CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRường

Chƣơng 1: NHẬP MÔN CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƢỜNG ? Vìsao nói: Chỉ thị sinh học phần bổ sung thay cho phân tích lý hóa? Trả lời: vìchỉ thị sinh học có ưu điểm bên cạnh hạn chế, có trường hợp phân tích lí hóa chưa đủ đáp ứng Ngồi phân tích lí hóa phụ thuộc vào thời điểm thu mẫu thi sinh học thìkhơng Mục tiêu thị sinh học - Nghiên cứu mối quan hệ sinh vật với sức khỏe mơi trường, từ tìm thị đặc trưng cho mức độ ô nhiễm môi trường; - Phát triển hệ thống quan trắc để giám sát biến đổi môi trường thông qua sinh vật phần bổ sung thay cho phân tích lý hóa Phương pháp nghiên cứu Chỉ thị sinh học 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, Tốn học, Tin học… Xu hướng phát triển - Chỉ thị sinh học phát triển nước tiến tiến… - Phát triển thị sinh học thành tiêu chuẩn để giám sát ô nhiễm… - Chỉ thị sinh học xu hướng lớn nghiên cứu môi trường nay… - Việt Nam bước đầu tiếp cận nghiên cứu Nguyên lý chung thị sinh học: ? nguyên lý chung thị sinh học gì? -Tất thể sống chịu ảnh hưởng điều kiện vật lý hoá học -Chỉ thị sinh học đo đạt mức độ biểu hiện; khơng cung cấp thơng tin chất độc Các kiểu tác động quan sát: - Những thay đổi thành phần loài, nhóm ưu quần xã… - Những thay đổi đa dạng loài quần xã… - Gia tăng tỷ lệ chết quần thể, đặc biệt giai đoạn non mẫn cảm trứng, ấu trùng; - Thay đổi sinh lý tập tính cá thể; Vídụ: daphinia, cá Vược mặt trời (blue gill) - Sự tích luỹ chất gây nhiễm trao đổi chất chúng mô cá thể - Những khiếm khuyết hình thái tế bào cá thể; Vídụ: hoa mua, mắm, đước, vẹt, mái dầm,… Các nhóm thị sinh học: - Nhóm có tính mẫn cảm (Sensitivity) - Nhóm cơng cụ thăm dò (Detector) - Nhóm cơng cụ khai thác (Exploiter): lồi thị cho xáo trộn hay nhiễm mơi trường - Nhóm sinh vật thử nghiệm (Bioassay) - Nhóm cơng cụ tích lũy (Accumulator) tiêu chuẩn để lựa chọn sinh vật thị: ? tiêu chuẩn lựa chọn sinh vật thị? - Đã định loại rõ ràng; - Dễ thu mẫu ngồi thiên nhiên, kích thước vừa phải; - Có phân bố rộng (tối ưu phân bố tồn cầu); - Có nhiều dẫn liệu sinh thái cá thể đối tượng qua thử nghiệm sinh học; - Ít biến dị; - Nhạy cảm khả chống chịu cao với chất nhiễm - Có giá trị kinh tế (hoặc nguồn dịch bệnh); - Dễ tích tụ chất nhiễm; - Dễ ni trồng phòng thínghiệm ƣu điểm hạn chế thị sinh học: ? Ƣu điểm hạn chế thị sinh học? Ƣu điểm - Có thể phát chất ô nhiễm nồng độ thấp… - Khơng đòi hỏi nhiều thiết bị đắt tiền… - Đánh giá cho kết nhanh… - Đánh giá rủi ro sinh thái tác động tổng hợp chất ô nhiễm… Hạn chế - Không xác định nguyên nhân ô nhiễm, nguồn ô nhiễm nồng độ xác chất nhiễm môi trường… - Sự biến đổi đặc điểm sinh học quần thể mơi trường làm sai lệch kết nghiên cứu… - Sự di chuyển sinh vật làm sai lệch kết nghiên cứu… TÓM TẮT CHƢƠNG - Nguyên lý thị sinh học môi trường? - Các kiểu tác động quan sát thị sinh học mơi trường? - Các tiêu chílựa chọn sinh vật thị mơi trường? - Vìsao nói: Chỉ thị sinh học phần bổ sung thay cho phân tích lý hóa? CHƢƠNG : CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƢỜNG 2.1 CÁC PHƢƠNG PHÁP QUAN TRẮC VÀ GSSH 2.1.1 Phƣơng pháp loài đơn lẻ  Phương pháp sử dụng loài đơn lẻ để giám sát sinh học chia thành loại: - Sử dụng loài thị; - Sử dụng sinh vật nhạy cảm; - Sử dụng sinh vật tích tụ Sử dụng lồi thị  Muỗi lắc Chironomus riparins  Phùdu (Ephemeroptera)  Giun tơ Tubifex tubifex  Cánh úp (Plecoptera)  Limnodrilus hoffmeisteri  Bướm đá (Trichoptera)  Giun tròn Nais elinguis Sử dụng sinh vật nhạy cảm  Nhạy cảm thay đổi bất thường mơi trường, nhiễm có phạm vi rộng gây phản ứng, từ điều kiện tối ưu đến điều kiện gây chết;  Có định lượng, khả dự báo liên quan đến chất gây ô nhiễm;  Trong trình phát triển tự nhiên, thường xảy thay đổi, phản ứng chung nảy sinh từ ảnh hưởng độc hại đặc trưng mức độ tế bào hóa sinh định hệ thống  Phương pháp áp dụng nghiên cứu liên quan đến phá vỡ tuyến nội tiết thể:  Ví dụ ảnh hưởng lên chất tạo tính (feminisation) cá (Sumpter, 1995) cho thấy nguồn độc hại tiềm tàng sức khỏe người  Đối với động vật khơng xương sống nước có trường hợp biểu ảnh hưởng lên quần thể, gây bị phá vỡ hệ thống nội tiết, chất gây bất lực (imposex) thân mềm biển, sinh sinh vật phải chống chịu với chất chống sinh vật bám tributyltin (Matthiessen Gibbs, 1998) 2.1.2 Phƣơng pháp đa loài  Đo mức độ phong phú: xác định