生物监测技术在水环境监测中的应用

梁晓兰

（临沂市生态环境局费县分局临沂市费县环境监控中心，山东 临沂 273400）

现今，国内水环境污染治理主要包括两个方向，其一，从源头管控工农业、生活污水的排放；其二，监测并治理自然水体的污染。在实际工作中，传统的监测技术会更加关注污染物本身，会着重围绕水体中的浊度、色度、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、总有机碳、pH值等进行监测，这些参数可以真正反映水环境的情况，但却难以体现出水环境污染对生物体带来的危害。如很多污染物会与水环境融合，并相互作用，会对生物体产生一定的影响，但依靠传统理化监测技术是难以有效地监测出来。而生物监测技术可以依靠观测生物群的转变来了解污染物的严重影响，该技术有利于弥补原有技术的缺陷，可以让水体监测变得更为全方位、更为合理[1]。

1 生物监测技术原理

在生态自然领域中，有些生物和水环境之间有着密切的关联，彼此影响。但如果水体中污染物的含量高于安全阈值，势必会对生物的发育与繁殖产生直接危害，会使污染物转移并汇聚于生物体中，从而导致生物产生各种各样的病症。而生物监测技术依靠生物学反应，可以对水环境中不同生物群种的病症情况与它们对水体的敏感性进行具体、深入的剖析，以此衡量水污染的状况及程度，明确水污染种类。

同传统理化监测技术进行对比，生物监测技术有着诸多优势，比如灵敏性强、监测范围大以及成本低等。不过，生物监测技术是一项新兴的水环境监测技术方法，其技术标准仍缺乏完善性，以至于无法确保监测结果的可靠性与精准性。

2 生物监测的特点

当生态环境遭到破坏与污染后，生物的生长与繁殖也会因此受到制约，但把生物监测技术合理地运用于环境监测领域中时，可以获得突出成效。一般情况下，环境污染大多爆发于小领域之中，因此，在挑选取样监测点时，应充分考虑实际状况，根据可能引起的环境污染来科学、合理地选择监测点，只有这样才可以保证监测结果和实际状况相匹配。在实际运用中，生物监测技术可以体现出一定时段中的环境转变状况，使相关人员了解监测区域中所含有污染物的类别、浓度等信息，便于合理高效地采取治理措施。例如，在对水环境进行监测时，可围绕水环境中的生物生长状况展开监测，这样所获取的结果会更加全方位。需要注意的是，在实施生物监测的过程中，切勿仅制约在监测范围中的物种，应融合附近的环境状况来具体实施。

3 生物监测技术方法

目前，较为常用的生物监测技术手段主要包括四种：

（1）指示生物法。该方法是指在一定的水体环境内，当水体质量出现改变时，通过对那部分具有受害病症情况或消亡的生物个体或种群的改变情况进行监测，从而较为精准地衡量环境质量水平。

（2）群落结构法。该方法是指通过自然界某种领域中彼此依存的某种动物、植物以及微生物的构成，对水生生物此类群落结构的改变状况进行监测，从而对水体质量进行衡量。

（3）生物测试法。该方法是指采用水生生物受害后出现的生理机能改变的病症情况来对水污染程度、类型进行判断。

（4）残毒测定法。在现实环境中，生物体从环境中汲取了各类污染成分，通过体中转移、处理与再分配，最终会有一些有害物质堆积于体中。这时生物体中的有害物质浓度通常会比其四周环境内的对应浓度高很多，因此，通过对生物体中的有害物质浓度进行检测，就可以衡量水环境污染的情况。

4 生物监测技术现状

如今，世界各国都存在着淡水资源匮乏、环境污染等各种问题。其中，水污染作为环境污染中的一种关键类型，已在相关领域的人员中引起广泛关注，而水环境监测也成为了非常关键的一项工作。现阶段，水环境监测技术手段主要包括生物监测和理化监测。在实际工作中，将生物监测技术合理地运用在环境监测中，其结果明确且真实，具有较高的经济性与实用性，同时还能很好地体现出环境污染的真实情况。并且，该技术还能够提早发现污染情况，可防止出现生态环境失衡的现象。如今，国内水污染的情况仍旧非常严重，所以必须要积极合理地运用环境监测技术手段。

