生物監測技術在水環境監測中的應用

梁曉蘭

（臨沂市生態環境局費縣分局臨沂市費縣環境監控中心，山東 臨沂 273400）

現今，國內水環境污染治理主要包括兩個方向，其一，從源頭管控工農業、生活污水的排放；其二，監測并治理自然水體的污染。在實際工作中，傳統的監測技術會更加關注污染物本身，會著重圍繞水體中的濁度、色度、化學需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、總有機碳、pH值等進行監測，這些參數可以真正反映水環境的情況，但卻難以體現出水環境污染對生物體帶來的危害。如很多污染物會與水環境融合，并相互作用，會對生物體產生一定的影響，但依靠傳統理化監測技術是難以有效地監測出來。而生物監測技術可以依靠觀測生物群的轉變來了解污染物的嚴重影響，該技術有利于彌補原有技術的缺陷，可以讓水體監測變得更為全方位、更為合理[1]。

1 生物監測技術原理

在生態自然領域中，有些生物和水環境之間有著密切的關聯，彼此影響。但如果水體中污染物的含量高于安全閾值，勢必會對生物的發育與繁殖產生直接危害，會使污染物轉移并匯聚于生物體中，從而導致生物產生各種各樣的病癥。而生物監測技術依靠生物學反應，可以對水環境中不同生物群種的病癥情況與它們對水體的敏感性進行具體、深入的剖析，以此衡量水污染的狀況及程度，明確水污染種類。

同傳統理化監測技術進行對比，生物監測技術有著諸多優勢，比如靈敏性強、監測范圍大以及成本低等。不過，生物監測技術是一項新興的水環境監測技術方法，其技術標準仍缺乏完善性，以至于無法確保監測結果的可靠性與精準性。

2 生物監測的特點

當生態環境遭到破壞與污染后，生物的生長與繁殖也會因此受到制約，但把生物監測技術合理地運用于環境監測領域中時，可以獲得突出成效。一般情況下，環境污染大多爆發于小領域之中，因此，在挑選取樣監測點時，應充分考慮實際狀況，根據可能引起的環境污染來科學、合理地選擇監測點，只有這樣才可以保證監測結果和實際狀況相匹配。在實際運用中，生物監測技術可以體現出一定時段中的環境轉變狀況，使相關人員了解監測區域中所含有污染物的類別、濃度等信息，便于合理高效地采取治理措施。例如，在對水環境進行監測時，可圍繞水環境中的生物生長狀況展開監測，這樣所獲取的結果會更加全方位。需要注意的是，在實施生物監測的過程中，切勿僅制約在監測范圍中的物種，應融合附近的環境狀況來具體實施。

3 生物監測技術方法

目前，較為常用的生物監測技術手段主要包括四種：

（1）指示生物法。該方法是指在一定的水體環境內，當水體質量出現改變時，通過對那部分具有受害病癥情況或消亡的生物個體或種群的改變情況進行監測，從而較為精準地衡量環境質量水平。

（2）群落結構法。該方法是指通過自然界某種領域中彼此依存的某種動物、植物以及微生物的構成，對水生生物此類群落結構的改變狀況進行監測，從而對水體質量進行衡量。

（3）生物測試法。該方法是指采用水生生物受害后出現的生理機能改變的病癥情況來對水污染程度、類型進行判斷。

（4）殘毒測定法。在現實環境中，生物體從環境中汲取了各類污染成分，通過體中轉移、處理與再分配，最終會有一些有害物質堆積于體中。這時生物體中的有害物質濃度通常會比其四周環境內的對應濃度高很多，因此，通過對生物體中的有害物質濃度進行檢測，就可以衡量水環境污染的情況。

4 生物監測技術現狀

如今，世界各國都存在著淡水資源匱乏、環境污染等各種問題。其中，水污染作為環境污染中的一種關鍵類型，已在相關領域的人員中引起廣泛關注，而水環境監測也成為了非常關鍵的一項工作。現階段，水環境監測技術手段主要包括生物監測和理化監測。在實際工作中，將生物監測技術合理地運用在環境監測中，其結果明確且真實，具有較高的經濟性與實用性，同時還能很好地體現出環境污染的真實情況。并且，該技術還能夠提早發現污染情況，可防止出現生態環境失衡的現象。如今，國內水污染的情況仍舊非常嚴重，所以必須要積極合理地運用環境監測技術手段。

