การประเมินคุณภาพแหล่งน้ำจืดด้วยแมลงน้ำ

โดย ผศ.ดร. นฤมล แสงประดับ 

 

บทนำ

                โรคที่เกิดจากน้ำและการสาธารณสุขที่ไม่ดียังเป็นปัญหาหลักอย่างหนึ่งในประเทศที่กำลังพัฒนาหลายประเทศ ในปี พ.ศ. 2540  ได้มีการประเมินว่า ประชากรโลกกว่าหนึ่งพันล้านคนไม่มีน้ำสะอาดดื่ม (Doyle, 1997) ดังนั้น เพื่อปกป้องสิ่งมีชีวิตในน้ำและเพื่อสุขภาพของมนุษย์ การประเมินผลกระทบและการติดตามคุณภาพน้ำจึงเป็นสิ่งจำเป็นและสำคัญ ดังจะเห็นได้จากการมีสถานีติดตามคุณภาพน้ำทั่วโลกของระบบตรวจสอบสิ่งแวดล้อมโลก (Global Environment Monitoring System –GEMS/Water) ซึ่งเป็นโครงการขององค์การสหประชาชาติ (รายละเอียดมีใน www.gemswater.org) การประเมินผลกระทบและติดตามคุณภาพน้ำมีหลายวิธี นอกเหนือจากวิธีวิเคราะห์ทางเคมีและการทดสอบความเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตแล้ว การใช้สิ่งมีชีวิต เช่น พืชน้ำ สาหร่าย สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหน้าดิน  และปลาเป็นตัวบ่งบอกคุณภาพน้ำเป็นที่นิยมอย่างกว้างขวาง สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหน้าดินในแหล่งน้ำจืดซึ่งส่วนมากกว่าร้อยละ 90 เป็นระยะตัวอ่อนของแมลงน้ำเป็นกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่ได้รับความนิยมในการใช้ประเมินผลกระทบ ติดตามคุณภาพน้ำ และการตรวจวัดมลพิษทางน้ำในหลายประเทศทั่วโลก (Rosenberg and Resh, 1993)

                แมลงน้ำถูกนำมาใช้ประเมินผลกระทบ ติดตามคุณภาพน้ำและตรวจวัดมลพิษทางน้ำอย่างกว้างขวาง เพราะ
                1) แมลงน้ำส่วนมากมีอายุขัยยาวนานประมาณ 1 ปี ดังนั้น จึงสามารถแสดงผลลัพธ์ของการสะสม (cumulation) ของสภาพแวดล้อมเป็นระยะเวลายาวนานได้

                2) วิธีการเก็บตัวอย่างมีการพัฒนาจนได้เป็นวิธีการมาตรฐาน และความรู้ด้านอนุกรมวิธานมีการศึกษาเป็นอย่างดีแล้วในแมลงหลายกลุ่ม
                3) แมลงน้ำบางชนิดมีความไวต้อการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมและมีการฟื้นตัวช้า ทำให้ยังสามารถเห็นร่องรอยของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นได้
                4) แมลงน้ำมีสมาชิกอยู่ในทุกกลุ่มของ Functional Groups และเป็นองค์ประกอบที่สำคัญในการเชื่อมโยงระหว่างผลผลิตปฐมภูมิกับลำดับขั้นการกินอาหารที่สูงขึ้นในสายใยอาหาร
                5) วิธีการเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม (Hellawell, 1989; Rosebenberg and Resh, 1993)
                เนื้อหาส่วนหนึ่งในที่นี้ มาจากบทความของ นฤมล แสงประดับ ซึ่งได้มีการเรียบเรียงเพิ่มเติมเนื้อหาบางส่วน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการประเมินทางชีวภาพในประเทศไทย

                ประวัติการประเมินคุณภาพแหล่งน้ำจืดด้วยวิธีการทางชีวภาพในระยะต้น
                การประเมินคุณภาพแหล่งน้ำจืดด้วยสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหน้าดิน ซึ่งส่วนมากร้อยละ 90 เป็นระยะตัวอ่อนของแมลงน้ำ มีประวัติสังเขป ดังนี้

