Giáo trình độc học sinh thái

PGS TS TRỊNH THỊ TH GIÁO TRÌNH PGS TS TRỊNH THỊ THANH • GIÁO TRÌNH ĐỘC HỌC SINH THÁI ■ ■ NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC VIỆT NAM © Bản quyền thuộc HEVOBCO - Nhà xuất Giáo dục Việt Nam 195-2010/CXB/26-249/GD Mã số: 7K832Y0 - DAI LỜI GIỚI THIỆU Các loại độc chất lý, hoá sinh học từ nguồn ô nhiễm khác gây ảnh hưởng xấu cho môi trường sức khoẻ người Đây vấn đề trọng tâm lĩnh vực môi trường quan tâm giải Đê hạn chế tác hại chất độc, nhiều quốc gia đưa quy định rấ t nghiêm ngặt nồng độ hoá chất độc hại chất thải Các chất độc có thổ phân loại th àn h nhóm dựa vào tác hại, cơng dụng, chất hố học chúng Độc học môi trường thường chia thành ngành nhỏ: Độc học sức khỏe môi trường (.Environm ent H ealth Toxicology): nghiên cứu tác hại hoá chất môi trường sức khỏe người Độc học sinh thái (Ecotoxicology): nghiôn cứu tác hại chất ô nhiễm đến hệ sinh thái thành phần hệ sinh thái (cá, động vật hoang dã, )‘ Giáo trình Đ ộc ho c s in h th i nhằm mục đích trang bị cho sinh viên kiến thức vê tác động qua lại môi trường ỏ nhiễm với thể sin h vật thông qua nội dung: Cơ chế tác động, ảnh hưởng tác động độc chất tới q trìn h thổ sơng, yếu tơx ản h hương đến q trình tác động Môn học hướng dẫn sinh viên phương pháp phương pháp xác định dộc học sinh thái ứng dụng phương pháp vào thực tế Bên cạnh đó, mơn học đưa giải pháp nhằm giảm thiểu tác động xấu độc chất tới thể sinh vật Nội dung giáo trình thể qua chương: C hương Một sô" vấn đề chung độc học sinh thái C hư ơng Mối quan hộ quy luật sinh thái C hương Sự chuyển hoá đặc điểm độc chất gây tác động đến thể sinh vật C h n g Ảnh hưởng chất độc đến cờ thể sinh vật C hương Phương pháp xác định độc tính sinh thái Sách dùng cho giảng viên, sinh viên trường Đại học, Cao dẳng có dạy học môi trường; giảng viên, sinh viên trường Đại học thuộc khôi Nông, Lâm, Ngư nghiệp; giảng viên, sinh viên trường Đại học, Cao đẳng Y khoa Y tế cộng đồng; cán nghiên cứu sinh th th ể sông độc giả có quan tâm lĩnh vực độc học sinh thái Tác giả xin bày tỏ cám ơn chân th àn h GS Mai Đình Yên, GS Đào Ngọc Phong có nhiều đóng góp chuyên mơn cho giáo trình Do k h ả có hạn, chắn khơng trá n h khỏi thiếu sót biên soạn, tác giả rấ t mong bạn đọc góp ý bổ sung để sách hồn th iệ n lần xuất sau Mọi ý kiến đóng góp xin gửi Cơng ty Sách Đại học —Dạy nghể, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 25 H n Thuyên, Hà Nội Xin trâ n trọng cảm ơn TÁC GIẢ •1 MỤC LỤC Lời giói thiệu Mục lục Các chữ viết tắt dùng sách .6 Chưong ỉ MỘT SỐ VẤN ĐÊ CHUNG VỀ ĐỘC HỌC SINH THÁI 1.1 Một số khái niệm có liên quan đến dộc học sinh thái 1.2 Nguồn phát sinh độc chất 10 1.3 Phân loại độc chất 19 Chưong MỐI QUAN HỆ VÀ ĐỊNH LUẬT SINH THÁI 2.Ị Mối quan hệ sinh thái 30 2.2 Các định luật sinh thái 34 Chương SỰCHƯYỂN HOÁ VÀ ĐẶC ĐIỂM c u a đ ộ c chất KHI GÂY TÁC ĐỘNG ĐẾN c THỂ SINH VẬT 3.1 Sự chuyển hoá độc chất hệ sinh thái 44 3.2 Đặc điểm độc chất tác động đến thể sinh vật 51 3.3 Các yếu tố ảnh hường đến tính độc độc chất thể sinh vật 59 Chương ẢNH HƯỞNG CHẤT ĐỘC ĐẾN t h ể sin h vật 4.1 Ánh hưởng độc chất đến đời sống sinh vật 6 4.2 Các tượng cụ thể ảnh hưởng xấu mồi trường sống đến đời sống thể sinh vật 113 Chương PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘC TÍNH SINH THÁI 5.1 Đánh giá sức khịe hệ sinh thái 124 5.2 Phương phấp kiểm soát soát chất thải dộc hại từ sở sản xuất 130 5.3 Xác định chất lượng môi trường thông qua số lượng loài số lượng cú thể sinh vật 132 5.4 Xác định chất lượng môi trường thông qua sinh vật thị 133 Tài liệu tham khảo 138 Tài liệu tiếng Việt 138 Tài liệu tiếng nước .