Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn nhằm xây dựng, thử nghiệm bộ chỉ thị sinh học phục vụ quan trắc môi trường các lưu vực sông của việt nam áp dụng thử nghiệm cho lưu vực sông nhuệ đáy phân tích, đánh giá mối quan h

TỔNG CỤC MÔI TRƯỜNG TRUNG TÂM QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG Chuyên đề TỔNG QUAN CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC ÁP DỤNG CÁC CHỈ THỊ SINH HỌC PHỤC VỤ QUAN TRẮC MƠI TRƯỜNG NƯỚC “PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ MỐI QUAN HỆ GIỮA QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC SÔNG VÀ CHỈ THỊ SINH HỌC, CÁC VẤN ĐỀ CÓ LIÊN QUAN KHÁC” Người thực hiện: Mạc Thị Minh Trà 7629-5 28/01/2010 Hà Nội, 2008 MỞ ĐẦU Trên giới, việc ứng dụng sinh vật làm thị quan trắc nhằm đánh giá chất lượng môi trường trở thành hoạt động quen thuộc phổ biến rộng rãi nhiều quốc gia phát triển Các hệ thống quan trắc sinh học thực chuẩn quốc gia cho quan trắc chất lượng nước nhiều nước phương tây Quan trắc chất lượng sơng sinh vật thị góp phần đánh giá cách toàn diện bổ sung cho kết quan trắc lý - hóa học trước Cho tới có khoảng 50 phương pháp sinh học áp dụng để đánh giá chất lượng nước mặt sông Ở Việt Nam, nghiên cứu sử dụng sinh vật thị đánh giá môi trường sông/suối tiến hành năm gần chưa thực cách đồng Phần lớn nghiên cứu dừng bước thử nghiệm số điểm định tập trung vào thủy vực nước nội địa Các kết nghiên cứu chưa ứng dụng rộng rãi Vì có số cơng trình nghiên cứu cho kết khả quan nước ta chưa xây dựng số sinh học riêng cho dạng thủy vực khác (suối, lưu vực sông, cửa sông, vùng ven biển, biển), phù hợp với đặc tính thuỷ vực nước chảy Việt Nam để ứng dụng công tác quan trắc giám sát chất lượng mơi trường Vì việc nghiên cứu mối quan hệ quan trắc môi trường vai trò yếu tố sinh học ứng dụng sinh quan trắc cần thiết Các kết góp phần định hình nhu cầu hướng tiếp cận, xây dựng thị sinh học có khả đánh giá trạng mơi trường hệ sinh thái mơi trường nói chung hệ sinh thái nước chảy nói riêng nước ta Bài viết tập trung vào liên hệ sinh vật thị phổ biến với tính chất lý hóa môi trường, ràng buộc nghiên cứu thị sinh học phân tích điều kiện mơi trường để đưa kết xác trạng thái sinh học thủy vực (sơng), từ có sở đề biện pháp phù hợp để cải tạo ngăn chặn tác động bất lợi cho mơi trường -1- I QUAN TRẮC MƠI TRƯỜNG I.1 Khái niệm Quan trắc môi trường trình có mục tiêu xác định xu hướng liên tục, đồng có quy luật diễn biến môi trường, giúp đo đạc ghi nhận tức thời trạng môi trường Quan trắc môi trường việc theo dõi thường xuyên chất lượng môi trường với trọng tâm, trọng điểm hợp lý nhằm phục vụ hoạt động bảo vệ môi trường phát triển bền vững Nội dung chủ yếu Quan trắc môi trường lấy mẫu lặp lại, đo đạc số, ghi nhận, theo dõi, kiểm soát, thay đổi chất lượng thành phần môi trường (nước, sinh vật, khơng khí, đất…) so sánh với biến thiên tự nhiên thủy vực Công tác quan trắc môi trường thực theo tần số theo mạng lưới điểm quan trắc môi trường tạo công cụ hữu hiệu việc nghiên cứu diễn biến môi trường theo thời gian, sở khoa học để kiểm sốt chất lượng mơi trường, đặc biệt biến đổi có tính quy luật, phải dựa tiêu chuẩn đảm bảo kiểm soát chất lượng thủy vực I.2 Vai trị quan trắc mơi trường Quan trắc môi trường hoạt động triển khai thường xuyên, định kỳ theo chương trình quan trắc thiết kế trước Quan trắc môi trường thực chức điều chỉnh kiểm sốt nguồn nhiễm phát sinh hoạt động sinh hoạt sản xuất người Vai trò chủ yếu hoạt động quan trắc môi trường là: - Nghiên cứu mối quan hệ chất ô nhiễm môi trường với thành phần môi trường, tác động ô nhiễm môi trường