生物技术在水环境监测中的应用研究

生物技术在水环境监测中的应用研究

张霞1,高清焕2,俞晓明2,陈金伟2

1.嘉兴弘正检测有限公司  浙江嘉兴  314000 2.嘉兴市弘源环保科技有限公司  浙江嘉兴  314000

摘要：随着国家的发展越来越好，城市建设的也越来越好，带动了一系列生态环境保护措施出台，其中水生态环境保护和治理已成为重点项目。但由于水环境监测工作涉及多个环节，并受主客观因素的影响，容易出现数据偏差问题，影响水环境监测的结果。因此，建立水环境监测质量的控制机制是必要的，这样可以有效提升水环境监测的质量和水平，为水生态环境保护提供支持和保障。

关键词：生物技术；水环境监测；应用

引言

水体中的许多生物对水中污染物有较强的敏感性，当水体存在污染时，水生物就会在活动状态、生理指标、群落结构等方面发生变化，所以水环境监测工作可以充分利用水生物对污染物的灵敏性，选取藻类、细菌等作为研究对象，通过研究其生理表征来推测水体的污染程度及毒性。随着现代科技的发展，多种生物监测系统、信号技术、物联网技术等都广泛应用于水体生物监测技术中，因而提高了生物水质监测的准确性。

1水环境监测的质量控制的重要性

1.1确保水质达标

在水质检测当中，对水质进行检测，是为了保证水质达标。虽然这一点可以通过很多的方式来进行实现，但是最重要的还是水环境质量数据，而水环境质量的检测则可以及时掌握水质状况，进而及时发现问题和解决问题，为企业决策提供准确数据。因此，只有在水质检测方面严格执行相关要求，保证质量达标，才能保障水环境监测工作的顺利进行。所以水环境监测质量控制就非常重要。

1.2有利于维护生态安全

我国是一个生态环境相对脆弱的国家，生态安全的维护是保障我国经济社会的可持续发展的根本。当前我国仍处于发展中阶段，发展中不平衡不充分的问题依然存在。一方面，我国作为发展中国家，基础设施建设与人民生活水平相对较低，而且人口众多，人口基数大，发展不平衡不充分问题依然突出。另一方面，生态环境保护也面临着严峻挑战。我国在不断加快经济建设的同时，开展水环境监测工作，实现对环境实际状况的充分掌握，有助于实现对国家生态安全的维护，因此水环境监测质量控制在环境保护工作中起着至关重要的作用。

2我国水环境监测中存在的问题

2.1水环境监测权责不明

针对我国水环境监测工作而言，其中的监督与管理是参考水体的不同形态而展开的。针对我国不同地区、不同水体实施的不同监管制度，是我国目前水环境监测工作的重要特点之一。关于水体一般可以划分为污水、地下水、地表水，但按照水体的形式，水资源监督管理部门会通过自然资源部、环保部门、水利部门以及城建部门等多个部门之间分工负责监管，这也导致其中的个别水体由于功能性的叠加，又产生了多个部门共同监管的情况，进而引发水环境监测工作职能权责分配不明的现象。与此同时，各种权责分配问题又呈现出了部门与部门之间工作职能混乱的情况，导致不同部门之间的交叉管理，造成了水环境监测资源的过度消耗与浪费，这种混乱的水环境监督管理工作会对相同的指令不断重复执行，不利于目前水环境监测工作的健康发展。

2.2水资源保护相关制度不完善

水环境监测对区域内的水资源保护有着重要意义，所以相关部门要重视这项工作的开展，并为其提供各种支持。水环境监测工作在开展的过程中需要依据相关的制度，使工作的开展更具规范性，同时为水环境监测具体的调查创造更好的条件。水环境监测中对环境污染的治理还需要相关的水资源保护制度提供依据，使水环境监测对水污染的治理起到切实作用。由此可见完善的制度对水环境监测工作开展的重要性。但是，很多地方在开展水环境监测时缺乏完善的相关制度的支持，制约了这项工作的开展。有些地区相关部门没有认识到在这方面加强制度建设的必要性，缺少水环境监测的制度建设，同时在水环境保护其他方面的制度，比如水环境调查规范、水资源保护制度等都有很大的欠缺。有些地区虽然有相关的保护制度，但是这些制度的具体内容与本区域的实际并不相符，导致这些制度发挥的作用微乎其微，制度内容具有很大的形式化。基于此，相关部门应该为水环境监测提供完善的制度，结合本区域水环境保护的实际完善具体的制度内容，使这些制度形成一个体系为水环境监测的高质量实施提供助力。

