Quan trắc sinh học và sinh vật chỉ thị môi trường đất

NỘI DUNG I. QUAN TRẮC SINH HỌC II. QUAN TRẮC SINH HỌC MÔI TRƯỜNG ĐẤT III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT IV. ỨNG DỤNG CỦA SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT Quan trắc môi trường: là một quá trình đo đạc thường xuyên một hoặc nhiều chỉ tiêu về tính chất vật lý, hóa học và sinh học của các thành phần môi trường, theo một kế hoạch lập sẵn về thời gian, không gian, phương pháp và quy trình đo lường, để cung cấp các thông tin cơ bản có độ tin cậy, độ chính xác cao và có thể đánh giá được diễn biến chất lượng môi trường. Quan trắc sinh học: Có nhiều định nghĩa về quan trắc sinh học, trong đó định nghĩa được coi là đầy đủ nhất là: “Quan trắc sinh học là việc sử dụng có hệ thống các phản ứng sinh học để đánh giá sự thay đổi môi trường trong chương trình giám sát chất lượng nước. Trong đó những sự thay đổi này thường là do nguồn tác động của con người. Giám sát sinh học: là sự kiểm kê tĩnh các sinh vật, các biến đổi và những quá trình trong một môi trường đã chọn. I. QUAN TRẮC SINH HỌC 1. Một số khái niệm: I. QUAN TRẮC SINH HỌC 2. Vai trò, ý nghĩa của quan trắc sinh học trong đánh giá ô nhiễm môi trường: Các phương pháp quan trắc sinh học có thể tạo ra những ưu việt đáng kể so với phương pháp hóa học. I. QUAN TRẮC SINH HỌC 3. Ý nghĩa của số liệu quan trắc sinh học: - Dù môi trường có ô nhiễm hay không thì sự khác nhau về vật lý cũng như hóa học giữa các con sông đều có thể có ảnh hưởng lên quần xã sinh vật đáy. - Pinder và đồng nghiệp (1997) đã chỉ ra rằng hệ thống tính điểm BMWP và điểm số trung bình cho các đơn vị phân loại – ASPT có thể khác nhau một cách đáng kể ở các con kênh kề nhau có chất lượng nước như nhau, nhưng khác nhau về những đặc điểm vật lý. - Theo Wright và cộng sự (1993): Những biến đổi được thừa nhận là có tác động nhiều đến các quần xã động vật không xương sống cỡ lớn bao gồm vĩ độ, kinh độ, độ dốc và độ cao, khoảng cách từ nguồn, chiều rộng và độ sau trung bình, nền đáy và độ kiềm. I. QUAN TRẮC SINH HỌC 4. Những phương pháp chính được sử dụng trong quan trắc sinh học: 5. Lựa chọn sinh vật chỉ thị để quan trắc sinh học: I. QUAN TRẮC SINH HỌC Trong số các sinh vật chỉ thị được lựa chọn cho mục đích bảo vệ môi trường cần có những đặc trưng sau: Sinh vật chỉ thị có thể chỉ ra một cách rõ ràng do sự hiện diện của chúng trong môi trường xác định bởi các thông số giới hạn. Vật chỉ thị dễ dàng định loại. Dễ thu mẫu: không cần thiết nhiều thao tác hoặc thiết bị tốn kém mà vẫn có thể định lượng được. Một số loài sinh vật được dùng làm sinh vật chỉ thị: Tảo (tảo lam, tảo lục…) Thực vật lớn (bèo, lau, sậy…) Động vật đơn bào. Cá SV chỉ thị ô nhiễm phân Động vật đáy không xương sống Động, thực vật thủy sinh II. QUAN TRẮC SINH HỌC MÔI TRƯỜNG ĐẤT 1. Đánh giá khái quát về môi trường đất Việt Nam: Môi trường đất Việt Nam rất đa dạng, phong phú và phức tạp. Đặc điểm và tính chất của nó phụ thuộc vào các yếu tố ngoại cảnh như: khí hậu, địa hình, chế độ nước, thảm thực vật. Các yếu tố này không phải đồng nhất trên toàn lãnh thổ mà phân hoá rất sâu sắc, tạo nên những vùng địa lý phức tạp tác động sâu sắc tới các quá trình thổ nhưỡng cơ bản, hình thành nên các nhóm đất và loại đất với đặc tính khác nhau. Chia thành 6 nhóm đất chính: Nhóm đất xám Nhóm đất phù sa Nhóm đất cát biển (Arenosols) Nhóm đất phèn (Thionic Fluvisols) Nhóm đất mặn (Salic Fluvisols) Nhóm đất đỏ (Ferralsols) II. QUAN TRẮC SINH HỌC MÔI TRƯỜNG ĐẤT 1. Đánh giá khái quát về môi trường đất Việt Nam: Môi trường đất Việt Nam đang bị biến đổi dưới những tác động của con người và tự nhiên. Những quá trình đó gồm có: Quá trình xói mòn đất, rửa trôi Quá trình sa mạc hoá Quá trình xâm nhập mặn Quá trình phèn hoá Quá trình glây hoá Quá trình cát bay ở bờ biển Quá trình ô nhiễm do chất thải, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật II. QUAN TRẮC SINH HỌC MÔI TRƯỜNG ĐẤT 2. Kỹ thuật quan trắc môi trường đất: Quan trắc môi trường đất được thực hiện theo những bước cơ bản sau: 1. Xác định đối tượng quan trắc môi trường đất 2. Lựa chọn địa điểm quan trắc nhằm xác định đúng vấn đề cần quan trắc 3. Lựa chọn một địa điểm QT/PT môi trường đất 4. Lựa chọn các thông số quan trắc. Để lựa chọn thông số quan trắc của một đối tượng nào đó, trước hết cần xác định rõ vấn đề cần quan trắc. Từ các vấn đề cần quan trắc sẽ đề xuất các thông số cụ thể. 5. Tần suất và thời gian quan trắc. Thời điểm và tần suất quan trắc phân tích phụ thuộc vào mục tiêu quan trắc, đối tượng quan trắc và các yếu tố ngoại cảnh. 6. Lựa chọn phương pháp phân tích. Các phương pháp phân tích sử dụng là các phương pháp chuẩn TCVN, TCN, ISO. Nếu không có các phương pháp chuẩn thì có thể chọn các phương pháp đã được công bố hoặc là phương pháp đặc thù của phòng thí nghiệm đã được kiểm định. III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT 1. Một số khái niệm: Chỉ thị môi trường ( Environmental Indicator): là 1 hoặc tập hợp các thông số môi trường( hóa, lý, sinh vật) chỉ ra đặc trưng nào đó của môi trường. Thực tế, môi trường chứa vô số các thông số hóa, lý, sinh học không thể xác định hết tất cả các thông số  dựa vào 1 trong 1 số thông số chính có giá trị chỉ thị. Sự biến động, hiện diện một số thông số xác định được đặc điểm của thành phần môi trường: tác nhân đó được gọi là chỉ thị môi trường. Chỉ thị sinh thái môi trường( Environmental Elogical Indicator): nghiên cứu về các khoa học lấy sinh vật làm chỉ thị cho tình trạng, mức độ trong lành hay ô nhiễm, thích hợp hay không đối với sinh vật của môi trường sinh thái. Chỉ thị sinh học( Bioindicator): nghiên cứu một loài hoặc một sinh vật dùng để định mức chất lượng hoặc sự biến đổi của môi trường. Sinh vật chỉ thị( Bio-indicator): cá thể, quần thể hay quần xã có khả năng thích ứng hoặc rất nhạy cảm với môi trường nhất định. Sinh vật chỉ thị là các loài SV mà sự hiện diện và thay đổi số lượng các loài chỉ thị cho sự ô nhiễm hay xáo trộn của môi trường. Các loài này thường có tính mẫn cảm cao với các điều kiện sinh lý, sinh hoá. Chỉ số sinh học: các chỉ số dùng để quan trắc chất lượng môi trường dựa trên tính mẫn cảm của sinh vật với sự biến đổi của môi trường 2. Phân loại sinh vật chỉ thị môi trường: III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT Mẫn cảm: chỉ thị đặc trưng cho các điều kiện môi trường không điển hình, dùng để dự đoán môi trường Các công cụ thăm dò: các loài xuất hiện tự nhiên trong MT dùng để đo sự phản ứng của loài với sự biến đổi MT (biến động nhóm tuổi, sinh sản, kích thước quần thể, tập tính…) Các công cụ khai thác: các loài chỉ thị cho sự xáo trộn hay ô nhiễm môi trường Các công cụ tích luỹ sinh học: các loài tích luỹ các chất hoá học trong mô Các sinh vật thử nghiệm: các sinh vật chọn lọc để xác định sự hiện diện hay nồng độ các chất ô nhiễm. 