水污染生物监测技术和检测方法研究

摘要：生物监测是理化监测的主要补充，对评估生态环境的质量状况起到非常重要的作用。本文简要分析生物监测的概念和方法与及特征，论述了近年来水污染与及生物监测的发展趋势和其研究成果，同时对水污染生物监测钻研的目标方向提出自己的观点。

关键词：水污染；生物监测；检测方法

中图分类号：X835文献标识码：A

过去理化监测只在于关注瞬间的环境污染状况，而缺乏长久延续性监测的意识。这就需要分析污染的累积变化效应，研究采取怎样的生物监测才能够更符合延续性监测的趋势。在同一段时间里，仅仅采用污染物其密度值来表示污染程度和危害总是片面的，因为这样一来在某些污染物资环境中的含量极微不等于毒性极微，甚至发生完全相反的效应，即含量极少毒性却极大的情况。只有充分利用生物监测和技术检测相结合的办法互相配合，充分运用指示生物对污染物毒性其反映敏感的特点，才能更精确地反映水质受到污染的真实状况。

一、水污染的生物监测原理和优点

1．水污染生物监测的原理

在某种前提条件下，水生生物群落及水的环境有着相互关联并且有着相互制约的现象，保持着非常自然的、暂时性的均衡体系。水环境中注入的污染物质，必将会作用于生物本身和其种群或者其群落，影响到生态系统的固有生物种群其数量和物种组成与及其更多特点、固有特点、生产力和生理状况等，使某些水生生物逐步消失，然而在别的某些水生生物却能够继续生长下去，其本身和其种群的数量逐步增加。运用水质检测技术仪器监测水污程度，从这种变化的水污染生物体现，得出水环境质量的变化，这就是水污生物监测概念和依据[1]。

生物监测是指利用水生生物个体、种群或群落对水体污染或变化所产生的反应来判断水体污染状况的一种水体污染监测方法。生物与环境相互作用，相互影响，环境的改变能影响生物的生长和生活习性，直至改变生理功能;生物的存在也能影响和改变环境，如生物的摄取能量、新陈代谢等。生物与其环境的这种统一性和协同进化是环境质量生物监测的生物学基础[2]。

2．水污染生物监测的优点

总的来说，生物监测具有敏感性、富集性、长期性和综合性等特点，具有一定的优越性。水污染生物监测有自身的特点:

①监测功能多样化。由于可以使用水污染监测的生物种类很多，加上每种生物对不同污染物都能产生反应，并且表现不同的症状，因此监测功能强大。

②监测污染状况客观。发挥水污染监测功能的生物一般生活在固定的区域，且有一个稳定的时期，与理化监测相比，更能把某一水域的长期污染状况客观地反映出来。

③监测结果可靠。某些监测生物对一些污染物非常敏感，它们能够对那些连精密仪器都无法检测的微量污染物产生反应，并表现出相应的受损伤的效应

④便于综合评价。理化监测只能检测特定条件下水环境中污染的类别和含量等，而生物监测可以反映出多种污染物在自然条件下对生物的综合影响，从而可以更加客观、全面地评价水环境。

⑤监测成本低。理化监测使用的监测仪器涉及维修和保养，而生物监测不涉及这些工作，因此监测成本较低。

二、水污染生物监测技术

1．运用指示生物在水体里出现或者消失及其数量有多少的办法监测水质

在许木启的实验里，运用了白洋淀水体里的浮游动物群种其变化来判断其水体的污染程度和自净能力。其实验的最终结果是府河―白洋淀的水体从上游至下游中，其浮游动物的耐污种类逐步减少，而广布型种类逐步增多，而其下游众多正常水体却出现了浮游动物种类均匀分布的现象。同一时间，原生动物在上游的鞭毛虫一直到中游却出现了纤毛虫。然而，下游却发现众多平常分布在洁净型水体的种类。这一来，表示府河―白洋淀的水体由上游一直到下游水体其污染程度在不断减少，河流水体拥有显著的而且比较稳定的自净功能[3]。

2．运用水生生物群落布局的变化来监测水质

在蒋昭凤的实验中，使用底栖动物的变化来评估湘江水质污染情况，最后答案发现湘江的支流底栖动物有大型无脊椎动物种及多类性指数，其物种由上游至下游走向呈现减少情况，从这个实验看来，毒死生物的有效毒物其作用对湘江的污染却比较显著。同时还可以依据湘江支流各断面种类数及其减少程度来判断出各断面其污染地步。另外，还监测到随着时间的推移，在底栖大型无脊椎的动物种类数及多类特点指数方面，也呈现出消少的趋势。从这种情况看来，有毒污染仍然存在发展的趋势。

