Ảnh hưởng của chất lượng nước tới độ đa dạng tảo cát và ứng dụng trong xây dựng chỉ thị sinh học đánh giá chất lượng nước dùng trong nông nghiệp

Ảnh hưởng của chất lượng nước tới độ đa dạng tảo cát và ứng dụng trong xây dựng chỉ thị sinh học đánh giá chất lượng nước dùng trong nông nghiệp

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Nước ta có khoảng 70% dân số sống chủ yếu bằng nghề nông, do đó đểđảm bảo sản xuất hàng năm thu được giá trị cao người dân đã áp dụng nhiềubiện pháp để tăng sản lượng và tăng vụ, tuy các biện pháp này mang lại hiệuquả kinh tế đáng kể nhưng lại gây ra những ảnh hưởng tiêu cực tới chất lượngmôi trường và trực tiếp ảnh hưởng tới sức khoẻ của người dân Trong các vấn

đề môi trường phát sinh đáng quan tâm hơn cả là ô nhiễm, suy giảm chấtlượng nước phục vụ cho sản xuất nông nghiệp Ô nhiễm nước dùng trongnông nghiệp được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm do tính chất tuần hoàn, khảnăng lan toả nhanh và rộng của nước, và trong điều kiện cụ thể của nước ta thìcác nguồn gây ô nhiễm nước nông nghiệp vẫn còn phức tạp, khó kiểm soát

Vì vậy cần có biện pháp để kiểm tra đánh giá chất lượng nước một cách thíchhợp và hiệu quả nhất

Để đánh giá chất lượng nước có thể thông qua việc đo đạc, phân tíchcác thông số lý hoá, phương pháp này có tính chính xác cao tuy nhiên nhượcđiểm của nó chính là các kết quả thu được chỉ phản ánh tính chất tại thời điểmlấy mẫu không cho biết diễn biến nồng độ và ảnh hưởng của chất ô nhiễmtrong những khoảng thời gian khác nhau Do đó để khắc phục những nhượcđiểm của phương pháp trên nhiều nhà nghiên cứu đã ứng dụng phương phápsinh học, sử dụng sinh vật chỉ thị để đánh giá tình trạng ô nhiễm môi trườngnước

Theo các tài liệu nước ngoài cho thấy, có nhiều tác giả đã dùng cácnhóm sinh vật khác nhau để đánh giá chất lượng môi trường nước của thuỷvực: Liebmen (1942) đã nhấn mạnh tới các vi sinh vật dùng để chỉ thị cho ônhiễm hữu cơ, Kablet (1957) coi nhóm Coli như vật chỉ thị ô nhiễm đặc biệtđánh giá theo yêu cầu vệ sinh chất lượng nước uống, hay Lackev (1957) đãchỉ ra ảnh hưởng của nước thải thải trực tiếp vào suối tới môi trường sinh thái

suối như làm giảm lượng oxy hoà tan và loại trừ hầu hết các sinh vật, trừtrùng tiêm mao kị khí và trùng roi không màu.

Tại Việt Nam, việc nghiên cứu và ứng dụng sinh vật làm chỉ thị môitrường đang được sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học Một số nghiên cứu

đã cho thấy: sự biến đổi cấu trúc về thành phần loài và số lượng của động vậtkhông xương sống thể hiện độ nhiễm bẩn của thuỷ vực (Nguyễn Xuân Quýnh,

1995 Lê Thu Hà, 2001), kết quả nghiên cứu về đặc tính sinh học của loài

Daphnia carinata và Scapholeberis elisabethae (giáp xác phù du) cũng là

những dẫn liệu khoa học cần thiết để sử dụng làm sinh vật chỉ thị cho nước bịnhiễm bẩn (Nguyễn Xuân Quýnh, 1995)

Ngoài các động vật không xương sống, động vật phù du cũng đượcnghiên cứu và sử dụng làm sinh vật chỉ thị, các loài tảo với vai trò và ý nghĩaquan trọng trong hệ sinh thái tự nhiên cũng đã được ứng dụng rất thành công

để đánh giá chất lượng nước như tảo lam, tảo lục, tảo mắt… Theo tác giảPatrick (1963) cho biết tảo cát cũng có thể dùng để xác định sự nhiễm bẩn củanguồn nước vì chúng nhạy cảm với tính chất lý hoá học của nước, có khảnăng chống chịu với sự thay đổi của môi trường, và giới hạn sinh thái đadạng… do vậy đây cũng có thể là một sinh vật chỉ thị cho chất lượng môitrường nước

Chính vì những lý do trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Ảnh hưởng

của chất lượng nước tới độ đa dạng tảo cát và ứng dụng trong xây dựng chỉ thị sinh học đánh giá chất lượng nước dùng trong nông nghiệp”.

2 Mục đích và yêu cầu của nghiên cứu:

2.1 Mục đích của nghiên cứu:

 Đánh giá diễn biến chất lượng nước của khu vực nghiên cứu thông quacác thông số lý hoá

 Xác định tính đa dạng của tảo cát trong thủy vực thông qua mật độ,thành phần loài và chỉ số đa dạng

 Đánh giá mối quan hệ giữa độ đa dạng của tảo cát và diễn biến chấtlượng nước để bước đầu xây dựng tảo cát làm chỉ thị sinh học đánh giáchất lượng nước

2.2 Yêu cầu của nghiên cứu:

 Đánh giá biến động chất lượng nước của mương và hồ thông qua cácthông số thuỷ lý hoá

 Xác định độ đa dạng của tảo cát theo thời gian thông qua mật độ vàthành phần loài tại các điểm nghiên cứu

 Xác định được độ đa dạng của các loài và mức độ phân bố của các loàitảo cát theo sự thay đổi của các thông số thuỷ lý hoá để bước đầu xâydựng chỉ thị sinh học cho chất lượng nước mặt bằng tảo cát

Xu hướng chung hiện nay của chất lượng nước tại các dòng sông đều làtăng dần sự ô nhiễm từ thượng lưu xuống hạ lưu, các nguy cơ gây ô nhiễmngày càng gia tăng cả về cường độ và số lượng, khiến chất lượng nước tạinhiều điểm không còn nằm trong tiêu chuẩn cho phép, không đáp ứng mụctiêu sản xuất nông nghiệp Có 3 nguyên nhân chính gây ảnh hưởng tới nguồnnước sử dụng trong nông nghiệp đó là: các hoạt động sản xuất nông nghiệp,các hoạt động công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp, do các hoạt động sinhhoạt khác của con người

Nguyên nhân đầu tiên gây suy giảm chất lượng nước xuất phát từ bảnthân các hoạt động sản xuất nông nghiệp Ngoài các cây lương thực truyền

thống, việc chú trọng phát triển các loại cây được cho là thế mạnh của từngvùng và tăng năng suất cây trồng khiến thuốc bảo vệ thực vật và phân bónđược sử dụng ngày càng nhiều Theo Cục Bảo vệ thực vật, ở nước ta, bìnhquân 1 ha gieo trồng sử dụng từ 80-90 kg phân vô cơ (cho lúa từ 100 -110 kg),trong đó phần lớn là phân đạm Tại Đồng bằng Sông Cửu Long, trong 1 vụ sửdụng hơn 2 triệu tấn phân bón các loại, và ước tính khoảng hơn 50000 tấnthuốc bảo vệ thực vật, sử dụng trung bình khoảng 5,3 lần thuốc trừ sâu trên 1

vụ lúa (cao nhất so với các nơi khác tại Châu Á) [10] Tại lưu vực sông Cầu,lượng thuốc bảo vệ thực vật sử dụng trung bình là 3kg/ha/năm, trong đó thuốctrừ sâu chiếm tỉ lệ lớn nhất (68,3%) (hình 1) Hiện tại các vùng sản xuất nôngnghiệp trong lưu vực đều dung rộng rãi các loại phân hoá học khoảng 500000tấn/năm, lượng dư thừa đổ vào lưu vực khoảng 33% [ 4]

