Nghiên cứu sự phân bố và chu chuyển của asen trong các thành phần chính của hệ sinh thái hồ tây hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI  TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -        Bùi Thị Hoa       NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ VÀ CHU CHUYỂN CỦA ASEN TRONG CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA HỆ SINH THÁI HỒ TÂY, HÀ NỘI           LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC   Hà Nội - 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI  TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -        Bùi Thị Hoa       NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ VÀ CHU CHUYỂN CỦA ASEN TRONG CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA HỆ SINH THÁI HỒ TÂY, HÀ NỘI   Chuyên ngành: Sinh thái học Mã số: 62420120       LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC                                             NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:    1. PGS.TS. Lưu Thị Lan Hương    2. PGS.TS. Lê Thu Hà  Hà Nội - 2017 2    LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu khoa học của tơi. Các số liệu,  kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai cơng bố trong bất kỳ cơng  trình nào khác.  Nghiên cứu sinh Bùi Thị Hoa 3    LỜI CẢM ƠN   Em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới tập thể cán bộ hướng dẫn: PGS.TS.  Lưu Thị Lan Hương, PGS.TS. Lê Thu Hà đã tận tình dạy bảo, động viên và giúp đỡ  em trong suốt thời gian em học tập và thực hiện nghiên cứu.  Xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG  Hà Nội đã cung cấp kinh phí thơng qua các đề tài TN 11 - 21 và TN 13 - 17 cho  nghiên  cứu  này.  Xin  cảm  ơn  Phòng  Sau  Đại  học,  Ban  Lãnh  đạo  Khoa  Sinh  học,  Phịng thí nghiệm Sinh thái học & Sinh học Mơi trường, Trường Đại học Khoa học  Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi và cơ sở vật chất để cho NCS  hồn thành được nhiệm vụ học tập và nghiên cứu.  Để hồn thành luận án này tơi cũng nhận được sự giúp đỡ của Xí nghiệp Mơi  trường  hồ  Tây;  Cơng  ty  khai  thác  cá  hồ  Tây;  Công  ty  TNHH  một  thành  viên  hồ  Tây; Viện Cơng nghệ Mơi trường - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; Khoa Hóa  học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội; TS. Cung Thượng Chí -  Viện  Địa  chất  -  Viện  Hàn  lâm  Khoa  học  Việt  Nam,  TS.  Ngô  Thị  Thúy  Hường  -  Viện Khoa học Địa chất và Khống sản - Bộ Tài ngun Mơi trường, TS. Nguyễn  Trọng Hiếu - Khoa Tốn - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội, đã  tạo điều kiện và giúp đỡ tơi trong q trình thu mẫu, phân tích mẫu, xử lý số liệu và  thực hiện nghiên cứu.   Cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên và giúp đỡ cả về vật  chất và tinh thần để tơi có thể hồn thành được luận án này.                Nghiên cứu sinh          4           Bùi Thị Hoa MỤC LỤC MỤC LỤC……………………………………………………………………   1  DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT………………………….  4  DANH MỤC BẢNG…………………………………………………………   5  DANH MỤC HÌNH……………………………………………………………  7  MỞ ĐẦU……………………………………………………………………….  9  CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU……………………………………   12  1.1. Tổng quan về Asen………… .………… ………… .…………   12  1.1.1 Sự phân bố và chu chuyển của As trong tự nhiên………………   13  1.1.1.1 Sự phân bố As tự nhiên…………………………….  13  1.1.1.2 Sự chu chuyển As tự nhiên…………………………  14  1.1.2 Ảnh hưởng của As đến sức khỏe của con người và sinh vật……….  20  1.1.2.1 Ảnh hưởng As đến sức khỏe người…………………   20  1.1.2.2 Ảnh hưởng As sinh vật……………………………  21  1.2 Thực trạng ô nhiễm As và các nghiên cứu về As ở Việt Nam.……………  23  1.2.1 Thực trạng ô nhiễm As ở Việt Nam………………………………   23  1.2.2 Các nghiên cứu As ở Việt Nam…………………………………….  24  1.3  Mơ hình tốn trong nghiên cứu về hệ sinh thái …………………………  28  1.3.1 Ứng dụng mơ hình tốn trong các nghiên cứu về hệ sinh thái thủy vực  28  1.3.2. Tổng quan về phần mềm Stella……………………………………   33  1.4. Tổng quan về hồ Tây, Hà Nội.……………………………………………  34  1.4.1. Điều kiện tự nhiên…………………………………………………   35  1.4.2. Đặc điểm kinh tế xã hội khu vực quanh hồ Tây……… …………  36  1.4.3. Đa dạng sinh học hồ Tây …………………………………………   37  1.4.4. Các nghiên cứu về As và kim loại nặng ở hồ Tây….……………….  40  CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…………   42  2.1.  Đối tượng và thời gian nghiên cứu………………………………… ……  42  2.1.1.  Đối tượng nghiên cứu………………………………………………  5    42  2.1.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu…………………………………   43  2.2.  Phương pháp nghiên cứu………………………………………………….  44  2.2.1 Phương pháp thu và phân tích mẫu…………………………………  44  2.2.1.1 Phương pháp thu thập mẫu vật ngồi thực địa……………… 44  2.2.1.2 Phương pháp phân tích mẫu phịng thí nghiệm……… 46  2.2.2 Phương pháp kế thừa…….………………………………………… 48         2.2.3. Phương pháp tính tốn sinh khối các nhóm sinh vật ở hồ…………   49         2.2.4. Phương pháp tính tốn hệ số tích tụ sinh học (BCF).………………   50         2.2.5. Phương pháp đánh giá rủi ro gây ung thư ………………………… 51         2.2.6. Phương pháp tốn học và mơ hình hóa……………………………   52  2.2.7. Phương pháp xử lý số liệu…………………………………………   59  CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN……………… 60  3.1. Hiện trạng chất lượng mơi trường nước hồ Tây, Hà Nội………………… 60  3.1.1 Đặc tính thủy lý nước…………………………………………   60  3.1.2 Đặc tính hóa học nước………………………………………… 3.2. Asen trong các thành phần của hệ sinh thái hồ Tây, Hà Nội và hệ số tích  61    tụ sinh học Asen ở một số nhóm sinh vật …………………………………  67  3.2.1. Nồng độ As trong nước……………………………………………   67  3.2.2. Hàm lượng As tổng số trong trầm tích hồ Tây……………………   70  3.2.3. Hàm lượng As tổng số trong thực vật nổi……… …………………   73  3.2.4. Hàm lượng As tổng số trong động vật nổi……….………………….  74  3.2.5. Hàm lượng As tổng số trong một số lồi cá ở hồ Tây, Hà Nội……   77   3.2.5.1 Hàm lượng As tổng số số loài cá…………………    77  3.2.5.2 Hàm lượng As tổng số loại mơ lồi cá……  78  3.2.6. Hàm lượng As tổng số trong một số lồi động vật đáy (ĐVĐ) …….  81  3.2.7. Sự tích tụ sinh học As trong các sinh vật ở hồ Tây.…………………  84  3.3.  Rủi ro gây ung thư của As từ cá tới sức khoẻ cộng đồng…………………  86  3.4. Xây dựng mơ hình chu chuyển của As trong hệ sinh thái hồ Tây………   89            3.4.1. Xác định các thơng số xây dựng mơ hình………… 6    89            3.4.2. Kết quả mô phỏng ………………………………………………   114  3.4.2.1 Sự biến động sinh khối thành phần………………… 114  3.4.2.2 Sự biến động hàm lượng As thành phần…………… 120  3.5. Kiểm chứng kết quả chạy mơ hình……………………………………… 129  KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………………………   133  Kết luận………………………………………………………………………   133  Kiến nghị……………………………………………………………………….  135  DANH  MỤC  CƠNG  TRÌNH  KHOA  HỌC  CỦA  TÁC  GIẢ  LIÊN  QUAN    ĐẾN LUẬN ÁN………………………………………………………………   136  TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………   137  PHỤ LỤC……………………………………………………………………   7      DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT BTNMT  Bộ Tài ngun Mơi trường  BAF  Bioaccummulation factor (Hệ số tích tụ sinh học)  BCF  Bioconcentration factor (Hệ số tích tụ sinh học)  CR  Cancer risk: Rủi ro gây ung thư  DMA  Dimethylarsinic acid (Đi - mê - tyl asenic axit)  ĐVĐ  Động vật đáy  ĐVN  Động vật nổi  FSANZ    Food Standards Australia - New Zealand  Tiêu chuẩn thực phẩm của Australia - New Zealand  ICP - MS   Inductively coupled plasma mass spectrometry (Khối phổ plasma  cảm ứng)  ILEC   International Lake Environment Committee (Ủy ban mơi trường  hồ Quốc tế)  IRIS   Integrated Risk Information System (Hệ thống tích hợp thơng tin  rủi ro)   MMA  Monomethylarsonic acid (Mơ-nơ-mê-tyl-asenic axit)  PTN  Phịng thí nghiệm   QCVN  Quy chuẩn Việt Nam  TB  Trung bình  TMA  Trimethylarsine (tri- mêtyl- asin)  TVN  Thực vật nổi  TMAO   Trimethylarsine oxide (tri-metyl- asin ơ xít)  UNICEF   United Nations Children's Fund (Quỹ Nhi đồng liên Hiệp quốc)  US. EPA   United States Environmental Protection Agency (Cơ quan bảo vệ  mơi trường Hoa Kỳ)  US. FDA   United  States Food and  Drug  Administration (Cục quản  lý thực  phẩm và dược phẩm Hoa Kỳ)  8    DANH MỤC BẢNG   Bảng 1.1.  Bảng tổng hợp nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm trung bình các tháng  trong năm của Hà Nội từ năm 2011 đến năm 2015……………….  35  Bảng 1.2.  Sản lượng cá (tấn) khai thác hàng năm ở hồ Tây, Hà Nội…… .  38  Bảng 2.1.  Địa điểm và tọa độ các điểm thu mẫu   44  Bảng 2.2.  Các thành phần chính của hệ sinh thái hồ Tây   53  Bảng 2.3.  Ma trận thể hiện mối quan hệ giữa các thành phần chính trong hệ    sinh thái hồ Tây   54  Bảng 3.1.  Thơng số thủy lý hóa  tại các khu vực nghiên cứu vào  mùa mưa    (giai đoạn 2011 - 2014)…………………………………   62  Bảng 3.2.  Thơng  số  thủy  lý  hóa  tại  các  khu  vực  nghiên  cứu  vào  mùa  khô    (giai đoạn 2011 - 2014) .  Bảng 3.3.  Nồng  độ  trung  bình  As  hòa  tan  trong  nước  tại  các  điểm  nghiên  cứu (giai đoạn 2011 - 2014)……………………………………….  Bảng 3.4.  Hàm  lượng  As  tổng  số  trung  bình  trong  nước  hồ  Tây,  Hà  Nội  (giai đoạn 2011 - 2014)    Bảng 3.5.  Hàm  lượng  As  tổng  số  trung  bình  trong  trầm  tích  hồ  Tây  (giai  đoạn 2011 - 2014)   Bảng 3.6.  Hàm  lượng  As  tổng  số  trung  bình  trong  thực  vật  nổi  ở  hồ  Tây  (giai đoạn 2011 - 2014)    Bảng 3.7.  Hàm lượng As tổng số trung bình trong động vật nổi (giai đoạn  2011 - 2014)    Bảng 3.8.  Hàm lượng As tổng số trung bình trong một số lồi cá ở hồ Tây,  Hà Nội (giai đoạn 2011 - 2014)    Bảng 3.9.  Hàm lượng As tổng số trung bình trong mơ của một số lồi cá ở  hồ Tây, Hà Nội (giai đoạn 2011 - 2014)…………………………   Bảng 3.10.  Hàm lượng As tổng số trung bình trong ĐVĐ ở hồ Tây, Hà Nội  (giai đoạn 2011 - 2014)    9      63    67    69    71    73    75    77    80    81  Bảng 3.11.  Hàm lượng As tổng số trong ĐVĐ tại các điểm thu nghiên cứu   82  Bảng 3.12.  Hệ số tích tụ sinh học As trong các thành phần của hệ sinh thái hồ    Tây, Hà Nội……………………………………………………   85  Bảng 3.13  Rủi ro gây ung thư của As trong mơ cơ thịt của một số lồi cá ở    hồ Tây, Hà Nội………………………….………………………     88  Bảng 3.14.  Các thơng số trong mơ hình chu chuyển của As trong nước……   91  Bảng 3.15.  Các thơng số trong mơ hình chu chuyển của As trong TVN……   94  Bảng 3.16.  Các thơng số trong mơ hình chu chuyển của As trong ĐVN……   97  Bảng 3.17.  Các thơng số trong mơ hình chu chuyển của As trong cá mè…….  100  Bảng 3.18.  Các thơng số trong mơ hình chu chuyển của As trong cá chép…   103  Bảng 3.19.  Các thơng số trong mơ hình chu chuyển của As trong cá rơ phi….  105  Bảng 3.20.  Các thơng số trong mơ hình chu chuyển của As trong cá trơi…….  108  Bảng 3.21.  Các thơng số trong mơ hình chu chuyển của As trong ĐVĐ……   110  Bảng 3.22.  Các thơng số trong mơ hình chu chuyển của As trong trầm tích….  113  Bảng 3.23.   Hàm lượng As trong các thành phần theo thời gian (kết quả mơ  phỏng và thực tế)…………………………………………………   129  Bảng 3.24.  Kết  quả  mô  phỏng  dự  báo  hàm  lượng  As  trong  các  thành  phần    của hệ sinh thái hồ Tây …………………………………………   130  Bảng 3.25  So sánh kết quả mô phỏng và kết quả thực tế (năm 2016)……….  10    131  ... ở? ?hồ? ?Tây? ?làm thực phẩm.  - Mơ phỏng q trình? ?chu? ?chuyển? ?của? ?As qua? ?các? ?thành? ?phần? ?chính? ?của? ?hệ? ?sinh? ? thái? ?hồ? ?Tây, ? ?Hà? ?Nội? ?và? ?dự báo? ?sự? ?biến động hàm lượng? ?của? ?As? ?trong? ?các? ?thành? ? phần? ?của? ?hệ? ?sinh? ?thái? ?hồ? ?Tây? ?theo thời gian. ...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI  TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -        Bùi Thị Hoa       NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ VÀ CHU CHUYỂN CỦA ASEN TRONG CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA HỆ SINH THÁI HỒ TÂY, HÀ NỘI... cứu? ?này được thực hiện để xác định? ?sự? ?phân? ?bố? ?của? ?nguyên tố As? ?trong? ?các? ?thành? ? phần? ? khác  nhau  của? ? hệ? ? sinh? ? thái? ? hồ? ? Tây,   Hà? ? Nội? ? và? ? khoảng  thời  gian  của? ? những  thay đổi hàm lượng này? ?trong? ?các? ?thành? ?phần,  nói cách khác là mơ hình số phận? ?của? ?