BÀI TIỂU LUẬN-Sử dụng tảo làm sinh vật chỉ thị trong nghiên cứu đánh giá môi trường nước

Khái niệm nước bị phú dưỡng: Nước bị phú dưỡng là hiện tượng thừa các chất dinh dưỡng khoáng trong môi trường nước ở dạng dễ tiêu làm phát triển mạnh một số loài thực vật thủy sinh thuộc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA TÀI NGUYÊN & MÔI TRƯỜNG

BÀI TIỂU LUẬN CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG

“Sử dụng tảo làm sinh vật chỉ thị trong nghiên cứu đánh giá môi trường nước”

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Như Hà Sinh viên thực hiện: Đoàn Thị Hằng_MSSV:10411325 Lớp : LT3MT

Hà Nội, ngày 18 tháng 11 năm 2011

10

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

Mục lục

I Khái niệm nước bị phú dưỡng: 3

II Nguyên nhân gây phú dưỡng: 3

III Đặc điểm của tảo 4

III.1 Sự phát triển nối tiếp nhau của Tảo 4

III.2 Tốc độ phát triển của các nhóm tảo 5

III.3 Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng lên sự phát triển của Tảo 5

III.4 Tỷ lệ N:P và tảo Lam 6

IV Cách thức sử dụng tảo làm chỉ thị sinh học cho môi trường nước bị phú dưỡng 7

V Ứng dụng 9

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

“ Sử dụng sinh vật chỉ thị trong nghiên cứu đánh giá môi trường”

Tảo và môi trường nước bị phú dưỡng

I Khái niệm nước bị phú dưỡng:

Nước bị phú dưỡng là hiện tượng thừa các chất dinh dưỡng khoáng trong môi trường nước( ở dạng dễ tiêu) làm phát triển mạnh một số loài thực vật thủy sinh( thuộc nhóm thực vật sản xuất: tảo, rong, rêu…) phát triển mạnh, ảnh hưởng đến cân bằng sinh vật trong môi trường nước ( đa dạng sinh học mất đi) Kết quả là tạo ra lượng lớn sinh khối hữu cơ Dù cho có phát triển thuận lợi nhưng chúng vấn chết đi và làm tăng mùn đáy Dẫn đến hiện tượng đầy hóa thủy vực và môi trường yếm khí Tạo ra nhiều chất khử ( H2S, CH4, NH3), ngoài ra nó còn chuyển hóa các ion KLN thành dạng khó hòa tan làm tăng tính độc trong nguồn nước

II Nguyên nhân gây phú dưỡng:

Do các nguồn thải chứa N, P, Si trong đó Si quyết định thành phần tảo Trong

đó tỷ lệ N:P> và hàm lượng Si dễ tiêu thấp → tạo môi trường thuận lợi cho tảo độc ( tảo silic) phát triển Tảo này có màu xám hồng, xuất hiện loại tảo này người

ta thường gọi đây là hiện tượng thủy triều đỏ

Nguồn thải chứa đạm và lân:

Nguồn nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp : Do trong đó chứa nhiều P trong bột giặt, N trong thức ăn;

Nguồn từ sản xuất nông nghiệp do sử dụng phân bón không hợp lý; từ quá trình xói mòn rửa trôi đất; từ nước mưa đem xuống

Ngoài nguyên nhân trực tiếp kể trên còn do nguyên nhân gián tiếp như: Ánh sáng, nhiệt độ, thời gian cư trú

Trong nước không bị ô nhiễm thì tỷ lệ N:P <10, nhưng tỷ lệ N:P trong nước thải là 3( Nước thải đô thị : 30mg/l N; 10mg/l P), tỷ lệ N:P trong hồ nuôi tôm cũng khác tùy vào việc chăm sóc của người dân Trong khi đó Tảo thường sử dụng N cao gấp 4 lần P, có nghĩa tỷ lệ phải là 4N:1P, điều đó chứng tỏ trong nguồn nước tiếp nhận nước thải thì tỷ lệ N:P không đảm bảo sự có mặt của Tảo sẽ giảm mức độ

ô nhiễm (phú dưỡng) mà trái lại lại làm tăng khả năng ô nhiễm lên do tác dụng hai mặt của Tảo Trong trường hợp xấu thì P được xem chính là nguyên nhân chính của sự phú dưỡng( so với N) vì đây là yếu tố hạn chế tăng trưởng của Tảo

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

III Đặc điểm của tảo

III.1 Sự phát triển nối tiếp nhau của Tảo.

