侯晓丽，王云彪

1. 吉林大学环境与资源学院，长春 130021 2. 中国科学院东北地理与农业生态研究所，长春 130102

在过去的几十年里，人类社会广泛而快速的发展，导致湿地生态系统的萎缩和退化。现在在湿地恢复和管理过程中，需要对湿地生态系统进行现状评估与风险评价，但一直缺乏有效的生态风险评价工具，为湿地保护和恢复方面的湿地管理和监管决策提供有效信息。一般认为湿地生态条件将沿着应力梯度变化，并且基于一组表征度量可评估终极状态的假设，生物完整性指数可被用作生态系统健康风险评价的最有力工具，本文在回顾湿地评价中已经开发出各种微生物、动植物完整性指数的基础上，重点论述了以线虫生态毒理学研究方法为基础的土壤动物生物完整性指数，在湿地健康定量评价中的应用前景，特别强调了在种属层次以及分子水平上的生物指数综合，是实现高效快速的湿地生态风险评价的重要指标工具。

1 湿地生态风险评价

湿地是陆地与水域之间的过渡地带，因其较强的过滤与自净功能被喻为“地球之肾”，而这一特性也使湿地易于受到外来污染物的威胁[1]。湿地生态系统是地球上生产力最高的生态系统，为自然界和人类社会提供了丰富的生态系统服务功能，包括维持生物多样性、改善水质、缓解洪水以及地下水补给等。但是关于湿地这些有价值的属性只是近几十年才得到广泛认可，事实是当下的全球湿地不论在数量和质量上都降到历史最低水平，而人们对自然扰动和人类干扰造成的湿地生物学变化程度知之甚少[2]。考虑到湿地生态系统的复杂性和多样性，评估湿地质量的标准化及可量化方法的缺乏问题日益凸显。

随着工业生产的高速发展，湿地面临各种环境污染风险。尽管人为划分了许多具有不同生态系统功能的湿地类型，但仍缺乏对湿地生态系统健康进行风险评估的有效手段，有效的生态风险评估工具可使监管机构和土地管理者在湿地发展和修复方面做出明智的决策，并监测乃至预测其所在地区的自然湿地状况[3]。湿地生态风险评价的实际应用将使人们更好地理解物理、化学和生物风险源如何影响湿地，并为湿地管理提供科学支撑。这就要求确定湿地生态健康评价指标的完整性，要综合已经开发出的各种评估方法，来准确地测量湿地生态系统健康水平的完整性，或者系统表征湿地生态系统的整体功能[4]。

化学监测只能获得一个时间点的样本，湿地区域的生物地球化学特征随着时间的推移而变化，而这些潜在化学污染物的累积效应及对生物群落的影响无法表征，更无法衡量这些因素对生物完整性的累积影响[5]。湿地管理的一个重要方面便是确定该区域湿地的生态风险，并根据这些风险等级划分湿地分保护区。湿地风险评价或风险评估是指确定由污染物或其他扰动等压力源对湿地生态系统的生存和健康构成的风险的方法[6]。这就需要在整个生态系统范围内对目标物种进行深入研究或文献检索，并对整个栖息地健康风险特征的自然变化进行科学认识。从环境毒理学与污染生态的角度，风险应界定为由于生态系统暴露于胁迫因子的量化程度下而产生不利影响的可能性(剂量效应关系)，即不良胁迫的后果和胁迫发生的可能性(暴露效应)。生态风险评价在基于适应性管理原则的湿地管理中发挥着重要作用。

生态风险评价已被用于调查特定环境污染物对生态系统的影响，并被广泛地应用于评估复合胁迫环境影响潜力。湿地环境复杂，不同类型如河口、盆地等，其生态因子包括不同的介质表面水、沉积物、陆地、土壤及各类生物。环境胁迫下湿地生物群多样性出现不同响应，特别是化学污染下包括水生生物、土壤无脊椎动物以及昆虫、鸟类等会有特征表现，表征出湿地栖息地的多样性风险[7]。这种特殊动物类群对于特定的湿地风险响应可能是相当独特的，可以用于表征整个湿地生态系统对化学污染物的响应，进而揭示环境污染物对生态系统结构和功能的影响，并基于此实现湿地的生态风险评价[8]。

美国环境保护局(US EPA)湿地研究计划中关于湿地风险评价体系由三部分组成：风险评估、风险管理和监测/评估，以及包括景观、快速和强化的三级评估系统，依靠人为干扰指标来确定生态完整性[9]。根据用于识别和评估湿地潜在风险的压力因素函数矩阵，该评价体系着重于评估水生生物和陆生野生动物的健康风险。但是确定可能对生态受体或组分造成威胁的化学污染物浓度时，需要一定程度的科学判断与优化，即毒理学上关于浓度/剂量-效应关系的综合确定，这类毒理学基本信息对后续的风险管理决策是至关重要的[10]。因此，毒性测试对于建立污染物毒理效应，即化学物质毒性与生物响应之间的联系是必要的。这就要求在基于生物完整性指标评价的毒理学研究中，应集中于对湿地生境具有敏感性和代表性的动物类群，同时具备可将毒性数据与现场生态调查相结合的条件，进而可用于预测湿地风险评价。这样，土壤动物因为具有上述优势，可用做生物指数进行湿地生态风险评价。

