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. ...
Trang 1TỔNG 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
Trang 2DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
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
Trang 3MỤC 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
Trang 41.2.3 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
Trang 53.3.2 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
Trang 62.1.2 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
Trang 72.3.7.1 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 BOD 5 115
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 NH 4+ (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
Trang 82.2.3.1 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
Trang 92.2.2 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
Trang 10DANH 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
Trang 11RBA Phương pháp đánh giá nhanh (Rapid biological assesment )
SO 2 Sunfua dioxit
SS Chất rắn lơ lửng
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
Trang 12DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng III.1 Các mốc lịch sử về phát triển chỉ thị sinh học cho môi trường nước 41
Bảng III.2 Định nghĩa một số chỉ số/thông số áp dụng ở các nước 51
Bảng III.3 Bảng tính điểm đánh giá chất lượng môi trường 52
Bảng III.5 Các thông số mới và điều chỉnh lại cho vùng lưu vực sông Hồng 55
thuộc lưu vực phía Bắc 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 lượng trong quan trắc dòng chảy trên cơ sở quần xã - AUSRIVAS 63
Bảng III.10 Phân loại với năm dải chất lượng ĐVKXS cỡ lớn và trung bình 74
Bảng III.11 Đề xuất các chỉ số sinh học theo phân mức chất lượng môi trường thủy vực vùng cửa sông 77
Bảng IV.1 Bộ chỉ thị sinh học đầy đủ và rút gọn 86
được đề xuất cho thuỷ vực nước chảy 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 nước 89
Bảng IV.3 Tỷ lệ giữa các taxon tảo tương ứng với các bậc dinh dưỡng nước 90
Bảng IV.4 Chỉ số Q tương ứng với các bậc dinh dưỡng nước 91
Bảng IV.5 Chỉ số Q tương ứng với các bậc dinh dưỡng nước 91
Bảng IV.6 So sánh giá trị của chỉ số Shannon - Weiner với mức độ ĐDSH 91
Bảng IV.7 So sánh giá trị của chỉ số Dv với mức độ ĐDSH 92
Bảng IV.8 So sánh giá trị của chỉ số Margalef với mức độ ĐDSH 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 tảo bám đáy 93
Bảng IV.11 Các chi trong nhóm tảo bám có thể sử dụng để xác định mức độ ô nhiễm của môi trường nước 94
Bảng IV.12 Sự hiện diện của một số loài động vật nổi tương ứng với các mức độ nhiễm bẩn 95
Bảng IV.13.a Hệ thống điểm BMWP ANH 97
Bảng IV.13.b Hệ thống điểm BMWP THAI 98
Bảng IV.13.c Hệ thống điểm BMWP Vietnam 99
Bảng IV.13.d Hệ thống điểm BMWP Vietnam sử dụng cho Mạng lưới Quan trắc môi trường 101
Bảng IV.13.e Xếp loại mức độ ô nhiễm các thủy vực 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 đáy trung bình và giun tròn 103
Bảng IV.16 Chỉ số tổ hợp sinh học cá (IBI) 105
Bảng V.1 Danh sách các điểm quan trắc dọc lưu vực sông Nhuệ - Đáy 107
Bảng V.2 Lịch trình quan trắc lưu vực sông Nhuệ - Đáy năm 2009 109
Bảng V.3 Thông tin về trang thiết bị, phương pháp quan trắc 110
Bảng V.4 Mức độ quan hệ theo hệ số tương quan 112
Trang 13Bảng 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 năm 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 năm 2009 138
Bảng V.9 Tương quan giữa một số chỉ thị quần xã và chỉ tiêu thuỷ hoá theo các đợt quan trắc năm 2009 147
Bảng VI.1 Mô tả một số đặc điểm của đáy sông 153
Bảng VI.2 Tiến trình thu mẫu 157
Bảng VI.3 Loại chất nền và thời gian lấy mẫu 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 nước 161
Bảng VI.5 Tỷ lệ giữa các taxon tảo tương ứng với các bậc dinh dưỡng nước 162
Bảng VI.6 Chỉ số Q tương ứng với các bậc dinh dưỡng nước 163
Bảng VI.7 Chỉ số Q tương ứng với các bậc dinh dưỡng nước 136
Bảng VI.8 So sánh giá trị của chỉ số Shannon - Weiner với mức độ ĐDSH 163
Bảng VI.9 So sánh giá trị của chỉ số Margalef với mức độ ĐDSH 164
Bảng VI.10 So sánh giá trị của chỉ số Shannon – Weiner và Margalef với 164
chất lượng nước 164
Bảng VI.11 Bảng tính điểm mức độ dinh dưỡng của môi trường nước theo quần xã tảo bám đáy 164
Bảng VI.12 Các chi trong nhóm tảo bám có thể sử dụng để xác định 165
mức độ ô nhiễm của môi trường nước 165
Bảng VI.13 Sự hiện diện của một số loài động vật nổi tương ứng với các mức độ nhiễm bẩn 166
Bảng VI.14 Hệ thống điểm BMWP Vietnam sử dụng cho đánh giá chất lượng nước sông 167
Bảng VI.15 Xếp loại mức độ ô nhiễm các thủy vực 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 đáy trung bình và giun tròn 169
Bảng VI.18 Chỉ số tổ hợp sinh học cá (IBI) 171
Bảng VI.19 Mô tả một số đặc điểm của đáy sông 175
Bảng VI.20 Tiến trình thu mẫu 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 nước 182
Bảng VI.22 So sánh giá trị của chỉ số Shannon - Weiner với mức độ ĐDSH 183
Bảng VI.23 So sánh giá trị của chỉ số Margalef với mức độ ĐDSH 183
Bảng VI.24 So sánh giá trị của chỉ số Shannon – Weiner và Margalef với chất lượng nước 184
Bảng VI.25 Sự hiện diện của một số loài động vật nổi tương ứng với các mức độ nhiễm bẩn 184
Bảng VI.26 Hệ thống điểm BMWP Vietnam sử dụng cho đánh giá chất lượng nước sông 185
Bảng VI.27 Xếp loại mức độ ô nhiễm các thủy vực theo ASPT 187
Trang 14DANH MỤC HÌNH
Trang Hình II.2 Sơ đồ lưới thức ăn trong hệ sinh thái suối-sông 30
Hình II.3 Các bước quan trắc môi trường 34
Hình V.2 Diễn biến hàm lượng DO trên sông Nhuệ qua các tháng năm 2009 113
Hình V.3 Diễn biến hàm lượng DO trên sông Đáy qua các tháng năm 2009 113
Hình V.4 Diễn biến hàm lượng DO trên các sông khác qua các tháng năm 2009 114
Hình V.5 Hàm lượng DO trung bình trên các sông thuộc LVS Nhuệ - Đáy năm 2009 115
Hình V.6 Diễn biến hàm lượng BOD 5 trên sông Nhuệ qua các tháng năm 2009 116
Hình V.7 Diễn biến hàm lượng COD trên sông Nhuệ qua các tháng năm 2009 116
Hình V.8 Diễn biến hàm lượng BOD 5 trên sông Đáy qua các tháng năm 2009 117
Hình V.9 Diễn biến hàm lượng COD trên sông Đáy qua các tháng năm 2009 117
Hình V.10 Diễn biến hàm lượng BOD 5 trên các sông qua các tháng năm 2009 118
Hình V.11 Diễn biến hàm lượng COD trên các sông qua các tháng năm 2009 118
Hình V.12 Hàm lượng BOD 5 trung bình trên các sông thuộc LVS Nhuệ - Đáy 119
Hình V.13 Hàm lượng COD trung bình trên các sông thuộc LVS Nhuệ - Đáy 119
Hình V.14 Hàm lượng NH 4+ trung bình trên sông Nhuệ năm 2009 120
Hình V.15 Hàm lượng NH 4+ trung bình trên sông Đáy năm 2009 120
Hình V.16 Hàm lượng NH 4+ trên các sông năm 2009 121
Hình V.17 Hàm lượng NH 4+ trung bình trên các sông năm 2009 122
Hình V.18 Hàm lượng TP trên sông Nhuệ năm 2009 122
Hình V.19 Hàm lượng TP trên sông Đáy năm 2009 123
Hình V.20 Hàm lượng TP trên các sông năm 2009 123
Hình V.21 Hàm lượng TP trung bình trên các sông năm 2009 124
Hình V.22 Tỷ lệ % các nhóm loài Động vật nổi các khu vực thuộc lưu vực sông Nhuệ-Đáy năm 2009 125
Hình V.23 Thành phần loài động vật nổi tại các điểm khảo sát trong lưu vực sông Nhuệ - Đáy năm 2009 126
Hình V.24 Chỉ số đa dạng ĐVN sông Nhuệ (các tháng năm 2009) 130
Hình V.25.Chỉ số đa dạng ĐVN sông Đáy (các tháng năm 2009) 131
Hình V.26.Chỉ số đa dạng ĐVN nhóm các sông khác (các tháng năm 2009) 131
Hình V.27.Chỉ số đa dạng trung bình giữa các tháng của ĐVĐtrên LVS Nhuệ-Đáy 132
Hình V.28 Tỉ lệ % các nhóm tảo trong LVS Nhuệ - Đáy qua các đợt quan trắc 133
Hình V.29 Tỉ lệ % các nhóm tảo tại các khu vực trong LVS Nhuệ - Đáy qua các đợt quan trắc năm 2009 134
Hình V.30 Số lượng loài các nhóm thực vật nổi tại các điểm khảo sát trong LVS Nhuệ - Đáy năm 2009 135
