II. Đa dạng về số lượng và thành phần loài tảo cát tại khu vực nghiên cứu, sử dụng tảo cát đánh giá chất lượng nước thông qua chỉ số DAIpo
42 Navicula goepertiana
Qua bảng có thể nhận thấy trong 83 loài tảo tìm thấy trên 2 địa điểm nghiên cứu có tỉ lệ khá lớn của các loài thuộc họ Naviculaceae (45 loài), tiếp
theo đó là các loài thuộc họ Nitzchiacea (22 loài), họ Achnantaceae và họ
có khả năng chịu đựng với ô nhiễm hữu cơ cao, khoảng thích nghi rộng, các nhóm tảo tìm thấy trên 2 địa điểm cũng tương tự như vậy, phần lớn thuộc nhóm thích nghi rộng, nhóm nhạy cảm chống chịu chiếm tỉ lệ nhỏ.
Số lượng các loài tảo cát trên các điểm lấy mẫu thay đổi không nhiều, tại mương ngày 11/4/2008 có số lượng loài thấp nhất (29 loài), ngày 25/08/2007 có số lượng loài cao nhất (53 loài), tại ao số lượng loài thấp nhất tìm thấy vào ngày 11/08/2007 (24 loài) và cao nhất trong các ngày 25/8 và ngày 8/9/2007 (46 loài). Tảo có mật độ khá đều tại cả 2 địa điểm trong khoảng tháng 8 – 10/2007, sự thay đổi lớn về mật độ xảy ra vào tháng 2 – 4/2008 và hầu như chỉ thấy ở trên mương, có lúc lên tới hơn 12 nghìn cá thể/ m2. Mật độ tảo tại 2 địa điểm đều có xu hướng tăng trong thời gian này. Sở dĩ có kết quả đó vì các loài tảo ở đây có thể có sự thích ứng rộng với điều kiện môi trường, mặt khác mùa xuân là thời điểm thích hợp cho sự phát triển của các loài thuỷ sinh vật, trong đó có tảo.
Trong quần xã có sự biến đổi số lượng các loài, trong số các loài đó có một hay một số loài ưu thế tức là có số lượng (sinh vật lượng hay năng suất sinh học tương đối lớn), quyết định chiều hướng phát triển của quần xã, các loài khác ít hơn, tuy nhiên đôi khi các loài ưu thế không xuất hiện mà là các loài có độ phong phú ở mức trung gian. [21] Do đó để đánh giá đa dạng về số lượng và thành phần loài cần phải đánh giá qua 2 yếu tố: đa dạng loài và loài Pưu thế. Chỉ số thường được ứng dụng để đánh giá độ đa dạng cho các quần xã là chỉ số đa dạng Shannon – Weiner (1949), được tính toán như sau:
Trong đó: ni số lượng các thể của loài i.
n tổng số lượng của các cá thể có trong mẫu. H’ chỉ số đa dạng ( biểu diễn ở số nhị phân). S độ giàu loài
Chỉ số Shannon – Weiner chỉ ra rằng trong quần xã sinh vật có loài ưu thế hay các loài có độ phong phú ở mức trung gian. Khi chỉ số Shannon – Weiner càng cao thì trong quần xã thể hiện xu thế chung là giảm loài ưu thế. Áp dụng chỉ số đa dạng của Shannon – Weinner để đánh giá độ đa dạng tảo tại các điểm lấy mẫu theo thời gian, kết quả như sau:
Bảng 10: Chỉ số đa dạng Shannon – Weiner tại 2 địa điểm lấy mẫu theo thời gian
Ngày Mương Ao 11/8/2007 2.24 1.57 25/8/2007 2.51 3.31 8/9/2007 3.12 2.71 21/9/2007 3.02 3.13 6/10/2007 3.00 2.79 15/2/2008 2.40 3.00 28/2/2008 2.34 2.50 15/3/2008 2.11 2.11 28/3/2008 2.63 2.57 11/4/2008 2.34 2.59
Chỉ số đa dạng Shannon – Weiner (H) tại 2 địa điểm theo thời gian cho thấy xu thế xuất hiện loài ưu thế tại mỗi điểm nghiên cứu. Chỉ số H tại mương và ao đều ở mức trung bình, không xảy ra sự chênh lệch qua lớn, tại mương chỉ số H thấp nhất vào ngày 15/03/08 và cao nhất vào ngày 08/09/07, còn tại ao khác biệt lớn xảy ra vào ngày 11/08/2007 khi chỉ số đa dạng chỉ có 1,57 thấp nhất trong thời suôt thời kì quan trắc, cao nhất ngày 25/08/07. Chỉ số đa dạng H vào tháng 2 – 4/2008 có giá trị đồng đều và thấp hơn giá trị H vào tháng 8 – 10/2007 phù hợp với xu hướng phát triển của quần xã tảo vào giai đoạn mùa xuân.
