Tài liệu Tổng quan về chỉ thị sinh học, các chỉ thị sinh học đặc trưng cho môi trường nước chảy

TỔNG CỤC MÔI TRƯỜNG TRUNG TÂM QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG Chuyên đề TỔNG QUAN CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC ÁP DỤNG CÁC CHỈ THỊ SINH HỌC PHỤC VỤ QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC “TỔNG QUAN VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC, CÁC CHỈ THỊ SINH HỌC ĐẶC TRƯNG CHO MÔI TRƯỜNG NƯỚC CHẢY” Người thực hiện: Trần Kim Tĩnh 7629-1 28/01/2010 Hà Nội, 2008 ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, chất lượng môi trường sống của chúng ta đang ngày càng suy giảm do ảnh hưởng từ các hoạt động phát triển kinh tế xã hội. Ô nhiễm môi trường đang gia tăng và đã trở nên trầm trọng ở một số tỉnh thành phố trong cả nước, gây ảnh hưởng đến sức khoẻ và làm xáo trộn cuộc sống của người dân. Nhằm cảnh báo trước các hiện tượng môi trường ô nhiễm, ở Việt Nam và trên thế giới đã sử dụng nhiều biện pháp khác nhau để quan trắc, đánh giá chất lượng môi trường hay mức độ ô nhiễm của từng khu vực dựa trên các chỉ thị đặc trưng của môi trường, khu vực đó. Theo Warren - một chuyên gia đầu ngành về việc sử dụng các chỉ thị đánh giá chất lượng môi trường cho rằng “môi trường tại một địa điểm quyết định phần lớn những cá thể nào có khả năng cư trú ở điểm đó, và những sinh vật ở đó sẽ là những chỉ thị sinh học cho sự thay đổi môi trường”. Cùng với quá trình phát triển kinh tế, chất lượng nước cũng đang ngày càng bị suy giảm và ô nhiễm. Mức độ ô nhiễm được đánh giá thông qua sinh vật chỉ thị. Sự thay đổi của các điều kiện môi trường có ảnh hưởng tới thành phần động thực vật trong quần xã và khi đó một trong những loài động thực vật đặc trưng cho môi trường nước tại một khu vực bất kỳ sẽ là sinh vật chỉ thị (hay còn gọi là chỉ thị sinh học) cho mức độ ô nhiễm chất lượng nước của khu vực. Vì vậy việc xây dựng báo cáo tổng quan về chỉ thị sinh học và các chỉ thị sinh học đặc trưng cho môi trường nước và nước chảy sẽ giúp ta hiểu rõ hơn bản chất về chỉ thị sinh học, các đặc tính cũng như việc vận dụng chúng trong thực tiễn, đặc biệt là ứng dụng trong đánh giá mức độ ô nhiễm của môi trường nước thông qua các chỉ thị sinh học đặc trưng của từng môi trường nước. 1 I. TỔNG QUAN VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC I.1. Chỉ thị sinh học (biological indicators) Chỉ thị sinh học gồm các sinh vật được sử dụng để quan trắc chất lượng môi trường và hệ sinh thái. Chúng có thể là một loài hoặc nhóm loài mà các chỉ số về chức năng, mật độ và sự tồn tại của chúng được sử dụng để xác định tính nguyên vẹn của môi trường và hệ sinh thái. Ví dụ như nhóm động vật thân giáp và những loài giáp xác nhỏ khác là đại diện cho nhiều môi trường nước khác nhau. Các loài sinh vật được dùng quan trắc sự thay đổi (hoá sinh, vật lý hoặc các xáo trộn khác) có thể chỉ thị cho một vấn đề trong phạm vi giới hạn của hệ sinh thái đó. Các chỉ thị sinh học có thể cho chúng ta thấy các ảnh hưởng tích luỹ của mức độ ô nhiễm khác nhau của các hệ sinh thái và vấn đề này có thể xuất hiện trong bao lâu khi các biện pháp hoá học và vật lý không thể đánh giá được. Lợi ích và các loại Chỉ thị sinh học (CTSH) Mỗi sinh vật trong hệ sinh thái có khả năng để thông báo chất lượng môi trường sống của chúng. CTSH được dùng để: - Quan trắc trạng thái ô nhiễm và tác động của nó đến hệ sinh thái nơi các sinh vật đó sinh sống. - Quan trắc quá trình tự làm sạch của môi trường. - Phát hiện những htay đổi trong môi trường tự nhiên. - Khảo sát các chất như nước uống khi có mặt chất gây ô nhiễm. Các dạng CTSH Thực vật: sự xuất hiện hay vắng mặt những loại thực vật nhất định hoặc các dạng sống thực vật trong 1 hệ sinh thái có thể cung cấp đầu mối quan trọng về chất lượng môi trường. Địa y thường được tìm thấy trên đá và thực vật mục nát, cơ thể là dạng cộng sinh giữa tảo và nấm, chúng phản ứng với sự thay đổi của môi trường nhiệt đới về cấu trúc rừng, chất lượng không khí và khí hậu, như hàm lượng SO2 quá cao, ô nhiễm sulfur và nitơ. Động vật chỉ thị: sự tăng hay giảm mật độ đọng vật có thể chỉ ra nguy cơ hệ sinhthais bị phá hủy do ô nhiễm. Ví dụ, nếu sự ô nhiễm làm suy giảm nguồn thức ăn quan trọng, những loài động vật phụ thuộc vào nguồn thức ăn đó sẽ bị giảm về số lượng. ngoài việc quan trắc kích thước và số lượng của các loài nhất định, quá trình trao đổi chất của sinh vật, sự chỉ thị bao gồm công tác quan trắc nồng độ chất độc có trong mô của động vật, tỷ lệ thay đổi trong quần thể động vật gia tăng. 2 Vi sinh vật chỉ thị: dùng như vật chỉ thị cho chất lượng nước cũng như hệ thái trên mặt đất. Khảo sát trên số lượng lớn cho thấy vi sinh vật dễ thu thập hơn các loài động vật khác. Một số vi sinh vật sinh ra những protein mới khi trong môi trường ô nhiễm cadimium hay benzen. Những protein đặc biệt này dùng như hệ thống cảnh báo sớm để phát hiện những mức độ ô nhiễm thấp. Những CTSH này hoạt động như thế nào? Những thay đổi về sinh lý và thích ứng đặc biệt của sinh vật chỉ thị (SINH