Đa dạng sinh học cá và sử dụng chỉ số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng nước tại vùng cửa đại, tỉnh quảng nam

Terapon jarbua ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  VŨ THỊ THANH ĐA DẠNG SINH HỌC CÁ VÀ SỬ DỤNG CHỈ SỐ TỔ HỢP SINH HỌC CÁ ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG NƢỚC TẠI VÙNG CỬA ĐẠI, TỈNH QUẢNG NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  VŨ THỊ THANH ĐA DẠNG SINH HỌC CÁ VÀ SỬ DỤNG CHỈ SỐ TỔ HỢP SINH HỌC CÁ ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG NƢỚC TẠI VÙNG CỬA ĐẠI, TỈNH QUẢNG NAM Chuyên ngành: Sinh thái học Mã số: 60 420 120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Thành Nam PGS.TS Nguyễn Xuân Huấn Hà Nội - 2016 Luận văn Thạc sỹ Khoa Vũ Thị Thanh LỜI CẢM ƠN Hoàn thành luận văn này, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Nguyễn Thành Nam PGS.TS Nguyễn Xuân Huấn tận tình hướng dẫn suốt trình thực đề tài Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo Phòng Sinh thái học Sinh học môi trường Bộ môn Động vật có xương sống, Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội nhiệt tình dẫn tạo điều kiện cho phân tích mẫu phòng thí nghiệm cung cấp tài liệu cần thiết giúp thực Luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè quan tâm, động viên giúp đỡ suốt trình học tập thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2016 Học viên Vũ Thị Thanh Luận văn Thạc sỹ Khoa Vũ Thị Thanh DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Trang Bảng 1.1 Thống kế đặc trưng mực nước độ lớn triều Hội An 14 Bảng 1.2 Diện tích, dân số mật độ dân số (2013) 15 Bảng 1.3 Diện tích nuôi trồng thủy sản 15 Bảng 1.4 Sản xuất thủy sản 16 Bảng 1.5 Sản lượng thủy sản 16 Bảng 1.6 Số trường mầm non 17 Bảng 1.7 Số trường phổ thông năm học 2012 18 Bảng 1.8 Số sở y tế năm 2012 phân theo huyện/ thành phố thuộc tỉnh 18 Bảng 2.1 Các mức độ độ đa dạng thủy vực tương ứng với thang điểm số đa dạng Margalef 27 Bảng 2.2 Các mức độ chất lượng nước thủy vực tương ứng với thang điểm số tổ hợp sinh học cá 29 Bảng 3.1 Danh mục loài cá vùng ven biển Cửa Đại năm 2015 31 Bảng 3.2 Cấu trúc phân loại thành phần loài cá vùng ven biển Cửa Đại, tỉnh QuảngNam 45 Bảng 3.3 Danh lục thành phần loài cá theo thời gian khu vực Cửa Đại 46 Bảng 3.4 Bảng phân hạng cách tính điểm cho số tổ hợp sinh học cá áp dụng cho việc đánh giá chất lượng nước vùng ven biển Cửa Đại, tỉnh Quảng Nam 66 Bảng 3.5 Ma trận số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng nước vùng ven biển Cửa Đại, tỉnh Quảng Nam 67 Bảng 3.6 Các tiêu môi trường nước vùng Cửa Đại sông Thu Bồn sông Vu Gia năm 2015 68 Luận văn Thạc sỹ Khoa Vũ Thị Thanh DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Trang Hình 2.1 Khu vực Cửa Đại 20 Hình 2.2 Các thuật ngữ chuyên ngành tiêu hình thái dùng định loại cá Sụn dạng Đuối 23 Hình 2.3 Các thuật ngữ chuyên ngành tiêu hình thái dùng định loại cá Xương 24 Hình 2.4 Các loại vẩy cách tính vẩy; kiểu miệng; vị trí xương hàm kiểu dùng định loại cá Xương 25 Hình 2.5 Các đặc điểm cấu tạo, hình