sinh vật chỉ thị chất lượng nước

XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ Ô NHIỄM NƯỚCSố tt Các thông sô Đơn vị tính 4 Tốc độ dòng chảy m/giây 6 Nhu cầu oxy sinh hóa – BOD Mg/l 19 Nhu cầu oxy hóa học – COD mg/l Bảng 3.3 Danh mục các thông

SINH VẬT CHỈ THỊ CHẤT LƯỢNG NƯỚC

(BIOINDICATORS FOR WATER QUALITY)

 Số đơn vị học trình: 2

 Đối tượng sử dụng:

- Bậc học: Đại học

- Ngành học: Quản lý môi trường và nguồn lợi thủy sản

- Sinh viên năm thứ 3

 Đánh giá kết quả:

Thi (viết): 50 % Tham gia trên lớp: 10 %

Tự nghiên cứu: 10 % Hoạt động nhóm: 10 % Kiểm tra: 20 %

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Lê Văn Khoa, Nguyễn Xuân Quýnh, Nguyễn Quốc Việt, 2007 Chỉ thị sinh

học môi trường NXB Giáo dục

2. Nguyễn Xuân Quýnh, Clive Pinder, Steve Tilling, 2001 Định loại các nhóm

động vật không xương sống nước ngọt thường gặp ở Việt Nam, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội

3. Rapid Bioassessment Protocols For Use in Streams and Wadeable Rivers:

Periphyton, Benthic Macroinvertebrates, and Fish

VẤN ĐỀ 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TÀI NGUYÊN VÀ Ô NHIỄM

NƯỚC

NỘI DUNG CHÍNH

vững

1. Đặc điểm chung về tài nguyên nước

vật

2 Tài nguyên nước trên thế giới

Tổng tài nguyên nước trên thế giới hiện nay ước tính khoảng 1,37 tỉ km 3

MỘT SỐ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC

 Lượng mưa trên trái đất phân bố không đều, phụ thuộc vào địa hình và khí hậu

Các vùng trên trái đất Lƣợng mƣa trung bình/năm (mm)

 Con người ngày càng khai thác và sử dụng nhiều tài nguyên nước hơn: 1990 gấp 30 lần lượng nước khai thác năm 1960

 Các nguồn nước trên trái đất đang bị ô nhiễm bởi các hoạt động của con người

3 TÀI NGUYÊN NƯỚC Ở VIỆT NAM

 Việt Nam là nước có lượng mưa

trùng bình vào loại cao, khoảng

2000 mm/năm, gấp 2,6 lần lượng

mưa trung bình trên thế giới.

 lượng dòng chảy phát sinh trên

km3/năm, chiếm 37%

km3/năm, chiếm 63%

 Nước ngầm: trữ lượng có tiềm

năng khai thác khoảng 60 tỉ

m3/năm và trữ lượng khai thác

khoảng 5%

CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG LIÊN QUAN VỚI TÀI

NGUYÊN NƯỚC Ở NƯỚC TA BAO GỒM

 Mưa phân bố không đều trong năm

 Tình trạng cạn kiệt nguồn nước ngầm và ô nhiễm nước ngầm đang diễn ra ở các đô thị lớn và các tỉnh đồng bằng

 Sự ô nhiễm nước mặt đã xuất hiện trên một số sông và mạng sông, kênh rạch thuộc một số đô thị lớn (sông Tô Lịch, sông Nhuệ, sông Thị Vải, sông Sài Gòn)

 Sự xâm nhập mặn vào sông xảy ra với qui mô ngày càng ra tăng ở nhiều sông trong khu vực miền Trung

4 CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ TÀI NGUYÊN NƯỚC CHO PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG

 Cải thiện các thông tin cơ sở:

- Ước lượng và so sánh khối lượng nước có được với mức sử dụng và lãng phí trong toàn quốc.

- Đánh giá những thay đổi có thể sẽ xảy ra trong phân phối dân

cư và khí hậu cùng những tác động có thể có đối với tài nguyên nước.

