báo cáo nghiên cứu khoa học 'đánh giá nhanh chất lượng môi trường nước qua côn trùng thủy sinh và chỉ số sinh học ept ở suối ta lu, huyện nam đông, tỉnh thừa thiên huế'

193 TẠP CHÍ KHOA HỌC, ðại học Huế, Số 64, 2011 ðÁNH GIÁ NHANH CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC QUA CÔN TRÙNG THỦY SINH VÀ CHỈ SỐ SINH HỌC EPT Ở SUỐI TA LU, HUYỆN NAM ðÔNG, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ Hoàng ðình Trung Trường ðại học Khoa học, ðại học Huế TÓM TẮT Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành sử dụng côn trùng ở nước thuộc ba bộ là Phù du (Ephemeroptera), bộ Cánh úp (Plecoptera) và bộ Cánh lông (Trichoptera) làm chỉ thị sinh học ñể ñánh giá chất lượng nước mặt tại 05 ñiểm ở suối Ta Lu, huyện Nam ðông thông qua hệ thống tính ñiểm chống chịu của các họ côn trùng ở nước của Hilsenhoff (1988) và chỉ số sinh học EPT (Schmiedt et al., 1998). Kết quả phân tích mẫu vật thu ñược ñã xác ñịnh ñược 15 họ côn trùng ở nước thuộc 03 bộ Phù du, Cánh úp và Cánh lông. Nghiên cứu cho thấy chất lượng môi trường nước mặt tại suối Ta Lu khá tốt, giá trị EPT dao ñộng từ 2,28 ñến 3,67. Chất lượng nước mặt tại suối Ta Lu nằm trong giới hạn khá tốt ñến tốt; có thể cung cấp cho các mục ñích khác nhau: phục vụ cho sinh hoạt, cho các ngành công nghiệp, nông nghiệp và giải trí. 1. Mở ñầu Việc sử dụng phương pháp sinh học nhằm ñánh giá chất lượng nước ngày nay ñã ñược nhiều nước trên Thế giới quan tâm và áp dụng. Trong công tác quản lý, giám sát và quan trắc môi trường nước hiện nay, ñánh giá chất lượng nước thông qua phương pháp sinh học ñã khắc phục ñược một số hạn chế của phương pháp hóa học như ñòi hỏi các thiết bị máy móc ñắt tiền, hóa chất. Ưu ñiểm của quan trắc sinh học sẽ cung cấp các dẫn liệu về thời gian, tiện lợi trong sử dụng; ñặc biệt là thân thiện với môi trường. Ngoài hệ thống tính ñiểm BMWP Viet và chỉ số ASPT ñã ñược Nguyễn Xuân Quýnh (2000), ðặng Ngọc Thanh (2002) xây dựng và ñiều chỉnh ñể tính toán cho phù hợp với ñặc ñiểm khu hệ ðộng vật không xương sống cũng như ñiều kiện môi trường tự nhiên của nước ta thì hiện nay, các nước trên Thế giới như Anh, Pháp, Trung Quốc, Thái Lan, ñang sử dụng phổ biến chỉ số EPT ñể ñánh giá nhanh chất lượng nước tại các dòng chảy, nơi thủy vực rộng và có nhiều ñiểm quan trắc (Bode et al., 1995, 1997, 2002; Schmiedt et al., McGonigle J., 2000). Chỉ số EPT dựa trên mức chống chịu với mức ñộ ô nhiễm thủy vực của các họ côn trùng ở nước (Aquatic insect) và sự có mặt hoặc vắng mặt của các họ Côn trùng ở nước thuộc bộ Phù du (Ephemeroptera), Cánh lông (Ephemeroptera) và Cánh úp (Plecoptera). Chúng là nhóm ñộng vật không xương sống quan trọng trong các thủy vực nước chảy ở nội ñịa (khe, suối); ñặc biệt nhiều loài nhạy cảm với thay ñổi môi trường sống và sự ô nhiễm, do vậy chúng còn ñược biết tới như là vật chỉ thị sinh 194 học tối ưu cho quan trắc chất lượng nước. Vì vậy, bài báo này nhằm hướng tới mục ñích: (1) áp dụng chỉ số sinh học EPT ñể ñánh giá nhanh chất lượng nước tại các ñiểm nghiên cứu của khu vực suối Ta Lu (Nam ðông, Thừa Thiên Huế); (2) Xác ñịnh thành phần khu hệ côn trùng ở nước tại vùng nghiên cứu. Các kết quả nghiên cứu sẽ không chỉ là dữ liệu bước ñầu về ña dạng sinh học côn trùng thủy sinh, mà còn cung cấp những thông tin về chất lượng