周晏敏，袁 欣，李彬旭，馬德濱，劉 允

1．齊齊哈爾市環(huán)境監(jiān)測中心站，黑龍江齊齊哈爾 161005

2．哈爾濱學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080

3．中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

生物監(jiān)測是利用生物的組分、個體、種群或群落對環(huán)境污染或環(huán)境變化所產(chǎn)生的反應(yīng)，從生物學(xué)的角度為環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測、評價提供依據(jù)。生物監(jiān)測指標(biāo)是指能夠清晰反映生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)及變化趨勢的可觀性特征［1］。從 Kolkwitz等在1902年首次采用生物指標(biāo)評價水質(zhì)至今，在環(huán)境領(lǐng)域提及的生物監(jiān)測均指一種生物群落、生物個體或生物的生理生化指標(biāo)來反映水體的環(huán)境質(zhì)量［2-4］。

中國開展時間長、運(yùn)用范圍廣的生物監(jiān)測指標(biāo)主要為底棲動物和藻類。目前利用生物指標(biāo)對水體環(huán)境質(zhì)量評價方法較多，都是采用多種評價方法對單一生物監(jiān)測指標(biāo)進(jìn)行評價［5-10］，不能反映水體化學(xué)指標(biāo)情況和整個生態(tài)系統(tǒng)的狀況。本文以理化指標(biāo)為基礎(chǔ)，篩選出不同污染水體底棲動物、浮游生物作為指示生物，初步建立一套基于指示生物的描述水體污染程度的綜合評價體系。

1 水環(huán)境的理化指標(biāo)分級

確定水體污染的生物分級不易過多、過細(xì)。因此，將齊齊哈爾市水體劃分為5個差異明顯的級別，即一級代表清潔或較清潔，二級代表輕污染，三級代表中污染，四級代表重污染，五級代表嚴(yán)重污染。

將2006—2013年與生物監(jiān)測同步的272組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，與生物關(guān)系密切的高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、總磷、總氮、糞大腸菌群指標(biāo)同時符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)［11］同一類水體的值僅有2008年7月拉哈斷面(左)一組，一致率占分析組的0.37%。因此利用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的污染分級篩選指示生物(制定生物評價標(biāo)準(zhǔn))是有困難的。為此本研究以水體受到污染程度的情況，結(jié)合生物指標(biāo)和理化指標(biāo)進(jìn)行水體劃分。

1.1 一級水體理化指標(biāo)選擇

流經(jīng)齊齊哈爾地區(qū)的嫩江源頭水體是清潔水體，但考慮到嫩江源頭為海拔高、水速急，底質(zhì)以礫石為主的環(huán)境，源頭水體在流經(jīng)齊齊哈爾市的過程中即使未受到污染，水質(zhì)理化指標(biāo)也會受到水體的稀釋、沉淀、擴(kuò)散等自凈作用及氧化還原反應(yīng)、酸堿反應(yīng)、分解化合作用、微生物降解作用等而發(fā)生改變。所以，嫩江源頭的理化指標(biāo)、生物群落與齊齊哈爾地區(qū)是有差異的。

為能獲得有代表性的齊齊哈爾市清潔或較清潔水體理化數(shù)據(jù)，制定一個科學(xué)、合理的評價指標(biāo)，選用1991—1994年拉哈斷面冰封期的數(shù)據(jù)作為依據(jù)。因拉哈斷面與嫩江源頭之間僅有訥河縣、嫩江縣2個縣，在這期間，居民居住以平房為主，生活污水、小加工業(yè)廢水基本為就近湖泊排放，很少進(jìn)入嫩江，加上冰封期水體與外界隔絕，基本杜絕了放牧、風(fēng)沙、地表徑流等因素對水體的影響。因此，這段時期的理化數(shù)據(jù)作為齊齊哈爾清潔水體數(shù)據(jù)是可行的。1991—1994年冰封期拉哈斷面高錳酸鹽指數(shù)為1.60～2.83 mg/L，生化需氧量為0.58～1.00 mg/L，糞大腸菌群為20～340個/L。

1.2 二級、三級水體選擇

齊齊哈爾市是工業(yè)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，嫩江上游污染源比較少，根據(jù)歷年《環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書》及《嫩江保護(hù)研究》報(bào)告數(shù)據(jù)分析［12-18］，齊齊哈爾江段各水體以有機(jī)污染為主，污染級別介于輕污染和中污染之間。因此，選擇2000— 2013年與生物采樣同步的2 298個嫩江、扎龍濕地、勞動湖的理化數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。為便于分析其規(guī)律性，將各指標(biāo)排序，統(tǒng)計(jì)各指標(biāo)在5% ～95%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，見表1。