2.3环保建设资金投入不足

我国地域辽阔，各地区水资源类型较为复杂，对于不同地区水环境监测工作的开展来说，需要更多的资金支持。目前我国各地区的政府职能部门虽然注重水环境监测工作的开展力度，但是对于各项资金的投入仍然缺乏实践性，导致很多水环境监测工作的开展受到了资金与条件的限制，无论是针对水资源均衡分配，还是针对不同地区的水环境污染源头分析，各个工作环节均缺乏资金投入以及全面建设支持，导致我国水环境监测工作的实际效果并不理想。尤其是在如今新时期的发展背景下，水资源匮乏现象不断加重，各地区的水资源污染和破坏问题也在逐渐增多，如果针对水环境监测工作的资金投入、建设力度仍然无法进行实践性的贯彻，将会导致我国的水环境监测工作很难实现全方位开展，水资源保护工作也将受到一定的影响和限制。

2.4水环境监测技术有待提升

水体环境监测对监测数据有着较高要求，所以作为一项技术性工作要提升水体环境监测质量就要借助更加先进的监测技术以及监测系统等。但是从我国水体环境监测所使用的技术以及监测设备系统来看还是存在一定的问题。首先，我国大部分地区开展的水环境监测主体系统模式相同，但是由于不同地区水体环境存在较大的差异性，这种整体性的水环境监测系统具有一定的不适用性，无法发挥出水环境监测的真正作用。在如今的信息化时代，信息技术基于自身优势被应用到各个行业的发展中，其在水环境监测中也有很大的应用空间和利用价值。但是有些地区由于对水环境监测缺乏重视，水环境监测系统的信息化建设存在着不足，信息化水平不高，这对水环境监测具体工作的开展，比如数据统计工作等，会影响统计结果的准确性。另外，监测技术作为影响水环境监测质量的一个重要因素，其技术水平高低对水环境监测工作的开展十分重要。但是目前我国不同区域的水环境监测技术水平参差不齐，有些地区水环境监测技术具有很大的滞后性，这必然会影响水环境监测结果。有些水环境监测团队的综合素质较低，业务能力不高，这也会影响水环境监测工作的成效。

3生物技术在水环境监测中的应用研究

3.1细菌监测应用

（1）硝化细菌法。硝化细菌法常用的硝化细菌有亚硝酸细菌、硝酸细菌，通过水体中的硝化细菌发生硝化作用，将水中的氨转化为亚硝酸盐、硝酸盐，当水中存在污染物时，硝化细菌硝化作用的氧化还原反应受到影响，生成的中间产物与最终产物在水体中的浓度会大大降低。因此，对水体中亚硝酸盐与硝酸盐的浓度进行检测，能够计算出水体中氮的指标，达到水环境检测的目的。（2）发光细菌法。发光细菌含有荧光酶等物质，在发生生化反应时，发光细菌在胞内酶的催化作用下发生氧化还原反应，并释放出蓝绿光。在正常情况下，发光细菌处于生化反应条件下，其细胞活性与发光强度都较高，但当发光细菌处于被污染水体中时，其发射出的荧光强度会受到影响，如农药会导致发光细菌的生物活性降低，重金属会对发光细菌的细胞壁造成破坏。发光细菌法通过对发光细菌的发光强度进行检测来确定污染物的浓度，并且能够用连续监测的方法，通过其不同时间下发光强度的变化推断出水质的综合毒性。（3）氧化亚铁硫杆菌法。氧化亚铁硫杆菌能够在酸性环境中生存，以铵盐为氮源，水环境监测主要是监测其呼吸作用的耗氧量，当水体中含有污染物时，氧化亚铁硫杆菌的呼吸作用会受到影响，使其耗氧量降低。

