Khoa Học Tự Nhiên - Công nghệ - Môi trường - Khoa học tự nhiên TỔNG CỤC MÔI TRƯỜNG TRUNG TÂM QUAN TRẮC MÔI TRƯỜ NG BÁO CÁO TỔNG HỢP ĐỀ TÀI KHCN NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄ N NHẰM XÂY DỰNG, THỬ NGHIỆM BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC PHỤC VỤ QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚ C CÁC LƯU VỰC SÔNG VIỆT NAM – ÁP DỤ NG THỬ NGHIỆM CHO LƯU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY Năm 2008 – 2009 CƠ QUAN CHỦ TRÌ: TỔNG CỤC MÔI TRƯỜ NG CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: LÊ HOÀNG ANH 7629 28012010 Hà Nội, 2009 iii DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI STT HỌ VÀ TÊN ĐƠN VỊ CÔNG TÁC 1. ThS. Lê Hoàng Anh Trung tâm Quan trắc môi trườ ng 2. PGS.TS. Hồ Thanh Hải Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vậ t 3. TS. Cao Thị Kim Thu Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vậ t 4. ThS. Lê Hùng Anh Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vậ t 5. ThS. Trần Đức Lương Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vậ t 6. ThS. Đỗ Văn Tứ Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vậ t 7. ThS. Trần Kim Tĩnh Cục Bảo tồn Đa dạng sinh họ c 8. TS. Hoàng Dương Tùng Trung tâm Quan trắc môi trườ ng 9. CN. Mạc Thị Minh Trà Trung tâm Quan trắc môi trườ ng 10. CN. Nguyễn Hồng Hạnh Trung tâm Quan trắc môi trườ ng 11. CN. Dương Thị Phương Nga Trung tâm Quan trắc môi trườ ng 12. CN. Vương Như Luận Trung tâm Quan trắc môi trường iv MỤC LỤ C Trang Danh mục chữ viết tắ t................................................................................................................xi Danh mục Bả ng .......................................................................................................................xiii Danh mục Hình.........................................................................................................................xv MỞ ĐẦ U....................................................................................................................................1 PHẦN I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI........................................................................2 1. THÔNG TIN CHUNG.......................................................................................................... 2 1.1. Tên đề tài ....................................................................................................................2 1.2. Đơn vị thực hiệ n .........................................................................................................2 1.3. Chủ nhiệm đề tài.........................................................................................................2 1.4. Thời gian thực hiệ n.....................................................................................................2 1.5. Mụ c tiêu......................................................................................................................2 1.6. Phương pháp thực hiệ n ...............................................................................................3 1.7. Kinh phí thực hiệ n ......................................................................................................3 2. PHẠM VI NGHIÊN CỨ U.................................................................................................... 3 3. NỘI DUNG THỰC HIỆ N .................................................................................................... 3 4. SẢN PHẨM CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI .................................................................................... 5 PHẦN II. TỔNG QUAN CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC ÁP DỤNG CÁC CHỈ THỊ SINH HỌC ................................................................................................................................6 1. TỔNG QUAN VỀ CHỈ THỊ SINH HỌ C............................................................................. 6 1.1. Chỉ thị sinh họ c (biological indicators) ......................................................................6 1.1.1. Khái niệ m .........................................................................................................6 1.1.2. Các loại chỉ thị sinh họ c ...................................................................................6 1.1.2.1. Chỉ thị loài...............................................................................................................6 1.1.2.2. Chỉ thị quầ n xã........................................................................................................7 1.1.2.3. Chỉ thị hệ sinh thái..................................................................................................7 Là các đo đạc năng suất sơ cấp hoặc quá trình hô hấp của quầ n xã.................................7 1.1.3. Sử dụng Chỉ thị sinh họ c (CTSH) ....................................................................7 1.1.4. Đặc tính của các chỉ thị sinh họ c ......................................................................8 1.1.5. Sinh vật chỉ thị (bioindicators) .........................................................................9 1.1.5.1. Đặc điểm cơ bản của sinh vật chỉ thị (bioindication)...........................................9 1.1.5.2. Các kiểu sinh vật chỉ thị .........................................................................................9 1.1.6. Dấu hiệu sinh họ c (biomarkers)......................................................................10 1.1.6.1. Dấu hiệ u sinh lý-sinh hoá ....................................................................................10 1.1.6.2. Dấu hiệ u sinh thái.................................................................................................10 1.2. Chỉ thị sinh học đặc trưng cho môi trường nước chả y .............................................11 1.2.1. Quần xã sinh vật của hệ sinh thái suố i-sông...................................................11 1.2.2. Các sinh vật chỉ thị đặc trưng cho thủy vực nước chả y..................................13 1.2.2.1. Vi khuẩ n................................................................................................................13 1.2.2.2. Động vậ t nguyên sinh ..........................................................................................14 1.2.2.3. Tả o.........................................................................................................................14 1.2.2.4. Thực vật thuỷ sinh lớ n (Macrophyta) .................................................................14 1.2.2.5. Động vật không xương sống cỡ lớn (Đ VKXSCL)............................................14 1.2.2.6. Cá...........................................................................................................................15 v 1.2.3. Các chỉ thị quầ n xã .........................................................................................15 1.2.3.1. Phụ vùng điểm khởi đầ u ......................................................................................15 1.2.3.2. Phụ vùng ô nhiễ m.................................................................................................16 1.2.3.3. Phụ vùng mới bị ô nhiễ m.....................................................................................16 1.2.3.4. Phụ vùng bị ô nhiễ m ............................................................................................16 1.2.3.5. Phụ vùng phục hồ i................................................................................................17 1.2.3.6. Phụ vùng nước sạ ch .............................................................................................17 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ SINH THÁI THUỶ VỰC NƯỚC CHẢY CỦA VIỆ T NAM .... 