Đa dạng sinh học về cá và mối quan hệ của chúng với chất lượng môi trường nước Sông Hồng thuộc địa phận Thành phố Hưng Yên, Huyện Kim Động, Tỉnh Hưng Yên

DƯƠNG VĂN LONG ĐA DẠNG SINH HỌC VỀ CÁ VÀ MỐI QUAN HỆ CỦA CHÚNG VỚI CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC SÔNG HỒNG THUỘC ĐỊA PHẬN THÀNH PHỐ HƯNG YÊN, HUYỆN KIM ĐỘNG – TỈNH HƯNG YÊN Chuyên ngành :

DƯƠNG VĂN LONG

ĐA DẠNG SINH HỌC VỀ CÁ VÀ MỐI QUAN HỆ CỦA CHÚNG VỚI CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC SÔNG HỒNG THUỘC ĐỊA PHẬN THÀNH PHỐ HƯNG YÊN, HUYỆN KIM ĐỘNG – TỈNH HƯNG YÊN

Chuyên ngành : Sinh thái học

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN XUÂN HUẤN

HÀ NỘI – 2011

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

DƯƠNG VĂN LONG

ĐA DẠNG SINH HỌC VỀ CÁ VÀ MỐI QUAN HỆ CỦA CHÚNG VỚI CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC SÔNG HỒNG THUỘC ĐỊA PHẬN THÀNH PHỐ HƯNG YÊN, HUYỆN KIM ĐỘNG – TỈNH HƯNG YÊN

Chuyên ngành : Sinh thái học

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN XUÂN HUẤN

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU ……… 1

Chương 1.TỔNG QUAN TÀI LIỆU……… 3

1.1 Khái quát về hệ sinh thái sông……… 3

1.1.1 Các hệ thống sông lớn ở Việt Nam……… 3

1.1.2 Đặc điểm đặc trưng của hệ sinh thái sông……… 4

1.1.2.1 Đặc điểm môi trường sống trong sông……… 4

1.1.2.2 Những đặc điểm thích nghi quan trọng của quần xã sinh vật ở sông ……… 5

1.1.2.3 Sự phân bố của các quần xã sinh vật ở sông ……… 6

1.2 Đa dạng sinh học và vai trò của đa dạng sinh học trong các hệ sinh thái nước……… 8

1.2.1 Đa dạng sinh học……… 8

1.2.2 Vai trò của đa dạng sinh học trong các hệ sinh thái ở nước…… 9

1.2.3 Quan hệ của Đa dạng sinh học cá với một số yếu tố sinh thái chính ở HST sông……… 11

1.2.3.1 Quan hệ với các yếu tố thủy lý……… 11

1.2.3.2 Quan hệ với các yếu tố thủy hóa ……… 12

1.2.4 Khái quát về chỉ số tổ hợp sinh học (Index of Biotic Integrity - IBI)……… 16

1.2.4.1 Lịch sử của chỉ số tổ hợp sinh học……… 16

1.2.4.2 Cơ sở khoa học để đánh giá môi trường nước bằng chỉ số tổng hợp sinh học cá ( IBI)……… 16

1.2.4.3 Khả năng sử dụng các chỉ số tổng hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng môi trường nước……… 17

1.2.4.4 Những nghiên cứu sử dụng chỉ số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng môi trường nước……… 19

1.2.5 Điều kiện tự nhiên và xã hội vùng nghiên cứu………

1.2.5.1 Điều kiện tự nhiên ……… 21

1.2.5.2 Tình hình kinh tế xã hội……… 21

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……… 23

2.1 Đối tượng, thời gian và địa điểm nghiên cứu……… 23

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu……… 23

2.1.2 Thời gian nghiên cứu……… 23

2.1.3 Địa điểm nghiên cứu……… 23

2.2 Phương pháp nghiên cứu……… 25

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu cá……… 25

2.2.1.1 Phương pháp thu mẫu cá ngoài thực địa……… 25

2.2.1.2 Phương pháp phân tích cá trong phòng thí nghiệm……… 26

2.2.2 Phương pháp đánh giá chất lượng môi trường nước ……… 27

2.2.2.1 Phương pháp vật lý, hóa học……… 27

2.2.2.2 Phương pháp sinh học - phương pháp sử dụng chỉ số tổ hợp sinh học cá IBI ( Index of biotic intergrity)……… 29

2.2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu theo thuật toán thống kê………… 31

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN……… 32

3.1 Đa da ̣ng thành phần loài cá ở đoạn sông Hồng thuô ̣c đi ̣a phâ ̣n thành phố Hưng Yên và huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên……… 32

3.1.1 Cấu tru ́ c thành phần loài cá……… 32

3.1.2 Tính đa dạng của khu hệ cá theo các bậc phân loại……… 39

3.1.3 Các loài cá ghi trong Sách Đỏ Việt Nam……… 44

3.2 Biến động thành phần loài cá theo không gian phân bố……… 45

3.2.1 Biến động thành phần loài cá theo thượng lưu và hạ lưu sông Hồng ……… 45

3.2.2 Biến động thành phần loài cá theo sinh cảnh……… 47

3.3 Mối quan hệ giữa thành phần loài cá và độ phong phú của chúng với một số yếu tố sinh thái chính của sông Hồng thuộc địa phận thành phố Hưng Yên và huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên……… 57

3.3.1 Quan hệ với các yếu tố thủy lý……… 57

3.3.2 Quan hệ với các yếu tố thủy hóa……… 59 3.4 Sử dụng chỉ số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng nước… 62 3.4.1 Tính chỉ số tổ hợp cá để đánh giá chất lượng nước……… 62 3.4.2 Đánh giá chất lượng nước sông Hồng thuộc địa phận thành phố

Hưng Yên và huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên bằng chỉ số tổ hợp

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Trang Bảng 1 Quy chuẩn Việt Nam về chất lượng nước mặt ( 2008 ) 27 Bảng 2 Các mức độ về chất lượng nước của thuỷ vực 30 Bảng 3 Danh sách thành phần loài cá và sự phân bố của chúng ở sông

Hồng thuô ̣c đi ̣a phâ ̣n thành phố Hưng Yên và huyện Kim Động, tỉnh

Hưng Yên

32

Bảng 4 Tỷ lệ các họ, giống, loài trong các bộ cá tại khu vực nghiên cứu 39 Bảng 5 Tỷ lê ̣ các giống, loài trong các họ cá tại khu vực nghiên cứu 40 Bảng 6 So sánh về thành phần loài, giống, họ cá tại khu vực nghiên

cứu với thành phần loài, giống, họ ở các vùng khác của Việt Nam 43 Bảng 7 Danh sách các loài cá tại Sông Hồng thuộc địa phận thành phố

Hưng Yên và huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên ghi trong Sách Đỏ Việt

Nam cần được bảo vệ

44

Bảng 8 So sánh thành phần loài cá ở KVNC với thành phần loài cá

khu vực thượng lưu sông Hồng(theo Mai Đình Yên) 45 Bảng 9 Một số chỉ tiêu thủy lý, hóa ở khu vực nghiên cứu 53 Bảng 10 Hàm lượng pH, DO, oxy hóa học (COD) và oxy sinh hóa

Bảng 11 Hàm lượng một số muối hòa tan trong nước 56 Bảng 12 Hàm lượng một số kim loại và phi kim tại khu vực nghiên

DANNH MỤC HÌNH

Hình 1 Sơ đồ các điểm lấy mẫu tại đoạn sông Hồng thuộc địa thành

Hình 2 Tỷ lệ % các họ, giống loài trong các bô ̣ cá của khu vực nghiên

CÁC CHỮ VIẾT TẮT

GHCP : Giới hạn cho phép BOD5 : Hàm lượng oxy sinh học COD : Hàm lượng oxi hóa học

DO : Hàm lượng oxi hòa tan trong nước ĐDSH : Đa dạng sinh học

KVNC : Khu vực nghiên cứu IBI : Index of biotic integrity ( Chỉ số tổng hợp sinh học ) STT : Số thứ tự

MỞ ĐẦU

Các hệ sinh thái thủy vực rất đa dạng và phong phú Những mối tương tác giữa sinh vật với nhau và sinh vật với môi trường tạo nên các chu trình vật chất và biến đổi năng lượng, từ đó hình thành nên nguồn lợi sinh vật mà con người khai thác và sử dụng

Sông Hồng là hệ sinh thái thủy vực, nằm trong hệ thống sông Hồng - Thái Bình một trong hai hệ thống sông lớn nhất nước ta Nó là con sông có vị trí, vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế, văn hóa xã hội Chứa lượng nước lớn, nhất

là vào mùa lũ, sông Hồng tạo thuận lợi cho phát triển giao thông, thủy lợi, năng lượng, du lịch và là cơ sở quan trọng cho sự phát triển nghề cá