môi trường nước ở suối Ta Lu, huyện Nam ðông, tỉnh Thừa Thiên Huế. 2. Phương pháp nghiên cứu 2.1. Phương pháp thu mẫu Côn trùng ngoài thực ñịa Tiến hành khảo sát, thu mẫu côn trùng ở nước trong 03 ñợt vào năm 2010 (tháng II, tháng IV và tháng VI năm 2010) tại 05 ñiểm theo các sinh cảnh ñặc trưng, ñại diện cho khu vực suối nghiên cứu. Qua khảo sát thực tế cho thấy, các tác ñộng nhân tạo ñến nguồn nước chính là hoạt ñộng sinh hoạt của một số ít hộ dân tộc thiểu số Katu sống ven suối và tình trạng khai thác lâm sản ngoài gỗ dọc hai bên bờ suối của cư dân vùng ñệm vườn Quốc gia Bạch Mã. Mẫu vật ngoài tự nhiên ñược thu thập theo phương pháp ñiều tra côn trùng nước của Edmunds et al., (1997) và McCafferty (1983). Cụ thể mẫu ñịnh lượng ñược thu bằng vợt Surber (Surber net – 50 × 50 cm). Việc thu mẫu ñược thực hiện cả nơi nước ñứng cũng như nước chảy, ở ven bờ suối và thực vật thủy sinh sống ở suối. Thời gian thu mẫu tại mỗi ñiểm là 20 phút. Mẫu vật sau khi thu ở thực ñịa ñược bảo quản bằng cồn 80 0 hoặc formalin 4%. Tất cả mẫu vật sau khi phân tách thành các taxon bậc họ và giống, ghi ñầy ñủ thông tin mẫu ñã ñịnh loại, ñược lưu giữ ở phòng thí nghiệm Tài nguyên - Môi trường, khoa Sinh học, trường ðại học Khoa học Huế. 2.2. Phương pháp phân tích mẫu vật và xử lý số liệu Mẫu vật ñược ñịnh loại dựa trên các tài liệu về côn trùng ở nước của các tác giả Nguyễn Xuân Quýnh (2001, 2002), Nguyễn Văn Vịnh (2003, 2004); Patrick McCafferty W. (1981); Ward, J. V. (1992); Michael Quigley (1993); Sangradub, N., and Boonsoong, B. (2004); Cao Thị Kim Thu (Cao, 2002; Cao and Bae, 2003); Hoàng ðức Huy (2005), Các chỉ tiêu như pH, hàm lượng oxy hoà tan (DO), ñược ño ngay sau khi lấy mẫu tại hiện trường. Các chỉ tiêu còn lại ñược phân tích tại phòng thí nghiệm. Nhu cầu oxy sinh học (BOD 5 ) ñược xác ñịnh bằng phương pháp cấy và pha loãng. Nhu cầu oxy hoá học (COD) ñược xác ñịnh bằng phương pháp Kali Bicromat. 2.3. Phương pháp sử dụng chỉ số sinh học EPT Việc phân tích các ñiểm số môi trường và giá trị EPT ñược xây dựng theo hai bước: (i) sự hiện diện của các cá thể cho phép ñánh giá các ñặc ñiểm về môi trường sống của chúng, tính toán chỉ số sinh học và xác ñịnh chất lượng nước tại các ñiểm lựa chọn; (ii) kiểm tra sự khác nhau về chất lượng nước trong cùng một khu vực hoặc giữa các khu vực với nhau dựa vào các nhóm ñại diện. Các số liệu ñược phân tích dựa vào 195 mức ñộ phong phú của thành phần côn trùng ở nước EPT (Ephemeroptera: E - Mayflies, Plecoptera: P - Stoneflies and Trichoptera: T- Caddisflies). Số lượng cá thể thuộc các họ côn trùng Phù du (Ephemeroptera), Cánh úp (Plecoptera) và Cánh lông (Trichoptera) là những thông số quan trọng cho ñộ phong phú EPT và chỉ số sinh học EPT. Mức ñộ chống chịu, mẫn cảm với ô nhiễm môi trường nước khác nhau theo hệ thống tính ñiểm chống chịu của các họ côn trùng ở nước của Hilsenhoff (1988): từ 0 (nghĩa là rất nhạy cảm) lên ñến 10 (ít nhạy cảm với ô nhiễm). Nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào những dữ liệu ñược thu thập cho chỉ số sinh học EPT (E - Ephemeroptera, P - Plecoptera, T - Trichoptera) nhằm ñánh giá chất lượng nước tại một số ñiểm thuộc suối Ta Lu, ở huyện Nam ðông, tỉnh Thừa Thiên Huế. Mối liên hệ giữa chất lượng nước và chỉ số EPT – Biotic Index (Ephemeroptera: E - Mayflies, Plecoptera: P - Stoneflies and Trichoptera: T - Caddisflies) dựa vào tài liệu bởi Schmiedt et al., (1998). Theo ñó, mức ñộ tăng của tác ñộng sinh học ñã làm giảm dần các loài nhạy cảm, dẫn ñến làm giảm sự ña dạng về thành phần loài. Kết quả này xảy ra do số lượng giống, loài có sức chịu ñựng kém chỉ sinh sống ở những vùng nước sạch, trong khi ñó các loài chịu ñựng tốt ngày càng xuất hiện nhiều ở vùng nước ô nhiễm. Bảng 1. Mối liên quan giữa chất lượng nước và chỉ số EPT (Schmidt et al. 1998) EPT - Biotic Index 0 – 3,75 3,76 – 6,50 > 6,50 Chất lượng nước Không tác ñộng Tác ñộng vừa phải Tác ñộng cao [EPT Biotic Index = (TVxD) ÷ D]. TV: giá trị chịu ñựng của họ, d: số lượng cá thể của mỗi họ và D là tổng số cá thể có trong mẫu. 3. Kết quả nghiên cứu Qua kết quả của 03 ñợt khảo sát tại 05 ñiểm ở suối Ta Lu, chúng tôi ñã ghi nhận ñược 15 họ côn trùng ở nước thuộc ba bộ: Phù du (Ephemeroptera), Cánh úp (Plecoptera) và Cánh lông (Trichoptera). Trong ñó bộ Phù du có 7 họ (chiếm 46,67%), Cánh úp 5 họ (chiếm 33,33%) và Cánh lông 3 họ (chiếm 20%). Xét mối quan hệ giữa chất lượng nước và chỉ số EPT, cho thấy chất lượng nước suối Ta Lu hầu hết ở tình trạng không bị tác ñộng, giữa các ñiểm khảo sát có chỉ số sinh học EPT khác nhau, dao ñộng trong khoảng 2,28 – 3,67. Tính ña dạng về thành phần số lượng côn trùng ở nước theo các ñiểm nghiên cứu có sự khác nhau, ñiểm M1 thu ñược số lượng phong phú nhất (81 cá thể), trong khi ñó tại ñiểm M2 lại thấp nhất (37 cá thể), ñiểm M5 có 46 cá thể, hai ñiểm M3 và M4 cùng có 46 cá thể. Qua các kết quả phân tích chất lượng nước trong 03 ñợt khảo sát bằng phương pháp hóa học, lấy kết quả trung bình cho thấy chất lượng nước tại các ñiểm nghiên cứu của suối Ta Lu khá tốt. ða số các thông số môi trường nước ñều nằm trong giới hạn cho phép về cấp nước sinh hoạt (Cột A1, A2: QCVN 08: 2008/BTNMT). 196 Bảng 2. Chỉ số sinh học EPT theo các ñiểm thu mẫu ở suối Ta Lu Bộ Tên họ TV Số lượng TV *D M1 M2 M3 M4 M5 M1 M2 M3 M4 M5 Ephemeroptera (Mayflies) Baetidae 4 3 1 6 7 6 12 4 24 28 24 Caenidae 7 15 9 5 3 4 105 63 35 21 28 Ephemeridae 4 2 1 2 - 5 8 4 8 - 20 Potamanthidae 4 2 3 1 2 3 8 12 4 8 12 Heptageniidae 4 7 4 2 2 4 28 16 8 8 16 Ephemerellidae 1 3 3 10 9 5 3 3 10 9 5 Leptophlebiidae 2 3 1 - 1 3 6 2 - 2 6 Plecoptera (Stoneflies) Leuctridae 0 5 - - 2 5 - - - - - Perlidae 1 3 - 4 5 11 3 - 4 5 - Perlodidea 2 2 - 1 3 4 4 - 2 6 8 Chloroperlidae 1 3 2 1 - 2 3 2 1 - 2 Nemouridae 2 4 1 3 1 1 8 2 6 2 2 Trichoptera (Caddisflies) Hydropsychidae 4 21 4 5 7 6 84 16 20 28 24 Hydroptilidae 4 5 3 3 2 5 20 12 12 8 20 Rhyacophilidae 0 3 5 3 2 9 - - - - - Tổng số cá thể 81 37 46 46 73 Tổng ñiểm chống chịu các họ 292 136 134 125 167 Chỉ số EPT 3,60 3,67 2,91 2,71 2,28 Bảng 3. Chất lượng nước suối Ta Lu tại các ñiểm nghiên cứu bằng phân tích hóa học Các thông số môi trường ðiểm M1 ðiểm M2 ðiểm M3 ðiểm M4 ðiểm M5 QCVN 08: 2008/BTNMT A1 A2 B1 B2 pH 6,50 6,60 6,50 6,50 6,50 6-8,5 6-8,5 5,5-9 5,5-9 DO (mg/l) 8,10 8,40 9,73 9,30 9,32 ≥ 6 ≥ 5 ≥ 4 ≥ 2 BOD 5 (mg/l) 4,30 2,82 2,42 2,60 1,62 4 6 15 25 COD (mg/l) 30 30 20 10 10 10 15 30 50 Ghi chú: *A1 - Sử dụng tốt cho mục ñích cấp nước sinh hoạt và các mục ñích khác như loại A2, B1 và B2. 