- Giám sát việc quản lý nước.

TĂNG CƯỜNG ĐÀO TẠO VÀ NÂNG CAO NHẬN THỨC

 Cung cấp những kiến thức cơ bản về chu trình nước thông qua các bài giảng ở trường học và qua các phương tiện thông tin đại chúng.

 Nâng cao hiểu biết về giá trị của các hệ sinh thái thủy vực và phương cách sử dụng bền vững.

 Giải thích cho mọi người hiểu sự cần thiết giữ gìn nước khỏi

bị ô nhiễm và hướng dẫn chọn các sản phẩm dùng trong gia đình ít gây ô nhiễm.

 Có chương trình đào tạo về công tác quản lý toàn diện nước và các hệ sinh thái thủy vực.

NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NƯỚC:

 Bảo quản và sử dụng hiệu quả hệ thống cung cấp nước cũng như

sử dụng nước.

 Bảo quản tốt hơn hệ thống tưới tiêu để giảm bớt lãng phí.

 Tăng cường việc duy trì và bảo vệ nước bề mặt và trong đất ở

những nơi mà nước mưa là nguồn duy nhất.

 Mở rộng tái sử dụng nước.

 Hạn chế, sử dụng tiết kiệm nguồn nước sạch vào những mục

đích không thực sự quan trọng như rửa xe, tưới bãi cỏ.

QUẢN LÝ NƯỚC VÀ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM TRÊN TOÀN BỘ LƯU VỰC:

 Trong việc qui hoạch đều phải tính đến tác động đối với khối lượng và chấtlượng nước

 Nước dùng cho sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp cần được phân phốitrong giới hạn bền vững

 Quản lý rút nước ngầm nhằm hạn chế đến mức thấp nhất những tổn hại đốivới môi trường như gây ô nhiễm mặn, sụt đất và làm giảm dòng chảy Phảiduy trì làm sao cho tỉ lệ rút lên không vượt quá tỉ lệ bổ xung lại từ thiênnhiên

 Khi xây dựng các kế hoạch nước cần tính đến những nguy cơ tiềm tàng đốivới sức khỏe con người như việc lan tràn mầm bệnh qua nước, các sinh vậtnhư muỗi

 Những thói quen gây ô nhiễm như đổ rác và dùng hóa chất trong nôngnghiệp cần được kiểm soát chặt chẽ để không làm giảm chất lượng nước

 Để phòng ngừa ô nhiễm, cần xúc tiến sử dụng các kỹ thuật làm sạch và cấmviệc thải chất tổng hợp khi chưa biết được những tác hại lâu dài của chúng

KẾT HỢP CHẶT CHẼ VIỆC PHÁT TRIỂN TÀI NGUYÊN NƯỚC VỚI VIỆC BẢO VỆ CÁC HỆ SINH THÁI.

 Có sự hiểu biết đầy đủ về ảnh hưởng của việc sử dụng đất và nước đối với chức năng của hệ sinh thái.

 Bảo toàn rừng phân thủy, rừng cây ven hồ, ven sông và những vùng đất ngập nước chủ yếu có tầm quan trọng trong việc điều hòa hoạt động và chất lượng của nước.

 Khôi phục lại những khu rừng đang bị lâm nguy và những hệ sinh thái thủy vực đang bị xuống cấp hoặc bị tàn phá do hoạt động của con người.

