涉水不可過河流底棲動物采集方法綜述

林久富

摘 要： 大型底棲無脊椎動物常用于河流生態(tài)監(jiān)測與評估，目前，國內(nèi)尚無完善的涉水不可過河流大型底棲無脊椎動物采樣方法。詳細地介紹了國內(nèi)外常用的涉水不可過河流大型底棲無脊椎動物采樣方法，包括USEPA-EMAP、AQEM、USEPA-CABNSR、USEPA-NRSA、《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》（SL219-2013）和《生物多樣性觀測技術(shù)導則 淡水底棲大型無脊椎動物》（HJ710.8-2014），分析了這些方法的優(yōu)缺點及可行性。建議確立基于改進的USEPA-CABNSR采樣方法作為我國涉水不可過河流大型底棲無脊椎動物采樣方法的參考。

關鍵詞： 涉水不可過河流;大型底棲無脊椎動物;采樣方法

中圖分類號： TB????? 文獻標識碼： A????? doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.13.098

河流系統(tǒng)具有泄洪、輸沙、供水、自凈、航運、發(fā)電和景觀等多種功能，同時，作為重要的生態(tài)系統(tǒng)類型，也具有調(diào)節(jié)氣候、改善生態(tài)環(huán)境和維護生物多樣性等多種功能，對人類社會的存在與發(fā)展至關重要;隨著現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展，水資源利用強度和污染物排放強度不斷變大，河流生態(tài)系統(tǒng)的健康受到了嚴重威脅;維護河流生態(tài)系統(tǒng)的健康已經(jīng)成為眾多學者的共識和河流管理的重要目標。

河流生態(tài)監(jiān)測與評估是河流管理的基礎，對維護河流生態(tài)系統(tǒng)的健康有著重要意義。大型底棲無脊椎動物（下文簡稱為底棲動物）是指不能通過500μ m孔徑網(wǎng)篩的無脊椎動物，是河流生態(tài)系統(tǒng)中最重要的定居動物代表類群之一，通過攝食、掘穴和建管等擾動活動直接或者間接地影響著河流生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)分解、能量流動和營養(yǎng)循環(huán);底棲動物種類豐富，大多數(shù)有相對較長的生活史和較固定的生活場所，對化學污染和物理變化有較廣泛的耐受性，能夠綜合反映河流質(zhì)量的長期變化;因此，底棲動物常作為河流生態(tài)監(jiān)測的指示物種，并被廣泛地應用于河流生態(tài)評估。

作為獲取河流生態(tài)基礎數(shù)據(jù)的必要手段，國外已有較為系統(tǒng)的河流底棲動物采樣方法，目前，國內(nèi)尚無完善的涉水不可過河流底棲動物采樣方法，僅有少數(shù)行業(yè)標準與手冊涉及，存在內(nèi)容簡單和采樣方法模糊等問題，不能滿足河流生態(tài)監(jiān)測與評估的工作要求。本文對比分析了國內(nèi)外常用的河流底棲動物采樣方法的優(yōu)缺點及用于我國涉水不可過河流的可行性，建議確立基于改進的USEPA-CABNSR采樣方法作為我國涉水不可過河流底棲動物采樣方法的參考。

1 河流底棲動物采樣方法要素

采用標準的底棲動物采樣方法的目的是獲得有代表性的樣品。采樣河段長度、采樣位置、采樣工具和采樣面積的綜合考慮能夠得到較合理、有效的采樣方法。

1.1 采樣河段長度

采樣河段長度主要有固定長度法和可變長度法兩種確定方法。固定長度法是將采樣河段長度設定為固定距離，在野外應用和后勤保障上更有優(yōu)勢，但存在采樣效率相對于河流大小不對等和樣點間的生物差異可能歸因于缺乏足夠數(shù)量的生境單元的缺點;可變長度法是根據(jù)河寬或者河深選擇相應比例，利用指標指示不同采樣河段長度的采樣效率來評估合理的采樣河段長度，是按比例增加資源量的結(jié)果。

