Chỉ Thị Sinh Học Sinh Vật Chỉ thị Khái niệm, tính chất, cơ sở, tiêu chuẩn lựa chọn

1. CÁC KHÁI NIỆM VỀ SINH VẬT CHỈ THỊ 2. CƠ SỞ KHOA HỌC, TÍNH CHẤT VÀ TIÊU CHUẨN CHỌN SINH VẬT CHỈ THỊ. 3. THỰC TẾ SỬ DỤNG SINH VẬT CHỈ THỊ TRONG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ MÔI TRƯỜNG 1. Chỉ thị sinh học (Bioindicator) Thành phần loài của một quần xã sinh vật ở cùng một vùng được xác định bởi các yếu tố môi trường mà các yếu tố này chính là điều kiện để quần xã sinh vật đó tồn tại và phát triển. Nếu trong quá trình tồn tại và phát triển, các yếu tố môi trường trở nên gây hại cho một sinh vật nào đó, thì sinh vật sẽ bị loại trừ ra khỏi quần thể, kể cả khi các điều kiện gây hại cho một sinh vật nào đó, thì sinh vật này sẽ bị loại trừ ra khỏi quần thể, kể cả khi các điều kiện gây hại này xảy ra trong một thời gian ngắn. Chính điều kiện này đã làm cho các sinh vật trở thành vật chỉ thị cho các yếu tố môi trường. 2. Loài chỉ thị (Indicator species) Loài chỉ thị là các loài mẫn cảm với điều kiện sinh lý và sinh hóa, nghĩa là chúng hoặc hiện diện hoặc thay đổi số lượng cá thể các loài chỉ thị do môi trường bị ô nhiễm hay môi trường sống bị xáo trộn. Một số loài địa y được xem như loài chỉ thị cho sự mẫn cảm với ô nhiễm sunfua ddiooxxyt (SO2), đã được biết cách đây 130 năm. a. Sinh vật cảm ứng (Biosensor) Là những sinh vật chỉ thị có thể tiếp tục hiện diện trong môi trường ô nhiễm thích ứng, phù hợp với tính chất của sinh vật chỉ thị song có thể ít nhiều biến đổi, do tác động của chất ô nhiễm như giảm tốc đọ sinh trưởng, giảm khả năng sinh sản, biến đổi tập tính… b. Sinh vật tích tụ (Bioacumulator): Một số sinh vật ở nước có khả năng đặc biệt trong việc tích tụ những loại chất gây ô nhiễm môi trường trong mô của chúng, làm cho chúng dễ bị phát hiện hơn qua những phân tích hóa học. Những sinh vật lý tưởng được sử dụng trong mục đích này nên cho sông đinh cư để số liệu thu được ở những nơi đặc trưng này có đủ độ tin cậy. Trong số các sinh vật laoij này, rêu thường được sử dụng rộng rãi , nhưng các nhóm sinh vật khác như tảo, thực vật lớn, cá và động vật không xương sống khác cũng được sử dụng. Tuy nhiên, do tính linh hoạt của cá và nhiều loài động vật không xương sống, hoặc do bị trôi dạt như các loài tảo cho nên khi giải thích các kết quả nghiên cứu phải rất thận trọng. Sự đa dạng của các chỉ số dinh học đã được sử dụng ở nhiều vùng địa lý đặc biệt hoặc các loại sông cụ thể. Ví dụ, thang tính điểm của Chutter(1972) đã dùng ở Nam Phi được Hilsenhoff (1988) chuyển đổi để sử dụng ở Wisconsin (Mỹ) bằng cách biến đổi những giá trị chống chịu cho phù hợp với khu hệ sinh vật ở địa phương đối với một số đợn vị phân loại. Tự thang tính điểm của tổ chức nghiên cứu về quan trắc sinh học BMWP (Biological Mnitoring Working Party) được biến đổi để sử dụng ở nhiều nước trong đó có Thái Lan. Có nhiều nghiên cứu, thử nghiệm nhằm tử đo đạc các tính chất của môi trường. Các nghiên cứu này thường được thực hiện dựa trên ảnh hưởng của nghiên cứu môi trường và sự phân hủy. Sự thay đổi môi trường lan rộng có thể làm ô nhiễm và gây thiệt hại được diễn đạt bằng chỉ số môi trường hay chỉ số sinh học. Các ví dụ về chỉ số sinh học bao gồm cả các chỉ số dùng để quan trắc chất lượng nước trên cơ sở các loài chỉ thị và mức độ mẫn cảm của các loài chỉ thị đối với sự ô nhiễm của môi trường. Ví dụ, năm 1964, theo Woodiwiss chỉ thị sinh học rất dễ nhận biết dựa vào chỉ thị loài và cân trọng lượng của nhóm loài nào mẫn cảm nhất đối với ô nhiễm hữu cơ. Số lượng nhóm sinh vật