Luận văn thạc sĩ Quản lý tài nguyên và môi trường: Ảnh hưởng mãn tính của chì và Asen đối với Daphnia Magna và đề xuất giải pháp quản lý môi trường nước

GIỚI THIỆU

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Đánh giá độc mãn tính của chì (Pb) và asen (As) đối với vi giáp xác nước ngọt

Daphnia magna, qua đó đề xuất một số giải pháp quản lý nhằm giảm tác động của kim loại nặng đến thủy sinh vật trong môi trường nước.

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Sinh vật được lựa chọn và sử dụng cho thí nghiệm là: Daphnia magna thế hệ đầu tiên (F0) và thế hệ thứ 2 (con non F1) phơi nhiễm với Pb và As

Thí nghiệm mãn tính được thực hiện trong 21 ngày cho thế hệ đầu tiên và trong 8 ngày cho thế hệ thứ 2 (con non F1) trong điều kiện phòng thí nghiệm

1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Để đạt được mục tiêu nêu trên thì các nội dung sau đã được thực hiện:

(i) Tổng quan hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước;

(ii) Tổng quan độc tính của chì và asen đối với thủy sinh vật nước ngọt;

(iii) Đánh giá độc mãn tính của chì và asen lên vi giáp xác Dapnia magna;

(iv) Đề xuất giải pháp quản lý nhằm bảo vệ đời sống của thủy sinh vật

1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để thực hiện các nội dung nêu trên thì các phương pháp sau đã được áp dụng:

Phương pháp tổng quan tài liệu

Tổng quan các tài liệu, các công bố khoa học về nguồn phát thải và hàm lượng Pb,

As trong môi trường nước hiện nay

Tổng quan về độc tính của kim loại nặng đối với thủy sinh vật nước ngọt, bao gồm vi giáp xác nước ngọt Daphnia magna

Phương pháp thí nghiệm độc mãn tính

Thực hiện phơi nhiễm mãn tính vi giáp xác nước ngọt Daphnia magna với hai kim loại nặng Pb và As ở các nồng độ thường gặp trong môi trường hoặc ở nồng độ nằm

3 trong giới hạn cho phép, quy định về bảo vệ các sinh vật thủy sinh QCVN 08-MT: 2015/BTNMT, cột A1 Các thiết kế thí nghiệm được tham khảo từ các tài liệu đã được công bố trên thế giới (Adema, 1978; APHA, 2012) và các điều kiện thí nghiệm được kiểm soát theo hướng dẫn Các đặc điểm sinh học vòng đời của sinh vật gồm: Tỷ lệ sống/ chết, tuổi thành thục (ngày bắt đầu mang trứng), sự sinh sản sẽ là tiêu chí dùng để đánh giá độc tính của Pb và As đối với thủy sinh vật

Phương pháp phân tích số liệu

Phần mềm phân tích thống kê Sigma Plot (phiên bản 12.0) đã được sử dụng để phân tích số liệu Phép thống kê phi tham số Kruskal Wallis có chức năng kiểm định giả thuyết các trung bình của các mức bằng nhau Qua đó đánh giá sự khác biệt về mặt thống kê của chỉ tiêu tuổi thành thục trong lô đối chứng so với các lô phơi nhiễm

Tỷ lệ phần trăm được áp dụng cho việc tính tỷ lệ sống và tỷ lê con non của từng lô phơi nhiễm so với đối chứng:

Tỷ lệ sống (%) tại ngày thứ n =Số con sống tại ngày thứ n số con sống đối chứng × 100 Với n là ngày thí nghiệm

Tỷ lệ con non (%) tại lô phơi nhiễm =Tổng số con non lô phơi nhiễm

Tổng số con non đối chứng × 100

Kết quả từ nghiên cứu nhằm cung cấp thông tin ban đầu về mức độ ảnh hưởng lâu dài của Pb và As trong điều kiện thực tế tại Việt Nam Từ đó sẽ đề xuất các nghiên cứu sâu hơn cho các thông số môi trường khác trong đánh giá tính xác thực của ngưỡng Pb và As trong nước tự nhiện theo các quy chuẩn chất lượng nước Phương pháp thí nghiệm độc mãn tính được sử dụng tuân theo những tiêu chuẩn của Hiệp hội Y tế Công cộng Hoa Kỳ là một phương pháp được quốc tế thừa nhận để tiến hành các thí nghiệm độc học Đề tài dựa trên cơ sở các nghiên cứu liên quan đã được công bố trên thế giới và điều kiện thực hiện, kết quả đạt được trong đề tài có tính khả thi khi áp dụng tại Việt Nam

Kết quả thí nghiệm sẽ cung cấp thông tin cụ thể cho việc quản lý môi trường nước mặt hiệu quả hơn và giúp cải thiện môi trường tốt hơn trong điều kiện khắc khe về chất thải hiện nay Các kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần đánh giá ảnh hưởng của kim loại nặng từ những nồng độ thấp ít khảo sát đến những nồng độ cao gây ô nhiễm môi trường, nâng cao công tác quản lý môi trường, đáp ứng mục tiêu của xã hội là phát triển bền vững

Các nghiên cứu về ảnh hưởng của kim loại nặng Pb và As ở Việt Nam đã có nhưng vẫn chưa đánh giá đầy đủ các tác động mãn tính lên động vật thủy sinh nước ngọt Ở nước ngoài thì đã có nhiều nghiên cứu đánh giá tác động mãn tính, tuy nhiên nồng độ Pb và As chỉ áp dụng cho tiêu chuẩn riêng khác với Việt Nam Đề tài luận văn sử dụng phương pháp thí nghiệm độc mãn tính kết hợp với điều kiện thực tế về phát thải Pb và As cho đặc trưng riêng ở Việt Nam nhằm đề xuất các giải pháp quản lí hàm lượng kim loại nặng trong môi trường nước và đề ra các phương hướng thiết thực trong giảm thiểu phát thải các kim loại nặng này ra môi trường tự nhiên.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Để đạt được mục tiêu nêu trên thì các nội dung sau đã được thực hiện:

(i) Tổng quan hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước;

(ii) Tổng quan độc tính của chì và asen đối với thủy sinh vật nước ngọt;

(iii) Đánh giá độc mãn tính của chì và asen lên vi giáp xác Dapnia magna;

(iv) Đề xuất giải pháp quản lý nhằm bảo vệ đời sống của thủy sinh vật.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để thực hiện các nội dung nêu trên thì các phương pháp sau đã được áp dụng:

Phương pháp tổng quan tài liệu

Tổng quan các tài liệu, các công bố khoa học về nguồn phát thải và hàm lượng Pb,

As trong môi trường nước hiện nay

Tổng quan về độc tính của kim loại nặng đối với thủy sinh vật nước ngọt, bao gồm vi giáp xác nước ngọt Daphnia magna

Phương pháp thí nghiệm độc mãn tính

Thực hiện phơi nhiễm mãn tính vi giáp xác nước ngọt Daphnia magna với hai kim loại nặng Pb và As ở các nồng độ thường gặp trong môi trường hoặc ở nồng độ nằm

3 trong giới hạn cho phép, quy định về bảo vệ các sinh vật thủy sinh QCVN 08-MT: 2015/BTNMT, cột A1 Các thiết kế thí nghiệm được tham khảo từ các tài liệu đã được công bố trên thế giới (Adema, 1978; APHA, 2012) và các điều kiện thí nghiệm được kiểm soát theo hướng dẫn Các đặc điểm sinh học vòng đời của sinh vật gồm: Tỷ lệ sống/ chết, tuổi thành thục (ngày bắt đầu mang trứng), sự sinh sản sẽ là tiêu chí dùng để đánh giá độc tính của Pb và As đối với thủy sinh vật

