Nghiên cứu ảnh hưởng của chất tráng phủ trên bề mặt plastic đến vi giáp xác trong quản lý tài nguyên và môi trường

• Tác giả: Lê Thị Phương Dung
• Người hướng dẫn: PGS. Đào Thanh Sơn
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường
• Đề tài: Tác động của chất tráng phủ trên plastic đến vi giáp xác trong quản lý tài nguyên và môi trường
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
• 1.1. Đặt vấn đề
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Ảnh hưởng của phthalate lên vi giáp xác Daphnia magna
• 3.2. Ảnh hưởng của phthalate lên sức sống của Daphnia magna
• 3.3. Ảnh hưởng của phthalate lên sự sinh sản của Daphnia magna
• 3.4. Ảnh hưởng của nước rỉ nhựa lên vi giáp xác Daphnia magna
• 3.5. Ảnh hưởng của nước rỉ nhựa lên sức sống của Daphnia magna
• 3.6. Ảnh hưởng lên sức sinh sản của Daphnia magna
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM

I. Giới thiệu

Nhu cầu sử dụng sản phẩm nhựa ngày càng gia tăng, dẫn đến việc phát sinh một lượng lớn rác thải nhựa không qua xử lý. Sự phát thải này đang trở thành một trong những mối lo ngại lớn nhất về môi trường. Các sản phẩm nhựa, mặc dù tiện lợi, nhưng khi bị thải bỏ, chúng gây ra những tác động tiêu cực đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Theo thống kê, thời gian phân hủy của nhựa rất dài, có thể lên đến hàng trăm năm. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc nghiên cứu và quản lý chất thải nhựa, đặc biệt là các chất tráng phủ trên bề mặt nhựa, ảnh hưởng đến vi giáp xác và các sinh vật thủy sinh khác.

1.1. Tác động của chất tráng phủ

Chất tráng phủ trên bề mặt nhựa có thể chứa các hợp chất độc hại như phthalate, gây ra những tác động nghiêm trọng đến sinh vật thủy sinh. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng phthalate có thể gây rối loạn nội tiết và ảnh hưởng đến sự phát triển của động vật phù du, như Daphnia magna. Việc hiểu rõ về các tác động này là rất quan trọng trong việc quản lý tài nguyên và môi trường, đặc biệt trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này được thực hiện thông qua các thí nghiệm phơi nhiễm Daphnia magna với phthalate và nước rỉ nhựa. Daphnia magna được nuôi trong các điều kiện kiểm soát để theo dõi sự sống sót và khả năng sinh sản của chúng. Các nồng độ phthalate được sử dụng trong thí nghiệm là 0, 5, 50 và 500 µg/L, trong khi nước rỉ nhựa được kiểm tra ở các nồng độ 0, 10, 100 và 1000 mg/L. Số liệu thu thập sẽ được xử lý thống kê để đánh giá tác động của các chất này lên vi giáp xác.

2.1. Thiết kế thí nghiệm

Thiết kế thí nghiệm bao gồm việc nuôi Daphnia magna trong nhiều thế hệ để theo dõi ảnh hưởng của phthalate và nước rỉ nhựa. Trong thế hệ đầu tiên (F0), các mẫu sẽ được phơi nhiễm với các nồng độ khác nhau và theo dõi sự sống sót. Các thế hệ tiếp theo (F1, F2) sẽ được nuôi trong điều kiện không có phthalate để đánh giá sự di truyền của tác động. Phương pháp này cho phép đánh giá tác động lâu dài của ô nhiễm nhựa lên sinh vật.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả thí nghiệm cho thấy, phthalate có tác động tích cực đến sự sinh sản của Daphnia magna ở các thế hệ đầu tiên, nhưng ảnh hưởng tiêu cực đến sức sống ở thế hệ thứ ba. Cụ thể, tỷ lệ sống sót của Daphnia magna giảm rõ rệt khi tiếp xúc với nồng độ phthalate cao. Tương tự, nước rỉ nhựa cũng không ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức sống, nhưng lại kích thích sự sinh sản ở các thế hệ. Điều này cho thấy, các chất tráng phủ trên nhựa không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe của sinh vật mà còn có thể dẫn đến sự mất cân bằng sinh thái.

