浅析开展水质底栖动物监测的意义

２０１３年９月　综述（５６—５９）　环境研究与监　０　第２６卷　浅析开展水质底栖动物监测的意义　陈（甘肃省环境监测中心站锷　甘肃兰州７３００２０）　摘要：介绍了底栖动物的学科背景及其环境指示作用、发展历史，以及我国开展底栖动物监测的必要性和存在的问　题，指出生物监测与物理、化学监测三位一体，相互补充，全面反映环境质量、服务环境管理。　关键词：底栖动物；生物监测；环境指示；　中国分类号：Ｘ８３５　文献标识码：Ａ　文章编号：（Ｇ）０１—００７９一（２０１３）０３—５６—５９—０４　当水环境受到污染时，会影响该水域中的水生　生物的生长和繁殖，其种群分布，群落结构也将发生　变　”。目前水质监测与评价中，通常采用理化指标　监测和生物指标监测相结合的方式。生物指标是相　应指标，理化指标是胁迫指标，二者同等重要，不应　对立分割。理化指标监测因速度快、灵敏度高等优点　底栖动物（ｚｏｏｂｅｎｔｈｏｓ或ｂｅｎｔｈｉｃ　ａｎｉｍａ１）是生活　在水体底部的肉眼可见的动物群落。底栖动物作为　生活史的全部或大部分时间生活于水体底部的水生　动物群凹，是水体生态系统的重要组成类群，在水体　的物质循环和能量流动中起着重要的作用。除定居　和活动生活的以外，栖息的形式多为固着于岩石等　被人们广泛使用，而生物指标监测则能对水体各种　污染因子的相互作用作出综合反映；具有连续监测　的功能，可反映污染物的持续污染历史，具有富集　性、综合性、长期性的特点，并且经济且敏感性高圆，　在环境评价中的作用正在日益明显。通过对细菌、浮　坚硬的基体上和埋没于泥沙等松软的基底中。此外　还有附着于植物或其它底栖动物的体表的，以及栖　息在潮间带的底栖种类。在摄食方法上，以悬浮物摄　食（ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ　ｆｅ—ｅｄｉｎｇ）和沉积物摄食（ｄｅｐｏｓｉｔ　ｆｅｅｄ—　ｉｎｇ）居多。有些底栖动物可作为鱼类、虾类等水产经　游动植物、着生生物、藻类、高等水生植物、鱼类、大　济动物直接的食物来源，有些大型底栖动物可直接　型底栖无脊椎动物（以下简称底栖动物）等生物的测　供人类食用。多数底栖动物长期生活在水底，生活环　定分析对水质进行生物监测与评价ｔ３］，从而判定水体　境相对固定，具有区域性强、迁移能力差的特点，对　的污染程度。目前底栖动物的应用最为广泛，因其种　类多，生活周期长，活动场所较固定，易于采集；且不　同种类对水体质量的敏感性差异大，受外界干扰后　于环境污染及变化通常少有回避能力，其群落的破　坏和重建需要相对较长的时间；且多数种类个体较　大，易于辨认。底栖动物不同种属对生境条件及污染　等不利因素的耐受力和敏感程度不同，根据上述特　点，利用底栖动物的种群结构、优势种类、数量等参　量可以反映水体的质量状况。长期以来，国内外利用　群落结构的变化趋势可反映受污染的性质和程度团，　因此以底栖动物为测定对象进行环境监测，具有很　强的实用性。　１　学科背景　底栖动物作为指标来评价和监测水体环境质量一直　被广泛应用［３１。　１．１底栖动物分类　１．１．１根据研究的需要可分：　收稿日期：２０１３—０７—１８　作者简介：陈锷（１　９８６一），甘肃永靖人，助工，现主要从事生物监　测与有机垃圾资源化工作。　原生底栖动物（ｐｒｉｍａｒｙ　ｚｏｏｂｅｎｔｈｏｓ），是能直接利　用水中溶解氧的种类，包括常见的蠕虫、底栖甲壳　第３期　陈锷：浅析开展水质底栖动物监测的意义　５７　类、双壳类软体动物等。　