生物监测技术在水环境监测中的应用研究进展

斯琴高娃

摘 要：生物监测技术诞生于20世纪初，经过不断的研究和发展，目前生物检测技术已经被人类广泛应用于各个行业，在水环境的监测中也得到了应用。因此，本文重点分析了生物监测技术在水环境监测中的应用。

关键词：生物监测技术;水环境监测;水环境

引言

近年来，我国工业体系不断完善，经济发展水平稳步提升，但是水环境污染依然比较严重，引起人们的广泛关注，水环境监测要求逐渐提高。但是，传统的物理监测技术与化学监测技术存在一定局限，难以精确调查和客观评价水环境变化。因此，研发和推广新型生物监测技术是提高水环境监测质量的主要途径。

1 生物监测技术监测水环境的原理

生态系统理论是生物监测技术的理论基础，水环境也可以看作是一个完整的生态系统，因此生物监测技术运用到水环境监测中是有理论基础的。水环境生态系统中，除了水和鱼虾、藻类等动植物，还有细菌等其他微生物。水环境和水环境中的生物形成了相互依存的关系，水环境为其中的生物提供了必需的生存条件，水中的生物也可以对水环境起到净化和修复作用，维持整个水生态系统的平衡。人类在日常生活和工业生产中，会产生一些废弃物和污水，这些废弃物和工业废水中含有大量的氮、磷、钾元素，直接排放到水环境中，会污染水环境并造成水体富营养化，使原本生活在水环境中的生物突然大量繁殖或者大量减少，导致整体的水生态平衡被打破。生物监测技术就是利用这些水生生物对水环境生存条件变化的敏感性来监测水环境的质量[1]。

2 生物监测技术在水环境监测中的运用

2.1 微生物群落监测技术

微生物群落监测技术主要是通过对水环境中的微生物的生存状况、数量等进行检测，进而实现对水环境质量的监测。生活污水和工业废水中含有大量的有机物、有毒物质等，将其排放到水体中，会使微生物的群落发生很大的变化。微生物对某些物质和元素的浓度的变化敏感程度很高，污染的水环境可能会使其中的某一种微生物大量繁殖，而使其他微生物的生存空间受到挤压，致使微生物的群落的多样性降低。监测人员通过采集水体样本对单位面积内的微生物进行科学计数，了解整个水环境中的微生物分布情况，再结合有机物和毒性物质相关浓度对微生物的影响，从而可以判断整个水体环境的质量状况。监测人员还可以采取不同时期的水体样本进行对照研究，由此得出更精确的评估结论[2]。

2.2 发光细菌法

发光细菌法比较成熟， 可操作性高， 适用范围广， 可以监测污水中的大多数污染物。人们可以使用转基因发光细菌（如不动杆菌属Acinetobacter sp）作为指示剂，建立一种高效监测污染物遗传毒性的方法，以便在很短的时间内获得毒性评估结果，根据其发光原理，研发更加先进的环境监测仪器。

2.3 浮游植物监测技术

浮游植物是指水环境中以浮游状态生存的植物，多指水体中的藻类植物。藻类在水体中过度繁殖，会出现水华现象，也就是水体富营养化。近年来，生活污水含磷量大幅度提升，促使以磷为营养物质的藻类植物大量生长，遮蔽水面，抢夺水体中的溶解氧，影响阳光的射入，导致水体中的植物、动物生存环境恶化。因此，藻类植物成为生物监测领域重要的指示生物。不同种类的藻类植物对不同污染物的反应有较大的差异，监测人员可以通过藻类的丰度、细胞密度、光合作用强度来进行判断。例如，石莼是一种重金属承受能力较高的藻类植物，能够有效富集水体中的重金属， 被称为重金属污染的“哨兵”。小球藻是一种对苯并芘十分敏感的藻类植物，苯并芘在小球藻中聚集，人们可以通过荧光显微镜进行观测和定位， 这对于判定船舶漏油、工业废水排放影响范围有较高的指示作用。

