Khảo sát sự ảnh hưởng của một số loại đất sét đến sự phát triển của vi khuẩn lam tại hồ trị an

là hai chủng có ti m năng sinh ra độc tố microcystins MCs và hai hợp chất c mùi hôi được phân lập từ mẫu vi khuẩn lam thu tại hồ Trị An nuôi cấy trong đi u kiện phòng thí nghiệm sau đ s

KHOA ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM

KHOA ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN

TRƯỜNG ĐH TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 12 năm 2017

NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa: ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN

Bộ môn: ĐỊA CHẤT MÔI TRƯỜNG

1 Tên đồ án: KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ LOẠI ĐẤT SÉT

ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI KHUẨN LAM TẠI HỒ TRỊ AN

2 Nhiệm vụ:

- Phân tích hàm lượng khoáng vật sét

- Phân lập và nuôi cấy 2 chủng vi khuẩn lam Microcystis sp và Anabaena sp

- Khảo sát sự ảnh hưởng của đất sét đến sự phát triển của hai chủng vi khuẩn lam

Microcystis sp và Anabaena sp.

3 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 22/08/2017

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 20/11/2017

5 Họ và tên người hướng dẫn: TS Phạm Thanh Lưu

Người hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên) Nội dung và yêu cầu đã được thông qua bộ môn

Ngày 01 tháng 12 năm 2017

Chủ nhiệm bộ môn (Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CÁM ƠN

Đầu tiên, tôi in g i lời cảm n đến an giám hiệu trường Đại học Tài Nguyên và Môi Trường thành phố Hồ Chí Minh, an chủ nhiệm ộ môn Địa chất Môi trường, tất cả qu thầy cô trong khoa Địa chất và Khoáng sản cùng các thầy cô thỉnh giảng đã tận t nh truy n đạt kiến thức và tạo đi u kiện cho tôi trong quá tr nh học tập tại trường

Xin chân thành cảm n TS Phạm Thanh Lưu và cô chủ nhiệm ThS Từ Thị Cẩm Loan đã tận t nh hướng dẫn, cung cấp kiến thức chuyên môn, h trợ và tạo mọi

đi u kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành kh a luận tốt nghiệp này

Tiếp theo, tôi in cảm n các thầy cô và anh chị, các bạn thực tập sinh thuộc phòng Công nghệ và Quản l Môi trường và phòng Vi sinh thuộc Viện Sinh học Nhiệt đới đã nhiệt t nh hướng dẫn và h trợ tôi trong suốt quá tr nh thực hiện khóa luận

Tôi in g i lời cảm n chân thành và sâu s c nhất đến gia đ nh tôi a m không quản kh khăn, vất vả đã sinh thành và nuôi dư ng con nên người, a m luôn yêu thư ng và là ch dựa v ng ch c cho con để con vượt qua mọi trở ngại trong cuộc sống và học tập

Cảm n các thành viên lớp 02_ĐH_ĐCMT đã giúp đ , chia sẽ tài liệu, kinh nghiệm trong học tập, nghiên cứu cũng như trong cuộc sống

Cuối cùng, cảm n các ạn đồng nghiệp và thầy cô trong nhóm CTG đã luôn bên cạnh c vũ, động viên tôi trong quá trình học tập và sát cánh giúp đ tôi vượt qua nh ng kh khăn, căng thẳng trong khoảng thời gian học tập

Nguyễn Anh Tú

MỤC LỤC

TÓM TẮT 1

MỞ ĐẦU 3

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3

2 MỤC TIÊU CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4

3 NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 5

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5

4.1 Phương pháp thu thập tài liệu 5

4.2 Phương pháp khảo sát, thu thập mẫu 5

4.3 Phương pháp nuôi cấy, phân lập VKL và phân tích hữu cơ trong đất 6

4.4 Phương pháp phân tích thành phần khoáng vật sét 6

4.5 Phương pháp chụp ảnh kính hiển vi quét điện tử (SEM) 6

4.6 Phương pháp xử lý số liệu 6

4.7 Phương pháp vẽ bản đồ 7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 8

1.1 TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN LAM 8

1.2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 14

1.3 TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 18

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.1 PHƯƠNG PHÁP THU THẬP TÀI LIỆU 22

2.2 KHẢO SÁT LẤY MẪU THỰC ĐỊA 22

2.2.1 Thu mẫu và phân lập vi khuẩn lam 22

2.2.2 Thu mẫu đất và đo đạt các thông số của đất 23

2.3 PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG HỮU CƠ, ĐỊNH LƯỢNG, RÂY ĐẤT 23

2.3.1 Rây đất 23

2.3.2 Phân tích thành phần hữu cơ trong đất và pH H2O 24

2.4 THIẾT KẾ MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 28

2.4.1 Chuẩn bị 29

2.4.2 Thí nghiệm 30

2.4.3 Xác định mật độ tế bào VKL 31

2.5 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN KHOÁNG VẬT SÉT 32

2.5.1 Chuẩn bị 32

2.5.2 Tiến hành thí nghiệm 33

2.6 PHƯƠNG PHÁP CHỤP CẤU TRÚC BỀ MẶT HẠT SÉT 35

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37

3.1 HÀM LƯỢNG HỮU CƠ VÀ THÀNH PHẦN KHOÁNG VẬT SÉT 37

3.2 ẢNH CHỤP SEM CỦA CÁC MẪU ĐẤT SÉT 38

3.3 HÌNH THÁI CỦA MICROCYSTIS SP VÀ ANABAENA SP 38

3.4 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẤT SÉT ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MICROCYSTIS SP 39

3.5 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẤT SÉT ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN CỦA ANABAENA SP 42

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

PHỤ LỤC 1

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ASTM American Society for Testing and Materials -

Hiệp hội Thí nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ

BOD5 Biochemical Oxygen Demand - Nhu cầu o y h a sinh học

CEC Cation Exchange Capacity - Khả năng trao đổi cation

cs cộng sự

CS Cation Starch – Tinh ột iến tính

CTR Control - mẫu đối chứng

CYN Cylindrospermopsin

GPS Global Positioning System - Hệ thống định vị toàn cầu

INT Institute for Nanotechnology - Viện Công nghệ Nano

LPS lipopolysaccharides

MB Methylene Blues

MBA Methylene Blues Absore – Methylene lues hấp thụ

MBI Methylene Blue index for the clay - khả năng hấp phụ M của đất sét MCLR Microcystins - LR

MCRR Microcystins - RR

MCs Microcystins - Độc tố Microcystins

MCWR Microcystins - WR

MCYR Microcystins - YR

SEM Scanning Electron Microscopy - kính hiển vi quét điện t

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TEM Transmission Electron Microscopy - Kính hiển vi điện t truy n qua

TLK Trọng lượng khô

VKL Vi khuẩn lam

WHO World Health Organization - Tổ chức Y tế Thế giới

DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Thành phần hóa chất của môi trường WC 22 Bảng 2.2 Các thiết bị và dụng cụ và hóa chất chuẩn bị cho thí nghiệm

phân loại khoáng vật sét 32 Bảng 3.1 Bảng kết quả pH H2O , hàm lượng hữu cơ có trong đất, thành phần khoáng vật sét có trong các loại đất 37 Bảng 3.4 Hiệu suất loại bỏ (%) tế bào Microcystis sp ở 3 loại đất sét so với mẫu đối chứng 39 Bảng 3.5 Hiệu suất loại bỏ tế (%) bào Anabaena sp ở 3 loại đất sét so với mẫu đối chứng 42 Bảng 3.4 Kết quả thống kê so sánh sự khác biệt giữa 3 loại đất sét 42

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Ảnh hiển vi một số loài vi khuẩn lam 9

