Tài liệu Đề xuất các tiêu chí phân tích, đánh giá kết quả quan trắc môi trường lưu vực sông sử dụng bộ chỉ thị sinh học

TỔNG CỤC MÔI TRƯỜNG TRUNG TÂM QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG Chuyên đề ĐỀ XUẤT CÁC TIÊU CHÍ PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG LƯU VỰC SÔNG SỬ DỤNG BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC Người thực hiện: Mạc Thị Minh Trà 7629-13 28/01/2010 Hà Nội, 2009 MỤC LỤC Đặt vấn đề ...........................................................................................................3 1. Đối tượng đánh giá của Chương trình quan trắc dùng Bộ chỉ thị sinh học ...............................................................................................................4 2. Mục tiêu của việc phân tích, đánh giá kết quả quan trắc môi trường lưu vực sông sử dụng Bộ chỉ thị sinh học ...........................................5 3. Các tiêu chí phân tích, đánh giá kết quả quan trắc dùng Bộ chỉ thị sinh học rút gọn ............................................................................................6 3.1. Các tiêu chí phân tích kết quả thuỷ sinh trong quan trắc dùng Bộ chỉ thị sinh học..............................................................................................6 3.1.1. Đối chiếu với các tiêu chí đề xuất Bộ chỉ thị sinh học áp dụng vào quan trắc môi trường nước ....................................................................6 3.1.2. Đối chiếu với các kết quả lý hoá .........................................................8 3.2. Các tiêu chí đánh giá kết quả quan trắc dùng Bộ chỉ thị sinh học ........11 3.2.1. Đánh giá các loài sinh vật chỉ thị theo đặc tính phân bố theo lưu vực ..................................................................................................................11 3.2.2. Đánh giá các loài sinh vật chỉ thị theo đặc tính phân bố theo thời gian .................................................................................................................14 Kết luận...............................................................................................................16 2 Đặt vấn đề Trong thực tế hiện nay, chưa có chương trình quan trắc đơn lẻ nào có thể đáp ứng được toàn bộ các yêu cầu của hoạt động giám sát bảo vệ môi trường lưu vực sông, và sử dụng Bộ chỉ thị sinh học là một trong các phương pháp hiệu quả để thực thi mục tiêu trên đang được thử nghiệm và triển khai ở phạm vi một số đề tài và chương trình nghiên cứu. Điểm mạnh nhất của chỉ thị sinh học so với các phương pháp hoá lý thông thường là có thể theo dõi những biến đổi lâu dài, có tính tích luỹ thông qua các nhóm sinh vật nhạy cảm với những biến đổi môi trường. Tuy nhiên mỗi nhóm sinh vật có tập tính phân bố và sinh sống nhất định, không hoàn toàn nhất quán với những biến đổi về chất lượng của môi trường nước, và các phương pháp tính toán dùng sinh vật chỉ thị cũng rất đa dạng và việc áp dụng chúng đòi hỏi cần nhiều nghiên cứu và thử nghiệm trong thời gian dài và với nhiều khu vực khác nhau. Vì vậy cần dung hoà và chọn lựa giữa các loài chỉ thị cũng như phương pháp tính toán để có thể xây dựng Bộ chỉ thị sinh học thích hợp nhất trong quan trắc môi trường nước các lưu vực sông ở Việt Nam. Mục đích chính của việc xây dựng bộ chỉ thị sinh học áp dụng vào quan trắc môi trường là nhằm triển khai rộng rãi một phương pháp thu thập và phân tích các thông số môi trường dễ áp dụng, rẻ và hiệu quả; bổ sung vào phương pháp phân tích các thông số lý hoá đang triển