从水生态系统保护看水质监测

从水生态系统保护看水质管理从简单到复杂水质监测的最原始目的从水生态系统保护的角度看水质管理水质监测最初的目的水里有什么？能用吗？关注水本身物理、化学性质水生态系统保护1、生态保护目标2、特定管理目标3、基于控制危险的管理目标可以理解为最基本的水生态系统保护要求。也就是说作为生态系统，要保护其基本功能所需要考虑的问题。1、水生态系统保护目标水生态系统保护目标水生态系统的特性由多种外部因素构成：包括气候和物理、化学因素，其中物理和化学因素受到洪水、干旱、气候变化、植被的影响。在澳大利亚，有部分区域，主要受到厄尔尼诺气候的影响，因此，如果制定保护这些区域水生态系统方案，就需要考虑这些基本要素和其中关键性要素。在监测和评价时，要把这些要素放在监测工作指标中并考虑其中的权重。水生态系统保护目标水生态系统特性由多种内部要素及其相互作用构成：内部要素包括物理、化学和生物过程的相互作用，任何物理化学要素的改变，都会造成生态系统的变化。比如营养元素会增加浮游生物量，而多波浪又会减少浮游生物量。因此在设计监测方案和评价某一个生态系统时都要考虑上述因素及其过程。水生态系统保护目标人类活动对生态系统的健康产生巨大影响：来自工业、城市、农业、矿山的污染；建设大坝和闸门；减少土壤盐渍化带来的问题；植树和建设公路；河岸绿化；过渡捕捞；引进外来动植物种类；破坏栖息地等等。水生态系统保护目标结论一：仅仅将水生态系统分为淡水和海水两个生态系统是不够的；在澳大利亚，仅从南纬10041’到43039’，水生态系统就可以分热带、半湿润、低地等生态类型，在每一个生态类型内部还继续细分为浅水或者深水、咸水或者半咸水、流动或者静止的等类型。在设计监测指标和评价时要考虑这些因素水生态系统保护目标讨论：对于相对较好的水生态系统，怎样设计监测指标体系？从原生态系统特性中考虑：1、地理位置？高海拔和低海拔水域有哪些特性？2、从静水和流动水体的角度应该设计哪些指标？3、从水的深浅方面，我们应该设计怎样不同的监测项目？4、从水质（咸水、半咸水等）设计哪些指标？5、从气候的角度应该怎样考虑不同区域的特点？生态保护目标结论二：如果没有详细生态类型的描述，很难说什么样的生态管理措施发挥了什么样的作用。澳大利亚的国家水质管理导则对全国的水域推荐了7种水生态系统类型：高原河流、低地河流、湖泊和水库、湿地、河口、沿海、海洋。完整的生态系统信息不仅包括各子系统的差异，而且还包括管理措施是怎么在系统内部运转、相互反应并发挥作用的。2、特定生态系统保护目标特定目的的含义：有目标的水质管理。比如为防止有毒有害污染物、为改变水生生物的组成和种类等。澳大利亚的水质管理导则规定：水质管理要能够保护其生物多样性，维护其生态循环过程和系统特性。特定生态系统保护目标可以将已有的水域按照三种不同类别分别考虑严格保护的生态系统：比如在国家公园、自然保护区或者其他不可随意进入的水域。持续自然系统：这些生态系统没有明显的因受到人类影响带来的不可逆变化。已经被改变的生态系统：这些生态系统已经可以监测到与类似的自然生态系统相比有明显的变化。特定生态系统保护目标对于已经被改变的水生态系统，水质管理需要在保护目标和所有者之间谈判（讨价还价）。也就是说，水质管理目标的确定要建立在可行、可接受、可实施的基础上。可接受的水质管理目标最好的方式就是列出一系列的监测数据和对应的生态变化后果，从中确定在一定时间内能够实现的某一区域或者某一个目标值。特定生态系统保护目标某些监测指标可以打捆监测其综合影响结果：有毒物对水体影响；底泥中有毒有害物对水体的影响水生植物的生长对营养盐的影响维持水中溶解氧的因素悬浮物对水体的影响含盐量变化对水体的影响pH值变化对水体的影响水流变化对水体的影响改变水域中原有组成带来的影响3、基于控制危险的目标管理某一对生态系统造成影响的要素能够造成多大的影响主要取决于以下三个方面：生态系统的类型，包括群落结构影响要素的类型和来源受自然环境的影响因素（这也可能是主要的对生态系统造成影响的要素）基于控制危险的目标管理生态危险评价的概念（EcologicalRiskAssessmentERS）生态危险评价不仅评估其危害影响的程度，也评估来自危险要素影响的频度。为了做好生态危险评价，设定了影响要素——低风险水平线（triggerlevel)。