基于水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)評價徐州河流

李朝，魏超

(江蘇省徐州環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 徐州 221000)

目前，我國水質(zhì)評價方法應用最多的為《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)推薦的單因子評價[1]，以及綜合水質(zhì)標識指數(shù)法[2-4]，內(nèi)梅羅指數(shù)法[5],灰色聚類法[6]等方法。對于水生生物評價有Shannon-Wiener指數(shù)(H′)[10]，生物完整性指數(shù)(B-IBI)[11]，Hilsenhoff 生物指數(shù)(BI)[12]，著生藻類完整性指數(shù)(P-IBI)[13]，硅藻指數(shù)[14]等。而單獨選取水質(zhì)化學因子或水生生物因子評價水環(huán)境質(zhì)量，都無法全面反映水環(huán)境的真實狀況。為適應當前環(huán)境管理新的需求，水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)應運而生[15]。該指數(shù)通過選取水質(zhì)化學因子、水生生物因子和生境評價因子，構建綜合指數(shù)全面評價水環(huán)境質(zhì)量。

徐州市擁有沂沭泗、故黃河和濉安河3大水系，為初步了解徐州市水生生物狀況，選擇了徐州市11個國控河流斷面，于2019年9月采集斷面水質(zhì)化學和生物樣品，采用水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)，評價河流水環(huán)境質(zhì)量。

1 評價指數(shù)構建

1.1 水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)

采用《流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價技術指南》[15]中推薦的水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)進行水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價，通過水化學指標和水生生物指標加權求和，構建綜合評價指數(shù)，以該指數(shù)表示各評估單元和水環(huán)境整體的質(zhì)量狀況。

(1)

式中：WQI——水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)；Xi——評價指標分值；Wi——評價指標權重。各項指標分值范圍及權重見表1。

表1 水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)公式權重

水生生物指標取參評生物類群指標賦分值的算術平均值，根據(jù)水生態(tài)環(huán)境綜合評價指數(shù)分值大小，將水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況等級分為5級，見表2。

表2 水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況分級標準

1.2 水化學指標及賦值

按《GB 3838—2002》基本項目標準限值，進行單因子評價，后根據(jù)水質(zhì)類別等級進行賦值，見表3。

表3 化學指標評價等級及賦值

1.3 水生生物指標及賦值

水生生物指標選擇底棲動物、著生藻類的Shannon-Wiener指數(shù)(H′)進行評價。

(2)

式中：s——樣品中的種類數(shù)；ni——樣品中第i種生物的個體數(shù)；n——樣品中生物總個體數(shù)。污染程度評價分級標準及賦值見表4。

表4 Shannon-Wiener指數(shù)分級標準及賦值

1.4 生境指標及賦值

河流斷面生境的評價，根據(jù)文獻[15]中棲息地生境評價計分表，對底質(zhì)、棲境復雜性、V(流速)/D(水深)結合特性、河岸穩(wěn)定性、河道變化、河水水量狀況、植被多樣性、水質(zhì)狀況、人類活動強度、河岸土地利用類型共10項參數(shù)進行分別評分，劃為5個評價等級，分級標準及賦值見表5。

表5 河流棲息地生境質(zhì)量(H)分級評價標準及賦值

2 應用實例

2.1 監(jiān)測時間

2019年9月。

2.2 監(jiān)測斷面

選取徐州市國控河流斷面11個，分別為：華山閘、沙莊橋、李集橋、黃橋、藺家壩、沙集西閘、李莊、張樓、艾山西大橋、港上橋、小沿河取水口。

2.3 數(shù)據(jù)獲取

2.3.1 水生生物樣品采集與鑒定

(1)底棲動物。利用 1/16 m2彼得遜采泥器采集大型底棲動物，每個采樣點采樣2次。采到的底泥帶回實驗室過40目篩沖洗，挑出的大型底棲動物用濃度為75%的乙醇溶液固定，然后在顯微鏡和解剖鏡下分類鑒定和計數(shù)挑出的大型底棲動物[16]，依照文獻[17-19]，將底棲動物鑒定至盡可能低的分類單元。

