CHƯƠNG IV : QUAN TRẮC CHẤT LƯỢNG MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ
4.2.4/ Các chỉ thị ơ nhiễm sinh học :
Chỉ thị sinh học cĩ thể được dùng như một cơng cụ thay thế hay phụ trợ cho cơng tác quan trắc mơi trường, đặc biệt là ở các quốc gia đang phát triển, nơi cịn cĩ những hạn chế về kinh tế, kỹ thuật liên quan đến việc đo đạc các thơng số lý hố.
Các lồi chỉ thị sinh học đối với ơ nhiễm khơng khí hầu hết là thực vật do thực vật nhạy cảm với ơ nhiễm khơng khí hơn các lồi khác. Thực vật chỉ thị được chia làm 2 loại :
+ Chỉ thị nhạy cảm (sensitive indicator) : khá nhạy, biểu hiện tiêu cực với sự xuất hiện của chất ơ nhiễm.
+ Chỉ thị tích tụ (accumulative indicator): cĩ khả năng tích tụ chất ơ nhiễm trong cây, thường là chỉ thị cho sự hiện diện của chất ơ nhiễm ở một nơi nào đĩ.
Ø Cĩ 2 dạng kỹ thuật quan trắc :
+ Quan trắc chủ động (active monitoring): thực vật chỉ thị được trồng hay nuơi cấy trong mơi trường khơng bị ơ nhiễm, sau đĩ được đem đến khu vực cần quan trắc. Sau đĩ dựa vào phản ứng của thực vật chỉ thị mà đánh giá chất lượng mơi trường khơng khí.
Kỹ thuật này cĩ thể áp dụng với cả chỉ thị nhạy cảm và chỉ thị tích tụ, tùy thuộc vào chất ơ nhiễm cần giám sát mà chúng ta chọn loại cây chỉ thị đặc trưng. Kỹ thuật này cĩ thuận lợi là các đặc tính sinh lý của thực vật chỉ thị đều đã biết rõ trước nên phản ứng của chúng cũng dễ đánh giá hơn so với hệ thực vật địa phương. + Quan trắc thụ động (passive monitoring): bao gồm việc liệt kê các lồi,
ngay trên thực vật chỉ thị của chính địa phương đĩ. Biết trước độ nhạy của thực vật, người ta cĩ thể thiết lập được tương quan giữa sự phân bố của các lồi và mức độ ơ nhiễm khơng khí. Ở các nước đang phát triển, kỹ thuật này được dùng nhiều hơn quan trắc chủ động.
Các chỉ thị sinh học thường dùng là :
4.2.4.1) Địa y (Lichens) :
Dựa vào sự xuất hiện và phân bố của các lồi địa y sống trên vỏ cây để suy đốn sự tồn tại của các chất ơ nhiễm trong khơng khí. Sự xuất hiện và phân bố khác nhau của các lồi địa y cho biết các mức độ ơ nhiễm khơng khí khác nhau.
Các bản đồ địa y đã được lập ở hầu hết các thành phố lớn trên thế giới, thường phân thành 3 loại vùng như sau :
¾ Lichen desert (vùng sa mạc) : khơng cĩ lồi địa y nào xuất hiện. Trong vùng này, nồng độ trung bình hàng ngày hay hàng năm của SO2 , NO2 và các chất ơ nhiễm khơng khí khác gần hay vượt tiêu chuẩn cho phép với mức xác suất cao.
¾ Struggling zone (vùng tranh đấu) : xuất hiện những lồi địa y cĩ khả năng kháng nhiễm, tuy nhiên những lồi nhạy cảm đã bị tổn thương. Vùng này được chia thành 3 vùng nhỏ :
• Inter struggling zone (vùng tranh đấu trong) : các lồi địa y nghiên cứu cĩ thể được tìm thấy trên 10% số cây trong vùng.
• Intermediate struggling zone (vùng tranh đấu trung gian) : các lồi địa y nghiên cứu cĩ thể được tìm thấy trên 25% số cây trong vùng.
• Outer struggling zone (vùng tranh đấu ngồi) : các lồi địa y nghiên cứu cĩ thể được tìm thấy trên 50% số cây trong vùng.
