Tìm hiểu chỉ thị sinh học ứng dụng trong quan trắc và đánh giá môi trường nước

Tìm hiểu chỉ thị sinh học ứng dụng trong quan trắc và đánh giá môi trường nước

PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

Môi trường là một vấn đề nóng bỏng Sinh thái, tài nguyên môi trường đã vàđang bị phá hủy một cách nghiêm trọng từng ngày từng giờ với tốc độ thoái hóanhanh chóng

Loài người hiện nay đang phải trả giá cho những gì mà các nước phát triển đãlàm đối với môi trường cách đây hàng trăm năm Do đó nhân loại đã và đang ýthức được rằng, nếu các vấn đề môi trường không được xem xét, đánh giá đầy

đủ và kĩ lưỡng thì tăng trưởng kinh tế và công nghiệp hóa với tốc độ hiện naynhất định sẽ đi kèm với hủy hoại môi trường Nhiệm vụ chủ yếu của nhữngngười làm công tác bảo vệ môi trường là trừ bỏ ô nhiễm làm cho môi trường trởthành trong sạch Muốn trừ bỏ ô nhiễm môi trường thì phải tìm hiểu nắm vững

nó, chỉ có như thế thì mới lập được những kế hoạch hữu hiệu và sử dụng biệnpháp thích hợp để trừ bỏ Ô nhiễm môi trường có rất nhiều dạng bao gồm ônhiễm không khí, ô nhiễm nước, ô nhiễm tiếng ồn, ô nhiễm đất, ô nhiễm chấtthải Sự ô nhiễm này có thể phân thành ô nhiễm có tính chất vật lý, tính chất hóahọc và sinh học Nguồn gây nên ô nhiễm môi trường và các chất ô nhiễm luônluôn biến đổi Vì vậy muồn hiểu biết đúng và nắm vững bản chất sự ô nhiễm thì

đó là điều không dễ

Để biết được chất gây ô nhiễm môi trường, con người phải giám sát , đo lườngmôi trường thông qua việc dùng những chất chỉ thị hay sinh vật chỉ thị Ý tưởngdùng sinh vật để làm chỉ thị cho tính chất môi trường sống của chúng phổ biếnhiện nay, và từ indicator hoặc indicator species có thể sử dụng và được hiểu theonhiều cách khác nhau Phương pháp này sử dụng các loài sinh vật có khả năngtích tụ các chất ô nhiễm để làm sinh vật chỉ thị cho chất gây ô nhiễm và nhữngsinh vật có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm để xử lý chất gây ô nhiễm

Đây là phương pháp ít tốn kém về kinh tế và thời gian đồng thời nó cũng khôngđòi hỏi cao về trình độ của con người Nên hiện nay phương pháp này đangđược sử dụng có hiệu quả và phổ biến trên thế giới, nhờ đó ta có thể nghiên cứuđược quy luật về nguồn gốc, phân bố , di chuyển và biến hóa của các chất gây ônhiễm môi trường, từ đó đưa ra những dự đoán về xu thế ô nhiễm hoặc xác địnhđược đối tượng gây ô nhiễm cần khống chế, lấy đó làm căn cứ khoa học đểnghiên cứu các đối sách khống chế ô nhiễm và tiến hành quản lý môi trường.

PHẦN II: NỘI DUNG

A.Cơ sở khoa học :

I Giới thiệu chung về chỉ thị sinh học môi trường:

1 Khái niệm về chỉ thị sinh học môi trường

1.1 Những khái niệm về sinh vật chỉ thị

1.1.1 Khái niệm về môn học

Từ lâu các nhà khoa học thuộc các chuyên môn khác nhau đã sử dụng nhiềuloài thực vật phục vụ cho công tác chuyên môn (bản đồ địa chất, phân bốkhoáng sản, phân loại đất,…)

Khi nghiên cứu môi trường nhận thấy: những sinh vật bị các chất gây ô nhiễmhoặc các chất tự nhiên có nhiều trong môi trường tác động, có thể biểu hiệnnhững dấu hiệu dễ nhận biết

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

+ Những thay đổi về đa dạng loài, thành phần loài, nhóm ưu thế trong quần xã.+ Tăng tỷ lệ chết trong quần thể, đặc biệt ở giai đoạn non

+ Thay đổi sinhh lí, tập tính của cá thể

+ Khiếm khuết về hình thái và tế bào của cá thể

+ Sự tích lũy các chất ô nhiễm trong các cá thể

Việc nghiên cứu và sử dụng các sinh vật để đánh giá, phát hiện và xử lý ônhiễm môi trường đang được quan tâm và nghiên cứu có hệ thống

1.1.2 Khái niệm về sinh vật chỉ thị môi trường.

Mỗi đối tượng sinh vật có yêu cầu nhất định về điều kiện sinh thái liên quanđến nhu cầu dinh dưỡng, hàm lượng O2, khả năng chống chịu một hàm lượngnhất định các yếu tố độc hại trong môi trường sống Do đó, sự hiện diện haykhông của chúng biểu thị một tình trạng điều kiện sinh thái của môi trường sống

nằm trong hay vượt giới hạn nhu cầu và khả năng chống chịu của đối tượng sinhvật đó.

Đối tượng sinh vật: là sinh vật chỉ thị môi trường, có thể là các loài sinh vậthoặc các tập hợp loài

Các điều kiện sinh thái chủ yếu là các yếu tố vô sinh: Hàm lượng các chất dinhdưỡng, nhu cầu O2 chất độc và các chất gây ô nhiễm khác

1.1.3 Cơ sở của chỉ thị sinh học môi trường

1.1.3.1 Cơ sở của việc sử dụng sinh vật làm chỉ thị môi trường

Thành phần loài của một quần xã sinh vật được xác định bởi các yếu môitrường

Tất cả các cơ thể sống đều chịu tác động của các yếu tố môi trường sống, môitrường sống này cũng có thể bị ảnh hưởng từ môi trường xung quanh, đặc biệt bịtác 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, thìsinh vật này có thể hay không bị loại trừ ra khỏi quần thể, làm nó trở thành sinhvật chỉ thị cho môi trường

Hiểu biết về tác động của các yếu tố môi trường lên cơ thể sống có thể xác địnhđược 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 trênhiểu biết của con người về khả năng chống chịu của sinh vật với các yếu tố củađiều 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 khí, chấtdinh dưỡng dễ tiêu,…

1.1.3.2 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 giantác 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 sáng: Phi lao, bồ đề,…

+ Ưa tối: Cà độc dược, dương xỉ,…

Theo phản ứng của cây trồng với ánh sáng, có 3 nhóm:

+ Cây ôn đới

+ Cây nhiệt đới

+ Cây á nhiệt đới

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,…

Các chất khí.

Khí quyển cung cấp O2 và CO2 cho sinh vật, xử lý một phần các chất ô nhiễm Khi thành phần, tỷ trọng các chất khí có trong khí quyển thay đổi có thể gây hạicho sinh vật

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 quátrình sinh hóa, áp suất thẩm thấu của dịch mô và các hoạt động chức năng khác 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 thiếtyếu cần cung cấp, được chia thành 3 nhóm nhu cầu:

Đa lượng: N, P, K

Trung lượng: Ca, Mg, S, Si

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 loạnquá trình trao đổi chất làm sinh vật mắc bệnh và làm ảnh hưởng xấu năng suất,phẩm chất cây trồng

1.1.3.3 Khả năng thích nghi của sinh vật khi môi trường thay đổi

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

Sinh vật phản ứng lên tác động của môi trường bằng 2 phương thức: chạy trốn(động vật) và thích nghi

Sự thích nghi của sinh vật có thể là thích nghi hình thái hoặc thích nghi ditruyền

+ Thích nghi hình thái xảy ra trong suốt thời gian sống của cơ thể sinh vật dướitác động của các yếu tố môi trường

+ Thích nghi di truyền xuất hiện trong quá trình phát triển cá thể, không phụthuộc vào sự có mặt hay vắng mặt của các trạng thái môi trường, được xây dựng

và củng cố bởi các yếu tố di truyền

Biến động số lượng:

Quá trình biến đổi xảy ra do tác động ngẫu nhiên của các yếu tố môi trường, chủyếu là do yếu tố thời tiết và khí hậu

Có thể ảnh hưởng lên số lượng cũng nư chất lượng cá thể trực tiếp hoặc giántiếp qua sự thay đổi trạng thái sinh lý của cây, thức ăn, hoạt tính của thiên địch.Diễn thế sinh thái và tác động đến sinh vật chỉ thị môi trường:

Diễn thế sinh thái tác động làm biến đổi môi trường sống gây rat hay đổi quần

xã sinh vật

Tất cả các hoạt động kinh tế liên quan đến HST luôn chịu ảnh hưởng và tácđộng vào quá trình diễn thế sinh thái

Nguyên nhân xảy ra diễn thế sinh thái:

+ Nguyên nhân bên trong: gây nên nội diễn thế nằm trong chính tổ chức củachính HST, sự sinh sản và cạnh tranh sinh tồn của các sinh vật

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

Tác động làm biến đổi của môi trường gây ảnh hưởng trên cơ thể sống có thểquan sát:

