Tài liệu Nghiên cứu đa dạng sinh học động vật không xương sống cỡ lớn ở hệ thống suối tại vườn quốc gia xuân sơn, tỉnh phú thọ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------------------- Nguyễn Thanh Sơn NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG SINH HỌC ĐỘNG VẬT KHÔNG XƯƠNG SỐNG CỠ LỚN Ở HỆ THỐNG SUỐI TẠI VƯỜN QUỐC GIA XUÂN SƠN, TỈNH PHÚ THỌ LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC Hà Nội - 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------------------------ Nguyễn Thanh Sơn NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG SINH HỌC ĐỘNG VẬT KHÔNG XƯƠNG SỐNG CỠ LỚN Ở HỆ THỐNG SUỐI TẠI VƯỜN QUỐC GIA XUÂN SƠN, TỈNH PHÚ THỌ Chuyên ngành: Thủy sinh vật học Mã số: 62420108 LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN VĂN VỊNH Hà Nội - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. TÁC GIẢ LUẬN ÁN Nguyễn Thanh Sơn LỜI CẢM ƠN Luận án được thực hiện tại Bộ môn Động vật học ứng dụng, Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Trong thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của PGS.TS. Nguyễn Văn Vịnh, cán bộ giảng dạy Bộ môn Động vật học ứng dụng, Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Tôi vô cùng biết ơn sự giúp đỡ quý báu của thầy. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Trần Anh Đức, Bộ môn Động vật học ứng dụng, Khoa Sinh học đã tạo điều kiện cho tôi tham gia thực hiện đề tài và cho phép sử dụng một số số liệu của đề tài cấp ĐHQG mã số QG.12.11. Đồng thời, tôi cũng nhận được sự giúp đỡ của các thầy giáo, cán bộ trong Bộ môn Động vật học ứng dụng, lãnh đạo Khoa Sinh học, các phòng chức năng và Ban giám hiệu Trường Đại học Khoa học Tự nhiên trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và làm việc tại đây. Tôi xin cảm ơn Ban Giám đốc và các cán bộ công nhân viên Vườn Quốc gia Xuân Sơn, tỉnh Phú Thọ đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi tiến hành khảo sát thực địa, thu thập vật mẫu tại địa bàn nghiên cứu. Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với tất cả những sự giúp đỡ quý báu đó. Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới bố mẹ, vợ con, gia đình hai bên nội ngoại đã luôn ủng hộ, tạo điều kiện hỗ trợ và động viên tôi trong quá trình thực hiện Luận án này. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Nghiên cứu sinh Nguyễn Thanh Sơn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC .................................................................................................................. 1 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................... 4 DANH MỤC BẢNG................................................................................................... 5 DANH MỤC HÌNH .................................................................................................... 6 MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 7 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................... 11 1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐVKXS CỠ LỚN NƯỚC NGỌT TRÊN THẾ GIỚI.................................................................................................... 11 1.1.1. Nghiên cứu về đa dạng sinh học ĐVKXS cỡ lớn .................................... 11 1.1.2. Nghiên cứu về phân bố của ĐVKXS cỡ lớn ............................................ 14 1.1.3. Nghiên cứu sử dụng ĐVKXS cỡ lớn làm SVCT đánh giá chất lượng nước .................................................................................................. 17 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐVKXS CỠ LỚN NƯỚC NGỌT Ở VIỆT NAM ........................................................................................................ 20 1.2.1. Nghiên cứu về đa dạng sinh học ĐVKXS cỡ lớn .................................... 20 1.2.2. Nghiên cứu về phân bố của ĐVKXS cỡ lớn ............................................ 28 1.2.3. Nghiên cứu sử dụng ĐVKXS cỡ lớn nước ngọt làm SVCT đánh giá chất lượng nước .................................................................................................. 31 1.3. KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ, XÃ HỘI VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG SINH HỌC Ở VQG XUÂN SƠN .......... 34 1.3.1. Điều kiện tự nhiên .................................................................................... 34 1.3.1.1. Vị trí địa lý ......................................................................................... 34 1.3.1.2. Địa hình, địa chất ............................................................................... 34 1.3.1.3. Khí hậu, thủy văn ............................................................................... 35 1.3.2. Điều kiện kinh tế, xã hội .......................................................................... 35 1.3.2.1. Dân số, dân tộc .................................................................................. 35 1.3.2.2. Tình hình phát triển kinh tế, xã hội ................................................... 36 1.3.3. Tình hình nghiên cứu đa dạng sinh học ................................................... 37 CHƯƠNG 2. THỜI GIAN, ĐỊA ĐIỂM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.......................................................................................................... 40 2.1. THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU ................................................. 40 2.1.1. Thời gian nghiên cứu ............................................................................... 40 2.1.2. Địa điểm nghiên cứu ................................................................................ 40 1 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................... 42 2.2.1. Phương pháp kế thừa................................................................................ 42 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu ngoài tự nhiên ................................................. 42 2.2.2.1. Phương pháp xác định một số chỉ tiêu thủy lý, hóa học của nước .... 42 2.2.2.2. Phương pháp quan sát, mô tả đặc điểm sinh cảnh các điểm thu mẫu ........................................................................................................... 43 2.2.2.3. Phương pháp thu thập vật mẫu .......................................................... 43 2.2.3. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm ...................................... 44 2.2.4. Phương pháp đánh giá chất lượng nước bằng sinh vật chỉ thị là ĐVKXS cỡ lớn .................................................................................................................. 45 2.2.5. Phương pháp phân tích số liệu ................................................................. 46 2.2.5.1. Tính và so sánh các giá trị trung bình ................................................ 46 2.2.5.2. Tính chỉ số đa dạng sinh học Shannon-Wiener (H’) ......................... 48 2.2.5.3. Phân tích tính tương đồng Bray-Curtis .............................................. 48 2.2.5.4. Phân tích BEST (Biota and/or Environment matching) .................. 49 2.2.5.5. Phân tích ANOSIM (Analysis of Similarity) ................................... 50 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.................................. 51 3.1. ĐẶC ĐIỂM SINH CẢNH VÀ MỘT SỐ CHỈ TIÊU THỦY LÝ, HÓA HỌC CỦA NƯỚC TẠI CÁC ĐIỂM THU MẪU............................................................ 51 3.1.1. Đặc điểm sinh cảnh các điểm thu mẫu ..................................................... 51 3.1.2. Một số chỉ tiêu thủy lý, hóa học của nước ............................................... 58 3.2. ĐA DẠNG SINH HỌC ĐVKXS CỠ LỚN Ở KHU VỰC NGHIÊN CỨU ...... 59 3.2.1. Thành phần loài ........................................................................................ 59 3.2.2. Cấu trúc thành phần loài .......................................................................... 83 3.2.3. Đa dạng loài các nhóm ĐVKXS cỡ lớn ................................................... 87 3.2.3.1. Đa dạng loài ngành Thân mềm (Mollusca) ....................................... 87 3.2.3.2. Đa dạng loài ngành Chân khớp (Arthropoda) .................................. 89 3.2.3.3. Đa dạng loài ngành Giun đốt (Annelida)........................................... 95 3.3. ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ CỦA ĐVKXS CỠ LỚN Ở KHU VỰC NGHIÊN CỨU ...................................................................................................... 95 3.3.1. Đặc điểm phân bố theo mùa ..................................................................... 95 3.3.2. Đặc điểm phân bố theo sinh cảnh ............................................................ 98 3.3.3. Chỉ số đa dạng sinh học Shannon - Wiener (H’) của ĐVKXS cỡ lớn ở khu vực nghiên cứu ....................................................................................... 101 3.3.4. Mức độ tương đồng về thành phần loài của ĐVKXS cỡ lớn giữa các điểm thu mẫu ................................................................................................... 103 2 3.3.5. Phân tích mối tương quan giữa ĐVKXS cỡ lớn với các yếu tố môi trường ........................................................................................................ 105 3.3.5.1. Phân tích BEST (Biota and/or Environment matching) ................. 108 3.3.5.2. Phân tích ANOSIM (Analysis of Similarity) .................................. 109 3.4. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC Ở KHU VỰC NGHIÊN CỨU BẰNG SVCT LÀ ĐVKXS CỠ LỚN. .............................................................................. 110 3.5. ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP BẢO TỒN ĐA DẠNG SINH HỌC ĐVKXS CỠ LỚN Ở NƯỚC TẠI KHU VỰC NGHIÊN CỨU ............................ 114 3.5.1. Một số nguyên nhân ảnh hưởng đến môi trường, sinh thái các thủy vực ..................................................................................................... 115 3.5.1.1. Ảnh hưởng do hoạt động sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của người dân địa phương ............................................................................ 115 3.5.1.2. Ảnh hưởng do xây dựng cơ sở hạ tầng ............................................ 116 3.5.1.3. Ảnh hưởng do hoạt động du lịch ..................................................... 116 3.5.2. Đề xuất một số giải pháp nhằm bảo vệ tài nguyên và môi trường, bảo tồn đa dạng sinh học ĐVKXS cỡ lớn ở nước......................................................... 117 3.5.2.1. Tăng cường công tác tuyên truyền giáo dục, nâng cao nhận thức về bảo vệ tài nguyên và môi trường ............................................................. 117 3.5.2.2. Tăng cường công tác quản lý bảo vệ rừng, bảo vệ đa dạng sinh học ĐVKXS cỡ lớn ở nước ................................................................................. 118 3.5.2.3. Phát triển du lịch sinh thái theo định hướng phát triển bền vững.... 119 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 120 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ..................................................................................................... 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 123 PHỤ LỤC 3 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ASPT Điểm số trung bình cho các đơn vị phân loại (Average Score Per Taxon) BBI Chỉ số sinh học Bỉ (Belgian Biotic Index) BMWP Tổ chức nghiên cứu về quan trắc sinh học (Biological Monitoring Working Party) BTTN Bảo tồn thiên nhiên DO Nồng độ oxy hoà tan (Disssolved oxygen) ĐDSH Đa dạng sinh học ĐHKHTN Đại học Khoa học Tự nhiên ĐHQGHN Đại học Quốc gia Hà Nội ĐTM Điểm thu mẫu ĐVĐ Động vật đáy ĐVN Động vật nổi ĐVKXS Động vật không xương sống EBI Chỉ số sinh học mở rộng (Extended Biotic Index) IUCN Liên minh Quốc tế Bảo tồn Thiên nhiên (International Union for Conservation of Nature) MDS Thang đo đa hướng (Multi-Dimensional Scaling) MĐCT Mật độ cá thể NXB Nhà xuất bản SC1 Sinh cảnh 1 SC2 Sinh cảnh 2 SC3 Sinh cảnh 3 SVCT Sinh vật chỉ thị TB Trung bình VQG Vườn Quốc gia 4 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Thời gian khảo sát thực địa, thu thập vật mẫu ......................................... 40 Bảng 2.2. Mối liên quan giữa chỉ số sinh học (ASPT) và mức độ ô nhiễm ............. 46 Bảng 2.3. Quan hệ giữa giá trị chỉ số Shannon-Wiener (H’) và mức độ đa dạng .... 48 Bảng 3.1. Đặc điểm sinh cảnh các điểm thu mẫu ..................................................... 51 Bảng 3.2. Tổng hợp một số chỉ tiêu thủy lý, hóa học của các thủy vực nghiên cứu .. 