Hình V.31.Chỉ số đa dạng TVN sông Nhuệ (các tháng năm 2009) 139
Hình V.32.Chỉ số đa dạng TVN sông Đáy (các tháng năm 2009) 140
Hình V.33.Chỉ số đa dạng TVN một số nhánh sông khác (năm 2009) 140
Hình V.34.Chỉ số đa dạng trung bình giữa các tháng của TVN trên LVS Nhuệ - Đáy 141
Hình V.35 Tỉ lệ % các nhóm ĐVKXSĐCL lưu vực sông Nhuệ - Đáy qua các đợt quan trắc năm 2009 142
Hình V.36 Chỉ số ASPT nhóm ĐVKXSĐCL sông Nhuệ (các tháng năm 2009) 143
Hình V.37 Chỉ số ASPT nhóm ĐVKXSĐCL sông Đáy (các tháng năm 2009) 144
Trang 15Hình V.38 Chỉ số ASPT nhóm ĐVKXSĐCL một số nhánh sông khác (năm 2009) 145 Hình V.39.Chỉ số ASPT trung bình của ĐVKXSĐCL trên LVS Nhuệ-Đáy 145 Hình V.40 Biến động chỉ số đa dạng sinh học (D) của động vật nổi, thực vật nổi, ASPT của ĐVKXSĐCL và DO tại các điểm quan trắc trên LVS Nhuệ - Đáy 146 Hình V.41 Biến động chỉ số đa dạng sinh học (D) của động vật nổi, thực vật nổi, ASPT của ĐVKXSĐCL và COD, BOD 5 tại các điểm quan trắc trên LVS Nhuệ - Đáy 146 Hình V.42 Tỷ lệ các mức độ tương quan giữa chỉ thị sinh học và thông số thuỷ hoá của các nhóm sinh vật được xem xét 148
Trang 16
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 đang trở thành một nhu cầu cấp thiết và không còn giới hạn trong phạm vi quốc gia hay khu vực riêng lẻ nào Bên cạnh phương pháp quan trắc đánh giá diễn biến chất lượng nước dùng các thông số hoá lý thì việc ứng dụng các nhóm sinh vật làm chỉ thị cho môi trường nước ngày càng được quan tâm
Trên thế giới, việc ứng dụng sinh vật làm chỉ thị trong quan trắc nhằm đánh giá chất lượng môi trường đã trở thành hoạt động quen thuộc và phổ biến rộng rãi ở nhiều quốc gia phát triển Các hệ thống quan trắc sinh học được thực hiện như chuẩn quốc gia cho quan trắc chất lượng nước ở rất nhiều nước phương tây Quan trắc chất lượng sông bằng sinh vật chỉ thị góp phần đánh giá một cách toàn diện bổ sung cho các kết 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 bước 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 được một bộ chỉ số sinh học riêng cho các dạng thủy vực khác nhau, phù hợp với đặc tính các thuỷ vực nước chảy của Việt Nam để ứng dụng trong công tác quan trắc và giám sát chất lượng môi trường
Thực tế hoạt động cho thấy, các sinh vật chỉ thị có nhiều ưu điểm khi ứng dụng vào quan trắc nước so với các phương pháp truyền thống Vì vậy cần có những nghiên cứu và thử nghiệm áp dụng các bộ chỉ thị sinh học nhằm phát triển và cải tiến, điều chỉnh phù hợp với điều kiện cụ thể của từng quốc gia, khu vực
Trang 17PHẦN 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 dụng 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
Cơ quan: 043 577 1816 Nhà riêng: 046 251 1695 Mobile: 0912788375
Fax: 043 577 18 55 Email: lhanh@vea.gov.vn
Tên cơ quan đang công tác: Phòng Dữ liệu và Hệ thống 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 trắc môi
trường nước các lưu vực sông của Việt Nam
Trang 181.6 Phương pháp thực hiện
• Phương pháp chuyên gia: Thu thập các ý kiến của các chuyên gia trong lĩnh vực nghiên cứu;
• Phương pháp phân tích tài liệu:
+ Khảo sát cơ sở khoa học của việc xây dựng hệ thống chỉ thị sinh học phục vụ quan trắc môi trường lưu vực sông;
+ Tìm hiểu các hệ thống chỉ thị sinh học tương tự của một số nghiên cứu trong và ngoài nước
• Phương pháp khảo nghiệm và thử nghiệm: Áp dụng thử nghiệm bộ chỉ thị sinh học vào quan trắc môi trường lưu vực sông; Đánh giá tính khả thi và đưa ra các đề xuất, kiến nghị đối với việc áp dụng bộ chỉ thị sinh học đã đề xuấtđối với các hệ thống lưu vực sông khác ở Việt Nam
• Đối tượng nghiên cứu: các sinh vật và các chỉ số sinh học được sử dụng trong
đánh giá chất lượng nước
• Đối tượng áp dụng đánh giá: các thuỷ vực nước chảy trong nội địa (sông, suối,
kênh, mương ) của Việt Nam
• Đối tượng áp dụng thử nghiệm: bộ chỉ thị sinh học rút gọn phục vụ quan trắc
môi trường lưu vực sông
• Địa điểm áp dụng thử nghiệm: một số sông thuộc lưu vực sông Nhuệ - Đáy
3 NỘI DUNG THỰC HIỆN
• Nghiên cứu tổng quan cơ sở khoa học của việc áp dụng các chỉ thị sinh học phục vụ quan trắc môi trường nước, bao gồm:
+ Tổng quan về chỉ thị sinh học (Khái niệm, các đặc tính và vai trò với quan trắc môi trường);
+ Xác định các loại chỉ thị sinh học đặc trưng cho môi trường nước nói chung và môi trường nước chảy nói riêng
Trang 19+ Tìm hiểu mối quan hệ giữa chất lượng môi trường nước sông với chỉ thị sinh học, các nội dung thực hiện chương trình quan trắc môi trường nước sông dùng
+ Phân tích, đánh giá tình hình thực hiện, hiệu quả và khả năng kế thừa những nghiên cứu về các hệ thống chỉ thị sinh học cho môi trường nước lưu vực sông đã thực hiện ở trong nước
• Tổng quan về hệ sinh thái thuỷ vực nước chảy của Việt Nam:
+ Các hệ sinh thái thuỷ vực nước chảy của Việt Nam;
+ Phân loại các thuỷ vực nước chảy của Việt Nam (đặc tính chung và riêng theo điều kiện địa lý và tự nhiên) phục vụ xây dựng bộ chỉ thị sinh học đặc trưng cho các thuỷ vực này;
+ Xác định các nguồn tác động đến chất lượng môi trường các thuỷ vực nước chảy
• Xác định phương pháp luận và quy trình xây dựng bộ chỉ thị sinh học cho hệ sinh thái thuỷ vực nước chảy
• Đề xuất bộ chỉ thị sinh học cho loại hình hệ sinh thái thuỷ vực nước chảy của Việt Nam phục vụ quan trắc môi trường lưu vực sông:
+ Xác định các loại chỉ thị trong bộ chỉ thị sinh học, đề xuất các chỉ thị sinh học
cụ thể thuộc từng loại chỉ thị: xem xét đến tính phù hợp với điều kiện thuỷ vực ở Việt Nam, tính khả thi và phù hợp của bộ chỉ thị trong điều kiện hiện tại và xem xét các khía cạnh liên quan đến chất lượng chỉ thị;
+ Đề xuất các tiêu chí phân tích, đánh giá kết quả quan trắc môi trường lưu vực sông sử dụng bộ chỉ thị sinh học
• Áp dụng thử nghiệm bộ chỉ thị sinh học được đề xuất cho quan trắc môi trường nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy để đánh giá tính hiệu quả và chính xác:
+ Tiến hành quan trắc, lấy số liệu tại LVS Nhuệ - Đáy với tần suất và thành phần
đã xác định theo chương trình quan trắc;
+ Đối chiếu kết quả đánh giá chất lượng nước theo bộ chỉ thị sinh học và các kết quả đánh giá theo các thông số hoá lý và những kết quả đánh giá khác đã có;
Trang 20+ Đánh giá tính khả thi và hiệu quả của bộ chỉ thị sinh học trong quan trắc môi trường nước lưu vực sông so với các phương pháp quan trắc khác
• Đánh giá kết quả áp dụng thử nghiệm bộ chỉ thị sinh học trong quan trắc môi trường nước lưu vực sông Nhuệ-Đáy
• Đưa ra dự thảo hướng dẫn chung cho việc áp dụng bộ chỉ thị sinh học này đối với hệ thống lưu vực sông ở Việt Nam
+ Trên cơ sở áp dụng thử nghiệm tiến hành điều chỉnh, hoàn thiện bộ chỉ thị sinh học dùng trong quan trắc các lưu vực sông ở Việt Nam
+ Thiết lập bản dự thảo hướng dẫn việc áp dụng bộ chỉ thị làm căn cứ để phát triển cho các lưu vực khác ở Việt Nam
4 SẢN PHẨM CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI
• Báo cáo tổng hợp đề tài KHCN;
• Dự thảo Hướng dẫn áp dụng Bộ chỉ thị sinh học đầy đủ đối với quan trắc môi trường lưu vực sông;
• Dự thảo Hướng dẫn áp dụng Bộ chỉ thị sinh học rút gọn đối với quan trắc môi trường lưu vực sông;
• Báo cáo Đối chiếu kết quả đánh giá chất lượng nước theo bộ chỉ thị sinh học với các kết quả quan trắc đánh giá theo các thông số hoá lý
Trang 21PHẦN II TỔNG QUAN CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC ÁP DỤNG CÁC CHỈ THỊ SINH HỌC
1 TỔNG QUAN VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC
1.1 Chỉ thị sinh học (biological indicators)
1.1.1 Khái niệm
Sau khi nghiên cứu, các nhà khoa học đã xác định rằng sự có mặt, tình trạng và
