C mơ àng áo
1.2.2 Các mơ hình tích luỹ kim loại nặng
1.2.2.1 Hai mơ hình OBM và DEB
a. Mơ hình OBM
Bắt đầu q trình xây dựng mơ hình với việc đƣa ra các biểu đồ mô tả con đƣờng vận chuyển kim loại nặng qua lại giữa môi trƣờng sống (nƣớc, trầm tích), nguồn dinh dƣỡng và bản thân động vật nhuyễn thể. Trong đó nồng độ của một kim loại đƣợc điều khiển bởi sự cân bằng giữa lấy vào (hấp thu), bài tiết và sinh trƣởng [30].
Kfw Nƣớc (nƣớc bao phủ) Dinh dƣỡng (phytoplankton, cát, trầm tích lơ lửng) Sũ
kg ER IR
Hình 1.2: Con đường vận chuyển kim loại nặng qua lại giữa nước, dinh dưỡng và động vật nhuyễn thể
Trong biểu đồ này Kfwlà hệ số phân bố kim loại giữa nƣớc và dinh
dƣỡng, kg (cm/giây) là độ dẫn khối lƣợng kim loại qua mang, ER là tốc độ bài tiết, IR là tốc độ cấp dinh dƣỡng.
Mơ hình phát triển từ biểu đồ nhận thức này nằm trong nghiên cứu có tên là “Mơ hình tích lũy OBM trong sò áp dụng với kim loại nặng”. Thực tế mơ hình là phiên bản sửa đổi của mơ hình trao đổi dinh dƣỡng có tên FGEST cịn gọi là mơ hình trao đổi cơ chất độc hại qua dinh dƣỡng và qua mang do Baber và Suarez phát triển [ ]. Mơ hình FGEST đƣợc phát triển cho cá. 34 Trong mơ hình OBM xem sị lấy kim loại nặng vào từ nƣớc qua mang và qua tiêu thụ nguồn dinh dƣỡng trong hệ thống tiêu hố. Kim loại ra khỏi cơ thể thơng qua bài tiết, chuyển hoá trao đổi chất và qua sinh trƣởng. Mơ hình OBM dựa trên một số thừa nhận sau [30] :
- Ấu trùng sị xem nhƣ khơng có kim loại nặng vào thời điểm bắt đầu nghiên cứu.
- Trong động vật nhuyễn thể có một hệ thống mang vận chuyển. Trên bề mặt mang nƣớc đƣợc luân chuyển qua khe hở sợi mang, trong khi đó phần hạt đƣợc vận chuyển nhờ tác dụng của lông mao hƣớng về xúc tu mơi [35]. Do đó có thể xem sự khuếch tán kim loại và oxy hoà tan vào trong hệ thống chỉ xuất hiện qua màng mang. Tổng diện tích bề mặt mang kiểm sốt lƣợng kim loại hấp thu và lƣợng oxy trao đổi.
- Xem các sợi mang đóng vai trị nhƣ những ống dẫn song song (hình 1.3), trong sợi mang đó nƣớc có dịng chảy lớp (hình 1.4). Sự chấp nhận tƣơng tự nhƣ vậy cũng đƣợc Jorgensen sử dụng để giải thích cho hiện tƣợng
có dịng chảy lớp trên mang động vật hai mảnh là do chỉ số Reynold rất thấp
[ ], [36 37].
- Sự trao đổi kim loại qua mang sị tn theo khuếch tán đơn giản.
Hình 1.3 Hình ảnh mang sị cho thấy có các sợi tơ song song (f)
Hình 1.4 Biểu đồ minh hoạ sợi mang có dịng nước tn theo chuyển động lớp Trên cơ sở biểu đồ hình (1.1) và những thừa nhận trong xây dựng mơ hình OBM, sự tích luỹ kim loại nặng trong lồi động vật nhuyễn thể có thể đƣợc mơ hình hố sử dụng hàm cân bằng sau:
F G dt
dBf
(1.4)
Trong đó Bf ( g) là tổng lƣợng kim loại vào cơ thể phụ thuộc thời gian, t(ngày) là thời gian. G và Ftƣơng ứng miêu tả lƣợng kim loại thực tế hấp thu từ pha hòa tan qua mang và từ dinh dƣỡng qua đƣờng tiêu hoá, f là ký hiệu chỉ thị cho kim loại quan tâm.