Hình 1.2 Vi khuần lam nở hoa ở hồ Trị An 12

Hình 1.3 Cấu trúc hóa học của 3 loại độc tố microcystins thường gặp 13

Hình 2.1 Quy tr nh thí nghiệm phân tích pH trong mẫu trầm tích 26

Hình 2.2 Quy trình loại bỏ clorua trong mẫu 27

Hình 2.3 Quy trình thực hành thí nghiệm xác định chất hữu cơ trong 28

H nh 2.4 Sơ đồ pha môi trường nuôi tảo 30

H nh 2.5 Sơ đồ mô hình thí nghiệm 31

Hình 2.6 Phân tử MBA 32

H nh 2.7 Sơ đồ thí nghiệm phân loại khoáng vật sét 34

Hình 3.1 Ảnh chụp kính hiển vi quét điện tử (SEM) của các mẫu đất 38

Hình 3.2 Các chủng VKL phân lập tại hồ Trị An 39

Hình 3.3 Biểu đồ thể hiện mật độ tế bào VKL Microcystis sp qua 4 nồng độ của 3 mẫu đất sét khác nhau 40

Hình 3.4 Biểu đồ thể hiện mật độ tế bào VKL Anabaena sp qua 4 nồng độ của 3 mẫu đất sét khác nhau 43

TÓM TẮT

Vi khuẩn lam và hiện tượng nở hoa của vi khuẩn lam tác động nghiêm trọng đến môi trường sinh thái Đặc biệt, một số loài còn có khả năng sinh sản ra các hợp chất gây mùi và gây độc ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước và sức khỏe con người Hồ Trị An là một trong hai hồ chứa nước lớn và quan trọng, cấp nước cho khu vực thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh lân cận Một số khảo sát gần đây cho thấy chất lượng môi trường nước của hồ Trị An đang ị phú dư ng hóa và suy giảm nghiêm trọng, tạo

đi u kiện thuận lợi cho vi khuẩn lam phát triển mạnh

Đ tài này với mục tiêu ứng dụng các loại đất c cùng kích thước hạt sét ( < 0.025 mm) có chứa thành phần khoáng vật sét kháng nhau để kiểm soát sự phát triển của các tế bào vi khuẩn lam khi nở hoa

Hai loài Microcystis sp và Anabaena sp là hai chủng có ti m năng sinh ra độc

tố microcystins (MCs) và hai hợp chất c mùi hôi được phân lập từ mẫu vi khuẩn lam thu tại hồ Trị An nuôi cấy trong đi u kiện phòng thí nghiệm sau đ sẽ được cấy vào các lô thí nghiệm có chứa 4 nồng độ đất sét khác nhau Mật độ tế ào được theo dõi 5 ngày/lần dưới kinh hiển vi bằng buồng đếm Neubauer Improved

Kết quả đã phân lập và nuôi cấy thành công 2 loài Microcystis sp và Anabaena

sp trong đi u kiện phòng thí nghiệm Cả hai loài Microcystis sp và Anabaena sp đ u

bị ảnh hưởng bởi đất sét Trong đ đất sét có chứa hàm lượng kaolinite với nồng độ

200 mg/L có khả năng kiểm soát tối đa tế bào của hai loài vi khuẩn lam này

Từ khóa: Vi khuẩn lam, Microcystins, kaolinite, illit, montmorillonite, hồ Trị An

SUMMARY

Harmful cyanobacterial blooms (HABs) pose a threat to freshwater ecosystems used for recreation and drinking water supply because they can produce various toxic secondary

metabolites called cyanotoxins Both Microcystis and Anabaena genus have been reported as

the most common bloom forming and the main toxin producer in many water bodies The Tri

An reservoir is one of the most important drinking water supply to the area of Ho Chi Minh City and neighboring provinces Recent surveys have reported that the water quality of the Tri An reservoir is being eutrophic and severely degraded, creating favorable conditions for cyanobacteria

This study aims to apply local soil containing clay particles (<0.025 mm) for

control the growth of two cyanobacteria Microcystis sp and Anabaena sp species in

laboratory condition

Microcystis sp and Anabaena sp known for their ability to produce microcystin

and off-flavor compounds were isolated from a bloom sample collected in the Tri An reservoir They were cultured under laboratory conditions Then they were exposure

to three kinds of clay at four different concentrations Cell number was examined every 5 days under microscope by using a Neubauer Improved counting chamber

Results showed that cell of Microcystis and Anabaena reduced more effectively

by the clays around the early senescence growth phase than other growth stages The reduced efficiency increased as the cell concentration increased Clay containing

kaolinite most effectively reduced the gowth of Microcystis and Anabaena at an

optimum dose of 200 mg/L

Key words: cyanobacteria, microcystins, kaolinite, illite, montmorillonite, Tri An

reservoir

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Nước là một trong nh ng yếu tố quan trọng và rất cần thiết đối với c thể sống của các sinh vật n i chung và đặc biệt nước chiếm 80% c thể con người nói riêng Với tốc độ phát triển của xã hội hiện nay đã dẫn đến các nhà máy xí nghiệp phát triển nhằm để tạo ra các sản phẩm phục vụ cho nhu cầu của con người, nước thải từ các nhà máy xí nghiệp này có thể chưa hoặc x l chưa triệt để đã thải ra môi trường đã gây nên sự dư thừa các chất h u c , vô c làm cho môi trường nước mặt bị ô nhiễm và bị phú dư ng hóa, tạo môi trường thuận lợi cho các vi khuẩn, vi sinh vật gây hại điển

h nh như là vi khuẩn lam (VKL) phát triển VKL thường sinh ra các hợp chất thứ cấp bao gồm gồm độc tố và các hợp chất gây mùi hôi Độc tố của VKL sinh ra trong các

ao, hồ, sông, suối…làm cho ô nhiễm nguồn nước mặt, mất cân bằng hệ sinh thái nước ngọt, thiếu nguồn cung cấp nước sạch cho nhi u n i trên thế giới, trong đ c Việt Nam

Độc tố của VKL gây ảnh hưởng đến các sinh vật thủy sinh, gây hại cho con người qua chu i thức ăn, ki m hãm sự nãy mầm phát triển của các sinh vật…khi s dụng nước có chứa độc tố của VKL gây ra, tùy thuộc vào nồng độ và thời gian ph i nhiễm khác nhau sẽ dấn đến nh ng ảnh hưởng gây hại đến sinh vật kể cả con người

Vi khuẩn lam (VKL) và độc tố của VKL là nh ng phần tất yếu của tự nhiên Tuy nhiên, do ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp từ hoạt động con người, chất lượng môi trường nước trong các thuỷ vực ngày càng bị phú dư ng hoá tạo đi u kiện thuận lợi cho VKL và độc tố của chúng hiện diện ngày càng thường xuyên và tăng cao trong thủy vực nước cấp cho sinh hoạt VKL nở hoa và độc tố VKL có ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người với nhi u biến cố liên quan xảy ra trên thế giới Do đ tổ chức y tế thế giới WHO đã đưa ra quy chuẩn an toàn sức khỏe liên quan đến độc tố VKL microcystins (MCs) là 1 µg/L cho nước cấp sinh hoạt (Chorus và Battram, 1999)

Ở nước ta, VKL và độc tố VKL bước đầu đã được ghi nhận ở nhi u thủy vực ao

hồ nước ngọt (Duong và cs., 2014; Pham và cs., 2015; Dao và cs., 2016) Tuy nhiên,

hệ thống x lý nước phục vụ sinh hoạt ở Việt Nam chưa thể loại bỏ hoàn toàn độc tố VKL cũng như chưa c quy tr nh công nghệ để hạn chế và x l độc tố VKL Vì vậy,

việc nghiên cứu các giải pháp để hạn chế sự hiện diện và khả năng sản sinh độc tố của VKL trong các thủy vực nguồn cấp nước sinh hoạt ở Việt Nam là đi u cần thiết

Một số các nghiên cứu gần đây cho thấy VKL Microcystis và Anabaena thường

xuyên xuất hiện và gây nở hoa kèm theo sản sinh độc tố ở một số hồ nước cấp như Trị