số lượng đơn vị phân loại có mặt địa điểm, tiến hành nhận dạng mức độ lồi, họ “sự giàu có đơn vị phân loại” giảm với giảm chất lượng môi trường  Sự liệt kê: Phép đo ghi nhận tổng số cá thể không cần nhận dạng, có chứa dạng định stress, số lượng tăng giảm, kể việc xác định tỷ lệ độ phong phú nhóm sinh vật khác  Sự đo đếm nhóm theo chức dinh dưỡng: tỷ lệ số lượng động vật nhóm dinh dưỡng đặc biệt (ví dụ: số lượng mảnh vụn tổng số cá thể; số lượng thức ăn thừa số lượng vật ăn lọc; số lượng thức ăn chuyên hóa số lượng thức ăn tổng thể)  Từ đó, người ta cho nhóm dinh dưỡng định chống chịu với dạng stress định tốt loại khác  Các số kết hợp: kết hợp số mà số có từ phép đo đề cập để tránh làm giảm độ tin cậy phép đo riêng rẽ Bảng So sánh ưu việt tương đối phép thử đơn loài đa loài 2.1.3 Phƣơng pháp sử dụng số sinh học Chỉ số đa dạng Chất lƣợng nƣớc 2-3 Hơi ô nhiễm > - 4,5 Sạch > 4,5 Rất Hệ thống tính điểm BMWP Sử dụng hệ thống tính điểm từ đến 10 điểm cao mơi trường (?) Vì hệ thống BMWP lại sử dụng nhiều họ động vật khác để thị cho mơi trường? Vìcó lồi mơi trường khơng có mơi trường khác lại có; hệ thống tính điểm BMWP cập nhập thay đổi cho phùhợp với khu vực địa lí đới khíhậu khác Chỉ phân loại đến họ để dễ dàng phân loại so với việc phân loại đến lồi.Sử dụng nhóm động vật đáy cỡ lớn (Macrobenthos) để đánh giá nhanh chất lượng nước theo hệ thống tính điểm BMWP Thứ Chỉ số (ASPT - Bio- Đánh giá chất lƣợng nƣớc hạng index) I 10 - Không ô nhiễm, nước II 7,9 - Ô nhiễm nhẹ - hoại sinh nhẹ (Oligosaprobe) II 5,9 - Ô nhiễm vừa - hoại sinh vừa ( Mesosaprobe) IV 4,9 - Ô nhiễm - hoại sinh trung bình ( Mesosaprobe) V 2,9 - Ô nhiễm nặng - hoại sinh nặng (Polysaprobe) VI Ô nhiễm nặng - hoại sinh nặng (không có ĐVKXS) “Loại sinh học” RIVPACS (River Invertebrate Prediction And Classification System) Điểm số quan sát Điểm số quan sát / Điểm số BMWP dự báo / Điểm ASPT dự báo A  0,75  0,89 B 0,50 - 0,74 0,77 - 0,88 C 0,25 - 0,49 0,66 - 0,76 D < 0,25 < 0,66 Bảng 2.17 Xác định độ phong phú tương đối động vật Mật độ gặp (cá thể) Tên gọi Stt Ở Anh Ở Việt Nam Tiếng Anh Tiếng Việt Từ – Từ - Present (P) Có mặt Từ - 10 Từ - 10 Few (F) Một vài Từ 11 - 100 Từ 11 - 49 Common (C) Phổ biến Từ 101 - 1000 Từ 50 - 99 Abundant (A) Nhiều Từ 1001 - 10000 Từ 100 - 499 Very Abundant (VA) Rất nhiều Từ 10001 - 100000 > 500 Over Abundant (OA) Quá nhiều (?) Vì thang đánh giá độ phong phú Việt Nam thấp Anh? VìAnh nước thuộc vùng ôn đới nên độ phong phú cao so với quốc gia nhiệt đới Việt Nam Bảng 2.20 Giải thích nguyên nhân gây chất lượng thấp nước theo điểm ASPT số lượng đơn vị phân loại “độc hại” xảy khả suy thối vật lý nơi sống yếu tố ASPT Số đơn vị phân loại Cao Trung bình Thấp Cao Trung bình Thấp Chất lượng tốt Nhiễm độc Ô nhiễm hữu Ô nhiễm hữu (+ nhiễm độc?) Ô nhiễm hữu Ô nhiễm hữu (+ nhiễm độc?) Nhiễm độc Ô nhiễm hữu (+ nhiễm độc?) Ô nhiễm hữu 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) Stephen Eric Mustow (1997)]  RIVPACS (River Invertebrate Prediction and Classification System) Tại Jersey (Anh) sử dụng số BMWP, ASPT LQI (Lincoln Quality Index) để theo dõi quản lý chất lượng nước (Langley cs, 2001)  IBI (Index of Biotic Integrity)  TBI (Trent Biotic Index) (Woodiwiss, 1964)  BBI (Belgian Biotic Index) Bỉ (De Pauw Vanhooren, 1983)  EBI (Extended Biotic Index) Ý (Ghetti, 1997)  DSFI (Danish Stream Fauna Index) Đan Mạch  TBI (Skriver cs, 2000) Anh hệ thống TBI sửa đổi (Armitage cs, 1983) ?Vì loài ĐVKXS thƣờng đƣợc sử dụng làm sinh vật thị?  ĐVKXS cỡ lớn nhạy cảm có chịu tác động nhanh chóng chất nhiễm  Độ phong phú cao, tương đối dễ thu mẫu, dễ nhận dạng  Có đời sống tương đối ổn định nên phản ánh điều kiện môi trường nơi chúng sống;  Gồm nhiều nhóm nằm nhiều ngành khác nhau, cho thấy thay đổi cấu trúc quần xã  Có vòng đời dài đủ để ghi nhận biến đổi chất lượng môi trường 2.1.4 Phƣơng pháp quan trắc cấu trúc quần xã Những phương pháp dựa có mặt vắng mặt độ trùphú cá thể loài quần xã sinh học Theo truyền thống, chọn tính đa dạng thị tương đồng, độ phong phú loài  Chỉ số đa dạng (Diversity indices)  Chỉ số đa dạng biểu thị độ phong phú loài mơi trường: - Số lượng lồi độ phong phú (species abundance pattern); - Tổng lượng sinh vật lồi có mặt độ phong phú; - Tính đồng phân bố cá thể loài khác tính đồng  Ni: Số cá thể loài i mẫu thu; N: Số cá thể tất loài mẫu thu