Thuốc trừ sâu 68,3%

Các loại khác 5%

Thuốc trừ bệnh 15,5%

Thuốc trừ cỏ 11,7%

Hình 1: Tỉ lệ các loại hoá chất dùng trong nông nghiệp tại lưu vực sông Cầu

(Nguồn: Báo cáo hiện trạng môi trường Việt Nam 2005)

Theo tính toán, có tới 50% lượng thuốc trừ sâu được sử dụng rơi xuống

và tích luỹ trong môi trường đất Đây là một nguồn gây ô nhiễm nguy hiểm dokhả năng tồn dư lâu dài, ảnh hưởng tới cả chất lượng nước ngầm và nước mặt.Kết quả quan trắc về dư lượng hoá chất bảo vệ thực vật của Sở Tài nguyên &Môi trường Vĩnh Long từ năm 2001-2006 cho thấy: Mỗi năm phân tích 10- 16mẫu nước tại các sông, rạch vùng trồng lúa xã Trung Chánh (Vũng Liêm),Thuận An, Mỹ Thuận (Bình Minh) và vùng trồng rau xã Tân Quới, Thành Lợi

(Bình Minh) đã có sự hiện diện của hoá chất gốc Clo hữu cơ và một số hóachất độc hại khác vượt mức cho phép

Các hoạt động chăn nuôi gia súc gia cầm kể cả quy mô công nghiệp hay

hộ gia đình cũng là nguồn gây ô nhiễm nguồn nước mặt, theo điều tra củaTrung tâm Công nghệ và Xử lý môi trường (Bộ Nông nghiệp và Phát triểnnông thôn) hiện nước ta có tổng đàn gia súc trên 36 triệu con, gia cầm hơn

200 triệu con, bình quân mỗi năm thải 75 đến 85 triệu tấn phân, phần lớntrong số đó không được xử lý mà thải ra các hồ ao sông kênh mương cốngrãnh…[ 38] Các chất hữu cơ dư thừa trong nước làm tăng hàm lượng BOD,tăng vi khuẩn gây bệnh, tăng số lượng tảo và sinh vật hoại sinh, gây hiệntượng phú dưỡng, nước bị đục, thiếu oxi là điều kiện không thuận lợi cho cácloài cá và sinh vật ưa nước sạch phát triển, gây mất thẩm mỹ cảnh quan vàlàm tổn hại về mặt kinh tế

Việc sử dụng mặt nước ven biển và nội địa phục vụ cho nuôi trồng thuỷsản chưa được quy hoạch và chưa mang tính bền vững nên ngành thuỷ sảnhiên nay đang phải đối mặt với hàng loạt các vấn đề có liên quan như quyhoạch vùng nuôi, chất lượng con giống và sản phẩm thuỷ sản, giá cả, thịtrường tiêu thụ và nhất là vấn đề ô nhiễm môi trường Theo thống kê của BộThuỷ sản, tổng diện tích mặt nước sử dụng cho nuôi trồng thuỷ sản đến năm

2001 của cả nước là 751.999 ha Do nuôi trồng thuỷ sản ồ ạt, thiếu quy hoạch,không tuân theo quy trình kỹ thuật sử dụng nhiều và không đúng cách các loạihoá chất trong nuôi trồng thuỷ sản, thì các thức ăn dư lắng xuống đáy ao, hồ,lòng sông làm cho môi trường nước bị ô nhiễm các chất hữu cơ, làm phát triểnmột số loài sinh vật gây bệnh và xuất hiện một số tảo độc; thậm chí đã có dấuhiệu xuất hiện thuỷ triều đỏ ở một số vùng ven biển Việt Nam Ví dụ như nuôitrồng thuỷ sản tại ĐBSCL đang ngày càng phát triển nhưng không được quản

lý đúng cách, theo các thống kê cho thấy thức ăn chỉ được cá hấp thu khoảng17% còn lại 83% sẽ thải ra và hoà lẫn vào môi trường nước, trở thành chấthữu cơ phân huỷ, và như vậy với khoảng hơn 1triệu tấn thuỷ sản trong nămthì môi trường nước Đồng bằng Sông Cửu Long phải tiếp nhận ít nhất 3 triệu

tấn chất thải hữu cơ từ nuôi các da trơn [10] Một khảo sát tại các nơi xả nướccác ao nuôi cá ở Ô Môn và Thốt Nốt năm 2005 – 2006 cho thấy chỉ tiêu nồng

độ chất rắn lơ lửng SS cao vượt mức TCVN 5945 – 1995 về chất lượng nướcthải công nghiệp thải vào thuỷ vực cho mục đích nuôi trồng thuỷ sản:

Hình 2: Nồng độ chất rắn lơ lửng tại ao nuôi cá huyện Ô Môn, Thốt Nốt,

Điều đáng nói là các nguyên nhân từ phía hoạt động nông nghiệp ảnhhưởng lớn tới chất lượng nước của kênh mương gần khu sản xuất và cũngchính nước từ các nguồn này lại được sử dụng làm nước tưới hoặc nuôi trồngthủy sản, như vậy chất lượng nước tại các khu vực nhỏ như kênh mương làđối tượng rất đáng để quan tâm và xác định biện pháp quan trắc hay bảo vệ

Nguyên nhân tiếp theo gây ảnh hưởng đến chất lượng nước sử dụngtrong nông nghiệp chính là các nguồn thải sinh hoạt và công nghiệp chưađược xử lý đổ trực tiếp vào các con sông, sau đó nước lại tiếp tục được sử

dụng làm nước tưới cho cây, như vậy các tác nhân này gây ảnh hưởng cả tớichất lượng nông sản phẩm và sức khoẻ người dân.

Nhìn chung, đối với các nguồn thải sinh hoạt (với đặc tính giàu chấthữu cơ) ở một mức độ nhất định các chất dinh dưỡng dư thừa có tác dụng tốtđối với cây trồng và vật nuôi (sử dụng nước thải để nuôi cá) nhưng khi vượtquá giới hạn cho phép, các tác nhân này lại gây tình trạng phú dưỡng, đụcnước, thiếu oxi trong nước, ảnh hưởng xấu tới đời sống của các loài thuỷ sinhvật, giảm năng suất, sản lượng của cây trồng, vật nuôi

Tại lưu vực sông Cầu, sự gia tăng dân số, đô thị hoá nhanh khiến hạtầng kĩ thuật không phát triển tương ứng làm gia tăng vấn đề ô nhiễm do nướcthải sinh hoạt Các đô thị tại lưu vực sông Cầu có đặc điểm là nằm ngay cạnhsông nên nước thải không được xử lý mà thải trực tiếp ra sông

Bảng 1: Ước tính tải lượng các thông số ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt được

đưa vào môi trường nước lưu vực sông Cầu năm 2005:

Vĩnh Phúc Bắc

Ninh

Hải Dương Bắc Kạn

Thái Nguyên Bắc Giang COD (tấn/ngày) 83 - 199 71 – 101 122 – 174 21 – 30 79 – 112 112 – 161

BOD (tấn/ngày) 52 - 62 44 – 53 76 – 92 13 – 16 49 – 59 70 – 86

Tổng N

(tấn/ngày) 7 – 14 6 – 12 10 – 20 1,8 – 3,5 6,5 – 13 9,3 – 19Tổng P

(tấn/ngày) 0,46 – 4,6 0,4 – 4 0,7 – 7 0,2 – 1,2 0,4 – 4 0,6 – 6Coliform

(10 6 con/ngày)

