水环境指示生物筛选研究范文

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生物监测是利用生物的组分、个体、种群或群落对环境污染或环境变化所产生的反应，从生物学的角度为环境质量的监测、评价提供依据。生物监测指标是指能够清晰反映生态系统状态及变化趋势的可观性特征。从Kolkwitz等在1902年首次采用生物指标评价水质至今，在环境领域提及的生物监测均指一种生物群落、生物个体或生物的生理生化指标来反映水体的环境质量。中国开展时间长、运用范围广的生物监测指标主要为底栖动物和藻类。目前利用生物指标对水体环境质量评价方法较多，都是采用多种评价方法对单一生物监测指标进行评价，不能反映水体化学指标情况和整个生态系统的状况。本文以理化指标为基础，筛选出不同污染水体底栖动物、浮游生物作为指示生物，初步建立一套基于指示生物的描述水体污染程度的综合评价体系。

1水环境的理化指标分级

确定水体污染的生物分级不易过多、过细。因此，将齐齐哈尔市水体划分为5个差异明显的级别，即一级代表清洁或较清洁，二级代表轻污染，三级代表中污染，四级代表重污染，五级代表严重污染。将2006—2013年与生物监测同步的272组数据进行统计分析。结果表明，与生物关系密切的高锰酸盐指数、五日生化需氧量、总磷、总氮、粪大肠菌群指标同时符合《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)同一类水体的值仅有2008年7月拉哈断面(左)一组，一致率占分析组的0.37%。因此利用《地表水环境质量标准》的污染分级筛选指示生物(制定生物评价标准)是有困难的。为此本研究以水体受到污染程度的情况，结合生物指标和理化指标进行水体划分。

1.1一级水体理化指标选择流经齐齐哈尔地区的嫩江源头水体是清洁水体，但考虑到嫩江源头为海拔高、水速急，底质以砾石为主的环境，源头水体在流经齐齐哈尔市的过程中即使未受到污染，水质理化指标也会受到水体的稀释、沉淀、扩散等自净作用及氧化还原反应、酸碱反应、分解化合作用、微生物降解作用等而发生改变。所以，嫩江源头的理化指标、生物群落与齐齐哈尔地区是有差异的。为能获得有代表性的齐齐哈尔市清洁或较清洁水体理化数据，制定一个科学、合理的评价指标，选用1991—1994年拉哈断面冰封期的数据作为依据。因拉哈断面与嫩江源头之间仅有讷河县、嫩江县2个县，在这期间，居民居住以平房为主，生活污水、小加工业废水基本为就近湖泊排放，很少进入嫩江，加上冰封期水体与外界隔绝，基本杜绝了放牧、风沙、地表径流等因素对水体的影响。因此，这段时期的理化数据作为齐齐哈尔清洁水体数据是可行的。1991—1994年冰封期拉哈断面高锰酸盐指数为1.60～2.83mg/L，生化需氧量为0.58～1.00mg/L，粪大肠菌群为20～340个/L。

1.2二级、三级水体选择齐齐哈尔市是工业欠发达地区，嫩江上游污染源比较少，根据历年《环境质量报告书》及《嫩江保护研究》报告数据分析，齐齐哈尔江段各水体以有机污染为主，污染级别介于轻污染和中污染之间。因此，选择2000—2013年与生物采样同步的2298个嫩江、扎龙湿地、劳动湖的理化数据进行统计分析。为便于分析其规律性，将各指标排序，统计各指标在5%～95%的质量分数，见表1。

1.3四级、五级水体选择20世纪80年代，劳动湖水体2#、3#、4#点位之间有大小排污口19个，5#、6#点位各一个排污口，例行监测的各项理化指标浓度均很高。夏季湖面常漂浮一层厚厚的微囊藻，水底冒出气泡可见大量黑色淤泥被带到水面，湖边常能闻到腥臭味。6—9月表层水采样期间，2#、3#点位水样则经常出现溶解氧过低现象，1#、5#、6#点位水样经常出现溶解氧过饱和现象，4#点位溶解氧过低、过饱和现象均有出现，属于典型的重富营养化水体。以1986年《劳动湖水体污染综合调查》报告［19］中6个点位5次采样数据作为制定重污染和严重污染水体的理化指标依据，如表2所示。

