3. Các loài sinh vật chỉ thị môi trường nước:
3.1. Vi sinh vật trong nước thải:
Vi sinh vật có trong nước thải chiếm đa số về loài và số cá thể trong tập đoàn sinh vật của nước thải. Nước thải càng bẩn càng phong phú vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn. Vi khuẩn là sinh vật đơn bào có kích thước từ 0,5 đến 5 µm. Vi khuẩn có hình que, hình cầu hoặc sợi xoắn. Chúng sống đơn lẻ từng tế bào hoặc liên kết thành chuỗi hoặc xếp hình khối vuông. Vi khuẩn đóng vai trò đặ biệt quan trọng trong các quá trình phân huỷ các chất hữu cơ có trong nước. Chúng có ý nghiã rất lớn trong hệ sinh thái của Trái đất. Tuỳ thuộc vào phương thức dinh dưỡng vi khuẩn được chia làm hai nhóm: dị dưỡng và tự dưỡng.
Vi khuẩn dị dưỡng (heterotriphic):sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn cơ
chất cacbon và năng lượng torng các quá trình sinh tổng hợp. Trong nhóm này lại chia thành các vi khuẩn hiếu khí (aerobic) cần oxy trong quá trình phân huỷ các chất hữu cơ để sinh trưởng và phát triển. Các vi khuẩn kỵ khí hay yếm khí (anaerobic) không cần oxy tự do để phát triển chúng có thể sử dụng oxy liên kết trong các hợp chất như gốc nitrat, sunfat,… các vi khuẩn hiếu khí hoặc kỵ khí tuỳ tiện (facultative) có thể sống trong điều kiện có hoặc không có oxy tự do.
Phân huỷ các chất hữu cơ ở vi khuẩn được mô tả đơn giản như sau:
Ở vi khuẩn hiếu khí: Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + năng lượng
Ở vi khuẩn yếm khí: chủ yếu trong nước ô nhiễm được tập trung lớn nhất tại nơi có nồng độ oxi thấp nhất.
Chất hữu cơ + NO-
Chất hữu cơ + SO42- CO2 + H2S + năng lượng
Chất hữu cơ axit hữu cơ + SO2 + CH4↑ + CO2↑ + năng lượng
Năng lượng được giải phóng trong quá trình biến đổi hoá sinh được sử dụng vào tổng hợp tế bào mới, phát triển tăng sinh khối và một phần thoát ra ở dạng nhiệt.
Vi khuẩn tự dưỡng (autotrophic): có khả năng oxy hoá chất vô cơ để thu
năng lượng vàsử dụng CO2 làm nguồn cacbon cho các quá trình sinh tổng hợp. Trong nhóm này có vi khuẩn nitrat hoá, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn sắt…
Các vi khuẩn nitrit có quá trình tự dưỡng theo phương trình sau: Ở Nitromonas: 2NH+4 + O2 2NO-2 + 4H+ + 2H2O + năng lượng
Ở Nitrobacter: 2NO2 + O2 2NO3 + năng lượng
Các vi khuẩn sắt oxy hoá sắt tan trong nước thành sắt không tan: Fe2+(tan) + O2 Fe3+(không tan) + năng lượng.
Các vi khuẩn Leptpthitrix và Crenothrix làm kết tủa sắt thành Fe(OH)3 có màu vàng đỏ.
Các vi khuẩn lưu huỳnh có khả năng chịu đượv pH thấp, oxy hoá H2S thành axit sunfuric H2SO4 gây ăn mòn đường ống, các công trình xây dựng ngập nước.
Nấm, nấm mốc và nấm men:
Nhóm này ít hơn vi khuẩn và phát triển mạng trong vùng nước tù. Chúng là các vi khuẩn sinh vật dị dưỡng và hiếu khí. Các loài nấm (kể cả nấm mốc) có
khả năng phân huỷ các chất hữu cơ, nhiều loài nấm phân huỷ được các hợp chất xenluloza, hemixenluloza và đặc biệt là lignin. Nấm men phân huỷ các chất hữu cơ bị hạn chế nhưng có thể lên men được một số đường thành các ancol, axít hữu cơ, glyxerin,… trong điều kiện kỵ khí và phát triển tăng sinh khối trong điều kiện hiếu khí.
