chất chỉ thị sinh học môi trường

KHÁI NIỆM VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG 1.1 Những khái niệm về sinh vật chỉ thị 1.1.1 Khái niệm về môn học Từ lâu các nhà khoa học thuộc các chuyên môn khác nhau đã sử dụng nhiều loài t

Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG

I KHÁI NIỆM VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG

1.1 Những khái niệm về sinh vật chỉ thị

1.1.1 Khái niệm về môn học

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

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

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

• Những thay đổi về đa dạng loài, thành phần loài, nhóm ưu thế trong quần xã

• Tăng tỷ lệ chết trong quần thể, đặc biệt ở giai đoạn non

• Thay đổi sinh lí, tập tính của cá thể

• Khiếm khuyết về hình thái và tế bào của cá thể

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

Việc nghiên cứu và sử dụng các sinh vật để đánh giá, kiểm soát và cải thiện môi trường đã đạt được nhiều thành tựu trên thế giới Tất cả các nước phát triển đã có những nghiên cứu nhiều năm sử dụng các nhóm sinh vật để đánh giá môi trường và hình thành nên môn học chỉ thị sinh học môi trường

1.1.2 Khái niệm về sinh vật chỉ thị môi trường

Mỗi đối tượng sinh vật có yêu cầu nhất định về điều kiện sinh thái liên quan đến nhu cầu dinh dưỡng, hàm lượng O2, khả năng chống chịu một hàm lượng nhất định các yếu tố độc hại trong môi trường sống Do đó, sự hiện diện hay không của chúng biểu thị một tình trạng điều kiện sinh thái của môi trường sống nằm trong hay vượt giới hạn nhu cầu và khả năng chống chịu của đối tượng sinh vật đó

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

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

1.1.3 Cơ sở của chỉ thị sinh học môi trường

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

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

trường

Tất cả các cơ thể sống đều chịu tác động của các yếu tố môi trường sống, môi trường sống này cũng có thể bị ảnh hưởng từ môi trường xung quanh, đặc biệt bị tác động bởi các yếu tố vật lý và hóa học

Yếu tố tác động vào môi trường có thể hay không gây hại cho sinh vật đó, thì sinh vật này có thể hay không bị loại trừ ra khỏi quần thể, làm nó trở thành sinh vật chỉ thị cho môi trường

Hiểu biết về tác động của các yếu tố môi trường lên cơ thể sống có thể xác định được sự có mặt và mức độ có của nhiều chất trong môi trường

Như vậy, cơ sở cho việc sử dụng sinh vật làm vật chỉ thị môi trường dựa trên hiểu biết của con người về khả năng chống chịu của sinh vật với các yếu tố của điều kiện sinh thái (yếu tố vô sinh) với tác động tổng hợp của chúng

Các yếu tố vô sinh của môi trường: ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, chất khí, chất dinh dưỡng dễ tiêu,…

1.1.3.2 Tác động của các yếu tố vô sinh lên sinh vật

Theo phản ứng với ánh sáng, sinh vật được chia thành hai nhóm:

• Ưa sáng: Phi lao, bồ đề,…

• Ưa tối: Cà độc dược, hành, dương xỉ,…

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

• Cây ôn đới

• Cây nhiệt đới

• Cây á nhiệt đới

Phân loại theo mức độ phụ thuộc vào nước, gồm:

• Sinh vật ở nước: cá, thực vật thủy sinh,…

• Sinh vật ưa ẩm cao: lúa, cói, lác,…

• Sinh vật ưa ẩm vừa: tếch, trầu không,…

• Sinh vật ưa ẩm thấp: xương rồng, thầu dầu,…

 Các chất khí

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

Thực vật có vai trò quan trọng trong xử lý các chất khí gây ô nhiễm môi trường (CO2, SO2)

 Các chất khí hòa tan (muối):

Chất khoáng có vai trò quan trọng trong cơ thể sinh vật, giúp điều hòa các quá trình sinh hóa, áp suất thẩm thấu của dịch mô và các hoạt động chức năng khác

Sinh vật có khả năng hấp thu chất khoáng khác nhau Đối với cây trồng, dinh dưỡng khoáng quyết định đến tình trạng sinh trưởng, năng suất, chất lượng sản phẩm cây trồng.

