Mục tiêu của chỉ thị sinh học - Nghiên cứu các mối quan hệ giữa sinh vật với sức khỏe của môi trường, từ đó tìm ra các chỉ thị đặc trưng cho mức độ ô nhiễm của môi trường; - Phát triển
Trang 1Chương 1: NHẬP MÔN CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
? Vì sao nói: Chỉ thị sinh học là một phần bổ sung hoặc thay thế cho các phân tích lý hóa?
Trả lời: vì chỉ thị sinh học có những ưu điểm nhưng bên cạnh vẫn còn những hạn chế, có những
trường hợp phân tích lí hóa chưa đủ đáp ứng được Ngoài ra các phân tích lí hóa phụ thuộc vào thời
điểm thu mẫu còn chỉ thi sinh học thì không
1 Mục tiêu của chỉ thị sinh học
- Nghiên cứu các mối quan hệ giữa sinh vật với sức khỏe của môi trường, từ đó tìm ra các chỉ thị đặc trưng cho mức độ ô nhiễm của môi trường;
- Phát triển các hệ thống quan trắc để giám sát các biến đổi của môi trường thông qua sinh vật như là một phần bổ sung hoặc thay thế cho các phân tích lý hóa hiện nay
2 Phương pháp nghiên cứu
Chỉ thị sinh học là một khoa học có tính liên ngành:
Sinh học, Sinh thái học (từ cấp độ cá thể đến hệ sinh thái), Vật lý, Hóa học, Địa chất học, Toán học, Tin học…
3 Xu hướng phát triển
- Chỉ thị sinh học rất phát triển ở các nước tiến tiến…
- Phát triển các chỉ thị sinh học thành những tiêu chuẩn để giám sát ô nhiễm…
- Chỉ thị sinh học là một trong những xu hướng lớn trong nghiên cứu môi trường hiện nay…
- Việt Nam chỉ mới bước đầu tiếp cận nghiên cứu
4 Nguyên lý chung của chỉ thị sinh học:
? nguyên lý chung của chỉ thị sinh học là gì?
- Tất cả các cơ thể sống đều chịu ảnh hưởng bởi các điều kiện vật lý và hoá học
- Chỉ thị sinh học chỉ đo đạt được mức độ biểu hiện; nó không cung cấp thông tin về chất độc
5 Các kiểu tác động có thể quan sát:
- Những thay đổi về thành phần loài, hoặc các nhóm ưu thế trong quần xã…
- Những thay đổi về đa dạng loài trong quần xã…
- Gia tăng tỷ lệ chết trong quần thể, đặc biệt ở giai đoạn non mẫn cảm như trứng, ấu trùng;
- Thay đổi sinh lý và tập tính trong các cá thể;
Ví dụ: daphinia, cá Vược mặt trời (blue gill)
- Sự tích luỹ các chất gây ô nhiễm hoặc sự trao đổi chất của chúng trong các mô của những cá thể
- Những khiếm khuyết về hình thái và tế bào trong các cá thể;
Ví dụ: hoa mua, mắm, đước, vẹt, mái dầm,…
6 Các nhóm chỉ thị sinh học:
- Nhóm có tính mẫn cảm (Sensitivity)
- Nhóm công cụ thăm dò (Detector)
- Nhóm công cụ khai thác (Exploiter): các loài có thể chỉ thị cho sự xáo trộn hay ô nhiễm môi trường
- Nhóm sinh vật thử nghiệm (Bioassay)
- Nhóm công cụ tích lũy (Accumulator)
7 những tiêu chuẩn để lựa chọn sinh vật chỉ thị:
? những tiêu chuẩn lựa chọn sinh vật chỉ thị?
- Đã được định loại rõ ràng;
- Dễ thu mẫu ngoài thiên nhiên, kích thước vừa phải;
- Có phân bố rộng (tối ưu là phân bố toàn cầu);
- Có nhiều dẫn liệu về sinh thái cá thể của đối tượng qua thử nghiệm sinh học;
- Ít biến dị;
- Nhạy cảm hoặc khả năng chống chịu cao với các chất ô nhiễm
- Có giá trị kinh tế (hoặc là nguồn dịch bệnh);
- Dễ tích tụ các chất ô nhiễm;
- Dễ nuôi trồng trong phòng thí nghiệm
8 ưu điểm và hạn chế của chỉ thị sinh học:
Trang 2? Ưu điểm hạn chế của chỉ thị sinh học?
