Tài liệu Đánh giá tính khả thi và hiệu quả của bộ chỉ thị sinh học trong quan trắc môi trường

TỔNG CỤC MÔI TRƯỜNG TRUNG TÂM QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG Chuyên đề ĐÁNH GIÁ TÍNH KHẢ THI VÀ HIỆU QUẢ CỦA BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG Người thực hiện: Phạm Thị Kiều Oanh 7629-9 28/01/2010 Hà Nội, 2009 MỤC LỤC Mở đầu ................................................................................................................3 I. Quan trắc môi trường nước tại lưu vực sông ..............................................4 II. Chọn lựa chỉ thị môi trường ........................................................................4 III. Điều tra sinh học, thử nghiệm sinh học, và quan trắc hóa học...............7 III.1. Phát hiện các nhân tố ức chế nhất định gây tác động .............................. 8 III.2. Phát hiện và giới hạn các nguồn nhất định của các nhân tố này ............ 9 III.3. So sánh phương pháp sinh quan trắc và quan trắc lý hóa ...................... 9 III.4. Các nhóm sinh vật thường được sử dụng làm chỉ thị sinh học cho chất lượng môi trường nước ngọt ........................................................................ 11 IV. Quan trắc môi trường và phương pháp dùng sinh vật chỉ thị................14 IV.1. Lợi thế khi dùng cá làm SVCT ................................................................... 16 IV.2. Tầm quan trọng của việc khảo sát nơi cư trú ........................................... 16 IV.3. Chỉ số sinh học.............................................................................................. 17 Kết luận...............................................................................................................23 2 Mở đầu Quan trắc môi trường hiện nay đã là 1 nhiệm vụ thường xuyên, quen thuộc đối với các đơn vị quản lý lưu vực sông cũng như các cơ quan môi trường. Hiệu quả công việc được đặt lên hàng đầu, phải phục vụ mục đích bảo vệ môi trường, khắc phục những ảnh hưởng nghiêm trọng và hạn chế các tác động xấu cho môi trường. Áp dụng bộ chỉ thị sinh học trong quan trắc môi trường lưu vực sông được thực hiện phổ biến ở các nước trên thế giới, và Việt Nam cũng đang bước đầu có những tiến bộ. Hiện nay, công tác này đang trong thời gian thử nghiệm để đưa ra những chuẩn mực về giới hạn lý hóa, và sinh học cho các lưu vực sông. Nghiên cứu thành công sẽ đem lại nhiều ích lợi cho các nhà quản lý cũng như mọi người trong cộng đồng. Việc đánh giá tính khả thi và hiệu quả của nghiên cứu về bộ chỉ thị sinh học trong quan trắc lưu vực sông là rất cần thiết để có định hướng đúng cho các ứng dụng và đảm bảo phát triển bền vững trong tương lai. 3 I. Quan trắc môi trường nước tại lưu vực sông Nội dung chủ yếu Quan trắc môi trường là lấy mẫu lặp lại, đo đạc các chỉ số, ghi nhận, theo dõi, kiểm soát, các thay đổi về chất và lượng của các thành phần môi trường (nước, sinh vật, không khí, đất…) và so sánh với sự biến thiên tự nhiên của thủy vực. Công tác quan trắc môi trường được thực hiện theo tần số và theo mạng lưới điểm quan trắc môi trường sẽ tạo công cụ hữu hiệu trong việc nghiên cứu các diễn biến về môi trường theo thời gian, là cơ sở khoa học để kiểm soát chất lượng môi trường, đặc biệt là những biến đổi có tính quy luật, nhưng phải dựa trên tiêu chuẩn đảm bảo kiểm soát được chất lượng thủy vực. Những chương trình giám sát tốt sẽ xác định được tác động của các hoạt động con người hay các biến động tự nhiên, và đánh giá được hiệu quả của chương trình quản lý và phục hồi tương ứng. Khi kết hợp với nghiên cứu và thử nghiệm thực tế, việc giám sát có thể giúp xác định kỹ thuật quản lý nào là hiệu quả trong việc bảo tồn và phục hồi đa dạng sinh học và kỹ thuật nào không hiệu quả. Đây chính là điểm then chốt của nguyên tắc phát triển bền vững. Mục tiêu quan trắc môi trường để xác định các vấn đề cấp thiết và quan trọng của quốc gia, vùng lãnh thổ nghiên cứu, vì vậy đòi hỏi phải có các nghiên cứu xem xét các yếu tố nào là đặc trưng cho sự biến đổi các thông số và chỉ thị môi trường. Yêu cầu khoa học về số liệu quan trắc bao gồm yêu cầu về độ chính xác số liệu đo đạc, tính