1155 – 1155000

987 – 987000

1698 – 1698000

295 – 295000

1096 – 1096000

1564 – 1564000

SS (tấn/ngày) 196,3 –

254,1

167,8 – 217,3

288,7 – 373,6

50,2 – 64,9

186,2 – 240,1

265,9 – 344,1

(Tính toán theo phương pháp tính toán tải lượng ô nhiễm của WHO, 1993 - dựa theo dân

số ước tính năm 2005, Niên giám thống kê, 2005)

Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là chứa nhiều chất dinh dưỡng, hàmlượng BOD5 và hợp chất chứa Nitơ rất cao, nước thải có nhiều Coliform, các

vi khuẩn và mầm bệnh [4], là đối tượng quan trắc khó tính toán tải lượng

Cũng tương tự như lưu vực sông Cầu, lưu vực sông Đồng Nai cũng cómột hệ thống các đô thị với đặc điểm là không có hệ thốn xử lý nước thải tậptrung mà nhận trực tiếp nước thải từ các sông nhánh với tải lượng lớn, gây

nên ô nhiễm hữu sơ ( BOD5, COD), ô nhiễm do chất dinh dưỡng (Nitơ,Phospho) ô nhiễm dầu mỡ, chất hoạt động bề mặt và vi trùng gây bệnh (bảng2)

Bảng 2: Phân bố tải lượng ô nhiễm do nước thải đô thị trên lưu vực sông Đồng

Nguồn: Viện Môi trường và Tài nguyên, 2005

Hiện nay các khu công nghiệp, các làng nghề có xu hướng phân bố tạicác vùng ngoại thành nên tuy có sự thuận lợi trong hoạt động kinh tế nhưnglại gây bất lợi cho môi trường sinh thái, chất thải từ hoạt động sản xuất sẽ dễdàng đổ xuống nguồn nước.Các nguồn thải công nghiệp hay làng nghề có tínhchất đặc trưng của từng hoạt động sản xuất, thêm vào đó tổng lượng thải củacác nguồn này thường lớn và có tính tập trung tại một số khu vực, gây nên cácđiểm nóng, sự ô nhiễm không chỉ là nước mặt mà cả nước ngầm với mức độkhác nhau

Kết quả khảo sát đầu năm 2005 do viện Môi trường và Tài nguyên thựchiện cho thấy hoạt động của các khu công nghiệp (KCN) và khu chế xuất(KCX) tại vùng kinh tế trọng điểm phía Nam (VKTTĐPN) hàng ngày thảivào nguồn nước của hệ thống sông Đồng Nai tải lượng rất lớn (bảng 3) [9]

Bảng 3: Tổng hợp nguồn thải từ các khu công nghiệp và khu chế xuất tại

VKTTĐPN lưu vực sông Đồng Nai

Lưu vực

Số KCN KCX

Số nhà máy đang hoạt động

Lưu lượng nước thải (m 3 /ngày)

Tải lượng các chất ô nhiễm (kg/ngày)

N

Tổng P

Còn các làng nghề, tuỳ vào từng ngành nghề, tính chất và mức độ ônhiễm cũng có sự khác biệt Làng nghề chế biến nông sản thực phẩm có nhucầu sử dụng nước rất cao, nhưng lượng nước thải giàu chất hữu cơ, dễ phânhuỷ sinh học Chất lượng nước ngầm tại các giếng khoan ở nhiều làng nghềthủ công mỹ nghệ, chế biến thuỷ hải sản, dệt nhuộm… đều bị ô nhiễm vớihàm lượng các chất COD, BOD, NH4+ quá tiêu chuẩn cho phép Làng nghềchuyên dệt nhuộm khăn mặt xuất khẩu Phương La, Thái Phương, Hưng Hà,

theo số liệu điều tra trung bình mỗi năm sản xuất ra 6000 tấn sản phẩm thì đãphải dùng 1 lượng hoá chất như: nước javen 108 tấn, silicat 10 tấn, chất tẩy 2tấn, oxy già 1 tấn, than đốt hàng trăm tấn Quá trình sản xuất 1 tấn sản phẩm

đã thải ra 100 m3 nước thải mang theo các hoá chất kể trên và có mùi hôi thối,gây ô nhiễm nguồn nước sông suối, kênh mương và ao hồ Tại lưu vực sôngCầu, quan trắc chất lượng nước tại 3 cụm công nghiệp Phong Khê, Lỗ Sũng,Phú Lâm, các thông số COD, BOD đều vượt tiêu chuẩn cho phép Theo cáocáo hiện trạng MT Bắc Ninh 2005, tại các làng nghề, cũng cho các kết quảchất lượng nước vượt tiêu chuẩn chất hữu cơ (bảng 4) Công nghệ lạc hậucũng là nguyên nhân gây chất thải lớn và chứa chất độc hại [1]

Bảng.4: Kết quả quan trắc nước thải tại các làng nghề khu vực tỉnh Bắc Ninh tháng 3

Tổng P mg/l

Tổng N mg/l

Nguồn: Hiện trạng môi trường tỉnh Bắc Ninh, 2005

Kết quả đánh giá chất lượng nước sông Cầu dựa trên quan trắc tại 6điểm ở nguồn thải các làng nghề tơ tằm Tam Giang, làng nghề nấu rượu Tam

Đa, cống Vạn An, cảng Đáp Cầu, trạm bơm tiêu chuẩn Kim Chấn, trạm Bơmtiêu Hiền Lương cho thấy BOD, COD đều nằm trong tiêu chuẩn cho phép,hàm lượng hữu cơ cao hơn tập trung tại phía có nhiều dòng thải [4]

Như vậy có thể thấy hoạt động công nghiệp và làng nghề sản sinh ralượng lớn nước thải, nhiều độc tố, là nguy cơ gây suy giảm chất lượng nướctại các khu vực có khu công nghiệp và làng nghề.

Như vậy có thể thấy tình hình ô nhiễm nước trong sản xuất nông nghiệphiện nay đang có xu hướng tăng cùng với sự phát triển của các nghành chănnuôi, trồng trọt, thuỷ sản…Do đặc điểm của những nguồn thải này mà tínhchất của suy giảm, ô nhiễm nước dùng trong nông nghiệp thường là ô nhiễmhữu cơ, và vi sinh, xảy ra khi dư thừa các chất hữu cơ, gây hiện tượng phúdưỡng, tảo nở hoa…chúng ảnh hưởng tới không chỉ đời sống của các loàithuỷ sinh mà còn ảnh hưởng tới các hoạt động sản xuất khác và cả cảnh quanmôi trường cũng như sức khoẻ con người Qua các nghiên cứu đánh giá chấtlượng nước tại một số khu vực nông thôn Việt Nam có thể nhận thấy ảnhhưởng của nguồn thải tại khu vực thường có hiểu hiện rõ rệt thông qua cácthông số về dinh dưỡng, chất hữu cơ và điều kiện lý học như pH, Eh, DO củathủy vực do đó cần có những đánh giá, quan trắc định kì thường xuyên chấtlượng nước dùng trong nông nghiệp để hạn chế tác hại của chúng và đồngthời có chiến lược quản lý phù hợp và hiệu quả

II Sinh vật chỉ thị trong đánh giá chất lượng nước

II.1 Khái niệm sinh vật chỉ thị và ý nghĩa của quan trắc sinh học trong đánh giá chất lượng nước