♦ 138 Trang Web: 139 CÁC CHỬ VIẾT TẮT DÙNG TRONG SÁCH ADI BYT CTNH EPA FEL Lượng tiếp nhận ngày chấp nhận Bộ Y tế C hất thài nguy hại Tổ chức Bảo vệ Môi trường Nồng độ trực tiếp gây hại IARC Cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế JECFA u ỷ ban chuyên viên FAO/WHO phụ gia thực phẩm JM PR Hội nghị liên hợp FAO/WHO dư lượng hoá chất bảo vệ thực vật IARC LOAEL Tổ chức T hế giới nghiên cứu ung thư Mức thấp ghi nhận có ảnh hưởng bất lợi LD50 NOAEL Lượng độc chất gây tử vong 50 động vật thí nghiệm Mức ghi nhận không gây ảnh hưởng bất lợi HCBVTV Hoá chất bảo vệ thực vật FAO PTWI Tổ chức Nông lương Thô" giới Lượng tiếp nhận tuần chịu đựng TDI Lượng tiếp nhận ngày chịu đựng dược TLV PAH Lượng gây chết Poly Aromatic Hydrocacbon TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam UF US-EPA WHO RfD Hộ sô"bất định Tổ chức Bảo vệ Môi trường Mỹ TỔ chức Y tế T hế giới Liều lượng (liều lượng ước tính tiếp xúc người ngày mà không xảy nguy đôi VỚI sức khoẻ suốt đời) Chương MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG VỀ ĐỘC HỌC SINH THÁI 1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CÓ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỘC HỌC SINH THÁI 1.1.1 Độc chất Độc chất chất xâm nhập vào thể gây nên biơYi dối sinh lý sinh hố; phá cân sinh học gây rôi loạn chức nang sơng bình thường, dẫn đến trạng thái bộnh lý quan nội tạng, hệ thống trơn tồn thể Dựa vào chất dộc chất, độc chất có thổ dược phản thành: - Dộc chất hoá học: Các hợp chất hoá học dộc cho thơ sinh vật Theo Paracelse, khơng dộc, liều lượng làm nên chất độc Tức là, có khả năn g gây độc liều lượng di vào thể có khả gây có chất không chất dủ lớn - Độc chất sinh học: Những dộc chất có nguồn gốc từ động vật, thực: vật, vi sinh vật có khả gay dộc độc tơ" cá nóc, nọc rắn, mím độc, dộc tô" nấm mốc, VI khuân, vi trùng gây bệnh, - Dộc chất vật lý: Các tác nhân vật lý nhiệl tác nhân phóng xạ sóng điện từ, tiông ồn, tia tử ngoại, 1.1.2 Nhân tố sinh thái Là nhân tố mà tác dộng dến sinh vật giới hạn từ điểm ỉ)fủ lợi cực tiểu (giới hạn dưới) đến điểm bất lợi cực dại (giới hạn trên) qua điểm ưu Các nhân tô" giối hạn hệ sinh thái bao gồm nhiột độ, độ muôi, ánh sáng - Theo chất nhân tô", nhan tô" sinh thái dược chia thành nhóm sau: + Nhóm nhân tơ"sinh thái vơ sinh: khí hậu, đất, địa hình, + Nhóm nhân tơ" sinh thái hữu sinh: gồm sông thực vật, dộng vật, vi sinh vạt mối quan hộ chúng với - N hìn chung, nhân tô" sinh thái tác động lên sinh vật thơng qua đặc tính: + Bản chất n hân tố tác động + Cường độ tác động + Tần số’ tác động + Thòi gian tác động - Về m ặt số lượng, tác động yếu tô' sinh th i chia thành bậc: + Bậc tối thiểu (minimum): bậc mà n hân tô” sinh th th ấp gây tử vong cho sinh vật + Bậc không th u ậ n lợi thấp (minipessimum): bậc làm cho hoạt động sinh v ật bị h ạn chế + Bậc tối thích (optimum): hoạt động sinh v ật đ ạt giá trị cực đại + Bậc không thuận lợi cao (maxipessimum): hoạt động sinh vật bị hạn chế + Bậc tối cao (maximum): bậc mà nhân tố sinh thái cao gây tử vong cho sinh vật 1.1.3 Chất thải nguy hại C hất th ải nguy hại chất thải có đặc tính sau: dễ phản ứng, dễ bốc cháy, ăn mịn, độc hại phóng xạ - Chất dễ phản ứng chất không bền vững điều kiện thường Các chất dễ dàng gây nổ hay phóng thích khói, mù, khí độc hại, chúng tiếp xúc vối nưóc hay dung mơi - Chất dễ cháy chất dễ b lửa, rấ t dễ bị cháy, cháỵ to cháỵ đài dẳrig Ví dụ: xáng'dầu, chất hữu bay có hđi dễ b lửa, cháy nhiệt độ thấp (bằng dưối 60°C) - Chất ăn mòn: bao gồm chất lỏng có pH thấp lớn 12,5 Những ch ất có tính ăn mịn kim loại rấ t m ạnh - Chất độc hại chất có tính độc hại gây tai hoạ •người ăn uống thực phẩm có chứa chất này, h thở hấp thụ chúng Ví dụ: kim loại