生物监测在水环境监测中的应用研究

张明杰

摘 要：生物监测是应用于环境监测领域的一门新兴技术，是指利用生物个体、种群或群落对环境污染或变化所产生的反应，从生物学角度对环境污染状况进行监测和评价，具有长期性、连续性、综合性及灵敏性等特点。文中综述了生物监测的原理、特点及应用和未来的发展趋势进行了系统阐述。

关键词：生物监测；水环境监测；应用

0 引言

理化检测技术能够准确地进行定量和定性，因而正确评价水环境和准确鉴定水污染事件时，可以其成果作为依据。然而，理化检测仅仅只能对污染短时间内的情况进行监测，而难以实现长时间的连续监测，在水环境监测中达不到理想的效果，同时，在对水质变化特点与将来的变化趋势等方面的把握上存在严重不足。为有效解决理化检测技术存在的问题，进而产生了生物监测。生物监测即为通过全面使用生物反应对环境变化进行评价的一门科学，并且能实现在环境质量控制程序中的有效应用。

1 生物监测的原理

生物和环境之间相辅相成，具有紧密的联系和影响，在环境中，改变了各种理化条件，因而会对在这一环境当中生活的生物遭受一定的影响，并且生物体内部生理功能和种间关系也会受到进一步影响，生态平衡被打破，反过来生物又会对环境产生影响。可见两者之间的联系，正是由于生物和环境两者之间存在协同进化与一致性，所以为环境质量生物监测奠定良好的生物学基础。在各类文献资料中，对生物监测的定义不一致。联合国环境规划署作出的界定即为对具有生命的生物体所受到的人为压力的灵敏度的测定；美国国家环保局也给出了定义，即为利用具有生命的活着的生物体对环境影响进行的测定。实际上为同一原理，也就是通过水生生物个体、种群与群落的数量、性质、健康情况、生理特点等的变化将水环境质量的变化展现出来，明确环境污染的具体情况，并基于生物学的视角有效监测与评价环境质量。

2 生物监测的特点

在水环境监测中，理化监测具有操作便捷、高效快速的优势，然而对于水环境质量整体监测和评价来说，理化监测又存在较大的限制，难以将污染的综合性和对生物毒性产生的影响全面细致地展现出来。而长时间持续不断地生物监测的效果更好，更具直观性，能高效全面地展现影响和变化。相比一般的理化监测方法，生物监测的主要特点如下：（1）在某一范围之内生活的生物能全面地展现长时间形成的污染情况，而理化监测仅仅针对取样这一阶段内的污染情况，生物监测能实现连续长时间的监测有效性。（2）一些生物对部分污染物具有极高的敏感度，能监测出细致的微量污染物形成的反应，而这些反应往往甚至是精密仪器都难以监测出来，同时会存在对应的受损傷的效应，产生直观的效果。（3）在生态系统中，通过食物链可以将微量有毒物质予以富集，当到达该食物链末梢时，可将污染物浓度提高到数万倍。（4）因为一种生物对不同的污染物产生反应而表现出不同症状，所以生物监测更具多样性，监测功能更加多样化。（5）理化监测只能监测特定条件下水环境中污染物的类别和含量，而生物监测可以反映出多种污染物在自然条件下对生态的综合影响，更加客观、全面地监测和评价水体质量。

3 生物监测在水环境监测中的应用

3.1 群落监测

第一，水环境评价。在水体环境整体评价中，生物监测拥有巨大的优势，利用水生生物群落和类别的变化，能充分了解在长期和短期时间内，水体质量的变化情况。例如，二十世纪就是年代，欧洲一些国家的植物营养素对其水库产生了极大的污染和破坏，在那个时候，迅速展开了对水库中各个时期生物的类别和构成的研究，对水体变化情况进行充分了解，进而加快净化了水库，极大影响着水库的应用功能；欧洲许多个国家都贯穿着莱茵河，长时间遭受严重污染，严重侵害了河流中的生物，经过各个国家共同的不懈努力，该河水体质量得到极大改善，原先消失的生物又重新在河道中出现。水生生物具有显著的指示作用，不仅能从整体上展现采取环保举措所达到的效果，而且能使人们对环境质量有更全面的了解。

