邵星焱 金磊 張香港

(沈陽(yáng)建筑大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110000)

引言

隨著城市的快速發(fā)展，降水所攜帶的污染負(fù)荷、岸邊的垃圾、城鎮(zhèn)工企業(yè)事故排放、農(nóng)田排水未經(jīng)處理排入水體等都對(duì)水體造成了很大影響。這些水體中含有大量有機(jī)物、氮和磷，加上一些河流水動(dòng)力不足等原因，造成很多河流出現(xiàn)季節(jié)性污染或者常年污染的問(wèn)題。

流域環(huán)境評(píng)價(jià)是流域風(fēng)險(xiǎn)管理和水體治理的主要內(nèi)容之一。目前廣泛采用以物理化學(xué)指標(biāo)為主的評(píng)價(jià)方法，涉及微生物指標(biāo)不多，而水體污染本質(zhì)上是水中微生物、動(dòng)植物受到了污染物的影響而發(fā)生了改變，導(dǎo)致水體由健康向不健康發(fā)展，甚至發(fā)臭發(fā)黑。通過(guò)水環(huán)境因子對(duì)生物個(gè)體生長(zhǎng)及群落結(jié)構(gòu)的影響研究，發(fā)現(xiàn)水體污染程度直接影響了生物生長(zhǎng)和群落結(jié)構(gòu)的發(fā)展。而生物群落結(jié)構(gòu)和生物生長(zhǎng)情況比水體物理化學(xué)指標(biāo)反映水體污染情況更加直觀影響人們的感官感受，某些特殊生物對(duì)水環(huán)境更加敏感，因此，本文總結(jié)了幾種環(huán)境因子的改變對(duì)水中生物的影響，希望能夠?yàn)閺纳锒鄻有苑矫嬖u(píng)價(jià)水體污染情況提供理論參考。

1 污染水體的生物特征

水中能夠?qū)Νh(huán)境產(chǎn)生明顯變化的微生物主要為浮游生物，主要分為2類，即浮游植物和浮游動(dòng)物。浮游植物主要包括藍(lán)藻、綠藻、硅藻等；浮游動(dòng)物主要包括枝角類、橈足類、輪蟲(chóng)和原生動(dòng)物。

1.1 浮游植物特征

有研究顯示，浮游植物對(duì)水中具有季節(jié)性特征。Sommer等[1]在研究Constance湖泊時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著春季水溫升高，以隱藻和硅藻為主的小型藻類植物開(kāi)始大量繁殖。Hecky等[2]通過(guò)對(duì)加拿大一水域的浮游植物進(jìn)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，硅藻的季節(jié)性變化同硅酸鹽的季節(jié)性變化一致。季節(jié)性變化主要體現(xiàn)是水溫的差異，而營(yíng)養(yǎng)鹽在反映水質(zhì)好壞的同時(shí)，也與浮游植物存在一定相關(guān)關(guān)系，因此主要研究浮游植物與溫度、營(yíng)養(yǎng)鹽的關(guān)系。

1.1.1 溫度對(duì)浮游植物的影響

溫度等因素會(huì)影響浮游植物的光合作用，進(jìn)而影響到硅藻及隱藻的生長(zhǎng)和繁殖，是影響浮游植物生長(zhǎng)繁殖的重要因素。溫度受季節(jié)的影響明顯，不但會(huì)直接影響浮游植物的生長(zhǎng)繁殖，還會(huì)通過(guò)影響水中的魚(yú)類、浮游動(dòng)物的生長(zhǎng)，引起對(duì)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的變化。Wildeand Edward[3]在南卡羅納附近黑水河的研究中發(fā)現(xiàn)，藍(lán)藻在溫度達(dá)到30℃以上時(shí)可成為優(yōu)勢(shì)種。夏季水溫較高，浮游植物密度增大。有學(xué)者提出溫度較高時(shí)更利于藻類的生長(zhǎng)，也更利于藍(lán)藻形成優(yōu)勢(shì)種。鄧建明[4]等提出氣溫較高時(shí)更利于浮游植物的生長(zhǎng)，藍(lán)藻和綠藻對(duì)溫度的適應(yīng)范圍比較廣泛，而較高的氣溫也延長(zhǎng)其生長(zhǎng)時(shí)間。馬沛明等[5]在水庫(kù)浮游植物的研究中發(fā)現(xiàn)，夏季以藍(lán)藻綠藻為優(yōu)質(zhì)種,而春季和冬季以隱藻和硅藻為優(yōu)勢(shì)種。