khai hiện nay, phục vụ đánh giá diễn biến môi trường nước các lưu vực sông ở Việt Nam một cách hiệu quả. Trước mắt, ở phạm vi đề tài khoa học công nghệ 2008 - 2009, mục tiêu cụ thể của Bộ chỉ thị sinh học rút gọn áp dụng vào quan trắc môi trường là nhằm đánh giá diễn biến ô nhiễm hữu cơ lưu vực sông Nhuệ - Đáy, đánh giá tính khả thi và khả năng nhân rộng việc áp dụng bộ chỉ thị sinh học này ra các vùng khác của Việt Nam. Chuyên đề “Đề xuất các tiêu chí phân tích, đánh giá kết quả quan trắc môi trường LVS sử dụng bộ chỉ thị sinh học” sẽ đưa ra các tiêu chí để xem xét và đánh giá kết quả quan trắc sinh học triển khai ở lưu vực sông Nhuệ - Đáy năm 2009. 3 4. Đối tượng đánh giá của Chương trình quan trắc dùng Bộ chỉ thị sinh học Việc triển khai Bộ chỉ thi sinh học vào quan trắc môi trường lưu vực sông được thử nghiệm ở lưu vực sông Nhuệ - Đáy với 03/07 nhóm sinh vật chỉ thị đã đề xuất trong Bộ chỉ thị sinh học đầy đủ, bao gồm: - Thực vật nổi: Gồm tập hợp các nhóm thực vật sống trôi nổi trong nước, thành phần chủ yếu là các loài tảo (tảo lục, tảo lam, tảo vàng, tảo silic, tảo giáp) và vi khuẩn. Độ phong phú của TVN phụ thuộc vào hàm lượng các chất dinh dưỡng (trước hết là nitơ, photpho, kali) có trong môi trường nước. Đây là đặc điểm quan trọng để chọn TVN làm sinh vật chỉ thị cho môi trường nước bị ô nhiễm hữu cơ. - Động vật nổi: Đây cũng là một nhóm sinh vật phổ biến trong môi trường nước, sống trôi nổi và không có khả năng tự di động. Thông qua việc phân tích mật độ và thành phần phong phú các nhóm ĐVN trong mỗi vùng nước có thể đánh giá được diễn biến chất lượng môi trường nước. - Động vật không xương sống cỡ lớn: Nhóm ĐVKXSCL là đối tượng được sử dụng phổ biến trong hoạt động đánh giá môi trường nước bởi đây là một nhóm đa dạng có chu kỳ sống khá lâu. Các loài động vật đáy sống tĩnh tại có phản ứng mạnh và thường có thể dự báo các ảnh hưởng đến môi trường. Nhóm động vật đáy cỡ lớn ở sông suối và hồ đã sớm được sử dụng ở nước ta trong quan trắc ô nhiễm hữu cơ. Các nhóm sinh vật trên được lấy mẫu theo chương trình quan trắc đã thiết lập và phân tích theo các thông số sau: - Chỉ số đa dạng: Áp dụng cho nhóm thực vật nổi và động vật nổi. 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 phản ánh những tác động của điều kiện môi trường. Môi trường càng suy thoái và ô nhiễm thì tính đa dạng của toàn bộ quần xã càng suy giảm và sự phát triển của một nhóm hoặc một số nhóm loài thích nghi cao với ô nhiễm càng tăng. Bởi vậy, các nhà chuyên môn đã xác định chất lượng môi trường gián tiếp theo chỉ số đa dạng. Ở phạm vi đề tài này có hai loại chỉ số đa dạng được áp dụng để tính toán là chỉ số Chỉ số Shannon-Weiner (H’) và chỉ số Margalef (D). - Chỉ số tỷ lệ giữa các taxon: Tính toán tỷ lệ về thành phần loài giữa các taxon để xác định mức độ dinh dưỡng của thuỷ vực 4 - Cách tính điểm BMWP và ASPT: Áp dụng cho một số họ ĐVKXSCL, việc tính toán dựa vào sự lựa chọn các nhóm tham gia tính điểm bao gồm các họ có tính nhạy cảm cao nhất, sau đó là các họ có tính nhạy cảm giảm dần và cuối là các họ có khả năng thích nghi với điều kiện môi trường thay đổi. Sau khi có điểm tổng cộng BMWP sẽ tính điểm số trung bình ASPT, là chỉ số sinh học tương ứng với các mức chất lượng nước. Kết quả đánh giá chất lượng môi trường nước sông Nhuệ - Đáy dùng 3 nhóm sinh vật chỉ thị dựa vào các thông số trên sẽ được so sánh với các kết quả quan trắc dùng các thông số lý hoá thông thường để xem xét, đối chứng về diễn biến môi trường lưu vực sông khảo sát. 5. Mục tiêu của việc phân