Môn Sinh học - Chỉ thị sinh học môi trường nước

10-Feb-15 1 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.1. Vấn đề chung CHÚNG TA MUỐN ĐÁNH GIÁ CÁI GÌ? Ảnh hưởng xấu/ Xáo trộn hệ sinh thái? Mối nguy hại đối với sức khỏe con người? Thay đổi hoặc Ảnh hưởng xấu đến Số lượng và chất lượng nước? 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.1. Vấn đề chung  Ảnh hưởng của những sự cố tự nhiên hoặc nhân tạo qua nhiều con đường: Các chất tổng hợp được đưa vào nước, chế độ thủy văn và đặc điểm lý hóa của nước bị thay đổi.  Sinh vật nước mẫn cảm với sự thay đổi của môi trường do các nguyên nhân tự nhiên (ví dụ tăng độ đục khi lũ lụt) hoặc nhân tạo (ô nhiễm hóa chất hoặc suy giảm DO).  Sinh vật phản ứng khác nhau: chết hoặc di cư; suy giảm khả năng sinh sản, kìm hãm hệ thống nội tiết cần thiết.  Biết đặc điểm phản ứng của sinh vật với sự thay đổi của môi trường có thể sử dụng chúng làm sinh vật chỉ thị. 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.2. Yếu tố ảnh hưởng đến sinh vật 3.2.1. Yếu tố tự nhiên  Dung trọng nước (density of the water: 1g/cm3) cho phép sinh vật sinh tồn trong môi trường ở thể treo (suspension).  Sinh vật nổi [plankton: phù du, phiêu sinh] cùng sinh vật bơi tự do (nekton) và sinh vật đáy (benthos) sinh sống phụ thuộc vào thời gian tồn lưu nước (residence time (or retention time)). Nước chảy dễ cuốn trôi sinh vật nổi  nhóm này thường cư trú ở thủy vực nước tĩnh.  Cá với khả năng bơi tự do  có thể cư trú ở thủy vực nước chảy mạnh.  Các đặc điểm thích nghi với thủy vực nước chảy hoặc nước tĩnh là cơ sở nhận biết quan hệ sinh vật - MT 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.2. Yếu tố ảnh hưởng đến sinh vật 3.2.1. Yếu tố tự nhiên (tiếp tục):  Độ phong phú các chất dinh dưỡng hòa tan và lơ lửng Mức dinh dưỡng không đổi thường cho phép quần xã sinh vật nổi và sinh vật đáy khác nhau phát triển.  Nguồn dinh dưỡng hòa tan dồi dào có ở thủy vưc nước tĩnh hoặc nước chảy chậm cho phép thực vật thủy sinh cỡ lớn sinh trưởng, cung cấp thức ăn, nơi cư trú và sinh sản cho các sinh vật khác. 10-Feb-15 2 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.2. Yếu tố ảnh hưởng đến sinh vật 3.2.2. Yếu tố nhân tạo  Ảnh hưởng trực tiếp như: đưa chất độc vào nước, làm tăng hàm lượng chất chất rắn lơ lửng, thay đổi sinh cảnh, làm suy giảm lượng ôxy  Ảnh hưởng gián tiếp như: Khả năng bắt giữ kim loại (Chelating capacity) 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.2. Yếu tố ảnh hưởng đến sinh vật 3.2.2. Yếu tố nhân tạo (tiếp ) Ô nhiễm hoặc xáo trộn môi trường nước được thể hiện thông qua: 1. Đặc điểm vật lý 2. Đặc điểm hóa học, 3. Quần thể vi sinh vật và 4. Quần thể động vật KXS đáy Thoái hóa Khoảng cách về cuối nguồn Nước sạch Cửa cống: chất thải đi vào Nước sạch Phục hồi Phân hủy mạnh Tảo Vi khuẩn A và B: Tính chất lý hóa của nước: BOD, O2, Chất rắn hòa tan (Salt), chất rắn lơ lửng (SS) C: Quần thể vi sinh vật: nấm nước thải (Sewage fungus); tảo, vi khuẩn, động vật nguyên sinh (protozoa) D: Quần thể động vật KXS: Giun ít tơ (Tubificidae); Muỗi lắc/chỉ hồng (Chironomus); Chân đều (Asellus) và khu hệ động vật nước sạch (clean water fauna) (Theo Hynes, 1960) 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.2. Yếu tố ảnh hưởng đến sinh vật 3.2.3. Thay đổi đặc điểm của môi trường nước 3.2.3.1. Sự thay đổi đặc điểm vật lý của môi trường nước  Sự xuất hiện hay vắng mặt sinh vật nước phụ thuộc vào đặc điểm vật lý của môi trường và sinh cảnh liên quan  ĐĐ vật lý dễ bị thay đổi bởi các hoạt động của con người như: đắp đê, đào kênh, xây dựng hệ thống mương máng.  