2.4 生物行为反应监测技术

生物行为反应监测技术根据特定生物在水环境中的行为反应，评价水环境污染程度和类别，锁定水体污染范围。在水环境中，污染物浓度超过一定指标时，部分生物将在短时间内做出行为反应。以斑马鱼为例，它是一种对水质极为敏感的热带淡水鱼，若水环境出现严重污染，它将快速做出激烈的行为反应，如鱼鳃无规律加快呼吸、异常活动或死亡现象。斑马鱼反应越激烈，则水环境污染越严重。目前，斑马鱼是监测水环境污染的重要指示生物[3]。

2.5 两栖动物的生物监测技术

生物监测技术需要被监测的生物对周围的变化敏感性高，如果能综合地测量多种环境则更好，而两栖动物就有这样的优势。两栖动物幼体状态是在水中生存发育的，发育到成体后既能在水中生活又能在陆地上生活， 它们与水环境、陆地环境的联系都很密切，因此可以用两栖动物进行水环境的质量监测和陆地环境的质量监测。两栖动物的另一特点提高了其对环境质量的敏感性，它们除了用肺呼吸，还会用皮肤辅助呼吸，在用皮肤呼吸的过程中污染物会伴随呼吸过程进入体内，加快污染在体内的积累进程，因此相比其他生物更容易表现对污染的敏感反应。相关数据显示，在人类居住人群较少的地方，两栖动物的种群数量也突然大量减少，国外研究后认为许多两栖动物比如蛙类的种群数量减少，有些物种甚至灭绝的原因与农药残留在水土环境中有关。正是因为两栖动物需要依靠皮肤辅助呼吸，所以使它们相比其他生物对环境的污染变化敏感性更高、生理反应更强烈，因此国内外开始采用两栖动物来监测环境质量，比如对水环境中農药和重金属的监测等。

2.6 高等水生植物监测技术

高等水生植物是指在多水环境中生长、繁衍的植物，包括常见的荷花等挺水植物，王莲、芡实等浮叶植物，水葫芦等漂浮植物，金鱼藻等沉水植物。高等水生植物是水体中生物链的重要一环，不仅能够净化水体，还能够为鱼类、浮游生物、浮游植物、微生物提供生长栖息环境和丰富的食物来源。但高等水生植物的过度生长也会对水体形成遮蔽，过度消耗水体中的含氧量和营养物质，对浮游生物等水体中的其他生物生长、繁衍造成影响。黄花水龙是一种对亲脂性有机物有较高积累能力的水生植物，常作为有机农药的污染指示生物来检测浅水域的水质情况。

3 生物监测技术在水环境监测中的应用难题和对策

生物的生长和分布具有很大的个体差异，同一种生物对污染物的反应可能不同。因此，在水环境监测中，人们要适当增加指示生物数量，提高监测结果的可靠性。同时，要建立完善的监测网络，加大生物监测频率， 有效消除地区差异，提高水环境监测质量。低浓度的水污染物对水环境存在潜在危害，如果采用生物监测技术，短期内效果并不是十分明显。人们要不断改进生物监测技术，使其有效满足水环境监测需求，提高监测结果的准确性和可靠性。同时，人们要有效监测生物分子和生物群落，及时发现污染物并发出预警。

4 结束语

相较于理化监测技术，生物监测技术的对象更加复杂且庞大，需要监测的时间更长，不同生物对同一污染物的敏感度不同，在综合判定上有较大的偏差。因此，生物监测目前还很难形成统一的评价标准，很难在短时间内如理化检测技术一般大面积推广和应用。生物监测技术的应用要以一批优秀的生物监测技术人才和设备作为基础，逐步将多个指标科学地整合成单一指数，使污染物对生物种群的影响更加一目了然。生物监测技术已经体现出广阔的发展前景，未来可期。

参考文献：

[1] 朱冬梅.生物监测技术在水环境监测中的应用[J].中国资源综合利用， 2019，（3）：102-104.

[2] 杨艳红.水环境监测中生物监测的应用及进展[J].化工管理，2019，（32）：63-64.

[3]王颖，廖訚彧，欧阳莎莉，等.发光细菌在线监测水体污染研究进展[J].净水技术，2020，（9）：10-16.

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