dạng mang, bóng bơi, tia vây, đuôi vây đuôi 26 Hình 3.1 Biểu đồ thể số lượng bộ, họ, loài KVNC khu vực khác Việt Nam 64 Luận văn Thạc sỹ Khoa Vũ Thị Thanh MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 Chƣơng TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Khái quát hệ sinh thái cửa sông 1.1.1.Các khái niệm cửa sông 1.1.2.Một số đặc điểm đặc trưng hệ sinh thái cửa sông 1.2 Đa dạng sinh học cá vai trò Đa dạng sinh học cá hệ sinh thái nước 1.2.1 Đa dạng sinh học (ĐDSH) .3 1.2.2 Đa dạng sinh học cá vai trò đa dạng sinh học cá hệ sinh thái nước 1.3 Đánh giá chất lượng nước dựa số yếu tố sinh thái cửa sông 1.3.1 Quan hệ với yếu tố pH 1.3.2 Quan hệ với độ muối 1.3.3 Quan hệ với muối dinh dưỡng .6 1.3.4 Quan hệ với DO (Hàm lượng ôxy hòa tan) 1.3.5 Quan hệ với kim loại nặng .8 1.4 Khái quát sinh vật thị, số tổ hợp sinh học cá khả sử dụng số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng môi trường nước 1.4.1 Khái quát sinh vật thị .9 1.4.2 Sử dụng số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng nước .10 1.5 Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu 13 1.5.1 Điều kiện tự nhiên sinh vật 13 1.5.2 Tài nguyên sinh vật .14 1.5.3 Điều kiện kinh tế xã hội 15 Chƣơng ĐỊA ĐIỂM, THỜI GIAN, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 Thời gian địa điểm nghiên cứu 20 2.1.1 Thời gian nghiên cứu 20 Luận văn Thạc sỹ Khoa Vũ Thị Thanh 2.1.2 Địa điểm nghiên cứu .20 2.2 Phương pháp nghiên cứu 21 2.2.1.Phương pháp kế thừa tổng hợp tài liệu có 21 2.2.2.Phương pháp thu mẫu thực địa .21 2.2.3.Phương pháp định loại mẫu phòng thí nghiệm .21 2.3 Các số đa dạng sinh học .27 2.3.1.Chỉ số phong phú loài Margalef .27 2.3.2.Sử dụng số tổ hợp đa dạng sinh học (IBI) cá để đánh giá chất lượng môi trường nước 28 Chƣơng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Đa dạng thành phần loài cá vùng ven biển Cửa Đại, tỉnh Quảng Nam 30 3.1.1 Danh mục loài cá vùng Cửa Đại 30 3.1.2 Cấu trúc thành phần loài cá 45 3.1.3 Sự biến động thành phần loài cá theo thời gian 45 3.1.4.Các loài cá quý .62 3.1.5 Tính đa dạng khu hệ cá khu vực nghiên cứu so với khu vực khác 63 3.2 Sử dụng số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng nước vùng ven biển Cửa Đại 65 3.2.1 Tính số đa dạng Margalef 65 3.2.2 Tính số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng môi trường nước 65 3.2.3.Đánh giá chất lượng nước vùng ven biển Cửa Đại số tổ hợp sinh học 66 3.2.4.Mối quan hệ thành phần loài cá độ phong phú chúng với số yếu tố sinh thái Cửa Đại 68 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 Luận văn Thạc sỹ Khoa Vũ Thị Thanh MỞ ĐẦU Quảng Nam tỉnh có tài nguyên biển phong phú đa dạng, có tiềm lớn để phát triển kinh tế biển Với chiều dài đường bờ biển 125 km đâu trở thành bãi tắm lý tưởng, bờ biển thoải, cát trắng, nước trong, nước biển có nhiệt độ 20 -29˚C ánh nắng chan hòa điều kiện hấp dẫn thuận lợi cho du lịch nghỉ dưỡng Địa bàn tỉnh Quảng Nam có sông Thu Bồn sông Vu Gia chảy qua đổ biển Cửa Đại, nơi có kinh tế biển ngày phát triển Bên cạnh đó, Cửa Đại không nơi