Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đa dạng sinh học cá và mối quan hệ của chúng với chất lượng môi trường nước sông Cầu thuộc địa phận huyện Việt Yên, tỉnh Bắc Giang

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:89

Thêm vào BST

Báo xấu

75
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nhằm đánh giá đúng hiện trạng thành phần loài cá và xem xét mối quan hệ của chúng với chất lượng môi trường nước. Từ đó nhằm giúp chính quyền địa phương có những giải pháp hữu hiệu để bảo tồn ĐDSH và phần nào cải thiện được môi trường nước tại lưu vực sông Cầu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đa dạng sinh học cá và mối quan hệ của chúng với chất lượng môi trường nước sông Cầu thuộc địa phận huyện Việt Yên, tỉnh Bắc Giang

MỞ ĐẦU Sông Cầu hay còn gọi là sông Như Nguyệt hay sông Thị Cầu, là con sông chảy qua 6 tỉnh Bắc Cạn, Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, Bắc Giang, Bắc Ninh và Hải Dương. Nó là con sông quan trọng nhất trong hệ thống sông Thái Bình. Lưu vực sông Cầu là một trong những lưu vực sông lớn ở Việt Nam, có vị trí địa lý đặc biệt, đa dạng và phong phú về tài nguyên cũng như về lịch sử phát triển kinh tế xã hội của các tỉnh nằm trong lưu vực của Nó. Sông Cầu có nhiều vai trò quan trọng trong việc điều hòa khí hậu, giao thông vận tải, thủy điện, thủy lợi.v.v…Ngoài ra, nó còn cung cấp một lượng thực phẩm khá phong phú, đặc biệt là nguồn lợi cá. Những năm trước, lưu vực sông Cầu có sản lượng khai thác cá khá cao, với thành phần loài đa dạng, phong phú, có nhiều loài cá mang lại giá trị kinh tế cao. Tuy nhiên trong những năm gần đây, môi trường nước ở lưu vực sông Cầu bị ô nhiễm đã làm suy giảm đến nguồn tài nguyên thiên nhiên, phá hủy môi trường sống của nhiều loài thủy sinh, đặc biệt là các loài cá. Nguyên nhân chính gây ra tình trạng này là do có rất nhiều lượng chất thải đổ vào sông Cầu như: chất thải từ các nhà máy, xí nghiệp, chất thải sinh hoạt, chất thải từ các bệnh viện, chất thải rắn và các loại thuốc bảo vệ thực vật.v.v…Đặc biệt là hiện tượng khai thác cát, sỏi diễn ra hàng ngày trên sông Cầu, mạnh mẽ nhất là khu vực các làng Đông Tiến, Nam Ngạn gần cầu Bắc Ninh cũ thuộc huyện Việt Yên, tỉnh Bắc Giang. Chính vì những lý do trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Đa dạng sinh học cá và mối quan hệ của chúng với chất lượng môi trường nước sông Cầu thuộc địa phận huyện Việt Yên, tỉnh Bắc Giang”, với mong muốn đánh giá đúng hiện trạng thành phần loài cá và xem xét mối quan hệ 1
của chúng với chất lượng môi trường nước. Từ đó nhằm giúp chính quyền địa phương có những giải pháp hữu hiệu để bảo tồn ĐDSH và phần nào cải thiện được môi trường nước tại lưu vực sông Cầu. Nội dung của đề tài bao gồm: 1. Xác định thành phần loài cá của lưu vực sông Cầu thuộc địa phận huyện Việt Yên, tỉnh Bắc Giang. 2. Nghiên cứu biến động về thành phần loài cá của lưu vực sông Cầu theo không gian. 3. Nghiên cứu mối quan hệ giữa thành phần loài cá và độ phong phú của chúng với một số yếu tố sinh thái thủy, lý hóa. 4. Sử dụng chỉ số tổ hợp sinh học (index of biotic integrityIBI) cá để đánh giá chất lượng môi trường nước sông Cầu thuộc địa phận huyện Việt Yên, tỉnh Bắc Giang. 2
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Khái quát về HST sông 1.1.1. Các hệ thống sông lớn ở Việt Nam Sông ngòi Việt Nam tạo thành mạng lưới dày đặc, chứa lượng nước lớn, nhất là vào mùa lũ, tạo thuận lợi cho phát triển giao thông, thủy lợi, năng lượng và là cơ sở quan trọng cho sự phát triển nghề cá. Hai hệ thống sông lớn nhất ở nước ta là hệ thống sông Hồng – Thái Bình và Cửu Long – Đồng Nai. Hệ thống sông Hồng – Thái Bình: Hệ thống sông Hồng bắt nguồn từ dãy Ngụy Sơn, Vân Nam (Trung Quốc), chảy vào lãnh thổ Việt Nam ở Hà Khẩu với chiều dài