VậTCT) dùng phát hiện những thay đổi về chất lượng môi trường. Những thay đổi khác nhau giữa cơ thể này với cơ thể khác. Việc sử dụng các sinh vật như SINH VậTCT liên quan nhiều khoa học khác. Di truyền học bảo tồn động vật hoang dã là 1 ví dụ các phương pháp truyền thống có thể được kết hợp với công nghệ sinh học (CNSH) nhanh như thế nào để mang lại kết quả chính xác, và thu thập thông tin không có từ các phương pháp thường. Bảo tồn vốn gen động vật hoang dã kết hợp với khảo sát truyền thống các quần thể động vật hoang dã, như Gấu trúc, với các nguyên tắc khoa học trong di truyền học để mang lại thông tin về chất lượng hệ sinh thái. Sự thay đổi về quần thể và cách thích ứng ở 1 loài được các nhà khoa học quan sát thấy nhưng, những sự thay đổi về sinh lý cần phải dùng đến các kiểm tra đặc biệt. Các xét nghiệm sinh học cần có các mẫu sinh vật để phát hiện những thay đổi của môi trường. Những kiểm tra này có thể dùng để đảm bảo độ an toàn của nước uống hoặc đảm bảo chất lượng dòng sông. Trong tương lai, khoa học tìm ra các phương thức mới để dùng vi sinh vật, lúc đó sẽ mở rộng các thử nghiệm đối với đất và không khí. Đặc tính của các chỉ thị sinh học Không phải mọi loài sinh vật đều có thể sử dụng làm sinh vật chỉ thị. Craston và cộng sự (1996) đã đánh giá các loài có thể được sử dụng làm chỉ thị sinh học thông qua 11 tiêu chí sau: • Dễ thu mẫu; • Chi phí/ha; • Phương pháp chuẩn có sẵn; • Có các tiêu chí diễn giải; • Khả năng đặc trưng cho thuỷ vực; • Sai số phép đo; • Đáp ứng với ô nhiễm; • Ổn định trong quá trình đo đạc; 3 • Có thể bản đồ hoá; • Có tính ứng dụng tổng quát hoặc dự báo; • Có số liệu tham khảo; Ở nước ta việc nghiên cứu các sinh vật làm chỉ thị môi trường, đặc biệt là trong việc đánh giá chất lượng môi trường nước hiện nay đã đạt được một số thành công nhất định. Tuy nhiên, đến nay vẫn chưa có sự thống nhất về tiêu chuẩn để lựa chọn các sinh vật chỉ thị hoặc chỉ thị sinh học nói chung, vì nó phụ thuộc nhiều vào đặc trưng của từng khu vực, chế độ dòng chảy và các hoạt động có tác động đến khu vực nghiên cứu. Do đó, việc lựa chọn sinh vật làm sinh vật chỉ thị hay chỉ thị sinh học sẽ phải dựa trên các tiêu chuẩn cơ bản sau: • Là loài dễ nhận dạng và được xác định rõ ràng; • Loài dễ thu mẫu ngoài thiên nhiên, có số lượng nhiều, kích thước vừa phải • Loài có phân bố rộng (tối ưu là phân bố toàn cầu); • Loài có nhiều dẫn liệu về sinh thái cá thể của đối tượng qua thử nghiệm sinh học; • Loài có giá trị kinh tế (hoặc là nguồn dịch bệnh); • Dễ tích tụ các chất ô nhiễm; • Loài dễ nuôi trong phòng thí nghiệm; • Loài ít biến dị tức ít bị tác động /biến đổi bởi sự thay đổi của điều kiện môi trường. (Nguồn: Lê Văn Khoa, Nguyễn Xuân Quýnh, Nguyễn Quốc Việt, 2007, Chỉ thị sinh học môi trường, NXB Giáo dục) I.2. Sinh vật chỉ thị (bioindicators) Sinh vật chỉ thị là những sinh vật có yêu cầu nhất định về điều kiện sinh thái liên quan đến nhu cầu dinh dưỡng, hàm lượng oxy, cũng như khả năng chống chịu một hàm lượng nhất định các yếu tố độc hại trong môi trường sống và khi đó sự hiện diện của chúng biểu thị một tình trạng điều kiện sinh thái của môi trường sống nằm trong giới hạn nhu cầu và khả năng chống chịu của đối tượng sinh vật đó. Như vậy, sinh vật chỉ thị được hiểu là sinh vật chỉ được phát hiện trong một môi trường có mức ô nhiễm nhất định. Nhưng quan trọng nó phải đặc trưng, không xuất hiện trong "ngưỡng" ô nhiễm khác. Nhìn chung sinh vật chỉ thị thường được dùng là các loại dễ thay đổi về thành phần loài và mật độ cá thể khi môi trường có sự thay đổi. 4 Bioindicators là những sinh vật như địa y, vi khuẩn, được dùng để quan trắc chất lượng môi trường. Những sinh vật được đánh giá sự thay đổi có thể chỉ ra những vấn đề của hệ sinh thái chúng, biểu hiện bằng những thay đổi về hóa học, vật lý, thích ứng của chúng. Đặc điểm cơ bản của sinh vật chỉ thị (bioindication) Tính chỉ thị môi trường của sinh vật dựa trên khả năng chống chịu của sinh vật với yếu tố vô sinh của môi trường sống, trong tác động tổng hợp của chúng. Do vậy, muốn sử dụng một loài sinh vật làm chỉ thị, cần hiểu biết đầy đủ về đặc tính sinh thái của loài, các điều kiện môi trường sống đối với loài đó. Tính chỉ thị môi trường của sinh vật được thể hiện ở các bậc khác nhau: cá thể, quần thể, nhóm loài và quần xã; Phương pháp sử dụng chỉ thị sinh học trong giám sát, quan trắc và kiểm tra chất lượng môi trường nước, tức sử dụng sinh vật chỉ thị đánh giá môi trường có thuận lợi, hiệu quả 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. Các kiểu sinh vật chỉ thị Sinh vật cảm ứng (Biosensors): là những sinh vật chỉ thị có thể tiếp tục hiện diện trong môi trường ô nhiễm thích ứng, phù hợp với tính chất sinh vật chỉ thị song có thể có ít nhiều biến đổi, do tác động của chất ô nhiễm như giảm tốc độ sinh trưởng, giảm khả năng sinh sản, biến đổi tập tính... Sinh vật tích tụ (Bioaccumulators): là những sinh vật chỉ thị, không chỉ có tính chất chỉ thị cho môi trường thích ứng, mà còn có khả năng tích tụ một số chất ô nhiễm nào đó trong cơ thể chúng với hàm lượng cao hơn nhiều lần so với ở môi trường ngoài (kim loại nặng, chất organochlorine...). Nhờ đó, bằng phương pháp phân tích hoá sinh hữu cơ mô cơ thể chúng, người ta có thể phát hiện, đánh giá các chất ô nhiễm này dễ dàng hơn nhiều so với phương pháp phân tích thuỷ hoá. I.3. Dấu hiệu sinh học (biomarkers) Dấu hiệu sinh học là những công cụ phân tử trong Sinh thái học, sinh lý học, vi sinh vật học môi trường và những ngành khoa học khác đưa ra những điều kiện môi trường xung quanh 1 cơ thể hoặc 1 tế bào. Biomarkers được hiểu theo cách cổ điển là những cơ thể đã từng điều khiển sự tăng trưởng hay sự thay đổi môi trg xung quanh hay hệ sinh thái. Đó có thể là thực vật, động vật hay vi khuẩn mà sinh ra những tín hiệu phân tử nhất định khi phản ứng với những sự thay đổi của điều kiện môi trường. Trong sinh y học và công nghệ Sinh học, 5 1 chỉ thị sinh học có thể cho thấy tín hiệu phân tử của chính nó như là 1 công cụ để đánh giá tình trạng sinh lý của 1 cơ thể. Chỉ thị sinh học càng ngày càng phổ biến hơn trong sinh y để phát hiện ra những sự thay đổi sinh lý với 1 cơ thể thấy ở vết thương hay bệnh tật. Thật hữu ích khi phản ứng là mức độ thay đổi trong những điều kiện môi trường như hóa học, nhiệt độ, giảm sức chịu đựng hay chấn thương… nhưng chúng chắc hẳn luôn luôn là kết luận đáng tin cậy và biểu thị tình trạng của tế bào hay cơ thể Theo quan điểm hiện nay, dấu hiệu sinh học là những thể hiện của sự phản ứng sinh học của sinh vật đối với tác động lý hoá học của chất ô nhiễm trong môi trường. Dấu hiệu sinh học có 2 loại chính: dấu hiệu sinh lý-sinh hoá và dấu hiệu sinh thái. Dấu hiệu sinh lý-sinh hoá: là dấu hiệu dễ nhận thấy và có giá trị nhất là các chỉ số liên quan tới khả năng sống sót, sự sinh trưởng của cá thể (chỉ số ăn mồi, tiêu hoá, hô hấp), sự sinh sản của quần thể (sinh trưởng, tỷ lệ sống của ấu trùng),. Dấu hiệu sinh thái: thể hiện sự biến đổi của cấu trúc quần thể hoặc quần xã dưới tác động của chất ô nhiễm. Có nhiều chỉ số được dùng để đánh giá sự biến đổi này: - Chỉ số thiếu hụt số loài: được xác định trong trường hợp có số liệu khảo sát định kỳ về thành phần loài có trong một khu sinh cư. Sự thiếu hụt loài này có thể kéo theo sự thiếu hụt loài khác. Thường người ta chú ý đến các loài có số lượng nhiều, dễ thu mẫu, dễ quan sát, tránh các loài hiếm gặp, có thể thiếu hụt do sai sót trong kỹ thuật thu mẫu. - Chỉ số đa dạng sinh học: là chỉ số mang tính chất tổng hợp số lượng loài và số cá thể vào một giá trị chung, để đơn giản hoá sự phức tạp của cấu trúc quần xã sinh vật. Có rất nhiều loại chỉ số đa dạng sinh học do các tác giả khác nhau đưa ra, song thường có sự tương quan giữa các loại chỉ số đa dạng khác nhau khi tính toán cùng một cơ sở dữ liệu. Chỉ số này đánh giá 3 mặt của cấu trúc quần xã: về số lượng loài (độ phong phú), tổng số lượng sinh vật của mỗi loài có mặt (mật độ phong phú), và tính đồng nhất phân bố giữa các loài (tính đồng đều). Chỉ số đa dạng có 1 số nhược điểm là không cung cấp thông tin về bản chất chất gây ô nhiễm, sự phản hồi quần xã với ô nhiễm không thường xuyên tuyến tính, 1 số loài có thể tăng tính đa dạng, không phân biệt được quần xã chống chịu ô nhiễm và quần xã chống chịu ô nhiễm. - Chỉ số loài ưu thế: cũng là một chỉ số có ý nghĩa để đánh giá mức độ ô nhiễm. Các kết quả cho thấy khi mức độ ô nhiễm nặng, một số loài phát triển ưu thế về số lượng, thường là các loài kích thước nhỏ, lớn nhanh như nhóm giun ít tơ nước ngọt. Tính chất chỉ thị khác nhau ở các mức phân loại sinh thái trong tự nhiên. 6 I.4. Các kiểu chỉ thị sinh học Đối tượng sinh vật là sinh vật chỉ thị có thể là các loài (loài chỉ thị) hoặc các tập hợp loài (nhóm loài chỉ thị). Chỉ thị hệ sinh thái: đo năng suất sơ cấp, quá trình hô hấp của quần xã. Hệ sinh thái nước ngọt dễ bị tổn thương hơn hệ sinh thái nước ngọt. Cấu trúc quần xã chỉ thị: tính chất chỉ thị không dừng ở loài mà từng nhóm loài, từng quần xã sinh vật trong một vùng sinh cư. Sự biến đổi môi trường nước đã tác động đến cấu trúc quần xã sinh vật nào đó (sinh vật nổi, sinh vật đáy, cá, rong...). Sự thay đổi của môi trường thể hiện qua các chỉ số sinh học như: BMWP, IBI, ASPT... (đối với quần xã sinh vật thủy vực). Quần thể sinh vật chỉ thị: sự biến đổi môi trường thể hiện ở sự có mặt, không có mặt của một loài, một nhóm loài mà còn thể hiện ở sự biến đổi về số lượng, cấu trúc quần thể các loài chỉ thị. Cá thể sinh vật chỉ thị là những dấu hiệu mang tính chỉ thị về sinh lý, sinh hoá, tập tính, tổ chức tế bào của cá thể sinh vật chỉ thị. II. CHỈ THỊ SINH HỌC ĐẶC TRƯNG CHO MÔI TRƯỜNG NƯỚC II.1. Sinh vật chỉ thị II.1. 1. Chỉ thị loài sinh vật Loài sinh vật chỉ thị môi trường là loài phải có đặc tính rất nhạy cảm (sensitive) với môi trường hoặc rất có khả năng chống chịu (tolerant) với môi trường, hoặc 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. Các loài có khả năng chống chịu như muỗi lắc (Chironomus riparins), giun ít tơ (Tubifex tubifex, Limnodrilus hoffmeisteri) thường được xem là loài chỉ thị cho nước bị ô nhiễm hữu cơ. 