đồng nhất giữa các số liệu cần thiết để nghiên cứu sự biến đổi theo không gian và thời gian của yếu tố môi trường cần đánh giá. Đồng thời cũng cần xác định các đặc trưng của nguồn biến đổi hoặc cơ chế biến đổi trong môi trường phụ thuộc vào nguồn ô nhiễm, các tác động tự nhiên và nhân sinh gây ra biến đổi môi trường. Ngoài ra, các số liệu quan trắc phải có tính đặc trưng cho khu vực quan trắc và phải phục vụ cho mục tiêu xác định các thông số yêu cầu. II. Chọn lựa chỉ thị môi trường Việc chọn lựa các chỉ thị dựa trên tính phù hợp, khả năng kỹ thuật và tính khả thi; sự sai khác giữa các vùng địa lý nên ảnh hưởng tới việc chọn 4 lựa các chỉ thị. Bộ chỉ thị đầy đủ đề xuất cho 1 khu vực nào đó cần được thử nghiệm để xác định tính bổ khuyết lẫn nhau giữa các chỉ thị để xem các chỉ thị đó có bao quát đầy đủ các vấn đề chính hay không. Ví dụ, có nhiều chỉ thị khác nhau cho cùng những vùng tương tự nhau, có thể chỉ nên xây dựng 1 chỉ thị hoặc tập hợp con các chỉ thị. Tốt hơn là nhóm nhiều biến số thành 1 chỉ thị hoặc kết hợp 1 số chỉ thị đã đề xuất thành các chỉ số. Những đặc tính quan trọng của dạng chỉ thị gồm: (i) phản ứng có thể đo lường được có thể xem như sự phản hồi đầy đủ về điều kiện sinh thái hoặc tình trạng nguyên vẹn ở 1 vị trí hay 1 vùng; (ii) nơi quần xã hay nhóm loài có thể tụ tập, cùng với các điều kiện môi trường được phân tích dùng nhiều trong các qui trình nghiên cứu; (iii) cách thức thu mẫu và phân tích dữ liệu được chuẩn hóa tối đa, (iv) phản ứng được xác định nhanh chóng, rẻ tiền với kết luận nhanh; (v) kết quả dễ hiểu cho cả những người không phải là nhà khoa học; và (vi) phản ứng có giá trị đặc trưng. Một hệ thống dựa trên sự tương thích giữa các vùng, vị trí tham khảo được xem xét thích hợp hơn trong: - Tham khảo các nhóm vị trí sinh học được xác định dựa trên sự phân loại thu từ những vùng tương tự. - Những mối liên quan được phát triển giữa tính biến thiên của môi trường và các nhóm sinh học. - Sự dự báo được hình thành từ thành phần phân loại ở ở vị trí môi trường biến đổi - Những so sánh được tạo ra từ thành phần quần xã dự báo hay mong muốn với vị trí kiểm tra và thông báo bằng các chỉ số chuẩn. Một chỉ thị cảnh báo sớm có thể được mô tả như phản ứng sinh học, vật lý, hóa học có thể đo lường được trong mối quan hệ với các tác động chống lại xảy ra trong hệ đang quan tâm. Khái niệm nền tảng của chỉ thị cảnh báo sớm là cho những tác động có thể được kháng lại, chỉ ra sự tấn công của những tác động đến môi trường hiện tại. Cảnh báo sớm để tạo cơ hội cải tạo môi trường trước khi xảy ra những tác hại nghiêm trọng. 5 Những thuộc tính lý tưởng của chỉ thị cảnh báo sớm được thảo luận rộng rãi , và được tổng hợp thành dạng đầy đủ như dưới đây: • Phòng ngừa: xảy ra ở những mức bộ phận về mặt sinh học và sinh lý, đưa ra chỉ thị về sự thoái hóa hoặc 1 vài dạng tác động biến đổi trước khi xảy ra những tác hại nghiêm trọng cho môi trường. • Nhạy cảm: trong việc phòng ngừa những tác động nghiêm trọng trước khi chúng xảy ra, 1 chỉ thị cảnh báo sớm phải phải nhạy cảm với nồng độ thấp, hoặc những giai đoạn sớm lan tràn. • Đặc trưng. • Tính ứng dụng phổ biến: nói cách khác, 1 chỉ thị cảnh báo sớm cần dự đoán tác động có thể xảy ra từ mức độ nhỏ các chất ức chế. • Tương quan với những tác động môi trường tức thời: các tri thức quan trọng mà được trinh bày về chất ức chế, sau đó sự biểu hiện của phản ứng, thậm chí dẫn đến tác động môi trường nghiêm trọng. • Tác động có giá trị và kịp thời: cần cung cấp thôngtin nhanh chóng để việc quản lý tác động ban đầu ưu tiên cho những tác động môi trường quan trọng xảy ra, và không quá đắt để đo đạc trong khi cung cấp tối đa thông tin trong mỗi đơn vị tác động. • Liên quan vùng và địa phương: cần có mối tương quan giữa hệ sinh thái được khảo sát và giá trị thu được và hàm lượng dự đoán. • Dễ đo đạc: nên áp dụng quy trình chuẩn từ nguồn đáng tin cậy và sai xót thấp. • Không thay đổi về không gian và thời gian: có thể trong phạm vi thay đổi nhỏ và cần phân biệt những phản ứng lại với tác động có nguồn gốc từ con người, không phải bởi nhân tố tự nhiên (tần số cao: tỷ lệ tiếng ồn). • Không phá hủy: giá trị đo được từ chỉ thị không được phá hủy hệ sinh thái đang khảo sát. Tầm quan trọng của những thuộc tính trên không thể được nhấn mạnh quá mức, vì những khảo sát thực tế hay sự suy thoái tiềm năng môi trường 6 chỉ tác động như những chỉ thị được chọn lựa để thử nghiệm chúng. Tuy nhiên, cần nhấn mạnh rằng không thể có 1 chỉ thị sinh học cảnh báo sớm sở hữu tất cả những thuộc tính trên. Trong nhiều trường hợp 1 vài trong số chúng sẽ xung đột với nhau hoặc không thể có được. Ví dụ, 1 dấu hiệu sinh hóa có thể cho thấy chỉ thị quan trọng về sự lan tràn ô nhiễm, nhưng không tương quan với những tác động của các bộ phận sinh học ở mức độ cao hơn. Ngoài ra, dấu hiệu sinh học không thể được áp dụng cho những dạng ô nhiễm khác. Tương tự, 1 chương trình quan trắc dài kỳ có thể mang lại dữ liệu cơ bản sẽ quan sát được, nhưng không thể mang lại cả 2 giá trị về thời gian và tác động. Sau đó không phải tất cả các thuộc tính có được ở mỗi nhân tố. Vì vậy, chọn lựa những thuộc tính phù hợp hơn với mục đích riêng, những chỉ thị được chọn lựa dựa trên những thuộc tính đó. Từ đó có định hướng để đưa ra các tiêu chí xây dựng bộ chỉ thị sinh học. III. Điều tra sinh học, thử nghiệm sinh học, và quan trắc hóa học Khảo sát chất lượng nước dựa trên cách tiếp cận việc khảo sát ÔN, cần các dữ liệu khác nhau. Công nghệ điều tra sinh học như cách thức khảo sát nhanh RBP, được dùng phổ biến để phát hiện sự suy kiệt đời sống thủy sinh và tính khắc nghiệt khác. Sự suy kiệt được phát hiện ngay lập tức nhưng thêm vao các dữ liệu sinh thái là các kiểm tra hóa học , sinh học (độ độc hại) hữu ích để nhận biết nhân tố nguyên nhân, nguồn của chúng. Tập hợp thông tin từ các dữ liệu đó cũng như từ khảo sát nơi cư trú, nghiên cứu thủy văn, và kiến thức về dùng đất là rất hữu ích để đưa ra kết luận toàn diện khảo sát tác động từ 5 nhân tố cốt yếu. Biosurvey quan trọng cho việc đánh giá hiệu lực của các chỉ số kiểm soát. Biosurvey có thể được dùng trong 1 kế hoạch và chương trình quản lý để ưu tiên vấn đề chất lượng nước đối với những khảo sát khó khăn và để có tài liệu dẫn chứng về sự phục hồi sinh học sau quá trình kiểm soát và các hoạt động khôi phục. Những lợi ích của việc sử dụng biosurvey cho dạng quan trắc này: Các quần thể sinh học phản ánh tính toàn vẹn sinh thái (tính nguyên vẹn sinh học, hóa học, vật lý…). Vì vậy những kết quả của 7 biosurvey khảo sát trực tiếp tình trạng của sự liên quan lòng sông với mục đích chính của Cwa. Các quần thể sinh học chịu đựng các tác động các chất ức chế khác nhau và vì vậy cung cấp 1 phạm vi lớn tác động cùng lúc của chúng. Các quần thể chịu đựng các chất ức chế và cung cấp 1 chỉ số sinh thái của các điều kiện môi trường thay đổi. Quan trắc thường xuyên các quần thể sinh học là khá rẻ khi so sánh với giá trị của việc khảo sát các chất độc gây ô nhiễm môi trường, cả kiểm tra hóa học và kiểm tra độc tố. Tình trạng các quần thể sinh học có liên quan trực tiếp đến cộng đồng như 1 chỉ số của môi trường ô nhiễm. Nơi tiêu chuẩn cho các tác động nhất định xung quanh không tồn tại ( như các tác động không phải nguồn điểm mà suy thoái môi trường sống), các quần thể sinh học có thể có ý nghĩa định lượng. Các phương pháp điều tra sinh học (biosurvey) có lịch sử áp dụng lâu dài cho quan trắc “tiền đề và hậu kỳ”. Tuy nhiên, những bước trung gian trong kiểm soát ô nhiễm ví dụ nhận dạng các nguyên nhân và các nguồn giới hạn, cần tập hợp thông tin về các dạng hóa học, vật lý, độc tố và dữ liệu biosurvey. Những dữ liệu này cần để: III.1. Phát hiện các nhân tố ức chế nhất định gây tác động: Đây là nhiệm vụ khá đơn giản, đưa ra 1 danh sách các chất quan trọng có nguy cơ gây ô nhiễm (có thể các hợp chất khi chúng kết hợp với nhau), có vẻ như vừa khó vừa tốn kém. Trong các trường hợp các yếu tố ức chế hóa học nhất định được hiểu biết ít hoặc quá phong phú để khảo sát riêng rẽ, xét nghiệm độc tố được dùng để tạp trung việc tiêu thụ hóa học hoặc nhận biết các yếu tố ức chế chung (các độc tố tác động và lân cận). Với những nơi suy thoái môi trường sống đang lan tràn, cần kết hợp biosurvey và khảo sát vật lý nơi sống. III.2. Phát hiện và giới hạn các nguồn