Thay đổi tự nhiên xảy ra trong các hoàn cảnh khí hậu và địa lý ở từng địa phương 10-Feb-15 3 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.2. Yếu tố ảnh hưởng đến sinh vật 3.2.3. Thay đổi đặc điểm của môi trường nước 3.2.3.1. Sự thay đổi đặc điểm vật lý của môi trường nước  Nước mưa bão chảy xiết hoặc hạn hán kéo dài dẫn đến sự thay đổi đột ngột hay dần dần sinh cảnh tự nhiên, ví dụ sự gia tăng bồi lắng hoặc rửa trôi lòng sông dẫn đến sự thay đổi khu hệ thực vật và động vật nước.  Sự thay đổi này có thể rất mạnh, bao gồm cả sự biến mất loài nhất thời hoặc lâu dài  Vì vậy cần hiểu rõ chế độ thủy văn khi thiết kế chương trình đánh giá chất lượng môi trường nước, sao cho ảnh hưởng tự nhiên và ảnh hưởng nhân tạo được tách bạch một cách rõ ràng 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.2. Yếu tố ảnh hưởng đến sinh vật 3.2.3. Thay đổi đặc điểm của môi trường nước 3.2.3.2. Sự thay đổi của DO (Dissolved oxygen)  Ôxy là yếu tố quan trọng đối với sự sống, đặc điểm hóa học của môi trường  Nồng độ O2 dưới 100% mức bão hòa có thể thấy ở những hoàn cảnh đặc biệt: đáy hồ giầu chất dinh dưỡng hoặc vào ban đêm ở các dòng sông nước chảy chậm (xem ba hình kế sau đây!) Nồng độ ôxy và chlorophyll a ở hồ Mendota, Minnesota trong năm 1976. Suy giảm ôxy (Oxygen depletion) vào các tháng Bảy (J), Tám (A) và Chín (S) tương ứng với thời kỳ tảo có lượng sinh khối cao (qua chỉ số diệp lục a). Nguyên nhân do sự lắng chìm của tảo xuống đáy hồ (Theo ILEC, 1987-1989) Diệp lục a Tháng Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Đ ộ s âu Biến động của O2 và pH liên quan đến sản lượng tảo ở một dòng sông phú dưỡng (P = Quang hợp; R = Hô hấp) Ô xy h ò a ta n ( D O ) (% b ão h ò a) Thời gian Giờ 10-Feb-15 4 Biến đổi của chu kỳ ôxy hòa tan ở hai khu vực sông Saar có ô nhiễm chất hữu cơ: A: Güdingen (không bị ô nhiễm); B: Völklingen (bị ô nhiễm) (theo Müller và Kirchesch, 1980) Ô xy h ò a ta n ( D O ) Nồng độ ôxy Nồng độ ôxy Thời gian N: Buổi trưa MN: Nửa đêm mức bão hòa Bão hòa 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.2. Yếu tố ảnh hưởng đến sinh vật 3.2.3. Thay đổi đặc điểm của môi trường nước 3.2.3.2. Sự thay đổi của DO (Dissolved oxygen)  Ở các sinh cảnh ôxy có nồng độ thấp thường thấy các loài đã thích nghi với hoàn cảnh này. Trong điều kiện bình thường các loài này thường hiếm nhưng chúng sẽ trở nên phổ biến hơn cùng với mức ô nhiễm và phú dưỡng.  Tuy nhiên nhiều loài có khả năng sống sót khi thiếu ôxy trong thời gian ngắn, rất ít loài chịu được nhiều ngày hoặc nhiều giờ thiếu ôxy.  Khả năng sống sót của sinh vật ở các mức thiếu hụt ôxy khác nhau là cơ sở xác định chỉ số sinh học và phương pháp đánh giá chất lượng nước 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.2. Yếu tố ảnh hưởng đến sinh vật 3.2.3. Thay đổi đặc điểm của môi trường nước 3.2.3.3. Thời gian phơi nhiễm (TG ảnh hưởng)  Thời kỳ nồng độ của chất ô nhiễm có tác dụng/ảnh hưởng  Thời gian này có thể dài hơn (hậu quả) hoặc ngắn hơn (do hiệu ứng hòa tan) thời gian đo được nồng độ cao của chất gây ô nhiễm.  Nồng độ cao có thể chỉ tập trung ở một vị trí nào đó (bờ sông, đáy sông do đó ảnh hưởng đến thời gian phơi nhiễm của các nhóm sinh vật.  Một số loài có phản ứng nhanh với chất độc gây ô nhiễm  chỉ thị tốt  Thời gian tích lũy chất độc ở sinh vật tích tụ thường lâu hơn  phát hiện thay đổi chậm hơn  Phú dưỡng là vấn đề dài hạn. 