Phương pháp phân tích số liệu

Phần mềm phân tích thống kê Sigma Plot (phiên bản 12.0) đã được sử dụng để phân tích số liệu Phép thống kê phi tham số Kruskal Wallis có chức năng kiểm định giả thuyết các trung bình của các mức bằng nhau Qua đó đánh giá sự khác biệt về mặt thống kê của chỉ tiêu tuổi thành thục trong lô đối chứng so với các lô phơi nhiễm

Tỷ lệ phần trăm được áp dụng cho việc tính tỷ lệ sống và tỷ lê con non của từng lô phơi nhiễm so với đối chứng:

Tỷ lệ sống (%) tại ngày thứ n =Số con sống tại ngày thứ n số con sống đối chứng × 100 Với n là ngày thí nghiệm

Tỷ lệ con non (%) tại lô phơi nhiễm =Tổng số con non lô phơi nhiễm

Tổng số con non đối chứng × 100

Ý NGHĨA KHOA HỌC

Kết quả từ nghiên cứu nhằm cung cấp thông tin ban đầu về mức độ ảnh hưởng lâu dài của Pb và As trong điều kiện thực tế tại Việt Nam Từ đó sẽ đề xuất các nghiên cứu sâu hơn cho các thông số môi trường khác trong đánh giá tính xác thực của ngưỡng Pb và As trong nước tự nhiện theo các quy chuẩn chất lượng nước Phương pháp thí nghiệm độc mãn tính được sử dụng tuân theo những tiêu chuẩn của Hiệp hội Y tế Công cộng Hoa Kỳ là một phương pháp được quốc tế thừa nhận để tiến hành các thí nghiệm độc học Đề tài dựa trên cơ sở các nghiên cứu liên quan đã được công bố trên thế giới và điều kiện thực hiện, kết quả đạt được trong đề tài có tính khả thi khi áp dụng tại Việt Nam

Ý NGHĨA THỰC TIỄN

Kết quả thí nghiệm sẽ cung cấp thông tin cụ thể cho việc quản lý môi trường nước mặt hiệu quả hơn và giúp cải thiện môi trường tốt hơn trong điều kiện khắc khe về chất thải hiện nay Các kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần đánh giá ảnh hưởng của kim loại nặng từ những nồng độ thấp ít khảo sát đến những nồng độ cao gây ô nhiễm môi trường, nâng cao công tác quản lý môi trường, đáp ứng mục tiêu của xã hội là phát triển bền vững

Các nghiên cứu về ảnh hưởng của kim loại nặng Pb và As ở Việt Nam đã có nhưng vẫn chưa đánh giá đầy đủ các tác động mãn tính lên động vật thủy sinh nước ngọt Ở nước ngoài thì đã có nhiều nghiên cứu đánh giá tác động mãn tính, tuy nhiên nồng độ Pb và As chỉ áp dụng cho tiêu chuẩn riêng khác với Việt Nam Đề tài luận văn sử dụng phương pháp thí nghiệm độc mãn tính kết hợp với điều kiện thực tế về phát thải Pb và As cho đặc trưng riêng ở Việt Nam nhằm đề xuất các giải pháp quản lí hàm lượng kim loại nặng trong môi trường nước và đề ra các phương hướng thiết thực trong giảm thiểu phát thải các kim loại nặng này ra môi trường tự nhiên

TỔNG QUAN

Tổng quan kim loại nặng

Khái niệm kim loại nặng

Trong nhiều thập kỷ qua, thuật ngữ “kim loại nặng” đã được sử dụng để chỉ nhóm gồm những kim loại hay bán kim loại có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường và độc tính tiềm tàng ảnh hưởng đến sức khỏe con người và các sinh vật (Duruibe et al., 2007) Theo Bjerrum (1936) kim loại nặng được định nghĩa là những kim loại có khối lượng riêng lơn hơn 7 g/cm 3 và sau đó khái niệm này đã thay đổi bởi Morris (1992) với khối lượng riêng lớn hơn 5 g/cm 3 Trong nhiều năm qua, khái niệm kim loại nặng đã được định nghĩa bởi nhiều nhà khoa học khi dựa vào các tiêu chí như số hiệu nguyên tử, tính chất hóa học hay độc tính sinh thái (Kabata-Pendias, 2001; Duffus, 2002 và Duruibe et al., 2007) Các kim loại nặng như cadimi (Cd), chì (Pb), thủy ngân (Hg), asen (As), niken (Ni), đồng (Cu), crom (Cr), kẽm (Zn) và Sắt (Fe),… là những nguyên tố hóa học tự nhiên được tìm thấy trên khắp vỏ trái đất nhưng hầu hết các vấn đề ô nhiễm môi trường là từ các hoạt động nhân tạo (Scott và Smith, 1981; Hodgson et al., 1988)

Vào năm 2007, Viện Blacksmith (một tổ chức nghiên cứu môi trường quốc tế có trụ sở tại New York, Mỹ) đã công bố danh sách 10 thành phố thuộc 8 nước ô nhiễm nhất thế giới, trong đó đa phần là ô nhiễm kim loại nặng (The Blacksmith Institute, 2007) Ô nhiễm kim loại nặng diễn ra trong tất cả các môi trường đất, nước và không khí vì đặc tính tích lũy lâu dài và khó phân hủy của chúng Các nguồn thải từ khai thác khoáng sản, nước thải dân cư, nước thải công nghiệp, nông nghiệp là những nguyên nhân chính làm gia tăng nồng độ kim loại nặng trong nước (Hình 2.1), ảnh hưởng đến môi trường sống, số lượng cá thể thủy sinh vật và nghiêm trọng hơn là suy giảm độ đa dạng sinh học ở nhiều khu vực (Smolders et al., 2003; Saha và Paul, 2016)

Nước thải từ tuyển quặng chứa nhiều pyrit (Quặng giàu kim loại nặng dạng mịn) từ các lớp địa chất giải phóng trở lại môi trường kèm theo vô số các kim loại nặng như

As, Ni, Cu, Ag, Au đã gây ô nhiễm cho các sông lớn trên thế giới (Fan et al, 2016) Điển hình là năm 1998, tại Aznalcollar (Tây Ban Nha) đã xảy ra một vụ tai nạn mỏ kinh hoàng làm rò rỉ kim loại nặng gây ô nhiễm nghiêm trọng sông Guadiamar (Grimalt, 1999) Hoạt động khai thác nước ngầm đã gián tiếp phóng thích các kim loại nặng vào nước mặt đặc biệt là As (Nguyễn Hào Quang, 2014)

Tốc độ công nghiệp hóa càng nhanh đã gây ra áp lực nặng nề lên chất lượng môi trường hiên nay, đặc biệt là nước thải từ các ngành luyện kim, điện tử, dệt nhuộm, chế biến giấy và gia tăng sử dụng thuốc trừ sâu trong nông nghiệp Ngành dệt và nhuộm màu sử dụng Cr, Pb và Zn như chất kết dính tạo màu và tạo bóng bề mặt Hàm lượng kim loại nặng trong môi trường tự nhiên ngày càng vượt quá mức cho phép của các tiêu chuẩn chất lượng Khi phát thải ra môi trường, kim loại nặng xâm nhập vào các thủy vực, vào chuỗi thức ăn và tác động xấu đến các sinh vật đang sống trong môi trường đó và con người (Ravindra, 2014)

Hình 2.1: Các nguồn phát thải kim loại nặng (Gheorghe, 2017)

Tác động đến thủy sinh vật

Kim loại nặng gồm Cu, Cr, Mg, Mn, Zn, Ni, Fe, Co ở những nồng độ và điều kiện cho phép (thường ở hàm lượng ít hơn 10ppb) được xem như những nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự sinh trưởng của sinh vật trong quá trình thực hiện các chức năng sinh lí và sinh hóa (Davis và Gatlin, 1996) Tuy nhiên, trong môi trường tự

