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 đề xuất các chỉ thị sinh học c

Các thông số này có thể là một loài hoặc nhóm loài mà các chỉ số về chức năng, mật độ và sự tồn tại của chúng được sử dụng để xác định tính nguyên vẹn của môi trường và hệ sinh thái.. ĐỀ

ĐỀ XUẤT BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC PHỤC VỤ QUAN TRẮC

CHẤT LƯỢNG NƯỚC CỦA THỦY VỰC NƯỚC CHẢY Ở VIỆT NAM

1 MỞ ĐẦU: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1 Chỉ thị môi trường: là thông số cơ bản phản ánh các yếu tố đặc trưng của môi

trường phục vụ mục đích đánh giá, theo dõi diễn biến chất lượng môi trường, lập báo cáo hiện trạng môi trường

2 Chỉ thị sinh học: là các thông số liên quan đến sinh vật được sử dụng để đánh giá

chất lượng hoặc sự biến đổi của môi trường Các thông số này có thể là một loài hoặc nhóm loài mà các chỉ số về chức năng, mật độ và sự tồn tại của chúng được sử dụng để xác định tính nguyên vẹn của môi trường và hệ sinh thái

3 Bộ chỉ thị môi trường: là tập hợp các chỉ thị môi trường

4 Bộ chỉ thị sinh học: là tập hợp các chỉ thị sinh học

5 Bộ chỉ thị đầy đủ: là toàn bộ các chỉ thị, được sử dụng khi có đầy đủ, toàn diện các

điều kiện và dữ liệu để xây dựng bộ chỉ thị này

6 Bộ chỉ thị rút gọn: là tập hợp các chỉ thị đáp ứng được các điều kiện hiện tại, được

chọn lọc từ bộ chỉ thị môi trường đầy đủ

2 ĐỀ XUẤT BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC ĐẦY ĐỦ

Trong điều kiện có đầy đủ các trang thiết bị nghiên cứu, chuyên gia phân loại nghiên cứu sâu trong các lĩnh vực, kinh phí cho phép, có thể triển khai Bộ chỉ thi sinh học đầy đủ, với các nhóm đối tượng sau:

- Thực vật nổi (Phytoplankton)

- Thực vật bám (Periphyton)

- Thực vật thuỷ sinh lớn (Macrophyta)

- Động vật nổi (Zooplankton)

- Động vật không xương sống đáy cỡ lớn (Macrobenthos)

- Động vật không xương sống đáy cỡ trung bình và giun tròn (Nematoda)

- Cá (Pisces)

Việc kết hợp nhiều nhóm đối tượng và nhiều loại chỉ thị sẽ cho phép có được những đánh giá đúng đắn nhất về chất lượng nước trong mỗi thuỷ vực

2.1 Thực vật nổi (Phytoplankton)

2.1.1 Loài/chi tảo chỉ thị

Trong các thuỷ vực, tảo là một nhóm sinh vật chỉ thị quan trọng để đánh giá chất lượng nước Ngày nay, các nhà sinh học trên thế giới đã sử dụng nhiều loài tảo khác nhau làm sinh vật chỉ thị để đánh giá chất lượng, xác định nguyên nhân gây ô nhiễm,

dự báo diễn biến môi trường thủy vực Palmer (1980) đã xác định được 46 loài tảo nước ngọt chỉ thị cho nước sạch, 50 loài và dưới loài thường có mặt trong vùng nước ô nhiễm hữu cơ Các dẫn liệu của Đặng Đình Kim và cộng sự trong những năm gần đây

đã xác định một số loài tảo lam (Cyanophyta) thuộc các chi Microcystis, Anabaena chỉ

thị cho môi trường nước giàu hữu cơ Tuy nhiên, các nhóm tảo này thường phát triển ở các thuỷ vực nước đứng như hồ, ao

Với môi trường nước chảy, các loài tảo thuộc ngành tảo Vàng ánh

(Chrypsophyta) là Dinobryon có thể chỉ thị môi trường nước sạch, dinh dưỡng ít Một

số loài thuộc các chi Oscillatoria (tảo lam), Scenedesmus, Spyrogira (tảo lục),

Melosira (tảo Silic) và nhiều loài trong ngành tảo mắt (Euglenophyta) chỉ thị cho môi

trường giàu dinh dưỡng, hoặc dinh dưỡng trung bình

Dựa trên các nghiên cứu trong và ngoài nước, kết hợp với khảo sát thực tế, nhóm nghiên cứu đã đề xuất danh sách các chi tảo có thể sử dụng để làm chỉ thị cho chất

lượng nước (Bảng 1)

