Nghiên cứu đa dạng sinh học tảo phù du tại các thủy vực nước ngọt ở Đà Nẵng

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu đa dạng sinh học tảo phù du tại các thủy vực nước ngọt ở Đà Nẵng, góp phần bảo tồn và phát triển sinh thái.

• Trường học: Trường Đại Học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Khoa Học
• Đề tài: Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học Nghiên Cứu Đa Dạng Sinh Học Tảo Phù Du Ở Một Số Thủy Vực Nước Ngọt Tại Thành Phố Đà Nẵng
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 1. Tính cấp thiết của đề tài
• 2. Mục tiêu đề tài
• 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 5. Cấu trúc luận văn
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Khái quát về vi tảo
• 1.1.1. Hệ thống phân loại vi tảo
• 1.1.2. Hình thái và cấu tạo tế bào của vi tảo
• 1.1.3. Hình thức sinh sản của vi tảo
• 1.1.4. Ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường đối với vi tảo
• 1.1.5. Dinh dưỡng của thủy vực
• 1.1.6. Sự phân bố của tảo phù du
• 1.2. Vai trò của tảo phù du trong tự nhiên và đời sống
• 1.2.1. Mặt có lợi của tảo phù du
• 1.2.2. Mặt có hại của tảo phù du
• 1.3. Tình hình nghiên cứu tảo phù du
• 1.3.1. Tình hình nghiên cứu tảo phù du trên thế giới
• 1.3.2. Tình hình nghiên cứu tảo phù du ở Việt Nam
• 1.4. Điều kiện tự nhiên của khu vực nghiên cứu
• 1.4.1. Vị trí địa lý
• 1.4.2. Điều kiện tự nhiên
• 1.4.3. Sông ngòi, ao hồ
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỊA ĐIỂM, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Địa điểm, thời gian nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp ngoài thực địa
• 2.2.2. Phương pháp phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đặc điểm chất lượng môi trường nước
• 3.2. Thành phần loài tảo phù du ở các thủy vực tại thành phố Đà Nẵng
• 3.3. Độ giàu loài tảo phù du ở các thủy vực tại thành phố Đà Nẵng
• 3.4. Tương quan chất lượng môi trường nước và cấu trúc thành phần loài tảo phù du
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

Tóm tắt

I. Tổng quan nghiên cứu đa dạng sinh học tảo phù du Đà Nẵng

Nghiên cứu về đa dạng sinh học tảo phù du tại các thủy vực nước ngọt đóng vai trò nền tảng trong việc đánh giá sức khỏe hệ sinh thái. Tảo phù du, hay vi tảo, là mắt xích đầu tiên trong chuỗi thức ăn, có vai trò then chốt trong việc chuyển hóa năng lượng mặt trời thành sinh khối. Luận văn thạc sĩ của tác giả Lâm Thị Hồng Ngát (2019) đã cung cấp một cái nhìn toàn diện về hiện trạng và sự phân bố của các loài tảo tại một số thủy vực nước ngọt tại thành phố Đà Nẵng. Tảo phù du không chỉ là nguồn thức ăn cho động vật thủy sinh mà còn là nhân tố quan trọng trong chu trình sinh địa hóa, đặc biệt là chu trình oxy và cacbon. Sự hiện diện và cấu trúc quần xã của chúng phản ánh trực tiếp chất lượng môi trường nước. Do có vòng đời ngắn và nhạy cảm với sự thay đổi của các yếu tố lý hóa, tảo phù du được xem là sinh vật chỉ thị lý tưởng cho tình trạng ô nhiễm. Một sự thay đổi nhỏ trong hàm lượng dinh dưỡng như nitơ hay phospho có thể dẫn đến sự bùng phát của một số loài, gây ra hiện tượng "nước nở hoa". Vì vậy, việc thực hiện một công trình nghiên cứu đa dạng sinh học tảo phù du chuyên sâu là vô cùng cần thiết. Công trình này không chỉ bổ sung dữ liệu khoa học còn thiếu cho khu vực Đà Nẵng mà còn đặt cơ sở cho việc xây dựng các công cụ giám sát sinh học, góp phần vào công tác quản lý tài nguyên nước bền vững. Việc xác định thành phần loài và mối tương quan của chúng với môi trường là bước đi đầu tiên để hiểu rõ động thái của hệ sinh thái, từ đó đề xuất các giải pháp bảo tồn và quản lý hiệu quả cho các thủy vực nước ngọt tại thành phố Đà Nẵng.

1.1. Vai trò quan trọng của tảo phù du trong hệ sinh thái nước ngọt

Tảo phù du là sinh vật sản xuất sơ cấp, tạo nên nền tảng của lưới thức ăn trong hầu hết các hệ sinh thái thủy vực. Chúng thực hiện quá trình quang hợp, chuyển hóa CO2 và năng lượng ánh sáng thành các hợp chất hữu cơ, đồng thời giải phóng oxy vào môi trường nước. Vai trò này đặc biệt quan trọng trong việc duy trì nồng độ oxy hòa tan (DO), yếu tố sống còn của các sinh vật hiếu khí. Ngoài ra, sinh khối của tảo phù du là nguồn thức ăn trực tiếp cho động vật phù du, ấu trùng tôm, cá và các loài nhuyễn thể. Giá trị dinh dưỡng của chúng rất cao, chứa nhiều protein, lipid và vitamin thiết yếu. Trong các thủy vực chịu tác động của ô nhiễm hữu cơ, tảo phù du góp phần làm sạch môi trường bằng cách hấp thụ một lượng lớn các chất dinh dưỡng dư thừa như nitơ và phospho, ngăn chặn tình trạng phú dưỡng hóa nghiêm trọng.

