chỉ thị sinh học môi trường

Khi nghiên cứu moi trường nhận thấy những sinh vật bị các chất gây ô nhiễm hoặc các chất tự nhiên có nhiều trong môi trường tác động có thể biểu hiện những dấu hiệu dễ nhận biết Ví dụ: T

TRƯỜNG HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

(Vietnam National University of Agriculture)

KHOA MÔI TR ƯỜ NG

TIỂU LUẬN CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG

ĐỀ TÀI: “SỬ DỤNG SINH VẬT CHỈ THỊ TRONG NGHIÊN CỨU ĐÁNH

GIÁ VÀ XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG.”

SINH VIÊN LÀM BÀI: Lê Thị Thu Trinh

LỚP: CDK4MTB

MÃ SINH VIÊN: 578316

GIÁO VIÊN H ƯỚ NG D N Ẫ : PGS.TS NGUY N NH Ễ Ư

Ở Việt Nam, các khái niệm về sinh vật chỉ thị môi trường còn rất mới mẻ và việc ứng dụng chúng trong các nghiên cứu cũng mới chỉ

là bước đầu

Nhiễm môi trường: là tình trạng môi trường bị ô nhiễm bởi các chất hóa học, sinh học gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người, các cơ thể sống khác

Ô nhiễm môi trường là do con người và cách quản lý của con người

Các dạng ô nhiễm chính

Ô nhiễm không khí: việc xả khói chứa bụi và các chất hóa học vào bầu không khí Ví dụ về các khí độc là cacbon mônôxít, điôxít lưu huỳnh, các chất cloroflorocacbon (CFCs), và ôxít nitơ là chất thải của công nghiệp và xe cộ Ôzôn quang hóa và khói lẫn sương (smog) được tạo ra khi các ôxít nitơ phản ứng với nước trong không khí ( chính là sương ) xúc tác là ánh sáng mặt trời

Nước thải từ các trạm xăng, gas đổ thẳng ra vịnh San Francisco

Ô nhiễm nước: xảy ra khi nước bề mặt chảy qua rác thải sinh hoạt, nước rác công nghiệp, các chất ô nhiễm trên mặt đất, rồi thấm xuống nước ngầm

Ô nhiễm đất: xảy ra khi đất bị nhiễm các chất hóa học độc hại (hàm lượng vượt quá giới hạn thông thường)do các hoạt động chủ

động của con người như khai thác khoáng sản, sản xuất công nghiệp, sử dụng phân bón hóa học hoặc thuốc trừ sâu quá nhiều, hoặc do bị rò rỉ từ các thùng chứa ngầm Phổ biến nhất trong các loại chất ô nhiễm đất là hydrocacbon, kim loại nặng, MTBE, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, và các hydrocacbon clo hóa

PHẦN II: NỘI DUNG

I CÁC KHÁI NIỆM VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG

1 Các khái niệm

1.1 Khái niệm về môn học

Từ lâu các nhà khoa học thuộc chuyên môn khác nhau đã sử dụng nhiều loại thực vật chỉ thị điển hình phục vụ cho công tác chuyên môn ( bản đồ địa chất, phân bố các khoáng sản, phân loại đất, đánh giá tình trạng dinh dưỡng của thực vật

Khi nghiên cứu moi trường nhận thấy những sinh vật bị các chất gây ô nhiễm hoặc các chất tự nhiên có nhiều trong môi trường tác động có thể biểu hiện những dấu hiệu dễ nhận biết

Ví dụ: Thực vật thường biểu hiện những dấu hiệu dễ phân biệt hoặc rất đặc trưng khi môi trường bị thiếu hoặc thừa một số chất dinh dưỡng khoáng

Các kiểu tác động của môi trường lên sinh vật có thể quan sát bằng mắt hoặc qua một số các biểu hiện sau:

+ Những thay đổi về thành phần loài hoặc các nhóm ưu thế trong quần xã sinh vật

+ Những thay đổi về thành phần loài trong quần xã

+ Tổng tỉ lệ chết trong quần thể gia tăng, đặc điểm ở giai đoạn non mẫn cảm như trứng và ấu trùng

+ Thay đổi sinh lý và tập tính trong các cá thể

+ Sự tích lũy những chất gây ô nhiễm hoặc sự trao đổi chất của chúng trong các mô của những cá thể

Do đó, trên thế giới, việc nghiên cứu và sử dụng các sinh vật để đánh giá, kiểm soát và các hiện chất lượng môi trường đã đạt được nhiều thành tựu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Tại các nước phất triển, đặc biệt là ở một số nước trong khu vực như Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Việc nghiên cứu và sử dụng các sinh vật

chỉ thị đã được tiến hành từ nhiều năm nay.

1.2 Khái niệm về môn học chỉ thị sinh học môi trường

Đối tượng sinh vật là những sinh vật chỉ thị môi trường, có thể

là các loài ( loài chỉ thị) hoặc tập hợp các loài ( nhóm loài chỉ thị) Các điều kiện sinh thái chủ yếu là các yếu tố vô sinh như hàm lượng các chất dinh dưỡng, nhu càu oxi, chất độc ( kim loại nặng, thuốc trừ sâu, diệt cỏ, dầu, các chất oxi hóa quang hóa – PAN, chất phóng xạ…) và các chất gây ô nhiễm khác

1.3 Cơ sở chỉ thị sinh học môi trường

1.3.1 Cơ sở của việc sử dụng chỉ thị sinh học môi trường

Thành phần loài của một quần xã sinh vật được xác định bởi các yếu môi trường Tất cả các cơ thể sống đều chịu tác động của các yếu tố môi trường sống, môi trường sống này cũng có thể bị ảnh hưởng từ môi trường xung quanh, đặc biệt bị tác động bởi các yếu tố vật lý và hóa học Yếu tố tác động vào môi trường có thể hay không gây hại cho sinh vật đó, thì sinh vật này có thể hay không bị loại trừ ra khỏi quần thể, làm nó trở thành sinh vật chỉ thị cho môi trường