S: Số lồi có mẫu thu; Pi: Tỷ lệ cá thể loài thứ i W: Số loài thường gặp mẫu thu A: Số loài mẫu 1; B: Số loài mẫu 2; k: Tổng lượng so sánh đơn vị phân loại khác mẫu thu so sánh với nhau; Xia Xib: Độ phong phú loài thứ i mẫu a b tương ứng ? Vì cần phát triển số đa dạng? Vì: • Lượng hóa xác thơng tin chứa quần xã • Đưa thơng tin dạng so sánh mà không phụ thuộc vào phạm vi tầng suất thu mẫu • Đánh giá trạng mơi trường thông qua số đa dạng  Chỉ số đa dạng sinh học Fisher:  Một đặc điểm đặc trưng quần xã chúng có tương đối lồi phổ biến lại gồm số lượng lớn loài Trên sở phân tích khối lượng lớn số liệu số lượng loài số lượng cá thể quần xã khác nhau, Fisher cho thấy số liệu loại phùhợp tốt chuỗi logarit: Trong đó: S = αln(a + N/α) S : Tổng số loài mẫu N: Tổng số lượng cá thể mẫu -α : Chỉ số đa dạng loài quần xã Chú ý:  α thấp đa dạng loài thấp ngược lại; số α không phụ thuộc vào kích thước mẫu  Các nhà sinh thái học cho rằng, sử dụng số α để so sánh đa dạng khu vực thời gian khác Chỉ số α phụ thuộc vào số lồi số lượng cá thể có mẫu  Một ưu điểm khác phân bố chuỗi logarit (hay phân bố log chuẩn) cho phép ước tính tồn số lồi quần xã, kể loài chưa thu thập phương pháp ngoại suy  Chỉ số phong phú loài Margalef:  Chỉ số sử dụng để xác định tính đa dạng hay độ phong phú lồi Giống số α Fisher, số Margalef cần biết số loài số lượng cá thể mẫu đại diện quần xã Có loại cơng thức sau: Trong :  d : số đa dạng Margalef  S : tổng số loài mẫu  N : tổng số lượng cá thể mẫu  Hiện nay, người ta thường dùng logarit tự nhiên lnN so với logN Chỉ số d Margalef ngồi áp dụng để phân loại mức độ ô nhiễm thủy vực  Chỉ số Shannon – Weiner: Chỉ số Shannon-Weiner đề xuất từ năm 1949 nhằm xác định lượng thông tin tổng lượng trật tự (hay bất trật tự) có hệ thống cơng thức:  Thông thường hay đặt C =1 số logarit sử dụng phổ biến 2, e 10 Tuy nhiên, mục đích xác định lượng thơng tin nên hay dùng logarit số (log 2) gắn trực tiếp với đơn vị thơng tin tính theo bit (số nhị phân)  Chỉ số Shannon-Weiner sử dụng phổ biến để tính đa dạng lồi quần xã theo dạng: Trong đó:  s = Số lượng loài  pi = ni/N (Tỉ lệ cá thể loài i so với lượng cá thể toàn mẫu)  N = Tổng cá thể toàn mẫu  ni = Số lượng cá thể loài i  Chỉ số Pielou: Chỉ số tương đồng (J’) quần xã tính cơng thức Pielou:  Trong đó: H’ số Shannon – Weiner S tổng số loài e biến thiên từ đến (e = tất lồi có số lượng cá thể nhau)  Hai thành phần đa dạng kết hợp hàm Shannon – Weiner số lượng loài bình quân phân bố cá thể lồi  Thực chất, tính bình qn trái ngược với tính ưu lồi Ví dụ: Có hệ thống, hệ thống gồm 10 loài với 100 cá thể Nếu xét theo tỉ lệ giàu có lồi số cá thể thì2 hệ thống ngang nhau, tức là:  S = 10  N = 100  Nhưng quần xã giả định phân bố đối theo thái cực thìcó thể xảy trường hợp sau: Trường hợp (a) mức bình qn tối thiểu, tính ưu tối đa có, trường hợp (b) mức bình qn tối đa, khơng có lồi ưu  Chỉ số ƣu Simpson số đa dạng Simpson: - Chỉ số ưu biểu diễn giá trị % theo số lượng, sinh vật lượng số khác loài quần xã Mỗi quần xã có đường cong ưu đặc trưng - Khơng phải tất lồi ưu đóng vai trò quần xã Trong chúng gặp lồi trụ cột mà đời sống mình, lồi làm cho mơi trường biến đổi mạnh gây tác động mạnh lên lồi lại Trong vùng phân bố quần xã đơi gặp “Quần hợp” tức loài tương tác với mạnh so với loài khác - Trong trường hợp đặc biệt, quần xã cấu tạo từ n lồi thể “Quần hợp” Các quần hợp tách theo vi sinh cảnh: theo đặc tính thức ăn…  Chỉ số Đa dạng:  Mặt mạnh: - Đơn giản tính toán - Sự đa dạng biểu thị - Không cần giả thiết đến chống chịu nhiễm lồi - Có thể sử dụng ngang với việc đếm số liệu sinh khối  Mặt yếu - Các giá trị đa dạng thay đổi phụ thuộc vào số sử dụng, kỹ thuật thu, kích thước mẫu - Sự diễn giải giá trị thị liên quan tới mức ô nhiễm không áp dụng cho trường hợp - Không thể phân biệt quần xã chống chịu không chống chịu - Không cung cấp thông tin chất chất ô nhiễm có - Sự phản hồi quần xã với nhiễm khơng thường xun tuyến tính - Tương đối biến đổi yếu tố tác động, tác động ô nhiễm  Chỉ số tƣơng đồng (Similarity indices):  Mặt mạnh: - Thường đơn giản tính tốn - Tính tương đồng biểu thị đơn lẻ giá trị số lượng dễ hiểu - Khơng cần giả định liên quan đến tính chống chịu lồi - Khơng đòi hỏi định lồi  Mặt yếu: - Các giá trị thu thay đổi phụ thuộc vào số sử dụng - Bị tác động kích thước mẫu đơi phong phú lồi - Đòi hỏi