底棲生物監(jiān)測在常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用研究

魏湛明,王 靜,吳小來

(1.吉林省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,吉林 長春 130000；2 吉林省水文水資源局(吉林省水環(huán)境監(jiān)測中心)，吉林 長春 130022 )

河流是聯(lián)系自然與社會(huì)的紐帶，自古人類的文明起源均在河流附近，河流不僅提供著人類生存所需要的水資源，也為人類文明的發(fā)展提供了傳播和運(yùn)輸?shù)那?，更為人類提供了耕作農(nóng)業(yè)生存的必備條件。而二戰(zhàn)后隨著人口的爆發(fā)性增長，對于河流水資源的的索取日益加劇，對水生生物資源過度捕撈，而工業(yè)革命帶來的機(jī)械化的發(fā)展同時(shí)也加劇了河流的污染，人類對河流的各種資源的索取無度使得河流水生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重破壞。人類對水資源的過度開發(fā)利用和水生生物的過度掠取等已經(jīng)嚴(yán)重影響了水生生物的繁殖與生存，更有個(gè)別地區(qū)了嚴(yán)重的水生生態(tài)系統(tǒng)的退化，從何使得河流的各項(xiàng)功能逐步消失，河流污染等問題日益加劇。其中水質(zhì)的達(dá)標(biāo)關(guān)系到了群眾的生產(chǎn)與生活并直接關(guān)系到飲水的安全從而影響人民群眾的生命健康和社會(huì)的和諧穩(wěn)定。

底棲生物相對來講個(gè)體較大、易于采集、生活史較長、遷移能力較差，由于上述特點(diǎn)底棲生物的群落特征較為穩(wěn)定，若可以進(jìn)行長時(shí)間布設(shè)，其是非常理想的水質(zhì)指標(biāo)生物。以底棲生物為指示生物監(jiān)測水環(huán)境的方法體系是目前發(fā)展最好、應(yīng)用最廣、得到廣泛推薦的方法體系[1]，水質(zhì)的生物評價(jià)主要可以進(jìn)行藻類的調(diào)查和底棲動(dòng)物的調(diào)查，通過調(diào)查和分析來評價(jià)河流的健康狀況[2]。

我國的水質(zhì)生物評價(jià)技術(shù)的研究評價(jià)較晚，而由于我國國土面積較大，各地區(qū)發(fā)展水平不均衡，而使得我國的水生生物系統(tǒng)的建立受地域性影響較大，較歐洲國家的已建立的評價(jià)系統(tǒng)有著較大的差距[3]，我國如今的水質(zhì)評價(jià)還是完全依照理化指標(biāo)進(jìn)行指標(biāo)體系建立，選擇符合當(dāng)?shù)厍闆r的指標(biāo)進(jìn)行多因子或單因子評價(jià)，特別是東北地區(qū)。本文希望通過對比傳統(tǒng)方法與生物評價(jià)方法的樣品采集等環(huán)節(jié)，分析不同監(jiān)測方法的優(yōu)缺點(diǎn)，以期對今后的水環(huán)境監(jiān)測與評價(jià)工作提供參考借鑒。

1 樣品采集地點(diǎn)的設(shè)置

1.1 傳統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測斷面設(shè)置

(1)代表性原則:具有流域、區(qū)域空間代表性，能反映所在河湖水系水資源質(zhì)量狀況及其動(dòng)態(tài)變化的水質(zhì)斷面。

(2)重要性原則:優(yōu)選對水資源合理利用、優(yōu)化配置、節(jié)約保護(hù)和防災(zāi)減災(zāi)具有重要支撐作用，服務(wù)于重大國家重大戰(zhàn)略發(fā)展需求的水質(zhì)監(jiān)測斷面。優(yōu)選重要的市界河流以及縣界河流，重要的控制河段，以及重要的水源地，為河長制、湖長制提供重要服務(wù)的水質(zhì)監(jiān)測斷面。

(3)系統(tǒng)性原則:優(yōu)選長期和系統(tǒng)監(jiān)測自然環(huán)境演變、分析人類活動(dòng)對水資源與水生態(tài)環(huán)境的影響而設(shè)立的水質(zhì)斷面，確保監(jiān)測信息的系統(tǒng)性、完整性、可比性。