nhất định của các nhân tố này: 8 Mặc dù điều tra sinh học có thể được dùng để định vị nguồn tác động, các phân tích hóa học và/hoặc kiểm tra độc tố hữu ích để xác nhận các nguồn điểm và phát triển giới hạn nguồn thải tương ứng. những tác động bởi các nhân tố khác ô nhiễm hóa học sẽ cần dữ liệu sinh thái khác. III.3. Thiết kế biện pháp phù hợp để thấy được các giới hạn bắt buộc tuân theo trong quan trắc: Những điều kiện thuận lợi được thiết kế để chuyển các thành phần hóa học được nhận dạng bằng 1 tác động nhất định. Dữ liệu hóa học được yêu cầu để đánh giá hiệu quả biện pháp. Đối với 1 vài mức độ, 1 kết quả điểm sinh học cuối từ kiểm tra độc tố có thể được dùng để định lượng hiệu quả sự phối hợp các biện pháp và có thể lưu lại như 1 quy mô thiết kế. Sinh quan trắc môi trường là ứng dụng đa dạng sinh học làm công cụ đánh giá chất lượng môi trường về khía cạnh cấu trúc và chức năng của hệ sinh thái thủy vực. Quan trắc sinh học là một công cụ hiệu quả về mặt kinh tế hỗ trợ cho các phương pháp lý hóa thông thường. Sinh quan trắc môi trường đặc biệt hữu ích trong nghiên cứu thay đổi do chế độ thủy triều, khu vực có nồng độ ôxi thấp và thừa dinh dưỡng, hàm lượng coliform cao. Đánh giá sự có mặt các kim loại nặng trong môi trường nước thông qua phân tích hóa lý thành phần tích tụ trong cơ thể các loài chỉ thị cũng cho kết quả tương đối chính xác. III.4. So sánh phương pháp sinh quan trắc và quan trắc lý hóa Để đánh giá và giám sát chất lượng môi trường thủy vực, người ta có thể sử dụng các phương pháp quan trắc lý - hóa học và phương pháp quan trắc sinh học. Trong khi phương pháp lý - hóa học là sử dụng các tiêu chuẩn lý - hóa đã được thừa nhận hay quy định để đánh giá, xác định nguyên nhân của sự thay đổi môi trường thì phương pháp sinh học chủ yếu tập trung vào ảnh hưởng của sự thay đổi đó lên đời sống sinh vật thông qua đánh giá chất lượng môi trường và dự đoán biến đổi sắp tới dựa trên sự có mặt hay vắng mặt, độ nhiều ít, sự biến đổi về hành vi hay về sinh hóa của SVCT. Mặc dù có nhiều ưu điểm như xác định được nguyên nhân và định lượng nguồn ô nhiễm, dễ biểu thị tính toán bằng số học nhưng phương pháp 9 lý - hoá học cũng bộc lộ nhược điểm: Các phương pháp quan trắc hiện tại không đáp ứng được mục tiêu bảo vệ các hệ sinh thái dưới nước vì một số lý do sau: Thứ nhất, quan trắc hóa lý chỉ đo được một số thông số có thể phân tích trong phòng thí nghiệm, không xác định được tất cả các yếu tố trên thực tế có tác động đến môi trường sinh thái và các quần xã thủy sinh (bao gồm hạn chế về nơi cư trú, tác động phát sinh do nhiều nguồn thải cùng lúc…). Vì vậy phương pháp này chỉ phù hợp cho các đánh giá thực tế để thu được những kết quả dự kiến. Mặt khác các phương pháp quan trắc dựa vào những thông số hóa lý đơn lẻ còn bộc lộ những hạn chế khác như: chúng được xây dựng để phân tích nhằm đánh giá một nhóm nhỏ các tác nhân ô nhiễm nên không xác định được tích tụ sinh học và những ảnh hưởng không trực tiếp (như do chuỗi thức ăn, đấu tranh sinh học…) cũng như sự thay đổi nồng độ các chất độc hại trong môi trường nước do tiếp nhận nguồn nước có chứa lưu lượng các chất độc hại thay đổi. Bên cạnh đó phương pháp quan trắc dựa vào các thông số hóa lý không thể đánh giá được tác động do thay đổi môi trường sinh sống và ảnh hưởng do các nguồn ô nhiễm “không độc hại”, cụ thể là từ các nguồn diện (như trầm tích, chất dinh dưỡng), có tác động rõ rệt lên chiều dài các con sông. Trước đây việc ứng dụng các sinh vật làm chỉ thị cho quan trắc môi trường ít được quan tâm đến vì chúng được coi là quá đa dạng và phức tạp để có thể sử dụng làm các công cụ hữu ích và đáng tin cậy, kết quả thu được từ chúng khó đánh giá và sử dụng như các thông số hóa lý thông thường. Tuy nhiên so với phương pháp hóa lý thông thường khó phát hiện được nguồn ô nhiễm mang tính chất tạm thời trong thời gian ngắn lại đòi hỏi cần có các thiết bị phân tích hiện đại và chuyên viên phân tích chuyên nghiệp thì phương pháp quan trắc sinh học sử dụng sinh vật chỉ thị ngày càng trở nên quan trọng như một phần bổ sung, thậm chí thay thế cho những phân tích hóa học để đánh giá và giám sát chất lượng