Vì vậy tuy đã có một số các công trình nghiên cứu cho kết quả khả quan nhưng ở nước ta vẫn chưa xây dựng được một bộ chỉ số sinh học riêng cho các dạng thủy vực khác nhau suối, lưu vực s
Trang 1MÔI TRƯỜNG NƯỚC
“PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ MỐI QUAN HỆ GIỮA QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG
NƯỚC SÔNG VÀ CHỈ THỊ SINH HỌC, CÁC VẤN ĐỀ CÓ LIÊN QUAN KHÁC”
Trang 2- 1 -
MỞ ĐẦU
Trên thế giới, việc ứng dụng sinh vật làm chỉ thị trong quan trắc nhằm đánh giá chất lượng môi trường đã trở thành hoạt động quen thuộc và phổ biến rộng rãi ở nhiều quốc gia phát triển Các hệ thống quan trắc sinh học được thực hiện như chuẩn quốc gia cho quan trắc chất lượng nước ở rất nhiều nước phương tây Quan trắc chất lượng sông bằng sinh vật chỉ thị góp phần đánh giá một cách toàn diện bổ sung cho các kết quả quan trắc lý - hóa học trước đây Cho tới nay đã có khoảng 50 phương pháp sinh học được áp dụng để đánh giá chất lượng nước mặt các sông
Ở Việt Nam, nghiên cứu sử dụng sinh vật chỉ thị đánh giá môi trường sông/suối mới được tiến hành trong những năm gần đây nhưng chưa được thực hiện một cách đồng bộ Phần lớn các nghiên cứu mới dừng ở bước thử nghiệm trên một
số điểm nhất định và chỉ tập trung vào các thủy vực nước ngọt nội địa Các kết quả nghiên cứu chưa được ứng dụng rộng rãi Vì vậy tuy đã có một số các công trình nghiên cứu cho kết quả khả quan nhưng ở nước ta vẫn chưa xây dựng được một bộ chỉ số sinh học riêng cho các dạng thủy vực khác nhau (suối, lưu vực sông, cửa sông, vùng ven biển, biển), phù hợp với đặc tính các thuỷ vực nước chảy của Việt Nam để ứng dụng trong công tác quan trắc và giám sát chất lượng môi trường
Vì vậy việc nghiên cứu mối quan hệ giữa quan trắc môi trường và vai trò của các yếu tố sinh học ứng dụng trong sinh quan trắc là rất cần thiết Các kết quả sẽ góp phần định hình được nhu cầu và hướng tiếp cận, xây dựng các chỉ thị sinh học
có khả năng đánh giá hiện trạng môi trường các hệ sinh thái môi trường nói chung
và các hệ sinh thái nước chảy nói riêng ở nước ta
Bài viết tập trung vào những liên hệ của sinh vật chỉ thị phổ biến với những tính chất lý hóa của môi trường, sự ràng buộc trong nghiên cứu giữa các chỉ thị sinh học và phân tích điều kiện môi trường để đưa ra kết quả chính xác về trạng thái sinh học của thủy vực (sông), từ đó có cơ sở đề ra những biện pháp phù hợp để cải tạo và ngăn chặn các tác động bất lợi cho môi trường
Trang 3- 2 -
I QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG
I.1 Khái niệm
Quan trắc môi trường là một quá trình có mục tiêu xác định các xu hướng liên tục, đồng bộ và có quy luật về diễn biến môi trường, giúp đo đạc và ghi nhận tức thời hiện trạng môi trường
Quan trắc môi trường là việc theo dõi thường xuyên chất lượng môi trường với trọng tâm, trọng điểm hợp lý nhằm phục vụ các hoạt động bảo vệ môi trường và phát triển bền vững
Nội dung chủ yếu Quan trắc môi trường là lấy mẫu lặp lại, đo đạc các chỉ số, ghi nhận, theo dõi, kiểm soát, các thay đổi về chất và lượng của các thành phần môi trường (nước, sinh vật, không khí, đất…) và so sánh với sự biến thiên tự nhiên của thủy vực Công tác quan trắc môi trường được thực hiện theo tần số và theo mạng l-ưới điểm quan trắc môi trường sẽ tạo công cụ hữu hiệu trong việc nghiên cứu các diễn biến về môi trường theo thời gian, là cơ sở khoa học để kiểm soát chất lượng môi trường, đặc biệt là những biến đổi có tính quy luật, nhưng phải dựa trên tiêu chuẩn đảm bảo kiểm soát được chất lượng thủy vực
I.2 Vai trò của quan trắc môi trường