3.2生物监测应用

通过特定生物在水中的行为反应来判断环境污染状况，确定水体污染物的安全含量，并及时对风险因素进行预警。监测人员可以通过评估生态生物反应情况及其对生态的影响来监测环境污染状况。目前应用范围最广的指示海洋生物为鱼和水蚤。以斑马鱼为例，斑马鱼作为一类海水鱼对环境的要求较高，因此有利于环境监测。也有些科学家利用斑马鱼作为指示海洋生物，利用半静态方法分析环境中重金属在水生生物体内的毒性情况，发现铜离子、镉离子、碳离子等对斑马鱼毒性和调节过氧化氢酶活力的作用程度不一。所以，斑马鱼已经成为了监测水环境污染的重要指示海洋生物。目前，智能水体生物学毒性监测技术可以二十四小时监控指示海洋生物的行为，并及时分析其行为轨迹。如果监测到异常生物体的反应，系统也将进行反应和报警。淡水环境中的海洋生物监测以鱼类居多，但在海洋环境中通常以双壳类为主。当前，人类不仅可以通过电磁传感器技术来提高对生物观测的质量，还可以通过高频电磁感应器系统监视贝类生物的生命活动，进而提升对生物观测的有效性。除鱼和双壳类动物以外，水蚤也常常被作为生物监测的指示生物。

3.3鱼类监测的应用

鱼类监测在生物监测中使用更为广泛，鱼类对水污染更为敏感，当水环境发生变化时，污染物会对鱼类的正常代谢造成影响，导致鱼类产生一系列生活行为、种群结构和生理活动的变化，鱼类在水污染环境中所产生的反应也可以用来模拟水污染对人体造成的伤害。鱼类生活行为变化与种群结构的变化可以通过观察法或监测系统获得，其代谢量、呼吸频率、血糖等指标也容易测得。在环境监测中，部分种类的鱼对污染物的敏感性较强，可以将鱼类的死亡率、逆水特性、呼吸频率、鳃的运动方式、回避行为、弱电脉冲等作为监测项目，选择斑马鱼、红鲤鱼、鲫鱼、青鳉鱼等鱼类作为研究对象。斑马鱼的繁殖能力较强，生长情况可以模拟为人类的生长发育过程，该鱼种对毒性物质有较强的敏感性，常被用于毒性检验；红鲤鱼在我国较为常见，会因水体性质的不同产生不同的群体形态差异；青鳉鱼对水环境的变化极为敏感，常被用于急性毒性的检验。鱼类的生物酶在水中污染物的作用下，其抗氧化酶防御系统的成分会发生变化，生物的乙酰胆碱酯酶对有机磷农药会产生较大的反应，而这种酶对神经传导起到重要作用，会直接体现在生物的行为上，在不同浓度的污染水体中，鱼类会发生一系列不同的行为变化，通过监测系统可以完成对鱼类行为状态的监测。在对鱼类运动方式进行监测时，其平均游泳速度、游泳速度分布、平均游泳高度、游泳间距等都是分析其运动行为的指标，鱼类活动的频率可以通过仪器进行记录。以斑马鱼作为监测对象，当水体中的污染物为恩诺沙星等药品时，鱼类的行为发生快速、高强度的变化，这也就意味着水体中的污染物也在迅速增加，当水体中的污染物达到某一临界值时，鱼类无法使自己的行为和生理条件适应环境，会出现急性死亡现象，因而可以通过鱼类的活动行为以及死亡的出现来估算水体中毒物的浓度；当水污染物为镉等重金属时，镉的浓度在一定范围内增加时，会造成斑马鱼的行为强度增大。

