Sinh học - Chỉ thị sinh học môi trường nước phần sáu – tảo (algae) – 02 tảo – sinh vật chỉ thị

05-Apr-15 1 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC PHẦN SÁU – TẢO (ALGAE) – 02 TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ Nguyễn Thế Nhã 0912.202.305 nhanguyenthe@gmail.com Nội dung chính Sinh vật nổi 1. Loài/chi tảo chỉ thị 2. Chỉ số tỷ lệ giữa các taxon Sinh vật bám 1. Loài/chi tảo chỉ thị 2. Chỉ số tỷ lệ giữa các taxon TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ Sinh vật nổi Tảo – Loài/Chi chỉ thị 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. Các nhóm tảo này thường phát triển ở các thuỷ vực nước đứng như hồ, ao. TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ Sinh vật nổi Tảo – Loài/Chi chỉ thị 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 môi trường giàu dinh dưỡng, hoặc dinh dưỡng trung bình. TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ 05-Apr-15 2 Sinh vật nổi Tảo – Loài/Chi chỉ thị LÊ HOÀNG ANH (2009) – ĐỀ XUẤT BỘ CTHỊ Những chi có mặt ở thuỷ vực không ô nhiễm 1. Aulacoseira 2. Cyclotella 3. Fragilaria 4. Pediastrum 5. Staurastrum 6. Dinobryon TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ Cyclotella Fragilaria Staurastrum Pediastrum Dinobryon Aulacoseira Sinh vật nổi Tảo – Loài/Chi chỉ thị LÊ HOÀNG ANH (2009) – tiếp Những chi có mặt ở thuỷ vực ô nhiễm Vi khuẩn lam (Tảo lam - Cyanophyta) 1. Oscillatoria 2. Lynbya 3. Spirulina 4. Merismopedia 5. Microcystis 6. Phormidium TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ Oscillatoria Lynbya Spirulina Merismopedia Microcystis Phormidium Sinh vật nổi Tảo – Loài/Chi chỉ thị LÊ HOÀNG ANH (2009) – tiếp Những chi có mặt ở thuỷ vực ô nhiễm Tảo lục (Chlorophyta) 1. Chlorella 2. Scenedesmus 3. Teraedron? 4. Stigeoclonium 5. Chlammydomonas 6. Chlorogonium 7. Agmenllum? TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ Chlorella Scenedesmus Stigeoclonium Chlammydomonas Chlorogonium Sinh vật nổi Tảo – Loài/Chi chỉ thị LÊ HOÀNG ANH (2009) – tiếp Những chi có mặt ở thuỷ vực ô nhiễm Tảo silic (Bacillariophyceae) 1. Melosira Tảo mắt (Euglenophyta) 1. Phacus 2. Euglena 3. Pyrobotryp TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ Melosira Phacus Euglena Euglena Euglena 05-Apr-15 3 Sinh vật nổi Tảo – Chỉ số tỷ lệ giữa các taxon Tính toán tỷ lệ về thành phần loài giữa các taxon theo 3 cách để xác định mức độ dinh dưỡng của thuỷ vực: 1. Tỷ lệ giữa các taxon tảo theo Fefoldy Lajos 2. Công thức của Nygaard (1948) 3. Công thức Schroevers (1965) TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ Sinh vật nổi Tảo – Chỉ số tỷ lệ giữa các taxon Theo