(4)同步性原則(優(yōu)選和水文站結(jié)合的水質(zhì)斷面):這是水文系統(tǒng)選取水質(zhì)斷面的一大特色，與水文站相結(jié)合，不僅可以在監(jiān)測時(shí)獲得斷面的理化指標(biāo)還可以獲取相對應(yīng)斷面的流量數(shù)據(jù)，在評價(jià)時(shí)可以將流量數(shù)據(jù)作為校正指標(biāo)。

1.2 底棲動(dòng)物監(jiān)測站點(diǎn)的設(shè)置

一般的底棲生物監(jiān)測站點(diǎn)可以根據(jù)對河流某項(xiàng)特點(diǎn)狀況研究而進(jìn)行目的性的選擇，也可為了獲取流域、河流的整體狀況或信息而進(jìn)行概率性分布選擇。

對于已經(jīng)確定水環(huán)境狀況及相對敏感的水體時(shí)，一般選擇目標(biāo)性方案。這種方法一般是對單一斷面或單一河段進(jìn)行進(jìn)行監(jiān)測與評價(jià)。

需要注意的是，在選取生物監(jiān)測點(diǎn)時(shí)，要避開河流忽然產(chǎn)生局部變化的地方，比如興建的水壩、橋梁等。

2 樣品的采集與保存

傳統(tǒng)水質(zhì)樣品采集時(shí)，首先要選用相應(yīng)的采樣工具，采集深度為表層水下0.5米處，油類采集表層水到水下0.3米處的水樣，裝水樣前混勻水樣并沉淀半小時(shí)，潤洗樣品瓶(油瓶除外)，在此同時(shí)要做好樣品的質(zhì)量控制，并保證樣品的代表性。對于不同監(jiān)測項(xiàng)目加入不同的保存劑進(jìn)行保存，例如石油類采用玻璃瓶保存，加入鹽酸作為固定劑，pH值≤2。底棲動(dòng)物采樣時(shí)要根據(jù)不同的水深等狀況選擇不同的采樣工具，對于卵石底質(zhì)一般選用踢網(wǎng)，對于其他生境可選用D形抄網(wǎng)、直角抄網(wǎng)、蘇伯網(wǎng)、Hess采樣器等。對于野外采集的底棲生物可以進(jìn)行現(xiàn)場直接挑揀，將挑揀出的生物放置于已預(yù)備好的樣品瓶中并加入福爾馬林或者酒精進(jìn)行樣品固定。

3 樣品分析與評價(jià)

傳統(tǒng)水質(zhì)樣品會(huì)遵循《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)、《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)等國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行樣品實(shí)驗(yàn)與分析，對于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)會(huì)根據(jù)《地表水資源質(zhì)量評價(jià)技術(shù)規(guī)程(sl395-2007)等國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價(jià)。

國外有關(guān)底棲動(dòng)物的評價(jià)研究始于20世紀(jì)中期，該時(shí)期的底棲動(dòng)物的研究主要關(guān)注于用底棲動(dòng)物指標(biāo)評價(jià)水質(zhì)狀況，以底棲動(dòng)物的定性評價(jià)為主。隨著研究的進(jìn)一步深入，研究重心逐漸由定性評價(jià)向生物多樣性指數(shù)定量評價(jià)。底棲動(dòng)物的生物指數(shù)評價(jià)現(xiàn)今應(yīng)用比較廣泛的有BI指數(shù)，生物多樣性指數(shù)，Saprobic 指數(shù)等。

3.1 Saprobic 指數(shù)

Saprobic 指數(shù)是較全面的首次建立的基于河流水體污染的定性研究的評價(jià)系統(tǒng)[4]，它是將河流中的不同指示生物原生細(xì)菌、藻類、大型無脊椎動(dòng)物及魚類是否出現(xiàn)、其豐密度等作為劃分指標(biāo)將河流水體四個(gè)污染帶。

