給水生態(tài)系統(tǒng)看病，一共需要幾步？

生命起源于水，水是是一切生物的重要組成部分。我們的地球表面約有14億立方千米的水，如果沒有水，人類將無法生存，眾多生物也將不復(fù)存在。然而，隨著社會(huì)快速發(fā)展，我國(guó)水資源面臨的形勢(shì)十分嚴(yán)峻，水環(huán)境污染、水生態(tài)退化日趨嚴(yán)重，水生態(tài)系統(tǒng)問題已經(jīng)成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸之一。

水華（陳威 攝）

2007年，太湖暴發(fā)水華導(dǎo)致無錫市公共飲用水危機(jī)，此后的十余年間，太湖局部湖區(qū)每逢夏季便會(huì)出現(xiàn)水質(zhì)發(fā)黑發(fā)臭的現(xiàn)象，湖泊的生態(tài)環(huán)境惡化，威脅著周邊城市人民群眾的用水安全。因此，想要促進(jìn)社會(huì)持續(xù)進(jìn)步，就必須保證水生態(tài)環(huán)境的健康可持續(xù)發(fā)展。

第一步：認(rèn)識(shí)病人，找對(duì)醫(yī)生

水生態(tài)監(jiān)測(cè)是水生態(tài)健康評(píng)估、保護(hù)及修復(fù)的重要基礎(chǔ)，是衡量水體是否健康、生態(tài)系統(tǒng)是否完善的重要標(biāo)準(zhǔn)（李德旺等，2021）。通過水生態(tài)監(jiān)測(cè)，我們可從水生態(tài)系統(tǒng)完整性的角度出發(fā)分析、評(píng)價(jià)水體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，進(jìn)而保護(hù)與修復(fù)生態(tài)環(huán)境、合理利用自然資源，服務(wù)水生生物多樣性、水生態(tài)健康以及最終的人類健康（紀(jì)海婷和王曉杰，2022）。

在進(jìn)一步了解水生態(tài)監(jiān)測(cè)之前，我們首先要了解什么是水生態(tài)。水生態(tài)即是水對(duì)生物的影響和生物對(duì)水的適應(yīng)：前者表現(xiàn)在當(dāng)水體的非生物因子變化時(shí)，水中的生物也會(huì)發(fā)生變化，例如水溫變動(dòng)幅度過大時(shí)將不利于水生生物生存，而水中氧氣過少時(shí)將使水生生物大量死亡，水中營(yíng)養(yǎng)鹽豐富時(shí)則有助于水生植物的生長(zhǎng)等。后者體現(xiàn)在水生生物根據(jù)水體中的非生物因子變化適時(shí)調(diào)整自身生長(zhǎng)活動(dòng)，例如在寒冷地帶水溫較低，水中生物多為耐低溫物種，而生活在水中的魚類也只有當(dāng)水溫適宜時(shí)才會(huì)產(chǎn)卵等。

水生生物隨著水中環(huán)境變化而遷移（圖片來源Pixabay）

水生態(tài)監(jiān)測(cè)便是利用物理、化學(xué)、水文、生態(tài)等技術(shù)手段，對(duì)環(huán)境中非生物因子和生物因子進(jìn)行監(jiān)測(cè)，闡述生物與環(huán)境之間的關(guān)系，既包括常規(guī)的水質(zhì)、水文監(jiān)測(cè)，也包括水生生物監(jiān)測(cè)。

第二步：把診問脈，明確癥狀

水生態(tài)監(jiān)測(cè)中常規(guī)的水質(zhì)、水文監(jiān)測(cè)主要用于監(jiān)測(cè)水體的非生物因子，例如水中溫度、鹽度、酸堿度、懸浮顆粒、有毒有害物質(zhì)、水體流速、流量等，這些數(shù)據(jù)可通過相關(guān)儀器實(shí)時(shí)讀取數(shù)據(jù)，或在實(shí)驗(yàn)室中通過相關(guān)化學(xué)實(shí)驗(yàn)獲取相關(guān)數(shù)值，所以水生態(tài)監(jiān)測(cè)中的水文、水質(zhì)監(jiān)測(cè)較為方便，目前我國(guó)也基本建成了覆蓋全部水域的水文、水質(zhì)監(jiān)測(cè)站網(wǎng)。然而水生態(tài)監(jiān)測(cè)中最為困難也是最重要的便是水生生物監(jiān)測(cè)。