2 用于湿地评价的完整性指标

生物完整性指数(IBI)，也称为生物区系完整性指数，是用于识别和分类水污染问题的科学工具，是基于生物完整性(Biological Integrity)的概念，于1981年由以Karr博士为首的美国环境保护局、鱼类及野生动物管理局和学术界的专家制定[11-12]。IBI将水体的环境压力与水体中的生物活动联系起来，可对环境压力对生物群落结构的综合影响进行评价预测。IBI以环境毒理学数据为依据，是进行生态系统健康风险评价的最有力工具。迄今为止，在湿地评价中已经开发出用于鱼类、藻类、大型无脊椎动物、维管植物以及这些组合的IBI[13-17]。这些指标并没有特别关注某一物种，但可有效识别受损湿地。大型无脊椎动物，包括昆虫，甲壳类动物和线虫，是美国最常用的湿地生物监测指标[18-20]，相关检测方案已成功应用于世界各地[21]。许多其他分类群也可用于检测湿地受损的复杂性与变化趋势，包括细菌群落、真菌群落、两栖动物等[17,22-24]。其中，大型无脊椎动物是极好的IBI指标，因为它们无处不在，种类丰富，类群多样，并且对各种压力源表现出广泛的耐受性和特异性[23]。

使用高等生物作为IBI指标有许多优点，但要根据栖息地类型和区域特征调整生物指标。比如第一个成功地表征因人类活动受损变异的分类群的鱼类，更适用于大小河流、溪流和湖泊生态系统。作为最显著的湿地动物，鸟类可能是湿地生态系统IBI一个合乎逻辑的选择，因为禽类可对栖息地的结构变化做出反应，也可表征湿地功能[25]。此外，由于与土壤与水文条件的密切联系，以及生理生态多样性，植被是各种类型的湿地评估方法中常用的基础指标。植物的生物完整性指数将湿地植物群落结构的属性结合到与干扰相关的定量评价中[26]，在湿地保护和栖息地质量评估中发挥重要作用。植被响应具有场地保真度的性质，可表征出不同程度的压力源。开发IBI时，在确定使用哪种分类系统前，要根据目标湿地的特征先进行分类和检查，以确保有意义的代表性样本[27-28]。比如使用地理信息系统(GIS)对湿地进行分类，再在每个样点确定IBI分类群，这样才能保证每个层次/梯度的类别在生物学上有意义[29]。

现有的湿地评估工具，如加利福尼亚快速评估方法(CRAM)[30]提供了对一般情况的评估，但可能对水质扰动不敏感。因此，基于大中型无脊椎动物的湿地栖息地生物评估指标可作为敏感的快速评价手段。大中型无脊椎动物作为易选择的分类群可用于评估湿地的生物完整性，其是IBI中首批使用的分类群之一，在评估溪流方面十分成功[31-33]。大中型无脊椎动物可以很容易实地分层采样，并且由具有不同生活史的不同数量的类群表征干扰动态过程。在属或物种层次上的分类鉴定，将会使这类生物作为湿地IBI分类群具有更强的说服力，而获得分子水平上的大中型无脊椎动物IBI综合指标，将是实现真正意义上的湿地生态风险评价的潜在指标工具。

3 基于线虫的湿地土壤动物IBI

线虫属于线形动物门(Nematoda)，生境广布，营养结构复杂，可以灵敏地感受湿地周围环境变化[34-36]。线虫生活史周期短，可在短时间内对环境变化产生指示响应，因此线虫作为湿地土壤和水环境健康评价的指示生物具有广阔前景[37-39]。在一定区域范围内，通过监测土壤线虫的生物学特性、种群数量、群落结构等生理生态指数，可实现对生境或某一环境因子动态变化的表征。

秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)被广泛用作模式生物进行污染生态学研究并已建立实验标准[40-41]，具有作为指示生物的潜质应用于生态监测和生态风险评价[42]。在生命科学领域，秀丽隐杆线虫作为多细胞后生动物体现出的遗传学优势，表现出其他模式生物不可替代的作用。作为湿地科学与污染生态学发展的重要方向，研究典型污染背景下的湿地生态系统健康机制已迫在眉睫。在生态风险评价中，采用不同模式生物，会产生不同的研究结果。因此湿地IBI中的模式动物选择，既要考虑到受控试验中模型的典型模式生物特征，更要注重该模式生物在野外生境中的真实丰度、分布广度、生态幅等，以及在原野采样、观测等定位研究的可行性[43]。线虫具有得天独厚的室内与野外综合优势，更有可能作为用于湿地生态风险评价的IBI筛选模型。

不同层次的分子生物标记物组合可综合揭示湿地健康特别是复合污染胁迫效应，并形成污染诊断系统进行准确的湿地生态健康风险评价[44-48]。基因毒理学和蛋白质组学为测定由化学胁迫引起的分子IBI提供可能性，线虫分子表征都可被用作湿地污染暴露的IBI[48]。湿地土壤的污染程度可通过在实验室和现场进行土壤动物的生物毒性测定[49]，美国材料试验协会(ASTM)等早已广泛开展这种湿地污染风险分析方法的研究[50]。在湿地风险评估过程中，需要在湿地生态系统选取合适的模式生物和指示生物进行IBI综合研究[51]。结合线虫物美价廉的生物学优势，进行湿地污染生态学模式生物的污染物标准化毒性测试，是实现湿地IBI构建并进行湿地风险评价的一个可行方向[38-39]，并可逐步建立以土壤线虫为生物指数的湿地生态健康评价体系。

4 结语

生态风险评价的目的是使用可观察指标体系，评估自然生态系统的复杂现状并预警未来，实现这一目标需要系统的生物完整性指数加以表征。湿地生物完整性指数体系的成功开发和有效应用是实现湿地生态风险评价的科学基础，该方法的开发过程中还需要评估各种湿地类型的状况，注重湿地生物多样性的层次与尺度，同时收集相应的环境条件测量值用于验证。应用各层次水平的生物完整性指数进行综合表征监测，可满足湿地评估需求，为湿地生态风险评价提供有意义且可靠的工具。