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). Nhiều loài thuỷ sinh vật có khả năng tích tụ các muối kim loại trong cơ thể chúng rất cao, cao hơn nhiều so với các chất này có trong môi trường nước. Các loài động vật thân mềm có khả năng tích tụ các muối Co, Cd, Cu, sứa có khả năng tích luỹ muối Zn, trùng phóng xạ có khả năng tích tụ Sr. Ngoài ra, các kết quả nghiên cứu đã cho thấy các nhóm thực vật thuỷ sinh bậc cao có bộ rễ chùm trong tầng nước như các loài bèo, thực vật ngập trong nước có bộ rễ trong lớp trầm tích đáy rất có khả năng hấp thụ nhiều nhóm kim loại nặng có trong nước và trầm tích đáy. Chính nhờ khả năng 7 này, nhiều nhóm thực vật bậc cao kể trên, đặc biệt loài bèo Nhật bản (lục bình) được sử dụng để làm sạch nước. Các chất phóng xạ cũng có thể được các thuỷ sinh vật tích luỹ trong cơ thể suốt thời gian sống, khi chết, lắng xuống đáy sẽ bị đất hấp thụ, không trở lại môi trường nước nữa. Điều này rất có ý nghĩa đối với tự lọc sạch các chất phóng xạ trong nước bị ô nhiễm bởi chất phóng xạ, đặc biệt đối với các chất phóng xạ có thời gian tự phân huỷ ngắn như Itrium 91, Cerium 144. Giữ vai trò quan trọng trong hoạt động này là sinh vật nổi, trong đó, thực vật nổi có khả năng tích tụ nhiều hơn động vật nổi. Các đặc tính tích tụ chất độc của một số loài thuỷ sinh vật như trên là cơ sở để lựa chọn sinh vật chỉ thị môi trường. Các vi sinh vật chỉ thị việc nhiễm bẩn nguồn nước bởi phân Vi khuẩn (VK) Coliform là gì? VK Coliform là các sinh vật mà có mặt trong môi trường và có trong phân của các động vật máu nóng và người. VK Coliform gần như không gây ra bệnh tật. tuy nhiên, sự có mặt chúng trong nước uống cho thấy sinh vật gây bệnh có thể có trong nước. Hầu hết các mầm bệnh có thể gây ô nhiễm nước bắt nguồn từ phân người hay động vật. Việc xét nghiệm nước uống với tất cả các mầm bệnh có thể thì rất phức tạp và tốn thời gian, tiền bạc. Nhưng khá dễ dàng và không đắt đỏ để kiểm tra VK coliform. Nếu VK coliform được tìm thấy trong mẫu nước, người vận hành hệ thống nước kiểm tra để tìm thấy nguồn gây ô nhiễm và phục hồi nước uống an toàn. Có 3 nhóm VK Coliform khác nhau, mỗi nhóm có 1 giới hạn mức độ nguy hiểm khác nhau. Coliform tổng số, coliform phân, và E. Coli Coliform tổng số, coliform phân, và E. Coli là tất cả chỉ thị cho chất lượng nước uống. nhóm coliform tổng số là tập hợp lớn nhất của các loại VK. Coliform phân là những loại của coliform tổng số hầu hết tồn tại trong phân. E.coli là nhóm nhỏ coliform phân. Khi 1 mẫu nước được gửi tới phòng thí nghiệm, nó được kiểm tra coliform tổng số. nếu có mặt coliform tổng số, mẫu đó sẽ được kiểm tra cả coliform phân và E.coli, tùy vào phương pháp kiểm tra của phòng thí nghiệm. VK coliform tổng số thường được tìm thấy trong môi trường (thực vật, đất…) và nhìn chung đều không có hại. Nếu chỉ phát hiện VK coliform tổng số trong nước, thì nó có thể có từ môi trường. ô nhiễm phân thì không thể. Tuy nhiên, nếu ô nhiễm môi trường có thể lan ra hệ thống, đó có thể là cách cho mầm bệnh lan ra hệ thống. vì vậy, việc tìm ra nguồn gốc và giải quyết vấn đề là rất quan trọng. VK coliform phân là nhóm nhỏ trong coliform tổng số. chúng xuất hiện với số lượng lớn ở ruột và phân người, động vật. sự xuất hiện của coliform phân trong mẫu 8 nước uống thường cho thấy sự ô nhiễm phân, có nghĩa rằng có nguồn mầm bệnh nguy hiểm lớn xuất hiện khi phát hiện có coliform tổng. E. coli là nhóm nhỏ trong nhóm coliform phân. Hầu hết VK E. coli đều không có hại và được tìm thấy với số lượng lớn trogn ruột người và động vật máu nóng. Tuy nhiên, 1 vài loài có thể gây bệnh. sự hiện diện của E. coli trong mẫu nước cho thấy sự ô nhiễm phân, có nghĩa ở đó có mức nguy hiểm lớn của mầm bệnh. 1 chú ý với E. coli: sự bùng nổ E. coli bao phủ 1 vùng. Phần lớn sự bao phủ gây ra do 1 chuỗi VK E. coli gọi là E. coli O157:H7. Khi mẫu nước được thông báo rằng có E.coli không có nghĩa rằng có sự nguy hiểm và thực tế, nó có thể không xuất hiện. tuy nhiên, nó chỉ ra sự ô nhiễm thời gian gần đây. Nhóm vi khuẩn coliform chủ yếu bao gồm các giống như Citrobacter, Enterobacter, Escherichia, Klebsiella và cả Fecal. Chỉ tiêu tổng coliform không thích hợp để làm chỉ tiêu chỉ thị cho việc nhiễm bẩn nguồn nước bởi phân. Tuy nhiên việc xác định số lượng Fecal coliform có thể sai lệch do có một số vi sinh vật (không có nguồn gốc từ phân) có thể phát triển ở nhiệt độ 44oC. Do đó số lượng E. coli được coi là một chỉ tiêu thích hợp nhất cho việc quản lý nguồn nước. Fecal streptococci: nhóm này bao gồm các vi khuẩn chủ yếu sống trong đường ruột của động vật như Streptococcus bovis và S. equinus; một số loài có phân bố rộng hơn hiện diện cả trong đường ruột của người và động vật như S.faecalis và S.faecium hoặc có 2 biotype (S. faecalis và liquefaciens và loại S.faecalis có khả năng thủy phân tinh bột). Các loại biotype có khả năng xuất hiện cả trong nước ô nhiễm và không ô nhiễm. Việc đánh giá số lượng Faecal streptococci trong nước thải được tiến hành thường xuyên; tuy nhiên nó có các giới hạn như có thể lẫn lộn với các biotype sống tự nhiên; F. streptococci rất dễ chết đối với sự thay đổi nhiệt độ. Các thử nghiệm về sau vẫn khuyến khích việc sử dụng chỉ tiêu này, nhất là trong việc so sánh với khả năng sống sót của Salmonella. Ở Mỹ, số lượng 200 F. coliform/100 mL là ngưỡng tới hạn trong tiêu chuẩn quản lý các nguồn nước tự nhiên để bơi lội. Clostridium perfringens: đây là loại vi khuẩn chỉ thị duy nhất tạo bào tử trong môi trường yếm khí; do đó nó được sử dụng để chỉ thị các ô nhiễm theo chu kỳ hoặc các ô nhiễm đã xảy ra trước thời điểm khảo sát do độ sống sót lâu của các bào tử. Trong việc tái sử dụng nước thải chỉ tiêu này được đánh giá là rất hiệu quả, do các bào tử của nó có khả năng sống sót tương đương với một số loại vi rút và trứng ký sinh trùng. Việc phát hiện, xác định từng loại vi sinh vật gây bệnh khác rất khó, tốn kém thời gian và tiền bạc. Do đó để phát hiện nguồn nước bị ô nhiễm bởi phân người ta dùng các chỉ định như là sự hiện diện của Fecal Coliforms, Fecal Streptocci, 9 Clostridium perfringens và Pseudomonas acruginosa. Cũng cần phải nói thêm rằng mối quan hệ giữa sự chết đi của các vi sinh vật chỉ thị và vi sinh vật gây bệnh chưa được thiết lập chính xác. Ví dụ khi người ta không còn phát hiện được Fecal Coliform nữa thì không có nghĩa là tất cả các vi sinh vật gây bệnh đều đã chết hết. Trong quá trình thiết kế các hệ thống xử lý các nhà khoa học và kỹ thuật phải hạn chế tối đa các ảnh hưởng của chất thải tới sức khoẻ cộng đồng. Mỗi nước, mỗi địa phương thường có những tiêu chuẩn riêng để kiểm tra khống chế. Khi kinh phí và điều kiện có giới hạn người ta thường dùng chỉ tiêu E. coli hoặc Tổng Coliform để xác định chất lượng các loại nước thải. Số lượng coliform hay E. coli được biểu diễn bằng số khả hữu MPN (Most Probable Number). Đôi khi chúng ta cần phải xác định là nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi phân người hay phân gia súc để có những biện pháp quản lý thích hợp. Khi đó người ta thường sử dụng tỉ lệ Fecal coliform trên Fecal streptococci. Tảo Chlorella sinh trưởng tốt trong các nguồn nước thải đã được nghiên cứu trong giải COD dao động từ 200-700 mg/l. Trong các nghiên cứu tảo Chlorella phát triển tốt nhất trong nước thải sinh hoạt với giải 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 rất cao đối với nước thải sinh hoạt trong điều kiện nuôi trong các bể ở điều kiện phòng thí nghiệm, COD giảm 84%, BOD giảm 90%. Tảo Chlorella có khả năng loại bỏ N-NH4+, PO43-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 những thí nghiệm trong phòng thí nghiệm. N-NH4+ giảm 99% ,PO43- 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. Bèo dâu: cơ thể cộng sinh giữa tảo và dương xỉ, có khả năng hấp thụ Covà Eu được hấp thụ đều nằm ở phần lá bèo. Vi khuẩn làm cố định đạm Nostoc và Glocotrichia bón cho rau có tác dụng làm tăng sinh khối rau muống trong khi hàm lượng đạm tổng số có mẫu thí nghiệm tương tự đối chứng các tảo này cũng làm tăng năng suất của rau cải trồng trong dung dịch lên 10%. II.1.2. Các quần xã chỉ thị Hiện nay, để thấy được diễn biến chất lượng nước (các thành phần lý-hóa), người ta quan tâm tới thu thập và phân tích các thông số về nơi cư trú của quần xã thực vật bám (periphyton), động vật đáy cỡ lớn và cá. Nhiều nước đã đào tạo các nhà sinh học động vật đáy thực nghiệm, có thể tích lũy các dẫn liệu cơ bản về động vật không xương sống (KXS) đáy cỡ lớn và xem việc quan trắc sinh vật đáy là một biện pháp đánh giá rất có nhiều tiện ích. 10 Trong việc lựa chọn quần xã thủy sinh phù hợp với sinh giám sát, ưu thế sử dụng của mỗi quần xã phải được xem xét, dựa trên các mục tiêu của chương trình quan trắc. Một số ưu thế sử dụng thực vật bám đáy, động vật KXS đáy cỡ lớn và cá trong chương trình giám sát được tóm tắt như sau: Thực vật bám đáy: - Tảo nhìn chung có tốc độ sinh sản nhanh, chu kỳ sống rất ngắn, có thể sử dụng chúng làm chỉ thị tác động ngắn hạn. - Là nhóm sản sinh sơ cấp, tảo bị ảnh hưởng trực tiếp nhất bới các tác động vật lý và hóa học. - Thu mẫu dễ, rẻ, cần ít người tham gia. - Đã có các phương pháp chuẩn đánh giá các đặc điểm chức năng, cấu trúc không phải phân loại học (non- taxonomic) của các quần thể tảo. - Quần xã tảo là rất nhạy cảm với các chất gây ô nhiễm ngay khi ở nồng độ rất thấp so với các quần xã thủy sinh khác, hoặc chỉ tác động tới các cơ thể khác ở hàm lượng cao hơn (chất diệt cỏ). Động vật KXS đáy: - Quần xã động vật KXS đáy là chỉ thị tốt cho các điều kiện môi trường ngay tại khu vực bởi nhiều loài động vật KXS đáy ít khả năng di chuyển hoặc sống tại chỗ, chúng đặc biệt thích hợp cho đánh giá các tác động đặc biệt tại chỗ (các nghiên cứu thượng lưu-hạ lưu sông suối) - Động vật KXS tích hợp các tác động các biến đổi môi trường ngắn hạn. Nhiều loài có có chu kỳ sống phức hợp khoảng 1 năm hoặc hơn. Các giai đoạn sống nhạy cảm sẽ phản ứng nhanh chóng với các thay đổi. - Các nhà sinh học có kinh nghiệm thông qua đánh giá nhanh chóng quần xã động vật KXS đáy cỡ lớn để xác định các mức độ suy thoái