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).

Trang 1

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

TỔNG CỤC MÔI TRƯỜNG TRUNG TÂM QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG

Hải Phòng, 6/2014

Bà Lê Hoàng Anh PGĐ Trung tâm Quan trắc Môi trường

Trang 2

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 - 20/6/2014

 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)

Trang 3

Ưu thế dùng các nhóm sinh vật làm chỉ thị chất lượng nước:

 Rất đa dạng về thành phần và số lượng loài trong tự

nhiên, thuận tiện ứng dụng trong các chương trình quan trắc;

 Có phân bố ổn định theo lưu vực; có khả năng phản ánh

vấn đề ô nhiễm tại các điểm khi việc xả thải đã kết thúc/không quan sát thấy;

VAI TRÒ CỦA SINH VẬT CHỈ THỊ TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC

thúc/không quan sát thấy;

 Nhiều loài nhạy cảm với ô nhiễm, cho phép phát hiện

được nhiều vấn đề ô nhiễm, đặc biệt là ô nhiễm một số hợp chất dạng vết khó phát hiện qua phân tích mẫu lý – hóa học hoặc việc phân tích quá tốn kém;

 Nhiều nhóm sinh vật có vòng đời đủ dài, phản ánh được

diễn biến chất lượng môi trường thời gian dài và không đòi hỏi tần suất quan trắc liên tục;

 Một số loài đặc biệt phù hợp cho các phân tích trong phòng thí nghiệm.

Trang 4

CÁC ỨNG DỤNG TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Một số hướng ứng dụng phổ biến hiện 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 các lưu

vực sông, suối, hồ theo mùa và theo năm;

4- Bảo tồn, phân tích đa dạng thành phần loài của khu vực; 5- Nghiên cứu khoa học (Ví dụ: đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, xâm nhập mặn )

Trang 5

o Chủ yếu dựa vào các chỉ thị sinh học để đánh giá chất lượng môi trường nước;

o Nguyên lý: Kết quả thu mẫu thực địa và phân tích một/một số sinh vật chỉ thị được quy đổi ra các chỉ số, chỉ thị đo lường, hay mô hình mô tả về một hệ sinh thái /trạng thái của sinh vật, qua đó đánh giá hiện trạng và diễn biến môi trường cư trú của các sinh

CÁC ỨNG DỤNG PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM

Đối với các chương trình quan trắc dùng sinh vật chỉ thị

trong nước:

đánh giá hiện trạng và diễn biến môi trường cư trú của các sinh vật chỉ thị

Trang 6

MỘT SỐ LOẠI CHỈ THỊ SINH HỌC TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Theo loài chỉ thị: Phổ biến hiện nay:

o Thực vật nổi: một số loài thuộc ngành tảo lục, tảo lam, tảo vàng, tảo silic, tảo giáp;

o Động vật nổi: một số loài giáp xác sống trôi nổi ở tầng nước mặt;

o Động vật không xương sống đáy cỡ lớn: phổ biến như các loài ngành thân mềm, giun đốt, các ấu trùng côn trùng…

o Một số loài cá nước ngọt, nước lợ, nước mặt

Theo tính chỉ thị:

o Sinh vật nhạy cảm (Biosensor):

Có sự nhạy cảm cao với những

biến đổi của môi trường

(Bioaccumulator): có khả năng

tích lũy các kim loại nặng trong

cơ thể ở nồng độ cao hơn môi

trường xung quanh Ví dụ: ốc,

trai, hến, rong…

o Một số loài cá nước ngọt, nước lợ, nước mặt

Trang 7

Theo cấp độ chỉ thị: 4 cấp chính:

o Chỉ thị dưới loài: phân tích tế bào, mô hoặc bộ phận của sinh vật

chỉ thị;

o Chỉ thị loài:

 Thông qua định tính và định lượng các sinh vật chỉ thị;

 Phổ biến như các nhóm cá, giun, trai ốc, các loài côn trùng…

o Chỉ thị quần xã : dựa trên phép đo của một nhóm sinh vật cụ thể

MỘT SỐ LOẠI CHỈ THỊ SINH HỌC TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC

o Chỉ thị quần xã : dựa trên phép đo của một nhóm sinh vật cụ thể

trong 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, chỉ số tổng hợp dựa vào động vật KSXĐCL MMIF…);

 Chỉ số về tính toàn vẹn,

o Chỉ thị hệ sinh thái: đo đạc năng suất sơ cấp hoặc quá trình hô

hấp của các quần xã

Trang 8

Các nhóm sinh vật thường dùng:

 Thực vật nổi: các 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

Các chỉ thị sinh học đánh giá chất lượng môi trường:

 Chỉ số đơn lẻ:

 Chỉ số đa dạng: Margalef, Shannon-Wiener, Simpson; Toàn lưu vực

T.Lục 44%

T.Lam 13%

T.Mắt 15%

T.Giáp 1%

T.Silic 27%

CHƯƠNG TRÌNH QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC

DÙNG SINH VẬT CHỈ THỊ

 Chỉ số đa dạng: Margalef, Shannon-Wiener, Simpson;

 Chỉ số ô nhiễm: BMWP-Viet, ASPT;

Trang 9

1

MMI

nguồn thông tin (về đa dạng loài, tính nhạy cảm, chỉ thị ô nhiễm…) vào 1 chỉ số duy nhất;

=> Là hướng đang được quan tâm thời gian gần đây trong và ngoài nước

CHƯƠNG TRÌNH QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC

DÙNG SINH VẬT CHỈ THỊ

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

Sông Cầu Sông Công Các sông khác

MMI Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5

V í dụ chỉ số tổng hợp BBI (Bỉ) và

MMI (Việt Nam)

Trang 10

Ngoài phương pháp sử dụng các chỉ thị sinh học để đánh giá chất lượng môi trường nước, một số phương pháp dựa vào công nghệ, thiết bị hiện đại đang được phổ biến ở Việt Nam Điển hình như:

o Phân tích ô nhiễm dựa vào sinh vật tích tụ;

MỘT SỐ ỨNG DỤNG KHÁC

Phân tích ô nhiễm dựa vào sinh vật tích tụ;

o Phân tích độc học môi trường;

o Đánh giá nhanh chất lượng nước

Trang 11

 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, hến, trùng trục, ốc…): ưu điểm chính

đã có định loại rõ, dễ nhận dạng, dễ tích tụ chất ô nhiễm, vòng đời dài;

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;

đời dài;

 Các loài khác: Cá (ít phổ biến hơn do thường có ngưỡng chết với giới hạn nồng độ ô nhiễm nhất định và có phân bố không tĩnh tại), giun đất, rong,…

Trang 12

 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

PHÂN TÍCH ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG

thái…của các loài đối với môi

trường có độc chất;

 Một số sinh vật chỉ thị phổ biến: rận 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;

Nồng độ (log)

Trang 13

 Nguyên lý: hệ thống

gồm 1 hoặc 2 buồng

mẫu đo; giám sát 24/24

giờ và phát hiện, đưa tín

hiệu cảnh báo tự động;

 Phân tích, phát hiện ô

nhiễm qua giám sát

Thiết bị quan trắc độc chất dùng rận nước:

nhiễm qua giám sát

hành 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

chính

Trang 14

 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 xác định nồng

độ chlorophyll trong môi trường

và xác định các nhóm tảo;

Thiết bị quan trắc độc chất dùng tảo:

và xác định các nhóm tảo;

 Bộ nuôi tảo gắn liền máy chính.

Phần mềm quan trắc Tảo

Nguồn: Công ty REECO

Trang 15

 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 phương pháp từ trung bình đến cao (ppm-ppb) đối với các 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 của cá để phát hiện nhanh chóng nước chứa độc chất; cảnh báo nhanh và dùng được cho nhiều loài cá;

ĐÁNH GIÁ NHANH CHẤT LƯỢNG NƯỚC

cho nhiều loài cá;

Trang 16

 Dùng thiết bị đo nhanh hiện trường (ví dụ đo tảo):

ĐÁNH GIÁ NHANH CHẤT LƯỢNG NƯỚC

Trang 17

width cond

DO Baetis

…

Genetic algorithms

Fuzzy logic

1

0

low high

DÙNG CÁC MÔ HÌNH 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

17

Baetis

0

DO %sat

depth

> 48.6%

0

 48.6%

 0.4m > 0.4m

1

ANN

Bayesian Belief Networks

Decision trees Fuzzy logic

Trang 18

 Quan trắc dựa vào sinh vật chỉ thị là 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 chỉ thị trong các chương trình quan trắc môi trường định kỳ;

ĐỊNH HƯỚNG D ÙNG SINH VẬT CHỈ THỊ

ĐỐI VỚI HOẠT ĐỘNG QUAN TRẮC

 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 đổi khí hậu, ngưỡng chịu tải các sông suối…)

Trang 19

XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!

Định dạng
Số trang	19
Dung lượng	2,78 MB