Tài liệu Chất lượng môi trường nước và đa dạng thực vật nổi tại cửa soài rạp (sông đồng nai) và cửa cổ chiên (sông tiền giang) giai đoạn 2011 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------------------------- NGUYỄN THỊ THU CHẤT LƢỢNG MÔI TRƢỜNG NƢỚC VÀ ĐA DẠNG THỰC VẬT NỔI TẠI CỬA SOÀI RẠP (SÔNG ĐỒNG NAI) VÀ CỬA CỔ CHIÊN ( SÔNG TIỀN GIANG) GIAI ĐOẠN 2011 - 2015 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội, 2016 Luận văn thạc sỹ sinh học Nguyễn Thị Thu - K23 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------------------------- NGUYỄN THỊ THU CHẤT LƢỢNG MÔI TRƢỜNG NƢỚC VÀ ĐA DẠNG THỰC VẬT NỔI TẠI CỬA SOÀI RẠP (SÔNG ĐỒNG NAI) VÀ CỬA CỔ CHIÊN ( SÔNG TIỀN GIANG) GIAI ĐOẠN 2011 - 2015 Luận văn Thạc sĩ chuyên ngành: Sinh thái học Mã số: : 60420120 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS. Lê Thu Hà Hà Nội, 2016 1 Luận văn thạc sỹ sinh học Nguyễn Thị Thu - K23 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ quý báu cả về vật chất và tinh thần cũng như kiến thức chuyên môn từ thầy cô và bạn bè. Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới PGS.TS Lê Thu Hà, người đã luôn tận tình chỉ bảo, động viên, hướng dẫn cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy giáo, cô giáo trong Khoa Sinh học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, đặc biệt là các thầy cô giáo phòng Thí nghiệm Sinh thái học và Sinh học môi trường, đã giúp đỡ tôi trong quá trình tiến hành thí nghiệm, tạo mọi điều kiện cho tôi thực hiện luận văn với kết quả tốt nhất. Xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới gia đình tôi, bạn bè thân thiết, những người đã luôn ở bên tôi, động viên tôi vượt qua mọi khó khăn trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, tháng 12 năm 2016. Nguyễn Thị Thu 2 Luận văn thạc sỹ sinh học Nguyễn Thị Thu - K23 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................ 3 1.1. Các thông số đánh giá chất lƣợng nƣớc.......................................................... 3 1.1.1. Thông số thủy lí .............................................................................................. 3 1.1.2. Thông số thủy hóa ........................................................................................... 3 1.1.3. Sinh vật chỉ thị ................................................................................................ 5 1.1.4. Chỉ số đa dạng ................................................................................................. 7 1.2. Điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội vùng cửa sông Soài Rạp, Cổ Chiên....................................................................................................................... 10 1.2.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội vùng cửa Soài Rạp.................................... 10 1.2.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội vùng cửa Cổ Chiên................................... 11 1.3. Tổng quan một số nghiên cứu về chất lƣợng môi trƣờng nƣớc và thực vật nổi một số cửa sông khu vực miền Nam, Việt Nam…………………………… 13 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, THỜI GIAN, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU …………………………………………………………………………………...... 16 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu...................................................................................... 16 2.2. Địa điểm nghiên cứu ...................................................................................... 16 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu............................................................................... 19 2.3.1. Phương pháp thu mẫu ................................................................................... 19 2.3.2. Phương pháp phân tích mẫu. ......................................................................... 20 2.3.3. Phương pháp xử lý số liệu.............................................................................. 20 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................ 24 3.1. Đặc điểm thủy lý hóa môi trƣờng nƣớc cửa Soài Rạp, cửa Cổ Chiên năm 2015……………………………………………………………………………….. 24 3.1.1. Cửa Soài Rạp……………………………..………………………………… 24 3.1.2. Cửa Cổ Chiên …………..……………………………………………..…… 32 3.2. Biến động chất lƣợng môi trƣờng nƣớc cửa Soài Rạp, cửa Cổ Chiên giai đoạn 2011 – 2015………………………………………….…………………..… 35 3.2.1. Cửa Soài Rạp………..……………………………………………………. 3 35 Luận văn thạc sỹ sinh học Nguyễn Thị Thu - K23 3.2.2. Cửa Cổ Chiên………………………………………………………………. 36 3.3. Thành phần loài và mật độ thực vật nổi các cửa sông nghiên cứu……. 38 3.3.1. Cửa Soài Rạp…………………………………………………….………… 38 3.3.2. Cửa Cổ Chiên……………………………………………………………… 44 3.4. Đánh giá chất lƣợng môi trƣờng nƣớc tại cửa Soài Rạp và cửa Cổ Chiên thông qua chỉ số đa dạng và chỉ số sinh học thực vật nổi………………… 50 3.4.1. Cửa Soài Rạp…………………………………………………………… 50 3.4.2. Cửa Cổ Chiên………………………………………………………………. 52 3.5. Phân tích tƣơng quan giũa các chỉ số sinh học với một số thông số thủy lí hóa……………………………………………………………………………….. 54 3.5.1. Cửa Soài Rạp……………………………………………………………… 54 3.5.2. Cửa Cổ Chiên……………………………………………………………… 55 KẾT LUẬN ........................................................................................................... 57 KIẾN NGHỊ .......................................................................................................... 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 59 PHỤ LỤC……………………………………………………………………...… 62 4 Luận văn thạc sỹ sinh học Nguyễn Thị Thu - K23 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Kí hiệu 1 BTNMT Bộ tài nguyên môi trường 2 CC Cổ Chiên 3 COD Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa học 4 DO Disolved Oxygen – Hàm lượng oxy hòa tan 5 ĐNC Điểm nghiên cứu 6 QVCN Quy chuẩn Việt Nam 7 SR Soài Rạp 8 STT Số thứ tự 9 TSS Tổng lượng chất rắn lơ lửng 10 TVN Thực vật nổi 5 Luận văn thạc sỹ sinh học Nguyễn Thị Thu - K23 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Tọa độ các điểm thu mẫu cửa sông Soài Rạp.......................................... 17 Bảng 2.1. Tọa độ các điểm thu mẫu trên cửa sông Cổ Chiên.................................. 19 Bảng 2.3. Mối tương quan giữa chỉ số H’ và mức độ ô nhiễm nước…………....... 21 Bảng 2.4. Công thức tính chỉ số sinh học tảo……………………………………... 22 Bảng 2.5. Mối tương quan giữa chỉ số sinh học tảo và mức độ ô nhiễm môi trường nước………………………………………………………………………………. 22 Bảng 3.1: Thông số thủy lí hóa tại cửa sông Soài Rạp…………………….……... 24 Bảng 3.2: Thông số thủy lí hóa tại cửa sông Cổ Chiên …………………………... 29 Bảng 3.3: Thông số thủy lí hóa tại cửa Soài Rạp giai đoạn 2011 – 2015………… 35 Bảng 3.4:Thông số thủy lí hóa tại cửa Cổ Chiên giai đoạn 2011-2015………...….36 Bảng 3.5: Thành phần loài thực vật nổi khu vực cửa sông Soài Rạp 9.2015…..… 38 Bảng 3. 6: Mật độ TVN vùng cửa sông Soài Rạp 9/2015……………………..…..41 Bảng 3.7: Thành phần loài thực vật nổi cửa Soài Rạp giai đoạn 2011 đến 2015… 42 Bảng 3.8. Thành phần loài thực vật nổi khu vực cửa sông Cổ Chiên 9.2015…….. 44 Bảng 3.9. Mật độ TVN các điểm nghiên cứu cửa sông Cố Chiên 9/2015………... 47 Bảng 3.10. Thành phần loài thực vật nổi cửa sông Cổ Chiên từ 2011 đến 2015…. 48 Bảng 3.11. Chỉ số H’ và mức ô nhiễm tại các điểm nghiên cứu cửa Soài Rạp năm 2015………………………………...…………………………………………...… 50 Bảng 3.12. Chỉ số sinh học tảo và mức ô nhiễm tại các điểm nghiên cứu cửa Soài Rạp năm 2015………………………………………………………..…………… 51 Bảng 3.13. Chỉ số H’ và mức ô nhiễm tại các điểm nghiên cứu cửa Cổ Chiên năm 2015…………………………………………………………………………..…… 52 Bảng 3.14. Chỉ số sinh học tảo và mức ô nhiễm tại các điểm nghiên cứu cửa Cổ Chiên năm 2015………………………………………………………………..… 53 Bảng 3.15. Tương quan giữa chỉ số đa dạng H’ với một số thông số thủy lý hóa tại cửa Soài Rạp…………………………………………………….…………….….. 54 Bảng 3.16: Tương quan giữa chỉ số Diat. Ind. với một số thông số thủy lý hóa cửa Soài Rạp…………………………………………………………………………... 55 6 Luận văn thạc sỹ sinh học Nguyễn Thị Thu - K23 Bảng 3.17. Tương quan giữa chỉ số H’ với một số thông số thủy lý hóa cửa Cổ Chiên…………………………………………………………………………...…. 56 Bảng 3.18: Tương quan giữa chỉ số Diat. Ind. với một số thông số thủy lý hóa cửa Cổ Chiên………………………..……………………………………………….... 56 7 Luận văn thạc sỹ sinh học Nguyễn Thị Thu - K23 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Vị trí hành chính huyện Cần Giuộc – tỉnh Long An…………………... 10 Hình 1.2: Vị trí hành chính huyện Châu Thành – tỉnh Trà Vinh…………….…… 12 Hình 2.1:Vị trí các điểm thu mẫu trên cửa sông Soài Rạp……………………...… 16 Hình 2.2: Vị trí các điểm thu mẫu trên cửa sông Cổ Chiên………………………. 18 Hình 3.1. Nhiệt độ tại các điểm nghiên cứu cửa Soài Rạp năm 2015…………..… 25 Hình 3.2. pH tại các điểm nghiên cứu cửa Soài Rạp năm 2015………………….. 26 Hình 3.3. Độ đục tại các điểm nghiên cứu cửa Soài Rạp năm 2015……………… 26 Hình 3.4. Độ muối tại các điểm nghiên cứu cửa Soài Rạp năm 2015……………. 26 Hình 3.5. Hàm lượng Oxy hòa tan tại các điểm nghiên cứu cửa Soài Rạp năm 2015………………………………………………………………………………. 27 Hình 3.6. Nhu cầu oxy hóa hóa học tại các điểm nghiên cứu cửa Soài Rạp năm 2015………………………………………………………………………………. 27 Hình 3.7. Hàm lượng NO3- tại các điểm nghiên cứu cửa Soài Rạp năm 2015….. 28 Hình 3.8 . Hàm lượng NH4+ tại các điểm nghiên cứu cửa Soài Rạp năm 2015..… 28 Hình 3.9 . Hàm lượng PO43- tại các điểm nghiên cứu cửa Soài Rạp năm 2015.… 28 Hình 3.10. Nhiệt độ tại các điểm nghiên cứu cửa Cổ Chiên năm 2015…………... 30 Hình 3.11. pH tại các điểm nghiên cứu cửa Cổ Chiên năm 2015……………...…. 31 Hình 3.12. Độ đục tại các điểm nghiên cứu cửa Cổ Chiên năm 2015……………. 31 Hình 3.13. Độ muối tại các điểm nghiên cứu cửa Cổ Chiên năm 2015………...… 31 Hình 3.14. Hàm lượng DO tại các điểm nghiên cứu cửa Cổ Chiên năm 2015……32 Hình 3.15. Hàm lượng COD tại các điểm nghiên cứu cửa Cổ Chiên 2015……..…32 Hình 3.16. Hàm lượng NO3- tại các điểm nghiên cứu cửa Cổ Chiên năm 2015…. 33 Hình 3.17. Hàm lượng NH4+ tại các điểm nghiên cửa Cổ Chiên năm 2015……... 33 Hình 3.18. Hàm lượng PO43- tại các điểm nghiên cứu cửa Cổ Chiên năm 2015…33 Hình 3.19: Tỷ lệ % thành phần loài thực vật nổi ở cửa Soài Rạp năm 2015……... 40 Hình 3.20: Mật độ tảo trung bình ở cửa Soài Rạp năm 2015…………………..….41 Hình 3.21: : Cấu trúc thành phần loài thực vật nổi cửa Soài Rạp giai đoạn 2011 đến năm 2015…………………………………………………………………………. 42 Hình 3.22: Tỷ lệ % thành phần loài thực vật nổi cửa Cổ Chiên năm 2015……..... 46 8 Luận văn thạc sỹ sinh học Nguyễn Thị Thu - K23 Hình 3.23: Mật độ thực vật nổi trung bình ở cửa Cổ Chiên năm 2015………….... 47 Hình 3.24: Cấu trúc thành phần loài cửa Cổ Chiên giai đoạn 2011 đến 2015……………………………………………………………………………….. 48 9 Luận văn thạc sỹ sinh học Nguyễn Thị Thu - K23 MỞ ĐẦU Việt Nam, một quốc gia ven biển với tổng chiều dài bờ biển lên tới 3260 km cùng với hàng loạt hệ thống sông đổ nước ra biển đã tạo nên vùng cửa sông rộng lớn, trung bình cứ 20 km bờ biển lại có một cửa sông [Vũ Trung Tạng, 1995]. Vùng cửa sông là nơi chuyển tiếp giữa sông - biển đã trở thành hệ sinh thái hết sức độc đáo và phức tạp, giàu về tài nguyên thiên nhiên, tính đa dạng sinh học cao. Thế nhưng, đây cũng là vùng vô cùng nhạy cảm, dễ bị tổn thương bởi tác động của các hiện tượng tự nhiên cũng như các hoạt động khác nhau của con người . Nước thải từ hầu hết các đô thị và khu công nghiệp đổ ra biển mà không được xử lý hoặc xử lý chưa đạt yêu cầu, trước tiên sẽ đi qua vùng cửa sông và gây hại cho đời sống sinh vật vùng này. Kết quả là môi trường bị ô nhiễm, nghề cá bị sa sút, đất ngập nước bị khô, các rạn san hô bị phá hủy, các bãi biển bị xuống cấp… cùng nhiều biến đổi có hại khác nữa. Vì vậy mà quản lý tốt vùng cửa sông ven biển là rất cần thiết để bảo tồn các hệ sinh thái tự nhiên, đi đôi với việc phát triển kinh tế một cách bền vững. Thực vật nổi là thành phần tham gia vào chuỗi và lưới thức ăn trong hệ sinh thái cửa sông ven biển. Thực vật nổi là nguồn thức ăn sơ cấp trong thủy vực, góp phần vào quá trình chuyển hóa vật chất, có vai trò quan trọng trong việc duy trì và phát triển nguồn lợi hải sản cho quá trình khai thác của con người. Vì vậy nghiên cứu chất lượng môi trường nước và đa dạng thực vật nổi mang ý nghĩa dự báo cho đa dạng sinh học của thủy vực nói chung và cho ngành nuôi trồng và đánh bắt thủy sản nói riêng đồng thời là cơ sở cho việc duy trì, phát triển và bảo vệ sinh vật cho vùng cửa sông ven biển [6]. Sông Tiền Giang là một phân lưu của sông Cửu Long, có chiều dài khoảng 82 km chảy qua các tỉnh Vĩnh Long, Trà Vinh, Bến Tre, đổ ra biển Đông qua 2 cửa sông là cửa Cổ Chiên và cửa Cung Hầu. Phù sa từ sông Cổ Chiên đổ ra biển tạo ra những cù lao màu mỡ, hình thành tiềm năng tài nguyên biển và ven biển rất dồi dào phong phú, có ý nghĩa quan trọng trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội của địa phương. 10 Luận văn thạc sỹ sinh học Nguyễn Thị Thu - K23 Sông Đồng Nai là một phân lưu của hệ thống sông Sài Gòn - sông Đồng Nai, có chiều dài khoảng 40 km, nằm phía hạ lưu nơi ranh giới giữa xã Lý Nhơn, huyện Cần Giờ và xã Gia Thuận, huyện Gò Công Đông, đổ ra biển Đông tại cửa Soài Rạp, hình thành khu hệ thực vật và động vật phong phú về tài nguyên sinh vật ven biển và các sinh cảnh đa dạng. Việc đánh giá chất lượng nước tại cửa sông dựa trên các thông số: vật lý, hóa học, sinh học sẽ cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng, từ đó đề xuất các giải pháp khắc phục và cải thiện tình trạng ô nhiễm, có ý nghĩa quan trọng trong việc nuôi trồng thủy sản cũng như duy trì, phát triển hệ sinh thái cửa sông. Trước những yêu cầu đó, đề tài “Chất lượng môi trường nước và đa dạng thực vật nổi tại cửa Soài Rạp (sông Đồng Nai) và cửa Cổ Chiên (sông Tiền Giang) giai đoạn 2011 - 2015” đã được thực hiện với các mục tiêu chính như sau: 1. Đánh giá chất lượng môi trường nước tại cửa sông Cổ Chiên và cửa sông Soài Rạp thông qua các thông số thủy lý hóa. 2. Xác định thành phần, mật độ thực vật nổi tại cửa sông Cổ Chiên và cửa sông Soài Rạp từ đó đánh giá mức độ ô nhiễm thông qua chỉ số sinh học: chỉ số đa dạng Shannon – Weiner (H’), chỉ số sinh học thực vật nổi. 3. Tìm hiểu tương quan giữa một số thông số thủy lý hóa với thông số sinh học. 11 Luận văn thạc sỹ sinh học Nguyễn Thị Thu - K23 12 Luận văn thạc sỹ sinh học Nguyễn Thị Thu - K23 CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Các thông số đánh giá chất lƣợng nƣớc 1.1.1. Các thông số thủy lý Nhiệt độ: Nhiệt độ của nước là đại lượng phụ thuộc vào điều kiện môi trường và khí hậu. Nhiệt độ ảnh hưởng tới nồng độ oxi hòa tan (DO), tốc độ chuyển hóa các chất, quá trình sinh trưởng phát triển của sinh vật thủy sinh [10]. Độ đục: là mức độ ngăn cản ánh sáng truyền qua nước, phụ thuộc vào lượng keo khoáng, vật chất hữu cơ lơ lửng, sự phát triển của sinh vật phù du và lượng mưa đổ vào thủy vực. Độ đục cản trở khả năng xâm nhập của ánh sáng vào các tầng nước dẫn đến giảm hiệu suất quang hợp, giảm mức đồng hóa, từ đó làm giảm khả năng tự làm sạch của nước [10]. Màu nước: Màu sắc đặc trưng của nước ở từng thủy vực là do sự có mặt của một số hợp chất vô cơ như: Fe3+, Cu2+… hay các hợp chất hữu cơ dạng bùn, chất lơ lửng hoặc các loài vi tảo. Nước ở thủy vực bị phú dưỡng thường có màu xanh đậm hoặc nổi váng trắng, chứng tỏ sự phát triển nở rộ của thực vật nổi [10]. Mùi nước: do mùi của một số chất khí tan trong nước được tạo thành từ quá trình phân hủy chất hữu cơ, như: NH3, CH3NH2, CH3(CH2)3 SH …. [10] 1.1.2. Các thông số thủy hóa pH: phụ thuộc vào hàm lượng chất hữu cơ, độ thủy phân muối và sự phát triển của hệ vi tảo ở trong nước. pH được duy trì ở mức trung tính sẽ phù hợp với đời sống của các thủy sinh vật, nếu pH quá kiềm hoặc quá axit sẽ gây ảnh hưởng tới hệ sinh vật phát triển trong nước, đồng thời làm thay đổi thành phần hóa học trong nước [10]. Độ dẫn: Độ dẫn của nước liên quan đến sự có mặt của các ion trong nước như Na+, K+, SO42- , NO3-, PO43- v.v... Độ dẫn của nước tăng theo hàm lượng các ion, các chất khoáng hòa tan trong nước và và tỉ lệ thuận với nhiệt độ. Nhiệt độ tăng 10OC thì độ dẫn điện của nước sẽ tăng 2%-3%. Thông số này thường được dùng để đánh giá tổng hàm lượng chất khoáng hòa tan trong nước [10] . 13 Luận văn thạc sỹ sinh học Nguyễn Thị Thu - K23 Độ muối: Chỉ tổng nồng độ của các ion hòa tan trong nước, trong đó có 7 ion quan trọng là Na+, K+, Ca+, Mn+ , Cl-, SO42-, và HCO3-. Độ muối ảnh hưởng tới cấu trúc quần xã sinh vật sống trong nước [10] DO - Hàm lượng oxy hòa tan trong nước: có nguồn gốc từ sự khuếch tán không khí từ khí quyển vào nước hoặc do quá trình quang hợp của tảo. DO phụ thuộc vào các yếu tố: nhiệt độ, áp suất, đặc tính lý hóa của nước, sự phân hủy vật chất, quang hợp của tảo. Hàm lượng DO là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng nước và khả năng tự làm sạch của thủy vực. DO càng thấp chứng tỏ mức độ ô nhiễm của nước càng cao, ảnh hưởng tới đời sống của các sinh vật thủy sinh, làm giảm khả năng tự làm sạch của nước [10]. COD - nhu cầu oxy hóa học: lượng oxy cần thiết để oxy hóa tất cả các chất hữu cơ có mặt trong nước. Toàn bộ lượng oxy sử dụng cho quá trình này đều được lấy từ oxy hòa tan trong nước. Do đó, hàm lượng COD cao sẽ có hại cho đời sống của các sinh vật thủy sinh [10]. Nitơ: Nitơ trong các thủy vực có thể có nguồn gốc ngoại lai (nguồn nước thải, rác thải, nước chảy tràn vào trong mùa mưa lũ), hoặc nội tại (xác sinh vật phân hủy trong chính thủy vực đó). Nitơ trong nước tồn tại chủ yếu ở 2 dạng: Namonium (NH4+ ), N-nitrat (NO3-). Trong đó, NO3- là sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa nitơ, được sinh vật sử dụng trực tiếp làm nguồn dinh dưỡng. NH4+ nguồn dự trữ để sau đó được chuyển hóa thành NO3- (khi pH>7) cho sinh vật sử dụng. Nitơ là một trong những nhân tố dinh dưỡng thiết yếu quyết định đến sự sinh trưởng phát triển của thực vật nổi. Khi hàm lượng nitơ quá cao sẽ gây phú dưỡng, dẫn đến hiện tượng tảo nở hoa, ảnh hưởng nghiêm trọng tới đời sống các thủy sinh vật khác. Ngoài ra, quá trình oxi hóa các dạng khử của nitơ trong nước cũng gây ảnh hưởng đến hàm lượng oxi hòa tan. Từ những lý do đó, các số liệu về hàm lượng nitơ là phần thông tin cần thiết cho các chương trình giám sát mức độ ô nhiễm nước [6]. Photpho: Photpho là một trong những nguồn dinh dưỡng thiết yếu của thực vật nổi, có nguồn gốc từ phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật dùng trong nông nghiệp hoặc từ nguồn nước thải từ các hoạt động sản xuất công nghiệp, làng nghề, do 14 Luận văn thạc sỹ sinh học Nguyễn Thị Thu - K23 sự phân hủy xác sinh vật…Tương tự như nitơ, hàm lượng photpho quá cao sẽ gây hiện tượng phú dưỡng. Hàm lượng photpho là chỉ tiêu quan trọng trong việc đánh giá năng suất sinh học tiềm năng của nước mặt, xác định mức độ ô nhiễm của nước [6]. 1.1.3. Sinh vật chỉ thị 1.1.3.1. Khái niệm sinh vật chỉ thị Sinh vật chỉ thị là những cá thể, quần thể hay quần xã có khả năng thích ứng hoặc rất nhạy cảm với môi trường nhất định. Chúng có thể chỉ thị cho độ sạch, độ nhiễm bẩn của thủy vực (gắn liền với độ giàu, nghèo dinh dưỡng), chỉ thị về chất lượng nước: nước cứng, nước mềm, nồng độ muối, độ nhiễm phèn, độ độc... [4] . 1.1.3.2. Phương pháp dùng sinh vật chỉ thị để đánh giá chất lượng nước Là phương pháp được dùng để đánh giá chất lượng nước dựa trên các chỉ số sinh học về thành phần loài sinh vật chỉ thị, số lượng cá thể của các loài sinh vật chỉ thị. Phương pháp giám sát sinh học này chủ yếu dựa vào sự thay đổi cấu trúc quần xã, sự phong phú các đơn vị phân loại, mật độ, tỉ số đa dạng giữa các nhóm và sự có mặt hay vắng mặt của các sinh vật chỉ thị sẽ biểu thị mức độ ô nhiễm nước khác nhau [17]. Phương pháp dùng chỉ thị sinh học có những ưu điểm nổi bật như [4] [12]: - Cho phép đánh giá một cách tổng quát các tác động lâu dài của nguồn gây ô nhiễm đối với thủy vực. Do sinh vật không chỉ phản ứng với một nhân tố môi trường riêng lẻ mà với toàn bộ các nhân tố vô sinh và hữu sinh của môi trường. - Sự phản ứng của sinh vật trước các tác động của môi trường giúp phản ánh được những thay đổi của điều kiện tự nhiên tại thời điểm khảo sát và trước đó. Đây là ưu điểm mà những chỉ tiêu thủy lý hóa không có được. - Sử dụng sinh vật chỉ thị có thể đánh giá được khả năng phân hủy vật chất đồng thời phản ánh mức độ đa dạng sinh học tại khu vực nghiên cứu. 1.1.3.3. Những nhóm sinh vật chỉ thị chính Vi khuẩn (Bacteria): Sử dụng vi khuẩn làm sinh vật chỉ thị có một số ưu điểm như: Việc thu mẫu tương đối dễ dàng, quá trình phân tích mẫu không đòi hỏi nhiều nhân lực. Ngoài ra, thời gian sinh trưởng của vi khuẩn thường ngắn khiến sự đáp ứng của chúng trước các thay đổi của điều kiện môi trường diễn ra nhanh 15 Luận văn thạc sỹ sinh học Nguyễn Thị Thu - K23 chóng. Tuy nhiên, việc sử dụng vi sinh vật làm sinh vật chỉ thị cũng gặp phải một số khó khăn như: đối với thủy vực nước chảy, không thể chắc chắn về nguồn gốc của vi khuẩn được lựa chọn làm chỉ thị [17]. Động vật nguyên sinh (Protozoa): Giống như vi khuẩn, động vật nguyên sinh tương đối dễ thu mẫu. Sự phản ứng của chúng trong điều kiện phú dưỡng cũng đã được biết rõ. Động vật nguyên sinh cũng là sinh vật chỉ thị có nhiều dẫn liệu phong phú về vai trò của chúng trong hệ thống ô nhiễm [17]. Tảo (Algae): Trong hệ sinh thái nước, tảo đóng vai trò rất quan trọng. Đây là một trong những nguồn cung cấp lượng oxy hòa tan cho thủy vực, đồng thời là sinh vật sản xuất trong chuỗi thức ăn của hệ sinh thái dưới nước. Với kích thước nhỏ, khả năng phản ứng của tảo rất cao trước sự thay đổi của môi trường. Do đó, dựa vào thành phần loài, mật độ, sinh khối, đặc tính phân bố theo thời gian của tảo có thể xác định được mức độ ô nhiễm của thủy vực [17]. Động vật không xương sống cỡ lớn (Macroinvertebrates) là nhóm sinh vật thủy sinh phổ biến nhất. Hầu hết các loài động vật không xương sống cỡ lớn đều nhạy cảm và có những phản ứng trước sự thay đổi tự nhiên và nhân tạo của môi trường. Chúng không chỉ bị ảnh hưởng bởi các quá trình ô nhiễm khác nhau như phú dưỡng, ô nhiễm hữu cơ, vô cơ, ô nhiễm axit, ô nhiễm kim loại nặng... mà còn bị tác động bởi các hoạt động của con người làm thay đổi điều kiện sống như đào kênh, nuôi trồng thủy sản, điều chỉnh dòng chảy… Sử dụng động vật không xương sống cỡ lớn làm chỉ thị có những ưu điểm như quá trình lấy mẫu và phân tích mẫu dễ thực hiện, ít tốn kém. Các đơn vị phân loại của động vật không xương sống cỡ lớn được biết đến nhiều và khóa định loại có sẵn phù hợp với phương pháp thực nghiệm trong quan trắc sinh học. Tuy nhiên, do phạm vi phân bố rộng nên yêu cầu về số lượng mẫu thu được phải đủ lớn để đạt độ chính xác trong việc đánh giá sự phong phú của quần xã. Sự phân bố và phong phú này không chỉ phụ thuộc vào chất lượng nước mà còn phụ thuộc vào các yếu tố tự nhiên khác như cấu trúc nền đáy, vận tốc dòng chảy. Do đó, quá trình phân tích mẫu đòi hỏi phải có sự am hiểu về sinh thái học của từng loài [17]. 16 Luận văn thạc sỹ sinh học Nguyễn Thị Thu - K23 Thực vật lớn (Macrophyte): Các loài thực vật thủy sinh lớn (Macrophyton) như loài Bèo tây (Eichhornia crassipes), Ngổ nước (Limnophila heterophyla), rau Muống (Ipomoena aquatic), sậy (Phragmites spp.), cỏ Hương bài (Vetiveria zizanioides)… thường được sử dụng làm sinh vật chỉ thị môi trường nước ở mức độ dinh dưỡng thông qua phát triển sinh khối và mức độ ô nhiễm kim loại nặng thông qua khả năng tích tụ của chúng [17]. Cá: là sinh vật chỉ thị tốt cho thủy vực rộng với mục tiêu đánh giá tác động lâu dài của các nhân tố sinh thái vì chúng có vòng đời dài và khả năng di chuyển xa trong phạm vi thủy vực. Quần xã cá gồm nhiều loài với các bậc dinh dưỡng khác nhau như sinh vật tiêu thụ ăn thực vật, ăn côn trùng, ăn sinh vật nổi, ăn thịt… Do đó, chúng sẽ chịu ảnh hưởng bởi các bậc dinh dưỡng thấp hơn trong chuỗi thức ăn và cấu trúc các nhóm cá trong hệ sinh thái sẽ phản ánh sự thích nghi của chúng với chất lượng môi trường. Ngoài ra, các tác nhân vật lý như nhiệt độ, pH, hàm lượng oxy hòa tan, dòng chảy... cũng có thể làm thay đổi thành phần các loài cá. Đây là chỉ thị rất tốt cho việc đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nước. Tuy nhiên việc sử dụng cá làm sinh vật chỉ thị có những hạn chế nhất định như khó thu mẫu ở các sông sâu và dòng chảy nhanh [17] . 1.1.4. Chỉ số đa dạng Chỉ số da dạng là chỉ số dựa vào số lượng loài, số lượng cá thể trong mỗi loài hay sinh khối để tính mức độ đa dạng của mẫu mà chúng ta phân tích. Từ kết quả phân tích tính đa dạng của loài trong mẫu, ta có thể đánh giá được chất lượng nguồn nước. Sinh vật phiêu sinh là sinh vật khá nhạy cảm với những thay đổi của môi trường do đó chỉ cần khảo sát chỉ số đa dạng là chúng ta có thể đánh giá được sự biến đổi của môi trường nước. Chỉ số đa dạng sinh học giảm khi số loài giảm, số lượng cá thể tăng, như thế là môi trường nước đã biến đổi theo chiều hướng xấu đi và ngược lại [13]. Phương pháp sử dụng chỉ số đa dạng có ưu điểm là: Các chỉ số đa dạng là những chỉ số định lượng hoàn toàn, thích hợp với phân tích thống kê, có mối tương quan độc lập với kích thước mẫu. Các chỉ số đa dạng mang tính chủ quan vì chúng không liên quan với năng chịu đựng ô nhiễm của từng loài. Tuy nhiên cũng có 17 Luận văn thạc sỹ sinh học Nguyễn Thị Thu - K23 những nhược điểm như: Các chỉ số đa dạng phụ thuộc nhiều vào phương pháp thu mẫu, cấp phân loại (đa dạng loài thường cao hơn đa dạng họ), điều kiện tự nhiên của dòng chảy được nghiên cứu. Trong điều kiện môi trường nước không ô nhiễm thì giá trị của các chỉ số đa dạng cũng có sự khác biệt nhau nhiều. Giá trị của các chỉ số đa dạng không cho chúng ta biết trong quần xã bao gồm các loài chịu đựng ô nhiễm hay các loài nhạy cảm với ô nhiễm. Các chỉ số đa dạng là tỷ số của 2 biến số và các biến số này có mối quan hệ mật thiết với thống kê. Do đó, phương pháp thu mẫu để tạo ra số liệu thống kê của các biến số này mà không đồng nhất thì kết quả tính tỷ số sẽ lớn hơn nhiều so với giá trị thực. Phản ứng của quần xã với sự gia tăng ô nhiễm không phải là quan hệ tuyến tính. Cho đến nay những nghiên cứu sử dụng chỉ số đa dạng để đánh giá ô nhiễm nước vẫn đang được tiếp tục hoàn thiện. Sử dụng chỉ số Margalef để đánh giá độ đa dạng của sinh vật nổi và từ đó đánh giá mức độ ô nhiễm của vùng nghiên cứu [13]. - Chỉ số phong phú loài: Chỉ số Margalef (1958) D = (S-1) /LnN Trong đó : D: Chỉ số đa dạng Margalef S: Tổng số loài trong mẫu N: Tổng số lượng cá thể trong mẫu Chỉ số đa dạng D là chỉ số ưu việt và được áp dụng rộng rãi cho nhiều đối tượng sinh vật. Chỉ số D dựa trên tính đa dạng của quần xã liên quan với trạng thái ô nhiễm. Khi môi trường ô nhiễm thì số lượng loài giảm đi đồng thời số cá thể trong một loài tăng lên. Số loài trong quần xã (sự phong phú về thành phần loài) tăng theo sự phức tạp của mạng lưới thức ăn và điều kiện sinh thái của vùng đó. Đánh giá sự đa dạng về loài thì rất phức tạp do có nhiều quần xã, loài ưu thế và có rất nhiều loài hiếm (Pielou,1977 ). Một chỉ số đa dạng là một công thức đo lường sự đa dạng loài trong một quần xã. Những chỉ số đa dạng cung cấp nhiều thông tin về cấu trúc quần xã hơn là chỉ đơn giản là sự phong phú về loài (như là số loài có mặt), nắm giữ tương đối nhiều những loài khác nhau trong việc tính toán. 18 Luận văn thạc sỹ sinh học Nguyễn Thị Thu - K23 Tuy nhiên chỉ số D chỉ phụ thuộc vào tổng số loài trong mẫu mà không phản ánh được tần suất xuất hiện của từng loài cụ thể. Vì vậy trong việc đánh giá chất lượng môi trường nước bằng sinh vật chỉ thị ngoài chỉ số D còn sử dụng chỉ số Shamon-Weiner (H’) [17]: S H’ = ni ni  n ln n i 1 Trong đó : H’: chỉ số đa dạng loài hay lượng thông tin trong mẫu. S: Số lượng các loài n: Tổng số cá thể trong toàn bộ mẫu ni: số lượng cá thể loài thứ i trong mẫu Có nhiều chỉ số đa dạng được sử dụng nhưng chỉ số H’được dùng phổ biến để đánh giá sự xuất hiện thường xuyên của một loài cũng như số lượng các loài của thủy vực. 19