林久富

摘 要： 大型底棲無脊椎動(dòng)物常用于河流生態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估，目前，國(guó)內(nèi)尚無完善的涉水不可過河流大型底棲無脊椎動(dòng)物采樣方法。詳細(xì)地介紹了國(guó)內(nèi)外常用的涉水不可過河流大型底棲無脊椎動(dòng)物采樣方法，包括USEPA-EMAP、AQEM、USEPA-CABNSR、USEPA-NRSA、《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》（SL219-2013）和《生物多樣性觀測(cè)技術(shù)導(dǎo)則 淡水底棲大型無脊椎動(dòng)物》（HJ710.8-2014），分析了這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)及可行性。建議確立基于改進(jìn)的USEPA-CABNSR采樣方法作為我國(guó)涉水不可過河流大型底棲無脊椎動(dòng)物采樣方法的參考。

關(guān)鍵詞： 涉水不可過河流;大型底棲無脊椎動(dòng)物;采樣方法

中圖分類號(hào)： TB????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A????? doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.13.098

河流系統(tǒng)具有泄洪、輸沙、供水、自凈、航運(yùn)、發(fā)電和景觀等多種功能，同時(shí)，作為重要的生態(tài)系統(tǒng)類型，也具有調(diào)節(jié)氣候、改善生態(tài)環(huán)境和維護(hù)生物多樣性等多種功能，對(duì)人類社會(huì)的存在與發(fā)展至關(guān)重要;隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展，水資源利用強(qiáng)度和污染物排放強(qiáng)度不斷變大，河流生態(tài)系統(tǒng)的健康受到了嚴(yán)重威脅;維護(hù)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康已經(jīng)成為眾多學(xué)者的共識(shí)和河流管理的重要目標(biāo)。

河流生態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估是河流管理的基礎(chǔ)，對(duì)維護(hù)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康有著重要意義。大型底棲無脊椎動(dòng)物（下文簡(jiǎn)稱為底棲動(dòng)物）是指不能通過500μ m孔徑網(wǎng)篩的無脊椎動(dòng)物，是河流生態(tài)系統(tǒng)中最重要的定居動(dòng)物代表類群之一，通過攝食、掘穴和建管等擾動(dòng)活動(dòng)直接或者間接地影響著河流生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)分解、能量流動(dòng)和營(yíng)養(yǎng)循環(huán);底棲動(dòng)物種類豐富，大多數(shù)有相對(duì)較長(zhǎng)的生活史和較固定的生活場(chǎng)所，對(duì)化學(xué)污染和物理變化有較廣泛的耐受性，能夠綜合反映河流質(zhì)量的長(zhǎng)期變化;因此，底棲動(dòng)物常作為河流生態(tài)監(jiān)測(cè)的指示物種，并被廣泛地應(yīng)用于河流生態(tài)評(píng)估。

作為獲取河流生態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的必要手段，國(guó)外已有較為系統(tǒng)的河流底棲動(dòng)物采樣方法，目前，國(guó)內(nèi)尚無完善的涉水不可過河流底棲動(dòng)物采樣方法，僅有少數(shù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與手冊(cè)涉及，存在內(nèi)容簡(jiǎn)單和采樣方法模糊等問題，不能滿足河流生態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估的工作要求。本文對(duì)比分析了國(guó)內(nèi)外常用的河流底棲動(dòng)物采樣方法的優(yōu)缺點(diǎn)及用于我國(guó)涉水不可過河流的可行性，建議確立基于改進(jìn)的USEPA-CABNSR采樣方法作為我國(guó)涉水不可過河流底棲動(dòng)物采樣方法的參考。

1 河流底棲動(dòng)物采樣方法要素

采用標(biāo)準(zhǔn)的底棲動(dòng)物采樣方法的目的是獲得有代表性的樣品。采樣河段長(zhǎng)度、采樣位置、采樣工具和采樣面積的綜合考慮能夠得到較合理、有效的采樣方法。

