Bài giảng chỉ thị sinh học môi trường chỉ thị sinh học môi trường đất GS TS nguyễn thế nhã

Ô nhiễm môi trường đất – Nhân tạo 1 Chất thải công nghiệp: khai thác mỏ, sản xuất hóa chất, nhựa dẻo, nylon, các loại thuốc nhộm, các kim loại nặng tích tụ trên lớp đất mặt làm đất bị

Trang 1

3 CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG ĐẤT

1 Khái quát ô nhiễm môi trường đất

2 Ô nhiễm đất tự nhiên

• Đất phèn

• Đất mặn (tiêu biểu là rừng ngập mặn)

• Gley hóa

3 Ô nhiễm đất nhân tạo

• Chất thải công nghiệp

• Chất thải sinh hoạt

• Chất thải nông nghiệp

4 Các chất gây ô nhiếm đất

5 Chỉ thị ô nhiễm đất

CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG ĐẤT

1 Khái quát ô nhiễm môi trường đất

• Tất cả các hiện tượng làm nhiễm bẩn môi trường đất bởi các tác nhân gây ô nhiễm

• Đất bị ô nhiễm có chứa một số độc tố, chất có hại cho cây trồng vượt quá nồng

độ đã được quy định

• Thuốc BVTV, phân hóa học, kim loại nặng quá mức quy định của Tổ chức Y tế thế giới

• Tự nhiên

• Nhân tạo

2 Ô nhiễm môi trường đất – Tự nhiên

• Nhiễm phèn: do nước phèn tự một nơi khác di

chuyển đến Chủ yếu là nhiễm Fe 2+ , Al 3+ , SO 4

2- pH môi trường giảm gây ngộ độc cho con

người trong môi trường đó

• Nhiễm mặn: do muối trong nước biển, nước

triều hay từ các mỏ muối,… nồng độ Na + , K + ,

Cl - áp suất thẩm thấu cao gây hạn sinh lí cho

thực vật

• Gley hóa trong đất sinh ra nhiều chất độc cho

sinh thái (CH4, N2O, CO2, H2S FeS, )

3 Ô nhiễm môi trường đất – Nhân tạo (1)

Chất thải công nghiệp: khai thác mỏ, sản xuất hóa chất, nhựa dẻo, nylon, các loại thuốc nhộm, các kim loại nặng tích tụ trên lớp đất mặt làm đất

bị chai, xấu, thoái hóa không canh tác tiếp được

Chất thải sinh hoạt: Phân, nước thải, rác…

CH4, H2S, vi sinh vật yếm khí, trực khuẩn lỵ, thương hàn, ký sinh trùng…

Trang 2

3 Ô nhiễm môi trường đất – Nhân tạo (2)

 Chất thải nông nghiệp:

• Phân, nước tiểu động vật…

• Sử dụng dư thừa các sản phẩm hóa học như

phân bón hóa học, chất kích thích sinh

trưởng, thuốc trừ sâu, trừ cỏ, tồn tại lâu trong

đất, tích tụ sinh học, thay đổi cân bằng sinh

học giữa đất và cây trồng

• Lan truyền từ môi trường đã ô nhiễm (không

khí, nước), từ xác bã thực, động vật

4 Phân loại ô nhiễm môi trường đất – Theo tác nhân gây ô nhiễm

 Ô nhiễm đất do tác nhân hoá học: Bao gồm phân

bón N, P, thuốc trừ sâu, chất thải công nghiệp và sinh hoạt (kim loại nặng, độ kiềm, độ axit v.v )

 Ô nhiễm đất do tác nhân sinh học: Trực khuẩn lỵ,

thương hàn, các loại ký sinh trùng

 Ô nhiễm đất do tác nhân vật lý: Nhiệt độ (ảnh

hưởng đến tốc độ phân huỷ chất thải của sinh vật), chất phóng xạ (Uran, Thori, Sr90, I131, Cs137)

CHỈ THỊ VÙNG ĐẤT PHÈN

• Đặc điểm:

– pH thấp

– giàu các chất độc dạng ion Al3+, Fe3+, SO4

2-– ngập nước quanh năm hay ngập 1 thời gian

– hoá phèn nhanh chóng khi khô nước

– Thường có màu đen hoặc nâu ở tầng đất mặt

– Có mùi đặc trưng của lưu huỳnh và H2S

– Thiobacillus ferorxidans có vai trò xúc tác trong

quá trình oxi hóa khử Fe2+ thành Fe3+

Trang 3

Đất phèn có nhiều Thiobacillus

CHỈ THỊ VÙNG ĐẤT PHÈN

Thực vật trong đất phèn:

thay đổi theo tính chất đất, chúng biến đổi tùy

theo mức độ hàm lượng phèn chứa trong đất

Trang 4

Súng co (Nymphea stellata) Sen (Nelumbium nelumbo)

