Đánh giá sự tích tụ kim loại nặng (cd, pb cu và zn) của cá chép (cyprinus carpio) và cá rô phi (oreochromis niloticus) trong lưu vực sông nhuệ đáy

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ HỒNG VÂN ĐÁNH GIÁ SỰ TÍCH TỤ KIM LOẠI NẶNG (Cd, Pb, Cu, và Zn) CỦA CÁ CHÉP (CYPRINUS CARPIO) VÀ CÁ RÔ PHI (OREOCHROMIS NILOTICUS) TRONG LƯU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ HỒNG VÂN ĐÁNH GIÁ SỰ TÍCH TỤ KIM LOẠI NẶNG (Cd, Pb, Cu, và Zn) CỦA CÁ CHÉP (CYPRINUS CARPIO) VÀ CÁ RÔ PHI (OREOCHROMIS NILOTICUS) TRONG LƯU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY Chuyên ngành: Sinh thái học Mã số: 60420120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. NGÔ THỊ THÚY HƯỜNG PGS. TS. LÊ THU HÀ Hà Nội – 2014 LỜI CẢM ƠN Với tình cảm chân thành, xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới TS. Ngô Thị Thúy Hường và PGS. TS. Lê Thu Hà - những người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tôi trong quá trình nghiên cứu và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô, cán bộ của phòng thí nghiệm Sinh thái học và Sinh học môi trường đã giúp đỡ chúng tôi về trang thiết bị kỹ thuật để thực hiện nghiên cứu này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh, chị, bạn bè đang công tác tại Viện Địa chất và Khoáng sản, cảm ơn các em sinh viên lớp Cử nhân tài năng Sinh học khóa K13 đã nhiệt tình tham gia cùng nghiên cứu. Tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô đã giảng dạy trong chương trình cao học Sinh thái học, các thầy cô đã truyền đạt cho tôi những kiến thức nền tảng rất bổ ích về sinh thái học và môi trường đồng thời đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Nghiên cứu này là một phần của đề tài được tài trợ bởi Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia (Nafosted), mã số 106.13-2011.04. Xin được cảm ơn Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia (Nafosted) đã tạo điều kiện về kinh phí giúp đỡ chúng tôi thực hiện nghiên cứu này. Cuối cùng, tôi xin gửi những tỉnh cảm sâu sắc nhất tới gia đình và bạn bè, những người luôn quan tâm và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Hà Nội, tháng 4 năm 2014 Học viên Nguyễn Thị Hồng Vân MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 1.1. Tổng quan về kim loại nặng 3 1.1.1. Định nghĩa kim loại nặng 3 1.1.2. Tính chất của kim loại nặng 3 1.1.2. Tình hình ô nhiễm kim loại nặng 5 1.2. Đặc tính và ảnh hưởng của một số kim loại nặng nghiên cứu lên động vật thủy sinh 7 1.2.1 Cađimi (Cd) 7 1.2.2. Chì (Pb) 9 1.2.3. Đồng (Cu) 10 1.2.4. Kẽm (Zn) 11 1.3. Tổng quan về loài nghiên cứu và khu vực nghiên cứu 13 1.3.1. Đặc điểm phân loại, phân bố và sinh học của loài nghiên cứu 13 1.3.2. Đặc điểm khu vực nghiên cứu 17 1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về tác động của kim loại nặng trên động vật thủy sinh 22 1.4.1. Các nghiên cứu trên thế giới 22 1.4.