Ưu điểm
- Có thể phát hiện các chất ô nhiễm ở nồng độ thấp…
- Không đòi hỏi nhiều thiết bị đắt tiền…
- Đánh giá và cho kết quả nhanh…
- Đánh giá được các rủi ro sinh thái và các tác động tổng hợp của các chất ô nhiễm…
Hạn chế
- Không xác định được nguyên nhân ô nhiễm, nguồn ô nhiễm hoặc nồng độ chính xác của các chất ô nhiễm trong môi trường…
- Sự biến đổi đặc điểm sinh học của quần thể trong các môi trường có thể làm sai lệch các kết quả nghiên cứu…
- Sự di chuyển của sinh vật làm sai lệch các kết quả nghiên cứu…
TÓM TẮT CHƯƠNG 1
- Nguyên lý của chỉ thị sinh học môi trường?
- Các kiểu tác động có thể quan sát của chỉ thị sinh học môi trường?
- Các tiêu chí lựa chọn sinh vật chỉ thị môi trường?
- Vì sao nói: Chỉ thị sinh học là một phần bổ sung hoặc thay thế cho các phân tích lý hóa?
CHƯƠNG 2 : CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP QUAN TRẮC VÀ GSSH
2.1.1 Phương pháp loài đơn lẻ
Phương pháp sử dụng những loài đơn lẻ để giám sát sinh học được chia thành 3 loại:
- Sử dụng những loài chỉ thị;
- Sử dụng những sinh vật nhạy cảm;
- Sử dụng những sinh vật tích tụ
Sử dụng những loài chỉ thị
Muỗi lắc Chironomus riparins
Giun ít tơ Tubifex tubifex
Limnodrilus hoffmeisteri
Giun tròn Nais elinguis
Phù du (Ephemeroptera)
Cánh úp (Plecoptera)
Bướm đá (Trichoptera)
Sử dụng những sinh vật nhạy cảm
Nhạy cảm đối với những thay đổi bất thường của môi trường, sự ô nhiễm có phạm vi rộng gây ra các phản ứng, từ điều kiện tối ưu đến điều kiện gây chết;
Có một sự định lượng, khả năng dự báo liên quan đến những chất gây ô nhiễm;
Trong quá trình phát triển của tự nhiên, thường xảy ra những thay đổi, đó là những phản ứng chung có thể nảy sinh từ những ảnh hưởng độc hại đặc trưng ở mức độ tế bào và hóa sinh nhất định trong cả hệ thống
Phương pháp này đã được áp dụng trong các nghiên cứu liên quan đến sự phá vỡ tuyến nội tiết của các cơ thể:
Ví dụ những ảnh hưởng lên chất tạo tính cái (feminisation) trong cá (Sumpter, 1995) cũng cho thấy đó
là nguồn độc hại tiềm tàng đối với sức khỏe con người
Đối với những động vật không xương sống ở nước chỉ có một trường hợp duy nhất biểu hiện ảnh hưởng lên quần thể, gây ra do bị phá vỡ hệ thống nội tiết, đó là chất gây bất lực (imposex) trong các thân mềm ở biển, được sinh ra do các sinh vật này phải chống chịu với chất chống sinh vật bám tributyltin (Matthiessen và Gibbs, 1998)
2.1.2 Phương pháp đa loài
Đo mức độ phong phú: xác định về số lượng của đơn vị phân loại có mặt tại một địa điểm, có thể tiến
hành nhận dạng ở mức độ loài, họ là “sự giàu có về đơn vị phân loại” giảm đi cùng với sự giảm chất lượng môi trường
Sự liệt kê: Phép đo ghi nhận tổng số các cá thể không cần được nhận dạng, có chứa các dạng nhất định
của stress, số lượng có thể tăng hoặc giảm, kể cả việc xác định những tỷ lệ giữa độ phong phú của các nhóm sinh vật khác nhau
Trang 3 Sự đo đếm các nhóm theo chức năng dinh dưỡng: tỷ lệ giữa số lượng động vật trong những nhóm dinh
dưỡng đặc biệt (ví dụ: số lượng của những mảnh vụn trên tổng số các cá thể; số lượng của thức ăn thừa trên số lượng các vật ăn lọc; số lượng của thức ăn chuyên hóa trên số lượng thức ăn tổng thể)
Từ đó, người ta cho rằng những nhóm dinh dưỡng nhất định chống chịu với những dạng stress nhất định tốt hơn những loại khác
Các chỉ số kết hợp: sự kết hợp các chỉ số mà những chỉ số đó có được từ những phép đo đã đề cập ở trên
để tránh làm giảm độ tin cậy đối với một phép đo riêng rẽ nào đó
Bảng So sánh ưu việt tương đối của phép thử đơn loài và đa loài
2.1.3 Phương pháp sử dụng chỉ số sinh học
Hệ thống tính điểm BMWP
Sử dụng hệ thống tính điểm từ 1 đến 10 điểm càng cao thì môi trường càng sạch
(?) Vì sao hệ thống BMWP lại sử dụng rất nhiều họ động vật khác nhau để chỉ thị cho môi trường?
