探讨生物监测方法在水环境监测中的应用

常兴丽，孔凡华

1.临沂市生态环境监控中心；2.山东省临沂生态环境监测中心

在水环境监测过程中，生物监测占据着举足轻重的地位，尤其是在信息技术的推动下，环境问题日益突出。实际工作在落实过程中，要站在全局把控，进行多角度、立体化、多元的内容分析。主要是由于环境和生物彼此之间相互依存，一旦有一方出现问题，势必也会影响另一方的生存。生物监测技术的应用能够帮助相关技术人员进行环境因素的分析，建立完善的污染物排放指标，做好功能的分区。水环境的监测和治理成为目前水生态环境保护的重要内容，而治理依托于监测，在水环境监测过程中使用生物监测的方法能有效地对微生物、大型生物等进行分析，避免对水体产生二次破坏。目前，人们对健康给予足够多的关注，尤其是饮用水的安全问题。为了能更加有效地在短时间内分析水环境的污染情况，需要强化水环境监测手段，使用物理、化学等多种监测分析方法，定性、定量地分析水体中污染物的防治情况，特别是加大生物监测技术的投入力度尤为重要。

一、生物监测理论

生物监测技术在使用时能够对特定区域的生物进行观察，生物和环境之间相互依存、相互依赖。生物监测技术在使用过程中根据生物体对污染物或者是环境产生的反应，有效地判断出污染程度。尤其是在进行水环境污染监测过程中，鱼类会在第一时间出现不良反应，常见的不良反应有水生动物呼吸急促，如果污染物浓度过高，鱼类会出现大面积的死亡。由此可见，在进行污染物浓度判定的过程中，可以根据鱼类的生物反应，分析呼吸频率前后的变化，进而确定污染源以及污染物的毒性。

生物监测能有效了解污染物引起的生物化学效应，直观了解污染物对生物体的不良反应。绝大多数生物的灵敏度要远远高于精密仪器设备，一旦发生污染，它们会做出明显的反应。因此，在水环境监测过程中，可以结合操作简便、成本投入较小的生物监测方式，这样就能够在极短的时间内完成监测工作。生物监测方法在应用过程中是通过捕捉一定样本对生物进行分析的，虽然能够有效地节约生物监测成本，节省大量的人力、物力，但是在进行生物监测的过程中，需要具备一定的条件，比如，在某区域生物监测过程中长期使用能够有效反映生物污染物情况，同时生物对某些污染物具有较高的灵敏度。但是生物监测方法在使用时也存在自身的缺点，主要是由于在生物监测过程中，大多数情况下需要反复捕捉个体进行数据测绘，才能建立起生物监测图形。在某种程度上，生物监测是间接对水环境进行检测，可能会导致其他数据不准确，而忽视了水环境存在的问题，甚至无法判断水环境的污染程度，再加上监测人员在进行水生态环境监测的过程中，由于没有完善的和统一的质量标准，无形中也会耗费大量的分析预判时间。

二、水环境监测中常见的生物监测技术

（一）微生物群落监测技术

在当前的水环境监测过程中，细菌、藻类以及原生生物等这类微型生物的数量能够如实反映该区域内水生态环境状况，微生物群落监测技术的投入应用能够帮助技术人员分析污染物的分布状况，进而判断该区域水环境污染情况，主要是使用聚氨酯塑料进行水体样本的采集，借助数字计算分析出微生物的具体分布状况。在使用时，评价指标包括多样性指数以及原物种类型等，能够帮助更多的监测技术人员解读水环境污染现状。微生物监测技术在应用过程中不断升级，其评价指标也在不断增加，环境监测的科学性得到显著提高。

