Tiến Sĩ Nghiên cứu khả năng tích tụ thủy ngân trong nghêu Bến Tre Meretrix lyrata (Sowerby, 1825) ở khu vực

LUẬN ÁN TIẾN SỸ
NĂM 2014
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .iv
DANH SÁCH CÁC BẢNG v
DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ . vii
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5
1.1. Dạng tồn tại, độc tính và chu trình thủy ngân trong môi trường 5
1.1.1. Dạng tồn tại trong môi trường và ứng dụng .5
1.1.2. Độc tính của các hợp chất thủy ngân .6
1.1.3. Chu trình hóa nguồn phát thải thủy ngân toàn cầu 7
1.2. Tổng quan về khu vực cửa sông Bạch Đằng .7
1.2.1. Những đặc điểm tự nhiên khu vực cửa sông Bạch Đằng 8
1.2.2. Tổng quan xu thế biến đổi của thủy ngân trong nước tại khu vực cửa sông Bạch Đằng 11
1.2.2.1. Xu thế biến đổi theo chu kỳ triều cường .11
1.2.2.2. Xu thế biến đổi theo mùa và năm .12
1.2.2.3. Xu thế biến đổi theo không gian .13
1.2.3. Kiểm kê các nguồn thải thủy ngân ở vùng cửa sông Bạch Đằng 15
1.2.4. Nguồn lợi thủy hải sản và nghề nuôi nghêu ở vùng cửa sông Bạch Đằng 17
1.3. Đặc điểm của nghêu Meretrix lyrata .18
1.3.1. Phân bố .18
1.3.2. Hình thái cấu tạo của nghêu Meretrix lyrata .19
1.3.2.1. Hình thái bên ngoài .19
1.3.2.2. Cấu tạo bên trong 20
1.3.3. Cách thức ăn lọc .21
1.3.4. Quy trình nuôi nghêu .21
1.3.5. Mức độ tích tụ kim loại nặng .23
1.3.5.1. Trên thế giới 23
1.3.5.2. Ở Việt Nam 26

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. 29
2.1. Đối tượng nghiên cứu 29
2.2. Áp dụng mô hình thực nghiệm nghiên cứu mức độ tích tụ thủy ngân trong nghêu 30
2.2.1. Các điều kiện để áp dụng mô hình thực nghiệm .30
2.2.2. Bố trí thí nghiệm ngoài hiện trường 31
2.2.3. Đánh giá ngưỡng gây chết và đào thải của nghêu tại phòng thí nghiệm 33
2.3. Đo kích thước của nghêu .36
2.4. Phân tách mô thịt và dạ dày nghêu 36
2.5. Qui trình xác định thủy ngân trong sinh vật và môi trường .37
2.5.1. Lựa chọn phương pháp phân tích thủy ngân 37
2.5.2. Thu mẫu và xử lý mẫu .38
2.5.3. Phương pháp phân tích thủy ngân vô cơ tại phòng thí nghiệm 40
2.5.4. Đánh giá sai số và độ chính xác của phương pháp 41
2.6. Xác định hệ số tích tụ sinh học .43
2.7. Các phương pháp phân tích lipit và TSS .44
2.8. Cơ sở xác định mức độ tiêu thụ thực phẩm an toàn 45
2.9. Phương pháp xử lý số liệu .45
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN. 47
3.1. Đặc điểm tự nhiên của bãi nuôi và qui luật phát triển của nghêu .47
3.1.1. Đặc điểm tự nhiên của bãi nuôi nghêu 47
3.1.1.1. Vị trí khu vực nghiên cứu .47
3.1.1.2. Đặc điểm thủy hóa bãi nuôi nghêu thí nghiệm .47
3.1.1.3. Thành phần cấp hạt nền đáy của bãi nuôi nghêu .50
3.1.2. Xu thế phát triển của nghêu ở khu vực cửa sông Bạch Đằng .51
3.1.2.1. Đánh giá tăng trưởng của nghêu nuôi ở hai ô thí nghiệm 51
3.1.2.2. Xây dựng công thức tính tuổi nghêu .54
3.1.2.3. Giải thích xu thế phát triển sinh trưởng của nghêu 58
3.2. Xu thế biển đổi thủy ngân trong môi trường bãi nuôi nghêu vùng cửa sông Bạch Đằng 60
3.2.1. Các dạng tồn tại của thủy ngân trong môi trường nước bãi nghêu 60
3.2.1.1. Nồng độ thủy ngân tổng (HgT) .61
3.2.1.2. Nồng độ thủy ngân hòa tan (HgI) .62
3.2.1.3. Hàm lượng thủy ngân liên kết chất rắn lơ lửng (HgTSS) 63
3.2.1.4. Nồng độ metyl thủy ngân (HgMe) 66
3.2.2. Các dạng tồn tại của thủy ngân trong môi trường trầm tích bãi nghêu .68
3.3. Đánh giá khả năng tích tụ thủy ngân của nghêu Meretrix lyrata ở vùng cửa sông Bạch Đằng 70
3.3.1. Nguồn tích tụ thủy ngân của nghêu ở ngoài môi trường tự nhiên 70
3.3.1.1. Tích tụ trong mô thịt 71
3.3.1.2. Tồn dư trong dạ dày 78
3.3.2. Đánh giá ngưỡng gây chết và đào thải của nghêu ở điều kiện phòng thí nghiệm 80
3.3.2.1. Xác định nồng độ thủy ngân nghêu tích tụ tối đa .80
3.3.2.2. Đánh giá mức độ đào thải của nghêu ở phòng thí nghiệm 82
3.3.3. Hệ số tích tụ thủy ngân của nghêu nuôi ngoài hiện trường 84
3.3.3.1. Hệ số tích tụ thủy ngân của nghêu từ môi trường nước 84
3.3.3.2. Hệ số tích tụ của nghêu từ môi trường trầm tích 89
3.3.4. Đề xuất an toàn thực phẩm 90
3.3.4.1. Cở sở đề xuất sử dụng an toàn thực phẩm .90
3.3.4.2. Khuyến cáo mức độ sử dụng nghêu làm thực phẩm 92
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .94
Kết luận 94
Khuyến nghị .95
TÀI LIỆU THAM KHẢO .96
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ 103
PHỤ LỤC .
MỞ ĐẦU
Xã hội càng phát triển, công nghiệp hóa càng nhanh nên chất thải độc hại đưa vào vào môi trường càng gia tăng. Các chất độc hại rò rỉ từ quá trình sản xuất, vận chuyển và lưu trữ trong kho. Ngay cả nước rỉ, thẩm thấu từ bãi rác cũng gây nguy hiểm cho khu dân cư xung quanh. Các loại ô nhiễm hóa học sinh ra từ quá trình sản xuất nông nghiệp và khai thác quá mức tài nguyên thiên nhiên đang ngày càng làm nguy hại cho sinh quyển. Tác động ấy không những ảnh hưởng đến loài người mà đến các sinh vật sống trên trái đất. Các độc chất được tích tụ sinh học qua chuỗi thức ăn và xâm nhập vào cơ thể con người, chúng gây ra những sự biến đổi, tồn lưu và tác động đến sức khỏe của con người. Sự tích tụ sinh học được định nghĩa như là một quá trình sinh vật lưu giữ các hóa chất trực tiếp từ môi trường vô sinh (nước, khí và đất) và từ nguồn thức ăn (truyền dưỡng). Các hóa chất trong môi trường được sinh vật hấp thu qua quá trình khuếch tán thụ động. Cơ quan đầu tiên cho việc hấp thu bao gồm màng phổi, mang và đường ruột. Các hóa chất phải xuyên qua lớp đôi lipit của màng để đi vào trong cơ thể. Tiềm năng tích tụ sinh học các hóa chất có liên quan với khả năng hòa tan của các chất trong lipit. Môi trường nước là nơi các chất có ái lực với lipit xuyên qua tấm chắn giữa môi trường tự nhiên và sinh vật. Bởi vì sông, hồ và đại dương như là các bể lắng các chất và sinh vật thủy sinh chuyển một lượng lớn nước xuyên qua màng hô hấp của chúng (mang) cho phép tách một lượng các hóa chất từ nước vào cơ thể. Thủy sinh vật có thể tích tụ sinh học các hóa chất và đạt đến mức cao hơn nồng độ chất đó có trong môi trường. Trong môi trường biển ven bờ, nhóm động vật nhuyễn thể sống đáy đã được các nhà khoa học chọn làm đối tượng nghiên cứu do khả năng tích tụ sinh học cao, đời sống ít
di chuyển, ăn lọc mùn bã hữu cơ, v.v . Điều này cũng đi kèm với nguy cơ mất an toàn cho con người khi sử dụng chúng làm thực phẩm nếu hàm lượng độc tính (ví dụ: nhóm kim loại nặng, nhóm hữu cơ khó phân hủy) tích tụ trong mô thịt và nội tạng đủ lớn. Cho đến nay hầu hết các nước phát triển đã ban hành những tiêu chuẩn an toàn đối với việc tiêu thụ thủy sản nói chung và nhóm động vật nhuyễn thể nói riêng. Hiện nay, nuôi trồng thủy hải sản ở nước ta ngày càng có xu hướng phát triển mạnh, nhất là khi Việt Nam trở thành thành viên 150 của tổ chức thương mại thế giới (WTO), đã mở ra cho Việt Nam một tiềm năng xuất khẩu lớn, đặc biệt là thủy hải sản. Một trong những mặt hàng thủy hải sản được thị trường thế giới ưa chuộng là nhuyễn thể hai mảnh vỏ.
