MỞ ĐẦU Tảo phù du là nhóm sinh vật nhân sơ hoặc nhân thực có cấu tạo đơn bào, tập đoàn hay đa bào đơn giản hoặc phân hóa thành thân, lá và rễ giả. Dinh dưỡng là tự dưỡng nhờ có sắc tố quang hợp, dị dưỡng chỉ có ở một số đại diện đặc biệt. Nó có khả năng phân chia nhanh chóng trong một thời gian nhất định. Trong hệ sinh thái thủy vực, tảo là sinh vật sản xuất chủ yếu, tạo nên năng suất sơ cấp của thủy vực [18], [37].
Bên cạnh đó, vi khuẩn lam cũng đóng vai trò tương tự như tảo. Do đó, những nghiên cứu về tảo trong các thủy vực thường được đi kèm với vi khuẩn lam. Khi đánh giá chất lượng môi trường nước, khoa học ngày nay sử dụng một hệ thống các chỉ tiêu lý hóa. Bên cạnh đó, các sinh vật chỉ thị trong đó có tảo và vi khuẩn cũng thường được sử dụng.
Tảo và Vi khuẩn lam đã và đang được nghiên cứu sử dụng để chỉ thị ô nhiễm môi trường nước bởi tính nhạy cảm của chúng đối với sự biến động của môi trường. Việc đánh giá chất lượng nước đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc xác định loại nước phù hợp với những mục đích sử dụng khác nhau của con người, không gây ảnh hưởng xấu đến đời sống của con người và các sinh vật khác. Bên cạnh đó, khi đánh giá và phát hiện nước bị ô nhiễm sẽ kịp thời đưa ra những giải pháp xử lí nhanh và hiệu quả, góp phần cải thiện chất lượng nước tốt hơn. Hồ Trúc Bạch là một hồ lớn nằm trong lòng thành phố Hà Nội, có giá trị về cảnh quan và du lịch.
Hiện tại, hồ Trúc Bạch đang bị ô nhiễm, nguyên nhân chính là do hồ phải nhận một lượng lớn nước thải chưa qua xử lý. Việc nghiên cứu các đặc tính của hồ, từ tính chất vật lý, hóa học tới sinh học thường xuyên là hết sức cần thiết để tạo cơ sở cho việc cải tạo và duy trì sự trong sạch của hồ, đồng thời giúp đánh giá khách quan các biện pháp xử lý môi trường đang được áp dụng. Hiện nay, các nghiên cứu về chất lượng nước hồ Trúc Bạch chủ yếu tập trung ở việc phân tích các thông số thủy lý, thủy hóa của nước mà chưa có nhiều 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng tảo và vi khuẩn lam làm sinh vật chỉ thị trong việc đánh giá chất lượng nước hồ. Nhằm tìm hiểu về mối tương quan giữa thành phần, cấu trúc loài và các chỉ tiêu lý hóa, cũng như khả năng sử dụng tảo và Vi khuẩn lam trong việc đánh giá chất lượng nước ở hồ Trúc Bạch, chúng tôi thực hiện đề tài: “Hệ tảo, Vi khuẩn lam và ứng dụng để đánh giá chất lượng môi trường nước tại hồ Trúc Bạch, Hà Nội” với các nội dung chính như sau: 1.
Xác định thành phần, mật độ thực vật nổi tại Hồ Trúc Bạch và phân tích sự biến động về thành phần loài và mật độ thực vật nổi theo mùa và theo năm. Đánh giá mức độ ô nhiễm tại Hồ Trúc Bạch thông qua các chỉ số sinh học: chỉ số đa dạng Shannon – Weiner (1963), chỉ số Palmer (1969), chỉ số Euglenophyta (1949) và qua các thông số thủy lý hóa. Đánh giá tương quan giữa các thông số sinh học với các thông số thủy lý hóa, tương quan giữa hàm lượng NO3-, NH4+ và PO43- với mật độ của một số chi tảo ưu thế tại hồ Trúc Bạch. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học CHƢƠNG 1.
TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Sinh vật chỉ thị Sinh vật chỉ thị là những cá thể, quần thể hay quần xã có khả năng thích ứng hoặc rất nhạy cảm với môi trường nhất định. Chúng là các loài sinh vật mà sự hiện diện và thay đổi số lượng các loài chỉ thị cho sự ô nhiễm hay xáo trộn của môi trường. Các loài này thường có tính mẫn cảm cao với các điều kiện sinh lý, sinh hóa [12], [32], [39].
Những nhóm sinh vật chỉ thị chính Trong hệ sinh thái nước, cùng với các nhóm sinh vật khác như vi khuẩn, động vật nguyên sinh, động vật không xương sống cỡ lớn, thực vật lớn, cá…, tảo đóng vai trò rất quan trọng. Đây là một trong những nguồn cung cấp lượng oxy hòa tan cho thủy vực, đồng thời là sinh vật sản xuất trong chuỗi thức ăn của hệ sinh thái dưới nước. Với kích thước nhỏ, khả năng phản ứng của tảo rất cao trước sự thay đổi của môi trường. Do đó, dựa vào thành phần loài, mật độ, sinh khối, đặc tính phân bố theo thời gian của tảo có thể xác định được mức độ ô nhiễm của thủy vực [32], [39].
Theo Hellewell (1989), tỷ lệ sử dụng các nhóm sinh vật trong chỉ thị chất lượng nước như sau [36]: - Virut: 1%, vi khuẩn: 15% - Vi tảo: 25% - Thực vật bậc cao: 3,5% - Nấm: 3,5% - Nấm men: 2,5% - Động vật nguyên sinh: 17,5% - ĐVKXS cỡ lớn: 26% Như vậy, vi tảo và động vật không xương sống cỡ lớn là hai nhóm sinh vật chỉ thị được sử dụng phổ biến nhất trong phương pháp sử dụng sinh vật chỉ thị để quan trắc và đánh giá chất lượng nước. Trong luận văn này, tảo được sử dụng kết 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học hợp với các thông số thủy lý hóa để đánh giá chất lượng môi trường nước hồ Trúc Bạch. Hiện nay, có một vài chỉ số sinh học tảo thường được sử dụng để đánh giá chất lượng nước. Việc sử dụng kết hợp các thông số sẽ cho kết quả chính xác hơn.
Chỉ số đa dạng sinh học Shannon-Weiner (H’) Chỉ số Shannon, đôi khi được gọi là chỉ số Shannon-Wiener hay chỉ số Shannon-Weaver, là một cách đo lường của các nhà sinh thái học khi hệ thống bao gồm nhiều cá thể mà mỗi cá thể được nhận dạng và kiểm định. Với một mẫu nhỏ, chỉ số này là tỷ số của số lượng của một loài với các giá trị của loài đó (như là sinh khối, hay sự sản xuất) trong quần xã hay chuỗi thức ăn [32]. Chỉ số đa dạng biểu thị độ phong phú loài trong môi trường đã chọn ở dạng giá trị đơn loài. Chỉ số này có ý nghĩa gián tiếp chỉ ra sự tăng ô nhiễm của một hệ sinh thái, làm cho các loài mẫn cảm sẽ giảm thiểu và dẫn đến việc suy giảm tính đa dạng tổng thể của quần xã sinh vật [32].
Cách tính này đến từ thuyết thông tin và tính toán sự sắp xếp (hay không sắp xếp) của một kỹ sư điện tử và nhà toán học người Mỹ Claude Shannon (1916-2001) được biết tới là cha đẻ của thuyết thông tin. Chỉ số Shannon lần đầu tiên được đưa ra trong thuyết thông tin của Claude Shannon năm 1948. Trong nghiên cứu sinh thái học, sự sắp xếp này được đặc trưng bởi số lượng cá thể quan sát được của mỗi loài trong vùng mẫu [32]. Chỉ số ô nhiễm Palmer (P) Theo Palmer (1969), ô nhiễm hữu cơ có xu hướng ảnh hưởng lên hệ tảo mạnh hơn so với các nhân tố khác trong môi trường nước như: độ cứng của nước, tình trạng phú dưỡng, cường độ ánh sáng, pH, DO (oxy hòa tan), tốc độ dòng chảy, kích thước của thể nước và các loại chất ô nhiễm khác [32].