Theo nghiên cứu của Lewis (năm 1978) trên sông Lanao ở Philippines thấy rằng, khi môi trường dinh dưỡng thấp, thông thường tảo Khuê và lớp tảo Giáp trần phát triển trước tiên Khi chất dinh dưỡng tăng, tiếp nối sẽ là tảo Lục đến tảo Lam

và sao đó là tảo Giáp hai roi

70

71

72

73

74

75

76

77

78

Theo nghiên cứu của Sze ( 1981), trên sông Potomac, quần thể tảo phát triển dọc theo dòng chảy, tảo Khuê có kích thước nhỏ với tốc độ sinh trưởng nhanh phát triển ở đầu nguồn nơi có dòng chảy mạnh có ít chất dinh dưỡng, kế tiếp chúng được thay thế bởi nhóm tảo có tốc độ sinh trưởng chậm hơn là tảo Khuê có kích thước lớn hơn và tảo Lục, cuối cùng nơi có dòng chảy chậm mang nhiều chất dinh dưỡng thì Tảo Lam phát triển Thí nghiệm ương tôm sú trên bể đặt ngoài trời cũng cho thấy trong suốt 30 ngày sự phát triển của tảo theo trình tự tảo Khuê, tảo lục sau cùng là tảo Lam Tảo Khuê phát triển từ ngày thứ 1 và đạt cực đại ở ngày thứ 5 sau

đó giảm dần và thấp nhất ở ngày thứ 9 kéo dài về sau; tiếp đó là sự phát triển mạnh của tảo Lục, chúng đạt cực đại ở ngày thứ 8-9, quần thể tảo sau đó được thay thế bởi tảo Lam sinh lượng của chúng đạt cực đại ở ngày thứ 10-11 Đồng thời thí nghiệm trên cũng cho thấy hàm lượng ammonia và nitrite thấp từ ban đầu và có chiều hướng tăng dần về cuối thí nghiệm

III.2 Tốc độ phát triển của các nhóm tảo.

Theo ông Hoogenhuot & Amesz (1965); Reynolds (1984) tốc độ phát triển của tảo Lam luôn kém hơn các nhóm tảo khác Ở nhiệt độ 200C, ánh sang bão hòa, trong một ngày, phần lớn tảo Lam có hệ số phân đôi từ 0,3-1,4, trong khi đó ở tảo Khuê là 0,8-1,9 và ở tảo Lục đơn bào là 1,3-2,3

Với tốc độ phát triển chậm nên tảo Lam thường nở hoa sau các nhóm tảo khác Theo Reynolds(1997), việc hiểu rõ và xác định tốc độ phát triển của các nhóm tảo đặc biệt là nhóm tảo Lam với các điều kiện thực nghiệm khác nhau thì rất hữu ích cho giải pháp kiểm soát sự phát triển của nhóm này

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

101

Ngoại trừ tảo Lam, các nhóm tảo khác bị ăn bởi các nhóm Copepoda, Daphnia

và Protozoa, trong khi đó tảo Lam chỉ bị tấn công bởi virus, vi khuẩn và antinimycetes mà các nhóm này có ít và luôn hạn chế trong các thủy vực nuôi Như vậy, vì có ít kẻ thù và khả năng tự phục hồi quần thể tránh lắng đọng cao nên mặc

dù tảo lam có tốc độ phát triển chậm nhưng tốc độ suy giảm của quần thể thấp và

có sự ổn định mật độ quần thể cao hơn các nhóm tảo khác

Theo Robarts & Zohary (1987), ở nhiệt độ trên 250C phần lớn tảo Lam có tốc

độ phát triển cao nhất, nhiệt độ này cao hơn nhiệt độ tối ưu của nhóm tảo Lục và tảo Khuê Điều này giải thích tại sao phần lớn tảo Lam nở hoa trong suốt mùa hè

III.3 Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng lên sự phát triển của Tảo.