แนวคิดเรื่องสปีซีส์บ่งชี้ (Indicator species)
                แนวคิดรวบยอดเกี่ยวกับการตรววัดคุณภาพน้ำในลำธารและแม่น้ำโดยใช้ตัวชี้วัดชีวภาพ (Bioindicator) ถือกำเนิดขึ้นในประเทศเยอรมันนี เมื่อปี ค.ส. 1909 โดยนักธรรมชาติวิทยา 2 ท่าน คือ Kolkwitz และ Marsson (Kolkwitz and Marsson, 1909) ได้พัฒนาแนวคิดเรื่อง ระบบซาโปรเบียน (Saprobien system) ขึ้น สำหรับการระบุมลพิษจากสารอินทรีย์ในแม่น้ำซึ่งส่งผลให้ปริมาณออกซิเจนละลายในน้ำลดลง ท่านได้ทำบัญชีรายชื่อสิ่งมีชีวิตที่เป็นตัวบ่งชี้กลุ่มต่างๆ เช่น จุลินทรีย์ สาหร่าย เห็ดรา โปรโตซัว และสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหน้าดินที่พบปรากฏในน้ำที่มีระดับมลพิษแตกต่างกัน สำหรับสัตว์ไม่มีกระดูสันหลังหน้าดินนั้น ตัวอ่อนแมลงชีปะขาวและตัวอ่อนแมลงหนอนปลอกน้ำ ถูกจัดจำแนกไว้ในดัชนีสัตว์ที่ไม่ทนทานต่อภาวะออกซิเจนต่ำ (intolerant index) ซึ่งพบสัตว์เหล่านี้อาศัยอยู่ในน้ำคุณภาพดี หนอนริ้นน้ำจืดหรือทีมักเรียกกันว่า หนอนแดง (Chironomus) และไส้เดือนน้ำจืด (Tubifex) ถูกจัดไว้ในกลุ่มสัตว์ที่มีความทนทานต่อภาวะออกซิเจนต่ำ (tolerant index) ซึ่งพบสัตว์ทั้งสองประเภทหลังนี้ในแหล่งน้ำที่มีมลพิษ วิธีการของแนวคิดนี้ได้ถูกนำไปใช้และได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางจากหลายประเทศในทวีปยุโรป แต่ได้รับความสนใจน้อยในทวีปอเมริกาเหนือ เนื่องจากสะท้อนเพียงมลพิษจากของเสียอินทรีย์ ไม่ใช่ของเสียจากสารพิษซึ่งเป็นแหล่งที่ทำให้เกิดปัญหาในประเทศสหรัฐอเมริกา (Cairns and Pratt, 1993)
                ระบบซาโปรเบียนได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางสำหรับใช้ประเมินคุณภาพน้ำในยุโรปตอนกลางหลายประเทศ Roback (1974 อ้างใน Cairns and Pratt, 1993) ไม่เห็นด้วยกับแนวคิดนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของแมลงน้ำ เขาได้ให้เหตุผลว่าการปรากฏตัวและไม่ปรากฏตัวของแมลงน้ำในแหล่งน้ำหนึ่งๆ อาจไม่ขึ้นกับคุณภาพน้ำเพียงอย่างเดียว แต่อาจขึ้นกับปัจจัยอื่นๆด้วย เช่น ความสามารถในการเข้ามาครอบครองพื้นที่ของแมลงชนิดนั้น ฤดูกาล หรือ กระแสน้ำ หรือ ลักษณะพื้นที่อาศัย เป็นต้น นอกจากนี้ แมลงน้ำบางชนิดมีความทนทานต่อมลพิษในช่วงที่กว้างมาก ทฤษฏีพลวัตโครงสร้างชุมชนของ MacArthur and Wilson (1967) ช่วยอธิบายเกี่ยวกับอัตราการหมุนเวียนของสิ่งมีชีวิตซึ่งแต่ละชนิดซึ่งแต่ละชนิดอาจหายไปบางช่วงเวลา และมีแนวคิดในการพิจารณาสิ่งมีชีวิตในภาพรวม คือ การพิจารณาทั้งชุมชนเกิดขึ้น ระบบซาโปรเบียนได้รับความสนใจลดน้อยลงและหลายประเทศในทวีปยุโรปได้เลิกใช้ไปเมื่อประมาณกลางปี ค.ส. 1970 (Metcalfe, 1989)

