L ỜI CẢM ƠN
1.2.1. Trầm tích và sự hình thành trầm tích
Trầm tích là các vật chất tự nhiên bị phá vỡ bởi các quá trình xói mòn hoặc do thời tiết, sau đó đƣợc các dòng chảy chất lỏng vận chuyển đi và cuối cùng đƣợc tích tụ thành lớp trên bề mặt hoặc đáy của một khu vực chứa nhƣ nƣớc biển, hồ sông, suối. Quá trình hình thành trầm tích là một quá trình tích tụ và hình thành các chất cặn lơ lửng (bao gồm cả các vật chất vô cơ và hữu cơ) để tạo nên các lớp trầm tích. Ao, hồ, biển, sông tích lũy các lớp trầm tích theo thời gian. Vì vậy trầm tích là một hỗn hợp phức tạp của các pha rắn bao gồm sét, silic oxit, chất hữu cơ, cacbonat và một quần thể các vi khuẩn.
Trầm tích là đối tƣợng thƣờng đƣợc nghiên cứu để xác định nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng vào môi trƣờng nƣớc bởi tỉ lệ tích lũy cao các kim loại trong nó. Nồng độ kim loại trong trầm tích thƣờng lớn gấp nhiều lần so với trong lớp nƣớc phía trên, đặc biệt, các dạng kim loại không nằm trong cấu trúc tinh thể của trầm tích có khả năng di động và tích lũy sinh học cao vào các sinh vật trong môi
trƣờng nƣớc. Chính vì thế trầm tích đƣợc coi là chỉ thỉ quan trọng đối với sự ô nhiễm môi trƣờng nƣớc [18].
1.2.2. Cơ chế và các yếu tốảnh hưởng đến sựtích lũy kim loại vào trầm tích
Các nguồn tích lũy KLN vào trầm tích:
Các kim loại tích tũy vào trầm tích có thể xuất phát từ nguồn tự nhiên hoặc nguồn nhân tạo. Sự tích lũy các kim loại vào trầm tích có thể xảy ra theo 3 cơ chế sau:
- Sự hấp phụ hóa lý từnƣớc;
- Sự hấp thụ sinh học bởi các sinh vật hoặc các chất hữu cơ;
- Sựtích lũy vật lý của các hạt vật chất bởi quá trình lắng đọng trầm tích. Sự tích lũy kim loại vào trầm tích phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nhƣ: Các điều kiện thủy văn, môi trƣờng, pH, thành phần vi sinh vật, kết cấu của trầm tích, khảnăng trao đổi ion,... nhất là sự hấp phụ hóa lý và hấp thụ sinh học [10].
Sự hấp phụ hóa lý các kim loại trực tiếp từnƣớc đƣợc thực hiện nhờ các quá trình hấp phụ các kim loại lên trên bề mặt của các hạt keo, các quá trình trao đổi ion, các phản ứng tạo phức của các kim loại nặng với các hợp chất hữu cơ hoặc do các phản ứng hóa học xảy ra làm thay đổi trạng thái oxi hóa của các nguyên tố hay tạo thành các hợp chất ít tan nhƣ muối sunfua. Quá trình hấp phụ hóa lý phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện nhƣ: pH của nƣớc, kích thƣớc của các hạt keo, hàm lƣợng các chất hữu cơ và quần thể vi sinh vật.
Sự hấp thụ sinh học chủ yếu do quá trình hấp thụ kim loại của các sinh vật trong nƣớc, phản ứng tạo phức của các kim loại với các hợp chất hữu cơ, các hoạt động sinh hóa của hệ vi sinh vật trong trầm tích [3].
Các yếu tốảnh hƣởng đến hàm lƣợng KLN trong trầm tích thủy vực:
Thứ nhất là vai trò của các thông số địa hóa môi trƣờng nhƣ lƣợng chất rắn lơ lửng TDS;
Thứ hai là phụ thuộc vào thành phần hạt trầm tích. Thành phần bột, sét càng lớn thì càng có lợi ích cho sựtích lũy các kim loại;
Thứ tƣ là phụ thuộc vào thành phần khoáng vật trong trầm tích. Các khoáng vật trong trầm tích có độ nhớt, độ dính kết càng cao thì mức thu hút các nguyên tố kim loại càng lớn;
Thứnăm là phụ thuộc vào nguồn cung cấp nguyên liệu hình thành trầm tích và khoảng cách đối với nguồn phát tán các nguyên tố kim loại [19].