TĂNG CƯỜNG HỢP TÁC QUỐC TẾ:

 Mekong River Commission:

 Sự hỗ trợ về tài chính

5 ĐẠI CƯƠNG VỀ Ô NHIỄM NƯỚC

 Một sự biến đổi chất lượng nước và quần xã sinh vật do nguyên nhân nào

đó hoặc một chất cụ thể xâm nhập ta gọi là nguồn nước bị ô nhiễm

Acid và kiềm

Các anion (sulphite SO32- , sulphide S 2- , cyanide

Chất tẩy rửa

Nước thải sinh hoạt và phân trại chăn nuôi

Chất khí, chất thải trong công nghệ sản xuất thực phẩm

Các chất Nguồn

Acid Nhà máy hóa chất, thuốc trừ sâu

Kiềm Sản xuất bông, sợi, giặt ủi

Ammonia Sản xuất khí đốt, công nghiệp hóa chất

Arsenic Sản xuất phân bón

Cadmium Mạ kim loại, phân bón

Chlorine Nhà máy giấy, sợi, giặt ủi

Chromium Sản xuất thép, cao su

Đồng Mạ kim loại, dệt

Cyanide Sản xuất sắt thép, ga, mạ, đánh bóng kim loại

Fluoride Sản xuất phân bón, thủy tinh

Formaldehyde Sản xuất nhựa tổng hợp, thuốc kháng sinh

Chì Sản xuất sơn, pin

Nikel Mạ kim loại, sản xuất sắt thép

Phenol Nhựa tổng hợp, khí đốt, lọc dầu

Bảng 3.2 Các chất độc hại có mặt ở nước thải công nghiệp

NGUỒN GỐC CỦA Ô NHIỄM CHỦ YẾU DO

 Nước thải từ các khu tập trung dân cư Trong nước thải này có chứa nhiều chất hữu cơ, phân

rác, các vi khuẩn gây bệnh, trứng giun sán… Loại nước thải này gọi là nước thải sinh hoạt.

 Việc sử dụng thuốc trừ sâu, trừ

cỏ dại, phân bón hóa học.

 Bài tập: Tìm hiểu về các loại

thuốc trừ sâu, diệt cỏ đang được

sử dụng ở Việt Nam hiện nay?

Ảnh hưởng của chúng tới ô

nhiễm nước và sức khỏe con

người như thế nào?

Nước, rác thải công nghiệp đổ

ra từ các nhà máy công nghiệp.

Loại nước thải này chứa các

chất ô nhiễm liên quan đến sản

xuất công nghiệp Tùy theo loại

công nghiệp, nhà máy mà chất

thải chứa các chất ô nhiễm khác

nhau liên quan Loại nước thải

này gọi là nước thải công

nghiệp Trong nước thải chứa

 Các dòng nước nóng thải ra từ các nhà máy, trước hết là nhà máy điện.

6 TÁC HẠI CỦA Ô NHIỄM NƯỚC

http://image.tin247.com/viet namnet/080618000537-238- 610.jpg

 Tác hại do nước nóng thải ra:

 ảnh hưởng nguồn nước ngầm

Tác hại gây bệnh (nước thải từ các bệnh viện, phòng thí nghiệm):

Rạch Rá, 2007

Photo: Đinh Khương

TÁC HẠI LÀM BIẾN ĐỔI KHÍ HÕA TAN:

Hô hấp kỵ khí H2S

CH4

TÁC HẠI DO SỰ PHÁT TRIỂN QUÁ MỨC CỦA MỘT SỐ LOÀI SINH VẬT Ở NƯỚC:

TÁC HẠI LÀM BIẾN ĐỔI THÀNH PHẦN LOÀI CỦA QUẦN XÃ

SINH VẬT Ở NƯỚC:

7 KHẢ NĂNG TỰ LỌC SẠCH CỦA NƯỚC

 là khả năng mà vực nước đó khi bị ô nhiễm trong một giới hạn nhất định sau một thời gian lại phục hồi như trạng thái trước lúc ô nhiễm.