1.2. Tính cấp thiết của việc đánh giá đa dạng sinh học thủy vực

Thành phố Đà Nẵng sở hữu một hệ thống sông ngòi và hồ chứa phong phú, nhưng các nghiên cứu về đa dạng sinh học tại đây chủ yếu tập trung vào động thực vật bậc cao. Khoảng trống kiến thức về các sinh vật bậc thấp như tảo phù du là rất lớn. Việc đánh giá đa dạng sinh học tảo phù du trở nên cấp thiết khi các thủy vực nước ngọt tại thành phố Đà Nẵng đang phải đối mặt với áp lực từ quá trình đô thị hóa và hoạt động công nghiệp. Nghiên cứu thành phần loài và sự phân bố của tảo không chỉ cung cấp dữ liệu khoa học cơ bản mà còn là cơ sở để nhận diện các loài có giá trị kinh tế hoặc các loài có khả năng gây hại. Đây là tiền đề khoa học quan trọng để tiến hành các nghiên cứu sâu hơn về phân lập, nuôi trồng và ứng dụng tảo trong các lĩnh vực như xử lý môi trường, sản xuất nhiên liệu sinh học và nuôi trồng thủy sản.

II. Thách thức trong quản lý chất lượng nước thủy vực Đà Nẵng

Quản lý chất lượng môi trường nước tại các thủy vực ở Đà Nẵng đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là sự biến động của các yếu tố lý hóa và áp lực từ nguồn thải. Kết quả phân tích từ nghiên cứu của Lâm Thị Hồng Ngát cho thấy sự khác biệt rõ rệt về chất lượng nước giữa 10 điểm khảo sát. Đáng báo động là tình trạng tại hồ Bàu Trảng và hồ Công Viên. Tại hồ Bàu Trảng, chỉ số pH lên tới 10,93, vượt xa ngưỡng cho phép của QCVN 08-MT:2015/BTNMT, cho thấy môi trường có tính kiềm rất cao, có thể gây hại cho hầu hết các sinh vật thủy sinh. Đồng thời, hàm lượng oxy hòa tan (DO) ở đây rất thấp, trong khi hàm lượng nitơ tổng số (TN) lại cao vượt trội (18,039 mg/L). Tình trạng tương tự cũng được ghi nhận tại hồ Công Viên. Nồng độ DO thấp và TN cao là những dấu hiệu điển hình của ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng, thường xuất phát từ nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý. Những thách thức này đòi hỏi một hệ thống giám sát hiệu quả. Việc sử dụng các sinh vật chỉ thị như tảo phù du trong nghiên cứu đa dạng sinh học là một hướng tiếp cận hiệu quả và tiết kiệm chi phí để theo dõi và cảnh báo sớm các vấn đề về chất lượng môi trường nước tại các thủy vực nước ngọt của thành phố Đà Nẵng.

2.1. Biến động các thông số môi trường pH DO TN và PO4

Kết quả khảo sát cho thấy các thông số môi trường tại các thủy vực có sự phân hóa mạnh. Trong khi hầu hết các điểm có pH ổn định trong ngưỡng an toàn (7,18 – 7,97), thì hồ Bàu Trảng lại có tính kiềm cao bất thường. Hàm lượng DO cũng dao động lớn, từ mức rất thấp ở hồ Bàu Trảng và hồ Công Viên, đến mức cao tại hồ Hói Khê (8,46 mg/L). Đặc biệt, hàm lượng phosphat (PO4) và nitơ tổng số (TN), hai chỉ số quan trọng về mức độ phú dưỡng, cho thấy sự chênh lệch rõ rệt. Các thủy vực dạng sông có hàm lượng PO4 trung bình cao gấp 10 lần các thủy vực dạng hồ. Nồng độ TN cao kỷ lục tại hồ Bàu Trảng và hồ Công Viên là bằng chứng cho thấy đây là hai điểm nóng về ô nhiễm.

2.2. Hiện trạng ô nhiễm hữu cơ tại một số hồ và sông chính

Hiện trạng ô nhiễm hữu cơ được thể hiện rõ nét qua các chỉ số DO thấp và TN cao. Hồ Bàu Trảng, với vai trò là hồ điều tiết nước thải chưa qua xử lý từ khu vực sân bay, đã trở thành một điểm ô nhiễm kéo dài. Tương tự, hồ Công Viên cũng ghi nhận hàm lượng TN cao và DO thấp. Tình trạng này không chỉ ảnh hưởng đến hệ sinh thái tại chỗ mà còn có nguy cơ lan rộng ra các thủy vực kết nối. Phân tích tương quan đa biến (PCA) cũng xác nhận TN và DO là hai yếu tố có trọng số ảnh hưởng lớn nhất đến sự khác biệt về chất lượng nước giữa các điểm nghiên cứu. Thực trạng này nhấn mạnh sự cần thiết phải có các biện pháp kiểm soát nguồn thải và cải tạo môi trường nước khẩn cấp.

III. Phương pháp nghiên cứu thực địa tảo phù du tại 10 thủy vực

Để có được kết quả chính xác về đa dạng sinh học tảo phù du, một phương pháp luận khoa học và chặt chẽ đã được áp dụng. Nghiên cứu được tiến hành tại 10 thủy vực nước ngọt tại thành phố Đà Nẵng, bao gồm cả sông và hồ, như sông Hàn, sông Cu Đê, hồ Công Viên, và hồ Bàu Trảng. Việc lựa chọn các địa điểm đa dạng về loại hình và mức độ chịu tác động giúp mang lại một bức tranh tổng thể. Mẫu định tính tảo phù du được thu bằng lưới vớt phiêu sinh Juday với kích thước mắt lưới 30μm, đảm bảo thu được cả những loài vi tảo kích thước nhỏ. Ngay tại hiện trường, mẫu được cố định bằng dung dịch Formalin 4% để bảo toàn cấu trúc tế bào cho quá trình định danh sau này. Song song với việc thu mẫu tảo, mẫu nước cũng được lấy để phân tích các chỉ tiêu lý hóa quan trọng. Quá trình này tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn TCVN. Trong phòng thí nghiệm, việc định danh các loài tảo được thực hiện dưới kính hiển vi có độ phóng đại cao, dựa trên các tài liệu chuyên ngành trong và ngoài nước. Các chỉ số sinh học như độ giàu loài và chỉ số tương đồng Bray-Curtis được sử dụng để phân tích và so sánh cấu trúc quần xã giữa các thủy vực. Cách tiếp cận hệ thống này là nền tảng vững chắc cho việc đánh giá đa dạng sinh học tảo phù du và mối liên hệ với chất lượng môi trường nước.

3.1. Quy trình thu mẫu và cố định thực vật phiêu sinh chuẩn

Phương pháp thu mẫu ngoài thực địa được chuẩn hóa để đảm bảo tính đồng nhất. Lưới Juday được sử dụng để thu các mẫu định tính, cho phép cô đặc một lượng lớn vi tảo từ cột nước. Sau khi thu, mẫu được cố định ngay lập tức bằng Formalin 4%, một hóa chất phổ biến giúp ngăn chặn sự phân hủy và giữ nguyên hình thái tế bào, vốn là đặc điểm quan trọng trong phân loại. Mỗi mẫu đều được dán nhãn cẩn thận với thông tin về địa điểm, thời gian và ký hiệu. Các ghi chú thực địa về điều kiện môi trường như dòng chảy, sinh cảnh xung quanh cũng được ghi chép lại để hỗ trợ quá trình diễn giải kết quả.

3.2. Phân tích định danh loài và các chỉ số sinh học trong PTN

Tại phòng thí nghiệm, các mẫu tảo được quan sát dưới kính hiển vi quang học với độ phóng đại từ 40x đến 1000x. Việc định danh được thực hiện dựa trên các đặc điểm hình thái và cấu trúc tế bào, đối chiếu với các khóa phân loại uy tín của Shirota (1966) và Dương Đức Tiến. Để đánh giá sâu hơn về cấu trúc quần xã, các chỉ số sinh học được tính toán. Độ giàu loài được ước tính bằng các chỉ số Chao, Jacknife 2. Mức độ tương đồng về thành phần loài giữa các thủy vực được xác định bằng chỉ số Bray-Curtis. Phân tích tương quan đa biến CCA (Canonical Correspondence Analysis) được áp dụng để làm rõ mối quan hệ giữa sự phân bố của các ngành tảo và các yếu tố chất lượng môi trường nước.

IV. Kết quả đa dạng loài tảo phù du Ghi nhận 104 loài mới

Công trình nghiên cứu đa dạng sinh học tảo phù du tại Đà Nẵng đã mang lại những kết quả ấn tượng, ghi nhận tổng cộng 104 loài thuộc 34 họ và 6 ngành tảo khác nhau. Đây là một bộ dữ liệu quan trọng, bổ sung vào danh lục vi tảo của Việt Nam. Trong đó, ngành Tảo lục (Chlorophyta) chiếm ưu thế với số lượng loài lớn nhất là 32 loài (chiếm 30,8%). Tiếp theo là ngành Luân tảo (Charophyta) với 29 loài (27,9%), một nhóm tảo đặc trưng cho môi trường nước ngọt. Ngành Tảo mắt (Euglenophyta) ghi nhận 15 loài (14,4%), thường xuất hiện ở những nơi giàu chất hữu cơ. Ngành Tảo silic (Bacillariophyta) có 13 loài (12,5%), là thành phần quan trọng trong các thủy vực có dòng chảy. Hai ngành có số lượng loài thấp nhất là Tảo giáp (Dinophyta) (7 loài) và Tảo lam (Cyanophyta) (8 loài). Một phát hiện đáng chú ý là sự khác biệt lớn về cấu trúc quần xã giữa các địa điểm nghiên cứu, với chỉ số khác biệt Bray-Curtis dao động từ 58,14% đến 100%. Điều này cho thấy mỗi thủy vực sở hữu một quần xã tảo đặc trưng, phản ánh điều kiện môi trường riêng biệt. Kết quả này khẳng định tiềm năng đa dạng sinh học to lớn tại các thủy vực nước ngọt của thành phố Đà Nẵng và sự cần thiết phải có các biện pháp bảo tồn.

4.1. Phân tích cấu trúc thành phần loài tảo lục và luân tảo

Sự chiếm ưu thế của ngành Tảo lục và Luân tảo là một đặc điểm phổ biến của các thủy vực nước ngọt không bị ô nhiễm nặng. Trong nghiên cứu này, 32 loài Tảo lục và 29 loài Luân tảo đã được xác định. Đặc biệt, trong ngành Luân tảo, họ Closteriaceae và Desmidiaceae có số lượng loài rất phong phú, đây là những nhóm thường được coi là chỉ thị cho môi trường nước sạch, có độ pH trung tính đến hơi axit. Sự đa dạng của hai ngành này cho thấy nhiều thủy vực tại Đà Nẵng, như khu vực thượng nguồn sông Cu Đê hay hồ Đồng Xanh - Đồng Nghệ, vẫn còn duy trì được chất lượng môi trường tương đối tốt.

