Đa dạng sinh học cá và sử dụng chỉ số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng nước tại vùng cửa đại, tỉnh quảng nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------ VŨ THỊ THANH ĐA DẠNG SINH HỌC CÁ VÀ SỬ DỤNG CHỈ SỐ TỔ HỢP SINH HỌC CÁ ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC TẠI VÙNG CỬA ĐẠI

Terapon jarbua

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -

VŨ THỊ THANH

ĐA DẠNG SINH HỌC CÁ VÀ SỬ DỤNG CHỈ SỐ

TỔ HỢP SINH HỌC CÁ ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC

TẠI VÙNG CỬA ĐẠI, TỈNH QUẢNG NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2016

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -

VŨ THỊ THANH

ĐA DẠNG SINH HỌC CÁ VÀ SỬ DỤNG CHỈ SỐ

TỔ HỢP SINH HỌC CÁ ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC

TẠI VÙNG CỬA ĐẠI, TỈNH QUẢNG NAM

Chuyên ngành: Sinh thái học

LỜI CẢM ƠN

Hoàn thành luận văn này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo

TS Nguyễn Thành Nam và PGS.TS Nguyễn Xuân Huấn đã tận tình hướng dẫn

tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài này

Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo trong Phòng Sinh thái học và Sinh học môi trường cùng Bộ môn Động vật có xương sống, Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã nhiệt tình chỉ dẫn và tạo mọi điều kiện cho tôi được phân tích mẫu tại phòng thí nghiệm và cung cấp những tài liệu cần thiết giúp tôi thực hiện Luận văn này

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới gia đình, bạn bè đã luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2016

Học viên

Vũ Thị Thanh

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng Trang

Bảng 1.1 Thống kế các đặc trưng mực nước và độ lớn triều tại Hội An 14

Bảng 1.2 Diện tích, dân số và mật độ dân số (2013) 15

Bảng 1.3 Diện tích nuôi trồng thủy sản 15

Bảng 1.4 Sản xuất thủy sản 16

Bảng 1.5 Sản lượng thủy sản 16

Bảng 1.6 Số trường mầm non 17

Bảng 1.7 Số trường phổ thông năm học 2012 18

Bảng 1.8 Số cơ sở y tế năm 2012 phân theo huyện/ thành phố thuộc tỉnh 18

Bảng 2.1 Các mức độ về độ đa dạng của thủy vực tương ứng với từng thang điểm trong bộ chỉ số đa dạng Margalef 27

Bảng 2.2 Các mức độ về chất lượng nước của thủy vực tương ứng với từng thang điểm trong bộ chỉ số tổ hợp sinh học cá 29

Bảng 3.1 Danh mục các loài cá ở vùng ven biển Cửa Đại năm 2015 31

Bảng 3.2 Cấu trúc phân loại thành phần loài cá ở vùng ven biển Cửa Đại, tỉnh QuảngNam 45

Bảng 3.3 Danh lục thành phần loài cá theo thời gian tại khu vực Cửa Đại 46

Bảng 3.4 Bảng phân hạng cách tính điểm cho các chỉ số tổ hợp sinh học cá áp dụng cho việc đánh giá chất lượng nước ở vùng ven biển Cửa Đại, tỉnh Quảng Nam 66

Bảng 3.5 Ma trận chỉ số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng nước vùng ven biển Cửa Đại, tỉnh Quảng Nam 67

Bảng 3.6 Các chỉ tiêu môi trường nước vùng Cửa Đại sông Thu Bồn và sông Vu Gia năm 2015 68

DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Trang

Hình 2.1 Khu vực Cửa Đại 20

Hình 2.2 Các thuật ngữ chuyên ngành và chỉ tiêu hình thái chính dùng trong định loại cá Sụn dạng Đuối 23Hình 2.3 Các thuật ngữ chuyên ngành và chỉ tiêu hình thái ngoài dùng trong định loại cá Xương 24 Hình 2.4 Các loại vẩy và cách tính vẩy; các kiểu miệng; vị trí các xương hàm và các kiểu răng được dùng trong định loại cá Xương 25

Hình 2.5 Các đặc điểm cấu tạo, hình dạng của mang, bóng bơi, tia vây, đuôi và vây

đuôi 26Hình 3.1 Biểu đồ thể hiện số lượng bộ, họ, loài tại KVNC và khu vực khác của Việt Nam 64

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .1

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2

1.1 Khái quát hệ sinh thái cửa sông 2

1.1.1.Các khái niệm về cửa sông 2

1.1.2.Một số đặc điểm đặc trưng của hệ sinh thái cửa sông 2

1.2 Đa dạng sinh học cá và vai trò của Đa dạng sinh học cá trong hệ sinh thái nước 3