của môi trường nước thuỷ vực. Có thể dễ dàng xác định động vật KXS đáy cỡ lớn tới họ, thậm chí nhiều taxa “chống chịu” có thể dễ xác định tới bậc phân loại thấp hơn. - Động vật KXS đáy cỡ lớn được phân loại tới loài, có thể xác định được các mức dinh dưỡng và sự chống chịu ô nhiễm, điều đó cung cấp thông tin cho những tác động tích lũy. - Thu mẫu dễ, đòi hỏi ít người, dụng cụ rẻ, ít ảnh hưởng tới môi trường sống. - Động vật KXS đáy cỡ lớn được xem là nguồn thức ăn sơ cấp của cá bao gồm nhiều loài quan trọng về kinh tế và tái lập đàn. 11 - Động vật KXS đáy cỡ lớn phong phú ở các suối. Nhiều suối lớn (cấp 1 và cấp 2) là nơi cung cấp nguồn đa dạng động vật KXS cỡ lớn. - Hầu hết các quốc gia đã thu thập các số liệi sinh quan trắc dựa trên Động vật KXS cỡ lớn. Cá: - Cá là chỉ thị tốt cho các tác động tới môi trường nước lâu dài bởi vì đời sống của cá dài và có khả năng di động (Karr et al. 1986). - Quần xã cá nhìn chung có một tập hợp loài biểu thị sự biến động mức độ dinh dưỡng (ăn tạp, ăn thực vật, ăn côn trùng, ăn sinh vật nổi, ăn cá con). Chúng 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. - Cá là xích cuối cùng trong lưới thức ăn tự nhiên của thuỷ vực, là thức ăn của con người cho nên chúng có ý nghĩa để đánh giá các tác hại. - Cá dễ thu thập và dễ phân loại được tới loài. Hầu hết các mẫu đều có thể phân loại được trên thực địa. - Môi trường sống và đặc điểm phân bố của hầu hết các loài cá đều đã được biết. II.2. Các chỉ số sinh học II.2.1. Chỉ số đa dạng Về lý thuyết, chỉ số đa dạng được xây dựng để đánh giá mức độ đa dạng thành phần loài của quần xã sinh vật. Ở góc độ sinh thái học, các mức độ đa dạng còn chịu tác động của điều kiện môi trường. Bởi vậy, các nhà chuyên môn đã xác định chất lượng môi trường gián tiếp theo chỉ số đa dạng. Tuy nhiên, tuỳ theo điều kiện thực tiễn, các bậc phân hạng môi trường theo chỉ số đa dạng của các quần xã sinh vật ở nước, ở trên cạn có thể là khác nhau. Trong đánh giá môi trường nước, Stau et all. (1970) đã đưa ra bảng so sách mức độ phân hạng môi trường nước theo chỉ số đa dạng. Để đánh giá tính đa dạng của một quần xã thuỷ sinh vật trong thiên nhiên, người ta thường dùng cách tính toán một số Chỉ số đa dạng sinh học dùng cho một số quần xã là đối tượng so sánh về tính đa dạng. Nguyên tắc của các phương pháp tính toán này dựa trên mối quan hệ giữa số loài và số cá thể có trong một quần xã thuỷ sinh vật, và theo qui luật tính đa dạng của quần xã thay đổi khi hệ sinh thái thuỷ vực có biến đổi, đặc biệt khi bị ô nhiễm. Ưu điểm của cách tính các Chỉ số này là dễ thực hiện, áp dụng được cho mọi loại thuỷ vực, mọi loại quần xã; không phụ thuộc vào vị trí địa lý, thành phần phân 12 loại học. Mặt hạn chế của phương pháp này là chỉ áp dụng được cho một thuỷ vực có độ lớn nhất định, không cho biết được các thông tin về thành phần phân loại của loài do chỗ các loài có giá trị tính toán như nhau, và có hạn chế khi đánh giá mức độ biến đổi sinh thái của thuỷ vực vì ngay cả khi thuỷ vực ở tình trạng tự nhiên, tính đa dạng cũng có thể thay đổi do những nguyên nhân khác. Chỉ số Shannon-Weiner Ni Ni ln i =1 N N s H′ = −∑ Hoặc H ′ = − ∑ ni ni lg 2 N N S: Tổng số loài trong một mẫu thu Ni: Số cá thể của loài i trong mẫu thu N: Tổng số cá thể trong mẫu Chỉ số Margalef D= S −1 ln N Trong đó: D là chỉ số đa dạng Margalef; S là tổng số loài trong mẫu; N là tổng số lượng cá thể trong mẫu. Chỉ số Simpson S =∑ Ni ( Ni − 1) N ( N − 1) S: Tổng số loài trong một mẫu thu Ni: Số cá thể của loài i trong mẫu thu N: Tổng số cá thể trong mẫu Chỉ số đa dạng thường được dùng phổ biến trong việc đánh giá mức độ ô nhiễm một thuỷ vực căn cứ vào hiện trạng tính đa dạng của quần xã thuỷ sinh vật sống trong đó, theo một bảng tính sẵn (Bảng 1). Bảng 1. Xếp hạng chất lượng nước theo chỉ số đa dạng Chỉ số đa dạng (H’, D, S) <1 1-2 >2-3 > 3 - 4,5 Chất lượng nước Rất ô nhiễm Ô nhiễm Hơi ô nhiễm Sạch 13 > 4,5 Rất sạch Nguồn : Stau et al., (1970). Đối tượng sử dụng để tính chỉ số đa dạng tùy theo điều kiện thực tế có thể lựa chọn: - Thực vật nổi; - Động vật nổi; - Động vật đáy (có thể bao gồm tôm, cua, trai, ốc, giun ít tơ, giun tròn tự do sống đáy...); - Cá II.2.2. Cách tính điểm BMWP và ASPT Một số họ động vật đáy được lựa chọn tham gia một lần tính điểm bao gồm các họ có tính nhạy cảm cao nhất (tương đương với điểm cao nhất - điểm 10) 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 (tương đương với số điểm thấp nhất - điểm 1). Sau khi có điểm tổng cộng BMWP, tính điểm số trung bình hay còn gọi là ASPT (Average Score Per Taxon) bằng cách lấy tổng số điểm chia cho tổng số họ đã tham gia tính điểm. Điểm số ASPT là chỉ số sinh học tương ứng với một mức chất lượng nước (Bảng 2). Chỉ số này trong khoảng từ 1-10. Bảng 2. Xếp loại mức độ ô nhiễm các thủy vực theo hệ thống điểm BMWP Thứ hạng Điểm số trung bình (ASPT) 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 Đánh giá chất lượng nước Ô nhiễm rất nặng (không có Động vật KXS đáy) Nguồn : Environment Agency, UK, 1997. Richard Orton, Anne