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.2. Yếu tố ảnh hưởng đến sinh vật 3.2.3. Thay đổi đặc điểm của môi trường nước 3.2.3.4. Nồng độ  Phản ứng sinh lý hoặc tập tính của sinh vật phụ thuộc vào nồng độ các chất tự nhiên hoặc chất ô nhiễm có trong môi trường cũng như thời gian cần thiết để các chất này có tác dụng tới các hệ cơ quan của sinh vật.  Nồng độ gây ra tác động độc hại phụ thuộc vào nhiều yếu tố môi trường: có chất độc khác, thiếu chất dinh dưỡng, các yếu tố vật lý như thay đổi sinh cảnh, trầm tích, khô hạn, thiếu ôxy, tình trạng stress.  thông số có được trong phòng thí nghiệm có thể khác so với thực địa 10-Feb-15 5 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.2. Yếu tố ảnh hưởng đến sinh vật 3.2.3. Thay đổi đặc điểm của môi trường nước 3.2.3.4. Nồng độ  Một số chất có độ độc hại khác nhau đối với các loài khác nhau  Nồng độ cao nhất không gây ảnh hưởng (no observed effect concentration = NOEC) NĐ không quan sát thấy hiệu ứng  NOEL (No Observable Effect Level): Mức ảnh hưởng không quan sát được 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.2. Yếu tố ảnh hưởng đến sinh vật 3.2.3. Thay đổi đặc điểm của môi trường nước 3.2.3.5. Khả năng bắt kim loại Chelating capacity  Khả năng bắt giữ các ion kim loại của hợp chất hữu cơ. Ví dụ axit humic và axit fulvic hoặc EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid). Ví dụ về một axit humic điển hình, có một loạt các thành phần như quinon, phenol, catechol và các nửa đường 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.2. Yếu tố ảnh hưởng đến sinh vật 3.2.3. Thay đổi đặc điểm của môi trường nước 3.2.3.5. Khả năng bắt kim loại Chelating capacity Các hợp chất này có thể từ từ nhả trả lại nước các ion kim loại mà chúng đã bắt giữ Như vậy khả năng bắt giữ kim loại phụ thuộc vào hàm lượng axit humic và các phối tử (ligand) cũng như độ cứng của nước (nồng độ hòa tan chất khoáng như canxi, ma-nhê.). Nhiều can-xi và ma-nhê  nước cứng và ngược lại. 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.2. Yếu tố ảnh hưởng đến sinh vật 3.2.3. Thay đổi đặc điểm của môi trường nước 3.2.3.5. Khả năng bắt kim loại Chelating capacity  Độ cứng có vai trò quan trọng đối với phân bố của sinh vật nước nên nhiều loài là sinh vật chỉ thị cho NƯỚC CỨNG hoặc NƯỚC MỀM  Sinh vật có vỏ can-xi cần hàm lượng can-xi cao chỉ thị cho nước cứng.  Côn trùng bộ Cánh úp (Plecoptera - stoneflies) và một số loài giun dẹt chỉ thị cho loại nước mềm 10-Feb-15 6 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.2. Yếu tố ảnh hưởng đến sinh vật 3.2.3.5. Khả năng bắt kim loại Chelating capacity  Nhu cầu khác nhau có thể thấy ở các loài cùng họ. Ví dụ Gammarus pulex và G. roeseli thích nước cứng, có thể chịu được suy giảm lượng ôxy, trong khi G. fossarum lại mẫn cảm với ô nhiễm chất hữu cơ và thiếu ôxy, nhưng sống sót được ở nơi nước ít cứng hơn  Tuy nhiên G. fossarum không chịu được nước rất mềm.  Loài có họ hàng rất gần Niphargus sống được ở nước mềm, nơi nước sạch có rất ít can-xi Gammarus pulex G. roeseli G. fossarum Niphargus 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.2. Yếu tố ảnh hưởng đến sinh vật 3.2.3.5. Khả năng bắt kim loại Chelating capacity  Độ độc của các chất phụ thuộc vào độ cứng của nước  Độ độc của đồng và kẽm rất khác nhau phụ thuộc vào nồng độ can-xi. Nồng độ can-xi càng cao độ độc càng giảm. Nồng độ kẽm hoặc đồng chấp nhận được theo EU Độ cứng của nước (mg l-1 CaCO3) 10 50 100 500 Total zinc (mg l-1) – Tổng lượng kẽm Đối với nhóm cá hồi 0,03 0,2 0,3 0,5 Đối với nhóm cá chép 