和向東

（麗江市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，云南 麗江 674100）

水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的生物監(jiān)測(cè)運(yùn)用

和向東

（麗江市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，云南 麗江 674100）

生物監(jiān)測(cè)是指依據(jù)生物生長(zhǎng)和生存的特征，分析其處于不同生活環(huán)境下的生存狀態(tài)，監(jiān)測(cè)和考察這一生物的生存環(huán)境。生物監(jiān)測(cè)是水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的重點(diǎn)，由于我國(guó)現(xiàn)階段水環(huán)境污染情況越來(lái)越嚴(yán)重，其在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的作用愈發(fā)凸顯。本文以現(xiàn)階段水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作情況為基礎(chǔ)，結(jié)合近年來(lái)生物監(jiān)測(cè)應(yīng)用特點(diǎn)，分析水環(huán)境監(jiān)測(cè)中生物監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，并以發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)為例進(jìn)行深層次分析。

水環(huán)境；監(jiān)測(cè)；生物監(jiān)測(cè)；發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)

生物檢測(cè)技術(shù)，從字面上分析可知，依據(jù)生物生長(zhǎng)和生存的特征，分析其處于不同生活環(huán)境下的生存狀態(tài)，對(duì)這一生物的生存環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和考察的技術(shù)?，F(xiàn)階段應(yīng)用最多的就是結(jié)合生物的種群和群落的生存情況和個(gè)體生存差異實(shí)施研究，以此了解其生存的自然環(huán)境特點(diǎn)。受到我國(guó)現(xiàn)階段水環(huán)境污染情況越來(lái)越嚴(yán)重的影響，生物監(jiān)測(cè)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的作用得以凸顯。

1 生物監(jiān)測(cè)的分析

生物監(jiān)測(cè)的分析主要是指依據(jù)生物彼此之間的影響與生物和環(huán)境之間的影響，認(rèn)識(shí)生物與周邊環(huán)境之間存在的實(shí)際關(guān)系，結(jié)合環(huán)境與生物之間的關(guān)系，監(jiān)測(cè)現(xiàn)階段生物成長(zhǎng)的自然環(huán)境中存在的問(wèn)題。在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中，生物監(jiān)測(cè)主要是指結(jié)合水生生物在水中生長(zhǎng)情況的變化和其體內(nèi)各項(xiàng)物質(zhì)含量的變化，實(shí)施監(jiān)測(cè)，認(rèn)識(shí)水環(huán)境中存在的水質(zhì)問(wèn)題和相關(guān)污染問(wèn)題，明確問(wèn)題的根本，因地制宜，提出正確的治理方案。

現(xiàn)階段，生物監(jiān)測(cè)在水環(huán)境檢測(cè)中展現(xiàn)出自身難以取代的地位。在實(shí)際應(yīng)用中，人們需要全面了解現(xiàn)階段水環(huán)境中存在的問(wèn)題，認(rèn)識(shí)不同水環(huán)境對(duì)多樣化水生生物構(gòu)成的影響。以往的物理、化學(xué)監(jiān)測(cè)方案需要引用相應(yīng)外來(lái)物質(zhì)或者化學(xué)物質(zhì)，這樣會(huì)對(duì)水環(huán)境產(chǎn)生深層次的負(fù)面影響，但是生物監(jiān)測(cè)可以結(jié)合生物生活特點(diǎn)，更為完善、合理地開(kāi)展水環(huán)境監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)生物在不同環(huán)境中的生存狀態(tài)，有助于生物技術(shù)的不斷推廣和優(yōu)化[1]。

2 生物檢測(cè)的特點(diǎn)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)發(fā)展速度不斷提高，使得相關(guān)的環(huán)境問(wèn)題逐漸得到人們的關(guān)注。環(huán)境監(jiān)測(cè)在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展之后，已經(jīng)具備了優(yōu)質(zhì)的操作技巧、實(shí)施經(jīng)驗(yàn)以及技術(shù)能力，以往的環(huán)境監(jiān)測(cè)工作都是結(jié)合物理和化學(xué)形式進(jìn)行，依據(jù)相應(yīng)的藥物、機(jī)械對(duì)環(huán)境實(shí)施檢測(cè)。這種監(jiān)測(cè)形式過(guò)于單一，可以在污染較少的環(huán)境監(jiān)測(cè)中實(shí)施，但是面對(duì)多樣化污染的環(huán)境，因?yàn)槠渥陨泶嬖诓煌奈廴締?wèn)題，這需要工作者對(duì)這一環(huán)境實(shí)施全方面的考察，認(rèn)識(shí)不同污染源在同一環(huán)境下產(chǎn)生的影響。在這一背景下，以往的監(jiān)測(cè)方案將難以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。但是，生物檢測(cè)可以依據(jù)生物在水環(huán)境中的實(shí)際生長(zhǎng)狀況，明確水環(huán)境對(duì)生物成長(zhǎng)構(gòu)成的影響，對(duì)存在多樣化污染的復(fù)雜水環(huán)境實(shí)施全面監(jiān)測(cè)。

