Đánh giá chất lượng nước mặt sông thị Vải trên cơ sở thực vật phù du

ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC MẶT SÔNG THỊ VẢI TRÊN CƠ SỞ THỰC VẬT PHÙ DU Đào Thanh Sơn*, Hồ Thị Ngọc Hà Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, 268 Lý Thường Kiệt, Quận 10, TP. HCM *Email: dao.son@hcmut.edu.vn TÓM TẮT Nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá và phân vùng chất lượng nước sông Thị Vải trên cơ sở thực vật phù du. Mười hai lát cắt từ thượng nguồn đến hạ lưu sông Thị Vải đã được chọn và thu mẫu thực vật phù du. Kết quả khảo sát đã ghi nhận được 98 loài thực vật phù du, trong đó tảo silic chiếm ưu thế về số lượng loài và mật độ ở nhiều lát cắt thu mẫu. Các chỉ số tảo cho thấy hiện trạng môi trường nước sông Thị Vải đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, đặc biệt là khu vực thượng nguồn. Trên cơ sở thực vật phù du, môi trường nước sông được chia thành 3 vùng gồm “vùng 1’ ô nhiễm hữu cơ nhiều nhất; “vùng 2” chuyển tiếp, mức độ ô nhiễm giảm; và “vùng 3”: môi trường nước giàu dinh dưỡng, nhưng không nghiêm trọng bằng hai vùng trên. Do đó, cần có biện pháp hiệu quả và bền vững trong việc phục hồi chất lượng nước sông, kiểm soát chất lượng nước thải của các khu công nghiệp ven sông và quan trắc định kỳ chất lượng nước Từ khóa: thực vật phù du, sông Thị Vải, nước thải công nghiệp, phân vùng chất lượng nước 1.GIỚI THIỆU Suy giảm chất lượng môi trường sống là một trong những nguyên nhân chính cho sự suy giảm quần thể và quần xã trong thủy vực. Trong thủy vực nước chảy, nhiều yếu tố môi trường có tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên thủy sinh vật [1]. Thực vật phù du là nhóm sinh vật sản xuất nên có vai trò rất lớn, chi phối dòng năng lượng, vật chất trong hệ sinh thái thủy vực. Bên cạnh đó, chúng còn là nhóm sinh vật chỉ thị, phản ảnh chất lượng môi trường nước và sức khỏe sinh thái trong thủy vực [2]. Climdins và cs. [3] đã có những nghiên cứu, tổng kết và thống kê danh lục một số loài phiêu sinh vật (thực vật và động vật phù du) và động vât đáy chỉ thị cho chất lượng môi trường nước và được sử dụng khá phổ biến trong quan trắc chất lượng môi trường nước ở châu Âu và Bắc Mỹ. Bên cạnh đó, các chỉ số sinh học được 68 Khoa học & Ứng dụng đưa ra và áp dụng cho thực vật phù du (như đa dạng, ứu thế, chỉ số tảo) nhằm góp phần đánh giá chất lượng nước, sức khỏe và sự ổn định củ hệ sinh thái cũng khá phổ biến ở nhiều nước trên thế giới [4]. Cho đến nay, thực vật phù du đã được đưa vào thành một trong những nhóm sinh vật quan trọng hàng đầu, được chấp nhận và sử dụng cho quan trắc chất lượng nước mặt trên thế giới [5]. Trong quy chuẩn Việt Nam, thực vật phù du, cùng với động vật phù du và động vật đáy, được đưa vào trong danh mục những chỉ tiêu cần phải quan trắc khi đánh giá chất lượng môi trường. Một số ít các công trình liên quan cũng đã được thực hiện và công bố, khá cụ thể và chi tiết trong công trình của tác giả Nguyễn Văn Tuyên [6], xuất bản cách đây hơn 10 năm, 2003. Mặc dù vậy, trong