0,3 0,7 1,0 2,0 Dissolved copper (mg l-1) Lượng đồng hòa tan Cá hồi+ cá chép 0,005 0,022 0,04 0,112 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.2. Yếu tố ảnh hưởng đến sinh vật 3.2.3.5. Khả năng bắt kim loại Chelating capacity  Kẽm độc hại hơn đối với VI KHUẨN so với các sinh vật khác, kể cả người, vì vậy vi khuẩn  Độ độc của kim loại có thể giảm khi nước có nhiều axit humic do khả năng bắt giữ kim loại của chúng (thường được gọi là “nước nâu” “brown waters” Rio Negro, Brazil) 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.2. Yếu tố ảnh hưởng đến sinh vật 3.2.3. Thay đổi đặc điểm của môi trường nước 3.1.2.6. Độ chua (Acidity)  Một số loài sinh vật mẫn cảm với độ chua hoặc độ kiềm của nước.  Mưa axit có thể làm giảm độ pH, tăng nồng độ nhôm đều gây độc cho động vật không xương sống và cá. 10-Feb-15 7 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.3. Các hiệu ứng sinh học 1. Thay đổi thành phần loài sinh vật nước. 2. Thay đổi nhóm sinh vật ưu thế trong một sinh cảnh 3. Suy giảm số lượng loài – làm nghèo loài 4. Tỷ lệ chết cao ở các giai đoạn mẫn cảm như trứng, con non 5. Chết toàn bộ quần thể 6. Thay đổi tập tính của sinh vật 7. Thay đổi quá trình trao đổi chất • changes in physiological metabolism, and 8. Thay đổi mô và dị dạng hình thái Các hiệu ứng này có thể được kết hợp với phương pháp giám sát và đánh giá sinh học nhằm cung cấp thông tin về những lĩnh vực khác nhau của vấn đề chất lượng nước như: 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.4. Các kiểu tiếp cận trong đánh giá sinh học 1. Tiếp cận sinh thái 2. Phương pháp sử dụng vi sinh vật 3. Tiếp cận sinh lý, sinh hóa 4. Sử dụng sinh vật trong môi trường được kiểm soát – phương pháp sử dụng sinh vật thí nghiệm 5. Tích lũy sinh học 6. Phương pháp phân tích mô và hình thái Đánh giá các phương pháp này trong bảng 3.1 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.5. Phương pháp sinh học đánh giá môi trường nước 1. Cung cấp thông tin hệ thống về chất lượng nước dưới dạng chỉ thị sinh học 2. Quản lý tài nguyên thủy sản 3. Xác định khái niệm nước sạch bằng các tiêu chuẩn sinh học hoặc bằng phương pháp chuẩn 4. Cung cấp cơ chế cảnh báo sớm, ví dụ phát hiện ô nhiễm bất ngờ và 5. Đánh giá chất lượng nước với sự thừa nhận mối quan hệ sinh thái – kinh tế - chính sách 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.6. CHỈ THỊ SH ĐẶC TRƯNG CHO MT NƯỚC 3.6.1. Các loài sinh vật chỉ thị 1. Phải có đặc tính rất nhạy cảm (sensitive) hoặc 2. Có khả năng chống chịu (tolerant) hoặc 3. Có khả năng tích luỹ các độc tố trong cơ thể.  Những loài này vắng mặt hoặc có mặt, có những biến đổi về hình thái, số lượng, sinh lý, tập tính, hoặc được phân tích hàm lượng một số độc tố trong mô cơ thể, được xem xét để đánh giá chất lượng môi trường nước ở đó. 10-Feb-15 8 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.6. CHỈ THỊ SH ĐẶC TRƯNG CHO MT NƯỚC 3.6.1. Các loài sinh vật chỉ thị  Loài mẫn cảm: Hầu hết ấu trùng của các loài côn trùng cánh úp (Plecoptera) được xem là các loài chỉ thị cho môi trường nước sạch (thường ở các suối sạch đầu nguồn). 