Tỉ lệ loài ưu thế so với tổng cá thể tại các điểm lấy mẫu theo thời gian là một yếu tố được xem xét để đánh giá chất lượng nước, bởi đặc tính của tảo cát là thể hiện sự chịu đựng với ô nhiễm hữu cơ, số loài ưu thế tại 2 điểm lấy mẫu thể hiện ở bảng IV.5 và IV.6.
Bảng 10 : Các loài ưu thế xuất hiện tại các điểm lấy mẫu trên mương trong thời gian nghiên cứu
Ngày Loài ưu thế bậc 1 Loài ưu thế bậc 2
Tên % Tên %
11/8/2007 Nitzchia palea 45,71 Cyclotella meneghiniana 13,27
25/8/2007 Gomphonema clavatum 34,2 Gomphonema pseudoagur 16,81
8/9/2007 Cyclotella meneghiniana 18,98 Gomphonema clavatum 6,01
Navicula atomus 8,57
21/9/2007 Peronia fibula 19,70 Gomphonema clavatum 18,15
6/10/2007 Gomphonema clavatum 19,89 Peronia fibula 17,73
Navicula atomus 7,67
15/2/2008 Amphora Montana 27,48 Nitzchia palea 9,92
Nitzchia perminuta 10,15
28/2/2008 Amphora Montana 37,21 Nitzchia palea 12,3
15/3/2008 Gomphonema lagenula 28,79 Amphora montanaPeronia fibula 16,4515,47
28/3/2008 Gomphonema lagenula 28,79 Nitzchia paleaPeronia fibula 12,268,55
11/4/2008 Gomphonema lagenula 41,33 Peronia fibula 13,06
Tại mương có thể đưa ra nhận xét về loài ưu thế như sau: Có 8 loài chiếm ưu thế về số lượng nhưng không có loài chiếm ưu thế tuyệt đối, đặc biệt vào thời gian từ tháng 8 – 10/2007, đến khoảng tháng 2 – 4/2008 mới xuất hiện loài ưu thế ràng hơn. Kết quả này khá phù hợp với nhận xét thu được từ chỉ số H ở trên. Các loài ưu thế bao gồm: Nizchia palea,
Gomphonema lagenula, Gomphonema clavatum, Peronia fibula, Amphora Montana, Gomphonema pseudoagur, Cyclotella meneghiniana và Navicula atomus. Trong đó các loài Nitzchia palea, Gomphonema clavatum, Gomphonema lagenula và Amphora Montana là các loài ưu thế xuất hiện với
tỉ lệ cao trong các tuần (lớn hơn 34 %), các loài khác chỉ có tỉ lệ nhỏ hơn 30%.
Bảng 11: Các loài ưu thế xuất hiện tại các điểm lấy mẫu trên ao trong thời gian nghiên cứu
Ngày Loài ưu thế bậc 1 Loài ưu thế bậc 2
Tên % Tên %
11/8/2007 Gomphonema lagenula 50,44
25/8/2007 Navicula pupula 14,6
21/9/2007 Gomphonema lagenula 25,2 Gomphonema clavatum 10,03
Pinnularia braunii 11.56
6/10/2007 Peronia fibula 21,22 Gomphonema lagenula 19,31
15/2/2008 Gomphonema lagenula 18,24 Amphora montana 13.02
Nitzchia palea 11,9
28/2/2008 Gomphonema lagenula 22,97
15/3/2008 Gomphonema lagenula 47,62 Peronia fibula 10,71
28/3/2008 Gomphonema lagenula 28,95 Peronia fibula 19,36
11/4/2008 Gomphonema lagenula 29,12 Peronia fibula 19,06
Khác với diễn biến các loài ưu thế trong mương, các loài ưu thế trong ao được thể hiện khá rõ rệt: Tại ao có 7 loài chiếm ưu thế về số lượng đó là :
Gomphonema lagenula, Navicula pupula, Peronia fibula, Pinnularia braunii, Amphora Montana, Nitzchia palea và Pinnularia braunii. Trong đó Gomphonema lagenula là loài xuất hiện ở hầu hết các điểm lấy mẫu trong 10
tuần với tỉ lệ khá cao, đặc biệt là ở tuần đầu tiên, tỉ lệ này lên tới hơn 50% và cũng là tỉ lệ loài ưu thế lớn nhất quan sát được trong suốt thời gian nghiên cứu. Tỉ lệ của loài ưu thế trong các tuần cũng phù hợp với các chỉ số H thu được ở trên.
Như vậy bước đầu đã nhận thấy tại cả 2 địa điểm nghiên cứu có 9 loài ưu thế gồm: Gomphonema lagenula ,Gomphonema clavatum, Amphora
montana, Nitzchia palea, Navicula pupula, Navicula atomus, Peronia fibula, Cyclotella meneghiniana, Pinnularia braunii trong đó Gomphonema lagenula
là loài có tỉ lệ lớn tại nhiều điểm.