Bảng 1 Các chi trong nhóm Thực vật phù du có thể sử dụng để xác định mức độ

ô nhiễm của môi trường nước

Những chi thường có mặt ở thuỷ

(1) Tỷ lệ giữa các taxon tảo theo Fefoldy Lajos

Bảng 2 Tỷ lệ giữa các taxon tảo tương ứng với các bậc dinh dưỡng nước

Tỷ lệ giữa các taxon Nghèo dinh

dưỡng

Dinh dưỡng trung bình

Chl = Chlorococcales (số loài thuộc bộ Chlorococcales, ngành tảo lục);

C = Centrales (số loài thuộc bộ tảo silic trung tâm, ngành tảo silic);

D = Desmidiaceae (số loài thuộc họ Desmidiaceae, bộ Desmidiales, ngành tảo lục);

E = Euglenophyta (số loài thuộc ngành tảo mắt)

(2) Công thức của Nygaard (1948)

Cy + Chl + C + E

Q =

D

Trong đó: Q = Chỉ tiêu đánh giá

Cy = Cyanophyta (số loài thuộc ngành tảo lam);

Chl = Chlorococcales (số loài thuộc bộ Chlorococcales, ngành tảo lục);

C = Centrales (số loài thuộc bộ tảo silic trung tâm, ngành tảo silic);

D = Desmidiaceae (số loài thuộc họ Desmidiaceae, bộ Desmidiales, ngành tảo lục);

E = Euglenophyta (số loài thuộc ngành tảo mắt)

Bảng 3 Chỉ số Q tương ứng với các bậc dinh dưỡng nước

Chỉ số đánh giá Nghèo dinh dưỡng Dinh dưỡng trung bình Phú dưỡng

Bảng 4 Chỉ số Q tương ứng với các bậc dinh dưỡng nước

Chỉ số đánh giá Nghèo dinh dưỡng Dinh dưỡng trung bình Phú dưỡng

ni

H′ = − ∑ lg2

S: Tổng số loài trong một mẫu thu

Ni: Số cá thể của loài i trong mẫu thu

N: Tổng số cá thể trong mẫu

Từ kết quả Chỉ số Shannon – Weiner (H') tính được, ta có thể đánh giá tính ĐDSH của hệ sinh thái theo các bậc sau:

Bảng 5 So sánh giá trị của chỉ số Shannon - Weiner với mức độ ĐDSH

Dv = H'2 / H'max = H'2 / log2S

Giá trị Dv được phân hạng theo 5 bậc như sau:

Bảng 6 So sánh giá trị của chỉ số Dv với mức độ ĐDSH

Giá trị Dv Mức ĐDSH

> 3,5 Tính đa dạng rất phong phú 2,6 – 3,5 Tính đa dạng phong phú 1,6 – 2,5 Tính đa dạng tương đối tốt 0,6 – 1,5 Tính đa dạng bình thường

(2) Chỉ số Margalef

N

S D

áp dụng để phân loại mức độ ô nhiễm của thuỷ vực

Từ kết quả chỉ số đa dạng Margalef tính được, ta có thể đánh giá tính ĐDSH của

hệ sinh thái theo các bậc sau:

Bảng 7 So sánh giá trị của chỉ số Margalef với mức độ ĐDSH

Giá trị D Mức ĐDSH

> 3,5 Tính đa dạng rất phong phú

2,6 – 3,5 Tính đa dạng phong phú 1,6 – 2,5 Tính đa dạng tương đối tốt 0,6 – 1,5 Tính đa dạng bình thường

Ngoài ra, hệ số Shannon – Weiner (H') và Margalef (D) thường được dùng phổ biến trong việc đánh giá mức độ ô nhiễm một thuỷ vực căn cứ vào hiện trạng tính đa dạng của quần xã thuỷ sinh vật sống trong đó, theo một bảng tính sẵn, có gía trị từ

H ′>4.5 (rất sạch) tới H ′<1 (rất ô nhiễm)

Bảng 8 So sánh giá trị của chỉ số Shannon – Weiner và Margalef

với chất lượng nước Chỉ số đa dạng (H' và D) Chất lượng nước

< 1 Rất ô nhiễm-bẩn (Polysaprobic)

1 - 2 Ô nhiễm-bẩn (α -Polysaprobic)

> 2 - 3 Khá ô nhiễm-bẩn (α-mesosaprobic)

Ô nhiễm-bẩn vừa (β-mesosaprobic)

> 3 - 4,5 Tương đối sạch (Oligosaprobic)