Hiểu biết về tác động của các yếu tố môi trường lên cơ thể sống

có thể xác định được sự có mặt và mức độ có của nhiều chất trong môi trường

Như vậy, cơ sở cho việc sử dụng sinh vật làm vật chỉ thị môi trường dựa trên hiểu biết của con người về khả năng chống chịu của sinh vật với các yếu tố của điều kiện sinh thái (yếu tố vô sinh) với tác động tổng hợp của chúng

Các yếu tố vô sinh của môi trường: ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, chất dinh dưỡng dễ tiêu,…

1.3.2 Tác động của các yếu tố vô sinh lên sinh vật

 Ánh sáng

 Ánh sáng cần cho các hoạt động sống bình thường của động vật, cung cấp một số chất cần thiết cho động vật Ánh sáng có vai trò đặc biệt quan trọng đối với thực vật: Cường độ và thời gian tác động của ánh sáng có ảnh hưởng rất

lớn đến quá trình quang hợp… Theo phản ứng với ánh sáng, sinh vật được chia thành hai nhóm:

• Ưa tối: Cà độc dược, hành, dương xỉ,…Theo phản ứng của cây trồng với ánh sáng, có 3 nhóm:

- Cây á nhiệt đới

 Nhiệt độ

Trong một phạm vi nhất định, nhiệt độ càng tăng thì càng làm

Sinh vật có thể phản ứng với nhiệt độ bằng nhiều hình thức khác nhau

 Nước và độ ẩm

Nước có vai trò rất quan trọng đối với sinh vật Nước tham gia vào tất cả các hoạt động sống của sinh vật.Phân loại theo mức độ phụ thuộc vào nước, gồm:

• Sinh vật ở nước: cá, thực vật thủy sinh,…

• Sinh vật ưa ẩm cao: lúa, cói, lác,…

• Sinh vật ưa ẩm vừa: tếch, trầu không,…

• Sinh vật ưa ẩm thấp: xương rồng, thầu dầu,…

Khí quyển cung cấp O2 và CO2 cho sinh vật, xử lý một phần các

Khi thành phần, tỷ trọng các chất khí có trong khí quyển thay

Thực vật có vai trò quan trọng trong xử lý các chất khí gây ô nhiễm môi trường (CO2, SO2)

 Các chất khí hòa tan (muối):

Chất khoáng có vai trò quan trọng trong cơ thể sinh vật, giúp điều hòa các quá trình sinh hóa, áp suất thẩm thấu của dịch mô và

Sinh vật có khả năng hấp thu chất khoáng khác nhau Đối với cây trồng, dinh dưỡng khoáng quyết định đến tình trạng sinh trưởng, năng suất, chất lượng sản phẩm cây trồng

Theo yêu cầu dinh dưỡng của thực vật, có 14 chất khoáng là dinh dưỡng thiết yếu cần cung cấp, được chia thành 3 nhóm nhu cầu:

• Vi lượng: Fe, Mn, Cu, Zn, Bo, Mo, Cl Môi trường mất cân đối hàm lượng các chất khoáng có thể dẫn đến gây rối loạn quá trình trao đổi chất làm sinh vật mắc bệnh và làm ảnh hưởng xấu năng suất, phẩm chất cây trồng

1.4 Khả năng biến đổi để thích nghi của sinh vật khi môi trường thay đổi

 Sự phản hồi của sinh vật đối với tác động của môi trường

- Sự phản ứng lên tác động của môi trường bằng 2 phương thức: chạy trốn và thích nghi

- Sự thích nghi của sinh vật có thể là thích nghi hình thái và thích nghi di truyền

+ Thích nghi hình thái: Phản ứng thích nghi xảy ra suốt thời gian sống của cơ thể sinh vật dưới tác động thay đổi của các nhân tố môi trường như: ánh sáng, nhiệt độ

+ Thích nghi di truyền: suốt hiện trong quá trình phát triển cá thể của các cơ thể không phụ thuộc vào sự có mặt hay vắng mặt của các trạnh thái môi trường mà trong môi trường có thẻ có ích cho chúng Những thích nghi đó được củng cố bởi các yếu tố di truyền, vì thế gọi là thích nghi di truyền

 Biến động số lượng

- Quá trình biến động xảy ra do tác động ngẫu nhiên của các yếu

tố môi trường chủ yếu là do yếu tố thời tiết và khí hậu Các yếu tố biến đổi có thể ảnh hưởng lên số lượng cũng như chất lượng cá thể hoặc quần thể bằng cách trực tiếp hay gián tiếp qua sự thay đổi trạng thái sinh lí của cây, thức ăn, hoạt tính của thiên địch…

- Hiện nay, có nhiều cơ chế điều chỉnh số lượng sinh vật, trong đó

có cả yếu tố cạnh tranh loài Khi nguần dự trữ thức ăn trở nên thiếu thốn thì sự cạnh tranh trong loài xuất hiện

 Diễn thế sinh thái và tác động đến sinh vật chỉ thị môi trường Tất cả các hoạt động kinh tế liên quan trực tiếp hay gián tiếp đến

hệ sih thái luôn luôn chịu ảnh hưởng của quá trình diễn thế sinh

thái Tất cả biểu hiện sinh thái ở rừng đều do hiện tượng diễn thế sinh thái,thay từ một hệ sinh thái rừng có sức sản xuất cao bằng một thảm rừng có sức sản xuất thấp hơn, hay đồng cỏ có giá trị chăn nuôi cao thay thế bằng một thảm cỏ có nhiều cỏ độc làm kém giá trị chăn nuôi Nhwngxthay đổi không thích hợp cho hoạt động của các vi sinh vật trong đất, những thay thế có hại cho thảm thực vật thủy sinh…đều do nguyên nhân diễn thế.

