nghiên cứu sử dụng cá ngựa vằn (danio rerio) làm sinh vật cảnh báo sớm ô nhiễm nguồn nước cho nhà máy nước cấp thành phố đà nẵng

Nghiên cứu này nhằm phân tích các phản ứng sinh học đặc trưng của sinh vật cảnh báo đối với sự thay đổi chất lượng nguồn nước, từ đó có thể cảnh báo sớm ô nhiễm... Sinh vật cảnh báo Si

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA SINH – MÔI TRƯỜNG

PHAN THỊ ANH PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁ NGỰA VẰN (Danio

NGUỒN NƯỚC CHO NHÀ MÁY NƯỚC CẤP

THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đà Nẵng, tháng 5 năm 2015

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA SINH – MÔI TRƯỜNG

PHAN THỊ ANH PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁ NGỰA VẰN (Danio

NGUỒN NƯỚC CHO NHÀ MÁY NƯỚC CẤP

THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

NGÀNH QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ThS NGUYỄN VĂN KHÁNH

Niên khóa 2011 - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong khóa luận là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả khóa luận

Phan Thị Anh Phương

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này tôi xin bày

tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Văn Khánh đã hướng dẫn cho tôi trong suốt thời gian qua Đồng thời tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Sinh – Môi Trường, trường Đại học Sư Phạm, Đại học Đà Nẵng

đã tạo điều kiện để tôi hoàn thành khóa luận này

Đà Nẵng, tháng 5 năm 2015

Sinh viên: Phan Thị Anh Phương

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC BẢNG 5

DANH MỤC HÌNH 6

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 2

3 Ý nghĩa của đề tài 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 TÌNH HÌNH Ô NHIỄM NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI 3

1.2 TÌNH HÌNH Ô NHIỄM NƯỚC Ở VIỆT NAM 4

1.3 GIỚI THIỆU VỀ SINH VẬT CẢNH BÁO 6

1.3.1 Sinh vật cảnh báo 6

1.3.2 Nguyên lý sử dụng 6

1.3.3 Tiêu chí lựa chọn 9

1.4 TỔNG QUAN HỆ THỐNG DÙNG SINH VẬT CẢNH BÁO SỚM 9

1.4.1 Tình hình nghiên cứu sinh vật cảnh báo sớm ô nhiễm trên thế giới 9

1.4.2 Tình hình nghiên cứu sinh vật cảnh báo sớm ô nhiễm ở Việt Nam 11

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 15

2.1.1 Vật liệu thí nghiệm 15

2.1.2 Loài cá sử dụng thử nghiệm 15

2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 16

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16

2.3.1 Phương pháp hồi cứu tài liệu 16

2.3.2 Phương pháp thí nghiệm độc học 16

2.3.3 Phương pháp thí nghiệm theo dõi sự thay đổi hành vi của cá 17

2.3.4 Phương pháp xử lý số liệu 18

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 19

3.1 KẾT QUẢ LC50-24h 19

3.1.1 Nhiệt độ, pH, DO trong thời gian làm thí nghiệm 19

3.1.2 Giá trị LC50 -24h của NaOCl đối với cá Ngựa vằn 20

3.2 KẾT QUẢ THEO DÕI HÀNH VI BƠI CỦA CÁ NGỰA VẰN TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC SÔNG 21

3.2.1 Nhiệt độ, pH, DO trong thời gian làm thí nghiệm 21

3.2.2 Hành vi bơi của cá trong thời gian làm thí nghiệm 21

3.3 KẾT QUẢ THEO DÕI HÀNH VI BƠI CỦA CÁ NGỰA VẰN TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC SÔNG CHỨA 10%, 20%, 30% VÀ 40% LC50-24h 24

