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 đánh giá tính khả thi và hiệu

Quan trắc môi trường nước tại lưu vực sông 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 c

MỤC LỤC

Mở đầu 3

I Quan trắc môi trường nước tại lưu vực sông 4

II Chọn lựa chỉ thị môi trường 4

III Điều tra sinh học, thử nghiệm sinh học, và quan trắc hóa học 7

III.1 Phát hiện các nhân tố ức chế nhất định gây tác động 8

III.2 Phát hiện và giới hạn các nguồn nhất định của các nhân tố này 9

III.3 So sánh phương pháp sinh quan trắc và quan trắc lý hóa 9

III.4 Các nhóm sinh vật thường được sử dụng làm chỉ thị sinh học cho chất lượng môi trường nước ngọt 11

IV Quan trắc môi trường và phương pháp dùng sinh vật chỉ thị 14

IV.1 Lợi thế khi dùng cá làm SVCT 16

IV.2 Tầm quan trọng của việc khảo sát nơi cư trú 16

IV.3 Chỉ số sinh học 17

Kết luận 23

Mở đầu

Quan trắc môi trường hiện nay đã là 1 nhiệm vụ thường xuyên, quen thuộc đối với các đơn vị quản lý lưu vực sông cũng như các cơ quan môi trường Hiệu quả công việc được đặt lên hàng đầu, phải phục vụ mục đích bảo vệ môi trường, khắc phục những ảnh hưởng nghiêm trọng và hạn chế các tác động xấu cho môi trường Áp dụng bộ chỉ thị sinh học trong quan trắc môi trường lưu vực sông được thực hiện phổ biến ở các nước trên thế giới, và Việt Nam cũng đang bước đầu có những tiến bộ Hiện nay, công tác này đang trong thời gian thử nghiệm để đưa ra những chuẩn mực về giới hạn

lý hóa, và sinh học cho các lưu vực sông

Nghiên cứu thành công sẽ đem lại nhiều ích lợi cho các nhà quản lý cũng như mọi người trong cộng đồng Việc đánh giá tính khả thi và hiệu quả của nghiên cứu về bộ chỉ thị sinh học trong quan trắc lưu vực sông là rất cần thiết để có định hướng đúng cho các ứng dụng và đảm bảo phát triển bền vững trong tương lai

I Quan trắc môi trường nước tại lưu vực sông

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 lưới 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

Những chương trình giám sát tốt sẽ xác định được tác động của các hoạt động con người hay các biến động tự nhiên, và đánh giá được hiệu quả của chương trình quản lý và phục hồi tương ứng Khi kết hợp với nghiên cứu và thử nghiệm thực tế, việc giám sát có thể giúp xác định kỹ thuật quản lý nào là hiệu quả trong việc bảo tồn và phục hồi đa dạng sinh học và kỹ thuật nào không hiệu quả Đây chính là điểm then chốt của nguyên tắc phát triển bền vững

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

II Chọn lựa chỉ thị môi trường

Việc chọn lựa các chỉ thị dựa trên tính phù hợp, khả năng kỹ thuật và tính khả thi; sự sai khác giữa các vùng địa lý nên ảnh hưởng tới việc chọn

lựa các chỉ thị Bộ chỉ thị đầy đủ đề xuất cho 1 khu vực nào đó cần được thử nghiệm để xác định tính bổ khuyết lẫn nhau giữa các chỉ thị để xem các chỉ thị đó có bao quát đầy đủ các vấn đề chính hay không Ví dụ, có nhiều chỉ thị khác nhau cho cùng những vùng tương tự nhau, có thể chỉ nên xây dựng

1 chỉ thị hoặc tập hợp con các chỉ thị Tốt hơn là nhóm nhiều biến số thành 1 chỉ thị hoặc kết hợp 1 số chỉ thị đã đề xuất thành các chỉ số

Những đặc tính quan trọng của dạng chỉ thị gồm: (i) phản ứng có thể

đo lường được có thể xem như sự phản hồi đầy đủ về điều kiện sinh thái hoặc tình trạng nguyên vẹn ở 1 vị trí hay 1 vùng; (ii) nơi quần xã hay nhóm loài có thể tụ tập, cùng với các điều kiện môi trường được phân tích dùng nhiều trong các qui trình nghiên cứu; (iii) cách thức thu mẫu và phân tích dữ liệu được chuẩn hóa tối đa, (iv) phản ứng được xác định nhanh chóng, rẻ tiền với kết luận nhanh; (v) kết quả dễ hiểu cho cả những người không phải

là nhà khoa học; và (vi) phản ứng có giá trị đặc trưng

Một hệ thống dựa trên sự tương thích giữa các vùng, vị trí tham khảo được xem xét thích hợp hơn trong:

- Tham khảo các nhóm vị trí sinh học được xác định dựa trên sự phân loại thu từ những vùng tương tự

- Những mối liên quan được phát triển giữa tính biến thiên của môi trường và các nhóm sinh học

- Sự dự báo được hình thành từ thành phần phân loại ở ở vị trí môi trường biến đổi

- Những so sánh được tạo ra từ thành phần quần xã dự báo hay mong muốn với vị trí kiểm tra và thông báo bằng các chỉ số chuẩn

Một chỉ thị cảnh báo sớm có thể được mô tả như phản ứng sinh học, vật lý, hóa học có thể đo lường được trong mối quan hệ với các tác động chống lại xảy ra trong hệ đang quan tâm Khái niệm nền tảng của chỉ thị cảnh báo sớm là cho những tác động có thể được kháng lại, chỉ ra sự tấn công của những tác động đến môi trường hiện tại Cảnh báo sớm để tạo cơ hội cải tạo môi trường trước khi xảy ra những tác hại nghiêm trọng

Những thuộc tính lý tưởng của chỉ thị cảnh báo sớm được thảo luận rộng rãi , và được tổng hợp thành dạng đầy đủ như dưới đây:

• Phòng ngừa: xảy ra ở những mức bộ phận về mặt sinh học và sinh

lý, đưa ra chỉ thị về sự thoái hóa hoặc 1 vài dạng tác động biến đổi trước khi xảy ra những tác hại nghiêm trọng cho môi trường

• Nhạy cảm: trong việc phòng ngừa những tác động nghiêm trọng trước khi chúng xảy ra, 1 chỉ thị cảnh báo sớm phải phải nhạy cảm với nồng

độ thấp, hoặc những giai đoạn sớm lan tràn

• Tác động có giá trị và kịp thời: cần cung cấp thôngtin nhanh chóng

để việc quản lý tác động ban đầu ưu tiên cho những tác động môi trường quan trọng xảy ra, và không quá đắt để đo đạc trong khi cung cấp tối đa thông tin trong mỗi đơn vị tác động

• Liên quan vùng và địa phương: cần có mối tương quan giữa hệ sinh thái được khảo sát và giá trị thu được và hàm lượng dự đoán

• Dễ đo đạc: nên áp dụng quy trình chuẩn từ nguồn đáng tin cậy và sai xót thấp

• Không thay đổi về không gian và thời gian: có thể trong phạm vi thay đổi nhỏ và cần phân biệt những phản ứng lại với tác động có nguồn gốc

từ con người, không phải bởi nhân tố tự nhiên (tần số cao: tỷ lệ tiếng ồn)

• Không phá hủy: giá trị đo được từ chỉ thị không được phá hủy hệ sinh thái đang khảo sát

Tầm quan trọng của những thuộc tính trên không thể được nhấn mạnh quá mức, vì những khảo sát thực tế hay sự suy thoái tiềm năng môi trường

chỉ tác động như những chỉ thị được chọn lựa để thử nghiệm chúng Tuy nhiên, cần nhấn mạnh rằng không thể có 1 chỉ thị sinh học cảnh báo sớm sở hữu tất cả những thuộc tính trên Trong nhiều trường hợp 1 vài trong số chúng sẽ xung đột với nhau hoặc không thể có được Ví dụ, 1 dấu hiệu sinh hóa có thể cho thấy chỉ thị quan trọng về sự lan tràn ô nhiễm, nhưng không tương quan với những tác động của các bộ phận sinh học ở mức độ cao hơn Ngoài ra, dấu hiệu sinh học không thể được áp dụng cho những dạng ô nhiễm khác Tương tự, 1 chương trình quan trắc dài kỳ có thể mang lại dữ liệu cơ bản sẽ quan sát được, nhưng không thể mang lại cả 2 giá trị về thời gian và tác động Sau đó không phải tất cả các thuộc tính có được ở mỗi nhân tố Vì vậy, chọn lựa những thuộc tính phù hợp hơn với mục đích riêng, những chỉ thị được chọn lựa dựa trên những thuộc tính đó Từ đó có định hướng để đưa ra các tiêu chí xây dựng bộ chỉ thị sinh học