- Nguyên nhân xảy ra diễn thế

+ Nguyên nhân bên trong:

Theo E.P.Odum (1969), căn cứ vào động lực của quá trình diễn thế có thể chia thành 2 dạng: nội diễn thế và ngoại diễn thế

Những nguyên nhân bên trong gây nên nội diễn thế nằm trong tính chất của chính hệ sinh thái, sự sinh sản và cạnh tranh sinh tồn

Trong hệ sinh thái, sự cạnh tranh về điều kiện sinh tồn như ánh sáng, nước, các chất dinh dưỡng diễn ra không ngừng giữa cá thành phần của hệ Giống, loaifnaof thích nghi hơn, hấp thụ được nhiều chất dinh dưỡng hơn và phát triển nhanh hơn Ngược lại, loài nào ít thích nghi hơn thì phát triển kém hoặc bị tàn lụi

+ Nguyên nhân bên ngoài: bao gồm các yếu tố từ bên ngoài tác động lên hệ sinh thái làm thay đổi nó, gây nên ngoại diễn thế

Vũ Trung Tạng (2000), trích lược từ E.P.Odum (1969) cho biết, quá trình diễn thế thường trải qua 6 phạm trù lớn vớ 23 điểm đặc trưng cho 2 trạng thái: đang phát triển và trạng thái đỉnh cực

Bảng các khuynh hướng phát triển của hệ sinh thái theo E.P>Odum (1969)

Những thuộc tính của hệ sinh thái

- Giai đoạn chưa thành thục

- Giai đoạn thành thục

A. Chiến lược năng lượng của quần xã

Sản lượng thô và hô hấp của quần xã ( P/R)>1 ~ 1

Sản lượng thô và sinh vật lượng (P/B) Cao Thấp

Sản vật lượng / đơn vị dòng năng lượng (B/E) Thấp Cao

Sản lượng nguyên của quần xã Cao thấp

Các xích thức ăn

Đường thẳng ( chủ yếu ăn cỏ)

Kiểu mạng (chủ yếu ăn phế liệu)

Những thuộc tính của hệ sinh thái

Giai đoạn chưa thành thục

Giai đoạn thành thục

B Cấu trúc của quần xã

Tổng vật chất hữu cơ Nhỏ Lớn

Chất dinh dưỡng vô cơ Ngoại sinh học Nội sinh học

Đa dạng loài Thấp Cao

Đa dạng tính bình quân Thấp Cao

Đa dạng sinh hóa Thấp Cao

Tính hỗn hợp về sự phân tầng và phân lớp

Được tổ chức kém Được tổ chức tốt

C Lịch sử đời sống

Đặc trưng hóa về ổ sinh thái Rộng Hẹp

Kích thước của cơ thể Nhỏ Lớn

Chu kì sống Ngắn, đơn giản Dài, phức tạp

D Chu trình các chất dinh dưỡng

Nhịp điệu trao đổi chất dinh dưỡng (cơ thể và môi trường) nhanh

Cộng sinh trưởng Kém phát triẻn Phát triển

Bảo tồn chất dinh dưỡng nghèo Tốt

Tính ổn định (chống lại sự xáo trộn tè bên ngoài) Kém TốtEntropy Cao Thấp

Thông tin Thấp Cao

Như vậy, quá trình phát triển tiến hóa của hệ sinh thái diễn ra do:

+ Những biến đổi của các điều kiện môi trường vật lý dưới sự kiểm soát chặt chẽ của quần xã sinh vật

+ Cấu trúc lại thành phần loài và số lượng cá thể của từng loài phù hợp với mối quan hệ cạnh tranh – chung sống giữa những loài cấu tạo nên quần xã trong điều kiện cân bằng mới của quần xã với môi trường

2 Loài chỉ thị

- Loài chỉ thị là các cá thể loài hay nhóm các loài sinh vật có đặc điểm sinh lý, sinh hóa mẫn cảm với tác động của tình trạng môi trường chúng hoawch hiện diện thay đổi sinh vật các loài khi môi trường sống của chúng bị ô nhiễm hay bị xáo trộn

- Một số loài địa y chỉ thị cho sự mẫn cảm với oo nhiễm sunfuadioxyt ( SO2)

-nhóm sinnh vật chỉ thị môi trường đất secpentine có đặc điểm phát triển rời rạc và lùn

- Một số nhóm loại cây rừng không chống chịu được sự sáo trộn môi trường có thể là làm các cây chỉ thị cho tuổi của rừng cây

- Các nhóm sinh vật chỉ thị có thể sử dụng đánh giá điều kiện sinh thái ( nhóm quần thể sinh vật chỉ thị, diều kiện sinh thía cần được bảo tồn) các cá thể chỉ thị dùng dánh giá môi trường và trong việc

sử dụng để lập bản đồ về sự mẫn cảm với môi trường

3.8 Chỉ thị sinh thái và mô

- Các thông số về hình thái, cung cấp những dấu hiệu có thể đo được hoặc nhìn thấy rõ tác hại do chất gây ô nhiễm gây nên cho sinh vật

+ Sự hư hại thực vât (có thể quan sát được bằng mắt thường) như

lá bị vàng, bị đốm hoặc hoại sinh (đặc biệt để quan trắc mua axit

gây nên)

