Tổng quan nghiên cứu

Chất lượng môi trường nước mặt đang là vấn đề cấp thiết trong bối cảnh biến đổi khí hậu và gia tăng ô nhiễm do hoạt động con người. Tại tỉnh Quảng Nam, với hệ thống thủy vực đa dạng gồm sông Vu Gia - Thu Bồn, các hồ chứa và hồ nội thành, việc giám sát chất lượng nước mặt đóng vai trò quan trọng trong bảo vệ tài nguyên và phát triển bền vững. Nghiên cứu này tập trung đánh giá khả năng sử dụng các loài giáp xác chân chèo (Copepoda: Arthropoda) làm sinh vật chỉ thị cho chất lượng môi trường nước mặt tại 15 vị trí thuộc các thủy vực khác nhau của Quảng Nam trong giai đoạn từ tháng 4 đến tháng 11 năm 2021.

Mục tiêu chính của luận văn là đánh giá khả năng chỉ thị của các loài Copepoda đối với các chỉ tiêu môi trường và các trạng thái dinh dưỡng khác nhau trong thủy vực. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các vị trí thuộc trung lưu, hạ lưu sông, hồ chứa và hồ nội thành, với tổng số 20 loài Copepoda được ghi nhận. Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc bổ sung dữ liệu về đa dạng sinh học và chất lượng môi trường, đồng thời cung cấp cơ sở cho việc ứng dụng quan trắc sinh học tại khu vực. Về thực tiễn, kết quả giúp cơ quan quản lý nhận diện các vấn đề môi trường và đề xuất giải pháp giám sát hiệu quả, góp phần bảo vệ nguồn nước mặt tại Quảng Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết về sinh thái học quần xã và sinh vật chỉ thị môi trường. Phân lớp Copepoda thuộc ngành Arthropoda, gồm ba bộ chính: Calanoida, Cyclopoida và Harpacticoida, được xem là nhóm sinh vật phù du có khả năng phản ứng nhanh với biến đổi môi trường. Các khái niệm chính bao gồm:

  • Chỉ số trạng thái dinh dưỡng (TSI): Đánh giá mức độ dinh dưỡng của thủy vực dựa trên nồng độ tổng photpho và chlorophyll-a.
  • Chỉ số đa dạng sinh học Shannon-Wiener và Simpson: Đo lường sự đa dạng và ưu thế loài trong quần xã Copepoda.
  • Chỉ số chỉ thị IndVal: Xác định khả năng chỉ thị của từng loài Copepoda đối với các nhóm môi trường đặc trưng.
  • Phân tích thành phần chính (PCA) và phân tích tương quan đa biến (CCA): Phân tích mối quan hệ giữa các chỉ tiêu môi trường và sự phân bố loài.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu bao gồm mẫu nước và mẫu động vật phù du thu thập tại 15 vị trí thuộc các thủy vực khác nhau của tỉnh Quảng Nam từ tháng 4 đến tháng 11 năm 2021. Mẫu nước được lấy theo tiêu chuẩn TCVN 6663-6:2018 và bảo quản đúng quy định. Mẫu Copepoda được thu bằng lưới lọc mắt lưới 50 µm, kéo ngang mặt nước trong 30 phút, đồng thời lọc 100 lít nước để định lượng mật độ cá thể.

Các chỉ tiêu môi trường như nhiệt độ, pH, độ dẫn điện (EC), tổng chất rắn hòa tan (TDS), độ mặn (Sal), độ đục (NTU), oxy hòa tan (DO), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), amoni (NH4+), photphat (PO43-), tổng photpho (TP) và chlorophyll-a được đo bằng thiết bị hiện trường và phân tích phòng thí nghiệm theo các phương pháp chuẩn quốc tế.

Phân tích dữ liệu sử dụng phần mềm thống kê Past 4 và SPSS, bao gồm phân tích ANOVA, PCA, CCA và phân tích chỉ số IndVal để đánh giá mối quan hệ giữa các loài Copepoda và các chỉ tiêu môi trường. Cỡ mẫu gồm 15 vị trí thu mẫu, lựa chọn theo phương pháp chọn mẫu có chủ đích nhằm đại diện cho các dạng thủy vực đặc trưng của Quảng Nam.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chất lượng môi trường nước mặt:

    • Độ dẫn điện (EC) tại khu vực hạ lưu sông đạt trung bình 12,676 ± 3,511 mS/cm, cao hơn đáng kể so với trung lưu sông (0,102 ± 0,071 mS/cm) và hồ chứa (0,099 ± 0,056 mS/cm) (P<0,05).
    • Tổng chất rắn hòa tan (TDS) và độ mặn (Sal) cũng cao nhất tại hạ lưu sông, lần lượt là 8,611 ± 2,248 mg/l và 7,66 ± 2,155 mg/l, trong khi các khu vực khác có giá trị thấp hơn nhiều.
    • Độ đục (NTU) cao nhất tại trung lưu sông với 31,067 ± 3,808 NTU, phản ánh dòng chảy mạnh và phù sa dồi dào.