4.2. Sự khác biệt về độ giàu loài giữa thủy vực dạng hồ và sông

Nghiên cứu chỉ ra sự khác biệt rõ rệt trong thành phần loài giữa hai loại hình thủy vực. Thủy vực dạng hồ (nước tĩnh) ghi nhận sự phong phú của ngành Tảo mắt (14 loài) và một số họ của ngành Luân tảo (Desmidiaceae). Ngược lại, thủy vực dạng sông (nước chảy) lại là nơi chiếm ưu thế của ngành Tảo silic (12 loài). Tảo silic có cấu tạo vỏ silic cứng cáp, giúp chúng thích nghi tốt với môi trường có dòng chảy. Trong khi đó, Tảo mắt phát triển mạnh trong môi trường nước tù, giàu dinh dưỡng hữu cơ, điều này lý giải sự hiện diện dày đặc của chúng tại các hồ ô nhiễm như hồ Bàu Trảng (ghi nhận 13 loài). Sự phân hóa này khẳng định cấu trúc quần xã tảo phù du là một tấm gương phản chiếu chính xác các đặc điểm thủy văn và hóa học của môi trường.

V. Cách tảo phù du phản ánh chất lượng môi trường nước ngọt

Một trong những đóng góp quan trọng nhất của luận văn là đã xác lập được mối tương quan chặt chẽ giữa cấu trúc thành phần loài tảo phù du và chất lượng môi trường nước. Kết quả nghiên cứu đã chứng minh tảo phù du không chỉ tồn tại trong môi trường mà còn phản ứng và thay đổi theo môi trường đó, biến chúng thành những sinh vật chỉ thị sinh học hiệu quả. Điển hình là mối quan hệ giữa ngành Tảo mắt (Euglenophyta) với các thông số pH và nitơ tổng số (TN). Nghiên cứu ghi nhận một mối tương quan thuận rõ rệt: ở những nơi có nồng độ TN cao và pH biến động mạnh như hồ Bàu Trảng, số lượng loài Tảo mắt tăng đột biến. Điều này củng cố giả thuyết rằng Tảo mắt là nhóm chỉ thị cho tình trạng ô nhiễm hữu cơ. Ngược lại, sự phong phú của Tảo silic (Bacillariophyta) trong các thủy vực dạng sông cho thấy vai trò của chúng như một chỉ báo cho hệ sinh thái nước chảy. Việc hiểu rõ các mối tương quan này mở ra hướng ứng dụng thực tiễn trong việc sử dụng đa dạng sinh học tảo phù du như một công cụ giám sát môi trường chi phí thấp, nhanh chóng và hiệu quả cho các thủy vực nước ngọt tại thành phố Đà Nẵng.

5.1. Mối tương quan giữa tảo mắt và chỉ số ô nhiễm hữu cơ TN

Phân tích thống kê cho thấy thông số pH và TN có ảnh hưởng lớn nhất đến tần suất xuất hiện của các loài thuộc ngành Tảo mắt. Cụ thể, mô hình tương quan tuyến tính đã xác lập mối tương quan thuận giữa số lượng loài Tảo mắt và nồng độ TN trong nước. Tại hồ Bàu Trảng, nơi có hàm lượng TN cao nhất, cũng là nơi ghi nhận số lượng loài Tảo mắt đa dạng nhất (13 loài). Nhiều loài trong ngành này, chẳng hạn như các loài thuộc chi Phacus và Euglena, từ lâu đã được thế giới công nhận là sinh vật chỉ thị cho môi trường giàu dinh dưỡng (eutrophic) đến ô nhiễm nặng (polysaprobic). Kết quả này khẳng định giá trị của việc sử dụng Tảo mắt để đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ tại các hồ đô thị ở Đà Nẵng.

5.2. Tảo silic như một sinh vật chỉ thị cho môi trường sông

Trong khi Tảo mắt đặc trưng cho các hồ ô nhiễm, thì Tảo silic lại thể hiện vai trò chỉ thị cho các hệ sinh thái sông. Nghiên cứu ghi nhận 12 trên tổng số 13 loài Tảo silic được tìm thấy ở các thủy vực dạng sông như sông Hàn, sông Cẩm Lệ và sông Cu Đê. Các loài thuộc ngành này có yêu cầu đặc biệt về silic hòa tan để xây dựng vách tế bào và thường phát triển mạnh trong môi trường nước chảy, có sự xáo trộn tốt. Sự vắng mặt của chúng ở hầu hết các thủy vực dạng hồ (chỉ ghi nhận 2 loài) và sự phong phú ở các con sông cho thấy thành phần loài Tảo silic có thể được sử dụng để phân biệt và đánh giá đặc tính của các loại hình thủy vực khác nhau tại Đà Nẵng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống thủy vực nước ngọt trên thế giới hiện là nơi cư trú của hơn 50.000 loài vi tảo được ghi nhận, đóng vai trò nền tảng cung cấp năng lượng cho toàn bộ lưới thức ăn thủy sinh. Tại thành phố Đà Nẵng, mạng lưới thủy văn gồm 9 con sông lớn với chiều dài hàng trăm kilômét cùng 42 hồ chứa nước tự nhiên và nhân tạo tạo nên nguồn tài nguyên sinh học vô cùng phong phú. Tuy nhiên, tốc độ đô thị hóa nhanh chóng và các hoạt động xả thải sinh hoạt, công nghiệp chưa qua xử lý triệt để đang tạo áp lực lớn lên chất lượng nước mặt. Phần lớn các nghiên cứu trước đây tại địa phương chủ yếu tập trung vào hệ động thực vật bậc cao, trong khi khu hệ sinh vật phù du bậc thấp chưa được đánh giá đầy đủ.