TRONG QUÁ TRÌNH TỰ LỌC SẠCH CỦA NƯỚC, VI SINH VẬT GIỮ

VAI TRÒ QUAN TRỌNG

Các hợp chất hữu cơ,

Các hợp chất chứa KL

Vi sinh vật

Động, thực vật (chuyển hóa, tích lũy)

Nguồn

ô

nhiễm

Động thực vật chết, phân

Muối dinh dƣỡng

Lắng đọng trầm tích

Bài tập: Phân tích một ví dụ thực tế dựa theo sơ đồ trên

Diagram design: Đinh Khương

8 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ Ô NHIỄM NƯỚC

Số tt Các thông sô Đơn vị tính

4 Tốc độ dòng chảy m/giây

6 Nhu cầu oxy sinh hóa – BOD Mg/l

19 Nhu cầu oxy hóa học – COD mg/l

Bảng 3.3 Danh mục các thông số cần quan trắc trong môi trường nước

9 PHÂN LOẠI Ô NHIỄM NƯỚC THEO CHỈ THỊ SINH HỌC

HỆ THỐNG Ô NHIỄM (SAPROBIC SYSTEM) - KOLKWITZ

VÀ MARSSON (1902, 1908, 1909)

 Hệ thống này dựa vào việc quan sát sự thay đổi của khu hệ sinh vật xảy ra

ở nguồn nước bị ô nhiễm hữu cơ Khi quá trình tự làm sạch xảy ra, nhữngthay đổi hơn nữa của hệ sinh thái cũng có thể được quan sát chủ yếu vàocác thành phần quần xã sinh vật

VÙNG BẨN VỪA A (Α MESOSAPROBIC ZONE)

chủ yếu là acid béo

sự lên men của protein và carbohydrate

(sewage fungus) Sphaerotilus natans chiếm ưu thế

 Nước trong hay hơi đục, không mùi và thường không màu

 Thực vật đáy phát triển

 Động vật đáy có kích thước lớn như thân mềm, côn trùng, đỉa

và cá nước ngọt (họ Cyprinidae).

VÙNG BẨN ÍT (OLIGOSAPROBIC ZONE)

 Oxygen thường ở mức bão hòa

 Sự khoáng hóa tạo nên các vật chất vô cơ

 Có nhiều loài nhạy cảm như rêu thủy tinh, sán tiêm mao và ấu trùng côn trùng

 Cá chiếm ưu thế là cá hồi

 Mỗi một vùng có thể được xác định bởi các loài chỉ thị chỉ sống duy nhất trong một vùng nào đó Vì vậy, so sánh danh lục loài từ một điểm thu mẫu với danh lục các loài chỉ thị cho 4 vùng có thể sắp xếp các thủy vực thành các loại chất lượng, đặc biệt khi kết hợp với các nhân tố khác như chế độ khí ở tầng đáy, sự phát triển của váng bẩn, của sulfit sắt FeS bao ngoài tảng đá ở đáy.

 Hệ thống phân loại trên được sử dụng để thiết lập các chỉ số ô nhiễm choviệc xử lý số liệu, đánh giá, giải thích để có quyết định và quản lý Chỉ số ônhiễm đầu tiên được Pantle và Buck (1955) thiết lập sau đó được Liebmann(1962) cải tiến.

 Tần số xuất hiện của mỗi loài ở điểm thu mẫu cùng với giá trị ô nhiễm củaloài chỉ thị đó được diễn tả bằng số Mật độ h là:

 sự ưa thích các vùng ô nhiễm của loài được chỉ thị bởi các trị số (s) nhưsau:

 Bất kỳ loài i nào đó, tích của tần số xuất hiện (hi) và sự

ưa thích vùng ô nhiễm (si) diễn tả trị số ô nhiễm (Si) của loài đó:

 thực tế là có rất ít loài xuất hiện chỉ trong một vùng nhiễm bẩn (thậm chí là không còn loài nào)?

thế nào?

mức độ nhạy cảm g (1 – 5):

thống saprobic system dựa

trên các loài có ở thủy vực A

Tính mức độ ô nhiễm theo hệ thống saprobic system thủy vực A dựa trên sự có mặt của các loài ở thủy vực B gần đó

 Dựa vào nhiều năm kinh nghiệm thực tiễn, số lượng lớn các số liệu (đặcbiệt là các số liệu từ các phân tích thủy lý, hóa nước) một nhóm chuyên giaĐức đã sửa lại hệ thống ô nhiễm với những lý do sau:

 Các loài sử dụng phải là sinh vật đáy để có thể phản ánh vị trí nơi chúngđược thu (do sinh vật nổi phản ánh một nơi nào đó không rõ của dòngnước)

 Không sử dụng các loài tự dưỡng để tránh những tác dụng giữa chỉ thịnhiễm bẩn và chỉ thị phú dưỡng

 Các loài được lựa chọn phải là những loài có thể xác định được bởi nhữngnhà sinh học được huấn luyện và không chỉ các chuyên gia trong phân loại

 Phải biết rõ về yêu cầu sinh thái của tất cả các loài được sử dụng

VẤN ĐỀ 2 ĐẠI CƯƠNG VỀ HỆ SINH THÁI

(GENERAL OF ECOSYSTEM)

Nội dung chính

1. Dinh dưỡng của thủy sinh vật

2. Sinh sản của thủy sinh vật

3. Điều hòa áp suất thẩm thấu của thủy sinh vật

4. Hô hấp của thủy sinh vật

5. Di cư của thủy sinh vật

6. Chuỗi thức ăn, lưới thức ăn và tháp dinh dưỡng

7. Sự tiến hóa của hệ sinh thái

8. Nơi ở và ổ sinh thái

9. Tích tụ sinh học

10. Sự gia tăng nồng độ chất độc theo chuỗi thức ăn

KHÁI NIỆM

6 CHUỖI THỨC ĂN, LƯỚI THỨC ĂN VÀ THÁP DINH DƯỠNG

7 SỰ TIẾN HÓA CỦA HỆ SINH THÁI

 Diễn thế sinh thái

 Các dạng diễn thế

8 NƠI Ở VÀ TỔ SINH THÁI

9 TÍCH TỤ SINH HỌC

10 SỰ GIA TĂNG NỒNG ĐỘ CHẤT ĐỘC THEO CHUỖI THỨC ĂN

2.7 SỰ GIA TĂNG NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT ĐỘC HẠI THEO CHUỖI THỨC ĂN

Mô hình khuếch đại sinh học của Gerald A Leblanc, 2004 Basics of environmental toxicology; trích dẫn từ A textbook of modern toxicology, third edition, edited by

Ernest Hodgson, 2004, John Wiley & Sons, Inc.

NỘI DUNG

1 Một số khái niệm, ứng dụng các phương pháp sử dụng sinh học

trong đánh giá chất lượng môi trường nước.

2 Một chỉ số sinh học.

3 Các nhóm sinh vật chỉ thị và các đặc trưng của nhóm chỉ thị.

Khái niệm chung và cơ bản của sinh vật chỉ thị được mọi người thừa nhận là:

“Những đối tượng sinh vật có yêu cầu nhất định về điều kiện sinh thái liên quan đến nhu cầu dinh dưỡng, hàm lượng oxy, cũng như khả năng chống chịu (tolerance) một hàm lượng nhất định các yếu tố độc hại trong môi trường sống và do đó, sự hiện diện của chúng biểu thị một tình trạng về điều kiện sinh thái của môi trường sống nằm trong giới hạn nhu cầu và khả năng chống chịu của đối

 Chỉ thị sinh học (Bioindicator)

 Đối tượng sinh vật là những sinh vật chỉ thị, có thể là các loài (loài chỉ thị) hoặc các tập hợp loài (nhóm loài chỉ thị).

hàm lượng các chất dinh dưỡng, nhu cầu oxy, chất độc (kim loại nặng, thuốc trừ sâu, diệt cỏ, dầu, các chất oxy quang hóa – peroxyaxetyltrat (PAN), chất phóng xạ …) và các chất gây ô nhiễm khác.

