Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn nhằm xây dựng, thử nghiệm bộ chỉ thị sinh học phục vụ quan trắc môi trường các lưu vực sông của việt nam áp dụng thử nghiệm cho lưu vực sông nhuệ đáy phân tích, đánh giá các hệ thố

Vận dụng sáng tạo và phát triển các ý tưởng từ các nghiên cứu quốc tế, kết hợp với những kinh nghiệm và kiến thức thực tiễn trong điều kiện môi trường nước ta, việc nghiên cứu sử dụng si

CHUYÊN ĐỀ

PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ CÁC HỆ THỐNG CHỈ THỊ SINH HỌC CHO MÔI TRƯỜNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG

ĐÃ ĐƯỢC NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG

TRONG NƯỚC

MỞ ĐẦU

Vấn đề ô nhiễm môi trường nói chung và vấn đề ô nhiễm môi trường nước nói riêng đang trở thành mối quan tâm của toàn xã hội Vận dụng sáng tạo và phát triển các ý tưởng từ các nghiên cứu quốc tế, kết hợp với những kinh nghiệm và kiến thức thực tiễn trong điều kiện môi trường nước ta, việc nghiên cứu sử dụng sinh vật chỉ thị để đánh giá chất lượng môi trường nước cũng đã được tiến hành trong các năm gần đây và đạt được 1 số thành tựu nhất định

Việc áp dụng phương pháp sinh học trong đánh giá chất lượng nước ngày nay đã được nhiều nước trên thế giới quan tâm và áp dụng Tuy nhiên, sử dụng các chỉ thị sinh vật để quan trắc, đánh giá chất lượng môi trường nước còn chưa được

áp dụng nhiều ở nước ta Hiện nay chưa có những tiêu chuẩn sinh học cụ thể hay các chỉ số sinh học đánh giá chất lượng nguồn nước mặt Cần phải có những nghiên cứu trên nhiều khu vực để xây dựng một hệ thống chỉ số sinh học dùng để đánh giá chất lượng nước phù hợp cho từng vùng Nhìn nhận môi trường thủy vực dưới góc

độ sinh thái cũng như nghiên cứu sử dụng sinh vật chỉ thị môi trường mới chỉ bắt đầu để cập nhưng chưa được thực hiện đồng bộ trên quy mô lớn, và mới chỉ dừng ở mức đánh giá định tính Vì vậy chưa có chỉ số riêng cho từng khu vực để đánh giá giám sát chất lượng thủy vực quốc gia

Phân tích, đánh giá các hệ thống chỉ thị sinh học cho môi trường nước lưu vực sông đã được nghiên cứu và xây dựng ở Việt Nam với mục đích xem xét phương pháp nghiên cứu và số liệu thu được, tiếp thu, thừa kế những thành tựu góp phần xây dựng bộ chỉ thị có tính ứng dụng phổ biến trên quy mô rộng lớn, phù hợp với các điều kiện lưu vực sông nước ta và tính chính xác cao về cả mặt định tính và định lượng

I GIỚI THIỆU CHUNG

Từ những năm 1960 ở Việt Nam đã có những nghiên cứu về tác động của nước thải đến số lượng và thành phần các động vật không xương sống cỡ lớn, nhưng hầu hết những nghiên cứu này tập trung vào sinh vật ở các thuỷ vực trong một số thị trấn và thành phố chính Việc nhìn nhận môi trường nước dưới góc độ sinh thái học cũng như nghiên cứu sinh vật chỉ thị đánh giá chất lượng môi trường thủy vực mới bắt đầu được quan tâm từ những năm 1980 trở lại đây Đặng Ngọc Thanh (1980) nghiên cứu tác động của ô nhiễm các chất độc như thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ lên khu hệ thủy sinh vật cho biết, sau khi phun một số loại thuốc trừ sâu thì ấu trùng Chirononidae, tôm mất hẳnvà chỉ xuất hiện trở lại sau 8 - 12 ngày, còn tôm thì sau 50 ngày vẫn chưa thấy xuất hiện

