水环境治理中生物监测技术运用

2021-12-02高政瑞

商品与质量 2021年44期

高政瑞

中国水利水电第十四工程局有限公司云南昆明 650000

在经济与环境可持续发展的背景下，水环境治理的重要性不言而喻，也是现如今生态环保事业所关注的重点领域。将生物监测技术应用在水环境治理中，可以利用生物种群和群落的变化对水环境的污染情况进行具体反映，进而为环境监测和治理提供准确数据，所以对生物监测技术进行深入研究对于环境保护工程来说有着十分重要的意义。

1 生物监测技术的机制分析

因为在水环境中分布着大量的生物体，例如藻类、鱼类和一些浮游生物等，虽然根据水质的不同分布着不同的生物类型，但是水环境中的生物体一定与水环境相互依存、互为共生，一旦水环境发生变化，将直接影响生命体的繁衍和生存。将生物检测技术应用在水环境监测和治理中，就是对水生物的变化进行快速分析，并精准检测水生物体内污染物的累积含量和分布种类，以此为基础采取有效措施对水污染问题进行科学的治理。与其他的监测技术相比，生物监测技术的准确性和检测效率都更高，所以现如已经广泛应用于水环境治理中。传统的监测技术只能完成一种污染物的检测，而且费时费力，而生物监测技术能够同时反映多种污染情况，并且成本低、受外界环境限制较小。但是不可否认的是，技术在应用过程中也并非十全十美，例如：目前尚无法精准计算污染物浓度、监测标准也缺乏系统性，而且也不能对污染物因素和环境因素之间的影响和联系进行具体区分，所以生物监测技术在应用过程中仍有很大的进步空间，需要学者的不断努力和钻研。

2 生物监测技术的原理和优势

2.1 生物监测技术的原理分析

生物监测技术就是实时监测水环境中的生物群落变化情况，因为水环境与水体中的生物群落存在互生关系，水环境的变化势必会影响生物群落结构的变化。在天然的水环境中，生物群落以清水种类为主要优势群体；在受到污染的水环境中，以抗低溶解氧的生物种群为主要优势群体[1]。基于这一特性，生物监测技术就可以根据水环境中的生物种类对水环境进行监测和治理。生物监测技术在应用过程中，需要根据水体的实际情况进行取样检测，检测内容具有十分明显的针对性，所以检测结果更能真实的反映出水体的实际情况，并且能够对一段时间内的水环境变化情况进行详细反映，可以为我国的环境保护工程提供更加准确的数据。除此之外，生物监测技术还可以结合周边环境进行检测，用来明确在生态环境之中水环境的具体影响和作用。

2.2 生物监测技术的优势分析

2.2.1 能够对水环境的整体情况进行系统了解

传统的水环境监测技术，只能简单的对水体污染元素的含量进行检测，无法对水体环境的整体污染情况进行具体反映，水环境监测和治理的最主要目的是保证整个水环境生态系统的健康，这也就说明传统的监测技术已经无法满足水环境工程的具体需求。而生物监测技术则是对水环境中的微生物和动植物的生存状态和生存数量进行具体监测，同时能够根据他们体内的元素变化对水环境的整体质量进行系统评估，从而能够对水环境的整体情况进行系统反映。

2.2.2 具有一定预见性，可实现污染的提前处理

生态环境系统具有一定的修复和净化能力，但是如果污染超过了净化极限，将会对生态环境造成不可逆的损伤，会严重加大环境治理难度。传统的水环境监测技术在应用过程中无法预见水体污染的恶化情况，因此也就不能提前采取有效措施进行治理，而生物监测技术可以根据生物的生长状况和体内化学元素的变化及时寻找污染源头，能够在污染超过水体净化能力之前采取有效措施对水体污染进行有的放矢的控制。

除此之外，生物检测技术的效率更高、速度更快，能够对一段时间内的水环境变化情况进行真实和全面的反映，并且成本低易于操作，所以有着十分广泛的应用空间。生物监测的技术的主要检测对象为生物群落，通过对水生生物群落的真实反映，能够为生态系统保护提供更为直观的数据，从而促使环境治理更加科学，能够切实保护生物群落的繁衍和生存，可以在一定程度上强调水环境治理的生态性。

