丁 伟

（安徽晟创检测技术有限公司，安徽合肥 230000）

引言

生物监测技术对环境监测具有助力作用，需要对生态环境的现状进行分析，及时发现生态环境中存在的问题，提高生态环境监测方法的有效性。环境中常常会存在污染现象，并且污染问题难以被发现，因而采用环境监测的方式，保证环境污染得到精准判断。污染物对环境及生物均具有影响，需要确保生物对污染物的指示作用，借助生物对污染物进行识别。

1 环境监测中的生物监测技术方法

环境监测是应对环境污染的主要形式，需要注重监测技术的应用，发现环境中存在的污染物质。环境监测范围包括土壤、水体、大气等，重金属、有机物等均可对环境造成污染，使环境中带有一定的毒性，影响动植物的正常生长。以生物测试法为例，持续时间通常为7～14 d，若毒物毒性较低，则会延长测试时间，需要做好长期测试的准备，最长可持续2～3 个月。对环境污染进行分析时，需要明确具体的污染指标，结合生物手段展开监测，提高监测结果的准确性。以土壤重金属污染为例，镉含量不能超过47 mg/m3，铬含量不能超过30 mg/m3，铅含量不能超过800 mg/m3，汞含量不能超过33 mg/m3。由此可见，生物检测技术具有严格的指标，需要结合监测标准展开分析，确保生物监测技术能够发挥作用[1]。

2 环境监测中的生物监测技术应用

2.1 土壤监测

2.1.1 植物监测 土壤是植物赖以生存的环境，需要对土壤的污染情况进行判断，将生物监测技术应用其中，对生物的受害情况进行判断。土壤监测可以运用指示植物，对环境中植物生长情况进行判断，一旦植物出现异常生长情况，则要考虑到土壤污染的影响。土壤对植物的根、茎、叶造成影响，应对植物的整体特征进行观察，与正常生长情况进行对比。如铜、镍、钴会抑制新根生长，使根系呈现为絮状，导致植物无法正常吸收水分和养分，引起植株矮小甚至枯死。通过指示植物可以确定土壤的特性污染情况，根据植物生长变化对污染进行判断，实现对土壤污染状况的分析。此外，农药残留也会对土壤造成污染，一旦农药残留超标，将会对植物造成危害，尤其是幼嫩组织部分，将会产生褐色焦斑或叶片脱落，使植物因土壤污染而受害。

2.1.2 动物监测 土壤监测过程中，可以将动物作为指示生物，对土壤的污染情况进行判断，实现对土壤环境的监测。土壤监测需要对采样区域进行划分，每个样方大小为0.5 m，深度为45 cm，如图1 所示，将深度划分为5 个层次，分别为1～5 cm 层、5～15 cm 层、15～25 cm 层、25～35 cm 层、35～45 cm 层，对土壤空间区域进行明确划分。选择蚯蚓作为指示生物，对不同区域蚯蚓种类、数量等进行统计，分析蚯蚓的表征状况。对于处于污染土壤环境下的蚯蚓，其体征将会出现卷曲、僵硬、肿大等，甚至导致蚯蚓的体表存在损伤[2]。如DDT、有机氯化物等污染便会出现上述状况。除了土壤生物外，还可以采用其捕食者进行监测，如鸟类、昆虫等。通常情况下，成鸟将土壤生物喂食给幼鸟，通过对幼鸟血液、肝脏等进行分析，实现残留毒性的检验，进而对土壤污染情况进行监测。

图1 土壤监测层次划分

2.1.3 微生物监测 土壤中存在着大量的微生物，可以采用微生物对土壤污染情况进行监测，实现土壤的毒性检验。卫生物监测过程中，将发光细菌作为检测指示生物，根据污染物状况确定对发光情况的影响，对污染物情况进行分析，确保微生物监测的映应用水平。微生物监测运用细菌对污染物的发光特性，具有较短的监测结果获取时间，可将时间缩短在3 h 左右，提高土壤污染物的监测效率。发光细菌需要进行培养，细菌以冻干粉形式存在，保存温度不能超过-20 ℃，防止对发光细菌的活性造成影响，使微生物监测能够发挥作用。土壤污染物检测过程在常温进行，通过复苏稀释液使发光细菌复苏，使其具有良好的发光活性，确保发光检测的效果。土壤监测过程中，需要对发光细菌的发光量进行检测，时间在20～30 min 之间，对发光情况进行精准识别。经过对监测结果的整理，不同浓度污染物监测结果见表1。对土壤中的HgCl2、K2Cr2O、C6H3OH 进行了监测，得到了对应的浓度和相对发光度，实现了对污染物浓度的精准检验。