+ Tính toán được đầy đủ các chỉ số đa dạng

+ Chi phí không nhiều

- Nhược điểm: Yêu cầu phải là chuyên gia nghiên cứu sâu trong lĩnh vực phân loại học về tảo (thực vật nổi) Thiết bị nghiên cứu phân loại và đếm số lượng trong phòng thí nghiệm là kính hiển vi với độ phóng đại 400-1000 lần

2.2 Thực vật bám (Periphyton)

Loài/chi chỉ thị

Quần xã thực vật bám đáy là chỉ thị rất tốt về ô nhiễm cục bộ cho loại thủy vực nước chảy, đặc biệt là suối Thực vật bám đáy nước ngọt là các loài tảo (thuộc tảo lục, tảo silíc hoặc tảo lam), có dạng đơn bào, hoặc dạng sợi, thường bám trên các giá thể ở đáy như sỏi, đá tảng Thực vật bám đáy có dạng khảm, dạng màng mỏng, màng dày, sợi Thực vật bám đáy có những đặc tính thuận lợi làm chỉ thị như sau:

- Tảo nhìn chung có tốc độ sinh sản nhanh, chu kỳ sống rất ngắn, có thể sử dụng chúng làm chỉ thị tác động ngắn hạn

- Là nhóm sản sinh sơ cấp, tảo bị ảnh hưởng trực tiếp nhất bới các tác động vật lý

và hóa học

- Thu mẫu dễ, rẻ, cần ít người tham gia

- Đã có các phương pháp chuẩn đánh giá các đặc điểm chức năng, cấu trúc không phải phân loại học (non- taxonomic) của các quần thể tảo

- Quần xã tảo là rất nhạy cảm với các chất gây ô nhiễm mà nó ảnh hưởng không thể nhìn thấy với các quần xã thủy sinh khác, hoặc chỉ tác động tới các cơ thể khác ở hàm lượng cao hơn (chất diệt cỏ)

Bảng 9 Bảng tính điểm mức độ dinh dưỡng của môi trường nước theo

quần xã tảo bám đáy Điểm Đặc điểm tảo bám và vai trò chỉ thị của chúng

0-1,9 Tảo lục dạng sợi dài chỉ thị môi trường nước từ khá tới giàu dinh

dưỡng phốt pho, hoặc ni tơ Thường thấy ở đoạn suối có nước thải từ

ao giàu dinh dưỡng hoặc đoạn suối có bùn bám đá

2-3,9 Tảo lục dạng sợi dài chỉ thị môi trường nước từ khá tới giàu dinh

dưỡng phốt pho, hoặc ni tơ

4-5,9 Quần xã tảo si líc (Diatom) màu nâu nhạt với dạng mảng phủ

khá dày chỉ thị môi trường nước dinh dưỡng phốt pho và ni tơ ít 6-7,9 Quần xã tảo bám bao gồm các loài tảo đơn bào với dạng màng

mỏng màu nâu đỏ, hoặc vi khuẩn lam với dạng màng dày hơi, màu nâu tối, chỉ thị cho môi trường nước dinh dưỡng thấp

8-10 Quần xã tảo bám là tảo lục đơn bào, vi kuẩn lam, tảo si líc, dạng

màng mỏng màu xanh hoặc nâu tối phủ trên đá, sỏi, chỉ thị môi trường nước sạch với hàm lượng dinh dưỡng thấp, hoặc các nhóm động vật KXS ăn thịt phát triển trong đám sỏi cuội đáy

Bảng 10 Các chi trong nhóm tảo bám có thể sử dụng để xác định mức độ ô nhiễm

của môi trường nước

Những loài đặc trưng cho

môi trường ít ô nhiễm

Những loài đặc trưng cho môi trường ô nhiễm vừa

Những loài có khả năng chống chịu cao với ô nhiễm hữu cơ

Achnanthidium

minutissimum

Bacillaria paxillifera Nitzschia umbonata

Aulacoseira granulata Luticola mutica Nitzschia palea

Nitzschia amphibia Aulacosseira distans Cyclotella

meneghiniana Gomphonema clavatum Luticola goeppertiana Sellaphora minima

Gomphonema

exilissimum Nguồn: Đặng Đình Kim và nnk (2009)

2.2 Thực vật thuỷ sinh lớn (Macrophyta)

Loài chỉ thị

Các loài thực vật thuỷ sinh lớn (Macrophyton) như loài Bèo tây (Eichhornia

crassipes), Ngổ nước (Limnophila heterophyla), rau Muống (Ipomoena aquatica), sậy