表1 齊齊哈爾市主要水體理化指標(biāo)排序

1.3 四級、五級水體選擇

20 世紀(jì) 80 年代，勞動湖水體 2#、3#、4#點(diǎn)位之間有大小排污口19個，5#、6#點(diǎn)位各一個排污口，例行監(jiān)測的各項(xiàng)理化指標(biāo)濃度均很高。夏季湖面常漂浮一層厚厚的微囊藻，水底冒出氣泡可見大量黑色淤泥被帶到水面，湖邊常能聞到腥臭味。6—9月表層水采樣期間，2#、3#點(diǎn)位水樣則經(jīng)常出現(xiàn)溶解氧過低現(xiàn)象，1#、5#、6#點(diǎn)位水樣經(jīng)常出現(xiàn)溶解氧過飽和現(xiàn)象，4#點(diǎn)位溶解氧過低、過飽和現(xiàn)象均有出現(xiàn)，屬于典型的重富營養(yǎng)化水體。以1986年《勞動湖水體污染綜合調(diào)查》報(bào)告［19］中6個點(diǎn)位5次采樣數(shù)據(jù)作為制定重污染和嚴(yán)重污染水體的理化指標(biāo)依據(jù)，如表2所示。

表2 1986年勞動湖水質(zhì)調(diào)查

1.4 理化指標(biāo)分級結(jié)果

依據(jù)表1、表2，并結(jié)合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，清潔水體的各項(xiàng)指標(biāo)排序應(yīng)小于10%，輕污染指標(biāo)排序應(yīng)在10% ～50%，中污染指標(biāo)排序應(yīng)在50% ～80%，重污染指標(biāo)排序應(yīng)在80% ～95%，嚴(yán)重污染指標(biāo)排序應(yīng)大于95%(表3)。

表3 水體污染理化指標(biāo)分級

2 指示生物的篩選及應(yīng)用

生物生存與環(huán)境條件有密切的關(guān)系，優(yōu)勢種群是水質(zhì)污染狀態(tài)的具體體現(xiàn)。確定有代表性的各類水體才能知道各種優(yōu)勢種生物的生存環(huán)境，才能使制定的生物評價標(biāo)準(zhǔn)更準(zhǔn)確、更科學(xué)地反映水體污染狀況。

2.1 篩選原則

普生性生物，如藻類中的小環(huán)藻、異極藻、四尾柵藻等不列入指示生物中。根據(jù)目前從事生物監(jiān)測人員的鑒定能力，不易鑒定區(qū)別的生物，如一些針桿藻、脆桿藻等不列入指示生物中。

2.2 篩選方法

不同的水環(huán)境存在不同的優(yōu)勢種生物。根據(jù)表3確定的理化指標(biāo)分級，對嫩江齊齊哈爾江段、尼爾基水庫、音河水庫、扎龍濕地、勞動湖、齊齊哈爾氧化塘各水體的19個點(diǎn)位多次采樣的水樣進(jìn)行污染程度的劃分，在此基礎(chǔ)上篩選出相對應(yīng)的優(yōu)勢生物種類作為水體污染程度的指示生物，結(jié)果見表4。

表4 齊齊哈爾市各主要水體指示生物

續(xù)表4

續(xù)表4

2.3 方法應(yīng)用

水體中出現(xiàn)指示生物最多的級別，確定為水體的污染級別。

當(dāng)水體中藻類種類較多時，應(yīng)選擇出現(xiàn)數(shù)量較多的4～5個指示生物參與評價。底棲動物種類較少時，指示生物均參與評價。

水絲蚓具有普生性，又是重污染的指示生物，在與敏感指示生物(如蜉蝣、石蠶等)出現(xiàn)在同一水體時，選擇敏感指示生物參與評價。

當(dāng)指示生物評價結(jié)果介于兩個污染級別之間時，依據(jù)表3的理化指標(biāo)分級最后確定污染級別。

根據(jù)國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、污染治理水平、民眾環(huán)保意識，目前水體污染分級標(biāo)準(zhǔn)不易過嚴(yán)。制定的理化指標(biāo)分級表(表3)中的重污染范圍值，高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量略低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的Ⅴ類水體標(biāo)準(zhǔn)，總氮、總磷高于50%左右。應(yīng)用這個標(biāo)準(zhǔn)評價齊齊哈爾地區(qū)18個例行監(jiān)測斷面，重污染斷面占53%。為使生物評價快速、簡單、準(zhǔn)確地反映水體污染狀況，應(yīng)關(guān)注特殊環(huán)境下的水體污染評價指標(biāo)。如：①水體長期處于高濃度有機(jī)污染環(huán)境下，水體底層往往處于嚴(yán)重缺氧或無氧狀態(tài)。如果底泥發(fā)黑，有異味，說明底泥中沒有或僅有顫蚓、水絲蚓、黃色羽搖蚊等少量的幾種生物存在，該水體可直接確定為重污染水體;如果底泥發(fā)黑油亮，H2S味較大，則表明無任何底棲動物存在，該水體可直接確定為嚴(yán)重污染水體。②水體在總氮或總磷濃度很高的環(huán)境下會出現(xiàn)裸藻(體積或重量明顯超過其他藻類體積或質(zhì)量的總和)、顫藻、鞘絲藻、膠鞘藻、微囊藻等生物的大量生長現(xiàn)象，該水體則屬于重污染或嚴(yán)重污染，可再通過表3的理化指標(biāo)分級確定其污染程度。