- Trong nhiều trường hợp chỉ số hình thái và mô của một số loài thực vật được sử dụng để phát hiện sự có mặt một số chất gây ô nhiễm không khí ( hư hại lá cây thuốc lá chỉ số dẫn ô nhiễm ozon)

3.8.2 Đối với động vật

- các thông số (chỉ tiêu) thường sử dụng trong chỉ thị hình thái và mô

+ Tuổi, kích thước, tốc độ tăng trọng, tỉ lệ sinh sản

+ Sinh trưởng không đối xứng, bất thường từ một phía của cơ thể

so với phía khác và những thay đổi hình thái không do bệnh lý+ Sự xuất hiện các đặc tính bệnh lý như: Lở loét, u beoeis, viêm tủy, hoại tử, nhiễm bệnh kí sinh…đôi khi cũng liên quan đến sự có mặt của các chất ô nhiễm Tuy nhiên, việc chuẩn đoán những thay đổi này thường đòi hỏi các chuyên gia giàu kinh nghiệm nên thường khó phân biệt các biểu hiên bình thường của bệnh và bệnh

do ô nhiễm gây nên

4 Vai trò ý nghĩa của chỉ thị sinh học môi trường

4.1.Qúa trình nghiên cứu phát triển và sử dụng chi thị sinh học môi trường

- Con người đã sử dụng các thủy vực, đất làm nơi đổ rác thải, ngay

từ khi mới bắt đầu định cư, Thường thấy các dấu vết ô nhiễm rác thải trong các hồ và biến đổi tự nhiên của chúng qua nhiều thế kỉ

- Vào thế kỉ 19, nghiên cứu về ô nhiễm hồ đã bắt đầu phát triển như một bộ phận quan trọng trong nghiên cứu môi trường nước

* Đối với môi trường nước

- Đầu tiên một số tác giả đã sử dụng động vật không xương sống cỡ lớn để đánh giá ô nhiễm hữu cơ các thủy vực (ưu điểm thu thập, định lượng, bảo quản dễ, thuận lợi cho giám định)

- Sau đó nhiều nhà nghiên cứu khác đã dùng các nhóm sinh vật khác làm sinh vật chỉ thị ô nhiễm hữu cơ nguần nước thành công.+ Liebman (1942) đã nhấn mạnh tầm quan trọng của các sinh vật trong việc đánh giá sự ô nhiễm hữu cơ và đã chỉ ra rằng, các sinh vật sống ở nơi nước ô nhiễm nghiêm trọng hầu hết có cỡ hiển vi

+ Butcher (1946) đã khẳng định, tảo sinh trưởng trên các tấm lam kính đặt ở nước là các vật chỉ dẫn cho sự ô nhiễm hữu cơ, chính xác hơn nếu là ô nhiễm kim loại nặng.

+ Kabler (1957) đã coi nhóm vi khuẩn E.coli như là cá loài chỉ thị

ô nhiễm về chất lượng nước uống

+ Lackey (1957) chỉ ra rằng, nếu xả trực tiếp nước thải vào sông suối thì hàm lượng oxi sẽ giảm và loại trừ hầu như tất cả các sinh vật, ngoại trừ một số trùng tiêm mao kỵ khí và trùng roi không màu

+ Dondoroff (1957) sử dụng các loài cá (có khả năng chống chịu nhiệt độ, hàm lượng oxi, độ pH) làm sinh vật chỉ thị

+ Patrick (1963) chỉ rõ: có thể dùng tảo silic để xác định mức ô nhiễm, do chúng rất nhạy cảm với tính chất vật lý và hóa học của nước

* Đối với môi trường đất

- Việc phân tích cây tồng như một phương pháp xác định nhu cầu của cây về phân bón đã được ứng dụng từ khá lâu Từ những năm 1932-1957 nhiều tác giả (Lagatu, Thomas, Ulrich, Chapman, Lunderhard, Bergmanm) đã nghiên cứu về chẩn đoán dinh dưỡng qua lá và phân tích lá

- Việc “nhìn cây biết đất” đối với nhiều tác giả đã trở nên quen thuộc

- Trong xuất thế kỉ 20 nhờ hiểu biết về ảnh hưởng của ô nhiễm hữu

cơ lên các quần xã sinh vật (nước, đất) và phản ứng của chúng quan trắc sinh học môi trường ngày càng được mở rộng, là một trong những cơ sở làm công nghệ xử lý rác thải có nhiều tiến bộ

Sự tăng sử dụng các hóa chất tổng hợp tạo ra nhiều nguần ô nhiễm Nhiều loài hóa chất chỉ ở nồng độ rất thấp cũng tác động nghiêm trong lên hệ sinh thái Nhiều nghiên cứu cho thấy, nhiều loại hóa chất có khả năng phá vỡ chức năng nội tiết ở quần thể động vật và chức năng trao đổi chất ở thực vật Đây là cơ sở cho việc phát triển sử dụng chirt hị sinh học trong nghiên cứu đánh giấ ô nhiễm hóa chất

- Hiên nay, nhiều loài sinh vật được sử dụng làm chỉ thị sinh học môi trường để dánh giá mức độ ô nhiễm, xác định nguần ô nhiễm địa diiemr ô nhiễm và thời gian ô nhiễm

- Nhiều loài thực vật (cây thuốc lá, cây lúa mạch, rêu, tảo…) và động vật (nhuyễn thể hai mảnh vỏ, cá, chim…) được sử dụng rộng rãi để đánh giá mức độ ô nhiễm khối lượng kim loại nặng trong nước, trong đất và không khí