58 Bảng 3.3. Thành phần loài ĐVKXS cỡ lớn ở nước đã gặp tại khu vực nghiên cứu từ năm 2013-2016.................................................................................... 60 Bảng 3.4. Những loài đặc hữu của Việt Nam đã gặp ở VQG Xuân Sơn.................. 80 Bảng 3.5. Số lượng và tỉ lệ % các taxon theo các bậc phân loại của các nhóm ĐVKXS cỡ lớn tại khu vực nghiên cứu .................................................. 83 Bảng 3.6. Số lượng và tỉ lệ % các taxon theo các bậc phân loại của các bộ thuộc lớp Côn trùng ................................................................................. 91 Bảng 3.7. So sánh số lượng loài Côn trùng nước ở VQG Xuân Sơn với một số khu vực khác ............................................................................................ 94 Bảng 3.8. Số lượng loài thuộc các lớp ĐVKXS cỡ lớn đã gặp theo mùa................. 95 Bảng 3.9. Số lượng loài thuộc các lớp ĐVKXS cỡ lớn đã gặp theo sinh cảnh ........ 98 Bảng 3.10. Mật độ cá thể TB theo sinh cảnh tại khu vực nghiên cứu từ 2013-2016 ......................................................................................... 100 Bảng 3.11. Chỉ số H’ TB của ĐVKXS cỡ lớn ở nước theo mùa tại các điểm thu mẫu từ 2013-2016 ...................................................... 102 Bảng 3.12. Chỉ số đa dạng sinh học Shannon - Wiener (H’) theo sinh cảnh ......... 103 Bảng 3.13. Ma trận đặc điểm sinh cảnh tại các điểm thu mẫu ............................... 107 Bảng 3.14. Kết quả phân tích ANOSIM so sánh thành phần loài giữa các sinh cảnh ................................................................................ 109 Bảng 3.15. Số họ ĐVKXS cỡ lớn nằm trong hệ thống tính điểm BMWPVIET ....... 110 Bảng 3.16. Điểm ASPT và mức độ ô nhiễm tại các điểm thu mẫu từ 2013-2016 .... 111 5 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Sơ đồ các điểm thu mẫu tại VQG Xuân Sơn ............................................ 41 Hình 3.1. Tỷ lệ % các taxon theo các bậc phân loại của các lớp ĐVKXS cỡ lớn ở các thủy vực nghiên cứu ....................................................................... 85 Hình 3.2. Số lượng loài, giống, họ thuộc các bộ của ngành Thân mềm ................... 87 Hình 3.3. Số lượng loài, giống, họ thuộc các bộ của lớp Côn trùng ........................ 92 Hình 3.4. Mật độ cá thể TB của ĐVKXS cỡ lớn theo mùa ...................................... 97 Hình 3.5. Mật độ cá thể TB của ĐVKXS cỡ lớn theo sinh cảnh ............................ 100 Hình 3.6. Chỉ số H’ tại các điểm thu mẫu............................................................... 102 Hình 3.7. Sơ đồ cây thể hiện mức độ tương đồng về thành phần loài ĐVKXS cỡ lớn ở nước giữa các điểm thu mẫu ................................................... 104 Hình 3.8. Không gian hai chiều thể hiện mức độ tương đồng về thành phần loài ĐVKXS cỡ lớn ở nước giữa các điểm thu mẫu .................................... 104 6 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài ĐVKXS nước ngọt là nhóm sinh vật rất phong phú và đa dạng, chúng đóng vai trò quan trọng trong các hệ sinh thái nước ngọt và trong đời sống của con người. Trong các thủy vực nước ngọt, ĐVKXS tham gia vào các quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng, là mắt xích quan trọng trong mạng lưới thức ăn của thủy vực và góp phần đảm bảo sự cân bằng sinh thái cho các thủy vực. ĐVKXS nước ngọt trong đó có ĐVKXS cỡ lớn (Macroinvertebrate) là những động vật phổ biến và chiếm đa số ở suối và sông, có thể thu được bằng các loại lưới có kích thước mắt lưới 500 μm trở lên và dễ dàng nhìn thấy chúng bằng mắt thường. ĐVKXS cỡ lớn có vai trò quan trọng trong hệ sinh thái thủy vực bao gồm các nhóm côn trùng, giáp xác, thân mềm, giun đốt, giun tròn, giun dẹp (Hauer & Resh, 2007) [76]. Từ ngàn xưa, con người đã biết sử dụng ĐVKXS làm thực phẩm, làm đồ trang sức… phục vụ cho cuộc sống. Ngày nay, song song với sự tiến bộ của xã hội loài người, cùng với những kết quả của các công trình nghiên cứu khoa học, con người không những chỉ biết sử dụng nguồn lợi ĐVKXS đã có trong thiên nhiên mà còn có những giải pháp hữu hiệu nhằm bảo tồn và phát triển nguồn lợi, thuần hóa, gây nuôi, tạo ra những sản phẩm có giá trị kinh tế cao sử dụng trong nước và xuất khẩu. ĐVKXS cỡ lớn còn được sử dụng làm SVCT để đánh giá chất lượng nước các thủy vực. Ở Việt Nam, trong những năm gần đây, việc điều tra nghiên cứu đánh giá hiện trạng ĐDSH ĐVKXS nói chung và ĐVKXS cỡ lớn nói riêng của các thủy vực, đặc biệt là ở các VQG, khu BTTN đã và đang được quan tâm, nhằm khai thác hợp lý, bảo tồn và phát triển ĐDSH ở các khu vực này. Tuy nhiên, do nhu cầu về phát triển kinh tế, trong đó có kinh tế du lịch sinh thái đang phát triển quá nhanh, trong khi các biện pháp quản lý còn nhiều bất cập. Các hoạt động mưu sinh của 7 con người như: đánh bắt thủy sản, khai thác vàng, cát sỏi tại các hệ thống suối ở nhiều nơi vẫn thường xảy ra. Tình trạng ô nhiễm nguồn nước tự nhiên ngày càng tăng. Những năm gần đây, hiện tượng thời tiết mang tính cực đoan đã bắt đầu xuất hiện, có thể là do tác động của tình trạng biến đổi khí hậu toàn cầu gây ra. Đó là những lý do làm cho ĐDSH của các thủy vực nước ngọt trong đó có ĐVKXS cỡ lớn đang có chiều hướng ngày càng bị suy giảm. Hiện tại, nhiều VQG, khu BTTN ở nước ta vẫn chưa có những nghiên cứu, đánh giá về ĐDSH ở nước nói chung và ĐVKXS cỡ lớn nói riêng. VQG Xuân Sơn, thuộc tỉnh Phú Thọ, có cảnh quan đa dạng, rừng kín thường xanh trên nền núi đá vôi, có độ ĐDSH khá cao [5]. Từ năm 1990 đến nay, đã có một số cơ quan khoa học như Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Viện Điều tra quy hoạch rừng Tây Bắc… đã tiến hành điều tra, nghiên cứu, thống kê tài nguyên động, thực vật của VQG. Tuy nhiên những nghiên cứu này chỉ mới tập trung vào thực vật trên cạn, động vật có xương sống và một số nhóm côn trùng trên cạn. Cho đến năm 2012 chưa có nghiên cứu nào về ĐVKXS ở nước tại các thủy vực của VQG. Từ những lý do trên, NCS thực hiện đề tài “Nghiên cứu đa dạng sinh học Động vật không xương sống cỡ lớn ở hệ thống suối tại Vườn Quốc gia Xuân Sơn, tỉnh Phú Thọ”. 2. Mục đích của luận án - Xác định thành phần loài, cấu trúc quần xã ĐVKXS cỡ lớn ở hệ thống suối của VQG Xuân Sơn, tỉnh Phú Thọ và đặc điểm phân bố của chúng theo mùa và theo các dạng sinh cảnh. - Đánh giá mức độ ĐDSH của ĐVKXS cỡ lớn và mối liên quan của chúng với một số yếu tố môi trường nước. - Đánh giá chất lượng nước ở hệ thống suối của VQG Xuân Sơn và đề xuất một số giải pháp bảo tồn ĐDSH ĐVKXS cỡ lớn ở nước tại khu vực nghiên cứu. 8 3. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu hiện trạng ĐDSH ĐVKXS cỡ lớn ở hệ thống suối của VQG Xuân Sơn, tỉnh Phú Thọ. - Nghiên cứu đặc điểm phân bố của ĐVKXS cỡ lớn theo mùa và theo các dạng sinh cảnh. - Nghiên cứu mối liên quan giữa ĐVKXS cỡ lớn ở nước với một số yếu tố môi trường nước và theo các dạng sinh cảnh khác nhau. - Đánh giá chất lượng nước tại các thủy vực nghiên cứu bằng SVCT là ĐVKXS cỡ lớn. - Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu, đề xuất các giải pháp bảo tồn và phát triển ĐDSH ĐVKXS cỡ lớn ở nước tại khu vực nghiên cứu. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: ĐVKXS cỡ lớn (Thân mềm, Giáp xác lớn, Côn trùng, Giun đốt) ở hệ thống suối tại VQG Xuân Sơn, tỉnh Phú Thọ. - Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát thực địa, thu thập vật mẫu ở hệ thống suối trong khu vực VQG, xác định thành phần loài dựa vào đặc điểm hình thái, nghiên cứu đặc điểm phân bố theo mùa và theo các dạng sinh cảnh, đánh giá mức độ đa dạng sinh học (đa dạng loài), đánh giá chất lượng nước ở hệ thống suối bằng SVCT là ĐVKXS cỡ lớn. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học: - Cung cấp một cách có hệ thống, đầy đủ và cập nhật về thành phần loài, cấu trúc thành phần loài, đặc điểm phân bố, mức độ ĐDSH của ĐVKXS cỡ lớn ở hệ thống suối của VQG Xuân Sơn. - Cung cấp các dẫn liệu về mối liên quan của ĐVKXS cỡ lớn với một số yếu tố môi trường nước và chất lượng nước ở hệ thống suối của VQG. 9 Ý nghĩa thực tiễn: - Là cơ sở khoa học cho việc lập quy hoạch, kế hoạch bảo tồn và phát triển ĐDSH ĐVKXS cỡ lớn ở nước tại khu vực nghiên cứu. 6. Những đóng góp mới của luận án - Đã xác định được danh sách thành phần loài ĐVKXS cỡ lớn ở hệ thống suối của VQG Xuân Sơn gồm 261 loài, thuộc 194 giống, 94 họ, 15 bộ. - Ghi nhận cho khu hệ động vật Việt Nam 15 loài và 6 giống mới thuộc lớp Côn trùng (Insecta) và Thân mềm Chân bụng (Gastropoda); 155 loài lần đầu tiên được ghi nhận ở khu vực nghiên cứu. - Cung cấp các dẫn liệu về cấu trúc thành phần loài, mức độ ĐDSH, đặc điểm phân bố theo mùa, theo các dạng sinh cảnh của ĐVKXS cỡ lớn và mối liên quan của chúng với một số yếu tố môi trường nước và nền đáy ở hệ thống suối của VQG Xuân Sơn. - Lần đầu tiên sử dụng ĐVKXS cỡ lớn làm SVCT đánh giá chất lượng nước ở hệ thống suối của VQG Xuân Sơn. 10 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐVKXS CỠ LỚN NƯỚC NGỌT TRÊN THẾ GIỚI 1.1.1. Nghiên cứu về đa dạng sinh học ĐVKXS cỡ lớn Những năm cuối thế kỷ XX, trong khi phần lớn các nhóm ĐVKXS nước ngọt đã được quan tâm nghiên cứu như Thân mềm chân bụng (Gastropoda), Thân mềm hai mảnh vỏ (Bivalvia), Giáp xác (Crustacea)…, nhóm Côn trùng nước (Insecta) vẫn còn là đối tượng ít được chú ý đến. Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã đi sâu nghiên cứu nhóm này. Kết quả nghiên cứu của McCafferty (1983) cho thấy, côn trùng nước có 11 bộ sống ở nước trong một giai đoạn của vòng đời hay cả vòng đời, bao gồm: Phù du (Ephemeroptera), Chuồn chuồn (Odonata), Cánh úp (Plecoptera), Cánh nửa (Hemiptera), Cánh rộng (Megaloptera), Cánh vảy (Lepidoptera), Cánh cứng (Coleoptera), Cánh lông (Trichoptera), Hai cánh (Diptera), Cánh gân (Neuroptera) và Cánh màng (Hymenoptera) [96]. McCafferty (1983) cũng đã xây dựng khoá định loại côn trùng nước đến họ của 10 bộ côn trùng nước với tổng cộng 139 họ. Trong đó, Ephemeroptera: 17 họ, Odonata: 11 họ, Plecoptera: 9 họ, Hemiptera: 17 họ, Megaloptera: 2 họ, Lepidoptera: 4 họ, Coleoptera: 24 họ, Trichoptera: 18 họ, Diptera: 36 họ và ít nhất là Neuroptera chỉ có 1 họ. Tác giả cũng dự đoán số lượng loài côn trùng nước tại Bắc Mỹ như sau: Ephemeroptera có 700 loài, Odonata: 450 loài, Plecoptera: 500 loài, Hemiptera: 400 loài, Megaloptera: 50 loài, Lepidoptera: 50 loài, Coleoptera: 1.000 loài, Trichoptera: 1.200 loài, Diptera: 3.500 loài và Neuroptera: 6 loài [96]. Ở Bắc Mỹ, Merritt và Cummins (1996) đã phân loại đến giống côn trùng nước. Công trình nghiên cứu này đã đưa ra hệ thống phân loại các nhóm côn trùng ở nước, thuộc các bộ Trichoptera, Diptera (các họ Chironomidae, Simuliidae, Culicidae và Tipulidae), Collembola và Orthoptera sống ở nước [97]. Morse và cộng sự (1994) đã xây dựng các khoá định loại các bộ côn trùng nước ở Trung Quốc đến giống và nghiên cứu sử dụng chúng để đánh giá chất lượng 11 nước các thủy vực nước ngọt dựa vào sự có mặt của từng nhóm. Trong đó, bộ Ephemeroptera có 10 họ, Odonata: 17 họ, Plecoptera: 9 họ, Hemiptera: 16 họ, Megaloptera: 2 họ, Lepidoptera: 1 họ, Coleoptera: 40 họ, Trichoptera: 19 họ, Diptera: 30 họ và Neuroptera: 3 họ. Đồng thời, các tác giả đã xây dựng khoá định loại tới giống của các bộ, họ côn trùng nước với nhiều đặc điểm phân loại và hình vẽ minh họa [98]. Về Thân mềm (Mollusca) có thể kể đến các công trình của Brandt (1974). Tác giả đã mô tả 283 loài Chân bụng (Gastropoda) và 97 loài Hai mảnh vỏ (Bivalvia) ở Thái Lan kèm theo các khóa định loại đến giống, loài, hình vẽ và phân bố của chúng [46]. Panha và Burch (2004) đã thống kê được hơn 150 loài Gastropoda và Bivalvia ở Ma-lai-xi-a, trong đó có 6 bộ và 20 giống Gastropoda; 5 bộ và 12 giống Bivalvia [128]. Về lớp Bivalvia trên thế giới, Bogan (2008) đã xác định có ít nhất 19 họ thuộc 3 phân lớp Bivalvia sống ở nước ngọt, bộ Unioniformes có 6 họ, 180 giống và 800 loài sống trong môi trường nước ngọt [44]. Về giáp xác cỡ lớn (tôm, cua), có các công trình mô tả nhiều giống và loài mới như: Yeo và Naiyanetr (1999) đã mô tả 3 giống cua mới ở Bắc Lào cùng với những lưu ý về loài Potamiscus (Ranguna) pealianoides Bott, 1966 (Crustacea, Decapoda, Brachyura, Potamidae) [156]. Yeo và cộng sự cũng đã mô tả 1 giống cua mới thuộc họ Potamidae ở Thái Lan vào năm 2000 [157], 1 loài cua mới thuộc giống Esanthelphusa tại Lào vào năm 2004 [160] và 3 loài cua mới thuộc giống Hainanpotamon tại Trung Quốc, Việt Nam và Lào vào năm 2007 [158]. Naiyanetr (2001) đã mô tả 1 loài cua mới thuộc họ Potamidae tại Thái Lan [101]. Hanamura và cộng sự (2011) đã nghiên cứu về giống Macrobrachium Bate, 1868 thu được từ hệ thống sông của Lào đã ghi nhận được 4 loài mới cho khoa học và 11 loài mới cho Lào. Các tác giả cũng chứng minh mối liên hệ giữa các loài thuộc giống này có quan hệ gần với khu hệ tôm nước ngọt Bắc Việt Nam [75]. Nguyen Van Xuan (2012) đã mô tả loài tôm mới thuộc giống Macrobrachium thu được từ hồ Tonle 12 Sap (Căm-pu-chia). Tác giả cũng ghi nhận tầm quan trọng về giá trị kinh tế và nơi sống của loài này [113]. Từ năm 2003, Ủy ban sông Mê Kông đã tiến hành chương trình quan trắc ĐDSH ở nhiều khu vực khác nhau trên lưu vực sông Mê Kông như Thái Lan, Lào, Căm-pu-chia và Việt Nam... Năm 2007, chỉ tính riêng kết quả nghiên cứu ở vùng hạ lưu, với 20 ĐTM, về ĐVKXS cỡ lớn sống đáy, đã thu được 79 taxon. Trong đó, Côn trùng là nhóm giàu loài hơn cả, gặp ở tất cả các ĐTM. Tiếp đến là các đại diện của ngành Thân mềm gặp ở 18 ĐTM. Lớp Giun ít tơ (Oligochaeta), trong đó chủ yếu là hai họ Tubificidae và Naididae gặp ở 15 ĐTM. Kết quả nghiên cứu còn cho thấy ấu trùng Chironomidae là họ phân bố rộng hơn cả, đã thu được đại diện của họ này ở tất cả các ĐTM [151, 152]. Các kết quả nghiên cứu của chương trình này đã xây dựng các khóa định loại ĐVKXS ở nước thuộc lưu vực sông Mê Kông. Đây là những tài liệu cần thiết cho công tác định loại ĐVKXS nước ngọt ở Việt Nam cũng như các nước lân cận. Trong đó, đặc biệt quan trọng là tài liệu “Định loại ĐVKXS nước ngọt của sông Mê Kông và vùng phụ cận” của Sangpradub và Boonsoong [137]. Từ năm 2002 đến năm 2008, một dự án quan trọng mang tính toàn cầu “Đánh giá ĐDSH động vật nước ngọt” (FADA) nhằm đánh giá tổng quan về mức độ ĐDSH ở bậc giống và loài động vật trong các hệ sinh thái nước ngọt trên thế giới [40] đã được thực hiện bởi 163 nhà khoa học trên thế giới với nhiều bài báo đã được công bố như: Yeo và cộng sự (2008) (Crustacea: Decapoda: Brachyura) [161], De Grave và cộng sự (2008) (Crustacea: Decapoda: Caridea) [68], De Moor và Ivanov (2008) (Insecta: Trichoptera) [69], Wagner và cộng sự (2008) (Insecta: Diptera) [152], Kalkman và cộng sự (2008) (Insecta: Odonata) [89], Barber-James và cộng sự (2008) (Insecta: Ephemeroptera) [43], Polhemus và Polhemus (2008) (Insecta: Heteroptera) [135]... với sự tài trợ của nhiều tổ chức như: Tổ chức Bảo tồn ĐDSH (CBD), Trung tâm nghiên cứu khoa học Quốc gia Pháp (CNRS).... Kết quả nghiên cứu cho thấy đã mô tả 125.531 loài động vật nước ngọt, chiếm 9,5% tổng số loài 13 động vật được công nhận trên toàn cầu (1.324.000 loài). Trong đó, Insecta chiếm ưu thế với: 75.874 loài (chiếm 60.4%), động vật có xương sống: 18.235 loài (chiếm 14.5%), Crustacea: 11.990 loài (chiếm 10%), Arachnida: 6.149 loài (chiếm 5%), Mollusca: 4.998 loài (chiếm 4%), tiếp đến là Rotifera: 1.948 loài (chiếm 1.6%), Annelida: 1.761 loài (chiếm 1.4%), Nematoda: 1.808 loài (chiếm 1.4%), Platyhelminthes (Turbellaria: 1.297 loài, chiếm 1%), và số ít là Collembola và các nhóm khác như Bryozoa, Tardigrada [41]. Tài liệu cũng đã cho thấy trong số 11.990 loài Crustacea thuộc 1.533 giống, Decapoda (24%), Copepoda (23%), Ostracoda và Amphipoda (đều 16%). Branchiopoda (9%), Isopoda (8%), Branchiura và Mysidacea chiếm 2% và một số ít loài thuộc Cumacea, Tanaidacea, Spelaeogriphacea và Thermosbaenacea. Ngành Mollusca với 4.998 loài, trong đó Gastropoda chiếm khoảng 80%, còn lại 20% là Bivalvia [41]. Đối với Insecta, trong số 75.874 loài, Diptera, Coleoptera và Trichoptera là các nhóm chiếm ưu thế với tỷ lệ tương ứng là 43%, 18% và 15%. Các bộ khác như Heteroptera (6%), Plecoptera (5%), Odonata (7%) và Ephemeroptera (4%) [41]. Các kết quả đánh giá ĐDSH động vật nước ngọt toàn cầu còn được thể hiện theo từng nhóm chuyên môn công bố trên tạp chí Hydrobiologia (2008) với hơn 50 bài báo khoa học [40]. Các kết quả nghiên cứu này đã thống kê hiện trạng ĐDSH động vật ở nước ở các bậc phân loại khác nhau cùng với vùng phân bố của chúng. Đây là những công trình có giá trị, góp phần quan trọng vào công tác nghiên cứu phân loại học và địa động vật học động vật nước ngọt, đặc biệt là ĐVKXS. 