điểm khơng nhiễm làm đối chứng - Không cần phân biệt quần xã chống chịu không chống chịu - Không cung cấp thông tin chất chất ô nhiễm có 2.1.5 Phƣơng pháp sử dụng phép phân tích đa biến (Multivariate analyses):  Sự phân loại đánh số số liệu loài sử dụng số phương pháp phân tích chùm gộp nhóm điểm với với thành phần đơn vị phân loại giống nhau, phân biệt chúng từ nhóm giống  Một phương pháp phân loại sử dụng rộng rãi để quan trắc sinh học phương pháp phân tích đa biến lồi thị (Two way indicator species analysis - TWINSPAN) Khoá TWINSPAN để đánh giá ô nhiễm hữu suối 2.3 PHƢƠNG PHÁP SỬ DỤNG CHỈ THỊ SINH HỌC TRONG NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG 2.3.1 Sử dụng số sinh học Phân loại tác động chất hữu sông sử dụng rộng rãi Châu Âu: Vùng hoại sinh mạnh (polysaprobic) - nhiễm bẩn 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 nhẹ khơng nhiễm bẩn Hình Sự phát triển số sinh học quan trọng hệ điểm 2.3.2 Sử dụng sinh vật tích tụ  Nhiều sinh vật sống tích luỹ chất nhiễm mơ chúng qua q trình tích luỹ sinh học Nhờ chất nhiễm xâm nhập vào mô chúng với tốc độ lớn tốc độ đào thải chất sinh vật  Các chất nhiễm hấp thụ qua bề mặt thể, qua cấu trúc đặc trưng phổi, khe mang, rễ trường hợp động vật nuốt vào với thức ăn  Mặt khác,sự di chuyển chất nhiễm qua chuỗi thức ăn dẫn đến tích luỹ bổ sung mức cao hơn, tỷ số nồng độ mơ tới 103 - 106 lần so với môi trường Hiện tượng gọi "khuyếch đại sinh học".Khả tập trung chất ô nhiễm sử dụng hiệu ứng tốt chương trình giám sát nhiễm Rất nhiều chất nhiễm tồn nước, đất, khơng khí mức gần với giới hạn phát nhiều phương pháp phân tích hố học  Việc phân tích hố học khơng khí, nước ghi nhận mức chất nhiễm có thời điểm lấy mẫu đó, sinh vật tích tụ phản ánh mức xung quanh có suốt thời gian dài  Hơn nhiều phương pháp phân tích hố học cung cấp thơng tin tổng lượng chất gây ô nhiễm cho môi trường mà khơng phải tất chất hố học có tác động đến sinh vật Những thị giám sát sinh học phải thoả mãng tiêu chísau: - Chúng phải dễ dàng nhận diện; - Chúng phải tương đối phong phú đại diện cho mơi trường nơi chúng sống; - Chúng có khả tích luỹ chất nhiễm tới mức cho phép phân tích trực tiếp mà khơng có hiệu ứng chết; - Phải có tương quan xác định rõ nồng độ chất ô nhiễm mô sinh vật môi trường tất điểm nơi chúng sống; Chúng phải có kích thước đủ lớn để cung cấp đủ mô cho phân tích tin cậy; - Chúng phải dễ lưu trữ điều kiện phòng thí nghiệm cho phép thực nghiệm nhanh tiến hành điều kiện đối chứng; - Chúng phải có đời sống cố định để phản ánh chất ô nhiễm môi trường nơi chúng thu mẫu; - Chúng phải có phân bố rộng phép so sánh môi trường địa lý riêng biệt  Hiện có hai chiến lược khác mà qua chúng sinh vật tích tụ khai thác:  Quan trắc thụ động tình trạng nơi sinh vật địa thu mẫu từ nơi cư trú đặc biệt để phân tích hố học mơ chúng  Quan trắc sinh học chủ động gồm tìm kiếm nơi phơi nhiễm thận trọng sinh vật thường thu mẫu từ vùng khơng nhiễm  Tính ƣu việt việc sử dụng phương pháp quan trắc sinh học chủ động khả sử dụng sinh vật từ nguyên liệu di truyền gốc nhiều điểm  Sử dụng thực vật có khả hấp thụ kim loại cao ("Thực vật siêu tích lũy - Hyper-accumulator") để xử lý đất bị ô nhiễm, đặc biệt vùng khai khoáng với việc thải bỏ lượng lớn kim loại nặng (KLN) gây ô nhiễm môi trường  Những thực vật chịu đựng nồng độ kim loại cao 10-100 lần so với trồng nơng nghiệp  Đặc điểm lồi thực vật hấp thụ kim loại đặc trƣng, ví dụ Agrostis capillaris hấp thụ  Việc sử dụng loài Vẹm (Mussel) giống biển Mytilus đặc biệt có ý nghĩa phương diện chúng đối tượng kế hoạch toàn cầu với tên gọi "tầm nhìn lồi vẹm"  Lồi Mytilus phân bố rộng khắp giới “tầm nhìn Vẹm” cung cấp thông tin mức độ nhiều chất ô nhiễm mô chúng từ địa điểm khác xa  Cá đƣợc sử dụng rộng rãi làm sinh vật tích tụ nước nước mặn phần vìchúng nguồn thực phẩm cho người Tuy nhiên, tính linh động chúng nên hạn chế việc sử dụng xác định rõ nguồn gây ô nhiễm điển hình  Trong mơi trƣờng cạn thìđịa y, rêu thực vật có mạch sử dụng làm sinh vật tích tụ  Sử dụng rêu nhiều nghiên cứu ô nhiễm sử dụng gọi "túi rêu" (Moss bag) (thông thường rêu nước - Sphagnum) ? Những yếu tố ảnh hƣởng đến tích lũy chất nhiễm sinh vật thị? - Á nh sáng: as cần cho hđ sống bt đv, cung cấp số chất cần thiết cho đv A/s có vai trò đặc biệt quan trọng đối vs thực vật: cường độ tg tác động as có ảnh hưởng