當前，在現代科技飛速發展的背景下，信息技術在很多領域中都得到了普遍運用，同樣，水環境監測也運用了各種先進的信息技術手段。所以，相關技術人員也投入到了自動化生物監測器的研發之中，從而提高了水環境內污染物的監測精準，并合理地衡量了水體的質量情況。即便如此，但我國的水環境監測質量控制信息化水平仍然不高，還沒有構建出一套完整、健全的標準體系，以致于實際的監測問題難以快速實現反饋與解決，且監測結果也難以保持較高的準確性與可靠性。因此，相關技術人員要積極地把信息化技術運用到監測工作之中，以此構建全方位的標準化信息處理模式，真正提升環境監測結果的精準性[2]。

5 生物監測技術及其在水環境監測中的應用

5.1 制定相應的監測標準

在水體內生活、成長的生物個體，由于食物鏈與發育的需求往往會在水體內積攢各類成本。因此，在制定水質標準時，務必要把生物體中堆積的污染物對其生理機能與遺傳效應所帶來的危害考慮到制定范疇之中。如今，在飲用水的檢測中，我們已分離并測出了高于兩千類的有機化合物，對于這些有機化合物，通過理化監測技術手段難以分辨出對人類身體造成的影響。而運用生物監測技術手段，可以科學地挑選被檢測生物與相應的監測條件，由此制定的水質標準會更為科學、嚴謹。

5.2 監測微生物群落

在水體環境內，細菌、藻類等微生物產生的頻率和規模能夠體現出這一范圍內的水體狀況，因此，就形成了微生物群落監測技術方法。該方法在很早之前就得到了運用，是依靠聚氨酯塑料進行水體樣本采集，再通過計算得到微生物的分布指數，在此基礎上評估水體污染的具體情況。隨著環境污染條件的改變，微生物監測技術也在相應的調整和創新。現今，國內微生物群落監測技術的衡量指標在不斷豐富，就目前來看，其核心評估指標主要包括原物種類別、多樣性指數、植鞭毛蟲百分值與異養性指數。通過對以上指數進行評估，有利于提升水體監測結果。

5.3 監測生物行為反應

生物行為反應監測是依靠生物受害所顯示出的趨利避害行為或生理機能的轉變，來進行水環境污染狀況的衡量，從而判斷污染物的含量及類別，以此便于快速選擇應對的技術手段。該技術一般用于對魚類、雙殼軟體動物等水體生物生活的水體環境監測，在這當中，魚類是環境監測最普遍采用的一種指示生物。例如，斑馬魚會對水體質量產生特別敏感的反應，只要水環境的質量受到了一定污染，該生物就能非常快地做出與之對應的行為表現，因此，該生物也是特別不錯的環境監測指示物種。且斑馬魚的基因同人類的基因存在著非常大的類似度，通過斑馬魚這種水體生物作為監測樣本而獲得的水質監測結果，大部分是可以適用于人類的。在相關探究中，技術人員通過半靜態法對斑馬魚進行環境監測，以了解重金屬對水生生物的整體毒害影響，在實驗中，他們得出重金屬離子Cu2+、Cd2+和Cr6+對斑馬魚存在著不同程度的危害性，以及斑馬魚體中過氧化氫酶CAT活性與Cu2+、Cd2+和Cr6+濃度都具有顯著的劑量—效應關系，所以，可將斑馬魚作為指示生物來進行重金屬污染的環境監測。

此外，也可以將鯉魚等當做指示生物，依照魚的呼吸轉變情況來了解水體的污染情況。在展開生物毒性級別劃分的過程中，可將時間當做變量指標，也就是通過多種小型組合魚類在污染源廢水原液中的半致死時間為標準展開判斷。在水環境監測中，大部分情況下魚類都可以作為淡水環境監測的指示生物，而對于海洋環境的監測，通常情況下會采取雙殼類生物活體受害的生理機能變化或者行為表現來展開判斷，這一方面，國外目前已收獲了相對顯著的探究成果，在運用上也同樣獲得了一定成就。如國外探究者把電磁感應技術運用在貽貝雙殼距離轉變的監測中，以此來評估判斷水環境的污染情況。還有，水蚤也是被普遍采用的一種水體監測指示生物，在實際應用中是通過水質預警監測系統的光電檢測儀器來計算水蚤位移的能力，并對其生命活動進行判定，以此來評估水體環境質量的情況。