Sinh vật chỉ thị là: “Những đối tượng sinh vật có yêu cầu nhất định vềđiều kiện sinh thái liên quan đến nhu cầu dinh dưỡng, hàm lượng oxi cũngnhư khả năng chống chịu (tolerance) một hàm lượng nhất định các yếu tố độchại trong môi trường sống và do đó sự hiện diện của chúng biểu thị một tìnhtrạng về điều kiện sinh thái của môi trường sống và do đó sự hiện diện củachúng biểu thị một tình trạng về điều kiện sinh thái của môi trường sống nằmtrong giới hạn nhu cầu và khả năng chống chịu của đối tượng sinh vật đó”.[22]

Một số tiêu chuẩn cơ bản để chọn sinh vật chỉ thị [22]

 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

Nhìn chung các phương pháp sử dụng chỉ thị sinh học trong nghiên cứu

ô nhiễm môi trường nước thường lợi dụng sự có mặt hoặc vắng mặt nhữngloài đơn lẻ nhất định hoặc những nhóm các đơn vị phân loại mẫn cảm và phảnứng với sự có mặt của chất ô nhiễm trong môi trường, những biến đổi về sinh

lý và hình thái được sử dụng để xác định các tác động và phân bố các chất ônhiễm trong vùng lấy mẫu Các phương pháp sử dụng chỉ thị sinh học đánhgiá chất lượng nước bao gồm: sử dụng chỉ số sinh học, sử dụng sinh vật tích

tụ, phép thử sinh học, xây dựng bản đồ ô nhiễm, so sánh, quan trắc bằng visinh vật

Có thể thấy phương pháp sinh học trong giám sát môi trường sử dụngsinh vật chỉ thị có thuận lợi hiệu quả hơn so với phương pháp lý hoá học nhờkhai thác khả năng tích tụ các chất ô nhiễm trong cơ thể sinh vật và giá trịbiểu thị tác động tổng hợp các yếu tố môi trường của sinh vật [22]

Thứ nhất có thể lợi dụng những quần xã sinh vật đóng vai trò như lànhững giám sát viên liên tục của nước thay cho việc lấy mẫu không liên tục đểphân tích hoá học Tuy nhiên bằng kinh nghiệm cho thấy trong một điều kiệnnhất định không phải tất cả các loài đều chịu ảnh hưởng của chất ô nhiễm, cótrường hợp chất ô nhiễm chỉ ảnh hưởng đến cá và các sinh vật khác ở tầngnước mặt, nhưng có thể không ảnh hưởng nghiêm trọng đến thành phần củaquần xã sinh vật đáy Do đó việc xác định loài sinh vật chỉ thị có thể theo 2hướng, một là loài sinh vật có phản ứng rộng trong mọi trường hợp và mức độ

ô nhiễm, hai là loài sinh vật phản ứng nhạy cảm với chất ô nhiễm Việc lựachọn sinh vật chỉ thị theo một trong các hướng đó đều có những ưu nhượcđiểm riêng, do đó cần xác định sơ bộ sự ô nhiễm thuộc phạm vi, tính chất rasao để lựa chọn cho phù hợp, thích ứng với điều kiện thực tế và thuận lợi choquan trắc

Khi bàn đến phản ứng của sinh vật đối với các chất ô nhiễm, nhiềunghiên cứu cho thấy các quần xã sinh vật phản ứng với chất lượng nước khácnhau ở một phạm vi nào đó do các yếu tố tự nhiên của khu vực và bản chấtchất ô nhiễm [22] Tuy nhiên còn có bản chất của sinh vật hay khả năngchống chịu của sinh vật trong điều kiện môi trường cũng cần được quan tâmđến, cụ thể là với 1 nhóm sinh vật, có thể có loài chống chịu tốt, có loài kémchống chịu, sự tổng hợp của các yếu tố điều kiện tự nhiên, bản chất chất ônhiễm và phản ứng của cơ thể sinh vật mới tạo nên chỉ thị cho môi trường Do

đó cũng phải quan tâm đến khả năng thích nghi của sinh vật để tồn tại trongmôi trường ngày càng thay đổi bằng những biến đổi thể hiện tính chống chịucao hơn, đặc biệt là biến đổi trong bộ gen, thể hiện qua cấu tạo cơ thể hay tậptính sống… và nhờ đó mới có hướng để phát triển chỉ thị một cách thích hợp

Cuối cùng, các quan trắc hoá học và sinh học đều phụ thuộc vào sự hiểubiết về bản chất các chất ô nhiễm đang có mặt thuộc dạng nào, và sự phức tạpcủa các ngành công nghiệp ngày càng tăng lên thì khó khăn này trở nên nhiềuhơn, đặc biệt là trong điều kiện môi trường nước, sự hòa tan pha loãng haykhả năng tương tác giữa các chất hóa học lớn Qua nhiều nghiên cứu cũng cóthể nhận thấy các quần xã sinh vật có khả năng hợp nhất những ảnh hưởngcủa các chất độc tổng hợp, biểu hiện trong sự phát triển và những biến dị trênsinh vật, nó mở ra khả năng các quan trắc và đánh giá kết hợp các thông sốhóa học và sinh học sẽ hữu ích để tính toán những tác động qua lại và dự đoánảnh hưởng của chất độc lên khu cả khu hệ sinh vật

Qua đánh giá chung về hiện trạng nước sử dụng trong nông nghiệp ởphần I có thể nhận thấy chất lượng nước suy giảm theo hướng dư thừa chấtdinh dưỡng, chất hữu cơ và nguy cơ phú dưỡng của các thủy vực là khá cao

do đó sinh vật được chọn làm chỉ thị tại các khu vực này thường có xu hướng

là những sinh vật chống chịu tốt với ô nhiễm hữu cơ Khi lựa chọn chỉ thị sinhvật cho sự ô nhiễm hữu cơ phải quan tâm tới khả năng chống chịu với ônhiễm này của sinh vật, do sự phát triển của sinh vật chỉ thị phụ thuộc vào sựtác động tổng hợp của nhiều yếu tố, vậy nên khi quan sát và lựa chọn phảiquan tâm tới toàn bộ các yếu tố ngoại cảnh, tất nhiên là phải chọn lựa đượcyếu tố nào là ảnh hưởng chủ yếu, gây ức chế hay kích thích đối với các sinhvật chỉ thị

Khoảng chống chịu của sinh vật với ô nhiễm hữu cơ cũng là một yếu tốcần quan tâm, bởi trên thực tế quan sát thấy các nguồn nước bị ô nhiễm khácnhau thì có các loài sinh vật khác nhau tồn tại nhưng cũng có trường hợp khi

mà cùng một mức độ ô nhiễm lại gặp những loài sinh vật đó cùng tồn tại, tức

là trong chúng có những sinh vật có khoảng chống chịu rộng, và như vậy để

có kết luận phù hợp cho chất lượng nước và cho sinh vật chỉ thị tại khu vực ônhiễm cần phải nghiên cứu và xem xét khả năng chống chịu của các loài đểloài đó là loài thể hiện rõ nhất ảnh hưởng của ô nhiễm hữu cơ đối và diễn biếncủa chất ô nhiễm trong môi trường

Một điều cần chú ý trong giám sát sinh học đó là có thể phát hiện ra sựbiến đổi về mặt sinh thái nhưng để giải thích được biến đổi đó trong điều kiệncủa chất lượng nước cần phải có thời gian quan trắc lâu dài và mật độ quan sátlớn Hơn nữa tuỳ vào mục đích sử dụng khác nhau thì có những tiêu chuẩnchất lượng nước khác nhau, điều này nhận thấy không chỉ trong mục đích sửdụng của nước nông nghiệp mà cả ở các loại nước khác, do đó cần tìm nhữngbiến đổi sinh thái tương ứng với những mục đích đó Như vậy sự thích hợpcủa loài chỉ thị với mục đích sử dụng của nước cũng là một yếu tố cần quantâm trong chỉ thị sinh học

Cuối cùng khi đã cơ bản xác định được sinh vật chỉ thị thích hợp, vẫncần có những kiểm tra giám sát định kì bao gồm những phép thử vi sinh vàhoá học đặc hiệu, để đảm bảo không có một sự thay đổi bất thường nào ảnhhưởng tới sự quan trắc sinh học, bởi nước có chất lượng sinh thái tốt cũng

chưa chắc là đảm bảo không mang các mầm bệnh hoặc các sinh vật có hạikhác.

