生物群落法

（一）指示生物

生物群落中生活著各種水生生物，如浮游生物、著生生物、底棲動物、魚類和**等。由于它們的群落結(jié)構(gòu)、種類和數(shù)量的變化能反映水質(zhì)污染狀況，故稱之為指示生物。

浮游生物是指懸浮在水體中的生物，它們多數(shù)個體小，游泳能力弱或完全沒有游泳能力，過

表2－14 河、湖、庫淡水生物監(jiān)測項目及頻率

注：①根據(jù)本地區(qū)水環(huán)境特征確定必測項目。

著隨波逐流的生活。浮游生物可分為浮游動物和浮游植物兩大類。在淡水中，浮游動物主要由原生動物、輪蟲、枝角類和橈足類組成。浮游植物主要是藻類，它們以單細(xì)胞、群體或絲狀體的形式出現(xiàn)。浮游生物是水生食物鏈的基礎(chǔ)，在水生生態(tài)系統(tǒng)中占有重要地位，其中多種對環(huán)境變化反應(yīng)很敏感，可作為水質(zhì)的指示生物。所以，在水污染調(diào)查中，常被列為主要研究對象之一。

著生生物（即周叢生物）是指附著于長期浸沒水中的各種基質(zhì)（植物、動物、石頭、人工）表面上的有機體群落。它包括許多生物類別，如**、**、藻類、原生動物、輪蟲、甲殼動物、線蟲、寡毛蟲類、軟體動物、昆蟲幼蟲，甚至魚卵和幼魚等。近年來，著生生物的研究日益受到重視，其中主要因素是由于其可以指示水體的污染程度，對河流水質(zhì)評價效果尤佳。在監(jiān)測工作中，多用人工基質(zhì)法。

底棲動物是棲息在水體底部淤泥內(nèi)、石塊或礫石表面及其間隙中，以及附著在水生植物之間的肉眼可見的水生無脊椎動物。一般認(rèn)為其體長超過2mm，不能通過40目分樣篩，所以稱為底棲大型無脊椎動物。它們廣泛分布在江、河、湖、水庫、海洋和其他各種小水體中，包括水生昆蟲、大型甲殼類、軟體動物、環(huán)節(jié)動物、圓形動物、扁形動物等許多動物門類。底棲動物的移動能力差，故在正常環(huán)境下比較穩(wěn)定的水體中，種類比較多，每個種的個體數(shù)量適當(dāng)，群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。當(dāng)水體受到污染后，其群落結(jié)構(gòu)便發(fā)生變化。嚴(yán)重的有機污染和毒物的存在，會使多數(shù)較為敏感的種類和不適應(yīng)缺氧的種類逐漸消失，而僅保留耐污染種類，成為優(yōu)勢種類。應(yīng)用底棲動物對污染水體進行監(jiān)測和評價，已被各國廣泛應(yīng)用。

在水生食物鏈中，魚類代表著*高營養(yǎng)水平。凡能改變浮游和大型無脊椎動物生態(tài)平衡的水質(zhì)因素，也能改變魚類種群。同時，由于魚類和無脊椎動物的生理特點不同，某些污染物對低等生物可能不引起明顯變化，但魚類卻可能受到影響。因此，魚類的狀況能夠**反映水體的總體質(zhì)量。進行魚類生物調(diào)查對評價水質(zhì)具有重要意義。

（二）監(jiān)測方法

按照規(guī)定的采樣、檢驗和計數(shù)方法獲得各生物類群的種類和數(shù)量的數(shù)據(jù)后，如何評價水污染狀況，目前尚無統(tǒng)一的方法，下面介紹幾種比較有代表性的方法。

1.污水生物系統(tǒng)（saprobien system）法

該方法將受有機物污染的河流按其污染程度和自凈過程劃分為幾個互相連續(xù)的污染帶，每一帶生存著各自獨特的生物（指示生物），據(jù)此評價水質(zhì)狀況。1960年，Hyness繪制了污水排入河流后有機污染物濃度變化情況和生態(tài)模式圖（見圖2－42）。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過許多專家增補和修改，使該方法得到較廣泛地應(yīng)用。

根據(jù)河流的污染程度，通常將其劃分為四個污染帶，即多污帶，a-中污帶，β-中污帶和寡污帶。各污染帶水體內(nèi)存在特有的生物種群，其生物學(xué)、化學(xué)特征列于表2－15。

污水生物系統(tǒng)法注重用某些生物種群評價水體污染狀況，需要熟練的生物學(xué)分類知識，工作量大，耗時多，并且有指示生物出現(xiàn)異常情況的現(xiàn)象，故給準(zhǔn)確判斷帶來一定困難。環(huán)境生物學(xué)者根據(jù)生物種群結(jié)構(gòu)變化與水體污染關(guān)系的研究成果，提出了生物指數(shù)法。