1.1 采樣河段長(zhǎng)度

采樣河段長(zhǎng)度主要有固定長(zhǎng)度法和可變長(zhǎng)度法兩種確定方法。固定長(zhǎng)度法是將采樣河段長(zhǎng)度設(shè)定為固定距離，在野外應(yīng)用和后勤保障上更有優(yōu)勢(shì)，但存在采樣效率相對(duì)于河流大小不對(duì)等和樣點(diǎn)間的生物差異可能歸因于缺乏足夠數(shù)量的生境單元的缺點(diǎn);可變長(zhǎng)度法是根據(jù)河寬或者河深選擇相應(yīng)比例，利用指標(biāo)指示不同采樣河段長(zhǎng)度的采樣效率來評(píng)估合理的采樣河段長(zhǎng)度，是按比例增加資源量的結(jié)果。

1.2 采樣位置

河岸區(qū)域指容易接近的淺水區(qū)域，生境比較醒目，具有易于采樣，不需要行船，減少成本與風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)。河岸區(qū)域采樣的缺點(diǎn)包括采樣的穩(wěn)定性差，由于生境的多變性和生物體分布的不均勻，需要更多的重復(fù)采樣降低可變性;樣品中的雜質(zhì)較多，處理時(shí)間和成本較大;河岸區(qū)域存在陡坎時(shí)，采樣變得困難或者不可能。河道中央指河流流速較大，河道底質(zhì)穩(wěn)定性較差的深水區(qū)域。河流流速較大使采樣工具的使用受到限制，底棲動(dòng)物群落物種在底質(zhì)穩(wěn)定性較差位置分布較少，尤其是底質(zhì)為泥沙的河流。

采樣位置等間距布設(shè)是在采樣河段范圍內(nèi)按照一定距離間隔布設(shè)采樣位置，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于執(zhí)行，能夠在野外節(jié)約大量時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，但存在采樣河段范圍內(nèi)生產(chǎn)力最高的生境可能會(huì)由于落在斷面之間而無法采集等問題。采樣位置生境導(dǎo)向布設(shè)是根據(jù)采樣河段范圍生境狀況進(jìn)行采樣位置布設(shè)，主要有按生境面積比例布設(shè)和按生境類型比例布設(shè)兩種。前者能夠更好地反應(yīng)采樣河段的實(shí)際情形;后者具有更好的操作性，但存在較小代表性的生境占據(jù)了同其他生境一樣的比例，更有代表性的樣品遺漏的問題。

1.3 采樣工具

河流底棲動(dòng)物采樣工具間存在較大差異，不同的采樣工具有不同的適用生境，選擇適合的采樣工具對(duì)河流生態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲得至關(guān)重要。

按照不同的標(biāo)準(zhǔn)，河流底棲動(dòng)物采樣工有不同的分類結(jié)果。常用的河流底棲動(dòng)物采樣工具可以分為被動(dòng)采樣工具和主動(dòng)采樣工具，被動(dòng)采樣工具指示的是定居潛力，主要有人工底層采樣器和漂網(wǎng)，主動(dòng)采樣工具反應(yīng)的是當(dāng)前的群落結(jié)構(gòu)，主要有踢網(wǎng)、索伯網(wǎng)、D形網(wǎng)、手抄網(wǎng)和底部抓斗式采樣器等;底棲動(dòng)物采樣工具可以分為定量采樣工具，半定量采樣工具和定性采樣工具，定量采樣工具主要用于底棲動(dòng)物生態(tài)學(xué)研究，主要有人工底層采樣器，底部抓斗式采樣器和索伯網(wǎng)，半定量采樣工具主要用于底棲動(dòng)物生態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估，主要有踢網(wǎng)和D形網(wǎng)，定性采樣工具主要有手抄網(wǎng)，定性采樣工具主要用于一般的河流生態(tài)調(diào)查;底棲動(dòng)物采樣工具也可以分為深水采樣工具和淺水采樣工具， 深水采樣工具主要有底部抓斗式采樣器和人工底層采樣器，淺水采樣工具主要有踢網(wǎng)、索伯網(wǎng)、D形網(wǎng)、手抄網(wǎng)和人工底層采樣器。

1.4 采樣面積

Olaf Arrhenius研究了物種數(shù)與面積之間的關(guān)系，提出物種數(shù)與面積呈冪指數(shù)關(guān)系，采樣面積在1-2 m2時(shí)物種數(shù)變化不大，出于采樣工作效率的考慮，提出采樣面積最小為1 m2才能保證采樣結(jié)果的可靠。