Trong điều kiện cụ thể của nước ta hiện nay, việc sử dụng quan trắcsinh học đánh giá chất lượng nước cũng có những điểm thuận lợi và khó khănnhất định Thuận lợi của chúng ta là ở chỗ sử dụng sinh vật chỉ thị là biệnpháp quan trắc hiệu quả và không tốn kém, và với những thuận lợi của quantrắc sinh học như đã nêu ở trên, có thể cho phép chúng ta có cái nhìn toàncảnh về chất ô nhiễm và có sự quản lý hợp lý hơn, nhưng cần quan tâm hiệnnay đó là: khi ứng dụng quan trắc sinh học trong đánh giá chất lượng nướccần có một bộ dữ liệu hoàn chỉnh về sinh vật chỉ thị với các điều kiện môitrường nước khác nhau Điều này chúng ta hoàn toàn có thể thực hiện được,cần có thời gian và những nghiên cứu cụ thể về loài sinh vật chỉ thị đánh giáchất lượng nước cho phù hợp với điều kiện ô nhiễm của nước ta

II.2 Một số ứng dụng sinh vật chỉ thị trong đánh giá chất lượng nước

Đối với mục đích đánh giá chất lượng nước, hiện nay có khá nhiều loàisinh vật chỉ thị đã được phát hiện và ứng dụng thành công ở nhiều vùng trênthế giới Mỗi loài sinh vật chỉ thị có sự thích ứng khác nhau và phân bố khácnhau tuỳ điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu và đặc tính chống chịu củachúng, với một nghiên cứu cho thấy một đối tượng có khả năng làm sinh vậtchỉ thị ở vùng này thì chưa chắc đã thích hợp làm sinh vật chỉ thị tại vùngkhác mà cần có những nghiên cứu kiểm chứng chúng

Trên thế giới có nhiều tác giả đã sử dụng động vật không xương sống

cỡ lớn đánh giá ô nhiễm hữu cơ ở các thuỷ vực, với ưu điểm là thu thập địnhlượng, dễ dàng bảo quản và thuận lợi cho việc giám định về sau Dựa vào đặctính sống đáy và lọc các chất cặn bã trong ao, ở các nước như Nhật Bản, Mỹ,

Úc, Ấn Độ, người ta dùng nhiều loài sinh vật như trai nước ngọt, trai nướcmặn, để kiểm soát chất lượng nước, đặc biệt là nước ô nhiễm kim loại nặng,đồng thời làm sạch nước (Momoshima et al, Risebrough, 1983, Cope 1999,

John 2001…) Kabler (1957) đã coi nhóm vi khuẩn E.coli là các chỉ thị cho ô

nhiễm về chất lượng nước uống Việc sử dụng các loài cá làm sinh vật chỉ thịcũng được Dondoroff (1957) đề cập tới Việc nghiên cứu sử dụng sinh vật chỉthị đánh giá chất lượng môi trường nước cũng đã được tiến hành tại ViệtNam Các nhà khoa học thuộc khoa Sinh trường ĐHKHTN, ĐHQGHN đã xâydựng một khoá định loại động vật không xương sống cỡ lớn đến họ và thiếtlập một quy trình lấy mẫu, và một hệ thống tính điểm sử sụng trong quan trắcsinh học đối với các thuỷ vực nước chảy tại Việt Nam Trên cơ sở nghiên cứutrong vòng 10 năm (1985 – 1995)cùng với các dẫn liệu đã biết trước đây vềcác thuỷ vực có nước thải vùng Hà Nội, Nguyễn Xuân Quýnh 1995 đã đề xuấtmột hệ thống phân loại độ nhiễm bẩn các thuỷ vực nước thải ở Hà Nội dựatrên một số chỉ tiêu cơ bản về sinh học, kém theo nó là các chỉ tiêu lý hoá họcquy định sự có mặt hay vắng mặt của một số loài hay nhóm loài ĐVKXS,được coi như sinh vật chỉ thị quy định sự phát triển về số lượng và khối lượngcủa chúng ở những mức độ khác nhau Trương Thanh Cảnh và Ngô Thị TrâmAnh trường ĐHKHTN, ĐHQG TP HCM cũng đã sử dụng động vật khôngxương sống để đánh giá chất lượng nước tại 4 kênh mương chính trong TPHCM, sử dụng hệ thống tính điểm BMWP và ASPT.

Sự nối tiếp nhau của các nghiên cứu về chỉ thị sinh học cho ta thấytrong một vùng có rất nhiều loài có khả năng làm chỉ thị sinh học, cần phảitìm một loài phù hợp với điều kiện ô nhiễm và tao được thuận lợi tối đa trongquá trình quan trắc Khó khăn trứơc mắt khi ứng dụng sinh vật chỉ thị tại ViệtNam cũng như nhiều nước thuộc vùng nhiệt đới là ở chỗ việc nghiên cứu ứngdụng sinh vật chỉ thị, hệ thống phân loại độ nhiễm bẩn các thuỷ vực cùng cácchỉ tiêu trong thang bậc phân loại đều là những dẫn liệu được nghiên cứu ởcác thuỷ vực vùng ôn đới, hoàn toàn khác với điều kiện tự nhiên cũng như đặctính sinh học của các thuỷ vực ở nước ta Do đó để các sinh vật chỉ thị hoàntoàn có thể ứng dụng tại Việt Nam, và ra đưa một hệ thống quan trắc sinh họchoàn chỉnh vào thực tế nước ta cần có nhiều nghiên cứu hơn nữa trong lĩnhvực này

II.3 Khả năng ứng dụng tảo cát làm chỉ thị sinh học đánh giá chất lượng nước

II.3.1 Đặc điểm của tảo cát và cơ sở ứng dụng tảo cát trong đánh giá chất lượng nước

Tảo là loài sinh vât nhỏ bé nhưng chiếm số lượng đông đảo, được ứngdụng trong nhiều lĩnh vực phục vụ đời sống, trong đó hiện nay đáng chú ý làlĩnh vực môi trường Các loài tảo thường được ứng dụng trong quan trắc môitrường gồm các loài chiếm tỉ lệ cao trong các khu hệ nước như tảo lam, tảogiáp, tảo mắt, tảo cát

Tảo cát ( còn gọi là tảo Siic) với số lượng hơn 16000 loài là những sinhvật đơn bào nhỏ bé thuộc ngành khuê tảo, là một loài có sự phân bố tương đốirộng trong nhiều điều kiện môi trường nước, có những đặc điểm chung sau:

 Hình dạng: Tế bào tảo silic có nhiều hình dạng khác nhau: hình hộp tròn,

hình trụ ngắn/dài, hình trứng, hình hộp nhọn hai đầu hoặc cong như hìnhchữ S, hình que,

 Cấu tạo vỏ: Mỗi tế bào được bao bọc bởi vách tẩm silic như một cái hộp

có nắp đậy lại được gọi là vỏ (frustule)

 Các chất trong tế bào: Thành phần các chất trong tế bào tảo silic cũng

giống như những tế bào thực vật nói chung gồm chất nguyên sinh, nhân,lạp và các sắc tố, hạch lạp và những hạt dầu (lipide)

 Sinh sản: Sinh sản sinh dưỡng: bằng cách phân chia tế bào (Cell division).

