MỞ ĐẦU Côn trùng nước giữ vai trò quan trọng trong hệ sinh thái các thủy vực cả nước đứng cũng như nước chảy. Mỗi một môi trường thủy vực, nhóm sinh vật này đều có những đặc tính thích nghi phù hợp. So với nhiều nhóm sinh vật khác, côn trùng nước có nhiều đặc tính nổi trội như số lượng loài, số lượng cá thể lớn…đặc biệt chúng là những mắt xích không thể thiếu trong chuỗi và lưới thức ăn. Các loài côn trùng nước là những sinh vật tiêu thụ bậc 1, bậc 2 đồng thời lại là nguồn thức ăn của nhiều loài động vật có xương sống.
Nhiều loài côn trùng nước có quan hệ mật thiết đối với con người. Một số loài côn trùng nước gây hại là tác nhân truyền bệnh, tác nhân gây bệnh, tác nhân phá hoại sản phẩm công nghiệp, nông nghiệp… Chính vì vậy côn trùng nước là đối tượng quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Ở Việt Nam, trong những năm gần đây côn trùng nước cũng đã được quan tâm nghiên cứu đặc biệt là ở các Vườn Quốc gia và các Khu bảo tồn thiên nhiên của Việt Nam, những nơi có hệ thống sông, suối phong phú, tiềm ẩn tính đa dạng côn trùng nước. Vườn Quốc gia Ba Vì với hệ động thực vật phong phú và đa dạng đã thu hút nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước, nhưng chưa có nhiều nghiên cứu về côn trùng nước.
Chính vì thế chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu đa dạng sinh học của côn trùng nƣớc ở Vƣờn Quốc gia Ba Vì, Hà Nội”, nhằm mục đích: Xác định thành phần loài của côn trùng nước tại một số hệ thống suối thuộc Vườn Quốc gia Ba Vì, Hà Nội Nghiên cứu đặc điểm của quần xã côn trùng nước: thành phần loài, mật độ cá thể, mức độ đa dạng dựa vào một số chỉ số đa dạng sinh học theo các dạng sinh cảnh. 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 Côn trùng nước bao gồm những loài côn trùng mà có một phần hoặc cả vòng đời sống trọng môi trường nước. Chính vì sự đa dạng về thành phần loài, hình thái cấu tạo và các đặc điểm thích nghi cùng với vai trò quan trong của chúng đối với hệ sinh thái và đời sống con người mà côn trùng nước đã sớm được quan tâm nghiên cứu ở các nước phát triển.
Đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu liên quan đến từng bộ của nhóm này, từ những nghiên cứu về phân loại học, tiến hoá, đến những nghiên cứu về ứng dụng. Trong đó phân loại học côn trùng nước là vấn đề đã được nghiên cứu nhiều hơn cả. Những nghiên cứu sớm nhất về côn trùng nước thường tập trung vào nhóm côn trùng gây hại, truyền bệnh như ruồi, muỗi (Resh và Rosenberg, 1979; Merritt và Cummins, 1984; Merritt và Newson, 1978; Kim và Merritt, 1987) [50]. Bên cạnh các nhóm côn trùng nước gây hại, vai trò của nhóm côn trùng nước với các hệ sinh thái cũng thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học.
Phạm vi nghiên cứu côn trùng nước ngày càng được mở rộng, các hướng nghiên cứu không chỉ dừng lại ở việc mô tả, phân loại mà còn đi sâu nghiên cứu các đặc điểm sinh học, sinh thái như: biến động quần thể côn trùng, các mối quan hệ dinh dưỡng, đáp ứng yêu cầu của sinh thái học (Resh và Rosenberg, 1984; Cummins, 1994) [50, 67]. Đặc biệt một hướng nghiên cứu mới về côn trùng nước được mở ra đó là sử dụng côn trùng nước làm sinh vật chỉ thị chất lượng nước bắt đầu với các công trình nghiên cứu của Kuehne (1962), Bartsch và Ingram (1966), Wilhm và Dorris (1968) [86]. Đến cuối thế kỷ XX và đầu thế kỷ XXI, nhiều nhà khoa học đã công bố hàng loạt các công trình nghiên cứu về côn trùng nước như: McCafferty W., Yang Lianfang and Tian Lixin (1994), Merritt R. (1996),… Các nghiên cứu này đã đưa ra khóa định loại tới giống, thậm chí tới loài côn trùng nước dựa vào hình thái con trưởng thành và ấu trùng.
Bên cạnh đó các tác giả còn đề cập đến một số ứng dụng của chúng trong sinh thái học [50]. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Qua các công trình nghiên cứu đã được công bố từ trước đến nay đã xác định được 9 bộ côn trùng nước thường 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 (Meganoptera) và Cánh vảy (Lepidoptera). Nghiên cứu về bộ Phù du (Ephemeroptera) Bộ Phù du (Ephemeroptera) là bộ côn trùng có cánh cổ sinh tương đối nguyên thủy, thậm chí còn được xem như một trong những tổ tiên của côn trùng. Dựa vào những bằng chứng hóa thạch, chúng có thể đã phát sinh vào giai đoạn cuối của kỷ Cacbon và đầu kỷ Pecmơ trong đại Cổ sinh, cách đây khoảng 290 triệu năm (Edmund, 1972) [25].
Các loài thuộc bộ Phù du được 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 [56]. Vào thế kỷ XIX, Eaton (1871, 1881, 1883-1888, 1892) đã công bố hàng loạt các công trình nghiên cứu Phù du của mình, các công trình đã cung cấp những kiến thức cơ bản về Phù du như: mô tả các đặc điểm về mặt hình thái của cả giai đoạn ấu trùng và trưởng thành, những kiến thức này rất hữu ích cho việc xây dựng khóa định loại đến các họ và giống của bộ Phù du [56].