在这个浓度下，生态系统受到影响的风险较小。基于控制危险的目标管理确定低风险水平线的方法：1）生态效果数据：实测，但很困难。2）同类系统比对数据：具体方法后面介绍3）专业判断：4）预测模型：基于控制危险的目标管理同类生态系统比对方法（方法2介绍）：适用于基本未受到影响的生态系统。选择可能对生态系统产生影响的要素（stressors)，对其实施监测，按照从小到大的顺序对其监测值进行排列，以DO、COD为例，分别选取其20%和80%的浓度分布作为低风险浓度水平线。基于控制危险的目标管理COD浓度排序图0102030405012345678910从小到大排序COD浓度浓度排序COD低危险水平线Domg/l0123456712345678910Do浓度从低到高排列Domg/l低危险水平线基于控制危险的目标管理基于控制危险的目标管理在20%—80%之间，可以认为这个生态系统还没有受到来自外界的压力。专业判断：如果一个生态系统很难找到参照系，就只能依赖于之前的一些工作成果，或者已有的研究成果，导则或者标准了。模型预测：如同上述原因，而且这些生态系统已经受到了影响，影响因素还是多方面的，也没有一个影响因素与生态系统反馈的直接对应相关性，就可以使用负荷预测模型来预测了。基于控制危险的目标管理主要的影响因子：磷，氮其他影响因子：温度、光照、水流速度缓慢、悬浮物、有毒藻类生长、营养盐等。主要修复目标：控制叶绿素Ⅱa的浓度，控制藻细胞含量，控制水生植物群落的构成。主要控制对象：氮、磷、水的滞留时间、水量及混合时间、光照、悬浮物、水生植物的生长速度等。其中营养盐还有可能从底泥释放出来。案例研究：富营养化水域，各种水生生物过量生长，造成水体鱼类死亡，藻毒性增加。案例研究续：低危险水平的确定：采用相邻水域的监测结果测定出三个关键指标的低危险水平（总磷、总氮和叶绿素a)。相邻水域可能是相同水生态系统，也可能是这个水域的上游区域。最后的确定值为：叶绿素（ug/L)总磷（ug/l)总氮（ug/L)低地河流2*371600高地河流ND**35340淡水湖泊和水库950440湿地NDNDND河口245**80***海域0.355**350***注释：ND：没有数据*专业判断**FRP河口4ugP/L,海域：6ugP/L***河口NOx5ugN/L海域：60ugN/L河口NH420ugN/L海域：40ugN/L确定生态系统是否受损的步骤：案例研究续：确定水体*通过科学信息*监测数据*划分生态类型确定管理目标*保护的水平——基于生态状况*确定环境目标——根据生态指标确定主要环境问题*比如有毒物，有害植物生长，*溶解氧降低、盐度等确定低危险水平值*影响要素的第危险水平浓度值，*也可依据保护的水平*与低危险水平值对比*与相应的生态系统该值对比进一步调查*具体点的调查*考虑使生态系统改变的要素高低低危险高危险低危险如果发现问题十分严重，或潜在危险高，可能要用模型。案例研究续：“是”或者“不是”线路图：在很多情况下，问题并不十分复杂，因此可以采用是或者不是线路图来确定保护目标。这个线路图以一个河流的藻类爆发为例，这条河流地处低地。这条河藻类爆发的主要三个因素是：营养盐氮磷的浓度；光照（污浊度作为光照的代替值）河流的水文情势（藻类爆发时候的水流速度）案例研究续：检测营养盐含量低危险检测光照以浑浊度记低-中等危险检测流速中等-低危险高危险NoYesNoYesNoYesTP＞15ug/L或者＜150ug/L？浑浊度是否＜30NTU藻类指标有大约六天的“生长事件”发生？什么是生长事件？是用来描述一个水域的水流速度的一个间接指标，也可以说是用来藻类含量的。即流速低，使得藻类有生长的时间，迅速增长到警戒的5000个细胞/ml。如果一个水域在两天时间内细胞数量从最初的10-100个细胞/ml，迅速成本增长，那么，生长事件就描述为，连续六天流速低于长期流速记录的中的25%的低流速。案例研究续：案例研究——更进一步的研究如果还要继续深入，以下内容需要考虑：确定浑浊度与光线对藻类生长的数量关系；底泥释放营养盐是否发生；模型推测与管理者的管理决策的不协调问题；小于25%的低流速一般作为低危险水平线。但是科学家认为这还不足以说明在低地河流中藻类的生长状况；用生物可利用性来描述营养盐的情况要比说总磷、总氮更好；非常感谢你对水资源保护工作的热爱和奉献！