图1. 某海水养殖区域一位潜水员下海查看浒苔的侵袭情况。

在我国，传统的水环境监测方法多为理化分析法，可定性、定量，准确性高，但通常只能反映瞬时污染状况，对污染物监测的连续性不够，难以对突发性的水体污染事故及时预警，不能反映水体中各种有毒物质的长期综合效应；而生物监测技术，因反应灵敏、成本低、直观，能反映各种污染物的综合影响，日益受到环境监测领域的重视。生物监测技术在发达国家已经成熟应用，但在中国仍属于起步阶段，笔者在此抛砖引玉，希望能够有更多的读者参与到这一技术的研究、开发中来。

随着近代工农业的发展，水环境作为工农业废物的最终排放点，污染现象越来越严重，这不仅引起水生生物种群和群落结构的变化，严重时将导致水生生态系统的破坏和崩溃。水体污染达到一定程度后，除了直接影响水生生物的正常生活，也直接或间接地威胁人类的健康和生产活动。为了保护水源和水生生态系统，对水质进行生物监测已经成为评价水环境质量的重要环节。

生物监测：理化分析的有效补充

长期以来，我国在水质监测方面主要采用理化分析法，即采用各种仪器，通过定量或定性的分析，测定有害物质及浓度，对水质作出评价。这种方法具有严谨、准确的特点，其成果可作为水环境评价和水污染事件鉴定的依据。但其固有的缺陷在于：受仪器分析特点的限制，一般只能反映瞬时污染状况，对污染物监测的连续性不够，难以对突发性的水体污染事故及时预警；受现有检测仪器的敏感度限制，对低于一定浓度的有害物质无法测定；不能反映水体中各种有毒物质的长期综合效应。

同理化检测相比，利用水生生物对水环境质量进行监测的生物监测法有着独特优点，反应灵敏、成本低、直观，不仅可以用来测定和评价单一化学物质对水生生物的影响，而且还能直接测定工业废水的毒性和几种化学物质混合后的综合毒性，并为研究化学物质的致毒机理积累资料。当然，生物监测也有其缺陷，不能定性和定量地测定水质污染；检测的灵敏性和专一性方面不如理化检测；某些生物监测需时较长。因此，理化分析和生物监测互为补充。

图2. 水体生物标志物技术基础理论对应关系。

在欧美发达国家，早在上世纪60年代，随着水污染环境事故的增多，西方发达国家便开始研究、应用生物监测技术。80年代，荷兰水资源管理和废水处理机构将水生生物监测技术作为化学试验分析技术的辅助手段，应用于对莱茵河及马士河突发性水污染事故监测、预警及流域综合治理效果评价，获得了显著效果。

而在中国，对于生物监测的研究和应用仍处于起步阶段，但近几年在一些水质分析中，生物监测技术的应用开始有所增加。例如，在2010年上海世博会期间，采用了青海湖发光细菌作为饮用水监测工具，该细菌可制成冻干粉的形式，便于保存、运输，使用前只要加入复苏液，几分钟之后冻干粉中的青海湖发光细菌便恢复活力，通过判断发光菌光强的变化，可简易判断出饮用水是否安全。另外，在2008年汶川特大地震、2010年玉树大地震及江西特大洪水等突发性事件应急监测中，生物综合毒性测试也发挥了重要的作用。

当然，目前中国对于生物监测技术的开发和应用，更多地还停留在单项指标的监测上，在水环境的综合质量评价中成熟应用生物监测技术仍存在一些难题。例如，2007年，由长江流域水资源保护局和意大利都灵大学公共健康与微生物学系、英国可持续发展协会共同执行的“武汉水环境综合生物监测项目”在武汉启动。在这次实验过程中，选用了国外运用较多的可延展生物指标评价体系，对大型蚤、水芹、大肠菌群、肠球菌等生物进行测试，判断长江、汉江武汉段的水环境质量。但在实验中发现，由于欧洲水系和中国水系底层环境不同，欧洲水系底层以淤泥为主，而汉江和长江水底以沙石为主，生物生存条件比淤泥要差很多，存活的数量和种类也自然有很大的差异，所以用国外的评价体系无法准确判定长江和汉江水质的好坏。然而，通过合作，有利于全面了解国外生物监测的思路和方法，为进一步深入研究提供了科学的框架和模式。

