生物監測技術在水環境監測的應用

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摘要：水環境污染是困擾我國經濟發展和民生建設的重要問題，水體中的污染物隨著生物鏈逐漸遷移并富集到人體內，成為嚴重威脅人體健康的重要因素。環境監測是人們了解環境中污染物變化的重要途徑，能夠使人及時應對水體中污染物的總量、種類等變化，降低水環境污染的負面影響。傳統水環境監測技術多為物理、化學方面的技術，存在諸多缺陷。隨著水環境監測要求越來越高，生物監測技術逐漸成為環境監測領域的主流技術發展趨勢。本文從水環境監測中應用生物監測的必要性入手，分析生物監測技術中不同生物的特點和應用，探討生物監測技術的研究進展，以期更好地推廣和應用生物監測技術。

關鍵詞：水環境監測；生物監測技術；水污染

目前，我國水環境污染治理主要分為兩大方向，一是從源頭控制工農業、生活污水排放，二是監測并治理自然水體既有污染[1]。傳統的理化監測技術更注重污染物本身，監測對象主要是水體的濁度、色度、化學需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、總有機碳、pH、重金屬含量、電導率等，這些參數雖然能夠有效體現水體現狀，卻無法深刻反映污染物和水體環境對生物體的影響。多種污染物在水體中混合，相互作用，會對生物體產生潛在影響，但這并不在傳統水環境監測范圍之內，這是理化監測技術的缺陷。生物監測技術通過觀察生物種群的變化來探究污染物更深層次的影響，能夠填補傳統理化監測技術的不足，使水環境監測更加全面、科學[2-3]。

1水環境監測中應用生物監測的必要性

在水環境監測中，物理指標和化學指標能反映污染物的來源、濃度，能反映水環境的質量變化，卻不能體現污染物對生物的影響，也不能解釋水生生物對污染物的作用機理。因此，應用生物監測技術，從水生生物對污染物的利用角度反映污染物對生物的影響，展現污染物的潛在風險和威脅，是水環境監測發展的必然趨勢。長期以來，我國生物監測技術發展緩慢，對環境監測的輔助有限，還需要更深入的研究。

2生物監測技術中不同生物的特點和應用

能夠用于生物監測的生物種類有很多種，微生物、浮游植物、浮游動物、著生生物、底棲動物、高等水生植物、魚類等均是可參與生物監測的對象，能夠從不同層面反映水體中污染物帶來的影響。

2.1微生物

用于生物監測的微生物應當是群落多樣性、群落均勻度、優勢細菌豐度都十分優秀的種類，如廣泛分布于水環境中的發光細菌、與各種魚類共生的費氏弧菌。發光細菌的發光主要依賴于發光酶系統，這種酶是一種異二聚體蛋白質，在與有毒物質接觸時，若它被有毒物質抑制，則細菌的發光強度會迅速降低，這是一種指示性十分明確的微生物。生物監測技術領域通常用發光細菌來量化污染物的毒性，量化對象可以是急性毒性（5～30min），也可以是慢性毒性（12～24h）。目前，發光細菌對毒性的量化已經廣泛應用于飲用水系統、海洋沉積物的水質檢測中，發揮了巨大作用。費氏弧菌對水體的電導率、濁度、重金屬濃度、大腸菌群等參數變化有較大的反應，其中，費氏弧菌的種群變化與前兩者成反比，與后三者成正比。

2.2浮游植物

浮游植物是指水環境中以浮游狀態生存的植物，多指水體中的藻類植物。藻類在水體中過度繁殖，會出現水華現象，也就是水體富營養化。近年來，生活污水含磷量大幅度提升，促使以磷為營養物質的藻類植物大量生長，遮蔽水面，搶奪水體中的溶解氧，影響陽光的射入，導致水體中的植物、動物生存環境惡化。因此，藻類植物成為生物監測領域重要的指示生物。不同種類的藻類植物對不同污染物的反應有較大的差異，監測人員可以通過藻類的豐度、細胞密度、光合作用強度來進行判斷。例如，石莼是一種重金屬承受能力較高的藻類植物，能夠有效富集水體中的重金屬，被稱為重金屬污染的“哨兵”。小球藻是一種對苯并芘十分敏感的藻類植物，苯并芘在小球藻中聚集，人們可以通過熒光顯微鏡進行觀測和定位，這對于判定船舶漏油、工業廢水排放影響范圍有較高的指示作用。

2.3浮游動物

浮游動物主要包括無脊椎動物和脊椎動物的幼體，它們沒有主動游泳的能力，只能隨著水波漂動。在自然水體中，浮游動物的分布非常廣泛，對水體中污染物的影響也十分敏感，且作為魚類生物的捕食對象，也能夠間接反映魚類生物種群的一些變化，因此，浮游動物在生物監測領域內發揮著重要作用。刺胞動物是一種接觸重金屬等污染物后會出現細胞體積變化的浮游動物，可以作為水體中重金屬等污染物的指示生物。橈足類湯氏紡錘水蚤卵是脊椎動物的幼體，常用于量化硫化物等污染物的生物毒性，這種水蚤的繁殖能力、種群數量、死亡率都能夠用于檢測急性、慢性有毒污染物的生物毒性，如農藥污染。

2.4著生生物

著生生物是指附著在基面上的生物群落，包括藻類、細菌、真菌和一些原生動物，這些生物在基面上的均勻度、密度、總量都是十分常用的生物指標。生物監測過程中，監測人員可以通過刮取基面上生物的方式來采樣，在顯微鏡下進行單一生物群落的計數和總生物量的計數，其中，某些生物群落的擴大或縮小都標志著水體中物質的成分變化。比如，在重金屬污染較為嚴重的河流中，著生生物的生物總量出現明顯擴大；富營養化的河流中，著生生物中的藻類部分比例擴大，其他生物則受限。

2.5底棲動物

底棲動物是指生活在水體底部巖石、泥沙上的動物，常見的有牡蠣、河蚌、貽貝、蝦蟹等無脊椎動物，它們更容易受到重金屬、營養物、沉積物的影響。目前，底棲動物已經成為評價水體質量的重要指示物。國際上已經建立了比較成熟的以底棲動物作為標志的生物指數，底棲動物的種群完整性、多樣性、優勢度、豐度都是指示水質變化的重要指數。比如，貽貝的肝胰腺組織中SOD（超氧化物氣化酶）和碳氮同位素是監測重金屬污染變化的重要標志物，其中尤以SOD為主。

2.6高等水生植物

高等水生植物是指在多水環境中生長、繁衍的植物，包括常見的荷花等挺水植物，王蓮、芡實等浮葉植物，水葫蘆等漂浮植物，金魚藻等沉水植物。高等水生植物是水體中生物鏈的重要一環，不僅能夠凈化水體，還能夠為魚類、浮游生物、浮游植物、微生物提供生長棲息環境和豐富的食物來源。但高等水生植物的過度生長也會對水體形成遮蔽，過度消耗水體中的含氧量和營養物質，對浮游生物等水體中的其他生物生長、繁衍造成影響。黃花水龍是一種對親脂性有機物有較高積累能力的水生植物，常作為有機農藥的污染指示生物來檢測淺水域的水質情況。

2.7魚類

魚類是水環境中處于生物鏈頂端的生物，魚類的生長受到水體中各個方面因素的影響，很多水體污染物最終都會富集到魚類的體內，對魚類動物造成生長、繁殖等方面的負面影響。因此，魚類是監測水體中污染物變化不可缺少的指示生物。水體中的持久性污染物（如DDT等）都會在魚類體內富集，并對魚類生物造成持續性影響，只有當含量達到一定程度時，才會對魚類表現出影響，且這種影響會隨著更高的生物鏈對人體健康構成威脅。生物監測領域內，對魚類的生物指標測定不僅限于種群的測定，還具體到了魚類生物的血液、心跳、呼吸、運動、逃逸行為、幼魚死亡率等具體個體參數。近年來，對魚類的生物監測技術有了很大的進步，包括遙測技術、聲學監測技術等，能夠有效記錄魚類在生長、遷徙、繁衍過程中的大量數據，用于判斷、衡量有毒有害污染物對魚類的影響。目前，很多技術設備還不能被大范圍應用到一線的環境監測中，但已經表現出巨大的應用潛力。針對不同生物種群的生物監測技術各有優劣，各有適用范圍，在具體應用過程中，技術人員需要根據實際情況進行選擇。比如，浮游動物對化學污染物比較敏感，但可靠性、準確性受限；底棲動物對農藥、重金屬的敏感度更高，但采樣準確度較低，這種方法需要大量的時間和人力投入；高等水生植物對重金屬污染同樣很敏感，但本身對污染物有一定的清除作用，這就需要配合富集情況來衡量。

3結語

相較于理化監測技術，生物監測技術的對象更加復雜且龐大，需要監測的時間更長，不同生物對同一污染物的敏感度不同，在綜合判定上有較大的偏差。因此，生物監測目前還很難形成統一的評價標準，很難在短時間內如理化檢測技術一般大面積推廣和應用。生物監測技術的應用要以一批優秀的生物監測技術人才和設備作為基礎，逐步將多個指標科學地整合成單一指數，使污染物對生物種群的影響更加一目了然。生物監測技術已經體現出廣闊的發展前景，未來可期。

參考文獻

1楊艷紅.水環境監測中生物監測的應用及進展[J].化工管理，2019（32）：63-64.

2王穎，廖訚彧，歐陽莎莉，等.發光細菌在線監測水體污染研究進展[J].凈水技術，2020（9）：10-16.

3計葉，吳雨蒙，許秋瑾.水環境的生物監測方法及其應用[J].環境工程技術學報，2019（5）：616-622.

作者：祝淑芳 單位：聊城市茌平區環境監控中心