sự phát triển của các loại cá, côn trùng, tảo, thực vật có thể cung cấp các thông tin chính xác về chất lượng của từng sông, suối, hồ, vùng đất ngập nước hoặc cửa sông Khi môi trường có sự thay đổi, có thể có những thay đổi về thành phần loài hoặc các nhóm loài ưu thế trong quần xã sinh vật; về tính đa dạng trong quần xã; về tỷ lệ chết,
tỷ lệ sinh trong một nhóm loài; về sinh lý, tập tính hoặc hình thái cơ thể, tế bào; hay sự tích luỹ dần các chất ô nhiễm trong mô của cá thể Tất cả những thay đổi này có thể được coi là những chỉ thị sinh học cho chất lượng môi trường
Tính chỉ thị môi trường của sinh vật dựa trên khả năng chống chịu của vật với các yếu tố vô sinh của môi trường và với tác động tổng hợp của chúng Do vậy, muốn sử dụng một loài sinh vật nào đó làm chỉ thị, cần hiểu biết đầy đủ về đặc tính sinh thái của loài, các chuẩn môi trường sống đối với loài đó
Trang 22Trong số các sinh vật thuộc loại này, rêu thường được sử dụng rộng rãi Tuy nhiên, các nhóm sinh vật khác như tảo, thực vật lớn, cá và động vật không xương sống khác cũng được sử dụng (Calow và Maltby, 1978) Tuy nhiên do tính chất linh hoạt của cá và các loài động vật không xương sống, hoặc do bị trôi dạt như các loài tảo nên khi sử dụng những nhóm loài này cần rất thận trọng
• Ưu điểm của nhóm chỉ thị loài là phương pháp định lượng dễ thực hiện, có thể
áp dụng các phương pháp thống kê thông thường và kết quả dễ giải thích một cách đơn giản cho người nghe
1.1.2.2 Chỉ thị quần xã:
Các chỉ thị quần xã được xác định dựa trên phép đo của quần xã một nhóm sinh vật cụ thể nào đó, chẳng hạn quần xã động vật không xương sống, quần xã tảo,
a) Chỉ số đa dạng:
Biểu thị độ phong phú của loài trong một quần xã
Chỉ số đa dạng được sử dụng để đánh giá 3 khía cạnh: Số lượng loài hoặc độ phong phú; Tổng số cá thể của mỗi loài có mặt hoặc độ phong phú; Tính đồng nhất phân bố các cá thể giữa các loài khác nhau hoặc tính đồng đều
Một số chỉ số đa dạng được sử dụng phổ biến: Chỉ số Shannon-Weiner (H’), Chỉ
• Quan trắc quá trình tự làm sạch của môi trường
• Phát hiện những thay đổi trong môi trường tự nhiên
• Khảo sát các chất như nước uống khi có mặt chất gây ô nhiễm
Trang 23Những thay đổi về sinh lý và thích ứng đặc biệt của sinh vật chỉ thị dùng phát hiện những thay đổi về chất lượng môi trường Những thay đổi khác nhau giữa cơ thể này với cơ thể khác Việc sử dụng các sinh vật như chỉ thị sinh học liên quan nhiều khoa học khác Di truyền học bảo tồn động vật hoang dã là 1 ví dụ các phương pháp truyền thống có thể được kết hợp với công nghệ sinh học nhanh như thế nào để mang lại kết quả chính xác, và thu thập thông tin không có từ các phương pháp thường Bảo tồn vốn gen động vật hoang dã kết hợp với khảo sát truyền thống các quần thể động vật hoang dã, như Gấu trúc, với các nguyên tắc khoa học trong di truyền học để mang lại thông tin về chất lượng hệ sinh thái
Sự thay đổi về quần thể và cách thích ứng ở 1 loài được các nhà khoa học quan sát thấy nhưng những sự thay đổi về sinh lý cần phải dùng đến các kiểm tra đặc biệt Các xét nghiệm sinh học cần có các mẫu sinh vật để phát hiện những thay đổi của môi trường Những kiểm tra này có thể dùng để đảm bảo độ an toàn của nước uống hoặc đảm bảo chất lượng dòng sông Trong tương lai, khoa học tìm ra các phương thức mới
để dùng vi sinh vật, lúc đó sẽ mở rộng các thử nghiệm đối với đất và không khí
1.1.4 Đặc tính của các chỉ thị sinh học
Không phải mọi loài sinh vật đều có thể sử dụng làm sinh vật chỉ thị Craston
và cộng sự (1996) đã đánh giá các loài có thể được sử dụng làm chỉ thị sinh học thông qua 11 tiêu chí sau:
• Dễ thu mẫu;
• Chi phí/ha;
• Phương pháp chuẩn có sẵn;
• Có các tiêu chí diễn giải;
• Khả năng đặc trưng cho thuỷ vực;
• Sai số phép đo;
• Đáp ứng với ô nhiễm;
• Ổn định trong quá trình đo đạc;
• Có thể bản đồ hoá;
• Có tính ứng dụng tổng quát hoặc dự báo;
• Có số liệu tham khảo;
Ở nước ta việc nghiên cứu các sinh vật làm chỉ thị môi trường, đặc biệt là trong việc đánh giá chất lượng môi trường nước hiện nay đã đạt được một số thành công nhất định Tuy nhiên, đến nay vẫn chưa có sự thống nhất về tiêu chuẩn để lựa chọn các sinh vật chỉ thị hoặc chỉ thị sinh học nói chung, vì nó phụ thuộc nhiều vào đặc trưng của từng khu vực, chế độ dòng chảy và các hoạt động có tác động đến khu vực nghiên
Trang 24cứu Do đó, việc lựa chọn sinh vật làm sinh vật chỉ thị hay chỉ thị sinh học sẽ phải dựa trên các tiêu chuẩn cơ bản sau:
• Là loài dễ nhận dạng và được xác định rõ ràng;
• Loài dễ thu mẫu ngoài thiên nhiên, có số lượng nhiều, kích thước vừa phải
• Loài có phân bố rộng;
• Dễ tích tụ các chất ô nhiễm;
• Loài có nhiều dẫn liệu về sinh thái cá thể của đối tượng qua thử nghiệm sinh học;
• Loài có số liệu tham khảo
1.1.5 Sinh vật chỉ thị (bioindicators)
Sinh vật chỉ thị là những sinh vật có yêu cầu nhất định về điều kiện sinh thái liên quan đến nhu cầu dinh dưỡng, hàm lượng oxy, cũng như khả năng chống chịu một hàm lượng nhất định các yếu tố độc hại trong môi trường sống và khi đó sự hiện diện của chúng biểu thị một tình trạng điều kiện sinh thái của môi trường sống nằm trong giới hạn nhu cầu và khả năng chống chịu của đối tượng sinh vật đó
Như vậy, sinh vật chỉ thị được hiểu là sinh vật chỉ được phát hiện trong một môi trường có mức ô nhiễm nhất định Nhưng quan trọng nó phải đặc trưng, không xuất hiện trong "ngưỡng" ô nhiễm khác Nhìn chung sinh vật chỉ thị thường được dùng là các loại dễ thay đổi về thành phần loài và mật độ cá thể khi môi trường có sự thay đổi Bioindicators là những sinh vật như địa y, vi khuẩn, được dùng để quan trắc chất lượng môi trường Những sinh vật được đánh giá sự thay đổi có thể chỉ ra những vấn
đề của hệ sinh thái chúng, biểu hiện bằng những thay đổi về hóa học, vật lý, thích ứng của chúng
1.1.5.1 Đặc điểm cơ bản của sinh vật chỉ thị (bioindication)
Tính chỉ thị môi trường của sinh vật dựa trên khả năng chống chịu của sinh vật với yếu tố vô sinh của môi trường sống, trong tác động tổng hợp của chúng Do vậy, muốn sử dụng một loài sinh vật làm chỉ thị, cần hiểu biết đầy đủ về đặc tính sinh thái của loài, các điều kiện môi trường sống đối với loài đó
Tính chỉ thị môi trường của sinh vật được thể hiện ở các bậc khác nhau: cá thể, quần thể, nhóm loài và quần xã
Phương pháp sử dụng chỉ thị sinh học trong giám sát, quan trắc và kiểm tra chất lượng môi trường nước, tức sử dụng sinh vật chỉ thị đánh giá môi trường có thuận lợi, hiệu quả hơn so với phương pháp lý hoá học nhờ khai thác khả năng tích tụ các chất ô nhiễm trong cơ thể sinh vật và giá trị biểu thị tác động tổng hợp các yếu tố môi trường của sinh vật
Trang 251.1.5.2 Các kiểu sinh vật chỉ thị
Sinh vật cảm ứng (Biosensors): là những sinh vật chỉ thị có thể tiếp tục hiện diện
trong môi trường ô nhiễm thích ứng, phù hợp với tính chất sinh vật chỉ thị song có thể
có ít nhiều biến đổi, do tác động của chất ô nhiễm như giảm tốc độ sinh trưởng, giảm khả năng sinh sản, biến đổi tập tính
Sinh vật tích tụ (Bioaccumulators): là những sinh vật chỉ thị, không chỉ có tính
chất chỉ thị cho môi trường thích ứng, mà còn có khả năng tích tụ một số chất ô nhiễm nào đó trong cơ thể chúng với hàm lượng cao hơn nhiều lần so với ở môi trường ngoài (kim loại nặng, chất organochlorine ) Nhờ đó, bằng phương pháp phân tích hoá sinh hữu cơ mô cơ thể chúng, người ta có thể phát hiện, đánh giá các chất ô nhiễm này dễ dàng hơn nhiều so với phương pháp phân tích thuỷ hoá
1.1.6 Dấu hiệu sinh học (biomarkers)
Dấu hiệu sinh học là những công cụ phân tử trong Sinh thái học, sinh lý học, vi sinh vật học môi trường và những ngành khoa học khác đưa ra những điều kiện môi trường xung quanh 1 cơ thể hoặc 1 tế bào
Biomarkers được hiểu theo cách cổ điển là những cơ thể đã từng điều khiển sự tăng trưởng hay sự thay đổi môi trường xung quanh hay hệ sinh thái Đó có thể là thực vật, động vật hay vi khuẩn mà sinh ra những tín hiệu phân tử nhất định khi phản ứng với những sự thay đổi của điều kiện môi trường Trong sinh y học và công nghệ Sinh học, 1 chỉ thị sinh học có thể cho thấy tín hiệu phân tử của chính nó như là 1 công cụ để đánh giá tình trạng sinh lý của 1 cơ thể Chỉ thị sinh học càng ngày càng phổ biến hơn trong sinh y để phát hiện ra những sự thay đổi sinh lý với 1 cơ thể thấy ở vết thương hay bệnh tật Thật hữu ích khi phản ứng là mức độ thay đổi trong những điều kiện môi trường như hóa học, nhiệt độ, giảm sức chịu đựng hay chấn thương… nhưng chúng chắc hẳn luôn luôn là kết luận đáng tin cậy và biểu thị tình trạng của tế bào hay cơ thể
Theo quan điểm hiện nay, dấu hiệu sinh học là những thể hiện của sự phản ứng sinh học của sinh vật đối với tác động lý hoá học của chất ô nhiễm trong môi trường Dấu hiệu sinh học có 2 loại chính: dấu hiệu sinh lý-sinh hoá và dấu hiệu sinh thái
1.1.6.1 Dấu hiệu sinh lý-sinh hoá
Là dấu hiệu dễ nhận thấy và có giá trị nhất là các chỉ số liên quan tới khả năng sống sót, sự sinh trưởng của cá thể (chỉ số ăn mồi, tiêu hoá, hô hấp), sự sinh sản của quần thể (sinh trưởng, tỷ lệ sống của ấu trùng),
1.1.6.2 Dấu hiệu sinh thái
Thể hiện sự biến đổi của cấu trúc quần thể hoặc quần xã dưới tác động của chất ô nhiễm Có nhiều chỉ số được dùng để đánh giá sự biến đổi này:
• Chỉ số thiếu hụt số loài: được xác định trong trường hợp có số liệu khảo sát
định kỳ về thành phần loài có trong một khu sinh cư Sự thiếu hụt loài này có thể kéo
Trang 26theo sự thiếu hụt loài khác Thường người ta chú ý đến các loài có số lượng nhiều, dễ thu mẫu, dễ quan sát, tránh các loài hiếm gặp, có thể thiếu hụt do sai sót trong kỹ thuật thu mẫu
• Chỉ số đa dạng sinh học: là chỉ số mang tính chất tổng hợp số lượng loài và số
cá thể vào một giá trị chung, để đơn giản hoá sự phức tạp của cấu trúc quần xã sinh vật Có rất nhiều loại chỉ số đa dạng sinh học do các tác giả khác nhau đưa ra, song thường có sự tương quan giữa các loại chỉ số đa dạng khác nhau khi tính toán cùng một cơ sở dữ liệu
Chỉ số này đánh giá 3 mặt của cấu trúc quần xã: về số lượng loài (độ phong phú), tổng số lượng sinh vật của mỗi loài có mặt (mật độ phong phú), và tính đồng nhất phân
bố giữa các loài (tính đồng đều)
Chỉ số đa dạng có 1 số nhược điểm là không cung cấp thông tin về bản chất chất gây ô nhiễm, sự phản hồi quần xã với ô nhiễm không thường xuyên tuyến tính, 1 số loài có thể tăng tính đa dạng, không phân biệt được quần xã chống chịu ô nhiễm và quần xã chống chịu ô nhiễm
• Chỉ số loài ưu thế: cũng là một chỉ số có ý nghĩa để đánh giá mức độ ô nhiễm
Các kết quả cho thấy khi mức độ ô nhiễm nặng, một số loài phát triển ưu thế về số
lượng, thường là các loài kích thước nhỏ, lớn nhanh như nhóm giun ít tơ nước ngọt
Tính chất chỉ thị khác nhau ở các mức phân loại sinh thái trong tự nhiên
1.2 Chỉ thị sinh học đặc trưng cho môi trường nước chảy
1.2.1 Quần xã sinh vật của hệ sinh thái suối-sông
Suối và sông là một kiểu nơi cư trú phức hợp: từ một dòng chảy bé ở vùng đầu nguồn tập hợp thành suối và cuối cùng thành sông Sinh vật suối thường rất giống với thuỷ sinh vật ở thượng lưu sông, về thành phần loài cũng như về số lượng Hai bên bờ suối thường có thực vật lớn phát triển, mọc thành bụi Do nước chảy mạnh và có nền đáy đá là chủ yếu, quần xã thuỷ sinh vật suối có sinh vật nổi nghèo nàn, thực vật ven
bờ phát triển mạnh, động vật đáy khá phong phú, chủ yếu gồm các loài sống bám ở
đáy đá và ở nước chảy mạnh như tôm cua, ấu trùng Trichoptera, Ephemeroptera, các loài ốc rất phong phú thuộc các họ ốc Ancylidae, Thiaridae, Hydrobiidae, Pachychilidae, Stenothiridae, bọ cánh cứng Psephenidae, ấu trùng muỗi Anophenes
Hệ cá suối bao gồm các loài cá kích thước nhỏ, thích ứng với điều kiện nước chảy như
cá bám đá Do độ trong lớn nên các nhóm tảo bám đá (Periphyton) phát triển là thức
ăn quan trọng cho cá và động vật không xương sống Theo đánh giá của nhiều tác giả (Kottelat, 1996), khu hệ thuỷ sinh vật hệ sinh thái suối có tỷ lệ các loài đặc hữu cao và trong kiểu hệ sinh thái này, còn nhiều loài chưa được phát hiện Mùa nước lũ lớn khu
hệ sinh vật đáy ở suối bị huỷ diệt đi rất nhanh, nhưng rồi lại hồi phục nhanh, ngay sau khi hết cơn lũ
Trang 27Đặc điểm quan trọng của sông là chế độ nước chảy, sự phân chia thành nhiều đoạn sinh cảnh khác nhau: thượng lưu, trung lưu và hạ lưu có nhiều nhánh sông chảy qua nhiều địa phương Phù hợp với đặc điểm trên, quần xã thuỷ sinh vật sông có cấu tạo không đồng nhất, sai khác nhau giữa thượng lưu và hạ lưu Thành phần loài cũng mang tính chất pha trộn, có nhiều loài ngoại lai từ các thuỷ vực khác di nhập vào Sông là nơi cư trú rất quan trọng của các quần thể cá Nơi cư trú này được đặc trưng bởi hàm lượng ô xy hoà tan thấp hơn so với suối, nhiệt độ cao hơn, độ đục cao hơn, hàm lượng dinh dưỡng cũng cao hơn, đáy bùn và có mùa lụt Nền đáy sông thay đổi từ cát vùng thượng và trung lưu đến cát-bùn, bùn cát ở vùng hạ lưu
Trong thành phần sinh vật sống nổi của sông phát triển mạnh vi khuẩn, tảo khuê, tảo lam, tảo lục; giáp xác nhỏ kém phát triển Thành phần loài và số lượng nghèo ở thượng lưu và giàu dần lên ở hạ lưu Do chế độ nước chảy mạnh, nên sinh vật sống nổi phân bố tương đối đồng đều theo chiều ngang cũng như thẳng đứng Số lượng sinh vật sống nổi nhiều nhất vào kỳ nước thấp và nghèo đi ở kì nước cao
Trong thành phần sinh vật đáy ở sông, thực vật kém phát triển, động vật đáy rất
đa dạng tuỳ thuộc vào tính chất nền đáy: đáy cát, đáy đá hay đáy bùn Sinh vật đáy đá thường thấy ở thượng lưu sông thuộc vùng núi, thành phần đặc trưng là ấu trùng
Trichoptera, ấu trùng Ephemeroptera, các loài ốc núi Ngoài ra còn có thể gặp hải
miên nước ngọt, sán tiêm mao, những nhóm này ít thấy ở các sông vùng đồng bằng Sinh vật đáy cát và đáy bùn thường thấy ở trung và hạ lưu sông, thành phần gồm ấu
trùng côn trùng, giun ít tơ, ốc, trai sông họ Unionidae, trai cóc họ Amblemidae Sinh
vật tự bơi ở sông gồm có cá, bò sát ở nước và động vật có vú ở nước Các loài cá sông
có thể là cá thường trú, có thể là cá từ biển di nhập vào từng thời gian để sinh sản Thành phần khu hệ cá sông thường không đồng nhất từ thượng lưu về trung lưu, ở mỗi quãng sông có một khu hệ cá đặc trưng Vùng thượng lưu có nhiều loài cá đặc trưng cho vùng núi như: cá bống, cá sỉnh, cá hoả, cá chát, cá loà…, trong khi đó ở vùng hạ lưu, khu hệ cá gồm các loài phổ biến ở vùng đồng bằng (cá chép, cá diếc, cá chày, cá mè…) và các loài cá từ biển di cư vào (cá mòi, cá cháy…) Một số loài cá khác phân
bố từ vùng thượng lưu tới hạ lưu sông, như cá mương, cá trạch, cá nheo, cá măng… Mùa lụt là sự kiện quan trọng của nhiều loài cá sông Nhiều loài cá có tập tính đẻ trứng trong mùa lụt hoặc trước khi, hoặc ngay sau khi mùa lụt
Trong thuỷ vực sông, các yếu tố môi trường như chế độ thuỷ văn, nhiệt độ và ánh sáng quyết định năng suất sơ cấp Trong các sông nghèo dinh dưỡng, năng suất sơ cấp thường cao nhất ở kiểu sinh cảnh thác nước và ghềnh Ở các sinh cảnh này, nhờ có ánh sáng mặt trời, quần xã tảo đáy (peryphyton) phát triển trên các giá thể đáy đá tảng Chúng sử dụng các chất dinh dưỡng trong nước với nồng độ thấp có hiệu quả hơn so với quần xã thực vật nổi (phytoplankton) Cá phải sử dụng sản lượng sơ cấp hoặc sản lượng thứ cấp như động vật nổi (zooplankton) như là nguồn thức ăn trực tiếp Động vật nổi cũng là nguồn thức ăn của nhiều loài động vật KXS cỡ lớn và các loài cá Ngược lại, các