Theo yêu cầu dinh dưỡng của thực vật, có 14 chất khoáng là dinh dưỡng thiết yếu cần cung cấp, được chia thành 3 nhóm nhu cầu:

• Đa lượng: N, P, K

• Trung lượng: Ca, Mg, S, Si

• Vi lượng: Fe, Mn, Cu, Zn, Bo, Mo, Cl

Môi trường mất cân đối hàm lượng các chất khoáng có thể dẫn đến gây rối loạn quá trình trao đổi chất làm sinh vật mắc bệnh và làm ảnh hưởng xấu năng suất, phẩm chất cây trồng

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

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

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

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

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

• Thích nghi di truyền xuất hiện trong quá trình phát triển cá thể, không phụ thuộc vào sự có mặt hay vắng mặt của các trạng thái môi trường, được xây dựng và củng cố bởi các yếu tố di truyền

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

xã sinh vật

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

Nguyên nhân xảy ra diễn thế sinh thái:

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

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

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

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

• Những thay đổi về đa dạng loài

• Tăng tỷ lệ chết trong quần thể…

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

1.1.4 Phân nhóm sinh vật chỉ thị

Dựa vào tác dụng của sinh vật chỉ thị:

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

• Công cụ thăm dò là những loài SVCT thích nghi đối với môi trường nhất định, sự xuất hiện của chúng có thể dung để đo phản ứng và thích nghi đối với sự thay đổi của môi trường

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

mô của chúng

• Công cụ tích lũy SH: các loài SVCT có khả năng tích lũy các hóa chất trong mô của chúng

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

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

• SVCT- dấu hiệu về sinh lý, sinh hóa, tập tính, tổ chức tế bào của cá thể SVCT

• Quần thể SVCT- cấu trúc quần thể các loài chỉ thị

• Quần xã SVCT- một số nhóm SVCT nào đó (sinh vật nổi, sinh vật đáy).Nhờ tính chất của SVCT có thể sử dụng khả năng tích tụ các chất ô nhiễm trong

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

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

• Sinh vật đã được định loại rõ ràng

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

• Có phân bố rộng (phân bố toàn cầu)

• Có nhiều tài liệu về sinh thái cá thể

• Có giá trị kinh tế hoặc là nguồn dịch bệnh

• Dễ tích tụ các chất ô nhiễm

• Dễ nuôi trồng trong phòng thí nghiệm

• Ít biến dị

1.2 Loài chỉ thị

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

Một số loài địa y là loài chỉ thị cho sự mẫn cảm với ô nhiễm SO2 Nhóm chỉ thị môi trường đất Secpentine có đặc điểm phát triển rời rạc và lùn Một số loài cây rừng không chống chịu được với sự xáo trộn của môi trường có thể làm các cây chỉ thị cho tuổi của rừng cây

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

1.3 Khái niệm mở rộng về sinh vật chỉ thị

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

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

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

1.3.3 Sinh vật thăm dò và cảnh báo

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

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

có mặt của các chất ô nhiễm trong môi trường

1.4 Dấu hiệu sinh học

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

Có 2 loại chính:

• Dấu hiệu sinh lý- sinh hóa

• Dấu hiệu sinh thái

1.4.1 Dấu hiệu sinh lý- sinh hóa

Dấu hiệu này dễ nhận biết

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

1.4.2 Dấu hiệu sinh thái

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

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

đa dạng sinh học, loài ưu thế

• Chỉ số thiếu hụt loài: được xác định trong trường hợp có số liệu khảo sát định kì về thành phần loài có mặt trong một khu sinh cư

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

và số cá thể vào giá trị chung, để đơn giản hóa sự phức tạp của cấu trúc quần xã sinh vật

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

1.5 Chỉ số sinh học

Chỉ số sinh học là chỉ số dựa trên ảnh hưởng của OONMT và tác động của sự phân hủy chất hữu cơ lên sinh vật để đo đạc các tinh chất của môi trường, đánh giá sinh thái môi trường

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

Chỉ số sinh học được sử dụng đa dạng theo vùng địa lý: thang tính điểm của tổ chức nghiên cứu quan trắc sinh học được biến đổi để sử dụng ở nhiều nước

