水污染监测中生物监测的应用策略与展望

杨淞惠

（临沂市生态环境局临沭县分局，山东 临沂 276700）

从自然科学上分析，生物和环境本身就是一种稳定平衡关系，是相互依存的。水是生命之源，研究水生生物不仅仅具有重要的科学意义，更兼有历史价值。特别是对水生生物繁衍进化进行研究，可以充分反映水质污染的源头，将自然生态下的水进行研究分析，也可以通过分析反映出有害物质的危害形式，通过毒理学和药物学，研究出解决水质污染的方法。化验检测分析是有科学依据的，这种检测方法可以进行毒理学分析，比起理化分析更加经济、可靠，同时分析数据也会更加准确。随着科学的进步，自然水质检测可以通过长时间监测，并同时加装报警装置，一旦发现水质存在污染物，甚至可以威胁到生态平衡，就可以快速、准确地监测出来，第一时间进行预防和处理，防止生态系统遭到破坏[1]。水是动植物生存不可缺少的，人类生存需要干净的水资源，而且水是最宝贵的不可再生资源。因此，必须要最大限度地避免水资源的污染。对于生物监测技术的发展一定要精益求精，在今后的时间里，我们将会更加广泛、频繁地运用到环境污染监测系统来对水源进行监测，因此，本文的目的是阐述目前生物监测中存在的优势和不足。

1 生物监测的优缺点

从世界环保科技的发展情况来看，水质生物监测技术的发展时间是从20世纪初开始的，经历的时间不是很长，所以还有很大的提升空间。从其发展过程来看，经历了对生物个体的研究、对细胞的研究，目前，已经实现了对于基因的研究。上世纪90年代，我国开始对信息技术的发展进行扶持，生物监测技术在信息技术的帮助下也有了突飞猛进的发展。联合国环境规划署对于水下测量活体微生物和水质压力对人的影响有了新的发现，即水下生物是以环境作为寄生体的，而环境变化也受到水下生物的影响，因此生物的体征和环境二者互为影响，这体现了生物学的统一性和协同性[2]。

生物监测具有以下优点：（1）能够反映污染物的生物学理论特征，这样可以直观地判断出污染物对于生物本身的影响，目前我国在这一领域有许多精密的仪器是可以判断的；（2）生物监测技术可以监测出多种不同类型的污染物对水质产生的负面影响，这样就可以采取物理或化学手段攻克这些负面影响，努力保证优质水源；（3）生物监测技术的操作流程较为简单，成本较低；（4）对水下生物的监测，只采用仪器监测即可，不需要人力物力。

生物监测中也存在以下缺点：（1）在监测水下微生物的时候，无法准确判断微生物的数量和浓度，数据不够精确；（2）国家缺少对于该项环境评测的排放标准；（3）某些生物监测方法对于环境因素和污染物的影响检测不够全面；（4）水源监测过程所耗时间成本太大。

由于生物监测存在上述问题，亟需改进水质污染监测技术，这需要更先进的技术力量作为支撑。

2 生物监测技术在水环境中的应用

2.1 微生物群落监测技术

大自然中的水环境寄生了许多微生物，其中含有大量细菌、藻类以及原生生物，许多原生生物的种类和特征并没有进行科学证实。因此，水中微生物群落监测技术就显得更为重要了。水中微生物群落监测是将水下微生物进行群体性分类的一种监测手段，它可以将水下微生物按照生存环境，繁衍周期等划分出类型、等级等。随着科技的不断进步，该项技术得到了发展和推广。而就目前而言，水质污染越来越严重，水下微生物繁衍和进化的速度越来越快，这项技术的更新并不足以满足对当前自然水质的监测。以此作为水质污染指标，已经缺少说服力了。因此，目前研究者在此基础上进行了改进和修正，以原生动物种数、植鞭毛虫百分比、多样性指数和异养性指数为参数，建立适用于中国生态环境的微生物群落监测技术[3]。水下生物研究完全可以通过改进生物监测装置取得监测效果，比如以瓶装聚氨酯泡沫塑料块为材料，可以满足对水下暗流的监测，这对海洋微生物的监测有良好的效果。同时还有研究者提出，可以通过污染类型的分类对污水进行处理，在处理的过程中可以对污水进行研究，这就可以通过科学手段证明微生物对于污水中的生存环境有怎样的适应性。可以通过此项研究不断地侦测水下微生物的多样性。从某种意义上来看，这充分带动了微生物群落监测技术的发展。而且这种发展可以更大程度地精确监测水质的各项指标，由此来判断这些废水是否可以用来灌溉，使之变废为宝。

