MỤC LỤC A - MỞ ĐẦU B - NỘI DUNG I . CÁC KHÁI NIỆM VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG 1. Các khái niệm 1.1. Khái niệm về môn học 1.2. Khái niệm về môn học chỉ thị sinh học môi trường 1.3. Cơ sở chỉ thị sinh học môi trường 1.4. Khả năng biến đổi để thích nghi của sinh vật khi môi trường thay đổi 1.5. Phân nhóm sinh vật chỉ thị 1.6. Tính chất của sinh vật chỉ thị 2. Loài chỉ thị 3. Khái niệm mở rộng về sinh vật chỉ thị 3.1. Sinh vật cảm ứng 3.2. Sinh vật tích tụ 3.3. Sinh vật thăm dò và cảnh báo 3.4. Dấu hiệu sinh học 3.5. Chỉ số sinh học 3.6. Chỉ số đa dạng 3.7. Chỉ số tương đồng 3.8. Chỉ thị sinh thái và mô 4. Vai trò ý nghĩa của chỉ thị sinh học môi trường 4.1.Qúa trình nghiên cứu phát triển và sử dụng chirt hị sinh học môi trường 4.2. Vai trò của chỉ thị sinh học trong nghiên cứu, đánh giá và xử lý môi trường 4.3. Giám sát quan trắc sinh học môi trường 1 II. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG 2.1. Các phương pháp giám sát sinh 2.2. Phương pháp sử dụng chỉ thị sinh học của nghiên cứu ô nhiễm môi trường III. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.1. Đặc điểm môi trường nước 3.2. Hệ thống sinh vật chỉ thị đánh giá ô nhễm hữu cơ nguồn nước 3.3. Sinh vật phú dưỡng nguồn nước 3.4. Chỉ thị sinh học Oxy kim loại nặng nguần nước IV- CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 4.1.Đặc điểm về môi trường không khí và các chất gây ô nhiễm 4.2. Sinh vật chỉ thị ô nhiễm môi trường không khí 4.3. Giám sát sinh học 4.4. Một số ví dụ cây chỉ thị môi trường không khí V- CHỈ THỊ SINH HOC MÔI TRƯỜNG ĐẤT 5.1. Đặc điểm môi trường đất và vấn đề đánh giá 5.2. Giun đất: Sinh vật chỉ thị cho độ phì nhiêu đất 5.3. Thực vật – chỉ thị các tính trạng các chất khoáng trong đất 2 PHẦN I: MỞ ĐẦU Mọi sinh vật, kể cả con người trong đời sống đều chịu ảnh hưởng của các điều kiện vật lý, hóa học ở môi trường xung quanh. Trên cơ sở hiểu biết ngày càng sâu rộng mối quan hệ giữa sinh vật và môi trường, nhiều bí ẩn về mối tương tác này đã được khám phá. Đối với thực vật, sự thiếu, thừa chất dinh dưỡng trong đất hoặc sự có mặt các chất ô nhiễm trong môi trường xẽ xuất hiện những dấu hiệu bất thường như bệnh vàng lá, bệnh vàng giữa các gân lá, những đốm hoại tử, thậm chí cành, lá bị cháy khô và dễ dàng có thể quan sát được bằng mắt thường. Đối với động vật, đặc biệt những động vật bậc thấp, sự có mặt hay vắng mặt chúng trong môi trường nước nhất định có thể nhận diện được chủng loại và nồng độ của các chất gây ô nhiễm mà không nhất thiết phải tiến hành phân tích lý – hóa học. Những sinh vật này gọi là sinh vật chỉ thị môi trường và thông qua chúng có thể nhận diện được sự có mặt của các chất và đánh giá chất lượng môi trường nhằm phục vụ cho việc giám sát và quan trắc với ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn. Từ những năm 70 của thế kỷ XX, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu và tập trung vào một lĩnh vực mới là ứng dụng những sinh vật tích tụ, mà chủ yếu là thực vật để xử lý ô nhiễm môi trường