2种大型底栖无脊椎动物评价水质新方法

摘要 以实例的形式介绍了2种大型底栖无脊椎动物（以下简称底栖动物）评价水质新方法：BI指数法和需氧有机体百分率法，结合辽河流域监测经验拟订了102个采于辽河流域的底栖动物需氧类型，修订了评价标准，丰富了底栖动物水质监测与评价方法。

关键词 底栖动物；评价水质；BI指数；需氧有机体百分率；需氧类型；评价标准

中图分类号 X824 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）12-0222-02

作为生态文明建设的重要组成部分，水生生物多样性监测与保护日益受到重视。然而，我国在该领域面临基础薄弱、人员不足、缺方法、缺标准等一系列问题，所以，寻找一类既易于操作，又科学实用的优良指示生物作为突破口开展工作显得尤为迫切。底栖动物因其对水质反应敏感、易于辨认和采集、生活周期长、场所固定等优点理所当然的成为最佳选择。作为优良的指示生物，只有应用科学合理的评价方法才能使这一作用得到充分发挥，才能更好地为管理部门制定生物多样性保护政策提供有力的技术支撑。

辽宁省环境监测实验中心从1987年在辽河流域开展底栖动物监测至今已有27年历史，期间积累了丰富的经验。水质底栖动物评价方面从开始的指示生物法发展到多样性指数法、多指数综合评价法、生物完整性指数法，经实践验证认为：既符合人们感官、接近理化结果，又具有生物监测特色、便于推广实施的评价方法为BI指数法和需氧有机体百分率法。

1 底栖动物水质评价历史及现状

国外关于底栖动物的评价始于20世纪初期，该阶段的研究主要集中于水质状况方面，且以定性评价为主。20世纪60—70年代，关于底栖动物的研究逐渐由定性评价发展为生物多样性指数的定量评价，即根据水生态系统中指示生物的存在与否与个体数量判别水质状态。从20世纪80年代开始，为解决单纯的定性方法缺乏生物密度等量化指标，以及单纯的定量研究具有研究范围小及所采集生物种类有限的缺点，有关底栖动物定性与定量相结合的评价方法得以重视[1]。为了克服水生生物野外调查工作量大和费时长的缺点，美国环境保护部（EPA）于1989年提出了快速生物评价法（RBP），该方法推荐的采样方法为半定量采样法[2]。

国内关于底栖动物的研究始于19世纪60年代。该时期研究主要集中于区域底栖动物的物种组成、分布及群落结构的变化，随后逐渐延伸到底栖动物的生物指示作用，并将其独立作为一个指标应用于水质生物学评价。1980—1990年，国内学者开始利用多种生物指数表征底栖动物存在状态，并对水质污染状况进行分级。此后，快速水质生物评价技术的应用使国内底栖动物研究日益受到重视。然而，与国外研究相比较，国内在底栖动物研究方面尚未形成统一的标准和方法体系，有待深入研究[3]。

应用底栖动物评价水质常用的指数有Shannon-Wiener多样性指数、Margalef多样性指数、Good-night指数、Beck指数、Trent指数、Chandler指数、BMWP计分系统、BBI计分系统等[4]，针对部分指数及计分系统的相关研究近年来在国内广泛开展，以底栖动物为研究对象发展起来的生物完整性指数也在不断探索之中。依据辽河流域多年底栖动物监测工作经验判断，BI指数法和需氧有机体百分率法具有较强的实用性和合理性。

2 BI指数法

BI指数是以底栖动物耐污值为基础建立起来的底栖动物水质评价方法。耐污值（Tolerance value）是指生物对污染因子的忍耐力，它最早是由德国科学家Kolkwitz和Marsson（1908，1909）提出的，他们根据分类单元在不同水质级别中的相对出现率，给予0～8的赋值，值越高，表示分类单元越耐污。基于耐污值而建立起来的BI指数水质生物学评价方法是由Chutter（1972）首先提出并应用的[5]，他在计算BI指数时，将底栖动物分类单元的污染忍耐力定义为“质量值”，并将最耐污的部分类群如摇蚊属羽摇蚊群及寡毛类的“质量值”定义为最高值10。Hilsenhoff（1977）依据专家经验拟定了200余个威斯康星州的底栖动物耐污值，并于1982年将分类水平从属、种级统一为科级，再用BI指数进行水质生物评价[6]。当前，美国已建立了东南部、中西部偏北、中西部、西北部及沿大西洋中部海岸区5个地区的底栖动物耐污值，以耐污值为基础的BI指数于1989年即被美国环保部纳入快速生物评价协议，该评价方法已成为美国最常用的水质生物学评价方法之一[2]。近年来国内对该领域的研究也愈加深入，1994年，国内学者杨莲芳、田立新等与美国学者Morse J C首次将耐污值和BI指数介绍到中国[7]。之后，王备新、张跃平、王建国、王俊才等分别建立并核定了我国东部地区、江苏省、江西庐山地区及辽河流域底栖动物耐污值共计588个[8-11]，这些工作为国内开展底栖动物BI指数评价水质奠定了坚实的基础。

