水環境治理中生物監測技術運用

高政瑞

中國水利水電第十四工程局有限公司 云南昆明 650000

在經濟與環境可持續發展的背景下，水環境治理的重要性不言而喻，也是現如今生態環保事業所關注的重點領域。將生物監測技術應用在水環境治理中，可以利用生物種群和群落的變化對水環境的污染情況進行具體反映，進而為環境監測和治理提供準確數據，所以對生物監測技術進行深入研究對于環境保護工程來說有著十分重要的意義。

1 生物監測技術的機制分析

因為在水環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，雖然根據水質的不同分布著不同的生物類型，但是水環境中的生物體一定與水環境相互依存、互為共生，一旦水環境發生變化，將直接影響生命體的繁衍和生存。將生物檢測技術應用在水環境監測和治理中，就是對水生物的變化進行快速分析，并精準檢測水生物體內污染物的累積含量和分布種類，以此為基礎采取有效措施對水污染問題進行科學的治理。與其他的監測技術相比，生物監測技術的準確性和檢測效率都更高，所以現如已經廣泛應用于水環境治理中。傳統的監測技術只能完成一種污染物的檢測，而且費時費力，而生物監測技術能夠同時反映多種污染情況，并且成本低、受外界環境限制較小。但是不可否認的是，技術在應用過程中也并非十全十美，例如：目前尚無法精準計算污染物濃度、監測標準也缺乏系統性，而且也不能對污染物因素和環境因素之間的影響和聯系進行具體區分，所以生物監測技術在應用過程中仍有很大的進步空間，需要學者的不斷努力和鉆研。

2 生物監測技術的原理和優勢

2.1 生物監測技術的原理分析

生物監測技術就是實時監測水環境中的生物群落變化情況，因為水環境與水體中的生物群落存在互生關系，水環境的變化勢必會影響生物群落結構的變化。在天然的水環境中，生物群落以清水種類為主要優勢群體；在受到污染的水環境中，以抗低溶解氧的生物種群為主要優勢群體[1]?；谶@一特性，生物監測技術就可以根據水環境中的生物種類對水環境進行監測和治理。生物監測技術在應用過程中，需要根據水體的實際情況進行取樣檢測，檢測內容具有十分明顯的針對性，所以檢測結果更能真實的反映出水體的實際情況，并且能夠對一段時間內的水環境變化情況進行詳細反映，可以為我國的環境保護工程提供更加準確的數據。除此之外，生物監測技術還可以結合周邊環境進行檢測，用來明確在生態環境之中水環境的具體影響和作用。

2.2 生物監測技術的優勢分析

2.2.1 能夠對水環境的整體情況進行系統了解

傳統的水環境監測技術，只能簡單的對水體污染元素的含量進行檢測，無法對水體環境的整體污染情況進行具體反映，水環境監測和治理的最主要目的是保證整個水環境生態系統的健康，這也就說明傳統的監測技術已經無法滿足水環境工程的具體需求。而生物監測技術則是對水環境中的微生物和動植物的生存狀態和生存數量進行具體監測，同時能夠根據他們體內的元素變化對水環境的整體質量進行系統評估，從而能夠對水環境的整體情況進行系統反映。

2.2.2 具有一定預見性，可實現污染的提前處理

生態環境系統具有一定的修復和凈化能力，但是如果污染超過了凈化極限，將會對生態環境造成不可逆的損傷，會嚴重加大環境治理難度。傳統的水環境監測技術在應用過程中無法預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行治理，而生物監測技術可以根據生物的生長狀況和體內化學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行有的放矢的控制。

除此之外，生物檢測技術的效率更高、速度更快，能夠對一段時間內的水環境變化情況進行真實和全面的反映，并且成本低易于操作，所以有著十分廣泛的應用空間。生物監測的技術的主要檢測對象為生物群落，通過對水生生物群落的真實反映，能夠為生態系統保護提供更為直觀的數據，從而促使環境治理更加科學，能夠切實保護生物群落的繁衍和生存，可以在一定程度上強調水環境治理的生態性。

3 常用的生物監測技術

3.1 微生物監測技術

3.1.1 PGR技術

PGR也就是聚合酶鏈式反應，主要用來監測水環境中的微生物變化情況，與傳統的監測技術相比，可以省去微生物培養的環節，打破了傳統監測技術的應用局限。此技術在應用過程中，首先需要在高溫條件下，對DNA進行整合使其變成單鏈結構，在一定溫度條件下，引物和單鏈之間會進行堿基互補配對；然后通過調節溫度引導DNA聚合酶形成互補鏈。聚合酶的制造是PGR技術應用的基礎，在這一環節中溫度控制是最為關鍵的內容，需要技術人員對溫度進行變性或者重復性控制，來科學完成微生物DNA的合成，最終對微生物種類進行精準檢測[2]。PGR技術在應用過程中具體的溫度控制情況如表1所示：

表1 詳細溫度控制表

3.1.2 生物傳感技術

生物傳感技術的主要應用原理為：利用相應的檢測儀器來檢測水體中的微生物濃度，并將濃度值轉換成電信號，要求檢測儀器必須對生物物質極為敏感，生物傳感器是最為關鍵的設備。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現對微生物信號的接收和轉換。生物傳感器可以在生物體的某些器官中進行固定，因此檢測精度更高。