7 nhiên với những biến đổi phức tạp hơn và khi hàm lượng của chúng vượt một ngưỡng nhất định và gây ra các tác động tiêu cực thông qua những thương tổn khi tương tác với các thành phần tế bào và hệ thống enzyme của sinh vật (Jaishankan, 2014) Bên cạnh đó, những kim loại như Pb (Govind, 2014; Vincent et al., 2015),

As (ATSDR, 2005), Cd (Clark, 1992), Hg (Govind, 2014; Rice et al., 2014) lại không có bất kỳ chức năng sinh học nào cho sinh vật mà trái lại độc tính của chúng thể hiện rất rõ cho nhiều thế hệ con non Ở cấp độ tế bào, kim loại nặng có khả năng tương tác với DNA và biến đổi protein thông qua biến đổi enzyme (hình 2.2), tác động đến các bào quan như ty thể, nhân và màng tế bào, tích lũy trong mô mềm và nội tạng, cản trở các quá trình sinh lý nội môi và mô, thoái hóa xương, tổn hại hệ thần kinh, chức năng sinh sản và ung thư (Wang, 2001; Hosam, 2018) Stress oxi hóa cũng là nguyên nhân chính dẫn đến sự suy giảm số lượng loài và cá thể các sinh vật

Trong các nghiên cứu gần đây đã cho thấy sự tích lũy kim loại nặng diễn ra trong thời gian dài và ở hàm lượng thấp gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến thủy sinh vật và con người thông qua chuỗi thức ăn (Reinhold, 1999; Bharti, 2012a, 2012c) Phức tạp hơn là kim loại nặng trong trầm tích có thể được giải phóng trở lại cột nước và gây hại đối với hệ sinh thái và hoạt động sản xuất của con người (Bharti, 2012b, 2013)

Trong quản lí chất lượng nước, đã có rất nhiều quốc gia và cơ quan tổ chức trên thế giới sử dụng kết quả nghiên cứu độc mãn tính từ các chất cần kiểm soát để thiết lập các bộ tiêu chí quốc gia và tiêu cuẩn cho phép cho các hóa chất trong môi trường nước Năm 1985, Cơ quản Bảo vệ Môi trường Mỹ (US.EPA) đã công bố những hướng dẫn cho các việc thiết lập các tiêu chí chất lượng nước quốc gia nhằm bảo vệ các sinh vật dưới nước (Stephan, 1985) Từ 1987, Cananda đã thiết lập quy trình hướng dẫn hoàn chỉnh vể quản lí chất lượng nước được giới khoa học công nhận trong việc bảo vệ đời sống thủy sinh (Canadian water quality, 1999)

Hình 2.2: Cơ chế tác động của kim loại nặng đối với tế bào (Jaishanka, 2014) Tổng quan hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng

Trung Quốc là một quốc gia có nền công nghiệp phát triển và phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm kim loại nặng ở các sông lớn Kết quả phân tích các nhánh sông Dianchi cho thấy hàm lượng kim loại Pb trong nước mặt khá cao 0.266 mg/L và trong trầm tích là 189 mg/kg (Wang et al., 2014) Tại châu Âu, các con sông lớn như Sava (Serbia) có hàm lượng Pb trong trầm tích dao động từ 14.2 đến 78.6 mg/kg và trong nước mặt từ 2.2 đến 6.3 mg/L (Radenković et al., 2011) Sông Gediz (Thổ Nhĩ Kỳ) bị ô nhiễm kim loại nặng với hàm lượng Hg dao động từ 0.12 đến 0.43 mg/L và hàm lượng Pb từ 0.19 đến 8.1 mg/L (Kucuksezgin et al., 2008) Sông Nzoia có vai trò rất lớn đối với nông nghiệp và cuộc sống người dân Kenya, tuy nhiên chất lượng nước sông theo phân tích có hàm lượng crom (Cr) cao đến 320 mg/kg và Pb là 30 mg/kg trong trầm tích (Cavin, 2017)

As gây độc đối với con người và hầu hết các thủy sinh vật, nguy hiểm nhất là tiềm tàng trong chuỗi thức ăn (Kumari et al., 2017) Theo hướng dẫn của tổ chức Y tế thế giới về chất lượng nước uống thì hàm lượng As cho phép tối đa trong nước uống là

10 àg/L (WHO, 2011) Năm 1999, hơn 63 triệu dõn tại đồng bằng Bangladesh phơi nhiễm As trong nguồn nước ngầm lớn hơn 10 àg/L và hơn 5 triệu trường hợp cú

9 triệu chứng bệnh arsenicosis, ung thư da do nhiễm độc As mãn tính (Acharyya et al., 2000) Trước năm 2000, ô nhiễm As trong nước ngầm phát hiện cao nhất ở Bangladesh, Tây Bengal và Ấn Độ Trong nghiên cứu của Mukherjee và cộng sự (2006) cho thấy các kịch bản trong quá khứ về ô nhiễm As ở 42 quốc gia trên thế giới đa phần là từ hoạt động nhân tạo Úc là một quốc gia giàu khoáng sản và hoạt động khai khoáng cùng với sử dụng thuốc trừ sâu đã gia tăng hàm lượng As lên đến

28 mg/L tại 600 điểm lấy mẫu Brazil đối mặt với ô nhiễm As trong nước sinh hoạt với hàm lượng trung bình 0.35 mg/L từ các khu vực khai thác vàng Tại Anh có khoảng 20 000 nguồn cấp nước từ giếng cú hàm lượng As lờn đến 80 àg/L Năm

2014, hơn 70 quốc gia trên thế giới trong trong đó có Việt Nam đã tiến hành công bố ụ nhiễm As với khoảng nồng độ dao động từ nhỏ hơn 0,5 đến 5000 àg/L trong các tầng nước (Shankar et al., 2014) Các mẫu trầm tích bề mặt của hồ Dongting

Tổng quan về vi giáp xác Daphnia magna

Điều kiện sống và phân bố

Daphnia magna là loài vi giáp xác nước ngọt thuộc ngành Crustacea (Chân khớp), bộ Cladocera (Rận nước) Chi Daphia được tìm thấy gồm hơn 100 loài sống ở nhiều môi trường nước ngọt và nước lợ đa dạng trên thế giới và đóng vai trò rất quan trọng trong chuỗi thức ăn của các thủy sinh vật khác (Ebert, 2005) Daphnia magna phổ biến ở vùng ôn đới đến nhiệt đới như Bắc Mỹ, châu Âu, châu Á, châu

Phi với điều kiện sống nhiệt độ 20 ± 1 0 C; pH trong khoảng 6.5-9.5 (tốt nhất từ 7.2-8.5); Độ cứng khoảng từ 250 mg/L (theo CaCO3) và DO trong khoàng 1-3.5 mg/L (OECD, 2004; FAO, 1996) Tuy nhiên với điều kiện vùng khí hậu nhiệt đới như Việt Nam thì Daphnia magna có thể sống tốt ở điều kiện nhiệt độ khoảng 25 ± 1 0 C (APHA, 2012 và Dao, 2017)

11 Đặc điểm cấu tạo và sinh lí

Daphnia magna thường có kích thướt trung bình từ 0.5mm đến hơn 6mm Con trưởng thành có kích thướt từ 5-6 mm Cấu tạo sinh học của một con Daphnia magna trưởng thành cơ bản gồm các cơ quan riêng biệt, mỗi cơ quan thực hiện các chức năng sống phù hợp