1.2 采樣位置

河岸區(qū)域指容易接近的淺水區(qū)域，生境比較醒目，具有易于采樣，不需要行船，減少成本與風險等優(yōu)點。河岸區(qū)域采樣的缺點包括采樣的穩(wěn)定性差，由于生境的多變性和生物體分布的不均勻，需要更多的重復采樣降低可變性;樣品中的雜質(zhì)較多，處理時間和成本較大;河岸區(qū)域存在陡坎時，采樣變得困難或者不可能。河道中央指河流流速較大，河道底質(zhì)穩(wěn)定性較差的深水區(qū)域。河流流速較大使采樣工具的使用受到限制，底棲動物群落物種在底質(zhì)穩(wěn)定性較差位置分布較少，尤其是底質(zhì)為泥沙的河流。

采樣位置等間距布設是在采樣河段范圍內(nèi)按照一定距離間隔布設采樣位置，具有設計簡單，易于執(zhí)行，能夠在野外節(jié)約大量時間等優(yōu)點，但存在采樣河段范圍內(nèi)生產(chǎn)力最高的生境可能會由于落在斷面之間而無法采集等問題。采樣位置生境導向布設是根據(jù)采樣河段范圍生境狀況進行采樣位置布設，主要有按生境面積比例布設和按生境類型比例布設兩種。前者能夠更好地反應采樣河段的實際情形;后者具有更好的操作性，但存在較小代表性的生境占據(jù)了同其他生境一樣的比例，更有代表性的樣品遺漏的問題。

1.3 采樣工具

河流底棲動物采樣工具間存在較大差異，不同的采樣工具有不同的適用生境，選擇適合的采樣工具對河流生態(tài)基礎數(shù)據(jù)的獲得至關重要。

按照不同的標準，河流底棲動物采樣工有不同的分類結(jié)果。常用的河流底棲動物采樣工具可以分為被動采樣工具和主動采樣工具，被動采樣工具指示的是定居潛力，主要有人工底層采樣器和漂網(wǎng)，主動采樣工具反應的是當前的群落結(jié)構(gòu)，主要有踢網(wǎng)、索伯網(wǎng)、D形網(wǎng)、手抄網(wǎng)和底部抓斗式采樣器等;底棲動物采樣工具可以分為定量采樣工具，半定量采樣工具和定性采樣工具，定量采樣工具主要用于底棲動物生態(tài)學研究，主要有人工底層采樣器，底部抓斗式采樣器和索伯網(wǎng)，半定量采樣工具主要用于底棲動物生態(tài)監(jiān)測與評估，主要有踢網(wǎng)和D形網(wǎng)，定性采樣工具主要有手抄網(wǎng)，定性采樣工具主要用于一般的河流生態(tài)調(diào)查;底棲動物采樣工具也可以分為深水采樣工具和淺水采樣工具， 深水采樣工具主要有底部抓斗式采樣器和人工底層采樣器，淺水采樣工具主要有踢網(wǎng)、索伯網(wǎng)、D形網(wǎng)、手抄網(wǎng)和人工底層采樣器。

1.4 采樣面積

Olaf Arrhenius研究了物種數(shù)與面積之間的關系，提出物種數(shù)與面積呈冪指數(shù)關系，采樣面積在1-2 m2時物種數(shù)變化不大，出于采樣工作效率的考慮，提出采樣面積最小為1 m2才能保證采樣結(jié)果的可靠。

2 國內(nèi)外河流底棲動物采樣規(guī)范與方法

2.1 USEPA-EMPA

2000年美國環(huán)保署在地表水環(huán)境監(jiān)測與評估手冊中對涉水不可過河流底棲動物采樣方法做了以下闡述：采樣河段長度為40/100倍的河寬;采樣位置為在采樣河段范圍內(nèi)等間距布設11個斷面，每個斷面兩岸河岸區(qū)域各采集一個樣點，采樣水深范圍小于1 m;每個樣點采樣面積為0.25 m2，將所有樣點的樣品匯聚為一個樣品，采樣面積總和為5.5 m2;采樣工具為踢網(wǎng)，如圖1所示。