Các loài ưu thế có đặc điểm là có khả năng thích nghi ở một mức độ nào đó của chất ô nhiễm, thể hiện qua sự biến đổi tỉ lệ và thành phần loài. Trong trường hơp cụ thể đối với các loài tảo cát, chúng có khả năng chống chịu với ô nhiễm hữu cơ, và đặc tính này được ứng dụng nhiều trong các nghiên cứu đánh giá chất lượng nước. Trong các nghiên cứu đó các tác giả chủ yếu là chú trọng vào các chỉ số sinh học được xây dựng dựa trên việc quan trắc tỉ lệ thành phần các loài tảo cát.
Dựa vào mức độ chịu đựng ô nhiễm hữu cơ của tảo cát Asai và Watanabe (1995) đã phân loại 95 loài tảo thành 3 nhóm chính, đó là:
• Saprophilous nhóm chịu đựng tốt với ô nhiễm hữu cơ (8 loài) – nhóm chống chịu.
• Saproxenous nhóm chịu đựng ô nhiễm hữu cơ kém (20 loài) – nhóm nhạy cảm chống chịu.
• Indifferent nhóm trung lập (67 loài).
Căn cứ vào sự phân loại này, ta có kết quả về tỉ lệ thành phần các loài tảo cát trong nghiên cứu như sau:
Bảng 12: Tỉ lệ phần trăm các nhóm sinh thái của tảo cát dựa vào mức độ chịu đựng ô nhiễm hữu cơ theo phân loại của Asai và Watanabe (1995) trên 2 khu
vực nghiên cứu
Mương Ao
Ngày Nhạy cảm Chống chịu Trung tính Nhạy cảm Chống chịu Trung tính
11/8/2007 2.22 75.96 21.44 0.60 79.07 19.86 25/8/2007 38.25 26.86 33.55 2.46 46.62 50.68 8/9/2007 6.01 47.99 45.75 0.40 57.88 41.17 21/9/2007 20.75 24.16 54.83 10.51 40.05 49.20 6/10/2007 22.09 25.48 52.39 9.19 44.75 45.84 15/2/2008 0.19 29.70 70.09 4.32 43.22 52.05 28/2/2008 0.07 27.07 72.72 6.08 35.48 58.24 15/3/2008 0.31 50.42 49.07 0.27 61.20 38.21 28/3/2008 2.91 46.96 49.90 4.15 41.10 54.65 11/4/2008 1.51 51.89 46.69 4.40 41.35 54.28
Qua bảng có thể nhận thấy nhóm nhạy cảm chống chịu luôn chiếm tỉ lệ nhỏ hơn so với 2 nhóm còn lại suốt thời gian nghiên cứu, tỉ lệ của nhóm này trên mương có lúc chỉ đạt 0,07% (ngày 28/02/2008) và trên ao là 0,27% (ngày 15/03/2008). Tỉ lệ của nhóm chống chịu dao động trong khoảng 20 đến 75 % tại mương và 35 đến 80% tại ao. Nhóm trung tính dao động lớn nhưng không có xu thế cụ thể.
Hình 13: So sánh 3 nhóm phân loại theo mức độ ô nhiễm hữu cơ tại mỗi điểm lấy mẫu trên mương trong suốt thời gian nghiên cứu.
Biến động về tỉ lệ các nhóm loài thể hiện 1 phần điều kiện môi trường sống của tảo cát. Tại mương ưu thế thuộc về các nhóm trung tính, còn tại ao ưu thế thuộc về các nhóm chống chịu. Tỉ lệ nhóm nhạy cảm chống chịu trên mương tăng mạnh vào 25/08/2007, 21/09/2007 và 6/10/2007. Ứng với sự tăng tỉ lệ các loài là sự tăng về chất lượng nước, như các nhận xét khi đánh giá chất lượng nước dựa vào các thông số lý hoá cho thấy sự biến đổi tương tự về chất lượng nước trong những thời điểm kể trên, đặc biệt điểm số CCME WQI cũng thể hiện chất lượng nước tại 2 ngày 25/08/2007 và 21/09/2007 đều ở mức điểm số cao nhất so với các thời điểm còn lại, điều này chỉ thể hiện ở mương đối tượng có mức độ ô nhiễm nhẹ hơn ở ao. Trái lại ở ao, nhận thấy rất rõ ưu thế của loài chống chịu có lúc xấp xỉ và có lúc lớn hơn loài trung tính, tỉ lệ của loài nhạy cảm không đáng kể.
