徐愛榮，周曉惠

（1.江蘇翰軒環(huán)?？萍加邢薰?；2.東臺市環(huán)境監(jiān)測站，江蘇 東臺 224200）

我國工業(yè)制造企業(yè)越來越多，一些工廠在生產(chǎn)過程中不注重廢料排放問題，將未處理或處理不達標(biāo)的廢水直接排放到水環(huán)境中，致使水體中污染物數(shù)量和種類越來越多，不僅破壞了水體和自然環(huán)境，而且危及人們用水安全。為了解決這一問題，相關(guān)專家利用生物監(jiān)測技術(shù)監(jiān)測水環(huán)境中的污染物，根據(jù)污染物種類選擇針對性的解決措施。

1 生物監(jiān)測技術(shù)概述

1.1 生物監(jiān)測技術(shù)的原理

生物監(jiān)測技術(shù)主要通過觀察生物種類、狀態(tài)和行為，監(jiān)測生物對環(huán)境的變化，以此實現(xiàn)環(huán)境污染的監(jiān)測和評定。目前來看，常規(guī)的生態(tài)監(jiān)測技術(shù)有生態(tài)學(xué)法和毒理學(xué)法，兩者監(jiān)測方式各不相同，但是監(jiān)測效果都很好，監(jiān)測結(jié)果也比較準(zhǔn)確，是當(dāng)下最受相關(guān)專家和學(xué)者青睞的監(jiān)測方法，在我國水環(huán)境工程中有著廣泛的應(yīng)用。毒理學(xué)法的原理是通過監(jiān)測生物的含毒量調(diào)查環(huán)境中的毒性指數(shù)，此種方法涉及有毒物質(zhì)，所以對監(jiān)測生物和監(jiān)測人員存在安全威脅。生物監(jiān)測技術(shù)對比于毒理學(xué)法更加安全和實用，監(jiān)測人員只需要監(jiān)測生物特征情況就能調(diào)查出所測環(huán)境的具體污染情況，這種方法的監(jiān)測結(jié)果比較準(zhǔn)確，可以真實反映環(huán)境污染程度[1]。

1.2 生物監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)點

當(dāng)前，人們的環(huán)境保護意識越來越高，國家對環(huán)境保護提出了更高的要求，近幾年針對水污染物問題也應(yīng)用了很多監(jiān)測方法，其中應(yīng)用最多的技術(shù)便是生物監(jiān)測技術(shù)。生物監(jiān)測技術(shù)對比于傳統(tǒng)的理化監(jiān)測技術(shù)有著更大的優(yōu)勢，可以綜合調(diào)查生物特征，以此查明環(huán)境污染程度。一般來講，水環(huán)境污染的過程比較緩慢，由于水體的自我調(diào)節(jié)能力較強，所以短時間的污染不會使水環(huán)境發(fā)生明顯變化，而生物監(jiān)測方法可以監(jiān)測出水環(huán)境的細微變化，監(jiān)測結(jié)果也比較準(zhǔn)確，當(dāng)水環(huán)境受到污染時，人們利用此法可以在第一時間監(jiān)測到污染情況，以此制定出有效解決措施。生物監(jiān)測技術(shù)不僅監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確，而且監(jiān)測費用較低，在監(jiān)測過程中所需的設(shè)備也比較少，它是當(dāng)下最受人們關(guān)注的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)之一。

2 生物監(jiān)測技術(shù)存在的問題

2.1 監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

生物監(jiān)測技術(shù)可以有效觀測水環(huán)境情況和污染程度，但是這種方法有著一定的弊端，不同水環(huán)境生物種類不同，導(dǎo)致此項技術(shù)顯示出局限性，各地生物監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，使其無法實現(xiàn)全覆蓋。面對這種情況，當(dāng)下沒有針對性的解決措施，致使生物監(jiān)測技術(shù)無法進一步的發(fā)展，監(jiān)測人員只能將其作為理論性監(jiān)測方法來使用。一些較大水域的水體污染情況比較復(fù)雜，生物監(jiān)測技術(shù)受到極大的限制，監(jiān)測效果和質(zhì)量都很差。一些發(fā)達國家對生物監(jiān)測技術(shù)的研究較為深入，并且已經(jīng)建立相關(guān)監(jiān)測模型，以此提高監(jiān)測質(zhì)量。而我國部分地區(qū)受到資源限制，無法實現(xiàn)模型建立和評價。業(yè)內(nèi)人士指出，為了發(fā)揮出評定模型的作用，需要建立相關(guān)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，但由于各地水體情況不同，無法設(shè)定統(tǒng)一的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 監(jiān)測環(huán)境復(fù)雜

