Giáo trình độc học sinh thái

Độc học sinh th á i Ecotoxicology: nghiôn cứu tác hại của các chất ô nhiễm đến hệ sin h thái và các th àn h phần của hệ sinh thái cá, động vật hoang dã,...‘ Giáo trìn h Đ ộc h o c s in

PGS TS TRỊNH THỊ TH

GIÁO TRÌNH

© Bản quyền thuộc HEVOBCO - Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam

LỜI GIỚI THIỆU

Các loại độc c h ấ t lý, hoá và sinh học từ các nguồn ô nhiễm khác nhau gây ảnh hưởng xấu cho môi trường và sức khoẻ con người Đây cùng chính là một trong những vấn đề trọng tâm được lĩnh vực môi trường quan tâm và giải quyết

Đê hạn chế tác hại của các chất độc, nhiều quốc gia đã đưa ra các quy định rấ t nghiêm ngặt về nồng độ của các hoá chất độc hại trong

ch ất thải Các chất độc có thổ được phân loại th à n h các nhóm dựa vào tác hại, công dụng, hoặc bản chất hoá học của chúng

Độc học môi trường thường được chia th à n h 2 ngành nhỏ:

Độc học sức khỏe môi trường (.Environm ent H ealth Toxicology):

nghiên cứu các tác h ại của hoá chất trong môi trường đối với sức khỏe con người

Độc học sinh th á i (Ecotoxicology): nghiôn cứu tác hại của các chất

ô nhiễm đến hệ sin h thái và các th àn h phần của hệ sinh thái (cá, động vật hoang dã, )‘

Giáo trìn h Đ ộc h o c s in h th á i nhằm mục đích tra n g bị cho sinh

viên những kiến thức cơ bản vê sự tác động qua lại của môi trường ỏ nhiễm với cơ thể sin h vật thông qua các nội dung: Cơ chế tác động, ảnh hưởng và tác động của các độc chất tới các quá trìn h của cơ thổ sông, các yếu tôx ả n h hương đến quá trình tác động Môn học cũng hướng dẫn sinh viên các phương pháp cơ bản về phương pháp xác

định dộc học sinh thái và ứng dụng các phương pháp đó vào thực tế

Bên cạnh đó, môn học cũng đưa ra các giải pháp chính nhằm giảm thiểu tác động xấu của các độc chất tới cơ thể sinh vật

Nội dung của giáo trình được thể hiện qua 5 chương:

C hư ơn g 1 Một sô" vấn đề chung về độc học sinh th ái

C h ư ơn g 2 Mối quan hộ và quy luật sinh thái

C hư ơn g 3 Sự chuyển hoá và đặc điểm của độc chất khi gây tác

động đến cơ th ể sin h vật

C h ư ơ n g 4 Ảnh hưởng chất độc đến cờ thể sinh vật

C hư ơn g 5 Phương pháp xác định độc tính sinh th ái

Sách dùng cho giảng viên, sinh viên các trường Đại học, Cao dẳng

có dạy và học về môi trường; giảng viên, sinh viên các trường Đại học thuộc khôi Nông, Lâm, Ngư nghiệp; giảng viên, sinh viên các trường

Đại học, Cao đẳng Y khoa và Y t ế cộng đồng; các cán bộ nghiên cứu về

sin h th á i và cơ th ể sông cùng những độc giả có quan tâm về lĩnh vực độc học sinh thái

Tác giả xin bày tỏ sự cám ơn chân th à n h GS Mai Đình Yên, GS Đào Ngọc Phong đã có nhiều đóng góp về chuyên môn cho giáo trình

Do k h ả năng có hạn, chắc chắn không tr á n h khỏi thiếu sót trong

k h i biên soạn, tác giả r ấ t mong bạn đọc góp ý bổ sung để sách hoàn

th iệ n hơn trong nhữ ng lần x u ất bản sau Mọi ý kiến đóng góp xin gửi

về Công ty Sách Đại học — Dạy nghể, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam,

25 H à n Thuyên, H à Nội

Xin trâ n trọng cảm ơn

TÁC GIẢ

•1

MỤC LỤC

Lời giói thiệu 3

Mục lục 5

Các chữ viết tắt dùng trong sách 6

Chưong ỉ MỘT SỐ VẤN ĐÊ CHUNG VỀ ĐỘC HỌC SINH THÁI 1.1 Một số khái niệm có liên quan đến dộc học sinh thái 7

1.2 Nguồn phát sinh độc chất 10

1.3 Phân loại độc chất 19

Chưong 2 MỐI QUAN HỆ VÀ ĐỊNH LUẬT SINH THÁI 2.Ị Mối quan hệ sinh thái 30

2.2 Các định luật sinh thái 34

Chương 3 SỰCHƯYỂN HOÁ VÀ ĐẶC ĐIỂM c u a đ ộ c chất KHI GÂY TÁC ĐỘNG ĐẾN c ơ THỂ SINH VẬT 3.1 Sự chuyển hoá độc chất trong hệ sinh thái 44

3.2 Đặc điểm của độc chất khi tác động đến cơ thể sinh vật 51

3.3 Các yếu tố ảnh hường đến tính độc của độc chất đối với cơ thể sinh vật 59

Chương 4 ẢNH HƯỞNG CHẤT ĐỘC ĐẾN c ơ t h ể s in h vật 4.1 Ánh hưởng độc chất đến đời sống sinh vật 6 6 4.2 Các hiện tượng cụ thể về ảnh hưởng xấu của mồi trường sống đến đời sống cơ thể sinh vật 113

Chương 5 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘC TÍNH SINH THÁI 5.1 Đánh giá sức khòe hệ sinh thái 124

5.2 Phương phấp kiểm soát và thanh soát chất thải dộc hại từ cơ sở sản xuất 130

5.3 Xác định chất lượng môi trường thông qua số lượng loài và số lượng cú thể sinh v ật 132

5.4 Xác định chất lượng môi trường thông qua sinh vật chỉ thị 133

Tài liệu tham khảo chính 138

Tài liệu tiếng Việt 138

Tài liệu tiếng nước ngoài ♦ 138

Trang Web: 139

CÁC CHỬ VIẾT TẮT DÙNG TRONG SÁCH

ADI Lượng tiếp nhận hằng ngày có thể chấp n hận được

CTNH C hất th ài nguy hại

EPA Tổ chức Bảo vệ Môi trường

FEL Nồng độ trực tiếp gây hại

IARC Cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế

JECFA u ỷ ban chuyên viên FAO/WHO về phụ gia thực phẩm

JM PR Hội nghị liên hợp FAO/WHO về dư lượng hoá chất bảo

vệ thực vậtIARC Tổ chức T h ế giới nghiên cứu về ung th ư

LOAEL Mức thấp n h ất được ghi nhận là có ảnh hưởng b ất lợiLD50 Lượng độc chất gây tử vong 50 động v ật thí nghiệmNOAEL Mức ghi nhận là không gây ả n h hưởng b ất lợi nào HCBVTV Hoá chất bảo vệ thực vật

FAO Tổ chức Nông lương Thô" giới

PTWI Lượng tiếp nhận hằng tu ần có thể chịu đựng đượcTDI Lượng tiếp nhận hằng ngày có thể chịu đựng dược

TLV Lượng gây chết

PAH Poly Aromatic Hydrocacbon

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

U F Hộ sô"bất định

US-EPA Tổ chức Bảo vệ Môi trường Mỹ

WHO TỔ chức Y tế T h ế giới

RfD Liều lượng nền (liều lượng được ước tín h tiếp xúc của

con người trong một ngày mà không xảy ra một nguy

cơ nào đôi VỚI sức khoẻ trong suốt cả đời)

6

Dựa vào bản chất dộc chất, các độc chất có thổ dược phản thành:

- Dộc chất hoá học: Các hợp chất hoá học đều có khả năng gây dộc cho cơ thô sinh vật Theo Paracelse, không có ch ấ t nào là không

dộc, chính liều lượng làm nên chất độc Tức là, b ất cứ chất nào cũng

có khả n ă n g gây độc khi liều lượng di vào cơ thể dủ lớn

- Độc chất sinh học: Những dộc chất có nguồn gốc từ động vật,

thực: vật, vi sinh vật có khả năng gay dộc như độc tô" cá nóc, nọc rắn, mím độc, dộc tô" nấm mốc, VI khuân, vi trùng gây bệnh,

- Dộc chất vật lý: Các tác nhân vật lý như nhiệl tác nhân phóng

xạ sóng điện từ, tiông ồn, tia tử ngoại,

1.1.2 Nhân tố sinh thái

Là n h â n tố mà khi tác dộng dến sinh v ật được giới hạn từ điểm

ỉ)fủ lợi cực tiểu (giới hạn dưới) đến điểm bất lợi cực dại (giới hạn trên)

qua điểm tôi ưu

Các nhân tô" giối hạn trong hệ sinh thái bao gồm nhiột độ, độ muôi, ánh sáng

- Theo bản chất của nhân tô", các nhan tô" sinh thái dược chia thành các nhóm sau:

+ Nhóm nhân tô"sinh thái vô sinh: khí hậu, đất, địa hình,

+ Nhóm nhân tô" sinh thái hữu sinh: gồm các cơ th ế sông như thực

vật, dộng vật, vi sinh v ạt và các mối quan hộ giữa các chúng với nhau.

- N hìn chung, các nhân tô" sinh thái đều tác động lên sinh vật thông qua 4 đặc tính:

1.1.3 Chất thải nguy hại

C hất th ả i nguy hại là những chất thải có một trong các đặc tính sau: dễ phản ứng, dễ bốc cháy, ăn mòn, độc hại và phóng xạ

- Chất dễ phản ứng là chất không bền vững trong điều kiện thường

Các chất này dễ dàng gây nổ hay phóng thích khói, hơi mù, khí độc

hại, khi chúng tiếp xúc vối nưóc hay các dung môi

- C hất dễ cháy là chất dễ b ắ t lửa, r ấ t dễ bị cháy, cháỵ to và cháỵ đài dẳrig Ví dụ: xáng'dầu, các chất hữu cơ bay hơi có hđi dễ b ắ t lửa,

cháy ở nhiệt độ thấp (bằng hoặc dưối 60°C).

- Chất ăn mòn: bao gồm các chất lỏng có pH thấp hơn 2 hoặc lớn

hơn 12,5 N hững c h ấ t này có tính ăn mòn kim loại r ấ t m ạnh

- Chất độc hại là các chất có tính độc hại hoặc gây tai hoạ khi con

• người ăn uống thực phẩm có chứa các chất này, hoặc h ít thở hấp thụ

chúng Ví dụ: các kim loại nặng, Cianua, Cadimi,

1.1.4 Chất phóng xạ

Phórig xạ là hiện tượng của một số h ạ t n h â n nguyên tử không bền

tự biến đổi hay phân huỷ cho ra các bức xạ, các tia sá n g không nhìn thấy được gọi là tia phóng xạ

Tia phóng xạ theo nghĩa gốc là các dòng h ạ t chuyổn dộng nhanh phóng ra từ các chất phóng xạ (các chất chúa các h ạ t nhân nguyên tử

ở trạn g thái cân bằng bền) Các h ạ t phóng ra có thổ chuyến động

th àn h dòng định hưống

Các tia phóng xạ.có bản chất giông như ánh sáng thường nhưng không thể nhìn thấy và có mức năng lượng cao hơn mức năng lượng của ánh sáng thường, được tính bằng công thức năng lượng của

E instein E = mc2

Có 3 loại tia phóng xạ

Tia alpha: Gồm các hạt alpha có điện tích gấp đôi diện tích proton,

tốc độ của tia là khoảng 2 0 0 0 0 km/s

Tia beta: Gồm các electron tự do, tương tự tia âm cực nhưng được

phóng ra với vận tốc lốn hơn nhiều, khoảng lOO.OOOkm/s

Tia gam m a: Gồm các dòng các h ạ t proton.

1.1.5 Liều lượng của một chất độc

LD50 (M edian Lethal Dose): liều lượng của một chất độc có thể

làm chết 50% sô" động vật thí nghiệm (mg/kg động vật)

LC50 (M edian Lethal Concentration): nồng độ của một chất độc có

thể làm chết 50% sô> động vật th í nghiệm (mg/1 dung dịch hoá chất) LC50 thường được dùng để đánh giá độc tính của các chất độc dạng lỏng hoặc c h ấ t độc tan trong dung dịch nước

1.1.6 Liều lượng và thời gian tiếp xúc

Tác động của độc chất càng lớn khi liều lượng càng cao và thòi gian tiếp xúc càng dài Tuỳ theo liều lượng tiếp xúc và thời gian tiếp xúc mà x u ất hiện những trạn g thái bệnh lý và tác hại khác nhau Tác hại gây ra khi tiếp xúc trong thời gian ngắn có thể khắc phục được, nhưng tác động trong thòi gian dài thì không thể khắc phục được

1.1.7 Nhiễm độc cấp tính

Tác động của một chất lên cơ thể sông xuất hiện sớm sau khi tiếp xúc với ch ất độc trong thòi gian ngắn hoặc r ấ t ngắn Nhiễm độc cấp tính thường xảy ra khi nồng độ và liều lượng tiếp xúc lớn, thòi gian tiếp xúc và biểu hiện ngắn và có tính cục bộ, gây tác đông lên một sô"

ít cá thể Ví dụ: ngộ độc thức ăn

1.2 NGUỒN PHÁT SINH ĐỘC CHẤT

1.2.1 Độc tố nguồn tự nhiên

Trong các th à n h phần môi trường như dấu nước, không khí đều

có chứa các hoá chất có nguồn gốíc tự nhiên hay bởi hoạt dộng của con người (nhân tạo) Các hoá chất nói chung đểu độc h ạ i đôi vói sức khoe của con người và dộng vật khi tiếp xúc với liều lượng cao (Bill Trudm an, 1995) Phạm vi ảnh hưởng của các độc tô" tuỳ thuộc vào con dường phơi nhiễm

Trong tự nhiên có sẵn các độc chất như các kim loại nặng: Bạc (Ag), Cadimi (Cd), Crom (Cr), Cobalt (Co), Đồng (Cu), s ắ t (Fc) Thuỷ ngân (Hg), Molipden (Mo), Nikel (Ni), Chì (Pb), Tlìiôc (Sn) Kẽm (Zn)

và các thành phần nhẹ khác như: Nhôm (Al), Asen (As) và Selcnium (Se) Trong dó, một sô" chất như các chất vi lượng: Đồng, s á t, Molipdon rất cần thiết cho thực vật và động vật Trong những diều kiộn môi trường

nh ất định, các ch ất này tích tụ trong cơ thể sinh v ật với hàm lương cao và gây ra lự tàn phá sinh thái

Những độc chất có trong tự nhiôn thường là thành phần của khoáng chất và với hàm lượng lớn nên gây ô nhiễm đất, sinh vật và nước Tại

một sô" khu vực, hàm lượng các chất độc có trong tự nhiôn có thô cao

hơn nhiều so với các chất dộc cùng loại p h át sinh từ các hoạt động của con người Ô nhiễm bởi chất dộc tự nhiên thưòníỊ m ang (lặc tính cục

bộ, địa phương

Hàm lượng của các độc chất trong đất dá rất cao, cao hơn trong nữóc

và trong cd thể sinh vật Các sinh vật thường hấp thụ các dộc chất, hoà tan trong nước, trong khi các dộc chất có trong dất đủ thường không hoà

tan nên phần lớn ít dộc hại đốì với sinh vạt Bảng 1.1 cho thấy, một sô"

dộc chất như Cadirni, Crom, Cobalt, Đồng, Chì, Thuỷ ngân, Molipden, Nike], Selenium, Bạc có trong môi trường với nồng độ thấp Tuy

10

nhiên, tấ t cả các độc chất này đổu có hại dôi với nhiều loài thực vạt và dộng vật (nồng độ hoà tan trong nước của các dộc chất nhỏ hơn lppm) Ngược lại một sô" chất khác tồn tại trong nhiều hợp phần của sinh quyển với hàm lượng khá lớn như nhôm, sát Phần lớn sắt, nhôm và một

sô độc chất khác trong đất và trong các khoáng vật tồn tại ỏ dạng không hoà tan và không dỗ dàng dược các sinh vật hấp thụ

Nguồn p h á t th ả i các thành phần độc chất tự nhiôn vào khí quyến chủ vếu là hoạt động của núi lửa và sự bốc hơi bề m ặt đất So sánh nguồn phát thải tự nhiôn và nhân tạo trên toàn cầu (Báng 1 1 ) cho thấy, lượng các độc chất phát thải từ nguồn nhân tạo là r ấ t lớn

Nhiều nghiên cứu vổ th àn h phần dộc chất có trong đ ất và trong

cơ thô sinh vật cho thấy, nhiều dộc chất như Đồng, Nikel, Thuỷ ngân hay Asen tích tụ với hàm lượng khá lớn

Bảng 1.1 Hàm lượng đặc trưng của các thành phẩn hoá học

của m ột số hợp phẩn môi trường chọn lọc

đv: ppm = m g / k g khỏi lượng khô

đu: pp m = mg / k g , trọng lượng khô

Nguồn: B ill Freedman, 1985

1.2.2.1 Nguồn chất thải công nghiệp

Công nghiệp là ngành tạo ra lượng chất th ải đa dạng vì tính đặc

trưng đa ngành (Bảng 1.2).

a) N guồn hoá c h ấ t và sả n p h ẩ m hoá c h ấ t

Ngành công nghiệp hoá chất rấ t đa dạng, bao gồm nhiều loại hình công nghiệp sản x u ất ra các sản phẩm liên quan đến hoá chất Các loại hình công nghiệp phổ biến gồm: Hoá chất vô cơ cơ bản; Phân bón hoá học; N gành sơn, vecni; Cao su nhựa và sản phẩm trên cơ sở cao

su và nhựa; Chất tẩy rử a và đồ mỹ phẩm; Ác quy và pin; Thuốc trừ sâu; Khí công nghiệp

- Sản xu ất Axit sunfuric:

12

Nguyên liệu chính để sản xuất axit suníuric là S 0 2 S 02 được oxy hoá

thành SO;J, trước khi được chuyển thành H.,SO.ị Các nhà máy sán xuất

axit suníuric thường đốt s hoặc quặng pvrit trong lò với nhiệl độ cao

S()2, S 0 3, các oxit nitơ và H.,s là những chất độc dặc trư ng cho ngành công nghiệp sầH xuất axit suníuric, gây tác động không những tới con người mà còn với các loài động vật Đồng thời, các khí này cũng là n h â n tô" gây mưa axit

Trong xỉ thải lò, pyrit có chứa asen tồn tại đồng h àn h trong quặng sắt Khi bị oxy hoá ở n hiệt độ cao, asen cũng chuyển hoá thành oxit và s a u đó th à n h muôi Hàm lượng asen trong xỉ thải từ lò đốt

p yrit vào khoảng 0,15% Để sản xuất 1 tấn H9SO4 đặc, ước tính lượng

xỉ th a n th ả i ra từ việc đốt pyrit khoảng 1,3 đến 1,4 tấn Lượng asen này bay hơi khi th ải xỉ nóng trong khu vực lò đốt, hoặc rửa trôi, hoặc

p h á t tá n vào môi trường không khí khu vực xung q uanh ciưỏi dạng bụi xỉ pyrit Theo ước tính, khoảng trcn 70% lượng asen này đã phân

tá n vào môi trường dưối dạng hơi, bụi xi hay xâm nhập vào nước và

đ ấ t do bị rửa trôi

Tương tự, chì và kẽm cũng có nhiều trong xỉ pyrit Sản x u ấ t 1 tấn axit sõ tạo ra tro n g xỉ khoảng trên 5kg chì và lOkg kẽm Chì và kẽm cũng là kim loại dễ bay hơi, có thể tác động trực tiếp đến khu vực sản

x u ấ t và sức khoẻ của ngưòi lao động

— Sản x u ất xút và clo điện phân:

Phương trìn h hoá học cơ bản trong quá trìn h điện phân NaCl để sản x u ấ t xút và clo là:

2NaCl + 2H20 -> Cl2 + H2 + 2NaOHKhí clo và hơi HC1 đều là những khí cực độc Bên cạnh các chất độc trên, a m iăn g cũng được sử dụng trong n g àn h sản x u ấ t x ú t và tlo điện p h â n dưới dạng bìa để làm các màng ngăn trong bể điện phân do

độ bền hoá học cao Trong quá trìn h sản xuất, m àng được th ay thường xuyên M àng am iăn g cũ thải ra không thổ sử dụng vào mục đích sản

x u ấ t nào khác và nếu không có biện pháp quản lý hợp lý, các sợi bụi

am iăng r ấ t mịn n ày sẽ bay vào môi trường, gây ra nguồn nhiễm

am iăng trực tiếp cho người lao động trong p h ân xưởng s ả n xuất

— Sản xuất p h â n lân và phân đạm:

+ P h â n lân có h ai dạng là phân su pephosphat và p h ân lân thuỷ nhiột Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất phân lân là quặng apatit

Quá ti'ình phản ứng tạo ra phân supephosphat là quá trình chuyển hoá phospho ở dạng không hoà ta n sang d ạng hoà tan Ca(lIvPOj)>> mà cây CÔI có thể hấp th ụ được bằng cách sử d ụng H,PO.| hoặc H3PO| Tuy nhiên, do trong th à n h p hần quặng a p a tit có CaF, nên quá trìn h phân huỷ quặng bằng axit luôn hình th à n h hợp chất của flo dưới dạng HF, SiF., hay H ,SiFe.

P hân lân thuỷ nhiệt hay phân lân nung chảy cũng là phân phospho được sản xuất từ quặng a p a tit nhưng quá trìn h chuyển hoá quặng phosphat được tiến h àn h bằng quá trìn h p hân huỷ ở nhiột độ cao với các chất trợ chảy là sacpantin Mg0.Mg(0H).í.Si0.j.H.,0 và một

số quặng chứa Mg, Ca và S i 02 khác, ví dụ dolomit MgCO.^CaCOg Công thức của phân lân nung chảy là (Ca,Mg)Po05.SiOv Q u á trìn h

nung chảy các hỗn hợp quặng ở nhiệt độ khoảng 1400()c - 1500°c là nguồn chính để tạo ra H F và các hợp chất khác như SiF.|, H2SiF,; ở cả

dạng khí và dạng nước thải

Flo nguyên tô" là một chất khí r ấ t độc, gây phá huỷ m ắt, da và hệ

hô hấp Tiếp xúc lâu dài với khí flo có thể gây ra các bệnh về xương và răng Độc tính của flo r ấ l cao với giá trị LC50 là 0,2mg/l M ặ t khác, ở nhiệt độ cao, độc tính của flo có thể tăng lên

HF cũng có thể gây ra những tác động tương tự như F 2 Ở nồng độ khoảng 0 ,2 mg/l, ch ất này cực kỳ nguy hiểm đối vối hệ hô h ấp mặc dù

thời gian phơi nhiễm ngắn Người bị nhiễm HF có thể dần bị phá huỷ

các tế bạo phổi và p h ế quản Do áp s u ấ t hơi của H F là r ấ t lớn (1200,900 kPa) nên HF cực kỳ nguy hiểm qua đường hô h ấp của công

n h â n khi sạn x ụ ấ t phân lận bằng apạti.t, đặc biệt là khi p hân hụỷ quặng a p a tit bằng axit trong hầm ủ, do không đảm bảo độ th o án g khí

và độ ẩm cao sẽ dẫn đến khả năng nhiễm H F ở n hiệt độ cao.

+ Trong quá trìn h sản x u ất phân đạm, nguyên liệu chính được sử dụng là th a n a n tra x it thông qua giai đoạn tổng hợp NH;i và sau đó tổng hợp urea từ N H3 và C 0 2

Nguyên liệu sản xuất NH3 là Họ và N2 N, được lấy từ không khí, còn H2 được sinh ra từ việc khí hoá th an bằng hơi nưốc Hỗn hợp khí

th a n ưót bao gồm c o , C 02 và H2 và các tạp chất khác từ công nghệ khí hoá, đặc biệt là những tạp chất hình th à n h do quá tr ìn h cháy khi

khí hoá than như: cianua, phenol, H ,s và các hợp chất PAHs.

Cianua được hình thành trong quá trình cháy yếm khí k ế t hợp với hydrocacbon mạch vòng hình th àn h các Cianua thơm như Benzyl cianua

14

là hợp chất rất dộc: Khi nhiỗm dộc ỏ dạng khí, cơ thô bị choáng váng, đau đầu nồn mửa rấ t nhanh: khi nhiễm độc bằng con dường tiếp xúc nó còn cỏ thô gây bỏng cho da và mắt Nhiễm Cianua với hàm lượng khoảng

2 mg/kg thổ trọng đã có thô gây tử vong cho người (ở mức 1 0 0 - 2 0 0 mg/m:{ không khí)

- Sản x u ấ t sơn và vccni:

C hủng loại củng n*hư lượng hoá chất sử dụng trong pha che sơn khá nhiều và phức tạp như các loại bột màu các dạng dung môi, các chất p hụ gia và các loại nhựa gốc:

+ Cốc loại nhựa gốíc: alkyl resine, acrylic resine, epoxy, uretan, + Các loại bột màu: oxit titan, oxit sắt, kẽm cromat,

+ Các dung môi: xylen, toluen, butvl acetat,

+ Các chất phụ gia như chất chông lắng, chông tạo bọt, chông mốc, tạo nấm, điột khuẩn,

sử dụng nguyên liệu là S i02 và íelspat được nghiền rấ t nhỏ là nguồn

p h á t tán bụi; vật liệu tạo màu rấ t đa dạng và chủ yếu là màu vô cơ, ví

dụ oxit của Zn, Se, Pb, cũng là nguồn phát tán các oxit kim loại vào không khí trong quá trình phun men lên sản phẩm trước khi nung

- N gành chế biến lương thực, thực phẩm:

N gành c h ế biến thực phẩm sử dụng nhiều loại hoá chất Các loại hoá ch ất chủ yếu được dùng làm hoá chất tẩy màu, tẩy mùi, chông ôi

thiu, ướp lạnh, chế biến mùi, vị, tạo màu, và nhữ ng công việc khác Không chỉ có các loại chất độc như NaClO, H20 2, amoniac được dùng

để chế biến thực phẩm mà còn r ấ t nhiều hoá chất thông thường khác được sử dụng như thuốc tím dùng để tẩy m àu miến dong; h à n the dùng để chế biến các loại bún, bánh phở; diêm tiêu d ùng để sấy và bảo quản thực phẩm khô

- Mạ kim loại và cơ khí:

Trong ngành cơ khí, luyện kim và gia công, cắt gọt kim loại: hơi kim loại trong quá trìn h nấu chảy và hơi dung môi p h á t sin h từ các công nghệ xử lý bề m ặt như Au, Ag, Cu, As, Ni, Cr, Ngoài ra các

n gành công nghiệp điện tử, mạ th ải ra các chất kim loại n ặ n g (Cr, Pb: pha lê, Hg, ), thuộc da (Cr, )-

Ngành mạ điện sử dụng khá nhiều hoá chất dạng muối kim loại có độc tính cao như C r 0 3, CdCl2, MnCl,, ZnCl9, NaCN Nước thải từ khâu

mạ điện và xử lý bề m ặt nói chung có chứa các kim lojại độc hại như Cr,

Ni, Zn, Cd và một sô" độc tố khác như CN, dầu khoáng với độ axit hay kiềm cao, đặc biệt khi các cơ sở mạ không có sự phân dòng th ải mạ tốt, khí HCN sẽ tạo ra khi hai dòng thải Cianua và axit bị hoà lẫn và HCN

sẽ bay vào không khí tác động trực tiếp lên người và động vật

Quá trìn h mạ crôm thường được tiến h à n h ở n h iệt độ k h o ản g trên

40°c và hơi dung dịch axit cromic có nồng độ cao (thường lớn hơn

Hàn điện là quá trìn h nung chảy kim loại và các c h ấ t trợ dung

h àn mà th à n h p h ầ n bao gồm nhiều oxit kim loại n h ư Zn, Mn, Pb, Cr,.; Cấc òxit kim lòậi náy do n h iệt độ cao của quá trĩn h h à n sẽ p h ằ t

tá n và tác động vào không khí, gây ảnh hưởng đến con người và sinh

v ật xung quanh

- Dệt nhuộm:

Dây chuyền nhuộm và in hoa bao gồm các công đoạn có k h ả năng

p h á t th ả i nhiều c h ấ t ô nhiễm, chất th ả i dệt nhuộm, tẩ y và trợ nhuộm, keo dán , p h á t vào môi trường chủ yếu qua đường nước thải K hí độc

có thể p h á t sinh từ các quá trìn h chuẩn bị thuốc nhuộm hay mực in (ở dạng dung môi hay n h ũ tương), nơi dung môi và hoá c h ấ t có th ể th o ắ t

ra môi trường khi công đoạn được tiến h à n h ở n h iệ t độ cao

- Sản x u ất giấy:

Trong công nghệ bột giấy, nguồn p h á t th ải hoá c h ấ t chủ yếu từ

16

k h â u tẩy bột bằng clo, dioxit clo, hypoclorit, oxy già Đây là những

c h ấ t oxy hoá và có khả năng rò rỉ ở nhiệt độ cao của quá trìn h tẩy (xấp xỉ 100°C)

Bảng 1.2 Các châ't độc hại trong môi trường

As - Thuốc trừ sâu

— Chất th ả i hoá hoc

Độc, có khả năng gảy ung thư.

Cd - Chất thải công nghiệp mỏ

- Chất thải công nghiệp mạ kim loại

- Từ các ống dẫn nước

Độc, làm đảo lộn vai trò sinh hoá của các enzym ; gây cao huyết áp, suy thận, phá huỷ các mồ hổng cầu Gây độc cho sinh vật th u ỷ sinh.

Be - Công nghiệp than đá

- Năng lượng hạt nhân

- Công nghiệp vũ trụ

Gây ngộ độc cấp tính và mãn tính;

có khả năng gây ung thư.

B - Công nghiệp than đá

- Sản xuất chất tẩy rửa tổng hợp

- Các nguồn thải công nghiệp

Độc, đặc biệt với m ột số loại cây.

Cr - Công nghiệp mạ, sản xuất các

hợp chất crôm , công nghiệp

Florua - Các nguồn địa chất tự nhiên

- Chất thải công nghiệp

- Chất bổ sung cho nước cấp

ở nồng độ 1mg/l ngăn cản sự phá huỷ men răng Ở nồng độ (5mg/l phá huỷ xương và gây vết răng.

Pb - Công nghiệp khai thác mỏ

- Công nghiệp than đá, ét xăng,

Se - Các nguồn địa chất tự nhiên

- Than đá, lưu huỳnh

ở nồng độ thấp, rất cần cho sự phát triển của thực vặt, ở nồng độ cao gây độc hại.

Zn - Chất thải công nghiệp

- Công nghiệp mạ

Độc với thực vật ở nồng độ cao, chất cần th iế t cho các enzym kim

- Hệ thống ống dẫn [ n A | u n - c : L lÉ L l^ iiv LAA1 TU3T. A .

í X .•

-ị MG TÂ M t h ô n g t in t h ư v i ệ n

1 7 1

1.2.2.2 Nguổn chất thải nông nghiệp

Một trong những loại chất thải nông nghiệp gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng là dư lượng thuốc bảo vệ thực vật Thuốc bảo vệ thực vật gồm các nhóm chính: clo hữu cơ, phospho hữu cơ, nhóm cacbamat, nhóm pyrethroid và các nhóm trừ dịch bệnh khác.

- Nhóm các hợp chất clo hữu cơ gồm DDT và các dẫn xuất của nó, các hợp chất hexachlorid, benzen, nhóm các hợp chất xyclodien Trong cấu trúc phân tử của nhóm này luôn tồn tại nguyên tử C1 liên kết trực

tiếp vói nguyên tố c và trong phân tử có thể có các nguyên tô" N, c

- Nhóm các hợp chất lân hữu cơ là những hợp chất hydrocacbon chứa một hoặc nhiều nguyên tử phospho, không bền trong hệ sinh học, chúng dễ hoà tan trong nước và dễ hydro hoá, bao gồm các hợp chất dạng phosphat.

- Nhóm các hợp chất cacbamat bao gồm các hợp chất có công thức Rj—NH-COO-R2> các hợp chất này có hoạt tính sinh học gần tương tự các hợp chất phospho hữu cơ.

- Nhóm các hợp chất pyrethroid tổng hợp: các hợp chất này có tính độc cao đối với côn trùng, nhưng lại có tính độc thấp đối với các động vật có vú Cấu trúc phân tử của chúng gồm có Cl, o , N và một hoặc nhiều nhân thơm nối với nhau bằng nguyên tử oxy.

- Tuỳ theo đối tượng phòng trừ mà các HCBVTV được chia thành các nhóm sau đây:

+ Thuốc trừ sâu: Dùng để trừ các loại côn trùng gây hại cho cây

trồng và nông sản

+ Thuốc trừ nhện: Dùng để phòng trừ những động vật gây hại cho

cây trồng thuộc lớp nhện (Acarna), Phần lốn thuốc trừ sâu ít hoặc không có tác dụng diệt nhện.

+ Thuốc trừ động vật gặm nhấm: Có tính độc cao đối với hầu hết

các động vật có vú, được dùng chủ yếu làm bả độc trừ chuột, (thuốc diệt chuột) Loại thuốc này đôi khi còn được dùng để trừ chim và các súc vật hoang dại vốn gây hại mùa màng.

+ Thuốc trừ nấm: Có nhiều loại vi sinh vật gây bệnh cho cây

trồng như nấm, vi khuẩn, xạ khuẩn, Những thuốc trừ nấm có tác dụng bảo vệ cây trồng và hạt giống, không để cho nấm bệnh xâm

■nhập và gây hại, hoặc có tác dụng tiêu diệt nấm bệnh Nhiều loại

18

thuốc trừ nấm cũng có tác dụng đôi với nhiều loại vi khuẩn gây bệnh

cho cây trồng

+ Thuốc trừ cỏ dại: Dùng để tiêu diệt những thực v ật hoang dại

trên những cánh đồng, trong vườn cây, trong kênh mương, xung quanh nhà ở' Có những thuốc diệt cỏ đặc biệt có hiệu lực cao đổi với cây bụi, cây thân gỗ được gọi là thuốc diệt cây thân gỗ Một sô" loại diệt cỏ có tính độc cao đối với thực vật được dùng chủ yếu để phun lên một số loại cây trồng như bông, đậu tương, trước khi thu hoạch vài ngày nhằm làm cho cây rụng lá khô, tạo điều kiện cho việc thu hoạch

th u ậ n tiện Chúrig được gọi là những chất làm rụ n g lá, làm khô cây

+ Thuốc xông hơi: Chuyên để khử trùng trong các kho giống và

kho nông sản, lâm sản, trong các khoang chuyên chở nông, lâm sản của xà lan và tàu thuỷ Đôi khi thuốc này được dùng trừ sâu bệnh trong các nhà kính trồng cây hoặc trừ sâu bệnh, cỏ dại trong đất.

1.2.2.3 Nguồn chất thải bệnh viện

Hầu hết các chất thải từ quá trình khám chữa bệnh ctược phân loại là chất thải nguy hại và mang tính đặc thù Chất thải bệnh viện hay chất thải y tế bao gồm các loại chính sau:

- Phế thải chứa các vi sinh vật Ịiầy bệnh phát thải từ cẫc ca phẫu

thuật, từ quá trình xét nghiệm, hoạt động khám bệnh.

- Phế thải bị nhiễm bệnh: các đồ dùng sau khi bệnh nhân sử dụng, các đồ dùng của y bác sĩ sau phẫu thuật, từ quá trình lau rửa sàn nhà, bùn cặn nạo vét từ các hệ thống cống rãnh, từ điều trị khám chữa bệnh và vệ sinh công cộng.

- Phế thải đặc biệt: là các loại chất thải độc hại như các kim loại nặng, phóng xạ, chất độc, dược phẩm quá hạn sử dụng, kho thuốc và hoá chất Như vậy, chất thải bệnh viện có thành phần rất đa dạng Đây là nguồn gây ô nhiễm, truyền nhiễm dịch bệnh cho con người, gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí.

Có nhiều cách phân loại độc chất, trong đó có một số cách phân

loại chính như sau:

1.3.1 Phân loại dựa vào bản chất gây độc của độc chất môi trường

Độc chất môi trường sơ cấp: Độc chất có sẵn trong môi trưồng và

gây lá c động trực tiếp lên cơ thể sống.

Độc chất môi trường thứ cấp: là độc chất phát sinh từ chất ban

đầu ít độc hoặc không độc, sau khi qua phản ứng chuyển hoá của cơ thể sống trở thành chất khác có tính độc hơn.

1.3.2 Phân loại dựa vào liều lượng gây chết 50% động vật thí nghiệm (LD50)

Dựa vào liều lượng gây chết 50% động vật thí nghiệm (LD50) của độc chất đổi với chuột, người ta phân loại độc chất thành các mức độ sau (bảng 1.3):

Bảng 1.3 Phân loại độc chất theo mức độc độc của WHO

- Độc chất gây độc hệ hô hấp: c o , N 0 2, S 0 2, hơi chì,

- Độc chất gây nhiễm độc gan: dioxin, PCBs, PAH s,

- Độc chất gây nhiễm độc máu: chlorofoc, tetraclorua,

- Các chất gây độc hệ enzym: kim loại nặng, F,

- Các chất gây tác động tổng hợp: formol, F,w.

1.3.4 Phân loại trên khả năng tồn lưu của độc chất trong môi trường

Dựa trên khả năng tồn lưu của độc chất trong môị trường, có thể phân độc chất thành:

- Chất không bền vững: Chất độc tồn lưu trong tự nhiên từ 1 — 12 tuần.

- Chất bền vững trung bình: chất độc tồn lưủ từ 3 đến 18 tháng.

20

T h u ậ t ngữ carcinogens được dùng để chỉ các hoá chất, tác nhân (tia

phóng xạ, tia bức xạ, ), có khả năng gây ung thư ở người và động vật.Bên cạnh các ch ất được xếp vào loại có khả năng gây ung thư

(carcinogen), còn có một sô" chất bản th â n không có k h ả năng gây ung

thư, như ng khi k ế t hợp với một tác nhân khác lại có khả năng g â y ung thư Các c h ấ t loại này được gọi tên là co Để đánh giá khả năng gây ung th ư của m ột tác n h ân nghi vấn, người ta thường sử dụng kết quả nghiên cứu dịch tễ học và nghiên cứu trê n động v ật loài gặm nhấm Bằng chứng quan trọng n h ấ t để kết luận về k h ả năng gây ung thư của một tác n h â n nào đó thường được dựa vào kết quả nghiên cứu dịch tễ học

Tuy vậy, các nghiên cứu này thường r ấ t phức tạp và thường phải cần thòi gian h à n g chục năm (20 đến 30 năm) từ lúc phơi nhiễm với tác n h â n đến lúc các triệu chứng lâm sàng đầu tiên về chứng bệnh ung th ư được p h á t hiện Do thời gian cần theo dõi quá dài, nghiên cứu dịch tễ học thường có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tô" phơi nhiễm

bổ sung cũng n h ư các yếu tô" ảnh hưởng khác không kiểm soát được, dẫn tới những k ế t quả không hoàn toàn chính xác

Dựa vào khả năng gây ung thư, Tổ chức Thế giới Nghiên cứu về

Ung th ư (IARC — In ternational Agency for Reseach on Cancer) và Tổ

chức Bảo vệ Môi trường (EPA) phân loại các chất độc th à n h các nhóm (Bảng 1.4)

- Nhóm 1 : bao gồm những tác n h ân mà k h ả năng gây ung thư ở

người đã có chứng cứ xác đáng

- Nhóm 2: bao gồm các tác nhân chưa đủ bằng chứng về tính gây

ung th ư ở người, n h ư n g có đủ hoặc gần đủ bằng chứng về tính gây ung th ư ở động vật Nhóm này chia làm 2 nhóm nhỏ:

+ Nhóm 2A: bao gồm những tác nhân có một sô" bằng chứng chưa hoàn toàn đầy đủ về tín h gây ung thư ở người nhưng có bằng chứng xác n h ận là gây u n g th ư cho động vật thí nghiệm

+ Nhóm 2B: bao gồm những tác nhân có một số bằng chứng về khả năng gây ung thư cho người và gần đủ bằng chứng về tính gây ung thư trên động v ật th í nghiệm.

- Nhóm 3: có đầy đủ bằng chứng gây ung thư trên động vật thí nghiệm, song cơ chế gây ung thư ở động vật thí nghiệm không giống với cơ chế gậy ung thư ở người.

— Nhóm 4: Tác nhân có thể không gây ung thư cho người Đó là những tác nhân mà bằng chứng cho thấy không có tính gây ung thư cho người và động vật thí nghiệm.

Bảng 1.4 Phân loại các chất gây ung thư theo IARC và EPA

Đã biết chắc sẽ gây ung thư cho người (Đã có đủ bằng chứng

về dịch tễ học để chứng minh có sự liên quan giữa tác nhân phơi nhiễm và việc phát bệnh ung thư ở nạn nhân).

Nhóm 2A Nhóm B Gần như chắc chắn gây ung thư cho người.

,

Nhóm B1

Chưa có nhiều bằng chứng về dịch tễ học về khả năng gây ung thư ở người, không tính đến các bằng chứng trên động vật thí nghiệm.

Nhóm B2

Có đủ bằng chứng dịch tễ học về khả năng gảy ung thư trên động vật thí nghiệm, nhưng chưa có hoặc không có bằng chứng thỏa đáng.về khả năng gây ung thư trên người.

Nhóm 2B Nhóm c Có thể sẽ gây ung thư cho người Không có bằng chứng về

khả năng gây ung thư ở người, ít bằng chứng đối với động vật Không thể đánh giá được vể khả năng gây ung thư cho người Nhóm 3 Nhóm D Chưa có hoặc không có bằng chứng thoả đáng vể khấ năng

gây ung thư ở ngườỉ và động vật.

Gần như chắc chắn không gây ung thư cho người Không có bằng chứng về khả năng gây ung thư trong 2 thí nghiệm hoàn chỉnh trên 2 loài động vặt khác nhau hoặc đều không có bằng chứng về khả năng gây ung thư trên thí nghiêm đầy đủ về dịch tễ học và thí nghiệm trên động vật.

1.3.6 Phân loại theo độ độc câ'p tính

Độ độc cấp tính được định nghĩa là độ độc thể hiện sau khi phơi nhiễm một thồi gian ngắn với chất độc Thông thường chỉ có thể gặp các trưòng hợp ngộ độc cấp tính đối vối động vật và người trong các sự

cố (ví dụ: tai nạn giao thông làm chất độc rò rỉ từ phương tiện vận

22

chuyển vào không khí, đất, sông hồ, ), hoặc do việc sử dụng hoá chất thiếu cẩn thận (ví dụ: phun thuốc trừ sâu bằng máy bay không đúng

vị trí) Độc tính của một chất thường được đặc trưng bằng các đại

Bảng 1.5 Phân loại độ độc theo Hodge & sterner

LD50 (qua da) (thỏ - liều đơn) (mg/kg)

Liều chết người (Gần đúng)

"Gosselin, Smith and Hodge" Vì vậy, khi sắp xếp độ độc của các chất, loại thang sử dụng cần được chỉ rõ.

Từ các đại lượng này không thể suy ra được nồng độ tối đa cho phép của các chất độc trong môi trưồng Có thể thấy ngay rằng, nồng

độ tối đa cho phép phải thấp hơn nhiều giá trị LC50 của chất độc đang khảo sát Tuy vậy, các đại lượng LC50 và LD50 đã cung cấp một giá trị thống kê để đánh giá độ độc cấp tính tương đối của các hoá

chất độc Bảng 1.6 trình bày khoảng giá trị LC50 và LD50 tương đôì của các hoá chất độc vối cá và các động vật trên cạn,

Độ độc cấp tính của các chất độc trong môi trường được xác định thực nghiệm trên các loài lựa chọn đại diện cho các bậc dinh dưỡng trong hệ sinh thái (ví dụ, động vật có vú, chim, cá, động vật không xương sống, thực vật có mạch nhựa, tảo) Ví dụ, Tổ chức Bảo vệ Môi trưồng Mỹ (US-EPA) yêu cầu phải thí nghiệm trên ít nhất 8 loài khác nhau trong nưóc ngọt và nước mặn (16 thí nghiệm) bao gồm cá, động vật không xương sống và thực vật để xây dựng tiêu chuẩn chất lượng nước cho mỗi loại hoá chất (bảng 1.6).

Bảng 1.6 Phân loại độ độc cấp tính của hoá chất độc đối với cá và động vật

"Danh s á c h đen":

- Các hợp chất halogen hữu cơ và các chất có thể tạo thành các

hợp chất như vậy trong môi trường nưốc.

- Các hợp chất phospho hữu cơ.

- Các hợp chất thiếc hữu cơ

- Các chất, hoạt tính ung thư của những chất đó được thể hiện trong hoặc bởi môi trường nước.

- Thuỷ ngân và các hợp chất của nó.

- Cadimi và các hợp chất của nó.

- Dầu khoáng bền và các hydrocacbon của dầu mỏ.

- Các chất tổng hợp bền bỉ.

24

"Danh sá c h xám":

- Các kim loại/ hợp kim và các hợp chất của chúng (kẽm, đồng,

nicken, crom, chì, selen, asen, antimon, molipden, tita n , thiếc, bari, bery, bo, urani, vanadi, cobal, tali, telu, bạc)

- Các chất sinh học và dẫn xuất của chúng không xu ất hiện trong

"danh sách đen"

- Các chất có ảnh hưởng phá huỷ lên vị và (hoặc) mùi của sản phẩm cho sự tiêu dùng của con người từ môi trường nước và các hợp

ch ấ t có k h ả năng (liable) để làm tăng các chất như vậy trong nước

- Các hợp chất hữu cơ bền và độc của silic và các chất có thể đem lại việc tă n g lên đổi với các chất như vậy trong nước, ngoại trừ những chất không độc sinh học hay bị chuyển hoá n h a n h trong nước th àn h các chất không độc

- Các hợp chất vô cơ của phospho và phospho cơ bản

- Dầu khoáng không bền và các hydrocacbon của nguồn gốc dầu mỏ

- Cyanua và florua

- Các ch ấ t chắc chắn có thể có một ảnh hưởng xấu lên cân bằng oxy, đặc biệt là amoni và nitrit

1.3.8 Phân loại hoá châ't bảo vệ thực vật (HCBVTV)

Các hoá chất bảo vệ thực vật r ấ t đa dạng về th à n h phần, về tác dụng đốì với cây trồng và cách sử dụng, Vì vậy, có nhiều cách phân loại chúng

Mỗi cách p h ân loại được dựa theo các tiêu chí khác nhau, thông thường ngươi ta phân loại theo các cách: Mục đích sử dụng; theo

thành phần, thoo nguồn gốic sản xuất; theo tính chất độc hại, hoặc

theo các phương pháp sử dụng, theo tính bền vững của chúng trong

tự nhiên,

1.3.8.1 Phân loại theo mục đích sử dụng

a) N h ó m các c h ấ t tr ừ sâu , tr ừ n h ện , tr ừ côn tr ù n g g ả y h a i

b a o g ồm

- Các chất trừ sâu nhóm hữu cơ: DDT, HCH, edrin, đieldin, chlodan.

- Các chất trừ sâu nhóm hữu cơ phospho: wofatox, diazinon,

m alathion, monitor

- Các hợp chất cacbamat: sevin, furadan, mipxin, bawssa,

- Các hợp chất sinh học: pyrethroid, perm etrin, delta metrin

b) N hóm các c h ấ t trừ n ấm , trừ bênh, trừ v i sin h v â t g â y h a i bao gồm

- Các hợp chất chứa đồng.

- Các hợp chất chứa lưu huỳnh

- Các hợp chất chứa thưỷ ngân

- Một sô" loại khác

c) Nhóm các ch ấ t trừ cỏ dai, làm rụng /á, kích thích sin h trư ởng

- Các hợp chất phenol.

- Các hợp chất của phenoxi

- Các dẫn x u ấ t của axit afolic (dalapon)

- Các dẫn x u ất của cacbamat (satun, eptam)

- Triazin (simazin, atrazin, evik, )

d) N hóm các c h ấ t d iệ t ch u ột và độn g v ậ t g ậ m n h ấm : phoszin,

và warfarin.

1.3.8.2 Phân loại theo nguồn gốc sần xuất và cấu trúc hoá học

a) H oá c h ấ t bảo vệ thự c v ậ t hữu cơ• • •

- Các hoá chất bảo vệ thực vật nhóm hữ u cơ phospho: m etyl -

parathion, parathion, monocrotophot, diazion, malathion, dimetoal, azodzin.

- Các hoá chất bảo vệ thực vật nhóm hữu cơ clo: DDT, aldrin,

HCH, chlordan, heptaclo, 2,4 - D.

- Các chất trừ sâu thuỷ ngân hữu cơ: ceresau, granosan, falizan.

- Các dẫn xuất của hợp chất nitro.

- Các dẫn xuất của urea.

- Các dẫn xuất của axit cacbamic.

- Các dẫn x u ất của axit propionic

- Các dẫn xuất của axit xianhydric.

b) Các c h ấ t tr ừ sâ u vô cơ

- Các hợp chất của đồng.

- Các hợp chất của asen.

- Các hợp chất của lưu huỳnh.

- Các hợp chất vô cơ khác

c) Các c h ấ t tr ừ sâ u nguồn gốc thưc v ả t

Các alcaloit, thực vật có chứa nicotin, anabazin, pyrethroid.

26

1.3.8.3 Phân loại theo T ổ chức Y tê th ế giới (WHO)

Các n h à chuyên gia về độc học đã nghiên cứu ảnh hưởng của chất độc lên cơ thể động vật ở cạn (chuột nhà) và đã đưa ra 5 nhóm độc theo tác động của độc tô" tới cơ thể qua miệng và qua da Sự phân loại nhóm theo Tổ chức Y tế th ế giới (WHO) được trìn h bày trê n bảng 1.7

Bảng 1.7 Phân loại nhóm độc theo Tổ chức Y tế thế giới

G h i chú: LD50 là ký hiệu chỉ độ độc cấp tính của thuốc qua đường

m iệng hoặc qua da Đó là liều gây chết một nửa, được tính bằng

m iligam (mg) hoạt chất có th ể gây chết 50% động vật th í nghiệm (tính bằng kg) kh i tổng lượng th ể trọng của s ố động vật trên cạn bị uống hết hoặc bị p h ế t vào da LD50 càng nhỏ thỉ hoá chất đó càng độc.

1.3.8.4 Phân loại theo độ bển vũng

Các HCBVTV có độ bền vững r ấ t khác nhau, nhiều chất có thể lưu đọng tro n g môi trường đất, nước, không khí và trong cơ thể động, thực vật Các hoá c h ấ t độc này có thể gây những tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khoẻ con người Dựa vào độ bền của chúng, có

th ể sắp xếp chúng vào các nhóm sau:

- Nhóm không bền vững: Nhóm này gồm các hoạt chất phospho

h ữ u cơ, cacbamat Các hợp chất nhóm này có độ bền vững kéo dài trong vòng từ 1 - 1 2 tuần

- Nhóm c h ấ t bền vững tru n g bình: Các hợp chất nhóm này có độ

bền vững từ 1 - 18 tháng Điển hình thuộc nhóm này là thuốc diệt cỏ

2,4D (thuộc loại hợp chất hữu cơ có chứa clo)

- Nhóm ch ất bền vững: Các hợp chất nhóm này có độ bền vững tro n g thòi gian từ 25 năm Thuộc nhóm này có thể kể đến thuốc trừ

sâu đã bị cấm sử dụng ở Việt Nam là DDT, 6 6 6 (HCH), Đó là các hợp chất hữu cơ bển vững.

- Nhóm chất rất bền vững: Đó là các hợp chất hữu cơ - kim loại, loại

này có chứa các kim loại nặng như thuỷ ngân Hg, asen As, không bị phân huỷ theo thòi gian, chúng đã bị cấm sử dụng ở Việt Nam

Để bảo vệ sức khoẻ con người lao động và bảo vệ môi trường, hằng năm Bộ Nông nghiệp và P h á t triển nông thôn thường xuyên xem xét, tuyển chọn các loại thuốc bảo vệ thực v ật để cho phép sử dụng, hạn chế sử dụng và cấm sử dụng ở Việt Nam trên cơ sở ý kiến của Hội đồng tư vấn thuốc Bảo vệ thực vật Hội đồng tư vấn thuốc bảo vệ thực

v ật có th am gia của đại diện nhiều Bộ, ngành Đến đầu năm 1999, Bộ Nông nghiệp và P h á t triển nông thôn đã ban h à n h d a n h mục hoá

chất bảo vệ thực vật được phép sử dụng, hạn chế sử dụng và cấm sử

dụng ở Việt Nam

1.3.8.5 Phân loại hoá chất bảo vệ thực vật không cọn giá trị sử dụng

Theo cấp độ độc và nguồn gốc của hoá chất thuốc bảo vệ thực vật

mà tập th ể tác giả đã thống n h ấ t phân loại như sau:

- Hoá chất thuốc bảo vệ thực v ật cấm sử dụng: Là loại hoá chất

bảo vệ thực v ật được N hà nước Việt Nam cấm lưu hành, hay nói một cách khác là chúng có độc tính cao, bền vững và r ấ t bền vững trong môi trường Các loại thuốc cấm sử dụng ở Việt Nam bao hàm các loại thuốc đã được tổ các chức quốc tế như FAO, WHO, U N E P khuyến cáo

và cả một số loại khác nữa để đáp ứng tình h ình thực tế về bảo vệ môi

sinh ở Việt Nam.

— Hoắ chất bẳo vệ thực vật hạn che sử dụng: Là loại hoá chất bảo

vệ thực vật, nằm trong danh mục thuốc bảo vệ thực v ật h ạn chế sử dụng do Bộ Nông nghiệp và P h át triển nông thôn ban h àn h ngày 4/2/1999 Chúng là loại hoá chất bảo vệ thực vật có độ độc thấp hơn so với thuốíc bảo vệ thực vật cấm sử dụng Dư lượng tồn lưu nhỏ, tốic độ phân huỷ tương đối Gây tác hại cho môi trường và sức khỏe cộng đồng

— Hoá chất bảo vệ thực vật quá hạn sử dụng: Là loại hoá chất

thuốc bảo vệ thực vật tồn lưu (quá thòi h ạn sử dụng) nằm trong danh mục được phép sử dụng do Bộ Nông nghiệp và P h á t triển nông thôn ban h à n h (4/2/1999) Chúng có độ độc nhỏ, tốc độ p h â n huỷ ngắn ngày, dư lượng tồn lưu nhỏ, ít gây hại cho người và môi trường Đã quá hạn, m ất phẩm chất không có giá trị sử dụng

28

- Hoá chất bảo vệ thực vật ngoài danh mục: Là loại hoá chất bảo

vệ thực v ậ t không nằm trong các danh mục thuốc bảo vệ thực vật cấm

sử dụng, h ạ n chế sử dụng và được phép sử dụng Chúng là loại hoá

c h ất chưa được thừa n hận có tác dụng bảo vệ thực vật Các loại này

có thể không những gây độc và có nguy cơ huỷ hoại môi trường lớn mà còn không m ang lại hiệu quả kinh tế (HCBVTV giả, nhập lậu, )-

- Hoá ch ất thuốc bảo vệ thực vật không rõ nguồn gốc: Là loại hoá

ch ất thuốc bảo vệ thực vật đã bị m ất n h ãn mác, không rõ th à n h phần, tính chất, nơi sản xuất, năm sản xuất, bao bì hư hỏng, nguy cơ gây hại cho môi trường và con người r ấ t lốn

I.3 8 6 Ảnh hưởng độc hại của hoá chất thuốc bảo vệ thực vật

H ầu h ế t các loại thuốc bảo vệ thực vật đều độc đối với ngưòi và động v ậ t m áu nóng, tuy nhiên mức độ gây độc của mỗi loại hoạt chất

có khác n h au Người ta chia thuốỉc bảo vệ thực vật làm hai loại:

- C h ấ t gây nhiễm độc nồng độ (Concentrative poison): Mức độ gây độc của nhóm này là phụ thuộc vào lượng xâm nhập vào cơ thể ở dưới liều gây tử vong, thuấc dần dần bị phân giải, bài tiết ra ngoài cơ thể Thuộc nhóm này là các hợp chất Pyrethoid, nhiều hợp ch ất lân hữu

cơ, cacbam at, các hợp chất có nguồn gốc sinh vật,

- C h ấ t gây nhiễm độc tích luỹ (Cumulative poison): Là các hợp

ch ất clo hữ u cơ, các hợp chất chứa thuỷ ngân, asen và chì, có khả

n ăn g tích luỹ lâu trong cơ thể và gây những biến đổi sinh lý có hại cho cơ th ể sông

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1

Câu 1: Hãy nêu vằ cho ví dụ về các khái niệm chính có liên quan đến

độc học sinh thái như: Độc chất, nhân tố sinh thái, chất thải nguy hại, chất phóng xạ, liều lượng của một chất độc, liều lượng

và thời gian tiếp xúc, nhiễm độc cấp tính và nhiễm độc mãn tính

Câu 2: Hãy đưa ra 3 dẫn chứng cụ thể cho mỗi nguồn phát sinh độc

chất nhân tạo và tự nhiên

Câu 3: Hãy phân biệt các dạng phân loại về độc chất và cho ví dụ về

trường hợp sử dụng các dạng phân loại trên.

Chương 2

MỐI QUAN HỆ

VÀ ĐỊNH LUẬT SINH THÁI

2.1 MỐI QUAN HỆ SINH THÁI

2.1.1 Mối quan hệ sinh thái giữa các cá thể trong quẩn thể

a) Q u an h ệ h ỗ trợ

Quan hệ này thể hiện ở hiệu quả của nhốm là hiện tượng nảy sinh khi nhiều cá thể của cùng một loài sống chung với nhau trong một không gian (diện tích, thể tích, ) xác định và có nguồn sống đầy đủ.

- ở thực vật:

Quan hệ hỗ trợ trực tiếp trong một loài cây có thể thông qua hiện tượng rễ cây nốì liền nhau (liên rễ) Những cá thể này có sự trao đổi chất rất chặt chẽ với nhau Các cây liên rễ cộ tốc độ sinh trưởng nhanh hơn các cây sông độc lập Ngoài ra, cây mọc theo nhóm còn chống được tác động của gió, hạn chế sự mất hơi nước.

b) Q u an h ệ cạ n h tra n h

Khi sô” lượng cá thể của một quần thể tăng lên quá cao không phù hợp với nguồn sốhg sẽ dẫn đến trạng thái thừa dân và gây ảnh hưởng xấu đến những cá thể trong quần thể.

- ở thực vật có hiện tượng tự tỉa tự nhiên xảy ra khi đất thiếu dinh dưỡng, thiếụ ánh sáng Trong trường hợp này hàng loạt cầ thể bị chết.

- ở động vật, quan hệ cạnh tranh giành thức ăn, nơi ở hay khu vực

làm tổ là một hiện tượng rất phổ biến Trong một số trưòng hợp, nếu

mật độ cá thể của quần thể tăng lên vượt ra ngoài ngưỡng m ật độ tối thích sẽ làm giảm khả năng sinh sản của những cá thể trong quần thể.

30

c) M ôi liê n h ệ g ia o tiếp

Mối liên hệ giao tiếp giữa những cá thể trong quần thể có ý nghĩa quan trọng trong việc duy trì tổ chức bầy, đàn Phương tiện giao tiếp được: gọi là "ngôn ngữ", "ngôn ngữ" của động vật rất đa dạng như: liên

hệ bằng tác nhân hoá học (pheromon, các chất dẫn dụ sinh học), thị

giác (m àu sắc, tư thể), th ín h giác (tiếng kêu, tiếng hót, ), xúc giác

(động tác kích thích, ).

d) Q u a n hê s in h th á i g iữ a các lo à i tro n g q u ầ n xã

Trong quần xã tồn tại các mối quan hệ sinh thái sau đây:

- Quan hệ giữa động vật và thực vật:

+ Thực v ật là thức ăn, nơi ở, nơi sinh đẻ, của động vật

+ Động v ậ t giúp cho sự th ụ phấn hoa, p h á t tá n hạt,

- Q u an hệ cạnh tranh:

Những loài sinh vật càng có quan hệ sinh thái gần nhau thì giữa chúng quan hệ cạnh tranh càng gay gắt, quan hệ cạnh tranh ảnh hưởng đến sự biến động số lượng loài, sự phân bố địa lý và nơi ở của sinh vật, đặc biệt đối với động vật, sự phân hoá về mặt hình thái.

- Quan hệ vật ăn thịt - con mồi:

Trong quan hệ này động vật ăn thịt là những động vật sử dụng những loài động vật khác làm thức ăn Vật ăn thịt có ảnh hưởng đến scí lượng con mồi, ăn con mồi yếu, mang bệnh, do đó có tác dụng chọn lọc, loại trừ ra ngoài quần thể con mồi những cá thể yếu Đốì vói vật

ăn thịt thuộc nhóm rộng thực thường ít bị lệ thuộc vào một loại mồi, còn đối với nhóm đơn thực hoặc hẹp thực thì lệ thuộc nhiều vào số lượng con mồi đặc trứng củã nó Sự phát triển và sô' lư^ng của con

mồi kéo theo sự phát triển số lượng của vật ăn thịt Trong trưồng hợp

vật ăn thịt và con mồi có cùng khả năng sinh sản thì tác dụng của vật

ăn thịt lên con mồi là lón.

Sự cân bằng sinh học trong tự nhiên là sự cân bằng tương đối về

số lượng các loài trong quần xã trong mối quan hệ giữa vật ăn thịt và

con mồi và những quan hệ sinh thái khác loài khác.

- Quan hệ ký sinh - vật chủ:

Trong quan hệ này, loài sống nhờ (vật ký sinh) vào mô hoặc thức

ăn được tiêu hoá của loài khác (vật chủ).

- Q uan hệ ức chế cảm nhiễm:

Là quan hệ giữa các loài sinh vật, trong đó loài này ức chế sự phát triển hoặc sự sinh sản của loài kia bằng cách tiết vào môi trường những chất độc.

- Q uan hệ cộng sinh:

Trong quan hệ này, giữa hai loài- sinh vật có sự hợp tác với nhau

và cả hai bên đều có lợi, song mỗi bên chỉ có th ể sông, p h á t triển và sinh sản được dựa vào sự hợp tác của bên kia, ví dụ về sự cộng sinh giữa thực vật và nấm hoặc vi khuẩn, giữa động vật và thực vật, giữa động vật và động vật.

- Q uan hệ hợp tác:

Cũng giống như quan hệ cộng sinh, trong quan hệ hợp tác, hai loài không nhất thiết phải thường xuyên sống chung vói nhau, khi tách riêng, chúng vẫn tồn tại được (ví dụ: quan hệ hợp tác giữa con sáo và con trâu).

- Quan hệ hội sinh:

Là quan hệ giữa hai loài sinh vật nhưng chỉ một bền có lợi cần thiết, còn bên kia không có lợi và cũng không có hại gì.

2.1.2 Sự tự điều chỉnh cân bằng của các hệ sinh thái

Các hệ sinh thái tự nhiên đều có khả năng tự điều chỉnh riêng Nói theo nghĩa rộng thì đó là khả năng tự lập lại cân bằng, cân bằng giữa các quần thể trong hệ sinh thái (vật ăn thịt - vật mồi, vật ký sinh - vật chủ), cân bằng các vòng tuần hoàn vật chất và dòng năng lượng giữa các thành phần của hệ sinh thái Sự cân bằng này oũng-oó nghĩa là sự cân bằng giữa các vật sản xuất, vật tiêu thụ và vật phân huỷ Sự cân bằng này còn được gọi là cân bằng sinh thái Nhò có sự điều chỉnh này mà các hệ sinh thái tự nhiên giữ được sự ổn định mỗi khi chịu tác động của các nhân tô' ngoại cảnh.

Sự tự điều chỉnh của hệ sinh thái có giới hạn nhất định, nếu sự thay đổi vượt quá giới hạn này, hệ sinh thái mất khả năng tự điều chỉnh và hậu quả là chúng bị phá huỷ.

Cũng lưu ý ở đây là con người không phải lúc nào cũng muốn các

hệ sinh thái có khả năng tự điều chỉnh Ví dụ, nền nông nghiệp thâm canh dựa vào sản xuất dư thừa chất hữu cơ để cung cấp lương thực và thực phẩm cho con người Các hệ sinh thái này là các hệ sinh thái mất

32

khả năng tự điều chỉnh vì nó hoạt động theo mục đích con người, là sử dụng hữu hiệu phần dư thừa đó.

Ngày nay nhiều nước ở vùng nhiệt đới đã phá đi hàng loạt rừng để phát triển nông nghiệp Trên thực tế, sự phá huỷ này không những đã phá đi những hệ sinh thái giàu có và giá trị cao không phải dễ dàng mà

có được để thu về sản phẩm do sản xuất nông nghiệp tạo ra Do tầng đạt mỏng, cường độ trao đổi chất của các rừng nhiệt đới cao nên thường đem lại sự nghèo nàn trong sản xuất nông nghiệp Hơn nữa, một khi rừng bị phá huỷ là kéo theo xói mòn, hạn hán và lũ lụt.

Một ví dụ khác, trường hợp chất hữu cơ do chất thải sinh hoạt của các khu dân cư vào các hệ sinh thái ở nước Các chất dinh dưỡng này

đã làm cho các loại tảo (vật sản xuất) phát triển cao độ (gọi là nở hoa) Vật sản xuất do phát triển quá nhiều mà không được các vật tiêu thụ sử dụng kịp, một khi chúng chết đi, chúng bị phân huỷ và giải phóng ra các chất độc Đồng thòi quá trình này lại gây ra hiện tượng 0 2 trong nước giảm xuống quá thấp vẫ có thể làm chết cá Đây

là trường hợp ô nhiễm hữu cơ vực nước Sự mất cân bằng trong hệ sinh thái lúc đầu thường xảy ra cho vài thành phần, sau lan ra các thành phần khác và có thể đi từ hệ sinh thái này mả rộng sang hệ sinh thái khác.

Sự tự điều chỉnh của các hệ sinh thái là kết quả của sự tự điều chỉnh của từng cơ thể, của từng quần thể, của quần xã mỗi khi có một nhân tố sinh thái thay đổi Ngưòi ta thường chia các nhân tô" sinh thái

ra làm hai nhóm: nhân tô' sinh thậi giới hạn và nhân tô" sinh thái không có giới hạn Nhiệt độ, nồng độ muối, thức ăn, là những nhân tô" sinh thái giới hạn, có nghĩa là, nếu ta cho nhiệt đô thay đổi từ thấp lên cao, chúng ta sẽ tìm được một giới hạn nhiệt độ thích hợp của cơ thể, hay là của cả quần thể; ngoài giới hạn ấy, cơ thể hay quần thể không tồn tại đưỢc Giới hạn này còn đựỢc gọi là giới hạn sinh thái hay giới hạn cho phép của cơ thể, của quần thể Ánh sáng, địa hình không được coi là nhân tô" sinh thái giới hạn đối với động vật.

Như vậy, mỗi cơ thể, mỗi quần thể có một giới hạn sinh thái rihất định đối với từng nhân tố sinh thái, giới hạn này phụ thuộc vào vị trí tiến hoá (còn gọi là khả năng thích nghi) của cơ thể, của quần thể và cũng phụ thuộc vào các nhân tố sinh thái khác.

Con người đã gây nên rất nhiều loại ô nhiễm (hoá học, vật lý, sinh

học) cho các loài sinh vật (và cả người) Muôn kiểm soát được ô nhiễm môi trường cần phải biết được giới hạn sinh thái của cơ thể, của quần thể, của quần xã đốì với từng nhân tô" sinh thái, xử lý ô nhiễm có nghĩa là đưa các nhân tô" sinh thái trở về giới hạn sinh thái của cơ thể, của quần thể, của quần xã Muôn xử lý được ô nhiễm cần phải biết được cấu trúc và chức năng của từng hệ sinh thái và nguyên nhân làm cho các nhân tô" sinh thái vượt ra ngoài giói hạn thích ứng Đây là nguyên lý sinh thái cơ bản được vận dụng vào việc sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường.

2.2 CÁC ĐỊNH LUẬT SINH THÁI ■ ■

2.2.1 Đinh luât tối thiểu ■ ■

Một số chất có hàm lượng tối thiểu trong môi trường và sinh vật chỉ cần với một lượng rất nhỏ, lại là chất điều khiển, xác định năng suất hạtl và tính ổn định của mùa màng Chúng cần phải được bảo đảm ở mức.tốì thiểu để duy trì sản xuất, vì năng suất sơ cấp bị giới hạn bởi chất dinh dưỡng cung cấp thiếu hụt nhiều nhất, ngay cả ktii các chất khác rất dồi dàọ Ví dụ, cây trồng muôn sông cần một lượng tối thiểu chất B, Mn, Co, Zn, trong đất Một sô" yếu tố không tối thiểu có thể làm thay đổi nhu cầu chất tối thiểu Ví dụ, nhu cầu Zn ỏ nơi ít ánh sáng thấp hơn ở nơi giàu ánh sáng Nhu cầu chất tối thiểu

có thể được thay th ế bằng một chất khác, ví dụ nhuyễn thể có thể dùng stronti thay cho canxi Để tồn tại và phát triển trong từng điều kiện cụ thể, sinh vật đòi hỏi những chất cần thiết Nhu cầu các chất nà^ sẽ thay đổi tuỳ theo loài sinh vật.

Định íuật nấy áứợc nhằ hoẩ học ngứơi Đức ớustus Von Liebig dề xuất vào năm 1840 trong công trình "Hoá học hữu cơ và sử dụng nó trong sinh lý học và nông nghiệp" Sau tìhiều năm nghiên cứu về sinh thái ông đã đưa ra định luật như sau: "Chất có hàm lựợng tối thiểu điều khiển năng suất, xác định sản lượng và tính ổn định của mùa màng theo thồi gian".

Tuy nhiên, định luật của Liebig có một vài điểm hạn chế như sau:

- Định luật chỉ đúng khi ứng dụng trong điều kiện trạng thái tĩnh Nghĩa là khi dòng năng lượng và vật chất đi vào bằng vói dòng năng lượng đi ra.

- Nói về tác dụng tương hỗ giữa các yếu tố, sinh vật có thể thay một phần yếu tố tối thiểu bằng các yếu tô" khác có tính chất tương đương.

34

Ví dụ: N huyễn thể (nghêu, sò, ) có thể sử dụng stro n ti (có nhiều trong môi trường) thay cho canxi để tạo vỏ khi trong môi trường không có đủ canxi Nhiều loại thực vật mọc trong bóng râm cần một lượng kẽm ít hơn khi mọc nơi có ánh sáng, khi đó, kẽm trong đất không còn là yếu tô" hạn chế.

Một ví dụ khác mà Liebig cho rằng, phospho là nguyên n h â n trực tiếp làm th ay đổi năng su ấ t thực vật Tuy vậy quy lu ậ t này cũng có những h ạn chế vì nó chỉ áp dụng đúng trong trạ n g th á i ổn định và có thể còn bỏ qua mối quan hệ khác nữa Chẳng hạn, trong ví dụ về phospho với năng suất, Liebig cho rằng phospho là nguyên n h â n trực

tiếp làm thay đổi năng suất Sau này người ta thấy rằng, sự có mặt

của muôi nitơ (nitrogen) không chỉ ảnh hưởng lên n h u cầu nước của thực vật mà còn góp p hần làm cho thực vật lấy được phospho ở dưới dạng không th ể đồng hoá được Như vậy, muối nitơ là yếu tô" thứ 3 phối hợp tạo ra hiệu quả

2.2.2 Định luật về giói hạn sinh thái (Định luật về sức chống chịu của Shelíord)

- Shelíord (1913) khi nghiên cứu định luật tối thiểu của Liebig đã

th ấ y rằng, yếu tô" giới h ạn không chỉ là sự thiếu thôn mà còn cả sự dư thừa Các sinh v ậ t bị giối h ạn thiếu thốn yếu tô" nào đó thì tạo ra tối thiểu sinh thái, còn dư thừa th ì tạo ra tối đa sinh thái Khoảng giữa tốì thiểu và tối đa sinh th á i là giới hạn của sự chông chịu Khái niệm này đã được p h á t triển th à n h định lu ật gọi là lu ật Shelford "Sự tồn tại và p h á t triể n của t ấ t cả sinh vật đều chịu sự tác động của các

n h ân tố sinh th á i trong một giới h ạn n h ấ t định"

Như vậy, theo Shelíord, mỗi cá thể, quần thể, chỉ có th ể tồn tại trong môt khoảng giá trị xác định của yếu tô" b ấ t kỳ.: Ví dụ: cá rô phi

sống được ở biên độ nhiệt từ 5,6 - 41,5°c, các lơ^i thuỷ sinh vật thường sông ở pH từ 6,5 - 8,5 Khoảng xác định này gọi là "khoảng

chông chịu” hay "giới h ạn sinh thái" hay "trị sô sinh thái"

- Mỗi loài có một giới hạn đặc trưng về mỗi n h â n tố sinh thái

n h ấ t định N h ân tô" sinh th á i giới hạn là n h â n tô tác động đến sinh

v ậ t đi từ điểm cực tiểu qua điểm cực th u ậ n và đến điểm cực đại Cường độ của m ột n h â n tô sinh thái mà ở đó cơ thể chịu đựng được gọi là "Biên độ sin h th á i” của sinh vật đó N hững loài khác n h a u có giới hạn sinh th á i và điểm cực th u ậ n khác n hau Giới h ạ n sinh th ái

và điểm cực thuận còn phụ thuộc vào nhiều yếu tô" như tũổi của cá thể, trạng thái cơ thể,

Sự sinh trưởng

Giới hạn chịu đựng

Hinh 2.1 Sơ đồ mô tả sự giổi hạn của nhiệt độ theo định luật giới hạn Shelford

- Một số yếu tô" sinh thái phải có mặt trong khoảng giới hạn n h ấ t định (miền giới hạn sinh thái) thì sinh vật mói tồn tại được Ví dụ, cá chép chỉ sông ở nước trong miền giới hạn nhiệt độ từ 2°c đến 40°c Vượt quá miền giới hạn này (thiếu hay thừa) sinh vật sẽ chết Ví dụ: tưới quá nhiều làm đất bão hoà nước, thiếu 0 2, rễ bị ngạt, cây chết Nói cách khác thì không có yếu tô" độc hại mà chỉ có liều gây độc và sự phồn vinh của hệ sinh thái phụ thuộc vào tổ sinh thái.

- Phạm vi chông chịu của loài đang sinh sản, của h ạ t, trứ ng, bào thai, mầm, ấu trùng, con non hẹp hơn con trưởng thành và khoẻ mạnh Khi một yếu tô' sinh thái trở nên không tối ưu cho loài thì phạm vỉ chổng chịu đổi vói cấc yêu tô sinh thái khác có thể bị thu hẹp Miền phân bô' của loài được quyết định bởi yếu tô' sinh thái có miền giới hạn hẹp nhất Loài có miền giối hạn sinh thái rộng đối với mọi yếu tô' sinh thái sẽ có vùng phân bô' rộng Sự tồn tại của sinh vật phụ thuộc nhiều vào cường độ (mức độ) tác động (ảnh hưởng) của các yếu tô" sinh thái Cường độ tác động tăng hay giảm vượt ra ngoài giói hạn thích hợp của cơ thể sinh vật sẽ làm giảm khả năng sinh trưởng

và phát triển của chúng Khi cưòng độ tác động vượt quá ngưỡng cao nhất hay thấp nhất so với khả năng chịu đựng của cơ thể thì sinh vật không thể tồn tại.

- Mỗi hệ sinh thái thường có một yếu tô' vô sinh hạn ch ế sự phát triển, gọi là yếu tô" hạn chế Đối với các hệ sinh thái ở cạn, lượng mưa,

36

nh iệt độ và ánh sáng là yếu tô" hạn chế, quyết định sự phân hoá các kiểu hệ khác nhau Lượng mưa >700 - 800 mm/năm thì hệ sinh thái rừng p h á t triển, nhiệt độ cao tạo ra rừng nhiệt đới, ôn hoà tạo ra rừng

ôn đới lá rụng, lạnh tạo ra rừng lá kim Đôì với các hệ sinh thái ở nước thì n h iệ t độ, ánh sáng và độ muôi là yếu tô" hạn chế

- Giới h ạ n cường độ tác động của một yếu tô" sinh th ái mà ở mức đó

cơ thể chịu đựng được gọi là giới hạn sinh thái của sinh vật đỗ Còn cường độ có lợi n h ấ t cho sinh vật hoạt động gọi là điểm cực thuận

Những loài khác n h au có giới hạn sinh thái và điểm cực thuận khác nhau Giới hạn sinh thái và điểm cực th u ậ n của sinh vật còn tuỳ

thuộc vào nhiều yếu tố khác như tuổi của cá thể, trạ n g thái H ầu hết

thực v ậ t bậc cao chỉ có thể tồn tại ở giới hạn nhiệt hẹp, các hoạt động sinh lý của.thực vật bậc cao ít xảy ra ở nhiệt độ dưới 0 °c vì dịch tế bào đóng băng ở 0 °c và protein trong tế bào bị p h ân huỷ ở nhiệt độ

trên 50°c Thực vật vùng ôn đới chịu được nhiệt độ thấp nhưng có thể

bị tổn thương ở nhiệt độ cao hơn 30°c Trong khi đó thực vật vùng

n h iệ t đới có khả năng chịu được nhiệt độ cao nhưng bị tổn thương ở

n h iệ t độ xấp xỉ 0°c Trong trường hợp đặc biệt, một sô' thực vật bậc

th ấp có giới hạn nhiệt rộng (dưối 0°c và trên 50°C) Nhiều loài vi

k h u ẩ n và tảo có thể sông được trong nước đóng băng ở nhiệt độ dưới 0°c hoặc trong nước sôi nóng tói 90°c Một sô" loài xương rồng ở sa mạc có thể chịu được nhiệt độ khoảng 56°c

ở loài hẹp nhiệt, cực tối thiểu (min) và tốì cao (max) rấ t gần nhau, ở loài rộng nhiệt thì ngược lại Vì vậy những thay đổi không lớn của nhiệt

độ tỏ ra ít ảnh hưởng đến các loài rộng nhiệt, nhưng đối với loài hẹp

nhiệt thì thường lại là nguy kịch Các sinh vật hẹp nhiệt có thể thích

ứng với các nhiệt độ thấp (oligothermal I) với nhiệt cao (polythermal III) hoặc có thể có đặc tính tru n g gian

- Các sinh vật có thể có phạm vi chông chịu rộng đối với một sô' yếu tô' này nhưng lại có phạm vi chông chịu hẹp với yếu tô" khác

- Các sinh vật có phạm vi chông chịu lớn đối với tất cả mọi yếu tố

thường phân bô" rộng

- Nếu có một yếu tố* sinh thái không tối ưu cho loài, thì phạm vi

chông chịu đối vối các yếu tô' sinh thái khác có thể bị th u hẹp Ví dụ: khi đ ấ t bị bạc m àu (nitơ giảm thấp hơn mức giối hạn) thì k h ả năng chịu h ạ n của cây cỏ họ hoà thảo cũng giảm

- Trong tự nhiên, các sinh vật thường xuyên lâm vào tình trạn g các điều kiện không tương ứng với giá trị tối ưu của yếu tố" vật lý nào đó như đã tìm được trơng phòng thí nghiệm.

Thòi gian sinh sản là thòi kỳ nhiều yếu tố môi trường vốn bình thường cũng trở thành yếu tố giới hạn Giối hạn chông chịu của loài đang trong thời kỳ sinh sản của hạt, trứng, bào thai, mầm, ấu trùng

là hẹp hơn cá thể trưởng thành trong trạng thái bình thường.

2.2.3 Định luật tác động không đồng đểu của nhân tố sinh thái lên

cơ thể

Các nhân tô" có ảnh hưởng khác nhau lên các chức phận của cơ thể sống, nó có thể là cực thuận với quá trình này, nhưng lại là ít thuận lợi hay thậm chí gây nguy hiểm cho quá trình khác Ví dụ,

n hiệt độ không k h í tăn g cao đến 40° - 45°c sẽ làm tă n g quá trìn h

trao đổi chất ở động vật máu lạnh, nhưng lại kìm hãm sự di động, và làm cho con vật rơi vào tình trạng đờ đẫn vì nóng.

- Nhiều loài sinh vật trong các giai đoạn sinh sống khác nhau có những yêu cầu sinh thái khác nhau, nếu không thỏa mãn thì chúng

sẽ chết hoặc khó có khả năng 'duy trì nòi giông Trong lịch sử phát triển của sinh vật, đã xuất hiện những khả năng thích nghi mới bằng cách di chuyển nơi ở trong từng giai đoạn để hoàn thành toàn bộ chức

năng sông của mình Ví dụ, loài tôm he (Penaeus m erguiensis) ở giai

đoạn thành thục sinh sản chúng sống ngoài biển (cách bò 10 - I2km)

và đẻ ở đó, nơi có nồng độ NaCl cao (32 - 36%o), độ pH = 8 Ấu trùng cũng sống ở biển, nhưng di chuyển dần vào cửa sông; sang giai đoạn

sáu - ấú trủrig (postlàrvà) th i chung sông ồ 'riứớc lờ, riời 'cổ độ mặn

th ấp (10 - 25%o), trong các kênh rạch vùng rừng ngập m ặ n cho đến

khi đạt kích thước trưởng thành lại di chuyển ra biển, ở giai đoạn ấu trùng, tôm không sống được trong nước có nồng độ muối thấp Nắm được quy lụật này, con người có thể có quy hoạch nuôi trồng, bảo vệ

và đánh bắt vào những lúc thích hợp.

- E.Odum (1971) đã có một số nhận xét về quy luật giới hạn sinh thái như sau: Các sinh vật có thể có giối hạn sinh thái rộng đối vối một nhân tô" sinh thái này, nhưng lại có giới hạn sinh thái hẹp đôi với nhân tô' khác.

Những sinh vật có giới hạn sinh thái rộng đổi vói tất cả các nhân tô' sinh thái thường có phạm vi phân bố rộng.

3.8

Khi một n h â n tô" sinh th ái nào đó không thích hợp cho cá thể sinh vật th ì giới h ạn sinh thái của những n h ân tô" sinh th ái khác có thể bị thu hẹp.

Giới h ạ n sinh thái của các cá thể đang ở giai đoạn sinh sản thưòng hẹp hơn ở giai đoạn trưởng thành, không sinh sản

2.2.4 Định luật tác động đồng thời và tác động qua lại giữa sinh vật

và môi trường

- Tác động của nhiều yếu tố sinh thái sẽ tạo nên một tác động tổng hợp lên cơ thể sinh vật

- Khi phân tích ảnh hưởng của các yếu tố môi trường lên sinh

vật, người ta thường đưa ra các yếu tô' riêng lẻ Thực tế, sinh vật chịu tác động đồng thòi bởi tấ t cả những yếu tô" đó Tác động tổng hợp này

sẽ tạo nên những ảnh hưởng tích cực hay tiêu cực lên sinh vật, tạo điều kiện cho nhóm sinh vật nàơ đó p h á t triển m ạn h hoặc suy yếu Ví dụ: sự tác động tổng hợp các yếu tô" địa lý, khí h ậ u đã hình th à n h những đại quần xã từ rừng n hiệt đới cho đến đồng rê u Bắc Cực

- Sự tác động của các yếu tố sinh thái lên sinh v ật và sự phản ứng lại của sinh v ật là một quá trìn h tác động qua lại

- Môi trường sông không ngừng biến đổi và tác động thường xuyên

lên cơ th ể sinh vật sống và làm cho chúng không ngừng biến đổi theo Đồng thời các sinh v ật sống cũng tác động qua lặi làm biến đổi môi trường Tuy nhiên, các yếu tố ngoại cảnh có ý nghĩa quyết định xu hướng p h á t triển chung của sinh vật Ví dụ: trong hệ sinh thái nhân văn, b ản th â n con người chịu tác động bởi các yếu tô" môi trường; đồng thời các hoạt động của con người cũng làm biến đổi môi trường

- Khi các nhân tố sinh thái môi trường tác động lên sinh vật,

chúng p h ả n ứng lại bằng 2 phương thức:

+ Chạy trôn để tránh những tai hoạ của các tác động; phương thức này chủ yếu ở động vật.

+ Tạo khả năng thích nghi Sự thích nghi của sinh vật vối những

tác động và biến đổi môi trường, có thể có 2 khả năng:

+ Thích nghi hình thái, xảy ra trong suốt thòi gian sống của sinh

v ật dưới tác động th ay đổi của các nhân tô" như á n h sáng, n hiệt độ,

Ví dụ: sinh v ật th ay đổi m àu sắc cơ thể để lẩn trá n h kẻ thù

* Thích nghi di truyền, xuất hiện trong quá trình phát triển của

cá thể sinh vật