+ Những thay đổi về thành phần loài hoặc các nhóm ưu thế

+ Những thay đổi về đa dạng loài

+ Tăng tỷ lệ chết trong quần thể…

Do ảnh hưởng của diễn thế sinh thái mà các chỉ thị sinh học có thể sử dụng đểđánh giá tình trạng suy thoái, đặc biệt là khu cần bảo tồn

1.1.4 Phân nhóm sinh vật chỉ thị

Tùy theo các chỉ tiêu phân loại khác nhau mà người ta có bảng phân loại khácnhau

-Phân loại theo địa lý môi trường, người ta dung các đại quần xã (Biomes).Ví dụ

có các loại quần xã sau đây:đại quần xã rừng nhiệt đới chỉ thị cho vùng khí hậunóng quanh năm; đại quần xã rừng rụng lá chỉ thị cho vùng á nhiệt đới; đại quần

xã rừng lá kim (Taiga) chỉ thị cho vùng ôn đới,và đồng rêu bắc cực (Tunda) chỉthị cho vùng địa lý cực bắc

-Phân loại theo độ cao Chúng ta biết rằng, càng lên cao nhiệt độ càng thấp vànồng độ õy càng loãng Vì vậy ở vùng nhiệt đới khi ở dưới chân núi là rừngnhiệt đới nhiều tầng che phủ 100% nhưng lên đến độ cao 1500m thì cây chỉ thị

là những cây lá nhọn xem cây rừng rụng lá của vùng á nhiệt đới còn lên cao3000m là thực vật ôn đới

-Phân loại theo môi trường thành phần ví dụ, chỉ thị môi trường đất, chỉ thị môitrường nước, chỉ thị môi trường không khí…

-Phân loại theo mức độ ô nhiễm môi trường Người ta đã chia ra các mức chỉ thị

ô nhiễm, chỉ thị cho ô nhiễm trung bình, chỉ thị cho ô nhiễm nhẹ hoặc là chỉ thịcho không ô nhiễm.với cách phân loại này, người ta sử dụng cả hai tiêu chí: một

là loài có tính nhạy cảm hoặc thích nghi cao;hai là số lượng cá thể của laoifđó.Ví dụ, ô nhiễm hữu cơ nguồn nước, người ta dung ecoli, một sinh vật rấtthích nghi với điều kiện ô nhiễm này và số lượng cá thể của chứng trong mộtdơn vị thể tích

-Phân loại theo nghành sinh vật.Ví dụ, người ta phân ra: vi sinh vật chỉ thị, thựcvật chỉ thị, động vật chỉ thị

-Phân loại theo nhu cầu của sinh vật Một số sinh vật sống trong điều kiện theonhu cầu của nó, vì vậy khi người ta thấy sự có mặt của nó thì ta biết rằng trongmôi trường có sẵn những vật chất mà sinh vật đó cần Ví dụ như: với loài cây cónhu cầu cao với kim loại nặng trong nước Khi thấy loại sinh vật này xuất hiện

ta biết được hiện trạng môi trường lúc đó Kỹ thuật tìm kiếm quặng Uran là một

ví dụ

Dựa vào tác dụng của sinh vật chỉ thị:

Công cụ để giải đoán môi trường là các loài SVCT mẫn cảm với điều kiện môitrường không thích hợp, có thể sử dụng chúng làm công cụ để nhận biết tìnhtrạng môi trường

Công cụ thăm dò là những loài SVCT thích nghi đối với môi trường nhất định,

sự xuất hiện của chúng có thể dung để đo phản ứng và thích nghi đối với sự thayđổi của môi trường

Công cụ khai thác là các loài SVCT có khả năng tích lũy các chất trong mô củachúng

Sinh vật thử nghiệm là các sinh vật được chọn lọc để nghiên cứu trong điều kiệnthí nghiệm nhằm xác định các chất gây ô nhiễm

Tính chỉ thị môi trường của SVCT được thể hiện ở các bậc khác nhau:

+ SVCT- dấu hiệu về sinh lý, sinh hóa, tập tính, tổ chức tế bào của cá thể SVCT.+ Quần thể SVCT- cấu trúc quần thể các loài chỉ thị

+Quần xã SVCT- một số nhóm SVCT nào đó (sinh vật nổi, sinh vật đáy)

Nhờ tính chất của SVCT có thể sử dụng khả năng tích tụ các chất ô nhiễm trong

cơ thể và giá trị biểu thị tác động tổng hợp của các yếu tố môi trường lên sinhvật để đánh giá môi trường thuận lợi và hiệu quả hơn so với phương pháp lý hóahọc

1.1.6 Tiêu chuẩn để chọn sinh vật làm chỉ thị sinh học

• Sinh vật đã được định loại rõ ràng

• Dễ thu mẫu trong tự nhiên, kích thước vừa phải

• Có phân bố rộng (phân bố toàn cầu)

• Có nhiều tài liệu về sinh thái cá thể

• Có giá trị kinh tế hoặc là nguồn dịch bệnh

• Dễ tích tụ các chất ô nhiễm

• Dễ nuôi trồng trong phòng thí nghiệm.

• Ít biến dị

1.2 Loài chỉ thị.

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

+ Một số loài địa y là loài chỉ thị cho sự mẫn cảm với ô nhiễm SO2

+ Nhóm chỉ thị môi trường đất Secpentine có đặc điểm phát triển rời rạc và lùn.+ Một số loài cây rừng không chống chịu được với sự xáo trộn của môi trường

có thể làm các cây chỉ thị cho tuổi của rừng cây

Các nhóm SVCT có thể dung trong đánh giá điều kiện sinh thái, các cá thể củaloài chỉ thị đánh giá môi trường, lập bản đồ về sự ô nhiễm môi trường

1.3 Khái niệm mở rộng về sinh vật chỉ thị.

Vì vậy sinh vật tích tụ không chỉ có khả năng chỉ thị cho môi trường nhất định

mà còn dễ bị phát hiện hơn qua những phân tích hóa học

Trong số những sinh vật loại này rêu thường được sử dụng rộng rãi nhất, tảo,thực vật lớn cũng thường được sử dụng, cá và động vật không xương sống cũng

có thể sử dụng

1.3.3 Sinh vật thăm dò và cảnh báo

Sinh vật thăm dò và cảnh báo là những loài sinh vật bản địa đơn lẻ, có khả năngthể hiện phản ứng có thể đo được đối với chất ô nhiễm

Sinh vật thăm dò và cảnh báo được sử dụng như một chỉ thị cảnh báo sớm về sự

có mặt của các chất ô nhiễm trong môi trường

1.4 Dấu hiệu sinh học

Dấu hiệu sinh học là những thể hiện sự phản ứng của sinh vật đối với tác độngcủa chất ô nhiễm trong môi trường

Có 2 loại chính:

+ Dấu hiệu sinh lý- sinh hóa

+ Dấu hiệu sinh thái

1.4.1 Dấu hiệu sinh lý- sinh hóa

Dấu hiệu này dễ nhận biết

Có nhiều ý nghĩa, nhất là các chỉ số liên quan tới khả năng sống sót, sự sinhtrưởng của cá thể, sự sinh sản của quần thể

1.4.2 Dấu hiệu sinh thái

Dấu hiệu sinh thái thể hiện sự biến đổi của cấu trúc quần thể hoặc quần xã sinhvật dưới tác động cảu chất ô nhiễm

Khó nhận biết hơn, có thể nhận biết đánh giá bằng một số chỉ số: thiếu hụt loài,

đa dạng sinh học, loài ưu thế

+ Chỉ số thiếu hụt loài: được xác định trong trường hợp có số liệu khảo sát định

kì về thành phần loài có mặt trong một khu sinh cư

+ Chỉ số đa dạng sinh học: là chỉ số mang tính chất tổng hợp số lượng loài và số

cá thể vào giá trị chung, để đơn giản hóa sự phức tạp của cấu trúc quần xã sinhvật

+ Chỉ số loài ưu thế: khi mức độ ô nhiễm nặng, một số loài phát triển ưu thế về

số lượng

1.5 Chỉ số sinh học

Chỉ số sinh học là chỉ số dựa trên ảnh hưởng của ÔNMT và tác động của sựphân hủy chất hữu cơ lên sinh vật để đo đạc các tính chất của môi trường, đánhgiá sinh thái môi trường.

Quan trắc chất lượng nước: các loài chỉ thị và mức mẫn cảm của chúng với ônhiễm; Số lượng nhóm sinh vật chỉ thị có hoặc vắng mặt được sử dụng để tínhtoán chỉ số sinh học

Chỉ số sinh học được sử dụng đa dạng theo vùng địa lý: thang tính điểm của tổchức nghiên cứu quan trắc sinh học được biến đổi để sử dụng ở nhiều nước.Các chỉ số sinh học được sử dụng khá đa dạng ở Anh và được sử dụng cho nhiềunước

Sử dụng chỉ số đa dạng để đánh giá 3 khía cạnh của cấu trúc quần xã:

+ Số lượng loài hoặc độ phong phú loài

+ Tổng lượng sinh vật (độ phong phú) của mỗi loài

+ Tính đồng nhất phân bố các cá thể giữa các loài khác nhau (tính đồng đều).Hiện có một số phương pháp thông dụng tính chỉ số đa dạng là: Shannon-Weiner (H’), Simpson (D), Malgalef (DMg)

Sử dụng các chỉ số đa dạng và tương đồng có những ưu điểm và hạn chế nhấtđịnh.