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.6. CHỈ THỊ SH ĐẶC TRƯNG CHO MT NƯỚC 3.6.1. Các loài sinh vật chỉ thị  Loài chống chịu: Muỗi lắc (Chironomus riparius), giun ít tơ (Tubifex tubifex, Limnodrilus hoffmeisteri) thường được xem là loài chỉ thị cho nước bị ô nhiễm hữu cơ. Chironomus riparius Tubifex 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.6. CHỈ THỊ SH ĐẶC TRƯNG CHO MT NƯỚC 3.6.1. Các loài sinh vật chỉ thị  Loài tích tụ: Thuỷ sinh vật có khả năng tích tụ các muối kim loại: Rêu, thực vật lớn (bèo), tảo Rêu Fontinalis antipyretica tích lũy Cadmium (Cd2+) Lục bình (Eichhornia crassipes)? Bèo cái (Pistia stratiotes) Chlorella vulgaris 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.6. CHỈ THỊ SH ĐẶC TRƯNG CHO MT NƯỚC 3.6.1. Các loài sinh vật chỉ thị 1. Vi khuẩn 2. Tảo Chlorella 3. Bèo dâu 4. Muỗi chỉ hồng 5. Giun ít tơ 6. . 10-Feb-15 9 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.6. CHỈ THỊ SH ĐẶC TRƯNG CHO MT NƯỚC 3.6.2. Các quần xã chỉ thị Thu thập và phân tích các thông số về nơi cư trú của quần xã sinh vật gồm: 1. Thực vật bám (periphyton), 2. Động vật không xương sống đáy cỡ lớn 3. Cá. 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 1. Vi khuẩn - Bacteria 2. Động vật nguyên sinh - Protozoa 3. Tảo - Algae 4. Thực vật • Thực vật lớn – Macrophyta • Thực vật nổi 5. Động vật không xương sống cỡ lớn – Macroinvertebrates 6. Cá Bảng 3.2. Ưu nhược điểm của các nhóm SVCT 3.6. CHỈ THỊ SH ĐẶC TRƯNG CHO MT NƯỚC 3.6.3. Sinh vật chỉ thị môi trường nước chảy 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC Bộ chỉ thị sinh học đầy đủ Việt Nam (Lê Hoàng Anh, 2010) 1. Thực vật nổi (Phytoplankton) 2. Thực vật bám (Periphyton) 3. Thực vật thuỷ sinh lớn (Macrophyta) 4. Động vật nổi (Zooplankton) 5. Động vật KXS đáy cỡ lớn (Macrobenthos) 6. Động vật KXS đáy cỡ trung bình và giun tròn (Nematoda) 7. Cá (Fishes) 3.6. CHỈ THỊ SH ĐẶC TRƯNG CHO MT NƯỚC 3.6.3. Sinh vật chỉ thị môi trường nước chảy 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC Bộ chỉ thị sinh học rút gọn Việt Nam (Lê Hoàng Anh, 2010) 1. Thực vật nổi, 2. Động vật nổi 3. Động vật không xương sống đáy cỡ lớn, Ba loại chỉ thị: 1. Chỉ thị loài, 2. Chỉ số đa dạng và 3. Hệ thống tính điểm BMWP Bảng 3.3. Bộ chỉ thị đầy đủ và rút gọn 3.6. CHỈ THỊ SH ĐẶC TRƯNG CHO MT NƯỚC 3.6.3. Sinh vật chỉ thị môi trường nước chảy 10-Feb-15 10 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.6. CHỈ THỊ SH ĐẶC TRƯNG CHO MT NƯỚC 3.6.4. Sinh vật chỉ thị môi trường nước chảy 3.6.1. Vi khuẩn chỉ thị ô nhiễm phân • Vi khuẩn có liên quan đến sức khoẻ cộng đồng và sự lan truyền qua đường nước • Coliform tổng số, Coliform phân, và E. Coli là các chỉ thị cho điều kiện vệ sinh của nước. • Mẫu nước được kiểm tra Coliform tổng số. • Nếu có Coliform tổng số, mẫu đó sẽ được kiểm tra cả Coliform phân và E.coli. Nếu có coliform phân  ô nhiễm • Nhóm vi khuẩn E.Coli là một nhóm nhỏ thuộc nhóm Coliform phân. • Sự hiện diện của E. Coli trong mẫu nước cho thấy sự ô nhiễm phân, có sự ô nhiễm thời gian gần đây. 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.6. CHỈ THỊ SH ĐẶC TRƯNG CHO MT NƯỚC 3.6.4. Sinh vật chỉ thị môi trường nước chảy 3.6.1. Vi khuẩn chỉ thị ô nhiễm phân  VK coliform tổng số thường được tìm thấy trong môi trường (thực vật, đất) và nhìn chung đều không có hại.  VK coliform phân là nhóm nhỏ trong coliform tổng số. chúng xuất hiện với số lượng lớn ở ruột và phân người, động vật.  