MỞ ĐẦU Côn trùng nƣớc là những loài côn trùng sống trong nƣớc hoặc có một giai đoạn sống trong nƣớc trong vòng đời của chúng. Chúng chiếm số lƣợng loài cũng nhƣ số lƣợng cá thể mỗi loài khá lớn trong môi trƣờng nƣớc, các loài côn trùng nƣớc thích nghi với các dạng thủy vực nƣớc chảy và nƣớc đứng. Với các đặc điểm đó nên trong môi trƣờng nƣớc tự nhiên chúng giữ một vai trò là các mắt xích trong chuỗi và lƣới thức ăn, nhiều loài côn trùng nƣớc nhạy cảm với các biến đổi của môi trƣờng nƣớc, chúng sống trong môi trƣờng nƣớc sạch nên từ lâu côn trùng nƣớc đã đƣợc các nhà nghiên cứu sử dụng nhƣ là những sinh vật chỉ thị cho môi trƣờng nƣớc. Việt Nam nằm trong đới khí hậu nóng ẩm và có hệ thống sông suối dày đặc, có số lƣợng côn trùng nƣớc phong phú nên thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học trong và ngoài nƣớc, tuy nhiên các nghiên cứu hầu hết chỉ tập trung chủ yếu ở các khu bảo tồn và vƣờn quốc gia.
Sông Mã là một trong những con sông lớn ở Việt Nam lƣu vực sông có nhiều suối, cùng với hệ động động vật và thực vật phong phú nên đã đƣợc các nhà khoa học quan tâm đến việc nghiên cứu và xây dựng thành khu bảo tồn thiên nhiên, tuy nhiên chƣa có nhiều nghiên cứu về côn trùng nƣớc ở khu vực này. Vì vậy, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu đa dạng côn trùng nƣớc ở một số suối thuộc lƣu vực sông Mã, tỉnh Thanh Hóa”, nhằm mục đích: - Xác định thành phần loài côn trùng nƣớc tại một số suối trên lƣu vực sông Mã thuộc tỉnh Thanh Hóa. - Đánh giá một số đặc điểm quần xã côn trùng nƣớc tại khu vực nghiên cứu. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.
Tình hình nghiên cứu côn trùng nƣớc trên thế giới Từ những đặc điểm của côn trùng nƣớc nhƣ: sự đa dạng về loài, hình thái cấu tạo, thích nghi với các điều kiện khác nhau của môi trƣờng nƣớc, nhạy cảm với sự biến đổi của hệ sinh thái và có ảnh hƣởng đến đời sống của con ngƣời nên côn trùng nƣớc đã sớm đƣợc quan tâm nghiên cứu ở nhiều nƣớc trên thế giới đặc biệt là các nƣớc phát triển. Đến nay côn trùng nƣớc đƣợc xác định có 9 bộ thƣờng gặp là Phù du (Ephemeroptera), Chuồn chuồn (Odonata), Cánh úp (Plecoptera), Cánh nửa (Hemiptera), Cánh lông (Tricoptera), Cánh cứng (Coleoptera), Hai cánh (Diptera), Cánh rộng (Megaloptera) và Cánh vảy (Lepidoptera). Những nghiên cứu về côn trùng thƣờng tập trung vào việc định loại, nhiều nhà khoa học đã công bố hàng loạt các công trình nghiên cứu về côn trùng nƣớc nhƣ: McCafferty (1983) [47], Merritt và Cummins (1996) [48],…Các nghiên cứu này đã đƣa ra khóa định loại tới giống, thậm chí tới loài côn trùng nƣớc dựa vào đặc điểm hình thái giai đoạn trƣởng thành và giai đoạn ấu trùng. Bên cạnh đó các tác giả còn đề cập đến một số ứng dụng của chúng trong sinh thái học.
