1河流營養物基準制定技術指南本標準規定了河流營養物基準制定技術的術語和定義、候選指標及選取、數據收集與補充監測、基準推導方法、基準值審核和基準值后續評估等內容，本標準適用于遼寧省內河流營養物基準制定。2規范性引用文件下列文件中對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB11893水質總磷的測定鉬酸銨分光光度法GB50179河流流量測驗規范GB/T11891水質凱氏氮的測定GB/T13200水質濁度的測定GB/T6920水質pH值的測定玻璃電極法GB/T7480水質硝酸鹽氮的測定酚二磺酸分光光度法GB/T7489水質溶解氧的測定碘量法GB/T7493水質亞硝酸鹽氮的測定分光光度法水質總有機碳(TOC)燃燒氧化—非分散紅外吸收法HJ506水質溶解氧的測定電化學探頭法HJ535水質氨氮的測定納氏試劑分光光度法HJ536水質氨氮的測定水楊酸分光光度法HJ636水質總氮的測定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法HJ84水質無機陰離子（F－、Cl－、NO2－、Br－、NO3－、PO43－、SO32－、SO42－）的測定離子色譜法HJ897水質葉綠素a的測定分光光度法HJ/T196水質凱氏氮的測定氣相分子吸收光譜法HJ/T197水質亞硝酸鹽氮的測定氣相分子吸收光譜法HJ/T346水質硝酸鹽氮的測定紫外分光光度法HJ494水質采樣技術指導2HJ493水質采樣樣品的保存和管理技術規定HJ710.7生物多樣性觀測技術導則內陸水域魚類HJ710.8生物多樣性觀測技術導則淡水底棲大型無脊柱動物3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。營養物nutrient為維持有機體生命活動所必須的物質，是評價河流水質營養狀態的重要指標。3.2營養物基準nutrientcriteria屬于生態學基準，是指對水體產生的生態效應不危及其功能或用途的營養物濃度或水平，可體現受人類開發活動影響程度最小的地表水體富營養化情況，應體現區域特征差異和水體類型。3.3候選變量candidatevariable有助于評估或預測水體富營養化程度的可測量的變量指標，例如總氮、總磷和藻類生物量等。3.4參照狀態referencecondition未受人類活動影響或受人類活動影響非常小、在控制人類活動情況下可達到的最佳狀態，是接近河流生態系統的自然營養狀態。3.5生態閾值ecologicalthreshold依據生態系統中某一個或多個關鍵生態因子（營養物等）與生物之間的脅迫響應關系確定的河流生態系統受損發生風險較低的生態臨界條件。3.6參照河段referencereach3河段生境（河床、堤岸和緩沖帶等）和所在流域未受或極少受人類活動影響，水環境中營養物和藻類生物量水平接近自然原始狀態的河段，可作為區域河流生態系統自然生物完整性的參照。4營養物基準制定技術流程技術流程見圖1。圖1河流營養物基準制定流程5基準制定候選指標及選取4候選指標包括基本變量和輔助性響應變量兩大類。5.1基本變量包括營養物等基本原因變量和著生/浮游藻類生物量、濁度和透明度等響應變量。水體中總氮（TN）主要包括所有溶解性無機氮、顆粒態和溶解性有機態組分，分析方法采用HJ636，單位為mg/L；溶解性無機氮（DIN）包括硝酸鹽氮（NO3—N）、亞硝酸鹽氮（NO2—N）、氨氮（NH3-N）；DIN、NO3—N（分析方法采用GB/T7480、HJ84或HJ/T346,下同）、NO2—N（HJ84、HJ/T197或GB/T7493）、NH3—N（HJ535或HJ536）和總凱氏氮（TKN，HJ/T196或GB/T11891）可作為可選指標。