E. coli là nhóm nhỏ trong nhóm coliform phân. Hầu hết VK E. coli đều không có hại nhưng chỉ thị cho ô nhiễm phân. Total coliform = coliform tổng số Fecal Coliform = coliform phân Thermotolerant Coliform = chịu nhiệt 3.6.1. Vi khuẩn chỉ thị ô nhiễm phân 1. VSV chỉ thị ô nhiễm phân 1. Nhóm Coliform: đặc trưng là Escherichia coli (E. coli) 2. Nhóm Streptococci: liên cầu, đặc trưng là Streptococcus faecalis nguồn gốc từ người, S. bovis từ cừu, S. equinus từ ngựa. 3. Nhóm Clostridia: khử sunfit đặc trưng là Clostridium perfringens đều dùng để phát hiện sự nhiễm phân trong nước. Tuy nhiên E. coli thường được lựa chọn 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 10-Feb-15 11 o E. coli thường được lựa chọn vì là nhóm quan trọng nhất, có thể xác định được trong điều kiện thực địa; o Xác định dễ hơn so với 2 nhóm khác (ví dụ nhóm Streptococci cần thời gian định ôn lâu, còn Clostridia cần tiến hành ở 800C và lên men 2 lần) 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.6.1. Vi khuẩn chỉ thị ô nhiễm phân Escherichia coli Clostridium perfringens Streptococcus 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.6.1. Vi khuẩn chỉ thị ô nhiễm phân Vi khuẩn gây bệnh: chỉ thị nguồn nước ô nhiễm không thể sử dụng. VK salmonella_typhi gây bệnh thương hàn 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC Số lượng coliform hay E. coli được biểu diễn bằng số khả hữu MPN (Most Probable Number). Chi tiết xem: /asp/image/hoanuocphan2(1).pdf 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.6.1. Vi khuẩn chỉ thị ô nhiễm phân 10-Feb-15 12 Khi cần xác định nước bị nhiễm bẩn bởi phân người hay phân gia súc sử dụng tỉ lệ Fecal coliform trên Fecal streptococci. 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.6.1. Vi khuẩn chỉ thị ô nhiễm phân Fecal coliform E. coli Faecal streptococci Fecal streptococci chủ yếu sống trong ruột động vật. 3.6.2. Động vật nguyên sinh - Protozoa 2. Động vật nguyên sinh (đơn bào) - Protozoa: Sử dụng chất hữu cơ rắn làm thức ăn, có vai trò quan trọng trong chuỗi thức ăn. Dễ thu mẫu. Tính chỉ số hoại sinh do thích nghi tốt ở môi trường giàu chất hữu cơ 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC flaellates colpidium 3. Tảo - Algae: Có khả năng quang hợp, đơn bào hoặc nhánh dài; thực vật nổi (Phytoplankton), sinh vật tự dưỡng, sử dụng carbonic hoặc carbonat cùng phosphate, nitơ và vi lượng (magiê, bo, corban, canxi) để phát triển, sinh vật sống bám (periplankton). 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.6.3. Tảo - Algae 3. Tảo - Algae: • Phát triển mạnh trong điều kiện nước ấm, giàu chất hữu cơ Nitơ và Photpho từ nguồn nước thải sinh hoạt, công nghiệp thực phẩm, phân bón • Có sức chịu đựng với các chất hữu cơ, Đồng nhưng không chỉ thị được cho môi trường ô nhiễm thuốc trừ sâu • Tảo có thể dùng làm chỉ thị cho độ axit, ô nhiễm hữu cơ, phú dưỡng trong hồ hoặc suối. 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.6.3. Tảo - Algae 10-Feb-15 13 3. Tảo - Algae:  Kích thước nhỏ, vì vậy đánh giá sự thay đổi của môi trường dựa theo số lượng lớn cá thể của quần xã tảo có thể tiến hành dễ dàng.  Với loài tảo sống bám trên bề mặt đá đòi hỏi chú trọng trong khâu lẫy mẫu.  Chu kỳ sống ngắn nên không phù hợp để đánh giá tác động môi trường trong thời gian dài. 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.6.3. Tảo - Algae 3.6.2. 3. Tảo - Algae: • Tảo lam Blue Algae: Phormidium, Anabacna, Oscilatoria, Anacystis, Lyngbia, Spirulina. • Tảo lục Green Algae: Careia, Spirogyra, Teraedron, cocum, Chlorella, Stigeoclonium, Chlamydomonas, Chlorogonium, Agmenllum. • Tảo Silic: Nitochia, Gomphonema. • Tảo mắt: Pyro botryp – Phacus, Lepocmena – Eugrema. 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3. Tảo - Algae: • Tảo Chlorella sinh trưởng tốt trong các nguồn nước thải có COD từ 200-700 mg/l (Chemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy hóa học). Phát triển tốt nhất trong nước thải sinh hoạt với COD từ 200-400 mg/l, sinh khối đạt 400-1000mg tảo khô/sau 5-6 ngày. • Tảo Chlorella thể hiện khả năng phân hủy COD và BOD (Biochemical Oxygen Demand- nhu cầu oxy sinh hoá) rất cao đối với nước thải sinh hoạt. • Nuôi trong các bể ở điều kiện phòng thí nghiệm, COD giảm 84%, BOD giảm 90%. 