Sự nở hoa của tảo có thể đươc kiểm soát thông qua việc xác định chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của chúng Thêm vào đó, điều cơ bản cho sự phát triển của tảo Lam và các loài tảo khác trong thủy vực là sự phú dưỡng mà chủ yếu

là các nhân tố phosphor, nito và ánh sáng

Khả năng lưu trữ chất dinh dưỡng của tảo

Khả năng lưu trữ chất dinh dưỡng trong cơ thể tảo có liên quan mật thiết đến khả năng duy trì sinh khối của tảo trong thủy vực Các yếu tố quyết định đến sinh khối và khả năng duy trì quần thể tảo bao gồm:

Hàm lượng Nito và phospho căn bản sẵn có trong thủy vực

Cường độ ánh sáng chiếu vào thủy vực

Khả năng lưu trữ này cao hay thấp

Trong cùng một thời điểm chỉ cần hạn chế 1 trong 3 nhân tố trên là có thể giới hạn sinh khối của tảo Các yếu tố giới hạn sự phát triển của tảo thường thay đổi theo vị trí địa lý và theo thời gian, thí dụ ở nơi có vĩ độ cao ( vùng ôn đới, hàn đới) cường độ chiếu sáng vào nước thay đổi liên quan đến góc tới và độ dài của ngày Ở vùng nhiệt đới, cường độ chiếu sáng và nước thường thay đổi liên quan đến độ đục của nước Trong suốt mùa đông hoặc trong vực nước đục, ánh sáng luôn là nhân tố giới hạn, trong lúc hàm lượng N và P luôn đầy đủ cho sự phát triển của thực vật Khi cường độ ánh sáng gia tăng vào mùa xuân hoặc khi thủy vực trở nên trong hơn, các nhóm tảo bắt đầu phát triển cho đến khi các nguồn dinh dưỡng hoàn toàn cạn kiệt Nếu hàm lượng chất dinh dưỡng cao, tảo sẽ phát triển mạnh làm độ đục gia tăng và lúc này ánh sáng trở thành nhân tố giới hạn sự phát triển của tảo

Nito:

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

Nito có thể đi vào thủy vực từ đất, hoặc từ sự cho ăn quá dư thừa, và từ việc phân hủy chất thải hữu cơ trong thủy vực Tảo lấy nito hòa tan vô cơ ở dạng nitrate, nitrite và ammonia Theo Reynolds (1997), trong những vùng đất acid, nito được xem là nhân tố chủ yếu để giới hạn sự phát triển của tảo Tuy nhiên, cũng có nhiều ý kiến không xem nito là yếu tố giới hạn sự phát triển của tảo Lam vì một số giống loài tảo Lam (Anabaena, Aphanizomenon…) có thể lấy nito từ không khí để

bù vào sự thiếu hụt nito cho quá trình phát triển của chúng, nhưng những giống loài này lại chỉ xuất hiện khi môi trường dư thừa nito Quan trọng hơn quá trình cố định nito đòi hỏi năng lượng ánh sáng cao và sẽ không có hiệu quả khi thủy vực bị đục do mật độ tảo quá dầy bởi hiện tượng nở hoa