Vì có những loài tại môi trường này không có nhưng môi trường khác lại có; hệ thống tính điểm BMWP
sẽ được cập nhập và thay đổi cho phù hợp với từng khu vực địa lí các đới khí hậu khác nhau
Chỉ phân loại đến họ để dễ dàng phân loại hơn so với việc phân loại đến loài.Sử dụng nhóm động vật
đáy cỡ lớn (Macrobenthos) để đánh giá nhanh chất lượng nước theo hệ thống tính điểm BMWP
Thứ
hạng
Chỉ số (ASPT -
Bio-index)
Đánh giá chất lượng nước
II 7,9 - 6 Ô nhiễm nhẹ - hoại sinh nhẹ (Oligosaprobe)
II 5,9 - 5 Ô nhiễm vừa - hoại sinh vừa ( Mesosaprobe)
IV 4,9 - 3 Ô nhiễm - hoại sinh trung bình ( Mesosaprobe)
V 2,9 - 1 Ô nhiễm nặng - hoại sinh nặng (Polysaprobe)
Trang 4VI 0 Ô nhiễm rất nặng - hoại sinh rất nặng (không có ĐVKXS)
RIVPACS (River Invertebrate Prediction And Classification System)
“Loại sinh học” Điểm số quan sát
/ Điểm số BMWP dự báo
Điểm số quan sát / Điểm ASPT dự báo
Bảng 2.17 Xác định độ phong phú tương đối của động vật
Stt
5 Từ 1001 - 10000 Từ 100 - 499 Very Abundant (VA) Rất nhiều
6 Từ 10001 - 100000 > 500 Over Abundant (OA) Quá nhiều
(?) Vì sao thang đánh giá độ phong phú đối với Việt Nam thấp hơn của Anh?
Vì Anh là một nước thuộc vùng ôn đới nên độ phong phú sẽ cao hơn so với một quốc gia nhiệt đới như Việt Nam
Bảng 2.20 Giải thích nguyên nhân gây chất lượng thấp của nước theo điểm ASPT và số lượng các đơn vị
phân loại “độc hại” cũng có thể xảy ra do khả năng suy thoái vật lý ở nơi sống như là các yếu tố khả dĩ
ASPT
Số đơn vị
phân loại
Cao Chất lượng tốt Ô nhiễm hữu cơ Ô nhiễm hữu cơ
Trung bình Nhiễm độc Ô nhiễm hữu cơ
(+ nhiễm độc?)
Ô nhiễm hữu cơ (+ nhiễm độc?)
(+ nhiễm độc?)
Ô nhiễm hữu cơ và/hoặc nhiễm độc
*Chỉ số sinh học (Biotic indices): Sử dụng ĐVKXS
BMWP (Biological Monitoring Working Party)
ASPT (Average Score Per Taxon) [Richard Orton, Anne Bebbington, Jonh Bebbington (1995) và Stephen Eric Mustow (1997)]
RIVPACS (River Invertebrate Prediction and Classification System)
Trang 5 Tại Jersey (Anh) sử dụng chỉ số BMWP, ASPT và LQI (Lincoln Quality Index) để theo dõi và quản lý chất lượng nước (Langley và cs, 2001)
IBI (Index of Biotic Integrity)
TBI (Trent Biotic Index) (Woodiwiss, 1964)
BBI (Belgian Biotic Index) của Bỉ (De Pauw và Vanhooren, 1983)
EBI (Extended Biotic Index) của Ý (Ghetti, 1997)
DSFI (Danish Stream Fauna Index) của Đan Mạch
TBI (Skriver và cs, 2000) và Anh thì hệ thống TBI được sửa đổi (Armitage và cs, 1983)
?Vì sao các loài ĐVKXS thường được sử dụng làm sinh vật chỉ thị?
ĐVKXS cỡ lớn nhạy cảm và có chịu sự tác động nhanh chóng của các chất ô nhiễm
Độ phong phú cao, tương đối dễ thu mẫu, dễ nhận dạng
Có đời sống tương đối ổn định nên phản ánh được điều kiện môi trường nơi chúng sống;
Gồm nhiều nhóm nằm trong nhiều ngành khác nhau, cho thấy sự thay đổi cấu trúc quần xã
Có vòng đời dài đủ để ghi nhận những biến đổi của chất lượng môi trường
2.1.4 Phương pháp quan trắc cấu trúc quần xã
Những phương pháp này dựa trên sự có mặt hoặc vắng mặt hoặc độ trù phú các cá thể của loài trong quần
xã sinh học Theo truyền thống, hoặc chọn tính đa dạng hoặc chỉ thị tương đồng, hoặc độ phong phú loài
Chỉ số đa dạng (Diversity indices)
Chỉ số đa dạng biểu thị độ phong phú loài trong môi trường:
- Số lượng loài hoặc độ phong phú (species abundance pattern);
- Tổng lượng sinh vật của mỗi loài có mặt hoặc độ phong phú;
- Tính đồng nhất phân bố các cá thể giữa các loài khác nhau hoặc tính đồng đều
Ni: Số cá thể của loài i trong mẫu thu;
N: Số cá thể của tất cả các loài trong mẫu thu
S: Số loài có trong mẫu thu;
Pi: Tỷ lệ các cá thể trong loài thứ i
W: Số loài thường gặp đối với cả 2 mẫu thu
A: Số loài trong mẫu 1;
B: Số loài trong mẫu 2;
k: Tổng lượng các so sánh hoặc các đơn vị phân loại khác nhau trong 2 mẫu thu so sánh với nhau;
Xia và Xib: Độ phong phú của loài thứ i trong các mẫu a và b tương ứng
? Vì sao cần phát triển các chỉ số đa dạng?
Vì:
• Lượng hóa chính xác hơn thông tin chứa trong quần xã
• Đưa thông tin về dạng có thể so sánh mà không phụ thuộc vào phạm vi và tầng suất thu mẫu
• Đánh giá hiện trạng môi trường thông qua các chỉ số đa dạng
Trang 6S = αln(a + N/α)
Chỉ số đa dạng sinh học của Fisher:
Một đặc điểm rất đặc trưng của quần xã là chúng có tương đối ít loài phổ biến nhưng lại gồm một số lượng khá lớn các loài hiếm Trên cơ sở phân tích một khối lượng lớn các số liệu về số lượng loài và số lượng cá thể ở các quần xã khác nhau, Fisher cho thấy rằng các số liệu loại này phù hợp tốt nhất bởi chuỗi logarit:
Trong đó:
N: Tổng số lượng cá thể trong mẫu
-α : Chỉ số đa dạng loài trong quần xã
Chú ý:
α thấp khi đa dạng loài thấp và ngược lại; chỉ số α không phụ thuộc vào kích thước mẫu
Các nhà sinh thái học cho rằng, có thể sử dụng chỉ số α để so sánh sự đa dạng ở các khu vực và thời gian khác nhau Chỉ số α chỉ phụ thuộc vào số loài và số lượng cá thể có trong mẫu
Một ưu điểm khác của phân bố chuỗi logarit (hay phân bố log chuẩn) là nó cho phép ước tính toàn bộ số loài trong quần xã, kể cả các loài hiếm vẫn chưa thu thập được bằng phương pháp ngoại suy
Chỉ số phong phú loài Margalef:
Chỉ số này được sử dụng để xác định tính đa dạng hay độ phong phú về loài Giống như chỉ số α của Fisher, chỉ số Margalef cũng chỉ cần biết được số loài và số lượng cá thể trong mẫu đại diện của quần xã
Có các loại công thức như sau:
Trong đó :
d : chỉ số đa dạng Margalef
S : tổng số loài trong mẫu
N : tổng số lượng cá thể trong mẫu
Hiện nay, người ta thường dùng logarit tự nhiên lnN hơn so với logN Chỉ số d của Margalef ngoài ra còn được áp dụng để phân loại mức độ ô nhiễm các thủy vực
Chỉ số Shannon – Weiner:
Chỉ số Shannon-Weiner được đề xuất từ những năm 1949 nhằm xác định lượng thông tin hoặc tổng lượng trật tự (hay bất trật tự) có trong một hệ thống bằng công thức:
Thông thường hay đặt C =1 và cơ số logarit được sử dụng phổ biến là 2, e và 10 Tuy nhiên, do mục đích xác định lượng thông tin nên hay dùng logarit cơ số 2 (log 2) hơn vì nó gắn trực tiếp với đơn vị thông tin tính theo bit (số nhị phân)
Chỉ số Shannon-Weiner được sử dụng phổ biến để tính sự đa dạng loài trong một quần xã theo dạng:
Trong đó:
s = Số lượng loài
pi = ni/N (Tỉ lệ cá thể của loài i so với lượng cá thể toàn bộ mẫu)
N = Tổng cá thể trong toàn bộ mẫu
ni = Số lượng cá thể loài i
Trang 7 Chỉ số Pielou:
Chỉ số tương đồng (J’) của quần xã được tính bằng công thức Pielou:
Trong đó: H’ là chỉ số Shannon – Weiner và S là tổng số loài e biến thiên từ 0 đến 1 (e = 1 khi tất cả các loài có số lượng cá thể bằng nhau)
Hai thành phần của sự đa dạng được kết hợp trong hàm Shannon – Weiner là số lượng loài và bình quân của sự phân bố các cá thể giữa các loài
Thực chất, tính bình quân trái ngược với tính ưu thế của loài
Ví dụ: Có 2 hệ thống, mỗi hệ thống gồm 10 loài với 100 cá thể Nếu xét theo tỉ lệ sự giàu có về loài và số cá
thể thì 2 hệ thống này là ngang nhau, tức là:
S = 10
N = 100
Nhưng nếu 2 quần xã giả định này phân bố đối nhau theo 2 thái cực thì có thể xảy ra 2 trường hợp như sau:
Trường hợp (a) mức bình quân là tối thiểu, tính ưu thế là tối đa có, trường hợp (b) mức bình quân là tối đa,
không có loài ưu thế
Chỉ số ưu thế Simpson và chỉ số đa dạng Simpson:
- Chỉ số ưu thế có thể biểu diễn bởi giá trị % theo số lượng, sinh vật lượng hoặc một chỉ số khác của loài trong quần xã Mỗi quần xã đều có đường cong ưu thế đặc trưng của mình
- Không phải tất cả các loài ưu thế đều đóng vai trò như nhau trong quần xã Trong chúng có thể gặp loài trụ cột mà trong đời sống của mình, loài này làm cho môi trường biến đổi mạnh nhất và do đó gây tác động mạnh lên những loài còn lại Trong vùng phân bố của một quần xã đôi khi còn gặp sự “Quần hợp” tức là các loài tương tác với nhau mạnh hơn so với những loài khác
- Trong những trường hợp đặc biệt, quần xã được cấu tạo từ n loài có thể chỉ thể hiện một “Quần hợp” Các
quần hợp được tách ra theo vi sinh cảnh: theo đặc tính của thức ăn…
Chỉ số Đa dạng:
Mặt mạnh:
- Đơn giản khi tính toán
- Sự đa dạng được biểu thị là duy nhất
- Không cần những giả thiết đến sự chống chịu ô nhiễm của các loài
- Có thể được sử dụng ngang nhau với việc đếm và số liệu sinh khối
Mặt yếu
- Các giá trị đa dạng thay đổi phụ thuộc vào chỉ số được sử dụng, kỹ thuật thu, kích thước mẫu
- Sự diễn giải các giá trị chỉ thị liên quan tới các mức ô nhiễm không áp dụng cho mọi trường hợp
- Không thể phân biệt giữa các quần xã chống chịu và không chống chịu
- Không cung cấp thông tin về bản chất của các chất ô nhiễm hiện có