¾ Normal zone (vùng bình thường) : khơng cĩ sự tác động của ơ nhiễm khơng khí, địa y phát triển bình thường.
Tiến trình thiết lập bản đồ :
9 Xác định độ che phủ của tất cả các loại địa y xuất hiện trong nhĩm. 9 Xác định tỷ lệ (%) cây cĩ địa y xâm thực.
9 Xác định tổng số lồi địa y trên mỗi cây.
9 Cần chú ý quan trắc sự xuất hiện của các lồi địa y bởi ảnh hưởng của các yếu tố khác ngồi sự ơ nhiễm khơng khí (như độ ẩm, chất nền …).
9 Các dữ kiện được ghi lại trên bản đồ và từ đĩ dựa trên sự xuất hiện và trạng thái của địa y để xác định các khu vực khác nhau. Phương pháp này tương đối nhanh để đánh giá hiện trạng ơ nhiễm.
Phương pháp định lượng :
Trên lớp ngồi của thân cây, trong diện tích 30*130cm và tại độ cao 120 - 170cm người ta đo độ che phủ của địa y. Tần số của chúng được xác định như sau :
diện tích trên thân cây được chia thành 10 vùng con, sau đĩ người ta đếm số vùng con cĩ địa y xuất hiện từ đĩ tính ra chỉ số địa y của vùng. Giá trị này cho ta hình ảnh khái quát về mức độ ơ nhiễm của khu vực nghiên cứu.
Chỉ số trong sạch của khơng khí (theo Le Blanc và De Sloovar - 1970):
IPA = Q * f
Trong đĩ :
Q : khả năng chịu đựng chất độc hại, chỉ thị cho mức nhạy cảm của lồi đối với chất ơ nhiễm, được suy ra từ số địa y quan sát được. Một hệ thống cấp bậc các lồi xuất hiện trong vùng nghiên cứu được xếp dựa trên mức độ nhạy cảm tăng dần. Giá trị Q thấp cho biết chỉ cĩ một số ít lồi hiện diện.
f : tần số, suy ra từ % che phủ của địa y trên diện tích nghiên cứu, được đánh giá theo thang điểm từ 0 đến 5.
Một bất lợi của phương pháp này là giá trị độ nhạy cảm của mỗi lồi địa y được xác định một cách trùng lặp đối với mỗi diện tích nghiên cứu. Vì vậy, các chỉ số IPA của những khu vực lân cận khơng thể so sánh được.
Chỉ số trong sạch của khơng khí (theo Herzig - 1987):
Trong đĩ :
Q : tương tự như trên
F : tần số (số ơ trong lưới kẻ ơ vuơng trên thân cây nơi cĩ các lồi địa y quan sát xuất hiện).
C : độ che phủ, chỉ thị cho mức độ che phủ của các lồi địa y xuất hiện trong các vùng quan sát (0,1,2,3,4,5).
V : sức sống, đặc trưng cho trạng thái sức khỏe và sức sống của địa y, dựa trên 3 mức độ (tốt , bình thường, kém phát triển)
S : mức độ tổn hại, được đánh giá dựa trên các triệu chứng nhìn thấy được (vàng lá, chết hoại …), theo 3 cấp độ là khơng tổn thương, tổn thương, tổn thương nghiêm trọng.
Nguyên tắc của phương pháp này là tại mỗi vị trí sự xuất hiện của các lồi địa y tương quan với chất lượng khơng khí. Trường hợp tác động thấp, cả số lượng địa y và giá trị bao phủ đều cao. Dựa trên số lồi địa y và độ che phủ mà người ta tính ra chỉ số IPA - đặc trưng cho chất lượng khơng khí.
Chỉ số chất lượng của khơng khí (Rabe - 1987): dựa vào độ nhạy cảm của mỗi lồi địa y (hiện chỉ mới xem xét đối với khí SO2 ).
Chỉ số nhạy cảm được xác định dựa trên nồng độ khí SO2 cực đại mà các lồi địa y chịu được, khơng bị tổn hại. Chỉ số địa y của lồi nhạy cảm nhất,
S V F C Q IPA * * * =
Lecanora conizaeoides được cho là 1. Từ đĩ ta cĩ được mức chuẩn để so sánh tất cả các giá trị độ nhạy khác.