3.1. Tác động sinh thái

Tác động của phthalate và nước rỉ nhựa lên Daphnia magna có thể dẫn đến sự suy giảm quần xã động vật phù du, từ đó ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái thủy vực. Việc này có thể gây ra sự mất cân bằng sinh thái, giảm đa dạng sinh học và tài nguyên sinh vật. Do đó, cần có các nghiên cứu sâu hơn và các biện pháp quản lý hiệu quả để bảo vệ môi trường nước và tài nguyên sinh vật.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của xã hội hiện đại, nhu cầu sử dụng các sản phẩm nhựa dùng một lần như túi nilon, hộp xốp đựng thực phẩm, màng bọc thực phẩm ngày càng gia tăng, kéo theo lượng rác thải nhựa phát sinh lớn và chưa được xử lý triệt để. Theo thống kê của Tổ chức Conservancy Ocean, thời gian phân hủy của các sản phẩm nhựa rất lâu, ví dụ túi nhựa mất từ 10-20 năm, hộp đựng thức ăn bằng nhựa mất 20-30 năm, chai nhựa có thể tồn tại đến 450 năm hoặc hơn. Điều này dẫn đến sự tích tụ nhựa trong môi trường, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Đặc biệt, các chất phụ gia trong nhựa như phthalate có thể thôi ra môi trường, xâm nhập vào sinh vật và gây độc tính lâu dài.

Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng mãn tính của chất tráng phủ trên bề mặt nhựa, cụ thể là phthalate và nước rỉ nhựa từ hộp xốp đựng thực phẩm và màng bọc thực phẩm, lên sức sống và khả năng sinh sản của vi giáp xác Daphnia magna qua nhiều thế hệ trong điều kiện phòng thí nghiệm. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 2/2019 đến tháng 12/2019 tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM. Mục tiêu chính là đánh giá tác động lâu dài của các chất phụ gia nhựa lên sinh vật tiêu thụ đầu tiên trong chuỗi thức ăn thủy sinh, từ đó góp phần cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý môi trường nước và bảo tồn đa dạng sinh học.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết về độc học sinh thái và sinh thái học thủy sinh, tập trung vào:

• Độc tính mãn tính của chất phụ gia nhựa (phthalate): Phthalate là nhóm chất hóa dẻo phổ biến trong sản xuất nhựa, có khả năng rối loạn nội tiết và ảnh hưởng đến sinh sản của sinh vật thủy sinh. Các nghiên cứu trước đây đã ghi nhận phthalate gây thay đổi enzyme kháng oxy hóa và giảm sức sống của vi giáp xác Daphnia magna ở nồng độ cao.

• Ảnh hưởng của nước rỉ nhựa (plastic leachates): Nước rỉ nhựa chứa các hợp chất phụ gia và các chất độc hại có thể thôi ra từ nhựa khi tiếp xúc với môi trường nước, ảnh hưởng đến sức sống và sinh sản của sinh vật.

• Khái niệm vi giáp xác Daphnia magna: Là sinh vật mẫu trong nghiên cứu độc học nhờ đặc điểm sinh học thuận lợi như thời gian trưởng thành ngắn, sinh sản nhanh, nhạy cảm với chất ô nhiễm và vai trò quan trọng trong chuỗi thức ăn thủy sinh.

• Mô hình phơi nhiễm đa thế hệ: Nghiên cứu tác động qua ba thế hệ (F0, F1, F2) đối với phthalate và hai thế hệ (F0, F1) đối với nước rỉ nhựa, nhằm đánh giá ảnh hưởng tích lũy và di truyền của các chất độc.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Daphnia magna được mua từ Công ty MicroBio Test (Bỉ) và nuôi trong phòng thí nghiệm với môi trường ISO chuẩn, cho ăn tảo Chlorella. Hóa chất phthalate sử dụng là Di-2-ethylhexyl phthalate (DEHP) với độ tinh khiết 99%. Nước rỉ nhựa được chuẩn bị từ hộp xốp đựng thực phẩm và màng bọc thực phẩm, ngâm trong nước cất 14 ngày dưới ánh sáng mặt trời.

• Thiết kế thí nghiệm:

  • Thí nghiệm phơi nhiễm phthalate kéo dài qua 3 thế hệ với các nồng độ 0, 5, 50, 500 µg/L.
  • Thí nghiệm phơi nhiễm nước rỉ nhựa kéo dài qua 2 thế hệ với các nồng độ 0, 10, 100, 1000 mg/L.
  • Mỗi lô thí nghiệm nuôi 20 cá thể Daphnia (2 con/bình, 10 bình lặp lại).
  • Thời gian thí nghiệm: 21 ngày cho mỗi thế hệ phthalate, 21 ngày cho F0 và 14 ngày cho F1 trong thí nghiệm nước rỉ nhựa.

• Phân tích số liệu: Sử dụng phần mềm Microsoft Excel 2017 để tổng hợp và vẽ đồ thị. So sánh tỷ lệ sống và sinh sản giữa các lô đối chứng và phơi nhiễm theo tỷ lệ phần trăm. Sự khác biệt được xem là có ý nghĩa khi tỷ lệ sống sót khác biệt trên 20%.