Hình :Nấm mốc
Virus: Loại siêu vi khuẩn cực nhỏ sống ký sinh ở tế bào vật chủ, nhờ những
chất trao đổi của vật chủ mà xây dựng các hợp chất protein và axit nucleic cho mình. Vì vậy, virut là tác nhân gây ra một số bệnh cho người và gia súc. Trong nước thải có nhiều loại virut. Các virút của vi khuẩn gọi là thực khuẩn thể (bacteriophae). Khi vắng tế bào vi khuẩn chủ thì thực khuẩn thể vẫn tồn tại khá lâu ở trong nước. Vì vậy, nếu tìm thấy thực khuẩn thể trong nước ta có thể suy ra sự có mặt của vi khuẩn gây bệnh tương ứng đã hoặc đang tồn tại.
Trong nước thải tỷ lệ nước chiếm tới 99% (sau khi đã vớt bỏ hết phần rắn). Vi sinh vật trong nước thải thường có mặt các vi sinh vật đường ruột, vi sinh vật đất, pH của nước thải thường ở vùng trung tính (loại trừ các nguồn thải từ các xí nghiệp thải bỏ axit hoặc kiềm), nhiệt độ tuỳ thuộc vào mùa (khoảng 15 – 35°C). Các chất rắn đã loại bỏ, như sôi đá, thuỷ tinh, phần đặc cáu còn lại của nước thải thì xenluloza chiếm tới 50%.
Vi sinh vật hoại sinh trong nước thải:
Để đánh giá ô nhiễm nguồn nước do nước thải sinh hoạt, dựa vào sự xuất hiện của 3 nhóm vi sinh vật chỉ thị sau:
- Nhóm Faecal Coliform: đặc trưng là Escherichia Coli( E.Coli) là loại khuẩn đường ruột( FE)
- Nhóm streptococci: đặc trưng là Streptococci: đặc trưng là Streptococcus Faecal – liên cầu trong phân.
- Nhóm Clostridia khử sulfit, đặc trưng là Clostridium – perfringues.
Sự có mặt của các vi sinh vật này chỉ ra rằng nước đã bị nhiễm phân. Trong ba nhóm đó, Faecal Coliform thường được phân tích vì chúng là nhóm vi khuẩn dễ xác định. Khi phân tích các chỉ tiêu vi sinh nếu tỉ số FE/FS = 4 thì kết luận nguồn nước đó đã bị ô nhiễm bởi phân người, và nếu FE/FS = 1 thì kết luận ô nhiễm bởi phân động vật.
Sự có mặt của Coliform trong nước được dùng làm dấu hiệu về khả năng tồn
tại của các vi sinh vật gây bệnh khác hay nói cách khác Coliform là một chỉ tiêu
đánh giá mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước.
Nồng độ oxi trong nước tăng thì các loài đặc trưng của nước không bị ô nhiễm lại chiếm ưu thế.
- Nghiên cứu của Whitton cho thấy loại Cladophora glomerata phát triển mạnh trong môi trường giàu dinh dưỡng nhưng lại có nồng độ cao của các kim loại nặng.
- Còn theo Choluoky, các hợp chất hữu cơ có chứa Nitrogen bổ sung thêm sự phát triển phong phú của Nitschiathernalis đặc trưng cho điều kiện yếu khí.
Các vi sinh vật trong nước thải là các thể hiếu khí hoặc kỵ khí và có cả những loài hiếu khí tuỳ tiện (hay là hiếu khí không bắt buộc). Phần lớn chúng là
những vi sinh vật dị dưỡng hoại sinh: Enterbacterium, Streptococcus nhiễm từ phân, Clostridium, Cytophaga, Micrococcus, Psedomonas, Spirochaeta,
Bacillius, Lactobacillus, Achromobacter, các loài nấm, nấm men, tảo, v.v. Chúng có khả năng phân huỷ các hợp chất hữu cơ có trong nước.