đến người môi trường sống xung quanh - Phân loại chất lượng môi trường thủy vực, xác định môi trường chịu tác động biến đổi, biến đổi (ÔN) đến mức dấu hiệu phục hồi chất lượng thủy vực - Định hướng nguyên nhân gây ô nhiễm thủy vực, hay quan trắc tác động từ hành vi người - Đánh giá cần thiết kiểm soát việc phát thải số chất ô nhiễm định, đặc biệt kiểm soát sản phẩm sinh ô nhiễm -2- - Tạo sở liệu môi trường làm cho công tác bảo vệ môi trường định đắn, kịp thời, góp phần thiết kế chương trình phát triển bền vững việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên hợp lý, song song hoạt động phát triển bảo vệ môi trường Đưa tiêu chuẩn xả thải cho phép - Dự báo biến đổi môi trường làm tiền đề cho việc lập quy hoạch điều chỉnh chiến lược, kế hoạch bảo vệ môi trường - Đưa định tạm dừng thu mẫu điểm quan trắc thường xuyên (a) chúng bị tác động nguồn xả thải biết, không đại diện chất lượng nước chung (b) phân tích thống kê kết cho thấy chúng khơng cần thiết thơng tin chúng cung cấp khơng bao gồm vùng lân cận I.3 Các yêu cầu quan trắc môi trường Mục tiêu quan trắc môi trường để xác định vấn đề cấp thiết quan trọng quốc gia, vùng lãnh thổ nghiên cứu, địi hỏi phải có nghiên cứu xem xét yếu tố đặc trưng cho biến đổi thông số thị môi trường Yêu cầu khoa học số liệu quan trắc bao gồm yêu cầu độ xác số liệu đo đạc, tính đồng số liệu cần thiết để nghiên cứu biến đổi theo không gian thời gian yếu tố môi trường cần đánh giá Đồng thời cần xác định đặc trưng nguồn biến đổi chế biến đổi môi trường phụ thuộc vào nguồn ô nhiễm, tác động tự nhiên nhân sinh gây biến đổi mơi trường Ngồi ra, số liệu quan trắc phải có tính đặc trưng cho khu vực quan trắc phải phục vụ cho mục tiêu xác định thông số yêu cầu I.4 Chu trình thực Để thực cơng tác quan trắc môi trường khu vực cụ thể cần phải xây dựng chương trình quan trắc mơi trường khu vực cho đối tượng cụ thể Đối tượng chất lượng thành phần mơi trường (như nước, khơng khí, đất) nồng độ chất ô nhiễm môi trường, hay tình trạng sức khoẻ dân cư Nội dung chương trình quan trắc mơi trường bao gồm thành phần đối tượng nghiên cứu, thời gian thực hiện, lựa chọn vị trí, thơng số cần đo, phương pháp lấy mẫu, lựa chọn thiết bị lấy mẫu, thiết bị đo cuối phổ biến thông tin Tất thành phần có mối quan hệ định thể theo chu trình trình bày hình -3- Đối tượng nghiên cứu Lựa chọn vị trí đo số lượng vị trí cần đo Các thông số cần đo Xác định vị trí quan trọng Phản ánh thị mơi trường Điều chỉnh chương trình Thời gian thực đo đạc Tần suất thời gian kéo dài Phương pháp lấy mẫu Lựa chọ thiết bị lấy mẫu thiết bị đo Lựa chọn kỹ thuật phân tích Đảm bảo độ nhạy phép đo Sử dụng phương pháp tính tương quan Hạn chế số lượng điểm đo tần suất đo Ghi chép số liệu Phân tích xử lý số liệu Xử lý thống kê Trình bày số liệu Kết luận đối tượng Phổ biến thông tin Mức độ phổ biến Hình Sơ đồ chu trình quan trắc mơi trường -4- I.5 Các thơng số quan trắc môi trường thủy vực Quan trắc môi trường phân loại theo chức thành phần mơi trường theo tính chất liên tục, tính động quan trắc Quan trắc theo thành phần thủy vực nội dung quan trọng hoạt động quan trắc môi trường nước ta Có nhiều thơng số vật lý, hố học sinh học để đánh giá chất lượng nước thuỷ vực, thơng số có giá trị hạn chế định Cho đến thông số chủ yếu ứng dụng rộng rãi quan trắc môi trường nước sông Việt Nam dừng lại vài thơng số lý hố học sau: Nhiệt độ nước: thơng số có ảnh hưởng đến khả hồ tan ơxi, khả tổng hợp quang hoá tảo thực vật thuỷ sinh mơi trường nước Ví dụ, nhiệt độ nước tác động đến mức độ quang học thực vật, thời gian sinh sản di cư, mức độ trao đổi chất sinh vật thủy sinh Khi nhiệt độ nước tăng lên, thể tích nước chứa oxy hịa tan (DO) xuống thấp, nước lạnh có mức DO cao nước ấm Hoạt động người làm tăng nhiệt độ nước gây nên tượng sinh thái định Nước bị nhiễm có màu vẩn đục làm nhiệt độ nước tăng lên nước đục hấp thụ ánh sáng mặt trời nhiều nước pH: thông số quan trọng sử dụng thường xuyên để đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn nước, chất lượng nước thải, đánh giá độ cứng keo tụ nước, khả bị ăn mịn… phép tính cân axitbazơ Giá trị pH xác định sống xót hầu hết động vật, thực vật thủy sinh Ví dụ nước q axit, trứng lồi cóc khơng phát triển Phần lớn sinh vật có khả chịu đựng cao với thay đổi pH môi trường Sự thay đổi pH thất thường axit hóa nước có hại pH nước tác động lên pH thể sinh vật, tác động lên tốc độ phản ứng hóa học thể, q trình sinh học quang hợp, hơ hấp sinh sản Một số nhân tố định pH nước hoạt động vi khuẩn: quang hợp, hô hấp, xáo trộn nước, chất thải nhân tạo, mưa axit, tràn lan ngẫu nhiên Độ suốt: nước khơng ƠN chịu đựng ảnh hưởng nhỏ, lượng đất nhỏ, sinh vật trôi nổi, thực vật chết Sự chảy tự nhiên, sóng, xáo trộn nước gây giai đoạn xáo trộn ngắn nước Các hành động người từ cơng trình xây dựng, vùng thị, khu vực nơng nghiệp gây xáo trộn mạnh cho nguồn nước diễn thời gian dài Các -5- thuyền lớn di chuyển hoạt động cá nhân thủy thủ đồn khuấy động cát bùn, tăng xói mịn sơng Mức xáo trộn lớn thời gian dài làm suy giảm chất lượng khả sinh sản HST thủy vực Nhiều động vật nước sống cách lọc nước, hệ thống ăn lọc bị hỏng vật liệu tích trữ nước với lượng lớn Sự đục nước làm giảm trình quang hợp thức vật chìm nước, ánh sáng khơng thể xun sâu vào nước Khi độ đục lớn sinh vật lấy thức ăn sinh sản phá hủy khả trước chúng Dinh dưỡng: nitơ, photpho có nước tự nhiên, đất, khơng khí, quan trọng cho thực vật động vật thủy sinh Ví dụ ni tơ cần trình tổng hợp protein thực vật động vật, phot thiết yếu trình quang hợp, hai quan trọng cho sinh trưởng sinh sản sinh vật Với nguồn thải nhân tạo nguồn điểm nguồn điểm xả thải gồm ảnh hưởng từ nước thải chăm sóc thực vật, nguồn thải cơng nghiệp, phân bón nơng nghiệp, chất thải gia súc Các nguồn quan trọng khác phân hủy khơng khí đốt cháy ngun liệu thơ Sự phú dưỡng gây tác hại lớn tới chất lượng nước sông, hồ Tùy thuộc vào dạng cấu trúc hóa học chúng, ni tơ phot tác động trực tiếp gián tiếp lên sinh trưởng thực vật, độ nước, tỷ lệ bùn cát, nồng độ ơxy hịa tan Sự thừa hàm lượng P, N gây sinh trưởng nhanh thực vật nổi, gây dày đặc mật độ sinh vật quần thể hay tượng nở hoa Sự phát sinh số lượng thể dày đặc chúng làm giảm lượng ánh sáng mặt trời với thực vật sống chìm nước Khơng đủ lượng ánh sáng, thực vật quang hợp sinh chất cần thiết cho sống Thiếu ánh sáng giết chết thực vật thủy sinh Tảo sinh trưởng trực tiếp bề mặt thực vật ngập nước Tảo khơng hấp thụ ánh sáng cuối chìm bị VK phân hủy trình nước thiếu oxy, giống với người, hầu hết sinh vật thủy sinh cần oxy Khi oxy nước sâu cạn kiệt, cá loài khác chết trừ chúng di chuyển tới vùng khác thích hợp cho chúng Nước khơng nhiễm thường có ppm N P 0,003 ppm Tiêu chuẩn nước uống NOx 10ppm Hàm lượng lớn nitrate gây hội chứng xanh (blue baby syndrome) trẻ sơ sinh -6- DO (oxy hòa tan): quan trọng chất lượng HST thủy vực, tất động vật thủy sinh cần oxy cho hơ hấp Đó nhân tố tốt cho chất lượng nước Sông thường có hàm lượng DO lịng sơng cao, có khả tạo nên tính đa dạng lồi sinh vật Oxy có nước thơng qua q trình quang hợp thực vật thủy sinh từ khí Ở chỗ nơng suối, nơi dịng nước chảy đá có độ xáo trộn mạnh, làm tăng hàm lượng oxy nước thu nhiều oxy khí Gió sóng