高政瑞

中國水利水電第十四工程局有限公司 云南昆明 650000

在經(jīng)濟(jì)與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的背景下，水環(huán)境治理的重要性不言而喻，也是現(xiàn)如今生態(tài)環(huán)保事業(yè)所關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域。將生物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用在水環(huán)境治理中，可以利用生物種群和群落的變化對水環(huán)境的污染情況進(jìn)行具體反映，進(jìn)而為環(huán)境監(jiān)測和治理提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，所以對生物監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行深入研究對于環(huán)境保護(hù)工程來說有著十分重要的意義。

1 生物監(jiān)測技術(shù)的機(jī)制分析

因?yàn)樵谒h(huán)境中分布著大量的生物體，例如藻類、魚類和一些浮游生物等，雖然根據(jù)水質(zhì)的不同分布著不同的生物類型，但是水環(huán)境中的生物體一定與水環(huán)境相互依存、互為共生，一旦水環(huán)境發(fā)生變化，將直接影響生命體的繁衍和生存。將生物檢測技術(shù)應(yīng)用在水環(huán)境監(jiān)測和治理中，就是對水生物的變化進(jìn)行快速分析，并精準(zhǔn)檢測水生物體內(nèi)污染物的累積含量和分布種類，以此為基礎(chǔ)采取有效措施對水污染問題進(jìn)行科學(xué)的治理。與其他的監(jiān)測技術(shù)相比，生物監(jiān)測技術(shù)的準(zhǔn)確性和檢測效率都更高，所以現(xiàn)如已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水環(huán)境治理中。傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)只能完成一種污染物的檢測，而且費(fèi)時費(fèi)力，而生物監(jiān)測技術(shù)能夠同時反映多種污染情況，并且成本低、受外界環(huán)境限制較小。但是不可否認(rèn)的是，技術(shù)在應(yīng)用過程中也并非十全十美，例如：目前尚無法精準(zhǔn)計(jì)算污染物濃度、監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)也缺乏系統(tǒng)性，而且也不能對污染物因素和環(huán)境因素之間的影響和聯(lián)系進(jìn)行具體區(qū)分，所以生物監(jiān)測技術(shù)在應(yīng)用過程中仍有很大的進(jìn)步空間，需要學(xué)者的不斷努力和鉆研。

2 生物監(jiān)測技術(shù)的原理和優(yōu)勢

2.1 生物監(jiān)測技術(shù)的原理分析

生物監(jiān)測技術(shù)就是實(shí)時監(jiān)測水環(huán)境中的生物群落變化情況，因?yàn)樗h(huán)境與水體中的生物群落存在互生關(guān)系，水環(huán)境的變化勢必會影響生物群落結(jié)構(gòu)的變化。在天然的水環(huán)境中，生物群落以清水種類為主要優(yōu)勢群體；在受到污染的水環(huán)境中，以抗低溶解氧的生物種群為主要優(yōu)勢群體[1]?；谶@一特性，生物監(jiān)測技術(shù)就可以根據(jù)水環(huán)境中的生物種類對水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測和治理。生物監(jiān)測技術(shù)在應(yīng)用過程中，需要根據(jù)水體的實(shí)際情況進(jìn)行取樣檢測，檢測內(nèi)容具有十分明顯的針對性，所以檢測結(jié)果更能真實(shí)的反映出水體的實(shí)際情況，并且能夠?qū)σ欢螘r間內(nèi)的水環(huán)境變化情況進(jìn)行詳細(xì)反映，可以為我國的環(huán)境保護(hù)工程提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。除此之外，生物監(jiān)測技術(shù)還可以結(jié)合周邊環(huán)境進(jìn)行檢測，用來明確在生態(tài)環(huán)境之中水環(huán)境的具體影響和作用。

2.2 生物監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)勢分析

2.2.1 能夠?qū)λh(huán)境的整體情況進(jìn)行系統(tǒng)了解

傳統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，只能簡單的對水體污染元素的含量進(jìn)行檢測，無法對水體環(huán)境的整體污染情況進(jìn)行具體反映，水環(huán)境監(jiān)測和治理的最主要目的是保證整個水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的健康，這也就說明傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)無法滿足水環(huán)境工程的具體需求。而生物監(jiān)測技術(shù)則是對水環(huán)境中的微生物和動植物的生存狀態(tài)和生存數(shù)量進(jìn)行具體監(jiān)測，同時能夠根據(jù)他們體內(nèi)的元素變化對水環(huán)境的整體質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)評估，從而能夠?qū)λh(huán)境的整體情況進(jìn)行系統(tǒng)反映。