2.2 USEPA-CABNSR

2006年美國環(huán)保署在涉水不可過河流生物評估手冊中對底棲動物采樣方法做了以下闡述：采樣河段長度為500 m;采樣位置為在采樣河段范圍內(nèi)等間距布設6個斷面，每個斷面兩岸上下游5m的河岸區(qū)域各采集3個樣點，按照區(qū)域內(nèi)每種生境面積比例將6個樣點分配，采樣水深范圍小于1 m;每個樣點采樣面積為0.15 m2，將所有樣點的樣品匯聚為一個樣品，采樣面積總和約為12 m2;采樣工具為500 μm的D形網(wǎng);采樣順序為從下游向上游采集，如圖2所示。

2.3 AQEM

2002年歐洲水框架指令對河流底棲動物采樣方法做了以下闡述：采樣河段長度為500 m或者10倍的平均河寬;采樣位置為在采樣河段范圍內(nèi)按照各個生境面積比例（面積大于或者等于5%）采集20個樣點;將所有樣點的樣品匯聚為一個樣品，采樣面積總和為1.25 m2;采樣工具為500 μm的D形網(wǎng)和索伯網(wǎng);采樣順序為從下游向上游采集，如圖3所示。

2.4 USEPA-NRSA

2013年美國環(huán)保署在涉水不可過河流評估操作手冊中對大型河流底棲動物采樣方法做了以下闡述：采樣河段長度為40倍的河寬，如果河流平均寬度小于4 m，選用150 m作為最短河段長度，如果河流平均寬度大于100 m，選用4 km作為最長河段長度;采樣位置為在采集河段范圍內(nèi)等間距布設11個斷面，隨機選取一側(cè)河岸布設第一個斷面采樣位置，前三個斷面位于河岸同一側(cè)，接下來兩個斷面采樣位置位于河岸另一側(cè)，接下來兩個斷面采樣位置位于初始河岸一側(cè)，依此交替布設直到第十一個斷面，采樣位置范圍為斷面上下游5 m和岸邊向水面延伸15 m，采集每個樣點內(nèi)的主要生境，采樣水深最大深度為0.5-1 m;將所有樣點的樣品匯聚為一個樣品;采樣工具為500 μm的D形網(wǎng)，如圖4所示。

2.5 《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》（SL219-2013）

2014年水利部頒布實施的《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》（SL219-2013）對河流底棲動物采樣方法做了以下闡述：當河流深泓水深小于5 m時，采樣河段長度為40倍的河寬，當河流深泓水深大于5 m時，采樣河段長度為1 km;采樣位置為在采樣河段范圍內(nèi)等間距布設11個斷面，采樣位置的設置需要兼顧代表性，便利性與安全性;河流水面寬度小于50 m，在每個斷面中間位置設置1條采樣垂線，河流水面寬度在50-100 m之間， 在每個斷面設置左右2條采樣垂線，河流水面寬度大于100 m，在每個斷面設置左、中、右3條采樣垂線，每條垂線采集1個樣點;定量樣品采樣工具為 1 16 m2彼得生采泥器和圓柱形鐵絲籠，定性樣品采樣工具為三角拖網(wǎng)和手抄網(wǎng)，以40目分樣篩處理樣品，如圖5所示。

2.6 《生物多樣性觀測技術(shù)導則 淡水底棲大型無脊椎動物》（HJ 710.8—2014）

2015年環(huán)保部頒布實施的《生物多樣性觀測技術(shù)導則 淡水底棲大型無脊椎動物》（HJ 710.8—2014）對河流底棲動物采樣方法做了以下闡述：在同一斷面上，每隔一定距離設置一個樣點，樣點的數(shù)目和間距的設置需要兼顧河流的寬度、流速、底質(zhì)類型和環(huán)境異質(zhì)性程度;河流水面寬度小于200 m，在每個斷面中間位置或者靠岸一側(cè)設置1個樣點，河流水面寬度大于200 m，在每個斷面中間位置和左、右兩側(cè)設置1個樣點，樣點間距一般在100-200 m，斷面和樣點的設置可依據(jù)人類活動對河流的干擾程度做適當調(diào)整;水深超過3 m的深水河流，采樣工具為抓斗式采泥器，彼得生采泥器和定量框，每個樣點的總采樣面積約為0.5-1m2;涉水可過河流，采樣工具為D形網(wǎng)，每個樣點的總采樣面積約為1m2;可根據(jù)底棲動物的密度做適當調(diào)整，如圖6所示。

3 探討與結(jié)論

3.1 分析總結(jié)

USEPA-EMAP和USEPA-NRSA采樣河段長度為可變長度，USEPA-CABNSR采樣河段長度為固定長度，AQEM和《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》（SL219-2013）同時考慮了可變長度與固定長度，《生物多樣性觀測技術(shù)導則 淡水底棲大型無脊椎動物》（HJ710.8-2014） 缺乏對采樣河段長度的明確說明，對于涉水不可過河流，利用可變長度法確定采樣河段長度能夠得到較合理的采樣效率和準確的采樣結(jié)果。USEPA-EMAP采樣位置是在河岸區(qū)域基于斷面等間距布設，AQEM采樣位置是在全河道范圍內(nèi)基于生境導向布設，USEPA-CABNSR和USEPA-NRSA采樣位置是在河岸區(qū)域基于等間距布設和生境導向布設的結(jié)合，《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》（SL219-2013）采樣位置是在全河道范圍內(nèi)基于斷面等間距布設，等間距布設和生境導向布設結(jié)合能夠兼顧采樣的便利性和準確性，對于涉水不可過河流，河道中央位置可以放棄采樣，盡管有可能無法采集到一些大型底棲無脊椎動物，但河岸區(qū)域能夠滿足生態(tài)監(jiān)測與評估的工作要求。USEPA-EMAP采樣工具為踢網(wǎng)，USEPA-CABNSR和USEPA-NRSA采樣工具為D形網(wǎng)， AQEM采樣工具為500 μm的D形網(wǎng)和索伯網(wǎng)，《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》（SL219-2013）采樣工具為彼得生采泥器、圓柱形鐵絲籠和三角拖網(wǎng)，使用425 μm孔徑的分樣篩處理樣品，《生物多樣性觀測技術(shù)導則 淡水底棲大型無脊椎動物》（HJ710.8-2014） 采樣工具為抓斗式采泥器、彼得生采泥器和D形網(wǎng)，對于生態(tài)監(jiān)測與評估，當前的群落結(jié)構(gòu)較常用，半定量采樣工具能夠提供采樣位置當前底棲動物群落準確的信息，半定量采樣工具的特點是在相對限定的時間和面積內(nèi)采樣，比較經(jīng)濟和節(jié)時，500 μm孔徑的踢網(wǎng)、D形網(wǎng)、分樣篩和索伯網(wǎng)適用于生態(tài)監(jiān)測與評估。USEPA-EMAP對采樣的總面積進行了定量化規(guī)范，AQEM按生境類型面積所占比例進行采樣（生境類型面積所占比例大于或者等于5%），這會遺漏掉某些物種，對生態(tài)監(jiān)測與評估的結(jié)果帶來一定影響，《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》（SL219-2013）和《生物多樣性觀測技術(shù)導則 淡水底棲大型無脊椎動物》（HJ710.8-2014）缺乏對采樣面積的明確說明，每種生境類型至少采集1m2能夠反應該生境底棲動物群落的基本情況。AQEM和USEPA-CABNSR考慮到了采樣順序的問題，從下游向上游采集能夠避免之前的樣點對后續(xù)樣點的影響，USEPA-EMAP、USEPA-CABNSR、USEPA-NRSA和AQEM都將采樣樣點的樣品匯聚為一個樣品，這對研究采樣河段內(nèi)不同生境類型底棲動物群落帶來困難。

國外已有較為系統(tǒng)的河流底棲動物采樣方法，我國尚無完善的河流底棲動物采樣方法，《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》（SL219-2013）和《生物多樣性觀測技術(shù)導則 淡水底棲大型無脊椎動物》（HJ710.8-2014） 對河流底棲動物采樣方法的描述較為模糊。增加采樣工作量能夠增加精確度，但會增加采樣成本，綜合采樣方法合理性和采樣時間、成本、便利性與安全性等后勤因素的考慮。

3.2 結(jié)論

本文建議確立基于改進的USEPA-CABNSR采樣方法作為我國涉水不可過河流底棲動物采集方法的參考：采樣河段范圍的長度為40倍的河寬，如果河流平均寬度小于4 m，選用150 m作為最短采樣河段長度，如果河流平均寬度大于100 m，選用4 km作為最長采樣河段長度;采樣位置為在采樣河段范圍內(nèi)等間距布設11個子斷面，每個斷面兩岸上下游5m的河岸區(qū)域各取3個樣點，按照區(qū)域內(nèi)每種生境面積比例將6個樣點分配，每個樣點采樣面積為0.15m2，對采樣總面積小于1 m2的生境類型，通過補采使采樣總面積增至1m2;采樣位置選擇在水深范圍為0-1 m的河岸區(qū)域;采樣順序為從下游向上游采集，采樣河段水質(zhì)的采集在采樣河段最中間的子斷面采集;采樣工具為500 μm的D形網(wǎng)和踢網(wǎng)，D形網(wǎng)用于靜水-緩流生境，踢網(wǎng)用于急流生境;每個樣點采集到的樣品單獨進行保存，鑒定后的結(jié)果可匯聚為一個整體來反應采集河段的整體情況，如圖7所示。

參考文獻

[1] 倪晉仁，劉元元.河流健康診斷與生態(tài)修復[J].中國水利，2006，（13）：4-10.

[2]SL219-2013水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范[S].

[3]HJ710.8-2014生物多樣性觀測技術(shù)導則淡水底棲大型無脊椎動物[S].

[4]Moulton S R，Kennen J G，Goldstein R M，et al.Revised protocols for sampling algal，invertebrate，and fish communities as part of the National Water-Quality Assessment Program[R].Reston，2002.

[5]Flotemersch，J.E.，B.C.Autrey，and S.M.Cormier.Comparisons of Boating and Wading Methods Used to Assess the Status of Flowing Waters U.S.Environmental Protection Agency，Cincinnati OH[S].2001.

[6]Flotemersch，J.E.，J.B.Stribling，and M.J.Paul.Concepts and Approaches for theBioassessment of Non-wadeable Streams and Rivers.EPA 600-R-06-127.US Environmental Protection Agency，Cincinnati，Ohio[S].2006.

[7]AQEM CONSORTIUM.Manual for the application of the AQEM system.A comprehensive method to assess European streams using benthic macroinvertebrates[Z].2002.

[8]USEPA.National Rivers and Streams Assessment 2013-2014： Field Operations Manual-Non-Wadeable.EPA-841-B-12-009a.U.S.Environmental Protection Agency，Office of WaterWashington，DC[S].2013.

[9]唐濤，蔡慶華，劉建康.河流生態(tài)系統(tǒng)健康及其評價[J].應用生態(tài)學報，2002，（09）：1191-1194.

[10]戴紀翠，倪晉仁.底棲動物在水生生態(tài)系統(tǒng)健康評價中的作用分析[J].生態(tài)環(huán)境，2008，（05）：2107-2111.

[11]吳阿娜，楊凱，車越，等.河流健康狀況的表征及其評價[J].水科學進展，2005，（04）：602-608.