生物監(jiān)測(cè)可以展現(xiàn)出污染物存在的生物學(xué)效應(yīng)，更為直接地突顯污染物對(duì)生物體構(gòu)成的影響，同時(shí)一部分生物的靈活性要超出精密儀器的設(shè)定，可以對(duì)污染物造成的影響產(chǎn)生快速的反應(yīng)。通常情況下，環(huán)境受到多樣化污染物的綜合影響，逐漸構(gòu)建成復(fù)合型污染。目前存在的物理、化學(xué)形式只能監(jiān)測(cè)單項(xiàng)污染物的濃度，但是生物監(jiān)測(cè)可以彌補(bǔ)其中存在的問(wèn)題，體現(xiàn)出多樣化污染物的綜合影響。同時(shí)，生物監(jiān)測(cè)在實(shí)際應(yīng)用中操作非常簡(jiǎn)單，其成本支出較低，可以應(yīng)用較少的人才達(dá)到目標(biāo)。但是，目前推廣的生物檢測(cè)技術(shù)也存在一定的問(wèn)題，如無(wú)法監(jiān)測(cè)到水體中污染物的精準(zhǔn)濃度；還沒(méi)有整合的環(huán)境質(zhì)量準(zhǔn)則；有的生物監(jiān)測(cè)方案還無(wú)法有效劃分環(huán)境因素構(gòu)成的影響和污染物構(gòu)成的影響；監(jiān)測(cè)過(guò)程中需要的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。這些問(wèn)題都使生物檢測(cè)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用受到了約束。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要結(jié)合上述問(wèn)題，對(duì)生物檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，充分發(fā)揮其在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的有效作用[2]。

3 生物監(jiān)測(cè)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

3.1 群落監(jiān)測(cè)

生物群落是生物系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)生物群體實(shí)施監(jiān)測(cè)可以了解不同生物種群之間的關(guān)系和影響，認(rèn)識(shí)不同群落在自然環(huán)境中的特點(diǎn)和不同環(huán)境對(duì)不同生物群體產(chǎn)生的影響，進(jìn)而深入認(rèn)識(shí)自然環(huán)境的變化特點(diǎn)和未來(lái)的發(fā)展方向。所以，對(duì)生物群體實(shí)施監(jiān)測(cè)可以明確這一生物群體所在生態(tài)系統(tǒng)中的環(huán)境發(fā)展情況，明確其存在的污染問(wèn)題，提出有效的解決方案。一般情況下，群落監(jiān)測(cè)包含兩點(diǎn)內(nèi)容，一是對(duì)水環(huán)境實(shí)施評(píng)估，二是對(duì)水域的發(fā)展實(shí)施合理劃分。

3.1.1 水環(huán)境的評(píng)估

生物監(jiān)測(cè)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中可以對(duì)水域的情況實(shí)施全面監(jiān)測(cè)和評(píng)估，可以結(jié)合生物群體和生物種群在多樣化的水環(huán)境中的不同成長(zhǎng)情況，全面分析不同水環(huán)境中水質(zhì)的變化特點(diǎn)和水中物質(zhì)含量的變化特點(diǎn)。例如，長(zhǎng)江流域里建設(shè)的水庫(kù)中存在多種生物種群和群落，水中很多植物出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化，對(duì)這些生物群落在一段時(shí)間的生長(zhǎng)情況實(shí)施研究，可以全面了解這一階段水庫(kù)中水質(zhì)的變化情況。認(rèn)識(shí)水庫(kù)中水質(zhì)的變化情況和改變緣由，這樣才能從根本上提出解決水環(huán)境問(wèn)題的正確方案，降低水環(huán)境的污染程度，減少水污染帶來(lái)的影響。生物監(jiān)測(cè)不僅在水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中具有重要的作用，還可以對(duì)環(huán)境的管理工作實(shí)施監(jiān)控、觀測(cè)，將環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)際情況向大眾推廣，防止出現(xiàn)不利影響[3]。

