C mơ àng áo
1.3.2 Ứng dụng làm chỉ thị sinh học và dự báo ô nhiễm kim loại nặng
Có nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học về sử dụng sinh vật sống dƣới nƣớc làm chỉ thị ô nhiễm kim loại nặng đã đƣợc công bố. Bên cạnh các
nghiên cứu sử dụng cá làm chỉ thị ô nhiễm [56], [ ], [ ], [57 58 59], [60], [ ], 61
[ ], [ ], [ ], [ ], [62 63 64 65 66], nghiên cứu sử dụng các loài động vật nhuyễn thể cho mục đích này cũng rất phong phú. Ví dụ, trong hệ sinh thái Lagunar-
Estuarin (Mexico), đây là một môi trƣờng quan trọng cho sản xuất tôm, các nghiên cứu cho thấy lồi tơm Juvenile P.setiferus kém nhạy cảm với Cd hơn so với lồi tơm Crangon septemspinosa và loài Palaemonetes vulagaris. Các lồi tơm trắng ít bị tổn thƣơng bởi hiệu ứng độc hại do Zn gây ra hơn so với loài Daphina magna và loài Ceriodaphina dubria [67]. Tại Mỹ, đề tài Mussel Watch đã đƣa vào khai thác sử dụng các lồi trai và sị để quan trắc xu hƣớng biến đổi nồng độ các chất ô nhiễm vùng ven biển, trong đó có quan trắc các kim loại nặng [ ]. Một số nghiên cứu khác cũng kết luận động vật nhuyễn 68
thể có nhiều đặc trƣng cho phép dùng đánh giá hoạt tính sinh học kim loại nặng trong nƣớc ven bờ biển cũng nhƣ trong nhiều vùng khác nhau trên thế giới [69], [ ], [ ], [ ], [70 71 72 73 74], [ ].
Szefer [75] sử dụng sị Thái Bình Dƣơng Crassostrea gigas và hai loài
cua Goetice depressa, Leptodius exaratus làm các chỉ thị sinh học kim loại vết cho nƣớc biển phía đơng đảo Kyusha, Nhật Bản. Sị và cua đƣợc lấy tại 3 vùng là Urashiro, Akamizu và Saganoseki dọc theo bờ biển phía đơng đảo
Kyushu.
Nồng độ của Fe, Cd, Zn, Mn, Cu, Ni và Pb trong loài trai lấy từ đảo Elcho, bắc Terrioty, Úc là Fe: 13,07 273; Cd: 0,29 10,63; Zn: 2,39 8,51; Mn: 0,25 4,84; Cu: 0,45 8,76; Ni: 0,16 0,59 và Pb: 2,59 9,38 g/g
khối lƣợng tƣơi. Nồng độ các kim loại này trong lồi sị bắt từ cùng một vùng nhƣ vậy là Fe: 94,8 419; Cd: 6 20,3; Zn: 1,09 6,28; Mn: 2515 6256; Cu: 0,47 3,18; Ni: 1,71 5,64 và Pb: 0,45 2,17 g/g. Nhƣ vậy nồng độ Mn trong sị là cao nhất, do đó nó có thể đƣợc sử dụng làm chỉ thị sinh học của Mn trong môi trƣờng nhiệt đới [76].
Nghiên cứu sự tích luỹ kim loại nặng trên hai loài nhuyễn thể Chama pacifica và Ostrea stentina tại Vịnh Iskenderum (Thổ Nhĩ Kỳ) cho thấy nồng độ
Cd, Co, Ni và đặc biệt là Pb trong Chaman pacifica cao hơn trong Ostrea stentina; trong khi đó nồng độ Cr, Cu, Fe, Mn và Zn trong Ostrea stentina cao
chọn Chaman pacifica dùng làm chỉ thị, quan trắc sinh học ô nhiễm các kim loại nặng Cd, Co, Ni, Pb cịn lồi Ostrea stentina phù hợp hơn khi dùng làm chỉ thị, quan trắc sinh học cho Cr, Cu, Fe, Mn và Zn trong nƣớc biển vịnh Iskenderum
[77].
Trong nội dung nghiên cứu của đề tài có 3 kiểu mơ hình đƣợc xây dựng mơ tả quy luật tích luỹ kim loại vết As, Cd, Cu trong nƣớc vào loài nghêu Meretrix Lyrata. Đó là các mơ hình:
a) Mơ hình hệ số tích luỹ
Mơ hình hệ số tích luỹ có dạng của hàm sinh trƣởng khơng đồng đều:
b
W a
BAF . (1.28)
Mỗi kim loại trên từng lồi nhuyễn thể sẽ có các cặp hệ số a b, khác nhau. Cùng một cá thể, tại một giá trị khối lƣợng mô khô W mỗi kim loại cho
một giá trị BAF khác nhau. Nó cho phép so sánh khả năng tích luỹ của nhuyễn thể với các kim loại khác nhau, qua đó lựa chọn đƣợc đối tƣợng kim loại nặng gây ơ nhiễm có thể sử dụng nhuyễn thể làm chỉ thị. Ngoài ra trong
điều kiện khơng có trang thiết bị xác định kim loại nồng độ vết trong mơi trƣờng, có thể thơng qua khối lƣợng mơ và nồng độ kim loại trong mơ sơ bộ dự đốn đƣợc mức nồng độ kim loại trong nƣớc với độ chính xác nhất định.
b) Mơ hình thống kê bậc một
Mơ hình thống kê bậc một đề tài xây dựng phụ thuộc các yếu tố khối lƣợng mô, thời gian sinh trƣởng và nồng độ kim loại hòa tan.
