生物监测及其在线监测在水环境污染中的应用

摘要：文章阐述了生物监测技术综合分析水环境污染物的环境行为，对保护有限的水资源和维持生态系统健康具有重要意义，介绍了生物监测的基本方法及其水体监测中的应用研究。

关键词：生物监测；水污染；应用

中图分类号：X820.3　文献标识码：A　文章编号：1007-0370(2011)1，2-0144-02

水质监测的方法大致可以分为两大类：一类是理化监测方法，主要用物质的化学反应及仪器分析测定各种污染物的浓度。能定量分析污染物中主要成分的含量和种类，还能准确地测定其中部分污染物的浓度或含量。理化监测能够监测的污染物占实际存在的比例很小，且无法排除其他污染物的潜在毒性效应。另一类是生物监测法，即利用生物个体、种群或群落等对环境污染或变化的敏感性反应来判断环境污染的一种手段。生物在水环境监测中充当哨兵作用，通过生物对污染物的反应可以全面掌握水质变化特征和趋势，实现长期、连续的监测。生物监测弥补了理化监测的不足。

生物监测的优越性主要体现在(1)生物监测可以反应出污染物拮抗、协同等作用的综合效应；(2)具有灵敏性，指示生物对于痕量污染物和低浓度的污染物敏感；(3)监测范围广、快速、真实、仪器易于检修。生物监测也存在不足：如，生物监测方法至今没有统一的地方性或国家级环境标准，只能作为一种先导性的监测方法；其次受试生物分布的地理性差异，受环境因子的影响较大，但是其快速灵敏的特点是理化监测无可比拟的优点。

1、生物监测的方法

1.1生物群落监测方法

指示生物监测方法：指示生物就是指在一定地区范围内能通过其特性、数量、种类或群落等变化指示环境或某环境因子特征的生物的监测方法。水污染指示生物，包括浮游生物、着生生物(如藻类、原生动物、真菌等)、大型水生植物(如海藻、大型褐藻等)、底栖大型无脊椎动物f如软体动物、甲壳类、腔肠动物、棘皮动物等)、鱼类(如鲇鱼、鲑鱼、河鲈)等多种淡水鱼等。

生物指数法是利用筛选的指示生物或生物类群与水体质量的相关性，划分不同污染程度的水体，观察水生态系统中生物的结构组成以及它们在种类、数量及丰度随水污染程度变化的现象，来评价水体的污染情况。物种多样性指数Shannon-Wiener指数、科级生物指数法、相似性指数、硅藻指数等被建立应用。

1.2PFU微型生物群落监测法

聚氨酯泡沫塑料块法(PFU)：以泡沫塑料块为基质收集的生物群落的结构与功能的各种参数来评定水质，能够采集到自然水域中85％以上的微型生物种类。PFU方法快速、准确，简便易行。通过1d或3d的试验结果就能够预测受纳系统(如河流、湖泊等)环境质量状况及其变化趋势体现其快速性；在群落层次上反应了对环境压迫效应，具有真实性；而且操作简单、重复性较好。

PFU方法适用原生动物、藻类对河流水质的监测。野外监测适用于包括湖泊、水库、池塘、大江、河流、溪流等淡水水体；室内毒性试验适用于监测工厂排放的废水、城镇生活污水中的有害化学物质。

1.3生物测试法

生物毒性试验：生物毒性试验又称生物测试，它是利用生物受到污染物质的毒害所产生的生理机能等变化测试污染状况的方法。分为静水式生物测试和流水式生物测试。生物测试法主要应用于对污染源的监测，采用此方法可以反映很多重要信息，如有害物质进入周围环境时其毒性强弱或能否发生改变，接受系统受影响的程度如何，何种有害物质的致毒性最大以及在何条件下毒性最强，对生物的生活史能产生什么影响等。除此之外，在侦察、寻找污染物，评价环境污染程度，确定废水处理要求和监测废水处理效果，确定污染物排放标准等方面均有实用价值。水生生物毒性试验可以用鱼类、蚤类、藻类、发光菌等。

1.4在线生物监测

在线生物监测技术是通过对被污染水体中水生生物运动方式、生活习性与其生理、生化指标变化的外在表现和观察，利用处于不同营养级别、不同生活层次、对有毒物质有不同耐受力的生物进行生物监测。生物在线监测的主要受试生物包括鱼、大型蚤、发光菌等。

发光菌监测方法主要是因为毒性分析和化学分析结果之间存在一定的相关性，将其独特的生理特性和现代光电检测结合应用。用于生物在线监测的发光细菌主要有明亮发光杆菌、费氏弧菌、青海弧菌等。该方法广泛应用到生活饮用水质安全评价，海洋沉积物综合毒性监测、给水系统毒性监测和在线监测。