Fefoldy Lajos (dẫn từ Lê Hoàng Anh (2009)) Sinh vật nổi Tảo – Chỉ số tỷ lệ giữa các taxon 2. Công thức của Nygaard (1948) TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ 𝑄 = 𝐶𝑦 + 𝐶ℎ𝑙 + 𝐶 + 𝐸 𝐷 Trong đó: Q = Chỉ tiêu đánh giá Cy = Cyanophyta (số loài thuộc ngành tảo lam); Chl = Chlorococcales (số loài bộ Chlorococcales, ngành tảo lục); C = Centrales (số loài 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) Sinh vật nổi Tảo – Chỉ số tỷ lệ giữa các taxon Một số công thức khác ngoài đề xuất NH Anh 2. Công thức Nygaard (1945) khác TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ Chỉ số Công thức (số chi/số chi) hoặc (số loài/số loài) Oligotrophic DD TB Eutrophic Phú dưỡng Myxophycean Myxophycean/Desmideae 0.0 – 0.4 0.1 – 3.0 Chlorophycean Chlorococcales/Desmideae 0.0 – 0.7 0.2 – 9.0 Diatom Centric diatoms/Pennate diatoms 0.0 – 0.3 0.0 – 1.75 Euglenophyte Euglenophyta/ (Myxophyceae+Chlorococcales) 0.0 – 0.2 0.0 – 1.0 05-Apr-15 4 Sinh vật nổi Tảo – Chỉ số tỷ lệ giữa các taxon 3. Công thức Schroevers (1965) TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ 𝑄 = 𝐶ℎ𝑙 − 𝐷 𝐶ℎ𝑙 + 𝐷 Trong đó: Q = Chỉ tiêu đánh giá Chl = Chlorococcales (số loài bộ Chlorococcales, ngành tảo lục); D = Desmidiaceae (số loài thuộc họ Desmidiaceae, bộ Desmidiales, ngành tảo lục); 05-Apr-15 5 Sinh vật nổi Tảo – Chỉ số tỷ lệ giữa các taxon Một số công thức khác ngoài đề xuất NH Anh Chỉ số ô nhiễm Palmer (1969) Chỉ số ô nhiễm có giá trị từ 1 đến 5 được gán cho 20 chi tảo chịu được ô nhiễm hữu cơ.  Loại chịu được ô nhiễm tốt nhất nhận giá trị 5, loại chịu ô nhiễm kém nhất được gán giá trị 1. Khi có ≥ 5 tế bào tảo trên mẫu hiển vi, cần xác định tên loài tảo này và gán giá trị tương ứng. Nếu là loài tảo không có trong danh sách 20 chi theo Palmer thì nhận giá trị 0. TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ Chỉ số ô nhiễm Palmer (1969) ► Khi tổng điểm ≥ 20 ô nhiễm hữu cơ cao ► 15-19 ô nhiễm trung bình. ► < 15 hầu như không ô nhiễm hữu cơ † Tuy nhiên cần chú ý khi có ô nhiễm hữu cơ và cả ô nhiễm hóa chất như chlorine tảo chịu được ô nhiễm hữu cơ cao sẽ bị chết Sinh vật nổi Tảo – Chỉ số tỷ lệ giữa các taxon Một số công thức khác ngoài đề xuất NH Anh TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ Chi tảo Điểm số Chi tảo Điểm số Microcystis (Anacystis) 1 Micractinium 1 Ankistrodesmus 2 Navicula 3 Chlamydomonas 4 Nitzschia 3 Chlorella 3 Oscillatoria 5 Closterium 1 Pandorina 1 Cyclotella 1 Phacus 2 Euglena 5 Phormidium 1 Gomphonema 1 Secnedesmus 4 Lepocinclis 1 Stigeoclonium 2 Melosira 1 Synedra 2 Chỉ số Palmer (1969) Tảo - Sinh vật bám – Loài/Chi chỉ thị Quần xã thực vật bám đáy là