Mặc dù việc đánh giá mức độ ô nhiễm các thủy vực đã được quan tâm từ lâu, nhưng cho tới năm 1995 hầu như chưa có hệ thống phân loại độ nhiễm bẩn của các thuỷ vực Nguyễn Xuân Quýnh khi xác định mức độ ô nhiễm một số thủy vực ở Hà Nội đã xem tỷ lệ thành phần loài và số lượng của một số nhóm thủy sinh như Trùng bánh xe, giáp xác Chân chèo, giáp xác Râu ngành, ấu trùng Chironomidae, Giun ít

tơ là những chỉ số đánh giá quan trọng cho các mức ô nhiễm Khảo sát các hồ ở Hà Nội còn cho thấy, ở hầu hết các hồ có hàm lượng PO43- và NO3- cao thì trong thành phần tảo, nhóm tảo Lục với các loài thuộc chi Scenedesmus thường rất phát triển nên có thể dùng làm chỉ thị sinh học trong quan trắc chất lượng nước Khảo sát trong các nhóm Động vật phù du tại đây thì nhóm Rotatoria và Cladocera phát triển mạnh nhất Dường như không thấy nhóm Calanoida trong các hồ này (Đặng Ngọc Thanh, 2002)

Gần đây, năm 2005 có công trình của Nguyễn Tác An và các cộng tác viên, dựa vào quần thể tuyến trùng Nematoda (Giun tròn) và kết quả tính toán chỉ số đa dạng Shannon (H’) cho quần xã thực vật và động vật phù du đánh giá chất lượng môi trường nước một số đầm, vịnh ven biển như vịnh Cam Ranh, vịnh Nha Trang, vịnh Hạ Long, đầm Nha Phu, đầm Thị Nại ; bước đầu đề xuất một số loài tuyến trùng chỉ thị cho chất lượng môi trường ven biển

Vừa qua có một số tiêu chuẩn quốc gia liên quan đến chất lượng sinh học nước đã được Nhà nước ban hành như: TCVN 7176:2002 về Phương pháp lấy mẫu sinh học- Hướng dẫn lấy mẫu động vật không xương sống cỡ lớn bằng vợt cầm tay; TCVN 7177:2002 về Hướng dẫn thiết kế và sử dụng dụng cụ lấy mẫu định lượng đối với động vật không xương sống cỡ lớn trên nền đá ở vùng nước nông… Do

xử lý và đánh giá số liệu về thực trạng chất lượng môi trường nước, cho nên chưa thể xây dựng ở Việt Nam một hệ thống các chỉ số sinh học độc lập để đánh giá và quan trắc chất lượng môi trường nước và có thể dự báo được diễn thế của chúng dưới tác động ngày càng gia tăng của con người

Chuyên đề này sẽ điểm lại một số nghiên cứu điển hình đã được thực hiện trong nước về vấn đề sử dụng chỉ thị sinh học nhằm đánh giá chất lượng nước sông Các nghiên cứu này chính là cơ sở bước đầu cho việc đề xuất một Bộ chỉ thị thống nhất ở Việt Nam sau này

Dù mới đang ở những bước đầu tiên, việc sử dụng các sinh vật chỉ thị để quan trắc, đánh giá chất lượng môi trường nước còn rất mới đối với nước ta, các nghiên cứu sử dụng sinh vật chỉ thị môi trường mới bắt đầu đề cập nhưng chưa được thực hiện đồng bộ và mới dừng ở đánh giá định tính tuy nhiên nó sẽ góp phần đánh giá hiện trạng môi trường một cách toàn diện, cảnh báo những tác động tiêu cực khi tác động đến các hệ sinh thái hoặc khi chuyển hệ sinh thái tự nhiên sang các dạng khác, đem lại hiệu quả đáng kể trong công tác kiểm soát chất lượng môi trường và ra quyết định trong tất cả các lĩnh vực kinh tế xã hội đảm bảo mục tiêu phát triển bền vững

II NHỮNG NGHIÊN CỨU DÙNG SINH VẬT CHỈ THỊ Ở VIỆT NAM

II.1 Giám sát sinh học môi trường nước ngọt bằng động vật không xương sống

cỡ lớn

Nghiên cứu được thực hiện bởi nhóm các nhà khoa học thuộc trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên- ĐHQGHN phối hợp cùng nhóm các nhà khoa học Anh quốc diễn ra trong 3 năm 1998-2000