(2)著生藻類。利用硅藻計采集著生藻類，在水中放置15 d，采樣深度為10 cm。放置時間到后取出硅藻計，將玻璃片上附著的藻類在蒸餾水的沖洗下，用小刷子刷入玻璃瓶，加入魯哥試劑固定，帶回到實驗室后經(jīng)沉淀器內(nèi)沉淀24 h、濃縮定容至30 mL[16]，根據(jù)文獻[20]鑒定具體的藻類。計數(shù)時必須保證優(yōu)勢種類個體數(shù)在100個以上。對于硅藻門的種類，需要在鑒定前燒片[21]。

2.3.2 水環(huán)境理化因子測定

為《GB 3838—2002》基本項目的24項。

2.3.3 棲息地生境評價

按文獻[15]生境調(diào)查方法獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)，評價指標共10項，每項指標20分，得分相加計總數(shù)。

2.4 水生生物物種組成

徐州市河流共監(jiān)測到13屬16種大型底棲動物，優(yōu)勢物種為克拉泊水絲蚓(Limnodrilusclaparedianus)、銅銹環(huán)棱螺(Bellamyaaeruginosa)、雕翅搖蚊屬的一種(Glyptotendipessp.)等。共監(jiān)測到47屬61種著生藻類，優(yōu)勢物種為曲殼藻(Achnanthessp.)、菱形藻(Nitzschiasp.)、新月橋彎藻(Cymbellacymbiformis)、小球藻(Chlorellasp.)、裂孔柵藻(Scenedesmusperforatus)、輻節(jié)藻(Stauroneissp.)、小顫藻(Oscillatoriatennuis)、直鏈藻(Melosirasp.)、小環(huán)藻(Cyclotella.sp)等。

3 評價結果及分析

按《GB 3838—2002》推薦的單因子評價法，對各個斷面水質(zhì)狀況分類并賦值；根據(jù)水生生物監(jiān)測結果，計算各斷面大型底棲動物和著生藻類的H′并賦值；現(xiàn)場調(diào)查各棲息地生境狀況并打分賦值。將以上3類賦值結果代入水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)模型，計算結果見表6。

表6 水生態(tài)環(huán)境綜合評價結果

應用水生態(tài)環(huán)境綜合評價指數(shù)評價徐州市河流水質(zhì)，各斷面處于輕度污染到優(yōu)秀級別，其中大部分斷面處于良好級別，表明徐州市河流水生態(tài)質(zhì)量整體良好。水生態(tài)環(huán)境綜合評價指數(shù)各分指數(shù)賦值中，大型底棲動物賦值同水化學指標賦值結果較為接近，著生藻類賦值高于以上2項分指數(shù)的賦值。運用SPSS Statistics 20.0軟件進行Spearman相關性分析，見表7。

表7 水生態(tài)環(huán)境綜合評價指數(shù)各分指數(shù)賦值Spearman相關性①

①*在置信度(雙側)為 0.05 時，相關性顯著；**在置信度(雙側)為 0.01 時，相關性顯著。

由表7可見，水化學指標賦值與大型底棲動物賦值顯著相關，著生藻類和生境指標賦值負相關。說明對于徐州市河流斷面生物指標選取上，對于H′大型底棲動物比生藻類更符合水質(zhì)情況。如果生物指標選擇的是其他評價指數(shù)，則計算出的水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)有所不同。

水化學指標賦值同水生態(tài)環(huán)境綜合評價指數(shù)顯著相關。部分斷面?zhèn)€別化學因子濃度較高，導致按單因子評價法評價水質(zhì)等級判定較高，水化學指標賦值偏低，一定程度影響到水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)的計算結果，生物種群的季節(jié)性波動也會影響水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)的計算。

4 結語

水生態(tài)環(huán)境綜合評價指數(shù)彌補了單純化學指標或單純生物指標評價水質(zhì)不夠全面的問題，首次加入生境指標，體現(xiàn)了環(huán)境管理從指標控制到生態(tài)保護思路的轉變。對于水生態(tài)環(huán)境綜合評價指數(shù)分指數(shù)中化學因子、生物因子的評價指數(shù)如何選取，還需進一步完善。