Bài giảng Biện pháp sinh học trong xử lý môi trường

PHỤ LỤC
Trang
PHỤ LỤC
Trang 1
MỞ ĐẦU 4
CHƯƠNG 1 5
SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG 5
1.1. KHÁI NIỆM VÀ VAI TRÒ CỦA SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG 5
1.2. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG NƯỚC 6
1.2.1. Sinh vật chỉ thị phú dưỡng 6
1.2.2. Sinh vật chỉ thị ô nhiễm kim loại nặng 11
1.3. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 13
1.3.1. Thực vật chỉ thị môi trường không khí 13
1.3.2. Động vật và người chỉ thị môi trường không khí 16
1.4. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT 18
1.4.1. Vi sinh vật chỉ thị môi trường đất 18
1.4.2. Thực vật chỉ thị môi trường đất 19
1.4.3. Động vật chỉ thị môi trường đất 25
CHƯƠNG 2 27
ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 27
2.1. ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ PHẾ THẢI HỮU CƠ 27
2.1.1. Phương pháp xử lý phế thải hữu cơ 27
2.1.2. Các chế phẩm vi sinh vật sử dụng trong xử lý phế thải hữu cơ 29
2.1.3. Một số ví dụ ứng dụng vi sinh vật trong xử lý phế thải hữu cơ 32
2.2. ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 42
2.2.1. Khái niệm về xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học 42
2.2.2. Điều kiện để xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học 43
2.2.3. Khu hệ vi sinh vật trong nước thải 43
2.2.4. Thành phần và cấu trúc các loại vi sinh vật tham gia xử lý nước thải
44
2.2.5. Xử lý nước thải bằng vi sinh vật trong điều kiện tự nhiên 45

2.2.6. Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo . . 46
2.3. ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ ĐẤT BỊ Ô NHIỄM 59
2.3.1. Vi sinh vật trong đất 59
2.3.2. Sử dụng công nghệ vi sinh vật trong cải tạo đất 59
CHƯƠNG 3 62
ỨNG DỤNG THỰC VẬT TRONG BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 62
3.1. ỨNG DỤNG THỰC VẬT TRONG XỬ LÝ RÁC THẢI 62
3.1.1. Nguyên lý của ứng dụng thực vật trong xử lý rác thải 62
3.1.2. Một số ứng dụng thực vật trong xử lý rác thải 62
3.2. ỨNG DỤNG THỰC VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 63
3.2.1. Nguyên lý của ứng dụng thực vật trong xử lý nước thải 63
3.2.2. Một số ứng dụng thực vật trong xử lý nước thải 63
3.3. THỰC VẬT TRONG XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM 72
1
3.3.1. Nguyên lý của ứng dụng thực vật trong xử lý đất ô nhiễm 72
3.3.2. Ứng dụng thực vật trong xử lý đất ô nhiễm 74
3.4. THỰC VẬT TRONG HẤP PHỤ BỤI, KHÍ ĐỘC 79
3.4.1. Nguyên lý của ứng dụng thực vật trong hấp phụ bụi, khí độc 79
3.4.2. Một số ứng dụng thực vật trong hấp phụ bụi, khí độc 79
3.5. VAI TRÒ CỦA THỰC VẬT TRONG VIỆC GIẢM Ô NHIỄM TIẾNG
ỒN 81
CHƯƠNG 4 83
ỨNG DỤNG ĐỘNG VẬT TRONG BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 83
4.1. ỨNG DỤNG ĐỘNG VẬT TRONG XỬ LÝ RÁC THẢI 83
4.1.1. Nguyên lý của ứng dụng động vật trong xử lý rác thải 83
4.1.2. Một số ứng dụng động vật trong xử lý rác thải 83
4.2. ỨNG DỤNG ĐỘNG VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC BỊ Ô NHIỄM 85
4.3. ỨNG DỤNG ĐỘNG VẬT TRONG CẢI TẠO ĐẤT 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 87
2

LỜI NÓI ĐẦU
Bài giảng Biện pháp sinh học trong xử lý môi trường được biên soạn để giảng
dạy học phần Biện pháp sinh học trong xử lý môi trường trên cơ sở kế hoạch đào tạo
hệ đại học theo tín chỉ ngành Khoa học môi trường, Địa chính Môi trường và một số
ngành có chuyên môn gần của Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên. Bài giảng
này cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản nhất về ứng dụng sinh vật trong
chẩn đoán môi trường và biện pháp sinh học xử lý môi trường bị ô nhiễm.
Trong khi biên soạn, tác giả đã bám sát phương châm giáo dục của Nhà nước
Việt Nam và gắn liền lý luận với thực tiễn. Đồng thời với việc kế thừa các kiến thức
khoa học hiện đại trên thế giới, tác giả đã mạnh dạn đưa các kết quả nghiên cứu mới
nhất của Việt Nam vào trong tài liệu, đặc biệt là các kết quả nghiên cứu ở vùng núi
phía Bắc Việt Nam.
Bài giảng Biện pháp sinh học trong xử lý môi trường bao gồm 4 chương:
Chương 1: Sinh vật chỉ thị môi trường.
Chương 2: Ứng dụng vi sinh vật trong xử lý môi trường.
Chương 3: Ứng dụng thực vật trong xử lý môi trường.
Chương 4: Ứng dụng động vật trong xử lý môi trường.
Tác giả cảm ơn sự đóng góp ý kiến cho việc biên soạn cuốn bài giảng này của
các thầy cô giáo Khoa Tài nguyên và Môi trường, Trường Đại học Nông Lâm Thái
Nguyên.
Đây là cuốn bài giảng được biên soạn công phu, nhưng chắc chắn không tránh
khỏi những thiếu sót. Vì vậy chúng tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của
đồng nghiệp và các độc giả.
Xin chân thành cảm ơn.
Tác giả
3
MỞ ĐẦU
KHÁI NIỆM MÔN HỌC
Ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên vấn đề của toàn cầu. Ở nước ta, trước
đây ô nhiễm môi chủ yếu xảy ra ở một số khu vực như đô thị đông dân cư, một vài nơi

khai thác khoáng sản Nhưng hiện nay ô nhiễm xảy ra phổ biến ở mọi nơi và trên
mọi môi trường đất, nước, không khí.
Để xử lý ô nhiễm môi trường người ta có rất nhiều biện pháp: Từ biện pháp lý
học, hóa học, cơ học đến sinh học. Tùy theo từng điều kiện cụ thể mà áp dụng phương
pháp nào cho hiệu quả. Các biện pháp hóa học, lý học hoặc cơ học về cơ bản xử lý
triệt để nhưng thường có chi phí đầu tư lớn.
Đã từ lâu người ta quan tâm đến biện pháp sinh học trong xử lý ô nhiễm môi
trường. Cơ sở khoa học của biện pháp sinh học là mọi sinh vật sống trên Trái đất đều
chịu ảnh hưởng của môi trường sống và chúng có khả năng thích nghi với điều kiện
sống đó khi tồn tại lâu ở đó. Mặt khác, sinh vật với môi trường tồn tại như một hệ sinh
thái và vì vậy chúng có quan hệ tương tác lẫn nhau.
Nội dung chính của môn học Biện pháp sinh học trong xử lý môi trường bao
gồm các phần sau:
- Sinh vật chỉ thị môi trường.
- Ứng dụng vi sinh vật trong xử lý môi trường.
- Ứng dụng thực vật trong xử lý môi trường.
- Ứng dụng động vật trong xử lý môi trường.
MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA MÔN HỌC
Mục đích: Nhằm trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về ứng dụng
sinh vật trong chẩn đoán và xử lý ô nhiễm môi trường, từ đó lựa chọn biện pháp tối ưu
áp dụng cho từng trường hợp cụ thể trong thực tiễn.
Yêu cầu: Cần nắm được: Sinh vật chỉ thị môi trường là gì, ứng dụng chúng
trong chẩn đoán môi trường như thế nào. Nắm được biện pháp ứng dụng vi sinh vật,
thực vật, động vật trong xử lý môi trường.
4
CHƯƠNG 1
SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG
1.1. KHÁI NIỆM VÀ VAI TRÒ CỦA SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG
Sinh vật chỉ thị môi trường hay chỉ thị sinh học môi trường là căn cứ vào sinh
vật sống để đánh giá môi trường mà nó đang sống.