III Điều tra sinh học, thử nghiệm sinh học, và quan trắc hóa học

Khảo sát chất lượng nước dựa trên cách tiếp cận việc khảo sát ÔN, cần các dữ liệu khác nhau Công nghệ điều tra sinh học như cách thức khảo sát nhanh RBP, được dùng phổ biến để phát hiện sự suy kiệt đời sống thủy sinh và tính khắc nghiệt khác Sự suy kiệt được phát hiện ngay lập tức nhưng thêm vao các dữ liệu sinh thái là các kiểm tra hóa học , sinh học (độ độc hại) hữu ích để nhận biết nhân tố nguyên nhân, nguồn của chúng Tập hợp thông tin từ các dữ liệu đó cũng như từ khảo sát nơi cư trú, nghiên cứu thủy văn, và kiến thức về dùng đất là rất hữu ích để đưa ra kết luận toàn diện khảo sát tác động từ 5 nhân tố cốt yếu Biosurvey quan trọng cho việc đánh giá hiệu lực của các chỉ số kiểm soát Biosurvey có thể được dùng trong 1 kế hoạch và chương trình quản lý để ưu tiên vấn đề chất lượng nước đối với những khảo sát khó khăn và để có tài liệu dẫn chứng về sự phục hồi sinh học sau quá trình kiểm soát và các hoạt động khôi phục Những lợi ích của việc sử dụng biosurvey cho dạng quan trắc này:

- Các quần thể sinh học phản ánh tính toàn vẹn sinh thái (tính nguyên vẹn sinh học, hóa học, vật lý…) Vì vậy những kết quả của

biosurvey khảo sát trực tiếp tình trạng của sự liên quan lòng sông với mục đích chính của Cwa

- Các quần thể sinh học chịu đựng các tác động các chất ức chế khác nhau và vì vậy cung cấp 1 phạm vi lớn tác động cùng lúc của chúng

- Các quần thể chịu đựng các chất ức chế và cung cấp 1 chỉ số sinh thái của các điều kiện môi trường thay đổi

- Quan trắc thường xuyên các quần thể sinh học là khá rẻ khi so sánh với giá trị của việc khảo sát các chất độc gây ô nhiễm môi trường, cả kiểm tra hóa học và kiểm tra độc tố

- Tình trạng các quần thể sinh học có liên quan trực tiếp đến cộng đồng như 1 chỉ số của môi trường ô nhiễm

- Nơi tiêu chuẩn cho các tác động nhất định xung quanh không tồn tại ( như các tác động không phải nguồn điểm mà suy thoái môi trường sống), các quần thể sinh học có thể có ý nghĩa định lượng

Các phương pháp điều tra sinh học (biosurvey) có lịch sử áp dụng lâu dài cho quan trắc “tiền đề và hậu kỳ” Tuy nhiên, những bước trung gian trong kiểm soát ô nhiễm ví dụ nhận dạng các nguyên nhân và các nguồn giới hạn, cần tập hợp thông tin về các dạng hóa học, vật lý, độc tố và dữ liệu biosurvey Những dữ liệu này cần để:

III.1 Phát hiện các nhân tố ức chế nhất định gây tác động:

Đây là nhiệm vụ khá đơn giản, đưa ra 1 danh sách các chất quan trọng có nguy cơ gây ô nhiễm (có thể các hợp chất khi chúng kết hợp với nhau), có vẻ như vừa khó vừa tốn kém Trong các trường hợp các yếu tố ức chế hóa học nhất định được hiểu biết ít hoặc quá phong phú để khảo sát riêng rẽ, xét nghiệm độc tố được dùng để tạp trung việc tiêu thụ hóa học hoặc nhận biết các yếu tố ức chế chung (các độc tố tác động và lân cận) Với những nơi suy thoái môi trường sống đang lan tràn, cần kết hợp biosurvey

và khảo sát vật lý nơi sống

III.2 Phát hiện và giới hạn các nguồn nhất định của các nhân tố này:

Mặc dù điều tra sinh học có thể được dùng để định vị nguồn tác động, các phân tích hóa học và/hoặc kiểm tra độc tố hữu ích để xác nhận các nguồn điểm và phát triển giới hạn nguồn thải tương ứng những tác động bởi các nhân tố khác ô nhiễm hóa học sẽ cần dữ liệu sinh thái khác

III.3 Thiết kế biện pháp phù hợp để thấy được các giới hạn bắt buộc tuân theo trong quan trắc:

Những điều kiện thuận lợi được thiết kế để chuyển các thành phần hóa học được nhận dạng bằng 1 tác động nhất định Dữ liệu hóa học được yêu cầu để đánh giá hiệu quả biện pháp Đối với 1 vài mức độ, 1 kết quả điểm sinh học cuối từ kiểm tra độc tố có thể được dùng để định lượng hiệu quả sự phối hợp các biện pháp và có thể lưu lại như 1 quy mô thiết kế

Sinh quan trắc môi trường là ứng dụng đa dạng sinh học làm công cụ đánh giá chất lượng môi trường về khía cạnh cấu trúc và chức năng của hệ sinh thái thủy vực Quan trắc sinh học là một công cụ hiệu quả về mặt kinh

tế hỗ trợ cho các phương pháp lý hóa thông thường

Sinh quan trắc môi trường đặc biệt hữu ích trong nghiên cứu thay đổi

do chế độ thủy triều, khu vực có nồng độ ôxi thấp và thừa dinh dưỡng, hàm lượng coliform cao Đánh giá sự có mặt các kim loại nặng trong môi trường nước thông qua phân tích hóa lý thành phần tích tụ trong cơ thể các loài chỉ thị cũng cho kết quả tương đối chính xác

III.4 So sánh phương pháp sinh quan trắc và quan trắc lý hóa

Để đánh giá và giám sát chất lượng môi trường thủy vực, người ta có thể sử dụng các phương pháp quan trắc lý - hóa học và phương pháp quan trắc sinh học Trong khi phương pháp lý - hóa học là sử dụng các tiêu chuẩn

lý - hóa đã được thừa nhận hay quy định để đánh giá, xác định nguyên nhân của sự thay đổi môi trường thì phương pháp sinh học chủ yếu tập trung vào ảnh hưởng của sự thay đổi đó lên đời sống sinh vật thông qua đánh giá chất lượng môi trường và dự đoán biến đổi sắp tới dựa trên sự có mặt hay vắng mặt, độ nhiều ít, sự biến đổi về hành vi hay về sinh hóa của SVCT

Mặc dù có nhiều ưu điểm như xác định được nguyên nhân và định

lý - hoá học cũng bộc lộ nhược điểm: Các phương pháp quan trắc hiện tại không đáp ứng được mục tiêu bảo vệ các hệ sinh thái dưới nước vì một số lý

do sau:

Thứ nhất, quan trắc hóa lý chỉ đo được một số thông số có thể phân tích trong phòng thí nghiệm, không xác định được tất cả các yếu tố trên thực

tế có tác động đến môi trường sinh thái và các quần xã thủy sinh (bao gồm

hạn chế về nơi cư trú, tác động phát sinh do nhiều nguồn thải cùng lúc…)

Vì vậy phương pháp này chỉ phù hợp cho các đánh giá thực tế để thu được những kết quả dự kiến

Mặt khác các phương pháp quan trắc dựa vào những thông số hóa lý đơn lẻ còn bộc lộ những hạn chế khác như: chúng được xây dựng để phân tích nhằm đánh giá một nhóm nhỏ các tác nhân ô nhiễm nên không xác định được tích tụ sinh học và những ảnh hưởng không trực tiếp (như do chuỗi thức ăn, đấu tranh sinh học…) cũng như sự thay đổi nồng độ các chất độc hại trong môi trường nước do tiếp nhận nguồn nước có chứa lưu lượng các chất độc hại thay đổi