- Hiên nay ở nhiều nước đã hình thành phương pháp sử dụng hiệu quả các sinh vật chỉ thị để giám sát, quan trắc môi trường

- Ở Nhật Bản, Mỹ, Úc đã và đang sử dụng rộng rãi loài cỏ lươn (zostera marina) và loài trai (Mytilusedulis) trong phát hiện nguần thải và đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng của các thủy vực

Ví dụ: Dùng ong đo mức độ ô nhiễm trong mặt ong

* Ở Việt Nam việc nghiên cứu sử dụng sinh vật chỉ thị để đánh giá chất lượng môi trường nước cũng đã được tiến hành Cụ thể là ở trường ĐHQG Hà Nội

- Đã lập một khóa định loại động vật không xương sống cỡ lớn quy trình lấy mẫu và hệ tính điểm cho quan trắc sinh học, ở các thủy vực nước chảy tại Việt Nam

- Sử dụng một số loài sinh vật tích tụ để nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất và nước

- hoàn thiện khóa nhận diện biểu hiện trên thực vật biểu hiện trên thực vật khi môi trường đất thiếu các chất dinh dưỡng

- Nhìn chung việc sử dụng các sinh vật chỉ thị để quan trắc đánh giá môi trường còn mới đối với nước ta

4.3.3 Các phương pháp quan trắc sinh học

- Trong thực tế sử dụng nhiều phương pháp quan trắc sinh học môi trường trong mỗi loại có đặc điểm khác nhau về: loại giám sát, sinh vật chính được sử dụng, loại chất ô nhiễm chính được đánh giá, ưu điểm, nhược điểm

- Các phương pháp quan trắc sinh học môi trường:

Loại giám sát

Sinh vật chính sử dụng những chất ô nhiễm chính được đánh giá

ưu điểm, nhược điểm nghiên cứu cấu trúc quần xã động vật không xương sống Chất thải hữu cơ và chất nguy hại, giàu dinh dưỡng

dễ sử dụng giá thành thấp, không có yêu cầu cao về thiết bị và kiền thức chuyên gia đòi hỏi kiến thức của một chuyên gia nhất định sử

dụng cục bộ, không đặc trưng

Các chỉ thị sinh học Động vật không xương sống, cỡ lớn thực vật lớn, tảo địa y Chất thải hữu cơ giàu dinh dưỡng axit hóa học, khí độc dễ sử dụng giá thành rẻ, không đòi hỏi thiết bị chuyên dụng cần kiến thức một số chuyên gia sử dụng cục bộ, không đặc trưng phương pháp vi sinh vật, vi khuẩn

Vật liệu phân và hữu cơ giá thành tương đối thấp, trực tiếp liên quan đến sức khỏe con người, cần thiết bị và kiến thức chuyên giaSinh vật tích tụ

Thực vật lớn, động vật không xương sống

Chất thải nguy hại, chất phóng xạ

Chỉ thị liên quan đến sức khỏe con người

Tốn thời gian, đắt, đồi hỏi thiết bị cá nhân và nhân lực đào tạoPhép thử sinh học Vi sinh vật, thực vật lớn, động vật không xương sống, động vật có xương sống nhỏ

Chất hữu cơ, các khí độc, chất thải độc hại

Kết quả nhanh, giá thành tương đối thấp, có khả năng nghiên cứu

đa dạng

Cần các nghiên cứu quan trắc tiếp theo trong thực tế

* Để đánh giá ô nhiễm do phân bắc:

- Có 3 nhóm vi sinh vật chính:

+ Nhóm Coliform đặc trưng là Es cherichia coli (E.coli)

+ Nhóm Streptococci đăc trưng là Streptococcusfaeeals

+ Nhón clostridium khử sunfit (SO32-) đặc trưng là C

- Sự có mặt của các sinh vật này chỉ tình trạng nước bị ô nhiễm phân, có ý nghĩa có thể

(-) Trong 3 nhóm sinh vật chỉ thị trên nhóm coliform thường được phân tích vì chúng là nhóm vi sinh vật quan trọng nhất trong việc đánh giá vệ sinh nguần nước và có đầy đủ các tiêu chuẩn của các loài sinh vật chỉ thị lý tưởng

(-) Để đánh giá mức độ ô nhiễm nước do chất thải sinh hoạt ngoài các thông số hóa, lý, cần thiết phải quan trắc các vi sinh vật chỉ thị: Feucal coliform, tổng coliform và các sinh vật gây bệnh khác.(-) Trong trường hợp đánh giá tác động của ô nhiễm đến hệ sinh thái nước cần quan trắc bổ sung về các sinh vật thủy sinh: Động

vật đáy không xương sống, thực vật nổi.

(-) Đối với môi trường đất thường sử dụng các loại thực vật tích tụ

để quan trắc sinh học

III CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC

3.1 Đặc điểm môi trường nước

3.1.1 Đặc điểm chung

Là chất phổ biến, duy nhất gặp với khối lượng lớn ở 3 trạng thái rắn, lỏng và khí Nước là chất chủ yếu của hệ sinh thái, nhu cầu quan trọng của sự sống, các hoạt động kinh tế Nước gồm: Nước khí quyển, Nước mặt, Nước dưới đất, Nước biển

và nước đại dương

3.1.2 Đặc điểm vật lý của nước thiên nhiên

- Nhiệt độ (do mặt trời, phân hủy chất hữu cơ đất) biến động theo địa y, mùa, thời tiết, ngày đêm) ảnh hưởng đến sinh trưởng sinh sản và di cư của sinh vật sống trong nước

- Độ trong, đục (độ phù sa, chất lơ lửng, chất hòa tan và thủy sinh vật) ảnh hưởng đến phát triển của thực vật trong nước

