在丹江口库区台子山上，有一幢不大的白色小楼，远远望去，几乎要淹没在这夏日的茂密翠绿之中。但这栋小楼里有四类生物正“集体站岗”，24小时不间断地监测着水库水质，确保一库清水北送京津冀。
这究竟是什么样的生物，它们如何监测水质？与人工监测相比有哪些优势？带着这些疑问，记者走进这栋白色小楼——长江流域水资源保护局凉水河—台子山省界断面水质自动监测站。
走进凉水河—台子山省界断面水质自动监测站内，记者见到了基于发光菌、蛋白核小球藻、大型溞和斑马鱼为指示生物进行联合预警的四台水质生物综合毒性在线监测仪。
据悉，目前《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）规定的监测指标有109项，但已发现天然及人工合成的化合物有300多万种，且以每年新合成约30万种的速度递增，传统的水质检测难以实现对有毒有害物质的全覆盖，也难以对突发性污染事故全面预警。
“这四种生物涵盖了水生态系统中的消费者、初级消费者、初级生产者和微生物四个营养级别，能更加客观地评价污染物对和水生态系统造成的影响。”长江流域水环境监测中心王英才博士告诉记者，“通过对这些生物的运动学行为或生理生化特征进行解析来测试水体的综合毒性，能够第一时间确定水体安全与否。”
在一台名为鱼类综合毒性仪的设备内，一组约20条3个月大、3厘米长的斑马鱼被放置在一个透明容器内，容器的上方和侧面分别安装着两个高清摄像头，将拍摄的信息传给容器正上方的计算机分析。
实验人员将比较常见的重金属污染物硫酸铜，按照一定比例注入透明容器内。不到10分钟，电脑屏幕上便显示出鱼有“抬鼻行动”“急速移动”“移动不规律”等反应，斑马鱼仿佛感受到某种威胁，开始远离入水口，集体游到容器边缘。
15分钟后，斑马鱼有的直立上游，有的撞向缸壁，有的骤然加速，还有的竟然弯折缸底。随着鱼群异常反应不断加剧，电脑开始红色报警，一阵刺耳的警报声急促响起。
开展生物监测选用的斑马鱼，不仅是一种适温范围较广的鱼类之一，而且它的基因组成与相似度高达87%，对人类的参考意义很大。
除了斑马鱼之外，为南水北调中线水源地“站岗”的另外三种指示生物在监测水质方面也各有“绝活”，比如蛋白核小球藻，当遇到有毒有害物质，生长就会受到抑制，叶绿素荧光就会发生变化，通过监测这种变化即可判断水质的毒性大小。再比如发光菌，当遇到污染物时其发光度会发生变化，据此可判断水体是否安全。
面对记者的疑惑，长江流域水环境监测中心主任印士勇解释说，不同的指示生物能测试的污染物类型、对污染物的敏感性及测试时间不同，四种生物联合监测，能够更及时、更客观、更全面地对污染物进行预警。
对于同一种污染物，四种生物的反应也是各不相同的。据介绍，发光菌最大的优点在于测试时间短，一般只需10~30分钟即可给出结果，不足之处在于报警阈值较高，菌种成本较大；蛋白核小球藻的优点在于对除草剂类物质比较敏感，运行成本相对较低，但对污染物的响应范围较窄；溞类对大多数污染物比较敏感，测试范围较大，运行成本较低，但不足之处在于响应时间相对较长；而斑马鱼对大多数污染物有明显响应，测试范围较大，但响应阈值较高，鱼种需要购买或专门培育。例如，同样是锌离子，鱼类对它不敏感，但发光菌尤为敏感，同样是氰化物，溞类对它比较敏感，但发光菌则不敏感。
“目前，国内运用生物开展监测预警，通常使用鱼类、溞类、藻类和菌类中的一种或者两种，同时运用四种指示生物开展联合监测预警，长江流域水环境监测中心在全国尚属首家。”王英才说，与传统生物监测相比，四种生物联合监测预警优势十分明显。响应速度更快，测试范围更广，灵敏度更高，准确性更强。
据王英才介绍，传统的生物毒性测试一般是1-4天，四种生物联合测试时间一般可缩短为15分钟到4小时，对于特定污染物如杀虫剂、除草剂之类的污染物，测试时间甚至可缩短为5分钟。
不仅如此，四种指示生物联合预警能够有力地相互补充，与单一指示生物预警技术相比，对污染物测试范围显著加大，灵敏度明显提高，能够快速、有效地监控预警丹江口水库常见典型污染物。
此外，多种生物联合预警，不需要添加任何化学试剂，全程测试无二次污染。而且四种生物还可以实现资源优化配置，如蛋白核小球藻可为大型溞提供食物，大型溞可作为斑马鱼的食物。这样既实现了资源的重复利用，又降低了运行维护成本。
目前，我国的生物毒性测试以人工测试为主，如以大型溞、斑马鱼为指示生物的毒性测试标准，以大型溞、斑马鱼的半死亡为反应终点，采用人工观察，测试周期一般为24小时。而以藻类为指示生物的毒性测试标准也是采用人工测试生长抑制情况，测试周期一般为72小时。传统的生物毒性测试方法费时费力，效率低，难以满足新形势下水环境监测预警的需要。
为此，长江流域水环境监测中心不断开展探索和创新，通过将计算机、自动化及互联网等新技术应用到水质监测工作，着力提高水质监测自动化程度，提高监测效率。比如计算机技术的发展，使对生物运动学行为实时解析成为可能。通过对溞类、鱼类的行为进行“翻译”，以行为变化代替半死亡来确定实验反应终点，使得测试的灵敏度大大提高，测试时间大为缩短，测试的效率大大提高。
王英才告诉记者：“以往，以半死亡来确定实验结果，测试周期一般为24小时，有时甚至会更长，现在通过计算机分析，最快十几分钟就可以出结果，这也是‘互联网＋’在水质监测中的最新应用。”
丹江口库区是南水北调中线工程水源区，把水源区的水资源保护好、利用好，是确保“一库清水永续北送”的关键。
自2011年开始，长江流域水环境监测中心牵头承担了国家科技支撑计划课题“南水北调中线工程水质传感网的多载体检测与自适应组网技术研究与示范”，在课题研究中，不仅首次提出了多源生物联合预警概念，还构建了多源生物联合预警技术框架，成功运用于丹江口水源区典型污染物的监测预警。
此外，在课题研究中，该监测中心探索遥感式、台站式、浮标式、智能车（船）式、水下机器人行走式等检测技术的有机融合，打造实时监测、及时预警、快速反应的地空立体式监测预警体系，为南水北调中线工程水源地的保护提供有力的技术支撑。
谁牵住了科技创新的牛鼻子，谁走好了科技创新这步先手棋，谁就能占领先机、赢得优势。下一阶段，长江流域水环境监测中心将持续加大创新研发投入，进一步深入开展多源生物联合预警技术研究，努力让这一先进的监测技术在更广范围内得到应用。同时构建生物监测预警与传统的水质监测融合创新的新模式，不断将新技术、新理念应用到水资源监测预警中去，打造更加完善、高效的流域水资源保护安全网。