1.1.2. Nghiên cứu về phân bố của ĐVKXS cỡ lớn Các nghiên cứu về phân bố của quần xã ĐVKXS nước ngọt, thường sử dụng các phần mềm để xử lý số liệu nhằm xác định đặc tính cấu trúc, phân bố và mối liên quan giữa quần xã sinh vật với các yếu tố môi trường như pH, nhiệt độ, độ cao và thành phần vật chất tầng đáy. 14 Voigts (1976) đã tiến hành nghiên cứu mối tương quan giữa ĐVKXS ở nước với sự thay đổi của các loài thực vật trong một số đầm lầy thuộc bang Iowa, Mỹ. Kết quả nghiên cứu cho thấy, mức độ phong phú của ĐVKXS tăng lên khi chuyển từ sinh cảnh ưu thế là thực vật nổi sang sinh cảnh ưu thế là thực vật ngập nước, nhưng mức độ phong phú cao nhất đạt được tại khu vực có xen kẽ cả thực vật nổi và thực vật ngập nước [150]. Đặc điểm sinh cảnh của một dòng suối thường thay đổi dọc theo độ dốc của suối và có ảnh hưởng đến sự phân bố của ĐVKXS cỡ lớn (Vannote et al., 1980) [149]. Các yếu tố này có thể bị ảnh hưởng bởi các tác động khác nhau của con người (ví dụ: sự điều chỉnh dòng chảy, Ward & Stanford, 1983) [153]. Các tác giả còn nhận thấy: Thành phần loài ĐVKXS cỡ lớn cũng có sự thay đổi giữa thượng lưu, trung lưu và sông lớn, điều này có liên quan với sự thay đổi của môi trường dòng chảy, ví dụ: Một dòng suối chảy ra sông qua một khu rừng lá rụng với tán cây nhô ra dày đặc thường có một lượng lớn ĐVKXS cỡ lớn chuyên ăn lá rụng, nhưng cũng với dòng suối trên chảy qua đồng cỏ lại ưu thế bởi các loài sinh vật bám quanh rễ thực vật thủy sinh [153]. Một số nghiên cứu khác cũng chỉ ra rằng kích thước hạt và thành phần hữu cơ trong trầm tích đáy có mối tương quan chặt chẽ và đáng kể đối với sự phân bố, mức độ phong phú và kích thước trung bình của các nhóm ĐVĐ. Kết quả nghiên cứu của Cole và Weigmann (1983) về mối tương quan giữa các loài thuộc họ Tubificidae và Chironomidae và trầm tích đáy hồ Erie và vịnh Saginaw (hồ Huron) cho thấy mức độ phong phú và kích thước của các loài ĐVĐ này lớn nhất ở những khu vực giàu phù sa và đất sét và nghèo nhất ở những khu vực nghèo chất hữu cơ. Mối tương quan giữa mức độ phong phú và kích thước của các loài ĐVĐ này chịu ảnh hưởng đáng kể của thành phần hạt có trong trầm tích. Kích thước và thành phần hữu cơ trong lớp trầm tích có thể coi là chỉ số đáng tin cậy đối với sự phát triển của ĐVĐ trong những khu vực có sự trao đổi chất tốt [66]. 15 Grapentine và Rosenberg (1992) đã tiến hành các nghiên cứu tác động của độ axit trong nước tự nhiên đối với sự phân bố loài Hyallela azteca trong các thủy vực ở phía Tây Bắc Ontario. Kết quả cho thấy số lượng cá thể của loài này sẽ giảm xuống trong các môi trường sống có giá trị pH thấp hơn 5,8 [73]. Năm 1993, Jackson và Harvey đã nghiên cứu về mối quan hệ giữa ĐVKXS với các yếu tố môi trường ở các thủy vực thuộc vùng Ontario. Kết quả cho thấy quần xã ĐVKXS sống ở đáy không có mối quan hệ chặt với hình thái thủy vực nhưng quan hệ chặt với các yếu tố môi trường, đặc biệt là pH [87]. Ngoài ra, còn một số nghiên cứu cho thấy sự suy giảm số lượng cũng như thành phần của các loài chân bụng (Gastropoda) có liên quan chặt chẽ đến sự giảm giá trị pH của môi trường (Scheider & Dillon, 1976; Rof & Kwiatkowshi, 1977; Raddum, 1980; Schindler & cộng sự, 1985; Harvey & McArdle, 1986; Schell & Kerekes, 1989; Merilainen & Hynynen, 1990) (theo Jackson & Harvey, 1993) [87]. Guerold và cộng sự (2000) khi nghiên cứu suối đầu nguồn ở núi Vosges (Pháp) đã thu được 151 taxa tại 41 ĐTM, kết quả cho thấy sự đa dạng thành phần loài ĐVKXS có xu thế giảm dần từ cuối nguồn đến đầu nguồn, nơi có hàm lượng pH thấp, canxi thấp và hàm lượng nhôm cao. Tất cả các nhóm sinh vật đều bị ảnh hưởng bởi quá trình axit hóa, nhưng riêng Mollusca, Crustacea và Ephemeroptera không xuất hiện ở nơi bị axit hóa mạnh. Các tác giả cũng cảnh báo hiện tượng phát thải khí SO2 là mối đe dọa cho các hệ sinh thái đầu nguồn [74]. Trong các nhóm tương tự nhau về chức năng (ví dụ: tương tự nhau về nguồn thức ăn và bộ máy tiêu hóa) (Merritt & Cummins, 1996) [97], sự thay thế các loài dọc theo thảm thực vật sông cũng rất phổ biến. Ví dụ: trong số các loài Cánh lông (họ Hydrospychidae), nhiều loài có thể xuất hiện trong lưu vực sông lớn và được phân bố theo độ dốc của suối. Một số loài chỉ xuất hiện trong suối bậc 1 và bậc 2, một số loài khác lại chỉ xuất hiện ở suối bậc 3 đến bậc 5 và cũng có các loài chỉ xuất hiện ở các sông lớn [34, 67, 77, 80, 140]. 16