nặng, Cianua, Cadimi, 1.1.4 Chất phóng xạ Phórig xạ tượng số h t n hân nguyên tử không bền tự biến đổi hay phân huỷ cho xạ, tia sáng khơng nhìn thấy gọi tia phóng xạ Tia phóng xạ theo nghĩa gốc dịng h ạt chuyổn dộng nhanh phóng từ chất phóng xạ (các chất chúa h ạt nhân nguyên tử trạng thái cân bền) Các h ạt phóng có thổ chuyến động thành dịng định hưống Các tia phóng xạ.có chất giơng ánh sáng thường khơng thể nhìn thấy có mức lượng cao mức lượng ánh sáng thường, tính cơng thức lượng Einstein E = mc2 Có loại tia phóng xạ Tia alpha: Gồm hạt alpha có điện tích gấp đơi diện tích proton, tốc độ tia khoảng 0 0 km/s Tia beta: Gồm electron tự do, tương tự tia âm cực phóng với vận tốc lốn nhiều, khoảng lOO.OOOkm/s Tia gam m a: Gồm dòng h ạt proton 1.1.5 Liều lượng chất độc LD50 (M edian Lethal Dose): liều lượng chất độc làm chết 50% sơ" động vật thí nghiệm (mg/kg động vật) LC50 (Median Lethal Concentration): nồng độ chất độc làm chết 50% sơ> động vật thí nghiệm (mg/1 dung dịch hố chất) LC50 thường dùng để đánh giá độc tính chất độc dạng lỏng chất độc tan dung dịch nước 1.1.6 Liều lượng thời gian tiếp xúc Tác động độc chất lớn liều lượng cao thòi gian tiếp xúc dài Tuỳ theo liều lượng tiếp xúc thời gian tiếp xúc mà xuất trạng thái bệnh lý tác hại khác Tác hại gây tiếp xúc thời gian ngắn khắc phục được, tác động thịi gian dài khơng thể khắc phục 1.1.7 Nhiễm độc cấp tính Tác động chất lên thể sông xuất sớm sau tiếp xúc với chất độc thòi gian ngắn rấ t ngắn Nhiễm độc cấp tính thường xảy nồng độ liều lượng tiếp xúc lớn, thòi gian tiếp xúc biểu ngắn có tính cục bộ, gây tác đơng lên sơ" cá thể Ví dụ: ngộ độc thức ăn V: Sức sông hệ thông (sức mạnh), phương pháp xác định chủ yếu hoạt động, đồng hoá, su ất sơ cấp hệ 0: Chỉ sô" tố chức hệ thõng Chỉ sơ" có giá trị từ gồm đa dạng liên kết R: Chỉ sô" phục hồi hệ thông, sô" từ 0 - , bao —1 5.1.3 Phướng pháp xác định LD50 - Nhìn chung, so với loại sinh vật khác, thực vật rấ t nhạy cảm với tác động từ mơi trường ngồi Chính vậy, thực vật coi thị sinh vật thể môi trường bị nhiễm chất th ải gây độc - Nguyên tắc kiểm tra thực vật bị nhiễm độc: + Ấnh hưởng độc hại chất hợp chất lên thực vật cần kiểm tra với mức khác n hau thể Đổì với thể tảo đơn bào, ảnh hưởng độc hại kiểm tra qua tiêu sau: tỷ lệ p h át triển (Mức phát triển tế bào, mức tăng chất hữu chứa tế bào), phân chia tế bào, tổng hợp protein, mức thu nạp C 2, sản sinh 2, + Để xác định ảnh hưởng độc tô" lên quần thể thực vật cần quan tâm đến tiêu sau: cấu trúc quần thể, m ật độ lồi, vịng dinh dưỡng, Quần thể bị thay đổi tập hợp độc tcí độc tơ" gây ảnh hương tói tế bào cá thể quần thể + Nhiều yếu tơ" làm thay đổi ảnh hưởng độc tô" tới ph át triển thực vật Những yếu tơ" đáng kể là: * Lồi * T hành phần loài * T rạng thái cá thể loài quần thể * Sô" lượng sinh khôi thực vật * Bản th ân chất độc cụ thể: Loại độc tố tan nước loại độc tơ" bị tiêu thụ bay * Sự diện độc tơ" khác có mơi trường - T rang th iết bị phương pháp nghiên cứu: + Các trang thiết bị phịng thí nghiệm phục vụ thử nghiệm độc chất khơng địi hỏi đắt tiền Các thiết bị thường dùng máy đo pH, 125 máy đo oxy hoà tan, nhiệt kế, cân kỹ thuật, thước đo, đèn huỳnh quang, kính hiển vi kính lúp, sục khí, đipu khiển nhiệt độ bên ngồi, máy bơm nước kết hợp vối điều khiển nhiệt độ lọc, buồng khoang hút, bể nuôi với thiết kế phù hợp với đối tượng nghiên cứu + Trước tiến hành thí nghiệm câu hỏi sau phải quan tâm trả lịi: * Chất gây chết cho sinh vật thử nghiệm khơng? Nếu có nồng độ nào? * Những tác động độc chất lên sinh vật có th ể gây chết giai đoạn hay vòng đòi chúng? * Chất thải hay thành phần chất thải độc nhất? * Sinh vật nhạy cảm với độc chất nghiên