- Sự phản hồi của quần xã với ô nhiễm không thường xuyên tuyến tính
- Tương đối ít biến đổi đối với các yếu tố tác động, ngoài những tác động của ô nhiễm
Chỉ số tương đồng (Similarity indices):
Mặt mạnh:
- Thường đơn giản khi tính toán
- Tính tương đồng được biểu thị là đơn lẻ giá trị số lượng dễ hiểu
- Không cần những giả định liên quan đến tính chống chịu của loài
- Không đòi hỏi định loài
Mặt yếu:
Trang 8- Các giá trị thu được thay đổi phụ thuộc vào chỉ số được sử dụng
- Bị tác động bởi kích thước mẫu và đôi khi bởi sự phong phú loài
- Đòi hỏi điểm không ô nhiễm làm đối chứng
- Không cần phân biệt giữa các quần xã chống chịu và không chống chịu
- Không cung cấp thông tin về bản chất các chất ô nhiễm hiện có
2.1.5 Phương pháp sử dụng phép phân tích đa biến (Multivariate analyses):
Sự phân loại bằng đánh số các số liệu loài khi sử dụng bất cứ một trong số các phương pháp phân tích chùm có thể gộp nhóm các điểm với nhau và với thành phần các đơn vị phân loại giống nhau, có thể phân biệt chúng từ các nhóm ít giống nhau hơn
Một phương pháp phân loại như vậy được sử dụng rộng rãi để quan trắc sinh học hiện nay là phương pháp phân tích đa biến loài chỉ thị (Two way indicator species analysis - TWINSPAN)
Khoá TWINSPAN để đánh giá ô nhiễm hữu cơ trong các suối
2.3 PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CHỈ THỊ SINH HỌC TRONG NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG
2.3.1 Sử dụng chỉ số sinh học
Phân loại các tác động của chất hữu cơ trong các sông và được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu:
Vùng hoại sinh mạnh (polysaprobic) - nhiễm bẩn rất nặng;
Vùng - hoại sinh vừa ( - mesosaprobic) - nhiễm bẩn nặng;
Vùng - hoại sinh vừa ( - mesosaprobic) - nhiễm bẩn trung bình;
Vùng hoại sinh nhẹ (oligosaprobic) - nhiễm bẩn rất nhẹ hoặc không nhiễm bẩn
Hình 1 Sự phát triển chỉ số sinh học quan trọng và những hệ điểm ở
2.3.2 Sử dụng các sinh vật tích tụ
Trang 9 Nhiều sinh vật sống tích luỹ các chất ô nhiễm trong các mô của chúng qua quá trình tích luỹ sinh học Nhờ đó các chất ô nhiễm xâm nhập vào các mô của chúng với tốc độ lớn hơn tốc độ đào thải các chất bởi sinh vật
Các chất ô nhiễm có thể được hấp thụ qua bề mặt cơ thể, qua những cấu trúc đặc trưng như phổi, khe mang, lá và rễ hoặc trong trường hợp của động vật có thể được nuốt vào cùng với thức ăn
Mặt khác,sự di chuyển các chất ô nhiễm qua chuỗi thức ăn có thể dẫn đến sự tích luỹ bổ sung ở những mức cao hơn, do đó các tỷ số nồng độ trong các mô có thể tới 103 - 106 lần so với trong môi trường Hiện tượng này được gọi là "khuyếch đại sinh học".Khả năng tập trung các chất ô nhiễm có thể được sử dụng như một hiệu ứng tốt trong những chương trình giám sát ô nhiễm Rất nhiều chất ô nhiễm tồn tại trong nước, đất, không khí ở các mức dưới hoặc gần với các giới hạn phát hiện của nhiều phương pháp phân tích hoá học
Việc phân tích hoá học không khí, nước chỉ ghi nhận các mức chất ô nhiễm có ở thời điểm lấy mẫu trong khi đó, trong sinh vật tích tụ sẽ phản ánh các mức xung quanh có suốt trong thời gian dài
