底棲動物與環(huán)境因子的關(guān)系及水質(zhì)評價

1、底棲動物與環(huán)境因子的關(guān)系及水質(zhì)評價摘要：底棲動物對環(huán)境條件的適應(yīng)性及對污染等不利因素的耐受力和敏感度都各不相同，可以利用底棲動物的這些特征來反映水體的質(zhì)量狀況，幫助我們進行水質(zhì)的評價與監(jiān)測。各類環(huán)境因子的變化都會引起底棲動物的密度、生物量，以及群落結(jié)構(gòu)的特點，研究底棲動物與環(huán)境因子的關(guān)系具有一定意義。水質(zhì)評價具有一定的歷史，我國目前已熟練運用多重水質(zhì)評價方法，對于我國的水質(zhì)監(jiān)測有積極的意義。關(guān)鍵詞：底棲動物；群落結(jié)構(gòu)；環(huán)境因子；水質(zhì)評價前言底棲動物是一個龐雜的生態(tài)類群，其所包括的種類及其生活方式較浮游動物復(fù)雜得多，常見的底棲動物有水蚯蚓、搖蚊幼蟲、螺、蚌、河蜆、蝦、蟹和水蛭等。主要包括水棲寡毛

2、類、軟體動物和水生昆蟲幼蟲等。數(shù)底棲動物長期生活在底泥中，具有區(qū)域性強，遷移能力弱等特點，對于環(huán)境污染及變化通常少有回避能力，其群落的破壞和重建需要相對較長的時間；且多數(shù)種類個體較大，易于辨認。同時，不同種類底棲動物對環(huán)境條件的適應(yīng)性及對污染等不利因素的耐受力和敏感程度不同；根據(jù)上述特點，利用底棲動物的種群結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢種類、數(shù)量等參量可以確切反應(yīng)水體的質(zhì)量狀況。對此，我國科研人員已經(jīng)在各類水體中做過測試和研究。因此，本文主要探討底棲動物與環(huán)境因子的關(guān)系，以及相關(guān)的水質(zhì)評價。1.底棲動物與環(huán)境因子的關(guān)系1.1影響底棲動物的密度、生物量的因素底棲動物的密度、生物量不僅與其本身的特性有關(guān)，還與環(huán)境條件

3、有著一定的關(guān)系。雖然不同的時空尺度對大型底棲動物群落起主要影響的環(huán)境因子不盡相同，但各種環(huán)境因子基本上可歸納為3 類: 1) 物理因素，包括水深、溫度和鹽度等; 2) 富營養(yǎng)化因素，包括 N、 P 等元素以及沉積物中的總有機碳含量等; 3) 底質(zhì)類型，如沉積物粒度參數(shù)等（廖等，2011）【】。從整個底棲動物群落來看，生物量和能量的峰值出現(xiàn)在7月,分別為48.23gWW·m-2和241.16kJ·m-2，而數(shù)量的峰值則出現(xiàn)在5月,為40lind·m-2。二者出現(xiàn)差異的原因為，夏季水生昆蟲的羽化使底棲動物數(shù)量減少，但水生昆蟲個體小、生物量少(數(shù)量級為10-3 gWW-

4、ind.-1)，在底棲動物生物量中所占比例很小(全年平均0.8),水生昆蟲數(shù)量的減少并未使底棲動物生物量受到多大影響；相反,夏季水溫升高,餌料豐富，正是軟體動物生長的高峰,由于底棲動物的生物量基本上由軟體動物所決定(全年平均占76.4)所以夏季出現(xiàn)底棲動物生物量和能量的峰值(孫等，2001)【】。從環(huán)境因子看， pH 值和COD 對枯水期大型底棲動物的分布影響最為顯著，其次Cu、Pb和Zn 等重金屬也有一定影響。Cu、Pb和 pH 值是影響豐水期大型底棲動物分布的關(guān)鍵環(huán)境因子（遲等，2010）【】?？拷钲诤雍涌诘某睘┑讞珓游锶郝渑c紅樹林區(qū)附近潮灘底棲動物群落結(jié)構(gòu)有明顯的差異，群落結(jié)構(gòu)組成隨鹽

