Tài liệu đánh giá sự hiện diện một số kim loại nặng trong ngêu trắng meretrix lyrate và môi trường sống của chúng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRẦN TUẤN VIỆT ĐÁNH GIÁ SỰ HIỆN DIỆN MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG NGHÊU TRẮNG Meretrix lyrate VÀ MÔI TRƯỜNG SỐNG CỦA CHÚNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH NĂM 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRẦN TUẤN VIỆT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐÁNH GIÁ SỰ HIỆN DIỆN MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG NGHÊU TRẮNG Meretrix lyrate VÀ MÔI TRƯỜNG SỐNG CỦA CHÚNG Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường Mã số chuyên ngành: 9850101 Phản biện độc lập 1: PGS.TS. Nguyễn Thị Vân Hà Phản biện độc lập 2: PGS.TS. Phùng Chí Sỹ Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Thị Thanh Phượng Phản biện 2: PGS.TS. Trương Thanh Cảnh Phản biện 3: PGS.TS. Nguyễn Tấn Phong NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS. TS. Nguyễn Phước Dân 2. TS. Emilie Strady LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Chữ ký Trần Tuấn Việt i TÓM TẮT LUẬN ÁN Khu vực ven biển cửa sông Soài Rạp thuộc hệ thống sông Sài Gòn – Đồng Nai (SGĐN) nổi tiếng với sản phẩm nghêu Bến Tre (tên khoa học Meretrix lyrata). Tuy nhiên khu vực này đang phải đối diện với nhiều vấn đề ô nhiễm môi trường từ vùng đất liền theo dòng sông đổ ra cửa biển. Năm 2015, nghiên cứu này đã tiến hành khảo sát sơ bộ sự hiện diện kim loại Cd, Pb, Cu, Zn trong trầm tích, nước sông, vật chất lơ lửng tại các vị trí trên sông SG-ĐN và trong nghêu, trầm tích, nước biển ven bờ, vật chất lơ lửng tại bãi nuôi nghêu Cần Thạnh và Tân Thành. Kết quả của nghiên cứu cho thấy có sự hiện diện kim loại nặng từ vùng thượng lưu ảnh hưởng tới môi trường và sinh vật vùng ven biển cửa sông SG-ĐN. Trong khảo sát sau đó, các kim loại Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Cd, Hg, và Pb trong nghêu M. lyrata và môi trường sống của chúng bao gồm nước mặt, vật chất lơ lửng, trầm tích và nước lỗ rỗng được phân tích để đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại trong môi trường cũng như mức độ tích lũy sinh học kim loại trong nghêu. Các mẫu được thu thập hàng tháng từ mùa khô, sang giao mùa và mùa mưa tương ứng từ tháng 3 đến tháng 9 năm 2016. Kết quả tính toán chỉ số tích lũy sinh học từ trầm tích (BSAF) cho thấy các kim loại Pb, Mn, Fe và Co ít có khả năng tích lũy trong nghêu M. lyrata, trong khi BSAF của Cd đạt mức tích lũy cao nhất trong các kim loại. Hơn thế nữa, kết quả phân tích tương quan giữa hàm lượng kim loại trong nghêu M. lyrata (bao gồm mẫu nguyên con, mẫu mang, mẫu tuyến tiêu hóa và mẫu mô còn lại) với điều kiện thể chất cũng như hàm lượng kim loại trong các môi trường nước mặt, nước lỗ rỗng, trầm tích và đặc biệt là vật chất lơ lửng cho thấy khả năng ứng dụng loài nghêu này làm sinh vật quan trắc. Kết quả tính toán chỉ số độc hại đối với sức khỏe con người khi sử dụng loài nghêu này làm thực phẩm đều nằm trong mức an toàn cho thấy M. lyrata có thể sử dụng làm thực phẩm khi cân nhắc mức độ gậy độc của các kim loại tích lũy trong chúng. ii ABSTRACT The coastal areas near the Saigon – Dong Nai (SG-DN) River Estuary is famous with the Ben Tre hard clam (Meretrix lyrata). However, this area is facing the pollution problems from the urban and industrial zone along SG-DN River basin. In 2015, a preliminary survey was conducted to monitored Cd, Pb, Cu and Zn contamination levels in sediment, suspended particulate matter (SPM), and river water at three sampling points along SG-DN River and determined those metals in M. lyrata and its living environment including sediment, SPM and costal water at Can Thanh and Tan Thanh. It suggested that metal pollution from terresitrial areas might influenced coastal environment as well as M. lyrata. Therefore, in the next phase of this study, some trace metals (Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Cd, Hg, and Pb) in the hard clam Meretrix lyrata and its habitant environment including surface water, SPM, sediment and porewater were determined to understand the metal contamination level in the environment as well as the bioaccumulation of trace metals in that hard clam. The samples were collected monthly in dry, transition, and wet seasons of the Viet Nam’s Southern area from March to September 2016. The results of biota-sediment accumulation factor (BSAF) showed that Pb, Mn, Fe, and