Các thông số (chỉ tiêu) thường sử dụng trong chỉ thị hình thái và mô:

+ Tốc độ sinh trưởng tương đối, trọng lượng, tuổi, chỉ số diện tích lá

+ Sự hư hại thực vật (có thể quan sát được bằng mắt) như: lá bị vàng, bị đốmhoặc hoại sinh (đặc biệt để quan trắc mưa axit)

Trong nhiều trường hợp, chỉ thị hình thái- mô của một số loài thực vật được sửdụng để phát hiện sự có mặt một số chất gây ô nhiễm không khí (sự hư hại lácây thuốc lá là chỉ dẫn cho ô nhiễm O3)

1.8.2 Đối với động vật

Các thông số thường sử dụng trong chỉ thị hình thái và mô:

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

+ Sinh trưởng không đối xứng và những thay đổi hình thái không do bệnh lý.+ Sự xuất hiện các đặc tính bệnh lý: lở loét, bướu u, viêm tấy…

2 Vai trò, ý nghĩa của chỉ thị sinh học môi trường

2.1 Quá trình phát triển nghiên cứu và sử dụng chỉ thị sinh học môi trường

Con người đã sử dụng các thủy vực, đất làm nơi đổ rác thải ngay từ khi mới bắtđầu 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 cuối thế kỷ 19, nghiên cứu về ô nhiễm hồ đã bắt đầu phát triển như một bộphận quan trọng trong nghiên cứu môi trường nước

Vào đầu thế kỷ 20, trong quan trắc môi trường đã bắt đầu sử dụng những sinhvật ở nước, mọc trên đất làm những sinh vật chỉ thị cho sự ô nhiễm

Đối với môi trường nước

Đầu tiên một số tác giả đã sử dụng động vật không xương sống cỡ lớn để đánhgiá ô nhiễm hữu cơ các thủy vực Ưu điểm: dễ thu thập, dịnh lượng, bảo quản,thuận lợi cho giám định…

Sau đó nhiều nhà nghiên cứu khác đã dung các nhóm sinh vật khác làm SVCT ônhiễm hữu cơ nguồn nước thành công

+ Liebman (1942) coi trọng việc sử dụng các sinh vật, đặc biệt là vi sinh vậttrong đánh giá ô nhiễm hữu cơ nguồn nước

+ Butcher (1946) đã sử dụng tảo làm SVCT cho ô nhiễm hữu cơ và ô nhiễmkim loại nặng (chính xác hơn) nguồn nước

+ Kabler (1957) đã sử dụng nhóm vi khuẩn Ecoli làm chỉ thị cho ô nhiễm nướcuống

+ Lackey (1957) đã chỉ ra rằng, nếu xả trực tiếp nước thải vào sông, suối Dẫnđến hàm lượng O2 sẽ giảm mạnh, gây chết nhiều loài, trừ một số loài trùng tiêmmao kị khí và trùng roi không màu (là SVCT)

+ Dondoroff (1957) sử dụng loài cá (có khả năng chống chịu nhiệt, hàm lượngO2, độ pH) làm SVCT

+ Patrich (1963) chỉ rõ: có thể dung tảo sillic để xác định mức ô nhiễm nước, dochúng rất nhạy cảm với tính chất vật lý và hóa học của nước

Đối với môi trường đất

Việc phân tích cây trồng như một phương pháp xác định nhu cầu về phân bón đãđược ứng dụng từ khá lâu

Việc “nhìn cây biết đất” đối với nhiều tác giả trở nên quen thuộc Ann McCauley và Clain Jones, năm 1999 cho biết, nhiều dấu hiệu rất đặc trưng xuấthiện trên lá cây khi đất thiếu hoặc thừa một nguyên tố dinh dưỡng nào đó vàviệc chẩn đoán dinh dưỡng thực vật qua lá thường cho kết quả đáng tin cậy.Trong suốt thế kỷ 20, nhờ hiểu biết về ảnh hưởng của ô nhiễm hữu cơ lên cácquần xã sinh vật (trong nước, đất) và phản ứng cảu chúng ngày càng phát triển

mà việc ứng dụng quan trắc sinh học môi trường ngày càng được mở rộng, làmột 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 nguồn ô nhiễm Nhiều loạihóa chất, chỉ ở nồng độ thấp cũng tác động nghiêm trọng lên HST Nhiều nghiêncứu cho thấy, nhiều loại hóa chất có khă năng phá vỡ chức năng nội tiết ở quầnthể động vật và chức năng trao đổi ở thực vật Đây là cơ sở cho việc phát triển

sử dụng chỉ thị sinh học trong nghiên cứu đánh giá ô nhiễm hóa chất

Hiện nay, nhiều loài sinh vật đã được sử dụng làm chỉ thị sinh học môi trường

để đánh giá mức độ ô nhiễm, xác định nguồn ô nhiễm, địa điểm ô nhiễm và thờigian ô nhiễm

Nhiều loài thực vật ( cây thuốc lá, lúa mạch, rêu, tảo…) và động vật ( nhuyễnthể hai mảnh vỏ, cá, chim…) được sử dụng rộng rãi để đánh giá mức độ ô nhiễmKLN trong nước, đất và không khí

Hiện nay ở nhiều nước đã hình thành phương pháp sử dụng hiệu quả các SVCT

để giám sát và quan trắc môi trường

+ Ở Nhật Bản, Mỹ, Úc và Ấn Độ đã dùng trai nước ngọt, trai nước mặn, rêu và

cỏ biển để kiểm soát chất lượng nước, không khí về mức độ ô nhiễm KLN, cácchất gây hiệu ứng nhà kính, dư lượng thuốc BVTV và các chất phóng xạ

+ Ở Đan Mạch, Ý, Úc đã và đang sử dụng rộng rãi loài cỏ lươn (Zastera marina)

và loài trai (Mytilus edulis ) trong phát hiện nguồn phát thải và đánh giá mức độ

ô nhiễm KLN của các thủy vực

Ở Việt Nam, việc nghiên cứu và sử dụng SVCT để đánh giá chất lượng môitrường nước cũng đã được tiến hành

+ Lập được khóa định loại động vật không xương sống cỡ lớn, quy trình lấymẫu và hệ thống tính điểm cho quan trắc sinh học ở các thủy vực nước chảy tạiViệt Nam

+ Sử dụng một số loài thực vật tích tụ: rau muống, ngổ nước, bèo tây…đểnghiên cứu ô nhiễm KLN

+ Thực hiện khóa nhận diện biểu hiện trên thực vật khi môi trường đất thiếudinh dưỡng.

Nhìn chung việc sử dụng các SVCT để quan trắc, đánh giá môi trường còn rấtmới đối với nước ta

2.2 Vai trò của chỉ thị sinh học trong nghiên cứu, đánh giá và xử lý môi trường

2.2.1 Vai trò của chỉ thị sinh học trong đánh giá môi trường

Sự thiếu hoặc thừa dinh dưỡng, có chất ô nhiễm trong môi trường, gây ảnhhưởng lớn đến tình trạng sinh trưởng và sức sản xuất của thực vật làm trên láthực vật xuất hiện những dấu hiệu bất thường: cây còi cọc, vàng lá, màu tía, mấtmàu, hoại tử … Dựa vào những dấu hiệu nêu trên ở thực vật cho phép đánh giánhanh, rẻ tiền và hiệu quả hơn về những chất gây ô nhiễm ở các nồng độ khácnhau so với các phương pháp hiện đại khác

Trong những trường hợp cần thiết, bổ sung phương pháp phân tích đất, nước vàthực vật Còn đối với những chuyên gia chỉ thị sinh học môi trường không nhấtthiết phải tiến hành phân tích thêm

Trong nhiều trường hợp dung chỉ thị sinh học môi trường còn là bước khởi đầucho việc sử dụng hiệu quả các phương pháp nghiên cứu và đánh giá môi trườngkhác

Đặc biệt khai thác khả năng tích tụ các chất ô nhiễm và tác động tổng hợp củacác yếu tố môi trường lên các sinh vật tích tụ làm cho chỉ thị sinh học môitrường là chỉ dẫn quan trọng cho việc thực hiện các phương pháp lý – hóa học

2.2.2 Vai trò của chỉ thị sinh học trong xử lý ô nhiễm môi trường

Xử lý môi trường bị ô nhiễm là một quá trình phức tạp ( công nghệ, hiểu biếtsâu về cơ chế hấp phụ, chuyên hóa …chi phí rất cao )

Trong khi đó khả năng làm sạch môi trường đất và nước bị ô nhiễm ( bởi kimloại, chất hữu cơ, thuốc sung và các chất phóng xạ ) bằng thực vật đang được coinhư một loại công nghệ mới, đơn giản và rất hiệu quả

Hiện nay vấn đề ô nhiễm KLN và các hóa chất nguy hại khác đối với môitrường đất, nước đang phổ biến.

