2.2.1. Địa điểm nghiên cứu
Nghiên cứu tiến hành trên 2 dòng sông chính là sông Đáy và sông Nhuệ và một số ao nuôi thuộc lưu vực 2 con sông này để đánh giá sự ô nhiễm KLN cũng như sự tích tụ sinh học của chúng trong 2 loài cá kinh tế.
Tổng số có 39 điểm thu mẫu (21 điểm thu mẫu trên sông và 18 điểm thu tại ao nuôi thủy sản). Các điểm thu mẫu được lựa chọn dựa trên đặc điểm địa hình và sự phân bố của nguồn thải cũng như căn cứ vào các nghiên cứu trước đó, 5 mặt cắt được lựa chọn gồm:
Mặt cắt 1: Thượng lưu sông Nhuệ, ít bị ảnh hưởng của nước thải thành phố Hà Nội. Thu 3 điểm trên sông Hồng (đối chứng).
Mặt cắt 2: Trên sông Nhuệ, khu vực Đập Thanh Liệt (Hà Nội), nơi sông Tô Lịch đổ vào sông Nhuệ. Thu 3 mẫu trên sông Nhuệ, trước vị trí hợp lưu với sông tô Lịch (cầu Đen - Hà Đông), 3 mẫu sau khi hợp lưu với sông Tô Lịch (cầu Chiếc, Thường Tín), 3 mẫu thu ở ao NTTS sử dụng nguồn nước từ sông Nhuệ (Thanh Trì, Hà Nội) và và 3 mẫu ao NTTS (Thanh Oai, Hà Nội).
Mặt cắt 3: Tại Phủ Lý, nơi hợp lưu của sông Nhuệ, sông Đáy và sông Châu Giang, khu vực chịu ảnh hưởng nặng nề bởi nguồn nước ô nhiễm từ sông Nhuệ. Thu 3 mẫu trên sông Đáy, 3 mẫu sông Nhuệ, 3 mẫu trong ao NTTS sử dụng nguồn nước sông
27
Nhuệ (Duy Tiên, Hà Nam) và 3 mẫu ao NTTS sử dụng nguồn nước sông Đáy (Thanh Liêm, Hà Nam).
Mặt cắt 4: Trên sông Đáy, sau hợp lưu của sông Hoàng Long với sông Đáy. Thu 3 mẫu trên sông Đáy và 3 mẫu ao NTTS tại Hoa Lư, Ninh Bình.
Mặt cắt 5: Trên sông Đáy phía dưới hợp lưu với sông Đào. Khu vực bị chi phối rất lớn bởi nguồn nước từ sông Đào. Thu 3 mẫu trên sông Đáy và 3 mẫu trong ao NTTS lấy nước từ sông Đáy (Nghĩa Hưng, Nam Định).
28
2.2.2. Thời gian nghiên cứu
Nghiên cứu được tiến hành theo 4 đợt tương ứng với 4 mùa trong năm.
- Đợt 1: Tháng 10/2012 - Đợt 2: Tháng 12/2012 - Đợt 3: Tháng 3/2013 - Đợt 4: Tháng 7/2013
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp thu mẫu ngoài thực địa
- Mẫu cá: Các mẫu cá được thu trên sông và ao NTTS đựng trong các túi nilon có sục khí O2 và được bảo quản lạnh (<4°C). Cá được chuyển ngay về phòng thí nghiệm để mổ và bảo quản mẫu ở điều kiện lạnh sâu (-20°C hoặc -80°C) cho tới khi phân tích.
- Mẫu nước: lấy ở độ sâu 30 cm. Ngoài các chỉ tiêu đo tại hiện trường, các chỉ tiêu khác thu chung 1 lọ nhựa PP, bảo quản bằng 2 ml HNO3 đậm đặc/1 L mẫu.
- Mẫu bùn đáy: lấy ở độ sâu 5cm từ đáy sông hoặc ao. Thu bằng gầu thu mẫu đáy, mẫu phải được trộn đều để có 1 mẫu đất đồng nhất duy nhất dùng cho phân tích. Mẫu đất sau khi thu được bảo quản trong túi Nilon, giữ lạnh (<4°C) và chuyển về phòng thí nghiệm để phân tích.
2.3.2. Phương pháp chuẩn bị mẫu phân tích
2.3.2.1. Mổ cá và lấy mẫu sinh học
Các mẫu cá được vận chuyển về phòng thí nghiệm sau đó phải được gây mê trước khi mổ. Đồng thời tiến hành đo các chỉ số cân nặng, chiều dài, bề rộng của cá. Tiến hành mổ cá để thu các mẫu mang, gan, thận và cơ thịt của cá (hình 2.2).
Dùng giấy thấm khô phần máu và nước đọng lại trên nội quan cá. Các mẫu mang, gan, thận được cắt nhỏ và chia thành từng phần khoảng 100 mg và đựng trong
29
các ống eppendorf. Với mẫu cơ, dùng kéo cắt bỏ một phần da ở đuôi cá, cắt lấy phần cơ thịt cá, cắt nhỏ và đựng trong các ống eppendorf. Các ống eppendorf đựng mẫu cá sau đó được bảo quản ở nhiệt độ -20ºC hoặc -80°C chờ phân tích.
Hình 2.2. Nội quan cá xương (Ảnh: John Cimbaro, FWC)
2.3.2.2. Vô cơ hóa mẫu: mẫu nước, mẫu bùn đáy và mẫu mô sinh học
* Mẫu đất
Mẫu đất có thể được sấy khô ở 70°C hoặc phơi khô dưới ánh sáng mặt trời. Mẫu đất phải được nghiền nhỏ bằng cối và chày sứ, sàng quá lưới 20 (0,85 mm mắt lưới) và cất vào 1 lọ nhựa sạch.
Để phân tích KLN tổng số trong đất, cân khoảng 100-150 mg mẫu đất vào ống nghiệm đã cân bì. Thêm 4 ml HNO3 65%vào mỗi mẫu đất khô (200 mg), lắc đều, để yên khoảng 30 phút sau đó thêm 1,5 ml HF 40%và 1 ml HCl 30% (v/v: 4:1:1). Để các ống mẫu mở trên giá ống nghiệm bằng inox ở nhiệt độ phòng trong vòng 24 h (trong tủ hút khí độc), sau đó cho thêm 500 µl H2O2 vào mỗi ống mẫu (chú ý cho từ từ để tránh bị trào bọt ra ngoài do phản ứng ô-xi-hoá mạnh) và để ở nhiệt độ phòng 5 giờ trước khi phá mẫu. Đặt giá ống nghiệm với các ống mẫu mở vào hộp phá mẫu (bio-carrier) và
30
khoá hộp lại cẩn thận trước khi đặt vào tủ sấy ở 40°C trong vòng 1 giờ và sau đó tăng lên 140°C trong 4 giờ tới khi mẫu được vô cơ hoá hoàn toàn (mẫu trong, không có bọt khí màu nâu). Sau đó mẫu vô cơ hoá sẽ được làm nguội xuống nhiệt độ phòng trong tủ hút khí độc, và sẽ được pha loãng với nước cất đến 10 ml. Lọc mẫu bằng màng lọc xen-lu-lô 0,45 µm (cellulose filter) gắn với xi lanh 20 ml. Mẫu sau đó sẽ được cất ổn định ở 4°C trong vòng 2 tháng hoặc ở -20°C trong vòng 6 tháng đến khi hàm lượng KLN được xác định bằng máy ICP-MS.
* Mẫu nước
Nước lấy từ các điểm thu mẫu được đựng trong lọ nhựa polyethylene và được bảo quản bằng 2 ml HNO3 đậm đặc/1 L mẫu.
Để phân tích KLN tổng số, chuyển 50 ml mẫu đã được axit hóa tại hiện trường sang bình tam giác. Thêm vào đó 2,5 ml HCl 30% loại tinh khiết. Mẫu đã được axit hóa sẽ được đặt trong tủ sấy ở 100ºC trong vòng 1 - 2 giờ đến khi được vô cơ hóa hoàn toàn. Cuối cùng, sử dụng màng lọc xen-lu-lô gắn với xi-lanh để lọc mẫu (điều chỉnh thể tích mẫu đến 50 ml bằng nước cất trước khi lọc). Mẫu đã vô cơ hóa được đem đi phân tích hoặc bảo quản ở 4ºC cho đến khi phân tích (trong 60 ngày).
* Mẫu sinh học
Lấy khoảng 20 - 100 mg w.wt của mẫu mô cho vào ống thuỷ tinh đựng mẫu đã chuẩn bị trước. Thêm 2 ml HNO3 65% và 0,5 ml HCL 30% (v/v: 4:1) vào mỗi mẫu mô khoảng 20 - 100 mg w.w. Để các ống mẫu mở trên giá ống nghiệm bằng inox ở nhiệt độ phòng trong vòng 24 giờ (trong tủ hút khí độc), sau đó cho thêm 200 µl H2O2vào mỗi ống mẫu và để trong ở nhiệt độ phòng 5 giờ trước khi phá mẫu. Đặt giá ống nghiệm với các ống mẫu mở vào hộp phá mẫu (bio-carrier) và khoá hộp lại cẩn thận trước khi đặt vào tủ sấy ở 40°C trong vòng 1 giờ và sau đó tăng lên 120°C trong 3 giờ tới khi mẫu được vô cơ hoá hoàn toàn (mẫu trong, không có bọt khí). Sau đó mẫu vô cơ hoá sẽ được làm nguội xuống nhiệt độ phòng trong tủ hút khí độc, và sẽ được
31
pha loãng với nước cất đến 10 ml. Lọc mẫu bằng màng lọc xen-lu-lô 0,45 µm (cellulose filter) gắn với xi lanh 10 ml. Mẫu sau đó sẽ được cất ổn định ở 4°C trong vòng 2 tháng hoặc ở -20°C trong vòng 6 tháng đến khi đo hàm lượng KLN bằng máy ICP-MS.
2.3.3. Phương pháp phân tích mẫu
Các mẫu sinh học, mẫu nước, bùn đáy đã được vô cơ hóa được xác định hàm lượng KLN bằng phương pháp khối phổ plasma cảm ứng (ICP-MS). Phương pháp phân tích này dựa trên các nguyên tắc của sự bay hơi, phân tách, ion hóa của các nguyên tố hóa học khi chúng được đưa vào môi trường plasma có nhiệt độ cao. Sau đó các ion này được phân tách ra khỏi nhau theo tỷ số khối lượng/điện tích (m/z) của chúng, bằng thiết bị phân tích khối lượng có từ tính và độ phân giải cao phát hiện, khuếch đại tín hiệu và đếm bằng thiết bị điện tử kĩ thuật số.
Hai ưu điểm nổi bật của ICP-MS là có độ phân giải cao và dễ tách các nhiễu ảnh hưởng lẫn nhau, do đó có thể phát hiện được hầu hết các nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Phương pháp ICP-MS hơn hẳn các kĩ thuật phân tích KLN khác ở những điểm sau: có độ nhạy cao, độ lặp lại cao, xác định được đồng thời hàng loạt các kim loại trong thời gian phân tích ngắn [13].
Các phân tích sử dụng máy đo ICP-MS được thực hiện tại Viện Địa chất thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2.3.4. Phương pháp xử lý số liệu
Các giá trị trung bình và độ lệch chuẩn được tính toán bằng phần mềm Microsoft Excel 2010.
Sự khác biệt về nồng độ KLN trong nước, trong bùn đáy giữa các mặt cắt và các mùa; khác biệt về nồng độ KLN giữa các mô ở từng mặt cắt, từng mùa được được đánh giá bằng cách phân tích phương sai một nhân tố (ANOVA) và khi có sự sai khác,
32
chương trình so sánh nhiều biến Student-Newman-Keuls sẽ được sử dụng để kiểm định sự khác biệt có ý nghĩa hay không. Các phân tích này được tiến hành trên phần mềm thống kê chuyên dụng GraphPad InStat.
Tương quan giữa các biến số (nồng độ KLN trong các mô cá với nồng độ KLN trong môi trường) được phân tích bằng chương trình thống kê nonparametric Spearman’s rank correlation test (p<0.05). Nếu các biến tương quan có ý nghĩa thì sau đó sẽ được phân tích bằng hồi quy đơn. Ý nghĩa thống kê được ấn định tại p <0,05. Phân tích trên phần mềm GraphPad InStat.
33
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đặc điểm môi trường LVS Nhuệ - Đáy
3.1.1. Các đặc tính thủy lý, thuỷ hóa của LVS Nhuệ - Đáy
Các chỉ tiêu về thủy lý, hóa của từng vị trí thu mẫu thuộc LVS Nhuệ - Đáy được thể hiện trong bảng 3.1. Kết quả này được so sánh với QCVN 08:2008 - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (loại A2 - bảo tồn động thực vật thủy sinh) [2].
Bảng 3.1. Chỉ tiêu thủy lý, hóa của nước mặt thuộc LVS Nhuệ - Đáy (giá trị trung bình ±SEM)
Vị trí pH Nhiệt độ (ºC) MC1 Đợt 1 7,63 ± 0,06 25,9 Đợt 2 7,74 ± 0,14 22,23 ± 0,69 Đợt 3 7,17 ± 0,05 26,20 ± 0,44 MC2 Đợt 1 7,44 ± 0,05 27,88 ± 0,27 Đợt 2 7,48 ± 0,03 22,45 ± 0,12 Đợt 3 7,25 ± 0,06 28,99 ± 0,36 MC3 Đợt 1 7,57 ± 0,05 29,65 ± 0,27 Đợt 2 7,39 ± 0,03 23,58 ± 0,24 Đợt 3 7,21 ± 0,03 28,27 ± 0,38 MC4 Đợt 1 7,59 ± 0,08 30,67 ± 0,81 Đợt 2 7,70 ± 0,15 29,40 ± 1,30 Đợt 3 7,06 ± 0,09 30,10 ± 0,68 MC5 Đợt 1 7,50 ± 0,02 27,88 ± 0,12 Đợt 2 7,35 ± 0,06 26,08 ± 0,54 Đợt 3 6,74 ± 0,06 27,17 ± 0,32 QCVN 08:2008 6,0 - 8,5
34
3.1.1.1. pH
Độ pH không chỉ ảnh hưởng đến tính độc của các kim loại trong môi trường mà còn là một nhân tố ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của động thực vật thủy sinh. Yếu tố pH có thể làm ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng, tỷ lệ sống và khả năng nhiễm bệnh của các loài thủy sản. Theo QCVN 08 : 2008/BTNMT [2], độ pH lý tưởng cho hầu hết động vật thủy sinh là 6,0 - 8,5. So sánh với kết quả nghiên cứu có thể thấy, trong tất cả các đợt thu mẫu, tất cả các vị trí đều có độ pH nằm trong khoảng tối ưu cho sự phát triển của động thực vật thủy sinh nói chung và cụ thể là 2 loài nghiên cứu: cá chép
(Cyprinus carpio) và cá rô phi (Oreochromis niloticus).
3.1.1.2. Nhiệt độ
Nhiệt độ là nhân tố vô sinh ảnh hưởng lớn nhất đến đời sống của cá vì cá là động vật biến nhiệt. Nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất, chủ yếu ảnh hưởng đến các enzyme tiêu hóa. Nhân tố này còn tác động đến tần suất hô hấp, chu kỳ sinh sản và thời gian sinh sản của cá. Hai loài cá nghiên cứu có ngưỡng nhiệt tối ưu cho sinh trưởng, phát triển như sau: cá chép chịu được nhiệt độ từ 0 - 400C, thích hợp ở 20 -27°C; cá rô phi, nhiệt độ thích hợp để phát triển là 25 - 35oC, song khả năng chịu rét (nhiệt độ thấp) rất kém [19].
Nghiên cứu cho thấy, nhiệt độ đo ở các điểm sông và các ao nuôi thủy sản tương đương với nhiệt độ môi trường tại thời điểm thu mẫu. Trong cùng khoảng thời gian thu mẫu, nhiệt độ đo được ở các thủy vực thuộc các mặt cắt khác nhau chênh lệch không nhiều. Ở mỗi đợt thu mẫu, nhiệt độ dao động trong các khoảng như sau: 25,9 - 30,7ºC (đợt 1); 22,2 - 29,4ºC (đợt 2); 26,2 - 30,1ºC (đợt 3). Như vậy, nhiệt độ của các sông và ao nuôi thủy sản thuộc LVS Nhuệ - Đáy tương đối phù hợp với sự sinh trưởng và phát triển của 2 loài cá nghiên cứu.
35
3.1.2. Hàm lượng KLN trong nước và bùn đáy của LVS
3.1.2.1. Hàm lượng KLN trong nước
Kết quả phân tích hàm lượng các KLN Zn, Cu, Pb, Cd, trong nước được thể hiện trong hình 3.1, 3.2 và phụ lục 1. Kết quả này được so sánh với QCVN 08:2008/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt, loại A2 - bảo tồn động thực vật thủy sinh) [2].
Kết quả cho thấy tất cả nồng độ các kim loại nghiên cứu đều vượt xa tiêu chuẩn cho phép (TCCP). Cụ thể, hàm lượng Cu cao hơn 18 - 51 lần QCVN về chất lượng nước mặt bảo tồn động thực vật thủy sinh (0,2 mg/l [2]). Tương tự, Cd cao gấp 12 - 50 lần QCVN (0,005 mg/l [2]); Pb có nồng độ ở mức rất cao, cao hơn QCVN (0,02 mg/l [2]) 227 - 715 lần; Zn cao hơn QCVN (1,0 mg/l [2]) từ 43 - 117 lần. Sử dụng QCVN làm căn cứ, có thể xếp mức độ ô nhiễm các KLN trong nước theo thứ tự như sau: Pb >> Zn >> Cu > Cd. Có thể thấy mức độ ô nhiễm các KLN trong nước ở khu vực nghiên cứu là rất nghiêm trọng. Hàm lượng các KLN Zn, Cu, Pb, Cd trong nước nuôi thủy sản quá cao, không chỉ ảnh hưởng đến sức sống, khả năng phát triển của vật nuôi mà còn tiềm ẩn nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng bởi sự tích lũy các kim loại này trong vật nuôi.
Hình 3.1. Biến động hàm lượng các KLN trong nước theo mặt cắt
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 50 100 150 MC 1 MC 2 MC 3 MC 4 MC 5 Cd mg/l Cu, Z n, Pb m g/l Cu Zn Pb Cd
36
So sánh sự biến đổi các KLN trong nước theo mặt cắt, MC1 là nơi có nồng độ cao nhất đối với cả 3 kim loại Cu, Zn và Pb (hình 3.1, phụ lục 1) và khác biệt này rất có ý nghĩa thống kê (Cu: p<0,01, Zn: p<0,001, Pb: p<0,001). Tại đây, hàm lượng Cu cao gấp 51 lần QCVN, tương tự Zn cao hơn 117 lần và Pb cao hơn 715 lần QCVN về chất lượng nước mặt bảo tồn động thực vật thủy sinh. Ở các vị trí thu mẫu còn lại, sự dao động các KLN giữa các mặt cắt là không lớn (p<0,05). Hàm lượng Cu và Pb thấp nhất ở MC4 nhưng vẫn cao hơn QCVN 27 lần với Cu và 226 lần đối với Pb (phụ lục 1), và sai khác có ý nghĩa về mặt thống kê so với MC1 (Cu: p<0,01, Pb: p<0,001), tuy nhiên không sai khác so với các mặt cắt còn lại. Lượng Zn trong nước đo được ở MC2 và MC4 là tương đương nhau, đều cao hơn QCVN 66 lần. Sự biến động về hàm lượng Cd giữa các mặt cắt không có ý nghĩa thống kê (p>0,05). Nhìn chung, thượng lưu sông Nhuệ, nơi sông Hồng bắt đầu đổ vào cống Liên Mạc, là nơi ô nhiễm lớn nhất, các vị trí còn lại mức độ ô nhiễm thấp hơn. Tuy nhiên, ở tất cả các điểm thu mẫu, hàm lượng KLN trong nước đều đã vượt ngưỡng TCCP rất nhiều lần.
Hàm lượng KLN cao ở đầu nguồn (nước sông Hồng) có thể do ảnh hưởng của việc thu nhận nước thải sinh hoạt, nước thải từ các khu công nghiệp từ Trung Quốc và các tỉnh của Việt Nam thuộc thượng nguồn sông Hồng như Lào Cai, Yên Bái, đặc biệt