An, Dầu Tiếng, Núi Cốc, (Duong và cs., 2014; Pham và cs., 2015; Dao và cs., 2016) Tại Việt Nam chưa c nh ng nghiên cứu tìm các giải pháp nhằm hạn chế sinh khối của VKL Trước đây trên thế giới cũng có nhi u phư ng pháp được nghiên cứu

và áp dụng để kiểm soát sự phát triển của VKL như dùng hoá chất, dùng tia cực tím, khí ozon, hoặc các biện pháp sinh học nhờ vào lưới thức ăn ằng cách s dụng các loài vi giáp ác, cá để ăn VKL Tuy nhiên các phư ng pháp này còn gặp nhi u khó khăn như chi phí cao, qui mô nhỏ, không thực tiễn hoặc hiệu quả không cao và chưa thân thiện với môi trường Một số các giải pháp đã được các nhà khoa học nước ngoài nghiên cứu và áp dụng là phư ng pháp kiểm soát sự phát triển của VKL bằng đất sét Phư ng pháp này c giá thành rẻ, đ n giản, có thể áp dụng trên qui mô lớn, hiệu quả cao và đặc biệt là thân thiện với môi trường, nhi u quốc gia trên thế giới đã tiến hành

áp dụng phư ng pháp trên để kiểm soát sự phát triển của VKL trong các hồ nước cấp

Do đ đ tài khảo sát sự ảnh hưởng của một số loại đất sét đến sự phát triển của

VKL gây hại điển h nh như Microcystis và Anabaena được đ uất thực hiện Việc

tìm hiểu nh ng phướng pháp để hạn chế và kiểm soát sự phát triển của VKL gây hại

Microcystis và Anabaena là rất cần thiết để bảo vệ môi trường, cảnh quan thiên nhiên

và quan trọng h n hết đ là ảo vệ hệ sinh thái nước ngọt, bảo vệ sức khỏe con người

2 MỤC TIÊU CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2.1 Mục tiêu chung

Khảo sát được sự ảnh hưởng của đất sét đến sự phát triển của vi khuẩn lam

Microcystis và Anabaena phân lập ở hồ Trị An

2.2 Mục tiêu chi tiết

Phân lập được hai chủng VKL nước ngọt phổ biến ở Việt Nam Microcystis sp

và Anabaena sp rồi tiến hành nuôi cấy riêng biệt hai chủng VKL này

Phân tích được thành phần khoáng vật sét trong các mẫu đất thu được để tìm được 3 loại đất sét theo các nghiên cứu đi trước bằng phư ng pháp M A và thu mẫu đất theo kích c hạt mong muốn

Khảo sát được sát được sự ảnh hưởng của đất sét lên sự phát triển của hai chủng

VKL Microcystis sp và Anabaena sp., từ đ rút ra kết luận loại đất sét có thành phần

nào chiếm ưu thế và nồng độ tối ưu để có thể ứng dụng thực tế tại Việt Nam trong việc kiểm soát sinh khối của VKL

3 NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Nội dung nghiên cứu

- Thu thập mẫu đất sét để t m ra được mẫu đất có các thành phần khoáng vật kaolin, illit, montmorillonit

- Thu thập mẫu VKL tại hồ chứa Trị An để phân lập được hai chủng VKL

Microcystis sp và Anabaena sp., nuôi cấy duy tr trong đi u kiện phòng thí nghiệm

- Tiến hành phân tích pH đất, thành phần h u c trong đất, phân loại khoáng vật sét có trong mẫu đất

- Khảo sát sự ảnh hưởng của một số loại đất sét ở các nồng độ khác nhau lên sự phát triển của 2 chủng VKL phân lập được

3.2 Phạm vi nghiên cứu: hai chủng VKL phổ biến tại Việt Nam Microcystis sp và

Anabaena sp phân lập ở hồ Trị An

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

4.1 Phương pháp thu thập tài liệu

Thu thập và tìm hiểu các thông tin liên quan đến sinh sản, sinh trưởng, đặc tính

sinh thái của VKL Microcystis sp và Anabaena sp., các thông tin liên quan đến ảnh hưởng của đất sét lên sinh trưởng và phát triển của Microcystis sp và Anabaena sp

Các tiêu chuẩn, quy chuẩn phân tích thành phần cấp độ hạt, nồng độ h u c trong đất và nồng độ độc tố - mật độ cho phép của VKL trong môi trường nước ngọt

4.2 Phương pháp khảo sát, thu thập mẫu

Thu mẫu VKL và đất sét ở khu vực hồ Trị An: gồm các mẫu đất xung quanh hồ Trị An, tổng hợp trộn đ u và phân loại đến cấp độ hạt sét để tiến hành thí nghiệm ảnh hưởng của đất sét lên sự phát triển của VKL Tuy nhiên do khảo sát và thu thập mẫu VKL thu thập chỉ lấy tại hồ Trị An, và mẫu đất chỉ cần phân loại cấp độ hạt sét nên mẫu đất thu thập sẽ được lấy tại khu vực xung quanh hồ Trị An Trong quá trình khảo sát s bộ v kích thước hạt đất và bản đồ phân loại đất tại khu vực xung quanh hồ Trị

An chủ yếu là kích c hạt sét nên số lượng mẫu thu thập gồm 4 mẫu với khối lượng là

2 kg/mẫu, đồng thời lấy mấu đất tại Đất Cuốc, nh Dư ng c chứa thành phần Kaolin cao

4.3 Phương pháp nuôi cấy, phân lập VKL và phân tích hữu cơ trong đất

Mẫu đất thu được phân tích hàm lượng h u c trong đất theo TCVN 8726-2012

và pH của nước theo TCVN 5979-2007 Thí nghiệm được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Công nghệ môi trường thuộc phòng quản l môi trường, Viện Sinh hoc Nhiệt đới, số 87 Trần Quốc Toản, quận 3, thành phố Hồ Chí Minh

Hai chủng VKL Microcystis sp và Anabaena sp được phân lập trực tiếp theo

phư ng pháp của Belcher và Swale (1988) bằng cách hút r a tế bào

4.4 Phương pháp phân tích thành phần khoáng vật sét

Phân loại thành phần khoáng vật sét theo tiêu chuẩn ASTM C837-99 Các mẫu đất sét thu v sẽ được bảo quản và phân tích thí nghiệm phân loại thành phần khoáng vật sét bằng phư ng pháp M A (Methylene lues A sore) tại phòng thí nghiệm Nông học, thuộc khoa Nông học, trường đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh Thí nghiệm Methylene Blue có thể ác định khả năng trao đổi cation của mẫu đất bằng cách đo lượng MB cần để bao phủ tổng diện tích bên ngoài và bên trong các hạt sét có trong mẫu đất Phư ng pháp thí nghiệm này dựa trên hiện tượng trao đổi cation

gi a khoáng vật sét với các cation M khi hòa tan trong nước (Phan Thị San Hà, 2007)

4.5 Phương pháp chụp ảnh kính hiển vi quét điện tử (SEM)

Mẫu sét sẽ được trích một ít g i phân tích chụp bằng kính hiển vi điện t quét (SEM) tại Viện công nghệ Nano – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh

4.7 Phương pháp vẽ bản đồ

Các vị trí thu VKL và khu vực khảo sát hồ Trị An được định vị trên điện thoại bằng ứng dụng GPS, sau đ các vị trí trên được thể hiện trên bản đồ bằng phần m m

Mapinfo 11.5 và Sufer 11

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN LAM

1.1.1 Vi khuẩn lam – Sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn lam

Vi khuẩn lam (VKL) hay còn gọi là tảo lam là nh ng vi sinh vật tự dư ng hiếu khí và quang hợp thuộc ngành Cyanophyta VKL là nh ng vi sinh vật có cấu trúc tế

