湿地监测中水生昆虫监测指标的制定

媒体:原创  作者:徐永新
专业号:湖南湿地 2008/12/19 15:21:37
湿地监测中水生昆虫监测指标的制定
 
 
[摘要]:本文简介了用于湿地监测的主要水生昆虫类群,并重点介绍了底栖水生昆虫监测指标的制定步骤,即湿地分类、确定生物指标、选择核心指标、建立综合指标指数、指数临界值等5个步骤及其内容,文章最后对生物监测在我国的应用前景作了展望。
 
 
关键词:湿地、监测、水生昆虫、监测指标。
 
1 前言
湿地监测[14][15][18]是在较长时间内重复对湿地及其组成部分特征随时间变化的过程进行观察记录,以确定其资源的现状、发展趋势,为湿地管理部门提供决策依据。
监测内容一般包括:湿地生境质量、水文、土壤及生物。生物监测中主要监测植物、大型无脊椎动物、鱼类及水禽等。
    对水生生物[11][12][13]进行监测可了解研究地的环境功能质量,揭示由于人为活动而导致的生物群落变化,了解水生生物是否出现了受害迹象。该方法主要依靠监测底栖大型无脊椎动物(指裸眼能观察到的蛤、螺、虾、蛭、水生昆虫等)。不同的无脊椎动物对污染忍耐程度有较大的差异。
利用大型无脊椎动物进行生物监测的优点[1]
    1)活动范围有限(与鱼比较),不易避开污染物的影响。
    2)生活周期长,生活史复杂(与藻及细菌比较),能反映或整合一段时间的不利影响。
    3)不同的种类的污染忍耐程度差异大、变化范围广。
    4)取食方法多种多样,能量利用策略各异,故能提供整个生态系统中营养循环的变异信息。
    5)有的底栖无脊椎动物基本上能在所有的生境中(除严重污染或受干扰的生境)找到,但鱼在通道受阻的情况,也可能会在某些生境中消失。
    6)抽样较为简单,需要人手少,工具廉价;
    7)它们是鱼包括许多休闲及经济种类的主要食物。
    8)它们的数量一般较大,抽样对其他生物的影响小。。
 
水生昆虫指一生中至少有一个虫期栖息在水中或水面的昆虫。主要类群有:蜉蝣目(Ephermerida)、蜻蜓目(Odonata)、襀翅目(Plecoptera)、半翅目(Hemiptera)、鞘翅目(Coleoptera)、广翅目(Megaloptera)、毛翅目(Trichoptera)、双翅目(Diptera)。
 
尽管水生昆虫类群及种类较多,但用于生物监测的主要是蜉蝣目(Ephermerida)、襀翅目(Plecoptera)及毛翅目(Trichoptera),常称为EPT类群(EPT Assemblages)[5][16][17]。选择这些类群的主要原因是,若虫或幼虫生活在水中,这是昆虫一生中最脆弱的一个虫期,对环境最敏感,另它们为底栖昆虫,用气管腮呼吸,对水中溶解氧要求较高,故常常发生在清洁、流动的溪流、江、河、湖泊中[5][16][17]。同时,有关研究表明,这些类群中不同的种类对环境不利因子表现出不同的敏感性[6][7][8] [9]。而其它类群则不具备这些特性,故在湿地或水质监测中较少使用,但在生物多样性监测中,也是监测指标或类群。
 
2 监测指标的制定程序
        监测程序的制定主要由五步组成[1] , 详细情况如下:
2.1.1 第一步  湿地分类
        分类指根据湿地物理、化学及生物特征,将不同的湿地归类到相对均质的类别中。
        湿地划分提共了一个将湿地按变量因子进行分析,组织的框架。划分生态区是一个湿地归类的例子,但湿地分类可细可粗。海拔高度、流域区域也可作归类的一个因子。
       湿地类型划分最好要有参照地作为对照,要求参照地处于天然状况且能代表当地的湿地。选择参照湿地一般采用量化标准,下面是美国马里兰州采用的一套标准,共12条,全部满足12条的湿地便可选为参照地。
    1)PH≥6;
    2)ANC(酸中和能力)≥50ueq/l;
    3)DO(溶解氧)≥4ppm;
    4)硝酸盐≤300ueq/l;
    5)城镇土地≤20%流域面积;
    6)森林面积≥25%流域面积;
    7)偏远程度:
    8)景观:
    9)生境;
    10)河流缓冲宽度≥5;
    11)未将水道拉直;
    12)没有点污染。
   
先利用湿地地理、物理及化学特征进行初步分类,然后利用生物数据进一步细化。分类的目的在于确保抽样地正确分组,从而使组内的变异最小,组间的变异达最大。
 
2.1.2 第一步内容:
    1)确定分类级别。利用人为干扰最小的物理化学参数确定测试级别。
    2)确定参照地,即满足天然状况(无人为干扰)下的指标的湿地。
    3)利用多指标及非生物指标测试归类系统,即亚生态区、湿地类型、海拔类型等。
    4)评估分类级别,利用生物数据进行分类分级。
 