3. Ứng dụng của sinh vật chỉ thị môi trường: III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT Đánh giá sinh thái: đặc biệt là các khu vực cần bảo tồn Đánh giá môi trường: chỉ thị sự ô nhiễm; cung cấp các thông số môi trường, phục vụ cho công tác quản lý môi trường. Xác định yếu tố chính gây ảnh hưởng đến môi trường nhằm xây dựng chiến lược ưu tiên quản lý và xử lý môi trường Đánh giá hiệu quả các chính sách môi trường Làm bản đồ về sự mẫn cảm môi trường 4. Đặc điểm của sinh vật chỉ thị môi trường: III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT Dễ phân loại Dễ thu mẫu Tính thích nghi cao; Phân bố rộng Có các dẫn liệu tự sinh thái học phong phú Có tầm kinh tế quan trọng (bao gồm có lợi và có hại) Có sự tích luỹ chất ô nhiễm do liên quan đến sự phân bố và phản ánh mức độ môi trường Dễ nuôi cấy trong phòng thí nghiệm Có tính biến dị thấp về mặt di truyền và vai trò trong quần xã Nhạy cảm với điều kiện MT thay đổi bất lợi hay có lợi cho SV SV có độ thích ứng hẹp thường chỉ thị tốt hơn loài thích ứng rộng SV có cơ thể lớn thường có khả năng làm chỉ thị tốt hơn những SV có cơ thể nhỏ Tỷ lệ số lượng của các loài và QX cũng cần chú ý trong khi xác định sinh vật chỉ thị 5. Các phản ứng của sinh vật chỉ thị môi trường: III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT Thích nghi hình thái: Phản ứng thích nghi nhanh trong một khoảng thời gian khi có sự biến đổi của môi trường - Biên độ dao động phụ thuộc vào mức độ tác động của môi trường và tính chất di truyền của sinh vật - Phản ứng thích nghi nhanh trong một khoảng thời gian khi có sự biến đổi của môi trường - Biên độ dao động phụ thuộc vào mức độ tác động của môi trường và tính chất di truyền của sinh vật Thích nghi di truyền: Hình thành các đặc điểm cơ thể không tphụ thuộc vào sự xuất hiện các yếu tố môi trường Tăng khả năng chịu đựng của sinh vật bằng các biến đổi sinh lý, sinh hóa, hình thái… để sẵn sàng đối phó với sự biến đổi môi trường. Biến động về số lượng: chủ yếu thông qua mối quan hệ dinh dưỡng 6. Một số sinh vật chỉ thị sinh học môi trường đất: III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT 6.1. Giun đất Giun đất, nếu xét về thành phần loài và sự biểu hiện số lượng là nhóm động vật không xương sống chỉ thị rất tốt cho chất lượng của môi trường đất, cho độ phì nhiêu của đất, cho nguồn gốc phát sinh và mức độ biến đổi của cảnh quan (Thái Trần Bái, 1987). Thành phần và mật độ tương đối của các loài giun đất trong một vùng đất không chỉ là yếu tố chỉ thị để xét các vấn đề về nguồn gốc vùng đất mà còn để xác định các giai đoạn trong diễn thế sinh thái của vùng đó. Ngoài ra, giun đất còn là vật chỉ thị cho tính chất đất. Ví dụ: Giun quắn (Pheretima posthuma) chỉ thị cho đất cát pha còn P. elongata thường sống trong đất có thành phần cơ giới nặng…. 