Tất cả sinh vật sống trên trái đất, kể cả con người đều chịu ảnh hưởng bởi các
điều kiện vật lý và hóa học trong môi trường sống xung quanh. Mặc dù sinh vật đều có
biên độ thích ứng với môi trường sống, nhưng ít nhiều đều bị ảnh hưởng khi môi
trường sống thay đổi. Có thể nói, sinh vật là tấm gương phản ánh điều kiện môi trường
mà nó đang sống. Đây chính là cơ sở khoa học cho việc lấy sinh vật làm chỉ thị phản
ánh môi trường.
Trên cơ sở những hiểu biết về tác động của các yếu tố vật lý, hóa học lên
những cơ thể sống mà người ta có thể xác định được sự có mặt và cả các mức của
nhiều chất có trong môi trường. Như vậy, thông qua sinh vật chỉ thị chúng ta có thể
nhận biết được thực trạng môi trường mà nó đang sống. Sự tác động của môi trường
lên cơ thể sinh vật sống có thể quan sát thấy bằng mắt hoặc qua một số biểu hiện sau:
- Những thay đổi về thành phần loài hoặc các nhóm ưu thế trong quần xã sinh
vật.
- Những thay đổi về đa dạng loài trong quần xã.
- Tỷ lệ chết trong quần thể gia tăng, đặc biệt ở giai đoạn non, mẫn cảm như
trứng, ấu trùng, cây con…
- Thay đổi sinh lý và tập tính trong các cá thể.
- Những khiếm khuyết về hình thái và tế bào trong các cá thể.
- Sự tích lũy dần các chất gây ô nhiễm hoặc sự trao đổi chất của chúng trong
các mô của những cá thể.
Sử dụng sinh vật chỉ thị môi trường đã và đang là hướng đi không chỉ giảm chi
phí mà còn thân thiện với môi trường. Vì vậy, trên thế giới việc nghiên cứu và sử dụng
các sinh vật để đánh giá, kiểm soát và cải thiện môi trường đang được quan tâm của rất
nhiều quốc gia.
Thành phần loài của một quần xã sinh vật ở một vùng được xác định bởi các
yếu tố môi trường mà các yếu tố này chính là điều kiện để quàn thể sinh vật đó tồn tại
và phát triển. Nếu trong quá trình tồn tại và phát triển, các yếu tố môi trường trở nên
gây hại cho một sinh vật nào đó thì sinh vật này sẽ bị loại trừ ra khỏi quần thể, kể cả
khi các điều kiện gây hại này chỉ xảy ra trong một thời gian ngắn. Chính điều kiện này
đã làm cho các sinh vật trở thành vật chỉ thị cho các yếu tố môi trường.

Khái niệm chung và cơ bản của sinh vật chỉ thị được thừa nhận là: “Những đối
tượng sinh vật có yêu cầu nhất định về điều kiện sinh thái liên quan đến nhu cầu dinh
dưỡng, hàm lượng ôxy cũng như khả năng chống chịu (tolerance) một hàm lượng nhất
5
định các yếu tố độc hại trong môi trường sống và do đó sự hiện diện của chúng biểu
thị một tình trạng về 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”.
Các sinh vật chỉ thị môi trường khác nhau có thể xếp thành nhóm theo những
tiêu chí sau:
- Tính mẫn cảm (Sensitivity): Các loài mẫn cảm đặc trưng cho những điều kiện
môi trường không thích hợp – là các công cụ để giải đoán môi trường.
- Như một công cụ thăm dò (Detector): Những loài xuất hiện tự nhiên trong môi
trường có thể dùng để đo đạc sự phản ứng và thích nghi đối với sự thay đổi của môi
trường (thay đổi tuổi, nhóm loài, giảm kích thước quần thể, tập quán sống…).
- Như một công cụ khai thác (Exploiter): Các loài có thể chỉ thị cho sự xáo trộn
hay ô nhiễm môi trường. Ví dụ: Tập quán của các loài thủy sinh vật, sự hiện diện của
các loài giun và các loài giun đỏ chỉ thị sự ô nhiễm của môi trường.
- Như một công cụ tích lũy sinh học (Accumulator): Các loài sinh vật có thể
tích lũy hóa chất gây ô nhiễm trong cơ thể của chúng.
- Các sinh vật thử nghiệm (Bioassay): Các sinh vật chọn lọc đôi khi có thể sử
dụng như là các chất trong phòng thí nghiệm để xác định sự hiện diện hoặc nồng độ
các chất ô nhiễm.
1.2. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG NƯỚC
Thông thường để đánh giá chất lượng nước hoặc xác định nước có bị ô nhiễm
hay không người ta thường phải lấy mẫu nước và phân tích trong phòng thí nghiệm.
Đây là phương pháp đánh giá chính xác, hay còn gọi là phương pháp định lượng. Tuy
nhiên, không phải lúc nào người ta cũng có thể phân tích mẫu nước vì rất tốn kém.
Vì vậy, để đánh giá chất lượng nước hoặc xác định nước có bị ô nhiễm hay
không người ta còn dùng phương pháp định tính thông qua quan sát hiện trường nước
và sinh vật.

Ô nhiễm môi trường nước được đánh giá bởi khá nhiều chỉ tiêu và cũng có
nhiều phương pháp để đánh giá các chỉ tiêu ấy. Tuy nhiên, có hai hiện tượng ô nhiễm
phổ biến là hiện tượng phú dưỡng và tích lũy kim loại nặng trong nước là đáng quan
tâm hơn cả.
1.2.1. Sinh vật chỉ thị phú dưỡng
Phú dưỡng là hiện tượng thường gặp trong các hồ đô thị, các sông và kênh dẫn
nước thải. Biểu hiện phú dưỡng của các hồ đô thị là nồng độ chất dinh dưỡng N, P cao,
tỷ lệ P/N cao do sự tích luỹ tương đối P so với N, sự yếm khí và môi trường khử của
lớp nước đáy thuỷ vực, sự phát triển mạnh mẽ của một số loài vi sinh vật và thực vật
thủy sinh bậc thấp như tảo, rong, rêu…sự kém đa dạng của các sinh vật nước, đặc biệt
là cá, nước có màu xanh đen hoặc đen, có mùi khai thối do thoát khí H
2
S v.v
Nguyên nhân của hiện tượng phú dưỡng là sự tích lũy chất dinh dưỡng mà chủ
yếu là N và P. Sự tích lũy này thông qua nước thải, nước chảy tập trung từ khu vực
6
dân cư, đô thị và cuối cùng là do tích lũy thông qua hoạt động sống của động thực vật
trong nước đã bị ô nhiễm.
Những thực vật phát triển trong điều kiện phú dưỡng khi chết sẽ tạo nên khối
lượng lớn các hợp chất hữu cơ. Những hợp chất hữu cơ này trong quá trình ôxy hóa sẽ
tiêu thụ nhiều ôxy hòa tan trong nước (nhờ quá trình khuếch tán bề mặt từ khí quyển).
Điều này dẫn đến sự thiếu hụt ôxy nghiêm trọng và quá trình phân giải chất hữu cơ
xảy ra theo hướng kỵ khí, làm biến đổi hình thái một số hợp chất hữu cơ trong nước
như tăng nồng độ các chất khử (H
2
S, NH
3
, CH
4
…), chuyển hóa các ion kim loại (Fe,

Pb, Zn, Cr, Ni…) tích tụ cặn lắng ở dạng khó hòa tan do liên kết với các gốc anion
(PO
4
3-
, NO
3
-
…) làm tăng tính độc của nguồn nước. Sự tích tụ xác động thực vật thủy
sinh do thiếu ôxy làm tăng chiều dày bùn đáy, thủy vực bị lấp đầy dần trở nên lầy hóa.
Vì thế cân bằng sinh học bị phá vỡ với sự biến mất của nhiều loài động thực vật và
một số loài mới xuất hiện là những chỉ thị sinh học cho quá trình phú dưỡng.
Trong nhiều trường hợp, phú dưỡng làm tăng sinh khối, cung cấp thức ăn cho
cá, các sinh vật thủy sinh khác và nếu được xử lý tốt thì còn là nguồn nước tốt cho sản
xuất nông nông nghiệp.
Tuy nhiên, phú dưỡng về cơ bản là tác động tiêu cực:
- Tác động trực tiếp đến con người do môi trường không khí bị ô nhiễm, gây
nhiễm độc tảo ở người, làm rối loạn tiêu hóa và hô hấp.
- Gián tiếp gây nên nạn thủy triều đỏ, dẫn đến nhiễm độc cá da trơn, tăng phát
triển sán lá.
- Gây tắc nghẽn các bộ lọc trong các nhà máy, xí nghiệp, gây mùi khó chịu, ảnh
hưởng đến nước uống và nước sinh hoạt.
- Tác động đến độc vật bậc cao như gây ngộ độc động vật do nở hoa của tảo,
các độc tố gây bệnh cho chim nước.
- Tác động đến giá trị nghỉ dưỡng của các thủy vực như mất thẩm mỹ do mùi
khó chịu, do tảo phát triển và khi chết bị phân hủy tạo các độc tố như H
2
S, CH
4
….
Sinh vật chỉ thị phú dưỡng:

