的監(jiān)測信息能夠更加確切的反映污染因子對人和生物的危害及花境污染的綜合影響。在環(huán)境污染物較低的情況下，利用某些生物對特定污染物的敏感性，對水環(huán)境污染危害人體做早期的診斷和預(yù)測。由于生物監(jiān)測技術(shù)不能獲得理化監(jiān)測那樣具體準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為了更加全面、準(zhǔn)確地評價水環(huán)境質(zhì)量，生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中應(yīng)用時可以結(jié)合理化監(jiān)測技術(shù)及其數(shù)據(jù)，將理化監(jiān)測數(shù)據(jù)作為生物監(jiān)測結(jié)果的補充，來評價生物反應(yīng)現(xiàn)象。

三、生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用

（一）微生物群落監(jiān)測技術(shù)

微生物群落監(jiān)測技術(shù)用于監(jiān)測水環(huán)境中的細(xì)菌、水藻及原生物等微生物。水環(huán)境中的各類微生物的數(shù)量、出現(xiàn)頻率能夠反映一個階段內(nèi)水環(huán)境的情況。微生物群落監(jiān)測技術(shù)主要監(jiān)測指標(biāo)有微生物園中類型、多樣性指數(shù)、異養(yǎng)指數(shù)、鞭毛百分率。采用聚氨酯塑料收集水樣，結(jié)合數(shù)據(jù)計算方法計算微生物的分布指數(shù)，評價水環(huán)境污染程度。理論上，水環(huán)境污染情況是個動態(tài)化的過程。污染條件也在不斷的發(fā)生變化。微生物監(jiān)測技術(shù)對微生物評價指標(biāo)應(yīng)根據(jù)污染條件的變化不斷擴展和擴充，以提高水環(huán)境污染評價的全面性。

（二）生物行為反應(yīng)監(jiān)測技術(shù)

生物行為反應(yīng)監(jiān)測技術(shù)用于監(jiān)測微生物污染時發(fā)生的行為變化。部分微生物在受到敏感的污染條件時，會發(fā)生明顯的生物變化、行為變化或壓力性反應(yīng)。這些指標(biāo)能夠較為準(zhǔn)確的反映環(huán)境污染存在的問題。例如斑馬魚、金魚等，對外部環(huán)境污染的變化感知及其敏感。斑馬魚、金魚的生理變化、行為變化等，可以作為指示淡水水質(zhì)的變化的指標(biāo)，來評價監(jiān)測區(qū)域水環(huán)境的污染問題。斑馬魚與人體具有很多相似的行為反應(yīng)。監(jiān)測斑馬魚的反應(yīng)在指示水環(huán)境污染對人體的危害方面具有極高的應(yīng)用價值。

（三）發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)

細(xì)菌廣泛存在與水環(huán)境中。監(jiān)測水環(huán)境中的細(xì)菌類型、數(shù)量，在評價水環(huán)境的安全性方面有著重要的應(yīng)用價值。目前，我國的細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)的成熟性確保了水環(huán)境安全性監(jiān)測的有效性。發(fā)光細(xì)菌技術(shù)利用一些細(xì)菌細(xì)胞的發(fā)光特性來監(jiān)測污染物及其徐俊遺傳毒性。該技術(shù)通過生物毒性探測器實現(xiàn)水環(huán)境細(xì)菌毒性的監(jiān)測。生物毒性探測器具有毒性監(jiān)測效率快、結(jié)果精準(zhǔn)、操作方便等應(yīng)用優(yōu)勢。采用生物毒性探測器，最快可在3小時內(nèi)獲得水環(huán)境細(xì)菌及毒性監(jiān)測結(jié)果。

（四）底棲和兩棲監(jiān)測技術(shù)

底棲、兩棲動物數(shù)量是生物監(jiān)測水質(zhì)的重要指標(biāo)。底棲、兩棲動物對生存的水環(huán)境要求極高。底棲和兩棲監(jiān)測技術(shù)是通過監(jiān)測底棲、兩棲生物的生理、行為等指標(biāo)來評價水質(zhì)及水環(huán)境污染問題的。主要指標(biāo)有Saprobic指標(biāo)和BI指標(biāo)兩類。底棲和兩棲動物的監(jiān)測指標(biāo)是完整評價水環(huán)境變化的重要指標(biāo)。

（五）生物傳感器監(jiān)測技術(shù)

生物傳感器監(jiān)測技術(shù)借助傳感器自動捕捉和識別信號的功能，用以監(jiān)測部分生物有機體做出的應(yīng)急響應(yīng)。生物有機體的應(yīng)急響應(yīng)能夠反映水環(huán)境污染變化情況，可作為指示水環(huán)境污染的應(yīng)急電信號。電信號是間接測量和評價水環(huán)境中污染物濃度的重要依據(jù)。監(jiān)測到的電信號結(jié)合有機體DNA重組技術(shù)對生物做更加深入的研究，來幫助我們了解生物體攜帶的中毒素及其含量，獲得更加全面、復(fù)雜的水環(huán)境污染指標(biāo)。

四、應(yīng)用前景分析

生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用有監(jiān)測水環(huán)境污染動態(tài)、預(yù)測污染發(fā)展情況、降低水環(huán)境監(jiān)測成本、提高水環(huán)境監(jiān)測效率和質(zhì)量的作用。它的應(yīng)用優(yōu)勢及其作用決定了其在未來有廣闊的市場前景。未來，水環(huán)境監(jiān)測將廣泛面向水環(huán)境展開，來提高水環(huán)境污染的監(jiān)測和保護(hù)。微生物監(jiān)測技術(shù)成本低、易操作、毒性小、適用范圍廣，又能提供實時的監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測預(yù)測未來污染情況。對水環(huán)境的監(jiān)測是水環(huán)境污染治理的必然條件。未來，隨著生物監(jiān)測技術(shù)水平的提升，生物監(jiān)測技術(shù)將應(yīng)用到解決更加復(fù)雜的水環(huán)境系統(tǒng)工程問題。它能為環(huán)境治理提供客觀、精準(zhǔn)的治理依據(jù)，在復(fù)合污染嚴(yán)重的水環(huán)境綜合治理中發(fā)揮更加重要的作用。

五、結(jié)語

水資源作為所有生物賴以生存的生命源泉，對于人類社會及其文明的可持續(xù)發(fā)展意義重大。為了人類文明的可持續(xù)發(fā)展，人類必須加強水環(huán)境保護(hù)及污染控制，構(gòu)建和維護(hù)長期的水生態(tài)平衡狀態(tài)。生物監(jiān)測技術(shù)是監(jiān)測水環(huán)境生物安全性必不可少的技術(shù)。微生物群落監(jiān)測技術(shù)、生物行為反應(yīng)監(jiān)測技術(shù)、發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)、底棲和兩棲監(jiān)測技術(shù)、生物傳感器監(jiān)測技術(shù)能夠為水環(huán)境工程中水體的微生物、生物行為、細(xì)菌、兩棲生物、底棲生物的生物動態(tài)監(jiān)測提供技術(shù)支撐，同時監(jiān)測水體中的非金屬無機物及其他污染物，了解生物生存狀態(tài)及其安全性，為水環(huán)境生物保護(hù)及污染治理提供依據(jù)。鑒于其在水環(huán)境工程監(jiān)測中的重要性，建議加大對生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中應(yīng)用的研究和推廣。

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作者簡介：李旭暉（1999— ），男，漢族，云南昆明人，本科，研究方向：生物工程。