2.2.2 具有一定預(yù)見性，可實(shí)現(xiàn)污染的提前處理

生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)具有一定的修復(fù)和凈化能力，但是如果污染超過了凈化極限，將會對生態(tài)環(huán)境造成不可逆的損傷，會嚴(yán)重加大環(huán)境治理難度。傳統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)在應(yīng)用過程中無法預(yù)見水體污染的惡化情況，因此也就不能提前采取有效措施進(jìn)行治理，而生物監(jiān)測技術(shù)可以根據(jù)生物的生長狀況和體內(nèi)化學(xué)元素的變化及時尋找污染源頭，能夠在污染超過水體凈化能力之前采取有效措施對水體污染進(jìn)行有的放矢的控制。

除此之外，生物檢測技術(shù)的效率更高、速度更快，能夠?qū)σ欢螘r間內(nèi)的水環(huán)境變化情況進(jìn)行真實(shí)和全面的反映，并且成本低易于操作，所以有著十分廣泛的應(yīng)用空間。生物監(jiān)測的技術(shù)的主要檢測對象為生物群落，通過對水生生物群落的真實(shí)反映，能夠?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)保護(hù)提供更為直觀的數(shù)據(jù)，從而促使環(huán)境治理更加科學(xué)，能夠切實(shí)保護(hù)生物群落的繁衍和生存，可以在一定程度上強(qiáng)調(diào)水環(huán)境治理的生態(tài)性。

3 常用的生物監(jiān)測技術(shù)

3.1 微生物監(jiān)測技術(shù)

3.1.1 PGR技術(shù)

PGR也就是聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，主要用來監(jiān)測水環(huán)境中的微生物變化情況，與傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)相比，可以省去微生物培養(yǎng)的環(huán)節(jié)，打破了傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用局限。此技術(shù)在應(yīng)用過程中，首先需要在高溫條件下，對DNA進(jìn)行整合使其變成單鏈結(jié)構(gòu)，在一定溫度條件下，引物和單鏈之間會進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對；然后通過調(diào)節(jié)溫度引導(dǎo)DNA聚合酶形成互補(bǔ)鏈。聚合酶的制造是PGR技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，在這一環(huán)節(jié)中溫度控制是最為關(guān)鍵的內(nèi)容，需要技術(shù)人員對溫度進(jìn)行變性或者重復(fù)性控制，來科學(xué)完成微生物DNA的合成，最終對微生物種類進(jìn)行精準(zhǔn)檢測[2]。PGR技術(shù)在應(yīng)用過程中具體的溫度控制情況如表1所示：

表1 詳細(xì)溫度控制表

3.1.2 生物傳感技術(shù)

生物傳感技術(shù)的主要應(yīng)用原理為：利用相應(yīng)的檢測儀器來檢測水體中的微生物濃度，并將濃度值轉(zhuǎn)換成電信號，要求檢測儀器必須對生物物質(zhì)極為敏感，生物傳感器是最為關(guān)鍵的設(shè)備。在生物傳感器中配備了眾多智能元件，例如微生物性能識別元件、信號放大裝置和理化換能器等，生物傳感器的最主要作用就是實(shí)現(xiàn)對微生物信號的接收和轉(zhuǎn)換。生物傳感器可以在生物體的某些器官中進(jìn)行固定，因此檢測精度更高。

3.1.3 酶免疫檢測技術(shù)

作為一種十分先進(jìn)的生物監(jiān)測技術(shù)，酶免疫檢測技術(shù)主要用來檢測抗原和抗體等微生物，其應(yīng)用原理為：以相互關(guān)聯(lián)的酶為基礎(chǔ)，利用酶催化反應(yīng)來測定免疫復(fù)合物，將抗體固定，只需通過簡單的洗滌就可以輕易分離出免疫復(fù)合物，以此即可準(zhǔn)確檢測免疫復(fù)合類微生物。酶免疫檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對水體微生物的深層次檢測，同時在檢測過程中并不會影響水環(huán)境的免疫特征。

3.2 發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)

