1.3.1. Các thơng số thủy lý hóa
1.3.1.1. Thông số thủy lý
Nhiệt độ của nước là đại lượng phụ thuộc vào điều kiện mơi trường và khí hậu. Sự thay đổi nhiệt độ của nước phụ thuộc vào từng loại nguồn nước. Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến q trình xử lý sinh học do tác động đến đời sống thủy sinh và nồng độ oxy hịa tan. Ngồi ra, nhiệt độ ảnh hưởng đến độ nhớt và lực cản trong quá trình lắng.
Độ đục của nước là mức độ ngăn cản ánh sáng xuyên qua nước. Độ đục của nước có thể do nhiều loại chất lơ lửng bao gồm những loại có kích thước hạt keo đến những hệ phân tán thô gây nên như các chất huyền phù, các hạt cặn đất cát, các vi sinh vật. Về thành phần hóa học, chất gây đục có thể là chất vơ cơ hoặc hữu cơ, hoặc cả hai, do nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo. Độ đục cao ảnh hưởng tới quá
trình quang hợp của một số sinh vật (thực vật và 1 số vi khuẩn) và ảnh hưởng tới khả năng kiếm mồi của các loài động vật trong nước.
- Tổng chất rắn hoà tan - Total Dissolved Solids (TDS) là tổng số các ion mang điện tích, bao gồm khống chất, muối hoặc kim loại tồn tại trong một khối lượng nước nhất định, thường được biểu thị bằng hàm số mi/L hoặc ppm (phân nghìn). TDS thường được lấy làm cơ sở ban đầu để xác định mức độ sạch/ tinh khiết của nguồn nước. Chất rắn hồ tan đang nói đến ở đây tồn tại dưới dạng các ion âm và ion dương. Do nước ln có tính hồ tan rất cao nên nó thường có xu hướng lấy các ion từ các vật mà nó tiếp xúc. TDS càng nhỏ chứng tỏ nước càng tinh khiết. TDS được xác định bằng cách đo khối lượng khô của 1l nước mẫu đã được
lọc qua phễu và sấy khô ở 1050C cho tới khi khối lượng không đổi.
- Tổng lượng chất rắn lơ lửng (TSS) được tính bằng cách cân trọng lượng những chất còn lại trên giấy lọc được sử dụng khi lọc nước phân tích chất rắn hồ tan. TSS biểu thị lượng vật chất khơng hịa tan lơ lửng trong nước và được đo bằng đơn vị mg/l.
Độ dẫn của nước liên quan đến sự có mặt của các ion trong nước. Các ion
này thường là muối của kim loại như NaCl, KCl, SO42-, NO3-, PO43- v.v... Tác động ô
nhiễm của nước có độ dẫn điện cao thường liên quan đến tính độc hại của các ion tan trong nước. Độ dẫn của nước phụ thuộc và tăng tỉ lệ thuận với nhiệt độ nước.
Nhiệt độ nước tăng lên 100C thì độ dẫn điện của nước sẽ tăng 2 - 3%. Thông thường
độ dẫn được đo ở nhiệt độ tiêu chuẩn là 250
C.
1.3.1.2. Thơng số thủy hóa
Độ pH là một trong những nhân tố mơi trường có ảnh hưởng rất lớn trực tiếp và gián tiếp đối với đời sống thủy sinh vật như: sinh trưởng, tỉ lệ sống, sinh sản và dinh dưỡng. pH thích hợp cho tất cả các động vật đều gần bằng 7. Do đó, khi pH mơi trường quá cao hoặc quá thấp đều không thuận lợi cho quá trình phát triển của thủy sinh vật. Tác động chủ yếu của pH khi quá cao hay quá thấp là làm thay đổi độ thẩm thấu của màng tế bào làm rối loạn quá trình trao đổi muối - nước giữa cơ thể và mơi trường ngồi. Do đó, pH là nhân tố quyết định giới hạn phân bố của các loài
thủy sinh vật. Ngoài ra giá trị pH của nguồn nước cịn góp phần quyết định phương pháp xử lý nước.
Nồng độ muối chỉ tổng nồng độ của các ion hịa tan trong nước trong đó đặc biệt lưu ý đến nồng độ của 7 ion quan trọng nhất chiếm tới 95% tổng số các ion hòa
tan trong nước bao gồm: Na+, K+, Ca2+, Mn2+, Cl-, SO42-, và HCO3-.
Hàm lượng oxy hòa tan trong nước (DO: Dissolved Oxygen) là lượng oxy khơng tác dụng với nước về mặt hóa học. Độ hịa tan của oxi trong nước phụ thuộc vào các yếu tố: nhiệt độ, áp suất, đặc tính của nguồn nước (bao gồm cả thành phần hóa học, vi sinh, thủy sinh sống trong nước). Hàm lượng DO là một trong những chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng nước và khả năng tự làm sạch của nguồn nước. Khi hàm lượng DO giảm mạnh sẽ kéo theo số lượng sinh vật sống trong nước giảm hoặc không thể tồn tại nữa.