ào đ n giản, chưa c nhân điển hình, là sinh vật đ n ào hoặc đa ào, tập đoàn, phân nhánh hoặc không phân nhánh với nhi u hình dạng khác nhau như h nh cầu, hình trứng, hình thoi, hình ống, hình elip, hình quả lê, … c kích thước hiển vi, tế bào VKL không mang roi VKL có khoảng 150 chi và 2000 loài (Hoek và cs., 1995) Quá trình sống của VKL chỉ đòi hỏi nước, CO2, các chất h u c hòa tan trong nước và đặc biệt

là phải có ánh sáng Hình thức đồng năng lượng hóa của VKL chính là quá trình quang hợp Tuy nhiên, trong môi trường tự nhiên cũng c một số loài VKL có khả năng tồn tại trong thời gian dài trong đi u kiện tối hoàn toàn Ngoài ra, VKL còn có thể cộng sinh với nấm, động vật và thực vật (Whitton và Potts, 2000) VKL tham gia tích lũy và chuyển đổi năng lượng vì vậy trong hệ sinh thái VKL là mộ trong nh ng

m c xích rất quan trọng Trong tự nhiên Microcystis thường tồn tại ở dạng tập đoàn gồm nhi u tế bào (từ vài chục đến vài ngàn) tập hợp lại với nhau thành dạng đám vi

do các tế bào giống nhau xếp nối tiếp nhau thành một hàng Chúng sinh sản bằng cách phân đôi tế bào Sau khi phân bào, các tế bào vi khuẩn lam kết dính với nhau bằng dịch nhày do tự chúng tiết ra (Desikachary, 1958)

Vi khuẩn lam thuộc nhóm sinh vật ti n nhân, không có ti thể cũng như thể Golgi

và lạp thể, không c màng nhân, không c lưới nội sinh chất (hình 1.1.) Thành tế bào của vi khuẩn lam cấu tạo bởi peptidoglican, tư ng tự cấu tạo thành tế bào của vi khuẩn gram âm, bao gồm 2 lớp: Lớp peptidoglican cứng, dính li n với màng tế bào Lớp lipopolisacharide ở phía ngoài Peptidoglican là một hợp chất cao phân t của N-acetylglucoamin và N-acetylmuramic acid được kết nối bởi các amino acid Ở 1 số vi khuẩn lam, thành tế bào có bao nhầy bên ngoài (Desikachary, 1958)

Hình 1.1 Ảnh hiển vi một số loài vi khuẩn lam (Ảnh: Phạm Thanh Lưu)

a) Anabaena spiroides; b) Microcystis aeruginosa; c) Microcystis wesenbergii

Một số loài VKL có khả năng cố định nit từ khí quyển trong đi u kiện môi trường thiếu dinh dư ng bằng cách hình thành dị bào heterocyst (Nguyen và cs., 2000) Trong đi u kiện bất lợi thì VKL hình thành tế bào nghỉ akinete, tế bào nghỉ này

sẽ l ng xuống bùn tồn tại trong lớp trầm tích Đến khi đi u kiên môi trường thuận lợi thì tế bào nghỉ phóng thích và phát triển giúp cho VKL phát triển Nhờ vào không bào khí trong tế bào mà giúp chúng có thể chìm hoặc nổi chủ động trong nước để có thể

t m được nguồn sáng và dinh dư ng tốt nhất cho sự phát triển

Một số loài VKL như Spirulina được khai thác làm thực phẩm dinh dư ng, dược

liệu, mỹ phẩm và sản xuất năng lượng Khả năng cố định nit g p phần làm giàu dinh

dư ng cho đất và nước Tuy nhiên, VKL cũng gây ra nhi u vấn đ cho con người nếu phát triển mạnh như ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt, giảm giá trị cảnh quan, sinh mùi khó chịu, nguy hiểm h n đ chính là nhi u loài VKL còn có thể tiết độc tố ra ngoài môi trường gây độc cho nguồn nước và con người

VKL được chia thành 4 bộ theo đặc điểm hình thái: Chlorococcales, Oscillatoriales, Nostocales và Stigonematales (Đặng Đ nh Kim và Dư ng Thị Thủy, 2014)

Bộ Chlorococcales bao gồm VKL đ n ào hay đa ào dạng tập đoàn, không

hình thành sợi Các chi tiêu biểu như Microcystis, Chroococcus

Bộ Oscillatoriales bao gồm nh ng loài dạng sợi Chúng không có dị bào hay tế

bào nghỉ Các chi tiêu biểu bao gồm Oscillatoria, Spirulina, Pseudanabaena

Bộ Nostocales gồm nh ng loài dạng sợi Có dị bào và tế bào nghỉ Xảy ra sự

phân nhánh giả Các chi tiêu biểu gồm Dolichospermum, Cylindrospermum, Aphanizomenon

Bộ Stigonematales gồm nh ng loài dạng sợi có dị bào, tế bào nghỉ và phân

nhánh thật Các chi tiêu biểu gồm Fischerella, Stigonema

a

1.1.2 Sự nở hoa của vi khuẩn lam

Hiện tượng VKL nở hoa (blooms) (hình 1.2.)xảy ra rất nhi u trong các thủy vực

bị phú dư ng hóa ở kh p n i trên thế giới và thường gây độc Đ là sự phát triển quá

mức của các loài VKL trôi nổi như các loài Anabaena, Microcystis thường có màu

xanh lam nh ng cũng thường có nh ng màu s c khác như àng nâu hoặc đỏ tùy thuộc vào từng loại VKL Hiện tưởng nở hoa thường xảy ra vào mùa hè ở vùng ôn đới khi nhiệt độ môi trường tăng cao Tuy nhiên ở nh ng vùng nhiệt đới như Việt Nam, hiện tưởng nở hoa của VKL có thể xảy ra quanh năm trong môi trường phú dư ng hóa (Mur và cs., 1999; Oliver và Granf, 2000)

Hiện tượng phú dư ng hóa là một dạng biểu hiện của ao hồ bị ô nhiễm do dư thừa các chất dinh dư ng (thông thường khi hàm lượng nit (N) lớn h n 500 µg/L và photpho (P) lớn h n 20 μg/L) Sự dư thừa các chất dinh dư ng này trong môi trường nước sẽ tạo đi u kiện thuận lợi cho các loài tảo đặc biệt là vi khuẩn lam, rong, rêu và các thực vật thân m m trong nước phát triển mạnh và gây ảnh hưởng đến sự cân bằng

sinh học của hệ sinh thái (Lê Thị Ngọc Mỹ và cs., 2015) Ngoài ra do VKL nổi trên

mặt nước nên có lợi thế hấp thụ ánh sáng mạnh h n, ên cạnh đ khả năng cố định nit của một số loài khi hàm lượngdi nh dư ng trong môi trường giảm giúp cho chúng cạnh tranh tốt h n so với loài tảo khác Hiện tượng nở hoa của VKL gây rất nhi u vấn

đ cho con người và môi trường Theo kết quả đi u tra các khu vực thủy vực nước

ngọt thấy có khoảng 50 - 75% mẫu nước nở hoa gây độc thuộc các chi Microcystis, Anabaena, Oscillitoria, Cylindropermopsis trong đ VKL sinh độc tố gan thường gặp

h n so với VKL sinh độc tố thần kinh (Đặng Đ nh Kim và Dư ng Thị Thủy, 2014)

Hình 1.2 Vi khuần lam nở hoa ở hồ Trị An, tháng 9/2016 (Ảnh: Phạm Thanh

Lưu)

Ở Việt Nam hiện tượng nở hoa của VKL cùng với sản sinh ra nhi u loại độc tố trong đ độc tố Microcystins (MCs) thường c hàm lượng cao nhất và đã được ghi nhận ở nhi u thủy vực khác nhau như hồ Thành Công, hồ Núi Cốc, hồ Hoàn Kiếm, hồ Dầu Tiếng, hồ Trị An (Hummert và cs., 2001; Duong và cs., 2013, 2014; Dao và cs., 2010; Pham và cs., 2015, 2017)