Bebbington và John Bebbington, 1995) 14 II.2.3. Chỉ số sinh học tổ hợp (Intergrated Biological Index - IBI) Chỉ số này thường được sử dụng trên cơ sở tính toán cho nhóm cá. Chỉ số tổ hợp sinh học cá (IBI) đã phát triển và được ứng dụng rộng rãi ở Bắc Mỹ. Ngày nay, chỉ số IBI đang được cải tiến và phát triển ở một số nước khác như ở Pháp (Oberdorff và Hughes, 1992), ở Ấn Độ (Ganasan và Hughes). Trong quá trình nghiên cứu phát triển lý thuyết và nguyên lý tính IBI phải kể đến Karr et al (1986), Hughes và Gammon (1987), Oberdorff và Hughes (1992), Lyon et al. (1995). Chỉ số IBI bao gồm 12 chỉ số cần được tính đến đó là: 1. Tổng số loài cá 2. Số loài cá đáy - gần đáy 3. Số loài cá nổi - sống ở tầng nước trên và giữa 4. Số loài cá bống 5. Số loài cá trơn không vảy (lăng, chiên, nheo, lươn, chạch, trê,...) 6. Số loài cá nhạy cảm với môi trường 7. % số cá thể là cá ăn tạp 8. % số cá thể là cá ăn ĐVKXS, côn trùng 9. % số cá thể là cá dữ (ăn cá, tôm) 10. Tổng số cá thể cá 11. % số cá thể lai tạp, ngoại nhập 12. % số cá thể bị bệnh, dị tật, u, hỏng vây, và các khuyết tật khác Cả 12 chỉ số trên được đánh giá theo thang điểm: xấu (1 điểm), trung bình (3 điểm), tốt (5 điểm). Các thuỷ vực được đánh giá theo 6 mức độ (Karr et al,1986): • Môi trường rất tốt khi đạt 58-60 điểm đặc trưng là tốt nhất không có tác động của con người; Có tất cả các loài cá sống trong vùng nước đặc trưng cho sinh cảnh và cỡ suối bao gồm hầu như tất cả các loài cá nhạy cảm và tồn tại đầy đủ các thế hệ và ở tất cả hai giống, ổn định cấu trúc chuỗi dinh dưỡng. • Môi trường tốt khi đạt 48-52 điểm, đặc trưng bởi sự giàu có thành phần loài nhưng dưới mức mong đợi, đặc biệt là mất đi những loài nhạy cảm nhất với môi trường thay đổi,một số loài ít hơn mức tối ưu hoặc phân bố kích thước (cỡ cá); Cấu trúc chuỗi dinh dướng có dấu hiệu bị ức chế. • Môi trường trung bình khi đạt 39-44 điểm ,đặc trưng bởi có dấu hiệu suy thoái bổ xung bao gồm số dạng loài nhạy cảm ít đi, cấu trúc chuỗi dinh dưỡng bị 15 thu hẹp ( như tăng tần suất của các loài ăn tạp),các lứa tuổi trên của các loài cá dữ trở nên hiếm. • Môi trường xấu khi đạt 28-35 điểm, đặc trưng bởi các loài cá ăn tạp,cá chịu đựng tốt với môi trường bị ô nhiễm chiếm ưu thế và các loài sống trong sinh cảnh,một ít loài ăn sinh vật chết bậc cao, tốc độ sinh trưởng và điều kiện sống nhìn chung suy giảm,cá lai tạo và cá bị bệnh thường hay gặp. • Môi trường rất xấu khi đạt 12- 22 điểm, đặc trưng là cá ít mà đại bộ phận là các loài cá du nhập vào hoặc các loài chịu đựng tốt với môi trường ô nhiễm, thường gặp các dạng cá lai, cá mắc các bệnh, cá bị nhiễm ký sinh, cá bị hỏng vây và các khuyết tật khác. • Môi trường đặc biệt ô nhiễm rất nặng không có cá. Bảng 3. Chỉ số tổ hợp sinh học cá (IBI) STT Các tiêu chí 1 I. Thành phần cấu tạo quần xã 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 II. Cấu trúc dinh dưỡng III. Cấu trúc chức năng, phong phú và điều kiện môi trường Các chỉ số tổ hợp Tổng số loài cá Số loài cá đáy - gần đáy Số loài cá nổi - sống ở tầng nước trên và giữa Số loài cá bống Số loài cá trơn không vảy (lăng, chiên, nheo, lươn, chạch, trê,...) Số loài cá nhạy cảm với môi trường % số cá thể là cá ăn tạp % số cá thể là cá ăn ĐVKXS, côn trùng % số cá thể là cá dữ (ăn cá,tôm) Tổng số cá thể cá % số cá thể lai tạp, ngoại nhập % số cá thể bị bệnh, dị tật, u, hỏng vây, và các khuyết tật khác Cách tính điểm 5 3 1 phong vừa ít,hiếm phú phải phong vừa ít,hiếm phú phải phong vừa ít,hiếm phú phải >3 2-3 0 >4 2-4 <2 >4 < 35 > 50 2-4 35-60 25-50 <2 > 60 < 25 >5 nhiều 2-5 vừa phải 2-8 2-5 <2 hiếm,ít <2 <2 >8 >5 16 III. CHỈ THỊ SINH HỌC ĐẶC TRƯNG CHO MÔI TRƯỜNG NƯỚC CHẢY III.1. Quần xã sinh vật của hệ sinh thái (HST) suối-sông Suối và sông là một kiểu nơi cư trú phức hợp: từ một dòng chảy bé ở vùng đầu nguồn tập hợp thành suối và cuối cùng thành sông. Sinh vật suối thường rất giống với thuỷ sinh vật ở thượng lưu sông, về thành phần loài cũng như về số lượng. Hai bên bờ suối thường có thực vật lớn phát triển, mọc thành bụi. Do nước chảy mạnh và có nền đáy đá là chủ yếu, quần xã thuỷ sinh vật suối có sinh vật nổi nghèo nàn, thực vật ven bờ phát triển mạnh, động vật đáy khá phong phú, chủ yếu gồm các loài sống bám ở đáy đá và ở nước chảy mạnh như tôm cua, ấu trùng Trichoptera, Ephemeroptera, các loài ốc rất phong phú thuộc các họ ốc Ancylidae, Thiaridae, Hydrobiidae, Pachychilidae, Stenothiridae, bọ cánh cứng Psephenidae, ấu trùng muỗi Anophenes. Hệ cá suối bao gồm các các loài cá kích thước nhỏ, thích ứng với điều kiện nước chảy như cá bám đá. Do độ trong lớn nên các nhóm tảo bám đá (Periphyton) phát triển là cơ sở thức ăn quan trọng cho cá và động vật không xương sống. Theo đánh giá của nhiều tác giả (Kottelat, 1996), khu hệ thuỷ sinh vật hệ sinh thái suối có tỷ lệ các loài đặc hữu cao và trong kiểu hệ sinh thái này, còn nhiều loài chưa được phát hiện. Mùa nước lũ lớn khu hệ sinh vật đáy ở suối bị huỷ diệt đi rất nhanh, nhưng rồi lại hồi phục nhanh, ngay sau khi hết cơn lũ. Đặc điểm quan trọng của sông là