Những năm trước đây, sông Hồng có sản lượng khai thác cá khá cao, đa dạng, phong phú về thành phần loài, có nhiều loài có giá trị kinh tế cao Trong những năm gần đây, nguồn lợi thủy sản, sản lượng khai thác cá ở sông Hồng đã giảm đi đáng kể, có nhiều loài có tên trong Sách Đỏ Việt Nam cần được bảo vệ Nguyên nhân gây ra tình trạng này một phần là do con người khai thác quá mức, sử dụng những phương tiện đánh bắt mang tính hủy diệt, nhưng nguyên nhân chủ yếu

là môi trường bị ô nhiễm do: Chất thải từ các nhà máy xí nghiệp, chất thải sinh hoạt

và các loại thuốc bảo vệ thực vật.v.v Đặc biệt là hiện tượng khai thác cát sỏi diễn

ra thường xuyên trên sông Hồng

Chính vì những lí do trên, tôi đã tiến hành nghiên cứu, thực hiện đề tài “ Đa dạng sinh học về cá và mối quan hệ của chúng với chất lượng nước sông Hồng thuộc địa phận thành phố Hưng Yên, huyện Kim Động - tỉnh Hưng Yên ” với mục đích đánh giá đúng hiện trạng thành phần loài cá và trên cơ sở đó đánh giá đúng chất lượng môi trường nước ở đây Đây là cơ sở giúp chính quyền địa phương có những giải pháp bảo vệ môi trường, bảo tồn đa dạng sinh học, phát huy tối đa những nguồn lợi mà lưu vực sông Hồng đem lại Nội dung của đề tài bao gồm:

1 Xác định thành phần loài cá của lưu vực sông Hồng thuộc địa phận thành

2 Nghiên cứu biến động về thành phần loài cá của lưu vực sông Hồng theo không gian và thời gian

3 Nghiên cứu mối quan hệ giữa thành phần loài cá và độ phong phú của chúng với một số yếu tố sinh thái thủy, lý hóa

4 Sử dụng chỉ số tổ hợp sinh học (index of biotic intergrity-IBI) cá để đánh giá chất lượng môi trường nước Sông Hồng thuộc địa phận thành phố Hưng Yên và huyện Kim Động - tỉnh Hưng Yên

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Khái quát về hệ sinh thái sông

1.1.1 Các hệ thống sông lớn ở Việt Nam

Trên đại lục các dòng chảy cùng với lưu vực của chúng hình thành nên những vùng ngập nước quan trọng và những châu thổ màu mỡ Sông ngòi Việt Nam tạo thành mạng lưới dày đặc, chứa lượng nước lớn, nhất là vào mùa lũ, tạo thuận lợi cho phát triển giao thông, thủy lợi, năng lượng và là cơ sở quan trọng cho sự phát triển nghề cá Hơn nữa khi sông đổ vào các vùng biển còn góp phần tạo nên các hệ cửa sông giầu tiềm năng Hai hệ thống sông lớn nhất ở nước ta là hệ thống sông Hồng – Thái Bình và Cửu Long – Đồng Nai

Hệ thống sông Hồng – Thái Bình

Hệ thống sông Hồng bắt nguồn từ dãy núi Ngụy Sơn thuộc tỉnh Vân Nam (Trung Quốc), chảy vào lãnh thổ Việt Nam ở Hà Khẩu với chiều dài dòng chính là 1.126km (đoạn ở Việt Nam dài 510km) Diện tích lưu vực là 145.965km2, riêng ở Việt Nam là 70.722km2

(chiếm 42,6% diện tích toàn miền Bắc) Các phân lưu chính của sông Hồng là sông Đáy, sông Đuống, sông Luộc, Trà

Lý, sông Đào – Nam Định và sông Ninh Cơ

Hệ thống sông Thái Bình là tên gọi của một hệ thống sông gồm sông Thái Bình cùng các phụ lưu và chi lưu của nó Các phụ lưu gồm sông Cầu, sông Thương

và sông Lục Nam ở thượng nguồn Ngoài ra, hệ thống sông này còn nhận một phần dòng chảy của sông Hồng trước khi đổ ra biển Đông [22]

Hệ thống sông Cửu Long – Đồng Nai:

Sông Mekông là con sông lớn nhất ở Đông Dương, bắt nguồn từ dãy Tuyết Sơn, Tây Tạng, tại độ cao trên 5.000m, với chiều dài dòng chính là 4.350km (ở Trung Quốc 2.000km, Lào 1.500km), chảy qua lãnh thổ nước ta trên một đoạn dài 220km Diện tích lưu vực sông là 810.000km2, phần ở nước ta 64.300km2 Sông rất nhiều thác ghềnh, nhưng từ Kratie trở xuống, sông chảy vào vùng đồng bằng thấp một cách êm đềm

Phụ lưu chính của sông Mêkông là Nậm Hu, Nậm Ngạn, Nậm Nhiếp, Nậm Kha Đinh, Xê Băngphai, Xê Băng Hiên, Xê San (tả ngạn), Nậm Kok, Xế Mun (hữu ngạn) Từ Phom Penh, sông có 3 chi lưu: sông Tonglesap đưa nước vào biển Hồ, sông Tiền và sông Hậu đưa nước ra biển qua chín cửa mà ta quen gọi là sông Cửu Long

1.1.2 Đặc điểm đặc trưng của hệ sinh thái sông

1.1.2.1 Đặc điểm môi trường sống trong sông

Đặc trưng của các hệ sinh thái này là nước luôn vận động; điều kiện sống trong sông biến động theo mùa nước cạn và nước lũ Theo hướng vận động của dòng chảy, người ta chia sông thành 3 phần: thượng lưu, trung lưu và hạ lưu Mỗi phần có những tính chất khác nhau về môi trường và sinh giới, chúng được xem như những đơn vị sinh thái đặc trưng của dòng chảy

Phần thượng lưu là nơi hội tụ của nhiều suối nhỏ, chảy trên nền đá gốc, các hẻm vực nằm ở độ cao khác nhau, thường hình thành nhiều thác cao, hùng vĩ Lượng nước trong các suối đầu nguồn cũng rất biến động, thậm trí có mùa không có nước

Phần trung lưu là nơi tụ họp của các phụ lưu lớn Lòng sông đã mở rộng, thung lũng sông có dạng dòng chảy điển hình, nhiều nơi xuất hiện chất lắng đọng hạt thô hay hạt trung ( cuội, sỏi, sạn, cát), những nơi nước quẩn có trầm tích mịn hơn với sự xuất hiện của thực vật thủy sinh ở hai bên bờ Độ dốc tuy giảm nhưng vẫn còn khá lớn

Phần hạ lưu có thung lũng dòng chảy mở rộng, độ dốc nhỏ, bờ thoải, lưu lượng nước lớn, tốc độ dòng chậm dần ra phía cửa sông, đáy được phủ bởi trầm tích hạt mịn Tận cùng của hạ lưu là các cửa sông, nơi xẩy ra quá trình hòa trộn của nước ngọt và nước biển do hoạt động của thủy chiều, là cửa ngõ xâm nhập của của các khu hệ sinh vật có nguồn gốc khác nhau từ nội địa và từ biển

Tốc độ dòng chảy phụ thuộc vào độ dốc của dòng sông và lượng nước chứa trong sông ở những mùa khác nhau Tốc độ nước chảy của sông còn thay đổi theo chiều ngang cũng như chiều thẳng đứng Tốc độ dòng chảy chậm dần khi đi từ

thượng lưu về hạ lưu, từ giữa dòng đến bờ sông, nước chảy sát đáy chậm hơn nước

bề mặt Cùng một khối nước, tốc độ dòng chảy tỷ lệ nghịch với thiết diện ngang của lòng sông, ở những nơi có các hố sâu hoặc khuỷu, nước chảy hình thành các xoáy

Do vận động của dòng chảy, nước sông luôn bị xáo trộn, xáo trộn mạnh ở những nơi nước chảy thành các xoáy, bờ sông và nền đáy sông không ngừng bị hao mòn Các vật chất bị bào mòn ở nơi này sẽ được tải đến bồi đắp ở nơi khác, do đó làm dòng sông luôn biến đổi theo chiều ngang cũng như theo chiều đứng

Mực nước của sông phụ thuộc vào điều kiện khí hậu của từng vùng, trước hết là sự thay đổi nguồn nước bề mặt theo mùa và chế độ nước ngầm Mực nước trên sông chênh lệch nhau khá lớn giữa mùa lũ và mùa kiệt Ở hạ lưu, vùng cửa sông do chịu ảnh hưởng của thủy triều nên mực nước dao động khá lớn (2m) Ngoài ra mực nước sông còn biến động theo chu kỳ nhiều năm

Nhiệt độ nước trong sông phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ của nước cấp cho sông, khí hậu vùng mà dòng nước chảy qua và những đặc tính thủy động học khác nhau của dòng chảy Sự dao động nhiệt theo mùa trong sông nằm trong giới hạn 0 –

300C

Độ trong của nước sông phụ thuộc chính vào hàm lượng các chất chứa trong nước Nhìn chung độ đục giảm từ mùa lũ sang mùa kiệt, độ trong giảm từ mùa kiệt sang mùa lũ, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của thủy sinh vật ( quang hợp của thực vật và đinh dưỡng của động vật)