Nghiên cứu về Phù du thực sự phát triển mạnh mẽ vào thế kỷ XX, điển hình là các công trình nghiên cứu của Ulmer (1920, 1924, 1925, 1932, 1933), Navás (1920, 1930), Lestage (1921, 1924, 1927, 1930), Needham và cộng sự (1935). Edmunds (1963) đã xây dựng hệ thống phân loại đến họ thuộc bộ Phù du trên toàn thế giới. Ông đã đưa ra một bức tranh tổng thể về khóa phân loại bậc cao cũng như nguồn gốc phát sinh của Phù du [24]. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của các nghiên cứu về Phù du, hệ thống phân loại của ông ngày càng tỏ ra hạn chế.
Mc Cafferty và Edmunds (1979), đã bổ sung những dẫn liệu mới và chỉnh lý khóa phân loại cho phù hợp với thực tế nghiên cứu đòi hỏi. Trong khóa định loại của Mc Cafferty và Edmunds ngoài việc mô tả đặc điểm hình thái thì mối quan hệ họ hàng 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com giữa các loài trong qúa trình tiến hóa cũng được các tác giả đề cập đến. Tiếp sau công trình nghiên cứu mang tính bước ngoặt này hệ thống phân loại Phù du ngày càng được hoàn chỉnh bởi các nghiên cứu của Kluge (1995, 1998, 2004), Mc Cafferty (1991, 1997) và nhiều nhà nghiên cứu về Phù du khác [50]. Trong một nghiên cứu gần đây Odgen và Whiting (2005) đã tổng hợp những nghiên cứu về phân loại học của Mc Cafferty và Edmunds đồng thời đưa ra giả thuyết mới về nguồn gốc phát sinh của Phù du dựa trên những nghiên cứu về sinh học phân tử.
Thành phần loài hay nói cách khác sự đa dạng về mức độ loài của Phù du ở các họ thể hiện rất khác nhau, có những họ chỉ có một vài loài như Teloganiella, Teloganidae. hay có những họ có tới hàng trăm loài như Heptageniidae, Leptophlebiidae. Tuy nhiên những con số này chưa phản ánh hết mức độ đa dạng của Phù du vì còn nhiều khu vực trên thế giới vẫn chưa được khám phá hết, nhất là các khu vực nhiệt đới. Ở với khu vực châu Á, những nghiên cứu đầu tiên về Phù du được thực hiện bởi các nhà côn trùng học đến từ châu Âu như: Navás (1922, 1925), Lestage (1921, 1924) [56].
Những nghiên cứu này là cơ sở và nền tảng thúc đẩy việc nghiên cứu về Phù du ở khu vực. Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy, ở châu Á có khoảng 128 giống thuộc 18 họ của bộ Phù du (Hubbard, 1990; McCaffrty, 1991; McCaffrty & Wang, 1997, 2000; Dudgeon, 1999) [56]. Tại khu vực Đông Nam Á, các nghiên cứu về Phù du đã được khởi xướng bởi 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 and Bae, 2003, 2004, Tungpairojwong và Bae, 2006; Tungpairojwong, 2007; Braasch Boonsoong, 2009) [56, 57, 58, 59, 60].
Cho đến nay, những nghiên cứu liên quan đến phân loại và hệ thống học Phù du khá tỉ mỉ, các nhà khoa học đã xây dựng khoá phân loại chi tiết tới loài kể cả giai 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com đoạn ấu trùng và trưởng thành. Hiện nay, hướng nghiên cứu tập trung vào các vấn đề sinh thái, phục hồi và bảo tồn các loài cũng như các nghiên cứu ứng dụng của Phù du vào thực tiễn. Neddham và cộng sự (1935), đã công bố các số liệu về vòng đời, quá trình lột xác chuyển từ đời sống dưới nước lên cạn, tập tính dinh dưỡng, tập tính sinh sản, biến động số lượng theo mùa. của nhiều loài Phù du.
Các kết quả nghiên cứu về Địa động vật của Lestage (1930) cho thấy các loài thuộc bộ Phù du ưa sống ở những nơi nước chảy với hàm lượng oxy hòa tan trong nước cao, bên cạnh đó cấu trúc nền đáy của các thủy vực giữ vai trò quan trọng, quyết định đến thành phần loài Phù du. Nghiên cứu đã ch ỉ ra rằng những thủy vực nước chảy mà ở đó cấ u trúc nề n đáy là các khố i đá với nhiề u kích thước khác nhau và có chứa mùn bã hữu cơ thì thành phầ n loài Phù du rấ t đa da ̣ng. Ngoài ra, các yếu tố tự nhiên khác như độ cao , đô ̣ che phủ của rừng tự nhiên , … cũng ảnh hưởng đế n sự phân bố của Phù du [52]. Về khía ca ̣nh ứng du ̣ng , các nghiên cứu ứng dụng của Phù du hiê ̣n nay tâ ̣p trung vào viê ̣c sử dụng Phù du làm sinh vật chỉ thị môi trường nước.
Landa và Soldan (1991), Bufagni (1997) khi nghiên cứu khiá ca ̣nh này , cho rằng việc sử dụng Phù du làm sinh vật chỉ thị dễ thực hiện và có nhiều ưu điểm. Hai ưu điể m nổ i bâ ̣t là: thứ nhấ t có nhi ều công trình nghiên cứu phân loại đã được thực hiện, nên việc định loại tới loài dễ dàng hơn.