tích, đánh giá kết quả quan trắc môi trường lưu vực sông sử dụng Bộ chỉ thị sinh học - Kiểm tra, đối chiếu kết quả quan trắc môi trường lưu vực sông sử dụng bộ chỉ thị sinh học của đề tài với kết quả quan trắc lý hoá trong cùng đề tài, đối chiếu với các chương trình nghiên cứu khác có sử dụng Bộ chỉ thị sinh học: Việc so sánh này cho phép đánh giá một cách toàn diện hiện trạng chất lượng nước lưu vực sông tiến hành quan trắc, mặt khác cho thấy điểm mạnh và yếu của phương pháp quan trắc sử dụng bộ chỉ thị sinh học của đề tài so với các phương pháp quan trắc lý hoá thông thường và so với các Bộ chỉ thị sinh học của các đề tài, chương trình khác. Đây là mục tiêu chính và quan trọng nhất của việc tiến hành nhận định kết quả quan trắc dùng sinh vật chỉ thị, thông qua đó sẽ đánh giá được tính hiệu quả và khả thi của Bộ chỉ thị sinh học đã đề xuất. - Nghiên cứu, đánh giá lại toàn bộ Bộ chỉ thị sinh học đã đề xuất của đề tài so với kết quả dự kiến cần đạt: các nội dung của phần này bao gồm: • Kiểm tra và thống nhất lại Bảng phân loại học và Khoá định loại các loài áp dụng cho nghiên cứu; • Tính đặc trưng, phù hợp của các loài chỉ thị đã chọn trong Bộ chỉ thị đối với vùng nghiên cứu: Đánh giá qua thành phần loài thu mẫu, vị trí phân bố và sự phong phú từng loài, tần suất xuất hiện từng nhóm loài trong từng thời kỳ lấy mẫu; tính đặc trưng và ưu thế của một số nhóm loài đối với vùng nghiên cứu; đánh giá những nhóm sinh vật thích hợp và có khả năng cho kết quả tốt thông qua nghiên cứ ở phòng thí nghiệm; tính phù hợp của các loài trong Bộ chỉ thị để chọn làm chỉ thị sinh học cho cả vùng nghiên cứu (đối chiếu lại với các tiêu chí đề ra trong phần lựa chọn sinh vật chỉ thị áp dụng vào quan trắc môi trường); • Kiểm chứng danh sách loài chọn từ Bộ chỉ thị sinh học đầy đủ vào Bộ chỉ thị sinh học rút gọn đã phù hợp chưa: phù hợp cho mục đích 5 đánh giá nhanh chất lượng nước, quan trắc theo dõi diễn biến chất lượng nước trong năm, quan trắc định tính hay định lượng, những loại nào đòi hỏi nghiên cứu sâu và nhiều phân tích trong phòng thí nghiệm phù hợp cho các mục đích nghiên cứu chuyên biệt...; • Khả năng áp dụng cho những vùng nghiên cứu tương tự và mở rộng phạm vi áp dụng Bộ chỉ thị đã đề xuất trong đề tài; - Phân tích các yếu tố tác động và ảnh hưởng kết quả quan trắc dùng Bộ chỉ thị sinh học: Thông qua kết quả đạt được từ chương trình quan trắc dùng Bộ chỉ thị sinh học và đối chiếu với các tiêu chí đề ra của nhiệm vụ có thể đánh giá những yếu tố tác động đến kết quả thu được, đặc biệt là những yếu tố ảnh hưởng đến sai số hệ thống, kết quả sai hoặc khả năng áp dụng thấp cần. Đây cũng là nội dung quan trọng cần xem xét trong quá trình đánh giá kết quả quan trắc để đưa ra được kết luận phù hợp, tránh trường hợp đánh giá kết quả sai với thực tế hoặc kết quả vô lý do lỗi trong quá trình lấy mẫu, sai số trong quá trình tính toán kết quả,...Xác định được các nhân tố này cũng là một sản phẩm của đề tài, kết quả này cần được đề xuất để khắc phục hoặc loại bỏ khỏi chương trình quan trắc có sử dụng Bộ chỉ thị sinh học. 6. Các tiêu chí phân tích, đánh giá kết quả quan trắc dùng Bộ chỉ thị sinh học rút gọn Dựa trên cơ sở xác định đối tượng và mục tiêu của việc đánh giá kết quả quan trắc dùng Bộ chỉ thị sinh học, một số tiêu chí cụ thể để xem xét, kiểm chứng và phân tích các kết quả quan trắc sinh học trong phạm vi đề tài được đưa ra, bao gồm: 3.1. Các tiêu chí phân tích kết quả thuỷ sinh trong quan trắc dùng Bộ chỉ thị sinh học: 3.1.1. Đối chiếu với các tiêu chí đề