- Màu: Phù sa (đỏ gạch), chất hòa tan (vàng cam-sắt), chất lơ lửng (trắng đục-bùn, nâu đen-chất hữu cơ), thủy sinh vật (xanh nhạt-tảo lục, xanh đậm-tảo lam, vàn nâu-tảo silic)

- Mùi: tanh và hôi (vi khuẩn), tanh (Fe), trứng thối (H2S)

- Vị: Mặn (NaCl), ngọt (CO2), đắng, chát (Mg2+), chua (Fe,Na)

3.1.3.Đặc điểm hóa học của nước tự nhiên

- Các nguyên tố hóa học dạng iôn) nồng độ ppm: Cl+, Na+, SO42-,

Mg2+, Ca2+, K+, HCO3-, Br_,

Sr Các nguyên tố nồng độ ppb: B, Si, Fe, N,P, Mo,Zn, Cu, Mn, Ni,

Al Trong nước biển thường chứa các chất này cao hơn nước ao, hồ

- Ooxxi hòa tan (DO) cần cho các hoạt động của thủy sinh vật trong nước: >5ppm (bão hòa) tốt cho tôm cá; biến động theo mùa, thời tiết, ngày đêm, đô sâu, nhiệt độ và độ mặn

- CO2 hoaft an (do hô hấp của thủy sinh vật và phân hủy hữu cơ) rất cần cho quang hợp tạo chât hữu cơ của thủy vực nhưng nồng độ

- NH3 (N hữu cơ, phân bón) hàm lượng NH3 tăng khi pH và nhiệt

độ tăng, rất độc với tôm cá

- NH4+ thức ăn tự nhiên nhiều làm thực vật phù du phát triển quá mức

- Si (nham thạch) cần cho tảo khuê, động vật

- BOD (Biologial Ooxxygen Pemomd – tiêu hao oxy sinh học) lượng oxi cần cho quá trình hô hấp của thủy sinh vật (trong điều kiện nhất định)xác định ở điều kiện 200C trong 3 ngày (BOD3) hoăc 5 ngày (BOD5) nước có mật đọ sinh vật cao thì BOD cao Dùng đánh giá mức độ giàu dinh dưỡng hay nhiễm bẩn của thủy vực

- COD (Chemical Oxygen Demand – tiêu hao oxi hóa học) lượng oxi tiêu tốn cho sự phân hủy hữu cơ theo phản ứng:

(CHO)n + O2 = CO2 + H2O + Q

Môi trường nhiều chất hữu cơ thì COD càng cao: COD dùng đánh giá mức độ ô dinh dưỡng của nước

3.2.2 Khái niệm về ô nhiễm nước và hệ hoại sinh

- Nếu nước thải mà không qua xử lý được xả vào nguần nước, có thể làm cho nguần nước,dần dần bị ô nhiễm

- Do trong nước thải thường giàu chất hữu cơ, chúng xẽ làm thay đổi điều kiện môi trường tạo ra những sự diễn thế các quần xã của thủy vực (nước chảy) tùy thuộc vào khoảng cách tới nguần xả

- Các quần xã sinh vật của thủy vực bị ảnh hưởng của nguần nước

thải là hệ thống các sinh vật sống phụ thuộc vào các mức độ phân hủy của các chất hữu cơ – hệ sinh vật hoại sinh.

3.2.3 Chất lượng nước liên quan đến hệ hoại sinh

- Những sinh vật có trong nước bị ô nhiễm khác với những sinh vật

ở nước sạch Do ở mức ô nhiễm được đặc trưng bởi những loài động vật thực vật và cả quần thể tự làm sạch bởi các sinh vật có trong quần xã hoại sinh

- Chúng chỉ sử dụng các chất hữu cơ (có mức độ phân hủy khác nhau) làm thức ăn, nên tạo ra hiện tượng tự làm sạch dần nguần nước – tự làm sạch sinh học

- Để phân chia các đoạn sông nơi bị tiếp nhận các chất thải hữu cơ,

đã có nhiều ý kiến khác nhau về cách gọi và định ranh giới vùng nhưng giống nhau về nguyên tắc

Phân chia đoạn sông bị ảnh hưởng của dòng nước thải

Nước sạch Suy thoái Phân hủy mạnh Phục hồi Nước sạch hơn

Nước sạch Nhiễm trùngChống chịu ô nhiễm Chống chịu

và chống chịu yếu Nước sạch hơn

- Thường chia đoạn sông bị ảnh hưởng của nước ảnh thải thành các phụ vùng sau:

+ Nước sạch (chưa ô nhiễm): Liên quan với các sinh vật hoại sinh yếu – vùng nước phía dưới phía trước dòng thải xâm nhập

+ Nước suy thoái (thoái hóa - hiện đang ô nhiễm - nhiễm trùng - rất bẩn) – liên quan tới các sinh vật hoại sinh mạnh – vùng nước nơi dòng nước thải bắt đầu xâm nhaapjvaof, có quá trình khử chiếm ưu thế

+ Nước phân hủy mạnh – Liên quan tới các sinh vật hoại sinh trung bình - nơi quá trình khử vẫn còn chiếm ưu thế

+ Nước phục hồi – liên quan đến sinh vật hoại sinh trung bình - nơi quá trình khử từ từ hết, chuyển sang quá trình oxi hóa.

+ Nước sạch hơn – liên quan tới các sinh vật hoại sinh yếu vùng chỉ có những quá trình oxi hóa

- Vì vậy nghiên cứu các sinh vật chỉ thị cho sự ô nhiễm nước là nghiên cứu hệ sinh vật hoại sinh trong nước

3.2.4 Đặc điểm của đoạn sông bị ô nhiễm

Có thể chia đoạn sông bị ô nhiễm ra các phụ vùng theo thời gian tính ra ngày và khoảng cách tính ra dặm, với các đặc điểm sau:3.2.4.1 Phụ vùng nước sạch hoại sinh yếu

- Vùng nước phía dưới dòng thải xâm nhập thường không ô nhiễm , nơi nước sạch trước khi bị ô nhiễm

- Có khoảng cách 12 – 24 dặm (1609 m) ngược về phía nguần và thời gian trước 1 -2 ngày tính từ nơi và thời gian điểm dòng sông bắt đầu bị nước thải đổ vào

- Môi trường sống của sinh vật ổn định với hàng loạt các yếu tố lý

và hóa học (thông thường) đặc trưng cho nước chưa bị ô nhêm hữu cơ

- Có nhiều loại sinh vật (40 loại) với chức năng đa dạng (sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ, sinh vật phân hủy) cùng tồn tại, nhưng không có loài nào chiếm ưu thế và đều là các sinh vật hoại sinh yếu

3.2.4.2 Phụ vùng thoái hóa – hoại sinh mạnh

- Vùng còn gọi là - rất bẩn – ô nhiễm rất nặng, có quá trình khử chiếm ưu thế, chỉ có các sinh vật hoại sinh mạnh

- Mới bắt đầu bị ô nhiễm do nước thải cùng lượng lớn các chất hữu

cơ – thức ăn cho các sinh vật hoai sinh mạnh

- Có khoảng cách 12 dặm xuôi theo dòng sông và thời gian sau một ngày tính từ nơi và thời điểm dòng sông bắt đàu bị nước thải bẩn đổ vào

- Các lý tính của môi trường thay đổi mạnh

- Số lượng loài có xu hướng giảm, do ô nhiễm mạnh làm nhiều loài sinh vật( đặc biệt là các sinh vật tiêu thụ và sinh vật ản xuất) có thể bị chết ngạt hoặc bị che lấp bởi chất lơ lửng

- Số lượng cá thể của những loài sinh vật hoại sinh có xu hướng tăng mạnh và chiếm ưu thế hoàn toàn do thích ứng với ô nhiễm.

- các sinh vật bị chết cung cấp thêm thức ăn( xác hữu cơ) làm vi sinh vật hoại sinh phát triển mạnh nồng độ oxi hóa tan trong nước

3.2.4.3 Phụ vùng phân hủy mạnh – hoại sinh trung bình

- Vùng có thể gọi là – bẩn nhiều – ô nhiễm cao, với các sinh vật hoại sinh trung bình (gần với hoại sinh mạnh)

- Có khoảng cách 12 – 48 dặm xuôi theo dòng sông và thời gian 1 -4 ngày tính từ nơi và thời điểm dòng sông bị nước thải bẩn đổ vào

- Vùng này vẫn có quá trình khử chiếm ưu thế

- Sự thiếu O2 hòa tan làm cho hầu hết động vật, thực vật cỡ lớn và nhiều vi sinh vật hảo khí chết và lại bổ sung kim loại xác hữu cơ

- Các loài sinh vật hoại sinh (lớn, nhỏ) kỵ khí chiếm ưu thế

- Các sinh vật hoại sinh kị khí tiếp tục sử dụng thức ăn hữu cơ cho đến hết làm cho số lượng của các loài sinh vật hoại sinh mạnh trong môi ttrwowngf còn ở mức độ tối thiểu, nhưng số lượng loài của các loài sinh vật hoại sinh kị khí lại đạt đến cực đại

3.2.4.4 Phụ vùng phục hồi – hoại sinh trung bình

- Vùng còn có thể gọi là – nhiễm bẩn – ô nhiễm trung bình, với các sinh vật hoại sinh trung bình (gần với hoại sinh yếu)

- Mức độ ô nhiễm hữu cơ giảm, thức ăn (chất hữu cơ) của các sinh vật hoại sinh giảm làm cho số lượng các sinh vật kỵ khí và sinh vật chống chịu ô nhiễm khác cũng giảm, tạo khả năng thay đổi vè điều kiện sinh thái

- Nồng độ oxi hóa hòa tan trong nước tăng dần làm xuất hiện những vi sinh vật hiếu khí

- Vật liệu lơ lửng giảm, hoạt động phân giải của vi sinh vật hảo khí làm tăng chất dinh dưỡng dễ tiêu để tảo (SVSX) cho đến khi dự trữ năng lượng hoặc thức ăn dễ tiêu hết

3.2.4.5 Phụ vùng nước sạch hơn

- Vùng có tên gọi thống nhất – chỉ có những quá trình oxi hóa với

các sinh vật hoại sinh yếu.

- Có khoảng cách lớn hơn 100 dặm xuôi theo dòng sông và thời gian sau 9 ngày tính từ nơi và thời điểm dòng sông bắt đầu bị nước thải bẩn đổ vào

- Những đặc điểm (vật lý, hóa học) của nước sạch được xá lập, làm cho tảo (SVSX) chuyển về trạng thái ở nước sạch (ở mức ít hơn về

số lượng loài)

- Hệ động vật, thực vật nước lặp lại thế cân bằng

- Các tính chất chủng giống với nước sạch đầu nguần ngoại trừ trường hợp hiện tại nó là một dòng sông rộng lớn hơn

- Khu hệ sinh vật đặc trưng: Giống với khu hệ sinh vật nước sạch đầu nguần ngoại trừ các loài bản địa (thích ứng với dòng chảy) lớn hơn