Có nhiều phương pháp xử lý ô nhiễm KLN trong đất ( đào đất ô nhiễm đi chonlấp chỗ khác, rửa đất, cố định các chất ô nhiễm, xử lý nhiệt … ) nhưng cácphương pháp trên đều rất tốn kém kinh phí, giới hạn về kĩ thuật và hạn chế vềdiện tích

Do đó, phương pháp sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm KLN trong đất, nướcđược quan tâm đặc biệt bởi kĩ thuật đơn giản, chi phí đầu tư rất thấp, an toàn vàthân thiện với môi trường

3 Giám sát và quan trắc sinh học môi trường

3.1.Vì sao phải giám sát, tìm chất chỉ thị môi trường?

Ô nhiễm môi trường là kẻ thù chung của nhân loại Nhiệm vụ chủ yếu củanhững người làm công tác bảo vệ môi trường là trừ bỏ ô nhiễm,làm cho môitrường trở thành trong sạch Muốn trừ bổ ô nhiễm môi trường thì phải tìm hiểunắm vững nó, chỉ có như thế mối lập được những kế hoạch hữu hiệu và sử dụngbiện pháp thích hợp để trừ bỏ

Ô nhiễm môi trường có rất nhiều dạng, bao gồm ô nhiễm không khí, ô nhiễmnước, ô nhiễm tiếng ồn, ô nhiễm đất, ô nhiễm chất thải…Sự ô nhiễm này có thểphân thành ô nhiễm có tính vật lý, tính hóa học và sinh học.Nguồn gây ô nhiễmmôi trường và các chất ô nhiễm luôn biến đổi.Vì vậy muốn hiểu đúng và nắmvững bản chất sự ô nhiễm thì đó là điều không dễ

Để biết được chất gây ô nhiễm môi trường, con người phải giám sát, đo lườngmôi trường thông qua việc dùng những chất chỉ thị hay sinh vật chỉ thị.Trên thếgiới hiện nay chỉ thị môi trường đã và đang được sử dụng rộng rãi, nhờ đó ta cóthể nghiên cứu được quy luật vè nguồn gốc phân bố,di chuyển và biến hóa củacác chất gây ô nhiễm môi trường, từ đó đưa ra được những dự đoán về xu thế ônhiễm hoặc xác định được đối tượng gây ô nhiễm cần khống chế,lấy đó làm căn

cứ khoa học để nghiên cứu các đối sách khống chế ô nhiễm và tiến hành quản lýmôi trường.

3.2 Khái niệm chung

Giám sát sinh học gồm các khảo sát khác nhau tiến hành trong cùng một thờigian.trong đó khảo sát sinh học (điều tra sinh học) là sự kiểm kê tính các sinhvật, các biến đổi và những quá trình xảy ra trong một môi trường đã chọn

Quan trắc sinh gọc là việc giám sát sinh học với mục đích đặc trưng để đảm bảotuân thủ những giới hạn các chất gây ô nhiễm trong môi trường theo bộ tiêuchuẩn đã được luật pháp quy định

Mặc dù quan trắc sinh học bao gồm giám sát sinh học, tuy nhiên cần phân biệt

rõ hai khái niệm này

3.3 Ý nghĩa của quan trắc sinh học

Nghiên cứu các phương pháp giám sát sinh học cho việc quan trắc chất lượngmôi trường có thay thế cho các phương pháp hóa học đắt tiền

Các phương pháp quan trắc sinh học còn có thể tạo ra những ưu việt đáng kể sovới phương pháp hóa học

Quan trắc ô nhiễm dựa vào việc thu mẫu vật để phân tích hóa học tại nhữngkhoảng thời gian khác nhau vừa tốn tiền vừa khó thực hiện đặc biệt trong điềukiện môi trường thay đổi (không khí hoặc dòng nước chảy), nhưng lại có thểthực hiện bình thường bằng phương pháp quan trắc sinh học

Nhiều chất gây ô nhiễm có thể có mặt trong môi trường nhưng không phát hiệnđược phương pháp phân được), trong khi đó lại có thể phát hiện được nhờ quantrắc sinh học

Do các sinh vật chỉ thị của quần xã sinh vật có khả năng phản hồi với bất kỳ chất

ô nhiễm nào có trong môi trường dù ở mất rất thấp nên sự thay đổi được pháthiện (SVCT) đều có thể là dấu hiệu báo trước cho việc lấy mẫu phân tích hóahọc đạt kết quả tốt

Tuy nhiên khi sử dụng quan trắc sinh học để đánh giá ô nhiễm cũng cần phảichú ý khả năng ảnh hưởng xấu tới kết quả của các yếu tố có liên quan.

Những đặc điểm có tác động nhiều đến các quần xã động vật đays thủy vực: vĩ

độ, kinh độ, độ dốc, độ cao, khoảng cách từ nguồn, chiều rộng và độ sâu trungbình, nền đáy và độ kiềm có thể ảnh hưởng lên quần xã sinh vật đáy làm chokết quả

3.4 Các phương pháp quan trắc sinh học

Trong thực tế có thể sử dụng nhiều phương pháp quan trắc sinh học môi trường.Trong mỗi phương pháp có sự khác nhau về: loại giám sát, sinh vật chính được

sử dụng, loại chất ô nhiễm chính được đánh giá, ưu điểm và nhược điểm

Các phương pháp quan trắc sinh học gồm:

Loại giám

sát

Sinh vậtchính được

sử dụng

Những chất ÔNchính được đánhgiá

Nghiên cứu

cấu trúc

quần xã

ĐV khôngxương sống,

tV cỡ lớn

Chất thải hữu cơ,chất thải nguyhại, giàu dinhdưỡng…

Dễ sử dụng giáthành rẻ, không

có yêu cầu cao

SH

ĐV khôngxương sống

cỡ lớn, TVlớn, tảo, địay

Chất thải hữu cơ,giàu dinh dưỡng,axit hóa, khí độc

Dễ sử dụng giáthành rẻ, khôngđòi hỏi thiết bịchuyên dụng

Cần kiến thức củamột số chuyêngia, sử dụng cục

bộ, không đặctrưng

Cần thiết bị vàkiến thức chuyêngia

đến sức khỏecủa con ngườiSinh vật

tích tụ

TV lớn, ĐVkhông xươngsống, ĐV cóxương sống

Chất thải nguyhại, chất phóngxạ

Chỉ thị có liênquan đến sứckhỏe con người

Tốn thời gian, đắtđòi hỏi thiết bị vànguồn lực đượcđào tạo

Phép thử

sinh học

VSV, TVlớn, ĐVkhông cóxương sống,

xương sôngnhỏ

Chất hữu cơ, cáckhí độc, chất thảiđộc hại

Kết quả nhanh,giá thành tươngđối thấp, có khảnăng nghiên cứu

đa dạng

Cần có các nghiêncứu quan trắc tiếptheo trong thực tế

3.5 Lựa chọn sinh vật chỉ thị để quan trắc sinh học

3.5.1 Kiến thức chung

Các sinh vật có thể được chọn cho các mục đích quan trắc, thông thường dựatrên tốc độ phản ứng được đặt ra(Cains 1973) hay dựa vào khả năng mẫn cảmvới những biến đổi về nhiệt độ

Đặc tính sinh học của vi sinh vật ảnh hưởng một cách mạnh mẽ đến nhiều loại

mô hình quan trắc sinh học hữu dụng, chẳng hạn như:sinh vật có đời sốngngắn,phản ứng kịp thời với những thay đổi của môi trường còn các sinh vật cóđời sống dài thì sự phản ứng sinh học của chúng có thể trải qua nhiều năm,nhiều thập kỷ và có thể qua nhiều thế kỷ Loài sinh vật có tốc độ trao đổi cao,vàtốc độ tăng trưởng cao thì thường nhạy cảm tốt với các chất ô nhiễm hơn lànhững sinh vật có tốc độ trao đổi thấp.Sinh vật tiềm sinh có thể chứa các chất ônhiễm xâm nhập vào môi trường nhanh chóng, khi có sinh vật biến đổi dướiđiều kiện biến đổi của môi trường.Nhiều loài sinh vật ngừng sinh sản khi điều

kiện bất lợi Do vậy, những thay đổi về tốc độ thụ tinh sẽ là dấu hiệu của sự thayđổi môi trường.