2 國(guó)內(nèi)外河流底棲動(dòng)物采樣規(guī)范與方法

2.1 USEPA-EMPA

2000年美國(guó)環(huán)保署在地表水環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)估手冊(cè)中對(duì)涉水不可過河流底棲動(dòng)物采樣方法做了以下闡述：采樣河段長(zhǎng)度為40/100倍的河寬;采樣位置為在采樣河段范圍內(nèi)等間距布設(shè)11個(gè)斷面，每個(gè)斷面兩岸河岸區(qū)域各采集一個(gè)樣點(diǎn)，采樣水深范圍小于1 m;每個(gè)樣點(diǎn)采樣面積為0.25 m2，將所有樣點(diǎn)的樣品匯聚為一個(gè)樣品，采樣面積總和為5.5 m2;采樣工具為踢網(wǎng)，如圖1所示。

2.2 USEPA-CABNSR

2006年美國(guó)環(huán)保署在涉水不可過河流生物評(píng)估手冊(cè)中對(duì)底棲動(dòng)物采樣方法做了以下闡述：采樣河段長(zhǎng)度為500 m;采樣位置為在采樣河段范圍內(nèi)等間距布設(shè)6個(gè)斷面，每個(gè)斷面兩岸上下游5m的河岸區(qū)域各采集3個(gè)樣點(diǎn)，按照區(qū)域內(nèi)每種生境面積比例將6個(gè)樣點(diǎn)分配，采樣水深范圍小于1 m;每個(gè)樣點(diǎn)采樣面積為0.15 m2，將所有樣點(diǎn)的樣品匯聚為一個(gè)樣品，采樣面積總和約為12 m2;采樣工具為500 μm的D形網(wǎng);采樣順序?yàn)閺南掠蜗蛏嫌尾杉?，如圖2所示。

2.3 AQEM

2002年歐洲水框架指令對(duì)河流底棲動(dòng)物采樣方法做了以下闡述：采樣河段長(zhǎng)度為500 m或者10倍的平均河寬;采樣位置為在采樣河段范圍內(nèi)按照各個(gè)生境面積比例（面積大于或者等于5%）采集20個(gè)樣點(diǎn);將所有樣點(diǎn)的樣品匯聚為一個(gè)樣品，采樣面積總和為1.25 m2;采樣工具為500 μm的D形網(wǎng)和索伯網(wǎng);采樣順序?yàn)閺南掠蜗蛏嫌尾杉?，如圖3所示。

2.4 USEPA-NRSA

2013年美國(guó)環(huán)保署在涉水不可過河流評(píng)估操作手冊(cè)中對(duì)大型河流底棲動(dòng)物采樣方法做了以下闡述：采樣河段長(zhǎng)度為40倍的河寬，如果河流平均寬度小于4 m，選用150 m作為最短河段長(zhǎng)度，如果河流平均寬度大于100 m，選用4 km作為最長(zhǎng)河段長(zhǎng)度;采樣位置為在采集河段范圍內(nèi)等間距布設(shè)11個(gè)斷面，隨機(jī)選取一側(cè)河岸布設(shè)第一個(gè)斷面采樣位置，前三個(gè)斷面位于河岸同一側(cè)，接下來兩個(gè)斷面采樣位置位于河岸另一側(cè)，接下來兩個(gè)斷面采樣位置位于初始河岸一側(cè)，依此交替布設(shè)直到第十一個(gè)斷面，采樣位置范圍為斷面上下游5 m和岸邊向水面延伸15 m，采集每個(gè)樣點(diǎn)內(nèi)的主要生境，采樣水深最大深度為0.5-1 m;將所有樣點(diǎn)的樣品匯聚為一個(gè)樣品;采樣工具為500 μm的D形網(wǎng)，如圖4所示。

2.5 《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》（SL219-2013）

2014年水利部頒布實(shí)施的《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》（SL219-2013）對(duì)河流底棲動(dòng)物采樣方法做了以下闡述：當(dāng)河流深泓水深小于5 m時(shí)，采樣河段長(zhǎng)度為40倍的河寬，當(dāng)河流深泓水深大于5 m時(shí)，采樣河段長(zhǎng)度為1 km;采樣位置為在采樣河段范圍內(nèi)等間距布設(shè)11個(gè)斷面，采樣位置的設(shè)置需要兼顧代表性，便利性與安全性;河流水面寬度小于50 m，在每個(gè)斷面中間位置設(shè)置1條采樣垂線，河流水面寬度在50-100 m之間， 在每個(gè)斷面設(shè)置左右2條采樣垂線，河流水面寬度大于100 m，在每個(gè)斷面設(shè)置左、中、右3條采樣垂線，每條垂線采集1個(gè)樣點(diǎn);定量樣品采樣工具為 1 16 m2彼得生采泥器和圓柱形鐵絲籠，定性樣品采樣工具為三角拖網(wǎng)和手抄網(wǎng)，以40目分樣篩處理樣品，如圖5所示。

2.6 《生物多樣性觀測(cè)技術(shù)導(dǎo)則 淡水底棲大型無脊椎動(dòng)物》（HJ 710.8—2014）

2015年環(huán)保部頒布實(shí)施的《生物多樣性觀測(cè)技術(shù)導(dǎo)則 淡水底棲大型無脊椎動(dòng)物》（HJ 710.8—2014）對(duì)河流底棲動(dòng)物采樣方法做了以下闡述：在同一斷面上，每隔一定距離設(shè)置一個(gè)樣點(diǎn)，樣點(diǎn)的數(shù)目和間距的設(shè)置需要兼顧河流的寬度、流速、底質(zhì)類型和環(huán)境異質(zhì)性程度;河流水面寬度小于200 m，在每個(gè)斷面中間位置或者靠岸一側(cè)設(shè)置1個(gè)樣點(diǎn)，河流水面寬度大于200 m，在每個(gè)斷面中間位置和左、右兩側(cè)設(shè)置1個(gè)樣點(diǎn)，樣點(diǎn)間距一般在100-200 m，斷面和樣點(diǎn)的設(shè)置可依據(jù)人類活動(dòng)對(duì)河流的干擾程度做適當(dāng)調(diào)整;水深超過3 m的深水河流，采樣工具為抓斗式采泥器，彼得生采泥器和定量框，每個(gè)樣點(diǎn)的總采樣面積約為0.5-1m2;涉水可過河流，采樣工具為D形網(wǎng)，每個(gè)樣點(diǎn)的總采樣面積約為1m2;可根據(jù)底棲動(dòng)物的密度做適當(dāng)調(diào)整，如圖6所示。

3 探討與結(jié)論

3.1 分析總結(jié)

USEPA-EMAP和USEPA-NRSA采樣河段長(zhǎng)度為可變長(zhǎng)度，USEPA-CABNSR采樣河段長(zhǎng)度為固定長(zhǎng)度，AQEM和《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》（SL219-2013）同時(shí)考慮了可變長(zhǎng)度與固定長(zhǎng)度，《生物多樣性觀測(cè)技術(shù)導(dǎo)則 淡水底棲大型無脊椎動(dòng)物》（HJ710.8-2014） 缺乏對(duì)采樣河段長(zhǎng)度的明確說明，對(duì)于涉水不可過河流，利用可變長(zhǎng)度法確定采樣河段長(zhǎng)度能夠得到較合理的采樣效率和準(zhǔn)確的采樣結(jié)果。USEPA-EMAP采樣位置是在河岸區(qū)域基于斷面等間距布設(shè)，AQEM采樣位置是在全河道范圍內(nèi)基于生境導(dǎo)向布設(shè)，USEPA-CABNSR和USEPA-NRSA采樣位置是在河岸區(qū)域基于等間距布設(shè)和生境導(dǎo)向布設(shè)的結(jié)合，《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》（SL219-2013）采樣位置是在全河道范圍內(nèi)基于斷面等間距布設(shè)，等間距布設(shè)和生境導(dǎo)向布設(shè)結(jié)合能夠兼顧采樣的便利性和準(zhǔn)確性，對(duì)于涉水不可過河流，河道中央位置可以放棄采樣，盡管有可能無法采集到一些大型底棲無脊椎動(dòng)物，但河岸區(qū)域能夠滿足生態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估的工作要求。USEPA-EMAP采樣工具為踢網(wǎng)，USEPA-CABNSR和USEPA-NRSA采樣工具為D形網(wǎng)， AQEM采樣工具為500 μm的D形網(wǎng)和索伯網(wǎng)，《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》（SL219-2013）采樣工具為彼得生采泥器、圓柱形鐵絲籠和三角拖網(wǎng)，使用425 μm孔徑的分樣篩處理樣品，《生物多樣性觀測(cè)技術(shù)導(dǎo)則 淡水底棲大型無脊椎動(dòng)物》（HJ710.8-2014） 采樣工具為抓斗式采泥器、彼得生采泥器和D形網(wǎng)，對(duì)于生態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估，當(dāng)前的群落結(jié)構(gòu)較常用，半定量采樣工具能夠提供采樣位置當(dāng)前底棲動(dòng)物群落準(zhǔn)確的信息，半定量采樣工具的特點(diǎn)是在相對(duì)限定的時(shí)間和面積內(nèi)采樣，比較經(jīng)濟(jì)和節(jié)時(shí)，500 μm孔徑的踢網(wǎng)、D形網(wǎng)、分樣篩和索伯網(wǎng)適用于生態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估。USEPA-EMAP對(duì)采樣的總面積進(jìn)行了定量化規(guī)范，AQEM按生境類型面積所占比例進(jìn)行采樣（生境類型面積所占比例大于或者等于5%），這會(huì)遺漏掉某些物種，對(duì)生態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估的結(jié)果帶來一定影響，《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》（SL219-2013）和《生物多樣性觀測(cè)技術(shù)導(dǎo)則 淡水底棲大型無脊椎動(dòng)物》（HJ710.8-2014）缺乏對(duì)采樣面積的明確說明，每種生境類型至少采集1m2能夠反應(yīng)該生境底棲動(dòng)物群落的基本情況。AQEM和USEPA-CABNSR考慮到了采樣順序的問題，從下游向上游采集能夠避免之前的樣點(diǎn)對(duì)后續(xù)樣點(diǎn)的影響，USEPA-EMAP、USEPA-CABNSR、USEPA-NRSA和AQEM都將采樣樣點(diǎn)的樣品匯聚為一個(gè)樣品，這對(duì)研究采樣河段內(nèi)不同生境類型底棲動(dòng)物群落帶來困難。

國(guó)外已有較為系統(tǒng)的河流底棲動(dòng)物采樣方法，我國(guó)尚無完善的河流底棲動(dòng)物采樣方法，《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》（SL219-2013）和《生物多樣性觀測(cè)技術(shù)導(dǎo)則 淡水底棲大型無脊椎動(dòng)物》（HJ710.8-2014） 對(duì)河流底棲動(dòng)物采樣方法的描述較為模糊。增加采樣工作量能夠增加精確度，但會(huì)增加采樣成本，綜合采樣方法合理性和采樣時(shí)間、成本、便利性與安全性等后勤因素的考慮。

3.2 結(jié)論

本文建議確立基于改進(jìn)的USEPA-CABNSR采樣方法作為我國(guó)涉水不可過河流底棲動(dòng)物采集方法的參考：采樣河段范圍的長(zhǎng)度為40倍的河寬，如果河流平均寬度小于4 m，選用150 m作為最短采樣河段長(zhǎng)度，如果河流平均寬度大于100 m，選用4 km作為最長(zhǎng)采樣河段長(zhǎng)度;采樣位置為在采樣河段范圍內(nèi)等間距布設(shè)11個(gè)子斷面，每個(gè)斷面兩岸上下游5m的河岸區(qū)域各取3個(gè)樣點(diǎn)，按照區(qū)域內(nèi)每種生境面積比例將6個(gè)樣點(diǎn)分配，每個(gè)樣點(diǎn)采樣面積為0.15m2，對(duì)采樣總面積小于1 m2的生境類型，通過補(bǔ)采使采樣總面積增至1m2;采樣位置選擇在水深范圍為0-1 m的河岸區(qū)域;采樣順序?yàn)閺南掠蜗蛏嫌尾杉蓸雍佣嗡|(zhì)的采集在采樣河段最中間的子斷面采集;采樣工具為500 μm的D形網(wǎng)和踢網(wǎng)，D形網(wǎng)用于靜水-緩流生境，踢網(wǎng)用于急流生境;每個(gè)樣點(diǎn)采集到的樣品單獨(dú)進(jìn)行保存，鑒定后的結(jié)果可匯聚為一個(gè)整體來反應(yīng)采集河段的整體情況，如圖7所示。

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