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

TỔNG CỤC MÔI TRƯỜNG
TRUNG TÂM QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG

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

Bà Lê Hoàng Anh
PGĐ. Trung tâm Quan trắc Môi trường

Hải Phòng, 6/2014


TỔNG QUAN
Quan trắc môi trường gồm 3 thành phần cơ bản: lý, hóa học và
sinh học;
 Chỉ thị sinh học là sử dụng một cách có hệ thống các đáp ứng
sinh học của các sinh vật chỉ thị để đánh giá sự biến đổi chất
lượng môi trường;
 Quan trắc dựa vào sinh vật chỉ thị (Biomonitors) là công cụ
quản lý môi trường nước hiệu quả, hỗ trợ đáng kể cho các chương
trình quan trắc lý – hóa học vì không đòi hỏi thiết bị đắt tiền, chi
phí không cao khi thu mẫu và phân tích, không yêu cầu trình độ
chuyên môn cao để thực hiện khâu thu mẫu và định loại loài;
 Ứng dụng chỉ thị sinh học trong quan trắc môi trường nước đang
trở nên rất phổ biến với nhiều loại công nghệ đa dạng (tùy mục
đích và yêu cầu quan trắc).


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

VAI TRÒ CỦA SINH VẬT CHỈ THỊ
TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC
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 quan
trắc;
 Có phân bố ổn định theo lưu vực; có khả năng phản ánh
vấn đề ô nhiễm tại các điểm khi việc xả thải đã kết
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 số
hợp 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 được
diễn biến chất lượng môi trường thời gian dài và không
đòi hỏi tần suất quan trắc liên tục;
 Một số loài đặc biệt phù hợp cho các phân tích trong
phòng thíHội
nghiệm.
thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014


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...).

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


CÁC ỨNG DỤNG PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM
Đối với các chương trình quan trắc dùng sinh vật chỉ thị
trong nước:
o Chủ yếu dựa vào các chỉ thị sinh học để đánh giá chất lượng môi
trường nước;
o Nguyên lý: Kết quả thu mẫu thực địa và phân tích một/một số sinh
vật chỉ thị được quy đổi ra các chỉ số, chỉ thị đo lường, hay mô
hình mô tả về một hệ sinh thái /trạng thái của sinh vật, qua đó
đánh giá hiện trạng và diễn biến môi trường cư trú của các sinh
vật chỉ thị.

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


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 loài
ngành 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 những
biến đổi của môi trường.
o Sinh
vật
tích
tụ
(Bioaccumulator): có khả năng
tích lũy các kim loại nặng trong
cơ thể ở nồng độ cao hơn môi
trường xung quanh. Ví dụ: ốc,
trai, hến, rong…
Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014


MỘT SỐ LOẠI CHỈ THỊ SINH HỌC
TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC
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
trong 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 tổng
hợp 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 hô
hấp của các quần xã.
Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014


CHƯƠNG TRÌNH QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC
DÙNG SINH VẬT CHỈ THỊ
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.
T.Giáp
1%

T.Mắt
15%

Các chỉ thị sinh học đánh giá chất lượng môi trường:
 Chỉ số đơn lẻ:
 Chỉ số đa dạng: Margalef, Shannon-Wiener, Simpson;
 Chỉ số ô nhiễm: BMWP-Viet, ASPT;

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

T.Silic
27%

T.Lam

13%

T.Lục
44%
Toàn lưu vực


CHƯƠNG TRÌNH QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC
DÙNG SINH VẬT CHỈ THỊ
o Đa chỉ số: Là việc kết hợp nhiều chỉ số, cho phép tích hợp nhiều
nguồn 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 ngoài
nước.
1
0,9
0,8

MMI

0,7

Lớp 1

0,6

Lớp 2

0,5

Lớp 3

0,4

Lớp 4

0,3

Lớp 5

0,2
0,1

Sông Cầu

Sông Công

SNT

SPH

SCC

SDU

SCO-5

SCO-4

SCO-3

SCO-2

SCO-1

SCA-6

SCA-5

SCA-4

SCA-3

SCA-2

SCA-1

0

Các sông khác

Ví dụ chỉ số tổng hợp BBI (Bỉ) và
MMI (Việt Nam)


MỘT SỐ ỨNG DỤNG KHÁC
Ngoài phương pháp sử dụng các chỉ thị sinh học để đánh giá chất
lượng 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

o
o

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

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


PHÂN TÍCH Ô NHIỄM DỰA VÀO SINH VẬT TÍCH TỤ
 Là phương pháp phân tích hoá sinh hữu cơ mô cơ thể của một số
loài sinh vật có khả nặng tích tụ, qua đó phát hiện các chất ô nhiễm
dễ dàng hơn so với phương pháp phân tích lý - hóa học;
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 chính
đã có định loại rõ, dễ nhận dạng, dễ tích tụ chất ô nhiễm, vòng
đời dài;
 Các loài khác: Cá (ít phổ biến hơn do thường có ngưỡng chết
với giới hạn nồng độ ô nhiễm nhất định và có phân bố không tĩnh
tại), giun đất, rong,…


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


PHÂN TÍCH ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG
Ứng dụng cho chỉ thị loài và

dưới loài;
 Dựa vào phản ứng gây chết
(sub-lethal) hoặc quan sát sự
thay đổi bất thường về di
chuyển, sinh sản, làm tổ, hình
thái…của các loài đối với môi
trường có độc chất;


Nồng độ (log)

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;


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


PHÂN TÍCH ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG
Thiết bị quan trắc độc chất dùng rận nước:
Nguyên lý: hệ thống
gồm 1 hoặc 2 buồng
mẫu đo; giám sát 24/24
giờ và phát hiện, đưa tín
hiệu cảnh báo tự động;
 Phân tích, phát hiện ô
nhiễm qua giám sát
hành vi bơi của nhóm

rận nước (thông số quy
luật di chuyển, tốc độ
trung bình, sự phân bố
và vị trí bơi trong tầng
nước,…)
 Bộ nuôi gắn liền máy
Hội thảo Quan trắc môi trường Lần thứ 5, Hải Phòng 19 - 20/6/2014
chính.



PHÂN TÍCH ĐỘC HỌC MÔI TRƯỜNG
Thiết bị quan trắc độc chất dùng tảo:






Nguyên lý: Đo sự ức chế quang
hợp của tảo trong môi trường có
độc tố;
Phương pháp đo bằng huỳnh
quang trực tiếp để xác định nồng
độ chlorophyll trong môi trường
và xác định các nhóm tảo;
Bộ nuôi tảo gắn liền máy chính.

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

Nguồn: Công ty REECO


ĐÁNH GIÁ NHANH CHẤT LƯỢNG NƯỚC
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 được
cho nhiều loài cá;


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


ĐÁNH GIÁ NHANH CHẤT LƯỢNG NƯỚC


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.

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


DÙNG CÁC MÔ HÌNH SINH THÁI

Phương pháp dùng các mô hình, thuật toán dự báo: Dựa vào các
nguyên lý, quy luật tương tác giữa các yếu tố lý - hóa học và sinh học.
…
1
low

high

Genetic algorithms

cond

width

0

Fuzzy logic

DO

Baetis

Bayesian
Belief Networks

ANN
DO %sat

Decision trees

 48.6%

> 48.6%

0

depth
 0.4m
0

> 0.4m
1

17


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

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;



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


XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!

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