ứng dụng chỉ thị sinh học trong quan trắc môi trường nước

ỨNG DỤNG CHỈ THỊ SINH HỌC TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC

TỔNG CỤC MÔI TRƯỜNGTỔNG CỤC MÔI TRƯỜNG

TRUNG TÂM QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNGTRUNG TÂM QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG

Hải Phòng, 6/2014

Bà Lê Hoàng Anh

PGĐ. Trung tâm Quan trắc Môi trường

TỔNG QUAN

Quan trắc môi trường gồm 3 thành phần cơ bản: lý, hóa học vàsinh học;

Chỉ thị sinh học là sử dụng một cách có hệ thống các đáp ứngsinh học của các sinh vật chỉ thị để đánh giá sự biến đổi chấtlượng môi trường;

Quan trắc dựa vào sinh vật chỉ thị (Biomonitors) là công cụ

Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014

Quan trắc dựa vào sinh vật chỉ thị (Biomonitors) là công cụquản lý môi trường nước hiệu quả, hỗ trợ đáng kể cho các chươngtrình quan trắc lý – hóa học vì không đòi hỏi thiết bị đắt tiền, chiphí không cao khi thu mẫu và phân tích, không yêu cầu trình độchuyên môn cao để thực hiện khâu thu mẫu và định loại loài;

Ứng dụng chỉ thị sinh học trong quan trắc môi trường nước đangtrở nên rất phổ biến với nhiều loại công nghệ đa dạng (tùy mụcđích và yêu cầu quan trắc).

Ưu thế dùng các nhóm sinh vật làm chỉ thị chất lượng nước: Rất đa dạng về thành phần và số lượng loài trong tự

nhiên, thuận tiện ứng dụng trong các chương trình quantrắc;

Có phân bố ổn định theo lưu vực; có khả năng phản ánhvấn đề ô nhiễm tại các điểm khi việc xả thải đã kếtthúc/không quan sát thấy;

VAI TRÒ CỦA SINH VẬT CHỈ THỊTRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC


thúc/không quan sát thấy; Nhiều loài nhạy cảm với ô nhiễm, cho phép phát hiện

được nhiều vấn đề ô nhiễm, đặc biệt là ô nhiễm một sốhợp chất dạng vết khó phát hiện qua phân tích mẫu lý –hóa học hoặc việc phân tích quá tốn kém;

Nhiều nhóm sinh vật có vòng đời đủ dài, phản ánh đượcdiễn biến chất lượng môi trường thời gian dài và khôngđòi hỏi tần suất quan trắc liên tục;

Một số loài đặc biệt phù hợp cho các phân tích trongphòng thí nghiệm.

CÁC ỨNG DỤNG TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Một số hướng ứng dụng phổ biến hiện nay:

1- Phân tích độc học môi trường;

2- Đánh giá nhanh chất lượng nước (phục vụ mục đích

khai thác nước uống, nước sinh hoạt, quản lý môi trường);

3- Đánh giá, quan trắc diễn biến chất lượng nước các lưu


vực sông, suối, hồ theo mùa và theo năm;

4- Bảo tồn, phân tích đa dạng thành phần loài của khu vực;

5- Nghiên cứu khoa học (Ví dụ: đánh giá ảnh hưởng của

biến đổi khí hậu, xâm nhập mặn...).

o Chủ yếu dựa vào các chỉ thị sinh học để đánh giá chất lượng môitrường nước;

o Nguyên lý: Kết quả thu mẫu thực địa và phân tích một/một số sinhvật chỉ thị được quy đổi ra các chỉ số, chỉ thị đo lường, hay môhình mô tả về một hệ sinh thái /trạng thái của sinh vật, qua đóđánh giá hiện trạng và diễn biến môi trường cư trú của các sinh

CÁC ỨNG DỤNG PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM

Đối với các chương trình quan trắc dùng sinh vật chỉ thịtrong nước:


đánh giá hiện trạng và diễn biến môi trường cư trú của các sinhvật chỉ thị.

MỘT SỐ LOẠI CHỈ THỊ SINH HỌC TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Theo loài chỉ thị: Phổ biến hiện nay:o Thực vật nổi: một số loài thuộc ngành tảo lục, tảo lam, tảo vàng,tảo silic, tảo giáp;o Động vật nổi: một số loài giáp xác sống trôi nổi ở tầng nước mặt;o Động vật không xương sống đáy cỡ lớn: phổ biến như các loàingành thân mềm, giun đốt, các ấu trùng côn trùng…o Một số loài cá nước ngọt, nước lợ, nước mặt...


