Thạc Sĩ Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn nhằm xây dựng, thử nghiệm bộ chỉ thị sinh học phục vụ quan tr

1
1. Mở đầu: Một số khái niệm
ã Chỉ thị sinh học: là các thông số liên quan đến sinh vật được sử dụng để
đánh giá chất lượng hoặc sự biến đổi của môi trường. Các thông số này có thể là một
loài hoặc nhóm loài mà các chỉ số về chức năng, mật độ và sự tồn tại của chúng
được sử dụng để xác định tính nguyên vẹn của môi trường và hệ sinh thái.
ã Bộ chỉ thị sinh học: là tập hợp các chỉ thị sinh học
ã Bộ chỉ thị đầy đủ: là toàn bộ các chỉ thị, được sử dụng khi có đầy đủ, toàn
diện các điều kiện và dữ liệu để xây dựng bộ chỉ thị này
ã Bộ chỉ thị rút gọn: là tập hợp các chỉ thị đáp ứng được các điều kiện hiện tại,
được chọn lọc từ bộ chỉ thị môi trường đầy đủ
2. Đề xuất Bộ chỉ thị sinh học đầy đủ và rút gọn
2.1. Tổng quan Bộ chỉ thị sinh học đầy đủ và rút gọn
Trong điều kiện có đầy đủ các trang thiết bị nghiên cứu, chuyên gia phân loại
nghiên cứu sâu trong các lĩnh vực, kinh phí cho phép, có thể triển khai Bộ chỉ thi
sinh học đầy đủ, với các nhóm đối tượng sau:
ã Thực vật nổi (Phytoplankton)
ã Thực vật bám (Periphyton)
ã Thực vật thuỷ sinh lớn (Macrophyta)
ã Động vật nổi (Zooplankton)
ã Động vật không xương sống đáy cỡ lớn (Macrobenthos)
ã Động vật không xương sống đáy cỡ trung bình và giun tròn (Nematoda)
ã Cá (Pisces)
Việc kết hợp nhiều nhóm đối tượng và nhiều loại chỉ thị sẽ cho phép có được
những đánh giá đúng đắn nhất về chất lượng nước trong mỗi thuỷ vực.
Trong điều kiện hiện tại, Bộ chỉ thị rút gọn được đề xuất chỉ triển khai cho 3
nhóm đối tượng là thực vật nổi, động vật nổi và động vật không xương sống đáy cỡ
lớn, với 3 loại chỉ thị: chỉ thị loài, chỉ số đa dạng và hệ thống tính điểm BMWP. 2
Bảng 1. Bộ chỉ thị sinh học đầy đủ và rút gọn được đề xuất cho thuỷ vực
nước chảy
Nhóm sinh vật Bộ chỉ thị đầy đủ Bộ chỉ thị rút gọn
Chỉ thị loài Chỉ thị loài
Chỉ số chỉ thị giữa các
taxon

Thực vật nổi
Chỉ số đa dạng Chỉ số đa dạng
Thực vật bám Chỉ thị loài
Thực vật
Thực vật thuỷ sinh lớn Chỉ thị loài
Chỉ thị loài Chỉ thị loài
Chỉ số chỉ thị giữa các
taxon

Động vật nổi
Chỉ số đa dạng Chỉ số đa dạng
Chỉ số đa dạng
Tích tụ kim loại nặng
Động vật KXS đáy cỡ
lớn
Hệ thống điểm BMWP Hệ thống điểm BMWP
Động vật KXS đáy cỡ
trung bình và giun tròn
Mức độ đa dạng
Chỉ số sinh học tổ hợp (IBI)
Động vật
Cá

Tích tụ kim loại nặng
2.2. Căn cứ lựa chọn Bộ chỉ thị sinh học rút gọn
2.2.1. Căn cứ lựa chọn cho 3 nhóm đối tượng của Bộ chỉ thị rút gọn
ã Động vật nổi và thực vật nổi được chọn là sinh vật chỉ thị do đặc tính nổi bật sau:
+ Với ưu thế kích thước nhỏ, việc đánh giá những thay đổi trên một số
lượng lớn cá thể của quần xã động vật nổi và thực vật nổi có thể tiến hành dễ dàng.
+ Thu mẫu động vật nổi và thực vật nổi dễ, không tốn kém, cần ít người
tham gia.
+ Thực vật nổi nhìn chung có tốc độ sinh sản nhanh, chu kỳ sống rất ngắn,
có thể sử dụng chúng làm chỉ thị tác động ngắn hạn.
+ Thực vật nổi là nhóm sản sinh sơ cấp, do đó bị ảnh hưởng trực tiếp nhất
bởi các tác nhân vật lý và hóa học.