5、度梯度而呈現(xiàn)連續(xù)的變化。因此，鹽度的不同可能是造成深圳灣底棲動物群落空間差異的一個重要因素（厲等，2003）【】。氮和磷的含量水平是水體營養(yǎng)程度的一個重要指標。水體中氮、磷等營養(yǎng)元素含量的不同對底棲動物也有影響，其中氮為主要制約因子正常情況下，當?shù)獮?10 mg·L-1以下時，磷的制約作用才明顯，如對東湖3 個區(qū)底棲動物現(xiàn)存量與各區(qū)域水中營養(yǎng)元素含量的年平均值進行分析，得出底棲動物現(xiàn)存量與總氮的關(guān)系可用直線回歸方程表示。總氮在河流和湖泊中作為重要的營養(yǎng)鹽指標能夠顯著地影響大型底棲動物的物種組成和分布（高等，2011）【】。1.2影響個別物種分布的因素個別物種對某些環(huán)境因子具有一定的耐

6、受性，因而它們的數(shù)量與分布對于判斷水體中各類指標起著作用。南湖底棲動物種類較少，優(yōu)勢種突出，水絲蚓(重污染或重度富營養(yǎng)化水體的指示種)和尾鰓蚓(中污染或中度富營養(yǎng)化水體的指示種)的數(shù)量約占底棲動物個體數(shù)量的66，羽搖蚊幼蟲(典型的富營養(yǎng)化水體指示種)的數(shù)量約占21它們都具有很強的耐缺氧能力和喜有機質(zhì)的生態(tài)習(xí)性，這表明南湖水體已受到嚴重的有機污染，屬于典型的富營養(yǎng)化湖泊底棲動物群落組成充分體現(xiàn)了南湖作為溫帶富營養(yǎng)化湖泊的特征（孫等，2001）【】。從種類組成看，蠓類、搖蚊和大蚊等類群耐污性較強，主要分布在污染樣點，與 COD 和重金屬呈正相關(guān)性，而耐污能力差的腹足綱、毛翅目以及蜉蝣目昆蟲則分布在

7、清潔樣點，與 COD 和重金屬呈負相關(guān)性。童曉立等證實，在橫石水河受污染河段，收集到4種底棲動物，其中以搖蚊在數(shù)量上占絕對優(yōu)勢。顏玲等證實，在橫石水河用網(wǎng)袋收集的大型底棲動物有搖蚊、毛翅目、蜉蝣目以及螺類等36 種，這與本研究收集到的大型底棲動物種類組成基本一致（遲等，2010）【】。1.3對群落的影響大型底棲動物是海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。它通過參與碳、氮、硫等元素的生物地球化學(xué)循環(huán)，共同維系著海洋生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能。大型底棲動物通過攝食、掘穴和建管等活動與周圍環(huán)境相互影響，其群落變化常被作為評價海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況的重要指標（廖等，2011）【】。水質(zhì)的差異直接或間接影響底棲動物群落結(jié)

8、構(gòu)，包括影響底層氧含量、有機質(zhì)含量等。氧含量往往直接決定底棲動物的分布和密度，而過量外源營養(yǎng)輸入往往導(dǎo)致沉積物中有機質(zhì)含量升高，進而導(dǎo)致氧含量較低。還有其它環(huán)境因素影響著底棲群落結(jié)構(gòu)，如生境的異質(zhì)性，在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)許多河道到兩岸均為水泥和石頭堤壩，同自然堤岸相比顯著降低了生境的復(fù)雜性，并限制了水生植物的生長。河道水流的速度也會影響底棲動物的種類組成，流速較慢的河道更有利于有機質(zhì)的沉積，不利于沉積物表層的復(fù)氧，相對而言較快的流速可能更有助于提高水底的氧含量，從而可供更多的個體共存。此外堤岸坡度、穩(wěn)定性、底質(zhì)的組成都可能會影響底棲動物的組成（吳等，2011）【】。2.水質(zhì)評價2.1水質(zhì)評價介紹水質(zhì)評