3 常用的生物监测技术

3.1 微生物监测技术

3.1.1 PGR技术

PGR也就是聚合酶链式反应，主要用来监测水环境中的微生物变化情况，与传统的监测技术相比，可以省去微生物培养的环节，打破了传统监测技术的应用局限。此技术在应用过程中，首先需要在高温条件下，对DNA进行整合使其变成单链结构，在一定温度条件下，引物和单链之间会进行碱基互补配对；然后通过调节温度引导DNA聚合酶形成互补链。聚合酶的制造是PGR技术应用的基础，在这一环节中温度控制是最为关键的内容，需要技术人员对温度进行变性或者重复性控制，来科学完成微生物DNA的合成，最终对微生物种类进行精准检测[2]。PGR技术在应用过程中具体的温度控制情况如表1所示：

表1 详细温度控制表

3.1.2 生物传感技术

生物传感技术的主要应用原理为：利用相应的检测仪器来检测水体中的微生物浓度，并将浓度值转换成电信号，要求检测仪器必须对生物物质极为敏感，生物传感器是最为关键的设备。在生物传感器中配备了众多智能元件，例如微生物性能识别元件、信号放大装置和理化换能器等，生物传感器的最主要作用就是实现对微生物信号的接收和转换。生物传感器可以在生物体的某些器官中进行固定，因此检测精度更高。

3.1.3 酶免疫检测技术

作为一种十分先进的生物监测技术，酶免疫检测技术主要用来检测抗原和抗体等微生物，其应用原理为：以相互关联的酶为基础，利用酶催化反应来测定免疫复合物，将抗体固定，只需通过简单的洗涤就可以轻易分离出免疫复合物，以此即可准确检测免疫复合类微生物。酶免疫检测技术实现了对水体微生物的深层次检测，同时在检测过程中并不会影响水环境的免疫特征。

3.2 发光细菌监测技术

发光细菌顾名思义就是能够不在外界环境的刺激下而自身主动发射出一种可见荧光，发光细菌广泛分布在海洋环境中，部分存在于淡水体系中，例如霍乱弧菌、青海弧菌、发光异短杆菌等。发光细菌多为革兰氏阴性细菌，呈现出明显的厌氧特征，在检测该类细菌时，需要利用氯化钠溶液和甘油。发光细菌监测技术在应用过程中主要是对发光细菌的发光强度进行检测，以此来明确水环境中的污染物含量。因为在无干扰的自然环境中，发光细菌的发光强度始终保持一致，并且所发出的光多呈蓝绿色，波长在450～490nm之间，但是一旦水环境遭受污染，那么就会严重影响发光细菌的发光强度和波长[3]。所以技术人员可以依据发光强度变化完成对水环境中污染物的检测。

3.3 其他生物检测技术

3.3.1 指示生物法

指示生物法就是需要在水环境中选择一种生物作为指示种，此种生物具有在固定区域生活的特征，通过对指示种进行监测来反映水环境的污染情况。如果水体的质量发生变化，那么水环境中的生物也会发生相应变化，在污染严重的情况下甚至会导致生物的消亡，所以通观察生物个体或者生物种群，可以对水体质量进行精准推测。

3.3.2 残毒测定法

残毒测定法就是对水生物体内的残毒进行测定，并将检测数据作为水体污染的分析数据。虽然有毒物质在生物体内经过消化会被排除体外，但是在生物体内仍旧会残留一部分毒素，所以可以通过对残毒进行测定来对水体质量进行监测。

3.3.3 微核测定法

如果微生物的生存空间存在着污染物质，那么其染色体势必会受到影响，进而会导致微生物的损伤和诱变，通过对生物遗传物质进行微核检测，即可判断水体的污染情况。

3.3.4 单细胞凝胶电泳法

此种生物检测技术在应用过程中需要测定DNA链的损伤情况，广泛应用于海洋无脊椎动物细胞的生物监测中，在应用过程中不会对生物产生严重危害，并且可有效保证监测结果的准确性和灵敏性。作为一项先进的监测技术，单细胞凝胶电泳法对于海洋性生物和无脊椎动物植物的研究意义重大，现如今是我国主要应用的一种遗传病毒监测技术。工作人员需要利用DNA分子对生物特性进行复制，然后修复相关的生物链，此项技术在应用过程中操作简单、数据精准，有着十分广泛的应用前景。

