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

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.. Zn, Cu, Pb, Cd đều là các KLN có thể gây độc với si

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

chứcLương 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

mg/kg w.w mg/kg trọng lượng mẫu ướt

mg/kg d.w mg/kg trọng lượng mẫu khô

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/km2, cao gấp 5,5 lần

so với bình quân chung của cả nước (252 người/km2) 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

hiện trạng này, một số cơ quan, tổ chức trong và ngoài nước đã tiến hành những nghiên cứu và đánh giá hiện trạng môi trường trên hệ thống sông Nhuệ - Đáy cũng như hiện trạng môi trường nước phục vụ nuôi trồng thuỷ sản (NTTS) Tuy nhiên, những nghiên cứu này hầu như chưa đánh giá mức độ tích tụ sinh học của các KLN ở sinh vật thủy sinh mà chỉ tập trung vào việc đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường do tác động của các nhà máy, làng nghề, nước thải sinh 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 cao nhận thức về an toàn vệ sinh thực phẩm cho người tiêu dùng Nghiên cứu được tiến hành 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 tụ sinh học trong các loài cá nghiên cứu, góp phần khuyến cáo về an toàn

vệ sinh thực phẩm

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 thiết cho sinh vật ở nồng độ 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 thải công nghiệp, đặc biệt là các ngành liên quan tới kim loại như: công nghiệp mạ, hóa chất, sản xuất pin, cơ khí… [10]

1.1.2 Tính chất của kim loại nặng

Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học [26], không độc khi ở dạng nguyên

tố tự do nhưng nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở dạng cation do khả năng gắn kết với các chuỗi cacbon ngắn dẫn đến sự tích tụ trong cơ thể sinh vật sau nhiều năm [49] Đối với con người, một số nguyên tố KLN gây độc như Pb, Hg, Al, As, Cd, Ni… Trong các KLN, một số rất cần thiết cho sức khỏe con người, chẳng hạn như Fe, Zn,

Mg, Co, Mn và Cu; mặc dù với lượng rất ít nhưng chúng hiện diện trong các quá trình chuyển hóa sinh hoá của sinh vật Tuy nhiên, nếu các nguyên tố này tích tụ trong cơ thể

ở mức cao, vượt quá ngưỡng cần thiết thì chúng là trở nên nguy hại đối với đời sống của sinh vật [29] Các nguyên tố kim loại còn lại là các nguyên tố không thiết yếu và

có thể gây độc tính cao khi hiện diện trong cơ thể; tuy nhiên tính độc chỉ thể hiện khi chúng đi vào chuỗi thức ăn Các nguyên tố này bao gồm Hg, Ni, Pb, As, Cd, Al, Pt và

Cu ở dạng ion kim loại Chúng đi vào cơ thể qua các con đường hấp thụ của cơ thể như

hô hấp, tiêu hóa và qua da Nếu KLN đi vào cơ thể và tích lũy bên trong tế bào lớn hơn

sự phân huỷ chúng và thải độc của tế bào thì chúng sẽ tăng dần và sự ngộ độc sẽ xuất hiện [29] Do vậy người ta bị ngộ độc không những khi bị phơi nhiễm với hàm lượng cao của KLN mà cả khi với hàm lượng thấp và thời gian phơi nhiễm kéo dài sẽ đạt đến hàm lượng gây độc Tính độc hại của các KLN được thể hiện qua:

(1) Một số KLN có thể bị chuyển từ dạng có độc tính thấp sang dạng có độc tính cao hơn trong một vài điều kiện môi trường, ví dụ các hợp chất hữu cơ của thủy ngân độc hơn nhiều so với thuỷ ngân vô cơ

(2) Sự tích tụ và khuếch đại sinh học của các kim loại này qua chuỗi thức ăn có thể làm tổn hại các hoạt động sinh lý bình thường và sau cùng gây nguy hiểm cho sức khỏe của con người

(3) Tính độc của các nguyên tố này có thể ở một nồng độ rất thấp khoảng 0,1 - 10 mg/l [21]

Tính độc của kim loại có thể bị thay đổi bởi các nhân tố vô sinh như nhiệt độ, độ

pH, thế ô xi hoá khử (Eh), ánh sáng, độ ẩm, lượng mưa, tốc độ gió, tia bức xạ

Độ pH: pH có ảnh hưởng rõ rệt đối với độ hoà tan của kim loại trong đất và nước

Nếu pH giảm, một số kim loại trở nên dễ tan hơn các loại khác và do đó có khả năng hoạt động sinh học cao hơn Ví dụ ở pH dưới 4,5, độ tan của nhôm (Al) tăng đột ngột

và trở thành nhân tố làm chết cá ở những hồ bị axit hóa [56] Ở những vùng nhiễm phèn, hàm lượng Fe và Al vượt quá ngưỡng chịu đựng của cá, cá sẽ chết do mang bị đóng cứng bởi các hợp chất của Fe và Al, quan sát hiện tượng cá chết người ta thấy trên mang chúng xuất hiện lớp rỉ màu đỏ nâu đó là do quá trình oxy hóa các KLN như sắt, nhôm

Nhiệt độ: nhiệt độ môi trường ảnh hưởng đến sự trao đổi chất của cả động vật

đẳng nhiệt và biến nhiệt Đối với các loài cá ở cả nước mặn và nước ngọt, chưa tìm

thấy mối liện hệ đặc biệt nào giữa độ độc của kim loại với nhiệt độ Tuy nhiên, đối với động vật không xương sống nước mặn, phần lớn tính 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 AgNO3tăng 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 loại, chúng sẽ tăng thêm tính độc Chỉ một số ít các trường hợp, khi một kim loại được thêm vào sẽ làm giảm độc tính của kim loại khác Ví dụ Ag sẽ làm cản trở những tác động của Cd lên trứng cá bơn [38]

1.1.2 Tình hình ô nhiễm kim loại nặng

Kim loại nặng hiện diện trong tự nhiên đều có trong đất và nước, hàm lượng của chúng thường tăng cao do tác động của con người Các KLN do tác động của con người là nguồn gây ô nhiễm KLN chủ yếu khi chúng đi vào môi trường đất và nước Các kim loại như As, Cd, Cu, Ni và Zn do con người thải ra môi trường ước tính nhiều hơn so với nguồn kim loại có trong tự nhiên, đặc biệt Pb do con người thải ra cao hơn

Pb trong tự nhiên 17 lần [37]

Hình 1.1 Ô nhiễm kim loại nặng trong đất và nước do tác động của con người

Các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp, các sản phẩm của quá trình xả thải, sản phầm từ hoạt động sinh hoạt của con người, vv làm gia tăng nồng độ KLN trong môi trường Các kim loại được xả vào môi trường thường xuyên và liên tục và nhanh chóng được phát tán ra xa nguồn thải và tác động gây độc của chúng vẫn tiếp tục diễn

ra cho dù chúng đã ngừng thải vào môi trường [37]

Đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch làm giải phóng khoảng 20 kim loại độc quan trọng vào môi trường như As, Cd, Pb và Ni [30] Một số hoạt động và sản phẩm công nghiệp có sử dụng và chứa hàm lượng cao các kim loại độc hại Ví dụ Cd được sử dụng trong mạ thép, hợp kim, chống ăn mòn, hàn, bột màu, nhựa, cao su, chất bán dẫn

As được dùng trong quá trình luyện kim, có trong hầu hết tro than và khí thải của quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch Con người còn sử dụng asen trong các sản phẩm bột màu, thủy tinh, dược phẩm, vv Pb là một kim loại phổ biến, được ứng dụng nhiều trong các sản phẩm công nghiệp và thương mại như phụ gia của xăng, pin, hợp kim hàn, hệ thống ống nước, đạn dược, sơn, men gốm sứ… Một kim loại phổ biến khác là thủy ngân được sử dụng để sản xuất clo và soda trong công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy, công nghiệp sản xuất pin, bóng đèn huỳnh quang, công tắc điện, sơn và các sản phẩm nông nghiệp, dược phẩm [37]

Trong nông nghiệp, các loại phân hóa học cũng là nguồn gây ô nhiễm KLN chủ yếu, do nguồn nguyên liệu và quá trình sản xuất có chứa các loại KLN Các KLN chủ yếu có trong phân bón như Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Zn, Hg Những kim loại này được cây trồng hấp thụ và tích lũy trong sản phẩm Người và gia súc dùng sản phẩm chứa các kim loại này lâu ngày sẽ bị nhiễm độc Hàm lượng của Cd trong phân lân biến động khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc của đá phosphate Phân lân có nguồn gốc từ đá phosphate Bắc Carolina chứa Cd 0,054 g/kg, phân lân có nguồn gốc từ đá Sechura chứa hàm lượng Cd 0,012 g/kg, trong khi đó phân lân có nguồn gốc từ đá phosphate Gafsa chứa 0,07 g/kg [24] Thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ và các sản phẩm bảo vệ thực

vật, động vật khác là nguồn thải chính của As trong môi trường As có nhiều trong thuốc trừ sâu (ví dụ Pb3(AsO4)2), chất bảo quản gỗ, chất làm khô cây, thuốc diệt cỏ (ví

dụ Na3AsO3), thuốc nhuộm, chất bổ sung cho thức ăn gia súc, thuốc diệt ve trên gia súc, vv Thủy ngân được sử dụng như thuốc diệt nấm cho hạt giống, thuốc ức chế sự phát triển của nấm trong các nhà máy giấy, vv [37]

Kim loại nặng còn có mặt trong các sản phẩm thiết yếu phục vụ đời sống của con người như sơn, nước máy, các hóa chất trong quá trình chế biến thực phẩm, mỹ phẩm, dầu gội đầu, thuốc nhuộm tóc, thuốc đánh răng, xà phòng Con người có thể bị nhiễm các kim loại này thông qua thức ăn, hô hấp hay hấp thụ qua da và chúng được tích tụ trong các mô theo thời gian sẽ đạt tới hàm lượng gây độc

Như vậy, trong đa số các trường hợp, các kim loại trở thành chất gây ô nhiễm là

do các hoạt động của con người Chúng được thải vào nước, không khí và môi trường đất thông qua chất thải, sản phẩm phụ từ sản xuất công nghiệp, khai thác mỏ, sản phẩm đốt (than, dầu), thuốc trừ sâu, tiêu hủy chất thải, phân lân, sản xuất xi măng, đốt gỗ, vv Các chất gây ô nhiễm từ các nguồn trên sẽ làm ảnh hưởng đến cả môi trường không khí, đất và nước

1.2 Đặc tính và ảnh hưởng của một số kim loại nặng nghiên cứu lên động vật thủy sinh

1.2.1 Cađimi (Cd)

Cd hiện diện khắp nơi trong lớp vỏ của trái đất với hàm lượng trung bình khoảng 0,1 mg/kg Hàng năm sông ngòi vận chuyển một lượng lớn Cd khoảng 15.000 tấn đổ vào các đại dương Hàm lượng Cd được ghi nhận có thể lên đến 5 mg/kg trong các trầm tích sông và hồ, từ 0,03 đến 1 mg/kg trong các trầm tích biển [54]

Cd là một trong những nguyên tố độc hại nhất, được sử dụng trong mạ thép, hợp kim, chống ăn mòn, hàn, bộ phận điện, cao su, chất bán dẫn Cd có thể xâm nhập vào nguồn nước từ khai thác mỏ, dầu động cơ, hay từ các ngành công nghiệp hóa chất [37]

Trong nước, Cd tồn tại chủ yếu ở dạng Cd2+ và rất dễ bị thủy phân trong môi trường kiềm Trung bình cứ 1 lít nước biển có chứa 1,1x10-4 mg Cd ở dạng Cd2+ Ngoài dạng hợp chất vô cơ, nó liên kết với các chất hữu cơ, đặc biệt là axit humic tạo thành phức chất có khả năng hấp thụ tốt trên các hạt sa lắng [12]

Cd có cấu trúc điện tử tương tự Zn, tuy nhiên ái lực của chúng với nhóm sulfhydryl (-SH) cao hơn so với Zn Vì vậy, chúng can thiệp vào phản ứng của các enzyme chứa Zn gây rối loạn trao đổi chất, Cd có thể thay thế Zn trong các tế bào thần kinh gây suy giảm và mất trí nhớ Cd cũng có thể gây nhiễu loạn các quá trình sinh học

có sự tham gia của Mg và Ca theo cách tương tự như đối với Zn [29]

Cd và các hợp chất của chúng là những chất cực độc ngay cả ở những nồng độ rất thấp, chúng có thể được tích lũy sinh học trong các sinh vật thủy sinh và trong các

hệ sinh thái Cd hấp thụ vào các cơ quan gan tụy, vỏ, mang và các bộ phận khác của tôm Gan tụy và mang hấp thụ cao nhất Tuy nhiên, Cd ít ảnh hưởng đến quá trình lột xác của tôm Cd tích tụ phần lớn ở thận và có thời gian bán hủy sinh học dài, từ 10 - 35 năm [6]

Đối với con người, Cd được biết gây tổn hại đối với thận và xương ở liều lượng cao Nghiên cứu trên 1021 người đàn ông và phụ nữ bị nhiễm độc Cd ở Thụy Điển cho thấy nhiễm độc kim loại này có liên quan đến gia tăng nguy cơ gãy xương ở độ tuổi trên 50 [54] Bệnh itai-itai là bệnh do sự ngộ độc Cd trầm trọng Tất cả những bệnh nhân với bệnh này điều bị tổn hại thận, xương đau nhức và trở nên xốp, giòn và dễ gãy [45] Cd gây rối loạn quá trình trao đổi Ca thông qua việc làm suy giảm nguồn năng lượng dự trữ và hoạt tính của enzyme carbonic anhydrase, một enzyme đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi, chuyển hoá Ca, đã được chứng minh trên loài trai nước ngọt [41, 42, 43]

1.2.2 Chì (Pb)

Hàm lượng Pb trung bình trong thạch quyển ước khoảng 1,6x10-3 phần trăm trọng lượng, trong khi đó trong đất trung bình là 10-3 phần trăm và khoảng biến động thông thường là từ 0,2x10-3

đến 20x10-3 phần trăm Pb hiện diện tự nhiên trong đất với hàm lượng trung bình 10-84 mg/kg [40]

Trong khí quyển, hàm lượng Pb tương đối cao hơn so với các kim loại khác Nguồn chính của Pb phân tán trong không khí xuất phát từ quá trình đốt cháy các nhiên liệu xăng chứa Pb và khói bụi từ các khu công nghiệp Trong nước, Pb tồn tại ở dạng

Pb+2 Pb trong nước máy có nguồn gốc tự nhiên chiếm tỷ lệ khiêm tốn, nguồn chủ yếu

là từ đường ống dẫn và các thiết bị chứa nước [12]

Pb gây độc đối với hệ thần kinh trung ương (gây tổn thương vĩnh viễn), ức chế tạo máu (can thiệp vào quá trình tổng hợp heme), thiếu máu, rối loạn chức năng thận

và là chất gây ung thư Pb vô cơ ức chế tổng hợp hemoglobin dẫn đến bệnh thiếu máu

