Chương 2. THỜI GIAN, ĐỊA ĐIỂM, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu ngoài tự nhiên
Phương pháp thu được thực hiện theo phương pháp của Edmunds (1982) [47], McCafferty (1983) [70], Nguyen (2003) [83], Nguyễn Xuân Quýnh và cs.
(2004) [6]: quá trình thu mẫu được thu bằng vợt ao (Pond net) và vợt cầm tay (Hand net), đặt miệng vợt ao ngược dòng nước, dùng chân đạp phía trước vợt trong vòng vài phút (thu mẫu đạp nước). Ở nơi có nhiều bụi cây dùng vợt tay để thu mẫu. Ở những nơi đáy có đá lớn không thu mẫu đạp nước được thì nhấc đá và thu mẫu bám ở dưới bằng panh mềm để tránh làm nát mẫu.
- Phương pháp thu mẫu theo tính chất dòng chảy: theo Hauer và Lamberti (1996) [52] thì tính chất dòng chảy được chia thành nơi nước chảy (riffle) và nơi nước đứng (pool). Nơi nước chảy là nơi có dòng chảy có độ sâu thấp, tốc độ dòng chảy mạnh, độ xáo trộn cao. Nơi nước đứng hay nước tĩnh thường ở khu vực ven bờ, sau các tảng đá lớn, đặc trưng bởi độ sâu và tốc độ dòng chảy rất chậm.
Thu mẫu định lượng bằng cách sử dụng lưới Surber (50cm x 50cm, kích thước mắt lưới 0,2 mm) dựa trên tính chất dòng chảy theo phương pháp của Hauer và Lamberti (1996) [52]: 1 mẫu ở nơi nước đứng và 1 mẫu ở nơi nước chảy.
Mẫu sau khi thu được loại bỏ rác, làm sạch bùn đất. Do các cá thể Phù du, Cánh úp và Cánh lông có cơ thể mềm, dễ nát nên thu mẫu phải nhẹ nhàng và nhặt qua mẫu ngay tại thực địa. Mẫu vật thu ngoài thực địa được bảo quản trong cồn 80o, ghi etyket đầy đủ và đem về lưu trữ, bảo quản, phân tích và định loại tại phòng thí nghiệm Đa dạng sinh học, Bộ môn Động vật Không xương sống, Khoa Sinh học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội.
- Phương pháp thu mẫu theo đặc điểm sinh cảnh: suối Khe Thẻ bắt đầu từ đỉnh Hòn Đền chảy qua thung lũng rồi đổ ra đập Thạch Bàn ra sông Thu Bồn. Suối có đặc trưng với đầu nguồn hẹp, sâu và dốc, hạ nguồn nước chảy qua lòng thung lũng hẹp, ít nước và chảy chậm vào mùa khô, tuy nhiên vào mùa mưa lưu lượng
nước lớn và chảy xiết, chiều dài suối khoảng 5km. Để nghiên cứu về sự phân bố của các loài Phù du, Cánh úp và Cánh lông, trong nghiên cứu này đã căn cứ vào đặc điểm điều kiện tự nhiên của suối Khe Thẻ bao gồm: các dạng nền đáy theo phương pháp của Frissell và Lonzarich [51] (kích thước các dạng nền đáy được trình bày cụ thể trong Bảng 2.2), độ che phủ của tán cây, độ dốc của suối và kết hợp với việc quan sát sự tác động của con người tại suối Khe Thẻ để tiến hành thu mẫu theo các đặc điểm sinh cảnh khác nhau.
Bảng 2.2. Kích thước các dạng đá ở nền đáy của suối ở khu vực nghiên cứu
TT Các dạng nền đáy Kích thước (mm)
1 Đá tảng (Boulder) >1000
2 Đá cuội (Cobble) 250-1000
3 Sỏi lớn (Large gravel) 50-250
4 Sỏi nhỏ (Small gravel) 1-50
5 Cát (sand) 0,1-1
6 Bùn (Silt) <0,1
Sinh cảnh 1: Khu vực đầu nguồn
Suối thuộc khu vực rừng đầu nguồn, hai bên suối là rừng thứ sinh, độ che phủ tương đối cao (60-100%), nền đáy chủ yếu đá tảng (>100cm), đá cuội (25- 100cm) và ít sỏi lớn (5-25cm), đất ven bờ thường cứng, kết cấu rắn. Suối có độ dốc từ 5o-10o, có nơi độ dốc lớn từ 30o-45o, tốc độ dòng chảy mạnh vào mùa mưa và chậm vào mùa khô. Suối ít có sự tác động của con người. Gồm các điểm thu mẫu từ MS01 đến MS11, có độ dài khoảng 2km.
Sinh cảnh 2: Khu vực giữa nguồn
Suối thuộc khu vực các Tháp, hai bên là cây bụi và rừng trồng, độ che phủ có sự dao động lớn (30-100%), nền đáy đa số là sỏi lớn (5-25cm), sỏi nhỏ (0,1- 5cm) xen lẫn cát, rất ít đá tảng, đá cuội, ít bùn, kết cấu đất mềm hơn, nhiều đoạn dễ bị sạt lở, độ dốc từ 3o-10o, tốc độ dòng chảy giảm so với sinh cảnh 1. Suối có sự tác động từ con người. Gồm các điểm thu mẫu từ điểm MS12 đến MS21, có độ
Sinh cảnh 3: Khu vực cuối nguồn
Suối thuộc khu vực thường xuyên có các hoạt động dịch vụ du lịch, chăn thả gia súc, một bên suối là cây bụi, một bên suối là đường đi, khu nhà nghỉ dưỡng, chạm xe và phòng hội thảo, độ che phủ thấp (0-30%). Nền đáy đa số là sỏi nhỏ (0,1- 5cm) xen lẫn cát (0,1-1mm) và nhiều bùn, ven bờ là đất mềm, nhiều đoạn bị lũ xoáy tạo thành các hốc lớn, độ dốc thấp, tốc độ dòng chảy rất chậm, nhiều nơi bị trũng lại vào mùa khô, gồm các điểm thu mẫu từ MS22 đến MS30, có độ dài khoảng 1km.
2.2.2. Phương pháp ph n t ch m u trong ph ng th nghiệm
Phương pháp nhặt mẫu: mẫu được rửa sạch cho ra khay thêm ít nước. Dùng panh nhặt hết các ấu trùng và thiếu trùng Phù du, Cánh úp và Cánh lông cần nghiên cứu cho vào lọ và bảo quản trong cồn 800.
Phương pháp phân tích:
- Dụng cụ phân tích gồm: kính hiển vi, kính lúp, đĩa Petri, lam kính, lamen, kim nhọn, panh
- Phân loại mẫu vật: mẫu vật được định loại theo các tài liệu được công bố trong và ngoài nước.
+ Đối với bộ Phù du: Nguyễn Xuân Quýnh và cs. (2001) [4]; Dudgeon (1999) [40]; McCafferty (1983) [70]; Merritt và Cummins (1996) [71]; Nguyễn Văn Vịnh (2003) [83];
+ Đối với bộ Cánh úp: Nguyễn Xuân Quýnh và cs. (2001) [4]; Cao Thị Kim Thu (2002, 2008) [33, 38]; Dudgeon (1999) [40]; McCafferty (1983) [70]; Merritt và Cummins (1996) [71].
+ Đối với bộ Cánh lông: Wiggins (1988) [120]; Nguyễn Xuân Quýnh và cs.
(2001) [4]; Hoang D. H. (2005) [54]; Hoang D. H and Bae Y. J. (2006) [55];
Dudgeon (1999) [40]; McCafferty (1983) [70]; Merritt và Cummins (1996) [71].
2.2.3. Chỉ số đa dạng sinh học, loài ưu thế và chỉ số tương đồng
Các chỉ số đa dạng sinh học (ĐDSH) được sử dụng trong đề tài là: chỉ số Shannon - Weiner (chỉ số H’) và chỉ số Margalef (chỉ số d).
+ Chỉ số Shannon - Weiner được tính bằng cách lấy số lượng cá thể của một đơn vị phân loại chia cho tổng số cá thể trong mẫu, sau đó nhân với logarit của tỷ số
đó. Tổng các đơn vị phân loại cho chỉ số đa dạng. Chỉ số Shannon - Weiner (chỉ số H’) nhằm xác định lượng thông tin hay tổng lượng trật tự (hay bất trật tự) có trong một hệ thống. Công thức để tính chỉ số này là:
s
' i i
2 i =1
n n
H =- log
N N
Với H’: chỉ số đa dạng loài s: số lượng loài
N: số lượng cá thể trong toàn bộ mẫu ni: số lượng cá thể của loài i
Hai thành phần của sự đa dạng được kết hợp trong hàm Shannon - Weiner là số lượng loài và tính bình quân của sự phân bố các cá thể giữa các loài. Do vậy, số lượng loài càng cao thì chỉ số H` càng lớn và sự phân bố các cá thể giữa các loài càng ngang bằng nhau thì cũng gia tăng chỉ số đa dạng loài được xác định thông qua hàm số Shannon - Weiner.
Từ kết quả tính toán, có thể nhận xét về mức độ đa dạng theo các mức sau:
- Nếu chỉ số đa dạng > 3: ĐDSH tốt và rất tốt - Nếu chỉ số đa dạng từ 1 - 3: ĐDSH khá
- Nếu chỉ số đa dạng < 1: ĐDSH kém và rất kém
+ Chỉ số Margalef được tính bằng cách lấy số loài của đợt thu mẫu trừ đi 1 rồi chia cho logarit cơ số 10 của tổng số cá thể thu được. Chỉ số Margalef (chỉ số d) là chỉ số được sử dụng rộng rãi để xác định tính đa dạng hay độ phong phú về loài, chỉ số Margalef được xác định khi biết số loài và số lượng cá thể trong mẫu đại diện của quần xã. Chỉ số đa dạng được tính theo công thức:
1 log d S
N
Trong đó d: chỉ số đa dạng Margalef S: số loài trong mẫu N: tổng số cá thể
Từ kết quả tính toán, mức độ đa dạng dựa trên giá trị của chỉ số d được sắp
Chỉ số d Mức độ đa dạng
> 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 loài ưu thế
1 2
n n
DI N
Trong đó:
n1: số lượng cá thể của loài ưu thế thứ nhất n2: số lượng cá thể của loài ưu thế thứ hai N: tổng số cá thể trong điểm thu mẫu
+ Chỉ số tương đồng (chỉ số Sorensen) được sử dụng để đánh giá mức độ giống nhau về thành phần loài của các sinh cảnh. Chỉ số này được tính theo công thức:
K 2c
a b
Trong đó:
a: số loài trong sinh cảnh thứ nhất b: số loài trong sinh cảnh thứ hai c: số loài chung cho cả hai sinh cảnh
K nhận giá trị từ 0 đến 1. Giá trị K càng gần 1 thì mức độ giống nhau về thành phần loài của các điểm nghiên cứu càng lớn. Các giá trị của K tương ứng với mức tương đồng như sau:
0,00 - 0,20: gần nhau rất ít 0,21 - 0,40: gần nhau ít 0,41 - 0,60: gần nhau 0,61 - 0,80: gần nhau nhiều 0,81 - 1,00: rất gần nhau
Dẫn theo Nguyễn Huy Chiến (2007) [1].