Chỉ thị ưu thế vùng đất phèn ngập nước thường xuyên Chỉ thị ưu thế vùng đất phèn ngập nước theo mùa

Lúa ma Cây sậy (Phragmites karka)

– Tích lũy rất cao SO4: 0,6 – 0,9% trọng lượng khô;

Al3+ ~1500 – 1800ppm – Đặc biệt trong rễ tích lũy gấp 2 -3 lần thân ở lá và

có khả năng tích lũy nhiều S2O5

Trang 5

Chỉ thị vùng phèn ít và trung bình

Thực vật chỉ thị vùng phèn tiềm tàng ( nằm giữa đất mặn và đất phèn )

Cây ráng

Thực vật chỉ thị vùng phèn tiềm tàng

Cây chà là

CHỈ THỊ VÙNG ĐẤT NGHÈO DINH DƯỠNG

Cây rau mương

Trang 6

– phía trên là tầng cây tràm

– phía dưới là các loại cây

choại, dây cương, hoàng

đầu, cỏ cây tượng…

Cây tràm

CHỈ THỊ SINH HỌC ĐẤT PHÈN

– cao từ 10-15 m – thân thẳng vút, tán hình

– Kiểu thoái hoá của cây do tác động của lửa

rừng và con người chặt phá hàng năm

– Tràm thích nghi với lửa rừng  chiếm ưu thế

hơn các loại cây khác

– Tràm cao đến 10 – 15m

– Đường kính thân cây 30 – 40 cm và nhiều dây

leo quấn quanh thân

– Tầng trên: tràm cao 10 – 15m – Tầng dưới: cây cao 1 – 2m

24

Trang 7

CHỈ THỊ SINH HỌC ĐẤT NGẬP MẶN

• Thực vật chỉ thị cho rừng

ngập mặn có đặc điểm:

 Phát triển trên các bãi

thủy triều và vùng cửa

sông của môi trường

đồng nhiễm phèn chua nhẹ

– Nhóm ốc tuyệt đối không sống được ở những

nền đáy thủy vực còn bị ô nhiễm độc do phèn – Nhóm côn trùng thủy sinh phát triển: ấu trùng

muỗi lắc/chỉ hồng (Chiromidae) & ấu trùng chuồn chuồn ở thủy vực nội đồng bị nhiễm phèn

nặng

– Nhóm giun ít tơ

Trang 8

• ĐỘNG VẬT: CHỈ THỊ MT NGẬP MẶN

Sinh vật được coi là chỉ thị cho môi trường ngập mặn

là Địa sâm xem them

CHỈ THỊ SINH HỌC RỪNG

30

Lan là loài thực vật chỉ thị cho môi trường cảnh quan,

sự có mặt của chúng và sự phát triển bình thường thể hiện môi trường sinh thái rừng ít bị thay đổi

• Các loài đặc hữu, quý hiếm :

Phân bố hẹp, thích ứng với môi trường sinh thái nhất định

Khi các yếu tố môi trường vượt quá giới hạn cho phép → số lượng cá thể suy giảm hoặc không còn hiện diện ở đó

Trang 9

CHỈ THỊ SINH HỌC RỪNG

Loài đặc trưng Rừng thưa Rừng thường

xanh

Rừng bị phá hoặc bị chuyển đổi sử dụng

Voi Nhiều Ít / không gặp Không gặp

Bò tót Nhiều Thấp Không gặp

Bò rừng Nhiều Thấp Không gặp

Hổ Trung bình Trung bình Thấp

Nai Nhiều Nhiều Thấp

Hoẵng Nhiều Nhiều Thấp

Loài thuộc họ Vượn Thấp Nhiều Thấp

Tác động của các kiểu rừng đến một số loài đặc trưng

Tuyến trùng (Nematodes) là sinh vật chỉ thị trong đánh giá tình

Lợi điểm của dấu hiệu sinh học

 Nhạy cảm - cung cấp tín hiệu sớm

 Dễ sử dụng

 Thước đo độc tố sinh thái

Trang 10

Chỉ số thuần thục (Bongers 1990)