quyến rũ, thu hút khách du lịch mà nơi mang nhiều giá trị văn hóa cảng biển xa xưa Đây không nơi tàu thuyền vào buôn bán thương cảng Hội An truớc cửa biển chào đón ngư dân khơi đánh bắt cá trở đất liền bao năm qua Cửa Đại số cửa sông miền Trung đóng vai trò to lớn phát triển kinh tế, kinh tế biển Quảng Nam - Đà Nẵng tỉnh ven biển miền Trung Tuy nhiên, vùng cửa sông chịu nhiều tác động hoạt động dân sinh, kinh tế nên hệ sinh thái Cửa Đại có tính nhạy cảm cao, môi trường có thay đổi theo không gian thời gian, kéo theo loài sinh vật phân bố có biến động Đặc biệt năm gần đây, tình trạng sụt lún vùng ven biển Cửa Đại ảnh hưởng không nhỏ tới sinh vật chất lượng môi trường nước nơi Do vậy, để đánh giá trạng thành phần loài cá sử dụng quần xã cá số tổ hợp sinh học đánh giá chất lượng nước Cửa Đại, tiến hành nghiên cứu đề tài:“Đa dạng sinh học cá sử dụng số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng nước vùng Cửa Đại, tỉnh Quảng Nam” Luận văn Thạc sỹ Khoa Chƣơng 1.1 Vũ Thị Thanh TỔNG QUAN TÀI LIỆU Khái quát hệ sinh thái cửa sông 1.1.1 Các khái niệm cửa sông Từ cửa sông (estuary) theo nghĩa La tinh, bao hàm từ aestus thủy triều, estuary từ dạng lục địa, thủy triều đóng vai trò quan trọng đời sống phát triển tiến hóa vùng Bởi vậy, từ điển, người ta giải thích “ cửa sông cửa sông lớn có thủy triều” (từ điển Oxford) “một vùng gần bờ khống chế nước biển triều cao, vùng biển tạo thành cửa sông” [20] Theo quan điểm nhà địa mạo cửa sông cửa sông mà có trình sụt lún kiến tạo không đền bù thung lũng sông bị chìm ngập mực nước biển dâng lên, thường có dạng hình phễu [20] Theo quan điểm động lực, D.W.Pritchard (1976) định nghĩa cửa sông sau: “Đó thủy vực ven bờ nửa khép kín, liên hệ trực tiếp với biển nước biển hòa trộn có mức độ với nước đổ từ dòng lục địa” [26] Tuy nhiên, theo định nghĩa này, hệ cửa sông mù (blind estuary) cửa sông mặn (hyperhaline) bị loại trừ Do đó, J.H Day (1981) bổ sung đề xuất định nghĩa có nội dung rộng hơn: “Cửa sông thủy vực ven bờ nửa khép kín mặt không gian, liên hệ trực tiếp với biển cách thường xuyên hay theo chu kỳ, độ muối biến đổi hòa trộn có mức độ nước biển với nước đổ dòng lục địa” [20] 1.1.2 Một số đặc điểm đặc trưng hệ sinh thái cửa sông Vùng cửa sông có sai khác với loại hình thủy vực khác [22]: + Một vùng thường giới hạn cửa sông bị không chế dòng sông hoạt động thủy triều + Nước vùng cửa sông bị mặn hóa, mức độ phạm vi biến đổi phụ thuộc vào lượng nước sông xâm nhập mặn theo thủy triều Luận văn Thạc sỹ Khoa Vũ Thị Thanh + Độ muối hàng loạt nhân tố môi trường khác không ổn định, biến động nhanh không gian theo thời gian, song biến thiên mang tính chu kỳ mùa (mùa lũ mùa kiệt) chu kỳ triều (nhật triều hay bán nhật triều) Đây khác biệt cửa sông hồ nước mặn (salt lagoon) ven biển + Phân bố vùng cửa sông loài sinh vật rộng sinh cảnh, đặc biệt loài rộng muối rộng nhiệt Những loài trình thích nghi với điều kiện môi trường đầy biến động tạo nên quần xã ổn định để tồn 1.2 Đa dạng sinh học cá vai trò Đa dạng sinh học cá hệ sinh thái nƣớc 1.2.1 Đa dạng