水质生物监测方法

利用水生生物来监测水环境质量状况的方法较多，如指示生物法、群落结构法、生物毒性实验、残毒测定法、细菌学检验法、发光细菌毒性检测法等。

（1）指示生物法。指示生物是指在一定的水环境中生活，当水环境质量发生变化时便敏感地呈现出受害症状甚至消亡的生物。观察和测定指示生物个体和种群的变化，可以比较准确地判断出环境质量状况。珠江流域水环境监测中心在珠江三角洲水质生物监测方法研究中，明确提出该水域可指示水质的10种底栖动物，尝试了用指示生物结合《地表水环境质量标准》的5个水质类别判定各水域的水环境质量，同时选用50种藻类，根据藻类出现的种类及密度和相应的水质类别，找出相关关系，推断水域的222水质。

（2）群落结构法。群落结构指存在于自然界一定范围（或地域）内互相依存的一定种类的动物、植物和微生物的组成。根据水生生物的种类和数量等群落特征可以判断水体的污染情况，科学工作者在这方面积累了大量的资料。马正学等依据藻类群落的生态特征，利用生态学的多种方法和藻类的各项指标对黄河兰州段的水质进行了分析和评价；王旭和朱根海等根据南麂列岛附近潮间带的底栖藻类生态监测结果，探讨了该区域藻类的生态种群、密度、形状与环境质量的关系，实现了对该地区的监测目的。隋战鹰根据浮游藻类种群特征评价了珠江水域广州段水质。

（3）生物毒性实验。水生生物毒性实验材料包括鱼类、藻类等，其中以鱼类的实验应用较广泛。鱼类对水环境的变化反应十分灵敏，当水体污染物达到一定浓度或强度时，就会引起一系列中毒反应。鱼类毒性实验主要目的是寻找某种毒物或工业废水对鱼类的半致死浓度或安全浓度，为制定水质标准和废水排放标准提供科学依据，同时评价水体的污染程度，监测水处理效果和水质达标情况等。

图3. 云南省昆明市滇池，左边为经过治理后显出成效的,右边是正在进行治理的，仍有大量蓝藻在爆发中，水体为绿色。

（4）残毒测定法。生物从环境中吸收各种污染物质，经过体内迁移、转化和再分配，以残毒形式蓄积在生物体内。生物体内的残毒含量往往比周围环境中的相应含量高好多倍。测定生物体内的残毒含量，可判断水体受污染状况。

（5）细菌学检验法。细菌能在各种不同自然环境中生长。地表水、地下水，甚至雨水和雪水都含有多种细菌。当水体受到人畜粪便、生活污水或某些工农业废水污染时，细菌大量增加。因此水体的细菌学检验，特别是肠道细菌检验，在卫生学上具有重要意义。

（6）发光细菌毒性检测法。发光细菌实验是环境样品毒性检测的生物测试技术，并已被列入德国国家标准（DN 38412）和国际标准（ISO 11348）。毒性是一项综合的生物学参数，它可衡量样品对活体生物所产生的影响，不能以化学分析方法进行测定，而其他生物测试方法，如鱼类实验、浮游动物实验、藻类实验等则较为复杂，且必须使用高等生物进行实验，从而引起众多的争议。发光细菌测试使用了具有发光特性的天然微生物，而毒性物质则将抑制发光，且毒性越强，光抑制越明显，发光细菌本身没有危害性，这一方法经研究被证实具有快速、简便的特点，同时有很好的灵敏度和可靠性。

新兴的生物监测技术

生物标志物技术

生物标志物技术是环境科学、环境化学、生物学与毒理学共同发展的成果，在目标上体现水环境预警和风险评估功能，在过程中充分运用环境工程技术科学选择研究对象，运用环境化学分析痕量污染物浓度，运用生物学与毒理学进行生理分析与毒性分析，评估生态系统的安全。当前，广泛开展的生物标志物技术研究主要以水生动物(底栖生物、鱼类)和水生植物为研究对象，采用生物体对化学品的富集程度指标，如图2所示。

由于生物监测总体来说是用于群体评价的，在整个监测程序中，均需要使用统计学方法，如指标的敏感度、特异度和预测值等，单因子分析方法与类比分析方法计算简单，在生物标志物监测中应用较多。作为多变量分析的技术手段，主成分分析法、综合指数法近年来也逐步应用于分子生物标志物的研究中。

生物传感器

随着科技的发展，以及各学科的融合交叉，以DNA重组技术为标志的现代生物技术正被利用到环境监测领域，构成了现代生物监测技术。在环境监测领域，现在广泛使用的生物监测技术主要是将生物反应转化为电信号的生物传感器。

