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.. Tổ
Trang 21 Mở đầu: Một số khái niệm
• 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
• Bộ chỉ thị sinh học: là tập hợp các chỉ thị sinh học
• 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
• 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 và rút gọn
2.1 Tổng quan Bộ chỉ thị sinh học đầy đủ và rút gọn
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
Trong điều kiện hiện tại, Bộ chỉ thị rút gọn được đề xuất chỉ triển khai cho 3
nhóm đối tượng là thực vật nổi, động vật nổi và động vật không xương sống đáy cỡ
lớn, với 3 loại chỉ thị: chỉ thị loài, chỉ số đa dạng và hệ thống tính điểm BMWP
Trang 3Bảng 1 Bộ chỉ thị sinh học đầy đủ và rút gọn được đề xuất cho thuỷ vực
nước chảy
Nhóm sinh vật Bộ chỉ thị đầy đủ Bộ chỉ thị rút gọn
Chỉ số chỉ thị giữa các taxon
Động vật nổi
Chỉ số đa dạng Tích tụ kim loại nặng
Động vật KXS đáy cỡ lớn
Hệ thống điểm BMWP Hệ thống điểm BMWP Động vật KXS đáy cỡ
trung bình và giun tròn
Mức độ đa dạng Chỉ số sinh học tổ hợp (IBI)
Động vật
Cá
2.2 Căn cứ lựa chọn Bộ chỉ thị sinh học rút gọn
2.2.1 Căn cứ lựa chọn cho 3 nhóm đối tượng của Bộ chỉ thị rút gọn
• Động vật nổi và thực vật nổi được chọn là sinh vật chỉ thị do đặc tính nổi bật sau:
+ Với ưu thế kích thước nhỏ, việc đánh giá những thay đổi trên một số lượng lớn cá thể của quần xã động vật nổi và thực vật nổi có thể tiến hành dễ dàng
+ Thu mẫu động vật nổi và thực vật nổi dễ, không tốn kém, cần ít người tham gia
+ Thực vật nổi 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
+ Thực vật nổi là nhóm sản sinh sơ cấp, do đó bị ảnh hưởng trực tiếp nhất bởi các tác nhân vật lý và hóa học
• Nhóm ĐVKXSĐCL ở sông suối và hồ đã sớm được sử dụng trong giám sát ô
nhiễm hữu cơ Các ưu điểm của nhóm này là:
Trang 4+ Nhiều loài ĐVKXSĐ ít khả năng di chuyển hoặc sống tại chỗ, chúng đặc biệt thích hợp cho đánh giá các tác động tại chỗ (các nghiên cứu thượng lưu, hạ lưu sông)
+ Nhiều loài ĐVKXS 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 của môi trường sống Nhiều loài ĐVKXSĐCL đã được xác định các mức dinh dưỡng và sự chống chịu ô nhiễm, điều đó cung cấp thông tin cho những tác động tích lũy
+ ĐVKXSĐCL có thể dễ dàng phân loại họ, thậm chí có thể dễ dàng xác định nhiều taxa chỉ thị ở bậc phân loại thấp hơn
+ ĐVKXSĐCL phong phú ở các suối Nhiều suối lớn (cấp 1 và cấp 2) là nơi cung cấp nguồn đa dạng ĐVKXSĐCL
• Thu mẫu dễ, đòi hỏi ít người, dụng cụ rẻ, ít ảnh hưởng tới môi trường sống
• Nhiều quốc gia đã thu thập các số liệu giám sát chất lượng môi trường nước dựa trên ĐVKXSĐCL
2.2.2 Căn cứ lựa chọn cho 3 loại chỉ thị thuộc Bộ chỉ thị rút gọn:
a) Chỉ thị đa dạng:
Về lý thuyết, chỉ số đa dạng được xây dựng để đánh giá mức độ đa dạng thành phần loài của quần xã sinh vật Ở góc độ sinh thái học, các mức độ đa dạng còn chịu tác động của điều kiện môi trường Bởi vậy, các nhà chuyên môn đã xác định chất lượng môi trường gián tiếp theo chỉ số đa dạng
Để đánh giá tính đa dạng của một quần xã thuỷ sinh vật trong thiên nhiên, người ta thường dùng cách tính toán một số hệ số đa dạng sinh học dùng cho một số quần xã là đối tượng so sánh về tính đa dạng Nguyên tắc của các phương pháp tính toán này dựa trên mối quan hệ giữa số loài và số cá thể có trong một quần xã thuỷ sinh vật, và theo qui luật tính đa dạng của quần xã thay đổi khi hệ sinh thái thuỷ vực
có biến đổi, đặc biệt khi bị ô nhiễm
Ưu điểm của cách tính các hệ số này là dễ thực hiện, áp dụng được cho mọi loại thuỷ vực, mọi loại quần xã; không phụ thuộc vào vị trí địa lý, thành phần phân loại học Mặt hạn chế của phương pháp này là chỉ áp dụng được cho một thuỷ vực
có độ lớn nhất định, không cho biết được các thông tin về thành phần phân loại của loài do chỗ các loài có giá trị tính toán như nhau, và có hạn chế khi đánh giá mức độ
Trang 5biến đổi sinh thái của thuỷ vực vì ngay cả khi thuỷ vực ở tình trạng tự nhiên, tính đa dạng cũng có thể thay đổi do những nguyên nhân khác
b) Hệ thống tính điểm BMWP và hệ số ASPT
Hệ thống tính điểm BMWP đã được nghiên cứu và áp dụng tại nhiều quốc gia, như Anh, Bỉ, Thái Lan, Ngay ở Việt Nam, hệ thống này cũng đã được thử nghiệm trong nhiều chương trình, đề tài nghiên cứu, do đó có nhiều dẫn liệu và tài liệu tham khảo để có thể đối chiếu cũng như kiểm chứng các dữ liệu
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
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
Trang 6Dựa 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
Trang 7Bảng 3 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 Phú dưỡng
Chỉ số Cyanophyta = Cy/D 0,1-0,3 0,3-3,0 3,0-5,0
Chỉ số Euglenophyta = E/(Cy+Chl) 0-0,1 0,1-0,4 0,4-0,5 Trong đó:
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)
(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 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
Trang 8Bảng 5 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′=−∑ lg2S: Tổng số loài trong một mẫu thu
Ni: Số cá thể của loài i trong mẫu thu
Trang 9Giá trị Dv được phân hạng theo 5 bậc như sau:
Bảng 7 So sánh giá trị của chỉ số Dv với mức độ ĐDSH
ln
1
−
=
Trong đó: D là chỉ số đa dạng Margalef; S là tổng số loài trong mẫu; N là tổng
số lượng cá thể trong mẫu
Đây là một chỉ số được sử dụng rộng rãi để xác định tính đa dạng hay độ phong phú về loài Giống như chỉ số α của Fisher Chỉ số Margalef cũng chỉ cần biết được
số loài và số lượng cá thể trong mẫu đại diện của quần xã Ngoài ưu điểm dễ sử dụng để tính đa dạng cho các nhóm sinh vật khác nhau của quần xã, chỉ số Margalef còn được 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 8 So sánh giá trị của chỉ số Margalef với mức độ ĐDSH
Bảng 9 Phân loại mức độ ô nhiễm theo hệ số Shannon – Weiner (H’) và
Margalef (D) (theo Staub và cộng sự, 1970) Chỉ số đa dạng (H' và D) Chất lượng nước
0,0 – 1,0 Ô nhiễm nghiêm trọng (Polysaprobic) 1,0 – 2,0 Ô nhiễm nặng (α-mesosaprobic) 2,0 – 3,0 Ô nhiễm trung bình (β-mesosaprobic)
Trang 103,0 - 4,5 Tương đối sạch (Oligosaprobic)
Nguồn: K.S Gilgranmi và cộng sự, 1984 Đánh giá ưu, nhược điểm của Chỉ số đa dạng:
• Ưu điểm:
+ Dễ thu mẫu định tính cũng như định lượng
+ Phân bố rộng (có mặt ở tất cả các trạm quan trắc)
+ 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
3.2 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)
Trang 11Bảng 10 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 nitơ
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 11 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)
Trang 123.3 Thực vật thuỷ sinh lớn (Macrophyta)
3.3.1 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
3.3.2 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
3.4 Động vật nổi
3.4.1 Loài chỉ thị
a) Chỉ thị cho môi trường nước ô nhiễm hữu cơ là các loài trùng bánh xe thuộc
các giống Philodinidae, Lecane
b) 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
c) 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):
Trang 13Bảng 12 Sự hiện diện của một số loài động vật nổi tương ứng với
các mức độ nhiễm bẩn Tên taxon Phân loại ô nhiễm Trùng bánh xe (Rotatoria)
Râu ngành (Cladocera)
Chân chèo (Copepoda)
Mongolodiaptomus birulai (Rylop) Tương đối sạch
Phyllodiaptomus tunguidus Tương đối sạch
Neodiaptomus haldeli (Brehm) Tương đối sạch
3.4.2 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)
Trang 14Ghi chú: R- trùng bánh xe (Rotatoria); Co- giáp xác chân chèo (Copepoda); Cl-giáp xác râu ngành (Cladocera)
áp dụng ở Thái Lan (theo Stephan Mustow, 1997) gọi là hệ tính điểm BMWP Thái Ở Việt Nam, trong khuôn khổ hợp tác giữa một số cơ sở nghiên cứu của Anh như Hội Nghiên cứu thực địa và Viện Sinh thái nước ngọt với Khoa Sinh học - trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, các nhà khoa học hai nước đang nghiên cứu, điều chỉnh hệ thống tính điểm BMWP phù hợp với Việt Nam Tập hợp các hệ thống tính điểm đã có, hệ thống tính điểm BMWPVietnam phù hợp với đặc điểm khu hệ ĐVKXS 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 trong một số đề tài Hệ thống này sử dụng bậc phân loại (taxon) động vật đáy chỉ tới họ
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)
