Bài giảng môn hóa môi trường nguyễn hoài thu

CHNG 1: SINH THI V MễI TRNG 1.1 Sinh thỏi 1.1.1 Lch s phỏt trin v ý ngha ca mụn sinh thỏi hc Cú th túm tt lch s phỏt trin sinh thỏi hc nh sau - Thi k trc th k XIX : Ngay t nhng thi k lch s xa xa ngi ó cú nhng hiu bit nht nh v Sinh thỏi hc dự rng h khụng bit thut ng ny Cú th nờu lờn nhng cụng trỡnh cú cp n sinh thỏi hc nh sau: Trong nhng cụng trỡnh ca nh bỏc hc Aristote (384 - 322 TCN) v cỏc trit gia c Hy Lp u cú nhiu dn liu mang tớnh cht sinh thỏi khỏ rừ nột Trong cụng trỡnh ca mỡnh, Aristote ó mụ t 500 loi ng vt cựng vi cỏc c tớnh nh di c, s ng ụng ca cỏc loi chim, kh nng t v ca mc, cỏc hot ng xõy t ca chim Hoc nh E Theophrate (371-286 TCN), ngi khai sinh mụn hc thc vt hc ó chỳ ý n nh hng ca thi tit, mu t n s sinh trng, tui th ca cõy v thi k qu chớn, tỏc ng qua li gia thm thc vt vi a hỡnh, a lý ễng ó s dng cỏc c im sinh thỏi lm c s cho vic phõn loi thc vt B.G Lamark (1744-1829) l ngi a hc thuyt tin húa u tiờn, ụng ó cho rng nh hng ca cỏc yu t mụi trng l mt nhng nguyờn nhõn quan trng i vi s thớch nghi v s tin húa ca sinh vt - Thi k th k XIX : Phi núi õy l thi k phn thnh ca sinh thỏi hc, thi k ny ó cú nhiu cụng trỡnh nghiờn cu, nhiu t liu v sinh thỏi hc Cú th nờu mt s nh khoa hc tiờu biu : A Hurmboldt (1769 - 1859) chỳ ý n nhng iu kin a lý i vi thc vt K Glogher (1833) vit v s thay i ca chim di nh hng ca khớ hu K Bergmann (1848) núi v qui lut thay i kớch thc ca cỏc ng vt mỏu núng theo vựng phõn b a lý; C Darwin (1809-1872) vi tỏc phm ni ting Ngun gc ca cỏc loi chn lc t nhiờn hay l s bo tn cỏc nũi thớch nghi u tranh sinh tn cựng vi mt s cụng trỡnh khỏc l nhng bng chng phong phỳ v hựng hn cho hc thuyt tin húa ca ụng ú cng l nn múng ca sinh thỏi hc Ngi xut thut ng Sinh thỏi hc l nh sinh hc ngi c - E Haeckel (1834-1919) quyn sỏch Sinh thỏi chung ca c th ễng xỏc nh sinh thỏi hc l khoa hc chung v quan h gia sinh vt v mụi trng ễng cng chớnh l ngi ng h tớch cc hc thuyt tin húa ca C Darwin Giỏo viờn biờn son: Nguyn Hoi Thu T na sau ca th k XIX, ni dung nghiờn cu ca sinh thỏi hc ch yu l cỏc nghiờn cu v i sng ca ng thc vt v s thớch nghi ca chỳng vi nhõn t khớ hu Tiờu biu nh E Warming (an Mch) cụng trỡnh a lý sinh thỏi thc vt (1895) Thi k t th k XX n nay: õy l thi k sinh thỏi hc ngy cng c nghiờn cu sõu v rng hn Hi ngh quc t v thc vt ln th Bruxelle (B) vo nm 1910, ó tỏch sinh thỏi hc thc vt thnh hai b mụn riờng: Sinh thỏi hc cỏ th (Autoecology) v sinh thỏi hc qun xó (Synecology) T nhng nm 20 ca th k ny, ngi ta ó t chc cỏc Hi sinh thỏi hc v sinh thỏi Mụn sinh thỏi hc bt u c ging dy cỏc trng i hc Vo nhng nm 30 tr i khuynh hng nghiờn cu qun xó, c bit l cỏc qun xó thc vt c phỏt trin nhiu nc trờn th gii Nm 1935 A.Tansley (Anh) ó a mt hng nghiờn cu mi l h sinh thỏi (Ecosystem), nhng mói n na sau ca th k XX, hng nghiờn cu ny mi c quan tõm v c y mnh S phỏt trin ca h sinh thỏi ó lm c s cho mt hc thuyt mi v sinh quyn nh khoa hc ngi Nga V.I Vernadki í ngha ca sinh thỏi hc Trong cuc sng, sinh thỏi hc ó cú nhng thnh tu to ln c ngi ng dng vo nhng lnh vc nh: - Nõng cao nng sut vt nuụi v cõy trng trờn c s ci to cỏc iu kin sng ca chỳng - Hn ch v tiờu dit cỏc dch hi, bo v i sng cho vt nuụi, cõy trng v i sng ca c ngi - Thun hoỏ v di ging cỏc loi sinh vt - Khai thỏc hp lý ti nguyờn thiờn nhiờn, trỡ a dng sinh hc v phỏt trin ti nguyờn cho s khai thỏc bn vng - Bo v v ci to mụi trng sng cho ngi v cỏc loi sinh vt sng tt hn Sinh thỏi hc gi õy l c s khoa hc, l phng thc cho chin lc phỏt trin bn vng ca xó hi ngi ang sng trờn hnh tinh k v ny ca H thỏi dng Giỏo viờn biờn son: Nguyn Hoi Thu 1.1.2 Khỏi nim h sinh thỏi Vy h sinh thỏi l hp ca qun xó sinh vt vi mụi trng vt lý m nú tn ti, ú cỏc sinh vt tng tỏc vi v vi mụi trng phỏt trin n nh theo thi gian thụng qua hot ng ca cỏc chu trỡnh sinh a hoỏ v s bin i nng lng H sinh thỏi tr thnh mt b phn cu trỳc ca mt h sinh thỏi nht ton cu hay cũn gi l sinh quyn (biosphere) VD : H sinh thỏi rng quc gia Cỳc Phng, rng ngp mn, h sinh thỏi vựng ca sụng, rn san hụ 1.1.3 Cu trỳc ca h sinh thỏi Mt h sinh thỏi in hỡnh c cu trỳc bi cỏc thnh phn c bn sau õy: - Sinh vt sn xut (Producer - P) - Sinh vt tiờu th (Consumer - C) - Sinh vt phõn hy (Decomposer - D) - Cỏc cht vụ c (CO2, O2 , H2O, CaCO3 ) - Cỏc cht hu c (protein, lipid, glucid, vitamin, enzym, hoocmon,) - Cỏc yu t khớ hu (nhit , ỏnh sỏng, m, lng ma ) MễI TRNG VT Lí - Cỏc cht vụ c - Cỏc cht hu c - Cỏc yu t khớ hu QUN X SINH VT + - Sinh vt sn xut - Sinh vt tiờu th - Sinh vt phõn hy = H SINH THI + Sinh vt sn xut (Producer - P) l nhng sinh vt t dng (autotrophy), gm cỏc loi thc vt cú mu xanh v mt s nm, vi khun cú kh nng quang hp hoc húa tng hp Chỳng l thnh phn khụng th thiu c bt k h sinh thỏi hon chnh no + Sinh vt tiờu th (Consumer - C ) l nhng sinh vt d dng (heterotrophy) bao gm tt c cỏc loi ng vt v nhng vi sinh vt khụng cú kh nng quang hp v húa tng hp, núi mt cỏch khỏc, chỳng tn ti c l da vo ngun thc n ban u cỏc sinh vt t dng to Tu theo c im tiờu th, sinh vt tiờu th c chia ra: - Sinh vt tiờu th bc (C1): bao gm nhng loi ng vt n thc vt Giỏo viờn biờn son: Nguyn Hoi Thu - Sinh vt tiờu th bc (C2): Bao gm sinh vt n tht, s dng sinh vt tiờu th bc lm thc n - Sinh vt tiờu th bc v bc (C3 v C4) cú th l sinh vt n tht, s dng sinh vt tiờu th bc lm thc n Cng cú th l ký sinh trựng sng ký sinh trờn sinh vt tiờu th bc1 hoc bc hoc ng vt n xỏc cht + Sinh vt phõn hy (Decomposer - D) l tt c cỏc vi sinh vt d dng, sng hoi sinh (saprophy) : vi sinh vt t, nm Chỳng phõn hy cỏc cht phc tp, gii phúng mụi trng nhng khoỏng cht n gin hoc cỏc nguyờn t húa hc ban u tham gia vo chu trỡnh (nh CO2, O2, N2 ) 1.1.4 Bn cht ca h sinh thỏi - H sinh thỏi tn ti mt cỏch c lp vi cỏc thnh phn cu to nờn nú - Cỏc thnh viờn cu trỳc nờn h tn ti v phỏt trin hon ton ph thuc vo - Mt h sinh thỏi bt k hay mi thnh viờn cu trỳc nờn h cú chc nng riờng, u hot ng nhp nhng to nờn hot ng chc nng ca c h thng - H sinh thỏi l h ng lc h, t iu chnh 1.1.5 Quỏ trỡnh tng hp v phõn hu vt cht h sinh thỏi 1.1.5.1 Quỏ trỡnh tng hp vt cht a Quang hp ca cõy xanh Nh cú cht dip lc m thc vt v to l sinh vt nht trờn hnh tinh ly CO2 v nng lng mt tri tng hp thnh cht hu c CO2 + 12 H2O + nng lng mt tri Chlorophil (C6H12O6) + 6H2O + 6O2 b Quang hp ca vi khun Ngoi quang hp ca thc vt cũn cú s úng gúp ca cỏc nhúm vi khun mang mu cho quỏ trỡnh sn xut cht hu c nh vi khun lu hunh mu xanh hay mu (Chlorobacteriaceae, Thiorhodaceae) Phn ln chỳng sng nc ngt v nc mn, ni c chiu sỏng Trong quang hp ca vi khun, cht b oxi hoỏ (cho in t) khụng phi l nc m l nhhng cht vụ c hay hu c cha lu hunh nh H2S CO2 + 2H2S + nng lng mt tri 2H2O + 3O2 + 2S Chlorophil (CH2O) + H2O + 2S 2H2SO4 Giỏo viờn biờn son: Nguyn Hoi Thu c Hoỏ tng hp ca vi khun Mt quỏ trỡnh na c nhc n thnh phn ca nhúm sinh vt sn xut l quỏ trỡnh hoỏ tng hp mt s nhúm vi khun xỏc nh Cỏc vi khun hoỏ tng hp ly nng lng t phn ng oxi hoỏ cỏc hp cht vụ c a cacbondioxit vo thnh phn ca t bo cht Nhng hp cht hu c n gin hoỏ tng hp c bin i, chng hn, t NH3 thnh nitrit, nitrit thnh nitrat, st II thnh st III S oxi húa nitrat - Bc u: Bin i amụni hay amoniac thnh nitrit nh vi khun nitrosomonas NH4+ + O2 NO2- + H+ + nng lng - Tip theo: Bin i nitrit thnh nitrat nh vi khun nitrobacter NO2- + O2 NO3- + nng lng Da vo c im dinh dng, vi khun c chia thnh cỏc nhúm: Chemolithoautotroph, Photolithaototroph, Chemoorangnoautotroph - Chemolithoautotroph (vi khun nitrat hoỏ, vi khun lu hunh khụng mu, mt s vi khun sinh khớ metan v vi khun oxi hoỏ st) s dng nng lng nh s oxi hoỏ NH3, NO2-, H2S hoc cỏc cht kh khỏc - Photolithautotroph (vi khun lam, vi khun v tớa) li s dng nng lng mt tri - Chemoorangnoautotroph khai thỏc nng lng t s oxi hoỏ metanol v cỏc hp cht hu c khỏc d Hiu qu ca quỏ trỡnh tng hp vt cht Trong i sng ca thc vt, nng lng kim c t quang hp s dng cho cỏc quỏ trỡnh t trỡ, tng trng v hụ hp rt thay i Trờn c s nhiu kho nghim, nng lng s dng ca sinh vt t dng c ỏnh giỏ t 30-40% tng sn lng sinh hc s cp (sn lng s cp thụ PG ); Cũn li khong 60 -70% c dựng lm thc n cho cỏc loi sinh vt d dng gi l sn lng s cp tinh PN (nng lng s cp nguyờn) 1.1.5.2 Quỏ trỡnh phõn hu vt cht a Hụ hp hiu khớ Hụ hp hiu khớ l hot ng chc nng ca tt c cỏc loi sinh vt Hụ hp ngc vi quỏ trỡnh quang hp, chỳng s dng oxi phõn t t chỏy vt cht, to nng lng cho cỏc hot ng sng ca c th, ng thi thi mụi trng cỏc sn phm cui cựng ca quỏ trỡnh l CO2 v H2O Giỏo viờn biờn son: Nguyn Hoi Thu (C6H12O6) + 6O2 6CO2 + 6H2O + nng lng b Hụ hp k khớ Hụ hp k khớ xy khụng cú s tham gia ca oxi phõn t Cht oxi hoỏ khụng phi l oxi m l cht vụ c hay hu c khỏc Hụ hp k khớ hay gp di dng hụ hp sunfat v nitrat Hụ hp sunfat xy cỏc trm tớch giu SO4 2- cỏc nhúm vi khun nh metanococcus, desulfovibrio S phõn hu cỏc cht c thc hin theo phn ng sau õy: CH3-CO-COOH + H2O CH3-COOH + CO2 + 2H+ 2H+ + 1/4SO4 2- 1/4S 2- + H2O Hụ hp nitrat din quỏ trỡnh phn nitrat (denitrification) bin i nit t dng nitrat tr v dng NO, NH 3, N2, N2O vi s tham gia ca cỏc vi khun phn nitrat nh Pseudomonat, Escherichia, nm theo phn ng sau: C6H12O6 + 4NO3- 6CO2 + 6H2O + 2N2 c S lờn men Lờn men l quỏ trỡnh sn sinh nng lng, khai thỏc nng lng bng ng lờn men thỡ phn ng ng phõn (glucolyse) rt c trng i vi thu sinh vt, tc l quỏ trỡnh ct ngn dn hexoza (C 6H12O6) cho n phõn t puruvic Sn phm cui cựng ca s lờn men ng l axit lactic C6H12O6 2CH3-CO-COOH + 4H+ 2CH3-CO-COOH + 4H+ 2CH3-CHOH-COOH (axit lactic) Lờn men l quỏ trỡnh k khớ, c thc hin cỏc vi sinh vt k khớ nghiờm ngt (k khớ bt buc) hoc k khớ tu nghi Ba dng hụ hp trờn ng tr sinh quyn, tham gia vo quỏ trỡnh phõn hu vt cht n dng n gin nht tr li cho mụi trng, nh ú vt cht c quay vũng v nng lng c bin i d Vai trũ ca quỏ trỡnh phõn hu cỏc cht hu c h sinh thỏi S phõn hu vt cht cú ý ngha quan trng i sng t nhiờn - To nờn dóy thc n liờn tc cỏc h sinh thỏi - Bin cỏc cht tr thnh cỏc cht cú hot tớnh cao tham gia vo s hỡnh thnh ngun dinh dng cho sinh gii - Hỡnh thnh nờn cỏc vitamin, cht khỏng sinh cú giỏ tr iu ho cỏc quỏ trỡnh sinh hc qun xó - Lm sch mụi trng bng cỏc quỏ trỡnh vt lý, húa hc v sinh hc Giỏo viờn biờn son: Nguyn Hoi Thu 1.1.6 Nng lng v dũng nng lng i qua h sinh thỏi 1.1.6.1 S phõn b nng lng mụi trng Tt c cỏc h thng sng trờn hnh tinh ny tn ti c l nh vo ngun nng lng vụ tn ca mt tri Ngun nng lng ny chuyn xung trỏi t di dng súng ỏnh sỏng nh sỏng i qua tng khớ quyn n c b mt trỏi t b suy gim mt phn cỏc khớ , hi nc, bihp th v phn x li v tr Nhng di súng khỏc b hp th khỏc Núi chung, bc x mt tri xung n ngng trờn ca khớ quyn cú cng 2Cal/cm 2/phỳt Khi qua lp khớ quyn b mt trỏi t ch cũn nhn c 67% nng lng ban u, ng vi 1,34 Cal/cm2/phỳt Cỏc nghiờn cu ó xỏc nh rng khong 99% tng nng lng nm vựng quang ph cú bc súng t 1,136 n 4000 àm; Khong 50% ngun nng lng ú (gm c ỏnh sỏng trng v bc súng 0,38 0,77 àm).cú ý ngha sinh thỏi quan trng, c thc vt s dng cho quang hp gi l bc x quang hp Thc vt hp th rt mnh cỏc tia mu xanh v mu cng nh mt lng nh cỏc tia súng di hn vi cỏc bc súng 0,4 0,5 v 0,6 0,7 Bng S phỏt tỏn nng lng v bc x mt tri (%) sinh quyn (Hullbert, 1971) 1.1.6.2 Dũng nng lng i qua h sinh thỏi Nng lng i qua h sinh thỏi qua cỏc bc dinh dng ca chui thc n, mt phn c sinh vt s dng cho hụ hp cũn phn ln bin i thnh nhit thoỏt mụi trng S tng quỏt ca dũng nng lng i qua h sinh thỏi Ta cú th nhn thy rng nng lng i qua h sinh thỏi theo dũng hay theo cỏc kờnh, ú nú ch s dng c mt ln, phn ln thoỏt mụi trng di dng nhit Nhiu nghiờn cu ch rng sinh quyn chuyn t bc dinh dng Giỏo viờn biờn son: Nguyn Hoi Thu thp lờn bc dinh dng cao hn lin k, trung bỡnh nng lng tht thoỏt ti 90%, cú ngha l sinh vt tiờu th bc sau ch tớch t c 10% nng lng ca bc trc nú Nng lng tht thoỏt theo ng chớnh: - Nng lng cha cỏc sn phm m sinh vt tiờu th khụng s dng - Nng lng c s dng t thc n, nhng khụng c ng hoỏ thi mụi trng di dng cỏc cht bi tit v cht trao i - Nng lung mt i di dng nhit hụ hp Trong tng s nng lng ri xung h sinh thỏi, thỡ ch khong 50% úng vai trũ quan trng i vi s tip nhn ca sinh vt sn xut, tc l phn nng lng ch yu thuc ph nhỡn thy, hay cũn gi l "bc x quang hp tớch cc" Nh ngun nng lng ny, thc vt thc hin quỏ trỡnh quang hp to ngun thc n s cp, u cho cỏc xớch thc n Nh vy, thc vt l sinh vt nht cú kh nng "ỏnh cp la Mt Tri" lm nờn nhng k tớch trờn hnh tinh: ngun thc n ban u v dng khớ (O2), nhng iu kin thun li, m bo cho s i v phỏt trin hng thnh ca mi s sng khỏc, ú cú ngi Sn phm ca quỏ trỡnh quang hp thc vt to c gi l "tng nng sut s cp" hay "nng sut s cp thụ" (ký hiu l PG) Nú bao gm phn cht hu c c s dng cho quỏ trỡnh hụ hp ca chớnh thc vt v phn cũn li dnh cho cỏc sinh vt d dng Chng hn, cỏc loi thc vt ng c cũn non thng ch tiờu hao 30% tng nng lng s cp, cũn ng c gi lờn n 70% Rng ụn i s dng 50 - 60%, cũn rng nhit i 70 - 75% T mc s dng trung bỡnh nờu trờn ca sinh vt sn xut, tng nng lng s cp nguyờn tớch t mụ thc vt trờn ton sinh quyn c ỏnh giỏ nh sau: khong 70% thuc v cỏc h sinh thỏi trờn cn, cũn 30% c hỡnh thnh cỏc h sinh thỏi nc, ch yu l cỏc i dng 1.2 Mụi trng 1.2.1 Khỏi nim v mụi trng v s ụ nhim mụi trng 1.2.1.1 Khỏi nim v mụi trng Mụi trng bao gm cỏc yu t t nhiờn v vt cht nhõn to bao quanh ngi, cú nh hng n i sng, sn xut, s tn ti, phỏt trin ca ngi v sinh vt. (Lut BVMT Vit Nam 2005) Bỏch khoa ton th v mụi trng (1994) a mt nh ngha y v ngn gn hn v mụi trng: Mụi trng l tng th cỏc thnh t sinh thỏi t nhiờn, xó hi nhõn v cỏc iu kin tỏc ng trc tip hay giỏn tip lờn phỏt trin, lờn i sng v hot ng ca ngi thi gian bt k. Giỏo viờn biờn son: Nguyn Hoi Thu 1.2.1.2 Chc nng c bn ca mụi trng i vi sinh vt núi chung v ngi núi riờng thỡ mụi trng sng gm cú nm chc nng c bn sau: ã Mụi trng l khụng gian sinh sng cho ngi v th gii sinh vt ã Mụi trng l ni cha ng cỏc ngun ti nguyờn cn thit cho i sng v sn xut ca ngi ã Mụi trng l ni cha ng cỏc cht ph thi ngi to cuc sng v sn xut ã Gim nh cỏc tỏc ng cú hi ca thiờn nhiờn ti ngi v sinh vt ã Mụi trng cú chc nng lu tr v cung cp thụng tin cho ngi 1.2.1.3 Khỏi nim ụ nhim mụi trng S ụ nhim l quỏ trỡnh chuyn cht thi hoc nng lng vo mụi trng n mc cú kh nng gõy tỏc hi n sc khe ngi, vt liu v s phỏt trin ca sinh vt Cỏc tỏc nhõn gõy ụ nhim bao gm cht thi cú th dng rn, lng hoc khớ v cỏc dng nng lng nh nhit , ting n Trong mụi trng t nhiờn luụn cú yu t ny Tuy nhiờn, mụi trng ch gi l ụ nhim nu nng cỏc cht trờn t n mc cú kh nng tỏc ng xu n ngi, sinh vt v vt liu 1.2.2 Cỏc gay cn gia mụi trng v phỏt trin Núi mt cỏch cụ ng thỡ mụi trng l tng hp cỏc iu kin sng ca ngi, phỏt trin l quỏ trỡnh ci to v ci thin cỏc iu kin ú Gia mụi trng v phỏt trin d nhiờn cú mi quan h cht ch Mụi trng l a bn v i tng ca phỏt trin Trong phm vi mt quc gia cng nh trờn ton th gii, luụn luụn song song tn ti h thng: H thng kinh t xó hi v h thng mụi trng H thng kinh t xó hi cu thnh bi cỏc thnh phn sn xut, lu thụng, phõn phi, tiờu dựng v tớch lu, to nờn mt dũng nng lng, ch phm, hng hoỏ, ph thi lu thụng gia cỏc phn t cu thnh h H thng mụi trng vi cỏc thnh phn mụi trng thiờn nhiờn v mụi trng xó hi Mụi trng thiờn nhiờn cung cp ti nguyờn cho h kinh t, ng thi tip nhn cht thi t h kinh t Cht thi ny cú th li hn mụi trng t nhiờn hoc qua ch bin ri tr li h kinh t Mt hot ng kinh t m cht ph thi khụng th s dng c tr li h kinh t c xem nh l hot ng gõy tn hi n mụi trng, lóng phớ ti nguyờn khụng tỏi to c, s dng ti nguyờn tỏi to c mt cỏch quỏ mc khin cho nú khụng th hi phc c hoc hi phc sau mt thi gian rt di Giỏo viờn biờn son: Nguyn Hoi Thu Cỏc hot ng phỏt trin luụn cú hai mt li v hi Bn thõn thiờn nhiờn cng cú hai mt, thiờn nhiờn l ngun ti nguyờn v phỳc li i vi ngi, nhng ng thi cng l ngun thiờn tai, thm ho i vi i sng v sn xut ca ngi Khoa hc kinh t c in khụng th gii quyt thnh cụng mi quan h phc gia phỏt trin v mụi trng T ú ny sinh lý thuyt khụng tng v ỡnh ch phỏt trin (zero of negative growth) c th l cho tc phỏt trin bng khụng hoc õm bo v ngun ti nguyờn ca trỏi t Ti Hi ngh LHQ v MT ngi hp nm 1972 ti Stockholm- Thy in, cỏc nh khoa hc ó i n kt lun rng, nguyờn nhõn ca nhiu quan trng v MT khụng phi l phỏt trin m chớnh l hu qu ca s kộm phỏt trin T tng ú ó c th hin chin lc phỏt trin 10 nm ln th nht ca LHQ Chin lc ó cp ti mi quan h gia phỏt trin vi MT, dõn s, ti nguyờn thiờn nhiờn, bo v t, bo v rng, Cỏc mc tiờu phỏt trin KTXH v BVMT phi c gn bú vi vic xõy dng mc tiờu, xỏc nh chin lc k hoch húa, cng nh iu hnh v qun lý vic thc hin cỏc mc tiờu ú 1.2.3 S lan truyn cht ụ nhim mụi trng Phn ln cỏc cht gõy ụ nhim l nhng sn phm c sinh nhng vựng cú a gii hon ton xỏc nh, vớ d cỏc khu cụng nghip, cỏc thnh ph, cỏc vựng nụng nghip phỏt trin Mt cõu hi c t l bng cỏch no m chỳng cú th lan truyn i xa cú th tỏc ng lờn thc vt, ng vt cỏc ni khỏc, hay l lm thay i thnh phn hoỏ hc ca khớ quyn qui mụ ton cu S phõn b ca cỏc sinh vt trờn trỏi t hon ton khụng phi l ngu nhiờn T hai a cc cho n ng xớch o, trờn cn cng nh di nc, chỳng c t chc thnh cỏc qun xó sinh vt ớt nhiu khộp kớn v tng i c lp m tt c cỏc thnh viờn ca chỳng u ph thuc ln Mi nhúm thc vt v ng vt cú mt chc nng riờng qun xó ny, v s lng ngi sn xut v ngi tiờu th n c v n tht b gii hn bi mt lot yu t, ú quan trng nht l s mt nng lng (hn 90%) xy chuyn t mt nc dinh dng ny sang mt nc dinh dng khỏc Mt khỏc, bn cht v s lng cỏc cỏ th thc vt v ng vt thnh viờn ca cỏc qun xó ny ph thuc cht ch vo t v vo iu kin khớ hu ca a phng m chỳng sng, hp ca cỏc sinh vt v mụi trng xung quanh to nờn h sinh thỏi Tuy nhiờn sinh quyn khụng phi l s lp ghộp n gin ca cỏc h sinh thỏi Khụng cú h sinh thỏi no l hon ton úng kớn Mt khỏc nng lng m chỳng chuyn hoỏ thnh cỏc cht hu c u ly t mt tri v s hnh ca mi h ớt nhiu u b nh hng ca cỏc h bờn cnh Yu t quan trng nht l cỏc nguyờn t Giỏo viờn biờn son: Nguyn Hoi Thu 10 Pentachlorobenzene Lepthophos Trichlorobenzene 5000 750 183 H s tớch ly: t s gia nng cht c cỏ v nng ca nú nc trng thỏi cõn bng Sinh vt thy sinh cú th tớch ly mt lng ln cỏc húa cht tan c cht bộo Nng ca cỏc húa cht ny c th sinh vt nc cú th cao gp hng trm n hng ngn ln nng ca chỳng nc (Bng 5.3) 5.4.1 Nhng yu t nh hng n s tớch luy sinh hc S tớch ly sinh hc ca mt cht ụ nhim mụi trng ph thuc vo nhiu yu t: Kh nng b phõn hy mụi trng õy yu t u tiờn ỏng quan tõm nht ca mt cỏc cht c Cỏc cht d b phõn hy mụi trng s khụng th tn ti mt thi gian di cú th tớch ly vo c th sinh vt, tr trng hp cht ụ nhim ny c thi liờn tc vo mụi trng Nng mụi trng Tớnh a du (lipophilicity) L mt yu t rt quan trng quyt nh kh nng tớch ly sinh hc ca cỏc húa cht Kh nng chuyn húa sinh hc Khi ó b hp th vo c th sinh vt, dng v s tn ti ca cht ụ nhim cng nh hng n s tớch ly sinh hc Cỏc cht d b chuyn húa sinh hc thng d tan nc hn cht bộo Cỏc cht ny ớt b tớch ly m v thng d b o thi c th 5.5 c tớnh 5.5.1 c cp tớnh c cp tớnh c nh ngha l c th hin sau phi nhim mt thi gian ngn vi cht c Thụng thng ch cú th gp cỏc trng hp ng c cp tớnh i vi ng vt v ngi cỏc s c (vớ d: tai nn giao thụng lm cht c rũ r t phng tin chuyn vo khụng khớ, t, sụng h, ) hoc vic s dng húa cht thiu cn thn (vớ d: phun thuc tr sõu bng mỏy bay khụng ỳng v trớ) c tớnh ca mt cht thng c c trng bng cỏc i lng nh LC50 v LD50 LD50 (Median Lethal Dose): ch liu lng ca mt cht c cú th lm cht 50% s ng vt thớ nghim, n v tớnh thng l mg/kg ng vt LC50 (Median Lethal Concentration): ch nng ca mt cht c cú th lm cht 50% s ng vt thớ nghim, n v tớnh l mg/L dung dch húa cht LC 50 thng c dựng ỏnh giỏ c tớnh ca cỏc cht c dng lng hoc cht c tan dung dch nc Cú th so sỏnh c ca cỏc cht da vo thang c, bit giỏ tr LD 50 ca chỳng Cụng vic ny thng d gõy nhm ln, cú khỏ nhiu thang xp loi c khỏc ang c s dng hin c cp tớnh ca cỏc cht c mụi trng c xỏc nh thc nghim Giỏo viờn biờn son: Nguyn Hoi Thu 82 trờn cỏc loi la chn i din cho cỏc bc dinh dng h sinh thỏi (vớ d, ng vt cú vỳ, chim, cỏ, ng vt khụng xng sng, thc vt cú mch nha, to) Vớ d, T chc Bo v Mụi trng M (US-EPA) yờu cu phi thớ nghim trờn ớt nht loi khỏc nc ngt v nc mn (16 thớ nghim) bao gm cỏ, ng vt khụng xng sng v thc vt xõy dng tiờu chun cht lng nc cho mi loi húa cht Ngoi ra, ngi ta cũn c gng sp xp cỏc loi sinh vt da vo mc nhy cm ca chỳng vi cỏc cht c Trong thc t khụng cú loi sinh vt no cú nhy cm n nh vi c cp tớnh ca cỏc loi húa cht Thờm vo ú, thớ nghim ch c thc hin cỏc loi sinh vt vi gi thit ú l cỏc loi i din cho cỏc sinh vt cựng bc h sinh thỏi, nhng gi thit ny thng l khụng ỳng Bng 5.4 Phõn loi c cp tớnh ca húa cht c i vi cỏ v ng vt [9] Cỏ LC50 (mg/L) Chim/ .vt cú vỳ LD50 (mg/kg) Cp c Vớ d v cht c > 100 > 5000 Tng i khụng c Bari 10 100 500 5000 t c Cadmi 10 50 500 Rt c 1,4Dichlorobenzene 0,5 0,8 ppm, chỡ s gõy ri lon chc nng ca thn v phỏ hy nóo nng cao hn (> 0,8 ppm) chỡ cú th gõy thiu mỏu thiu hemoglobin 5.6.2.5 Tỏc dng c hi ca thy ngõn Thy ngõn cú nhiu ng dng rng rói cụng nghip, nh sn xut NaOH, Cl2 bng cỏch in phõn dung dch mui n bóo hũa vi in cc thy ngõn Ngnh cụng nghip sn xut cỏc thit b in nh sn xut ốn thy ngõn cao ỏp, pin thy ngõn, cỏc rle in cng dựng nhiu thy ngõn Trong nụng nghip, ngi ta dựng mt lng ln cỏc hp cht c thy ngõn chng nm v lm sch cỏc ht ging Cỏc hp cht thng dựng l: Cỏc hp cht thy ngõn dựng lm sch ht ging, gieo ht ging xung t, cỏc hp cht ny s c phõn tỏn rng trờn t Sau ú, thy ngõn i vo thc vt, ng vt v chuyn vo thc n ca ngi Hỡnh 5.3 Bn tay b bin dng ca nn nhõn b ng c Hg Minamata [20] Tớnh c ca thy ngõn ph thuc vo dng hp cht húa hc ca nú Thy ngõn kim loi tng i tr v khụng c, nu nut thy ngõn vo bng thỡ sau ú nú li c thi ngoi, khụng gõy hu qu nghiờm trng Nhng hi thy ngõn nu hớt phi thỡ rt c Khi hớt phi hi thy ngõn, thy ngõn s i vo nóo qua mỏu, hy hoi h thn kinh trung ng Thy ngõn (I) Hg22+ vo c th thỡ s tỏc dng vi ion Cl cú d dy to Giỏo viờn biờn son: Nguyn Hoi Thu 91 thnh hp cht khụng tan Hg2Cl2 ri b o thi ngoi, nờn Hg22+ khụng c Thy ngõn (II) Hg2+ rt c, nú d dng kt hp vi cỏc amino axit cú cha lu hunh ca protein Hg2+ cng to liờn kt vi hemoglobin v albumin huyt vỡ c hai cht ny u cú cha nhúm SH Song Hg2+ khụng th chui qua mng sinh hc nờn nú khụng th thõm nhp vo cỏc t bo sinh hc Cỏc hp cht hu c ca thy ngõn cú c tớnh cao nht, c bit l ion metyl thy ngõn CH3Hg+, cht ny tan c m, phn cht bộo ca cỏc mng v nóo ty Trong ankyl thy ngõn, liờn kt cng húa tr gia Hg vi C rt bn vng, khụng d dng b phỏ v nờn ankyl thy ngõn khỏ bn c tớnh nguy him nht ca ankyl thy ngõn (RHg+) l cú th thm qua c cỏc mng ngn cn v thõm nhp vo mụ ca bo thai qua thai Khi m b nhim metyl thy ngõn thỡ tr sinh thng chu nhng thng tn khụng th hi phc c v h thn kinh trung ng, gõy nờn bnh tõm thn phõn lit, co git, trớ tu kộm phỏt trin Cú th ngn chn c tỡnh trng ụ nhim thy ngõn nu tuõn th cỏc qui tc T chc Bo v Mụi trng ca M v Thy in ngh: Chuyn hng cụng ngh mi thay vỡ s dng in cc thy ngõn cụng nghip sn xut NaOH v Cl2, Cm sn xut v s dng thuc tr sõu loi ankyl thy ngõn, Hn ch sn xut v s dng cỏc loi thc tr sõu khỏc cú cha thy ngõn, ch c s dng chn lc mt s vựng, Trm tớch nhim thy ngõn sụng h cú th to ion metyl thy ngõn tan vo nc Thy in, ngi ta ó th nghim bao ph trm tớch ỏy bng cỏc vt liu nghin mn cú kh nng hp ph cao trỏnh quỏ trỡnh tỏi hũa tan thy ngõn vo nc Cng cú th chụn lp trm tớch nhim thy ngõn cỏc vt liu vụ c tr 5.6.3 Tỏc dng c hi ca mt s cht c khỏc 5.6.3.1 Tỏc dng c hi ca cacbon monooxit (CO) Cacbon monooxit l mt khớ c, nú to hp cht bn vi hemoglobin CO cú th th O2 hemoglobin to cacboxy-hemoglobin, ú lm gim kh nng ti O2 ca mỏu: O2Hb + CO COHb + O2 Khi cp cu ngi b nhim c CO, trc ht phi a nn nhõn ch thoỏng v cho th oxy phn ng gii hp CO xy ra: HbCO + O2 HbO2 + CO Bng 5.6 nh hng c hi ca CO i vi ngi cỏc nng khỏc [8] Nng CO (ppm) % chuyn húa HbO2 đHbCO nh hng c hi i vi ngi 10 Ri lon kh nng phỏn oỏn, gim tm nhỡn 100 15 au u, chúng mt, mt mi 250 32 Ngt, bt tnh Giỏo viờn biờn son: Nguyn Hoi Thu 92 750 60 Cht sau vi gi 1000 66 Cht rt nhanh 5.6.3.2 Tỏc dng c hi ca cỏc oxit nit (NOx) Trong khớ quyn tn ti hai oxit nit NO v NO2 NO cng cú kh nng to liờn kt vi hemoglobin nh CO, lm gim hiu sut chuyn oxy ca mỏu Song, khụng khớ b ụ nhim, lng NO thp hn nhiu ln so vi khớ CO, vỡ vy tỏc ng ca nú n hemoglobin cng nh hn nhiu NO2 c hi hn i vi sc khe ngi C ch gõy c ca NO cha c bit rừ Ngi ta cho rng, mt s enzim nh catalase v lactic dehydrogenase cú th b phõn hy di tỏc dng ca NO2 Thuc chng ng c NO2 thng c s dng l cỏc cht chng oxy húa nh vitamin E Bng 5.7 nh hng c hi ca NO2 vi ngi cỏc nng khỏc Nng NO2 (ppm) Thi gian phi nhim Mc c hi i vi ngi 50 100 Di gi Viờm phi phi nhim 68 tun 150 200 Hy hoi khớ qun, cht nu phi nhim 35 tun 500 10 ngy Cht 5.6.3.3 Tỏc dng c hi ca khớ sunfur (SO2) Khớ sunfur gõy tỏc hi ch yu ng hụ hp, kớch thớch v gõy ngt Hu ht mi ngi u b kớch thớch nng SO khụng khớ bng hoc cao hn ppm Nhng ngi nhy cm cú th b kớch thớch nng thp hn ppm SO2 Nhim c SO2 nng cao hn 10 ppm SO2 cú th gõy co tht ph qun mnh ễ nhim SO2 kốm vi khúi cú th gõy hin tng synergism, c bit cỏc s c sng khúi kiu London Mc dự nng gõy cht ngi khỏ ln, n 500 ppm, nhng khớ SO c xem l tỏc nhõn gõy ụ nhim khụng khớ ỏng k nht, nú cú th gõy tỏc hi n ngi gi, ngi cú bnh ng hụ hp, tim mch i vi thc vt, nng cao, SO2 phỏ hy cỏc mụ lỏ, lm h hi vựng rỡa v vựng nm gia cỏc gõn lỏ Khi m tng i khụng khớ tng lờn thỡ tỏc hi ca SO2 i vi thc vt cng tng lờn Tỏc hi ny tr nờn nghiờm trng nhng l nh trờn lp biu bỡ b mt dựng trao i khớ b n Tip xỳc lõu di vi khớ quyn cha SO2 nng thp s nguy him vi cõy trng hn tip xỳc vi nng cao thi gian ngn 5.6.3.4 Tỏc dng c hi ca ozon v PAN Ozon v PAN (peroxyaxetyl nitrat CH3COOONO2) l sn phm ca quỏ trỡnh quang húa C hai khớ ny u gõy tỏc hi i vi mt v c quan hụ hp ca ngi Con ngi ch cn tip xỳc vi khụng khớ cha 50 ppm O vi gi cng cú th dn ti t vong b trn dch mng phi nhng nng thp hn khụng Giỏo viờn biờn son: Nguyn Hoi Thu 93 dn n cht ngi, nhng gõy tớch ly cht lng phi v phỏ hoi cỏc mao qun ca phi Tr em cng nh cỏc ng vt cũn non rt nhy cm vi tỏc ng c hi ca ozon Tỏc dng húa sinh ca ozon v PAN ch yu l to cỏc gc t Nhúm SH (sulphydril) trờn cỏc enzim b cỏc tỏc nhõn oxy húa ny tn cụng, ngoi cũn cú th b axờtyl húa bi PAN Cỏc tỏc nhõn oxy húa quang húa lm tờ lit s hot ng ca cỏc enzim nh izocitric dehydrogenase; malic dehydrogenase v glucose6photphatedehydrogen ase Cỏc enzim ny cú liờn quan n chu trỡnh axit citric v lm phõn hy glucose, l cht to nng lng t bo Cỏc tỏc nhõn oxy húa ny cng ngn cn hot tớnh ca cỏc enzim tng hp xenluloza v cỏc cht bộo thc vt 5.6.3.6 Cỏc cht gõy ung th (carcinogens) Cỏc nghiờn cu dch t hc ó cung cp nhiu bng chng cho thy ngi phi nhim mt s loi húa cht, tỏc nhõn c hi xỏc nh s mc bnh ung th Thut ng carcinogens c dựng ch cỏc húa cht , tỏc nhõn (tia phúng x, tia bc x, ), cú kh nng gõy ung th ngi v ng vt Da vo kh nng gõy ung th, T chc Th gii Nghiờn cu v Ung th (IARC International Agency for Reseach on Cancer) v T chc Bo v Mụi trng (EPA) phõn loi cỏc cht c thnh cỏc nhúm (Bng 5.12) Bờn cnh cỏc cht c xp vo loi cú kh nng gõy ung th (carcinogen), cũn cú mt s cht bn thõn khụng cú kh nng gõy ung th, nhng kt hp vi mt tỏc nhõn khỏc li cú kh nng gõy ung th, cỏc cht loi ny c gi tờn l cocarcinogens ỏnh giỏ kh nng gõy ung th ca mt tỏc nhõn nghi vn, ngi ta thng s dng kt qu nghiờn cu dch t hc v nghiờn cu trờn ng vt loi gm nhm Bng chng quan trng nht kt lun v kh nng gõy ung th ca mt tỏc nhõn no ú thng c da vo kt qu nghiờn cu dch t hc Tuy vy, cỏc nghiờn cu ny thng rt phc v thng phi cn thi gian hng chc nm (20 n 30 nm) t lỳc phi nhim vi tỏc nhõn n lỳc cỏc triu chng lõm sng u tiờn v chng bnh ung th c phỏt hin Do thi gian cn theo dừi quỏ di, nờn nghiờn cu dch t hc thng cú th b nh hng bi nhiu yu t phi nhim b sung cng nh cỏc yu t nh hng khỏc khụng kim soỏt c, lm cho kt qu nghiờn cu khú cú th núi l hon ton chớnh xỏc Bng 5.8 Phõn loi cỏc cht gõy ung th theo IARC v EPA IARC Nhúm Nhúm 2A EPA ó bit chc s gõy ung th cho ngi (ó cú bng chng Nhúm A v dch t hc chng minh cú s liờn quan gia tỏc nhõn phi nhim v vic phỏt bnh ung th nn nhõn) Nhúm B Gn nh chc chn gõy ung th cho ngi Nhúm B1 Cha cú nhiu bng chng v dch t hc v kh nng gõy ung th ngi, khụng tớnh n cỏc bng chng trờn ng vt thớ Giỏo viờn biờn son: Nguyn Hoi Thu 94 nghim Nhúm B2 Nhúm 2B Nhúm C Cú bng chng dch t hc v kh nng gõy ung th trờn ng vt thớ nghim, nhng cha cú hoc khụng cú bng chng tha ỏng v kh nng gõy ung th trờn ngi Cú th s gõy ung th cho ngi Khụng cú bng chng v kh nng gõy ung th ngi, ớt bng chng i vi ng vt Nhúm Khụng th ỏnh giỏ c v kh nng gõy ung th cho ngi Nhúm D Cha cú hoc khụng cú bng chng tha ỏng v kh nng gõy ung th ngi v ng vt Nhúm Gn nh chc chn khụng gõy ung th cho ngi Khụng cú bng chng v kh nng gõy ung th thớ nghim hon Nhúm E chnh trờn loi ng vt khỏc hoc u khụng cú bng chng v kh nng gõy ung th trờn thớ nghim y v dch t hc v thớ nghim trờn ng vt Khụng phi ch nhng loi húa cht nhõn to mi gõy ung th ngi, t nhiờn cng cú nhiu tỏc nhõn cú th gõy ung th, nh si aming, aflatoxin B1, qu cau, niken v mt s hp cht ca asen cng cú kh nng gõy ung th ngi Cỏc cht c gõy ung th tỏc ng lờn ADN, cn tr chỳng truyn cỏc ch dn cn thit cho vic tng hp cỏc cht iu khin quỏ trỡnh sinh trng ca t bo, ú lm cho t bo phỏt trin vụ t chc, chốn ộp cỏc t bo khỏc, gõy ung th Giỏo viờn biờn son: Nguyn Hoi Thu 95 MC LC Trang CHNG 1: SINH THI V MễI TRNG CHNG 2: KH QUYN V S ễ NHIM KHễNG KH 13 CHNG 3: NC V S ễ NHIM NGUN NC 33 CHNG 4: TI NGUYấN T 62 CHNG 5: HểA CHT C TRONG MễI TRNG 78 Giỏo viờn biờn son: Nguyn Hoi Thu 96