• Timeline nghiên cứu:

  • Giao đề tài: 11/02/2019
  • Thực hiện thí nghiệm và thu thập dữ liệu: 02/2019 – 11/2019
  • Xử lý số liệu và viết luận văn: 11/2019 – 12/2019

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của phthalate lên sức sống Daphnia magna:

   • Ở thế hệ F0 và F1, tỷ lệ sống sót của Daphnia magna trong các lô phơi nhiễm phthalate (5, 50, 500 µg/L) dao động từ 85% đến 100%, không khác biệt đáng kể so với đối chứng (90-100%).
   • Ở thế hệ F2, tỷ lệ sống sót giảm mạnh ở các lô phơi nhiễm liên tục hoặc chuyển tiếp phthalate (P-P-C và P-P-P) chỉ còn 45-50% so với 95% của đối chứng.

2. Ảnh hưởng của phthalate lên sinh sản Daphnia magna:

   • Ở F0, phthalate kích thích sinh sản với tỷ lệ con non tăng lên 112-189% so với đối chứng, cao nhất ở nồng độ 50 µg/L (189%).
   • Ở F1, sinh sản vẫn được kích thích với tỷ lệ 108-127% so với đối chứng.
   • Ở F2, sinh sản giảm mạnh còn khoảng 53-55% so với đối chứng, tương ứng với sự suy giảm số lượng cá mẹ.

3. Ảnh hưởng của nước rỉ nhựa lên sức sống Daphnia magna:

   • Ở F0 và F1, tỷ lệ sống sót của Daphnia magna trong các lô phơi nhiễm nước rỉ nhựa (10, 100, 1000 mg/L) không khác biệt đáng kể so với đối chứng, dao động từ 90-100%.

4. Ảnh hưởng của nước rỉ nhựa lên sinh sản Daphnia magna:

   • Ở F0, sinh sản được kích thích với tỷ lệ con non tăng 106-121% so với đối chứng khi phơi nhiễm nước rỉ từ hộp xốp, và 85-118% khi phơi nhiễm nước rỉ từ màng bọc thực phẩm.
   • Ở F1, sinh sản tiếp tục được kích thích với tỷ lệ 121-136% so với đối chứng.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy phthalate không ảnh hưởng đáng kể đến sức sống của Daphnia magna trong hai thế hệ đầu (F0, F1), nhưng gây suy giảm nghiêm trọng ở thế hệ thứ ba (F2). Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây, cho thấy tác động mãn tính của phthalate tích lũy qua nhiều thế hệ, ảnh hưởng đến năng lượng dự trữ và khả năng sống sót của sinh vật. Sự kích thích sinh sản ở nồng độ thấp và trung bình có thể do phthalate hoạt động như một nội tiết tố estrogen, tuy nhiên, ở nồng độ cao hoặc phơi nhiễm kéo dài, năng lượng dự trữ giảm dẫn đến suy giảm sinh sản.

Nước rỉ nhựa không gây ảnh hưởng xấu đến sức sống nhưng kích thích sinh sản Daphnia magna qua hai thế hệ, có thể do các hợp chất phụ gia trong nước rỉ nhựa kích thích quá trình sinh sản. Kết quả này cho thấy tác động chủ yếu của nước rỉ nhựa là về mặt sinh sản, không phải sức sống, và có thể dẫn đến thay đổi cấu trúc quần xã sinh vật thủy sinh.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tỷ lệ sống sót và sinh sản của Daphnia magna qua các thế hệ, so sánh giữa các lô đối chứng và phơi nhiễm, giúp minh họa rõ ràng xu hướng tăng giảm theo nồng độ và thời gian phơi nhiễm.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường nghiên cứu thực địa về phthalate và nước rỉ nhựa nhằm đánh giá tác động thực tế lên quần xã sinh vật thủy sinh, làm cơ sở khoa học cho quản lý môi trường nước.

2. Xây dựng quy chuẩn và giới hạn an toàn cho phthalate trong môi trường nước dựa trên kết quả nghiên cứu mãn tính qua nhiều thế hệ, nhằm bảo vệ đa dạng sinh học và tài nguyên thủy sinh.

3. Khuyến khích giảm thiểu sử dụng nhựa dùng một lần và phát triển vật liệu thay thế thân thiện môi trường để hạn chế phát thải nhựa và các chất phụ gia độc hại ra môi trường.

4. Tăng cường công tác tuyên truyền, giáo dục cộng đồng và doanh nghiệp về tác hại của rác thải nhựa và phthalate, đồng thời thúc đẩy các phong trào thu gom, tái chế nhựa hiệu quả.

5. Phát triển các công nghệ xử lý nước thải và rác thải nhựa hiệu quả hơn, nhằm giảm thiểu lượng phthalate và nước rỉ nhựa phát tán vào môi trường tự nhiên.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà quản lý môi trường và chính sách: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng các quy định, tiêu chuẩn về kiểm soát phát thải nhựa và phthalate, bảo vệ nguồn nước và đa dạng sinh học.

2. Nhà khoa học và nghiên cứu sinh: Tham khảo phương pháp nghiên cứu phơi nhiễm đa thế hệ và dữ liệu độc tính mãn tính của phthalate, nước rỉ nhựa lên sinh vật thủy sinh để phát triển các nghiên cứu tiếp theo.

3. Doanh nghiệp sản xuất và tái chế nhựa: Hiểu rõ tác động của phụ gia nhựa và nước rỉ nhựa để cải tiến công nghệ sản xuất, giảm thiểu phát thải độc hại, đồng thời phát triển sản phẩm thân thiện môi trường.

4. Cơ quan giáo dục và truyền thông môi trường: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo để nâng cao nhận thức cộng đồng về tác hại của rác thải nhựa và các chất phụ gia, thúc đẩy hành động bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Phthalate là gì và tại sao nó gây hại cho sinh vật thủy sinh?
   Phthalate là nhóm chất hóa dẻo được sử dụng phổ biến trong sản xuất nhựa, có khả năng rối loạn nội tiết và ảnh hưởng đến sinh sản của sinh vật thủy sinh. Ví dụ, phthalate có thể kích thích sinh sản ở nồng độ thấp nhưng gây suy giảm sức sống và sinh sản khi phơi nhiễm kéo dài.

2. Tại sao nghiên cứu cần thực hiện phơi nhiễm qua nhiều thế hệ?
   Phơi nhiễm đa thế hệ giúp đánh giá tác động tích lũy và di truyền của chất độc, vì một số ảnh hưởng mãn tính chỉ biểu hiện rõ sau nhiều thế hệ, như suy giảm sức sống và sinh sản ở thế hệ thứ ba trong nghiên cứu này.

3. Nước rỉ nhựa ảnh hưởng như thế nào đến vi giáp xác Daphnia magna?
   Nước rỉ nhựa không làm giảm sức sống của Daphnia magna nhưng kích thích sinh sản qua hai thế hệ, có thể dẫn đến thay đổi cân bằng quần xã sinh vật thủy sinh.

4. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu này vào quản lý môi trường thực tế không?
   Có, kết quả cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng quy chuẩn giới hạn phthalate trong nước, đồng thời thúc đẩy các biện pháp giảm thiểu phát thải nhựa và phụ gia độc hại vào môi trường.

5. Làm thế nào để giảm thiểu tác động của phthalate và nước rỉ nhựa đến môi trường?
   Giải pháp bao gồm giảm sử dụng nhựa dùng một lần, phát triển vật liệu thay thế, tăng cường thu gom và tái chế nhựa, cải tiến công nghệ xử lý nước thải, và nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ môi trường.

Kết luận

• Phthalate và nước rỉ nhựa không ảnh hưởng đáng kể đến sức sống Daphnia magna trong hai thế hệ đầu, nhưng phthalate gây suy giảm nghiêm trọng sức sống và sinh sản ở thế hệ thứ ba.
• Phthalate kích thích sinh sản ở nồng độ thấp và trung bình, trong khi nước rỉ nhựa kích thích sinh sản qua hai thế hệ mà không ảnh hưởng sức sống.
• Ảnh hưởng mãn tính của phthalate và nước rỉ nhựa chủ yếu biểu hiện qua sự thay đổi sinh sản, có thể dẫn đến mất cân bằng hệ sinh thái thủy sinh.
• Cần nghiên cứu thực địa để đánh giá tác động thực tế và xây dựng quy chuẩn quản lý môi trường phù hợp.
• Khuyến nghị giảm thiểu sử dụng nhựa dùng một lần, tăng cường thu gom, tái chế và nâng cao nhận thức cộng đồng về tác hại của nhựa và phụ gia nhựa.

Luận văn mở ra hướng nghiên cứu mới về tác động mãn tính của chất tráng phủ nhựa lên sinh vật thủy sinh, góp phần nâng cao hiểu biết khoa học và hỗ trợ quản lý tài nguyên môi trường bền vững. Các nhà nghiên cứu và quản lý môi trường được khuyến khích tiếp tục triển khai các nghiên cứu thực địa và áp dụng kết quả vào thực tiễn nhằm bảo vệ hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng.