试论生物监测在水环境中的应用及存在的问题

岳强 周旭(江苏省环境科学研究院 江苏省环境工程重点实验室，江苏 南京 210036)

0 引言

我国是一个水资源丰富的国家，地表水系纵横，地下水网交织，但同时我国还是一个水污染现象比较严重的国家，农业污水、工业废水、城市污水影响了我国的自然水体，这在很大程度上限制了我国的经济、民生发展。环境监测是监督水环境质量、及早发现污染现象和污染源头、监控水污染治理进度的重要环保工作，生物监测是环境监测中的一类技术，主要依靠细胞、微生物、动物的反应来判断环境中的污染物存在、浓度、发展趋势，具有灵敏度高、反映全面、反映真实等优势，受到环境科学领域的普遍重视。

1 生物监测概述

1.1 生物监测概念

生物监测利用的是自然界中生物的个体、种群对环境变化、其他生物变化所产生的反应来判断环境污染或环境质量变化的一种监测方式，生物监测技术的切入点在于生物学。生物监测通常包含两个类型的技术，一个类型是因为环境中污染物的存在而使特定生物大面积生长或死亡，技术人员或设备根据生物的受影响程度监测污染物种类、浓度、有害程度；另一个类型是因为环境中其他生物之间的平衡被打破而使特定生物大面积生长或死亡，技术人员根据生物的受影响程度来判断水污染种类、程度。

1.2 生物监测的优势

不同于物理、化学原理的监测技术和设备，生物反应的变化速度稍慢，变化过程相对较长，这也为技术人员及设备捕捉生物变化瞬间、预测生物变化趋势提供了更加充裕的时间，使生物监测对环境变化的反映更加真实。生物监测还能够通过生物对低浓度、小毒性污染的富集和积累来对慢性长期污染进行准确预测和判定，对环境变化的反映更加全面，有效填补物理、化学监测的缺失。生物监测的使用成本较低，细胞、微生物、动物并不需要定期投放，且能够做大面积、连续的监测实验，对设备、仪表、器材的磨损程度较小。

2 常见的生物监测技术在水环境中的应用

2.1 细菌监测技术

细菌监测技术是生物监测中的常见技术之一，发展程度也比较高，已经被大面积应用于生产、生活用水监测中。发光细菌是细菌监测技术中的常用监测工具，利用的是细胞的发光特性，能够对水环境中的急性毒性进行测定。在正常环境和生理状态下，发光细菌发出的是波长在450～490nm的蓝绿色光，且发光强度稳定；在有毒物存在的环境下，发光细菌的生理状态受到影响，生存状态不稳定，发光同样会受到抑制，且发光强度不稳定。借助发光细菌，可以将水环境中的有毒物质形成的影响用光度计测出，操作简便，结果准确，灵敏度高。常用的发光细菌是青海弧菌，这是一种淡水发光菌，非致病、不会引起二次污染，在冻干粉状态下运输、存储安全。

2.2 微生物监测技术

微生物监测技术应用的主要是细菌、原生物等微生物群落反应来判断水环境质量的生物监测技术。微生物监测技术中常用的指标是微生物的原种类型、鞭毛百分率、异养指数等，这些参数结合起来能够有效反映出微生物群落的分布变化。在微生物领域内，细菌、真菌、藻类、生物的数量分布和繁衍是有一定层级的，在水环境质量下降的过程中，最先受到影响的往往是细菌、真菌，当微生物群落数量大面积下降时，必然会引起藻类及生物的生存环境进一步恶化，最终导致生物的大量死亡，因此，关注微生物群落的变化是生物监测中比较重要的技术之一。

2.3 生物行为监测技术

生物行为监测技术是借助微生物、动物面对污染时的行为判断环境质量的一种监测技术，水环境监测中常用的就是微生物、鱼类、底栖动物、两栖动物，比如斑马鱼。斑马鱼是一种在淡水中生活的鱼类，这种鱼对于水环境质量的变化十分敏感，且与人类在基因上具有较高的相似性，相似性高达87%，是一种十分适合用于水环境生物行为监测的水生动物，经过它们的行为可以判断水环境是否适用于人体。斑马鱼能够在1h之内完成针对1000种水污染物质的甄别，每次甄别的成本不足45元人民币，相较于其他高成本的监测设备和器材，斑马鱼能够节约大量的环境监测费用。目前，斑马鱼已经被深圳多家水厂和香港水务署正式应用，成为水质监测感应体系的重要一环。其他的鱼类、水藻等生物都有作为标的生物的价值，比如：将鱼群投放在水体中下游，并投放强光，若鱼群始终没有进入上游，则说明污染可能已经遍布上游，向中游甚至下游扩散；又比如：短时间内大量水藻的生长，说明水体中出现富营养化现象，后续水体会很快呈现缺氧状态，很快会出现大量的鱼群死亡。

3 生物监测在水环境中应用存在的问题

3.1 生物监测标准存在争议

生物本身受到环境的影响较大，不同地区环境中生长的同一种生物在面对同一种污染物时的反应并不完全一致，这与化学药剂的反应温度条件、催化剂等条件的固定性不同，生物的反应的理化条件、相关参数都存在一定的不确定性。部分环境领域的学者认为应用生物来监测水环境质量、监测水环境是否达标都是有价值的，但不同地区、环境下的生物监测指标是否能够达成一致还有待商榷。若要使用生物监测来判断水环境、监控水环境质量，不仅要考虑到被监测水体的特点和需求，还要考虑到生物的变异性、适用性，要考虑增加参与测试的样本数量，这样才能保证监测的质量、有效性。必要情况下，最好对参与生物监测实验的标的生物进行一定的驯化处理，使生物保持在相对理想的状态，尽量调整标的生物的耐受性，选用生长期一致的生物进行生物监测，这样能够有效降低生物监测结果的异议。

3.2 生物监测结果的实际应用

生物监测是一个长期的、定期的、定量与定性并存的监测工作，并不推荐将生物监测作为一个一次性的、不定期的、单纯定量的监测工具，这样反而局限了生物监测能够发挥作用的空间，也偏离了环境监测工作的初衷和目的。环境污染本身就是一个过程复杂、结果复杂、负面影响长久的东西，很多环境污染带来的后果是现阶段的理化监测所挖掘不出来的，这些影响必须要通过生物监测才能够清晰呈现出来，才能够让人们引以为戒，针对这些隐藏的、长期的、慢性的毒副作用进行处理和净化。因此，无论是微生物群落也好，还是生物行为也罢，都应当被视为一个系统性的、连续性的、长期性的环境监测工具，技术人员需要在长期连续监测的结果中挖掘细节，由宏观到微观去探析污染物对生物体的威胁和影响，从而取得更加真实、全面、具体、有效的生物监测结果，促进我国生物监测领域的发展，提高生物监测对环境监测领域发展的推动效果，为我国的水资源污染治理工作提供技术支持。

4 结语

目前，水环境污染问题已经成为影响我国民生、经济、工业发展的严峻问题，而控制水环境污染、提高水环境质量的基础在于环境监测，只有当环境技术人员对环境有了足够了解时，才能够制定出科学、可行的计划和方案，真正实现对水环境的保护。生物监测目前在应用上还存在一定的问题，但已经取得了较大的成就，技术人员需要进一步进行研发试验，进一步提高灵敏度和适用范围，以便发挥生物监测更大的作用。