chỉ thị rất tốt về ô nhiễm cục bộ cho loại thủy vực nước chảy, đặc biệt là suối. Thực vật bám đáy nước ngọt là các loài tảo (thuộc tảo lục, tảo silíc hoặc tảo lam), có dạng đơn bào, hoặc dạng sợi, thường bám trên các giá thể ở đáy như sỏi, đá tảng. Thực vật bám đáy có dạng khảm, dạng màng mỏng, màng dày, sợi. TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ 05-Apr-15 6 Tảo - Sinh vật bám – Loài/Chi chỉ thị  Tảo có tốc độ sinh sản nhanh, chu kỳ sống ngắn, có thể sử dụng làm chỉ thị cho tác động ngắn hạn.  Ảnh hưởng trực tiếp của tác động vật lý & hóa học.  Thu mẫu dễ, rẻ, cần ít người tham gia.  Đã có các phương pháp chuẩn.  Quần xã tảo rất nhạy cảm với các chất gây ô nhiễm mà ảnh hưởng của nó không thể nhìn thấy với các quần xã thủy sinh khác, hoặc chỉ tác động tới các cơ thể khác ở hàm lượng cao hơn (chất diệt cỏ). TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ Tảo - Sinh vật bám – Loài/Chi chỉ thị TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ Điểm Đặc điểm tảo bám và vai trò chỉ thị của chúng 0 – 1,9 Tảo lục dạng sợi dài chỉ thị môi trường nước từ khá tới giàu dinh dưỡng phốt pho, hoặc ni tơ. Thường thấy ở đoạn suối có nước thải từ ao giàu dinh dưỡng hoặc đoạn suối có bùn bám đá. 2 – 3,9 Tảo lục dạng sợi dài chỉ thị môi trường nước từ khá tới giàu dinh dưỡng phốt pho, hoặc nitơ. 4 – 5,9 Quần xã tảo si líc (Diatom) màu nâu nhạt với dạng màng phủ khá dày chỉ thị môi trường nước dinh dưỡng phốt pho và ni tơ ít 6 – 7,9 Quần xã tảo bám bao gồm các loài tảo đơn bào với dạng màng mỏng màu nâu đỏ, hoặc vi khuẩn lam với dạng màng dày hơn, màu nâu tối, chỉ thị cho môi trường nước dinh dưỡng thấp. 8 - 10 Quần xã tảo bám là tảo lục đơn bào, vi khuẩn lam, tảo si líc, dạng màng mỏng màu xanh hoặc nâu tối phủ trên đá, sỏi, chỉ thị môi trường nước sạch với hàm lượng dinh dưỡng thấp, hoặc các nhóm động vật KXS ăn thịt phát triển trong đám sỏi cuội đáy. Tảo - Sinh vật bám – Loài/Chi chỉ thị TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ Các chi trong nhóm tảo bám có thể sử dụng để xác định mức độ ô nhiễm của môi trường nước Loài đặc trưng cho môi trường ít ô nhiễm Loài đặc trưng cho m. trường ô nhiễm vừa Loài có khả năng chống chịu cao với ô nhiễm hữu cơ Achnanthidium minutissimum Bacillaria paxillifera Nitzschia umbonata Aulacoseira granulata Luticola mutica Nitzschia palea Nitzschia amphibia Aulacosseira distans Cyclotella meneghiniana Gomphonema clavatum Luticola goeppertiana Sellaphora minima Nguồn: Đặng Đình Kim và nnk. (2009) Gomphonema exilissimum Tảo - Sinh vật bám – Loài/Chi chỉ thị Các chi trong nhóm tảo bám có thể sử dụng để xác định mức độ ô nhiễm