1.2.1 Đa dạng sinh học (ĐDSH) 3

1.2.2 Đa dạng sinh học cá và vai trò của đa dạng sinh học cá trong hệ sinh thái nước 4

1.3 Đánh giá chất lượng nước dựa trên một số yếu tố sinh thái chính ở cửa sông 5

1.3.1 Quan hệ với yếu tố pH 5

1.3.2 Quan hệ với độ muối 6

1.3.3 Quan hệ với muối dinh dưỡng 6

1.3.4 Quan hệ với DO (Hàm lượng ôxy hòa tan) 8

1.3.5 Quan hệ với kim loại nặng 8

1.4 Khái quát về sinh vật chỉ thị, chỉ số tổ hợp sinh học cá và khả năng sử dụng các chỉ số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng môi trường nước 9

1.4.1 Khái quát về sinh vật chỉ thị 9

1.4.2 Sử dụng chỉ số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng nước 10

1.5 Khái quát về điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội khu vực nghiên cứu 13

1.5.1 Điều kiện tự nhiên và sinh vật 13

1.5.2 Tài nguyên sinh vật 14

1.5.3 Điều kiện kinh tế xã hội 15

Chương 2 ĐỊA ĐIỂM, THỜI GIAN, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined

2.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu Error! Bookmark not defined

2.1.1 Thời gian nghiên cứu Error! Bookmark not defined

2.1.2 Địa điểm nghiên cứu Error! Bookmark not defined

2.2 Phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined

2.2.1.Phương pháp kế thừa và tổng hợp các tài liệu hiện cóError! Bookmark not defined

2.2.2.Phương pháp thu mẫu ngoài thực địa Error! Bookmark not defined

not defined

2.3 Các chỉ số đa dạng sinh học Error! Bookmark not defined

2.3.1.Chỉ số phong phú loài Margalef Error! Bookmark not defined

2.3.2.Sử dụng chỉ số tổ hợp đa dạng sinh học (IBI) cá để đánh giá chất lượng

môi trường nước Error! Bookmark not defined

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬNError! Bookmark not defined

3.1 Đa dạng thành phần loài cá ở vùng ven biển Cửa Đại, tỉnh Quảng Nam Error! Bookmark not defined

3.1.1 Danh mục các loài cá tại vùng Cửa Đại Error! Bookmark not defined 3.1.2 Cấu trúc thành phần loài cá Error! Bookmark not defined

3.1.4.Các loài cá quý hiếm Error! Bookmark not defined

3.1.5 Tính đa dạng của khu hệ cá ở khu vực nghiên cứu so với các khu vực

khác Error! Bookmark not defined

3.2 Sử dụng chỉ số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng nước ở vùng ven

biển Cửa Đại Error! Bookmark not defined

3.2.1 Tính chỉ số đa dạng Margalef Error! Bookmark not defined

3.2.2 Tính chỉ số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng môi trường nước

Error! Bookmark not defined

3.2.3.Đánh giá chất lượng nước ở vùng ven biển Cửa Đại bằng chỉ số tổ hợp

sinh học Error! Bookmark not defined

3.2.4.Mối quan hệ giữa thành phần loài cá và độ phong phú của chúng với

một số yếu tố sinh thái chính của Cửa Đại Error! Bookmark not defined

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

1

MỞ ĐẦU

để phát triển kinh tế biển Với chiều dài đường bờ biển trên 125 km và ở bất cứ đâu cũng trở thành bãi tắm lý tưởng, bờ biển thoải, cát trắng, nước trong, nước biển có nhiệt độ 20 -29˚C và ánh nắng chan hòa là những điều kiện hấp dẫn thuận lợi cho

du lịch và nghỉ dưỡng Địa bàn tỉnh Quảng Nam có sông Thu Bồn và sông Vu Gia chảy qua và đổ ra biển tại Cửa Đại, nơi đây có nền kinh tế biển đang ngày một phát triển Bên cạnh đó, Cửa Đại không chỉ là nơi quyến rũ, thu hút khách du lịch mà nơi đây còn mang trong mình nhiều giá trị văn hóa của một cảng biển xa xưa Đây không chỉ là nơi đầu tiên tàu thuyền ra vào buôn bán tại thương cảng Hội An truớc đây và còn là cửa biển chào đón ngư dân ra khơi đánh bắt cá và trở về đất liền bao năm qua

Cửa Đại là một trong số những cửa sông ở miền Trung đóng vai trò rất to lớn đối với sự phát triển kinh tế, nhất là kinh tế biển của Quảng Nam - Đà Nẵng và các tỉnh ven biển miền Trung Tuy nhiên, do là một vùng cửa sông đang chịu nhiều tác động của các hoạt động dân sinh, kinh tế nên hệ sinh thái Cửa Đại có tính nhạy cảm cao, môi trường luôn có sự thay đổi theo không gian và thời gian, kéo theo các loài sinh vật phân bố trong đó cũng có sự biến động Đặc biệt trong những năm gần đây, tình trạng sụt lún tại các vùng ven biển Cửa Đại đã ảnh hưởng không hề nhỏ tới sinh vật và chất lượng môi trường nước tại nơi đây Do vậy, để đánh giá được hiện trạng thành phần loài cá và sử dụng quần xã cá như là chỉ số tổ hợp sinh học đánh

giá chất lượng nước tại Cửa Đại, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài:“Đa dạng

sinh học cá và sử dụng chỉ số tổ hợp sinh học cá để đánh giá chất lượng nước tại vùng Cửa Đại, tỉnh Quảng Nam”

2

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Khái quát hệ sinh thái cửa sông

Từ cửa sông (estuary) theo nghĩa La tinh, bao hàm từ aestus là thủy triều, còn

estuary là từ chỉ một dạng của lục địa, trong đó thủy triều đóng vai trò quan trọng

trong đời sống và sự phát triển tiến hóa của vùng Bởi vậy, trong các từ điển, người

ta giải thích “ cửa sông là cửa các con sông lớn có thủy triều” (từ điển Oxford) hoặc

“một vùng gần bờ được khống chế bởi nước biển khi triều cao, một vùng biển được tạo thành bởi cửa một con sông” [20]

Theo quan điểm của các nhà địa mạo thì cửa sông là cửa của một con sông

mà ở đó đang có quá trình sụt lún kiến tạo không được đền bù hoặc là một thung lũng sông bị chìm ngập do mực nước biển dâng lên, thường có dạng hình phễu [20]

Theo quan điểm động lực, D.W.Pritchard (1976) định nghĩa cửa sông như sau:

“Đó là một thủy vực ven bờ nửa khép kín, liên hệ trực tiếp với biển và ở trong đó

nước biển hòa trộn có mức độ với nước ngọt đổ ra từ các dòng lục địa” [26]

Tuy nhiên, theo định nghĩa này, các hệ cửa sông mù (blind estuary) và các cửa sông quá mặn (hyperhaline) bị loại trừ Do đó, J.H Day (1981) đã bổ sung và đề

xuất một định nghĩa có nội dung rộng hơn:

“Cửa sông là thủy vực ven bờ nửa khép kín về mặt không gian, liên hệ trực tiếp với biển một cách thường xuyên hay theo chu kỳ, trong đó độ muối biến đổi do

sự hòa trộn có mức độ của nước biển với nước ngọt đổ ra các dòng lục địa” [20]

Vùng cửa sông có những sự sai khác cơ bản với các loại hình thủy vực khác [22]:

+ Một vùng thường được giới hạn ở cửa các sông và bị không chế bởi dòng sông và hoạt động của thủy triều

+ Nước của vùng cửa sông bị mặn hóa, còn mức độ và phạm vi biến đổi của nó phụ thuộc vào lượng nước sông và sự xâm nhập mặn theo thủy triều

3

+ Độ muối và hàng loạt các nhân tố môi trường khác không ổn định, biến động nhanh trong không gian và theo thời gian, song sự biến thiên đó mang tính chu kỳ mùa (mùa lũ và mùa kiệt) và chu kỳ triều (nhật triều hay bán nhật triều) Đây chính là sự khác biệt cơ bản giữa cửa sông và các hồ nước mặn (salt lagoon) ven biển

+ Phân bố trong vùng cửa sông là những loài sinh vật rộng sinh cảnh, đặc biệt

là các loài rộng muối và rộng nhiệt Những loài này trong quá trình thích nghi với điều kiện môi trường đầy biến động đã tạo nên những quần xã ổn định để tồn tại

1.2 Đa dạng sinh học cá và vai trò của Đa dạng sinh học cá trong hệ sinh

thái nước

Thuật ngữ ĐDSH đã được đưa ra và sử dụng từ những năm 80 của thế kỷ trước để nói đến loài sinh vật hiên đang tồn tại tuy không đưa ra một định nghĩa chính thức Nhưng vào tháng 9- 1986, Walter G Rosen đã tổ chức một cuộc hội thoại đầu tiên về ĐDSH, từ đó thuật ngữ ĐDSH đã chính thức được xác định

ĐDSH được hiểu “Là sự phồn thịnh của sự sống trên Trái Đất, là hàng triệu loài thực vật, động vật và vi sinh vật, là những gen chứa trong các loài, là những hệ sinh thái vô cùng phức tạp cùng tồn tại trong môi trường” [18]

Năm 1992 tại Hội nghị thượng đỉnh Rio, Công ước về ĐDSH đã được đưa ra

và xác định là “ĐDSH có nghĩa là tính biến thiên giữa các sinh vật sống của tất cả các nguồn bao gồm các hệ sinh thái tiếp giáp, trên cạn, biển, các hệ sinh thái thủy vực khác và các tập hợp sinh thái mà chúng là một phần Tính đa dạng này thể hiện

ở trong nội bộ loài, giữa các loài và các hệ sinh học” [18]

ĐDSH thể hiện ở 3 mức độ: mức độ gen (đa dạng di truyền), mức độ loài (đa dạng loài) và hệ sinh thái (đa dạng hệ sinh thái)

ĐDSH có vai trò rất quan trọng đối với việc duy trì các chu trình tự nhiên và cân bằng sinh thái ĐDSH là cơ sở của sự sống còn và thịnh vượng của loài người

và sự bền vững của thiên nhiên trên Trái Đất Nguồn tài nguyên ĐDSH trong tự nhiên tập trung trong các hệ sinh thái, vì vậy:

4

- Hệ sinh thái là cơ sở sinh tồn của mọi sự sống trên Trái Đất Nó đảm bảo được

sự tuần hoàn vật chất và chuyển hóa năng lượng thông qua chuỗi thức ăn và lưới thức ăn trong quần xã

- Cung cấp trực tiếp lương thực, thực phẩm, dược liệu, nguyên liệu, nhiên liệu cho con người

- Là kho dự trữ nguồn gen quan trọng để bổ sung cho vật nuôi và cây trồng.[21]

sinh thái nước

1.2.2.1 Đa dạng sinh học cá

Cá gồm có 6 lớp: cá Myxin (Myxini), Bám (Petromyzonti), Mang tấm (Elasmobranchii), Toàn đầu (Holocephali), Vây tia (Actinopteri) và Vây thùy (Sarcoptetygii) Chúng rất đa dạng, gồm khoảng 34.156 loài cá [39] hiện sống

trong các môi trường nước khác nhau, từ các vực nước trong lục địa cũng như ở cả đại dương kể cả những vùng sâu thẳm

1.2.2.2 Vai trò của ĐDSH cá trong các hệ sinh thái nước

ĐDSH cá đóng vai trò rất quan trọng đối với sinh giới và con người Đối với

hệ sinh thái nước, có vai trò quan trọng và ý nghĩa vô cùng to lớn

- Đảm bảo cân bằng sinh học trong các thủy vực, từ đó tạo ra cân bằng sinh thái Mỗi loài cá là một mắt xích trong chuỗi và lưới thức ăn của các quần

xã dưới nước Nó đảm bảo tuần hoàn vật chất và chuyển hóa năng lượng ở các

hệ sinh thái nước, làm cho không một loài nào đó phát triển hoặc suy giảm số lượng một cách quá mức

- Cung cấp nguồn thực phẩm phong phú cho con người

- Cung cấp nguồn dược liệu

- Phục vụ cho công tác nghiên cứu khoa học để phát triển nghề cá và bảo tồn ĐDSH

- Hệ sinh thái thủy vực có ĐDSH cá cao có thể phát triển du lịch

1.3.1 Yếu tố pH

Độ pH của nước phụ thuộc vào mức độ hòa trộn của nước sông với giá trị thường nhỏ hơn 7,4 và nước biển thường cao hơn, 8,1 - 8,4[22]

Độ pH trong thủy vực có thể biến đổi theo ngày đêm, do biến đổi của hàm

sâu Ngoài ra, độ pH còn biến đổi theo mùa do biến đổi của các quá trình phân hủy

Hoạt động sống của thủy sinh vật như quang hợp, hô hấp làm thay đổi độ pH của nước trong thủy vực Ngược lại pH của nước ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp tới sự phân bố và hoạt động sống của thủy sinh vật Độ pH thay đổi sẽ làm thay đổi cân bằng các hệ thống hóa học trong nước, qua đó gián tiếp ảnh hưởng đến đời sống của thủy sinh vật Ví dụ: pH axit làm muối Fe hòa tan nhiều trong nước gây độc cho thủy sinh vật

Riêng đối với cá thì mang là cơ quan đầu tiên dễ chịu tác động của axit Khi

cá sống trong môi trường axit thấp, lượngchất nhầy trên bề mặt mang cá tăng Từ đó gây trở ngại cho sự trao đổi các khí hô hấp và các ion qua mang Vì vậy, sự phá vỡ cân bằng axit trong máu cá dẫn đến hô hấp không bình thường làm giảm lượng muối trong máu, quá trình thấm lọc không bình thường Đây là triệu chứng khá phổ biến khi cá bị sốc axit Tuy nhiên, khi pH thấp nồng độ ion nhôm tăng, thậm chí tăng gấp nhiều lần so với bình thường, tăng khả năng gây độc của nhôm Ở pH cao, mang cá, mắt cá cũng rất nhạy cảm [22]

6

Điểm gây chết của pH thấp hơn 4 và lớn hơn 11 Với độ pH từ 4 đến 4,5 cá phát triển chậm Vào buổi sáng giá trị pH trong môi trường thay đổi trong khoảng

từ 6,5 đến 9 được coi là phù hợp nhất cho cá sinh trưởng và phát triển [27]

Nếu cá bị chuyển nhanh chóng từ môi trường nước này sang môi trường nước khác có sự khác nhau nhiều về pH thì cá bị sốc hoặc chết ngay cả khi pH của môi trường mới chuyển sang trong khoảng chịu đựng thông thường của loại cá đó

1.3.2 Độ muối

Nồng độ muối chỉ tổng nồng độ của các ion hòa tan trong nước trong đó đặc biệt lưu ý đến nồng độ của 7 ion quan trọng nhất chiếm tới 95% tổng số các ion hòa

Những loài thủy sinh vật chịu được sự dao động nồng độ lớn được gọi là thủy sinh vật rộng muối và ngược lại những loài chỉ chịu được sự dao động nồng

độ muối nhỏ được gọi là thủy sinh vật hẹp muối Nhiều loài cá nước ngọt thuộc

bộ cá Chép hẹp muối, không chịu được nồng độ muối ở biển Cá rô phi là những loài rộng muối, chúng sống được cả nước ngọt, nước lợ và nước mặn Một số loài cá có các giai đoạn sống ở nước ngọt, mặn khác nhau, ví dụ cá Mòi, cá Cháy sống ở biển nhưng vào các cửa sông hoặc vùng nước ngọt để sinh sản Nồng độ muối khoáng có ý nghĩa kích thích hoặc kìm hãm sự phát triển và tăng trưởng của các loài thủy sinh vật

1.3.3 Muối dinh dưỡng

Muối Nitơ

Nitơ (N) là thông số quan trọng xác định hàm lượng các dạng nitơ tồn tại trong

nước Đối với nguồn nước mặt, sự phát triển của tảo liên quan đến chất dinh dưỡng được đưa vào nguồn nước Vì vậy, các dạng của nitơ phải được xem xét Ngoài ra việc oxy hóa các dạng khử của nitơ được oxy hóa trong nước tự nhiên có ảnh hưởng đến lượng oxy hòa tan Từ những lý do đó, các số liệu về nitơ là phần thông tin cần thiết cho các chương trình giám sát mức độ ô nhiễm của nguồn nước [27]

7

chỉ tiêu thể hiện mức độ nhiễm bẩn của các thủy vực [22]

Nitrat là sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy các chất nitơ có trong nước thải Cùng với photpho, nitrat là nguồn dinh dưỡng tốt cho sự phát triển của tảo Nếu trong nước có quá nhiều nitrat thì tảo sẽ tăng số lượng một cách nhanh chóng, dẫn đến tình trạng nước bị phú dưỡng Hàm lượng nitrat cũng là một trong những chỉ tiêu thể hiện mức độ nhiễm bẩn của thủy vực.[22]

Muối Photpho

Photpho (P) là một nguyên tố không thể thiếu trong quá trình sống Thông số photpho cực kỳ quan trọng trong việc đánh giá năng suất sinh học, tiềm năng của nước mặt, xác định mức độ ô nhiễm, khả năng xử lý trong hệ thống.[22]

Trong tất cả các nguồn nước tự nhiên, photpho thường ở dạng ion như

sự xâm nhập của nó vào hệ sinh thái rất chậm Tuy nhiên khi thủy vực bị ô nhiễm bởi các nguồn thải khác nhau như: phân người, phân súc vật, nước thải nông nghiệp, nước thải công nghiệp của một số ngành sản xuất phân bón và thực phẩm, thì hàm lượng photpho trong thủy vực sẽ tăng lên nhanh chóng Photpho là chất dinh dưỡng cần cho sự phát triển của tảo, rong Tuy nhiên, khi dư thừa photpho sẽ gây hiện tượng nước bị phú dưỡng.[22]