chi thi sinh hoc.chuong 2

CHƯƠNG II
CHƯƠNG II
CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG





I. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIÁM SÁT SINH HỌC
I. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIÁM SÁT SINH HỌC
Các phương pháp giám sát sinh học được chia thành hai nhóm :
-Nhóm phương pháp loài đơn lẻ
- Nhóm phương pháp đa loài
1.1. Nhóm phương pháp loài đơn lẻ

sử dụng phản ứng của những loài đơn lẻ: loài chỉ thị, sinh
vật nhạy cảm, sinh vật tích tụ
Sủ dụng loài chỉ thị

Đánh giá tác động của chất gây ô nhiễm dựa trên sự có mặt
của các loài chỉ thị đặc trưng (Năng bộp chỉ thị đất rất chua (pH=4-5)
rất nhiều Al
3+
(> 2000ppm) .


Thường dùng trong đánh giá MT đất, ít dùng để đánh giá
MT nước ( nhiều loài có thể không có mặt không liên quan đến chất lượng
nước).

Sủ dụng sinh vật nhạy cảm

Đánh giá tác động của chất ô nhiễm qua ảnh hưởng
của chúng tới: mật độ, sự phát triển và đặc điểm sinh
lý của các SV nhạy cảm

Có khả năng phát hiện ảnh hưởng của các chất gây ô
nhiễm ở những nồng độ khác nhau (có hại đối với sinh vật).

Có thể áp dụng trong những nghiên cứu liên quan đến
những biểu hện khác thường về hình thái sinh vật -khi
chất gây ô nhiễm đã phá vỡ sự phát triển bình thưởng
của sinh vật.(Vỏ của ấu trùng xuất hiện có liên quan đến khả năng
chống chịu với những hoá chất )

Sủ dụng sinh vật tích tụ

Đánh giá tác động của chất gây ô nhiễm thông qua các
sinh vật có khả năng tích tụ các chất gây ô nhiễm trong cơ
thể chúng
1. 2. Phương pháp đa loài

sử dụng những phản ứng của nhiều loài SV(quần thể,
quần xã) thông qua : các chỉ số sinh học, chỉ số đa dạng


Thường sử dụng trong quan trắc MT nước và sử dụng
những nhóm sinh vật hay những quần xã sinh vật

Có thể thực hiện theo 4 hình thức:

- Đo mức độ phong phú: dựa vào số lượng đơn vị phân
loại có mặt tại một địa điểm.
- Liệt kê: ghi nhận tổng số các cá thể không cần nhận
dạng, các cá thể bị tác động môi trường ( số lượng có
thể tăng hoặc giảm)
- Đo đếm các nhóm sinh vật theo chức năng dinh dưỡng:
nhằm xác định tỷ lệ giữa số lượng động vật trong
những nhóm dinh dưỡng đặc biệt nhờ đó có thể làm
rõ những nhóm chống chịu với những dạng tác động
nào đó ( từ môi trường) tốt hơn.
- Các chỉ số kết hợp: kết hợp các chỉ số có được từ
những phép đo trên để tăng độ tin cậy cho kết quả
nghiên cứu (so với khi áp dụng một phép đo riêng rẽ
nào đó).

Bảng . Chỉ số sinh học và chỉ số đa dạng
Bảng . Chỉ số sinh học và chỉ số đa dạng
( sử dụng để giám sát sinh học theo phương pháp đa loài)
( sử dụng để giám sát sinh học theo phương pháp đa loài)
Các chỉ số sinh học Tác giả, năm
(A) Các tỷ lệ
Chironomidea/ Côn trùng khác Winner et al (1980)
Asellus/ Gammarus Watton and Hawkes (1984)
Limnodrilus hoffmeisteri/ Oligochaeta khác Brinkhurst (1966)
Chironomidae/ Oligochaeta Wiederholm (1980)

Tubificidae/ Động vật không xương sống khác Goodnight and Whitley (1960)
(B) Các chỉ số định lượng
Chỉ số sinh học Trent Woodiwish (1964)
Chỉ số sinh học Bỉ DePaw and Vanhooren (1983)
Điểm số BMWP (Biological Monitoring Working Party) Nation Water Council (1981)

(C) Các chỉ số bán định lượng
Điểm số Chandler Chandler (1970)
Chỉ số Chutter's Chutter (1972)
(D) Các chỉ số đa dạng
Chỉ số Shannon - Weiner - Ni/Nlog
2
Ni/N Shannon and Weiner (1949)
Chỉ số Simpson - 1- Ni(Ni-1)/N(N-1) Simpson (1949)
Chỉ số Margalef - (S-1)/logN Margalef (1968)
Chỉ số Menhinick - S/N Menhinick, 1964
S = số loài trong mẫu ; Ni = số cá thể trong mỗi
loài;
N = tổng số cá thể động vật trong mẫu

1.3. Phương pháp quan trắc cấu trúc quần xã
1.3. Phương pháp quan trắc cấu trúc quần xã

Trong thực tế không thể giám sát toàn bộ quần xã SV, thường chỉ chọn:
một số phân đoạn hoặc lát cắt của quần xã SV để giám sát, quan trắc
- sinh vật nổi và sinh vật đáy đối với những hệ sinh thái nước
- động vật không xương sống cỡ lớn hoặc thực vật lớn đối với các hệ sinh
thái ở cạn.

