Hệ tảo, vi khuẩn lam và ứng dụng để đánh giá chất lượng môi trường nước tại hồ trúc

Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THỊ DUNG HỆ TẢO, VI KHUẨN LAM VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG MÔI TRƢỜNG NƢỚC TẠI HỒ TRÚC BẠCH, HÀ NỘI Chuyên ngành: Thực vật học Mã số: 60420111 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thùy Liên PGS TS Lê Thu Hà Hà Nội - 2016 Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học LỜI CẢM ƠN Được phân công Khoa Sinh học trường ĐH Khoa học Tự nhiên – ĐH Quốc gia Hà Nội, đồng ý hai giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Thùy Liên PGS TS Lê Thu Hà, thực đề tài “Hệ tảo, Vi khuẩn lam ứng dụng để đánh giá chất lượng môi trường nước hồ Trúc Bạch, Hà Nội” Để hoàn thành luận văn này, nhận nhiều giúp đỡ quý báu vật chất tinh thần kiến thức chuyên môn từ thầy cô bạn bè Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thùy Liên người ln tận tình bảo, động viên, hướng dẫn cho kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt q trình thực nghiên cứu hồn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS TS Lê Thu Hà, giúp đỡ tơi q trình tiến hành thí nghiệm, tạo điều kiện cho thực luận văn với kết tốt Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy giáo, cô giáo Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, đặc biệt thầy cô giáo môn Thực vật học phòng Thí nghiệm Sinh thái học Sinh học mơi trường, tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt chương trình học tập nghiên cứu khóa đào tạo thạc sĩ Cuối cùng, tơi muốn gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình tơi, tới tất anh chị khóa trên, bạn bè thân thiết, người bên tôi, động viên tơi vượt qua khó khăn suốt thời gian học tập, nghiên cứu Xin gửi tới tất người luận văn lời cảm ơn chân thành Hà Nội, 21 tháng 11 năm 2016 Học viên Nguyễn Thị Dung Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT BOD: Biochemical oxygen demand – Nhu cầu oxy sinh hóa BTNMT: Bộ Tài Ngun Mơi Trường COD: Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa học DO: Disolved Oxygen – Hàm lượng oxy hòa tan S: Điểm nghiên cứu P: Đợt nghiên cứu QVCN: Quy chuẩn Việt Nam Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tảo với vai trò sinh vật thị 1.2 Một vài tiêu thủy lí hóa đƣợc dùng để đánh giá chất lƣợng môi trƣờng nƣớc .5 1.2.1 Các tiêu thủy lý 1.2.2 Các tiêu thủy hóa 1.3 Tình hình nghiên cứu tảo giới Việt Nam 1.3.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.3.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam 11 1.4 Đặc điểm khu vực nghiên cứu 18 CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG, THỜI GIAN, ĐỊA ĐIỂM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .20 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 20 2.2 Thời gian địa điểm nghiên cứu 20 2.2.1 Thời gian nghiên cứu: 20 2.2.2 Địa điểm nghiên cứu: 20 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu .22 2.3.1 Phương pháp thu mẫu 22 2.3.1.1 Phương pháp thu mẫu thực vật 22 2.3.1.2 Phương pháp thu mẫu nước 22 2.3.2 Phương pháp phân tích mẫu 23 2.3.2.1 Phương pháp phân tích mẫu thực vật 23 2.3.2.2 Phương pháp phân tích mẫu nước 23 2.3.3 Phương pháp xử lý số liệu .24 2.3.3.1 Số liệu định tính, định lượng thực vật 24 2.3.3.2 Thông số thủy lý hóa 26 2.3.3.3 Xác định tương quan thông số thủy lý hóa thơng số sinh học 26 Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 28 3.1 Thành phần loài tảo phù du hồ Trúc Bạch 28 3.2 Cấu trúc mật độ hệ tảo hồ Trúc Bạch 36 3.2.1 Cấu trúc hệ tảo hồ Trúc Bạch 36 3.2.2 Mật độ hệ tảo hồ Trúc Bạch .37 3.3 Sự biến động hệ tảo hồ Trúc Bạch 39 3.3.1 Sự biến động theo mùa 39 3.3.2 Sự biến động theo năm 41 3.4 Đánh giá chất lƣợng nƣớc hồ Trúc Bạch thông qua số đa dạng, số ô nhiễm số Euglenophyta 43 3.4.1 Đánh giá chất lượng nước hồ Trúc Bạch thông qua số đa dạng Shannon-Weiner (1963) 43 3.4.2 Đánh giá chất lượng nước số Palmer (1969) .45 3.4.3 Đánh giá chất lượng nước số Euglenophyta 47 3.4.4 Mối tương quan số 48 3.5 Đánh giá chất lƣợng môi trƣờng nƣớc Hồ Trúc Bạch qua thông số thủy lý hóa 49 3.5.1 Nhiệt độ 49 3.5.2 Độ pH 50 3.5.3 DO (Hàm lượng oxy hòa tan) 51 3.5.4 BOD5 .52 3.5.5 Nhu cầu oxy hóa học (COD) 53 3.5.6 Hàm lượng NO3- 54 3.5.7 Hàm lượng NH4+ 55 3.5.8 Hàm lượng PO43- 56 3.6 Phân tích mối tƣơng quan tuyến tính số sinh học với tiêu lý hoá 56 KẾT LUẬN 62 KIẾN NGHỊ .63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC 68 Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Mối tương quan số đa dạng H’ mức độ ô nhiễm nước 24 Bảng 2.2 Chỉ số ô nhiễm chi tảo (Palmer 1969) 25 Bảng 2.3 Mối tương quan số Palmer chất lượng nước 25 Bảng 2.4 Mối tương quan cấu trúc tảo độ phì .26 Bảng 3.1 Danh lục thực vật hồ Trúc Bạch qua đợt nghiên cứu 28 Bảng 3.2 Cấu trúc thành phần loài thực vật hồ Trúc Bạch 36 Bảng 3.3 So sánh đa dạng thành phần loài thực vật hồ Trúc Bạch giai đoạn nghiên cứu 42 Bảng 3.4 Chỉ số đa dạng Shannon-Weiner điểm nghiên cứu đợt khảo sát hồ Trúc Bạch 44 Bảng 3.5 Chỉ số ô nhiễm Palmer điểm nghiên cứu đợt khảo sát hồ Trúc Bạch .46 Bảng 3.6 Chỉ số sinh học Euglenophyta điểm nghiên cứu đợt khảo sát hồ Trúc Bạch 47 Bảng 3.7 Mối tương quan số tảo sử dụng để đánh giá chất lượng môi trường nước 49 Bảng 3.8 Bảng phân tích tương quan tuyến tính số Shannon với tiêu lý hóa mơi trường nước .57 Bảng 3.9 Bảng phân tích tương quan tuyến tính số Palmer với tiêu lý hóa môi trường nước 58 Bảng 3.10 Bảng phân tích tương quan tuyến tính số Euglenophyta với tiêu lý hóa mơi trường nước 58 Bảng 3.11 Bảng phân tích tương quan tuyến tính hàm lượng NO3- với mật độ số chi tảo môi trường nước .60 Bảng 3.12 Bảng phân tích tương quan tuyến tính hàm lượng NH4+ với mật độ số chi tảo môi trường nước .60 Bảng 3.13 Bảng phân tích tương quan tuyến tính hàm lượng PO43- với mật độ số chi tảo môi trường nước .61 Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Bản đồ 12 vị trí lấy mẫu hồ Trúc Bạch 21 Hình 3.1 Sự biến động mật độ tảo trung bình hồ Trúc Bạch qua đợt khảo .37 Hình 3.2 Sự biến động mật độ tảo điểm khảo sát 38 Hình 3.3 Sự biến động số lượng loài tảo qua đợt khảo sát Hồ Trúc Bạch 40 Hình 3.4 Chỉ số đa dạng Shannon-Weiner điểm nghiên cứu đợt khảo sát 44 Hình 3.5 Chỉ số ô nhiễm Palmer điểm nghiên cứu đợt khảo sát 46 Hình 3.6 Chỉ số sinh học Euglenophyta điểm nghiên cứu đợt khảo sát 48 Hình 3.7 Nhiệt độ điểm nghiên cứu hồ Trúc Bạch đợt khảo sát 50 Hình 3.8 pH điểm nghiên cứu hồ Trúc Bạch đợt khảo sát 50 Hình 3.9 DO điểm nghiên cứu hồ Trúc Bạch đợt khảo sát .51 Hình 3.10 BOD5 điểm nghiên cứu hồ Trúc Bạch đợt khảo sát 52 Hình 3.11 COD điểm nghiên cứu hồ Trúc Bạch đợt khảo sát 53 Hình 3.12 Hàm lượng NO3- điểm nghiên cứu hồ Trúc Bạch đợt khảo sát 54 Hình 3.13 Hàm lượng NH4+ điểm nghiên cứu hồ Trúc Bạch đợt khảo sát 55 Hình 3.14 Hàm lượng PO43- điểm nghiên cứu hồ Trúc Bạch đợt khảo sát 56 Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học MỞ ĐẦU Tảo phù du nhóm sinh vật nhân sơ nhân thực có cấu tạo đơn bào, tập đồn hay đa bào đơn giản phân hóa thành thân, rễ giả Dinh dưỡng tự dưỡng nhờ có sắc tố quang hợp, dị dưỡng có số đại diện đặc biệt Nó có khả phân chia nhanh chóng thời gian định Trong hệ sinh thái thủy vực, tảo sinh vật sản xuất chủ yếu, tạo nên suất sơ cấp thủy vực [18], [37] Bên cạnh đó, vi khuẩn lam đóng vai trò tương tự tảo Do đó, nghiên cứu tảo thủy vực thường kèm với vi khuẩn lam Khi đánh giá chất lượng môi trường nước, khoa học ngày sử dụng hệ thống tiêu lý hóa Bên cạnh đó, sinh vật thị có tảo vi khuẩn thường sử dụng Tảo Vi khuẩn lam nghiên cứu sử dụng để thị ô nhiễm môi trường nước tính nhạy cảm chúng biến động môi trường Việc đánh giá chất lượng nước đóng vai trò quan trọng việc xác định loại nước phù hợp với mục đích sử dụng khác người, không gây ảnh hưởng xấu đến đời sống người sinh vật khác Bên cạnh đó, đánh giá phát nước bị ô nhiễm kịp thời đưa giải pháp xử lí nhanh hiệu quả, góp phần cải thiện chất lượng nước tốt Hồ Trúc Bạch hồ lớn nằm lòng thành phố Hà Nội, có giá trị cảnh quan du lịch Hiện tại, hồ Trúc Bạch bị ô nhiễm, nguyên nhân hồ phải nhận lượng lớn nước thải chưa qua xử lý Việc nghiên cứu đặc tính hồ, từ tính chất vật lý, hóa học tới sinh học thường xuyên cần thiết để tạo sở cho việc cải tạo trì hồ, đồng thời giúp đánh giá khách quan biện pháp xử lý môi trường áp dụng Hiện nay, nghiên cứu chất lượng nước hồ Trúc Bạch chủ yếu tập trung việc phân tích thơng số thủy lý, thủy hóa nước mà chưa có nhiều Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng tảo vi khuẩn lam làm sinh vật thị việc đánh giá chất lượng nước hồ Nhằm tìm hiểu mối tương quan thành phần, cấu trúc loài tiêu lý hóa, khả sử dụng tảo Vi khuẩn lam việc đánh giá chất lượng nước hồ Trúc Bạch, thực đề tài: “Hệ tảo, Vi khuẩn lam ứng dụng để đánh giá chất lượng môi trường nước hồ Trúc Bạch, Hà Nội” với nội dung sau: Xác định thành phần, mật độ thực vật Hồ Trúc Bạch phân tích biến động thành phần loài mật độ thực vật theo mùa theo năm Đánh giá mức độ ô nhiễm Hồ Trúc Bạch thông qua số sinh học: số đa dạng Shannon – Weiner (1963), số Palmer (1969), số Euglenophyta (1949) qua thơng số thủy lý hóa Đánh giá tương quan thông số sinh học với thơng số thủy lý hóa, tương quan hàm lượng NO3-, NH4+ PO43- với mật độ số chi tảo ưu hồ Trúc Bạch Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Sinh vật thị Sinh vật thị cá thể, quần thể hay quần xã có khả thích ứng nhạy cảm với mơi trường định Chúng lồi sinh vật mà diện thay đổi số lượng lồi thị cho nhiễm hay xáo trộn mơi trường Các lồi thường có tính mẫn cảm cao với điều kiện sinh lý, sinh hóa [12], [32], [39] Những nhóm sinh vật thị Trong hệ sinh thái nước, với nhóm sinh vật khác vi khuẩn, động vật nguyên sinh, động vật không xương sống cỡ lớn, thực vật lớn, cá…, tảo đóng vai trò quan trọng Đây nguồn cung cấp lượng oxy hòa tan cho thủy vực, đồng thời sinh vật sản xuất chuỗi thức ăn hệ sinh thái nước Với kích thước nhỏ, khả phản ứng tảo cao trước thay đổi môi trường Do đó, dựa vào thành phần lồi, mật độ, sinh khối, đặc tính phân bố theo thời gian tảo xác định mức độ nhiễm thủy vực [32], [39] Theo Hellewell (1989), tỷ lệ sử dụng nhóm sinh vật thị chất lượng nước sau [36]: - Virut: 1%, vi khuẩn: 15% - Vi tảo: 25% - Thực vật bậc cao: 3,5% - Nấm: 3,5% - Nấm men: 2,5% - Động vật nguyên sinh: 17,5% - ĐVKXS cỡ lớn: 26% Như vậy, vi tảo động vật không xương sống cỡ lớn hai nhóm sinh vật thị sử dụng phổ biến phương pháp sử dụng sinh vật thị để quan trắc đánh giá chất lượng nước Trong luận văn này, tảo sử dụng kết Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học 125 Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học 33 Navicula cincta (Ehr.) Ralfs 34 Navicula lanceolata Ehr 35 Navicula pupula Kütz 36 Navicula sp 37 Nitzschia palea (Kütz) W Smith 38 Nitzschia acicularis (Kütz) W.Smith 39 Surirella sp 40 Glenodinium penardii Lemm 41 Glenodinium sp 42 Euglena acus Ehr 43 Euglena hemichromata Skuja 44 Closterium sp 126 Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học 127 Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học 45 Euglena agilis H.J Carter 46 Euglena anabaena Mainx 47 Euglena sociabilis Dangeard 48 Euglena variabilis Klebs 49 Euglena sanguina Ehrenberg 50 Euglena velata G.A.Klebs 51 Euglena ehrenbergii C.A Klebs 52, 53 Euglena oxyuris Schmarda 128 Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học 129 Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học 55 Euglena deses Ehrenberg 56 Euglena proxima Dangeard 57 Euglena sp1 58 Euglena sp2 59 Lepocinclis fusiformis (Carter.) Lemm 60 Lepocinclis ovum (Ehr.) Mink 61 Lepocinclis globulus Perty 62 Lepocinclis sphagnophila Lemm 63 Lepocinclis sp 64 Monomorphina pyrum (Ehr.) Fresch 65 Phacus acuminatus Stokes 66 Phacus anomalus Fritsch et Rich 130 Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học 131 Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học 67 Phacus pleuronectes (Ehr.) Duj 68 Strombomonas fluviatilis (Lemmermann.) Deflandre 69 Trachelomonas dubia Svirenko 70 Trachelomonas sp 71 Pandorina sp 72 Pediastrum boryanum (Turp.) Menegh var boryanum 73 Pediastrum duplex Meyen var duplex 74 Pediastrum duplex var reticulatum Lagerh 75, 76 Pediastrum tetras var tetraodon (Cord.) Rabenh 132 Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học 133 Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học 77 Pediastrum tetras (Ehr.)Ralfs var tetras 78 Pediastrum simplex (Meyen) Lemm var simplex 79 Pediastrum simplex var duodenaarium (Bailey) Rabenh 80 Coelastrum microporum Naeg 81 Coelastrum sp 82 Ankistrodesmus gracilis (Reinsch.) Korsch 83 Ankistrodesmus acicularis (A.Br.) Korsch 84 Ankistrodesmus angustus (Bern.) Korsch 85 Ankistrodesmus arcuatus Korsch 86 Kirchneriella contorta (Schmidle.) Bohlin 87 Kirchneriella lunaris (Kirchn.) Moebitus 134 Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học 135 Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học 88 Tetraëdron trilobulatum (Reinsch) Hansgirg 89 Tetraëdron minimum (A Br) Hansg 90 Actinastrum hantzchii Lagerh 91 Crucigenia tetrapedia (Kirchn.) W et W 92 Crucigenia quadrata Morren 93 Crucigenia rectangularis A.Br.Gay 94 Scenedesmus acuminatus (Lagerh.) Chod var acuminatus 95 Scenedesmus acuminatus var biseratus Reinsch 96 Scenedesmus apiculatus (W et W) Chodat 97 Scenedesmus arcuatus (Lemm.) Lemm var arcuatus 98 Scenedesmus arcuatus var platydisca G.M Smith 99 Scenedesmus bijugatus (Turp) Kuet var bijugatus 136 Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học 137 Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học 100 Scenedesmus bijugatus (Turp) Kuet var alternans (Reinsch.) Hangg 101 Scenedesmus hortobagyi (Hortob.) Ergashev 102 Scenedesmus incrassatulus Bohl 103, 104 Scenedesmus obliquus var alternans Christ 105 Scenedesmus quadricauda (Turp.) Breb 106 Tetralanthos lagerheimii Teil 107 Tetrastrum elegans Playf 108 Tetrastrum heterocanthum(Nordstedt) Chodat 109 Tetrastrum glabrum(Y.V.Roll) Ahl & Tiff 110 Tetrastrum staurogeniaeforme (Schroed.) Lemm 111 Tetrastrum sp 112 Cosmarium sp 138 Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học 139 ... cấu trúc loài tiêu lý hóa, khả sử dụng tảo Vi khuẩn lam vi c đánh giá chất lượng nước hồ Trúc Bạch, thực đề tài: Hệ tảo, Vi khuẩn lam ứng dụng để đánh giá chất lượng môi trường nước hồ Trúc. .. vi khuẩn lam Khi đánh giá chất lượng môi trường nước, khoa học ngày sử dụng hệ thống tiêu lý hóa Bên cạnh đó, sinh vật thị có tảo vi khuẩn thường sử dụng Tảo Vi khuẩn lam nghiên cứu sử dụng để. .. hợp với thơng số thủy lý hóa để đánh giá chất lượng môi trường nước hồ Trúc Bạch Hiện nay, có vài số sinh học tảo thường sử dụng để đánh giá chất lượng nước Vi c sử dụng kết hợp thông số cho kết