栖动物的消失或多样性减少可以更好地反映水体质　次生底栖动物（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｚｏｏｂｅｎｔｈｏｓ），是由陆地　量下降情况［５１。另外，底栖动物的营养级和污染耐受　生活的祖先在系统发生过程中重新适应水中生活的　性范围很广，其生境整合了短期环境变化的效应，代　动物，主要包括各类水生昆虫、软体动物中的肺螺类　表了特定位点的生态环境状态；此外，开展底栖动物　（Ｐｕｌｍａｔａ）￣ＩＩ椎实螺Ｌｖｍｎｅａ等。　监测对当地生物群的影响很小，并且可以为解释累　１．１．２按大小可划分为：　积效应提供有力的信息，底栖动物的群落结构变化　将不能通过５００１ｚｍ孔径筛网的动物称为大型　能够反映一段时期水生态系统的状态，是理想的指　底栖动物（ｍａｒｏｆａｕｎａ）ｏ　示生物［６１。　能通过５００ｌｘｍ孔径筛网但不能通过４２１ｚｍ孔径　筛网的动物为小型底栖动物（ｍｅｉｏｆａｕｎａ）。　２发展历史　能通过４２１ｘｍ孔径筛网的动物为微型底栖动物　ｎａｎｏｆａｕｎａ）。　近些年，大型底栖动物以其独特的优越性已被　１．１．３按其生活方式可分为：　美国、英国、加拿大、澳大利亚等国的环保部门广泛　固着型一固着在水底或水中物体上生活，如海　使用　。欧盟有不少国家在《水框架指令》的指导下采　绵动物、腔肠动物、管栖多毛类、苔藓动物等。　用基于底栖动物的生物指数进行水质监测用于流域　底埋型一埋在水底泥中生活，如大部分多毛类、　的综合管理上，美国环保总署（ＥＰＡ）编制了《快速生　双壳类的蛤和蚌、穴居的蟹、棘皮动物的海蛇尾等。　物评价手册》作为技术文件指导美国各州的生物监　测，明确将底栖动物列为指示生物，并推荐使用底栖　钻蚀型一钻人木石、土岸或水生植物茎叶中生　动物完整性指数（Ｂ—ＩＢＩ）来监测水环境ＩＳ］。韩国和日　活的动物，如软体动物的海笋、船蛆和甲壳类的蛀木　本早在上世纪７０年代就开始了大型底栖动物监测　水虱。　方面的研究，上世纪９０年代初期已开始采用底栖动　底栖型一在水底土壤表面生活，稍能活动，如腹　物类群的耐污值和生物指数来评价水质【】１。在我国，　足类软体动物、海胆、海参及海星等棘皮动物。　应用底栖动物进行水质生物监测发端于上世纪７Ｏ　自由移动型一在水底爬行或在水层游泳一段时　年代末　。１　９８６年颁布《环境监测技术规范第四册　间。为水生昆虫、虾、蟹。　生物监测（水环境）部分》时有２Ｏ个城市进行生物监　底栖动物是一个庞杂的生态类群，其所包括的　测试点，随后许多城市的监测站涉足这一新的监测　种类及其生活方式较复杂；在淡水中，底栖动物的种　领域，到１９９２年前后达到高峰，但由于管理和技术　类繁多，在无脊椎动物方面几乎包括了除棘皮动物　的原因，随着总站对生态监测和生物监测定位的调　外所有较大的门类。在脊椎动物方面，包括一些底栖　整，各级监测站逐渐放弃生物监测，仅有极少数监测　鱼类及有尾两栖类。常见的底栖动物主要包括水生　站坚持发展这类监测能力，我国环境生物监测出现　昆虫、水栖寡毛类和软体动物等。　萎缩的局面。１９９８年随着国家“污染防治与生态保护　１．２环境指示作用　并重”方针的确定，水环境生物监测逐渐又重新受到　底栖动物是水生生态系统食物网的关键组成部　各级环境管理部门及监测站的重视，特别是，近年来　分，背景数据丰富，因其分布广泛、个体大、易采集、　随着环境管理要求的提高及监测技术的发展，水环　生活周期长、迁移方式有限、相对易鉴定识别等特　境生物监测迎来了第二次快速发展的阶段。