lớn đến q trình quang hợp, tổng hợp tích lũy chất - Nhiệt độ: phạm vi định, nhiệt độ tăng tốc độ phát triển sinh vật tăng - Nước độ ẩm: nước đóng vai trò quan trọng đối vs sinh vật - Các chất khí: khíquyển cung cấp oxi, co2 cho sinh vật xử límột phần chất khíơ nhiễm thành phần, tỷ trọng chất khítrong khíquyển thay đổi, gây hại cho sinh vật - Các chất khống hòa tan: chất khống có vai trò quan trọng thể sinh vật, giúp điều hòa q trình sinh hóa, áp suất thẩm thấu dịch mô hoạt động chức khác Hàm lượng chất khống mơi trường cân đối dẫn đến rối loạn q trình trao đổi chất, làm sinh vật mắc bệnh Một số lƣu ý chƣơng trình quan trắc sinh vật tích lũy  Những thể sinh vật biểu tất yếu biến dị di truyền tự khẳng định khác biệt hình thái, sinh lý sinh hoá cá thể  Tuổi kích thước đóng vai trò quan trọng tốc độ mà sinh vật tích luỹ chất nhiễm đặc trưng cần ý kế hoạch quan trắc Do đó, thường khuyến cáo sử dụng cá thể tuổi kích thước phân tích  Những thay đổi theo mùa tích luỹ có vai trò liên quan đến giống cá thể  Trong nhiều sinh vật, đặc biệt ĐVKXS, thể thay đổi giống với thời gian năm tuyến sinh dục phát triển hoàn thiện biểu tỷ lệ đáng kể trọng lượng tồn thể có  Đối với cái, đặc biệt tập trung lượng vật liệu sản sinh giao tử lớn làm chúng dễ bị tổn thương sức ép mơi trường khác có mặt chất ô nhiễm  Do đó, mùa sinh sản chúng có khả điều chỉnh hấp thụ chất ô nhiễm dẫn đến việc gia tăng mức mô  Ngược lại, chất gây nhiễm có xu hướng tích luỹ tuyến sinh dục thìsự giải phóng giao tử lớn giảm đột ngột sức chịu tải toàn thể cá thể 2.3.3 Phép thử sinh học  Sử dụng thể sinh vật điều kiện đối chứng để xác định đồng thời hai tác động ngắn hạn liều lượng lớn chất nhiễm (tác động cấp tính) tác động lâu dài mức thấp (tác động mãn tính) dùng để sử dụng nghiên cứu mẫu hình tác động đường vận chuyển chất ô nhiễm qua HST Kết nghiên cứu phép thử sinh học nhằm:  Xác định tác động tiềm chất gây ô nhiễm riêng biệt hỗn hợp chất ô nhiễm đến cá thể, quần thể quần xã;  Xác định đa dạng ngưỡng độc hại liên quan đến hiệu ứng gây chết nửa gây chết;  Nơi thích hợp xác định liệu chất nhiễm phạm vi chuẩn điều chỉnh;  Đóng góp vào phát triển biện pháp cải tạo để chống nhiễm;  Xác định rõ tính mẫn cảm sinh vật điển hình chất ô nhiễm đặc trưng;  Cung cấp tín hiệu sớm nhận diện ô nhiễm gây hại tiềm ẩn xảy Một cách lý tƣởng, việc lựa chọn sinh vật thử nghiệm sinh học cần tham khảo tiêu chuẩn sau:  Phải mẫn cảm bền vững phản hồi với chất gây ô nhiễm hiệu nghiên cứu;  Phải phân bố rộng phong phú quanh năm;  Phải có ý nghĩa rộng sinh thái, kinh tế nghỉ dưỡng;  Phải trạng thái khoẻ mạnh không dễ bị nhiễm bệnh ký sinh;  Phải dễ lưu giữ phòng thí nghiệm, có tính biến dị di truyền thấp có nhiều số liệu gốc sinh học 2.3.7 VSV xâm nhập ô nhiễm phân Những sinh vật thị cần thoả mãn tiêu chísau:  Chúng phải có mặt diện mầm bệnh phải số lượng lớn;  Tốc độ tăng sinh chúng môi trường nước không lớn tốc độ phát triển mầm bệnh;  Chúng phải chống chịu nhiều sức ép, cú sốc môi trường, kể khử trùng hay tiêu độc so với sinh vật mầm bệnh;  Chúng phải dễ dàng rõ ràng nhận diện sử dụng kỹ thuật nhanh đơn giản; 2.3.9 Phƣơng pháp diễn Hình 2.5.Diễn hệ sinh thái rừng 2.3.10 Những ƣu điểm hạn chế phƣơng pháp sinh học a Những ưu điểm  Những quần xã sinh vật đóng vai trò giám sát viên liên tục nước thay cho việc lấy mẫu khơng liên tục để phân tích hóa học  Các quần xã sinh vật phản ứng với chất lượng nước khác phạm vi rộng yếu tố xác định chất ô nhiễm Quan trắc hóa học phụ thuộc vào hiểu biết chất nhiễm có mặt thuộc dạng  Những quần xã sinh vật có khả hợp ảnh hưởng chất độc tổng hợp Số liệu hóa học cần đến để tính tốn tác động qua lại để dự đoán ảnh hưởng chất độc lên khu hệ sinh vật b Những hạn chế  Sử dụng phương pháp sinh học để phát thay đổi ảnh hưởng phải áp dụng phương pháp phân tích hóa học để tìm ngun nhân  Để quan trắc số tiêu chuẩn chất lượng nước chất ô nhiễm khác nhau, giám sát sinh học có liên quan cách chặt chẽ với toàn thành phần quần xã phản ứng xảy sau Tuy nhiên, để đánh giá tồn diện đòi hỏi nhiều cố gắng thu mẫu, xử lý, phân tích mẫu  Số liệu tổng hợp giám sát sinh học, có ý nghĩa nhà sinh học, thường khơng có ý nghĩa nhiều người khơng phải nhà sinh học chuyên nghiệp  Giám sát sinh học chưa có khả giải thích rõ ràng biến đổi sinh thái điều kiện chất lượng nước Tóm tắt  Những yếu tố ảnh hưởng đến tích lũy chất nhiễm sinh vật thị? Trả lời câu hỏi mục 2.3.3  Kết nghiên cứu phép thử sinh học? trả lời mục 2.3.3  Tiêu chílựa chọn sinh vật phép thử sinh học? trả lời mục 2.3.3  Cơ sở phương pháp sử dụng loài đặc hữu, quý làm thị môi trường?  