3.3.1 Nhiệt độ, pH, DO trong thời gian làm thí nghiệm 24

3.3.2 Hành vi bơi của cá trong thời gian làm thí nghiệm 25

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 32

4.1 KẾT LUẬN 32

4.2 KIẾN NGHỊ 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO 33

2.4 Sơ đồ thí nghiệm giám sát hành vi cá Ngựa Vằn 18 3.1 Biểu đồ thể hiện sự tương quan giữa phần trăm cá Ngựa vằn chết

phụ thuộc vào nồng độ NaOCl trong 24h

3.4 Quãng đường di chuyển và khoảng giới hạn của cá Ngựa vằn

trong môi trường nước sông

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Bảo vệ chống ô nhiễm môi trường và quản lý nguồn nước đang là những vấn đề cấp bách trên toàn cầu Chất lượng nước thường xuyên bị ảnh hưởng bởi các quá trình bất lợi như suy thoái đất, biến đổi khí hậu, các tác động trực tiếp hay gián tiếp của con người [20] Theo Viện Khoa học sự sống quốc tế [20], nhiều nhà quản lý nhà máy xử lý nước cấp nhận thấy rằng chất ô nhiễm từ nông nghiệp, nước thải chưa xử lý… là mối đe dọa hàng đầu đến việc cung cấp nước

Việc áp dụng công nghệ sinh tin học để giám sát nguồn nước mặt ô nhiễm mang lại hiệu quả khả quan xong vẫn còn rất mới mẻ ở Việt Nam Hiện nay, nhiều nghiên cứu quan tâm đến việc dùng cá như một sinh vật chỉ thị (biomarker) cho việc giám sát ô nhiễm nguồn nước bằng cách phân tích hành vi để xác định nguồn nước bị ô nhiễm hay không Ý tưởng là khi nguồn nước bị ô nhiễm, các chất ô nhiễm sẽ ảnh hưởng lên hoạt động của các vi sinh vật sống trong đó Từ đó, bằng cách quan sát sự thay đổi hành vi của vi sinh vật ta có thể xác định sự ô nhiễm và các chất gây ô nhiễm

Tuy nhiên, sinh vật được sử dụng với các phương pháp này thường thích nghi với điều kiện sống bản địa; việc tìm ra các sinh vật giống hệt như vậy để áp dụng cho bài toán ở Việt Nam là một vấn đề khó khăn bởi nhiều khả năng chúng không tồn tại trong điều kiện khí hậu ở Việt Nam

Từ cơ sở khoa học và thực tiễn trên, tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu

sử dụng cá Ngựa vằn (Danio rerio) làm sinh vật cảnh báo sớm ô nhiễm

nguồn nước cho nhà máy nước cấp tại thành phố Đà Nẵng” Nghiên cứu

này nhằm phân tích các phản ứng sinh học đặc trưng của sinh vật cảnh báo đối với sự thay đổi chất lượng nguồn nước, từ đó có thể cảnh báo sớm ô nhiễm

2 Mục tiêu của đề tài

Xác định các thay đổi hành vi của cá khi tiếp xúc với chất ô nhiễm

3 Ý nghĩa của đề tài

Đề tài theo dõi hành vi của cá Ngựa vằn (Danio rerio) trong môi

trường nước sông thuần túy và môi trường nước sông có chất giả ô nhiễm (NaOCl) với các nồng độ khác nhau, từ đó xét xem cá có thay đổi hành vi bơi khi ở môi trường có chất ô nhiễm hay không Trên cơ sở đó đề xuất khả năng

sử dụng cá Ngựa vằn làm sinh vật cảnh báo sớm ô nhiễm cho nhà máy nước cấp thành phố Đà Nẵng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TÌNH HÌNH Ô NHIỄM NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI

Trung bình mỗi ngày trên trái đất có khoảng 2 triệu tấn chất thải sinh hoạt đổ ra sông hồ và biển cả; tại các quốc gia đang phát triển, 70% lượng chất thải công nghiệp không qua xử lý bị trực tiếp đổ vào các nguồn nước

Liên Hiệp Quốc ước tính khoảng 80% lượng nước thải trên toàn cầu và 90% lượng nước thải của các nước đang phát triển không được thu thập và xử

lý trước khi thải ra môi trường, đe dọa sức khỏe con người và môi trường [28] Tình trạng ô nhiễm asen trong nước ngầm tự nhiên ảnh hưởng đến gần

