CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
1.4. Những nghiên cứu sử dụng chỉ số tổ hợp quần xã cá để đánh giá chất lƣợng nƣớc
nƣớc trên thế giới và ở Việt Nam
1.4.1. Khái quát về sinh vật chỉ thị
Sinh vật chỉ thị là những sinh vật mẫn cảm với điều kiện sinh lý, sinh hóa, nghĩa là chúng hiện diện hoặc thay đổi hình thái sinh lý, tập tính, số lƣợng cá thể do môi trƣờng bị ô nhiễm hay môi trƣờng bị xáo trộn. Sinh vật chỉ thị có các loại: sinh vật cảm ứng, sinh vật tích tụ [15].
- Sinh vật cảm ứng: là những sinh vật chỉ thị có thể tiếp tục hiện diện trong mơi trƣờng ơ nhiễm thích ứng, phù hợp với tính chất sinh vật chỉ thị, song có ít nhiều biến đổi do tác động của chất ô nhiễm nhƣ giảm tốc độ sinh trƣởng, giảm khả năng sinh sản, biến đổi tập tính,…
- Sinh vật tích tụ: có tính chất chỉ thị cho mơi trƣờng thích ứng và có khả năng tích tụ một số chất ơ nhiễm nào đó trong cơ thể chúng có hàm lƣợng cao hơn nhiều so với mơi trƣờng bên ngồi. Bằng phƣơng pháp phân tích hóa sinh hữu cơ mơ cơ thể của chúng, có thể phát hiện và đánh giá các chất ô nhiễm này dễ dàng hơn nhiều so với phƣơng pháp phân tích thủy hóa.
Tính chỉ thị mơi trƣờng của sinh vật dựa trên khả năng chống chịu của sinh vật với các yếu tố vô sinh của môi trƣờng và tác động tổng hợp của chúng.
Tính chỉ thị mơi trƣờng của sinh vật đƣợc thể hiện ở các bậc khác nhau: cá thể, quần thể, quần xã.
- Mức cá thể: chất gây ô nhiễm hủy hoại chức năng sinh lý và làm thay đổi tập tính, giảm nhịp điệu tăng trƣởng, tăng mức tử vong.
- Mức quần thể: chất gây ô nhiễm làm giảm số lƣợng và sinh vật lƣợng, giảm mức sinh sản, tăng mức tử vong, làm biến động số lƣợng khơng theo một chu kì nào. Do đó sinh vật khơng thể thích ứng đƣợc, khơng thể điều hịa đƣợc trạng thái tồn tại của mình.
- Mức quần xã: chất gây ô nhiễm làm thay đổi về cấu trúc và hoạt động chức năng của nó. Chỉ cần một khâu nào đó trong quần xã bị tổn thƣơng thì tồn bộ quần xã mất cân bằng, dễ dàng bị suy thối và diệt vong. Khi đó quần xã bị hủy hoại, cả HST cũng bị hủy hoại theo, các quần thể bị diệt vong, tính đa dạng lồi và đa dạng di truyền cũng giảm và biến mất.
- Khả năng tích tụ các chất của sinh vật gọi là hệ số tích tụ. Hệ số này đơi khi rất cao. Dù trong môi trƣờng hàm lƣợng chất gây hại thấp và sinh vật tích tụ ít nhƣng do hiện tƣợng khuếch đại sinh học nên hàm lƣợng tăng lên qua xích thức ăn mà các sinh vật ở bậc dinh dƣỡng cao hơn kể cả con ngƣời có thể bị ngộ độc khi sử dụng sinh vật đó làm thức ăn.
1.4.2. Khái quát về chỉ số tổ hợp sinh học (Index of Biotic Integrity – IBI)
1.4.2.1. Lịch sử của chỉ số tổ hợp sinh học
Chỉ số tổ hợp sinh học đƣợc phát hiện bởi Jame R. Karr từ năm 1981 [21, 35]. Ban đầu ông đã sử dụng quần xã cá trong các dịng suối ở vùng phía Tây miền Trung nƣớc Mỹ để tính điểm IBI. IBI đƣợc phát triển bởi vì có nhiều ƣu điểm nhƣ: có tính hiệu quả, dễ sử dụng, khơng tốn kém và khá chính xác.
IBI là cách tiếp cận sử dụng phƣơng pháp so sánh để đo chỉ số tổ hợp sinh học (Moyle và Randall, 1988). Tổ hợp sinh học đƣợc kiểm tra bởi so sánh các giá trị IBI của một vị trí bị tác động xấu với một vị trí khơng bị xáo trộn hoặc ít bị xáo trộn nhất (Karr, 1981) [35].
