Giáo trình Độc học môi trường: Phần 1

Ch−¬ng 1 §¹I C¦¥NG VÒ §éc häc vμ ®éc häc m«I tr−êng 1.1. NH÷NG KH¸I NIÖM C¥ B¶N 1.1.1. §éc chÊt häc (toxicology): theo J.F. Borzelleca: “§éc chÊt häc lμ ngμnh häc nghiªn cøu vÒ l−îng vμ chÊt t¸c ®éng bÊt lîi cña c¸c chÊt ho¸ häc, vËt lý, sinh häc lªn hÖ thèng sinh häc cña sinh vËt sèng". §éc chÊt häc lμ ngμnh khoa häc vÒ chÊt ®éc. Nã lμ mét ngμnh khoa häc c¬ b¶n vμ øng dông. 1.1.2. §éc häc m«i tr−êng (environmental toxicology) Theo Butler: “§éc häc M«i tr−êng lμ ngμnh khoa häc nghiªn cøu c¸c t¸c ®éng g©y h¹i cña ®éc chÊt, ®éc tè trong m«i tr−êng ®èi víi c¸c sinh vËt sèng vμ con ng−êi, ®Æc biÖt lμ t¸c ®éng lªn c¸c quÇn thÓ vμ céng ®ång trong hÖ sinh th¸i. C¸c t¸c ®éng bao gåm: con ®−êng x©m nhËp cña c¸c t¸c nh©n hãa, lý vμ c¸c ph¶n øng gi÷a chóng víi m«i tr−êng”. Trong ngμnh m«i tr−êng häc, hai kh¸i niÖm ®éc häc m«i tr−êng vμ ®éc häc sinh th¸i häc (ecotoxicology) ®−îc xem lμ ®ång nhÊt víi nhau. §ã lμ m«n häc nghiªn cøu c¸c ®éc tÝnh cña c¸c t¸c nh©n g©y ®éc nh− mét ®éc tè, ®éc chÊt tõ chÊt g©y « nhiÔm trong qu¸ tr×nh g©y « nhiÔm m«i tr−êng. §èi t−îng g©y ®éc l¹i chÝnh lμ trªn con ng−êi vμ sinh vËt. §éc häc m«i tr−êng nghiªn cøu sù biÕn ®æi, tån l−u vμ t¸c ®éng cña t¸c nh©n g©y « nhiÔm trong m«i tr−êng. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu ®éc häc m«i tr−êng lμ thö nghiÖm sù t¸c ®éng vμ tÝch luü ®éc chÊt trªn nh÷ng sinh vËt sèng. Môc tiªu nghiªn cøu cña ®éc häc m«i tr−êng lμ ph¸t hiÖn c¸c t¸c chÊt (ho¸, lý, sinh häc) cã nguy c¬ g©y ®éc ®Ó cã thÓ dù ®o¸n, ®¸nh gi¸ c¸c sù cè vμ cã biÖn ph¸p ng¨n ngõa nh÷ng t¸c h¹i ®èi víi c¸c quÇn thÓ tù nhiªn trong hÖ sinh th¸i. 1.1.3. ChÊt ®éc (toxicant, poison, toxic element) ChÊt ®éc lμ nh÷ng chÊt g©y nªn hiÖn t−îng ngé ®éc (intoxication) cho con ng−êi, thùc vËt ®éng vËt. C¸c t¸c nh©n g©y « nhiÔm cã mÆt trong m«i tr−êng ®Õn mét nång ®é nμo ®ã th× trë nªn ®éc. Nh− vËy, tõ t¸c nh©n « nhiÔm, c¸c t¸c nh©n nμy trë thμnh t¸c nh©n ®éc, chÊt ®éc vμ g©y ®éc cho sinh vËt vμ con ng−êi. 1 Trong m«i tr−êng cã 3 lo¹i chÊt ®éc: ChÊt ®éc b¶n chÊt (chÊt ®éc tù nhiªn) : gåm c¸c chÊt mμ dï ë liÒu l−îng rÊt nhá còng g©y ®éc cho c¬ thÓ sinh vËt. VÝ dô nh− H2S, CH4, Pb, Hg, Cd, Be, Sn, ... ChÊt ®éc kh«ng b¶n chÊt: tù th©n nã kh«ng lμ chÊt ®éc nh−ng g©y nªn c¸c hiÖu øng ®éc khi nã ®i vμo m«i tr−êng thÝch hîp nμo ®ã. ChÊt ®éc theo liÒu l−îng: lμ nh÷ng chÊt cã tÝnh ®éc khi hμm l−îng t¨ng cao trong m«i tr−êng tù nhiªn. ThËm chÝ mét sè chÊt khi ë hμm l−îng thÊp lμ chÊt dinh d−ìng cÇn thiÕt cho sinh vËt vμ con ng−êi, nh−ng khi nång ®é t¨ng cao v−ît qu¸ mét ng−ìng an toμn, th× chóng trë nªn ®éc. VÝ dô: trong m«i tr−êng ®Êt, NH+4 trong dung dÞch ®Êt lμ chÊt dinh d−ìng cña thùc vËt vμ sinh vËt khi ë nång ®é thÊp; nh−ng khi v−ît qu¸ tØ lÖ 1/500 vÒ khèi l−îng lμ g©y ®éc. T−¬ng tù Zn lμ nguyªn tè vi l−îng cÇn thiÕt ®Ó n©ng cao chÊt l−îng s¶n phÈm nh−ng khi v−ît qu¸ 0,78% ®l g©y ®éc; hay Fe+2 v−ît qu¸ nång ®é 500ppm lμ g©y chÕt lóa, v−ît qu¸ 0,3ppm trong n−íc lμ ¶nh h−ëng ®Õn søc kháe cña con ng−êi. 1.1.4. §éc tè (toxin): lμ chÊt ®éc ®−îc tiÕt ra tõ sinh vËt. VÝ dô: §éc tè do ®éng vËt: näc r¾n, näc ong, näc kiÕn,... §éc tè do thùc vËt: c¸c alcaloid, c¸c glucoside... §éc tè do vi khuÈn: Clostridim Botulism... §éc tè do nÊm: Alflatoxin... 1.1.5. T¸c nh©n g©y ®éc (toxic factor) lμ bÊt k× mét chÊt nμo g©y nªn nh÷ng hiÖu øng xÊu cho søc kháe hoÆc g©y chÕt . TÊt c¶ c¸c chÊt cã ®éc tÝnh tiÒm tμng , chØ cã liÒu l−îng ( hay nång ®é) hiÖn diÖn cña chÊt ®ã míi quyÕt ®Þnh nã cã g©y ®éc hay kh«ng (Paraceler, 1538) 1.1.6. LiÒu l−îng (dose) lμ mét ®¬n vÞ cña sù xuÊt hiÖn c¸c t¸c nh©n hãa häc, vËt lý hay sinh häc. LiÒu l−îng cã thÓ ®−îc diÔn t¶ qua ®¬n vÞ khèi l−îng hay thÓ tÝch trªn mét tréng l−îng c¬ thÓ (mg, g, ml/kg träng l−îng c¬ thÓ) hay ®¬n vÞ khèi l−îng hay thÓ tÝch trªn mét ®¬n vÞ bÒ mÆt c¬ thÓ (mg, g, mg/m2 bÒ mÆt c¬ thÓ) . Nång ®é trong kh«ng khÝ cã thÓ ®−îc thÓ hiÖn qua ®¬n vÞ khèi l−îng hay thÓ tÝch trªn phÇn triÖu thÓ tÝch kh«ng khÝ (ppm) hay miligam, gam trªn m3 kh«ng khÝ . Nång ®é trong n−íc cã thÓ diÔn t¶ qua ®¬n vÞ ppm hay ppb. 2 1.2.7. NhiÔm bÈn - ¤ nhiÔm chÊt ®éc vμ ngé ®éc 1.2.6.1. ¤ nhiÔm m«i tr−êng (pollution) Chóng ta biÕt r»ng c¸c hiÖn t−îng ngé ®éc ë ng−êi vμ sinh vËt ®Òu liªn quan ®Õn l−îng ®éc tè, ®éc chÊt cã trong m«i tr−êng, mμ ®éc chÊt nμy l¹i xuÊt ph¸t tõ chÊt g©y « nhiÔm cã trong m«i tr−êng bÞ « nhiÔm. Kh¸i niÖm: ¤ nhiÔm m«i tr−êng lμ hiÖn t−îng suy gi¶m chÊt l−îng m«i tr−êng qu¸ ®ét ngét giíi h¹n cho phÐp, ®i ng−îc l¹i víi môc ®Ých sö dông m«i tr−êng, ¶nh h−ëng ®Õn søc kháe con ng−êi vμ sinh vËt. Tæ chøc Y tÕ ThÕ giíi ®Þnh nghÜa "¤ nhiÔm lμ viÖc chuyÓn c¸c chÊt th¶i hoÆc n¨ng l−îng vμo m«i tr−êng ®Õn møc cã kh¶ n¨ng g©y h¹i cho søc kháe cho con ng−êi vμ sù ph¸t triÓn sinh vËt hoÆc lμm gi¶m chÊt l−îng m«i tr−êng sèng". * Nguån g©y « nhiÔm lμ nguån th¶i ra c¸c chÊt « nhiÔm. Chóng ta cã thÓ ph©n chia c¸c chÊt g©y « nhiÔm theo tÝnh chÊt ho¹t ®éng, nguån gèc ph¸t sinh, theo kho¶ng c¸c kh«ng gian... * ChÊt « nhiÔm lμ c¸c hãa chÊt , t¸c nh©n vËt lý, sinh häc ë nång ®é hoÆcmøc ®é nhÊt ®Þnh, t¸c ®éng xÊu ®Õn chÊt l−îng m«i tr−êng. * ¤ nhiÔm, g©y ®éc m«i tr−êng n−íc N−íc lμ mét nguån tμi nguyªn "v« tËn" trong thiªn nhiªn, nh−ng do sù ph©n bè kh«ng ®Òu vμ do t¸c ®éng cña con ng−êi nªn mét sè n¬i trªn thÕ giíi trë nªn khan hiÕm hoÆc kÐm chÊt l−îng, kh«ng sö dông ®−îc. Do tÝnh dÔ lan truyÒn nªn ph¹m vi cña vïng « nhiÔm n−íc lan nhanh trong thñy vùc vμ theo ®μ ph¸t triÓn cña s¶n xuÊt c«ng nghiÖp, tèc ®é ®« thÞ hãa ... NhiÒu n¬i trªn thÕ giíi hiÖn nay ®ang bÞ ®e däa thiÕu n−íc s¹ch trÇm träng do t×nh tr¹ng nguån n−íc vÞ « nhiÔm hoÆc sa n¹c hãa. HËu qña cña viÖc nhiÔm ®éc ®éc chÊt, ®éc tè trong vïng n−íc bÞ « nhiÔm ®l, ®ang vμ sÏ kh¾c phôc l©u dμi. N−íc « nhiÔm lμ con ®−êng dÔ dμng nhÊt ®−a ®éc chÊt vμo c¸c c¬ thÓ sèng vμ con ng−êi th«ng qua c¸c m¾t xÝch trong chuçi thøc ¨n. V× thÕ vÊn ®Ò « nhiÔm n−íc vμ ¶nh h−ëng cña c¸c t¸c nh©n ®éc trong n−íc ®Õn quÇn xl thñy sinh vμ con ng−êi cÇn ®−îc nghiªn cøu. * ¤ nhiÔm, g©y ®éc m«i tr−êng kh«ng khÝ Kh«ng khÝ lμ hçn hîp c¸c chÊt cã d¹ng khÝ, cã thμnh phÇn thÓ tÝch hÇu nh− kh«ng ®æi. Thμnh phÇn cña kh«ng khÝ kh« lμ 78%N2, 20.95%O2, 0.93% Ar, 0.03% 3 CO2, 0.002% Ne, 0.005%He. Ngoμi ra kh«ng khÝ cßn chøa mét l−îng h¬i n−íc nhÊt ®Þnh. Nång ®é blo hßa h¬i n−íc trong kh«ng khÝ phô thuéc rÊt nhiÒu vμo nhiÖt ®é. ¤ nhiÔm kh«ng khÝ lμ sù ph¸t t¸n vμo khÝ quyÓn c¸c lo¹i khÝ, h¬i, hay c¸c h¹t kh«ng ph¶i lμ thμnh phÇn kh«ng khÝ kh«, hoÆc c¸c lo¹i ho¸ chÊt, n¨ng l−îng lμm cho thμnh phÇn nμy thay ®æi, g©y ¶nh h−ëng bÊt lîi cho con ng−êi, sinh vËt vμ c¸c c«ng tr×nh. Kh«ng khÝ « nhiÔm chøa rÊt nhiÒu lo¹i chÊt ®éc nguy h¹i cho søc kháe cña con ng−êi vμ hÖ sinh th¸i. C¸c chÊt nμy cμng nguy hiÓm h¬n khi dÔ dμng x©m nhËp trùc tiÕp vμ th−êng xuyªn vμo c¬ thÓ qua ®−êng h« hÊp vμ da, sau ®ã bÞ hÊp thô vμo m¸u hoÆc t¸c ®éng ngay lªn hÖ thÇn kinh. * ¤ nhiÔm, g©y ®éc m«i tr−êng ®Êt ¤ nhiÔm n−íc, « nhiÔm kh«ng khÝ cã liªn quan mËt thiÕt ®Õn « nhiÔm g©y ®éc ®Êt ®ai. ¤ nhiÔm ®Êt ph¶n ¸nh nh÷ng ph−¬ng thøc canh t¸c l¹c hËu vμ nh÷ng ph−¬ng thøc qu¶n lý ®Êt ®ai kh«ng hîp lý. ¤ nhiÔm ®Êt ph¶n ¸nh sù liªn th«ng gi÷a « nhiÔm n−íc, kh«ng khÝ dÉn ®ªn « nhiÔm ®Êt. ë c¸c n−íc ph¸t triÓn, « nhiÔm g©y ®éc ®Êt cßn lμ do: + Sö dông qu¸ møc trong n«ng nghiÖp nh÷ng s¶n phÈm hãa häc nh− ph©n bãn, chÊt ®iÒu hßa sinh tr−ëng , thuèc b¶o vÖ thùc vËt... + Th¶i vμo ®Êt mét l−îng lín chÊt th¶i c«ng nghiÖp, chÊt th¶i ®éc h¹i. + Do trμn dÇu. + Do c¸c nguån phãng x¹ tù nhiªn vμ nh©n t¹o. 1.2.6.2. NhiÔm bÈn (contamination) NhiÔm bÈn lμ tr−êng hîp c¸c chÊt l¹ lμm thay ®æi thμnh phÇn vi l−îng, hãa häc, sinh häc cña m«i tr−êng nh−ng chua lμm thay ®æi tÝnh chÊt vμ chÊt l−îng cña c¸c m«i tr−êng thμnh phÇn. Nh− vËy m«i tr−êng n−íc khi bÞ « nhiÔm , ®l tr¶i qua giai ®o¹n nhiÔm bÈn, nh−ng mét m«i tr−êng nhiÔm bÈn ch−a ch¾c bÞ « nhiÔm. 2. §èi t−îng nghiªn cøu cña ®éc häc m«I tr−êng §éc häc m«i tr−êng nghiªn cøu c¸c ®èi t−îng: + C¸c ¶nh h−ëng cña ®éc chÊt, c¸c ®éc tè sinh häc lªn: - C¸c c¸ thÓ sinh vËt - QuÇn thÓ 4 - QuÇn xl - HÖ sinh th¸i + C¸c ¶nh h−ëng cña ®éc chÊt, c¸c ®éc tè sinh häc lªn “vi ®Þa sinh th¸i” vμ “trung ®Þa sinh th¸i” (terreotrial microcosms and mesocosms) - Nh÷ng thay ®æi cña hÖ thèng sinh häc vμ chøc n¨ng sinh th¸i cña hÖ sinh th¸i m«i tr−êng. - Sù tæn h¹i cña sinh vËt vμ con ng−êi - Thay ®æi vÒ sè l−îng loμi, tuæi, cÊu tróc, kÝch th−íc hoÆc nh÷ng loμi míi xuÊt hiÖn trong qu¸ tr×nh t¸c ®éng cña chÊt ®éc. - Thay ®æi vÒ ph©n bè di truyÒn - Thay ®æi vÒ sù ph¸t triÓn thùc vËt vμ n¨ng suÊt sinh häc - Thay ®æi vÒ tèc ®é vμ møc ®é h« hÊp trong ®Êt - Thay ®æi hμm l−îng cña c¸c nguyªn tè vi ®a l−îng thμnh phÇn m«i tr−êng - Thay ®æi c¸c ®Æc tÝnh vμ tËp tôc sinh häc cña sinh vËt vμ t−¬ng t¸c gi÷a c¸c chñng lo¹i trong hÖ sinh th¸i víi nhau - Th«ng qua d©y chuyÒn thùc phÈm, tÝch luü vμ khuyÕch ®¹i sinh häc chÊt ®éc vμ g©y t¸c h¹i toμn bé hÖ thèng sinh th¸i m«i tr−êng. 5 ... - tailieumienphi.vn