不同區(qū)域生物種類有所不同，同類生物對不同區(qū)域或相同區(qū)域的環(huán)境污染反應(yīng)也不同，同時一些特殊地區(qū)的環(huán)境影響生物的生長和生活習(xí)慣。除此之外，在生物監(jiān)測過程中需要觀察生物的特征，為了確保監(jiān)測的準(zhǔn)確性，要結(jié)合環(huán)境的實際情況，考察水域特征和水環(huán)境中生物種類和數(shù)量，還要取樣監(jiān)測樣本。生物監(jiān)測技術(shù)受監(jiān)測環(huán)境的影響，水環(huán)境的生物多樣性使水環(huán)境監(jiān)測工作難以開展。

2.3 監(jiān)測結(jié)果不直接

由于生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程的應(yīng)用時間比較短，一些人員對其認識比較淺，將生物監(jiān)測技術(shù)的結(jié)果只作為參考。生物監(jiān)測的目的是通過監(jiān)測環(huán)境中生物特征，分析出環(huán)境中存在的問題，所以生物監(jiān)測技術(shù)的監(jiān)測結(jié)果是生物種類和數(shù)量等信息，無法直接體現(xiàn)環(huán)境污染程度。部分監(jiān)測人員輕視監(jiān)測過程中應(yīng)盡的責(zé)任，過于重視監(jiān)測結(jié)果。生物監(jiān)測是一項漫長的過程，需要監(jiān)測人員利用大量時間觀察生物特征，以此推斷水環(huán)境污染情況，不能只根據(jù)結(jié)果進行確認。為了提高監(jiān)測質(zhì)量，相關(guān)監(jiān)測人員要具備較高的素質(zhì)和技術(shù)，可以通過生物特征的細微變化，分析出環(huán)境問題。水環(huán)境生物監(jiān)測技術(shù)是一項綜合性項目，需要配合其他技術(shù)一同使用，才能充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢。在監(jiān)測過程中，相關(guān)監(jiān)測人員需要注意，一些水體污染物對水環(huán)境有潛在的危害，而在短時間內(nèi)無法觀察出污染變化，為了有效解決這一問題，需要研究實際水環(huán)境和水體中生物的關(guān)系，通過監(jiān)測污染物的毒性結(jié)果，開展進一步研究。

3 生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用

3.1 微生物群落監(jiān)測

微生物群落監(jiān)測是生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的主要應(yīng)用之一，應(yīng)用時間相對較早。水中微生物包含細菌、真菌、藻類和原生動物等，監(jiān)測人員監(jiān)測它們在水環(huán)境中的物種頻率和相對數(shù)量，通過相關(guān)數(shù)學(xué)公式計算出評價水污染程度的分布指數(shù)。最早將生物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于微生物群落監(jiān)測的實例是以聚氨酯塑料塊為基質(zhì)，統(tǒng)計分析微生物群落參數(shù)，以此評價水質(zhì)污染情況。后來，我國一些專家以這一案例為基礎(chǔ)修正和改進了微生物群落監(jiān)測法，并提出了與化學(xué)參數(shù)相關(guān)的原生動物種類、植鞭毛蟲含量、多樣性指數(shù)和異養(yǎng)性指數(shù)等四個生物學(xué)參數(shù)，以此研究出適用于我國水環(huán)境的生物監(jiān)測技術(shù)，并建立了相關(guān)生物監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)。后來，又有一些學(xué)者將微生物監(jiān)測過程中使用的設(shè)備進行改進，把聚氨酯泡沫塑料塊裝入瓶子中，減小海洋潮汐流和環(huán)流對生物監(jiān)測結(jié)果的影響[2]。