môi trường thủy vực. 10 Phương pháp sinh học sử dụng sinh vật chỉ thị đánh giá và giám sát chất lượng môi trường mới phát triển thời gian sau này nhưng tỏ ra có nhiều ưu điểm. Theo nghiên cứu của Cục bảo vệ môi trường Mỹ thì các ưu điểm nổi bật của phương pháp quan trắc môi trường sử dụng các sinh vật chỉ thị so với phương pháp phân tích hóa lý thông thường thể hiện ở các điểm sau: - Các chỉ thị sinh học có thể phản ánh những biến đổi có tính tích tụ phản ánh trên cấu trúc và thành phần loài của chính những sinh vật chỉ thị đó; Thông tin được lấy từ quan trắc sinh học thông qua phân tích cơ thể các loài thủy sinh và quần xã sinh vật sinh sống trong môi trường thủy sinh. - Các biến đổi theo thời gian trong cấu trúc thành phần loài, phản ứng thích nghi với các biến đổi môi trường của các sinh vật chỉ thị biểu hiện tác động tổ hợp các yếu tố môi trường mà quan trắc lý hóa thông thường không phát hiện được, cả tức thời và dự báo những tác động có thể trong tương lai. Sự sai khác về các yếu tố thủy sinh học giữa các khu vực liền kề phụ thuộc không chỉ vào chất lượng môi trường nước mà còn phụ thuộc vào tập tính và sinh cảnh thích hợp của mỗi nhóm thủy sinh vật. Loại bỏ được các yếu tố khách quan tự nhiên trên có thể sử dụng thủy sinh vật chỉ thị cho chất lượng môi trường nước. Quan trắc và đánh giá chất lượng nước bằng sinh vật chỉ thị đã có truyền thống và hiện được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới và trong khu vực như Anh, Ý, Ấn Độ, Trung Quốc...Ở Việt Nam, mặc dù việc khảo sát các thủy vực đã được tiến hành từ lâu, nhưng các nghiên cứu sử dụng SVCT đánh giá môi trường chủ yếu mới dừng ở mức đánh giá định tính, có rất ít chỉ số sinh học phù hợp để đánh giá chất lượng môi trường. Dùng sinh vật chỉ thị vào nghiên cứu chất lượng môi trường các thủy vực có thể mở ra một hướng phát triển mới và đem lại nhiều hiệu quả cho công tác theo dõi và bảo bảo vệ môi trường ở nước ta. III.5. Các nhóm sinh vật thường được sử dụng làm chỉ thị sinh học cho chất lượng môi trường nước ngọt: Trong môi trường nước ngọt phân bố rất nhiều quần xã động thực vật đa dạng về cả chủng loại và phân bố. Trong nghiên cứu loài ứng dụng làm sinh vật chỉ thị quan trắc chất lượng nước có một số nhóm thường được lựa chọn phân tích dựa theo các tiêu chí đã nêu ở phần trên, bao gồm: 11 1. Vi khuẩn: Một số vi khuẩn được nghiên cứu vì sự liên quan của chúng trong vấn đề sức khoẻ cộng đồng và sự lan truyền qua đường nước ngọt. Nhóm vi khuẩn E.Coli được coi như là các chỉ thị để đánh giá chất lượng vệ sinh của nước uống. Tuy nhiên đối với vi khuẩn khó phân biệt giữa tế bào sống và tế bào chết. Quá trình phân tích kết quả đòi hỏi phải có kiến thức chuyên ngành sâu, do đó giảm tính ứng dụng của phương pháp. 2. Động vật nguyên sinh: Giống như vi khuẩn, động vật nguyên sinh có ưu điểm là tương đối dễ thu mẫu, thích nghi với môi trường giàu chất hữu cơ. Nhóm này đã được một số nhà nghiên cứu sử dụng trong việc xây dựng chỉ số hoại sinh. 3. Tảo: Tảo được chọn là sinh vật chỉ thị do đặc tính hầu như không chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi tác nhân lý hoá. Với ưu thế kích thước nhỏ, việc đánh giá những thay đổi trên một số lượng lớn cá thể của quần xã tảo có thể tiến hành dễ dàng. Tảo có thể dùng làm chỉ thị cho độ axit, ô nhiễm hữu cơ, phú dưỡng trong hồ hoặc suối. Việc thu mẫu vi tảo dễ, không tốn kém. Tuy nhiên với loài tảo sống bám trên bề mặt đá thì đòi hỏi chú trọng trong khâu lẫy mẫu. Mặt khác, chu kỳ sống của tảo ngắn nên không phù hợp để đánh giá tác động môi trường trong thời gian dài. 4. Cá: Cá là một chỉ thị tốt cho thuỷ vực rộng với mục tiêu đánh giá các tác động lâu dài vì vòng đời dài và khả năng di chuyển xa của chúng. Quần xã cá gồm nhiều loài với các bậc dinh dưỡng khác nhau như loài ăn cỏ, ăn côn trùng, ăn sinh vật nổi, ăn thịt. Chúng có khả năng bị ảnh hưởng bởi mức dinh dưỡng thấp hơn. Vì vậy cấu trúc các nhóm cá là sự phản ứng thích nghi với chất lượng môi trường. Ngoài ra các tác nhân vật lý như nhiệt độ, pH, hàm lượng ôxy hoà tan, dòng chảy…cũng có thể làm thay đổi thành phần 12 các loài cá.