Co did not accumulate in M. lyrata (BSAF values < 1), whereas the BSAF of Cd in sediment habitats used by these clams were highest. In addition, the close correlation between metal concentrations in the hard clam (i.e. whole body, gills, digestive gland, remainder) and its physical stage as well as metals in SPM, surface water, sediment, porewater indicating that this hard clam might be considered to use as a biomonitor. The hazard index results of all studied trace metals in the hard clams for human health were within the safe limit suggested that the M. lyrata was safe for local consumers in case of trace metal toxicology consideration. iii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin trân trọng cảm ơn thầy Nguyễn Phước Dân và cô Emilie Strady là hai thầy cô đã trực tiếp hướng dẫn, khuyến khích và luôn tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này. Sự nhiệt huyết trong hoạt động khoa học của thầy và cô luôn là mục tiêu phấn đấu, là nguồn động lực lớn cho tôi đi tới đích của chương trình đạo tạo tiến sĩ. Quá trình học tập của tôi sẽ không thể thành công nếu không được sự giúp đỡ, hướng dẫn của tập thể các cán bộ trường đại học Bách Khoa nói chung, trong đó có các thầy cô công tác tại Phòng đào tạo Sau đại học, tập thể khoa Môi trường và Tài nguyên, và Trung tâm Châu Á Nghiên cứu về Nước. Tôi đặc biệt chân thành cảm ơn các thầy cô là quản lý, cán bộ giảng dạy trong Khoa Môi trường và Tài nguyên, các thầy cô ở bộ môn Quản lý Môi trường và Tài nguyên, các thầy cô tại Phòng thí nghiệm Môi trường, các thầy cô công tác tại Văn Phòng Khoa đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian theo học và làm việc tại Khoa. Tiếp theo, tôi xin trân trọng cảm ơn các đồng nghiệp công tác tại Viện Nhiệt đới môi trường đã giúp đỡ, động viên, và tạo điều kiện cho tôi thực hiện nghiên cứu và hoàn thiện luận án tiến sĩ. Các cán bộ trực tiếp công tác tại Phòng Quan trắc và Phân tích Môi trường đã trực tiếp cùng tôi thực hiện một phần nghiên cứu hay gián tiếp hỗ trợ tôi đều là những nguồn động viên khích lệ to lớn cho tôi trong suốt thời gian qua. Và cuối cùng, không thể có gì so sánh hơn những tình cảm quý của bạn bè và gia đình đã luôn bên cạnh ủng hộ tôi trong suốt quá trình học tập. Những tình cảm nhận được chắc chắn còn là niềm hạnh phúc to lớn hơn rất nhiều so với sự thành công của kết quả nghiên cứu này. Trân trọng. iv MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH................................................................................... vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ix MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 Sự cần thiết thực hiện nghiên cứu ...............................................................................1 Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................................3 Nội dung nghiên cứu ...................................................................................................4 Ý nghĩa và đóng góp của đề tài ...................................................................................6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ...................................................................................... 8 Giới thiệu đặc điểm sinh học cơ bản của loài nghêu .........................................8 Ảnh hưởng của một số kim loại đến con người, sinh vật và môi trường ........10 Kim loại nặng trong môi trường ven biển và cửa sông ...................................17 Kim loại vết trong môi trường quanh khu vực nghiên cứu ............................. 22 Kim loại vết trong sinh vật hai mảnh vỏ .......................................................... 25 Các mối tương quan hàm lượng các kim loại trong cơ thể sinh vật hai mảnh vỏ, các yếu tố sinh trưởng và môi trường sống của chúng ........................................35 Sinh vật hai mảnh vỏ trong quan trắc sinh học ................................................39 Các cơ chế tích lũy và đào thải kim loại trong sinh vật hai mảnh vỏ ..............42 Kỹ thuật phân tích kim loại vết ........................................................................44 Đánh giá tổng hợp về nghiên cứu tổng quan ................................................46 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................... 47 Phạm vi nghiên cứu.......................................................................................... 47 Khảo sát sự hiện diện các kim loại trong nghêu trắng M. lyrata và môi trường vùng hạ lưu sông Sài Gòn – Đồng Nai ......................................................................48 2.2.1 Khu vực khảo sát ....................................................................................... 48 2.2.2 Phương pháp lấy mẫu và phân tích trong giai đoạn khảo sát.................... 49 Đánh giá sự hiện diện và biến đổi theo thời gian của một số kim loại trong nghêu M. lyrata và môi trường sống của chúng ........................................................ 50 2.3.1 Khu vực nghiên cứu ..................................................................................50 2.3.2 Phương pháp lấy mẫu và phân tích ........................................................... 51 2.3.3 Phân tích số liệu ........................................................................................ 54 v CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................ 63 Sự hiện diện một số kim loại trong môi trường và nghêu trắng vùng hạ lưu sông Sài gòn – Đồng nai ............................................................................................ 63 Sự hiện diện và biến đổi theo không gian, thời gian của một số kim loại trong nghêu M. lyrata và môi trường sống của chúng ........................................................ 69 3.2.1 Sự hiện diện của một số kim loại trong môi trường khu vực nghiên cứu .69 3.2.2 Phân bố hàm lượng một số kim loại trong nghêu trắng và môi trường sống của chúng theo không gian và thời gian ................................................................ 72 Phân tích tương quan và dự đoán khả năng sử dụng nghêu M. lyrata làm sinh vật quan trắc...............................................................................................................82 Khả năng tích lũy kim loại trong nghêu M. lyrata...........................................90 Ước tính mức độ rủi ro đến sức khỏe con người khi sử dụng nghêu M. lyrata làm thực phẩm ...........................................................................................................94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 98 Kết luận...................................................................................................................... 98 Kiến nghị ................................................................................................................... 99 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ............................................................101 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................103 PHỤ LỤC 1 – KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VÀ THỐNG KÊ .........................................114 PHỤ LỤC 2 – MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG NGHIÊN CỨU.................................120 vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình.0.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu ...............................................................................6 Hình 1.1 Cấu tạo bên trong nghêu M. lyrata. A: Vỏ ; B: Mang ; C: Màng áo ; D: Chân và cơ kéo chân ; E : Cấu tạo chi tiết [24] ........................................................................9 Hình 1.2 Các hình thái phát triển của nghêu Meretrix lyrata [21] ................................ 10 Hình 1.3 Khu vực nghiên cứu ....................................................................................... 23 Hình 1.4 Mối quan hệ giữa phản ứng của các loài sinh vật với mức ô nhiễm kim loại cho thấy khả năng áp dụng làm sinh vật chỉ thị hoặc sinh vật quan trắc [108] .............41 Hình 1.5 So sánh giá trị giới hạn của các phương pháp sử dụng ICP-MS, Furnace-AAS và ICP-AES [116]..........................................................................................................45 Hình 2.1 Khung logic của nghiên cứu ...........................................................................47 Hình 2.2 Vị trí lấy mẫu khảo sát.................................................................................... 48 Hình 2.3 Lấy mẫu nghêu và dụng cụ khai thác nghêu của dân địa phương ..................50 Hình 2.4 Biểu đồ biểu diễn lượng mưa hàng tháng (hình lớn) và 6 năm gần nhất (hình nhỏ) quanh khu vực nghiên cứu .................................................................................... 