Bên cạnh đó phương pháp quan trắc dựa vào các thông số hóa lý không thể đánh giá được tác động do thay đổi môi trường sinh sống và ảnh hưởng do các nguồn ô nhiễm “không độc hại”, cụ thể là từ các nguồn diện (như trầm tích, chất dinh dưỡng), có tác động rõ rệt lên chiều dài các con sông

Trước đây việc ứng dụng các sinh vật làm chỉ thị cho quan trắc môi trường ít được quan tâm đến vì chúng được coi là quá đa dạng và phức tạp

để có thể sử dụng làm các công cụ hữu ích và đáng tin cậy, kết quả thu được

từ chúng khó đánh giá và sử dụng như các thông số hóa lý thông thường

Tuy nhiên so với phương pháp hóa lý thông thường khó phát hiện được nguồn ô nhiễm mang tính chất tạm thời trong thời gian ngắn lại đòi hỏi cần có các thiết bị phân tích hiện đại và chuyên viên phân tích chuyên nghiệp thì phương pháp quan trắc sinh học sử dụng sinh vật chỉ thị ngày càng trở nên quan trọng như một phần bổ sung, thậm chí thay thế cho những phân tích hóa học để đánh giá và giám sát chất lượng môi trường thủy vực

Phương pháp sinh học sử dụng sinh vật chỉ thị đánh giá và giám sát chất lượng môi trường mới phát triển thời gian sau này nhưng tỏ ra có nhiều

ưu điểm Theo nghiên cứu của Cục bảo vệ môi trường Mỹ thì các ưu điểm nổi bật của phương pháp quan trắc môi trường sử dụng các sinh vật chỉ thị

so với phương pháp phân tích hóa lý thông thường thể hiện ở các điểm sau:

- Các chỉ thị sinh học có thể phản ánh những biến đổi có tính tích tụ phản ánh trên cấu trúc và thành phần loài của chính những sinh vật chỉ thị đó; Thông tin được lấy từ quan trắc sinh học thông qua phân tích cơ thể các loài thủy sinh và quần xã sinh vật sinh sống trong môi trường thủy sinh

- Các biến đổi theo thời gian trong cấu trúc thành phần loài, phản ứng thích nghi với các biến đổi môi trường của các sinh vật chỉ thị biểu hiện tác động tổ hợp các yếu tố môi trường mà quan trắc lý hóa thông thường không phát hiện được, cả tức thời và dự báo những tác động có thể trong tương lai

Sự sai khác về các yếu tố thủy sinh học giữa các khu vực liền kề phụ thuộc không chỉ vào chất lượng môi trường nước mà còn phụ thuộc vào tập tính và sinh cảnh thích hợp của mỗi nhóm thủy sinh vật Loại bỏ được các yếu tố khách quan tự nhiên trên có thể sử dụng thủy sinh vật chỉ thị cho chất lượng môi trường nước Quan trắc và đánh giá chất lượng nước bằng sinh vật chỉ thị đã có truyền thống và hiện được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới và trong khu vực như Anh, Ý, Ấn Độ, Trung Quốc Ở Việt Nam, mặc

dù việc khảo sát các thủy vực đã được tiến hành từ lâu, nhưng các nghiên cứu sử dụng SVCT đánh giá môi trường chủ yếu mới dừng ở mức đánh giá định tính, có rất ít chỉ số sinh học phù hợp để đánh giá chất lượng môi trường Dùng sinh vật chỉ thị vào nghiên cứu chất lượng môi trường các thủy vực có thể mở ra một hướng phát triển mới và đem lại nhiều hiệu quả cho

công tác theo dõi và bảo bảo vệ môi trường ở nước ta

III.5 Các nhóm sinh vật thường được sử dụng làm chỉ thị sinh học cho chất lượng môi trường nước ngọt:

Trong môi trường nước ngọt phân bố rất nhiều quần xã động thực vật

đa dạng về cả chủng loại và phân bố Trong nghiên cứu loài ứng dụng làm sinh vật chỉ thị quan trắc chất lượng nước có một số nhóm thường được lựa