3．水污染的生物测试

水污染的生物测试，就是运用水生生物受到污染物资的毒害所产生的生理智能的变化来进行测试水质污染状况。Belding遵循鱼的呼吸变化来作为指示有毒环境，在那些有污染物已经存在这一些状态下，鱼腮呼吸加速且无法规则。德国从1977年内开始钻研运用鱼的正趋流特点开展生物监测，下游设强光区或者适度电击，控制康健鱼向下游的活动；或者间歇特点提升水流迅速，迫使鱼做出反应。假定鱼不能维持在上游的地方，表示污染产生了危害。

三、水污染生物监测和检测的应用

1．运用遗传毒理学的方法监测水体污染

环境的污染物是人类及其它生物最为严峻的危害，其难点就是对细胞遗传物资组成的损害。近几十年中环境生物的检测技术，特别是细胞微核技术及四分体微核技术，已经在动植物及人类染色体受到外界理化因子损害等方面得到应用。同时，对环境监测的技术的刻苦钻研已经取得巨大的进展。微核在于生物细胞内的生成路径和染色体畸变的相应特点早就被人们所认识，用微核测定方法取代染色体畸变的方法来监测环境污染物具有很多优点，如对生物遗传物质的伤害较小、操作简便和灵活度高等。最常用的蚕豆根尖细胞微核的试验技术就是以染色体伤害和纺锤丝低毒的优点等使其成为测试植物微核监测新方法。这项技术自发现以来，在环境诱变及致癌因子检测钻研中，更是在水质污染与及致突变剂的检测研究领域取得广泛运用[4]。

在吴甘霖运用水花生根尖微核技术对马鞍山市的废水进行监测钻研中，他发现运用水花生根尖微核能够用作监测水体污染的新原料。在实验中其根尖细胞微核率MCN(‰)，不但可作为监测不相同废水的污染，还因为该植物长久生长在污染水体之中，还能反映其不相同废水的污染物富集度和现状。如果外界环境中已有某种密度的致突变物，能够造成细胞发生伤害，却使微核细胞率上涨。其它微核细胞率的上涨，揭示环境中已突变物，即使受到试水样里所含有可以打断DNA分子的诱变剂，或者能够打断纺锤丝其纺锤丝毒剂，却体现出遗传毒特点。

这种SOS显色法，是一种遗传毒特点检测新技术，有着精确和灵活、假阳特点率低的特征，这种技术已被广泛作为遗传毒特点的测定。其原理就是:在DNA分子受到外因产生的大范围伤害，在其复制又受到制约的状态下，将导使一种不容易修复的错误。这种在遗传毒物处理后，大肠杆菌中出现了一系列反应被称为SOS应答。

这种SOS显色法，有众多优于Ames的特征:

（1）简便，其测定入程只要7h。

（2）灵活，被处理的细胞全产生或者不产生SOS反效应，用分光光度法来即可以测定β-ONPG，并且分化的产物十分灵活。

（3）精确，SOS显色法测定的就是遗传毒物对细胞原发的直接效应，这种特点最后答案非常可信，然而Ames试验的假阳特点率较高[5]。

2．微型生物监测

过去生物监测的钻研重点大多数放在分类方面。生物系统的布局变化并不是总和生物系统其它变化相有关联，仅以它的种些种类、某些种群形成的生物效应系统其变化评估水生生态系统，其偏差非常大。所以，为把握水生生态系统对于环境污染的整个反应，还需求我们对生物系统：细胞、组织、种群、群落、生态系统，选取超出单一种类即是群落或者生态系统来做为生物监测其生物反应系统，并且对这个系统的布局及其功能的变化均匀作研究。美国的Cains创建，能够用聚氨酯泡沫塑料块来测定微型生物，测定其群落的布局和功能参数，并且施行监测预告的新方法。在中科院水生所沈韫芬钻研员把PFU运用到生物监测中，并且又使PFU法成为了我们国家生物监测的标准方法之一。这种PFU法适合作为原生动物和藻类对水质的检测。这种方法能够辨别水体是否存在机污染仍就是毒污染的特点。