2.2.1 第二步  为每一类群确定生物指标
        生物指标:随着人为干扰变化而变化的生物特性,且变化是可预见的。有了生物指标,调查者便可利用指标的变化值,评估在人为干扰情况下某一生物群体或群落的状态。利用多指标体系评估生物状况是为了整合与水生生物群落有关的因子或过程的信息。
好的指标有下面几个技术特点:
(1)与监测目的及湿地生态系统存在相关性;
(2)对外来干扰敏感,其反映可与自然变异区别;
(3)特征值可以量化;
(4)取样调查、分析成本要低(包括设备、试剂、人力、物力、技术培训等);
        具有上述特点的所有指标都是可能的测试指标。但有的指标变化范围过窄,不足以区分自然变化与人为干扰变化,象这样的指标,可以摒弃。1995至1997年间共发表的四篇文章(Deshon 1995, Barbour等1996,Fore等1996,Smith及Voshell 1997)提出了一系列用于湿地监测的指标。并对它们进行了充分的测试,评估其监测生境退化的能力,被认为是最具推广前景的指标(参见表1)。生物指标主要来自四个方面:生物群体丰度值、类群组成及优势种、忍耐水平值、营养及生境值。有的学者认为还应该将个体健康、景观水平考虑进去(Karr及Chu 1999;Karr等1987)。
类群丰度:指不同类群的数量,显示样本内的多样性。作为一个关键指标,有多种生物指数使用类群丰度,如无脊椎群落指数(ICI)、鱼类及底栖无脊椎动物指数(IBI)、底栖无脊椎群落指数、快速生物测定等。类群丰度指数可以用种级水平测算,也可用科、目等类群级别计算。丰度值反映了水生类群的多样性,一般,丰度值随着人为干扰增加而下降。多样性随着各类群的健康状况改善而增加,表明生存空间、生境及食物充足,利于物种的生存与繁殖。
       类群组成值:包含着多个信息,如类群特征、关键类群及相对数量。特征包括不同类群、相关生态类型及环境要求。关键类群提供了有关目标类群的重要信息。外来种及有害物种是一个重要的反映生物特征及敏感性的特征。
        组成值(或相对数量)提供类群构成的信息及各种群对动物群落总体的相对贡献。尽管各类群的数量在一定的范围内可能有所波动,但是一个健康稳定的群落,各类群的比例是相对稳定的。优势类群的比例是过量繁殖的测量值,比例过高,表明对污染忍耐水平高的类群在恶劣环境中得到了生存发展,而忍耐水平低的种类则被淘汰,使多样性会降低。
        忍耐值:指对外来干扰的相对敏感度,可以数量计算,也可以组成比例计算。忍耐值不是针对性的,但有的指标是为某一特定干扰而设计的,如Hilsoenhoff生物指数主要监测有机物污染;生物现状指数用于测量泥沙淤积,另佛罗里达指数为低水平忍耐类群(昆虫及甲壳纲)测量值加权和,与Hilsoenhoff作用相同。忍耐值可针对总体群落,也可针对与污染关系密切的类群。如纹石蛾科(Hydropsychidae)在毛翅目中所占的比例,四节蜉科(Baetidae)在蜉游目中所占的比例,反映了这两个目的均匀度,一般认为是对污染很敏感的一个测量值。如果纹石蛾科及四节蜉科的比例增加,反映了污染加重(通常是有机污染)。
    取食或营养动态可监测各种功能性取食类群,从而可了解底栖生物营养平衡状态。它包含取食定位的信息,如刮食者(Scrapers)、撕裂取食者(shredders)、gathers、滤食者(filters)及捕食者(predator)等。营养动态(食物类型)也是其评估内容之一,如草食动物、肉食动物、杂食动物、食腐动物的相对比例。没有相对稳定的营养动态,各取食类群平衡就会失调。营养指标是诸如营养交换、生产及食物源的综合反映值。专性取食者,如刮食者(Scrapers),刺食者(Piercers)、撕裂取食者(shredders)为较为敏感的种类,一般见于水质较好的生境中。非专性取食者,如collectors, 滤食者(filters)取食范围较广,对污染耐性高,因污染可能改变部分食物量。目前该指标还有待于进一步研究。
 
2.2.2 第二步内容
    1)评估潜在生物指标值变化范围,在足够比例的湿地进行测试后,摒弃指标值出现零值较多的指标。
    2)用统计性数据(趋势、范围、分布)描述指标在某一类别参照地中的特征。
    3)摒弃变化太大的指标,因为变化太大,也不能区分不同状况的湿地。
    总的,好的指标要能传达足够的信息,也要有一定的变异范围能区分不同类别,不同生物状况的湿地。
 