 

แนวคิดเรื่องกรพิจารณาชุมชนสัตว์ (Community approach)
                เนื่องจากผลกระทบต่อแหล่งน้ำได้ส่งผลเสียหายรุนแรงขึ้น แต่แนวคิดเกี่ยวกับสปีซีส์บ่งชี้ไม่สามารถตอบสนองต่อการประเมินผลกระทบและการติดตามคุณภาพแหล่งน้ำได้ดีพอ นักนิเวศวิทยาจึงได้ให้ความสนใจต่อแบบแผนของการเปลี่ยนแปลงความหลากหลายชนิดและความชุกชุมหรือโครงสร้างชุมชนทั้งหมดของสัตว์ โดยการพัฒนาดัชนีชีวภาพหลากหลายแบบ (Biotic Indices) และระบบค่าคะแนน (Score System) เพื่อประเมินสภาพระบบนิเวศ (Guhl, 1987 อ้างใน Cairns and Pratt, 1993) วิธีนี้เป็นที่นิยมใช้อย่างกว้างขวางในทวีปยุโรป (Hellawell, 1989)
                ดัชนีชีวภาพและระบบค่าคะแนนมีความหลากหลายและแตกต่างกันในแต่ละประเทศ ระบบค่าคะแนนของ Biological Monitoring Working Party (BMWP) ซึ่งดัดแปลงมาจาก Chandler Score  (Chandler, 1970) ได้รับความนิยมมากที่สุด ระบบนี้ได้รับการพัฒนาในสหราชอาณาจักรเพื่อเป็นวิธีการมาตรฐานสำหรับดัชนีชีวภาพที่ใช้สำรวจแม่น้ำที่มีมลพิษ (National Water Council, 1981) ตัวอย่างสัตว์ถูกเก็บด้วยวิธีเชิงคุณภาพและการตรวจเอกลักษณ์ถึงระดับวงศ์ ยกเว้นกลุ่มของไส้เดือนน้ำจืดที่คงไว้เป็นกลุ่มใหญ่เช่นเดิม  ค่าคะแนนจาก 1 ถึง 10 ถูกกำหนดให้กับสัตว์ในระดับวงศ์ โดยสัตว์วงศ์ที่ไม่ทนทานต่อมลพิษมีคะแนนสูงกว่าสัตว์วงศ์ที่ทนทานต่อมลพิษได้มากกว่า (Amitage et al., 1983) ผลรวมคะแนนของสัตว์ทั้งหมดที่พบในสถานีหนึ่งๆ คือ ค่าคะแนนรวมของสถานีนั้นๆ ซึ่งหากมีหลายสถานีสามารถนำค่าคะแนนรวมของแต่ละสถานีมาเปรียบเทียบกัน สถานีที่มีค่าคะแนนมากว่า แสดงว่า มีคุณภาพน้ำดีกว่า