5.4 監測底棲動物和兩棲動物

底棲動物與兩棲動物也可以作為水體環境監測的指示生物。通過對這些生物在水環境內的形成或滅亡、總量情況來評判水環境的質量水平。底棲動物水質的衡量指標主要包括Saprobic指數、BI指數、群落多樣性指數。在這些指標當中，前兩個指標已被歐美等國家納作關鍵水質生物評估指數，不過我國目前仍未建立出一套相似的生物指數監測技術標準體系。在研究中，通過采用底棲動物完整性指數這一指標來圍繞太湖生態環境質量展開衡量，由此得出；接連觀測采集數據有利于強化評估指數的準確性，并增強了最終監測結果的科學性。此外，通過觀察與監測兩棲動物的行為表現與生理機能改變，也同樣能判斷水環境的質量情況。因此，我國有關研究人員在實驗中將兩棲動物作為指示生物，來檢測農藥引起的水環境污染，并構建了水環境污染水平的監測平臺與配套的評估標準，以及相應的監測手段。

5.5 發光細菌法

發光細菌法是一項已趨向于成熟的生物監測技術手段，是一種取得了標準認證的技術手段，在國內外都得到了普遍運用。該技術的優點非常多，如迅速便捷、靈敏度高以及運用領域廣等，可將水體樣本中的大量有害成分檢測出來。該技術在有機物以及重金屬等有毒成分監測中得到了運用，并有著非常寬闊的運用前景，不過該技術也存在操作復雜、誤差偏高等缺點。但電子技術的發展給這種生物監測技術手段的探究與運用帶來了更強的保障，比如螢光光度法等設備手段，這也使得，發光細菌法必然會具有更為寬闊的發展空間與運用前景。

5.6 生物傳感器監測技術

生物傳感器監測技術是依靠合適的生物傳感器，把生物敏感度轉化成電信號從而開展監測。傳感器是采用固定化的生物敏感材料來制作辨別元件，同時安裝了信號放大裝置與理化換能器。換句話說，它是不斷把生物材料獲取的有規律的信息變換成我們能夠理解的信息，以此給水質評估帶來可靠的參考依據。同其他生物監測技術方法進行對比，該技術具備精準性強、針對性高以及分析迅速等優點。在實際的水環境監測中，常見的生物傳感器有BOD傳感器、DNA傳感器和微生物傳感器。舉例來說，BOD傳感器是把生化需氧量作為水體衡量的核心參數，再根據實際狀況合理采取相關的評測手段，以此科學準確的檢測溶解氧的含量，進而衡量水環境質量的狀況。

6 提升生物監測技術在水環境監測中的精準性

生物的成長與分布都存在著明顯的個體差別，且相同生物對污染物的行為表現也會存在一定的差別。所以，在進行水體監測的過程中，我們應盡可能地擴大生物的數量，以強化監測結果的準確性。同時，還需構建一套健全的監測網絡，提高生物監測的次數，縮小區域差別性，以此強化水體的監測效果。

此外，低含量的水污染物對水體環境也會帶來潛在影響，若通過生物監測技術進行監測，在短時間中是難以看見突出成效的。所以，我們應持續優化生物監測技術，讓其可以充分符合水環境監測的各項要求，以此來強化監測結果的精準性與真實性。

7 發光細菌法在水環境毒性監測中的應用實例

7.1 可用于突發性水質污染事件應急檢測

在突然出現地震、投毒等水質污染現象時，發光細菌法快捷的優勢便能充分體現出來。如果這時采用發光細菌法展開監測，可以馬上查找到污染類型、濃度等信息，便于及時采取應對措施。通常情況下，通過發光細菌法進行監測大概用時是15～60 min之間，相比于傳統生物監測周期明顯快一些。

7.2 可用于致癌物質生物毒性檢測

在醫藥行業、石油工業等排放的污水中，含氮雜環化合物大量存在，而絕大部分的含氮雜環化合物都具有致癌、致畸變以及致突變等危害，無法被微生物分解消除。在采用發光細菌監測技術展開監測時，可以通過發光細菌的暗光突變種，或采取基因工程技術，把發光菌的發光基因轉移進檢測“三致”實驗鼠傷寒沙門氏菌的細胞中，讓它可以發射熒光，這樣的檢測流程只需要花費12 h，不僅效率快，而且成本較低。

8 應用前景分析

綜上所述，在水環境中應用生物監測技術，不僅可以降低水環境監測的成本，還有利于提高監測速度以及監測效果。因該技術的優點與功能，使其具備了非常寬廣的應用前景。同時，該技術不但便于操作、毒害微弱，而且還可以提供動態監測，同時還能進行污染狀況預測。因此，在今后的生物監測技術不斷發展與優化的過程中，可將該技術運用于更為繁雜、更為多樣的水環境監測工程之中。在實際應用中，通過科學、合理地應用該技術，可以給環境治理帶來真實、可靠的參考依據，且該技術在污染嚴重的水體治理中也起到了非常關鍵的作用[3]。