生物及生态监测技术研究进展（“3S”技术）
摘要：随着环境问题的日益严重，环境监测指标越来越多，也日益复杂。传统的理化监测已经无法实现对于复杂指标的监测。因此生物及生态监测技术得到了迅速的发展。本文介绍了生物及生态的概念，方法，特点及发展。并且阐述了这两个概念的异同。此外，本文还着重介绍了在生态监测中经常用到的3S技术的原理及应用进展。通过本文，我们能够更加清楚的认识到生态监测的重要性，并对生物及生态监测有更加清晰的了解。
关键词：生物监测，生态监测，3S技术
引言
全球生态环境问题日益恶化，为了及时而准确地了解生态环境的质量状况和变化原因，避免生态环境进一步恶化和调控生态环境保护措施，为正确认识、保护和管理生态环境提供依据，需要对生态环境进行监控和检测。因此，生态监测成为目前环境科学、生态科学研究的热点。新技术新方法的运用，也给生态监测赋予了新的职能，以下各个方面表明，生态监测进入了新的时期。在环境科学、生态学及其分支学科中，生态监测、生物监测及环境监测都有各自的特点和要求。长期以来，生物监测属于环境监测的一部分。
1 生物监测
生物监测工作是20世纪初在一些国家开展起来的。国外对于植物与大气污染的关系做了很多调查研究工作，已选出一批敏感的指示植物和抗性强的耐污植物。中国近年来在环境污染调查中，也开展了生物监测工作，例如对北京官厅水库水体的生物监测，利用鱼体内酶活力的变化反映水体污染，用底栖动物监测农药污染等，都取得一定成果。在利用植物监测大气污染方面，也进行了大量研究[1]。
1.1 生物监测的概念
生物监测是指利用生物个体、种群或群落对环境污染或变化所产生的反应阐明环境污染状况。生物监测是从生物学角度为环境质量的监测和评价提供依据。可以用来补充物理、化学分析方法的不足。如利用敏感植物监测大气污染。
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在农业环境学上，生物监测是指利用生物对环境中污染物质的反应，即在各种污染环境下所发出的各种信息，来判断环境污染状况的一种手段。农业上，经常用到监测生物。对污染物敏感的生物种类，都可以作为监测生物。
1.2 生物监测的方法
生物监测方法的建立是以环境生物学理论为基础的。根据监测生物系统的结构水平、监测指示及分析技术等，可以将生物监测的基本方法大致分为四大类，即生态学方法、生理学方法、毒理学方法及生物化学成分分析法。
其中毒理学方法是我们实验室常用到的方法。包括急性毒性实验，亚急性毒性实验和慢性毒性实验。常用的生物有藻类、水蚤、斑马鱼、发光细菌等。在国外，斑马鱼因为形体较小，半透明而被广泛研究。国内，对于斑马鱼的研究也很多。发光细菌是最新发现可以用来监测的生物，将得到广泛的应用。通过毒理学实验，我们能够看到污染物质对于环境的污染程度，从而能为人们制定标准等提供科学的指标。上文提到的利用鱼类酶活性指标来检测水体污染程度，是目前我们实验室研究的一大方面。这一方法已有相关的国家标准。并且此方法的国际国内的应用非常广泛。
生物监测在对大气，水体，土壤的监测中都包括多种方法。针对大气污染的生物监测手段有很多，例如利用指示植物监测大气污染，和测定植物体内污染物的含量，估测大气污染状况；此外，还有水污染的生物测试，即利用水生生物受到污染物的毒害所产生的生理机能的变化，测试水质污染的状况。这种方法可以测定水体的单因素污染，对测定复合污染也能收到良好的效果。测试方法分为静水式生物测试和流水式生物测试。在我们实验室主要是采用静水式生物测试来模拟生物的生存水环境，从而更加接近环境的直接作用；对土壤污染进行生物监测也是一种可行的途径，但国内外做的工作还不多。
因为环境系统十分复杂，单一的理化监测并不能监测一个环境体系的危害。通过生物监测能够直接反映污染物质对于环境的危害。但是，生物监测并不能对单一指标进行定性的检测。因此只有与物理、化学监测结合起来，才能取得更好的效果。
2 生态监测的定义及分类
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生态监测是本世纪初叶发展起来的，其标志是科尔克威茨和马森提出的污水生物系统。其后，克列门茨（Clements，1920）把植物个体及群落对于各种因素的反应作为指标，应用于农、林、牧业。50年代后，经许多学者的深入研究，到70年代后使生态监测成为活跃的研究领域，并在理论和监测方法上更加丰富，在环境监测中占有了特殊的地位。
2.1 关于生态监测与生物监测关系的几种观点
生态监测是比生物监测更复杂、更综合的一种监测技术。但是关于生态监测与生物监测的相互关系是存在多种说法的[2]。目前，关于生态监测的定义尚不统一，归纳起来大体有以下几种看法：
一种观点是：从学科上看，生态监测属于生物监测的一部分，但因它涉及的范围远比生物学科广泛、综合，因此可把生态监测独立于生物监测之外（王焕校等，1986）；
另一种观点是：生物监测包括着生态监测。生物监测就是系统地利用生物反应以评价环境的变化，并把它的信息应用于环境质量控制的程序中去。从生物学组建水平观点出发，各级水平上都可以有反应，但重点放在生态系统级的生物反应上（沈韫芬等，1990）。
还有观点认为，无论是生物监测还是生态监测，都是研究生命系统与环境系统的相互关系，这无疑又都属于生态学研究范畴。从这种意义上说，凡是利用生命系统为主进行环境监测的方法和手段都可称为生态监测。
还有观点是生态监测是生态系统层次的生物监测。生态监测就是观测与评价生态系统对自然变化及人为变化所做的反应，包括生物监测和地球物理化学监测两方面内容（刘培哲，1989）；
2.2 生态监测的新定义
生态监测普遍的定义是在地球的全部或者局部范围内观察和收集生命支持能力的数据、并加以分析研究，以了解生态环境的现状和变化。
随着环境科学的发展，以及社会生产、科学研究等领域的监测工作实践，生态监测远远超过了上述各种定义，生态监测的内容、指标体系和监测方法等，都表现出了全面性、系统性。生态监测是利用各种技术测定和分析生命系统各层次对自然或人为作用的反应或反馈效应的综合表征来判断和评价这些干扰对环境
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产生的影响、危害及其变化规律。形象些说，生态监测就是利用生命系统及其相互关系的变化反应做“仪器”来监测环境质量状况及其变化[3]，见图1。
因此，生态监测是指通过各种物理、化学、生化、生态学原理等各种技术手段，对生态环境中的各个要素、生物与环境之间的相互关系、生态系统结构和功能进行监控和测试，为评价生态环境质量，保护生态环境、恢复重建生态、合理利用自然资源提供依据。它包括环境监测和生物监测。
也就是说在环境监测和生物监测交叉的学科范围内，产生了生态监测。同时，生态监测的产生和发展也更大地促进了生物对环境的监测[4]。
2.3 生态监测的内容
生态监测的对象可分为农田、森林、草原、荒漠、湿地、湖泊、海洋、气象、物候、动植物等，还包括人类活动变化的指标。
国内对生态监测类型的划分有许多种。常见的是：（一）从不同生态系统的角度出发，可分为城市生态监测、农村生态监测、森林生态监测、草原生态监测及荒漠生态监测等。（二）根据生态监测两个基本的空间尺度，生态监测可分为：宏观生态监测，微观生态监测。
宏观生态监测研究对象的地域等级至少应在区域生态范围之内，最大可扩展到全球[6]。微观生态监测研究对象的地域等级最大可包括由几个生态系统组成的景观生态区，最小也应代表单一的生态类型。根据监测的具体内容，微观生态监测又可分为干扰性生态监测、污染性生态监测和治理性生态监测以及环境质量现状评价生态监测。
对于生态监测的指标体系的选择包括了生态环境中非生命成分和生命成分的监测。（一）生态环境中的非生命成分的监测包括自然环境条件的监测（如气候、水文、地质等）和物理、化学指标的异常（如大气污染物、水体污染物、土
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壤污染物、噪声、热污染、放射性等）。（二）生态环境中生命成分的监测它包括对生命系统的个体、种群、群落的组成、数量、动态的统计和监控，污染物在生物体中的量的测试。
3 生态监测的方法
上面介绍了生物监测的概念和方法。生态监测是在生物监测在与环境监测的交叉中形成的学科。而且，在目前研究复杂环境问题下，生态监测的应用比生物监测更为普遍[7]。因此，我们接下来讨论生态监测的一些问题。
3.1 生态监测的常用方法
生物监测的方法有很多。在个体和种群水平，有指示生物法。在群落和生态系统水平上，包括污水生物系统法，PFU法和生物指数和生物测试法。
（一）指示生物法是指用指示生物来监测环境状况的一种方法。指示生物是一些对环境中的某些物质，包括污染物的作用或环境条件的改变能较敏感和快速地产生明显反应的生物。通过其所作的反应可了解环境的现状和变化，起“预警”功能。
指示生物的基本特征：对干扰作用反应敏感且健康；具有代表性；对干扰作用的反应个体间的差异小、重现性高；具有多功能。常用的指示生物：紫花苜蓿（SO2）、地衣和苔藓（SO2、氟化物）、菜豆、烟草（O3）等。
（二）污水生物系统法是由Kolkwiz和Marsson 1909年提出，后经完善的一种用于河流污染、尤其是有机污染的一种监测方法。
由于河流受污染后，在污染源下游的一段流程里会发生自净过程，即随着河水污染程度的逐渐减轻，生物的种类组成也随之发生变化，在不同的河段将出现不同的物种。根据生物种类组成将河流划分为多污带、α-污染带、β-污染带和寡污染带。各污染带都有各自的物理、化学和生物的特征。亦可用群落中优势种群来划分污染带[8]。
（三）PFU法是用取氨酯泡沫塑料块采集水域中微生物和测定其群集速度来监测和评价环境质量状况的一种方法。1969年由美国弗吉尼亚工程学院和弗吉尼亚州立大学环境研究中心的Cairns等人1969年创立的。国内自80年代起将这种方法用于污染水体的监测和评价。
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