中国流域水环境生物监测体系构成和发展

2014-03-27王业耀许人骥金小伟滕恩江吕怡兵

中国环境监测 2014年5期

阴琨，王业耀，许人骥，金小伟，刘允，滕恩江，吕怡兵

1.中国地质大学，北京 100083 2.中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012

生物监测指利用生物个体、种群或群落对环境质量及其变化所产生的反应和影响来阐明环境污染的性质、程度和范围，从生物学角度评价环境质量状况的过程[1]，是流域水环境监测一个非常重要的领域。相对于理化监测从环境压力角度来反映环境状况，生物监测则是从环境效应的角度来反映环境问题。美国、欧盟等发达国家和地区均已建立了较完备的水环境生物监测体系。欧盟基于水框架指令(WFD)的法规要求建立了水环境监测管理体系。WFD的核心是流域综合管理；重点是改善支持动植物群体发展的水生态环境；目标是使欧盟所有水域的水生态系统(物理水文、化学和生物要素)达到良好状态。美国于1972年推出了联邦水污染控制法令(清洁水法令1977),要求各州建立、发展以自然生态系统生物评估为基础的生物基准[2]；随后出版了利用各类水生生物进行监测和生物测试技术的参考资料[3-4]；各州也相继开展了生物监测，其中阿肯色州、缅因州、加州、北卡罗来纳州、佛蒙特州等是较早将生物监测结果作为水环境管理重要手段的地区。目前，美国已形成在法令法规、监测标准、配套监测方法和技术导则等技术文件构成的体系框架下的更为成熟完整的生物监测体系，监测体系主要包括生物种群或群落调查[5-7]、毒性试验[8]、微生物测试和鱼组织污染物分析[9]4个部分；同时，也建立起强大的环境监测网络和成熟的监测市场[10]，这些都确保了美国水环境生物监测体系更加完备和更快速地发展。

中国流域水环境系统的生物监测体系尚未形成，基础还比较弱，在技术体系的建立、监测网络的构建、数据管理平台的建立、人员梯队等保障体系建设等诸多方面都有待探索。目前该领域已经具备了研究推广和发展的基础。国内众多高校和研究机构拥有多年水环境生物监测的研究成果，近几年环保部门和水利部门也开展了大量生物试点监测、全国性技术培训，使得现阶段在全国范围推广流域水环境生物监测、完善体系、制定标准等具备了支撑条件。依据目前中国流域水环境生物监测的发展基础和方向，分析了国外水环境生物监测体系的构成和特点；剖析了中国生物监测的发展历程、基础、存在问题和发展需求；提出了中国流域水环境生物监测体系的发展目标、重点发展内容，并对全国监测系统生物监测体系的构成和发展提出建议。

1 国外水环境生物监测体系

美国已建立了较完备的水环境生物监测体系。1972年美国推出了联邦水污染控制法令，明确了生物监测的法律地位[2]；随后出版了很多生物测试的技术文件和标准[3-4]，使生物监测发展成为流域水环境评价和管理的重要环节。目前，美国已形成在法令法规、监测标准、配套监测方法和技术导则等技术文件构成的体系框架下的更为成熟完整的生物监测体系，主要包括水体生物种群或群落调查评价[5-7]、生物毒性试验[8]、微生物测试和鱼组织污染物分析[9]4个部分，监测结果被用于环境评价、了解污染状况、决定污染控制重点、评价污染控制效果等流域水环境的管理中。同时，美国的环境监测体系形成了由EPA主导，多个单位部门共同协作完成的运行体制。并且，在EPA制订的一系列环境监测法规及分析标准[11-18]的规范下，成熟的环境监测市场化运作模式得以实现。其次，美国还建立了由EPA收集管理并存储数据的数据库管理体系。最后，在技术发展和更新方面，美国每年都会召开一次国家环境监测大会(NEMC)，目的在于提供一个交流的平台，便于各方研讨环境监测新方法，解决环境监测领域相关问题，并向各州管理机构和公众发布监测动态[10]，建立一个良好的技术保障体系。

欧盟的水环境监测管理体系是基于水框架指令的法规要求建立的。WFD[19]的核心是流域综合管理，流域区是综合管理的组成单元；重点是改善支持动植物群体发展的水生态环境；目标是使欧盟所有水域的水生态系统(物理水文、化学和生物要素)达到良好状态。在管理体系方面，欧盟成员国需要有能力的主管机构来负责(如英国由环境保护署负责运行)。在数据报告制度方面，各成员国需要向欧洲委员会提交每个流域的监测分析报告、监测计划和流域管理规划，委员会在各成员国报告基础上向欧洲议会提交总报告；同时，欧盟也建立了数据传输和管理的程序规定。其次，法令还要求监测网络要涵盖流域所在的所有范围，已建立的地表水监测点位约57 000个[20]。再次，WFD监测标准体系非常完善，包含国家标准化组织(ISO)标准体系和欧盟标准体系中的多种监测和评价方法，这是对监测体系良好运行的有效技术保障。WFD对生态质量状况评价的特点在于体现了多要素综合评价，强调了流域尺度综合管理，遵循多要素最低评价原则，建立了标准方法体系，有严格的数据报告管理制度。