6. Một số sinh vật chỉ thị sinh học môi trường đất: III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT 6.2. Thực vật Thực vật có thể trở thành sinh vật chỉ thị cho sự thiếu hoặc thừa dinh dưỡng trong đất. Thực vật đòi hỏi chất dinh dưỡng cần thiết cho sự sinh trưởng và đảm bảo các chức năng bình thường khác. Do đó, khi đất thiếu hoặc thừa chất dinh dưỡng thì cây trồng sẽ không thể sinh trưởng phát triển bình thường mà sẽ có những biểu hiện bất thường mà ta có thể nhìn thấy bằng mắt thường như cháy lá, vàng lá, hoại tử, còi cọc… Dựa vào đó ta có thể chủ động bổ sung hoặc cân đối chất dinh dưỡng trong đất để cây trồng phát triển tốt nhất. 6. Một số sinh vật chỉ thị sinh học môi trường đất: III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT 6.3. Sinh vật chỉ thị đất phèn: Đặc điểm của đất phèn: pH thấp giàu các chất độc dạng ion Al3+, Fe3+, SO42- ngập nước quanh năm hay ngập 1 thời gian hoá phèn nhanh chóng khi khô nước Thường có màu đen hoặc nâu ở tầng đất, mặt. Có mùi đặc trưng của lưu huỳnhvà H2S. Vi sinh vật trong đất phèn: Vi khuẩnThiobacillus thiodans, Thiobacillus Femorxidans. Sống được ở độ pH= 2 Lấy năng lượng từ phản ứng oxi hóa khử trong quá trình tạo phèn. Thiobacillus Ferorxidans có vai trò xúc tác trong quá trình oxi hóa khử Fe2+ thành Fe3+. 6. Một số sinh vật chỉ thị sinh học môi trường đất: III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT 6.3. Sinh vật chỉ thị đất phèn: Thực vật chỉ thị đất phèn: Thực vật chỉ thị đất phèn tiềm tàng: Vùng đất phèn phân bố giữa vùng đất mặn ven biển và đất phèn nội đồng, các thực vật chỉ thị thường gặp là: Chà là (Phoenix paludosa) Ráng dại (Acrostichum aureum) Lác biển (Cyperus malaccensis) 6. Một số sinh vật chỉ thị sinh học môi trường đất: III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT 6.3. Sinh vật chỉ thị đất phèn: Thực vật chỉ thị đất phèn: Thực vật chỉ thị đất phèn nhiều: Năng bộp (Eleocharis dulcis) Năng chỉ (Eleocharis ochrostachys) 6. Một số sinh vật chỉ thị sinh học môi trường đất: III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT 6.3. Sinh vật chỉ thị đất phèn: Thực vật chỉ thị đất phèn: Thực vật chỉ thị đất phèn nhiều: Cỏ bàng (Lepironia articulata) Cây sậy (Phragmites karka) 6. Một số sinh vật chỉ thị sinh học môi trường đất: III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT 6.3. Sinh vật chỉ thị đất phèn: Thực vật chỉ thị đất phèn: Thực vật chỉ thị đất phèn ít và phèn trung bình: 6. Một số sinh vật chỉ thị sinh học môi trường đất: III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT 6.3. Sinh vật chỉ thị đất phèn: Rong tảo chỉ thị vùng đất phèn: Ở những vùng có nước phèn đứng hoặc ở ruộng lúa còn nhiều phân hữu cơ, vùng sình lầy nhiều phân hữu cơ. Phổ biến là tảo lục, thanh tảo, kim tảo, hoa tảo… Loài trai sinh sống được trong một số thủy vực nội đồng nhiễm phèn chua nhẹ Nhóm ốc tuyệt đối không sống được ở những nền đáy thủy vực còn bị ô nhiễm độc do phèn Nhóm côn trùng thủy sinh phát triển: ấu trùng muỗi lắc (Chiromidae) & ấu trùng chuồn chuồn ở thủy vực nội đồng bị nhiễm phèn nặng. Nhóm giun ít tơ 6. Một số sinh vật chỉ thị sinh học môi trường đất: III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT 6.3. Sinh vật chỉ thị đất phèn: Động vật chỉ thị đất phèn: 6. Một số sinh vật chỉ thị sinh học môi trường đất: III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT 6.4. Sinh vật chỉ thị đất mặn - phèn: Chỉ thị cho vùng đất mặn và đất mặn – phèn điển hình là những cây ngập mặn rất đa dạng và phong phú thuộc các họ như: ô rô, ráy, dừa, mắn, ráng, đước, rau muối, bàng, cói, sim…. Cây ráng Cây trâm bầu 6. Một số sinh vật chỉ thị sinh học môi trường đất: III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT 6.4. Sinh vật chỉ thị đất mặn - phèn: Cây đước Động vật: Sinh vật được coi là chỉ thị cho môi trường ngập mặn là địa sâm. 6. Một số sinh vật chỉ thị sinh học môi trường đất: III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT 6.4. Sinh vật chỉ thị đất mặn - phèn: 6. Một số sinh vật chỉ thị sinh học môi trường đất: III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT 6.5. Sinh vật chỉ thị đất cát biển: Đất cát biển có thảm thực vật tự nhiên rất phong phú cùng những loài thực vật mà chỉ có ở đây mà nơi khác không có như: cây phong ba, cỏ quắn xanh, rau cóc, cỏ lông chông…. Cây phong ba Cỏ lông chông 6. Một số sinh vật chỉ thị sinh học môi trường đất: III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT 6.6. Sinh vật chỉ thị đất thoái hóa, chua: Cỏ tranh là loài chiếm ưu thế, ngoài ra còn có các loại cây khác như lau, chít, chè vè, cỏ may…. Cỏ tranh Cỏ bông lau * Lan là loài thực vật chỉ thị cho môi trường cảnh quan, sự có mặt của chúng và sự phát triển bình thường thể hiện môi trường sinh thái rừng ít bị thay đổi. 6. Một số sinh vật chỉ thị sinh học môi trường đất: III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT 6.7. Sinh vật chỉ thị sinh học rừng: * Thảm thực vật rừng ôn đới thay đổi thời tiết Động vật chỉ thị sinh học rừng: Các loài đặc hữu, quý hiếm : Phân bố hẹp, thích ứng với môi trường sinh thái nhất định. Khi các yếu tố môi trường vượt quá giới hạn cho phép → số lượng cá thể suy giảm hoặc không còn hiện diện ở đó. 6. Một số sinh vật chỉ thị sinh học môi trường đất: III. SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT 6.7. Sinh vật chỉ thị sinh học rừng: Tác động của các kiểu rừng đến một số loài đặc trưng 1. Ứng dụng của sinh vật chỉ thị trong đời sống sản xuất: Nhờ sự phân bố của sinh vật chỉ thị, người ta có thể nhanh chóng nhận xét sơ bộ về môi trường ở nơi đó. Từ đó có những phương hướng cho việc sử dụng đất có hiệu quả. Điều này có ý nghĩa trong trồng trọt. Ví dụ: Đối với đất bạc màu, có sự hiện diện nhiều cỏ tranh cần cải tạo đất trước khi trồng trọt, với đất chua ( có nhiều sim, mua) phải bón vôi để giảm độ chua… IV. ỨNG DỤNG CỦA SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT 2. Nhận diện và xử lý ô nhiễm môi trường đất : Những sinh vật chỉ thị có hệ số tích luỹ các chất gây ô nhiễm trong cơ thể rất cao so với hàm lượng của chất đó rất dễ dàng phân loại nhận diện nhóm sinh vật chỉ thị có biện pháp kịp thời xử lý và khắc phục ô nhiễm Ví dụ: Chỉ thị sự ô nhiễm của các vùng đất bị nhiễm kim loai nặng bằng các sinh vật chỉ thị như: giun đất; vi sinh vật trong đất ... IV. ỨNG DỤNG CỦA SINH VẬT CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG ĐẤT