原生動(dòng)物在環(huán)境監(jiān)測的應(yīng)用

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[摘要]原生動(dòng)物可以起到檢測環(huán)境污染情況以及水質(zhì)污染狀況的作用。本文主要針對(duì)原生動(dòng)物在環(huán)境監(jiān)測與城鎮(zhèn)污水處理中的應(yīng)用進(jìn)行探討，通過對(duì)滲透過濾系統(tǒng)、活性污泥系統(tǒng)、原生動(dòng)物在污水處理中的機(jī)能和原生動(dòng)物在污水處理應(yīng)用實(shí)例的分析，提出構(gòu)建科學(xué)的過濾系統(tǒng)以及活性污泥系統(tǒng)，可以充分發(fā)揮原生動(dòng)物在環(huán)境監(jiān)測與污水處理中的作用，提高污水處理效率。

[關(guān)鍵詞]原生動(dòng)物；環(huán)境監(jiān)測；城鎮(zhèn)污水處理

原生動(dòng)物是動(dòng)物界最低等和最原始的動(dòng)物，具有一般動(dòng)物所能表現(xiàn)出來的生理功能，是一個(gè)獨(dú)立生活的有機(jī)體。原生動(dòng)物對(duì)環(huán)境污染比較敏感，能夠在自然形成的水環(huán)境中大面積、大范圍地分布。因此，原生動(dòng)物可以從不同方向上分析水域污染程度，并為水污染的凈化以及監(jiān)測提供理論依據(jù)，這已成為實(shí)現(xiàn)水環(huán)境治理、水環(huán)境監(jiān)測的一個(gè)有效而直接的手段。

1原生動(dòng)物概述

1.1原生動(dòng)物類別

原生動(dòng)物是最低等的單細(xì)胞動(dòng)物，細(xì)胞內(nèi)分化出的各種細(xì)胞器起到延續(xù)后代和維持生命的作用，有機(jī)體所需要做到的一切生理功能，比如營養(yǎng)功能、呼吸功能、生殖功能以及排泄功能等都是通過單個(gè)細(xì)胞來完成的。原生動(dòng)物種類繁多，目前已經(jīng)記錄的原生動(dòng)物有6000多種，它們分布非常廣泛，可以生活在海水、淡水以及土壤環(huán)境中，與人類的生存與發(fā)展有著十分密切的聯(lián)系，具有十分重要的研究價(jià)值，能夠敏感地反映出環(huán)境變化[1]。

1.2原生動(dòng)物的應(yīng)用方式

原生動(dòng)物可以作為指示生物存在，在一定范圍之內(nèi)，通過控制變量對(duì)原生動(dòng)物種群數(shù)量以及生命特征等參數(shù)的變化進(jìn)行監(jiān)測，可以有效得到周圍環(huán)境的特征以及環(huán)境污染情況。與其他高等生物相比，原生動(dòng)物對(duì)生存環(huán)境的依賴性更強(qiáng)，與生存環(huán)境接觸更加密切和直接，從而能夠更加靈敏而迅速地反映出外界環(huán)境條件的波動(dòng)，不會(huì)受到時(shí)間和空間的限制，能夠準(zhǔn)確感知水體污染情況和土壤污染。此外，原生動(dòng)物的繁殖力極強(qiáng)，生長速度極快，因此能夠極為快速地檢測出環(huán)境污染對(duì)原生動(dòng)物繁殖與代謝的影響，監(jiān)測耗費(fèi)的時(shí)間更短，成本更低，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測與污水處理活動(dòng)之中[2]。

1.3原生動(dòng)物的功能與結(jié)構(gòu)

原生動(dòng)物除了具有細(xì)胞必有的細(xì)胞器之外，還同時(shí)兼?zhèn)湟恍┍容^特殊的細(xì)胞器。比如在淡水原生動(dòng)物中，比較常見的細(xì)胞器是伸縮泡，由于外界環(huán)境中溶質(zhì)的濃度要遠(yuǎn)低于淡水原生動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)中的溶質(zhì)濃度，因此外界環(huán)境中的水會(huì)不斷擴(kuò)散到細(xì)胞質(zhì)中，細(xì)胞中的伸縮泡可以有效防止細(xì)胞腫脹，并能夠調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的溶質(zhì)濃度，避免細(xì)胞內(nèi)水分過多而對(duì)單細(xì)胞生物正常生命活動(dòng)產(chǎn)生不良影響，確保細(xì)胞內(nèi)的各項(xiàng)生理功能能夠順利進(jìn)行。同時(shí)，由于伸縮泡排出的是細(xì)胞內(nèi)過剩的液體，需要保持細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)濃度和體積的一致，所以在剩余液體排出之前，溶質(zhì)必須要能在細(xì)胞內(nèi)從水中分離出來，目前對(duì)細(xì)胞質(zhì)的分離狀態(tài)機(jī)制的研究仍不明確[3]。

