白一力

摘? 要：生物監(jiān)測(cè)方法在傳統(tǒng)的水環(huán)境物理、化學(xué)監(jiān)測(cè)方法基礎(chǔ)上，能夠充分利用生物習(xí)性，更加全面、科學(xué)、環(huán)保地開展水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作和水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，促進(jìn)水環(huán)境質(zhì)量的改善。該文簡(jiǎn)單地概述了我國(guó)現(xiàn)代水生物監(jiān)測(cè)技術(shù)，重點(diǎn)闡述了水生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與其特點(diǎn)，對(duì)生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用與運(yùn)用做出了一定的探討和分析。

關(guān)鍵詞：生物監(jiān)測(cè)? 技術(shù)? 水環(huán)境監(jiān)測(cè)? 運(yùn)用

中圖分類號(hào)：X835? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）03（c）-0101-03

Application of Biological Monitoring Technology in Water Environment Monitoring

BAI Yili

（Chongqing Ecological Environment Monitoring Center， Chongqing， 401147? China）

Abstract： Based on the traditional water environment physical and chemical monitoring methods， biological monitoring methods can make full use of biological habits， carry out water environment monitoring and water environment quality evaluation more comprehensively， scientifically and environmentally， and promote the improvement of water environment quality. This paper briefly summarizes the modern water biological monitoring technology in China， focuses on the advantages and characteristics of water biological monitoring technology， and makes a certain discussion and analysis on the application and application of biological monitoring technology in water environment monitoring.

Key Words： Biological monitoring; Technology; Water environment monitoring; Application

現(xiàn)階段，我國(guó)水污染主要是工業(yè)廢水、生產(chǎn)污水以及農(nóng)業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、城市地區(qū)的面源性污染等引起的。借助于微生物在不同的水質(zhì)條件中的不同變異，促使了生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用和誕生，因其在很大程度上反映了水環(huán)境質(zhì)量的真實(shí)狀態(tài)，可以為水環(huán)境治理工作提供重要參考。

1? 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)原理

天然水域中存在的微生物之間都處于一個(gè)微妙的平衡狀態(tài)，若水體一旦被污染破壞，微生物之間的平衡將被破壞，則會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)變化，從而來(lái)判斷其污染的種類以及其所造成的污染程度，使相關(guān)研究人員可以用不同的方式去分析判斷與其相關(guān)的環(huán)境污染問(wèn)題。我國(guó)當(dāng)前的生物監(jiān)測(cè)的主要手段一般是理化監(jiān)測(cè)，通過(guò)理化監(jiān)測(cè)，大量的數(shù)據(jù)資料被采集并作為環(huán)境污染和評(píng)估的重要依據(jù)，但是這類的監(jiān)測(cè)技術(shù)通常都是短期的且不可持續(xù)的。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠充分地利用生物在環(huán)境中的影響及其變動(dòng)，所收集到的數(shù)據(jù)和信息可以進(jìn)行各種多元化的計(jì)算和測(cè)量，從而使研究人員可以直接得到新的監(jiān)測(cè)結(jié)果。

2? 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

生物監(jiān)測(cè)技術(shù)經(jīng)歷了一定的發(fā)展周期，之所以能夠得到廣泛的應(yīng)用，還是因?yàn)樵摷夹g(shù)同傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)相比，具有很多的優(yōu)越性，可以細(xì)分為以下幾項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。

2.1 監(jiān)測(cè)效率高

對(duì)于一些外源性物質(zhì)的影響和變化，該技術(shù)也能及時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，與傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)相比，監(jiān)測(cè)水平大大提高[1]。

2.2 監(jiān)測(cè)綜合性強(qiáng)

結(jié)合水環(huán)境的實(shí)際發(fā)展來(lái)看，如果水環(huán)境出現(xiàn)了污染，那么污染物可能遠(yuǎn)不止一種，可能會(huì)存在多個(gè)污染物。這些污染物之間相互混合，會(huì)產(chǎn)生一定的協(xié)同作用，如果無(wú)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)和把握，會(huì)對(duì)水環(huán)境造成長(zhǎng)期的污染。應(yīng)用生物監(jiān)測(cè)技術(shù)將會(huì)很大程度上改善這種情況，因?yàn)樵摷夹g(shù)的監(jiān)測(cè)綜合性比較強(qiáng)[2]。