然而，在尹福祥和杨立辉运用PFU法进行某印染厂印染废水处理了监测。最后结果表示，微型生物群落其布局参数及功能参数，都比较均匀地反应污染废水的净化效应。这种方法和以上介绍的生物监测方法对比，这种PFU法由单一监测布局的参数转变成布局参数，又和功能参数同一时间候监测，提升了生物监测的结果捕获能力，并使监测结果更完整、精确、精密地评估环境状况。如此表明，这种PFU法讯速及其精确监测水质的突变，经过试验。最终结果能够预报受纳系统环境质量的形态和其变化过程。某些群集曲线突然大幅降落，表明了该点的水质已经发生了变化，应该调查是否发生排放事故。因为潮汐流及环流的影响，这种PFU法运用于海水水质监测，不如在淡水监测有效。BPFU法就是将两块聚氨酯泡沫的塑料块装到一个圆柱形塑料瓶去，塑料瓶要有四个裂缝。其作为保证聚氨酯的泡沫塑料块没有受到粗糙等条件的影响。同一时间，为了便于微生物群落注入聚氨酯泡沫塑料块得到均匀衡状态。这种BPFU法胜过PFU法监测。海水生物的特点主要表现在:首先，取样稳定；其次，海水生物评估布局和功能精确；最后，即时，其定量性能够保持水体积的稳定特点。试验最终结果表示，用BPFU法对海水生物进行监测比PFU法更佳。

四、水污染监测技术的发展动向

除了水污染的微生物群落监测方法外，水污染自动监测技术和水污染遥感监测技术也有一定的发展。

1．水污染自动监测技术

水污染自动监测是对污染源排放的废水(经过处理的或未经过处理的)以及地表水和地下水被污染的情况进行连续自动采样、测定、传输和数据处理的定时监测网络。

水污染自动监测技术起源于美国，美国在1958年开始对俄亥俄河进行水质自动监测。在日本，各水域和工矿排水几乎都设立了自动监测系统利用计算机来管理及处理数据川。

我国自20世纪80年代开始，在黄浦江、天津引滦济津段以及吉化、宝钢、武钢等大企业的供排水系统建立了水污染自动监测站，开始了对自动水质监测系统的研究。我国黄浦江水质连续自动监测系统，于1984年正式投产运行。水污染自动监测系统的建立，不仅开创了我国水污染监测的新局面，同时也为我国继续建立水污染自动监测系统积累了经验[6]。

2．水污染遥感监测技术

水污染遥感指应用地面、航空、航天等遥感平台对河流、湖泊、水库和海洋进行探测，诊断水体的反射、发射、吸收特征的变化，从而实现快速地确定水污染的分布状况和位置的水污染监测方法。水污染遥感常用的仪器有红外扫描仪、多光谱扫描仪、微波系统和激光雷达等。监测对象主要是水面油污染、水中悬浮物、污水排放、赤潮藻类的类型和密度等。在20世纪70年代末，我国辽宁省环境科学研究所利用红外技术对大连湾的油污染进行了监测。1980-1983年在天津一渤海地区组织了一次航空遥感试验研究，对天津地区污染水体的光谱特性进行了初步的分析研究。1987年和1989年我国分别发射了FY- 1 A和FY- 1B卫星，其中都配置了2个海洋水色通道的高分辨率扫描辐射计VHRSR，首次利用我国自己卫星获得了我国海区较高质量的叶绿素浓度和悬浮泥沙浓度的分布图。我国于2000年5月成功地发射了FY-1C卫星，卫星上的甚高分辨率辐射计带有3个专用海洋水色波段，已在海洋环境监测中发挥了很大作用。2002年3月，我国又发射了神舟三号飞船，带有主要用于海洋水色环境监测的中分辨率成像光谱仪。

五、结语

对于水资源越来越紧缺的生态环境下，水体污染仍然不断受到不同程度的恶化。这样一来，即客观条件迫使水污染监测技术不断改进。水生生物监测水体即能够反应水环境质量状况，对毒物监测灵敏度高，同时需要的测试仪器也比较简单。当前，国内的水污染生物监测方法和监测物还在不断更新，监测的灵活度越来越高。用某些方法同样能够对特定的某些或者多种污染物作出不同程度的监测，污染程度高低同样能够明显反映出来。但是，要完成传统生物监测方法没法来完成的水体中种某些污染物质的检测，还需要共同努力。现在有一些水生生物监测技术仍然难以确定水体中污染物的种类和含量，所以，应该采纳多种监测方法进行综合监测，以保证监测最终结果的精确性和完整等特点。

参考文献：

[1]许木启．从浮游动物群落结构与功能的变化看府河―白洋淀水体的自净效果[J]．水生生物学报，1996，20，（3）：212-220．

[2]张海波．浅谈水污染的生物监测[J]．丹东师专学报，1998，20，（2）：67-68．

[3]罗岳平，李宁，汤光明．生物早期警报系统在水和废水水质评价中的应用[J]．重庆环境科学，2002，24，（1）：49-54．

作者简介：

李华 女 （1976.02）籍贯：湖南，单位：湖南澧县环保局，职称：中级，研究方向：环保监测。