nhiều chương trình quan trắc chất lượng nước sông, yếu tố hóa lý (nhiệt độ, pH, BOD5, nitơ, photpho, ...) vẫn luôn được chọn lựa và ưu tiên. Nếu các yếu tố môi trường (hóa lý) là nền tảng phản ảnh hiện trạng môi trường rõ ràng và khá toàn diện thì các chì tiêu/ yếu tố sinh học sẽ cho thấy áp lực của môi trường lên sinh vật, hệ sinh thái một cách đầy đủ, trọn vẹn nhất mà điều này các yếu tố hóa lý không thể thay thế. Cùng với sự phát triển nhanh chóng của kinh tế xã hội nước ta, đặc biệt là sản xuất công nghiệp, các hoạt động của nó đã và đang làm cho môi trường ngày càng xấu đi thông qua lượng chất thải khổng lồ ngày đêm đưa vào môi trường nói chung và thủy vực bao gồm sông suối nói riêng. Hậu quả của việc xả thải không kiểm soát là chất lượng môi trường nước sông ngày càng xấu đi kéo theo sự suy giảm đa dạng sinh học trong thủy vực. Trong nghiên cứu này, thực vật phù du được chọn làm đối tượng chính trong nghiên cứu hiện trạng chất lượng môi trường nước sông Thị Vải, một dòng sông được biết đến vì đã và đang gánh chịu hậu quả của sự phát triển kinh tế (hoạt động sản xuất) bất chấp an toàn môi trường và sức khỏe sinh thái thủy vực Số 21 - 2015 2.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1.Ngoài thực địa Việc thu mẫu thực vật phù du được tiến hành vào ngày 10 và 11 tháng 6 năm 2006 tại 12 lát cắt, mỗi lát cắt thu mẫu ở hai bờ (trái, phải) của dòng sông (hình 1). Mẫu thực vật phù du được thu ở tầng mặt. Tại mỗi điểm khảo sát, các mẫu định tính và định lượng được lấy cho việc phân tích trong phòng thí nghiệm. Thu mẫu thực vật phiêu sinh: mẫu định tính thực vật phiêu sinh được thu bằng lưới vớt thực vật phiêu sinh hình nón với kích thước mắt lưới là 25µm. Mẫu định lượng được thu ở tầng mặt, bằng cách lọc 10 lít nước qua lưới để phục vụ cho việc đếm mẫu bằng buồng đếm Sedgewick Rafter [4]. Các mẫu thực vật phiêu sinh được cố định ngay tại hiện trường bằng dung dịch formol bão hòa sao cho nồng độ formol cuối cùng trong mẫu vào khoảng 4%. Mỗi mẫu thu được đánh dấu, ghi chú trên nhãn [4]. 2.2. Trong phòng thí nghiệm Các mẫu thực vật phù du được phân tích tại Phòng Thí nghiệm Chất lượng Môi trường, Viện Môi trường và Tài nguyên, theo hai chỉ tiêu định tính và định lượng. Việc định danh thực vật phù du được dựa trên cơ sở hình thái học (morphology) trên kính hiển vi (Olympus, BX51) với sự trợ giúp của các tài liệu phân loại của các tác giả trong và ngoài nước. Mẫu định lượng thực vật phiêu sinh được phân tích theo phương pháp buồng đếm Sedgewick Rafter (Sournia, 1978). 2.3. Xử lý số liệu, tính toán các chỉ số Từ kết quả phân tích, thành phần loài, cấu trúc quần xã, mật độ thủy sinh, độ tương đồng, loài ưu thế, loài đặc trưng và các chỉ số sinh học được tính toán, áp dụng cho việc đánh giá đặc điểm môi trường nước khu vực khảo sát trên cơ sở thủy sinh vật. 2.3.1.Chỉ số đa dạng Độ đa dạng (Shannon và Wiener) là chỉ số thể hiện sự phong phú của quần xã sinh vật và được dùng để đánh giá cấu trúc quần xã. Nó góp phần phản ảnh đặc điểm môi trường nước vùng khảo sát. H ’= - s pi log2 pi i=1 Trong đó: pi là tỷ số của số lượng của loài thứ i và tổng số cá thể trong mẫu Số 21 - 2015 Hình 1: Sông Thị Vải với các lát cắt thu mẫu (1 – 12) 2.3.2.Chỉ số tương đồng Chỉ số tương đồng (Sorensen, 1948) phản ảnh mức độ giống nhau về thành phần loài sinh vật giữa hai điểm thu mẫu. Từ đó có thể góp phần đánh giá tính đồng nhất của môi trường nước giữa hai điểm khảo sát. S = 2 × Sc / (Si + Sj) Trong đó: Sc là số loài chung của 2 trạm/ điểm khảo sát i và j. Si, Sj là số loài của quần xã của điểm thu mẫu i và j. 2.3.3.Chỉ số DiatomeaeChỉ số Diatomeae là một trong các tỷ lệ các nhóm tảo được sử dụng để xác định độ phì (dinh dưỡng) của nước. Đây là các công thức được sử dụng dựa theo Fefoldy Lajos thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Hungary, công bố trong Biologiai Vizminosities, 1980 trong tập Viziigyi Hydrobiologia 9 (Nguyễn Văn Tuyên, 2003). Diatomeae index = C / P Trong đó: C: số loài của bộ Centrales P: số loài của bộ Pennales Khoa học & Ứng dụng 69 3.KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN sinh ra độc tố (Pseudonitzschia) [7]. 3.1. Đặc tính thành phần loài Qua 3 đợt khảo sát, kết quả phân tích đã ghi nhận được 98 loài thuộc 5 lớp/ngành thực vật phù du ở sông Thị Vải. Trong đó, lớp tảo silic Bacillariiophyceae chiếm số lượng loài cao nhất (64 loài), lớp tảo mắt Euglenohyta với 3 loài, ngành vi khuẩn lam Cyanobacteria với 16 loài, lớp tảo giáp Dinophyceae 14 loài và lớp tảo vàng ánh chỉ tìm thấy 1 loài (bảng 1). Bảng 1: Cấu trúc thành phần loài thực vật phù du ở sông Thị Vải Ngành lớp Số loài Tỷ lệ (%) Cyanobacteria 16 16,5 Chrysophyceae 1 1 Bacillariophyceae 64 65 Euglenophyceae 3 3 Dinophyceae 14 14,5 Tổng cộng 98 Khi gặp điều kiện môi trường giàu dinh dưỡng hữu cơ, chúng thường phát triển mạnh, nở hoa gây thiệt hại lớn cho môi trường, nguồn lợi thủy sản và hệ sinh thái thủy vực. Số loài thực vật phiêu sinh tại mỗi điểm khảo sát biến thiên từ 17 (G8) đến 43 loài (P10) và có xu hướng tăng dần từ thượng nguồn ra phía cửa sông (hình 2). Điều này phản ảnh chất lượng môi trường nước ở vùng cửa sông (điểm 10, 11 và 12) tốt hơn ở vùng thượng nguồn. 2.2. Đặc tính số lượng và loài ưu thế nhất Mật độ thực vật phiêu sinh có giá trị từ 12.920 (điểm thu mẫu P11) – 459.000 (T7) cá thể/lít với các loài ưu thế là Chaetocerso muelleri, C. subtilis, O. lemmermannii, S. costatum và Pseudonitzschia spp. 100 Hầu hết các loài thực vật phiêu sinh (tảo) tìm thấy (các loài thuộc lớp tảo silic, tảo giáp, một số loài vi khuẩn lam) có nguồn gốc nước mặn, lợ mặn của vùng cửa sông ven biển như Trichodesmium erythraeum, Coscinodiscus spp., Rhizosolenia spp., Chaetoceros spp., Protoperidinium spp., Gonyaulax spp., Prorocentrum micans, Ceratium furca.... Bên cạnh đó, kết quả cũng ghi nhận được một số ít loài thực vật phù du có nguồn gốc nước ngọt: Euglena acus, Euglena tripteris, Aphanocapsa delicatissima, Raphidiopsis cf. curvata… được đưa vào sông từ sâu trong nội địa. Điều này cho thấy môi trường nước sông Thị Vải bị chi phối chủ yếu bởi nước biển vịnh Gành Rái vào thời điểm khảo sát. Kết quả phân tích cho thấy sự hiện diện thường xuyên của một số loài thực vật phiêu sinh, ở tất cả các điểm thu mẫu trên sông, như Oscillatoria lemmermannii, Skeletonema costatum, Pseudonitzschia spp. và Chaetoceros. Sự hiện diện của những nhóm loài này là bình thường trong tự nhiên. Tuy vậy, đây lại là những loài dễ gây nở hoa (Chaetoceros, Oscillatoria, Skeletonema) hoặc có thể sản Hình 2: Biến động mật độ thực vật phù du ở sông Thị Vải. T: bờ trái; P: bờ phải; G: giữa dòng. Kết quả phân tích cho thấy mật độ tảo ở hai bờ và giữa dòng ở vùng thượng nguồn không khác biệt nhiều (điểm 1, 2) nhưng lại thay đổi lớn ở khu vực các điểm 5, 6 và 7. Có thể đây là kết quả của sự ảnh hưởng của dòng chảy và tác động mạnh mang tính cục bộ của các khu công nghiệp dọc theo bờ trái của sông Thị Vải. Sự ưu thế của các loài, giống thực vật phiêu sinh nhìn chung không khác biệt đáng kể trên sông. Một điều đặc biệt là các loài tảo ưu thế đều có kích thước nhỏ và hầu hết các loài tảo (trong số 98 loài ghi nhận được) cũng có kích thước nhỏ, rất ít loài có kích thước lớn hiện diện. Có thể điều kiện không thuận lợi và chất lượng nước sống kém (độ trong và hàm lượng oxy hòa tan thấp, giàu dinh dưỡng hữu cơ..) đã tác động lên khu hệ thực vật phiêu sinh và dẫn đến kết quả này. 2.3. Các chỉ số Giá trị độ đa dạng thực vật phù du biến thiên từ 0,42 – 2,05 (bảng 2). Các giá trị này cho thấy môi trường nước sông Thị Vải có đặc điểm từ giàu đến rất giàu dinh dưỡng hữu cơ. Bảng 2: Chỉ số đa dạng thực vật phù du ở sông Thị Vải. T: bờ trái; P: bờ phải; G: giữa dòng. H’ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 T 1.56 1.83 1.54 2.05 1.46 1.83 1.51 1.62 1.40 1.06 1.04 1.18 1.79 1.53 1.84 1.69 1.61 1.93 1.64 1.28 1.40 1.25 0.42 P 70 1.26 G 1.07 1.40 1.76 1.78 1.92 1.80 1.83 1.81 1.40 1.65 1.22 0.76 Khoa học & Ứng dụng Số 21 - 2015 Kết quả tính toán giá trị chỉ số Diatomeae (D-I; bảng 3) cho thấy môi trường nước trên toàn vùng khảo sát rất giàu dinh dưỡng (polytrophy) [6]. Bảng 3: Chỉ số Diatomeae ở sông Thị Vải. T: bờ trái; P: bờ phải; G: giữa dòng. D-I 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 T 1.33 1.71 1.83 2.00 2.20 2.50 2.33 1.57 1.50 3.75 1.21 1.88 G 0.87 1.60 1.57 1.57 1.71 2.50 2.60 2.25 1.86 4.00 2.00 1.88 P 1.60 1.23 1.83 1.29 1.50 2.00 2.20 3.33 2.00 1.21 1.56 1.50 Kết quả tính toán độ tương đồng (bảng 4) cũng cho thấy đặc điểm thành phần loài thực vật phù du có sự thay đổi dần từ vùng thượng nguồn đến vùng cửa sông. Đặc biệt ba điểm 10 - 12 có sự tách biệt rõ so với các điểm còn lại trên sông. Điều này cho thấy chỉ trừ vùng cửa sông có chất lượng nước chịu sự chi phối của nước biển, các điểm còn lại hay hầu hết dòng sông khá đồng nhất về chất lượng nước và chịu sự tác động chính của các khu công nghệp ven sông. Bảng 4: Độ tương đồng thực vật phiêu sinh ở sông Thị Vải 2 0.667 3 0.646 0.75 4 0.625 0.698 0.8 5 0.609 0.735 0.8 0.783 6 0.563 0.698 0.708 0.813 0.754 7 0.58 0.676 0.686 0.754 0.757 0.754 8 0.567 0.644 0.656 0.733 0.738 0.7 0.708 9 0.553 0.667 0.597 0.684 0.667 0.763 0.691 0.611 10 0.452 0.482 0.471 0.571 0.539 0.619 0.607 0.575 0.688 11 0.354 0.436 0.425 0.481 0.476 0.506 0.571 0.427 0.637 0.646 12 0.3 0.43 0.42 0.45 0.494 0.525 0.541 0.421 0.609 0.66 0.8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 4.KẾT LUẬN Trên cơ sở cấu trúc thành phần loài, số lượng và các chỉ số thực vật phù du có thể đưa ra một số nhận xét, kết luận như sau. Khu thực vật phù du ở các trạm khảo sát trên sông Thị Vải thể hịên tính đặc trưng của môi trường nước lợ ven biển, chịu ảnh hưởng mạnh của thủy triều. Tất cả các trạm khảo sát đều thể hiện sự phát triển kém đa dạng và không cân đối của khu hệ thực vật phù du. Nhìn chung môi trường nước khu vực khảo sát có thể được chia thành ba vùng như sau: Vùng 1. Từ trạm số 1 – 5: vùng ô nhiễm hữu cơ nhiều nhất, khu hệ thực vật phù du phát triển kém, mất cân đối. Các loài chỉ thị ô nhiễm hữu cơ và gây mùi nước chiếm ưu thế tuyệt đối. Kích thước các loài tảo nhỏ so với bình thướng và rất hiếm loài có kích thước lớn hiện diện. Vùng 2. Từ trạm số 6 – 9: vùng chuyển tiếp, mức độ ô nhiễm giảm so với vùng trên, ưu thế là các loài gây mùi nước, ưa môi trường nhiều chất vẩn, độ đục cao. Các loài tảo có kích thước nhỏ chiếm ưu thế trong cả thành phần loài và số lượng. Vùng 3. Từ trạm số 10 – 12: môi trường nước giàu dinh dưỡng, độ mặn cao hơn so với hai vùng trên. Giá trị đa dạng và mức độ tương đồng tăng lên. Cần có biện pháp hiệu quả và bền vững trong việc cải thiện và phục hồi chất lượng nước sông Thị Vải. Điều quan trọng và thiết thực đầu tiên là kiểm soát chất lượng chất thải, nước Số 21 - 2015 thải của các khu công nghiệp trước khi thải vào sông Thị Vải. Chính sách quản lý về mặt môi trường áp dụng cho dòng sông này cũng là một điều quan trọng cần được thực thi nghiêm túc. Tiếp tục giám sát, theo dõi, quan trắc định kỳ chất lượng nước sông mà thực vật phù du nói riêng và thủy sinh vật nói chung là một trong những yếu tố quan trọng cho việc đánh giá chất lượng nước thủy vực. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Horne, A.J., Goldman, C. R., 1994. Limnology (second edition). McGraw-Hill, Inc. pp. 111-139. [2] Wetzel, R.G., 2001. Limnology: lake and river ecosystems (3rd edition). Academic Press, San Diego, pp. 205-288, 331393. [3] Cimdins P., Druvietis. I, Liepa R., Parele E., Urtane L., Urtans A., 1995. A Latvian Catalogue of Indicator Species of Freshwater Saprobity. The Latvian Academy of Sciences. [4] Sournia A., 1978. Phytoplankton manual, UNESCO,UK. P.69-74, 251-260 [5] Standard methods for the examination of water and wastewater, 2005 APHA. Section 10200. [6] Nguyễn Văn Tuyên, 2003. Đa dạng sinh học tảo trong thủy vực nội địa Việt Nam - triển vọng và thử thách. NXB Nông Nghiệp Tp Hồ Chí Minh. Trang 40 – 46, 136 – 137. [7] Andersen P., 1996. Design and implementation of some harmful algae monitoring systems, UNESCO. Khoa học & Ứng dụng 71