140 triệu người tại hơn 70 quốc gia trên khắp các châu lục [29] Ngay tại các nước phát triển, chất lượng nguồn nước sinh hoạt vẫn không được đảm bảo Tại Pháp, thử nghiệm nước uống phát hiện ra rằng 3 triệu người đã uống nước

có chất lượng không đáp ứng tiêu chuẩn của WHO và 97% số mẫu nước ngầm không đáp ứng tiêu chuẩn Nitrat [29] Ở Hà Lan, các nhà máy, xí nghiệp hóa chất dọc theo sông Rhine và sông Meuse đã làm nguồn nước các sông này ô nhiễm nghiêm trọng Người ta đã phát hiện ra các loại hóa chất độc hại dùng trong nông nghiệp và những kim loại nặng trong nước uống bắt nguồn từ hai con sông này [1] Ô nhiễm nước ngày càng gia tăng với sự ra đời

và phát triển của cuộc cách mạng công nghiệp, khi các nhà máy bắt đầu phát thải các chất ô nhiễm trực tiếp vào sông suối Năm 1969, các cơ sở công nghiệp đã thải hơn 3.700 pounds dầu và chất thải hóa học vào con sông Cuyahoga của Ohio tạo nên ngon lửa bùng cháy dữ dội, và từ đó nơi đây trở thành biểu tượng của ô nhiễm công nghiệp phá hủy tài nguyên thiên nhiên của

Mỹ [30] Khoảng 70% nước mặt ở Ấn Độ đã bị nhiễm bẩn Tại sông Ganga, mỗi sáng, có 70.000 người xuống tắm nhưng ngày nay chính phủ đã cấm hoạt động này do nước sông bị ô nhiễm bởi tro hỏa táng người chết [4] Có tới 60% nước sinh hoạt ở Sukinda (Ấn Độ) chứa Cr+6

với nồng độ lớn hơn hai

lần so với các tiêu chuẩn quốc tế Theo ước tính của một nhóm y tế Ấn Độ, 84,75% số người chết ở khu mỏ này đều liên quan đến các bệnh do Cr gây ra [8]

Ngoài ra, nguồn nước còn chịu mối đe dọa liên tục từ các thảm họa môi trường do con người gây nên, như vụ tràn dầu Exxon Valdez năm 1989, đã

đổ xuông khoảng 40 triệu lít dầu thô xuống vùng biển ngoài khơi Prince William Sound ở Alaska, tạo nên vết dầu loang 3000 km2, ngay lập tức giết chết hàng trăm ngàn loài chim, cá và động vật hoang dã khác, tàn phá các khu vực lân cận nhiều năm sau đó [30]

Thực tế trên khiến nguồn nước dùng trong sinh hoạt của con người bị ô nhiễm nghiêm trọng Một nửa số bệnh nhân nằm viện ở các nước đang phát triển là do không được tiếp cận những điều kiện vệ sinh phù hợp và các bệnh liên quan đến nước Thiếu vệ sinh và thiếu nước sạch là nguyên nhân gây tử vong cho hơn 1,6 triệu trẻ em mỗi năm

1.2 TÌNH HÌNH Ô NHIỄM NƯỚC Ở VIỆT NAM

Bên cạnh những đóng góp tích cực cho nền kinh tế, sự phát triển công nghiệp đã gây ra không ít tác động tiêu cực đến môi trường Một vấn đề nóng bỏng, gây bức xúc trong dư luận và gây ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống của con người là vấn đề ô nhiễm môi trường nước

Nước ta có nền công nghiệp chưa phát triển mạnh, các khu công nghiệp (KCN) và các đô thị chưa đông lắm nhưng tình trạng ô nhiễm nước đã xảy ra

ở nhiều nơi với các mức độ nghiêm trọng khác nhau [10]: ở KCN Thái Nguyên thải từ các cơ sở sản xuất giấy, luyện kim, khai thác than chiếm 15% lưu lượng nước ở sông Cầu và có hàm lượng chất hữu cơ cao, nước thải này

có màu đen và mùi khó chịu KCN Việt Trì xả mỗi ngày hàng ngàn mét khối nước thải của những nhà máy hóa chất, thuốc trừ sâu, giấy, dệt xuống sông Hồng làm nước bị nhiễm bẩn đáng kể Đặc biệt nguồn nước thuộc lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai hiện nay đang bị ô nhiễm nặng không đạt chất

lượng mặt nước dùng làm nguồn cung cấp nước sinh hoạt Theo số liệu khảo sát do cục bảo vệ môi trường phối hợp với công ty cấp thoát nước Sài Gòn thực hiện năm 2008 cho thấy: lượng NH3, chất rắn lơ lửng, ô nhiễm hữu cơ tăng cao tại hầu hết các cống, rạch, điểm xả Có khu vực hàm lượng NH3

trong nước vượt 30 lần (cửa sông Thị Tín); hàm lượng các kim loại nặng (chì, sắt, ) vượt tiêu chuẩn qui định nhiều lần; chất rắn lơ lững vượt tiêu chuẩn từ