2原生動(dòng)物在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

2.1原生動(dòng)物在土壤環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和新科技、新技術(shù)的層出不窮，對(duì)環(huán)境也產(chǎn)生了較大壓力。比如化學(xué)工業(yè)的發(fā)展使得農(nóng)田殺蟲劑、除草劑和肥料等化學(xué)產(chǎn)品產(chǎn)量日益增加，在農(nóng)田和土壤環(huán)境中的應(yīng)用程度也不斷深化。這些化學(xué)污染會(huì)給土壤環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，影響土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和土壤內(nèi)部的生態(tài)平衡。通常情況下，土壤的自我修復(fù)能力能夠有效凈化污染物，但是如果土壤污染程度超過土壤凈化水平，將會(huì)導(dǎo)致土壤肥力的急劇下降和生態(tài)平衡破壞，引起土壤系統(tǒng)和功能惡化，抑制植物的生長發(fā)育與土壤的降解能力。土壤中的原生動(dòng)物可以對(duì)土壤環(huán)境的變化進(jìn)行靈活的反應(yīng)，作為一種有效的指示生物，土壤肥力的改變將會(huì)直接影響原生動(dòng)物的數(shù)量以及群落結(jié)構(gòu)。原生動(dòng)物能夠感知到土壤發(fā)生的細(xì)微變化，且變化速度較快，以1d為一個(gè)實(shí)驗(yàn)周期。農(nóng)藥作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要組成部分，可以有效降低病蟲害對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的影響，但與此同時(shí)，農(nóng)藥的過度使用也會(huì)影響土壤環(huán)境和水環(huán)境的質(zhì)量。研究發(fā)現(xiàn)農(nóng)藥的使用會(huì)顯著降低土壤中原生動(dòng)物的種類和數(shù)量，可以通過衍生動(dòng)物反映出土壤中重金屬污染情況和農(nóng)藥污染情況。根據(jù)相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，纖毛蟲在較低濃度的殺蟲劑中會(huì)改變自身的形狀，抑制體內(nèi)DNA和蛋白質(zhì)的合成，可以通過纖毛蟲形狀的變化來判斷土壤中殺蟲劑的濃度[4]。

2.2原生動(dòng)物在水環(huán)境監(jiān)測的應(yīng)用

原生動(dòng)物作為指示生物在水質(zhì)監(jiān)測與評(píng)價(jià)中有十分廣泛的作用，原生動(dòng)物是構(gòu)成水域環(huán)境的重要生物群體，其數(shù)量可以直接影響水體食物網(wǎng)和食物鏈，在一定程度上決定了水環(huán)境中高等動(dòng)物的密度。絕大多數(shù)的原生動(dòng)物對(duì)水質(zhì)的變化比較敏感，研究結(jié)果表明，迅速的水質(zhì)變化會(huì)引起野生動(dòng)物種群數(shù)量和特征的顯著改變。原生動(dòng)物可以用于赤潮的監(jiān)測，纖毛蟲和藍(lán)藻的高密度聚集以及過量繁育會(huì)引起赤潮而影響水體生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。通過研究發(fā)現(xiàn)，原生動(dòng)物的種群結(jié)構(gòu)和群落數(shù)量與赤潮有顯著的關(guān)系。發(fā)生赤潮時(shí)，纖毛蟲主要出現(xiàn)在深水表層，赤潮退去時(shí)則逐漸向水的表層移動(dòng)，纖毛蟲隨著赤潮的消失而消失，其數(shù)量有明顯改變。由此可見，原生動(dòng)物的種群變化與數(shù)量變化可以用于監(jiān)測赤潮。此外，原生動(dòng)物還可以有效用于水體重金屬的監(jiān)測。早期有研究人員研究了鋅離子和銅離子對(duì)尾草履蟲的毒性影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鋅離子和銅離子的濃度越大，尾草履蟲的存活數(shù)量越少，而且銅離子的毒性要大于鋅離子的毒性。由于重金屬離子對(duì)水體的影響是綜合的，因此在進(jìn)行重金屬離子監(jiān)測時(shí)，需要充分考慮到多種離子共同作用的影響。有學(xué)者研究了新元素、銅元素以及鎘元素對(duì)原生生物的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，銅元素、鎘元素對(duì)原生生物的影響均大于鋅元素。在實(shí)際水質(zhì)監(jiān)測活動(dòng)中，可用纖毛蟲來監(jiān)測重金屬離子污染程度，將纖毛蟲作為監(jiān)測重金屬的指示生物。

3原生動(dòng)物在城鎮(zhèn)污水處理中的應(yīng)用

3.1滲透過濾系統(tǒng)

污水處理系統(tǒng)中的滲透過濾系統(tǒng)主要包括無氧消化池、沉淀池和濾床等幾部分內(nèi)容。污水在經(jīng)過沉淀池和消化池之后，進(jìn)入濾床，在濾床移動(dòng)的過程中可以有效刺激細(xì)菌的生長。細(xì)菌通過取食廢水中的有機(jī)碎屑形成菌膜，并接著出現(xiàn)真菌和藻類，一直到出現(xiàn)原生動(dòng)物。原生動(dòng)物的繁殖與生長會(huì)起到一定的凈化水質(zhì)的作用，使廢水中的懸浮顆粒黏結(jié)形成絮狀沉淀，提高污水處理效果，保證污水處理質(zhì)量。

