Luận văn thạc sĩ 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: PGS.TS Lưu Thị Lan Hương PGS.TS Lê Thu Hà Hà Nội - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học tơi Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố công trình khác Nghiên cứu sinh Bùi Thị Hoa LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tập thể cán hướng dẫn: PGS.TS Lưu Thị Lan Hương, PGS.TS Lê Thu Hà tận tình dạy bảo, động viên giúp đỡ em suốt thời gian em học tập thực nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội cung cấp kinh phí thơng qua đề tài TN 11 - 21 TN 13 - 17 cho nghiên cứu Xin cảm ơn Phòng Sau Đại học, Ban Lãnh đạo Khoa Sinh học, Phịng thí nghiệm Sinh thái học & Sinh học Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi sở vật chất NCS hoàn thành nhiệm vụ học tập nghiên cứu Để hoàn thành luận án nhận giúp đỡ Xí nghiệp Mơi trường hồ Tây; Cơng ty khai thác cá hồ Tây; Công ty TNHH thành viên hồ Tây; Viện Công nghệ Môi 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 Khoáng sản - Bộ Tài nguyên Môi trường, TS Nguyễn Trọng Hiếu - Khoa Toán - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội, tạo điều kiện giúp đỡ q trình thu mẫu, phân tích mẫu, xử lý số liệu thực nghiên cứu Cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên giúp đỡ vật chất tinh thần để tơi hồn thành luận án Nghiên cứu sinh Bùi Thị Hoa MỤC LỤC MỤC LỤC… .1 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT… DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH… MỞ ĐẦU… .9 CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU… .12 1.1 Tổng quan Asen… 12 1.1.1 Sự phân bố chu chuyển As 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 As đến sức khỏe người 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 nghiên cứu As Việt Nam 23 1.2.1 Thực trạng ô nhiễm As Việt Nam… 23 1.2.2 Các nghiên cứu As Việt Nam 24 1.3 Mơ hình tốn nghiên cứu hệ sinh thái 28 1.3.1 Ứng dụng mơ hình tốn nghiên cứu hệ sinh thái thủy vực 28 1.3.2 Tổng quan phần mềm Stella… 33 1.4 Tổng quan 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 As kim loại nặng hồ Tây… 40 CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42 2.1 Đối tượng thời gian nghiên cứu… 42 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu .42 2.1.2 Địa điểm thời gian nghiên cứu 43 2.2 Phương pháp nghiên cứu 44 2.2.1 Phương pháp thu phân tích mẫu 44 2.2.1.1 Phương pháp thu thập mẫu vật 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 nhóm sinh vật 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 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 môi trường nước hồ Tây, Hà Nội 60 3.1.1 Đặc tính thủy lý nước 60 3.1.2 Đặc tính hóa học nước 61 3.2 Asen thành phần hệ sinh thái hồ Tây, Hà Nội hệ số tích tụ sinh học Asen số nhóm sinh vật 67 3.2.1 Nồng độ As nước… 67 3.2.2 Hàm lượng As tổng số trầm tích hồ Tây 70 3.2.3 Hàm lượng As tổng số thực vật 73 3.2.4 Hàm lượng As tổng số động vật nổi… 74 3.2.5 Hàm lượng As tổng số số loài cá 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 mô loài cá 78 3.2.6 Hàm lượng As tổng số số loài động vật đáy (ĐVĐ) 81 3.2.7 Sự tích tụ sinh học As sinh vật hồ Tây 84 3.3 Rủi ro gây ung thư As từ cá tới sức khoẻ cộng đồng… 86 3.4 Xây dựng mơ hình chu chuyển As hệ sinh thái hồ Tây 89 3.4.1 Xác định thơng số xây dựng mơ hình 89 3.4.2 Kết mô .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 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…………………………………………………………………… 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 FSANZ Food Standards Australia - New Zealand Tiêu chuẩn thực phẩm Australia - New Zealand ICP - MS Inductively coupled plasma mass spectrometry (Khối phổ plasma cảm ứng) ILEC International Lake Environment Committee (Ủy ban môi 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 TMAO Trimethylarsine oxide (tri-metyl- asin xít) UNICEF United Nations Children's Fund (Quỹ Nhi đồng liên Hiệp quốc) US EPA United States Environmental Protection Agency (Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ) US FDA United States Food and Drug Administration (Cục quản lý thực phẩm dược phẩm Hoa Kỳ) DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Bảng tổng hợp nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm trung bình tháng năm Hà Nội từ năm 2011 đến năm 2015……………… 35 Bảng 1.2 Sản lượng cá (tấn) khai thác hàng năm hồ Tây, Hà Nội…… 38 Bảng 2.1 Địa điểm tọa độ điểm thu mẫu 44 Bảng 2.2 Các thành phần hệ sinh thái hồ Tây 53 Bảng 2.3 Ma trận thể mối quan hệ thành phần hệ sinh thái hồ Tây Bảng 3.1 Thơng số thủy lý hóa khu vực nghiên cứu vào mùa mưa (giai đoạn 2011 - 2014)………………………………… Bảng 3.2 75 Hàm lượng As tổng số trung bình số lồi cá hồ Tây, Hà Nội (giai đoạn 2011 - 2014) Bảng 3.9 73 Hàm lượng As tổng số trung bình động vật (giai đoạn 2011 - 2014) Bảng 3.8 71 Hàm lượng As tổng số trung bình thực vật hồ Tây (giai đoạn 2011 - 2014) Bảng 3.7 69 Hàm lượng As tổng số trung bình trầm tích hồ Tây (giai đoạn 2011 - 2014) Bảng 3.6 67 Hàm lượng As tổng số trung bình nước hồ Tây, Hà Nội (giai đoạn 2011 - 2014) Bảng 3.5 63 Nồng độ trung bình As hịa tan nước điểm nghiên cứu (giai đoạn 2011 - 2014)……………………………………… Bảng 3.4 62 Thơng số thủy lý hóa khu vực nghiên cứu vào mùa khô (giai đoạn 2011 - 2014) Bảng 3.3 54 77 Hàm lượng As tổng số trung bình mơ số lồi cá hồ Tây, Hà Nội (giai đoạn 2011 - 2014)………………………… 80 Bảng 3.10 Hàm lượng As tổng số trung bình ĐVĐ hồ Tây, Hà Nội (giai đoạn 2011 - 2014) 81 Bảng 3.11 Hàm lượng As tổng số ĐVĐ điểm thu nghiên cứu 82 Bảng 3.12 Hệ số tích tụ sinh học As thành phần hệ sinh thái hồ Tây, Hà Nội…………………………………………………… 85 Bảng 3.13 Rủi ro gây ung thư As mô thịt số loài cá hồ Tây, Hà Nội………………………….……………………… 88 Bảng 3.14 Các thông số mô hình chu chuyển As nước…… 91 Bảng 3.15 Các thơng số mơ hình chu chuyển As TVN…… 94 Bảng 3.16 Các thông số mơ hình chu chuyển As ĐVN…… 97 Bảng 3.17 Các thơng số mơ hình chu chuyển As cá mè…… 100 Bảng 3.18 Các thông số mơ hình chu chuyển As cá chép… 103 Bảng 3.19 Các thông số mô hình chu chuyển As cá rơ phi… 105 Bảng 3.20 Các thơng số mơ hình chu chuyển As cá trôi…… 108 Bảng 3.21 Các thông số mơ hình chu chuyển As ĐVĐ…… 110 Bảng 3.22 Các thơng số mơ hình chu chuyển As trầm tích… 113 Bảng 3.23 Hàm lượng As thành phần theo thời gian (kết mô thực tế)………………………………………………… 129 Bảng 3.24 Kết mô dự báo hàm lượng As thành phần hệ sinh thái hồ Tây ………………………………………… 130 Bảng 3.25 So sánh kết mô kết thực tế (năm 2016)……… 131 ... 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. .. phân bố chu chuyển Asen thành phần hệ sinh thái hồ Tây, Hà Nội ” thực với mục tiêu: - Đánh giá trạng chất lượng môi trường nước hồ Tây - Đánh giá trạng phân bố As số thành phần hệ sinh thái hồ. .. mơ chu chuyển As thành phần hệ sinh thái hồ Tây - Mô dự báo biến động hàm lượng As thành phần theo thời gian Cơ sở khoa học luận án - Dựa lý thuyết hệ sinh thái, chu trình vật chất hệ sinh thái,