Các chỉ số sinh học được sử dụng khá đa dạng ở Anh và được sử dụng cho nhiều nước

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

• Số lượng loài hoặc độ phong phú loài

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

• Tính đồng nhất phân bố các cá thể giữa các loài khác nhau (tính đồng đều)

Hiện có một số phương pháp thông dụng tính chỉ số đa dạng là: Shannon- Weiner (H’), Simpson (D), Malgalef (DMg)

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

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

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

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

1.8.2 Đối với động vật

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

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

• Sinh trưởng không đối xứng và những thay đổi hình thái không do bệnh lý

• Sự xuất hiện các đặc tính bệnh lý: lở loét, bướu u, viêm tấy…

II, VAI TRÒ CỦA CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG

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

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

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

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

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

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

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

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

Hiện nay vấn đề ô nhiễm KLN và các hóa chất nguy hại khác đối với môi

trường đất, nước đang phổ biến

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

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

III, GIÁM SÁT VÀ QUAN TRẮC SINH HỌC MÔI TRƯỜNG

3.1 Khái niệm về giám sát và quan trắc sinh học

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

Quan trắc sinh gọc là việc giám sát sinh học với mục đích đặc trưng để đảm bảo tuân thủ những giới hạn các chất gây ô nhiễm trong môi trường theo bộ tiêu chuẩn

đã được luật pháp quy định

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

rõ hai khái niệm này

3.2 Ý nghĩa của quan trắc sinh học

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

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

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

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

Do các sinh vật chỉ thị của quần xã sinh vật có khả năng phản hồi với bất kỳ chất ô nhiễm nào có trong môi trường dù ở mất rất thấp nên sự thay đổi được phát hiện (SVCT) đều có thể là dấu hiệu báo trước cho việc lấy mẫu phân tích hóa học đạt kết quả tốt

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

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

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

3.3 Các phương pháp quan trắc sinh học

Trong thực tế có thể sử dụng nhiều phương pháp quan trắc sinh học môi trường Trong mỗi phương pháp có sự khác nhau về: loại giám sát, sinh vật chính được sử dụng, loại chất ô nhiễm chính được đánh giá, ưu điểm và nhược điểm

Các phương pháp quan trắc sinh học gồm:

Loại

giám sát

Sinh vật chính được

sử dụng

Những chất

ÔN chính được đánh giá

Chất thải hữu cơ, chất thải nuy hại, giàu dinh dưỡng…

Dễ sử dụng giá thành rẻ, không có yêu cầu cao về thiết

bị và kiến thức chuyên môn

Đòi hỏi kiến thức của một số chuyên gia nhất định, sử dụng được cục bộ không đăc trưngCác chỉ

thị SH

ĐV không xương sống cỡ lớn,

TV lớn, tảo, địa y

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

Dễ sử dụng giá thành rẻ, không đòi hỏi thiết bị chuyên dụng

Cần kiến thức của một số

chuyên gia, sử dụng cục bộ, không đặc trưngPhương

pháp VSV

Vi khuẩn Vật liệu

phân và hữu cơ

Giá thành tương đối thấp, trực tiếp liên quan đến sức khỏe của con người

Cần thiết bị

và kiến thức chuyên gia

Sinh

vật tích tụ

TV lớn,

ĐV không xương sống,

ĐV có xương sống

Chất thải nguy hại, chất phóng xạ

Chỉ thị có liên quan đến sức khỏe con người

Tốn thời gian, đắt đòi hỏi thiết bị

và nguồn lực được đào tạo

ĐV có xương sông nhỏ

Chất hữu cơ, các khí độc, chất thải độc hại

Kết quả nhanh, giá thành tương đối thấp,

có khả năng nghiên cứu đa dạng

Cần có các nghiên cứu quan trắc tiếp theo trong thực tế

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

Đầu tiên cần dựa vào tiêu chuẩn SVCT để lựa chọn cho phù hợp với những

trường hợp cụ thể Để lựa chọn sinh vật, trước hết cần xác định sinh vật ấy chỉ thị môi trường như thế nào Có một số khuyến cáo cụ thể như sau:

 Đối với nước ngọt:

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

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

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

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

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

 Đối với vùng nước mặn:

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

 Để đánh giá ô nhiễm do phân bắc:

Có 3 nhóm vi sinh vật chỉ thị:

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

• Nhóm Streptococci đặc trưng là: Streptococcus faecalis

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

perfringents

Hình ảnh Streptococcus faecalis và E.coli

Sự có mặt các vi sinh vật này chỉ tình trạng nước bị ô nhiễm phân, có nghĩa là

có thể có vi trùng gây bệnh và ngược lại

Trong 3 nhóm vi sinh vật chỉ thị trên, nhóm Coliform thường được phân tích vì: chúng là nhóm vi sinh vật quan trọng nhất trong việc đánh giá vi sinh nguồn nước

và có đầy đủ các tiêu chuẩn của loài vi sinh chỉ thị lý tưởng

Để đánh giá mức độ ô nhiễm nước do chất thải sinh hoạt, ngoài các thông số hóa –

lý cần thiết phải quan trắc các vi sinh vật chỉ thị: feacal coliform, tổng số Coliform

và các sinh vật gây bệnh khác

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

Động vật đáy không xương sống ( ốc, hến, tôm, cua, ấu trùng, côn trùng ) : tương đối cố định tại đáy sông, hồ chịu ảnh hưởng của sự thay đổi liên tục chất lượng nước và chế độ thủy văn trong ngày Thời gian phát triển khá lâu, dễ thu mẫu, dễ phân loài Động vật đáy không xương sống có thể chỉ thị cho ô nhiễm hữu

cơ, phú dưỡng, ô nhiễm do hóa chất độc KLN, hóa chất BVTV, hydrate dị vòng ; ô nhiễm do dầu mỡ Đối với môi trường không khí thường lựa chọn các loại địa y, rêu

và các thực vật hoang dã để quan trắc sinh học Đối với môi trường đất thường sử dụng các loài thực vật tích tụ để quan trắc sinh học

Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI

TRƯỜNG

I, CÁC PHƯƠNG PHÁP GIÁM SÁT SINH HỌC

1.1 Nhóm phương pháp loài đơn lẻ

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

a, Sử dụng loài chỉ thị:

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

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

b, Sử dụng sinh vật nhạy cảm:

Đánh giá tác động của chất gây ô nhiễm qua ảnh hưởng của chúng tới: mật độ,

sự phát triển và đặc điểm sinh lý của các sinh vật nhạy cảm

Có khả năng phát hiện ảnh hưởng của các chất gây ô nhiễm ở những nồng độ khác nhau( có hại đối với sinh vật)

Có thể áp dụng trong những nghiên cứu liên quan đến những biểu hiện khác thường về hình thái sinh vật- khi những chất gây ô nhiễm đã phá vỡ sự phát triển bình thường của sinh vật( vỏ của ấu trùng liên quan đến khả năng chống chịu với những hóa chất)

1.2 Phương pháp đa loài

Sử dụng những phản ứng của nhiều loài sinh vật (quần thể, quần xã) thông qua: các chỉ số sinh học, chỉ số đa dạng Thường sử dụng trong quan trắc môi trường nước

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

Được thực hiện theo 4 hình thức:

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

• Liệt kê: ghi nhận tổng số các cá thể không cần nhận dạng, các cá thể

bị tác động môi trường (số lượng có thể tăng hoặc giảm)

• Đo đếm các nhóm sinh vật theo chức năng dinh dưỡng: nhằm xác định tỷ lệ giữa số lượng đơn vị trong nhóm dinh dưỡng đặc biệt nhờ

đó có thể làm rõ những nhóm chống chịu với những dạng tác động nào đó (từ môi trường) tốt hơn

• Các chỉ số kết hợp: kết hợp các chỉ số có được từ những phép đo trên

để tăng độ tin cậy cho kết quả nghiên cứu (so với khi áp dụng một phép đô riêng rẽ nào đó)

II Phương pháp sử dụng chỉ thị sinh học trong nghiên cứu ô nhiễm môi trường

2.1 Sử dụng chỉ số sinh học

2.1.1 Sử dụng chỉ số sinh học trong giám sát môi trường

Shannen - Weiner sử dụng chỉ số đa dạng H’ và Margaleft sử dụng chỉ số đa dạng (D) để đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ nguồn nước

