Luận văn thạc sĩ Quản lý tài nguyên và môi trường: Ảnh hưởng tiêu cực của vi khuẩn lam lên vi giáp xác và đề xuất giải pháp kiểm soát vi khuẩn lam tại Hồ Xuân Hương, Đà Lạt

TÓM TẮT Mục tiêu luận văn này tiến hành nghiên cứu những tác động tiêu cực của dịch chiết vi khuẩn lam Cylindrospermopsis raciborskii và nước hồ Xuân Hương, thành phố Đà Lạt thông qua v

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG LIÊN

ẢNH HƯỞNG TIÊU CỰC CỦA VI KHUẨN LAM LÊN VI GIÁP XÁC VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP

KIỂM SOÁT VI KHUẨN LAM TẠI HỒ XUÂN HƯƠNG, ĐÀ LẠT

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2015

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG HCM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ PHƯƠNG LIÊN MSHV: 13260610

Chuyên ngành: Quản lý Tài Nguyên và Môi Trường Mã số: 60850101

GIÁP XÁC VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KIỂM SOÁT VI KHUẨN LAM TẠI HỒ XUÂN HƯƠNG, ĐÀ LẠT

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1 Nhiệm vụ: Đánh giá ảnh hưởng của vi khuẩn lam lên vi giáp xác và đề xuất giải

pháp kiểm soát vi khuẩn lam tại hồ Xuân Hương, Đà lạt

2 Nội dung:

(1) Nồng độ độc hại của nước hồ Xuân Hương gây ra ảnh hưởng tới sinh vật thử

nghiệm D magna

(2) Đánh giá ảnh hưởng mãn tính của dịch chiết vi khuẩn lam và nước hồ Xuân

Hương lên sức sống của D magna (3) Theo dõi sự thành thục của D magna khi phơi nhiễm với dịch chiết vi khuẩn

lam và nước hồ Xuân Hương

(4) Tìm hiểu sự phát triển của D magna sau thời gian phơi nhiễm mãn tính với

dịch chiết vi khuẩn lam và nước hồ Xuân Hương

(5) Ghi nhận sự sinh sản của D magna với ảnh hưởng của dịch chiết vi khuẩn

lam và nước hồ Xuân Hương

(6) Đề xuất giải pháp kiểm soát sự nở hoa vi khuẩn lam tại hồ Xuân Hương, Đà Lạt

TP.HCM, ngày… tháng….năm 2015

TRƯỞNG KHOA

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến Quý thầy cô khoa Môi trường và tài nguyên trường Đại Học Bách Khoa TPHCM đã truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho tôi trong suốt thời gian học tập ở trường

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Đào Thanh Sơn, Thầy đã trực tiếp hướng dẫn, tận tâm giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến ThS Võ Thị Kiều Thanh, Cô đã nhiệt tình chỉ dạy, quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến bạn Vũ Thị Lan Anh và các bạn phòng Công nghệ biến đổi Sinh học – Viện Sinh học nhiệt đới đã quan tâm giúp đỡ và chia sẻ khó khăn cùng tôi trong thời gian thực tập

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến bạn Phạm Hồng Cúc và các bạn lớp cao học 2013 đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập

Để đi được chặng đường dài và đạt thành quả như ngày hôm nay, tôi muốn gởi lời cảm ơn đến gia đình đã luôn động viên và là chỗ dựa vững chắc cho tôi

Xin chân thành cảm ơn!

Nguyễn Thị Phương Liên

TÓM TẮT

Mục tiêu luận văn này tiến hành nghiên cứu những tác động tiêu cực của dịch

chiết vi khuẩn lam Cylindrospermopsis raciborskii và nước hồ Xuân Hương, thành phố

Đà Lạt thông qua việc theo dõi các chỉ tiêu về sự sống sót, thời gian thành thục, sự sinh

sản và sự phát triển của Daphnia magna trong 21 ngày Các sinh vật thử nghiệm được

nuôi trong môi trường có chứa dịch chiết vi khuẩn lam ở các nồng độ 1 mg/L; 5 mg/L; 25 mg/L và 100 mg/L và nước hồ tại các nồng độ khác nhau từ 0,05% đến 1% trong điều kiện phòng thí nghiệm Kết quả cho thấy khi phơi nhiễm với dịch chiết vi khuẩn

lam ở nồng độ thấp không gây ảnh hưởng đến sự sức sống của D magna, trong khi ở

nồng độ cao hơn 100 mg/L thì sự ảnh hưởng thể hiện rõ rệt, tỷ lệ chết là 60% Đối với lô phơi nhiễm nước hồ Xuân Hương, ở các nồng độ 0,05%  1% thì gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến tỷ lệ sống sót (80%; 60% và 46% tương ứng với các nồng độ 0,05%; 0,1% và 0,2% nước hồ); thời gian thành thục (chậm hơn so với lô đối chứng 3  8 ngày) Ngoài ra, nước hồ Xuân Hương còn gây ảnh hưởng đến sự sinh sản và phát triển

của D magna Thử nghiệm cấp tính nước hồ Xuân Hương lên D magna (EC50 24h = 1,055%)

cho thấy nước hồ gây ảnh hưởng tiêu cực đến sự tồn tại của Daphnia Kim loại nặng và

thuốc trừ sâu trong nước thải là những yếu tố chính gây các tác động độc hại lên sinh vật thử nghiệm Do đó, các chất ô nhiễm trong nước thải tại thành phố Đà Lạt nên xử lý hiệu quả trước khi thải để bảo vệ môi trường nước, tài nguyên sinh vật và hệ sinh thái

SUMMARY

The aim of this thesis was to investigate negative impacts of crude extract of the

cyanobacterium Cylindrospermopsis raciborskii and wastewater collected from Xuanhuong Lake, Dalat City, on life history traits of Daphnia magna, over a period of

21 days The animal was incubated in medium containing crude extract of the cyanobacterium at concentrations of 1 mg/L; 5 mg/L; 25 mg/L and 100 mg/L and different concentrations of wastewater from 0.05% to 1% in the laboratory conditions The results show that crude extract of cyanobacterium did not influence on the survival

of Daphnia in the low concentrations whereas the higher concentration, caused the reduction of 60% of the exposed organism population Daphnia was incubated in

medium containing wastewater at different concentrations from 0.05% to 1%, dealing with negative impacts on its survivorship (decrease to 80%; 60% and 46% in 0,05%; 0,1% and 0,2% wastewater exposures, respectively); maturation (delayed the maturity age of the tested organisms, around 3 – 8 days compared to the control) Besides,

wastewater of Xuanhuong Lake affected fecundity and growth of D magna The acute tests of wastewater from Xuanhuong Lake on D magna (EC50 24h =

1,055%) showed negative impacts of wastewater on Daphnia Heavy metals and

pesticides in the wastewater should be the main factors inducing the toxic impacts on the test organisms Therefore, pollutants in the wastewater at Dalat City should be effectively treated before discharged in order to protect the aquatic environment, biological resources and ecosystem

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ

Tôi xin cam đoan tất cả các kết quả trong luận văn là do quá trình nghiên cứu của tôi trong 6 tháng qua dưới sự hướng dẫn của TS Đào Thanh Sơn Các số liệu thống kê, hình ảnh và các thông tin thu thập đều được trích xuất rõ ràng trong phần tài liệu tham khảo

Tôi xin lấy danh dự của bản thân để đảm bảo cho lời cam đoan này

Nguyễn Thị Phương Liên

2 Mục tiêu nghiên cứu 3

3 Đối tượng nghiên cứu 3

4 Nội dung nghiên cứu 3

1.1.2 Nước thải sinh hoạt và nông nghiệp 7

1.1.2.1 Thành phần chính trong nước thải sinh hoạt 7

1.1.2.2 Các chất ô nhiễm chính trong nước thải từ hoạt

1.2 Hiện trạng chất lượng nước hồ Xuân Hương, Đà Lạt 25

1.3 Những nghiên cứu liên quan đến giải pháp phòng và chống vi khuẩn lam 30

1.3.1 Thu vớt váng sinh khối vi khuẩn lam 30

1.3.2 Nạo vét lớp trầm tích đáy hồ 31

1.3.3 Sử dụng hóa chất diệt tảo 31

1.3.4 Sử dụng chế phẩm sinh học 32

1.3.5 Sử dụng các loài sinh vật khác 32

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

2.1 Nội dung nghiên cứu 33

2.4 Lấy mẫu và bảo quản mẫu 39

2.5 Xử lý thống kê 39

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 41

3.1 Đặc điểm hóa lý của nước hồ Xuân Hương 41

3.2 Ảnh hưởng cấp tính của nước hồ Xuân Hương lên D magna 42

3.3 Ảnh hưởng mãn tính của dịch chiết vi khuẩn lam và nước hồ Xuân Hương lên D magna 44

