底栖生物监测在常规水质监测中的应用研究

魏湛明,王 静,吴小来

(1.吉林省水利水电勘测设计研究院,吉林 长春 130000；2 吉林省水文水资源局(吉林省水环境监测中心)，吉林 长春 130022 )

河流是联系自然与社会的纽带，自古人类的文明起源均在河流附近，河流不仅提供着人类生存所需要的水资源，也为人类文明的发展提供了传播和运输的渠道，更为人类提供了耕作农业生存的必备条件。而二战后随着人口的爆发性增长，对于河流水资源的的索取日益加剧，对水生生物资源过度捕捞，而工业革命带来的机械化的发展同时也加剧了河流的污染，人类对河流的各种资源的索取无度使得河流水生态系统严重破坏。人类对水资源的过度开发利用和水生生物的过度掠取等已经严重影响了水生生物的繁殖与生存，更有个别地区了严重的水生生态系统的退化，从何使得河流的各项功能逐步消失，河流污染等问题日益加剧。其中水质的达标关系到了群众的生产与生活并直接关系到饮水的安全从而影响人民群众的生命健康和社会的和谐稳定。

底栖生物相对来讲个体较大、易于采集、生活史较长、迁移能力较差，由于上述特点底栖生物的群落特征较为稳定，若可以进行长时间布设，其是非常理想的水质指标生物。以底栖生物为指示生物监测水环境的方法体系是目前发展最好、应用最广、得到广泛推荐的方法体系[1]，水质的生物评价主要可以进行藻类的调查和底栖动物的调查，通过调查和分析来评价河流的健康状况[2]。

我国的水质生物评价技术的研究评价较晚，而由于我国国土面积较大，各地区发展水平不均衡，而使得我国的水生生物系统的建立受地域性影响较大，较欧洲国家的已建立的评价系统有着较大的差距[3]，我国如今的水质评价还是完全依照理化指标进行指标体系建立，选择符合当地情况的指标进行多因子或单因子评价，特别是东北地区。本文希望通过对比传统方法与生物评价方法的样品采集等环节，分析不同监测方法的优缺点，以期对今后的水环境监测与评价工作提供参考借鉴。

1 样品采集地点的设置

1.1 传统水质监测断面设置

(1)代表性原则:具有流域、区域空间代表性，能反映所在河湖水系水资源质量状况及其动态变化的水质断面。

(2)重要性原则:优选对水资源合理利用、优化配置、节约保护和防灾减灾具有重要支撑作用，服务于重大国家重大战略发展需求的水质监测断面。优选重要的市界河流以及县界河流，重要的控制河段，以及重要的水源地，为河长制、湖长制提供重要服务的水质监测断面。

(3)系统性原则:优选长期和系统监测自然环境演变、分析人类活动对水资源与水生态环境的影响而设立的水质断面，确保监测信息的系统性、完整性、可比性。

(4)同步性原则(优选和水文站结合的水质断面):这是水文系统选取水质断面的一大特色，与水文站相结合，不仅可以在监测时获得断面的理化指标还可以获取相对应断面的流量数据，在评价时可以将流量数据作为校正指标。

1.2 底栖动物监测站点的设置

一般的底栖生物监测站点可以根据对河流某项特点状况研究而进行目的性的选择，也可为了获取流域、河流的整体状况或信息而进行概率性分布选择。

对于已经确定水环境状况及相对敏感的水体时，一般选择目标性方案。这种方法一般是对单一断面或单一河段进行进行监测与评价。

需要注意的是，在选取生物监测点时，要避开河流忽然产生局部变化的地方，比如兴建的水坝、桥梁等。

2 样品的采集与保存

传统水质样品采集时，首先要选用相应的采样工具，采集深度为表层水下0.5米处，油类采集表层水到水下0.3米处的水样，装水样前混匀水样并沉淀半小时，润洗样品瓶(油瓶除外)，在此同时要做好样品的质量控制，并保证样品的代表性。对于不同监测项目加入不同的保存剂进行保存，例如石油类采用玻璃瓶保存，加入盐酸作为固定剂，pH值≤2。底栖动物采样时要根据不同的水深等状况选择不同的采样工具，对于卵石底质一般选用踢网，对于其他生境可选用D形抄网、直角抄网、苏伯网、Hess采样器等。对于野外采集的底栖生物可以进行现场直接挑拣，将挑拣出的生物放置于已预备好的样品瓶中并加入福尔马林或者酒精进行样品固定。