(Phragmites spp.), cỏ Hương bài (Vetiveria zizanioides) thường được sử dụng làm sinh

vật chỉ thị môi trường nước ở mức độ dinh dưỡng thông qua phát triển sinh khối và

mức độ ô nhiễm kim loại nặng thông qua khả năng tích tụ của chúng

Về tích tụ kim loại nặng, các thực vật thủy sinh bậc cao thường tích lũy nhiều

trong thân/cành, lá và chồi

Thuận lợi và khó khăn trong việc sử dụng thực vật cỡ lớn làm sinh vật chỉ thị:

- Thuận lợi: Dễ quan sát và thu được mẫu vật; có thể phân tích sinh phẩm (hàm

lượng các kim loại nặng tích tụ)

- Khó khăn: nhóm thực vật thủy sinh bậc cao làm chỉ thị mới dừng ở mức đánh

giá định tính về ô nhiêm dinh dưỡng Mặt khác, chưa có tính toán xác định mức ô

nhiễm kim loại nặng của môi trường nước, trầm tích cụ thể thông qua hàm lượng tích

lũy trong sinh phẩm cây thủy sinh.

2.4 Động vật nổi

2.4.1 Loài chỉ thị

1 Chỉ thị cho môi trường nước ô nhiễm hữu cơ là các loài trùng bánh xe thuộc

các giống Philodinidae, Lecane

2 Chỉ thị môi trường nước giàu dinh dưỡng là các loài trùng bánh xe thuộc giống

Brachionus, Lecane; các loài giáp xác râu ngành thuộc các giống Diaphanasoma,

Moina, Moinodaphnia; các loài giáp xác chân chèo Cyclopoida thuộc các giống như

Thermocyclops, Mesocyclops

3.Chỉ thị môi trường nước dinh dưỡng trung bình hoặc nghèo dinh dưỡng là các

loài giáp xác chân chèo Calanoida thuộc giống Allodiaptomus; giáp xác râu ngành thuộc các giống Bosmina, Diaphanasoma, Chydorus

Một số các nghiên cứu so sánh sự hiện diện của một số loài động vật nổi tương ứng với môi trường nước thông qua chỉ số nhiễm bẩn (Saprobe index):

Bảng 6 Sự hiện diện của một số loài động vật nổi tương ứng với các mức độ

nhiễm bẩn

bẩn (Saprobe)

2.4.2 Chỉ số tỷ lệ giữa các taxon

Tỷ lệ về thành phần loài giữa một số taxon động vật nổi cũng được xem là chỉ thị cho chất lượng nước

• R ≤ Co + Cl chỉ thị nước ít bẩn (olygosaprobe)

• R ≥ Co + Cl chỉ thị nước bẩn vừa (mesosaprobe)

• Chỉ có R, chỉ thị môi trường nước rất bẩn (polysaprobe)

Ghi chú: R- trùng bánh xe (Rotatoria); Co- giáp xác chân chèo (Copepoda); Cl-giáp xác râu ngành (Cladocera)

2.4.3 Chỉ số đa dạng (H’, D)

Sử dụng chỉ số đa dạng cho nhóm động vật nổi cũng tương tự như với nhóm thực vật nổi

2.5 Động vật không xương sống đáy cỡ lớn (Macrobenthos) (ĐVKXSĐCL)

Nhóm động vật đáy cỡ lớn từ lâu đã là đối tượng được nghiên cứu sử dụng trong sinh giám sát môi trường nước bởi đây là một nhóm đa dạng có chu kỳ sống khá lâu Các loài động vật đáy sống tĩnh tại có phản ứng mạnh và thường có thể dự báo các ảnh hưởng đến môi trường Một số những ưu điểm của nhóm này:

- Quần xã ĐVKXSĐCL là chỉ thị tốt cho các điều kiện môi trường ngay tại khu vực bởi nhiều loài ít khả năng di chuyển hoặc sống tại chỗ, chúng đặc biệt thích hợp cho đánh giá các tác động đặc biệt tại chỗ (các nghiên cứu thượng lưu-hạ lưu sông)

- ĐVKXSĐCL tích hợp các tác động các biến đổi môi trường ngắn hạn Nhiều loài có có chu kỳ sống phức hợp khoảng 1 năm hoặc hơn Các giai đoạn sống nhạy cảm sẽ phản ứng nhanh chóng với các thay đổi

- Các nhà sinh học có kinh nghiệm thông qua đánh giá nhanh chóng quần xã ĐVKXSĐCL để xác định các mức độ suy thoái của môi trường nước thuỷ vực Có thể

dễ dàng xác định ĐVKXSĐCL tới họ, thậm chí nhiều taxa “chống chịu” có thể dễ xác định tới bậc phân loại thấp hơn

- ĐVKXSĐCL được phân loại tới loài, có thể xác định được các mức dinh dưỡng

và sự chống chịu ô nhiễm, điều đó cung cấp thông tin cho những tác động tích lũy

- Thu mẫu dễ, đòi hỏi ít người, dụng cụ rẻ, ít ảnh hưởng tới môi trường sống

- ĐVKXSĐCL được xem là nguồn thức ăn sơ cấp của cá bao gồm nhiều loài quan trọng về kinh tế

- ĐVKXSĐCL rất phong phú ở các suối (cấp 1 và cấp 2)

- Hầu hết các quốc gia đã thu thập các số liệu giám sát chất lượng nước dựa trên ĐVKXSĐCL

Một số họ động vật đáy được lựa chọn tham gia một lần tính điểm bao gồm các

họ có tính nhạy cảm cao nhất (tương đương với điểm cao nhất - điểm 10) sau đó là các

họ có tính nhạy cảm giảm dần và cuối là các họ có khả năng thích nghi với điều kiện môi trường thay đổi (tương đương với số điểm thấp nhất-điểm 1)

Sau khi tổng hợp các kết quả phân tích và định loại từ các mẫu vật thu được ta sử dụng phương pháp tính toán theo hệ thống tính điểm BMWP và điểm số trung bình (ASPT) để đánh giá chất lượng nước

Nguồn:National Water Council, London (1981)

Bảng B Hệ thống điểm BMWP THAI

Phù du Siphlonuridae, Heptageniidae, Leptophlebiidae, Ephemerellidae, 10

(Ephemeroptera) Potamanthidae, Ephemeridae

(*) Các họ bổ sung vào Hệ thống điểm BMWP THAI so với Hệ thống điểm điểm BMWP ANH

Nguồn:Nguyễn Xuân Quýnh, Clive Pinder, Steve Tilling (2000)

(Bugs – Cánh nửa) Aphelocheiridae

Odonata - Chuồn chuồn Amphipterygidae

(Dragonflies - Chuồn chuồn)

Lestidae, Agriidae (Calopterygidae), Gomphidae, Cordulegastridae, Aeshnidae, Corduliidae/Libellulidae, Coenagrionidae/Platycnemidae, Chlorocyphidae, Macromidae

Coleoptera

(Beetles – Cánh cứng)

Haliplidae, Dytiscidae, Gyrinidae, Hydraenidae, Hydrophilidae, Hygrobiidae, Helodidae, Dryopidae, Elmididae, Chrysomelidae, Curculionidae, Psephenidae, Ptilodactylidae

(Triclads – Sán tiêm mao) Planariidae (Dugesiidae)

Mollusca (bivalves) Mytilidae

5

Ephemeroptera

(Mayflies – Phù du) Baetidae/Siphlonuridae

Megaloptera – Cánh rộng Sialidae, Corydalidae

Odonata

(Dragonflies - Chuồn chuồn) Coenagrionidae, Corduliidae, Libellulidae

Mollusca Ambulariidae, Viviparidae, Unionidae , Amblemidae

(Leeches - Đỉa) Glossiphoniidae, Hirudidae, Erpobdellidae

Crustacea Parathelphusidae, Atyidae, Palaemonidae

3

(Crabs, Prawns – Cua, tôm)

Nguồn: Stepan Mustow, 1997; Nguyen Xuan Quynh, Mai Dinh Yen, Cliver Pinder, Steve Tilling, 2000.

Hệ thống tính điểm BMWP áp dụng cho Anh, Thái Lan và Việt Nam đưa ra giá trị điểm trung bình cho những taxon tham gia tính điểm 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

b Hệ thống tính điểm BMWP VIET NAM và Chỉ số ASPT

Tập hợp các hệ thống tính điểm đã có, hệ thống tính điểm BMWPVietnam phù hợp với đặc điểm khu hệ ĐVKXSĐCL và điều kiện môi trường tự nhiên của Việt Nam đã được đề xuất và sử dụng thử để tính toán và phân hạng chất lượng nước Hệ thống này

sử dụng bậc phân loại (taxon) ĐVKXSĐCL chỉ tới họ

Bảng D Hệ thống điểm BMWP Vietnam sử dụng cho đánh giá chất lượng nước sông

(Bugs – Cánh nửa) Aphelocheiridae

Odonata - Chuồn chuồn Amphipterygidae