cứu? * Trong điều kiện chất thải có độc tính cao nhất? * Có phải độc tính thay đổi thêm hợp chất khác vào mơi trưịng? * Nguồn thải (hỗn hợp nhiều nhất) đơn chất tinh khiết sử dụng làm tiêu chuẩn kiểm tra? * Nguồn tiếp nhận (loài sinh vật, mức độ, thời gian) phải chịu ảnh hưỏng th ế nào? * Những tác động ngắn hạn giai đoạn sao? —Các bước tiến hành: 1)Lựa chọn ngu ổn sin h vật (SV) + Ngủồn: 'c'á'c'phơng thí nghiệm; trịngtự nhiên, : + Đối tượng: cá, tôm, cua, ốc, nhện nước, s v phù du, tảo, thực vật khác, + Các đặc điểm lựa chọn: kích cỡ, khối lượng, độ tuổi, giới tính, tìn h trạng sức khỏe, Tiêu chí lựa chọn sinh vật thử nghiệm: + Phải đại diện nhóm sinh thái quan trọng + Nằm chuỗi thức ăn đến ngưòi sinh vật quan trọng + Sinh trưởng rộng, dễ dàng thử nghiệm ni giữ, có tính Ổn định + Có hiểu biết tương đối sinh vật 126 + Ngoài phải kinh tế, phù hợp vối nhiều dạng thí nghiệm, phải nhạy cảm, biểu - phản ứng dễ nhận biết, sức chống chịu vối bệnh tật tác nhân vật lý khác tốt, điểm cuối (điểm chết LC50) thí nghiệm dễ nhận biết + Lựa chọn sinh vật thử nghiệm tuỳ theo mục đích nghiên cứu, chẳng hạn: muốn so sánh nguồn thải hay hệ thống xử lý nước thải thồi điểm lồi s v sử dụng Tuy nhiên, muốn so sánh độc tính khoảng thịi gian, lồi giữ ni phịng thí nghiệm thưịng sử dụng lồi khác; cịn lồi có độ nhạy cảm cao thích hợp muốn so sánh độc tính loại chất độc mới; lồi địa phương lại thích hợp việc đánh giá thơng số mơi trưịng đặc trưng phụ thuộc vào q trình phát thải Nên sử dụng lồi sinh vật mà phịng thí nghiệm hiểu biết kỹ đặc điểm sinh lý chúng Các loài s v gây nhầm lẫn đánh giá kết thử nghiệm chúng ăn thịt lẫn nhau, bị chết tác động nuôi giữ, cho ăn khơng thích nghi với điều kiện mơi trưịng ni thả Các nguồn sinh vật thường dùng thử nghiệm độc chất là: + Cá: Rainbou) trout (Salmo gairdneri); Fathead minnow (Pimephales promelas); Iland silverside (Menidia beryllina) + Thân mềm: Oyster (Crassostrea gigas); Blue mussel (Mytilus edulis); Clams (Macomabathyca-Macomenasuta) + Thân gai: Sandollar (Dendraster excentricus); Sea urchins (Strongylocentrotus droebachiensi) + Giáp xác chân: Rhepoxyniusabronicus; Eohaustorius estuarius + Rận nước: Daphnỉa magna; Daphnỉa pulex; Ceriodaphnia dubia (ở Việt Nam có số lồi rận nước đặc trưng sau: D Carinata; D cacalala; D lumhoỉtxi) + Giáp xác: M ysidopsis bahia; Acanthomysis sculpta + Giun: Neanthesarenaceodentata; Nephtyscaecoid.es + Tảo: Selenastrum capricornutum; Champỉa parvula + Bacteria: Mictotox (Photobacterium phosphorium ) 2) Lựa chọn nước dùng để pha ỉoãng Nước pha loãng dùng thử nghiệm đôi chứng để pha dung dịch thử nghiệm vối nồng độ xác định Nước pha lỗng có 127 nước máy loại bỏ clo, nước tự tạo dựa theo tiêu chuẩn sẵn có nước nguồn tiếp nhận Lựa chọn nước pha loãng phải tuỳ theo mục đích nghiên cứu Nếu mục đích xác định thay đổi nguồn thải năm người ta sử dụng nước máy loại clo nước nhân tạo Tuy nhiên, muôn xác định ảnh hưởng nguồn thải tới nguồn tiếp nhận nước pha lỗng thường dùng nước nguồn tiếp nhận, nưổc có độc tơ" nước máy nước n h ân tạo lại phù hợp Cần ý đặc điểm nguồn tiếp nh ận chúng bị thay đổi theo mưa Nước pha loãng cần đạt tiêu chí đảm bảo m ặt sinh học hố học: Tiêu chí hố học mức nồng độ chất độc hại thuốc trừ sâu phải không thấp khả p h t hiện, v ề m ặt sinh học, sinh vật thử nghiệm phải sống sót nước pha lỗng sau q trìn h ni giữ thí nghiệm mà khơng biểu dấu hiệu ức chế nào, ví dụ: chế khơng bị m ất màu hay có trạng thái bất thường, cá thể Daphnia (rận nưóc) cịn non phải sống sót sau 48h thí nghiệm 3) Lựa ch ọ n phương pháp th n g h iệm Thử nghiệm cấp tính (acute test) cho ta biết thông tin mức độ gây chết vật chất có tính độc Người