3.4其他生物技术在水环境监测中的应用

大型底栖动物包括蜉蝣目、蜻蜓动物、软体动物、环节动物等，这些底栖动物同样能够作为水环境监测的指示。蜻蜓、蜉蝣喜欢聚集在清洁水体周围，而水体中的污染物会对其生存造成严重影响；摇蚊幼虫等虫类多在污染较为严重的水体附近生活，多藏于污水的淤泥内，对重金属、有机污染物等毒物较为敏感。当水体富营养化时，水中的有机物增多，浮游生物繁殖加快，为摇蚊等提供了大量的食物，使摇蚊幼虫大量繁殖。通过对蜉蝣、蜻蜓、摇蚊幼虫等底栖动物的数量、时空与时间变化进行监测，同样可以分析出水体的污染情况以及腐殖质的分布。常用的指标为BI指数、Saprobic指数等。

4提升水环境监测质量的策略

4.1加强水环境监测制度的完善

任何一项工作的开展都需要相应的制度提供保障，对水环境监测工作来说也是如此。相关部门应该认识到加强水环境监测制度完善的重要性，积极推动这项工作的开展。目前，我国很多地方的水环境监测缺乏完善的制度，所以加强制度建设具有很强的迫切性。首先，从国家层面和地方层面应该统筹考虑各种因素联合建立水环境监测管理制度，明确规定国家层面和地方层面在水环境监测的工作内容和工作责任，切实把相关的工作做到位，共同提升我国水环境监测质量。从国家层面来说，相关部门应该对我国水环境监测工作有一个准确的把握，站在全局安排各项水环境监测工作的实施。国家层面主要对地方水环境监测起着引领和指导作用。对地方层面来说，由于不同地区内水体环境存在着较大的差异性，水污染的成因也各不相同，所以国家在制定水环境监测管理制度时应该给地方相关部门一定的权力，使各地按照自身的实际情况开展水环境监测工作，这样才能使水环境监测工作对地方有更大的适应性，也才能发挥出更大的作用。其次，地方针对水环境监测工作加强配套保护制度建设。水环境监测的主要目的是改善水环境，配套保护制度可以针对监测出的问题采取针对性措施加以解决，使水环境质量得到较大提升。相关人员要认识到水环境监测不只是为了获得监测结果，还要为制定保护措施提供借鉴。

4.2提高水环境监测的质量控制

水环境监测过程中，通常需要检测人员对监测指标的实际测定。因此，监测人员必须掌握水环境监测指标的相关知识，并通过科学的方法来检验指标是否合格，以便更好地开展质量控制工作。在实际监测工作中，根据检测的要求和条件来对环境质量指标进行监测。由于监测过程中会出现各种问题，所以在实际监测中要针对实际监测结果对水环境质量进行控制，这样才能更好地服务于环境污染防治的需要，同时也有利于我们自身的发展。所以应该根据实际情况采取合理的方法来进行检查和控制。在当前中国社会经济高速发展所带来的环境问题日益突出，影响了人们的生活质量，必须要从源头上做好控制工作，对环境进行治理，所以在开展质量控制中必须加强信息收集和管理手段。在水环境监测工作的过程中，首先要建立一套较为完善的质量控制体系，这不仅是为了保证监测数据的准确性与真实性，也是为了保证数据的科学性和可靠性。在进行水环境监测工作时应根据实际情况及分析结果科学制定出检测指标权重，并在实际检测过程中要对数据进行检测和分析工作，确保监测数据真实、可靠，确保在监测过程中不出现不符合相关要求的情况。其次，要合理设置水环境监测机构所设置的监测项目需达到国家规定的监测指标要求，同时要满足其他监测指标的要求，保证能够实现精准控制。

结语

生物监测技术运用生物学方法，以不同水生生物的反应判断水质污染程度。生物监测优势突出，它具有长期性、灵敏性、综合性和多样性。生物监测技术可以根据水生生物种群及机体的变化来监测水环境，确保监测结果真实、准确和可靠。生物监测效率高，成本低，可利用指示生物和生物测试持续进行水环境监测。常见的生物监测技术有微生物群落监测技术、发光细菌监测技术和生物行为反应监测技术。当前，要以生物监测为基础，合理调控水流动力，改善水体底质，最终做好水体修复。

参考文献

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