đất, nước. Đây là phương pháp lành mạnh, thân thiện với môi trường, giá thành hạ, an toàn và hiệu quả cao, đảm bảo mỹ quan nguyên vẹn của đối tượng xử lý và có thể áp dụng lâu dài. Ở Việt Nam, các khái niệm về sinh vật chỉ thị môi trường còn rất mới mẻ và việc ứng dụng chúng trong các nghiên cứu cũng mới chỉ là bước đầu. Nhiễm môi trường: là tình trạng môi trường bị ô nhiễm bởi các chất hóa học, sinh học gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người, các cơ thể sống khác. 3 Ô nhiễm môi trường là do con người và cách quản lý của con người. Các dạng ô nhiễm chính Dưới đây là các hình thức ô nhiễm và các chất ô nhiễm liên quan: Ô nhiễm không khí: việc xả khói chứa bụi và các chất hóa học vào bầu không khí. Ví dụ về các khí độc là cacbon mônôxít, điôxít lưu huỳnh, các chất cloroflorocacbon (CFCs), và ôxít nitơ là chất thải của công nghiệp và xe cộ. Ôzôn quang hóa và khói lẫn sương (smog) được tạo ra khi các ôxít nitơ phản ứng với nước trong không khí ( chính là sương ) xúc tác là ánh sáng mặt trời. 4 Nước thải từ các trạm xăng, gas đổ thẳng ra vịnh San Francisco Ô nhiễm nước: xảy ra khi nước bề mặt chảy qua rác thải sinh hoạt, nước rác công nghiệp, các chất ô nhiễm trên mặt đất, rồi thấm xuống nước ngầm. Ô nhiễm đấ t : xảy ra khi đất bị nhiễm các chất hóa học độc hại (hàm lượng vượt quá giới hạn thông thường)do các hoạt động chủ động của con người như khai thác khoáng sản, sản xuất công nghiệp, sử dụng phân bón hóa học hoặc thuốc trừ sâu quá nhiều, hoặc do bị rò rỉ từ các thùng chứa ngầm. Phổ biến nhất trong các loại chất ô nhiễm đất là hydrocacbon, kim loại nặng, MTBE, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, và các hydrocacbon clo hóa PHẦN II : NỘI DUNG I . CÁC KHÁI NIỆM VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG 1. Các khái niệm 1.1. Khái niệm về môn học - Từ lâu các nhà khoa học thuộc chuyên môn khác nhau đã sử dụng nhiều loại thực vật chỉ thị điển hình phục vụ cho công tác chuyên môn ( bản đồ địa chất, phân bố các khoáng sản, phân loại đất, đánh giá tình trạng dinh dưỡng của thực vật. - Khi nghiên cứu moi trường nhận thấy những sinh vật bị các chất gây ô nhiễm hoặc các chất tự nhiên có nhiều trong môi trường tác động có thể biểu hiện những dấu hiệu dễ nhận biết Ví dụ: Thực vật thường biểu hiện những dấu hiệu dễ phân biệt hoặc rất đặc trưng khi môi trường bị thiếu hoặc thừa một số chất dinh dưỡng khoáng - Các kiểu tác động của môi trường lên sinh vật có thể quan sát bằng mắt hoặc qua một số các biểu hiện sau: + Những thay đổi về thành phần loài hoặc các nhóm ưu thế trong quần xã sinh vật 5 + Những thay đổi về thành phần loài trong quần xã. + Tổng tỉ lệ chết trong quần thể gia tăng, đặc điểm ở giai đoạn non mẫn cảm như trứng và ấu trùng. + Thay đổi sinh lý và tập tính trong các cá thể. + Sự tích lũy những chất gây ô nhiễm hoặc sự trao đổi chất của chúng trong các mô của những cá thể. - Do đó, trên thế giới, việc nghiên cứu và sử dụng các sinh vật để đánh giá, kiểm soát và các hiện chất lượng môi trường đã đạt được