国外水环境生物监测体系的构成、开展领域以及管理运行的模式有诸多值得中国借鉴的地方。在中国流域水环境生物监测具备推广和运行条件的前提下，应该阶段性地吸纳这些内容和发展模式。

2 中国生物监测的发展历程和问题

2.1 中国生物监测的发展历程及基础

中国的生物监测工作始于20世纪60年代，并随着20世纪70年代的环境污染调查，与中国的环境监测事业一同发展。1989年，中国第一部环保基本法《中华人民共和国环境保护法》正式出台实施，20世纪80年代，随着国家和地方环境监测机构的成立，部分城市开展了生物监测工作。此后，生物监测经历了一个快速发展的时期。至20世纪90年代，国家环保局组织编写、出版了多个生物监测规范及技术指导手册[21]，并在这个时期初次建立起国家水生生物监测网，开始在全国范围开展例行的生物监测工作。这一时期是全国环境监测系统内生物监测能力快速提升的一个阶段，监测指标主要包括生物群落监测、细菌学、生物毒性；出现了一批具有生物监测能力的监测站，并培养起一批生物监测技术人员，为生物监测的发展打下了重要的基础。

20世纪90年代中后期，理化监测技术体系的快速发展以及理化监测任务的加重，使得中国环境监测工作的重点集中到理化方面。这个时期，中国的环保工作是以“污染防治”为重点，在国家专项资金的大力投入下，水、空气、酸雨、沙尘、噪声监测网络均建立发展起来，形成了国家环境质量监测网；同时，理化常规监测站点也显著增加[22]。生物监测的优势在于指示生态质量的变化，在以“污染防治”为重点的政策指导下，生物监测很难发挥其优势，使得环境质量标准中生物监测指标和保护目标缺失，导致生物监测在水环境监测体系中没有明确的地位。加之国家在经费、人力、物力上没能提供正常的能力建设支持和监测运行保障，生物监测工作陷入了无的放矢的尴尬境地，很多20世纪80年代中后期开展生物监测的监测站也弱化甚至取消了这方面工作，只保留了地表水标准中要求的微生物分析能力。

近几年随着环保需求的加强及各省、市、地区发展对环境的重视，很多地方站的监测能力也得到了不同程度的加强和完善。2012年的能力调查统计显示，全国开展生物监测工作的监测站约118个，监测的河流约115条，湖库约169个。其中，开展生物群落监测的监测站约98个；开展生物组织污染物分析和生物综合毒性监测的监测站约20个。监测内容主要涵盖：生物群落监测、生物组织污染物分析、生物综合毒性试验等方面。湖南、山东、上海、南京等省市级监测站还开展了生物监测的相关研究(如生物多样性监测的评价和应用研究[23-24]，潮间带生态环境质量研究[25]，生物体中微量有机物检测方法研究[26], 生物毒性试验在废水监测中的应用[27]，水环境生物监测指标研究[28]，生物实验室管理[29]等)，少数监测站还开展了活体在线监测和细胞及分子水平监测的研究。其次，国家在“十二五”重大专项中也积极开展了针对“流域水生态环境质量监测与评价”的研究；环保公益项目投入600万元，开展了针对“水体有毒污染物健康效应”、“化学品毒性评价方法”、“重金属健康风险评价生物监测指标”等相关课题的研究，其研究成果为建立综合有效的流域水生态环境质量的监测和评价体系，开展保障水安全的生物监测评价工作提供了有力的技术支持和决策支撑。在生物监测标准的发展上，积极制修订了发光菌，淡水鱼(斑马鱼、真骨鱼、稀有鮈鲫)，浮游动物(大型蚤)，双壳类软体动物，虾蟹，遗传毒性(蚕豆根尖试验)，指示微生物等19项生物监测标准。国家为了实现从流域水生态完整性角度开展监测和评价，环保部于2012、2013年组织黑龙江、江苏、湖北等13个省26个监测站在松花江流域、南水北调源头、太湖、滇池等全国重点河流和湖库开展了生物监测的试点工作；同时，建立了长江三峡工程生态与环境监测系统和环境卫星遥感解析系统[22]，这些生态监测工作提供了重要的监测数据和研究成果，为中国全面推广水环境生物监测提供了有力的技术和基础支撑。发展中国流域水环境生物监测体系成为事在必行的重要任务。