3 結(jié)論

1)目前水環(huán)境質(zhì)量評價是采取單因子評價方法，本文的評價方法則考慮了底棲動物、浮游動物、藻類和理化指標(biāo)的多因素進(jìn)行評價，可以客觀、綜合地評價水環(huán)境。

2)制定的指示生物評價方法是以理化指標(biāo)為基礎(chǔ)，通過篩選最適合生長環(huán)境的優(yōu)勢物種作為指示生物，評價結(jié)果比生物計(jì)分法、生物耐污值法更能反映水體真實(shí)情況。同時，也可避免生物多樣性評價、指數(shù)評價結(jié)果容易出現(xiàn)偏離的問題。

3)將指示生物評價法與典型特征水體評價判斷相結(jié)合，可減輕相關(guān)專業(yè)人員的工作難度和工作強(qiáng)度。

4)加強(qiáng)對特殊環(huán)境水體的理化指標(biāo)、生物多樣性關(guān)系的研究，制定簡易、快速判斷水體污染狀況的方法。

5)廣泛開展針對不同地域、不同類型水體的指示生物篩選工作，使指示生物評價方法具有更廣泛的實(shí)用性。

［1］Niemi G J，McDonald ME．Application of ecological indicators［J］．Annual Review of Ecology，Evolution and Systematics，2004，35：89-111．

［2］Chapman D．Water quality assessments-A guide to the use of biota，sediments and water in environmental［R］．London：On behalf of WHO by F ＆ FN Spon，1996．

［3］Karr J R，Chu E W．Biological monitoring and assessment：using multimetric indexes effectively［M］．Seattle：University of Washington，1997：33-36．

［4］Holt E A，Miller S W．Bioindicators：using organisms to measure environmentalimpacts［J］． Nature Education Knowledge，2011，3(10)：8．

［5］程英，宋揚(yáng)．松花江哈爾濱江段水生生物調(diào)查與評價［J］．黑龍江環(huán)境通報(bào)，2010，34(2)：34-37．

［6］宋楠，范亞文，宋家剛，等．大慶龍鳳濕地藻類植物調(diào)查及水質(zhì)初步評價［J］．黑龍江環(huán)境通報(bào)，2013，37(1)：45-47．

［7］宋力敏．運(yùn)用生物學(xué)指標(biāo)評價嫩江“十一五”期間水質(zhì)污染狀況［J］．黑龍江環(huán)境通報(bào)，2013，39(3)：29-31．

［8］于力，于海燕，王霞．監(jiān)測和評價渾江水質(zhì)的底棲動物指標(biāo)體系研究［J］．中國環(huán)境監(jiān)測，2002，18(6)：59-63．

［9］宋復(fù)，于硯民，劉操．溫榆河底棲大型無脊椎動物與水質(zhì)評價［J］．中國環(huán)境監(jiān)測，2009，25(1)：101-105．

［10］李中宇，胡顯安，劉錄三．松花江下游底棲動物組成及其環(huán)境指示作用［J］．中國環(huán)境監(jiān)測，2014，30(1)：86-92．

［11］GB 3838—2002 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［12］劉哲人，宋力敏，楊光宇，等．齊齊哈爾市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書(七五)［R］．齊齊哈爾：齊齊哈爾市環(huán)境監(jiān)測中心站，1991．

［13］劉哲人，宋力敏，楊光宇，等．齊齊哈爾市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書(八五)［R］．齊齊哈爾：齊齊哈爾市環(huán)境監(jiān)測中心站，1996．

［14］宋力敏，楊光宇，周宴敏，等．齊齊哈爾市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書(九五)［R］．齊齊哈爾：齊齊哈爾市環(huán)境監(jiān)測中心站，2001．

［15］劉哲人，韓麗媛，周宴敏，等．齊齊哈爾市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書(十五)［R］．齊齊哈爾：齊齊哈爾市環(huán)境監(jiān)測中心站，2006．

［16］劉哲人，韓麗媛，盧英東，等．齊齊哈爾市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書(十一五)［R］．齊齊哈爾：齊齊哈爾市環(huán)境監(jiān)測中心站，2011．

［17］劉哲人．嫩江保護(hù)研究［R］．齊齊哈爾：齊齊哈爾市環(huán)境監(jiān)測中心站，2009．

［18］劉哲人．北方寒冷地區(qū)應(yīng)用氧化塘技術(shù)處理城鎮(zhèn)污水實(shí)用技術(shù)的研究［R］．齊齊哈爾：齊齊哈爾市環(huán)境監(jiān)測中心站，2005．

［19］年桂芬．勞動湖水體污染現(xiàn)狀調(diào)查研究報(bào)告［J］．鶴城環(huán)境，1988(3)：27-38．