Bên cạnh việc nghiên cứu về phân loại học, các nhà nghiên cứu cũng tập trung vào việc nghiên cứu sự biến động của quần thể côn trùng, các mối quan hệ dinh dƣỡng, đáp ứng yêu cầu sinh thái học (Resh và Rosenberg, 1984) [68], (Cummins, 1996) [48]. Từ việc nghiên cứu sự biến động quần thể côn trùng các ứng dụng mới đƣợc ra đời nhƣ việc sử dụng côn trùng nƣớc làm sinh vật chỉ thị chất lƣợng nƣớc đƣợc áp dụng trên khắp thế giới từ châu Âu đến châu Á, một số tác giả trong lĩnh vực này nhƣ: Wilhm và Dorris (1968) [87], Morse, Yang, và Tian (1994) [52], Subramanian và Sivaramakrishnan (2007) [78]. Ngoài các nghiên cứu riêng rẽ về từng bộ côn trùng nƣớc các nghiên cứu về quần xã côn trùng nƣớc tại các khu vực nghiên cứu hiện nay đặc biệt đƣợc chú ý, sự có mặt của các nhóm côn trùng nƣớc tại các địa điểm nghiên cứu có thể cung cấp nhiều thông tin về sinh cảnh ở khu vực nghiên cứu nhƣ đặc điểm nguồn dinh 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com dƣỡng, đặc điểm về độ chiếu sáng cũng nhƣ môi trƣờng nền đáy. Ngoài ra ta còn xác định các chỉ số đa dạng sinh học nhƣ chỉ số Shannon – Weiner của quần xã côn trùng nƣớc tại các khu vực nghiên cứu, so sánh sự đa dạng của chúng ở các vị trí nghiên cứu đầu nguồn, giữa nguồn, cuối nguồn, hoặc giữa các điểm khác nhau trong khu vực nghiên cứu, các chỉ số đa dạng này đƣợc ứng dụng trong việc chỉ thị chất lƣợng nƣớc tại khu vực đƣợc nghiên cứu.
Ở Pháp và một số khu vực ở Châu Âu, nghiên cứu của Mi - Young Song, Fabien Leprieur và cộng sự (2008) [49] bằng việc đánh giá các chỉ số liên quan đến 4 bộ côn trùng nƣớc (Ephemeroptera, Plecoptera,Trichoptera, và Coleoptera (EPTC)) cho thấy rằng các suối ở khu nông nghiệp có độ đa dạng về loài cũng nhƣ mật độ thấp hơn so với các suối trong rừng. Các nghiên cứu về đa dạng côn trùng nƣớc và ứng dụng trong chỉ thị chất lƣợng nƣớc đƣợc nghiên cứu ở rất nhiều nƣớc trên thế giới, các nghiên cứu này đều tập trung vào việc định loại côn trùng thuộc 9 bộ côn trùng nƣớc qua đó xác định các chỉ số đa dạng sinh học tại các khu vực đƣợc nghiên cứu. Ở Châu Á nghiên cứu đƣợc thực hiện rất nhiều ở Ấn Độ có thể kể đến các nghiên cứu của các tác giả Jenila, RadhaKrishnan Nair (2013) [40], Rajnish Kumar Sharma and Nirupma Agrawal (2012) [67], Sarmistha Jana và cộng sự (2009) [71]. Các tác giả ở Trung Quốc nhƣ Chorng Bin Hsu, Ping - Shih Yang (2005) [27], Yang Lian Fang và cộng sự (1992) [89], ở Malaysia có thể kể đến tác giả Mohd Rasdi và cộng sự (2010) [50], ở Việt Nam các nghiên cứu về đa dạng quần xã côn trùng nƣớc đƣợc nghiên cứu chủ yếu bởi Nguyen và cộng sự [54, 62, 70, 70].
Việc sử dụng các chỉ số sinh học trong đánh giá chất lƣợng nƣớc ngày càng trở nên phổ biến, trong số hơn 50 chỉ số sinh học thì có 4 chỉ số liên quan đến côn trùng nƣớc đó là: chỉ số phong phú loài (Taxa (Species) Richness), chỉ số phong phú EPT (EPT Richness (Ephemeroptera, Plecoptera, and Trichoptera)), chỉ số sinh học Hilsenhoff (Hilsenhoff Biotic Index), mô hình phần trăm tƣơng đồng (Percent Model Affinity (PMA)) [45]. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nghiên cứu về bộ Phù du (Ephemeroptera) Bộ Phù du (Ephemeroptera) là bộ côn trùng có cánh nguyên thủy và cổ xƣa nhất trong số các nhóm côn trùng còn tồn tại đến giờ. Dựa vào những bằng chứng hóa thạch, chúng có thể đã tồn tại vào giai đoạn cuối của kỷ Cacbon và đầu kỷ Pecmơ trong đại Cổ sinh, cách đây khoảng 290 triệu năm (Edmund, 1982) [31]. Phù du phân bố rộng khắp trên thế giới, giai đoạn ấu trùng của chúng có mặt ở hầu hết các thủy vực nƣớc ngọt nhƣ: ao, sông, suối, đầm lầy đến những vùng nƣớc nông của hồ, chúng thƣờng tập chung ở những chỗ nƣớc chảy.