3.2活性污泥系統(tǒng)

原生動(dòng)物在活性污泥系統(tǒng)中的應(yīng)用方法主要包括氧化法、缺氧法以及一體化污泥法等。活性污泥系統(tǒng)中游泳種類的細(xì)菌生物體會(huì)率先出現(xiàn)，使得有機(jī)物質(zhì)發(fā)生氧化，接著出現(xiàn)各類原生動(dòng)物，從鞭毛蟲到纖毛蟲、草履蟲和緣毛蟲。纖毛蟲可以促進(jìn)活性污泥生成絮狀體，減少污水中的懸浮物質(zhì)和污染物質(zhì)，起到污染物質(zhì)沉降的作用，從而使得污水處理效果進(jìn)一步提升。

3.3原生動(dòng)物在污水處理中的機(jī)能

有的原生動(dòng)物可以直接利用廢水中的有機(jī)物質(zhì)。通過研究表明，原生動(dòng)物過氧化氫酶的活性要遠(yuǎn)高于細(xì)菌酶的活性。原生動(dòng)物可以利用細(xì)菌分解產(chǎn)生的氨基酸參與氧化作用，活性污泥中如果存在原生動(dòng)物，會(huì)使得污水處理之后氨基酸、有機(jī)物質(zhì)以及水溶性磷濃度含量明顯下降。原生動(dòng)物在污水處理過程中主要起到細(xì)菌掠食和絮凝作用。比如，原生動(dòng)物中的纖毛蟲可以捕食細(xì)菌，游離細(xì)菌數(shù)量與原生動(dòng)物數(shù)量之間有明顯的關(guān)系，原生動(dòng)物數(shù)量會(huì)隨著細(xì)菌數(shù)量的增加而增加，從而可以預(yù)測有機(jī)廢水的處理效率。

3.4原生動(dòng)物在污水處理中的應(yīng)用實(shí)例

李宗義等人通過對(duì)啤酒廢水活性污泥進(jìn)行馴化和培養(yǎng)，跟蹤觀察原生動(dòng)物生態(tài)演替規(guī)律。根據(jù)廢水處理中的生物開展深入的研究，明確原生動(dòng)物的演替規(guī)律，在一定時(shí)間范圍內(nèi)評(píng)價(jià)廢水處理的運(yùn)轉(zhuǎn)形式[5]。該方法所耗費(fèi)的時(shí)間較短，成本低，方法簡便。早在1909年便有德國學(xué)者提出了污水生物處理系統(tǒng)，并給出多種原生動(dòng)物對(duì)不同污染狀態(tài)的處理效果以及應(yīng)用價(jià)值。李鳳超等人應(yīng)用PFU微型生物群落監(jiān)測方法監(jiān)測白洋淀水質(zhì)，監(jiān)測結(jié)果顯示白洋淀水域的內(nèi)源性污染對(duì)原生動(dòng)物群落產(chǎn)生較大的影響[6]。受到附近府河污水的影響，白洋淀水域環(huán)境中原生動(dòng)物群落發(fā)生了極大的改變，與20世紀(jì)90年代相比，白洋淀中心區(qū)4個(gè)采樣點(diǎn)的原生動(dòng)物群落種類數(shù)急劇下降，由此可見內(nèi)源性污染對(duì)白洋淀水質(zhì)已經(jīng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。許木啟等人研究北京通惠河水質(zhì)情況與原生動(dòng)物群落多樣性的相互關(guān)系，在一天時(shí)間內(nèi)收集的原生動(dòng)物功能參數(shù)，能夠有效反映出5個(gè)采樣站水質(zhì)的變化。每個(gè)采樣站原生動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)參數(shù)包括個(gè)體豐度、種類組成、多樣性以及生物數(shù)量等，參數(shù)差異與水質(zhì)有十分密切的關(guān)系[7]。蔡后建等人研究了纖毛蟲群落在太湖梅梁灣湖區(qū)的分布情況，根據(jù)富營養(yǎng)指數(shù)指標(biāo)，可以將該湖區(qū)劃分為中營養(yǎng)型水域和富營養(yǎng)型水域，特有的纖毛蟲種類分布在富營養(yǎng)型水域當(dāng)中，纖毛蟲的生物量、個(gè)體豐度與富營養(yǎng)狀態(tài)密切相關(guān)，富營養(yǎng)型水域中的纖毛蟲的個(gè)體體積要大于中營養(yǎng)型環(huán)境中的纖毛蟲，且差異明顯[8]。

4結(jié)語

原生動(dòng)物在環(huán)境監(jiān)測與污水處理活動(dòng)中有十分廣泛的應(yīng)用，能夠顯著提升污水監(jiān)測靈敏度和污水處理質(zhì)量。本文主要針對(duì)原生動(dòng)物在環(huán)境監(jiān)測與污水處理中的應(yīng)用情況進(jìn)行探討，希望能夠提高污水處理速度和處理效率，為環(huán)境保護(hù)工作提供一定的參考。

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作者：陸夏銘 楊青