(Lê Thu Hà, 2003, Thành phần các taxon động vật không xương sống cỡ lớn và sử dụng chúng làm sinh vật chỉ thị đánh giá chất lượng nước từ suối Tam Đảo đến sông Cà Lồ, Luận án tiến sĩ.ĐHKHTN) Tuy nhiên việc sử dụng cá làm chỉ thị có những hạn chế nhất định như khó thu mẫu ở các sông sâu và dòng chảy nhanh. Mặc dù các đơn vị phân loại và đặc điểm sinh thái học nhiều loài cá được biết đến rộng rãi nhưng để định loại và nhận dạng chúng đòi hỏi người có kiến thức chuyên ngành. 5. Động vật không xương sống cỡ lớn: Động vật không xương sống cỡ lớn ở các vùng nước chảy được xem là có kích thước đủ lớn có thể quan sát bằng mắt thường, có thể đánh bắt được bằng sàng có kích thước mắt lưới từ 250-1000µm. Thực tế chúng thường có kích thước lớn hơn 1mm. Động vật không xương sống cỡ lớn rất phong phú và dễ gặp ở tất cả hệ thống sông suối. Chúng là nguồn thức ăn chính của rất hầu hết các loài cá, và chúng cũng là sinh vật tiêu thụ những mảnh vụn hữu cơ nhỏ trong nước ngọt. Trong hệ sinh thái nước sông, động vật không xương sống cỡ lớn có phân bố từ các sinh vật sản xuất bậc 2 cho đến sinh vật ăn thịt bậc cao. Hầu hết các loài động vật không xương sống cỡ lớn đều nhạy cảm và có những phản ứng trước sự thay đổi tự nhiên và nhân tạo của môi trường. Chúng không chỉ bị ảnh hưởng bởi các loại hình ô nhiễm khác nhau như phú dưỡng, ô nhiễm hữu cơ, axit hoá mà còn bị tác động bởi các hoạt động làm thay đổi điều kiện sống khác như đào kênh, nuôi trồng thuỷ sản, điều chỉnh dòng chảy.(Lê Văn Khoa và các tác giả. 2002. Khoa học môi trường.NXB Giáo dục) Phần lớn các loài có có chu kỳ sống dài khoảng một năm trở lên. Các sinh vật mẫn cảm và các sinh vật trong giai đoạn nhạy cảm của vòng đời sẽ phản ứng rất nhanh với áp lực môi trường, còn toàn bộ quần xã sẽ phản ứng chậm hơn. Động vật không xương sống cỡ lớn dễ thu mẫu và định loại. Mẫu có thể thu bằng những dụng cụ đơn giản, không tốn kém. Các đơn vị phân loại 13 của động vật không xương sống cỡ lớn được biết đến nhiều và khoá định loại có sẵn phù hợp với phương pháp thực nghiệm trong quan trắc sinh học. Tuy nhiên, do phân bố quần xã động vật không xương sống cỡ lớn rộng nên yêu cầu lấy số mẫu phải khá lớn để đạt độ chính xác trong việc đánh giá sự phong phú của quần xã. Sự phân bố và phong phú này không chỉ phụ thuộc vào chất lượng nước mà còn phụ thuộc vào các yếu tố tự nhiên khác như cấu trúc nền đáy, vận tốc dòng chảy. Vì vậy đòi hỏi phải có sự am hiểu về sinh thái học của từng loài. IV. Quan trắc môi trường và phương pháp dùng sinh vật chỉ thị Trước đây việc ứng dụng các sinh vật làm chỉ thị cho quan trắc môi trường ít được quan tâm đến vì chúng được coi là quá đa dạng và phức tạp để có thể sử dụng làm các công cụ hữu ích và đáng tin cậy, kết quả thu được từ chúng khó đánh giá và sử dụng như các thông số hóa lý thông thường. So với phương pháp hóa lý thông thường khó phát hiện được nguồn ô nhiễm mang tính chất tạm thời trong thời gian ngắn lại đòi hỏi cần có các thiết bị phân tích hiện đại và chuyên viên phân tích chuyên nghiệp thì phương pháp quan trắc sinh học sử dụng sinh vật chỉ thị ngày càng trở nên quan trọng như một phần bổ sung, thậm chí thay thế cho những phân tích hóa học để đánh giá và giám sát chất lượng môi trường thủy vực. Phương pháp sinh học sử dụng sinh vật chỉ thị đánh giá và giám sát chất lượng môi trường mới phát triển thời gian sau này nhưng tỏ ra có nhiều ưu điểm. Theo nghiên cứu của Cục bảo vệ môi trường Mỹ thì các ưu điểm nổi bật của phương pháp quan trắc môi trường sử dụng các sinh vật chỉ thị so với phương pháp phân tích hóa lý thông thường thể hiện ở các điểm sau: - Quan trắc môi trường dùng sinh vật chỉ thị thường đơn giản, dễ áp dụng, không đòi hỏi hệ thống máy móc phân tích phức tạp cũng như người phân tích phải có trình độ chuyên môn sâu. Nó ứng dụng đa dạng sinh học làm công cụ đánh giá chất lượng môi trường về khía cạnh cấu trúc và chức năng của hệ sinh thái thủy vực. Đây là công cụ hiệu quả về mặt kinh tế, có thể hỗ trợ cho các phương pháp lý hóa thông thường. 14 - Các chỉ thị sinh học có thể phản ánh những biến đổi có tính tích tụ phản ánh trên cấu trúc và thành phần loài của chính những sinh vật chỉ thị đó; Thông tin được lấy từ quan trắc sinh học thông qua phân tích cơ thể các loài thủy sinh và quần xã sinh vật sinh sống trong môi trường thủy sinh, có thể phát hiện được các dạng ô nhiễm có hàm lượng rất nhỏ trong môi trường có tính tích lũy trong cơ thể sinh vật. Sinh quan trắc môi trường đặc biệt hữu ích trong nghiên cứu thay đổi do chế độ thủy triều, khu vực có nồng độ ôxi thấp và thừa dinh dưỡng, hàm lượng coliform cao. Đánh giá sự có mặt các kim loại nặng trong môi trường nước thông qua phân tích hóa lý thành phần tích tụ trong cơ thể các loài chỉ thị cũng cho kết quả tương đối chính xác. - Các biến đổi theo thời gian trong cấu trúc thành phần loài, phản ứng thích nghi với các biến đổi môi trường của các sinh vật chỉ thị biểu hiện tác động tổ hợp các yếu tố môi trường mà quan trắc lý hóa thông thường không phát hiện được, cả tức thời và dự báo những tác động có thể trong tương lai. Sử dụng sinh vật làm chỉ thị sinh học là một phương pháp hữu hiệu trong quan trắc môi trường nước vì đặc tính các sinh vật khác nhau có phản ứng khác nhau trước sự thay đổi điều kiện môi trường. Tính chỉ thị môi trường của sinh vật dựa trên khả năng chống chịu của sinh vật với tác động tổng hợp của các yếu tố phi sinh học trong môi trường sống của chúng. Chính vì vậy mà phương pháp quan trắc dùng sinh vật chỉ thị ngày càng được các nhà quản lý môi trường quan tâm phát triển và ứng dụng làm công cụ hỗ trợ, có thể là thay thế cho các phương pháp quan trắc dùng các thông số hóa lý thông thường. Chúng cho phép quan trắc các tác động do nguồn ô nhiễm dạng điểm và diện trên phạm vi rộng lớn, nhanh chóng và với mức chi phí thấp. Hơn thế, trong khi các phép phân tích hóa lý chỉ đánh giá được kết quả tại thời điểm lấy mẫu thì những biểu hiện trên cá thể sinh vật phản ánh tác động lâu dài, đôi khi khó nhận biết bằng phương pháp phân tích hóa lý do hàm lượng chất ô nhiễm nhỏ. Nói vậy không đồng nghĩa với việc quan trắc dùng sinh vật chỉ thị có thể thay thế hoàn toàn phương pháp quan trắc dùng các thông số lý hóa truyền thống. Sự sai khác về các yếu tố thủy sinh học giữa các khu vực liền kề phụ thuộc không chỉ vào chất lượng môi trường nước mà còn phụ thuộc 15 vào tập tính và sinh cảnh thích hợp của mỗi nhóm thủy sinh vật. Vì vậy phân tích các dấu hiệu ô nhiễm trên các nhóm sinh vật chỉ thị cần quan tâm đến các yếu tố chi phối trên. Loại bỏ được các yếu tố khách quan tự nhiên đòi hỏi cần có các thông tin lý hóa cơ bản làm cơ sở để đánh giá, có vậy mới có thể sử dụng thủy sinh vật chỉ thị cho chất lượng môi trường nước một cách hiệu quả và hợp lý. IV.1. Lợi thế khi dùng cá làm SVCT Cá là chỉ thị tố cho các tác động trong thời gian dài (vài năm) và có điều kiện cư trú rộng vì chúng có đời sống khá dài và di động. Tập hợp cá thường gồm các loài đại diện cho bậc dinh dưỡng (động vật ăn cỏ, động vật ăn thịt, loài ăn sâu bọ, động vật ăn cá). Chúng có xu hướng tập hợp các tác động những mức dinh dưỡng thấp hơn, vì vạy cấu trúc quần xã cá phản ánh chất lượng môi trường. Cá đứng đầu trong chuỗi thức ăn thủy vực và được con người tiêu thụ, do vậy chúng quan trọng trong khảo sát ô nhiễm. Cá khá dễ đánh bắt và nhận dạng phân loại. hầu hết các mẫu có thể được phân loại và nhận dạng với các chuyên gia nghiên cứu về cá và sau đó thả ra mà không ảnh hưởng đến chúng. Nhu cầu môi trường của phần lớn cá được biết khá rõ. Thông tin về lịch sử đời sống khác nhau ở các loài khác nhau, thông tin về sự phân bố của chúng thì giống nhau. Quan trắc cá cung cấp mức độ khả năng khai thác cá và tính phổ biến của chúng, để nhấn mạnh tầm quan trọng của cá với ngư dân và ngành đánh bắt cá. - Cá chiếm gần nửa số loài ĐV có XS ở Mỹ. IV.2. Tầm quan trọng của việc khảo sát nơi cư trú Chất nền được dùng để quan trắc chát lượng nơi cư trú sinh vật dựa trên các đặc điểm vật lý của nước và vùng đất xung quanh, vùng dẫn nước của vị trí dưới cống tiêu nước. Tất cả các quy mô đánh giá nơi cư trú đều có 16 liênquan đến việc sử dụng đời sống thủy vực và nguồn tiềm năng của việc hạn chế với quần xã thủy sinh. Sự biến đổi cấu trúc vật lý là 1 trogn 5 nhân tố chính do các hoạt động con người, làm giảm nguồn nước IV.3. Chỉ số sinh học trước đây, chất lượng dòng suối/sông được khảo sát dựa trên việc phân tích chất lượng nước và dựa vào các dữ liệu hóa học. Vấn đề này là các chỉ số phát hiện những điều kiện hiện tại nơi thu mẫu, và chỉ ở 1 khu vực hay phạm vi nhất định. Hầu hết các ĐVKXS có chu trình sống tối thiểu 1 năm hoặc hơn, không di chuyển nhiều về mặt không gian, bị giới hạn ít hay nhiều hơn thành vùng được thu mẫu. Quần thể ĐVKXS của 1 suối/sông với những áp lực và những thay đổi xảy ra trong môi trường nước, bất cứ cái gì gây ra biến đổi như các hoạt động con người (như phú dưỡng từ các nguồn gây ô nhiễm do khuếch tán hoặc nguồn điểm, cũng như các hiện tượng tự nhiên như hạn hán, lũ lụt. Đó là những ứng cử thích hợp cho các chỉ số sinh học về chất lượng sông suối. Dữ liệu sinh học có khi phức tạp và khó hiểu với người không chuyên, vì vậy các chỉ số sinh học khác nhau có thể phát triển cho dễ hiểu. Các chỉ số sinh học phụ thuộc vào các quần thể sinh học như sản phẩm của môi trường của chúng, trong số những cơ thể có nơi sống khác và chịu đựng ô nhiễm. vì vậy khi chất thải dinh dưỡng được xả thành 1 dòng nước, các sinh vật không có khả năng chịu đựng sẽ giảm số lượng hoặc biến mất, trong khi những cá thể có khả năng chịu đựng các áp lực thì ra tăng về số lượng. Danh sách chỉ thị Loài chỉ thị PHÂN LỚP GIÁP XÁC Nước sạch CHÂN CHÈO COPEPODA Bộ Calanoida Họ Diaptomidae Mongolodiaptomus birulai + Nước hơi ô Nước nhiễm nhiễm ô 17 (Rylop) Phyllodiaptomus tunguidus Neodiaptomus haldeli (Brehm) Heliodiaptomus seratus Họ Centropagidae Sinocalanus leavidactylus Shen et Tai Sinocalanus mystrophorus Họ Pseudodiaptomidae Schmackeria bulbosa Shen et Tai S. gordioides (Brehm) Bộ Cyclopoida Họ Cyclopidae Mesocyclops leuckarti (Claus) Microcyclops varicans (Sars) Thermocyclops hyalinus (Rehberg) Thermocyclops taihokuensis (Harada) Eucyclops serrulatus (Fischer) Eucyclops speratus (Lilljeborg) PHÂN LỚP CHÂN MANG – BRANCHIOPODA Bộ giáp xác râu ngành – Cladocera Họ Bosminidae Bosmina longirostris (O. F. Mỹller) Họ Sididae + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 18 Diaphanosoma sarsi Richard Diaphanosoma excisum Diaphanosoma leuchtenbergianum Fischer Sida crystallina Họ Macrothricidae Ilyocryptus halyi Brady Macrothrix spinosa Họ Daphniidae Moina dubia de Guerne et Richard Moinodaphnia macleayi King Simocerphalus serrulatus Simocerphalus elizabethae Ceriodaphnia rigaudi Richard Họ Chydoridae Alona rectangula Alona guttata guttata NGÀNH GIUN TRÒN – NEMATHELMINTHES LỚP TRÙNG BÁNH XE ROTATORIA Bộ Monogononta Họ Asplanchnidae Asplanchna sieboldi(Leydig) Họ Rotariidae Rotaria rotaria (Ehrenberg) Rotaria neptunia Họ Lecanidae Lecane luna (Muller) Lecane curvicornis + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +++ + + ++ ++ + + ++ ++ 19 (Murray) Họ Brachionidae Brachionus diversicornis (Daday) B. quadridentatus Hermann B. urceus B. calyciflorus Pallas B. falcatus Zacharias B. caudatus Apstein Platyias patulus Platyias quadricornis (Ehrenberg) + ++ + + + + + + + ++ +++ ++ ++ ++ ++ ++ Hệ thống tính điểm BMWP áp dụng cho Anh, Thái Lan và Việt Nam đưa ra giá trị điểm trung bình cho những taxon tham gia tính điểm không chênh lệch nhau nhiều. Điều đó cho thấy có thể cải tiến hệ thống tính điểm (thay thế các họ không có bằng các họ phổ biến, thay đổi điểm chuẩn cho một số họ) để phù hợp với đặc điểm riêng về khu hệ cũng như tiêu chuẩn môi trường của mỗi Quốc gia và từng vùng. Tập hợp các hệ thống tính điểm đã có, hệ thống tính điểm BMWPVietnam phù hợp với đặc điểm khu hệ ĐVKXSĐCL và điều kiện môi trường tự nhiên của Việt Nam đã được đề xuất và sử dụng thử để tính toán và phân hạng chất lượng nước. Hệ thống này sử dụng bậc phân loại (taxon) ĐVKXSĐCL chỉ tới họ. Hệ thống điểm BMWP nước sông Lớp - Bộ (Mayflies - Phù du) (Stoneflies – Cánh úp) Hemiptera (Bugs – Cánh nửa) Odonata -Chuồn chuồn Trichoptera Vietnam sử dụng cho đánh giá chất lượng Tên taxon Điểm Heptageniidae, Leptophlebiidae, Ephemerellidae, Potaminthidae, Ephemeridae Leuctridae, Perlidae, Perlodidae 10 Aphelocheiridae Amphipterygidae (damselflies and Dragonflies) Phryganeidae, Molannidae, 20