Thạc Sĩ Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn nhằm xây dựng, thử nghiệm bộ chỉ thị sinh học phục vụ quan tr

iv
MỤC LỤC
Trang

Danh mục chữ viết tắt xi
Danh mục Bảng .xiii
Danh mục Hình .xv
MỞ ĐẦU 1
PHẦN I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 2
1. THÔNG TIN CHUNG 2
1.1. Tên đề tài 2
1.2. Đơn vị thực hiện .2
1.3. Chủ nhiệm đề tài .2
1.4. Thời gian thực hiện .2
1.5. Mục tiêu 2
1.6. Phương pháp thực hiện .3
1.7. Kinh phí thực hiện 3
2. PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3
3. NỘI DUNG THỰC HIỆN 3
4. SẢN PHẨM CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI 5
PHẦN II. TỔNG QUAN CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC ÁP DỤNG CÁC CHỈ THỊ
SINH HỌC 6
1. TỔNG QUAN VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC . 6
1.1. Chỉ thị sinh học (biological indicators) 6
1.1.1. Khái niệm .6
1.1.2. Các loại chỉ thị sinh học .6
1.1.2.1. Chỉ thị loài .6
1.1.2.2. Chỉ thị quần xã 7
1.1.2.3. Chỉ thị hệ sinh thái 7
Là các đo đạc năng suất sơ cấp hoặc quá trình hô hấp của quần xã .7
1.1.3. Sử dụng Chỉ thị sinh học (CTSH) 7
1.1.4. Đặc tính của các chỉ thị sinh học 8
1.1.5. Sinh vật chỉ thị (bioindicators) .9
1.1.5.1. Đặc điểm cơ bản của sinh vật chỉ thị (bioindication) .9
1.1.5.2. Các kiểu sinh vật chỉ thị .9
1.1.6. Dấu hiệu sinh học (biomarkers) 10
1.1.6.1. Dấu hiệu sinh lý-sinh hoá 10
1.1.6.2. Dấu hiệu sinh thái .10
1.2. Chỉ thị sinh học đặc trưng cho môi trường nước chảy .11
1.2.1. Quần xã sinh vật của hệ sinh thái suối-sông .11
1.2.2. Các sinh vật chỉ thị đặc trưng cho thủy vực nước chảy 13
1.2.2.1. Vi khuẩn 13
1.2.2.2. Động vật nguyên sinh 14
1.2.2.3. Tảo .14
1.2.2.4. Thực vật thuỷ sinh lớn (Macrophyta) .14
1.2.2.5. Động vật không xương sống cỡ lớn (ĐVKXSCL) 14
1.2.2.6. Cá .15 v
1.2.3. Các chỉ thị quần xã .15
1.2.3.1. Phụ vùng điểm khởi đầu 15
1.2.3.2. Phụ vùng ô nhiễm .16
1.2.3.3. Phụ vùng mới bị ô nhiễm .16
1.2.3.4. Phụ vùng bị ô nhiễm 16
1.2.3.5. Phụ vùng phục hồi 17
1.2.3.6. Phụ vùng nước sạch .17
2. TỔNG QUAN VỀ HỆ SINH THÁI THUỶ VỰC NƯỚC CHẢY CỦA VIỆT NAM 17
2.1. Thuỷ vực nước chảy .18
2.1.1. Khái niệm chung về thủy vực nước chảy .18
2.1.1.1. Suối 18
2.1.1.2. Sông .19
2.1.1.3. Hệ thống sông .20
2.1.2. Các đặc tính cơ bản của thuỷ vực nước chảy .20
2.1.2.1. Sự biến động nước theo thời gian .20
2.1.2.2. Khả năng tự tái tạo của các lưu vực 21
2.1.3. Tính chất lý, hóa của nước sông .23
2.1.3.1. Thành phần hóa học của nước sông 23
2.1.3.2. Tính chất vật lý .24
2.2. Hệ sinh thái thuỷ vực nước chảy 25
2.2.1. Đặc trưng của hệ sinh thái thủy vực nước chảy .25
2.2.2. Cấu trúc hệ sinh thái thuỷ vực nước chảy 26