Pb có cấu trúc tương tự ion canxi, do vậy Pb được đưa vào các tế bào thần kinh và ty thể Sự thay thế Ca2+

trong các tổ chức làm ảnh hưởng đến các chức năng của tế bào

và các quá trình trao đổi chất, làm giảm quá trình tổng hợp ATP và dẫn đến xuất hiện nhiều các hoạt động bất thường của tế bào Pb sẽ làm ảnh hưởng đến sự dẫn truyền xung thần kinh qua các xynap của nơ ron thần kinh [32] Chu kì bán rã của Pb trong máu khoảng một tháng, trong xương từ 20 - 30 năm [36] Đối với sinh vật thủy sinh, độ độc mãn tính của Pb là làm cho cá bị stress, đen vây Độ độc cấp tính ảnh hưởng lên hệ thống mang, làm tôm cá không hô hấp được Đối với cá, khi độ cứng nhỏ hơn 50 mg CaCO3/l thì hàm lượng Pb phải nhỏ hơn 4,0 mg/l Trong nước lợ/mặn thì độ độc của

Pb lên thủy sinh vật sẽ giảm so với trong nước ngọt [6]

Tương tự đối với con người, Pb có tác động lên hệ enzyme, nhất là enzyme có nhóm hoạt động chứa hyđro Người bị nhiễm độc Pb sẽ bị rối loạn một số chức năng

cơ thể, thường là rối loạn chức năng trong cơ quan tạo huyết (tủy xương) Pb có thể

xâm nhập vào cơ thể qua nước uống, không khí bị ô nhiễm, thức ăn là động vật và thực vật nhiễm Pb Đặc tính nổi bật của Pb là sau khi xâm nhập vào cơ thể nó ít bị đào thải

mà tích tụ theo thời gian đến một mức độ nào đó mới gây độc hại Xương là nơi tích lũy Pb chủ yếu trong cơ thể, chiếm đến 95% tổng lượng Pb có trong cơ thể, nó kìm hãm quá trình chuyển hóa canxi bằng cách trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua quá trình kìm hãm chuyển hóa vitamin D [12] Khả năng loại bỏ Pb ra khỏi cơ thể rất chậm, chủ yếu qua nước tiểu Các hợp chất Pb hữu cơ rất bền vững và độc hại đối với con người,

có thể dẫn đến chết người [46]

Những biểu hiện của ngộ độc Pb cấp tính như nhức đầu, tính dễ cáu, dễ bị kích thích, và nhiều biểu hiện khác nhau liên quan đến hệ thần kinh Con người bị nhiễm độc lâu dài đối với Pb có thể bị giảm trí nhớ, giảm khả năng hiểu, giảm chỉ số IQ, xáo trộn khả năng tổng hợp hemoglobin có thể dẫn đến bệnh thiếu máu [36] Pb cũng được biết là tác nhân gây ung thư phổi, dạ dày và u thần kinh đệm [52] Nhiễm độc Pb có thể gây tác hại đối với khả năng sinh sản, gây sẩy thai, làm suy thoái nòi giống [28]

1.2.3 Đồng (Cu)

Đồng được tìm thấy tự nhiên trong các khoáng như cuprite (Cu2O), malachite (Cu2CO3.Cu(OH)2), chalcopyrite (CuFeS2), chalcocite (Cu2S), và bornite (Cu5FeS4) và trong nhiều hợp chất hữu cơ Ion Cu (II) gắn kết qua ôxy đối với các tác nhân vô cơ như H2O, OH-, CO32-, SO42-, vv.; còn đối với các tác nhân hữu cơ, gắn kết qua các nhóm như phenolic và carboxylic [53] Vì vậy hầu hết Cu trong tự nhiên là phức hợp với các hợp chất hữu cơ [53] Sự khuếch tán Cu từ các nguồn tự nhiên trên khắp thế giới từ bụi được mang bởi gió trung bình hàng năm là 0,9-15 × 103 tấn, cháy rừng 0,1 -7,5 × 103 tấn và hoạt động núi lửa 0,9 - 18 × 103

tấn [58]

Đồng được xem là một trong những nguyên tố cần thiết đối với sự phát triển của thực vật, động vật và con người Cu tham gia vào tạo hồng cầu, bạch cầu và là thành phần của rất nhiều enzyme quan trọng, ví dụ như enzyme chống ô xi hoá superoxide

dismutase, cytochrom 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- đến dạng cuối cùng là Cu(OH)42- Cu2+ ảnh hưởng đến 80% quá trình quang hợp của tảo ở nồng độ 0,1 mg/l Ở nồng độ 0,05 mg/l, Cu ức chế sự phát triển của tảo đến 40% Liều lượng 16 - 32 mg/kg thức ăn sẽ ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của cá

nheo Mỹ nhưng không ảnh hưởng đến tế bào máu cũng như cơ cá Microcystis sp sẽ bị

tiêu diệt hoàn toàn ở liều lượng 63 mg/l ở dạng Cu2+

của CuSO4.5H2O Khi sử dụng những hợp chất CuSO4 thì sau 12 ngày hầu hết chúng ở dạng hòa tan và tiếp tục tồn lưu trong môi trường đến ngày thứ 19 Độ độc của Cu sẽ giảm đi với sự hiện diện của

Fe, acid citric, EDTA, acid humic và các peptid CaO có tác dụng làm giảm độ độc của

Cu2+ do sự cạnh tranh giữa Ca2+ và Cu2+ trên bề mặt của các tế bào mang cá [6]

Ở người, đã phát hiện thấy Cu thực sự là tác nhân gây bệnh Wilson và những người mắc bệnh này có chứa hàm Cu rất cao trong gan và não [58] Các nghiên cứu y học cho thấy khi nồng độ Cu cao hơn mức cho phép, một số người có dấu hiệu mắc bệnh do Cu tích tụ trong gan, thận, não như bệnh về thần kinh schizophrenia Ngược lại, khi nồng độ Cu quá thấp, cơ thể sẽ phát triển không bình thường, đặc biệt là đối với trẻ em [48]

1.2.4 Kẽm (Zn)

Hàm lượng Zn trung bình trong đất và đá thông thường gia tăng theo thứ tự: cát (10-30 mg/kg), đá granit (50 mg/kg), sét (95 mg/kg), và bazan (100 mg/kg) [59] Hàm lượng Zn hiện diện tự nhiên trong đất 17 - 125 mg/kg Cháy rừng phóng thích một lượng lớn Zn vào không khí Ước tính có khoảng 7600 tấn Zn trên toàn cầu được phóng thích vào không khí mỗi năm do cháy rừng [40] Sự phong hoá địa chất là một

trong những nguyên nhân phóng thích Zn vào môi trường Mỗi năm trên thế giới có khoảng 1 - 3 triệu tấn Zn từ các hoạt động khai thác mỏ, luyện kim đi vào môi trường đất Sử dụng phân bón hoá học cũng là một trong những nguyên nhân làm gia tăng hàm lượng Zn trong môi trường [31] Lượng Zn đi vào môi trường đất hàng năm từ việc sử dụng phân bón trên thế giới khoảng 260 - 1100 tấn Ngoài ra, nguồn đáng kể Zn đi vào môi trường đất hàng năm trên thế giới khoảng 640 - 1914×103 tấn từ những chất thải

có chứa Zn như chất thải động vật, chất thải nông nghiệp, phân bón, bùn thải cống rãnh, bụi than, nông dược, vv [59]