3.2 BI 指數(shù)

BI 指數(shù)是以底棲動(dòng)物耐污值為基礎(chǔ)建立起來的底棲動(dòng)物水質(zhì)評價(jià)方法[5]。耐污值是指生物對污染因子的忍耐力，它最早是由德國科學(xué)家提出的，他們根據(jù)分類單元在不同水質(zhì)級別中的相對出現(xiàn)率，賦予0-8的值，值越高表示分類單元越耐污。近年來國內(nèi)對該領(lǐng)域的研究也逐漸深入，1994年，楊連芳等首次將耐污值和BI 指數(shù)引進(jìn)中國，并在我國東部地區(qū)進(jìn)行了深入研究。

3.3 群落多樣性指數(shù)

物種的多樣性是生物多樣性的關(guān)鍵，它既體現(xiàn)了生物之間及環(huán)境之間的復(fù)雜關(guān)系，又體現(xiàn)了生物資源的豐富性。 我們目前已經(jīng)知道大約有200萬種生物，這些形形色色的生物物種就構(gòu)成了生物物種的多樣性。

3.4 Shannon-Wiener指數(shù)(H)

20世紀(jì)80年代以后，人們在開展自然保護(hù)的實(shí)踐中逐漸認(rèn)識到，自然界中各個(gè)物種之間、生物與周圍環(huán)境之間都存在著十分密切的聯(lián)系，因此自然保護(hù)僅僅著眼于對物種本身進(jìn)行保護(hù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，往往也是難于取得理想的效果的。要拯救珍稀瀕危物種，不僅要對所涉及的物種的野生種群進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)，而且還要保護(hù)好它們的棲息地?；蛘哒f，需要對物種所在的整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行有效的保護(hù)。在這樣的背景下，生物多樣性的概念便應(yīng)運(yùn)而生了[7]。

而今國際上應(yīng)用最多的就是香農(nóng)-威納指數(shù)(Shannon-Wiener 指數(shù))。Shannon-Wiener指數(shù)來源于信息理論。它的計(jì)算公式表明，群落中生物種類增多代表了群落的復(fù)雜程度增高，即H值愈大，群落所含的信息量愈大。

Shannon-Wiener指數(shù)(H):

H= -∑ |ni∕Nln(ni / N)|

式中:ni——第i個(gè)種的個(gè)體數(shù)目；

N——群落中所有種的個(gè)體總數(shù)。

上式亦可表示成:

H= -∑piln(pi)

式中:pi=ni/N，表明第i個(gè)種的相對多度。

在香農(nóng)-威納指數(shù)中，包含著兩個(gè)成分:①種數(shù);②各種間個(gè)體分配的均勻性(equiability或evenness)。各種之間，個(gè)體分配越均勻，H值就越大。如果每一個(gè)體都屬于不同的種，多樣性指數(shù)就最大;如果每一個(gè)體都屬于同一種，則其多樣性指數(shù)就最小[8]。

4 小結(jié)

總體來講，傳統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測站點(diǎn)分布齊全、人員配備充足、監(jiān)測數(shù)據(jù)完整、分析經(jīng)驗(yàn)豐富，但其其代表性不強(qiáng)，其樣品僅能代表采樣時(shí)段的水質(zhì)狀況，在評價(jià)中運(yùn)用的方法過于教條，在評價(jià)時(shí)靈活性差。而從水環(huán)境監(jiān)測工作開展的角度講，底棲生物監(jiān)測雖然可以全面的反應(yīng)流域狀況，但是其樣品采集較為艱苦，計(jì)算過程較為復(fù)雜，對于從事水質(zhì)監(jiān)測人員的素質(zhì)要求較高，在分析和鑒定方面需要豐富的實(shí)踐和深厚的生物學(xué)功底，而現(xiàn)今從事一線水質(zhì)研究的人員大部分是從事化學(xué)分析多年。而現(xiàn)今我國對于底棲生物的鑒定缺乏全面的鑒別資料，對于流域水環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)來講沒有建立完整地監(jiān)測規(guī)范和采樣規(guī)范。尤其在東北地區(qū)實(shí)施受地域氣候影響較大，在執(zhí)行生物監(jiān)測方案時(shí)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貭顩r適當(dāng)調(diào)整，以便于更加合理的應(yīng)用底棲生物對水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)。