3 - 9 lần

Tình trạng ô nhiễm nước ở các đô thị Việt Nam thấy rõ nhất là ở thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Đây là hai thành phố đông dân nhất ở Việt Nam vì vậy lượng nước thải sinh hoạt được thải ra mỗi ngày là rất nhiều Tuy nhiên ở hai thành phố này lại không có hệ thống xử lý nước tập trung mà trực tiếp thải ra nguồn tiếp nhận như sông, hồ, kênh, mương Bên cạnh đó, còn có rất nhiều cơ sở sản xuất, doanh nghiệp, công ty không có hệ thống xử

lý nước thải Một số ít cơ sở sản xuất có hệ thống xử lý nước thải (ví dụ: ở Hà Nội là 36/400 cơ sở) thì đa số không được vận hành để tiết kiệm chi phí Ngoài ra còn có nước thải và rác thải y tế từ các bệnh viện và các cơ sở y tế thải trực tiếp ra môi trường vì phần lớn các bệnh viện và các cơ sở y tế này chưa có hệ thống xử lý nước thải Một tình trạng đáng báo động khác dẫn đến

ô nhiễm nguồn nước nghiên trọng là việc người dân quá lạm dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu Điều này đã ảnh hưởng không nhỏ đến sức khỏe con người và nguồn nước Ngoài ra việc nuôi trồng thủy hải sản ồ

ạt, thiếu quy hoạch và không theo quy trình khoa học đã gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường nước

Có thể nói, ô nhiễm nước đang là vấn đề đáng báo động hiện nay cho

cả khu vực thành thị lẫn nông thôn

1.3 GIỚI THIỆU VỀ SINH VẬT CẢNH BÁO

1.3.1 Sinh vật cảnh báo

Sinh vật chỉ thị là loài mẫn cảm với điều kiện sinh lý và sinh hóa, nghĩa

là chúng hoặc hiện diện hoặc có những phản ứng khác thường hoặc thay đổi

số lượng cá thể các loài chỉ thị do môi trường bị ô nhiễm hay môi trường sống

bị xáo trộn Các sinh vật chỉ thị môi trường khác nhau có thể xếp thành các nhóm theo những tiêu chí như: (1) Tính nhạy cảm là các loài mẫn cảm đặc trưng có những phản ứng khác thường với những điều kiện môi trường không thích hợp có thể sử dụng như là công cụ cảnh báo sớm; (2) Như một công cụ thăm dò là những loài xuất hiện tự nhiên trong môi trường có thể dùng đo đạc

sự phản ứng và thích nghi đối với sự thay đổi của môi trường; (3) Như một công cụ khai thác là các loài có thể chỉ thị cho sự xáo trộn hay ô nhiễm môi trường; (4) Như một công cụ tích lũy sinh học là các loài tích lũy sinh học bao gồm hóa chất trong mô của chúng; (5) Các sinh vật thử nghiệm là các sinh vật chọn lọc đôi khi có thể được sử dụng như là các chất trong thí nghiệm để xác định sự hiện diện hoặc nồng độ các chất ô nhiễm [7]

Vậy sinh vật cảnh báo là những sinh vật mẫn cảm, có những biểu hiện phản ứng có thể đo được đối với ô nhiễm và do đó hoạt động như một chỉ thị cảnh báo sớm về sự có mặt các chất ô nhiễm trong môi trường Ví dụ như hiện nay việc sử dụng báo hiệu của cá khi xuất hiện những nhiễu loạn sinh lý thông thường ở các loài cá mẫn cảm ô nhiễm đang được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi [7]

1.3.2 Nguyên lý sử dụng

Ở mỗi sinh vật “stress” là điều không thể tránh khỏi, nhưng phản ứng không đặc trưng của sinh vật đến bất kỳ yếu tố nào ảnh hưởng đến nó, ở giới hạn thấp hơn hoặc "ngưỡng căng thẳng" có thể được xác định Sự căng thẳng bao gồm căng thẳng do các chất độc hại, ban đầu sẽ là một "phản ứng báo động" nhưng không một sinh vật nào có thể duy trì trạng thái mãn tính báo

