遼寧省錦州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 趙雯諾

一、生物監(jiān)測(cè)原理

生物監(jiān)測(cè)是通過(guò)生物物種或個(gè)體對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)來(lái)監(jiān)測(cè)和評(píng)估環(huán)境污染。生物監(jiān)測(cè)原理主要有兩方面：毒理學(xué)方法和生態(tài)學(xué)方法,生物監(jiān)測(cè)方法比傳統(tǒng)的物理和化學(xué)測(cè)試方法具有更高的安全性和實(shí)用性。同時(shí),生物監(jiān)測(cè)方法也是物理和化學(xué)方法的重要補(bǔ)充和發(fā)展,在環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)中發(fā)揮著非常重要的作用。其中,通過(guò)生物檢測(cè)方法中的毒理學(xué)預(yù)防可以測(cè)量某種有毒物質(zhì)在環(huán)境中的毒性,并且還可以分析各種污染物的綜合毒性。從監(jiān)測(cè)結(jié)果上來(lái)說(shuō)能夠?qū)ξ廴疚锏南嚓P(guān)情況進(jìn)行全面準(zhǔn)確地反映,并將環(huán)境的長(zhǎng)期污染狀況用數(shù)據(jù)真實(shí)的反映出來(lái)。生物測(cè)定方法在綜合環(huán)境評(píng)價(jià)中具有非常明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。此外,生物檢測(cè)技術(shù)具有很強(qiáng)的預(yù)測(cè)功能,在環(huán)境預(yù)測(cè)中起著非常重要的作用。從目前的應(yīng)用情況上來(lái)說(shuō)生物監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是對(duì)現(xiàn)階段生態(tài)系統(tǒng)中還沒(méi)有被污染物所危害的地區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè),盡可能預(yù)測(cè)和測(cè)試,以避免污染,并確保生態(tài)環(huán)境的平衡。

二、生物監(jiān)測(cè)的意義、優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)

（一）生物監(jiān)測(cè)的意義

生物監(jiān)測(cè)的實(shí)質(zhì)就是指：根據(jù)環(huán)境變化引起生物種群或個(gè)體的改變情況為基礎(chǔ)，對(duì)環(huán)境受到污染的情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。它的主要檢測(cè)方法為毒理學(xué)方法和生態(tài)學(xué)方法。與之前的監(jiān)測(cè)方法相比，生物監(jiān)測(cè)方法的安全性和實(shí)用性較好，另外，其方法的出現(xiàn)，也恰好彌補(bǔ)了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法存在的缺陷，在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。運(yùn)用其毒理學(xué)方法不僅能夠檢測(cè)出有毒物質(zhì)的毒性情況，還能夠分析出多種污染物混合在一起產(chǎn)生的毒性。而其與生態(tài)學(xué)方法相比，生態(tài)學(xué)方法的性能要優(yōu)于毒理學(xué)法，它只需要相關(guān)人員根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象所反映出的特性，就可以分析出所測(cè)環(huán)境的實(shí)際污染狀況，同時(shí)這種方式的檢測(cè)結(jié)果相對(duì)科學(xué)，能夠最大限度地顯示出環(huán)境的污染情況。

（二）生物監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)

1.能夠系統(tǒng)地了解水環(huán)境的整體情況

普通的水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)只能檢測(cè)污染的元素的含量，并不能夠系統(tǒng)地了解水環(huán)境的整體污染情況，而水環(huán)境的質(zhì)量監(jiān)測(cè)的真正目的是要監(jiān)測(cè)整個(gè)水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)。上文已經(jīng)提過(guò)，水環(huán)境中存在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，里面生存了許多的微生物，水污染會(huì)影響所有生存在其中的水生生物。人類(lèi)的生活污水和工業(yè)廢水中排放的不會(huì)只有一種元素，通常包含各種各樣的元素和有機(jī)物，這些化學(xué)元素會(huì)與有機(jī)物與水環(huán)境中生存的一些微生物產(chǎn)生一系列反應(yīng)，進(jìn)而改變水生動(dòng)植物的生存環(huán)境，導(dǎo)致其中的動(dòng)植物瘋狂生長(zhǎng)或者滅絕，最終打破了整個(gè)水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的平衡，使水環(huán)境質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。利用生物監(jiān)測(cè)技術(shù)即通過(guò)監(jiān)測(cè)原本水環(huán)境的動(dòng)植物和微生物的生存狀態(tài)、數(shù)量變化以及體內(nèi)含有的元素變化等，可以對(duì)水環(huán)境的整體質(zhì)量有一個(gè)系統(tǒng)的評(píng)估。