2.2.2.1. Quần xã sinh vật của hệ sinh thái suối - sông .26
2.2.2.2. Mức dinh dưỡng của hệ sinh thái suối - sông .27
2.2.2.3. Tính chất liên tục của hệ sinh thái suối - sông 27
2.2.2.4. Lưới thức ăn 29
2.3. Tổng quan hệ thống sông suối Việt Nam .30
3. ĐÁNH GIÁ MỐI QUAN HỆ GIỮA QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC SÔNG VÀ
CHỈ THỊ SINH HỌC 32
3.1. Quan trắc môi trường 32
3.1.1. Khái niệm .32
3.1.2. Vai trò của quan trắc môi trường 33
3.1.3. Các bước trong quan trắc môi trường .33
3.2. Mối liên quan giữa các yếu tố lý hoá của môi trường và các sinh vật thuỷ sinh 34
3.2.1. Nhiệt độ của nước .35
3.2.2. pH .35
3.2.3. Độ trong suốt/ Độ đục 35
3.2.4. Dinh dưỡng .35
3.2.5. DO (oxy hòa tan) 36
3.2.6. Nhu cầu ôxy hoá học (COD) 36
3.2.7. Nhu cầu ôxy sinh hoá (BOD) .36
3.2.8. Độ muối 36
3.2.9. Chất rắn lơ lửng 37
3.2.10. Các kim loại nặng .37
3.3. Quan trắc môi trường và các phương pháp 37
3.3.1. Quan trắc môi trường bằng phương pháp dùng thông số lý - hóa 37 vi
3.3.2. Quan trắc môi trường bằng phương pháp dùng chỉ thị sinh học 38
3.3.3. Quan trắc môi trường bằng phương pháp kết hợp dùng thông số lý-hoá và chỉ
thị sinh học .40
PHẦN III. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC 41
1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CỦA CÁC NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI . 41
1.1. Lịch sử nghiên cứu chỉ thị sinh học trên thế giới .41
1.2. Những nghiên cứu đầu tiên trong lĩnh vực sử dụng sinh vật chỉ thị quan trắc ô
nhiễm nước - Hệ thống phân loại ô nhiễm và Vùng đối chứng .43
1.2.1. Hệ thống phân loại ô nhiễm 44
1.2.2. Vùng đối chứng 45
1.3. Các nghiên cứu về chỉ số sinh học .46
1.3.1. Các chỉ số ban đầu xác định ô nhiễm nước 47
1.3.2. Chỉ số thiếu hụt số loài .47
1.3.3. Chỉ số đa dạng sinh học 48
1.3.4. Chỉ số sinh học Beck 49
1.3.5. Chỉ số ô nhiễm 50
1.3.6. Các chỉ số ô nhiễm khác .51
1.3.7. Chỉ số sinh học tổ hợp 52
1.4. Một số ứng dụng chỉ số sinh học trong đánh giá chất lượng nước sông 53
1.4.1. Ứng dụng chỉ số sinh học tổ hợp - IBI đánh giá các con sông thuộc lưu vực
sông Hồng - Mỹ 53
1.4.1.1. Vùng nghiên cứu 54
1.4.1.2. Cách tiếp cận .54
1.4.1.3. Áp dụng chỉ số tổ hợp sinh học cho lưu vực sông Hồng .55
1.4.1.4. Kết quả 56
1.4.2. Ứng dụng chỉ số sinh học tổ hợp - IBI đánh giá chất lượng môi trường nước
sông Khan và Kshipra, Ấn Độ 56
1.4.2.1. Vùng nghiên cứu 56
1.4.2.2. Các vấn đề nghiên cứu .57
1.4.2.3. Tính toán thông số IBI .59
1.4.2.4. Kết quả 60
1.4.3. Hướng dẫn đánh giá chất lượng môi trường nước ngọt dựa vào các chỉ thị
sinh học ở Úc và New Zealand .61
1.4.3.1. Hướng tiếp cận .61
1.4.3.2. Lựa chọn các chỉ thị phù hợp cho đánh giá 64