Phương pháp diễn thế? Trả lời 2.3.9 CHƢƠNG MỐI QUAN HỆ, CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG VÀ PHẢN ỨNG THÍCH NGHI CỦA SINH VẬT CHỈ THỊ Một số qui luật sinh thái học Quy luật tác động tổng hợp Vídụ đất có đủ muối khống khơng sử dụng độ ẩm khơng thích hợp; nước ánh sáng khơng thể có ảnh hướng tốt đến thực vật đất thiếu muối khoáng Qui luật giới hạn sinh thái Shelford (1911, 1972)  Giới hạn chịu đựng thể yếu tố sinh thái định giới hạn sinh thái hay trị số sinh thái (hoặc biên độ sinh thái)  Còn mức độ tác động có lợi thể gọi điểm cực thuận (Optimum)  Loài rộng sinh thái,  Lồi hẹp sinh thái o Vídụ: “rộng nhiệt”, “rộng muối”, “hẹp nhiệt”, “hẹp muối” Luận đề bổ sung:  Các sinh vật rộng sinh thái yếu tố hẹp sinh thái với yếu tố khác  Sinh vật có phạm vi chống chịu lớn thường có phân bố rộng  Nếu yếu tố sinh thái khơng tối ưu, giới hạn yếu tố sinh thái khác giảm suốt o Vídụ: Nitơ thấp khả chịu hạn lúa giảm suốt  Trong điều kiện bất lợi sinh vật thìmột yếu tố trở nên quan trọng sinh vật o Vídụ: Phong Lan ưa bóng điều kiện khíhậu nhiệt đới, sống khíhậu lạnh thìtrở nên đặc biệt ưa sáng  Thời kỳ sinh sản nhiều yếu tố môi trường trở thành yếu tố giới hạn o Ví dụ: lồi Cuperesus sống vùng đồi khơ hạn chịu ngập, sinh sản sống nơi có đất ẩm khơng ngập Qui luật tác động không đồng yếu tố sinh thái lên chức phận sống thể  Vídụ lồi tơm He (Penaeus merguiensis) giai đoạn thành thục sinh sản chúng sống biển khơi sinh sản đó, giai đoạn đẻ trứng trứng nở nơi có nồng độ muối cao (32 – 360/00), độ pH = 8, ấu trùng sống biển, sang giai đoạn sau ấu trùng (post-larvae) thìchúng sống nơi có nồng độ muối thấp (10 - 250/00) (nước lợ) đạt kích thước trưởng thành di chuyển đến nơi có nồng độ muối cao  Vídụ: cá Chình, cá Hồi… Qui luật tác động qua lại sinh vật môi trƣờng  Môi trường tác động thường xuyên lên thể sinh vật làm chúng không ngừng biến đổi, ngược lại sinh vật tác động qua lại làm cải biến môi trường làm thay đổi tính chất nhân tố sinh thái o Vídụ, trồng bảo vệ rừng cải thiện đáng kể điều kiện sinh thái, làm giảm sâu hại, cải thiện nguồn nước, độ phì nhiêu đất làm giàu khu hệ động thực vật vùng Quy luật tối thiểu  Justus Von Liebig đề xuất năm 1840 cơng trình “Hố học hữu sử dụng sinh lý học nơng nghiệp” Ơng lưu ý suất mùa màng giảm tăng tỷ lệ thuận với giảm hay tăng chất khống bón cho đồng ruộng  Liebig “Mỗi lồi thực vật đòi hỏi loại lƣợng muối dinh dƣỡng xác định, lượng muối tối thiểu thìsự tăng trưởng thực vật đạt mức tối thiểu” Ảnh ứng sinh vật lên tác động yếu tố môi trƣờng  Sinh vật phản ứng lên tác động điều kiện môi trƣờng xảy hai phƣơng thức: chạy trốn để tránh tai họa mơi trường ngồi (phương thức chủ yếu động vật) tạo khả thích nghi  Sự thích nghi thể sinh vật đến tác động yếu tố mơi trường có hai khả năng: thích nghi hình thái thích nghi sinh lý Quy luật Bergman  Kích thước lớn thường gặp vùng lạnh hơn,  Các loài động vật biến nhiệt (cá, lưỡng thể, bò sát ) thìở miền nam có kích thước lớn miền bắc Quy luật nhiệt động học  Bề mặt thể động vật bình phương với kích thước Sự nhiệt tỉ lệ với bề mặt thể tỉ lệ cao, tỉ lệ bề mặt với khối lượng lớn, có nghĩa thể động vật nhỏ Động vật lớn hình dạng thể thon gọn thìcàng dễ giữ cho nhiệt độ thể ổn định, động vật nhỏ trình trao đổi chất cao Quy luật Allen  Quy luật thường gặp quy luật D.Allen (1977) cho lên phía bắc quan phụ thể (các phận thò ngồi : Tai - chân - - mỏ) thu nhỏ lại Một vídụ điển hình cáo Sahara có chân dài, tai to, cáo Châu Âu thấp tai ngắn hơn, cáo sống Bắc Cực tai nhỏ mõm ngắn Quy luật phủ lơng  Động vật có vú vùng lạnh có lơng dày so với đại diện lớp sống vùng ấm Ví dụ hổ Siberi so với hổ Ấn Độ hay Malaysia có lơng dày lớn nhiều Điều phù hợp với quy luật Bergman Sự thích nghi phần phù hợp với động vật có vú sống vùng khô hạn Bộ lông dày làm giảm nước thể đường bốc Các yếu tố sinh học Trung tính (Neutralism) Hãm sinh (Amensalism) Cạnh tranh (Competition) Con mồi - vật (Predation) Vật chu – ký sinh (Parasitism) Hội sinh (Commensalism) Tiền hợp tác (Pro-Tocooperation) Cộng sinh hay hỗ sinh (Symbiose) CHƢƠNG