2.3.1 第三步  选择核心指标
    核心指标是那些能区分湿地生态质量优劣的指标。故了解某一具体指标在不同干扰下的变化尤为重要。如果详细了解某一指标在已知干扰下的变化详情,则该指标可作为诊断工具使用。核心指标能反映水生生物结构、组成、个体健康或过程的各方面特性。
    一个生物指标甄别参照湿地与退化湿地的能力是确定核心指标的关键。
    通过比较一个生物指标在参照湿地的分布范围与在被干扰湿地的分布,便可评估该指标的甄别能力。一般认为,如果测量值没有重叠或很小的重叠,则被认为是一个好的指标。
 
2.3.2 第三步内容
由两部分组成,即遴选最适核心指标、找出生物、物理、化学等指标相互间的关系。
    1)遴选区分退化湿地的最适核心指标
    (1)根据土地利用、物理、化学及生境质量,选定天然(没有人为干扰)湿地。
    (2)利用包含土地利用、物理、化学、生境质量的评判标准,用退化湿地进行退化检测。
    (3)确定甄别参照湿地与受干扰湿地的最适指标。这样的指标在评估状况不明的湿地时,其辨别能力是最强的。
 
2)确定生物、物理及化学指标的关系
    (1)绘制各指标值在不同干扰(化学物质浓度、生境状况及其它干扰)下的关系图。
    (2)如有必要,利用多变量分级模型(multivariate ordination)分析指标对干扰的反映之梯度变化。
    (3)如果在指标与干扰因子之间存单一对应关系,则可利用极端值(最高或最低),作为参照湿地的条件。
    (4)有的指标可能不是单一对应关系,如生物量及类群丰度值在中等富营养化的条件下有可能超过参照湿地。
    (5)选取多个与湿地质量存在显著关系的指标,指标要有预测性。
   
2.4.1 第四步  建立综合指标指数
    建立生物指数的目的就是要整合反映各生物特性的信息。指标尺度各异,有的为整数、有的为百分数,还有的是没有尺度的数值。在建立评估生物状况的综合指数之前,需要通过将指标转换成没有单位的数值,使核心值标准化。标准化时,假设每个指标的价值及重要性相同,也就是说,某一指标值发生50%的增减变化与另一指标值增减50%的价值是相等的。
如有可能,每个指标值的赋分标准要依据不同湿地指标值的分布范围,当然包括自然状况下的参照湿地。一般采用数据分布的第95个百分点作为摒弃极端值的标准。然后利用第95百分点以下的指标变化范围作为评分赋值范围。接近第95点的得分最高,得分可用百分制、也可用三段五分制或四分制。对于那些与干扰成反比的指标,则利用第5个百分点作为排除极端值的标准及评分的基础。
生物指标的综合值即单一指数值有助于简化管理及决策。利用指数可确定一个评判标准,如测得指数大于标准值,则湿地生物状况较好,反之,湿地质量在下降。但是要采取何种湿地恢复措施,不能只依据指数值,还要结合分析其它指标,综合考虑。
 
2.4.2 第四步内容
(1)根据指标值的分布范围,确定评分标准。
(2)测试最终指数的辨别能力。通常综合指数的辨别能力要高于单个指标。如生物类群的数量这一指标往往因分类级别的不一致性而影响结果。
 
2.5 第五步 指数临界值
一个湿地的多指标综合指数为各指标得分之和,在某一类别湿地中有固定的变化范围。这一范围又可依据湿地退化水平分为多个亚水平。
   
3 我国生物监测的现状及前景
总的,我国的生物监测还处于起步阶段,主要表现在如下几个方面:意识比较落后,现在决策者或相关部门还几乎没有认识到生物监测的意义,自然就不会有生物监测法律法规,而在美国及欧洲利用生物监测测定水质都有相关的法律法规;另我国的分类还不能跟上生物监测的要求,特别是若虫或幼虫的鉴定几乎是空白,而在国外,这些类群的鉴定资料非常多,而且使用方便。
       但值得庆幸的是,我国的生物工作者一直跟踪生物监测的发展,也开展了一些有益的尝试,开展了水生昆虫种类及多样性指数的调查,研究了部分类群多样性与水质关系的研究。但是,要真正利用水生昆虫进行生物监测,仍有很长一段路程要走。水生昆虫生物监测有多种用途[2][3],包括湿地监测、水质监测、生物多样性监测、持续发展指数的制定、生态环境监测等。随着人们生活水平的提高,人们自己生活的对环境也越来越关注,以及对水生昆虫研究的不断深入,相信水生昆虫生物监测的前途是美好的。
湿地志愿者
专业号:湖南湿地


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