chế độ nước chảy, sự phân chia thành nhiều đoạn sinh cảnh khác nhau: thượng lưu, trung lưu và hạ lưu có nhiều nhánh sông chảy qua nhiều địa phương. Phù hợp với đặc điểm trên, quần xã thuỷ sinh vật sông có cấu tạo không đồng nhất, sai khác nhau giữa thương lưu và hạ lưu. Thành phần loài cũng mang tính chất pha trộn, có nhiều loài ngoại lai từ các thuỷ vực khác di nhập vào. Sông là nơi cư trú rất quan trọng của các quần thể cá. Nơi cư trú này được đặc trưng bởi hàm lượng ô xy hoà tan thấp hơn so với suối, nhiệt độ cao hơn, độ đục cao hơn, hàm lượng dinh dưỡng cũng cao hơn, đáy bùn và có mùa lụt. Nền đáy sông thay đổi từ cát vùng thượng và trung lưu đến cát-bùn, bùn cát ở vùng hạ lưu. Trong thành phần sinh vật sống nổi của sông phát triển mạnh: vi khuẩn, tảo khuê, tảo lam, tảo lục, giáp xác nhỏ kém phát triển. Thành phần loài và số lượng nghèo ở thượng lưu và giàu dần lên ở hạ lưu. Do chế độ nước chảy mạnh, nên sinh vật sống nổi phân bố tương đối đồng đều theo chiều ngang cũng như thẳng đứng. Số lượng sinh vật sống nổi nhiều nhất vào kỳ nước thấp và nghèo đi ở kì nước cao. Trong thành phần sinh vật đáy ở sông, thực vật kém phát triển, động vật đáy rất đa dạng tuỳ thuộc vào tính chất nền đáy: đáy cát, đáy đá hay đáy bùn. Sinh vật đáy đá thường thấy ở thượng lưu sông thuộc vùng núi, thành phần đặc trưng là ấu trùng Trichoptera, ấu trùng Ephemeroptera, các loài ốc núi. Ngoài ra còn có thể gặp hải 17 miên nước ngọt, sán tiêm mao, những nhóm này ít thấy ở các sông vùng đồng bằng. Sinh vật đáy cát và đáy bùn thường thấy ở trung và hạ lưu sông, thành phần gồm ấu trùng côn trùng, giun ít tơ, ốc, trai sông họ Unionidae, trai cóc họ Amblemidae. Sinh vật tự bơi ở sông gồm có cá, bò sát ở nước và động vật có vú ở nước. Các loài cá sông có thể là cá thường trú, có thể là cá từ biển di nhập vào từng thời gian để sinh sản. Thành phần khu hệ cá sông thường không đồng nhất từ thượng lưu về trung lưu, ở mỗi quãng sông có một khu hệ cá đặc trưng. Vùng thượng lưu có nhiều loài cá đặc trưng cho vùng núi như: cá bống, cá sỉnh, cá hoả, cá chát, cá loà…, trong khi đó ở vùng hạ lưu, khu hệ cá gồm các loài phổ biến ở vùng đồng bằng (cá chép, cá diếc, cá chày, cá mè…) và các loài cá từ biển di cư vào (cá mòi, cá cháy…). Một số loài cá khác phân bố từ vùng thượng lưu tới hạ lưu sông, như cá mương, cá trạch, cá nheo, cá măng… Mùa lụt là sự kiện quan trọng của nhiều loài cá sông. Nhiều loài cá có tập tính đẻ trứng trong mùa lụt hoặc trước khi, hoặc ngay sau khi mùa lụt. Trong thuỷ vực sông, các yếu tố môi trường như chế độ thuỷ văn, nhiệt độ và ánh sáng quyết định năng suất sơ cấp. Trong các sông nghèo dinh dưỡng, năng suất sơ cấp thường cao nhất ở kiểu sinh cảnh thác nước và ghềnh. Ở các sinh cảnh này, nhờ có ánh sáng mặt trời, quần xã tảo đáy (peryphyton) phát triển trên các giá thể đáy đá tảng. Chúng sử dụng các chất dinh dưỡng trong nước với nồng độ thấp có hiệu quả hơn so với quần xã thực vật nổi (phytoplankton). Cá phải sử dụng sản lượng sơ cấp hoặc sản lượng thứ cấp như động vật nổi (zooplankton) như là nguồn thức ăn trực tiếp. Động vật nổi cũng là nguồn thức ăn của nhiều loài động vật KXS cỡ lớn và các loài cá. Ngược lại, các loài động vật KXS và cá lại là nguồn thức ăn cho các loài cá ăn thịt khác. Đây chính là biểu thị đặc điểm cơ bản của chuỗi thức ăn tự nhiên trong thuỷ vực. Các mức dinh dưỡng quyết định sản lượng cá và đa dạng các loài cá. Các thuỷ vực nghèo dưỡng sẽ làm gia tăng sự đa dạng khu hệ cá cho tới lúc thuỷ vực đạt tới sự phú dưỡng và khi đó số lượng các loài cá lại giảm đi. Trong mùa khô, các nơi cư trú của cá bao gồm thác nước, ghềnh, suối trong rừng, các vực sâu, vùng nước quẩn, mạch nước ngầm. Đến mùa mưa, mực nước cao hầu hết những nơi cư trú như trên hoàn toàn thay đổi hoặc biến mất. Tại các khúc sông, suối có dòng chảy nhanh, thực vật nổi không đủ thời gian để sinh trưởng và phát triển để hình thành các quần thể tảo nổi để góp phần tạo ra năng xuất sơ cấp ở đây. Bởi vậy, tại đây, trữ lượng tức thời cúa cá phụ thuộc chính vào nguồn tảo đáy. Trữ lượng tức thời của cá ở vùng hạ lưu sẽ tăng lên khi mà ở đó, dòng chảy chậm lại, năng xuất sơ cấp tăng do thực vật nổi có điều kiện phát triển với sự tích luỹ các nguồn dinh dưỡng và trầm tích đáy. 18 Thành phần và mật độ các loài phụ thuộc chặt chẽ vào chế độ động lực, thuỷ văn, địa hình, địa mạo và thành phần hoá học của nước. Vùng nước lợ cửa sông là nơi có hệ sinh thái đa dạng và năng suất cao, có giá trị khai thác về mặt kinh tế. III.2. Các sinh vật chỉ thị đặc trưng cho thủy vực nước chảy 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. 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. 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. 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 các loài cá. Cá là một chỉ thị rất tốt cho kim loại nặng trong nước. Mohamet 1990, sử dụng cá làm chỉ thị sinh học cho ô nhiễm kim loại nặng ở sông Nile. Theo Munir Ziya (2005) thì nhiều kim loại nặng có mặt một cách tự nhiên trong môi trường biển và là 19