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam 23 CHƯƠNG II: THỜI GIAN, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1. Đối tượng nghiên cứu 26 2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu 26 2.2.1. Địa điểm nghiên cứu 26 2.2.2. Thời gian nghiên cứu 28 2.3. Phương pháp nghiên cứu 28 2.3.1. Phương pháp thu mẫu ngoài thực địa 28 2.3.2. Phương pháp chuẩn bị mẫu phân tích 28 2.3.3. Phương pháp phân tích mẫu 31 2.3.4. Phương pháp xử lý số liệu 31 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 33 3.1. Đặc điểm môi trường LVS Nhuệ - Đáy 33 3.1.1. Các đặc tính thủy lý, thuỷ hóa của LVS Nhuệ - Đáy 33 3.1.2. Hàm lượng KLN trong nước và bùn đáy của LVS 35 3.2. Hàm lượng KLN trong các mô sinh học của cá chép và rô phi. 40 3.2.1. Hàm lượng Zn trong các mô cá 42 3.2.2. Hàm lượng Cu trong các mô cá 44 3.2.3. Hàm lượng Pb trong các mô cá 46 3.2.4. Hàm lượng Cd trong mô cá 48 3.3. Tương quan giữa nồng độ KLN trong môi trường và sự tích tụ của chúng trong các mô sinh học 52 3.3.1. Tương quan giữa nồng độ KLN trong nước với KLN trong mô cá 52 3.3.2. Tương quan giữa hàm lượng KLN trong bùn đáy với sự tích tụ của chúng trong các mô cá 63 KẾT LUẬN 70 KIẾN NGHỊ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1. Chỉ tiêu thủy lý, hóa của nước mặt thuộc LVS Nhuệ - Đáy (giá trị trung bình ±SEM) 33 Bảng 3.2. Hàm lượng Zn, Cu, Pb, Cd (mg/kg w.w.) trong các cơ quan của cá chép và cá rô phi thu thập từ các mặt cắt khác nhau (giá trị trung bình ± SEM) 41 Bảng 3.3. Tổng hợp các mối tương quan giữa nồng độ KLN trong nước (mg/l) với sự tích tụ KLN trong các mô của cá chép và cá rô phi (mg/kg w.w.). 52 Bảng 3.4. Tổng hợp các mối tương quan giữa hàm lượng KLN trong bùn đáy (mg/kg d.w.) và sự tích tụ KLN trong các mô của cá chép và cá rô phi (mg/kg w.w.) 63 Bảng 3.5. Tổng hợp các mối tương quan giữa hàm lượng KLN trong bùn đáy (mg/kg d.w.) với sự tích tụ của chúng trong các mô của cá chép (mg/kg w.w.) theo mặt cắt. 65 Bảng 3.6. Tổng hợp các mối tương quan giữa hàm lượng KLN trong bùn đáy (mg/kg d.w.) với sự tích tụ KLN trong các mô của cá rô phi (mg/kg w.w) theo mặt cắt 66 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Ô nhiễm kim loại nặng trong đất và nước do tác động của con người (Singh & Steinnes, 1994). 5 Hình 1.2. Cá chép (Cyprinus carpio) 13 Hình 1.3. Cá rô phi (Oreochromis niloticus) 15 Hình 2.1. Vùng nghiên cứu và điểm thu mẫu thuộc LVS Nhuệ - Đáy. 27 Hình 2.2. Nội quan cá xương (Nguồn ảnh: Bách khoa tri thức) 29 Hình 3.1. Biến động hàm lượng các KLN trong nước theo mặt cắt 35 Hình 3.2. Biến động hàm lượng các KLN trong nước theo mùa 37 Hình 3.3. Biến động các KLN trong bùn đáy theo mặt cắt (mg/kg d.w.) 38 Hình 3.4. Biến động các KLN trong bùn đáy theo mùa (mg/kg d.w.) 39 Hình 3.5. Biến động hàm lượng Zn trong mô cá chép và cá rô phi theo mặt cắt. 42 Hình 3.6. Biến động hàm lượng Zn trong các mô cá chép và cá rô phi theo mùa 44 Hình 3.7. Biến động hàm lượng Cu trong các mô cá chép và cá rô phi theo mùa 45 Hình 3.8. Biến động hàm lượng Pb trong các mô cá chép và cá rô phi theo mặt cắt 46 Hình 3.9. Biến động hàm lượng Pb trong các mô cá chép và cá rô phi theo mùa 47 Hình 3.10. Biến động hàm lượng Cd trong các mô cá chép và cá rô phi theo mặt cắt . 