• Vi sinh vật:
Chủ yếu là sự xuất hiện phổ biến của tảo, bao gồm:
- Tảo lam: Phormidium, Anabacna, Oscilatoria, Anacystis, Lyngbia, Spirulina.
- Tảo lục: Careia, Spirogyra, Teraedron, Cocum, Chlorella, Stigeoclonium,
Chlamydomonas, Chlorogonium, Agmenllum.
- Tảo Silic: Nitochia, Gomphonema.
- Tảo mắt: Pyro botryp – Phacus, Lepocmena – Eugrema.
Các loại tảo có sự phân bố nhiều ít khác nhau trong các môi trường phú dưỡng
và ở độ sâu khác nhau. Nhận biết phổ biến là nhìn nước ao, hồ, sông kênh dẫn nước
thải chuyển sang màu xanh, xanh đen và hiện tượng “nở hoa” do tảo.
7
Thủy triều đỏ (red tide), hiện tượng nở hoa nước (water bloom) là thuật ngữ chỉ
sự nở hoa của các loài vi tảo. Đây là hiện tượng tự nhiên xảy ra do mật độ tế bào vi tảo
gia tăng lên đến hàng triệu tế bào/lít (thông thường có khoảng 10 - 100 tế bào vi
tảo/ml, nhưng trong trường hợp “nở hoa” mật độ có thể lên trên 10.000 tế bào/ml) làm
biến đổi màu của nước biển từ xanh lục đậm, đỏ cho đến vàng xám (người dân ven
biển thường gọi là nước cám, nước mùn cưa).
Hiện tượng thủy triều đỏ có liên quan chặt chẽ tới sự phú dưỡng của thủy vực.
Nguyên nhân của hiện tượng trên có liên quan đến các yếu tố môi trường như: nhiệt
độ, độ mặn và hàm lượng muối dinh dưỡng cũng như các trường khí - thủy văn. Ngoài
ra, các chất thải từ hoạt động của con người như nuôi trồng thủy sản thiếu quy hoạch,
sự phát triển của các nhà máy chế biến thủy sản, hóa chất… cũng là một trong các
nguyên nhân dẫn đến sự hình thành Thủy triều đỏ. Hầu hết các loài vi tảo biển nở hoa
thường đưa đến hậu quả làm cho môi trường xấu đi, hàm lượng ôxy hòa tan suy giảm
nhanh chóng, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống thủy sinh vật.
Tảo chết và chìm xuống đáy thủy vực và bị phân hủy bởi các vi sinh vật khác
đặc biệt là vi khuẩn. Kết quả gây nên hiện tượng thiếu ôxy trong các tầng nước làm
chết các loài thủy sản. Quá trình này làm thay đổi thành phần hóa học trong nước, gây
tăng các khí độc. Đến nay, các nhà khoa học đã xác nhận có khoảng trên 300 loài vi
tảo đã hình thành sự nở hoa làm thay đổi màu nước. Trong đó có khoảng 1/4 loài (70 -

80 loài) gây hiện tượng nở hoa có khả năng sản sinh độc tố đang là mối đe dọa đến
khu hệ động vật và thực vật tự nhiên ở nước, nghề nuôi trồng thủy sản và sức khỏe của
con người (nguyên nhân do độc tố tảo có thể được tích lũy trong vài loài động vật thân
mềm sò, ốc hay cá… và không bị phá hủy trong quá trình đun nấu, không ảnh hưởng
đến mùi vị của thực phẩm. Do vậy cả ngư dân cũng như người tiêu dùng khó có thể
xác định được các thực phẩm biển bị nhiễm độc do tảo gây ra. Hiện nay, có 5 loại triệu
chứng ngộ độc do tiêu thụ thực phẩm biển nhiễm độc tố tảo xảy ra với con người.
Trong đó, đặc biệt dạng ngộ độc gây tê liệt cơ (PSP) có thể gây tử vong và dạng ngộ
độc Ciguatera rất phổ biến trong vùng nhiệt đới. Theo các nhà khoa học, trong vài thập
kỷ qua, hiện tượng Thủy triều đỏ và nở hoa nước đang gia tăng ở cả 2 khía cạnh tần
số/cường độ xuất hiện và phân bố địa lý.
Vấn đề ô nhiễm tảo độc và độc tố của chúng từ lâu đã trở thành một thách thức
lớn đối với công tác quản lý, sử dụng nguồn nước mặt. Ngoài việc tạo ra độc tố, tảo
độc còn gây nên mùi khó chịu cho nước uống và nước sinh hoạt, ảnh hưởng tới đời
sống của dân cư quanh khu thủy vực đó.
Việc nở hoa của tảo độc trên biển và những thủy vực nước ngọt kéo theo sự
nhiễm độc cho thủy hải sản và từ đó ảnh hưởng tới các ngành công nghiệp nuôi trồng
và đánh bắt thủy hải sản ở nhiều nước, đã đặt ra nhiệm vụ cấp bách cho những nước
này phải kiểm tra giám sát và quản lý tảo độc và các độc tố của chúng trong thủy sản.
Cần phân biệt cách nhận biết ở nước ao, hồ, sông kênh dẫn nước thải có độ sâu
nông khác nhau.
8
Dưới đây là một số hình ảnh về các loại tảo xuất hiện trong môi trường phú
dưỡng.

Hình 1.1: Hiện tượng “nở hoa” và “thủy triều đỏ”
Hình 1.2: Tảo lục
Achnanthes Asterionella Attheya
Hình 1.3: Tảo Silic
9

• Thực vật:
Chỉ thị thực vật đặc trưng của phú dưỡng là rong, rêu và các loại bèo.
Khi môi trường nước bị phú dưỡng, ta có thể dễ dàng nhận ra sự xuất hiện ngày
càng nhiều của rong, rêu và sự phát triển với tốc độ nhanh của bèo tấm, bèo cái, bèo
tây, hoa súng….
Dưới đây là một số hình ảnh về các loại thực vật xuất hiện trong môi trường
phú dưỡng.

Hình 1.4: Rong, rêu
Hình 1.5: Bèo tấm, bèo tây
• Động vật:
Trong môi trường phú dưỡng ta có thể quan sát thấy các loại động vật điển
hình:
- Động vật đáy không xương sống như nghêu, sò, ốc, hến….
- Giáp xác như tôm, cua, rùa, ba ba….
- Thân mềm, giun, côn trùng….
- Cá: ít.
10
Có thể tham khảo kết quả nghiên cứu của De Pauw D. và G. Vanhooren về mối
quan hệ giữa sinh vật nổi chỉ thị với tình trạng dinh dưỡng trong hồ của Bỉ ở bảng 1.1.
Bảng 1.1: Sinh vật nổi chỉ thị cho tình trạng dinh dưỡng của hồ
Thông số Tình trạng dinh dưỡng
Kiệt dưỡng Trung bình Phú dưỡng
Tảo/ml (Algae) 0 – 2.000 2.000 – 15.000 > 15.000
Chất diệp lục (mg/m3) (Các giá trị
cực đại trong vùng chiếu sáng)
0 - 3 3 - 20 > 20
Sản xuất sơ cấp (g C/m
2
/ngày) 0 – 0,2 0,2 – 0,75 > 0,75

Sinh khối (mg/lit) 0 - 1 1 - 10 > 10
Khối lượng tế bào (mm
3
/lit) 0 - 5 5 - 30 > 30
Thân lỗ/lit (Rotifera) 1 - 10 10 - 250 > 250
Giáp xác cỡ nhỏ/lit (Microcrustacea) 0 - 1 1 - 25 > 25
Tính đa dạng loài Thấp Cao Thấp
(De Pauw D. and G. Vanhooren, 1983)
1.2.2. Sinh vật chỉ thị ô nhiễm kim loại nặng
Những kim loại nặng nguy hiểm nhất về phương diện gây ô nhiễm môi trường
nước là Zn, Cu, Pb, Cd, Hg, Ni, As và Cr. Trong số những kim loại này có Cu, Ni, Cr
và Zn là những nguyên tố vi lượng cần thiết cho sinh vật thủy sinh nhưng lại rất độc
hại khi chúng ở những nồng độ cao.
Nước bị ô nhiễm kim loại nặng khá phổ biến và chủ yếu do các nguồn sau:
- Nguồn tự nhiên:
+ Kim loại nặng có trong trong đá, đất và xâm nhập vào thủy vực qua các quá
trình tự nhiên như phong hóa, xói mòn….
+ Rửa trôi từ nơi khai khoáng và những vùng đổ rác thải rắn.
+ Ô nhiễm không khí: Mưa axit có chứa kim loại nặng cũng như chất rắn lơ
lửng hấp phụ kim loại nặng xâm nhập vào các thủy vực.
- Nguồn nhân tạo:
+ Nguồn công nghiệp: Các hoạt động công nghiệp, đặc biệt là các hoạt động
liên quan đến khai khoáng và chế biến quặng kim loại. Các hợp chất kim loại được sử
dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác như chế biến sơn, thuốc nhuộm, công
nghiệp thuộc da, chế biến cao su, dệt, giấy, công nghiệp mạ Crom…phân bố gần
nguồn nước, hoạt động của các làng nghề chế biến kim loại nặng.
+ Nước thải sinh hoạt: Nước thải sinh hoạt chứa lượng bổ sung kim loại nặng
như các tác nhân bột giặt, đồ mỹ phẩm….
+ Nguồn nông nghiệp: Việc sử dụng các loại phân khoáng, các loại hóa chất
bảo vệ thực vật…trong nông nghiệp đã đưa vào đất và nước nhiều kim loại nặng.