Zn là nguyên tố cần thiết đối với cơ thể sinh vật cũng như đối với các loài thủy sinh Tuy nhiên, sự thiếu hụt hay dư thừa Zn đều gây hại đến cơ thể sinh vật Trong cơ thể sinh vật, Zn thường tích tụ chủ yếu trong gan, cơ quan tích tụ chủ yếu của các nguyên tố vi lượng trong cơ thể; khoảng 2g Zn được thận lọc mỗi ngày Hấp thụ nhiều

Zn có thể gây nôn, tổn hại thận, lách, làm giảm khả năng hấp thu Cu và gây bệnh thiếu máu liên quan đến sự thiếu hụt Cu Hấp thụ Zn trong khẩu phần ăn hàng ngày > 1000

mg gây nôn, sốt, tổn hại thận và lách, từ 200-500 mg/ngày gây xáo trộn dạ dày, buồn nôn, hoa mắt Hấp thụ Zn > 100 mg/ngày gây giảm sự hấp thụ Cu [33]

1.3 Tổng quan về loài nghiên cứu và khu vực nghiên cứu

1.3.1 Đặc điểm phân loại, phân bố và sinh học của loài nghiên cứu

* Phân bố

Cá chép phân bố rộng khắp trên toàn thế giới trừ Nam Mỹ, Tây Bắc Mỹ, Madagasca và châu Úc Ở Việt Nam, cá phân bố rộng trong sông ngòi, ao hồ, ruộng ở hầu hết các tỉnh phía Bắc Việt Nam Giới hạn trong tự nhiên của cá này về phía Nam là sông Ba Nam Trung Bộ Hiện nay do việc di chuyển và thuần hóa cá chép vào các tỉnh phía Nam nên nó đã được phát tán ra nhiều vực nước tự nhiên Cá có nhiều dạng hình như: Cá chép trắng, chép cẩm, chép hồng, chép đỏ, chép lưng gù, chép thân cao, chép Bắc Kạn v.v [7]

Hình thái: Thân cá hình thoi, mình dây, dẹp bên Viền lưng cong, thuôn hơn

viền bụng Đầu cá thuôn, cân đối Mõm tù Có hai đôi râu: Râu mõm ngắn hơn đường kính mắt, râu góc hàm bằng hoặc lớn hơn đường kính mắt Hàm dưới hơi dài hơn hàm trên Môi dưới phát triển hơn môi trên Vẩy tròn lớn Lưng xanh đen, hai bên thân phía dưới đường bên vàng xám, bụng trắng bạc Gốc vây lưng và vây đuôi hơi đen Vây đuôi và vây hậu môn đỏ da cam Vây hậu môn viền sau lõm, tia đơn cuối hoá xương rắn chắc và phía sau có răng cưa Hậu môn ở sát gốc vây hậu môn Vây đuôi phân thuỳ sâu, hai thuỳ hơi tầy và tương đối bằng nhau [7]

Tập tính sinh sống: Cá Chép sống ở tầng đáy các vùng nước, nơi có nhiều mùn

bã hữu cơ, thức ăn đáy và cỏ nước Cá chịu được nhiệt độ từ 0 40°C, thích hợp ở 20 27°C Cá có thể sống trong điều kiện khó khăn khắc nghiệt [19]

-Dinh dưỡng: Cá Chép ăn tạp, thiên về động vật không xương sống ở đáy Tùy

theo kích thước cá và mùa vụ mà thành phần thức ăn có sự thay đổi nhất định Cá Chép nuôi, ngoài thức ăn tự nhiên trong các thủy vực, còn ăn các loại thức ăn gia công và thức ăn nhân tạo khác [19]

Sinh trưởng, sinh sản: Cá chép là loài có kích cỡ trung bình, lớn nhất có thể đạt

tới 15 - 20 kg Tốc độ tăng trưởng giảm dần theo chiều dài nhưng lại tăng dần theo

trọng lượng [19] Cá Chép thành thục sau 1 năm tuổi Sức sinh sản của cá lớn, khoảng

15 - 20 vạn trứng/1kg cá cái Mùa sinh sản kéo dài từ mùa xuân đến mùa thu [7]

1.3.1.2 Cá rô phi (Oreochromis niloticus)

Giống: Oreochromis (giống cá rô phi)

Loài: Oreochromis niloticus

Hình 1.3 Cá rô phi (Oreochromis niloticus)

(Ảnh: Ngô Thị Thúy Hường)

* Phân bố

Oreochromis niloticus là một loài cá thuộc họ Cá hoàng đế (Cichlidae), có

nguồn gốc từ châu Phi, là loài bản địa của khu vực từ Syria tới miền đông châu Phi,

qua Congo tới Liberia Nó là loài cá có giá trị kinh tế cao và đã được đưa vào nuôi tại nhiều khu vực khác nhau, trong đó có Việt Nam [19]

* Đặc điểm sinh học

Hình thái: Cá rô có thân hình màu hơi tím, vảy sáng bóng Vi đuôi có màu sọc

đen sậm song song từ phía trên xuống phía dưới và phân bổ khắp vi đuôi Vi lưng có những sọc trắng chạy song song trên nền xám đen Viền vi lưng và vi đuôi có màu hồng nhạt Toàn thân phủ vẩy, ở phần lưng có màu sáng vạng nhạt hoặc xám nhạt, phần bụng có màu trắng ngà hoặc màu xanh nhạt Trên thân có từ 6-8 vạch sắc tố chạy

từ lưng xuống bụng Thân cao, hình hơi bầu dục, dẹp bên Đầu ngắn Hai hàm dài bằng nhau, môi trên dầy[19]

Tập tính sinh sống: Cá rô phi sinh trưởng và phát triển trong nước ngọt, nước lợ

và có thể phát triển ở nước biển có độ mặn 32‰ Phát triển tối ưu ở độ mặn dưới

5o/oo Cá sống ở tầng nước dưới và đáy, có thể chịu đựng được ở vùng nước có hàm lượng ôxy hoà tan thấp 1mg/l, ngưỡng gây chết cho cá khoảng 0,3 - 1mg/l Giới hạn

pH 5 - 11 Cá có nguồn gốc nhiệt đới, nhiệt độ thích hợp để phát triển là 25oC - 35oC, song chịu đựng kém với nhiệt độ thấp Nhiệt độ gây chết cho cá là 11 - 12o

C [19]

Dinh dưỡng: Cá ăn tạp, thức ăn gồm các tảo dạng sợi, các loài động thực vật

phù du, mùn bã hữu cơ, ấu trùng các loại côn trùng, động vật sống ở nước, cỏ, bèo, rau

và cả phân hữu cơ Ngoài ra chúng có khả năng ăn thức ăn bổ sung như cám gạo, bột ngô, bánh khô đậu, các phế phụ phẩm khác và thức ăn viên [17]

Sinh trưởng, sinh sản: Cá rô phi lớn nhanh, tuy nhiên tốc độ lớn phụ thuộc nhiệt

độ, thức ăn, mật độ nuôi và loài cá Trong điều kiện nhiệt độ nước trên 20°C, cá rô phi thành thục lần đầu sau 4 - 5 tháng tuổi và cỡ cá tương đương 100 - 150g Cá rô phi vằn

có thể đẻ nhiều lần trong năm, cá cái đẻ trứng và ấp trứng trong miệng Chu kỳ sinh sản của cá rô phi kéo dài khoảng 30 - 45 ngày từ khi phát dục lần đầu đến khi phát dục

lần kế tiếp Tuy nhiên khoảng cách giữa hai lần sinh sản còn phụ thuộc vào điều kiện dinh dưỡng, hàm lượng ôxy hoà tan và nhiệt độ, vv [19]