  2. Mức độ dinh dưỡng theo chỉ số TSI:

    • Giá trị TSI trung bình là 41,643 ± 10,18, dao động từ 20,47 (nghèo dinh dưỡng) đến 57,33 (phú dưỡng).
    • Các khu vực hồ tĩnh như Cẩm Thanh 1, Hồ Thạch Bàn và Hồ An Sơn có mức phú dưỡng cao hơn, do tích tụ chất dinh dưỡng và bùn đáy dày.

  3. Đa dạng và cấu trúc quần xã Copepoda:

    • Ghi nhận 20 loài thuộc 10 họ và 17 chi, trong đó họ Cyclopidae chiếm ưu thế với 6 loài (30%), tiếp theo là họ Diaptomidae với 5 loài (25%).
    • Mật độ Copepoda dao động từ 40 cá thể/m3 tại Đại Lộc đến 880 cá thể/m3 tại Hồ Thạch Bàn, nơi loài Tropocyclops prasinus chiếm ưu thế với mật độ 720 cá thể/m3.
    • Chỉ số đa dạng Shannon-Wiener dao động từ 1,47 đến 1,92, cho thấy mức đa dạng sinh học khá đồng đều giữa các thủy vực.

  4. Khả năng chỉ thị môi trường của Copepoda:

    • Phân tích tương quan Pearman cho thấy sự phong phú của một số loài Copepoda có mối liên hệ chặt chẽ với các chỉ tiêu môi trường như EC, TDS, độ mặn, độ đục, DO, NH4+, PO43- và TP (P<0,05), trong khi pH và NO3- không có tương quan rõ ràng.
    • Các loài như Thermocyclops decipiens, Acanthocyclops robustus và Oithona nana được xác định có giá trị chỉ thị cao cho các trạng thái dinh dưỡng và ô nhiễm kim loại nặng.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy sự khác biệt rõ rệt về các chỉ tiêu môi trường giữa các dạng thủy vực, phản ánh ảnh hưởng của địa hình, dòng chảy và tác động con người. Độ đục cao tại trung lưu sông do phù sa và dòng chảy mạnh, trong khi độ mặn và TDS cao tại hạ lưu sông do tiếp giáp biển. Mức độ phú dưỡng tập trung ở các hồ tĩnh, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về tích tụ chất dinh dưỡng trong vùng nước đứng.

Đa dạng và mật độ Copepoda phản ánh rõ đặc điểm môi trường từng khu vực, với họ Cyclopidae và Diaptomidae là nhóm chiếm ưu thế, tương tự các nghiên cứu quốc tế và trong nước. Mật độ cao tại hồ Thạch Bàn cho thấy điều kiện môi trường thuận lợi cho loài Tropocyclops prasinus, phù hợp với mô hình sinh thái của loài này.

Mối tương quan giữa các chỉ tiêu môi trường và sự phân bố Copepoda khẳng định vai trò của nhóm này như sinh vật chỉ thị hiệu quả. Việc sử dụng chỉ số IndVal giúp xác định các loài có khả năng biểu thị chính xác các trạng thái dinh dưỡng và ô nhiễm, hỗ trợ cho công tác giám sát sinh học. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về khả năng chỉ thị của Copepoda đối với chất lượng nước và ô nhiễm kim loại nặng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ PCA phân nhóm vị trí thu mẫu theo đặc điểm môi trường, biểu đồ mật độ các họ Copepoda tại từng vị trí, và bảng tương quan Pearman giữa các chỉ tiêu môi trường và loài Copepoda để minh họa mối quan hệ chặt chẽ.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng quy trình quan trắc sinh học sử dụng Copepoda:

    • Áp dụng phương pháp thu mẫu và phân tích đã được nghiên cứu để triển khai giám sát định kỳ tại các thủy vực trọng điểm.
    • Mục tiêu: Nâng cao độ chính xác và tiết kiệm chi phí trong giám sát chất lượng nước mặt.
    • Thời gian: Triển khai trong vòng 1-2 năm, do Sở Tài nguyên và Môi trường Quảng Nam phối hợp với các viện nghiên cứu.

  2. Phát triển cơ sở dữ liệu đa dạng sinh học Copepoda:

    • Thu thập và cập nhật dữ liệu về thành phần loài, mật độ và chỉ số sinh học tại các khu vực khác nhau.
    • Mục tiêu: Hỗ trợ xây dựng mô hình dự báo chất lượng môi trường và đánh giá tác động môi trường.
    • Thời gian: Liên tục cập nhật hàng năm, do các trường đại học và trung tâm nghiên cứu thực hiện.

  3. Tăng cường đào tạo và nâng cao nhận thức về quan trắc sinh học:

    • Tổ chức các khóa đào tạo cho cán bộ quản lý và kỹ thuật viên về kỹ thuật thu mẫu, phân tích và ứng dụng Copepoda làm sinh vật chỉ thị.
    • Mục tiêu: Đảm bảo chất lượng và hiệu quả của công tác giám sát môi trường.
    • Thời gian: Triển khai trong 6-12 tháng, do các cơ sở đào tạo và Sở TNMT phối hợp thực hiện.