xuất Bộ chỉ thị sinh học áp dụng vào quan trắc môi trường nước: Nhiều nghiên cứu trong nước và nước ngoài đã cho thấy, sử dụng sinh vật chỉ thị vào quan trắc môi trường có thể đem lại hiệu quả cao hơn so với phương pháp lý hoá học nhờ khai thác khả năng tích tụ các chất ô nhiễm trong cơ thể sinh vật và giá trị biểu thị tác động tổng hợp các yếu tố môi trường của sinh vật. Chính vì vậy có nhiều Bộ chỉ thị sinh học được đề xuất và đưa ra thử nghiệm đối với môi trường nước. Để đánh giá kết quả đạt được thông qua hoạt động quan trắc sử dụng Bộ chỉ thị sinh học, việc đối chiếu với các tiêu chí đã đề ra trong quá trình lựa chọn và xây dựng Bộ chỉ thị sinh học là nội dung đầu tiên cần xem xét. 6 Thực tế, do tính đặc thù rất đa dạng về thành phần các loài sinh vật thuỷ sinh phân bố trong môi trường nước, không thể lựa chọn tất cả các sinh vật làm loài chỉ thị, nên việc xây dựng Bộ chỉ thị cần căn cứ vào một số tiêu chí và thứ tự ưu tiên nhất định. Dựa trên các tiêu chí đã đề ra trong bước xây dựng Bộ chỉ thị, ở khâu đánh giá kết quả quan trắc ứng dụng Bộ chị thị cần kiểm chứng lại các tiêu chí tương ứng với các nội dung đã đề xuất trong phần xây dựng Bộ chỉ thị. Các tiêu chí này bao gồm: a) Tiêu chí về chất lượng số liệu quan trắc sinh vật chỉ thị: Cần xác định chất lượng số liệu thu được từ sinh quan trắc môi trường nước thông qua việc đánh giá các tiêu chí đề xuất trong phần xây dựng Bộ chỉ thị sinh học. Bảng 1. Xếp hạng các tiêu chí lựa chọn chỉ thị môi trường A. Phù hợp về chính sách B. Tính sẵn có của dữ liệu C. Tính so sánh và so sánh dùng mức chuẩn D. Được tài liệu hoá đầy đủ và quản lý được chất lượng chỉ thị E. Có cơ sở về khái niệm và phương pháp luận F. Tính chính xác của số liệu G. Độ bao phủ về không gian và thời gian H. Tính liên tục của số liệu I. Tính đơn giản và dễ hiểu Nếu số liệu thu được cho kết quả không rõ ràng, khó so sánh đối chiếu qua thời gian hoặc không nhất quán với các kết quả quan trắc khác thì cần nghiên cứu và xem xét lại nguyên nhân của vấn đề do lỗi kỹ thuật lấy mẫu hay do việc lựa chọn chỉ thị chưa phù hợp. b) Tiêu chí về đặc tính các nhóm loài sinh vật chỉ thị thu mẫu trong các đợt quan trắc: Những thuộc tính của các loài sinh vật chỉ thị tốt bao gồm: • Nhạy cảm: các nhóm sinh vật thu được có tính nhạy cảm với những biến đổi môi trường, đặc biệt là với sự thay đổi về nồng độ các chất ô nhiễm đặc trưng cho dạng ô nhiễm hữu cơ, ô nhiễm kim loại nặng, ...hoặc đặc trưng cho các biến đổi theo mùa và theo điều kiện địa lý nhất định. Kết quả quan trắc có thể cho thấy một số loài chỉ phân bố ở khu vực này mà không thấy có ở khu vực khác, đây là những nhóm loài được coi là nhạy cảm với môi trường, điển hình như một số họ ấu trùng côn trùng ở nước. 7 • Đặc trưng: những loài sinh vật chỉ thị có đặc trưng dễ nhận biết sẽ giúp cho người thực hiện quan trắc nhưng không có nhiều kiến thức chuyên sâu về sinh học có thể nhận dạng và xác định được loài chỉ thị cần quan trắc. Qua đánh giá kết quả quan trắc sẽ thấy có một số vùng lấy mẫu có một hoặc vài loài có tần số xuất hiện cao hơn hẳn so với các nhóm loài khác cũng như so với các khu vực khác. Sự sai khác này không chỉ phản ánh biến đổi chất lượng của môi trường mà còn cho thấy tập tính và sinh cảnh phù hợp với mỗi nhóm thuỷ sinh vật, vì vậy cần nghiên cứu rõ và loại bỏ những yếu tố khách quan tự nhiên để thu được kết quả đánh giá chất lượng nước dùng sinh vật làm chỉ thị tốt nhất. Những loài sinh vật phân bố đồng đều trong cả môi trường ô nhiễm và môi trường sạch không được coi