藻类在水质监测中的应用.doc

藻类在水质监测中的应用10级生物科学班,100650103,玉罕务（保山学院 资源环境学院，云南 保山 678000）摘要：由于藻类对水质环境变化敏感，能够及时准确、综合反映水域生态环境状况。且大量研究表明，藻类在水环境监测中具有重要的生物指示作用。为此，利用藻类来评价和监测水质日益受到重视，利用藻类进行水环境监测的方法也越来越成熟。本文综述了藻类在水质监测中的应用及其应用方法和特点，为综合监测和治理水环境提供一定的理论依据和支持。关键词：藻类；水质监测；方法Abstract: Since algae is sensitive to water quality environment changes, it can reflect accurate and comprehensive water ecological environment situation in a timely manner. And a large number of studies have shown that algae in water environment monitoring has important biological indicator.Therefore, using algae to evaluation and monitoring of water quality is becoming more and more attention, the method of using algae in water environment monitoring is becoming more and more mature.This paper reviews the application of algae in water quality monitoring and application methods and characteristics of the comprehensive monitoring and management of water environment for provide certain theoretical basis and support.Key words: alage; water monitor; methods藻类为低等植物，藻类形态结构非常简单，整个有机体都能吸收营养制造有机物，其繁殖方式简单，通常以细胞分裂为主，当环境条件适宜、营养物质丰富时，藻类个体数的增长非常快。由于藻类对水质环境变化敏感，其群落的种类组成、优势种、现存量等指标在不同营养水平的水环境中各异，因而能够及时准确、综合反映水域生态环境状况。因而藻类作为生物学监测指标在水环境评价中得到了广泛的应用。利用藻类作为水质生物监测指标已有近百年的历史,目前已有大量文献报道利用藻类来评价水体的营养状况。国外对藻类在水质监测中的应用较早,早在1909年,德国学者Kolkwitz和Marsson1就提出了利用藻类评价污染水质的方法,并针对水体污染程度的不同进行了分类。20世纪50年代以来,许多学者应用简单的生物指数和物种多样性指数2监测水质状况,取得了良好的效果; 70年代后,我国开始对各种水体环境质量进行广泛的藻类生物学调查与评价,随着我国湖泊富营养化研究工作的深入开展,国内逐步建立起了比较成熟的、适用于我国湖泊的评价体系和方法3。本文综述了国内外水质监测中常用的藻类生物学评价方法及其适用性,旨在为应用藻类生物学指标判断水质、探索和拓展新的水环境监测技术提供参考。1藻类在水生态系统中的作用藻类使水体中最基本的初级生产者，是水体中主要的化学能量和有机物质的来源，是水生生态系统食物链中基础的一环4。淡水藻类由于藻体小，生命结构相对简单和繁殖周期短等特点，易受各种环境因子的影响而在短期内发生改变，因此水生态的变化会直接表现在藻类的变化上。污染物进入水体后，藻类最先受到影响，但是不同藻类的耐受程度不同，有的藻类抗污性较强，有的藻类抗污性较弱，而有些藻类只有在某种特定的污染物存在时才会出现或大量繁殖，因此可以根据藻类的种类和数量等群落特征来判定水体的污染状况，成为评价江河湖泊的水质状况和变化趋势的重要指标例如，欧盟等国家采用藻类丰富度指数(AAI)和娃藻的污染敏感性指数(IPs)等5,6作为评价水体的重要指标而美国、円本等国家也把藻类植物纳入水质标准检测法，在水环境监测中发挥越来越重要的作用。2藻类在水质监测中的应用现阶段环保部门和环境监测部门对水质的监测主要以水的理化指标为主，但其对水质评价的指标较单一多是根据有毒有害物质对人类健康的影响来制定的，存在片面和不完整的缺陷。而藻类生物检测法可以检测整个环境的综合反映，越来越受到重视。徐淑庆7等调查桂林漓江藻类生态的结果表明，生活在污染程度较轻的水质中的藻类有舟形藻属、宽带藻属、席藻属；生活在污染程度较重的水质中的藻类有裸藻属、棚藻属、针杆藻属；这些藻类可以作为理想的指示生物，用来检测环境。王明书8等在对缙云山黛湖1986年至2004年间调查数据的基础上，通过分析鼓藻类及硅藻类植物20余年的种属组成的演变，各水质带指示种类的变化评价20年间黛湖水质的变化，并计算了ShannonWiever物种多样性指数，Whittaker和生物多样性指数值，得出了与指示藻类法一致的评价结果，与黛湖从未有严重的水质污染的现实相符。2.1利用藻类监测水质常用的方法2.1.1指示生物法藻类种类、数量众多，在各种环境条件下都能够生长，且不同种类的生长条件不同，因此被广泛用作评价水环境污染程度的指示生物。指示生物法即是对水域藻类进行系统的调查、鉴定,根据指示藻类的有无来评价水质的优劣。常用的方法具体包括污水生物系统法和优势种群法。Kolkwitz和Marsson1将水体分为多污带、alpha一中污带、beta一中污带和寡污带，并对每种污染带中的化学过程、溶解氧、生化需氧量、底泥、每一带水体中生存的藻类作了详细评价，形成污水生物系统，并用以监测和评价水质。上世纪40s末，生物学工作者已发现在未受污染的河流中藻类植物主要为硅藻，少数为绿藻和蓝藻；河流被污染以后，种数减少，以各种丝状绿藻占优势9。2.1.2生物指数法藻类生物指数是根据藻类的种类特征和数量组成情况,在污水生物系统的基础上，应用数学公式把生物调查资料计算成生物指数，用来反映生物种群和群落结构的变化，以评价水体污染状况。用生物指数评价水体环境质量常用的方法是培克法。培克(Beck)10于1955年首先提出以生物指数来评价水体污染的程度. 若计算的指数值为0, 表示水体被有机物严重污染, 16为中等污染, 1040时为清洁水区。日本津田松苗10于1960、1964、1974年对贝克指数作了多次修改, 所得数值与水质的关系为:BI30为清洁水体, 2915为较清洁水体,146为不清洁水体, 50为极不清洁水体。 在众多藻类生物指数中,国外学者大多选用硅藻指数11,而国内学者在水质评价时则多选用硅藻生物指数、藻类种类商和藻类综合指数12,13。Frdric等11研究了9种硅藻指数对水体污染状态变化的敏感度,发现CEE、EPI、ROT、SPI、TDI是监测水质变迁的敏感性指数,而BDI、GDI、ILM、SLA是中度敏感性指数,并指出这些硅藻指数并不是针对任何污染类型的水体都广泛适用,它们都拥有各自的污染指示适用范围,在这些适用范围内才能使这些硅藻指数发挥最好的评价效果,应根据这些指数的敏感性选择应用,进行水质评价。而国内,藻类生物指数还处于实际应用阶段,有关其适用性的研究还非常有限14。为了使藻类生物指数更加科学合理地应用于水质评价中,我国学者还应加强对藻类生物指数适用性方面的研究。2.1.3多样性指数法在正常情况下，群落结构相对稳定，水体受到污染后，群落中的敏感种类减少，而耐污种类则大大增加，从而导致群落结构发生变化。藻类多样性指数法是应用数理统计方法，求得藻类群落的种数和个体数值，根据藻类分布的丰度，评价水体的污染程度15。分析藻类群落结构的多样性指数很多，主要运用的有：Pielou均匀度指数(e)、Shannon -Weaver多样性指数(H)及Margalef多样性指数(d)。多样性指数越大，则水质越好，如H值o-1为重污染；1-3为中污染；大于3为轻污染或无污染。e值0-0.3为重污染；0.3-0.5为中污染；0.5-0.8为轻污染或无污染。d 5水质清；d 4洁寡污型；d 3 -中污型小中污；d 3 -中污-重污染型。的状况。种类多样性指数的运用，比指示生物法和生物指数法有前进了一步，在许多情况下能更好地反映水体污染16。但是多样性指数只是定量地反映了群落结构，未能反映出个体生态学信息及各类生物的生理特性，当水中营养盐或其他理化性质发生变化时，群落结构也会发生变化，这又会对多样性指数评价产生干扰，所以利用生物评价水体的质量状况时，孙军17等应用模糊综合评判的方式对浮游植物常用的多样性指数进行综合分析后发现不同的多样性指数各有其优缺点，为此，况琪军等建议在应用藻类多样性指数评价水质时应至少选用2种或2种以上的指标进行分析最好选择多个评价方法，从不同的角度反映出更多的信息，最后再加以综合分析和判断，得出更切合实际的结论。2.2利用藻类进行生物监测的特点用藻类植物群落结构的变化及指示种类的情况反映水质状况，监测水体污染污染。其目的是通过对水体的环境变化进行定量分析，全面及时地掌握水体的动态变化特征，为水资源的保护、水环境的管理机水污染的治理提供全面可靠的理论基础。与传统的理化监测相比，有如下的特点：（1）直接性：效果更加直观可靠。某些监测生物对一些污染物非常敏感,它们能够对这些连精密仪器都无法检测的微量污染物产生反应,并表现出相应的受损伤的效应18。（2）综合性：在环境中有各种各样的因子，污染成分也多种多样，理化监测只能测出环境中污染物的种类和含量，但不能确切说明他们对生物的影响。而藻类接触的污染物不止一种，利用藻类进行生物监测能较好的反映出污染物对生物产生的综合效应，从而更加客观、全面地评价水环境。中科院水生所沈韫芬研究员把PFU应用到生物监测中,并使PFU法成为我国生物监测的一种标准方法19 。（3）灵敏性:有些藻类对污染物的反应非常灵敏，一些低浓度甚至是痕量的污染物进入环境后，在能直接检测或人类直接感受到以前，藻类即可迅速做出反应，显示出症状，因此，可以在早期发现污染即使预报，即使治理16。（4）长期性：环境中污染物的浓度会随着时间或其他环境条件的变化而发生改变。理化监测的结果只能代表取样期间的污染情况不能反映出环境的连续变化及污染物对生物体造成毒害的长期效应。而生活在一定区域内的藻类，却可以将长期的污染状况反映出来16。（5）多样性：监测功能更加多样化，因为一种生物可以对多种污染物产生反应而表现出不同症状，因此与理化监测想不生物监测更具多功能性20。（6）经济性：应用藻类进行的生物监测比理化监测要经济得多，因为生物监测不需要烦琐的仪器保养和维修工作，因此监测所用的费用较理化监测大大减少16。3结论藻类生物学监测是水质监测的重要方法，迄今为止,藻类生物监测方法以其科学性和实用性已在国内外水环境监测领域得到广泛应用，20世纪50年代以来,许多学者应用简单的生物指数和物种多样性指数监测水质状况,取得了良好的效果。但运用藻类进行生物学监测仍存在着许多不足之处，如监测时易受各种环境因素的影响，在监测过程中可能受到藻类生长发育状况的影响等。因此,我们在对水环境质量进行评价时,应根据监测水体的实际情况,将藻类评价指标与理化评价指标结合,并运用数学方法, 使水质分析结果更科学、更准确。因人类活动所造成的水体污染会促使人们对其评价及监测方法研究的不断深入，在细胞和分子水平上的研究将不断完善和优化藻类生物学监测方法提供新的思路和技术手段。参考文献1Kolkwitz R, MarssonM. Okologie dertierischen sapro-bien J.Hydrobiologia, 1909, 2: 145-152.2Shannon C E, WeaverW. Themathematical theory ofcommunication M . Urbana: The University of Illi-nois Press, 1963.3蔡庆华.湖泊富营养化评价方法J.湖泊科学,1997, 9(1): 89-94.4景钰湘.上海滴水湖浮游藻类群落结构特征及水质评价D，上海,2012,1-65.水质的生物评价J.华东师范大学学报（自然科学版），2009，（2），78-87. 5Rott E,Pipp E,Pfsiter RDiatom Methods developed for river quality assessment in Austriaand crosscheck against numerical tropic indication methods used in EuropeJ.AlgologicalStudies,2003，110：91-115.6SoetaertK,Herman PMJ,Kromkamp J.Living in the twilight:estimating net phytoplanktongrowth in the Wester schelde estuay(the Netherlands) by means of an ecosystem model(MOSES)JJ Plankton Res,1994，16（10）：1277.7徐淑庆，徐文立桂林漓江藻类植物生态学研究钦州师范高等专科学校学报，200621(3)：105-1088王明书，周亚宁20余年来缙云山黛湖鼓藻类植物的演变与水质的关系西南师范大学学报(自然科学版)，2007，32(1)：43-469沈韫芬，章宗涉，龚循环等1990微型生物监测新技术M北京：中国建筑工业出版社，119-13610吴鹏鸣. 环境监测原理与应用 M . 北京: 化学工业出版社, 1991.11Frdric R, Henry -MichelM, LucienH,etal.Re-sponse of diatom indices to simulated water qualityimprovements in a river J. Journal ofApplied Phy-cology, 2005, 17: 119-128.12薛建,刘华萍.用浮游植物评价淮南市窑河水域的水质状况J.四川环境, 2004, 23(5): 65-67.13潘鸿.贵州威宁草海浮游植物物种变化及富营养化特征研究D .贵州师范大学, 2005.14雷安平.武汉东湖浮游藻类物种多样性研究J.水生生物学报, 2003, 27(2): 179-184.15沈宇，刘建忠.藻类生物学评价在水质监测中的应用J，水利渔业，2008，28（4）:5-7.16周凤霞.生物监测M.北京：化学工业出版社，2005.17孙军,刘东艳,魏皓等.琉球群岛邻近海域浮游植物多样性的模糊综合评判J.海洋与湖沼, 2001,32(4): 445-453.18李江平,李雯.指示生物及其在环境保护中的应用J.云南环境科学