CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ

Nguyên nhânGây nên do sự phơi nhiễm chất ô nhiễm ở nồng độ cao Gây nên do phơi nhiễm chất ô nhiễm ở nồng độ thấp Các nhân tố quyết định phạm vi tổn thương và vùng bị ô nhiễm không khí: -

CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG

KHÔNG KHÍ

I SINH VẬT CHỈ THỊ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

1 Khái niệm và thành phần khí quyển

Khí quyển là phần được giới hạn bởi bề mặt Trái Đất đến khoảng không giữa các hành tinh Trong khí quyển luôn luôn tồn tại rất nhiều các quần thể sinh vật sống

Thành phấn khí quyển thay đổi theo thời gian địa chất và hiện nay khá

ổn định theo phương nằm ngang, phân dị theo phương thẳng đứng về mật

độ, bao gồm chủ yếu là Nitơ, Ôxy và một số loại khí trơ

2 Cấu trúc và đặc trưng của khí quyển

Hình 1 Sơ đồ cấu trúc khí quyển

Theo sự biến thiên về nhiệt độ, khí quyển có cấu trúc phân tầng,từ dưới lên trên là tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng trung quyển, tầng nhiệt quyển và tầng ngoại quyển

Các sinh vật sống trong khí quyển chủ yếu tập trung ở tầng đối lưu, một số ít có khả năng lên đến tầng bình lưu nhưng hầu như không vượt qua khỏi tầng ôzôn

Ánh sáng Mặt Trời chiếu xuống Trái Đất theo những góc độ khác nhau, nên lượng nhiệt các khu vực hấp thụ được cũng khác nhau, gây ảnh hưởng đến sự phân bố và đặc tính của các sinh vật sống

II.CÁC DẤU HIỆU TỔN THƯƠNG THỰC VẬT DO Ô NHIẾM KHÔNG KHÍ GÂY NÊN

1 Dấu hiệu chung

Ô nhiễm không khí gây tổn thương thực vật từ lâu đã được biết đến Những tổn thương thực vật thường xuất hiện gần các thành phố lớn hoặc các khu công nghiệp… Dấu hiệu tổn thương thực vật do ô nhiễm không khí bao gồm: đốm lá, cháy đỉnh lá, chiết cành, hạn chế sinh trưởng và phát triển…

Có 2 loại dấu hiệu tổn thương thực vật: cấp tính hoặc mãn tính

Mức độ

Gây chết tất cả các mô hoặc 1 phần của lá

Không gây chết mô

Dấu hiệu

Toàn bộ lá , thậm chí toàn

bộ thực vật chết

Vàng lá, xoăn lá,thấp lùn

và sinh trưởng chậm

Nguyên nhân

Gây nên do sự phơi nhiễm chất ô nhiễm ở nồng độ

cao

Gây nên do phơi nhiễm chất ô nhiễm ở nồng độ

thấp Các nhân tố quyết định phạm vi tổn thương và vùng bị ô nhiễm không khí:

- Loại và nồng độ chất ô nhiễm

- Khoảng cách từ nguồn phát thải

- Thời gian phơi nhiễm

- Những điều kiện khí tượng

- Địa điểm và độ lớn thành phố, địa hình, độ ẩm…

Nhiều loại khí khác nhau trong không khí với nồng độ luôn thay đổi tác động đến thức vật.Tùy theo loại khí khác nhau, nồng độ cao hay thấp mà

có những triệu chứng tổn thương khác nhau ở thực vật

2 Một số dấu hiệu đặc trưng

2.1.Ozone

- Thực vật chỉ thị O3 tốt nhất: cây thân gỗ, cây bụi thân gỗ, và các loại cỏ

- Ozone sẽ gây tổn thương cho tế bào nhu mô đầu tiên, sau đó đến thịt lá

- Dấu hiệu đặc trưng: lá bị đốm li ti tập trung gần nhau, lá xuất hiện các điểm có màu trắng, đen, đỏ hay màu huyết dụ

Tác hại của O 3 lên lá cây

2.2 PAN (peroxyaxilnitrat)

- Thực vật có bản lá rộng xuất hiện các đốm bọng nước có màu bạc trắng hoặc màu đồng thau Ví dụ: xà lách, đậu đỗ