ta xác định nồng độ cao nh ất độc chất gây chết người cho 50% tổng số sinh vật thử nghiệm cách thí nghiệm với dãy tuyến tín h nồng độ độc chất xác định mức phản ứng sinh vật Thơng thường, thịi gian mơt thí nghiệm thường 48h, 72h 96h vối dãỵ khoảng nồng độ pha loãng (0 , , 18, 32, 56 0 %) Các sinh vật thử nghiệm có sức khỏe tốt có kích cỡ tương đồng chuyển luân phiên vào bể nuôi với số lượng thể tích nước hợp lý (khoảng sinh vật 30 lít nước) Có loại hình thử nghiệm chính, là: tĩnh (khơng có thay đổi hay tác động tối hệ thơng thí nghiệm), tĩnh có •thay (thay nước thí nghiệm), dịng gián đoạn liên tục, th nghiệm ngồi mơi trường Mỗi kiểu có th u ậ n lợi khó khăn n h ất định thông thường sử dụng phương pháp th nghiệm cấp tính tĩnh 92h Việc lựa chọn kiểu thí nghiệm dựa vào mục đích u cầu ảnh hưởng lớn đến công tác chuẩn bị kết th u Nếu mục đích thí nghiệm so sánh nguồn th ải hay hai dòng đầu vào thiết bị xử lý nưóc thải kiểu tĩnh (static) đưrtc 128 sử đụng Nêu muôn xác định độc tính nguồn thải có chứa hợp chất dễ bay tới sinh vật thuỷ sinh nguồn tiếp nhận kiểu cìịng thử liên tục thích hợp Nếu mối quan tâm đặc điểm n h giới gây chết nguồn thải tới nguồn tiếp nhận kiểu thử nghiệm ngồi mơi trường (in situ) thích hợp Trước tiến hành thí nghiệm, người ta phải kiểm tra lại tồn điều kiện mơi trương xung quanh nhiệt độ, độ cứng nước, pH, độ muôi, độ dẫn, DO, ánh sáng Sinh vật thường cần thời gian để thích nghi với mơi trường (khoảng từ - tuần) Ngoài ra, nồng độ độc chất phải điều chỉnh cách th ậ t cẩn thận, n h ấ t chất dễ bay hơi, dễ lắng đọng, dễ bị phân huỷ hay dễ bị hấp phụ Một điều cần ý tỷ lệ chết sinh vật troưg mẫu đốì chứng khơng vượt % (trừ vài trường hợp đặc biệt) Sơ' liệu thử nghiệm cần phải thu sô" lượng phần trăm cá thể bị chết Dãy sô" liệu phải nằm khoảng từ đến 10%, từ 16 đến 84% từ 95 đến 100%, sơ" điểm có tỷ lệ chết gần 50%, nhiều tốt giới hạn tin cậy cao c ầ n tiến hành phép thử lặp để có sơ" liệu tin cậy Ngồi ra, cần theo dõi cẩn thận tập tính ngày sinh vật thòi điểm chết chúng 4) P h n g p h p t í n h to n LC50 Giá trị LC50 xảc định nhờ phương pháp đồ thị cách nốì điểm tương ứng vối phần trăm cá thể bị chết (hình 1 ) Lựa chọn phương pháp tuỳ thuộc vào phân bô" sô" lượng cá thể bị ảnh hưởng nằm 100% Độ dốc đường đáp ứng m ệt thông tin quan trọng giá trị LC50 LogC Hình 5.1 Đường xác định giá trị LC50 129 5) B áo cáo k ết Báo cáo kết phải bao hàm thông tin sau: + Lồi thí nghiệm: nguồn gốc + Loại độc chất, hệ số" pha loãng + Chi tiết kỹ th u ậ t phân lập, ni giữ thí nghiệm + Điểm kết thúc, thông số môi trường như: nhiệt độ, cưòng độ ánh sáng, chẩt lượng nước, thời gian chiếu sáng, th n h p hần hoá học (đậ cứng, độ kiềm, độ dẫn, pH, DO, nồng độ độc chất), th n h phần sinh học (dạng thức ăn, số lượng, độ tuổi, giới tính, giai đoạn phát triển giới tính, m ật độ, tình trạng sức khỏe, q trìn h ni) + Giá trị LC50 5.1.4 Chỉ tiêu hố tri liêu (mức an tồn thưc vât mơt loạiHCB VTV Chỉ tiêu hố trị liệu số nói lên mức độ an toàn đối vối thực vật loại HC BVTV sử dụng để trừ dịch h ại đồng ruộng Chỉ tiêu đánh giá theo công thức: K = C/T K: tiêu hoá trị liệu; C: Liều gây chết tối thiểu dịch hại; T: Liều tối đa thuốc mà chịu Trong điều n h ấ t định mà K nhỏ (C nhỏ T lốn) loại thuốc an tồn vối Khi T « c loại thuốc trỏ th àn h nguy hiểm, dùng làm bả độc để xử lý đ ất rìliửrig khu vực ctiừà trồng trọt 5.2 PHƯƠNG PHÁP KIỂM SOÁT VÀ THANH SOÁT CHẤT THẢI ĐỘC HẠI TỪ Cơ SỞ SẢN XUẤT ■ 5.2.1 Hệ thống dự báo nhà máy H ình 5.2 thể sơ đồ kiểm tra ảnh hưởng độc h ại nước th ải tổng hợp toàn nhà máy đến cá Thí nghiệm dựa trê n sở k ết 70% cá chết sau 96h nhiễm độc Từ kết thí nghiệm gây độc đưa biện