làm tăng hàm lượng DO Mức DO bị giảm nhiễm nhiệt, số chất gây ô nhiễm nồng độ cao VK từ nước thải Oxy cần cho trình phân hủy hữu Đó lý tượng tảo nở hoa phú dưỡng dẫn đến giảm DO Sự phân hủy lượng lớn chất hữu VK làm cạn kiệt oxy nước, khiến cho nhiều lồi khơng thể cư trú Việc di chuyển dọc sơng che bóng cho nước làm tăng nhiệt độ nước giảm lượng DO Chỉ số quan trọng khác hàm lượng DO bão hòa Nước lạnh giữ nhiều DO nước nóng Ví dụ nước 80C giữ 12ppm oxy trước bão hòa 100% Ở 280C nước giữ 8ppm DO trước đạt bão hịa 100% Lượng muối nước tác động lượng DO, nước giữ nhiều DO nước mặn Nhu cầu ơxi hố học (COD): lượng ơxi cần thiết để ơxi hố hồn tồn chất hữu mẫu nước xử lý với chất oxi hoá mạnh điều kiện định Đây tiêu để đánh giá mức ô nhiễm nước, kể với chất hữu dễ phân huỷ khó phân huỷ sinh học Nhu cầu ơxi sinh hố (BOD): lượng ơxi cần thiết cho vi sinh vật để ơxi hố ổn định hợp chất nước, gián tiếp mức độ ô nhiễm nước chất có khả bị ôxi hoá sinh học, đặc biệt chất hữu Độ muối: số độ muối dùng để theo dõi tác động hạn hán lũ lụt Độ muối kiểm soát loại động vật – thực vật sống nước Một số loài sống nước chịu độ muối 0,1% hơn, số khác chịu nước lợ (độ muối trung bình), số chịu nước mặn 3% Chất rắn lơ lửng: có ảnh hưởng đến chất lượng nước nhiều phương diện Hàm lượng chất rắn lơ lửng nước thấp làm hạn chế sinh trưởng khả tồn lồi thuỷ sinh Phân tích chất rắn lơ lửng giúp kiểm -7- sốt q trình xử lý nước thải lý hoá học, đánh giá mức phù hợp chất lượng nước thải với tiêu chuẩn giới hạn cho phép xả thải Các kim loại nặng: Kim loại nặng nước thường lắng hạt sét, phù sa lơ lửng Các chất lơ lửng dần rơi xuống làm nồng độ kim loại nặng trầm tích cao nước nhiều lần Các lồi động vật thuỷ sinh, đặc biệt động vật đáy tích luỹ lượng lớn chất độc hại thể, gián tiếp tác động tới người qua chuỗi luân chuyển chu trình dinh dưỡng, đặc biệt tích luỹ nồng độ cao Vì việc nghiên cứu kim loại nặng nước cần thiết, đặc biệt khu vực chịu tác động từ nước thải công nghiệp q trình khai thác khống sản, luyện kim, cơng trình xây dựng Ngoài sinh vật ứng dụng làm thị sinh học thiết yếu cho chất lượng nước thủy vực Các cơng trình nghiên cứu giới nước cho thấy sinh vật thủy sinh có vai trị quan trọng đánh giá thủy vực Phân tích có mặt tình trạng loại cá, trùng, tảo, thực vật… cung cấp thơng tin xác chất lượng sông, suối, vùng đất ngập nước cửa sông Các loại thực vật động vật gọi sinh vật thị II MỐI LIÊN HỆ GIỮA SINH VẬT CHỈ THỊ VÀ CÁC YẾU TỐ LÝ HĨA CỦA MƠI TRƯỜNG Do đa dạng sinh vật thị tùy vào mục đích quản lý chất lượng mơi trường, chọn lựa nhóm sinh vật phù hợp để khảo sát, đánh giá đề giải pháp khắc phục tình trạng xấu mơi trường Sinh vật thị phải tương ứng với định hướng nghiên cứu kinh phí thực số sinh vật thị, ĐVKXS dạng thị dùng phổ biến quy mô nghiên cứu phạm vi thủy vực giới Do này, chúng tơi đề cập đến mối liên hệ chúng với điều kiện lý hóa mơi trường, tác động biến đổi điều kiện môi trường đến ĐVKXS để phản ánh chất lượng thủy vực II.1 Tác động phú dưỡng, thiếu oxy nước, giảm oxy hòa tan lên ĐVKXS Thừa dinh dưỡng gây thay đổi thời gian dài ngắn với nảy nở dày đặc quần thể ĐVKXS tăng thành phần loài Những thay đổi nảy sinh thừa dinh dưỡng dẫn đến sinh trưởng mạnh thực vật thủy sinh, chiếm ưu vượt trội loại tảo định Tuy nhiên thừa dinh dưỡng đưa đến nghiên cứu sâu bậc vi khuẩn có hại với ĐVKXS, xâm nhập VK bao phủ 25% bề mặt ngồi sinh -8- vật phù du trở nên độc hại Thêm vào đó, hơ hấp phân giải sinh khối tảo nở hoa làm giảm oxy hịa tan cột nước trầm tích đến mức tối thiểu Các taxa với vòng đời ngắn phản ứng với tăng dinh dưỡng giữ lợi cạnh tranh, nở hoa tảo kết hợp với phú dưỡng thường rút ngắn đời sống Những biến đổi mơi trường thời gian dài xảy phú dưỡng kéo dài chí sau phú dưỡng suy giảm Những thay đổi dẫn đến xâm nhập thường xuyên theo giai đoạn vào thủy vực nghèo dinh dưỡng Một số mức dinh dưỡng xâm nhập vào thủy vực đo đạc tác động lên cấu trúc quần xã nằm phạm vi dao động khả chịu đựng môi trường tất sinh vật chủ yếu lưới thức ăn thủy vực Tác động lên phong phú loài Dinh dưỡng xâm nhập vào thủy vực làm tăng đa dạng ĐVKXS, nhiều nguồn thức ăn trở nên có giá trị với ĐVKXS ăn thịt Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy, đa dạng ĐVKXS vùng thủy vực có lượng nước thải lớn thường thấp thủy vực chứa nước thải Sự phú dưỡng hồ gây tuyệt diệt theo vùng ĐVKXS cỡ lớn suy thoái đa dạng lồi, phần kết hợp suy giảm lượng oxy hòa tan Tác động đến thành phần loài Thành phần loài quần thể có biến đổi gây đặc tính ứng dụng để chẩn đốn tăng thành phần lồi có thay đổi điều kiện thủy vực Những thơng tin hữu dụng đặc điểm đặc trưng lồi ĐVKXS phụ thuộc tình trạng thủy vực Tiếp xúc với giàu hữu thiếu oxy thường gây việc tăng sinh vật tiêu thụ ĐVKXS cỡ lớn, động vật ăn thịt, sinh vật ăn xác động thực vật nổi, động vật ăn cỏ thực vật lớn cắm sâu xuống đáy thủy vực Nhóm tăng với tăng sinh trưởng thực vật bám quanh rễ thực vật thủy sinh có rễ mặt nước Giun tơ, muỗi, lớp chân bụng chiếm ưu thủy vực phú dưỡng thủy vực khơng có tượng phú dưỡng (phot 8ppb, ni tơ 783 ppb) chiếm ưu sâu bọ cánh lông (Trichopeta), giáp xác midge khác Sự sai khác xảy mức chịu đựng taxa với điều kiện oxy thấp xuất hợp chất nước thủy vực phú dưỡng Ở Florida số nhà nghiên cứu thấy bọ cánh cứng có số lượng cá thể lớn điểm không bị ô nhiễm vùng trung gian phú dưỡng (mật độ hàng năm -9- số vùng đầm lầy Canada bị nhiễm dầu khơng có tỷ lệ biến dạng cao khác thường Ở đầm lầy suối Ontario, biến dạng hình thái giải phẫu miệng midge bị kết hợp với chất ô nhiếm nơng nghiệp, cơng nghiệp, gia đình Phạm vi ảnh hưởng biến đổi hình dạng sinh vật vị trí bị kiểm sốt ngược dịng từ nguồn nhiễm 9% 47% xi dịng từ nguồn Các nghiên cứu khác cho thấy số trọng lượng chiều rộng bao vỏ đầu ấu trùng Chironomus dùng điểm cuối cho thử nghiệm độc tính gây việc giảm sinh trưởng với chậm phát triển hình lồi Quan sát phản ứng thích nghi ĐVKXS cỡ lớn đề xuất khảo sát mang ý nghĩa đánh giá nhanh, có giá trị mức gây chết chúng tiếp xúc với chất gây ô nhiễm Sự tích tụ sinh học Nhìn chung, hàm lượng kim loại cao phát động vật trầm tích bị nhiễm Hơn nữa, tăng nồng độ kim loại nặng Zn, Cu động vật đáy thường tăng ĐVKXS Ở hồ thuộc Canada, nồng độ kim loại nặng tơm Cambarus bartoni có tương quan với nồng độ kim loại nước/trầm tích Quan trắc tích tụ kim loại nặng mơ ĐVKXS số xác tác động kim loại so với nồng độ cột nước Ví dụ, trùng nước ăn thực vật bám quanh rễ mảnh vụn hữu tích tụ nồng độ kim loại cao trùng ăn động vật Lồi ve nước Limnesia maculata trùng sống gần nước Mystacides tích tụ kim loại vết từ môi trường xung quanh từ ấu trùng muỗi bị nhiễm chất ô nhiễm mà chúng ăn phải Tích tụ sinh học thường tác động đến điều kiện động vật riêng lẻ đốn biết chất lượng quần xã đa dạng lồi Ví dụ, trọng lượng khơ cá thể Thân mềm Anodata grandis giảm nồng độ cadmium mô chúng tăng lên Một vài nhân tố tìm thấy có ảnh hưởng mức độ tích tụ sinh học Ở vùng Đơng Bắc Ontario, nồng độ thủy ngân methyl mô ĐVKXS Odonata, Corixidae, Gerridae, Gyrinidae, Phryganeidae/Polycentropodidae biểu thị qua phản ứng tăng nồng độ có lan tràn Tính chất lưu thơng giải thích cho việc thay đổi nồng độ thủy ngân tôm 13 hồ nước vùng Ontario Nhiệt độ ấm gây việc tăng nồng độ Cu, cadmium loài đẳng túc Asellus aquaticus, tích tụ Pb giảm nhiệt độ ấm lên - 13 - Sự axit hóa khơng ảnh hưởng đến tích tụ Cu, cadmium, Pb Tuy nhiên, Al tương tác với axit để làm giảm tác động độc tính Ở nghiên cứu cho thấy kết hợp axit (pH 4,9) với Al gây tỷ lệ chết cao cho ĐVKXS, tỷ lệ chết giảm khi Al tạo hợp chất với axit citric số nghiên cứu khác cho thấy Cu gây độc cho ĐVKXS nước có axit xốp nước nhiều alkaline cứng Nồng độ Cadmium Trai nước hầu hết kết hợp với pH cột nước 21 hồ Ontario Cadmium hấp thụ Trai nước ngọt, Unio pictorum, bị tác động nồng độ cadmium nhiệt độ nước Quá trình tích tụ cadmium Trai nước nhanh khơng thuận nghịch Những mơi trường có tính axit tác động đến tích tụ kim loại Midge từ hồ có axit có nồng độ Al, Cadmium, Mg, Zn cao mô chúng midge hồ có axit Nhìn chung, thủy vực nhận nước thải từ nguồn thải với lượng pH thấp lượng khoáng chất lớn (Al, Cu, Fe, Mn, Zn) có độ đa dạng lồi số lượng cá thể ĐVKXS cỡ lớn thấp Sau phục hồi thủy vực hoang, độ axit độ độc kim loại giảm số lượng cá thể lồi ĐVKXS tăng lên Khi hố axit cho phép xả đầm lầy, ĐVKXS thủy vực giảm độ phong phú suy giảm chất lượng nước Các quần thể ĐVKXS thủy vực xuất thị cho mức độ phục hồi xác thử nghiệm mẫu nước Các quần thể ĐVKXS cỡ lớn suối tiếp xúc với nguồn thải rò rỉ từ mỏ Molypden đến mức độ đa dạng lồi mức độ lớn cá thể lồi thấp vị trí ô nhiễm, xu hướng chiếm ưu thuộc lồi ĐVKXS chịu đựng chất ô nhiễm Sán lá, sâu bọ cánh lông giảm độ lớn số lượng vị trí nhận chất thải Ngược lại, số loài thuộc midge Eukiefferiella sp., Parametriocnemus sp biểu lộ xu hướng kháng lại Những vị trí xi dịng gần nguồn thải có số lượng lớn ấu trùng tipulid, trùng tubificid, psichodid Nhìn chung, người thu thập đưa tỷ lệ lớn quần thể vùng ô nhiễm, động vật ăn thịt gia súc khơng thịnh hành thơng báo Những vị trí nhận nguồn thải chứa molypden cyanua không nhiều để tác động đến quần thể ĐVKXS, có mức độ cao số lượng cá thể loài số lượng lồi so với vị trí kiểm sốt Động vật phù du Ameletus sp côn trùng nước Allomyia sp Chyranda sp vắng mặt vị trí nhận nguồn thải Những vị trí nhận nguồn thải, loài naidid, hydracarina, ostracod, amphipod, hydroptilid ceratopogonids khơng xuất vị trí kiểm sốt Hiện tượng vị trí nhận nguồn thải, độ đa dạng loài lớn hơn, - 14 - chưa giải thích, người ta cho chứa nồng độ ni tơ nước cao dẫn đến tăng sinh trưởng tảo II.2.2 Tác động thuốc trừ sâu, dầu mỡ, chất gây ô nhiễm khác Những hợp chất làm thay đổi cấu trúc quần thể chúng (a) dạng độc tố cấp tính mãn tính cho ĐVKXS, (b) thay đổi quần thể tảo thực vật cỡ lớn nguồn thức ăn nơi ẩn náu cho số ĐVKXS, (c) thay đổi cách thức ăn thịt ĐVKXS làm giảm số lượng loài giáp xác, cá, lưỡng cư, (d) giảm oxy hịa tan có sẵn (nhu cầu oxy hóa học COD) tỷ lệ khuếch tán oxy (khi nhiễm dầu), (e) thay đổi ảnh hưởng chất ức chế tiềm tính axit ĐVKXS cỡ lớn tích tụ sinh học số thuốc trừ sâu phức tạp Những tác động độc tính Với việc virus phía đơng sơng Nile lây truyền qua midge vùng thuộc Hoa Kỳ, gần tất thủy vực vùng bị hấp thụ thuốc trừ sâu Thử nghiệm tác động dạng thuốc trừ sâu vùng thủy vực, kết có hạn chế nghiên cứu phịng thí nghiệm suối Các thử nghiệm phịng thí nghiệm cho thấy thuốc trừ sâu diflubenzuron độc cho giáp xác, sau động vật phù du, midge côn trùng nước Độ nhạy vừa phải cho ấu trùng corixids, chuồn chuồn trưởng thành ấu trùng, nhện, động vật thân giáp Cũng gây chết cho ĐVKXS với thuốc diệt cỏ mạnh, cyanua acrolein Ở suối bị nhiễm chất ô nhiễm chất hữu khác nhau, nhiều động vật phù du, động vật bám đá nước, côn trùng nước giảm mức phong phú Động vật phù du heptagenid hầu hết động vật bám đá mặt nước nhạy cảm với ô nhiễm hữu Một vài loài động vật phù du Baetis sp Paraleptophlebia sp chịu đựng ô nhiễm cao Với côn trùng nước Hydropsyche sp thường không chịu đựng mức ô nhiễm dù nhỏ II Sự axit hóa Sự axit hóa thay đổi cấu trúc quần thể cách (a) tác động thời gian ngắn dài đến mơ ĐVKXS – lồi dễ ion Na+ pH giảm đến mức nhạy cảm nhất, (b) thay đổi quần thể tảo thực vật thủy sinh mà ĐVKXS phụ thuộc nguồn thức ăn nơi cư trú, (c) thay đổi cách thức ăn thịt ĐVKXS chết hàng loạt giáp xác, cá lưỡng cư, (d) thay đổi thuộc tính sinh học chất ức chế tiềm ẩn kim loại nặng Tác động tính axit tùy - 15 - thuộc chu kỳ sống ĐVKXS cỡ lớn nhiệt độ nước Ở vùng có tuyết, ức chế axit lớn thường xảy suốt mùa lạnh Ấu trùng non dễ bị ảnh hưởng ấu trùng già thời điểm Các kim loại axit tương tác làm thay đổi độc tính loại hai Tác động lên độ đa dạng Độ axit thường giảm độ đa dạng ĐVKXS cỡ lớn thủy vực Sự giảm phát thải axit vùng nấu kim loại Canada tăng độ đa dạng ĐVKXS khu vực thủy vực nước xi dịng Độ đa dạng ĐVKXS khảo sát 20 suối tăng lên pH tăng từ 4,2 đến 5,7 pH 5,7 đa dạng loài giảm đến tối thiểu lượng Al giảm lượng mùn tăng Tác động lên thành phần loài Sự axit hóa tác động lên quần thể ĐVKXS thủy vực nghiên cứu sâu Một số ĐVKXS nhạy cảm độ axit tăng Nước mưa xối vào thủy vực nước vùng Florida làm tăng lượng phot pho, oxy giảm, tăng pH độ cứng, kết thay đổi quần thể ĐVKXS theo hướng loài chịu đựng axit đặc trưng điều kiện thiếu dinh dưỡng Tác động đến đa dạng, độ dày đặc, sinh khối, khả sinh sản Với tăng độ axit, nhiều ĐVKXS thủy vực giảm số lượng sinh khối, đặc biệt thủy vực với pH< Mật độ ĐVKXS điều kiện pH 4,5 thấp vùng pH 5,9 7,4 Sự giảm phát thải axit từ vùng nấu kim loại dẫn đến tăng mật độ ĐVKXS vùng nước xi dịng Ở nhiều vùng, giá trị dinh dưỡng kiểm soát đa dạng sinh khối ĐVKXS cỡ lớn nhiều độ axit II.4 Tác động tạo muối Độ muối độ dẫn định tác động lên thành phần loài, độ đa dạng ĐVKXS, đặc biệt vùng dọc bờ sông ven sông, nơi có độ muối dao động thấp Sự tạo muối thủy vực xảy kết từ tăng mức độ bay nước, từ nguồn thải nhánh (đặc biệt từ tiêu rút nước) Ở nồng độ muối thấp động vật chui rúc dạng ăn mùn bã chiếm ưu thế, độ muối cao động vật đáy động vật ăn lọc có tỷ lệ sinh khối tổng số lớn Ở hồ vùng Wyoming, sức sản xuất sinh khối nhóm ĐVKXS chức khác thay đổi tùy thuộc độ muối mức độ kết hợp với thực vật nổi, tổng sản phẩm khơng đổi - 16 - Hàm lượng muối cao thay đổi cấu trúc quần thể ĐVKXS nước (a) gây tổn thương cấp tính hay mãn tính mơ ĐVKXS, (b) thay đổi thành phần lồi cấu trúc quần thể tảo thực vật nước mà ĐVKXS phụ thuộc nguồn thức ăn nơi cư trú, (c) thay đổi cách thức tiêu thụ ĐVKXS giảm số lượng giáp xác, cá, lưỡng cư, (d) thay đổi thuộc tính sinh học chất có khả ức chế KL nặng chất dinh dưỡng Tác động lên độ đa dạng loài Ngay nồng độ thấp, việc tăng clorua (có liên quan độ muối) 27 thủy vực Minnesota liên quan đến suy tàn độ đa dạng loài thủy vực Trong 1cuộc khảo sát hồ vùng Đông Phi, độ đa dạng động vật bắt đầu suy giảm độ dẫn 1000 µS/cm suy giảm cịn 2-3 taxa độ dẫn 3000 µS/cm Tác động đến thành phần loài Ở thủy vực Wyoming có độ muối thấp (0,8-30 mS/cm), ĐVKXS cỡ lớn giáp xác, sên trần Ở nồng độ 30 mS/cm chúng thay midge bọ nước dragonfly ăn thịt Ở Utah, lượng muối the Great Salt Lake giảm từ 13-23% xuống 6%, tôm biển Artemia salina ruồi biển Ephydra cinerea giảm số lượng Ephydra hians tăng lên chiếm ưu Ở Minesota (Hịa Kỳ), lượng chloride tăng vượt qua gradient 27 thủy vực, dragonfly động vật phù du, côn trùng nước suy giảm số lượng nghiêm trọng