李朝，魏超

(江蘇省徐州環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 徐州 221000)

目前，我國(guó)水質(zhì)評(píng)價(jià)方法應(yīng)用最多的為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)推薦的單因子評(píng)價(jià)[1]，以及綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法[2-4]，內(nèi)梅羅指數(shù)法[5],灰色聚類法[6]等方法。對(duì)于水生生物評(píng)價(jià)有Shannon-Wiener指數(shù)(H′)[10]，生物完整性指數(shù)(B-IBI)[11]，Hilsenhoff 生物指數(shù)(BI)[12]，著生藻類完整性指數(shù)(P-IBI)[13]，硅藻指數(shù)[14]等。而單獨(dú)選取水質(zhì)化學(xué)因子或水生生物因子評(píng)價(jià)水環(huán)境質(zhì)量，都無(wú)法全面反映水環(huán)境的真實(shí)狀況。為適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境管理新的需求，水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)應(yīng)運(yùn)而生[15]。該指數(shù)通過(guò)選取水質(zhì)化學(xué)因子、水生生物因子和生境評(píng)價(jià)因子，構(gòu)建綜合指數(shù)全面評(píng)價(jià)水環(huán)境質(zhì)量。

徐州市擁有沂沭泗、故黃河和濉安河3大水系，為初步了解徐州市水生生物狀況，選擇了徐州市11個(gè)國(guó)控河流斷面，于2019年9月采集斷面水質(zhì)化學(xué)和生物樣品，采用水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)，評(píng)價(jià)河流水環(huán)境質(zhì)量。

1 評(píng)價(jià)指數(shù)構(gòu)建

1.1 水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)

采用《流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)指南》[15]中推薦的水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)進(jìn)行水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)，通過(guò)水化學(xué)指標(biāo)和水生生物指標(biāo)加權(quán)求和，構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，以該指數(shù)表示各評(píng)估單元和水環(huán)境整體的質(zhì)量狀況。

(1)

式中：WQI——水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)；Xi——評(píng)價(jià)指標(biāo)分值；Wi——評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。各項(xiàng)指標(biāo)分值范圍及權(quán)重見(jiàn)表1。

表1 水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)公式權(quán)重

水生生物指標(biāo)取參評(píng)生物類群指標(biāo)賦分值的算術(shù)平均值，根據(jù)水生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指數(shù)分值大小，將水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況等級(jí)分為5級(jí)，見(jiàn)表2。

表2 水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.2 水化學(xué)指標(biāo)及賦值

按《GB 3838—2002》基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值，進(jìn)行單因子評(píng)價(jià)，后根據(jù)水質(zhì)類別等級(jí)進(jìn)行賦值，見(jiàn)表3。

表3 化學(xué)指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)及賦值

1.3 水生生物指標(biāo)及賦值

水生生物指標(biāo)選擇底棲動(dòng)物、著生藻類的Shannon-Wiener指數(shù)(H′)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

(2)

式中：s——樣品中的種類數(shù)；ni——樣品中第i種生物的個(gè)體數(shù)；n——樣品中生物總個(gè)體數(shù)。污染程度評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及賦值見(jiàn)表4。

表4 Shannon-Wiener指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及賦值

1.4 生境指標(biāo)及賦值

河流斷面生境的評(píng)價(jià)，根據(jù)文獻(xiàn)[15]中棲息地生境評(píng)價(jià)計(jì)分表，對(duì)底質(zhì)、棲境復(fù)雜性、V(流速)/D(水深)結(jié)合特性、河岸穩(wěn)定性、河道變化、河水水量狀況、植被多樣性、水質(zhì)狀況、人類活動(dòng)強(qiáng)度、河岸土地利用類型共10項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分別評(píng)分，劃為5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及賦值見(jiàn)表5。

表5 河流棲息地生境質(zhì)量(H)分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及賦值

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 監(jiān)測(cè)時(shí)間

2019年9月。

2.2 監(jiān)測(cè)斷面

選取徐州市國(guó)控河流斷面11個(gè)，分別為：華山閘、沙莊橋、李集橋、黃橋、藺家壩、沙集西閘、李莊、張樓、艾山西大橋、港上橋、小沿河取水口。

2.3 數(shù)據(jù)獲取

2.3.1 水生生物樣品采集與鑒定

(1)底棲動(dòng)物。利用 1/16 m2彼得遜采泥器采集大型底棲動(dòng)物，每個(gè)采樣點(diǎn)采樣2次。采到的底泥帶回實(shí)驗(yàn)室過(guò)40目篩沖洗，挑出的大型底棲動(dòng)物用濃度為75%的乙醇溶液固定，然后在顯微鏡和解剖鏡下分類鑒定和計(jì)數(shù)挑出的大型底棲動(dòng)物[16]，依照文獻(xiàn)[17-19]，將底棲動(dòng)物鑒定至盡可能低的分類單元。