pháp phịng trá n h nhiễm kịp thòi - Lưu nước thải lại bể chứa, chưa xả mơi trường bên ngồi - Quay vòng nước thải để xử lý tiếp tục 130 - Xem xét lại h o t động sả n x u ấ t đổ h n ch ố mức nhiễm Hình 5.2 Sơ đồ mối liên quan sinh học hệ thống ao xử lý nước thải 1) Nước thải chứa chất hữu cơ; 2) Nước thải chứa C 2, NH4, P chất hữu cd; 3) Nước chất hữu 5.2.2 Hệ thống kiểm sốt chuyển tiếp Khoảng thịi gian thí nghiệm sau 24 Có hai loại hộ thơng thí nghiệm (hình 5.3): - Hệ thông mà máy đo đạc xác định liên quan tới biến hố hố học mẫu nước (hình 5.3b - Hệ thơng thí nghiệm trắng - mẫu so sánh) - Hệ thơng thí nghiệm với sô" đo đạc xác định sau phản ứng hố học xảy (hình 5.3a - Hệ thơng thí nghiệm - Hình 5.3 Sơ đổ hệ thống monitoring ảnh hưởng chất thải công nghiệp tới đời sống cá (5.3a - Hệ thống thí nghiệm - mẫu thí nghiệm, 5.3b - Hệ thống thí nghiệm trắng - mẫu so sánh) 131 5.3 XÁC ĐỊNH CHẤT LƯỢNG MƠI TRƯỜNG THƠNG QUA s ố LƯỢNG LỒI VÀ s LƯỢNG CÁ THE SINH VẬT 5.3.1 Quan hệ số lượng loài số lượng cá thể SDI = (S - I) / logl S: số lượng lồi; I: tổng sơ" cá thể; SDI tâng: sản lượng sinh thái lổn; SDI giảm: mức ô nhiễm nước tăng 5.3.2 Quan hệ loài s = C/ A+B A: tổng giá trị tấ t loài điểm ; B: tổng giá trị t ấ t loài điểm 2; C: tổng cá thể thuộc loài chung cho với giá trị nhỏ nhất; điểm lấy m ẫu S: hệ số giống nhau; D: hệ số khác (D = - S) Ví dụ: lần lấy m ẫu địa điểm khác n h au có tấ t lồi sinh vật vối sơ" lượng cá thể lồi sau (bảng 5.1): Bảng 5.1 Tổng giá trị tất loài điểm nghiên cứu Địa điểm Loàỉ Tổng sô' I II III IV V 11 1 12 3 10 12 26 19 23 0 10 địa điểm - : c - 4+ s = (D = 132 (4 + ) / ( 1 + 1 - ,4 = 0,57) ) = 10/23 = 0,43 5.4 XÁC ĐỊNH CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG THÔNG QUA SINH VẬT CHỈ THỊ 5.4.1 Sinh vật thị - ĐỐI tượng sinh vật: sinh vật thị, loài tập hợp loài - Các điều kiện sinh thái: chủ yếu yếu tô" vô sinh chất dinh dưỡng, DO, chất độc (kim loại nặng, thuốc trừ sâu, diệt cỏ, dầu ) chất gây ô nhiễm khác - Tính thị sinh vật thể bậc khác nhau: cá thể, quần thể, quần xã, nhóm lồi - Phương pháp sinh học giám sát môi trường sử dụng sinh vật thị th u ận lợi, hiệu so vói phương pháp lý hố nhờ khai thác khả tích tụ chất nhiễm thể sinh vật giá trị biểu thị tác động tổng hợp yếu tô" môi trường sinh vật Tiêu chuẩn lựa chọn sinh vật thị: - Đã định loại rõ ràng, dễ nhận dạng - Dễ thu m ẫu ngồi thiên nhiên, có sơ" lượng nhiều, kích thước vừa phải - Có phân bố rộng (tối ưu phân bơ" tồn cầu) - Có nhiều dẫn liệu sinh thái cá thể đối tượng qua thử nghiệm sinh học - Có giá trị kinh tế (hoặc nguồn dịch bệnh) - Dễ tích tụ chất nhiễm - Dễ ni phịng thí nghiệm - biến dị I 5.4.2 Chỉ thị sinh vật môi trường nước Trong điều kiện thuận lợi sử dụng thị sinh học có đầy đủ nhóm đối tượng: Thực vật (phytoplankton), thực vật bám (Periphyton), thực vật thuỷ sinh lớn (Maerophyta), động vật (Zooplankton), động vật không xưdng sống đáy cỡ lốn (Macrobenthos), động vật khơng xương sống đáy cỡ trung bình giun trịn-(Nematoda), cá (Pisces) Việc kết hợp nhiềm nhóm đối tượng nhiều loại thị cho phép có đánh giá đắn n h ất chất lượng nước thủy vực 133 Sau thị sinh vật thường dược sử dụng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất dinh dưỡng (phospho, nitờ) có mơi trường nước Thực vật bám : Quần xã tảo bám rấ t nhạy cảm với chất gây ô nhiễm, cụ thổ là: + Nước giàu chất dinh dưõng: Tảo Lục sợi dài thị môi trường nước từ tới giàu chất dinh dưõng (phospho, ni tơ) + Nước có mức dinh dưõng khơng cao: Quần xã tảo Silic (Diatom) màu nâu n h ạt vói dạng màng phủ dày thị mơi trường nước có mức dinh dưõng khơng cao + Nước có mức dinh dưõng thấp: Quần xã tảo bám bao gồm: Các loại tảo đơn