Phần vỏ (carapace) của sinh vật trong suốt bao phủ toàn bộ cơ thể có cấu tạo từ Chitin (1 dạng Polysaccarite), gồm 2 mảnh ghép hai bên thân sinh vật, có chức năng bảo vệ các cơ quan mô mềm bên trong và cho khí oxi hòa tan từ môi trường ngoài đi vào trong cơ thể (Hình 2.3) Phần vỏ không cố định này sẽ liên tục được thay khi sinh vật trưởng thành và bắt đầu lột xác trong suốt vòng đời Daphnia magna sử dụng 2 đôi râu (antennae) rất phát triển và phân nhánh giúp sinh vật tạo lực bơi co giật trong nước và cảm giác, định vị được các tác động từ môi trường sống Phần đuôi (apical spine) cũng giúp sinh vật giữ thăng bằng khi bơi và đôi lúc sử dụng tự vệ Một ống tiêu hóa (intestine) dài bắt đầu từ phần đầu đến bụng, có chứa các enzyme tiêu hóa thức ăn như tảo và nấm men Tim (heart) co bóp tuần hoàn dịch lỏng sau khi tiêu hóa đến các khoang để nuôi cơ thể theo một hệ tuần hoàn hở Giống với các loài giáp xác khác, Daphnia magna có một mắt ghép (Compound eyes) ở đỉnh đầu kết nối với các hạch thần kinh và các bó cơ, chứa các tế bào quang thụ thể và tế bào sắc tố giúp cảm nhận ánh sáng và định hướng khi bơi Xung quang phần lưng và bụng sinh vật có nhiều lông gai (spinules) rất nhỏ giúp tạo các dòng thức ăn và oxi từ môi trường đến miệng và mang dễ dàng Phần ngực sinh vật gồm

5 đến 6 cặp chân chuyển động liên tục giúp sinh vật hô hấp và lọc lấy thức ăn Các mẫu thức ăn mà Daphnia magna lọc lấy được thường cú kích thướt từ 1 đến 50 àm Buồng trứng (brood chamber) chiếm phần lớn cơ thể sinh vật, giữ trứng và tạo môi trường cho trứng phát triển (Roy, 2009; Ebert, 2005)

Hình 2.3 Cấu tạo sinh học của Daphnia mangna trưởng thành (Ebert, 2005)

Daphnia magna có tuổi thọ trung bình là 40 ngày ở nhiệt độ môi trường là 25 0 C và

55 ngày ở nhiệt độ thấp 20 0 C Chu kì sống của chúng chia thành 3 giai đoạn chính gồm: trứng, con sơ sinh trong buồng trứng, con non và con trường thành Daphnia magna tăng kích thước sau mỗi lần lột xác và giải phóng con non vào môi trường nước sau khi trứng đã nở trong buồng ấp (sau mỗi 2-3 ngày) Chúng sinh sản bằng hình thức sinh sản vô tính (không cần đến con đực) Con mẹ tạo ra những trứng lưỡng bội và con non chỉ toàn con cái ở điều kiện sống thuận lợi Khi điều kiện bất lợi về nhiệt độ, oxy hòa tan, mật độ sinh vật quá cao và thiếu thức ăn thì chúng chuyển sang hình thức sinh sản hữu tính và gia tăng số lượng con đực, lúc này

Dapnia magna có thể tạo trứng nghỉ gồm 1 đến 2 quả trứng đơn bội cần thụ tinh có màu tối sẫm được bảo vệ trong lớp vỏ cứng và nở trong môi trường thuận lợi hơn Trung bình một Daphnia magna có thể sinh sản đến 25 lần trong suốt vòng đời sống của chúng (Roy, 2009; Ebert, 2005)

13 Ứng dụng trong thí nghiệm độc học

Dapnia magna được sử dụng như một sinh vật chỉ thị sinh học phổ biến trong các thí nghiệm độc học từ những năm 1940 (Anderson, 1944) Với các đặc tính như nhạy cảm cao với môi trường ô nhiễm ( gấp 10-100 lầm so với cá), vòng đời ngắn, điều kiện nuôi dưỡng không quá phức tạp và sinh sản theo hình thức trinh sản nên cho đến nay loài này vẫn được sử dụng làm sinh vật mẫu phổ biến cho các nghiên cứu độc học trong các hướng dẫn của nhiều tổ chức, cơ quan môi trường trên thế giới (US.EPA, 2002; OECD, 2004; APHA, 2012)

Daphnia magna rất quan trọng trong chuỗi thức ăn và giữ vai trò trung tâm trong tương tác với các thành phần của hệ sinh thái thủy vực (Hình 2.4) Chúng ăn các sinh vật sản xuất như tảo, nấm men và vi khuẩn rồi trở thành thức ăn cho các loài cá nhỏ và các loài sinh vật nước khác (Hooper et al., 2008) Sự có mặt của Daphnia magna chi phối mạnh mẽ đến sự sinh trưởng của tảo và các loài cá trong nước

(Hatice, 2010) Daphnia magna là một loài chỉ thị rất quan trọng đối với một hệ sinh thái thủy vực Những phản ứng nhạy cảm của loài này đến áp lực từ môi trường sống đã khiến chúng trở thành loài chỉ thị sinh học phổ biến cho chất lượng nước và là sinh vật mẫu cho việc thiết lập các quy định cho hệ sinh thái thủy vực (Meyer et al, 2007; Sayanty, 2009)

Các nhà sinh vật học có thể nhận ra những cảnh báo sớm về sự có mặt của độc chất và theo dõi làm thế nào một số chất và các điều kiện lí hóa của môi trường có thể ảnh hưởng đến thủy sinh vật Khi tiếp xúc với độc chất và môi trường sống ô nhiễm, Daphnia magna có những thay đổi về hình dạng, sức sống và độ tuổi sinh sản Daphnia magna được lựa chọn cho thí nghiệm độc tính kim loại nặng vì loài này có sự tương quan tốt và ổn định với các kim loại nặng (Hatice, 2010) Theo Lampert (2006) Daphnia magna có đầy đủ các yếu tố tối ưu cho một loài chỉ thị sinh học và là sinh vật mẫu cho các thí nghiệm độc tính Bên cạnh đó, Daphnia magna đã được sử dụng làm cơ sở so sánh các đáp ứng sinh học cho các loài vi giáp xác mang tính địa phương khác (Đỗ Hồng Lan Chi,2006) Qua đó cho thấy tầm quan trọng và sự ổn định của loài này khi tiến hành các thí nghiệm về độc học

Độc tính của chì

Chì thuộc nhóm IVA trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hòa học và được viết tắt là Pb (Plumbum), khối lượng riêng d = 11.35 g/cm 3 Pb là một trong những kim loại lâu đời nhất được biết đến là kim loại nặng thời cổ đại có độc tính cao đối với sinh vật như biến tính protein, axit nucleic và enzyme (Lê Huy Bá, 2008) Pb được xếp thứ 2 trong thang đo độc tính nguy cơ gây ung thư theo ATSDR, 2017 Theo US EPA (2002) nồng độ Pb giới hạn trong khoảng 3.2 đến 82 àg/L nhằm bảo vệ đời sống thủy sinh khỏi các ảnh hưởng cấp và mãn tính Tại Canada theo quy định của Tiêu chí chất lượng nước xung quang (AWQC) thì hàm lượng chì giới hạn từ 1 đến 7 àg/L (Canadian Council of Ministers of the Environment, 2007)

Pb là kim loại phổ biến và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống hiện đại vì vậy nguồn phát thải chì rất đa dạng trong môi trường không khí, đất và nước (Vincent, 2015)

Pb được tìm thấy ở mức độ thấp trong lớp vỏ trái đất chủ yếu là chì sunfua (Holleman, 1985) nhưng vấn đề ô nhiễm Pb phổ biến rộng rãi là từ kết quả của hoạt