Lượng các chất hữu cơ phụ thuộc vào đặc tính của dòng chảy qua các vùng khác nhau và tiếp nhận sự rửa trôi của các lưu vực lân cận

Chế độ khí của sông nói chung thuận lợi cho đời sống sinh vật

1.1.2.2 Những đặc điểm thích nghi quan trọng của quần xã sinh vật ở sông

Ở các đại diện thuộc quần xã nơi nước chảy, sinh vật có những thích nghi chuyên hóa cho phép chúng bám trụ được trong các thủy vực nước chảy nhanh Có thể liệt

kê một số đặc điểm thích nghi quan trọng nhất:

Bám thường xuyên vào giá thể cứng như đá, phiến gỗ, khối lá Các thực vật

sống bám vào giá thể Đó là thủy tức nước ngọt và ấu trùng bọ suối mà bằng dịch của tuyến tiết chuyên hóa đã gắn tổ kén của chúng vào đá Nhiều loài động vật sống

ở nơi nước chảy có móc bám hoặc giác bám cho phép chúng bám vào bệ mặt giá thể

Cơ thể hình thoi: Hầu hết các động vật sống trong sông, từ ấu trùng côn trùng đến cá đều có cơ thể hình thoi nhọn, nghĩa là cơ thể của chúng có dạng gần giống như hình trứng: phía trước lượn tròn và phía sau vuốt nhọn Điều đó cho phép giảm sức cản của nước đến mức tối thiểu

Cơ thể dẹp: Nhiều loài động vật sống ở nơi nước chảy nhanh không chỉ có cơ thể dạng hình thoi nhọn mà còn dẹp nữa Điều đó cho phép chúng dễ dàng ẩn náu vào trong khe, kẽ và vào phía dưới các tảng đá

Tính hướng dương theo dòng chảy: Động vật sống ở sông luôn luôn định hướng ngược với dòng chảy Đó là loại hình tập tính bẩm sinh

Tính hướng tiếp xúc dương: Nhiều động vật ở sông có tập tính bẩm sinh đặc trưng là bám chặt vào bề mặt hoặc duy trì tiếp xúc chặt chẽ với bề mặt Nếu như thả một nhóm thiếu trùng thiêu thân vào lọ trơn thì chúng tìm bám ngay vào các que hoặc mảnh vụn thực vật nằm ở đáy Nếu như không có bề mặt tiếp xúc thích hợp thì chúng bám vào nhau.[3]

1.1.2.3 Sự phân bố của các quần xã sinh vật ở sông

Những quần xã sinh vật sống trong dòng chảy, nơi nước luôn vận động có nhiều nét đặc trưng:

Thành phần loài rất đa dạng do đa dạng về sinh cảnh (đa dạng về địa hình, vị trí địa lí của sông, tốc độ và mực nước, đặc tính của nền đáy,…) Hơn nữa, sinh vật trong hệ thống sông bao gồm nhiều nhóm loài bản địa và những loài di nhập từ nơi khác đến (từ các thủy vực nước đứng của nội địa và từ biển) Khi những loài từ nơi khác rơi vào sông, nhiều loài trong chúng bị chết, một số khác còn lại thích nghi với đời sống dòng chảy đã tồn tại và phát triển, đôi khi khá hưng thịnh

Từ thượng nguồn tới cửa sông, tính đa dạng về thành phần loài, sự phát triển

về số lượng, sinh vật lượng của quần xã sinh vật tăng dần Những nhóm có khả

năng chống chịu tốc độ dòng chảy lớn (thân trơn, dài, có giác bám,…) thay bằng những loài kém thích nghi hơn (cá thân cao); những loài ăn thịt (ấu trùng và côn trùng dưới nước) thay bằng những loài ăn thực vật, mùn bã và sinh vật nổi; những loài đẻ trứng vùi thay bằng những loài đẻ trứng bám và trứng nổi Những thay thế

đó liên quan chặt chẽ đến sự thay đổi của tốc độc dòng chảy

Theo chiều ngang sông, thành phần loài và sự phát triển về số lượng, sinh vật lượng giảm từ bờ ra giữa dòng Nơi giàu có nhất là nơi nước chảy yếu xuất hiện trên các triền sông Đối với động vật đáy, ở nơi tốc độ dòng chảy giảm, ở giữa lòng sông nơi được phủ bởi các trầm tích hạt mịn thường phân bố những loài có kích thước nhỏ hơn so với các vùng ven bờ Chúng là những loài có khả năng bám vào cát, không thể chui sâu vào nền đáy như những động vật có kích thước lớn

Quần xã sinh vật sông gồm các nhóm sinh thái khác nhau, nhưng những nhóm phát triển phong phú là plankton, benthos, nekton, periphyton, còn neuson và pleuston hầu như vắng mặt[22]

Plankton: Bao gồm các thủy sinh vật sống trôi nổi một cách thụ động hoặc vận

động yếu trong các lớp nước tầng mặt, chủ yếu nhờ vào chuyển động của khối nước

mà di chuyển Về mặt chuyển hóa vật chất, plankton bao gồm các sinh vật sản xuất

sơ cấp (phytoplankton), các sinh vật tiêu thụ bậc thấp (zooplankton), các sinh vật phân hủy (bacterioplankton) Thành phần loài và số lượng nghèo ở thượng lưu và giàu dần lên ở hạ lưu

Nekton: Sinh vật tự bơi là thành phần quan trọng trong các quần xã sinh vật ở trong

tầng nước, bao gồm các động vật có kích thước lớn và phần lớn là các đối tượng khai thác Sinh vật tự bơi đều là các sinh vật tiêu thụ ở các bậc dinh dưỡng khác nhau, có cấu tạo cơ thể phức tạp, có cơ quan vận động chủ động, tích cực Sinh vật

tự bơi ở sông gồm có cá, bò sát ở nước và động vật có vú ở nước Các loài cá sông

có thể là cá thường trú, có thể là cá di cư từ biển di nhập vào từng thời gian để sinh sản hoặc di cư từ sông ra biển

Benthos: Thành phần sinh vật sống ở nền đáy bao gồm cả sinh vật sản xuất, tiêu

ăn mùn bã hữu cơ hoặc bùn đáy Ở những vùng nước sâu không còn ánh sáng thì thực vật không còn nữa và sinh vật đáy chỉ còn là những sinh vật tiêu thụ (động vật)

ở các bậc dinh dưỡng khác nhau và sinh vật phân hủy (vi khuẩn)

Sự biến đổi về thành phần loài, số lượng và sinh vật lượng sinh vật của sông phụ thuộc chủ yếu vào sự dao động mực nước trên sông, liên quan với sự thay đổi của mùa khí hậu

1.2 Đa dạng sinh học và vai trò của đa dạng sinh học trong các hệ sinh thái 1.2.1 Đa dạng sinh học

Khái niệm về Đa dạng sinh học:

Thuật ngữ đa dạng sinh học (biodiversity) ra đời từ những năm 80 của thế kỷ

20 và đến nay đã có nhiều định nghĩa về thuật ngữ “ Đa dạng sinh học”

Theo WWF, 1989 đa dạng sinh học được hiểu là “ sự phồn vinh của sự sống trên Trái Đất, là hàng triệu loài thực vật, động vật và vi sinh vật, là những gen chứa trong các loài, là những hệ sinh thái vô cùng phức tạp cùng tồn tại trong môi trường

”

Theo McNeely et al (1991) cho rằng, “Đa dạng sinh học là một khái niệm chỉ tất cả động vật, thực vật và vi sinh vật, những đơn vị phân loại dưới chúng và các hệ sinh thái mà sinh vật là những đơn vị cấu thành” Đó là một thuật ngữ bao trùm đối với mọi mức độ biến đổi của thiên nhiên, gồm cả số lượng và tần suất xuất hiện của các hệ sinh thái, của loài hay gen trong một tập hợp đã biết”

Theo Công ước đa dạng sinh học 1992: Đa dạng sinh học (ĐDSH) là sự phong phú của mọi cơ thể sống có từ tất cả các nguồn trong các hệ sinh thái trên cạn, dưới nước, ở biển và mọi tổ hợp sinh thái mà chúng tạo nên; ĐDSH bao gồm

sự đa dạng trong loài (đa dạng di truyền hay còn gọi là đa dạng gen), giữa các loài (đa dạng loài) và các hệ sinh thái (đa dạng các hệ sinh thái)

Hiện nay đa dạng sinh học được xét trong 3 cấp: đa dạng về loài sinh vật, đa dạng về gen chứa trong các loài hay đa dạng về di truyền, đa dạng về hệ sinh thái [21]

Đa dạng di truyền là sự phong phú những biến dị trong cấu trúc di truyền của các cá thể bên trong loài hoặc giữa các loài; những biến dị di truyền bên trong hoặc giữa các quần thể