9、價指按照評價目標，選擇相應(yīng)的水質(zhì)參數(shù)、水質(zhì)標準和評價方法，對水體的質(zhì)量利用價值及水的處理要求作出評定。水質(zhì)評價是合理開發(fā)利用和保護水資源的一項基本工作。根據(jù)不同評價類型，采用相應(yīng)的水質(zhì)標準。評價水環(huán)境質(zhì)量，采用地面水環(huán)境質(zhì)量標準；評價養(yǎng)殖水體的質(zhì)量，采用漁業(yè)用水水質(zhì)標準；評價集中式生活飲用水取水點的水源水質(zhì)，用地面水衛(wèi)生標準；評價農(nóng)田灌溉用水，采用農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準。一般都以國家或地方政府頒布的各類水質(zhì)標準作為評價標準。在無規(guī)定水質(zhì)標準情況下，可采用水質(zhì)基準或本水系的水質(zhì)背景值作為評價標準。通過水質(zhì)評價可以了解水體質(zhì)量的過去、現(xiàn)在和未來發(fā)展趨勢、變化規(guī)律。水質(zhì)評價的作用是從水的質(zhì)量來判斷開發(fā)利用

10、水資源和維護生態(tài)系統(tǒng)平衡的可能性和必要性，為各級政府和有關(guān)部門加強水資源的管理、制訂社會發(fā)展規(guī)劃、確定大中型工程項目、制定流域水資源管理的有關(guān)法規(guī)和條例、制定水資源保護的具體措施等，提供水資源利用和保護的科學(xué)依據(jù)。2.2水質(zhì)評價方法水質(zhì)評價包括天然水化學(xué)特征評價、水質(zhì)變化趨勢分析、水質(zhì)污染評價。水化學(xué)特征評價指礦化度評價、總硬度評價、水化學(xué)類型評價和天然劣質(zhì)水狀況評價；水質(zhì)變化趨勢分析指某一項目或某幾項目在一段時間的變化趨勢，污染是上升、降低還是無趨勢；水質(zhì)污染評價包括水質(zhì)感官性指標評價、水質(zhì)生物學(xué)指標評價和水質(zhì)化學(xué)指標評價。水質(zhì)感官性指標評價是通過人體感覺器官直接判斷水質(zhì)的方法，水質(zhì)感官性指

11、標包括水的顏色、味道、透明度、渾濁度等，方法簡單，易為群眾接受，但精度差，只能對水質(zhì)做出初步的粗略判斷，不能準確指出污染的原因和程度。水質(zhì)生物學(xué)指標評價是根據(jù)人類活動造成環(huán)境變化的生態(tài)效應(yīng)原理判斷水質(zhì)的方法，是對整個環(huán)境質(zhì)量的綜合反應(yīng)，是長期環(huán)境質(zhì)量累積的結(jié)果，但不能顯示出造成生態(tài)破壞的物質(zhì)及其數(shù)量，因生物種類的差異，區(qū)域之間的環(huán)境質(zhì)量難于對比。水質(zhì)化學(xué)指標評價是根據(jù)水中化學(xué)指標的含量，對水體的質(zhì)量滿足某種要求判斷水質(zhì)的方法，這類評價方法能準確指明導(dǎo)致水質(zhì)惡化的原因、成分和范圍，但所監(jiān)測的化學(xué)成分、時間和空間有限，評價標準和方法的不成熟，所進行的評價也有一定的局限性。因此，水質(zhì)評價應(yīng)根據(jù)具體情

12、況，采用不同的評價方法，一般來說，水質(zhì)感官性指標評價可適用于群眾聯(lián)防，發(fā)現(xiàn)問題，及時報警，水質(zhì)生物學(xué)指標評價適用于水質(zhì)長期綜合累積影響評價，水質(zhì)化學(xué)指標評價可用于常規(guī)評價。目前的水質(zhì)評價以水質(zhì)化學(xué)指標評價為主，是最常用的評價，因為目前的監(jiān)測以化學(xué)指標監(jiān)測為主，水污染絕大多數(shù)是由人類活動向天然水體排放污染物所致，現(xiàn)在經(jīng)常提到的和以下討論的水質(zhì)評價就指水質(zhì)化學(xué)指標評價。國內(nèi)外水質(zhì)評價方法多種多樣，分水質(zhì)單項評價和所選項目的綜合評價，單項評價是指某項水質(zhì)指標與相應(yīng)評價標準比較，是否達到或滿足相應(yīng)標準，綜合評價是指綜合考慮所選項目的評價，如綜合水質(zhì)指數(shù)法（布朗水質(zhì)指數(shù)、普拉特水質(zhì)指數(shù)、羅斯水質(zhì)指數(shù)、內(nèi)