Thường dùng hoặc chỉ số đa dạng hoặc chỉ số tương đồng, hoặc độ

phong phú loài để nghiên cứu.( dựa trên sự có hay vắng mặt hoặc độ phong phú của các
cá thể loài trong quần xã sinh học).

1.4. Phương pháp sử dụng phép phân tích đa biến

Sự thiếu tính khách quan trong nghiên cứu ( làm sai lệch kết
quả quan trắc) có thể khắc phục bằng việc sử dụng kỹ thuật
phân tích đa biến.

Liên kết những số liệu môi trường thích hợp đã biết về
các mức ô nhiễm tại những điểm khác nhau để có thể
suy đoán và tạo ra các giả thiết.

gộp nhóm số liệu theo các cách khác nhau có thể phát
hiện những gián đoạn trong các quần xã SV từ các địa
điểm khác nhau.

Phương pháp sử dụng phép phân tích đa biến
Phương pháp sử dụng phép phân tích đa biến
TWINSPAN
TWINSPAN


(Two way indicator species analysis)
(Two way indicator species analysis)


Nấm nước thải có mặt
bên trên dưới hoặc bên
dưới các đá

Có mặt >99 lớp giun
ít tơ (Oligochaeta)
Có Heptagennidae>9
Liệu có >50% nấm nước
phủ thải phủ trên đá
Liệu nhóm 1
> 9 rận nước (Gammarus)
> 99 Baetidae
Nhóm 2
Đã có ô nhiễm
hữu cơ nhẹ
Có trên 10% nấm nước thải
phủ trên đá
Nhóm 3
Ô nhiễm hữu cơ mạnh
Không
Có

II. PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CHỈ THỊ SINH HỌC
II. PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CHỈ THỊ SINH HỌC
TRONG NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG
TRONG NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG
2.1. Sử dụng chỉ số sinh học
2.1. Sử dụng chỉ số sinh học
2.1.1. Sử dụng CSSH trong giám sát môi trường

Shannon - Weiner sử dụng chỉ số đa sạng H' và
Margaleft sử dụng chỉ số đa dạng (D) để đánh giá
mức độ ô nhiễm hữu cơ nguồn nước


Việc tính toán và xếp hạng chất lượng nước theo
chỉ số đa dạng được thể hiện ở bảng

Bảng . Đánh giá chất lượng nước theo chỉ số đa dạng
Bảng . Đánh giá chất lượng nước theo chỉ số đa dạng
Chỉ số đa dạng Chất lượng nước
<1 Rất ô nhiễm
1 - 2 Ô nhiễm
>2 - 3 Ô nhiễm nhẹ
>3 - 4,5 Sạch
> 4,5 Rất sạch


Sử dụng hệ thống tính điểm nhóm động vật đáy cỡ lớn
của tổ chức quan trắc sinh học (BMWP) để đánh giá
nhanh chất lượng nước :
- Mẫu vật thu ( tại các thuỷ vực) được phân loại
- Dựa vào các chỉ thị tương ứng với họ ( trong bảng tính điểm
BMWP) để tính điểm cho từng họ ( họ nào không có trong bảng tính
điểm có thể bỏ qua)
- Cộng tất cả các điểm từ mỗi họ tại từng điểm nghiên cứu
được tổng điểm số BMWP.
- Tính điểm số trung bình cho các đơn vị phân loại (ASPT-
Average Score per Taxon) là chỉ số sinh học tương ứng với một
mức ô nhiễm (chất lượng) nước bằng cách chia tổng số
điểm (BMWP) cho tổng số họ đã lấy để tính điểm.

Đánh giá chất lượng nước theo chỉ số ô nhiễm (ASPT)
Đánh giá chất lượng nước theo chỉ số ô nhiễm (ASPT)
Thứ

hạng
Chỉ số ô nhiễm (ASPT)
hay chỉ số sinh học
(Bio - index)
Đánh giá chất lượng nước
I 10 - 8
Không ô nhiễm, nước sạch
II 7,9 - 6
Ô nhiễm nhẹ - hoại sinh nhẹ (Oligosaprobe)
III 5,9 - 5
Ô nhiễm vừa - hoại sinh vừa ( Mesosaprobe)
IV 4,9 - 3
Ô nhiễm - hoại sinh TB ( Mesosaprobe)
V 2,9 - 1
Ô nhiễm nặng - hoại sinh nặng (Polysaprobe)
VI 0
Ô nhiễm rất nặng - hoại sinh rất nặng (không có động
vật không xương sống)

2.1.2. Sử dụng CSSH trong quan trắc môi trường

Các số liệu được sử dụng để ấn định giá trị đánh số
đối với các chỉ thị sinh học cá thể.

Tổng các giá trị đánh số của tất cả các loài chỉ thị sinh
học tại mỗi điểm thu mẫu( xác định) sẽ cho kết quả
biểu thị kiểu ô nhiễm tại điểm đó.

Tổng các giá trị hoại sinh của tất cả các CTSH tại một
điểm chia cho tổng các giá trị tần số gặp cho chỉ số

hoại sinh hay chỉ số nhiễm bẩn tại một điểm (bảng)

CSSH được sử dụng đầu tiên trong quan trắc môi
trường là hệ hoại sinh ( dùng quan trắc ô nhiễm hữu
cơ trong các sông)

Bảng . Chỉ số hoại sinh hay chỉ số nhiễm bẩn
Bảng . Chỉ số hoại sinh hay chỉ số nhiễm bẩn
S= z (s.h)/zh với: S- chỉ số hoại sinh cho điểm;
s- giá trị hoại sinh đối với mỗi loài chỉ thị;
h- tần số gặp của mỗi loài
Giá trị S Giá trị h
1. Hoại sinh nhẹ hay yếu 1. Gặp tình cờ, ngẫu nhiên
2. - Hoại sinh vừa 2. Thường xuyên gặp
3. - Hoại sinh vừa 3. Gặp rất nhiều
4. Hoại sinh mạnh
Dãy chỉ số hoại sinh
1,0 - 1,5 Hoại sinh nhẹ Không ô nhiễm
1,5 - 2,5 Hoại sinh vừa Ô nhiễm hữu cơ yếu
2,5 - 3,5 Hoại sinh vừa Ô nhiễm hữu cơ mạnh
3,5 - 4,0 Hoại sinh mạnh Ô nhiễm hữu cơ rất mạnh


Các chỉ số sinh học khác tuần tự được phát triển, chủ
yếu để quan trắc các tác động chất hữu cơ trong nước
chảy. Phổ biến nhất là chỉ số sinh học TRENT ở Anh,
điểm số sinh học CHANDLER (CBS).

Nhiều nước sử dụng rộng rãi điểm số BMWP của nhóm
động vật đáy cỡ lớn để quan trắc môi trường nước ( dựa

vào việc xác định số loàivà phân bố của động vật đáy
không xương sống để phân loại mức độ ô nhiễm nước).

Hệ hoại sinh được cải tiến, mới nhất dùng để đánh giá
chất lượng nước ở CHLB Đức (H2.2)
•
Các CSSH đều có hạn chế là phải sử dụng cùng với những số
liệu có sẵn về lý - hoá học. Nhưng có ưu việt là tính toán đơn
giản, cung cấp thông tin dễ hiểu về mức độ ô nhiễm

Chỉ số sinh học TRENT
ở Anh (1964)
Chỉ số sinh học mở rộng
của Anh (1978)
Chỉ số sinh học Pháp
(1968)
Chỉ số sinh học chất lượng
tổng thể (1982)
Điểm số CHANDLER's của
Anh (1970)
Điểm số BMWP (1978)
Điểm số BMWP
cải biên của Anh
Chỉ số sinh học Bỉ
(1983)
H.2.2. Sự phát triển của chỉ số sinh học hệ hoại sinh

2.2. Sử dụng sinh vật tích tụ
2.2. Sử dụng sinh vật tích tụ


không ít sinh vật có thể tích luỹ các chất ô nhiễm trong
các mô của chúng qua quá trình tích luỹ sinh học.

Các SVTT có đặc điểm:
- chất ô nhiễm được hấp thụ qua bề mặt cơ thể, qua những
cấu trúc đặc trưng, hay được nuốt vào cùng với thức ăn
với tốc độ lớn hơn tốc độ đào thải từ cơ thể chúng.
- Sự tích luỹ này có thể diễn ra trong suốt vòng đời của sinh
vật mà không có tác động phụ xuất hiện.
- Hàm lượng tích luỹ trong mô của SVTT có thể gấp 10
3
-
10
6
lần so với trong MT - "khuyếch đại sinh học".

