生物监测技术在水环境监测的应用

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摘要：水环境污染是困扰我国经济发展和民生建设的重要问题，水体中的污染物随着生物链逐渐迁移并富集到人体内，成为严重威胁人体健康的重要因素。环境监测是人们了解环境中污染物变化的重要途径，能够使人及时应对水体中污染物的总量、种类等变化，降低水环境污染的负面影响。传统水环境监测技术多为物理、化学方面的技术，存在诸多缺陷。随着水环境监测要求越来越高，生物监测技术逐渐成为环境监测领域的主流技术发展趋势。本文从水环境监测中应用生物监测的必要性入手，分析生物监测技术中不同生物的特点和应用，探讨生物监测技术的研究进展，以期更好地推广和应用生物监测技术。

关键词：水环境监测；生物监测技术；水污染

目前，我国水环境污染治理主要分为两大方向，一是从源头控制工农业、生活污水排放，二是监测并治理自然水体既有污染[1]。传统的理化监测技术更注重污染物本身，监测对象主要是水体的浊度、色度、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、总有机碳、pH、重金属含量、电导率等，这些参数虽然能够有效体现水体现状，却无法深刻反映污染物和水体环境对生物体的影响。多种污染物在水体中混合，相互作用，会对生物体产生潜在影响，但这并不在传统水环境监测范围之内，这是理化监测技术的缺陷。生物监测技术通过观察生物种群的变化来探究污染物更深层次的影响，能够填补传统理化监测技术的不足，使水环境监测更加全面、科学[2-3]。

1水环境监测中应用生物监测的必要性

在水环境监测中，物理指标和化学指标能反映污染物的来源、浓度，能反映水环境的质量变化，却不能体现污染物对生物的影响，也不能解释水生生物对污染物的作用机理。因此，应用生物监测技术，从水生生物对污染物的利用角度反映污染物对生物的影响，展现污染物的潜在风险和威胁，是水环境监测发展的必然趋势。长期以来，我国生物监测技术发展缓慢，对环境监测的辅助有限，还需要更深入的研究。

2生物监测技术中不同生物的特点和应用

能够用于生物监测的生物种类有很多种，微生物、浮游植物、浮游动物、着生生物、底栖动物、高等水生植物、鱼类等均是可参与生物监测的对象，能够从不同层面反映水体中污染物带来的影响。

2.1微生物

用于生物监测的微生物应当是群落多样性、群落均匀度、优势细菌丰度都十分优秀的种类，如广泛分布于水环境中的发光细菌、与各种鱼类共生的费氏弧菌。发光细菌的发光主要依赖于发光酶系统，这种酶是一种异二聚体蛋白质，在与有毒物质接触时，若它被有毒物质抑制，则细菌的发光强度会迅速降低，这是一种指示性十分明确的微生物。生物监测技术领域通常用发光细菌来量化污染物的毒性，量化对象可以是急性毒性（5～30min），也可以是慢性毒性（12～24h）。目前，发光细菌对毒性的量化已经广泛应用于饮用水系统、海洋沉积物的水质检测中，发挥了巨大作用。费氏弧菌对水体的电导率、浊度、重金属浓度、大肠菌群等参数变化有较大的反应，其中，费氏弧菌的种群变化与前两者成反比，与后三者成正比。

2.2浮游植物

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。

2.3浮游动物

浮游动物主要包括无脊椎动物和脊椎动物的幼体，它们没有主动游泳的能力，只能随着水波漂动。在自然水体中，浮游动物的分布非常广泛，对水体中污染物的影响也十分敏感，且作为鱼类生物的捕食对象，也能够间接反映鱼类生物种群的一些变化，因此，浮游动物在生物监测领域内发挥着重要作用。刺胞动物是一种接触重金属等污染物后会出现细胞体积变化的浮游动物，可以作为水体中重金属等污染物的指示生物。桡足类汤氏纺锤水蚤卵是脊椎动物的幼体，常用于量化硫化物等污染物的生物毒性，这种水蚤的繁殖能力、种群数量、死亡率都能够用于检测急性、慢性有毒污染物的生物毒性，如农药污染。

2.4着生生物

着生生物是指附着在基面上的生物群落，包括藻类、细菌、真菌和一些原生动物，这些生物在基面上的均匀度、密度、总量都是十分常用的生物指标。生物监测过程中，监测人员可以通过刮取基面上生物的方式来采样，在显微镜下进行单一生物群落的计数和总生物量的计数，其中，某些生物群落的扩大或缩小都标志着水体中物质的成分变化。比如，在重金属污染较为严重的河流中，着生生物的生物总量出现明显扩大；富营养化的河流中，着生生物中的藻类部分比例扩大，其他生物则受限。

2.5底栖动物

底栖动物是指生活在水体底部岩石、泥沙上的动物，常见的有牡蛎、河蚌、贻贝、虾蟹等无脊椎动物，它们更容易受到重金属、营养物、沉积物的影响。目前，底栖动物已经成为评价水体质量的重要指示物。国际上已经建立了比较成熟的以底栖动物作为标志的生物指数，底栖动物的种群完整性、多样性、优势度、丰度都是指示水质变化的重要指数。比如，贻贝的肝胰腺组织中SOD（超氧化物气化酶）和碳氮同位素是监测重金属污染变化的重要标志物，其中尤以SOD为主。

2.6高等水生植物

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。

2.7鱼类

鱼类是水环境中处于生物链顶端的生物，鱼类的生长受到水体中各个方面因素的影响，很多水体污染物最终都会富集到鱼类的体内，对鱼类动物造成生长、繁殖等方面的负面影响。因此，鱼类是监测水体中污染物变化不可缺少的指示生物。水体中的持久性污染物（如DDT等）都会在鱼类体内富集，并对鱼类生物造成持续性影响，只有当含量达到一定程度时，才会对鱼类表现出影响，且这种影响会随着更高的生物链对人体健康构成威胁。生物监测领域内，对鱼类的生物指标测定不仅限于种群的测定，还具体到了鱼类生物的血液、心跳、呼吸、运动、逃逸行为、幼鱼死亡率等具体个体参数。近年来，对鱼类的生物监测技术有了很大的进步，包括遥测技术、声学监测技术等，能够有效记录鱼类在生长、迁徙、繁衍过程中的大量数据，用于判断、衡量有毒有害污染物对鱼类的影响。目前，很多技术设备还不能被大范围应用到一线的环境监测中，但已经表现出巨大的应用潜力。针对不同生物种群的生物监测技术各有优劣，各有适用范围，在具体应用过程中，技术人员需要根据实际情况进行选择。比如，浮游动物对化学污染物比较敏感，但可靠性、准确性受限；底栖动物对农药、重金属的敏感度更高，但采样准确度较低，这种方法需要大量的时间和人力投入；高等水生植物对重金属污染同样很敏感，但本身对污染物有一定的清除作用，这就需要配合富集情况来衡量。

3结语

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.

2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.

3计叶，吴雨蒙，许秋瑾.水环境的生物监测方法及其应用[J].环境工程技术学报，2019（5）：616-622.

作者：祝淑芳 单位：聊城市茌平区环境监控中心