上世纪　点，可有效指示有机污染、重金属、营养富集、酸化、　８Ｏ年代初，颜京松等利用水生昆虫中的摇蚊和其它　水文条件退化等各种环境压力类型，对环境干扰可　底栖动物多样性指数等评价了黄河支流和官厅水库　做出多样性下降，机会种占据优势地位，优势种的个　的水质［ｉｏ－１１】。９０年代，任淑智等利用底栖动物对京津　体大小减小的响应，成为水体生物监测评价中应用　及邻近地区河流进行了生物评价［１２－１３１。而后，我国研　最为广泛的一类环境指示生物。ＢＥＹＥＮＧ　Ａ等的研　究监测人员利用底栖动物进行水质生物监测，陆续　究表明较硅藻属作为指示生物，作为指示生物的底　对黄河支流、长江流域、秦淮河、京杭大运河、九龙　５８　环境研究与监测　第２６卷　江、津河等水体污染程度进行调查研究，并尝试运用　分类数据库，可一定程度上借鉴重庆市物种资源基　不同生物指数法对水体进行评价　ｔ９１。以上研究充分　础数据库模式（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｅｐｂ．ｇｏｖ．ｃｎ／ｅｃｂｐ／ｉｎｄｅｘ．　肯定了底栖动物在水质生物评价中的重要作用和广　ａｓｐ），加大对基础研究领域的投人力度，为我国底栖　阔的应用前景。　３开展底栖动物监测的必要性及存在问题　对于生物监测，底栖动物被认为在水质评价中　动物水质生物监测的健康快速发展提供坚实的基　础。　第二，缺乏指示生物生活史的数据，使得野外监　测的评估复杂化，如掌握水栖昆虫生活史的季节变　化，才可避免因个体数的变化而导致错误评估，不了　是一类很好的生物监测者。Ｐａｕｗ等的调查结果表　解这些底栖动物的生活史，那么个体数的变化是因　明，大型底栖无脊椎动物是国家级水质生物评价规　范中最常用的指示生物　。我国学者开展河流水质生　物评价研究时，底栖动物也是首选生物［２　例，特别是　在河流等流动水体生态系统中，相比于可用于水生　生物群落监测的其它生物类群，如微生物、原生动　物、浮游生物、水生维管束植物等，底栖动物具有显　著优势：①、在溪流和河流中具有类群和生境的多样　性，数量和种类组成较丰富，因此可获得较多的代表　性生境和指示生物，更好地指示采样断面的污染状　况；②、在水体底层有较固定的位置，随时都会受到　水流影响，其对环境变化（如水体溶解氧）反映敏感；　③、世代较长，可以反映一段时期的环境综合影响，　是水质综合监测生物；④、较易采样、固定和鉴定分　类，监测过程可操作性较强。在现有１００多种生物评　价方法中，２／３是基于底栖动物的生物监测评价　。因　此，底栖动物是一类非常有用的生物监测者和指示　生物类群，很有必要开展底栖动物水质生物监测。值　得一提的是，甘肃省环境监测中心站的监测人员早　在上世纪９０年代初就已利用底栖生物评价对黄河　支流水质污染进行过研究【ｌ４】，因而在２Ｏ多年后再续　开展底栖动物监测可与前人的研究结果进行对比，　对于掌握甘肃地区河流底栖动物的历史变迁过程，　以此判定水质污染历程变化情况具有重要意义。　我国生物监测地区间发展不平衡，江苏、浙江、　辽宁等省市的发展较快，其他地区发展相对较慢，而　且生物监测人员专业知识不足，鉴定能力有限，人员　梯度参差不齐，与发达国家相比，制约我国底栖动物　水质生物监测发展的因素以及存在的问题有闭：　第一，缺乏部分底栖动物鉴定资料。蜉蝣目、横　翅目、毛翅目等水生昆虫的分类研究主要局限在成　虫，幼虫研究相对较少，其它底栖动物因经济价值较　小而少有研究。建议建立国家层面的底栖动物鉴定　为自然生活史的原因，还是污染所造成就不得而知　了　。　