Chỉ số chất lượng khơng khí được tính theo cơng thức :
Trong đĩ :
Di : độ che phủ của lồi thứ i, cĩ xét đến sức sống. Ei : độ nhạy cảm của lồi thứ i.
4.2.4.2) Rêu ( Bryophyte , Moss) :
Lượng lớn các lồi rêu đã bị giảm đi ở các vùng đơ thị, trung tâm cơng nghiệp do sự nhạy cảm của những lồi thực vật bậc thấp này đối với ơ nhiễm khơng khí.
Tác hại của SO2 :
Tác hại của SO2 đối với rêu lần đầu tiên được mơ tả bởi Rao (1966) và Le Blanc (1967). Họ đã quan sát thấy sự hủy hoại đáng kể của diệp lục, sự sai lệch cấu trúc và chức năng tế bào khi nồng độ SO2 vượt quá 5ppm.
SO2 sẽ chuyển thành axit H2SO4 dưới điều kiện ẩm ướt, vì thế lượng nước chứa quanh rêu sẽ ảnh hưởng đến mức độ phá hủy diệp lục tố. Ơ nhiễm SO2 lúc đầu sẽ làm tăng cường đường hơ hấp, nhưng sau khi trên lá xuất hiện các điểm chết hoại thì cường độ hơ hấp sẽ giảm.
Triệu chứng thơng thường của ơ nhiễm SO2 là sự nhạt màu. Đầu tiên, ngọn lá (nơi tiếp xúc nhiều hơn cả) và sau đĩ là các phần cơ bản khác cũng cĩ thể bị mất màu. Những tảng rêu bị mất màu hồn tồn thường khơng thể phục hồi được, thậm chí nếu sau đĩ được đặt vào một mơi trường trong sạch. Sự suy giảm tổng sinh khối, sự phai màu và sự biến mất của lồi rêu cĩ thể phản ánh tác động gia tăng của khí SO2 .
Tác hại của HF :
Hydro floride hấp thụ trên bề mặt lá đi vào ngọn hay cuống lá gây nên các triệu chứng tổn hại điển hình. Mức độ tổn hại tỷ lệ với lượng HF và thời gian, gọi là hệ số tiếp xúc ( = nồng độ * thời gian).
Ví dụ :
+ Lá Funaria hydrometrica tiếp xúc với hệ số 780 (65ppb HF * 12 giờ) vùng ngọn lá bị chết, lục lạp bị hủy hoại và nguyên sinh tế bào co lại.
+ Le Blanc (1971) : cấy rêu từ nơi sạch và đem đến gần một xưởng đúc nhơm, cách nơi quan sát 40km. Điều tra rêu sau một năm cho thấy diệp lục tố của chúng bị phân hủy hầu hết, chúng ngả màu nâu, tế bào bị tổn hại và co nguyên
∑∑ ∑ = = = n i i n i i i D E D LuGI 1 1 *
sinh chất. Một trong số các lồi được cấy, Orthotrochum Obtusifolium chứa nồng độ F- là 600ppm trong khi mẫu lấy tại nơi quan sát chỉ cĩ 20ppm.
Rêu cũng biểu hiện các mức độ chịu đựng khác nhau đối với Flouride. Các lồi biểu sinh (Epiphyte : thực vật sống trên hoặc gắn vào thực vật khác) nhạy cảm nhiều hơn các lồi sống trên nền đất. Một số lồi rêu cĩ khả năng chịu đựng khá cao, ví dụ như các lồi ở đầm lầy Sphagnum, Leucobryum glaucum, Polytrichum, …
Tác hại của O3 :
Ozon là một chất quang hĩa độc hơn cả các oxit nitơ và một số hydrocarbon. Ozon gây nên tổn hại cấp tính và sự sớm lão hĩa ở thực vật. Tuy nhiên, nồng độ Ozon thấp cĩ thể kích thích sự phát triển của rêu.
Tác hại của kim loại nặng :
Nhiều lồi rêu cĩ khả năng tích tụ kim loại nặng (Pb, Cu, Zn, …) ở nồng độ rất cao. Người ta đã từng phát hiện nồng độ chì (Pb) đến 17320ppm trong rêu H.splendens tại một vị trí ơ nhiễm, giá trị tương ứng ở lồi Picca và Clintonia lúc đĩ là 349,5 và 548,5ppm.
