ỨNG DỤNG CHỈ THỊ SINH HỌC TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC

TỔNG QUAN  Quan trắc môi trường gồm 3 thành phần cơ bản: lý, hóa học và sinh học;  Chỉ thị sinh học là sử dụng một cách có hệ thống các đáp ứng sinh học của các sinh vật chỉ thị để đánh giá sự biến đổi chất lượng môi trường;  Quan trắc dựa vào sinh vật chỉ thị (Biomonitors) là công cụ Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 2062014  Quan trắc dựa vào sinh vật chỉ thị (Biomonitors) là công cụ quản lý môi trường nước hiệu quả, hỗ trợ đáng kể cho các chương trình quan trắc lý – hóa học vì không đòi hỏi thiết bị đắt tiền, chi phí không cao khi thu mẫu và phân tích, không yêu cầu trình độ chuyên môn cao để thực hiện khâu thu mẫu và định loại loài;  Ứng dụng chỉ thị sinh học trong quan trắc môi trường nước đang trở nên rất phổ biến với nhiều loại công nghệ đa dạng (tùy mục đích và yêu cầu quan trắc).

TỔNG CỤC MÔI TRƯỜNG TRUNG TÂM QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG ỨNG DỤNG CHỈ THỊ SINH HỌC TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC Bà Lê Hoàng Anh PGĐ Trung tâm Quan trắc Môi trường Hải Phòng, 6/2014 TỔNG QUAN Quan trắc môi trường gồm thành phần bản: lý, hóa học sinh học;  Chỉ thị sinh học sử dụng cách có hệ thống đáp ứng sinh học sinh vật thị để đánh giá biến đổi chất lượng môi trường;  Quan trắc dựa vào sinh vật thị (Biomonitors) công cụ quản lý môi trường nước hiệu quả, hỗ trợ đáng kể cho chương trình quan trắc lý – hóa học không đòi hỏi thiết bị đắt tiền, chi phí không cao thu mẫu phân tích, không yêu cầu trình độ chuyên môn cao để thực khâu thu mẫu định loại loài;  Ứng dụng thị sinh học quan trắc môi trường nước trở nên phổ biến với nhiều loại công nghệ đa dạng (tùy mục đích yêu cầu quan trắc)  Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014 VAI TRÒ CỦA SINH VẬT CHỈ THỊ TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC Ưu dùng nhóm sinh vật làm thị chất lượng nước:  Rất đa dạng thành phần số lượng loài tự nhiên, thuận tiện ứng dụng chương trình quan trắc;  Có phân bố ổn định theo lưu vực; có khả phản ánh vấn đề ô nhiễm điểm việc xả thải kết thúc/không quan sát thấy;  Nhiều loài nhạy cảm với ô nhiễm, cho phép phát nhiều vấn đề ô nhiễm, đặc biệt ô nhiễm số hợp chất dạng vết khó phát qua phân tích mẫu lý – hóa học việc phân tích tốn kém;  Nhiều nhóm sinh vật có vòng đời đủ dài, phản ánh diễn biến chất lượng môi trường thời gian dài không đòi hỏi tần suất quan trắc liên tục;  Một số loài đặc biệt phù hợp cho phân tích phòng thíHội nghiệm thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014 CÁC ỨNG DỤNG TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC Một số hướng ứng dụng phổ biến nay: 1- Phân tích độc học môi trường; 2- Đánh giá nhanh chất lượng nước (phục vụ mục đích khai thác nước uống, nước sinh hoạt, quản lý môi trường); 3- Đánh giá, quan trắc diễn biến chất lượng nước lưu vực sông, suối, hồ theo mùa theo năm; 4- Bảo tồn, phân tích đa dạng thành phần loài khu vực; 5- Nghiên cứu khoa học (Ví dụ: đánh giá ảnh hưởng biến đổi khí hậu, xâm nhập mặn ) Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014 CÁC ỨNG DỤNG PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM Đối với chương trình quan trắc dùng sinh vật thị nước: o Chủ yếu dựa vào thị sinh học để đánh giá chất lượng môi trường nước; o Nguyên lý: Kết thu mẫu thực địa phân tích một/một số sinh vật thị quy đổi số, thị đo lường, hay mô hình mô tả hệ sinh thái /trạng thái sinh vật, qua đánh giá trạng diễn biến môi trường cư trú sinh vật thị Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014 MỘT SỐ LOẠI CHỈ THỊ SINH HỌC TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC Theo loài thị: Phổ biến nay: o Thực vật nổi: số loài thuộc ngành tảo lục, tảo lam, tảo vàng, tảo silic, tảo giáp; o Động vật nổi: số loài giáp xác sống trôi tầng nước mặt; o Động vật không xương sống đáy cỡ lớn: phổ biến loài ngành thân mềm, giun đốt, ấu trùng côn trùng… o Một số loài cá nước ngọt, nước lợ, nước mặt Theo tính thị: o Sinh vật nhạy cảm (Biosensor): Có nhạy cảm cao với biến đổi môi trường o Sinh vật tích tụ (Bioaccumulator): có khả tích lũy kim loại nặng thể nồng độ cao môi trường xung quanh Ví dụ: ốc, trai, hến, rong… Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014 MỘT SỐ LOẠI CHỈ THỊ SINH HỌC TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC Theo cấp độ thị: cấp chính: o Chỉ thị loài: phân tích tế bào, mô phận sinh vật thị; o Chỉ thị loài:  Thông qua định tính định lượng sinh vật thị;  Phổ biến nhóm cá, giun, trai ốc, loài côn trùng… o Chỉ thị quần xã : dựa phép đo nhóm sinh vật cụ thể quần xã Ví dụ:  Chỉ số đa dạng (Margalef, Shannon-Wiener…);  Chỉ số ô nhiễm (BMWP, ASPT, ASTPT…);  Chỉ số sinh học tổng hợp (chỉ số tổng hợp cá IBI, số tổng hợp dựa vào động vật KSXĐCL MMIF…);  Chỉ số tính toàn vẹn, o Chỉ thị hệ sinh thái: đo đạc suất sơ cấp trình hô hấp quần xã Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014 CHƯƠNG TRÌNH QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC DÙNG SINH VẬT CHỈ THỊ Các nhóm sinh vật thường dùng:  Thực vật nổi: loài tảo giáp, tảo mắt, tảo silic, tảo lam, tảo lục;  Động vật nổi: ví dụ giáp xác chân chèo, trùng bánh xe…  Động vật không xương sống cỡ lớn T.Giáp 1% T.Mắt 15% Các thị sinh học đánh giá chất lượng môi trường:  Chỉ số đơn lẻ:  Chỉ số đa dạng: Margalef, Shannon-Wiener, Simpson;  Chỉ số ô nhiễm: BMWP-Viet, ASPT; Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014 T.Silic 27% T.Lam 13% T.Lục 44% Toàn lưu vực CHƯƠNG TRÌNH QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC DÙNG SINH VẬT CHỈ THỊ o Đa số: Là việc kết hợp nhiều số, cho phép tích hợp nhiều nguồn thông tin (về đa dạng loài, tính nhạy cảm, thị ô nhiễm…) vào số nhất; => Là hướng quan tâm thời gian gần nước 0,9 0,8 MMI 0,7 Lớp 0,6 Lớp 0,5 Lớp 0,4 Lớp 0,3 Lớp 0,2 0,1 Sông Cầu Sông Công SNT SPH SCC SDU SCO-5 SCO-4 SCO-3 SCO-2 SCO-1 SCA-6 SCA-5 SCA-4 SCA-3 SCA-2 SCA-1 Các sông khác Ví dụ số tổng hợp BBI (Bỉ) MMI (Việt Nam) MỘT SỐ ỨNG DỤNG KHÁC Ngoài phương pháp sử dụng thị sinh học để đánh giá chất lượng môi trường nước, số phương pháp dựa vào công nghệ, thiết bị đại phổ biến Việt Nam Điển hình như: o o o Phân tích ô nhiễm dựa vào sinh vật tích tụ; Phân tích độc học môi trường; Đánh giá nhanh chất lượng nước Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014 PHÂN TÍCH Ô NHIỄM DỰA VÀO SINH VẬT TÍCH TỤ  Là phương pháp phân tích hoá sinh hữu mô thể số loài sinh vật có khả nặng tích tụ, qua phát chất ô nhiễm dễ dàng so với phương pháp phân tích lý - hóa học; Có thể đánh giá ô nhiễm kim loại nặng (Cu, Zn, Pb, Asen…) môi trường (đất, nước, trầm tích…);  Các loài thị phổ biến:  Động vật hai mảnh (trai, hến, trùng trục, ốc…): ưu điểm có định loại rõ, dễ nhận dạng, dễ tích tụ chất ô nhiễm, vòng đời dài;  Các loài khác: Cá (ít phổ biến thường có ngưỡng chết với