2.2 生物行为反应监测技术

生物行为反应监测技术是一种重要的水生物监测技术。通俗地讲，就是监测水生物在受到水下污染物的影响下会有什么样的生理反应和生理变化，从这些变化的现象可以得出水质污染的情况，以此作为证据来综合评价水质污染程度和安全浓度，看这些水是否可以经过处理，用于灌溉。目前，我国水下生物研究中检测到的类型有双壳软体动物、鱼类和水蚤等，当然，鱼类是我们经常见的生物，因此它也是水下生物环境监测最常用的生物。有的研究者通过对斑马鱼的研究，监测出热带水源的鱼类大部分都对水质比较敏感，一旦水质受到了污染，它们就会在几分钟之内作出感应。而且，实验证明斑马鱼的基因与人类有较高的相似度，因此，国外的一些水生物研究专家经常会提取斑马鱼的基因来研究水质，看什么样的水质更适应人类饮用或作为农业灌溉。

鱼类分为淡水鱼和海洋鱼。以海洋生物为例，双壳生物对于水体污染程度较为敏感。有研究者发现，利用电磁感应技术可以监测到海洋中的双壳生物在污水中对于染毒毒性的反应[4]。而研究结果也证实了这些生物对于生存环境的选择也具有一定的规律性。同时这种监测方式除以鱼类和双壳软体动物为研究标本外，还曾利用水蚤等生物作为研究生物，他们通过利用光电检测仪器监测水蚤在海洋中的移动能力，从而判断出水蚤在海洋下的生命状态和活动轨迹，以此也可以作为水下污染的判断依据。

2.3 发光细菌监测技术

在饮用水的处理中，逐步研发出一种比较实用的监测技术，发光细菌监测技术。目前这项技术已经比较成熟[5]。我们常常运用这种技术对生活用水、污水处理等进行科学监测。它的原理是根据微生物细胞可以发光这一特征，敏捷快速地捕捉到水下微生物，从而对其结果进行分析，判断出该水源的水质结构。这种方法比较灵敏，实用性较强，因此应用范围比较广泛，而且绝大多数的微生物可以通过这种方法检测出来。还有研究者通过这种监测手段将微生物捕捉上来之后进行基因研究，可以对其毒害性进行评估。

3 生物监测方法在水环境中的应用

3.1 生物群落监测方法

为了掌握水环境中生物的群落数据，技术人员研发了指示生物监测方法，该方法的优势是操作便捷，可统计特定范围内的生物群落。水污染指示生物包含复杂的内容，常见的是着生生物，即真菌和藻类等，对于底栖大型无脊椎动物来说，其包括着甲壳类、腔肠动物等，而大型水生植物主要有海藻等。鱼类也是生物群落的重要数据，可分为鲇鱼、鲑鱼、河鲈。生物指数法能够了解水体的污染状态，通过对水环境中生物种类的分析，明确生物群落的数量和种类，并在计算机的协助下计算出生物发分布状况，这也是评价水环境污染程度的重要指标。随着科技的提升，物种多样性指数Shannon-Wiener实现了全面应用，主要用来评价水体的污染情况，得到了广泛的好评。