Giai đoạn trƣởng thành của Phù du sống trên cạn từ 1-2 ngày. Các loài thuộc bộ Phù du đƣợc mô tả từ rất sớm. Công trình nghiên cứu đầu tiên về phân loại học Phù du là của nhà tự nhiên học nổi tiếng Lineaus (1758). Ông đã mô tả 6 loài Phù du tìm thấy ở châu Âu và xếp chúng vào một nhóm là Ephemera (dẫn theo Nguyễn Văn Vịnh, 2003) [54].
Đến năm 2008, trên thế giới đã phát hiện đƣợc hơn 3000 loài thuộc hơn 400 giống của 42 họ thuộc bộ Phù du [36]. Trong hai thế kỷ XIX, và XX các nghiên cứu về Phu du phát triển mạnh mẽ rất nhiều các công trình nghiên cứu đƣợc công bố hàng loạt điển hình nhƣ: Eaton (1871, 1881, 1883-1888, 1892), Ulmer (1920, 1924, 1925, 1932, 1933), Navás (1920, 1930), Lestage (1921, 1924, 1927, 1930), Needham và cộng sự (1935). Các nghiên cứu đã cung cấp những kiến thức cơ bản về Phù du nhƣ: mô tả các đặc điểm về mặt hình thái của cả giai đoạn ấu trùng và trƣởng thành, qua đó việc xây dựng khóa định loại đến các họ và giống của bộ Phù du trở nên dễ dàng (dẫn theo Nguyễn Văn Vịnh, 2003) [54]. Đến năm 1979 McCafferty và Edmunds tiếp tục hoàn thiện khóa phân loại và bổ sung những dẫn liệu về Phù du phù hợp với thực tiễn nghiên cứu.
Trong một nghiên cứu gần đây Ogden và Whiting (2005) [63] đã tổng hợp những nghiên cứu về phân loại học của McCafferty và Edmunds đồng thời đƣa ra 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com giả thuyết mới về nguồn gốc phát sinh của Phù du dựa trên những nghiên cứu về sinh học phân tử. Ở châu Á, những nghiên cứu đầu tiên về Phù du đƣợc thực hiện bởi các nhà nghiên cứu đến từ châu Âu nhƣ: Navás (1922, 1925), Lestage (1921, 1924) (dẫn theo Nguyễn Văn Vịnh, 2003) [54]. Tại Nhật Bản và Hàn Quốc, những báo cáo về Phù du chủ yếu quan tâm tới những vấn đề sinh thái học của ấu trùng Phù du trong hệ sinh thái nƣớc ngọt và các khóa phân loại (Gose, 1979-1980, 1985; Uesno, 1980; Yoon và Bae, 1988; Yoon, 1995) (dẫn theo Bae, 1997) [20]. Tại khu vực Đông Nam Á, các nghiên cứu về Phù du đầu tiên là Ueno (1931, 1969) và Ulmer (1939).
Các nhà nghiên cứu của Việt Nam và Thái Lan cũng đã công bố khá nhiều công trình nghiên cứu về Phù du trong thời gian gần đây (Nguyen, 2003, Nguyen và Bae, 2003, 2004; Tungpairojwong và Bae, 2006; Tungpairojwong, 2007; Braasch Boonsoong, 2009) [54, 56, 58, 59]. Kết quả nghiên cứu đến năm 2003 cho thấy ở châu Á có khoảng 128 giống thuộc 18 họ của bộ Phù du (dẫn theo Nguyễn Văn Vịnh, 2003) [54]. Các nghiên cứu về Phù du đến nay khá đầy đủ cả về giai đoạn ấu trùng và trƣởng thành, không chỉ dừng lại ở việc định loại các loài Phu dù mà các hƣớng nghiên cứu ứng dụng nhằm phục vụ cho lợi ích của con ngƣời và các vấn đề về sinh thái cũng nhƣ bảo tồn đƣợc quan tâm rất nhiều. Các nghiên cứu điển hình trong các hƣớng này nhƣ: nghiên cứu về sự sinh sản và biến động theo mùa của Phù du bởi Neddham và cộng sự (1935), kết quả nghiên cứu của Lestage (1930) cho thấy nhƣ̃ng thủy vƣ̣c nƣớc chảy mà ở đó cấ u trúc nề n đáy là các khố i đá với nhiề u kić h thƣớc khác nhau và có chƣ́a mùn bã hƣ̃u cơ thì thành phầ n loài Phù du rấ t đa da ̣ng [52].
Sự ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu đối với sự phân bố và đa dạng của bộ Phù du gần đây cũng đã đƣợc nghiên cứu (Brittain, 2008) [43].