3.1.2 水域宏觀劃分

結(jié)合生物監(jiān)測(cè)，在全面認(rèn)識(shí)多樣化水環(huán)境實(shí)際狀況后，人們可以結(jié)合不同水環(huán)境的生長(zhǎng)環(huán)境，依據(jù)生物特點(diǎn)，利用生物成長(zhǎng)規(guī)律實(shí)施全面的水環(huán)境綜合管理，對(duì)水環(huán)境實(shí)施全面的整改。例如，長(zhǎng)江流域中，有的水庫(kù)中段出現(xiàn)水質(zhì)嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化的問(wèn)題。如果僅僅依靠物理和化學(xué)方案實(shí)施管理，會(huì)影響水中其他生物的成長(zhǎng)，加劇水環(huán)境的惡化。在實(shí)際應(yīng)用中，依據(jù)生物監(jiān)測(cè)方案，在富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重的區(qū)域養(yǎng)殖以藻類(lèi)為食的魚(yú)類(lèi)，既可以有效解決水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化的問(wèn)題，又可以用低成本養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)，獲取更多的綜合效益，這樣有助于保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展[4]。

3.2 生物測(cè)試的應(yīng)用

生物測(cè)試一般是依據(jù)生物方案，結(jié)合相關(guān)的實(shí)驗(yàn)形式，全面分析自然環(huán)境對(duì)生物成長(zhǎng)的影響，明確現(xiàn)階段水環(huán)境中出現(xiàn)的污染問(wèn)題，了解污染問(wèn)題的源頭，實(shí)施全面管理。生物監(jiān)測(cè)中的生物測(cè)試方案包含兩點(diǎn)內(nèi)容，一是監(jiān)測(cè)水中多樣化植物營(yíng)養(yǎng)素和生長(zhǎng)素對(duì)實(shí)際環(huán)境變化產(chǎn)生的影響，二是明確被不同程度的污染源影響后的水質(zhì)對(duì)各種生物產(chǎn)生的毒害反應(yīng)。在現(xiàn)階段的生物測(cè)試工作中，一般是對(duì)生物群落或者生物種群實(shí)施全面的監(jiān)測(cè)，并不是單一的個(gè)體。現(xiàn)階段，應(yīng)用較多的生物測(cè)試包含生物傳感器以及結(jié)合生物測(cè)試設(shè)計(jì)出的環(huán)境指標(biāo)。

3.2.1 生物傳感器

傳感器是現(xiàn)階段科技技術(shù)推廣中應(yīng)用較多的現(xiàn)代化技術(shù)，在生物監(jiān)測(cè)技術(shù)中存在一定的應(yīng)用價(jià)值。生物傳感器是現(xiàn)階段新推廣的技術(shù)，其重點(diǎn)工作原理是以相應(yīng)的生物元件為判斷依據(jù)，按照規(guī)定的要求，將生物傳感器獲取的生物信號(hào)結(jié)合內(nèi)置芯片和相應(yīng)技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)可以判斷的信號(hào)，以此實(shí)施人為操作的研究，對(duì)環(huán)境作出更為優(yōu)質(zhì)的研究評(píng)估，全面處理現(xiàn)階段存在的環(huán)境問(wèn)題。結(jié)合多樣化的需求，目前已經(jīng)研究出多種識(shí)別元件，構(gòu)成了多樣化的生物傳感器，如DNA傳感器等。

3.2.2 設(shè)計(jì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)階段，生物檢測(cè)技術(shù)可以在設(shè)計(jì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)中提供依據(jù)。結(jié)合多樣化的生物技術(shù)開(kāi)展水環(huán)境的監(jiān)測(cè)，全方位認(rèn)識(shí)多樣化水環(huán)境對(duì)各種生物種群構(gòu)成的影響，明確滿足多種生物生存的最佳環(huán)境，結(jié)合這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，全方位解決現(xiàn)階段的環(huán)境問(wèn)題與環(huán)境改變?cè)斐缮镂锓N的變化問(wèn)題。除此之外，結(jié)合水環(huán)境的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)可以解決現(xiàn)階段人們飲用水存在的水質(zhì)問(wèn)題，處理現(xiàn)階段社會(huì)中存在的一大安全問(wèn)題[5]。

4 實(shí)例分析生物檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用——以發(fā)光細(xì)菌監(jiān)測(cè)技術(shù)為例