Đa dạng loài là sự phong phú về các loài được tìm thấy trong các hệ sinh thái tại một vùng lãnh thổ xác định thông qua việc điều tra, kiểm kê Hiện nay, tổng số các loài trong sinh quyển được đánh giá vào khoảng 3 – 70 triệu loài nhưng mới biết tên 1,4 triệu loài, tức là gần 2% tổng số loài Các nhà khoa học khẳng định rằng, những loài có giới hạn chống chịu rộng thường phân bố rộng trên Trái Đất, còn những loài có giới hạn chống chịu hẹp tập trung đông đúc trong những vùng địa

lý hẹp Do đó, trong các khu rừng ẩm nhiệt đới và xích đạo, nơi chỉ chiếm khoảng 7% diện tích mặt đất đã chứa nửa số lượng loài của toàn thế giới [20] Việt Nam là một nước nhiệt đới gió mùa Do vị trí địa lý, Việt Nam rất đa dạng về địa hình, kiểu đất, cảnh quan, có đặc trưng khí hậu khác nhau giữa các miền Đặc điểm đó là cơ sở rất thuận lợi để giới sinh vật phát triển đa dạng về thành phần loài, phong phú về số lượng Tuy nhiên, trong quá trình phát triển kinh tế -xã hội, mức độ đa dạng sinh học ở Việt Nam có nhiều thay đổi theo thời gian

Đa dạng hệ sinh thái là sự phong phú về các kiểu hệ sinh thái khác nhau ở cạn cũng như ở nước tại một vùng nào đó Ở Việt Nam, sự khác biệt về khí hậu từ vùng gần xích đạo tới giáp vùng cận nhiệt đới cùng với sự đa dạng về địa hình, môi trường trên cạn và dưới nước đã tạo nên một thiên nhiên phong phú

- Đa dạng sinh học cá: Cá rất đa dạng, gồm trên 28.000 loài sống trong môi trường

nước, từ các vực nước trong lục địa cũng như ở đại dương kể cả những vùng sâu thẳm Ở Việt Nam có 546 loài cá nước ngọt, 2527 loài cá biển [5]

1.2.2 Vai trò của đa dạng sinh học trong các hệ sinh thái

Vai trò của đa dạng sinh học

Đa dạng sinh học có rất nhiều giá trị trong đời sống của tự nhiên và của con người Theo J.McNeely và nnk (1991) giá trị đó được thể hiện

Các hệ sinh thái của Trái Đất là cơ sở sinh tồn của sự sống cho cả Trái Đất

dinh dưỡng khác trên toàn hành tinh Các hệ sinh thái bị suy thoái thì sự ổn định và mềm dẻo của sinh quyển cũng bị tổn thương

Các hệ tự nhiên có giá trị thực tiễn rất cao: giá trị bảo vệ môi trường, điều hòa khí hậu, bảo vệ tài nguyên đất, nước Rừng hạn chế xói mòn, điều tiết dòng chảy, ; các loài cỏ biển, rạn san hô,… làm giảm cường độ hủy hoại của sóng biển, là nơi nuôi dưỡng hàng vạn loài sinh vật biển

Duy trì và cung cấp nguồn gen cho cây trồng và vật nuôi cho tương lai Nhiều loài động, thực vật được con người sử dụng làm nguyên liệu, làm lương thực, thực phẩm phục vụ đời sống con người

Đa dạng sinh học đã tạo nên một thiên nhiên phong phú , làm nền tảng cho mọi cảm hứng về thẩm mỹ, nghệ thuật và văn hóa của con người

Vai trò của đa dạng sinh học cá trong các hệ sinh thái ở nước

Đối với các hệ sinh thái nước, cá có vai trò và ý nghĩa to lớn:

Đảm bảo cân bằng sinh thái ở các thủy vực, góp phần đảm bảo không một loài nào đó phát triển hoặc là suy giảm số lượng một cách quá mức Thành phần mỗi loài cá là một mắt xích trong chuỗi và lưới thức ăn của quần xã dưới nước, nó đảm bảo sự tuần hoàn vật chất và sự chuyển hóa năng lượng ở các hệ sinh thái nước Làm cho không một loài nào đó phát triển hoặc là suy giảm số lượng một cách quá mức

Cung cấp nguồn thực phẩm phong phú cho con người Trong đó phải kể đến HST sông cung cấp thường xuyên rất nhiều loại cá nước ngọt có chất lượng cao về thịt như (cá Chép, cá trôi, cá chuối, cá Trắm…)

Cung cấp nguồn dược liệu Ở HST sông có một số loài cá có thể dùng làm thuốc Ví dụ: mật cá Trắm đen có thể làm thuốc sát trùng

Là nguồn gen dự trữ

Thỏa mãn nhu cầu thẩm mỹ, phát triển du lịch của con người

Phục vụ cho công tác nghiên cứu khoa học để phát triển nghề cá và bảo tồn ĐDSH, bảo vệ môi trường

1.2.3 Quan hệ của Đa dạng sinh học cá với một số yếu tố sinh thái chính ở HST sông

Các yếu tố sinh thái là các yếu tố của ngoại cảnh có ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp đến sinh vật Các yếu tố sinh thái được chia thành 2 nhóm: các yếu tố vô sinh và các yếu tố hữu sinh

Các nhân tố vô sinh của môi trường sống ở nước bao gồm các yếu tố lý, hóa,

cơ học của môi trường nước và nền đáy cùng với quá trình biến đổi của chúng trong đời sống thủy vực Ở hệ sinh thái sông có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến ĐDSH cá như: đặc tính cơ lý học (áp lực nước, độ nhớt, ánh sáng, nhiệt độ,…), đặc tính thủy học (chuyển động của khối nước trong thủy vực), đặc tính thủy hóa học (chất hòa tan, chất vẩn, pH) của khối nước, đặc tính nền đáy và các yếu tố hữu sinh Trong phạm vi luận văn này chúng tôi chỉ đề cập đến các yếu tố chính của ngoại cảnh ảnh hưởng ĐDSH cá: nhiệt độ, độ trong, pH, chất hòa tan[23].

1.2.3.1 Quan hệ với các yếu tố thủy lý

Nhiệt độ:

Nhiệt của nước nhận được chủ yếu là từ bức xạ mặt trời và chủ yếu do các tia

có bước sóng dài Phần lớn năng lượng của các tia có tần số thấp thuộc dải hồng ngoại có độ dài sóng lớn hơn 750nm bị hấp thụ ngay ở lớp nước mặt sâu 2m [22]

Nhiệt riêng của nước cao là nhân tố quan trọng giúp cho nước duy trì được

sự ổn định nhiệt Khả năng duy trì nhiệt đi kèm với những nguyên nhân gây tác động đến sự phân bố nhiệt ngay bên trong thủy vực như: gió, dòng chảy, những vận động khác trong nước, … Sự phân tầng hay xóa bỏ phân tầng của khối nước chi phối đến các chu trình sinh hóa học của thủy vực

Sự mất nhiệt của các thủy vực do bức xạ trở lại khí quyển, do phát tán vào trầm tích, do bốc hơi nước và sự cung cấp bổ sung nhiệt cho dòng chảy có nhiệt độ thấp hơn đi vào thủy vực

Nhiệt độ nước trong thủy vực có ảnh hưởng lớn đến thủy sinh vật và có tính chất quyết định đối với đời sống thủy sinh vật Trong đời sống cá thể, nhiệt độ có

enzyme theo định luật Vanhoff, Do đó, chế độ nhiệt trong các thủy vực ảnh hưởng tới nhịp độ sinh sản và phát triển của thủy sinh vật Cùng với nồng độ muối, chế độ nhiệt trong thủy vực quyết định sự phân bố của thủy sinh vật theo vĩ độ[23]

Độ trong:

Độ trong chịu ảnh hưởng bởi các chất lơ lửng khác nhau và có vai trò rất quan trọng đối với sinh vật ở nước Trước hết, độ trong thấp sẽ làm giảm khả năng xuyên sâu của ánh sáng bề mặt, qua đó giới hạn quang hợp cũng như tầm nhìn của các động vật sống ở nước Hệ số hấp thụ ánh sáng của nước tỷ lệ nghịch với độ trong của nước Khi quang hợp bị giới hạn thì sự sống của sinh vật sản xuất, đặc biệt là thực vật nổi, cũng bị giới hạn, từ đó làm giảm các sinh vật tiêu thụ ở các bậc khác nhau trong đó có cá Độ trong của nước ở sông thường rất thấp Ở các con sông lớn, độ trong chỉ trong khoảng 1-2 m còn ở các sông nhỏ có khi chỉ vài cm [23]

Độ muối:

Độ mặn hay độ muối được ký hiệu S‰ (S - salinity - độ mặn) là tổng lượng

(tính theo gram) các chất hòa tan chứa trong 1 kg nước Đối với các loài thủy sinh vật, độ muối là một nhân tố sinh thái quan trọng vì nó ảnh hưởng lớn tới các yếu tố khác như: pH, nhiệt độ, hàm lượng oxy hòa tan, các nguồn thức ăn v.v…[33], đồng thời có vai trò xác định giới hạn phân bố của các loài Đại đa số sinh vật là hẹp muối [33]