第二，缺乏规范化的采样方法及评价标准。欧盟　水框架计划ＷＦＤ（Ｗａｔｅｒ　Ｆｒａｍｅ　Ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ）要求各成　员国对河流的健康评价必须建立在生物的基础上，　生物评价必须包含底栖生物的物种组成、物种多度　以及敏感与非敏感物种的比例，还规定底栖动物的　调查周期　；另外，ＷＦＤ要求水质生物监测的评价　结果必须分为５个等级并以不同的颜色表示。而我　国的《水生生物监测手册》对采样方法的规定较模　糊，以至于不同学者在底栖动物采样过程中选择的　采样工具和采样方法也有所不同，不便开展同类型　的比较分析。我国地域跨度大，气候和物种组成差异　也较大，只要在相同的采样工具和采样方法的基础　上，生物评价的结果才具有可比性。因此，建议我国　应尽快开展适用于各种水体（山涧溪流、河流、湖库　等）的规范化采样工具、采样方法以及生物学质量分　级标准研究。　’　第三，我国地大物博，不同地区生物分布的区系　是不同的，因此，不可建立全国统一的水环境生物评　价标准，应在生态地理分区（我国已进行了这方面的　工作，可比较借鉴北美的生态分区ｅｃｏｒｅｇｉｏｎ、　ｓｕｂｅｃｏｒｅｇｉｏｎ）的基础上，建立不同生态地理分区（亚　区）的水环境生物评价标准，例如，江苏省可建立本　省平原水网地区水生生物评价的地方环境质量标　准。　第四，具有明确的法律地位及监测评价体系，水　环境生物监测定位不清，水环境质量标准中生物学　目标普遍缺失，法律地位不明，观念落后，需要更新。　水环境生物监测虽已形成监测技术体系，但在系统　化、标准化、快速方法及ＱＡ／ＱＣ等方面还存在许多　问题和不足。水环境生物监测目前还无应用于环境　第３期　陈锷：浅析开展水质底栖动物监测的意义　管理的评价技术体系，需要创新。　另外，我国生物监测面临的另外一个问题是如　【１２】任淑智．京津地区及邻近地区底栖动物群落特征与水质等级Ⅱ】．生　态学报，１９９１，１１（３）：２６２－２６８．　何向大众普及生物监测方面的知识，如何将生物监　测的结果大众化，以及如何让大众积极地参与到水　质生物监测。在美国、德国、澳大利亚等国公众的参　与对推广生物监测起到不可忽视的作用，有效地推　［１３】任淑智．北京地区河流中大型底栖无脊椎动物与水质关系的研究　Ｕ】．环境科学学报，１９９１，１１（１）：３１－４６．　［１４】金德美，宋玉珍．利用底栖生物评价黄河上游永靖一兰州段水质污　染的研究Ⅱ］．甘肃环境研究与监测，１９９１，１３（１）：３２－３６．　【１５】段学花，王兆印，余国安．以底栖动物为指示物种对长江流域水生　动了水质生物监测的发展。　参考文献　【１】王静，池玉林，陈正西．利用底栖动物进行水质监测与评价的研究进　展ｏ】．安徽农业科学，２０１２，４０（２￣：１１４０１～１　１４０５．　【２］王备新，杨莲芳．大型底栖无脊椎动物水质快速生物评价的研究进　展ｏ】．南京农业大学学报，２００１，２４０）：１０７－１１１．　ｐ】国家环保局水生生物监测手册编委会．水生生物监测手册【Ｍ】．南　京：东南大学出版社，１９９３．　［４］刘建康．高级水生生物学［Ｍ】．北京：科学出版社，２０００．　［５】ＢＥＹＥＮＥ　Ａ，ＡＤＤＩＳ　Ｔ，ＫＩＦＬＥ　Ｄ，ｅｔ　ａ１．Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｄｉ—　ａｔｏｎ￣ａｎｄ　ｍａｃｒｏｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅｓ　ａｓ　ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ　ｏｆ　ｓｅｖｅｒｅ　ｗａｔｅｒ　ｐｏ￣ｕｄｏｎ：Ｃａｓｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｋｅｂｅｎａ　ａｎｄ　Ａｋａｌｄ　ｒｉｖｅｒｓ　ｉｎ　Ａｄｄｉｓ　Ａｂａｂａ　ＥｔｈｉｏｐｉａⅡ】．Ｅｃｏｌｏｇ－　ｉｃａｌ　Ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ，２００９，９（２）：３８１－３９２．　［６］ＭＯＲＥＮＯ　Ｐ。ＦＲ＾ＮＣＡ　Ｊ　Ｓ，ＦＥＩＬＩＬＥＩＩＬＡ　Ｗ　ＩＬ，ｅｔ　ａ１．Ｕｓｅ　ｏｆｔｈｅ　ＢＥＡＳＴ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｂｉｏ—ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｎ　ａ　ｎｅｏｔｒｏｐｉｃａｌ　ｂａｓｉｎ　ｏ】．Ｈｙｄｒｏｂｉｏｌｏｇｉａ，２００９，６３０：２３１－２４２．　ＩＬｅｓｈ　Ｖ　Ｈ．Ｎｏｎｉｓ　ＩＬ　Ｈ。Ｂａｒｂｏｕｒ　Ｍ　Ｔ．Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒａｐｉｄ　ａｓｓ￣ＳＩＴｌｅｎｔ　ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ　ｆｏｒ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｕｓｉｎｇ　ｂｅｎ—　ｔｈｉｃ　ｍａｃｒｏｉｎｖｅｒｔｂｒａｔｓｅⅡ】．ＡｕｓｍａｌｉａｎＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆＥｃ￣ｏｇｙ。１９９５，２０：１０８－１２１．　［８】池仕运。胡菊香，高少波，等．底栖动物监测方法研究进展Ｕ】．河海大　学学报，２０１０。３８（２）：３５６－３６０．　［９］杨莲芳，田立新．中国水生昆虫研究史梗概Ⅱ】．昆虫知识，１９９４，１３（５）：　３０８￣３１４．　【１　ｏ］颜京松．以底栖动物评价甘肃境内黄河千支流枯水期水质Ⅱ］．环境　科学，１９８０，１（１４）：１４￣２０．　【１１】王士达．官厅水库主要污染物质对底栖动物的影响［Ａ］．见：中国科　学院水生生物研究所编．环境污染与生态学文集［Ｃ］．南京：江苏科学技　术出版社，１９８１．５８－－６５．　态进行评价Ⅱ】．长江流域资源与环境，２００９，１８（３）：２４１￣２４７．　（１６】吴东浩，刘伟，赵煜，等．秦淮河上游水体大型底栖无脊椎动物群落　结构及水质生物评价Ⅱ】．环境监测管理与技术，２０１０，２２（５）：１９－３０．　【１７】潘立勇．利用底栖动物对京杭运河铜山段水质的评价Ｄ】．江苏环境　科技，２００２，１５（４）：２３￣２５．　【１８】陈光程，叶勇，卢昌义．九龙江口秋茄红树林恢复对大型底栖动物　群落的影响Ⅱ］．厦门大学学报，２００８，４７（２）：２６Ｏ吨６５．　【１　９】吉红，梁朝军，高俊．津河的底栖动物现状及水质评价研究ｏ】．西北　农林科技大学学报。２００６，３４（３）：４２￣４７．　【２０］Ｐａｕｗ　Ｎ　Ｄ。Ｖａｎｈｏｏｒｅｎ　Ｇ．Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｓｓ　ｓＩｎｅｎｔ　ｏｆｗａｔｅｒｃｏｕｒｓｓｅ　ｉｎ　ＢｄｇｉｕｍⅡ】．Ｈｙｄｒｏｂｉｏｌｏｇｉａ，１９８３，１００：１５３￣１６８．　【２１】颜京松，游贤文，苑省三．以底栖动物评价甘肃境内黄河干支流枯　水期的水质Ⅱ】．环境科学，１９８０（４）：１４￣２０．　【２２】杨莲芳。李佑文，戚道光，等．九华河水生昆虫群落结构和水质生物　评价Ⅱ】．生态学报，１９９２，１２（１）：１０－＇１７．　［２３】童晓立，胡慧建，陈思源．利用水生昆虫评价南昆山溪流的水质Ⅱ］．　华南农业大学学报，１９９５，１６（３）：－６１０．　ｆ２４］王建国，黄恢柏，杨明旭，等．利用水生昆虫评价庐山自然保护区主　要水体水质状况Ⅱ】．江西农业大学学报，１９９９，２１（３）：３６３￣３６６．　［２５】刘玉，ＶＥＲ．ＭＡＡＴ　Ｊ　Ｅ，ＩＬＵＹＴＥＫ　Ｅ　Ｄ　ｄｅ，等．ＩＳＯ－ＢＭＷＰ底栖　动物监测法在中国河流有机污染评价中的修正及应用Ⅱ］．中山大学学　报，２００４。４３０）：１０２－１０５．　［２６】吴东浩，王备新，张咏，等．底栖动物生物指数水质评价进展及在中　国的应用前景Ⅱ】．南京农业大学学报，２０１１，３４（２）：１２９－１３４．　【２７】房英春。刘广纯，田春，等．浅析河流水体污染的生物监测及指标生　物ｏ１冰土保持研究，２００５，１２￣）：１５１￣１５３．　［２８】Ｓａｎｄｉｎ　Ｌ，Ｈｅｒｉｎｇ　Ｄ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｍａｃｒｏｉｎｖｅｒｔｅｂｒａｔｅ　ｉｎｄｉｃｅｓ　ｔｏ　ｄｅｔｅｃｔ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｐｏＵｕｆｉｏｎ　ａｃｒｏｓｓ　Ｅｕｒｏｐｅ：ａ　ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｃｏ　ｔｈｅ　ＥＣ　Ｗａｔｅｒ　Ｆｒａｍｅ—　ｗｏｒｋ　Ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ　ｉｎｔｅｒｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ田．Ｈｙｄｒｏｂｉｏｌｏｇｉａ，００４，５１６：５５～６８．　［２９］Ｓｏｌｈｅｉｍ　Ａ　Ｌ，Ｐ．ｅｋｏｌａｉｎｅｎ　ｓ，Ｍｏｅ　ｓ　Ｊ，ｅｔ　ａ１．Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｒｅ—　ｓｐｏｍｅｓ　ｉｎ　Ｅｕｒｏｐｅａｎ　ｌａｋｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｗａｃｅｒ　Ｆｒａｍｅ—　ｗｏｒｋ　Ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ（ＷＦＤ）Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ：ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｏｆ　ｌｋａｅｓ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ＲＥＢＥＣＣＡ　ｐｒｏｊｅｃｔ［Ｊ］．Ａｑｕａｔ　Ｅｃｏｌ，２００８，４２：３１７－３３４．