197 *A2 - Dùng cho mục ñích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ xử lý phù hợp; bảo tồn ñộng thực vật thủy sinh, hoặc các mục ñích sử dụng như loại B1 và B2. *B1 - Dùng cho mục ñích tưới tiêu thủy lợi hoặc các mục ñích sử dụng khác có yêu cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục ñích sử dụng như loại B2. * B2 - Giao thông thủy và các mục ñích khác với yêu cầu nước chất lượng thấp. Nhìn chung, càng lên cao chất lượng nước càng tốt, tại các ñiểm thu mẫu có ñộ cao lớn > 400m (M4, M5) chất lượng nước khá tốt. Ở các ñiểm này do ñịa hình dốc, nước chảy mạnh cuốn trôi các chất bẩn xuống hạ lưu, các thông số môi trường nước như pH, DO, BOD 5 , COD phần lớn ñều nằm trong giới hạn cho phép về cấp nước sinh hoạt (Cột A1: QCVN 08: 2008/BTNMT). Tại các ñiểm thu mẫu có ñộ cao ≤ 200 m (M1, M2, M3), giá trị COD ñều vượt quá giới hạn của cấp nước sinh hoạt, là ñiểm hứng các các chất hữu cơ (chủ yếu là xác thực vật) từ phía thượng nguồn trôi xuống làm cho chất lượng nước tại các ñiểm này kém hơn các ñiểm phía thượng nguồn. Một nguyên nhân khác làm cho chất lượng nước vùng này kém hơn phía thượng nguồn chính là do sự tác ñộng của con người, ở xung quanh ñiểm nghiên cứu (M1, M2) có một vài hộ gia ñình dân tộc thiểu số Katu sinh sống, các hoạt ñộng của con người như ñi lại, tắm rửa, giặt giũ quần áo,… làm cho chất lượng nước giảm ñi ñáng kể. Nguồn nước này có thể cấp cho sinh hoạt sau khi ñược xử lý bằng phương pháp thích hợp. 4. Kết luận 4.1. Sử dụng Côn trùng ở nước ñể ñánh giá chất lượng nước suối Ta Lu, huyện Nam ðông, tỉnh Thừa Thiên Huế theo các ñiểm nghiên cứu thông qua chỉ số sinh học EPT cho thấy chất lượng nước tại các ñiểm nghiên cứu ñều nằm ở mức không bị tác ñộng. Phần lớn các thông số chất lượng nước ở suối Ta Lu ñều có thể dùng ñể cấp nước cho sinh hoạt, cho các ngành công nghiệp, nông nghiệp và giải trí. 4.2. Khi ñối chiếu với kết quả phân tích môi trường nước bằng phương pháp hóa học, việc xác ñịnh chất lượng môi trường nước bằng phương pháp sinh học cho kết quả gần tương ñương với phân tích bằng phương pháp hóa học. ðiều này chứng tỏ việc sử dụng phương pháp chỉ thị sinh học có mức ñộ chính xác khá cao. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Bộ Tài nguyên & Môi trường, Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước mặt (QCVN08: 2008/BTNMT), 2008. [2]. Võ Văn Phú, Hoàng ðình Trung, Lê Mai Hoàng Thy, Sử dụng ñộng vật không xương sống cỡ lớn ñể ñánh giá chất lượng môi trường ở một số ñiểm trên sông Bồ, tỉnh Thừa Thiên Huế. Tạp chí Khoa học ðại học Huế, số 57, 2010. [3]. Nguyễn Xuân Quýnh, Clive Pinder, Steve Tilling, ðịnh loại các nhóm ñộng vật không xương sống nước ngọt thường gặp ở Việt Nam, Nxb ðại học Quốc gia Hà Nội, 2001. 198 [4]. Nguyễn Xuân Quýnh, Clive Pinder, Steve Tilling và Mai ðình Yên, Giám sát sinh học môi trường nước ngọt bằng ñộng vật không xương sống cỡ lớn, Nxb ðại học Quốc gia Hà Nội, 2002. [5]. ðặng Ngọc Thanh, Thái Trần Bái, Phạm Văn Miên, ðịnh loại ñộng vật không xương sống nước ngọt Bắc Việt Nam, Nxb Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 1980. [6]. Hoàng ðình Trung, Lê Trọng Sơn, Mai Phú Quý, ðặng Ngọc Quốc Hưng, Sử dụng ñộng vật không xương sống cỡ lớn ñể ñánh giá nhanh chất lượng nước vùng ven vườn Quốc gia Bạch Mã, tỉnh Thừa Thiên Huế, Tạp chí Nghiên cứu và Phát triển, số 4 (81), 