bào với dạng màng mỏng mầu nâu đỏ vi khuẩn lam với dạng màu nâu tối thị mơi trường nước có mức dinh dưõng thấp + Môi trường nước sạch: Quần xã tảo bám tảo lục đơn bào, vi khuẩn Lam Tảo Silic dạng màng mỏng màu xanh nâu tối phủ đá, sỏi thị môi trường nưốc với hàm lượng chất dinh dưỡng Thực vật thuỷ sinh lớn: Các loài thực vật thủy sinh lớn (Marcophyton) loại Bèo Tây (Etchhornia crrasipes), Ngổ nưóc (Limnophila hetrophyla), rau mng (Ipomoena aquatica), sậy (Phragmites spp.), cỏ Hương Bài (Vetiueria zizaniodes) thường sử dụng làm sinh vật thị môi trường nước mức độ dinh dưõng thông qua phát triển sinh khôi mức độ ô nhiễm kim loại nặng thơng qua khả tích tụ chúng Động vật nổi: Chỉ thị cho môi trương nước ô nhiễm hữu loài trùng bánh xe thuộc giông Philođinidae, Lecane Chỉ thị cho môi trường nước giàu dinh dưỡng loài trùng bánh xe thuộc giống Brachinus, Lecane Các loài giáp xác râu ngành thuộc giơng Diaphanasoma, Moina, Moinodaphnia, lồi giáp xác Chân chèo Cyclopoida thuộc giông Thermocyclopss, Mesocyclopss Chỉ thị cho mơi trường nước dinh dưỡng trung bình nghèo dinh dưỡng loài giáp xác chân chèo Calanoida thuộc giông Allodiaptomus, giáp xác râu ngành thuộc giông Bosmina, Diaphnasoma, Chydorus 134 Bên cạnh việc sử dụng loài sinh vật làm sinh vạt thị nơu trơn, cịn có phương pháp khác sử dụng như: - Chỉ sô" m ật độ, sô" lượng: đặc tính thav đổi cấu trúc thành phần lồi, sơ" lượng lồi - Chỉ sơ" ưu thế: đặc trưng phát triển ưu sô" lượng tần suất - Chỉ sô"đa dạng (H): + H < : rấ t ô nhiễm + < H 4,5: rấ t - Năm 1983, hộ thông BMWP (Biological Monitoring Working Party) nhà sinh thái học Anh tiêu chuẩn hoá sử dụng đổ đánh giá chất lượng nước Năm 1997, sở hệ thống Anh, hệ thông BMWP cải tiến sử dụng Gần dây, giúp đỡ Hội Nghiên cứu thực địa Viện Sinh thái nước (Anh), Khoa Sinh học(ĐH KHTN - ĐHQG Hà Nội) dà xây dựng lại hệ thông BMWP phù hợpvớiViệt Nam dược sửdụng sô" đề tài - Cách đánh giá điểm: T Các họ động vật đáy lựa chọn thường có tính nhạy cảm cao (10 điểm) tính nhạy cảm giảm dần tính thích nghi với điều kiện môi trường thay đổi (1 điểm) + Mẫu vật sau thu thập thuỷ vực, tiến hành phân loại n h ận biết chúng lập bảng danh sách động vật đáy cỡ lớn thu + Căn bảng hệ thông phân loại BMWP dể chọn họ có danh sách tính điểm + Cộng tấ t điểm sô" thu dược từ họ điểm nghiên cứu, chia cho tổng sô" họ đưa vào tính diểm sơ" ASPT (Average Score Per Taxon), sô" dao động từ - 10 sở để phân hạng chất lượng nước 135 Bảng 5.2 Phân hạng chất lượng nước AS PT Đ ánh giá c h ấ t lư ợng nước 10-8 K hông ô n h iễ m , II 7,9-6 ô nhiễm nhẹ (O lig o s a p ro b e ) III 5,9-5 ô nhiễm vừa (P M e s o s a p ro b e ) IV 4,9-3 Khá ô nhiễm (a M e s o s a p ro b e ) V 2,9 - Ồ nhiễm nặng (p o ly s a p ro b e ) VI ô nhiễm nặng Thứ hạng 5.4.3 Chỉ thị sinh học cho môi trường khơng khí Sử dụng chim Bồ Câu quan trác nhiễm khơng khí - đặc biệt kim loại nặng 5.4.4 Chỉ thị sinh học môi trường đất a) M ôi trư n g đ ấ t p h è n - Thực vật thị vùng phèn tiềm tàng: Chà là, rán g dại, lác biển - Đ ất phèn tiềm tàng nằm sâu nội địa: súng co, sen, nỉ, cỏ bấc, rau muống thân tím, nghể - Thực vật thị vùng đất phèn nhiều: N ăng ngọt, kim, bàng, sậy • ■■'■^•Thực v ậ tc h ỉ thị cho vừng p h è n ít' trưng ‘bĩnh: ngọt, cở ông, lác b) C h i th ị m ô i trư n g cho rừ n g ngập m ặ n - Thực vật tiên phong: Bần, nà mắm Các lồi chịu độ ngập trung bình: đước, dà, vẹt trụ - Triều cao: vẹt dù - Mặn cao: bần chua, dừa nước, mái dầm - Giai đoạn tiên phong: mơi trường bùn lỏng thích nghi cho lo i bần đắng phát triển - Giai đoạn cố định: đước đôi chiêm ưu thế, mọc lẫn vối bần đắng (triều thấp), vẹt (ngập trung bình), sú, 136 — Giai đoạn cuối cùng: lồi thích hợp cho địa hình cao hơn, ngập vẹt dù, mắm, chà là, CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG Câu 1: Tiêu chí lựa chọn sinh vật thử nghiộm phương pháp thử nghiệm cấp tính xác định LD50 Câu : Các thị sinh học thường sử dụng để đánh giá chất lượng mơi trường nước, khơng khí đất Câu 3: Liên hệ thực tế phương pháp sử dụng sinh vật để kiểm soát soát chất thải độc hại từ sở sản xuất 137 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH Tài liệu tiếng Việt Đặng Kim Chi Hố Mơi trường Nxb Giáo dục, 2002) Đoàn Thị Thái Yên Bài giảng độc học môi trường Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, 2006 Lưu Đức Hải, Nguyễn Ngọc Sinh Quản lý môi trường cho phát triển bền vững Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, 2000 Nguyễn Thị Phương Anh Giáo trinh độc học môi trường Đại học Bách khoa, 2007 Nguyễn Thị Phương Thảo Hoá chất Bảo vệ thực vật ảnh hưởng tới môi trường Dự án Độc học, sỏ KHCN- MT Hà Nội, 2001 Trịnh Thị Thanh Quản lý chất thải hại Nxb Đại học Quốc gia, 0 Trịnh Thị Thanh Sức khoề môi trường Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, 2000 Trịnh Thị Thanh Độc học sức khoẻ người Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, 2003 Vũ Trung Tạng Cơ sở sinh thái học Nxb Giáo dục, 2000 10 Vũ Trung Tạng Bài giảng chuyên đề "Quản lý hệ sinh thái nước", 2000 11 Mai Đình •n Bài giảng sử dụng Đ VKXS cở lớn đánh giá chất lương nước, 1997 ' ' ' ' 12.' Mảỉ ĐìhhTên.' S ĩh h íh ih ộ c cờ'sở; Nxb Đại‘hộc Tổng’hộp‘H ấ Nội,* 1994/ 13 Odum Cơ sở sinh thái học (tập , tập 2) Bản dịch tiếng Việt Phạm Bình Quyền, Hồng Hiếu Nhuệ, Lê Vũ Khơi, Mai Đình Yên Nxb Đại học Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội, 1978 Tài liệu tiếng nước Anne - Marie Stomp Genetic Inform ation and Ecosytem Health: A rgum ents for the applica of Chass theary to indentify Boundary Conditions for Ecosystem M anagem ent Environm ental H ealth Perspectíves, Volume 102, S up p lem en tl , December 138 Anne E Magurran Ecoỉogical Diversity and its M easurements Princeton University Press, 1988 Carolyn Raffensperger and joel A ackner (Editors) Protecting Public Health and the Environm ent Implementing the Precaustionary Principle Islanđ Press, 1999 Chulabhorn Research Institute, 1996 E nvironm ent Toxicology, volume Jo an na Burger , , Methods for Approaches to Evaluating Susceptibỉlity o f Ecological Systemạ to Hazardons Chemicals Environmental Health Pcrspoctives VollOõ, Supplement, June 1997 Pvid j Rapport Ecosystem Health: A n Emerging integrative Science Paculty o f E nvironm ental SicenceSy University of Guelph, Ontaris, Canada M Gordon Wolman H um an and Ecosystem H ealth: M anagem ent Despitc Some incompatibility Ecosystem Health, Voi , N , March 1995 Robert L Hood Extreme cases: A Strategy for Ecological Risk Assessmcnt in Ecosystem Health Ecosystem Health, Vol 4, N0 N SeptemUpr 1998 World Health Organisation (WHO), 1995 Princip o f Toxicology Trang Web T rang Web: www.onthi.com T rang Web: www.thuvi nkhoahoc.com 139 ... ĐỀ CHUNG VỀ ĐỘC HỌC SINH THÁI 1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CÓ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỘC HỌC SINH THÁI 1.1.1 Độc chất Độc chất chất xâm nhập vào thể gây nên biôYi dối sinh lý sinh hoá; phá cân sinh học gây rơi... luật giới hạn sinh thái sau: Các sinh vật có giối hạn sinh thái rộng đối vối nhân tô" sinh thái này, lại có giới hạn sinh thái hẹp đơi với nhân tơ' khác Những sinh vật có giới hạn sinh thái rộng... VỀ ĐỘC HỌC SINH THÁI 1.1 Một số khái niệm có liên quan đến dộc học sinh thái 1.2 Nguồn phát sinh độc chất 10 1.3 Phân loại độc chất 19 Chưong MỐI QUAN HỆ VÀ ĐỊNH LUẬT SINH