1.2.3.2 Quan hệ với các yếu tố thủy hóa

Độ pH:

Trong thành phần nước thiên nhiên, ion H+ có hàm lượng rất nhỏ, nhưng có một vai trò rất quan trọng Độ pH trong nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố và ảnh hưởng đến hàm lượng của nhiều thành phần khác Độ pH phụ thuộc vào hàm lượng muối hữu cơ đáy hồ và khả năng thủy phân của các muối kim loại nặng Ở các thủy vực nội địa nước thay đổi từ axit (pH từ 3,4 – 6,95) đến trung tính (pH từ 6,95 – 7,3) đến kiềm (pH từ 7,3 – 10) [23]

Độ pH trong thủy vực có thể biến đổi theo ngày đêm, do biến đổi của hàm lượng CO2 trong nước trong quá trình quang hợp Độ pH cũng thay đổi theo độ sâu, càng xuống sâu càng giảm đi do sự thay đổi hàm lượng CO2 theo độ sâu Ngoài ra,

độ pH còn biến đổi theo mùa do biến đổi của các quá trình phân hủy chất hữu cơ, liên quan tới hàm lượng CO2 trong nước [23]

Giữa độ pH của nước trong thủy vực và thủy sinh vật có quan hệ qua lại rất mật thiết Hoạt động sống của thủy sinh vật như quang hợp, hô hấp làm thay đổi độ

pH của nước trong thủy vực Ngược lại pH của nước ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp tới sự phân bố và hoạt động sống của thủy sinh vật Độ pH thay đổi còn làm thay đổi cân bằng các hệ thống hóa học trong nước, qua đó gián tiếp ảnh hưởng đời sống thủy sinh vật, Ví dụ pH axit làm muối của Fe hòa tan nhiều trong nước gây độc cho thủy sinh vật [23]

Điểm gây chết của pH lần lượt xấp xỉ thấp hơn 4 và cao hơn 11 Với mức pH

từ 4 – 6,5 cá phát triển chậm Giá trị pH trong môi trường thay đổi trong khoảng 6,5 – 9,0, được coi là phù hợp nhất cho cá sinh trưởng và phát triển [32]

Nhu cầu oxy hóa học (COD):

Trong hóa học môi trường, chỉ tiêu và thử nghiệm nhu cầu oxy hóa học

(COD - chemical oxygen demand) được sử dụng rộng rãi để đo gián tiếp khối lượng

các hợp chất hữu cơ có trong nước Phần lớn các ứng dụng trong sử dụng chỉ số là nhằm xác định khối lượng của các chất ô nhiễm hữu cơ tìm thấy trong nước bề mặt (ví dụ trong các con sông hay hồ), làm cho COD là một phép đo hữu ích về chất lượng nước Nó được biểu diễn theo đơn vị đo là miligam trên lít (mg/l), và chỉ ra

khối lượng oxy cần tiêu hao trên một lít dung dịch Các nguồn tài liệu cũ còn biểu diễn nó dưới dạng các đơn vị đo khác như phần triệu (ppm) [33]

Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD):

Nhu cầu oxy hóa sinh học hay nhu cầu oxy sinh học (ký hiệu: BOD - Biochemical

(hay Biological) Oxygen Demand), là một chỉ số được sử dụng để xác định xem các

sinh vật sử dụng hết oxy trong nước nhanh hay chậm như thế nào Nó được sử dụng trong quản lý và khảo sát chất lượng nước cũng như trong sinh thái học hay khoa học môi trường [33]

Các chất hòa tan trong nước:

Chất hòa tan trong nước thiên nhiên bao gồm nhiều thành phần khác nhau

Có thể chia làm ba nhóm lớn là: chất vô cơ hòa tan, chất hữu cơ hòa tan và chất khí hòa tan

Chất vô cơ hòa tan: Chất vô cơ hòa tan trong tự nhiên gồm 3 thành phần:

Thành phần muối cơ bản là thành phần chủ yếu của muối vô cơ hòa tan trong nước thiên nhiên Thành phần muối cơ bản này gồm các muối clorit, sunfat cacbonat, hidrocacbonat của Na, Mg, Ca và K Thành phần này tồn tại trong nước thiên nhiên dưới dạng các ion chủ yếu: Cl-, SO42-, HCO3-, CO3-, Na+, K+, Mg2+, và

Ca2+

Các nguyên tố tạo sinh (biogen) gồm các hợp chất vô cơ và hữu cơ hòa tan của

N, P và Si, là các chất cần thiết cho sự tạo thành cơ thể sống Thuộc vào nhóm này còn có thể kể cả một số muối khác như Na, Ca, K, Mg…và được gọi chung là các muối dinh dưỡng N ở trong nước ở dạng các ion NH4+, NO2-, NO3-, và các chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan trong nước P cũng ở dạng vô cơ và hữu cơ hòa tan hoặc không hòa tan trong nước Dạng vô cơ trong nước tự nhiên là H3PO4 và các dẫn xuất Si trong nước tự nhiên ở dạng hòa tan có thể là H4SiO4 và các dẫn xuất Các nguyên tố vi lượng bao gồm các nguyên tố có hàm lượng rất nhỏ, nhưng rất quan trọng đối với đời sống thủy sinh vật Các nguyên tố này rất nhiều loại và càng ngày càng được phát hiện nhiều thêm Các nguyên tố phổ biến là: Fe, Ni, Pb, Cu,

Mn, Co, …

Chất hữu cơ hòa tan:

Trong thành phần nước tự nhiên, ngoài lượng chất hữu cơ chứa trong sinh vật, còn có thành phần chất hữu cơ ở các dạng khác ngoài sinh vật như chất hữu cơ hòa tan, chất vẩn và chất keo[23]

Chất khí hòa tan:

Trong nước thiên nhiên có các chất khí hòa tan, trong đó các chất khí thường gặp và có hàm lượng cao như: O2, CO2, N2, CH4, H2S, NH3 Nguồn gốc của các chất khí này chủ yếu là: từ không khí đi vào nước (O2, CO2, N2) hoặc do các quá trình sống của thủy sinh vật và các quá trình chuyển hóa vật chất xảy ra trong thủy vực (CO2, CH4, H2S, NH3, H2)

Để đánh giá chất lượng nước, thường dùng chỉ tiêu hàm lượng oxy hòa tan trong nước (DO) Nồng độ oxy hòa tan là chỉ thị quan trọng thể hiện chất lượng nước trong thủy vực[6] Oxy hòa tan có trong thủy vực là từ không khí và từ hoạt động quang hợp của thực vật Lượng oxy này sẽ được tiêu thụ trong quá trình hô hấp, trong các quá trình oxy hóa các chất trong thủy vực, nếu ở hàm lượng cao có thể thoát ra ngoài không khí

Khí Cacbonic: Cũng từ không khí, từ hoạt động hô hấp của thủy sinh vật và từ các quá trình phân hủy chất hữu cơ mà tạo ra trong nước CO2 hòa tan trong nước được tiêu thụ trong quá trình quang hợp, trong quá trình chuyển hóa thành HCO3 và

CO32- và có thể thoát ra ngoài nước

Hàm lượng oxy và CO2 trong nước của các thủy vực phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như nhiệt độ nước và nồng độ muối,… Hàm lượng oxy và CO2 trong thủy vực còn biến đổi theo mùa, theo ngày đêm, theo độ sâu, theo hoạt động sống của thủy sinh vật, các quá trình chuyển hóa vật chất hữu cơ trong thủy vực và theo sự thay đổi đặc tính vận động của khối nước Phân bố của oxy và CO2 trong các thủy vực cũng theo quy luật nhất định Các tầng nước trên thường giàu oxy, có khi tới bão hòa, rồi giảm dần theo độ sâu Các tầng nước sâu thường giàu CO2 và nghèo oxy, có khi còn có các khí độc (CH4, H2S)

H2S: Trong thủy vực, H2S được hình thành do hoạt động của vi khuẩn thối rữa phân hủy chất hữu cơ và vi khuẩn lưu huỳnh khử sunfat trong nước Loại thứ nhất hay gặp ở nước ngọt, loại thứ hai hay gặp ở biển và đại dương, nơi có nhiều sunfat Khối lượng H2S sinh ra trong thủy vực nhiều khi rất lớn, làm nhiễm độc một diện tích rất rộng trong thủy vực H2S là khí rất độc, trực tiếp hay gián tiếp gây tác hại cho thủy sinh vật Có những thủy sinh vật chết ở nồng độ H2S rất nhỏ H2S còn làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước, thu hẹp diện tích hoạt động bắt mồi của thủy sinh vật trong các thủy vực [23]