BI指数计算公式为：

BI=■ni×■

式中：ni为第i个分类单元（通常为属级或种级）的个体数，ti为第i个分类单元的耐污值，N为样本总个体数。BI指数评价标准见表1。

3 需氧有机体百分率法

20 世纪80—90年代，英国科学家根据不同需氧特性大型底栖动物可以特征性地出现在不同的水环境下这一特点，提出了大型底栖动物的需氧有机体百分率ODP（oxygen demander Percentage）法，用于评价水体质量与环境。此后该法在欧洲多国得到推广及应用，成为较好的应用大型底栖无脊椎动物评价水质，特别是水体有机污染的生物监测方法。国内中山大学的刘玉等应用该法评价了广东珠江前航道、西航道和流溪河的下游段有机污染情况，并将其与地表水环境质量标准的水质类别相匹配，得到了较好的效果[12]。笔者根据辽河流域多年监测工作经验，将该评价标准进行了修定，同时拟定了辽河流域常见的102种底栖动物需氧类型，便于该方法的推广应用。

生活在水体中的底栖动物，因种类不同，对氧的需求也有所不同。根据这一特性，将出现的底栖动物按照高需氧、中需氧、低需氧3个层次进行统计，以底栖动物个体数除以底栖动物总数，得出底栖动物需氧有机体百分率（S）。其公式为：