1.4理化指标分级结果依据表1、表2，并结合《地表水环境质量标准》，清洁水体的各项指标排序应小于10%，轻污染指标排序应在10%～50%，中污染指标排序应在50%～80%，重污染指标排序应在80%～95%，严重污染指标排序应大于95%。

2指示生物的筛选及应用

生物生存与环境条件有密切的关系，优势种群是水质污染状态的具体体现。确定有代表性的各类水体才能知道各种优势种生物的生存环境，才能使制定的生物评价标准更准确、更科学地反映水体污染状况。

2.1筛选原则普生性生物，如藻类中的小环藻、异极藻、四尾栅藻等不列入指示生物中。根据目前从事生物监测人员的鉴定能力，不易鉴定区别的生物，如一些针杆藻、脆杆藻等不列入指示生物中。

2.2筛选方法不同的水环境存在不同的优势种生物。根据表3确定的理化指标分级，对嫩江齐齐哈尔江段、尼尔基水库、音河水库、扎龙湿地、劳动湖、齐齐哈尔氧化塘各水体的19个点位多次采样的水样进行污染程度的划分，在此基础上筛选出相对应的优势生物种类作为水体污染程度的指示生物，结果见表4。

2.3方法应用水体中出现指示生物最多的级别，确定为水体的污染级别。当水体中藻类种类较多时，应选择出现数量较多的4～5个指示生物参与评价。底栖动物种类较少时，指示生物均参与评价。水丝蚓具有普生性，又是重污染的指示生物，在与敏感指示生物(如蜉蝣、石蚕等)出现在同一水体时，选择敏感指示生物参与评价。当指示生物评价结果介于两个污染级别之间时，依据表3的理化指标分级最后确定污染级别。根据国内经济发展状况、污染治理水平、民众环保意识，目前水体污染分级标准不易过严。制定的理化指标分级表(表3)中的重污染范围值，高锰酸盐指数、生化需氧量略低于《地表水环境质量标准》的Ⅴ类水体标准，总氮、总磷高于50%左右。应用这个标准评价齐齐哈尔地区18个例行监测断面，重污染断面占53%。为使生物评价快速、简单、准确地反映水体污染状况，应关注特殊环境下的水体污染评价指标。如:①水体长期处于高浓度有机污染环境下，水体底层往往处于严重缺氧或无氧状态。如果底泥发黑，有异味，说明底泥中没有或仅有颤蚓、水丝蚓、黄色羽摇蚊等少量的几种生物存在，该水体可直接确定为重污染水体;如果底泥发黑油亮，H2S味较大，则表明无任何底栖动物存在，该水体可直接确定为严重污染水体。②水体在总氮或总磷浓度很高的环境下会出现裸藻(体积或重量明显超过其他藻类体积或质量的总和)、颤藻、鞘丝藻、胶鞘藻、微囊藻等生物的大量生长现象，该水体则属于重污染或严重污染，可再通过表3的理化指标分级确定其污染程度。

3结论

1)目前水环境质量评价是采取单因子评价方法，本文的评价方法则考虑了底栖动物、浮游动物、藻类和理化指标的多因素进行评价，可以客观、综合地评价水环境。2)制定的指示生物评价方法是以理化指标为基础，通过筛选最适合生长环境的优势物种作为指示生物，评价结果比生物计分法、生物耐污值法更能反映水体真实情况。同时，也可避免生物多样性评价、指数评价结果容易出现偏离的问题。3)将指示生物评价法与典型特征水体评价判断相结合，可减轻相关专业人员的工作难度和工作强度。4)加强对特殊环境水体的理化指标、生物多样性关系的研究，制定简易、快速判断水体污染状况的方法。5)广泛开展针对不同地域、不同类型水体的指示生物筛选工作，使指示生物评价方法具有更广泛的实用性。

作者：周晏敏 袁欣 李彬旭 马德滨 刘允 单位：齐齐哈尔市环境监测中心站 哈尔滨学院 中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室