4 生物监测技术的具体应用

4.1 应用在鱼类生物中

将生物监测技术应用在鱼类生物监测中，主要的检测对象为鲫鱼和斑马鱼等，因为此种鱼类的适应能力更强且在水环境中广泛分布。通常情况来说，如果在水环境中含有浓度较高的二氯苯酚，那么就会严重影响鲫鱼肝脏的抗氧化能力；如果在水环境中含有浓度较高的氯化镉，那鲫鱼淋巴细胞的DNA就会损伤严重[4]。这些数据都能够准确的反映出水环境质量，并且有助于工作人员采取有效措施进行有针对性的治理。

4.2 应用在两栖动物中

将生物监测技术应用在两栖动物中已经取得了显著的监测成果。两栖动物多生活在接近水体的陆地中，最常见的监测对象为青蛙和蝌蚪，两栖动物的皮肤具有很强的渗透性，可以利用皮肤完成呼吸活动。小蝌蚪与青蛙主要以水域中的腐植质作为食物，而成体青蛙则主要以昆虫为食物，如果水环境中存在污染物质，那么蝌蚪的进食量将明显降低并且分布受限，所以可以借此检测水体中的有毒物质。在我国生物监测技术应用在两栖动物方面尚处于起步阶段，通常用来检测严重的水环境污染，例如农药和重金属污染等。

4.3 应用在原生生物中

在水环境中分布着种类繁多的原生生物，并且分布范围十分广泛，在整个生态系统中占有重要地位。因为原生生物会吸收藻类和细菌，也能在一定程度上对生物群落的分布产生影响，原生生物的存在会加快水中的能量转换有助于实现水环境的快速循环，进而不断提高有机物的分解速度，所以如果原生生物的生存环境受到污染，那么生物就会出现一系列的本能反应，技术人员就可以通过水环境中的藻类物质和有机颗粒的吸收和摄取对水体环境进行监测。

4.4 应用在藻类群落中

微生物是水环境的重要组成部分，藻类生物对于水体中的营养盐和重金属浓度有着较大反应，因为一旦藻类吸收了过量的金属物质，就会严重影响藻类的正常生长代谢，同时由于藻类细胞色素的减少，会严重降低藻类的光合作用，导致藻类细胞畸变或者组织坏死，如果污染物质浓度达到一定标准，还有可能造成藻类的大面积死亡。所以技术人员就可以依据藻类的种类、化学成分和丰度为依据综合水质进行科学判断，通常所选择的藻类多为耐酸性藻类，例如羽文藻、短缝藻等[5]。

4.5 应用在鱼类正趋流性判断中

对鱼类正趋流性的研究始于上世纪70年代，主要是通过在中下游区域设置强光区或者电击区，来控制鱼类的活动范围并判断鱼类的种类，如果鱼类无法返回上游，则说明它们所在的水体环境受到了一定程度的污染。

5 生物监测技术在应用过程中的注意问题

同种生物的不同个体之间存在着很大差异，个体的差异性会在一定程度上影响监测结果的准确性。所以在水环境监测和治理过程中，工作人员一定要尽量增加样本的种类和数量，确保监测结果能够真实全面的反映水环境情况，保证监测结果的权威性和严谨性。除此之外，在不同的生长周期，生物个体对水质的要求各不相同，那么所对应的污染反应也将有所差别，所以工作人员在应用生物监测技术时一定要对生物的生长周期进行全面考虑，选择最适宜的生物生长阶段作为研究对象。水环境污染是一个长期积累的过程，在污染初期因为污染物的浓度较低，所以水生物的反应并不明显，那么监测结果将很难具体反映出实际的污染情况，这也就要求工作人员必须能够充分了解水环境和生物之间的整体生态关系，能够及时发现水体异常和生物异常，然后再采用相关的监测方法具体检测出污染物浓度，确保能够在污染恶化之前给出具体的解决措施，为水环境治理工程的顺利开展奠定良好基础。