của môi trường nước Loài đặc trưng cho môi trường ít ô nhiễm Achnanthidium minutissimum Aulacoseira granulata Nitzschia amphibia Gomphonema clavatum Nitzschia amphibia Aulacoseira granulata Gomphonema clavatum 05-Apr-15 7 Aulacosseira distans Tảo - Sinh vật bám – Loài/Chi chỉ thị TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ Các chi trong nhóm tảo bám có thể sử dụng để xác định mức độ ô nhiễm của môi trường nước Loài đặc trưng cho m. trường ô nhiễm vừa Bacillaria paxillifera Luticola mutica Aulacosseira distans Luticola goeppertiana Bacillaria paxillifera Luticola mutica Luticola goeppertiana Tảo - Sinh vật bám – Loài/Chi chỉ thị TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ Các chi trong nhóm tảo bám có thể sử dụng để xác định mức độ ô nhiễm của môi trường nước Loài có khả năng chống chịu cao với ô nhiễm hữu cơ Nitzschia umbonata Nitzschia palea Cyclotella meneghiniana Sellaphora minima Gomphonema exilissimum Nitzschia umbonata Nitzschia palea Sellaphora minima Gomphonema exilissimum Cyclotella meneghiniana Kết quả nghiên cứu ở LVS Đáy – Nhuệ Nghiên cứu tại lưu vực sông Đáy – Nhuệ Xác định được 119 loài thuộc 5 ngành: 1. Vi khuẩn lam – Cyanobacteria (hay Tảo lam - Cyanophyta), 2. Tảo Silic (Bacillariophyta), 3. Tảo Lục (Chlorophyta), 4. Tảo Mắt (Euglenophyta) và 5. Tảo giáp (Pyrrophyta). TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ Kết quả nghiên cứu ở LVS Đáy – Nhuệ Nghiên cứu tại lưu vực sông Đáy – Nhuệ TẢO – SINH VẬT CHỈ THỊ • Tảo Mắt (nhiều chi đặc trưng ô nhiễm) cao nhất ở sông Tô Lịch (21%). Tảo Silic (nhiều chi đặc trưng nước sạch) thấp nhất ở Tô Lịch (17%). • Các ngành tảo Lam và tảo Lục tỷ lệ thay đổi không nhiều, do khả năng thích nghi môi trường khá rộng 05-Apr-15 8 Nghiên cứu LVS Đáy – Nhuệ của Lê Hoàng Anh • Tảo Mắt (đặc trưng ô nhiễm) cao nhất ở sông Tô Lịch (21%). • Tảo Silic (đặc trưng nước sạch) thấp nhất ở Tô Lịch (17%). Nghiên cứu LVS Đáy – Nhuệ của Lê Hoàng Anh Nghiên cứu LVS Đáy – Nhuệ của Lê Hoàng Anh Đối chiếu danh sách đề xuất các chi tảo chỉ thị Taxon được đề xuất sử dụng làm chỉ thị Tần suất xuất hiện (%) Các chi thường xuất hiện ở thuỷ vực nước sạch Aulacoseira 0% Cyclotella 11% Fragillaria 15% Pediastrum 24% Staurastrum 6% Dinobryon 0% 05-Apr-15 9 Nghiên cứu LVS Đáy – Nhuệ của Lê Hoàng Anh Đối chiếu danh sách đề xuất các chi tảo chỉ thị 1. Không xuất hiện là các chi Aulacoseira, Dinobryon (chỉ thị thuỷ vực nước sạch), Microcystis, Stigeoclonium, Chlammydomonas, Chlorogonium, Agmenllum (chỉ thị thuỷ vực giầu chất hữu cơ). 2. Xuất hiện với tần suất thấp (6-24%) thuộc nhóm thường ở thuỷ vực nước sạch (Cyclotella, Fragilaria, Pediastrum, Staurastrum), 3. Các chi thuộc đặc trưng cho nhóm thích nghi điều kiện giầu chất hữu cơ, xuất hiện với tần suất cao, thậm chí có chi lên tới 95% (Euglena), 94% (Melosira), 89% (Oscillatorria). CHỌN CÁC CHỈ THỊ TRỰC QUAN CHO HÀM LƯỢNG DIỆP LỤC A CÁC CHỈ THỊ TRỰC QUAN CHO DIỆP LỤC A Độ trong Clarity Tảo Algae Thực vật Plant Species Tình trạng TV Động vật Trong, màu nước trà (tốt) Màu xanh lá cây = Màu xanh lục Phân bố loài thực vật phù hợp với loại thủy vực Tình trạng thực vật bình thường P. bố đều các loài KXS cỡ lớn Độ trong kém Thiếu tảo màu lục-lam (blue green) hoặc bùng nổ tảo lục Phát triển quá mức của thực vật Nước trong Lớp váng xanh lá cây (Green) Không hoặc có ít thực vật (tốt) CÁC CHỈ THỊ TRỰC QUAN CHO DIỆP LỤC A Độ trong Clarity Tảo Algae Thực vật Plant Species Tình trạng TV Động vật Độ xuyên sâu của ánh sáng Phủ thảm tảo nổi hoặc có lớp tảo bám Thành phần loài thực vật Độ sâu chiếu sáng - trong hơn thì tốt Tảo lục nổi hoặc lớp thảm tảo sợi Các đám thực vật phân bố dạng khoang Đĩa Secchi (đĩa hai màu) Tảo sợi màu xanh lá cây (xanh lục) Xuất hiện lớp phủ thực vật thủy sinh lớn 05-Apr-15 10 CÁC CHỈ THỊ TRỰC QUAN CHO DIỆP LỤC A Độ trong Clarity Tảo Algae Thực vật Plant Species Tình trạng TV Động vật Màu Lớp phủ thực vật nổi Độ sâu chiếu sáng Tảo phát triển Tảo phát triển Thực vật nổi hoặc Tảo 9 11 6 1 1 ĐỘ TRONG CỦA NƯỚC – SINH VẬT CHỈ THỊ 1. Độ trong của nước có ảnh hưởng đến lượng sinh khối thủy vực vì ảnh hưởng đến độ sâu ánh sáng có thể chiếu qua nước – ánh sáng là nguồn năng lượng để sinh vật sinh trưởng và phát triển 2. Sử dụng đĩa Secchi đo độ sâu Secchi nhằm xác định độ trong của nước, qua đó xác định tình trạng dinh dưỡng của thủy vực (P, N, Diệp lục) ĐỘ TRONG CỦA NƯỚC – SINH VẬT CHỈ THỊ Đĩa Secchi Mức xâm nhập ánh sáng Có ít tảo Mức xâm nhập ánh sáng Có nhiều tảo ĐỘ TRONG CỦA NƯỚC – SINH VẬT CHỈ THỊ  Thực vật cần ánh sáng để phát triển, độ trong có quan hệ trực tiếp đến độ sâu mà thực vật có thể sống. Xác định độ sâu bằng đĩa Secchi  Nguyên tắc cơ bản (quy tắc ngón tay cái - rule of thumb): thực vật thủy sinh sống được ở độ sâu gấp rưỡi (1,5 lần) độ sâu Secchi, ví dụ độ sâu đo bằng đĩa Secchi là 30cm thì thực vật thủy sinh sống được ở độ sâu 45cm.  Độ trong của nước ảnh hưởng tới sự phát triển của thực vật, nhưng ngược lại thực vật thủy sinh lại ảnh hưởng đến độ trong của nước.  