- Thực vật lá hẹp xuất hiện các dải úa vàng hoặc bạc trắng trên lá Ví dụ: Cỏ, cây hòa thảo

2.3 Hợp chất Flo

- Tác động : gây úa vàng ở thực vật Khí HF và SiF4 làm xuất hiện những đốm lá màu vàng, nâu đỏ, hoặc những đốm cháy táp viền và đỉnh lá ở

và cây lá kim

- Thực vật mẫm cảm với hợp chất flo: chanh, cây lay ơn, cây mơ,

Cây lay ơn

2.4 Sulfudioxit (SO2)

- Tác động lên thực vật lá rộng làm cho lá hoặc rìa lá của chúng sẽ sáng màu giữa các gân lá (nâu hoặc trắng)

- Thực vật mọng nước, lá rộng sẽ xuất hiện những đốm dạng giấy khô

có màu từ trắng đến nâu vàng hoặc vàng rơm ở rìa lá hoặc giữa gân lá

2.5 Dấu hiệu do các tác nhân khác

- Đốm bệnh do khí Hidro Sunfua: xuất hiện giữa các gân lá viền các đốm bệnh rất rõ ràng, nhất là những là non mới duỗi ra rất nhạy cảm

- Đốm bệnh do khí clo: giữa các gân lá, đường viền các đốm bệnh mờ nhòe hoặc là một khu quá độ, đốm bệnh hình tròn hoặc hình dài

- Đốm bệnh do axit nitric, peoxit acetyl: đốm màu trắng hoặc màu vàng ở mặt sau lá phán đoán sự ô nhiễm và mức độ nghiêm trọng ở thực vật

là “người lính giám sát và đo luờng”

- Đốm bệnh do Êtylen: cây họ thông bị rụng lá kim và những mầm non

III CHUẨN ĐOÁN TỔN THƯƠNG THỰC VẬT DO Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ GÂY NÊN

1 Quan trắc ô nhiễm không khí bằng sinh vật chỉ thị

Những phương pháp sinh học để quan trắc ô nhiễm không khí xung quanh dựa trên các nguyên lý sử dụng khu hệ sinh vật (biota) như những thể tổng hợp (integrator) cho sự tiếp xúc môi trường Các loài trong khu hệ động

và thực vật được sử dụng làm chỉ thị sinh học cho những thay đổi của môi trường dựa vào khả năng mẫn cảm của chúng

Những loài mẫn cảm nhất trong số các thực vật là chỉ thị địa y , bởi vì

bề mặt toàn thân của chúng đều hấp thụ các chất khoáng Nơi nào địa y không phát triển được thì áp dụng phương pháp trồng lại địa y Quần xã thực vật mọc hoang dã cũng có thể là những chỉ thị môi trường không khí Các loài mẫn cảm dần bị diệt vong và chỉ các thực vật có khả năng chống chịu mới tồn tại

Ngược với những kết quả của chỉ thị sinh học cung cấp thông tin về những thay đổi trong chất lượng của môi trường, phương pháp quan trắc sinh học lại hiểu nhiều hơn về phương diện số lượng (MesjtriK và Pospisil, 1988) Những ưu thế của nó là đòi hỏi thông tin về độ lớn tích lũy các chất ô nhiễm, sự phân bố lại trong cơ thể và sự phân bố địa lý của ô nhiễm được phát hiện

2 Quan trắc không khí bằng thực vật

Thực vật chỉ thị là thực vật mà các dấu hiệu bị tổn thương của chúng xuất hiện khi bị tác động bởi nồng độ nhất định của một hay hỗn hợp các chất gây ô nhiễm

Thực vật chỉ thị là cảm nhận (sensor) hóa học có thể nhận dạng khi có chất gây ô nhiễm trong không khí Để quan trắc thường dựa vào đặc trưng

về số lượng mà không phải là chất lượng Do đó, thực vật dùng đẻ quan trắc không chỉ là vật chỉ thị mà còn giúp thu nhận các đánh giá về mặt số lượng