2.相比傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益更高

傳統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)需要采購(gòu)專(zhuān)業(yè)的機(jī)器設(shè)備才能進(jìn)行，并且設(shè)備的價(jià)格昂貴，相比傳統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益明顯要高。采用生物監(jiān)測(cè)技術(shù)不僅能達(dá)到監(jiān)測(cè)水環(huán)境的效果，還可以節(jié)約購(gòu)買(mǎi)水檢測(cè)設(shè)備的花費(fèi)。

3.有利于為研究污染對(duì)生物的影響等其他研究提供依據(jù)

生物監(jiān)測(cè)技術(shù)不僅能監(jiān)測(cè)水環(huán)境的質(zhì)量，還能夠記錄生物在不同水體環(huán)境中的生長(zhǎng)狀況，有利于為其他行業(yè)的研究提供原始依據(jù)，比如可以為研究水污染對(duì)生物的影響提供原始數(shù)據(jù)支持，并且對(duì)于加強(qiáng)人類(lèi)的環(huán)境保護(hù)意識(shí)有著重要的作用。

4.對(duì)污染具有提前預(yù)見(jiàn)性，可以提前處理污染源

水環(huán)境的生態(tài)環(huán)境自身具有一定的凈化和修復(fù)能力，因此水環(huán)境污染不是短期內(nèi)形成的，而是污水長(zhǎng)期排放，污染程度超過(guò)了水體凈化的極限，從而導(dǎo)致水體逐漸惡化，這就加大了水環(huán)境監(jiān)測(cè)的難度。傳統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)無(wú)法預(yù)見(jiàn)水體污染會(huì)愈來(lái)愈惡化的情況，而生物監(jiān)測(cè)技術(shù)則有一定的預(yù)見(jiàn)性，通過(guò)監(jiān)測(cè)水環(huán)境內(nèi)生物的生長(zhǎng)狀況和體內(nèi)一些化學(xué)物質(zhì)的含量變化，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)可以及時(shí)查找引起異常的原因，從而可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)污染源頭，在水環(huán)境被徹底污染之前提前處理好污染源頭。

（三）生物監(jiān)測(cè)技術(shù)存在的缺陷

1.缺少具體的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

雖然生物監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果比較準(zhǔn)確，但它也具有一定的局限性。水環(huán)境之間的差異，就導(dǎo)致生物的種類(lèi)不同，在對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，由于沒(méi)有具體的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，讓其結(jié)果沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)全面覆蓋。這種問(wèn)題就阻礙了生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，在使用其對(duì)面積較大的水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，相關(guān)人員只能把它看成理論化的技術(shù)，導(dǎo)致其監(jiān)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。一些生物監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展速度較快的國(guó)家，為了提高監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，創(chuàng)建了相關(guān)監(jiān)測(cè)模型。而我國(guó)受到部分地區(qū)的條件影響，并沒(méi)有辦法相關(guān)監(jiān)測(cè)模型，這就為統(tǒng)一監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)增加了難度。

2.監(jiān)測(cè)環(huán)境多樣

監(jiān)測(cè)環(huán)境的不同其環(huán)境變化引起生物種群或個(gè)體的改變情況也有所差異。由于我國(guó)的監(jiān)測(cè)環(huán)境比較復(fù)雜，在對(duì)不同水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，為了得到較為精準(zhǔn)的檢測(cè)結(jié)果，相關(guān)人員需要根據(jù)所監(jiān)測(cè)環(huán)境區(qū)域的特征，了解其生物的生長(zhǎng)和生活習(xí)慣，之后在對(duì)水環(huán)境中生物種群進(jìn)行樣本監(jiān)測(cè)。而其水環(huán)境中的生物多樣性，阻礙了其監(jiān)測(cè)工作的進(jìn)一步實(shí)施。