Hiện nay, chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm được người tiêu dùng quan tâm, nhất là loài thủy hải sản có giá trị xuất khẩu. Ở Việt Nam, các nghiên cứu về tích tụ các độc chất ở các loài thủy hải sản phân bố ngoài tự nhiên hoặc nuôi ở vùng biển ven bờ còn thiếu hoặc không có số liệu nghiên cứu. Đặc biệt khu vực Đông bắc Bắc Bộ (bao gồm thành phố Hải Phòng và tỉnh Quảng Ninh) có hệ động vật nhuyễn thể phong phú và đa dạng. Các nghiên cứu về chất lượng thực phẩm với các loài nhuyễn thể hai mảnh có giá trị kinh tế cao (ngao, sò huyết, sò lông, .) còn ít được quan tâm nên cần thiết triển khai nghiên cứu mức độ tích tụ các độc chất đối với những loài sinh vật có vai trò chỉ thị sinh học này.
Để lựa chọn sinh vật trong các nghiên cứu tích tụ phải đáp ứng các điều kiện như: đời sống tĩnh tại, có khả năng tích tụ chất ô nhiễm, đời sống đủ dài, kích thước phù hợp để cung cấp mô thịt đủ lớn phục vụ cho phân tích và dễ thu mẫu. Trong thực tế, khó có loài sinh vật nào đáp ứng được tất cả các tiêu chí. Loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ, có khả năng tích tụ các chất ô nhiễm cao gấp nhiều lần trong môi trường nước, ăn lọc và ít di chuyển nên chúng thường được chọn làm các sinh vật chỉ thị, đối tượng nghiên cứu trong lĩnh vực độc học môi trường. Ở khu vực cửa sông Bạch Đằng, một trong các loài nhuyễn thể được nuôi phổ biến là loài nghêu trắng Bến Tre (Meretrix lyrata). Hệ sinh thái cửa sông là nơi tiếp nhận các chất thải từ lục địa đổ ra biển, được rất nhiều các nhà khoa học trong và ngoài nước nghiên cứu. Cửa sông Bạch Đằng có những nét đặc trưng tiêu biểu của cửa sông khí hậu nhiệt đới, đa dạng sinh học cao và dồi dào nguồn lợi thủy sản khai thác để phát triển kinh tế. Đây là hệ sinh thái đặc biệt vì bao gồm các phụ hệ sinh thái nước lợ, nước mặn và một phần phụ hệ sinh thái nước ngọt nên sinh vật đóng vai trò cho từng hệ sinh thái. Khả năng trao đổi nước ở cửa sông Bạch Đằng rất lớn giữa khối nước ngọt và khối nước biển, khả năng sa lắng, bồi tụ đã tạo nên những bãi triều rộng lớn, giàu dinh dưỡng. Các bãi triều thuận lợi cho nghề nuôi nghêu vì đáp ứng các điều kiện phát triển của chúng nhờ có nguồn thức ăn phong phú, các núi đá vôi và rạn san hô cung cấp can xi để tạo ra vỏ cứng. Vùng khai thác có diện tích từ 150 ha đến 4000 ha và có nhiều loài được khai thác rải rác quanh năm.
Một nguy cơ hiện hữu là khu vực cửa sông Bạch Đằng hàng năm phải tiếp nhận nhiều nguồn thải gây ô nhiễm môi trường từ các hoạt động phát triển kinh tế xã hội. Các chất ô nhiễm từ các nguồn công nghiệp (hoạt động cảng, giao thông thủy, đóng và sửa chữa tàu, phá dỡ tàu cũ và các khu công nghiệp ven biển), nông nghiệp và sinh hoạt. Các chất ô nhiễm được quan tâm trong các nghiên cứu gần đây chủ yếu là kim loại nặng và các chất hữu cơ bền khó phân hủy.