国外Schalie等，根据蓝鳃鱼的换气率、平均通气深度、运动强度对氯丹进行毒性测试，指出预警一般发生在接触30 rain，就接近96h LC50值；大西洋幼鲑鱼对于重金属污染水体敏感，因静鳃过程换气停顿产生的类似“咳嗽”的声音也被用于军事防御系统的在线监测；通过青鳉鱼活动行为的实时观测，实现了三维图像数据解析对水质情况进行判别，青鳉鱼也被拟定为水质监测标准用鱼。狗鱼因为嗅觉灵敏对水中的有害物质和气体反应迅速，被用于尼日利亚首都拉各斯供水系统水质监测。

对于在生物在线监测技术方面国内已经取得了一些研究成果，已经从实验室测试阶段发展到现场试验阶段。水质安全在线生物监测技术监测系统已经完成了不同地区的水源水和出厂水质突发性变化的预警研究，其中包括密云水库原水预警试验、北京水源九厂出厂水预警试验以及福州自来水厂北区水厂原水预警试验和深圳水务集团笔架山水厂出厂水水质预警试验。河北省燕山南麓的陡河上游陡河水库的水环境的实时监测和预警应急系统的应用。2008年北京奥运期间，北京首次引进了一台青鳉鱼生物传感器，用于监测北京水源地的密云水库的水质变化；发光菌的水质监测仪器也被应用到四川汶川地震的抗震救灾。

2、水生动物水质监测上的应用

2.1鱼类在水污染生物监测上的应用

多种淡水鱼类用于测评丙烯睛、乙腈、硫氰酸钠和二甲基甲酰胺等污染物的急性毒性。张云美等，家用洗涤剂对红剑鱼、孔雀鱼和食蚊鱼的急性毒性实验观察研究表明，含有大量洗涤剂的生活污水对鱼类的毒害作用具有持续性；查金苗，等利用日本青鳉鱼早期发育阶段暴露评估排水的急、慢性毒性和内分泌干扰效应，提出一套利用日本青胚胎一幼鱼阶段生长、形态学改变和雌雄比例变化的指标体系评价排水的毒性和内分泌干扰效应的可行方法。经用来评价不同水处理深度工艺，指出了反渗透能去除大部分毒性物质；李莉等，通过稀有鮈鲫的形态学和组织学水平研究对生活污水的可能产生的毒性效应的研究，指出了高浓度的生活污水对鱼类的早期生命阶段具有急性毒性效应，生活污水的直接排放对鱼体肝脏产生毒性效应并阻碍排污口周围一定范围内鱼的生长和性发育；谭燕等，用孔雀鱼研究三丁基锡的毒性效应。王丽萍等研究污水处理厂出水对鱼类的影响的实验得出污水处理厂出游离氨对于鱼的毒性很强，而且鲤鱼对水质游离氨毒性的敏感性高于鲫鱼。

2.2蚤类在水污染生物监测上的应用

大型蚤急性毒性试验较为适合化学品污染的废水监测，也被用于监测农药污染饮用水毒性测试。潘力军等，指出大型水蚤的急性毒性测试方法可以用来检测饮用水和地表水源水中农药和无机砷的污染。

2.3原生动物在水污染生物监测上的应用

李凤超等应用PFU微型生物群落监测方法，指出内源性污染对原生动物群落造成了极大的影响；李宗义用SBR反应器对啤酒废水活性污泥进行培养和驯化，通过对原生动物的生态演替规律观察，指出原生动物可以用来评价废水处理日常运作，作为物化指标的重要补充。

3、现阶段生物监测的研究趋势

近20年来，细胞微核技术和四分体微核技术应用于环境监测的研究得到了广泛的发展。如水花生根尖微核技术法被应用到监测水体污染。单细胞凝电泳(SCGE)成功用于监测用于检测哺乳动物、蚯蚓、一些高等植物、鱼类、两栖动物以及海洋无脊椎动物的细胞的遗传毒物。而在线生物监测技术与数学光电技术的结合，即将为人类生存环境净化做出应有贡献。

参考文献：

[1]张增光，水生生物在水质监测中的应用，科技情报开发与经济，2004，14(7)：150-151

[2]姜建国，沈韫芳，用于评价水污染的生物指数，云南环境科学，2000，19(增刊)：251-253

[3]许木启，曹宏，PFU原生动物群落生物监测的生态学原理与应用[11_生态学报，2004，24(7)：1540

[4]潘海祥，楼小平，王军海，发光细菌法用于给水系统的毒性监测及预警[I]，中国给水排水，2008，24(8)：73-76

[5]张彤，金洪钧，用八种淡水鱼类监测四种污染物的急性毒性，中国环境监测，1997，13(1)：31-34

推荐访问:在线 监测 水环境 污染 生物