4.2.4.3) Thảo mộc ( Herbaceous ) :
Các tác động lên cây trồng cĩ thể xảy ra theo 2 trường hợp phụ thuộc vào nồng độ của chất ơ nhiễm và thời gian tiếp xúc :
+ Tác động cấp tính : chịu ảnh hưởng của nồng độ khí ơ nhiễm cao trong thời gian ngắn. Biểu hiện bên ngồi : chết hoại, các mơ lá bị chết.
+ Tác động mãn tính : diễn ra trong thời gian dài với nồng độ chất ơ nhiễm thấp. Cây trồng khơng xuất hiện những triệu chứng bên ngồi mà các tế bào lá bị phá hủy, sức tăng trưởng của cây trồng bị giảm đi và diện tích lá khơng thể phát triển được.
Dựa vào phản ứng của cây để đánh giá mức độ ơ nhiễm :
9 Khơng nhận ra được tác động : xuất hiện vùng chết hoại ở đỉnh lá … (rất ít) trong 10 lá hoặc hơn. Khơng cĩ sự khác biệt nào đối với sức tăng trưởng của cây vùng ơ nhiễm và khơng ơ nhiễm.
9 Tác động nhẹ : phát hiện vùng chết hoại nhẹ trong trung bình 5 lá. Diện tích vùng chết hoại khoảng 2-3 cm2. Các chồi lá phát triển bình thường nhưng các tua ở mép lá thì giảm đi.
9 Tác động trung bình : cứ trung bình 2 lá thì cĩ vùng chết hoại. Tồn bộ sự phát triển của cây bị giảm đi.
9 Tác động lớn : bề mặt của mỗi lá bị giảm đi, tồn bộ vùng mà lá bị chết hoại các tua vẫn cịn nhưng rất ít.
9 Tác động hồn tồn : trên 80% lá bị chết hoại, các tua ở mép lá hồn tồn mất hẳn. Khả năng phát triển của cây trồng hồn tồn giảm sút.
Một số lồi thảo mộc thường dùng làm chỉ thị như : cây nho, lay ơn, hoa loa kèn, cây thuốc lá … giúp đánh giá và nhận biết được khí ơ nhiễm là SO2 , HCl , Cl2, O3, hợp chất flo, các oxit nitơ, kim loại nặng.
4.2.4.4) Cây lá rộng ( Broad leaved tree ) :
Một số lồi cây lá rộng cĩ phản ứng với các chất khí SO2, Fluoride khi nồng độ các chất này tăng lên trong khơng khí.
Dựa vào sự biến đổi của màu lá, sự xuất hiện của các đốm chết hoại để đánh giá chất lượng mơi trường khơng khí.
4.3 GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ :
4.3.1/ Khái niệm :
Giám sát chất lượng mơi trường khơng khí là việc làm liên tục, cĩ hệ thống, thơng qua quan trắc sự biến đổi chất lượng mơi trường khơng khí theo thời gian và khơng gian, đánh giá, dự báo trạng thái mơi trường nhằm thu thập những thơng tin về chất lượng mơi trường khơng khí phục vụ cho việc quản lý và thực hiện những biện pháp bảo vệ mơi trường khơng khí.
Giám sát là một trong những nhiệm vụ đầu tiên cần thiết cho việc quản lý mơi trường một cách chặt chẽ. Các nhiệm vụ khác bao gồm : đánh giá tác động mơi trường, tổng kết nghiên cứu và trao đổi thơng tin.
Giám sát là một lịch trình lập lại theo khơng gian và thời gian các hoạt động quan sát và đo đạc một hoặc nhiều chỉ tiêu về trạng thái lý, hĩa, sinh của một yếu tố hoặc một khung cảnh mơi trường nhằm phục vụ cho mục tiêu đã được định sẵn. Điều đặc biệt chú ý trong cơng tác giám sát mơi trường là việc kiểm tra phải dựa trên việc đo đạc chất lượng đồng bộ và bằng những phương pháp thống nhất trên tồn mạng lưới.