S（%）=ni/N×100

式中ni为某种需氧类型底栖动物数量，N为该点位监测到的底栖动物总数量，评价标准见表2。

4 实例应用

2013年10月对太子河一级支流柳壕河某点位底栖动物进行调查，使用索伯网定量采集样品，经分类鉴定，结果见表3，计算BI指数。

根据表3数据，查底栖动物耐污值表[11]，确定每种动物对应的耐污值，将表中数据带入公式：

BI=1×6/87+1×6/87+5×8/87+1×10/87+4×6/87+2×2/87+1×5/87+1×9/87+42×9.1/87+25×6/87+2×6.2/87+2×9.6/87≈7.7

对照BI指数评价标准，判定该点位水质为中污染。

查底栖动物需氧类型表，确定每种动物的需氧类型，高需氧底栖动物：蜉蝣属（Ephemera）；河花蜉属（Potamanthus）；弯握蜉属（Drunella）；带肋蜉属（Cincticostella）；小蜉属（Ephemerella）；天角蜉属（Uracanthella）；高翔蜉属（Epeorus）；扁蚴蜉属（Ecdyonurus）；短丝蜉属（Siphlonurus）；四节蜉属（Baetis）；大石蝇属（Pteronarcus）；卷石蝇属（Leuctra）；叉石蝇属（Nemoura）；同石蝇属（Isoperla）；纯石蝇属（Paragnetina）；舌石蚕属（Glossosoma）；原石蚕属（Rhyacophila）；角石蚕属（Stenopsyche）；瘤石蚕属（Goera）；寡角摇蚊属（Diamesa）；小突摇蚊属（Micropsectra）；大蚊属（Tipula）；巨吻沼蚊属（Antocha）；蚋属（Simulium）；原蚋属（Prosimulium）；纯扁泥甲属（Mataeopsephus）；真扁泥甲属（Eubrianax）；色蟌属（Calopteryx）；春蜓属（Gomphus）；大蜓属（Cordulegaster）；丽大蜻属（Epophthalmia）；米虾属（Caridina）；长臂虾属（Pala-emon）；蝲蛄属（Cambaroides）；钩虾属（Gammarus）；仙女虫属（Nais）；真涡虫属（Dugesia）。中需氧底栖动物：细蜉属（Caenis）；纹石蚕属（Hydopsyche）；短脉纹石蚕属（Cheumatopsyche）；小石蚕属（Hydroptila）；似波摇蚊属（Sympotthatia）；单寡角摇蚊属（Monodiamesa）；特突摇蚊属（Thienemanninyia）；无突摇蚊属（Ablabesmyia）；真开氏摇蚊属（Eukiefferiella）；环足摇蚊属（部分）（Cricotopus）；直突摇蚊属（Orthocladius）；长跗摇蚊属（Tanytarsus）；倒毛摇蚊属（Microtendipes）；雕翅摇蚊属（Glyptotendipes）；萨摇蚊属（Saethria）；多足摇蚊属（Poly-pedilum）；齿斑摇蚊属（Stictochironomus）；水蝇属（Ephydra）；水虻属（Stratiomyia）；瘤虻属（Hybomitra）；贝蠓属（Bezzia）；真龙虱属（Cybister）；水黾属（Gerris）；长蝎蝽属（Laccotrephes）；螳蝽属（Ranatra）；负子蝽属（Diplonychus）；划蝽属（Sigara）；星齿蛉属（Protohermes）；尾蟌属（Cercion）；瘦蟌属（Ischnura）；绿蟌属（Enallagma）；毛伪蜻属（Epitheca）；灰蜻属（Orthetrum）；多纹蜻属（Deielia）；圆田螺属（Cipangopaludina）；环棱螺属（Bellamya）；沼螺属（Parafossarulus）；土蜗属（Galba）；圆扁螺属（Hippentis）；珠蚌属（Unio）；无齿蚌属（Anodonta）；金线蛭属（Whitmania）；石蛭属（Herpodella）；巴蛭属（Barbronia）；小长臂虾属（Palaemonetes）；沼蝦属（Macrobrachium）；绒螯蟹属（Eriocheir）；厚蟹属（Helice）；著名团水虱属（Gnorimosph-aeroma）；尾鳃蚓属（Branchiura）。低需氧底栖动物：长足摇蚊属（Tanypus）；裸须摇蚊属（Propsilocerus）；拟长跗摇蚊属（Paratanytarsus）；摇蚊属（羽摇蚊群）（Chironomus）；管蚜蝇属（Eristalis）；幽蚊属（Chaoborua）；尖音牙甲属（Berosus）；萝卜螺属（Radix）；膀胱螺属（Physa）；蚬属（Corbicula）；球蚬属（Sphaerium）；舌蛭属（Glossiphonia）；颤蚓属（Tubifex）；水丝蚓属（Limnodrilus）；沙蚕属（Nereis）。带入公式，得高需氧百分率2.3%、中需氧百分率39.1%、低需氧百分率58.6%。对照底栖动物需氧有机体百分率评价标准，判定该点位水质为中污染。

5 参考文献

[1] 王备新.大型底栖无脊椎动物水质生物评价研究[D].南京：南京农业大学，2003.

[2] MICHAEL T. BARBOUR，JEROEN GERRITSEN，BLAINE D. SNYDER，et al.溪流及浅河快速生物评价方案[M].郑丙辉，刘录三，李黎，译.北京：中国环境科学出版社，2010.

[3] 吴东浩，王备新，张咏，等.底栖动物生物指数水质评价进展及在中国的应用前景[J].南京农业大学学报，2011，34（2）：129-134.

[4] 王德铭，王明霞，罗森源，等.水生生物监测手册[M].南京：东南大学出版社，1993.

[5] CHUTTER FM.An empirical Biotic index of the quality of water in south African streams and rivers[J].Water research，1972，6（1）：19-30.

[6] HILSENHOFF W L.Rapid field assessment of organic pollution with a family-level biotic index[J].Journal of the North American Benthological Society，1988，7（1）：65-68.

[7] MORSE J C，YANG L F，TIAN L X.Aquatic Insects of China Useful for Monitoring Water Quality[M].Nanjing：Hohai University Press，1994.

[8] 王备新，杨莲芳.我国东部底栖无脊椎动物主要分类单元耐污值[J].生态学报，2004，24（12）：2768-2775.

[9] 张跃平.江苏省大型底栖无脊椎动物耐污值、BI指数及水质生物评价研究[D].南京：南京农业大学，2006.

[10] 王建国，黄恢柏，杨明旭，等.庐山地区底栖大型无脊椎动物耐污值与水质生物学评价[J].应用与环境生物学报，2003，9（3）：279-284.

[11] 邢树威，王俊才，丁振军，等.辽宁省大型底栖无脊椎动物耐污值及水质评价[J].环境保护科学，2013，39（3）：29-33.

[12] 刘玉，VERMAAT J E，RUYTER E D，等.用大型底栖动物和ODP系统评价珠江的有机污染[J].应用与环境生物学报，2003，9（2）：154-157.