CÁC THIÊN ĐỊCH TRONG MÔI TRƢỜNG 4.1 Vai trò thiên địch hệ sinh thái mơi trƣờng Thiên địch trùng có lợi tự nhiên gồm nhiều loài khác nhau, thể đa dạng sinh học môi trường tự nhiên Sự diện với thành phần đa dạng phong phú đặc trưng cho mơi trường khơng bị ô nhiễm thay đổi môi trường nhiều khía cạnh khác Thiên địch trùng dễ dàng nhận diện hệ thống canh tác ong, kiến, nhện, ruồi, bọ xít, bọ rùa Những loài thiên địch dễ dàng bị tiêu diệt hố chất mơi trường thâm canh chúng thị môi trường tốt Ngày nay, với thành tựu công nghệ sinh học người ta sử dụng có hiệu sinh vật có lợi sản xuất hàng loạt sinh vật để đưa vào mơi trường nhằm mục đích kiểm sốt hữu hiệu kinh tế trùng gây hại cho sản xuất Các nhà khoa học khuyến cáo chương trình phòng trừ tổng hợp dịch hại IPM (integrated pest management), nhằm hạn chế việc sử dụng thuốc trừ sâu, gây ảnh hửơng đến tập đoàn trùng có ích mơi trường nơng nghiệp Thiên địch sinh vật thị môi trường rõ Sự phát thành phần loài khác mật độ chúng, đặc biệt vùng sản xuất nơng nghiệp thâm canh có sử dụng nhiều phân bón thuốc trừ sâu, giúp đánh giá, dự báo quản lý môi trường hữu hiệu 4.2 Thiên địch loài sâu hại lúa quan trọng Động vật có xương sống như: ếch nhái, chim, cá 4.3 Thiên địch loài rầy 4.3.1 Các loài ăn thịt a) Các loài nhện d) Bọ xít mùxanh b) Các loại bọ rùa thuộc họ Coccinellidae, cánh e) Bọ xít nước cứng (Coleoptera) h) chuồn chuồn kim c) Các loài kiến ba khoang 4.3.2 Các loài ký sinh 4.3.3 Thiên địch sâu đục thân loài ký sinh giai đoạn trứng nhộng 4.3.4 Thiên địch sâu nhỏ CHƢƠNG CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƢỜNG NƢỚC 5.4 Các dấu hiệu phú dƣỡng 5.4.1 Thay đổi hệ thực vật (Flora) Khi trình phú dưỡng bắt đầu xảy thay đổi khu hệ thực vật như: Tăng sinh khối phát triển mạnh thực vật lớn (Macrophytes), xuất nhiều tảo bám xung quanh (Periphytic algae), mơi trường biển thìxuất tảo khơi (Pelagic algae) dẫn đến suy giảm loài kiệt dưỡng 5.4.2 Thay đổi hệ động vật (fauna) Phụ thuộc vào điều kiện sinh địa như: Vùng triều ven biển (littoral) Nền đáy (benthic) Sinh vật (planktonic) mà hai lồi cá chiếm ưu 5.4.3 Những thay đổi lý - hố tính Trong trình phú dưỡng diễn nhiều thay đổi lý hố tính nước Nước ban đầu có màu suốt dần thay đổi, dẫn đến suy giảm ôxy tầng nước sâu mùa hè gia tăng hàm lượng P N Các dấu hiệu thể rõ theo thời gian dẫn đến hậu xấu cho môi trường nở hoa tảo xanh lam (Algal blooms: Blue - greens), sản sinh nhiều khí độc H2S, NH3, CH4 gây mùi hôi thối, ôxy tầng nước sâu = làm cá chết hàng loạt 5.5 Tác động phú dƣỡng 5.5.1 Tác động có lợi Trong nhiều trường hợp, phú dưỡng làm tăng sinh khối cung cấp thức ăn cho cá, sinh vật thuỷ sinh khác đóng góp vào sản xuất lương thực 5.5.2 Tác động xấu Tác động trực tiếp đến người, gây nhiễm độc tảo người, rối loạn đường ruột, đường hô hấp rối loạn vân da Tác động gián tiếp gây nên nạn thuỷ triều đỏ,dẫn đến nhiễm độc cá da trơn phát triển sán Tác động đến khai thác kinh tế nguồn nước gây tắc nghẽn lọc nhà máy, xínghiệp, gây mùi vị khó chịu, ảnh hưởng tới nước uống nước sinh hoạt Tác động đến động vật bậc cao gây ngộ độc động vật liên quan đến nở hoa tảo, độc tố gây bệnh cho chim nước Tác động đến giá trị nghỉ dưỡng thuỷ vực thẩm mỹ mùi khó chịu, tảo sủi bọt độc tố H2S, CH4 5.6 Các biện pháp kỹ thuật phục hồi hồ phú dƣỡng Biện pháp tác động đến dự trữ ôxy tầng nước sâu hồ thông qua việc tạo độ thơng thống Biện pháp tác động đến độ dài thời kỳ nước tùbằng việc làm tuần hồn nước nhân tạo tạo bong bóng 3 Biện pháp tác động đến số lượng chất hữu sản sinh chất dinh dưỡng tuần hoàn hồ tạo kết bơng;thu hoạch tảo; lót vải nhựa đáy hồ để chống rửa thấm lọc; pha loãng nước; loại bỏ nước tầng sâu sử dụng thuốc chống tảo, chống cỏ chống ký sinh Biện pháp tác động đến dòng dinh dưỡng vào hồ Đổi hướng dòng nước thải Xử lý cấp ba Làm biến thể sản phẩm phú dưỡng (chất tẩy) Biện pháp tác động vào chất hữu vào Xử lý nước thải, cải thiện BOD Tạo điều kiện để hồ có tốc độ ơxy hố cao,tăng q trình sản xuất prôtein Biện pháp tác động đến tiêu thụ ơxy trầm tích đáy thơng qua nạo vét CHƢƠNG SINH VẬT CHỈ THỊ O NHIỄM MÔI TRƢỜNG KHƠNG KHÍ 6.5 Các dấu hiệu tổn thƣơng thực vật nhiễm khơng khí  Những thực vật mẫn cảm, điều kiện định môi trường xung quanh nồng độ chất ô nhiễm đủ cao thìxuất tổn thương  Các chất ô nhiễm nồng độ cao tác động thời gian ngắn gây tổn thương