1.3.2 Đặc điểm khu vực nghiên cứu

1.3.2.1 Vị trí địa lý và đặc điểm tự nhiên

* Vị trí địa lý

Lưu vực sông Nhuệ - Đáy nằm trong phạm vi từ 20° đến 21°20’ vĩ độ Bắc và từ 105° đến 106°30’ kinh độ Đông Khu vực có diện tích tự nhiên 7.665km2 trải trên diện tích hành chính của 5 tỉnh, thành phố (Hòa Bình, Hà Nội, Nam Định, Hà Nam, Ninh Bình) gồm một phần Thủ đô Hà Nội, và 4 thành phố là Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình

và Hòa Bình, 43 thị xã và thị trấn, 44 quận huyện và hơn 990 xã phường Dân số trong lưu vực khoảng 10.340.100 người

Sông Đáy là dòng sông chính của lưu vực, bắt nguồn từ sông Hồng thông qua

hệ thống phân chứa lũ Vân Cốc thuộc huyện Phúc Thọ chảy qua các tỉnh và thành phố

Hà Nội, Hà Nam, Ninh Bình và Nam Định trước khi đổ ra biển Đông tại cửa Đáy Sông Đáy có chiều dài khoảng 250 km Diện tích lưu vực khoảng 6.595 km2

, chiều dài sông chính khoảng 247km (tính từ cửa Hát Môn đến cửa Đáy trước khi đổ ra biển Đông) Tọa độ địa lý: 20°33’ đến 21°19’vĩ độ Bắc và 105°17’ đến 105°50’ kinh độ Đông [8, 11]

Sông Nhuệ là một phụ lưu lớn của sông Đáy, cũng lấy nước từ sông Hồng qua cống Liên Mạc ở Từ Liêm, Hà Nội chảy qua các các quận: Cầu Giấy, Hà Đông, huyện

Từ Liêm, Thanh Trì, Hoài Đức, Thường Tín, Thanh Oai, Phú Xuyên rồi đổ vào sông Đáy tại Phủ Lý Lưc vực sông Nhuệ dài 74 km tính từ nguồn là cống Liên Mạc đến cống Phủ Lý (Hà Nam) Trên địa phận Hà Nội, sông có chiều dài 61,5 km Độ rộng trung bình của sông là 30 - 40 m Sông chảy ngoằn nghoèo theo hướng Bắc - Nam ở phần thượng nguồn và theo hướng Tây Bắc - Đông Nam ở trung và hạ lưu

Ngoài ra, trên lưu vực còn có nhiều các sông nhỏ, là phụ lưu của sông Đáy hoặc sông Nhuệ, như: Sông Bùi (Hòa Bình, Hà Nội); sông Thanh Hà (Mỹ Đức); sông Hoàng Long (Ninh Bình); sông Vân, sông Sắt, sông Đào (Nam Định), vv

* Đặc điểm khí hậu

Khu vực có khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa - kiểu khí hậu chung của vùng đồng bằng Bắc Bộ - với mỗi năm có một mùa đông lạnh và khô; một mùa hè nóng ẩm và mưa nhiều Giữa hai mùa này có sự chuyển giao về khí hậu, điển hình là tháng 4 và tháng 10 nên có thể coi khí hậu ở đây có 4 mùa

Nhiệt độ không khí cao nhất tuyệt đối tới 42,8°C, thấp nhất tuyệt đối chỉ 2,7°C, trung bình năm dao động trong khoảng 23 - 24°C Trong những năm gần đây, do sự ảnh chung của biến đổi khí hậu toàn cầu, nhiệt độ không khí có xu hướng tăng cao nên nền nhiệt độ trung bình năm của những năm gần đây cũng tăng lên (như năm 1998 là 25,1°C)

Độ ẩm không khí trong khu vực nghiên cứu cũng khá lớn, trung bình năm dao động trong khoảng 84 - 86% Mùa có mưa phùn (tháng 3 và tháng 4 hàng năm) là thời

kỳ ẩm ướt nhất, còn giai đoạn nửa đầu mùa đông (tháng 12 và tháng 1) do ảnh hưởng của gió mùa đông bắc khô hanh nên là thời kỳ khô nhất trong năm

Tốc độ gió ở khu vực không lớn lắm, trung bình của tháng lớn nhất (tháng 4) cũng chỉ khoảng 2,5 m/s, tháng nhỏ nhất (tháng 1) rất thấp, chỉ 1,5 m/s Tuy nhiên, tốc

độ gió mạnh nhất có thể đạt 40 m/s Hướng gió luôn thay đổi theo thời gian trong năm nhưng chủ đạo là các hướng Đông Nam và Đông Bắc

Khu vực nghiên cứu nằm trong vùng mưa trung bình của đồng bằng Bắc Bộ Lượng mưa năm bình quân nhiều năm ở đây khoảng 1.650 mm Mỗi năm trung bình có khoảng trên dưới 150 ngày mưa Lượng mưa phân phối rất không đều theo thời gian trong năm

* Đặc điểm thủy văn

Sông Đáy nguyên là phân lưu tự nhiên của sông Hồng Sông Đáy chảy đến Hà Nam thì hợp lưu với sông Nhuệ tại Phủ Lý từ phía tả ngạn Sau đó sông Đáy hợp với sông Hoàng Long bên hữu ngạn từ miền núi tỉnh Hòa Bình và Ninh Bình dồn về tại ngã ba Gián Khẩu, cách thành phố Ninh Bình khoảng 10 km về phía Bắc Qua Ninh Bình 20 km thì bên tả ngạn có phụ lưu là sông Đào thêm nước

Sông Nhuệ lấy nước từ sông Hồng qua cống Liên Mạc để sử dụng cho các mục đích thủy nông, tưới tiêu Sông Nhuệ hợp lưu với sông Đáy tại Phủ Lý - Hà Nam Nước sông Tô Lịch thường xuyên xả vào sông Nhuệ với lưu lượng trung bình từ 11 -

17 m3/s, lưu lượng cực đại đạt 30 m3

/s [8]

1.3.2.2 Đặc điểm kinh tế xã hội

* Dân cư

Dân số trên LVS Nhuệ - Đáy ước tính đến nay khoảng hơn 10 triệu người, mật

độ trung bình đạt 1.405 người/km2, cao gấp 5,5 lần so với bình quân chung của cả nước (252 người/km2) Nguồn nhân lực lao động của toàn lưu vực tăng nhanh, đặc biệt là ở thành thị Tốc độ tăng lao động nhanh không phù hợp với tốc độ tăng trưởng của nền kinh tế, nên số người thất nghiệp và thiếu việc làm ở đây khá cao, tác động xấu đến môi trường tự nhiên, môi trường xã hội

Sự phân bố nguồn nhân lực và tốc độ tăng trưởng nguồn nhân lực giữa các vùng, địa phương cũng rất khác nhau, không tương ứng với nguồn tài nguyên thiên nhiên như đất, nước, rừng và khoáng sản cũng như không phù hợp với tốc độ tăng của nền kinh tế Điều đó dẫn đến những luồng di chuyển dân cư lao động từ vùng này sang vùng khác, cũng là nguyên nhân gây mâu thuẫn, xung đột trong việc khai thác, sử dụng tài nguyên trong vấn đề tìm kiếm việc làm