17 2.1. Thuỷ vực nước chả y .................................................................................................18 2.1.1. Khái niệm chung về thủy vực nước chả y .......................................................18 2.1.1.1. Suố i........................................................................................................................18 2.1.1.2. Sông.......................................................................................................................19 2.1.1.3. Hệ thố ng sông.......................................................................................................20 2.1.2. Các đặc tính cơ bản của thuỷ vực nước chả y .................................................20 2.1.2.1. Sự biến động nước theo thờ i gian .......................................................................20 2.1.2.2. Khả năng tự tái tạo của các lưu vự c ....................................................................21 2.1.3. Tính chất lý, hóa của nướ c sông.....................................................................23 2.1.3.1. Thành phần hóa học của nướ c sông....................................................................23 2.1.3.2. Tính chất vậ t lý .....................................................................................................24 2.2. Hệ sinh thái thuỷ vực nước chả y ..............................................................................25 2.2.1. Đặc trưng của hệ sinh thái thủy vực nước chả y .............................................25 2.2.2. Cấu trúc hệ sinh thái thuỷ vực nước chả y ......................................................26 2.2.2.1. Quần xã sinh vật của hệ sinh thái suố i - sông.....................................................26 2.2.2.2. Mức dinh dưỡng của hệ sinh thái suố i - sông.....................................................27 2.2.2.3. Tính chất liên tục của hệ sinh thái suố i - sông....................................................27 2.2.2.4. Lưới thức ă n..........................................................................................................29 2.3. Tổng quan hệ thống sông suối Việ t Nam .................................................................30 3. ĐÁNH GIÁ MỐI QUAN HỆ GIỮA QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚ C SÔNG VÀ CHỈ THỊ SINH HỌ C .............................................................................................................. 32 3.1. Quan trắc môi trườ ng................................................................................................32 3.1.1. Khái niệ m .......................................................................................................32 3.1.2. Vai trò của quan trắc môi trườ ng....................................................................33 3.1.3. Các bước trong quan trắc môi trườ ng.............................................................33 3.2. Mối liên quan giữa các yếu tố lý hoá của môi trường và các sinh vật thuỷ sinh......34 3.2.1. Nhiệt độ của nướ c...........................................................................................35 3.2.2. pH ...................................................................................................................35 3.2.3. Độ trong suốt Độ đụ c ....................................................................................35 3.2.4. Dinh dưỡ ng.....................................................................................................35 3.2.5. DO (oxy hòa tan) ............................................................................................36 3.2.6. Nhu cầu ôxy hoá họ c (COD) ..........................................................................36 3.2.7. Nhu cầ u ôxy sinh hoá (BOD) .........................................................................36 3.2.8. Độ muố i ..........................................................................................................36 3.2.9. Chất rắn lơ lử ng ..............................................................................................37 3.2.10. Các kim loại nặ ng .........................................................................................37 3.3. Quan trắc môi trường và các phươ ng pháp ..............................................................37 3.3.1. Quan trắc môi trường bằng phương pháp dùng thông số lý - hóa..................37 vi 3.3.2. Quan trắc môi trường bằng phương pháp dùng chỉ thị sinh họ c ....................38 3.3.3. Quan trắc môi trường bằng phương pháp kết hợp dùng thông số lý-hoá và chỉ thị sinh học ...............................................................................................................40 PHẦN III. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC..................................41 1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CỦA CÁC NƯỚC TRÊN THẾ GIỚ I ............................... 41 1.1. Lịch sử nghiên cứu chỉ thị sinh học trên thế giớ i .....................................................41 1.2. Những nghiên cứu đầu tiên trong lĩnh vực sử dụng sinh vật chỉ thị quan trắ c ô nhiễm nước - Hệ thống phân loại ô nhiễm và Vùng đối chứ ng ...............................................43 1.2.1. Hệ thống phân loại ô nhiễ m............................................................................44 1.2.2. Vùng đối chứ ng ..............................................................................................45 1.3. Các nghiên cứu về chỉ số sinh họ c ...........................................................................46 1.3.1. Các chỉ số ban đầu xác định ô nhiễm nướ c ....................................................47 1.3.2. Chỉ số thiếu hụt số loài ...................................................................................47 1.3.3. Chỉ số đa dạng sinh họ c..................................................................................48 1.3.4. Chỉ số sinh họ c Beck ......................................................................................49 1.3.5. Chỉ số ô nhiễ m................................................................................................50 1.3.6. Các chỉ số ô nhiễ m khác .................................................................................51 1.3.7. Chỉ số sinh học tổ hợ p ....................................................................................52 1.4. Một số ứng dụng chỉ số sinh học trong đánh giá chất lượng nướ c sông ..................53 1.4.1. Ứng dụng chỉ số sinh học tổ hợp - IBI đánh giá các con sông thuộc lưu vự c sông Hồng - Mỹ ........................................................................................................53 1.4.1.1. Vùng nghiên cứ u ..................................................................................................54 1.4.1.2. Cách tiếp cậ n.........................................................................................................54 1.4.1.3. Áp dụng chỉ số tổ hợp sinh học cho lưu vực sông Hồ ng...................................55 1.4.1.4. Kết quả ..................................................................................................................56 1.4.2. Ứng dụng chỉ số sinh học tổ hợp - IBI đánh giá chất lượng môi trường nướ c sông Khan và Kshipra, Ấn Độ ..................................................................................56 1.4.2.1. Vùng nghiên cứ u ..................................................................................................56 1.4.2.2. Các vấn đề nghiên cứ u.........................................................................................57 1.4.2.3. Tính toán thông số IBI .........................................................................................59 1.4.2.4. Kết quả ..................................................................................................................60 1.4.3. Hướng dẫn đánh giá chất lượng môi trường nước ngọt dựa vào các chỉ thị sinh học ở Úc và New Zealand.................................................................................61 1.4.3.1. Hướng tiếp cậ n .....................................................................................................61 1.4.3.2. Lựa chọn các chỉ thị phù hợp cho đ ánh giá ........................................................64 1.4.4. Ứng dụng nhóm động vật không xương sống đáy cỡ lớn vào đánh giá chấ t lượng môi trường nước ở Trung Quố c .....................................................................65 1.4.5. Các nghiên cứu dùng sinh vật chỉ thị vào đánh giá chất lượng môi trường ở Nhật Bả n ...................................................................................................................67 1.4.6. Indonesia và các bước tiến trong ứng dụng sinh quan trắc vào theo dõi diễ n biến môi trườ ng sông................................................................................................68 1.4.7. Sử dụng nhóm động vật không xương sống đáy cỡ lớ n vào phân tích môi trường ở Thái Lan.....................................................................................................69 2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ở TRONG NƯỚ C.............................................................. 70 2.1. Các nghiên cứu trong nước dùng sinh vật vào đánh giá chất lượng môi trườ ng ........71 2.1.1. Giám sát sinh học môi trường nước ngọt bằng động vật không xương sống cỡ lớ n ................................................................................................................................71 vii 2.1.2. Ứng dụng phương pháp nghiên cứu đa dạng sinh học hệ sinh thái thủy vự c vào sinh quan trắc chất lượng môi trường nước Việ t Nam ....................................73 2.1.3. Nghiên cứu sinh vật chỉ thị vùng cử a sông ..................................................75 2.1.4. Quan trắc ở sông Tô Lị ch .............................................................................77 2.1.5. Sử dụng động vật không xương sống cỡ lớn để đánh giá chất lượng nướ c trên 4 hệ thống kênh chính tạo thành phố Hồ Chí Minh ........................................77 2.1.6. Đánh giá hiện trạng môi trường một số nhánh sông lưu vực sông Cầu sử dụng các loài thuỷ sinh ...........................................................................................79 2.1.7. Sử dụng động vật không xương sống cỡ lớn đánh giá chất lượng nướ c ......79 2.1.8. Quan trắc sinh học thủy vực dòng sông Đu sử dụng nhóm động vậ t không xương sống cỡ lớ n ..................................................................................................80 2.2. Nhận xét....................................................................................................................81 PHẦN IV. ĐỀ XUẤT BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC PHỤC VỤ QUAN TRẮ C MÔI TRƯỜNG LƯU VỰC SÔNG ................................................................................................83 1. CÁC TIÊU CHÍ CƠ BẢN ĐỂ XÂY DỰNG BỘ CHỈ THỊ .............................................. 