2010. [7]. Huy, H. D, Systematics of the Trichoptera (Insecta) in Viet Nam, Seoul Women's University, Seoul, 2005. [8]. Hellawell, J. A. M., Biological indicators of freshwater pollution and environmental management, Ellesmere Applied Science Pulishers, London, 1986 [9]. McCafferty, W. P., Provonsha, A. W., Aquatic Entomology, Boston: Jones & Bartlett Publishers, 2003. [10]. Michael Quigley, Key to the Invertebrate animals of streams and rivers, 1993. [11]. Pauw N. De., H. A. Hawkes, Biological monitoring of river water quality, River Water Quality Monitoring and Control, Aston University Press, (1993), 87-111. [12]. Quynh, N. X; Yen, M. D, Clive Pinder and Steve Tilling, Biological Surveillance of freshwater, Using macroinvertebrate, A practical manual and Identification key for use in Vietnam, Darwin initiative, field studies council, U. K., (2000), 103. [13]. Sangradub, N., and Boonsoong, B, Identification of Freshwater Invertebrates of the Mekong River and Tributaries, Thailand: Mekong River Commission, 2004. [14]. Thu, C. T. K. Systematics of the Plecoptera (Insecta) in Vietnam. Seoul Women's University, Seoul, 2002. [15]. Vinh, N. V., Systematics of the Ephemeroptera (Insecta) of Vietnam, Ph.D Thesis. Seoul Women's University, Korea, 2003. [16]. Vinh, N. V., Bae, Y. J., A new Ethyplociid Burrowing Mayfly (Ephemeroptera: Euthyplociinae, Polymitarcyidae) from Vietnam, Korean J. Biol. Sci., (2003), 279 – 282. 199 EVALUATION ON QUALITY OF WATER IN TALU STREAM OF NAM DONG DISTRICT, THUA THIEN-HUE PROVINCE BY OBSERVING AQUATIC INSECTS AND USING EPT BIOINDICATORS Hoang Dinh Trung College of Sciences, Hue University SUMMARY In this study, we observed the aquatic insects in the three oders of Mayfly (Ephemeroptera), the Stonefly (Plecoptera) and the Caddisfly (Trichoptera) as bioindicators to assess surface water quality at 05 points in the Ta Lu stream, Nam Dong district using a scoring system of the tolerance value aquatic insects of Hilsenhoff (1988) and EPT biological indicators (Schmiedt et al., 1998). The results of the analysis of specimens show that 15 families belonging to 3 oders of insects have been identified. Data analysis also shows that the biotic indices (EPT) ranging from 2,28 to 3,67. The quality of surface water ranges from fresh water to relatively fresh water which can be used for living, industry branches, agriculture and entertainment. When comparing with results of water environmental analysis by chemical method, it has been found that water environmental quality determined by biological methods give similar results to those determined by chemical methods. . 193 TẠP CHÍ KHOA HỌC, ðại học Huế, Số 64, 2011 ðÁNH GIÁ NHANH CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC QUA CÔN TRÙNG THỦY SINH VÀ CHỈ SỐ SINH HỌC EPT Ở SUỐI TA LU, HUYỆN NAM ðÔNG, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ. chất lượng nước suối Ta Lu, huyện Nam ðông, tỉnh Thừa Thiên Huế theo các ñiểm nghiên cứu thông qua chỉ số sinh học EPT cho thấy chất lượng nước tại các ñiểm nghiên cứu ñều nằm ở mức không bị. làm chỉ thị sinh học ñể ñánh giá chất lượng nước mặt tại 05 ñiểm ở suối Ta Lu, huyện Nam ðông thông qua hệ thống tính ñiểm chống chịu của các họ côn trùng ở nước của Hilsenhoff (1988) và chỉ số