                ระบบค่าคะแนน BMWP เป็นที่นิยมและถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางสำหรับการติดตามคุณภาพน้ำทั่วสหราชอาณาจักร อย่างไรก็ตามได้มีข้อคิดเห็นว่า แมลงบางวงศ์มีความทนทานต่อมลพิษได้กว้าง (Cairns, 1982) และเพื่อลดความแปรปรวนจากผลของฤดูกาลและความกว้างของความทนทานในระดับวงศ์ ค่าคะแนน BMWP ได้ถูกดัดแปลงโดยหารคะแนนรวมด้วยจำนวนวงศ์ทั้งหมดที่พบในตัวอย่างนั้น  ค่าที่ได้เป็นค่าเฉลี่ย เรียกว่า  Average Score Per Taxa (ASPT) วิธีการของคะแน BMWP ถูกดัดแปลงและนำมาใช้กับหลายประเทศนอกทวีปยุโรป เช่น แอฟริกา (Chutter, 1972) ออสเตรเลีย (Campbell, 1982; Chessman, 1995) และเอเชีย เช่น ประเทศอินเดีย (de Zwart and Trivedi, 1994) และประเทศไทย (Mustow, 1997; นฤมล แสงประดับ, 2541) สำหรับที่ประเทศออสเตรเลียพบว่ามีสัตว์หลายวงศ์ที่ไม่มีในรายการของ BMWP และสัตว์หลายรายการใน BMWP ไม่พบใประเทศออสเตรเลีย ดังนั้น จึงได้มีการคิดรายชื่อขึ้นใหม่สำหรับใช้ในประเทศออสเตรเลียโดยเฉพาะ เรียกว่า SIGNAL (Stream Invertebrate Grade Number-Average Level)
                ในทางตรงกันข้าม ที่ทวีปอเมริกาเหนือนิยมใช้วิธีการเก็บตัวอย่างเชิงปริมาณ การวิเคราะห์ทางสถิติแบบซับซ้อน รวมทั้งดัชนีความหลากหลายทางชีวภาพและการวัดเมทริก  (metric) หลากหลายแบบ เพื่อเปรียบเทียบโครงสร้างของชุมชนสัตว์ (ciarns and Pratt, 1993) กรพิจารณาดัชนีความหลากหลายมีข้อโต้แย้งในเรื่องการสูญเสียข้อมูลทางชีวภาพซึ่งเป็นตัวแทนในชุมชน (Green, 1974; Washington, 1984) เพราะเป็นตัวเลขรวมค่าเดียว ขณะที่ระบบค่าคะแนนที่นิยมใช้ในทวีปยุโรปแม้จะเป็นค่าตัวเลขเช่นกัน แต่ตัวเลขนั้นยังบ่งบอกถึงภาพรวมความทนทานของสัตว์ที่พบ ความนิบมการวิเคราะห์ผลในรูปดัชนีความหลากหลายลดลง นอกจากนี้การเก็บตัวอย่างเชิงปริมาณ ต้องใช้จำนวนซ้ำมากเพื่อให้ได้ข้อมูลที่มากพอสำหรับการวิเคราะห์ทางสถิติ กระบวนการเหล่านี้ต้องใช้กำลังคนมาก มีค่าใช้จ่ายสูงและสิ้นเปลืองเวลาไม่เหมาะกับงานติดตามคุณภาพน้ำที่ต้องทำเป็นงานประจำ (Resh and Rosenberg, 1993)

                ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1980 เป็นต้นมา แนวคิดเกี่ยวกับระบบนิเวศของลำธารเปลี่ยนแปลงจากการวิเคราะห์โครงสร้างชุมชนเพียงอย่างเดียวเป็นการประเมินความสัมพันธ์ด้านพลังงาน (Minshall, 1988) นอกจากนี้ แนวคิดใหม่ เช่น River Continuum Concept (Vannote et al., 1980) Stream Gradient (Whitter et al, 1988) Functional Feeding Groups (Cummins and Klung, 1979) Reference Condition และ Habitat Assessment แนวคิดเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในวิธีการติดตามทางชีวภาพ (Cairns and Pratte, 1993)

 

เอกสารอ้างอิง

 

 

นฤมล แสงประดับ และวิโรจน์ หนักแน่น. 2541. การศึกษาเบื้องต้นสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหน้าดิน ในลำห้วยหญ้าเครือและลำห้วยพรมแล้ง อุทยานแห่งชาติน้ำหนาว. วารสารวิจัย มข. 3(1): 1- 15.

Amitage, P.D. , Moss, D., Wright, J.F. snd Furse, M.T. 1983. The performance of a new biological water quality score system based on macroinvertebrate over a wide range of unpolluted running-water sites. Water Research 17: 333-347.

Cairns, J. 1982. Freshwater protozoan communities. In: Macrobial interaction and communities. A.T. Bull and A.R.K. Watkinson (Eds.), vol, I, pp. 249-285. Academic Press, London.

Cairns, J. and Pratt, J.R. 1993. A history of biological monitoring using bemthic macroinvertebrates. In: Freshwater biomonitoring and benthic macroinvertebrates. D.M.Rosenberg, and V.H.Resh (Eds.), pp. 10-27. Chapman & Hall, New York.

Campbel, I.C. 1982. Bioogical water quality monitoring: an Australian viewpoint. In: Water quality management. Monitoring program and diffuse runoff. B.T. Hart (Ed.), pp. 39- 66. Water Studies Centre, Chisholm Institute of Technology and Australian Society for Limnology. Melbourn.


Chandler, J.R. 1970. A biological approach to water quality management. Water Pollution Control 69: 415-421.

Chessman, B.C. 1995. Rapid assessment of river using macroinvertebrates: A procedure based on habitat-specific, sampling, family level idetification and a biotic index. Australian Journal of Ecology 20: 122-129.

Chutter, F.M. 1972. An empirical biotic index of the quality of water in South African streams and rivers. Water Research 6: 19-30.

Cummins, K.W. and Klung, M.J. 1979. Feeding ecology of stream invertebrates. Annual Review of Ecology and Systematics 10: 147-172.

de Zwart, D. and Trivedi, R.C. 1994. Manual on integrated water quality evaluation. Report 802023003. National Institute of Public Health and Environmental Protection (RIVM). Bilthoven, the Netherlands.

Doyle, R. 1997. Access to safe drinking water. Scientific American November; 19.

Green, R.H. 1974. Sampling design and statistical methods for environmental biologists. John Wiley, New York.

Guhl, W. 1987. Aquatic ecosystem characterization by biotic indices. Internationale Reyue der Gesamten Hydrobiologie 72: 431455.

Hellawell, J.M. 1989. Biological indicator of freshwater pollution and environmental management. Elsevier Applied Science, London.

Kolkwitz, R. and Marsson, M. 1909. Okologie der tierischen Saprobien. Beitrage zur Lehre von des biologischen Gewassebeurteilung. Internationale Revue der Gesamten Hydrobiologie und Hydrographie 2: 126-152.

MacArthur, R.H. and Wilson, E.O. 1967. The theory of island biogeography. Princeton University Press, Princeton.

Metcalfe, J.L. 1989. Biological water quality assessment of running waters based on macroinvertebrates communities: history and present status in Europe. Environmental Pollution 60: 101-139.

Minshall, G.W. 1988. Stream ecosystem theory: a global perspective. Journal of the North American Benthological Society 7(4): 263-288.

Mustow, S.E. 1997. Aquatic macroinvertebrates and environmental quality of rivers in northern Thailand. Ph.D. Thesis. University of London.

Roback, S.S. 1974. Insects (Arthropoda: Insecta). In: Pollution ecology of freshwater invertebrates. C.W. Hart and S.L.H.Fuller (Eds.), pp. 313-376. Academic Press, New York.

Rosenberg, D.M. and Resh, V.H. 1993. Introduction. In: Freshwater biomonitoring and benthic macroinvertebrates. D.M. Rosenberg, and V.H. Resh (Eds.), pp. 1-9. Chapman & Hall, New York.

Vannote, R.L., Minshall, G.W., Cumins, K.W., Sedall, J.R. and Cushing, C.E. 1980. The river continuum concept. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences 37: 130-137.

Washington, H.G. 1984. Diversity, biotic and similarity indices. A review with special relevance to aquatic ecosystems. Water Research 18: 653-694.