3 样品分析与评价

传统水质样品会遵循《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)、《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)等国家标准进行样品实验与分析，对于实验数据会根据《地表水资源质量评价技术规程(sl395-2007)等国家标准进行评价。

国外有关底栖动物的评价研究始于20世纪中期，该时期的底栖动物的研究主要关注于用底栖动物指标评价水质状况，以底栖动物的定性评价为主。随着研究的进一步深入，研究重心逐渐由定性评价向生物多样性指数定量评价。底栖动物的生物指数评价现今应用比较广泛的有BI指数，生物多样性指数，Saprobic 指数等。

3.1 Saprobic 指数

Saprobic 指数是较全面的首次建立的基于河流水体污染的定性研究的评价系统[4]，它是将河流中的不同指示生物原生细菌、藻类、大型无脊椎动物及鱼类是否出现、其丰密度等作为划分指标将河流水体四个污染带。

3.2 BI 指数

BI 指数是以底栖动物耐污值为基础建立起来的底栖动物水质评价方法[5]。耐污值是指生物对污染因子的忍耐力，它最早是由德国科学家提出的，他们根据分类单元在不同水质级别中的相对出现率，赋予0-8的值，值越高表示分类单元越耐污。近年来国内对该领域的研究也逐渐深入，1994年，杨连芳等首次将耐污值和BI 指数引进中国，并在我国东部地区进行了深入研究。

3.3 群落多样性指数

物种的多样性是生物多样性的关键，它既体现了生物之间及环境之间的复杂关系，又体现了生物资源的丰富性。 我们目前已经知道大约有200万种生物，这些形形色色的生物物种就构成了生物物种的多样性。

3.4 Shannon-Wiener指数(H)

20世纪80年代以后，人们在开展自然保护的实践中逐渐认识到，自然界中各个物种之间、生物与周围环境之间都存在着十分密切的联系，因此自然保护仅仅着眼于对物种本身进行保护是远远不够的，往往也是难于取得理想的效果的。要拯救珍稀濒危物种，不仅要对所涉及的物种的野生种群进行重点保护，而且还要保护好它们的栖息地。或者说，需要对物种所在的整个生态系统进行有效的保护。在这样的背景下，生物多样性的概念便应运而生了[7]。

而今国际上应用最多的就是香农-威纳指数(Shannon-Wiener 指数)。Shannon-Wiener指数来源于信息理论。它的计算公式表明，群落中生物种类增多代表了群落的复杂程度增高，即H值愈大，群落所含的信息量愈大。

Shannon-Wiener指数(H):

H= -∑ |ni∕Nln(ni / N)|

式中:ni——第i个种的个体数目；

N——群落中所有种的个体总数。

上式亦可表示成:

H= -∑piln(pi)

式中:pi=ni/N，表明第i个种的相对多度。

在香农-威纳指数中，包含着两个成分:①种数;②各种间个体分配的均匀性(equiability或evenness)。各种之间，个体分配越均匀，H值就越大。如果每一个体都属于不同的种，多样性指数就最大;如果每一个体都属于同一种，则其多样性指数就最小[8]。

4 小结

总体来讲，传统水质监测站点分布齐全、人员配备充足、监测数据完整、分析经验丰富，但其其代表性不强，其样品仅能代表采样时段的水质状况，在评价中运用的方法过于教条，在评价时灵活性差。而从水环境监测工作开展的角度讲，底栖生物监测虽然可以全面的反应流域状况，但是其样品采集较为艰苦，计算过程较为复杂，对于从事水质监测人员的素质要求较高，在分析和鉴定方面需要丰富的实践和深厚的生物学功底，而现今从事一线水质研究的人员大部分是从事化学分析多年。而现今我国对于底栖生物的鉴定缺乏全面的鉴别资料，对于流域水环境监测机构来讲没有建立完整地监测规范和采样规范。尤其在东北地区实施受地域气候影响较大，在执行生物监测方案时应根据当地状况适当调整，以便于更加合理的应用底栖生物对水质进行评价。