 Dựa vào đặc điểm phát sinh loài

Trọng lượng trung bình của TT giá trị cp

 MI= [cpi x fi] / n

 Diễn giải trị cp (Colonizer-persister)

 1: chu kỳ sống ngắn, sinh sản mạnh, chịu được xáo trộn môi trường

 5: chu kỳ dài, sinh sản ít và mẫn cảm

 Giá trị cp được suy luận dựa theo đặc điểm

hình thái

Sự khác nhau giữa chỉ số CP với phản ứng

của tuyến trùng với xáo trộn môi trường

2) Xác định tương quan giữa PAH và cấu trúc DNA

Polycyclic Aromatic Hydrocarbons

Trang 11

Một số PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)

Hóa chất:

Benzo (  ) pyrene Fluoranthene

Cu Tuyến trùng:

ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU

• Fostoria Wastewater Treatment Plant

– Heavy metals: Cu, Zn, Mn, etc

– Metal control

• Toledo Tie Site (TTS)

– PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)

• Angola & Warehouse roads

– PAH control

Nồng độ PAH trong đất ở địa điểm nghiên cứu

? Tuyến trùng sống được trong đất có PAH cao

Phenanthrene 240.46 Fluoranthene 605.68

Benzo [] pyrene 2077.55

Trang 12

Mục tiêu 1

Định lượng ảnh hưởng của độc tố tới đặc điểm

phát sinh của tuyến trùng

a chỉ số sống sót (LC50)

b chỉ số phát triển (lượng sinh khối/thời gian)

c chỉ số sinh sản (số lượng và kích thước

Ảnh hưởng của Cu tới sinh khối

(ug) loài Acrobeloides

: 10

Cu Concentrations: red = 0, blue = 5, pink = 10 ppm

Ảnh hưởng của Cu tới sự phát triển

của loài Aphelenchus

pink = 20, blue = 10, red = 0 ppm

Trang 13

Ảnh hưởng của Cu tới sinh sản (kích thước

* (# eggs + # juveniles) / # adults

Kết luận: Đối với loài Aphelenchus, Cu làm giảm

khả năng sinh sản nhưng không ảnh hưởng tới kích thước trứng

DNA là dấu hiệu sinh học

 Có quan hệ rõ ràng giữa PAH và DNA

• Ngành giun đốt (Annelida), XEM THÊM 1

• lớp giun ít tơ (Oligochaeta), XEM THÊM 2

• bộ Lumbricidae

Trang 14

Giun đất trông giống cái gì?

• Mềm, nhớt và có màu hồng, thân thể chia đốt

• Hai đầu thân thể đều nhọn

• Giun đất không có mắt hay chân, chúng sử dụng da làm

cơ quan cảm giác

Giun đất sống ở đâu?

• Giun đất thường sống

trong hang đất

• Giun đất che phủ cửa

hang của chúng với

Trang 15

Giun đất ăn cái gì?

• Đất, cát hay bùn mà hang của chúng đi qua

• Lá cây rơi rụng hoặc các bộ phận thực vật khác

Giun đất có thiên địch?

• Ếch nhái

• Chim

• Con người

Giun đất di chuyển thế nào?

• Giun rất nhiều lông mịn nhỏ xíu phía dưới thân thể

• Giun đất sử dụng hệ thống lông này để bám vào đất khi di chuyển

Trang 16

 Giun đất thường đào 20cm

hang mỗi ngày

phát minh ra lưỡi cày,

giun đất đã cày đất và

mãi mãi sẽ cày đất”

(Darwin)

Vai trò của Giun đất

1 Tham gia vào hình thành đất trồng

– Vận chuyển các sản phẩm thực vật từ trên mặt

đất xuống lớp đất sâu

– Đào hang làm cho đất thông thoáng, tạo điều

kiện cho sinh vật hoạt động

Trang 17

1 Tham gia vào hình thành đất trồng

– Cải thiện cấp hạt đất, đẩy nhanh quá trình tao

mùn: các hạt đất và xác thực vật sau nhiều lần

chuyển qua ống tiêu hóa của giun đất được chế

biến ép lại thành viên đất xốp, làm cho đất có kết

cấu hạt, rất thuận lợi cho sự phát triển của rễ cây.