* Kinh tế xã hội

Các ngành dịch vụ, công nghiệp và xây dựng là điểm mạnh của vùng Tổng sản phẩm nội địa của vùng năm 2011 đạt khoảng 280 ngàn tỷ đồng, trong đó dịch vụ chiếm 52,6%, xây dựng và công nghiệp chiếm 41,8%, còn lại nông - lâm nghiệp, thủy sản chiếm 5,6% [5] Các khu công nghiệp, cơ sở công nghiệp đã được hình thành, phát triển và không ngừng được mở rộng với quy mô lớn hơn và nhiều ngành nghề đa dạng hơn Các làng nghề cũng được khôi phục, phát triển góp phần giải quyết công ăn việc làm, nâng cao đời sống của nhân dân, góp phần tích cực vào công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá nông nghiệp và nông thôn Khu vực có 4 triệu người sống ven sông, trên 4.000 cơ sở sản xuất công nghiệp, gần 500 làng nghề và khoảng 1.400 cơ sở

y tế Sự phát triển nở rộ của các làng nghề đang khiến nơi đây gặp phải những vấn đề môi trường bức xúc do thiên nhiên và con người gây ra như lũ lụt, úng ngập, thoái hóa đất, ô nhiễm môi trường do quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa [1]

1.3.2.2 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng

Hiện nay, sông Nhuệ và sông Đáy đã bị ô nhiễm do nguồn thải của các khu công nghiệp, khu dân cư tập trung của các tỉnh trong lưu vực xả xuống 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) Ngoài ra các khu dân cư tập trung, các đô thị thải ra lượng nước sinh hoạt khoảng 722.000 m3/ngày đêm ra lưu vực và hơn 450 làng nghề, hơn

100 cơ sở cá thể sản xuất nhỏ lẻ hàng ngày thải nước thải, chất thải rắn mang nhiều thành phần độc hại qua hệ thống kênh mương đổ vào hệ thống sông Đáy [5] Theo các kết quả nghiên cứu và quan trắc của các cơ quan chuyên môn, LVS Đáy trong những năm gần đây đang xuất hiện nhiều điểm nóng về ô nhiễm môi trường

Những năm gần đây, nền kinh tế - xã hội của các tỉnh thành thuộc LVS có tốc

độ phát triển tăng một cách đáng kể Mặt trái của nó là việc ảnh hưởng đến môi trường của LVS Chất lượng nước của các con sông nhìn chung đã bị ô nhiễm và ở một vài

khu vực sông đã bị ô nhiễm nghiêm trọng Từ năm 1937, sau khi người Pháp cho xây đập Đáy, nước sông Hồng không thường xuyên chảy vào sông Đáy; sông Đáy trở thành sông tiêu và làm nhiệm vụ phân lũ cho sông Hồng Dòng chính sông Đáy phải tiếp nhận rất nhiều nguồn nước thải, từ nước thải sản xuất đến sinh hoạt, nên phạm vi

và độ ô nhiễm cao Chất rắn lơ lửng trong cột nước là rất lớn, kéo theo hàm lượng kim loại vết trong pha hạt tăng nên rất dễ gây ra hiện tượng tái lơ lửng

Phần thượng lưu sông Nhuệ, đặc biệt là tại đập Thanh Liệt là nơi tiếp nhận thêm một khối lượng nước thải sinh hoạt và công nghiệp của phần lớn nội thành Hà Nội từ sông Tô Lịch và Kim Ngưu Theo số liệu điều tra năm 2005 và 2006 trên mẫu nước sông Nhuệ của Kikuchi và ctv (2009), một số KLN được kiểm tra (As, Cr, Cu, Pb, Ni,

Mn và Zn) cao hơn giá trị trung bình cho nước ngọt của thế giới đến 0,42 - 43 lần [35]

Nhìn chung, LVS Nhuệ - Đáy đang bị ô nhiễm bởi nguồn nước thải từ các nhà máy thuộc LVS, từ các làng nghề và nguồn nước thải sinh hoạt Một số khu vực sông

đã bị ô nhiễm nghiêm trọng Tình trạng ô nhiễm này gây giảm sút nguồn lợi thủy sinh, trong những đợt ô nhiễm nghiêm trọng có thể hủy diệt hàng loạt thủy sinh vật [16] Tốc độ đô thị hóa nhanh mà không có sự phát triển tương xứng trong việc xử lý nước thải, nước thải không được xử lý mà thải trực tiếp ra LVS Điều này dẫn đến sự ô nhiễm kim loại trong nước Thêm vào đó, do sự phát triển kinh tế vượt bậc của khu vực, các KLN sinh ra trong các hoạt động công nghiệp (như ngành mạ kim loại…) ngày càng nhiều; điều đó rất dễ dẫn đến sự tích lũy KLN trong nước và chất rắn lơ lửng Vì vậy, việc nghiên cứu và đánh giá tình hình ô nhiễm KLN trong nước, và trầm tích là rất cần thiết

1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về tác động của kim loại nặng trên động vật thủy sinh

1.4.1 Các nghiên cứu trên thế giới

Nghiên cứu về hàm lượng KLN trong sinh vật đã được tiến hành ở rất nhiều quốc gia trên thế giới Vì khi sinh vật sống trong môi trường bị ô nhiễm, khả năng tích

tụ các chất ô nhiễm trong cơ thể chúng rất cao, nhất là ô nhiễm kim loại, gây nguy cơ cho sức khỏe của người tiêu thụ chúng thông qua chuỗi thức ăn

Ở các loài thủy sinh vật, các nghiên cứu về hàm lượng KLN trên thế giới tập trung chủ yếu vào các loài cá nước mặn và nước ngọt, tôm và các loài trai Hai loài cá

Oreochromis niloticus và Synodontis Schall ở Sông Galma, Zaria, Nigeria đã được

đánh giá mức độ ô nhiễm các kim loại Cd, Cr, Cu, Pb và Zn So sánh với với giới hạn của FAO, kết quả cho thấy các bộ phận đầu và nội tạng của hai loài cá này không an toàn cho việc sử dụng làm thực phẩm [44] Nghiên cứu của Adedeji và Okocha (2011) chỉ ra rằng đầm Epe (Nigeria) bị ô nhiễm KLN và việc tiêu dùng tôm của vùng đầm này có thể gây hại cho sức khỏe con người [20] Hàm lượng Pb cao được tìm thấy trong hai loài cá của sông Asa, Ilorin, Nigeria, lượng Pb cao hơn so với giới hạn của WHO và hai loài cá này được đánh giá là không an toàn cho tiêu dùng [34] Nghiên cứu đánh giá nồng độ của Mn, Cu, Zn, Pb và Cd trong các mẫu tôm từ đầm Epe, Nigeria, tác giả chỉ ra rằng nồng độ trung bình của Mn, Cu, Pb trong các mẫu tôm cao hơn mức giới hạn tối đa khuyến cáo của WHO và việc tiêu dùng tôm của vùng đầm

này có thể gây hại cho sức khỏe con người [20]

Điều tra ô nhiễm bốn KLN ở các mô của một số loài cá kinh tế quan trọng và các loài tôm ở Indonesia và Malaysia để đánh giá rủi ro đối với sức khỏe con người liên quan đến tiêu dùng thủy sản Các kết quả từ nghiên cứu này cho thấy nồng độ của

Cd, Pb, Cu, Cr là tương đối cao ở gan so với thận và cơ thịt, mức độ của các kim loại ở các mô gan và thận ở một số mẫu, cao hơn so với nồng độ khuyến cáo của Bộ Y tế

(Malaysia 1998), Bộ Nông nghiệp, Thủy sản và Thực phẩm Anh Quốc (1995) Vì thế người tiêu dùng không nên thường xuyên sử dụng nội tạng của cá [51]

Sự ô nhiễm KLN cũng được xác định ở hồ Manzala, Ai Cập [22] Nồng độ một

số KLN trong các loài cá kinh tế ở hồ Koycegiz, Thổ Nhĩ Kỳ cao hơn so với tiêu chuẩn thực phẩm của nước này và việc sử dụng những loài cá này có thể gây ra một nguy cơ xấu cho sức khỏe con người [60] Bờ biển Đen của Thổ Nhĩ Kỳ cũng đang đối mặt với