常規(guī)的水質(zhì)、水文監(jiān)測(cè)只能測(cè)量水體中各個(gè)物質(zhì)的含量、濃度等指標(biāo)，但是這些物質(zhì)對(duì)生物體的影響具體有多大，通過生物監(jiān)測(cè)才可得知。在多數(shù)人的思想中，水生生物監(jiān)測(cè)主要是監(jiān)測(cè)魚類，因?yàn)轸~類是我們?cè)谒谐Ｒ姷纳铮彩俏覀冊(cè)诓妥郎铣Ｒ姷氖澄?，然而?shí)際的水生生物監(jiān)測(cè)中遠(yuǎn)不止于此。

在水體中除了常見的魚類，還有分布在水底的動(dòng)物，這類動(dòng)物被叫做底棲動(dòng)物，例如螺螄、河蚌等。底棲動(dòng)物對(duì)水質(zhì)變化較為敏感，通過監(jiān)測(cè)底棲動(dòng)物便可了解水域內(nèi)水質(zhì)狀況。

這類動(dòng)物中有較多的指示生物，例如水絲蚓可以在水中氧氣較低的環(huán)境中生存，是一種水質(zhì)污染嚴(yán)重的指示生物，水絲蚓的數(shù)量與水質(zhì)污染的程度成正比，而對(duì)于含有化學(xué)污染的水源我們可以通過螺、蝦、蚌等指示生物對(duì)化學(xué)物質(zhì)殘留量的高低來進(jìn)行監(jiān)測(cè)（張興安，2020）。

水絲蚓（張葵 攝）

此外，水中還有許多微小的動(dòng)物，叫做浮游動(dòng)物，他們的個(gè)體最小僅有幾微米，但卻是魚類等大型水生動(dòng)物的重要餌料，也有不少種類可作為水污染的指示生物，如在富營(yíng)養(yǎng)化水體中，裸腹溞、劍水蚤、臂尾輪蟲等種類一般都是優(yōu)勢(shì)種群。

浮游動(dòng)物（程郁春 攝）

水中除了動(dòng)物以外，還分布著眾多植物，其中大型植物統(tǒng)稱為水生高等維管束植物，例如生長(zhǎng)在水邊的蘆葦，漂浮在水面睡蓮，扎根于水底的金魚藻等。浮游動(dòng)物（程郁春 攝）

完整的生態(tài)系統(tǒng)中存在高等植物，必然也有小型、低等植物。如果我們將湖泊中的一滴水放在顯微鏡下放大觀察，便可看見這些神奇的小型植物，這些植物叫做浮游植物。

浮游植物種類眾多，包括藍(lán)藻門、綠藻門、硅藻門、金藻門、黃藻門、甲藻門、隱藻門和裸藻門八個(gè)門類，已知的全世界浮游植物約有40000種，其中，淡水中約有25000種，我國(guó)已發(fā)現(xiàn)的淡水浮游植物約9000種，浮游植物因?yàn)樗鼈兊膫€(gè)體過于小巧，只能在水中隨波逐流，但就是這些不起眼的小型、低等植物卻貢獻(xiàn)了全球一半的氧氣。

它們從太陽中獲取能量并傳遞給水中的其他生物，浮游動(dòng)物以他們?yōu)槭?，魚類也以他們?yōu)槭常麄兂蔀槊逼鋵?shí)的生產(chǎn)者，如果全球的浮游植物滅絕，那么水中的生物也將無一幸免，地球的氧氣將會(huì)變得稀薄，世界將陷入危難之中。所以無論多么微小的生物，都是我們這個(gè)世界不可或缺的一份子！