1.4.4. Ứng dụng nhóm động vật không xương sống đáy cỡ lớn vào đánh giá chất
lượng môi trường nước ở Trung Quốc .65
1.4.5. Các nghiên cứu dùng sinh vật chỉ thị vào đánh giá chất lượng môi trường ở
Nhật Bản .67
1.4.6. Indonesia và các bước tiến trong ứng dụng sinh quan trắc vào theo dõi diễn
biến môi trường sông 68
1.4.7. Sử dụng nhóm động vật không xương sống đáy cỡ lớn vào phân tích môi
trường ở Thái Lan .69
2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ở TRONG NƯỚC 70
2.1. Các nghiên cứu trong nước dùng sinh vật vào đánh giá chất lượng môi trường 71
2.1.1. Giám sát sinh học môi trường nước ngọt bằng động vật không xương sống cỡ lớn
71 vii
2.1.2. Ứng dụng phương pháp nghiên cứu đa dạng sinh học hệ sinh thái thủy vực
vào sinh quan trắc chất lượng môi trường nước Việt Nam 73
2.1.3. Nghiên cứu sinh vật chỉ thị vùng cửa sông 75
2.1.4. Quan trắc ở sông Tô Lịch .77
2.1.5. Sử dụng động vật không xương sống cỡ lớn để đánh giá chất lượng nước
trên 4 hệ thống kênh chính tạo thành phố Hồ Chí Minh 77
2.1.6. Đánh giá hiện trạng môi trường một số nhánh sông lưu vực sông Cầu sử
dụng các loài thuỷ sinh .79
2.1.7. Sử dụng động vật không xương sống cỡ lớn đánh giá chất lượng nước 79
2.1.8. Quan trắc sinh học thủy vực dòng sông Đu sử dụng nhóm động vật không
xương sống cỡ lớn 80
2.2. Nhận xét 81
PHẦN IV. ĐỀ XUẤT BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC PHỤC VỤ QUAN TRẮC MÔI
TRƯỜNG LƯU VỰC SÔNG 83
1. CÁC TIÊU CHÍ CƠ BẢN ĐỂ XÂY DỰNG BỘ CHỈ THỊ 83
1.1. Nguyên tắc lựa chọn chỉ thị 83
1.2. Các tiêu chí lựa chọn sinh vật chỉ thị theo điều kiện Việt Nam 83
1.2.1. Đối với nhóm loài sinh vật chỉ thị môi trường .83
1.2.2. Đối với nhóm loài sinh vật chỉ thị tích tụ .84
1.2.3. Đối với quần xã sinh vật chỉ thị 85
2. ĐỀ XUẤT BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC (ĐẦY ĐỦ VÀ RÚT GỌN) CHO THUỶ VỰC
NƯỚC CHẢY Ở VIỆT NAM 86
2.1. Một số khái niệm 86
2.2. Đề xuất Bộ chỉ thị sinh học đầy đủ và rút gọn .86
2.2.1. Tổng quan Bộ chỉ thị sinh học đầy đủ và rút gọn .86
2.2.2. Căn cứ lựa chọn Bộ chỉ thị sinh học rút gọn 87
2.2.2.1. Căn cứ lựa chọn cho 3 nhóm đối tượng của Bộ chỉ thị rút gọn .87
2.2.2.2. Căn cứ lựa chọn cho 3 loại chỉ thị thuộc Bộ chỉ thị rút gọn 88
2.3. Các chỉ thị được đề xuất trong Bộ chỉ thị sinh học đầy đủ và rút gọn .89
2.3.1. Thực vật nổi (Phytoplankton) .89
2.3.1.1. Loài/chi tảo chỉ thị 89
2.3.1.2. Chỉ số tỷ lệ giữa các taxon .90
2.3.1.3. Chỉ số đa dạng (H'; D) 91
2.3.2. Thực vật bám (Periphyton) .93
2.3.3. Thực vật thuỷ sinh lớn (Macrophyta) .94
2.3.3.1. Loài chỉ thị 94
2.3.3.2. Tích tụ kim loại nặng .94
2.3.4. Động vật nổi .95
2.3.4.1. Loài chỉ thị 95
2.3.4.2. Chỉ số tỷ lệ giữa các taxon .96