近幾年，我國相關(guān)部門為了提高化工廠廢料的監(jiān)測質(zhì)量，將微生物群落監(jiān)測法應(yīng)用到化工廠廢水的靜態(tài)毒性監(jiān)測中。研究發(fā)現(xiàn)，原生動物群落對廢水濃度變化極為敏感，濃度增加速度越快，毒性反應(yīng)時間越長，環(huán)境中物種的多樣性下降就越快，物種聚集的速度也會越慢。隨著微生物群落監(jiān)測法研究的深入，人們逐漸將數(shù)學(xué)分析引入生物監(jiān)測技術(shù)中。數(shù)學(xué)和計算機等知識有助于提高探索生物群落參數(shù)變化規(guī)律的速度，使監(jiān)測結(jié)果更為準(zhǔn)確。

3.2 發(fā)光細菌監(jiān)測

我國對發(fā)光細菌監(jiān)測的研究較為深入，這種生物監(jiān)測方法在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用相對成熟。發(fā)光細菌監(jiān)測方法簡單，靈敏度高，應(yīng)用范圍廣，所以深受國內(nèi)外專家青睞。發(fā)光細菌監(jiān)測法可以監(jiān)測出水環(huán)境中絕大多數(shù)的有毒物質(zhì)，并且具備標(biāo)準(zhǔn)認證。我國一些專家根據(jù)費氏弧菌細胞的發(fā)光特性，設(shè)計了一種水質(zhì)毒性監(jiān)測儀，將其用于監(jiān)測水環(huán)境中的綜合毒素水平。后來又有一些學(xué)者將遺傳改造的發(fā)光細菌作為指示物種，開發(fā)出一種新型污染物監(jiān)測方法，此法可以將監(jiān)測時間控制在3 h以內(nèi)。據(jù)了解，Beckman公司根據(jù)這一原理，設(shè)計了一種生物毒性監(jiān)測儀，將其應(yīng)用在自來水廠中，已經(jīng)實現(xiàn)了對自來水源水和出廠水的水質(zhì)毒性監(jiān)測。利用發(fā)光細菌法可以有效監(jiān)測出水環(huán)境中的有機物、重金屬等毒性物質(zhì)，有著廣泛的應(yīng)用前景，但是，該方法較為煩瑣，導(dǎo)致監(jiān)測誤差過大。為了解決這一問題，可以借助電子技術(shù)，利用熒光光度法、紫外分光光度法和基因操作技術(shù)等方法，增強發(fā)光細菌法的應(yīng)用效果。發(fā)光細菌法近幾年在我國飲水質(zhì)量監(jiān)測中有著廣泛的應(yīng)用，例如，2010年上海世博會飲水監(jiān)測就應(yīng)用了這一技術(shù)，相關(guān)專家利用青海弧菌Q67菌株的生物學(xué)特性保證了監(jiān)測結(jié)果的靈敏性和準(zhǔn)確性。這種監(jiān)測方法比較簡單，監(jiān)測人員只需要將微量青?；【后w放入被測水樣中，利用便攜式監(jiān)測儀讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，以此快速測出飲用水的質(zhì)量，監(jiān)測時間一般在0.5 h之內(nèi)。發(fā)光細菌監(jiān)測法在世博會飲用水安全監(jiān)測中發(fā)揮積極作用，早在上海蘇州河治理、汶川大地震后災(zāi)區(qū)水質(zhì)安全快速監(jiān)測中都得到應(yīng)用和科學(xué)驗證。