3.1.3 酶免疫檢測技術

作為一種十分先進的生物監測技術，酶免疫檢測技術主要用來檢測抗原和抗體等微生物，其應用原理為：以相互關聯的酶為基礎，利用酶催化反應來測定免疫復合物，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合物，以此即可準確檢測免疫復合類微生物。酶免疫檢測技術實現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境的免疫特征。

3.2 發光細菌監測技術

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

3.3 其他生物檢測技術

3.3.1 指示生物法

指示生物法就是需要在水環境中選擇一種生物作為指示種，此種生物具有在固定區域生活的特征，通過對指示種進行監測來反映水環境的污染情況。如果水體的質量發生變化，那么水環境中的生物也會發生相應變化，在污染嚴重的情況下甚至會導致生物的消亡，所以通觀察生物個體或者生物種群，可以對水體質量進行精準推測。

3.3.2 殘毒測定法

殘毒測定法就是對水生物體內的殘毒進行測定，并將檢測數據作為水體污染的分析數據。雖然有毒物質在生物體內經過消化會被排除體外，但是在生物體內仍舊會殘留一部分毒素，所以可以通過對殘毒進行測定來對水體質量進行監測。

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，那么其染色體勢必會受到影響，進而會導致微生物的損傷和誘變，通過對生物遺傳物質進行微核檢測，即可判斷水體的污染情況。

3.3.4 單細胞凝膠電泳法

此種生物檢測技術在應用過程中需要測定DNA鏈的損傷情況，廣泛應用于海洋無脊椎動物細胞的生物監測中，在應用過程中不會對生物產生嚴重危害，并且可有效保證監測結果的準確性和靈敏性。作為一項先進的監測技術，單細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，現如今是我國主要應用的一種遺傳病毒監測技術。工作人員需要利用DNA分子對生物特性進行復制，然后修復相關的生物鏈，此項技術在應用過程中操作簡單、數據精準，有著十分廣泛的應用前景。

4 生物監測技術的具體應用

4.1 應用在魚類生物中

將生物監測技術應用在魚類生物監測中，主要的檢測對象為鯽魚和斑馬魚等，因為此種魚類的適應能力更強且在水環境中廣泛分布。通常情況來說，如果在水環境中含有濃度較高的二氯苯酚，那么就會嚴重影響鯽魚肝臟的抗氧化能力；如果在水環境中含有濃度較高的氯化鎘，那鯽魚淋巴細胞的DNA就會損傷嚴重[4]。這些數據都能夠準確的反映出水環境質量，并且有助于工作人員采取有效措施進行有針對性的治理。

4.2 應用在兩棲動物中

將生物監測技術應用在兩棲動物中已經取得了顯著的監測成果。兩棲動物多生活在接近水體的陸地中，最常見的監測對象為青蛙和蝌蚪，兩棲動物的皮膚具有很強的滲透性，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作為食物，而成體青蛙則主要以昆蟲為食物，如果水環境中存在污染物質，那么蝌蚪的進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。在我國生物監測技術應用在兩棲動物方面尚處于起步階段，通常用來檢測嚴重的水環境污染，例如農藥和重金屬污染等。

4.3 應用在原生生物中

在水環境中分布著種類繁多的原生生物，并且分布范圍十分廣泛，在整個生態系統中占有重要地位。因為原生生物會吸收藻類和細菌，也能在一定程度上對生物群落的分布產生影響，原生生物的存在會加快水中的能量轉換有助于實現水環境的快速循環，進而不斷提高有機物的分解速度，所以如果原生生物的生存環境受到污染，那么生物就會出現一系列的本能反應，技術人員就可以通過水環境中的藻類物質和有機顆粒的吸收和攝取對水體環境進行監測。

4.4 應用在藻類群落中

微生物是水環境的重要組成部分，藻類生物對于水體中的營養鹽和重金屬濃度有著較大反應，因為一旦藻類吸收了過量的金屬物質，就會嚴重影響藻類的正常生長代謝，同時由于藻類細胞色素的減少，會嚴重降低藻類的光合作用，導致藻類細胞畸變或者組織壞死，如果污染物質濃度達到一定標準，還有可能造成藻類的大面積死亡。所以技術人員就可以依據藻類的種類、化學成分和豐度為依據綜合水質進行科學判斷，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70年代，主要是通過在中下游區域設置強光區或者電擊區，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境受到了一定程度的污染。

5 生物監測技術在應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測結果的準確性。所以在水環境監測和治理過程中，工作人員一定要盡量增加樣本的種類和數量，確保監測結果能夠真實全面的反映水環境情況，保證監測結果的權威性和嚴謹性。除此之外，在不同的生長周期，生物個體對水質的要求各不相同，那么所對應的污染反應也將有所差別，所以工作人員在應用生物監測技術時一定要對生物的生長周期進行全面考慮，選擇最適宜的生物生長階段作為研究對象。水環境污染是一個長期積累的過程，在污染初期因為污染物的濃度較低，所以水生物的反應并不明顯，那么監測結果將很難具體反映出實際的污染情況，這也就要求工作人員必須能夠充分了解水環境和生物之間的整體生態關系，能夠及時發現水體異常和生物異常，然后再采用相關的監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，為水環境治理工程的順利開展奠定良好基礎。

6 結語

綜上所述，在我國的水環境工程中生物監測技術有著十分廣泛的應用并取得了顯著的應用效果，能夠切實為水環境治理奠定良好的基礎。與傳統的監測技術相比，生物監測技術能夠對水環境的整體情況進行系統的分析，并且能夠針對污染提出預見性的解決措施，有助于推動我國水環境工程的長遠可持續發展。