động đó và cuối cùng vào giai đoạn thích ứng hoặc phản kháng [25] Các biểu hiện bên ngoài của sự căng thẳng thường liên quan đến các phản ứng sinh lý bởi tác nhân hóa học và hệ thần kinh Một sinh vật phản ứng sự căng thẳng bằng nhiều cách, bao gồm cả những thay đổi trong mô hình chuyển động

Vận động là một tính năng đặc trưng không thể bỏ qua của nhiều sinh vật như là một yếu tố sinh lý quan trọng trong sự sống còn Những thay đổi trong hành vi di chuyển của sinh vật có thể được sử dụng như một chỉ số thích hợp trong đánh giá rủi ro độc học sinh thái [19] Sự thay đổi hành vi của sinh vật liên quan đến áp lực và tiếp xúc với độc tố cung cấp thông tin mới mà không thể được thu được từ phương pháp độc học truyền thống, trong đó bao gồm các hiệu ứng tiếp xúc gây chết trong thời gian ngắn và trung bình, khả năng tử vong [14]

Do đó mỗi sinh vật cảnh báo khi bị tác động bởi môi trường ô nhiễm sẽ biểu hiện các dấu hiệu sinh học Dựa vào việc phát hiện và đánh giá, giám sát các dấu hiệu sinh học đó, có thể phân tích được mức độ ô nhiễm của môi trường

Dấu hiệu sinh học thông thường được chia thành hai nhóm: dấu hiệu sinh học phơi nhiễm (biomarkers of exposure) và dấu hiệu sinh học tác động (biomarkers of effect) Chúng đóng những vai trò khác nhau trong việc giám sát và đánh giá môi trường

Dấu hiệu sinh học phơi nhiễm được dùng để đánh giá lượng chất độc hiện có trong cơ thể Dấu hiệu sinh học phơi nhiễm cung cấp những thông tin

về phơi nhiễm hóa học trong các cá thể, sự thay đổi nồng độ theo thời gian, và những biến đổi trong các quần thể khác nhau Nó cũng có thể cung cấp thông tin về tầm quan trọng tương đối của các con đường tiếp xúc khác nhau và những nguy cơ liên quan

Dấu hiệu sinh học tác động chỉ thị cho những thay đổi trong chức năng

sinh học để phản ứng với sự phơi nhiễm hóa chất Vì vậy, nó giúp nghiên cứu sâu hơn, trực tiếp hơn những nguy cơ gây hại so với dấu hiệu sinh học tiếp xúc

Nguyên tắc cơ bản nhất của tất cả các hệ thống sinh học cảnh báo sớm

là chọn sinh vật phù hợp cho đối tượng cần được giám sát [16] Việc lựa chọn này dựa trên khả năng phản ứng của sinh vật đối với các điều kiện môi trường khác nhau để phản ánh chất lượng môi trường sống của chúng Những sinh vật bị các chất ô nhiễm hoặc các chất tự nhiên có mặt nhiều trong môi trường tác động và thông qua các biểu hiện, những thay đổi bất thường, chúng sẽ chỉ thị cho bản chất và mức độ gây ô nhiễm [7] Những sinh vật này được gọi là sinh vật chỉ thị ô nhiễm Trong hệ thống BEWS, sinh vật cảnh báo là cảm biến chính – có chức năng cung cấp những dấu hiệu để cảnh báo sớm sự biến động môi trường

Để ghi nhận những phản ứng nhanh chóng, chức năng sinh lí hay hành

vi của sinh vật sẽ được sử dụng như là những thông số đáp ứng Những thông

số này phải phản ánh được sự thay đổi điều kiện môi trường, đặc biệt là đối với sự gia tăng nồng độ của một hay nhiều chất độc hại trong nước Những phản ứng hành vi được lựa chọn bao gồm: sự di chuyển, lẩn trốn, các hành vi bất thường, trong khi những thông số sinh lí được quan tâm là: tốc độ hô hấp, nhịp tim, hoạt động quang hợp, sự phát quang Dữ liệu từ việc quan sát sẽ được ghi lại một cách tự động và liên tục Bộ phận cảm ứng sơ cấp thực hiện chức năng này có thể là những thiết bị điện, điện từ, điện hóa, quang điện… Sau khi thu thập, dữ liệu được phân tích và đánh giá trên bằng những phần mềm cài đặt sẵn Khi phát hiện sự thay đổi đáng kể trong phản ứng sinh thái vượt khỏi tiêu chuẩn đã được định sẵn, hệ thống sẽ tự động đánh dấu và sinh

ra một báo động [16] Nhiều hệ thống sẽ tạo thành một mạng lưới và dấu hiệu bất thường sẽ được báo đến người quản lí ngay tức thì Nếu sự báo động được

sử dụng để kết luận về chất lượng một mẫu nước, phân tích hóa học có thể

được tiến hành ngay sau đó để tìm ra nguyên nhân bằng cách định tính, định lượng những chất ô nhiễm