Nhu cầu oxy hóa học (COD: Chemical oxygen demand) là lượng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất vô cơ và hữu cơ trong nước bao gồm ở dạng lơ lửng hay hoà tan. COD cao, thể hiện nồng độ chất hữu cơ trong nước cao, tạo điều kiện dễ dàng cho các loại vi sinh vật phát triển.
Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD: Biochemical Oxygen Demand) là lượng oxy cần thiết cho vi khuẩn để phân hủy chất hữu cơ có khả năng oxi hóa sinh hóa dưới điều kiện hiếu khí. Trong q trình phân hủy này, chất hữu cơ được dùng làm thức ăn cho vi khuẩn và giải phóng năng lượng. Như vậy, BOD là đại lượng đánh giá chất hữu cơ ô nhiễm trong nước được xác định thông qua khối lượng oxi cần thiết mà để phân hủy hồn tồn trong điều kiện hiếu khí. Oxy sử dụng trong q trình này là oxy hịa tan.
Sắt (Fe) trong nước ngầm thường tồn tại ở trạng thái Fe2+và hàm lượng cao
dao động từ vài mg đến vài chục mg (có nơi trên 100 ng/l). Đối với nước mặt nơi có thể tiếp xúc với khơng khí, hàm lượng oxi hịa tan trong nước tương đối lớn, trị số
hữu cơ hoặc huyền phù. Nước có hàm lượng sắt > 0,5 mg/l có mùi tanh khó chịu và nổi váng trên bề mặt, làm vàng quần áo khi giặt, làm hư hỏng hàng dệt.
Clorua có mặt trong tất cả các loại nước tự nhiên với nồng độ thay đổi trong một khoảng rộng. Hàm lượng clorua thường tăng khi hàm lượng khoáng tăng. Clorua ở nồng độ hợp lý không độc với con người, nhưng nếu nồng độ >250 mg/l sẽ gây vị mặn cho nước gây khó chịu.
Sulfat thường hiện diện trong nước có nguồn gốc khống chất hoặc nguồn gốc hữu cơ, cũng là một chỉ tiêu tiêu biểu của vùng nước nhiễm phèn.
Nitơ (N) là thông số quan trọng xác định hàm lượng các dạng nitơ tồn tại
trong nước. Gồm các thông số cụ thể là: N-tổng, N-amoni (NH4+), N-nitrat (NO3-),
N-nitrit (NO2). Các dạng hợp chất nitơ là chất chỉ thị để nhận biết mức độ nhiễm bẩn của nước. Đối với nguồn nước mặt, sự phát triển của tảo liên quan đến chất dinh dưỡng được đưa vào nguồn nước. Vì vậy, các dạng của nitơ phải được xem xét. Ngồi ra việc oxy hóa các dạng khử của nitơ được oxy hóa trong nước tự nhiên có ảnh hưởng đến lượng oxy hịa tan. Từ những lý do đó, các số liệu về nitơ là phần thơng tin cần thiết cho các chương trình giám sát mức độ ô nhiễm của nguồn nước.
Photpho (P) là một ngun tố khơng thể thiếu trong q trình sống. Thơng số photpho cực kỳ quan trọng trong việc đánh giá năng suất sinh học tiềm năng của nước mặt, xác định mức độ ô nhiễm, khả năng xử lý trong hệ thống.
1.3.2. Sinh vật chỉ thị [7], [16], [30]
1.3.2.1. Khái niệm về sinh vật chỉ thị
Là những cá thể, quần thể hay quần xã có khả năng thích ứng hoặc rất nhạy cảm với mơi trường nhất định. Các sinh vật chỉ thị có thể là 1 lồi, 1 nhóm lồi, có thể tương quan giữa các nhóm lồi hoặc tổng số loài trong quần xã và chỉ số đadạng. Chúng có thể chỉ thị về độ sạch, độ nhiễm bẩn của thủy vực (gắn liền với độ giàu, nghèo dinh dưỡng), chỉ thị về chất lượng nước: nước cứng, nước mềm, nồng độ muối, độ nhiễm phèn, độ độc...
1.3.2.2. Phương pháp dùng chỉ thị sinh học
Là phương pháp được dùng để đánh giá chất lượng nước dựa trên cơ sở những chỉ số sinh học về thành phần loài sinh vật chỉ thị, số lượng cá thể của các loài sinh vật chỉ thị. Phương pháp giám sát sinh học chủ yếu dựa vào sự thay đổi cấu trúc quần xã như sự phong phú các đơn vị phân loại, mật độ, tỉ số đa dạng giữa các nhóm và sự có mặt hay vắng mặt của các sinh vật chỉ thị biểu hiện mức độ ô nhiễm khác nhau.
Phương pháp dùng chỉ thị sinh học có những ưu điểm nổi bật như:
- Cho phép đánh giá tác động lâu dài và tổng hợp của nguồn ô nhiễm đối với
nguồn nước dựa trên hệ thống phân vùng nước mặt.
- Sinh vật không phản ứng với một yếu tố riêng lẻ mà phản ứng với toàn bộ
các tác động của môi trường.
- Sự phản ứng của sinh vật giúp phản ánh được những thay đổi của điều kiện
tự nhiên tại thời điểm nghiên cứu và trước đó. Đây là ưu điểm là những chỉ tiêu thủy lý hóa khơng có được.
- Phương pháp đơn giản, nhanh chóng và dễ sử dụng hơn so với đo các chỉ
tiêu thủy lý hóa.
- Sử dụng sinh vật chỉ thị có thể đánh giá được khả năng phân hủy vật chất
đồng thời phản ánh mức độ đa dạng sinh học tại khu vực nghiên cứu.
1.3.2.3. Tiêu chuẩn lựa chọn sinh vật chỉ thị
Để có thể chọn sinh vật chỉ thị chúng ta trước hết cần xác định vấn đề chỉ thị cho điều gì? Hầu hết bất cứ lồi nào cũng có thể là vật chỉ thị nhưng do kiến thức hiểu biết của chúng ta nghiên cứu về Autoecology (sinh thái cá thể, nghiên cứu một loại sinh vật trong một mơi trường) cịn hạn chế.
Trong các sinh vật chỉ thị chọn lọc cho việc bảo vệ môi trường, các thuộc tính sau đây có thể phù hợp riêng biệt. Những sinh vật chỉ thị cho mơi trường thường được đề cập bởi những tính chất sau:
- Vật chỉ thị dễ dàng định loại.
- Dễ thu mẫu: không cần nhiều thao tác hoặc thiết bị tốn kém và có thể định lượng.
- Có phân bố rộng, tối ưu là phân bố tồn cầu.
- Có nhiều dẫn liệu sinh thái học phong phú, đây là sự trợ giúp đáng kể trong
kết quả điều tra phân tích và phát hiện ô nhiễm.
- Có giá trị kinh thế hoặc tầm quan trọng như là tài nguyên hoặc vật gây hại. - Có khả năng tích trữ chất ơ nhiễm, đặc biệt là phản ánh mức độ môi trường
vì sự phân bố của chúng liên quan đến mức độ ô nhiễm môi trường.
- Dễ dàng ni cấy trong phịng thí nghiệm cũng như được nghiên cứu thí
nghiệm về tính thích ứng của chúng đối với chất ô nhiễm và môi trường quan sát.
- Có tính biến dị thấp, về mặt di truyền cũng như vai trò của chúng trong
quần xã sinh vật.
1.3.2.4. Những nhóm sinh vật chỉ thị chính
Vi khuẩn (Bacteria): Một số vi khuẩn được nghiên cứu vì sự liên quan của chúng tới vấn đề sức khỏe cộng đồng và sự lan truyền qua đường nước.
Động vật nguyên sinh (Protozoa): Giống như vi khuẩn, động vật nguyên sinh tương đối dễ thu mẫu và sự thích nghi của chúng đối với mơi trường giàu chất hữu cơ.
Tảo (Algae): Tảo được coi là sinh vật chỉ thị quan trọng vì chúng có quan hệ với nghiên cứu về sự phú dưỡng. Sự chịu đựng đối với ô nhiễm vật chất hữu cơ của các loài này được nghiên cứu rất nhiều nhưng chúng không phù hợp làm sinh vật
chỉ thị ở môi trường ô nhiễm do thuốc trừ sâu hoặc môi trường bị ô nhiễm kim loại nặng.
Động vật không xương sống cỡ lớn (Macroinvertebrates) là nhóm sinh vật thủy sinh phổ biến nhất, sự phân bố của chúng thường ổn định và đặc biệt chúng rất dễ nhạy cảm với những yếu tố sinh thái. Sử dụng ĐVKXS cỡ lớn làm chỉ thị có những ưu điểm như q trình lấy mẫu và phân tích mẫu dễ thực hiện, ít tốn kém tuy nhiên để xác định nguyên nhân gây ra ơ nhiễm gặp nhiều khó khăn.
Thực vật lớn (Macrophyte) như các loài bèo, lau sậy; chúng phát triển mạnh ở vùng nước tù hãm chứa nhiều chất dinh dưỡng. Do vậy cùng với tảo, rong, bèo là các thực vật chỉ thị cho hiện tượng phú dưỡng của nước. Cá là động vật biến nhiệt. Có nhiều loại cá khác nhau cùng tồn tại trong một thủy vực với các đặc điểm khác nhau về hình thể, nguồn thức ăn, nơi sinh sản phát triển và khả năng thích nghi với mơi trường. Chính vì vậy nhiều lồi cá có thể được sử dụng như chỉ thị sinh học để xác định lượng nước và ô nhiễm nguồn nước.