11
Khác với phú dưỡng, sự ô nhiễm kim loại nặng trong nước khó phát hiện và
nhận biết hơn khi quan sát bằng mắt.
Sinh vật chỉ thị ô nhiễm kim loại nặng:
• Vi sinh vật:
Vi sinh vật rất mẫn cảm với kim loại nặng, khi môi trường nước bị ô nhiễm kim
loại nặng thì các loại vi sinh vật sẽ phát triển kém. Như vậy, vi sinh vật không điển
hình lắm trong chỉ thị sinh học đối với môi trường nước bị ô nhiễm kim loại nặng.
• Thực vật:
Có khá nhiều loài thực vật chỉ thị môi trường nước bị ô nhiễm kim loại nặng.
Điển hình là các loại bèo (bèo tây, bèo tấm, bèo cái), hoa súng, lau sậy, cỏ nến, cỏ
năn….
Khi quan sát thực vật để chẩn đoán môi trường nước bị ô nhiễm kim loại nặng
ta cần chú ý rằng các loại cây trên sẽ phân bố là chủ yếu, còn các cây thông thường rất
ít thấy.
Một lưu ý nữa là đa số các loại thực vật chỉ thị môi trường nước nhiễm kim loại
nặng đồng thời cũng là chỉ thị môi trường nước phú dưỡng. Vì vậy cần quan sát các
các loại sinh vật khác nữa.
• Động vật:
Trong môi trường nước ô nhiễm kim loại nặng có các loại động vật chỉ thị sau:
- Động vật đáy không xương sống như nghêu, sò, ốc, hến….khá phổ biến. Các
loại động vật này thường được sử dụng để đánh giá ô nhiễm kim loại nặng vì chúng đă
được định loại rõ ràng, dễ nhận dạng, có kích thước vừa phải, số lượng nhiều, dễ tích
tụ chất ô nhiễm, có thời gian sống dài và có đời sống tĩnh tại.
- Cá: Là chỉ thị điển hình cho môi trường nước ô nhiễm kim loại nặng. Tuy
nhiên, do cá di chuyển liên tục nên gây khó khăn cho việc xác định mức độ ô nhiễm.
Trên thế giới, một số công trình nghiên cứu đã lựa chọn được một số loại cá điển hình
làm chỉ thị cho môi trường nước ô nhiễm kim loại nặng vì chúng có khả năng tích tụ
cao hàm lượng kim loại nặng trong mô của chúng. Điển hình là loài cá rô Tilapia, cá rô
đồng.

Mặt khác, người ta cũng sử dụng quan trắc cá để đánh giá nước bắt đầu bị ô
nhiễm kim loại nặng. Đó là hàng loạt các loại cá thông thường sẽ bị chết.
Gần đây các nhà khoa học tại Đại học quốc gia Singapore đang phát triển một
giống cá biến đổi gen, có thể tự đổi màu trong nước ô nhiễm. Khi bắt gặp các hoá chất
như estrogen, kim loại nặng và các chất độc, chúng sẽ phát quang màu đỏ hoặc xanh
lục.
Cá vằn thường có màu đen và màu bạc. Nhưng nhờ chuyển gen cho chúng, các
nhà nghiên cứu đã tạo được một số con có thể phát ra ánh sáng huỳnh quang màu đỏ
hoặc xanh lục. Họ hy vọng sẽ sản xuất giống cá này trên quy mô thương mại, nhằm có
12
được loại “chỉ thị sinh học” rẻ và đơn giản hơn so với các hệ thống phát hiện ô nhiễm
hoá học hiện tại.
Hình 1.6: Cá rô Tilapia
1.3. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ
Môi trường không khí bị ô nhiễm đang là vấn đề nóng bỏng hiện nay. Ngược lại
với ô nhiễm nước và đất, ô nhiễm không khí khó phát hiện hơn, nhưng lại nguy hiểm
hơn vì không khí là nguồn dinh dưỡng số một của hết thảy các loại sinh vật sống trên
Trái đất.
Chính do không khí tác động trực tiếp và cấp tính đến hô hấp của sinh vật nên
chỉ thị sinh học cho ô nhiễm không khí là một hướng quan trọng trong chẩn đoán ô
nhiễm môi trường.
Các chất gây ô nhiễm môi trường không khí là các ôxit quang hóa, SO
2
, HF,
NH
3
, B, Cl, HCL,Pb, Hg… và đa số chúng đều không màu và thậm chí là không mùi
vị.
Nguồn gây ô nhiễm không khí đa số là từ hoạt động của con người:
- Hoạt động của sản xuất công nghiệp, nhất là công nghiệp chế biến.

- Hoạt động giao thông, nhất là đường bộ.
- Hoạt động sản xuất nông nghiệp do sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật.
Để xác định môi trường không khí có bị ô nhiễm hay không và ô nhiễm do cái
gì thì thông thường người ta phải lấy mẫu không khí để phân tích và so sánh kết quả
với tiêu chuẩn quy định. Tuy nhiên, thông qua chỉ thị sinh học cũng có thể đánh giá
định tính đối với môi trường không khí bị ô nhiễm hay không. Các chỉ thị sinh học
môi trường không khí chủ yếu là thực vật và động vật, còn vi sinh vật rất khó quan sát
và không điển hình.
1.3.1. Thực vật chỉ thị môi trường không khí
1.3.1.1. Các dấu hiệu tổn thương thực vật do ô nhiễm không khí gây nên
Ô nhiễm không khí gây tổn thương cho thực vật đã được biết đến từ lâu. Những
tổn thương thực vật thường xuất hiện gần các thành phố lớn, nhà máy luyện kim, lọc
dầu, sản xuất phân bón, nhà máy nhiệt điện, xi măng…, sân bay, đường cao tốc và
đường phố nơi có mật độ giao thông cao.
13
Dấu hiệu tổn thương thực vật do ô nhiễm không khí thường rất dễ nhầm lẫn với
dấu hiệu của các bệnh do nấm, vi khuẩn, virus, côn trùng và mối, hoặc do thiếu, thừa
dinh dưỡng. Đây là điểm đáng lưu ý khi sử dụng thực vật để chẩn đoán môi trường
không khí. Trước tiên chúng ta phải xem xét các nhân tố ngoài ô nhiễm không khí
bằng phương pháp loại dần.
Sự tổn thương do ô nhiễm không khí thường rất khốc liệt vào mùa nóng, bầu
trời trong, phẳng lặng hoặc thời tiết ẩm ướt và áp suất không khí cao.
Sự tổn thương do ô nhiễm không khí đối với thực vật có thể là mãn tính hoặc
cấp tính. Nếu là mãn tính thì thưpng làm cho lá cây bị vàng, xoăn lá, cây thấp lùn và
sinh trưởng chậm. Còn cấp tính thì làm chết mô một phần lá, cành hoặc cả lá, cành nên
rất dễ nhận biết.
Sau đây là một số ví dụ về tác động do ô nhiễm không khí đối với thực vật:
Nồng độ của Ôzôn cao trong không khí thường làm cho lá cây bị tổn thương
lốm đốm, đó là những đốm lá bị hoại sinh (bảng 1.2).
Bảng 1.2: Một số thực vật thường bị O

3
làm tổn thương
TT Thực vật Dấu hiệu điển hình
1 Cây tần bì (Fraxinus griffithii) Các điểm màu trắng, màu đồng thau huyết dụ
2 Cây đậu đỗ (Glicin max.) Màu đồng thau, úa vàng
3 Dưa chuột (Cucumis sativus) Các điểm màu trắng
4 Cây nho (Vitis vinefera) Những điểm từ màu nâu đỏ đến đen
5 Hành (Allium cepa) Những đốm màu trắng, đầu lá không màu
6 Thông đuôi ngựa (Pinus massoniana) Đầu các lá kim màu nâu vàng, lá kim lốm đốm
7 Khoai tây (Solanum tuberosum) Màu xám, các đốm có ánh kim loại
8 Rau Bina (Spinacia) Các đốm màu trắng xám
9 Thuốc lá (Nicotiana tobacum) Các đốm màu trắng xám
10 Dưa hấu (Citrullus lanatus) Các đốm màu xám, có ánh kim loại
(Feder W.A., 1979)
Nồng độ SO
2
cao trong không khí thường làm cho thực vật bị tổn thương. Cụ
thể là giữa gân lá hoặc rìa lá của cây sẽ bị sáng màu nâu hoặc trắng (bảng 1.3.).
Bảng 1.3: Một số thực vật thường bị O
3
làm tổn thương
TT Thực vật Dấu hiệu điển hình
1 Cây mâm xôi (Rubus fruticosus) Trắng hạt giữa gân lá với sắc màu nâu
2 Cây thông (Pteridium ssp.) Các vết chết hoại màu hồng ở rìa lá
3 Thông đuôi ngựa (Pinus massoniana) Đầu các lá kim có màu nâu
4 Bạch dương (Betula lental) Trắng nhạt viền lá và giữa gân lá
(Lacasse N.L. and M. Treshow, 1976)
14
Hợp chất florua, chủ yếu là hydroflorua (HF) làm cho lá bị hoại tử từ đỉnh lá lan
đến bản lá. Đầu tiên là các đốm màu vàng, màu nâu đỏ sau đó là cháy táp viền và ở

đỉnh lá ở những thực vật lá rộng và cháy ở đỉnh lá ở cỏ và cây lá kim.
Tác động của bụi lên thực vật rất rõ, đó là tạp ra một lớp bụi phủ kín bền mặt lá
cây, cành và thân. Lâu ngày và không có mưa, cây sẽ ngừng sinh trưởng và có thể
chết.
1.3.1.2. Thực vật chỉ thị môi trường không khí
Những phương pháp sinh học để quan trắc ô nhiễm không khí xung quanh dựa
trên các nguyên lý sử dụng khu hệ sinh vật (biota) như những thể tổng hợp (integrator)
cho sự tiếp xúc môi trường. Các loài trong khu hệ thực vật được sử dụng làm chỉ thị
sinh học cho những thay đổi của môi trường dựa vào khả năng mẫn cảm của chúng.
Ngược với những kết quả của chỉ thị sinh học cung cấp thông tin về những thay
đổi trong chất lượng của môi trường, phương pháp quan trắc sinh học lại hiểu nhiều
hơn về phương diện số lượng (MesjtriK và Pospisil, 1988). Những ưu thế của nó là đòi
hỏi thông tin về độ lớn tích lũy các chất ô nhiễm, sự phân bố lại trong cơ thể và sự
phân bố địa lý của ô nhiễm được phát hiện.
Thực vật chỉ thị là thực vật mà các dấu hiệu bị tổn thương của chúng xuất hiện
khi bị tác động bởi nồng độ nhất định của một hay hỗn hợp các chất gây ô nhiễm.
Thực vật chỉ thị là cảm nhận (sensor) hóa học có thể nhận dạng khi có chất gây
ô nhiễm trong không khí. Để quan trắc thường dựa vào đặc trưng về số lượng mà
không phải là chất lượng. Do đó, thực vật dùng đẻ quan trắc không chỉ là vật chỉ thị
mà còn giúp thu nhận các đánh giá về mặt số lượng.
Thực vật được xem là chỉ thị khi chúng tích lũy trong mô những chất gây ô
nhiễm hoặc những sản phẩm trao đổi chất sản sinh do kết quả tác động tương hỗ thực
vật với chất gây ô nhiễm. Từ kết quả của sự tác động, thực vật có thể thay đổi tốc độ
sinh trưởng, thời gian chín, ra hoa, sự tạo thành quả và hạt kém đi, thay đổi quá trình
sinh sản và cuối cùng là giảm sức sản xuất năng suất. Một hoặc tất cả các thông số nêu
trên có thể sử dụng để xác định sự xuất hiện của chất gây ô nhiễm trong không khí
xung quanh và tiến hành thí nghiệm để nhận dạng, làm rõ sự thay đổi của thực vật với
một chất hoặc hỗn hợp các chất gây ô nhiễm.
Một số thực vật như địa y (Lichens, Peltigesa, Xanthoria) và rêu (Bryiphyta) là
những vật tích lũy các chất gây ô nhiễm không khí, chủ yếu là các kim loại nặng chúng

có thể tích lũy tới nồng độ lớn hơn nhiều nồng độ của các kim loại nặng trong không
khí xung quanh.
Những loài mẫn cảm nhất trong số các thực vật là chỉ thị địa y, bởi vì bề mặt
toàn thân của chúng đều hấp thụ các chất khoáng. Nơi nào địa y không phát triển được
thì áp dụng phương pháp trồng lại địa y. Quần xã thực vật mọc hoang dã cũng có thể là
những chỉ thị môi trường không khí. Các loài mẫn cảm dần bị diệt vong và chỉ các
thực vật có khả năng chống chịu mới tồn tại.
Thực vật chỉ thị môi trường không khí được chia ra thành hai dạng:
15
- Dạng chống chịu tốt với môi trường bị ô nhiễm: Khi môi trường không khí bị
ô nhiễm chỉ còn tồn tại những loài thực vật này, còn hầu hết các loài thực vật khác đều
bị chết hoặc ngừng sinh trưởng.
- Dạng thứ hai là đại đa số thực vật: Khi môi trường không khí bị ô nhiễm sẽ
làm xuất hiện các tổn thương lên lá, thân cây. Sự biểu hiện tổn thương ở thực vật này
tùy thuộc vào nguồn ô nhiễm.
Có một số cây khá điển hình cho chỉ thị ô nhiễm:
- Cây táo, anh đào, cà rốt: nhạy cảm với khí sunfur.
- Cây thuốc lá, cây kim tử hương, hướng dương, đại mạch: nhạy cảm với khí
Florua.
- Cây uất kim hương, mai, bồ đào có thể giám sát và đo lường khí Flo.
- Táo, đại mạch, đào ngô, hành tây tương đối nhạy cảm, có thể giám sát và đo
lường khí Clo.
Ví dụ: Chỉ thị ô nhiễm SO
2
, O
3
(hình 1.7, 1.8).

Hình 1.7: Chỉ thị ô nhiễm SO
2

Hình 1.8: Chỉ thị ô nhiễm O
3
1.3.2. Động vật và người chỉ thị môi trường không khí
Ô nhiễm môi trường không khí tác động có hại đến sức khỏe của người và động
vật và rất ít khi người ta phát hiện ra sự tác động ấy, vì đa số các chất gây ô nhiễm
không khí là không màu, không mùi vị.
Đối với động vật: Biểu hiện ra ngoài rõ nét nhất khi động vật bị phơi nhiễm bởi
tác động mãn tính của ô nhiễm không khí là đa số bị thay đổi màu lông hoặc da và
thay đổi về tốc độ tăng trọng. Còn trong trường hợp bị tác động cấp tính thì đa số là bị
bệnh và chết.
Một thí nghiệm đồng ruộng đối với thỏ nhà sử dụng sự phơi nhiễm ô nhiễm
không khí vùng lân cận của nhà máy luyện Pb cho thấy: Sau một thời gain phơi nhiễm,
hàm lượng Pb trong máu của thỏ thí nghiệm tăng lên chắc chắn so với không phơi
nhiễm. Thỏ bị chết theo các nhóm 3 con sau phơi nhiễm kéo dài 1, 3, 6, 9 và 12 tháng.
Ở một thí nghiệm quan trắc ảnh hưởng của Mg trong không khí đến phôi của
động vật cho thấy: Những con chuột và thỏ cái cho tiếp xúc với Mg trong vòng 6
tháng khi được phối với các con đực không bị phơi nhiễm thì tỷ lệ thụ tinh chỉ có 40 %
so với bình thường và kích thước của lứa con đó nhỏ hơn.
16
Đối với người: Quan sát và giám định sức khỏe đối với người là hướng rất quan
trọng trong giám sát ô nhiễm môi trường không khí. Trong điều kiện nhiễm mãn tính
thường sẽ rất nguy hiểm vì biểu hiện từ từ và khó xác định, nhưng sẽ làm cho người bị
bệnh và đa số là những bệnh nguy hiểm. Trường hợp nhiễm cấp tính rất dễ phát hiện vì
thường biểu hiện ra ngoài rất rõ như đau đầu, mệt mỏi, ngứa ngáy, rụng tóc, ngất và có
thể chết.
Những vật liệu sinh học người có thể lấy mẫu được bao gồm máu và nước tiểu,
tóc, móng chân tay và răng rụng. Tính nhạy bén của tóc như chỉ thị cho sự tiếp xúc với
các kim loại độc hại cũng đã được Benecko (1991) đề cập đến. Xác định nồng độ As
đã được tiến hành trong trên tóc, nước tiểu và máu được lấy ra từ nhóm bé trai 10 tuổi
sống trong vùng bị ô nhiễm As do đốt than đá có hàm lượng As cao. Trong tất cả các