Kim loại nặng là khái niệm để chỉ các kim loại có nguyên tử lượng lớn hơn 6g/cm3, chúng thường có độc tính đối với sinh vật. Một số kim loại nặng ở dưới mức độ cho phép là các nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự sống, thành phần của tế bào (Cu, Zn, Ni, Co) nhưng ở ngưỡng vượt giới hạn cho phép sẽ tác động đến đời sống sinh vật. Đối với các nguyên tố kim loại nặng (Cd, Hg, Pb) là các độc chất môi trường, chỉ cần một hàm lượng rất nhỏ cũng có thể gây ngộ độc đối với sinh vật. Có những nguyên tố tồn tại trong môi trường rất thấp nhưng mức độ tích tụ theo chuỗi thức ăn và khuếch đại sinh học làm cho lượng chất độc trong cơ thể sinh vật tăng lên. Một trong các độc chất được nhiều nhà khoa học quan tâm vì tính độc và khả năng tích tụ sinh học cao là thủy ngân (Hg). Thủy ngân đi vào môi trường từ các nguồn thải của ngành công nghiệp ở khu vực cửa sông Bạch Đằng như nhà máy nhiệt điện sử dụng than, nhà máy sản xuất thép, doanh nghiệp sản xuất thiết bị điện tử, công nghiệp mỹ phẩm, các thiết bị y tế và ngành nông nghiệp (các chất diệt khuẩn). Thuỷ ngân (đặc biệt là dạng metyl thủy ngân) đã được hấp thu và đồng hoá vào sinh vật bậc thấp, tồn tại trong đó và có thể xâm nhập tiếp vào sinh vật
bậc cao. Thảm kịch xảy ra cho người dân ở Minamata (Nhật bản) vì metyl thủy ngân theo chuỗi thức ăn từ các vi sinh vật vào cá nhỏ, đến những loại cá lớn có trong bữa ăn hằng ngày của cư dân địa phương. Năm 1953, ô nhiễm thủy ngân đã đạt đến mức nguy hiểm, người nhiễm độc bị các triệu chứng liệt mà hiện nay được gọi là bệnh Minamata. Vì vậy nghiên cứu khả năng tích tụ thủy ngân trong nghêu Meretrix lyrata nuôi tại khu vực cửa sông Bạch Đằng nhằm khuyến cáo kịp thời đối với sức khỏe hàng triệu dân cư sống ở khu vực này. Trong luận án này sẽ làm rõ hai mục tiêu chính:
- Xây dựng mối quan hệ của các dạng thủy ngân trong môi trường nước, trầm tích và trong mô thịt nghêu M.lyrata tại khu vực nghiên cứu để đánh giá vai trò chỉ thị sinh học của đối tượng này.
- Xác định các hệ số tích tụ sinh học thủy ngân đối với loài nghêu M.lyrata để đánh giá điều kiện tích tụ cao nhất và các khuyến cáo vệ sinh an toàn thực phẩm.
Nội dung nghiên cứu chính của luận án:
- Tổng quan các tài liệu trong và ngoài nước liên quan đến luận án nghiên cứu.
- Đánh giá các đặc trưng về điều kiện tự nhiên, môi trường khu vực cửa sông Bạch Đằng.
- Xác định mối tương quan của hàm lượng thủy ngân trong mô thịt nghêu và trong môi trường nước và trầm tích tại khu vực nghiên cứu.
- Nghiên cứu khả năng tích tụ thủy ngân bằng mô hình thực nghiệm ngoài hiện trường và xác định mức độ đào thải trong phòng thí nghiệm.
Kết quả của luận án có tính mới trong nghiên cứu khoa học và ý nghĩa thực tiễn cao:
Xác định qui luật sinh trưởng của nghêu Meretrix lyrata ở vùng cửa sông Bạch Đằng và ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên đối với sự phát triển của nghêu, xây dựng công thức xác định nhanh tuổi nghêu (tháng) theo kích thước.
Nghiên cứu hàm lượng các dạng thủy ngân trong môi trường (nước, trầm tích) và sinh vật ở khu vực cửa sông Bạch Đằng. Đặc biệt là các kết quả nghiên cứu về metyl thủy ngân tích lũy trong loài nghêu Meretrix lyrata chưa có số liệu nghiên cứu trước đây tại khu vực này.
Xác định cơ chế tích tụ thủy ngân tích tụ trong nghêu nuôi Meretrix lyrata ở khu vực cửa sông Bạch Đằng trong điều kiện tự nhiên, đánh giá vai trò chỉ thị môi trường.
Bước đầu nghiên cứu mức độ đào thải thủy ngân trong phòng thí nghiệm, tính các hệ số tích tụ sinh học làm cơ sở đề xuất sử dụng nghêu làm thực phẩm đảm bảo an toàn cho sức khỏe người tiêu dùng.