Phospho

Cũng giống nitơ, phospho có từ việc phân hủy chất thải hữu cơ ở nền đáy thủy vực, dạng phosphate sinh học sẵn có nó gắn kết với với keo đất chặt hơn nitrate Vì vậy, nguồn phospho chủ yếu đi vào thủy vực là từ đất như đất bề mặt bị rửa trôi và

sự xói mòn Mặc dù tỉ lệ P:N cần thiết cho sinh khối tảo phát triển chỉ là 1:7 nhưng phospho cần hơn nitơ và nó là nhân tố giới hạn sự phát triển của tảo Tảo lam và nhiều giống loài tảo có khả năng thu nhận và dự trữ phosphate cho cơ thể chúng Chúng có thể chứa phophate đủ cho 3-4 lần phân chia, kết quả là 1 tế bào có thể phân chia thành 8-16 tế bào mà không cần thu nhận phosphate và sinh khối của chúng có thể tăng gấp 10 hoặc hơn nữa khi phosphate hòa tan hầu như cạn kiệt Vì nguyên nhân này, nên không thể dựa vào nồng độ lân hòa tan mà dự đoán sự phát triển của sinh khối tảo

Phospho trong các thủy vực tự nhiên có rất ít, chỉ có nhiều ở một số thủy vực như: các vùng đất thấp cửa sông, một vài hồ tạo ra bởi núi lửa và mạch nước ngầm Hơn nữa, kiểm soát phospho đi vào vực nước dễ dàng hơn là kiểm soát nitơ, bởi vì phương pháp hạn chế phophorus từ chất thải nội tại thì đơn giản và tốt hơn kiểm soát nitơ thông qua quá trình nitrate và khử nitrate Hơn nữa, việc hạn chế nitơ lại

có thể được đền bù bởi quá trình cố định nitơ từ không khí bởi nhóm tảo Lam trong khi không có cơ chế đền bù phospho

III.4 Tỷ lệ N:P và tảo Lam

Theo Schindler (1977) và Smith (1983), việc xác định tỉ lệ nitơ:phospho là quan trọng để biết được khi nào tảo Lục hoặc tảo Lam phát triển vào mùa hè Một cách tổng quát, tế bào tảo đòi hỏi khoảng 10-15 nguyên tử nitơ cho mỗi nguyên tử phospho Khi N:P cao, tức phospho của môi trường thấp, tế bào đòi hỏi cung cấp

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

phospho, lúc này tảo lục chiếm ưu thế hơn các nhóm khác bởi khả năng sinh trưởng cao hơn của chúng Khi tỉ lệ N:P thấp một số tảo Lam có thể phát triển mạnh vì chúng có khả năng tổng hợp nitơ của khí trời Seymour (1980), đề nghị thay đổi tỉ lệ nitơ:phospho để ngăn chận sự phát triển của tảo Lam Tuy nhiên theo Smith (1988), điều này chỉ có tác động đến thành phần giống loài của tảo mà ít có tác động cải thiện tình trạng thiếu oxy do sự nở hoa của chúng gây nên Tảo Lam dường như chết đột ngột nhiều hơn và gây nên mùi hôi hơn các tảo khác, cho nên việc tìm ra tỉ lệ nitơ:phospho để ngăn chận sự phát triển của tảo Lam thì cần thiết Theo báo cáo của Shillo (1965) khi nghiên cứu ở hồ Canada cho thấy khi bón nitơ

từ 7-18g/m3/tuần, hoàn toàn loại được tảo Lam, đồng thời tảo Lục và tảo Khuê sẽ thay thế Tuy nhiên, ở những ao nuôi thủy sản luôn có nồng độ nitơ vô cơ cao sẽ có tảo Lam phát triển mạnh

Theo Luuc et al (1999), tảo Lam có mối liên hệ chặt chẽ với nồng độ nitơ và

phospho trong thủy vực hơn là các loại tảo khác Ðiều này có nghĩa là chúng có thể cạnh tranh mạnh hơn các nhóm tảo khác ở điều kiện môi trường phospho và nitơ bị giới hạn Hơn nữa, tảo Lam có khả năng dự trữ phospho một cách đáng kể, chúng

có thể chứa đủ lượng phospho để thực hiện việc phân chia từ 2 đến 4 tế bào, điều này tương ứng với việc gia tăng sinh khối của chúng gấp 4-32 lần Tỉ lệ nitơ:phospho thấp có lẽ thuận lợi cho sự nở hoa của tảo Lam Theo Schreurs (1992), tỉ lệ tối ưu N:P của nhóm tảo có nhân thật (16-23 phân tử N:1 phân tử P) với tỉ lệ tối ưu N:P của nhóm tảo tiền nhân (10-16 phân tử N: 1 phân tử P ), tỉ lệ này cho tảo Lam là thấp hơn các nhóm tảo khác

IV Cách thức sử dụng tảo làm chỉ thị sinh học cho môi trường nước bị phú dưỡng.

Quan sát màu nước trong hồ bằng mắt, có các dạng màu nước như sau:

Bảng so sánh màu nước trong ao nuôi tôm

Nước thiên nhiên không có màu Màu sắc của nước ao hồ do chất hòa tan trong nước tạo nên

+ Màu xanh: do sự phát triển của tảo lục, tảo lam và các loài thủy sinh (Màu xanh đọt chuối và màu vàng nhạt là tốt cho cá Khi màu nước đạt xanh xậm thì phải cho thêm nước mới để pha loãng, vì khi có nắng nhiều, tảo sẽ quang hợp và

 Xanh đậm

 Nâu đậm

 Vàng nâu

 Vàng đất

 Trong

 Đục phù sa

169

170

171

172

173

174

175

176

177

178

179

180

181

182

183

184

185

186

187

188

189

190

191

192

193

194

195

196

197

198

199

200

201

202

203

tăng nhanh sinh khối Khi về đêm số lượng tảo chết nhiều, sự phân hủy của chúng

sẽ làm tăng mức độ tiêu hao oxy, tức sẽ làm ô nhiễm nước nước ao)

+ Màu nâu đỏ: do các chất mùn hữu cơ (Khi màu nước ao chuyển sang dạng nầy thì cần tiến hành hút bùn đáy ao)

+ Màu vàng gạch: do có nhiều sắt Màu xám, xanh đen: do nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp (Loại nước này nếu dùng nuôi cá thì quá trình xử lý

sẽ làm chi phí tăng cao)

Chú ý: Nếu ao có màu xanh quá đậm do tảo thì phải ngừng bón phân hay thay nước

+ Hiện tượng thủy triều đỏ (red tide) và hiện tượng nở hoa nước (water bloom) thường làm cho các Ao nuôi thủy sản thất thu hay làm giảm chất lượng thủy sản , đặc biệt là các độc tố có tính chất tích lũy trong cơ thể vật nuôi

204

205

206

207

208

209

210

211

212

213

214

215

Mối đe dọa của khu hệ động - thực vật ở nước

Thủy triều đỏ (red tide), hiện tượng nở hoa nước (water bloom) là thuật ngữ chỉ sự nở hoa của các loài vi tảo Đây là hiện tượng tự nhiên xảy ra do mật độ tế bào vi tảo gia tăng lên đến hàng triệu tế bào/lít (thông thường có khoảng 10 - 100

tế bào vi tảo/ml, nhưng trong trường hợp “nở hoa” mật độ có thể lên trên 10.000 tế bào/ml) làm biến đổi màu của nước biển từ xanh lục đậm, đỏ cho đến vàng xám (người dân ven biển thường gọi là nước cám, nước mùn cưa)

Hiện tượng thủy triều đỏ có liên quan chặt chẽ tới sự phú dưỡng của thủy vực Nguyên nhân của hiện tượng trên có liên quan đến các yếu tố môi trường như: nhiệt độ, độ mặn và hàm lượng muối dinh dưỡng cũng như các trường khí - thủy văn Ngoài ra, các chất thải từ hoạt động của con người như nuôi trồng thủy sản thiếu quy hoạch, sự phát triển của các nhà máy chế biến thủy sản, hóa chất… cũng

là một trong các nguyên nhân dẫn đến sự hình thành Thủy triều đỏ Hầu hết các loài vi tảo biển nở hoa thường đưa đến hậu quả làm cho môi trường xấu đi, hàm

216

217

218

219

220

221

222

223

224

225

226

227

228

229

230

231

lượng oxy hòa tan suy giảm nhanh chóng, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống thủy sinh vật

Tảo chết và chìm xuống đáy thủy vực và bị phân hủy bởi các vi sinh vật khác đặc biệt là vi khuẩn

Kết quả gây nên hiện tượng thiếu ôxy trong các tầng nước làm chết các loài thủy sản Quá trình này làm thay đổi thành phần hóa học trong nước, gây tăng các khí độc Đến nay, các nhà khoa học đã xác nhận có khoảng trên 300 loài vi tảo đã hình thành sự nở hoa làm thay đổi màu nước Trong đó có khoảng 1/4 loài (70 - 80 loài) gây hiện tượng nở hoa có khả năng sản sinh độc tố đang là mối đe dọa đến khu hệ động vật và thực vật tự nhiên ở nước, nghề nuôi trồng thủy sản và sức khỏe của con người (nguyên nhân do độc tố tảo có thể được tích lũy trong vài loài động vật thân mềm sò, ốc hay cá… và không bị phá hủy trong quá trình đun nấu, không ảnh hưởng đến mùi vị của thực phẩm Do vậy cả ngư dân cũng như người tiêu dùng khó có thể xác định được các thực phẩm biển bị nhiễm độc do tảo gây ra Hiện nay, có 5 loại triệu chứng ngộ độc do tiêu thụ thực phẩm biển nhiễm độc tố tảo xảy ra với con người Trong đó, đặc biệt dạng ngộ độc gây tê liệt cơ (PSP) có thể gây tử vong và dạng ngộ độc Ciguatera rất phổ biến trong vùng nhiệt đới Theo các nhà khoa học, trong vài thập kỷ qua, hiện tượng Thủy triều đỏ và nở hoa nước đang gia tăng ở cả 2 khía cạnh tần số/cường độ xuất hiện và phân bố địa lý

Tại Việt Nam, hiện tượng Thủy triều đỏ cũng đã xảy ra ở nhiều nơi Tuy nhiên, khu vực biển Bình Thuận là nơi có tần suất nở hoa của vi tảo cao nhất, hiện tượng này dường như xảy ra hàng năm vào khoảng tháng 3 đến tháng 8, khi nhiệt

độ ấm lại và cường độ bức xạ cao nhất trong năm Cũng trong thời kỳ tháng 7 - 8, hiện tượng nước trồi tỏ ra mạnh nhất, nhiều nhà khoa học cho rằng hiện tượng nước trồi cũng có quan hệ mật thiết đến sự nở hoa của vi tảo Đồng thời, nghề sản xuất giống thủy sản và nuôi lồng các loài tôm hùm, cá mú cũng thải ra môi trường một lượng dinh dưỡng đáng kể cũng là một điều kiện kích thích sự nở hoa Hi ện tượng nở hoa nước thường xảy ra trong các hồ nước ngọt và các ao nuôi thủy sản Theo các nhà khoa học, hiện tượng Thủy triều đỏ và nở hoa nước là một trong những vấn đề cấp bách cần được quan tâm nghiên cứu cụ thể, lâu dài như: Về quy luật phát sinh và lan truyền của hiện tượng Thủy triều đỏ và nở hoa nước; về sinh thái phát triển và sản sinh độc tố của một số loài vi tảo kể cả các loài đang hình thành có khả năng nở hoa Trên cơ sở đó, có sự cảnh báo để bảo vệ sức khỏe cộng đồng, đồng thời đánh giá đầy đủ về những thiệt hại mà nó gây ra

232

233

234

235

236

237

238

239

240

241

242

243

244

245

246

247

248

249

250

251

252

253

254

255

256

257

258

259

260

261

262

263

264

265