ã Nhóm ĐVKXSĐCL ở sông suối và hồ đã sớm được sử dụng trong giám sát ô
nhiễm hữu cơ. Các ưu điểm của nhóm này là: 3
+ Nhiều loài ĐVKXSĐ ít khả năng di chuyển hoặc sống tại chỗ, chúng
đặc biệt thích hợp cho đánh giá các tác động tại chỗ (các nghiên cứu thượng
lưu, hạ lưu sông).
+ Nhiều loài ĐVKXS có có chu kỳ sống phức hợp khoảng 1 năm hoặc hơn.
Các giai đoạn sống nhạy cảm sẽ phản ứng nhanh chóng với các thay đổi của môi
trường sống. Nhiều loài ĐVKXSĐCL đã được xác định các mức dinh dưỡng và sự
chống chịu ô nhiễm, điều đó cung cấp thông tin cho những tác động tích lũy.
+ ĐVKXSĐCL có thể dễ dàng phân loại họ, thậm chí có thể dễ dàng xác
định nhiều taxa chỉ thị ở bậc phân loại thấp hơn.
+ ĐVKXSĐCL phong phú ở các suối. Nhiều suối lớn (cấp 1 và cấp 2) là
nơi cung cấp nguồn đa dạng ĐVKXSĐCL.
ã Thu mẫu dễ, đòi hỏi ít người, dụng cụ rẻ, ít ảnh hưởng tới môi trường sống.
ã Nhiều quốc gia đã thu thập các số liệu giám sát chất lượng môi trường nước
dựa trên ĐVKXSĐCL.
2.2.2. Căn cứ lựa chọn cho 3 loại chỉ thị thuộc Bộ chỉ thị rút gọn:
a) Chỉ thị đa dạng:
Về lý thuyết, chỉ số đa dạng được xây dựng để đánh giá mức độ đa dạng thành
phần loài của quần xã sinh vật. Ở góc độ sinh thái học, các mức độ đa dạng còn chịu
tác động của điều kiện môi trường. Bởi vậy, các nhà chuyên môn đã xác định chất
lượng môi trường gián tiếp theo chỉ số đa dạng.
Để đánh giá tính đa dạng của một quần xã thuỷ sinh vật trong thiên nhiên,
người ta thường dùng cách tính toán một số hệ số đa dạng sinh học dùng cho một số
quần xã là đối tượng so sánh về tính đa dạng. Nguyên tắc của các phương pháp tính
toán này dựa trên mối quan hệ giữa số loài và số cá thể có trong một quần xã thuỷ
sinh vật, và theo qui luật tính đa dạng của quần xã thay đổi khi hệ sinh thái thuỷ vực
có biến đổi, đặc biệt khi bị ô nhiễm.
Ưu điểm của cách tính các hệ số này là dễ thực hiện, áp dụng được cho mọi
loại thuỷ vực, mọi loại quần xã; không phụ thuộc vào vị trí địa lý, thành phần phân
loại học. Mặt hạn chế của phương pháp này là chỉ áp dụng được cho một thuỷ vực
có độ lớn nhất định, không cho biết được các thông tin về thành phần phân loại của
loài do chỗ các loài có giá trị tính toán như nhau, và có hạn chế khi đánh giá mức độ 4
biến đổi sinh thái của thuỷ vực vì ngay cả khi thuỷ vực ở tình trạng tự nhiên, tính đa
dạng cũng có thể thay đổi do những nguyên nhân khác.
b) Hệ thống tính điểm BMWP và hệ số ASPT
Hệ thống tính điểm BMWP đã được nghiên cứu và áp dụng tại nhiều quốc gia,
như Anh, Bỉ, Thái Lan, . Ngay ở Việt Nam, hệ thống này cũng đã được thử nghiệm
trong nhiều chương trình, đề tài nghiên cứu, do đó có nhiều dẫn liệu và tài liệu tham
khảo để có thể đối chiếu cũng như kiểm chứng các dữ liệu.
Do yêu cầu phân tích chỉ đến bậc phân loại là họ, nên việc thu mẫu, phân tích
và tính điểm theo hệ thống BMWP là không khó khăn nhiều cho nhân viên phân tích
(không phải là một nhà phân loại học) nếu được qua một khóa tập huấn ngắn.
c) Chỉ thị loài
Đây là một chỉ thị truyền thống, thường được sử dụng để đánh giá chất
lượng nước.