2.3.4.3. Chỉ số đa dạng (H’, D) .96
2.3.5. Động vật không xương sống đáy cỡ lớn (Macrobenthos) (ĐVKXSĐCL) .96
2.3.5.1. Chỉ số đa dạng (H’, D) .96
2.3.5.2. Tích tụ kim loại nặng .96
2.3.5.3. Hệ thống điểm BMWP 96
2.3.6. Động vật KXS đáy cỡ trung bình và giun tròn (Nematoda) .103
2.3.7. Cá 104 viii
2.3.7.1. Chỉ số sinh học tổ hợp (Intergrated Biological Index - IBI) 105
2.3.7.2. Tích tụ kim loại nặng .105
PHẦN V. THỬ NGHIỆM ÁP DỤNG BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC PHỤC VỤ QUAN
TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY .106
1. GIỚI THIỆU CHUNG 106
1.1. Địa điểm nghiên cứu .106
1.1.1. Đặc điểm LVS Nhuệ - Đáy 106
1.1.2. Phạm vi nghiên cứu 106
1.1.3. Vị trí các điểm quan trắc trên lưu vực sông Nhuệ - Đáy 106
1.2. Thời gian quan trắc .109
1.3. Các thông số được xem xét đánh giá 109
1.3.1. Các thông số lý hoá 109
1.3.1.1. Loại thông số 109
1.3.1.2. Phương pháp quan trắc .109
1.3.2. Các chỉ thị sinh học 111
1.3.3. Phân tích tương quan 111
2. KẾT QUẢ ĐỐI CHIẾU 112
2.1. Đánh giá chất lượng nước LVS Nhuệ - Đáy dựa trên thông số thủy hóa .112
2.1.1. DO 112
2.1.1.1. Sông Nhuệ 112
2.1.1.2. Sông Đáy .113
2.1.1.3. Các sông khác .114
2.1.1.4. So sánh giữa các sông trong LVS Nhuệ - Đáy .114
2.1.2. COD và BOD 5 115
2.1.2.1. Sông Nhuệ 115
2.1.2.2. Sông Đáy .116
2.1.2.3. Các sông khác thuộc lưu vực sông Nhuệ Đáy 117
2.1.2.4. So sánh giữa các sông thuộc lưu vực sông Nhuệ Đáy .118
2.1.3. NH 4
+ (tính theo N) 119
2.1.3.1. Sông Nhuệ 119
2.1.3.2. Sông Đáy .120
2.1.3.3. Các sông khác .120
2.1.3.4. So sánh giữa các sông thuộc lưu vực sông Nhuệ Đáy .121
2.1.4. Tổng P 122
2.1.4.1. Sông Nhuệ 122
2.1.4.2. Sông Đáy .123
2.1.4.3. Các sông khác thuộc lưu vực sông Nhuệ Đáy 123
2.1.4.4. So sánh giữa các sông thuộc lưu vực sông Nhuệ Đáy .124
2.2. Đánh giá chất lượng nước LVS Nhuệ - Đáy dựa trên các chỉ thị sinh học 124
2.2.1. Động vật nổi - Zooplankton .124
2.2.1.1. Thành phần loài 124
2.2.1.2. Chỉ số đa dạng sinh học .130
2.2.2. Thực vật nổi - Phytoplankton .133
2.2.2.1. Thành phần loài 133
2.2.2.2. Chỉ số đa dạng sinh học .139
2.2.3. Động vật không xương sống đáy cỡ lớn (ĐVKXSĐCL) - Chỉ số ASPT .142 ix
2.2.3.1. Thành phần loài 142
2.2.3.2. Giá trị ASTP .142
2.3. Tương quan giữa kết quả thủy hóa và các chỉ thị quần xã .145
2.3.1. So sánh kết quả thuỷ hoá và các chỉ thị quần xã 145
2.3.2. Tính toán Hệ số tương quan .147
PHẦN VI. DỰ THẢO HƯỚNG DẪN ÁP DỤNG BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC ĐỐI VỚI
QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG LƯU VỰC SÔNG 149
1. DỰ THẢO HƯỚNG DẪN ÁP DỤNG BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC ĐẦY ĐỦ 149
1.1. Mở đầu 149