Nghiên cứu này được thực hiện nhằm mục tiêu xác định cấu trúc thành phần loài, độ giàu loài và sự phân bố của quần xã tảo phù du tại các thủy vực nước ngọt tiêu biểu ở Đà Nẵng. Đồng thời, đề tài tiến hành đo đạc các thông số hóa lý môi trường nước để xác lập mối tương quan giữa đặc điểm sinh học của vi tảo và mức độ ô nhiễm hữu cơ. Phạm vi nghiên cứu bao gồm 10 thủy vực nước ngọt trọng điểm gồm 6 hồ và 4 phân đoạn sông chính, tiến hành khảo sát và thu mẫu trong giai đoạn từ tháng 06/2018 đến tháng 04/2019.

Kết quả đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc khi cung cấp bộ dữ liệu phân loại học với 104 loài vi tảo, đồng thời xây dựng mô hình phân tích thành phần chính PCA giải thích tới 76,3% tổng phương sai môi trường. Đây là luận cứ quan trọng giúp các cơ quan quản lý thiết lập hệ thống quan trắc sinh học tự nhiên và định hướng các giải pháp bảo vệ hệ sinh thái thủy vực bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên nền tảng lý thuyết phú dưỡng hóa nguồn nước và lý thuyết chỉ thị sinh học môi trường của Liebmann và hệ thống đánh giá Saprobien. Theo các khung lý thuyết này, thành phần và mật độ của các ngành tảo phù du phản ánh trực tiếp mức độ tích tụ dinh dưỡng hữu cơ và nồng độ các muối khoáng hòa tan trong cột nước. Đề tài cũng vận dụng chỉ số hỗn hợp CI của Nygaard năm 1949 nhằm định lượng mức độ phì dưỡng dựa trên tỷ lệ giữa các nhóm tảo nhạy cảm và nhóm tảo chịu ô nhiễm.

Các khái niệm chuyên ngành cốt lõi được áp dụng xuyên suốt bao gồm:

• Tảo phù du (Phytoplankton): Tập hợp các vi sinh vật quang tự dưỡng sống trôi nổi trong tầng nước mặt, giữ vai trò sản xuất sơ cấp ban đầu.
• Vùng chiếu sáng hữu hiệu (Euphotic zone): Tầng nước có đủ cường độ quang hợp từ 400 đến 720 nm để vi tảo duy trì cân bằng năng lượng sinh khối.
• Độ phong phú loài và chỉ số tương đồng Bray - Curtis: Công cụ đo lường mức độ biến dị và độ tương đồng cấu trúc quần xã sinh thái giữa các thủy vực độc lập.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu khảo sát trên 10 điểm thu mẫu cố định đại diện cho hai loại hình thủy vực đặc trưng: nhóm thủy vực dạng hồ gồm hồ Công Viên, hồ Xanh, hồ Hói Khê, hồ Đồng Xanh - Đồng Nghệ, hồ Bàu Tràm, hồ Bàu Trảng; và nhóm thủy vực dạng sông gồm sông Hàn, sông Đô Tỏa, sông Cẩm Lệ, sông Cu Đê. Cỡ mẫu bao gồm 10 tổ hợp mẫu định tính vi tảo và 10 mẫu nước mặt được thu thập đồng bộ vào tháng 10/2018. Phương pháp chọn mẫu phi xác suất có chủ đích được áp dụng nhằm bao quát các điểm tiếp nhận nguồn thải đô thị, khu vực nông thôn và vùng nước đầu nguồn tự nhiên.

Mẫu định tính vi tảo được thu thập bằng lưới Juday hình nón tiêu chuẩn với kích thước mắt lưới 30 µm, giúp lọc giữ nguyên vẹn hình thái tế bào vi tảo kích thước hiển vi mà không làm biến dạng cấu trúc. Mẫu sinh học được cố định trực tiếp tại hiện trường bằng Formalin 4%. Việc lấy và bảo quản mẫu hóa lý nước tuân thủ nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn TCVN 5994-1995 và TCVN 6663. Tại phòng thí nghiệm, vi tảo được định danh dưới kính hiển vi quang học độ phóng đại từ 40x đến 1000x kết hợp thiết bị ghi hình kỹ thuật số, đối chiếu với hệ thống phân loại AlgaeBase của Guiry.

Các thông số hóa lý nước gồm NO3-, NO2-, NH4+, PO43- được phân tích theo phương pháp trắc phổ tiêu chuẩn quốc gia TCVN. Dữ liệu sau đó được xử lý qua các chỉ số ước đoán độ giàu loài Chao 1, Jackknife 1, Bootstrap với 100 lần lặp ngẫu nhiên và phân tích mô hình tương quan đa biến CCA, PCA trên phần mềm thống kê chuyên dụng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã ghi nhận tổng cộng 104 loài tảo phù du thuộc 34 họ và 6 ngành phân loại khác nhau tại 10 thủy vực nước ngọt ở thành phố Đà Nẵng. Cấu trúc quần xã vi tảo có sự phân hóa rõ rệt giữa các ngành:

• Ngành Tảo lục (Chlorophyta) chiếm tỷ lệ đa dạng lớn nhất với 32 loài, tương đương 30,8% tổng số loài.
• Ngành Luân tảo (Charophyta) đứng thứ hai với 29 loài, chiếm 27,9%.
• Ngành Tảo mắt (Euglenophyta) ghi nhận 15 loài, chiếm 14,4%.
• Ngành Tảo silic (Bacillariophyta) có 13 loài, chiếm 12,5%.
• Ngành Tảo lam (Cyanophyta) và Tảo giáp (Dinophyta) có độ giàu loài thấp nhất, lần lượt là 8 loài (chiếm 7,7%) và 7 loài (chiếm 6,7%).