3.2.5 Chỉ thị sinh học ô nhiễm hữu cơ môi trường nước:

Các phương pháp lượng hóa sinh vật chỉ thị

- Biến lượng lớn các số liệu thành các dữ lieuj đơn giản hơn bằng các công thức toán học

- Phương pháp của Knopp (1954-1955):

+ Liệt kê các loài và tần suất gặp lại mọi điểm lấy mẫu

+ Sử dụng thang phân cấp phong phú (7 mức )

1.Chỉ phát hiện được một loài đơn giản

2 Phát hiện được một số

3 Phát hiện được một lượng ít đến trung bình

4 Phát hiện số lượng trung bình

5 Phát hiện lượng từ trung bình đến nhiều

6 Nhiều

7 Phong phú

- Sử dụng 4 kí hiệu O, B và B để thể hiện các giá trị của mỗi loài phát hiện được trong hệ hoại sinh Trong đó O, B,thể hiện mức độ hoại sinh yếu ,B tương ứng cho hoại sinh , hoại sinh và hoại sinh mạnh

- Tần suất gặp tất cả các làm cho mỗi vùng hoại sinh

- Để minh họa trạng thái ô nhễm môi trường đặc trưng sếp các giá trị “dương” (đại diện cho không ô nhiễm hoặc ô nhiễm trong 1

Nước có thể bị phú dưỡng do ô nhiễm

Ô nhiễm nước là sự thay đổi theo chiều xấu đi các tính chất vật lý – hoá học – sinh học của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho nguồn nước trở nên độc hại với con người và sinh vật Làm giảm độ đa dạng sinh vật trong nước Xét về tốc độ lan truyền và quy mô ảnh hưởng thì ô nhiễm nước là vấn đề đáng

lo ngại hơn ô nhiễm đất

Nước bị ô nhiễm là do sự phủ dưỡng xảy ra chủ yếu ở các khu vực nước ngọt và các vùng ven biển, vùng biển khép kín Do lượng muối khoáng và hàm lượng các chất hữu cơ quá dư thừa làm cho các quần thể sinh vật trong nước không thể đồng hoá được Kết quả làm cho hàm lượng ôxy trong nước giảm đột ngột, các khí độc tăng lên, tăng độ đục của nước, gây suy thoái thủy vực Ở các đại dương là nguyên nhân chính gây ô nhiễm đó là các sự cố tràn dầu

Ô nhiễm nước có nguyên nhân từ các loại chất thải và nước thải công nghiệp được thải ra lưu vực các con sông mà chưa qua xử lí đúng mức; các loại phân bón hoá học và thuốc trừ sâu ngấm vào nguồn nước ngầm và nước ao hồ; nước thải sinh hoạt được thải ra

từ các khu dân cư ven sông

IV- CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ

4.1.Đặc điểm về môi trường không khí và các chất gây ô nhiễm4.1.1 Đặc điểm của môi trường không khí

- Khí quyển – môi trường không khí – phân giới hạn bề mặt trái đất đến khoảng không giữa các hành tinh

- Có vai trò to lớn trong việc bảo vệ và duy trì sự sống trên trái đất với nhiều các quần thể sinh vật

- Môi trường không khí còn có khả năng ảnh hưởng tới môi trường đất và nước

- Thành phần khí quyển khá ổn định theo phương nằm ngang nhưng phân biệt theo phương thẳng đứng về mật độ/

- Cấu trúc của khí quyển gồm 5 tầng (đối lưu, bình lưu, trung lưu, nhiệt quyển, ngoại quyển) có vị trí cách trái đất và đặc điểm khác nhau

- Khí quyển gồm hỗm hợp khí chủ yếu là các khí: 21% O2, 78%

N2, gần 0,03% CO2 và dưới 1% Argon (Ar) tương đối thuận lợi cho cuộc sống trái đất.

- Nhiệt độ tăng hoặc giảm tùy theo tầng, ảnh hưởng trực tiếp tới sự phân bố của các loài sinh vật có trong sinh quyển

- Trong tầng đối lưu có thành phần các khí chính khá ổn định nhưng nồng độ CO2 và hơi nước thay đổi theo thời tiết, có một lượng nhất định SO2, bụi và các khi gây ô nhiễm khác

4.1.2 Các chất gây ô nhiễm không khí

- Các chất có nguần gốc tự nhiên: hơi nước mặn, hạt băng tuyết, bụi đất đá, bụi sinh học do xói mòn đất, bụi núi lửa, chuyển động sóng đại dương, quang hợp, phân hủy các hợp chất hữu cơ

- Các oxit quang hóa (ozon oxyt nito, PAN…)được tạo thành cần có ánh sáng mặt trời, khói hay sương mù là hỗn hợp của các oxit quang hóa gồm khí ozon, PAN và các nito oxit mà O3 là chất chiếm ưu thế

- Những chất có nguần gốc nhân tạo ngày càng nhiều và đa dạng: SO2, C2H2, HF, HCl Từ các động cơ đốt trong (SO2 , C2H2); từ sản xuất công nghiêp (lọc dầu, khai thác luyện kim, công nghiệp hóa học, công nghiệp giấy; công nghiệp chế biến thực phẩm)

- NHững chất ô nhiễm không khí quan trọng: O3, HF, PAN, etylen

- HF chứa trong các chát thải các nhà máy luyện kim và các xí nghiệp công nghiệp, sản xuất phân lân…

- Etylen (C2H4) phát thải từ nhiều nguần tự nhiên, trong các khí thải các xe giao thông, trong bảo quản nông sản

- Sunfuadioxit (SO2)do các nhà máy nhiệt điện, động cơ đốt trong

và nhiều nghành công nghiệp khác xả vào không khí

4.2.1 Biểu hiện do các chất ô nhiễm không khí gây ra trên sinh