Tốc độ sinh trƣởng đƣợc đƣa vào mơ hình OBM để chuẩn cho sự pha lỗng nồng độ kim loại nặng trong cơ thể sị có ngun nhân do sinh trƣởng.
Cùng với tốc độ bài tiết kim loại thì đây là thơng số rất quan trọng để mơ hình
hố luồng năng lƣợng sinh học trong sò Crassostrea virginca. Tốc độ thay đổi khối lƣợng cơ thể sò đƣợc Barber và Suarez đƣa ra dƣới dạng cơng thức [34]:
x d r r E R S E I dt dW (1.5)
Trong đó W (g) biểu thị khối lƣợng mơ sị phụ thuộc thời gian (đại diện cho sự sinh trƣởng), Ir là tốc độ cấp dinh dƣỡng, Er là tốc độ bài tiết, R là tốc độ hô hấp thông thƣờng, Ex là chất bài tiết và Sd là hoạt động động học đặc trƣng hay sự hô hấp khác với hô hấp bình thƣờng.
Nồng độ tính theo tổng khối lƣợng cơ thể phụ thuộc thời gian đƣợc mô phỏng theo Cf ( g/g) nhƣ sau:
W B
Cf f (1.6)
Trong mơ hình OBM sẽ bao gồm các thuật ngữ có liên quan đến khối lƣợng sị, năng lƣợng sinh học và các thơng số đặc trƣng cho đặc điểm sinh lý với kim loại nặng. Do khơng có hàm nào dùng chung cho động vật thân mềm hai mảnh vỏ, chấp nhận hàm đƣợc sử dụng đánh giá năng lƣợng sinh học cho cá cũng phù hợp để đánh giá năng lƣợng cho động vật nhuyễn thể [36], [ ], 38
[39]. Trƣớc đây Liao cũng có một sự chấp nhận tƣơng tự nhƣ vậy để thơng số
hố một số số hạng liên quan đến năng lƣợng sinh học đối với sự tích luỹ Zn trong lồi động vật thân mềm Haliotis diversicolor [40].
b. Mơ hình DEB
Một biểu đồ khác cũng đƣợc áp dụng để xây dựng mơ hình tích luỹ là mơ hình DEB nhƣ sau [41]:
1 2 k 1-k Duy trì sinh trƣởng Năng lƣợng d ự trũ Xây dựng cấu trúc D sinh s n ựtrữ ả Duy trì sự ố s ng Sinh s n ả
[Kim loại hoà tan] Nƣớc
Dinh dƣỡng [Kim lo i h ạ ạt]
Hình 1.5: Biểu đồ mơ tả con đường vận chuyển kim loại nặng sử dụng xây dựng mơ hình tích luỹ DEB
Trong biểu đồ này, kim loại vào cơ thể động vật nhuyễn thể cũng từ pha hoà tan (nƣớc) đi qua mang và từ pha hạt (dinh dƣỡng) qua con đƣờng tiêu hoá. Năng lƣợng sinh học động vật nhuyễn thể tích trữ đƣợc tiêu thụ vào hai nhóm, nhóm thứ nhất để xây dựng cấu trúc cơ thể hay nói cách khác là lớp hai mảnh vỏ và để duy trì sự sống, nhóm thứ hai để duy trì sự sinh trƣởng và dự trữ cho sinh sản. Kim loại nặng theo các con đƣờng chuyển hố này để tích luỹ và bài tiết. Trong mơ hình DEB xây dựng theo biểu đồ này, cả tốc độ hấp thu và bài tiết kim loại nặng chấp nhận tỷ lệ với diện tích bề mặt tồn bộ cơ thể sống của động vật nhuyễn thể.