水體中TP包括所有溶解性無機磷、顆粒態磷和溶解性有機磷，分析方法采用GB11893，單位為μg/L或mg/L，溶解性正磷酸鹽（SRP）和溶解性總磷酸鹽（TSP）可作為可選指標。5.1.3土地利用流域土地利用情況在河流參照河段選取和營養狀態早期預警方面有重要指導意義。可通過收集區域近年土地利用類型圖或解譯航空、航天遙感影像獲取，應用地理信息系統（ArcGIS）軟件水文分析功能進行流域劃分，生成矢量圖并進一步計算各子流域土地利用類型百分比。5.1.4藻類生物量（葉綠素a）葉綠素a（Chla）是估算藻類生物量及水體初級生產力的一個重要指標，是水體富營養化相關問題最重要的生物響應變量，包括懸浮和著生藻類Chla，單位分別為μg/L和mg/m2,水質Chla的分析方法采用HJ897。表示水對光的吸收和散射程度，一般是由水中泥沙、粘土、浮游生物、微細的有機物與無機物和可溶的有色有機化合物等懸浮物質造成的，分析方法采用GB13200，單位為NTUs。5.1.6透明度可作為河流藻類爆發的預測指標。透明度需現場測定，分析方法采用塞式盤法，單位為cm。對河流著生/懸浮藻類、底棲動物等水生生物生長有影響。流速通常用橫斷面平均流速表示，測定5方法采用GB50179，單位為m/s。影響河流營養物的濃度與分布，測量方法采用GB50179，單位為m3/s。5.2輔助性響應變量輔助性響應變量包括河流的物理、化學和生物學參數。5.2.1溶解氧屬敏感型反應變量，可作為水體營養狀態變化的指示指標。分析方法采用GB7489或HJ506，單位為mg/L。5.2.2pH值是水化學中常用的監測指標，藻類生物量高于有害水平的水體通常會在pH值上產生較大的日變化，該指標需現場測定，分析方法采用GB6920。5.2.3電導率對鹽度變化非常敏感，可作為水體營養狀態變化指示指標，不適用于含碳酸鈣或溶解鹽濃度高的區域。分析方法為電導率儀法，現場測定為宜，標準單位為S/m，一般實際使用單位為μS/cm。5.2.4可溶性有機碳水中可溶性有機碳可影響河流的藻類生長繁殖，可溶性有機碳是水化學指標，水樣過0.45μm微孔濾膜，分析方法采用HJ501，單位為mg/L。5.2.5著生藻類無灰分干重無灰分干重（AFDM）是測量包括細菌、真菌、小型動物類群和碎屑等有機物質生物量的方法，經干燥和有機物煅燒成灰之后，測量樣品質量上的變化，單位為mg/m2。5.2.6堿性磷酸酶活性堿性磷酸酶是藻類對磷限制響應過程中產生的一種酶，堿性磷酸酶的濃度可用來評估水體磷限制的程度。5.2.7河床著生藻類覆蓋度河床著生藻類覆蓋度（%）是表征藻類生長的重要指示指標，可評價河流（河床基質為砂礫和鵝卵石）中藻類繁殖強度和河流美觀程度。65.2.8水生生物群落特征指數水生生物群落特征指數可提供較為可靠的河流營養狀態指示。測定河流著生藻類、底棲大型無脊椎動物及魚類等水生生物物種組成，計算水生生物群落特征指數，包括物種豐度、香濃多樣性指數、均勻度指數等。部分水生生物群落特征指標及指數計算方法見附錄A、B和C。5.2.9水溫水溫可以影響水體中藻類等水生生物的生長繁殖，指標需要現場測定，單位為℃。5.3指標選取（1）總氮、總磷、藻類生物量、透明度和濁度為首選指標,其它為參選指標；（2）優先選取有國家標準分析方法的候選指標；（3）盡量增加響應變量指標（包括指示生物種類），使制定的營養物基準值具有更廣泛的適用性。