Theo tính chỉ thị:o Sinh vật nhạy cảm (Biosensor):

Có sự nhạy cảm cao với nhữngbiến đổi của môi trường.

o Sinh vật tích tụ(Bioaccumulator): có khả năngtích lũy các kim loại nặng trongcơ thể ở nồng độ cao hơn môitrường xung quanh. Ví dụ: ốc,trai, hến, rong…

o Một số loài cá nước ngọt, nước lợ, nước mặt...

Theo cấp độ chỉ thị: 4 cấp chính:o Chỉ thị dưới loài: phân tích tế bào, mô hoặc bộ phận của sinh vật

chỉ thị;o Chỉ thị loài:

Thông qua định tính và định lượng các sinh vật chỉ thị; Phổ biến như các nhóm cá, giun, trai ốc, các loài côn trùng…

o Chỉ thị quần xã : dựa trên phép đo của một nhóm sinh vật cụ thể

MỘT SỐ LOẠI CHỈ THỊ SINH HỌC TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC


o Chỉ thị quần xã : dựa trên phép đo của một nhóm sinh vật cụ thểtrong quần xã. Ví dụ:

Chỉ số đa dạng (Margalef, Shannon-Wiener…); Chỉ số ô nhiễm (BMWP, ASPT, ASTPT…); Chỉ số sinh học tổng hợp (chỉ số tổng hợp cá IBI, chỉ số tổnghợp dựa vào động vật KSXĐCL MMIF…); Chỉ số về tính toàn vẹn,...

o Chỉ thị hệ sinh thái: đo đạc năng suất sơ cấp hoặc quá trình hôhấp của các quần xã.

Các nhóm sinh vật thường dùng: Thực vật nổi: các loài tảo giáp, tảo mắt, tảo silic, tảo lam, tảo

lục; Động vật nổi: ví dụ giáp xác chân chèo, trùng bánh xe… Động vật không xương sống cỡ lớn.

Các chỉ thị sinh học đánh giá chất lượng môi trường: Chỉ số đơn lẻ: Chỉ số đa dạng: Margalef, Shannon-Wiener, Simpson;

Toàn lưu vực

T.Lục

44%

T.Lam

13%

T.Mắt

15%

T.Giáp

1%

T.Silic

27%

CHƯƠNG TRÌNH QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚCDÙNG SINH VẬT CHỈ THỊ


Chỉ số đa dạng: Margalef, Shannon-Wiener, Simpson; Chỉ số ô nhiễm: BMWP-Viet, ASPT;

0,9

1

MMI

o Đa chỉ số: Là việc kết hợp nhiều chỉ số, cho phép tích hợp nhiềunguồn thông tin (về đa dạng loài, tính nhạy cảm, chỉ thị ô nhiễm…)vào 1 chỉ số duy nhất;

=> Là hướng đang được quan tâm thời gian gần đây trong và ngoàinước.

CHƯƠNG TRÌNH QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚCDÙNG SINH VẬT CHỈ THỊ

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

SC

A-1

SC

A-2

SC

A-3

SC

A-4

SC

A-5

SC

A-6

SC

O-1

SC

O-2

SC

O-3

SC

O-4

SC

O-5

SD

U

SP

H

SC

C

SN

T

Sông Cầu Sông Công Các sông khác

MMI

Lớp 1

Lớp 2

Lớp 3

Lớp 4

Lớp 5

Ví dụ chỉ số tổng hợp BBI (Bỉ) và

MMI (Việt Nam)

Ngoài phương pháp sử dụng các chỉ thị sinh học để đánh giá chấtlượng môi trường nước, một số phương pháp dựa vào công nghệ,thiết bị hiện đại đang được phổ biến ở Việt Nam. Điển hình như:

o Phân tích ô nhiễm dựa vào sinh vật tích tụ;

MỘT SỐ ỨNG DỤNG KHÁC


Phân tích ô nhiễm dựa vào sinh vật tích tụ;o Phân tích độc học môi trường;o Đánh giá nhanh chất lượng nước.

Có thể đánh giá ô nhiễm các kim loại nặng (Cu, Zn, Pb, Asen…)trong môi trường (đất, nước, trầm tích…);

Các loài chỉ thị phổ biến: Động vật hai mảnh (trai, hến, trùng trục, ốc…): ưu điểm chínhđã có định loại rõ, dễ nhận dạng, dễ tích tụ chất ô nhiễm, vòngđời dài;

PHÂN TÍCH Ô NHIỄM DỰA VÀO SINH VẬT TÍCH TỤ

Là phương pháp phân tích hoá sinh hữu cơ mô cơ thể của một sốloài sinh vật có khả nặng tích tụ, qua đó phát hiện các chất ô nhiễmdễ dàng hơn so với phương pháp phân tích lý - hóa học;


đời dài; Các loài khác: Cá (ít phổ biến hơn do thường có ngưỡng chếtvới giới hạn nồng độ ô nhiễm nhất định và có phân bố không tĩnhtại), giun đất, rong,…

Ứng dụng cho chỉ thị loài vàdưới loài;

Dựa vào phản ứng gây chết(sub-lethal) hoặc quan sát sựthay đổi bất thường về dichuyển, sinh sản, làm tổ, hìnhthái…của các loài đối với môi

PHÂN TÍCH ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG


thái…của các loài đối với môitrường có độc chất;

Một số sinh vật chỉ thị phổ biến: rận nước (daphnia), tảo, con

trai…thường phổ biến dựa vào nhóm cá (ví dụ cá ngựa vằn);

Có thể ứng dụng cho quan trắc hiện trường và/hoặc phân tích,

theo dõi trong phòng thí nghiệm;

Nồng độ (log)

Nguyên lý: hệ thốnggồm 1 hoặc 2 buồngmẫu đo; giám sát 24/24giờ và phát hiện, đưa tínhiệu cảnh báo tự động;

Phân tích, phát hiện ônhiễm qua giám sát

PHÂN TÍCH ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNGThiết bị quan trắc độc chất dùng rận nước:


nhiễm qua giám sáthành vi bơi của nhómrận nước (thông số quyluật di chuyển, tốc độtrung bình, sự phân bốvà vị trí bơi trong tầngnước,…)

Bộ nuôi gắn liền máychính.

Nguyên lý: Đo sự ức chế quanghợp của tảo trong môi trường cóđộc tố;

Phương pháp đo bằng huỳnhquang trực tiếp để xác định nồngđộ chlorophyll trong môi trườngvà xác định các nhóm tảo;

PHÂN TÍCH ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNGThiết bị quan trắc độc chất dùng tảo:


và xác định các nhóm tảo;

Bộ nuôi tảo gắn liền máy chính.

Phần mềm quan trắc TảoNguồn: Công ty REECO

Ứng dụng để đánh giá chất lượng: Nước cấp sinh hoạt, nước

mặt, nước sông, ao, hồ chứa… Phương pháp dùng được cho phòng thí nghiệm, trạm quan trắc và đi

hiện trường; Độ nhạy phương pháp từ trung bình đến cao (ppm-ppb) đối với các

dạng hợp chất: độc tố hô hấp, độc tố thần kinh, thuốc diệt loài gây hại; Ví dụ: Hệ thống video giám sát, phân tích hành vi bơi của cá để phát

hiện nhanh chóng nước chứa độc chất; cảnh báo nhanh và dùng đượccho nhiều loài cá;

ĐÁNH GIÁ NHANH CHẤT LƯỢNG NƯỚC


cho nhiều loài cá;

Dùng thiết bị đo nhanh hiện trường (ví dụ đo tảo):

Đo hàm lượng chlorophyll (in situ);

Độ sâu quan trắc tối đa: 0 - 100 m; 0 - 300 m; 0 - 1000 m;

Bảng mô tả dữ liệu thời gian thực theo độ sâu quan trắc.

ĐÁNH GIÁ NHANH CHẤT LƯỢNG NƯỚC


widthcond

DO

Baetis

…

Genetic algorithms

Fuzzy logic

1

0

low high

DÙNG CÁC MÔ HÌNH SINH THÁIPhương pháp dùng các mô hình, thuật toán dự báo: Dựa vào cácnguyên lý, quy luật tương tác giữa các yếu tố lý - hóa học và sinh học.

17

Baetis

0

DO %sat

depth

> 48.6%

0

48.6%

0.4m > 0.4m

1

ANN

BayesianBelief Networks

Decision trees

Fuzzy logic

Quan trắc dựa vào sinh vật chỉ thị là công cụ hiệu quả, hỗ trợ

đắc lực cho chương trình quan trắc lý - hóa học;

Cần phổ biến, mở rộng hướng sử dụng sinh vật chỉ thị trong các

chương trình quan trắc môi trường định kỳ;

ĐỊNH HƯỚNG DÙNG SINH VẬT CHỈ THỊ ĐỐI VỚI HOẠT ĐỘNG QUAN TRẮC


Cần đầu tư phát triển nguồn lực và cơ sở vật chất để ứng dụng

các công nghệ phổ biến trong quan trắc dùng sinh vật chỉ thị;

Cần mở rộng hướng các hướng khai thác, sử dụng sinh vật chỉ

thị trong lĩnh vực môi trường (ví dụ: đánh giá biến đổi khí hậu,

ngưỡng chịu tải các sông suối…).

XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!


Documents

ứng dụng chỉ thị sinh học trong quan trắc môi trường nước