水环境生物监测的发展方向与核心技术

摘要：在水环境监测中，生物监测的应用可明确环境胁迫效应，为水环境管理提供全面参考资料，有助于水环境生态系统的改善。基于此，文章将水环境生物监测为研究对象，从生物监测现状入手，分析其发展方向，并结合水环境生物监测工作实践，论述其核心技术，为水环境生物监测的合理应用提供帮助。

关键词：水环境;生物监测;发展方向;核心技术

中图分类号：X835 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）12-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.12.038

Development direction and core technology of water environment biological monitoring

Ji Yexin

（Shanghai Chongming Environmental Monitoring Station，Shanghai 202150，China）

Abstract：In water environment monitoring，the application of biological monitoring can clarify the environmental stress effect，provide comprehensive reference for water environment management，and contribute to the improvement of water environment ecosystem.Based on this，this paper takes water environment biological monitoring as the research object，starts with the current situation of water environment biological monitoring，analyzes its development direction，and discusses its core technology in combination with the work practice of water environment biological monitoring，so as to provide help for the rational application of water environment biological monitoring.

Key words：Water environment;Biological monitoring;Development direction;Core technology

在生态文明建设深化推进背景下，水环境管理要求增多，在原本水质达标的基础上，要求水环境保持生态健康。为实现该目标，环境监测人员应采取生物监测技术，实现水环境的生态管理。但和水质理化监测技术相比，生物监测技术仍存在一定不足，需明确其未来发展方向，大力推广核心技术。

1 水环境生物监测的发展方向

1.1 水环境生物监测现状

在水环境生物监测中，监测项目包括水生生物群落、微生物卫生学、生态毒理、环境毒理、生物残毒与生物标志物等，监测项目较多，监测标准比较复杂，对监测人员的专业水平要求较高。在此基础上，水环境生物监测存在一定困难，主要体现在以下几点：

1.1.1 缺乏重视

因传统水环境监测以理化指标为主，在生态发展的当下，部分监测人员缺乏对生物监测的重视，仍将生物指标看作是辅助理化监测的内容，且在生物监测中，监测内容均围绕水环境污染，并未覆盖水环境管理的生物完整性、生态系统等内容。

1.1.2 生物监测体系不完善

虽然我国已颁布多项与环境生物监测相关的政策法规，但在实际应用中，并未構建完善生物监测体系，如物种分类存在盲区、QA/QC力度偏低等，不能为环境管理提供有效帮助[1]。同时，在生态文明建设背景下，水环境管理内容更为多元，需生物监测提供支持，但因不完善的生物监测体系，相关监测技术并未满足管理需求。

1.2 发展方向与建议

结合水环境生物监测现状，其未来发展方向应涵盖以下内容：

1.2.1 提高对生物指标的重视

环境监测从业者应认识到生物指标的重要性，明确生物指标能够准确呈现环境真实、客观状况，结合水环境管理需求，制定针对性生物学目标，将生物监测上升至顶层设计高度，提高生物监测的法律地位，将水环境管理从传统的污染物管理发展为生态目标管理，在监测水环境污染物指标的同时，进行生态系统、环境胁迫效应、生物完整性等指标的分析，丰富水环境生物监测的理论，为体系与技术创新奠定基础。

1.2.2 构建完善生物监测体系

监测人员应将监测问题、监测发展趋势为导向，完善生物监测指标体系，创新生物监测技术，完善QA/QC等传统技术，引进快速监测、生物传感器等新技术，结合水环境管理需求，开展针对性生物监测[2]。细化来说，对于总量管理，生物监测应为管理者提供减排措施、生态效应等信息，评估污染物减排措施的应用效果;对于流域管理，生物监测应为管理者提供水体生态特征数值，呈现更全面科学的水生态信息，便于生态功能分区;对于风险管理，生物监测应为管理者提供生物毒性、生物群落演替相关信息，保障应急事件的及时响应及短期、中期、长期预警，有效控制水环境污染风险，构建良好水环境生态系统;对于生态管理，生物监测应为管理者提供各类生物学指标，便于管理者构建水环境生态指标体系，为水环境生物监测提供帮助。

2 水环境生物监测的核心技术

在明确水环境生物监测发展方向的基础上，监测人员应掌握生物监测的核心技术，切实发挥生物监测的重要作用，为水环境管理提供全面、真实的信息，提高水环境管理水平，推动水生态系统可持续发展。就目前水环境生物监测工作而言，核心技术包括以下几项：

2.1 水生生物監测技术

就生物学角度而言，因生长条件与周期等因素差异，不同水生生物在时间和空间上的分布不同，使其具备分布不均匀特征。在此基础上，监测人员不可利用传统理化监测理念开展生物监测，应明确生物监测核心领域，应用针对性监测技术，实现水生生物的精准监测。

