C2 các phương pháp nghiên cứu chỉ thị sinh học môi trường

I. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIÁM SÁT SINH HỌCCác phương pháp giám sát sinh học được chia thành hai nhóm :Nhóm phương pháp loài đơn lẻ Nhóm phương pháp đa loài1.1. Nhóm phương pháp loài đơn lẻ sử dụng phản ứng của những loài đơn lẻ: loài chỉ thị, sinh vật nhạy cảm, sinh vật tích tụSủ dụng loài chỉ thịĐánh giá tác động của chất gây ô nhiễm dựa trên sự có mặt của các loài chỉ thị đặc trưng (Năng bộp chỉ thị đất rất chua (pH=45) rất nhiều Al3+ (> 2000ppm) .

CHƯƠNG II

CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG

I CÁC PHƯƠNG PHÁP GIÁM SÁT SINH HỌC

Các phương pháp giám sát sinh học được chia thành hai nhóm :

-Nhóm phương pháp loài đơn lẻ

- Nhóm phương pháp đa loài

1.1 Nhóm phương pháp loài đơn lẻ

 sử dụng phản ứng của những loài đơn lẻ: loài chỉ thị, sinh vật nhạy cảm, sinh vật tích tụ

Sủ dụng loài chỉ thị

 Đánh giá tác động của chất gây ô nhiễm dựa trên sự

có mặt của các loài chỉ thị đặc trưng (Năng bộp chỉ thị đất rất chua (pH=4-5) rất nhiều Al 3+ (> 2000ppm)

 Thường dùng trong đánh giá MT đất, ít dùng để

Sủ dụng sinh vật tích tụ

 Đánh giá tác động của chất gây ô nhiễm thông qua các sinh vật có khả năng tích tụ các chất gây

ô nhiễm trong cơ thể chúng

1 2 Phương pháp đa loài

 sử dụng những phản ứng của nhiều loài SV(quần thể, quần xã) thông qua : các chỉ số sinh học, chỉ

số đa dạng

 Thường sử dụng trong quan trắc MT nước và sử dụng những nhóm sinh vật hay những quần xã sinh vật

 Có thể thực hiện theo 4 hình thức:

- Đo mức độ phong phú: dựa vào số lượng đơn vị phân loại có mặt tại một địa điểm.

- Liệt kê: ghi nhận tổng số các cá thể không cần nhận dạng, các cá thể bị tác động môi trường ( số lượng có thể tăng hoặc giảm)

- Đo đếm các nhóm sinh vật theo chức năng dinh

dưỡng: nhằm xác định tỷ lệ giữa số lượng động vật trong những nhóm dinh dưỡng đặc biệt nhờ đó có thể làm rõ những nhóm chống chịu với những dạng tác động nào đó ( từ môi trường) tốt hơn

- Các chỉ số kết hợp: kết hợp các chỉ số có được từ

những phép đo trên để tăng độ tin cậy cho kết quả

nghiên cứu (so với khi áp dụng một phép đo riêng rẽ nào đó)

Bảng Chỉ số sinh học và chỉ số đa dạng

( sử dụng để giám sát sinh học theo phương pháp đa loài)

(A) Các tỷ lệ

(B) Các chỉ số định lượng

(C) Các chỉ số bán định lượng

(D) Các chỉ số đa dạng

S = số loài trong mẫu ; Ni = số cá thể trong mỗi

loài;

N = tổng số cá thể động vật trong mẫu

1.3 Phương pháp quan trắc cấu trúc quần xã

 Trong thực tế không thể giám sát toàn bộ quần xã SV, thường chỉ chọn: một số phân đoạn hoặc lát cắt của quần

 Thường dùng hoặc chỉ số đa dạng hoặc chỉ số tương

đồng, hoặc độ phong phú loài để nghiên cứu.( dựa trên sự có hay vắng mặt hoặc độ phong phú của các cá thể loài trong quần xã sinh học)

1.4 Phương pháp sử dụng phép phân tích đa biến

làm sai lệch kết quả quan trắc) có thể khắc phục

bằng việc sử dụng kỹ thuật phân tích đa

biến

đã biết về các mức ô nhiễm tại những điểm khác nhau để có thể suy đoán và tạo ra các giả thiết

có thể phát hiện những gián đoạn trong các quần xã SV từ các địa điểm khác nhau

Phương pháp sử dụng phép phân tích đa biến TWINSPAN (Two way indicator species analysis)