Hơn nữa nhiều phương pháp phân tích hoá học cung cấp thông tin về tổng lượng chất gây ô nhiễm đã cho trong môi trường mà không phải là tất cả các chất hoá học đang có và tác động đến những sinh vật
Những chỉ thị giám sát sinh học phải thoả mãng các tiêu chí sau:
- Chúng phải dễ dàng nhận diện;
- Chúng phải tương đối phong phú và đại diện được cho môi trường nơi chúng sống;
- Chúng có khả năng tích luỹ các chất ô nhiễm tới những mức cho phép phân tích trực tiếp mà không có hiệu ứng chết;
- Phải có tương quan được xác định rõ giữa nồng độ chất ô nhiễm trong các mô của sinh vật và trong môi trường ở tất cả các điểm nơi chúng sống; Chúng phải có kích thước đủ lớn để cung cấp đủ các mô cho phân tích tin cậy;
- Chúng phải dễ lưu trữ trong điều kiện phòng thí nghiệm cho phép thực nghiệm nhanh tiến hành ở những điều kiện đối chứng;
- Chúng phải có đời sống cố định để phản ánh đúng các chất ô nhiễm của môi trường nơi chúng được thu mẫu;
- Chúng phải có phân bố rộng để cho phép so sánh giữa những môi trường địa lý riêng biệt
Hiện có hai chiến lược khác nhau mà qua chúng các sinh vật tích tụ được khai thác:
Quan trắc thụ động đối với tình trạng nơi những sinh vật bản địa được thu mẫu từ những nơi cư
trú đặc biệt để phân tích hoá học mô của chúng
Quan trắc sinh học chủ động gồm sự tìm kiếm nơi ở và phơi nhiễm thận trọng các sinh vật
thường thu mẫu từ vùng không ô nhiễm
Tính ƣu việt của việc sử dụng các phương pháp quan trắc sinh học chủ động là khả năng sử dụng các
sinh vật từ cùng nguyên liệu di truyền gốc tại nhiều điểm
Sử dụng thực vật có khả năng hấp thụ kim loại cao ("Thực vật siêu tích lũy - Hyper-accumulator") để xử
lý đất bị ô nhiễm, đặc biệt ở những vùng khai khoáng với việc thải bỏ lượng lớn các kim loại nặng (KLN) gây ô nhiễm môi trường
Những thực vật này chịu đựng được nồng độ kim loại cao hơn 10-100 lần so với các cây trồng nông nghiệp
Đặc điểm của các loài thực vật này là chỉ hấp thụ một hoặc một số kim loại đặc trƣng, ví dụ Agrostis
capillaris hấp thụ được
Việc sử dụng loài Vẹm (Mussel) giống ở biển Mytilus đặc biệt rất có ý nghĩa về phương diện này do chúng là đối tượng của kế hoạch toàn cầu với tên gọi "tầm nhìn loài vẹm"
Loài Mytilus phân bố rộng khắp thế giới và “tầm nhìn con Vẹm” cung cấp thông tin về mức độ của nhiều chất ô nhiễm trong các mô của chúng từ các địa điểm khác nhau và rất xa nhau
Cá cũng đƣợc sử dụng rộng rãi làm sinh vật tích tụ trong nước ngọt và nước mặn một phần vì chúng là
nguồn thực phẩm cho người Tuy nhiên, vì tính linh động của chúng nên hạn chế việc sử dụng trong xác định rõ các nguồn gây ô nhiễm điển hình
Trang 10 Trong môi trường cạn thì địa y, rêu và thực vật có mạch đã được sử dụng làm sinh vật tích tụ
Sử dụng rêu nhiều nhất trong nghiên cứu ô nhiễm là sử dụng cái gọi là "túi rêu" (Moss bag) (thông thường là rêu nước - Sphagnum)
? Những yếu tố nào sẽ ảnh hưởng đến sự tích lũy các chất ô nhiễm ở sinh vật chỉ thị?