13、梅羅水質(zhì)指數(shù)等）、數(shù)理統(tǒng)計法、模糊數(shù)學(xué)法和地圖疊加法等，但目前國內(nèi)還沒有一個統(tǒng)一的方法，采用較多的方法是地圖疊加法，也就是取單項水質(zhì)評價類別的最高值作為綜合評價的水質(zhì)類別。（王等，2011）【】單因子指數(shù)評價方法地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB3838- 2002）規(guī)定: “地表水環(huán)境質(zhì)量評價應(yīng)根據(jù)應(yīng)實現(xiàn)的水域功能類別，選取相應(yīng)類別標準，進行單因子評價，評價結(jié)果應(yīng)說明水質(zhì)達標情況，超標的應(yīng)說明超標項目和超標倍數(shù)”。單因子評價法首先要確定該水體評價標準，將各參數(shù)濃度與評價標準相比，根據(jù)比值是否大于 1 來評價該水體是否達到了相應(yīng)的水質(zhì)標準，并判定評價指標的水質(zhì)類別，以最差的水質(zhì)類別作為水質(zhì)綜合評價的結(jié)果

14、。該方法簡單明了，可直接了解水質(zhì)狀況與評價標準之間的關(guān)系，是目前環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)劃分水質(zhì)類別的評價方法。單因子指數(shù)的計算公式為:G=MAX （Gi）式中：Gi為i項污染物的水質(zhì)類別。綜合污染指數(shù)評價方法綜合指數(shù)評價法是對各污染指標的相對污染指數(shù)進行統(tǒng)計，得出代表水體污染程度的數(shù)值，該方法用以確定污染程度和主要污染物，并對水污染狀況進行綜合判斷。在一般情況下綜合污染指數(shù)評價方法的應(yīng)用，是假設(shè)各參與評價因子對水質(zhì)的貢獻基本相同，采用各評價因子標準指數(shù)加和的算術(shù)平均值進行計算，同時也反映了多個水質(zhì)參數(shù)與相應(yīng)標準之間的綜合對應(yīng)關(guān)系，但其結(jié)果與單因子評價方法一樣是相對值，評價標準不同，計算的水質(zhì)指數(shù)值也不相

15、同。綜合污染指數(shù)評價方法的計算公式為:式中:Ci為i項污染物的濃度值， C0 為i項污染物的評價標準， Pi為i項污染物的污染指數(shù)。綜合污染指數(shù)的評價分級方法見表1。水質(zhì)標識指數(shù)評價方法綜合水質(zhì)標識指數(shù)法是以單因子水質(zhì)標識指數(shù)為基礎(chǔ)，以一組有機污染指標和富營養(yǎng)化指標綜合評價河流水質(zhì)，綜合水質(zhì)標識指數(shù)的組成為:WQI=X1.X2 X3 X4，式中：X1 為河流總體的綜合水質(zhì)級別;X2 為綜合水質(zhì)在 X1 類水質(zhì)變化區(qū)間內(nèi)所處位置;X3 為參與綜合水質(zhì)評價的水質(zhì)指標中，劣于水環(huán)境功能區(qū)目標的單項指標個數(shù);X4為綜合水質(zhì)類別與水體功能區(qū)類別的比較結(jié)果，如果綜合水質(zhì)類別好于或達到功能區(qū)類別，則X4=0

16、;如果X4=1，說明綜合水質(zhì)劣于功能區(qū) 1個類別等依此類推。綜合水質(zhì)標識指數(shù)X1.X2 的計算公式為:式中：n 為參加綜合水質(zhì)評價的水質(zhì)單項指標的數(shù)目， P1， P2，Pn分別為第1、 2， n個水質(zhì)因子的單因子水質(zhì)指數(shù)。在河流水質(zhì)評價中，將河流消除黑臭前后的綜合水質(zhì)標識指數(shù)進行比較，確定了水質(zhì)黑臭的臨界點，即 X1.X2=7.0。由此，能夠?qū)︻愃?、劣類水不黑臭、劣類水黑臭進行全面完整的連續(xù)性刻畫，如表2 所示。模糊綜合評價法所謂模糊評價,就是根據(jù)給出的評價標準和實測值,經(jīng)過模糊變換對事物作出評價的種方法。個事物往往具有多種屬性,故評價事物必須同時考慮各種因素,但很多問題往往難以用個簡單的數(shù)值