15 động của con người như khai khoáng, luyện kim, sản xuất pin, sơn axit chì (Crompton, 2000), chất thải điện tử (ATSDR, 2007) và thậm chí là đường ống dẫn nước Trong môi trường nước, Pb thường tồn tại ở dạng Pb 2+ khó bị phân hủy (UNEP, 2010) và dễ dàng tạo phức với các phối tử vô cơ, hữu cơ Pb phát tán theo dòng nước ở dạng hạt keo và hấp thụ ion trên bề mặt trầm tích vì vậy nó lắng đọng và tích tụ từ nhiều môi trường tiếp nhận khác nhau như đất, nước, trầm tích (Brannvall et al., 1999) trong quá trình phát tán Trong môi trường nước ngọt Pb tồn tại dạng PbCO3 và sự hòa tan ion Pb trong nước phụ thuộc vào pH và nồng độ các muối hòa tan

Pb gây tổn hại nghiêm trọng đến toàn bộ hệ sinh thái thủy vực như thay đổi thành phần loài, giảm sinh sản và tăng trưởng đồng thời giảm đa dạng sinh học (Thomton, 2001) Pb tồn tại dạng lơ lững ion tự do Pb 2+ sẽ ảnh hưởng đến các sinh vật như cá và động vật phù du còn ở dạng keo trong trầm tích sẽ ảnh hưởng đến sinh vật đáy Động vật hấp thụ chì chủ yếu thông qua ăn thực vật nhiễm chì Nồng độ Pb trong các nghiên cứu cao nhất phát hiện trong động vật đáy và tảo

Cơ chế gây độc chủ yếu của Pb là sự thay thế các cation Ca 2+ , Na + và Mg 2+ , phá vỡ cân bằng nội môi và làm rối loạn các quá trình chuyến hóa bình thường của tế bào Nước là môi trường pha loãng đồng thời tạo điều kiện cho các ion kim loại nặng trong dòng thải chuyển hóa phức tạp và gây độc cho sinh vật Đối với những sinh vật sống ở tầng nước mặt như động vật phù du và cá thì nguy cơ phơi nhiễm kim loại nặng thông qua thức ăn cấp thấp hơn và các kim loại nặng dạng hòa tan

Độc tính của asen

Asen có tên viết tắt As (Arsen) là một nguyên tố á kim phổ biến thứ 20 trên thế giới, thuộc nhóm VA và ở vị trí thứ 33 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học (Emsley, 1998) Với những ứng dụng phổ biến cho sản xuất thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, diệt nấm mốc và phụ gia công nghiệp mà vấn đề phát thải As ngày càng gia tăng từ nước mặt đến nước ngầm, nước biển đến các sông, hồ (ATSDR, 2007)

16 Trong môi trường tự nhiên, asen tồn tại ở cả dạng vô cơ và hữu cơ nhưng dạng vô cơ được phát hiện là độc hơn (Katy, 2011), arsenit As (III) vô cơ có độc tính cao hơn asenat As (V) (Kumari, 2017)

As được xem là tác nhân gây ô nhiễm môi trường thủy sinh nghiêm trọng vì cơ chế tích lũy sinh học và gây độc mãn tính ở hàm lượng thấp (Duffus, 2002) Ô nhiễm

As diễn ra phổ biến trong môi trường nước vì sự có mặt của loại hóa chất này cả trong tự nhiên (cấu tạo địa chất) và hoạt động con người như luyện kim, đốt nhiên liệu hóa thạch, sử dụng thuốc trừ sâu, diệt nấm, hóa chất bảo quản và trong ngành dệt nhuộm As và các hợp chất của nó được cơ quan nghiên cứu về ung thư (IARC) xếp vào chất gây ung thư nhóm 1 như H3AsO3 (As III) và HAsO4 2- (As IV) (Croal, 2004) Thế oxi hoá khử, độ pH của môi trường và lượng kaolit giàu Fe 3+ là những yếu tố quan trọng tác động đến quá trình oxi hoá – khử các hợp chất As trong tự nhiên và làm tăng hay giảm sự độc hại của các hợp chất As trong môi trường sống Trong nhiều nghiên cứu đã cho thấy sự phơi nhiễm As ở lưu vực sông Mê Kông có hàm lượng tương đương với các nghiên cứu tại Bangladesh (Kathleen, 2011) Từ

1942 Mỹ đó ỏp dụng tiờu chuẩn tạm thời về As trong nước uống là 50 àg/L Và sau hàng loạt những công bố của Tseng và cộng sự (1968) về tỷ lệ mắc bệnh ung thư do tiếp xúc với As ở Đài Loan thì hoàng loạt những công bố của EPA và WHO về tiêu chuẩn As trong nước uống được ban hành là 10 àg/L

As gây độc ở cơ chế cấp tính và mãn tính, nồng độ cao giết chết hàng loạt các thủy sinh vật, ở nồng độ thấp thì tích lũy sinh học gây suy giảm hoạt động của enzyme và rối loạn hệ thống miễn dịch Cơ chế gây độc chính của As đối với thủy sinh vật là khả năng liên kết với các nhóm sulfhydryl (hay nhóm thiol) của protein và ức chế hoạt động của chúng Bên cạnh đó vì có cấu tạo tương tự photpho nên As cạnh tranh với nhóm photphate trong quá trình oxi hóa phosphoryl trong sự thuỷ phân glucose, làm giảm liên kết năng lượng của NAD+, sự hô hấp ti thể của tế bào và tổng hợp ATP Kết quả là hàng loạt các triệu chứng biểu hiện lên sinh vật liên quan

17 đến sự thúc đẩy khối u, nhiễm độc gen, thay đổi methyl hóa DNA, stress oxy hóa (Hình 2.5) do As làm tăng sản xuất Hydro peoxit gây mất cân bằng nội môi (Klaassen and Watkins 2003).

Các nghiên cứu về độc tính kim loại nặng đối với thủy sinh vật

Trên thế giới Ô nhiễm kim loại nặng đang là một trong những vấn đề nghiêm trọng đối với môi trường toàn cầu Nó còn là mối đe dọa đáng kể cho đa dạng sinh học của thủy sinh vật như cá, thú sống ở nước, chim nước, thực vật nước và động vật phù du Nhiều nước trên thế giới đã tiến hành đánh giá phơi nhiễm mãn tính kim loại nặng lên thủy sinh vật với nhiều khoảng nồng độ và mô hình BLM (Biotic Ligand Model) khác nhau, làm cơ sở dữ liệu cho việc xác định các tiêu chuẩn giám sát chất lượng nước và môi trường sống của hệ sinh thái thủy sinh (Lopes et al., 2004; Cooper et al., 2009)

De Schamphelaere và cộng sự (2004) đã tiến hành đánh giá độc mãn tính của kim loại Zn và Cu đối với Daphnia magna thông qua phơi nhiễm Zn ở nồng độ lần lượt là: 20 và 60 àg/L và Cu cú nồng độ từ 35 đến 200 àg/L vào thức ăn hàng ngày của

Daphnia magna (tảo Pseudokirchneriella subcapitata) Sau 21 ngày, các sinh vật ăn tảo chứa Zn cú nồng độ lần lượt 20 và 60 àg/L đó giảm tỷ lệ sinh sản đến 70 và 20

% so với đối chứng (không phơi nhiễm Zn) Bên cạnh đó, dung dịch tảo chứa Cu từ

70 đến 200 àg/L đó làm tăng đỏng kể sự sinh trưởng và sinh sản của sinh vật so với các mẫu Cu chỉ phơi nhiễm trong môi trường nuôi Regaldo và cộng sự (2013) đã tiến hành đánh giá độc mãn tính của ba kim loại Cu, Cr và Pb lần lượt lên 2 loài vi giáp xác địa phương (Moinodaphnia macleayi, Ceriodaphnia dubia) và Daphia magna dưới điều kiện phòng thì nghiệm Sau 15 ngày thí nghiệm, Cu ảnh hưởng đến sức sống, sinh sản và phát triển của sinh vật cao hơn so với Cr và Pb Nồng độ