1.2.4 Khái quát về chỉ số tổ hợp sinh học (Index of Biotic Integrity - IBI)

1.2.4.1 Lịch sử của chỉ số tổ hợp sinh học

Chỉ số tổ hợp sinh học được phát triển bởi James R Karr từ đầu những năm

80 Ban đầu, Ông đã sử dụng quần xã cá trong các dòng suối vùng phía tây ở miền Trung nước Mỹ để tính điểm IBI [33]

IBI là cách tiếp cận sử dụng phương pháp so sánh để đo tổ hợp sinh học (Moyle và Randall, 1998) Tổ hợp sinh học được kiểm tra bởi so sánh giá trị IBI của một vị trí bị tác động xấu với một vị trí không bị xáo trộn hoặc ít bị xáo trộn nhất (Karr, 1981) Các giá trị IBI được xác định dựa trên hầu hết các thuộc tính hệ thống sống mà có chứa thông tin về cấu trúc, chức năng và tổ chức của các quần xã sinh vật (Osborne và các cộng sự 1992) Nhờ có các thuộc tính này mà IBI phản ánh các thành phần của HST, kết cấu nơi sống và dinh dưỡng, sức sống cá thể và sự phong phú loài (Hughes và các cộng sự, 1998)

1.2.4.2 Cơ sở khoa học để đánh giá môi trường nước bằng chỉ số tổng hợp sinh học cá ( IBI)

Chỉ số tổ hợp sinh học cá ( IBI ) đã phát triển rộng và ứng dụng ở Bắc Mỹ Ngày nay, chỉ số IBI đang được cải tiến và phát triển ở một số nước như ở Pháp, Ấn Độ, chúng bao gồm 12 chỉ số cần được tính đến đó là:

1 Tổng số loài cá đánh bắt được

2 Số loài cá vược

3 Số loài cá đáy

4 Số loài cá nổi,tầng nước

5 Số loài cá nhạy cảm với thay đổi môi trường

11 Phần trăm số cá thể là cá ngoại lai, loài xâm hại

12 Phần trăm số cá thể bị bệnh, bị u, bị hỏng vây và các bất thường khác

Cả 12 chi số được đánh giá theo thang điểm: xấu ( 1 điểm ), trung bình ( 3 điểm ), tốt ( 5 điểm ) và đánh giá chất lượng thủy vực theo 6 mức độ: Môi trường rất tốt khi đạt 58 – 60 điểm, môi trường tốt khi đạt 48 – 52 điểm, môi trường trung bình khi đạt 39 – 44 điểm, môi trường xấu khi đạt 28 – 35 điểm, môi trường rất xấu khi đạt 12 – 22 điểm, môi trường ô nhiễm rất nặng khi không có cá

Ở các vùng khác nhau sẽ có những thay đổi về thành phần loài cá, cấu trúc dinh dưỡng và chức năng riêng Vì thế việc tính IBI là dựa trên nền tảng sinh thái và khu hệ cá để đánh giá sự suy thoái của hệ sinh thái thủy vực[18]

Qua kết quả áp dụng tính IBI của nhiều vùng khác nhau từ Mỹ, Canada, Me

xi cô, Ấn Độ, cho thấy có thể dùng chỉ số tổng hợp sinh học cá IBI để đánh giá môi trường nước ở các mức độ suy giảm khác nhau Khi áp dụng, lấy 12 chỉ số làm nền tảng và có thể biến đổi cho phù hợp với từng vùng nước và khu hệ cá của chúng trên cơ sở cho điểm đối với từng chỉ số Mỗi một chỉ số còn phụ thuộc nhiều vào kích thước suối, sông, và khu hệ cá tại chỗ đang và đã bị các tác nhân gây suy thoái môi trường sống Bên cạnh đó, có thể dùng thêm chỉ số đa dạng sinh học hay các loài chuẩn chỉ thị môi trường nước khi vùng đó có quá ít loài cá sống[18]

1.2.4.3 Khả năng sử dụng các chỉ số tổng hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng môi trường nước

Ý nghĩa của chỉ số tổ hợp sinh học:

Khi so sánh các kết quả đánh giá chất lượng môi trường nước bằng các phương pháp vật lý, hóa học và sinh học thì Cục môi trường Mỹ (EPA) nhận thấy rằng, 50% trường hợp suy giảm môi trường nhận biết bằng các chỉ số sinh học trùng với sự suy giảm các chỉ số hóa học Ngược lại chỉ có 3% trường hợp nhận biết bằng các chỉ số hóa học trùng với các chuẩn mực sinh học Từ đó rút ra kết luận: Dùng chỉ số tổ hợp sinh học cá để đánh giá môi trường có nhiều thuận lợi và chính xác hơn[18] Phương pháp phân tích lý, hóa học xác định các yếu tố riêng lẻ trong môi trường nước ô nhiễm Tác động này rất khác với tác động tổng hợp của toàn bộ các yếu tố Tác động tổng hợp chỉ được thể hiện qua các dữ liệu sinh học, do phương pháp sinh học thu được kết quả tác động tổng hợp của nhiều yếu tố trên cá thể sinh vật hoặc qua quần xã sinh vật trong môi trường nước bị ô nhiễm[23]

Phương pháp phân tích lý, hóa xác định chất lượng môi trường nước chỉ ở trong một thời điểm tức thời nhưng các chất ô nhiễm có thể biến đổi hoàn toàn theo thời gian Trong khi đó, phương pháp sinh học thể hiện chất lượng môi trường nước qua một quá trình diễn ra trong một thời gian nhất định, đủ cho một vài chu kỳ sống của sinh vật chỉ thị

Các phương pháp kỹ thuật phân tích lý, hóa học hiện nay chưa có khả năng xác định các chất có hàm lượng siêu nhỏ trong môi trường nước nằm dưới giới hạn phân tích Trong khi đó, phương pháp sinh học có khả năng gián tiếp xác định được các chất có hàm lượng siêu nhỏ, dựa vào khả năng tích tụ sinh học của sinh vật chỉ thị

Có đến hơn 1500 chất ô nhiễm được thải vào trong môi trường nước song chỉ

có 25 chất trong số đó là được xác định Với số lượng lớn các chất độc hại như vậy thì không thể có phân tích hóa, lý nào có thể kiểm soát được các hóa chất thực tế đang gây ô nhiễm

Cá có mặt ở hầu hết tất cả các loại môi trường nước, từ những dòng suối rất nhỏ đến những dòng suối lớn, từ thủy vực nước chảy đến thủy vực nước đứng và cả những thủy vực có môi trường bị ô nhiễm

Cá là sinh vật chỉ thị trong thời gian dài (vài năm) và phản ánh môi trường sống rộng hơn bởi vì chúng sống tương đối lâu dài và di chuyển nhiều

Các mẫu cá thu thập được, nhìn chung bao gồm một loạt các loài cá mà chúng đại diện cho các khâu khác nhau trong chuỗi thức ăn (cá ăn tạp, ăn mùn bã hữu cơ,

cá ăn động vật phù du, cá ăn thực vật bậc cao, cá dữ ăn cá,.…) Chúng có xu hướng

tổ hợp được các loại thức ăn bậc thấp đến bậc cao, vì thế cấu trúc thành phần khu hệ

cá phản ánh tổng hợp các điều kiện môi trường sống

Nhiều loài cá nằm ở phần chóp của chuỗi thức ăn trong thủy vực và chúng lại được con người sử dụng làm thực phẩm Chính vì thế, cá là đối tượng quan trọng cần phải được đánh giá và nhận biết tình trạng ô nhiễm

Cá là đối tượng dễ thu thập và dễ phân loại đến loài Các mẫu cá có thể phân loại, đếm ngay tại hiện trường và thả trở lại môi trường nước

Các nguồn sách phân loại cá (khóa phân loại) chuẩn, thường có sẵn hơn là nguồn sách phân loại đối với các thủy sinh vật khác

Môi trường sống của nhiều loài cá con người biết rõ hơn so với môi trường sống của các thủy sinh vật khác

Các thông tin về phân bố của các loài cá thường được biết nhiều và rõ ràng hơn

so với bất kì loài thủy sinh vật nào khác

Chính vì thế, dùng chỉ số tổ hợp sinh học cá để đánh giá tình trạng môi trường thủy vực là một trong những biện pháp rẻ tiền mà có hiệu quả và hiện đang được áp dụng ở Mỹ và rất nhiều nước khác trong đó có Việt Nam[24]

1.2.4.4 Những nghiên cứu sử dụng chỉ số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng môi trường nước

a Trên thế giới

IBI được các nhà khoa học sử dụng nhiều nơi trên thế giới Ngay từ đầu những năm 1980, tại Mỹ đã có trên 30 bang sử dụng IBI (Karr et al, 1986) Lần đầu tiên IBI được sử dụng để đánh giá chất lượng môi trường nước ở các dòng suối thuộc phía tây ở miền Trung nước Mỹ Sau đó nó được biến đổi đi và sử dụng ở

…(Hghes et al 1998) IBI được sử dụng dựa trên các quần xã cá ở phía nam Carolina Coastal Plain để đánh giá tác động của môi trường (Paller và các cộng sự, 1996) và ở các dòng sông thuộc Nam Phi (Kleynhans, 1996) Adams và các cộng sự (1992) đã so sánh các quần thể cá dọc theo một dòng sông ô nhiễm Hall và các cộng sự (1994) đã sử dụng IBI để so sánh các quần thể cá ở các dòng suối thuộc Maryland Coastal Plain để đánh giá chất lượng nước

Kerans và Karr (1994) đã sử dụng IBI để xác định các điều kiện sống ở các dòng suối thuộc Tennesee Frenzel và Swanson (1996) sử dụng IBI ở các thủy vực vùng trung tâm Nebraska (Mỹ)

Fausch và cộng sự (1984) sử dụng 12 chỉ số để tính IBI Bramblett và cộng

sự (1991) khi đánh giá suy thoái môi trường sông vùng đồng bằng miền tây dùng 9 chỉ số Khi John Lyon (1992) phát triển kỹ thuật chỉ thị sinh học để kiểm định sinh học qua IBI đối với vùng nước ấm Winconsin cũng dùng 12 chỉ số Robert M Perez

và J Gammon (1987) khi nghiên cứu vùng sông Willamette dùng 13 chỉ số IBI John Lyon, Sonia Navarro, Perez và cộng sự (1997) khi tính IBI đối với suối và sông ở vùng trung tâm phía tây Mexico đã dùng 10 chỉ số Khi ứng dụng chỉ số IBI

để đánh giá môi trường sông Xen ở Pháp, Oberdoff và Hughes (1992) đã dùng 12 chỉ số Ganasan và Hughes (1997) khi sử dụng IBI ở sông Khan và sông Kshipra thuộc Ấn Độ cũng dùng 12 chỉ số[24]

b Ở Việt Nam

Nguyễn Kiêm Sơn (2000) là người đầu tiên ở Việt Nam đã sử dụng IBI dựa trên khu hệ cá để đánh giá chất lượng nước suối ở trạm Mê Linh thuộc vườn Quốc Gia Tam Đảo bằng cách sử dụng 12 chỉ số [18] Năm 2007, Nguyễn Kiêm Sơn cũng

đã sử dụng chỉ số IBI cá để đánh giá hiện trạng môi trường nước sông Bồ (Thừa Thiên – Huế)[19] Nguyễn Thị Nam Hiền (2008) đã sử dụng IBI bằng cách tính điểm cho 12 chỉ số ĐDSH cá ở sông Chu thuộc địa phận huyện Thiệu Hoá, tỉnh Thanh Hoá[8] Nguyễn Thành Nam, Nguyễn Kiều Oanh, Nguyễn Xuân Huấn (2010) cũng sử dụng bộ 12 chỉ số IBI để đánh giá chất lượng nước suối ở khu BTTN Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai [15]

1.2.5 Điều kiện tự nhiên và xã hội vùng nghiên cứu

1.2.5.1 Điều kiện tự nhiên

Dòng chính sông Hồng bắt nguồn từ dãy núi Ngụy Sơn thuộc tỉnh Vân Nam Trung Quốc cao trên 2000m Tính từ cửa Ba Lạt, sông Hồng dài 1126 km, phần trong nước ta dài 556 km Thượng lưu tính từ nguồn đến phố Lu Phần trung lưu tính từ phố Lu đến Việt Trì, độ dốc dòng sông giảm xuống rõ dệt, lòng sông mở rộng Phần hạ lưu tính từ Việt Trì đến cửa Ba Lạt Tại phía dưới thị xã Sơn tây 12

km, dòng chính sông Hồng bắt đầu phân lưu Từ Sơn Tây đến cửa Ba Lạt, sông Hồng 8 lần phân lưu và đổ ra biển qua 4 cửa sông chính, ngoài ra nước còn tiêu ra biển qua sông Thái Bình [24]

Khí hậu, thời tiết vùng nghiên cứu

Cũng như các tỉnh khác thuộc vùng đồng bằng sông Hồng, Hưng Yên chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm Hàng năm có hai mùa mưa và khô rõ rệt Số giờ nắng trung bình 1.519 giờ/năm, trung bình số ngày nắng trong tháng là 24 ngày; nhiệt độ trung bình mùa hè 23,20C, mùa đông 160C Tổng nhiệt độ trung bình của năm từ 8.500 - 8.6000

C Lượng mưa trung bình từ 1.450 - 1.650 mm, tháng 5 đến tháng 10 chiếm tới 70% lượng mưa cả năm Độ ẩm không khí trung bình trong năm là 86%, tháng cao nhất 92%, thấp nhất 79%

1.2.5.2 Tình hình kinh tế xã hội

Trong năm 2010, tổng sản phẩm (GDP) của tỉnh tăng 12,11%; giá trị sản xuất nông nghiệp và thuỷ sản tăng 5,78%; giá trị sản xuất công nghiệp tăng 14,65%; giá trị các ngành dịch vụ tăng 15,54%; cơ cấu kinh tế nông nghiệp 25% - công nghiệp và xây dựng 44% - dịch vụ 31%; thu nhập bình quân đầu người 20 triệu đồng/ năm, kim ngạch xuất khẩu đạt 530 triệu USD, thu ngân sách ước đạt 3.000 tỷ đồn; tỷ lệ xã đạt chuẩn quốc gia về y tế đạt 90%; tỷ lệ làng, khu phố văn hoá đạt

Tổng diện tích gieo trồng đạt hơn 110.816 ha, trong đó diện tích gieo cấy lúa đạt 81.941 ha, diện tích gieo trồng cây vụ đông ước đạt 14.942 ha Năng suất lúa đạt 62,7 tạ/ha

Giá trị sản xuất công nghiệp ước đạt 19.855 tỷ đồng, tăng 14,65%, đạt 100%

kế hoạch Thu hút được 108 dự án đầu tư, với tổng số vốn đầu tư 8.000 tỷ đồng và

60 triệu USD Tổng mức lưu chuyển hàng hoá bán lẻ ước đạt 9.923 tỷ đồng, tăng 25,3%; kim ngạch xuất khẩu đạt 530 triệu USD, tăng 6% Tổng nguồn vốn đầu tư toàn xã hội 12.300 tỷ đồng, tăng 23% so với cùng kỳ

Thực hiện các giải pháp kích cầu tiêu dùng và chống suy giảm kinh tế, Chính phủ

đã đầu tư vốn trái phiếu cho tỉnh Hưng Yên một số lĩnh vực như thủy lợi, giáo dục,

y tế với tổng số vốn năm 2010 là 329,9 tỷ đồng Các lĩnh vực văn hoá - thể thao, y

tế, giáo dục hoạt động đạt kết quả tốt và có nhiều chuyển biến tích cực; an ninh, quốc phòng được giữ vững

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng, thời gian và địa điểm nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là thành phần loài cá và mối quan hệ của chúng với chất lượng môi trường nước tại sông Hồng đoạn chảy qua thành phố Hưng Yên và huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên

2.1.2 Thời gian nghiên cứu

Thời gian thực hiện luận văn từ tháng 10 năm 2010 đến tháng 11 năm 2011 Trong suốt thời gian nghiên cứu, chúng tôi tiến hành khảo sát thực địa và thu mẫu vào 7 đợt diễn ra trong cả hai mùa khô và mưa như sau:

Với tổng số ngày đi thực địa là 38 ngày

Sau mỗi đợt thu mẫu và nghiên cứu tại thực địa chúng tôi tiến hành xử lý, phân tích mẫu tại phòng thí nghiệm của Bộ môn Động vật có xương sống thuộc Khoa Sinh học trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội

2.1.3 Địa điểm nghiên cứu

Chúng tôi tiến hành nghiên cứu đoạn hạ lưu sông Hồng chảy qua thành phố Hưng Yên và huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên và tiến hành thu mẫu dọc 3 đoạn sông đại diện cho ba sinh cảnh khác nhau (Hình 1)

a Sinh cảnh 1

Đây là đoạn dòng sông chảy qua khu đông dân cư có nghề đốt gạch, sản xuất vôi, sản xuất nông nghiệp, chưng cất rượu và chăn nuôi gia súc, khai thác đất ven

sông này có nhiều nước thải, chất thải ra các ao hồ xung quanh làng rồi chảy vào lưu vực sông

b Sinh cảnh 2

Đoạn dòng sông này chảy qua khu dân cư đông đúc, dịch vụ thương mại phát triển, có hiện tượng khai thác cát, sỏi mạnh, có làng nghề dệt ( Phường Lam Sơn – Thành phố Hưng Yên)

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu cá

2.2.1.1 Phương pháp thu mẫu cá ngoài thực địa

a Khảo sát trên thực địa

Nguyên tắc thu mẫu:

Thu mẫu của tất cả các loài bắt gặp, thu số lượng nhiều đối với những loài lạ, loài có kích cỡ bé

Thu mẫu vào những mùa khác nhau trong năm

Thu mẫu bằng tất cả các phương tiện đánh bắt

Dụng cụ thu mẫu:

Các loại dụng cụ đánh bắt như: chài, lưới nhiều cỡ mắt lưới, đó, vợt tay,… Các dụng cụ cần thiết khác: formalin 40%, găng tay cao su, túi nilon, lọ nhựa, khăn lau tay, sổ sách, bút chì, giấy can, máy ảnh v.v

Cách thu mẫu:

Đi cùng người dân chài lưới để thu mẫu cá

Tiến hành mua cá ở các chợ ven sông và của những người dân chài lưới đang đánh cá trên sông

Xử lý và bảo quản mẫu:

Mẫu cá sau khi thu thập có thể tiến hành làm mẫu (tạo dáng cho cá với các đặc điểm nhận dạng được thể hiện rõ, như làm cho các tia vây đều xòe và ở vị trí tự nhiên như cá còn sống bằng formalin nguyên chất); tiến hành chụp ảnh đúng quy cách (đặt đầu cá quay về phía trái người chụp với phần lưng ở phía trên, chụp thẳng đứng theo mặt bên của cá) [9]

Mẫu thu xong được đựng vào lọ nhựa và định hình, bảo quản bằng dung dịch formalin (8 thể tích nước : 1 thể tích formalin nguyên chất) Tiếp theo ghi nhãn bằng bút chì và giấy can Trên nhãn ghi địa điểm thu mẫu, thời gian thu mẫu, tên địa phương

b Các phương pháp điều tra khác

Tiến hành điều tra thu thập thông tin từ những người dân địa phương bằng các phiếu phỏng vấn, bằng cách trao đổi trực tiếp với họ trên cơ sở mô tả chi tiết có kèm theo ảnh chụp từng loài cá để xác định sự có mặt của một số loài cá không quan sát được và không thu được mẫu cũng như các thông tin về độ nhiều, thức ăn, nơi ở, mùa sinh sản, nơi phân bố, giá trị kinh tế

2.2.1.2 Phương pháp phân tích cá trong phòng thí nghiệm

a Phương pháp định loại bằng hình thái

Các số đo (mm):

Chiều dài toàn thân cá (Lt), chiều dài trừ vây đuôi (Lo), chiều cao lớn nhất của thân (H), chiều dài đầu (T), khoảng cách hai ổ mắt (OO), đường kính mắt (O), khối lượng cá, chiều cao nhỏ nhất của thân (h), khoảng cách trước vây lưng (aD), khoảng cách từ vây lưng đến vây đuôi (Dc), khoảng cách trước vây hậu môn (aA), khoảng cách trước vây bụng (aV), chiều dài cuống đuôi (p), chiều dài gốc vây lưng (Dl), chiều dài gốc vây hậu môn (Al), chiều dài vây ngực (Pl), chiều dài vây bụng (Vl) [16]

Các số đếm:

D: số tia vây của vây lưng, A: số tia vây của vây của vây hậu môn, P: số tia vây của vây ngực, V: số tia vây của vây bụng, C: số tia vây của vây đuôi, Sq: số vảy của đường bên, GR: số que mang của cung mang thứ nhất, Pt: công thức của răng hầu [16]

Cách viết số đếm: gai cứng (hay tia vây đơn) được kí hiệu bằng chữ số La Mã; tia không hóa xương và các tia vây phân nhánh kí hiệu bằng chữ số Ả Rập và hai loại số đếm này viết cách nhau bởi dấu (,) [9]

b Định loại cá

Các bước định loại:

Sơ bộ phân nhóm cá theo hình thái bằng cách dựa vào các đặc điểm hình thái ngoài theo hướng dẫn của I.F.Pravdin (1973) [16]

Tiến hành xác định các số đo, đếm trên từng loài cá, sau đó đối chiếu với tài liệu để xác định tên loài chính xác (tên khoa học), sau đó sắp xếp các loài theo hệ thống phân loại của Eschmeyer, 1998 [32]

Quy tắc định loại:

Định loại cá chủ yếu dựa vào các đặc điểm hình thái của cá, theo các khóa phân loại các tài liệu chính sau:

“Định loại cá nước ngọt các tỉnh phía Bắc Việt Nam” của Mai Đình Yên, 1978[25]

“Cá nước ngọt Việt Nam” tập 1, của Nguyễn Văn Hảo và Ngô Sỹ Vân, 2001[6]

“Fresh fishes of Northern Viet Nam” của Maurice Kottelat, 2001[34]

Mỗi loài nêu tên Việt Nam, tên khoa học kèm theo tác giả và năm công bố

2.2.2 Phương pháp đánh giá chất lượng môi trường nước

2.2.2.1 Phương pháp vật lý, hóa học

a Cơ sở đánh giá môi trường nước theo phương pháp lý, hóa học

Bảng 1 Quy chuẩn Việt Nam về chất lượng nước mặt ( QCVN 08 :

A1 - Sử dụng tốt cho các mục đích cấp nước sinh hoạt và các mục đích khác như loại A2, B1, B2

A2 – Dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ xử lý phù hợp, bảo tồn động vật thủy sinh, hoặc các mục đích sử dụng như loại B1, B2 B1 – Dùng cho mục đích tưới tiêu, thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có yêu cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như loại B2

B2 – Giao thông thủy và các mục đích khác với yêu cầu chất lượng nước thấp [2]

Trong bản luận văn này, chúng tôi đi sâu đánh giá môi trường nước Sông Hồng đoạn chảy qua địa phận thành phố Hưng Yên và Huyện Kim Động – Tỉnh Hưng Yên bằng phương pháp sinh học thông qua sử dụng chỉ số tổ hợp đa dạng sinh học cá (IBI - Index of biotic intergrity) để đánh giá Các chỉ tiêu thủy lý hóa được xác định trong nghiên cứu này bao gồm: pH, COD, DO, BOD , NH +, NO -,

PO4 3-, nhiệt độ, độ đục, độ dẫn, độ muối, hàm lượng một số kim loại nặng như: As,

Pb, Cu, Zn, Mn, Ni, Fe, Sn, … Các thông số này dựa vào nguồn số liệu của Sở tài nguyên môi trường tỉnh Hưng Yên

2.2.2.2 Phương pháp sinh học - phương pháp sử dụng chỉ số tổ hợp sinh học cá IBI ( Index of biotic intergrity)

Phương pháp này sử dụng cách tính 12 chỉ số của James R.Karr đã biến đổi bao gồm [18]:

Các chỉ số 1, 4, 5, 10, 11 và 12 được tính dựa trên số mẫu thực tế đã thu và

số loài đã xác định Các chỉ số còn lại (2, 3, 6, 7, 8, 9) được thống kê và tính toán dựa trên các nguồn tài liệu khác nhau, kết hợp với số liệu điều tra, khảo sát ngoài thực địa

Đánh giá chất lượng nước của thuỷ vực theo 6 mức độ đã được hiệu chỉnh được thể hiện ở Bảng 2

2

(Tốt)

Môi trường tốt khi đạt 45-55 điểm, với đặc trưng bởi sự giàu có thành phần loài nhưng dưới mức mong đợi Đặc biệt là mất đi những loài nhạy cảm nhất với môi trường thay đổi Một số loài có mật độ và phân

bố kích thước dưới mức tối ưu Cấu trúc dinh dưỡng có dấu hiệu bị tác động (stress)

4

(Xấu)

Môi trường xấu khi đạt 23-33 điểm, với đặc trưng bởi các loài cá ăn tạp, các loài chịu đựng tốt với môi trường bị ô nhiễm và các loài phân bố rộng ở mọi sinh cảnh chiếm ưu thế; ít loài ăn thịt bậc cao; tốc độ sinh trưởng và điều kiện sống nhìn chung suy giảm; cá lai tạo và cá bị bệnh thường hay gặp

5

(Rất

xấu)

Môi trường rất xấu khi đạt 12-22 điểm, với đặc trưng là số loài ít mà đại

bộ phận là các loài cá du nhập vào hoặc là các loài cá chịu đựng tốt với môi trường ô nhiễm; thường gặp các dạng cá lai, cá mắc các bệnh, cá bị nhiễm ký sinh, cá bị hỏng vây hoặc các khuyết tật khác

2.2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu theo thuật toán thống kê

Tính trung bình mẫu (X)

iX X

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Đa da ̣ng thành phần loài cá ở đoạn sông Hồng thuô ̣c đi ̣a phâ ̣n thành phố Hưng Yên và huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên

3.1.1 Cấu tru ́ c thành phần loài cá

Qua 7 đợt khảo sát, nghiên cứu thành phần loài cá ta ̣i đoạn sông Hồng thuô ̣c địa phâ ̣n thành phố Hưng Yên và huyện Kim Động, tỉnh Hưng yên, đến nay chúng tôi đã xác đi ̣nh được danh sách gồm 51 loài cá thuộc 48 giống, 24 họ và 8 bộ Trong

đó có 39 loài thu được mẫu, còn 3 loài quan sát trực tiếp mà không thu mẫu do dễ nhận biết và 9 loài được ghi nhận thông qua điều tra phỏng vấn những người dân chài lưới đánh cá trên sông Kết quả được thể hiê ̣n ở Bảng 3

Bảng 3 Danh sách thành phần loài cá và sự phân bố của chúng ở sông Hồng thuô ̣c đi ̣a phâ ̣n thành phố Hưng Yên và huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên

Stt Tên Việt Nam Tên khoa học

Sinh cảnh Nguồ

n

Sl mẫu