Thuật ngữ oligo-, meso- và eutrophic được sử dụng một cách đặc trưng cho môi trường chứa nhiều chất vô cơ hoặc hữu cơ hòa tan. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học Các chỉ số ô nhiễm của Palmer được xây dựng dựa trên sự có mặt của các chi tảo trong môi trường nước bị ô nhiễm hữu cơ cao. Chỉ số ô nhiễm tại mỗi điểm sẽ được tính toán dựa trên phép tính tổng các điểm số của các chi hoặc loài tảo xuất hiện trong điểm nghiên cứu đó [32]. Chỉ số Euglenophyta (E) Chỉ số Euglenophyta được sử dụng để xác định độ phì bằng tỉ lệ các nhóm tảo dựa theo Fefoldy Lajos thuộc viện hàn lâm khoa học Hungary công bố trong Biologial Vizminosites, 1980 trong tập Viziigyi Hydrobiologia 9 [29].
Độ phì và độ bẩn tỷ lệ thuận với nhau. Độ phì tăng lên, độ bẩn cũng tăng theo nhưng độ bẩn bao giờ cũng tăng nhanh hơn độ phì (khoảng một bậc) [29]. Một vài chỉ tiêu thủy lí hóa đƣợc dùng để đánh giá chất lƣợng môi trƣờng nƣớc 1. Các chỉ tiêu thủy lý Nhiệt độ: Nhiệt độ của nước là đại lượng phụ thuộc vào điều kiện môi trường và khí hậu.
Nhiệt độ ảnh hưởng tới nồng độ oxi hòa tan (DO), tốc độ chuyển hóa các chất, quá trình sinh trưởng phát triển của sinh vật thủy sinh [7]. Màu nƣớc: Màu sắc đặc trưng của nước ở từng thủy vực là do sự có mặt của một số hợp chất vô cơ như: Fe3+, Cu2+… hay các hợp chất hữu cơ dạng bùn, chất lơ lửng hoặc các loài vi tảo. Nước ở thủy vực bị phì dưỡng thường có màu xanh đậm hoặc nổi váng trắng, chứng tỏ sự phát triển nở rộ của thực vật nổi [7]. Mùi nƣớc: do mùi của một số chất khí tan trong nước được tạo thành từ quá trình phân hủy chất hữu cơ, như: H2S, NH3, CH3NH2, CH3(CH2)3 SH ….
Các chỉ tiêu thủy hóa pH: phụ thuộc vào hàm lượng chất hữu cơ, độ thủy phân muối và sự phát triển của hệ vi tảo ở trong nước. pH được duy trì ở mức trung tính sẽ phù hợp với đời sống của các thủy sinh vật, nếu pH quá kiềm hoặc quá axit sẽ gây ảnh hưởng tới hệ sinh vật phát triển trong nước, đồng thời làm thay đổi thành phần hóa học trong nước [7]. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Thị Dung – K23 QH Sinh học DO - Hàm lƣợng oxy hòa tan trong nƣớc: có nguồn gốc từ sự khuếch tán không khí từ khí quyển vào nước hoặc do quá trình quang hợp của tảo. DO phụ thuộc vào các yếu tố: nhiệt độ, áp suất, đặc tính lý hóa của nước, sự phân hủy vật chất, quang hợp của tảo.
Hàm lượng DO là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng nước và khả năng tự làm sạch của thủy vực. DO càng thấp chứng tỏ mức độ ô nhiễm của nước càng cao, ảnh hưởng tới đời sống của các sinh vật thủy sinh, làm giảm khả năng tự làm sạch của nước [7]. BOD5- nhu cầu oxy sinh học: là lượng oxy cần thiết để các vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ ở điều kiện yếm khí trong 5 ngày.