XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC DỰA VÀO ĐỘNG VẬT KHÔNG XƯƠNG SỐNG CỠ LỚN Ở ĐÁY CHOHẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG ĐỒNG NAI

Trên thế giới, động vật khôngxương sống cỡ lớn ở đáy ĐVKXSCL đ ược ứng dụng phổ biến nhấttrong các chương tr ình sinh quan trắc do những ưu điểm nổi bật của chúng trong thủy vực như 1 th

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHVIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

-PHẠM ANH ĐỨC

XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC DỰA VÀO ĐỘNG VẬT KHÔNG XƯƠNG SỐNG CỠ LỚN Ở ĐÁY CHO

HẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG ĐỒNG NAI

Chuyênngành: MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC

Mãsố: 62.85.02.05

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Công trình được hoàn thành tại: Viện Môi trường và Tài nguyên

Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí MinhĐịa chỉ: 142 Tô Hiến Thành, Quận 10, Tp Hồ Chí MinhĐiện thoại: 08.38651132, Fax: 08.38655670

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS.TS Lê Phi Nga

Vào hồi …… giờ, ngày …… tháng … năm 201 4

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện của Viện Môi trường

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Tiềm năng kinh tế phần hạ l ưu của lưu vực sông Đồng Nai được đánh giá

là rất lớn, quyết định đến sự phát triển của nhiều ng ành nghề, lĩnh vực –Khu vực có tốc độ phát triển kinh tế - xã hội mạnh nhất nước Tuy nhiên,với nhu cầu phát triển hiện nay, chất l ượng nước phần hạ lưu hệ thống

sông Đồng Nai (HTSĐN) đang chịu áp lực ng ày càng gia tăng do ti ếp

nhận một lượng rất lớn nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất côngnghiệp, sản xuất nông nghiệp, chất thải đô thị,… với h àm lượng các chất

ô nhiễm cao làm giảm đáng kể khả năng tự làm sạch và đe dọa nghiêmtrọng chất lượng nước Ngoài ra, các ghi nhận cho thấy tài nguyên nước

đang bị khai thác với tốc độ nhanh

Nhằm góp phần quản lý nguồn t ài nguyên nước và hoàn thiện các phươngpháp quan trắc chất lượng môi trường, bên cạnh các phương pháp dựavào yếu tố hóa-lý, việc sử dụng sinh vật trong đánh giá chất l ượng nước,phục vụ giám sát sức khoẻ sinh thái thủy vực đang ng ày càng được coi là

phương pháp ứng dụng có nhiều ưu điểm Trên thế giới, động vật khôngxương sống cỡ lớn ở đáy (ĐVKXSCL) đ ược ứng dụng phổ biến nhấttrong các chương tr ình sinh quan trắc do những ưu điểm nổi bật của

chúng trong thủy vực như (1) thành phần loài phong phú và phân b ố rộngkhắp hệ thống sông; (2) t ương đối dễ thu mẫu; (3) t ương đối dễ định

danh; (4) thường sống cố định ở đáy, do đó chỉ thị tốt cho sự thay đổi

chất lượng nước; (5) có đời sống đủ dài (> 6 tháng) nên không cần thumẫu thường xuyên; (6) đa dạng khoảng nhạy cảm với ô nhiễm; (7) tổnghợp các ảnh hưởng của ô nhiễm trong thủy v ực; (8) số lượng loài trongmột lần thu mẫu khá cao, do đó có ít nhất v ài loài sẽ bị tác động do sự

thay đổi chất lượng nước; và, (9) tài liệu nghiên cứu phong phú Cho đến

nay, các kết quả ứng dụng ĐVKXSCL cho việc đánh giá chất l ượng và

phân vùng môi trường nước các dạng thủy vực với các điều kiện sinh thái

khác nhau ở Việt Nam còn rất hạn chế và chưa được kiểm chứng nhiềuqua thời gian Trong khi đó, với điều kiện sinh thái đặc tr ưng của ViệtNam, việc áp dụng hệ thống điểm số đang đ ược phổ biến ở Châu  u, Bắc

Mỹ và các quốc gia khác trên thế giới, được coi là thiếu chính xác, nên

việc nghiên cứu ứng dụng ĐVKXSCL l à rất cần thiết trong tình hình diễnbiến ô nhiễm nguồn nước ngày một phức tạp hơn.