3. Các chỉ thị được đề xuất trong Bộ chỉ thị sinh học đầy đủ và rút gọn
3.1. Thực vật nổi (Phytoplankton)
3.1.1. Loài/chi tảo chỉ thị
Trong các thuỷ vực, tảo là một nhóm sinh vật chỉ thị quan trọng để đánh giá
chất lượng nước. Ngày nay, các nhà sinh học trên thế giới đã sử dụng nhiều loài tảo
khác nhau làm sinh vật chỉ thị để đánh giá chất lượng, xác định nguyên nhân gây ô
nhiễm, dự báo diễn biến môi trường thủy vực. Palmer (1980) đã xác định được 46
loài tảo nước ngọt chỉ thị cho nước sạch, 50 loài và dưới loài thường có mặt trong
vùng nước ô nhiễm hữu cơ. Các dẫn liệu của Đặng Đình Kim và cộng sự trong
những năm gần đây đã xác định một số loài tảo lam (Cyanophyta) thuộc các chi
Microcystis, Anabaena chỉ thị cho môi trường nước giàu hữu cơ. Tuy nhiên, các
nhóm tảo này thường phát triển ở các thuỷ vực nước đứng như hồ, ao.
Với môi trường nước chảy, các loài tảo thuộc ngành tảo Vàng ánh
(Chrypsophyta) là Dinobryon có thể chỉ thị môi trường nước sạch, dinh dưỡng ít.
Một số loài thuộc các chi Oscillatoria (tảo lam), Scenedesmus, Spyrogira (tảo lục),
Melosira (tảo Silic) và nhiều loài trong ngành tảo Mắt (Euglenophyta) chỉ thị cho
môi trường giàu dinh dưỡng, hoặc dinh dưỡng trung bình. 5
Dựa trên các nghiên cứu trong và ngoài nước, kết hợp với khảo sát thực tế,
nhóm nghiên cứu đã đề xuất danh sách các chi tảo có thể sử dụng để làm chỉ thị cho
chất lượng nước (Bảng 2).
Bảng 2. Các chi trong nhóm Thực vật phù du có thể sử dụng để xác định mức
độ ô nhiễm của môi trường nước
Những chi thường có mặt
ở thuỷ vực không ô nhiễm
Những chi thường có mặt ở
thuỷ vực ô nhiễm
Aulacoseira
Cyclotella
Fragilaria
Pediastrum
Staurastrum
Dinobryon
- Vi khuẩn lam (Tảo lam):
o Oscillatoria
o Lynbya
o Spirulina
o Merismopedia
o Microcystis
o Phormidium
- Tảo lục
o Chlorella
o Scenedesmus
o Teraedron
o Stigeoclonium
o Chlammydomonas
o Chlorogonium
o Agmenllum
- Tảo silic:
o Melosira
- Tảo mắt
o Phacus
o Euglena
o Pyrobotryp
o Lepocmena
3.1.2. Chỉ số tỷ lệ giữa các taxon
Có thể tính toán tỷ lệ về thành phần loài giữa các taxon theo 3 cách dưới đây.
Dựa vào các chỉ số này có thể xác định mức độ dinh dưỡng của thuỷ vực.
(1) Tỷ lệ giữa các taxon tảo theo Fefoldy Lajos Bảng 3. Tỷ lệ giữa các taxon tảo tương ứng với các bậc dinh dưỡng nước
Tỷ lệ giữa các taxon Nghèo dinh
dưỡng
Dinh dưỡng
trung bình
Phú dưỡng
Chỉ số Cyanophyta = Cy/D 0,1-0,3 0,3-3,0 3,0-5,0
Chỉ số Chlorococcales = Chl/D 1 1-2,5 2,5-3,1
Chỉ số Diatomae= C/D 0-0,2 0,2-3,0 3,0-6,0
Chỉ số Euglenophyta = E/(Cy+Chl) 0-0,1 0,1-0,4 0,4-0,5
Trong đó:
Cy = Cyanophyta (số loài thuộc ngành tảo lam);
Chl = Chlorococcales (số loài thuộc bộ Chlorococcales, ngành tảo lục);
C = Centrales (số loài thuộc bộ tảo silic trung tâm, ngành tảo silic);
D = Desmidiaceae (số loài thuộc họ Desmidiaceae, bộ Desmidiales, ngành tảo lục);
E = Euglenophyta (số loài thuộc ngành tảo mắt)
(2) Công thức của Nygaard (1948)
Cy + Chl + C + E
Q =
D
Trong đó: Q = Chỉ tiêu đánh giá
Cy = Cyanophyta (số loài thuộc ngành tảo lam);
Chl = Chlorococcales (số loài thuộc bộ Chlorococcales, ngành tảo lục);
C = Centrales (số loài thuộc bộ tảo silic trung tâm, ngành tảo silic);
D = Desmidiaceae (số loài thuộc họ Desmidiaceae, bộ Desmidiales,
ngành tảo lục);
E = Euglenophyta (số loài thuộc ngành tảo mắt)
Bảng 4. Chỉ số Q tương ứng với các bậc dinh dưỡng nước
Chỉ số đánh giá Nghèo dinh dưỡng Dinh dưỡng trung bình Phú dưỡng
Q <1 từ 1 đến 5 >5