3.監(jiān)測(cè)結(jié)果存在偏差

與其他監(jiān)測(cè)技術(shù)相比，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的使用時(shí)間較短，導(dǎo)致部分人員并不能全面的掌握其技術(shù)，只是將其監(jiān)測(cè)結(jié)果當(dāng)作參照。生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的作用主要是分析生活環(huán)境中生物存在的情況，進(jìn)一步完成對(duì)生物生存環(huán)境的分析和探討，所以其監(jiān)測(cè)結(jié)果只是對(duì)生物種類(lèi)和數(shù)量的反應(yīng)，并不能直接得出水污染的具體情況。而還有一些人員，在進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)時(shí)，只看重結(jié)果不注重過(guò)程，這也是引起監(jiān)測(cè)結(jié)果存在偏差的重要因素。生物監(jiān)測(cè)所需要消耗的時(shí)間較長(zhǎng)，相關(guān)人員需要花費(fèi)較多的時(shí)間觀察生物的變化，將其作為分析水環(huán)境污染的依據(jù)，并不是只通過(guò)結(jié)果判斷。

三、生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的運(yùn)用

（一）微生物群落監(jiān)測(cè)技術(shù)

微生物群落監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是通過(guò)對(duì)水環(huán)境中的微生物的生存狀況、數(shù)量等進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測(cè)。生活污水和工業(yè)廢水中含有大量的有機(jī)物、有毒物質(zhì)等，將其排放到水體中，會(huì)使微生物的群落發(fā)生很大的變化。微生物對(duì)某些物質(zhì)和元素的濃度的變化敏感程度很高，污染的水環(huán)境可能會(huì)使其中的某一種微生物大量繁殖，而使其他微生物的生存空間受到擠壓，致使微生物的群落的多樣性降低。監(jiān)測(cè)人員通過(guò)采集水體樣本對(duì)單位面積內(nèi)的微生物進(jìn)行科學(xué)計(jì)數(shù)，了解整個(gè)水環(huán)境中的微生物分布情況，再結(jié)合有機(jī)物和毒性物質(zhì)相關(guān)濃度對(duì)微生物的影響，從而可以判斷整個(gè)水體環(huán)境的質(zhì)量狀況。監(jiān)測(cè)人員還可以采取不同時(shí)期的水體樣本進(jìn)行對(duì)照研究，由此得出更精確的評(píng)估結(jié)論。

（二）生物行為反應(yīng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

周?chē)姝h(huán)境的變化會(huì)使生物的行為發(fā)生一些變化，生物行為反應(yīng)監(jiān)測(cè)技術(shù)就是利用的這一原理。通過(guò)監(jiān)測(cè)水中動(dòng)物，如金魚(yú)、斑馬魚(yú)等魚(yú)類(lèi)，在水環(huán)境中表現(xiàn)出來(lái)的生理行為如呼吸、游動(dòng)頻率、進(jìn)食是否正常等來(lái)判斷水環(huán)境的污染程度。比如斑馬魚(yú)可以用來(lái)檢測(cè)水環(huán)境中一些重金屬的污染，此外，一些小型魚(yú)類(lèi)的行為反應(yīng)都在也可以用來(lái)檢測(cè)水環(huán)境質(zhì)量，若水體污染嚴(yán)重，會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致某些小型魚(yú)類(lèi)死亡。通過(guò)對(duì)這些魚(yú)類(lèi)的行為反應(yīng)監(jiān)測(cè)，能使人類(lèi)間接判斷出水污染對(duì)人體的危害程度。

（三）發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)