第二，水域宏观规划。水生指示生物会随环境的变化而出现一定的反应，以此可掌握水体的质量和类型，应将其有针对性地利用起来。比如，如果水体中生长着较为旺盛的藻类，就可以放养一些鲢鱼、罗非鱼等鱼种。此类鱼的饵料主要为藻类。这样不仅可增加鱼的产量，还能逐步减轻水体的富营养化程度，同时，也可以减少饵料的投入量。通过观察和监测水体中水生生物的群落结构，了解相应水域水体的类别和性质，可宏观规划水域，确定水体的相应功能，最终达到合理划分水域功能的目的。

3.2 生物测试

生物测试即为使用实验的手段，对生物所受到环境的污染和影响进行研究和监测，进而对水体的质量与受污染的情况进行准确评价，其主要应用在以下两方面：（1）对水中植物营养素和生长刺激激素的情况进行监测；（2）对生物散发的毒性进行监测。在宏观与非定量评价中，群落监测使用较多，然而在对水体的质量与受污染情况进行检测时，必须以生物测试为依据。其包括以下两方面：第一，生物传感器。固定化细胞核和固定化酶技术应用于生物传感器之中，并把生物学元件当做是功能性识别原件，根据相关规律把识别和感知为目的的被测物转变为可识别的信号。它的工作原理是在生物组分与待测对象之间生成相互作用，借助于电子组分检出待测对象，并对其转化，最终成为可以测量的电子信号。通常情况下，可以将生物传感器划分为多种类型，比如细胞传感器、免疫传感器和DNA传感器等，这样划分的依据是识别元件构成材料的差异。第二，制订环境标准。在水环境中生长的生物个体因食物链和生长需要，会在水环境中积累各种成本。在生物测试应用中制订水质标准时，必须将污染物在生物体内的累积对生物生理机能和遗传效应产生的毒害纳入考虑范围内。目前，我们已经在饮用水中分离和鉴定了超过2000种有机化合物，但采用理化监测无法识别这些化合物对人体的危害。而通过应用生物监测技术合理选择受试生物和监测条件，制订出的水质标准会更加合理、严格。此外，还可结合不同的水体，对污染物排放标准进行差异化的制订。

4 生物监测发展趋势

4.1 分子生态毒理学

分子生态毒理学采用现代分子生物学方法与技术，研究污染物及代谢产物与细胞内大分子，包括蛋白质、核酸、酶的相互作用，找出作用的靶位或靶分子，并揭示其作用机理，从而能对在个体、种群、群落或生态系统水平上的影响作出预报，具有很大的预测预报价值。一般来说，监测MT的方法比监测组织中金属总量更可行，因为这种方法可以将胞内具有显著毒理效应的金属结合片段与不可利用的金属络合物区分开来。因此贻贝消化腺上皮细胞中的溶酶体膜的稳定性和金属硫蛋白的含量的测定可以作为水体环境有毒物质变化的早期警报。近年来，生物体内胆碱脂酶活性的测定已经成为海水和淡水水体污染的一种监测工具。由于环境中的有机磷农药和氨基甲酸盐杀虫剂与底物乙酰胆碱的分子形状类似，能与酶酯基的活性中心发生不可逆的键合从而抑制酶活性，因此它可以用来评价有机体在杀虫剂和毒害神经的污染物质中的暴露程度。

4.2 有效运用生物传感器

生物传感器技术能在研究环境中低浓度污染物与沉積物中污染物上获得广泛应用，发挥其在研究上巨大的潜力，生物传感器即为集生物学、化学与物理学为一体的全新装置，能结合生物的酶、亚细胞器以及细胞或组织对污染的反应，进而转换形成电信号，经过放大系统展现出来，再利用计算机系统处理检测信号，实现监测的自动化。目前，这种生物传感器技术可以对水质的BOD进行快速监测。当然，生物传感器的应用在未来将向着高性能化、微型化、智能化和专业化方向发展。

5 结语

由于不断深入开展环境保护工作，生物监测技术水平的日益提升，在将来环境监测尤其是水环境监测中，生物监测的作用尤为显著，并能得到广泛应用和普及。生物监测作为能对综合毒性进行评价的一种良好的方法，在将来的研究和应用中会引起人们的高度重视，特别是在监测新型毒性物质方面，其将发挥至关重要的作用。

参考文献

[1]刘伟成，单乐州，谢起浪，等.生物监测在水环境污染监测中的应用[J].环境与健康杂志，2008，（5）：456-459.

[2]戴舒雅，余俭，丁波，等.生物监测在水环境监测中的应用及发展趋势[J].污染防治技术，2013，（5）：62-65，71.

[3]牟钰.生物监测在水环境监测中的应用[J].环境研究与监测，2016，（3）：73-76.

（作者单位：偃师市环境保护局）