Có trên 10% nấm nước thải

Ô nhiễm hữu cơ mạnh

Không

Có

II PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CHỈ THỊ SINH HỌC TRONG NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

2.1 Sử dụng chỉ số sinh học

2.1.1 Sử dụng CSSH trong giám sát môi trường

 Shannon - Weiner sử dụng chỉ số đa sạng H' và

Margaleft sử dụng chỉ số đa dạng (D) để đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ nguồn nước

 Việc tính toán và xếp hạng chất lượng nước theo

chỉ số đa dạng được thể hiện ở bảng

Bảng Đánh giá chất lượng nước theo chỉ số đa dạng

 Sử dụng hệ thống tính điểm nhóm động vật đáy cỡ lớn của tổ chức quan trắc sinh học (BMWP) để đánh giá nhanh chất lượng nước :

- Mẫu vật thu ( tại các thuỷ vực) được phân loại

- Dựa vào các chỉ thị tương ứng với họ ( trong bảng tính điểm BMWP) để tính điểm cho từng họ ( họ nào không có trong bảng tính điểm có thể bỏ qua)

- Cộng tất cả các điểm từ mỗi họ tại từng điểm nghiên cứu được tổng điểm số BMWP

- Tính điểm số trung bình cho các đơn vị phân loại

(ASPT- Average Score per Taxon) là chỉ số sinh học tương ứng với một mức ô nhiễm (chất lượng) nước bằng

cách chia tổng số điểm (BMWP) cho tổng số họ đã lấy để tính điểm

Đánh giá chất lượng nước theo chỉ số ô nhiễm (ASPT)

Thứ

hạng

Chỉ số ô nhiễm (ASPT)

hay chỉ số sinh học

2.1.2 Sử dụng CSSH trong quan trắc môi trường

 Các số liệu được sử dụng để ấn định giá trị đánh số đối với các chỉ thị sinh học cá thể

 Tổng các giá trị đánh số của tất cả các loài chỉ thị sinh học tại mỗi điểm thu mẫu( xác định) sẽ cho kết quả biểu thị kiểu ô nhiễm tại điểm đó

 Tổng các giá trị hoại sinh của tất cả các CTSH tại một điểm chia cho tổng các giá trị tần số gặp cho chỉ số

hoại sinh hay chỉ số nhiễm bẩn tại một điểm (bảng)

 CSSH được sử dụng đầu tiên trong quan trắc môi

trường là hệ hoại sinh ( dùng quan trắc ô nhiễm hữu

cơ trong các sông)

Bảng Chỉ số hoại sinh hay chỉ số nhiễm bẩn

S= z (s.h)/ z h với: S- chỉ số hoại sinh cho điểm;

s- giá trị hoại sinh đối với mỗi loài chỉ thị;

h- tần số gặp của mỗi loài

1 Hoại sinh nhẹ hay yếu 1 Gặp tình cờ, ngẫu nhiên

4 Hoại sinh mạnh

Dãy chỉ số hoại sinh

 Các chỉ số sinh học khác tuần tự được phát triển, chủ yếu để quan trắc các tác động chất hữu cơ trong nước chảy Phổ biến nhất là chỉ số sinh học TRENT ở Anh, điểm số sinh học CHANDLER (CBS).

 Nhiều nước sử dụng rộng rãi điểm số BMWP của

nhóm động vật đáy cỡ lớn để quan trắc môi trường

nước ( dựa vào việc xác định số loàivà phân bố của động vật đáy không xương sống để phân loại mức độ

ô nhiễm nước)

 Hệ hoại sinh được cải tiến, mới nhất dùng để đánh giá chất lượng nước ở CHLB Đức (H2.2)

những số liệu có sẵn về lý - hoá học Nhưng có ưu việt

là tính toán đơn giản, cung cấp thông tin dễ hiểu về

mức độ ô nhiễm

Điểm số BMWP cải biên của Anh

Chỉ số sinh học Bỉ

(1983)

H.2.2 Sự phát triển của chỉ số sinh học hệ hoại sinh

- Sự tích luỹ này có thể diễn ra trong suốt vòng đời của sinh vật mà không có tác động phụ xuất hiện.