Trang 28loài động vật KXS và cá lại là nguồn thức ăn cho các loài cá ăn thịt khác Đây chính là biểu thị đặc điểm cơ bản của chuỗi thức ăn tự nhiên trong thuỷ vực
Các mức dinh dưỡng quyết định sản lượng cá và đa dạng các loài cá Các thuỷ vực nghèo dưỡng sẽ làm gia tăng sự đa dạng khu hệ cá cho tới lúc thuỷ vực đạt tới sự phú dưỡng và khi đó số lượng các loài cá lại giảm đi Trong mùa khô, các nơi cư trú của cá bao gồm thác nước, ghềnh, suối trong rừng, các vực sâu, vùng nước quẩn, mạch nước ngầm Đến mùa mưa, mực nước cao hầu hết những nơi cư trú như trên hoàn toàn thay đổi hoặc biến mất Tại các khúc sông, suối có dòng chảy nhanh, thực vật nổi không đủ thời gian để sinh trưởng và phát triển để hình thành các quần thể tảo nổi để góp phần tạo ra năng suất sơ cấp ở đây Bởi vậy, tại đây, trữ lượng tức thời cúa cá phụ thuộc chính vào nguồn tảo đáy
Trữ lượng tức thời của cá ở vùng hạ lưu sẽ tăng lên khi mà ở đó, dòng chảy chậm lại, năng xuất sơ cấp tăng do thực vật nổi có điều kiện phát triển với sự tích luỹ các nguồn dinh dưỡng và trầm tích đáy
Thành phần và mật độ các loài phụ thuộc chặt chẽ vào chế độ động lực, thuỷ văn, địa hình, địa mạo và thành phần hoá học của nước Vùng nước lợ cửa sông là nơi có hệ sinh thái đa dạng và năng suất cao, có giá trị khai thác về mặt kinh tế
1.2.2 Các sinh vật chỉ thị đặc trưng cho thủy vực nước chảy
1.2.2.1 Vi khuẩn
Một số vi khuẩn được nghiên cứu vì sự liên quan của chúng trong vấn đề sức khoẻ cộng đồng và sự lan truyền qua đường nước
Coliform tổng số, Coliform phân, và E Coli là các chỉ thị cho điều kiện vệ sinh
của nước Khi 1 mẫu nước được gửi tới phòng thí nghiệm, nó được kiểm tra Coliform tổng số Nếu có mặt Coliform tổng số, mẫu đó sẽ được kiểm tra cả Coliform phân và
E.coli, tùy vào phương pháp kiểm tra của phòng thí nghiệm Nhóm vi khuẩn E.Coli là một nhóm nhỏ thuộc nhóm Coliform phân Sự hiện diện của E Coli trong mẫu nước
cho thấy sự ô nhiễm phân, và chỉ ra rằng có sự ô nhiễm thời gian gần đây
Mỗi nước, mỗi địa phương thường có những tiêu chuẩn riêng để kiểm tra khống chế chỉ tiêu vi sinh Khi kinh phí và điều kiện có giới hạn người ta thường dùng chỉ
tiêu E Coli hoặc Tổng Coliform để xác định chất lượng nước Số lượng Coliform hay
E coli được biểu diễn bằng số khả hữu MPN (Most Probable Number)
Đôi khi chúng ta cần phải xác định là nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi phân người hay phân gia súc để có những biện pháp quản lý thích hợp Khi đó người ta thường sử
dụng tỉ lệ Fecal coliform trên Fecal streptococci
Trang 29Tảo có thể dùng làm chỉ thị cho độ axit, ô nhiễm hữu cơ, phú dưỡng trong hồ hoặc suối Việc thu mẫu vi tảo dễ, không tốn kém Tuy nhiên với loài tảo sống bám trên bề mặt đá thì đòi hỏi chú trọng trong khâu lẫy mẫu Mặt khác, chu kỳ sống của tảo ngắn nên không phù hợp để đánh giá tác động môi trường trong thời gian dài
1.2.2.4 Thực vật thuỷ sinh lớn (Macrophyta)
Các loài thực vật thuỷ sinh lớn (Macrophyton) như loài Bèo tây (Eichhornia crassipes), Ngổ nước (Limnophila heterophyla), rau Muống (Ipomoena aquatica), sậy (Phragmites spp.), cỏ Hương bài (Vetiveria zizanioides) thường được sử dụng làm sinh
vật chỉ thị môi trường nước ở mức độ dinh dưỡng thông qua phát triển sinh khối và mức độ ô nhiễm kim loại nặng thông qua khả năng tích tụ của chúng
1.2.2.5 Động vật không xương sống cỡ lớn (ĐVKXSCL)
Động vật không xương sống cỡ lớn (ĐVKXSCL) ở các vùng nước chảy được xem là có kích thước đủ lớn có thể quan sát bằng mắt thường, có thể đánh bắt được bằng sàng có kích thước mắt lưới từ 250-1000µm Thực tế chúng thường có kích thước lớn hơn 1mm
ĐVKXSCL rất phong phú và dễ gặp ở tất cả hệ thống sông suối Chúng là nguồn thức ăn chính của rất hầu hết các loài cá, và chúng cũng là sinh vật tiêu thụ những mảnh vụn hữu cơ nhỏ trong nước ngọt Trong hệ sinh thái nước sông, ĐVKXSCL có phân bố từ các sinh vật sản xuất bậc 2 cho đến sinh vật ăn thịt bậc cao
Hầu hết các loài ĐVKXSCL đều nhạy cảm và có những phản ứng trước sự thay đổi tự nhiên và nhân tạo của môi trường Chúng không chỉ bị ảnh hưởng bởi các loại hình ô nhiễm khác nhau như phú dưỡng, ô nhiễm hữu cơ, axit hoá mà còn bị tác động bởi các hoạt động làm thay đổi điều kiện sống khác như đào kênh, nuôi trồng thuỷ sản, điều chỉnh dòng chảy
Phần lớn các loài có chu kỳ sống dài khoảng một năm trở lên Các sinh vật mẫn cảm và các sinh vật trong giai đoạn nhạy cảm của vòng đời sẽ phản ứng rất nhanh với
áp lực môi trường, còn toàn bộ quần xã sẽ phản ứng chậm hơn
Trang 30ĐVKXSCL dễ thu mẫu và định loại Mẫu có thể thu bằng những dụng cụ đơn giản, không tốn kém Các đơn vị phân loại của động vật không xương sống cỡ lớn được biết đến nhiều và khoá định loại có sẵn phù hợp với phương pháp thực nghiệm trong quan trắc sinh học
Tuy nhiên, do phân bố quần xã động vật không xương sống cỡ lớn rộng nên yêu cầu lấy số mẫu phải khá lớn để đạt độ chính xác trong việc đánh giá sự phong phú của quần xã Sự phân bố và phong phú này không chỉ phụ thuộc vào chất lượng nước mà còn phụ thuộc vào các yếu tố tự nhiên khác như cấu trúc nền đáy, vận tốc dòng chảy
Vì vậy đòi hỏi phải có sự am hiểu về sinh thái học của từng loài
1.2.2.6 Cá
Cá là một chỉ thị tốt cho thuỷ vực rộng với mục tiêu đánh giá các tác động lâu dài
vì vòng đời dài và khả năng di chuyển xa của chúng Quần xã cá gồm nhiều loài với các bậc dinh dưỡng khác nhau như loài ăn cỏ, ăn côn trùng, ăn sinh vật nổi, ăn thịt Chúng có khả năng bị ảnh hưởng bởi mức dinh dưỡng thấp hơn Vì vậy cấu trúc các nhóm cá là sự phản ứng thích nghi với chất lượng môi trường Ngoài ra các tác nhân vật lý như nhiệt độ, pH, hàm lượng ôxy hoà tan, dòng chảy…cũng có thể làm thay đổi thành phần các loài cá
Cá là một chỉ thị rất tốt cho kim loại nặng trong nước Mohamet 1990, sử dụng cá làm chỉ thị sinh học cho ô nhiễm kim loại nặng ở sông Nile Theo Munir Ziya (2005) thì nhiều kim loại nặng có mặt một cách tự nhiên trong môi trường biển và là những tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước biển khi chúng ở hàm lượng cao Các tác giả đã tiến hành nghiên cứu sự tích tụ kim loại nặng như sắt, kẽm, cacdimi trong các loại sinh
vật thuỷ sinh
Tuy nhiên việc sử dụng cá làm chỉ thị có những hạn chế nhất định như khó thu mẫu ở các sông sâu và dòng chảy nhanh Mặc dù các đơn vị phân loại và đặc điểm sinh thái học nhiều loài cá được biết đến rộng rãi nhưng để định loại và nhận dạng chúng đòi hỏi người có kiến thức chuyên ngành
1.2.3 Các chỉ thị quần xã
Đối với các thủy vực nước chảy, để đánh giá chất lượng sinh học của hệ sinh thái cũng dựa trên các chỉ thị của các quần xã sinh vật như chỉ số đa dạng, chỉ số BMWP, ASPT, IBI,… Ngoài ra khảo sát thêm về sự thay đổi cấu trúc, chức năng các quần xã
ưu thế đối với từng thủy vực
Năm 1922, Suter và Moore đã chia ra các vùng, diễn biến ô nhiễm ở mỗi phụ vùng, cụ thể:
1.2.3.1 Phụ vùng điểm khởi đầu
Gồm có:
• Một dòng sông thông thường không ô nhiễm được xem là điểm khởi đầu
Trang 31• Chu trình sống trong một thế cân bằng ổn định, thích hợp
• Lượng lớn loài tồn tại, nhưng không một giống hay loài nào chiếm ưu thế
• Các sinh vật đang sống thích ứng với hàng loạt các yếu tố lí hoá thông thường đặc trưng cho vùng
1.2.3.2 Phụ vùng ô nhiễm
• Với sự xuất hiện ô nhiễm hữu cơ, một loạt các thay đổi bắt đầu
• Số lượng loài hiện diện có xu hướng giảm cùng với ô nhiễm
• Số lượng cá thể mỗi loài có xu hướng tăng cùng với ô nhiễm
• Tỉ lệ giữa các loài sinh vật bị đảo lộn do ô nhiễm
1.2.3.3 Phụ vùng mới bị ô nhiễm