1.3.3 Tiêu chí lựa chọn

Việc lựa chọn những sinh vật cảnh báo phụ thuộc vào cả những khía cạnh thực tế lẫn tính logic Ngoài việc phải thỏa mãn các tiêu chuẩn để là một sinh vật chỉ thị, sinh vật cảnh báo còn phải đáp ứng được một số điều kiện sau [7]:

 Có phân bố rộng và phong phú quanh năm;

 Có ý nghĩa rộng về sinh thái, kinh tế;

 Phải ở trạng thái khỏe mạnh và không dễ bị nhiễm bệnh và kí sinh;

 Phải dễ bảo quản trong phòng thí nghiệm, có tính biến dị di truyền thấp

Với những yêu cầu trên, những loài bản địa đặc trưng luôn là những sự

lựa chọn hàng đầu cho các hệ thống giám sát [16]

1.4 TỔNG QUAN HỆ THỐNG DÙNG SINH VẬT CẢNH BÁO SỚM 1.4.1 Tình hình nghiên cứu sinh vật cảnh báo sớm ô nhiễm trên thế

giới

Phương pháp sử dụng sinh vật để giám sát sự ô nhiễm nguồn nước là một vấn đề mới trên phạm vi thế giới và hứa hẹn nhiều kết quả tốt hơn các phương pháp đo đạc các thông số lý hóa truyền thống Đặc điểm khác biệt của phương pháp mới này là thường chứa một hệ thống cảm biến để ghi nhận

hình ảnh liên tục của sinh vật và truyền về trung tâm xử lý để từ đó có thể phát hiện các hiện tượng bất thường Dù đã có những kết quả hứa hẹn ban đầu nhưng cho đến nay vẫn chưa có một hệ thống chuẩn nào được đề xuất Lí do của vấn đề này nằm trong bản chất của hệ thống cảnh báo sinh học: một số sinh vật có thể sống tại khu vực địa lý này nhưng có thể không tồn tại tại khu vực khác Một vấn đề nữa liên quan đến từng loại sinh vật được sử dụng: đó

là những hành vi nào sẽ được sử dụng để phát hiện các hiện tượng bất thường – những sinh vật khác nhau sẽ có các hành vi khác nhau Theo nghiên cứu của

L Boynton Nghiên cứu quan sát đặc tính đơn giản của sinh vật tại đại học Texas, Hoa Kỳ [15], hình ảnh của sinh vật được ghi lại bằng camera và truyền

về máy tính xử lý Độ phát sáng của sinh vật là đặc điểm để phát hiện ra sự bất thường trong nguồn nước Với phương pháp này, các tác giả đã có thể phát hiện được sáu chất gây ô nhiễm nguồn nước Nhìn chung phương pháp này còn tương đối đơn giản Nhóm các phương pháp thứ hai có độ phức tạp cao hơn và được quan tâm nhiều trong thời gian gần đây khi nó có thêm phần phân tích các hành vi của sinh vật Tuy nhiên, số lượng và các loại hành vi cũng khác nhau tùy thuộc vào sinh vật được sử dụng Trong khi đó, ở Mỹ các tác giả quan tâm đến nhịp thở của cá bluegill để từ đó phát hiện ra các chất gây ô nhiễm [27] Ngoài ra, nghiên cứu tại đại học Melbourne (Úc) cung cấp một hệ thống tương đối đầy đủ hơn, khi cho phép quan sát hành vi của một số loài tôm, ốc, và động vật có xương sống Hơn nữa, hệ thống phát hiện ô nhiễm này còn kết hợp với một hệ thống phát tín hiệu cảnh báo đến các khu vực cần thiết Tuy nhiên, công trình này vẫn còn đang tiếp diễn Ở nghiên cứu của Serra Toro và cs [26], chuyển động của cá được mô tả bằng chuỗi các hành động gồm: không chuyển động – lên – xuống – phải – trái, sau đó kết hợp với phương pháp “recurrence plot” để chỉ ra sự khác nhau về chuyển động trong môi trường bình thường và môi trường ô nhiễm Một nghiên cứu của Kane [21] tập trung vào việc nhận biết sự thay đổi của cá mummichog khi

chịu tác động của chất gây căng thẳng (stress) trong nước Các đặc tính dùng

để nhận biết: vận tốc, sự thay đổi về góc, khoảng cách từ tâm của bể (phản ánh hiện tượng cá bơi gần thành bể như thế nào)