当前，在现代科技飞速发展的背景下，信息技术在很多领域中都得到了普遍运用，同样，水环境监测也运用了各种先进的信息技术手段。所以，相关技术人员也投入到了自动化生物监测器的研发之中，从而提高了水环境内污染物的监测精准，并合理地衡量了水体的质量情况。即便如此，但我国的水环境监测质量控制信息化水平仍然不高，还没有构建出一套完整、健全的标准体系，以致于实际的监测问题难以快速实现反馈与解决，且监测结果也难以保持较高的准确性与可靠性。因此，相关技术人员要积极地把信息化技术运用到监测工作之中，以此构建全方位的标准化信息处理模式，真正提升环境监测结果的精准性[2]。

5 生物监测技术及其在水环境监测中的应用

5.1 制定相应的监测标准

在水体内生活、成长的生物个体，由于食物链与发育的需求往往会在水体内积攒各类成本。因此，在制定水质标准时，务必要把生物体中堆积的污染物对其生理机能与遗传效应所带来的危害考虑到制定范畴之中。如今，在饮用水的检测中，我们已分离并测出了高于两千类的有机化合物，对于这些有机化合物，通过理化监测技术手段难以分辨出对人类身体造成的影响。而运用生物监测技术手段，可以科学地挑选被检测生物与相应的监测条件，由此制定的水质标准会更为科学、严谨。

5.2 监测微生物群落

在水体环境内，细菌、藻类等微生物产生的频率和规模能够体现出这一范围内的水体状况，因此，就形成了微生物群落监测技术方法。该方法在很早之前就得到了运用，是依靠聚氨酯塑料进行水体样本采集，再通过计算得到微生物的分布指数，在此基础上评估水体污染的具体情况。随着环境污染条件的改变，微生物监测技术也在相应的调整和创新。现今，国内微生物群落监测技术的衡量指标在不断丰富，就目前来看，其核心评估指标主要包括原物种类别、多样性指数、植鞭毛虫百分值与异养性指数。通过对以上指数进行评估，有利于提升水体监测结果。

5.3 监测生物行为反应

生物行为反应监测是依靠生物受害所显示出的趋利避害行为或生理机能的转变，来进行水环境污染状况的衡量，从而判断污染物的含量及类别，以此便于快速选择应对的技术手段。该技术一般用于对鱼类、双壳软体动物等水体生物生活的水体环境监测，在这当中，鱼类是环境监测最普遍采用的一种指示生物。例如，斑马鱼会对水体质量产生特别敏感的反应，只要水环境的质量受到了一定污染，该生物就能非常快地做出与之对应的行为表现，因此，该生物也是特别不错的环境监测指示物种。且斑马鱼的基因同人类的基因存在着非常大的类似度，通过斑马鱼这种水体生物作为监测样本而获得的水质监测结果，大部分是可以适用于人类的。在相关探究中，技术人员通过半静态法对斑马鱼进行环境监测，以了解重金属对水生生物的整体毒害影响，在实验中，他们得出重金属离子Cu2+、Cd2+和Cr6+对斑马鱼存在着不同程度的危害性，以及斑马鱼体中过氧化氢酶CAT活性与Cu2+、Cd2+和Cr6+浓度都具有显著的剂量—效应关系，所以，可将斑马鱼作为指示生物来进行重金属污染的环境监测。

此外，也可以将鲤鱼等当做指示生物，依照鱼的呼吸转变情况来了解水体的污染情况。在展开生物毒性级别划分的过程中，可将时间当做变量指标，也就是通过多种小型组合鱼类在污染源废水原液中的半致死时间为标准展开判断。在水环境监测中，大部分情况下鱼类都可以作为淡水环境监测的指示生物，而对于海洋环境的监测，通常情况下会采取双壳类生物活体受害的生理机能变化或者行为表现来展开判断，这一方面，国外目前已收获了相对显著的探究成果，在运用上也同样获得了一定成就。如国外探究者把电磁感应技术运用在贻贝双壳距离转变的监测中，以此来评估判断水环境的污染情况。还有，水蚤也是被普遍采用的一种水体监测指示生物，在实际应用中是通过水质预警监测系统的光电检测仪器来计算水蚤位移的能力，并对其生命活动进行判定，以此来评估水体环境质量的情况。

5.4 监测底栖动物和两栖动物

底栖动物与两栖动物也可以作为水体环境监测的指示生物。通过对这些生物在水环境内的形成或灭亡、总量情况来评判水环境的质量水平。底栖动物水质的衡量指标主要包括Saprobic指数、BI指数、群落多样性指数。在这些指标当中，前两个指标已被欧美等国家纳作关键水质生物评估指数，不过我国目前仍未建立出一套相似的生物指数监测技术标准体系。在研究中，通过采用底栖动物完整性指数这一指标来围绕太湖生态环境质量展开衡量，由此得出；接连观测采集数据有利于强化评估指数的准确性，并增强了最终监测结果的科学性。此外，通过观察与监测两栖动物的行为表现与生理机能改变，也同样能判断水环境的质量情况。因此，我国有关研究人员在实验中将两栖动物作为指示生物，来检测农药引起的水环境污染，并构建了水环境污染水平的监测平台与配套的评估标准，以及相应的监测手段。

5.5 发光细菌法

发光细菌法是一项已趋向于成熟的生物监测技术手段，是一种取得了标准认证的技术手段，在国内外都得到了普遍运用。该技术的优点非常多，如迅速便捷、灵敏度高以及运用领域广等，可将水体样本中的大量有害成分检测出来。该技术在有机物以及重金属等有毒成分监测中得到了运用，并有着非常宽阔的运用前景，不过该技术也存在操作复杂、误差偏高等缺点。但电子技术的发展给这种生物监测技术手段的探究与运用带来了更强的保障，比如萤光光度法等设备手段，这也使得，发光细菌法必然会具有更为宽阔的发展空间与运用前景。

5.6 生物传感器监测技术

生物传感器监测技术是依靠合适的生物传感器，把生物敏感度转化成电信号从而开展监测。传感器是采用固定化的生物敏感材料来制作辨别元件，同时安装了信号放大装置与理化换能器。换句话说，它是不断把生物材料获取的有规律的信息变换成我们能够理解的信息，以此给水质评估带来可靠的参考依据。同其他生物监测技术方法进行对比，该技术具备精准性强、针对性高以及分析迅速等优点。在实际的水环境监测中，常见的生物传感器有BOD传感器、DNA传感器和微生物传感器。举例来说，BOD传感器是把生化需氧量作为水体衡量的核心参数，再根据实际状况合理采取相关的评测手段，以此科学准确的检测溶解氧的含量，进而衡量水环境质量的状况。

6 提升生物监测技术在水环境监测中的精准性

生物的成长与分布都存在着明显的个体差别，且相同生物对污染物的行为表现也会存在一定的差别。所以，在进行水体监测的过程中，我们应尽可能地扩大生物的数量，以强化监测结果的准确性。同时，还需构建一套健全的监测网络，提高生物监测的次数，缩小区域差别性，以此强化水体的监测效果。

此外，低含量的水污染物对水体环境也会带来潜在影响，若通过生物监测技术进行监测，在短时间中是难以看见突出成效的。所以，我们应持续优化生物监测技术，让其可以充分符合水环境监测的各项要求，以此来强化监测结果的精准性与真实性。

7 发光细菌法在水环境毒性监测中的应用实例

7.1 可用于突发性水质污染事件应急检测

在突然出现地震、投毒等水质污染现象时，发光细菌法快捷的优势便能充分体现出来。如果这时采用发光细菌法展开监测，可以马上查找到污染类型、浓度等信息，便于及时采取应对措施。通常情况下，通过发光细菌法进行监测大概用时是15～60 min之间，相比于传统生物监测周期明显快一些。

7.2 可用于致癌物质生物毒性检测

在医药行业、石油工业等排放的污水中，含氮杂环化合物大量存在，而绝大部分的含氮杂环化合物都具有致癌、致畸变以及致突变等危害，无法被微生物分解消除。在采用发光细菌监测技术展开监测时，可以通过发光细菌的暗光突变种，或采取基因工程技术，把发光菌的发光基因转移进检测“三致”实验鼠伤寒沙门氏菌的细胞中，让它可以发射荧光，这样的检测流程只需要花费12 h，不仅效率快，而且成本较低。

8 应用前景分析

综上所述，在水环境中应用生物监测技术，不仅可以降低水环境监测的成本，还有利于提高监测速度以及监测效果。因该技术的优点与功能，使其具备了非常宽广的应用前景。同时，该技术不但便于操作、毒害微弱，而且还可以提供动态监测，同时还能进行污染状况预测。因此，在今后的生物监测技术不断发展与优化的过程中，可将该技术运用于更为繁杂、更为多样的水环境监测工程之中。在实际应用中，通过科学、合理地应用该技术，可以给环境治理带来真实、可靠的参考依据，且该技术在污染严重的水体治理中也起到了非常关键的作用[3]。