dòng chính là 1.126km (đoạn ở Việt Nam dài 510km). Diện tích lưu vực là 145.965km2, riêng ở Việt Nam là 70.722km2 (chiếm 42,6% diện tích toàn miền Bắc) [30]. Các phân lưu chính của sông Hồng là sông Đáy, sông Đuống, sông Luộc, Trà Lí, sông Đào – Nam Định và sông Ninh Cơ. Hệ thống sông Thái Bình là tên gọi của một hệ thống sông gồm sông Thái Bình cùng các phụ lưu và chi lưu của nó. Các phụ lưu gồm sông Cầu, sông Thương và sông Lục Nam ở thượng nguồn với tổng chiều dài khoảng 1.650km và diện tích lưu vực khoảng 10.000km2. Ngoài ra, hệ thống sông này còn nhận một phần dòng chảy của sông Hồng trước khi đổ ra biển Đông [30]. 3
Hệ thống sông Cửu Long – Đồng Nai: Sông Mekông là con sông lớn nhất ở Đông Dương, bắt nguồn từ dãy Tuyết Sơn, Tây Tạng, tại độ cao trên 5.000m, với chiều dài dòng chính là 4.350km (ở Trung Quốc 2.000km, Lào 1.500km), chảy qua lãnh thổ nước ta trên một đoạn dài 220km. Diện tích lưu vực sông là 810.000km2, phần ở nước ta 64.300km2. Sông rất nhiều thác ghềnh, nhưng từ Kratie trở xuống, sông chảy vào vùng đồng bằng thấp một cách êm đềm [30]. Phụ lưu chính của sông Mêkông là Nậm Hu, Nậm Ngạn, Nậm Nhiếp, Nậm Kha Đinh, Xê Băngphai, Xê Băng Hiên, Xê San (tả ngạn), Nậm Kok, Xế Mun, Xêreepoc (hữu ngạn). Từ Phom Penh, sông có 3 chi lưu: sông Tonglesap đưa nước vào biển Hồ, sông Tiền và sông Hậu đưa nước ra biển qua chín cửa mà ta quen gọi là sông Cửu Long [30]. 1.1.2. Đặc điểm đăc trưng của hệ sinh thái sông 1.1.2.1. Điều kiện sống trong sông Sông là thủy vực nước chảy tiêu biểu với đặc điểm là khối nước luôn chảy theo một chiều nhất định, từ thượng lưu tới hạ lưu, do sự chênh lệch về độ cao so với mặt nước biển của dòng sông. Dòng chảy của một con sông khi nước đầy giữa hai bờ sông gọi là dòng chảy nền. Khi nước cạn, dòng chảy của một con sông thu vào dòng chảy gốc, cách xa hai bờ sông. Bãi đất cạn hở ra trong mùa nước cạn nằm giữa bờ sông và dòng chảy gốc gọi là bãi sông, có thể phân thành nhiều tầng. Theo dòng chảy, từ đầu nguồn tới cửa sông, dòng sông có thể chia thành 3 phần: đầu nguồn (thượng lưu), giữa nguồn (trung lưu), cuối nguồn (hạ lưu) với sự khác nhau về hình thái, tốc độ nước chảy, nền đáy và 4
nhiều đặc điểm khác. Sông ở thượng lưu thường hẹp, nông, tốc độ nước chảy mạnh, nền đáy là nền đáy gốc bao phủ bởi các phần tử vật chất cỡ lớn. Sông ở trung lưu có lòng sông rộng dần ra, có thêm nhiều phụ lưu, tốc độ nước giảm đi. Nền đáy sông ở phần này có tính chất hỗn hợp: nền đáy gốc chỉ có ở một số nơi, còn chủ yếu là nền đáy bồi đắp, cấu tạo bởi các phần tử vật chất cỡ nhỏ (đá nhỏ, cát, bùn) do nước sông tải đến, lắng đọng xuống. Vùng hạ lưu có lòng sông mở rộng cho tới cửa sông, tốc độ nước chảy giảm nhẹ. Nền đáy ở phần này hoàn toàn là nền đáy bồi đắp và chỉ gồm các phần tử vật chất cỡ nhỏ (cát, bùn). Vùng cửa sông là vùng tiếp xúc với biển, chịu ảnh hưởng rõ rệt của thủy triều, nước sông pha lẫn với nước biển tạo thành một vùng có đặc tính thủy lý hóa học và thủy sinh học rất phức tạp và đặc sắc. Tốc độ nước chảy của sông cũng thay đổi theo chiều ngang: mạnh ở giữa dòng, giảm nhẹ đi ở hai bên bờ. Do vận động của nước sông, bờ sông và nền đáy sông không ngừng bị hao mòn. Các vật chất bị bào mòn ở nơi này sẽ được tải đến bồi đắp ở nơi khác, do đó làm dòng sông luôn biến đổi theo chiều ngang cũng như theo chiều đứng, có khi làm dòng chảy đổi hướng tạo thành hình thái khúc khuỷu của dòng sông ở trung lưu [31]. Cùng một khối nước, tốc độ dòng chảy tỷ lệ nghịch với thiết diện ngang của lòng sông. Ở những nơi có các hố sâu hoặc khuỷu, nước chảy hình thành các xoáy, nước luôn bị xáo trộn mạnh. Nhìn chung, ở các sông đồng bằng, tốc độ vào mùa kiệt nước thường không vượt quá 1m/s, vào mùa lũ 1,5 – 2,0m/s, ở vùng núi 5 – 6m/s. 5