6數據收集與補充監測6.1監測點要求河流水質監測點應分布相對均勻且具有代表性，生物指標采樣點盡可能與水化學監測點相一致，以利于時空同步采樣。6.2采樣頻率要求根據地區河流特征、可用數據質量和數量及對待分析指標時間多變性的估計來確定最佳的采樣頻率，若條件限制采樣頻率和/或分析指標數，則應考慮保持更長的監測時段。6.3采樣方法要求水質采樣按HJ494和《水和廢水監測分析方法》執行。河流底棲大型無脊椎動物、魚類及著生硅藻調查方法分別采用HJ710.8、HJ710.7和《河流生態調查技術方法》，水生態調查記錄表見附錄D、6.4數據質量要求樣品采集、運輸、保存和分析等過程應采用國家統一的標準方法且具有一致性，沒有國家標準方法的應采用行業內公認的廣泛使用的方法；若使用不同方法獲得的某一變量指標數據，應保證不同方法獲得的數據具有可比性。7基準推導方法主要分為化學方法、生物學方法和公開資料法三大類方法，方法與適用條件詳見表1。7表1河流營養物基準主要推導方法分類主要方法適用條件化學方法參照河段專業判斷法該方法在區域內特定河流類別有參照河段時采用。參照河段頻率分布法該方法優先考慮，適用條件同上。河流群體分布二分法特別是在區域特定類別河流缺少參照河段時采用。河流群體分布三分法在基準制定方面希望擁有更大的靈活性時采用。Y截距法特別是在區域特定類別河流缺少參照河段時采用。生物學方法線性回歸分析法響應變量有限值和響應變量與營養物濃度之間的關系可用線性關系描述時使用。分類回歸樹模型法響應變量（例如河流底棲大型無脊椎動物等水生生物群落特征指數）沒有限值且響應變量指標與營養物指標顯著相關時(p<0.01;0.41<r<0.66)采用公開資料法應用已發表文獻估算特征區域河流營養物閾值在難以確定區域河流參照河段或作為參照河段充分描述前的臨時措施時采用歷史數據法在區域內有可靠的歷史數據時采用。7.1化學方法7.1.1參照河段專業判斷法應用專業判斷篩選三條以上區域內各河流類別的參照河段，參照河段應具有反映河流參照狀態的基本變量（TN、TP、Chla和濁度）和受藻類影響的輔助性變量（DO和pH等）的特征描述為宜，基于參照河段評估河流營養物的參照狀態。對河段進行現場評估并采用標準化方法篩選區域參照河段，至少應滿足以下條件：（1）參照河段棲息地質量綜合評估指數>120分，且棲息地質量評價中的人類干擾強度為最小，河岸帶土地利用無耕作土壤。棲息地質量綜合評估指數計算參照河流棲息地調查評價表（附錄G根據質量狀況優劣程度將指標分成4個級別，分值是通過目測評分的方法獲取，每個指標20分，4個級別的分值范圍為：20～16（好）、15～11（較好）、10～6（一般）、5～1（差），采取累計求和的方式計算棲息地綜合指數，10項指標總和的滿分為200分。（2）上游基本無農作物和村莊，無林木采伐。（3）樣點周圍人為干擾較少，流域內沒有明顯的點源污染。該方法在區域內特定河流類別有參照河段時采用。7.1.2參照河段頻率分布法（1）數據預處理參照河段選取方法同上，甄別選取的參照河段各指標數據的異常值和極端值，對各指標數據進行正態分布檢驗，對不符合正態分布的指標數據進行對數轉化，以提高數據的正態性。8（2）基準值估算將數據進行頻率分布分析并按水質從高到低的順序排列，選擇75%點位值（根據觀測值的實際分布情況確定合適點位）作為參照狀態（圖2）。該方法優先考慮，適用條件同7.1.2。7.1.3河流群體分布二分法收集區域內特定河流類別所有河流（包括參照和非參照河段）數據，數據處理方法同7.1.2，按水質從高到低的順序排列，選取候選指標數據頻率分布的5～25%點位值（根據區域內特定類別河流營養物的分布情況和參照河段的數量確定合適點位）作為區域內相應類別河流營養物的參照狀態（圖2）。圖2兩種頻率分布法確定河流候選指標（營養物和Chl-a等)參照狀態該方法特別是在區域特定類別河流缺少參照河段時采用。7.1.4河流群體分布三分法收集區域特定類別河流所有（包括參照和非參照河段）數據，數據處理方法同7.1.2，按水質從高到低的順序排列，將系統分成參照河段、質量可接受河段和受損河段,其中質量可接受河段水質滿足其指定用途且不會導致下游水質惡化。在基準制定方面希望擁有更大的靈活性時采用。7.1.5Y截距法建立人類活動影響（土地利用類型百分比、人口密度和畜禽廢棄物排放當量密度等）和水體營養物濃度之間的線性回歸模型，Y軸截距為估算的區域河流營養物的參照狀態，線性回歸模型公式如方程式（1）。ixi（1）因變量y是入河營養物濃度的對數；獨立變量xi是人類活動因素等，包括土地利用類型（農業用地和建設用地等）百分比、人口密度和9畜禽廢棄物排放當量密度（集水區畜禽廢棄物排放當量與主要匯水區面積的比值截距（b0)為估算的區域河流營養物的參照狀態。該方法特別是在區域特定類別河流缺少參照河段時采用。7.2生物學方法該方法又稱壓力反應法。7.2.1線性回歸分析法響應變量（如懸浮和著生藻類Chl-a）有限值，通過回歸分析估算河流營養物閾值，線性回歸模型的推導步驟如下：（1）數據分析與指標篩選收集河流各指標數據，甄別異常值和極端值,并將各指標數據進行正態分布檢驗（檢驗候選指標數據是否滿足正態分布）和分布范圍檢驗（對候選指標數據進行頻率分析，結果是否存在變異性過大對不滿足以上條件的數據進行對數轉化。對候選參數進行敏感性檢驗，應用單因素方差分析（One-wayANOVA），比較各變量指標在參照點與受損點間的差異是否達到顯著性水平，選取對河流營養物濃度響應顯著的參數作為基準制定指標；（2）線性回歸模型建立經檢驗后的數據代入線性回歸方程式（2），采用最小二乘法對模型進行擬合，得到a和b。經檢驗后的數據代入線性回歸方程式（2），采用最小二乘法對模型進行擬合，得到a和b。均無量綱。（3）生態閾值推導采用決定系數（R2）和殘差與擬合值的關系等參數評估線性回歸模型擬合度。考慮國際與國內河流營養狀態與功能要求，推薦懸浮藻類Chla上限值為5～10μg/L，著生藻類Chla上限值為50～150mg/m2，以90%置信區間和預測區間計，運用方程式（2）推導營養物基準值。該方法在響應變量有限值和響應變量與營養物濃度之間的關系可用線性關系描述時使用。7.2.2分類回歸樹模型法（1）響應變量候選指標篩選響應變量候選指標（如生物完整性指數的候選指標）篩選,經過以下步驟：分布范圍檢驗：對候選變量分布頻率分析，剔除分布范圍過窄或零值過多(≥95%）的響應變量；敏感性檢驗：應用單因素方差分析（One-wayANOVA），比較各變量指標在參照點與受損點間的差異是否達到顯著性水平，選取對河流營養物濃度響應顯著的參數作為基準制定指標；獨立性的檢驗:檢驗候選參數獨立性的方法,應用Pearson相關性分析（變量符合正態分布）或Spearman相關性分析（變量不符合正態分布）,剔除響應變量之間相關性較高的響應變量（|r|>0.75）。（2）生態閾值推導經過分類回歸樹的生成、剪枝和選取最優樹構建模型，最優樹的節點對應的原因變量值即為生態閾值。響應變量指標（例如河流著生藻類、底棲大型無脊椎動物等水生生物群落特征指數）沒有限值且響應變量指標與營養物指標顯著相關時(p<0.01;0.41<r<0.66)采用。