Cấu trúc phân bố vi sinh vật thể hiện sự khác biệt lớn giữa hai loại hình sinh cảnh. Nhóm thủy vực dạng hồ ghi nhận 66 loài, nổi bật với sự xuất hiện vượt trội của ngành Tảo mắt gồm 14 loài. Ngược lại, nhóm thủy vực dạng sông ghi nhận 54 loài nhưng lại chiếm ưu thế tuyệt đối về ngành Tảo silic với 12 loài, cao gấp 6 lần so với khu vực hồ chỉ có 2 loài. Loài Scenedesmus quadricauda có tần suất xuất hiện phổ biến nhất đạt 60%, trong khi chỉ số khác biệt Bray - Curtis giữa các điểm dao động từ 58,14% đến 100% với 63 loài chỉ xuất hiện cục bộ tại duy nhất một thủy vực.

Về mặt môi trường, hồ Bàu Trảng và hồ Công Viên ghi nhận tình trạng phú dưỡng nghiêm trọng. Tại hồ Bàu Trảng, mẫu nước kiềm hóa mạnh với độ pH đạt 10,93 (vượt giới hạn quy chuẩn B2 là 9,0), hàm lượng nitơ tổng số TN đạt đỉnh 18,039 mg/L (vượt xa ngưỡng B2 là 15,95 mg/L), và hàm lượng oxy hòa tan DO giảm xuống dưới 1,5 mg/L (thấp hơn 3,5 lần mức quy chuẩn B1). Ngược lại, sông Cu Đê và hồ Hói Khê duy trì môi trường trong lành với DO đạt 8,46 mg/L và hàm lượng chất rắn lơ lửng TSS chỉ ở mức 0,03 mg/L.

Thảo luận kết quả

Sự sai khác sâu sắc về cấu trúc quần xã vi tảo gắn liền với đặc điểm thủy văn và mức độ tiếp nhận nguồn thải tại từng thủy vực. Tại hồ Bàu Trảng, do tiếp nhận trực tiếp dòng nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý từ khu vực sân bay dẫn qua kênh Phần Lăng dài hơn 1 km, lượng nitơ và hợp chất hữu cơ tích tụ khổng lồ đã kích thích 13 loài Tảo mắt thuộc các chi Phacus, Euglena bùng phát. Tảo mắt là nhóm sinh vật có khả năng dị dưỡng hoại sinh, phát triển ưu thế tại các vùng nước ô nhiễm nặng (Polysaprobic).

Trái lại, tại các thủy vực dạng sông như sông Hàn, sông Cẩm Lệ, tốc độ dòng chảy lưu thông cao kết hợp hàm lượng phosphat PO43- trung bình từ 0,68 đến 0,77 mg/L (cao gấp gần 10 lần so với các hồ) và tổng chất rắn hòa tan TDS từ 6,026 đến 11,6 g/L đã tạo điều kiện lý tưởng cho Tảo silic (Bacillariophyta) sinh trưởng. Tảo silic cần dòng chảy để duy trì trạng thái lơ lửng và hấp thụ silicate hình thành lớp vỏ tế bào.

Mô hình phân tích thành phần chính PCA được trực quan hóa qua biểu đồ phân tán hai chiều thể hiện rõ quy luật này. Trục PC1 giải thích 50,7% biến thiên với trọng số ảnh hưởng lớn nhất thuộc về nitơ tổng số TN (0,50), oxy hòa tan DO (0,47) và pH (0,46). Trục PC2 giải thích 25,6% phương sai chịu sự chi phối của tổng chất rắn hòa tan TDS (0,51) và phosphat (0,477). Biểu đồ cột chồng cấu trúc loài kết hợp ma trận tương quan CCA khẳng định tính khả thi của việc sử dụng Tảo mắt và Tảo silic làm sinh vật chỉ huy đánh giá mức độ phì dưỡng nước mặt đô thị.