Trước hết tế bào dài ra theo hướng trục cao, chất nguyên sinh, nhân lạpphân đôi, sau đó bên trong tế bào mẹ ở giữa hai nhân mới Sinh sản hữutính: là quá trình tiếp hợp như ở giống tảo hình thuyền Navicula Một sốKhuê tảo sinh sản hữu tính bằng các hình thức đẳng giao, dị giao, phòngphối

Tảo cát được chia thành 2 nhóm lớn theo phương thức sống của chúng

là tảo cát sống bám và tảo cát sống trôi nổi, trong nghiên cứu này tôi tập trungvào 1 nhóm lớn của tảo cát đó là tập hợp Epilitic Diatom, đây là loại tảo cátbám thuộc các sinh vật nhóm perriphyton - sinh vật nổi sống bám Chúng

phân bố trong nhiều điều kiện môi trường nước, không những chiếm ưu thế vềthành phần loài mà còn đứng đầu về số lượng và khối lượng trong phiêu sinhthực vật Chúng thường chiếm 70 - 90%, nhiều khi tới gần 100% tổng sốlượng tế bào thực vật phiêu sinh trong một vùng biển Phân bố của tảo cátthường phản ánh khá đầy đủ xu thế chung của toàn bộ thực vật phiêu sinh vàchính là do chúng chi phối [38] Những đỉnh cao về sinh vật lượng trong biếnđổi theo mùa của thực vật phiêu sinh cũng như những hiện tượng nở hoa hầuhết đều do các loài tảo cát sinh sản mạnh tạo nên, do đó tảo cát giữ vai trò hếtsức trọng yếu trong thực vật phiêu sinh

Tảo cát là loài có những có những thuận lợi để đánh giá môi trường, đólà: Chúng là một trong số những sinh vật đáy phổ biến ở trong các điều kiệnnước khác nhau do có khả năng thích nghi lớn trong các khoảng ô nhiễmrộng, phân loại dễ hiểu, có thể tìm thấy tài liệu về phân loại phù hợp với mụcđích, đặc tính của vỏ silicat đồng nghĩa với việc chúng có thể được sử dụng đểlàm tiêu bản trong thời gian dài và thuận lợi cho phân loại, để xác định sốlượng tảo cát trên những tiêu bản cố định này dễ dàng hơn so với việc sưu tậptoàn bộ các mẫu của tảo, (do hạn chế được sự hoà trộn của các sinh vật đơnbào, tập hơp của các cỡ khác nhau và thực vật chỉ thị trong mẫu) Hơn nữaviệc lấy mẫu tảo thực hiện khá đơn giản, dựa vào đặc tính sống bám của tảocát, người ta có thể thu thập mẫu tại các địa điểm như các viên đá, sỏi ở đáysông hay thậm chí cả cành cây, rễ cây to ở dưới nước…

Với vai trò và đặc tính như vậy, tảo cát cũng như nhiều loài tảo khác đãđược nhiều nhà khoa học nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực chỉ thị sinh họcđánh giá chất lượng môi trường nước Ứng dụng tảo để đánh giá môi trường

đã được Kolkwitz và Marsson đưa ra trong hệ hoại sinh từ 1909 nhưng mãitới những năm gần đây nó mới phổ biến Trong nửa đầu thế kỉ XX nhữngnghiên cứu về tảo trong đánh giá chất lượng nước còn ít nhưng từ nửa sau củathế kỉ XX ứng dụng tảo đã được chú ý và nghiên cứu ở nhiều quốc gia.Butcher (1946) đã chỉ ra rằng tảo sinh trưởng trên các lam kính đặt ở nước làvật chỉ thị cho ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng Patrick (1963) đã chỉ ra rằng

cú thể dựng tảo silic (tảo khuờ) xỏc định mức độ ụ nhiễm của nước Một vàinghiờn cứu gần đõy đó tập trung vào một số loài như epilithic cyanobacteria(Perona et al.,1998) nhưng để ứng dụng những kết quả này thỡ phải kiểmchứng lại tớnh chớnh xỏc và phự hợp của chỳng với điều kiện khu vực nghiờncứu Theo Wantanabe và cỏc đồng sự, tập hợp epilithic diatom (tảo cỏt sốngbỏm) sử dụng như chỉ thị sinh học thớch hợp nhất để đỏnh giỏ chất lượng nước

vỡ nú thể hiện được những biến đổi trung bỡnh của chất lượng nước trong mộtkhoảng thời gian chắc chắn nào đú

II.3.2 Một số ứng dụng tảo cỏt làm chỉ thị sinh học đỏnh giỏ chất lượng nước

Tảo cỏt được sử dụng đỏnh giỏ chất lượng nước tại nhiều nước trờn thếgiới và đó đạt được nhiều kết quả nhất định Nhà khoa học Mỹ Patrick và cỏcđồng sự năm 1954 đó sử dụng quần xó tảo cỏt (thuộc nghành khuờ tảo) mọctrờn thành cỏc chất vẩn đục trong nước ở những thời kỡ xỏc định như là phộp

đo sinh học cho ụ nhiễm Bằng cỏch đỏnh dấu trờn biểu đồ số lượng cỏc loàitheo khoảng thời gian, đối chiếu với số lượng mẫu vật theo từng loài, Patrickphỏt hiện thấy ở một nơi cư trỳ đa dạng tương ứng với dạng đồ thị kết quả cao

và đường cong ngắn, hay núi cỏch khỏc, cú nhiều loài cựng tồn tại với mộtlượng nhỏ và khụng loài nào phong phỳ, ở nơi cư trỳ khắc nghiệt thỡ ngượclại, cú một số loài rất hiếm và số ớt lại rất nhiều

32 64

64 128 128- 256 256- 512

- 1024 1024- 2048 2048- 4096 4096- 8192

512-Sụng khụng ụ nhiễm Sụng ụ

nhiễm

Số

lượng

loài

Số lượng cỏ thể mỗi loài

So sánh bằng đồ thị của quần xãkhuê tảo trong 2 môi tr ờng khác nhau

Hỡnh 4: Diễn biến số lượng cỏ thể và số lượng loài tảo cỏt trong hai điều kiện

chất lượng nước nghiờn cứu [22]

Trong nhiều nghiên cứu đánh giá chất lượng nước tại các nước như HànQuốc hay Nhật Bản… chất lượng nước được đánh giá dựa trên quan trắc sinhhọc sự biến đổi của quần xã tảo cát và đánh giá chất lượng nước thông quacác chỉ số có ứng dụng của tảo cát như: DAIpo - một chỉ số đánh giá sự ônhiễm hữu cơ sử dụng tảo cát Các mẫu tảo được thu thập trên các bề mặt đáđịnh kì mỗi tháng một lần, đồng thời với phân tích các thông số chât lượngnước, sau đó tảo được phân loại và tính toán chỉ số đa dạng, chỉ số ưu thế, chỉ

số Daipo, qua sự biến đổi của chỉ số DAIpo có thể nhận xét được diễn biếnchất lượng nước và thể hiện biến đổi của chất lượng nước và chất ô nhiễmtrong một khoảng thời gian quan trắc