Mẫu nghiên cứu được thu thập vào tháng 4 và tháng 8 năm 1999 Ở bắc Việt Nam, các địa điểm thu mẫu được lấy theo thứ tự 1 con suối nhỏ, chảy mạnh trên núi Tam Đảo, chảy chậm qua những địa điểm ở đồng bằng xung quanh là đồng lúa, cuối cùng đổ ra sông Cầu, với các nguồn ô nhiễm tiềm năng khác nhau bao gồm nước thải từ các thành phố, thị trấn và các ngành công nghiệp cũng như nông nghiệp Ở miền Nam, các địa điểm lấy mẫu được chọn ở trong và xung quanh thành phố cao nguyên Đà Lạt, những điểm thuộc suối đổ ra sông Đa Nhim, bao gồm 1 phạm vi rộng về các điều kiện vật lý và hóa học Tổng số có 14 điểm thu mẫu ở miền Bắc và 15 điểm thu mẫu ở miền Nam Tuy nhiên có 1 số điểm không thể thu mẫu vì mùa khô, mực nước quá thấp, hoặc vào mùa mưa, mực nước quá cao không thể thực hiện thu mẫu

Kết quả nghiên cứu là đã xây dựng nên khóa định loại động vật không xương sống (ĐVKXS) cỡ lớn đến cấp họ, thiết lập quy trình lấy mẫu và hệ thống tính điểm

sử dụng trong quan trắc sinh học đối với các thủy vực nước chảy Việt Nam (VN)

Có thể coi đây là những kết quả ban đầu làm cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo nhằm từng bước hoàn thiện quy trình quan trắc đánh giá chất lượng nước thông qua sinh vật chỉ thị là ĐVKXS cỡ lớn ở VN

Với mục tiêu nghiên cứu về mặt định tính khu hệ ĐVKXS cỡ lớn ở 1 khúc sông có thể cho ta thông tin về chất lượng môi trường ở đó Từ chính những dẫn liệu thu được có thể phát hiện được những thay đổi thực tế về chất lượng môi trường ở một hay nhiều địa điểm, phát hiện được những sự khác nhau về không gian trong chất lượng môi trường nước của 1 dòng sông hay cả vùng nghiên cứu

Từ nghiên cứu này, nhóm tác giả đã đưa ra Hệ thống điểm BMWP Vietnam sử dụng cho Việt Nam

Bảng 1 Hệ thống điểm BMWP Vietnam sử dụng cho Việt Nam

a) Ephemeroptera : Heptageniidae, Leptophlebiidae, Ephemerellidae, Potaminthidae,

b) Plecoptera : Leuctridae, Perlidae, Perlodidae (Stoneflies)

c) Hemiptera : Aphelocheiridae (bugs)

d) Odonata : Amphipterygidae (damselflies and Dragonflies)

e) Trichoptera : Phryganeidae, Molannidae, Odontoceridae/Brachycentridae,

Leptoceridae, Goeridae, Lepidostomatidae (caddis-flies)

b) Trichoptera : Psychomyiidae, Philopotamidae (caddis-flies)

a) Ephemeroptera : Caenidae (mayflies) 7 b) Plecoptera : Nemouridae (stoneflies)

c) Trichoptera : Rhyacophilidae, Polycentropodidae, Limnephilidae (Caddis-flies)

a) Mollusca : Neritidae, Ancylidae (snails) 6 b) Crustacea: Atyidae, Palaemonidae (Prawns, Shrimps)

c) Trichoptera : Hydroptilidae (caddis-flies)

d) Odonata : Lestidae, Agriidae (Calopterygidae), Gomphidae, Cordulegastridae,

Aeshnidae, Corduliidae/Libellulidae, Coenagrionidae/Platycnemidae, Chlorocyphidae,

Macromidae (dragonflies)

a) Hemiptera : Veliidae, Mesovelidae, Hydrometridae, Gerridae, Nepidae, Naucoridae,

Notonectidae, Belostomatidae, Hebridae, Pleidae, Corixidae (bugs) 5 b) Coleoptera : Haliplidae, Dytiscidae, Gyrinidae, Hydraenidae, Hydrophilidae,

Hygrobiidae, Helodidae, Dryopidae, Elmididae, Chrysomelidae, Curculionidae,

Psephenidae, Ptilodactylidae (beetles)

c) Trichoptera : Hydropsychidae (caddis-flies)

d) Diptera : Tipulidae, Simuliidae (dipteran flies)

e) Platyheminthes : Planariidae (Dugesiidae) (triclads)

f) Mollusca : Viviparidae, Amblemidae (bivalves)

a) Ephemeroptera : Baetidae/Siphlonuridae (mayflies) 4 b) Megaloptera : Sialidae, Corydalidae (alderflies and dobsonflies)

c) Mollusca: Pilidae, Unionidae (snails, bivalves), Pachychilidae

d) Oligochaeta : Piscicolidae (leeches)

a) Mollusca : Hydrobiidae (Bithyniidae, Triculinae), Lymnaeidae, Planorbidae, Thiaridae,

Corbiculidae, Sphaeriidae (Pisidiidae) (snails, bivalves) 3 b) Oligochaeta : Glossiphoniidae, Hirudidae, Erpobdellidae (leeches)

c) Crustacea : Parathelphusidae (crabs)

d) Odonata : Protoneuridae (dragonflies)

Nguồn: Stepan Mustow, 1997; Nguyen Xuan Quynh, Mai Dinh Yen, Cliver Pinder,

Steve Tilling, 2000 có sửa đổi

- Điểm số của BMWP được tính như sau:

• Mẫu vật sau khi thu thập được tại các thuỷ vực, tiến hành phân loại và nhận biết chúng Lập ra một bảng danh sách các ĐVKXS cỡ lớn thu được tại khu vực lấy mẫu

• Dựa vào thành phần các họ tương ứng với các họ có mặt trong bảng tính điểm BMWP để tính theo từng họ (Bảng tính điểm BMWP), nếu họ nào không có trong bảng tính điểm thì có thể bỏ qua

• Cộng tất cả các điểm số thu được từ mỗi họ tại từng điểm nghiên cứu ta sẽ được điểm số tổng cộng BMWP

• Sau khi có điểm tổng cộng BMWP, tính điểm số trung bình hay còn gọi là ASPT (Average Score Per Taxon) bằng cách lấy tổng số điểm chia cho tổng số

họ đã tham gia tính điểm Điểm số ASPT là chỉ số sinh học tương ứng với một mức chất lượng nước Chỉ số này trong khoảng từ 1-10

Bảng 2 Xếp loại mức độ ô nhiễm các thủy vực theo hệ thống điểm BMWP

Thứ

hạng Chỉ số ô nhiễm (ASPT) hay chỉ số sinh học (Bio-index) Đánh giá chất lượng nước

I 10 - 8 Không ô nhiễm, nước sạch

Việt Nam, nghiên cứu đã đưa ra một số nhận xét sau:

• Hầu hết các thuỷ vực sông suối miền núi đều có giá trị ASPT tương ứng

từ mức Ô nhiễm nhẹ đến Khá ô nhiễm Không có điểm khảo sát nào có môi trường nước đạt mức Không bị ô nhiễm (nước sạch) Trong khi đó, các kết quả phân tích

môi trường nước thông qua các chỉ số thuỷ lý hoá chỉ danh ô nhiễm hữu cơ tại hầu hết các thuỷ vực ở đây cho thấy chất lượng nước đều dưới mức giới hạn cho phép nhiều lần theo tiêu chuẩn Việt Nam Điều đó cho thấy các mức phân hạng môi

trường nước các thuỷ vực sông suối theo hệ thống điểm BMWP có thể sử dụng để cảnh báo về chất lượng môi trường sinh thái thuỷ vực

• Giá trị điểm tính được phụ thuộc khá nhiều vào chất lượng lấy mẫu và kích thước mẫu Một quy trình lấy mẫu nhất quán sẽ cho điểm số ASPT chính xác

và tin cậy Kích thước mẫu lớn cho tổng số điểm cao, nhưng điểm ASPT có thể không cao, do số lượng các taxon tham gia tính điểm nhiều, trong đó nhiều họ thường có điểm chuẩn không cao Điều đó cho thấy điểm BMWP có thể bị ảnh hưởng bởi tính mùa vụ hoặc điều kiện tự nhiên, trong khi đó, điểm ASPT sẽ ít bị tác động hơn

• Hệ thống tính điểm áp dụng cho Anh, Thái Lan và hệ thống tính điểm cải tiến áp dụng cho Việt Nam đưa ra giá trị điểm trung bình cho những taxon tham gia tính điểm (ASPT) không chênh lệch nhau nhiều Điều đó cho thấy có thể cải tiến hệ thống tính điểm (thay thế các họ không có bằng các họ phổ biến, thay đổi điểm chuẩn cho một số họ) để phù hợp với đặc điểm riêng về khu hệ cũng như tiêu chuẩn môi trường của mỗi Quốc gia và từng vùng

• Ở một số quốc gia như Bỉ, lấy điểm sinh học > 6 là giới hạn chấp nhận với tiêu chuẩn nước mặt cho năm 1995 Ở Việt Nam hiện nay, đề xuất điểm sinh học giới hạn cho tiêu chuẩn nước mặt để phấn đấu là > 5, tương ứng với chất lượng nước ở mức ô nhiễm vừa (β Mesotrobic)

• Cuối cùng, do yêu cầu phân tích chỉ đến bậc phân loại là họ, nên việc thu mẫu, phân tích và tính điểm theo hệ thống BMWP là không khó khăn nhiều cho nhân viên phân tích (không phải là một nhà phân loại học) nếu được qua một khóa tập huấn ngắn

Nghiên cứu đã đạt được 3 mục tiêu:

• Bước đầu đánh giá các quần xã ĐVKXS trong mối liên quan của nó với các đặc điểm môi trường bao gồm chất lượng của những con sông và suối ở Việt Nam

• Phương pháp BMWP phản ánh những điều kiện địa phương thông qua việc bổ sung thêm một số họ không có trong hệ thống gốc ở Anh và sửa đổi các giá trị điểm số phân bố theo họ trong đó, sao cho phù hợp với các điều kiện Việt Nam

• Đánh giá hiệu lực của phương pháp đã áp dụng đối với 1 loạt các địa điểm có sự khác nhau về các đặc điểm vật lý và hóa học trên những hệ thống sông ngòi Việt Nam

II.2 Ứng dụng phương pháp nghiên cứu đa dạng sinh học hệ sinh thái thủy vực vào sinh quan trắc chất lượng môi trường nước Việt Nam:

Nghiên cứu của Nguyễn Vũ Thanh và cộng tác viên sử dụng tính đa dạng của quần xã động vật không xương sống (ĐVKXS) cỡ lớn và trung bình trong sinh quan trắc môi trường Phương pháp này có các ưu thế sau:

• Số lượng cá thể, tổng số họ, giống, loài…của quần xã ĐVKXS lớn và trung bình phản ánh tương đối chính xác hiện trạng chất lượng nước của khu vực, nếu quần

xã ĐVKXS lớn và trung bình đa dạng, với sự phát triển bền vững của nhiều loài, nhiều họ thì chất lượng nước sẽ tốt, tác động ô nhiễm ít hoặc không đáng kể và ngược lại, chất lượng nước nguồn sẽ bị tác động, xấu đi nếu nhiều trong số các

họ của ĐVKXS lớn và trung bình bị mất đi;

• Sự phát triển quần xã ĐVKXS lớn và trung bình trong các hệ sinh thái thủy vực không tách rời với sự phát triển ở một vài giai đoạn nào đó trong chu trình sống của ấu trùng côn trùng nước và các nhóm ĐVKXS khác, vì vậy sự hiện diện của các nhóm côn trùng nước như Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera luôn luôn

là thước đo bắt buộc trong tính tổng số điểm (BWMP), điểm trung bình (ASTP)

và xác định các chỉ số sinh học cụ thể khác (BDI);

• Các nhóm ĐVKXS cỡ lớn và trung bình có hàng loạt ưu điểm hơn so với các nhóm động vật khác ở chỗ: chúng có mặt ở mọi sinh cảnh, vòng đời tương đối ngắn, sinh sản nhanh, số lượng cá thể lớn, hầu như không di chuyển khỏi chỗ cư trú, dễ thu mẫu, mẫn cảm với các tác động của môi trường;

• Đối với nhóm ĐVKXS lớn và trung bình, để đánh giá và sinh quan trắc chất lượng nước sông, taxon chính được sử dụng là Họ, trong trường hợp cần thiết như phải tính toán các chỉ số sinh học và chỉ số môi trường Warwick thì phải định loại tới giống hoặc loài mặc định;

• Có thể huy động được sự tham gia của nhiều người, nhiều tổ chức nghiên cứu quản lý khoa học và xã hội như các Viện, trường đại học, các sở Tài nguyên và Môi trường, các trường học, các trạm quan trắc nước sông, hồ quốc gia Thời gian tập huấn không kéo dài, yêu cầu trang thiết bị không tốn kém và nếu được

tổ chức tập huấn định kỳ thì sẽ làm được;

• Ở Việt Nam đã tiến hành nghiên cứu nhóm ĐVKXS lớn và trung bình nhiều năm qua và tích lũy được một số kinh nghiệm và cũng đã có được một số bộ số liệu chuẩn (điều tra khảo sát cơ bản từ những ngày các thủy vực còn chưa bị

hoặc ít bị tác động ô nhiễm) để tiến hành các nghiên cứu so sánh và hoàn thiện tiêu chuẩn này

Một cách tổng quát có thể dựa vào cấu trúc quần xã để phân loại chất lượng môi trường Cấu trúc được thể hiện ở các mức độ khác nhau và khi chưa có hệ thống phân loại quốc gia chính thức, có thể lập một số bảng phân loại và điểm số phục vụ cho mục đích trên

Bảng 3 Phân loại với năm dải chất lượng ĐVKXS cỡ lớn và trung bình

Phân loại chất lượng ĐVKXS

cỡ lớn và trung bình

Giải thích

Rất tốt Quần xã tương đương hoàn toàn hoặc gần như hoàn toàn với

quần xã của nơi chưa bị tác động nhân tạo hoặc được coi là không đáng kể (không bị xáo trộn)

Tốt Có các thay đổi nhỏ trong quần xã được quan sát khi so sánh

với quần xã đối chứng

Trung bình Quần xã được quan sát không giống ở mức đáng kể và nhiều

nhóm bị thiếu so với danh mục phân loại của quần xã đối chứng Xấu Quần xã được quan sát không giống ở mức đáng kể và nhiều

nhóm bị thiếu so với danh mục phân loại của quần xã đối chứng Rất xấu Quần xã được quan sát bị suy giảm trầm trọng khi được so sánh

với quần xã đối chứng Chỉ có mặt các nhóm phân loại có khả năng sống trong điều kiện cực kỳ bị xáo trộn

Nguồn: TCVN 6966:2001

Để góp phần hoàn thiện phương pháp quan trắc dựa trên sự hiểu biết đầy đủ

về độ đa dạng của hệ sinh thái nước, nhất thiết phải tiến hành các nghiên cứu toàn diện đa dạng sinh học của các hệ sinh thái đặc trưng cho các vùng lãnh thổ khác nhau trong cả nước Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng và có thể áp dụng riêng lẻ hay phối kết hợp tuỳ đặc trưng của từng vùng nghiên cứu Các chỉ số đa dạng Shannon- Weaver và Margalef, chỉ số ưu thế Simpson và chỉ số đồng đều Pielou đã được sử dụng rộng rãi trong sinh quan trắc và sẽ hoàn thiện hơn nếu sử dụng phương pháp so sánh ABC (Abundance Biomass Comparison Curves) với chỉ

số Warwick

Kết quả nghiên cứu đối chiếu cho thấy, để thực hiện phân loại chất lượng nước ở phạm vi lớn hoàn toàn có thể sử dụng phương pháp cho điểm theo bản điểm sinh học của các Họ sinh vật thuỷ sinh Phương pháp này cho phép khắc phục khó khăn trong việc phân loại các nhóm sinh vật đến thứ hạng loài và nhờ vậy việc sinh quan trắc môi trường nước không còn hạn chế nào đáng kể nữa Qua những đợt tập