Phƣơng pháp IBI là phƣơng pháp tính điểm dựa trên 12 chỉ số thuộc 3 nhóm: thành phần lồi và sự giàu có về lồi, cấu trúc dinh dƣỡng và sự ƣu thế về điều kiện sống. Sau đó dựa vào tổng điểm của IBI để đánh giá chất lƣợng môi trƣờng hoặc sức khỏe HST theo cấp độ khác nhau. Tuy nhiên, tùy theo điều kiện từng vùng mà có thể thay đổi chỉ số sao cho phù hợp.
1.4.2.2. Ý nghĩa của việc sử dụng chỉ số sinh học để đánh giá chất lượng môi trường nước
Ý nghĩa của chỉ số sinh học:
- Khi so sánh các kết quả đánh giá chất lƣợng môi trƣờng nƣớc bằng các phƣơng pháp vật lí, hóa học và sinh học thì Cục mơi trƣờng Mỹ (EPA) nhận thấy rằng, 50% trƣờng hợp suy giảm môi trƣờng nhận biết bằng các chỉ số sinh học trùng với sự suy giảm các chỉ số hóa học. Ngƣợc lại, chỉ có 3% trƣờng hợp nhận biết bằng các chỉ số hóa học trùng với các chuẩn mực sinh học. Từ kết luận đó, EPA cho rằng, dùng chỉ số sinh học để đánh giá chất lƣợng mơi trƣờng có nhiều thuận lợi và chính xác hơn. Do đó phƣơng pháp này ngày càng đƣợc nhiều ngƣời sử dụng.
- Việc sử dụng các chỉ số sinh học để đánh giá chất lƣợng mơi trƣờng nƣớc có những ƣu điểm so với các phƣơng pháp khác:
+ Phƣơng pháp phân tích lí, hóa học xác định các yếu tố riêng lẻ trong môi trƣờng nƣớc ô nhiễm. Tác động này rất khác so với tác động tổng hợp của toàn bộ các yếu tố. Tác động tổng hợp này chỉ đƣợc thể hiện qua các dữ liệu sinh học. Nói cách khác, phƣơng pháp sinh học thu đƣợc kết quả tác động tổng hợp của nhiều yếu tố trên cơ thể sinh vật hoặc qua quần xã sinh vật trong môi trƣờng nƣớc bị ơ nhiễm.
+ Phƣơng pháp phân tích vật lí, hóa học xác định chất lƣợng mơi trƣờng nƣớc chỉ trong một thời điểm tức thời nhƣng các chất ơ nhiễm có thể biến đổi hồn tồn theo thời gian. Trong khi đó, phƣơng pháp sinh học thể hiện đƣợc chất lƣợng môi trƣờng nƣớc qua một quá trình diễn ra trong một thời gian nhất định đủ cho một vài chu kì sống của sinh vật chỉ thị.
+ Các phƣơng pháp phân tích lí, hóa học hiện nay chƣa có khả năng xác định các chất có hàm lƣợng siêu nhỏ trong môi trƣờng nƣớc nằm dƣới giới hạn phân tích. Trong khi đó, phƣơng pháp sinh học có khả năng xác định gián tiếp các chất có hàm lƣợng siêu nhỏ, dựa vào khả năng tích tụ sinh học của sinh vật chỉ thị.
+ Có đến hơn 1500 chất ơ nhiễm đƣợc thải vào trong môi trƣờng nƣớc song chỉ chỉ có 25 chất trong đó là đƣợc xác định bằng phƣơng pháp phân tích lý, hóa. Với số lƣợng lớn các chất độc hại nhƣ vậy thì khơng thể có phân tích lí, hóa học nào có thể kiểm sốt đƣợc các hóa chất thực tế đang gây ô nhiễm.
Ý nghĩa của chỉ số tổ hợp sinh học cá
- Cá là động vật có xƣơng sống ở nƣớc. Cá có mặt ở hầu hết các loại hình thủy vực. Ra khỏi nƣớc cá sẽ bị chết ngạt sau một khoảng thời gian. Nhiệt độ, hàm lƣợng oxy, hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng, các chất độc trong nƣớc ảnh hƣởng trực tiếp tới đời sống của cá. Các lồi cá khác nhau có giới hạn nhiệt và nhu cầu oxy khác nhau. Một số lồi nhạy cảm với mơi trƣờng, một số lồi có khả năng chịu đựng tốt hơn trong mơi trƣờng nƣớc bị ơ nhiễm. Cá là một mắt xích quan trọng trong chu trình vật chất và chuyển hóa năng lƣợng.
- Chỉ số tổ hợp sinh học cá đƣợc ứng dụng nhiều nhất trong số các nhóm sinh vật, vì cá có những ƣu điểm sau:
+ Cá là sinh vật chỉ thị trong thời gian dài có thể là vài năm và phản ánh điều kiện môi trƣờng sống rộng vì chúng sống tƣơng đối lâu và di chuyển nhiều.