Dựa trên cơ sở phân chia mức độ chống chịu ô nhiễm hữu cơ của các loài tảo như đã trình bày ở trên, tác giả Watanabe đã đưa ra chỉ số sinh học đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ sử dụng tảo cát làm chỉ thị gọi là chỉ số DAIpo. Chỉ số DAipo được tính toán dựa trên sự chênh lệch tỉ lệ các nhóm tảo nhạy cảm chống chịu và nhóm chống chịu trong toàn bộ các loài tìm thấy được. Kết quả của phép tính chỉ số DAIpo cũng là một thang điểm số, đánh giá dựa vào mức độ hoại sinh, điểm số càng cao mức độ hoại sinh càng giảm:
• Điểm 0 – 15 Hoại sinh mạnh – ô nhiễm hữu cơ nặng.
• Điểm 15 – 30 Hoại sinh trung bình – ô nhiễm hữu cơ trung bình.
• Điểm 50 – 75 Xuất hiện nhiều chất hữu cơ, có nguy cơ ô nhiễm cao.
• Điểm 70 – 85 Xuât hiện chất hữu cơ dạng vết, nguy cơ ô nhiễm .
• Điểm 85 – 100 Nước sạch.
Ứng với sự phân loại các nhóm theo đặc tính chống chịu ô nhiễm như phần trên, ta có điểm số DAIpo cho 2 đối tượng tại từng thời điểm quan trắc như bảng IV.8.
Bảng 13 : Chỉ số DAIpo tại 2 địa điểm nghiên cứu trong các tuần quan trắc
Ngày Mương Ao 11/8/2007 13.13 10.77 25/8/2007 55.70 27.92 8/9/2007 29.01 21.26 21/9/2007 48.29 35.23 6/10/2007 48.31 32.22 15/2/2008 35.25 30.55 28/2/2008 36.50 35.30 15/3/2008 24.95 19.53 28/3/2008 27.97 31.52 11/4/2008 24.81 31.53
Các giá trị DAIpo tại mương và ao chỉ nằm trong khoảng nhỏ hơn 75 điểm, đặc biệt giá trị DAIpo từ 50 – 75 điểm (có nguy cơ ô nhiễm cao) chỉ xuất hiện tại mương 1 lần trong giai đoạn tháng 8 – 10/2007, 4 lần xuât hiện điểm số 30 đến 50 thê hiện mức độ ô nhiễm hữu cơ nhẹ, 4 lần xuât hiện mức độ ô nhiễm hữu cơ trung bình và chỉ 1 lần ở mức ô nhiễm hữu cơ nặng. Tại ao tất cả các giá trị DAIpo đều rất thấp có 6 giá trị thuộc khoảng 30 – 50 điểm (ô nhiễm hữu cơ nhẹ) , còn lại đều có mức điểm nhỏ hơn 30 (ô nhiễm hữu cơ trung bình) và 1 lần xuất hiện mức độ ô nhiễm hữu cơ nặng.
Hình 14: Diễn biến giá trị DAIpo trên mương và ao trong thời gian nghiên cứu
So sánh giá trị DAIpo tại mương và ao có thể thấy điểm chung với cách đánh giá theo chỉ số WQI là sự chênh lệch điểm số giữa mương và ao thể hiện khá rõ DAIpo của mương trong khoảng 10 – 60 điểm, DAIpo của ao trong khoảng 10 – 40 điểm thể hiện sự khác biệt về chất lượng nước tại 2 địa điểm.
Tại mương, các giá trị DAIpo có xu hướng giảm theo thời gian, đặc biệt là trong giai đoạn tháng 2 – 4/2008, trong khoảng tháng 8 – 10/2007 có điểm cực đại của DAIpo và đây cũng là thời điểm được nhận xét là có chất lượng nước ít ô nhiễm hơn do với các thời điểm khác theo WQI.
Điểm số DAIpo tại ao thể hiện diễn biến chất lượng nước giống với diễn biến chất lượng nước xây dựng bởi chỉ số CCME WQI, đặc biệt là mỗi khi có sự suy giảm về chất lượng nước thì sau đó 1 khoảng thời gian ngắn lại thấy chất lượng nước được cải thiện, thể hiện qua điểm số DAIpo thay đổi theo hình sin trong suốt thời gian quan trắc, đây có thể coi là khả năng tự làm sạch của ao.
Nguyên nhân của sự biến đổi chất lượng nước theo như các chỉ số DAIpo thể hiện khá rõ ảnh hưởng của nguồn thải, và phản ánh sự thích nghi, chống chịu của quần xã sinh vật khá rõ nét qua sự biến đổi tỉ lệ thành phần các loài.
Tuy nhiên do đánh giá chất lượng nước theo DAIpo phụ thuộc lớn vào tỉ lệ và thành phần tảo nên diễn biến chất lượng nước theo cách đánh giá này và đánh giá theo chỉ số CCME WQI vẫn có những sai khác nhất định.