Các tác động độc hại Độ muối cao nước vùng Đơng Nam Nevada độc hại loài giáp xác Hyalella azteca Daphnia magna Lồi trai sống 18 ngày nồng độ muối 5‰ II.5 Sự trầm tích hóa/lắng đọng Sự bao trùm nhanh chóng thực vật hợp chất tự nhiên khác làm giảm độ đa dạng mật độ ĐVKXS, thay đổi thành phần lồi Độ thích nghi sống xót ĐVKXS riêng biệt quần thể ĐVKXS chịu tác động tiếp xúc với trầm tích Nhiều quần thể ĐVKXS thủy vực chịu đựng mức lắng đọng trầm tích lượng nhỏ, thay đổi chủ yếu giữ nguyên tích lũy chất lắng đọng gây Sự trầm tích hóa q nhiều tác động đến ĐVKXS (a) lắng đọng mảnh vụn thiết yếu nguồn thức ăn tảo, thời gian cần để chuyển qua trầm tích lắng đọng hấp thu dạng thức ăn khan từ tiền chất dài làm giảm sức sống, (b) giảm lưu lượng - 17 - khe nước cung cấp cho ĐVKXS lượng oxy hòa tan cần thiết, (c) giết chết thực vật lớn phá vỡ cấu trúc nơi ẩn náu ĐVKXS Trầm tích thường chứa KL chất gây nhiễm mức độc hại Ngay lắng đọng, trầm tích gây nguy hiểm cho quần thể ĐVKXS thủy vực phải chịu đựng đổi chiều dòng xáo trộn nước Ví dụ, tăng xáo trộn cột nước ảnh hưởng đến động vật đáy ăn cá chép Cyprinus carpio, thực vật thủy sinh ổn định hút trầm tích Sinh khối ĐVKXS phù du giảm thủy vực vùng Utah sau cá chép chuyển vào Tác động đến độ đa dạng loài, phong phú loài mật độ Sự lắng bùn kéo dài 10 năm phía ngược dịng nhánh thuộc sơng Mississipi với tỷ lệ 1,5 cm/năm dẫn đến giảm nghiêm trọng quần thể Trai Musculium transversum Sự lắng đọng 5-10 cm trầm tích thủy vực nông vùng Đông bắc Missouri làm giảm độ đa dạng mật độ quần thể ĐVKXS so với vị trí khơng có trầm tích lắng đọng Ở số vùng, mật độ ĐVKXS độ đa dạng tăng lên thời gian dài trầm tích hóa hợp chất thơ thành hợp chất mịn cung cấp cho trình hình thành rễ Tác động đến thành phần lồi Những ấu trùng dạng ống midge thường chiếm ưu nơi trầm tích lắng đọng Taxa động vật ăn lọc nhạy cảm với kiểu tác động Tuy nhiên, kích thước thích ứng ĐVKXS tác động đến khả chịu đựng Taxa đặc trưng cột nước đặc biệt dạng nhỏ taxa có xu hướng nhạy cảm với lắng đọng trầm tích taxa đáy, nhạy cảm với xáo trộn cột nước Các loài cá thể chịu đựng tốt hợp chất tạo từ lắng đọng trầm tích hợp chất lâu năm, nồng độ cao Các nghiên cứu liên kết thay đổi quần thể ĐVKXS với phát triển lưu vực sông, phát triển thường kèm với việc tăng xuất thải trầm tích nước Một số bọ cánh cứng nước Stenelmis crenata, Optioservus fastiditus, động vật phù du Baetis tricaudatus, Stenenoma sp chí stonefly Taeniopteryx nivalis tăng phản ứng với phát triển lưu vực sông song song với q trình trầm tích hóa Tuy nhiên q trình trầm tích xảy nhanh hẳn gây chết cho gần hết ĐVKXS thủy vực Ở phía Bắc Dakotathủy vực bao quanh đất trồng trọt thường khơng có trứng động vật nổi, trứng thường có mặt thủy vực bao quanh cỏ tự nhiên, có mức độ xói mịn trầm tích hóa tối thiểu - 18 - Trai Unionid nhóm nhạy cảm với trầm tích hóa tăng Số lượng trai Musculium partumeium giáp xác giảm thủy vực nông Đông bắc Missouri nơi 5-10 cm trầm tích vừa lắng đọng Tuy nhiên số động vật mảnh vỏ chịu đựng mức xáo trộn vừa phải trầm tích hóa thương xun Ví dụ nghiên cứu phịng thí nghiệm nơi trai Amblema plicata plicata Fusconaia ebena tiếp xúc với chất rắn lơ lửng 120mg/l phút 0,5 giờ, không quan sát thấy có tác động Ở thủy vực nước chịu ảnh hưởng thủy triều, số taxa không chịu ảnh hưởng lắng đọng lượng lớn trầm tích (0,3 m bung lỗng), Limnodrilus sp., Limnodrinus hfmeisteri, Ilyodrilus templetoni, Corbicula fluminea Coelotanipus scapularis, tất loài đặc trưng cho dạng động lực thủy vực Độ sâu mức lắng đọng lớn tăng tỷ lệ tử vong midge Corbicula fluminea nhỏ (