1.1.1. Mục tiêu 149
1.1.2. Phạm vi áp dụng .149
1.1.3. Đối tượng áp dụng 149
1.1.4. Đối tượng nghiên cứu .149
1.1.4.1. Nhóm sinh vật .149
1.1.4.2. Các loại chỉ thị 151
1.2. Lựa chọn phương pháp và quy trình lấy mẫu .152
1.2.1. Lựa chọn địa điểm lấy mẫu 152
1.2.2. Lấy mẫu tại hiện trường .153
1.2.2.1. Các dụng cụ thu mẫu 153
1.2.2.2. Phương pháp lấy mẫu tại hiện trường .156
1.2.3. Xử lý và bảo quản mẫu tại hiện trường 158
1.2.3.1. Phân loại và xử lý mẫu tại hiện trường .158
1.2.3.2. Bảo quản mẫu tại hiện trường .159
1.3. Phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm .160
1.3.1. Phương pháp phân tích định tính 160
1.3.2. Phương pháp phân tích định lượng .160
1.4. Phân tích số liệu và lập báo cáo 161
1.4.1. Phương pháp phân tích số liệu 161
1.4.1.1 Thực vật nổi .161
1.4.1.2. Thực vật bám (Periphyton) 164
1.4.1.3. Thực vật thuỷ sinh lớn (Macrophyta) .165
1.4.1.4. Động vật nổi .165
1.4.1.5. Động vật không xương sống đáy cỡ lớn (Macrobenthos) (ĐVKXSĐCL) 167
1.4.1.6. Động vật KXS đáy cỡ trung bình và giun tròn (Nematoda) 169
1.4.1.7. Cá .170
1.4.2. Lập báo cáo kết quả quan trắc 171
2. DỰ THẢO HƯỚNG DẪN ÁP DỤNG BỘ CHỈ THỊ SINH HỌC RÚT GỌN 172
2.1. Mở đầu 172
2.1.1. Mục tiêu 173
2.1.2. Phạm vi áp dụng .173
2.1.3. Đối tượng áp dụng 173
2.1.4. Đối tượng nghiên cứu .173
2.1.4.1. Nhóm sinh vật .173
2.1.4.2. Các loại chỉ thị 174
2.2. Lựa chọn phương pháp và quy trình lấy mẫu .174
2.2.1. Lựa chọn địa điểm lấy mẫu 174 2.2.2. Lấy mẫu tại hiện trường .176
2.2.2.1. Các dụng cụ thu mẫu 176
2.2.2.2. Phương pháp lấy mẫu tại hiện trường .177
2.2.3. Xử lý và bảo quản mẫu tại hiện trường 179
2.2.3.1. Phân loại và xử lý mẫu tại hiện trường .179
2.2.3.2. Bảo quản mẫu tại hiện trường .180
2.3. Phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm .180
2.3.1. Phương pháp phân tích định tính 181
2.3.2. Phương pháp phân tích định lượng .181
2.4. Phân tích số liệu và lập báo cáo 182
2.4.1. Phương pháp phân tích số liệu 182
2.4.1.1 Thực vật nổi .182
2.4.1.2. Động vật nổi .184
2.4.1.3. Động vật không xương sống đáy cỡ lớn (Macrobenthos) (ĐVKXSĐCL) 185
2.4.2.2. Lập báo cáo kết quả quan trắc .188
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 189
TÀI LIỆU THAM KHẢO 193
PHỤ LỤC 1. BIỂU MẪU PHÂN TÍCH CÁC NHÓM SINH VẬT CHỈ THỊ .196
Mẫu 1: PHIẾU PHÂN TÍCH MẪU THỰC VẬT NỔI .196
Mẫu 2: PHIẾU PHÂN TÍCH MẪU ĐỘNG VẬT NỔI 197
Mẫu 3: PHIẾU PHÂN TÍCH MẪU ĐVKXS CỠ LỚN 198
PHỤ LỤC 2. KHOÁ ĐỊNH LOẠI CÁC NHÓM ĐỘNG VẬT NỔI VÀ ĐỘNG VẬT
KHÔNG XƯƠNG SỐNG ĐÁY .199
KHÓA ĐỊNH LOẠI TỚI PHÂN BỘ VÀ HỌ . 199
KHÓA ĐỊNH LOẠI TỚI HỌ . 201
KHÓA ĐỊNH LOẠI TỚI HỌ . 201
ĐỊNH LOẠI CÁC NHÓM ĐỘNG VẬT KHÔNG XƯƠNG SỐNG THƯỜNG GẶP Ở
NƯỚC NGỌT . 203