Khả năng tích tụ chất ô nhiễm ở SVTT được sử dụng rộng
rãi trong nghiên cứu, quan trắc, xử lý MT

- Những mô tích luỹ các chất ô nhiễm biểu thị hàm lượng
các chất này rất rõ do phản ánh cả quá trình các chất ô
nhiễm xâm nhập vào môi trường và tác động lên sinh
vật trong suốt thời gian dài.

Từ sau những năm 1970 bắt đầu nghiên cứu việc sử
dụng thực vật tích tụ để xử lý các đất bị ô nhiễm KLN
( chịu được hàm lượng KLN cao hơn 10 -100 lần so với
các cây trồng nông nghiệp).

Đặc điểm của các loài thực vật này là chỉ hấp thụ một

hoặc một số KLN đặc trưng trong các bộ phận trên mặt
đất ( chồi, cành, lá).

Vì vậy để xử lý các chất ô nhiễm, người ta thu hoạch và
tiêu huỷ các bộ phận tích luỹ


Cho đến 2002 đã phát hiện 420 loài có khả năng tích tụ
KLN cao, trong đó: một số là nguồn thực phẩm , nhiều
thực vật lớn và nhuyễn thể, cá ( MT nước); địa y, rêu và
thực vật có mạch (MT đất Kkhí). Rêu được sử dụng rộng
rãi cho quan trắc các KLN

Lựa chọn SVTT trong nghiên cứu MT theo tiêu chuẩn
của sinh vật chỉ thị

Trong thực tế khó có loài đơn lẻ nào đáp ứng được đủ các
các tiêu chuẩn của SVCT về tích tụ, trong các chương
trình giám sát ô nhiễm phải khắc phục theo 2 cách :Quan
trắc thụ động và thu mẫu (để phân tích HH) từ nơi cư trú
đặc biệt của những SV bản địa; Quan trắc chủ động (tại
nơi cư trú) các SV có ở vùng không ô nhiễm.

2.3. Phép thử sinh học
2.3. Phép thử sinh học



Sử dụng sinh vật ở những điều kiện thí nghiệm (có đối
chứng) để nghiên cứu, đánh giá MT


Nhiều phép thử sinh học đã được phát triển để sử dụng
trong phòng thí nghiệm hay ngoài hiện trường
Khả năng sử dụng phép thử sinh học trong nghiên cứu các
vấn đề môi trường

Xác định các tác động ngắn hạn của liều lượng lớn (cấp
tính) đến cá thể, quần thể và quần xã.

Xác định tác động tiềm năng của các chất gây ô nhiễm (
tác động dài hạn của những lượng thấp các chất gây ô
nhiễm khác nhau (mãn tính) đến cá thể, quần thể và
quần xã.


Xác định sự đa dạng của ngưỡng độc hại (liên quan đến
hiệu ứng gây chết toàn bộ và gây chết một nửa) và giới
hạn chuẩn của các chất ô nhiễm .

Xác định rõ tính mẫn cảm của những sinh vật điển hình đối
với các chất ô nhiễm đặc trưng.

Cung cấp tín hiệu sớm về sự ô nhiễm gây hại tiềm ẩn.

Các mô hình tác động và cách xâm nhập của các chất ô
nhiễm vào hệ sinh thái.

Nghiên cứu phát triển các biện pháp xử lý và chống ô
nhiễm.

Tiêu chuẩn lựa chọn sinh vật trong thử nghiệm sinh học:

Các tiêu chuẩn như đối với SVCTMT

Còn cần phải có các tiêu chuẩn khác:
- Mẫn cảm và bền vững trong phản hồi với chất gây ô
nhiễm
- ở trạng thái khoẻ mạnh, không dễ bị nhiễm bệnh và ký
sinh

Phân biệt phép thử đơn loài và đa loài, thường sử
dụng làm phép thử sinh học đơn loài, mặc dù phép
thử đa loài có ưu việt hơn (bảng )



So sánh tính ưu việt
So sánh tính ưu việt
của phép thử đơn loài và đa loài
của phép thử đơn loài và đa loài
Loại thí nghiệm
sinh học
Tính ưu việt
Phép thử đơn
loài
Xác định phản hồi tốt hơn ở những điểm cuối
Mẫn cảm hơn đối với sức ép ô nhiễm
Tính biến dị tự nhiên ít hơn trong hệ thống thử
Mẫn cảm hơn với phản hồi các thông số được đo
Phép thử đa loài

Cung cấp nhiều thông tin hơn trong mỗi phép thử
Nhận biết được nhiều hơn trong việc cô lập các yếu tố ảnh
hưởng chính
Tương ứng tốt hơn với tình trạng của các hệ sinh thái tự
nhiên