2.3 監(jiān)測(cè)成本低

監(jiān)測(cè)成本也是影響監(jiān)測(cè)工作的主要因素，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段需要耗費(fèi)大量的資源，對(duì)于推進(jìn)監(jiān)測(cè)行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展非常不利。生物監(jiān)測(cè)的成本得到了極大的降低，對(duì)于相關(guān)設(shè)備的維護(hù)成本也比較低。

2.4 監(jiān)測(cè)預(yù)見性強(qiáng)

較強(qiáng)的預(yù)見性也有助于促進(jìn)生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)反應(yīng)周期比較長(zhǎng)，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)往往已經(jīng)造成了污染，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)能在人類感受到之前進(jìn)行環(huán)境問(wèn)題的預(yù)見。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)相較于傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，對(duì)于外界的污染更加敏感，尤其是在水環(huán)境當(dāng)中，本身水源就有自身凈化的特點(diǎn)，而污染進(jìn)入其中往往是慢性污染，常規(guī)監(jiān)測(cè)不能完全覆蓋和響應(yīng)，而生物監(jiān)測(cè)技術(shù)則可以很敏感地預(yù)見這些慢性污染。

2.5 能夠全面了解生物與水源的關(guān)系

傳統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)不能夠全面了解水污染對(duì)不同生物間的綜合影響，因?yàn)樗h(huán)境的污染不可能只是一種單純的污染物，多種污染物會(huì)對(duì)水生物產(chǎn)生混合影響?？紤]到水下生物也存在多樣性，那么這些生物之間肯定會(huì)發(fā)生協(xié)同作用，從而不斷加深污染對(duì)于水源的侵害。傳統(tǒng)的物理技術(shù)不能夠監(jiān)測(cè)多樣效應(yīng)，而且水質(zhì)的好壞與生物因素之間息息相關(guān)，單純監(jiān)測(cè)水源污染不能反映出生物活性，而生物監(jiān)測(cè)技術(shù)可以從微生物的生活情況來(lái)反映水資源污染程度，可以體現(xiàn)水下生物環(huán)境。

3? 在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中運(yùn)用的常見生物監(jiān)測(cè)技術(shù)

3.1 生物群落監(jiān)測(cè)技術(shù)

3.1.1 微生物群落監(jiān)測(cè)技術(shù)

大量的生物生活在水環(huán)境中，這些微生物在水環(huán)境中的數(shù)目和頻率可以體現(xiàn)這一位置的水環(huán)境質(zhì)量，這導(dǎo)致了微生物群落監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展。微生物群落監(jiān)測(cè)主要依靠自然環(huán)境中的群落結(jié)構(gòu)信息來(lái)評(píng)估環(huán)境并預(yù)先預(yù)測(cè)可能的變化。該方法的關(guān)鍵在于收集水樣并通過(guò)結(jié)合數(shù)學(xué)計(jì)算方法來(lái)分析和確定水環(huán)境中微生物特定分布的指數(shù)，從而判斷水環(huán)境受到污染程度。技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展以及自然環(huán)境條件的優(yōu)化使得微生物群落監(jiān)測(cè)技術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)中得到了不斷改善，監(jiān)測(cè)的指標(biāo)也越來(lái)越多樣，目前使用的評(píng)估指標(biāo)包括原物種和類型等，監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度、科學(xué)性獲得了一定提升[3]。

3.1.2 魚類群落監(jiān)測(cè)技術(shù)

魚類在進(jìn)行水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)以及食物網(wǎng)絡(luò)中營(yíng)養(yǎng)層次的結(jié)構(gòu)中起著重要作用。魚類的大量攝食可以影響浮游生物的種類及其群落組織結(jié)構(gòu)從而會(huì)影響到水質(zhì)，可通過(guò)對(duì)魚類群落監(jiān)測(cè)，結(jié)合穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)，追溯魚類進(jìn)食有機(jī)碳來(lái)源，從側(cè)面探尋水體的健康情況。

3.2 生物行為反映監(jiān)測(cè)技術(shù)