發(fā)光細(xì)菌檢測(cè)技術(shù)的原理是利用某些細(xì)菌在熒光酶作用下，其能量會(huì)以光的形式釋放出來(lái)發(fā)光反應(yīng)，其在正常狀態(tài)下熒光酶處于活性狀態(tài)，從而呈現(xiàn)發(fā)光狀態(tài)；而在有毒性物質(zhì)的水環(huán)境中，毒性物質(zhì)會(huì)抑制熒光酶的活性，使細(xì)菌發(fā)光反應(yīng)受到阻礙，導(dǎo)致發(fā)光細(xì)菌只能發(fā)出相比正常狀態(tài)較弱的光甚至完全不發(fā)光，由此便可以通過(guò)發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光程度監(jiān)測(cè)水環(huán)境中的毒性。發(fā)光細(xì)菌法檢測(cè)速度快、對(duì)各種物質(zhì)的靈敏度高，可以用來(lái)對(duì)許多有毒物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，應(yīng)用范圍很廣，在重金屬監(jiān)測(cè)方面也有很大的應(yīng)用前景，因此，國(guó)內(nèi)外都在加強(qiáng)這方面的研究，目前國(guó)外已經(jīng)有利用其原理研發(fā)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)儀，可以用來(lái)對(duì)自來(lái)水出水進(jìn)行毒性監(jiān)測(cè)，但發(fā)光細(xì)菌法也存在一些缺點(diǎn)，比如操作過(guò)程太過(guò)煩瑣、誤差不易控制等。

（四）兩棲動(dòng)物的生物監(jiān)測(cè)技術(shù)

生物監(jiān)測(cè)技術(shù)需要被監(jiān)測(cè)的生物對(duì)周?chē)淖兓舾行愿?，如果能綜合地測(cè)量多種環(huán)境則更好，而兩棲動(dòng)物就有這樣的優(yōu)勢(shì)。兩棲動(dòng)物幼體狀態(tài)是在水中生存發(fā)育的，發(fā)育到成體后既能在水中生活又能在陸地上生活，它們與水環(huán)境、陸地環(huán)境的聯(lián)系都很密切，因此可以用兩棲動(dòng)物進(jìn)行水環(huán)境的質(zhì)量監(jiān)測(cè)和陸地環(huán)境的質(zhì)量監(jiān)測(cè)。兩棲動(dòng)物的另一特點(diǎn)提高了其對(duì)環(huán)境質(zhì)量的敏感性，它們除了用肺呼吸，還會(huì)用皮膚輔助呼吸，在用皮膚呼吸的過(guò)程中污染物會(huì)伴隨呼吸過(guò)程進(jìn)入體內(nèi)，加快污染在體內(nèi)的積累進(jìn)程，因此相比其他生物更容易表現(xiàn)對(duì)污染的敏感反應(yīng)。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在人類(lèi)居住人群較少的地方，兩棲動(dòng)物的種群數(shù)量也突然大量減少，國(guó)外研究后認(rèn)為許多兩棲動(dòng)物比如蛙類(lèi)的種群數(shù)量減少，有些物種甚至滅絕的原因與農(nóng)藥殘留在水土環(huán)境中有關(guān)。正是因?yàn)閮蓷珓?dòng)物需要依靠皮膚輔助呼吸，所以使它們相比其他生物對(duì)環(huán)境的污染變化敏感性更高、生理反應(yīng)更強(qiáng)烈，因此國(guó)內(nèi)外開(kāi)始采用兩棲動(dòng)物來(lái)監(jiān)測(cè)環(huán)境質(zhì)量，比如對(duì)水環(huán)境中農(nóng)藥和重金屬的監(jiān)測(cè)等。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，生物監(jiān)測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)中存在的缺陷，其在水環(huán)境工程的應(yīng)用有利于人們對(duì)水污染情況的掌握，對(duì)環(huán)境污染監(jiān)測(cè)的發(fā)展具有極大的推動(dòng)作用。本文通過(guò)對(duì)底棲和兩棲動(dòng)物、發(fā)光細(xì)菌等生物反應(yīng)的監(jiān)測(cè)，并對(duì)其反應(yīng)結(jié)果進(jìn)行了相應(yīng)的分析，以此希望能夠推動(dòng)相關(guān)生物監(jiān)測(cè)技術(shù)研究的發(fā)展。