Việc tính toán và xếp hạng chất lượng nước theo chỉ số đa dạng sinh học thể hiện ở bảng:

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

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

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

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

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

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

2.1.2 Sử dụng chỉ số sinh học trong quan trắc môi trường

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

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

Các chỉ số sinh học khác được phát triển, để quan trắc các tác động chất hữu cơ trong nước chảy phổ biến nhất Chỉ số TRENT, điểm số CHANDLER (CBS)

Nhiều nước sử dụng rộng rãi điểm số BMWP của nhóm động vật đáy cỡ lớn để quan trắc môi trường nước (dựa vào xác định số loại và phân bố của động vật đáy không xương sống để phân loại mức độ ô nhiễm nước)

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

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

Không ít sinhvật có thể tích tụ các chất gây ô nhiễm trong các mô của chúng qua quá trình tích lũy sinh học

Đặc điểm của các sinh vật tích tụ:

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

• Sự tích lũy này có thể diễn ra trong suốt vòng đời của sinh vật mà không

có tác động phụ xuất hiện

• Hàm lượng tích luỹ trong mô của sinh vật tích tụ có thể gấp 103 – 106 lần

so với trong môi trường “khuếch đại sinh học”

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

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

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

lý các đất bị ô nhiễm kim loại nặng (chịu được hàm lượng kim loại nặng cao hơn

10 – 100 lần so với các cây trồng nông nghiệp bình thường khác)

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

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

Cho đến 2002 đã phát hiện 420 loài có khả năng tích tụ kim loại nặng cao, trong đó: một số là nguồn thực phẩm, nhiều thực vật lớn và nhuyễn thể, cá (môi trường nước), địa y, rêu và thực vật có mạch (môi trường đất, không khí), rêu được

sử dụng rộng rãi trong quan trắc các kim loại nặng

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

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

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

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

2.3 Phép thử sinh học

Sử dụng sinh vật ở những điều kiện thí nghiệm (có đối chứng) để nghiên cứu, đánh giá môi trường

Nhiều phép thử sinh học đã được phát triển để sử dụng trong phòng thí nghiệm hoặc ngoài hiện trường

Khả năng sử dụng các phép thử sinh học trong nghiên cứu vấn đề môi trường

• Xác định các tác động ngắn hạn của liều lượng lớn chất ô nhiễm (cấp tính) đến cá thể, quần thể và quần xã

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

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

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

• Mô hình tác động và cách xâm nhập của các chất gây ô nhiễm vào các hệ sinh thái

• Nghiên cứu các biện pháp xử lý và chống ô nhiễm

Tiêu chuẩn lựa chọn sinh vật trong thí nghiệm sinh học

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

• Cần phải có các tiêu chuẩn khác: Ở trạng thái khỏe mạnh, không dễ bị nhiễm bệnh và ký sinh; mẫn cảm và bền vững trong phản hồi với các chất gây ô nhiễm

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

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

Sinh vật khác nhau thì chỉ tiêu khác nhau:

VD:

- vsv: BOD,…

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

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

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

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

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

2.5 Phương pháp so sánh

Hiện nay phát triển phương pháp so sánh chỉ thị sinh học môi trường đối với các hệ thống nuớc ngọt Trong đó xác định kiểu sinh thái đặc trưng và sử dụng các phương pháp đặc chọn lọc nhằm so sánh những thủy vực cùng kiểu nhưng không bị tác động

Kết quả biểu thị ra tính tương đồng theo % của các điểm nghiên cứu, điểm số

%>90% chứng tỏ điểm đó không bị ô nhiễm

2.6 Sử dụng vi sinh vật

VSV là hợp phần quan trọng của các hệ sinh thái mà tính đa dạng và độ phong phú của chúng bị chi phối bởi những thay đổi của các yếu tố môi trường và có thể trở thành chỉ thị cho những kiểu ô nhiễm nhất định

Sự có mặt của quần xã nấm nước thải là chỉ thị ô nhiễm mức độ cao Sự có mặt của các vi khuẩn sống trong ruột người và động vật là chỉ thị cho ô nhiễm nước thải sinh hoạt