表1 不同浓度污染物监测结果

2.2 水体监测

2.2.1 生态监测 生态监测可以运用生物指示法，提高对环境的监视作用，快速对环境状态形成反应，确定环境是否存在问题。知识生物在检测方法上具有针对性，并且指示生物的种类较多，便于对其进行培养，应用价值非常广泛。指示生物包括浮游生物、鱼类、微生物等，可以针对监测环境进行选材，选择适合作为监测的生物，提高环境监测的效率。对于存在污染的环境，生物的生存状态将会受到影响，引起生物发生数量、种类等变化，根据污染程度的不同，将会带来不同的变化。如地衣可以指示SO2的污染状况，含量不能超过80 mg/m3、颤蚓数量可以指示水体有机物污染程度等。需要注意的是，指示生物具有选择要求，需要具有足够的敏感性且属于生态系统的组成部分，既要具有较为广泛的分布，又要对特定毒物或因子形成反应，确保污染物得到精准辨识[3]。

水体属于复杂的检测环境，为污染物提供了扩散途径，且水中生物流动性较大，使得污染的传播较为迅速。生态监测采用微生物工程、细胞工程等实现监测，需要注重生物领域技术的应用，确保生物监测取得良好成效，对水体环境进行综合评价。如藻类、底栖生物等，具有较强的耐污能力。一旦生物体内出现污染物，则说明水体污染较为严重，需要对水体环境质量进行治理。在水体环境中，生态特征容易发生变化，采用生态监测手段具有必要性，便于采取不同方式开展监测，并且指示生物的选择种类较多，对水体环境进行全方位检验。生态监测利用水体生物的生命周期特性，实现对水体异常情况的检验，有助于环境的常态化检测，及时发现水体中存在的环境问题。

2.2.2 污染监测 水体环境中的污染物较多，包括重金属、无机阴离子、有机农药等，需要注重现行环境中污染的检测，提高对污染物质的辨识能力。以重金属为例，环境自身很难进行降解，将会引起重金属的长期存在，一旦被生物吸收，不仅会影响生物的正常生长，还会进入到食物链中，重金属污染问题将长期存在。重金属可以采用微生物进行检测，通过特定微生物对重金属进行识别，确保重金属的检验效率。水体环境监测应明确重金属的检测标准，具体标准见表2。若监测指标超过标准值，则说明水环境中重金属含量超标。微生物监测主要利用重金属基因的高通特性，通过高通qRCP 技术实现重金属的针对性检验。如利用重金属抗性基因芯片（MRG），可针对镉、铬、铅等多种重金属进行监测，3 h 内可监测出50 份样品，具有较高的重金属监测效率。

表2 水环境中重金属监测标准

2.2.3 群落监测 在环境因素影响下，生物群落将会发生一定程度的变化，通过群落变化的观测，可以对自然环境污染情况进行评估，提高环境监测的效率。群落结构的影响较为广泛，包括植物、动物、微生物等，需要对不同的群落展开分析，严格把握群落的影响因素。生物群落分为水平结构和垂直结构，环境对生物的影响将上升到空间层面，需要注重群落空间层次的划分[4]。以森林群落为例，若土壤环境存在污染，将会影响到森林的整体空间生长，水平结构表现上为个体数量的减少，垂直结构上将会影响到长势，引起林木的矮小、枯叶等问题，导致林木无法顺利生长。因此，通过群落结构的监测可以对环境污染情况进行判断，需要做好生物群落的分析工作，保障环境监测控制的稳定性[5]。

水体环境中生物群落具有复杂性，通过生物群落确定污染情况，对水体环境质量进行严格观察。浮游生物群落结构是确定水体污染情况的重要形式，如图2 所示，采用了8 个采样点进行监测，若浮游生物的数量则多，则说明该区域存在着一定程度的污染，需要做好污染问题的监测工作，对浮游生物数量进行统计。