- Á nh sáng: as cần cho các hđ sống bt của đv, cung cấp 1 số chất cần thiết cho đv
A/s có vai trò đặc biệt quan trọng đối vs thực vật: cường độ và tg tác động as có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình quang hợp, tổng hợp và tích lũy các chất trong cây
- Nhiệt độ: trong một phạm vi nhất định, nhiệt độ càng tăng thì tốc độ phát triển của sinh vật càng tăng
- Nước và độ ẩm: nước đóng một vai trò rất quan trọng đối vs sinh vật
- Các chất khí: khí quyển cung cấp oxi, co2 cho sinh vật và xử lí một phần các chất khí ô nhiễm khi thành phần, tỷ trọng các chất khí trong khí quyển thay đổi, có thể gây hại cho sinh vật
- Các chất khoáng hòa tan: chất khoáng có vai trò quan trọng trong cơ thể sinh vật, giúp điều hòa các quá trình sinh hóa, áp suất thẩm thấu của dịch mô và các hoạt động chức năng khác Hàm lượng các chất khoáng trong môi trường mất cân đối có thể dẫn đến rối loạn quá trình trao đổi chất, làm sinh vật mắc bệnh
Một số lưu ý trong chương trình quan trắc bằng sinh vật tích lũy
Những cơ thể sinh vật biểu hiện tất yếu sự biến dị di truyền và nó tự khẳng định những khác biệt trong hình thái, sinh lý và sinh hoá giữa những cá thể
Tuổi và kích thước cũng đóng vai trò quan trọng trong tốc độ mà sinh vật tích luỹ các chất ô nhiễm đặc trưng và rất cần chú ý trong bất cứ kế hoạch quan trắc nào Do đó, thường khuyến cáo sử dụng những cá thể cùng tuổi và kích thước khi phân tích
Những thay đổi theo mùa trong tích luỹ cũng có vai trò và liên quan đến giống của cá thể
Trong nhiều sinh vật, đặc biệt những ĐVKXS, thể thay đổi giữa các giống và với thời gian trong năm tuyến sinh dục phát triển hoàn thiện biểu hiện tỷ lệ đáng kể của trọng lượng toàn cơ thể có
Đối với con cái, đặc biệt sự tập trung năng lượng và vật liệu trong sản sinh giao tử có thể lớn và có thể làm chúng dễ bị tổn thương đối với những sức ép môi trường khác do có mặt các chất ô nhiễm
Do đó, trong mùa sinh sản chúng có thể ít có khả năng điều chỉnh sự hấp thụ các chất ô nhiễm này và dẫn đến việc gia tăng các mức trong mô
Ngược lại, nếu chất gây ô nhiễm có xu hướng tích luỹ trong các tuyến sinh dục thì sự giải phóng các giao
tử có thể lớn và giảm đột ngột sức chịu tải toàn cơ thể của cá thể
2.3.3 Phép thử sinh học
Sử dụng những cơ thể sinh vật dưới những điều kiện đối chứng để xác định đồng thời cả hai tác động ngắn hạn của liều lượng lớn các chất ô nhiễm (tác động cấp tính) và những tác động lâu dài ở những mức thấp (tác động mãn tính) cũng như dùng để sử dụng nghiên cứu các mẫu hình tác động và con đường vận chuyển các chất ô nhiễm qua HST
Kết quả của những nghiên cứu phép thử sinh học nhằm:
Xác định tác động tiềm năng của các chất gây ô nhiễm riêng biệt hoặc hỗn hợp các chất ô nhiễm đến cá thể, quần thể và quần xã;
Xác định sự đa dạng ngưỡng độc hại liên quan đến hiệu ứng gây chết và nửa gây chết;
Nơi nào thích hợp xác định liệu các chất ô nhiễm là trong phạm vi các chuẩn điều chỉnh;
Đóng góp vào sự phát triển các biện pháp cải tạo để chống ô nhiễm;
Xác định rõ tính mẫn cảm của những sinh vật điển hình đối với các chất ô nhiễm đặc trưng;
Cung cấp tín hiệu sớm nhận diện sự ô nhiễm gây hại tiềm ẩn xảy ra
Một cách lý tưởng, việc lựa chọn sinh vật trong thử nghiệm sinh học cần tham khảo các tiêu chuẩn sau:
Phải mẫn cảm và bền vững trong phản hồi với chất gây ô nhiễm hoặc hiệu quả trong nghiên cứu;
Phải phân bố rộng và phong phú quanh năm;
Phải có ý nghĩa rộng về sinh thái, kinh tế và nghỉ dưỡng;
Phải ở trạng thái khoẻ mạnh và không dễ bị nhiễm bệnh và ký sinh;
Phải dễ lưu giữ trong phòng thí nghiệm, có tính biến dị di truyền thấp và có nhiều số liệu gốc về sinh học