nhiều thành tựu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Tại các nước phất triển, đặc biệt là ở một số nước trong khu vực như Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Việc nghiên cứu và sử dụng các sinh vật chỉ thị đã được tiến hành từ nhiều năm nay. 1.2. Khái niệm về môn học chỉ thị sinh học môi trường - khái niệm chung và cơ bản của sinh vật chỉ thị được mội người thừa nhân 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 oxi, cũng như khả năng chống chịu một hàm lượng nhất định các yếu tố độc hại trong môi trường và do đó, sự hiện diện của chúng biểu thị một tình trạng về điều kiện sinh thái của mooit rường sống nàm rong giới hạn nhu cầu và khả năng chống chịu của đối tượng sinh vật đó”. - Đối tượng sinh vật là những sinh vật chỉ thị môi trường, có thể là các loài ( loài chỉ thị) hoặc tập hợp các loài ( nhóm loài chỉ thị) - Các điều kiện sinh thái chủ yếu là các yếu tố vô sinh như hàm lượng các chất dinh dưỡng, nhu càu oxi, chất độc ( kim loại nặng, thuốc trừ sâu, diệt cỏ, dầu, các chất oxi hóa quang hóa – PAN, chất phóng xạ…) và các chất gây ô nhiễm khác. 6 1.3. Cơ sở chỉ thị sinh học môi trường 1.3.1. Cơ sở của việc sử dụng chỉ thị sinh học môi trường - Thành phần loài một quần xã sinh vật được xác định bởi các yeeus tố môi trường - Tất cả các cơ thể sống đều chịu tác động của các yếu tố mooit rường sống, môi trường sống này cũng có thể bị ảnh hưởng từ môi trường xung quanh, đặc biệt bị tác động mạnh bởi các động vật vật lý và hóa học. - Yếu tố tác động vaò môi trường có thể hay không bị loài trừ ra khỏi quàn thể, làm cho nó trở thành sinh vật chỉ thị cho môi trường - Như vậy cơ sở cho việc sử dụng sinh vật sinh vật làm vật chất chỉ thị môi trường dựa trên hiểu biết về khả năng chống chịu của sinh vật với các yếu tố của điều kiện sinh thái ( yếu tố vô sinh, với tác động tổng hợp của chúng) - Các yếu tố sinh thái vô sinh của môi trường có thể là: ánh sáng, nước, ẩm độ, các chất khí, các chất dinh dưỡng dễ tiêu. 1.3.2. Tác động của các yếu tố vô sinh lên sinh vật * Ánh sáng - Ánh sáng rất cần cho các hoạt động sống bình thường của động vật, cung cấp một số chất cho động vật. - Ánh sáng có vai trò đặc biệt quan trọng đối với thực vật, cường độ tác động và thời gian chiếu sáng của ánh sáng có ảnh hưởng rất lớn tới quá trình quang hợp. Với tổng năng lượng mà phần lục địa nhận được, thực vật xanh đã sử dụng từ 0,2-1,0% để quang hợp. Tảo silic có khả năng quang hợp khi ánh sáng ở ngưỡng tối thiểu. - Theo phản ứng với ánh sáng sinh vật được chia thành 2 nhóm: + Ưa sáng:Phi lao, bồ đề, thuốc lá, cà rốt, hòa thảo như lúa, ngô. + Ưa tối: cà độc dược, hành, dương xỉ, rêu. 7 - Tảo silic ở biển nhiệt đới có thể xuống sâu 400m. Tảo đỏ có thể xuống sâu 200m. Snhs sáng quá mạnh và thời gian chiếu sáng quá dài là bất lợi cho sinh trưởng các loại tảo. * Nhiệt độ - Trong một phạm vi nhất định nhiệt độ càng cao càng tăng tốc độ sinh trưởng của sinh vật. Sinh vật có thể phản ứng với nhiệt độ bằng nhiều cách khác nhau khi nhiệt độ cao, càng tích lũy nhiều dinh dưỡng, muối, tăng khả năng giữ nước. Cây non thường chịu lạnh tốt hơn cây già. - Khi nhiệt độ tăng dần tới giới hạn thì tốc độ phát triển của động vật cũng tăng lên. Động vật phản ứng với nhiệt độ bằng nhiều hình thwcas khác nhau. Khi nóng có thể tỏa nhiệt, dẫn nhiệt, bốc hơi, giãn các mạch máu ngoại vi. Khi lạnh nó co mạch, hình thành lớp lông dày, mỡ dưới da, hoặc nó có thể tăng sản nhiệt do tăng quá trình chuyển hóa hoặc run rẩy. - Do đó, chênh lẹch nhiệt độ ngày đêm lớn là một yếu tố nâng cao chất lượng nông sản phẩm. Trong khoảng 0-30 0 C, Khi nhiệt độ tăng lên 10 0 C sinh trưởng thực vật tăng gấp đôi * Nước và độ ẩm - Cây ưa ẩm: Mọc ở các bờ ruộng, ao, đất lầy ruộng lúa. - Cây mộng nước như xương rồng ba cạnh, huệ - Cây lá cứng như họ hòa thảo, họ cói, thầu dầu - Các động vật cũng chia làm loài ưa ẩm và ưa khô. Ở động vật ó nhieeuf khả năng chống mất nước: + Cấu tạo vỏ da không thấm nước. + Xuất hiện cơ quan hô hấp bên trong. Mang mất đi thay bằng khí quản ở côn trùng, nhóm có nhiều chân, bằng phổi ở động vật có chân. - Theo giới hạn ẩm thích hợp sinh vật chia thành 2 nhóm: Ẩm hẹp và ẩm rông. - Phân loại theo mức độ phụ thuộc nước: 8 + Sinh vật ở nước: Cá, thực vật thủy sinh + Sinh vật ưa ẩm cao: Lúa, cói, lác + Sinh vật ưa ẩm vừa: Tếch, các cây họ bạch đàn, trầu không, trúc đào… * các chất khí - Khí quyển cung cấp 0 2 , CO 2 cho sinh vật, xử lý một phần các chất ô nhiễm - Khi thành phần, tỉ trọng các chất khí trong khí quyển thay đổi, có thể có hại cho sinh vật - Thực vật có vai trò quan trọng trong xử lý các chất khí gây ô nhiễm môi trường ( CO 2 , O 2 ) * Các chất khoáng hòa tan - Chát khoáng có vai trò quan trọng trong cơ thể sinh vật, giúp điều hòa các quá trình sinh hóa, áp xuất thẩm thấu của dịch mô và các hoạt động chức năng khác. - Sinh vật có khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng khác nhau. + Đối với cây trồng dinh dưỡng khoáng quyết định đến tình trạng sinh trưởng, năng xuất, chất lượng sản phẩm cây trồng. + Theo yêu cầu dinh dưỡng của thực vật có 14 chất khoáng là dinh dưỡng thất yếu cần cung cấp, được chia thành 2 nhóm theo nhu cầu. Đa lượng ( Ca, Mg, S, Si) và vi lượng (Fe,Mn, Cu, Zn, Bo, Cl) - Môi trường mất cân đối: Hàm lượng các chất khoáng có thể dẫn đến gây rối loan quá trình trao đổi chất làm sinh vật mác bệnh. 1.4. Khả năng biến đổi để thích nghi của sinh vật khi môi trường thay đổi * sự phản hồi của sinh vật đối với tác động của môi trường - Sự phản ứng lên tác động của môi trường bằng 2 phương thức: chạy trốn và thích nghi - Sự thích nghi của sinh vật có thể là thích nghi hình thái và thích nghi di truyền 9 + Thích nghi hình thái: Phản ứng thích nghi xảy ra suốt thời gian sống của cơ thể sinh vật dưới tác động thay đổi của các nhân tố môi trường như: ánh sáng, nhiệt độ. + Thích nghi di truyền: suốt hiện trong quá trình phát triển cá thể của các cơ thể không phụ thuộc vào sự có mặt hay vắng mặt của các trạnh thái môi trường mà trong môi trường có thẻ có ích cho chúng. Những thích nghi đó