Sử dụng thủy tinh, cốc nhựa khử trùng khi lấy mẫu phân tích

2.7 Sử dụng các loài đặc hữu, quý hiếm

Các loài đặc hữu là các loài phân bố hẹp, thích ứng với môi trường sinh thái nhất định Khi các yếu tố môi trường bị xâm hại thì quần thể các loài đặc hữu bị suy giảm số lượng cá thể hoặc không còn hiện diện ở đó- là cơ sở cho việc đánh giá hiện trang và bảo vệ môi trường

2.8 Phương pháp diễn thế

Sự phát triển của các quần xã sinh vật theo thứ bậc liên quan đến những biến đổi cấu trúc loài, các quá trình tiến triển quần xã sinh vật theo thời gian và hướng nhất định( Tính kế tiếp của các quần xã có sự thay thế cho nhau trong từng vùng) gọi là diễn thế

Diễn thế xảy ra do môi trường vật lý thay đổi dưới sự tác động của quần xã và có thể dự đoán được

Phương pháp dự báo diễn thế sinh thái:

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

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

CHƯƠNG 3: CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC

I, ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƯỜNG NƯỚC

1.1 Đặc điểm chung

Là chất phổ biến, duy nhất gặp với khối lượng lớn ở 3 trạng thái rắn, lỏng và khí Nước là chất chủ yếu của hệ sinh thái, nhu cầu quan trọng của sự sống, các hoạt động kinh tế

Nước gồm: Nước khí quyển, Nước mặt, Nước dưới đất, Nước biển và nước đại dương

1.2 Đặc điểm vật lý của nước tự nhiên

• Nhiệt độ: biến động theo địa lý, mùa trong năm, thời tiết, ngày đêm; nhiệt độ

có ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng, sinh sản và di cư của các loài sinh vật sống trong nước

• Độ trong, đục: do phù sa, chất lơ lửng, chất hòa tan và thủy sinh vật; ảnh hưởng đến sự phát triển của các loài thực vật trong nước

• Màu: phù sa( đỏ gạch), chất hòa tan( vàng cam- sắt), chất lơ lửng( trắng đục- bùn, nâu đen- chất hữu cơ), thủy sinh vật( xanh nhạt- tảo lục, xanh đậm- tảo lam, vàng nâu- tảo silic)

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

• Vị: mặn( NaCl), Ngọt( CO2), Đắng chát( Mg2+), Chua( Fe, Al)

• pH: tính chất đất, phân hủy hữu cơ, hô hấp của thủy sinh vật, quang hợp của thực vật

1.3 Đặc điểm hóa học của nước tự nhiên

• Các nguyên tố hóa học( dạng ion) nồng độ ppm: Cl-, Na+, SO4-2, Mg2+, Ca2+, K+, HCO3-, Br-, Sr2+ Các nguyên tố nồng độ ppb: B, Si, F, N, P,

Mo, Zn, Fe, Cu, Mn, Ni, Al Trong nước biển thường chứa các chất này cao hơn nước sông hồ.

• Oxy hòa tan( DO): hình thành do không khí, quang hợp của thủy sinh vật, rất cần thiết cho các hoạt động sống của sinh vật trong nước, biến động theo: mùa, thời tiết, ngày đêm, độ sâu, nhiệt độ và độ mặn

• CO2 hòa tan: do hô hấp của thủy sinh vật và phân hủy chất hữu cơ, rất cần thiết cho sự quang hợp tạo chất hữu cơ của thủy vực nhưng nồng độ >10mg/l

• NH4+: thức ăn tự nhiên, nếu nhiều sẽ làm thực vật phù du phát triển quá mức

• NO2: nitrit hóa, phản nitrat hóa, rất độc với tôm cá

• NO3-: dinh dưỡng dễ tiêu của thực vật, thức ăn cho tôm của thủy vực, nếu nồng độ quá cao sẽ làm tảo phát triển quá mức

• P( H2PO4-, HPO4-2 và PO4-3) dinh dưỡng của thực vật bậc cao, nguyên sinh động vật và vi sinh vật

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

• BOD: Lượng oxy cần cho quá trình hô hấp của thủy sinh vật( trong điều kiện nhất định), xác định ở 20 độ C trong 3(BOD3) đến 5 ngày(BOD5) Nước có mật độ sinh vật cao thì BOD càng cao, dung để đánh giá mức độ giàu dinh dưỡng hay nhiễm bẩn của thủy vực

