生物监测技术在水环境监测中的运用探索

湖北省十堰市水文水资源勘测局 湖北 十堰 442000

前言

生物监测作为一种有效的环境监测方法，可以综合体现环境因素的联合作用，相比理化监测更加敏感，已经广泛使用在水环境的监测中。由于受到的影响因素较多，生物监测技术不能准确测定水环境中的污染物含量，但是能够评估整体生物毒性，尤其在检测毒性物质方面。目前使用最多的是利用生物种群和群落的生存状况以及不同个体的生产去观察监测，以便认识到生产环境的优劣。生物监测技术将成为有关工作人员有待探索的重要内容。

1 生物监测技术现状

1.1 生物监测特点

伴随工业化发展进程的加快，暴露的环境问题令人关注，各国也开始对自然环境进行监测、关注与治理。环境监测在历经了长时间发展后，已变得较为成熟，例如采用物理、化学等方式对环境进行监测，但是对于复杂的水环境，特别是存在的各种污染源问题，有必要使用生物监测技术，该技术在特别复杂的水环境监测中非常有效。

1.2 生物监测技术的原理分析

生物与自己生存的环境息息相关，相互影响，如果有外来污染物侵入该环境后，污染物会将营养物和生物共同吸收，留在体内产生迁移与聚集。污染生物后将出现相应的症状，生物监测技术可以仅仅依靠污染物或环境的敏感性来确定水环境中污染的严重程度。不同的生物监测技术产生的生物水平不同，相比其他监测方法优势在于以下几点：第一，该技术灵敏度高，利用生物指示剂，生物反应的灵敏程度超过大多数加成设备与仪器；第二，生物监测技术可以直接反应水环境受到污染物的综合作用并加以表现，而物理或是化学检测只能对一种有毒物质加以分析，无法对水体中所有有害物质的毒害作用加以分析。第三，生物监测成本低，首先生物指示剂是很常见的水生生物，价格便宜，其次该监测技术需要收集并处理数据，监测过程不用人为干预，从而降低了人工费。

1.3 应用前景

生物监测技术在水环境监测中的应用前景较好，监测结果可以直观反映，能够提升大众对环境污染的关注度。虽然生物监测技术对水环境内的污染物不能定量分析，但联合化学监测和物理检测就可以实现对生物体中污染物含量和行为异常的关系，所以，该技术需要有数学模型和计算机运算的支持。该技术不但能够对水质加以监测，指示剂结构也能作为水产品的一项参考数据。因此，不断完善该技术，对使用数据加以多样化探析，能够给相关行业提供可靠的参考。

2 关于生物监测技术的应用

2.1 生物群落监测技术的应用

（1）微生物群落监测技术。大量的生物生活在水环境中，这些微生物在水环境中的数目和频率可以体现这一位置的水环境质量，这导致了微生物群落监测技术的发展。微生物群落监测主要依靠自然环境中的群落结构信息来评估环境并预先预测可能的变化。该技术的关键是收集水样并结合数学计算来计算微生物的特定分布指数，从而确定水环境的污染程度。技术的发展以及自然环境的优化让微生物群落监测技术不断改进，监测指标也变得多样，目前所用的评价指标、原物种类型等，监测精准度、科学性获得了一定提升。

（2）鱼类群落监测技术。鱼类在水体的营养物质循环和食物网营养级结构中扮演重要角色。鱼类的摄食会影响浮游生物的群落结构从而影响水质，可通过对鱼类群落监测，结合稳定同位素示踪技术[1]，追溯鱼类进食有机碳来源，从侧面探寻水体的健康情况。

2.2 生物行为反应监测技术

该技术是基于生物所作出的异常举动去推断出污染情况以及水中污染物的安全浓度，从而快速发出预警。监测人员利用观察生物举动和生理改变来判断污染严重程度，一般使用最多的指示生物为鱼和水蚤，比如淡水鱼斑马鱼本身有极强的敏感度，很适合用来当作指示生物。而斑马鱼能够依靠其半静态方法研究水生生物的重金属毒性，试验可以看出重金属离子Cu2+、Cd2+会对斑马鱼的毒性和过氧化氢酶活性产生干扰[2]。目前，人们可以开发一种智能的水质毒性监测系统，该监测系统可以24小时监测指示生物的活动并实时分析其活动路径，如果发现异常的生物反应，系统将做出响应并及时给出预警。在淡水环境内，鱼类是主要的指示生物；在海洋环境内，双壳生物为主要的指示生物。

2.3 发光细菌监测技术

发光细菌监测已经相对成熟，是生物监测技术中比较熟练的技术。主要用于水厂和居民饮用水水源的监测，是保证水质的关键监测技术。如今该技术可以为细胞发光、污染物遗传毒性方面当作参考指标，也能够利用水质毒性测定仪来测定水质，可以在三小时左右获得水质数据，相对别的技术有很好的便捷性、更加灵敏且精准度高的优点。在电子科学技术发展中，发光细菌监测技术和紫外线分光和荧光分度法联合，在监测中方面效果很好，为日后发展打好了坚实的基础。

2.4 底栖动物和两栖动物监测技术

底栖动物和两栖动物是自然界中相对特殊的生物，由于它们的特殊存在，已经出现了基于底栖动物和两栖动物的指示物种监测技术，指示生物的数量用于反映水污染的程度。目前，许多大型底栖生物监测技术已被广泛用于重金属污染的评估。在国外Saprobic指数和BI指数主要用于评价水环境，而国内评价则主要基于水环境中底栖动物和两栖动物的完整性指数。另外，该技术利用了两栖动物的生理变化和行为变化。另外，两栖动物会在被农药污染的水体中产生相应的生理和行为变化，因此可以直观地判断水的污染程度。

2.5 生物传感监测技术

该技术主要依靠生物传感器，它由分子识别和转换部分组成，分子识别包括酶，抗体，微生物，细胞和其他生物活性物质，转化器包括氧电极，光敏管等。生物传感器技术依赖于将生物质转化为电信号的敏感性，以传达对环境的污染程度。生物传感器技术的优点是分析速度快，准确性高，当前常用的生物传感器和微生物传感器是BOD和微生物感测以确定苯酚。

3 生物监测在水环境中的实际运用

3.1 水域宏观规划

使用生物监测全方位了解不同水环境的真实情况后，对各种水环境能够从生物角度利用生物规律进行综合的水环境治理，以及改良水环境措施。例如，对目前长江流域的一些水库富营养化严重，产生了太多藻类，如果使用物理方法显然会给水中其他生物带来危害，对此可以使用生物方法，在严重的水域养殖以藻类为食的鱼类，从而缓解水质富营养化的问题，并降低养殖鱼类的成本，带来更高的经济收益，更好依靠环境进行科学发展。

3.2 生物测试的运用

生物测试一般是利用生物方法采取一定的实验手段，全方位探究自然环境对生物生长发育的影响状况，从而认识到目前自然环境的问题，找出污染源加以有效治理。生物监测中的生物测试方式为:第一步监测水体中植物的营养素和生长素对环境带来的影响；第二步认识到不同程度危害的水质对不同生物的毒害状况。在目前生物测试中，一般是针对生物群进行监测而不是单个个体。

3.3 现代技术推动生物监测技术发展的具体应用

水环境中的污染成为限制人们基本生活的主要因素。而生物监测技术操作简单，监测治理高，在水环境监测工作中获得了很好的使用。并且现代科学技术的发展也让该技术在不断产生创新和发展。具体可以从以下几点看出：

其一，水环境的污染物质给人们带来的危害在于对人体细胞遗传物质的侵害。近几年，水环境监测中生物监测技术在联合细胞微核技术和四分体微核技术在动植物等方面有了突破性进展。用微核测定方法代替染色体畸形变的方法，借此去监测环境污染物对生物遗传物质的伤害技术也获得了很大的空间发展。

其二，经过有关人员发现，水花生根尖微核可以当作监测水环境污染情况的材料。水花生根尖细胞的微核不仅能监测不同污染水体环境中表现的污染程度，还可以对不同水环境污染中的污染物富集程度进行说明。这一监测技术的使用凭据在于如果水环境系统中有一定浓度的污染突变物后，水花生根尖微核细胞会有对应的肌理损伤，而让微核细胞率增多，从而判断水环境的污染情况。

4 结束语

伴随环保工作的不停深入和提升，生物监测技术在环保工作中的地位越来越高，并且在水环境监测中有更明显的优势及用处。同时，伴随计算机技术、图像视频捕捉和各类传感器技术的出现，采取生物监测技术能更迅速、便捷获取相关数据，并且对水体的污染物毒性监测也更加精确。在不断提升环境监测技术水准的时候，也要营造保护环境的社会氛围，从而让水环境监测工作更有现实意义与价值。