生物监测技术在水环境工程中的应用及研究

摘 要：自然界的水环境是通过各种形式的循环實现跨空间的各类水形态的转化。水环境与人的生活息息相关，能直接或间接地影响人类的生活。水生态环境的污染和破坏导致生物多样性减少，影响人和其他生物的健康。利用生物监测技术对水环境加强监测，通过监测结果了解和掌握更多的水环境现状，从而实施针对性的水环境污染治理。本文介绍了生物监测技术的原理及其在水环境中应用的作用，探讨了水环境工程的中的监测内容，根据监测内容分析生物监测技术在水环境工程中的应用。旨在为水环境保护与污染控制工程的系统化建设提供一些参考。

关键词：生物监测技术;水环境工程;应用;环境保护;污染控制

随着人类工业化进程的加深，社会发展速度虽然在不断加快，但生态环境却遭到了严重的污染和破坏。人类对水环境的污染和破坏导致被污染水体中的生物数量锐减，不少生物因此濒临灭绝。污染严重的水体周边人的各类疾病发病率在不断上升。人越来越多的疑难杂症及生物多样性弱碱问题让人类意识到水环境保护的重要性。水环境监测技术是一种基于对水环境污染情况掌握下的针对性污染治理措施。通过对水环境的监测，我们可以了解到污染源和污染成分，再对症采取措施，从而提高水环境污染治理的效果。生物监测技术是监测生物效价和安全性的核心技术。研究生物监测技术在水环境工程中的应用对提高水环境工程监测的安全性有着重要的意义。

一、生物监测技术概述

（一）生物监测的内涵

利用生物个体、种群或群落对环境污染或变化所产生的反应阐明环境污染状况，从生物学角度为环境质量的监测和评价提供依据。生物监测技术来源于20世纪70年代对水污染及生物监测及研究。美国的《水和废水质量的生物监测会议论文集》就有提到利用水生物监测技术监测各类水生生物，是研究水污染关系的重要依据。

（二）生物监测技术的原理

生物监测技术是利用个体对环境变化的影响来监测和评估环境的污染情况。生物监测技术在水环境工程中的应用是利用各类水生生物对环境变化的影响来监测和评估环境污染情况。它利用了毒性学方法和生态学方法的原理来实现对水生生物的监测。生物监测技术相对于传统的物理监测与化学监测方法而言，具有较高的安全性和实用性优势。理论上，它是对传统的物理监测法与化学监测法的延伸和补充。主要用于花境监测与评价。毒理学原理在测定有毒物质在环境中的毒性作用方面有着明显的应用优势。生物监测技术可以分析水环境中污染物的综合毒性，反应更加全面是水环境污染问题。动态化的监测过程能够反应水环境长期污染情况，提供更加精准、真实的监测数据及环境污染的信息依据。它在综合环境评价中能够客观真实的反映水环境中存在的各方面的污染问题，可用于预测和治理水环境污染的客观理论依据。根据当前生物监测技术在我国水环境工程中国的应用情况来看，生物监测技术对当前生态系统中对未被污染的区域的危害能够起到一定的预测作用，预防水生态环境遭到污染和破坏。由此可见，生物监测技术在水环境工程中的应用对维持长期有效的环境保护意义深远。

（三）生物监测技术在水环境工程中的应用作用

生物监测技术可以综合性的监测水环境，监测过程可以体现动态化和实时性。将生物监测技术应用到水环境工程中，有助于提高水环境监测的效率，及时获取水环境中生物物质变化的进程，掌握系统、完整化的生物变化过程。基于对生物监测信息的分析，还可以有效预见水环境的变化，通过前期污染预测可能发生的水体污染问题，起到预报环境污染的作用。传统的物理监测法及化学监测法对水环境细微的变化监测效果不明显，而生物监测技术能够更加敏感地捕捉到水环境细微的变化，从污染前天起预测细小的污染经过长期的积累后演变的结果，起到预报污染变化的作用。对一些具有长期危害且其危害大、毒性范围小的水土污染，生物监测技术的成本低、效率高。在广泛的监测水环境污染问题时，有助于降低水环境监测成本的作用。

二、水环境工程中的监测内容

水环境工程中监测的主要内容为动物、植物、微生物在环境中的分布、生长、发育状况、省力化指标、生态系统变化及其与环境污染的关系。生物监测法时测定环境污染物毒性的有效方法。对动物、植物及微生物的群落生态、个体生态、携带的毒性、致突变因素、体内残留物等指标的测定，是了解水环境污染情况的重要依据。生物监测获得的监测信息能够更加确切的反映污染因子对人和生物的危害及花境污染的综合影响。在环境污染物较低的情况下，利用某些生物对特定污染物的敏感性，对水环境污染危害人体做早期的诊断和预测。由于生物监测技术不能获得理化监测那样具体准确的数据，为了更加全面、准确地评价水环境质量，生物监测技术在水环境工程中应用时可以结合理化监测技术及其数据，将理化监测数据作为生物监测结果的补充，来评价生物反应现象。