Ngay cả trong một loài thì một số sinh vật được coi là chỉ thị tốt hơn sinh vậtkia.Thực vật có mao mạch là chỉ thị hiệu quả nhất cho ô nhiễm không khí.Ví dụ,chất độc của khói quang hóa ở California chưa được biết cho tới nó được nhận

ra ở sự biến đổi trên cây họ đậu,rau bina,và hình lá cây.Điều này chứng tỏ có sựxuất hiện ozon(Middketon,1956) Những biến đổi trên lá cỏ non cho thấy có sựhiện diện của pẽoyacetylnitrate (bedrow,1955)…

Thực vật trên cạn như tảo, địa y thường rất nhạy cảm với chất ô nhiễm khôngkhí hơn cả thực vật có mao dẫn bởi vì chúng hấp thụ trực tiếp nước và chất dinhdưỡng từ không khí và nước mưa Kết quả nồng độ các chất ô nhiễm và các chấtđộc cấp tính sẽ vào cơ thể nhanh hơn thực vật có mao mạch

Một phương pháp đo lường chất ô nhiễm là dung mật độ địa y, nó là sự tổng hợpcác loài các loài hiện có và cả họ hang loài này

Trong môi trường nước, tảo và vi khuẩn cyanobacteria là những sinh vật chỉ thịhữu dụng cho những thay đổi khác nhau,sự gia tăng các chất dinh dưỡng(phúdưỡng hóa) có thể được đánh giá nhờ vào sinh khối của tảo và nhiều loài vikhuẩn như: Oscillatoria ở hồ Washington Tảo các và một số tảo khác có khảnăng tích tụ kim loại nặng và các chất phóng xạ trong cơ thể của chúng

Động vật than mềm được sử dụng như là công cụ quan trắc trong môi trườngnước với mạng lưới quan trắc toàn cầu (Goldberg,1978) Một số loài được sửdụng bao gồm loài Mytius, Grasstrea, Ostrea ở các vùng khơi và duyên hải cửasông.Loài Geukensia ở ngập vùng triều và Anodota và họ hang của nó ở các hồnước ngọt, cửa song suối Phần lớn người ta quan tâm về cách thức chất ô nhiễmvào tế bào động vật nhuyễn thể và khả năng tồn tại lâu dìa của nó Kim loại,thuốc trừ sâu và các hydrocacbon cũng xâm nhập vào các mô mềm và nồng độcủa chúng tăng nhanh và rồi chúng tích tụ ở đó.hầu như công việc cần làm trước

khi hiểu về nồng độ các chất trong mô mềm có thể được sử dụng một cách cóhiệu quả để chỉ thị cho các biến động môi trường hiên tại và quá khứ.

Sinh vật chỉ thị được xem như là các công cụ rất tốt để chỉ thị cho sự thay đổicủa môi trường trong khi các chức năng lien hệ giữa đột biến và phản ứng đượcxác định, ngoài ra sinh vật còn có ích cho những trường hợp không biểu hiệnrõ.Nếu có một yếu tố nào trong hệ sinh thái bị suy giảm hay biến mất thì chúng

ta phải quan tâm đặc bệt đến nó; cần thiết phải tìm nguyên nhân, bởi vì môitrường tự nhiên biến đổi rất nhanh chóng.Các loài điển hình có thể biến mất ởmột vùng sinh thái nào do con người hay do cạnh tranh giữa các sinh vật

Có nhiều cách để chọn đối tượng quan trắc Ví dụ, động vât ăn thịt bậc cao cókhả năng chống chịu cao với thuốc trừ sâu.Điều đó có ý nghĩa quan trọng trongviệc thay đổi môi trường.Bởi vì những hành động này có phạm vi tìm mồi rấtrộng lại có khả năng tích lũy cao các chất, kể cả chất ô nhiễm Mặt khác, nhiềuthành phần môitrường được nhận biết từ kết quả phân tích cơ thể con mòngbiển.Do đó, mòng biển được sử dụng để kiểm soát ô nhiễm hóa chất,sâu vàbướm cũng được sử dụng làm sinh vật chỉ thị môi trường qua tỉ lệ phân bố củanó.Có sự thay đổi của số lượng cá thể, nhất là thay đổi màu sắc của bướm khimôi trường thay đổi nhất là về sắc tố.Tiến hóa là một sự chọn lọc tự nhiên, nơi

có các chất gây ô nhiễm là một yếu tố qui định tỉ lệ sống sót của một loài và sốlượng nguồn gen (Rette Well,1973).Các nhà sinh vật, các nhà độc nhât socnf sửdụng một số động vật có vú làm chỉ thị khi khảo sát ảnh hưởng của độ độc đếncon người (Buck,1979;Háh Black,1984).Những phương pháp này rất có ý nghĩađối với các nhà sinh thái môi trường, nó còn giúp con người xác định các loài cókích thước nhỏ, tỷ lệ sống ở những vùng thích hợp với chúng mà dân cư chiếmlàm nơi cư trú

Chim là loài sinh vật tốt dung để quan trắc sinh học bởi vì có sự lien quan đểnhận biết với số lượng lớn mà thành phần loài thì ít Phần lớn các loài quan sátnghiệp dư hiểu nhiều và quan sát một cách thường xuyên Việc đếm và điều tra

số lượng chim con được tiêu chuẩn hóa chúng đã cung cấp giá trị lâu dài vàtuyệt vời về dạng phân bố bầy đàn.

3.5.2 Một số khuyến cáo cụ thể trong lựa chọn

Đối với nước ngọt:

Nhiều loại tảo có thể sử dụng là chỉ thị sinh học để đánh giá chất lượng nước tựnhiên (phát triển mạnh trong nước ấm, chứa nhiều dinh dưỡng)

Ngoài tảo có thể sử dụng các loài thực vật lớn như các loài lau, sậy, bèo làm cácthực vật chỉ thị cho hiện tượng phú dưỡng

Động vật nguyên sinh (sử dụng chất hữu cơ rắn làm thức ăn) được sử dụng làmsinh vật chỉ thị liên quan đến chuỗi thức ăn

Một số loại cá có thể được sử dụng như: chỉ thị sinh học để xác định chất lượngnước và ô nhiễm nguồn nước của thủy vực

Cá là động vật máu lạnh Có nhiều loại cá khác nhau cùng tồn tại trong một thuỷvực với các đặc điểm khác nhau về hình thể, nguồn thức ăn, nơi sinh sản pháttriển và khả năng thích nghi với môi trường Chính vì vậy nhiều loài cá có thểđược sử dụng như chỉ thị sinh học để xác định lượng nước và ô nhiễm nguồnnước

Các nguyên sinh động vật, động vật đa bào, các loài nhuyễn thể và tôm, cá làthành phần động vật thường có mặt trong nguồn nước tự nhiên Sự phát triển vềchủng loại và số lượng cá thể của động vật trong nước phụ thuộc rõ rệt vào chấtlượng nước và mức độ ô nhiễm nước Do vậy nhiều loài thuỷ động vật chỉ thịcho đặc điểm chất lượng nước

Thí dụ nguồn nước bị ô nhiễm do các chất hữu cơ dẫn đến sự giảm trước hết sốchủng loại và số cá thể các loại động vật sống ở tầng nước trên sau đó đến cácloại động vật sống ở đáy Việc acid hóa nguồn nước đến độ pH 4,5-5 làm suygiảm lượng trứng cá và các loại tôm cá nhỏ so với nguồn nước có pH trung tính

Độ pH gỉam dưới 4 hầu hết các loại cá ăn nổi bị biến mất

Đối với vùng nước mặn:

Việc thay đổi độ mặn của nguồn nước có thể đánh giá qua việc xác định sự tồntại và phát triển các thủy sinh vật theo độ mặn như sau:

Escherichiacoli ( E.coli )

Streptococcus faecalis

Clostridium perfringents

Để đánh giá ô nhiễm do phân bắc:

Có 3 nhóm vi sinh vật chỉ thị:

+ Nhóm Coliform đặc trưng là: Escherichiacoli ( E.coli )

+ Nhóm Streptococci đặc trưng là: Streptococcus faecalis

+ Nhóm Clostridia khử sunfit ( SO3- ) đặc trưng là: Clostridium perfringents

Sự có mặt các vi sinh vật này chỉ tình trạng nước bị ô nhiễm phân, có nghĩa là cóthể có vi trùng gây bệnh và ngược lại

Trong 3 nhóm vi 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 vi sinh nguồnnước và có đầy đủ các tiêu chuẩn của loài vi sinh 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: feacal coliform, tổng

số Coliform và các sinh vật gây bệnh khác

Trong trường hợp đánh giá tác động của ô nhiễm đến hệ sinh thái nước cần quantrắc bổ sung về các sinh vật thủy sinh: động vật đáy không xương sống, thực vậtnổi

+ Động vật đáy không xương sống ( ốc, hến, tôm, cua, ấu trùng, côn trùng ) :tương đối cố định tại đáy sông, hồ chịu ảnh hưởng của sự thay đổi liên tục chấtlượng nước và chế độ thủy văn trong ngày Thời gian phát triển khá lâu, dễ thumẫu, dễ phân loài.

+ Động vật đáy không xương sống có thể chỉ thị cho ô nhiễm hữu cơ, phúdưỡng, ô nhiễm do hóa chất độc KLN, hóa chất BVTV, hydrate dị vòng ; ônhiễm do dầu mỡ

Đối với môi trường không khí thường lựa chọn các loại địa y, rêu và các thựcvật hoang dã để quan trắc sinh học

Đối với môi trường đất thường sử dụng các loài thực vật tích tụ để quan trắcsinh học

II Các phương pháp nghiên cứu chỉ thị sinh học môi trường.

1 Các phương pháp giám sát sinh học.

1.1 Nhóm phương pháp loài đơn lẻ.

Sử dụng phản ứng của những loài đơn lẻ - loài làm chỉ thị sinh vật nhảy cảm,sinh vật tích tụ

Sử dụng loài chỉ thị:

Đánh giá tác động của chất gây ô nhiễm dựa trên sự có mặt của các loài chỉ thịđặc trưng (Năng bột chỉ thị đất rất chua (PH: 4 - 5) rất nhiều Al3+ với C > 2000ppm)

Thường dùng trong đánh giá môi trường đất, ít dung để đánh giá môi trườngnước (nhiều loài có thể không có mặt không lien quan đến chất lượng nước

Sử dụng sinh vật nhạy cảm:

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 sing vật (quần thể, quần xã) thông qua:các chỉ số sinh học, chỉ số đa dạng Thường sử ụng trong quan trắc môi trườngnươc.