+ Các mẫu cá thu thập đƣợc gồm nhiều loài cá đại diện cho các khâu khác nhau trong chuỗi thức ăn (cá ăn tạp, cá ăn mùn bã hữu cơ, cá ăn động vật phù du, cá ăn thủy sinh vật bậc cao, cá dữ ăn cá). Do chúng tổ hợp đƣợc các mắt xích thức ăn từ bậc thấp đến bậc cao, nên cấu trúc thành phần khu hệ cá phản ánh tổng hợp điều kiện môi trƣờng sống.
+ Cá là đối tƣợng quan trọng để nhận biết và đánh giá ơ nhiễm vì các lồi cá thƣờng sống ở những tầng nƣớc khác nhau.
+ Cá là đối tƣợng dễ thu thập và phân loại đến lồi. Các mẫu cá có thể phân loại và đếm ngay tại hiện trƣờng và có thể trả lại mơi trƣờng nƣớc.
+ Các nguồn sách phân loại cá (khóa phân loại) chuẩn, thƣờng có sẵn hơn là nguồn sách phân loại đối với các loài thủy sinh vật khác.
+ Con ngƣời biết rõ hơn về môi trƣờng sống và các thông tin về sự phân bố của nhiều lồi cá so với mơi trƣờng sống của nhiều lồi thủy sinh vật khác.
Do đó, sử dụng chỉ số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lƣợng môi trƣờng nƣớc là một biện pháp rẻ tiền, có hiệu quả khơng chỉ đƣợc sử dụng nhiều ở Mỹ mà còn ở nhiều nơi trên thế giới [21].
1.4.3. Những nghiên cứu sử dụng chỉ số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng môi trường nước
1.4.3.1. Trên thế giới
IBI đƣợc các nhà khoa học sử dụng nhiều nơi trên thế giới. Tại Mỹ có trên 30 bang đã sử dụng IBI (Karr, 1981) [35]. Lần đầu tiên IBI đƣợc sử dụng để đánh giá chất lƣợng mơi trƣờng nƣớc ở các dịng suối thuộc Midwestern (Mỹ).
Fausch và cộng sự (1984) sử dụng 12 chỉ số để tính IBI [33].
John Lyon (1992) dùng 12 chỉ số để kiểm định sinh học qua IBI đối với vùng nƣớc ấm Winconsin [37].
John Lyon, Sonia Navarro, Perez và cộng sự (1997) khi tính IBI với sơng và suối ở vùng trung tâm phía Tây Mexico đã dùng 10 chỉ số [38].
Khi sử dụng chỉ số IBI để đánh giá chất lƣợng môi trƣờng ở sông Seine của nƣớc Pháp, Oberdoff và Hughes (1992) đã sử dụng 12 chỉ số [34].
1.4.3.2. Ở Việt Nam
Nguyễn Kiêm Sơn (2000) là ngƣời đầu tiên ở Việt Nam đã sử dụng IBI dựa trên khu hệ cá để đánh giá chất lƣợng nƣớc suối vƣờn quốc gia Tam Đảo bằng cách sử dụng 12 chỉ số [21].
Nguyễn Kiêm Sơn (2007) cũng đã sử dụng chỉ số IBI để đánh giá hiện trạng môi trƣờng nƣớc sông Bồ (Thừa Thiên - Huế) [22].
Nguyễn Thị Nam Hiền (2008) đã sử dụng chỉ số IBI bằng cách tính điểm cho 12 chỉ số dựa trên ĐDSH cá ở sông Chu thuộc địa phận huyện Thiệu Hóa, tỉnh Thanh Hóa[8].
Đào Thị Nga (2010) đã sử dụng 12 chỉ số IBI để đánh giá chất lƣợng môi trƣờng nƣớc ở vùng hồ Quan Sơn, huyện Mỹ Đức, Hà Nội [18].
Hoàng Thị Hài (2010) đã sử dụng 12 chỉ số IBI để đánh giá chất lƣợng môi trƣờng nƣớc Sông Cầu thuộc địa phận huyện Việt Yên, tỉnh Bắc Giang [7].
Nguyễn Thành Nam, Nguyễn Kiều Oanh, Nguyễn Xuân Huấn (2010) cũng đã sử dụng bộ 12 chỉ số IBI để đánh giá chất lƣợng nƣớc suối ở khu bảo tồn thiên nhiên Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai [17].
Nguyễn Thị Mai Dung (2011) cũng đã sử dụng 12 chỉ số IBI kết hợp với ĐDSH cá để đánh giá chất lƣợng môi trƣờng nƣớc ở cửa sông Ba Lạt thuộc địa phận tỉnh Nam Định [5].