1.1.3 Độc tố vi khuẩn lam

Độc tố của VKL được phân làm 3 nhóm chính dựa vào cấu trúc hóa học gồm: cyclicpeptides; alkaloids và lipopolysaccharides (LPS) (Sivonen và Jones, 1999) Các độc tố của VKL thường gặp tại các hồ nước ngọt tại Việt Nam gồm:

+ Nhóm cyclic peptides: Microcystins (MCs) và Nodularins

+ Nhóm alakloids: Anatoxin-a; Anatoxin-a(S); Saxitoxins; Cylindrospermopsin (CYN); Aplysiatoxins và Lyngbiatoxins

+ Nhóm LPS: lipopolysaccharides

Trong đ Microcystins là độc tố phổ biến nhất gặp hầu hết ở trong các thủy vực Microcystins (MCs) là độc tố VKL phát hiện ở hầu hết các thủy vực nước ngọt

và nước lợ kh p n i tên thế giới Đây là độc tố được nghiên cứu nhi u nhất

Microcystins là loại độc tố dạng vòng hepatotoxic thuộc nh m độc tố gan cylic peptides (Hình 1.3.) Có cấu tạo gồm 7 amino axit khác nhau, với 2 amino axit cuối cùng của dãy peptide nối li n lại hình thành nên phức hợp vòng Có trọng

lượng phân t dao động từ 500 - 4000 Da (Marian và cs., 2007) Cấu trúc chung của

Cyclo-(D-Alanine1-X2-D-MeAsp3-Z4-Adda5-D-glutamate6-Mdha 7 trong đ :

X và Z là các L – a it amin khác nhau như Leucine (L), Ariginine (R), Tyrosine (T), Alanine (A) hoặc Methionine (M)

D-MeAsp3 là axit D-erythro-b-methylaspartic

Mdha là N-methyldehydroalanine và Adda là axit (2S, 3S, 8S, 9S)-3-amino-9-methoxy-2,6,8-trimethyl-10-phenyldeca-4,6-dienoic

- Microcystins LR: R=CH(CH3)2

- Microcystins RR: R= CH2CH2NH-C(NH2)=NH

- Microcystins YR: R=C6H4-p-OH (Duy và cs., 2000)

Hình 1.3 Cấu trúc hóa học của 3 loại độc tố microcystins thường gặp

(Apeldoorn và cs., 2007)

Đến nay, h n 90 dạng cấu trúc của MCs được ác định (Neilan và cs., 2013)

Có 3 dạng MCs phổ biến nhất, hiện diện hầu hết ở các chủng gây độc là MCLR, MCYR và MCRR, có trọng lượng phân t từ 900 - 1100 Da (Apeldoorn và cs., 2007) MCs hòa tan cao trong nước, rất b n và không bị tác động bởi các phản ứng thủy ngân, oxi hóa kh trong đi u kiện môi trường thông thường tại các thủy vực, MCs có thể tồn tại trong môi trường nước thủy vực khoảng 1 tuần H n n a, chúng

có thể tồn tại lâu h n ở môi trường nước lọc hoặc kh ion (Apeldoorn và cs., 2007)

MCs bị phân hủy chậm trong đi u kiện nhiệt độ cao khoảng 40 C với pH < 1 hoặc

pH > 9

Hợp chất này được phân lập lần đầu tiên từ loài VKL Microcystis aeruginosa,

sau đ được đặt tên là microcystins (Carmichael và cs., 1988) Còn nhi u loài VKL

thuộc chi Microcystis có khả năng sinh ra MCs như M botrys, M smithii, M wesenbergii Ngoài ra, MCs cũng được tìm thấy ở một số loài thuộc chi Dolichospermum, Oscillatoria (Apeldoorn và cs., 2007)

C chế gây độc của độc tố MCs là làm ức chế enzyme protein phosphatase 1A

và 2A trong tế ào động thực vật, đặc biệt là tế bào gan Độc tố MCs thường gây tổn thư ng tới tế bào gan (phá v cấu trúc tế bào gan, mất cấu trúc thể oang, tăng trọng lượng gan do xuất huyết) và gây sốc sự vận chuyển máu, rối loạn nhịp tim dẫn đến chết ở động vật (Sivonen, 1990)

Ở Việt Nam các dạng đồng phân của MCs gồm MCLR, MCRR, MCYR, và MCWR đã được ghi nhận ở Hồ Thành Công, Hồ Núi Cốc, Hồ Dầu Tiếng và Hồ Trị

An với tổng nồng độ cao nhất lên đến 1116 μg/g và 690 μg/g trọng lượng khô (TLK) (Duong và cs., 2014; Pham và cs., 2015)

1.2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam, VKL đã và đang được các nhà khoa học trong và ngoài nước nghiên cứu trong nhi u thập niên qua Tuy nhiên các nghiên cứu hầu hết chỉ tập trung vào mô tả và ghi nhận thành phần loài VKL hiện diện trong các thuỷ vực Từ nh ng năm 90 trở v trước nghiên cứu tảo lam nói chung chỉ dừng lại ở mức độ phân loại và

ghi nhận v các trường hợp nở hoa của chi Microcystis sp và Anabaena sp ở một số

thủy vực nước ngọt, chưa đi sâu vào nghiên cứu v cá thể, các đặc tính sinh thái cũng như nghiên cứu v độc tố (Phạm Thanh Lưu, 2010)

Dư ng Đức Tiến (1996) đã công ố 224 bậc phân loại (taxon) VKL Đây là công

tr nh nghiên cứu c tính hệ thống và chi tiết nhất v VKL ở nước ta cho tới thời điểm hiện nay Năm 2001, tác giả Dư ng Đức Tiến đã thống kê ở Việt Nam c 18 loài và

dưới loài thuộc chi Microcystis

Ở khu vực phía b c, VKL Microcystis aeruginosa ở hồ Thành Công và hồ Hoàn

Kiếm được phân lập đầu tiên trong phòng thí nghiệm bởi nhóm tác giả Dư ng và cs.,

(2000) Sau đ Đặng Đ nh Kim và cs., (2005) đã tiến hành nghiên cứu độc tính và độc

tố của chủng vi khuẩn lam M aeruginosa BB1 phân lập ở hồ Ba Bể bằng phư ng pháp th sinh học trên Artemia salina và phư ng pháp ức chế ezyme protein photphatase 2A (PP2A) Kết quả cho thấy độc tính của chủng M.aeruginosa BB1 có độc tính rất cao đối với Artemia salina với giá trị LD50 là 8.29 mg/mL và M aeruginosa BB1 chứa ít nhất 2 loại MC là MC-LR và MC-RR với tổng lượng MCs là

4.39 mg/g

Nghiên cứu của Dư ng Thị Thủy (2012) cũng ghi nhận nhi u loài VKL và độc

tố VKL tại hồ Núi Cốc Trong nghiên cứu này tác giả còn s dụng phư ng pháp phân tích đa iến để hiểu được các thông số môi trường ảnh hưởng đến sự gia tăng của VKL và sự thay đổi nồng độ microcystin trong hồ Núi Cốc, Việt Nam Kết quả cho

thấy cộng đồng thực vật phù du chủ yếu là loài loài Microcystis với mật độ cao h n

vào mùa hè và mùa thu Kết quả phân tích tư ng quan cho thấy nhiệt độ nước và nồng

độ phosphate là nh ng thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến mật độ VKL,

Microcystis và sự xuất hiện của độc tố microcystin Phân tích các độc tố bằng phư ng

pháp s c ký lỏng hiệu năng cao cho thấy sự có mặt của hai đồng phân microcystin: microcystin-LR (MC-LR) và microcystin-ddRR (MC-ddRR) với nồng độ tổng số độc

tố trong các mẫu lọc từ nước mặt dao động từ 0,11 đến 1,52 mg/L Tại Việt Nam đã

có nhi u công tình nghiên cứu v VKL cũng như là tác hại do độc tố của nhóm sinh vật này gây ra Tuy nhiên các nghiên cứu trên cũng chỉ dừng lại ở số lượng loài, đưa

ra các tác hại của độc tố của VKL gây nên và chưa c các nghiên cứu đưa ra iện pháp nhằm để kiểm soát được sinh khối của VKL cũng như là độc tố của VKL

Ở khu vực phía nam, từ năm 2000 việc quan tr c định kỳ 2 lần/năm khu hệ thuỷ sinh vật (trong đ c VKL) được thực hiện ởi Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Đồng Nai và Phòng Công nghệ và Quản l Môi trường, Viện Sinh Học Nhiệt Đới Trong thời gian khảo sát, nhi u lần nhóm nghiên cứu b t gặp có sự nở hoa của VKL ở hồ Trị

An Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu chỉ dừng lại ở việc khảo sát thành phần loài và mật

độ tế ào VKL, chưa đi vào phân tích độc tố của VKL ở hồ Trị An

Trong luận văn thạc sĩ của Sarah Christensen (2006), tác giả đã mô tả 39 loài VKL ở hồ Dầu Tiếng và Trị An Luận văn này cũng đã áo cáo v hàm lượng độc tố MCs có ở trong mẫu nước hồ DT và hồ Trị An ở mức <1 µg/L

Trong luận án tiến sĩ của Đào Thanh S n (2010), tác giả đã thực hiện các nội dung sau (1) Phân lập, nuôi cấy các chủng VKL ở hồ Trị An nhằm phân tích các độc

tố do chúng sinh ra, (2) Quan tr c định tính, định lượng, độc tố MCs, các thông số hoá học và lý học ở hồ Trị An, (3) Khảo sát các tác động tức thời từ VKL và môi trường

đến loài Daphnia magna, (4) Nghiên cứu tác động của độc tố VKL đến biến đổi sinh học và hoạt động chống oxy hoá enzym của Daphnia magna và (5) Khảo sát các tác

động dài hạn của MCs và các hợp chất khác chiết xuất từ tảo lam đến vòng đời của

Daphnia magna Kết quả nghiên cứu đã ghi nhận được 25 loài VKL, 6 loài mới cho

Việt Nam Sinh khối VKL có sự liên quan tuyến tính với các thông số môi trường như nhiệt độ, pH và BOD5 Phát hiện 4 loại độc tố MCs ở hồ Trị An Hàm lượng độc tố

trong nguồn nước tự nhiên không có nh ng tác động đáng kể lên Daphnia Tuy nhiên,

ở mẫu tảo nuôi cấy, độc tố VKL có nh ng ảnh hưởng rõ rệt lên đời sống của Daphnia

Nh ng tác động này tỉ lệ thuận với thời gian ph i nhiễm của Daphnia và hàm lượng

độc tố trong nguồn nước

Các nghiên cứu gần đây ở hồ Dầu Tiếng của Phạm Thanh Lưu và cộng sự (2015) ghi nhận nhi u loài VKL ở hồ Dầu Tiếng sản sinh độc tố MCs với hàm lượng lên đến 670 mg/g trọng lượng khô (TLK) Nhi u loài VKL sinh độc và độc tố VKL cũng được ghi nhận ở hồ Trị An (Dao và cs., 2010; 2016) Trong nghiên cứu này, sinh khối VKL, độc tố và một số thông số môi trường được theo dõi hàng tháng trong một năm tại sáu trạm bao gồm một tuyến c t ngang hồ chứa Sự tiến triển của chất độc, các yếu tố môi trường tự nhiên và nhân sinh c liên quan đến sinh khối của VKL Các biến môi trường tại hồ Trị An đã làm gia tăng sinh khối của loài VKL và tỷ lệ chênh lệch khác nhau rất nhi u ở các vị trí khảo sát khác nhau trên hồ chứa Trị An nguyên nhân là do đi u kiện vật l , dinh dư ng sẵn có tại hồ, sự cạnh tranh dinh dư ng với nhóm sinh vật phù du và đặc biệt là do tác động của nhân sinh Sinh khối của VKL

tư ng quan một chút đối với nhiệt độ, pH và nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD5) nhưng lại tiêu cực đối với nồng độ nit vô c Trong suốt thời gian lấy mẫu tại hồ, nồng độ

MC trong nước ở hồ Trị An khá thấp (≤ 0.07 μg/L MCR-LR tư ng đư ng) và cho thấy mối tư ng quan dư ng tính với BOD5, nit tổng : photpho tổng và sinh khối của VKL Tuy nhiên, trong các mẫu nở hoa có chứa VKL, nồng độ MCs đạt đến 640 μgg

TLK Sự xuất hiện của MCs trong hồ chứa gây nguy c cho người dân địa phư ng s

dụng nước hàng ngày cho mục đích sinh hoạt

Tại Việt Nam đã c nhi u công trình nghiên cứu v VKL, các loại độc tố VKL cũng như là tác hại do độc tố của nhóm sinh vật này gây ra Tuy nhiên các nghiên cứu trên cũng chỉ dừng lại ở số lượng loài, hàm lượng độc tố sinh ra, đưa ra các loại độc tố

và các tác hại của độc tố của VKL gây nên, chưa c các nghiên cứu đưa ra iện pháp nhằm để kiểm soát được sinh khối của VKL hay x lý độc tố của VKL

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Trên thế giới hiện nay đã c các công tr nh nghiên cứu khác nhau v việc s dụng nh ng loại đất sét khác nhau để kiểm soát sinh khối của các loài VKL Đất sét thuộc nhóm khoáng vật sét là loại silicate lớp với gốc Si4O10 Đặc điểm là kích thước khoáng vật vô cùng nhỏ (< 0.025 mm), thuộc loại silicate nước và alumosilicate, chủ yếu là nhóm magie và canxi với các hợp chất s t, canxi, natri và một vài nguyên tố khác Phổ biến nhất trong nhóm khoáng vật này là Kaolinite, monmorilonit và

hydromica (La Thị Chích, 2010) Các thí nghiệm v việc s dụng đất sét để kiểm soát

tế ào VKL được tiến hành theo c chế c học và lý học Ứng dụng đất sét này đã được các nghiên cứu trên thế giới s dụng rải trên mặt hồ, trong đ Hàn Quốc là quốc gia điển hình trong việc tiên phong đầu tiên của quốc gia Châu Á trong việc ứng dụng sét để x lý tảo gây hại trong vùng nuôi trồng thủy-hải sản

Dựa vào kết quả của các nghiên cứu của Louzao và cộng sự (2015) các tế bào VKL mang điện tích âm, giống như một anion (ion âm), các hạt sét này c kích thước

tư ng đối bằng với tế ào VKL, khi hòa vào nước, các hạt sét sẽ xảy ra quá trình trao đổi cation nhờ vào thành phần khoáng vật sét c trong đất sét, chính vì lực hút tĩnh điện gi a ion mang điện tích trái dấu và các hợp chất keo kết dính được tạo thành tùy thuộc vào thành phần khoáng vật sét c trong đất sét, các hạt sét bám vào thành tế bào của VKL khiến khối lượng VKL nặng h n và ch m uống Chi u sâu tối đa của ánh sáng Mặt Trời truy n xuống nước đ là 2,5 m tính từ b mặt Đến một thời điểm nhất định, nh ng h n hợp kết dính gi a VKL và các hạt sét bị kéo xuống, vượt qua khoảng cách chiếu sáng của ánh sáng Mặt Trời, đi u này làm cho các tế bào VKL không thể phát triển, dần dần chìm xuống dưới đáy hồ, VKL trở thành thức ăn cho các loài sinh vật đáy như giáp ác hoặc bị các vi sinh vật đáy phân hủy …

Tại Trung Quốc, theo nghiên cứu Wenqing và cộng sự (2015) đã s dụng một

chất kết dính bổ sung với giá thành rất thấp và dễ phân hủy sinh học, tinh bột biến tính (cationic starch - CS) Nhóm nghiên cứu đã s dụng CS kết hợp với đất sét địa phư ng tạo thành một chất dẻo gây ức chế sự phát triển của VKL microcystis Điểm đẳng điện của các hạt đất tăng lên đáng kể từ pH 0.5 đến 11.8 sau khi thay đổi bằng

CS, làm cho h n hợp keo dính trên dễ tích điện và c được khả năng kết tụ tế bào Ở nồng độ 100 mg/L trong đất, khi chất tinh bột biến chất CS được đi u chỉnh là 10 mg/L, 86% tế ào VKL đã được lấy ra trong vòng 30 phút Li u dùng CS thấp h n hoặc cao h n dẫn đến việc hạn chế việc loại bỏ tế bào VKL Khoảng 71% và 45% tế

ào VKL đã được c t bỏ trong vòng 30 phút khi CS lần lượt là 5 mg/L và 80 mg/L

Đi u này là do chỉ có một phần của tế bào VKL kết hợp với các hạt sét được biến đổi cùng CS thông qua trung tính tích điện ở li u thấp, trong khi đ các hạt hình thành ở lượng CS cao đã tích điện dư ng để ngăn ngừa sự kết hợp thêm gi a các chất kết

dính

Theo nghiên cứu của Jonna Engström-Öst và cộng sự (2013) khảo sát ảnh hưởng

của đất sét lên sinh khối, kích thước tế bào, nồng độ MCs của VKL Anabaena sp và mật độ tế bào vi tảo lục Brachiomonas Kết quả cho thấy sinh khối của Anabaena sp

và mật độ tế bào của vi tảo lục Brachiomonas thay đổi theo sự hiện diện của độ đục gây ra bởi đất sét Anabaena sp và Brachiomonas được nuôi trong các bình thực

nghiệm thí nghiệm với đất sét Nghiên cứu cũng cho thấy nồng độ độc tố hòa tan và mật độ tế bào giảm trong các nghiệm thức có chứa đất sét

Các nghiên cứu trên thế giới đã cho thấy được phư ng pháp kiểm soát, ức chế sự sinh trưởng của sinh khối VKL cũng như độc tố của VKL bằng đất sét là khả thi và có thể ứng dụng trong thực tiễn để kiểm soát VKL nở hoa tại các hồ nước cấp, một tài nguyên đa dạng, phong phú ở Việt Nam và đặc biệt lại rất thân thiện với môi trường, không cần s dụng các hóa chất kết hợp khác

1.3 TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU

1.3.1 Vị trí địa lý

Hồ Trị An nằm ở bậc thang đi u tiết nước cuối cùng của sông Đồng Nai và La Ngà với diện tích lưu vực là 14.776 km2, là một trong nh ng hồ chứa lớn nhất vùng Đông Nam Bộ, khai thác tổng hợp nguồn nước phục vụ phát điện, tưới cho nông

nghiệp, cấp nước sinh hoạt và các khu công nghiệp Hồ thủy điện Trị An được khởi công xây dựng từ năm 1984 và b t đầu đi vào hoạt động năm 1987 Hồ Trị An ban đầu là một phần lưu vực sông được chuyển sang chế độ hồ chứa, sau thời gian h n 20 năm hoạt động, chịu tác động của các quá trình địa chất như l ng đọng trầm tích hoặc bồi, i,… làm iến đổi môi trường địa chất khu vực hồ chứa và vùng hạ lưu sông Đồng Nai (Đinh Văn Thuận, 2013)

Hồ Trị An được hình thành do việc đ p đập ngăn sông Đồng Nai, một trong

nh ng hạng mục chính của công trình thủy điện Trị An, nằm trên địa phận xã Cây Gáo, huyện Vĩnh C u, cách thành phố Biên Hòa 35 km v phía Đông c Đập được xây dựng bằng đất đá h n hợp, có chi u dài 420 m, chi u cao: 37 m, đỉnh đập rộng 10

m, đập tràn bằng beton trọng lực dài 150 m có 8 khoang, m i khoang rộng 15 m với 8

c a van được đ ng mở bằng cần cẩu chân đế tải trọng 2 × 125 tấn Ngoài ra còn có đập phụ suối Rộp, chi u cao lớn nhất 45 m, cao tr nh đỉnh đập 65 m Lưu vực hồ Trị

An có diện tích là 14.900 km2, diện tích mặt hồ là 32.300 ha, dung tích hồ là 2765 ×

106 m3 và dung tích chết là 218 106 m3

- Mực nước dâng nh thường 62,0 m ứng với dung tích toàn bộ là: 2.765 ×

106 m3

- Mực nước chết 50,0 m ứng với dung tích chết: 218 × 106 m3

- Mực nước gia cường 64,0 m ứng với dung tích gia cường: 3.400 × 106 m3

- Dung tích h u ích 2547 × 106 m3

Công trình thủy điện Trị An được xây dựng trong 7 năm và hoàn thành vào năm

1991 Công tr nh c nghĩa tổng hợp: bảo đảm cung cấp điện cho các tỉnh, thành phía Nam, cung cấp nước canh tác cho Đồng Nai, nh Dư ng và một phần của thành phố

Hồ Chí Minh Ngoài ra hồ còn có tác dụng đi u tiết lũ, nuôi trồng thủy sản, du lịch v.v

1.3.2 Đặc điểm địa chất

Đặc điểm địa chất của hồ Trị An g n li n với đặc điểm địa chất của tỉnh Đồng Nai Trầm tích của hồ Trị An c kích thước hạt trung bình giảm dần theo các mặt c t ngang từ đầu nguồn hồ chứa đến cuối hồ chứa môi trường trầm tích lòng hồ có động lực lớn, độ chọn lọc kém ngoài tác động dòng chảy, tác động của sóng còn có hoạt động của con người trên sông như khai thác cát, hoạt động nuôi cá bè, hoạt động đi

lại, vận chuyển của các tàu bè làm tăng động lực của dòng nước, gây ra môi trường trầm tích xáo động mạnh Hàm lượng của từng loại khoáng vật (montmorillonit, illit, kaolinit, clorit, thạch anh, feldspar, g tit và gipsit) trong các mẫu có sự chênh lệch không lớn Tuy nhiên, cũng có một vài sự khác biệt v hàm lượng khoáng vật sét của các mẫu lấy ở tuyến gi a lòng hồ so với các vị trí còn lại, chứng tỏ quá trình bồi tụ lòng hồ diễn ra có sự khác nhau ở từng khu vực trong lòng hồ Khu vực đầu nguồn là vùng bồi tụ mạnh với tốc độ từ 2,0 - 5,24 cm/năm, khu vực trung tâm hồ chứa là vùng bồi tụ trung bình với tốc độ 0,5 - 2,0 cm/năm, khu vực hạ lưu và vùng ven hồ có tốc

độ bồi tụ yếu (0 - 0,5 cm/năm) (Đậu Văn Ngọ, 2001)

1.3.3 Đặc điểm thủy văn

Đồng Nai có diện tích tự nhiên 5.866,4 km2 trong đ diện tích sông suối vào khoảng 16.666 ha chiếm 2,8% diện tích toàn tỉnh, là một tỉnh có mạng lưới sông, suối khá phát triển Sông Đồng Nai là con sông lớn thứ hai của các tỉnh Nam Bộ chảy qua, trải dài từ cực B c huyện Tân Phú, Định Quán v đến c a biển Xoài Rạp Sông La Ngà, sông Bé là hai phụ lưu lớn của sông Đồng Nai trong đ La Ngà là phụ lưu c một phần diện tích lưu vực nằm trên đất Đồng Nai b t nguồn từ cao nguyên Di Linh, Bảo Lộc Ngoài ra hệ thống sông suối nội tỉnh khá phát triển, phân bố tư ng đối đ u

kh p, trong đ phải kể đến sông Lá Buông, sông Thao, suối Cả, suối Tam Bung v.v Việc nghiên cứu chế độ thủy văn của các hệ thống sông, suối ở các tỉnh phía Nam nói chung và ở Đồng Nai n i riêng, đã làm từ lâu nhưng còn ở mức độ hạn chế,

có tính chất chuyên dùng do Nha Thủy nông và công tác nông thôn cùng c quan Điện lực của chế độ cũ quản lý Từ sau ngày giải phóng mi n Nam, công tác thủy văn được chú trọng do Tổng cục Khí tượng thủy văn thống nhất quản lý trong cả nước Mạng lưới các trạm thủy văn c ản đã được thành lập trên các tri n sông chính, theo một qui hoạch tổng thể, các yếu tố thủy văn được đo đạc đầy đủ h n và liên tục theo đúng qui tr nh, qui phạm

Mạng lưới các trạm thủy văn trong tỉnh gồm có:

- Các trạm trên sông Đồng Nai như: Tà Lài, Trị An, Tân Định, Biên Hòa ( trạm Trị An và Tân Định đã giải thể sau khi có hồ Trị An )

- Các trạm trên sông La Ngà như: Phú Hiệp, cầu La Ngà Ngoài ra còn có một số trạm chuyên dùng của ngành thủy lợi như: Lá uông, Tam ung, suối Cả v.v Số

liệu quan tr c được của các trạm trong thời gian gần đây được bảo đảm, độ tin cậy cao, là nguồn tư liệu quí để đánh giá chế độ thủy văn của các sông suối một cách

khách quan và trung thực (Sở Tài nguyên và Môi Trường tỉnh Đồng Nai)

1.3.4 Đặc điểm khí hậu

Khí hậu ở Đồng Nai thuộc khu vực Châu Á nhiệt đới, gió mùa; chịu ảnh hưởng của gi mùa Đông c và gió mùa Tây Nam; ngoài ra còn chịu sự chi phối của không khí chí tuyến Thái nh Dư ng từ tháng 4 đến tháng 10; rõ rệt hai mùa mưa n ng Mùa khô kéo dài 5 đến 6 tháng (từ tháng 12 đến tháng 3 hoặc tháng 4 năm sau), mùa khô 6 hoặc 7 tháng (từ tháng 4 hoặc tháng 5 đến tháng 11) Nhiệt độ trung bình tháng: 23,9 - 29 C thấp h n so với tiêu chuẩn trung bình vùng nhiệt đới (26 - 30 C )

Số giờ n ng trung bình 4 - 9,5 giờ/ngày, 2.500 - 2.860 giờ/năm; giờ n ng cao nhất trong mùa khô, không vượt quá 11,5 giờ/ngày

Tổng số ngày mưa trong năm 120 - 170 ngày (tiêu chuẩn vùng nhiệt đới 150 -

160 ngày) với tổng lượng mưa trong năm 1.500 mm - 2.750 mm Phân bố lượng mưa

ở Đồng Nai giảm dần từ B c xuống Nam Lượng mưa lớn nhất trên 2.500 mm/năm với số ngày mưa trong năm 140 - 160 ngày diễn ra ở các huyện Tân Phú, Định Quán

và B c Vĩnh C u Gi a các vùng, lượng mưa c khác nhau với độ chênh lệch không cao, khoảng 13 - 15%

Độ ẩm trung nh năm 80 - 82%; trong mùa khô thấp h n trong mùa mưa khoảng 10 - 12%; gi a vùng này với vùng kia c khác nhau nhưng chênh lệch không lớn; ví dụ, thời điểm tháng 1, độ ẩm không khí thấp nhất tuyệt đối ở Biên Hòa là 28%,

ở La Ngà là 35%

Do địa h nh đa dạng, chế độ gió ở các vùng không đồng nhất Khi ở Biên Hòa hướng gió thịnh hành trong năm là hướng Tây Nam (tần suất 12,6 - 11%) thì ở Long Khánh là hướng Đông Nam và Tây (tần suất 17,2 - 13,1%) Tốc độ gió trung bình, thông thường 1,5 - 3m/s (khoảng 5 - 10km/giờ), thường gió mạnh khoảng 10 - 19 giờ trong ngày, lặng gi vào an đêm Hàng năm thường có dông từ 80 - 140 ngày, cao điểm vào tháng 5, tháng 6 nhưng cấp gió không lớn Đồng Nai ít chịu ảnh hưởng trực tiếp của bão Trong thế kỷ XX, c 3 c n bão lớn ảnh hưởng đến Đồng Nai gió cấp 8, cấp 9 diễn ra trong các năm: 1904, 1952, 1997; trong đ c n ão lụt năm 1952 (Nhâm Thìn) gây thiệt hại nặng n nhất Khí hậu Đồng Nai với chế độ n ng, gi , mưa, nhiệt,

ẩm ở tỉ lệ cao, ổn định và phân bổ khá đồng đ u gi a các vùng là đi u kiện tốt cho sản xuất nông nghiệp, phát triển công nghiệp và sinh hoạt văn h a, du lịch (Sở Tài nguyên

và Môi trường tỉnh Đông Nai)

CHƯƠNG 2

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 PHƯƠNG PHÁP THU THẬP TÀI LIỆU

Thu thập các tài liệu trong và ngoài nước c liên quan đến việc s dụng đất sét

để kiểm soát sự phát triển của vi tảo lam gây hại Thu thập các tài liệu đã nghiên cứu

và chỉ ra sinh khối của vi tảo lam gây hại ở các loại đất sét khác nhau Các tiêu chuẩn, quy chuẩn Việt Nam v nồng độ cho phép của độc tố của vi tảo lam gây hại trong môi trường và đối với sức khỏe con người TCVN 4198-1995: Phư ng pháp ác định thành phần hạt trong phòng thí nghiệm Các tài liệu tham khảo được thu thập từ Viện Sinh học Nhiệt đới và mạng internet

2.2 KHẢO SÁT LẤY MẪU THỰC ĐỊA

- Tiến hành thu thập mẫu tảo trong nước hồ Trị An theo TCVN 6663 – 3:2011 (ISO 5667 – 1:2006)

- Mẫu đất thứ nhất được thu thập tại các điểm đại diện trên các cồn của hồ Trị

An sau đ được trộn đ u và lấy ngẫu nhiên theo TCVN 7538-4:2007 (ISO 10381-4 : 2003) Mẫu đất thứ hai được h trợ bởi Khoa Nông học của trường đại học Nông Lâm Tp.HCM Mẫu đất thứ ba là mẫu đất ở Đất Cuốc được h trợ bởi Phòng thí nghiệm Địa chất môi trường – trường đại học Tài nguyên và Môi trường Tp.HCM

- Khảo sát và đo đạt s ộ các thông số của các mẫu đất cũng như nước trong hồ Trị An: pH, hàm lượng các chất h u c , thành phần, cấu trúc và kích thước hạt trong đất

2.2.1 Thu mẫu và phân lập vi khuẩn lam

Mẫu VKL Micocystis sp được thu thập ở hồ Trị An bằng lưới thu thực vật phù

du hình chóp với kích thước m t lưới 25 µm Mẫu thu được gi ở đi u kiện râm mát

v phòng thí nghiệm Khi soi dưới kính hiển vi, chủng VKL Microcystis sp được

phân lập trực tiếp theo phư ng pháp của Belcher và Swale (1988) bằng cách hút r a tế

bào Theo phư ng pháp này, một tập đoàn Micocystis sp sẽ được hút (b t) bằng