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.6.3. Tảo - Algae 3. Tảo - Algae: • Tảo Chlorella có khả năng loại bỏ N-NH4+, PO4 3-của nước thải sinh hoạt rất cao. Giá trị các chỉ số này trong nước sau xử lý đạt TCVN 5942-1995 về nước mặt. Trong phòng TN N- NH4+ giảm 99% ,PO4 3- giảm 98%. • Tảo Chlorella có khả năng hấp thụ Cu và Zn trong môi trường nước thải tổng hợp. • Hiệu quả loại bỏ Cu đạt 94-95% sau 20 ngày và hiệu quả loại bỏ Zn đạt 97% sau 16 ngày. 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.6.3. Tảo - Algae 10-Feb-15 14 Tảo HOÀNG GIA; Nhật Bản: 1550 viên/hộp. 680.000 VND Tảo lục tiểu cầu Chlorella là một loài vi tảo cực kỳ quý giá,chứa đầy đủ các acid amin, vitamin, khoáng chất đa lượng và vi lượng, các acid béo không no, acid nucleic (RNA và DHA), đặc biệt hàm lượng Cholorophyll cao nhất trong các loài thực vật mà con người được biết đến . Tác dụng: Tốt trong việc đào thải chất độc ra khỏi cơ thể, làm chậm sự lão hoá của tế bào, làm đẹp da, giảm cholesterol, ngăn ngừa ung thư, phòng chống béo phì. 3. Tảo - Algae: xem thêm • Tảo Sphaerolitus chỉ thị cho môi trường giàu protein, glucid, chất béo. Tảo beegiatoa chỉ thị MT nồng độ Hydrogen Sulfat cao. Oscillatoria thuộc ngành tảo lam chỉ thị MT giàu chất hữu cơ. 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.6.3. Tảo - Algae 4. Thực vật • Thực vật lớn (Macrophyta): Bèo, lau, sậy phát triển mạnh ở nước tù, chứa nhiều chất dinh dưỡng  giống như tảo, rong chỉ thị cho hiện tượng phú dưỡng (eutrophication). 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.6.4. Thực vật 10-Feb-15 15 4. Thực vật • Thực vật lớn (Macrophyta): • ảnh Bèo, • ảnh lau, sậy 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.6.4. Thực vật 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 4. Thực vật • Thực vật nổi (Phytoplankton): chỉ thị ô nhiễm nguồn nước do: Ô nhiễm hữu cơ (gây kiệt oxy hòa tan) Phú dưỡng hóa Ô nhiễm do hóa chất độc (kim loại nặng, thuốc bảo vệ thực vật, hydrocacbon dị vòng) Ô nhiễm do dầu, mỡ 3. CHỈ T Ị SINH HỌC MÔI TRƯỜNG N 3.6.4. Thực vật 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 5. Động vật không xương sống cỡ lớn – Macroinvertebrates • Tại sao sử dụng ĐVKXS cỡ lớn 01? • Có nhiều phương pháp khác để phân tích số liệu, dễ thực hiện nhưng thu thập nhiều mẫu gặp khó khăn do phân bố rải rác • ĐVKXSCL sống cố định tại đáy thuỷ vực, chịu tác động trực tiếp của chất lượng nước và chế độ thuỷ văn (oxy hoà tan, ô nhiễm chất hữu cơ, thuốc BVTV, kim loại nặng) 3. CHỈ T Ị SINH HỌC MÔI TRƯỜNG 3.6.5. Động vật không xương sống đáy 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 5. Động vật không xương sống cỡ lớn – Macroinvertebrates – động vật đáy – Vì sao? • Phổ biến trong sông, hồ • Đa dạng về loài • Đặc trưng cho điều kiện thủy văn, cấu trúc nền đáy và chất lượng nước. • Tương đối cố định tại đáy sông, hồ, chịu sự thay đổi liên tục chất lượng nước và chế độ thủy văn trong ngày. • Thời gian phát triển khá lâu (vài tuần đến vài tháng), • Dễ thu mẫu và dễ phân loại. 3. CHỈ T Ị SINH HỌC MÔI TRƯỜNG N 3.6.5. Động vật không xương sống đáy 10-Feb-15 16 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 5. Động vật không xương sống cỡ lớn – Macroinvertebrates – Tại sao 