sinh học (ĐDSH) Thuật ngữ ĐDSH đưa sử dụng từ năm 80 kỷ trước để nói đến loài sinh vật hiên tồn không đưa định nghĩa thức Nhưng vào tháng 9- 1986, Walter G Rosen tổ chức hội thoại ĐDSH, từ thuật ngữ ĐDSH thức xác định ĐDSH hiểu “Là phồn thịnh sống Trái Đất, hàng triệu loài thực vật, động vật vi sinh vật, gen chứa loài, hệ sinh thái vô phức tạp tồn môi trường” [18] Năm 1992 Hội nghị thượng đỉnh Rio, Công ước ĐDSH đưa xác định “ĐDSH có nghĩa tính biến thiên sinh vật sống tất nguồn bao gồm hệ sinh thái tiếp giáp, cạn, biển, hệ sinh thái thủy vực khác tập hợp sinh thái mà chúng phần Tính đa dạng thể nội loài, loài hệ sinh học” [18] ĐDSH thể mức độ: mức độ gen (đa dạng di truyền), mức độ loài (đa dạng loài) hệ sinh thái (đa dạng hệ sinh thái) ĐDSH có vai trò quan trọng việc trì chu trình tự nhiên cân sinh thái ĐDSH sở sống thịnh vượng loài người bền vững thiên nhiên Trái Đất Nguồn tài nguyên ĐDSH tự nhiên tập trung hệ sinh thái, vậy: Luận văn Thạc sỹ Khoa Vũ Thị Thanh 180 160 140 120 100 80 60 Bộ 40 Họ 20 Loài Cửa Cửa Cửa sông Hà sông sông Cối Bạch Văn Úc Quảng Đằng - - Hải Ninh [9] Quảng Phòng Ninh [8] [10] Cửa sông Thái Bình Thái Bình [21] Cửa Cửa sông Ba Thuận Lạt - An - cửa Nam sông Định Hương [11] Thừa Thiên Huế [14] Cửa Đại Cửa - sông Sông Thu Nhật Lệ Bồn- - Quảng Quảng Bình [6] Nam (KVNC) Hình 3.1 Biểu đồ thể số lượng bộ, họ, loài KVNC khu vực khác Việt Nam Qua hình 3.1 đưa số nhận xét sau: Trong khu vực nghiên cứu thành phần loài cá, cửa Thuận An có mức độ đa dạng cao với 164 loài thuộc 59 họ 14 bộ, cửa sông Bạch Đằng có số lượng loài lớn với 166 loài taxon bậc họ lại thấp cửa Thuận An họ Cửa sông Ba Lạt cửa sông Nhật Lệ có taxon bậc lớn với 15 58 họ,127 loài (cửa Nhật Lệ); 44 họ, 111 loài (cửa sông Ba Lạt) - cửa sông có đa dạng cao.Tại Cửa Đại có taxon bậc họ trung bình với 116 loài thuộc 46 họ 13 Cửa sông Hà Cối, tỉnh Quảng Ninh có thành phần loài đa dạng với 93 loài thuộc 43 họ 11 64 Luận văn Thạc sỹ Khoa 3.2 Vũ Thị Thanh Sử dụng số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lƣợng nƣớc vùng ven biển Cửa Đại 3.2.1 Tính số đa dạng Margalef Theo công thức tính số đa dạng Margalef, nghiên cứu này, tính d = 3,46 (N =1124, S = 116) Đối chiếu với bảng 2.1, tính đa dạng khu vực Cửa Đại năm 2015 mức độ phong phú (2,6 < 3,46 < 3,5) 3.2.2 Tính số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng môi trường nước Người ứng dụng số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng môi trường nước Jame Karr Vào năm 1981 1986 [30],[24], ông sử dụng số tổ hợp sinh học để đánh giá chất lượng vùng suối, sông thuộc Bắc Mỹ Do điều kiện khí hậu địa lí vùng Bắc Mỹ khác so với điều kiện địa lý, khí hậu Việt Nam, Nguyễn Kiêm Sơn (2000) [19] đưa bảng phân hạng tính điểm cho số tổ hợp sinh học cá áp dụng cho việc đánh giá chất lượng nước số nơi Việt Nam dựa tảng Jame Karr Nguyễn Kiêm Sơn sử dụng số tổ hợp sinh học để đánh giá chất lượng nước khu hệ cá suối thuộc Vườn Quốc gia Tam Đảo Nhưng cấu trúc khu hệ cá suối Vườn Quốc gia Tam Đảo có thành phần loài nên khác với khu hệ cá