ô nhiễm KLN Nồng độ kim loại ở tảo, ốc biển, trai và trong trầm tích rất cao [55] Severn Estuary, một trong những con sông lớn nhất ở Anh, là nơi ở và sinh sản của nhiều loài cá đã phải hứng chịu nhiều ô nhiễm KLN như Pb, Cd và nhiều nguyên tố khác trong những thập kỷ qua [57] Nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng ô nhiễm kim loại trong vùng phụ cận nơi tinh luyện Pb lớn nhất thế giới tại Port Pirie (Úc) cho thấy 20 loài cá và giáp xác đã bị biến mất hoặc giảm số lượng [25]

Trong giai đoạn 1997 - 1998, tảo, ốc biển, sò, cá và trầm tích được thu thập tại các trạm khác nhau ở bờ Biển Đen, Thổ Nhĩ Kỳ để thiết lập cơ sở dữ liệu về sự tập trung một số KLN Cd, Co, Cr, Ni, Zn, Fe, Mn, Pb và Cu Nồng độ kim loại ở tảo, ốc biển, con trai và trầm tích đã được xác định là rất cao [55] Nồng độ Pb, Zn, Cd đã được tìm thấy ở một số loài cá ở hồ Koycegiz, Thổ Nhĩ Kỳ được xác định là cao hơn

so với tiêu chuẩn thực phẩm Thổ Nhĩ Kỳ và giới hạn của Tổ chức Y tế Thế giới [60]

1.4.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam

Tại Việt Nam, các LVS ngày càng trở nên ô nhiễm trầm trọng Nghiên cứu hệ thống dòng 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

hồ đang bị ô nhiễm ở mức độ nhẹ đến trung bình [18] Mức độ ô nhiễm của Cu, Pb, Zn

vượt quá giới hạn cho phép đối với đất nông nghiệp Việt Nam đã được tìm thấy trong lớp bề mặt của một ruộng lúa gần các kênh nước thải của làng nghề đúc Cu thuộc đồng bằng sông Hồng Nồng độ cao các kim loại (trừ Mn) và TOC đã tích lũy trong trầm tích tại các địa điểm nơi mà có đầu vào của nước thải từ trung tâm thành phố đổ vào hồ Tây [35] Các tuyến sông chính của thủ đô Hà Nội là sông Tô Lịch, sông Lừ, sông Sét

và sông Kim Ngưu đều trong tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng; các dòng sông này có hàm lượng BOD5 cao, thường là 14 – 150 mg/l [15]

Sự ô nhiễm của các LVS gây ra những ảnh hưởng rất lớn đối với thủy sinh vật Tại Việt Nam cũng có nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của các KLN lên động vật thủy sinh nhưng phần lớn các nghiên cứu tập trung vào các loài nhuyễn thể, các nghiên cứu trên đối tượng cá còn hạn chế

Nghiên cứu sự tích tụ Pb và Cu trong một số loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ vùng ven biển Đà Nẵng, tác giả Lê Thị Mùi chỉ ra rằng mức độ các KLN không đồng đều ở các loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ trong đó hàm lượng Pb và Cu ở loài sò lông

(Annadara Subcrennata) ở vùng biển Nam Ô cao hơn giới hạn cho phép theo quy định

867/BYT 1998, do vậy không an toàn cho việc sử dụng [14] Cũng tại Đà Nẵng, Nguyễn Văn Khánh và Phạm Văn Hiệp đã nghiên cứu sự tích lũy Cd và Pb ở loài hến

(Corbicula sp) vùng cửa sông của thành phố Kết quả chỉ ra rằng, cả hai khu vực sông

Hàn và sông Cu Đê đều đã bị ô nhiễm Cd ở mức cao, vượt từ 2,01 đến 3,80 lần so với giới hạn cho phép của tiêu chuẩn ISQG Canada [9]

Tại Hà Nội, tác giả Phạm Thùy Linh và cộng sự sử dụng nước thải của vùng Thanh Trì, Hà Nội làm môi trường nuôi cá Nghiên cứu thử nghiệm này đã cho thấy, các ao hồ nghiên cứu đều có hàm lượng một số KLN như Cu, Pb, Hg vượt quá ngưỡng

an toàn Hàm lượng các KLN trong bùn cao hơn gấp nhiều lần trong nước Thịt cá nuôi bằng nước thải của khu vực này đều có hàm lượng Pb, Cd, Hg vượt tiêu chuẩn an toàn

Sự ô nhiễm KLN trong cá có mối tương quan với sự ô nhiễm KLN của nước nuôi cá [12]

Nghiên cứu về sự ô nhiễm KLN trên LVS Nhuệ-Đáy cũng đã được tiến hành Nồng 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-Đáy nằm trong tiêu chuẩn của châu Âu, nhưng hàm lượng trong gan lại cao hơn tiêu chuẩn này [39]

Tổng quan có thể thấy những nghiên cứu đánh giá về hàm lượng KLN trên các đối tượng thuỷ sản trong LVS, những tác động tiêu cực của ô nhiễm KLN và sự tích tụ sinh học của chúng trong các loài cá nuôi, cá tự nhiên, cũng như tác động đối với ngành nuôi trồng thủy sản nói chung và sự phát triển ổn định, bền vững của các loài thuỷ sản quan trọng nói riêng, hầu như chưa được tiến hành Vì vậy, nhóm nghiên cứu mong muốn áp dụng những phương pháp cập nhật nhất trong lĩnh vực nghiên cứu trong việc đánh giá tác động của ô nhiễm KLN trong LVS Nhuệ - Đáy lên sự tích tụ sinh học của một số loài cá kinh tế trong LVS, cũng như sự tác động tới sự phát triển bền vững của ngành nuôi trồng thủy sản và quần đàn cá tự nhiên

CHƯƠNG II: THỜI GIAN, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu được tiến hành trên hai loài cá kinh tế, cá 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 2 loài cá kinh tế

Tổng số có 39 điểm thu mẫu (21 điểm thu mẫu trên sông và 18 điểm thu tại ao nuôi thủy sản) Các điểm thu mẫu được lựa chọn dựa trên đặc điểm địa hình và sự phân bố của nguồn thải cũng như căn cứ vào các nghiên cứu trước đó, 5 mặt cắt được lựa chọn gồm:

 Mặt cắt 1: Thượng lưu sông Nhuệ, ít bị ảnh hưởng của nước thải thành phố Hà Nội Thu 3 điểm trên sông Hồng (đối chứng)

 Mặt cắt 2: Trên sông Nhuệ, khu vực Đập Thanh Liệt (Hà Nội), nơi sông Tô Lịch đổ vào sông Nhuệ Thu 3 mẫu trên sông Nhuệ, trước vị trí hợp lưu với sông tô Lịch (cầu Đen - Hà Đông), 3 mẫu sau khi hợp lưu với sông Tô Lịch (cầu Chiếc, Thường Tín), 3 mẫu thu ở ao NTTS sử dụng nguồn nước từ sông Nhuệ (Thanh Trì, Hà Nội)

và và 3 mẫu ao NTTS (Thanh Oai, Hà Nội)

 Mặt cắt 3: Tại Phủ Lý, nơi hợp lưu của 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

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 Hoa Lư, Ninh Bình

 Mặt cắt 5: Trên sông Đáy phía dưới hợp lưu với sông Đào Khu vực bị chi phối rất lớn bởi nguồn nước từ sông Đào Thu 3 mẫu trên sông Đáy và 3 mẫu trong ao NTTS lấy nước từ sông Đáy (Nghĩa Hưng, Nam Định)