3.3.3 Ảnh hưởng lên sự sinh sản 50

3.3.3.1 Ảnh hưởng của dịch chiết vi khuẩn lam lên sự sinh sản của D magna 50

3.3.3.2 Ảnh hưởng của nước hồ Xuân Hương lên sự sinh sản của D magna 52

3.3.4 Ảnh hưởng lên sự phát triển 55

3.3.4.1 Ảnh hưởng của dịch chiết vi khuẩn lam lên sự phát triển của D magna 55

3.3.4.2 Ảnh hưởng của nước hồ Xuân Hương lên sự phát triển của D magna 56

3.4 Đề xuất giải pháp kiểm soát vi khuẩn lam tại hồ Xuân Hương,

Đà Lạt 57

3.4.1 Quản lý các nguồn ô nhiễm đổ vào thủy vực 57

3.4.2 Kiểm soát tình trạng phú dưỡng tại hồ Xuân Hương, Đà Lạt 57

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

PHỤ LỤC 68

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

C raciborskii Cylindrospermopsis raciborskii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần/tính chất nước thải sinh hoạt 8

Bảng 1.2 Một số kim loại được phát hiện trong nước hồ Xuân Hương 28

Bảng 1.3 Hàm lượng một vài thuốc BVTV trong nước hồ Xuân Hương 28

Bảng 2.1 Thành phần môi trường COMBO 35

Bảng 2.2 Tên mã hóa trong thí nghiệm mãn tính dịch chiết VKL lên

Daphnia magna 36

Bảng 2.3 Tên mã hóa trong thí nghiệm mãn tính nước hồ Xuân Hương lên Daphnia magna 37

Bảng 3.1 Kết quả phân tích kim loại trong mẫu nước hồ Xuân Hương 41

Bảng 3.2 Kết quả phân tích thuốc BVTV trong mẫu nước hồ Xuân Hương 42

Bảng 3.3 Bảng phân loại độc tính nước thải 43

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Daphnia magna 12 Hình 1.2 Cấu tạo của Daphnia magna 13

Hình 1.3 Một số hình ảnh về tình trạng tiếp nhận nước thải trực tiếp từ

nhiều nguồn của hồ Xuân Hương 26 Hình 1.4 Hiện trạng ô nhiễm tại hồ Xuân Hương 27 Hình 1.5 Các hoạt động đang được thực hiện nhằm giảm ô nhiễm tại hồ

Xuân Hương 29 Hình 2.1 Các bước tiến hành thí nghiệm 39

Hình 3.1 Tỷ lệ sống sót của D magna trong 21 ngày phơi nhiễm với dịch

Hình 3.9 D magna con non sinh ra bị tật và chết do phơi nhiễm nước hồ

Xuân Hương 54

Hình 3.10 Kích thước của D magna khi phơi nhiễm với dịch chiết VKL 55 Hình 3.11 Kích thước của D magna khi phơi nhiễm với nước hồ Xuân

Hương 56

MỞ ĐẦU

Vi khuẩn lam (VKL) thuộc ngành Cyanobacteria là những sinh vật đơn bào hoặc đa bào không có nhân điển hình, có khả năng quang tự dưỡng Chúng là đặc trưng chung cho nhiều thủy vực như các vùng cửa sông, hồ hay sông; có khả năng tổng hợp chất hữu cơ, cố định nitơ từ khí quyển, vì vậy chúng tạo ra chất hữu cơ giàu đạm cần thiết cho cây trồng Trong thủy vực, chúng cũng giống như thực vật trên cạn sử dụng CO2, ánh sáng và các chất dinh dưỡng hòa tan như nitrat, photphat và các chất khoáng khác để sinh trưởng và phát triển (Nguyễn Thị Ben, 2011)

Xu hướng phát triển công nghiệp, nông nghiệp ngày càng làm gia tăng chất dinh dưỡng trong nước Trong những năm gần đây sự phú dưỡng trong các thủy vực là nguyên nhân gây nên hiện tượng nở hoa của VKL Hiện nay, ở Châu Á hơn 50% các hồ ao bị phú dưỡng hóa Sự phát triển vượt mức của VKL cộng thêm độc tố của chúng đã làm tăng các tác động tiêu cực lên chất lượng nguồn nước, thủy sinh vật và con người Các loài VKL thường đi kèm với việc sản sinh ra độc tố gây hại cho thủy sinh

vật và con người như Anabaena, Cylindrospermopsis, Microcystis,… và các độc tố

được sản sinh ra như anatoxin-a, cylindrospermopsin (CYN), microcystin (MC)…làm

giảm khả năng sinh trưởng và sinh sản của loài vi giáp xác (VGX) như D magna (Đào

Thanh Sơn và cs., 2014) Tính đến thời điểm hiện nay, ở Việt Nam chưa có trường hợp nào ngộ độc do VKL gây ra ở người được ghi nhận và công bố Tuy nhiên, trên thế giới có rất nhiều ca ngộ độc do VKL đã được ghi nhận như ở Canada năm 1959, ở Mỹ năm 1975, Brazil năm 1988, Trung Quốc, Anh, Úc, Thụy Điển Điều đó cho thấy, trên thế giới VKL được xem là yếu tố tác động nguy hại đến sức khỏe con người

Những nghiên cứu gần đây ở Việt Nam về VKL và độc tính của chúng cũng đã phát hiện được độc tố MC từ mẫu VKL nở hoa và mẫu nuôi phân lập từ hồ Thành

Công (Hà Nội) và một số thủy vực ở Huế với hàm lượng độc tố lên đến 4.000 µg MC/g sinh khối khô Mẫu VKL ở Núi Cốc (Thái Nguyên) chứa đến 1.700 µg MC/g sinh khối khô, ở hồ Trị An nồng độ MC trong mẫu VKL tạo váng lên đến 640 µg MC/g sinh khối khô và nồng độ MC trong nước hồ Dầu Tiếng là 2,8 µg MC/L; gấp 2,8 lần quy định của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) về hàm lượng MC cho phép có trong nước uống dưới 1 µg MC/L nước uống (WHO, 1996) Từ đó cho thấy, nếu VKL bùng phát trong các thủy vực không những gây ảnh hưởng đến chất lượng nước như gây mùi hôi, suy giảm hàm lượng oxy hòa tan trong nước mà còn gây tác hại nghiêm trọng cho thủy sinh vật và con người

Hồ Xuân Hương là địa điểm tham quan nổi tiếng tại thành phố Đà Lạt Đây là hồ nhân tạo, có chu vi chừng 5,5 km, rộng 32 ha, có vai trò quan trọng về giá trị văn hóa lịch sử, cảnh quan thiên nhiên và môi trường, về đa dạng sinh học cũng như về giá trị nguồn nước Nhưng hồ này hiện đang ô nhiễm nặng nề do trong thời gian dài tiếp nhận một lượng lớn nước thải sinh hoạt và nước thải nông nghiệp, cũng như nước thải từ hoạt động tưới của sân golf, vườn hoa và lò mổ Vì vậy, nước hồ bị phú dưỡng hóa tạo điều kiện thuận lợi cho sự nở hoa của VKL, khiến nước hồ chuyển sang màu xanh lam Sự phát triển mạnh mẽ VKL tạo thành những váng nổi lớn che kín bề mặt một góc hồ ảnh hưởng đến hoạt động du lịch trên hồ và môi trường sống của người dân địa phương Bên cạnh đó, nước Hồ Xuân Hương còn là nguồn nước cấp cho thác Cam Ly nên làm ảnh hưởng trực tiếp đến thắng cảnh du lịch Cam Ly và có thể gây ảnh hưởng xấu lên du khách thông qua việc tiếp xúc trực tiếp Do vậy, việc nở hoa diễn ra thường xuyên ở hồ Xuân Hương là vấn đề đáng lo ngại

Vi giáp xác (VGX) là mắt xích quan trọng kết nối sinh vật sản xuất (rong, tảo) và sinh vật thuộc bậc dinh dưỡng cao hơn (tôm, cá) Theo đường này, độc tố có trong VKL sẽ được tích luỹ sinh học trong các sinh vật tiêu thụ Trong đó, VGX là sinh vật bị ảnh hưởng trực tiếp và nhiều nhất Vì vậy, nghiên cứu về tác động của VKL lên VGX nhằm giúp đánh giá ảnh hưởng của chúng lên thủy sinh vật và con người góp phần định hướng kế hoạch quản lý nguồn nước

Do đó, đề tài “Ảnh hưởng tiêu cực của vi khuẩn lam lên vi giáp xác và đề xuất giải pháp kiểm soát vi khuẩn lam tại hồ Xuân Hương, Đà Lạt” được đề xuất thực

hiện

Đánh giá ảnh hưởng của vi khuẩn lam lên vi giáp xác và đề xuất giải pháp kiểm soát vi khuẩn lam tại hồ Xuân Hương, Đà Lạt