以生物群落监测为例，结合监测工作提出的点位布设、不同生物的差异化采样、样品质量保障等要求，监测人员可引进流式细胞术，进行生物群落的在线监测，实现生物识别、计数及生物量研究等功能。在实际监测中，监测人员可利用流式细胞仪进行水环境浮游生物种类的鉴定，实时掌握区域水环境的种群变化，对于特殊区域，可设定监测阈值，进行水华预警，实现水环境的智能化管理。目前水环境生物监测常用的流式细胞仪包括FlowCAM流式细胞摄像系统、CytoSub水下浮游植物在线监测流式细胞仪等，但这类设备投入成本较高，行业工作者应加强研发，结合我国水环境特点，开发出适用于我国水环境生物监测的流式细胞仪，提高水环境生物监测水平。

2.2 生物完整性监测技术

因我国各地区地理条件不同，水环境差异较大，不能实施统一生物评价标准，环境监测人员在开展生物完整性监测时，应结合地区特点，构建针对性水环境生物评价标准，评估区域水环境生物完整性。通常来说，生物完整性用IBI指数表示，该指标具备综合性特征，包括两项含义，其一是不同生物类群同一指标的总和;其二是同个生物类群内不同指标的总和，可有效体现区域水环境生物的状况，为水环境管理提供参考资料。

同时，在开展生物完整性监测前，监测人员应做好以下四项工作：（1）合理选择参考点位，保障IBI指数计算的合理性;（2）对初选指标进行冗余度分析，确保生物类群指标具备独立性，避免IBI指数的计算存在偏差;（3）分析人类干扰梯度，保障IBI指数计算的准确性，使监测结果更具说服力;（4）分析备选指标关联性，保障指标选取的合理性，使其更贴合生态分区特征，保障IBI指数的科学性[3]。

2.3 综合毒性监测技术

监测人员可借鉴EPA毒性指标、毒性削减评价TRE等标准规范，结合我国水环境特点，明确水环境生物监测的综合毒性指标，对于不同受试生物，采用不同生物监测技术。目前常用的综合毒性监测技术有以下几种：

2.3.1 发光细菌监测技术

监测人员可利用费氏弧菌等发光细菌在不同水环境的发光强度变化，评估水环境中急性生物的毒性。该生物监测技术具有精度高、监测便捷、适用范围广等优势，将其与现代光电监测技术、智能控制系统配合应用，可研发水质综合毒性智能监测系统，缩短发光细菌监测时间，在半小时内即可获得监测结果，有助于水环境管理效率与质量的提升。

2.3.2 硝化细菌监测技术

在不同水环境下，硝化细菌的呼吸或代谢速率有所不同，监测人员可利用该原理进行综合毒性监测。目前硝化细菌监测技术原理分为两类，其一，针对硝化细菌在有毒环境和无毒环境下对氨根的不同利用程度，获得水环境的综合毒性指标;其二，针对硝化细菌在水环境内的溶解氧消耗量，获得综合毒性指标。溶解氧量越少，毒性越强。在综合毒性监测中，硝化细菌监测技术的灵敏度较高，监测速度快，可在3-15min内完成监测。

2.3.3 活性污泥监测技术

该监测技术与硝化细菌监测技术原理类似，可通过活性污泥在水环境内的溶解氧消耗量，获得综合毒性指标。但因活性污泥的组成相对复杂，本身含有一定量的有毒有害物质，该方法不适用于生活饮用水或污染较小的水源监测，在重度污染水环境监测中应用较为广泛。

2.4 微生物卫生学指标监测技术

在水环境生物监测中，微生物卫生学指标通常用于水源或生活饮用水的生物监测，评估其是否满足安全饮用水要求。基于微生物学性状及食品安全要求，微生物卫生学指标包括细菌总数、大肠菌群及致病菌。其中，细菌总数是指将1mL水样接种于普通营养琼脂培养基中，于36℃温度培养48h，监测其生长的细菌菌落数量;粪大肠菌群是大肠菌群其中的一个指标，可通过多管发酵法、酶底物法或纸片法等方法来监测粪大肠菌群，将监测数值与相关质量标准或规范标准值进行对比，评估水源及生活饮用水的微生物卫生学指标是否合理。

另外，在水环境生物监测中，监测人员也可利用指示生物，评估水环境的生态状况，提高水环境评价的准确性，使水环境管理更具针对性及科学性。在利用指示生物开展水环境生物监测时，指示生物及监测点的选择为重点。

3 结论

在水环境生物监测发展中，应提高对生物监测的重视，构建完善生物监测体系;在水环境生物监测实践中，监测人员应结合监测要求，选择合适的监测技术，进行水生生物监测、生物完整性监测、综合毒性监测及微生物卫生学指标监测，为水环境管理提供有效参考，实现良好水生态系统的建设。

参考文献

[1]陈宇.生物监测技术在水环境工程中的应用及研究[J].环境与发展，2020，32（08）：161+163.

[2]张鸽，李骏，纪海婷，等.生物监测技术在水环境监测中的运用探索[J].环境与发展，2020，32（08）：170+172.

[3]李培.水环境污染监测中的生物监测探讨[J].低碳世界，2020，10（07）：31-32.

[4]刘思曼，王丹彤，杨晓玲，等.西江流域肇庆段水环境污染应急管理体系构建[J].资源节约与环保，2019（10）：123-125.

收稿日期：2020-10-01

作者简介：季晔鑫（1986-），女，汉族，本科学历，工程师，研究方向为环境监测。