Theo Hellewell (1989) tỷ lệ sử dụng các nhóm sinh vật trong chỉ thị chất lượng nước như sau:
- Virut: 1% - Vi tảo: 25% - Vi khuẩn: 15% - Thực vật bậc cao: 3,5% - Nấm: 3,5% - Động vật nguyên sinh: 17,5% - Nấm men: 2,5% - ĐVKXS cỡ lớn: 26%
Như vậy, vi tảo và ĐVKXS cỡ lớn là hai nhóm sinh vật chỉ thị được coi là ưu việt hơn cả và thường được sử dụng trong phương pháp sử dụng sinh vật chỉ thị trong quan trắc và đánh giá chất lượng nước. Trong phạm vi nghiên cứu luận văn,
chúng tôi lựa chọn sinh vật chỉ thị là vi tảo (thực vật nổi) để đánh giá chất lượng nước vùng cửa sông Văn Úc.
1.3.3. Chỉ số đa dạng
Phương pháp dử dụng chỉ số đa dạng được sử dụng để đo độ mất cân bằng trong mơi trường. Trong đó điều đáng chú ý là ở mơi trường nước khơng ơ nhiễm có đặc điểm là có 1 số lượng lớn các lồi trong quần xã, nhưng khơng có lồi nào là lồi chính trong quần xã. Khi môi trường nước bị mất cân bằng thì những lồi nhạy cảm sẽ biến mất, làm giảm độ phong phú loài trong quần xã, đồng thời các lồi thích ứng được sẽ tăng lên về số lượng.
Hầu hết các chỉ số đa dạng đều được tính tốn trên số liệu về số lượng lồi trong mẫu và độ phong phú của từng loài, nhưng độ nhạy cảm của từng lồi với ơ nhiễm thì khơng được tính đến.
Các chỉ số đa dạng hiện đang được sử dụng để đánh giá chất lượng nước bao gồm: + Chỉ số Shannon – Weiner: ' 2 1 .log s i i i N N H N N
(Shannon & Weiner – 1949)
+ Chỉ số Simpson: 1 1 1 1 1 s i i i N N C N N (Simpson, 1949) + Chỉ số Margalef: 1 ln S D N (Margalef, 1958) + Chỉ số Menhinick: I S N (Menhinick, 1964) Trong đó:
Ni: Số lượng cá thể của taxon (loài) thứ i N: Tổng số cá thể của mẫu phân tích. S: Số lượng các lồi trong mẫu phân tích.
Trong các chỉ số trên thì chỉ số Margalef (D) và chỉ số Shannon – Weiner (H’) được sử dụng rộng rãi hơn cả. Ở đây chúng tôi sử dụng 2 chỉ số này đối với động vật nổi để đánh giá chất lượng nước vùng cửa sông Văn Úc.
CHƢƠNG 2 - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu về chất lượng môi trường nước và đa dạng các lồi trong nhóm sinh vật nổi tại vùng cửa sơng Văn Úc, Hải Phòng.
2.2. Địa điểm nghiên cứu thu mẫu
Các mẫu nghiên cứu được thu mẫu tại 7 điểm khảo sát được xác định trước trên vùng cửa sơng Văn Úc, Hải Phịng.
- Vị trí các điểm lấy mẫu nước và mẫu sinh vật nổi trên vùng cửa sông Văn Úc:
Hình 1. Sơ đồ vị trí các điểm lấy mẫu trên vùng cửa sơng Văn Úc (nguồn: Google Map)
- Tọa độ các điểm lấy mẫu trên vùng cửa sông Văn Úc được thể hiện trong bảng 6:
Bảng 6. Tọa độ các điểm lấy mẫu trên vùng cửa sông Văn Úc
Điểm lấy mẫu Tọa độ địa lý
Kinh độ Vĩ độ M1 106o41’20,9” 20o41’39,3” M2 106o41’55,8” 20o40’57,1” M3 106o42’29,9” 20o40’28,5” M4 106o43’39,7” 20o39’26,1” M5 106o43’25,9” 20o38’10,8” M6 106o45’02,7” 20o37’20,3” M7 106o43’59,5” 20o40’29,6”
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Phƣơng pháp thu mẫu và cố định mẫu
- Phương pháp thu mẫu nước:
Các mẫu nước được lấy theo đúng TCVN 5996 -1995, mẫu nước được lấy cách bề mặt 50 cm cho vào bình polietylen, chai PVC. Chai phải được rửa sạch