Đánh giá sự hiện diện một số kim loại nặng trong ngêu trắng meretrix lyrate và môi trường sống của chúng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRẦN TUẤN VIỆT ĐÁNH GIÁ SỰ HIỆN DIỆN MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG NGHÊU TRẮNG Meretrix lyrate VÀ MÔI TRƯỜNG SỐNG CỦA CHÚNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH NĂM 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRẦN TUẤN VIỆT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐÁNH GIÁ SỰ HIỆN DIỆN MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG NGHÊU TRẮNG Meretrix lyrate VÀ MÔI TRƯỜNG SỐNG CỦA CHÚNG Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên Môi trường Mã số chuyên ngành: 9850101 Phản biện độc lập 1: PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà Phản biện độc lập 2: PGS.TS Phùng Chí Sỹ Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Thị Thanh Phượng Phản biện 2: PGS.TS Trương Thanh Cảnh Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Nguyễn Phước Dân TS Emilie Strady LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận án Chữ ký Trần Tuấn Việt i TÓM TẮT LUẬN ÁN Khu vực ven biển cửa sơng Sồi Rạp thuộc hệ thống sơng Sài Gịn – Đồng Nai (SGĐN) tiếng với sản phẩm nghêu Bến Tre (tên khoa học Meretrix lyrata) Tuy nhiên khu vực phải đối diện với nhiều vấn đề ô nhiễm môi trường từ vùng đất liền theo dịng sơng đổ cửa biển Năm 2015, nghiên cứu tiến hành khảo sát sơ diện kim loại Cd, Pb, Cu, Zn trầm tích, nước sơng, vật chất lơ lửng vị trí sơng SG-ĐN nghêu, trầm tích, nước biển ven bờ, vật chất lơ lửng bãi nuôi nghêu Cần Thạnh Tân Thành Kết nghiên cứu cho thấy có diện kim loại nặng từ vùng thượng lưu ảnh hưởng tới môi trường sinh vật vùng ven biển cửa sông SG-ĐN Trong khảo sát sau đó, kim loại Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Cd, Hg, Pb nghêu M lyrata môi trường sống chúng bao gồm nước mặt, vật chất lơ lửng, trầm tích nước lỗ rỗng phân tích để đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại môi trường mức độ tích lũy sinh học kim loại nghêu Các mẫu thu thập hàng tháng từ mùa khô, sang giao mùa mùa mưa tương ứng từ tháng đến tháng năm 2016 Kết tính tốn số tích lũy sinh học từ trầm tích (BSAF) cho thấy kim loại Pb, Mn, Fe Co có khả tích lũy nghêu M lyrata, BSAF Cd đạt mức tích lũy cao kim loại Hơn nữa, kết phân tích tương quan hàm lượng kim loại nghêu M lyrata (bao gồm mẫu nguyên con, mẫu mang, mẫu tuyến tiêu hóa mẫu mơ cịn lại) với điều kiện thể chất hàm lượng kim loại môi trường nước mặt, nước lỗ rỗng, trầm tích đặc biệt vật chất lơ lửng cho thấy khả ứng dụng loài nghêu làm sinh vật quan trắc Kết tính tốn số độc hại sức khỏe người sử dụng loài nghêu làm thực phẩm nằm mức an tồn cho thấy M lyrata sử dụng làm thực phẩm cân nhắc mức độ gậy độc kim loại tích lũy chúng ii ABSTRACT The coastal areas near the Saigon – Dong Nai (SG-DN) River Estuary is famous with the Ben Tre hard clam (Meretrix lyrata) However, this area is facing the pollution problems from the urban and industrial zone along SG-DN River basin In 2015, a preliminary survey was conducted to monitored Cd, Pb, Cu and Zn contamination levels in sediment, suspended particulate matter (SPM), and river water at three sampling points along SG-DN River and determined those metals in M lyrata and its living environment including sediment, SPM and costal water at Can Thanh and Tan Thanh It suggested that metal pollution from terresitrial areas might influenced coastal environment as well as M lyrata Therefore, in the next phase of this study, some trace metals (Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Cd, Hg, and Pb) in the hard clam Meretrix lyrata and its habitant environment including surface water, SPM, sediment and porewater were determined to understand the metal contamination level in the environment as well as the bioaccumulation of trace metals in that hard clam The samples were collected monthly in dry, transition, and wet seasons of the Viet Nam’s Southern area from March to September 2016 The results of biota-sediment accumulation factor (BSAF) showed that Pb, Mn, Fe, and Co did not accumulate in M lyrata (BSAF values < 1), whereas the BSAF of Cd in sediment habitats used by these clams were highest In addition, the close correlation between metal concentrations in the hard clam (i.e whole body, gills, digestive gland, remainder) and its physical stage as well as metals in SPM, surface water, sediment, porewater indicating that this hard clam might be considered to use as a biomonitor The hazard index results of all studied trace metals in the hard clams for human health were within the safe limit suggested that the M lyrata was safe for local consumers in case of trace metal toxicology consideration iii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin trân trọng cảm ơn thầy Nguyễn Phước Dân cô Emilie Strady hai thầy cô trực tiếp hướng dẫn, khuyến khích ln tận tình giúp đỡ tơi hồn thành luận án Sự nhiệt huyết hoạt động khoa học thầy cô mục tiêu phấn đấu, nguồn động lực lớn cho tới đích chương trình đạo tạo tiến sĩ Q trình học tập thành công không giúp đỡ, hướng dẫn tập thể cán trường đại học Bách Khoa nói chung, có thầy cơng tác Phịng đào tạo Sau đại học, tập thể khoa Môi trường Tài nguyên, Trung tâm Châu Á Nghiên cứu Nước Tôi đặc biệt chân thành cảm ơn thầy cô quản lý, cán giảng dạy Khoa Môi trường Tài nguyên, thầy cô môn Quản lý Môi trường Tài nguyên, thầy Phịng thí nghiệm Mơi trường, thầy cơng tác Văn Phịng Khoa tạo điều kiện giúp đỡ thời gian theo học làm việc Khoa Tiếp theo, xin trân trọng cảm ơn đồng nghiệp công tác Viện Nhiệt đới môi trường giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện cho tơi thực nghiên cứu hồn thiện luận án tiến sĩ Các cán trực tiếp cơng tác Phịng Quan trắc Phân tích Mơi trường trực tiếp thực phần nghiên cứu hay gián tiếp hỗ trợ nguồn động viên khích lệ to lớn cho tơi suốt thời gian qua Và cuối cùng, có so sánh tình cảm q bạn bè gia đình ln bên cạnh ủng hộ tơi suốt q trình học tập Những tình cảm nhận chắn niềm hạnh phúc to lớn nhiều so với thành công kết nghiên cứu Trân trọng iv MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix MỞ ĐẦU Sự cần thiết thực nghiên cứu .1 Mục tiêu nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Ý nghĩa đóng góp đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN Giới thiệu đặc điểm sinh học loài nghêu Ảnh hưởng số kim loại đến người, sinh vật môi trường 10 Kim loại nặng môi trường ven biển cửa sông 17 Kim loại vết môi trường quanh khu vực nghiên cứu 22 Kim loại vết sinh vật hai mảnh vỏ 25 Các mối tương quan hàm lượng kim loại thể sinh vật hai mảnh vỏ, yếu tố sinh trưởng môi trường sống chúng 35 Sinh vật hai mảnh vỏ quan trắc sinh học 39 Các chế tích lũy đào thải kim loại sinh vật hai mảnh vỏ 42 Kỹ thuật phân tích kim loại vết 44 Đánh giá tổng hợp nghiên cứu tổng quan 46 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 47 Phạm vi nghiên cứu 47 Khảo sát diện kim loại nghêu trắng M lyrata môi trường vùng hạ lưu sơng Sài Gịn – Đồng Nai 48 2.2.1 Khu vực khảo sát 48 2.2.2 Phương pháp lấy mẫu phân tích giai đoạn khảo sát 49 Đánh giá diện biến đổi theo thời gian số kim loại nghêu M lyrata môi trường sống chúng 50 2.3.1 Khu vực nghiên cứu 50 2.3.2 Phương pháp lấy mẫu phân tích 51 2.3.3 Phân tích số liệu 54 v CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 63 Sự diện số kim loại môi trường nghêu trắng vùng hạ lưu sơng Sài gịn – Đồng nai 63 Sự diện biến đổi theo không gian, thời gian số kim loại nghêu M lyrata môi trường sống chúng 69 3.2.1 Sự diện số kim loại môi trường khu vực nghiên cứu 69 3.2.2 Phân bố hàm lượng số kim loại nghêu trắng môi trường sống chúng theo không gian thời gian 72 Phân tích tương quan dự đoán khả sử dụng nghêu M lyrata làm sinh vật quan trắc .82 Khả tích lũy kim loại nghêu M lyrata 90 Ước tính mức độ rủi ro đến sức khỏe người sử dụng nghêu M lyrata làm thực phẩm 94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98 Kết luận 98 Kiến nghị 99 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 103 PHỤ LỤC – KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VÀ THỐNG KÊ 114 PHỤ LỤC – MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG NGHIÊN CỨU .120 vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình.0.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu .6 Hình 1.1 Cấu tạo bên nghêu M lyrata A: Vỏ ; B: Mang ; C: Màng áo ; D: Chân kéo chân ; E : Cấu tạo chi tiết [24] Hình 1.2 Các hình thái phát triển nghêu Meretrix lyrata [21] 10 Hình 1.3 Khu vực nghiên cứu 23 Hình 1.4 Mối quan hệ phản ứng loài sinh vật với mức ô nhiễm kim loại cho thấy khả áp dụng làm sinh vật thị sinh vật quan trắc [108] .41 Hình 1.5 So sánh giá trị giới hạn phương pháp sử dụng ICP-MS, Furnace-AAS ICP-AES [116] 45 Hình 2.1 Khung logic nghiên cứu 47 Hình 2.2 Vị trí lấy mẫu khảo sát 48 Hình 2.3 Lấy mẫu nghêu dụng cụ khai thác nghêu dân địa phương 50 Hình 2.4 Biểu đồ biểu diễn lượng mưa hàng tháng (hình lớn) năm gần (hình nhỏ) quanh khu vực nghiên cứu 52 Hình 2.5 Định nghĩa số đo kích thước nghêu Meretrix lyrata 54 Hình 3.1 Hàm lượng trung bình Cu môi trường khu vực nghiên cứu năm 2015 65 Hình 3.2 Hàm lượng trung bình Zn mơi trường khu vực nghiên cứu năm 2015 65 Hình 3.3 Hàm lượng trung bình Cd môi trường khu vực nghiên cứu năm 2015 65 Hình 3.4 Hàm lượng trung bình Pb mơi trường khu vực nghiên cứu năm 2015 65 Hình 3.5 Hàm lượng trung bình kim loại môi trường nghêu Cần Thạnh năm 2015 66 Hình 3.6 Hàm lượng kim loại nghêu Cần Thạnh Tân Thành năm 2015 .66 Hình 3.7 Nồng độ trung bình kim loại Mn, Fe (a) Co, Ni, Cu (b) nghêu, SPM trầm tích khu vực nghiên cứu năm 2016 74 Hình 3.8 Nồng độ trung bình kim loại Zn, As, Se (a) Cd, Hg, Pb (b) nghêu, SPM trầm tích khu vực nghiên cứu năm 2016 75 Hình 3.9 Hàm lượng trung bình năm 2016 kim loại Co, Ni, Zn, Se, Cd, Hg nghêu khu vực nghiên cứu 76 Hình 3.10 Hàm lượng trung bình kim loại nghêu Cần Thạnh 77 Hình 3.11 Hàm lượng trung bình kim loại nghêu Đơng Hịa 78 Hình 3.12 Hàm lượng trung bình kim loại nghêu Tân Thành 79 Hình 3.13 Mối tương quan sơ điều kiện CI nồng độ kim loại nghêu M lyrata khu vực quanh cửa sông SG-ĐN 86 vii Hình 3.14 Giá trị BSAF BSPMAF kim loại nghiên cứu nghêu M lyrata khu vực gần cửa sông SG-DN .90 Hình 3.15 Giá trị BSAF BSPMAF kim loại nghiên cứu phần mang – G (sọc chéo), tuyến tiêu hóa - DG (màu đen) phần mơ cịn lại – R (chấm đen) nghêu M lyrata khu vực gần cửa sông SG-DN 93 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Nồng độ số kim loại loài hàu 27 Bảng 1.2 Nồng độ số kim loại loài nghêu 29 Bảng 1.3 Một số kỹ thuật phân tích nguyên tố kim loại 44 Bảng 2.1 Kết tính tốn thống kê nồng độ kim loại mẫu CRMs 56 Bảng 2.2 HSTH kỳ vọng mức nồng độ chất phân tích khác 58 Bảng 2.3 Ngưỡng nồng độ kim loại tích lũy theo đường ăn uống người 59 Bảng 2.4 Phân tích tương quan Pearson kết kim loại nghêu theo nhóm nhóm (n = 20) 62 Bảng 3.1 Nồng độ trung bình kim loại nặng mẫu nước 64 Bảng 3.2 Hàm lượng trung bình kim loại nặng mẫu trầm tích 67 Bảng 3.3 Hàm lượng trung bình kim loại mẫu nghêu 68 Bảng 3.4 Nồng độ trung bình kim loại nặng mẫu nước mặt khu vực nghiên cứu năm 2016 70 Bảng 3.5 Hàm lượng trung bình số kim loại trầm tích SPM khu vực nghiên cứu năm 2016 (n=7) 71 Bảng 3.6 Kết phân tích ANOVA kiểm định ảnh hưởng không gian thời gian đến nồng độ kim loại nghêu M lyrata (n=94) .73 Bảng 3.7 Nồng độ TSS (mg/L) vị trí lấy mẫu năm 2016 73 Bảng 3.8 Tổng hàm lượng kim loại (bao gồm kim loại hòa tan kim loại bám vật chất lơ lửng, đơn vị µg/L) ba vị trí lấy mẫu năm 2016 81 Bảng 3.9 Hệ số tương quan Pearson nồng độ kim loại nghêu/các phận nghêu M lyrata chiều dài vỏ 83 Bảng 3.10 Hệ số tương quan Pearson nồng độ kim loại nghêu M lyrata số điều kiện CI 85 Bảng 3.11 Hệ số tương quan Pearson nồng độ kim loại nghêu M lyrata môi trường 89 Bảng 3.12 Nồng độ trung bình kim loại nghiên cứu nghêu (mg/kg ướt) 95 Bảng 3.13 Giá trị HQ HI kim loại nghiên cứu .96 viii ... VIỆT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐÁNH GIÁ SỰ HIỆN DIỆN MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG NGHÊU TRẮNG Meretrix lyrate VÀ MÔI TRƯỜNG SỐNG CỦA CHÚNG Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên Môi trường Mã số chuyên ngành: 9850101... sơ diện kim loại môi trường nghêu trắng vùng hạ lưu sơng Sài Gịn – Đồng Nai Nội dung 2: Đánh giá diện biến đổi theo thời gian số kim loại nghêu M lyrata môi trường sống chúng Sự diện số kim loại. .. loại nghêu M lyrata môi trường sống chúng 69 3.2.1 Sự diện số kim loại môi trường khu vực nghiên cứu 69 3.2.2 Phân bố hàm lượng số kim loại nghêu trắng môi trường sống chúng theo không gian