7.3公開資料法7.3.1應用文獻推薦的具有相似地理特征區域河流營養物閾值建立基準可考慮應用文獻推薦的具有相似地理特征（氣候、土地利用、降水、土壤分類和河流底質等）的區域河流的營養物閾值幫助制定特定區域河流營養物基準。在難以確定區域河流參照河段或作為參照河段充分描述前的臨時措施時采用。7.3.2歷史數據法應用收集的區域內沒有大規模開發前的河流水質、水生態數據（包括采樣與分析方法等）幫助建立基準。該方法在區域內有可靠的歷史數據時采用。7.4基準值驗證應用多種化學方法、生物學方法和公開資料法估算的基準值相互驗證。擬定的基準值需滿足河流不對下游接受水體產生不良影響，支撐下游水體達到和保持相應的水質標準。8基準值審核為確保基準科學準確，需認真審核基準推導所用數據及基準制定方法，自審核項目包括:使用的數據是否符合數據質量要求；所用原因變量（TN和TP等）與響應變量（Chla和濁度等指標）數據監測斷面是否一致；是否遺漏其它重要數據;是否存在明顯異常數據,是否對其進行分析；擬定基準值是否滿足河流不對下游接受水體產生不良影響，支撐下游水體達到和保持相應的水質標準等。8.2專家審核對基準進行論證的專家審核項目至少包括：基準推導所用數據是否可靠；對特定類別河流參照河段選取的科學性進行評估；采用的基準推導方法與各方法的適用范圍、條件的一致性；對特定區域擬定的基準值（或范圍）進行河流的適用性評估；擬定基準值是否滿足受保護河流所有功能或指定用途的要求；擬定基準值是否滿足河流不對下游接受水體產生不良影響，支撐下游水體達到和保持相應的水質標準;基準推導過程的準確性，基準推導過程是否符合技術指南；是否有背離本標準的內容及評估該內容的可接受性。9基準值后續評估9.1基準值修訂由環境主管部門確定的區域特殊情況需要修訂擬定的基準值，特殊情況包括具有獨特的河流系統特征的特定點或為河流（河段）核準的指定用途。9.1.1特定點的基準與擬定的特定類別河流基準值相比，若有足夠的數據支持不同的河流營養物管理目標值（或一組值）更適合區域內某些特定的河流系統，則有必要咨詢論證，設定“特定點”的基準。9.1.2指定用途基準生態環境主管部門可應用區域河流營養物基準為基礎，制定當地以保護河流指定用途的營養物基準。9.2基準值后續評估在擬定基準并執行相應的管理措施后，應繼續開展河流水生態環境監測,基于監測數據重點評估擬定基準值的適合性、河流水生態對管理措施的響應情況和是否能夠達到生態環境管理部門確定的水質目標,若管理措施得當，監測數據顯示仍未達到管理目標，應對基準制定過程進行重新審查并進一步修訂基準值。（資料性附錄）底棲大型無脊椎動物生物指數的計算方法匯總表（常用）雙翅目和非昆蟲的個體數/該點位的大型底（資料性附錄）硅藻生物指數計算方法匯總表（常用）舟形藻屬（Naviculasp.）+菱形藻屬（NitzschH=-∑(ni/N)ln(ni/N)ni是第i個物種的相對數量，N是樣品的總數量。硅藻污染耐受指數（PTI）PTI=∑niti/N（GI）(Cyclotellasp.)]相對豐度/[橋彎藻屬(Cymbellasp.)+直鏈藻屬(Melosirasp.)+菱形藻屬(Nitzschia富營養化硅藻指數（TDI）TDI=–25WMS=∑ij/∑aj為樣品中種j的豐度；vj為種j的富營養化敏感指示值，在1～3之間變化；ij為種j的污染敏感度，在1～5之間變化。IDP硅藻指數IDPidpAjjIidp表示種j的特定值0～4，Aj表示種j的相對豐度。E=Si/SSi為第i個位點的硅藻種（屬）數，（資料性附錄）魚類生物完整性指數候選指標（資料性附錄）河流水質現場采樣記錄表編號：采樣地點：采樣時間：天氣：記錄人：地理坐標：采樣點描述：水體理化指標：水體水文情況：水