生物传感器是将生物感应元件与能够产生和待测物浓度成比例的信号传导器结合起来的分析装置。新近开发的DNA生物传感器由固定已知核苷酸序列单链DNA(也称之为ssDNA探针)的电极(探头)和换能器两部分组成。由于核酸分子杂交的高度特异性及检测方法的高度灵敏性，使得核酸分子杂交技术广泛应用于对环境中微生物的检测，定性、定量分析它们的存在、分布、丰度和适应性等。总的来说，目前国内在分子生物学监测方面的研究刚刚起步，实际应用还需进一步探索。

在线生物监测

近年在生物毒性试验基础上发展起来的水质在线生物监测或生物早期警报系统，是将活生物置于监测室内，建立生物信号检测系统，根据生物个体的异常生理或行为变化警报污染事件，主要用于监测污染物毒性在短期内的变化。在线监测可以对水质进行连续24h不间断监测，对水质的突变快速作出响应，从而及时采取应对措施，将危害降到最小。

在线生物监测系统主要包括三部分:生活在水体处于连续或半连续流动状态中的测试生物、测试生物行为反应的自动检测系统和根据测试的参数与预设值比较后发出警报信息的警报系统。在线生物监测可同时监测处于不同营养级别、不同生活层次、对有毒物质有不同耐受力的生物。目前的水质在线监测系统主要包括一些常规的理化指标，如浊度、余氯、氯氮、电导率、pH和溶解氧等。

在线生物监测技术灵敏度高，费用低，能够综合反映水环境质量变化。它通过对于在受污染水体内水生生物运动方式、生活习性等行为生态改变的监测，实现对水体在线监测的目的。作为新兴技术，生物在线监测尚有一些重要技术问题待解决:如在判定受试生物的运动行为变化上尚没有明确标准；受试生物的行为运动受到多因素影响，导致结论缺乏普遍性；低浓度的水体污染在短时间内影响生物的运动行为有限；受技术水平的制约，在线生物技术目前还难以对污染物进行定量分析。

警钟长鸣：近年来重大水环境污染事件

1. 2004年沱江污染事件：2004年2～3月，由于川化集团一工厂事故排放，四川沱江遭受严重污染，沿岸80多万居民、上千家企业受到影响，内江断水26天，造成2.19亿元的经济损失。

2. 2005年重庆綦河水污染事件：因取水点被上游重庆华强化肥有限公司排出的废水所污染，水厂停止供水，重庆綦江古南街道桥河片区近3万居民受影响。

3. 2005年松花江重大水污染事件：2005年11月13日，中石油吉林石化公司双苯厂苯胺车间发生爆炸事故。事故产生的约100t苯、苯胺和硝基苯等有机污染物流入松花江，导致哈尔滨市市政管网停止供水4天。

4. 2005年北江镉污染事件：2005年12月，广东各市的重要饮用水源北江韶关段镉超标严重，从孟洲坝电站断面到高桥断面全部超过标准，12月15日高桥断面镉超标近10倍，严重威胁下游饮用水源安全。此事件是由韶关冶炼厂设备检修期间超标排放含镉废水所致。

5. 2006年白洋淀死鱼事件：2006年2~3月，素有“华北明珠”美誉的华北地区最大淡水湖泊白洋淀，发生大面积死鱼事件。调查结果显示，水体污染严重，水中溶解氧过低，从而造成鱼类窒息，这次事件造成任丘市所属9.6万亩水域全部污染，水色发黑，网箱中养殖鱼类全部死亡。

6. 2009年7月赤峰水污染事件：2009年7月23日，在内蒙古赤峰市的新城区，至少有4300多名居民因为饮用受污染的自来水而先后出现腹泻、呕吐、头晕、发热等症状。1154人门诊就医、110人口服药物治疗、15人住院观察。原因查明是此前发生强降雨，大量雨污水淹没了九龙供水公司九号水源井，污染了饮用水。

7. 2010紫金矿业水污染事件：2010年7月3日，位于福建上杭县的紫金山铜矿湿法厂发生污水渗漏事故，9100m3废水外渗，引发福建汀江流域污染，造成沿江上杭、永定出现鱼类死亡和水质污染现象。初步统计，棉花滩库区死鱼达1890t,当地居民对饮用水也产生了担心。

8. 2010松花江水污染：2010年7月28日10时许，受洪水影响，吉林省吉林市永吉县新亚强化工厂1000多只装有三甲基一氯硅烷的原料桶 （160kg／桶），顺着松花江冲往下游，导致市民疯抢超市的纯净水，一度引起恐慌。