1.2.3. Một số nghiên cứu về sự tích lũy KLN trong trầm tích trên thế giới và ở
Việt Nam
Trên thế giới:
Sông Deule ở Pháp là một trong những con sông bị ô nhiễm rất nặng do hứng chịu chất thải từ nhà máy luyện kim. Hàm lƣợng kim loại trong trầm tích sông này rất cao (480 mg.kg-1) (Neda et al., 2006). Hàm lƣợng kim loại nặng trong trầm tích tại vùng cửa sông, vùng ven biển trên thế giới nơi có rừng ngập mặn cũng đã đƣợc xác định từ ít bị ô nhiễm cho đến ô nhiễm nặng. Tam & Wong (1995) đã xác định hàm Pb trong trầm tích rừng ngập mặn SaiKeng, Hong Kong với hàm lƣợng 58,2 µg.g-1 Zheng & Lin (1996) đã xác định hàm lƣợng Pb và Cd trong trầm tích rừng ngập mặn Avicennia marina, vịnh Shenzhen với hàm lƣợng tƣơng ứng 28,7 µg.g-1 và 0,136 µg.g-1tƣơng ứng [26].
Cu, Pb và Cd là những kim loại nặng có độc tính cao do các hoạt động của con ngƣời thải ra đƣợc chuyển vào môi trƣờng nƣớc, tích luỹ trong trầm tích và đƣợc tích luỹ trong các sinh vật thông qua chuỗi thức ăn. Kết quả là ảnh hƣởng đến sức khoẻ của con ngƣời do việc sử dụng thực phẩm đƣợc chế biến từ các sinh vật sinh sống ở các vùng ven biển, các dòng sông phá hu hệ sinh thái thu sinh.
Các công bố cho thấy, các nhà khoa học trên thế giới đã rất quan tâm đến ô nhiễm, tích lũy của các kim loại nặng trong trầm tích cũng nhƣ các tác động của chúng đến các hệ sinh thái thủy sinh, cảnh báo mối nguy hiểm ảnh hƣởng đến sức khoẻ con ngƣời. Do vậy, việc nghiên đánh giá hàm lƣợng các kim loại nặng trong trầm tích là rất cần thiết đƣợc tiến hành, đặc biệt ở các nƣớc có nền kinh tế đang phát triển với tốc độ công nghiệp hoá, hiện đại hoá nhanh nhƣ Việt Nam.
Ở Việt Nam:
Đứng trƣớc hiện trạng ô nhiễm trầm trọng của hệ thống sông ngòi trong cả nƣớc thể hiện qua các hiện tƣợng nhƣ cá chết hàng loạt, các loại thủy sản nuôi trồng của bà con vùng ven biển liên tục bị dịch bệnh, các công trình nghiên cứu trong nƣớc đã và đang hƣớng tới làm r nguyên nhân của các hiện tƣợng này. Trầm tích đƣợc xem là một môi trƣờng tiếp nhận hầu hết các chất ô nhiễm do hoạt động sản xuất của con ngƣời. Trong vài năm trở lại đây, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích bắt đầu đƣợc quan tâm nhiều hơn ở Việt Nam, xuất phát từ thực trạng xả chất thải có chứa kim loại nặng và việc sử dụng bừa bãi hoá chất bảo vệ thực vật không r nguồn gốc làm cho một số dòng sông trở thành dòng sông “chết”, các loại thủy sản dùng để chế biến thức ăn phục vụ đời sống con ngƣời có hàm lƣợng tích lũy kim loại nặng ở mức cao.
Trong những năm gần đây đã có rất nhiều bài báo, luận văn, nghiên cứu đánh giá chất lƣợng kim loại nặng trầm tích sông Cầu nhƣ:
Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu, đánh giá sự tích lũy một số kim loại nặng trong
trầm tích lưu vực sông Cầu” của Nguyễn Mạnh Hƣng - Chuyên ngành hóa phân tích - Trƣờng Đại học Sƣ phạm, Đại học Thái Nguyên, năm 2015. Mức độ ô nhiễm các kim loại trong một số mẫu trầm tích sông Cầu chảy qua Thái Nguyên đánh giá theo chỉ số Igeo nhƣ sau: kẽm ô nhiễm ở mức độ trung bình, đồng không ô nhiễm, chì ô nhiễm ở mức trung bình, cadimi ô nhiễm ở mức trung bình [13].
