Địa y sinh vật chỉ thị ô nhiễm không khí

ĐỊA Y: SINH VẬT CHỈ THỊ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ Nguyễn Thị Bạch Kim TÓM TẮT Vốn nhạy cảm với thay đổi môi trường không khí xung quanh như: nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, thành phần khác kim loại nặng, SO2, NOx, NH3,… nên địa y thường nhà khoa học dùng làm sinh vật thị quan trắc để đánh giá mức độ ô nhiễm không khí Báo viết trình bày tổng quan hai cách đánh giá chất lượng môi trường không khí thông qua thị địa y: (1) tương quan đa dạng địa y ô nhiễm không khí (2) thay đổi hình thái học, giải phẫu học sinh lý học địa y ĐẶT VẤN ĐỀ Ô nhiễm không khí vấn đề nghiêm trọng, phần chất gây ô nhiễm gây tổn thương thực vật có giá trị kinh tế thẩm mỹ người Đây vấn đề nhiều quốc gia đặc biệt trọng nhiều kỉ qua Nhằm giúp cho công tác quản lý môi trường không khí, trước hết cần xác định đo lường chất ô nhiễm gây tác động tiêu cực Nhiều phương pháp quan trắc chất lượng môi trường không khí đơn giản đáng tin cậy áp dụng, đó, phương pháp quan trắc sinh học đánh giá đơn giản tốn chi phí Trong tự nhiên có số loài thực vật đóng vai trò quan trọng việc kiểm soát ô nhiễm không khí chúng nhạy cảm với thay đổi môi trường mức ô nhiễm nhẹ Địa y sinh vật đặc biệt nhạy cảm với thay đổi môi trường xung quanh nên chúng nhiều nhà khoa học sử dụng làm sinh vật thị ô nhiễm không khí TỔNG QUAN VỀ ĐỊA Y Địa y nhóm thực vật bậc thấp, hình thành cộng sinh nấm tảo Trong địa y, thành phần nấm thường nấm sợi phần lớn nấm túi (Ascomycetes) có vài trường hợp nấm đảm (Basidiomycetes) Tảo địa y thường tảo lục (Chlorophyceae) hay tảo lam (Cyanobacteriae) đơn bào hai (Hoàng Thị Sản, 2012) Trong mối quan hệ cộng sinh này, nấm (với vai trò rễ giả) tổng hợp nước muối vô từ môi trường không khí xung quanh để cung cấp cho tảo để tảo (với chất diệp lục) quang hợp, tạo thành chất hữu dùng cho sinh trưởng phát triển “tập thể” (Siegfried Huneck and Isao Yoshimura, 1996; Hoàng Thị Sản, 2012) Với đặc tính này, địa y có mặt khắp nơi giới, từ môi trường quen thuộc (trong rừng, tường…) đến môi trường sống khắc nghiệt giới (hai vùng cực, đỉnh núi, sa mạc, bờ đá,…) (Larry McKane and Judy Kandel, 1996; Hoàng Thị Sản, 2012) Địa y tăng trưởng chậm (từ đến 10 mm/năm) tuổi đời lên đến hàng trăm năm Hình Cấu tạo địa y (Larry McKane and Judy (Nguồn: 2005 Pearson Education, Inc publishhing as Benjamin Cummings) Kandel, 1996) Do địa y hấp thụ nước muối khoáng từ môi trường không khí xung quanh nên yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng,…đều ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển đa dạng chúng (Conti and Cecchetti, 2001; Hoàng Thị Sản, 2012) Ngoài ra, địa y nhạy cảm với thay đổi pH vỏ chất ô nhiễm không khí Thêm vào đó, thiếu biểu bì khí khổng nên chất gây ô nhiễm khác hấp thụ toàn bề mặt địa y (Hale, 1969, 1983) Nói cách khác, địa y tích lũy chất ô nhiễm không khí tốt, đặc biệt kim loại nặng Dựa vào mức độ nhạy cảm với ô nhiễm không khí, địa y chia thành nhóm: Địa y nhạy cảm (có thể bị “diệt vong” ô nhiễm không khí) địa y chịu đựng (có thể chống lại ô nhiễm không khí) Từ đặc tính khiến cho địa y trở thành sinh vật thị lý tưởng nghiên cứu liên quan đến tác động ô nhiễm không khí quan trắc chất lượng không khí LỊCH SỬ SỬ DỤNG ĐỊA Y LÀM SINH VẬT CHỈ THỊ Nghiên cứu năm 1866 công bố sử dụng địa y làm sinh vật thị (thông qua suy giảm số lượng loài địa y Lumxemberg) (Nylander, 1866 trích Conti Cecchetti, 2001) Những năm sau, nhiều nghiên cứu sử dụng địa y làm sinh vật thị cho chất lượng không khí (Ferry et al., 1973) Trong 40 năm qua, nhiều nghiên cứu nhấn mạnh tính khả thi việc sử dụng địa y quan trắc sinh học để đánh giá chất lượng môi trường không khí; nguyên nhân địa y nhạy cảm với nhiều nhân tố môi trường khác nhau, thay đổi nhân tố làm thay đổi thông số thành phần chúng (Brodo, 1961; Hawksworth, 1971; Showman, 1988; Nimis, 1990; Hamada and Miyawaki, 1998) Thật vậy, nhiều thông số sinh lý (physiological parameters) sử dụng để đo lường mức độ ô nhiễm môi trường đến địa y, bao gồm: khả quang hợp (Ronen et al., 1984; Calatayud et al., 1999), chất diệp lục suy giảm chất diệp lục (Kardish et al., 1987; Garty et al., 1988; Balaguer and Manrique, 1991; Zaharopoulou et al., 1993), suy giảm ATP, biến động khả hô hấp, mức độ thay đổi nồng độ auxin nội sinh sản sinh etylen (Epstein et al., 1986; Garty et al., 1993) Ngoài ra, quy mô phòng thí nghiệm, nhà khoa học chứng minh khí SO2 không khí phá hủy màng tế bào địa y (Fields and St Clair, 1984) Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu cho thấy mối tương quan chặt chẽ nồng độ lưu huỳnh tích lũy địa y khí SO2 không khí (Takala et al., 1985; Rope and Pearson, 1990) Nhiều nhà khoa học chứng minh nồng độ chất diệp lục a b địa y bị thay đổi ô nhiễm từ phương tiện giao thông (LeBlanc and Rao, 1975; Ronen and Galun, 1984; Carreras et al., 1998) khí phát thải vùng nội ô (Zambrano and Nash, 200) Nhìn chung, khu vực giao thông đông đúc, nồng độ diệp lục a b địa y tăng lên, điều chứng tỏ gia tăng nồng độ phát thải khí phát thải (SO2 NO2) từ phương tiện giao thông tăng Ở khu vực nhiều phương tiện giao thông ô nhiễm công nghiệp, tỷ lệ chất diệp lục b a lớn Nghiên cứu thực Sân bay Hamburg, Đức chứng minh giao thông hàng không ảnh hưởng đến mật độ địa y so với giao thông đường (Rothe and Bigdon, 1994) Việt Nam chưa có nhiều nghiên cứu địa y nghiên cứu chủ yếu khảo sát thành phần loài sinh thái học (Lê Công Kiệt, 2003) thành phần hóa học (Phạm Thị Ngọc Oanh, 2013) Một số nghiên cứu gần đề cập đến ảnh hưởng chất ô nhiễm không khí tới đa dạng sinh học Hà Nội khí SO2 (Nguyễn Thúy An, 2014) khí NO2 (Nguyễn Phương Thảo, 2014) SỬ DỤNG ĐỊA Y LÀM SINH VẬT CHỈ THỊ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ Địa y nhạy cảm với chất ô nhiễm không khí, cụ thể: kim loại nặng chì (Pb), niken (Ni), thủy ngân (Hg), kẽm (Zn), arsen (As), Cadmium (Cd), crôm (Cr),…; hợp chất lưu huỳnh, phổ biến khí SO2, sản phẩm cháy nhiên liệu hóa thạch xăng, dầu, khai thác quặng, sản xuất giấy khí thải ô tô xe gắn máy; hợp chất nitơ NO2, khí thải xe gắn máy ô tô; mưa axit (do SO2 NO2 hòa tan nước mưa tuyết) chất gây ô nhiễm khác Mức độ nhạy cảm cao địa y liên quan đến sinh lý hình thái học chúng Nếu hai thành phần tảo nấm thay đổi/mất cân bằng, cấu trúc cộng sinh địa y bị phá hủy Bên cạnh đó, địa y bị ảnh hưởng tích lũy độc chất, can thiệp trao đổi chất dinh dưỡng thành phần cộng sinh thay đổi mức Để nghiên cứu ảnh hưởng ô nhiễm không khí đến địa y đòi hỏi phải có: Dữ liệu phân bố địa y; thông tin sinh thái học (ví dụ giá trị thị loài địa y); số biểu thị mức độ nhạy cảm loài ô nhiễm không khí Sự nhạy cảm địa y chất ô nhiễm xác định nhiều cách kết hợp như: (1) Đo mức độ ô nhiễm không khí so sánh với xuất địa y khu vực nghiên cứu; (2) Đối chứng với điều kiện môi trường, thường từ thành phần vô sinh môi trường; (3) Thay đổi thành phần loài địa y khu vực nghiên cứu; (4) Từ tình trạng chung (sức sống) mức độ thiệt hại tản địa y (thalli) (5) Sử dụng giá trị nhạy cảm địa y biết từ nghiên cứu trước Nhìn chung, để sử dụng địa y làm sinh vật thị, nhà khoa học thực chủ yếu hai cách sau (Richardson, 1991; Seaward, 1993; Gries, 1996): - Cách 1: Tương quan đa dạng địa y ô nhiễm không khí; - Cách 2: Thay đổi hình thái học, giải phẫu học sinh lý học địa y 3.1 Tương quan đa dạng địa y ô nhiễm không khí (cách 1) Để đánh giá mức độ đa dạng địa y tương quan với ô nhiễm không khí cần thu thập số liệu số lượng loài địa y, đo đạc nồng độ khí ô nhiễm, điều kiện khu vực nghiên cứu, mức độ che phủ địa y liên kết liệu với (thống kê đa biến) để xác định loài nhạy cảm/chịu đựng với ô nhiễm không khí Theo phương pháp này, nhà khoa học sử dụng “giá trị đa dạng địa y” hay LDV (Lichen Diversity Values) “chỉ số tinh khiết không khí” hay IAP (the index of atmospheric purity) 3.1.1 Phương pháp Chọn khu vực nghiên cứu Sử dụng hệ thống lưới (Van Meirvenne, 1991) chọn vị trí thu mẫu khu vực nghiên cứu Chọn phù hợp để khảo sát đại y Số lượng loài mức độ che phủ địa y đếm ước lượng dựa 04 “khung lấy mẫu” (mỗi khung gồm ô vuông tiếp giáp theo chiều thẳng đứng ô có kích thước 10  10 cm) đặt điểm cực (Đông, Tây, Nam, Bắc) thân A Quy cách đặt khung B Khung lấy mẫu gồm ô vuông cho cạnh “khung lấy lấy mẫu tiếp giáp theo chiều đứng mẫu” (sampling ladder) cách điểm cao Hình Quy cách thu mẫu địa y từ chọn mặt đất 1,5 m (hình 3) (Nguồn: Asta J and et al., 2002) LDV tính toán theo công thức sau (Asta J and et al., 2002) LDVj = MSFDj + MSFTj + MSFNj + MSFBj Trong đó: LDVj: Giá trị đa dạng địa vị trí thu mẫu MSFDj, MSFTj, MSFNj, MSFBj: Tổng tần suất xuất địa y tất vị trí thu mẫu j điểm cực Đông, Tây, Nam, Bắc MSFBj = (SF1Bj + SF2Bj + SF3Bj + SF4Bj +… + SFnBj) / n Trong đó: SF: Tổng tần suất xuất tất loài địa y điểm cực D, T, N, B: Đông, Tây, Nam, Bắc n: số lượng “khung lấy mẫu” lấy vị trí thu mẫu j Đối với IAP, có 20 công thức tính chúng có khả dự đoán (với mức độ xác cao) mức độ 08 chất ô nhiễm không khí (bao gồm SO2, NOx, Cl, Cd, Pb, Zn bụi) (Anman et al., 1987) Công thức tính IAP xây dựng phát triển Lablanc De Sloover (1970) sau điều chỉnh Asta Rolley (1999) với công thức sau: Trong đó: n: số lượng loài địa y Qi: số sinh thái loài địa y (Q cho loài xác định cách cộng tất số lượng loài cần xác định có mặt tất vị trí thu mẫu, sau chia cho tổng số lượng vị trí thu mẫu) ri: mức độ che phủ địa y Từ giá trị LDV số IAP, đối chiếu với hai thang đo tương ứng (bảng 2) xác định mức độ đa dạng địa y chất lượng không khí Bảng Thang đo mức độ đa dạng địa y dựa vào giá trị LDV Mức độ đa dạng địa y Rất đa dạng Đa dạng Trung bình Ít đa dạng Kém đa dạng Mức độ đa dạng địa y (thang đo chi tiết) Rất đa dạng Đa dạng đến đa dạng Đa dạng Trung bình đến đa dạng Trung bình Ít đa dạng đến trung bình Ít đa dạng Kém đa dạng Rất đa dạng Giá trị đa dạng địa y (LDV) >81 71 – 80 61 – 70 51 – 60 41 – 50 31 – 40 21 – 30 11 – 20 – 10 Nguồn: Asta J and et al., 2002; Brodekova´and et al., 2006 Bảng Thang đo chất lượng không khí dựa vào số IAP Mức độ A B C D E Chất lượng không khí Ô nhiễm nặng Ô nhiễm nặng Ô nhiễm vừa Ô nhiễm nhẹ Ô nhiễm nhẹ Khoảng giá trị IAP – 12,5 12,5 – 25 25 – 37,5 37,5 – 50 > 50 Nguồn: Conti M.E and Cecchetti G., 2001 Tổng số loài 3.1.2 Nghiên cứu thực Khoảng cách đến trung tâm thành phố (miles) (Nguồn: Gilbert, O L., 1965) Hình Sơ đồ biểu diễn số lượng loài địa y mặt tường đá trầm tích (sandstone), mái nhà amiang (asbestos roof) tần bì (ash tree) giảm tiếp cận Newcastle từ phía tây Nhiều nghiên cứu chứng minh gần nguồn ô nhiễm không khí (trung tâm thành phố, nhà máy giấy, nhà máy điện địa nhiệt), số lượng loài địa y giảm Thật vậy, nghiên cứu Gilbert (1965) cho thấy gần trung tâm Newcastle, tổng số loài địa y (hiện diện đá trầm tích, mái nhà amiang thân tần bì) giảm (hình 3) Tương tự, số lượng loài địa y gần nhà máy giấy Barak, Ấn Độ (theo hướng khác nhau) giảm, điển hình từ 24 giảm xuống 10 loài cách nhà máy 8,4; 5,2 2,4 km theo hướng Đông (Pulak Das and et al., 2013) Số loài địa y tìm thấy giảm khoảng cách theo hướng bắc đến nhà máy điện địa nhiệt (gần công viên Hell’s Gate, Kenya) giảm (Meijer, S.and Donohoe, S O., 2006) Tại khu vực đô thị Bắc Bồ Đào Nha tìm thấy loài địa y đến loài khu vực ngoại ô nông thôn (Marisa Freitas and et al., 2011) (bảng 4) % che phủ Tương tự, xa nguồn ô nhiễm không khí, mức độ che phủ vỏ địa y tăng Ví dụ nghiên cứu Meijer, S.and Donohoe, S O (2006) cho thấy mối tương quan thuận mức độ che phủ địa y với khoảng cách so với nhà máy địa nhiệt (nguồn ô nhiễm không khí) đặt gần Vườn Quốc gia Hell’s Gate, Kenya Nói cách khác, xa nhà máy (theo hướng bắc nam), mức độ che phủ địa y tăng mức độ che Nam < Khoảng cách > Bắc phủ địa y theo hướng nam (trên hướng gió) cao theo hướng bắc (dưới hướng gió) Hình Mức độ che phủ địa y (hình 4) Nghiên cứu thực khoảng cách khác so với nhà máy địa 120 (thuộc hai loài: Acacia nhiệt Vườn Quốc gia Hell’s Gate, Kenya drepanolobium Tarchonanthus (Nguồn: Meijer, S.and Donohoe, S O., 2006) camphoratus) chọn để quan sát mức độ che phủ địa y Chất ô nhiễm không khí tác động gián tiếp đến thay đổi pH vỏ cây, lại có tác động trực tiếp lên địa y Thí nghiệm Gilbert (1969) cho thấy: xa Newcastle (trung tâm thành phố - nguồn gây ô nhiễm không khí) hướng tây, pH vỏ tần bì (ash tree) có xu hướng bớt tính axít, đồng thời mức độ che phủ loài địa y nhạy cảm tăng dần lên (bảng 3) Bảng Thay đổi pH vỏ tần bì (ash tree) theo hướng tây đến Newcastle K.cách (miles) pH % che phủ địa y nhạy cảm 19 16,5 14,5 12,5 10,5 9,5 6,5 4,7 1,7 4,2 4,2 4,3 4,3 4,4 4,4 3,9 3,6 3,3 3,6 3,4 3,9 3,4 3,6 3,0 4,0 66 66 57 54 25 23 12 0 0 0 0 (Nguồn: Gilbert, O L., 1969) Bên cạnh đó, xa nguồn ô nhiễm, địa y đa dạng, tức LDV lớn Nghiên cứu Marisa Freitas and et al (2011) thực vùng: đô thị, ngoại ô nông thôn Porto (Bắc Bồ Đào Nha) tương ứng với ba mức độ ô nhiễm giảm dần từ đô thị đến nông thôn (bảng 4) Số loài địa y khu vực ngoại ô nông thôn (9 loài) cao khu vực đô thị (5 loài) Thêm vào đó, giá trị LDV mức độ đa dạng địa y khu vực đô thị thấp Bảng Mức độ đa dạng địa y ba khu vực đô thị, ngoại ô nông thôn Porto Thông số Số loài địa y LDV Mức độ đa dạng địa y CO (ppm) CO2 (ppm) NO2 (ppm) SO2 (ppm) Đô thị 25 Ít đa dạng 3,1 333 2,7 Ngoại ô 39 Ít đa dạng đến trung bình 2,6 305 Nông thôn 36 Ít đa dạng đến trung bình 3,1 294 (Nguồn: Marisa Freitas and et al., 2011) Thêm vào đó, xa nguồn ô nhiễm, số IAP cao Attanayaka A.N.P.M and Wijeyaratne S C (2013) khảo sát 31 điểm thuộc hướng khác từ thành phố Colomb, Sri Lanka (nước nhiệt đới) đến vùng ngoại ô với bán kính 50 km (hình 5) Địa y khảo sát điểm thu mẫu (diện tích km2) loài Nồng độ khí SO2 NO2 đo máy kết cho thấy: xa thành phố, nồng độ hai khí giảm Thêm vào đó, nồng độ SO2 NO2 không khí số IAP có mối tương quan nghịch, hay số IAP tăng dần xa dần trung tâm thành phố (hình 6) Chỉ số IAP trung bình điểm gần trung tâm thành phố 24, thấp so với điểm lại (độ tin cậy 95%) Hình Vị trí 31 điểm thu mẫu (Nguồn: Attanayaka A.N.P.M and Wijeyaratne S C., 2013) Hình Tương quan hệ giá trị SO2, NO2 IAP theo khoảng cách đến trung tâm thành phố (Nguồn: Attanayaka A.N.P.M and Wijeyaratne S C., 2013) 3.2 Thay đổi hình thái học, giải phẫu học sinh lý học địa y (cách 2) 3.2.1 Phương pháp Đối với khu vực ô nhiễm địa y tồn được, nhà khoa học thường lấy mẫu địa y phân tích nồng độ chất ô nhiễm tích lũy tản địa y Cách bao gồm việc nuôi cấy địa y phương pháp áp dụng cho khu vực ô nhiễm nặng địa y tồn Các tản địa y lấy từ vỏ khu vực chưa/ít ô nhiễm, sau cố định lên bề mặt vật chủ thích hợp (như nút bần) chuyển đến khu vực nghiên cứu (nơi mẫu thu định kỳ) để đánh giá phá hủy/tổn thương hình thái học, tế bào, sinh lý, thành phần tế bào địa y mức độ tích lũy sinh học chất ô nhiễm tản địa y (James, 1973; Nieboer et al., 1978; Burton et al., 1981; Nash and Wirth, 1988; Puckett, 1984; Nash, 1989; Deruelle, 1992; Garty, 1992, 1993; Bargagli et al., 1997; Benett and Wetmore, 1999; Freitas et al., 1999) Nhằm đánh giá thay đổi hình thái giải phẫu ô nhiễm sử dụng kính hiển vi để xác định mức độ thiệt hại tản địa y Mức độ thiệt hại sinh lý địa y từ chất ô nhiễm đánh giá thông qua mức độ nguyên vẹn màng tế bào suy thoái chất diệp lục 3.2.2 Nghiên cứu thực 3.2.2.1 Kim loại nặng Sự tích lũy kim loại thực vật phụ thuộc vào nhiều nhân tố: diện kim loại nặng không khí, đặc tính thực vật (loài, tuổi, “tình trạng sức khỏe”, kiểu sinh sản, ) nhân tố khác (thông số nhiệt độ, ẩm độ,…) (Baker, 1983) Nhìn chung có ba chế liên quan đến hấp thụ kim loại địa y: Hấp thụ tế bào thông qua trình trao đổi chất, tích lũy tế bào ngậm (entrapment) hạt bụi chứa kim loại nặng (Richardson, 1995) Địa y “cổ máy” tích lũy kim loại Thật vậy, nhiều nghiên cứu chứng minh nồng độ kim loại tích lũy tản địa y môi trường có mối tương quan thuận (Andersen et al., 1978; Herzig et al., 1989; Sloof and Wolterbeek, 1991; Herzig et al., 1993; Bari et al., 1998) Tỷ lệ hàm lượng Pb tích lũy tản địa y Evernia prunastri nuôi cấy mẫu đối chứng 10,2 Fontainbleau (Pháp), 3,7 Wurzburg (Đức; Deruelle, 1992) 4,4 thành phố Rome (Ý; Bartoli et al., 1994) Nhiều quan trắc sinh học sử dụng địa y thực Ý cho kết quả: Pb diện môi trường không khí diện rộng sách “xăng không chì” tuyên truyền phổ biến; điều cho thấy ô nhiễm Pb từ phương tiện giao thông tiếp diễn (Cardarelli et al., 1993; Deruelle, 1996; Monaci et al., 1997) Các phương tiện giao thông đánh giá nguồn gây ô nhiễm không khí trung tâm Ý, cụ thể Cr, Cu Pb (Lopp et al., 1998b) Thời tiết nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến khả tích lũy kim loại tản địa y Hướng gió nhân tố phát tán chất ô nhiễm đến khu vực xung quanh Nimis et al (1989) kết luận hàm lượng kim loại nặng tích lũy địa y khu vực nông thôn hướng gió cao hướng gió so với vị trí nguồn khí thải từ khu công nghiệp miền Bắc nước Ý Bên cạnh đó, kim loại nặng tích lũy tản địa y nhiều khoảng thời gian sau mùa hè phản ứng hydrat hóa tăng (do mưa vào mùa thu) (Nieboer et al., 1978) Lĩnh vực nghiên cứu phát triển gần sử dụng địa y làm thị sinh vật cho ô nhiễm không khí “trong nhà” Rossbach et al (1999) tỷ lệ cao nồng độ chất Cr, Zn Fe mẫu không khí lấy từ hệ thống lọc khí máy điều hòa mẫu địa y Usnea spp thành phố khác Trên 20 năm qua, địa y sử dụng làm sinh vật thị và/hoặc quan trắc đánh giá chất lượng môi trường khu công nghiệp như: xưởng đúc sắt nhà máy sản xuất phân bón (Kauppi, 1976; Laaksovirta and Olkkonen, 1977; Palomaki et al., 1992); xưởng thép (Pilegaard, 1978, 1979); nhà máy ly trích dầu (Addison and Puckett, 1980); khu vực xung quanh xưởng nicken (Nieboer et al., 1972); nhà máy nhiệt điện từ than (Olmez et al., 1985; Garty, 1978; Freitas, 1994) Trong nghiên cứu Garty et al (1997) nhà máy đốt dầu nặng vùng Tây Bắc Israel, kết cho thấy nồng độ S, V Ni cao địa y hình cành (fructicose lichen) Ramalina duriaei nuôi cấy khu vực khu công nghiệp Những giá trị có mối tương quan thuận với nồng độ S, V Ni đo đạc trường Địa y thị sinh vật tốt cho ô nhiễm không khí từ nhà máy điện địa nhiệt với chất ô nhiễm cụ thể thủy ngân (Bargagli and Barghigiani, 1991); radon (Matthews, 1981) kim loại khác (Connor, 1979) Một vài nhà nghiên cứu (Loppi, 1996; Loppi et al., 1998a) sử dụng số IAP để đánh giá mức độ ô nhiễm không khí gây nhà máy điện địa nhiệt, kết cho thấy số IAP thấp khu vực gần nhà máy với bán kính 500m số IAP tăng dần khu vực xa dần nhà máy Các chất ô nhiễm từ nhà máy điện địa nhiệt thường As, B, Hg H2S (Loppi, 1996; Loppi and Bargagli, 1996) Mặc dù vậy, nhà nghiên cứu chưa xác định giảm nhanh loài địa y khu vực gần nhà máy điện địa nhiệt tác động riêng lẻ chất gây ô nhiễm hay tác động tích hợp tất chất Trong nghiên cứu, nhà khoa học nhận thấy địa y bị tổn thương nặng nề khí có độc tính cao H 2S (Beauchamp et al., 1984), khí diện nhiều khu vực xung quanh nhà máy điện địa nhiệt Các nghiên cứu khác lại tìm thấy mối tương quan phá hủy/tổn thương diệp lục tố nồng độ vài kim loại nặng tích lũy tản địa y Garty et al., (1998a) chứng minh tính toàn vẹn diệp lục tố có tương quan nghịch với nồng độ chất Cr, Fe, Mn, Ni, Pb; số nhà nghiên cứu lại tìm thấy kết ngược lại, tính toàn vẹn diệp lục tố tương quan thuận với nồng độ kim loại nặng loại (Kauppi, 1976; Garty et al., 1998a) Trong nghiên cứu Kauppi (1976) nồng độ cao K địa y nuôi cấy Cladina stellaris gần khu vực nhà máy sản xuất phân bón Phần Lan tương quan với gia tăng tỷ lệ chất diệp lục a/b địa y Một số nghiên cứu khác lại sử dụng địa y làm sinh vật thị khu vực núi lửa, cụ thể thủy phân phóng thích từ núi lửa (Grasso et al., 1999) Ở đảo Hawaii, Hg tản địa y có nồng độ 8-59 g/g, điều nói lên rằng: phun trào, núi lửa phát tán Hg diện rộng ảnh hưởng đến khả tích lũy Hg tản địa y (Davies and Notcutt, 1996) Vấn đề quan trọng việc xác định nồng độ ô nhiễm từ kim loại phương pháp phân tích với cách chọn mẫu phương pháp xử lý mẫu (Wolterbeek and Bode, 1995) Trong nhiều năm qua, có 2.000 viết phương pháp phân tích địa y xuất Các số liệu thu từ phương pháp khác có khác biệt lớn phân bố khác chất ô nhiễm sai số trình phân tích Để khắc phục vấn đề này, Ủy ban Châu Âu lập quy trình chuẩn cho việc phân tích địa y (Quevauviller et al., 1996) Thêm vào đó, Cơ quan lượng nguyên tử quốc tế (International Atomic Energy Agency – IAEA) khởi xướng nghiên cứu liên phòng nước phát triển tài liệu tham khảo cho 336 loài địa y (Smodis and Parr, 1999) 3.2.2.2 Hợp chất lưu huỳnh Ảnh hưởng hợp chất lưu huỳnh đến địa y tìm hiểu nhiều năm qua Nhiều nghiên cứu ảnh hưởng khí SO2 lên địa y (Henriksson and Pearson, 1981; Fields, 1988, Balaguer and Manrique, 1991; Gries et al., 1995) ảnh hưởng mưa acid nhân tạo (Scott and Hutchinson, 1987; Holopainen and Kauppi, 1989; Sanz et al., 1992; Tarhanen, 1998) thực Số khác lại tìm hiểu ảnh hưởng khí SO2 đến khả quang hợp (Richardson and Puckett, 1973; Kauppi, 1976; Lechowicz, 1982) huỳnh quang diệp lục (chlorophyll fluorescence) địa y (Calatayud et al., 1996, 1999; Deltoro et al., 1999) Mục đích nghiên cứu hầu hết đánh giá ảnh hưởng hợp chất lưu huỳnh đến sinh lý học địa y và/hoặc tính nguyên vẹn diệp lục tố tảo địa y Diệp lục tố (chlorophyll, viết tắt Chl) thường phân tích phương pháp Ronen Galun (1984) Sắc tố vàng sẫm (phaeophytin, viết tắt Ph) sản phẩm trình suy giảm diệp lục tố Sự biến động tỷ lệ diệp lục tố sắc tố vàng sẫm (Chl/Ph) thị cho khả chịu đựng địa y ô nhiễm lưu huỳnh Tỷ lệ Chl a/Ph a dùng để đánh giá mức độ ảnh hưởng nồng độ cao SO2 đến địa y ảnh hưởng kim loại nặng đến địa y nuôi cấy (Garty, 1987) Tỷ lệ Chl/Ph 1,4 có nghĩa diệp lục tố không bị thay đổi Nếu diệp lục tố địa y bị suy gảm, tỷ lệ Chl/Ph có giá trị nhỏ 1,4 (Boonpragob and Nash, 1991; Gonzales and Pignata, 1994, 1998; Silberstein et al., 1996) Kardish et al (1987) đo tỷ lệ Chl/Ph địa y Ramalina duriaei khu vực bị ô nhiễm nghiêm trọng phương tiện giao thông 0,08 Một số nghiên cứu chứng minh nồng độ lưu huỳnh tích lũy tản địa y chủ yếu ảnh hưởng khí SO2 phát sinh từ khu công nghiệp (Cordoba, Argentina) số từ giao thông (Levin and Pignata, 1995; Gonzales et al., 1996; Carreras et al., 1998) Các loài địa y khác có mức độ nhạy cảm với SO2 chất khí ô nhiễm khác (Insarova et al., 1993) Lobaria pulmonaria loài nhạy cảm theo thang đo Hawksworth Rose (1976) nồng độ khí SO2 trung bình mùa đông 30 g/m3 Ngược lại, Hypogymnia physodes loài địa y có khả chịu đựng cao khí SO2 Thật vậy, điều kiện có nồng độ khí H2SO4 cao, Hypogymnia physodes không bị ảnh hưởng (Garty et al., 1995) Địa y nhạy cảm với muối lưu huỳnh từ biển Hàm lượng muối lưu huỳnh giảm phân tích mẫu địa y thu từ khu vực ven biển vào phía đất liền (Wadleigh and Blake, 1999) Khí SO2 phá hủy màng protein địa y Đây nguyên nhân gây suy giảm sinh tổng hợp protein số loài địa y tác động tiêu cực đến trao đổi chất thành phần cộng sinh, làm thay đổi cân chúng Nồng độ khí SO2 cao phá vỡ cấu trúc protein màng tế bào enzym địa y, dẫn đến cân quan hệ cộng sinh địa y (do liên quan đến trao đổi chất) (Fields and St Clair, 1984) Chính vậy, phá hủy màng tế bào dùng để thị ô nhiễm không khí Khí SO2, O3 NO2 chất xúc tác hữu hiệu cho trình peroxy hóa lipid màng tế bào (Menzel, 1976; Gonzalez and Pignata, 1994, Gonzalez et al., 1996) Thí nghiệm cho địa y tiếp xúc với dung dịch có chứa SO2 nồng độ ppm, kết cho thấy hàm lượng phospholipid địa y giảm nhẹ acid béo không no tăng lên 3.2.2.3 Hợp chất nitơ photpho Mặc dù địa y đề xuất dùng làm sinh vật thị cho NH3 năm gần chứng minh mối tương quan địa y chịu đựng khí nitơ nồng độ NH3 không khí (De Bakker, 1989) Vỏ điểm thu mẫu Hà Lan chứng minh loài địa y chịu đựng nitơ không phản ứng trực tiếp với nitơ môi trường địa y lại phản ứng với vỏ có pH cao (nồng độ khí NH3 không khí cao có ảnh hưởng đến pH vỏ cây) (Van Dobben and Ter Braak, 1998) Cladonia portentosa thị sinh vật hiệu cho ô nhiễm nitơ photpho Nồng độ bụi đỉnh tản địa y có mối tương quan thuận cao nồng độ bụi nitơ photpho có môi trường Thêm vào đó, nồng độ bụi nitơ photpho đỉnh địa y cao gấp – lần so với tản địa y (Hyvarinen Crittenden, 1998a, b) Mặt khác, nồng độ nitơ tản địa y tương quan với hàm lượng nitơ có nước mưa (precipitation) Mặc dù vậy, hàm lượng nitơ tìm thấy tản địa y có mối liên quan mật thiết với hàm lượng nitơ ướt không khí có tương quan thuận với khí NO2 diện khí Nhìn chung, C portentosa khuyến cáo làm sinh vật thị cho tổng nitơ dạng bụi dạng ướt (Sochting, 1995) thị cho ô nhiễm nitơ lưu huỳnh (Bruteig, 1994) Khí SO2 NO2 nồng độ cao làm giảm pH tản địa y (Riga-Karandinos and Karandinos, 1998) Ô nhiễm không khí SO2 NO2 dẫn đến diệt vong loài địa y L pulmonaria R farinacea Giá trị pH tản địa y giúp bổ sung thêm thông tin tình trạng ô nhiễm không khí khu vực nghiên cứu Nhiều tác giả công bố L pulmonaria có nguy bị tuyệt chủng vài khu vực có xuất mưa acid pH ngưỡng giá trị mà địa y tồn (Gauslaa, 1985; Gilbert, 1986) KẾT LUẬN Địa y sinh vật thị ô nhiễm trường không khí mưa axít hiệu Để đạt liệu thống quan trắc môi trường không khí địa y, cần xây dựng quy trình chuẩn cho trình chọn mẫu, xử lý phân tích mẫu địa y ỨNG DỤNG Các hướng nghiên cứu địa y Khoa Phát triển Nông thôn: - Định danh loài địa y - Thay đổi mức độ đa dạng địa y theo mùa (mùa nắng mưa) tương quan với chất lượng môi trường không khí - Thay đổi mức độ đa dạng địa y theo khoảng cách đến nguồn ô nhiễm không khí từ phương tiện giao thông - Quan trắc chất lượng không khí qua năm 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh Asta J and et al ( 002), Mapping lichen diversity as an indicator of environmental quality Kluwer Academic Publisher Attanayaka A.N.P.M and Wijeyaratne S C (2013), Corticolous lichen diversity, a potential indicator for monitoring air pollution in tropics J Natn Sci Foundation Sri Lanka 2013 41(2):131-140 Balaguer and Manrique (1991), Interaction between sulphur dioxide and nitrate in some lichens Env and Exp Botany 31 (2), 223-227 Brodo I.M (1961), Transplant experiments with coricolous lichens using a new technique Ecology 42, 838 – 841 Brodekova´ and et al (2006), An assessment of epiphytic lichen diversity and environmental quality in knocksink wood nature reserve, Ireland Biology and Environment: Proceeding of the Royal Irish Academy, vol 106B, No 3, 215 – 223 Calatayud et al (1999), Effects on ascorbate feeding on chlorophyll fluorescence and xanthophyll cycle components in the lichen Parmelia quercina (Willd.) Vainio exposed to atmospheric pollutants Physiologia Plantarum 105 (4), 679-684 Conti M.E and Cecchetti G (2001), Biological monitoring: lichens as bioindicators of air pollution assessment – a review Elsevier Science Ltd., Environmental Pollution 114, p 471 – 492 Ferry et al (1973), Air pollution and lichens The Athlone Press, London Garty et al (1988), Comparisons beetween the metal content of a transplanted lichen before and after the star-up of a coal-fired power station in Israel Can J Bot 66, 668-671 Gombert S., Asta J and Seaward M.R.D (2004), Assessment of lichen diversity by index of atmospheric purity (IAP), index of human impact (IHI) and other environmental factors in an urban area (Grenoble, southeast France) Science of Total Environment 324 (2004), 183-199 Gilbert, O L (1965), Lichens as indicators of air pollution in the Tyne Valley In Ecology and the Industrial Society, pp 35-47 Oxford: Blackwell Scientific Publications Gilbert, O L (1969), The effect of SO2 on lichen and bryophytes around Newcastle upon Tyne Air Pollut., Pro Eur Congr Influence Air Pollut, Plants Anim., 1st, 1968, pp 223-235 Hale M.E (1969), How to know the the lichens Wm C Brown Company Publishers, Dubuque, Iowa Hale M.E (1983), The biology of lichens E Arnold, London Hamada and Miyawaki (1998), Lichens as bioindicators of air pollution Jap J Ecol 48, 49-60 Hawksworth D.L (1971), Lichens as litmus for air pollution: a historical review Int J Environ Stud 1, 281-296 Hawksworth, D L & Hill, D L 1984 The lichen-forming fungi Blackie, Glasgow & London 158 pp Kardish et al (1987), Larry McKane and Judy Kandel (1996), Microbiology Essentials and Applications -Second Edition McGraw-Hill, Inc Marisa Freitas and et al (2011), Lichen as bio indicators of atmospheric pollution in Porto, Portugal Journal of Biodiversity and Ecological Sciences, No.1, Vol.1, Issue ISSN: 2008-9287 11 Nimis P.L (1990), Air quality indicators and indices: the use of plants as bioindicators of monitoring air pollution Colombo, AG and Premazzi, G, Ispra, Italy, JRC Pinho P and et al (2003), Mapping lichen diversity as a first step for air quality assessment The 3rd International Workshop on Biomonitoring of atmospheric pollution, Bled, Slovenia, September 21-25, 2003 Pulak Das and et al (2013), Lichen diversity for environmental stress study: Application of index of atmospheric purity (IAP) and mapping around a paper mill in Barak Valley, Assam, northeast India Tropical Ecology 54(3): 355-364 Ronen et al (1984), The effect of air pollution and bisulfite treatment in the lichen Ramalina duriaei studied by photoacoustics In: Advances in Photosynthesis Research, Proceeding of the 6th Congress on Photosynthesis, 1-6 August 1983, Brussels Showman R.E (1988), Mapping air quality with lichens – the North American experience In: Nash III, T H., Wirth, W (Eds), Lichens, Bryophytes and Air Quality Bib1 Lichenol., Vol 30 Cramer in der Gebruder Borntraeger Verlagsbuchhandlung, Berlin, pp 67-90 Siegfried Huneck and Isao Yoshimura (1996), Identification of Lichen Substances Springer, Berlin, 1996, 493p Van Meirvenne (1991), Characterization of soil spatial variation using geostatistics – PhDThesis, Univ of Gent Zaharopoulou et al (1993), Influence of the lichen Physcia ascendens (Fr.) Oliv Bull Environ Contam Toxicol 50 (6), 852-855 Tiếng Việt Lê Công Kiệt (2003), Địa y khảm rừng bảo tồn thiên nhiên Bình Châu Phước Bửu: Thành phần loài sinh thái học Đề tài nghiên cứu cấp trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Nguyễn Phương Thảo (2014), Nghiên cứu ảnh hưởng ô nhiễm NO2 không khí tới đa dạng sinh học đại y Hà Nội Luận văn tốt nghiệp Đại học, ngành Công nghệ Kỹ thuật môi trường, Khoa Môi trường, Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội Nguyễn Thúy An (2014), Nghiên cứu ảnh hưởng ô nhiễm SO2 không khí tới đa dạng sinh học đại y Hà Nội Luận văn tốt nghiệp Đại học, ngành Công nghệ Kỹ thuật môi trường, Khoa Môi trường, Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội Phạm Thị Ngọc Oanh (2013), Khảo sát thành phần hóa học loài địa y Parmotrema sp thu hái Bình Thuận Luận văn tốt nghiệp Đại học, Khoa Hóa học, Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh Hoàng Thị Sản (2012), Phân loại học thực vật Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 223 trang 12