3.2 PFU微型生物群落监测法

为了减轻技术人员的工作压力，提高微生物种群监测数据的精确度，科研人员提出了聚氨酯泡沫塑料块法（PFU），该方式主要适用于湖泊、大江等环境的监测。近年来，该监测方式成为了水库、池塘水污染状况的主要监测手段。初步研究发现，PFU的优势是数据精确，操作简单，能够收集水体环境中绝大多数微生物的种类，即使在恶劣的环境下，其也可在1-3 d内完成数据的采集，有助于微生物群落数据的采集。随着科技的发展，PFU的应用范围得到了全面拓展，不仅局限在室外的环境中，而且可用于室内化工厂水污染的监测。

3.3 生物测试法

从定义角度来看，生物毒性试验重视的是有毒物质的监测，其能够对水中有毒物质的含量和种类进行分析，属于生物测试的范畴。生物测试法根据其应用方式的不同可分为两类：第一类是静水式生物测试，即对稳定水环境的监测，在实验室中较为常见；第二类是流水式生物测试，其可对河流等动态水环境进行监测，尽管两者在形式上存在差异，但具体的监测原理是一致的。生物测试法的出现使得水环境的监测方式发生了变化，其不仅可以帮助科研人员了解水环境的污染状况，掌握有害物质的类型，还可以明确污染物造成的影响，为后续环保制度的调整创造条件。生物测试法有助于科研人员实施环境质量的评定，并在污染物的清理和排放层面有着重要的指导意义。生物测试法适用于复杂的环境，满足不同科研人员的需求。

3.4 在线生物监测

在线生物监测技术的开展需要计算机和网络技术的支持，其能够分析水环境下生物的生理指标，掌握生物的生活习性，并以此为基础，探索不同生物对毒性的耐受力。生物在线监测的对象有多种，常见的是鱼、大型蚤、发光菌等。

4 水生生物环境监测技术存在的问题及对策

在水生生物监测研究的过程中，需要大量的实践工作，这些实践也是以理论作为基础的。理论加实践，为许多科研人员提供了研究思路和理论导向。而在研究中发现，也存在着许多制约微生物生长和分布差异性较大性的因素。

4.1 差异性较大

水中的生物，大多以微生物为主，我国土地幅员辽阔，同是水下微生物，地域不同，产生的微生物也不同。此外，不同污染物导致的微生物分布和生长具有较大的差异性。除去这两点重要的原因，气候、温度、湿度等诸多环境因素都会对水下生长的微生物造成很大的差异。对于这些不同种类的微生物监测，要通过其反应程度制定不同地区的监测标准。对于各地的监测结果要分情况进行处理，有助于消除地域差别。

4.2 浓度较低的污染物对水生生态产生危害

在认识论上，通常我们认为浓度、密度越大，产生的影响就会越大。相反，浓度、密度越小，产生的影响就会越小。然而这种观点在水下微生物研究中是不绝对的。许多生态地区的水下生物并不多，或者说密度并不大，但是对于复杂的水生生态结构却产生着巨大的影响。许多水下微生物具有慢性毒性释放的能力，针对这一异常情况，我们应当分门别类地处理，要对水下生物分子进行高密度监测，并及时对于污染物作出预警和处理预案。

5 总结及展望

水下生物监测不仅是水质监测的重要组成部分，也可以上升到环境监测的高度，是环保事业的一部分，虽然从全球的范围上看，由于地域不同，物种和生理变化会存在着很大的差异，但是可以通过对物种的研究总结出一种综合评价的方法，这种方法是以监测水质毒性、细菌和微生物含量为主，但是也可以说对于微生物研究起着很大的帮助，尤其是对于新型毒性物质的监测体现出了很大的优势，应当在水下生物监测的同时结合其它物理、生物的研究方式，对于污染物作出综合评价，特别是毒害性的评价，监测越精确，对我们未来的发展就越有保障。目前，利用生物监测结果应对水质突发性污染和预警是具有很大的经济意义和社会效应的。在未来的时间里，水污染监测技术还将继续探索，并向着生物监测的趋势发展，为后续水资源保护奠定坚实的基础。