Luận văn thạc sĩ “Phân tích xác định các kim loại nặng Zn, Cd, Pb và Cu trong trầm tích thuộc lƣu vực sông Cầu,” của Dƣơng Thị Tú Anh – Đề tài khoa học và công nghệ - Trƣờng Đại học Sƣ phạm, Đại học Thái Nguyên năm 2016 [3].
Tuy nhiên các nghiên cứu này chỉ dừng lại ở việc phân tích lý hóa hàm lƣợng KLN có trong cơ thể các loài nhuyễn thể, mà chƣa có sựđánh giá sự ảnh hƣởng của thời gian sống, môi trƣờng đến khả năng tích lũy của các loài nhuyễn thể không xƣơng sống. Việc phân tích tƣơng quan để đánh giá sự ảnh hƣởng của các yếu tố này đến khả năng tích lũy KLN là vấn đề cần thiết vì nó có ý nghĩa lớn đối với khả
1.3. Động vật đáy không xƣơng sống cỡ lớn và sự tích lũy KLN vào động vật đáykhông xƣơng sống cỡ lớn (Ốc vặn, Hến) đáykhông xƣơng sống cỡ lớn (Ốc vặn, Hến)
1.3.1.Tổng quan về động vật đáy không xương sống cỡ lớn
Động vật đáykhông xƣơng sống cỡ lớn dùng để chỉ những sinh vật sống dƣới đáy của các vực nƣớc ngọt nhƣ sông, suối, ao, hồ.
Do ánh sáng không thể xuyên xuống vùng nƣớc dƣới sâu, nguồn năng lƣợng của hệsinh thái dƣới đáy sâu thƣờng là các vật chất hữu cơ chìm xuống từ tầng mặt. Những vật chất phân hủy này duy trì chuỗi thức thức ăn dƣới sâu (hầu hết sinh vật tầng đáy là các sinh vật ăn xác thối và chất hữu cơ tích lũy ở tầng đáy). Độ sâu nƣớc, nhiệt độ, độ mặn và kiểu vật liệu nền đáy tất cảđều ảnh hƣởng đến loài động vật đáy có mặt ởđó [17].
1.3.2. Tổng quan về loài Hến (Corbicula sp.) và loài Ốc vặn (Sinotaia reevei
fischer)
Tổng quan về loài Hến (Corbicula sp.):
Loài Hến (Corbicula sp.) thuộc họ Corbiculidae, bộ Mang tấm (Eulamellibranchia), lớp Hai mảnh vỏ (Bivalvia), ngành động vật Thân mềm (Mollusca) là một họ gồm các loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ thuộc bộ Veneroida, có vỏ cứng hình tròn, sống ởcùng nƣớc lợ (cửa sông) và nƣớc ngọt.
Hến (Corbicula sp.) chỉ nhỉnh hơn đầu ngón tay út, có vỏ hình bầu dục hay tam giác, có khi gần tròn, cân đối, phồng to và dày. Vùng đỉnh vỏ nhô cao. Phần đầu và đuôi gần bằng nhau. Cạnh trƣớc hay sau đều tròn, cạnh bụng cong nhiều hơn. Mặt ngoài vỏ nhẵn và bóng, màu vàng xanh hay vàng đen. Mặt trong màu trắng hay xám. Hến (Corbicula sp.) sinh sản bằng cách thảấu trùng đã nở bên trong vỏvào các vùng nƣớc quanh nơi sinh sống. Sự thụ tinh xảy ra bên trong vỏ. Ở Việt Nam, màu sắc của Hến (Corbicula sp.) cũng có khác nhau. Lúc ở rạch vỏ màu sáng, xuống sông có sậm hơn, đến khi lên cồn lại chuyển màu xanh óng ánh nhƣ màu thép.
Cấu tạo của Hến (Corbicula sp.):
Vỏ Hến: Gồm 2 mảnh đƣợc gắn với nhau nhờ dây chằng ở bản lề phía trong. Hai cơ khép vỏ bám chắc vào mặt trong của vỏ, giúp điều chỉnh hoạt động đóng, mở của vỏ. Cấu tạo vỏ Hến gồm 3 lớp: lớp sừng, lớp đá vôi và lớp xà cừ óng ánh phía trong.
Cơ thể Hến: Bên ngoài dƣới lớp vỏ là áo Hến, mặt trong áo tạo thành khoang áo là môi trƣờng dinh dƣỡng của Hến, có ống hút và ống thoát nƣớc. Ở giữa là tấm mang. Trung tâm cơ thể phía trong là thân Hến, phía ngoài là chân Hến hình lƣỡi rìu. Phần đầu của Hến tiêu giảm do thích nghi lâu dài với lối sống ít hoạt động [14].
Hình 1.1. Hình ảnh Hến (Corbicula sp.) tại vị trí lấy mẫu
Tổng quan về loài Ốc vặn (Sinotaia reevei fischer):
Loài Ốc vặn có tên khoa học là Sinotaia reevei fischer, thuộc ngành thân mềm. Ốc vặn sinh sống chủ yếu trong nƣớc ngọt. Ốc vặn là động vật lƣỡng tính, đẻ con và sinh sống chủ yếu trong các vùng ao hồ, đầm lầy hay các con sông. Hình thức hô hấp của Ốc vặn đƣợc thực hiện qua mang của nó.
Hình dạng, cấu tạo của Ốc vặn:
phần vỏ. Phần vỏ có một van duy nhất không phân khoang. Ốc có vỏ cứng bằng đá vôi tạo thành ống rỗng là nơi ra vào của con vật. Nắp miệng có cấu tạo kiểu cửa bẫy giúp ốc có thểđóng kín khi gặp môi trƣờng nƣớc không thích hợp. Phần thân mềm bên trong có màu vàng nhạt và hơi dẹt bao gồm phần đầu, phần chân và ống tiêu hóa [11].
Hình 1.2. Hình ảnh của Ốc vặn
1.3.3. Sự tích lũy kim loại nặng vào động vật đáy không xương sống cỡ lớn (Ốc vặn, Hến)
Động vật đáy không xƣơng sống cỡ lớn nói chung và loài Ốc vặn, Hến (Corbicula sp.) nói riêng có khảnăng tích tụ các kim loại vết nhƣ Cd, Cu, Pb,... với hàm lƣợng lớn hơn so với khảnăng đó ở cá và tảo. Hến (Corbicula sp.) và Ốc vặn có thể tích tụ Cd trong mô của chúng ở mức hàm lƣợng cao hơn 100.000 lần mức hàm lƣợng tìm thấy trong môi trƣờng xung quanh. Các KLN tích lũy trong bộ phận cơ thểcác loài này đƣợc hấp thụ từ bùn đáy, nƣớc và thức ăn nên chúng có thể phản ánh đƣợc mức độ và sự tác động của ô nhiễm KLN đến môi trƣờng và hệ sinh thái [17].
Sự tích lũy kim loại nặng vào động vật đáy phụ thuộc vào nồng độ kim loại, ờ ếp xúc, điề ện môi trƣờng và đặ ủa độ ậ đáy ổ
thói quen ăn uống). Các bộ phận khác nhau cũng tích lũy các kim loại khác nhau. Hầu hết các kim loại đƣợc tích lũy trong gan, thận và mang. Cơ của chúng thƣờng có nồng độ kim loại thấp hơn so với các bộ phận khác [16].
1.3.4. Một số nghiên cứu về sự tích lũy KLN trong ĐVĐ không xương sống cỡ
lớn trên thế giới và ở Việt Nam Trên thế giới:
Loài động vật không xƣơng sống cỡ lớn là một thành phần quan trọng của hệ sinh vật đáy có đời sống tĩnh, phân bố rộng, kích thƣớc tƣơng đối lớn, việc lấy mẫu dễdàng. Các KLN tích lũy trong bộ phận cơ thể đƣợc hấp thụ từbùn đáy, nƣớc và thức ăn, nên chúng có thể phản ánh đƣợc mức độ và sựtác động của ô nhiễm KLN đến môi trƣờng và hệ sinh thái.
Đứng trƣớc hiện trạng tốc độ đô thị hoá và công nghiệp hoá nhanh ở các nƣớc trên thế giới, đặc biệt là các nƣớc đang phát triển. Ô nhiễm môi trƣờng nƣớc nói chung và nƣớc sông nói riêng do các kim loại nặng đang là vấn đề đƣợc các nhà khoa học, các nhà quản lý hết sức quan tâm, bởi ảnh hƣởng của nó đến nền kinh tế, sức khoẻ cộng đồng cũng nhƣ những hệ lu lâu dài đến các hệ sinh thái thu sinh. Ô nhiễm môi trƣờng bởi kim loại nặng trong động vật đáy đƣợc các nhà khoa học trên thế giới tại rất nhiều các quốc gia nhƣ Trung Quốc, Pakistan, A-rập, Hàn Quốc, Ấn Độ, Bangladesh, Tuy-ni-di, Indonesia, Malaysia, Pháp, Pakistan, Morocco, Thổ Nhĩ Kỳ, Iran, Phần Lan, Hà Lan, Croatia, Canada,… nghiên cứu đánh giá và công bố trong nhiều báo cáo khoa học [35].
Các nghiên cứu đã đƣa ra nguồn gốc phát sinh của các kim loại nặng do hai nguồn cơ bản, đó là nguồn gốc từ quá trình khoáng hoá các loại đá trong tự nhiên và nguồn gốc phát sinh từ các hoạt động của con ngƣời. Các hoạt động của con ngƣời nhƣ: nƣớc thải từ các khu công nghiệp hoá dầu, in ấn, luyện kim, công nghiệp điện tử, nƣớc thải đô thị, các chế phẩm phân bón, thuốc trừ sâu sử dụng trong nông nghiệp đổ vào hệ thống thoát nƣớc chung nhƣ kênh, mƣơng, sông và cuối cùng đổ ra biển. Vùng mà bị ảnh hƣởng lớn nhất đó là các vùng cửa sông ven biển, đây cũng
là vùng đƣợc các nhà khoa học đặc biệt quan tâm đến sự tích luỹ của các kim loại nặng.
Từ những năm 40 của thế k XX, đã có những nghiên cứu về sự tích lũy của KLN trong mô của các loài động vật thân mềm. Sự tập trung cao của hàm lƣợng dạng vết của các KLN đƣợc tìm thấy trong một vài loài nhuyễn thể không xƣơng sống. Nghiên cứu của Goldberg (1975) và Phillips (1976), loài Trai Địa Tung Hải (Mytilus Galloprovicialis) đƣợc sử dụng rộng rãi nhƣ sinh vật chỉ thị ô nhiễm ở các khu vực ven biển dựa trên khảnăng tích lũy các KLN nhƣ Hg, Cd, Pb, Zn, Cu, Ni, Mn, Cr. Nghiên cứu của Aysun Turkmen và cộng sự ở vịnh Iskenderun, Thổ Nhĩ Kỳ cho thấy có sự tích lũy khá cao các kim loại nhƣ Zn, Ni, Cd, Fe, Cu, Cd, Mn, Cr, Co ở loài Hàu (Ostrea Stentina) [34].
Nghiên cứu của El – Sikaily A và cộng sựở một số vùng duyên hải Địa Trung Hải và duyên hải biển Đỏ thuộc Ai Cập, cho thấy rằng Cd, Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb và Zn đƣợc tích lũy khá cao trong Modiolus Auriculatus và Donax Trunculu.
Ở Việt Nam:
Trong những năm gần đây đã có rất nhiều bài báo, luận văn, nghiên cứu đánh giá sựđa dạng của quần xã ĐVĐ không xƣơng sống cỡ lớn và chất lƣợng kim loại nặng trong ĐVĐ không xƣơng sống cỡ lớn nhƣ:
Tại hội nghị khoa học toàn quốc về sinh thái và tài nguyên sinh vật lần thứ 5, Lê Văn Thọ và cộng sự đã công bố kết quả nghiên cứu đa dạng sinh học động vật đáy không xƣơng sống cỡ lớn và chất lƣợng nƣớc sinh học nền đáy tại sông Vàm