VGX Daphnia với các tiêu chí theo dõi của sinh vật là sự sống/ chết, phát triển và

sinh sản khi phơi nhiễm với VKL và nước hồ Xuân Hương để đánh giá sự ảnh hưởng của VKL lên sinh vật

 Nồng độ độc hại của nước hồ Xuân Hương gây ra ảnh hưởng tới sinh vật thử

 Tìm hiểu sự phát triển của D magna sau thời gian phơi nhiễm mãn tính với dịch

chiết VKL và nước hồ Xuân Hương

 Ghi nhận sự sinh sản của D magna với ảnh hưởng của dịch chiết VKL và nước

hồ Xuân Hương

 Đề xuất giải pháp kiểm soát sự nở hoa VKL tại hồ Xuân Hương, Đà Lạt

Hồ Xuân Hương bao gồm dịch chiết loài VKL Cylindrospermopsis raciborskii

được phân lập từ hồ và mẫu nước nở hoa của hồ được thu vào tháng 7 năm 2013

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về đối tượng nghiên cứu 1.1.1 Vi Khuẩn Lam

1.1.1.1 Giới thiệu chung

Vi khuẩn lam (VKL) có mặt trong cả môi trường đất, nước và không khí, tuy nhiên VKL chủ yếu hiện diện trong các thủy vực như ao hồ, sông suối, cửa sông và ven biển Đại bộ phận VKL sống trong nước ngọt, ở các ao hồ có nhiều chất hữu cơ và góp phần hình thành hệ sinh vật nổi (plankton) của các thủy vực; một số phân bố trong nước mặn hoặc nước lợ, nơi bùn lầy hay đất ẩm ướt, trên đá và trên vỏ cây ẩm Vi khuẩn lam được tìm thấy ở những nơi có điều kiện khắc nghiệt, từ vùng băng tuyết đến sa mạc và chịu đựng được nhiệt độ từ -60oC ở vùng cực đến 70oC ở các suối nước nóng (Đào Thanh Sơn, 2013)

Vi khuẩn lam có cấu tạo đơn giản, một số có dạng đơn bào, phần lớn dưới dạng tập đoàn hay đa bào hình sợi, hình chuỗi hạt đơn hay phân nhánh Vi khuẩn lam không có sinh sản hữu tính (là nhóm duy nhất của sinh vật sơ hạch không có đặc điểm này), chúng chỉ sinh sản sinh dưỡng hay sinh sản vô tính Chúng có cơ thể quang tự dưỡng hiếu khí, sống cần nước, CO2, chất vô cơ và ánh sáng Tuy nhiên, cũng có một số loài có khả năng tồn tại một thời gian dài trong điều kiện tối hoàn toàn Một vài loài có thể sống dị dưỡng, cộng sinh với nấm làm thành địa y, cộng sinh trong lá của bèo hoa dâu hay trong rễ của thiên tuế (Đặng Đình Kim và cs., 2014)

 Oscillatoriales: dạng sợi, phân chia tế bào chỉ xảy ra trong một mặt phẳng vuông góc với chiều dài của sợi, không có tế bào dị hình và bào tử màng nhày

 Nostocales: dạng sợi, phân chia trong một mặt phẳng vuông góc với chiều dài sợi, có tế bào dị hình và bào tử màng nhày, phân nhánh giả

 Stigonematales: những dạng hình sợi có heterocyte, akinete và phân nhánh thật

1.1.1.3 Sinh thái

Đa số VKL phát triển tốt nhất trong khoảng nhiệt độ từ 30 – 350

C Nhiều loài có thể phát triển ở nhiệt độ cao, thậm chí ở các suối nước nóng 70 – 80oC, một số có khả năng tồn tại ở nhiệt độ thấp (trong băng tuyết hay ở cực) Khoảng pH thích hợp cho VKL từ 7,5 – 10 Trong môi trường kiềm hoạt động cố định đạm của VKL mạnh hơn trong môi trường acid

Vi khuẩn lam có khả năng làm giảm mức tác hại của những tia sáng có bước sóng ngắn nhờ sự tiết chất nhầy quanh tế bào, bảo vệ cho chúng tránh khỏi sự khô hạn cũng như ảnh hưởng gây hại của bức xạ mặt trời Vì vậy, chúng có thể sống trong các vùng như ở Nam cực, vùng sa mạc khô cằn hay vùng núi cao, nơi băng giá hay trên tuyết

1.1.1.4 Độc tố Vi khuẩn lam

Dựa vào cấu trúc hóa học, độc tố VKL có thể chia thành ba nhóm:

 Nhóm peptides vòng: gồm microcystin (MC) và nodularin

 Nhóm alkaloid: gồm anatoxin-a, anatoxin-a (S), aplysiatoxin, cylindrospermopsin (CYN), lyngbyatoxin-a và saxitoxins

 Nhóm lipopolysaccharide (LPS) Dựa vào cơ chế gây độc, độc tố VKL được chia thành 5 nhóm: độc tố gan: MC, nodularin; độc tố thần kinh: anatoxin-a, anatoxin-a (s), homoanatoxin-a; độc tố gây dị ứng: lyngbyatoxin-a, aplysiatoxins; độc tố tế bào: CYN; nội độc tố: lipopolysaccharide endotoxin Thường gặp nhất là độc tố thần kinh và độc tố gan

 Độc tố thần kinh (Neurotoxins): Là các alcoloid dẫn truyền xung từ nơron thần kinh này sang nơron khác và từ nơron tới cơ của động vật và người Dấu hiệu bị

nhiễm độc tố như: choáng váng, lảo đảo, co giật cơ, thở hổn hển và co quắp chân tay Khi bị nhiễm độc tố ở nồng độ cao thì hô hấp khó khăn, có khi ngừng thở

Độc tố thần kinh anatoxin được tổng hợp nhờ các loài VKL thuộc chi Anabaena,

Aphanizomenon, Osillatoria và Trichodesmium

 Độc tố gan (Hepatotoxin): gồm có MC và nodularin MC được sản sinh từ một số

các loài của chi Microcystis, Anabaena, Nostoc, Nodulariavà Oscillatoria Nước chứa các loài Microcystis gây độc thường có mùi tanh, sinh khối của Microcystis

sau khi sấy khô có mùi tanh hắc

1.1.2 Nước thải sinh hoạt và nông nghiệp 1.1.2.1 Thành phần chính trong nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là nước thải từ các khu dân cư, khu hoạt động thương mại, công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác (Trần Văn Nhân, 2002) Nước sau khi sử dụng cho mục đích sinh hoạt của cộng đồng như tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân,…được thải bỏ Chúng thường được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, bệnh viện, chợ, và các công trình công cộng khác Nước thải sinh hoạt ở các trung tâm đô thị thường thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn ra các sông rạch, còn các vùng ngoại thành và nông thôn do không có hệ thống thoát nước nên nước thải thường được tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ hoặc bằng các biện pháp tự thấm (Lâm Vĩnh Sơn, 2008)

Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là thường chứa nhiều tạp chất khác nhau, trong đó khoảng 52% là các chất hữu cơ, 48% là các chất vô vơ và một số lớn vi sinh vật Phần lớn các vi sinh vật trong nước thải thường ở dạng virut và vi khuẩn gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn… Đồng thời trong nước thải cũng chứa các vi khuẩn không có hại có tác dụng phân hủy các chất thải (Trần Văn Nhân, 2002)

Dựa theo thành phần và tính chất nước thải sinh hoạt (Bảng 1.1), ta thấy nước thải sinh hoạt có hàm lượng dinh dưỡng khá cao, đôi khi vượt cả yêu cầu cho quá trình xử lý sinh học (BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1) Trong nước thải sinh hoạt, hàm lượng nitơ và photpho rất lớn, nếu không được loại bỏ thì sẽ làm cho nguồn tiếp nhận nước thải bị phú dưỡng – một hiện tượng thường xảy ra ở nguồn nước có hàm lượng nitơ và

photpho cao, trong đó các loài thực vật thủy sinh phát triển mạnh rồi chết đi, thối rữa, làm cho nguồn nước trở nên ô nhiễm (Lâm Vĩnh Sơn, 2008)

Bảng 1.1 Thành phần/tính chất nước thải sinh hoạt (Bùi Xuân Thành, 2012)

Tổng chất rắn hòa tan, mg/L Chất rắn lơ lửng, mg/L Chất rắn lơ lửng được, mg/L BOD5 , mg/L

Tổng cacbon hữu cơ – TOC, mg/L COD, mg/L

Tổng Nitơ (theo N), mg/L + Hữu cơ

+ Amônia + Nitrit + Nitrat Tổng photpho (theo P), mg/L + Hữu cơ

+ Vô cơ Clorua, mg/L Sunfat, mg/L Dầu mỡ, mg/L Coliform, MNP/100 mL Chất hữu cơ bay hơi, µg/L

250 100 5 110

80 250

20 8 12

0 0 4 1 3 30 20 50 106 – 107

<100

500 220 10 220 160 500 40 15 25 0 0 8 3 5 50 30 100 107 – 108100 – 400

850 350 20 400 210 1000

85 35 50 0 0 15

5 10 100

50 150 107 – 109

>400

1.1.2.2 Các chất gây ô nhiễm chính trong nước thải từ sản xuất nông nghiệp

Nguồn nước này được tạo ra do sản xuất nông nghiệp Để bảo vệ mùa màng, hàng năm một lượng lớn thuốc diệt trừ sâu bọ, côn trùng được sử dụng và để tăng độ phì nhiêu của đất, phân bón hóa học cũng được sử dụng rất nhiều Khi bón phân và phun thuốc bảo vệ thực vật, một lượng đáng kể không được cây trồng tiếp nhận, chúng sẽ lan truyền và tích lũy trong đất, sau đó theo nước mưa chảy tràn vào các thủy vực và tích lũy trong nước

Các chất ô nhiễm chính trong nước thải nông nghiệp:

Thuốc bảo vê thực vật

Thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) là bất kỳ một chất hay hỗn hợp sử dụng nhằm mục đích ngăn ngừa, tiêu diệt, xua đuổi, giảm trừ các sinh vật gây hại Thuốc BVTV là tên gọi chung cho cả thuốc trừ sâu, trừ bệnh cho cây trồng, thuốc trừ nấm mốc, côn trùng, diệt cỏ… dùng trong ngành nông nghiệp (Lê Huy Bá, 2000)

Theo chu trình tuần hoàn của hóa chất BVTV, thuốc tồn tại trong nôi trường đất sẽ rò rĩ ra môi trường nước mặt do quá trình rửa trôi Mặt khác, khi sử dụng hóa chất BVTV, nước có thể bị ô nhiễm thuốc trừ sâu nặng nề do nông dân đổ hóa chất dư thừa, chai lọ chứa hóa chất, nước súc rữa… Điều này đặc biệt nghiêm trọng khi các nông trường, vườn tược nằm gần kề các nguồn nước mặt (Lê Huy Bá, 2000)

Thuốc BVTV khi xâm nhập vào môi trường nước chúng phân bố rất nhanh theo gió và nước Ngoài sự rửa trôi từ các cánh đồng và việc đổ, vứt hóa chất xuống thủy vực thì một nguyên nhân mà thuốc BVTV xâm nhập thẳng vào môi trường nước là do việc kiểm soát cỏ dại dưới nước, tảo, đánh bắt cá…Trong nước, thuốc BVTV có thể tồn tại ở các dạng khác nhau và đều có ảnh hưởng đến môi trường Tác động của nó đối với sinh vật là: hòa tan, bị hấp thụ bởi các thành phần vô sinh hoặc hữu sinh và lơ lửng trong nguồn nước mặt hoặc lắng tụ xuống đáy và tích tụ trong cơ thể sinh vật Các chất hòa tan trong nước dễ bị các sinh vật hấp thụ Các chất không hòa tan dễ bị lắng xuống bùn, đáy, ở dạng keo, khó bị sinh vật hấp thụ; có chất có thể trở thành trầm tích đáy, để rồi có thể tái hoạt động khi lớp trầm tích bị xáo trộn Một vài chất có thể tích tụ

trong cơ thể sinh vật tại các mô khác nhau, qua quá trình trao đổi chất và thải trở lại môi trường nước qua con đường bài tiết (Lê Huy Bá, 2000)

Thuốc BVTV tan trong nước có thể tồn tại bền vững và duy trì được đặc tính lý hóa của chúng trong khi di chuyển và phân bố trong môi trường nước Các chất bền vững có thể tích tụ trong môi trường nước đến mức gây độc Một số thuốc BVTV có tính bền vững cao tích lũy trong chuỗi thức ăn với nồng độ cao dần lên, gọi là hiện tượng tích lũy sinh học Các loài sinh vật có thể bị ngộ độc trực tiếp hoặc gián tiếp khi nguồn thức ăn của chúng bị ngộ độc Một khi thuốc BVTV đi vào cơ thể sinh vật sẽ tạo ra các biến đổi lý hóa học làm cho tế bào không hoàn thành chức năng sinh lý của chúng; tác động đến sự phân hủy các acid amin trong tế bào sinh vật; kết hợp với các kim loại và các thành phần khác của tế bào gây cản trở sự phát triển; làm tê liệt và ức chế hoạt tính của men và tác động lên sự hình thành các vitamin và làm mất tác dụng của chúng (Rachael và cs., 2010)

Bên cạnh tác động tích cực đối với cây trồng, thuốc BVTV còn gây các tác động tiêu cực Sự lạm dụng thuốc BVTV đã đưa đến hậu quả nghiêm trọng đến môi trường đất, không khí, môi trường nước, hệ sinh thái, quần xã sinh vật và con người Do đó, đánh giá các phần còn tồn lưu lại của hóa chất BVTV trong môi trường nông nghiệp và nông thôn là rất quan trọng để đánh giá tình trạng ô nhiễm hóa học trong vùng thâm canh và tác động của chúng đến sản xuất nông nghiệp bền vững (Lê Quốc Tuấn và cs., 2013)

Kim loại nặng

Hầu hết các kim loại nặng tồn tại trong nước ở dạng ion, chúng có nguồn gốc tự nhiên hoặc phát sinh do các hoạt động của con người Chúng có mối liên quan do tính độc hại của chúng đối với các vi sinh vật, và cuối cùng là con người Các chất này gồm As, Ba, Cd, Cr, Cu, Pb, Hg, Ni, Ag và Zn Chúng phát sinh từ nhiều nguồn gốc khác nhau Trong nước thải nông nghiệp chúng thường từ một số loại hóa chất BVTV và phân bón (Nguyễn Thị Mai Hương, 2012) Trong các loại phân lân cũng có chứa một lượng các kim loại nặng như As, Cd, Pb cũng là nguyên nhân làm tích luỹ các kim loại

này trong đất và nước Các loại phân hữu cơ hiện nay, như phân chuồng (heo, gà,…) được nuôi từ thứ ăn tổng hợp không còn an toàn như trước, vì trong thành phần của nó có nhiều khoáng vi lượng (Cu, Zn, Fe, Mn, Co,…) Các thuốc BVTV thường chứa nhiều kim loại nặng như: As, Pb, Hg Một số loại thuốc trừ sâu bệnh như: CuSO4, Zineb, Macozeb… chứa các kim loại nặng như Zn, Cu, Mn sử dụng nhiều và lâu dài sẽ tồn lưu các kim loại trong đất (Nguyễn Trần Oánh, 2007)

Do kim loại nặng không phân rã nên chúng tích tụ trong chuỗi thức ăn của hệ sinh thái Quá trình này bắt đầu với nồng độ thấp của kim loại nặng tồn tại trong nước hoặc cặn lắng, rồi sau đó được tích tụ trong các thực vật và động vật sống dưới nước Tiếp đến các sinh vật khác sử dụng các thực, động vật này làm thức ăn dẫn đến nồng độ các kim loại nặng được tích tụ trong cơ thể sinh vật trở nên cao hơn Cuối cùng đến sinh vật bậc cao nhất trong chuỗi thức ăn, nồng độ kim loại nặng đủ lớn để gây độc hại (Nguyễn Viết Thành, 2012)

1.1.3 Daphnia magna

Daphnia là phiêu sinh vật thuộc ngành Phyllopoda (Branchiopoda) thuộc họ Cladocera Daphnia (Hình 1.1) gồm hơn 100 loài nước ngọt được tìm thấy trên thế

giới, chủ yếu ở vùng Bắc Mỹ và Châu Âu Bên cạnh đó ở Châu Á và Châu Phi cũng có

nhiều loài Daphnia Daphnia magna (D magna) tuy không phân bố rộng rãi nhưng

được biết đến nhiều nhất, do nó là nguồn thức ăn lý tưởng cho các loài ấu trùng cá, và

được sử dụng rất nhiều trong các nghiên cứu về độc học Cấu tạo cơ thể của Daphnia

là một tường đôi, có hai mảnh trái phải, ở giữa có khoang cơ thể, lớp vỏ giáp xác được

làm bằng chitin Daphnia có chiều dài thân khoảng 0,5 – 6 mm Chúng sống bằng cách

lọc thức ăn chủ yếu là trên nước mặt, một vài loài có thể bám vào vật chủ như nền đất hoặc cành non ở đáy các ao cạn Con trưởng thành có kích thước từ 1 – 5 mm, kích thước có thể nhỏ hơn nếu ở các ao hồ có sinh vật ăn thịt (Ebert, 2005)

Hình 1.1 Daphnia magna

1.1.3.1 Đặc điểm hình thái D magna

Daphnia magna có cơ thể hình bầu dục, có vỏ giáp bọc ngoài, cơ thể chia làm 3

phần đầu, ngực và bụng nhưng không phân đốt rõ rệt (Hình 1.2) Phần đầu vỏ giáp kéo dài về phía trước thành chùy nhọn, phần sau của vỏ giáp đầu, phía lưng thường có các lỗ đầu, gồm lỗ chính và lỗ bên Phần thân vỏ giáp có thể phân biệt: cạnh lưng, cạnh bụng và cạnh sau Cạnh bụng vỏ giáp có viền gai hay còn gọi là tơ Cạnh sau vỏ giáp nối liền với cạnh bụng, đuôi vỏ giáp thường kéo dài thành núm Phần ngực nằm trong vỏ giáp, không phân đốt rõ, có 4 – 6 đôi chân ngực Phần bụng kéo dài thành đuôi bụng, không có phần phụ, lỗ hậu môn đổ ra cạnh trên ở gốc đuôi bụng Ở gốc đuôi bụng trước hậu môn, thường có núm lồi nhỏ, có hai tơ dài, ngay phía trên có các phần lồi đuôi bụng hình dải lớn (Ebert, 2005)

Hình 1.2 Cấu tạo của Daphnia magna

1.1.3.2 Sinh lý

Daphnia ăn những phần tử nhỏ, kích thước khoảng 1 – 50 µm lơ lửng trong nước

bằng cách sử dụng những chân lá để lọc thức ăn Daphnia cào nước bằng các lông

cứng từ phía trước ra phía sau để thu các phần tử trong dòng nước, kể cả vi khuẩn Thức ăn của chúng thường là tảo phù du Tảo lục là thức ăn tốt nhất nên chúng được sử dụng phổ biến trong thí nghiệm để làm thức ăn cho ĐVPS, tảo thường dùng là

Scenedesmus hoặc Chlamydomonas (Ebert, 2005)

Ruột có dạng như hình ống với 3 phần: phần cuống, ruột giữa và ruột sau Hai túi phụ nhỏ nằm ở phần đầu của ruột giữa Sự co bóp của thành ruột giúp đưa thức ăn đi

qua ruột Màu của Daphnia tương ứng với màu thức ăn chiếm ưu thế trong bữa ăn của chúng Daphnia ăn tảo lục sẽ có màu xanh hoặc mùa vàng trong suốt, ngược lại nếu ăn

vi khuẩn thì sẽ có màu trắng hoặc hồng cam Những sinh vật được cho ăn đầy đủ thì sẽ có màu sắc đậm hơn những sinh vật bị thiếu thức ăn (Ebert, 2005)

Daphnia có hệ thống tuần hoàn máu mở Tim nằm ở lưng và trước khoang bụng

Ở 20ºC, tim chúng đập khoảng 200 lần/phút, ở nhiệt độ thấp hơn thì sẽ đập chậm hơn Các tế bào máu rất dễ nhìn thấy thông qua cơ thể trong suốt Để tăng lượng oxy vận

chuyển, Daphnia có khuynh hướng phát triển nhiều Hemoglobulin (Hb) để tăng cường

hấp thụ oxy từ nước, làm cho cơ thể sinh vật có màu hơi đỏ và trong môi trường có

hàm lượng oxy cao nó có xu hướng có màu vàng Hệ thần kinh của Daphnia được đặc

trưng bởi não ở trung tâm nằm gần ruột và mắt Ấu trùng có hai đốm mắt màu nâu, còn

Daphnia non và trưởng thành có một mắt kép lớn, giúp sinh vật định hướng khi bơi

(Ebert, 2005)

1.1.3.3 Chu kỳ sống và phát triển

Daphnia magna chủ yếu sinh sản theo kiểu trinh sản (con mẹ chỉ đẻ ra con cái)

hơn là sinh sản hữu tính Tuy nhiên, chúng chỉ có thể sinh sản theo kiểu này khi trong môi trường đạt những điều kiện thuận lợi về nguồn thức ăn và nhiệt độ,…Ở 20ºC, trứng sau khoảng 1 ngày sẽ nở thành ấu trùng nhưng vẫn ở trong khoang bụng Sau 3

ngày Daphnia non thoát ra ngoài tại chỗ uốn của bụng sau Con non có khoang bụng chưa phát triển hoàn toàn Trong hầu hết các loài, một cá thể Daphnia con phải cạnh

tranh với 4 – 6 cá thể con khác trước khi vào thời kỳ sinh sản đầu tiên Giai đoạn đẻ trứng đầu tiên khoảng 5 – 10 ngày, có thể lâu hơn nếu trong tình trạng thiếu thức ăn

Daphnia đẻ trứng từ 3 – 4 ngày, sau đó chết đi (Ebert, 2005).

Khi lượng thức ăn hiếm hay có độc tố thì trong túi ấp sẽ xuất hiện trứng đen Những trứng này sẽ phát triển thành con đực với kích thước nhỏ, và chia ra các mảnh giáp xác nhỏ có hình dạng khớp lưng màu nâu tối hoặc màu đen Khi đó, con cái sẽ không còn hình thức sinh sản vô tính nữa mà sẽ chuyển sang sinh sản hữu tính, nghĩa là có sự giao phối giữa con đực và con cái Nếu điều kiện quá khắc nghiệt, con cái sẽ không đẻ ra con con mà sẽ đẻ ra trứng đen này, những trứng này có thể tồn tại trong môi trường khắc nghiệt và khả năng chống chịu với ảnh hưởng môi trường khá tốt nếu các ao nước nuôi chúng bị khô cạn và thậm chí chúng vẫn có thể tồn tại trong băng Khi điều kiện sống được cải thiện, các trứng bắt đầu nở ra con con đều là con cái và các con đực chết hoàn toàn (Võ Thị Mỹ Chi, 2013)

1.1.3.4 Môi trường sống

Các loài Daphnia có thể tìm thấy trong các hồ nước lớn nhỏ, các vũng, khe đá và

hồ tạm Chúng là những ĐVPS ưu thế và là một phần thiết yếu của lưới thức ăn trong

ao hồ Daphnia cũng là thức ăn cho nhiều ĐVPS khác điều đó dẫn đến sự phân bố và quá trình sinh sống gần như gắn với cá, động vật ăn thịt Các loài Daphnia được tìm

thấy trong ao hồ có động vật ăn thịt thì nhỏ hơn và trong suốt hơn những loài được tìm thấy trong hồ không có cá

Chất lượng nước trong môi trường sống của Daphnia có thể thay đổi khá rộng

pH từ 6,5 – 9,5 được chấp nhận cho hầu hết các loài, thuận lợi nhất từ 7,2 – 8,5 Độ

mặn dưới 5% nước biển (khoảng 1,5 g muối biển/1 lít), nhưng một vài loài như D

magna có thể chịu được độ mặn cao hơn được tìm thấy ở độ mặn 20% nước biển

(Ebert, 2005)

1.1.3.5 Phản ứng sinh thái

Daphnia khua những râu lớn trực tiếp khi bơi trong nước, có thói quen di chuyển

thẳng đứng trong cột nước, ở phía trên cột nước vào lúc trời tối và xuống phía dưới vào lúc sáng sớm và ban ngày Thói quen này được xem là một chiến lược tránh khỏi sinh vật ăn thịt Vào những ngày sáng chúng sẽ tránh khỏi tầm nhìn của động vật săn mồi bằng cách di chuyển tới những độ sâu tối hơn Ngược lại vào lúc ban đêm, thức ăn dồi dào ở mực nước cao hơn được chiếu sáng tốt giúp chúng thuận lợi hơn Trong quá trình

di chuyển thẳng đứng, Daphnia còn có tính hướng sáng Mặc khác, Daphnia còn có

thói quen di chuyển tránh các bờ hồ để trốn tránh loài ăn thịt, bám vào thực vật hoặc các bề mặt khác, gặm nhấm để lượm lặt làm phong phú nguồn thức ăn của chúng (Ebert, 2005)

1.1.4 Những nghiên cứu về độc tính của vi khuẩn lam, thuốc trừ sâu và kim

loại nặng lên động vật phù du

Trên thế giới

Những ảnh hưởng của VKL lên động vật phiêu sinh (ĐVPS) đã được nghiên cứu bởi Lampert, 1987; DeBenardi và Giussani, 1990; Reinikainen và cs., 1994; DeMott và Navarra, 1997 Kết quả cho thấy ảnh hưởng của VKL lên ĐVPS là do: đặc điểm hình thái; kích thước tập đoàn hay kích thước sợi có thể cản trở tiêu hóa và ảnh hưởng xấu đến niêm mạc, gây ảnh hưởng đến tiêu hóa của ĐVPS; thiếu các acid béo cần thiết, làm

giảm sự sinh trưởng, phát triển và sinh sản của ĐVPS; độc tính VKL sản sinh ra gây ức chế tăng trưởng và gây tử vong cho sinh vật

Demott và cs (1991) đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng cấp tính độc tố của loài

VKL Microcystis aeruginosa và Nodularia spumigena lên bốn loài VGX và kết quả

cho thấy ảnh hưởng cấp tính lên VGX phụ thuộc vào hình thái và thức ăn của chúng

Khả năng gây độc và ức chế ăn thức ăn của MC có trong M aerugunosa lên Daphnia

galeata được nghiên cứu bởi Rohrlack và cs., 1999 Kết quả cho thấy MC hầu hết gây

độc lên VGX nhưng độc tố của chúng không gây ra sự ức chế của tiến trình ăn vào Năm 2001, Rohrlack và cs., đã nghiên cứu ảnh hưởng của MC đến sự sống và sự ăn

vào của Daphnia spp Kết quả cho thấy độc tố VKL ảnh hưởng xấu đến sức sống và làm giảm tốc độ lọc thức ăn của Daphnia

Lurling (2003) đã nghiên cứu về ảnh hưởng độc tính MC sản sinh bởi M

aeruginosa lên Daphnia Tác giả đã sử dụng hai chủng M aeruginosa, một chủng sản

sinh độc tố MC và một chủng không sinh độc tố MC, chọn những chủng VKL đơn bào,

có kích thước nhỏ, cho ăn bổ sung tảo lục Scenedesmus obliquus để loại bỏ những nguyên nhân gây ảnh hưởng đến Daphnia như đặc điểm hình thái và thiếu chất dinh

dưỡng Kết quả cho thấy độc tính MC có trong thức ăn làm giảm sự tăng trưởng của

Daphnia, hàm lượng MC trong thức ăn càng cao thì mức độ tăng trưởng của Daphnia

càng giảm rõ rệt Elert (2004) tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của độc tố VKL lên sinh vật ở góc độ enzyme Kết quả cho thấy hoạt tính của tripsin, enzyme có chức năng phân giải

protein có trong dịch ruột của D magna, bị suy giảm mạnh do các độc chất

N-p-tosyl-lysine chloroketone và 4-methanesulfonoyl fluoride sản sinh từ VKL Hệ enzyme tiêu hóa bị ảnh hưởng dẫn đến những ảnh hưởng khác như ức chế tiêu hóa, suy giảm sinh trưởng, sinh sản và sức sống của sinh vật

Filho và cs (2008) đã nghiên cứu ảnh hưởng của độc tố saxitoxin sản sinh từ

VKL Cylindrospermopsis raciborskii đến sự di chuyển trong nước của VGX (Daphnia

gessneri, D pulex và Moina micrura) Kết quả cho thấy sinh vật bất hoạt khi phơi

nhiễm độc tố saxitoxin Đây là báo cáo đầu tiên về độc chất saxitoxin ảnh hưởng đến VGX nước ngọt, đồng thời nghiên cứu cũng chỉ ra sự khác nhau về độ nhạy liên quan

đến từng loài Daphnia Ramirez và cs (2010) đã đánh giá tác động của độc tố VKL Pseudanabaena

tenuis lên D magna và Ceriodaphnia dubia, dùng dịch chiết của P tenuis để thử

nghiệm độc cấp tính và cho ăn tế bào sống của P tenuis để thử độc mãn tính Kết quả, độc cấp tính đối với D magna và C dubia lần lượt là 14,1 và 13,7 mg trọng lượng

khô/L; thí nghiệm mãn tính cho thấy ở ba nồng độ cho ăn là 2; 4 và 8 mg/L đều có ảnh hưởng đến sinh trưởng, sinh sản của cả hai loài thí nghiệm

Việc sử dụng thuốc BVTV trong nông nghiệp gây tác động nguy hại lên các sinh vật thủy sinh bởi vì chúng được tồn dư trong các ao hồ do chảy tràn trong mùa mưa (Richards và Baker, 1993) Đặc biệt, thuốc trừ sâu được biết đến có tác động nguy hại lên động vật phù du do việc thay đổi tương tác sinh học thông qua chuỗi thức ăn (Hanazato, 2001; Chang và cs., 2005) Tuy nhiên, so với các loại thuốc trừ sâu thì thông tin về sự ảnh hưởng của thuốc diệt cỏ và thuốc diệt nấm ảnh hưởng lên động vật phù du còn nhiều hạn chế Mạng lưới thức ăn sinh vật phù du không chỉ bao gồm mối tương tác giữa động vật phù du và thực vật phù du mà nó còn bao gồm cả vi khuẩn Vì vậy, có thể thấy rằng thuốc diệt cỏ và thuốc diệt nấm không chỉ tác động trực tiếp lên động vật phù du mà có thể tác động gián tiếp thông qua những thay đổi của thực vật phù du và vi khuẩn (Kasai và Hanazato, 1995; Willis và cs., 2004; Morh và cs., 2008)

Comber và cs (1993) xác định độc tính cấp và mãn tính của nonylphenol đến D

magna nước ngọt Giá trị EC50 24h = 0,30 mg/L và EC50 48h = 0,19 mg/L Về nghiên cứu mãn tính, nhận thấy sự ảnh hưởng của nonylphenol đến sự sống, phát triển và sinh

sản của D magna trong 21 ngày Giá trị NOEC được xác định dựa trên nồng độ trung

bình là 0,024 mg/L Điều này phù hợp với báo cáo trước đó khi so sánh dữ liệu độc

tính cấp tính và mãn tính của nonylphenol lên D magna (Kuhn et al., 1989 a, b)

Nghiên cứu này còn chỉ ra rằng NOEC của nonylphenol xấp xỉ 10 lần so với mức cao

nhất đã được báo cáo trước đó (Ahel và Giger, 1985), khoảng 100 lần so với các số liệu ghi nhận gần đây, với nồng độ lớn nhất được báo cáo là 0,6 µg/L (CMA, 1990)

Zhang và cs (2003) đã tiến hành nghiên cứu về độc cấp tính, sự phát triển phôi và

sinh sản của D magna gây bởi 4-nonylphenol và ethanol Giá trị EC50 48h trung bình (n = 3) của 4-nonylphenol là 155 mg/L (trường hợp sử dụng ethanol làm dung môi), và EC50 48h trung bình (n = 3) của 4-nonylphenol là 281mg/L (không có ethanol) EC50 96h = 738 mg/L gây chết phôi, hình thành trứng nghỉ và EC50 96h = 263 mg/L gây các dị tật như gai vỏ cong hoặc không phát triển và chưa phát triển râu thứ hai Các nghiên cứu trên đã được thực hiện bằng kích thích các yếu tố để sinh ra con đực (ví dụ, giảm thời gian chiếu sáng và nguồn thức ăn) Các con non bị dị tật gia tăng ở nồng độ 50 mg/L (không có ethanol), nhưng không có thay đổi về khả năng sinh sản và tỷ lệ giới tính Ở 25 mg/L và 50 mg/L thì 4-nonylphenol làm giảm tỷ lệ giới tính trong trường hợp sử dụng ethanol làm chất mang so với kiểm chứng ethanol Tuy nhiên, sự gia tăng tỷ lệ giới tính đã được quan sát trong kiểm chứng ethanol so với môi trường đối chứng Việc sử dụng ethanol làm chất mang gây xáo trộn những ảnh hưởng độc tính cấp của 4-

nonylphenol và việc sinh ra con đực của Daphnia

Wan và cs (2006) xác định độc cấp tính của atrazine, metolachlor, simazine và các sản phẩm được làm từ các chất này đến loài lưỡng cư, động vật thủy sinh không xương sống, và cá hồi của vùng Tây Bắc Thái Bình Dương Kết quả thử nghiệm cấp

tính lên D magna: Atrazine (LC50 24h >250 mg/L, LC50 48h = 72 mg/L); Atrazine® 500 (LC50 24h >1000 mg/L, LC50 48h >1000 mg/L); Metolachlor (LC50 24h = 80 mg/L, LC50 48h = 13 mg/L); Primextra® II Magnum (LC50 = 135 mg/L, LC50 48h = 44 mg/L); Princep® (LC50 24h >1000 mg/L, LC50 48h = 1000 mg/L)

Chang và cs., 2008 đã tiến hành thử nghiệm ảnh hưởng của thuốc diệt cỏ methylthiotriazine, thuốc diệt nấm photpho hữu cơ, thuốc diệt cỏ simetryn, thuốc diệt nấm iprobenfos lên động vật phù du Kết quả cho thấy cả hai loại thuốc diệt cỏ và thuốc diệt nấm ít gây tác động trực tiếp đến sự đa dạng của động vật phù du trong

khoảng thời gian ngắn Tuy nhiên, thuốc diệt cỏ simetryn làm thay đổi mật độ và thành phần loài, ảnh hưởng đến cấu trúc động vật phù du

Ảnh hưởng của thuốc diệt cỏ atrazine và thuốc trừ sâu endosulfan sulphate và chlorpyrifos được đánh giá bằng cách sử dụng một dãy thử nghiệm cho các sinh vật thủy sinh từ các bậc dinh dưỡng khác nhau (Palma và cs., 2008) Kết quả từ nghiên cứu này khẳng định rằng phản hồi của thử nghiệm độc tính, đối với cùng một loại thuốc trừ sâu, phụ thuộc rất nhiều vào sự nhạy cảm của các loài được sử dụng cho thí nghiệm Đối với các loài thủy sản được kiểm tra, thì thuốc trừ sâu độc hại hơn so với thuốc diệt cỏ Hơn nữa, đối với tất cả các loại thuốc trừ sâu thì các loài giáp xác nước ngọt nhạy cảm hơn so với các loài vi khuẩn Sự nhạy cảm của các loài giáp xác đối với các loại

thuốc trừ sâu như sau Thamnocephalus platyurus > Daphnia magna > Vibrio fischeri

Các kết quả cho thấy rằng các loài này có thể là một lựa chọn tốt cho các thử nghiệm

độc cấp tính bằng cách sử dụng Daphnia sp., và có thể giải thích việc sử dụng nó trong

các chương trình của đánh giá rủi ro cho môi trường nước Nghiên cứu này đưa ra bằng chứng cho thấy loại thuốc trừ sâu độc hại nhất là chlorpyrifos, và độc tính của nó đối với các loài giáp xác thì tương đương với nồng độ thực tế của nước mặt ở Alentejo Region Kết quả cho thấy chlorpyrifos thực sự gây tác động trong hệ sinh thái thủy sinh làm ảnh hưởng đến mật độ của một số quần thể giáp xác Vì vậy, cần phải thực hiện các nghiên cứu mãn tính với nồng độ đo trong nước mặt của Alentejo Region, và cho các bề mặt nước khác

Relyea (2009) đã tiến hành nghiên cứu các tác động riêng lẻ của năm loại thuốc trừ sâu (malathion, carbaryl, chlorpyrifos, diazinon, và endosulfan) và năm loại thuốc diệt cỏ (glyphosate, atrazine, acetochlor, metolachlor, và 2,4-D) ở nồng độ thấp (2 – 16 ppb) ảnh hưởng hệ sinh thái thủy sinh gồm động vật phù du, thực vật phù du, periphyton, ấu trùng và lưỡng cư, tác giả đã thử nghiệm hỗn hợp của các loại thuốc trừ sâu, hỗn hợp các chất diệt cỏ, và một hỗn hợp của tất cả mười loại thuốc BVTV trên Từng loại thuốc trừ sâu riêng lẻ có một phạm vi tác động trực tiếp và gián tiếp lớn đến

tất cả các nhóm dinh dưỡng Kết quả đã góp phần quan trọng trong việc bảo tồn các quần xã sinh vật vùng đất ngập nước

Atrazine là một trong những loại thuốc trừ sâu được sử dụng hầu hết ở tất cả các nơi trên thế giới và nó thường được phát hiện trong nước mặt Nghiên cứu của Palma and Barbosa (2011) đã đánh giá những tác động của atrazine đến sự phát triển phôi của

D magna Tất cả các nồng độ đều gây ra tỷ lệ phôi bất thường trên 78% Các thông tin

về những phôi bất thường gồm tác dụng trong cả hai giai đoạn phát triển của phôi Ở nồng độ thấp nhất (1 mg/L), ghi nhận được số trứng nghỉ chiếm 20% Sự ảnh hưởng này tăng lên theo sự gia tăng các nồng độ Vì vậy, nồng độ tối đa cho phép của atrazine của các tiêu chuẩn chất lượng môi trường (2 mg/L) gây ra tác động tiêu cực cho sự

phát triển phôi của D magna Hueck và cs (1968) đã thử nghiệm cho D magna phơi nhiễm trực tiếp với đồng (Cu) và sau đó cho D magna ăn tảo Chlorella pyrenoidisa có tích tụ Cu, kết quả là D

magna bị ảnh hưởng (hạn chế sự phát triển) ở nồng độ Cu khoảng 56 µg/L khi tiếp xúc

trực tiếp và khoảng 560 µg/L khi Cu tích tụ trong tảo Winner và Farrell, 1976 đã công bố LC50 (72 h) của Cu đối với D magna là 86,5 µg/L Công trình cũng đã được tính

đến ảnh hưởng mãn tính của độc tố Cu lên tuổi thọ, sức sinh sản và chiều dài con non

của D magna Kết quả cho thấy, sự ảnh hưởng rõ rệt nhất là ở nồng độ trên 60 µg/L, khi nồng độ Cu lên đến 100 µg/L thì D magna chỉ sống sót được khoảng 3 – 7 ngày và

không sinh sản được nữa

Theo Bộ Bảo vệ Môi trường Mỹ khi đánh giá độc cấp tính của Cu tác động lên D

magna, có sự phân biệt về độ tuổi con non, cũng có sự khác nhau về tác động giữa các

dạng muối đồng khác nhau (gốc chloride hay gốc sulfate, gốc chloride có tác động mạnh hơn), kết quả của các công trình đã công bố cho thấy, nồng độ cấp tính của Cu

lên D magna dao động từ 4,8 đến 71,9 µg/L Các công trình nghiên cứu tác động mãn

tính của Cu chỉ ra rằng, độc tính của Cu giảm khi độ cứng của nước tăng Do đó, khi đánh giá ảnh hưởng cần chú ý điều chỉnh độ cứng đồng nhất, kết quả các công trình

cho thấy, nồng độ Cu có tác động mãn tính đến D magna dao động từ 9,53 đến 29,33

µg/L, giá trị trung bình là 14,1 µg/L (USEP, 2007) Có sự khác nhau giữa độc tính của Cr3+ và Cr6+ đối với sinh vật Trabalka và Gehrs (1977) đã nghiên cứu về độc tính của Cr6+ lên D magna, công bố LC50 (96 giờ) khoảng 50 µg/L và ghi nhận được những ảnh hưởng đến sức sống, sự sinh sản ở nồng độ 10 µg/L Kim và cs (2002) đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của ion sắt lên độc tính của Cr6+, kết quả là sự hiện diện của sắt làm giảm độc tính của Cr6+ Năm 2003, Ghazy và

Habashy thí nghiệm cho D magna tiếp xúc với một dãy nồng độ Cr3+ từ 2 đến 30 µg/L để tính LC50 (48 giờ) và LC50 (21 ngày), kết quả lần lượt là 27 µg/L và 16,5 µg/L Ngoài ra, công trình còn tính đến sự ảnh hưởng mãn tính của Cr3+ lên sự sinh sản của

D magna và kết quả cho thấy, tỷ lệ sinh sản giảm 16% so với đối chứng ở nồng độ 17

µg/L và tỷ lệ sinh sản giảm 50% ở nồng độ gần bằng với LC50 (48 giờ) Cooper và cs (2009) đánh giá độc cấp tính và mãn tính khi cho hỗn hợp đồng, chì và kẽm tác động

lên Ceriodaphnia dubia, kết quả cho thấy, tổ hợp 10 µg/L đồng, 9 µg/L chì và 101

µg/L kẽm hoặc cao hơn sẽ cho tỉ lệ tử vong 65-100%

Tại Việt Nam

Nhiều học giả trên thế giới từ lâu đã nghiên cứu về VKL Tuy nhiên nghiên cứu về độc tính VKL có nguồn gốc Việt Nam lên VGX vẫn còn ở mức khởi đầu và khiêm tốn

Đặng Hoàng Phước Hiền và cs (2006) đã công bố nghiên cứu về ảnh hưởng của

VKL lên sinh vật nước mặn Artermia Lấy nước từ một số hồ ở Hà Nội, tiến hành phân

lập được 12 chủng VKL, sau đó nuôi cấy chúng trong phòng thí nghiệm Những chủng

VKL này được thí nghiệm cấp tính với Artemia và phân tích HPLC Kết quả LC50 của

Artemia khi phơi nhiễm với những chủng VKL có chứa độc tố này biến thiên từ 7,11 –

96,51 mg/mL Kết quả phân tích HPLC chứng tỏ những chủng VKL này chứa nhiều loại MC, hàm lượng MC chứa trong chủng VKL được dùng thí nghiệm khoảng 0,002 – 3,583 mg/g trọng lượng khô

Ảnh hưởng mãn tính của MC-LR hòa tan và dịch chiết VKL chứa độc tố MC lên

vòng đời của D magna được khảo sát trong suốt vòng đời của D magna được tiến

hành bởi Đào Thanh Sơn và cs (2010) Đặc điểm quan sát là tỉ lệ chết, sự sinh trưởng, tỉ lệ nở của trứng, sự thành thục và mắn đẻ với nồng độ nghiên cứu 5 µg/L và 50 µg/L, nằm trong khoảng MC hòa tan trong nước tự nhiên là từ nồng độ vết đến 200 µg/L ảnh

hưởng đến hoạt động của enzyme của D magna

Đào Thanh Sơn và cs., 2013 tiến hành tìm hiểu độc tính 6 chủng thuộc loài

Microcystis aeruginosa được phân lập từ hồ Dầu Tiếng, Việt Nam, bao gồm hàm

lượng độc tố MC và đánh giá ảnh hưởng cấp tính của chúng (LC50 24h) lên 3 loài VGX

là D magna, Ceriodaphnia cornuta và Moinna dubia Phân tích bằng HPLC cho thấy hàm lượng MC từ các chủng M aeruginosa lên đến 3.733 µg/g (DW) Kết quả thí nghiệm cấp tính của chủng M aeruginosa đơn bào – đôi bào lên 3 loài VGX trên có

giá trị LC50 24h lần lượt là 6,7.106 ; 8,9.106; 4,4.106 tế bào/mL Đây là công bố đầu tiên

về ảnh hưởng cấp tính của Microcystis aeruginosa đến 3 loài VGX: D magna,

Ceriodaphnia cornuta và Moinna dubia

Một số VKL không sản sinh độc tố MC và cylindrospermosin (CYN), nhưng có

thể gây ảnh hưởng xấu lên hoạt tính enzyme và hành vi của D magna (Đào Thanh Sơn

và cs., 2013) Nhóm tác giả đã nghiên cứu hoạt tính enzyme kháng oxi hóa, hoạt tính

enzyme chuyển hóa sinh học của D magna sau khi phơi nhiễm với dịch chiết VKL và

những thay đổi về hành vi của động vật phơi nhiễm với những chủng VKL không chứa MC và CYN Những đáp ứng mạnh và enzyme được đo trong những thí nghiệm khảo

sát sự biến đổi theo thời gian, sử dụng dịch chiết của Microcystis botrys M

wesenbergii, Aphanizome-non aphanizomenoides, Cylindrospermopsis raciborskii,

tương ứng với 10 mg (DW)/L Trong thí nghiệm theo dõi sự thay đổi hành vi, D

magna cho phơi nhiễm với Microcystis aeruginosa, A aphanizomenoides, Dolichospermum circinalis, C raciborskii với mật độ là 400.000 tế bào/mL bằng việc

sử dụng thiết bị đo độc của Daphnia (Daphnia Toximeter) Mặc dù không sản sinh MC

và CYN, nhưng vài dịch chiết VKL làm tăng đáng kể hoạt tính enzyme chuyển hóa

sinh học và enzyme kháng oxi hóa, đặc biệt là catalase Tổng thành phần carbohydrates

và glycogen tăng nhưng hoạt động của một trong những enzyme liên quan là malate

dehydrogenase, enzyme xúc tác cho quá trình chuyển hóa, không thay đổi Hành vi của

động vật thay đổi khi phơi nhiễm với những VKL C raciborskii và D circinalis

Những sự thay đổi về hành vi và sinh lý là biểu thị trạng thái mất cân bằng, làm ảnh hưởng xấu động vật phù du khi phơi nhiễm lâu dài ngoài môi trường

Đào Thanh Sơn và cs (2014) đã tiến hành đánh giá độc tính sinh thái của VKL

Cylindrospermopsis raciborskii phân lập từ hồ Xuân Hương bằng cách cho D magna

ăn tế bào C raciborskii con sống Kết quả cho Loài VKL C raciborskii có ảnh hưởng

xấu lên VGX thông qua biểu hiện suy giảm sức sống của thế hệ mẹ và kìm hãm sự phát triển quần thể thế hệ con

Nghiên cứu ảnh hưởng của nước từ hồ Dầu Tiếng chứa độc MC lên D magna

nhằm tìm hiểu những ảnh hưởng tiêu cực của MC hòa tan trong tự nhiên lên VGX sống trong nước (Đào Thanh Sơn và cs., 2014) với nồng độ MC trong nước dùng thử nghiệm là 20 µg/L và thử nghiệm được tiến hành trong 21 ngày Kết quả cho thấy nhiều ảnh hưởng xấu của MC có trong nước mặt lên sinh vật như làm chậm độ tuổi

thành thục và suy giảm mức sinh sản của sinh vật Sự phát triển của D magna phơi

nhiễm với MC bị kìm hãm làm giảm khối lượng khô của sinh vật, do đó quần xã động vật phù du trong hồ Dầu Tiếng sẽ bị suy giảm nếu liên tục phơi nhiễm với độc tố MC có trong nước tự nhiên

Đỗ Hồng Lan Chi và cs đã có một số nghiên cứu tại lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai về đánh giá nguy cơ của nước thải công nghiệp trên lưu vực sông, độc tố sinh thái (Đỗ Hồng Lan Chi và cs., 2004 và 2006) Các kết quả nghiên cứu cho thấy,

nước thải công nghiệp gây độc tố cấp tính cho sinh vật thử nghiệm (Vibrio fischeri, D

magna và Ceriodaphnia cornuta), trong một số trường hợp là rất cao Thậm chí, nước

thải sinh hoạt trong khu vực nghiên cứu cũng gây độc cấp tính Nhóm tác giả đã chỉ ra rằng hệ thống xử lý nước thải vận hành kém hiệu quả và đề ra một số vấn đề cho công tác quản lý môi trường

Ảnh hưởng mãn tính của Atrazine và Estriol lên D magna đã được tiến hành bởi

Võ Thị Mỹ Chi và cs (2014) Nghiên cứu đã đánh giá ảnh hưởng tiêu cực của Atrazine

và Estriol lên D magna ở nồng độ 5 µg/L, 50 µg/L và 500 µg/L trong 2 tuần Kết quả

cho thấy Atrazine ở nồng độ thấp hơn là 5 µg/L và 50 µg/L làm giảm nhẹ sự sống sót

của D magna Tuy nhiên, Atrazine nồng độ 500 µg/L làm giảm mạnh tình trạng sống sót của sinh vật Daphnia phơi nhiễm với nồng độ Atrazine cao nhất và Estriol làm

chậm thời gian thành thục của chúng Ngoài ra, hai hóa chất này làm hạn chế sự sinh sản của sinh vật một cách mạnh mẽ suốt thời kỳ ấp trứng Những kết quả này đóng góp những thông tin khoa học cấp thiết cho những nhà môi trường và nhà quản lý môi trường ở Việt Nam bởi vì Atrazine và Estriol được sử dụng thường xuyên và sự có mặt của chúng trong môi trường nước

Bùi Lê Thanh Khiết và cs (2014) tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của độc tính nước hồ Xuân Hương Thành phố Đà Lạt Nhóm tác giả đã khảo sát các chất gây độc bao gồm kim loại nặng, dư lượng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, độc tố VKL

microcystins và đánh giá ảnh hưởng cấp tính của nước hồ lên D magna Kết quả phân

tích kim loại trong nước hồ cho thấy sự xuất hiện của các kim loại độc gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người như Cr, Ni, Cd, As; đồng thời hàm lượng sắt trong nước hồ ở mức khá cao (gần 5 mg/l) Dư lượng thuốc bảo vệ thực vật cũng được tìm thấy nhiều hợp chất thuộc nhóm photpho hữu cơ và clo hữu cơ Nồng độ microcystins trong nước

lên đến 16 µg/L Mặc khác, thí nghiệm độc học cấp tính với D magna cho thất nước

hồ có độ độc khá cao, EC50 24h là 0,54% Trần Phước Thảo và cs (2014) đã nghiên cứu ảnh hưởng mãn tính của Cu2+ và Cr3+ lên tình trạng sống chết, sự thành thục, sự sinh sản và phát triển của D magna

Các tác giả đã tiến hành thử nghiệm ảnh hưởng tiêu cực của Cu2+ và Cr3+ với nồng độ

từ 10 – 100 µg/L lên sự sống sót, sự thành thục, phát triển và sinh sản của D magna

trong 21 ngày Kết quả cho thấy Cu2+ ở nồng độ 10 µg/L và 20 µg/L đã làm tăng cao tỉ lệ tử vong (7%) , làm chậm quá trình thành thục, giảm số con non sinh ra Bên cạnh đó,

Daphnia phơi nhiễm với Cr3+ ở nồng độ 50 µg/L và 100 µg/L cho kết quả ít ảnh hưởng