PHÂN HỦY TÀN DƯ CÂY KHOAI TÂY

66

2 Cải tạo đất

– Đẩy nhanh quá trình khoáng hóa chất hữu cơ

thành các chất dinh dưỡng khoáng nuôi cây

trồng

– Giun là một loại phân bón đa yếu tố hỗn hợp

với khối lượng lớn: Có 25 – 120 tấn/ha/ năm

2 Cải tạo đất

– Do có khả năng chuyển hóa xác hữu cơ thành phân hỗn hợp của giun đất mà Giun đất đang được sử dụng để xử lý rác thải sinh hoạt một

cách khoa học và hiệu quả

– Tin Bộ tài nguyên&MT

– Ba tạ rác 1 lạng giun

Trang 18

4 Nguồn thức ăn giàu đạm

– Chăn nuôi gia súc, gia cầm, cá và tôm

– Thành phần loài và số lượng giun đất là chỉ thị

rất tốt cho độ phì nhiêu của đất

– Con người dùng giun đất để cải tạo biến đổi

nhanh độ phì nhiêu của đất, biến các vùng đất

đã trở nên xanh tốt, cho năng suất cao hơn hẳn

Trang 19

Giun đất chỉ thị MT đất

2 Giun đất chỉ thị cho nguồn gốc phát sinh

và mức độ biến đổi cảnh quan (1)

– Sinh cảnh tự nhiên: đặc trưng bởi nhiều loài và

các loài địa phương

– Sinh cảnh nhân tạo số loài giảm sút rõ rệt với tỷ

lệ lớn các loài từ vùng khác hoặc các sinh cảnh

khác di chuyển đến

– Trong đất rừng có khoảng 30 loài giun đất, đất ven sông suối (28 loài), đất hoang hóa (9 loài), savan (8 loài), đất cát ven biển (3 loài)

– Đất trồng cây ngắn ngày (42 loài), đất bờ mương,

bờ ruộng (28 loài), đất vườn (17 loài), đất chuồng

trại chăn nuôi (16 loài), đất trồng cây lâu năm (14

loài )

– Thành phần và mật độ tương đối của các loài

giun đất trong một vùng là yếu tố chỉ thị để xác

định nguồn gốc và giai đoạn trong diễn thế sinh

Trang 20

3 Giun đất chỉ thị cho tính chất đất

khác nhau để đánh giá:

– Giun quắn (Pheretima posthuma) chỉ thị cho đất cát

pha, loài này có đặc điểm đặc trưng: xoắn cơ thể khi bị

bắt lên, phân có dạng viên tròn

– Ph.elongata chỉ thị cho đất có thành phần cơ giới nặng:

cơ thể nhạt màu, hơi dài, mềm nhũn khi tách khỏi đất,

phân đùn thành khối ở cửa hang

3 Giun đất chỉ thị cho tính chất đất

• Đối với hàm lượng mùn trong đất:

• Ph califonica và Ph triastriata chỉ thị cho đất nghèo

Trang 21

ĐA DẠNG LOÀI GIUN ĐẤT Ở THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

Phạm Thị Hồng Hà Trường Đại học Sư phạm, Đại học

Đà Nẵng

GIUN ĐẤT ĐÀ NẴNG

Thời gian nghiên cứu:

Từ tháng 05/2008 đến tháng 12/2009

Địa điểm nghiên cứu:

Mẫu vật được thu tại các địa điểm khác nhau

của thành phố Đà Nẵng, trong đó ưu tiên thu tại các

địa điểm có nhiều rừng, có độ cao (Bà Nà, Hải Vân,

Sơn Trà) nhằm phát hiện nhiều nhất thành phần loài

giun đất

Địa điểm nghiên cứu chỉ giới hạn ở phần đất

liền của TP Đà Nẵng

GIUN ĐẤT ĐÀ NẴNG Phương pháp nghiên cứu (1)

1 Mẫu định tính được thu theo các sinh cảnh và độ cao khác nhau Mẫu thu toàn bộ các cá thể đã gặp, con trưởng thành

có đai sinh dục (C) và con non chưa có đai sinh dục (A)

Mỗi mẫu có nhãn ghi: Thời gian, địa điểm, sinh cảnh, độ cao và người thu mẫu

2 Mẫu định lượng thu theo hố đào có kích thước 50 x 50 cm

Giun đất được thu theo từng lớp 10cm cho đến khi không gặp giun đất nữa Sau đó số lượng và sinh khối được quy

Trang 22

GIUN ĐẤT ĐÀ NẴNG

Phương pháp nghiên cứu (2)