Nếu xây dựng đƣợc mơ hình thống kê tƣơng hợp với bức tranh thực nghiệm thì đây là thơng tin tiên nghiệm, cơ sở để triển khai xây dựng các mô hình khác, ví dụ xây dựng mơ hình vi phân bậc một mơ tả tốc độ tích luỹ kim loại nặng theo thời gian. Bằng mơ hình thống kê có thể dự đốn đƣợc nồng độ kim loại hòa tan trong nƣớc khi biết đƣợc nồng độ tích lũy trong mơ sau một khoảng thời gian sinh trƣởng nhất định trong điều kiện ứng dụng mơ hình.
Mơ hình đề tài xây dựng có dạng nhƣ phƣơng trình vi phân (1.3) mơ tả sự tích luỹ kim loại nặng trong nhuyễn thể có tính đến tốc độ tích lũy và tốc độ bài tiết.
Giống nhƣ các mơ hình khác, mỗi kim loại nặng trên mỗi lồi nhuyễn thể sẽ có một dải giá trị hằng số tốc độ hấp thu, một dải giá trị hằng số tốc độ bài tiết khác nhau phụ thuộc vào điều kiện phơi nhiễm. Từ đó đánh giá đƣợc ƣu thế của lồi nhuyễn thể nghiên cứu là phù hợp làm chỉ thị ô nhiễm cho kim loại nặng nào.
1.3.3 Ứng dụng trong cảnh báo an tồn thực phẩm
Mơ hình thống kê đề tài nghiên cứu xây dựng có hàm mục tiêu là nồng độ kim loại nặng As, Cd, Cu tích lũy đƣợc trong mô nghêu Meretrix Lyrata phụ thuộc vào khối lƣợng mô ban đầu, thời gian sinh trƣởng và nồng độ kim loại trong nƣớc. Nồng độ kim loại nặng tích luỹ cao nhất trong nhuyễn thể tƣơng ứng với trạng thái sinh vật tích luỹ cơ chất ổn định, và nhƣ vậy trong điều kiện nồng độ kim loại trong nƣớc không thay đổi hoặc thay đổi không đáng kể, tại một giá trị khối lƣợng mơ nghêu ban đầu đƣa vào ni có thể tính đƣợc khoảng thời gian cần thiết để nghêu đạt đến trạng thái tích lũy ổn định, hoặc sau một khoảng thời gian nào đó để nồng độ trong mơ đạt đến mức nhất định. Những tính tốn về mặt thời gian này đều có liên quan đến việc sử dụng nghêu làm nguồn thực phẩm cho con ngƣời.
Nồng độ kim loại trong mô tƣơng ứng với trạng thái nhuyễn thể tích luỹ cơ chất ổn định có thể đƣợc suy ra từ kết quả xây dựng mơ hình vi phân.
Mơ hình vi phân có thể đƣợc sử dụng xác định hoặc dự đoán thời gian hấp thu kim loại nặng đạt đến một mức nồng độ nhất định trong mơ nhuyễn thể. Mơ hình bài tiết cho phép xác định thời gian cần thiết để nhuyễn thể bài tiết giảm nồng độ trong mô đến mức nồng độ cho phép trong môi trƣờng nuôi trồng sạch. Khi các hằng số trong mơ hình đƣợc chuẩn với độ chính xác cao, mơ hình hồn tồn có thể sử dụng làm cơng cụ dự đốn tích luỹ dƣới các điều kiện sống, phơi nhiễm khác nhau. Các dự đoán nồng độ kim loại tích lũy
trong mơ đều có liên quan đến vấn đề cảnh bảo, bảo đảm an toàn khi sử dụng nghêu làm thực phẩm.
Trong mơ hình vi phân chứa thơng số thời gian, vì vậy có thể tính tốn dự đốn thời gian sinh trƣởng tối đa cho phép mà nồng độ kim loại tích lũy trong mơ vẫn nằm dƣới tiêu chuẩn quy định an toàn thực phẩm.
Kết quả nghiên cứu đề tài của luận án đƣa ra 3 mơ hình gồm: mơ hình
hệ số tích lũy BAF dƣới dạng hàm sinh trƣởng không đồng đều đƣợc xây dựng từ số liệu hiện trƣờng thực tế, mơ hình thống kê bậc nhất và mơ hình vi phân bậc nhất đƣợc xây dựng từ số liệu trong phịng thí nghiệm. Các mơ hình đƣợc đánh giá và so sánh về độ chính xác, mối liên quan qua lại giữa các mơ hình, đánh giá khả năng ứng dụng trong dự báo ô nhiễm và trong vấn đề an toàn thực phẩm. Đánh giá khả năng cải tiến mơ hình và mở rộng đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu trong tƣơng lai.
CHƢƠNG 2