2.2 中国生物监测存在的问题

缺少背景数据和背景资料。生物监测要求对生物个体、群落乃至生态系统进行连续监测，通过其在不同时间的变化数据反映环境质量的变化。但目前中国开展生物监测的地区还不多，大部分地区的监测系统对于本地生物种类、群落分布等基本数据仍不清楚。缺少历史数据和背景资料，很难对环境质量的发展趋势进行评价和预测。

标准体系更新滞后，缺乏生物监测的技术规范和评价标准。目前国内没有统一的关于生物采样方法、监测方法的标准和技术规范，这种情况有生物监测方法本身技术制约的原因，但缺乏标准势必会影响生物监测的应用范围。同时，现阶段生物监测仅用于一次或不定期的环境评价描述，生物监测的目的还局限在对污染程度的评价上，没有拓展到对生态质量的评价层面，缺乏有效的评价方法，不能全面反映环境质量的变化状况。这些问题也是生物监测不能在环境管理中发挥作用的根本原因。

尚未形成全国流域水环境生物监测网络。由于没有统一的技术要求和规划，再加上经费来源和数量不同，各地监测站在开展的监测业务、具备的监测能力及仪器设备的配置等方面差别较大，很难形成流域尺度的跨省监测网络、国家监测网络，数据分散难以解决全国范围的流域水环境问题。

缺乏人员、资金和技术上的支持。从事生物监测的人员少，大部分市级及以下监测站生物监测职能没有独立出来，装备水平普遍较低，技术落后(如生物鉴定所必需的显微镜和解剖镜，全国监测站合计仅373台套，其中超过5万元的仅53台，且主要分布在江苏、浙江、福建和广东，中西部地区仅4个一级站和4个二级站有配置)。

具有专业背景的生物监测人员缺乏。仅有59个一级或二级监测站设立生物监测室，招聘专业人员。根据2012年生物监测能力调查情况，目前监测系统从事生物监测的人员仅1 000余人，其中非生物背景的超过一半。20世纪80年代参加生物监测工作的监测人员现在基本已经退休或接近退休年龄，出现年龄断层，缺乏工作的承接连续性。

3 水环境生物监测体系的发展目标

中国流域水环境生物监测体系的总体发展目标应该定位在以流域为单元，以各级支流为监测区段，发展以实现流域水环境生态完整性评价为目的的综合监测体系。基于总体目标，实现中国环境管理以“污染防治”为重点到以“生态健康”为目的的转折。具体的发展目标涵盖4个方面：

3.1 构建水环境生物监测技术体系

构建适合监测系统的生物监测指标，建立技术方法标准以及评价方法体系，构建涵盖微生物监测、生物群落监测、生物毒理试验以及水环境生态质量监测4个核心板块的业务体系。技术体系能支撑流域水环境生态完整性评价和流域水环境管理。

3.2 构建全国水环境生物监测网络

在现有生物监测网络基础上，补充监测网点、完善监测能力，构建以流域为单元的全国水环境生物监测网络。网络应覆盖长江水系，黄河水系、珠江水系、松花江水系、海滦河水系、大辽河水系、太湖流域巢湖流域、三峡库区7大流域，三河三湖重点流域地区。

3.3 建立数据管理与评价平台

在现有环境监测数据报送平台基础上，开发建立生物监测数据的报送、存储、管理，以及数据的分析、处理和评价的平台。平台能实现全国监测数据的收集管理和流域的环境质量评价。

3.4 建立运行保障体系

通过建立专业人才引进、培训机制，技术交流和多部门合作机制，建立系统内生物监测专家库，各级监测站生物监测能力建设机制，实现运行保障体系的建立。保障体系能支持在水环境领域形成每个流域都有一支能力强的生物监测队伍，全国监测系统有一支专家团队，保障水环境生物监测体系的顺利运行。

4 水环境生物监测体系发展的重点工作

4.1 以市级站为核心构建监测网络

监测网络是形成监测体系的支撑和基础，在全国范围建设生物监测网络也是发展生物监测体系的首要任务，而且中国已经具备了一定的基础[1]。目前，全国开展生物监测的省市级监测站约118个，涉及河流约115条，湖库约169个，其中包括7大流域、三河三湖的部分河段。开展生物群落监测的监测站约98个，监测覆盖约104条河流，159个湖库；开展鱼类组织污染和生物综合毒性监测的监测站约20个，监测覆盖约11条河流，10个湖库。开展生物群落监测的监测站中，涵盖长江水系12个站点，黄河水系0个站点，珠江水系3个站点，淮河水系2个站点，松花江水系8个站点，海滦河水系0个站点，大辽河6个站点，太湖、巢湖流域和滇池共有7个站点，三峡库区2个站点。