Thực vật được xem là chỉ thị khi chúng tích lũy trong mô những chất gây ô nhiễm hoặc những sản phẩm trao đổi chất sản sinh do kết quả tác động tương hỗ thực vật với chất gây ô nhiễm Từ kết quả của sự tác động, thực vật có thể thay đổi tốc độ sinh trưởng, thời gian chín, ra hoa, sự tạo thành quả và hạt kém đi, thay đổi quá trình sinh sản và cuối cùng là giảm sức sản xuất năng suất một hoặc tất cả các thông số nêu trên có thể sử dụng

để xác định sự xuất hiện của chất gây ô nhiễm trong không khí xung quanh

và tiến hành thí nghiệm để nhận dạng, làm rõ sự thay đổi của thực vật với một chất hoặc hỗn hợp các chất gây ô nhiễm

Một số thực vật như địa y (Lichens, Peltigesa, Xanthoria) và rêu (Bryiphyta) là những vật tích lũy các chất gây ô nhiễm không khí, chủ yếu là các kim loại nặng chúng có thể tích lũy tới nồng độ lớn hơn nhiều nồng độ của các kim loại nặng trong không khí xung quanh

Do đó, một câu hỏi đặt ra là: bằng phương pháp nào có thể xử lý các kết quả theo dõi này để chuyển sinh vật chỉ thị thành sinh vật giám sát?

Nếu số lượng các chất gây ô nhiễm có thể đo chính xác nhờ những dụng cụ và thiết bị hiện đại có độ chính xác cao thì tại sao không tiến hành

đo trực tiếp với những thực vật có khả năng biến đổi, nhưng hạn chế lớn nhất trong vấn đề này là rất tốn kém về thời gian và tiền của Ví dụ, dụng cụ

để đo O3 có giá trên 5000 USD và nhiều thao tác phức tạp khác Dụng cụ giám sát hàm lượng SO2 còn có giá đắt hơn Một hạn chế khác của những thiết bị này là còn nhiều nhân tố tác động khác không được kiểm soát ở môi trường xung quanh, tác động đồng thời đến chức năng của các thiết bị và chúng lại rất tốn kém Cuối cùng khi hoàn thành công việc đo đạc và số liệu thu được nhờ các thiết bị có thể lại không hữu ích về phương diện tổ chức thực hiện tương ứng với việc thiết lập các chỉ tiêu và tiêu chuẩn

Vậy thực vật có thể cho biết điều gì? trước hết nó không đắt, dễ tái tạo lại, sinh sản nhanh và phản ứng khác nhau đối với tác động ô nhiễm Bằng cách này có thể chọn một hoặc một số phản ứng thích hợp nhất để nghiên cứu từng trường hợp cụ thể

Tuy nhiên, chúng ta muốn cây chỉ thị trở thành cây quan trắc hay giám sát, nghĩa là có thể cung cấp việc đánh giá tình trạng của không khí về chất lượng và số lượng Với mục đích này, chúng ta cần xác định và sử dụng một số quan hệ phụ thuộc giữa phản ứng của thực vật đối với ô nhiễm và nồng độ của chất gây ô nhiễm trong môi trường xung quanh Để thực hiện

có 3 phương pháp chính:

- So sánh mức độ gây tổn thương do chất ô nhiếm với nồng độ đã biết của chất gây ô nhiễm trong môi trường xung quanh

- Sử dụng thực hiện như là bộ thu nhận hay tập hợp sống

- Đo số lượng chất gây ô nhiễm hoặc sản phẩm trao đổi chất liên kết với chất gây ô nhiễm xuất hiện trong các mô thực vật sau khi bị tác động của chất này và đối chiếu so sánh giá trọ thu được với nồng độ chất gây ô nhiễm trong không khí bao quanh Kết quả sẽ cho biết hoặc thực vật phát triển bình thường hoặc chậm phát triển, giảm sút số hoa, không có hạt, đốm lá hoặc bạc màu

IV.SỰ PHẢN HỒI CỦA THỰC VẬT VÀ NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT GÂY

Ô NHIỄM

Phản ứng phản hồi của thực vật được biểu hiện qua sự tổn thương lá, qua sự thay đổi tốc độ sinh trưởng, năng suất hoặc tích lũy sinh học của thực vật

Sự tổn thương các lá có thể được phân tích nhờ các ảnh chụp khi cây

bị các chất gây ô nhiễm tác động so với các lá đối chứng không bị tác động hoặc được phân tích trong phòng thí nghiệm Trong trường hợp khu vực thí nghiệm mà phòng thí nghiệm mà số lượng thực vật co ỹ nghĩa thống kê, người ta chia thành các ô vuông, các số liệu về sự tổn thương trên một đơn

vị bề mặt… phụ thuộc sự tổn thương các lá theo thời gian và liều lượng các chất gây ô nhiễm Đồ thị này có thể so sánh với đồ thị liều lượng – phản ứng phản hồi, những số liệu đã thu được trong phòng thí nghiệm Sau đó, chất lượng chất khí được xác định liên quan đến hàm lượng hỗn hợp xác định các chất gây ô nhiễm dùng để xây dựng đồ thị đối chứng

V.ĐÁNH GIÁ PHẢN ỨNG PHẢN HỒI CỦA THỰC VẬT

Việc sử dụng các phương pháp để đánh giá, định lượng các số lượng thu được phụ thuộc vào vật liệu thực vật, chất gây ô nhiễm và các thông số cần đo Mức độ tổn thương các lá của cây cỏ

Nếu phản ứng phản hồi được xác định theo các chỉ tiêu sinh trưởng

và sức sản xuất thì phải tiến hành đo:

- Tốc độ tăng trưởng

- Số lá hoặc diện tích bề mặt lá

- Ngày hình thành mầm cây

- Ngày bắt đầu ra hoa

- Tỷ lệ giữa số lượng mầm và hoa

- Tỷ lệ giữa số lượng hoa va quả

- Số lượng hạt trong một quả

- Tỷ lệ giữa mầm và rễ

- Tổng đầu ra hoặc sinh khối Đối với các thực vật thân gỗ cần biết những thông số sau:

- Số lượng cành

- Chiều dài cành

- Đường kính thân ở điểm đã cho bên trên mặt đât

- Tốc độ tăng trưởng thân

- Kích thước lá

- Số lượng qủa hoặc nón (thông)

- Số lượng hạt Nếu mức độ chất ô nhiễm được xác định theo khả năng chất ô nhiễm thì tiến hành đo số lượng chất ô nhiễm hoặc số lượng sản phẩm chuyển hóa của chất ô nhiễm

Trên cơ sở những dẫn liệu có thể thấy, những thực vật như rêu, địa y, Hạt trần và Hạt kín có thể sử dụng làm vật giám sát sinh học để nghiên cứu

và đánh giá số lượng các chất ô nhiễm trong không khí xung quanh

VI TUYỂN CHỌN THỰC VẬT

- Thực vật cần có phản ứng rõ nét đến tác động của chất gây ô nhiễm, nghĩa là nó phải có những dấu hiệu tổn thương có thể nhận diện bằng mắt thường, sự thay đổi tốc độ sinh trưởng hoặc thay đổi hình thái, rối loạn ra hoa, kết quả và tạo hạt hoặc thay đổi sức sản xuất, sản lượng

- Thực vật dễ gieo trồng và chăm sóc không quá khó khăn

- Thực vật khỏe mạnh, không bị tác động của sâu hại

Để đảm bảo cho kết quả nghiên cứu đồng nhất, các nhà nghiên cứu thừơng sử dụng các hạt, các mầm có cùng nguồn gốc và thử nghiệm ở các

vùng địa lý khác nhau

VII GIÁM SÁT SINH HỌC

Ngược với kết quả của chỉ thị sinh học cung cấp thông tin về những thay đổi chất lượng môi trường sống, phương pháp quan trắc sinh học còn

cung cấp thông tin về phương diện số lượng Những ưu thế của nó đòi hỏi

thông tin độ lớn tích lũy các chất ô nhiễm, sự phân bố lại trong cơ thể và sự

phân bố địa lý của chúng.Sử dụng khu hệ sinh vật như những đối tượng

kiểm chứng, mức độ tiếp cận của cơ thể được kiểm nghiệm bằng phương

pháp phân tích Thêm vào đó, sự phản hồi theo nồng độ giữa các chất ô

nhiễm và tác động do ô nhiễm gây ra có thể được đánh giá bằng nhiều

phương pháp khác nhau

1 Đối với thực vật

Chất ô

nhiễm Nguồn

Ảnh hưởng đến dạng của lá

Thời kỳ phát triển

Ảnh hưởng đến một phần lá

Liều lượng gây hại (μg/m3)

Thời gian gây hại (h)

O3 Phản ứng

quang hóa

Vết đốm, mất màu Các vết ngăn cản sự phát triển, tạo các phân tử chất

Lá già, lá đang phát triển và cả lá non

PAN Phản ứng

quang hóa

Tạo các vết mạng trên mặt lá

Cây con Nhiều lỗ

rỗng

NO2 Nhiêu liệu Tác hại đến rìa lá Tuổi trung Thịt (thớ) lá 4700 4

công nghiệp

và động cơ

bình

SO2 Sự đốt,chất

thải từ xăng

dầu

Vết trắng, mất màu diệp lục,giảm năng suất

Tuổi trung bình

HF Phân bón,

photphat,

luyện kim

Chóp lá và rìa lá

bị cháy, rụng lá, giảm năng suất

Trưởng thành Thịt lá, biểu

bì và thớ lá

Cl2 Chất thải của

nhà máy sản

xuất HCl

Cháy rìa lá, rụng

lá

Cây trưởng thành

Giữa các gân lá

Etylen Ga, dầu,

than, nhiên

liệu ô tô

Rụng hoa chè và không nở hoa

2.Động vật và người

Ngược với chỉ thị sinh học, trong quan trắc sinh học không những chỉ

sử dụng những loài thực vật mẫn cảm mà còn sử dụng cả động vật Những

loài chỉ thị sinh học điển hình với mẫu bộ lông có phản ứng rất nhạy cảm với

ô nhiễm không khí bằng những thay đổi tổng số tế bào máu như chuột đồng

Gần đây còn sử dụng những loài không quý hiếm và không được bảo vệ

a) Mô hình quan trắc tác động ô nhiễm không khí đến thỏ nhà

Mô hình được E Reichotova (1984) tiến hành Những kết qua nghiên cứu tỷ lệ tử vong dịch tễ trong các cộng đồng dân cư sau những thời kỳ bị ô

nhiễm không khí ở các nước đã thôi thúc các chính phủ phải phát triển những chiến lược kiểm soát ô nhiễm không khí

Tính ưu việt của cách tiếp cận là động vật cho tiếp xúc dưới những điều kiện bán xác định Tập hợp những động vật được chuẩn bị và chia ra thành nhóm thí nghiệm, nhóm đối chứng và tất cả các thông số của sự phơi nhiễm đã thiết kế và lựa chọn Cả hai nhóm được phơi nhiễm một cách ngẫu nhiên với những vùng bị ô nhiễm và không bị ô nhiễm

Mô hình trên đối với thỏ nhà cho phép thu được những tư liệu rộng và

đủ về số lượng để phân tích các cơ hội để thể hiện các nghiên cứu chuyên ngành liên quan đến tác động ô nhiễm không khí

b)Quan trắc sự tiếp xúc của người và sức khỏe con người

Những vật liệu sinh học người có thể lấy mẫu được bao gồm máu và nước tiểu, tóc, móng chân tay và răng rụng Tính nhạy bén của tóc như chỉ thị cho sự tiếp xúc với các kim loại độc hại cũng đã được Beneckno đề cập đến Xác định nồng độ As đã được tiến hành trong trên tóc, nước tiểu và máu được lấy ra từ nhóm bé trai 10 tuổi sống trong vùng bị ô nhiễm As do đốt than đá có hàm lượng As cao Trong tất cả các vật liệu được kiểm tra đã phát hiện thấy hàm lượng As cao đáng kể

Đã tiến hành kiểm tra nồng độ Pb trong máu và trong tóc bằng phương pháp phân tích quang phổ hấp phụ nguyên tử ở 20 con trai độ tuổi từ 7- 14 có cha là những công nhân của nhà máy sản xuất ắc quy phải thường xuyên tiếp xúc với chì cho thấy: mức chì trong máu ở ven của trẻ con thấp hơn trong những người công nhân, nhưng nồng độ chì trung bình trong các mẫu tóc của cả hai nhóm là như nhau Hàm lượng Ni trong sinh chất máu và nước tiểu của những người làm việc và tiếp xúc với môi trường cũng gia tăng tương tự