發(fā)光細(xì)菌顧名思義就是能夠不在外界環(huán)境的刺激下而自身主動發(fā)射出一種可見熒光，發(fā)光細(xì)菌廣泛分布在海洋環(huán)境中，部分存在于淡水體系中，例如霍亂弧菌、青?；【?、發(fā)光異短桿菌等。發(fā)光細(xì)菌多為革蘭氏陰性細(xì)菌，呈現(xiàn)出明顯的厭氧特征，在檢測該類細(xì)菌時，需要利用氯化鈉溶液和甘油。發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測技術(shù)在應(yīng)用過程中主要是對發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行檢測，以此來明確水環(huán)境中的污染物含量。因?yàn)樵跓o干擾的自然環(huán)境中，發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光強(qiáng)度始終保持一致，并且所發(fā)出的光多呈藍(lán)綠色，波長在450～490nm之間，但是一旦水環(huán)境遭受污染，那么就會嚴(yán)重影響發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光強(qiáng)度和波長[3]。所以技術(shù)人員可以依據(jù)發(fā)光強(qiáng)度變化完成對水環(huán)境中污染物的檢測。

3.3 其他生物檢測技術(shù)

3.3.1 指示生物法

指示生物法就是需要在水環(huán)境中選擇一種生物作為指示種，此種生物具有在固定區(qū)域生活的特征，通過對指示種進(jìn)行監(jiān)測來反映水環(huán)境的污染情況。如果水體的質(zhì)量發(fā)生變化，那么水環(huán)境中的生物也會發(fā)生相應(yīng)變化，在污染嚴(yán)重的情況下甚至?xí)?dǎo)致生物的消亡，所以通觀察生物個體或者生物種群，可以對水體質(zhì)量進(jìn)行精準(zhǔn)推測。

3.3.2 殘毒測定法

殘毒測定法就是對水生物體內(nèi)的殘毒進(jìn)行測定，并將檢測數(shù)據(jù)作為水體污染的分析數(shù)據(jù)。雖然有毒物質(zhì)在生物體內(nèi)經(jīng)過消化會被排除體外，但是在生物體內(nèi)仍舊會殘留一部分毒素，所以可以通過對殘毒進(jìn)行測定來對水體質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測。

3.3.3 微核測定法

如果微生物的生存空間存在著污染物質(zhì)，那么其染色體勢必會受到影響，進(jìn)而會導(dǎo)致微生物的損傷和誘變，通過對生物遺傳物質(zhì)進(jìn)行微核檢測，即可判斷水體的污染情況。

3.3.4 單細(xì)胞凝膠電泳法

此種生物檢測技術(shù)在應(yīng)用過程中需要測定DNA鏈的損傷情況，廣泛應(yīng)用于海洋無脊椎動物細(xì)胞的生物監(jiān)測中，在應(yīng)用過程中不會對生物產(chǎn)生嚴(yán)重危害，并且可有效保證監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和靈敏性。作為一項(xiàng)先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)，單細(xì)胞凝膠電泳法對于海洋性生物和無脊椎動物植物的研究意義重大，現(xiàn)如今是我國主要應(yīng)用的一種遺傳病毒監(jiān)測技術(shù)。工作人員需要利用DNA分子對生物特性進(jìn)行復(fù)制，然后修復(fù)相關(guān)的生物鏈，此項(xiàng)技術(shù)在應(yīng)用過程中操作簡單、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，有著十分廣泛的應(yīng)用前景。

4 生物監(jiān)測技術(shù)的具體應(yīng)用

4.1 應(yīng)用在魚類生物中

將生物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用在魚類生物監(jiān)測中，主要的檢測對象為鯽魚和斑馬魚等，因?yàn)榇朔N魚類的適應(yīng)能力更強(qiáng)且在水環(huán)境中廣泛分布。通常情況來說，如果在水環(huán)境中含有濃度較高的二氯苯酚，那么就會嚴(yán)重影響鯽魚肝臟的抗氧化能力；如果在水環(huán)境中含有濃度較高的氯化鎘，那鯽魚淋巴細(xì)胞的DNA就會損傷嚴(yán)重[4]。這些數(shù)據(jù)都能夠準(zhǔn)確的反映出水環(huán)境質(zhì)量，并且有助于工作人員采取有效措施進(jìn)行有針對性的治理。

4.2 應(yīng)用在兩棲動物中

將生物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用在兩棲動物中已經(jīng)取得了顯著的監(jiān)測成果。兩棲動物多生活在接近水體的陸地中，最常見的監(jiān)測對象為青蛙和蝌蚪，兩棲動物的皮膚具有很強(qiáng)的滲透性，可以利用皮膚完成呼吸活動。小蝌蚪與青蛙主要以水域中的腐植質(zhì)作為食物，而成體青蛙則主要以昆蟲為食物，如果水環(huán)境中存在污染物質(zhì)，那么蝌蚪的進(jìn)食量將明顯降低并且分布受限，所以可以借此檢測水體中的有毒物質(zhì)。在我國生物監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用在兩棲動物方面尚處于起步階段，通常用來檢測嚴(yán)重的水環(huán)境污染，例如農(nóng)藥和重金屬污染等。

4.3 應(yīng)用在原生生物中

在水環(huán)境中分布著種類繁多的原生生物，并且分布范圍十分廣泛，在整個生態(tài)系統(tǒng)中占有重要地位。因?yàn)樵飼赵孱惡图?xì)菌，也能在一定程度上對生物群落的分布產(chǎn)生影響，原生生物的存在會加快水中的能量轉(zhuǎn)換有助于實(shí)現(xiàn)水環(huán)境的快速循環(huán)，進(jìn)而不斷提高有機(jī)物的分解速度，所以如果原生生物的生存環(huán)境受到污染，那么生物就會出現(xiàn)一系列的本能反應(yīng)，技術(shù)人員就可以通過水環(huán)境中的藻類物質(zhì)和有機(jī)顆粒的吸收和攝取對水體環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測。

4.4 應(yīng)用在藻類群落中

微生物是水環(huán)境的重要組成部分，藻類生物對于水體中的營養(yǎng)鹽和重金屬濃度有著較大反應(yīng)，因?yàn)橐坏┰孱愇樟诉^量的金屬物質(zhì)，就會嚴(yán)重影響藻類的正常生長代謝，同時由于藻類細(xì)胞色素的減少，會嚴(yán)重降低藻類的光合作用，導(dǎo)致藻類細(xì)胞畸變或者組織壞死，如果污染物質(zhì)濃度達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，還有可能造成藻類的大面積死亡。所以技術(shù)人員就可以依據(jù)藻類的種類、化學(xué)成分和豐度為依據(jù)綜合水質(zhì)進(jìn)行科學(xué)判斷，通常所選擇的藻類多為耐酸性藻類，例如羽文藻、短縫藻等[5]。

4.5 應(yīng)用在魚類正趨流性判斷中

對魚類正趨流性的研究始于上世紀(jì)70年代，主要是通過在中下游區(qū)域設(shè)置強(qiáng)光區(qū)或者電擊區(qū)，來控制魚類的活動范圍并判斷魚類的種類，如果魚類無法返回上游，則說明它們所在的水體環(huán)境受到了一定程度的污染。

5 生物監(jiān)測技術(shù)在應(yīng)用過程中的注意問題

同種生物的不同個體之間存在著很大差異，個體的差異性會在一定程度上影響監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。所以在水環(huán)境監(jiān)測和治理過程中，工作人員一定要盡量增加樣本的種類和數(shù)量，確保監(jiān)測結(jié)果能夠真實(shí)全面的反映水環(huán)境情況，保證監(jiān)測結(jié)果的權(quán)威性和嚴(yán)謹(jǐn)性。除此之外，在不同的生長周期，生物個體對水質(zhì)的要求各不相同，那么所對應(yīng)的污染反應(yīng)也將有所差別，所以工作人員在應(yīng)用生物監(jiān)測技術(shù)時一定要對生物的生長周期進(jìn)行全面考慮，選擇最適宜的生物生長階段作為研究對象。水環(huán)境污染是一個長期積累的過程，在污染初期因?yàn)槲廴疚锏臐舛容^低，所以水生物的反應(yīng)并不明顯，那么監(jiān)測結(jié)果將很難具體反映出實(shí)際的污染情況，這也就要求工作人員必須能夠充分了解水環(huán)境和生物之間的整體生態(tài)關(guān)系，能夠及時發(fā)現(xiàn)水體異常和生物異常，然后再采用相關(guān)的監(jiān)測方法具體檢測出污染物濃度，確保能夠在污染惡化之前給出具體的解決措施，為水環(huán)境治理工程的順利開展奠定良好基礎(chǔ)。

6 結(jié)語

綜上所述，在我國的水環(huán)境工程中生物監(jiān)測技術(shù)有著十分廣泛的應(yīng)用并取得了顯著的應(yīng)用效果，能夠切實(shí)為水環(huán)境治理奠定良好的基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)相比，生物監(jiān)測技術(shù)能夠?qū)λh(huán)境的整體情況進(jìn)行系統(tǒng)的分析，并且能夠針對污染提出預(yù)見性的解決措施，有助于推動我國水環(huán)境工程的長遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展。