某縣城水域面積占整個(gè)城市面積的42.5%，水網(wǎng)縱橫，污染問(wèn)題較為多樣。結(jié)合規(guī)定項(xiàng)目有毒化學(xué)物質(zhì)實(shí)施監(jiān)測(cè)，如重金屬、有機(jī)物以及農(nóng)藥殘留等，它們會(huì)對(duì)水體安全監(jiān)管構(gòu)成影響。由此，下面主要是對(duì)發(fā)光細(xì)菌實(shí)施監(jiān)測(cè)。

4.1 檢測(cè)過(guò)程

生物毒性在線檢測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)工作包含兩方面，一方面是發(fā)光菌的培育和保護(hù)；另一方面是發(fā)光菌和水樣的反應(yīng)實(shí)施發(fā)光檢測(cè)，以及檢測(cè)之后的質(zhì)控和清洗工作。這兩方面的工作在檢測(cè)中自主完成，不需要人工的管理。這一設(shè)計(jì)主要是引用了雙光路對(duì)照檢測(cè)技術(shù)，在實(shí)際工作中一路是參考水樣，另一路是待測(cè)水樣，結(jié)合雙光路的檢測(cè)原理，可以解決檢測(cè)中發(fā)光細(xì)菌因?yàn)榄h(huán)境變化造成的變化[6]。

4.1.1 發(fā)光菌的培育和保護(hù)

固定化的發(fā)光細(xì)菌處于休眠，要在-20℃儲(chǔ)存，確保其活性。在實(shí)際應(yīng)用中，需要結(jié)合復(fù)蘇稀釋液將固態(tài)化的發(fā)光細(xì)菌在常溫中復(fù)蘇15 min，之后儲(chǔ)備到一個(gè)5℃的特氟龍恒溫孵育倉(cāng)中。其中擁有一個(gè)不斷轉(zhuǎn)動(dòng)的攪拌子，它可以避免細(xì)菌溶液出現(xiàn)沉淀。復(fù)蘇的發(fā)光菌壽命可以達(dá)到一周。

4.1.2 測(cè)量

檢測(cè)工作包含四個(gè)步驟，一是獲取發(fā)光菌，放置到菌種孵育倉(cāng)中，對(duì)其實(shí)施孵育，從而達(dá)到最優(yōu)質(zhì)的生理狀態(tài)；二是獲取待測(cè)水樣，融入到反應(yīng)池中，之后再次獲取發(fā)光菌再融入到反應(yīng)池中，整合之后，檢測(cè)發(fā)光數(shù)據(jù)（S0）；三是在反應(yīng)池中實(shí)施30 min的接觸反應(yīng)，之后再次檢測(cè)發(fā)光數(shù)據(jù)（St），并結(jié)合下述公式獲取相對(duì)發(fā)光度（PLI）；四是測(cè)量結(jié)束后，儀器設(shè)施自主清潔，對(duì)光路實(shí)施清潔，避免出現(xiàn)交叉污染。

其中，RLI（%）是待測(cè)水樣的相對(duì)發(fā)光度，C0與Ct表示參考水樣的最初發(fā)光數(shù)量和處于t時(shí)段的發(fā)光數(shù)量。在每進(jìn)行一次水樣檢測(cè)之后，需要再實(shí)施一次質(zhì)控樣品檢測(cè)，其相對(duì)發(fā)光度≤75%，獲取的信息與水樣要在相同條件下儲(chǔ)存，確保測(cè)量工作的標(biāo)準(zhǔn)性。

4.2 在線集成

設(shè)備融入到水源地水質(zhì)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，受到上位機(jī)的管理，可以達(dá)到全天24 h的全面監(jiān)察。通常情況下，每4 h就會(huì)自主進(jìn)行測(cè)試，出現(xiàn)特殊問(wèn)題時(shí)可以加密到1 h，檢測(cè)信息資料會(huì)傳回中心系統(tǒng)平臺(tái)。當(dāng)然，設(shè)備自身?yè)碛芯W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過(guò)組網(wǎng)可以達(dá)到遠(yuǎn)程操控、實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備操作情況以及問(wèn)題判斷等目的[7]。