Khi mật độ thực vật chìm dưới nước tăng và che phủ ≥50% đáy thủy vực sẽ có thể ảnh hưởng đến sự gia tăng độ trong của nước. Thực vật sử dụng chất dinh dưỡng có trong nước, “ăn tảo” trôi nổi sống phụ thuộc vào gió, sóng, hoạt động của con người 05-Apr-15 11 ĐỘ TRONG CỦA NƯỚC – SINH VẬT CHỈ THỊ ĐĨA SECCHI  Đĩa Secchi có đường kính nguyên gốc là 30cm, hiện nay thường là 20cm, có hai màu đen trắng (dùng cho nước ngọt) hoặc màu trắng (dùng cho nước mặn). ĐỘ TRONG CỦA NƯỚC – SINH VẬT CHỈ THỊ ĐĨA SECCHI  Thả từ từ đĩa xuống nước cho đến khi không nhìn thấy. Độ sâu từ mặt nước đến vị trí này của đĩa Secchi được gọi là ĐỘ SÂU SECCHI  Độ sâu của nước cất là ≥136,6m  Thích hợp với thủy vực nước tương đối tĩnh Video Sử dụng đĩa Secchi ĐỘ TRONG CỦA NƯỚC – SINH VẬT CHỈ THỊ ĐĨA SECCHI  ĐỘ SÂU SECCHI và Diệp lục tổng số Diệp lục tổng số Đ ộ s âu S ec ch i ( ft =3 0, 48 cm ) ĐỘ TRONG CỦA NƯỚC – SINH VẬT CHỈ THỊ ĐĨA SECCHI Mô hình ĐỘ SÂU SECCHI - Diệp lục tổng số Log(Secchi) = 1,171 – 0,463 Log(Chlorophyll) Trong đó Log = Logarit cơ số 10 Secchi = Độ sâu Secchi trung bình năm theo đơn vị feet (30,48cm) Chlorophyll = Nồng độ diệp lục trung bình năm (μg/L). Được phát triển ở Florida LAKEWATCH data 05-Apr-15 12 ĐỘ TRONG CỦA NƯỚC – SINH VẬT CHỈ THỊ ỐNG ĐO ĐỘ TRONG - ỐNG TRONG SUỐT o Ống đo độ trong được phát triển ở Australia là một công cụ đo độ trong của nước sông suối o Dài gần 70cm (2 feet), đường kính 3,81cm (1½-inch), làm bằng nhựa trong suốt. Hiện nay dài 60-120cm. o Đáy ống có van xả nước. Một nút tròn sơn đen trắng như đĩa Secchi được nút vào đầu dưới của ống – nhìn từ đầu trên thấy hình ảnh của đĩa Secchi ở đáy. ĐỘ TRONG CỦA NƯỚC – SINH VẬT CHỈ THỊ ỐNG ĐO ĐỘ TRONG - ỐNG TRONG SUỐT 1. Ống đo rỗng, nhìn rõ đáy 2. Đổ đầy nước 3. Tháo bớt cho đến khi nhìn thấy Biểu tượng Secchi ĐỘ TRONG CỦA NƯỚC – SINH VẬT CHỈ THỊ ỐNG ĐO ĐỘ TRONG - ỐNG TRONG SUỐT o Để đo độ trong của nước, ống được đổ đầy nước lấy từ điểm quan trắc (sông hoặc suối) o Nhìn vào ống và tháo bớt nước cho đến khi nhìn thấy biểu tượng Secchi o Độ sâu của nước (cm) được xác định dựa vào mức nước ở ống khi nhìn thấy biểu tượng Secchi o Nếu nhìn thấy biểu tượng ngay cả khi ống đầy nước thì độ trong suốt là >60cm. Kỹ thuật đo 1 o Kỹ thuật đo 2 Ống dài 120cm, giá $57.25 05-Apr-15 13 ĐỘ TRONG CỦA NƯỚC – SINH VẬT CHỈ THỊ QUAN HỆ ĐỘ ĐỤC - ỐNG TRONG SUỐT Mực nước ống đo (cm) Đ ộ đ ụ c (N T U ) QUAN HỆ ĐỘ SÂU SECCHI, N, P, DIỆP LỤC Bachmann, M., M. Hoyer, and D. Canfield, Jr. 1999 Độ trong của nước Tình trạng tốt nhất Tình trạng được cải thiện Tình trạng trung bình Tình trạng suy thoái Tình trạng xấu nhất Tình trạng dinh dưỡng Oligotrophic Ít dinh dưỡng Mesoligotrophic Dinh dưỡng Ít-trung bình Mesotrophic Dinh dưỡng trung bình Eutrophic Giàu dinh dưỡng Hypereutrophic Rất giàu dinh dưỡng Độ sâu Secchi (m) >2.5 2.5- 2.5-4 1-2.5 <1 Nồng độ diệp lục a tổng số (µg/L) 40 N tổng số (µg/L) 1500 P tổng số (µg/L) 100