vật liệu được kiểm tra đã phát hiện thấy hàm lượng As cao đáng kể.
Đã tiến hành kiểm tra nồng độ Pb trong máu và trong tóc bằng phương pháp
phân tích quang phổ hấp phụ nguyên tử ở 20 con trai độ tuổi từ 7- 14 có cha là những
công nhân của nhà máy sản xuất ắc quy phải thường xuyên tiếp xúc với Pb cho thấy:
Mức Pb trong máu ở ven của trẻ con thấp hơn trong những người công nhân, nhưng
nồng độ Pb trung bình trong các mẫu tóc của cả hai nhóm là như nhau. Hàm lượng Ni
trong sinh chất máu và nước tiểu của những người làm việc và tiếp xúc với môi trường
cũng gia tăng tương tự.
Các nghiên cứu về ảnh hưởng của ôzôn đến sức khỏe con người đã đưa ra kết
luận khi hàm lượng O
3
trong không khí đạt từ 0,2 ppm trở lên bắt đầu gây bệnh (bảng
1.4).
Bảng 1.4: Phản ứng của người và động vật ở các nồng độ ôzôn khác nhau
TT Nồng độ O3 (ppm) Phản ứng
1 0,2 Không có tác động gây bệnh
2 0,3 Mũi và họng bị kích thích và bị sưng tấy
3 1 – 3 Mệt mỏi, bải hoải sau 2 giờ tiếp xúc
4 8,0 Nguy hiểm đối với phổi
(Vogt, 1979 và Menzoian, 1974)
Nhiều năm gần đây, miễn dịch học sinh thái như một ngành độc lập của khoa
học miễn dịch đã được phát triển với mục đích xác định sự phản hồi của hệ miễn dịch
với những chất gây ô nhiễm môi trường (kể cả kim loại). Tình trạng miễn dịch là dấu
hiệu rất mẫn cảm đối với tác động độc hại của môi trường gây lên những hậu quả
không tốt về sức khỏe. Các dấu hiệu sinh học miễn dịch thể hiện những thay đổi chức
năng có thể đo được do các chất gây ô nhiễm dẫn đến những tổn thương trực tiếp một
phần của hệ miễn dịch hoặc gián tiếp do ảnh hưởng của các hệ khác. Những dấu hiệu
sinh học miễn dịch rất tiện ích trong chẩn đoán những người trong vùng ô nhiễm.
Thêm vào đó điều quan trọng là tìm kiếm những khiếm khuyết di truyền khác nhau
của hệ miễn dịch đặc biệt đối với trẻ em. Tính mẫn cảm giữa các cá thể của hệ miễn

17
dịch cuối cùng gây lên tác động về sức khỏe (phản ứng tức giận và tính mẫn cảm quá
cao).
1.4. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT
Hệ sinh thái trong đất và tính đa dạng của chúng có vai trò cực kỳ quan trọng vì
nó cung cấp thông tin, chức năng sản xuất và chức năng hỗ trợ cho sức sản xuất của
đất. Nghiên cứu hệ thống sinh vật chỉ thị của đất nhằm mục đích đưa ra cách nhìn tổng
hợp, toàn diện về hiện trạng của hệ sinh thái đất trong mối liên quan chặt chẽ với nhiều
chức năng hỗ trợ sức sống của đất như tính sản xuất, khoáng hóa, chu trình dinh
dưỡng, khả năng cung cấp thức ăn khoáng cho cây trồng.
Trong đánh giá môi trường đất có thể phân ra thành hai dạng điển hình:
- Thoái hóa môi trường đất: Thoái hoá là khái niệm để chỉ sự suy giảm theo
chiều hướng xấu đi so với ban đầu. Thoái hoá đất được hiểu là quá trình suy giảm độ
phì nhiêu của đất từ đó làm cho sức sản xuất của đất bị suy giảm theo.
Theo một định nghĩa khác thì thoái hoá đất là các quá trình thay đổi các tính
chất hoá lý và sinh học của đất dẫn đến giảm khả năng của đất trong việc thực hiện các
chức năng của đất như: Cung cấp chất dinh dưỡng và tạo ra không gian sống cho cây
trồng, vật nuôi và hệ sinh thái, điều hoà và bảo vệ lưu vực thông qua sự thấm hút và
phân bố lại nước, mưa, dự trữ độ ẩm, hạn chế sự biến động của nhiệt độ, hạn chế ô
nhiễm nước ngầm và nước mặt bởi các sản phẩm rửa trôi.
- Ô nhiễm môi trường đất: Đất bị ô nhiễm được hiểu là khi hàm lượng một số
nguyên tố hóa học có trong đất vượt quá ngưỡng thường có của loại đất đó, hoặc đất
chứa một một số chất gây độc trực tiếp.
Ô nhiễm đất không những làm giảm khả năng sản xuất của đất mà còn làm ảnh
hưởng đến cây trồng, gia súc và con người.
Ô nhiễm đất còn làm hại đến môi trường khác như nước ngầm, nước mặt và
không khí, từ đó ảnh hưởng đến con người.
1.4.1. Vi sinh vật chỉ thị môi trường đất
Việc sử dụng vi sinh vật làm chỉ thị sinh học cho môi trường đất đến nay ít
được áp dụng vì khó có thể quan sát bằng mắt thường. Mặc dù khi đất bị thoái hóa

hoặc bị ô nhiễm sẽ làm ảnh hưởng trực tiếp đến số lượng và loài vi sinh vật sống trong
đất.
Tuy nhiên, người ta có thể gián tiếp quan sát vi sinh vật trong đánh giá môi
trường thông qua sự phân hủy chất hữu cơ. Khi đất bị ô nhiễm, nhất là ô nhiễm kim
loại nặng thì số lượng vi sinh vật sẽ ít và ta dễ dàng quan sát thấy các tàn tích hữu cơ
(cành lá khô…) ít bị phân hủy hoặc phân hủy chậm so với nơi đất không bị ô nhiễm.
Ngược lại với ô nhiễm kim loại nặng và thoái hóa dinh dưỡng là hiện tượng
nhiễm bẩn đất, thì trong trường hợp này có thể một số loài vi sinh vật đất lại có số
lượng tăng lên đáng kể.
Ở đất bị thoái hóa nghiêm trọng hoặc quá chua thì nấm là loại điển hình.
18
1.4.2. Thực vật chỉ thị môi trường đất
1.4.2.1. Thực vật chỉ thị thiếu và thừa chất dinh dưỡng trong đất
Thực vật đòi hỏi những chất dinh dưỡng cần thiết cho sinh trưởng và đảm bảo
các chức năng bình thường khác. Ngưỡng đủ các chất dinh dưỡng được xem là ngưỡng
các chất dinh dưỡng cần thiết để đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng và sinh trưởng mạnh
nhất của thực vật. Các chất dinh dưỡng nằm ngoài ngưỡng đủ của thực vật gây hiện
tượng thiếu hoặc thừa dinh dưỡng đều tác động xấu đến thực vật (hình 1.9).

Hình 1.9: Quan hệ giữa sinh trưởng thực vật và tổng lượng các chất dinh dưỡng
dễ tiêu (Brady and Weil, 1999)
Sự thiếu hụt dinh dưỡng xảy ra khi một hoặc một số chất dinh dưỡng cần thiết
không đủ về số lượng cho sinh trưởng của cây. Sự dư thừa gây ngộ độc xảy ra khi chất
dinh dưỡng quá nhiều so với yêu cầu của cây và làm giảm sinh trưởng và năng suất
cây trồng.
Vai trò của các nguyên tố dinh dưỡng đối với thực vật và biểu hiện thiếu:
Nitơ (N): Nitơ có mặt trong rất nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng, có vai trò
quyết định trong quá trình trao đổi chất và năng lượng cũng như các hoạt động sinh lý
của cây.
Khi thiếu N, cây sinh trưởng phát triển kém, diệp lục không hình thành, lá

