น้ำจืดบนโลกมีประมาณร้อยละ 2.5 ของน้ำที่ปกคลุมโลก น้ำที่เราใช้อุปโภคและบริโภคได้มีเพียงร้อยละ 1 ของน้ำจืดทั้งหมด ซึ่งน้ำจำนวนนี้ต้องใช้สำหรับหล่อเลี้ยงมนุษยชาติกว่า 6.8 พันล้านคน นอกเหนือจากการใช้น้ำในครัวเรือนแล้ว มนุษย์ยังใช้น้ำเพื่อ การเกษตร การประมง การอุตสาหกรรม การผลิตพลังงาน การขนส่งทางน้ำ และนันทนาการ เป็นต้น เรามักกล่าวว่าน้ำเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับมนุษย์และสิ่งมีชีวิต แต่สิ่งที่เรามักละเลยคือ คุณค่าของน้ำด้านบริการทางนิเวศ (Ecological survices)
  กิจกรรมของมนุษย์ส่งผลต่อสิ่งแวดล้อมในแหล่งน้ำ ทำให้เกิดมลพิษในแหล่งน้ำ ส่งผลให้คุณภาพน้ำเสื่อมลง ดังนั้นทุกประเทศทั่วโลกจึงได้กำหนดมาตรฐานคุณภาพน้ำของตน มีการประเมินและติดตามคุณภาพน้ำเพื่อให้ประชาชนมีน้ำใช้ที่ปลอดภัยต่อสุขภาพของมนุษย์และสัตว์เลี้ยง
  การประเมินคุณภาพน้ำสามารถทำได้หลายวิธี เช่น การตรวจวัดทางกายภาพและเคมี และการตรวจวัดทางชีวภาพ การตรวจวัดทางกายภาพและเคมีเป็นที่นิยม เนื่องจากมีวิธีการวัดหรือวิธีวิเคราะห์ทางเคมีที่เป็นมาตรฐานและให้ผลลัพธ์เป็นตัวเลขที่สามารถเข้าใจได้ง่าย แต่มีข้อจำกัดคือสามารถสะท้อนความเป็นจริงของน้ำได้ ณ ช่วงเวลาการวัดเท่านั้น ในขณะที่สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในน้ำนั้นจะได้รับผลกระทบจากมลพิษโดยตรง การสำรวจสิ่งมีชีวิตในน้ำเพื่อประเมินคุณภาพน้ำ เรียกว่าการประเมินทางชีวภาพ (Bioassessment) มีจุดเด่นที่สามารถแสดงผลสะท้อนจากมลพิษได้ทั้งในช่วงเวลาที่เกิดมลพิษและช่วงเวลาหลังจากเกิดมลพิษแล้วเป็นเวลานาน ให้ข้อมูลที่บ่งบอกถึงสุขภาพ (health) ของลำน้ำได้ แต่มีข้อจำกัดเช่น ในบางฤดูกาลพบจำนวนตัวน้อยอันเนื่องจากวงชีวิต หรือสิ่งมีชีวิตบางกลุ่มอาจไม่ตอบสนองต่อมลพิษบางชนิด เป็นต้น สิ่งมีชีวิตที่ใช้ประเมินคุณภาพน้ำได้ มีหลายกลุ่ม เช่นพืชน้ำ สาหร่าย แพลงก์ตอน สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหน้าดินและปลา แต่ละกลุ่มมีความเหมาะสมต่อแหล่งน้ำหรือวัตถุประสงค์ของการประเมินที่แตกต่างกัน

  การประเมินคุณภาพน้ำทางชีวภาพแบบเร็ว เป็นวิธีการมาตรฐานที่ริเริ่มโดยองค์การพิทักษ์สิ่งแวดล้อมของประเทศสหรัฐอเมริกา (United State Environmental Protection Agency, US. EPA) สำหรับประเมินลำธารและแม่น้ำตื้น ๆ (streams and wadeable rivers) โดยใช้สิ่งมีชีวิตคือ เพอริไฟตอน สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหน้าดิน และปลา (Barbour et al., 1999) หน่วยงานที่เกี่ยวข้องกับการตรวจสอบคุณภาพน้ำสามารถเลือกใช้กลุ่มสิ่งมีชีวิตที่เหมาะสมกับวัตถุประสงค์ในการตรวจวัด มีหลักการคือ การเปรียบเทียบแหล่งอาศัย คุณภาพน้ำ และสิ่งมีชีวิตในน้ำ ระหว่างสถานีอ้างอิง (reference site) กับสถานีทดสอบ (test site) การประเมินคุณภาพน้ำทางชีวภาพแบบเร็ว มีข้อดีดังนี้ คือ
  1. เป็นวิธีที่ประหยัดและมีประสิทธิภาพ วิธีการสำรวจสิ่งมีชีวิตเป็นที่ยอมรับทางวิทยาศาสตร์
  2. สามารถประเมินหลายสถานีได้ในฤดูกาลเดียวกัน
  3. ให้ผลการประเมินได้เร็ว ผู้บริหารและสาธารณชนเข้าใจได้ง่าย
  4. วิธีการไม่ทำลายสิ่งแวดล้อม

  สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหน้าดิน (benthic macroinvertebrates) หรือเรียกสั้น ๆ ว่า สัตว์หน้าดิน หมายถึงสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า มีขนาดตั้งแต่ 500 ไมครอนหรือ 0.5 มิลลิเมตร อาศัยอยู่บนหรือแทรกตัวในพื้นอาศัยที่เป็นตะกอนท้องน้ำของลำธาร แม่น้ำ และพื้นที่ชุ่มน้ำ ตัวอย่างเช่น ตัวอ่อนและดักแด้แมลงน้ำหลายชนิด ตัวเต็มวัยของด้วงน้ำบางชนิด ตัวเต็มวัยของมวนน้ำบางชนิด กุ้งน้ำจืด ปูน้ำจืด และหอยน้ำจืด เป็นต้น สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหน้าดินเป็นองค์ประกอบใหญ่ส่วนหนึ่งของสิ่งมีชีวิตในน้ำนอกเหนือจากปลา สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหน้าดินบางชนิดกินเศษซากอินทรีย์ที่มาจากระบบนิเวศบก บางชนิดกรองกินอาหารที่มากับกระแสน้ำ บางชนิดขูดกินสาหร่าย ไดอะตอมและฟิลม์ชีวภาพที่ขึ้นบนก้อนหิน และบางชนิดกินสิ่งมีชีวิตในน้ำ สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหน้าดินเป็นอาหารของปลา กบ เขียด และสัตว์บกเช่น นกและค้างคาว ดังนั้นจึงมีบทบาทในการถ่ายทอดพลังงานและการหมุนเวียนแร่ธาตุ รวมทั้งเชื่อมโยงระหว่างระบบนิเวศบกและระบบนิเวศน้ำ เนื่องจากสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหน้าดินใช้ชีวิตส่วนใหญ่อยู่ในน้ำ เคลื่อนที่ได้น้อย มีความหลากหลาย มีการกระจายตัวมาก มีความไวต่อการถูกรบกวน มีขนาดใหญ่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ส่วนใหญ่มีวงจรชีวิตยาวประมาณ 1 ปี จึงสามารถสะท้อนผลการถูกรบกวนทั้งจากสารเคมีและการรบกวนทางกายภาพได้ จึงนิยมนำมาใช้ประเมินคุณภาพลำน้ำทั้งในลำธาร แม่น้ำ และพื้นที่ชุ่มน้ำ การประเมินทางชีวภาพมิได้มีวัตถุประสงค์เพื่อแทนที่วิธีทางกายภาพและเคมี แต่เป็นข้อมูลสนับสนุนให้สามารถประเมินสุขภาพของแหล่งน้ำได้

  จากการวิจัยของกลุ่มศึกษาแมลงน้ำ มหาวิทยาลัยขอนแก่น พบว่าแมลงน้ำและสัตว์น้ำอื่น ๆ ที่รวมเรียกว่า สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหน้าดิน มีความสัมพันธ์มากกับคุณภาพน้ำและมีศักยภาพที่จะพัฒนาเป็นดัชนีชีวภาพสำหรับประเมินคุณภาพน้ำได้ (Sangpradub et al., 1998, นฤมล แสงประดับ และคณะ, 2540) จึงได้ทำการวิจัยต่อเนื่องและแปลงผลงานวิจัยในแม่น้ำพองเป็นเครื่องมือทางชีวภาพสำหรับเฝ้าระวังคุณภาพน้ำ เรียกชื่อว่า “นาฬิกาสัตว์หน้าดิน” (นฤมล แสงประดับ 2542) สำหรับอาสาสมัคร นักเรียน และผู้สนใจที่ไม่จำเป็นต้องมีพื้นฐานด้านแมลงน้ำและสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหน้าดิน มีหน่วยงานที่นำไปใช้เช่น ศูนย์อนามัยสิ่งแวดล้อม เขต 6 กระทรวงสาธารณสุข สำนักงานสิ่งแวดล้อมภาคที่ 6 และภาคที่ 10 และ กรมส่งเสริมคุณภาพสิ่งแวดล้อม กระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม นาฬิกาสัตว์หน้าดินสามารถแปลผลคุณภาพน้ำได้อย่างคร่าว ๆ วัตถุประสงค์คือ เพื่อเฝ้าระวังคุณภาพสิ่งแวดล้อมในแหล่งน้ำโดยชุมชน และการสร้างจิตสำนึกด้านการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม เมื่อมีการสำรวจเป็นประจำจะทำให้ชุมชนเห็นแนวโน้มว่าคุณภาพแหล่งน้ำดีขึ้นหรือแย่ลง ทราบถึงปัญหาที่เกิดขึ้น ช่วยให้สามารถป้องกันและแก้ไขได้ ใช้เป็นข้อมูลสนับสนุนการจัดการแหล่งน้ำของชุมชนได้

  กลุ่มศึกษาฯ ได้สนใจ Rapid Bioassessment Protocols for use in streams and wadeable rivers: Periphyton, Benthic Macroinvertebrates and Fish (Barbour et al., 1999) เนื่องจากมีการเชื่อมโยงระหว่างแหล่งอาศัย คุณภาพน้ำ และสิ่งมีชีวิตในน้ำ ทำให้สามารถเข้าใจและอธิบายได้อย่างกว้างขวาง สำหรับสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหน้าดินแปลผลด้วยตัวแปรชีวภาพหลายตัว (multimetrics) ซึ่งมีการวัดตัวแปร 5 ด้านคือ ความมากชนิด (richness) สัดส่วน (composition) ความทนทาน/ความไวต่อมลพิษ (tolerance/intolerance) วิธีหาอาหาร (functional feeding groups) และลักษณะนิสัย (habit) จุดเด่นของโปรโตคอลนี้คือ มีความยืดหยุ่นผู้สนใจสามารถทำวิจัยเพื่อหาวิธีการเก็บตัวอย่างที่เหมาะสมกับลักษณะของพื้นที่ตนเอง การกำหนดจำนวนตัวในตัวอย่างย่อยที่ใช้เป็นตัวแทนของตัวอย่างที่เก็บมาทั้งหมด การคัดเลือกตัวแปรชีวภาพ (metrics) ที่สามารถแยกความแตกต่างระหว่างสถานีอ้างอิงและสถานีทดสอบได้ รวมทั้งเกณฑ์ในการแยกระดับคุณภาพลำน้ำ ซึ่งทุกขั้นตอนผ่านวิธีทางสถิติ กลุ่มศึกษาฯ ได้ร่วมมือกับ Dr. Michael T. Barbour จาก Tetra Tech สหรัฐอเมริกา เริ่มการวิจัยในลุ่มน้ำเลยเพื่อหาความเป็นไปได้ของการนำหลักและวิธีการของโปรโตคอลนี้มาใช้ในประเทศไทย ผลการวิจัยพบว่าสามารถนำมาใช้ได้ โดยพบว่าควรเก็บตัวอย่างในแหล่งอาศัยหลากหลายแบบ (multihabitat approach) จำนวนสุ่มตัวอย่าง (subsample) เท่ากับ 300 ตัวและคัดเลือกตัวแปรชีวภาพ (biometric) ที่ครอบคลุมทั้ง 5 ด้านได้ 8 ตัวแปร (Boonsoong et al., 2009) ต่อมาได้ขยายการวิจัยในลุ่มน้ำโขง 2 (Getwongsa, 2010) ลุ่มน้ำชีและลุ่มน้ำมูล (Uttarak et al., 2011) แต่ละลุ่มน้ำได้ตัวแปรชีวภาพต่างกันเล็กน้อย จึงได้นำข้อมูลทุกลุ่มน้ำมาร่วมกัน หาตัวแปรชีวภาพรวมและดัชนีชีวภาพสำหรับประเมินคุณภาพน้ำในลำธารภาคตะวันออกเฉียงเหนือ (Rattanachan et al., 2016) ก่อนนำไปทดสอบในลำธารของลุ่มน้ำในทั่วทุกภาคของประเทศไทย พบว่าตัวแปรชีวภาพรวมและดัชนีชีวภาพนี้สามารถใช้ประเมินผลคุณภาพน้ำได้และได้ผลสอดคล้องกับผลการประเมินคุณภาพน้ำทั่วไป (WQI) ของกรมควบคุมมลพิษ (Rattanachan, 2016)

  นอกจากนี้ได้วิจัยพัฒนาดัชนีชีวภาพสำหรับประเมินคุณภาพน้ำในแม่น้ำจากงานวิจัยในแม่น้ำพองและแม่น้ำเชิญ (Sirisinthuwanich et al., 2016) และพื้นที่ชุ่มน้ำในภาคตะวันออกเฉียงเหนือด้วยการวิจัยในพื้นที่ชุ่มน้ำจำนวน 13 แหล่ง (Phaphong and Sangpradub, 2012) ได้แก่ บึงโขงหลง และหนองกอมเกาะ (จ. หนองคาย) หนองหาน (จ. สกลนคร) หนองหานกุมภาวาปี และ หนองหัวคู (จ.อุดรธานี) แก่งละว้า (จ.ขอนแก่น) บึงละหาน และหนองแวง (จ. ชัยภูมิ) หนองปลาคูณ บึงเกลือบ่อแก (จ. ร้อยเอ็ด) อ่างเก็บน้ำห้วยจรเข้ อ่างเก็บน้ำห้วยลาด และอ่างเก็บน้ำสนามบิน (จ. บุรีรัมย์) โดยแปลงวิธีเก็บตัวอย่างของ Flotemersch et al. (2006) ตัวแปรชีวภาพและดัชนีชีวภาพสำหรับแม่น้ำและสำหรับพื้นที่ชุ่มน้ำที่พัฒนาได้นี้ยังมิได้นำไปทดสอบในภูมิภาคอื่น ๆ ของประเทศไทย

1) ตัวแปรชีวภาพกลุ่มการวัดความมากชนิด (Richness measures)

- No. of Total taxa = ผลรวมจำนวนสกุล/วงศ์ทั้งหมดของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหน้าดินที่พบ(EPT ใช้ระดับสกุล อันดับอื่น ๆ ใช้ระดับวงศ์)
- No. of Coleoptera taxa = ผลรวมจำนวนวงศ์ของด้วงน้ำ (อันดับ Coleoptera)
- No. of Ephemeroptera taxa = ผลรวมจำนวนสกุลของตัวอ่อนแมลงชีปะขาว
- No. of CRMOL taxa = ผลรวมจำนวนวงศ์ของครัสเตเซีย (กุ้ง ปู ไอโซพอด แอมฟิพอด) และหอย
- No. of EPT taxa = ผลรวมจำนวนสกุลของตัวอ่อนแมลงชีปะขาว ตัวอ่อนแมลงสโตนฟลายหรือแมลงเกาะหิน และตัวอ่อนแมลงหนอนปลอกน้ำ
- No. of ETO taxa = ผลรวมจำนวนสกุลของตัวอ่อนแมลงชีปะขาว จำนวนสกุลของตัวอ่อนแมลงหนอนปลอกน้ำ และจำนวนวงศ์ของตัวอ่อนแมลงปอ

2) ตัวแปรชีวภาพกลุ่มสัดส่วนของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหน้าดิน (Composition measures)

- % Chironomidae (ร้อยละตัวอ่อนริ้นน้ำจืดหรือหนอนแดง วงศ์ Chironomidae)



- % EPT (ร้อยละของตัวอ่อนแมลงชีปะขาว ตัวอ่อนแมลงสโตนฟลายหรือแมลงเกาะหิน และตัวอ่อนแมลงหนอนปลอกน้ำ)



- Margalef’s Richness Index = (s-1)/log(N)
 เมื่อ s = จำนวนชนิด (EPT ใช้ระดับสกุล, อันดับอื่น ๆ ใช้ระดับวงศ์)
  N = ผลรวมจำนวนตัวทั้งหมดของสัตว์ที่พบในสถานีนั้น

3) ตัวแปรชีวภาพกลุ่มแสดงความทนทาน/ความไม่ทนทาน ต่อมลพิษ (Tolerance/Intolerance measures)

- Beck’s Biotic Index = 2 (n Class I) + (n Class II) ดูรายละเอียดเพิ่มเติม
- Hilsenhoff’s Biotic Index ดูรายละเอียดเพิ่มเติม


- % Intolerant individuals (ร้อยละของสัตว์ที่ไม่ทนทานต่อมลพิษ)



- % Tolerant individuals (ร้อยละจำนวนตัวของสัตว์ที่ทนทานต่อมลพิษ)



4) ตัวแปรชีวภาพตามลักษณะการกินอาหาร (Functional Feeding Group measure)

- No. of Predator taxa = ผลรวมจำนวนวงศ์ของกลุ่มสัตว์ผู้ล่า
- No. of Scraper taxa = ผลรวมจำนวนวงศ์ของกลุ่มสัตว์ขูดกิน


5) ตัวแปรชีวภาพกลุ่มแสดงลักษณะนิสัย (Habit measure)

- No. of Clinger taxa = ผลรวมจำนวนวงศ์ของกลุ่มสัตว์ที่สร้างที่อาศัยอยู่กับที่หรือกลุ่มสัตว์ที่ชอบเกาะกับพื้นอาศัย
- No. of Sprawler taxa = ผลรวมจำนวนวงศ์ของกลุ่มสัตว์ชอบคลาน
- No. of Swimmer taxa = ผลรวมจำนวนวงศ์ของกลุ่มสัตว์ชอบว่ายน้ำ