Phương pháp khảo sát, đo đạc, lấy mẫu phân tích trong phòng thí nghiệm

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH DÒNG CHẢY TỐI THIỂU HẠ DU SÔNG MÃ

2.2 Xây dựng phương pháp xác định dòng chảy tối thiểu cho hạ lưu sông Mã

2.2.3 Phương pháp khảo sát, đo đạc, lấy mẫu phân tích trong phòng thí nghiệm

Hình 2.27: Sơ đồ các vị trí khảo sát, thu mẫu thủy sinh ở hạ du sông Mã

Tại các khu vực khảo sát (KS), nghiên cứu thực hiện các công việc nhƣ: Thu mẫu thủy sinh vật; thu mẫu chất lượng nước; Đo nhanh một số yếu tố môi trường bằng máy kiểm tra chất lượng nước (Measuring machine - Euro tech); Chụp ảnh, quan sát, và ghi chép các đặc điểm điều kiện tự nhiên, thủy lý hóa các trạm khảo sát của lưu vực sông Mã.

Tại các điểm khảo sát, tiến hành quan sát, đo đạc nhanh tại chỗ một số chỉ tiêu, thu mẫu nước, mẫu thuỷ sinh vật đưa về phòng thí nghiệm phân tích. Ngoài việc thu mẫu, định vị tọa độ các trạm thu mẫu và quan sát dọc theo lưu vực sông vùng khảo sát, còn

72

phỏng vấn người dân địa phương và ghi chép các vấn đề liên quan đến các thủy vực nghiên cứu. Các số liệu trên thực địa đƣợc ghi trong phiếu thu mẫu. Các mẫu đƣợc khảo sát thu thập tại thời điểm từ 16÷20/2/2016 và tái khảo sát 10÷15/1/2017 nhƣ sau:

a. Sinh vật nổi

- Phương pháp thu mẫu nước:

+ Thu mẫu bằng máy lấy mẫu nước Model No.1220-Cl5 với plastic trong suốt, dung tích 2 lít do Wildco (Hoa Kỳ) sản xuất. Mẫu nước được đựng trong bình nhựa trung tính. Mẫu nước để phân tích vi sinh vật được đựng trong lọ thuỷ tính 250 ml có nút mài đã đƣợc khử trùng, bảo quản trong thùng xốp có đá lạnh. Các mẫu thuỷ hoá đƣợc bảo quản ở nhiệt độ 4oC và được tiến hành phân tích khẩn trương ngay sau khi thu mẫu.

- Phương pháp phân tích mẫu sinh vật nổi:

+ Thu mẫu sinh vật nổi (thực vật nổi và động vật nổi) bằng lưới vớt hình chóp nón, đường kính miệng lưới 25 cm, chiều dài lưới 90 cm. Vải lưới vớt thực vật nổi cỡ 75 (75 sợi /cm), vải lưới vớt động vật nổi cỡ 49 (49 sợi /cm).

+ Phân tích định tính các mẫu sinh vật nổi chủ yếu dựa vào sách định loại của các tác giả Việt Nam (sách phân loại thực vật nổi, động vật nổi).

+ Phân tích định lƣợng thực vật nổi bằng buồng đếm Goriaev với dung tích 0.0009ml.

Kết quả được tính thông qua lượng nước lọc qua lưới. Đơn vị tính mật độ thực vật nổi (TVN) là tế bào/lít (tb/l).

+ Phân tích định lƣợng động vật nổi bằng buồng đếm Bogorov với dung tích 10ml. Kết quả được tính thông qua lượng nước lọc qua lưới. Đơn vị tính mật độ động vật nổi (ĐVN) là cá thể/mét khối (ct/m3).

b. Động vật đáy

- Phương pháp thu mẫu ngoài hiện trường :

+ Mẫu định lượng được thu bằng gầu Petersen, kích thước 15×18 cm. Mẫu bùn sau khi thu được lọc qua rõy cú đường kớnh mắt lưới 500àm. Mẫu định tớnh được thu ở phạm vi rộng hơn bằng vợt lưới, hoặc bằng các dụng cụ đánh bắt của ngư dân như: lưới kéo đáy, đăng, đó, te, cào máy... Ngoài ra, mẫu động vật đáy còn đƣợc thu thập bằng cách

73 mua của ngư dân và ở chợ địa phương.

+Mẫu vật được lưu giữ trong lọ nhựa và xử lý bằng dung dịch formalin 5% hoặc cồn 90%. Bảo quản mẫu bằng cồn 75%.

- Phương pháp phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm :

+ Tất cả vật mẫu sau khi thu thập ngoài thực địa đƣợc định hình, bảo quản, vận chuyển, phân tích tại phòng thí nghiệm của Phòng Sinh thái Môi trường Nước, Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật. Việc định loại mẫu vật đƣợc tiến hành dựa trên các tài liệu phân loại đã được công bố ở trong và ngoài nước, bằng các trang thiết bị chuyên dùng (kính lúp, kính hiển vi...).

+ Mẫu động vật đáy đƣợc định loại tới loài nếu có thể. Phân tích định lƣợng động vật đáy bằng cách đếm số lượng cá thể bằng mắt thường hoặc kính lúp, sau đó tính mật độ theo đơn vị: cá thể/m2 và cân khối lượng tươi với độ chính xác tới gram.

Nghiên cứu sử dụng tài liệu của các tác giả Brandt (1974) [77], Đặng Ngọc Thanh và cộng sự, (1980 [78], 2001 [79] và 2012 [80]) để định loại động vật đáy.

c. Cá

- Thu thập mẫu cá ngoài hiện trường:

+ Các mẫu cá đƣợc thu bằng nhiều hình thức khai thác khác nhau tại khu vực nghiên cứu, đƣợc đếm số lƣợng cá thể của từng loài để phục vụ cho việc tính các chỉ số đa dạng sinh học.

+ Các mẫu cá đƣợc xử lý để chụp ảnh ngay. Mẫu cá sau khi xử lý và chụp ảnh đƣợc ngâm bằng dung dịch formol 8÷10% hoặc cồn 700 và đƣợc chuyển về phòng thí nghiệm để thực hiện các nghiên cứu tiếp theo.

- Định loại, xử lý mẫu cá và thông tin trong phòng thí nghiệm: Các mẫu cá đƣợc tiến hành định loại ở phòng thí nghiệm bằng phương pháp phân tích hình thái với các chỉ tiêu hình thái, giải phẫu.

Tài liệu chính đƣợc sử dụng trong định loại là: tài liệu của FAO (1999-2001) [81]; tài liệu của Tetsuji Nakabo (2002) [82]; tài liệu của Mai Đình Yên (1978) [83] cùng một số tài liệu chuyên khảo trong và ngoài nước khác.

74

Sau khi sắp xếp hệ thống, tiến hành các bước: So sánh thành phần loài sinh vật khảo sát được trong nghiên cứu của Luận án với kết quả trước đây; Xác định các thông tin liên quan về các nhóm sinh vật (sinh vật nội, sinh vật đáy, cá ) theo các tài liệu liên quan cùng với thông tin thu được từ cán bộ quản lý của địa phương, từ quản lý các bến cá, các chủ tàu và ngƣ dân trong vùng.

d. Phương pháp tính chỉ số đa dạng

Chỉ số đa dạng đƣợc tính toán dựa trên mối quan hệ giữa tính đa dạng của quần xã và trạng thái ô nhiễm. Khi dòng chảy bị ô nhiễm, số lƣợng loài bị giảm xuống, trong khi số lƣợng cá thể của một số loài tăng lên. Ngƣợc lại, ở vùng không ô nhiễm, số lƣợng loài rất phong phú nhưng số lượng cá thể ít. Có nhiều phương pháp khác nhau để tính chỉ số và dưới đây là một số công thức được xem xét, ứng dụng trong nghiên cứu này:

- Chỉ số đa dạng Shannon - Weaver:

Công thức Shannon - Weiner đƣợc sử dụng phổ biến trong sinh thái học để tính sự đa dạng trên một cá thể trong một quần xã theo dạng:

H’ = - 

 S

i n

ni n ni

1

ln (2-4)

H’: Chỉ số đa dạng

S: Số lƣợng loài trong mẫu vật hoặc quần thể n: Tổng số lƣợng cá thể trong toàn bộ mẫu ni: Số lƣợng cá thể loài chỉ thị i trong mẫu

Dựa vào bảng xếp hạng chất lượng nước theo chỉ số đa dạng của Staub và cộng sự - 1970 (Bảng 2.8) để đánh giá chất lượng nước tại các mặt cắt lưu vực sông theo chỉ số Shannon - Weaver.

Bảng 2.8 Xếp hạng chất lượng nước theo chỉ số đa dạng của Shannon [84]

Chỉ số đa dạng Mức đa dạng sinh học Chất lượng nước

0÷ 1 Tính đa dạng kém Rất ô nhiễm

1 ÷ 2 Tính đa dạng bình thường Ô nhiễm

2 ÷ 3 Tính đa dạng tương đối tốt Hơi ô nhiễm

3 ÷ 4,5 Tính đa dạng phong phú Sạch

> 4,5 Tính đa dạng rất phong phú Rất sạch

75 - Tính các chỉ số đa dạng sinh học các loài cá

Các chỉ số đa dạng thuộc vào 2 khuynh hướng khác nhau: Sử dụng phân bố thống kê về mật độ tương đối của các loài và lý thuyết thông tin để phân tích tổ chức bậc quần xã.

Trong mỗi loại tiếp cận, có một số chỉ số đa dạng đƣợc đề xuất. Tiếp cận phân bố thống kê có 2 chỉ số đƣợc biết đến nhiều là chỉ số đa dạng Fisher và chỉ số phong phú Margalef, trong khi ở tiếp cận lý thuyết thông tin có 2 chỉ số đa dạng đƣợc sử dụng rộng rãi nhất là chỉ số Shannon -Weiner và chỉ số Simpson.

+ Chỉ số đa dạng sinh học của Fisher: Một đặc điểm rất đặc trƣng của quần xã là chúng có tương đối ít loài phổ biến (loài ưu thế) nhưng lại gồm một số lượng khá lớn các loài hiếm. Trên cơ sở phân tích một khối lƣợng lớn các số liệu về số lƣợng loài và số lƣợng cá thể ở các quần xã khác nhau, Fisher kết luận rằng, các số liệu loại này phù hợp tốt nhất bởi chuỗi logarit:

S =  ln (1 + N/) (2-5)

Với : S là số lƣợng loài trong mẫu N là số lƣợng cá thể trong mẫu  là chỉ số đa dạng loài của quần xã

Để tính chỉ số đa dạng  ở trong biểu thức: S =  ln(1 + N/), người ta thường sử dụng phương pháp tính gần đúng (xấp xỉ) theo công thức biến đổi của Magurran, 1991:

S/N = (1 - x ) /x × - ln (1 - x) (2-6)

 = N (1 - x) / x (2-7)

Với: S là tổng số loài trong mẫu N là tổng số cá thể trong mẫu  là chỉ số đa dạng Fisher

x là số thực nghiệm nhỏ hơn 1 sao cho kết quả của vế phải xấp xỉ bằng kết quả vế trái của phương trình (2-6). Sau khi đã tìm được giá trị x theo phương pháp gần đúng, thay nó vào phương trình (2-7) để tính .

+ Chỉ số phong phú loài Margalef: Đây cũng là một chỉ số đƣợc sử dụng rộng rãi để

76

xác định tính đa dạng hay độ phong phú về loài. Giống nhƣ chỉ số  của Fisher, chỉ số Margalef cũng chỉ cần biết đƣợc số loài và số lƣợng cá thể trong mẫu đại diện của quần xã. Có các loại chỉ số sau:

N D S D S

N D S

ln 1 hay 1000

hay

  

 (2-8)

Với: D là chỉ số đa dạng Margalef S là tổng số loài trong mẫu

N là tổng số lƣợng cá thể trong mẫu

Ngoài ƣu điểm dễ sử dụng để xác định tính đa dạng cho các nhóm sinh vật khác nhau của quần xã, chỉ số d của Margalef còn đƣợc áp dụng để phân loại mức độ ô nhiễm của thuỷ vực. Từ kết quả chỉ số đa dạng Margalef (D) tính đƣợc, ta có thể đánh giá tính đa dạng sinh học của hệ sinh thái theo các bậc sau:

Bảng 2.9 Xếp hạng mức độ đa dang theo chỉ số Margalef 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

Việc kết hợp tính toán và so sánh các chỉ số đa dạng sinh học giúp ta có khái niệm cơ bản không chỉ về đa dạng sinh học của quần xã thủy sinh vùng nghiên cứu mà còn sơ bộ đánh giá được chất lượng môi trường sống của các loài thủy sinh.

- Chỉ số tổ hợp đa dạng sinh học cá (IBI) để đánh giá chất lượng môi trường nước:

Phương pháp sử dụng chỉ số IBI được sử dụng để đánh giá chất lượng môi trường nước bằng cách tính 12 chỉ số đƣợc biến đổi phù hợp với khu vực cửa sông Mã cho thang điểm cho từng mức: Xấu (1 điểm), trung bình (3 điểm) và tốt (5 điểm). Sau đó, dựa vào tổng điểm để đánh giá lưu vực theo 6 mức độ từ rất tốt đến ô nhiễm rất nặng:

+ Mức 1: Môi trường rất tốt khi đạt 58 ÷ 60 điểm, đặc trưng cho môi trường không có sự tác động của con người. Có tất cả các loài cá sống trong vùng nước đặc trưng cho sinh cảnh. Bao gồm hầu nhƣ tất cả các loài cá nhạy cảm, tồn tại đầy đủ các thế hệ và ở tất cả các giống. Ổn định cấu trúc dinh dƣỡng.

77

+ Mức 2: Môi trường tốt khi đạt 48 ÷ 52 điểm, đặc trưng bởi sự giàu có thành phần loài nhưng dưới mức mong đợi, đặc biệt là mất đi những loài nhạy cảm nhất với môi trường thay đổi, một số ít loài hơn mức tối ưu hoặc phân bố kích thước (cỡ cá). Cấu trúc dinh dƣỡng có dấu hiệu bị ức chế.

+ Mức 3: Môi trường trung bình khi đạt 40 ÷ 44 điểm, đặc trưng bởi việc có dấu hiệu suy thoái bổ sung bao gồm số dạng loài nhạy cảm ít đi. Cấu trúc dinh dƣỡng bị thu hẹp (tăng tần suất của các loài cá ăn tạp), các lứa tuổi trên của các loài cá dữ trở nên hiếm.

+ Mức 4: Môi trường xấu khi đạt 28 ÷ 34 điểm, đặc trưng bởi các loài cá ăn tạp, cá chịu đựng tốt với môi trường bị ô nhiễm ưu thế, một ít loài ăn sinh vật chết bậc cao, tốc độ sinh trưởng và điều kiện sinh trưởng và điều kiện sống nhìn chung suy giảm, cá lai tạp và cá bị bệnh thường hay gặp.

+ Mức 5: Môi trường rất xấu khi đạt 12 ÷ 22 điểm, đặc trưng là cá ít mà đại bộ phận là các loài cá du nhập vào hoặc là cá chịu đựng tốt với môi trường ô nhiễm, thường gặp các dạng cá lai, cá mắc các bệnh, cá bị nhiễm ký sinh, cá bị hỏng vây hoặc các khuyết tật khác.

+ Mức 6: Môi trường ô nhiễm rất nặng không có cá khi số điểm < 12.

Dựa vào bảng 1 phụ lục 5 để xác định chỉ số IBI. Việc sử dụng chỉ số IBI trong nghiên cứu này là một trong những chỉ số quan trọng để xây dựng khung chỉ thị sinh thái, liên quan đến việc chất lượng nước, mực nước và lưu lượng dòng chảy khu vực sông Mã.