Sử dụng tảo lục trong đánh giá chất lượng môi trường nước hồ trị an - Trần Thị Hoàng Yến

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN SAIGON UNIVERSITY TẠP CHÍ KHOA HỌC SCIENTIFIC JOURNAL ĐẠI HỌC SÀI GÒN OF SAIGON UNIVERSITY Số 65 (5/2019) No. 65 (5/2019) Email: tcdhsg@sgu.edu.vn ; Website: https://tapchikhoahoc.sgu.edu.vn 3 SỬ DỤNG TẢO LỤC TRONG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC HỒ TRỊ AN Algal Community Used For Assessment Of Water Quality Of Tri An Reservoir Trần Thị Hoàng Yến(1), Nguyễn Thị Hoàng Oanh(2), ThS. Dương Thị Giáng Hương(3), TS. Phạm Thanh Lưu(4) (1),(4)Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (2)Trường Đại học Tôn Đức Thắng (3)Trường Đại học Sài Gòn Tóm tắt Nghiên cứu này khảo sát sự đa dạng của khu hệ tảo lục làm cơ sở đánh giá hiện trạng chất lượng môi trường nước ở hồ Trị An với mẫu được thu tại 6 vị trí từ tháng 3 năm 2016 đến tháng 2 năm 2017. Kết quả cho thấy: khu hệ tảo lục ở hồ Trị An khá phong phú với 98 loài thuộc 4 lớp, 6 bộ, 16 họ, 31 chi, trong đó hai chi Staurastrum và Scenedesmus chiếm ưu thế về số loài; mật độ tảo lục tại các điểm khảo sát ở hồ Trị An dao động từ 3 × 105 – 13 × 106 (tế bào/L); cấu trúc quần xã tảo lục có sự khác biệt rõ rệt giữa các điểm khảo sát cũng như giữa các đợt khảo sát. Chỉ số H’ và chỉ số Palmer cho thấy chất lượng nước hồ Trị An đang bị ô nhiễm. Từ khóa: chất lượng môi trường, chỉ số đa dạng Shannon–Wiener (H’),Chỉ số ô nhiễm Palmer, Hồ Trị An, tảo lục Abstract This study aimed to describe the spatial and temporal variation of green algae community structure in the Tri An Reservoir. Samples were collected monthly at 6 sites from March, 2016 to February, 2017. A total of 98 species classified into 31 genera, 16 families, 6 orders, 4 classes were recorded with a clear dominance of Staurastrum and Scenedesmus. Cell density varied from 3 × 105 to 13 × 106 (cell/L). The green algae communities structure varied significantly between sites and seasons. Shannon–Wiener diversity index (H') indicated that water quality were slightly polluted. Keywords: green algae, Shannon–Wiener (H’) index, Palmer index, Tri An Reservoir, water quality 1. Giới thiệu Tảo lục (Chlorophyta) là một ngành lớn trong vi tảo. Ở các thuỷ vực nước ngọt tảo lục chiếm ưu thế về thành phần loài cũng như về số lượng cá thể và giữ vai trò quan trọng trong hệ sinh thái [1]. Tảo lục còn được xem là “lá phổi xanh” của các thuỷ vực, chúng có vai trò như thực vật bậc cao ở các hệ sinh thái trên cạn. Tảo lục làm giảm đáng kể lượng CO2 trong nước, phục hồi lượng oxi hoà tan (DO), đồng thời giúp điều tiết lượng oxi hoá hoá học Email: thanhluupham@gmail.com SCIENTIFIC JOURNAL OF SAIGON UNIVERSITY No. 65 (5/2019) 4 (COD) thông qua quá trình quang hợp. Ngoài ra, tảo lục nhạy cảm với các thay đổi của điều kiện môi trường nên là sinh vật chỉ thị cho mức dinh dưỡng của thủy vực [2]. Các nghiên cứu về thực vật phù du nói chung và tảo lục nói riêng đã được nhiều nhà khoa học trong nước quan tâm từ lâu. Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu về cấu trúc, thành phần loài cũng như việc sử dụng tảo lục để làm sinh vật chỉ thị đánh giá chất lượng môi trường trong các hồ nước ngọt ở Việt Nam đã được được quan tâm rộng rãi. Tổng hợp các đặc điểm cơ bản về hình thái phân loại cũng như phân bố các loài tảo lục ở Việt Nam, Dương Đức Tiến và Võ Hành (1997) trong cuốn “Tảo nước ngọt Việt Nam, phân loại tảo Lục (Chlorococcales)” đã mô tả chi tiết đặc điểm phân loại hơn 800 loài và dưới loài tảo lục ở Việt Nam [1]. Nguyễn Đinh San (2001) đã phân tích thành phần vi tảo trong một số thủy vực ô nhiễm, đã phát hiện ở Thanh Hóa có 46 loài/dưới loài, 26 chi, 17 họ, 9 bộ thuộc 5 ngành tảo, ở Nghệ An có 173 loài/dưới loài thuộc 57 chi, 30 họ, 11 bộ thuộc 5 ngành tảo, và ở Hà Tĩnh có 66 loài/dưới loài thuộc 36 chi, 20 họ, 9 bộ thuộc 5 ngành tảo với ngành tảo lục chiếm ưu thế về số lượng loài (35 loài) một số loài có khả năng chống chịu ô nhiễm gặp ở tần suất tương đối lớn thuộc các chi như Ankistrodesmus, Scenedesmus, Cholorella. Với nghiên cứu này tác giả cũng cho rằng các dạng nước thải, mức độ nhiễm bẩn, loại hình thủy vực ảnh hưởng rõ rệt đến thành phần loài số lượng của vi tảo trong đó [3]. Hồ Trị An là một hồ nước nhân tạo nằm trên sông Đồng Nai, thuộc huyện Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai, Việt Nam. Hồ Trị An có chức năng chính là cung cấp nước cho nhà máy phát điện và tưới nước theo yêu cầu nông nghiệp, ngoài ra còn tham gia đẩy mặn ở hạ lưu, cấp nước cho dân sinh và công nghiệp, kết hợp nuôi trồng thủy sản trong vùng hồ [4]. Tuy nhiên, việc khai thác sử dụng hồ Trị An chưa hợp lý cùng với sự tích tụ các chất ô nhiễm từ hoạt động nông nghiệp và công nghiệp đã làm phú dưỡng hoá môi trường nước ở thủy vực này. Vì vậy, nghiên cứu này nhằm xác định độ đa dạng sinh học tảo lục, tính chất môi trường nước hồ Trị An góp phần làm cơ sở khoa học cho công tác quản lý, bảo vệ môi trường và bảo tồn đa dạng sinh học của thủy vực. 2. Phương pháp nghiên cứu 2.1. Phương pháp thu mẫu tảo lục ngoài hiện trường Mẫu được thu tại 6 vị trí ký hiệu TA1– TA6 ở hồ Trị An (Hình 1). Điểm TA1 đại diện cho khu vực hồ phụ, điểm TA2, TA3 và TA4 đại diện cho khu vực hồ chính. Điểm TA5 đại diện cho khu vực La Ngà nơi có sông La Ngà chảy vào hồ và khu vực có nhiều bè cá, điểm TA6 đại diện cho khu vực nuôi các bè tập trung ở Mã Đà. Thời gian thu mẫu từ tháng 3 năm 2016 đến tháng 2 năm 2017. Mẫu định tính được thu bằng lưới phiêu sinh hình nón có kích thước mắt lưới 20 μm theo cách kéo lưới trên bề mặt nước, sau đó cho vào lọ 150 mL và cố định bằng dung dịch formaldehyde tại hiện trường. Mẫu định lượng được thu trong can nhựa 2-L theo phương pháp của Chorus và Bartram (1999) [5]. TRẦN THỊ HOÀNG YẾN và Cộng sự TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GÒN 5 Hình 1: Bản đồ hồ Trị An và các điểm lấy mẫu 2.2. Phương pháp phân tích mẫu tảo lục trong phòng thí nghiệm Các loài tảo lục được định danh bằng phương pháp so sánh hình thái để phân loại, xác định thành phần loài sử dụng kính hiển vi quang học Olympus BX51 ở độ phóng đại ×100–400 và được định danh dựa trên các tài liệu phân loại học đã công bố [1], [6], [7]. Tảo sau phân loại được sắp xếp theo hệ thống của AlgaeBase [8]. Mẫu định lượng được để lắng 48 giờ trong phòng thí nghiệm, sau đó loại bỏ phần nước trong bên trên và thể tích mẫu được làm đông đặc còn lại 10–15 ml. Mật độ tế bào trong mẫu được xác định bằng buồng đếm Sedgewick Rafter; ít nhất 500 tế bào tảo lục được đếm cho mỗi mẫu. Sinh khối tế bào tảo lục được tính dựa theo nghiên cứu của Sun và Liu (2003) [9] bằng cách mô phỏng hình học hình dạng tế bào, sau đó được quy đổi thành trọng lượng tươi theo tỉ lệ 1mg/mm3. 2.3. Phương pháp xử lý số liệu Cấu trúc thành phần loài, mật độ, sinh khối tế bào và chỉ số sinh học của quần xã tảo lục được nhập liệu bằng phần mềm Microsoft excel 2010. Cấu trúc quần xã tảo lục và chất lượng nước được phân tích đánh giá thông qua chỉ số đa dạng Shannon–Weiner (H’), chỉ số ô nhiễm Palmer. Chỉ số Palmer (1969) còn gọi là chỉ số ô nhiễm chi hoặc loài tảo, được tính dựa trên khả năng chịu đựng của tảo trong điều kiện ô nhiễm hữu cơ theo điểm số. Sử dụng bảng chỉ số ô nhiễm của các chi tảo; sau khi xác nhận sự có mặt của các chi nêu trên ở mẫu thì lấy tổng cộng điểm số [10]. Bảng 1: Mối quan hệ giữa chỉ số Palmer và chất lượng nước Chỉ số Palmer Mức độ ô nhiễm hữu cơ ≥ 20 Ô nhiễm cao 15–19 Ô nhiễm trung bình < 15 Ô nhiễm nhẹ SCIENTIFIC JOURNAL OF SAIGON UNIVERSITY No. 65 (5/2019) 6 Phương pháp phân tích phương sai một yếu tố (One-way Anova) và phân tích hậu kiểm sau Anova Tukey test (Tukey's honestly significant difference) để tìm sự khác biệt giữa các đợt khảo sát và các vị trí thu mẫu nhờ sử dụng phần mềm SPSS. 2. Kết quả nghiên cứu 2.1. Cấu trúc thành phần loài tảo lục ở hồ Trị An Kết quả phân tích thành phần loài tảo lục ở hồ Trị An tại 6 vị trí khảo sát đã phát hiện được 98 loài thuộc 4 lớp, 6 bộ, 16 họ, 32 chi. Trong đó, lớp Chlorophyceae và lớp Conjugatophyceae là hai lớp chiếm ưu thế về số loài phát hiện được. Lớp Chlorophyceae đã phát hiện được 44 loài chiếm 44,9% và lớp Conjugatophyceae phát hiện được 33 loài chiếm 33,67% . Trong số 32 chi phát hiện được ở hồ Trị An, hai chi Scenedesmus và Staurastrum chiếm ưu thế về số lượng loài, chi Scenedesmus phát hiện được 12 loài chiếm 11,9% và chi Staurastrum có 21 loài chiếm 21,4% (Hình 2). Số loài giữa hai mùa không có sự khác biệt lớn. Mùa khô (tháng 3–4 năm 2016 và tháng 1–2 năm 2017) phát hiện được 93 loài thuộc 3 lớp, 5 bộ, 15 họ, 31 chi. Mùa mưa (từ tháng 5–10 năm 2016) phát hiện được 93 loài thuộc 4 lớp, 6 bộ, 16 họ, 30 chi. Hình 2: Một số loài thuộc chi Scenedesmus (A,B) và Staurastrum (C, D) được phát hiện ở hồ Trị An Thành phần loài tảo lục ở hồ Trị An đa dạng hơn so với nghiên cứu ở các thủy vực khác trong nước. Kết quả nghiên cứu thành phần loài tảo lục ở hồ Nhà Đường (Hà Tĩnh) chỉ ghi nhận 51 loài/dưới loài tảo lục thuộc 3 bộ, 8 họ, 20 chi trong đó các loài ưu thế là: Kirchneriella lunaris, Cosmarium contractum, Coenocystis planctonica [11]; nghiên cứu ở hồ Xuân Dương, tỉnh Nghệ An chỉ ghi nhận 52 loài/ dưới loài thuộc 16 chi, 8 họ, 2 bộ, 2 lớp với các chi chiếm ưu thế là Pediastrum, TRẦN THỊ HOÀNG YẾN và Cộng sự TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GÒN 7 Cosmarium, Staurastrum [12]. 2.2. Mật độ và sinh khối tảo lục ở hồ Trị An Mật độ tảo lục ở hồ Trị An tại các điểm khảo sát được trình bày ở hình 3. Mật độ tảo lục dao động từ 3 × 105 – 17 × 105 tế bào/L vào mùa khô, nhưng trong mùa mưa lại tăng cao dao động từ 17 × 105  13 × 106 tế bào/L (Hình 3). Mật độ thấp nhất và cao nhất lần lượt là TA5 và TA1 ở cả hai mùa. Điểm TA5 nằm ở đầu hồ, gần dòng chảy vào của sông, nơi có dòng chạy mạnh, tảo lục sẽ bị cuốn trôi theo dòng chảy, và điểm TA1 là nơi cuối hồ, diện tích và độ sâu khu vực này nhỏ nên lượng tảo lục từ các khu vực thượng nguồn sẽ tập trung vào đây. Sinh khối tảo lục ở hồ Trị An vào mùa khô có giá trị từ 5,06 mg/L (điểm TA2) đến 12,07 mg/L (điểm TA1) và vào mùa mưa dao động từ 52,61–130,78 mg/L (sinh khối cao nhất tại điểm TA6 và thấp nhất tại điểm TA5 (Hình 3). Vào mùa khô, các loài tảo lục như Sphaerocystis schroeteri, Cosmarium contractum chiếm ưu thế góp phần làm gia tăng mật độ tế bào và sinh khối tảo lục. Trong khi đó các loài Cosmarium contractum, Dictyosphaerium pulchellum, Pediastrum dupex, Staurastrum cf. clevei chiếm ưu thế ở hầu hết các điểm khảo sát vào mùa mưa. Hình 3. Mật độ và sinh khối tảo lục ở hồ Trị 2.3. Chỉ số sinh học của quần xã tảo lục ở hồ Trị An Chỉ số Shannon–Weiner (H’) ở các điểm khảo sát hồ Trị An được trình bày ở hình 4. Chỉ số H’ phản ánh độ đa dạng của quần xã. Khi giá trị H’cao cho thấy quần xã có độ đa dạng cao và ngược lại. Trong 6 tháng mùa khô chỉ số H’ dao động từ 2,67– 3,34 và 6 tháng mùa mưa chỉ số này dao động từ 2,44–3,09. Không có sự khác biệt thống kê giữa các giá trị H’ giữa hai mùa (ANOVA, p>0,05). Ngoài ra, giá trị H’ càng cao còn cho thấy môi trường càng ít ô nhiễm. Dựa vào thang tính điểm của Molvaer và cs (1997) [13] kết quả phân tích mẫu cho thấy tính chất môi trường của hầu hết các điểm khảo sát vào mùa khô đều nằm trong hạn mức chất lượng nước sạch ngoại trừ điểm TA1 và TA6 bị ô nhiễm nhẹ. Ngược lại với mùa khô, vào mùa mưa hầu hết các điểm khảo sát đều bị ô nhiễm nhẹ, chỉ có 2 điểm TA1 và TA4 còn nằm trong hạn mức chất lượng nước sạch. SCIENTIFIC JOURNAL OF SAIGON UNIVERSITY No. 65 (5/2019) 8 Hình 4. Chỉ số đa dạng loài tảo lục (H’) Chỉ số Palmer (1969) được xây dựng dựa trên sự có mặt của chi hoặc loài tảo có khả năng chịu đựng được sự ô nhiễm hữu cơ trong các thủy vực. Các chi tảo lục trong khu vực nghiên cứu được sử dụng để tính chỉ số Palmer bao gồm Ankistrodesmus, Closterium, Micractinium, Pandorina và Scenedesmus. Giá trị chỉ số Palmer và mức độ ô nhiễm tương ứng ở các địa điểm thu mẫu được thể hiện ở bảng 2. Bảng 2: Giá trị chỉ số Palmer và trạng thái ô nhiễm tương ứng Địa điểm thu mẫu 6 tháng mùa mưa 6 tháng mùa khô Mức độ ô nhiễm hữu cơ 6 tháng mùa mưa 6 tháng mùa khô TA1 7,0 3,4 Ít ô nhiễm hữu cơ Ít ô nhiễm hữu cơ TA2 6,8 3,3 Ít ô nhiễm hữu cơ Ít ô nhiễm hữu cơ TA3 5,3 3,8 Ít ô nhiễm hữu cơ Ít ô nhiễm hữu cơ TA4 12,4 3,2 Ít ô nhiễm hữu cơ Ít ô nhiễm hữu cơ TA5 19,2 18,7 Ô nhiễm hữu cơ mức trung bình Ô nhiễm hữu cơ mức trung bình TA6 18,9 15,5 Ô nhiễm hữu cơ mức trung bình Ô nhiễm hữu cơ mức trung bình Hai chỉ số trên cho thấy, chất lượng môi trường nước hồ Trị An đang có xu hướng bị ô nhiễm, nhất là vào mùa mưa. Đặc biệt, điểm TA5 và TA6 ở cả hai mùa đang có dấu hiệu bị ô nhiễm hữu cơ. Đây là đại diện cho khu vực nuôi các bè tập trung nên có thể bị ô nhiễm bởi các chất thải hữu cơ. 3. Kết luận Kết quả phân tích thành phần loài tảo lục ở hồ Trị An tại 6 vị trí khảo sát cho thấy thành phần loài khá đa dạng, trong đó chi Scenedesmus và Staurastrum chiếm ưu thế về số lượng loài. Về mật độ tảo lục giữa mùa mưa và mùa khô có sự chênh lệch nhau khá lớn. Mật độ tảo lục ở hồ Trị An tại các điểm khảo sát 6 tháng mùa mưa cao hơn 6 tháng mùa khô. Chỉ số đa dạng H’ và chỉ số ô nhiễm Palmer cho thấy thủy vực hồ Trị An đang có xu hướng ô nhiễm, nhất là tại các điểm có khu vực nuôi các bè tập trung. TRẦN THỊ HOÀNG YẾN và Cộng sự TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GÒN 9 Lời cảm ơn: Nghiên cứu này được tài trợ bởi Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VAST) trong đề tài mã số “KHCBSS.02/19-21”. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dương Đức Tiến và Võ Hành, Tảo nước ngọt Việt Nam, phân loại bộ tảo lục (chlorococcales), Nhà xuất bản nông nghiệp Hà Nội, 1997. [2] C.S. Reynold, Phytoplankton. Ecology of Phytoplankton, Cambridge University Pres, Cambridge, UK, 3–36, 2006. [3] Nguyễn Đinh San, “Vi tảo một số thủy vực bị ô nhiễm ở các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh và vai trò của chúng trong việc làm sạch nước thải”, Tiến sĩ Sinh học, chuyên ngành Thực vật học, Trường Đại học Sư phạm Vinh, 2001. [4] Nguyễn Văn Hoàng và cs, “Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của hồ Trị An đến động thái mực nước dưới đất khu vực hạ lưu”, Tạp chí khoa học về Trái Đất, 34, 465–476, 2012. [5] Chorus and J. Bartram, “Toxic cyanobacteria in water: A guide to their public health consequences, monitoring and management, Published on behalf of WHO”, Spon Press, London, 416 pp, 1999. [6] Nguyễn Văn Tuyên, Đa dạng sinh học tảo trong thủy vực nội địa Việt Nam triển vọng và thách thức, Nhà xuất bản Nông nghiệp, 2003. [7] Shirota, The plankton of South Vietnam. Fresh water and marine plankton, Overseas Technical Cooperation Agency Japan, 1968. [8] M. D. Guiry and G. M .Guiry, AlgaeBase, World-wide electronic publication, National University of Ireland, Galway, 2014, [9] J. Sun and D. Liu, “Geometric models for calculating cell biovolume and surface area for phytoplankton”, Journal of plankton research, 25(11), 1331–1346, 2003. [10] G. Palmer, “A composite rating of algae tolerating organic pollution”, Journal of Phycology, 5, 78–82, 1969. [11] Nguyễn Thị Kì, “Điều tra thành phần loài tảo lục (chlorophyta) và chất lượng nước ở hồ Nhà Đường xã Thiên Lộc, huyện Can Lộc, tỉnh Hà Tỉnh”, Thạc sĩ Sinh học, chuyên ngành Thực vật học, Trường Đại học Vinh, 2014. [12] Nguyễn Thị Xuân, “Chất lượng nước và đa dạng thành phần tảo lục (Chlorophyta) ở hồ Xuân Dương, xã Diễn Phú, huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An”, Thạc sĩ Sinh học, chuyên ngành Thực vật học, Trường Đại học Vinh, 2013. [13] J.Molvaer, J. Knutzen, J. Magnusson, B. Rygg, J. Skei, and P. Sorensen, “Classification of Environmental Quality in Fjords and Coastal Waters”, SFT guidelines, Oslo, 36, 03–97, 1997. Ngày nhận bài: 29/4/2019 Biên tập xong: 15/5/2019 Duyệt đăng: 20/5/2019