2.2.4. Phương pháp sử dụng chỉ số sinh học EPT
Phương pháp đánh giá chất lượng nước dựa vào chỉ số sinh học EPT được sử dụng dựa vào hệ thống tính điểm quan trắc tổng điểm của các họ côn trùng thuộc ba bộ: Phù du (Ephemeroptera), Cánh úp (Plecoptera), Cánh lông (Trichoptera). Hệ thống tính điểm này sử dụng số liệu ở mức độ họ, mỗi họ được quy cho một điểm số phù hợp với tính nhạy cảm của nó với sự ô nhiễm hữu cơ. Những điểm số riêng của mỗi họ được cộng lại để cho điểm chống chịu tổng của mẫu. Điểm tổng cộng này có thể chia cho tổng số cá thể trong mẫu tạo thành điểm số trung bình của mỗi đơn vị phân loại EPT [103]. Mức độ chống chịu, mẫn cảm với ô nhiễm môi trường nước khác nhau theo hệ thống tính điểm chống chịu của các họ côn trùng ở nước của Hilsenhoff (1988) từ 0 = rất nhạy cảm đến 10 = ít nhạy cảm với ô nhiễm. Chỉ số càng thấp nước càng sạch và ngược lại nước có độ ô nhiễm càng cao. Dựa vào chỉ số EPT để đánh giá chất lượng môi trường nước của từng điểm nghiên cứu theo bảng sau [53]:
Trong đó: [EPT Biotic Index = (TVx d) ÷ D]
TV: giá trị chịu đựng của họ, d: số lượng cá thể của mỗi họ và D là tổng số cá thể có trong mẫu.
Bảng 2.3. Mối liên quan giữa chất lượng nước và chỉ số EPT Chỉ số EPT Chất lượng nước Mức độ ô nhiễm hữu cơ 0 - 3,50 Rất tốt Không xuất hiện dấu hiệu ô nhiễm hữu cơ
3,51- 4,50 Tốt Có dấu hiệu ô nhiễm hữu cơ nhưng không đáng kể 4,51- 5,50 Tốt vừa Có dấu hiệu ô nhiễm hữu cơ
5,51- 6,50 Khá sạch Ô nhiễm hữu cơ nhẹ
6,51- 7,50 Bẩn vừa Ô nhiễm hữu cơ ở mức vừa 7,51- 8,50 Bẩn Ô nhiễm hữu cơ nặng 8,51 - 10,0 Rất bẩn Ô nhiễm quá mức
2.2.5. Phương pháp ph n nhóm chức năng dinh dưỡng
Phương pháp phân nhóm chức năng dinh dưỡng (Functional Feeding Groups - FFGs) được Merrit và Cummin (1996) [71] phát triển dựa trên đặc điểm hình thái dinh dưỡng của nhóm côn trùng thủy sinh, đây là nhóm sinh vật chiếm ưu thế trong các quần xã sinh vật thủy vực suối đầu nguồn. Các nhóm côn trùng được chia thành 8 nhóm chức năng cơ bản: nhóm cắt xé (shredders: shr) sẽ lấy thức ăn từ các vật chất thô, vật chất rơi rụng (lá, mảnh thân thực vật); nhóm cào nạo (scrappers: scr) lấy thức ăn là nhóm tảo bảm đá; nhóm thu lọc (collector - filterer: c-f) lấy thức ăn là các hạt vật chất mịn, lơ lửng trong môi trường nước; nhóm thu gom (collector - gatherers: c-g) thu thập các vật chất ở nền đáy; nhóm ăn thịt (predators -p) ăn các sinh vật khác như các nhóm côn trùng thủy sinh, ; nhóm ký sinh (parasite: par) thường ký sinh trên các nhóm động vật khác, nhóm đục thân (piercer: pir) thường sống ở các cây thủy sinh và đục lỗ trong thân cây thủy sinh và nhóm ăn tạp (omnivore:omn).
2.2.6. Xử lý số liệu
Số liệu thu thập được xử lý qua bảng biểu, sơ đồ, đồ thị biểu diễn số lượng và biến động số lượng. Số liệu thu thập được xử lý bằng phần mềm Microsoft office exel 2007® và phần mềm Primer v.6 của hãng Primer® - ETM Ltd, UK.