83 1.1. Nguyên tắc lựa chọn chỉ thị ......................................................................................83 1.2. Các tiêu chí lựa chọn sinh vật chỉ thị theo điều kiện Việ t Nam ..............................83 1.2.1. Đối với nhóm loài sinh vật chỉ thị môi trườ ng ...............................................83 1.2.2. Đối với nhóm loài sinh vật chỉ thị tích tụ .......................................................84 1.2.3. Đối với quần xã sinh vật chỉ thị ......................................................................85 2. ĐỀ XUẤT BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC (ĐẦY ĐỦ VÀ RÚT GỌN) CHO THUỶ VỰ C NƯỚC CHẢY Ở VIỆ T NAM ................................................................................................ 86 2.1. Một số khái niệ m ......................................................................................................86 2.2. Đề xuất Bộ chỉ thị sinh học đầy đủ và rút gọ n .........................................................86 2.2.1. Tổng quan Bộ chỉ thị sinh học đầy đủ và rút gọ n...........................................86 2.2.2. Căn cứ lựa chọn Bộ chỉ thị sinh học rút gọ n ..................................................87 2.2.2.1. Căn cứ lựa chọn cho 3 nhóm đối tượng của Bộ chỉ thị rút gọ n.........................87 2.2.2.2. Căn cứ lựa chọn cho 3 loại chỉ thị thuộc Bộ chỉ thị rút gọ n ..............................88 2.3. Các chỉ thị được đề xuất trong Bộ chỉ thị sinh học đầy đủ và rút gọ n .....................89 2.3.1. Thực vật nổ i (Phytoplankton).........................................................................89 2.3.1.1. Loàichi tảo chỉ thị ................................................................................................89 2.3.1.2. Chỉ số tỷ lệ giữ a các taxon...................................................................................90 2.3.1.3. Chỉ số đa dạ ng (H''''; D)..........................................................................................91 2.3.2. Thực vậ t bám (Periphyton).............................................................................93 2.3.3. Thực vật thuỷ sinh lớ n (Macrophyta).............................................................94 2.3.3.1. Loài chỉ thị ............................................................................................................94 2.3.3.2. Tích tụ kim loại nặ ng ...........................................................................................94 2.3.4. Động vật nổ i ...................................................................................................95 2.3.4.1. Loài chỉ thị ............................................................................................................95 2.3.4.2. Chỉ số tỷ lệ giữ a các taxon...................................................................................96 2.3.4.3. Chỉ số đa dạ ng (H’, D).........................................................................................96 2.3.5. Động vật không xương sống đáy cỡ lớn (Macrobenthos) (ĐVKXSĐ CL).....96 2.3.5.1. Chỉ số đa dạ ng (H’, D).........................................................................................96 2.3.5.2. Tích tụ kim loại nặ ng ...........................................................................................96 2.3.5.3. Hệ thống điể m BMWP ........................................................................................96 2.3.6. Động vật KXS đáy cỡ trung bình và giun tròn (Nematoda).........................103 2.3.7. Cá..................................................................................................................104 viii 2.3.7.1. Chỉ số sinh học tổ hợp (Intergrated Biological Index - IBI)............................105 2.3.7.2. Tích tụ kim loại nặng.............................................................................105 PHẦN V. THỬ NGHIỆM ÁP DỤNG BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC PHỤC VỤ QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY...................................106 1. GIỚI THIỆ U CHUNG...................................................................................................... 106 1.1. Địa điểm nghiên cứ u...............................................................................................106 1.1.1. Đặc điểm LVS Nhuệ - Đ áy ..........................................................................106 1.1.2. Phạm vi nghiên cứ u ......................................................................................106 1.1.3. Vị trí các điểm quan trắc trên lưu vực sông Nhuệ - Đ áy..............................106 1.2. Thời gian quan trắ c.................................................................................................109 1.3. Các thông số được xem xét đ ánh giá......................................................................109 1.3.1. Các thông số lý hoá ......................................................................................109 1.3.1.1. Loại thông số ......................................................................................................109 1.3.1.2. Phương pháp quan trắ c.......................................................................................109 1.3.2. Các chỉ thị sinh họ c ......................................................................................111 1.3.3. Phân tích tươ ng quan ....................................................................................111 2. KẾT QUẢ ĐỐI CHIẾ U.................................................................................................... 112 2.1. Đánh giá chất lượng nước LVS Nhuệ - Đáy dựa trên thông số thủ y hóa...............112 2.1.1. DO ................................................................................................................112 2.1.1.1. Sông Nhuệ ..........................................................................................................112 2.1.1.2. Sông Đ áy.............................................................................................................113 2.1.1.3. Các sông khác.....................................................................................................114 2.1.1.4. So sánh giữa các sông trong LVS Nhuệ - Đ áy.................................................114 2.1.2. COD và BOD 5 ..............................................................................................115 2.1.2.1. Sông Nhuệ ..........................................................................................................115 2.1.2.2. Sông Đ áy.............................................................................................................116 2.1.2.3. Các sông khác thuộc lưu vực sông Nhuệ Đ áy..................................................117 2.1.2.4. So sánh giữa các sông thuộc lưu vực sông Nhuệ Đ áy.....................................118 2.1.3. NH 4+ (tính theo N) ........................................................................................119 2.1.3.1. Sông Nhuệ ..........................................................................................................119 2.1.3.2. Sông Đ áy.............................................................................................................120 2.1.3.3. Các sông khác.....................................................................................................120 2.1.3.4. So sánh giữa các sông thuộc lưu vực sông Nhuệ Đ áy.....................................121 2.1.4. Tổ ng P ..........................................................................................................122 2.1.4.1. Sông Nhuệ ..........................................................................................................122 2.1.4.2. Sông Đ áy.............................................................................................................123 2.1.4.3. Các sông khác thuộc lưu vực sông Nhuệ Đ áy..................................................123 2.1.4.4. So sánh giữa các sông thuộc lưu vực sông Nhuệ Đ áy.....................................124 2.2. Đánh giá chất lượng nước LVS Nhuệ - Đáy dựa trên các chỉ thị sinh họ c ............124 2.2.1. Động vật nổ i - Zooplankton .........................................................................124 2.2.1.1. Thành phầ n loài ..................................................................................................124 2.2.1.2. Chỉ số đa dạng sinh họ c .....................................................................................130 2.2.2. Thực vật nổ i - Phytoplankton .......................................................................133 2.2.2.1. Thành phầ n loài ..................................................................................................133 2.2.2.2. Chỉ số đa dạng sinh họ c .....................................................................................139 2.2.3. Động vật không xương sống đáy cỡ lớn (ĐVKXSĐCL) - Chỉ số ASPT.....142 ix 2.2.3.1. Thành phầ n loài ..................................................................................................142 2.2.3.2. Giá trị ASTP .......................................................................................................142 2.3. Tương quan giữa kết quả thủy hóa và các chỉ thị quầ n xã .....................................145 2.3.1. So sánh kết quả thuỷ hoá và các chỉ thị quầ n xã ..........................................145 2.3.2. Tính toán Hệ số tương quan .........................................................................147 PHẦN VI. DỰ THẢO HƯỚNG DẪN ÁP DỤNG BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC ĐỐI VỚ I QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG LƯU VỰC SÔNG............................................................149 1. DỰ THẢO HƯỚNG DẪN ÁP DỤNG BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC ĐẦY ĐỦ ................ 149 1.1. Mở đầ u....................................................................................................................149 1.1.1. Mụ c tiêu........................................................................................................149 1.1.2. Phạm vi áp dụ ng ...........................................................................................149 1.1.3. Đối tượng áp dụ ng ........................................................................................149 1.1.4. Đối tượng nghiên cứ u ...................................................................................149 1.1.4.1. Nhóm sinh vậ t.....................................................................................................149 1.1.4.2. Các loại chỉ thị ....................................................................................................151 1.2. Lựa chọn phương pháp và quy trình lấy mẫ u.........................................................152 1.2.1. Lựa chọn địa điểm lấy mẫ u ..........................................................................152 1.2.2. Lấy mẫu tại hiện trườ ng ...............................................................................153 1.2.2.1. Các dụng cụ thu mẫ u..........................................................................................153 1.2.2.2. Phương pháp lấy mẫu tại hiện trườ ng...............................................................156 1.2.3. Xử lý và bảo quản mẫu tại hiện trườ ng ........................................................158 1.2.3.1. Phân loại và xử lý mẫu tại hiện trườ ng .............................................................158 1.2.3.2. Bảo quản mẫu tại hiện trườ ng ...........................................................................159 1.3. Phân tích mẫu trong phòng thí nghiệ m...................................................................160 1.3.1. Phương pháp phân tích đị nh tính..................................................................160 1.3.2. Phương pháp phân tích định lượ ng...............................................................160 1.4. Phân tích số liệu và lậ p báo cáo..............................................................................161 1.4.1. Phương pháp phân tích số liệ u......................................................................161 1.4.1.1 Thực vật nổ i.........................................................................................................161 1.4.1.2. Thực vậ t bám (Periphyton)................................................................................164 1.4.1.3. Thực vật thuỷ sinh lớ n (Macrophyta) ...............................................................165 1.4.1.4. Động vật nổ i .......................................................................................................165 1.4.1.5. Động vật không xương sống đáy cỡ lớn (Macrobenthos) (ĐVKXSĐ CL)....167 1.4.1.6. Động vật KXS đáy cỡ trung bình và giun tròn (Nematoda)............................169 1.4.1.7. Cá.........................................................................................................................170 1.4.2. Lập báo cáo kết quả quan trắ c ......................................................................171 2. DỰ THẢO HƯỚNG DẪN ÁP DỤNG BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC RÚT GỌ N.............. 172 2.1. Mở đầ u....................................................................................................................172 2.1.1. Mụ c tiêu........................................................................................................173 2.1.2. Phạm vi áp dụ ng ...........................................................................................173 2.1.3. Đối tượng áp dụ ng ........................................................................................173 2.1.4. Đối tượng nghiên cứ u ...................................................................................173 2.1.4.1. Nhóm sinh vậ t.....................................................................................................173 2.1.4.2. Các loại chỉ thị ....................................................................................................174 2.2. Lựa chọn phương pháp và quy trình lấy mẫ u.........................................................174 2.2.1. Lựa chọn địa điểm lấy mẫu ..........................................................................174 x 2.2.2. Lấy mẫu tại hiện trườ ng ...............................................................................176 2.2.2.1. Các dụng cụ thu mẫ u..........................................................................................176 2.2.2.2. Phương pháp lấy mẫu tại hiện trườ ng...............................................................177 2.2.3. Xử lý và bảo quản mẫu tại hiện trườ ng ........................................................179 2.2.3.1. Phân loại và xử lý mẫu tại hiện trườ ng .............................................................179 2.2.3.2. Bảo quản mẫu tại hiện trườ ng ...........................................................................180 2.3. Phân tích mẫu trong phòng thí nghiệ m...................................................................180 2.3.1. Phương pháp phân tích đị nh tính..................................................................181 2.3.2. Phương pháp phân tích định lượ ng...............................................................181 2.4. Phân tích số liệu và lậ p báo cáo..............................................................................182 2.4.1. Phương pháp phân tích số liệ u......................................................................182 2.4.1.1 Thực vật nổ i.........................................................................................................182 2.4.1.2. Động vật nổ i .......................................................................................................184 2.4.1.3. Động vật không xương sống đáy cỡ lớn (Macrobenthos) (ĐVKXSĐ CL)....185 2.4.2.2. Lập báo cáo kết quả quan trắc ...........................................................................188 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................................189 TÀI LIỆU THAM KHẢ O....................................................................................................193 PHỤ LỤC 1. BIỂU MẪU PHÂN TÍCH CÁC NHÓM SINH VẬT CHỈ THỊ.................196 Mẫu 1: PHIẾU PHÂN TÍCH MẪU THỰC VẬT NỔ I .................................................196 Mẫu 2: PHIẾU PHÂN TÍCH MẪU ĐỘNG VẬT NỔ I ................................................197 Mẫu 3: PHIẾU PHÂN TÍCH MẪU ĐVKXS CỠ LỚN................................................198 PHỤ LỤC 2. KHOÁ ĐỊNH LOẠI CÁC NHÓM ĐỘNG VẬT NỔI VÀ ĐỘNG VẬ T KHÔNG XƯƠNG SỐNG ĐÁY...........................................................................................199 KHÓA ĐỊNH LOẠI TỚI PHÂN BỘ VÀ HỌ ..................................................................... 199 KHÓA ĐỊNH LOẠI TỚI HỌ ............................................................................................... 201 KHÓA ĐỊNH LOẠI TỚI HỌ............................................................................................... 201 ĐỊNH LOẠI CÁC NHÓM ĐỘNG VẬT KHÔNG XƯƠNG SỐNG THƯỜNG GẶP Ở NƯỚC NGỌT ....................................................................................................................... 203 xi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT AUSRIVA Hệ thống đánh giá chất lượng nước sông của Úc BBI Chỉ số sinh học Beck (Bỉ) B-IBI Chỉ số sinh học tổ hợp cho các sinh vật đáy BMWP Hệ thống tính điểm (Biological Monitoring Working Party) BOD 5 Nhu cầu ôxy sinh học BPI Chỉ số ô nhiễm sinh học (Biological Pollution Index ) BVMT Bảo vệ môi trường COD Nhu cầu oxy hóa học CPOM Vật chất hữu cơ dạng thô (Coarse Particulate Organic Matter) CTSH Chỉ thị sinh học DO Hàm lượng oxy hòa tan DOM Chất hữu cơ hòa tan (Dissoved organic matter) ĐVĐ Động vật đáy ĐVKXSCL Động vật không xương sống cỡ lớn ĐVPD Động vật phù du EPA Cục Bảo vệ môi trường Mỹ FMI Chỉ số quan trắc đến Họ (Family Monitoring Index) FPOM Vật chất hữu cơ hạt mịn (Fine Particulate Organic Matter) HBI Chỉ số sinh học Hilssenhoff HST Hệ sinh thái IBI Chỉ số sinh học tổ hợp LVS Lưu vực sông NH3 Amoniac NO2 Nitơ điôxít ppm Tỷ lệ một phần triệu QCVN Quy chuẩn Việt Nam xii RBA Phương pháp đánh giá nhanh (Rapid biological assesment ) SO2 Sunfua dioxit SS Chất rắn lơ lửng TB Trung bình TBI Chỉ số sinh học xu hướng (Trend Biotic Index) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TP Tổng hàm lượng photpho TSP Bụi lơ lửng tổng số TSS Tổng chất rắn lơ lửng TVPD Thực vật phù du xiii DANH MỤC BẢNG Trang Bảng III.1. Các mốc lịch sử về phát triển chỉ thị sinh học cho môi trường nướ c ............. 41 Bảng III.2. Định nghĩa một số chỉ sốthông số áp dụng ở các nướ c ................................. 51 Bảng III.3. Bảng tính điểm đánh giá chất lượng môi trườ ng............................................ 52 Bảng III.5. Các thông số mới và điều chỉnh lại cho vùng lưu vực sông Hồ ng ................. 55 thuộc lưu vực phía Bắ c .................................................................................................... 55 Bảng III.8. Các nhóm chỉ thị chính và các thuộc tính mong muốn của chúng cho mục đích đánh giá đa dạng sinh học, hiện trạng bảo tồn hoặc đáp ứng ở mức hệ sinh thái ............. 61 Bảng III.9. Các thuộc tính có liên quan của phương pháp đánh giá nhanh và định lượ ng trong quan trắc dòng chảy trên cơ sở quầ n xã - AUSRIVAS ........................................... 63 Bảng III.10. Phân loại với năm dải chất lượng ĐVKXS cỡ lớ n và trung bình ................. 74 Bảng III.11. Đề xuất các chỉ số sinh học theo phân mức chất lượng môi trường thủy vự c vùng cử a sông .................................................................................................................. 77 Bảng IV.1. Bộ chỉ thị sinh học đầy đủ và rút gọn ............................................................ 86 được đề xuất cho thuỷ vực nước chả y.............................................................................. 86 Bảng IV.2. Các chi trong nhóm Thực vật phù du có thể sử dụng để xác định mức độ ô nhiễm của môi trường nướ c ............................................................................................. 89 Bảng IV.3. Tỷ lệ giữa các taxon tảo tương ứng với các bậc dinh dưỡng nướ c................. 90 Bảng IV.4. Chỉ số Q tương ứng với các bậc dinh dưỡng nướ c......................................... 91 Bảng IV.5. Chỉ số Q tương ứng với các bậc dinh dưỡng nướ c......................................... 91 Bảng IV.6. So sánh giá trị của chỉ số Shannon - Weiner với mức độ Đ DSH ................... 91 Bảng IV.7. So sánh giá trị của chỉ số Dv với mức độ Đ DSH ........................................... 92 Bảng IV.8. So sánh giá trị của chỉ số Margalef với mức độ Đ DSH ................................. 92 Bảng IV.9. Phân loại mức độ ô nhiễm theo hệ số Shannon – Weiner (H’) và Margalef (D) ......................................................................................................................................... 92 Bảng IV.10. Bảng tính điểm mức độ dinh dưỡng của môi trường nước theo quần xã tả o bám đ áy ........................................................................................................................... 93 Bảng IV.11. Các chi trong nhóm tảo bám có thể sử dụng để xác định mức độ ô nhiễm củ a môi trường nướ c .............................................................................................................. 94 Bảng IV.12. Sự hiện diện của một số loài động vật nổi tương ứng với các mức độ nhiễ m bẩ n ................................................................................................................................... 95 Bảng IV.13.a. Hệ thống điể m BMWP ANH .................................................................... 97 Bảng IV.13.b. Hệ thống điể m BMWP THAI ................................................................... 98 Bảng IV.13.c. Hệ thống điể m BMWP Vietnam ............................................................... 99 Bảng IV.13.d. Hệ thống điểm BMWP Vietnam sử dụng cho Mạng lưới Quan trắ c môi trườ ng ............................................................................................................................ 101 Bảng IV.13.e. Xếp loại mức độ ô nhiễm các thủy vự c theo ASPT................................. 102 Bảng IV.14. Phân loại chất lượng môi trường theo mức độ phong phú của động vật KXS đáy cỡ trung bình và giun tròn ....................................................................................... 103 Bảng IV.15. Đánh giá mức độ ô nhiễm theo điểm so sánh tổng họ động vật KXS đ áy trung bình và giun tròn............................................................................................................ 103 Bảng IV.16. Chỉ số tổ hợp sinh họ c cá (IBI) .................................................................. 105 Bảng V.1. Danh sách các điểm quan trắc dọc lưu vực sông Nhuệ - Đ áy........................ 107 Bảng V.2. Lịch trình quan trắc lưu vực sông Nhuệ - Đáy nă m 2009.............................. 109 Bảng V.3. Thông tin về trang thiết bị, phương pháp quan trắ c ...................................... 110 Bảng V.4. Mức độ quan hệ theo hệ số tương quan......................................................... 112 xiv Bảng V.5. Đối chiếu danh sách đề xuất các loài động vật nổi chỉ thị ............................ 127 Bảng V.6. Tần suất xuất hiện của các loài động vật nổi được đối chiếu tại LVS Nhuệ - Đáy trong các đợt quan trắc nă m 2009........................................................................... 129 Bảng V.7. Đối chiếu danh sách đề xuất các chi tảo chỉ thị ............................................. 136 Bảng V.8. Tần suất xuất hiện của các chi tảo được đối chiếu tại LVS Nhuệ - Đáy trong các đợt quan trắc nă m 2009.................................................................................................. 138 Bảng V.9. Tương quan giữa một số chỉ thị quần xã và chỉ tiêu thuỷ hoá theo các đợ t quan trắc nă m 2009 ................................................................................................................ 147 Bảng VI.1. Mô tả một số đặc điểm của đ áy sông ........................................................... 153 Bảng VI.2. Tiến trình thu mẫ u ....................................................................................... 157 Bảng VI.3. Loại chất nền và thời gian lấy mẫ u ............................................................. 158 Bảng VI.4. Các chi trong nhóm Thực vật phù du có thể sử dụng để xác định mức độ ô nhiễm của môi trường nướ c ........................................................................................... 161 Bảng VI.5. Tỷ lệ giữa các taxon tảo tương ứng với các bậc dinh dưỡng nướ c............... 162 Bảng VI.6. Chỉ số Q tương ứng với các bậc dinh dưỡng nướ c....................................... 163 Bảng VI.7. Chỉ số Q tương ứng với các bậc dinh dưỡng nướ c....................................... 136 Bảng VI.8. So sánh giá trị của chỉ số Shannon - Weiner với mức độ Đ DSH ................. 163 Bảng VI.9. So sánh giá trị của chỉ số Margalef với mức độ Đ DSH ............................... 164 Bảng VI.10. So sánh giá trị của chỉ số Shannon – Weiner và Margalef vớ i ................... 164 chất lượng nướ c ............................................................................................................. 164 Bảng VI.11. Bảng tính điểm mức độ dinh dưỡng của môi trường nước theo quần xã tả o bám đ áy ......................................................................................................................... 164 Bảng VI.12. Các chi trong nhóm tảo bám có thể sử dụng để xác đị nh ........................... 165 mức độ ô nhiễm của môi trường nướ c ........................................................................... 165 Bảng VI.13. Sự hiện diện của một số loài động vật nổi tương ứng với các mức độ nhiễ m bẩ n ................................................................................................................................. 166 Bảng VI.14. Hệ thống điểm BMWP Vietnam sử dụng cho đánh giá chất lượng nướ c sông ....................................................................................................................................... 167 Bảng VI.15. Xếp loại mức độ ô nhiễm các thủy vự c theo ASPT .................................. 169 Bảng VI.16. Phân loại chất lượng môi trường theo mức độ phong phú của động vật KXS đáy cỡ trung bình và giun tròn ....................................................................................... 169 Bảng VI.17. Đánh giá mức độ ô nhiễm theo điểm so sánh tổng họ ĐVKXS đ áy trung bình và giun tròn.................................................................................................................... 169 Bảng VI.18. Chỉ số tổ hợp sinh họ c cá (IBI) .................................................................. 171 Bảng VI.19. Mô tả một số đặc điểm của đ áy sông ......................................................... 175 Bảng VI.20. Tiến trình thu mẫ u ..................................................................................... 178 Bảng VI.21. Các chi trong nhóm Thực vật phù du có thể sử dụng để xác định mức độ ô nhiễm của môi trường nướ c ........................................................................................... 182 Bảng VI.22. So sánh giá trị của chỉ số Shannon - Weiner với mức độ Đ DSH ............... 183 Bảng VI.23. So sánh giá trị của chỉ số Margalef với mức độ Đ DSH ............................. 183 Bảng VI.24. So sánh giá trị của chỉ số Shannon – Weiner và Margalef với chất lượng nướ c ....................................................................................................................................... 184 Bảng VI.25. Sự hiện diện của một số loài động vật nổi tương ứng với các mức độ nhiễ m bẩ n ................................................................................................................................. 184 Bảng VI.26. Hệ thống điểm BMWP Vietnam sử dụng cho đánh giá chất lượng nướ c sông ....................................................................................................................................... 185 Bảng VI.27. Xếp loại mức độ ô nhiễm các thủy vực theo ASPT .................................. 187 xv DANH MỤC HÌNH Trang Hình II.2. Sơ đồ lưới thức ăn trong hệ sinh thái suố i-sông............................................... 30 Hình II.3. Các bước quan trắc môi trườ ng ....................................................................... 34 Hình V.2. Diễn biến hàm lượng DO trên sông Nhuệ qua các tháng nă m 2009 .............. 113 Hình V.3. Diễn biến hàm lượng DO trên sông Đáy qua các tháng nă m 2009 ................ 113 Hình V.4. Diễn biến hàm lượng DO trên các sông khác qua các tháng nă m 2009 ..................... 114 Hình V.5. Hàm lượng DO trung bình trên các sông thuộc LVS Nhuệ - Đáy nă m 2009............. 115 Hình V.6. Diễn biến hàm lượng BOD5 trên sông Nhuệ qua các tháng nă m 2009 ...................... 116 Hình V.7. Diễn biến hàm lượng COD trên sông Nhuệ qua các tháng nă m 2009........................ 116 Hình V.8. Diễn biến hàm lượng BOD5 trên sông Đáy qua các tháng nă m 2009 ........................ 117 Hình V.9. Diễn biến hàm lượng COD trên sông Đáy qua các tháng nă m 2009.......................... 117 Hình V.10. Diễn biến hàm lượng BOD5 trên các sông qua các tháng nă m 2009........................ 118 Hình V.11. Diễn biến hàm lượng COD trên các sông qua các tháng nă m 2009 ......................... 118 Hình V.12. Hàm lượng BOD5 trung bình trên các sông thuộc LVS Nhuệ - Đ áy........................ 119 Hình V.13. Hàm lượng COD trung bình trên các sông thuộc LVS Nhuệ - Đ áy ......................... 119 Hình V.14. Hàm lượng NH 4+ trung bình trên sông Nhuệ nă m 2009 .............................. 120 Hình V.15. Hàm lượng NH 4+ trung bình trên sông Đáy nă m 2009 ................................ 120 Hình V.16. Hàm lượng NH 4+ trên các sông nă m 2009 ................................................... 121 Hình V.17. Hàm lượng NH 4+ trung bình trên các sông nă m 2009.................................. 122 Hình V.18. Hàm lượng TP trên sông Nhuệ nă m 2009.................................................... 122 Hình V.19. Hàm lượng TP trên sông Đáy nă m 2009...................................................... 123 Hình V.20. Hàm lượng TP trên các sông nă m 2009....................................................... 123 Hình V.21. Hàm lượng TP trung bình trên các sông nă m 2009...................................... 124 Hình V.22. Tỷ lệ các nhóm loài Động vật nổi các khu vực thuộc lưu vực sông Nhuệ- Đáy nă m 2009................................................................................................................ 125 Hình V.23. Thành phần loài động vật nổi tại các điểm khảo sát trong lưu vực sông Nhuệ - Đáy nă m 2009................................................................................................................ 126 Hình V.24. Chỉ số đa dạng ĐVN sông Nhuệ (các tháng nă m 2009)............................... 130 Hình V.25.Chỉ số đa dạng ĐVN sông Đáy (các tháng nă m 2009).................................. 131 Hình V.26.Chỉ số đa dạng ĐVN nhóm các sông khác (các tháng nă m 2009)................ 131 Hình V.27.Chỉ số đa dạng trung bình giữa các tháng của ĐVĐtrên LVS Nhuệ-Đ áy .... 132 Hình V.28. Tỉ lệ các nhóm tảo trong LVS Nhuệ - Đáy qua các đợt quan trắ c ........... 133 Hình V.29. Tỉ lệ các nhóm tảo tại các khu vực trong LVS Nhuệ - Đáy qua các đợ t quan trắc nă m 2009 ................................................................................................................ 134 Hình V.30. Số lượng loài các nhóm thực vật nổi tại các điểm khảo sát trong LVS Nhuệ - Đáy nă m 2009................................................................................................................ 135 Hình V.31.Chỉ số đa dạng TVN sông Nhuệ (các tháng nă m 2009) ................................ 139 Hình V.32.Chỉ số đa dạng TVN sông Đáy (các tháng nă m 2009) .................................. 140 Hình V.33.Chỉ số đa dạng TVN một số nhánh sông khác (nă m 2009) ........................... 140 Hình V.34.Chỉ số đa dạng trung bình giữa các tháng của TVN trên LVS Nhuệ - Đ áy... 141 Hình V.35. Tỉ lệ các nhóm ĐVKXSĐCL lưu vực sông Nhuệ - Đáy qua các đợ t quan trắc nă m 2009 ................................................................................................................ 142 Hình V.36. Chỉ số ASPT nhóm ĐVKXSĐCL sông Nhuệ (các tháng nă m 2009) ........... 143 Hình V.37. Chỉ số ASPT nhóm ĐVKXSĐCL sông Đáy (các tháng năm 2009)........... 144 xvi Hình V.38. Chỉ số ASPT nhóm ĐVKXSĐCL một số nhánh sông khác (nă m 2009)..... 145 Hình V.39.Chỉ số ASPT trung bình của ĐVKXSĐCL trên LVS Nhuệ-Đ áy ................ 145 Hình V.40. Biến động chỉ số đa dạng sinh học (D) của động vật nổi, thực vật nổ i, ASPT của ĐVKXSĐCL và DO tại các điểm quan trắc trên LVS Nhuệ - Đ áy .......................... 146 Hình V.41. Biến động chỉ số đa dạng sinh học (D) của động vật nổi, thực vật nổ i, ASPT của ĐVKXSĐCL và COD, BOD 5 tại các điểm quan trắc trên LVS Nhuệ - Đ áy ........... 146 Hình V.42. Tỷ lệ các mức độ tương quan giữa chỉ thị sinh học và thông số thuỷ hoá củ a các nhóm sinh vật được xem xét .................................................................................... 