（二）生物行为反应监测技术

在人们赖以生存的自然生态环境中，不仅有人类，还有各种各样的动物和植物，生物种类众多，不同生物对环境的影响也是不同的，环境污染会严重影响自然界中的生物。如果生物所在的自然环境受到一定的污染，它们的机体会产生应激反应。不管是生理或行为都会出现一定的变化，常见的有金鱼、斑马鱼等。生物行为反应监测技术在应用过程中主要是基于生物的应激反应，比如，有的生物可能会出现各种身体机能功能的退化。通过监测马斑鱼能够确定污染物在水环境中的浓度，该鱼类能有效地对环境污染做出响应，这主要是由于斑马鱼的基因和人类极为类似，它对水体保持着较高的灵敏度，一旦外部环境发生变化，斑马鱼对铜离子和铅离子的反应不同，监测人员可以根据斑马鱼的不同反应判断水体受污染程度，进而对水体污染做出快速的预警。

（三）发光细菌监测技术

和以上两种技术相比，发光细菌监测技术在使用过程中能够有效保障水源质量。发光细菌监测技术常使用在水质毒性测定层面，主要是由于它能够通过分析细胞发光特点，进而确定污染物的遗传毒性，结合具体的细胞发光特征，得出精准的检测结果。在自来水厂以及生活饮用水中常使用发光细菌检测技术。发光细菌监测技术不仅应用范围较广，而且技术应用更为成熟。在实际应用时，发光细菌监测技术还可以和荧光分光光度法等技术结合使用。

（四）底栖动物和两栖动物监测技术

在自然界中，底栖动物和两栖动物具有一定的特殊性，底栖动物和两栖动物监测技术在使用时能够进行重金属污染物的分析。在具体水环境检测时，能够有效分析以上两种动物的完整性指标，分析它们的生理及行为是否发生改变，进而能够判断水体污染情况[1]。

图1 不同频率反射光谱生物传感器受到光膜层厚度的影响效果

（五）生物传感器监测技术

生物传感器监测技术由分子识别和转换两个部分组成（见下图一），前者包括酶、抗原细胞等，后者则是氧电极、场效应管等。在使用过程中，主要是依靠生物的敏感度转化为电信号，进而判断污染程度。生物传感器监测技术速度快、准确率高。BOD生物传感器依靠溶解氧的浓度分析水质状况，其在应用时基本偏于实验研究，很少进行现场监测。生物监测技术在应用过程中，对水体污染物毒性的监测也越来越简便、快速、精准。环境监测技术在提高的同时，环境管理精准化水平也得到全面提升，环境质量得以有效改善。

除了上述方法，近年来随着生物监测技术的不断应用和发展，尤其是细胞、微核技术以及四分体位技术被广泛应用于环境监测中，微核测定法代替染色体畸变的方式监测环境污染，使得生物遗传物质损伤监测更加快速灵敏。同时，也可以使用水花生根尖微核技术作为监测水体污染的新材料，在应用过程中，由于该植物长期生活在污染水体中，当外界环境存在致突变物时，可使细胞发生损伤，微核细胞率上升。此外，也可以使用SOS显示法，该方法被广泛应用于遗传毒性的测定，具有快速、便捷、灵敏的优势，它测定的是遗传毒物对细胞原发生的直接反应[2]。

三、生物监测方法在水环境监测中的应用

（一）在群落监测中的应用

群落是生物系统最重要的组成部分，在进行水环境监测的过程中使用生物监测技术能够认识不同群落在自然生态环境中的特点，利用不同自然生态环境条件对各种生物类群的影响来分析自然生态环境的演变特性等。在开展生态种群实验监测过程中,可以确定生态种群在自然生态环境体系中的发展走向,从而确定环境污染问题。常见的生物群落监测在实践运用过程中主要包括以下两个方面的研究内容：一是水环境评价。在水环境评价时，可以根据生态群体即生态群体在水域生态环境中的各种生长情况,分析水体变化情况和水体生物质浓度的变动特点。例如，在长江流域建设水库,由于有各种各样的生物群落和种群,可针对生物群落一段时间内的生长发育情况展开研究,分析该阶段水质变化情况，这样才能够从根本上解决该流域水生态环境问题。生物监测技术在应用过程中不仅能够进行环境治理，而且还能够将环境监测的实际情况向大众推广、二是水域宏观划分。结合现有的生物监测技术，可以使用水域划分的方式，结合水生生物的生长规律，落实整改治理措施，加大水环境综合整治力度。针对水域出现富营养化的问题，如果仅使用物理或化学方法进行治理，可能会抑制水生态环境中其他生物的生长，而导致水域持续恶化。在应用时可以建立生物监测方案，在该区域养殖鱼类，有效解决富营养化问题[3]。

