Bioaccumulation of heavy metals and their effects on micro crustaceans

i TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu tập trung vào hai mục tiêu chính 1 đánh giá hiện diện của kim loại nặng trong môi trường, trong nhuyễn thể có nguồn gốc tự nhiên và tích tụ kim loại trong nh

MỤC LỤC

TÓM TẮT i

ABSTRACT iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIÊT TẮT v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

MỞ ĐẦU 1

1 Mục tiêu nghiên cứu: 4

2 Nội dung nghiên cứu: 4

3 Phương pháp nghiên cứu 4

4 Kết quả đạt được 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 8

1.1 Kim loại nặng trong tự nhiên và ý nghĩa cúa chúng đối với sinh vật 8

1.2 Tích tụ kim loại trong sinh vật và ảnh hưởng xấu của kim loại lên con người 9

1.3 Độc tính của kim loại đối với vi giáp xác 11

1.4 Mô hình Biotic Ligand Model (BLM) 14

1.5 Những nghiên cứu trong nước liên quan đến kim loại nặng 17

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.1 Giới thiệu về sông Mekong và khu vực nghiên cứu 22

2.2 Thu mẫu hiện trường 24

2.3 Xử lý, phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm 25

2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của kim loại lên vi giáp xác 27

2.5 Nghiên cứu ảnh hưởng mãn tính của hợp chất tổng hợp lên vi giáp xác 29

2.6 Tính toán, xử lý số liệu 29

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 31

3.1 Kim loại trong môi trường 31

3.1.1 Nồng độ của kim loại hòa tan trong nước 31

3.1.2 Nồng độ tổng kim loại trong nước 31

3.1.3 Nồng độ kim loại nặng trong trầm tích 33

3.2 Kim loại trong nhuyễn thể 35

3.3 Tích tụ sinh học của kim loại trong nhuyễn thể 40

3.4 Độc tính của kim loại đối với vi giáp xác 43

3.4.1 Đặc điểm vật lý và hóa học của nước sông Mekong dùng làm thí nghiệm độc học 43

3.4.2 Ảnh hưởng cấp tính của kim loại lên vi giáp xác 45

3.4.3 Ảnh hưởng mãn tính của kim loại lên vi giáp xác 49

3.5 Độc tính của hợp chất tổng hợp lên vi giáp xác 62

3.5.1 Ảnh hưởng của atrazine, estriol và octylphenol lên sức sống của Daphnia magna 62

3.5.2 Ảnh hưởng của nonylphenol (NP) lên sức sống của Ceriodaphnia cornuta, Daphnia lumholtzi và Daphnia magna 64

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 66

4.1 Kết luận 66

4.2 Kiến nghị 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

i

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu tập trung vào hai mục tiêu chính (1) đánh giá hiện diện của kim loại nặng trong môi trường, trong nhuyễn thể có nguồn gốc tự nhiên và tích tụ kim loại trong nhuyễn thể từ sông Mekong và (2) đánh giá độc tính của kim loại hòa tan trong môi trường tự nhiên lên vi giáp xác Nghiên cứu được triển khai bao gồm việc khảo sát thu mẫu hiện trường và phân tích hóa học trong phòng thí nghiệm nhằm quan trắc hàm lượng

8 kim loại nặng (As, Cd, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb và Zn) trong môi trường và trong nhiều loài sinh vật khác nhau của hai nhóm nhuyễn thể cơ bản: dạng ốc và dạng hai mảnh vỏ Về đánh giá độc tính của kim loại lên vi giáp xác, các thí nghiệm cấp tính của ba kim loại

(Cu, Ni, Zn) lên loài vi giáp xác vùng nhiệt đới là Daphnia lumholtzi đã được tiến hành

Đồng thời nhiều thí nghiệm để đánh giá ảnh hưởng mãn tính của kim loại lên vi giáp xác

(Daphnia lumholtzi, Daphnia magna) đã được thực hiện trên nền môi trường nhân tạo và

môi trường nước sông Bên cạnh đó, để xác định khả năng ảnh hưởng phụ của các chất ô nhiễm khác (ngoài kim loại) trong môi trường nước sông, nghiên cứu ảnh hưởng mãn tính của một số hợp chất tổng hợp (pesticides, EDCs) cũng được thực hiện trên 3 loài vi

giáp xác (D lumholtzi, D magna, Ceriodaphnia cornuta)

Kết quả thực hiện đã mô tả khá chi tiết và đầy đủ sự hiện diện, phân bố của kim loại trong môi trường nước, đặc biệt là kim loại hòa tan với nồng độ nhìn chung không cao, trong giới hạn an toàn theo quy chuẩn an toàn môi trường của Việt Nam (QCVN) Tuy nhiên, hàm lượng kim loại trong trầm lắng (bùn) từ sông Mekong khá cao và ở nhiều khảo sát, nồng độ một vài kim loại (như Cr, As, ) đã vượt quy chuẩn của QCVN, và nhiều kim loại (như Cu, Ni, Fe, Cr, As) vượt chuẩn quy chuẩn về an toàn môi trường của Hoa Kỳ Hàm lượng kim loại trong nhuyễn thể có sự thay đổi nhiều tùy theo nhóm loài

và kim loại trong đó các kim loại như Cu, Zn, Cd và Pb là mối quan ngại về an toàn sức khỏe cộng đồng liên quan đến việc khai thác, sử dụng một số nhuyễn thể làm thức ăn hàng ngày Sự tích tụ sinh học của kim loại trong nhuyễn thể đã được ghi nhận đối với các kim loại như Cu, Zn, As và Cd Trong khi đó các kim loại như Ni, Fe, Cr và Pb không được các loài nhuyễn thể tìm thấy ở sông Mekong tích lũy sinh học trong cơ thể của chúng

