Nghiên cứu đa dạng tảo lục (chlorophyta) ở hạ lưu sông mã (thanh hóa)

Mở đầu Thực vật nổi (Phytoplankton) giữ vai trò rất quan trọng trong các hệ sinh thái nớc. Là những sinh vật sản xuất bậc 1, chúng tạo nên năng suất sinh học sơ cấp của thủy vực và góp phần không nhỏ trong quá trình tuần hoàn vật chất. Trên Trái đất 1/3 sinh khồi thực vật có nguồn gốc từ tảo cho thấy tiềm năng to lớn của tảo nói chung và của thực vật nổi nói riêng. Sông ngòi là một trong các môi trờng sống của thực vật nổi và nhiều thủy sinh vật khác, chứa đựng nguồn tài nguyên nớc quý giá mà thiên nhiên đã ban tặng cho đời sống con ngời, tuy nhiên so với các thủy vực dạng ao hồ thì việc nghiên cứu về thực vật nổi ở sông (river) còn ít, bởi vì sông là một hệ thống rộng lớn và không hoàn chỉnh. Việt Nam có hệ thống sông ngòi dày đặc và phân bố tơng đối đồng đều trên lãnh thổ, có 2360 sông dài trên 10km, trong đó có 106 dòng sông chính và 2254 phụ lu. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu về thực vật nổi ở sông ngòi còn quá ít, Trần Trờng Lu (1970, (1975) đã tiến hành nghiên cứu thực vật nổi tại một số điểm trên sông Đà, sông Hồng, Trơng Ngọc An, Hàn Ngọc Lơng (1980) nghiên cứu tại các cửa sông Ninh Cơ, sông Đáy, Lê Thị Thúy Hà (2004) nghiên cứu trên sông Lam. Sông Mã là một trong 5 con sông lớn nhất Việt Nam có độ dài 512 km và diện tích lu vực là 28.400 km 2 . Cho đến nay vẫn cha có công trình nghiên cứu cụ thể nào về thực vật nổi ở đây. Việc nghiên cứu sự đa dạng của vi tảo (Microalgae) cũng nh qui luật phân bố của chúng ở các thủy vực này là rất cần thiết, đặc biệt là đối với các hệ thống sông lớn nh sông Mã. 1 Xuất phát từ những lý do trên, để góp phần nghiên cứu sự đa dạng của thực vật nổi ở hệ thống sông ngòi Việt Nam, chúng tôi tiến hành đề tài Nghiên cứu đa dạng Ngành tảo lục (Chlorophyta) ở hạ lu sông Mã (Thanh Hóa) . Mục tiêu của đề tài nhằm phát hiện sự đa dạng trong thành phần loài vi tảo (Microalgae) của Ngành tảo lục (Chlorophyta), đồng thời tìm hiểu mối quan hệ giữa chúng với một số yếu tố môi trờng. 2 Chơng 1 Tổng quan tài liệu 1.1. Sơ lợc về tình hình nghiên cứu thực vật nổi trong hệ thống sông ngòi trên thế giới và ở Việt Nam 1.1.1. Một số kết quả nghiên cứu thực vật nổi ở sông ngòi trên thế giới Trên thế giới, tảo đợc biết đến cách đây 350 năm trong hệ thống phân loại của Carl Von Linne (1754). Từ đó đến nay đã có nhiều hệ thống phân loại tảo, chỉ tính riêng từ năm 1971 đến nay đã có gần 10 hệ thống, tuy nhiên vẫn cha có một hệ thống nào hoàn hảo. Việc nghiên cứu về tảo (Algae) nói chung và tảo lục (Chlorophyta) nói riêng đã đợc tiến hành sau khi kính hiển vi quang học đợc phát minh ra bởi nhà tự nhiên học ngời Anh R. Hooke (1665). Trong khoảng thời gian dài từ khi kính hiển vi quang học ra đời đến những năm 50 của thế kỷ XX, trên thế giới việc phân loại thực vật nổi vẫn chủ yếu dựa vào đặc điểm về hình thái cấu trúc tế bào cũng nh sinh sản và phơng thức sống. Do đó, tảo đã chia làm nhiều ngành, nhiều lớp, bộ, họ. Sự ra đời của kính hiển vi điện tử (1950) cũng nh kính hiển vi phản pha đã giúp cho các nhà Tảo học đi sâu vào nghiên cứu cấu