49 Hình 3.11. Biến động hàm lượng Cd trong các mô cá chép và cá rô phi theo mùa 50 Hình 3.12.a.b.c. Tương quan giữa nồng độ Pb trong nước (mg/l) với sự tích tụ Pb trong gan cá chép, thận cá chép và thận cá rô phi (mg/kg w.w.) tại mặt cắt 2. 55 Hình 3.13. Tương quan giữa nồng độ Zn trong nước (mg/l) và sự tích tụ Zn trong gan cá chép (mg/kg w.w.) tại mặt cắt 3. 56 Hình 3.14. Tương quan giữa nồng độ Cu trong nước (mg/l) với sự tích tụ Cu trong mang rô phi (mg/kg w,w) tại mặt cắt 3. 56 Hình 3.15. Tương quan giữa nồng độ Cd trong nước (mg/l) với sự tích tụ Cd trong mang rô phi (mg/kg w.w.) tại mặt cắt 3. 57 Hình 3.16. Tương quan giữa nồng độ Zn trong nước (mg/l) với sự tích tụ Zn trong mang cá chép (mg/kg w.w.) tại mặt cắt 4. 57 Hình 3.17.a.b. Tương quan giữa nồng độ Cd trong nước (mg/l) với sự tích tụ Cd trong mang và gan cá chép (mg/kg w.w.) tại mặt cắt 4. 58 Hình 3.18.a.b.c. Tương quan giữa nồng độ Cu trong nước (mg/l) với sự tích tụ Cu trong các mô mang, thận, cơ cá rô phi (mg/kg w.w.) tại mặt cắt 4. 59 Hình 3.19. Tương quan giữa nồng độ Cd trong nước (mg/l) với sự tích tụ Cd trong mang cá rô phi (mg/kg w.w.) tại mặt cắt 4. 60 Hình 3.20.a.b. Tương quan giữa nồng độ Pb trong nước (mg/l) với sự tích tụ Pb trong mang và gan cá chép (mg/kg w.w.) tại mặt cắt 5. 61 Hình 3.21. Tương quan giữa nồng độ Zn trong nước (mg/l) với sự tích tụ Zn trong gan cá rô phi (mg/kg w.w.) tại mặt cắt 5. 62 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ANOVA Analysis of variance (phân tích phương sai) BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations (Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc) ICP-MS Inductively coupled plasma mass spectrometry (phương pháp khối phổ plasma cảm ứng) KLN Kim loại nặng LVS Lưu vực sông MC1 Mặt cắt 1 MC2 Mặt cắt 2 MC3 Mặt cắt 3 MC4 Mặt cắt 4 MC5 Mặt cắt 5 mg/kg w.w. mg/kg trọng lượng mẫu ướt mg/kg d.w. mg/kg trọng lượng mẫu khô NTTS Nuôi trồng thủy sản QCVN Quy chuẩn Việt Nam QĐ-BYT Quy định - Bộ y tế SEM Standard Error of Mean (Độ lệch tiêu chuẩn của giá trị trung bình) TCCP Tiêu chuẩn cho phép WHO World Health Organization (Tổ chức Y tế Thế giới) 1 MỞ ĐẦU Những năm gần đây, nền kinh tế - xã hội của đất nước đang có những bước tiến vượt bậc. Tốc độ phát triển kinh tế nhanh, đặc biệt là tốc độ phát triển của các ngành công nghiệp nhưng lại không có sự tương xứng trong phát triển các mô hình xử lý chất thải công nghiệp đã dẫn đến những hệ quả rất xấu cho môi trường trong đó có hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng (KLN) ở các lưu vực sông. Kim loại nặng là thành phần đặc trưng của chất thải công nghiệp và chất thải sinh hoạt. Việc xả thải ồ ạt các chất thải công nghiệp và sinh hoạt chưa qua xử lý vào các lưu vực sông đã khiến cho chất lượng nước và bùn đáy bị suy giảm nghiêm trọng. Hàm lượng cao của các KLN được tích tụ trong nước và bùn đáy sẽ gây ảnh hưởng đến sự phát triển của các loài động thực vật thủy sinh. Các kim loại này sẽ được tích tụ trong các mô của sinh vật thủy sinh, ảnh hưởng đến các quá trình sinh lý và sinh hóa của sinh vật, hơn nữa có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người thông qua chuỗi thức ăn. Zn, Cu, Pb, Cd đều là các KLN có thể gây độc với sinh vật khi được tích tụ ở nồng độ cao trong đó Pb và Cd là các kim loại rất độc, Zn và Cu là các kim loại thiết yếu cho cơ thể sinh vật nhưng ở nồng độ dư thừa lại tác động xấu đến sự phát triển của sinh vật. Lưu vực sông Nhuệ - Đáy hiện đang chịu tác động của nước thải từ các khu công nghiệp và các khu dân cư tập trung ở các tỉnh và thành phố thuộc lưu vực sông. Theo số liệu thống kê các tỉnh năm 2007, số các nhà máy, xí nghiệp đóng trên lưu vực là 156.259 cơ sở (Hà Nội 74.493, Hà Nam 22.700, Nam Định 36.000, Ninh Bình 21.466 và Hòa Bình 1.600 cơ sở). Dân số trên lưu vực sông Nhuệ, Đáy ước tính đến nay khoảng hơn 10 triệu người, mật độ trung bình đạt 1405 người/km 2 , cao gấp 5,5 lần so với bình quân chung của cả nước (252 người/km 2 ). Với mật độ dân cư, nhà máy, xí nghiệp dày đặc như vậy, lưu vực sông đang phải tiếp nhận một lượng KLN rất lớn từ nguồn chất thải công nghiệp và sinh hoạt. Các kim loại này sau khi được đổ vào các con sông sẽ được lưu lại trong nước, tích tụ trong bùn đáy và sinh vật thủy sinh. Trước [...]... với các mục tiêu sau đây: 1 Đánh giá sự tích tụ các KLN Cd, Pb, Cu và Zn trong nước và trầm tích thuộc lưu vực sông (LVS) Nhuệ - Đáy 2 Đánh giá mức độ tích tụ sinh học của các KLN trong các mô mang, gan, thận, cơ của hai loài cá chép và rô phi trên sông Nhuệ, sông Đáy và các ao nuôi thủy sản sử dụng nước của hai sông này 3 Đánh giá được mối liên hệ giữa hàm lượng KLN trong nước và bùn đáy đối với sự tích. .. hoạt, dựa vào tiêu chuẩn nước sinh hoạt, nước dùng cho NTTS và nước thải Vì vậy, nghiên cứu Đánh giá sự tích tụ kim loại nặng (Cd, Pb, Cu và Zn) của cá chép (Cyprinus carpio) và cá rô phi (Oreochromis niloticus) trong lưu vực sông Nhuệ - Đáy là vô cùng cần thiết, nhằm góp phần đánh giá thực trạng ô nhiễm môi trường, đánh giá mức độ tích tụ KLN trong hai loài cá kinh tế, phục vụ cho ngành NTTS và nâng... chép (Cyprinus carpio) và cá rô phi (Oreochromis niloticus) Cá được thu tại các điểm thu trên sông và tại các ao nuôi trồng thủy sản thuộc LVS Nhuệ - Đáy 2.2 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 2.2.1 Địa điểm nghiên cứu Nghiên cứu tiến hành trên 2 dòng sông chính là sông Đáy và sông Nhuệ và một số ao nuôi thuộc lưu vực 2 con sông này để đánh giá sự ô nhiễm KLN cũng như sự tích tụ sinh học của chúng trong. .. độc của các kim loại đều tăng khi nhiệt độ môi trường tăng Tính độc của kim loại khác nhau giữa các kim loại và các loài cá Đối với cá hồi, độ độc của Cu tăng khi nhiệt độ giảm và độ độc của AgNO3 tăng khi nhiệt độ tăng Đối với các loài cá không phải họ cá hồi, độ độc của Cd giảm xuống khi nhiệt độ tăng [38] Sự phối kết hợp giữa các kim loại: Trong hầu hết các trường hợp, khi có sự kết hợp giữa các kim. .. chảy của thành phố Hồ Chí Minh cho thấy thành phần hóa học của các trầm tích sông có nồng độ rất cao của một số kim loại "đô thị" như Cd, Cr, Cu, Zn Hầu hết các mẫu đã vượt quá giá trị tham khảo độc tính của Mỹ đối với các kim loại Cu, Zn và Cr [53] Đánh giá mức độ ô nhiễm KLN Cu, Pb, Zn trong trầm tích hồ Trị An bằng chỉ số tích lũy địa chất Igeo và năm tiêu chuẩn chất lượng trầm tích cho thấy trầm tích. .. thấp [34] Kim loại nặng được chia làm 3 loại: các kim loại độc (Hg, Cr, Pb, Zn, Cu, Ni, Cd, As, Co, Sn,…), những kim loại quý (Pd, Pt, Au, Ag, Ru,…), các kim loại phóng xạ (U, Th, Ra, Am,…) Tỷ trọng của những kim loại này thông thường lớn hơn 5g/cm3 [23] Các KLN và muối của chúng là những chất độc hại và là chất khá bền vững, khó phân hủy sinh học Những kim loại này có mặt trong hầu hết các loại nước... độ một số KLN như Cr, Cu, Pb, Cd, Zn và Fe ở một vài điểm thu mẫu trong LVS Nhuệ - Đáy vượt ngưỡng tiêu chuẩn Quốc gia, đặc biệt những điểm gần các làng nghề, khu đông dân cư và các khu công nghiệp Hàm lượng As, Cd và Pb trong cơ thịt một số loài cá nuôi bằng nước thải như cá mè trắng, cá chép và rô phi nuôi trong LVS Nhuệ áy nằm trong tiêu chuẩn của châu Âu, nhưng hàm lượng trong gan lại cao hơn tiêu... oxidase và các enzyme liên quan đến chức năng não và hệ tuần hoàn Cu tham gia vào việc sản xuất năng lượng, tạo sắc tố đen (melanin) và là kim loại trung tâm của hemocyanin, sắc tố máu của các loài nhuyễn thể Tuy nhiên, sự tích tụ Cu với hàm lượng cao có thể gây độc cho cơ thể sinh vật Cu2 + là dạng độc nhất của Cu và khi pH càng tăng thì các dạng của Cu sẽ thay đổi từ Cu2 +, CuCO3, Cu( CO3)22-, Cu( OH)3-... sự tích tụ sinh học trong các loài cá nghiên cứu, góp phần khuyến cáo về an toàn vệ sinh thực phẩm 2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan về kim loại nặng 1.1.1 Định nghĩa kim loại nặng Kim loại nặng là những kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5g/cm3 và thông thường chỉ bao gồm những kim loại hoặc các á kim liên quan đến sự ô nhiễm và độc hại Tuy nhiên chúng cũng bao gồm những nguyên tố kim loại cần... sông Nhuệ, sông Đáy và sông Châu Giang, khu vực chịu ảnh hưởng nặng nề bởi nguồn nước ô nhiễm từ sông Nhuệ Thu 3 mẫu trên sông Đáy, 3 mẫu sông Nhuệ, 3 mẫu trong ao NTTS sử dụng nguồn nước sông 26 Nhuệ (Duy Tiên, Hà Nam) và 3 mẫu ao NTTS sử dụng nguồn nước sông Đáy (Thanh Liêm, Hà Nam)  Mặt cắt 4: Trên sông Đáy, sau hợp lưu của sông Hoàng Long với sông Đáy Thu 3 mẫu trên sông Đáy và 3 mẫu ao NTTS tại . NTTS và nước thải. Vì vậy, nghiên cứu Đánh giá sự tích tụ kim loại nặng (Cd, Pb, Cu và Zn) của cá chép (Cyprinus carpio) và cá rô phi (Oreochromis niloticus) trong lưu vực sông Nhuệ - Đáy . THỊ HỒNG VÂN ĐÁNH GIÁ SỰ TÍCH TỤ KIM LOẠI NẶNG (Cd, Pb, Cu, và Zn) CỦA CÁ CHÉP (CYPRINUS CARPIO) VÀ CÁ RÔ PHI (OREOCHROMIS NILOTICUS) TRONG LƯU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY LUẬN VĂN. với các mục tiêu sau đây: 1. Đánh giá sự tích tụ các KLN Cd, Pb, Cu và Zn trong nước và trầm tích thuộc lưu vực sông (LVS) Nhuệ - Đáy. 2. Đánh giá mức độ tích tụ sinh học của các KLN trong các