Quan trắc môi trường là một hoạt động triển khai thường xuyên, định kỳ và theo chương trình quan trắc được thiết kế trước Quan trắc môi trường thực hiện chức năng điều chỉnh và kiểm soát các nguồn ô nhiễm phát sinh trong hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người Vai trò chủ yếu của hoạt động quan trắc môi trường là:
- Nghiên cứu mối quan hệ giữa chất ô nhiễm môi trường với các thành phần môi trường, tác động của ô nhiễm môi trường đến con người và môi trường sống xung quanh
- Phân loại chất lượng môi trường thủy vực, xác định khi nào môi trường đang chịu các tác động biến đổi, biến đổi (ÔN) đến mức nào và các dấu hiệu của sự phục hồi chất lượng thủy vực
- Định hướng nguyên nhân gây ô nhiễm thủy vực, hay quan trắc các tác động
từ những hành vi con người
- Đánh giá sự cần thiết kiểm soát đối với việc phát thải một số chất ô nhiễm nhất định, đặc biệt là kiểm soát các sản phẩm sinh ra ô nhiễm
Trang 4- 3 -
- Tạo cơ sở dữ liệu môi trường làm căn cứ cho công tác bảo vệ môi trường
và ra các quyết định đúng đắn, kịp thời, góp phần thiết kế các chương trình phát triển bền vững trong việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên hợp lý, song song hoạt động phát triển và bảo vệ môi trường Đưa ra các tiêu chuẩn xả thải cho phép
- Dự báo những biến đổi môi trường làm tiền đề cho việc lập quy hoạch và điều chỉnh các chiến lược, kế hoạch bảo vệ môi trường
- Đưa ra quyết định tạm dừng thu mẫu ở điểm quan trắc thường xuyên vì (a) chúng bị tác động bởi nguồn xả thải đã biết, vì thế không đại diện chất lượng nước chung hoặc (b) phân tích thống kê kết quả cho thấy chúng không cần thiết vì thông tin chúng cung cấp không bao gồm các vùng lân cận
I.3 Các yêu cầu của quan trắc môi trường
Mục tiêu quan trắc môi trường để xác định các vấn đề cấp thiết và quan trọng của quốc gia, vùng lãnh thổ nghiên cứu, vì vậy đòi hỏi phải có các nghiên cứu xem xét các yếu tố nào là đặc trưng cho sự biến đổi các thông số và chỉ thị môi trường
Yêu cầu khoa học về số liệu quan trắc bao gồm yêu cầu về độ chính xác số liệu đo đạc, tính đồng nhất giữa các số liệu cần thiết để nghiên cứu sự biến đổi theo không gian và thời gian của yếu tố môi trường cần đánh giá
Đồng thời cũng cần xác định các đặc trưng của nguồn biến đổi hoặc cơ chế biến đổi trong môi trường phụ thuộc vào nguồn ô nhiễm, các tác động tự nhiên và nhân sinh gây ra biến đổi môi trường
Ngoài ra, các số liệu quan trắc phải có tính đặc trưng cho khu vực quan trắc
và phải phục vụ cho mục tiêu xác định các thông số yêu cầu
I.4 Chu trình thực hiện
Để thực hiện công tác quan trắc môi trường của một khu vực cụ thể cần phải xây dựng chương trình quan trắc môi trường tại khu vực đó cho một đối tượng cụ thể Đối tượng đó có thể là chất lượng các thành phần môi trường (như nước, không khí, đất) hoặc là nồng độ các chất ô nhiễm trong môi trường, hay tình trạng sức khoẻ dân cư
Nội dung một chương trình quan trắc môi trường bao gồm các thành phần như đối tượng nghiên cứu, thời gian thực hiện, lựa chọn vị trí, các thông số cần đo, phương pháp lấy mẫu, lựa chọn thiết bị lấy mẫu, thiết bị đo và cuối cùng là phổ biến thông tin Tất cả các thành phần đều có một mối quan hệ nhất định và được thể hiện theo chu trình trình bày ở hình 1
Trang 5- 4 -
Hình 1 Sơ đồ chu trình quan trắc môi trường
Đối tượng nghiên cứu
Thời gian thực hiện đo đạc
Các thông số cần đo
Phương pháp lấy mẫu
Lựa chọ thiết bị lấy mẫu
và thiết bị đo Lựa chọn kỹ thuật phân tích
Sử dụng phương pháp tính tương quanGhi chép số liệu Phân tích và xử lý số liệu Trình bày số liệu Phổ biến thông tin
Tần suất và thời gian kéo dài
Kết luận về đối tượng
Xử lý thống kê
Hạn chế số lượng các điểm đo và tần suất đo
Đảm bảo độ nhạy của phép đo
Mức độ phổ biến
Trang 6- 5 -
I.5 Các thông số quan trắc môi trường thủy vực