là một chỉ thị tốt. • Tính ứng dụng phổ biến: thể hiện qua các đặc tính: dễ thu mẫu ngoài thiên nhiên, có số lượng nhiều, kích thước vừa phải, có vòng đời ngắn, năng suất sinh học cao • Phân bố rộng rãi: loài sinh vật phân bố rộng rãi là loài có khả năng thích ứng cao với nhiều điều kiện môi trường. Phổ biến và phong phú ở địa phương và ở tất cả thời gian. Một số nhóm loài (ví dụ như nhóm giun ít tơ Oligochaeta) thấy xuất hiện ở tất cả các điểm lấy mẫu với nền đáy sông khác nhau cho thấy đây là nhóm sinh vật có tính chống chịu và thích nghi cao với các điều kiện môi trường. • Thích hợp cho các nghiên cứu ở phòng thí nghiệm: trong điều kiện nghiên cứu và phân tích ở Việt Nam, chưa được đầu tư nhiều đối với việc quan trắc và phân tích các thông số thủy sinh, chính vì vậy, đây cũng là một trong những yêu cầu cần thiết để việc đánh giá, phân tích đạt kết quả chất lượng cao, đảm bảo tính chính xác. Nếu các kết quả thu được thoả mãn các tiêu chí đề ra đối với Bộ chỉ thị sinh học đã đề xuất, cần tiến hành phân tích và kiểm chứng kết quả thuỷ sinh với kết quả lý hoá của cùng đợt quan trắc để đánh giá hiệu quả và kết quả chung của chương trình quan trắc sử dụng Bộ chỉ thị sinh học. 3.1.2. Đối chiếu với các kết quả lý hoá: Một trong những mục tiêu của việc tiến hành quan trắc dùng Bộ chỉ thị sinh học là tìm hiểu mối tương quan giữa các kết quả thu được bằng hai phương pháp lấy mẫu lý hoá và sinh vật, qua đó có thể xem xét tính phụ thuộc, hỗ trợ và tiên lượng vai trò của một yếu tố/thông số đối với các thông số khác. “Mối tương quan” ở đây bao gồm mức độ tương quan (degree of correlation) giữa các thông số và từ đó xây dựng một bảng hệ số tương quan làm căn cứ đánh giá kết quả quan trắc bằng sinh vật chỉ thị đạt được. Phương pháp đối chiếu này đã được sử dụng từ lâu trong nhiều lĩnh vực 8 khác nhau, nhằm xác định mối tương quan giữa hai biến cụ thể như thế nào và khả năng dùng biến này để tiên lượng giá trị và sự biến đổi định tính của biến kia hay không. Đối với các thông số hoá lý và các chỉ số sinh học, mỗi thông số được coi là một biến độc lập, và việc phân tích tương quan giữa thông số hoá lý với thông số sinh học có thể đánh giá một cách toàn diện về hiện trạng môi trường khu vực lấy mẫu, cũng như bổ sung thông tin giữa hai phương pháp phân tích. a) Cơ sở lý thuyết Gọi xi và yi là hai biến quan sát được của X và Y cho cá nhân i. Giả sử có n đối tượng thì i = 1, 2, 3, …., n. Gọi x và y là hai số trung bình của biến quan sát được x và y; sx2 và s2y lần lượt là phương sai của hai biến, được định nghĩa như sau: s x2 = 1 n ( Xi − X ) 2 ∑ n − 1 i =1 s y2 = − 1 n ( Yi − Y )2 ∑ n − 1 i =1 (1) Do đó, nếu X và Y độc lập, có thể viết: s x2+ y = s x2 + s y2 Nhưng nếu biến X và Y có liên quan với nhau, công thức trên không đáp ứng được vấn đề mô tả. Cần tìm một chỉ số khác mô tả mối liên hệ giữa hai biến bằng cách nhân độ lệch của biến x từ số trung bình (xi - x), cho độ lệch của biến y, (yi - y), thay vì bình phương độ lệch từng biến riêng lẻ như công thức (1). Nói cách khác, tích số hai độ lệch chính là hiệp biến: cov( x, y ) = − − 1 n ( x − x )( y − y ) ∑ i i n − 1 i =1 (2) Công thức (2) chính là định nghĩa của hiệp biến. Từ hai công thức trên có thể rút ra nhận xét: • Phương sai lúc nào cũng là số dương, bởi vì chúng được tính toán từ bình phương, nhưng hiệp biến có thể âm mà cũng có thể dương vì được ước tính từ tích của hai độ lệch. • Một hiệp biến là số dương có nghĩa là độ lệch từ số trung bình của 9 x tuân theo chiều hướng thuận với y. • Một hiệp