Thường sử dụng trong quan trắc môi trường nước và sử dụng những nhóm sinhvật hay quần xã sinh vật

Được thực hiện theo 4 hình thức:

Đo mức độ phong phú: dựa vào số lượng đơn vị phân loại có mặt tại một địađiểm

Liệt kê: ghi nhận tổng số các cá thể không cần nhận dạng, các cá thể bị tác độngmôi 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 đơn vị trong nhóm dinh dưỡng đặc biệt nhờ đó có thể làm rõ nhữngnhóm 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 độtin cậy cho kết quả nghiên cứu (so với khi áp dụng một phép đô riêng rẽ nào đó)

1.3 Phương pháp quan trắc cấu trúc quần xã

Trong thực tế không thể quan sát toàn bộ quần xã sinh vật, thường chỉ chọn: một

số phân đoạn hoặc lát cắt của quần xã sinh vật để quan sát, quan trắc

Sinh vật nổi hoặc sinh vật đáy đối với những hệ sinh thái nước

Động vật không xương sống cỡ lớn hoặc thực vật lớn đối với nhưng hệ sinh tháicạn

Thường dùng hoặc chỉ số đa dạng hoặc chỉ số tương đồng, hoặc độ phong phúloài để nghiên cứu

1.4 Phương pháp sử dụng phép phân tích đa biến

Sự thiếu tính khách quan trong nghiên cứu có thể khắc phục bằng việc sử dụng

kỹ thuật đa biến

Liên kết những số liệu môi trường thích hợp đã biết về mức độ ô nhiễm tạinhững điểm khác nhau để có thể suy đoán và tạo ra các giả thiết

Gộp nhóm số liệu theo các cách khác nhau có thể phát hiện những gián đoạntrong quần xã sinh vật từ các địa điểm khác nhau.

2 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 chỉ số sinh học trong gián sát môi trường

Shannen - Weiner sử dụng chỉ số đa dạng H’ và Margaleft sử dụng chỉ số đadạng (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 sinh học thểhiện ở bảng:

Bảng đánh giá chất lượng nước theo chỉ số đa dạng sinh học

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

Mẫu vật thu được (tại các thủy vực) được phân loại

Dựa vào các chỉ thị tương ứng với họ (trong bảng tính điểm BMWP) để tínhđiểm cho từng họ

Cộng tất cả các điểm từ mỗi họ tại từng điểm nghiên cứu được tổng điểm sốBMWP

Tính điểm số trung bình cho các đơn vị phân loại (ASPT: là chỉ số tương ừngvới với một mức ô nhiễm (chất lượng) nước bằng cách chia tổng số điểm(BMWP) cho tổng số họ đã lấy để tính điểm

2.1.2 Sử dụng chỉ số sinh học 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 chỉ thị sinh học tại một điểm chia chotổng số các giá trị tần số gặp cho chỉ số hoại sinh hay chỉ số nhiễm bẩn tại mộtđiểm đó.

Chỉ số sinh học được sử dụng đầu tiên trong quan trắc môi trường là hệ hoạisinh (dung quan trắc ô nhiễm hữu cơ trong các sông)

Các chỉ số sinh học khác được phát triển, để quan trắc các tác động chất hữu cơtrong nước chảy phổ biến nhất Chỉ số TRENT, điểm số CHANDLER (CBS).Nhiều nước sử dụng rộng rãi điểm số BMWP của nhóm động vật đáy cỡ lớn đểquan trắc môi trường nước (dựa vào xác định số loại và phân bố của động vậtđáy không xương sống để phân loại mức độ ô nhiễm nước)

Hệ hoại sinh được cải tiến, mới nhất dùn để đánh giá chất lượng ở CHLB Đức:Các chỉ số sinh học điều có hạn chế là phải sử dụng cùng với những số liệu cósẵn về lý – hóa học Nhưng có ưu việt là tính toán đơn giản, cung cấp thôngthông tin dễ hiểu về mức độ ô nhiễm

2.2 Sử dụng sinh vật tích tụ trong nghiên cứu môi trường

2.2.1 Sinh vật tích tụ trong nghiên cứu môi trường nước ở Việt Nam

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của quá trình công nghiệp hóa đất nước, chấtthải công nghiệp cũng đang ngày một gia tăng về số lượng, đa dạng về chủngloại gây ô nhiễm môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng Ô nhiễmkim loại nặng do nước thải công nghiệp đang là một vấn đề rất bức xúc của môitrường Việt Nam Hiện nay, việc quan trắc, đánh giá chất lượng nước thải củacác nhà máy chủ yếu dựa trên việc xác định các thông số lý hóa và được tiếnhành một cách định kỳ do đó chỉ xác định được chất lượng nước tại từng thờiđiểm Vì vậy, việc nghiên cứu, ứng dụng những tiến bộ khoa học trên lĩnh vựckiểm tra, phát hiện ô nhiễm nước do kim loại nặng là một vấn đề hết sức cầnthiết Trên thế giới, việc sử dụng các sinh vật chỉ thị để đánh giá chất lượngnước thải công nghiệp đă đạt được nhiều thŕnh tựu có ý nghĩa khoa học và thựctiễn Ở Việt Nam, việc nghiên cứu sử dụng sinh vật chỉ thị đánh giá chất lượng

môi trường nước đă được đề cập nhưng chưa được thực hiện một cách đồng bộ

và mới dừng ở mức định tính Đặc biệt, việc sử dụng sinh vật tích tụ để quantrắc, đánh giá chất lượng nước thải công nghiệp còn rất mới mẻ Không ítsinhvật có thể tích tụ các chất gây ô nhiễm trong các mô của chúng qua quá trìnhtích lũy sinh học

2.2.2 Đặc điểm của các sinh vật tích tụ

Chất ô nhiễm được hấp thụ qua bề mặt cơ thể, qua những cấu trúc đặc trưng,hoặc được nuốt vào cùng với thức ăn với tốc độ lớn hơn tốc độ đào thải từ cơ thểchúng

Sự tíchlũy này có thể diễn ra trong suốt vòng đời của sinh vật mà không có tácđộng phụ xuất hiện

Hàm lượng tích luỹ trong mô của sinh vật tích tụ có thể gấp 103 – 106 lần so vớitrong môi trường “khuếch đại sinh học”

Khả năng tích tụ chất gây ô nhiễm ở sinh vật tích tụ được sử dụng rộng rãi trongnghiê cứu, quan trắc, xử lý môi trường

Những mô tích lũy các chất gây ô nhiễm biểu thị hàm lượng các chất gây ônhiễm xâm nhập vào môi trường và tác động lên sinh vật trong thời gian dài

Từ sau những năm 1970 bắt đầu nghiên cứu việc sử dụng sinh vật tích tụ để xử

lý các đất bị ô nhiễm kim loại nặng (chịu được hàm lượng kim loại nặng caohơn 10 – 100 lần so với các cây trồng nông nghiệp bình thường khác)

Đặc điểm của các loài thực vật này là chỉ hấp thụ một hoặc một số kim loại đặctrưng trong các bộ phận trong môi trường đất (chồi, cành, lá)

Vì vậy để xử lý các chất gây ô nhiễm, người ta thu hoạch và tiêu huỷ các bộphận tích lũy

Cho đến 2002 đã phát hiện 420 loài có khả năng tích tụ kim loại nặng cao, trongđó: một số là nguồn thực phẩm, nhiều thực vật lớn và nhuyễn thể, cá (môitrường nước), địa y, rêu và thực vật có mạch (môi trường đất, không khí), rêuđược sử dụng rộng rãi trong quan trắc các kim loại nặng

Lựa chọn sinh vật tích tụ trong nghiên cứu môi trường theo tính chất của sinhvật chỉ thị.

Trong thực tế khó có loài đơn lẻ nào đáp ứng được đủ các tiêu chuẩn của sinhvật chỉ thị về tích tụ, trong các chương trình giám sát ô nhiễm phải khắc phụcbằng hai cách:

Quan trắc thụ động và thu mẫu (để phân tích HH) từ nơi cư trú đặc biệt của cácsinh vật bản địa

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

2.2.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của sinh vật chỉ thị

Tốc độ hấp thụ và bài tiết

Khi có sự thay đổi bất thường của nồng độ các chất ô nhiễm trong môi trường,tốc độ hấp thụ vŕ bài tiết khác nhau sẽ ảnh hưởng đến nồng độ chất ô nhiễm cňnlại trong cơ thể sinh vật Ví dụ, một chất nào đó được hấp thụ rất nhanh nhưngbài tiết rất chậm thì lượng chất còn lại trong cơ thể sinh vật sẽ phản ánh nồng độcao nhất trong môi trường hơn là nồng độ trung bình Đây là một đặc tính rấtquan trọng cần được quan tâm trong quá trěnh đánh giá ô nhiễm Đối với nhữngchất có thể bài tiết nhanh, chỉ có thể phát hiện được ở nồng độ cao trong cơ thểsinh vật ngay sau khi chất đó được thải ra môi trường

Sự ảnh hưởng giữa các chất

Trong môi trường tồn tại nhiều chất ô nhiễm thì sẽ ảnh hưởng đến khả năng tích

tụ của sinh vật, có thể lŕm tăng hoặc giảm khả năng tích tụ Nguyên nhân của sựảnh hưởng này là do một trong các yếu tố sau:

- Những enzym khử độc ảnh hưởng đến sự hấp thụ vŕ bài tiết các chất (thường làhạn chế)

- Khả năng thấm của mŕng có thể bị thay đổi do đó lŕm thay đổi mức độ hấp thụcác chất

- Các chất ô nhiễm làm thay đổi đặc tính bęn trong của sinh vật sẽ ảnh hưởngđến khả năng hấp thụ vŕ bài tiết

- Sự kết hợp giữa các chất tạo nên những hợp chất phức tạp hơn.

Sự biến đổi của môi trường

Những biến đổi này bao gồm sự thay đổi nhiệt độ, độ cứng, độ mặn, độ đục Nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng đến độ tan của rất nhiều chất mà còn ảnh hưởngđến khả năng tích tụ của sinh vật Nước cứng lŕm giảm tính độc của một số kimloại nặng trong môi trường Độ mặn vŕ độ đục là nhân tố quan trọng ảnh hưởngđến mức độ hấp thụ của các sinh vật, đặc biệt là ở vùng cửa sông

Bậc dinh dưỡng

Bậc dinh dưỡng cũng là một trong số các nhân tố quan trọng ảnh hưởng đếnnồng độ kim loại nặng tích tụ trong cơ thể sinh vật nhất lŕ những sinh vật hấpthụ qua thức ăn Đối với sinh vật sản xuất, ví dụ như tảo, chúng hấp thụ các chấtmột cách trực tiếp từ môi trường xung quanh Nhưng ở bậc dinh dưỡng cao hơnnhư động vật không xương sống vŕ cá thì chúng vừa có thể hấp thụ các chất mộtcách trực tiếp từ môi trường lại vừa có thể hấp thụ gián tiếp thông qua chuỗithức ăn

2.3 Phép thử sinh học

Sử dụng sinh vật ở những điều kiện thí nghiệm (có đối chứng) để nghiên cứu,đánh giá môi trường.Nhiều phép thử sinh học đã được phát triển để sử dụngtrong phòng thí nghiệm hoặc ngoài hiện trường “khả năng sử dụng các phép thửsinh học trong nghiên cưú vấn đề môi trường”

Xác định các tác động ngắn hạn của liều lượng lớn chất ô nhiễm (cấp tính) đến

cá thể, quần thể và quần xã Tác động tác động tiềm năng của các chất gây ônhiễm (tác động dài hạn của những lượng thấp chất gây ô nhiễm khác nhau(mãn tính) đến cá thể, quần thể và quần xã

Xác định sự đa dạng của ngưỡng độc hại (liên quan đến hiệu ứng gấy chết toàn

bộ hoặc một nửa) và giới hạn chuẩn của các chất gây ô nhiễm

Xác định rõ tính mẫn cảm của những sinh vật điển hình đối với các chất gây ônhiễm đặc trưng

Mô hình tác động và cách xâm nhập của các chất gây ô nhiễm vào các hệ sinhthái.

Nghiên cứu các biện pháp xử lý và chống ô nhiễm

Tiêu chuẩn lựa chọn sinh vật trong thí nghiệm sinh học

Các tiêu chuẩn như đối với các sinh vật chỉ thị môi trường

Cần phải có các tiêu chuẩn khác:

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

Ở trạng thái khỏe mạnh, không dễ bị nhiễm bệnh và ký sinh

Phân biệt phép thử đa loài và đơn loài, thường dùng phép thử sinh học đơn loài,mặc dù phép thử đa loài có ưu việt hơn

Các thông số (chỉ tiêu) dùng để theo dõi sinh vật thí nghiệm (xác định tác độnggây ra bởi ô nhiễm) khá đa dạng và hường là: những thay đổi trong tập tính,hình thái, sinh lý, sinh hóa

Sinh vật khác nhau thì chỉ tiêu khác nhau:

VD:

- VSV, BOD,…

-Tảo: tốc độ tái sinh, sinh trưởng, hàm lượng diệp lục…

- Động vật không xương sống và có xương sống: hiệu ứng gây chết, tốc độ táisinh, tỷ lệ thức ăn…

Khi tiến hành các phép thử sinh học thường áp dụng các phương pháp nghiêncứu trong nông học (thí nghiệm đồng ruộng, thí nghiệm chậu vại) Vì vậy cầntìm hiểu và thực hiện đúng các phương pháp nghiên cứu tương ứng để đảm bảokết quả của phép thử sinh học

2.4 Xây dựng bản đồ ô nhiễm

Sử dụng sinh vật chỉ thị để xây dựng bản đồ phân bố loài chỉ dẫn về phân bố ônhiễm

Địa y mẫn cảm nhất với các loại chất gây ô nhiễm đặc biệt là sunfua ddioxxit(SO2) các quần xã địa y trong thành phố và trong các khu công nghiệp thườngrất nghèo.

Căn cứ vào biến đổi (không tgian và thời gian) trong phân bố địa y theo khảnăng chống chịu của các loại đặc trưng có thể xây dựng bản đồ về nồng độ gây ônhiễm SO2 ở cấp độ vùng và quốc gia

Rêu, vi nấm và ve cũng đuợc sử dụng để xây dựng bản đồ ô nhiễm một số chấtkhí

2.5 Phương pháp so sánh

Hiện nay phát triển phương pháp so sánh chỉ thị sinh học môi trường đối với các

hệ thống nuớc ngọt Trong đó xác định kiểu sinh thái đặc trưng và sử dụng cácphương pháp đặc chọn lọc nhằm so sánh những thủy vực cùng kiểu nhưngkhông bị tác động

Kết quả biểu thị ra tính tương đồng the phần trăm cuả các nghiên cứu, điểmphần trăm > 90% chứng tỏ điểm đó không bị ô nhiễm

2.6 Sử dụng vi sinh vật

Vi sinh vật là hợp phần quan trọng của các hệ sinh thái mà tinh đa dạng và độphong phú của chúng bị chi phối những thay ddổi 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 cuẩ các quần xã vi khuẩn sống trong ruột người và động vật là chỉ thịcho ô nhiễm nước sinh hoạt (do phân)

Sử dụng thủy tinh, cốc nhựa khử trùng khi lấy mẫu phân tích Nên phân tíchmẫu trong vòng 1 giờ, mẫu cần bảo ở 40C từ 24 – 30 giờ

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 tháinhất định

Khi các yếu tố môi trường bị xâm hại, thì quần thể các loài đặc hữu đó bị suygiảm số lượng cá thể hoặc không còn hiện diện ở đó là cơ sở cho việc đánh giátình trạng và việc bảo vệ môi trường.

2.8 Phương pháp diễn thế

Sự phát triển cuả quần xã sinh vật theo thứ bậc có liên quan đến những biến đổicấu trúc loài, các quá trình tiến triển quần xã sinh vật theo thời gian và hướngxác định (tính kế tiếp của 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

Phương pháp dự báo diễn thế sinh thái:

Mô hình tính toán kinh nghiệm (diễn thế dinh dưỡng môi trường)

Lập bảng ma trận với tham số là các tác động từ môi trường bên ngoài và cácdiễn thế có thể xảy ra tương ứng trong hệ (môi trường, đặc trưng sinh học)

B Chỉ thị sinh học trong môi trường.

I Chỉ thị sinh học trong môi trường nước.

1 Đặc điểm môi trường nước

Phân vùng sinh thái: ngọt (TSMT < 0.5% O), nước mặn (TSMT > 30%), nước

1.2 Đặc điểm vật lý của nước tự nhiên

- Nhiệt độ (do mặt trời phân hủy hữu cơ) biến đổi theo vùng địa lý, mùa, thờitiết (ngày đêm) ảnh hưởng lớn đến sinh sản, sinh trưởng và di cư của động vậtsống trong nước.

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

- Màu: phú sa (đỏ gạch) chất hòa tan (vàng da cam) chất lơ lửng (trắng đục bùn,nâu đen và chất hữu cơ) thủy sinh vật (xanh nhạt_tảo lục xanh đậm, tảo lam)

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

- Vị: mặn (NaCl), ngọt (CO2), đắng chát (Mg2+), chua (Fe, Al)

- PH: tính chất đất, phân hủy chất hữu cơ, do hô hấp của sinh vật, quang hợp củathực vật

1.3 Đặc điểm hóa học của nước

Các nguyên tố hóa học tồn tại dưới dạng ion, nồng độ ppm: Cl-, Na+, (SO4)2-,Mg2+, Ca2+, K+, (HCO3)-, Br-, Sr2+

Các nguyên tố nồng độ ppb: Ba, Sr, N, P, Mo, Zn, Fe, Mn,…

Oxy hòa tan: (do không khí và quang hợp của thực vật) cần cho hoạt động sốngcủa thủy sinh vật > 0.5 ppb (bão hòa) tốt cho tôm cá, biến đổi theo mùa, thờitiết, ngày đêm, độ sâu, nhiệt độ và độ mặn

CO2 hòa tan (do hô hấp của sinh vật và phân hủy chất hữu cơ) rất cần cho quanghợp tạo ra các chất hữu cơ cho các thủy vực, nhưng nồng độ > 10mg/l ức chếthủy sinh vật

H2S (phân hủy pv, phản sunfat hóa, yếm khí) phụ thuộc vào: PH, nhiệt độ, rấtđộc với thuỷ sinh vật

CH4 (phân hủy chất hữu cơ yếm khí) nhhiều CH4 nước nhiều chất hữu cơ, chấtlượng nước kém

NH3 (N hữu cơ, phân bón) hàm lượng NH3 tăng khi PH và nhiệt độ tăng, rấtđộc với các loại sinh vật

NH +: thức ăn tự nhiên của nhiều thực vật phù du phát triển quá mức

(NO3)-: (nitrit hóa) là dinh dưỡng dễ tiêu của thực vật, thức ăn cho tôm củathủy vực, nồng độ quá cao làm cho tảo phát triển quá mức.

P: (H2PO4-, HPO42-, PO43-) dinh dưỡng của thực vật bậc cao, nguyên sinh độngvật, vi sinh vật

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

BOD: (tiêu hao oxy sinh học) lượng oxy cần cho hô hấp của thủy sinh vật (trongđiều kiện nhất định) xác định ở diều kiện t0=200C trong 3 hoặc 5 ngày Nước cómật độ sinh vật cao thì BOD càng cao, dung đánh giá mức độ giàu dinh dưỡnghay nhiễm bẩn của thủy vực

COD: (tiêu hao oxy hóa học) lượng oxy tiêu tốn cho sự phân hủy hữu cơ theophản ứng: (CHO)n + O2 → CO2 + H2O + Q Môi trường càngnhiều chất hữu cơ thì COD càng cao dung đánh giá mức độ dinh dưỡng cuả môitrường nước

1.4 Các chất gây ô nhiễm môi trường nước

Theo nguồn gốc tự nhiên (mưa, tuyết, gió, bão), nhân tạo (xả thải nước sinhhọat, nước thải công nghiệp … vào môi trường nước)

Theo bản chất: vô cơ, hữu cơ, kim loại nặng, chất dinh dưỡng sinh vật, tác nhânvật lý (lý nhiệt, tia bức xạ… )

2 Hệ thống sinh vật chỉ đánh giá ô nhiễm hữu cơ nguồn nước

2.1 Hệ thống sinh vật nước

Một quần xã sinh vật bao gồm các nhóm sinh vật: sinh vật sản xuất, tạo ra cácchất hữu cơ, sinh vật tiêu thụ sử dụng các chất hữu cơ làm thức ăn, sinh vật phânhủy phân hủy các chất hữu cơ

Ở nơi bình thường các loài sinh vật tụ tập, mối tương tác (phức tạp) sẽ phát triểngiữa các loài sau một thời gian sẽ tạo thành quần xã sinh vật có đặc trưng rõrằng

Quần xã sinh vật có thể thay đổi khi môi trường thay đổi Do mối quan hệtương tác mà chỉ cần một sự thay đổi trong các điều kiện tạo ra hoặc nhiều thayđổi trong quần thể.

Môi trường tại một điểm quyết định phần lớn các cá thể có thể cư trú tại đó vànhững sinh vật đó sẽ là chỉ thị sinh học cho những thay đổi của môi trường

2.2 Khái niệm về ô nhiễm nước và hệ hoại sinh

Nếu nước thải không qua xử lý được xả vào nguồn nước, có thể làm cho nguồnnước dần dần bị ô nhiễm Do trong nước thải thường giàu các chất hữu cơ,chúng sẽ làm thay đổi điều kiện môi trường tạo ra sự diễn thế các quần xã củathủy vực (nước chảy) tùy thuộc vào khoảng cách đến nguồn xả

Các quần xã sinh vật của thủy vực bị ảnh hưởng bởi nước thải là hệ thống cácsinh vât sống phụ thuộc vào mức độ phân hủy của các chất hữu cơ hay gọi là hệhoại sinh

Những sinh vật có trong nước bị ô nhiễm khác với những sinh vật ở trong nướcsạch Do ở mỗi mức ô nhiễm được dặc trưng bởi những loài thực vật, động vật

và cả quá trình tự làm sạch nước bởi sinh vật có trong hệ hoại sinh

Chúng chỉ sử dụng chất hữu cơ (có mức độ phân hủy khác nhau) làm thức ăn tạo

ra hiện tượng tự làm sạch nước hay tự làm sạch sinh học

Để phân chia các đoạn sông nơi bị tiếp nhận các chất thải hữu cơ, đã có những ýkiến khác nhau về cách gọi và định ranh giới nhưng chúng giống nhau vềnguyên tắc

Thường chia đoạn sông bị ảnh hưởng của nước thải thành các phụ vùng sau:Nước sạch (chưa ô nhiễm): liên quan tới các sinh vật hoại sinh yếu, vùng nuớcphía trước dòng thải bị xâm nhập

Nước suy thoái: liên quan tơí các sinh vật hoại sinh mạnh, vùng nước nơi dòngnước thải bắt đầu xâm nhập, quá trình khử chiếm ưu thế

Nước phân hủy mạnh: các sinh vật hoại sinh trung bình α _ nơi quá trình khửcòn chiếm ưu thế

Nước phục hồi: các sinh vật hoại sinh trung bình β, nơi quá trình khử từ từ chấmdứt, chuyển qua quá trình oxy hóa.

Nước sạch hơn: liên quan đến các sinh vật hoại sinh yếu, vùng chỉ có quá trìnhoxy hóa

Vì vậy khi nghiên cứu các sinh vật chỉ thị chi sự ô nhiễm nước là nghiên cứu hệsinh vật hoại sinh trong nước

2.3 Đặc điểm của đoạn sông nơi bị ô nhiễm hữu cơ do nguồn xả

Có thể chia đoạn sông bị ô nhiễm thành các phụ vùng theo thời gian tính theongày, khoảng cách tính theo dặm, với các dặc điểm sau:

2.3.1 Phụ vùng nước sạch - hoại sinh yếu

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

Có khoảng cách: 12 – 14 dặm, ngược về phía nguồn và thời gian trước 1 – 2ngày tính từ nơi và điểm dòng sông bắt đầu bị nước thải đổ vào

Môi trường sống của sinh vật ổn định với hàng loạt các yếu tố vật lý, hóa họcđặc trưng cho nước chưa bị ô nhiễm hữu cơ

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

Các lý tính của môi trường thay đổi mạnh Số lượng loài có xu hướng giảm, do

ô nhiễm mạnh làm nhều loài sinh vật (đặc biệt là các sinh vật sản xuất, sinh vậttiêu thụ) có thể bị chết ngạt hoặc bị che lấp bởi các chất lơ lửng

Số lượng cá thể của nhiều loài sinh vật hoại sinh mạnh có xu hướng tăng mạnh

và chiếm ưu thế hoàn toàn do thích ứng với ô nhễm

Các sinh vật bị chết cung cấp thêm thức ăn làm vi sinh vật hoại sinh phát triểnmạnh

2.3.3 Vùng phân hủy mạnh - hoại sinh trung bình α

Vùng còn gọi là bẩn nhiều, ô nhiễm cao, với các sinh vật hoại sinh trung bình α

Có khoảng cách là 12 – 48 dặm xuôi theo dòng sông và thời gian là 1 – 4 ngàytính từ thời điểm dòng sông bắt đầu bị dòng thải bẩn đổ vào

Vùng này quá trình khử vẫn chiếm ưu thế Sự thiếu oxy hòa tan làm hầu hếtcác động vật và thực vật cỡ lớn và nhiều vi sinh vật hảo khí chết và lại bổ sungthêm khối lượng lớn xác hữu cơ

Các loài sinh vật hoại sinh (lớn, nhỏ) kỵ khí chiếm ưu thế Các sinh vật kỵ khítiếp tục sử dụng thức ăn hữu cơ cho đến hết làm cho số lượng các loài hoạisinh mạnh trong môi trường còn ở mức tối thiểu nhưng số lượng của sinh vậthoại sinh kỵ khí đạt mức cực đại

2.3.4 Phụ vùng phục hồi - hoại sinh trung bình β

Có thể gọi là nhiễm bẩn, ô nhiễm trung bình, với các sinh vật hoại sinh trungbình (gần với hoại sinh trung bình yếu) Quá trình khử còn chiếm ưu thế

Khoảng cách từ 48 – 96 dặm xuôi theo dòng sông, thời gian là 48 ngày

Mức độ ô nhiễm hữu cơ giảm, thức ăn (chất hữu cơ) của các sinh vật hoại sinhgiảm làm cho các sinh vật kỵ khí và sinh vật chống lại ô nhiễm khác cũng giảm,tạo điều kiện thay đổi điều kiện hệ sinh thái

Nồng độ oxy hòa tan trong nước tăng dần làm xuất hiện những sinh vật hiếukhí Vật liệu lơ lửng giảm hoạt động của vi sinh vật hảo khí diễn ra mạnh