采集浮游生物（王瑞 攝）

第三步：調(diào)動(dòng)知識(shí)，分析病情

水生態(tài)監(jiān)測(cè)中水生生物監(jiān)測(cè)是為了明確水生態(tài)系統(tǒng)中生物的組成、數(shù)量等信息，也被稱為定性、定量監(jiān)測(cè)。那這些監(jiān)測(cè)能夠?yàn)槲覀儙砗畏N信息呢？

以藍(lán)藻水華為例，通過水生態(tài)監(jiān)測(cè)我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)夏季水溫升高，水中營(yíng)養(yǎng)鹽含量豐富（富營(yíng)養(yǎng)化）時(shí)，水中的浮游植物藍(lán)藻便會(huì)大量繁殖，單個(gè)的藍(lán)藻很微小，但當(dāng)一升水體中有數(shù)十萬個(gè)藍(lán)藻時(shí)，便會(huì)爆發(fā)藍(lán)藻水華，此時(shí)的藍(lán)藻不再是生產(chǎn)者，而是消耗者。

大量的藍(lán)藻消耗了水中的氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，搶占了其他生物的生存空間，使水中動(dòng)植物大量死亡沉入水底并在無氧環(huán)境下開始腐化，從而引發(fā)水體水質(zhì)發(fā)黑發(fā)臭等一系列水質(zhì)惡化問題。

單個(gè)藍(lán)藻很微?。◤埧》?攝）

通過水生態(tài)監(jiān)測(cè)找到病因，便可對(duì)癥下藥，進(jìn)而開展水生態(tài)修復(fù)工作。首先要控制水體污染源的排放，減少營(yíng)養(yǎng)鹽的輸入，防止浮游植物進(jìn)一步增殖，其次通過種植水生植物消耗水中多余的營(yíng)養(yǎng)鹽，再次通過投放定量的浮游動(dòng)物與魚類等消除水中過多的藻類，最終通過構(gòu)建完善的水生態(tài)系統(tǒng)以達(dá)到凈化水質(zhì)，保持水質(zhì)穩(wěn)定的效果。

第四步：檢查工作，反思不足

生態(tài)修復(fù)工作看起來簡(jiǎn)單，但真正的實(shí)施是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，并且在修復(fù)過程中也要加強(qiáng)水生態(tài)監(jiān)測(cè)，避免出現(xiàn)修復(fù)無用或水生態(tài)系統(tǒng)反復(fù)惡化的情況。

因此，水生態(tài)監(jiān)測(cè)更多的是尋找水生態(tài)系統(tǒng)中存在的問題，肩負(fù)起水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)的“問診”作用，是實(shí)現(xiàn)水清岸綠、魚翔淺底中必不可少的一步！

目前，由于我國(guó)水生態(tài)監(jiān)測(cè)工作起步較晚，還存在著水生態(tài)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)覆蓋面較窄、監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、監(jiān)測(cè)能力建設(shè)不足等短板（焦振寰等，2020），隨著國(guó)家及公眾對(duì)水生態(tài)環(huán)境的重視，這些問題也會(huì)逐步解決。

科研人員正在提出更多的建議，建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，跟隨時(shí)代的腳步開發(fā)出藻類人工智能分析系統(tǒng)、流式細(xì)胞儀計(jì)數(shù)技術(shù)、魚探儀探測(cè)技術(shù)、生物綜合毒性監(jiān)測(cè)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、分子生物學(xué)技術(shù)等，這些技術(shù)也越來越多地應(yīng)用到水生態(tài)監(jiān)測(cè)中，極大地提高了監(jiān)測(cè)的效率和準(zhǔn)確度（紀(jì)海婷和王曉杰，2022）。

出品：科普中國(guó)

作者：魏秘 水利部中國(guó)科學(xué)院水工程生態(tài)研究所

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