biến là số âm có nghĩa là độ lệch từ số trung bình của x tuân theo chiều hướng nghịch với y. • Nếu hiệp biến là 0, thì hai biến x và y độc lập nhau, tức không có tương quan gì với nhau. Một cách để “chuẩn hoá” hiệp biến và phương sai là lấy tỷ số của hai chỉ số này, và đó chính là định nghĩa của hệ số tương quan. Hệ số tương quan thường được ký hiệu bằng chữ r: cov( x , y ) Cov ( x , y ) = Sx .Sy var( x ). var( y ) r= (b) (c) 7 6 y -20 4 5 - 15 5 y 1 0y -10 1 5 -5 2 0 (a) (3) 2 4 6 8 10 12 x 14 2 4 6 8 10 12 14 2 x 4 6 8 10 12 14 x Biểu đồ 1: Mối liên hệ giữa x và y: (a) r = 1, (b) r = -1, và (c) r = 0 (độc lập). Bảng 2. Ý nghĩa của hệ số tương quan Hệ số tương quan ±0.01 đến ±0.1 ±0.2 đến ±0.3 ±0.4 đến ±0.5 ±0.6 đến ±0.7 ±0.8 trở lên Ý nghĩa Mối tương quan quá thấp, không đáng kể Mối tương quan thấp Mối tương quan trung bình Mối tương quan cao Mối tương quan rất cao b) Áp dụng: Sử dụng hệ số tương quan có thể kiểm định lại giả thuyết các chỉ số sinh học xây dựng ban đầu. Ví dụ đối với thông số BOD5, giá trị càng cao thể hiện mức ô nhiễm càng gia tăng. Trong khi đó, chỉ số đa dạng quần xã động vật nổi D được cho là càng tăng khi môi trường nước càng sạch, và với môi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng thì tính đa dạng sinh vật giảm, giá trị D 10 sẽ rất thấp. Như vậy, về lý thuyết, tính tương quan giữa hai thông số này là tương quan nghịch, và sẽ đạt tối ưu ở giá trị -1, giá trị càng dương thì tính tương quan càng thấp. Thực nghiệm triển khai tính toán tính tương quan cho hai thông số này trên toàn lưu vực tại một thời điểm quan trắc và giữa các thời điểm trong năm có thể cho kết quả về diễn biến mức ô nhiễm, kiểm tra khả năng cho kết luận chính xác của từng thông số và kiểm chứng lại phương pháp tính toán. Tương tự như vậy có thể tính hệ số tương quan với các cặp thông số khác, như H’ và PO43-, pH, DO, COD, NH4+…để đánh giá toàn bộ kết quả quan trắc dùng Bộ chỉ thị sinh học đã triển khai. Bảng 3. Hệ số tương quan tối ưu giữa một số chỉ tiêu hoá lý và chỉ số sinh học Chỉ số D thực vật nổi D động vật nổi ASTP DO +1.0 +1.0 +1.0 BOD5 -1.0 -1.0 -1.0 COD -1.0 -1.0 -1.0 PO43- -1.0 -1.0 -1.0 3.2. Các tiêu chí đánh giá kết quả quan trắc dùng Bộ chỉ thị sinh học: 3.2.1. Đánh giá các loài sinh vật chỉ thị theo đặc tính phân bố theo lưu vực: Các sinh vật thuỷ sinh có đặc tính phân bố không chỉ phụ thuộc vào loại hình thuỷ vực, chế độ thuỷ văn các sông suối mà còn phụ thuộc vào chất lượng môi trường nước. Dựa vào đặc điểm này của các loài thuỷ sinh, có thể đánh giá chất lượng nước của các phân lưu sông suối thông qua việc xác định thành phần loài sinh vật phân bố trong vùng nghiên cứu. Theo chiều thượng lưu đến hạ lưu các con sông, với xu hướng chất lượng nước giảm dần về hạ nguồn do tác động của các hoạt động nhân sinh thì chiều hướng thay đổi thành phần các nhóm sinh vật thuỷ sinh sẽ tăng các loài có khả năng chống chịu và thích ứng với ô nhiễm môi trường và sẽ giảm những loài nhạy cảm với biến đổi môi trường. Các nhóm tôm, cua, trai thường ít thấy xuất hiện ở môi trường bị ô nhiễm nặng. Trong môi trường ít bị ô nhiễm, nhóm giáp xác Calanoida thường phân bố với số lượng lớn hơn các vùng có dấu hiệu ô nhiễm. Ngược lại, đối với những đoạn sông bị ô 11 nhiễm hữu cơ, nhóm tảo mắt Euglenophyta và nhóm trùng bánh xe Rotatoria thường chiếm tỷ lệ lớn về thành phần loài so với các nhóm sinh vật khác. 12 Bảng 4. Ví dụ một số chi trong nhóm Thực vật phù du có đặc tính phân bố theo chất lượng môi trường nước Những chi thường có mặt ở thuỷ Những