17、表示,即常常帶有模糊性,這時就應(yīng)該采用模糊綜合評價。模糊綜合評價可以用數(shù)學(xué)模式來表示：B=A·R式中：A輸入,它是由參加評價因子的權(quán)重經(jīng)歸一化處理得到的1個1×n階行矩陣;R“模糊變換器”,它是由各單因子評價行矩陣組成的1個n×m 階模糊關(guān)系矩陣;B輸出,是要求的綜合評判結(jié)果,它是1個1×m階矩陣的形式。2.3幾種評價方法的比較選取水質(zhì)評價指標及評價數(shù)據(jù)以圖們江干流某監(jiān)測斷面 20042008 年五年監(jiān)測數(shù)據(jù)為例，根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB3838- 2002）規(guī)定的溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)等24項基本監(jiān)測項目作為指標篩選對象，將各項指標的污染分擔(dān)率進行排

18、序，污染分擔(dān)率較高的監(jiān)測因子為氨氮、石油類、BOD5、CODMn、揮發(fā)酚等，綜合各因子的污染分擔(dān)率以及圖們江干流有機污染嚴重的污染特征，擬選取CODMn、BOD5、氨氮、揮發(fā)酚和石油類作為主要水質(zhì)評價因子進行分析，其年均值監(jiān)測數(shù)據(jù)及單因子指數(shù)（水質(zhì)類別）如表 3；水質(zhì)單因子及綜合污染指數(shù)評價結(jié)果如表4；水質(zhì)單因子及綜合標識指數(shù)評價結(jié)果如表5。綜合水質(zhì)標識指數(shù)符號意義如圖1 所示。評價結(jié)果比較分析由表35評價結(jié)果可知，單因子指數(shù)法評價方法是按國家規(guī)定的地表水分類標準進行評價，僅表示了水質(zhì)類別。綜合污染指數(shù)是相對標準值計算的結(jié)果，綜合反映了河流污染狀況，可以比較污染程度，但不能說明水質(zhì)類別。綜合水

19、質(zhì)標識指數(shù)對水質(zhì)進行定性和定量評價，對同類水體及劣 V類的河流也可以進行水質(zhì)評價和比較，其第一位表示的是綜合水質(zhì)類別，與目前判定的水質(zhì)類別差別較大，后兩位表示的水質(zhì)功能區(qū)達標情況，表示方法相對專業(yè)。結(jié)論a.單因子評價法以最差水質(zhì)指標所屬類別作為綜合水質(zhì)類別，評價結(jié)論表現(xiàn)為過保護。b.污染指數(shù)法能夠直觀判斷綜合水質(zhì)是否達到功能區(qū)目標，但是不能判斷綜合水質(zhì)類別。c.當綜合水質(zhì)為劣類時，單因子指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法的評價結(jié)論無法比較趨勢變化，而水質(zhì)標識指數(shù)法解決了劣類水質(zhì)的連續(xù)性描述問題，能夠?qū)α宇愃|(zhì)進行科學(xué)合理的定性與定量評價。2.4展望底棲動物的生活習(xí)性和生理特性，以及它們的群落結(jié)構(gòu)和分布都可以幫助我們研究了解水質(zhì)環(huán)境的狀況，研究底棲動物與環(huán)境因子的關(guān)系正是為了方便我們對水質(zhì)作出更為準確的評價，幫助我們治理和監(jiān)管水環(huán)境。目前，我國的水質(zhì)評價還處在發(fā)展階段，還需要進一步地深入研究、探討?，F(xiàn)今，我國已經(jīng)能夠純熟運用多種評價方法，并且在水質(zhì)評價方面取得了一定的成就，相信在未來一定能夠建立更加完善