基于以上现有网络基础，建议应以市级站为核心建设单元，在已具有生物监测能力的省市级监测站基础上，增加新的生物监测网点，形成能承担国家重点流域(7大流域、三河三湖一库)常规生物监测任务的监测网络。重点流域网点建设新增53个站点；重点旅游城市、沿海开放城市、经济特区网点建设新增7个站点；省会城市网点建设新增13个站点。建成由约191个监测网点构成的，以流域为单元的国家水环境生物监测网络(表1)。

表1 全国水环境生物监测网络基本组成

注：“—”表示未设置站点；“*”表示其中的泸州、宜宾已在长江水系中增设，未重复列入。

4.2 建立核心业务监测能力

依据建立以流域水环境生态完整性评价为目的的综合监测体系总体目标要求，构建涵盖微生物监测、生物群落监测、生物毒理试验以及水环境生态质量监测4个核心板块的业务体系。

首先，在以单一种群进行监测评价的工作基础上，开展用多个种群进行监测评价的业务，拓展生物群落监测业务水平，形成从长期效应角度对环境胁迫效应进行监测和评价的能力。其次，拓展生物毒理试验业务能力，从利用单一发光菌进行急性毒性监测，发展利用藻、蚤类、鱼类等多级生物测试系统进行水体急性毒性评价的业务，形成从短期效应角度对环境胁迫响应进行监测和评价的能力。

在“十二五”末期至“十三五”期间，在前3项监测业务的基础上，逐步建立起水环境生态质量监测能力。评价水环境生态质量状况和变化趋势，说清流域水环境污染的影响和程度，更有效地为国家水环境保护和管理服务。

4.3 开展生物监测业务标准化建设

一个监测领域的业务标准化建设是这个领域监测体系运行的重要基础支撑。生物监测业务标准化建设应涵盖：建立独立的生物监测机构(科室)，配置专业背景的生物监测人员，建设和管理规范化生物实验室，建立设备仪器的配置更新机制，制定监测任务和建立监测数据报送制度。参考建设方案：①机构。每个监测站应建立一个专门负责生物监测业务工作及科研工作的独立科室。②人员。配置2～5名生物专业的监测人员(专业背景主要是毒理学、微生物学、水生生物学、生物化学和分子生物学)。③实验室。应按基本功能划分为采样间、样品前处理间、无菌室、毒性试验间、受试生物培养室等多个功能独立的实验室，并建立规范的实验室管理制度。④业务工作。承担核心监测业务，专项监测和科研任务。⑤数据报送。依托数据管理平台，按照监测周期向国家级监测中心或相关地方上级管理部门提供数据和质量报告。

4.4 进一步完善水环境质量评价报告

完善中国水环境质量评价报告，也是生物监测体系建设中另一项重要内容。应将生物监测的数据和结果纳入到现有水环境质量评价报告书中，在现有理化指标评价基础上，融入生物指标的评价内容，开展流域水生态环境质量评价，更全面地反映中国水环境质量的状况和变化趋势，实现流域综合评价。

5 结论

生物监测是流域水环境监测的一个重要领域，对生物监测的定位，在新的发展阶段应该有更清晰的认识。生物监测是对环境胁迫响应的监测，理化监测是对环境胁迫压力的监测，一个是果、一个是因，是2个同等重要的方面。生物监测的地位不是理化监测的补充，而是监测的另一层面和角度，要全面说清环境质量问题，理化监测和生物监测必须并行，这样才能真正实现中国水环境管理从以“污染防治”为重点到以“生态健康”为目的的转折。

中国正处在生物监测发展的一个新阶段。在“十二五”时期，国家对环境保护及环境监测提出了更高更新的要求，从各方面都体现出对生物监测能力建立发展的支持和关注。相对国外成熟完善的水环境生物监测体系，中国虽然发展晚，但在新的发展环境和需求下，在这个阶段推广和发展水环境生物监测体系已成为迫在眉睫的重要任务。

建立中国流域水环境生物监测体系，无疑是监测系统一个艰巨而充满开拓性的任务。要在以流域为单元，以各级支流为监测区段，以实现流域水环境生态完整性评价为目的的综合监测体系总体发展目标的指导下，完成构建水环境生物监测技术体系、全国水环境生物监测网络体系、数据管理与评价平台和运行保障体系4个分目标。全国监测系统和国家监测中心应该积极承担并完成各自的发展任务，实现中国环境管理以“污染防治”为重点到以“生态健康”为目的的转折，共同推动中国流域水环境监测工作的快速发展。研究针对体系发展的目标和任务提出些许思考和建议，还有很多欠缺不足，需要在体系运行中逐步调整和完善。

致谢：常州市环境监测站徐东炯总工，上海市环境监测中心张锦平副主任，南京市环境监测站张泽海副站长对研究提出诸多宝贵意见，在此表示诚挚的感谢。

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