trúc siêu hiển vi của tế tào và vì vậy nhiều hệ thống phân loại tảo đợc ra đời với các xuất phát điểm và dữ liệu khác nhau. Do các thiết bị nghiên cứu ngày càng đợc hoàn thiện và hiện đại nên những tri thức về tảo ngày càng đợc phát triển cao, việc nghiên cứu không dừng ở mức độ hình thái, cấu trúc trớc kia mà đi sâu vào mức độ vi mô, phân tử . Từ đó làm cơ sở cho các hớng nghiên cứu khác, đặc biệt trong nghiên cứu ứng dụng nhằm phục vụ lợi ích của con ngời. 3 Nguyên tắc cơ bản đợc sử dụng để phân loại tảo lục là dựa vào các kiểu cấu trúc hình thái, sinh sản, chu trình sống của tản. Tồn tại một số hệ thống [11]: Fritsch F. E. (1935), đã đề xuất hệ thống, theo đó tảo lục đợc chia làm 6 bộ: Volvocales, Chlorococcales, Oedogoniales, Conjugales, Siphonales và Charales. Round F. E. (1971), chia tảo lục thành 3 ngành bao gồm 6 lớp và 37 bộ: - Ngành Chlorophyta gồm 4 lớp và 33 bộ: Lớp Chlorophyceae gồm: Chlamydomonadales, Volvocales, Polyblepharidales, Tetrasporales, Chlorodendrales, Chlorosacinales, Chlorocococales, Ulothricales, Codiotales, Ulvales, Prasiolales, Cylindrocapcales, Microsporales, Chaetophorales, Trentepohliales, Pleurococcales và Ulvalales. Lớp Oedogoniophyceae gồm 1 bộ là: Oedogoniales. Lớp Zygnemaphyceae gồm 4 bộ là: Mesotaeniales, Zygnematales, Gonatozygales và Desmidiales. Lớp Bryopsidophyceae gồm 11 bộ: Cladophorales, Sphaeropleales, Acrosiphonales, Dasycladales, Siphonocladales, Chlorochytriales, Derbesiales, Codiales, Caulespales, Dichotosiphonales và Phyllosiphonales. - Ngành Prasinophyta gồm 1 lớp: Prasinophyceae với 3 bộ: Pyramimonadales, Prasinocladales, Halosphaerales. - Ngành Charophyta gồm 1 lớp: Charophyceae với 1 bộ: Charales. Gollerbakh M.M và cs. (1977) chia tảo lục thành 2 ngành, với 6 lớp và 21 bộ: - Ngành Chlorophyta gồm 5 lớp, 20 bộ: Lớp Volvocophyceae gồm 3 bộ: Polyblepharidales, Chlamydomonadales, Volvocales. Lớp Protococcophyceae, 3 bộ: Vacuolales, Chlorococcales, Prototrichales. 4 Lớp Ulothrichophyceae gồm 7 bộ : Ulothrichales, Ulvales, Chaetophorales, Oedogoniales, Sphaeropleales, Cylindrocapsales và Schizogoniales. Lớp Siphonophyceae gồm các bộ: Siphonales, Dasycladales, Siphonocladales. Lớp Conjugatophyceae gồm 4 bộ : Mesotaehiales, Gonatozygales, Zygnematales, Desmidiales. - Ngành Charophyta gồm 1 lớp Charophyceae, 1 bộ Charales. Theo hệ thống của Bold và Wynne (1985) thì tảo lục chỉ có 1 ngành với 15 bộ đó là: Volvocales, Tetrasporales, Chlorococcales, Chlorosarcinales, Ulothricales, Chaetophorales, Ulvales, Cladophorales, Siphonocladales, Acrosiphoniales, Caulerpales, Dasycladales, Oedogoniales, Zygnematales và Charales. Phải nói rằng, hệ thống của Bold và Wynne (1985) đợc sử dụng rộng rãi, vì việc phân loại các tảo lục rất thuận lợi. Tuy nhiên, trong vòng 20 năm trở lại đây, ngời ta đã phát hiện đợc nhiều đặc điểm siêu cấu trúc mới, cho phép hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa các nhóm khác nhau của tảo lục. Cấu trúc siêu hiển vi của tế bào mang roi và kiểu nguyên phân, phân bào đã cung cấp thông tin quan trọng về sự tiến hóa của các dòng chính của tảo lục. Việc sử dụng các tiêu chí phân loại theo phơng pháp truyền thống kết hợp với các tiêu chí phân loại hiện đại để phân loại tảo là u điểm lớn của một số hệ thống phân loại tảo hiện nay, trong đó có hệ thống của Van den Hoek và cs. Theo Van Den Hoek và cs (1995) ngành tảo lục (Chlorophyta) gồm 11 lớp: Prasinophyceae, Chlorophyceae, Ulvophyceae, Cladophoraceae, Bryopsidophyceae, Dasycladophyceae, Trentepohliophyceae, Pleurastrophyceae, Klebsormidiophyceae, Zygnematophyceae và Charophyceae. Trên thế giới việc nghiên cứu thực vật nổi ở các hệ thống sông đã có nhiều thành tựu. ở nớc Nga, công trình nghiên cứu của E. A. Shtina (1941) nghiên cứu ở 5 sông Kama (Sông dài 1805 km, lu vực rộng 507.000km 2 ) đợc chú ý nhất. Tại sông Kama, tác giả đã phát hiện đợc 420 loài thực vật nổi, thuộc các ngành tảo lục, tảo lam, tảo silic, tảo giáp, tảo mắt, tảo roi lệch trong đó tảo lục gặp 110 loài và dới loài, chiếm 26,19%. Mặt khác trong quá trình nghiên cứu, tác giả đã nhận thấy rằng sự biến động theo mùa của thực vật nổi ở sông Kama trong 2 năm 1939, 1940 xảy ra giống nhau, tuy có lệch nhau một ít do nó liên quan đến đặc điểm khí hậu thủy văn của từng năm (theo [5]). A. E. Komarenko (1968) đã nghiên cứu thực vật nổi lu vực sông Iana ở Lacutxco (Sông dài 872 km, diện tích lu vực 238.000 km 2 ). Ông đã phát hiện đợc 221 loài và dới loài trong đó tảo lục có 36 loài (17,2%) còn lại thuộc các loài tảo silic, tảo lam, vàng ánh, vàng lục, tảo mắt và tảo đỏ, ngoài ra tác giả còn nghiên cứu về số lợng thực vật nổi và đặc điểm phân bố của chúng trong sông cũng nh sự phân bố theo các nhóm sinh thái. Kết quả cho thấy có 81,5% số loài là sống nổi - đáy chỉ có 18,5% là thật sự điển hình sông trôi nổi. Trong thành phần loài có 4,7% thích ở nớc chảy, còn 95,3% ở nớc đứng (theo [5]). Ngoài ra có một số tác giả nghiên cứu về tảo silic nh Foged N. (1978), đã tiến hành nghiên cứu 25 con sông nhỏ ở phía đông của Australia. Phần đa trong số các con sông này số loài tảo silic đã phát hiên không vợt quá 75 loài, riêng ở sông Murrumbidgee có tới 116 taxon, ông cũng đã nghiên cứu tảo silic ở Afganistan và Sri Lanka. Một số tác giả nghiên cứu tác động của việc xử lý nớc thải đến các loài thực vật nổi, đáng chú ý nhất là công trình nghiên cứu của Kassim Thaer I. và cộng sự (1996), khi nghiên cứu tác động của nhà máy xử lý nớc thải Rustamia đến thành phần loài thực vật nổi ở các sông Tigris (Irắc) và sông Diyala (là phụ lu chính của sông Tigris) (theo [5]). 6 1.1.2. Một số kết quả nghiên cứu thực vật nổi ở sông ngòi Việt Nam ở nớc ta việc nghiên cứu thực vật nổi chủ yếu tập trung dạng ao, hồ, hồ chứa và đầm phá ven biển, Lê Thu Hà, Nguyễn Thùy Liên (2005) [9], Võ Hành (1995) [10], Đặng Hoàng Phớc Hiền và cs. (2004) [13], Nguyễn Công Minh, Dơng Đức Tiến (1998) [18], Tôn Thất Pháp (1993) [19], Nguyễn Đình San (2001) [21], Lê Hiền Thảo (1997) [23], Chu Văn Thuộc và cs. [24], Nguyễn Văn Tuyên (2003) [28]. Trần Trờng Lu (1970) [16], trong báo cáo Tổng kết thực vật phù du các vực nớc điều tra, đã thống kê đợc 74 giống thực vật nổi trong đó tảo lục: 23 loài, tảo silic: 29 loài, tảo lam: 14, tảo mắt: 4, tảo giáp: 1, tảo vàng: 2, tảo vàng anh: 1. và tác giả đã nhận thấy tảo lục dạng sợi nh Spirogyra ở các sông miền Nam tơng đối phổ biến. Cũng Trần Trờng Lu (1975) [17], đã tiến hành nghiên cứu trên sông Hồng, sông Đà, sông Mã và một số sông đào khác và đã thống kê đợc 98 chi tảo sông thuộc các ngành (tảo lục, tảo silic, tảo lam, tảo mắt, tảo giáp, tảo vàng và tảo vàng ánh, trong đó tảo lục gặp 23 loài, chiếm 24,47%.) và đợc thể hiện trong báo cáo Kết quả điều tra cơ bản trên các sông Miền Bắc. Trong các báo cáo này mới chỉ tiến hành nghiên cứu ở một số điểm thu mẫu nhất định của một số con sông và bớc đầu đa ra một số nhận xét sơ bộ về sự biến động mật độ thực vật nổi theo mùa, theo từng vùng cũng nh tầng nớc hoặc ven bờ và giữa dòng, báo cáo chỉ mang tính chất nội bộ. Dơng Đức Tiến, đã nghiên cứu thực vật nổi trên một số sông, suối tiêu biểu thuộc các miền khác nhau ở Việt Nam, số loài vi tảo đã xác định đợc ở một số con sông lớn nh sông Hồng là 55 loài (tảo lục: 10, chiếm 18,18%, còn lại 45 loài thuộc các loài tảo lam, tảo silic, chiếm 81,82%), ở sông Hơng là 95 loài trong đó tảo lục: 33 loài, chiếm 34,73%, còn ở sông Cu Long là 136 loài thuộc 4 ngành: tảo lục, tảo 7 lam, tảo silic và tảo giáp trong đó tảo lục gặp 35 loài (chiếm 25,73%). Tổng số loài vi tảo đã phát hiện ở sông Việt Nam là 286 trong đó gặp nhiều nhất là tảo silic gặp 180 loài và dới loài chiếm 62,94%, ít nhất là tảo giáp mới chỉ gặp 2 loài, chiếm 0,69% còn tảo lục: 68 loài (chiếm 23,77%) còn lại là tảo lam. Ngoài ra tác giả còn phân tích mối quan hệ giữa thành phần loài với môi trờng sống của chúng (theo [5]). Ngoài các tác giả trên, một số tác giả khác đã đề cập đến thực vật nổi ở các cửa sông nớc ta tiêu biểu là công trình của Trơng Ngọc An, Hàn Ngọc Lơng [1], nghiên cứu trên các cửa sông nh: cửa sông Hồng, cửa sông Ninh Cơ, cửa sông Đáy, đã phát hiện đợc 125 loài và dới loài thuộc 4 ngành: tảo silic, tảo lục, tảo lam và tảo giáp. Chu Văn Thuộc, Nguyễn Thị Minh Huyền, Yoshida M., Fukuyo Y., Kotaki Y., Sato S., Ogata T., Koike K. [24], Bớc đầu nghiên cứu về tảo biển độc hại ở vùng cửa sông ven biển miền Bắc Việt Nam. Gần đây, Lê Hoàng Anh (1983) [2], [3], khi nghiên cứu về mối quan hệ giữa thực vật nổi với các yếu tố sinh thái ở sông Nhuệ (Hà Tây) đã xác định đợc 160 loài và dới loài thực vật nổi thuộc 51 chi, 27 họ, 14 bộ, 10 lớp, 6 ngành, u thế thuộc về ngành tảo lục chiếm 48%, kế tiếp là tảo mắt và tảo silic (19% và 20%). ở khu vực Bắc Trung Bộ, Lê Thị Thúy Hà, Võ Hành (1999) [6], trong công trình Chất lợng nớc và thành phần loài vi tảo (Microalgae) ở sông La Hà Tĩnh, đã xác định đợc 136 loài và dới loài thuộc 5 ngành trong đó tảo lục: 36 loài, chiếm 27,21%, tảo silic: 60 loài, chiếm 44,12%, tảo mắt: 19 loài, chiếm13,97%, tảo lam: 18 loài, chiếm 13,23%, riêng tảo giáp: 2 loài, chiếm 1,47%. Năm 2001, Lê Thị Thúy Hà, Võ Hành [8], trong báo cáo Một số kết quả nghiên cứu về thành phần loài tảo lục ở thợng nguồn sông Cả tỉnh Nghệ An, đã xác định đợc 42 loài và dới loài. Các chi chủ đạo thuộc về Scenedesmus, 8 Pediastrum, Closterium, Cosmarium. Bổ sung 16 loài mới vào danh lục thành phần loài vi tảo ở khu vực Bắc Trung Bộ. Lê Thị Thúy Hà (2004) đã nghiên cứu một cách có hệ thống khu hệ thực vật nổi ở vùng Tây Nam hệ thống sông Lam (Nghệ An Hà Tĩnh ) [5], [7], đã xác định đợc 409 loài và dới loài thuộc 104 chi, 42 họ, 20 bộ, 6 ngành, trong đó ngành tảo lục (Chlorophyta) xác định đợc 128 loài và dới loài, chiếm 31,29%. 1.2. Đặc điểm tự nhiên của sông ngòi Việt nam 1.2.1. Vài nét về sông ngòi Việt Nam Nớc ta có một mạng lới sông ngòi dày đặc (tổng số sông từ cấp I-VI có tới 2360 con sông) là một biểu hiện của tài nguyên nớc sông phong phú. Khí hậu nớc ta lại nóng ẩm, ma nhiều với lợng ma trung bình năm là 1985 mm, lợng bốc hơi t- ơng đối ít. Mật độ sông, suối trên toàn lãnh thổ là 0,6 km/km 2 . Chỉ tính những sông suối thờng xuyên có nớc chảy thì mật độ này đạt 0,2 4,0 km/km 2 . Trên phần lớn lãnh thổ đạt 1,0 1,5 km/km 2 . Mạng lới sông đó đã vận chuyển một lợng nớc tới 839 km 3 /năm, tơng ứng với mô dun dòng chảy năm là 22,8 l/s.km 2 , trong đó phần trong lãnh thổ là 30,8 l/s.km 2 và ngoài lãnh thổ là 19,6 l/s.km 2 . Hầu hết sông ngòi của nớc ta đều đổ ra biển đông, dọc bờ biển cứ khoảng 20 km lại có một cửa sông. Sông ngòi của nớc ta chủ yếu là sông nhỏ, chúng chiếm tới 90% tổng số cả nớc. Chỉ có 9 hệ thống sông lớn với diện tích lu vực khoảng 371770 km 2 . Đó là các hệ thống sông: Kỳ Cùng Bằng Giang, Hồng, Thái Bình, Mã, Cả, Thu Bồn, Ba, Đồng Nai và sông Cửu Long [14]. 9 Hớng chảy của sông ngòi nớc ta phụ thuộc rất rõ vào hớng của cấu trúc địa chất và hớng nghiêng chung của địa hình từ đất liền ra biển. Có hai hớng chính: h- ớng Tây Bắc - Đông Nam nh hớng của sông Hồng, sông Mã, sông Ba, sông Cửu Long , h ớng vòng cung nh hớng chảy của sông Lô, sông Lục Nam và sông Th- ơng. Ngoài hai hớng chính trên, sông ngòi ở Đông và Tây Trờng Sơn còn chảy theo hớng Tây hoặc hớng Đông [20], [22], [27]. 1.2.2. Đặc điểm tự nhiên của hệ thống sông Mã - Đặc điểm tự nhiên của sông Mã Là một trong 5 con sông lớn nhất của Việt Nam, ngoài sông Hồng, Mê Công, Đồng Nai và Cả, sông Mã có chiều dài 512km, trong đó phần chảy trên lãnh thổ Việt Nam là 410 km. Nó bắt nguồn từ vùng núi cao Phonei Long (cao 2179m) nằm ở phía cực tây và tây nam khu Tây Bắc chảy theo hớng Tây Bắc - Đông Nam qua Sơn La, Sầm Na (Lào), Hà Sơn Bình rồi tới tỉnh Thanh Hóa. Tại đây sông tiếp tục chảy theo hớng Tây Bắc - Đông Nam, qua các huyện phía Bắc rồi hội lu với sông Bởi, sông Chu và đổ ra vịnh Bắc Bộ ở cửa Lạch Trờng và cửa Hới. Diện tích mặt nớc là 28400km 2 , trong đó phần trong lãnh thổ Việt Nam 17600km 2 . Độ cao bình quân lu vực là 762m, độ dốc bình quân là 17,6%, chiều rộng bình quân lu vực là 68,8km, mật độ lới sông là 0,66. Sông Mã có 89 chi nhánh có chiều dài lớn hơn 10 km, trong đó gồm 39 nhánh cấp I, 33 nhánh cấp II, 17 nhánh cấp III [14]. - Các phụ lu chính của sông Mã + Sông Chu là nhánh lớn nhất trong hệ thống sông Mã, phát nguyên từ Sầm Na ở độ cao 1100m, chảy theo hớng Tây Bắc - Đông Nam, tới Mờng Hinh chuyển hớng Tây - Đông chảy qua các huyện Thờng Xuân, Thọ Xuân, Thiệu Hóa rồi nhập vào sông Mã ở ngã ba Giàng. Sông Chu dài 325 km, trong đó phần bên 10