Đặc điểm thành phần và phân bố hạt vi nhựa trong môi trường trầm tích tầng mặt khu vực vịnh Tiên Yên

Vấn đề ô nhiễm rác thải nhựa trên biển và đại dương, đặc biệt là các hạt vi nhựa đã gây tác động bất lợi cho môi trường và các hệ sinh thái biển trong giai đoạn gần đây. Trong phạm vi của nghiên cứu này, đặc điểm phân bố về số lượng và thành phần hóa học của hạt vi nhựa trong môi trường trầm tích tầng mặt khu vực vịnh Tiên Yên đã được đánh giá cụ thể.

Bài báo khoa học Đặc điểm thành phần phân bố hạt vi nhựa mơi trường trầm tích tầng mặt khu vực vịnh Tiên Yên Trương Hữu Dực1,2, Lưu Việt Dũng1,2*, Nguyễn Đình Thái2, Lê Văn Dũng1,2, Lê Thị Khánh Linh1,2, Trần Đăng Quy1,2, Nguyễn Tài Tuệ1,2 Phòng thí nghiệm trọng điểm Địa mơi trường Ứng phó biến đổi khí hậu, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; trhduc98@gmail.com; dungluuviet@gmail.com; levandung.qltnmtkhtn@gmail.com; lethikhanhlinh_t61@hus.edu.vn; quytrandang@gmail.com; tuenguyentai@gmail.com Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; nguyendinhthai@gmail.com * Tác giả liên hệ: dungluuviet@gmail.com; Tel.: +84–904729009 Ban Biên tập nhận bài: 2/10/2020; Ngày phản biện xong: 26/10/2020; Ngày đăng bài: 25/11/2020 Tóm tắt: Vấn đề nhiễm rác thải nhựa biển đại dương, đặc biệt hạt vi nhựa gây tác động bất lợi cho môi trường hệ sinh thái biển giai đoạn gần Các nghiên cứu gần cho thấy Việt Nam nước đứng đầu thất rác thải nhựa mơi trường biển đại dương nên nghiên cứu hạt vi nhựa môi trường cần thiết Trong phạm vi nghiên cứu này, đặc điểm phân bố số lượng thành phần hóa học hạt vi nhựa mơi trường trầm tích tầng mặt khu vực vịnh Tiên Yên đánh giá cụ thể Kết nghiên cứu cho thấy trầm tích tầng mặt khu vực vịnh Tiên Yên bị nhiễm bẩn từ 236–1324 hạt vi nhựa/kg, với giá trị trung bình 664±68 hạt vi nhựa/kg Số lượng loại hạt vi nhựa mơi trường trầm tích vịnh Tiên n bao gồm Microfragment (8,54%), Microfoam (4,99%), Microfiber (84,9%) Microfilm (1,57%) Thành phần hóa học vi nhựa chủ yếu loại nhựa phổ biến PE, PP, PA, PVC, PS, PET Hạt vi nhựa có xu hướng tập trung khu vực phía Bắc vịnh Tiên n có liên quan đến hoạt động nhân sinh khu vực nghiên cứu Mức độ nhiễm bẩn hạt vi nhựa môi trường trầm tích vịnh Tiên Yên mức tương đối cao so sánh với khu vực khác giới nên cần có giải pháp quản lý tài ngun mơi trường phù hợp Từ khóa: Vi nhựa; Trầm tích tầng mặt; Vịnh Tiên Yên Mở đầu Các sản phẩm nhựa (plastics) sản xuất công nghiệp sử dụng rộng rãi từ giai đoạn 1940 trở lại có vai trị đặc biệt quan trọng với nhiều ngành kinh tế đời sống người dân giới [1] Tuy vậy, việc gia tăng nhu cầu sử dụng sản phẩm nhựa (ước tính lên đến 12 tỷ vào năm 2025 [2]), rác thải nhựa ngày gây nhiều ảnh hưởng đến môi trường, đặc biệt hệ sinh thái biển ven biển Hàng năm đại dương nhận khoảng 4,8 đến 12,7 triệu rác thải nhựa từ đất liền từ hoạt động đánh bắt thủy hải sản, du lịch, đặc biệt lượng rác thải sinh hoạt, công nghiệp ngày gia tăng [3] Phần lớn thành phần nhựa khó phân hủy sinh học, chúng bị vỡ thành mảnh bé tác Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 719, 14–25; doi: 10.36335/VNJHM.2020(719).14–25 http://tapchikttv.vn/ Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 719, 14–25; doi: 10.36335/VNJHM.2020(719).14–25 15 nhân vật lý tia UV, sóng hay va đập vào rạn san hơ, trầm tích Các mảnh nhựa có kích thước < mm gọi microplastics hay hạt vi nhựa [4–5] Bên cạnh việc lượng lớn rác thải nhựa thải môi trường gây suy giảm chất lượng môi trường, hạt vi nhựa tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái [6] Các hạt vi nhựa phân loại thành hạt vi nhựa sơ cấp hạt vi nhựa thứ cấp [7] Hạt vi nhựa sơ cấp sản xuất phục vụ cho công nghiệp nhựa với hình dạng kích thước cụ thể thường có dạng hình cầu Hạt vi nhựa thứ cấp sản phẩm trình phân hủy loại rác thải nhựa môi trường [8] Hạt vi nhựa phổ biến mơi trường biển đại dương, chúng trôi bề mặt đại dương hay lắng đọng trầm tích khắp đại dương giới Các nghiên cứu gần ghi nhận xuất hạt vi nhựa thể nhiều loài cá, rùa hay chim biển [9], loài động vật phù du [10] ruột loài sinh vật hai mảnh vỏ [11] Hạt vi nhựa tích lũy thể sinh vật làm giàu thông qua chuỗi thức ăn gây ảnh hưởng đến nhiều loài khác, kể người Hơn nữa, hạt vi nhựa hấp phụ chất ô nhiễm hữu cơ, kim loại nặng, PCBs gây tác động có hại lên nhiều loại động vật hệ sinh thái [12–14] Việt Nam đánh giá nước đứng thứ giới lượng rác thải nhựa thải môi trường biển với 18000 năm, đứng sau Trung Quốc, Philipines Indonesia [3] Các nghiên cứu gần phân bố hạt vi nhựa Việt Nam cho thấy môi trường nước kênh rạch gần nhà máy sơng Sài Gịn bị nhiễm bẩn loại hạt vi nhựa có nguồn gốc từ dệt may [15] Mức độ nhiễm bẩn vi nhựa cát bãi biển khu vực thành phố Vũng Tàu huyện Gị Cơng, tỉnh Tiền Giang mức cao, với thành phần chủ yếu loại nhựa Polyethylene, Polypropylene, Polystyren [16] Tuy nhiên, nghiên cứu nhiễm bẩn hạt vi nhựa trầm tích đáy biển hạn chế, đặc biệt vũng vịnh ven biển Vũng vịnh môi trường chuyển tiếp quan trọng đất liền biển, đồng thời nơi tích lũy loại rác thải nhựa từ đất liền trước động lực sóng, thủy triều dòng hải lưu mang chúng đại dương Vịnh Tiên n nằm phía Đơng Bắc nước ta có diện tích tương đối lớn rộng khoảng km, dài khoảng 57 km [17] Phía Tây vịnh địa phận huyện Tiên Yên, Đầm Hà, Hải Hà, Móng Cái, phía Đơng vịnh bao bọc dãy đảo chắn Cái Bầu–Vĩnh Thực [18] Vịnh Tiên Yên khu vực có vị trí quan trọng q trình phát triển khu kinh tế Vân Đồn, đồng thời có nguy tích lũy rác thải nhựa chất nhiễm tương lai Do đó, nghiên cứu thực nhằm đánh giá mức độ nhiễm bẩn phân bố hạt vi nhựa trầm tích tầng mặt vịnh Tiên Yên Các đặc điểm số lượng, phân loại, thành phần hóa học phân bố không gian loại hạt vi nhựa trầm tích tầng mặt khu vực vịnh Tiên Yên đánh giá cụ thể nghiên cứu Kết nghiên cứu cung cấp thông tin ban đầu mức độ nhiễm bẩn hạt vi nhựa mơi trường trầm tích vịnh Tiên n, sở đề xuất giải pháp quản lý giảm thiểu ô nhiễm rác thải nhựa giai đoạn Phương pháp nghiên cứu 2.1 Khu vực nghiên cứu Khu vực nghiên cứu giới hạn từ cửa sông Tiên Yên, huyện Tiên Yên đến địa phận thị trấn Quảng Hà, huyện Hải Hà, phía Tây nhóm đảo chắn Cái Bầu–Vĩnh Thực (Hình 1) Vịnh Tiên Yên vịnh kín mơi trường chuyển tiếp nhiều sông vịnh Bắc Bộ sông Tiên Yên, Ba Chẽ, Đầm Hà, Hà Cối [19] Vùng bờ khu vực vịnh Tiên Yên phát triển hệ thống rừng ngập mặn (gần 5000 ha) bãi triều thấp (13000 ha) với mức độ đa dạng sinh học cao Hệ thống rừng ngập mặn khu vực vịnh Tiên Yên khu rừng ngập mặn nguyên sinh cịn sót lại miền Bắc Việt Nam, có vai trò quan trọng hệ sinh thái biển khu vực nghiên cứu [20] Trong trình phát triển khu kinh tế Vân Đồn, vịnh Tiên Yên có nguy cao trở thành nơi tích lũy loại chất ô nhiễm rác thải, ảnh hưởng đến tài nguyên hệ sinh thái đất ngập nước khu vực Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 719, 14–25; doi: 10.36335/VNJHM.2020(719).14–25 16 Hình Vị trí lấy mẫu trầm tích khu vực vịnh Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh 2.2 Khảo sát thực địa lấy mẫu Quá trình khảo sát thực địa tiến hành vào tháng 9/2019 với 26 mẫu trầm tích tầng mặt thu thập khu vực vịnh Tiên Yên (Hình 1) Mẫu lấy gàu lấy mẫu trầm tích chuyên dụng với bề dày trầm tích tầng mặt khoảng cm Mẫu trầm tích sau lấy đựng túi PE chuyên dụng (GL Science, Japan), lưu trữ thùng giữ nhiệt bảo quản mát chuyển phịng thí nghiệm trước tiến hành thí nghiệm Khu vực lấy mẫu phân chia tương ứng theo ký hiệu G1, G2, G3 đại diện cho khu vực trung tâm vịnh Tiên Yên, khu vực phía Nam vịnh Tiên Yên khu vực phía Bắc vịnh Tiên Yên 2.3 Phương pháp xác định số lượng phân loại hạt vi nhựa môi trường trầm tích tầng mặt Phương pháp xác định số lượng hạt vi nhựa mơi trường trầm tích tầng mặt áp dụng theo quy trình NOAA điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện Việt Nam [21] Khoảng 200 g mẫu trầm tích tầng mặt vịnh Tiên Yên sấy khô nhiệt độ 60 oC đến khối lượng không đổi 24 đến 48 Sau sấy khô, mẫu chia thành phần khoảng 50–70 g trầm tích khơ đựng cốc thủy tinh thêm từ từ 30–50 ml dung dịch Perodioxit 10% Khi phản ứng kết thúc, mẫu mang rây ướt với rây 0,3 mm để loại bỏ hạt có kích thước nhỏ, phần cịn lại rây rửa vào cốc thủy tinh sấy khô nhiệt độ 60 oC 24h Mẫu cốc thủy tinh sau sấy xử lý loại bỏ thành phần vật chất hữu 30–50 ml dung dịch Hydro Peroxide 30% với chất xúc tác dung dịch FeSO4 0,5M [19] Mẫu trầm tích gần bờ mơi trường sống nhiều lồi sinh vật bám đáy nên có thành phần carbonat từ vụn vỏ sinh vật lớn Đối với mẫu có nhiều thành phần vụn vỏ sinh vật, khoảng 10–20 ml dung dịch HCl 1M thêm vào để loại bỏ thành phần carbonat vòng 12h (hoặc đến dừng xuất bọt khí) Mẫu sau phản ứng sấy khô đến khối lượng không đổi trước tiến hành ly tâm tách hạt vi nhựa khỏi trầm tích Mẫu trầm tích sau loại bỏ vật chất hữu carbonat đựng ống Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 719, 14–25; doi: 10.36335/VNJHM.2020(719).14–25 17 nhựa ly tâm PE thêm đầy dung dịch ZnCl2 1,6 g/l Hỗn hợp ly tâm tốc độ cao (3000 RCF phút) lần nhằm tách hạt vi nhựa có tỉ trọng bé phía Phần hạt vi nhựa lên lọc qua giấy lọc kẻ Milipore với đường kính 47 mm, kích thước lỗ lọc 0,45 µm với lọc chân khơng Nagalene Trong trình lọc, nước cất thêm vào để đảm bảo khơng cịn ZnCl2 tồn dư màng lọc Màng lọc sau lọc đựng túi giấy nhôm, sấy khô 45 oC đến khối lượng không đổi Đặc điểm số lượng hạt vi nhựa trầm tích xác định kính hiển vi soi theo hướng dẫn quan khí đại dương Hoa Kỳ NOAA [4, 19] Việc xác định phân loại thành phần loại hạt vi nhựa có mơi trường trầm tích thực theo hướng dẫn NOAA [4] 2.4 Phương pháp xác định thành phần hóa học hạt vi nhựa Do khối lượng hạt vi nhựa thu sau trình lọc nhỏ nên mẫu hạt vi nhựa phân bố khu vực phía Bắc, Trung tâm phía Nam vịnh Tiên Yên gộp chung để xác định thành phần hóa học phương pháp quang phổ hồng ngoại hấp phụ FTIR (Fourier– transform infrared spectroscopy) Đây phương pháp phổ biến để xác định thành phần hóa học hạt vi nhựa nghiên cứu gần [26] Hạt vi nhựa mẫu thuộc vùng phía Bắc, Trung Nam vịnh Tiên Yên gom lại thành mẫu có khối lượng khoảng 3– mg để xác định thành phần hóa học Các mẫu nghiền mịn với chất KBr cối mã não nén chặt máy nén đĩa kim loại trước tiến hành phân tích hệ thống quang phổ hồng ngoại hấp phụ Jasco FTIR 4600 Q trình phân tích thực Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Phổ phân tích FTIR mẫu hạt vi nhựa so sánh phân loại thành phần hóa học theo cơng bố Gerrit Renner [22] 2.5 Phương pháp xử lý số liệu Kết thu q trình phân tích hạt vi nhựa mơi trường trầm tích tính tốn giá trị trung bình phần mềm SPSS 20.0, biểu đồ trình bày phần mềm Sigmaplot 12.0 Để xác định khác biệt thống kê phân bố loại hạt vi nhựa môi trường trầm tích theo khơng gian, phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) thực kết phân tích số lượng hạt vi nhựa Trước tiến hành phân tích, tập mẫu kiểm định phân phối chuẩn để đáp ứng điều kiện phân tích phương sai Trong trường hợp tập mẫu không đáp ứng phân phối chuẩn, phương pháp Kruskal–Wallis ANOVA áp dụng để kiểm định khác biệt thống kê số lượng hạt vi nhựa trầm tích Sự khác biệt thống kê nhóm ghi nhận giá trị p < 0,05 Kết thảo luận 3.1 Đặc điểm phân bố loại hạt vi nhựa trầm tích tầng mặt vịnh Tiên Yên Đặc điểm thành phần số lượng hạt vi nhựa trầm tích tầng mặt vịnh Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh thể Hình Kết nghiên cứu cho thấy khu vực vịnh, số lượng hạt vi nhựa dao động từ 236–1324 hạt vi nhựa/kg với giá trị trung bình 664±68 hạt vi nhựa/kg Ở mẫu G1–29, G1–30, G1–S08, G2–03, G3–15, G3–25 điểm tập trung nhiều với số lượng lớn 1000 hạt vi nhựa/kg Khu vực phía Bắc Trung tâm vịnh Tiên Yên có xu hướng tập trung hạt vi nhựa cao so với khu vực phía Nam vịnh Tiên n (Hình 2, 4) Mức độ nhiễm bẩn hạt vi nhựa môi trường trầm tích tầng mặt vịnh Tiên Yên nằm mức tương đối cao so sánh với khu vực tương tự Australia số vùng cửa sông Trung Quốc (Bảng 1) Các giá trị tương đương với số điểm đánh giá ô nhiễm rác thải nhựa Trung Quốc [23–24] Hạt vi nhựa trầm tích vịnh Tiên Yên phân loại với loại Microfiber, Microfoam, Microfragment, Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2020, 719, 14–25; doi: 10.36335/VNJHM.2020(719).14–25 18 Microfilm khơng có xuất số nhóm hạt vi nhựa nguyên sinh khác Sự khác biệt thống kê phân bố không gian khu vực nghiên cứu ghi nhận hạt vi nhựa Microfragments khơng xuất nhóm hạt lại Microfiber chiếm 84,90% thành phần số lượng hạt vi nhựa trầm tích tầng mặt vịnh Tiên Yên Microfiber loại vi nhựa có dạng sợi, mỏng dài dễ nhận biết kính hiển vi hình dạng sợi đặc trưng với nhiều màu, trắng, xanh lục, lam, đỏ, suốt… kích thước đa dạng từ 0,5–5 mm Microfiber dạng sợi suốt dẻo xuất nhiều khu vực vịnh Tiên Yên, chúng sản phẩm phân hủy dây lưới đánh cá hay dây câu từ vải may mặc, sản phẩm vệ sinh Các hạt Microfiber với nhiều màu sắc thường có nguồn gốc từ sợi len sợi vải tổng hợp bắt gặp với số lượng hạn chế khu vực nghiên cứu Đặc điểm phân bố Microfiber trầm tích cho thấy hạt có xu hướng tập trung tương đối cao khu vực phía Bắc vịnh Tiên Yên (Kruskal–Wallis ANOVA, p = 0,173) (Hình 6b) Đây khu vực nơi tập trung hoạt động nuôi ngao, cá lồng bè, đánh bắt thủy sản hoạt động khu công nghiệp liên quan đến lĩnh vực dệt nhuộm may mặc [19] Hình Số lượng phân loại loại hạt vi nhựa trầm tích khu vực Bảng Mức độ nhiễm bẩn vi nhựa vịnh Tiên Yên khu vực khác giới Khu vực nghiên cứu Kích thước (mm) Vịnh Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh 0,25–5 Bờ Đông Úc [23] 0,2–5 Hồng Kông [24] 0.1–5 Cửa sông Trường Giang, Trung Quốc [25] Vịnh Sishili, Hoàng Hải, Trung Quốc [26]