(2)著生藻類。利用硅藻計(jì)采集著生藻類，在水中放置15 d，采樣深度為10 cm。放置時(shí)間到后取出硅藻計(jì)，將玻璃片上附著的藻類在蒸餾水的沖洗下，用小刷子刷入玻璃瓶，加入魯哥試劑固定，帶回到實(shí)驗(yàn)室后經(jīng)沉淀器內(nèi)沉淀24 h、濃縮定容至30 mL[16]，根據(jù)文獻(xiàn)[20]鑒定具體的藻類。計(jì)數(shù)時(shí)必須保證優(yōu)勢(shì)種類個(gè)體數(shù)在100個(gè)以上。對(duì)于硅藻門(mén)的種類，需要在鑒定前燒片[21]。

2.3.2 水環(huán)境理化因子測(cè)定

為《GB 3838—2002》基本項(xiàng)目的24項(xiàng)。

2.3.3 棲息地生境評(píng)價(jià)

按文獻(xiàn)[15]生境調(diào)查方法獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)指標(biāo)共10項(xiàng)，每項(xiàng)指標(biāo)20分，得分相加計(jì)總數(shù)。

2.4 水生生物物種組成

徐州市河流共監(jiān)測(cè)到13屬16種大型底棲動(dòng)物，優(yōu)勢(shì)物種為克拉泊水絲蚓(Limnodrilusclaparedianus)、銅銹環(huán)棱螺(Bellamyaaeruginosa)、雕翅搖蚊屬的一種(Glyptotendipessp.)等。共監(jiān)測(cè)到47屬61種著生藻類，優(yōu)勢(shì)物種為曲殼藻(Achnanthessp.)、菱形藻(Nitzschiasp.)、新月橋彎藻(Cymbellacymbiformis)、小球藻(Chlorellasp.)、裂孔柵藻(Scenedesmusperforatus)、輻節(jié)藻(Stauroneissp.)、小顫藻(Oscillatoriatennuis)、直鏈藻(Melosirasp.)、小環(huán)藻(Cyclotella.sp)等。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

按《GB 3838—2002》推薦的單因子評(píng)價(jià)法，對(duì)各個(gè)斷面水質(zhì)狀況分類并賦值；根據(jù)水生生物監(jiān)測(cè)結(jié)果，計(jì)算各斷面大型底棲動(dòng)物和著生藻類的H′并賦值；現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查各棲息地生境狀況并打分賦值。將以上3類賦值結(jié)果代入水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)模型，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 水生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

應(yīng)用水生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指數(shù)評(píng)價(jià)徐州市河流水質(zhì)，各斷面處于輕度污染到優(yōu)秀級(jí)別，其中大部分?jǐn)嗝嫣幱诹己眉?jí)別，表明徐州市河流水生態(tài)質(zhì)量整體良好。水生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指數(shù)各分指數(shù)賦值中，大型底棲動(dòng)物賦值同水化學(xué)指標(biāo)賦值結(jié)果較為接近，著生藻類賦值高于以上2項(xiàng)分指數(shù)的賦值。運(yùn)用SPSS Statistics 20.0軟件進(jìn)行Spearman相關(guān)性分析，見(jiàn)表7。

表7 水生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指數(shù)各分指數(shù)賦值Spearman相關(guān)性①

①*在置信度(雙側(cè))為 0.05 時(shí)，相關(guān)性顯著；**在置信度(雙側(cè))為 0.01 時(shí)，相關(guān)性顯著。

由表7可見(jiàn)，水化學(xué)指標(biāo)賦值與大型底棲動(dòng)物賦值顯著相關(guān)，著生藻類和生境指標(biāo)賦值負(fù)相關(guān)。說(shuō)明對(duì)于徐州市河流斷面生物指標(biāo)選取上，對(duì)于H′大型底棲動(dòng)物比生藻類更符合水質(zhì)情況。如果生物指標(biāo)選擇的是其他評(píng)價(jià)指數(shù)，則計(jì)算出的水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)有所不同。

水化學(xué)指標(biāo)賦值同水生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指數(shù)顯著相關(guān)。部分?jǐn)嗝鎮(zhèn)€別化學(xué)因子濃度較高，導(dǎo)致按單因子評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)水質(zhì)等級(jí)判定較高，水化學(xué)指標(biāo)賦值偏低，一定程度影響到水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)的計(jì)算結(jié)果，生物種群的季節(jié)性波動(dòng)也會(huì)影響水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)的計(jì)算。

4 結(jié)語(yǔ)

水生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指數(shù)彌補(bǔ)了單純化學(xué)指標(biāo)或單純生物指標(biāo)評(píng)價(jià)水質(zhì)不夠全面的問(wèn)題，首次加入生境指標(biāo)，體現(xiàn)了環(huán)境管理從指標(biāo)控制到生態(tài)保護(hù)思路的轉(zhuǎn)變。對(duì)于水生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指數(shù)分指數(shù)中化學(xué)因子、生物因子的評(píng)價(jià)指數(shù)如何選取，還需進(jìn)一步完善。