CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.3. Những nghiên cứu sử dụng chỉ số tổ hợp quần xã cá để đánh giá chất
lƣợng nƣớc trên thế giới và ở Việt Nam
1.3.1. Khái quát về chỉ số tổ hợp sinh học (Index of Biotic Integrity – IBI)
1.3.1.1. Lịch sử của chỉ số tổ hợp sinh học
Chỉ số tổ hợp sinh học được phát hiện bởi Jame R. Karr từ năm 1981[44]. Ban đầu ông đã sử dụng quần xã cá trong các dòng suối ở vùng phía Tây miền Trung nước Mỹ để tính điểm IBI. IBI được phát triển do có nhiều ưu điểm như: có tính hiệu quả, dễ sử dụng, khơng tốn kém và khá chính xác[45].
Các giá trị IBI được xác định dựa trên hầu hết các thuộc tính hệ thống sống có chứa thơng tin về cấu trúc, chức năng và tổ chức của các quần xã sinh vật.Nhờ có các thuộc tính này mà IBI phản ánh thành phần của hệ sinh thái, kết cấu nơi sống và dinh dưỡng, sức sống cá thể và sự phong phú loài[41].
Phương pháp IBI là phương pháp tính điểm cho 12 chỉ số thuộc 3 nhóm: thành phần lồi và sự giàu có về lồi, cấu trúc dinh dưỡng, sự ưu thế về điều kiện sống. Sau đó dựa vào tổng điểm của IBI để đánh giá chất lượng môi trường hoặc sức khỏe hệ sinh thái theo cấp độ khác nhau. Tuy nhiên, tùy thuộc điều kiện từng vùng mà có thể thay đổi chỉ số sao cho phù hợp[24].
1.3.1.2. 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 lượng môi trường nước bằng các phương pháp vật lý, hóa học và sinh học thì cục mơi trường Mỹ (EPA) nhận thấy rằng 50% trường hợp suy giảm môi trường nhận biết bằng các chỉ số sinh học trùng
với sự suy giảm của các chỉ số hóa học. Ngược lại, chỉ có 3% trường hợp nhận biết bằng các chỉ số hóa học trùng với các chuẩn mực sinh học. Từ kết luận đó, EPA dùng chỉ số sinh học để đánh giá chất lượng mơi trường do có nhiều thuận lợi và chính xác hơn[33]. Do đó phương pháp này ngày càng được nhiều người sử dụng.
Việc sử dụng các chỉ số sinh học để đánh giá chất lượng mơi trường nước có những ưu điểm so với các phương pháp khác:
+ Phương pháp phân tích lý, hóa học xác định các yếu tố riêng lẻ trong môi trường nước ô nhiễm. Tác động này rất khác so với tác động tổng hợp của toàn bộ các yếu tố. Tác động tổng hợp chỉ được thể hiện qua các dữ liệu sinh học và phương pháp sinh học thu được kết quả tác động tổng hợp của nhiều yếu tố trên cơ thể sinh vật hoặc qua quần xã sinh vật trong môi trường nước bị ô nhiễm.
+ Phương pháp phân tích lý, hóa học xác định chất lượng môi trường nước chỉ trong một thời điểm tức thời nhưng các chất ơ nhiễm có thể biến đổi hồn tồn theo thời gian. Trong khi đó, phương pháp sinh học thể hiện được chất lượng môi trường nước qua một quá trình diễn ra trong một thời gian nhất định đủ cho một vài chu kỳ sống của sinh vật chỉ thị.
+ Các phương pháp phân tích lý, hóa học hiện nay chưa có khả năng xác định các chất có hàm lượng siêu nhỏ trong mơi trường nước nằm dưới giới hạn phân tích. Trong khi đó, phương pháp sinh học có khả năng xác định gián tiếp các chất có hàm lượng siêu nhỏ, dựa vào khả năng tích tụ sinh học của sinh vật chỉ thị.