chi thường có mặt ở thuỷ vực không ô nhiễm vực ô nhiễm Aulacoseira Cyclotella Fragilaria Pediastrum Staurastrum - Tảo lam: o Oscillatoria o Anacystis o Lynbya o Spirulina - Tảo lục o Chlorella o Scenedesmus o Careia o Stigeoclonium o Chlammydomonas o Chlorogonium o Agmenllum - Tảo mắt o Phacus o Euglena o Pyrobotryp o Lepocmena Trên cơ sở đối chiếu với các kết quả thuỷ hoá, có thể kết luận về mức độ ô nhiễm và đặc tính ô nhiễm của các phân lưu sông suối. Từ đó, với thành phần loài các nhóm sinh vật chỉ thị thu được với từng đoạn sông có thể kiểm định lại nhận định về đặc tính phân bố các nhóm sinh vật chỉ thị trên theo chất lượng nước. Và ngược lại, từ kết quả lấy mẫu trên, có thể dùng các sinh vật trên như chỉ thị cho chất lượng nước như các thông số lý hoá khi tiến hành quan trắc lấy mẫu chất lượng nước đối với cùng khu vực và các vùng sông suối có đặc tính môi trường tương tự. Bảng 5. Các chi trong nhóm tảo bám đặc trưng cho các mức độ ô nhiễm của môi trường nước Những loài đặc trưng Những loài đặc trưng Những loài có khả cho môi trường ít ô cho môi trường ô năng chống chịu cao nhiễm nhiễm vừa 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 Gomphonema exilissimum 3.2.2. Đánh giá các loài sinh vật chỉ thị theo đặc tính phân bố theo thời gian: Thông qua kết quả quan trắc dùng sinh vật chỉ thị, có thể đánh giá được biến đổi của các nhóm sinh vật theo thời gian trong năm. Đây là căn cứ quan trọng trong nghiên cứu các sinh vật chỉ thị, và là nội dung không thể bỏ qua trong việc đánh giá biến đổi chất lượng nước môi trường theo từng thời kỳ thời tiết và chế độ thuỷ văn trong năm. Các nhóm sinh vật thuỷ sinh thường phát triển mạnh về số lượng loài vào giai đoạn từ tháng 6 đến tháng 10 tương ứng với mùa mưa trong năm, và thường giảm về mật độ vào các tháng mùa khô. Tuy nhiên trong quá trình xem xét kết quả đối với các vị trí lấy mẫu gần cửa đập và cống xả nước của các con sông, cũng cần đánh giá chế độ đóng mở của các cửa cống tiếp nhận và xả nước này, vì tại thời điểm đóng cửa các cống xả thì mực nước sông thường cạn hơn, mực nước sông thấp nên lượng hoà tan ô nhiễm giảm, vì vậy mức độ ô nhiễm cũng gia tăng thể hiện thông qua mật độ và số lượng các sinh vật nổi thấp hơn thời điểm cống mở. 3.2.3. Phân hạng chất lượng nước theo các chỉ thị sinh học Thông qua kết quả đánh giá chỉ số đa dạng của nhóm thực vật nổi và động vật nổi có thể đưa ra nhận xét và đánh giá về chất lượng môi trường nước sông như sau: a) Đánh giá chất lượng nước theo chỉ số đa dạng Bảng 6. Đánh giá chất lượng nước dùng chỉ số đa dạng Chất lượng nước Chỉ số đa dạng (H' và D) <1 Rất ô nhiễm-bẩn (Polysaprobic) 1-2 Ô nhiễm-bẩn (α -Polysaprobic) >2-3 Khá ô nhiễm-bẩn (α-mesosaprobic) Ô nhiễm-bẩn vừa (β-mesosaprobic) > 3 - 4,5 Tương đối sạch (Oligosaprobic) > 4,5 Nước sạch Nhìn chung, đối với các đoạn sông có chỉ số đa dạng từ mức 1 đến 2 có thể kết luận đoạn sông đã bị ô nhiễm đáng kể. Ngược lại, những đoạn sông có giá trị 14 đa dạng sinh học tính được lớn hơn 3 thì chất lượng nước ở vùng đó còn tương đối tốt. Tuy nhiên trong quá trình đánh giá cũng cần xem xét đến các yếu tố có ảnh hưởng đến kết quả và đối chiếu tính tương quan giữa các kết quả. Ví dụ với cùng một vùng nghiên cứu, chỉ số đa dạng Shannon- Weaver có thể dao động dưới mức 1 thể hiện chất lượng môi trường ô nhiễm nghiêm trọng nhưng chỉ số đa dạng Margalef lại dao động từ mức 1 đến 3 thể hiện môi trường khá ô nhiễm và ô nhiễm vừa. Hoặc khi đối chiếu kết quả tính chỉ số đa dạng của các con sông ở vùng núi thì giá