三、生物监测技术在水环境工程中的应用

（一）微生物群落监测技术

微生物群落监测技术用于监测水环境中的细菌、水藻及原生物等微生物。水环境中的各类微生物的数量、出现频率能够反映一个阶段内水环境的情况。微生物群落监测技术主要监测指标有微生物园中类型、多样性指数、异养指数、鞭毛百分率。采用聚氨酯塑料收集水样，结合数据计算方法计算微生物的分布指数，评价水环境污染程度。理论上，水环境污染情况是个动态化的过程。污染条件也在不断的发生变化。微生物监测技术对微生物评价指标应根据污染条件的变化不断扩展和扩充，以提高水环境污染评价的全面性。

（二）生物行为反应监测技术

生物行为反应监测技术用于监测微生物污染时发生的行为变化。部分微生物在受到敏感的污染条件时，会发生明显的生物变化、行为变化或压力性反应。这些指标能够较为准确的反映环境污染存在的问题。例如斑马鱼、金鱼等，对外部环境污染的变化感知及其敏感。斑马鱼、金鱼的生理变化、行为变化等，可以作为指示淡水水质的变化的指标，来评价监测区域水环境的污染问题。斑马鱼与人体具有很多相似的行为反应。监测斑马鱼的反应在指示水环境污染对人体的危害方面具有极高的应用价值。

（三）发光细菌监测技术

細菌广泛存在与水环境中。监测水环境中的细菌类型、数量，在评价水环境的安全性方面有着重要的应用价值。目前，我国的细菌监测技术已经相当成熟。细菌监测技术的成熟性确保了水环境安全性监测的有效性。发光细菌技术利用一些细菌细胞的发光特性来监测污染物及其徐俊遗传毒性。该技术通过生物毒性探测器实现水环境细菌毒性的监测。生物毒性探测器具有毒性监测效率快、结果精准、操作方便等应用优势。采用生物毒性探测器，最快可在3小时内获得水环境细菌及毒性监测结果。

（四）底栖和两栖监测技术

底栖、两栖动物数量是生物监测水质的重要指标。底栖、两栖动物对生存的水环境要求极高。底栖和两栖监测技术是通过监测底栖、两栖生物的生理、行为等指标来评价水质及水环境污染问题的。主要指标有Saprobic指标和BI指标两类。底栖和两栖动物的监测指标是完整评价水环境变化的重要指标。

（五）生物传感器监测技术

生物传感器监测技术借助传感器自动捕捉和识别信号的功能，用以监测部分生物有机体做出的应急响应。生物有机体的应急响应能够反映水环境污染变化情况，可作为指示水环境污染的应急电信号。电信号是间接测量和评价水环境中污染物浓度的重要依据。监测到的电信号结合有机体DNA重组技术对生物做更加深入的研究，来帮助我们了解生物体携带的中毒素及其含量，获得更加全面、复杂的水环境污染指标。

四、应用前景分析

生物监测技术在水环境工程中的应用有监测水环境污染动态、预测污染发展情况、降低水环境监测成本、提高水环境监测效率和质量的作用。它的应用优势及其作用决定了其在未来有广阔的市场前景。未来，水环境监测将广泛面向水环境展开，来提高水环境污染的监测和保护。微生物监测技术成本低、易操作、毒性小、适用范围广，又能提供实时的监测，根据监测预测未来污染情况。对水环境的监测是水环境污染治理的必然条件。未来，随着生物监测技术水平的提升，生物监测技术将应用到解决更加复杂的水环境系统工程问题。它能为环境治理提供客观、精准的治理依据，在复合污染严重的水环境综合治理中发挥更加重要的作用。

五、结语

水资源作为所有生物赖以生存的生命源泉，对于人类社会及其文明的可持续发展意义重大。为了人类文明的可持续发展，人类必须加强水环境保护及污染控制，构建和维护长期的水生态平衡状态。生物监测技术是监测水环境生物安全性必不可少的技术。微生物群落监测技术、生物行为反应监测技术、发光细菌监测技术、底栖和两栖监测技术、生物传感器监测技术能够为水环境工程中水体的微生物、生物行为、细菌、两栖生物、底栖生物的生物动态监测提供技术支撑，同时监测水体中的非金属无机物及其他污染物，了解生物生存状态及其安全性，为水环境生物保护及污染治理提供依据。鉴于其在水环境工程监测中的重要性，建议加大对生物监测技术在水环境工程中应用的研究和推广。

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作者简介：李旭晖（1999— ），男，汉族，云南昆明人，本科，研究方向：生物工程。