4.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

監(jiān)測(cè)結(jié)果主要分為兩方面，一是毒物測(cè)試。在實(shí)際發(fā)展中，對(duì)不同濃度的毒物實(shí)施測(cè)試，明確其中蘊(yùn)含的相對(duì)發(fā)光度。例如，樣品HgCl2的濃度達(dá)到0.10 mg/L，相對(duì)發(fā)光度為51%。除此之外，利用甲醇等實(shí)施毒性檢測(cè)試驗(yàn)，其樣品濃度為25 mg/L，相應(yīng)相對(duì)發(fā)光度為88%，毒性不大。二是生物毒性和常規(guī)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)性。在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中，對(duì)常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中的生物毒性與電導(dǎo)率實(shí)施測(cè)量信息數(shù)據(jù)的整合研究，有助于全面掌握水環(huán)境污染中存在的問(wèn)題，了解污染的源頭，為解決方案的制定提供有效的依據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著工業(yè)、生活、農(nóng)業(yè)等方面用水不科學(xué)和排放污染等問(wèn)題的逐漸加重，水污染問(wèn)題得到充分展現(xiàn)，水體監(jiān)測(cè)和管理工作已經(jīng)成為現(xiàn)階段環(huán)境保護(hù)工作的重要內(nèi)容?，F(xiàn)階段，實(shí)際應(yīng)用的生物檢測(cè)技術(shù)可以解決以往物理、化學(xué)等形式環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中存在的問(wèn)題，不斷優(yōu)化環(huán)境監(jiān)測(cè)工作，提升實(shí)際檢測(cè)工作的質(zhì)量和效率。因此，應(yīng)用現(xiàn)代化的生物監(jiān)測(cè)形式，依據(jù)現(xiàn)階段存在的傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)形式，有助于在目前多變的環(huán)境中實(shí)施全面監(jiān)測(cè)，有效解決現(xiàn)實(shí)發(fā)展中的環(huán)境問(wèn)題。在水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中，常用的生物檢測(cè)技術(shù)包含微生物、發(fā)光細(xì)菌、生物行為反應(yīng)等監(jiān)測(cè)技術(shù)。因此，人們要結(jié)合實(shí)際水環(huán)境污染情況，科學(xué)地選擇生物檢測(cè)技術(shù)，保障技術(shù)應(yīng)用的正確性和科學(xué)性，這樣才可以正確判斷水體污染問(wèn)題，并提出優(yōu)質(zhì)的解決方案。

1 張述偉，孔祥峰，姜源慶，等.生物監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境中的應(yīng)用及研究[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2015，（5）：103-107.

2 程 英，裴宗平，鄧 霞，等.生物監(jiān)測(cè)在水環(huán)境中的應(yīng)用及存在問(wèn)題探討[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2008，33（2）：111-114.

3 劉偉成，單樂(lè)州，謝起浪，等.生物監(jiān)測(cè)在水環(huán)境污染監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].環(huán)境與健康雜志，2008，（5）：456-459.

4 黃玉平，張慶國(guó)，吳 朝.生物監(jiān)測(cè)及其在水環(huán)境污染防治中的應(yīng)用進(jìn)展[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)（下半月刊），2009，15（8）：38-39.

5 陰 琨，王業(yè)耀，許人驥，等.中國(guó)流域水環(huán)境生物監(jiān)測(cè)體系構(gòu)成和發(fā)展[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2014，（5）：114-120.

6 徐東炯，張 詠，徐恒省，等.水環(huán)境生物監(jiān)測(cè)的發(fā)展方向與核心技術(shù)[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2015，（6）：9-11.19.

7 楊 萌.水環(huán)境污染監(jiān)測(cè)中的生物監(jiān)測(cè)的應(yīng)用芻議[J].黑龍江科技信息，2017，（3）：7.

Application of Biological Monitoring in Water Environment Monitoring

He Xiangdong
(Lijiang Environmental Monitoring Station, LiJiang 674100, China)

Biological monitoring is based on the characteristics of biological growth and survival, analysis of its living conditions in different living conditions, monitoring and inspection of the living environment of this creature. Biological monitoring is the focus of water environmental monitoring work, because China's current water pollution situation is more and more serious, its role in water environment monitoring increasingly prominent. Based on the current situation of water environment monitoring and the application of biological monitoring in recent years, this paper analyzes the application of biological monitoring in water environment monitoring, and takes the luminescent bacteria monitoring technology as an example to carry on the deep analysis.

water environment; monitoring; biological monitoring; monitoring technique of luminescent bacteria

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1008-9500(2017)07-0096-04

2017-05-16

和向東（1969-），男，納西族，云南麗江人，工程師，研究方向：環(huán)境工程、環(huán)境監(jiān)測(cè)和水污染治理。