trị đa dạng sinh học thường thấp hơn các đoạn sông ở vùng đồng bằng, kể cả các đoạn hạ lưu sông bị ô nhiễm nghiêm trọng. Như vậy, có thể thấy chỉ số đa dạng sinh học thay đổi cả theo điều kiện tự nhiên của thuỷ vực. Mặt khác, tập tính sinh sống của một số nhóm sinh vật thường có biến đổi theo từng thời điểm trong năm, một số loài sẽ thay thế vị trí chiếm ưu thế về số lượng làm cho chỉ số đa dạng của loài này hoặc loài khác có thể giảm hoặc tăng đáng kể. Điều đó có nghĩa là trong một môi trường không bị ô nhiễm thì chỉ số đa dạng vẫn có thể thấp và trong một môi trường ô nhiễm cao hơn thì chỉ số đa dạng vẫn có thể cao hơn một môi trường ít ô nhiễm. Vì vậy khi sử dụng chỉ số đa dạng của bất kỳ nhóm sinh vật chỉ thị nào cũng cần tham khảo các thông tin về đặc trưng vùng nghiên cứu, loại hình thuỷ vực và tập tính sinh vật của nhóm loài đấy. b) Đánh giá chất lượng nước theo hệ thống tính điểm BMWP và ASTP Qua việc tính toán hệ thống tính điểm BMWPVIETNAM và giá trị trung bình ASTP có thể phân hạng chất lượng nước các thuỷ vực theo mức phân loại sau: Bảng 7. Xếp loại mức độ ô nhiễm các thủy vực theo hệ thống điểm BMWP Thứ hạng Chỉ số ô nhiễm (ASPT) hay chỉ số sinh học (Bio-index) Đánh giá chất lượng nước I 10 - 8 Không ô nhiễm, nước sạch II 7,9 - 6 Ô nhiễm nhẹ (Oligosaprobe) III 5,9 - 5 Ô nhiễm vừa (β Mesosaprobe) IV 4,9 - 3 Khá ô nhiễm (α Mesosaprobe) V 2,9 - 1 Ô nhiễm nặng (Polysaprobe) VI 0 Ô nhiễm rất nặng (không có Động vật KXS) Tương ứng với các điểm ASTP có thể đánh giá chất lượng nước là không ô nhiễm đến ô nhiễm nặng tuỳ vào điểm số. Với cách tính điểm BMWPVIETNAM thì chất lượng môi trường hầu hết các sông suối dao động ở mức ô nhiễm vừa và khá ô nhiễm, cục bộ có một số đoạn ô nhiễm nặng. 15 Cũng cần cân nhắc thực tế là hệ thống tính điểm BMWP được xây dựng và thử nghiệm từ hệ thống tính điểm của nước ngoài, vì vậy kết quả có thể chưa phản ánh được đúng thực tế điều kiện sông suối và tiêu chuẩn chất lượng môi trường của Việt Nam. Vì vậy trong quá trình áp dụng cần xem xét đầy đủ các yếu tố khác biệt có thể ảnh hưởng đến kết quả phân tích và có giải pháp cải tiến hệ thống tính điểm cho phù hợp hơn với điều kiện trong nước. Kết luận Để kết quả thu được phản ánh thực tế khách quan nhất, cần xem xét các yếu tố chi phối và hạn chế kết quả thu được: • Hầu hết các thuỷ vực ở vùng cao có giá trị tính ASTP ở mức điểm thấp tương ứng với mức chất lượng môi trường bị ô nhiễm nhẹ đến khá ô nhiễm. Hầu như không có điểm quan trắc nào thoả mãn mức môi trường sạch. Trong khi đó kết quả quan trắc các thông số hoá lý cho thấy môi trường nước tương đối tốt và thoả mãn các quy chuẩn cho phép. Điều đó cho thấy sự chi phối về vị trí địa lý và đặc tính thuỷ vực đến kết quả đánh giá thông số ASTP. • Giá trị điểm phụ thuộc nhiều vào chất lượng lấy mẫu và kích thước mẫu: Cùng một quy trình lấy mẫu nhưng nếu kích thước mẫu lớn sẽ cho tổng số điểm cao nhưng điểm số trung bình ASTP lại thấp do số lượng họ tham gia tính điểm nhiều. Vì vậy dùng giá trị ASTP để đánh giá sẽ cho kết quả đúng hơn là sử dụng giá trị BMWP. • Các chỉ số chỉ cho thấy mức độ ô nhiễm của đoạn sông, suối mà không thể hiện cụ thể dạng ô nhiễm đó là ô nhiễm gì. Thông thường kết quả các chỉ số đa dạng sinh học và ASTP thấp thể hiện chất lượng nước sông bị ô nhiễm nặng, và với điều kiện ở nước ta đặc trưng với dạng ô nhiễm phổ biến là ô nhiễm hữu cơ do chịu ảnh hưởng từ nước thải sinh hoạt, sản xuất của dân cư sinh sống trên các khu vực lân cận thì có thể kết luận là sông bị ô nhiễm hữu cơ nặng. 16