該技術(shù)主要是基于生物的異常行為和舉動(dòng)去推測(cè)出污染物的情況以及水中各種污染物安全濃度，從而迅速發(fā)出警報(bào)。監(jiān)測(cè)者利用觀察到的生物舉動(dòng)和自身的生理變化來(lái)判斷污染嚴(yán)重的程度，一般使用最多的指示性生物是魚和水蚤。當(dāng)前已經(jīng)開發(fā)出智能水質(zhì)病害毒性監(jiān)視與檢測(cè)系統(tǒng)，能夠全天候通過(guò)監(jiān)視水質(zhì)毒性生物活動(dòng)指標(biāo)并實(shí)時(shí)地分析它們的活動(dòng)途徑，并做出回應(yīng)，及時(shí)地給出報(bào)告和預(yù)警。

3.3 發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)

發(fā)光式在線細(xì)菌感染監(jiān)測(cè)已相對(duì)成熟，目前，在國(guó)內(nèi)生物監(jiān)測(cè)技術(shù)中較為熟練的一種細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)，主要適用對(duì)象為水廠和城市居民飲用水中的飲用水源地，是其保障水質(zhì)的一項(xiàng)關(guān)鍵性監(jiān)測(cè)技術(shù)。如今，該監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠有效地利用先進(jìn)的水質(zhì)毒性檢測(cè)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)時(shí)測(cè)定水質(zhì)，在3 h左右獲取相應(yīng)的水質(zhì)數(shù)據(jù)，具有很好的便捷性以及更加靈敏且檢測(cè)精準(zhǔn)度高的優(yōu)勢(shì)。

3.4 底棲動(dòng)物和兩棲動(dòng)物監(jiān)測(cè)技術(shù)

底棲動(dòng)物和兩棲動(dòng)物都是屬于一個(gè)自然界中相對(duì)特殊的生物，基于它們的指示性的特殊存在，來(lái)反映人類對(duì)水污染的嚴(yán)重程度。目前，該技術(shù)利用了兩棲動(dòng)物身體的生理和行為發(fā)展變化，已廣泛應(yīng)用到對(duì)重金屬污染情況的評(píng)估中。另外，兩棲動(dòng)物可能會(huì)在被農(nóng)藥嚴(yán)重污染的水體中產(chǎn)生一系列相應(yīng)的生理與行為改變，因此研究人員可以更加直觀、準(zhǔn)確地判斷這些水的污染程度[4]。

3.5 生物傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)

該分子技術(shù)主要特點(diǎn)是基于依靠一種新型生物分子傳感器，它由生物分子可以識(shí)別和物質(zhì)轉(zhuǎn)化兩個(gè)部分共同工作組成，分子可以識(shí)別物質(zhì)包括轉(zhuǎn)化酶、抗體、微生物、細(xì)胞和其他各種具有一定生物活性的化學(xué)物質(zhì)，轉(zhuǎn)化器主要部件包括活性氧原子電極、光敏晶體管等。生物傳感器的應(yīng)用技術(shù)主要依靠將有機(jī)物和生物質(zhì)獲得信號(hào)直接轉(zhuǎn)化成作為有機(jī)無(wú)線電獲得信號(hào)的較高靈敏度，以傳達(dá)對(duì)環(huán)境的污染程度。生物傳感器技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)之一是數(shù)據(jù)分析速度快、準(zhǔn)確性高[5]。

4? 生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用

4.1 群落監(jiān)測(cè)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用

對(duì)水體生物群落之間進(jìn)行的監(jiān)測(cè)就能夠很好地掌握該類型的生物群落所處的生態(tài)系統(tǒng)之中的整體環(huán)境狀況，了解它們受到的污染程度，從而開始實(shí)施更加有針對(duì)性地進(jìn)行環(huán)境管理。通常意義上，群落監(jiān)控主要包含兩個(gè)基本方面的內(nèi)容：一是對(duì)各類水環(huán)境狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià);二是科學(xué)規(guī)劃和制定流域發(fā)展戰(zhàn)略。

4.1.1 水環(huán)境評(píng)價(jià)

水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中主要體現(xiàn)在能夠?qū)λ虻目傮w狀態(tài)和水質(zhì)情況做出監(jiān)測(cè)，能夠通過(guò)各類水生物群落和各類水生物種群在不同水環(huán)境中的不同形態(tài)和生長(zhǎng)狀況，全面了解不同水環(huán)境中水質(zhì)的變動(dòng)情況以及水中各種礦物質(zhì)含量變動(dòng)情況。了解到水環(huán)境中各類水質(zhì)發(fā)生變化的情況以及可能導(dǎo)致水質(zhì)發(fā)生改變的原因和根源方法，能夠有針對(duì)性地提出解決水環(huán)境問(wèn)題的有效措施和對(duì)策，水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠在對(duì)生物環(huán)境監(jiān)測(cè)的過(guò)程中發(fā)揮巨大的指標(biāo)和影響作用，還可以對(duì)環(huán)境的防護(hù)和治理發(fā)揮實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和觀察的作用[6]。