Theo cách tiếp cận mới này, việc thực hiện đề tài “Xây dựng phương pháp đánh giá chất lượng nước dựa vào động vật không xương sống cỡ lớn ở đáy cho hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai” sẽ giúp các nhà nghiên

cứu và quản lý trong lĩnh vực sinh thái, t ài nguyên – môi trường nước cóthêm công cụ quan trắc sinh học để giám sát sức khỏe sinh thái lưu vực

sông Đồng Nai nói riêng và các lưu vực sông trên cả nước nói chung

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Mục tiêu luận án là xây dựng phương pháp đánh giá ch ất lượng nước dựa

vào động vật không xương sống cỡ lớn ở đáy cho hạ l ưu hệ thống sôngĐồng Nai

3 PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Khu vực nghiên cứu: Hạ lưu HTSĐN bao gồm sông Sài Gòn – Khu vực

từ thị trấn Dầu Tiếng đến ng ã 3 Cát Lái (Đèn Đỏ), sông Đồng Nai – Khuvực từ Tân Uyên đến các cửa sông Từ các thông tin v à dữ liệu, các điểm,tuyến khảo sát trong khu vực nghi ên cứu được chọn dựa trên những mục

đích như khu vực ít hoặc không bị ảnh h ưởng trực tiếp của các nguồn ô

nhiễm; khu vực bị tác động của các hoạt động phát triển KT -XH; khu vực

có các nhu cầu nước riêng biệt (cấp nước cho các nhà máy nước, nướcthủy lợi, nuôi thủy sản, n ước sử dụng đa mục đích,…)

Thời gian nghiên cứu: Thu mẫu ĐVKXSCL 4 đợt/năm (m ùa khô, chuyển

mùa khô sang mùa mưa, mùa mưa, chuy ển mùa mưa sang mùa khô) kéo

dài từ tháng 03/2007 đến 09/2009 phục vụ xây dựng phương pháp, và thumẫu 2 đợt vào tháng 03 và tháng 09 năm 2010 đ ể kiểm định phươngpháp

Đối tượng nghiên cứu: Các nhóm loài ĐVKXSCL

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Để đạt những mục ti êu đặt ra, những nội dung d ưới đây cần được thực

hiện:

1 Thu mẫu và phân tích chất lượng mẫu nước;

2 Thu mẫu và phân tích ĐVKXCL;

3 Đánh giá hiện trạng chất lượng mẫu nước và mối quan hệ ĐVKXSCL

6 Kiểm định phương pháp đã xây dựng;

7 Phát triển bộ chỉ báo ĐVKXSCL cho mục ti êu đánh giá nhanh ch ất

lượng nước cho hạ lưu HTSĐN;

8 Đề xuất hoàn thiện mạng lưới quan trắc sinh học cho hạ l ưu HTSĐN

Nội dung nghiên cứu của luận án gồm 3 chuy ên đề sau:

Chuyên đề 1: Tổng quan tài liệu về ĐVKXSCL và khả năng sử dụng

quan trắc chất lượng nước cho hạ lưu HTSĐN

Chuyên đề 2: Xây dựng phương pháp đánh giá ch ất lượng nước hạ lưu

HTSĐN dựa vào các chỉ tiêu sinh học trên cơ sở ĐVKXSCL

Chuyên đề 3: Đánh giá chất lượng hạ lưu HTSĐN dựa vào các chỉ tiêu

sinh học của ĐVKXSCL

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

Ý nghĩa khoa học: Dựa trên cơ sở số liệu có hệ thống, đầy đủ của nhóm

ĐVKXSCL thuộc vùng khảo sát, thông tin đa dạng sinh học củaĐVKXSCL, tương quan gi ữa ĐVKXSCL với các điều kiện sinh thái v àmôi trường, luận án đã xây dựng phương pháp đánh giá ch ất lượng nước

dựa vào ĐVKXSCL cho hạ lưu HTSĐN

Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu đóng góp một công cụ quan trắcsinh học có độ tin cậy cao trong điều kiện sinh thái của Việt Nam Gópphần hoàn thiện các công cụ quan trắc chất l ượng nước ở hạ lưu HTSĐN

vì hiện nay trong nhiều ch ương trình quan trắc chất lượng môi trường

thường sử dụng các thông số hóa -lý để đánh giá chất lượng nước

6 NHỮNG LUẬN ĐIỂM KHOA HỌC MỚI CẦN GIẢI QUYẾT

Luận án xây dựng cơ sở khoa học, phương pháp luận đánh giá chất lượng

nước dựa vào ĐVKXSCL phù hợp với điều kiện sinh thái v à môi trường

của khu vực nghiên cứu nhằm hoàn thiện các phương pháp đánh giá ch ất

lượng nước hạ lưu HTSĐN cũng như những hệ thống sông tương tự

Dựa trên phương pháp xây d ựng Điểm số ô nhiễm (Toler ance Score –TS) của Ủy hội Quốc tế Sông Mekong, luận án đ ã cải tiến những điểmhạn chế của phương pháp này để xây dựng TS cho từng loài ĐVKXSCL

ở hạ lưu HTSĐN trên cơ sở tương quan giữa sinh học và hóa học từ đótính toán điểm số ô nhiễm trung b ình theo cá thể từng loài (average

tolerance score per individuals – ATSPI) tại mỗi vị trí quan trắc Có thể

ứng dụng kết quả nghi ên cứu này để đánh giá chất lượng nước dựa vàoĐVKXSCL mà không c ần thiết thu mẫu và phân tích các thông s ố hóa-

lý.Hơn nữa, ngoài thang điểm đánh giá ATSPI, luận án xây dựng thêmcác chỉ số sinh học sử dụng phổ biến để đánh giá chất l ượng nước ở

HTSĐN (có thể mở rộng phạm vi sử dụng nh ư một số vùng khác của Việt

Nam) Đây là cũng là một trong những điểm mới của luận án v ì trước đâyhầu như chưa có tác giả nào ở Việt Nam xây dựng thang điểm đánh giácho các chỉ số sinh học này

Chương 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN C ỨU VÀ QUAN TRẮC SINH HỌC DỰA VÀO ĐVKXSCL TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

Lịch sử hiện đại của quan trắc sinh học bắt đầu ở châu Âu v à Bắc Mỹ từ

đầu thế kỷ 20 và phát triển mạnh vào nửa sau của thế kỷ này Họ đã thiết

lập các tiêu chuẩn về quan trắc sinh học, hầu hết các quốc gia sử dụng

ĐVKXSCL để đánh giá chất lượng nước trong hệ thống quan trắc quốc

gia Tuy vẫn chưa còn nhiều tranh luận xung quanh các ph ương pháp

đánh giá dựa vào cấu trúc quần xã và loài chỉ thị nhưng đã cho thấy nhiều

lợi ích và tính hiệu quả khi sử dụng ĐVKXSCL để đánh giá những phản

ứng của hệ sinh thái Ở các quốc gia châu Á nh ư Nhật Bản, Trung Quốc,

Ấn Độ, Hàn Quốc, Malaysia,… chủ yếu ứng dụng những nghi ên cứu đã

thực hiện ở châu Âu và Bắc Mỹ, nhưng có những thay đổi phù hợp với

điều kiện tự nhiên của từng quốc gia Hiện nay, họ đang phát triển cácchương trình quan trắc sinh học dựa vào cộng đồng

Ở Việt Nam, quan trắc sinh học đ ã được phát triển trong những năm 90

của thể kỷ 20 Tuy nhiên, các nghiên cứu hay chương trình quan trắc sinhhọc gần như áp dụng các chỉ số được nghiên cứu và sử dụng đánh giá cácthủy vực ở châu Âu và Bắc Mỹ, nơi mà có điều kiện sinh thái khác biệthoàn toàn so với Việt Nam Một số khác đ ưa ra các kết quả đánh giá dựavào kinh nghiệm cá nhân mà không quan tâm nhi ều đến cơ sở khoa học

Cho đến nay, quan trắc sinh học ch ưa được thống nhất thực hiện trongcác chương trình quan trắc môi trường của các tỉnh, th ành Thậm chí

nhiều Tỉnh/Thành lớn (bao gồm Tp.HCM) cũng không đưa quan trắc sinhhọc vào trong chương trình quan trắc môi trường của địa phương

Tóm lại, dựa trên những dữ liệu tổng quan về t ình hình nghiên cứu trong

và ngoài nước, điểm mới của luận án tiến sỹ n ày hướng tới cải tiến cácphương pháp: (1) xây d ựng TS để đánh giá chất l ượng nước cho vùng hạlưu HTSĐN; (2) thiết lập thang điểm đánh giá cho các chỉ số sinh học đã

và đang được sử dụng phổ biến ở khu vực n ày; và, (3) phát triển bộ chỉbáo ĐVKXSCL cho mục tiêu đánh giá nhanh ch ất lượng nước cho hạ lưuHTSĐN Đây là những khía cạnh hầu như chưa có nghiên cứu nào thực

hiện

1.2 TÌNH HÌNH NGH IÊN CỨU VÀ QUAN TRẮC SINH HỌC DỰA VÀO ĐVKXSCL KHU VỰC HẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG ĐỒNG NAI

Đề tài xem xét cơ sở khoa học sử dụng ĐVKXSCL đánh giá chất l ượngnước trên cơ sở khảo cứu những nghi ên cứu về ĐVKXSCL khu vựcHTSĐN, và nghiên c ứu các đặc điểm sinh lý v à sinh thái các nhómĐVKXSCL chính phục vụ đánh giá chất l ượng nước khu vực hạ lưuHTSĐN Từ đó, định hướng xây dựng phương pháp đánh giá ch ất lượngnước hạ lưu HTSĐN dựa vào ĐVKXSCL

1.3 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI

VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG TÁC ĐỘNG Ở KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Đề tài đã tổng quan điều kiện tự nhi ên, phát triển KT-XH và các vấn đề ô

nhiễm chính ở hạ lưu HTSĐN, và đưa ra các v ấn đề môi trường chính tác

động đến khu vực nghi ên cứu Những thông tin này đã cung cấp cơ sở và

hỗ trợ cho việc xây dựng phương pháp đánh giá ch ất lượng nước hạ lưu

HTSĐN dựa vào các chỉ tiêu sinh học ĐVKXSCL

Chương 2.

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 VẬT LIỆU

Các vật liệu và thiết bị phục vụ nghiên cứu ĐVKXSCL được chuẩn bịtheo MRC, 2010

Tần suất thu mẫu

Trong 3 năm (2007 – 2009),ĐVKXSCL được thu mẫu vào 4 thời điểm:(1) Tháng 3 (mùa khô ki ệt nhất), (2) Tháng 6 (chuyển m ùa khô sang

mưa), (3) Tháng 9 (mùa mưa l ớn nhất), và (4) Tháng 12 (chuyển mùamưa sang khô)

Công tác thu mẫu thực địa, phân tích ph òng thí nghiệm, xử lý số liệu vàphân tích thống kê được thực hiện theo ph ương pháp của MRC , 2008 và2010

Hình 2-2 Khu vực thu mẫu

HL12 HL11

HL10 HL1

HL2 HL3

HL4 HL5

HL6

HL7

HL9 HL8

DN1

DN2

DN3 DN4

DN5

DN6 DN7

SG7 SG8 SG9 SG11 SG12

SG13 SG14

SG15

SG16 SG10

Phương pháp xây dựng điểm số ô nhiễm

Việc xây dựng điểm số ô nhiễm (TS) cho các lo ài ĐVKXSCL để đánhgiá chất lượng nước hạ lưu HTSĐN được thực hiện trên cơ sở bộ số liệuquan trắc trong 3 năm Cụ thể:

- Điểm số chất lượng nước (Water Quality Score – WQS);

- Điểm số tác động (Impact Score – IS);

- Điểm số ô nhiễm của từng lo ài (Tolerance Score – TS);

- Điểm số ô nhiễm trung b ình theo cá thể từng loài (Average

Tolerance Score Per Individuals – ATSPI)

Mặc dù phương pháp này đãđược ứng dụng nhiều ở Ch âu Âu, Bắc Mỹ,sông Mekong và các chi lưu, sông Sài Gòn và các chi lưu (Việt Nam), tuynhiên khi thực hiện đề tài nghiên cứu sinh này, nhóm tác giả nhận thấy cónhững nhược điểm cần cải tiến Điển h ình phương pháp đánh giá xâydựng cho lưu vực sông Mekong dựa trên số lượng cá thể của từng mẫu(cá thể/mẫu, tương đương 0,1 m2) và điểm số VAS Nếu sử dụng sốlượng cá thể của từng mẫu (0,1 m2), đôi khi giá trị thu được của từng mẫu

rất thấp, điều này thường cho kết quả phân tích sai lệch lớn giữa các vị tríkhảo sát và có thể cho điểm số ô nhiễm tính toán đ ược của từng loài quáthấp hay quá cao Hơn nữa, điểm số VAS đánh giá mang tính cảm quan,chủ yếu dựa vào kinh nghiệm của nhóm nghiên cứu, mặc dù điểm số này

đánh giá khá bao quát v ề đặc điểm điều kiều tự nhi ên và phát triển

KT-XH của khu vực khảo sát

Chính vì lý do đó, nhóm nghiên cứu đã cải tiến phương pháp xây dựngcho hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai, cụ thể: (1) Phương pháp dựa trên số

lượng cá thể của từng vị trí khảo sát (cá thể/m2), giá trị mẫu gấp 10 lần sovới cá thể trong mẫu 0,1 m2, sẽ tăng thêm tính đại diện của ĐVKXSCL;(2) Còn điểm số VAS được thay bằng điểm số IS, điểm số n ày có sự kết

nghiệm (WQS) Những cải tiến n ày sẽ cho kết quả đánh giá chất l ượng

nước khách quan hơn so với cách tính toán có phần chủ quan của ph ương

pháp xây dựng cho lưu vực sông Mekong

Việc xác định sự hiện diện của các lo ài này trong quần xã theo giá trị TS

sẽ là cơ sở đánh giá tính chất cũng nh ư sự biến đổi của chất l ượng môi

trường nước một cách chính xác v à hiệu quả nhất Tính toán TS theo

N TS

1

) (

Trong đó:

Nilà số lượng cá thể của loài ĐVKXSCL tại vị trí thu mẫu thứ i

ISilà điểm số tác động tại vị trí thu mẫu thứ i

NSlà tổng số cá thể của loài ĐVKXSCL tại các vị trí thu mẫuSau khi tính toán TS cho t ừng loài ĐVKXSCL Cuối cùng là tính ATSPI

Điểm số này chính là TS trung bình cho t ừng vị trí quan trắc Tính toán

ATSPI theo công thức:

N ATSPI

1

)(

Trong đó:

Njlà số lượng cá thể của loài ĐVKXSCL thứ j tại vị trí thu mẫu

TSj là điểm số ô nhiễm của lo ài ĐVKXCSL thứ j tại vị trí thu

mẫu

NTlà tổng số cá thể của các loài ĐVKXSCL tại vị trí thu mẫu

Xây dựng thang điểm cho ATSPI v à các chỉ số sinh học phổ biến

Việc xây dựng thang điểm đánh giá chất l ượng nước theo chủ yếu theomức độ ô nhiễm hữu c ơ và dinh dưỡng (pH, độ mặn, TSS, DO, BOD,

T_N, T_P, coliform, E coli…) Các nguyên tắc xây dựng gồm:

- Dựa vào kết quả phân tích ĐVK XSCL và thông số môi trường;

- Xác định các chỉ số sinh học ĐVKXSCL t ương quan chặt nhất

với những thông số môi tr ường nào;

- Tính toán giá trị trung bình các chỉ số sinh học theo phân nhómcủa các thông số môi tr ường tương quan chặt nhất;

- Tổng hợp tính toán giá trị trung b ình các chỉ số sinh học theo đợtkhảo sát;

- Đề xuất thang điểm đánh giá

Chương 3.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

Dựa trên cơ sở các bộ số liệu nghiên cứu trong 3 năm, luận án đã phân

tích và đánh giá chất lượng nước bằng phương pháp sử dụng thông số hóa

lý (3.1); mô tả cấu trúc quần xã ĐVKXSCL; tính toán các chỉ số sinh học

và vùng phân bố của ĐVKXXSCL (3.2); phân tích mối tương quan giữa

ĐVKXCL và thông s ố hóa lý nước (3.3) Từ những số liệu phân tích v à

đánh giá này,luận án xây dựng điểm số ô nhiễm (TS) v à thang điểm đánh

giá cho các chỉ số sinh học để đánh giá chất lượng nước hạ lưu HTSĐN

3.4 XÂY DỰNG ĐIỂM SỐ Ô NHIỄM

Kết quả tính toán TS của từng loài ĐVKXSCL ở hạ lưu HTSĐN trong 3

năm (2007 – 2009) được trình bày trong Bảng 3-11.

Bảng 3-11 Giá trị TS của từng loài ĐVKXSCL ở hạ lưu HTSĐN (2007– 2009)

1 Nephthys polybranchia 46 47 Branchiodontes arcuatulus 37

27 Maldane sarsi 52 73 Caridina nilotica 47

Từ kết quả tính toán các giá trị TS n ày, các chương trình quan trắc sinhhọc dựa vào ĐVKXSCL cho hạ lưu HTSĐN sau này không c ần thiết thumẫu và phân tích các thông s ố hóa-lý để tính TS, nhưng vẫn đảm bảo cảtính khoa học và kinh phí cho đánh giá chất lượng nước Việc kiểm định

phương pháp được thực hiện dựa vào số liệu ĐVKXSCL thu thập trongnăm 2010.Dựa trên kết quả tính toán TS cho từng lo ài ĐVKXSCL, tính

ATSPI phục vụ đánh giá chất lượng nước cho từng vị trí

3.5 XÂY DỰNG THANG ĐIỂM ĐÁNH GIÁ CHO CÁC CHỈ SỐ SINH HỌC

Từ kết quả phân tích mối t ương quan giữa quần xã ĐVKXSCL và các

thông số chất lượng nước được trình bày ở Mục 3-3 (xem Hình 3-12).

Các thông số chất lượng nước tương quan chặt nhất với quần xã

ĐVKXCL là DO, BOD5, Tot_N, Tot_P và đ ộ mặn Ngoài ra, phân tích

mối tương quan giữa các chỉ số sinh học của ĐVKXSCL với nhữngthông số chất lượng nước tại 36 vị trí quan trắc ở hạ l ưu HTSĐN từ năm

2007 – 2009 cũng thể hiện các chỉ số sinh học có sự t ương quan chặt nhấtvới DO, BOD5, Tot_ N v à Tot_P (R2= 0.6076 – 0.8300; P < 0.05) (Hình