（二）在生物测试中的应用

生物测试必须根据相应的试验内容,分析自然环境对生物生长形成的环境影响,确定环境污染问题成因,实施全面的生态监督管理。首先,系统要检测水体中多样化的植物营养素和生长素，及其对环境影响变化而形成的生物营养。然后,针对不同污染源程度的水体进行研究,在生物检测工作中,要通过对生物群落或生态种群开展生物检测工作,在实际的操作过程中,要通过技术设计相应的环境指标体系,在系统投入使用的过程,利用当前的互联网技术、生态监测技术,全面发掘生态检测方法在水体环境保护中的应用优势。另一方面,系统在实际运营过程中还可以导入计算机信息体系,转换生物传感器识别的生物信号，除此之外，还需要结合多种生物可识别的元件制成生物传感器，可有效的应对环境变化，解决当下存在的问题。另一方面，为了妥善解决人们的饮水问题。在生物监测方法应用过程中，要分析现有的水环境设计标准，重点解决存在的问题，分析多样化水体对生物群落产生的影响，在具体的应用以及操作过程中建立完善的标准，开展生物技术的水生态环境检测工作[4]。

四、实践案例

在某区域水环境监测过程中，主要针对重金属、有机物以及农药残留等生物毒性进行分析。其一，对于采用的监测技术，在该区域环境监测时可使用发光细菌生物监测技术。这项生物毒性自动在线监测系统的监测工作包括两个方面：一是需要进行发光细菌的培养和保护，二是发光细菌和水样反应进行发光检测，检测完成以后需要进行清洗。以上两方面的内容都是在监测过程中自主完成的，在监测时使用双光路对照监测技术，在发光细菌培养以及保护过程中，要严格管控温度参数，一般温度需要控制在零下20摄氏度。除此之外，还要配合复苏稀释液，将法官细菌在常温状态下进行15分钟的复苏。对比参考水样以及待测水样。为了避免细菌溶液出现沉淀，需要不停地搅拌。在测量工作实施过程中需要获取发光圈、待测水样，同时在反应池中进行半个小时的接触反应。在反应结束以后，仪器设备会进行自主清洁，避免出现交叉污染[5]。

其二，在线集成。在操作过程中，每隔4个小时就会进行自主采样、测试、分析出数据、清洗等。如果出现特殊情况，还可以设定加密监测到一个小时进行一次。

其三，监测结果。监测结果一种是毒物测试，另一种是生物毒性和常规检测标准的关联。对于前者来说，毒物测试在应用过程中需要对不同浓度的毒物进行测试。比如，氯化汞浓度达到每升0.1毫克的时候，发光度为51%。对于生物毒性和常规检测的关联，要分析生物毒性和电导率，有助于全面掌握水环境污染问题，了解污染源头，制定科学有效的治理方案[6]。

五、结语

在经济发展的不断推动之下，各行各业迅速发展，随之而来的环境问题令人们担忧。自工业革命以来，世界各国纷纷开展自然生态环境的监测，持续关注自然生态环境的变化，并采取治理手段，修复或恢复自然生态环境。在环境监测过程中，收货了较为成熟的技术和经验，从传统的使用物理化学监测方式到各种方式不断交替延伸。然而，对于较为复杂的水生态环境监测，技术人员要采取行之有效的方式解决多种污染源问题，了解不同污染源在同一环境中会出现的影响，在这种状况下使用生物监测技术能有效地帮助技术人员了解环境对生物产生的综合影响。使用生物监测技术能有效弥补传统物理化学监测技术存在的缺陷，并结合先进的生物监测手段，更好地解决环境问题。结合水环境污染现状不断地优化生态环境监测工作，选择科学有效的监测技术，切实提高监测质量，更好地解决水环境污染问题，加快改善和修复水生态环境，筑牢高质量发展的绿色生态屏障，保障人民身体健康。