水产百科

生物监测

2023-02-09

biological monitoring渔业水质监测方法之一。即在水质监测中应用生物作 “感受器”来检知水体或污水的质量变化情况,借以指示出对水生生物的危险程度的监测方法。

发展简史 1908年,德国柯克威茨(B. Kolkwitz)和马森(M. Marsson)最早建立了污水生物系统。根据生物种类特点把河流分成不同的污染带。其后不断有人加以补充完善, 污水生物系统至今仍在欧洲大陆及一些其他国家中应用。20世纪50~60年代, 随着世界范围水污染问题的日益严重, 生物监测工作得到重视, 发展迅速。除指示生物以外,广泛开展水生生物现存量调查, 建立各种生物指数、多样性指数及水生生物毒性实验。70年代, 许多国家在不同的水域设置监测网点进行常规生物监测,并增加生物代谢活性指标。如酶活性、生产力、呼吸率、毒物积累及组织病理学等;在生物毒性实验方面由个体生物、单种毒物急性实验发展到小范围的群体生物、几种毒物混合慢性毒性实验。80年代除完善常规毒性实验、建立各种标准方法外,强调并发展多物种生物效应研究。中国于50~60年代开始零星的水体生物调查与监测工作,70年代初开展了大规模的水污染生物学调查、生物毒性实验及鱼、贝类残毒分析工作,设置少量监测点对水质进行生物监测,在卫生学监测方面进行的比较普遍。目前亦初步开展少量的多物种效应研究。

方法 生物监测方法可分成两大类:一类是利用当地自然生长的生物进行监测;一类是利用人工培养出来的实验生物进行监测。

自然生长生物监测 常用方法有以下几方面:随监测项目不同而使用不同的方法指标,在污染等级监测方面有以下四种。

指示生物 根据水体中各种生物(包括细菌、藻类、原生动物等)的存在情况,按柯克威茨和马森的污水生物系统将水体划分成不同的污染等级,即多污带、α-中污带、β-中污带和寡污带。有人把多污带又分成α-多污带和β-多污带。

另一种常用方法是根据悬挂在水层中玻璃片上生长的生物群落(包括细菌、固着藻类及原生动物群落)演替现象,再按柯克威茨和马森的污水生物系统来确定水体质量的等级。

生物指数 根据污水生物与清水生物的比值来判断水质。常见的有:

式中 A为不耐污种类数:B为广布种类数; C为耐污种类数。I值:-20~-70为重污,30~70为中污,100~130为轻污, 140~150为清洁。

Beck生物指数:BI=2nA+nB(W.M.Beck,1955)式中 A为敏感无脊椎动物;B为耐污无脊椎动物:n为种类数。BI>10为清洁:BI=1~6为中污;BI=0为重污。

Trent生物指数:选择六类既有指示意义又较易鉴别的大型无脊椎动物,按出现个数分别记分,10为清洁,0为重污染。不需定到种。

生物指数法用数字表达污染程度,分类较为方便。但敏感种与耐污种的区分上存在一定困难。

多样性指数 常用的有:

式中 S为种类数: ni为样品中第i种的个数:N为样品中各种生物的总个数。

多样性指数对物种的鉴定和此种生物的耐污特性判断要求不严格, 又可简化研究报告,浮游植物、底栖动物均可使用,尤其是后式,应用较普遍。以无脊椎动物为对象时,H值与水质关系:H>3.0,清洁:H为1.0~3.0,中污;H<1.0, 重污。

原生动物群集速率(简称PFU法) 1968年美国凯恩斯(J.Jr.Cairns)设计用泡沫塑料块群集水体中原生动物的方法监测水质,计算公式为:

式中 St为t时的种类数;Seq为种类平衡时的种类数;G为群集速率常数;t为种类达到90%时的时间。在重污染水体中St值小。

在现存量监测方面,有个数统计和生物量。

个数统计 细菌总数、大肠杆菌群数、致病菌出现情况是水体生物污染的常规检测指标。藻类细胞数及其重量、体积是水体营养状况的生物学指标。

生物量 通常通过叶绿素a或ATP含量估算藻类生物量。藻类生物量高低反映水体营养状况和质量。

在代谢活性监测方面,有初级生产力、酶活性、残毒含量、组织病理学检验和生理生化指标。

初级生产力 初级生产力高低反映水体浮游植物群落代谢水平,是水体营养状况的标志。通常用黑白瓶溶氧法测水体浮游植物初级生产力。挂瓶时间24小时。

酶活性 鱼类及无脊椎动物体内一些酶活性对水污染反应灵敏。有机氯农药污染使鱼血清转氨酶活性增加,有机磷农药污染使鱼脑乙酰胆碱脂酶活性下降。

残毒含量 许多重金属及有机化合物均有很高的生物富集系数,极易在鱼、贝类体内积累。因此鱼、贝类体内残毒含量是反映水体质量的重要指标。

组织病理学检验 有些污染物能使鱼、贝类器官、组织发生病变。有机磷农药污染使鱼类脊椎骨粘连、变形;镉污染使鱼类骨骼碎裂:有的污染物使鱼类染色体发生畸变或断裂。

生理生化指标 水生生物,特别是鱼类的摄食率、呼吸率、代谢率、同化率、生长率以及繁殖力等是监测水质的生理学指标。金属硫蛋白、类固醇、血液学特征、牛磺酸/甘氨酸比率等是监测水质有用的生化指标。

实验生物监测 包括现场监测、厂内监测和实验室毒性实验三类。

现场监测 将鱼、贝类等实验生物放置在监测现场, 观察实验生物的行为、生理、生化反应及存活情况, 或分析体内残毒积累水平与速率等。

厂内监测 工厂、污水处理厂出水口或自来水厂进水口进行的生物监测, 鱼类的回避反应是常用的生物监测方法和手段。这种方法反应灵敏, 但装置较昂贵。

实验室毒性实验 毒物的生物测试、生物积累模式及对藻类生长的刺激作用等。生物测试已有完整的标准方法, 可比性好, 简便快速, 费用低廉, 广泛应用于化学品安全性评价和水质的生物监测 (见渔业生物毒性试验)。

优缺点 生物监测一般能直接指示出水体各种污染物的综合作用结果, 评价水体质量总体状况, 一般也不需要贵重的仪器设备, 因此是理化监测的重要补充。缺点是生物有机体本身有一定的适应环境变化的能力, 有时使反应终点不太明确,而且一般很难定性,定量指出水体污染的具体化学物性质和准确浓度。因此必须与理化手段共同进行监测, 互为补充, 才能作出可靠的、正确的结论。