Như vậy các ứng dụng tảo cát làm sinh vật chỉ thị chất lượng nước đãđược nghiên cứu tại nhều quốc gia trên thế giới và đã thu được những kết quảnhất định Các nghiên cứu nàỳ thường theo hướng dùng các chỉ số có liênquan tới tảo cát để đánh giá chất lượng nước vì có thể nhận thấy sự phong phúcủa các chỉ số sinh học ứng dụng tảo cát và khả năng thích ứng của các chỉ sốnày phải được đánh giá, kiểm chứng trong nhiều điều kiện chất lượng nướckhác nhau Xác định đươc phạm vi ứng dụng này

III Ứng dụng chỉ số môi trường trong đánh giá chất lượng nước

Trong các quan trắc đánh giá chất lượng nước hiện nay ngày càng cónhiều ứng dụng chỉ số môi trường, vì nó có ưu điểm là cho phép đánh giá tổnghợp các ảnh hưởng của các thông số và khả năng sử dụng trong nhiều khu hệsinh thái khác nhau

Các chỉ số môi trường chia làm 2 loại, dựa vào các thông số được lựachọn khi xây dựng chỉ số, bao gồm:

Chỉ số hoá học: là chỉ số môi trường dựa vào các thông số hoá học

(được lựa chọn theo mục đích của người nghiên cứu) xây dựng thành cáccông thức toán học, kết quả thu được là điểm số hoặc chỉ số, đem so sánh vớibảng tiêu chuẩn được các tác giả xây dựng sẵn, qua đó cho biết về chất lượngmôi trường của khu vực Ưu điểm của việc sử dụng các chỉ số hoá lý để đánh

giá chất lượng nước là khả năng tổng hợp các thông số hoá lý trong một côngthức để đánh giá chất môi trường nước, qua đó cho một nhận xét tổng hợp vềchất lượng nước khu vực nghiên cứu, điều này làm giảm các sai số có tínhchất cảm quan khi đánh giá, so sánh giá trị các thông số đơn lẻ với tiêu chuẩncho trước Tuy nhiên, phương pháp này cũng vẫn mang hạn chế đó là chưa dựđoán được diễn biến của chất lượng nước.

Trong số các chỉ số được ứng dụng hiện nay, đáng chú ý là chỉ số WQI,công thức và ứng dụng mô hình WQI nhận đc sự tán thành mạnh mẽ của cácnhà quản lý và xử lý nước ô nhiễm bởi nó dễ dàng để hiểu và ứng dụng, đểphân chia rõ ràng hơn các điều kiện của nước và giúp chính phủ đưa ra nhữngquyết định trong các chương trình quản lý và xử lý Nhìn chung, chỉ số WQIgiúp ta trong:

 Quản lý nguồn nước: Ứng dụng trong các quyết định liên quan tới nước để

hỗ trợ quản lý của các tổ chức phân phối và xác định được sự ưu tiên

 Xếp loại sự phân phối: các chỉ số cũng đc ứng dụng để so sánh các nguồnnước của các vùng khác nhau hoặc các khu vực địa lý khác nhau

 Đưa ra các tiêu chuẩn: Các chỉ số phải được ứng dụng một cách rõ ràng dễhiểu để khả năng các tiêu chuẩn theo quy định của pháp luật và các tiêuchuẩn hiện thời có thể gặp nhau hoặc hơn

 Phương hướng phân tích: Các chỉ số phải được áp dụng tại các điểm khácnhau trong cùng một thời gian để xác định xu hướng biến đổi chất lượngnước (giảm thiểu hoặc được cải thiện) trong giai đoạn theo dõi

 Thông tin cộng đồng: Chỉ số được sủ dụng để xác định các mức độ chấtlượng nước theo thang đánh giá và thu thập được các thông tin về cộngđồng đánh giá chất lượng nước

 Các nghiên cứu khoa học: chất lượng vốn có của 1 chỉ số , cái mà đượcchuyển một số lượng lớn dữ liệu thành điểm số đơn lẻ, nó có giá trị trongnghiên cứu của các nhà khoa học

Chỉ số CCME WQI (Canadian Council of Ministers of the EnvironmentWater Quality Index) được xây dựng dựa trên việc lựa chọn các thông số tuỳ

theo mục đích quan trắc, các giá trị đầu vào của phần mềm tính chỉ số này baogồm: giá trị của các thông số theo tuần quan trắc và giá trị tiêu chuẩn của cácthông số (có thể là tiêu chuẩn sẵn có hoặc tiêu chuẩn theo mục đích của ngườinghiên cứu).Các số liệu đầu vào được tính toán trong phần mềm CCME WQI1.0, trong đó dẫn liệu về công thức tính chỉ số CCME WQI bản 1.0 được diễngiải như sau: Chỉ số CCME WQI 1.0 được tính toán theo công thức:

.

F + F + F

F1 biểu thị tỉ lệ phần trăm biến đổi vượt khỏi tiêu chuẩn ít nhất 1 lần, có liênquan tới tổng số các biến đổi được tìm thấy

100 variables

of number Total

variables failed

of Number

F2 biểu thị tỉ lệ phần trăm của các kiểm chứng đơn lẻ bị sai lệch

100 tests

of number Total

tests failed of Number

tests of

departure nse

n

# 1

Sau khi xử lý số liệu với phần mềm của CCME WQI, chất lượng nước

sẽ được đánh giá và cho điểm, thang điểm từ 0 đến 100 và được so sánh vớibảng 5

Bảng 5 : Đánh giá chất lượng nước theo thang điểm của CCME WQI

Nước gần với sạch tự nhiên hoặc ở mức độ tinh khiết

Good – Tốt (ô nhiễm

Nước được bảo vệ với những đe doạ hoặc ảnh hưởng rất ít

Nước ít có sự khác biệt với mức độ sạch tự nhiên hay ở mức độ đạt tiêu chuẩn

Fair – Trung bình (ô

Nước được bảo vệ thường xuyên, nhưng vẫn có thể bị đe doạ hoặc bị ảnh hưởng bởi các tác nhân ô nhiễm

Nước mới có biểu hiện

ô nhiễm hay dưới tiêu

chuẩn.

Marginal - Xấu (ô

Nước thường xuyên bị

đe doạ hoặc bị ảnh hưởng bởi các tác nhân

ô nhiễm

Nước thường dưới tiêu chuẩn cho phép, thể hiện ô nhiễm trong một

số khoảng thời gian Poor - Rất xấu (ô

Tại Việt Nam chỉ số WQI cũng được ứng dụng đánh giá chất lượngnước sông Sài gòn năm 1989, được gọi là chỉ số Viet – Bhargava Chỉ số nàyđược xây dựng mới hoàn toàn dựa theo dữ liệu chất lượng nước tại Viêt Nam.Hiện nay tại thành phố Hồ Chí Minh đã bắt đầu xác lập cơ sở khoa học phânloại chất lượng nước theo chỉ số này và bước đầu [40] và đã đạt được nhữngkết quả khả quan Nhìn chung chỉ số WQI khá dễ ứng dụng trong các điềukiện khác nhau bởi sự linh hoạt trong kết hợp các thông số tuỳ theo mục đíchcủa người nghiên cứu, có khả năng đáp ứng với các tiêu chuẩn khác nhau củacác vùng, các quốc gia, và dễ dàng xử lý các số liệu khi thực hiện các phéptính toán

Chỉ số sinh học: là các chỉ số dựa vào các thông số, yếu tố về sinh học

để đánh giá chất lượng môi trường như mật độ, thành phần các loài trong quầnthể, quần xã…hay sự biến đổi trong cấu trúc, sự sinh trưởng phát triển của bản

thân sinh vật Chỉ số sinh học khắc phục được nhược điểm của chỉ số hoá học

là đã đánh giá được xu thế, diễn biến của chất ô nhiễm, nhưng nó cũng vẫn cónhược điểm đó là vẫn cần có kiểm chứng bằng các phân tích hoá học để đảmbảo chất lượng nước thuộc tiêu chuẩn cho phép