2.2.2 Thời gian nghiên cứu

Nghiên cứu được tiến hành theo 4 đợt tương ứng với 4 mùa trong năm

- Đợt 1: Tháng 10/2012

- Đợt 2: Tháng 12/2012

- Đợt 3: Tháng 3/2013

- Đợt 4: Tháng 7/2013

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp thu mẫu ngoài thực địa

- Mẫu cá: Các mẫu cá được thu trên sông và ao NTTS đựng trong các túi nilon có sục khí O2 và được bảo quản lạnh (<4°C) Cá được chuyển ngay về phòng thí nghiệm để

mổ và bảo quản mẫu ở điều kiện lạnh sâu (-20°C hoặc -80°C) cho tới khi phân tích

- Mẫu nước: lấy ở độ sâu 30 cm Ngoài các chỉ tiêu đo tại hiện trường, các chỉ tiêu khác thu chung 1 lọ nhựa PP, bảo quản bằng 2 ml HNO3 đậm đặc/1 L mẫu

- Mẫu bùn đáy: lấy ở độ sâu 5cm từ đáy sông hoặc ao Thu bằng gầu thu mẫu đáy, mẫu phải được trộn đều để có 1 mẫu đất đồng nhất duy nhất dùng cho phân tích Mẫu đất sau khi thu được bảo quản trong túi Nilon, giữ lạnh (<4°C) và chuyển về phòng thí nghiệm để phân tích

2.3.2 Phương pháp chuẩn bị mẫu phân tích

2.3.2.1 Mổ cá và lấy mẫu sinh học

Các mẫu cá được vận chuyển về phòng thí nghiệm sau đó phải được gây mê trước khi mổ Đồng thời tiến hành đo các chỉ số cân nặng, chiều dài, bề rộng của cá Tiến hành mổ cá để thu các mẫu mang, gan, thận và cơ thịt của cá (hình 2.2)

Dùng giấy thấm khô phần máu và nước đọng lại trên nội quan cá Các mẫu mang, gan, thận được cắt nhỏ và chia thành từng phần khoảng 100 mg và đựng trong

các ống eppendorf Với mẫu cơ, dùng kéo cắt bỏ một phần da ở đuôi cá, cắt lấy phần

cơ thịt cá, cắt nhỏ và đựng trong các ống eppendorf Các ống eppendorf đựng mẫu cá sau đó được bảo quản ở nhiệt độ -20ºC hoặc -80°C chờ phân tích

Hình 2.2 Nội quan cá xương (Ảnh: John Cimbaro, FWC)

2.3.2.2 Vô cơ hóa mẫu: mẫu nước, mẫu bùn đáy và mẫu mô sinh học

* Mẫu đất

Mẫu đất có thể được sấy khô ở 70°C hoặc phơi khô dưới ánh sáng mặt trời Mẫu đất phải được nghiền nhỏ bằng cối và chày sứ, sàng quá lưới 20 (0,85 mm mắt lưới) và cất vào 1 lọ nhựa sạch

Để phân tích KLN tổng số trong đất, cân khoảng 100-150 mg mẫu đất vào ống nghiệm đã cân bì Thêm 4 ml HNO3 65%vào mỗi mẫu đất khô (200 mg), lắc đều, để yên khoảng 30 phút sau đó thêm 1,5 ml HF 40%và 1 ml HCl 30% (v/v: 4:1:1) Để các ống mẫu mở trên giá ống nghiệm bằng inox ở nhiệt độ phòng trong vòng 24 h (trong tủ hút khí độc), sau đó cho thêm 500 µl H2O2 vào mỗi ống mẫu (chú ý cho từ từ để tránh

bị trào bọt ra ngoài do phản ứng ô-xi-hoá mạnh) và để ở nhiệt độ phòng 5 giờ trước khi phá mẫu Đặt giá ống nghiệm với các ống mẫu mở vào hộp phá mẫu (bio-carrier) và

khoá hộp lại cẩn thận trước khi đặt vào tủ sấy ở 40°C trong vòng 1 giờ và sau đó tăng lên 140°C trong 4 giờ tới khi mẫu được vô cơ hoá hoàn toàn (mẫu trong, không có bọt khí màu nâu) Sau đó mẫu vô cơ hoá sẽ được làm nguội xuống nhiệt độ phòng trong tủ hút khí độc, và sẽ được pha loãng với nước cất đến 10 ml Lọc mẫu bằng màng lọc xen-lu-lô 0,45 µm (cellulose filter) gắn với xi lanh 20 ml Mẫu sau đó sẽ được cất ổn định ở 4°C trong vòng 2 tháng hoặc ở -20°C trong vòng 6 tháng đến khi hàm lượng KLN được xác định bằng máy ICP-MS

* Mẫu sinh học

Lấy khoảng 20 - 100 mg w.wt của mẫu mô cho vào ống thuỷ tinh đựng mẫu đã chuẩn bị trước Thêm 2 ml HNO3 65% và 0,5 ml HCL 30% (v/v: 4:1) vào mỗi mẫu mô khoảng 20 - 100 mg w.w Để các ống mẫu mở trên giá ống nghiệm bằng inox ở nhiệt

độ phòng trong vòng 24 giờ (trong tủ hút khí độc), sau đó cho thêm 200 µl H2O2vào mỗi ống mẫu và để trong ở nhiệt độ phòng 5 giờ trước khi phá mẫu Đặt giá ống nghiệm với các ống mẫu mở vào hộp phá mẫu (bio-carrier) và khoá hộp lại cẩn thận trước khi đặt vào tủ sấy ở 40°C trong vòng 1 giờ và sau đó tăng lên 120°C trong 3 giờ tới khi mẫu được vô cơ hoá hoàn toàn (mẫu trong, không có bọt khí) Sau đó mẫu

pha loãng với nước cất đến 10 ml Lọc mẫu bằng màng lọc xen-lu-lô 0,45 µm (cellulose filter) gắn với xi lanh 10 ml Mẫu sau đó sẽ được cất ổn định ở 4°C trong vòng 2 tháng hoặc ở -20°C trong vòng 6 tháng đến khi đo hàm lượng KLN bằng máy ICP-MS

2.3.3 Phương pháp phân tích mẫu

Các mẫu sinh học, mẫu nước, bùn đáy đã được vô cơ hóa được xác định hàm lượng KLN bằng phương pháp khối phổ plasma cảm ứng (ICP-MS) Phương pháp phân tích này dựa trên các nguyên tắc của sự bay hơi, phân tách, ion hóa của các nguyên tố hóa học khi chúng được đưa vào môi trường plasma có nhiệt độ cao Sau đó các ion này được phân tách ra khỏi nhau theo tỷ số khối lượng/điện tích (m/z) của chúng, bằng thiết bị phân tích khối lượng có từ tính và độ phân giải cao phát hiện, khuếch đại tín hiệu và đếm bằng thiết bị điện tử kĩ thuật số

Hai ưu điểm nổi bật của ICP-MS là có độ phân giải cao và dễ tách các nhiễu ảnh hưởng lẫn nhau, do đó có thể phát hiện được hầu hết các nguyên tố trong bảng tuần hoàn Phương pháp ICP-MS hơn hẳn các kĩ thuật phân tích KLN khác ở những điểm sau: có độ nhạy cao, độ lặp lại cao, xác định được đồng thời hàng loạt các kim loại trong thời gian phân tích ngắn [13]

Các phân tích sử dụng máy đo ICP-MS được thực hiện tại Viện Địa chất thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam