2.2.1. Địa điểm nghiên cứu
Mẫu khuê tảo đáy được thu tại 11 vị trí ở khu vực thành phố Bến Tre vào mùa mưa (tháng 9/2017) và mùa khô (tháng 4/2018). Vị trí và tọa độ các điểm thu mẫuđược trình bày hình 2.1 và bảng 2.1.
Hình 2.1. Vị trí các điểm thu mẫu tại thành phố Bến Tre
Bảng 2.1. Tọa độ và vị trí các điểm thu mẫu
Kí hiệu Vị trí Tọa độ
Vĩ độ Kinh độ
BT1 Phà Hàm Luông, thành phốBến Tre 48P0647813 1130188 BT2 Xã Phú Đức, huyện Châu Thành 48P0635297 1140343 BT3 Xã Châu Bình, huyện Giồng Trôm 48P0672714 1126285 BT4 Cầu Sân Bay –Xã Sơn Đông, thành phố
Bến Tre
48P0648163 1134813
BT5 Cầu Kiến Vàng – Phường 7, thành phố Bến Tre
48P0649619 1131406
BT6 Cầu Cái Cá –Phường 5, thành phốBến
Tre
BT7 Cầu Cá Lóc –Phường 1, thành phốBến Tre 48P0651383 1131858 BT8 Cầu Gò Đàng –Xã Phú Hưng, thành phố Bến Tre 48P0652992 1131991
BT9 Cầu Bình Nguyên – Phường 6, thành phốBến Tre
48P0649259 1133266
BT10 Cầu Bà Mụ – Phường Phú Khương,
thành phốBến Tre
48P 0651095 1132771
BT11 Xã Bình Phú, thành phốBến Tre 48P 0647240 1131654
Trong đó ba điểm BT1, BT2, BT3 và B11 nằm cách xa khu vực thành phố Bên Tre được xác định là các điểm ngoài đô thị. Còn lại các điểm từ BT4–BT10 được xác định là các điểm trong đô thị.
2.2.2. Đo đạc các thông số hóa lý
Các thông số hoá lý như nhiệt độ (C), pH, DO, độ mặn, độ đục, TDS được đo tại hiện trường bằng máy đo đa chỉ tiêu WTW 3320 (Weilheim, Đức). Độ đục được đo bằng máy đo độ đục (Hach, 2100P)
Độ trong được đo bằng đĩa Secchi disk.
Mẫu phân tích chlorophyll-a được thu trong chai nhựa 0.5-L. Mẫu được bảo quản lạnh ở 4C và được phân tích trong 48 h.
Mẫu để phân tích các chỉ số TSS, TN, TP, NH4+, NO3-, PO43-được thu trong
can 2-L và được phân tích ở phòng phân tích hoá nước của Viện Sinh Học Nhiệt Đới theo phương pháp chuẩn của APHA (2005).
Các chỉ tiêu phân tích tại phòng thí nghiệm: Ammonia:
Sử dụng phương pháp trắc quang 4500 NH3 – F (APHA, 2012) để phân tích ammonia. Ammonia phản ứng với hypochlorite và phenol xúc tác bởi sodium nitroprusside tạo thành hợp chất indophenol có màu xanh dương. So màu ở bước sóng 640 nm [48].
Nitrite:
Sử dụng phương pháp trắc quang 4500 NO2 - B (APHA, 2012). Xác định NO2- bằng cách tạo phản ứng diazo hóa với sulfanilamide và N - (1 - naphthyl) –
ethylendiamine dihydrochloride ở môi trường pH = 2,0 – 2,5 tạo thành hợp chất màu đỏ tím, so màu ở nước sóng 543 nm [49].
Nitrate:
Với sự hiện diện của Cadmium (Cd), NO3- bị khử thành NO2-. Sử dụng
phương pháp trắc quang 4500 NO2 - B (APHA, 2012). Xác định NO2- bằng cách tạo
phản ứng diazo hóa với sulfanilamide và N - (1 - naphthyl) – ethylendiamine
dihydrochloride ở môi trường pH = 2,0 – 2,5 tạo thành hợp chất màu đỏ tím, so màu ở nước sóng 543 nm.
Nitơ tổng số:
Xác định Nitơ tổng số bằng phương pháp Kjeldahl 4500 Norg – B. Với sự hiện diện của acid sulfuric kali sulfate và đồng sulfate làm xúc tác, 26 amino –
nitrogen của các hợp chất hữu cơ và ammonia tự do được biến đổi thành a mmonium
sulfate, trung hòa mẫu bằng dung dịch kiềm và chưng cất. Hàm lượng ammonia được
hấp thụ bởi dung dịch acid boric và chuẩn độ bằng dung dịch acid H2SO4 0,02N [49].
Phosphat và tổng phospho:
Xác định phospho hòa tan dựa vào phản ứng tạo phức ammonium molybdate có màu xanh và được so màu tại bước sóng 889 nm [49]
Đối với phospho tổng số thì mẫu nước được công phá bằng H2SO4 và K2S2O8
để chuyển tất cả các dạng phosphate thành orthophosphate và sẽ phản ứng tạo phức hợp ammonia mol bdate có màu xanh. Sau đó quy trình thực hiện giống như phospho hòa tan và được so màu ở bước sóng 889 nm [49].
Các thông số BOD5, COD, tổng Coliform kế thừa từ kết quả quan trắc mùa
mưa năm 2017 và mùa khô năm 2018 của Trung tâm quan trắc tỉnh Bến Tre.
2.2.3. Thu mẫu khuê tảo đáy
Mẫu khuê tảo đáy được thu trên các giá thể (gạch, đá, bê tông, gỗ…có diện tích bề mặt lớn hơn 10 cm2) có dấu hiệu nhiều khuê tảo đáy. Tại mỗi vị trí 3 mẫu được thu vào thời điểm nước ròng. Mẫu thu bằng cách đặt màng nilon đã cắt sẵn lỗ
10 cm2 lên bề mặt giá thể, tiếp theo dùng bàn chải nhỏ gạt nhẹ nhiều lần lớp bề mặt có dấu hiệu của khuê tảo đáy đáy vào lọ cùng 50 mL nước cất, dán nhãn ghi thông tin: Ngày thu mẫu, tên điểm, vị trí. Mẫu thu được cố định tại hiện trường bằng dung dịch formaline đến 3%.
2.2.4. Phương pháp xử lý mẫu trong phòng thí nghiệm
Mẫu sau khi thu được để lắng tự nhiên 48h trong phòng thí nghiệm. 5 mL mẫu được xử lý với 5 mL dung dịch acid mạnh (H2SO4 và HNO3) ở 70–80C trong
khoảng 30–45 phút, sau đó cho vào vài hạt tinh thể NaNO3 và đun tiếp cho tới khi dung dịch trở nên trong suốt, tất cả trầm tích trở thành màu trắng. Khuê tảo đáyđược thu bằng cách ly tâm mẫu ở 4000 rmp, 15 phút. Sau đó mẫu được rửa sạch bằng nước cất 3–5 lần và lưu giữ trong lọ nhựa chuyên dụng. Mẫu khuê tảo được phân tích dưới kính hiển vi có độ phóng đại 100–1000 lần. Các loài khuê tảo đáy được định danh đến chi và loài dựa vào đặc điểm hình thái theo các tài liệu phân loại học Shirota (1968), Trương Ngọc An (1993), Tomas (1997), Nguyễn Văn Tuyên (2003), Larsen và Nguyen (2004), Tôn Thất Pháp (2009). Hệ thống phân loại PSTV được cập nhật và sắp xếp theo hệ thống phân loại của AlgaeBase (Guiry và Guiry, 2018)
[50,51,52,53].
2.2.5. Phương pháp định lượng khuê tảo
Xác định mật độ (định lượng): Bằng phương pháp đếm bằng buồng đếm
Sedgewick – Rafter (Boyd và Tucker, 1992). Tổng số khuê tảo đáy được tính theo công thức [54]:
N = (V2 x A)/ S
Trong đó:
N: là tổng số khuê tảo đáy có trong 1 cm2 mẫu (đơn vị là tế bào). A: là số khuê tảo đáy đếm được trong 1 mL.
S: là diện tích mẫu thu ngoài hiện trường (10cm2) V2: là thể tích mẫu sau khi lắng.
2.2.6. Tính sinh khối khuê tảo:
Sinh khối khuê tảo đáy trên một đơn vị diện tích được tính bằng phương pháp mô phỏngthể tích hình học theo các tài liệu của Jun và Dongyan (2003), Helmut và
cộng sự (1999) được trình bày ở bảng 2.2 [55,56].
Bảng 2.2. Công thức tính sinh khối tế bào
STT Hình dạng mô phỏng Công thức tính sinh khối STT Hình dạng mô phỏng Công thức tính sinh khối
1 Hình múi (cymbelloid) V = 𝟐 𝟑× 𝐚 × 𝐜𝟐× 𝐚 × 𝐬𝐢𝐧(𝟐𝐜𝐛) 2 Hình trụ (cylinder) V = 𝛑 𝟒× 𝐚𝟐× 𝐜 3 Lăng trụ có đáy
tam giác (prism on triangle - base) V = 𝟏 𝟔× 𝐚𝟐 × 𝐜 4 Hình trụ + 2 nửa hình cầu (cylinder + 2 half spheres) V = 𝛑 × 𝐛𝟐× (𝐚𝟒−𝟏𝟐𝐛) 5 Hình sao 4 cánh (elliptic prism with transapical inflation) V ≈ 𝛑𝟒× 𝐚 × 𝐛 × 𝐜 6 Hình trụ + 2 hình nón (cylinder + 2 cones) Cho rằng số đo từ đáy lên đỉnh của hình nón là ½ của b : V = 𝛑 𝟒× 𝐛𝟐× (𝐚 −𝐛𝟑) 7 Hình thuyền (gomphonemoi d) V ≈ 𝐚×𝐛𝟒 × [𝐚 + (𝛑𝟒− 𝟏) × 𝐛] × 𝐚𝐬𝐢𝐧 (𝟐𝐚𝐜) 8 Hai hình trụ+ lăn trụ ellip (2 cylinder + elliptic prism) V ≈𝛑𝟒× 𝐚 × 𝐛 × 𝐜
9 Hình hộp chữ nhật (rectangular box) V = a× 𝐛 × 𝐜 10 Lăng trụ có đáy ellip (prism on elliptic base) V = 𝛑 𝟒× 𝐚 × 𝐛 × 𝐜 11 Lăng trụ có đáy là hình bình hành (prism on parallelogram- base) V = 𝟏 𝟐× 𝐚 × 𝐛 × 𝐜 12 Hình trụ dạng hình vòng đai (cylinder girdle view) V = 𝛑 𝟒× 𝐛𝟐 × 𝐚 13 Nửa hình lăng trụ ellip(half- elliptic prism) V = 𝛑 𝟒× 𝐚 × 𝐛 × 𝐜 14 Lăng trụ có đáy hình ellip (prism on elliptic base girdle view) V = 𝛑 𝟒× 𝐚 × 𝐛 × 𝐜 15 Lăng trụ hình lưỡi liềm (sickle-shaped prism) V≈ 𝛑𝟒× 𝐚 16 Lăng trụ tam giác + dáy có dạng hình vòng đai (prism on V = √𝟑 𝟒 × 𝐚 × 𝐛𝟐
triangle-base girdle view) 17 Hình hộp + lăng trụ ellip (box + elliptic prism) V ≈ 𝐜 × (𝐚𝟏 × 𝐛𝟏+𝛑𝟒× 𝐚𝟐× 𝐛𝟐)
2.2.7. Phân tích hàm lượng chlorophyll-a:
Trong phòng thí nghiệm 200-300 mL mẫu được lọc qua giấy lọc GF/C. Hàm lượng chlorophyll-a trong mẫu được tách chiết bằng aceton 90% ở nhiệt độ phòng trong tối khoảng 24 h, sau đó mẫu được ly tâm ở 4000 rpm, 15 phút. Phần dịch nổi được thu hồi để phân tích chlorophyll-a. Chlorophyll-a được đo bằng phương pháp đo quang phổ (UV-VIS, Harch, 500) ở bước sóng 630 − 750 nm. Hàm lượng
chlorophyll-a trong mẫu được tính theo công thức:
Chlorophyll a = (11.85 (E664 − E750) − 1.54 (E647 − E750) − 0.08
(E630−E750)) Ve/(LVf)
Trong đó:
Ve: Thể tích aceton (mL) L: Đường kính cuvette
Vf: Thể tích lọc
2.2.8. Chỉ số chất lượng nước WQI
Chỉ số chất lượng nước WQI được tính theo hướng dẫn của Bộ Tài nguyên và Môi trường, (Quyết định Số: 1460/QĐ-TCMT ngày 12/11/2019), như sau:
Trong đó:
+ WQIII: Giá trị WQI tính toán với các thông số Aldrin, BHC, Dieldrin, DDTS (p, p’ –DDT, p, p’-DDD, p, p’-DDE), Heptachlor & Heptachlorepoxide.
+ WQIIII: Giá trị WQI tính toán với thông số As, Cd, Pb, Cr6+, Cu, Zn, Hg + WQIIV: Giá trị WQI tính toán với thông số DO, BOD5, COD, TOC, N-NH4, N- NO2, P-PO4
+ WQIV: Giá trị WQI tính toán với thông số Coliform, E. coli.
Bảng 2.3. Bảng đánh giá chất lượng nước theo giá trị WQI (Bộ Tài nguyên và Môi trường, Quyết định Số: 1460/QĐ-TCMT Về việc ban hành Hướng dẫn kỹ thuật tính toán và công bố chỉ số chất lượng nước Việt Nam (VN_WQI)
Giá trị WQI Mức đánh giá chất lượng nước
Rất tốt 91 - 100 Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt
Tốt 76 - 90 Sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng cần các biện pháp xử lý phù hợp
Trung bình 51 - 75 Sử dụng cho mục đích tưới tiêu và các mục đích tương đương
khác
Kém 26 – 50 Sử dụng cho giao thông thủy và các mục đích tương đương
khác
Ô nhiễm nặng 10 - 25 Nước ô nhiễm nặng, cần các biện pháp xử lý trong tương lai. Rất kém 0 - 10 Nước nhiễm độc, cần các biện pháp khắc phục, xử lý.
2.2.9. Phương pháp phân tích số liệu
Phương pháp phân tích phương sai một và hai chiều ANOVA (one-way và two-way analysis of varance) được sử dụng để xem xét sự khác biệt giữa các điểm và giữa các đợt khảo sát (Điều kiện để phân tích phương sai một yếu tố ANOVA là phương sai phải đồng nhất, p<0,05. Nếu không thỏa mãn điều kiện trên thì sử dụng phương pháp phân tích phi tham số)
Cấu trúc thành phần loài, mật độ, sinh khối tế bào và các chỉ số sinh học của quần xã khuê tảo đáyđược nhập liệu bằng phần mềm Microsoft excel 2010. Các chỉ số sinh học gồm chỉ số Margalef (D), chỉ số đa dạng Shannon–Wienner (H’), Chỉ số
đồng đều Pielou (J’)được tính toán bằng phần mềm Primer VI (Plymouth Marine). Chỉ số Trophic Diatom Index (TDI) được tính toán theo phương pháp của Kelly và Whitton (1995) [57].
Phương pháp phân tích tương quan đa biến Canonical Correspondence Analysis (CCA) được sử dụng để phân tích mối liên hệ giữa các thông số sinh học và các chỉ tiêu hoá lý nhờ sử dụng phần mềm PAST V3.11 (Hammer and Harper, 2001) và phần mềm Canoco V4.5 (Leps và Smilauer, 2003) [58,59].
❖ Chỉ số Margalef D: là chỉ số được sử dụng rộng rãi để xác định đa dạng của quần xã sinh vật thông qua đó xác định tính đa dạng sinh học của hệ sinh thái (Margalef, 1958). Giá trị chỉ số D và mức độ đa dạng sinh học được trình bày ở bảng 2.3 [60].
D = 𝐒−𝟏 𝐥𝐧 𝐍
Trong đó:
D: là chỉ số đa dạng Margalef. S: là tổng số loài trong mẫu.
N: là tổng số lượng cá thể trong mẫu
Bảng 2.4. So sánh giái trị của chỉ số Margalef với mức độ đa dạng sinh học Giá trị D Mức đa dạng sinh học
>3,5 Tính đa dạng rất phong phú
2,6 – 3,5 Tính đa dạng phong phú
1,6 – 2,5 Tính đa dạng tương đối tốt
0,6 – 1,5 Tính đa dạng bình thường
< 0,6 Tính đa dạng kém
❖ Chỉ số Shannon – Wiener: Đa dạng về loài được thể hiện bằng độ giàu loài hoặc độ phong phú của loài. Chỉ số đa dạng Shannon –Wiener (H’) được tính dựa trên sự phân bố ngẫu nhiên về số lượng cá thể của các giống với công thức
𝐇′ = − ∑𝐍𝐢𝐍 × 𝐥𝐨𝐠𝟐𝐍𝐢𝐍
𝐬 𝐢=𝟏 Trong đó:
Ni: số cá thể của giống i trong mẫu thu N: tổng số cá thể trong mẫu
S: tổng số giống trong một mẫu thu i: giống thứ i (Shannon và Weaver, 1949)
Chỉ số H’ càng lớn khi số lượng loài càng lớn và số lượng cá thể của mỗi loài càng nhỏ và ngược lại. Giá trị chỉ số H’ và chất lượng nước được trình bày ở bảng
2.5.
Bảng 2.5. Giá trị chỉ số H’ và chất lượng nước Chỉ số đa dạng H’ Chất lượng nước
<1 Ô nhiễm nặng (Polysaprrobic)
1 – 2 Khá ô nhiễm (α-polysaprrobic) >2 – 3 Ô nhiễm vừa (β- polysaprrobic) >3 – 4,5 Tương đối sạch (Oligosaprrobic)
>4 – 5 Nước sạch
❖ Chỉ số ưu thế Simpson’s D’ (Simpson’s diversity index) là một công thức được sử dụng để đo lường sự đa dạng của một quần xã
D’ = 𝟏 − ∑ 𝐩𝐒 𝐢𝟐 𝐢=𝟏 Trong đó:
S: Tổng số loài
pi: Tỷ lệ của loài i so với tổng số loài (S); được tính bằng số cá thể của
❖ Chỉ số cân bằng Pielou (J’): nhằm xác định mức độ tương đồng và tính chất gần gũi giữa các hệ sinh thái môi trường của những điểm thu mẫu.
𝐉′ = 𝐇′ 𝐥𝐨𝐠𝟐𝐒
Trong đó:
H’ là chỉ số đa dạng sinh học Shannon – Wiener
S: tổng số loài trong mẫu thu Pielous (1949) [60]
Thang điểm đánh giá mức độ bền vững của quần xã khuê tảo đáy theo chỉ số J’ tương ứng với mức độ nhiễm bẩn được trình bày ở bảng 2.6.
Bảng 2.6. Thang điểm đánh giá mức độ bền vững của quần xã khuê tảo đáy tương ứng với mức độ nhiễm bẩn.
Chỉ số J’ Độ bền vững –Nhiễm bẩn
J’ > 0,8 Quần xã bền vững –Nhiễm bẩn nhẹ
0,6 < J’ < 0,8 Quần xã kém bền vững –Nhiễm bẩn vừa ở mức β 0,4 < J’ < 0,6 Quần xã rất kém bền vững –Nhiễm bẩn vừa ở mức α J’ < 0,4 Quần xã mất bền vững –Rất nhiễm bẩn
❖ Chỉ số sinh học khuê tảo BDI:
Chỉ số sinh học khuê tảo BDI (Lenoir và Coste, 1996) được tính toán bằng công cụ tính toán chỉ số BDI và phần mềm Excel [24].
𝐅(𝐱) = ∑𝐧𝐱=𝟏∑𝐀𝐱× 𝐏𝐀 𝐱(𝐢) × 𝐕𝐱
𝐱× 𝐕𝐱 𝐧
𝐱=𝟏 Trong đó:
F(x) là giá trị xác xuất hiện diện của loài x
Axlà mật độ của loài x, đơn vị %
Px(i) là xác suất xuất hiện loài x trong trạng thái chất lượng i.
Chỉ số BDI được tính bằng công thức:
BDI= 𝟏 × 𝐅(1) + 2 × 𝐅(2) + 𝟑 × 𝐅(3) + 𝟒 × 𝐅(4) + ... + 𝐱 × 𝐅(x)
Chỉ số BDI dao động từ 1 –20 tương ứng với chất lượng môi trường từ kém đến rất tốt.
❖ Chỉ số dinh dưỡng khuê tảo TDI (Trophic Diatom Index)
Chỉ số TDI được sử dụng để đánh giá mức độ phú dưỡng ở các thủy vực
(Kelley và Whitton, 1995) [23]
TDI = (WMS × 𝟐𝟓) − 𝟐𝟓
WMS là độ nhạy trung bình của từng loài và được tính như sau:
WMS = ∑ 𝐚𝐣 𝐧 𝐣=𝟏 𝐯𝐣𝐢𝐣 ∑𝐧𝐣=𝟏𝐚𝐣𝐯𝐣 Trong đó:
aj: mật độ của loài j trong mẫu
vj: mức chỉ thị của loài j (1-3) ij: độ nhạy ô nhiễm (1-5) của loài j
TDI dao động từu 0 tương ứng với mức dinh dưỡng rất thấp và 100 ứng với mức dinh dưỡng rất cao.
❖ Chỉ số phú dưỡng Carlson (Trophic State Index)
Chỉ số phú dưỡng TSI được phát triển bởi Calson (1977) và cải tiến bởi Gupta (2014) dùng để đánh giá hiện trạng dinh dưỡng của thủy vực. Chỉ số TSI được tính toán nhờ kết hợp giữa các thông số hóa lý như nitơ, phospho, thông số đĩa Secchi với hàm lượng chlorophyl-a và được tính như sau [61]:
TSI = 0.54*TSI(Chl-a) + 0.297*TSI(Tran) + 0.163*TSI(TP)
Trong đó:
TSI(Chl-a) =9.81*Ln(Chl − a) + 30.6 (µg/L) TSI(SD) = 60 – 14.41*Ln(SD) (m)
TSI(TP) = 14.42*Ln(TP) + 4.15 (µg/L)
Trạng thái dinh dưỡng và các nhóm chất lượng nước theo chỉ số BDI, TSI và
Bảng 2.7. Trạng thái dinh dưỡng và chất lượng nước theo chỉ số BDI, TSI và
TDI.
BDI TSI TDI Chất lượng nước Trạng thái dinh dưỡng
17-20 <30 0-19 Chất lượng rất tốt Nghèo dinh dưỡng
13-17 30-40 20-39 Chất lượng tốt Ít dinh dưỡng
9-13 40-50 40-59 Chất lượng trung Dinh dưỡng trung bình
5-9 50-70 60-79 Chất lượng thấp Phú dưỡng