vùng cửa sông Trong năm gần đây, việc sử dụng số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng nước số vùng cửa sông sử dụng rộng rãi nói đến nghiên cứu Nguyễn Xuân Huấn cộng , số Thạc sĩ Trường Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội Chúng nhận thấy có tương đồng khu vực nghiên cứu với số cửa sông nghiên cứu, phân hạng tính điểm cho số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng nước vùng ven biển Cửa Đại, Quảng Nam có thay đổi dựa tảng Jame Karr (1986) số nghiên cứu vùng cửa sông khác Bảng phân hạng cách tính điểm cho số tổ hợp sinh học cá áp dụng cho việc đánh giá chất lượng nước vùng ven biển Cửa Đại thể bảng 3.4 65 Luận văn Thạc sỹ Khoa Vũ Thị Thanh Bảng 3.4 Bảng phân hạng cách tính điểm cho số tổ hợp sinh học cá áp dụng cho việc đánh giá chất lƣợng nƣớc vùng ven biển Cửa Đại, Quảng Nam Thành phần cấu trúc Thành phần cấu trúc quần xã cá Cấu trúc dinh dưỡng Cấu trúc chức năng, độ phong phú điều kiện môi trường Cách tính điểm Các tiêu 1 Tổng số loài cá địa > 80 60 - 80 < 60 Số loài cá đáy > 40 20 - 40 < 20 Số loài thuộc tầng nước khác > 30 20 - 30 < 20 Số loài cá có kích thước lớn, tuổi thọ cao > 10 - 10 10 - 10 15 - 15 45 % cá thể nhóm ăn động vật không xương sống > 45 45 - 20 < 20 % cá thể nhóm ăn thịt (vật đầu bảng) >5 5-1 5 3.2.3 Đánh giá chất lượng nước vùng Cửa Đại số tổ hợp sinh học Kết tính điểm dựa phân hạng bảng 3.4 cho số tổ hợp sinh học cá Cửa Đại trình bày bảng 3.5 66 Luận văn Thạc sỹ Khoa Vũ Thị Thanh Bảng 3.5 Ma trận số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lƣợng nƣớc vùng ven biển Cửa Đại, tỉnh Quảng Nam Thành phần cấu trúc Thành phần cấu trúc quần xã cá Cấu trúc dinh dưỡng Cấu trúc chức năng, độ phong phú điều kiện môi trường Giá trị Điểm Tổng số loài cá địa 116 Số loài cá đáy 43 Số loài thuộc tầng nước khác 74 Số loài cá có kích thước lớn, tuổi thọ cao Số loài cá di cư (sông - biển, biển - sông) 13 Số loài cá Bống % cá thể nhóm cá ăn tạp 14,5 % cá thể nhóm ăn động vật không xương sống 58,1 % cá thể nhóm ăn thịt (vật đầu bảng) 13,7 10 Độ phong phú (lấy số d) 3,46 5 2,56% Các tiêu 11 % cá thể lai tạo, ngoại lai 12 % cá thể bị bệnh, dị tật, u, hỏng vây khuyết tật khác Tổng 50 Nhận xét: Với kết tính 50 điểm Đối chiếu với mức chất lượng nước bảng 2.1 ta thấy, chất lượng nước vùng ven biển Cửa Đại năm 2015 mức tốt Tại đây, môi trường thay đổi số loài nhạy cảm.Trước tình trạng, ô nhiễm môi trường, đặc biệt môi trường biển ngày nghiêm trọng việc bảo vệ, quản lý việc đánh bắt khai thác nguồn lợi thủy hải sản cần trọng Song song với cần nâng cao ý thức người dân địa phương bảo vệ môi trường 67 Luận văn Thạc sỹ Khoa Vũ Thị Thanh 3.2.4 Mối quan hệ thành phần loài cá độ phong phú chúng với số yếu tố sinh thái Cửa Đại Bảng 3.6 Các tiêu môi trƣờng nƣớc vùng Cửa Đại sông Thu Bồn - Vu Gia năm 2015 QCVN 10:2015 Giá trị TB Min Max Nhiệt độ 29,90 29 30,70 30 pH 8,18 7,80 8,48 6,5 -8,5 Độ muối (‰) 9,85 7,00 24,50 - Độ đục (mg/l) 10,50 0,00 34 ≥5 DO (mg/l) 6,07 4,8 7,33 ≥5 NH4+ (mg/l) 0,30 0,10 0,50 0,10 NO3- (mg/l) 0,27 0,20 0,30