Quan trắc môi trường có thể phân loại theo chức năng và thành phần môi trường cũng như theo tính chất liên tục, và tính cơ động của quan trắc Quan trắc theo thành phần các thủy vực là một nội dung quan trọng của hoạt động quan trắc môi trường ở nước ta
Có rất nhiều thông số về vật lý, hoá học và sinh học để đánh giá chất lượng nước các thuỷ vực, mỗi thông số có những giá trị và hạn chế nhất định Cho đến nay các thông số chủ yếu được ứng dụng rộng rãi trong quan trắc môi trường nước sông ở Việt Nam chỉ mới dừng lại ở vài thông số lý hoá học sau:
Nhiệt độ của nước: là thông số có ảnh hưởng đến khả năng hoà tan ôxi, khả
năng tổng hợp quang hoá của tảo và các thực vật thuỷ sinh trong môi trường nước
Ví dụ, nhiệt độ nước tác động đến mức độ quang học của thực vật, thời gian sinh sản và di cư, mức độ trao đổi chất của các sinh vật thủy sinh Khi nhiệt độ trong nước tăng lên, thể tích nước chứa oxy hòa tan (DO) xuống thấp, nước lạnh sẽ có mức DO cao hơn nước ấm Hoạt động của con người có thể làm tăng nhiệt độ của nước gây nên các hiện tượng sinh thái nhất định Nước bị ô nhiễm có màu vẩn đục làm nhiệt độ nước tăng lên do nước đục hấp thụ ánh sáng mặt trời nhiều hơn nước trong
pH: là một trong những thông số quan trọng được sử dụng thường xuyên để
đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn nước, chất lượng nước thải, đánh giá độ cứng và sự keo tụ trong nước, khả năng bị ăn mòn… và trong các phép tính cân bằng axit- bazơ Giá trị pH xác định sự sống xót của hầu hết các động vật, thực vật thủy sinh
Ví dụ nếu nước quá axit, trứng của các loài như cóc sẽ không phát triển được Phần lớn các sinh vật có khả năng chịu đựng cao với sự thay đổi pH môi trường Sự thay đổi pH thất thường hoặc sự axit hóa của nước thì rất có hại pH nước có thể tác động lên pH của cơ thể sinh vật, có thể tác động lên tốc độ của các phản ứng hóa học trong cơ thể, các quá trình sinh học như quang hợp, sự hô hấp và sinh sản
Một số nhân tố quyết định pH của nước là hoạt động vi khuẩn: quang hợp,
hô hấp, sự xáo trộn nước, các chất thải nhân tạo, mưa axit, sự tràn lan ngẫu nhiên
Độ trong suốt: nước không ÔN có thể chịu đựng những ảnh hưởng nhỏ,
lượng đất nhỏ, sinh vật trôi nổi, thực vật chết Sự chảy tự nhiên, sóng, và sự xáo trộn nước có thể gây ra những giai đoạn xáo trộn ngắn của nước Các hành động của con người như từ các công trình xây dựng, vùng đô thị, khu vực nông nghiệp có thể gây ra các xáo trộn mạnh cho nguồn nước có thể diễn ra trong thời gian dài Các
Trang 7- 6 -
thuyền lớn di chuyển và các hoạt động cá nhân của thủy thủ đoàn có thể khuấy động cát bùn, tăng sự xói mòn sông Mức xáo trộn lớn trong thời gian dài có thể làm suy giảm chất lượng và khả năng sinh sản của HST thủy vực Nhiều động vật trong nước sống bằng cách lọc nước, và hệ thống ăn lọc có thể bị hỏng khi các vật liệu tích trữ trong nước với lượng quá lớn Sự đục nước cũng làm giảm quá trình quang hợp của các thức vật chìm trong nước, vì ánh sáng không thể xuyên sâu vào trong nước Khi độ đục quá lớn sinh vật không thể lấy thức ăn và sinh sản được vì vậy phá hủy khả năng trước đó của chúng
Dinh dưỡng: như nitơ, photpho có thể có trong nước tự nhiên, đất, không
khí, quan trọng cho thực vật và động vật thủy sinh Ví dụ ni tơ cần trong quá trình tổng hợp protein trong thực vật và động vật, phot pho thiết yếu trong quá trình quang hợp, cả hai đều quan trọng cho sinh trưởng và sinh sản của sinh vật Với các nguồn thải nhân tạo như các nguồn điểm và không phải nguồn điểm xả thải gồm ảnh hưởng từ nước thải chăm sóc thực vật, nguồn thải công nghiệp, phân bón nông nghiệp, chất thải gia súc Các nguồn quan trọng khác được phân hủy trong không khí do sự đốt cháy nguyên liệu thô
Sự phú dưỡng có thể gây ra các tác hại lớn tới chất lượng nước sông, hồ Tùy thuộc vào các dạng cấu trúc hóa học của chúng, ni tơ và phot pho có thể tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên sự sinh trưởng thực vật, độ trong của nước, tỷ lệ bùn cát, nồng độ ôxy hòa tan Sự thừa hàm lượng P, N gây ra sự sinh trưởng nhanh của các thực vật nổi, gây ra sự dày đặc mật độ sinh vật của quần thể hay hiện tượng nở hoa
Sự phát sinh số lượng các cơ thể này dày đặc đến nỗi chúng làm giảm lượng ánh sáng mặt trời với các thực vật sống chìm trong nước Không đủ lượng ánh sáng, thực vật không thể quang hợp và sinh ra các chất cần thiết cho sự sống Thiếu ánh sáng có thể giết chết thực vật thủy sinh Tảo có thể sinh trưởng trực tiếp trên bề mặt thực vật ngập trong nước
Tảo không hấp thụ được ánh sáng thì cuối cùng sẽ chìm và bị VK phân hủy trong quá trình nước thiếu oxy, giống với con người, hầu hết các sinh vật thủy sinh cần oxy Khi oxy trong nước sâu cũng cạn kiệt, cá và các loài khác sẽ chết trừ khi chúng di chuyển tới vùng khác thích hợp cho chúng
Nước không ô nhiễm thường có ít hơn 1 ppm N và P ít hơn 0,003 ppm Tiêu chuẩn nước uống NOx là 10ppm Hàm lượng lớn nitrate có thể gây ra hội chứng xanh (blue baby syndrome) ở trẻ sơ sinh
Trang 8- 7 -
DO (oxy hòa tan): rất quan trọng đối với chất lượng HST thủy vực, vì tất cả
các động vật thủy sinh cần oxy cho hô hấp Đó là một trong những nhân tố tốt nhất cho chất lượng nước Sông sạch thường có hàm lượng DO lòng sông cao, và có khả năng tạo nên tính đa dạng các loài sinh vật Oxy có trong nước thông qua quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh và từ khí quyển Ở những chỗ nông của suối, nơi dòng nước chảy trên đá có độ xáo trộn mạnh, sẽ làm tăng hàm lượng oxy trong nước do thu nhiều oxy trong khí quyển Gió và sóng làm tăng hàm lượng DO Mức
DO có thể bị giảm do sự ô nhiễm do nhiệt, 1 số chất gây ô nhiễm như nồng độ cao các VK từ nước thải Oxy cần cho quá trình phân hủy hữu cơ Đó là lý do tại sao hiện tượng tảo nở hoa bởi sự phú dưỡng có thể dẫn đến giảm DO Sự phân hủy lượng lớn các chất hữu cơ do VK có thể làm cạn kiệt oxy của nước, khiến cho nhiều loài không thể cư trú tại đó được
Việc di chuyển các cây dọc sông che bóng cho nước sẽ làm tăng nhiệt độ nước vì vậy giảm lượng DO Chỉ số quan trọng khác là hàm lượng DO bão hòa Nước lạnh có thể giữ nhiều DO hơn nước nóng Ví dụ nước ngọt ở 80C có thể giữ trên 12ppm oxy trước khi bão hòa 100% Ở 280C nước ngọt có thể giữ 8ppm DO trước khi đạt bão hòa 100% Lượng muối trong nước có thể tác động lượng DO, vì nước ngọt có thể giữ nhiều DO hơn trong nước mặn
Nhu cầu ôxi hoá học (COD): là lượng ôxi cần thiết để ôxi hoá hoàn toàn các
chất hữu cơ khi mẫu nước được xử lý với chất oxi hoá mạnh trong những điều kiện nhất định Đây là chỉ tiêu để đánh giá mức ô nhiễm của nước, kể cả với chất hữu cơ
dễ phân huỷ và khó phân huỷ sinh học
Nhu cầu ôxi sinh hoá (BOD): là lượng ôxi cần thiết cho vi sinh vật để ôxi
hoá và ổn định các hợp chất trong nước, nó gián tiếp chỉ ra mức độ ô nhiễm nước
do các chất có khả năng bị ôxi hoá sinh học, đặc biệt là các chất hữu cơ
Độ muối: chỉ số về độ muối có thể được dùng để theo dõi các tác động của
hạn hán và lũ lụt Độ muối kiểm soát loại động vật – thực vật có thể sống trong nước Một số loài chỉ sống trong nước chịu được độ muối 0,1% hoặc ít hơn, số khác chỉ chịu được nước lợ (độ muối trung bình), trong khi 1 số chỉ chịu được nước mặn 3%
Chất rắn lơ lửng: có ảnh hưởng đến chất lượng nước trên nhiều phương
diện Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thấp sẽ làm hạn chế sự sinh trưởng hoặc khả năng tồn tại của các loài thuỷ sinh Phân tích chất rắn lơ lửng giúp kiểm
Trang 9- 8 -
soát các quá trình xử lý nước thải lý hoá học, đánh giá mức phù hợp của chất lượng nước thải với tiêu chuẩn giới hạn cho phép xả thải
Các kim loại nặng: Kim loại nặng trong nước thường lắng trong các hạt sét,
phù sa lơ lửng Các chất lơ lửng này dần rơi xuống làm nồng độ kim loại nặng trong trầm tích cao hơn trong nước nhiều lần Các loài động vật thuỷ sinh, đặc biệt là các động vật đáy sẽ tích luỹ lượng lớn các chất độc hại này trong cơ thể, và có thể gián tiếp tác động tới con người qua chuỗi luân chuyển chu trình dinh dưỡng, đặc biệt nếu tích luỹ ở nồng độ cao Vì vậy việc nghiên cứu kim loại nặng trong nước là rất cần thiết, đặc biệt là các khu vực chịu tác động từ nước thải công nghiệp của các quá trình khai thác khoáng sản, luyện kim, công trình xây dựng
Ngoài ra các sinh vật được ứng dụng làm chỉ thị sinh học thiết yếu cho chất lượng nước thủy vực Các công trình nghiên cứu trên thế giới và trong nước cho thấy sinh vật thủy sinh có vai trò quan trọng trong đánh giá các thủy vực Phân tích
sự có mặt và tình trạng của các loại cá, côn trùng, tảo, thực vật… có thể cung cấp các thông tin chính xác về chất lượng của từng sông, suối, vùng đất ngập nước hoặc cửa sông Các loại thực vật và động vật này được gọi là sinh vật chỉ thị
II MỐI LIÊN HỆ GIỮA SINH VẬT CHỈ THỊ VÀ CÁC YẾU TỐ LÝ HÓA CỦA MÔI TRƯỜNG
Do sự đa dạng các sinh vật chỉ thị và tùy vào mục đích quản lý chất lượng môi trường, có thể chọn lựa nhóm sinh vật phù hợp để khảo sát, đánh giá và đề ra giải pháp khắc phục tình trạng xấu của môi trường Sinh vật chỉ thị phải tương ứng với định hướng nghiên cứu và kinh phí thực hiện trong số các sinh vật chỉ thị, ĐVKXS là 1 dạng chỉ thị được dùng rất phổ biến trên quy mô nghiên cứu và phạm
vi các thủy vực trên thế giới Do đó trong bài này, chúng tôi chỉ đề cập đến mối liên
hệ của chúng với các điều kiện lý hóa của môi trường, các tác động khi biến đổi điều kiện môi trường đến ĐVKXS để phản ánh chất lượng thủy vực
II.1 Tác động của sự phú dưỡng, thiếu oxy trong nước, giảm oxy hòa tan lên ĐVKXS
Thừa dinh dưỡng có thể gây ra những thay đổi trong thời gian dài hoặc ngắn với sự nảy nở quá dày đặc quần thể ĐVKXS và tăng thành phần các loài Những thay đổi này nảy sinh khi thừa dinh dưỡng dẫn đến sự sinh trưởng mạnh của thực vật thủy sinh, như sự chiếm ưu thế vượt trội của các loại tảo nhất định Tuy nhiên sự thừa dinh dưỡng có thể đưa đến những nghiên cứu sâu hơn trong bậc vi khuẩn có hại với ĐVKXS, sự xâm nhập của các VK bao phủ hơn 25% bề mặt ngoài của sinh
Trang 10- 9 -
vật phù du thì trở nên độc hại Thêm vào đó, sự hô hấp và phân giải sinh khối các tảo
nở hoa này có thể làm giảm oxy hòa tan trong cột nước và trầm tích đến mức tối thiểu Các taxa với vòng đời ngắn hơn đều phản ứng với sự tăng dinh dưỡng và vì vậy giữ lợi thế cạnh tranh, vì sự nở hoa của tảo kết hợp với sự phú dưỡng thường rút ngắn đời sống
Những biến đổi môi trường trong thời gian dài có thể xảy ra khi sự phú dưỡng kéo dài thậm chí sau khi sự phú dưỡng suy giảm Những thay đổi có thể dẫn đến xâm nhập thường xuyên và theo giai đoạn vào các thủy vực nghèo dinh dưỡng Một số mức dinh dưỡng khi xâm nhập vào thủy vực nhưng không thể đo đạc được các tác động lên cấu trúc quần xã vì nằm trong phạm vi dao động khả năng chịu đựng môi trường của tất cả các sinh vật chủ yếu của lưới thức ăn trong thủy vực
Tác động lên sự phong phú các loài
Dinh dưỡng xâm nhập vào thủy vực có thể làm tăng sự đa dạng các ĐVKXS,
vì nhiều nguồn thức ăn trở nên có giá trị với ĐVKXS ăn thịt Tuy nhiên, các nghiên cứu cho thấy, sự đa dạng ĐVKXS trong các vùng thủy vực có lượng nước thải lớn thường thấp hơn các thủy vực chứa ít nước thải Sự phú dưỡng trong các hồ đã gây ra
sự tuyệt diệt theo vùng các ĐVKXS cỡ lớn và suy thoái về đa dạng các loài, 1 phần vì kết hợp sự suy giảm lượng oxy hòa tan
Tác động đến thành phần các loài
Thành phần các loài trong quần thể có biến đổi và gây ra những đặc tính có thể ứng dụng để chẩn đoán sự tăng thành phần các loài khi có sự thay đổi điều kiện thủy vực Những thông tin này hữu dụng vì đặc điểm đặc trưng của các loài ĐVKXS phụ thuộc tình trạng của các thủy vực
Tiếp xúc với sự giàu hữu cơ và thiếu oxy thường gây ra việc tăng sinh vật tiêu thụ ĐVKXS cỡ lớn, động vật ăn thịt, sinh vật ăn xác động thực vật nổi, động vật ăn cỏ và những thực vật lớn cắm sâu xuống đáy thủy vực Nhóm này tăng cùng với sự tăng sinh trưởng của các thực vật bám quanh rễ cây và thực vật thủy sinh có
rễ cây nổi trên mặt nước Giun ít tơ, muỗi, lớp chân bụng chiếm ưu thế ở các thủy vực phú dưỡng trong khi ở các thủy vực không có hiện tượng phú dưỡng (phot pho 8ppb, ni tơ 783 ppb) chiếm ưu thế là sâu bọ cánh lông (Trichopeta), giáp xác và 1 midge khác Sự sai khác này có thể xảy ra do mức chịu đựng của các taxa với điều kiện oxy thấp do xuất hiện các hợp chất trong nước của thủy vực phú dưỡng Ở Florida 1 số nhà nghiên cứu thấy rằng bọ cánh cứng có số lượng cá thể lớn hơn ở những điểm không bị ô nhiễm tại vùng trung gian và phú dưỡng (mật độ hàng năm
Trang 11- 10 -
của các ĐVKXS cỡ lớn ở các điểm phú dưỡng và trung gian thường cao hơn gấp 6,1 và 3,5 lần các điểm không bị phú dưỡng) Ngoại trừ Giáp xác 10 chân, đặc biệt
là Palaemonetes paludosus, mật độ của mỗi thứ, hay lớp cao hơn ở các vùng phú
dưỡng và vùng trung gian Ở các vùng phú dưỡng và các vùng trung gian thành phần phần trăm của côn trùng 2 cánh ước tính cao hơn 2,6 lần và mật độ cao hơn gấp 16,2 lần so với các vùng không bị phú dưỡng Các côn trùng 2 cánh chiếm ưu
thế là Dasyhelia sp., Tanytarsus sp., thành phần các loài không tăng và giống với tất
cả các vị trí khác
Các nghiên cứu khác tập trung vào midge, ở mức dưới họ, Chironominae và Tanytarsinae chứa Hemoglobin và vì vậy chịu đựng điều kiện thiếu oxy tốt hơn, xuất hiện thay thế Orthocladinae khi thiếu oxy Một nghiên cứu ở 4 hồ/đầm bao quanh Michigan cũng cho thấy quần thể midge thay đổi do tăng/giảm hàm lượng dinh dưỡng Những nơi thiếu dinh dưỡng với độ dẫn thấp (190-230 µS/cm) có các
loài chiếm ưu thế như Cladotanytarsus sp., Orthocladius sp và Heterotrissocladius changi, trong khi các vùng thiếu oxy hơn với độ dẫn cao (390-450 µS/cm) chiếm ưu thế là các loài Chironomus sp., Tanytarsus sp và Cricotopus sp Dựa trên khảo sát
có thể phỏng đoán sự thay đổi chủ yếu thành phần các loài ĐVKXS có thể xảy ra ở các đầm hồ phía bắc với nồng độ phot pho 60-200 mg/l và ni tơ 1600-4000 µg/l
Tác động của lượng sinh khối tổng số
Nhiều bài viết gần đây tiếp tục chứng minh xu hướng độ đày đặc tổng số của ĐVKXS làm tăng dinh dưỡng, như việc sản sinh tảo trở nên giảm khi có các nhân
tố hạn chế quần thể ĐVKXS Các quần thể ĐVKXS ở hệ thống nghèo dinh dưỡng như Bắc Cực và cận Bắc Cực phản ứng nhạy 1 thống kê trên 20 hồ ở Scotia Nova cũng cho thấy mối quan hệ rõ ràng giữa độ dày đặc của động vật nổi (1-5 cá thể/m3)
và lượng phot pho tổng (5-20mg/m3) Trong hệ thống nước thải mật độ tổng số có thể tiếp tục tăng lên hoặc ít ra cũng không giảm xuống, thậm chí khi lượng oxy thiếu hụt kết hợp với sự phú dưỡng trở nên nghiêm trọng Tuy nhiên, ở những thủy vực phú dưỡng, sự giảm oxy hòa tan do nhu cầu oxy cao dẫn đến sự giảm đa dạng các ĐVKXS cỡ lớn Tương tự sự phú dưỡng có thể gây chết cho một số ĐVKXS do chúng có nhu cầu oxy cao Một số nghiên cứu ở 3 thủy vực thuộc Canada cho thấy phú dưỡng làm giảm số lượng các loài ĐVKXS
Tác động lên sự tích tụ các kim loại
Sự xuất hiện các chất dinh dưỡng ảnh hưởng đến xu hướng các ĐVKXS thủy vực tích tụ các kim loại nặng, và dạng kim loại chúng tích tụ Ví dụ, nồng độ Zn,
Trang 12- 11 -
Fe, Mn trong midge cao hơn trong thủy vực, trong khi nồng độ Cu được thấy trong midge cao hơn so với trong thủy vực nghèo dinh dưỡng Điều này có thể do giá trị sinh học của các kim loại khác nhau chịu tác động của các điều kiện oxy trầm tích, kết quả của sự phân hủy các tảo nở hoa làm nảy sinh nồng độ dinh dưỡng cao
II 2 Ảnh hưởng độc tính của chất gây ô nhiễm lên ĐVKXS
II.2.1 Tác động của kim loại nặng
Kim loại nặng như Hg, Pb, Zn, Cu, Cd có thể là các chất gây độc trực tiếp cho ĐVKXS cỡ lớn ở thủy vực, hoặc có thể tác động đến quần thể ĐVKXS bằng cách thay đổi thành phần các loài và tăng số lượng tảo, các thực vật thủy sinh mà ĐVKXS phụ thuộc vào nguồn thức ăn và nơi ẩn náu Khi ao, hồ chứa kim loại nặng tới mức nhiều hơn các hệ thống nước chảy thì sự tiếp xúc của ĐVKXS với các kim loại ở đầm lầy lớn hơn Thậm chí khi có mặt với nồng độ thấp, các kim loại nặng dễ dàng hơn tích lũy trong các ĐVKXS ao, hồ Sinh trưởng, phát triển, sinh sản của ĐVKXS có thể bị ảnh hưởng có hại do sự tiếp xúc trong thời gian dài với nồng độ gây chết các kim loại vết Các tác động gây chết và sự chết, cân bằng (trao đổi chất và tích tụ) các chất gây ô nhiễm kim loại trong thủy vực nước ngọt chưa được hiểu rõ Dưới 1 số điều kiện chung ở thủy vực (đặc biệt thủy vực nước thải), lượng Fe cao thì độc cho ĐVKXS, cả trực tiếp và thông qua sự biến đổi cấu trúc nơi sống
Khu vực mà kim loại gây độc cho ĐVKXS thủy vực tùy thuộc vào độ axit của thủy vực và dạng kim loại được chứa trong thủy vực Điều kiện axit có thể tăng độc tính của kim loại như Cd, và giảm độc tính của các kim loại khác như Al Tuy nhiên ở 1 suối ở Anh các điều kiện axit kết hợp với nồng độ Al cao làm tăng tỷ lệ tử vong của các giáp xác và động vật phù du Một số kim loại như Al, Fe có thể bảo vệ ĐVKXS khỏi tác động độc hại của các kim loại nặng trong các cống thoát axit
Tác động lên độ phong phú các loài
Sự suy giảm độ phong phú ĐVKXS nước được dẫn chứng ở LVS với tỷ lệ đất đô thị bao phủ lớn hơn và thu được nhiều kim loại nặng hơn so với LVS ít đô thị hóa hơn Hơn 20 năm sau khi việc thải cadmium và Co vào thủy vực nước ngọt ở NewYork mới được rút đi, độ phong phú ĐVKXS thấp hơn ở vị trí được kiểm soát Trên 22 năm sau khi không còn bị ô nhiễm Zn và các kim loại khác, thành phần taxa tăng từ 0 đến 18, trong khi tỷ lệ của sinh vật phù du, côn trùng sống gần nước liên quan đến tỷ lệ midge
Trang 13- 12 -
Tác động lên thành phần các loài
Nhìn chung Chân bụng, Giáp xác, Thân mềm nhạy cảm hơn côn trùng tiếp xúc với kim loại Giáp xác được ứng dụng thành công trong lĩnh vực và nghiên cứu trong phòng thí nghiệm để phát hiện độ độc trong trầm tích chứa kim loại Một số nghiên cứu cho thấy Động vật ăn thịt, động vật ăn cỏ là nhạy cảm nhất với sự tăng lượng kim loại
Nhìn chung, động vật phù du các suối miền Tây nhạy cảm với kim loại trong khi côn trùng nước chịu đựng khá tốt Sau khi giảm sự ô nhiễm Zn, động vật phù du
và côn trùng phục hồi và sinh vật đáy trở thành loài ưu thế Động vật phù du, côn trùng sống trên mặt nước, và midge không còn xuất hiện để chịu tác động từ sự suy giảm ô nhiễm Ở 1 số suối vùng Montana tiếp xúc với mức tăng cao các kim loại gây thiếu hụt đi các loài phù du và nhiều taxa chịu đựng axit, kim loại như muỗi
Cardiocladius sp Tuy nhiên việc tăng số lượng và mật độ midge như Procladius sp
và Chinoromus sp đã làm giảm chênh lệch khi tăng các kim loại vết ở 1 số sông ở
New York Trong các loài muỗi, Orthocladinae được biết với mức chịu đựng vừa phải nồng độ các kim loại trong môi trường trong khi Tanytarsini rất nhạy cảm với
Cu Một số các động vật phù du nhạy cảm hơn ở giai đoạn phát triển sớm và trở nên kém nhạy cảm khi chúng trưởng thành Giáp xác nước ngọt có tỷ lệ chết cao hơn và thích nghi với sự thay đổi khi tiếp xúc với nồng độ Cu cao
Tác động lên độ phong phú, sinh trưởng, thích nghi, sự biến dạng
Không có sự khác nhau lớn về mật độ của midge, giun ít tơ giữa thủy vực nước ngọt bị ô nhiễm ở New York và 1 thủy vực đã được kiểm soát (kém ô nhiễm) Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm trên muỗi và giun ít tơ từ 2 dạng thủy vực gợi ý rằng giun ít tơ từ vùng bị ô nhiễm nặng chịu đựng tốt hơn với độc tính cadmium Sự tháo nước trong nông nghiệp chứa As, Bo, Li, Mb và gây độc hại nghiêm trọng cho nhiều ĐVKXS thủy vực Cu và các kim loại nặng khác xuất hiện gây nguy hiểm cho các quần thể sinh vật ở nước vào mùa xuân và mùa hè nhiều hơn mùa thu Người ta thấy rằng với cùng 1 lượng kim loại vào mùa hè sát với ngưỡng chết của nhiều ĐVKXS cỡ lớn và những giai đoạn phát triển sớm dễ bị ảnh hưởng hơn
Sự dị dạng của midge mouthparts vẫn đang được ứng dụng như 1 chỉ thị sinh học cho sự nhiễm kim loại nặng và nhiễm kim loại nói chung ĐVKXS thủy vực tiếp xúc với chất thải từ các công ty phân bón đã làm tăng tỷ lệ dị dạng, có lẽ đó là kết quả của sự kết hợp ngẫu nhiên giữa kim loại và phân bón Tuy nhiên, ĐVKXS ở
Trang 14- 13 -
1 số vùng đầm lầy ở Canada bị ô nhiễm dầu không có tỷ lệ biến dạng cao khác thường Ở các đầm lầy và suối Ontario, biến dạng về hình thái giải phẫu miệng của midge do bị kết hợp với các chất ô nhiếm trong nông nghiệp, công nghiệp, gia đình Phạm vi ảnh hưởng của sự biến đổi hình dạng sinh vật ở vị trí bị kiểm soát ngược dòng từ nguồn ô nhiễm là 9% và 47% xuôi dòng từ nguồn Các nghiên cứu khác cho thấy rằng chỉ số về trọng lượng và chiều rộng của bao vỏ đầu của ấu trùng
Chironomus có thể dùng như những điểm cuối cho các thử nghiệm độc tính gây ra
việc giảm sinh trưởng với sự chậm phát triển các hình sao của loài này Quan sát các phản ứng thích nghi của ĐVKXS cỡ lớn đã được đề xuất như khảo sát mang ý nghĩa đánh giá nhanh, có giá trị mức gây chết khi chúng tiếp xúc với chất gây ô nhiễm
Sự tích tụ sinh học
Nhìn chung, hàm lượng kim loại cao hơn được phát hiện ở những động vật trong trầm tích bị ô nhiễm Hơn nữa, sự tăng nồng độ kim loại nặng như Zn, Cu trong động vật đáy thường tăng ở các ĐVKXS Ở 3 hồ thuộc Canada, nồng độ các
kim loại nặng trong tôm Cambarus bartoni có tương quan với nồng độ kim loại
trong nước/trầm tích
Quan trắc sự tích tụ kim loại nặng trong mô ĐVKXS có thể là chỉ số chính xác hơn về tác động của kim loại so với nồng độ trong cột nước Ví dụ, côn trùng nước ăn thực vật bám quanh rễ cây hoặc mảnh vụn hữu cơ tích tụ nồng độ kim loại
cao hơn côn trùng ăn động vật Loài ve nước Limnesia maculata và côn trùng sống gần nước Mystacides tích tụ kim loại vết từ môi trường xung quanh và từ ấu trùng
muỗi bị nhiễm chất ô nhiễm mà chúng ăn phải Tích tụ sinh học thường tác động đến điều kiện của các động vật riêng lẻ vì vậy có thể đoán biết chất lượng quần xã
và sự đa dạng các loài Ví dụ, trọng lượng khô của các cá thể Thân mềm Anodata grandis giảm đi vì nồng độ cadmium trong mô của chúng tăng lên
Một vài nhân tố được tìm thấy có ảnh hưởng mức độ tích tụ sinh học Ở vùng Đông Bắc Ontario, nồng độ thủy ngân methyl trong mô của ĐVKXS như Odonata, Corixidae, Gerridae, Gyrinidae, Phryganeidae/Polycentropodidae biểu thị qua phản ứng tăng nồng độ khi có sự lan tràn Tính chất lưu thông giải thích cho việc thay đổi nồng độ thủy ngân trong tôm ở 13 hồ nước vùng Ontario Nhiệt độ ấm hơn gây ra
việc tăng nồng độ Cu, cadmium ở các loài đẳng túc Asellus aquaticus, trong khi sự
tích tụ Pb giảm khi nhiệt độ ấm lên