148 MỞ ĐẦU Cùng với quá trình phát triển kinh tế, chất lượng nước cũng đang ngày càng bị suy giảm và ô nhiễm. Việc nghiên cứu đánh giá và dự báo ô nhiễm môi trường đ ang trở thành một nhu cầu cấp thiết và không còn giới hạn trong phạm vi quố c gia hay khu vực riêng lẻ nào. Bên cạnh phương pháp quan trắc đánh giá diễn biến chất lượng nướ c dùng các thông số hoá lý thì việc ứng dụng các nhóm sinh vật làm chỉ thị cho môi trường nước ngày càng đượ c quan tâm. Trên thế giới, việc ứng dụng sinh vật làm chỉ thị trong quan trắc nhằm đ ánh giá chất lượng môi trường đã trở thành hoạt động quen thuộc và phổ biến rộng rãi ở nhiề u quốc gia phát triển. Các hệ thống quan trắc sinh học được thực hiện như chuẩn quố c gia cho quan trắc chất lượng nước ở rất nhiều nước phương tây. Quan trắc chất lượ ng sông bằng sinh vật chỉ thị góp phần đánh giá một cách toàn diện bổ sung cho các kế t quả quan trắc lý - hóa học trước đây. Cho tới nay đã có khoảng 50 phương pháp sinh học được áp dụng để đánh giá chất lượng nước mặt các sông. Ở Việt Nam, nghiên cứu sử dụng sinh vật chỉ thị đánh giá môi trường nước mới được tiến hành trong những năm gần đây. Phần lớn các nghiên cứu mới dừng ở bướ c thử nghiệm trên một số khu vực nhất định, tập trung vào các thủy vực nước ngọt nội địa. Các kết quả nghiên cứu chưa được ứng dụng rộng rãi nên vẫn chưa xây dựng đượ c một bộ chỉ số sinh học riêng cho các dạng thủy vực khác nhau, phù hợp với đặ c tính các thuỷ vực nước chảy của Việt Nam để ứng dụng trong công tác quan trắ c và giám sát chất lượng môi trườ ng. Thực tế hoạt động cho thấy, các sinh vật chỉ thị có nhiều ưu điểm khi ứng dụ ng vào quan trắc nước so với các phương pháp truyền thống. Vì vậy cần có nhữ ng nghiên cứu và thử nghiệm áp dụng các bộ chỉ thị sinh học nhằm phát triển và cải tiến, điề u chỉnh phù hợp với điều kiện cụ thể của từng quốc gia, khu vực. 2 PHẦN I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 1. THÔNG TIN CHUNG 1.1. Tên đề tài Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn nhằm xây dựng, thử nghiệm bộ chỉ thị sinh học phục vụ quan trắc môi trường nước các lưu vực sông của Việt Nam - áp dụ ng thử nghiệm cho lưu vực sông Nhuệ - Đáy 1.2. Đơn vị thực hiện Cơ quan chủ trì: Tổng cục Môi trường; Cơ quan thực hiện: Trung tâm Quan trắc môi trường. 1.3. Chủ nhiệm đề tài Họ và tên: Lê Hoàng Anh Nă m sinh: 1975 Học vị: Thạc sỹ Sinh thái học Năm đạt học vị : 1998 Chức vụ: Trưởng phòng Điện thoạ i: Cơ quan: 043 577 1816 Nhà riêng: 046 251 1695 Mobile: 0912788375 Fax: 043 577 18 55 Email: lhanhvea.gov.vn Tên cơ quan đang công tác: Phòng Dữ liệu và Hệ thố ng thông tin – Trung tâm Quan trắc môi trường 1.4. Thời gian thực hiện 2 năm: 2008-2009. 1.5. Mục tiêu Mục tiêu lâu dài: Xây dựng hệ thống chỉ thị sinh học phục vụ quan trắ c môi trường nước các lưu vực sông của Việt Nam. Mục tiêu trước mắt : + Đề xuất bộ chỉ thị sinh học cho loại hình hệ sinh thái thuỷ vực nước chảy củ a Việt Nam phục vụ quan trắc môi trường lưu vự c sông; + Áp dụng thử nghiệm Bộ chỉ thị sinh học đề xuất cho hệ thống lưu vự c sông Nhuệ - Đáy để đánh giá tính hiệu quả và tính khả thi; + Đưa ra hướng dẫn chung cho việc áp dụng bộ chỉ thị sinh học đối với các hệ thống lưu vực sông khác ở Việt Nam. 3 1.6. Phương pháp thực hiện Phương pháp chuyên gia: Thu thập các ý kiến của các chuyên gia trong lĩnh vự c nghiên cứu; Phương pháp phân tích tài liệ u: + Khảo sát cơ sở khoa học của việc xây dựng hệ thống chỉ thị sinh học phục vụ quan trắc môi trường lưu vự c sông; + Tìm hiểu các hệ thống chỉ thị sinh học tương tự của một số nghiên cứ u trong và ngoài nước. ...
TỔNG CỤC MÔI TRƯỜNG TRUNG TÂM QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG BÁO CÁO TỔNG HỢP ĐỀ TÀI KHCN NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN NHẰM XÂY DỰNG, THỬ NGHIỆM BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC PHỤC VỤ QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC CÁC LƯU VỰC SÔNG VIỆT NAM – ÁP DỤNG THỬ NGHIỆM CHO LƯU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY Năm 2008 – 2009 CƠ QUAN CHỦ TRÌ: TỔNG CỤC MÔI TRƯỜNG CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: LÊ HOÀNG ANH 7629 28/01/2010 Hà Nội, 2009 DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI STT HỌ VÀ TÊN ĐƠN VỊ CÔNG TÁC 1 ThS Lê Hoàng Anh Trung tâm Quan trắc môi trường 2 PGS.TS Hồ Thanh Hải Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 3 TS Cao Thị Kim Thu Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 4 ThS Lê Hùng Anh Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 5 ThS Trần Đức Lương Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 6 ThS Đỗ Văn Tứ Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 7 ThS Trần Kim Tĩnh Cục Bảo tồn Đa dạng sinh học 8 TS Hoàng Dương Tùng Trung tâm Quan trắc môi trường 9 CN Mạc Thị Minh Trà Trung tâm Quan trắc môi trường 10 CN Nguyễn Hồng Hạnh Trung tâm Quan trắc môi trường 11 CN Dương Thị Phương Nga Trung tâm Quan trắc môi trường 12 CN Vương Như Luận Trung tâm Quan trắc môi trường iii MỤC LỤC Trang Danh mục chữ viết tắt xi Danh mục Bảng .xiii Danh mục Hình .xv MỞ ĐẦU 1 PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 2 1 THÔNG TIN CHUNG 2 1.1 Tên đề tài 2 1.2 Đơn vị thực hiện 2 1.3 Chủ nhiệm đề tài 2 1.4 Thời gian thực hiện 2 1.5 Mục tiêu 2 1.6 Phương pháp thực hiện 3 1.7 Kinh phí thực hiện 3 2 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3 3 NỘI DUNG THỰC HIỆN 3 4 SẢN PHẨM CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI 5 PHẦN II TỔNG QUAN CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC ÁP DỤNG CÁC CHỈ THỊ SINH HỌC 6 1 TỔNG QUAN VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC 6 1.1 Chỉ thị sinh học (biological indicators) 6 1.1.1 Khái niệm 6 1.1.2 Các loại chỉ thị sinh học 6 1.1.2.1 Chỉ thị loài .6 1.1.2.2 Chỉ thị quần xã 7 1.1.2.3 Chỉ thị hệ sinh thái 7 Là các đo đạc năng suất sơ cấp hoặc quá trình hô hấp của quần xã .7 1.1.3 Sử dụng Chỉ thị sinh học (CTSH) 7 1.1.4 Đặc tính của các chỉ thị sinh học 8 1.1.5 Sinh vật chỉ thị (bioindicators) 9 1.1.5.1 Đặc điểm cơ bản của sinh vật chỉ thị (bioindication) 9 1.1.5.2 Các kiểu sinh vật chỉ thị .9 1.1.6 Dấu hiệu sinh học (biomarkers) 10 1.1.6.1 Dấu hiệu sinh lý-sinh hoá 10 1.1.6.2 Dấu hiệu sinh thái .10 1.2 Chỉ thị sinh học đặc trưng cho môi trường nước chảy 11 1.2.1 Quần xã sinh vật của hệ sinh thái suối-sông 11 1.2.2 Các sinh vật chỉ thị đặc trưng cho thủy vực nước chảy 13 1.2.2.1 Vi khuẩn 13 1.2.2.2 Động vật nguyên sinh 14 1.2.2.3 Tảo .14 1.2.2.4 Thực vật thuỷ sinh lớn (Macrophyta) 14 1.2.2.5 Động vật không xương sống cỡ lớn (ĐVKXSCL) 14 1.2.2.6 Cá 15 iv 1.2.3 Các chỉ thị quần xã 15 1.2.3.1 Phụ vùng điểm khởi đầu 15 1.2.3.2 Phụ vùng ô nhiễm .16 1.2.3.3 Phụ vùng mới bị ô nhiễm 16 1.2.3.4 Phụ vùng bị ô nhiễm 16 1.2.3.5 Phụ vùng phục hồi 17 1.2.3.6 Phụ vùng nước sạch .17 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ SINH THÁI THUỶ VỰC NƯỚC CHẢY CỦA VIỆT NAM 17 2.1 Thuỷ vực nước chảy 18 2.1.1 Khái niệm chung về thủy vực nước chảy 18 2.1.1.1 Suối 18 2.1.1.2 Sông .19 2.1.1.3 Hệ thống sông .20 2.1.2 Các đặc tính cơ bản của thuỷ vực nước chảy 20 2.1.2.1 Sự biến động nước theo thời gian .20 2.1.2.2 Khả năng tự tái tạo của các lưu vực 21 2.1.3 Tính chất lý, hóa của nước sông 23 2.1.3.1 Thành phần hóa học của nước sông 23 2.1.3.2 Tính chất vật lý .24 2.2 Hệ sinh thái thuỷ vực nước chảy 25 2.2.1 Đặc trưng của hệ sinh thái thủy vực nước chảy 25 2.2.2 Cấu trúc hệ sinh thái thuỷ vực nước chảy 26 2.2.2.1 Quần xã sinh vật của hệ sinh thái suối - sông 26 2.2.2.2 Mức dinh dưỡng của hệ sinh thái suối - sông 27 2.2.2.3 Tính chất liên tục của hệ sinh thái suối - sông 27 2.2.2.4 Lưới thức ăn 29 2.3 Tổng quan hệ thống sông suối Việt Nam 30 3 ĐÁNH GIÁ MỐI QUAN HỆ GIỮA QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC SÔNG VÀ CHỈ THỊ SINH HỌC 32 3.1 Quan trắc môi trường 32 3.1.1 Khái niệm 32 3.1.2 Vai trò của quan trắc môi trường 33 3.1.3 Các bước trong quan trắc môi trường 33 3.2 Mối liên quan giữa các yếu tố lý hoá của môi trường và các sinh vật thuỷ sinh 34 3.2.1 Nhiệt độ của nước 35 3.2.2 pH 35 3.2.3 Độ trong suốt/ Độ đục 35 3.2.4 Dinh dưỡng 35 3.2.5 DO (oxy hòa tan) 36 3.2.6 Nhu cầu ôxy hoá học (COD) 36 3.2.7 Nhu cầu ôxy sinh hoá (BOD) 36 3.2.8 Độ muối 36 3.2.9 Chất rắn lơ lửng 37 3.2.10 Các kim loại nặng 37 3.3 Quan trắc môi trường và các phương pháp 37 3.3.1 Quan trắc môi trường bằng phương pháp dùng thông số lý - hóa 37 v 3.3.2 Quan trắc môi trường bằng phương pháp dùng chỉ thị sinh học 38 3.3.3 Quan trắc môi trường bằng phương pháp kết hợp dùng thông số lý-hoá và chỉ thị sinh học 40 PHẦN III TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC 41 1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CỦA CÁC NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI 41 1.1 Lịch sử nghiên cứu chỉ thị sinh học trên thế giới 41 1.2 Những nghiên cứu đầu tiên trong lĩnh vực sử dụng sinh vật chỉ thị quan trắc ô nhiễm nước - Hệ thống phân loại ô nhiễm và Vùng đối chứng 43 1.2.1 Hệ thống phân loại ô nhiễm 44 1.2.2 Vùng đối chứng 45 1.3 Các nghiên cứu về chỉ số sinh học 46 1.3.1 Các chỉ số ban đầu xác định ô nhiễm nước 47 1.3.2 Chỉ số thiếu hụt số loài 47 1.3.3 Chỉ số đa dạng sinh học 48 1.3.4 Chỉ số sinh học Beck 49 1.3.5 Chỉ số ô nhiễm 50 1.3.6 Các chỉ số ô nhiễm khác 51 1.3.7 Chỉ số sinh học tổ hợp 52 1.4 Một số ứng dụng chỉ số sinh học trong đánh giá chất lượng nước sông 53 1.4.1 Ứng dụng chỉ số sinh học tổ hợp - IBI đánh giá các con sông thuộc lưu vực sông Hồng - Mỹ 53 1.4.1.1 Vùng nghiên cứu 54 1.4.1.2 Cách tiếp cận .54 1.4.1.3 Áp dụng chỉ số tổ hợp sinh học cho lưu vực sông Hồng 55 1.4.1.4 Kết quả 56 1.4.2 Ứng dụng chỉ số sinh học tổ hợp - IBI đánh giá chất lượng môi trường nước sông Khan và Kshipra, Ấn Độ 56 1.4.2.1 Vùng nghiên cứu 56 1.4.2.2 Các vấn đề nghiên cứu .57 1.4.2.3 Tính toán thông số IBI 59 1.4.2.4 Kết quả 60 1.4.3 Hướng dẫn đánh giá chất lượng môi trường nước ngọt dựa vào các chỉ thị sinh học ở Úc và New Zealand 61 1.4.3.1 Hướng tiếp cận .61 1.4.3.2 Lựa chọn các chỉ thị phù hợp cho đánh giá 64 1.4.4 Ứng dụng nhóm động vật không xương sống đáy cỡ lớn vào đánh giá chất lượng môi trường nước ở Trung Quốc 65 1.4.5 Các nghiên cứu dùng sinh vật chỉ thị vào đánh giá chất lượng môi trường ở Nhật Bản 67 1.4.6 Indonesia và các bước tiến trong ứng dụng sinh quan trắc vào theo dõi diễn biến môi trường sông 68 1.4.7 Sử dụng nhóm động vật không xương sống đáy cỡ lớn vào phân tích môi trường ở Thái Lan 69 2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ở TRONG NƯỚC 70 2.1 Các nghiên cứu trong nước dùng sinh vật vào đánh giá chất lượng môi trường 71 2.1.1 Giám sát sinh học môi trường nước ngọt bằng động vật không xương sống cỡ lớn 71 vi 2.1.2 Ứng dụng phương pháp nghiên cứu đa dạng sinh học hệ sinh thái thủy vực vào sinh quan trắc chất lượng môi trường nước Việt Nam 73 2.1.3 Nghiên cứu sinh vật chỉ thị vùng cửa sông 75 2.1.4 Quan trắc ở sông Tô Lịch 77 2.1.5 Sử dụng động vật không xương sống cỡ lớn để đánh giá chất lượng nước trên 4 hệ thống kênh chính tạo thành phố Hồ Chí Minh 77 2.1.6 Đánh giá hiện trạng môi trường một số nhánh sông lưu vực sông Cầu sử dụng các loài thuỷ sinh 79 2.1.7 Sử dụng động vật không xương sống cỡ lớn đánh giá chất lượng nước 79 2.1.8 Quan trắc sinh học thủy vực dòng sông Đu sử dụng nhóm động vật không xương sống cỡ lớn 80 2.2 Nhận xét 81 PHẦN IV ĐỀ XUẤT BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC PHỤC VỤ QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG LƯU VỰC SÔNG 83 1 CÁC TIÊU CHÍ CƠ BẢN ĐỂ XÂY DỰNG BỘ CHỈ THỊ 83 1.1 Nguyên tắc lựa chọn chỉ thị 83 1.2 Các tiêu chí lựa chọn sinh vật chỉ thị theo điều kiện Việt Nam 83 1.2.1 Đối với nhóm loài sinh vật chỉ thị môi trường 83 1.2.2 Đối với nhóm loài sinh vật chỉ thị tích tụ 84 1.2.3 Đối với quần xã sinh vật chỉ thị 85 2 ĐỀ XUẤT BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC (ĐẦY ĐỦ VÀ RÚT GỌN) CHO THUỶ VỰC NƯỚC CHẢY Ở VIỆT NAM 86 2.1 Một số khái niệm 86 2.2 Đề xuất Bộ chỉ thị sinh học đầy đủ và rút gọn 86 2.2.1 Tổng quan Bộ chỉ thị sinh học đầy đủ và rút gọn 86 2.2.2 Căn cứ lựa chọn Bộ chỉ thị sinh học rút gọn 87 2.2.2.1 Căn cứ lựa chọn cho 3 nhóm đối tượng của Bộ chỉ thị rút gọn .87 2.2.2.2 Căn cứ lựa chọn cho 3 loại chỉ thị thuộc Bộ chỉ thị rút gọn 88 2.3 Các chỉ thị được đề xuất trong Bộ chỉ thị sinh học đầy đủ và rút gọn 89 2.3.1 Thực vật nổi (Phytoplankton) 89 2.3.1.1 Loài/chi tảo chỉ thị 89 2.3.1.2 Chỉ số tỷ lệ giữa các taxon 90 2.3.1.3 Chỉ số đa dạng (H'; D) 91 2.3.2 Thực vật bám (Periphyton) 93 2.3.3 Thực vật thuỷ sinh lớn (Macrophyta) 94 2.3.3.1 Loài chỉ thị 94 2.3.3.2 Tích tụ kim loại nặng 94 2.3.4 Động vật nổi 95 2.3.4.1 Loài chỉ thị 95 2.3.4.2 Chỉ số tỷ lệ giữa các taxon 96 2.3.4.3 Chỉ số đa dạng (H’, D) .96 2.3.5 Động vật không xương sống đáy cỡ lớn (Macrobenthos) (ĐVKXSĐCL) 96 2.3.5.1 Chỉ số đa dạng (H’, D) .96 2.3.5.2 Tích tụ kim loại nặng 96 2.3.5.3 Hệ thống điểm BMWP 96 2.3.6 Động vật KXS đáy cỡ trung bình và giun tròn (Nematoda) 103 2.3.7 Cá 104 vii 2.3.7.1 Chỉ số sinh học tổ hợp (Intergrated Biological Index - IBI) 105 2.3.7.2 Tích tụ kim loại nặng 105 PHẦN V THỬ NGHIỆM ÁP DỤNG BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC PHỤC VỤ QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY 106 1 GIỚI THIỆU CHUNG 106 1.1 Địa điểm nghiên cứu 106 1.1.1 Đặc điểm LVS Nhuệ - Đáy 106 1.1.2 Phạm vi nghiên cứu 106 1.1.3 Vị trí các điểm quan trắc trên lưu vực sông Nhuệ - Đáy 106 1.2 Thời gian quan trắc 109 1.3 Các thông số được xem xét đánh giá 109 1.3.1 Các thông số lý hoá 109 1.3.1.1 Loại thông số 109 1.3.1.2 Phương pháp quan trắc .109 1.3.2 Các chỉ thị sinh học 111 1.3.3 Phân tích tương quan 111 2 KẾT QUẢ ĐỐI CHIẾU 112 2.1 Đánh giá chất lượng nước LVS Nhuệ - Đáy dựa trên thông số thủy hóa 112 2.1.1 DO 112 2.1.1.1 Sông Nhuệ 112 2.1.1.2 Sông Đáy 113 2.1.1.3 Các sông khác 114 2.1.1.4 So sánh giữa các sông trong LVS Nhuệ - Đáy .114 2.1.2 COD và BOD5 115 2.1.2.1 Sông Nhuệ 115 2.1.2.2 Sông Đáy 116 2.1.2.3 Các sông khác thuộc lưu vực sông Nhuệ Đáy 117 2.1.2.4 So sánh giữa các sông thuộc lưu vực sông Nhuệ Đáy 118 2.1.3 NH4+ (tính theo N) 119 2.1.3.1 Sông Nhuệ 119 2.1.3.2 Sông Đáy 120 2.1.3.3 Các sông khác 120 2.1.3.4 So sánh giữa các sông thuộc lưu vực sông Nhuệ Đáy 121 2.1.4 Tổng P 122 2.1.4.1 Sông Nhuệ 122 2.1.4.2 Sông Đáy 123 2.1.4.3 Các sông khác thuộc lưu vực sông Nhuệ Đáy 123 2.1.4.4 So sánh giữa các sông thuộc lưu vực sông Nhuệ Đáy 124 2.2 Đánh giá chất lượng nước LVS Nhuệ - Đáy dựa trên các chỉ thị sinh học 124 2.2.1 Động vật nổi - Zooplankton 124 2.2.1.1 Thành phần loài 124 2.2.1.2 Chỉ số đa dạng sinh học .130 2.2.2 Thực vật nổi - Phytoplankton 133 2.2.2.1 Thành phần loài 133 2.2.2.2 Chỉ số đa dạng sinh học .139 2.2.3 Động vật không xương sống đáy cỡ lớn (ĐVKXSĐCL) - Chỉ số ASPT 142 viii 2.2.3.1 Thành phần loài 142 2.2.3.2 Giá trị ASTP .142 2.3 Tương quan giữa kết quả thủy hóa và các chỉ thị quần xã 145 2.3.1 So sánh kết quả thuỷ hoá và các chỉ thị quần xã 145 2.3.2 Tính toán Hệ số tương quan 147 PHẦN VI DỰ THẢO HƯỚNG DẪN ÁP DỤNG BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC ĐỐI VỚI QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG LƯU VỰC SÔNG 149 1 DỰ THẢO HƯỚNG DẪN ÁP DỤNG BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC ĐẦY ĐỦ 149 1.1 Mở đầu 149 1.1.1 Mục tiêu 149 1.1.2 Phạm vi áp dụng 149 1.1.3 Đối tượng áp dụng 149 1.1.4 Đối tượng nghiên cứu 149 1.1.4.1 Nhóm sinh vật 149 1.1.4.2 Các loại chỉ thị 151 1.2 Lựa chọn phương pháp và quy trình lấy mẫu 152 1.2.1 Lựa chọn địa điểm lấy mẫu 152 1.2.2 Lấy mẫu tại hiện trường 153 1.2.2.1 Các dụng cụ thu mẫu 153 1.2.2.2 Phương pháp lấy mẫu tại hiện trường .156 1.2.3 Xử lý và bảo quản mẫu tại hiện trường 158 1.2.3.1 Phân loại và xử lý mẫu tại hiện trường .158 1.2.3.2 Bảo quản mẫu tại hiện trường 159 1.3 Phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm 160 1.3.1 Phương pháp phân tích định tính 160 1.3.2 Phương pháp phân tích định lượng 160 1.4 Phân tích số liệu và lập báo cáo 161 1.4.1 Phương pháp phân tích số liệu 161 1.4.1.1 Thực vật nổi .161 1.4.1.2 Thực vật bám (Periphyton) 164 1.4.1.3 Thực vật thuỷ sinh lớn (Macrophyta) .165 1.4.1.4 Động vật nổi .165 1.4.1.5 Động vật không xương sống đáy cỡ lớn (Macrobenthos) (ĐVKXSĐCL) 167 1.4.1.6 Động vật KXS đáy cỡ trung bình và giun tròn (Nematoda) 169 1.4.1.7 Cá .170 1.4.2 Lập báo cáo kết quả quan trắc 171 2 DỰ THẢO HƯỚNG DẪN ÁP DỤNG BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC RÚT GỌN 172 2.1 Mở đầu 172 2.1.1 Mục tiêu 173 2.1.2 Phạm vi áp dụng 173 2.1.3 Đối tượng áp dụng 173 2.1.4 Đối tượng nghiên cứu 173 2.1.4.1 Nhóm sinh vật 173 2.1.4.2 Các loại chỉ thị 174 2.2 Lựa chọn phương pháp và quy trình lấy mẫu 174 2.2.1 Lựa chọn địa điểm lấy mẫu 174 ix 2.2.2 Lấy mẫu tại hiện trường 176 2.2.2.1 Các dụng cụ thu mẫu 176 2.2.2.2 Phương pháp lấy mẫu tại hiện trường .177 2.2.3 Xử lý và bảo quản mẫu tại hiện trường 179 2.2.3.1 Phân loại và xử lý mẫu tại hiện trường .179 2.2.3.2 Bảo quản mẫu tại hiện trường 180 2.3 Phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm 180 2.3.1 Phương pháp phân tích định tính 181 2.3.2 Phương pháp phân tích định lượng 181 2.4 Phân tích số liệu và lập báo cáo 182 2.4.1 Phương pháp phân tích số liệu 182 2.4.1.1 Thực vật nổi .182 2.4.1.2 Động vật nổi .184 2.4.1.3 Động vật không xương sống đáy cỡ lớn (Macrobenthos) (ĐVKXSĐCL) 185 2.4.2.2 Lập báo cáo kết quả quan trắc 188 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 189 TÀI LIỆU THAM KHẢO 193 PHỤ LỤC 1 BIỂU MẪU PHÂN TÍCH CÁC NHÓM SINH VẬT CHỈ THỊ 196 Mẫu 1: PHIẾU PHÂN TÍCH MẪU THỰC VẬT NỔI 196 Mẫu 2: PHIẾU PHÂN TÍCH MẪU ĐỘNG VẬT NỔI 197 Mẫu 3: PHIẾU PHÂN TÍCH MẪU ĐVKXS CỠ LỚN 198 PHỤ LỤC 2 KHOÁ ĐỊNH LOẠI CÁC NHÓM ĐỘNG VẬT NỔI VÀ ĐỘNG VẬT KHÔNG XƯƠNG SỐNG ĐÁY 199 KHÓA ĐỊNH LOẠI TỚI PHÂN BỘ VÀ HỌ 199 KHÓA ĐỊNH LOẠI TỚI HỌ 201 KHÓA ĐỊNH LOẠI TỚI HỌ 201 ĐỊNH LOẠI CÁC NHÓM ĐỘNG VẬT KHÔNG XƯƠNG SỐNG THƯỜNG GẶP Ở NƯỚC NGỌT 203 x AUSRIVA DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BBI B-IBI Hệ thống đánh giá chất lượng nước sông của Úc BMWP Chỉ số sinh học Beck (Bỉ) BOD5 Chỉ số sinh học tổ hợp cho các sinh vật đáy BPI Hệ thống tính điểm (Biological Monitoring Working Party) BVMT Nhu cầu ôxy sinh học COD Chỉ số ô nhiễm sinh học (Biological Pollution Index ) CPOM Bảo vệ môi trường CTSH Nhu cầu oxy hóa học DO Vật chất hữu cơ dạng thô (Coarse Particulate Organic Matter) DOM Chỉ thị sinh học ĐVĐ Hàm lượng oxy hòa tan ĐVKXSCL Chất hữu cơ hòa tan (Dissoved organic matter) ĐVPD Động vật đáy EPA Động vật không xương sống cỡ lớn FMI Động vật phù du FPOM Cục Bảo vệ môi trường Mỹ HBI Chỉ số quan trắc đến Họ (Family Monitoring Index) HST Vật chất hữu cơ hạt mịn (Fine Particulate Organic Matter) IBI Chỉ số sinh học Hilssenhoff LVS Hệ sinh thái NH3 Chỉ số sinh học tổ hợp NO2 Lưu vực sông ppm Amoniac QCVN Nitơ điôxít Tỷ lệ một phần triệu Quy chuẩn Việt Nam xi