4.1.2 水域宏觀規(guī)劃

采用環(huán)境生物化學(xué)監(jiān)測(cè)全面地分析掌握不同整體水環(huán)境實(shí)際的治理情況以后，針對(duì)各種整體水環(huán)境實(shí)際治理情況，能夠從環(huán)境生物的科學(xué)視角，利用各種環(huán)境生物學(xué)的基本規(guī)律性質(zhì)來(lái)進(jìn)行各種水環(huán)境整體綜合治理、修復(fù)和改善建設(shè)工程計(jì)劃。特別是針對(duì)當(dāng)前大型水庫(kù)和長(zhǎng)江流域支流富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重的問(wèn)題，可依據(jù)水生物監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)制定流域水生態(tài)評(píng)價(jià)體系和保護(hù)規(guī)劃，提升流域水環(huán)境質(zhì)量。

4.2 生物測(cè)試的應(yīng)用

各種微生物監(jiān)測(cè)手段主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是監(jiān)測(cè)水中不同類型的植物營(yíng)養(yǎng)素和動(dòng)植物的生長(zhǎng)因子對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響;二是識(shí)別被不同嚴(yán)重程度的污染源破壞的水質(zhì)及其對(duì)不同微生物產(chǎn)生的毒害。在當(dāng)前的各類微型動(dòng)物的測(cè)試工作過(guò)程中，通常都是對(duì)各類微型動(dòng)物的群落或者微型動(dòng)物種群等資料進(jìn)行一個(gè)整體性的監(jiān)測(cè)，而不是單一地監(jiān)測(cè)某一類微型動(dòng)物個(gè)體。當(dāng)前使用比較廣泛的新型生物監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用主要包括生物傳感器及其通過(guò)新型生物監(jiān)測(cè)而設(shè)計(jì)制定的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)[7]。

4.2.1 生物傳感器

傳感器系統(tǒng)作為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域最流行的技術(shù)，在生物監(jiān)測(cè)技術(shù)中也具有很高的應(yīng)用價(jià)值。生物傳感器技術(shù)根據(jù)特定規(guī)律，通過(guò)內(nèi)置芯片和特定技術(shù)，將生物傳感器檢測(cè)和感知到的各種生物信號(hào)直接轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)識(shí)別生物信號(hào)，從而進(jìn)行人工操作和分析，做出更好的分析和評(píng)價(jià)，從而解決我國(guó)普遍存在的環(huán)境污染問(wèn)題。

4.2.2 制定環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前的生物監(jiān)測(cè)技術(shù)也可以應(yīng)用到制定相關(guān)的環(huán)境質(zhì)量等標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)不同類型的微生物和科學(xué)技術(shù)需要進(jìn)行水環(huán)境的監(jiān)測(cè)，要掌握不同類型微生物繁殖和棲息的最佳環(huán)境，就要全面掌握不同類型水環(huán)境對(duì)不同微生物和個(gè)體種群發(fā)育和生長(zhǎng)的影響。根據(jù)這些指標(biāo)，制定相應(yīng)的水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，不僅可以反映人民群眾對(duì)環(huán)境改善的獲得感程度，還能進(jìn)一步表現(xiàn)飲用水水質(zhì)質(zhì)量，降低事關(guān)民生的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[8]。

5? 結(jié)語(yǔ)

生物監(jiān)測(cè)技術(shù)目前在水環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用前景十分廣泛，其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單方便、成本相對(duì)較低，且監(jiān)測(cè)效果良好、準(zhǔn)確性高，在水環(huán)境保護(hù)中其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以通過(guò)各種信息技術(shù)直接實(shí)現(xiàn)水下環(huán)境的有效監(jiān)測(cè)，為城市居民日常生活和企業(yè)的生產(chǎn)飲用水、自然資源水環(huán)境保護(hù)提供了基礎(chǔ)，對(duì)于發(fā)現(xiàn)和預(yù)防水污染、改善流域水環(huán)境質(zhì)量具有十分重要的意義和指導(dǎo)作用。

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