chuyển màu vàng, đẻ nhánh và phân cành kém, hoạt động quang hợp và tích lũy giảm
sút nghiêm trọng, dẫn tới suy giảm năng suất.
Photpho (P): Photpho cần cho tất cả các loại cây trồng nhưng rõ rệt nhất là với
cây họ đậu vì ngoài khả năng tham gia trực tiếp vào các quá trình sống của cây, chúng
còn thúc đẩy khả năng cố định đạm của vi sinh vật cộng sinh.
Khi thiếu P, lá cây ban đầu có màu xanh đậm, sau chuyển màu vàng, hiện tượng
này bắt đầu từ các lá phía dưới trước, và từ mép lá vào trong. Cây lúa thiếu P làm lá
nhỏ, hẹp, đẻ nhánh ít, trỗ bông chậm, chín kéo dài, nhiều hạt xanh, hạt lép. Cây ngô
thiếu P sinh trưởng chậm, lá có màu lục rồi chuyển màu huyết dụ.
19
Sinh
trưởng và
sức khỏe
thực vật
Ngưỡng thiếu
Ngưỡng đủ
Ngưỡng độc hại
Tổng lượng các chất dinh dưỡng dễ tiêu
Kali (K): Kali cần thiết cho mọi loại cây trồng, nhưng quan trọng nhất đối với
nhóm cây chứa nhiều đường hay tinh bột như lúa, ngô, mía, khoai tây Bón K sẽ làm
tăng hiệu quả sử dụng N và P.
Biểu hiện rất rõ khi thiếu K là lá hẹp, ngắn, xuất hiện các chấm đỏ, lá dễ héo rũ
và khô. Cây lúa thiếu K sinh trưởng kém, trỗ sớm, chín sớm, nhiều hạt lép lửng, mép
lá về phía đỉnh biến vàng. Ngô thiếu K làm đốt ngắn, mép lá nhạt dần sau chuyển màu
huyết dụ, lá có gợn sóng. Điều đặc biệt là K có vai trò quan trọng trong việc tạo lập
tính chống chịu của cây trồng với điều kiện bất thuận (hạn, rét) cũng như tính kháng
sâu bệnh, vì vậy nếu thiếu K sẽ làm những chức năng này suy giảm đi.
Lưu huỳnh (S): Lưu huỳnh tham gia trong thành phần protein, axit amin,
vitamin, có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi lipit và sự hô hấp của cây.
Biểu hiện đặc trưng khi cây thiếu S cũng có hiện tượng vàng lá như khi thiếu N,

tuy nhiên khác với thiếu N là hiện tượng vàng lá xuất hiện ở các lá non trước các lá
trưởng thành và lá già. Khi cây thiếu S, gân lá chuyển vàng trong khi phần thịt lá vẫn
còn xanh, sau đó mới chuyển vàng. Kèm theo những tổn thương trước hết ở phần ngọn
và lá non, cộng với sự xuất hiện các vết chấm đỏ trên lá do mô tế bào chết.
Canxi (Ca): Canxi có vai trò quan trọng trong việc hình thành tế bào, hình
thành các mô cơ quan của cây. Chúng có ý nghĩa quan trọng trong việc trung hòa độ
chua của đất cũng như việc khử độc do sự có mặt của các cation (Na
+
, Al
3+
) trong
nguyên sinh chất của tế bào. Cùng với P, Ca là nguyên tố hàng đầu để tăng năng suất
và chất lượng cây họ đậu.
Khi thiếu Ca thì đỉnh sinh trưởng và chóp rễ bị ảnh hưởng nghiêm trọng do các
mô phân sinh ngừng phân chia, sinh trưởng bị ức chế. Triệu chứng đặc trưng của cây
thiếu Ca là các lá mới ra bị dị dạng, chóp lá uốn câu, rễ kém phát triển, ngắn, hóa nhầy
và chết. Ca là chất không di động trong cây nên biểu hiện thiếu Ca thường thể hiện ở
các lá non trước.
Magiê (Mg): Magiê là thành phần quan trọng của phân tử diệp lục nên nó quyết
định hoạt động quang hợp của cây. Đây cũng là chất hoạt hóa của nhiều enzym rất
quan trọng đối với quá trình hô hấp và trao đổi chất của cây. Mg rất cần đối với các
cây ngắn ngày như lúa, ngô, đậu, khoai tây Mg sẽ làm tăng hàm lượng tinh bột trong
sản phẩm.
Thiếu Mg làm chậm quá trình ra hoa, cây thường bị vàng lá do thiếu diệp lục.
Triệu chứng điển hình là các gân lá còn xanh trong khi phần thịt lá đã biến vàng. Xuất
hiện các mô hoại tử thường từ các lá phía dưới, lá trưởng thành lên lá non, vì Mg là
nguyên tố linh động, cây có thể dùng lại từ các lá già.
Sắt (Fe): Vai trò quan trọng nhất của sắt là hoạt hóa các enzym của quá trình
quang hợp và hô hấp. Nó không tham gia vào thành phần diệp lục nhưng có ảnh hưởng
quyết định tới sự tổng hợp diệp lục trong cây. Hàm lượng sắt trong lá cây có quan hệ

mật thiết đến hàm lượng diệp lục trong chúng.
20
Sự thiếu hụt Fe thường xảy ra trên nền đất có đá vôi. Lá cây thiếu sắt sẽ chuyển
từ màu xanh sang vàng hay trắng ở phần thịt lá, trong khi gân lá vẫn còn xanh. Triệu
chứng thiếu sắt xuất hiện trước hết ở các lá non, sau đến lá già, vì Fe không di động từ
lá già về lá non.
Mangan (Mn): Mn là nguyên tố hoạt hóa rất nhiều enzym của các quá trình
quang hợp, hô hấp và cố định nitơ phân tử.
Triệu chứng điển hình khi cây thiếu Mn là phần gân lá và mạch dẫn biến vàng,
nhìn toàn bộ lá có màu xanh sáng, về sau xuất hiện các đốm vàng ở phần thịt lá và phát
triển thành các vết hoại tử trên lá. Nếu thiếu nghiêm trọng sẽ gây khô và chết lá. Triệu
chứng thiếu Mn có thể biểu hiện ở lá già hay lá non tùy theo từng loại cây.
Đồng (Cu): Đồng là nguyên tố hoạt hóa nhiều enzym của quá trình tổng hợp
protein, axit nucleic và dinh dưỡng nitơ của cây.
Hiện tượng thiếu đồng thường xảy ra trên những vùng đất đầm lây, ruộng lầy
thụt. Cây trồng thiếu đồng thường hay có hiện tượng chảy gôm (rất hay xảy ra ở cây
ăn quả), kèm theo các vết hoại tử trên lá hay quả. Với cây họ hòa thảo, nếu thiếu đồng
sẽ làm mất màu xanh ở phần ngọn lá.
Bo (B): B là một trong những nguyên tố vi lượng có hiệu quả nhất với cây
trồng. B tác động trực tiếp đến quá trình phân hóa tế bào, trao đổi hocmon, trao đổi N,
nước và chất khoáng khác, ảnh hưởng rõ rệt nhất của B là tới mô phân sinh ở đỉnh sinh
trưởng và quá trình phân hóa hoa, thụ phấn, thụ tinh, hình thành quả.
Khi thiếu B thì chồi ngọn bị chết, các chồi bên cũng thui dần, hoa không hình
thành, tỷ lệ đậu quả kém, quả dễ rụng, rễ sinh trưởng kém, lá bị dày lên.
Molypden (Mo): Mo có vai trò rất quan trọng trong việc trao đổi nitơ, tổng hợp
Vitamin C và hình thành lục lạp của cây.
Thiếu Mo sẽ ức chế dinh dưỡng đạm của cây trồng nói chung, đặc biệt của các
cây họ đậu.
Kẽm (Zn): Zn tham gia hoạt hóa khoảng 70 enzym của nhiều hoạt động sinh lý,
sinh hóa của cây.

Thiếu Zn sẽ gây rối loạn trao đổi auxin nên ức chế sinh trưởng, lá cây bị biến
dạng, ngắn, nhỏ và xoăn, đốt ngắn và biến dạng.
Niken (Ni): Thực vật cần Ni để nảy mầm và là thành phần trong emzym ureaza,
một loại enzym xúa tác quá trình chuyển hóa urê thành ammoni. Nhiều nghiên cứu
cũng cho thấy Ni cần thiết cho trao đổi chất trong cây họ đậu và những cây khác.
Thiếu Ni cây bị vàng lá và vàng ở giữa gân lá ở những lá non.
Tóm lại: có thể chẩn đoán thiếu dinh dưỡng ở thực vật dựa vào 5 biểu hiện sau:
- Sinh trưởng còi cọc
- Bệnh vàng lá
- Bệnh vàng giữa gân lá
- Xuất hiện màu đỏ tía
21
- Hoại tử (bảng 1.5).
Bảng 1.5: Các dấu hiệu đặc trưng ở lá khi thiếu chất dinh dưỡng
Chất dinh dưỡng Vị trí trên
thực vật
Bệnh
vàng lá
Viền lá bị
hoại tử
Màu sắc và dạng lá
N Tất cả các lá Có Không Vàng các lá và gân lá
P Những lá già Không Không Những đốm màu tím
K Những lá già Có Có Những đốm vàng
Mg Những lá già Có Không Những đốm vàng
Ca Những lá non Có Không Các lá bị biến dạng
S Những lá non Có Không Lá màu vàng
Mn, Fe Những lá non Có Không Màu vàng giữa gân lá
B, Zn, Cu, Ca, Mo Những lá non - - Lá biến dạng
(Dobermann A. And T. Fairhurst, 2000)

Dấu hiệu ngộ độc ở thực vật:
Khi một hoặc một vài nguyên tố dinh dưỡng đa, trung lượng hoặc vi lượng vượt
quá ngưỡng thì sẽ gây độc hại cho cây. Tuy nhiên, cũng có một số nguyên tố không
gây độc.
Thừa N sẽ làm cây sinh trưởng quá mạnh, do thân lá tăng trưởng nhanh mà mô
cơ giới kém hình thành nên cây rất yếu, dễ lốp đổ, dễ bị sâu bệnh tấn công. Ngoài ra
sự dư thừa N trong sản phẩm cây trồng (đặc biệt là rau xanh) còn gây tác hại lớn tới
sức khỏe con người. Nếu N dư thừa ở dạng NO
3
-
thì khi vào dạ dày, chúng sẽ vào ruột
non và mạch máu, sẽ chuyển hemoglobin (của máu) thành dạng met-hemoglobin, làm
mất khả năng vận chuyển oxy của tế bào. Còn nếu ở dạng NO
2
-
chúng sẽ kết hợp với
axit amin thứ cấp tạo thành chất Nitrosamine - là một chất gây ung thư rất mạnh.
Thừa P không có biểu hiện gây hại như thừa N vì P thuộc loại nguyên tố linh
động, nó có khả năng vận chuyển từ cơ quan già sang cơ quan còn non. Tuy nhiên, khi
thừa P sẽ làm giảm khả năng hút Fe, Mn và Zn và làm chúng bị thiếu trong cây, dẫn
đến ức chế sinh trưởng của cây.
Thừa dư và gây ngộ độc Al: Làm cho rễ phát triển kém, lá vàng úa và da cam ở
giữa gân lá, sau đó là trắng lá giữa gân rồi lá bị chết héo và viền lá bị táp nắng.
Đối với các nguyên tố trung lượng và vi lượng, cây cần một lượng nhỏ, nhưng
thiếu chúng nhiều chức năng của thực vật bị phá vỡ. Ngược lại, trong thực tiễn sản
xuất do hoạt động công nghiệp, làng nghề và hoạt động khai khoáng đã dẫn đến dư
thừa các nguyên tố vi lượng và trung lượng trong đất và dẫn đến ngộ độc cho cây
(bảng 1.6).
Nhìn chung, thiếu hay thừa chất dinh dưỡng đều làm cho cây sinh trưởng phát
triển kém, giảm sức sản xuất và gây ra những dấu hiệu không bình thường có thể quan

sát được bằng mắt thường.
22
Bảng 1.6: Các yếu tố gây độc, dấu hiệu ngộ độc và ngưỡng độc
Nguyên
tố
Các yếu tố gây độc Ngưỡng độc
hại (mg/kg)
Dấu hiệu ngộ độc
B Sử dụng nhiều phân
compost thành phố
> 200 Màu vàng, hoại tử đỉnh và viền lá
Co Đất cát, đất than bùn, bón
vôi, tiêu nước
> 1.000, đôi
khi > 4.000
Không rõ
Cu Sử dụng nhiều bùn thải và
phân compost thành phố
> 20 Màu vàng và hoại tử lá già, kìm
hãm rự dài ra của rễ
Cl Đất ven biển và bị nhiễm
mặn
> 3.500 Lá cháy sém và sinh trưởng bị kìm
hãm
Fe Đất ngập úng, những vùng
đất trũng
> 500 Màu đồng thau ở lúa, mất màu tím
ở những cây khác
Mn Đất ngập úng, những vùng
đất trũng

> 500 Đốm màu nâu trên gân lá, hoại tử
ở đỉnh và gân lá, lá bị xoắn tròn
Mo Bón vôi và bón bổ sung
Mo
> 1.000 Chuyển màu vàng sang da cam
(đôi khi tím), dóng và đốt ngắn
Zn Dưới tán cây và cây trồng
trong nhà có mái che
> 400 Ít xảy ra. Dấu hiệu giống thiếu Fe
và Mn
(Thomas Dierolf, 2001)
1.4.2.2. Thực vật chỉ thị đất ô nhiễm kim loại nặng
Đất bị ô nhiễm kim loại nặng là đất có hàm lượng quá lớn so với bình thường
(vượt ngưỡng) của một hoặc nhiều các nguyên tố có thể là dinh dưỡng vi lượng như
Cu, Mn, Zn và Ni, hoặc các nguyên tố không phải là dinh dưỡng như Cd, Pb, As, Hg,
Se. Nhìn chung, đất bị ô nhiễm kim loại nặng đều làm ảnh hưởng đến sinh trưởng và
phát triển của cây. Khi đất bị ô nhiễm kim loại nặng đa số thực vật bị ngừng sinh
trưởng và dẫn đến chết. Tuy nhiên cũng có một số loài thực vật lại không bị chết và
thậm chí có loài còn sinh trưởng phát triển tốt.
Từ hiện tượng đó, người ta đã phân ra được hai nhóm thực vật trong chỉ thị ô
nhiễm kim loại nặng trong đất, đó là:
- Nhóm thực vật có khả năng chống chịu với nồng độ kim loại cao gọi là “siêu
chống chịu”.
- Nhóm thực vật có khả năng thu hút kim loại nặng và tích lũy vào các bộ của
cây gọi là “siêu hấp thụ kim loại”.
Đến nay người ta đã phát hiện được trên 450 loài thực vật có khả năng thu hút
kim loại nặng trong đất. Trong số này có khá nhiều loài được tìm thấy ở Việt Nam.
Sau đây là một số loại thực vật điển hình làm chỉ thị cho đất bị ô nhiễm kim loại
nặng ở Việt Nam:
23

- Cây dương xỉ, vetiver, lau, sậy.
- Cây hoa ngũ sắc, mua, sim, đơn buốt, ngải dại.
- Cây cỏ tre, cỏ gà, mần trầu.
- Cây cải xanh, cải xoong, rau muống.
- Cây bạch đàn, keo tai tượng, keo lá chàm.
- Ở đất ô nhiễm Al cao (đất phèn): Cây năng bộp, năng kim, năng chỉ, cỏ bàng,
cỏ đưng, cỏ lác
Sâu đây là hình ảnh của một số cây chỉ thị kim loại nặng trong đất:


Hình 1.10: Cỏ vetiver
Hình 1.11: Dương xỉ Hình 1.12: Cỏ lau
Hình 1.13: Ngũ sắc Hình 1.14: Đơn buốt
Hình 1.15: Ngải dại
1.4.2.3. Thực vật chỉ thị đất dốc thoái hóa, chua
Đất dốc thoái hóa chủ yếu do xói mòn rửa trôi,
do không được bón phân hữu cơ, do canh tác không để
lại sản phẩm phụ của cây trồng và thiếu nước. Đất dốc
bị thoái hóa thường chua, nghèo dinh dưỡng và giàu
Al
3+
, Fe
3+
.
Trên đất thoái hóa mạnh ngoài cây cỏ tranh là
các loài cỏ và cây bụi điển hình sau:
- Cây lau, guột.
24
- Sim, mua, cỏ lào, chè vằng.
- Các cây thân bò như đậu mèo dại, trinh nữ có gai và không gai.

1.4.3. Động vật chỉ thị môi trường đất
Cho đến nay chưa có nhiều nghiên cứu về sử dụng động vật đất làm chỉ thị sinh
học. Tuy nhiên, chúng ta đều hiểu rõ rằng, khi đất bị ô nhiễm hoặc bị thoái hóa sẽ làm
giảm đáng kể động vật đất như giun đất, mối, kiến
Để đánh giá độ phì nhiêu của đất người ta thường dùng giun đất làm chỉ thị.
Giun đất và các động vật đất khác như tiểu túc, nhuyễn thể và động vật có xương tham
gia tích cực vào quá trình phân huỷ xác động thực vật, đào xới đất, tạo điều kiện cho
không khí, nước và vi sinh vật thực hiện quá trình phân huỷ chất hữu cơ, giúp cho thực
vật bậc cao dễ dàng lấy được chất dinh dưỡng từ đất. Vì vậy giun đất nhiều hay ít là
chỉ thị tốt cho đánh giá đất đó tốt hay xấu.
Ngoài ra người ta còn sử dụng mối như là một chỉ thị sinh học cho độ phì đất.
Chúng ta đã được biết khá nhiều mặt lợi ích của các loài mối, ví dụ như: Chúng phân
giải xenlulô thực vật, tăng mùn cho đất, là mắt xích thức ăn trong chu trình luân
chuyển vật chất trong hệ sinh thái v.v… Ngày nay, mối còn được chú ý nhiều với vai
trò là chỉ thị sinh học trong các nghiên cứu về sự phục hồi của hệ sinh thái. Đã có
những nghiên cứu cho thấy, nhiều loài mối rất nhạy cảm với sự thay đổi của môi
trường sống, sự có mặt hay biến mất của một số loài gắn liền với những biến đổi của
điều kiện môi trường, đặc biệt là thảm thực vật và cấu trúc đất.
Hình 1.16: Mối Hình 1.17: Giun đất
25