Nhìn chung, lĩnh vực nghiên cứu hệ thống cảnh báo sớm sử dụng sinh vật đang được coi là hướng đi mới được nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm bởi sự phát hiện nhanh chóng nguyên nhân ô nhiễm Giúp các cơ quan quản

lý có thể kịp thời xử lý trong các trường bị đầu độc hay sự cố môi trường khẩn cấp

1.4.2 Tình hình nghiên cứu sinh vật cảnh báo sớm ô nhiễm ở Việt

Nam

Vấn đề ô nhiễm nguồn nước là một bài toán quan trọng đặt ra đối với nước ta trong việc đảm bảo chất lượng nguồn nước Vấn đề này càng cấp thiết khi trong những năm gần đây báo chí đã đưa ra ánh sáng các vụ gây ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng liên quan đến chất thải từ các hoạt động sản xuất Chính vì thế giải quyết vấn đề ô nhiễm nguồn nước – trong bối cảnh ô nhiễm môi trường nói chung – đã nhận được nhiều sự quan tâm trong cả nước [12], [13] Nhiều nghiên cứu về việc phát hiện ô nhiễm nguồn nước đã được tiến hành tại các trung tâm nghiên cứu và các trường đại học trên cả nước, hay thông qua các tổ chức quốc tế [3], [9], [11][3] Nói chung các nghiên cứu này đều tập trung vào các phương pháp đo đạc lí hóa hay sử dụng vi sinh vật phân hủy để giám sát sự ô nhiễm của nguồn nước

Trong khi đó, việc phát hiện ô nhiễm nước bằng phương pháp phân tích hành vi của vi sinh vật vẫn còn mới mẻ ở Việt Nam Như đã nói ở phần trước, thật ra phương pháp phân tích hành vi của sinh vật chỉ thị đã được tiến hành nhiều nơi trên thế giới và đã cho những kết quả tốt Tuy nhiên, sinh vật được

sử dụng với các phương pháp này thường thích nghi với điều kiện sống bản địa; việc tìm ra các sinh vật giống hệt như vậy để áp dụng cho bài toán ở Việt Nam là một vấn đề khó khăn bởi nhiều khả năng chúng không tồn tại trong

điều kiện khí hậu ở Việt Nam

Các nghiên cứu giám sát sinh học ở Việt Nam có các nghiên cứu dựa trên khả năng tích lũy sinh học của sinh vật chỉ thị như các loài hai mảnh vỏ bước đầu cho kết quả khả quan về khả năng giám sát ô nhiễm các KLN cho môi trường cửa sông Nghiên cứu của Lưu Đức Hải và cs (2010) về tích lũy KLN thủy ngân ở cửa Đại (Hội An) cho thấy Trầm tích tại khu vực cửa Đại chưa có dấu hiệu ô nhiễm Hg Hàm lượng Hg tích lũy trong loài Ngao dầu (0,073±0,045 µg/g) và loài Hến (0,066±0,044 µg/g) nằm trong giới hạn TCCP của Bộ Y Tế Tuy nhiên, hàm lượng Hg tích lũy trong cơ thể hai loài này có

sự gia tăng rõ rệt theo khối lượng và kích thước Hàm lượng Hg trong trầm tích tương quan thuận với hàm lượng Hg tích lũy trong cơ thể của loài Ngao dầu ở mức “tương quan vừa” (r = 0,311, pvalue = 0,415) và ở loài Hến có mức