Một trong số các chỉ số sinh học sử dụng tảo cát thường gặp nhất trongcác báo cáo đánh giá ô nhiễm nước là DAIpo (Diatom Assemblage Index ofPollution), chỉ số này do Wantanabe và các cộng sự đưa ra và đã được ứngdụng rộng rãi trong các thuỷ vực tại Nhật Bản Dựa vào 548 loài tảo cát đãđược phân loại từ 1343 mẫu lấy từ các sông của Nhật Bản, chúng được chiathành 3 nhóm lớn dựa vào sự chống chịu của chúng với ô nhiễm hữu cơ, liênquan tới sự phân huỷ và hồi phục của các quần thể thuỷ sinh khi nồng độ chấthữu cơ trong môi trường tăng lên Chỉ số này cho điểm đối với loài chịu đựng

ô nhiễm hữu cơ từ 0 đến 100 điểm, nhóm có điểm nhỏ hơn 30 được coi làsaprophilous, hay chịu đựng ô nhiễm hữu cơ kém, nhóm có điểm lớn hơn 70gọi là nhóm chịu đựng tốt với ô nhiễm hữu cơ, nhóm còn lại thuộc loại trungtính DAIpo và một số chỉ số khác là một phương pháp đánh giá phú dưỡng

Sự ứng dụng phương pháp quan trắc bằng tảo cát cũng như một số phươngpháp sử dụng sinh vật khác đã tạo nên một bước phát triển mới cho quan trắcmôi trường và tái tạo lại các diễn biến ngoài môi trường dựa vào việc đánh giácác loài có liên quan tới các thông số đánh giá chất lượng nước và thông quaphép thống kê về độ đa dạng loài và mức độ chịu đựng của các loài đối vớicác thông số đó [23]

Công thức tính của chỉ số DAIpo [31] cũng thể hiện cho ta thấy được ýnghĩa của chỉ thị sinh học sử dụng Diatom

Trong đó 2 giá trị:

là tổng tỉ lệ phần trăm nhóm nhạy cảm chống chịu và tổng tỉ lệ phần trămnhóm chống chịu có trong mẫu thu thập được Sau đó điểm số Diatom đượcđánh giá và so sánh theo mức độ hoại sinh như sau:

Bảng 6: Mối quan hệ giữa DAIpo, BOD 5 và mức độ hoại

Nguồn: Watanabe và Asai, 1991

Do chỉ số DAIpo dùng để đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ dựa vào khảnăng chống chịu của tảo với ô nhiễm hữu cư do đó các tác giả đã đánh giá mốiquan hệ giữa DAIpo, BOD5 và mức độ hoại sinh, ta nhận thấy điểm số củaDAIpo tăng thì mức độ hoại sinh càng giảm, điều này thích hợp với công thứctính DAIpo vì trong đó nhóm saproxenous (nhóm mẫn cảm với các ô nhiễmhữu cơ) càng tăng thì chất lượng nước cũng tốt hơn Đây là cơ sở cho việcđánh giá ô nhiễm hữu cơ trong các thuỷ vực, tuy nhiên cần phải quan tâm tới

sự thích ứng khác nhau của mỗi loài với từng điều kiện cụ thể bởi trong cùngmột điều kiện nhưng lại có mặt của nhiều loài, trong đó có cả loài chống chịutốt và có loài thì chống chịu kém nhưng vẫn tồn tại Khi đó việc đánh giá ônhiễm dựa vào DAIpo cần được kiểm chứng trong khoảng thời gian dài và có

bộ dữ liệu đủ lớn để khẳng định độ tin cậy khi sử dụng Diatom làm chỉ thịsinh học

Nhìn chung các chỉ số sinh học và hoá lý đều thể hiện khả năng ứngdụng rộng rãi, dễ sử dụng, đặc biệt là sự đa dạng của các chỉ số giúp người sử

dụng có thể lựa chọn phù hợp với mục đích của quan trắc và điều kiện củanghiên cứu.

PHẦN III - ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

I.Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu được tiến hành trên 2 địa điểm chịu ảnh hưởng của nguồnthải nông nghiệp và sinh hoạt:

- Ao thuỷ sản tại vườn vải , trung tâm VAC, đại học nông nghiệp I

Hình 5: Ao thuỷ sản tại trung tâm VAC Đại học Nông nghiệp Hà Nội

- Mương thuỷ lợi tại ruộng trồng lúa khoa nông học, đại học nông nghiệp I

Hình 6: Mương thuỷ lợi tại khu ruộng số 6 khoa nông học

2 đối tượng nhiên cứu có mục đích sử dụng nước khác nhau, địa hình cũng cókhác biệt theo mục đích sử dụng: mương có chiều dài ngắn (khoảng 20m),hẹp ngang (1,5 đến 2m), mực nước thưởng nhỏ hơn 0,75m; ao thuỷ sản dàikhoảng 70 đến 80m, có bề ngang 7 đến 8m, sâu gần 2m Nghiên cứu thực hiện

trên 2 địa điểm trong khoảng thời gian từ tháng 8 đến tháng 11 năm 2007 vàtháng 2 đến tháng 4 năm 2008

II Nội dung

- Đánh giá biến động chất lượng nước tại mương và ao trong 2 giai đoạnnghiên cứu thông qua các thông số: pH, Eh, chất rắn lơ lửng và tổng số,

DO, BOD5, COD, NH4+, NO3-, PO43-

- Xác định độ đa dạng của tảo cát theo thời gian thông qua mật độ và thànhphần loài tại các điểm nghiên cứu

- Xác định mối quan hệ giữa độ đa dạng tảo cát với một số thông số lý hoácủa nước mặt khu vực nghiên cứu để bước đầu xây dựng chỉ thị sinh họccho chất lượng nước mặt sử dụng cho nông nghiệp bằng tảo cát

III Phương pháp nghiên cứu

III.1 Sơ đồ vị trí lấy mẫu

Trên mương thuỷ lợi lấy 3 mẫu tại 3 vị trí đầu, giữa và cuối mương, khoảngcách giữa các vị trí không lớn Trên ao thuỷ sản lấy 2 vị trí: đầu ao nơi tiếpnhận nguồn thải và cuối ao

Hình 7: Sơ đồ vị trí lấy mẫu trên mương (ảnh trên) và trên ao (ảnh dưới)

III.2 Phương pháp lấy mẫu và phân tích nước

Mẫu nước được lấy 2 tuần/ lần tại các điểm đặt mẫu thu tảo như trong

sơ đồ Dụng cụ lấy mẫu nước gồm: bình thu mẫu, chai nhựa đựng mẫu

Các thông số chất lượng nước được xác định như sau:

- Đối với các thông số nhiệt độ, DO, thế ôxi hóa – khử (Eh), pH được đo trựctiếp tại hiện trường bằng máy Horiba

- Các thông số về chất hữu cơ và dinh dưỡng được phân tích trong phòng thínghiệm:

BOD5 nuôi tại 20oC trong vòng 5 ngày

NH4+ được xác định bằng phương pháp so màu dùng thuốc thử Nessler

NO3- được xác định bằng máy quang phổ UV/VIS ở bước sóng 420 nm

PO43- được xác định bằng phương pháp Oniani

COD được xác định bằng phương pháp chuẩn độ bằng muối Mohn 0.02N

Sau khi có các kết quả phân tích các thông số trên, chất lượng nướcđược đánh giá tổng hợp bằng chỉ số CCME WQI (công thức 1 -8 phần II) quaphần mềm tính chỉ số CCME WQI