1.1.2 氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)浮游植物的影響

趙思琪等[6]在武漢東湖研究中發(fā)現(xiàn)，隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化，浮游植物的優(yōu)勢(shì)種群由甲藻和硅藻變?yōu)榫G藻和藍(lán)藻，植物的多樣性指數(shù)也顯著降低。浮游植物的生物量和水中的TN濃度呈正相關(guān)趨勢(shì)，即以重污染優(yōu)勢(shì)種藍(lán)藻和綠藻的分布與TN濃度呈正相關(guān)趨勢(shì)，而硅藻門(mén)則與TN濃度呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。TP濃度對(duì)于浮游植物的密度和種類組成幾乎沒(méi)有影響。Redfield[7]對(duì)浮游植物生長(zhǎng)過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)鹽的研究中發(fā)現(xiàn)，N、P是重要的影響因素。

1.1.3 溫度及營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)浮游植物的共同影響

從夏春龍[8]在大伙房水庫(kù)的研究可以推測(cè)，硅藻門(mén)在中等溫度下更適合生長(zhǎng)，而綠藻門(mén)更適合生長(zhǎng)在偏高溫度下的水體中。笪文怡等[9]在浮游植物群落的變化研究發(fā)現(xiàn)，2007年以前，藍(lán)藻比例較低，千島湖的主要優(yōu)勢(shì)種是小環(huán)藻屬、隱藻屬，2008—2011年，硅藻和藍(lán)藻大量增加，主要的優(yōu)勢(shì)種是顫藻屬、小環(huán)藻屬和隱藻屬，同時(shí)期浮游植物的豐富度較大，2013年開(kāi)始，湖中氮磷含量增加，水量增加，浮游植物的豐富度明顯降低，此時(shí)的藍(lán)藻門(mén)的比例一直增加，并在2016—2017年達(dá)到了最高值，主要的優(yōu)勢(shì)種為小環(huán)藻屬、柵藻屬、魚(yú)腥藻屬等，且優(yōu)勢(shì)種類別增加。

夏季浮游植物密度普遍高于春季，而春秋季的多樣性指數(shù)較高。以上是從營(yíng)養(yǎng)水平來(lái)看，但從季節(jié)上來(lái)看，溫度也影響著浮游植物群落的分布特征。Paerl等[10]指出，浮游植物的優(yōu)勢(shì)種隨著水體中的氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽含量的增加，藍(lán)藻門(mén)的群落逐漸更加占有優(yōu)勢(shì)。說(shuō)明溫度越低時(shí)，限制了浮游植物的生長(zhǎng)，此時(shí)的生物多樣性越高，水體越穩(wěn)定，水質(zhì)也越好，而溫度越高時(shí)，浮游植物更趨向于單一種類，數(shù)量趨于增加，多樣性指數(shù)降低，不利于水體穩(wěn)定性發(fā)展，水質(zhì)也越差，并且藍(lán)藻門(mén)與浮游植物的豐度呈負(fù)相關(guān)。

總體來(lái)說(shuō)，較高的溫度更適合浮游植物生長(zhǎng)，溫度高時(shí)水中氮磷污染程度越高，藍(lán)藻和綠藻的生物量越大，水體污染越嚴(yán)重，而溫度低時(shí)水中氮磷污染程度較低，藍(lán)藻和綠藻生物量降低，硅藻生物量增大，水體污染程度降低。氮、磷污染對(duì)水體中浮游植物生長(zhǎng)的影響較大，且氮素對(duì)浮游植物的影響最大。綠藻和藍(lán)藻的出現(xiàn)標(biāo)志著水體污染嚴(yán)重，相比之下，硅藻的出現(xiàn)則標(biāo)志著水體污染程度更低。

表1 浮游植物與水環(huán)境間變化特點(diǎn)

1.2 浮游動(dòng)物特征

1.2.1 原生動(dòng)物

Kodoid[11]對(duì)伊利諾斯河的研究表明，水滯留周期對(duì)浮游生物的產(chǎn)量有重要影響。Basu等[12]研究顯示，原生動(dòng)物的變化情況除受到環(huán)境因子的影響外，在一定程度上還受到浮游植物的變化影響。纖毛綱和肉足綱在原生動(dòng)物中是重要的組成部分，有研究顯示，水體中纖毛綱的相似性小于肉足綱，說(shuō)明纖毛綱的敏感程度更大，對(duì)水質(zhì)變化的反應(yīng)更加靈敏。水質(zhì)污染越嚴(yán)重，原生動(dòng)物的種類和數(shù)量越低，多樣性指數(shù)小，水質(zhì)類別越相近，其多樣性指數(shù)相關(guān)性越高。

1.2.2 輪蟲(chóng)

Toni[13]研究發(fā)現(xiàn)，輪蟲(chóng)的垂直移動(dòng)受光照、甲殼類垂直移動(dòng)等多個(gè)因素的影響。輪蟲(chóng)在具有指示作用的浮游動(dòng)物中占據(jù)重要地位，由于其生命周期短，對(duì)水質(zhì)變化反應(yīng)敏銳，所以被認(rèn)為是良好的指示種。輪蟲(chóng)的生長(zhǎng)繁殖受溫度影響，水溫較低時(shí)則會(huì)限制輪蟲(chóng)的生長(zhǎng)，除溫度外，其對(duì)水中溶解氧也十分的敏感。并且可以用來(lái)作為水體污染程度指示種的種類有很多，如臂尾輪屬、龜甲輪屬、多肢輪屬和三肢輪屬等。有研究顯示，當(dāng)水體污染程度越大時(shí)，水中DO含量減少，輪蟲(chóng)也隨之減少。Pereira[14]研究發(fā)現(xiàn)，在營(yíng)養(yǎng)鹽污染程度較高的水體中，輪蟲(chóng)的優(yōu)勢(shì)種有可能因?yàn)槿菀撰@得食物和低氧的共同作用而發(fā)生變化。已有大量輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)水質(zhì)指示作用的研究，關(guān)于水中輪蟲(chóng)種類和密度的研究也有報(bào)道，但對(duì)于輪蟲(chóng)與不同污染程度水體關(guān)系的研究還鮮有報(bào)道。

輪蟲(chóng)大多作為水質(zhì)良好的指示物種，在污染水體中的研究還基本為空白，但也確實(shí)存在著少數(shù)以有機(jī)污染物和細(xì)菌等為食的耐污種，如萼花臂尾輪蟲(chóng)和角突臂尾輪蟲(chóng)，這2種輪蟲(chóng)在輕度污染水體中也有發(fā)現(xiàn)。輪蟲(chóng)隨水質(zhì)的種類和數(shù)量變化與原生動(dòng)物的趨勢(shì)相同，隨著水體污染越嚴(yán)重，輪蟲(chóng)的種類數(shù)目越少，且水質(zhì)類別越相近，水中輪蟲(chóng)的相似性就越大。

熊金林[15]等研究結(jié)果顯示，浮游生物與水體污染的相關(guān)程度大小排序?yàn)樵鷦?dòng)物<浮游植物<輪蟲(chóng)。所以，輪蟲(chóng)對(duì)水體污染的狀況最敏感，被認(rèn)為是水質(zhì)情況變化的良好指示種，而相比于浮游植物和輪蟲(chóng)，原生動(dòng)物受水質(zhì)影響就比較小。

總體來(lái)說(shuō)，浮游動(dòng)物多樣性越大，水質(zhì)越好，浮游動(dòng)物多樣性越小，水質(zhì)越差。原生動(dòng)物中肉足綱的出現(xiàn)標(biāo)志著水體污染嚴(yán)重，相比之下，纖毛綱的出現(xiàn)則標(biāo)志著水體污染程度更低，且纖毛綱隨水質(zhì)變化更加敏感。輪蟲(chóng)作為對(duì)水質(zhì)變化最敏感的浮游動(dòng)物，其生長(zhǎng)繁殖受低水溫和低溶解氧的限制，水溫越低、水中溶解氧越低，輪蟲(chóng)多樣性越低，水質(zhì)越差。

1.3 浮游生物特征

水中浮游植物、浮游動(dòng)物是浮游生物的重要組成，浮游生物的群落分布不但兩者之間相互影響，也受周圍水環(huán)境的影響，浮游動(dòng)物和水體的污染程度聯(lián)系密切。浮游生物的種群結(jié)構(gòu)、群落組成，尤其是優(yōu)勢(shì)種的變化，能夠在一定程度上反映水體污染的情況。所以，浮游生物在水中的變化能夠有效反映水環(huán)境的變化。像上述這些在一定的地區(qū)范圍，能夠通過(guò)種類、數(shù)量、群落結(jié)構(gòu)、特性等變化，對(duì)環(huán)境或環(huán)境中的某一因子作出指示的生物又稱為指示生物。

1.4 指示生物評(píng)價(jià)水質(zhì)的特點(diǎn)

利用指示生物監(jiān)測(cè)水污染有很多優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)的物理化學(xué)監(jiān)測(cè)方法相比，利用指示生物測(cè)評(píng)水質(zhì)能夠連續(xù)監(jiān)測(cè)，污水中污染物質(zhì)含量隨時(shí)間不斷變化，生活在污水中的生物持續(xù)地受到影響，能把一段時(shí)間內(nèi)環(huán)境的變化反映出來(lái)；水污染生物在污水中會(huì)受到整個(gè)環(huán)境的影響，因此能夠更加全面、更加直接、更加真實(shí)地反映水體狀況；指示生物反應(yīng)靈敏，其敏感程度有時(shí)比精密儀器或化學(xué)試劑更高，能更及時(shí)地通過(guò)監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確掌握水體實(shí)際情況。

但用水中生物來(lái)指示水體污染情況也有一些缺陷和不足，由于生物生活在自然環(huán)境中，所以不僅會(huì)受到污染物的影響，也會(huì)受到環(huán)境中其他因素的影響，很難統(tǒng)一指示的標(biāo)準(zhǔn)，即便是同一種生物在河流的上游和下游，數(shù)量及其分布也可能不同；生物是活體，所以即便是同一種生物的不同個(gè)體，對(duì)環(huán)境的敏感程度也是不同的；另外，從目前的研究現(xiàn)狀來(lái)看，學(xué)者僅僅能從生物的變化來(lái)對(duì)水質(zhì)定性，并不能準(zhǔn)確地定量分析。因此，把污染物的性質(zhì)、濃度與指示生物的各方面變化特征結(jié)合起來(lái)，將是在水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域上的重大創(chuàng)新突破。

2 結(jié)論與展望

浮游生物受水體影響敏感程度大小為輪蟲(chóng)>浮游植物>原生動(dòng)物。

輪蟲(chóng)在浮游動(dòng)物中對(duì)水質(zhì)變化最敏感，生長(zhǎng)繁殖受溫度和溶解氧的限制，其中，溶解氧對(duì)其影響最大。溶解氧越低，輪蟲(chóng)種類越少，水質(zhì)越差。

浮游植物的群落結(jié)構(gòu)對(duì)水質(zhì)變化的響應(yīng)主要體現(xiàn)在種類差異上，藍(lán)藻和綠藻往往出現(xiàn)在水質(zhì)更差的水體中，而硅藻和隱藻往往出現(xiàn)在水質(zhì)更好的水體中。環(huán)境中影響浮游植物生長(zhǎng)的主要因素是溫度和氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽，低溫和低氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽有利于水質(zhì)向較好方向改善，而高溫和高氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的環(huán)境促進(jìn)浮游植物的生長(zhǎng)，故水質(zhì)更差，且氮比磷的貢獻(xiàn)率更大。

原生動(dòng)物中的纖毛綱往往出現(xiàn)在水質(zhì)較好的水體中，肉足綱往往出現(xiàn)在水質(zhì)較差的水體中，纖毛綱比肉足綱對(duì)水質(zhì)的變化更加敏感。

浮游生物的種類、數(shù)量越多，生物多樣性越豐富，水體越穩(wěn)定，水質(zhì)越好，反之則水質(zhì)越差。