Đề xuất và khuyến nghị

• Xây dựng và vận hành trạm xử lý nước thải tập trung tại lưu vực kênh Phần Lăng trước khi xả vào hồ Bàu Trảng, đặt mục tiêu kỹ thuật giảm nồng độ nitơ tổng số TN xuống dưới 5,35 mg/L (đạt chuẩn A2 theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT) và đưa pH về khoảng trung tính từ 7,0 đến 7,8 trong lộ trình 2020 - 2022 do Sở Tài nguyên và Môi trường thành phố Đà Nẵng chủ trì.
• Ứng dụng giải pháp công nghệ sinh học xử lý nước bằng bè thực vật thủy sinh kết hợp thả nuôi các chủng vi tảo bản địa có lợi như Scenedesmus quadricauda để hấp thụ dư lượng phosphat tại các phân đoạn sông Cẩm Lệ, kiểm soát hàm lượng PO43- dưới 0,3 mg/L trong vòng 18 tháng thực hiện.
• Thiết lập hệ thống trạm quan trắc sinh học định kỳ 3 tháng/lần tại 10 thủy vực trọng điểm, chuẩn hóa quy trình sử dụng 15 loài Tảo mắt làm chỉ thị mức độ nhiễm bẩn hữu cơ do Trung tâm Quan trắc Môi trường thành phố triển khai từ quý 1/2021.
• Khoanh vùng hành lang bảo vệ nguồn nước ngọt tại thượng nguồn sông Cu Đê và hồ Đồng Xanh - Đồng Nghệ, duy trì lượng oxy hòa tan DO ổn định trên 6,0 mg/L và hàm lượng TSS dưới 0,05 mg/L thông qua sự phối hợp liên ngành giữa Chi cục Thủy lợi và chính quyền địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Các nhà quản lý môi trường tại Sở Tài nguyên và Môi trường, Chi cục Bảo vệ Môi trường: Khai thác bộ số liệu thực địa và mô hình tương quan PCA để tích hợp chỉ thị sinh vật phù du vào quy trình giám sát chất lượng nước mặt đô thị định kỳ.
• Học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Sinh thái học, Thủy sinh học, Khoa học Môi trường: Tiếp cận phương pháp luận thu thập mẫu chuẩn Juday 30 µm, kỹ thuật định danh 104 loài vi tảo và phương pháp phân tích thống kê đa biến CCA, Bray - Curtis.
• Kỹ sư công nghệ môi trường và doanh nghiệp xử lý nước: Tham khảo các đặc tính sinh lý của các nhóm tảo bản địa nhằm phát triển mô hình hồ sinh học xử lý nước thải giàu dưỡng chất nitơ, phospho theo hướng kinh tế tuần hoàn.
• Cơ sở nuôi trồng thủy sản nước ngọt: Sử dụng danh mục các loài tảo lục và luân tảo giàu protein (đạt 30% đến 60% trọng lượng khô) làm cơ sở tuyển chọn nguồn thức ăn tự nhiên chất lượng cao phục vụ ươm nuôi ấu trùng cá, giáp xác.

Câu hỏi thường gặp

Ngành Tảo lục chiếm tỷ lệ cao nhất trong nghiên cứu bắt nguồn từ nguyên nhân nào? Ngành Tảo lục (Chlorophyta) chiếm 30,8% với 32 loài nhờ khả năng thích nghi sinh thái rộng trong môi trường nhiệt đới gió mùa tại Đà Nẵng. Nhiệt độ nước trung bình từ 19,56°C đến 26,1°C cùng bức xạ mặt trời dồi dào tạo điều kiện tối ưu cho các loài tản đơn bào và tập đoàn quang hợp mạnh mẽ.

Vì sao hồ Bàu Trảng lại có mật độ loài Tảo mắt cao vượt trội so với các thủy vực khác? Hồ Bàu Trảng tiếp nhận trực tiếp nước thải sinh hoạt ô nhiễm qua kênh Phần Lăng khiến nitơ tổng số TN tăng vọt lên 18,039 mg/L và pH đạt 10,93. Môi trường giàu chất hữu cơ phân hủy hoại sinh này kích thích 13 loài Tảo mắt phát triển mạnh làm sinh vật chỉ thị ô nhiễm.

Ngành Tảo silic thể hiện sự phân bố khác biệt như thế nào giữa sông và hồ? Tảo silic (Bacillariophyta) phân bố áp đảo ở thủy vực sông với 12 loài so với 2 loài ở hồ. Cấu trúc tế bào có vỏ oxit silic nặng đòi hỏi động lực dòng chảy liên tục để lơ lửng trong tầng chiếu sáng, đồng thời hấp thụ nguồn phosphat dồi dào từ 0,68 đến 0,77 mg/L tại các dòng sông.

Phân tích PCA mang lại giá trị gì cho việc đánh giá chất lượng nước trong luận văn? Mô hình PCA giúp cô đọng hàng loạt biến số hóa lý phức tạp thành 2 trục chính giải thích 76,3% tổng phương sai. Phân tích này xác định chính xác nitơ tổng số TN (trọng số 0,50) và oxy hòa tan DO (trọng số 0,47) là hai yếu tố chi phối mạnh mẽ nhất đến hệ sinh thái thủy sinh.

Luận văn đóng góp gì cho ngành nuôi trồng thủy sản tại khu vực Đà Nẵng? Đề tài cung cấp danh mục các loài vi tảo giàu giá trị dinh dưỡng cao như Scenedesmus quadricauda và Spirulina platensis. Đây là nguồn thức ăn tự nhiên quan trọng giúp nâng cao tỷ lệ sống của ấu trùng thủy sản lên 60% đến 80% và hỗ trợ ổn định chất lượng môi trường ao nuôi.