được củng cố bởi các yếu tố di truyền, vì thế gọi là thích nghi di truyền * Biến động số lượng - Quá trình biến động xảy ra do tác động ngẫu nhiên của các yếu tố môi trường chủ yếu là do yếu tố thời tiết và khí hậu. Các yếu tố biến đổi có thể ảnh hưởng lên số lượng cũng như chất lượng cá thể hoặc quần thể bằng cách trực tiếp hay gián tiếp qua sự thay đổi trạng thái sinh lí của cây, thức ăn, hoạt tính của thiên địch… - Hiện nay, có nhiều cơ chế điều chỉnh số lượng sinh vật, trong đó có cả yếu tố cạnh tranh loài. Khi nguần dự trữ thức ăn trở nên thiếu thốn thì sự cạnh tranh trong loài xuất hiện. * Diễn thế sinh thái và tác động đến sinh vật chỉ thị môi trường Tất cả các hoạt động kinh tế liên quan trực tiếp hay gián tiếp đến hệ sih thái luôn luôn chịu ảnh hưởng của quá trình diễn thế sinh thái. Tất cả biểu hiện sinh thái ở rừng đều do hiện tượng diễn thế sinh thái,thay từ một hệ sinh thái rừng có sức sản xuất cao bằng một thảm rừng có sức sản xuất thấp hơn, hay đồng cỏ có giá trị chăn nuôi cao thay thế bằng một thảm cỏ có nhiều cỏ độc làm kém giá trị chăn nuôi. Nhwngxthay đổi không thích hợp cho hoạt động của các vi sinh vật trong đất, những thay thế có hại cho thảm thực vật thủy sinh…đều do nguyên nhân diễn thế. - Nguyên nhân xảy ra diễn thế. + Nguyên nhân bên trong: 10 [...]... của sinh vật chỉ thị) - Đặc điểm phản hồi lên tác động của nhân tố môi trường bằng 2 hình thức: Chạy trốn hay thích nghi - Tính chỉ thị môi trường của sinh vật chỉ thị được thể hiện ở các bậc khác nhau: + Sinh vật chỉ thị đấu hiệu về sinh lý, sinh hóa, tập tính, tổ chức tế bào của cá thể sinh vật chỉ thị + Quần thể sinh vật chỉ thị- cấu trúc quần thể các loài chỉ thị 13 + Quần xã sinh vật chỉ thị -... của quần xã với môi trường 1.5 Phân nhóm sinh vật chỉ thị Các nhóm sinh vật chỉ thị môi trường có thể phân thành các nhóm theo tác dụng: - Công cụ để giai doan môi trường là các loài sinh vật chỉ thị mẫn cảm với điều kiện môi trường trong thích hợp, có thể sử dụng chúng làm cong cụ để nhận biết tính trạng môi trường - Công cụ thăm dò đố là những sinh vật chỉ thị thích nghi với môi trường nhất định,... trắc sinh học môi trường 4.3.1 Khái niệm và gián sát và quan trắc sinh học môi trường - Giám sát sinh học goomf các khảo sát giống nhau tiến hành trong cùng một môi trường trong môt thời gian (biến động) trong đó khảo sát sinh học ( điều tra sinh học) là sự kiểm kê tĩnh các sinh vật, các biến đổi và những quá trình xảy ra trong một môi trường đã chọn - Quan trắc sinh học là việc giám sát sinh học với... thực tế 4.3.4 Lựa chọn sinh vật chỉ thị để quan trắc sinh học - Đầu tiên cần dựa vào tiêu chuẩn sinh vật chỉ thị để lựa chọn cho phù hợp với những trường hợp cụ thể 25 - Để lựa chọn sinh vật chỉ thị cho quan trắc , trước hết cần xác định sinh vật đó là chỉ thị cho môi trường có đặc điểm như thế nào? * Đối với môi trường nước ngọt: + Nhiều loại tảo có thể sử dụng là chỉ thị sinh học để đánh giá chất lượng... giá sinh thái môi trường - Trong quan trắc chất lượng nước Các loại chỉ thị và