02? • Tích luỹ hóa chất BVTV, kim loại nặng trong mô • Đã có Chỉ số quan trắc sinh học BMWP (Biological Monitoring Working Party) dựa vào số loài và phân bố động vật không xương sống để đánh giá chất lượng nguồn nước 3. CHỈ T Ị SINH HỌC MÔI TRƯỜNG 3.6.5. Động vật không xương sống đáy 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 5. Động vật không xương sống cỡ lớn – Macroinvertebrates – động vật đáy Châu Âu dùng ĐV đáy không xương sống (nghêu, sò, ốc, hến) làm chỉ thị sinh học quan trắc ô nhiễm nước do các nguyên nhân: • Ô nhiễm hữu cơ  suy giảm oxi hòa tan. • Ô nhiễm do các chất dinh dưỡng • Ô nhiễm do kim loại nặng và thuốc bảo vệ thực vật. 3. CHỈ T Ị SINH HỌC MÔI TRƯỜNG N 3.6.5. Động vật không xương sống đáy 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 5. Động vật không xương sống cỡ lớn – Macroinvertebrates – động vật đáy • 3. CHỈ T Ị SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Chironomus Muỗi chỉ hồng Lymnaediae Giun ít tơ Sphaeridae Rận nước Rhyacophilidae 3.6.5. Động vật không xương sống đáy 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 5. Động vật không xương sống cỡ lớn - Macroinvertebrates • Baetis Glossiphonia 3. CHỈ T Ị SINH HỌC MÔI TRƯỜNG N 3.6.5. Động vật không xương sống đáy 10-Feb-15 17 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 5. Động vật không xương sống cỡ lớn - Macroinvertebrates Chironimus Corixidae Dytiscidae 3. CHỈ T Ị SINH HỌC MÔI TRƯỜNG 3.6.5. Động vật không xương sống đáy 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 5. Động vật không xương sống cỡ lớn - Macroinvertebrates • ấu trùng chuồn chuồn mayfly_larva cased - caddis - larva gammarus pulex 3. CHỈ T Ị SINH HỌC MÔI TRƯỜNG N 3.6.5. Động vật không xương sống đáy 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 6. Động vật nổi (Zooplankton) • Là thức ăn giàu dinh dưỡng cho nhiều loại cá ở giai đoạn ấu trùng • là chỉ thị cho nước ô nhiễm hữu cơ 3. CHỈ T Ị SINH HỌC MÔI TRƯỜNG 3.6.6. Động vật nổi 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.6.6. Động vật nổi 10-Feb-15 18 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 6. Động vật nổi Zooplankton • 3. CHỈ T Ị SINH HỌC MÔI TRƯỜNG 3.6.6. Động vật nổi 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 7. Cá: Động vật máu lạnh, nhiều loài có đặc điểm khác nhau về hình thái, thức ăn, sinh sản, phát triển , thích nghi cùng sinh sống trong thủy vực nên có thể sử dụng làm sinh vật chỉ thị: • Chỉ thị tốt cho các tác động lâu dài bởi vì đời sống của cá dài và có khả năng di động (Karr et al. 1986). • Quần xã cá với nhiều kiểu dinh dưỡng (ăn tạp, ăn thực vật, ăn côn trùng, ăn sinh vật nổi, ăn cá con). 3. CHỈ T Ị SINH HỌC MÔI TRƯỜNG N 3.6.7. Cá 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 7. Cá: • Quần xã cá có thể tích hợp các tác động của các mức dinh dưỡng thấp hơn, bởi vậy, cấu trúc quần xã cá có thể phản ảnh sự lành mạnh của môi trường tổng hợp. • Mắt xích cuối của chuỗi thức ăn trong thủy vực. • Dễ thu thập và dễ phân loại được tới loài. • Môi trường sống và đặc điểm phân bố của hầu hết các loài cá đều đã được biết. 3. CHỈ T Ị SINH HỌC MÔI TRƯỜNG 3.6.7. Cá 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 7. Cá: • Nước bị ô nhiễm hữu cơ  giảm sút số lượng loài và số cá thể các loài sống ở tầng nước trên, sau đó đến các động vật đáy. • Axit hóa đến độ pH 4,5-5 làm suy giảm lượng trứng cá và các loài tôm cá nhỏ so với pH trung tính. Độ pH dưới 4 hầu hết cá ăn nổi biến mất. 3. CHỈ T Ị SINH HỌC MÔI TRƯỜNG N 3.6.7. Cá