Hình 4: Enterococci
Trên thành và đáy cống rãnh thấy các vi khuẩn thuộc giống Sphaterotillus, Crenothrix, Beggiatoa phát triển thành cục nhầy. Nước thải có ánh nắng chiếu còn thấy có vi khuẩn dạng sợi Rhodobacterium. Đôi khi người ta còn gọi loài vi khuẩn này là “ nấm của nước thải” còn nấm thực ở đây thường gặp là
Tất cả các vi sinh vật này đều có khả năng phân huỷ các chất hữu cơ có trong nước thải. Đối với từng loại nước thải với hàm lượng các chất hữu cơ khác nhau sẽ ảnh hưởng đến thành phần tập đoàn vi sinh vật và số lượng của chúng có trong nước thải. Pseudomonus hầu như có thể đông hoá được mọi chất hửu cơ và sống lâu trong môi trường. Có thông báo khoa học cho biết, một số chủng thuộc giống này có khả năng phân huỷ polyvinylancol (một polyme của rượu vinylic dùng để hò vải sợi tổng hợp ở các nhà máy dệt). Vì vậy, giống Pseudomonas là vi sinh vật đầu tiên phải kể đến trong quá trình phân huỷ các chất hữu cơ của các công trình vệ sinh và nước thải. Các giống Alcaligenes và Flavobactercum cũng quan trọng gần như Pseudomunas. Ơ nơi nào có chất hữu cơ protein cần phân huỷ là có mặt của hai giống này.
3.2.Thực vật chỉ thị:
a.Hiện tượng phú dưỡng:
Phú dưỡng là hiện tượng tảo lam, tảo lục phát triển quá mức trong nước ngọt. Trong sông, hồ, khi các loài tảo phát triển thì hình thành một tầng tảo màu xanh rất dày, nó xuất hiện từng mảng màu xanh gọi là “hoa nước”, hiện tượng này phát sinh ở biển người ta gọi là “triều đỏ”. Những loài tảo này nhả ra chất độc màu xanh đậm có thể giết hết cá. Sau khi tảo chết đi, trong quá trình rữa nát và phân giải, cần tiêu hao một lượng oxi lớn tan trong nước khiến cho nước bị thối. “Hoa nước” không những phá hoại nguồn nước mà còn ảnh hưởng đến cảnh quan mặt nước.
Sông, hồ, mặt biển và các cửa sông phát sinh “hoa nước” là kết quả nước bị giàu dinh dưỡng, đó là biểu hiện nước bị ô nhiễm. Trong điều kiện bình
cây phát triển. Những chất này trôi theo nước mưa, qua nước bề mặt xâm nhập vào nguồn nước, các loài sinh vật trong nước hấp thụ những chất này để sinh sôi nảy nở. Trong điều kiện tự nhiên, các chất dinh dưỡng Nitơ, Photpho ở trạng thái cân bằng nhưng hoạt động của con người ngày càng gia tăng, sản xuất nông nghiệp dùng một lượng phân bón hóa học, nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp đổ vào các sông, hồ khiến cho các chất dinh dưỡng trong môi trường nước tăng lên nhanh chóng. Sự tích lũy các chất dinh dưỡng này trong nước chỉ trong một thời gian ngắn sẽ trở nên phú dưỡng khiến cho các loài tảo thừa cơ sinh sôi nảy nở, khiến cho hệ thống sinh thái thủy sinh bị phá hoại nghiêm trọng. Người ta gọi đó là hiện tượng “phú dưỡng” quá mức.
Theo các nhà khoa học xác định, nước giàu dinh dưỡng vào những mùa có ánh sáng mặt trời và nhiệt độ thích hợp, số lượng các loài tảo có thể đạt tới mức một triệu cơ thể trong một lít nước, trong đó thường tảo lam, tảo lục chiếm ưu thế. Khi đó mặt nước sẽ xuất hiện từng đám “hoa nước” do các loài tảo gây nên.
b. Tảo
Trong nước, tảo là một nhóm sinh vật chỉ thị quan trọng đã được đề cập đến trong chương trình nghiên cứu của Falmer. Theo đó, ông nghiên cứu và thống kê được 21 chi thuộc 4 ngành tảo khác nhau làm chỉ thị cho thủy vực bị ô nhiễm nặng chất hữu cơ:
+Tảo lam: Phormidium, Anabacna, Oscilatoria, Anacystis, Lyngbia, Spirulina. +Tảo lục: Careia, Spirogyra, Teraedron, cocum, Chlorella, Stigeoclonium, Chlamydomonas, Chlorogonium, Agmenllum.
+Tảo Silic: Nitochia, Gomphonema.
+Tảo mắt: Pyro botryp – Phacus, Lepocmena – Eugrema.
