Sử dụng sinh vật chỉ thị môi trường trong nghiên cứu đánh giá và xử lí môi trường

Cơ sở của việc sử dụng sinh vật làm chỉ thị môi trường: Thành phần loài của một quần xã sinh vật được xác định bởi các yếu tố môi trường.. Như vậy cơ sở cho việc sử dụng sinh vật làm vậ

BÀI TIỂU LUẬN

Sử dụng sinh vật chỉ thị môi trường trong nghiên cứu đánh giá và xử lí môi trường

Nội dung chủ yếu:

1 Khái niệm sinh vật chỉ thị môi trường

2 Cơ sở của chỉ thị sinh học môi trường

3 Tính chất và phân loại sinh vật chỉ thị môi trường

4 Tiêu chuẩn để chọn sinh vật làm chỉ thị sinh học môi trường

5 Sử dụng sinh vật chỉ thị môi trường trong nghiên cứu, đánh giá môi trường không khí

I Khái niệm về sinh vật chỉ thị môi trường (SVCTMT):

Sinh vật chỉ thị (Bio-indicator): cá thể, quần thể hay quần xã có khả năng thích

ứng hoặc rất nhạy cảm với môi trường nhất định

Những đối tượng sinh vật có yêu cầu nhất định về điều kiện sinh thái liên quan đến nhu cầu dinh dưỡng, khoáng, hàm lượng oxi, khả năng chống chịu một hàm lượng nhất định các yếu tố độc hại trong môi trường sống Do đó, sự hiện diện hay không của chúng biểu thị một tình trạng điều kiện sinh thái của môi trường sống nằm trong hay vượt giới hạn nhu cầu và khả năng chống chịu của đối tượng sinh vật đó

Sinh vật chỉ thị là các loài sinh vật mà sự hiện diện và thay đổi số lượng các loài chỉ thị cho sự ô nhiễm hay xáo trộn của môi trường Các loài này thường có tính mẫn cảm cao với các điều kiện sinh lý, sinh hoá của môi trường

Đối tượng sinh vật: là sinh vật chỉ thị môi trường, có thể là loài sinh vật hoặc tập hợp loài sinh vật Mỗi loài sinh vật chỉ thị trong một môi trường nào đó: đất, nước, không khí

Các điều kiện sinh thái chủ yếu là các yếu tố vô sinh : hàm lượng các chất dinh dưỡng, khoáng, nhu cầu oxi,chất độc và chất gây ô nhiễm khác

Ví dụ về một số sinh vật chỉ thị môi trường:

Cỏ lác (Udu Cyperus)- Thực vật chỉ thị Giun đất - Nhóm động vật chỉ thị MT đất

Hến (Corbicula)- SVCT MT nước Tảo lam- SVCT phú dưỡng nguồn nước

Địa y- SVCT ô nhiễm SO 2

II Cơ sở của chỉ thị sinh học môi trường:

1 Cơ sở của việc sử dụng sinh vật làm chỉ thị môi trường:

Thành phần loài của một quần xã sinh vật được xác định bởi các yếu tố môi trường

Tất cả các cơ thể sống đều chịu tác động của các yếu tố môi trường sống, môi trường sống này cũng có thể bị ảnh hưởng từ môi trường xung quanh đặc biệt là

hại cho sinh vật nào đó, thì sinh vật này sẽ bị hay không bị loại trừ ra khỏi quần thể, làm nó trở thành sinh vật chỉ thị môi trường.

Hiểu biết về tác động của các yếu tố môi trường lên cơ thể sống có thể xác định

sự có mặt và mức độ có của nhiều chất trong môi trường

Như vậy cơ sở cho việc sử dụng sinh vật làm vật chỉ thị môi trường dựa trên hiểu biết về khả năng chống chịu của sinh vật với các yếu tố của điều kiện sinh thái(vô sinh) với tác động tổng hợp của chúng

Các yếu tố vô sinh của môi trường: ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, chất khí, chấtdinh dưỡng dễ tiêu,…

2 Tác động các yếu tố vô sinh lên sinh vật:

Theo phản ứng với ánh sáng, sinh vật được chia thành hai nhóm:

- Ưa sáng: Phi lao, bồ đề,…

- Ưa tối: Cà độc dược, hành, dương xỉ,…

Theo phản ứng của cây trồng với ánh sáng, có 3 nhóm:

- Cây ôn đới

- Cây nhiệt đới

- Cây á nhiệt đới

Theo phản ứng cây trồng với thời gian chiếu sáng có thể chia ra:

- Cây có phản ứng ngày ngắn

- Cây có phản ứng ngày dài

• Nhiệt độ:

Trong một phạm vi nhất định, nhiệt độ càng tăng thì càng làm tăng độ phát triểncủa sinh vật

Sinh vật có thể phản ứng với nhiệt độ bằng nhiều hình thức khác nhau:

- Khi nhiệt độ cao, cây tích lũy nhiều đường, muối, tăng khả năng giữ nước, thoát hơi nước Cây non thường chịu lạnh tốt hơn cây già

- Khi bị nóng động vật có thể tỏa nhiệt, dẫn nhiệt, bốc hơi, giãn các mạch máungoại vi Khi lạnh nó co mạch, hình thành lớp lông và mỡ dày dưới da, tăng sản nhiệt hoặc run rẩy

Theo phản ứng của cây trồng với nhiệt độ có thể chia : cây nhiệt đới, cây ôn đới, cây á nhiệt đới

• Nước và ẩm độ:

Nước có vai trò rất quan trọng đối với sinh vật Nước tham gia vào tất cả cáchoạt động sống của sinh vật

Phân loại theo mức độ phụ thuộc vào nước, gồm:

- Sinh vật ở nước: cá, thực vật thủy sinh,…

- Sinh vật ưa ẩm cao: lúa, cói, lác,…

- Sinh vật ưa ẩm vừa: tếch, trầu không,…

- Sinh vật ưa ẩm thấp: xương rồng, thầu dầu,…

• Các chất khí:

Khí quyển cung cấp O2, CO2 cho sinh vật, xử lí một phần các chất khí ô nhiễm

Khi thành phần, tỷ trọng các chất khí có trong khí quyển thay đổi có thể gây hại cho sinh vật

Thực vật có vai trò quan trọng trong xử lý các chất khí gây ô nhiễm môi

trường(CO2, SO2 )

• Các chất khoáng hòa tan:

Chất khoáng có vai trò quan trọng trong cơ thể sinh vật, giúp điều hòa các quátrình sinh hóa, áp suất thẩm thấu của dịch mô và các hoạt động chức năng khác

Sinh vật có khả năng hấp thu chất khoáng khác nhau Đối với cây trồng, dinhdưỡng khoáng quyết định đến tình trạng sinh trưởng, năng suất, chất lượng sảnphẩm cây trồng

Theo yêu cầu dinh dưỡng của thực vật, có 14 chất khoáng là dinh dưỡng thiếtyếu cần cung cấp, được chia thành 3 nhóm nhu cầu:

- Đa lượng: N, P, K

- Trung lượng: Ca, Mg, S, Si

- Vi lượng: Fe, Mn, Cu, Zn, Bo, Mo, Cl

Môi trường mất cân đối hàm lượng các chất khoáng có thể dẫn đến gây rối loạnquá trình trao đổi chất làm sinh vật mắc bệnh và làm ảnh hưởng xấu năng suất,phẩm chất cây trồng

III Tính chất và phân loại sinh vật chỉ thị môi trường:

1 Tính chất sinh vật chỉ thị môi trường:

Khả năng chống chịu của sinh vật đối với yếu tố vô sinh của môi trường và tác động tổng hợp của chúng

Đặc điểm phản hồi lên tác động của nhân tố môi trường bằng hai hình thức :

chạy trốn hoặc thích nghi

Tính chỉ thị môi trường của sinh vật chỉ thị (SVCT) được thể hiện ở các bậc khác nhau:

- SVCT- dấu hiệu về sinh lí, sinh hóa, tập tính, tổ chức tế bào của cá thể SVCT

- Quần thể SVCT- cấu trúc quần thể các loài chỉ thị

- Quần xã SVCT- một số nhóm sinh vật chỉ thị nào đó ( ví dụ: môi trường nước có sinh vật nổi, sinh vật đáy)

Nhờ có tính chất này có thể sử dụng khả năng tích tụ các chất ô nhiễm trong cơthể và giá trị biểu thị tác động tổng hợp của các yếu tố môi trường lên sinh vật để đánh giá môi trường thuận lợi và hiệu quả so với phương pháp khác.