Mực nước của sông phụ thuộc vào điều kiện khí hậu của từng vùng, trước hết là sự thay đổi nguồn nước theo mùa, chế độ nước ngầm. Mực nước trên sông chênh lệch nhau khá lớn giữa mùa lũ và mùa kiệt, có nơi đạt đến 5 – 15m. Nhiệt độ nước trong sông phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ của nước cấp cho sông, vào khí hậu vùng mà dòng nước chảy qua và những đặc tính thủy động học khác nhau của dòng chảy. Sự dao động nhiệt theo mùa trong sông nằm trong giới hạn 0 – 30 0C, dao động ngày đêm 8 100C (vùng đồng bằng). Độ trong của nước sông phụ thuộc chính vào hàm lượng các chất chứa trong nước. Trong nước sông muối cacbonat có ý nghĩa quan trọng hơn là các ion khác như sulphat, nitrat, muối photpho, canxi, sắt, mangan… Lượng các chất hữu cơ phụ thuộc vào đặc tính của dòng chảy qua các vùng khác nhau và tiếp nhận sự rửa trôi của các lưu vực lân cận. Chế độ khí của sông nói chung thuận lợi cho đời sống sinh vật. Lượng oxy giảm từ thượng lưu tới hạ lưu [30]. 1.1.2.2. Sự phân bố của các quần xã sinh vật ở sông Những quần xã sinh vật sống trong dòng chảy, nơi nước luôn vận động có nhiều nét đặc trưng: Thành phần loài rất đa dạng do đa dạng về sinh cảnh (dạng hình, vị trí địa lí của sông, tốc độ và mực nước, đặc tính của nền đáy,…). Hơn nữa, sinh vật trong hệ thống sông bao gồm nhiều nhóm loài bản địa và những loài di nhập từ nơi khác đến (từ các thủy vực nước đứng của nội địa và từ 6
biển). Khi những loài từ nơi khác rơi vào sông, nhiều loài trong chúng bị chết, một số khác còn lại thích nghi với đời sống dòng chảy đã tồn tại và phát triển, đôi khi khá hưng thịnh [30]. Từ thượng nguồn tới cửa sông, tính đa dạng về thành phần loài, sự phát triển về số lượng, sinh vật lượng của quần xã sinh vật tăng dần, đồng thời có sự thay thế những nhóm ưa oxi bằng các nhóm kém ưa oxi hơn, những nhóm có khả năng chống chịu tốc độ dòng chảy lớn (thân trơn, dài, có giác bám,…) bằng những loài kém thích nghi hơn (cá thân cao), những loài ăn thịt (ấu trùng và côn trùng dưới nước) bằng những loài ăn thực vật, mùn bã và sinh vật nổi, những loài đẻ trứng vùi bằng những loài đẻ trứng bám và trứng nổi. Những thay thế đó liên quan chặt chẽ đến sự thay đổi của tốc độc dòng chảy [30]. Theo chiều ngang sông, thành phần loài và sự phát triển về số lượng, sinh vật lượng giảm từ bờ ra giữa dòng. Nơi giàu có nhất là nơi nước chảy yếu xuất hiện trên các triền sông. Quy luật này không rõ ở các đoạn sông miền núi do sự phân bố đồng đều của động vật đáy trên nền đáy khá đồng nhất [30]. Từ các nhóm sinh thái khác nhau, những nhóm phát triển phong phú là plankton, benthos, nekton, periphyton, còn neuson và pleuston hầu như vắng mặt [30]. Plankton: Bao gồm các thủy sinh vật sống trôi nổi một cách thụ động hoặc vận động yếu trong các lớp nước tầng mặt, chủ yếu nhờ vào chuyển động của khối nước mà di chuyển. Plankton bao gồm: bacterioplankton, phytoplankton, zooplankton. Về mặt chuyển hóa vật chất, plankton bao gồm các sinh vật sản xuất sơ cấp (phytoplankton), các sinh 7
vật tiêu thụ bậc thấp (zooplankton), các sinh vật phân hủy (bacterioplankton). Trong thành phần sinh vật nổi của sông, phát triển mạnh là vi khuẩn, tảo khuê, luân trùng, tảo lam, tảo lục, còn giáp xác nhỏ kém phát triển. Thành phần loài và số lượng nghèo ở thượng lưu và giàu dần lên ở hạ lưu. Do chế độ nước chảy mạnh, nên sinh vật nổi phân bố tương đối đồng đều theo chiều ngang cũng như thẳng đứng. Số lượng sinh vật nổi nhiều nhất vào kỳ nước thấp và nghèo đi vào kỳ nước cao. Trong thành phần sinh vật nổi các sông của miền Bắc Việt Nam, ở vùng đồng bằng thường có các loài giáp xác nguồn gốc biển hoặc nước lợ di nhập vào như các loài thuộc các giống Sinocalanus, Schmackeria, Cyathura.v.v.. [31]. Nekton: Sinh vật tự bơi là thành phần quan trọng trong các quần loại sinh vật ở trong tầng nước, bao gồm