mức mẫn cảm của chúng với ô nhiễm, sinh vật nhóm sinh vật chỉ thị có hoặc vắng mặt của chúng để tính toán chỉ số sinh học - Chỉ số sinh học rất đa dạng theo vùng địa lý 3.6 Chỉ số đa dạng - Biểu thị độ phong phú loài trong môi trường đã chọn ở dạng giá trị loài - Có ý nghĩa gián tiếp chỉ ra sự tăng ô nhiễm của một hệ sinh. .. phương pháp nghiên cứu và đánh giá môi trường khác - Đặc biệt là khai thác khái niệm khả năng tích tụ các chất ô nhiễm và tác động tổng hợp các yếu tố môi trường lên các sinh vật tích tụ làm chỉ thị sinh học môi trường là chỉ dẫn quan trọng cho việc sử thực hiện các phương pháp lý, hóa học 4.2.2 Vai trò chỉ thị sinh học trong xử lý ô nhiễm môi trường - Xử lý môi trường bị ô nhiễm là một quá trình phức... tồn) các cá thể chỉ thị dùng dánh giá môi trường và trong việc sử dụng để lập bản đồ về sự mẫn cảm với môi trường 3 Khái niệm mở rộng về sinh vật chỉ thị 3.1 Sinh vật cảm ứng - Sinh vật chỉ thị có thể tồn tại trong môi trường ô nhiễm dù có thể biến đổi do tác động của chất ô nhiễm - Nhờ đặc điểm này mà sinh vật cảm ứng có thể nhận biết về đặc điểm môi trường 3.2 Sinh vật tích tụ - Sinh vật tích tụ... sinh vật thủy sinh: Động vật đáy không xương sống, thực vật nổi (-) Đối với môi trường đất thường sử dụng các loại thực vật tích tụ để quan trắc sinh học II CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG 2.1 Các phương pháp giám sát sinh học 2.1.1 Nhóm các phương pháp đơn lẻ - Sử dụng phản wungs của những loài đơn lẻ Loài sinh vật chỉ thị sinh vật nhạy cảm, sinh vật tích tụ * Sử dụng loại chỉ. .. bố sinh thái và địa lý, độ phong phú của nó 3.4 Dấu hiệu sinh học - Dấu hiệu sinh học là những thể hiện sự phản ứng của sinh vật đối với các tác động của chất ô nhiễm trong môi trường - Dấu hiệu sinh học có 2 loại chính: Dấu hiệu sinh học sinh lý hóa sinh và dấu hiệu sinh thái + Dấu hiệu sinh lý hóa sinh: Dấu hiệu để nhận biết Có nhiều ý nghĩa nhất là các chỉ số liên quan tới khả năng sống, sự sinh. .. sinh vật chỉ thị - một số nhóm sinh vật chỉ thị nào đó (sinh vật nổisinh vật đáy) + Nhờ tính chất của sinh vật chỉ thị có thể sử dụng khả năng tích tụ các chất ô nhiễm trong cơ thể và giá trị biểu thị tác động tổng hợp của các yếu tố môi trường lên sinh vật để đánh giá môi trường thuận lợi và hiệu quả với phương pháp lý hóa học 1.7 Tiêu chuẩn để chọn sinh vật làm chỉ thị - Sinh thái đã được định loại . CÁC KHÁI NIỆM VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG 1. Các khái niệm 1.1. Khái niệm về môn học 1.2. Khái niệm về môn học chỉ thị sinh học môi trường 1.3. Cơ sở chỉ thị sinh học môi trường 1.4. Khả. SINH HỌC MÔI TRƯỜNG 2.1. Các phương pháp giám sát sinh 2.2. Phương pháp sử dụng chỉ thị sinh học của nghiên cứu ô nhiễm môi trường III. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.1. Đặc điểm môi trường. hị sinh học môi trường 4.2. Vai trò của chỉ thị sinh học trong nghiên cứu, đánh giá và xử lý môi trường 4.3. Giám sát quan trắc sinh học môi trường 1 II. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHỈ THỊ SINH