giới hạn nồng độ ô nhiễm định có phân bố không tĩnh tại), giun đất, rong,…  Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014 PHÂN TÍCH ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG Ứng dụng cho thị loài loài;  Dựa vào phản ứng gây chết (sub-lethal) quan sát thay đổi bất thường di chuyển, sinh sản, làm tổ, hình thái…của loài môi trường có độc chất;  Nồng độ (log) Một số sinh vật thị phổ biến: rận nước (daphnia), tảo, trai…thường phổ biến dựa vào nhóm cá (ví dụ cá ngựa vằn); Có thể ứng dụng cho quan trắc trường và/hoặc phân tích, theo dõi phòng thí nghiệm;  Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014 PHÂN TÍCH ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG Thiết bị quan trắc độc chất dùng rận nước: Nguyên lý: hệ thống gồm buồng mẫu đo; giám sát 24/24 phát hiện, đưa tín hiệu cảnh báo tự động;  Phân tích, phát ô nhiễm qua giám sát hành vi bơi nhóm rận nước (thông số quy luật di chuyển, tốc độ trung bình, phân bố vị trí bơi tầng nước,…)  Bộ nuôi gắn liền máy Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014  PHÂN TÍCH ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG Thiết bị quan trắc độc chất dùng tảo:    Nguyên lý: Đo ức chế quang hợp tảo môi trường có độc tố; Phương pháp đo huỳnh quang trực tiếp để xác định nồng độ chlorophyll môi trường xác định nhóm tảo; Bộ nuôi tảo gắn liền máy Phần mềm quan trắc Tảo Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014 Nguồn: Công ty REECO ĐÁNH GIÁ NHANH CHẤT LƯỢNG NƯỚC Ứng dụng để đánh giá chất lượng: Nước cấp sinh hoạt, nước mặt, nước sông, ao, hồ chứa…  Phương pháp dùng cho phòng thí nghiệm, trạm quan trắc trường;  Độ nhạy phương pháp từ trung bình đến cao (ppm-ppb) dạng hợp chất: độc tố hô hấp, độc tố thần kinh, thuốc diệt loài gây hại;  Ví dụ: Hệ thống video giám sát, phân tích hành vi bơi cá để phát nhanh chóng nước chứa độc chất; cảnh báo nhanh dùng cho nhiều loài cá;  Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014 ĐÁNH GIÁ NHANH CHẤT LƯỢNG NƯỚC  Dùng thiết bị đo nhanh trường (ví dụ đo tảo):  Đo hàm lượng chlorophyll (in situ);  Độ sâu quan trắc tối đa: - 100 m; - 300 m; - 1000 m;  Bảng mô tả liệu thời gian thực theo độ sâu quan trắc Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014 DÙNG CÁC MÔ HÌNH SINH THÁI Phương pháp dùng mô hình, thuật toán dự báo: Dựa vào nguyên lý, quy luật tương tác yếu tố lý - hóa học sinh học … low high Genetic algorithms cond width Fuzzy logic DO Baetis Bayesian Belief Networks ANN DO %sat Decision trees  48.6% > 48.6% depth  0.4m > 0.4m 17 ĐỊNH HƯỚNG DÙNG SINH VẬT CHỈ THỊ ĐỐI VỚI HOẠT ĐỘNG QUAN TRẮC  Quan trắc dựa vào sinh vật thị công cụ hiệu quả, hỗ trợ đắc lực cho chương trình quan trắc lý - hóa học;  Cần phổ biến, mở rộng hướng sử dụng sinh vật thị chương trình quan trắc môi trường định kỳ;  Cần đầu tư phát triển nguồn lực sở vật chất để ứng dụng công nghệ phổ biến quan trắc dùng sinh vật thị;  Cần mở rộng hướng hướng khai thác, sử dụng sinh vật thị lĩnh vực môi trường (ví dụ: đánh giá biến đổi khí hậu, ngưỡng chịu tải sông suối…) Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014 XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN! Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014 [...]... trợ đắc lực cho chương trình quan trắc lý - hóa học;  Cần phổ biến, mở rộng hướng sử dụng sinh vật chỉ thị trong các chương trình quan trắc môi trường định kỳ;  Cần đầu tư phát triển nguồn lực và cơ sở vật chất để ứng dụng các công nghệ phổ biến trong quan trắc dùng sinh vật chỉ thị;  Cần mở rộng hướng các hướng khai thác, sử dụng sinh vật chỉ thị trong lĩnh vực môi trường (ví dụ: đánh giá biến... giun đất, rong,…  Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014 PHÂN TÍCH ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG Ứng dụng cho chỉ thị loài và dưới loài;  Dựa vào phản ứng gây chết (sub-lethal) hoặc quan sát sự thay đổi bất thường về di chuyển, sinh sản, làm tổ, hình thái…của các loài đối với môi trường có độc chất;  Nồng độ (log) Một số sinh vật chỉ thị phổ biến: rận nước (daphnia), tảo, con trai…thường... độ chlorophyll trong môi trường và xác định các nhóm tảo; Bộ nuôi tảo gắn liền máy chính Phần mềm quan trắc Tảo Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014 Nguồn: Công ty REECO ĐÁNH GIÁ NHANH CHẤT LƯỢNG NƯỚC Ứng dụng để đánh giá chất lượng: Nước cấp sinh hoạt, nước mặt, nước sông, ao, hồ chứa…  Phương pháp dùng được cho phòng thí nghiệm, trạm quan trắc và đi hiện trường;  Độ nhạy... vi bơi của nhóm rận nước (thông số quy luật di chuyển, tốc độ trung bình, sự phân bố và vị trí bơi trong tầng nước, …)  Bộ nuôi gắn liền máy Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014 chính  PHÂN TÍCH ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG Thiết bị quan trắc độc chất dùng tảo:    Nguyên lý: Đo sự ức chế quang hợp của tảo trong môi trường có độc tố; Phương pháp đo bằng huỳnh quang trực tiếp để... nước (daphnia), tảo, con trai…thường phổ biến dựa vào nhóm cá (ví dụ cá ngựa vằn); Có thể ứng dụng cho quan trắc hiện trường và/hoặc phân tích, theo dõi trong phòng thí nghiệm;  Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014 PHÂN TÍCH ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG Thiết bị quan trắc độc chất dùng rận nước: Nguyên lý: hệ thống gồm 1 hoặc 2 buồng mẫu đo; giám sát 24/24 giờ và phát hiện, đưa... chóng nước chứa độc chất; cảnh báo nhanh và dùng được cho nhiều loài cá;  Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014 ĐÁNH GIÁ NHANH CHẤT LƯỢNG NƯỚC  Dùng thiết bị đo nhanh hiện trường (ví dụ đo tảo):  Đo hàm lượng chlorophyll (in situ);  Độ sâu quan trắc tối đa: 0 - 100 m; 0 - 300 m; 0 - 1000 m;  Bảng mô tả dữ liệu thời gian thực theo độ sâu quan trắc Hội thảo Quan trắc môi trường. .. SINH THÁI Phương pháp dùng các mô hình, thuật toán dự báo: Dựa vào các nguyên lý, quy luật tương tác giữa các yếu tố lý - hóa học và sinh học … 1 low high Genetic algorithms cond width 0 Fuzzy logic DO Baetis Bayesian Belief Networks ANN DO %sat Decision trees  48.6% > 48.6% 0 depth  0.4m 0 > 0.4m 1 17 ĐỊNH HƯỚNG DÙNG SINH VẬT CHỈ THỊ ĐỐI VỚI HOẠT ĐỘNG QUAN TRẮC  Quan trắc dựa vào sinh vật chỉ thị. ..PHÂN TÍCH Ô NHIỄM DỰA VÀO SINH VẬT TÍCH TỤ  Là phương pháp phân tích hoá sinh hữu cơ mô cơ thể của một số loài sinh vật có khả nặng tích tụ, qua đó phát hiện các chất ô nhiễm dễ dàng hơn so với phương pháp phân tích lý - hóa học; Có thể đánh giá ô nhiễm các kim loại nặng (Cu, Zn, Pb, Asen…) trong môi trường (đất, nước, trầm tích…);  Các loài chỉ thị phổ biến:  Động vật hai mảnh (trai,... hướng các hướng khai thác, sử dụng sinh vật chỉ thị trong lĩnh vực môi trường (ví dụ: đánh giá biến đổi khí hậu, ngưỡng chịu tải các sông suối…) Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014 XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN! Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014