Kết luận

• Đã xác định được 104 loài tảo phù du thuộc 34 họ và 6 ngành phân loại tại 10 thủy vực nước ngọt ở thành phố Đà Nẵng.
• Ngành Tảo lục (Chlorophyta) chiếm tỷ lệ đa dạng cao nhất với 30,8%, tiếp đến là Luân tảo (Charophyta) chiếm 27,9% và Tảo mắt (Euglenophyta) chiếm 14,4%.
• Xác lập mối tương quan thuận giữa tần suất Tảo mắt với hàm lượng nitơ tổng số TN (đạt đỉnh 18,039 mg/L) và độ kiềm pH (10,93) tại các điểm ô nhiễm hữu cơ.
• Chứng minh sự phân hóa sinh cảnh rõ rệt khi Tảo mắt chiếm ưu thế ở vùng nước đứng dạng hồ (66 loài) và Tảo silic ưu thế ở vùng nước chảy dạng sông (54 loài).
• Xây dựng thành công cơ sở dữ liệu vi sinh vật học làm công cụ chỉ thị sinh học phục vụ quan trắc tài nguyên nước mặt.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là hoàn thiện bức tranh toàn diện đầu tiên về đa dạng sinh học vi tảo nước ngọt và định lượng mối quan hệ giữa thực vật phù du với chất lượng môi trường nước tại Đà Nẵng. Trong giai đoạn 2020 - 2023, các hướng nghiên cứu tiếp theo cần mở rộng khảo sát động thái biến đổi quần xã theo chu kỳ 4 mùa và phân lập các chủng tảo tiềm năng phục vụ sản xuất nhiên liệu sinh học. Các cơ quan quản lý đô thị cần sớm ứng dụng hệ chỉ thị sinh học vi tảo này vào thực tế giám sát môi trường để bảo vệ bền vững các nguồn nước mặt địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan tài liệu: Giới thiệu về vị trí của vi tảo trong hệ thống phân loại, đặc điểm chung của vi tảo, vai trò của tảo phù du, tổng hợp các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan: 20 trang, ~ Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu: Chương này đề cập đến đối tượng nghiên cứu, thời gian, địa điểm và tóm tắt các phương pháp nghiên cứu sử dụng. trong quá trình thực hiện đề tài: 3 trang. ~ Chương 3: Kết quả nghiên cứu và bàn luận: Trình bày các kết quả đạt được sau quá trình nghiên cứu dé tài: 26 trang. ~ Kết luận và kiến nghị: 2 trang.

~ Tải liệu tham khảo: 6 trang. TONG QUAN TAL LIEU 1.Khái quát về Vi tảo là sinh vật sản xuất cơ sở đầu tiên trong hệ sinh thái thuỷ vực, là mắt xích đầu tiên mà nhờ đó năng lượng và vật chất của lưới thức ăn được hình thành, tích luỹ và chuyển đổi. Vi tảo có mặt hầu như trong tắt cả các thuỷ vực tự nhiên với nhiều chủng loại, từ dạng đơn bảo Euglena, Closterium, Coscinodiscus,. đến dạng tập đoàn dạng đám Microcystis, Merismopedia,.

dạng chuỗi Anabaena, Melosira, Skeletonema,. dạng sợi Oscillatoria, Lyngbya,. Chúng sống trôi nỗi hoặc bám vào các giá thể trong nước và rất nhạy cảm với các yếu tố môi trường [1 I], [36]. Hệ thống phân loại vi tảo.

Hiện nay trên thế giới vẫn chưa có được một quan điểm thống nhất về hệ thống. phân loại tảo. Theo quan điểm chia sinh giới thành hai giới (giới thực vật và giới động vậu thì tảo thuộc giới thực vật, nhưng theo Copeland (1975) đã xếp tảo vào giới sinh vật phân cắt (Protista) cùng với nắm và động vật nguyên sinh. Theo hệ thống phân loại Š giới của R.

Whitaker (1969) thì chỉ có Tảo đỏ, Tảo nâu và một số Tảo lục là thuộc giới thực vật, còn các ngành khác thuộc giới sinh vật phân cắt (Protista) [23], [58] Theo Gordon, hệ thống 4 giới hay Š giới chỉ là hệ thống rút gọn, trên thực tế nếu theo. đúng nghĩa của giới thì phải chia sinh giới làm 19 giới, trong đó tảo chiếm 7 giới là giới Tảo Rhodophyta, giới Tảo Euglenophyta, giới Tảo Haptophyta, giới Tảo Cryptophyta, giới Tảo Dinophyta, giới Tảo Eusgmatophyta và giới Tảo Heterocontophyta gồm 4 ngành của nhóm sắc tố vàng nâu (Tảo vàng, Tảo vàng ánh, Tảo silie và Tảo nâu), ngành Tảo lục đưa vào giới Thực vật Nam 1836, Harvey đã dựa vào sự khác nhau về sắc tố dé chia tảo thành 4 nhóm: Tảo nâu, Tảo đỏ, Tảo lục và Tảo Silic. Từ hình dạng, màu sắc bên ngoài G. Smith (1933,1950) đã ghỉ nhận 11 nhóm tảo lớn, ông đã bỏ phạm trù Thallophyta va Tảo, ông đã nhóm thành 7 ngành: Chlorophyta, Euglenophyta, Chrysophyta, Phaeophyta, Pyrophyta, Cyanophyta và Rhodophyta.

Papenfuss (1946) đã chỉ ra việc sử dụng tên “Chlorophyta” cho Tảo lục là không hợp lý, do vậy ông đã để nghị tên cho các ngành tảo thêm -phyco trước -phyta. Các ngành tảo này được phân chia dựa vào cấu trúc tế bào, thành phần sắc tố, thành phần vách tế bào, các sản phâm dự trữ và có hoặc không có roi [23], [60]. Klein va Cronquis (1967) đã phân loại tảo dựa vào thành phần hóa học, cấu trúc và chức năng đã phân tảo thành 6 ngành, vi khuẩn lam được chuyên vào giới Vi khuân. Vanden Hoek (1980, 1994) dựa vào sắc tố, sản phẩm quang hợp, cấu trúc vách, cấu trúc roi, kiểu phân bảo có tơ, màng bọc của lục lạp, sự liên hệ với lưới nội chất đã chia thành 11 ngành.