52 Hình 2.5 Định nghĩa số đo kích thước nghêu Meretrix lyrata ......................................54 Hình 3.1 Hàm lượng trung bình Cu trong các môi trường tại khu vực nghiên cứu năm 2015 ............................................................................................................................... 65 Hình 3.2 Hàm lượng trung bình Zn trong các môi trường tại khu vực nghiên cứu năm 2015 ............................................................................................................................... 65 Hình 3.3 Hàm lượng trung bình Cd trong các môi trường tại khu vực nghiên cứu năm 2015 ............................................................................................................................... 65 Hình 3.4 Hàm lượng trung bình Pb trong các môi trường tại khu vực nghiên cứu năm 2015 ............................................................................................................................... 65 Hình 3.5 Hàm lượng trung bình các kim loại trong các môi trường và nghêu tại Cần Thạnh năm 2015 ............................................................................................................66 Hình 3.6 Hàm lượng các kim loại trong nghêu tại Cần Thạnh và Tân Thành năm 2015 .......................................................................................................................................66 Hình 3.7 Nồng độ trung bình các kim loại Mn, Fe (a) và Co, Ni, Cu (b) trong nghêu, SPM và trầm tích tại khu vực nghiên cứu năm 2016 .................................................... 74 Hình 3.8 Nồng độ trung bình các kim loại Zn, As, Se (a) và Cd, Hg, Pb (b) trong nghêu, SPM và trầm tích tại khu vực nghiên cứu năm 2016 ........................................75 Hình 3.9 Hàm lượng trung bình năm 2016 các kim loại Co, Ni, Zn, Se, Cd, Hg trong nghêu tại khu vực nghiên cứu........................................................................................ 76 Hình 3.10 Hàm lượng trung bình các kim loại trong nghêu tại Cần Thạnh ..................77 Hình 3.11 Hàm lượng trung bình các kim loại trong nghêu tại Đông Hòa ................... 78 Hình 3.12 Hàm lượng trung bình các kim loại trong nghêu tại Tân Thành ..................79 Hình 3.13 Mối tương quan giữa chỉ sô điều kiện CI và nồng độ kim loại trong nghêu M. lyrata khu vực quanh cửa sông SG-ĐN. ..................................................................86 vii Hình 3.14 Giá trị BSAF và BSPMAF của các kim loại nghiên cứu đối với nghêu M. lyrata khu vực gần cửa sông SG-DN. ...........................................................................90 Hình 3.15 Giá trị BSAF và BSPMAF của các kim loại nghiên cứu đối với bộ phần mang – G (sọc chéo), tuyến tiêu hóa - DG (màu đen) và phần mô còn lại – R (chấm đen) của nghêu M. lyrata khu vực gần cửa sông SG-DN. ............................................93 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Nồng độ một số kim loại trong các loài hàu ..................................................27 Bảng 1.2 Nồng độ một số kim loại trong các loài nghêu ..............................................29 Bảng 1.3 Một số kỹ thuật phân tích nguyên tố kim loại ..............................................44 Bảng 2.1 Kết quả tính toán thống kê nồng độ các kim loại trong mẫu CRMs..............56 Bảng 2.2 HSTH kỳ vọng ở mức nồng độ chất phân tích khác nhau ............................. 58 Bảng 2.3 Ngưỡng nồng độ kim loại tích lũy theo đường ăn uống của con người ........59 Bảng 2.4 Phân tích tương quan Pearson giữa kết quả kim loại trong nghêu theo nhóm 1 và nhóm 2 (n = 20) ........................................................................................................62 Bảng 3.1 Nồng độ trung bình các kim loại nặng trong mẫu nước ................................ 64 Bảng 3.2 Hàm lượng trung bình các kim loại nặng trong mẫu trầm tích ...................... 67 Bảng 3.3 Hàm lượng trung bình các kim loại trong mẫu nghêu ...................................68 Bảng 3.4 Nồng độ trung bình các kim loại nặng trong mẫu nước mặt khu vực nghiên cứu năm 2016 ................................................................................................................70 Bảng 3.5 Hàm lượng trung bình một số kim loại trong trầm tích và SPM tại khu vực nghiên cứu năm 2016 (n=7) .......................................................................................... 71 Bảng 3.6 Kết quả phân tích ANOVA kiểm định ảnh hưởng của không gian và thời gian đến nồng độ kim loại trong nghêu M. lyrata (n=94) .............................................73 Bảng 3.7 Nồng độ TSS (mg/L) tại 3 vị trí lấy mẫu trong năm 2016 ............................. 