表2－15 污水系統(tǒng)生物學(xué)、化學(xué)特征

2.生物指數(shù)（biotic index）法

生物指數(shù)是指運用數(shù)學(xué)公式反映生物種群或群落結(jié)構(gòu)的變化，以評價環(huán)境質(zhì)量的數(shù)值。

貝克（Beek）1955年首先提出一個簡易地計算生物指數(shù)的方法。他將調(diào)查發(fā)現(xiàn)的底棲動物分成A和B兩大類，A為敏感種類，在污染狀況下從未發(fā)現(xiàn)；B為耐污種類，是在污染狀況下才出現(xiàn)的動物。在此基礎(chǔ)上，按下式計算生物指數(shù)：

生物指數(shù)（BI）=2nA+nB

式中：n——底棲大型無脊椎動物的種類。當(dāng)BI值為0時，屬嚴(yán)重污染區(qū)域；BI值為1—6時為中等有機物污染區(qū)域；BI值為10—40時為清潔水區(qū)。

1974年，津田松苗在對貝克指數(shù)進行多次修改的基礎(chǔ)上，提出不限于在采集點采集，而是在擬評價或監(jiān)測的河段把各種底棲大型無脊椎動物盡量采到，再用貝克公式計算，所得數(shù)值與水質(zhì)的關(guān)系為：BI＞30為清潔水區(qū)；BI=15—29為較清潔水區(qū)；BI=6—14為不清潔水區(qū)；BI=0—5為極不清潔水區(qū)。

沙農(nóng)-威爾姆（Shannon-Wilhm）根據(jù)對底棲大型無脊椎動物調(diào)查結(jié)果，提出用種類多樣性指數(shù)評價水質(zhì)。該指數(shù)的特點是能定量反映生物群落結(jié)構(gòu)的種類、數(shù)量及群落中種類組成比例變化的信息。在清潔的環(huán)境中，通常生物種類極其多樣，但由于競爭，各種生物又僅以有限的數(shù)量存在，且相互制約而維持著生態(tài)平衡。當(dāng)水體受到污染后，不能適應(yīng)的生物或者死亡淘汰，或者逃離；能夠適應(yīng)的生物生存下來。由于競爭生物的減少，使生存下來的少數(shù)生物種類的個體數(shù)大大增加。這種清潔水域中生物種類多，每一種的個體數(shù)少，而污染水域中生物種類少，每一種的個體數(shù)大大增加的規(guī)律是建立種類多樣性指數(shù)式的基礎(chǔ)。沙農(nóng)提出的種類多樣性指數(shù)計算式如下：

式中： ——種類多樣性指數(shù)；

N——單位面積樣品中收集到的各類動物的總個數(shù)；

n_i——單位面積樣品中第i種動物的個數(shù)；

S——收集到的動物種類數(shù)。

上式表明動物種類越多， 值越大，水質(zhì)越好；反之，種類越少， 值越小，水體污染越嚴(yán)重。威爾姆對美國十幾條河流進行了調(diào)查，總結(jié)出值與水樣污染程度的關(guān)系如下：

值      污染狀況

＜1.0  嚴(yán)重污染

1.0—3.0      中等污染

＞3.0  清潔

我國曾對薊運河中底棲大型無脊椎動物進行調(diào)查，結(jié)果表明基本上與沙農(nóng)公式的計算相符合。

用作計算生物指數(shù)的生物除底棲大型無脊椎動物外，也有用浮游藻類的，如硅藻指數(shù)：

式中：A——不耐污染的種類數(shù)；

B——對有機物耐污力強的種類數(shù)；

C——在污染水域內(nèi)獨有的種類數(shù)。

威爾姆對能耐受污染的20屬藻類分別給予不同的污染指數(shù)值（見表2－16）。根據(jù)水樣中出現(xiàn)的藻類計算總污染指數(shù)。如總污染指數(shù)大于20為嚴(yán)重污染，15—19為中污染，低于15為輕污染。

二、**學(xué)檢驗法

**能在各種不同的自然環(huán)境中生長。地表水、地下水，甚至雨水和雪水都含有多種**。當(dāng)

表2－16 威爾姆給予的藻類污染指數(shù)值

水體受到人畜糞便、生活污水或某些工農(nóng)業(yè)廢水污染時，**大量增加。因此，水的**學(xué)檢驗，特別是腸道**的檢驗，在衛(wèi)生學(xué)上具有重要的意義。但是，直接檢驗水中各種病源菌，方法較復(fù)雜，有的難度大，且結(jié)果也不能保證****。所以，在實際工作中，經(jīng)常以檢驗**總數(shù)，特別是檢驗作為糞便污染的指示**，來間接判斷水的衛(wèi)生學(xué)質(zhì)量。