các động vật có kích thước lớn và phần lớn là các đối tượng khai thác. Sinh vật tự bơi đều là các sinh vật tiêu thụ ở các bậc dinh dưỡng khác nhau, có cấu tạo cơ thể phức tạp, có cơ quan vận động chủ động, tích cực. Sinh vật tự bơi ở sông gồm có cá, bò sát, ở nước và động vật có vú ở nước. Các loài cá sông có thể là cá thường trú, có thể là cá từ biển di nhập vào từng thời gian để sinh sản. Thành phần khu hệ cá sông thường không đồng nhất từ thượng lưu về hạ lưu, ở mỗi quãng sông có một khu hệ cá đặc trưng. Vùng thượng lưu sông Hồng có nhiều loài cá đặc trưng cho vùng núi như: cá Bỗng, cá Sỉnh, cá Hỏa, cá Chát, cá Lòa.v.v., trong khi đó ở vùng hạ lưu, khu hệ cá gồm các loài phổ biến ở vùng đồng bằng (cá Chép, cá Diếc, cá Mè, cá Chày.v.v.) và các loài cá từ biển di cư vào như (cá Mòi, cá Cháy.v.v.). Một số loài cá khác phân bố rộng từ thượng lưu tới hạ lưu sông như cá Mương, cá Chạch, cá Măng, cá Nheo.v.v.[31]. 8
Benthos: Thành phần sinh vật sống ở nền đáy bao gồm cả sinh vật sản xuất, tiêu thụ, và phân hủy. Sinh vật tiêu thụ ở đây được đặc trưng bởi những nhóm động vật ăn mùn bã sinh vật hoặc bùn đáy. Ở những vùng nước sâu không còn ánh sáng thì thực vật không còn nữa và sinh vật đáy chỉ còn là những sinh vật tiêu thụ (động vật) ở các bậc dinh dưỡng khác nhau và sinh vật phân hủy (vi khuẩn). + Theo vị trí nơi ở thì benthos được chia thành: sinh vật sống trên mặt nên đáy (epifauna) và nhóm sống chui xuống nền đáy (infauna). + Theo tính ưa nền đáy thì benthos được chia thành: sinh vật ưa đáy bùn (pelophile), sinh vật ưa đáy cát (psammophile), sinh vật ưa đáy đá (lithophile), sinh vật ưa đáy sét (argilophile),… + Theo kích thước, sinh vật đáy có thể được chia thành nhiều kích cỡ khác nhau; sinh vật đáy lớn (marcobenthos) có kích thước lớn hơn 2mm, sinh vật đáy vừa (mesobenthos) từ 0,1 – 2mm và sinh vật đáy nhỏ (microbenthos) dưới 0,1mm. Một cách tổng quát, có thể chia sinh vật đáy thành hai nhóm lớn: động vật đáy (zoobenthos) và thực vật đáy (phytobenthos). 1.1.2.3. Một số đặc điểm thích nghi quan trọng của quần xã sinh vật ở sông Ở các đại diện thuộc quần xã nơi nước chảy, sinh vật có những thích nghi chuyên hóa cho phép chúng bám trụ được trong các thủy vực nước chảy nhanh. Có thể liệt kê một số đặc điểm thích nghi quan trọng nhất: 9
Bám thường xuyên vào giá thể cứng như đá, phiến gỗ, khối lá. Các thực vật sản xuất quan trọng nhất cũng được liệt vào loại này. Đó là tảo lục sống bám như Clado phora với những mấu phụ dài…Một số loài động vật cũng sống bám vào giá thể, đó là thủy tức nước ngọt và ấu trùng bọ suối mà bằng dịch của tuyến tiết chuyên hóa đã gắn tổ kén của chúng vào đá. Móc và giác bám: Phần lớn các loài động vật sống ở nơi nước chảy nhanh thường có móc bám hoặc giác bám cho phép chúng bám chắc vào bề mặt giá thể hầu như rất trơn. Ví dụ như: hai loài ấu trùng thuộc bộ Hai cánh trong giống Simulium và giống Plepharocera. Simulium không những sử dụng giác bám ở sau cơ thể mà còn tiết các sợi tơ buộc mình vào giá thể. Bề mặt phía dưới có chất dính: Nhiều động vật bám vào giá thể bằng chất dính ở bề mặt phía dưới cơ thể, như một số nhuyễn thể chân bụng và giun dẹp. Cơ thể hình thoi: Hầu hết các động vật sống trong sông, từ ấu trùng côn trùng đến cá đều có cơ thể hình thoi nhọn, nghĩa là cơ thể của chúng có dạng gần giống như hình trứng: phía trước lượn tròn và phía sau vuốt nhọn. Điều đó cho phép giảm sức cản của nước đến mức tối thiểu. Cơ thể dẹp: Nhiều loài động vật sống ở nơi nước chảy nhanh không chỉ có cơ thể dạng hình thoi nhọn mà còn dẹp nữa. Điều đó cho phép chúng dễ dàng ẩn náu vào trong khe, kẽ và vào phía dưới các tảng đá. Ví dụ như thiếu trùng phù du và thiêu thân. Tính hướng dương theo dòng chảy: Động vật sống ở sông luôn luôn định hướng ngược với dòng chảy. Đó là loại hình tập tính bẩm sinh. 10
Tính hướng tiếp xúc dương: Nhiều động vật ở sông có tập tính bẩm sinh đặc trưng là bám chặt vào bề mặt hoặc duy trì tiếp xúc chặt chẽ với bề mặt. Nếu như thả một nhóm thiếu trùng thiêu thân vào lọ trơn thì chúng tìm bám ngay vào các que hoặc mảnh vụn thực vật nằm ở đáy. Nếu như không có bề mặt tiếp xúc thích hợp thì chúng bám vào nhau [3]. 1.2. Đa dạng sinh học cá và ý nghĩa của nó trong các hệ sinh thái nước 1.2.1. Đa dạng sinh học cá Khái niệm về Đa dạng sinh học: Thuật ngữ đa dạng sinh học (biodiversity) ra đời từ những năm 80 của thế kỷ trước và được hiểu là “sự phồn vinh của sự sống trên Trái Đất, là hàng triệu loài thực vật, động vật và vi sinh vật, là những gen chứa trong các loài, là những hệ sinh thái vô cùng phức tạp cùng tồn tại trong môi trường “ (WWF, 1989). McNeely et al. (1991) cho rằng, “Đa dạng sinh học là một khái niệm chỉ tất cả động vật, thực vật và vi sinh vật, những đơn vị phân loại dưới chúng và các hệ sinh thái mà sinh vật là những đơn vị cấu thành”. Đó là một thuật ngữ bao trùm đối với mọi mức độ biến đổi của thiên nhiên, gồm cả số lượng và tần suất xuất hiện của các hệ sinh thái, của loài hay gen trong một tập hợp đã biết”. Như vậy đa dạng sinh học được xét trong 3 cấp: đa dạng về loài sinh vật, đa dạng về gen chứa trong các loài hay đa dạng về di truyền, đa dạng về hệ sinh thái [29]. Đa dạng sinh học cá: Cá gồm 4 lớp trong tổng số 8 lớp thuộc phân ngành động vật có xương sống hiện sống. Chúng rất đa dạng, gồm khoảng 11
21.000 loài sống trong môi trường nước, từ các vực nước trong lục địa cũng như ở đại dương kể cả những vùng sâu thẳm. Chúng đông hơn động vật có xương sống ở cạn. Mặc dù cá là động vật có xương sống cổ nhất, chúng đã có một thời hưng thịnh, sau đó được thay thế bởi các nhóm động vật có xương sống tiến hóa hơn. Nhưng không có bất cứ động vật nào ở biển đe dọa được sự tồn tại của chúng [5]. 1.2.2. Ý nghĩa đa dạng sinh học cá trong các hệ sinh thái nước Đa dạng sinh học đóng vai trò rất quan trọng đối với sinh giới và con người. Việt Nam được coi là “điểm nóng” về đa dạng sinh học trên thế giới với 3 lý do: Thành phần các giống loài động vật, thực vật khá phong phú. Riêng ở dưới nước đã xác định được trên 2740 loài và dưới loài thủy sinh vật nước ngọt và trên 11000 loài thủy sinh vật nước mặn. Có mức độ đặc hữu cao so với các nước trong phân vùng Đông Dương (MacKinnon,1986). Đa dạng sinh học bị thất thoát nghiêm trọng vào bậc nhất [29]. Đối với các hệ sinh thái nước, cá có vai trò và ý nghĩa to lớn: Đảm bảo cân bằng sinh thái ở các thủy vực, góp phần đảm bảo không một loài nào đó phát triển hoặc là suy giảm số lượng một cách quá mức. Thành phần mỗi loài cá là một mắt xích trong chuỗi và lưới thức ăn của quần xã dưới nước, nó đảm bảo sự tuần hoàn vật chất và sự chuyển hóa năng lượng ở các HST nước. Làm cho không một loài nào đó phát triển hoặc là suy giảm số lượng một cách quá mức. Là nguồn gen dự trữ. 12
Cung cấp nguồn thực phẩm phong phú cho con người. Trong đó phải kể đến HST sông cung cấp thường xuyên rất nhiều loại cá nước ngọt có chất lượng cao về thịt như (cá Anh Vũ, cá Chép, cá trôi, cá chuối, cá Trắm…). Cung cấp nguồn dược liệu. Ở HST sông có một số loài cá có thể dùng làm thuốc. Ví dụ: mật cá Trắm đen có thể làm thuốc sát trùng [36]. Thỏa mãn nhu cầu thẩm mỹ của con người do một số loài được nuôi cảnh. Phục vụ cho công tác nghiên cứu khoa học để phát triển nghề cá và bảo tồn ĐDSH; đồng thời có thể sử dụng chỉ số đa dạng sinh học cá (index of biotic intergrity IBI) để việc đánh giá chất lượng môi trường nước. HST nước có ĐDSH cá có thể phát triển làm nơi du lịch. Ví dụ: ao cá Bác Hồ, ở Thanh Hóa có suối cá thần Cẩm Lương – Cẩm Thủy thu hút rất nhiều khách du lịch trong và ngoài nước đến thăm, quan [10,24]. 1.3. Quan hệ của Đa dạng sinh học cá với một số yếu tố sinh thái chính ở HST sông Các nhân tố vô sinh của môi trường sống bao gồm các yếu tố lý, hóa, cơ học của môi trường nước và nền đáy cùng với quá trình biến đổi của chúng trong đời sống thủy vực. Ở hệ sinh thái sông có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến ĐDSH cá như: đặc tính cơ lý học (áp lực nước, độ nhớt, ánh sáng, nhiệt độ,…), đặc tính thủy học (chuyển động của khối nước trong thủy vực), đặc tính thủy hóa học (chất hòa tan, chất vẩn, pH) của khối nước, đặc tính nền đáy, các yếu tố hữu sinh. Trong phạm vi luận văn 13
này chúng tôi chỉ đề cập đến các yếu tố chính ảnh hưởng mẽ tới ĐDSH cá: độ trong, nhiệt độ, pH, chất hòa tan [31]. 1.3.1. Quan hệ với các yếu tố thủy lý Độ trong: Độ trong chịu ảnh hưởng bởi các phần lơ lửng khác nhau và có vai trò rất quan đối với sinh vật ở nước. Trước hết độ trong thấp sẽ làm giảm khả năng xuyên sâu của ánh sáng bề mặt, qua đó giới hạn quang hợp cũng như tầm nhìn của các động vật sống ở nước [30]. Hệ số hấp thụ ánh sáng của nước tỷ lệ nghịch với độ trong của nước [31]. Khi quang hợp bị giới hạn thì sự sống của sinh vật sản xuất, đặc biệt là thực vật nổi cũng bị giới hạn từ đó làm giảm các sinh vật tiêu thụ ở các bậc khác nhau trong đó có cá. Độ trong của nước ở sông thường rất thấp. Ở các con sông lớn, độ trong chỉ trong khoảng 12 m còn ở các sông nhỏ có khi chỉ vài cm [30,31]. Nhiệt độ: Nguồn nhiệt chủ yếu của nước trong các thủy vực là từ bức xạ mặt trời và chủ yếu do các tia có sóng dài gồm hồng ngoại, đỏ da cam. Lớp nước trên mặt hấp thụ nhiều nhiệt hơn ở lớp nước dưới sâu nên các tia sáng này chủ yếu chỉ tập trung ở các lớp nước tầng trên. Chế độ nhiệt ở nước tương đối ổn định hơn trong không khí, do có độ tỏa nhiệt và thu nhiệt lớn đồng thời các lớp nước ở trên bề mặt và ở dưới sâu có sự điều hòa nhiệt độ lẫn nhau trong quá trình lạnh đi hay bốc hơi, làm cho nhiệt độ của cả khối nước tương đối ít biến đổi [31]. Nhiệt độ nước trong thủy vực có ảnh hưởng lớn đến thủy sinh vật và có tính chất quyết định đối với đời sống thủy sinh vật. Trong đời sống 14
cá thể, nhiệt độ có ảnh hưởng tới tốc độ trao đổi chất, thông qua ảnh hưởng đối với hoạt động của các enzyme theo định luật Vanhoff, do đó chế độ nhiệt trong các thủy vực ảnh hưởng tới nhịp độ sinh sản và phát triển của thủy sinh vật. Cùng với nồng độ muối, chế độ nhiệt trong thủy vực quyết định sự phân bố theo vĩ độ, theo thủy vực của thủy sinh vật nói chung và cá nói riêng [3,31]. Độ muối: Độ mặn hay độ muối được ký hiệu S‰ (S salinity độ mặn) là tổng lượng (tính theo gram) các chất hòa tan chứa trong 1 kg nước. Đối với các loài thủy sinh vật, độ muối là một nhân tố sinh thái quan trọng vì nó ảnh hưởng lớn tới các yếu tố khác như: pH, nhiệt độ, hàm lượng oxy hòa tan, các nguồn thức ăn .v.v…[49], đồng thời có vai trò xác định giới hạn phân bố của các loài. Độ dẫn: Độ dẫn điện của nước liên quan đến sự có mặt của các ion trong nước. Các ion này thường là muối của kim loại như muối NaCl, KCl và các iôn 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 hòa tan trong nước. Để xác định độ dẫn điện, người ta thường dùng các máy đo điện trở hoặc cường độ dòng điện [49]. 1.3.2. Quan hệ với các yếu tố thủy hóa Độ pH: Trong thành phần nước thiên nhiên, ion H+ có hàm lượng rất nhỏ, nhưng có một vai trò rất quan trọng. Độ pH trong nước phụ thuộc vào 15
nhiều yếu tố và ảnh hưởng đến hàm lượng của nhiều thành phần khác. Độ pH phụ thuộc vào hàm lượng muối hữu cơ đáy hồ và khả năng thủy phân của các muối kim loại nặng. Ở các thủy vực nội địa nước thay đổi từ axit (pH từ 3,4 – 6,95), trung tính (pH từ 6,95 – 7,3), kiềm (pH từ 7,3 – 10) [31]. Độ pH trong thủy vực có thể biến đổi theo ngày đêm, do biến đổi của hàm lượng CO2 trong nước trong quá trình quang hợp. Độ pH cũng thay đổi theo độ sâu, càng xuống sâu càng giảm đi do sự thay đổi hảm lượng CO2 theo độ sâu. Ngoài ra, độ pH còn biến đổi theo mùa do biến đổi của các quá trình phân hủy chất hữu cơ, liên quan tới hàm lượng CO2 trong nước [31]. Giữa độ pH của nước trong thủy vực và thủy sinh vật có quan hệ qua lại rất mật thiết. Hoạt động sống của thủy sinh vật như quang hợp, hô hấp làm thay đổi độ pH của nước trong thủy vực. Ngược lại pH của nước ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp tới sự phân bố và hoạt động sống của thủy sinh vật. Độ pH thay đổi còn làm thay đổi cân bằng các hệ thống hóa học trong nước, qua đó gián tiếp ảnh hưởng đời sống thủy sinh vật, Ví dụ pH axit làm muối của Fe hòa tan nhiều trong nước gây độc cho thủy sinh vật [31]. Điểm gây chết của axit và kiềm lần lượt xấp xỉ thấp hơn 4 và cao hơn 11. Với mức pH từ 4 – 6,5 cá phát triển chậm. Vào buổi sáng, giá trị pH trong môi trường thay đổi trong khoảng 6,5 – 9,0, được coi là phù hợp nhất cho cá sinh trưởng và phát triển [40]. Nếu cá bị chuyển nhanh chóng từ môi trường nước này sang môi trường nước khác có sự khác nhau nhiều về pH thì cá bị sốc hoặc chết ngay cả khi pH của môi trường mới chuyển sang trong khoảng chịu đựng thông thường của loài cá đó [40]. 16
Hàm lượng oxy hóa học (COD): Trong hóa học môi trường, chỉ tiêu và thử nghiệm nhu cầu ôxy hóa học (COD chemical oxygen demand) được sử dụng rộng rãi để đo gián tiếp khối lượng các hợp chất hữu cơ có trong nước. Phần lớn các ứng dụng trong sử dụng chỉ số là nhằm xác định khối lượng của các chất ô nhiễm hữu cơ tìm thấy trong nước bề mặt (ví dụ trong các con sông hay hồ), làm cho COD là một phép đo hữu ích về chất lượng nước. Nó được biểu diễn theo đơn vị đo là miligam trên lít (mg/l), chỉ ra khối lượng ôxy cần tiêu hao trên một lít dung dịch. Các nguồn tài liệu cũ còn biểu diễn nó dưới dạng các đơn vị đo khác như phần triệu (ppm) [49]. Hàm lượng oxy sinh hóa (BOD): Nhu cầu ôxy hóa sinh học hay nhu cầu ôxy sinh học (ký hiệu: BOD Biochemical (hay Biological) Oxygen Demand), là một chỉ số được sử dụng để xác định xem các sinh vật sử dụng hết ôxy trong nước nhanh hay chậm như thế nào. Nó được sử dụng trong quản lý và khảo sát chất lượng nước cũng như trong sinh thái học hay khoa học môi trường. BOD không là một thử nghiệm chính xác về mặt định lượng, mặc dù nó có thể coi như là một chỉ thị về chất lượng của nguồn nước [49]. Các chất hòa tan trong nước: Chất hòa tan trong nước thiên nhiên bao gồm nhiều thành phần khác nhau. Có thể chia làm ba nhóm lớn là: chất vô cơ hòa tan, chất hữu cơ hòa tan và chất khí hòa tan [31].  Chất vô cơ hòa tan: Chất vô cơ hòa tan trong tự nhiên gồm 3 thành phần: 17
+ Thành phần muối cơ bản là thành phần chủ yếu của muối vô cơ hòa tan trong nước thiên nhiên. Trong nước ngọt thành phần này chiếm tới 90 – 95%, trong nước có nồng độ muối cao, tới 99%. Thành phần muối cơ bản này gồm các muối clorit, sunfat cacbonat, hidrocacbonat của Na, Mg, Ca và K. Thành phần này tồn tại trong nước thiên nhiên dưới dạng các ion chủ yếu: Cl, SO4, HCO3, CO3, Na, K, Mg, và Ca. + Các nguyên tố tạo sinh (biogen) gồm các hợp chất vô cơ và hữu cơ hòa tan của N, P và Si, là các chất cần thiết cho sự tạo thành cơ thể sống. Thuộc vào nhóm này còn có thể kể cả một số muối khác như Na, Ca, K, Mg…và được gọi chung là các muối dinh dưỡng. N ở trong nước ở dạng các ion NH4+, NO2, NO3, và các chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan trong nước. P cũng ở dạng vô cơ và hữu cơ hòa tan hoặc không hòa tan trong nước. Dạng vô cơ trong nước tự nhiên là H3PO4 và các dẫn xuất. Si trong nước tự nhiên ở dạng hòa tan có thể là H4SiO4 và các dẫn xuất. + Các nguyên tố vi lượng bao gồm các nguyên tố có hảm lượng rất nhỏ, nhưng rất quan trọng đối với đời sống thủy sinh vật. Các nguyên tố này rất nhiều và càng ngày càng được phát hiện nhiều thêm bằng các phương pháp phân tích hiện đại. Các nguyên tố phổ biến là: Fe, Ni, Pb, Cu, Mn, Co, …  Chất hữu cơ hòa tan: Trong thành phần nước tự nhiên, ngoài lượng chất hữu cơ chứa trong sinh vật, còn có thành phần chất hữu cơ ở các dạng khác ngoài sinh vật như chất hữu cơ hòa tan, chất vẩn và chất keo [31].  Chất khí hòa tan: 18
Trong nước thiên nhiên có các chất khí hòa tan, trong đó các chất khí thường gặp và có hàm lượng cao như: O2, CO2, N2, CH4, H2S, NH3. Nguồn gốc của các chất khí này là: từ không khí đi vào nước (O2, CO2, N2) hoặc do các quá trình sống của thủy sinh vật và các quá trình chuyển hóa vật chất xảy ra trong thủy vực (CO 2, CH4, H2S, NH3, H2) hay do quá trình phân giải khí và chuyển hóa ở các lớp đất sâu dưới tác dụng của nhiệt độ cao và áp lực cao (CO2, CO, H2S, NH3, HCl…). Đối với nước trên mặt đất, hai nguồn gốc trên là chủ yếu, còn đối với nước ngầm, nguồn gốc thứ ba là chủ yếu. Để đánh giá chất lượng nước, thường dùng chỉ tiêu hàm lượng oxy hòa tan trong nước (DO). Nồng độ oxy hòa tan là chỉ thị quan trọng thể hiện chất lượng nước trong thủy vực [6]. Oxy hòa tan có trong thủy vực là từ không khí và từ hoạt động quang hợp của thực vật trong tầng quang hợp. Lượng oxy này sẽ được tiêu thụ trong quá trình hô hấp, trong các quá trình ôxy hóa các chất trong thủy vực, nếu ở hàm lượng cao có thể thoát ra ngoài không khí. Ở nền đáy, oxy còn được chuyển từ oxit mangan khó hòa tan trong nước lắng xuống đáy. Khi mất oxy, chất này lại trở thành hợp chất Mn hòa tan, lấy lại oxy trong nước rồi lại lắng xuống đáy. + Khí Cacbonic: Cũng từ không khí, từ hoạt động hô hấp của thủy sinh vật và từ các quá trình phân hủy chất hữu cơ mà tạo ra trong nước. CO 2 hòa tan trong nước được tiêu thụ trong quá trình quang hợp, trong quá trình chuyển hóa thành HCO3 và CO32 và có thể thoát ra ngoài nước. Hàm lượng oxy và CO2 trong nước của các thủy vực phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như nhiệt độ nước và nồng độ muối,… Hàm lượng oxy và CO2 trong thủy vực còn biến đổi theo mùa, theo ngày đêm, theo độ sâu, theo 19
hoạt động sống của thủy sinh vật, các quá trình chuyển hóa vật chất hữu cơ trong thủy vực và theo sự thay đổi đặc tính vận động của khối nước. Phân bố của oxy và CO2 trong các thủy vực cũng theo quy luật nhất định. Các tầng nước trên thường giàu oxy, có khi tới bão hòa, rồi giảm dần theo độ sâu. Các tầng nước sâu thường giàu CO2 và nghèo oxy, có khi còn có các khí độc (CH4, H2S). + H2S: Trong thủy vực, H2S được hình thành do hoạt động của vi khuẩn thối rữa phân hủy chất hữu cơ và vi khuẩn lưu huỳnh khử sunfat trong nước. Loại thứ nhất hay gặp ở nước ngọt, loại thứ hai hay gặp ở biển và đại dương, nơi có nhiều sunfat. Khối lượng H 2S sinh ra trong thủy vực nhiều khi rất lớn, làm nhiễm độc một diện tích rất rộng trong thủy vực. H2S là khí rất độc, trực tiếp hay gián tiếp gây tác hại cho thủy sinh vật. Có những thủy sinh vật chết ở nổng độ H2S rất nhỏ. H2S còn làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước, thu hẹp diện tích hoạt động bắt mồi của thủy sinh vật trong các thủy vực [31]. 1.4. Khái quát về chỉ số tổ hợp sinh học (Index of Biotic Integrity IBI) 1..4.1. Lịch sử của chỉ số tổ hợp sinh học – IBI Chỉ số tổ hợp sinh học được phát triển bởi James R. Karr từ năm 1981 và đầu những năm 80. Ban đầu Ông đã sử dụng quần xã cá trong các dòng suối vùng phía tây ở miền Trung nước Mỹ để tính điểm IBI. IBI được phát triển bởi vì có nhiều ưu điểm như có tính hiệu quả, dễ sử dụng, không tốn kém và khá chính xác [38,42]. IBI là cách tiếp cận sử dụng phương pháp so sánh để đo tổ hợp sinh học (Moyle và Randall, 1998). Tổ hợp sinh học được kiểm tra bởi so sánh 20