 Loài chỉ thị (Indicator species)

Loài chỉ thị là các loài mẫn cảm với các điều kiện sinh lý và sinh hóa, nghĩa là chúng hoặc hiện diện hoặc thay đổi số lượng cá thể các loài chỉ thị do môi trường bị ô nhiễm hay môi trường sống bị xáo trộn

 Ví dụ:

Một số loài địa y: SO2

Tảo lam: mức độ ô nhiễm kim loại nặng

Muỗi lắc (Chiromonus riparins) và giun

ít tơ (Tubifex tubifes và Limnodrilus

hoffmeisteri) chỉ thị cho môi trường nước

 Dấu hiệu sinh học (Biomarker)

Dấu hiệu sinh học là những thể hiện sự phản ứng sinh học của sinh vật đối với tác động lý hóa học của

chất ô nhiễm trong môi trường Dấu hiệu sinh học có 2

loại chính: dấu hiệu sinh lí – sinh hóa và dấu hiệu sinh

thái

 Dấu hiệu sinh lí sinh hóa: là dấu hiệu dễ nhận và có giá trị, nhất là các chỉ số liên quan tới khả năng sống sót, sự sinh trưởng của cá thể (chỉ số ăn mồi, tiêu hóa, hô hấp …) sự sinh sản của quần thể (sinh trưởng, tỷ lệ sống của ấu trùng)

thể hoặc quần xã dưới tác động của chất ô nhiễm.

Ví dụ: Chỉ số thiếu hụt loài, Chỉ số đa dạng sinh học, Chỉ số loài ưu thế

 Chỉ số sinh học

Là các phép tính biểu hiện một trạng thái nào đó của một số loài chỉ thị, thông qua đó có thể biết hiểu được mức độ của chất lượng môi trường nước

Ví dụ:

- Woodiwiss (1964) Mối liên quan giữa chất lượng môi trường nước với một số điểm đặc trưng của các loài chỉ thị (sự vắng mặt của loài; trọng lượng của loài mẫn cảm nhất với chất hữu cơ; …)

- Shannon weiner (1949)

- Cheng Quingchao (1994)

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIÁM SÁT SINH HỌC

2.1 Sử dụng phương pháp loài đơn lẻ

2.2 Sử dụng phương pháp đa loài

2.3 Sử dụng các chỉ số sinh học

2.4 Phương pháp quan trắc cấu trúc quần xã

2.5 Phép phân tích đa biến

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIÁM SÁT SINH HỌC

Sự ảnh hưởng củachất ô nhiễm lênmật độ, sự pháttriển, sinh lí củasinh vật,

2.2 SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐA LOÀI

Sử dụng nhóm sinh vật hay những quần xã sinh vật để đo đạc một số yếu

tố (thông qua các tỷ lệ, các chỉ số định lượng, chỉ số bán định lượng, các chỉ số đa dạng) làm căn cứ để xác định chất lượng môi trường nước.

Ví dụ:

Winner et al (1980) xác định tỉ lệ

Chironomidae (AT ruồi đỏ) /Côn trùng

Chỉ số xác định lượng thông tin quần xã (đa dạng cấp độ loài) Shannon weaver, 1949 xác định mức độ ô nhiễm của thủy vực theo 5 cấp độ.

2.4 PHƯƠNG PHÁP QUAN TRẮC CẤU TRÚC QUẦN XÃ

 Phát hiện những thay đổi trong cấu trúc quần xã trước

sự xâm nhập chất lạ vào môi trường quan trắc

2.5 PHÉP PHÂN TÍCH ĐA BIẾN

3 ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG SINH HỌC TRONG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG

MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Thay đổi thành phần loài của quần xã sinh vật thủy sinh

Thay đổi về những nhóm sinh vật ưu thế Làm kiệt quệ một số loài

Gia tăng tỉ lệ chết ở các giai đoạn mẫn cảm như trứng, ấu trùng.

Làm chết cả quần thể.

Thay đổi tập tính của sinh vật.

Thay đổi về sinh lý trao đổi chất Thay đổi về tổ chức và những biến dị hình thái.

3.1 SỰ BIẾN ĐỔI CỦA HỆ SINH THÁI Ở NƯỚC DO Ô NHIỄM