水环境的生物监测方法及其应用

郭 丹

（湖南省郴州生态环境监测中心，湖南 郴州 423000)

当前，保护水资源、改善水环境，已经成为各国水利、环保部门迫在眉睫的工作。监测是水环境管理的有效手段，其中，生物监测主要是从生物学角度出发评价环境质量状况，可综合反映水环境变化，及时、敏感预警环境污染事件，本文主要围绕水环境生物监测方法的应用展开详细分析。

1 水环境监测方法概述

水环境监测是水资源保护的必要环节，常用的监测技术包括：人工监测、生物监测以及有线自动监测等。其中，人工监测主要是由专业的检测人员定期、不定期采集水样，并交由专业人员分析，人力、财力投入相对较大，且由于水环境在不断变化，水环境监测结果具有一定的滞后性；生物监测是通过观察不同监测区域水生物的变化情况，对水环境进行判断，监测工作源于水生物对水环境的敏感度，且可随着水环境的变化产生相应的反应，但是会受到水生物的生长、活动限制；有线自动监测是指利用传感器技术、嵌入式技术构建现场监测子站，采集数据并传输至远程监控中心，并对数据进行分析处理，获取相应的水环境分析结果，但是此种监测方法成本相对较高，有一定的局限性。

基于上述分析，各种水环境监测方法各有优缺点，目前随着我国环境治理进入总量管理、流域管理、风险管理以及生态管理时代，生物监测方法可在各个领域大显身手。如总量管理中，基于污染物减排工作的逐步落实，通过生物监测方法的运用可全面掌握减排生态效益；流域管理中，基于“一湖一策、一河一策”、流域水生态功能分区工作的落地，生物监测可提供综合生物毒性信息，并为中长期预警提供水生生物群落演替信息；风险管理中，基于生物监测结果，可及时判断污染物污染水平与生物效应的关系；生态管理中，生物学指标纳入管理指标体系中，生物监测成为水环境监测的重要内容之一[1]。

2 水环境生物监测的概念与方法

2.1 生物监测的概念

生物监测主要是以生物为对象或手段开展环境监测工作，监测生物的主要类型如下表1所示。

表1 监测生物的主要类型

将生物纳入环境监测范畴时，需认识到生物作为监测对象时，具有双重身份。一是保护对象，此时生物监测的核心内容是搞清环境中生物对各种环境胁迫的响应情况；二是环境控制的污染与外来干扰因素，此时生物监测的核心是明确其强度与环境负面影响，主要类型包括：病原体及其指示生物监测、外来生物监测、富营养化生物（如：藻类）监测[2]。

2.2 水环境的生物监测方法

通过生物监测，可在一定程度上反映水环境状况，常见的生物监测方法如下。

2.2.1 微生物群落监测法

微生物群落监测对象为微型生物在水环境中出现的物种频率、相对数量等。经由多年发展，我国逐步建立适用于我国生态环境的微生物群落监测体系，且数学分析在监测分析中发挥的作用越加显著。基于计算机、大数据、云计算技术的发展，将实现更大范围地揭示生物群落参数变化规律，并获得精确的监测结果。

2.2.2 发光细菌监测法

发光细菌监测是一种较为成熟的监测方法，灵敏度高，适用范围广，可监测得到水样中大多数的有毒物质，是经由标准认证的方法。此种方法在水环境有机物、重金属等毒性物质监测方面优势显著，但是操作相对繁琐，容易出现误差。基于电子技术的发展，为发光细菌法的应用提供了可靠支撑，进一步提高监测有效性。

2.2.3 生物行为反应监测法

生物行为反应监测的对象是生物受污染物影响后产生的趋利避害行为反应或生理机能变化情况，常用监测生物包括鱼类、双壳软体动物、水蚤等。其中，鱼类最为常用，如：斑马鱼、鲤鱼、金鱼等，较多运用于淡水环境；海洋监测中，多以双壳类生物活体为监测对象，且在国外已经取得较好的研究进展与应用示范；水蚤作为生物监测的指示生物，通过光电检测器测算水蚤位移能力、判断水蚤生命活动，可掌握水质受污染情况，同时水蚤死亡率、繁殖能力可作为污染物毒性判断依据。

结合相关实践经验分析可得，生物行为反应监测实现在线监测、早期预警，实际应用价值高，且在部分地区已经实现商业化发展。基于计算机图形化、自动化技术的发展，可进一步提高生物动态行为监测精确性，高效、自动分析生物动态行为轨迹数据，完善生物行为模型的构建工作，为水环境分析提供直接可视化的参考数据。

2.2.4 底栖、两栖动物监测法

底栖、两栖动物监测，主要是通过评价示生物在水体中出现或消失、数量多少情况，对水质进行判断。底栖动物水质评价参数包括Saprobic指数、BI指数、群落多样性指数等；两栖动物发育过程对环境因子变化敏感，其行为与生理指标可对水体质量进行监控。

2.2.5 其他生物监测方法

随着生物监测方法的不断研究与发展，各种新型监测技术开始出现，如：以幼虫变态、生物分子活性等为指标进行水环境监测，海底底栖无脊椎动物变态期幼体对污染物敏感性较高，变态过程易受环境污染干扰；生物传感器及生物电化学监测，主要是利用分子元件对被测物质进行识别，如：生物体内酶、抗体、激素、DNA等，由此评价、预测污染对环境的影响[3]。

3 水环境生物监测方法的应用

水环境生物监测方法的实际应用，应定位在以流域为单元、以各级支流为监测区段，构建完善的监测体系，并实现环境管理目标由“污染防治”朝着“生态健康”的方向发展。水环境生物监测方法的具体应用要点如下。

3.1 构建水环境生物监测技术体系

水环境生物监测技术体系构建情况，直接影响到水环境管理效果。对此，需完善生物监测指标、技术方法标准、评价方法体系，整个业务体系包括微生物监测、生物群落监测、生物毒理试验以及水环境生态质量监测等，实现水环境生态完整性评价与管理。

3.2 完善水环境生物监测网络

在现有生态监测网络基础上，需积极补充监测网点、提高监测能力，完善全国水环境生物监测网络，切实涵盖各大流域，有效评价水环境生态质量状况，全面摸清流域水环境污染情况，为国家水环境保护与管理提供服务。

3.3 建立生物监测数据管理平台

基于现代信息技术的不断发展，在对生物监测技术不断研发的基础上，应进一步完善生物监测数据报送、存储、管理工作，构建一体化管理平台，完善全国监测数据收集管理、流域环境质量评价工作。

3.4 夯实生物监测人才保障体系

水环境生物监测保障主要包括专业人才引进、培训等工作，构建生物监测专家库，打造高专业素养的生物监测队伍，保障水环境生物监测工作的顺利开展。

4 结语

综上所述，水生生物群落与水环境处于一个互相作用、联系的状态下，外部物质进入水环境后将影响生物个体中，由此对生物生理状况、种群数量、物种组成等产生各种影响。由此，生物监测在水环境管理中发挥着重要作用，水环境生物监测众多，实际应用中需进一步完善水环境生物监测技术体系，完善监测网络与管理平台，并夯实人才保障，切实提高我国水环境管理水平。