- Hàm lượng tích luỹ trong mô của SVTT có thể gấp 103 -

106 lần so với trong MT - "khuyếch đại sinh học"

 Khả năng tích tụ chất ô nhiễm ở SVTT được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu, quan trắc, xử lý MT

- Những mô tích luỹ các chất ô nhiễm biểu thị hàm

lượng các chất này rất rõ do phản ánh cả quá trình các chất ô nhiễm xâm nhập vào môi trường và tác động lên sinh vật trong suốt thời gian dài

 Từ sau những năm 1970 bắt đầu nghiên cứu việc sử dụng thực vật tích tụ để xử lý các đất bị ô nhiễm KLN ( chịu được hàm lượng KLN cao hơn 10 -100 lần so với các cây trồng nông nghiệp)

 Đặc điểm của các loài thực vật này là chỉ hấp thụ

một hoặc một số KLN đặc trưng trong các bộ phận

trên mặt đất ( chồi, cành, lá)

 Cho đến 2002 đã phát hiện 420 loài có khả năng tích

tụ KLN cao, trong đó: một số là nguồn thực phẩm , nhiều thực vật lớn và nhuyễn thể, cá ( MT nước); địa

y, rêu và thực vật có mạch (MT đất Kkhí) Rêu được

sử dụng rộng rãi cho quan trắc các KLN

 Lựa chọn SVTT trong nghiên cứu MT theo tiêu

chuẩn của sinh vật chỉ thị

 Trong thực tế khó có loài đơn lẻ nào đáp ứng được đủ các các tiêu chuẩn của SVCT về tích tụ, trong các

chương trình giám sát ô nhiễm phải khắc phục theo 2 cách :Quan trắc thụ động và thu mẫu (để phân tích

HH) từ nơi cư trú đặc biệt của những SV bản địa;

Quan trắc chủ động (tại nơi cư trú) các SV có ở vùng không ô nhiễm

quần xã

 Xác định sự đa dạng của ngưỡng độc hại (liên quan đến hiệu ứng gây chết toàn bộ và gây chết một nửa) và giới hạn chuẩn của các chất ô

nhiễm

 Xác định rõ tính mẫn cảm của những sinh vật

điển hình đối với các chất ô nhiễm đặc trưng

 Cung cấp tín hiệu sớm về sự ô nhiễm gây hại

Tiêu chuẩn lựa chọn sinh vật trong thử nghiệm sinh học:

 Các tiêu chuẩn như đối với SVCTMT

 Còn cần phải có các tiêu chuẩn khác:

- Mẫn cảm và bền vững trong phản hồi với chất gây ô nhiễm

- ở trạng thái khoẻ mạnh, không dễ bị nhiễm bệnh và ký sinh

 Phân biệt phép thử đơn loài và đa loài, thường sử

dụng làm phép thử sinh học đơn loài, mặc dù phép

thử đa loài có ưu việt hơn (bảng )

So sánh tính ưu việt của phép thử đơn loài và đa loài

Tương ứng tốt hơn với tình trạng của các hệ sinh thái tự nhiên

 Các loại thông số (chỉ tiêu) dùng để theo dõi sinh vật thử nghiệm (xác định tác động gây ra bởi ô nhiễm) khá đa dạng và thường là: những thay đổi trong tập tính, hình thái, sinh lý và sinh hoá học (bảng.)

 Khi tiến hành các phép thử sinh học thường sử dụng các phương pháp nghiên cứu trong nông học (TNĐR, Thí nghiệm chậu vại….) Vì vậy cần tìm hiểu và tuân thủ đúng các phương pháp nghiên cứu tương ứng để đảm bảo kết quả của phép thử sinh học đúng

Những chỉ tiêu chính

sử dụng trong phép thử sinh học

Vi khuẩn, nấm, động vật nguyên sinh

Tính đột biến BOD; nitrat hoá Khả năng phân huỷ

Tảo và những thực vật khác

Tốc độ sinh trưởng Tốc độ tái sinh (sinh sản) Khả năng quang hợp; hô hấp Hàm lượng chất diệp lục Tính đột biến