• Vùng mới bị ô nhiễm bắt đầu hoạt động xả thải dư thừa các chất hữu cơ
• Tiếp theo là thời kì hỗn hợp các yếu tố vật lí
• Nhiều động thực vật bị chết ngạt hoặc bị che lấp bởi vật liệu lơ lửng
• Với việc cung cấp nhiều vật liệu thức ăn, vi khuẩn và vi sinh vật hoại sinh bắt đầu tăng mạnh
• Sự hạn chế những động vật ăn thịt không chống chịu đã tạo ra sự phát triển mạnh hơn những vi sinh vật hoại sinh và chiếm ưu thế hoàn toàn trong điều kiện này
• Sự phát triển mạnh mẽ những sinh vật, đặc biệt là nấm và vi khuẩn, tạo sức ép mạnh đến oxy tự do hoà tan để hô hấp và có thể hạn chế hô hấp
• Số lượng các chủng loại sinh vật bị giảm thiểu, nhưng số lượng các cá thể của các loài chống chịu có thể tăng
Trang 321.2.3.5 Phụ vùng phục hồi
• Vùng nhiễm trùng dần hoà nhập vào vùng phục hồi
• Khi dự trữ thức ăn giảm thì số lượng các sinh vật kị khí và các cơ thể chống chịu ô nhiễm khác cũng giảm
• Khi nhu cầu lớn về oxy giảm thì oxy tự do hoà tan bắt đầu xuất hiện và tương
tự là những sinh vật đòi hỏi oxy
• Khi vật liệu lơ lửng giảm và chất dinh dưỡng khoáng dễ tiêu tăng do hoạt đông vi sinh vật tảo bắt đầu tăng và thường rất phong phú
• Quang hợp xảy ra do tảo giải phóng nhiều oxy hơn, cản trở sự phục hồi
• Tảo cần oxy cho hô hấp và sự phát triển mạnh mẽ của tảo sẽ giảm oxy tự do hoà tan vào ban đêm do không được bổ sung bởi quang hợp
• Một cách tuần tự, vùng này được đặc trưng bởi những thay đổi cực trị vào ban ngày về ôxy hoà tan
• Cùng với lượng ôxy tương đối đủ để hô hấp và tảo dùng làm thức ăn, sự tăng trưởng động vật nói chung lại bắt đầu tiếp diễn
• Dòng sông có thể ở vào thời kỳ có sức sản xuất dồi dào và nó kéo dài đến khi
dự trữ năng lượng hoặc thức ăn bị tiêu tan
1.2.3.6 Phụ vùng nước sạch
• Những điều kiện nước sạch lại được xác lập khi sức sản xuất chuyển về trạng thái bình thường Ở mức tương đối nghèo và khu hệ động thực vật thay đổi, thế cân bằng tốt lại xuất hiện các điều kiện thường có các đặc trưng
• Các tính chất chung: Giống với nước sạch đầu nguồn ngoại trừ trường hợp hiện tại nó là một dòng sông rộng lớn hơn
• Khu hệ sinh vật đặc trưng: Giống với hệ sinh vật nước sạch đầu nguồn, ngoại trừ các loài bản địa thích ứng với dòng chảy rộng lớn hơn
• Theo Kolwitz, Masson và Liebmann, trong đánh giá chất lượng nước, điều cần nhấn mạnh là không nên dựa vào những cá thể sinh vật, mà là quần xã sinh vật
2 TỔNG QUAN VỀ HỆ SINH THÁI THUỶ VỰC NƯỚC CHẢY CỦA VIỆT NAM
Việt Nam có hệ thống sông ngòi dày đặc đem lại nguồn lợi lớn về kinh tế Con người đã biết tận dụng sự khác biệt giữa các dòng sông phục vụ lợi ích của họ, nhưng
có khi gây những tác hại nguy hiểm cho các thủy vực như làm thay đổi hình thái, tính chất lý hóa, dẫn đến biến đổi hệ sinh thái thủy vực Điều này không chỉ ảnh hưởng môi trường chung mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến con người Xem xét khái quát về hệ sinh
Trang 33thái các thủy vực ở Việt Nam để thấy được sự đa dạng sinh vật phần nhiều do điều kiện địa lý tự nhiên thủy vực quyết định Phần lớn các thủy vực Việt Nam hiện nay đang bị ảnh hưởng nghiêm trọng về chất lượng, từ những hiểu biết khái quát chúng ta
có thể đề ra mục tiêu, phương pháp hạn chế và khắc phục ô nhiễm môi trường nước
2.1 Thuỷ vực nước chảy
2.1.1 Khái niệm chung về thủy vực nước chảy
Quá trình bào mòn của dòng nước do nước mưa hoặc tuyết tan khi chảy từ nơi cao xuống nơi thấp đã hình thành nên các sông, suối Sông và suối là thuật ngữ chung chỉ kiểu thủy vực nước chảy ở lục địa Dòng chảy được đặc trưng bởi sự vận động một chiều liên tục của nước Sự tạo thành của dòng chảy chủ yếu do lực trọng trường, cũng
có trường hợp do hoạt động địa chấn tạo thành các khe, kẽ nứt rồi nước chảy dựa vào
đó, có khi khi dòng chảy hình thành do con người
2.1.1.1 Suối
Suối là loại hình thuỷ vực nước chảy phổ biến ở vùng núi Suối có thể coi là sông
cấp 1, một số suối lớn là sông cấp 2 Suối có đặc trưng lòng hẹp và nông, mực nước thấp
và có nền đáy đá, đá tảng hoặc sỏi cuội Dọc theo dòng suối chính thường có các nhánh phụ đổ vào Nước suối chảy với tốc độ lớn, nhưng giảm dần từ đầu nguồn tới cuối nguồn Phần khởi nguyên của các con sông vùng núi (phần đầu của đầu nguồn sông) đều có dạng những dòng suối Đặc tính quan trọng nhất của suối là mực nước biến đổi thất thường Do dòng suối chảy xiết, bờ thấp và không vững chắc nên dòng chảy của suối thường luôn thay đổi nhất là ở phần đầu nguồn, do tác động của mưa lũ Mực nước ở suối biến đổi rất đột ngột, mùa mưa lũ nước dâng cao rất nhanh, chảy mạnh, có khi cuốn trôi cả nền đáy Sau một vài ngày mức nước lại hạ thấp, nước trong lại và chảy với tốc độ bình thường Các suối ở vùng thấp hơn thì nền đáy có cả bùn, cát Nhìn chung, môi trường nước sông-suối biến động rất lớn theo mùa, theo sự biến đổi của thời tiết, của cường độ bức
xạ mặt trời Dòng chảy làm gia tăng mối tương tác giữa mặt nước với không khí cho nên nước thường bão hòa ôxy hòa tan Sự tương tác giữa nước với đất làm gia tăng sự xói mòn, độ đục và chất dinh dưỡng Nhiều khu vực suối đầu nguồn bị bóng cây che lấp ngăn cản bức xạ nhiệt của mặt trời Nhiệt độ nước của suối thường thấp hơn so với các thủy vực khác Trên cơ sở các yếu tố địa hình và chế độ dòng chảy, suối có hai kiểu nơi
cư trú cơ bản: ghềnh và vũng suối
Tại các khu vực có ghềnh, mực nước nông, nước chảy xiết qua bãi đá, sỏi Do
nước chảy mạnh, không khí luôn được xâm nhập vào nước nên hàm lượng ôxy luôn ở mức cao Thực vật ở ghềnh chủ yếu là các nhóm tảo bám bề mặt đá, sỏi Có thể là dạng sợi và phát triển thành thảm hoặc có thể là nhóm tảo silic sống bám trên tảo khác hoặc trên đá, sỏi
Tại một số vị trí của suối có các vũng nông, nước tù hoặc quẩn gọi là vũng suối
Tốc độ dòng nước chậm hơn, cát, bùn từ vùng thượng lưu được lắng đọng, nên nền đáy
Trang 34thường mềm, là cát hoặc bùn Mặc dù có sự phân biệt nhưng 2 kiểu nơi cư trú này thường có quan hệ mật thiết với nhau
2.1.1.2 Sông
Sông là một dải lãnh thổ trên đó có dòng nước chảy tương đối lớn và tương đối
ổn định, là thuỷ vực nước chảy tiêu biểu với đặc điểm: khối nước luôn chảy theo một
chiều nhất định, từ thượng lưu đến hạ lưu do lòng sông có sự chênh lệch về độ cao so với mực nước biển
Theo chiều dòng chảy, sông có thể chia ra 3 phần với đặc tính khác nhau: thượng lưu, trung lưu và hạ lưu Ranh giới cũng như độ dài 3 đoạn này rất khó phân biệt Phần thượng lưu thường là tập hợp của nhiều suối nhỏ, chảy trên nền đá gốc, lòng sông nông, mấp mô, độ dốc lớn Lượng nước ở đây rất biến động, dòng chảy nhanh nhất là
khi có mưa, có khả năng cuốn theo những khối đá lớn Về mặt địa lý, phần thượng lưu
thường nằm ở vùng núi cao, dựa vào các khe, hẻm núi tự nhiên, còn vùng trung và hạ
lưu do tự bản thân dòng chảy đào xới Phần trung lưu có tốc độ dòng đã giảm nhiều
nhưng vẫn đủ để cuốn theo cát sỏi
Lòng sông được mở rộng, độ dốc kém đi, tuy vẫn còn lớn, đáy sông đã có chất lắng đọng thô, những viên cuội tròn, có nơi nước vẫn chảy trên đá gốc, đây là nơi tụ
họp của các phụ lưu lớn Phần hạ lưu: tốc độ dòng chảy chậm dần ra đến biển, lượng
nước chảy nhiều, độ dốc nhỏ, lòng sông mở rộng, dòng chảy uốn khúc nhiều có tính bồi đắp và lắng đọng, đáy sông được phủ bởi trầm tích hạt nhỏ Khi chảy trong vùng châu thổ, sông phân nước ra các chi lưu để cuối cùng ra đến biển Không phải mọi con sông đều gồm 3 phần như trên, điều này còn phụ thuộc vào cấu tạo địa hình, địa chất của vùng lưu vực sông, cũng như giai đoạn phát triển sông (sông sơ khai hay sông đã phát triển)
Dòng chảy của một đoạn sông khi nước đầy, giữa hai bờ sông được gọi là dòng chảy nền Khi nước cạn, dòng chảy của sông thu vào dòng chảy gốc, cách xa hai bờ sông Bãi đất cạn hở ra trong mùa nước cạn nằm giữa bờ sông và dòng chảy gốc gọi là bãi sông, có thể phân thành nhiều tầng Sông là hợp lưu của nhiều dòng suối, có kích thước rộng hơn và thường có độ đục cao hơn ngăn cản sự truyền ánh sáng Nhiệt độ nước sông thường cao hơn suối, độ sâu lớn hơn, nền đáy thường là cát, cát-bùn ở vùng thượng và trung lưu hoặc bùn cát ở vùng đồng bằng Do độ rộng lớn, dòng chảy trung bình cũng như lượng nước chảy của sông lớn hơn so với suối mặc dù độ dốc của sông
Trang 35Theo điều kiện hình thành và chế độ thủy văn, sông được phân biệt sông miền núi, sông miền bằng (Nguyễn Văn Bách, 1998)
• Sông miền núi có dòng chảy lớn, tốc độ dòng chảy có thể đạt 5-8 m/s, vật liệu đáy chiếm 20-30% vật liệu lơ lửng, hàm lượng vật chất hòa tan chỉ chiếm 20-30% số lượng vật liệu lơ lửng
• Sông miền đồng bằng có tốc độ dòng chảy nhỏ hơn, không vượt quá 1,5 m/s, vật liệu đáy không quá 10% lượng vật liệu lơ lửng và lượng vật chất hữu cơ hòa tan cao hơn khoảng 70% lượng vật liệu lơ lửng
Lưu vực sông là phần mặt đất mà nước trên đó sẽ chảy ra sông (kể cả nước mặt
và nước ngầm)
2.1.1.3 Hệ thống sông
Một tập hợp những sông suối gồm một sông chính và các phụ lưu phân lưu lớn
nhỏ có liên quan chặt chẽ với nhau về dòng chảy và lưu vực tập trung nước được gọi là
hệ thống sông
Phân loại: Hệ thống sông hình nan quạt; Hệ thống sông hình lông chim; Hệ thống sông hình cành cây; Hệ thống sông hình song song Một hệ thống sông lớn thường có hình dạng hỗn hợp
Phân cấp hệ thống sông:
• Sông chính: là dòng sông có kích thước dài nhất và có lượng nước chảy trong sông là lớn nhất
• Sông phụ: Nhập lưu: là dòng sông phụ cung cấp nước cho hệ thống; Phân lưu:
là dòng sông phụ lấy nước của hệ thống
2.1.2 Các đặc tính cơ bản của thuỷ vực nước chảy
Dòng chảy là một hệ thống “mở”, thuỷ vực nước chảy liên tục được nhận nước và các chất dinh dưỡng mới do quá trình xói mòn và rửa trôi, đồng thời đưa chúng từ nơi này sang nơi khác Các chất dinh dưỡng chỉ tồn tại 1 thời gian, tạm thời ở nơi nào đó, hoặc trong cơ thể sinh vật, cuối cùng chúng đều theo dòng nước về cuối dòng, và không thể trực tiếp quay trở lại
2.1.2.1 Sự biến động nước theo thời gian
Trang 36bằng hoặc vượt lưu lượng trung bình năm, với xác suất vượt trung bình không dưới 50% Chu kỳ mùa của dòng chảy sông dao động tương đối đồng pha với chu kỳ mưa
• Chu kỳ nhiều năm:
Là sự dao động chế độ dòng chảy theo chu kỳ dài, mỗi chu kỳ có một số năm ít nước liên tiếp (pha ít nước) và một số năm nhiều nước liên tiếp (pha nhiều nước), giữa chúng có thể có một số năm chuyển tiếp với những giá trị nước trung bình Tính chu kỳ của tài nguyên nước là hệ quả của việc một số yếu tố hình thành chúng biến động có tính chu kỳ Chu kỳ mùa có nguyên nhân từ những quá trình của tự thân Trái Đất, còn chu kỳ nhiều năm hiện được coi như có nguyên nhân từ các quá trình diễn ra trong vũ trụ, trong đó người ta đặc biệt nhấn mạnh tới chu kỳ 11 năm hoạt động của Mặt Trời b) Tính ngẫu nhiên
Dòng chảy là sản phẩm tác động của nhiều yếu tố ngẫu nhiên Khi các yếu tố ngẫu nhiên đều có tác động đáng kể tới dòng chảy thì nó sẽ mang tính ngẫu nhiên rõ rệt Những hiện tượng thuỷ văn, như lũ lụt, hạn hán, xảy ra theo chu kỳ, nhưng các đặc trưng định lượng của chúng, như độ lớn, thời điểm xuất hiện , lại có tính ngẫu nhiên
và tuân theo một số quy luật ngẫu nhiên nhất định
2.1.2.2 Khả năng tự tái tạo của các lưu vực
Nước có thể tự tái tạo về lượng, chất và năng lượng Khả năng tái tạo của nước phụ thuộc vào các yếu tố chính sau:
• Chất và lượng nguồn cấp nước
• Khả năng tự làm sạch của thuỷ vực, phụ thuộc đặc điểm hình thái lòng chứa, các quá trình động lực và lý hoá sinh học diễn ra trong thuỷ vực
• Đặc điểm quá trình tiêu hao lượng và chất nước
Khả năng tự tái tạo của nước hạn chế và cần những điều kiện nhất định Một thuỷ vực khi đã bị khai thác quá khả năng tự phục hồi sẽ suy thoái, cạn kiệt, không còn khả năng cho khai thác
a) Khả năng tái tạo lượng và năng lượng nước
Khả năng tự tái tạo về lượng và năng lượng của nước là khả năng tự bảo toàn giá trị và phục hồi phần bị tiêu hao, được thực hiện nhờ tuần hoàn nước Miền cấp nước càng rộng và quá trình cấp nước càng mạnh mẽ, khả năng tái tạo này càng lớn Nước sông có khả năng tự phục hồi về lượng và năng lượng cao nhất
b) Khả năng tự tái tạo chất nước
Khả năng tự tái tạo về chất của nước là khả năng tự làm sạch thông qua các quá trình cơ lý, hoá, sinh khác nhau sau:
Trang 37• Chuyển dịch: Nước chảy xuôi dòng, mang vật chất ô nhiễm đi xa khỏi vùng tiếp
nhận, hoặc ra khỏi thuỷ vực nhận chất ô nhiễm, đến những môi trường mới
• Pha loãng: Được thực hiện khi nồng độ chất ô nhiễm của nước trong thuỷ vực
thấp hơn nhiều so với nguồn ô nhiễm, hoặc khi thuỷ vực ô nhiễm nhận được lượng nước mới chất lượng sạch hơn Tỷ lệ giữa tổng lượng chất ô nhiễm với lượng nước sạch dùng
để pha loãng càng nhỏ, khả năng pha loãng càng cao Xáo trộn càng mạnh, pha loãng càng dễ thực hiện và xảy ra trên diện rộng Pha loãng không trực tiếp làm giảm lượng chất ô nhiễm có trong khối nước, nhưng nó làm giảm nồng độ chất ô nhiễm, tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình tự làm sạch khác, đồng thời tạo cảm quan môi trường tốt hơn, cải thiện các đặc trưng lý học của nước
• Lắng đọng: Là quá trình vật chất không tan chuyển trạng thái từ lơ lửng trong
khối nước sang tích luỹ trong vùng đáy, góp phần loại vật chất ra khỏi khối nước, làm giảm nồng độ chất ô nhiễm trong nước, tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình hóa sinh tự làm sạch nước Tuy nhiên nó không loại được chất ô nhiễm ra khỏi thuỷ vực,
mà lại đưa chúng vào một môi trường mới ít ôxy, kém thuận lợi hơn cho phân huỷ hoá sinh tự làm sạch, tạo ra tích luỹ ô nhiễm trong trầm tích đáy, sinh ra trầm tích bùn đen,
có mùi thối và chứa rất nhiều chất độc hại Đây cũng là môi trường sinh sống của hệ sinh vật đáy, nên nguy cơ tích luỹ chất ô nhiễm theo dây chuyền sinh học sẽ rất cao Ngoài ra, trạng thái lắng đọng của một loại vật chất nào đó chỉ là tương đối, khi điều kiện thuỷ lực trong khối nước thay đổi, nó lại có thể bị cuốn trở lại trạng thái lơ lửng Trong tự nhiên, quá trình pha loãng, chuyển dịch diễn ra thuận lợi nhất trong sông
chảy xiết, còn lắng đọng diễn ra thuận lợi hơn trong các hồ
• Khả năng tự làm sạch hoá học của nước: Làm sạch hoá học được thực hiện nhờ phản ứng hoá học biến đổi một số chất thành những chất mới ít gây hại hơn, như ít độc
hơn, có thể kết tủa, bay hơi Tốc độ phản ứng phụ thuộc phức tạp vào điều kiện môi trường, nồng độ chất tham gia phản ứng, sự có mặt của các chất khác có chức năng xúc tác mà trong nhiều trường hợp chúng ta không biết rõ ràng
• Khả năng tự làm sạch hoá sinh của nước: Làm sạch hoá sinh được thực hiện nhờ các phản ứng phân huỷ chất hữu cơ bằng vi sinh vật hiếu khí Quá trình diễn ra thuận lợi
khi: Điều kiện sống của vi sinh vật phân huỷ hiếu khí được đảm bảo, không có chất độc hại; Nồng độ chất ô nhiễm không quá cao; Ôxy hoà tan được cung cấp liên tục, đầy đủ Nguồn cấp ôxy chủ yếu cho nước là từ khí quyển qua mặt nước và quang hợp của thuỷ thực vật trong tầng nước mặt vào ban ngày Ôxy hoà tan chỉ xuống sâu được nếu khối nước xáo trộn tốt Trong nước chảy mạnh, ôxy từ khí quyển được bổ sung nhanh vào nước và xáo trộn đồng đều hơn trong toàn khối Tuy nhiên nước chảy mạnh không thuận lợi cho duy trì các thực vật quang hợp cũng như vi sinh vật làm sạch nước, nên quá trình
tự làm sạch ở đây chủ yếu là bằng pha loãng, chuyển dịch và phân huỷ hoá học Thuỷ vực nước tĩnh tự làm sạch chủ yếu bằng phân huỷ hoá sinh ở tầng trên và lắng đọng