với sự hiện diện hoặc vắng mặt của một số chỉ thị loài được dùng để tính toán chỉ số. Chỉ số này được biết như là chỉ số sinh học , có các trị số xếp loại từ 0 (bị ô nhiễm nặng chất hữu 8. Chỉ thị hình thái và mô (Morphological and Histological indicators) Các số liệu về sự có mặt – vắng mặt và độ phong phú các loài không chỉ là các thông số đo được thừa nhận khi sử dụng các chỉ thị sinh học. Đối với thực vật điều dod gồm cả tốc độ sinh trưởng tương đối, tuyệt đối, trong lượng tươikhô, rễmầm, tỷ lê látrọng lượng, chỉ số diện tích lá và nhiều tính chất hình thái khác. Ở động vật thì tỷ lệ tuổikích thước, tốc độ tăng trọng, tỷ lệ sinh sản, sự phát triển không cân đối và những thay đổi hình thái không do bệnh lý khác sẽ cung cấp những dấu hiệu có thể đo được hoặc nhìn thấy rõ sức ép do chất ô nhiễm gây nên. Một ví dụ điển hình cho hiện tượng này là phát triển lêch hay dị dạng (imposex) trong phản ứng của ốc biển Nucella lapillus đối với sự có mặt của chất tributyltin trong nước biển. Trong những trường hợp khác, các sức ép môi trường tạo ra những thay đổi mô hoặc hình thái dễ nhận biết hơn. Sự hư hại thực vật có thể quan sát được bằng mắt như lá bị vàng, bị đốm hoặc đốm hoại sinh từ lâu đã sử dụng để đánh giá ô nhiễm, đặc biệt để quan trắc mưa acid ở chấu Âu, nơi xuất hiện bệnh đặc trưng do tác động của lắng động acid. 9. Sinh vật thăm dò và cảnh báo (Detector and Sentinel organisma) Có những thay đổi khác trong sử dụng sinh vật mẫn cảm ô nhiễm. Những sinh vật thăm dò dựa vào sự quan trắc những loài đơn lẻ, bản địa mà chúng thể hiện phản ứng có thể đo được đối với ô nhiễm và do đó hoạt động như một chỉ thị cảnh báo sớm về sự có mặt chất ô nhiễm trong môi trường. Cần thận trọng khi chọn loài điển hình, cân nhắc tính mẫn cảm và khả năng phơi nhiễm đối với chất gây ô nhiễm, vị trí của nó trong quần xã, trong phân bố sinh thái và địa lý và độ phong phú của nó. Tuy nhiên, nếu các yếu tố được cân nhắc kỹ chắc chắn sẽ chọn lọc được sinh vật tin cậy để quan trắc chất ô nhiễm. Một sô ví dụ điển hình của vấn đề này là sự phát triển và sử dụng báo hiệu của cá khi xuất hiện những nhiễu loạn sinh lý thông thường ở các loài cá mẫn cảm ô nhiễm. 1. Cở sở khoa học của sinh vật chỉ thị. Mọi sinh vật, kể cả con người trong đời soongd đều chịu ảnh hưởng của các điều kiện vật lý, hóa học của môi trường xung quanh. Trên cơ sở ngày càng hiểu biết ngày càng sâu rộng mối quan hệ giữa sinh vật và môi trường, nhiều mối bí ẩn về mối tương tác này đã được khám phá. Đối với thực vật, sự thiếu, thừa chất dinh dưỡng trong đất hoặc có mặt của các chất gây ô nhiễm trong môi trường sẽ xuất hiện các dấu hiệu bất thường như bệnh vàng lá, bệnh vàng giữa các gân lá, những đốm hoại tử, thậm chí cành, lá bị cháy khô và dễ dàng có thể được quan sát bằng mắt thường. Đối với động vật, đặc biệt là các động vật bậc thấp, sự có mặt hay vắng mặt của chúng trong môi trường nước nhất định có thể nhận diện được chủng loại và nồng độ chất ô nhiễm mà không cần thiết phải phân tích hóalý học. 1. Chọn các sinh vật sử dụng cho việc quan trắc: Các sinh vật được sử dụng cho việc quan trắc, thông thường dựa trên tốc độ phản ứng đặt ra hay dựa vào khả năng mẫn cảm với những biến đổi về nhiệt độ. Đặc tính sinh học của 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 sống ngắn, phản ứng kịp thời với những thay đổi môi trường còn sinh vật có đời sống dài thì phản ứng của chúng trải qua nhiều năm, nhiều thập kỷ. Các sinh vật có tốc độ trao đổi cao thì nhạy cảm hơn với các chất ô nhiễm hơn là những sinh vật có tốc đọ trao đổi thấp. Sinh vật tiềm sinh có thể chứa những chất ô nhiễm xâm nhập vào môi trường nhanh chóng, khi có sinh vật biến đổi dưới điều 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 về sự thay đổi của môi trường. Ngay cả trong một loài, có một số cá thể này được coi là chỉ thị tốt hơn cá thể kia. Thực vật có mao mạch là chỉ thị hiệu quả nhất cho chất ô nhiễm không khí bời vì các loài không có mao mạch ít nhạy cảm với chất ô nhiễm không khí, ví dụ: Chất độc của khói quang hóa California chưa được biết đến cho tới khi nó nhận ra bởi sự biến đổi trên cây họ đậu, rau bina và hình dạng lá cây. Điều này chứng tỏ sự Phương pháp này dựa trên sự nhạy cảm của thực vật đối với môi trường . Ở đây đề cập tới sự nhạy cảm dư thừa chất dinh dưỡng và sự nhạy cảm với chất độc. a. Vì sao lá cây lại có đốm? Nếu bạn quan sát kỹ những cây xung quanh ta bạn sẽ phát hiện thấy hiện tượng kỳ lạ: đó là lá của một số cây có đốm màu vàng, màu nâu, thậm chí là màu đen to nhỏ khác nhau. Vì sao lá cây lại có đốm như vậy: Kết quả nghiên cứu của các nhà khoa hoc chứng tỏ: lá cây xuất hiện các đốm là do ô nhiễm không khí ngày càng nghiêm trọng gây nên. Các nhà máy hóa chất, luyện kim, xi măng, gang thép, nhiệt điện; các phương tiện ô tô, tàu hỏa đã thải vào không khí một lượng lớn các khi độc như sunfua, florua, cacbon, clo, amoni, etylen, khí ozon và các hợp chất của chúng khiến cho một số loài cây này bị tổn thương nghiêm trọng. Những đốm xuất hiện trên lá chứng tỏ loài cây này đã bị không khí ô nhiễm gây tổn thương. 2. Sự nhạy cảm của thực vật đối với chất độc Các chất độc trong không khí như: Lưu huỳnh đioxit, nito oxit, các khi halogen, amoniac và các chất khác xâm nhập vào không khí cũng như qua sự ngưng tụ nước mưa, sương và bụi trên bề mặt chồi lá. Sau đó hấp thụ chất độc từ khí, tác động độc hại tùy thuộc vào liều lượng và thời gian tác động. Nhìn chung, sự tổn thương đa dạng, tức là cùng một chất Các loài khác nhau không nhạy cảm như nhau đối với độc khi. Trong các thực vật thân thảo thì cỏ ba lá bị tổn thương nặng đối với Lưu huỳnh đioxit, một số giống Tulip nhạy cảm với khí HF. Những loài này có thể dùng làm những sinh vật chỉ thị cho nồng độ gây tổn thương của một số khí độc. Thực vật trên đất phèn thay đổi theo tính chất của đất , chúng thay đổi tùy theo độ phèn chứa trong đất. Các loài thực vật chỉ thị theo các mức độ khác nhau: a. Thực vật chỉ thị vùng phèn tiềm tang (vùng phèn tiềm tang nằm giữa đất mặn và đất phèn): Chà là (phoenis Roxb): mọc ở vùng đất cao, có độ ngập thủy triều cao nhất 1020 cm, đặc điểm cây cao 35m, đường kih bụi 35m, đường kính thân 510cm, rễ ăn dần theo sự phát triển của bụi, nhiều gai. Ráng dại (Arro stichum aureum.L): mọc ở vùng thấp hơn, độ ngập thủy triều lúc cao nhất 2530cm, có khi mọc xen với chà là và các cây lùm bụi khác. Lác biển (Secripus Lf): mọc ở vùng đất thấp, ngập nước thường xuyên. Thân to, cứng, dòn 3 cạnh, vót nhọn. Nhiều chỗ mọc xen với cóc kèn. b. Đất phèn liền tiềm tang sâu trong vùng nội địa: là vùng trũng ngập nước gần như quanh năm gồm các loại thủy sinh mọc chìm dưới nước, hoặc chìm trong một phần,còn lá và hoa mọc khỏi mặt nước như: Súng cỏ (Nymphea Stellata) Sen (Nelumbium Nelumbo) Nhị cán tròn, nhị cán vàng, cỏ bấc Rau muống thân tím lá giòn, rau dừa Nghệ IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Chỉ thị sinh học môi trương Lê Văn Khoa (chủ biên) 2. Sinh thái môi trường cơ bản Lê Huy Bá, Lâm Minh Triết 3. Đánh giá tác động môi trường phương pháp và ứng dụng Lê Trình

MỞ ĐẦU:

NÔI DUNG GỒM 3 PHẦN:

CHUẨN CHỌN SINH VẬT CHỈ THỊ.

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ MÔI TRƯỜNG.

Một điều hiển nhiên là tất cả các cơ thể sống, kể cả con người đều chịu ảnh hưởng bởi các điều kiện điều kiện vật lý, hóa học trong môi trường xung quanh Trên cơ sở những hiểu biết vầ tác động của các yếu tố vật lý, hóa học lên cơ thể sống có thể xác định một số ý tưởng không chỉ về sự có mặt mà cả mức độ của nhiều chất trong môi trường Ví dụ, thực vật thường biểu hiện những dấu hiệu dễ phân biệt hoặc rất đặc trưng khi môi trường thiếu hoặc thừa một số dinh dưỡng khoáng Tương tự, những sinh vật bị các chất gây ô nhiễm hoặc các chất có trong

tự nhiên có nhiều trong môi trường tác động và thông qua các biểu hiện chúng sẽ làchỉ thị cho bản chất và mức độ gây ô nhiễm Sự tác động và biến đổi này có thể quan sát thấy bằng mắt hoặc qua một số biểu hiện sau:

- Những thay đổi về thành phần loài hoặc các nhóm ưu thế trong quần xã sinh vật

- Những thay đổi về đa dạng loài trong quần xã

- Tỷ lệ chết trong quần thể tăng, đặc biệt ở giai đoạn non mẫn cảm như trứng,

ấu trùng

- Thay đổi về sinh lý và tập tính trong các cá thể

- Những khuyết điểm về hình thái và tế bào trong các cá thể

- Sự tích lũy dẫn các chất gây ô nhiễm hoặc sự trao đổi chất của chúng trong các mô của những cá thể

Do đó, trên thế giới, việc nghiên cứu và sử dụng các sinh vật để đánh giá, kiểm soát và cải thiện chất lượng môi trường đã được nhiều thành tựu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Tại các nước phát triển, đặc biệt là ở một số nước trong khu vực

như Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, việc nghiên cứu và sử dụng các sinh vật chỉ thị

đã được tiến hành từ nhiều năm nay

sẽ bị loại trừ ra khỏi quần thể, kể cả khi các điều kiện gây hại này xảy ra trong một thời gian ngắn Chính điều kiện này đã làm cho các sinh vật trở thành vật chỉ thị cho các yếu tố môi trường

Khái niệm chung và cơ bán của sinh vật chỉ thị được mọi người thùa nhận là:

“Những đối tượng sinh vật có yêu cầu nhất định về điwwù kiện sinh thái liên quan đến nhu cầu dinh dưỡng, hàm lượng oxy, cũng như khả năng chống chịu

(tolerance) một hàm lượng nhất định các yếu tố độc hại trowng môi trường sống và

do đó, sự hiện diện của chúng biểu thị một tình trạng về điều kiện sinh thái của môitrường sống nằm trong giới hạn nhu cầu và khẳ năng chống chịu đối tượng sinh vậtđó”

Đối tượng sinh vật là những sinh vật chỉ thị, có thể là các loài (loài chỉ thị) hoặc các tập hợp các loài (nhóm loài chỉ thị) Các điều kiện sinh thái chủ yếu là cácyếu tố vô sinh như hàm lượng dinh dưỡng nhu cầu ooxxy, chất độc (kim loại nặng,thuốc trừ sâu, diệt cỏ, dầu, các chất oxy hóa quang hóa – peroxyaxetylnitrat (PAN),chất phóng xạ…) và các chất gây ô nhiễm khác

2. Loài chỉ thị (Indicator species)

Loài chỉ thị là các loài mẫn cảm với điều kiện sinh lý và sinh hóa, nghĩa là chúng hoặc hiện diện hoặc thay đổi số lượng cá thể các loài chỉ thị do môi trường

bị ô nhiễm hay môi trường sống bị xáo trộn Một số loài địa y được xem như loài chỉ thị cho sự mẫn cảm với ô nhiễm sunfua ddiooxxyt (SO2), đã được biết cách đây 130 năm

Cũng như từng cá thể, loài phản ứng như là sinh vật chỉ thị môi trường, một nhóm cây, con cũng là vật chỉ thị cho một số điều kiện môi trường nào đó Đặc tínhcủa nhóm thực vật phát triển trên đất secpentine có nồng độ canxi thấp và magie cao trong môi trường là một ví dụ điển hình của nhóm cây chỉ thị môi trường Các chỉ thị sinh học có thể được sử dụng trong đánh giá sih thái, đặc biệt là trường hợp của nhóm quần thể chỉ thị điều kiện khu vực cần thiết phải bảo tồn Chỉ

thị loài cũng được dùng trong điều kiện đánh giá môi trường và trowng việc lập bản đồ về sự mẫn cảm đối với môi trường.

Các sinh vật chỉ thị môi trường khác nhau có thể xếp thành nhóm theo những tiêu chí sau:

- Tính mẫn cảm (sensitivity): Các loài mẫn cảm đặc trưng cho những điều

kiện môi trường không thích hợp là các công cụ để giải đoán môi trường

- Như một công cụ thăm dò (Detector): Các loài mẫn cảm đặc trưng cho những điều kiện môi trường có thể dùng để đo đạc sự phản ứng và thích nghiđối với sự thay đổi của môi trường (thay đổi tuổi, nhóm loài, giảm kích thước quần thể, tập quán sống…) Đất hoang hóa (bareland) thường đặc trưng cho các loại đất nghèo chất dinh dưỡng và một số loài cây có thể được

sử dụng làm chỉ thị cho các kiểu đất rừng

- Như một công cụ khai thác (Exploiter): Các loài có thể chỉ thị cho sự xáo trộn hay ô nhiễm môi trường, ví dụ tập quán của các loài thủy sinh vật, sự hiện diện của các loài giun và các loài giun đỏ chỉ thị cho sự ô nhiễm môi trường

- Như một công cụ tích lũy sih học (Accumulator): Các loài tích lũy sinh học bao gồm các hóa chất trong mô của chúng Ví dụ như các loài địa y

- Các sinh vật thử nghiệm (Bioassay): Các sinh vật chọn lọc đôi khi có thể được sử dụng như là các chất trong phòng thí nghiệm để xác định sự có mặt hoặc nồng độ các chất ô nhiễm

3. Một số khái niệm mở rộng về sinh vật chỉ thị

có đủ độ tin cậy Trong số các sinh vật laoij này, rêu thường được sử dụng rộng rãi , nhưng các nhóm sinh vật khác như tảo, thực vật lớn, cá và động vật không xương sống khác cũng được sử dụng Tuy nhiên, do tính linh hoạt của cá và nhiều

loài động vật không xương sống, hoặc do bị trôi dạt như các loài tảo cho nên khi giải thích các kết quả nghiên cứu phải rất thận trọng.

Là những sinh vật chỉ thị, không những chỉ có tính chất chỉ thị cho môi trường thích ứng, mà còn có khả năng tích tụ một số chất ô nhiễm nào đó trong cơ thể chúng với hàm lượng cao hơn nhiều lần so với môi trường ngoài (kim loại nặng ) Bằng phương pháp phân tích hóa sinh hữu cơ mô cơ thể chúng, người ta cóthể phát hiện, đánh giá các chất ô nhiễm này dễ dàng hơn nhiều so với phương pháp phân tích thủy hóa

Có thể rút ra một số ý tưởng cơ bản, quan trọng về tính chất chỉ thị của sinh vật (bioindication) và sinh vật chỉ thị (bioindicator) như sau:

- Tính chỉ thị môi trường của sinh vật dựa trên khả năng chống chịu của sinh vật với các yếu tố vô sinh của môi trường và với các tác động tổng hợp của chúng Do vậy, muốn sử dụng một loài sinh vật chỉ thị, cần hiểu biết đầy đủ về đặc tính sinh thái của loài, các chuẩn môi trường đối với loài đó

-Tính chỉ thị môi trường của sinh vật được thể hiện ở các bậc khác nhau: Cá thể,quần thể, nhóm loài, quần xã Cụ thể:

 Cấu trúc quần xã chit thị: Bao gồm thành phần cấu trúc quần xã sinh vật, thểhiện ở một số nhaoms ính vật nào đó (sinh vật nổi, sinh vật đáy…)

 Quần thể sinh vật chỉ thị: Thể hiện ở cấu trúc quần thể các loài chỉ thị

 Cá thể sinh vật chỉ thị là những dấu hiệu mang tính chỉ thị về sinh lý, sinh hóa, tập tính, tổ chức tế bào của cá thể sinh vật chỉ thị

-Phương pháp sinh học giám sát môi trường, sử dụng sinh vật chỉ thị đánh giá môi trường có thuận lợi, hiệu quả hơn so với phương pháp lý hóa học nhờ khai thác khả năng tích tụ các chất ô nhiễm trong cơ thể sinh vật và giá trị biểu thị tác động tổng hợp các yếu tố môi trường của sinh vật

4. Dấu hiệu sinh học (Biomarker)

Dấu hiệu sinh học là những thể hiện sự phản ứng sinh học của sinh vật đối với tác động lý hóa của chất ô nhiễm trong môi trường Dấu hiệu sinh học có 2 loại chính là dấu hiệu sinh lý- sinh hóa và dấu hiệu sinh thái

Dấu hiệu sinh lý-sinh hóa: là dấu hiệu dễ nhận và có giá trị, nhất là các chỉ số lien quan đến khả năng sống sót, sự sinh trưởng của các cá thể (chỉ số ăn mồi, tiêu hóa, hô hấp), sự sinh sản của quần thể (sinh trưởng, tỷ lệ sống sót của ấu trùng)

Dấu hiệu sinh thái: thể hiện sự biến đổi cấu trúc quần thể, quần xã dưới tác động của chất ô nhiễm Có nhiều chỉ số được dùng để đánh giá sự biến dổi này Chỉ số thiếu hụt số loài: được xác định trong trường hợp có số liệu khảo sát định kỳ 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 một giá trị chung, để đơn giản hóa sự phức tạp của cấu trúc quần xã sinhvật

Chỉ số loài ưu thế: Cũng là một chỉ số có ý nghĩa để đánh giá mức độ ô

nhiễm Các kết quả cho thấy khi mức độ ô nhiễm nặng, một số loài phát triển về ưuthế số lượng, thường là các loài kích thước nhỏ

5. Chỉ số sinh học (Biotic indices)

Sự đa dạng của các chỉ số dinh học đã được sử dụng ở nhiều vùng địa lý đặc biệt hoặc các loại sông cụ thể Ví dụ, thang tính điểm của Chutter(1972) đã dùng ở Nam Phi được Hilsenhoff (1988) chuyển đổi để sử dụng ở Wisconsin (Mỹ) bằng cách biến đổi những giá trị chống chịu cho phù hợp với khu hệ sinh vật ở địa

phương đối với một số đợn vị phân loại Tự thang tính điểm của tổ chức nghiên cứu về quan trắc sinh học BMWP (Biological Mnitoring Working Party) được biếnđổi để sử dụng ở nhiều nước trong đó có Thái Lan

Có nhiều nghiên cứu, thử nghiệm nhằm tử đo đạc các tính chất của môi trường Các nghiên cứu này thường được thực hiện dựa trên ảnh hưởng của nghiên cứu môi trường và sự phân hủy Sự thay đổi môi trường lan rộng có thể làm ô nhiễm và gây thiệt hại được diễn đạt bằng chỉ số môi trường hay chỉ số sinh học Các ví dụ về chỉ số sinh học bao gồm cả các chỉ số dùng để quan trắc chất lượng nước trên cơ sở các loài chỉ thị và mức độ mẫn cảm của các loài chỉ thị đối với sự ô nhiễm của môi trường Ví dụ, năm 1964, theo Woodiwiss chỉ thị sinh học rất dễ nhận biết dựa vào chỉ thị loài và cân trọng lượng của nhóm loài nào mẫn cảmnhất đối với ô nhiễm hữu cơ Số lượng nhóm sinh vật với sự hiện diện hoặc vắng mặt của một số chỉ thị loài được dùng để tính toán chỉ số Chỉ số này được biết như

là chỉ số sinh học , có các trị số xếp loại từ 0 (bị ô nhiễm nặng chất hữu cơ) và 10 (hoàn toàn không bị ô nhiễm), chỉ số này được dùng phổ biến tại nước Anh

6. Chỉ số đa dạng (Diversity indices)

Chỉ số đa dạng biểu thị đọ phong phú loài trong môi trường đã chọn ở dạng giá

trị đơn loài Chúng được sử dụng để đánh giá 3 khía cạnh của cấu trúc quần xã:

- Số lượng loài hoặc độ phong phú (species abundance pattern).

- Tổng số lượng sinh vật của mỗi loài hoặc độ phong phú

- Tính đồng nhất phân bố các cá thể giữa các loài khác nhau hoặc tính đồng

đều

Giá trị của chúng dựa trên sự giả định rằng sự gia tăng ô nhiễm của một hệ

sinh thái, các loài mẫn cảm sẽ giảm thiểu dẫn đến việc suy giảm tổng thể tính

đa dạng trong quần xã Ví dụ, thực vật, động vật trong những hồ kiệt dưỡng tự

nhiên phát hiện thấy ở trên núi hoặc ở các đầm lầy thường gia tăng số lượng

loài, nếu chúng bị tác động làm giàu do ô nhiễm hữu cơ từ chất thải rắn hoặc

lỏng động vật

7. Chỉ số tương đồng (Similarity indices)

Chỉ số tương đồng bao gồm sự so sánh độ phong phú loài tại 2 điểm thu mẫu

khác nhau và trong đó một điểm thu mẫu được xem là đối chứng Có rất nhiều

kiểu được sử dụng trong các chương trình quan trắc ô nhiễm, nhưng những kiểu

thông dụng nhất và các phương pháp tính cùng với những mặt mạnh, mặt yếu

được chỉ ra trong bảng sau:

-Đơn giản khi tính toán

-Sự đa dạng được biểu thị là duy

nhất, giá trị số lượng dễ hiểu.

-Không cần những giả thiết sự chống

chịu ô nhiễm của các loài.

-Có thể được sử dụng ngang nhau

với việc đếm và số liệu sinh khối.

-Không đòi hỏi việc định loài.

-Các giá trị đa dạng thay đổi phụ thuộc vào chỉ số được sử dụng và đôi khi cả kích thước mẫu.

-Sự diễn giải các giá trị chỉ thị liên quan tới các mức ô nhiễm không áp dụng cho mọi trường hợp.

-Không thể phân biệt giữa quần xã chống chịu và không chống chịu ô nhiễm.

-Không cung cấp thông tin về bản chất của các chất ô nhiễm hiện có.

-Sự phản hồi của quần xã với ô nhiễm không thường xuyên tuyến tính và một số loài có thể tăng tính đa dạng.

-Tương đối vô cảm đối với cái khác ngoài những cực đoan

ô nhiễm.

Chỉ số

tương

đồng

-Đơn giản khi tính toán.

-Biểu thị là đơn lẻ, giá trị số lượng dễ

hiểu.

-Không cần những giả định liên quan

đến tính chống chịu của loài.

-Không đòi hỏi định loài.

-Các giá trị thu được phụ thuộc vào chỉ số được sử dụng -Bị tác động bởi các kích thước mẫu và sự phong phú loài -Đòi hỏi phải có điểm không ô nhiễm để làm đối chứng -Không cần phân biệt giữa các quần xã chống chịu và không chống chịu.

-Không cung cấp thông tin về bản chất chất ô nhiễm có mặt

8. Chỉ thị hình thái và mô (Morphological and Histological indicators)

Các số liệu về sự có mặt – vắng mặt và độ phong phú các loài không chỉ là

các thông số đo được thừa nhận khi sử dụng các chỉ thị sinh học Đối với thực vật

điều dod gồm cả tốc độ sinh trưởng tương đối, tuyệt đối, trong lượng tươi-khô,

rễ-mầm, tỷ lê lá/trọng lượng, chỉ số diện tích lá và nhiều tính chất hình thái khác Ở

động vật thì tỷ lệ tuổi/kích thước, tốc độ tăng trọng, tỷ lệ sinh sản, sự phát triển

không cân đối và những thay đổi hình thái không do bệnh lý khác sẽ cung cấp

những dấu hiệu có thể đo được hoặc nhìn thấy rõ sức ép do chất ô nhiễm gây nên

Một ví dụ điển hình cho hiện tượng này là phát triển lêch hay dị dạng (imposex)

trong phản ứng của ốc biển Nucella lapillus đối với sự có mặt của chất tributyltin

trong nước biển Trong những trường hợp khác, các sức ép môi trường tạo ra

những thay đổi mô hoặc hình thái dễ nhận biết hơn Sự hư hại thực vật có thể quan

sát được bằng mắt như lá bị vàng, bị đốm hoặc đốm hoại sinh từ lâu đã sử dụng để

đánh giá ô nhiễm, đặc biệt để quan trắc mưa acid ở chấu Âu, nơi xuất hiện bệnh

đặc trưng do tác động của lắng động acid

Bảng: Tác động của mưa axit tới thực vật quan sát được bằng mắt

Các loài cây lá kim Lá kim màu vàng

Rụng lá kimTuổi thọ lá kim giảmCành cây biến dạngĐỉnh tán cây héo dần và chết

Hư hại vỏ cây

Hư hại rễCác loài rụng lá Phai màu lá

Lá biến dạng

Mất các lá già sớmĐỉnh tán cây héo và chết

Hư hại vỏ cây

(Nguồn: R.Manly,2000) Trong nhiều trường hợp, một số loài thực vật mẫn cảm được sử dụng để phát hiện sự có mặt của một chất gây ô nhiễm không khí, ví dụ thông qua đánh giá sự

hư hại lá đối với giống cây thuốc lá Bel-W3-Nicotiana tabacum rất mẫn cảm với

ozon

Ở động vật, sự xuất hiện đặc tính bệnh lý như: lở loét, bứu u, viêm tấy, hoại tử, nhiễm bệnh ký sinh …đôi khi cũng lien quan đến sự có mặt của chất ô nhiễm Tuy nhiên, việc chẩn đoán những thay đổi này đòi hỏi các chuyên gia giàu kinh nghiệmnên thường khó phân biệt giữa các biểu hiện bình thường của bệnh và bệnh do ô nhiễm gây nên

9. Sinh vật thăm dò và cảnh báo (Detector and Sentinel organisma)

Có những thay đổi khác trong sử dụng sinh vật mẫn cảm ô nhiễm Những sinh vật thăm dò dựa vào sự quan trắc những loài đơn lẻ, bản địa mà chúng thể hiện phản ứng có thể đo được đối với ô nhiễm và do đó hoạt động như một chỉ thị cảnh báo sớm về sự có mặt chất ô nhiễm trong môi trường Cần thận trọng khi chọn loài điển hình, cân nhắc tính mẫn cảm và khả năng phơi nhiễm đối với chất gây ô nhiễm, vị trí của nó trong quần xã, trong phân bố sinh thái và địa lý và độ phong phú của nó Tuy nhiên, nếu các yếu tố được cân nhắc kỹ chắc chắn sẽ chọn lọc được sinh vật tin cậy để quan trắc chất ô nhiễm Một sô ví dụ điển hình của vấn đề này là sự phát triển và sử dụng báo hiệu của cá khi xuất hiện những nhiễu loạn sinh

lý thông thường ở các loài cá mẫn cảm ô nhiễm

CHUẨN CHỌN SINH VẬT CHỈ THỊ.

1. Cở sở khoa học của sinh vật chỉ thị.

Mọi sinh vật, kể cả con người trong đời soongd đều chịu ảnh hưởng của các điều

kiện vật lý, hóa học của môi trường xung quanh Trên cơ sở ngày càng hiểu biết ngày càng sâu rộng mối quan hệ giữa sinh vật và môi trường, nhiều mối bí ẩn về mối tương tác này đã được khám phá Đối với thực vật, sự thiếu, thừa chất dinh dưỡng trong đất hoặc có mặt của các chất gây ô nhiễm trong môi trường sẽ xuất hiện các dấu hiệu bất thường như bệnh vàng lá, bệnh vàng giữa các gân lá, những

đốm hoại tử, thậm chí cành, lá bị cháy khô và dễ dàng có thể được quan sát bằng mắt thường Đối với động vật, đặc biệt là các động vật bậc thấp, sự có mặt hay vắng mặt của chúng trong môi trường nước nhất định có thể nhận diện được chủng loại và nồng độ chất ô nhiễm mà không cần thiết phải phân tích hóa-lý học.

Sự thay đổi của các điều kiện môi trường dẫn đến ảnh hưởng thành phần độngthực vật trong quần xã, gây nên sự quần tụ khác nhau của các quần xã Môi trường tại một địa điểm quyết định phần lớn những cá thể nào có khả năng cư trú ở điểm

đó, và những sinh vật ở đó sẽ là những chỉ thị sinh học cho những thay đổi môi trường (Warren ) Trong đó, Một số loài có nhu cầu riêng biệt với hàm lượng nhất định các chất dinh dưỡng hoặc oxy hoà tan…(indicator species) và sinh vật có thể tồn tại được trong môi trường bị ô nhiễm nhưng bị biến đổi về số lượng, tăng trưởng, tập tính…(stressor) và sinh vật tích luỹ chất ô nhiễm và có những phản ứngkhác nhau đối với từng chất ô nhiễm (biological indicator)

2. Tính chất của sinh vật chỉ thị

Sinh vật chỉ thị có khả năng chống chịu với các yếu tố vô sinh của môi trường

tác động tổng hợp lên chúng và phản hồi tác động của các nhân tố môi trường bằng hai hình thức chạy trốn, chết hoặc thích nghi

3. Tiêu chuẩn chọn sinh vật chỉ thị

Để chọn được sinh vật chỉ thị, trước hết chúng ta cần xác định là vấn đề chỉ thị cho điều gì? Khi chọn sinh vật chỉ thị người ta căn cứ các đặc điểm sau:

- Đã được định loại rõ ràng

- Dễ thu mẫu ngoài thiên nhiên, kích thước vừa phải

- Có phân bố rộng (tối ưu là phân bố toàn cầu)

- Có nhiều dẫn liệu về sinh thái cá thể của đối tượng qua thử nghiệm sinh học

- 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

III. THỰC TẾ SỬ DỤNG SINH VẬT CHỈ THỊ

TRONG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ MÔI

TRƯỜNG.

1. Chọn các sinh vật sử dụng cho việc quan trắc:

Các sinh vật được sử dụng cho việc quan trắc, thông thường dựa trên tốc độ phản ứng đặt ra hay dựa vào khả năng mẫn cảm với những biến đổi về nhiệt độ Đặc tính sinh học của 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 sống ngắn, phản ứng kịp thời với những thay đổi môi trường còn sinh vật có đời sống dài thì phản ứng của chúng trải qua nhiều năm, nhiều thập kỷ Các sinh vật có tốc độ trao đổi cao thì nhạy cảm hơn với các chất ô nhiễm hơn là những sinh vật có tốc đọ traođổi thấp Sinh vật tiềm sinh có thể chứa những chất ô nhiễm xâm nhập vào môi trường nhanh chóng, khi có sinh vật biến đổi dưới điều 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 về sự thay đổi của môi trường

Ngay cả trong một loài, có một số cá thể này được coi là chỉ thị tốt hơn cá thể kia Thực vật có mao mạch là chỉ thị hiệu quả nhất cho chất ô nhiễm không khí bời

vì các loài không có mao mạch ít nhạy cảm với chất ô nhiễm không khí, ví dụ: Chất độc của khói quang hóa California chưa được biết đến cho tới khi nó nhận ra bởi sự biến đổi trên cây họ đậu, rau bina và hình dạng lá cây Điều này chứng tỏ sự xuất hiện ozon (Middleton, 1956) Những biến đổi trên lá cỏ non cho thấy sự hiện diện của peroxyacetylnitratd (bedrow, 1955)

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

Một phương pháp đo lường chất ô nhiễm là dùng mật độ dịa y, nó là sự tổng hợp các loài hiện có và cả họ hang của loài này

Trong môi trường nước, tảo và vi khuẩn cyanobacteria là những sinh vật chỉ thị hữu dụng cho những thay đổi khác nhau, sự gia tăng các chất dinh dưỡng (phú