2.Phân loại sinh vật chỉ thị môi trường:

Các SVCTMT có thể phân thành các nhóm theo tác dụng:

- Công cụ để giải đoán môi trường: các loài SVCT mẫn cảm với điều kiện môi trường không thích hợp, có thể dùng chúng làm công cụ nhận biết tình trạng môi trường

- Công cụ thăm dò là những SVCT thích nghi đối với môi trường nhất định,

sự xuất hiện của chúng có thể dùng để đo phản ứng và thích nghi với sự thay đổi của môi trường

- Công cụ khai thác : các loài SVCT có thể chỉ rõ cho sự xáo trộn hay ô nhiễmmôi trường

- Công cụ tích lũy sinh học là loài SVCT có khả năng tích lũy các hóa chất trong mô của chúng

- Sinh vật thử nghiệm: các sinh vật được chọn lọc để nghiên cứu trong điều kiện thí nghiệm nhằm xác định các chất ô nhiễm

IV Tiêu chuẩn để chọn sinh vật làm chỉ thị sinh học môi trường:

- Sinh vật đã được định loại rõ ràng

- Dễ thu mẫu trong tự nhiên, kích thước vừa phải

- Có phân bố rộng (phân bố toàn cầu)

- Có tài liệu về sinh thái cá thể

- Có giá trị kinh tế hoặc nguồn dịch bệnh

- Dễ tích tụ các chất ô nhiễm

- Dễ nuôi trồng trong phòng thí nghiệm

- Ít biến dị

V Sử dụng sinh vật chỉ thị môi trường trong nghiên cứu, đánh giá môi trường không khí.

1 Đặc điểm về môi trường không khí và các chất gây ô nhiễm:

1.1.Đặc điểm môi trường không khí :

Khí quyển- môi trường không khí là phần được giới hạn bởi bề mặt Trái Đất đến khoảng không giữa các hành tinh

Có vai trò lớn trong việc bảo vệ và duy trì đời sống sinh vật trên Trái Đất, với rất nhiều các quần thể sinh vật

Môi trường không khí còn có khả năng ảnh hưởng lớn tới môi trường đất và nước

Thành phần khí quyển khá ổn định theo phương nằm ngang nhưng phân biệt thep phương thẳng đứng về mật độ

• Hàm lượng trung bình của không khí:

Chất khí % thể tích % Trọng lượng Khối lượng

75.5123,151,280,0050,000120,0000070,0000090,0000290,0000080,00000350,0000080,00000036

38648011841065502336,360,370,431,460,40,020,350,18

• Cấu trúc đặc trưng của khí

quyển:

Theo sự phân tầng nhiệt độ , khí quyển

có cấu trúc phân tầng , từ dưới lên là tầng

đối lưu, tầng bình lưu , tầng trung quyển,

nhiệt quyển và tầng ngoại quyến

Cấu trúc của khí quyển gồm 5 tầng: Đối lưu, bình lưu, trung quyển, ngoại quyển, nhiệt quyển; có vị trí cách Trái Đất và đặc điểm khác nhau, trong đó:

- Tầng đối lưu: nhiệt độ giảm theo chiều cao.

- Tầng bình lưu: có to tăng theo chiều cao nhưng áp suất ngược lại, ở tầng này tồn tại tầng ozone có chức năng như màng lọc làm giảm lượng bức xạ tia cực tím mặt trời Cấu trúc của khí quyển theo chiều thẳng đứng

Khí quyển gồm hỗn hợp nhiều khí nhưng chủ yếu là các khí: 21% O2, 78% N, 0,03% CO2, dưới 1% Ar, tương đối thuận lợi cho cuộc sống trên trái đất

Nhiệt độ thay đổi (tăng hay giảm) tùy theo tầng, ảnh hưởng trực tiếp tới sự phân bố của các sinh vật trong sinh quyển

1.2.Các chất gây ô nhiễm không khí:

Các chất có nguồn gốc thiên nhiên:

- hơi nước mặn, băng tuyết, bụi đất,bụi sinh học,

- do xói mòn đất, bụi núi lửa, quang hợp, phân hủy các hợp chất hữu cơ

Các oxit quang hóa tạo thành cần có ánh sáng mặt trời : ozon, oxyt nitơ, PAN, hỗn hợp các oxyt quang hóa là khói hay sương mù

Các chất có nguồn gốc nhân tạo: ngày càng đa dạng và phong phú :

- HF chứa trong chất thải nhà máy luyện kim, sản xuất phân lân,

- Etylen (C2H4) phát thải từ nhiều nguồn tự nhiên, trong các khí thải xe giao thông, bảo quản nông sản

- Sunfua đioxit ( SO2 ): chất gây ô nhiễm không khí phổ biến (chiếm 20%), docác nhà máy nhiệt điện, động cơ đốt trong, các ngành công nghiệp xả thải Ngoài tác động trực tiếp, sau khi chuyển hóa nó còn dễ dàng kết hợp với nước trong khí quyển tạo thành H2SO4, theo mưa rơi xuống gây hại cho sinh vật

2 Biểu hiện do các chất ô nhiễm không khí gây ra trên sinh vật chỉ thị 2.1 Dấu hiệu chung:

Những tổn thương thực vật do ô nhiễm không khí thường xuất hiện ở các nhà máy (điện, lọc dầu), TP lớn, khu CN, sân bay, đường giao thông lớn.

Các chất ô nhiễm ở nồng độ cao có thể gây tổn thương mạnh ( cấp tính), làm các mô ở các vị trí khác nhau của thực vật bị chết, màu sắc thay đổi từ xám kim loại đến màu nâu (cháy lá )

Đốm lá, cháy đỉnh lá, chết cành, rụng lá sớm, hạn chế sinh trưởng và năng suất,chín muộn và thường thể hiện rõ trên các cây mẫn cảm

Các dấu hiệu tổn thương tùy theo quy mô được chia thành cấp tính và mãn tính

Mức độ Gây chết tất cả các mô hoặc

một phần lá

Không gây chết mô

Dấu hiệu Chết tất cả các mô lá hoặc

một phần của lá

Vàng lá, xoăn lá, thấp lùn và sinh trưởng chậm

Nguyên nhân Do sự phơi nhiễm chất ô

nhiễm ở nồng độ cao

Do sự phơi nhiễm chất ô nhiễm ở nồng độ thấp

Các yếu tố quyết định phạm vi tổn thương và vùng bị ô nhiễm không khí gồm:

- Loại và nồng độ chất gây ô nhiễm

- Khoảng cách từ nguồn phát thải

- Thời gian phơi nhiễm

- Điều kiện khí tượng

- Các yếu tố khác: quy mô TP, địa hình, độ ẩm và khả năng cung cấp dinh dưỡng của đất, tuổi của mô,

Nhiều loại khí khác nhau trong không khí với nồng độ luôn thay đổi tác động đến thực vật Tùy theo loại khí khác nhau, nồng độ cao hay thấp mà có những triệuchứng tổn thương khác nhau ở thực vật

2.2.Các dấu hiệu đặc trưng :

2.2.1 Biểu hiện trên thực vật do ôzôn gây ra và thực vật chỉ thị:

Ôzôn xâm nhập vào lá thực vật qua khí khổng, những tổn thương do tác động

O3 thường nhận biết rõ nhất ở những lá già Thường mặt lá phía trên bị tác động mạnh hơn nhưng cũng có thể ở 2 mặt lá

Dấu hiệu tổn thương do tác động của O3 phụ thuộc vào loài thực vật, điều kiện thời tiết, nồng độ thời gian tác động O3, độ trưởng thành của lá

Ozone sẽ gây tổn thương cho tế bào nhu mô đầu tiên, sau đó đến thịt lá

Dấu hiệu đặc trưng là lá bị lốm đốm có màu kim loại hoặc nâu, dần thành màu nâu sáng hoặc sáng Các đốm có thể liên kết với nhau tạo ra các cụm đốm lớn có thể có màu trắng, đen, đỏ, huyết tụ

Tác hại của O 3 lên lá cây ở nồng độ khác nhau

Lá cây khỏe mạnh (trái ) và tổn thương do O 3 (phải ) trên cây tulip.

Tác hại O 3 trên thực vật

Thực vật chỉ thị O3 tốt là những cây than gỗ, than bụi và các loài cỏ với đặc trưng điển hình (biến đổi màu liên quan đến sự già hóa nhanh)

2.2.2 Các biểu hiện cho PAN gây ra và thực vật chỉ thị:

PAN xâm nhập qua khí khổng của những lá non thực vật ở giai đoạn cây con

và sinh trưởng mạnh

Sự tổn thương ở thực vật bắt đầu từ những lá non của tán lá trên cùng và lá trưởng thành đang hoạt động mạnh

Dấu hiệu tổn thương do PAN gây ra không giống nhau đối với các loài thực vật:

- Thấy rõ trên loài thực vật có bản lá rộng (rau, xà lách, đậu đỗ),làm phía trong của lá xuất hiện đốm bọng nước màu bạc trắng hoặc đồng thau

- Thực vật lá hẹp xuất hiện các dải úa vàng hoặc bạc trắng trên lá.( Ví dụ trên

cỏ, cây hòa thảo, )

Các thực vật mẫn cảm với tác động của PAN là: cây xà lách (Lactuca sativa ),

củ cải đường ( Beta vulgaris), củ cải đường ( Poa annua L).

Tác hại của PAN trên lá cây

Tác hại PAN với cây khoai tây

2.2.3 Các biểu hiện do nitơ ôxyt gây ra và thực vật chỉ thị:

NO và NO2 là các nitơ ôxyt gây ô nhiễm tiềm năng của không khí

- Để gây tổn thương thực vật, nồng độ NO phải tương đối lớn

- Tác động mạnh lên thực vật biểu hiện giống tác động SO2.

- NO là chất gây ô nhiễm không khí chính trong nhà kính, nơi hydrat cacbon được sử dụng làm nguồn nhiệt

- Những giống cà chua khác nhau phản ứng khác nhau với tác động của NO

2.2.4 Các biểu hiện do sunfua đi ôxyt (SO2 ) gây ra:

SO2 xâm nhập vào thực vật qua khí khổng, bị oxy hóa đến các hợp chất có tính độc hại cao – sunfit (SO32- ) sau chuyển sang sunfat (SO42- ) là dạng dinh dưỡng

Sự úa vàng hoặc nhạt màu lá và đổi màu thành nâu đỏ là dấu hiệu tác động mãntính hoặc làm tổn thương bởi SO2.

Thực vật lá rộng thì lá và rìa lá của chúng bị sáng màu giữa các gân lá

Những tác hại của SO đối với thực vật

Một số thực vật mẫn cảm với SO2 và thể hiện rõ tác động của chất này trong

điều kiện tự nhiên: cây lá rộng, dương xỉ ( Polypodiaccac P), một số loài thông như thường xanh, thông đuôi ngựa (Pinus massoniama ),

Địa y cũng được sử dụng rất nhiều làm sinh vật chỉ thị ô nhiễm SO2 ( vì chúng rất phong phú và đa dạng về kích thước, đồng thời có tính mẫn cảm cao với SO2 )

Sự tổn thương đáng kể thực vật xảy ra ở nồng độ từ 0,05- 0,5 ppm với thời giantác động trên 8 giờ

2.2.5 Các biểu hiện do HF gây ra:

Đặc điểm tác động HF là sự tích lũy chất này trong lá cây, đặc biệt ở viền và đỉnh lá

Tác động mãn tính (dài hạn, nồng độ thấp) do HF gây nên là bệnh úa vàng lá dọc theo thân lá

Khi bị HF tác động mạnh sẽ diễn ra hoại sinh mép lá, bắt đầu từ đỉnh lá, sau lan ra toàn mép lá, làm cho lá biến dạng

Biểu hiện tác động của HF ở các cây:

- Ở cây lá rộng, hoại tử bắt đầu từ đỉnh lá rồi lan tới bề mặt lá, phụ thuộc vào giống loài mà chỗ bị hoại tử đổi từ trắng đến nâu, bắt đầu từ đỉnh lá đến bản lá tạo thành những sọc hay dải màu nâu tối rất rõ

- Ở cây lá kim xuất hiện những lá kim với các đỉnh lá hoặc toàn bộ lá chết, mô

có màu xanh nâu, đỏ nhạt như bị cháy xém