thực vật mạnh, làm mô bị chết, màu sắc thay đổi từ màu xám kim loại đến màu nâu Trong trình già hố màu cháy  Sự tổn thương mãn tính thực vật bị chất gây ô nhiễm nồng độ thấp thời gian dài Các triệu chứng tổn thương mãn tính gồm có màu đồng đỏ, úa vàng nhanh già Bảng 6.7 Các yếu tố tác động đến thực vật giống với tác động chất ô nhiễm khơng khí(nguồn: Lacasse N.L., 1976) Các nhân tố sinh học Các nhân tố lý học Vi khuẩn Á nh sáng Nấm Tổn thương, học Côn trùng, ve, bọ bét Các chất dinh dưỡng, pH Những thể có vi sinh chất giống Thuốc bảo vệ thực vật, muối Giun Nhiệt độ Virus Nước Dị dạng di truyền Gió 6.7.1 Sử dụng sinh vật thị để quan trắc ô nhiễm không khí Một số thực vật địa y (Lichens) rêu (Bryophyta) vật tích luỹ chất gây nhiễm khơng khí, chủ yếu KLN chúng tích luỹ tới nồng độ lớn nhiều nồng độ chúng khơng khí xung quanh Sự xuất thực vật dấu hiệu tổn thương đặc trưng thay đổi số lượng sản phẩm trao đổi chất, hàm lượng KLN chúng bị tác động hay hỗn hợp chất nhiễm khơng khí  Ƣu điểm sử dụng thực vật:  Trước hết khơng đắt, dễ tái tạo lại, sinh sản nhanh phản ứng khác đến tác động ô nhiễm Bằng cách chọn phản ứng thích hợp để nghiên cứu trường hợp cụ thể  Cây thị trở thành quan trắc hay giám sát, nghĩa cung cấp việc đánh giá tình trạng khơng khívề chất lượng số lượng Để thực có phương pháp chính: -1 So sánh mức độ gây tổn thương chất ô nhiễm với nồng độ biết chất gây ô nhiễm môi trường xung quanh; -2 Sử dụng thực vật thu nhận hay tập hợp sống; -3 Đo số lượng chất gây ô nhiễm sản phẩm trao đổi chất liên kết với chúng xuất mô thực vật sau tác động chất đối chiếu, so sánh giá trị thu với nồng độ chất gây ô nhiễm khơng khíbao quanh       6.7.4 Tuyển chọn vật liệu thực vật Việc lựa chọn thực vật để sử dụng giám sát sinh học cần đáp ứng yêu cầu định:  Thực vật cần có phản ứng rõ nét đến tác động chất gây nhiễm, nghĩa phải có dấu hiệu tổn thương nhận diện mắt thường, thay đổi tốc độ sinh trưởng thay đổi hình thái, rối loạn hoa, kết tạo hạt thay đổi sức sản xuất sản lượng;  Khả tái tạo phản ứng thực việc sử dụng lượng lớn loại hạt dễ kiếm mầm thực vật Để lựa chọn thực vật mà dễ trồng dễ sử dụng thực tiễn canh tác Thực vật bị bệnh tác động sâu hại sử dụng làm vật giám sát sinh học Để đảm bảo cho kết nghiên cứu đồng nhất, nhà nghiên cứu thường sử dụng hạt, mầm có nguồn gốc thử nghiệm vùng địa lý khác Khi tiến hành nghiên cứu quan trọng phải hiểu biết cấu trúc di truyền vật liệu thực vật đem sử dụng Dấu chuẩn di truyền (gen đánh dấu) giúp nhà nghiên cứu nhận biết vật liệu thực vật bảo đảm thu nhận phản ứng trông đợi vật liệu thực vật Khi nghiên cứu hàng năm cần gieo trồng chúng số lần mùa với việc sử dụng hỗn hợp đất để thuận tiện kiểm tra 6.9 Những ƣu việt hạn chế việc sử dụng thực vật làm vật giám sát sinh học chất ôxy hoá quang hoá Stt Ƣu việt Hạn chế Nhiều loài thực vật mẫn cảm với tác Các yếu tố sinh thái thổ nhưỡng động O3 chất oxy hoá khác ảnh hưởng đến phản ứng thực vật, đến tác động O3 PAN Một số giống thực vật phản ứng với Sự phụ thuộc mạnh vào triệu chứng học có tác động O3 PAN đặc trưng thể dẫn đến sai sót việc xác định tổn thương thực vật - vật giám sát sinh học Phản ứng phản hồi thực vật tương Đánh giá số lượng cách thận trọng quan với nồng độ chất gây ô nhiễm phản ứng phản hồi thực vật đến môi trường xung quanh tác động O3 PAN cần thiết để phán xét mối quan hệ tương hỗ liều lượng - phản ứng phản hồi Một số thực vật có giống có Cần có vật giám sát sinh học tốt thể phân biệt theo tính mẫn cảm PAN chúng tác động O3 Giám sát sinh học thực vật dễ thực rẻ tiền so với sử dụng thiết bị đắt tiền hệ thống giám sát Không hồn tồn loại bỏ dụng cụ, thiết bị tính toán cần thiết số liệu nồng độ O3 PAN khơng khíxung quanh ... sát thị sinh học môi trường? - Các tiêu chílựa chọn sinh vật thị mơi trường? - Vìsao nói: Chỉ thị sinh học phần bổ sung thay cho phân tích lý hóa? CHƢƠNG : CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHỈ THỊ SINH. .. môi trường - Sự biến đổi đặc điểm sinh học quần thể mơi trường làm sai lệch kết nghiên cứu… - Sự di chuyển sinh vật làm sai lệch kết nghiên cứu… TÓM TẮT CHƢƠNG - Nguyên lý thị sinh học mơi trường? ... tổng hợp giám sát sinh học, có ý nghĩa nhà sinh học, thường khơng có ý nghĩa nhiều người nhà sinh học chuyên nghiệp  Giám sát sinh học chưa có khả giải thích rõ ràng biến đổi sinh thái điều kiện