• COD: Lượng oxy tiêu tốn cho sự phân hủy hữu cơ theo phản ứng: (CHO)n + O2 -> H2O + Q Môi trường càng nhiều chất hữu cơ thì COD càng cao COD dung để đánh giá mức độ dinh dưỡng của nước

1.4 Các chất gây ô nhiễm nguồn nước

• Theo nguồn gốc: tự nhiên( mưa, tuyết, gió, bão) và nhân tạo( xả thải nước sinh hoạt, nước công nghiệp…vào môi trương nước)

• Theo bản chất: vô cơ, hữu cơ, KLN, chất dinh dưỡng, sinh vật, tác nhân vật lý(nhiệt độ, tia bức xạ,…)

II HỆ THỐNG SVCT ĐÁNH GIÁ Ô NHIỂM HỮU CƠ NGUỒN NƯỚC

2.1 Đặc điểm hệ thống sinh vật nước

Một quần xã sinh vật nước bao gồm các nhóm sinh vật: Sản xuất- tạo ra chất

hữu cơ; Tiêu thụ- sử dụng các chất hữu cơ làm thức ăn; Phân hủy- phân hủy các chất hữu cơ Quần xã sinh vật có thể thay đổi khi điều kiên môi trường sống thay đổi, do mối quan hệ tương tác mà chỉ 1 sự thay đổi trong những điều kiện môi

trường tạo ra 1 hoặc nhiều sự thay đổi trong quần thể

Môi trường tại 1 điểm nhất định phần lớn các cá thể có thể cư trú tại điểm đó,

và những sinh vật ở đó sẽ là những SVCT cho những thay đổi môi trường

2.2 Chất lượng nước liên quan đến hệ hoại sinh

 Khái niệm về ô nhiễm hữu cơ nguồn nước và hệ hoại sinh

Nếu nước thải không qua xử lý được xả vào nguồn nước, có thể làm cho nguồn nước dần dần bị ô nhiễm Do trong nước thải thường giàu các chất hữu cơ, chúng sẽ làm thay đổi điều kiện môi trường tạo ra sự diễn thế các quần xã của thủy vực

(nước chảy) tùy thuộc vào khoảng cách đến nguồn xả

Các quần xã sinh vật của thủy vực bị ảnh hưởng bởi nước thải có đăc điểm chung là hệ thống các sinh vật sống phụ thuộc vào mức độ phân hủy của các chất hữu cơ hay gọi là hệ hoại sinh

 Chất lượng nước liên quan đến hệ hoại sinh

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

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

Chúng chỉ sử dụng chất hữu cơ (có mức độ phân hủy khác nhau) làm thức ăn tạo ra hiện tượng tự làm sạch nước hay tự làm sạch sinh học

Để phân chia các đoạn sông nơi bị tiếp nhận các chất thải hữu cơ, đã có những

ý kiến khác nhau về cách gọi và định ranh giới nhưng chúng giống nhau về nguyên tắc

Thường chia đoạn sông bị ảnh hưởng của nước thải thành các phụ vùng sau:

• Nước sạch(chưa ô nhiễm): liên quan tới các sinh vật hoại sinh yếu, vùng nuớc phía trước dòng thải xâm nhập

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

• Nước phân hủy mạnh: các sinh vật hoại sinh trung bình α, nơi quá trình khử còn chiếm ưu thế

• Nước phục hồi: các sinh vật hoại sinh trung bình β, nơi quá trình khử từ

từ chấm dứt, chuyển qua quá trình oxy hóa

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

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

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

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

2.3.1 Phụ vùng nước sạch - hoại sinh yếu

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

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

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

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

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

ô nhiễm mạnh làm nhiều loài sinh vật (đặc biệt là các sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ) có thể bị chết ngạt hoặc bị che lấp bởi các chất lơ lửng Số lượng cá thể của nhiều loài sinh vật hoại sinh mạnh có xu hướng tăng mạnh và chiếm ưu thế hoàn toàn do thích ứng với ô nhiễm

Hình ảnh Zoogloea ramigera chỉ thị cho nước ô nhiễm rất nặng

Các sinh vật bị chết cung cấp thêm thức ăn làm vi sinh vật hoại sinh phát triển mạnh và làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước

2.3.3 Vùng phân hủy mạnh - hoại sinh trung bình α

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

Có khoảng cách là 12 – 48 dặm xuôi theo dòng sông và thời gian là 1 – 4 ngày tính

từ nơi và thời điểm dòng sông bắt đầu bị dòng thải bẩn đổ vào Vùng này quá trình khử vẫn chiếm ưu thế Sự thiếu oxy hòa tan làm hầu hết các động vật và thực vật cỡ lớn và nhiều vi sinh vật hảo khí chết và lại bổ sung thêm khối lượng lớn xác hữu cơ.Các loài sinh vật hoại sinh (lớn, nhỏ) kỵ khí chiếm ưu thế Các sinh vật kỵ khí tiếp tục sử dụng thức ăn hữu cơ cho đến hết làm cho số lượng các loài hoại sinh mạnh trong môi trường còn ở mức tối thiểu nhưng số lượng của sinh vật hoại sinh

kỵ khí đạt mức cực đại

Hình ảnh Chilomonas paramaecium chỉ thị cho nước bị ô nhiễm cao

2.3.4 Phụ vùng phục hồi - hoại sinh trung bình β

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

Khoảng cách từ 48 – 96 dặm xuôi theo dòng sông, thời gian là 4-8 ngày tính từ nơi và thời điểm dòng sông bắt đầu bị nước thải bẩn đổ vào

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

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

Động vật: bắt đầu phát trển mạnh hơn do có tương đối đủ oxy để hô hấp và có nhiều tảo để ăn nên số lượng tăng nhanh

Cuối cùng dòng sông có thể bước vào một thời kỳ có hệ sinh vật phong phú (sinh vật sản xuất) cho đến khi dự trữ năng lượng hết hoặc thức ăn dễ tiêu hết

2.3.5 Phụ vùng nước sạch hơn

Vùng có tên gọi thống nhất, chỉ có quá trình oxy hóa và sinh vật hoại sinh yếu.Khoảng cách lớn hơn 100 dặm xuôi theo dòng sông, thời gian sau 9 ngày tính

từ nơi và thời điểm dòng sông bắt đầu bị nước thải bẩn đổ vào

Những đặc điểm (vật lý, hóa học) của nước sạch được xác lập, làm cho tảo (sinh vật sản xuất), chuyển về trạng thái nước sạch (ở mức ít hơn về số lượng)

Hệ động thực vật nước lập lại thế cân bằng

Các tính chất chung: giống với nước sạch đầu nguồn ngoại trừ các loại bản địa (thích ứng với dòng chảy) lớn hơn.

2.3.6 Một số đặc điểm chung của đoạn dòng sông bị ô nhiễm hữu cơ do nguồn xả

Ở đoạn sông bị ô nhiễm hữu cơ do nguồn xả có một số đặc điểm thể hiện tính tự làm sạch như sau:

 Về đặc điểm hóa, lý học

Nhu cầu oxy sinh học – BOD đạt max ở thời điểm dòng nước (bẩn) xả vào, rồi

có xu hướng giảm dần và đạt min ở phụ vùng nước sạch hơn

Nồng độ O2 trong nước giảm rất mạnh khi nước thải xâm nhập vào dòng sông rồi tăng dần và đạt max ở nơi nước sạch hơn

Chất rắn lơ lửng (SS) có nhiều nhất khi nước thải xâm nhập vào dòng sông rồi giảm dần và đạt min ở nơi nước sạch hơn

Chất rắn hòa tan (DS) có nhiều nhất khi nước thải xâm nhập vào dòng sông rồi giảm dần và đạt min nơi nước sạch hơn

Các chất dinh dưỡng khoáng dễ tiêu có xu hướng tăng dần và đạt max ở cuối vùng thoái hóa (đối với NH4+ và P), còn (NO3)- đạt muộn hơn ở vùng phân hủy mạnh sau đó điều giảm

2.4 Chỉ thị sinh học ô nhiễm hữu cơ môi trường nước

2.4.1 Chỉ thị sinh học ô nhiễm hữu cơ môi trường nước theo hệ hoại sinh

a, Hệ hoại sinh – chỉ thị sinh học môi trường nước đầu tiên