  4. Khuyến khích nghiên cứu mở rộng và ứng dụng công nghệ mới:

    • Hỗ trợ các đề tài nghiên cứu về sinh thái Copepoda và phát triển công nghệ phân tích sinh học phân tử để nâng cao độ chính xác định loại.
    • Mục tiêu: Mở rộng phạm vi ứng dụng và nâng cao hiệu quả giám sát môi trường.
    • Thời gian: Dài hạn, từ 2-5 năm, do các viện nghiên cứu và trường đại học chủ trì.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý môi trường:

    • Lợi ích: Cung cấp công cụ giám sát sinh học hiệu quả, giúp nhận diện sớm các vấn đề ô nhiễm và điều chỉnh chính sách quản lý.
    • Use case: Sử dụng dữ liệu Copepoda để đánh giá chất lượng nước mặt định kỳ.

  2. Nhà nghiên cứu và học giả trong lĩnh vực sinh thái và tài nguyên nước:

    • Lợi ích: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, dữ liệu đa dạng sinh học và mô hình phân tích môi trường.
    • Use case: Phát triển các nghiên cứu tiếp theo về sinh vật chỉ thị và mô hình dự báo môi trường.

  3. Các tổ chức bảo tồn và phát triển bền vững:

    • Lợi ích: Hiểu rõ vai trò của sinh vật phù du trong hệ sinh thái nước mặt và áp dụng vào các chương trình bảo tồn.
    • Use case: Thiết kế các dự án bảo vệ nguồn nước và đa dạng sinh học.

  4. Sinh viên và giảng viên ngành Quản lý tài nguyên môi trường, Sinh học:

    • Lợi ích: Tài liệu tham khảo học thuật, phương pháp nghiên cứu thực tiễn và ứng dụng công nghệ phân tích sinh học.
    • Use case: Học tập, nghiên cứu và phát triển đề tài luận văn, luận án.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao chọn Copepoda làm sinh vật chỉ thị cho chất lượng nước mặt?
    Copepoda phản ứng nhanh với biến đổi môi trường, có đa dạng loài phong phú và phân bố rộng, giúp đánh giá sơ bộ chất lượng nước hiệu quả và tiết kiệm chi phí so với phương pháp hóa lý truyền thống.

  2. Phương pháp thu mẫu Copepoda được thực hiện như thế nào?
    Mẫu được thu bằng lưới lọc mắt lưới 50 µm, kéo ngang mặt nước trong 30 phút ở độ sâu khoảng 20 cm, đồng thời lọc 100 lít nước để định lượng mật độ cá thể, đảm bảo tính đại diện và chính xác.

  3. Các chỉ tiêu môi trường nào có ảnh hưởng lớn đến sự phân bố Copepoda?
    Các chỉ tiêu như độ dẫn điện (EC), tổng chất rắn hòa tan (TDS), độ mặn, độ đục (NTU), oxy hòa tan (DO), amoni (NH4+), photphat (PO43-) và tổng photpho (TP) có mối tương quan chặt chẽ với sự phong phú và mật độ Copepoda.

  4. Chỉ số IndVal được sử dụng để làm gì trong nghiên cứu này?
    IndVal giúp xác định các loài Copepoda có khả năng chỉ thị đặc trưng cho từng nhóm môi trường hoặc trạng thái dinh dưỡng, từ đó lựa chọn loài sinh vật chỉ thị phù hợp cho giám sát sinh học.

  5. Nghiên cứu có thể áp dụng cho các khu vực khác ngoài Quảng Nam không?
    Phương pháp và kết quả nghiên cứu có thể được điều chỉnh và áp dụng cho các khu vực có điều kiện thủy vực tương tự, giúp mở rộng ứng dụng quan trắc sinh học bằng Copepoda trên phạm vi rộng hơn.

Kết luận

  • Đã ghi nhận 20 loài Copepoda thuộc 10 họ tại 15 vị trí thủy vực Quảng Nam, trong đó có 8 loài mới cho Việt Nam.
  • Chất lượng môi trường nước mặt có sự khác biệt rõ rệt giữa các dạng thủy vực, với mức độ dinh dưỡng dao động từ nghèo đến phú dưỡng.
  • Các loài Copepoda như Thermocyclops decipiens và Acanthocyclops robustus có khả năng chỉ thị tốt cho các chỉ tiêu môi trường và trạng thái dinh dưỡng.
  • Phương pháp thu mẫu và phân tích Copepoda được đánh giá là hiệu quả, phù hợp để ứng dụng trong giám sát sinh học tại Quảng Nam.
  • Đề xuất xây dựng quy trình quan trắc sinh học dựa trên Copepoda nhằm nâng cao hiệu quả quản lý và bảo vệ nguồn nước mặt.

Tiếp theo, cần triển khai áp dụng quy trình quan trắc sinh học tại các thủy vực trọng điểm, đồng thời mở rộng nghiên cứu đa dạng sinh học và ứng dụng công nghệ phân tích hiện đại. Các cơ quan quản lý và nhà nghiên cứu được khuyến khích phối hợp để phát huy tối đa giá trị của sinh vật chỉ thị Copepoda trong bảo vệ môi trường nước mặt.