3 Mẫu sau khi thu được đưa về phòng thí nghiệm, rửa sạch

đất bằng nước và định hình sơ bộ bằng foormol 2% ở trạng

thái duỗi thẳng trong vòng 2 giờ, sau đó được lưu giữ trong

foormol 4%

4 Mẫu giun đất được định loại theo khóa phân loại của các tác

giả trong và ngoài nước: Thái Trần Bái, 1983, 1984, 1986,

1990; Chen Y, 1933, 1936; Gates, 1972; E.G Eston, 1979,

1980; Michaelen, 1934; Phạm Thị Hồng Hà, 1984, 1995

GIUN ĐẤT ĐÀ NẴNG Kết quả nghiên cứu (1) xem chi tiết

1 Cho đến nay ở Đà Nẵng đã thống kê 76 loài giun đất, thuộc

8 giống, 4 họ Trong số đó có 5 loài mới chỉ gặp ở TP Đà

Nẵng: Pheretima banaensis Pham, 1995; Ph

banamonotheca sp.n; Ph banamultitheca sp.n; Ph

banatetratheca sp.n; Ph tiencanhensis Pham, 1995

2 Các loài có ký hiệu: Pheretima sp1 đến Pheretima sp 14 và Drawida sp1 đến Drawida sp3 là các loài có nhiều đặc điểm không giống với tất cả các loài giun đất đã gặp từ trước đến nay, chúng tôi đang chờ dẫn liệu để mô tả và định loại

GIUN ĐẤT BA VÌ

• 12 loài giun đất, 4 họ, 5 giống, chủ yếu là Pheretima

• Độ cao có ảnh hưởng tới số loài giun

• Pheretima triastriata là loài chính, có thể nuôi để

cải tạo đất

XEM CHI TIẾT

GIUN ĐẤT CHỈ THỊ KIM LOẠI NẶNG

NOVEL APPROACHES TO BIOINDICATION

OF HEAVY METALS IN SOILS CONTAMINATED

BY OIL SHALE WASTES

L NEI, J KRUUSMA, M IVASK, A KUU

Estonia

Chi tiết

Trang 23

GIUN ĐẤT - CHỈ THỊ KIM LOẠI NẶNG

Giới thiệu (1)

• Nguồn ô nhiễm kim loại nặng chính của Estonia là

công nghiệp khai thác đá phiến có dầu

• Vùng Đông Bắc Estonia nhiễm nhiều Cađimi (Cd,

Cu, Zn, Pb

• Sinh vật chỉ thị tốt nhất cho kim loại nặng là động vật

không xương sống khi chúng tích lũy vật liệu lấy từ

đất trong cơ thể, đặc biệt là giun đất, bọ đuôi bật…

• Từ nhiều năm nay giun đất được sử dụng để kiểm

tra sự ngộ độc kim loại nặng của đất

GIUN ĐẤT - CHỈ THỊ KIM LOẠI NẶNG Giới thiệu (2)

• Giun đất có mặt ở khắp nơi, dễ thu thập

• Là loài tích lũy kim loại nặng nên chỉ thị tốt

• Trong cơ thể giun hàm lượng kim loại nặng rất khác nhau tùy theo loài giun và loại kim loại

• Đã phát hiện thấy lượng kim loại nặng khác nhau trong cơ thể các loài khác nhau và giữa các cá thể của cùng một loài

Thời gian nghiên cứu:

2008-2009

Địa điểm nghiên cứu:

Thành phố Saue (Bắc Estonia, tọa độ 59o

19'12'', 24o33'94'')

Thu thập giun:

1 Mẫu định lượng thu theo hố đào có kích thước

50 x 50 cm 5 hố

2 Sử dụng dung dịch 15% mù tạt làm thuốc giun

3 Giun thu được rửa sạch, cho vào tủ ướp lạnh

48 tiếng và cân, giám định

Trang 24

Phân tích:

4 Lượng ion kim loại nặng Pb(II), Cd(II), Zn(II)

và Cu(II) có trong đất và trong mẫu giun được

đo bằng máy Điện cực giọt thủy ngân treo

HMDE (hanging mercury drop electrode)

Phân tích:

4 Lượng ion kim loại nặng Pb(II), Cd(II), Zn(II)

và Cu(II) có trong đất và trong mẫu giun được

đo bằng máy Điện cực giọt thủy ngân treo HMDE (hanging mercury drop electrode)

KẾT QUẢ

Định dạng
Số trang	35
Dung lượng	3,72 MB