Tác động hình thái và mô

ĐVKXS và ĐVCXS

Hiệu ứng gây chết Tốc độ tái sinh Phát triển tính dị thường Khả năng sinh trưởng; hô hấp

Tỷ lệ thức ăn Biến đổi sinh hoá Tác động hình thái và mô Biến đổi tập tính

2.4 Xây dựng bản đồ ô nhiễm

 Sử dụng sinh vật chỉ thị xây dựng bản đồ phân bố loài

để đưa ra các chỉ dẫn về phân bố ô nhiễm

 địa y mẫn cảm nhất đối với các loại chất gây ô nhiễm khí quyển đặc biệt là Sunfua điôxyt (SO2) các quần xã địa y trong thành phố và vùng công nghiệp thường rất nghèo

 Căn cứ vào biến đổi (không gian và thời gian) trong phân bố địa y theo khả năng chống chịu của các loại đặc trung có thể xây dựng bản đồ về nồng độ gây ô nhiễm SO2 ở cấp độ vùng và quốc gia

 Rêu, vi nấm và một loài ve ( Humerobates

rostrrolamellatus) cũng được sử dụng để xây dựng bản đồ ô nhiễm một số chất khí

2.5 Phương phỏp so sỏnh

 Hiện nay phỏt triển phương phỏp so sỏnh CTSHMT đối với cỏc hệ thống nước ngọt Trong đú xỏc định kiểu sinh thỏi đặc trưng và sử dụng cỏc phươngphỏp

đo chọn lọc nhằm so sỏnh những thuỷ vực cựng kiểu nhưng khụng bị tỏc động

 Kết quả biểu thị ra tớnh tương đồng theo % của cỏc điểm nghiờn cứu, điểm số %>90% chứng tỏ điểm đú khụngbị ụ nhiễm

2.6 Sử dụng vi sinh vật

 VSV là hợp phần quan trọng của các hệ sinh thái mà

tính đa dạng và độ phong phú của chúng bị chi phối bởi những thay đổi của các yếu tố môi trường và có thể trở thành chỉ thị cho những kiểu ô nhiễm nhất định

- sự có mặt của quần xã nấm nước thải là chỉ thị ô nhiễm mức độ cao

- Sự có mặt của các vi khuẩn sống trong ruột người và

động vật (Coliform, Streptococci và Clostridium ) là chỉ thị cho ô nhiễm nước sinh hoạt ( do phân)

 Sử dụng thuỷ tinh, cốc nhựa khử trùng khi lấy mẫu

phân tích Nên phân tích mẫu trong vòng 1 giờ Mẫu

2.7 Sử dụng các loài đặc hữu, quý hiếm

 Các loài đặc hữu là các loài phân bố hẹp, thích ứng với môi trường sinh thái nhất định

 Khi các yếu tố môi trường bi xâm hại, thì quần thể các loài đặc hữu đó bị suy giảm số lượng cá thể hoặc không còn hiện diện ở đó- là cơ sở cho việc đánh giá tình trạng

và việc bảo vệ môi trường

2.8 Phương pháp diễn thế

 Sự phát triển của quần xã sinh vật theo thứ bậc liên quan đến những biến đổi cấu trúc loài, các quá trình tiến triển quần xã SV theo thời gian và hướng xác

định (Tính kế tiếp của các quần xã có sự thay thế cho nhau trong từng vùng) được gọi là diễn thế

 Diễn thế xảy ra do môi trường vật lý thay đổi

dưới sự tác động của quần xã và có thể dự đoán được Theo quy luật diễn thế rừng nhiệt đới: đất trống- trảng cỏ, trảng cây bụi- rừng thứ sinh - rừng kín nhiều tầng và quyết định sự tồn tại, phát triển của quần xã động vật hoang dã

 Phương pháp dự báo diễn thế sinh thái :

- Mô hình tính toán kinh nghiệm ( diễn thế dinh

dưỡng môi trường thuỷ vực)

- Lập bảng ma trận với tham số là các tác động từ môi trường bên ngoài và các diễn biến có thể xảy

ra tương ứng trong hệ ( môi trường, đặc trưng

sinh học)