3.3 生物行為反應(yīng)監(jiān)測

生物在水環(huán)境中受到污染物危害時會做出趨利避害的反應(yīng)，人們利用這一特性來評價水體污染情況，根據(jù)污染物的濃度，做出有效預(yù)警和控制措施。常見生物行為反應(yīng)監(jiān)測的對象有魚類、雙殼軟體動物和水蚤等，其中魚類行為反應(yīng)監(jiān)測的應(yīng)用最為廣泛。斑馬魚是一種熱帶淡水魚，它對水質(zhì)極為敏感，如果所處的水環(huán)境受到污染，會在第一時間做出相應(yīng)的反應(yīng)行為，監(jiān)測效果比較明顯。由于斑馬魚的基因和人類基因類似，所以斑馬魚對水質(zhì)污染的反應(yīng)結(jié)果適用于人類。我國一些專家采用半靜態(tài)法，以斑馬魚為樣本，監(jiān)測重金屬物質(zhì)水生物的毒性作用，試驗發(fā)現(xiàn)，不同類型的重金屬離子對斑馬魚有著不同的毒性反應(yīng)，斑馬魚體內(nèi)存在過氧化氫酶，在遇到重金屬離子時會發(fā)生反應(yīng)，所以人們可以將其利用到水環(huán)境的重金屬監(jiān)測中。魚類一般用于淡水環(huán)境監(jiān)測，為了實現(xiàn)海洋環(huán)境的監(jiān)測，可以將雙殼類生物活體投入到生物監(jiān)測中。雙殼貝類的張合頻率與水體污染狀況有關(guān)，通過電磁轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以監(jiān)測蚌殼張合情況，以此實現(xiàn)水環(huán)境污染的在線監(jiān)測和早期預(yù)警。除了魚類和雙殼貝類，水蚤也是常見的生物監(jiān)測知識生物，利用水質(zhì)預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)，觀察水蚤的位移能力，從而判斷水蚤的生命活動，分析水質(zhì)污染情況[3]。

我國在水污染治理方面投入了大量的資金，但水安全形勢依然嚴峻，重大水污染事件頻發(fā)，近幾年多個重大水污染事故暴露出水環(huán)境監(jiān)測方面的不足。為了提高生物監(jiān)測的質(zhì)量，在各流域已有的生物監(jiān)測科研成果基礎(chǔ)上，我國啟動分區(qū)域水質(zhì)生物監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)和方法的研究制定工作，不斷完善儀器設(shè)施，加強人才隊伍建設(shè)，不斷提高水生態(tài)監(jiān)測能力。同時，加強在線生物監(jiān)測技術(shù)研究，推廣成熟方法，以此有效解決水污染突發(fā)事件的預(yù)警問題。

3.4 底棲動物和兩棲動物監(jiān)測

底棲動物和兩棲動物也是常見的生物監(jiān)測指示動物，通過觀察它們在水體中出現(xiàn)和消失的數(shù)量，人們可以實現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測。發(fā)達國家已將BI（Biotic Index）指數(shù)等列為重要的水質(zhì)生物評價指數(shù)，我國相關(guān)學(xué)者對底棲動物監(jiān)測在水環(huán)境污染監(jiān)測中的應(yīng)用展開研究，發(fā)現(xiàn)提高數(shù)據(jù)采集頻率可以增強監(jiān)測指數(shù)的可靠性和合理性[4]。

無論是哪種生物監(jiān)測手段，都要盡可能減少人為因素對環(huán)境的破壞。全國各地的環(huán)境監(jiān)測站都在應(yīng)用生物監(jiān)測技術(shù)，例如，2018年3月，濟南市環(huán)境監(jiān)測中心站開展了濟南市水環(huán)境生物監(jiān)測項目，開展采樣和現(xiàn)場監(jiān)測工作，監(jiān)測地點包括大明湖歷下亭、匯波橋、還鄉(xiāng)店、大碼頭等點位和斷面，還包括臥虎山等水庫。調(diào)查監(jiān)測工作主要包括現(xiàn)場采樣、實驗室分析鑒定、后期數(shù)據(jù)分析及評價三項內(nèi)容。水環(huán)境生物監(jiān)測指標(biāo)包括浮游植物、浮游動物、底棲動物、葉綠素a和微生物。水環(huán)境生物監(jiān)測工作準(zhǔn)確反映了部分重點流域和湖泊的治理和保護成效以及人民群眾對水體環(huán)境質(zhì)量的真實感受。全國各地的環(huán)境監(jiān)測中心站將需要進一步開展生物監(jiān)測工作，為政府管理部門掌握城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，創(chuàng)建生態(tài)文明城市提供技術(shù)支撐。

4 結(jié)論

生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境污染監(jiān)測中有著極大的應(yīng)用價值和研究價值，本文分析了一系列生物監(jiān)測技術(shù)在水環(huán)境工程中的應(yīng)用，為未來相關(guān)學(xué)者對生物監(jiān)測技術(shù)的研究提供經(jīng)驗參考。