Ngoài ra, thực vật phù du: tảo kim( Silicoflagellata), tảo lam( Cyanophyta), tảo giáp ( Pyrrophyta), tảo Silic( Bacillariophyta) cũng chỉ thị cho các vùng biển ven đảo. Một số phiêu sinh thực vật( phytoplankton) có khả năng chỉ thị ô nhiễm nguồn nước do:
+Phú dưỡng hóa
+Ô nhiễm do hóa chất độc( kim loại nặng, hóa chất bảo vệ thực vật, hydrocacbon đa vòng)
+Ô nhiễm do dầu, mỡ.
Hình 6: Phytoplankton
Vai trò của tảo trong ô nhiễm dầu:
Dòng mỡ là dòng khó tan trong nước, tan trong các dung môi hữu cơ. Dầu mỡ có thành phần hoá học rất phức tạp. Độc tính và tác động sinh thái của dầu mỡ thuộc từng loại dầu. Cuộc sống của hầu hết các loài động vật, thực vật đều bị tác động xấu do nước bị ô nhiễm dầu mỡ. Các loại thuỷ sinh và cây ngập nước dễ bị chết do dầu mỡ ngăn cản quá trình hô hấp, quang hợp cung cấp dinh dưỡng. Các loài tảo kém nhạy cảm với tác động trực tiếp của dầu sinh vật các loài thuỷ sinh khác, tuy nhiên tảo lại nhạy cảm với loài tác động thứ cấp. Trong điều kiện ô nhiễm dầu trong nguồn nước, một số loài tảo lại phát triển nhanh.
Dựa trên những phát hiện này, ngày nay người ta còn dựa trên sự xuất hiện và phát triển của một số loài tảo trong từng thủy vực khác nhau để xác định mức độ ô nhiễm môi trường nước. Đối với vùng nước ngọt, loài rong tảo gồm: Anabaena ascillarioides, Nostoc commune, Spyrogira dubia, Chara sp. , và loài cỏ nước gồm: Myriophyllum spicatum, Ceratophyllum.
Bảng :Các tảo chỉ thị ở Đồng Tháp Mười:
(Lý Kim Bảng,1995)
Tên loài hoặc nhóm tảo Vấn đề chỉ thị
(1) (2)
- Euglena pseudoviridis Phacus pleuronectes - Euglens acus. E. tripteris E.oxyuric E.spirogyra Synedra ulna, Nitzschia - Monomorphins pyrum Cocconeis pediculus - Phacus longicauda Cyclotella meneghiniana Synedra acus - Cladophora glomerata Chara sp. Spirogyra crassa - Bộ Desmidiales - Nitzschia logissima Var reversa
- Toàn bộ tiết hợp tảo Bộ Volvocales Cedogoniales Euglenophyta - Pyrrophyta (bộ) Cedogoniales Polysaprobe( rất bẩn) Mesosaprobe( bẩn vừa) Mesosaprobe – Oligosaprobe ( bẩn vừa – sạch ) Oligosaprobe (sạch ) Nước cứng Nước mềm Calcopholic( kị calci) Mesohalobe( mặn vừa) Oligohalope ( ngọt)
- Cyanophyta
- Eunotia guyanense Eunotia
Tauntoniensis
Ưa kiềm & trung tính Phèn
c. Đối với nền đáy dạng cát, cát bùn, cát sỏi, vùng triều
Trong nghiên cứu nền đáy các dạng này người ta dựa vào các loài rong biển để nghiên cứu vùng ven biển.
Hinh 7 : Gracilaria
Do mối quan hệ giữa các loài rong cỏ với thành phần đất nền đáy, mà tùy loại nền đáy sẽ phù hợp cho một số loài rong cỏ đặc biệt thích nghi để tồn tại và phát triển. Và trong nghiên cứu người ta đã chọn ra một số loài rong cỏ mang tính đặc trưng, chỉ thị cho từng nền đáy sau đây:
Các loại nền đáy
Bùn Bùn cát Cát bùn Thuần cát
Cauperpa verticillata, Gracilaria, Ectorarpus, Cladophara, Enteromorpha
Caulerpa ashmedii, Halophita beccarii, Halodule univervis Acetabularia, Enteromorpha, Giffordia, Cottoniella
Caulerpa spp., Avrainvillea, Thalassia hemprichii