图2 浮游生物群落结构

水体群落监测通常选择浮游生物，如藻类、原生动物等，生物群落的选择较为广泛，便于对污染的影响情况展开分析。生物群落监测采用网格计数的方式，计算公式如下

式中，N 为浮游生物数量（个/L），C 为计数的生物个数（个）；V1为1L 水浓缩成的样品水量；V2为计数的样品水量。通过上述公式，可确定生物群落的分布情况，对受到污染的群落进行检验。水体污染将会导致群集的迅速消失，影响水体环境中种群的正常存活，需要对种群的存活数进行对比。种群消失速度计算公式如下

式中，V 为消失速度（种/d）；S 为消失种数（种）；T 为间隔天数（d）。通过这种方式，可以对水体环境对群落消亡情况进行分析，确定污染物的影响特征及范围，由群落方面判断水体环境的质量。

2.2.4 抗原监测 抗原监测利用生物免疫原理，针对抗原对环境中的污染物进行识别，使污染物得到及时发现。酶免疫检测主要利用酶的催化反应，将抗体固定在塑料板上，根据免疫特征检验污染情况，提高监测方法的有效性。利用微生物的抗原机制，可以对水中的有机物进行吸收，将特定的污染物质吸收到微生物体内，实现对污染物的精准监测。微生物的构造较为简单，采取细胞层面的培养方式，培养出适宜的抗原检测酶，提高对污染物的识别作用。水环境中的污染物质将会引发生物代谢紊乱，使生物体内带有一定的毒素，结合发光细菌培养方式，可以使感染毒素的微生物发光，便于对抗原进行监测，并且对污染物的代谢情况进行了解，保障水环境监测具有良好的免疫特征。

2.3 大气监测

2.3.1 植物监测 大气属于环境检测的重要组成部分，需要对常见污染成分进行分析，借助植物来确定大气污染情况，对空气质量进行一定程度的判断。在大气环境中，植物与空气直接接触，可以通过植物来监测污染。通常情况下，长期处于污染环境下的植物叶片将会处于发黄状态，如水杉、地衣等，对空气污染物较为敏感，将会出现生长异常状况。而且，通过植物表征变化可对污染物进行识别，如大蒜受到氟化物影响后，叶片尾处会呈现尖形，颜色变为红褐色，同时伴有斑点。在大气环境中，植物监测的取材较为广泛，可寻找具有针对性的指示生物，根据生物的现状进行监测，确保植物监测法得到有效运用。植物对颗粒物具有吸附作用，将会附着在植物的表面，通过植物表面监测可判断空气中颗粒物情况，对颗粒物污染具有辅助检测效果。

2.3.2 浓度检测 如图3 所示，大气环境中的污染物种类众多，如SO2、NO2、CO 等，采用生物技术可将污染物质沉降下来，实现对污染物总量的监测，确定污染物的浓度状况。例如：采用海藻酸钠包埋固定微生物，可以形成SO2固定床，增强对SO2的吸收作用，借助生物手段固化污染物。浓度监测具有一定的难度，需要将污染物固化下来，同时实现对污染物的检测，防止污染物对空气造成持续污染。

图3 大气环境中污染物含量

浓度计算采用质量-体积浓度，计算公式如下

式中，X 为浓度值（mg/m3）；C 为以ppm 表示的浓度值；M为分子量。污染物浓度具有限定值的要求，通过浓度监测对污染浓度进行判断，由浓度限值作为污染程序的界定条件。环境空气污染物浓度限制见表3，浓度限制分为一级和二级两个限制条件，以SO2浓度为例，若X（SO2）≤20 μg/m3，则符合一级浓度限值条件；若20＜X（SO2）≤60 μg/m3，则符合二级浓度限值条件；X（SO2）＞60 μg/m3，则污染物浓度严重超标。

表3 环境空气污染物浓度限值

3 结论

综上所述，生物监测技术对环境具有监测作用，需要合理对技术进行使用，提高对环境的监测质量。生物监测包括表征、群落等，实现对污染物质的有效监测，确定污染物的具体成分。生物监测对环境的影响程度较小，监测费用方面要低一些，属于环境监测中的常用方法，对环境的质量进行控制。环境污染作用范围包括土壤、水体、空气，需要确保环境监测的精准性。