độ tương quan thấp hơn ở mức “tương quan yếu” (r = 0,138, pvalue = 0,722) Kết quả cho thấy, ở khu vực cửa Đại có thể sử dụng loài Ngao dầu làm sinh vật chỉ thị ô nhiễm Hg [9] Một nghiên cứu khác của Nguyễn Văn Khánh và

cs (2010) về hàm lượng As, Pb tích lũy trong loài Hến (Corbicula sp.) và Hàu sông (Ostrea rivularis Gould, 1861) tại cửa sông Cu Đê, TP Đà Nẵng kết quả cho thấy tích lũy KLN As và Pb trong loài Hến (Corbicula sp.) và loài Hầu sông (Ostrea rivularis G.) từ cửa sông Cu Đê , TP Đà Nẵng Hàm lượng

As ở cả hai loài Hến và Hầu sông đều vượt TCCP của Bộ y tế (Hến: 15,45±5,30 µg/g và Hầu sông : 1,23±1,08 µg/g) Điều đáng chú ý là mặc dù hàm lượng Pb trong bùn đáy của sông Cu Đê chưa có dấu hiệu ô nhiễm, nhưng hàm lượng Pb tích lũy trong loài Hến đã vượt TCCP 1,5 lần (3,58±2,69 µg/g) Hàm lượng Pb trong loài Hầu sông vẫn nằm trong TCCP (1,04±0,81 µg/g) Sự tương quan thuâ ̣n giữa hàm lượng As , Pb trong bùn đáy và trong

loài Hến (Corbicula sp.) và loài Hầu sông (Ostrea rivularis G.) cho thấy có

thể sử dụng hai loài này làm sinh vật chỉ thị cho ô nhiễm As và Pb trong khu vực cửa sông Cu Đê, TP Đà Nẵng [2], [6] nghiên cứu tích lũy kim loại nặng

chì (Pb) và cadmium (Cd) ở loài Sò lông (Anadara subcrenata Linnaeus) và Ngao dầu (Meretrix meretrix Linnaeus) vùng cửa sông, TP Đà Nẵng kết quả

cho thấy mức độ tích lũy Pb và Cd ở loài Sò lông có “tương quan chặt” với kích thước và khối lượng cơ thể Điều này cho thấy, sự tăng trưởng về kích thước và khối lượng dẫn đến gia tăng tích lũy KLN trong cơ thể Ở loài Ngao dầu mức độ tích lũy Pb có “tương quan chặt” với kích thước và “tương quan vừa” với khối lượng cơ thể Tuy nhiên, đối với Cd thì mức độ tích lũy chỉ

“tương quan vừa” với kích thước và khối lượng cơ thể Kết quả nghiên cứu

cho thấy, có thể sử dụng hai loài loài Sò lông (Anadara subcrenata L.) và Ngao dầu (Meretrix meretrix L.) làm sinh vật chỉ thị ô nhiễm KLN [2]

Ngoài ra, một số nghiên cứu sử dụng các loài động vật không xương sống (ĐVKXS) trong hệ thống BMWP làm sinh vật chỉ thị ô nhiễm môi trường nước như: Nguyễn Xuân Quýnh (1995) Ông đã đề xuất một hệ thống phân loại độ nhiễm bẩn các thủy vực có nước thải tại Hà Nội, dựa trên một số chỉ tiêu cơ bản về sinh học và lý hóa, quy định sự có mặt hay vắng mặt của một số loài hay nhóm loài ĐVKXS được coi như sinh vật chỉ thị, quy định sự phát triển về số lượng và khối lượng của chúng ở những mức độ khác nhau

Từ những năm 1997, nhiều chương trình nghiên cứu với việc sử dụng ĐVKXS cỡ lớn làm sinh vật chỉ thị quan trắc và đánh giá chất lượng nước được thực hiện với sự tham gia của khoa Sinh học, trường Đại học Khoa học

Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội phối hợp với các tổ chức quốc tế như: Hội nghiên cứu thực địa (Field Studies Council) và Viện sinh thái nước ngọt Anh Quốc (Institute of Freshwater Ecology) Đến năm 1999, Steve Tilling và Clive Pinder tiến hành nghiên cứu các dữ liệu ban đầu và điều chỉnh hệ thống tính điểm BMWP sao cho phù hợp với điều kiện ở Việt Nam Từ kết quả nghiên cứu đạt được, đến năm 2001 một khóa định loại ĐVKXS cỡ lớn đến họ đã được xây dựng, một quy trình lấy mẫu và một hệ thống điểm BMWPVIET

cũng

đã được thiết lập Công việc này được thực hiện chủ yếu dựa vào sự điều