+ Có đến hơn 1500 chất ơ nhiễm được thải vào trong mơi trường nước song chỉ có 25 chất trong số đó là được xác định. Với số lượng lớn các chất độc hại như vậy thì khơng thể có phân tích lý, hóa học nào có thể kiểm sốt được các hóa chất thực tế đang gây ô nhiễm.
- Ý nghĩa của chỉ số tổ hợp sinh học cá:
Cá là lồi động vật có xương sống ở nước.Cá có mặt ở hầu hết các loại hình thủy vực.Ra khỏi nước cá sẽ bị chết ngạt sau một khoảng thời gian.Nhiệt độ, hàm lượng oxy, hàm lượng các chất dinh dưỡng, các chất độc trong nước ảnh hưởng 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 trường, một số lồi có khả năng chịu đựng tốt hơn trong môi trường nước bị ơ nhiễm. Cá là một mắt xích quan trọng trong lưới thức ăn thủy vực và có vai trị quan trọng trong chu trình vật chất và chuyển hóa năng lượng.
Chỉ số tổ hợp sinh học cá được ứng dụng nhiều nhất trong số các nhóm sinh vật vì cá có những ưu điểm sau[24]:
+ Cá là sinh vật chỉ thị trong thời gian dài có thể là vài năm và phản ánh điều kiện mơi trường sống rộng vì chúng sống tương đối lâu và di chuyển nhiều.
+ Các mẫu cá thu thập được nhìn chung gồm nhiều loại 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). Chúng có xu hướng tổ hợp được các mắt xích thức ăn từ bậc thấp đến bậc cao, vì thế cấu trúc thành phần khu hệ cá phản ánh tổng hợp điều kiện mơi trường sống.
+ Nhiều lồi cá nằm ở phần chóp của chuỗi thức ăn trong thủy vực và chúng lại được con người sử dụng làm thực phẩm. Vì vậy cá là đối tượng quan trọng để nhận biết và đánh giá ô nhiễm.
+ Cá là đối tượng dễ thu thập và phân loại đến lồi. Các mẫu cá có thể phân loai và đếm ngay tại hiện trường và có thể thả lại mơi trường nước.
+ Các nguồn sách phân loại cá (khóa phân loại) chuẩn, thường có sẵn hơn là nguồn sách phân loại đối với các loài thủy sinh vật khác.
+ Chính con người biết rõ hơn về mơi trường sống của nhiều lồi cá so với nhu cầu môi trường sống của các thủy sinh vật khác.
+ Các thông tin về sự phân bố của nhiều loài cáthường được biết nhiều và rõ ràng hơn so với bất kỳ lồi thủy sinh vật nào khác.
Chính vì vậy, sử dụng chỉ số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng môi trường nước là một biện pháp rẻ tiền, có hiệu quả khơng chỉ được sử dụng nhiều ở Mỹ mà còn ở nhiều nước trên thế giới trong đó có Việt Nam [24].
1.3.2. Những nghiên cứu sử dụng chỉ số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lƣợng môi trƣờng nƣớc lƣợng môi trƣờng nƣớc
1.3.2.1. Trên thế giới
IBI dựa vào quần xã cá được các nhà khoa học sử dụng nhiều nơi trên thế giới. Tại Mỹ, ngay từ đầu những năm 1980 đã có trên 30 bang sử dụng IBI (Karr et al, 1986)[45]. Lần đầu tiên IBI được sử dụng để đánh giá chất lượng môi trường nước ở các dòng suối thuộc Midwestern (Mỹ). Sau đó nó được sử dụng phổ biến ở Canada, Ấn Độ, Mêhicô, Pháp,…[41]. Ở Nam Carlina Coastal Plain, IBI được sử dụng để đánh giá chất lượng môi trường nước dựa trên quần xã cá (Paller và cộng sự, 1996).IBI cũng được sử dụng ở các dịng sơng thuộc Nam Phi (Klayhans, 1996).IBI còn được áp dụng tốt trong việc xác định chất lượng nước ở sông Kavango Namibia. Adams và các cộng sự (1992) đã so sánh các quần thể cá dọc theo một bờ sông bị ô nhiễm. Hall và các cộng sự (1994) đã sử dụng IBI để so sánh các quần thể cá ở các dòng suối thuộc Maryland Coastal Plain để đánh giá chất lượng môi trường nước[46].Martin J. Jennings và các cộng sự (1995) dùng chỉ số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng môi trường nước ở hồ chứa Valley thuộc sông Tennessee của Mỹ[48].
Karr và Kerans (1994) đã sử dụng IBI để xác định các điều kiện sống ở các dòng suối thuộc Tennessee.Frenzel và Swanson (1996) sử dụng IBI ở các thủy vực vùng trung tâm Nebraska (Mỹ).Ganasan và Hughes (1997) đã sử dụng IBI ở các
dịng sơng thuộc Trung Ấn [41].Fausch và cộng sự (1984) sử dụng 12 chỉ số để tính IBI[39].
Bramblett và cộng sự (1991) khi đánh giá suy thối mơi trường sơng vùng đồng bằng miền Tây dùng 9 chỉ số [35].
John Lyon (1992) dùng 12 chỉ số để kiểm định sinh học qua IBI đối với vùng nước ấm Winconsin[42].
Khi sử dụng chỉ số IBI để đánh giá chất lượng môi trường ở sông Xen của nước Pháp, Oberdoff và Hughes (1992) đã sử dụng 12 chỉ số [50].
Charles K. Minns, Victor W. Cairns, Robert G. Randall, and Jame E. Moore (1994) đã sử dụng chỉ số IBI để đánh giá chất lượng nước tại một số hồ nước ngọt ở phía Đơng Bắc Mỹ[36].
John Lyon, Sonia Navarro, Perez và cộng sự (1997) tính IBI đối với sơng và suối ở vùng trung tâm phía Tây Mexico dùng 10 chỉ số[43].
Ganasan và Hughes (1997) sử dụng IBI để đánh giá môi trường tại sông Khan và sông Kshipra thuộc Ấn Độ cùng sử dụng 12 chỉ số[41].
Lisa J. Hlass, William L. Fisher and Donald J. Turton (1998) đã sử dụng chỉ số IBI để đánh giá chất lượng nước tại vùng rừng Streams của vùng núi Ouachita, Arkansas [47].
1.3.2.2. Ở Việt Nam
Nguyễn KiêmSơn (2000) là người đầu tiên ở Việt Nam đã sử dụng IBI dựa trên khu hệ cá để đánh giá chất lượng nước suối Vườn quốc gia Tam Đảo bằng cách sử dụng 12 chỉ số [24].
Nguyễn Kiêm Sơn (2007) cũng đã sử dụng chỉ số IBI để đánh giá hiện trạng môi trường nước sông Bồ (Thừa Thiên- Huế) [25].
Nguyễn Nam Hiền (2008) đã sử dụng IBI bằng cách tính điểm cho 12 chỉ số dựa vào ĐDSH cá ở sơng Chu thuộc địa phận huyện Thiệu Hóa, Thanh Hóa[7].
Hồng Thị Hài (2010) sử dụng 12 chỉ số IBI để đánh giá chất lượng môi trường nước Sông Cầu thuộc địa phận huyện Việt Yên, tỉnh Bắc Giang[5].
Nguyễn Thành Nam, Nguyễn Kiều Oanh, Nguyễn Xuân Huấn (2010) cũng sử dụng bộ 12 chỉ số IBI để đánh giá chất lượng nước suối ở khu bảo tồn thiên nhiên Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai[16].
Nguyễn Thị Mai Dung (2011) sử du ̣ng 12 chỉ số IBI để đánh giá chất lượng môi trường nước ở cửa sông Ba Lạt thuô ̣c đi ̣a phâ ̣n huyê ̣ n Giao Thủy , tỉnh Nam Đi ̣nh [4].
Dương Văn Long (2011) cũng đã sử dụng 12 chỉ số IBI để đánh giá chất lươ ̣ng môi trường nước sông Hồng thuô ̣c đi ̣a phâ ̣n thành phố Hưng Yên và huyê ̣n Kim Đô ̣ng – tỉnh Hưng Yên [14].