Trang 38• Lọc sinh học: thực hiện được theo các cơ chế sau
Lọc trực tiếp bởi động vật thân mềm: Mytilus cỡ 5 - 6 cm lọc được 3,5l/ngày, trai dài 5 - 6 cm lọc 12l/ngày, ấu trùng Chironomus Plumosus với mật độ 90.000 con/m2
sử dụng 250g chất hữu cơ ngày, trong đó đồng hoá 100g, còn lại bị vô cơ hoá
Tích tụ chất bẩn và chất độc (Coban, Cadimi…) bằng cách hấp thụ và tích luỹ chúng trong sinh khối động thực vật
Phá huỷ hoặc vô hiệu hoá chất độc Trong một số trường hợp chất độc trở thành thức
ăn, nguồn cấp O2 cho một số loài… Người ta đã tìm ra hàng trăm loài vi khuẩn, nấm có khả năng phân huỷ dầu mỏ, giúp loại trừ 10 - 90% tổng lượng dầu và các sản phẩm của dầu có trong nước Thực tế tại nhiều vùng nước biển bị ô nhiễm dầu không được xử lý bằng các phương pháp hoá học, hệ sinh thái đã tự làm sạch khá tốt nhờ cơ chế này
Lọc sinh học là một quá trình làm sạch tự nhiên có vai trò to lớn Tuy nhiên, sinh khối của các “vật liệu lọc” này chứa độc chất, nên cần phải được kiểm soát đặc biệt, như thu gom chuyển ra khỏi lưu vực hoặc xử lý làm sạch , đồng thời nghiêm cấm đưa vào dây chuyền thức ăn dưới mọi hình thức
2.1.3 Tính chất lý, hóa của nước sông
2.1.3.1 Thành phần hóa học của nước sông
Sông là loại hình thủy vực nước chảy tiêu biểu nên hàm lượng oxy hòa tan trong nước sông thường cao, ở những đoạn chảy siết, hàm lượng oxy hòa tan có thể lên đến bão hòa
pH tương đối ổn định, dao động trong khoảng 6-8 Nhìn chung hàm lượng các muối dinh dưỡng và vật chất hữu cơ trong nước sông thường nghèo nàn Hàm lượng TAN (tổng đạm amôn) ít khi vượt quá 0,1 ppm
Hàm lượng NO2- ít khi vượt quá 0,02 ppm có khi chỉ có lượng vết Vì hàm lượng oxy cao nên dạng đạm này dễ dàng bị oxy hóa thành dạng đạm nitrate (NO3-)
Hàm lượng NO3- thường gặp trong khoảng 0,1-0,5ppm Hàm lượng dạng này trong nước sông thường thay đổi theo mùa: mùa hạ thực vật phù du phát triển mạnh - quá trình quang hợp của chúng hấp thu nhiều NO3- làm hàm lượng muối này trong thủy vực giảm xuống đáng kể có khi bằng 0; vào mùa thu hàm lượng muối này tăng lên hẳn và đạt cực đại ở mùa đông và sang mùa xuân bắt đầu giảm xuống
Hàm lượng PO43- dao động trong khoảng 0,03-0,1 ppm và cũng dao động theo mùa, vào mùa nước lũ hàm lượng PO43- thường cao do nước mưa mang vào thủy vực Hàm lượng SiO32- dao động trong khoảng 2-10 mg/l
Hàm lượng muối sắt hòa tan trong nước sông thường rất thấp vì hàm lượng oxy hòa tan cao, các muối hòa tan của sắt dễ dàng bị oxy hóa thành dạng keo Fe(OH)3
không hòa tan Tuy nhiên, hàm lượng sắt tổng sẽ cao đối với những vùng chịu ảnh
Trang 39hưởng của đất phèn, COD của nước sông thường rất thấp chỉ dao động trong khoảng 2-5mg/L
Lượng oxy hòa tan trong nước lớn, CO2 tự do ít, vật chất hữu cơ trong nước song thấp, độ pH thuộc loại trung bình, dao động từ 6.9 - 7.2
Nhìn chung, thành phần hóa học của nước giữa các khúc trong một dòng sông thì không hoàn toàn giống nhau, nó phụ thuộc vào vị trí địa lý của từng khúc sông và nguồn bổ sung
2.1.3.2 Tính chất vật lý
a) Độ đục, độ trong
Độ đục là khả năng cản những tia nắng mặt trời và độ trong của nước là khả năng ánh sáng mặt trời xuyên qua nước Hai tính chất này của nước tỉ lệ nghịch với nhau và phụ thuộc vào lượng keo khoáng, vật chất hữu cơ lơ lửng, sự phát triển của các vi tảo, sóng gió thủy triều và lượng nước mưa đổ vào thủy vực Ở những thủy vực khác nhau nguyên nhân gây ra độ vẩn đục khác nhau Ở sông, độ đục của nước là do sự có mặt của các chất không hòa tan như phù sa (kích thước khoảng 2-50µm), các chất keo (kích thước nhỏ hơn 2µm) có nguồn gốc vô cơ và hữu cơ Do đó độ vẩn đục thay đổi theo mùa rõ rệt Mùa mưa, nước mưa chảy vào sông cuốn theo các tạp chất trên mặt đất nên độ đục của nước sông cao (thường thấy sau trận mưa lớn) và độ đục giảm dần theo mùa khô
b) Mùi
Nước thiên nhiên trong các thủy vực thường có mùi do có sự hiện diện của các
vi khuẩn, các hợp chất vô cơ, hữu cơ hòa tan hay không hòa tan gây ra Các hợp chất hữu cơ đang bị phân hủy sẽ hình thành các hợp chất có mùi rất khó chịu: mùi tanh và hôi - có vi khuẩn phát triển; mùi tanh - nước có nhiều sắt; mùi chlorine - do quá trình khử khuẩn; mùi trứng thối - do có nhiều khí H2S; mùi bùn và mùi tanh - do tảo phát triển mạnh
c) Vị
Nước trong tự nhiên có vị là do sự có mặt một số muối hay các khí hòa tan trong
nước gây ra Vị của nước phụ thuộc vào số lượng và thành phần hóa học của các chất chứa trong nước, nhiệt độ của nước (nhiệt độ thấp vị khó phát hiện) và độ nhạy cảm người thử Có thể phân biệt 4 loại vị cơ bản của nước : mặn - do muối NaCl hòa tan > 500mg/l; ngọt - do nhiều khì CO2 hòa tan; đắng, chát - do nhiều Mg2+ (lớn hơn 1g/l),
Na2CO3, MgSO4, MgCl2; chua - do muối nhôm và sắt
Trang 402.2 Hệ sinh thái thuỷ vực nước chảy
2.2.1 Đặc trưng của hệ sinh thái thủy vực nước chảy
Hệ sinh thái sông ngòi thuộc hệ thống nước chảy, có đặc trưng quan trọng là sự
phát triển đa dạng của động vật bơi và nghèo nàn hệ thực vật cũng như động vật đáy Các loài sinh vật chủ yếu là vi khuẩn, nấm, siêu vi trùng, rong tảo, động thực vật phù
du, lục bình, động vật đa bào, có xương sống và nhuyễn thể Thành phần và mật độ các loài phụ thuộc chặt chẽ vào chế độ động lực, thuỷ văn, địa hình, địa mạo và thành phần hoá học của nước Vùng nước lợ cửa sông là nơi có hệ sinh thái đa dạng và năng suất cao, có giá trị khai thác về mặt kinh tế và đời sống
Một số loài cá có nhu cầu về chế độ động lực khác nhau trong mỗi giai đoạn sinh trưởng, có nhu cầu di chuyển xuôi ngược dòng theo thời gian, nên cần sự thông thương dòng chảy trên toàn tuyến sông, mâu thuẫn với nhu cầu của một số ngành dùng nước khác Cửa sông có quá trình triều chiếm ưu thế thuận lợi nhất cho phát triển rừng ngập mặn, do có năng lượng sóng yếu, trầm tích hạt mịn trên bãi triều lầy và nước mặn thường xuyên xâm nhập Cửa sông có quá trình sông chiếm ưu thế chỉ đáp ứng được hai điều kiện đầu về trầm tích và năng lượng sóng, nên rừng ngập mặn chỉ có rất ít ở các rìa cửa sông giáp biển Cửa sông có sóng chiếm ưu thế thì tác động của sóng mạnh nên rừng ngập mặn không nhiều, phân bố ở rìa các đầm phá
Lưu vực sông, đặc biệt là những nơi cư trú ven sông là nơi cư trú cần thiết và đa dạng cho nhiều quá trình và nhiều loài sinh vật, đây còn là nơi cung cấp mối liên kết giữa hệ sinh thái thuỷ sinh với hệ sinh thái vùng cao Chẳng hạn như, thảm thực vật ven sông sẽ kiểm soát nhiều cơ chế môi trường của hệ sinh thái sông, và đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định lưu lượng, điều chỉnh dòng chảy cũng như nhiệt độ sông Các vùng đất ngập nước cũng đóng vai trò quan trọng tương tự trong việc duy trì đa dạng sinh học và các quá trình trong lưu vực sông Bên cạnh đó có thể bao gồm những
nỗ lực tránh sự suy thoái nơi cư trú của các loài động thực vật hoang dã nguy cấp
Thành phần sinh vật trong hệ sinh thái thủy vực nhìn chung có kích thước nhỏ so với các hệ sinh thái ở cạn Chiếm đa số là các động vật không xương sống cỡ nhỏ, các
vi sinh vật (vi khuẩn, tảo đơn bào) với số lượng lớn, đa dạng về thành phần loài với đặc trưng phân bố tồn tại xen kẽ trong cả tầng nước lẫn nền đáy Do tác động và mối quan hệ sinh thái thường trực, các sinh vật cỡ nhỏ dễ bị hủy diệt, vì vậy các hệ sinh thái thủy vực thường rất nhạy cảm với những tác động từ bên ngoài hệ, dễ biến động
do các tác nhân bên ngoài (hoạt động phát triển kinh tế - xã hội, khai thác, ô nhiễm môi trường, thiên tai ) Diễn thế sinh thái của thủy vực nhiều khi diễn ra với tốc độ nhanh cả về lượng và chất trừ các hệ sinh thái ở biển cực sâu ít tiếp xúc với bên ngoài