Cu 20 àg/L gõy chết 100% cả 3 loài sinh vật trong khi cựng nồng độ đú, Cr chỉ gõy chết 100 % ở 2 loài và ghi nhận tỷ lệ này ở Pb khi tăng nồng độ đến 90 àg/L Một mô hình thí nghiệm độc tính của As kết hợp điều kiện có dòng chảy liên tục cho thấy, sau 21 ngày tiếp xỳc với nồng độ As tăng từ 3000 àg/L đến 6000 àg/L

Daphnia magna có tỷ lệ tử vong tăng từ 20 đến 100% (Tham et al., 2016) Theegala và cộng sự (2007) đã tiến hành thí nghiệm độc mãn tính của Pb và As lên Daphnia pulex lần lượt ở các nồng độ 0.25, 0.5 và 1.0 mg/L Kết quả cho thấy Pb làm giảm tốc độ sinh sản của sinh vật ở nồng độ 1 mg/L trong khi As lại ảnh hưởng không đáng kể đến tỷ lệ sinh sản của sinh vật ở nồng độ 0.5 mg/L

Trong những năm gần đây, mô hình thí nghiệm BLM (Biotic Ligand Model) rất phổ biến trong các thí nghiệm đánh giá độc tính của kim loại nặng khi chúng tương tác với nhau Pérez và Hoang (2017) đã công bố thí nghiệm độc mãn tính của hỗn hợp kim loại nặng (Cd và Zn) lên Daphnia magna theo tỉ lệ kết hợp lần lượt Zn (10, 20,

40, 80, 120, 160 và 200 àg/L) với Cd 1.5 àg/L khụng đổi Kết quả cho thấy Cd đơn lẻ tại nồng độ 1.5 àg/L ảnh hưởng nghiờm trọng đến sức sống, sinh sản của sinh vật

Zn (40, 80 và 120 àg/L) trong hỗn hợp với Cd lại làm giảm đỏng kể tỷ lệ tử vong (80% > 30%) và làm tăng số lượng con non của sinh vật so Cd đơn lẻ, trong khi đó

Zn (160 và 200 àg/L) trong hỗn hợp lại bắt đầu làm tăng tỷ lệ tử vong đến gần 100% Nghiờn cứu đó chứng tỏ nồng độ Zn từ 40 đến 120 àg/L là tối ưu trong việc bảo vệ Daphnia magna khỏi ảnh hưởng mãn tính của Cd Nhóm tác giả tiếp tục thực hiện mụ hỡnh tương tự giữa Ni và Cd, kết quả cho thấy Ni từ 20 đến 80 àg/L trong hỗn hợp với Cd có tiềm năng bảo vệ Daphnia magna khỏi ảnh hưởng mãn tính của Cd (Pérez và Hoang, 2018)

19 Bên cạnh đó, các thí nghiệm đa thế hệ cũng rất được chú trọng Bossuyt và cộng sự (2003) đã tiến hành phơi nhiễm cấp tính và mãn tính kim loại Cu trong khoảng nồng độ 0.5 đến 100 àg/L lờn Daphnia magna trong 3 thế hệ liờn tục Nghiờn cứu của Araujo và cộng sự (2018) về ảnh hưởng của Pb 50 àg/L đến đa thế hệ Daphnia magna Kết quả cho thấy, các thế hệ sau có sự thích nghi với Cu ở khoảng nổng độ

1 đến 35 àg/L, tuy nhiờn ở nồng độ thấp hơn hoặc cao hơn sẽ gõy độc cho sinh vật Ngoài ra, các loài thủy sinh vật khác (sinh vật địa phương) cũng đã được lựa chọn để đánh giá độc tính của kim loại nặng Thí nghiệm của Munly (2013) kéo dài 35 ngày đó chỉ ra rằng tiếp xỳc với Pb ở nồng độ 8.4 àg/L đó giảm đỏng kể tỷ lệ sống sút của loài ốc nước ngọt Lymnaea stagnalis, giỏ trị LOEC là 8.4 àg/L Trong một nghiên cứu khác, Trojna và cộng sự (2014) chỉ ra rằng sau 12 tháng phơi nhiễm Pb hàm lượng 8 mg/kg gây rối loạn nội tiết cá chép Phổ Carassius gibelio Nghiên cứu của Yadav (2016) cho thấy Pb gây ức chế sinh trưởng đối với vi khuẩn lam Thông qua thớ nghiệm của Hallauer và cộng sự (2016), phơi nhiễm As từ 50 đến 300 àg/L trong 6 tháng gây rối loạn chức năng trong hệ thống thần kinh, giảm sinh khối và thay đổi di truyền cá ngựa vằn Danio rerio

Các nghiên cứu về ảnh hưởng của kim loại nặng lên thủy sinh vật rất đa dạng từ đánh giá độc tính đối với cá Sóc Oryzias curvinotus (Trần Thị Phương Dung, 2016), cá ngựa vằn Danio rerio (Nguyễn Thị Thương Huyền, 2018) đến những loài nhuyễn thể, tảo và vi giáp xác Đào Thanh Sơn và cộng sự (2016) đã tiến hành đánh giá ảnh hưởng mãn tính của kim loại nặng từ sông Sài Gòn lên D lumholtzi Kết quả thớ nghiệm ở cỏc nồng độ Zn 28, 46 và 75 àg/L tương ứng từ cỏc mẫu phõn tớch cho thấy sự gia tăng nồng độ Zn làm giảm tỷ lệ sống sót của sinh vật và tử vong hoàn toàn ở 75 àg/L chỉ sau 4 ngày phơi nhiễm Ni ở nồng độ 12 àg/L làm giảm tỷ lệ sống sót của D lumholtzi sau 10 ngày phơi nhiễm và tử vong hoàn toàn ở 196 àg/L chỉ sau 5 ngày (Đào Thanh Sơn và Lờ Vũ Nam, 2016) Trong một nghiờn cứu gần đây của Đào Thanh Sơn và cộng sự (2017) cho thấy khi pha kim loại vào nước sụng Mờ Kong tạo thành mụi trường cú Zn ở nồng độ 50 à/L gõy tử vong 54% vi

20 giáp xác D lumholtzi chỉ sau 4 ngày phơi nhiễm và giảm số lượng con non sinh ra; cũn Ni ở nồng độ 225 àg/L gõy tử vong hoàn toàn sau 10 ngày phơi nhiễm Kim loại Cu được pha vào nước dự ở hàm lượng thấp 4 àg/L nhưng cũng được ghi nhận gây giảm tỷ lệ sống sót con mẹ (80%) và giảm đáng kể số con non sinh ra

Trần Phước Thảo và cộng sự (2014) tiến hành đánh giá độc mãn tính của Cu và Cr đối với D magna trong điều kiện phòng thí nghiệm nhằm để xuất giá trị an toàn, điều chỉnh giới hạn cho phép của Cu và Cr trong việc bảo vệ đa dạng sinh học Sau

21 ngày phơi nhiễm, kết quả cho thấy Cr ở cả hai nồng độ 50 và 100 àg/Ltỏc động rất ít đến sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật thí nghiệm đồng thời được xem là ngưỡng an toàn đối với vi giáp xác Trong khi đó Cu làm giảm sức sống của sinh vật thớ nghiệm, tỷ lệ sống sút chỉ cũn 40% tại 10 àg/L và giảm mạnh cũn 7% tại 20 àg/L Phơi nhiễm Cu gõy kộo dài tuổi thành thục đến 10 ngày (D magna bỡnh thường là 6 ngày), giảm mạnh sinh khối và số con non được sinh ra Phạm Thanh Lưu (2017) đã tiến hành thí nghiệm sự tích lũy sinh học của Cd và Pb lên loài hai mảnh nước ngọt Corbicula fluminea Sau 10 ngày, nồng độ Cd và Pb tích lũy trong sinh vật lần lượt là 1.78 và 1.05 mg/Kg, cao hơn khi phơi nhiễm đồng thời cả hai kim loại này trong hỗn hợp (thấp hơn 1 mg/Kg) Qua đó cho thấy sự tương tác cạnh tranh của Cd và Pb đã làm giảm nồng độ tích lũy trong cơ thể sinh vật

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Vật liệu thí nghiệm

Kim loại Pb và As trong dung dịch gốc là 1000mg/L, nguồn gốc từ Merck (Đức) được dùng cho nghiên cứu Pb và As 1000mg/L được pha loãng vào môi trường nuôi sinh vật (ISO) ít nhất 1 ngày trước khi thí nghiệm Thể tích dung dịch cần cho thí nghiệm được pha một lần và đựng trong các bình chứa bằng nhựa Các cốc nhựa (50ml) được sử dụng cho thí nghiệm là nhựa polypropylene vì nghiên cứu với kim loại nặng (APHA, 2012; Batley và Gardner, 1977)

Daphnia magna (Hình 3.1) được nuôi ổn định tại Module Ecotoxicology, khoa Môi trường và Tài nguyên, Trường Đại Học Bách Khoa Daphnia magna được nuôi trong môi trường ISO và cho ăn hỗn hợp tảo Chlorella và YTC (US EPA, 2002)

Các sinh vật được nuôi trong điều kiện pH: 7-8, nhiệt độ: 25±1 0 C, cường độ ánh sáng ≤ 1000 Lux, chu kì chiếu sáng là 12 giờ sáng 12 giờ tối (APHA, 2012)

Hình 3.1: Daphnia magna trưởng thành mang trứng (a) và D magna non < 24 giờ tuổi (b)

Thiết kế thí nghiệm

Thí nghiệm được tiến hành tham khảo theo tài liệu hướng dẫn của APHA (2012) và Dao et al (2017) với một vài điều chỉnh rất nhỏ (Bảng 3.1) Thí nghiệm mãn tính được thực hiện ở cả hai thế hệ sinh vật Đối với thế hệ thứ nhất, thí nghiệm tiến hành phơi nhiễm sinh vật ở một số nồng độ kim loại (Pb và As) Cỏc nồng độ kim loại trong bỡnh thớ nghiệm gồm: 0 àg/L (đối

22 chứng, khụng cú Pb hoặc As), 5 àg Pb/L (Pb 5), 25 àg Pb/L (Pb 25), 50 àg Pb/L (Pb 50); 150 àg Pb/L (Pb 150), 250 àg Pb/L (Pb 250) và 5 àg As/L (As 5), 25 àg As/L (As 25), 50 àg As/L (As 50)

Nồng độ của hai kim loại trong thí nghiệm được lựa chọn dựa theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước mặt cho sinh hoạt và bảo vệ đời sống thủy sinh (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2015) và nồng độ kim loại đã từng nghi nhận trong môi trường tự nhiên (như As) Thể tích thí nghiệm là 40 mL/ cốc và lặp lại 15 lần cho mỗi nồng độ kim loại (Hình 3.2)

Daphnia magna dưới 24 giờ tuổi được lựa chọn, tách riêng và cho ăn trước thí nghiệm ít nhất 1 giờ Mật độ sinh vật trong thí nghiệm là 2 Daphnia/ cốc, chứa 40 mL môi trường ISO Thức ăn và môi trường được thay mới 3 lần trong 1 tuần, kéo dài trong 3 tuần Sinh vật được cho ăn mỗi ngày với tảo Chlorella (1 mL dung dịch tảo) và YTC (20 àL) Cỏc chỉ tiờu của sinh vật được theo dừi bao gồm sự sống/ chết, độ tuổi thành thục, số con non được sinh ra

Bảng 3.1: Điều kiện thí nghiệm trong luận văn điều chỉnh so với APHA, 2012

Các điều kiện Giá trị theo APHA, 2012 Giá trị trong luận văn Tuổi sinh vật thí nghiệm

Lọ thí nghiệm Thủy tinh hoặc nhựa nhựa

Thể tích dung dịch 100 mL 40 mL

Chu kì sáng tối 16h sáng/ 8h tối 14h sáng/ 10h tối

Thay nước 3 lần/ tuần 3 lần/ tuần

Lặp thí nghiệm Ít nhất là 10 15 Điểm cuối nghiên cứu

Sự sống, số lượng con, tuổi thành thục, tăng trưởng

Tỷ lệ sống, số lượng con, tuổi thành thục

Hình 3.2: Thiết kế thí nghiệm

Trong thí nghiệm với thế hệ thứ 2 của sinh vật được tiến hành với kim loại Pb, đây là phần nghiên cứu phát sinh ngoài dự kiến của đề cương Vì sinh vật (D magna) trong lô phơi nhiễm với Pb50 không bị chết và sức sinh sản tương đương so với lô đối chứng, do đó con non (F1) trong lô đối chứng và con non trong lô Pb50 được dùng để tiếp tục thí nghiệm phơi nhiễm với Pb Theo đó F1 trong lô đối chứng được tiếp tục thí nghiệm trong môi trường không chứa Pb (2 sinh vật/ bình, lặp lại 10 lần), được kớ hiệu là F1-ĐC/ĐC Trong khi đú, F1 trong Pb 50 àg/L được tỏch thành

2 nhóm, nhóm 1 (20 con, 2 sinh vật/ bình; lặp lại 10 lần) được tiếp tục nuôi trong mụi trường chứa 50 àg Pb/L, được ký hiệu F1-50/50; và nhúm 2 (20 con, 2 sinh vật/ bình; lặp lại 10 lần) được nuôi trong môi trường không chứa kim loại Pb, được ký hiệu F1-50/ĐC Thí nghiệm với thế hệ thứ 2 của sinh vật kéo dài trong vòng 8 ngày để đánh giá tỷ lệ sống/ chết của con non F1 (Hình 3.3)

Hình 3.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm cho thế hệ F1

Xử lí số liệu

Kết quả đạt được đã được tổng kết trên phần mềm Excel Phần mềm Sigma Plot (Phiên bản 12.0) được dùng để xử lí thống kê đánh giá sự khác biệt về độ tuổi thành thục của sinh vật trong các lô phơi nhiễm so với lô đối chứng

Thuật toán phân tích bằng phép phân tích phi tham số Kruskal Wallis

Tính tỷ lệ sống của sinh vật ở các mẫu phơi nhiễm lần lượt so với đối chứng

Tính tỷ lệ con non sinh ra ở các mẫu phơi nhiễm lần lượt so với đối chứng

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÍ MÔI TRƯỜNG NƯỚC MẶT

Giải pháp pháp lí

Để có thể hạn chế những ảnh hưởng của các nguồn nước thải chứa Pb và As đến môi trường xung quanh và đời sống của các thủy sinh vật, trước tiên cần thực hiện công tác quản lý quy hoạch phù hợp Công tác quy hoạch tổng thể từ ban đầu sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu tác hại của ô nhiễm Pb và As trong môi trường nước do các hoạt động khai thác gây nên

Quy hoạch tổng thể các khu khai thác quặng

Quy hoạch tổng thể các khu khai thác quặng, khoáng sản Đánh giá tác động môi trường của bản quy hoạch để đủ cơ sở cần thiết trình Chính phủ xem xét Đồng thời tăng cường công tác rà soát các dự án đã và đang triển khai, vấn đề quy mô, công nghệ liên quan và các nguyên tắc cần thiết đối với các dự án đầu tư trong từng lĩnh vực;

Tăng cường trách nhiệm, nâng cao chất lượng tham mưu cấp phép hoạt động khoáng sản, quản lý khoáng sản trên từng địa bàn Tăng cường công tác quản lý nhà nước trong lĩnh vực khoáng sản, đảm bảo việc khai thác đúng theo thiết kế đã được phê duyệt, đúng vị trí, diện tích, công suất được cấp phép;

Doanh nghiệp được cấp mỏ khoáng sản khai thác phải lập đề án cải tạo, phục hồi môi trường để trình lên cấp thẩm quyền phê duyệt Căn cứ theo đề án cải tạo, sau khi hết hạn khai thác, doanh nghiệp phải lập đề án đóng cửa mỏ đồng thời phục hồi môi trường tại mỏ, trình cấp thẩm quyền phê duyệt;

Các Bộ và Ngành chức năng tăng cường và chấp hành tốt công tác nghiệm thu, lập hồ sơ đóng cửa mỏ và trả lại đất cho địa phương quản lý

35 Chỉ đạo các xã, phường, thị trấn quản lý, sử dụng đất đai để khai thác khoáng sản theo đúng quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất, quy hoạch khoáng sản đã phê duyệt Đồng thời kiểm tra phát hiện xử lý kịp thời những cơ sở sản xuất phát thải chất thải nguy hại ra môi trường nước mặt

Quy hoạch các khu công nghiệp và khu chế xuất

Công tác quy hoạch các khu công nghiệp và khu chế xuất là cơ sở cho việc quản lí tốt nguồn nước thải tập trung Sớm di dời các cơ sở sản xuất chứa chất thải nguy hại là kim loại nặng ra khỏi các khu vực gần các con sông lớn nhằm giảm áp lực và quá sức chịu tải của các sông;

Tăng cường các quy định cụ thể về từng loại hình sản phẩm, nguyên nhiên liệu sử dụng, quy trình, quy mô khai thác, sản xuất cho các doanh nghiệp sản xuất;

Tăng cường công tác quản lí chất thải công nghiệp nguy hại đặc biệt là ngành luyện kim, xi mạ, sản xuất thuốc trừ sâu, dệt nhuộm, linh kiện điện tử, tái chế trong các khu công nghiệp, khu chế xuất

Việc sản xuất đặc biệt là các khu vực gần hệ thống sông phải đúng qui hoạch và các qui định của pháp luật, bảo đảm cân bằng hệ sinh thái tủy sinh Trong sản xuất kinh doanh, các công trình xây dựng phải áp dụng các biện pháp hạn chế, phòng ngừa, phải thực hiện các biện pháp bảo vệ môi trường thủy sinh, phải có thiết bị kỹ thuật để xử lý chất thải chứa kim loại nặng, bảo đảm tiêu chuẩn môi trường Điều chỉnh và hoàn thiện hệ thống quy chuẩn

Khuyến khích và hỗ trợ các nghiên cứu khoa học trong nhiều lĩnh vực nhằm đánh giá mức độ ảnh hưởng của hóa chất đến hệ sinh thái nước mặt;

Xây dựng cơ sở thông tin đa dạng và hoàn chỉnh cua từng hóa chất cụ thể trong môi trường nước và xem xét điều chỉnh các giới hạn cho phép phù hợp;

Các bộ, ngành phối hợp với các cơ quan liên quan hoàn tăng cường đưa ra chính sách và thiện quy chuẩn.

Giải pháp kinh tế

Áp dụng chi phí bảo vệ môi trường đối với các doanh nghiệp giúp nhà quản lý tăng khả năng kiểm soát và giảm thiểu ô nhiễm do quá trình khai thác, sản xuất gây nên;

36 Đẩy mạnh hoạt động kiểm kê, thanh tra, kiểm soát nguồn thải, công khai kết quả thanh tra; thường xuyên thanh tra, kiểm tra công tác bảo đảm vệ sinh môi trường tại khu công nghiệp Thông qua đó có các các chế tài đối với các cơ sở khai thác, sản xuất không tuân thủ đúng với đăng ký và cam kết về quản lý môi trường gây ô nhiễm;

Tăng cường kiểm tra việc thực thi công tác bảo vệ môi trường, xử phạt nghiêm minh đối với những hành vi vi phạm luật bảo vệ môi trường.

Giải pháp kỹ thuật

Khuyến khích cải tiến công nghệ, áp dụng công nghệ mới tiên tiến, công nghệ sản xuất sạch hơn nhằm giảm lượng phát thải, giảm định mức tiêu hao nguyên nhiên vật liệu;

Cơ sở sản xuất cần xây dựng hệ thống thu gom theo dạng cống tròn đúc sẵn Có thể thu gom và xử lý cục bộ ngay trong cơ sở sản xuất hoặc dẫn ra khu xử lý nước thải tập trung Áp dụng công nghệ nano có khả năng xử lí ô nhiễm đặc biệt là các kim loại nặng khó xử lí;

Các bộ, ngành phối hợp với các cơ quan liên xây dựng và triển khai các trạm quan trắc nước mặt tự động;

Phát triển và tạo một mô hình dự đoán ô nhiễm Pb và As trên dữ liệu không gian

Từ đó đưa ra bản đồ ô nhiễm Pb và As và một số nguyên tố khác trong nước ở những khu vực nhạy cảm cần nghiên cứu Những bản đồ này có thể là nguồn dữ liệu hữu ích cho việc giảm thiểu Pb và As vì dựa vào đó có thể xác định được vị trí có nguy cơ ô nhiễm cao và kịp thời xử lí;

Tăng cường nghiên cứu khả năng hấp thụ Pb và As sinh học từ thực vật nhằm tăng hiệu quả xử lí ô nhiễm và giảm chi phí cho doanh nghiệp.

Giải pháp truyền thông

Nâng cao nhận thức cho công nhân, đào tạo ý thức và cách thức bảo vệ môi trường nơi làm việc và cộng đồng xung quanh Đối với người dân thì cần nâng cao kiến thức và ý thức bảo vệ môi trường cũng như kiến thức về bảo vệ hệ động thực vật thủy sinh trước những ảnh hưởng của ô nhiễm môi trường;

37 Tăng cường các chính sách về nâng cao nhận thức cho chủ cơ sở khai thác, sản xuất, người lao động và cộng đồng về tác hại và nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng đối với môi trường nước và ý thức tuân thủ các biện pháp quản lý và giảm thiểu ô nhiễm môi trường;

Trong giáo dục môi trường, vấn đề giáo dục bảo vệ môi trường, bảo vệ thiên nhiên, tài nguyên thiên nhiên và đa dạng sinh học trở thành nhiệm vụ cấp bách và sớm đưa vào kiến thức phổ thông;

Các hình thức của giáo dục bảo vệ môi trường cần đa dạng, phong phú như giáo dục theo cá nhân, theo nhóm, theo cộng đồng Tuyên truyền giáo dục qua các phương tiện thông tin đại chúng, phổ biến chính sách, pháp luật về môi trường; thực hiện các dự án bảo vệ môi trường; tiến hành các hoạt động thông qua các tổ chức đoàn thể, giáo dục trong nhà trường;

Vận động toàn dân tham gia bảo vệ môi trường qua các phương tiện thông tin đại chúng, hướng dẫn, tổ chức để nhân dân nâng cao nhận thức và thay đổi hành vi theo hướng tích cực bảo vệ môi trường, phòng chống suy thoái, ô nhiễm và sự cố môi trường: việc khai thác các nguồn lợi sinh vật phải theo đúng thời vụ, địa bàn, phương pháp, bằng công cụ, phương tiện đã được qui định, bảo đảm cân bằng sinh thái