73 Bảng 3.8 Tổng hàm lượng kim loại (bao gồm kim loại hòa tan và kim loại bám trên vật chất lơ lửng, đơn vị µg/L) tại ba vị trí lấy mẫu năm 2016 ............................................81 Bảng 3.9 Hệ số tương quan Pearson giữa nồng độ kim loại trong nghêu/các bộ phận nghêu M. lyrata và chiều dài vỏ .................................................................................... 83 Bảng 3.10 Hệ số tương quan Pearson giữa nồng độ kim loại trong nghêu M. lyrata và chỉ số điều kiện CI .........................................................................................................85 Bảng 3.11 Hệ số tương quan Pearson giữa nồng độ kim loại trong nghêu M. lyrata và trong môi trường ............................................................................................................89 Bảng 3.12 Nồng độ trung bình các kim loại nghiên cứu trong nghêu (mg/kg ướt) ......95 Bảng 3.13 Giá trị HQ và HI đối với các kim loại nghiên cứu .......................................96 viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Lượng ăn vào hàng ngày chấp nhận được – Acceptance daily intake Phân tích phương sai – Analysis of variance Hiệp hội các nhà hóa phân tích chính thống - Association of Official Analytical Chemists Giới hạn liều chuẩn - Benchmark Dose Lower Confidence Limit BMDL Hệ số tích lũy sinh học trầm tích – Bio-sediment Accumulation Factor BSAF BSPMAF Hệ số tích lũy sinh học vật chất lơ lửng – Bio- Suspended particulate matters Accumulation Factor Chỉ số điều kiện – Condition Index CI Chất chuẩn đối chiêu - Certified Reference Material CRM Hệ tiêu hóa – Digestive Gland DG Đồng Nai ĐN Ước tính mức ăn vào hàng ngày – Estimated daily intake EDI Cơ quan bảo vệ môi trường – Environmental Protection Agency EPA Tổ chức Nông Lương Liên hiệp quốc – Food and Agriculture FAO Organization Mang – Gills G Chỉ số nguy hại tổng – Hazard index HI Chỉ số nguy hại – Hazard quotient HQ Hiệu suất thu hồi HSTH Thiết bị plasma cao tần – Inductively coupled plasma ICP Ủy ban chuyên gia của WHO/FAO về chất phụ gia thực phẩm JECFA Kim loại nặng KLN Khối phổ - Mass spectrometry MS Cơ quan quản lý quốc gia về biển và khí quyển Mỹ - US National NOAA Oceanic and Atmospheric Administration Phổ phát xạ quang - Optical emission spectrometry OES Mức ảnh hưởng ngẫu nhiên – Probable effect level PEL Lượng chấp nhận hàng tháng - Provisional tolerable monthly intake PTMI Phòng thí nghiệm PTN Lượng chấp nhận hàng tuần – Provisional tolerable weekly intake PTWI Quy chuẩn kỹ thuật Việt Nam QCVN Phần mô còn lại – Remaining tissue R Liều tham chiếu – Refference dose factor RfD Sài Gòn SG Vật chất lơ lửng – Suspended particulate matters SPM Lượng chấp nhận hàng ngày – Tolerable daily intake TDI TPHCM Thành phố Hồ Chí Minh Tổng chất rắn lơ lửng – Total suspended solids TSS Tổ chức y tế thế giới – World Health Organization WHO ADI ANOVA AOAC ix MỞ ĐẦU Sự cần thiết thực hiện nghiên cứu Kim loại vết trong môi trường nước thường có nguồn gốc từ cả tự nhiên và các hoạt động của con người. Các nguồn tự nhiên chủ yếu do các quá trình xói mòn, các hoạt động của núi lửa hay rò rỉ từ môi trường đất. Trong khi đó, các nguồn từ con người có thể kể đến các hoạt động nông nghiệp, công nghiệp, chảy tràn từ các vùng đô thị, hoạt động sinh hoạt của con người, v.v… Khi các kim loại đi vào sông, suối, kênh, rạch sẽ đổ ra vùng ven biển, cửa sông. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng vùng này hoạt động giống như cơ chế của một bộ lọc giữa môi trường trong đất liền với đại dương. Nói cách khác, vùng ven biển cửa sông có thể tích trữ nhiều thông tin về chất lượng của môi trường xung quanh [1]. Một trong những vẫn đề nghiêm trọng nhất do việc ô nhiễm kim loại ảnh hưởng tới hệ sinh thái vùng này đó chính là khả năng tích lũy sinh học của một số loài, điều này có nguy cơ gây ảnh hưởng tới môi trường và sức khỏe con người [2], [3]. Có nhiều loài hai mảnh vỏ sống ở vùng ven biển cửa sông đã được chứng minh khả năng tích lũy sinh học các kim loại vết từ môi trường [3], [4]. Để ước lượng và đánh giá lượng kim loại tích lũy trong cơ thể sinh vật (nguyên cơ thể hoặc từng bộ phận) người ta thường sử dụng các hệ số tích lũy. Những hệ số này được tính dựa vào tỉ số giữa hàm lượng chất ô nhiễm trong sinh vật và trong môi trường sống của chúng. Để tính toán hệ số tích lũy cho từng môi trường cụ thể người ta sử dụng các hệ số khác nhau như hệ số tích lũy sinh học BAF (môi trường nước), hệ só tích lũy sinh học trầm tích BSAF (môi trường trầm tích), hay hệ số tích lũy sinh học vật chất lơ lửng BSPMAF (môi trường vật chất lơ lửng) [5]–[7]. Trong một số trường hợp, mức độ tích lũy sinh học trong những bộ phận khác nhau của những loài hai mảnh vỏ thường được quan tâm hơn do những cơ quan cụ thể có những mức nhạy cảm khác nhau đối với mức độ ô nhiễm từ môi trường sống của chúng [8], [9]. Chính vì vậy, mối tương quan giữa hàm lượng kim loại trong môi trường và trong các cơ quan cụ thể của sinh vật lại đôi lúc được chọn nghiên cứu nhiều [9], [10]. Chính vì một số đặc tính như vậy, một số nghiên cứu đã thực hiện nhằm xem xét khả năng ứng dụng sinh vật hai mảnh vỏ làm công cụ đánh giá mức độ ô nhiễm 1 khu vực ven biển cửa sông [11]. Theo đó, những sinh vật hai mảnh vỏ là một trong những chỉ thị phổ biến ứng dụng vào quan trắc môi trường do có nhiều khả năng chứa các thông tin về chất lượng môi trường hoặc một phần của môi trường [12]. Thành phố Hồ Chí Minh (TPHCM) là một trong những “siêu đô thị” ở khu vực Đông Nam Á với rất nhiều các thành phố vệ tinh bao quanh. Những lượng chất thải lớn từ TPHCM và các vùng lân cận đang thải vào sông Sài Gòn – Đồng Nai (SG-ĐN) đang là một mối nguy hại lớn cho môi trường nước vùng này [13], [14]. Vùng ven biển cửa sông Soài Rạp của sông SG-ĐN bao gồm Cần Giờ - TPHCM và Tân Thành - Tiền Giang ghi nhận có nhiều hoạt động nuôi nghêu Bến Tre, tên khoa học Meretrix lyrata (G. B. Sowerby II, 1851). Theo đó, bờ tả cửa sông là vùng Cần Giờ có các bãi nuôi nghêu Đông Hòa và Cần Thạnh. Theo số liệu Phòng kinh tế huyện Cần Giờ, năm 2015 diện tích nuôi nghêu ở đây là 800 ha, sản lượng 9.600 tấn/năm (trong đó xuất khẩu 7.877,5 tấn). Còn phía bờ hữu cửa Soài Rạp, nơi gần cửa Tiểu sông Mekong, nổi tiếng với vùng nuôi nghêu Tân Thành, tổng diện tích nuôi nghêu ven biển khoảng 2.000 ha. Trong đó nghêu thu hoạch (50-80 con/kg) là 600 ha tương tương 6.500 tấn/năm; nghêu trung (100-800 con/kg) chiếm 900 ha, nghêu giống (4.500-8.000 con/kg) khoảng 500 ha (Theo Hiệp hội chế biến và xuất khẩu thủy sản Việt Nam – VASEP, tháng 3/2016) [15]. Thường thì loài nghêu trắng này được thu hoạch ở độ tuổi 10-12 tháng. Tuy nhiên ở một số nơi giữ tới 18 tháng hoặc hơn mới thu hoạch. Cho đến nay, chủ yếu các nghiên cứu về nghêu M. lyrata tập trung vào ảnh hưởng của môi trường đến đời sống và phát triển nghêu như dinh dưỡng, vật chất lơ lửng, nhiệt độ, độ mặn, nước mưa, bãi triều và về gen. Trong khoảng 15 năm qua, có một số nghiên cứu tập trung vào hàm lượng kim loại trong nghêu M. lyrata được công bố như nghiên cứu về sự tích lũy và đào thải Cd, As và Pb trong nghêu trắng [16], hàm lượng một số kim loại trong nghêu trắng vùng ven bờ biển Việt Nam [17]–[19]. Tuy nhiên, những nghiên cứu này được thực hiện trong những đợt lấy mẫu ngắn, một số chỉ tập trung vào một vài kim loại, một số chỉ phân tích trên các mẫu mua ở chợ. Gần đây nhất, năm 2017, nghiên cứu về tích lũy sinh học trong nghêu trắng M. lyrata đối với các phần khác nhau của trầm tích tại Tân Thành đã được công bố [20]. Nghiên cứu này tìm được một số mối tương quan giữa nghêu M. lyrata với các phần khác nhau của trầm tích và cũng đưa ra kết quả nghêu trắng khu vực này an toàn sử dụng làm thực phẩm. Tuy nhiên, những mẫu trong nghiên cứu này lấy làm ba đợt rơi vào 2 tháng 6, 9 và 12 đều nằm trong mùa mưa, và các tác giả cũng không thực hiện phân tích các kim loại trong các bộ phận khác nhau của nghêu hay phân tích tương quan giữa hàm lượng kim loại trong nghêu và các điều kiện thể chất của chúng. Như vậy, những ảnh hưởng từ môi trường vùng cửa sông này tới loài nghêu Meretrix lyrata là khía cạnh đã được nhiều nhóm quan tâm nghiên cứu bên cạnh việc khảo sát khả năng tích lũy kim loại hay một số cơ chế tích lũy đào thải kim loại. Còn rất nhiều các khoảng trống trong nghiên cứu về những mối quan hệ giữa kim loại trong nghêu và môi trường đang cần được bổ sung, dưới đây là những câu hỏi nghiên cứu hay giả thuyết của nghiên cứu này: - Sự hiện diện và mức độ biến đổi hàm lượng kim loại trong các thành phần môi trường khu vực nuôi nghêu ven biển gần cửa sông SG-ĐN cũng như trong con nghêu M. lyrata theo mùa như thế nào? - Các mối tương quan giữa hàm lượng kim loại trong nghêu và các yếu tố thể chất hay hàm lượng kim loại trong môi trường có tồn tại? Liệu nghêu M. lyrata có khả năng được sử dụng làm sinh vật quan trắc ô nhiễm kim loại tại vùng ven biển cửa sông không? - Khả năng tích lũy các kim loại khác nhau trong nghêu M. lyrata có khác nhau ở những bộ phận khác nhau? - Sử dụng nghêu M. lyrata làm thực phẩm liệu có bị ảnh hưởng gì từ các kim loại tích lũy trong cơ thể chúng? Mục tiêu nghiên cứu a. Mục tiêu tổng quát: Đánh giá được sự hiện diện của một số kim loại nặng trong nghêu Meretrix lyrata và môi trường sống của chúng để từ đó đóng góp dữ liệu cho quản lý môi trường vùng nuôi nghêu và kiểm soát mức độ tích lũy các kim loại nặng trong thực phẩm nghêu. b. Mục tiêu cụ thể: - Tìm hiểu được mức độ hiện diện và biến đổi theo thời gian của hàm lượng các kim loại Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Cd, Hg, và Pb trong các thành phần môi trường khu vực nuôi nghêu Meretrix lyrata ven biển cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai; 3 - Đánh giá được khả năng tích lũy các kim loại khác nhau trong nghêu M. lyrata và ứng dụng loài nghêu này làm sinh vật quan trắc môi trường; - Ước lượng được mức độ rủi ro tới sức khỏe con người do ảnh hưởng của một số kim loại khi sử dụng nghêu M. lyrata làm thực phẩm. Nội dung nghiên cứu Để đạt được những mục tiêu đặt ra, nghiên cứu này tập trung thực hiện các nội dung chính như sau: Nội dung 1: Khảo sát sự hiện diện kim loại trong môi trường và nghêu trắng vùng hạ lưu sông Sài Gòn – Đồng Nai Từ nội dung tổng quan và đặt vấn đề cho thấy việc thực hiện nghiên cứu này là cần thiết để củng cố vào kho dữ liệu khoa học về kim loại vết trong môi trường và sinh vật. Tuy nhiên, trước khi các nội dung nghiên cứu chính được thiết kế, một đợt khảo sát sơ bộ cần được thực hiện nhằm đánh giá mức độ khả thi trong việc đi tìm câu trả lời cho các câu hỏi nghiên cứu đặt ra. Nội dung khảo sát sơ bộ được thực hiện cho các thông số kim loại Cd, Pb, Zn, Cu. Các mẫuthu thập bao gồm bùn đáy, vật chất lơ lửng (SPM), nước mặt được lấy tại 3 trạm dọc hệ thống sông bao gồm (1) Bạch Đằng (sông Sài Gòn); (2) Hóa An (sông Đồng Nai); (3) Lý Nhơn (gần cửa sông) vào các tháng 4, 5, 6, 7 và 9 năm 2015. Riêng tại khu vực ven biển Cần Thạnh, ngoài các loại mẫu bùn đáy, SPM, nước mặt như các trạm trên sông thì mẫu nghêu Bến Tre cũng được thu thập trong các đợt từ tháng 3, 4, 5, 6, 7 và 9. Mẫu tại khu vực Tân Thành – Tiền Giang (chịu cả ảnh hưởng của sông Tiền) được lấy 2 đợt tháng 3 và tháng 9 nhằm so sánh với khu vực Cần Thạnh. Nội dung 2: Tìm hiểu sự hiện diện và biến đổi theo thời gian của một số kim loại trong nghêu M. lyrata và môi trường sống của chúng Hàm lượng các kim loại trong nghêu và môi trường xung quanh được tiến hành quan trắc và phân tích theo thời gian trải qua hai mùa khô và mưa đặc trưng của khu vực phía Nam Việt Nam. Nội dung này cụ thể sẽ được thực hiện như sau: - Lựa chọn khu vực lấy mẫu: Đông Hòa, Cần Thạnh, Tân Thành. 4 - Loại mẫu thu thập: bùn cát đáy (trầm tích ven biển), SPM, nước mặt, nước lỗ rỗng, nghêu M. lyrata. - Thời gian lấy mẫu: 1 tháng /1 lần từ tháng 3 đến 9 năm 2016. - Thông số phân tích: As, Hg, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Se, Cd và Pb. Các kết quả được phân tích và đánh giá diễn biến tìm ra các quy luật biến đổi hàm lượng kim loại trong nghêu M. lyrata và môi trường sống của chúng. Nội dung 3: Phân tích khả năng tích lũy của một số kim loại trong nghêu M. lyrata và ứng dụng loài này làm sinh vật quan trắc Nội dung này sử dụng số liệu phân tích để đánh giá mức độ tích lũy kim loại trong nghêu M. lyrata. Bên cạnh đó, các phân tích tương quan cũng được áp dụng để xem xét khả năng ứng dụng loài nghêu này trong quan trắc môi trường. Hơn thế nữa, các số liệu kết quả phân tích nồng kim loại trong các bộ phận khác nhau của nghêu M. lyrata cũng được xét đến để đánh giá sâu mức độ tích lũy cũng như tương quan hàm lượng kim loại trong sinh vật này với môi trường sống của chúng. Nội dung 4: Ước tính mức độ rủi ro tới sức khỏe con người do ảnh hưởng của kim loại khi sử dụng nghêu M. lyrata làm thực phẩm Như đã trình bày, nghêu M. lyrata là một loại hải sản phổ biến được nuôi ngoài môi trường tự nhiên trong khu vực nghiên cứu. Chính vì vậy, việc tính toán mức độ rủi ro do ảnh hưởng của kim loại khi sử dụng loài nghêu này làm thực phẩm là cần thiết phải xem xét tới để phục vụ cho việc ra các chính sách, giải pháp phòng ngừa và giảm thiểu tác động nếu có. Tuy nhiên, trong phạm vi nghiên cứu này, các tính toán chỉ dừng ở mức ước tính dựa vào các công thức và khuyến cáo từ các tổ chức quốc tế liên quan. Và tất nhiên, các kết quả này được dùng ở mức độ tham khảo, làm cơ sở cho các nghiên cứu sâu hơn vào lĩnh vực này. Tóm tắt các nội dung nghiên cứu được trình bày trong Hình 1. 5 Chuyên đề 1 Nội dung 1: Khảo sát sơ bộ sự hiện diện kim loại trong môi trường và nghêu trắng vùng hạ lưu sông Sài Gòn – Đồng Nai Nội dung 2: Đánh giá sự hiện diện và biến đổi theo thời gian của một số kim loại trong nghêu M. lyrata và môi trường sống của chúng Sự hiện diện một số kim loại nặng trong môi trường nước mặt, cặn lơ lửng, bùn đáy và nghêu (Meretrix lyrata) vùng hạ lưu sông Sài Gòn Chuyên đề 2 Kim loại vết trong các bộ phận khác nhau của nghêu Meretrix lyrata nuôi tại Cần Giờ và Tân Thành Nội dung 3: Phân tích và Tìm hiểu khả năng tích lũy của một số kim loại trong nghêu M. lyrata và ứng dụng loài này làm sinh vật quan trắc Nội dung 4: Ước tính mức độ rủi ro tới sức khỏe con người do ảnh hưởng của kim loại khi sử dụng nghêu M. lyrata làm thực phẩm Đánh giá sự hiện diện một số kim loại nặng trong nghêu trắng Meretrix lyrata và môi trường sống của chúng Hình.0.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu Ý nghĩa và đóng góp của đề tài Nghiên cứu đã đưa ra một bức tranh toàn diện với các số liệu khoa học tin cậy về mức độ tích lũy 11 nguyên tố kim loại trong loài nghêu M. lyrata và môi trường sống của chúng theo không gian, thời gian, cũng như phân tích các ảnh hưởng của điều kiện khí tượng, thủy văn, tính chất của nước. Một kết quả đáng chú ý của đề tài là xác định tương quan toàn diện giữa nồng độ 11 nguyên tố kim loại trong toàn bộ thịt nghêu cũng như từng phần khác nhau của cơ thể nghêu với (1) các thành phần môi trường (trầm tích, nước lỗ rỗng, nước biển ven bờ, vật chất lơ lửng); (2) các yếu tố thể chất (chỉ số CI, độ tuổi nghêu). Từ các kết quả đó, đề tài đã minh chứng được khả năng ứng dụng loài nghêu 6 M. lyrata làm sinh vật quan trắc môi trường trong điều kiện tự nhiên thực tế với các tác động tổng hợp mà khó có thể mô phỏng trong phòng thí nghiệm. Trên cơ sở các kết quả đạt được từ nghiên cứu này, luận án đã cung cấp các dữ liệu khoa học có giá trị để sử dụng trong đề xuất giải pháp bảo vệ và quản lý môi trường cũng như kiểm soát mức độ tích lũy các kim loại trong nghêu trắng M. lyrata, ngăn ngừa và dự đoán mức khả năng trở thành độc tố với sực khỏe con người từ đó góp phần trong công tác vệ sinh an toàn thực phẩm. Bên cạnh đó, kết quả của đề tài cũng bổ sung được những tư liệu cho các nghiên cứu về môi trường, độc học sinh thái, rủi ro môi trường, sinh thái và sức khỏe con người. 7 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN Giới thiệu đặc điểm sinh học cơ bản của loài nghêu Vị trí phân loại của Meretrix lyrata được công bố như sau [21]: Ngành thân mềm: Mollusca Lớp hai mảnh vỏ: Bivalvia Bộ mang thật: Eulamellibranchia Phân bố: Heterodonta Liên họ Ngao: Veneracea Họ Ngao: Veneridae Giống Ngao: Meretrix Loài nghêu: Meretrix lyrata (Sowerby, 1851) Nghêu Meretrix lyrata phân bố nhiều ở khu vực Đông Nam Á và nhiều nhất là ở Đài Loan và Việt Nam [22]. Ở Việt Nam, M. lyrata được biết đến dưới tên nghêu trắng Bến Tre hay nghêu Bến Tre nuôi chủ yếu ở các khu vực phía Nam [22]–[24] và gần đây đã mở rộng ra các tỉnh phía Bắc [25] với hình thức nuôi chủ yếu là ở ngoài bãi triều ven biển gần cửa sông. Cấu tạo và đặc điểm sinh học của nghêu Bến tre M. lyrata tại khu vực Tân Thành được Trương Quốc Phú công bố trong luận án Tiến sĩ năm 2000 (Hình 1.1) [24]. Nghêu thu hoạch tại khu vực Tiền Giang và Cần Giờ dao động trong khoảng 12 tháng, một số khu vực nuôi nghêu lớn 24 tháng mới thu hoạch. Sự phát triển của nghêu trải qua các giai đoạn (1) thời kỳ phôi thai kéo dài 12 tiếng; (2) Ấu trùng nhỏ 24 giờ; (3) Ấu trùng trưởng thành 6-8 ngày ; (4) con non 8-10 ngày; (5) Hình thái hoàn thiện (2 mm) (Hình 1.2) [21]. Theo nghiên cứu của Phú (2000) [24] thì thức ăn chính của nghêu tại vùng Tiền Giang là bùn bã hữu cơ 79%-90%, phần còn lại là tảo 9,6%-21%. Thành phần thức ăn biến động theo mùa, trong mùa khô lượng thức ăn là bùn bã hữu cơ giảm do trong môi trường 8 vật chất lơ lửng giảm, ngược lại trong mùa mưa. Trong nghiên cứu này tác giả cũng đã đưa ra mối tương quan (R2 = 0,9755) giữa chiều dài vỏ nghêu với tuổi nghêu: 𝐿 = 69 ∗ [1 − 𝑒 {0,474𝑡+0.0519 [sin 2𝜋(𝑡−0,109)]+0,0457} ] (4) Trong đó: L là chiều dài nghêu (mm); t là tuổi nghêu (năm). Hình 1.1 Cấu tạo bên trong nghêu M. lyrata. A: Vỏ ; B: Mang ; C: Màng áo ; D: Chân và cơ kéo chân ; E : Cấu tạo chi tiết [24] 9