Nghiên cứu ảnh hưởng của kim loại trên vi giáp xác đã cung cấp những thông tin thú vị

về giá trị 48h-LC50 của Cu, Ni và Zn đối với D lumholtzi Theo đó độc tính cấp của ba

kim loại này với vi giáp xác giảm theo thứ tự Cu > Zn > Ni và bước đầu nghiên cứu cho thấy độc tính của các kim loại này (đặc biệt Ni) có liên quan nhiều đến các yếu tố môi trường cũng như bị chi phối bởi các chất ô nhiễm khác trong môi trường nước sông Mặc

dù nghiên cứu mãn tính trong đề tài này cho thấy một số hợp chất tổng hợp (xenobiotics: atrazine, octylphenol, nonylphenol) ở nồng độ thấp (~ 5 µg/L) không ảnh hưởng đến sức

ii

sống của vi giáp xác, sự ảnh hưởng phụ của một số chất ô nhiễm (dù ở nồng độ rất thấp) cũng có góp phần làm tăng độc tính của kim loại hòa tan Bên cạnh đó, từ kết quả nghiên cứu này, độc tính của kim loại đối với vi giáp xác ở nồng độ thấp rất nhiều so với ngưỡng quy định của QCVN, làm cơ sở tin cậy cho việc nên xem xét, nghiên cứu sâu hơn cho việc điều chỉnh QCVN cho kim loại trong môi trường nước mặt, góp phần cho việc bảo

vệ chất lượng môi trường và sức khỏe sinh thái thủy vực

Tử kết quả nghiên cứu, nhóm thực hiện đã đóng góp cho việc đào tạo một thạc sĩ khoa học, 10 báo cáo khoa học tại hội nghị chuyên ngành tổ chức trong nước (Cần Thơ, Huế,

Hà Nội) và quốc tế (Úc, Thái Lan, Singapore) và đặc biệt là các công bố khoa học có giá trị tham khảo bao gồm: 5 bài báo trên tạp chí uy tín trong nước, 1 bài báo trên kỷ yếu hội thảo quốc tế, 3 bài báo trên tạp chí quốc tế (non-ISI), 1 bài báo trên tạp chí quốc tế ISI (SCI, IF = 3,97) và một bản thảo bài viết chuẩn bị gởi đến tạp chí ISI

iii

ABSTRACT

This study aims to two main objectives (1) assess the occurrence of trace metals in environment, in natural mollusks and metal bioaccumulation by mollusks from Mekong river and (2) evaluate the toxicity dissolved in natural water to micro-crustacean The investigations were implemented including field sampling and chemical analysis in the laboratory on 8 trace metals (As, Cd, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb and Zn) in environment and in many different species of two mollusk groups, snails and bivalves For metal toxicity

assessment, the acute tests of tropical micro-crustacean, Daphnia lumholtzi, exposed to

three metals (Cu, Ni, Zn) were conducted Additionally, several chronic tests on the

effects of metals dissolved in river water and artificial medium on micro-crustaceans (D lumholtzi, Daphnia magna) were also carried out Besides, in order to confirm the

potential side-impacts of other pollutants in river water, chronic effects of some

xenobiotics (e.g pesticides, EDCs) on three micro-crustaceans (D lumholtzi, D magna, Ceriodaphnia cornuta) were conducted

The results described in detail the occurrence, distribution of trace metals in Mekong river water, especially dissolved metals with low concentrations generally, which are within the Vietnam guidelines for environmental safety (QCVN) However, the concentrations of metals in sediment from Mekong river were quite high and at some sampling sites concentrations of some metals (e.g Cr, As) exceeded the QCVN whereas some others (e.g Cu, Ni, Fe, Cr, As) exceeded the safe guideline values of US EPA The metal concentrations in mollusks varied depending on the mollusk group and metals Thee metals of Cu, Cd and Pb in molusks are of concerns for community health risk related to daily use as food by local residents The bioaccumulation of metals such as Cu,

Zn, As and Cd in mollusks was recorded while some other metals such as Ni, Fe, Cr and

Pb were not bio-accumulated by the animals from Mekong river

The toxicty investigations introduced interesting information on the 48h-LC50 of Cu, Ni

và Zn to D lumholtzi The toxicity order of these metals to the micro-crustacean was Cu

> Zn > Ni In addition, the results revealed that the toxicity of these metals (especially Ni) was related to many other environmental paprameters as well as regulated by other pollutants in river water Although the chronic tests in our study showed that some xenobiotics (e.g atrazine, octylphenol, nonylphenol) at low concentration (~ 5 µg/L) did not cause negative effect on survival of micro-crustaceans, the side effects of pollutants (at low concentrations) also enhanced the toxicity of dissolved metals Besides, the results evidenced the toxic effects of metals to micro-crustaceans at the concentrations much lower than the QCVN Hence further investigations on metal toxicity are suggested

v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIÊT TẮT

BLM: Biotic Ligand Model

BAS: Hệ số tích tụ sinh học kim loại của ốc (BAS)

BAB: hệ số tích tụ kim loại của loài hai mảnh vỏ

DOM: chất hữu cơ hòa tan

DOC: carbon hữu cơ hòa tan

DW: trọng lượng khô

EDCs: hợp chất gây rối loạn nội tiết

FAO: tổ chức nông lương thế giới

ICP/MS: Inductively Coupled Plasma/ Mass Spectrometry

48h-LC50: nồng độ gây chết 50% sinh vật trong thời gian 48 giờ thí nghiệm

US EPA: Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ

WW: trọng lượng tươi

vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Vị trí các điểm thu mẫu kim loại nặng trong nước, trầm lắng và nhuyễn thể từ sông Mekong ở Việt Nam 23 Bảng 3.1: Nồng độ trung bình của kim loại hòa tan (mg/L) trong nước sông Mekong ở 20 điểm khảo sát trong 4 đợt thu mẫu và quy chuẩn của Việt Nam, châu Âu và Hoa Kỳ BDL: dưới ngưỡng phát hiện của thiết bị N/A: thiếu thông tin 31 Bảng 3.2: Nồng độ trung bình của tổng kim loại (mg/L) trong nước sông Mekong ở 20 điểm khảo sát trong 4 đợt thu mẫu và quy chuẩn của Việt Nam, châu Âu và Hoa Kỳ BDL: dưới ngưỡng phát hiện của thiết bị N/A: thiếu thông tin 32 Bảng 3.3: Nồng độ trung bình của kim loại trong trầm lắng (mg/kg trọng lượng khô) từ sông Mekong ở 20 điểm khảo sát trong 4 đợt thu mẫu và quy chuẩn của Việt Nam, châu

Âu và Hoa Kỳ N/A: thiếu thông tin 33 Bảng 3.4: Danh mục các nhóm/ giống nhuyễn thể và sự phân bố của chúng ở sông Mekong 37 Bảng 3.5: Hàm lượng (trung bình) của kim loại trong nhuyễn thể dạng ốc ở sông Mekong

và quy chuẩn an toàn thực phẩm liên quan đến kim loại ban hành bởi Việt Nam (bộ Y tế), Châu Âu (EU), Hoa Kỳ (USA) và tổ chức nông lương thế giới (FAO) N/A: chưa tìm thấy quy chuẩn WW: trọng lượng tươi Các giá trị in đậm là vượt ngưỡng an toàn 38 Bảng 3.6: Hàm lượng (trung bình) của kim loại trong nhuyễn thể dạng hai mảnh vỏ ở sông Mekong và quy chuẩn an toàn thực phẩm liên quan đến kim loại ban hành bởi Việt Nam (bộ Y tế), Châu Âu (EU), Hoa Kỳ (USA) và tổ chức nông lương thế giới (FAO) N/A: chưa tìm thấy quy chuẩn WW: trọng lượng tươi Các giá trị in đậm là vượt ngưỡng

an toàn 39 Bảng 3.7: Tích tụ sinh học của kim loại trong nhuyễn thể dạng ốc (BAS) ở sông Mekong tại các điểm khảo sát Giá trị > 1 được xem là xảy ra sự tích tụ sinh học, và được tô đậm 41 Bảng 3.8: Tích tụ sinh học của kim loại trong nhuyễn thể dạng hai mảnh vỏ (BAB) ở sông Mekong tại các điểm khảo sát ‘/’: không tính được giá trị vì không tìm thấy nhuyễn thể hai mảnh vỏ ở khu vực này Giá trị > 1 được xem là xảy ra sự tích tụ sinh học, và được tô đậm 42 Bảng 3.9: Nồng độ kim loại và thuốc trừ sâu trong mẫu nước đã được lọc từ nước sông Mekong BDL, dưới ngưỡng phát hiễn của thiết bị phân tích: 1 µg/L được kí hiệu BDLa, 0,1 µg/L được kí hiệu BDLb; 0,01 µg/L được kí hiệu BDLc 44 Bảng 3.10: Thông số vật lý và hóa học của nước đã được lọc từ sông Mekong và nước được sử dụng làm thí nghiệm độc học 45

Bảng 3.11: Giá trị 48h-LC50 của Cu, Zn và Ni đối với Daphnia (không hiển thị *); *, giá trị 48h-EC50; **, giá trị 72h-LC50 45

Bảng 3.12: Tổng số con non Daphnia lumholtzi của các lô phơi nhiễm trong 21 ngày thí

nghiệm 61

vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Mối quan hệ giữa hoạt động (P) (tăng trưởng, sự sinh sản, sự sống sót) và nồng

độ của nguyên tố cần thiết (Ce) trong khẩu phần ăn của động vật 9 Hình 1.2: Mô hình biotic ligand model (BLM) 16 Hình 2.1: Sơ đồ thu mẫu kim loại nặng trong nước, trầm lắng và nhuyễn thể từ sông Mekong ở Việt Nam Chú thích địa danh thu mẫu, xem bảng 2.1 23

Hình 2.2: Sinh vật thí nghiệm C cornuta (A), D lumholtzi (B) và D magna (C) Thước

đo có chiều dài = 200 µm (hình A), 500 µm (hình B), và 2000 µm (hình C) 29 Hình 3.1: Phân bố kim loại trong trầm lắng sông Mekong theo không gian 34 Hình 3.2: Phân bố kim loại trong trầm lắng sông Mekong theo thời gian D-R: tháng 5/2014; Rainy: tháng 9/2014; R-D: tháng 12/2014; Dry: tháng 3/2015 35

Hình 3.3a – 3.3c: Các loài nhuyễn thể thu được từ sông Mekong Thước đó = 1 cm 35

Hình 3.4: Tỷ lệ sống sót của Daphnia lumholtzi trong phơi nhiễm với Ni 49

Hình 3.5: Sự thành thục của Daphnia lumholtzi trong phơi nhiễm với Ni *: khác biệt có

ý nghĩa thống kê (p < 0,05) theo phép thử Kruskal Wallis 50

Hình 3.6: Sức sinh sản của Daphnia lumholtzi trong phơi nhiễm với Ni 50 Hình 3.7: Ảnh hưởng của Ni lên Daphnia lumholtzi a: đối chứng; b: hình thành trứng

ngủ trong lô N65; c: bị chết trong lô N1035; d: mang phôi bị chết trong lô N500 51

Hình 3.8: Tỷ lệ sống sót của Daphnia magna khi phơi nhiễm Cu và Cr Control = đối chứng 52 Hình 3.9: Sư thành thục của Daphnia magna trong phơi nhiễm với Cu và Cr Control =

đối chứng; ** và ***: khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0,01) theo phép thử Kruskal Wallis 52

Hình 3.10: Sức sinh sản của Daphnia magna trong phơi nhiễm với Cu và Cr Control =

đối chứng 53

Hình 3.11: Sự phát triển của Daphnia magna trong phơi nhiễm với Cu và Cr Control =

đối chứng; *: khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0,05) theo phép thử Kruskal Wallis 54

Hình 3.12: Tỉ lệ sống sót của D lumholtzi khi phơi nhiễm với kim loại trong nước sông

Mekong 55

Hình 3.13: Thời gian thành thục của Daphnia lumholtzi khi phơi nhiễm với kim loại pha

vào nước sông Mekong 57

Hình 3.14: Kích thước thân của Daphnia lumholtzi sau khi kết thúc thí nghiệm phơi

nhiễm với kim loại trong nước sông Mekong 59

Hình 3.15: Sức sinh sản của D lumholtzi khi phơi nhiễm với kim loại trong nước sông

Mekong 60

viii

Hình 3.16: Sức sống của D magna trong phơi nhiễm với atrazine (A) và estriol (B)

Control: đối chứng; A1, A2, A3: lần lượt là atrazine ở các nồng độ 5, 50 và 500 µg/L E

1, E 2, E 3 lần lượt là estriol ở các nồng độ 5, 50 và 500 µg/L 63

Hình 3.17: Sức sống của D magna trong phơi nhiễm với octylphenol Control: đối

chứng 63

Hình 3.18: Sức sống của C cornuta (hình a), D lumholtzi (hình b) và D magna (hình c)

trong phơi nhiễm với NP ĐC = đối chứng 64

ix

LỜI CẢM ƠN

Những thành tựu của đề tài đạt được cho đến hôm nay, chắc chắn không thể bỏ qua sự giúp đỡ, hỗ trợ rất nhiệt tình về chuyên môn và tinh thần khoa học của nhiều quý đồng nghiệp trong nước và quốc tế Tập thể nhóm thực hiện đề tài xin ghi ơn những tấm lòng khoa học của quý đồng nghiệp bao gồm GS Hoàng Chung Thẩm, ĐH Loyola Chicago Hoa Kỳ; TS Đinh Văn Khương, ĐH Kỹ thuật Đan Mạch; GS Claudia Wiegand, ĐH Rennes 1, Pháp; TS Nguyễn Văn Đông, TS Tô Thị Hiền, HVCH Võ Trường Giang, ThS Lê Vũ Nam, và ThS Nguyễn Lý Sỹ Phú, trường ĐH Khoa học Tự nhiên; CN Đào Công Thanh, trường ĐH Bách Khoa TP HCM; ThS Bùi thị Như Phượng, Viện Môi trường và Tài nguyên Chúng tôi cũng xin chân thành cảm ơn TS Patrick Boyle, phó hiệu trưởng trường ĐH Loyola Chicago, Hoa Kỳ đã tạo điều kiện để thành viên trong nhóm nghiên cứu có cơ hội sang trường ĐH Loyola Chicago, thực hiện một số hoạt nghiên cứu khoa học

Tập thể thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn Ban Khoa học và Công nghệ, ĐH Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh đã tài trợ kinh phí cho việc thực hiện đề tài này, mã số B2014-48-01 Ý tưởng đề tài này cũng sẽ rất khó có thể được triển khai thành hoạt động khoa học cho đến ngày nay, nếu thiếu đi sự hỗ trợ của Ban giám đốc Trung tâm Quản lý nước và Biến đổi Khí hậu (WACC) và vì vậy nhóm thực hiện đề tài rất cảm ơn và trân trọng sự ủng hộ của Ban giám đốc WACC

Sau cùng, nhóm nghiên cứu của đề tài xin cảm ơn các chị em thuộc phòng Hành chính và

Kế hoạch – Tài chính của WACC đã tư vấn, chia sẻ kinh nghiệm và giúp đỡ nhóm nghiên cứu trong các thủ tục hành chính, trong việc quyết toán các hạng mục kinh phí đề tài kịp tiến độ và theo đúng quy định nhà nước

1

MỞ ĐẦU

Việt Nam đang trên con đường công nghiệp hóa, hiện đại hóa phát triển đất nước Cùng với sự phát triển, các hoạt động từ sản xuất đến dịch vụ và sinh hoạt thải ra môi trường nước mặt rất nhiều chất gây ô nhiễm bao gồm cả kim loại nặng, gia tăng nồng độ các chất này vốn có sẵn trong môi trường nước tự nhiên Sự nhiễm bẩn và ô nhiễm các hợp chất trong môi trường là vấn nạn, là mối lo ngại và thử thách lớn cho con người trong nhiều thập niên qua Ngày nay, chúng ta đều đồng ý rằng đánh giá chất lượng và hiểm họa cho môi trường không chỉ thuần túy dựa vào những phân tích hóa học các hợp chất ô nhiễm,

mà còn dựa vào những ghi nhận, đo lường về mặt sinh học dưới ảnh hưởng của các chất

ô nhiễm Điều này hoàn toàn đúng trong trường hợp nhiễm bẩn hay ô nhiễm của kim loại nặng trong thủy vực Ô nhiễm kim loại nặng trong nước thường có nguồn gốc từ hoạt động của con người như khai thác quặng/ mỏ, công nghiệp, nộng nghiệp, nuôi trồng thủy sản, sinh hoạt, Từ đó, kim loại trong môi trường có thể được tích lũy trong những sinh vật sống tương đối cố định ở tầng đáy như nhuyễn thể, hoặc tác động trực tiếp lên những thủy sinh vật nhạy cảm trong thủy vực như vi giáp xác

Trong thủy vực, các loài nhuyễn thể như trai ốc sống trong trầm lắng và trên các giá thể ven bờ Chúng là các sinh vật tiếp xúc trực tiếp với các chất ô nhiễm bao gồm kim loại Ngoài ra, với tập tính ăn thức ăn của nhuyễn thể, khả năng phơi nhiễm và tích lũy kim loại nặng trong cơ thể của chúng khá cao Nhằm đánh giá nguy cơ và rủi ro sức khỏe sinh thái và con người, nhuyễn thể là một trong những nhóm sinh vật được chọn lựa trong nghiên cứu, đặc biệt là những nghiên cứu liên quan đến ô nhiễm và tích tụ kim loại nặng

ở tầng đáy thủy vực Mặc dù một số kim loại như đồng, sắt, mangan và kẽm là những vi lượng thiết yếu cho sinh vật và con người do chúng tham gia vào sự hình thành hoạt tính của enzyme, protein hô hấp và cấu trúc kiến tạo mô, cơ quan, các kim loại này lại gây độc cho tế bào, mô, cơ quan của sinh vật và con người khi hàm lượng của chúng tăng cao, vượt ngưỡng cần thiết Một số sinh vật (nhuyễn thể) có khả năng tích tụ hàm lượng kim loại nặng trong cơ thể cao gấp (rất) nhiều lần so với nồng độ của kim loại trong môi trường Bên cạnh đó, một số kim loại khác như thủy ngân, arsen, chì là những yếu tố không cần thiết của sinh vật và nhanh chóng gây độc đối với sinh vật này khi ở nồng độ rất thấp trong môi trường Sự tích tụ các chất ô nhiễm (như kim loại nặng) trong nhuyễn thể sẽ được chuyển lên các bậc dinh dưỡng cao hơn trong thủy vực, hoặc gián tiếp ảnh hưởng xấu lên thủy sinh vật trong hệ sinh thái thủy vực và con người (tiêu thụ cá, chim

đã ăn nhuyễn thể có tích tụ kim loại nặng) Do đó, đây chính là nguồn “kim loại nặng tiềm tàng” trong tự nhiên và có nguy cơ rất cao cho việc nhiễm độc của các sinh vật bậc cao hơn trong chuỗi thức ăn trong thủy vực, và con người, mà đã được nghiên cứu và công bố khá nhiều trên thế giới

2

Hiện nay, chất lượng môi trường nước của Việt Nam sử dụng cho bảo tồn thủy sinh được quy định tại cột A2, QCVN 08:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt So với những công trình nghiên cứu đã công bố về ảnh hưởng cấp tính

và mãn tính của kim loại nặng lên thủy sinh vật thì nồng độ quy định còn một số điểm chưa phù hợp Theo kết quả công bố từ các công trình nghiên cứu về độc học môi trường trên thế giới, có thể thấy với nồng độ các kim loại chấp nhận cho thải vào môi trường nước ở Việt Nam, ít nhiều sẽ ảnh hưởng đến các động thực vật thủy sinh, kéo theo sự ảnh hưởng đến toàn bộ số lượng và chất lượng của hệ sinh thái Những loài vi giáp xác (như

Daphnia lumholtzi, Daphnia magna, Ceriodaphnia cornuta ) là sinh vật dị dưỡng bậc 1

trong chuỗi thức ăn, một nguồn thức ăn quan trọng cho các loài tôm, cá Vi giáp xác, sinh vật dị dưỡng bậc 1, có vai trò rất quan trọng trong thủy vực vì chúng là cầu nối giữa sinh vật sản xuất và những sinh vật tiêu thụ cấp cao hơn, giúp cho mắc xích dinh dưỡng và năng lượng được liền nhau trong lưới thức ăn Khi vi giáp xác bị ảnh hưởng xấu nghĩa là

cá và các loài ăn vi giáp xác khác bị giảm nguồn thức ăn, ảnh hưởng tiếp theo đến các mắc xích khác Trong lĩnh vực độc học, vi giáp xác, nhờ vào những đặc điểm sinh học, sinh thái, được xem là một trong những nhóm sinh vật tiêu biểu và rất phù hợp cho nghiên cứu thử nghiệm độc tính kim loại nặng bao gồm cả việc xây dựng, điều chỉnh những quy chuẩn (cho phép xả thải ) của một số chất độc trong môi trường

Việc đánh giá chất lượng nước có thể được thực hiện ở nhiều góc độ và dựa trên nhiều yếu tố khác nhau Các yếu tố hóa lý, từ trước đến nay, được xem là những chuẩn mực để đánh giá hiện trạng môi trường nước Bên cạnh đó, các chỉ tiêu sinh học (phiêu sinh, động vật đáy) cũng có vai trò đáng kể trong việc đánh giá áp lực môi trường Các chỉ số dựa trên yếu tố hóa lý (ví dụ QWI) hay sinh học (EHM, đa dạng sinh học, chỉ thị sinh học) thể hiện ưu điểm lớn trong việc đánh giá chất lượng nước Tuy vậy, các chỉ số này ít nhiều vẫn có những hạn chế của nó đặc biệt là trong quá trình đánh giá độc tính của kim loại trong môi trường nước Mặc dù ra đời không lâu, mô hình Biotic Ligand Model (BLM) được thiết lập, phát triển và ứng dụng trong việc đánh giá an toàn môi trường nước và đã thể hiện khá nhiều ưu điểm mà các chỉ số trước đây chưa phản ảnh trọn vẹn, nhờ vào sự kết hợp giữa các yếu tố môi trường và sinh vật Mô hình này đã rất thành công trong việc đánh giá chất lượng, an toàn môi trường nước ở nhiều thủy vực tại Bắc

Mỹ và châu Mỹ Latin (Chi Lê, sông Amazon) Tuy nhiên, cho đến nay, mô hình này, đến nay, vẫn chưa được thử nghiệm, hiệu chỉnh và áp dụng vào Đông Nam Á bao gồm cả Việt Nam Vì vậy, việc nghiên cứu, hiệu chỉnh, áp dụng mô hình BLM vào sông Mekong

ở Việt Nam sẽ có ý nghĩa rất lớn vào quá trình đánh giá và quản lý an toàn chất lượng môi trường nước Trên thế giới, mô hình này đã được xây dựng và đang được hiệu chỉnh khi áp dụng thực tế với sự đánh giá độc tính của một số kim loại nặng, trong đó, đồng, kẽm và nicken đang được quan tâm nhiều nhất

3

Mekong là sông dài thứ 12 trên thế giới, thứ 7 châu Á và thứ nhất ở Đông Nam Á Tổng chiều dài của nó ước tính là 4350 km, trải rộng trên một lưu vực gần 800.000 km2 Bắt nguồn từ cao nguyên Tây Tạng, sông Mekong chảy qua các nước gồm Trung Quốc, Mianma, Lào, Thái Lan, Campuchia và Việt Nam Sông Mekong có ý nghĩa lớn về đa dạng sinh học, tài nguyên thủy sản, và các giá trị liên quan đến nông nghiệp, du lịch, thủy điện, thủy lợi và đời sống người dân trong lưu vực mà nó chảy qua Nguồn thủy sản, bao gồm cả sinh vật sống đáy ở sông Mekong cho đến nay vẫn chưa được hiểu biết đầy đủ đánh giá hết tiềm năng, ý nghĩa Nhuyễn thể sống ở đáy sông là nhóm sinh vật có ý nghĩa

và vai trò quan trọng trong lưới thức ăn ở thủy vực và đồng thời cũng góp phần đáng kể vào hàm lượng dinh dưỡng trong bữa ăn người dân (đặc biệt người nghèo) ở khu vực Theo những kết quả quan trắc sinh vật ở khu vực sông Mekong và chi lưu của nó ở Việt Nam (số liệu chưa công bố, thuộc chương trình Quan trắc Quốc gia, Viện Môi trường và Tài nguyên), một số giống loài nhuyễn thể thường gặp, số lượng khá cao và kích thước tương lớn (phù hợp làm nguồn thức ăn cho động vật cấp cao hơn và thực phẩm cho con

người) bao gồm Corbicula, Filopaludina, Ensidens-ingallsianus, Pilsbryocancha Các

giống nhuyễn thể này phân bố rải rác trong sông chính và các chi lưu của Mekong từ các tỉnh An Giang (giáp biên giới Campuchia) cho đến khu vực cửa sông tiếp giáp biển Đông Nhuyễn thể là nhóm sinh vật có khả năng tích tụ rất cao hàm lượng kim loại nặng (có hàm lượng rất thấp từ môi trường), nên có khả năng ảnh hưởng xấu đến sức khỏe, an toàn của sinh vật và người tiêu thụ Tuy nhiên, những nghiên cứu về khả năng tích tụ kim loại nặng trong nhóm sinh vật này từ sông Mekong ở Việt Nam vẫn chưa được công bố

Vì vậy, nghiên cứu, tìm hiểu về hàm lượng kim loại nặng trong nước, trầm lắng và sinh vật sống đáy (nhuyễn thê) từ sông Mekong sẽ góp phần cho những hiểu biết về sự phân

bố các kim loại nặng trong môi trường cũng như sự tích lũy của chúng trong sinh vật Đồng thời thông tin về khả năng tích lũy và hàm lượng kim loại tích lũy trong sinh vật sẽ giúp bảo vệ sự an toàn thực phẩm cho người dân địa phương

Độc tính kim loại đối với sinh vật trong môi trường nước thay đổi tùy theo giá trị của một

số yếu tố hóa lý nước như pH, độ cứng, độ kiềm, hàm lượng carbon hòa tan (DOC) Giá trị của các yếu tố này càng cao, độc tính của kim loại càng thấp Như vậy, việc nghiên cứu mô hình BLM sẽ giúp đánh giá độc tính của kim loại trong môi trường nước và sau khi hiệu chỉnh mô hình BLM cho phù hợp với điều kiện khu vực, vùng miền, mô hình này sẽ trở thành một công cụ rất hữu ích trong việc đánh giá, quản lý chất lượng môi trường và sự an toàn của nó đối với sinh vật Mô hình BLM chưa được thực hiện ở khu vực Đông Nam Á, nên nghiên cứu này sẽ đóng góp những kết quả đầu tiên về độc tính kim loại đối với sinh vật bản địa từ sông Mekong, đồng thời cũng sẽ đóng góp thêm một công cụ đánh giá, quản lý chất lượng nước hiệu quả trên cơ sở các yếu tố môi trường và sinh vật Do đó, trong khuôn khổ đề tài này, chúng tôi đề xuất việc nghiên cứu (1) đánh giá hiện diện của kim loại nặng trong môi trường và trong sinh vật (nhuyễn thể) từ sông

4

Mekong và (2) đánh giá độc tính của kim loại hòa tan trong nước lên vi giáp xác, bước nghiên cứu đầu tiên cho việc hiệu chỉnh mô hình BLM nhằm ứng dụng vào giá chất lượng, an toàn môi trường nước sông Mekong

1 Mục tiêu nghiên cứu:

Đánh giá sự tích tụ kim loại nặng trong nhuyễn thể trong nhuyễn thể thu từ sông

Mekong

Đánh giá sự đáp ứng của vi giáp xác (Daphnia lumholtzi) khi phơi nhiễm cấp tính và

mãn tính các kim loại (Cu, Zn và Ni) được thêm vào trong nước sông

2 Nội dung nghiên cứu:

Khảo sát hàm lượng kim loại (As, Cd, Cr, Cu, Ni, Fe, Pb, Zn) trong nước (dạng hòa tan và dạng tổng), trầm lắng và nhuyễn thể từ sông Mekong

Đánh giá tích tụ sinh học của các kim loại nêu trên trong sinh vật (nhuyễn thể)

Nghiên cứu ảnh hưởng cấp tính của kim loại (Cu, Zn và Ni) đối với sinh vật (vi giáp xác) từ sông Mekong, làm cơ sở cho việc hiệu chuẩn, ứng dụng mô hình BLM cho sông Mekong

Khảo sát hàm lượng kim loại và thuốc trừ sâu trong hai mẫu nước sông Mekong (khu vực 1 tại bến phà Vĩnh Lộc và khu vực 2 tại bến phà Tân Châu) được sử dụng làm môi trường thí nghiệm độc cấp tính và mãn tính cho sinh vật

Nghiên cứu ảnh hưởng cấp tính và mãn tính của kim loại (Cu, Zn và Ni) đối với sinh vật (vi giáp xác), làm cơ sở cho việc điều chỉnh ngưỡng an toàn kim loại đối với sinh vật trong QCVN

3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp khảo sát thực địa, kết hợp với lấy mẫu phân tích

Phương pháp phân tích mẫu bằng các thiết bị trong phòng thí nghiệm

Phương pháp thực nghiệm với việc phân lập mẫu, nuôi và thí nghiệm độc học trong phòng thí nghiệm

Phương pháp xử lý thống kê, tương quan

4 Kết quả đạt được

Thu mẫu hiện trường (mẫu nước, mẫu bùn/ trầm lắng và sinh vật) từ sông Mekong, tại

20 điểm thu mẫu, và thu vào 4 thời điểm trong vòng 12 tháng, từ tháng 3/2014 – tháng 3/2015

5

Phân tích và có được giá trị hàm lượng các kim loại trong môi trường (nước, bùn) và trong sinh vật (nhuyễn thể từ sông Mekong) và tính toán được chỉ số tích tụ sinh học của các kim loại

Thu mẫu và khảo sát hàm lượng kim loại và thuốc trừ sâu trong hai mẫu nước sông Mekong (khu vực 1 tại bến phà Vĩnh Lộc và khu vực 2 tại bến phà Tân Châu) được sử dụng làm môi trường thí nghiệm độc cấp tính và mãn tính cho sinh vật

Một học viên cao học (Lê Vũ Nam, Khoa Môi trường, trường ĐH Khoa học Tự nhiên,

ĐH Quốc gia TP HCM) đã bảo vệ thành công luận văn tốt nghiệp với tiêu đề ”Nghiên

cứu sử dụng vi giáp xác (Daphnia lumholtzi) có nguồn gốc ở Việt Nam để đánh giá

độc tính của nicken trong môi trường nước”, có nội dung trùng với một phần nội dung

đề tài nghiên cứu

Thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của kim loại (đồng, crôm, nicken ) và thuốc bảo vệ thực vật lên vi giáp xác Các kết quả này góp phần cho (1) 10 bài trình bày trong hội nghị/ hội thảo quốc tế tổ chức tại Việt Nam (Cần Thơ, Huế, Hà Nội) hoặc nước ngoài (Thái Lan, Úc, Singapore), 6 bài báo đăng trên các tạp chí chuyên ngành trong nước (Khoa học và Công nghệ, Môi trường Việt Nam, Đại học Cần Thơ), 1 bài báo đăng trên

kỷ yếu hội thảo quốc tế (IIER), 2 bài báo đăng trên tạp chí quốc tế không ISI (Environmental management & Sustainable Development, International Journal of Development Research), 1 bài báo đăng trên tạp chí ISI (SCI: Science of the Total Environment), và 1 bài viết gởi xin đăng trên tạp chí ISI:

Bài báo cáo tại hội nghị quốc tế:

Do-Hong, L.C., Bui, L.T.K., Bui, B.T., Nguyen, T.S., Dao, T.S., Hoang, T., Acute

toxicity of copper on tropical aquatic organisms using field collected water from the Mekong River Watershed: implication for development of a tropical Biotic Ligand Model SETAC Asia/Pacific, ngày 14 – 17/9/2014, Adelaide, Australia

Tran, P.T., Do-Hong, L.C., Dao, T.S., Long-term impacts of copper and chromium on

survivorship, maturation, fecundity and growth of Daphnia magna International

conference on Environmental protection toward sustainable development Ngày 26/9/2014 ĐH Cần Thơ

Vo, T.M.C., Nguyen, T.S., Bui, B.T., Bui, L.T.K., Do-Hong, L.C., Nguyen, P.D.,

Nguyen, T.P., Dao, T.S., Chronic effects of atrazine and estriol on Daphnia magna

International conference on Environmental protection toward sustainable development Ngày 26/9/2014 ĐH Cần Thơ

Dao, T.S., Vo, T.M.C., Do-Hong, L.C., Nguyen, P.D., 2014 Development of

Daphnia magna under exposure to the xenobiotic octylphenol DAAD Alumni

6

Workshop: Sustainable Management of Environment and Natural Resources in Vietnam Ngày 4 – 6/11/2014 Viện Sinh Thái và Tài nguyên Sinh vật, Hà Nội

Bui, L.T.K., Do-Hong, L.C., Dao, T.S., Bui, B.T., Nguyen, T.S., Hoang, T., Influence

of water quality of Mekong and Dongnai rivers water on copper toxicity to three tropical species.The Biotic Ligand Model: Technical Basis and Application for Environmental Quality Guidelines for Metals (Cu, Zn, Ni) Ngày 4/3/2015 Bangkok, Thailand

Dao, T.S., Nguye, T.S., Hoang, T., Dao, C.T., Vo, T.M.C., Vo, T.G., Bui, B.T., Bui,

L.T.K., Do-Hong, L.C., Distribution and bioaccumulation of heavy metals in molluscs in Mekong river, Vietnam.The Biotic Ligand Model: Technical Basis and Application for Environmental Quality Guidelines for Metals (Cu, Zn, Ni) Ngày 4/3/2015 Bangkok, Thailand

Le, V.N., Nguyen, T.S., Vo, T.M.C., Bui, B.T., Bui, L.T.K., Lan-Chi, D.H., Dao,

T.S., Survival, maturation and fecundity of Daphnia lumholtzi under long-term exposure

to nickel The Biotic Ligand Model: Technical Basis and Application for Environmental Quality Guidelines for Metals (Cu, Zn, Ni) Ngày 4/3/2015 Bangkok, Thailand

Dao, T.S., Le, V.N., Nguyen, T.S., Bui, B.T., Do-Hong, L.C., Hoang, T., Acute and

chronic effects of nickel on tropical micro-crustacean, Daphnia lumholtzi Đăng ký tham

gia trình bày trong hội thảo quốc tế IFGTM (International conference on Environmental protection toward sustainable development), sẽ được tổ chức tại Huế vào tháng 7/2015

Bui, B.T., Tran, P.T., Do- Hong L.C., Dao, T.S., Combined effects of heavy metals

and cyanobacterial crude extract to Daphnia magna International Conference on Natural

Science and Environment, Ngày 02 – 03/09/2015, Bangkok, Thailand

Vo, T.M.C., Le, V.N., Bui, B.T., Nguyen, T.S., Dao, C.T., Nguyen, V.D., To, T.H.,

Vo, T.G., Dinh, V.K., Wiegand, C., Dao, T.S., 2016 Acute and chronic effects of trace

metals to tropical micro-crustacean Daphnia lumholtzi SETAC Asia/pacific Conference

in National University of Singapore 16 – 20/9/2016

Bài báo đăng trên tạp chí trong nước:

Tran, P.T., Do-Hong, L.C., Dao, T.S., 2014 Long-term impacts of copper and

chromium on survivorship, maturation, fecundity and growth of Daphnia magna Tạp chí

Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 52 (3A), 309-315

Vo, T.M.C., Nguyen, T.S., Bui, B.T., Bui, L.T.K., Do-Hong, L.C., Nguyen, P.D.,

Nguyen, T.P., Dao, T.S., 2014 Chronic effects of the atrazine and estriol on Daphnia magna Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 52 (3A), 323-329

7

Nguyen, T.S., Nguyen, T.T.T., Bui, B.T., Vo, T.M.C., Dao, T.S., 2015 Isolation of

the Daphnia lumholtzi and chronic test of its sensitivity to copper under laboratory

conditions Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 53 (3A) 289-294

Dao, T.S., Le, V.N., Nguyen, T.S., Bui, B.T., Do-Hong, L.C., Hoang, T., 2015 Acute

and chronic effects of nickel on Daphnia lumholtzi Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt

Nam, 53 (3A) 271-276

Võ Thị Mỹ Chi, Nguyễn Thanh Sơn, Đào Thanh Sơn, 2016 Ảnh hưởng của hợp chất

gây rối loạn nội tiết Nonylphenol lên sức sống và sinh sản của ba loài vi giáp xác

Ceriodaphnia cornuta, Daphnia lumholtzi và Daphnia magna Tạp chí Khoa học trường

ĐH Cần Thơ 43a, 34-41

Bài báo đăng tạp chí quốc tế không ISI

Dao, T.S., Tran, L.T.T., Vo, T.M.C., Bui, B.T., 2016 Toxicity of zinc dissolved in

Saigon river to the tropical micro-crustacean Daphnia lumholtzi Environmental

Management and Sustainable Development 5 (2), 170-182

Dao, T.S., Vo, T.M.C., Do-Hong, L.C., Nguyen, P.D., 2014 Development of

Daphnia magna under exposure to the xenobiotic octylphenol J Vietnamese

Environment, 6 (2), 155-158

Le, V.N., Dao, T.S., 2016 Highly potent toxicity of nickel in river water to Daphnia

lumholtzi International Journal of Development Research 6 (9), 9526-9531

Bài báo đăng tạp chí quốc tế thuộc ISI

Dao, T.S., Le, V.N., Bui, B.T., Dinh, K.V., Wiegand, C., Nguyen, T.S., Dao, C.T.,

Nguyen, V.D., To, T.H., Nguyen, L.S.P., Vo, T.G., Vo, T.M.C., 2017 Sensitivity of a

tropical micro-crustacean (Daphnia lumholtzi) to trace metals tested in natural water of

the Mekong River Science of the Total Environment 574, 1360-1370 DOI: 10.1016/j.scitotenv.2016.08.049

Bài viết gởi xin đăng trên tạp chí quốc tế thuộc ISI

Dao, T.S., Dinh, V.K., Nguyen, T.S., Hoang, T., Bui, B.T., Dao, C.T., Nguyen, V.D.,

Vo, T.G., Vo, T.M.C., Metal contamination in the lower Mekong River of Vietnam and the bioaccumulations in edible mollusks

Bài báo đăng trên kỷ yếu hội thảo quốc tế

Bui, B.T., Tran, P.T., Do- Hong L.C., Dao, T.S., 2015 Combined effects of heavy

metals and cyanobacterial crude extract to Daphnia magna Proceeding of 35th The IIER International Conference, 15-17 (ISBN: 978-93-85465-89-5)

8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1 Kim loại nặng trong tự nhiên và ý nghĩa cúa chúng đối với sinh vật

Kim loại là thành phần quan trọng trong tự nhiên, đã hiện diện và được hình thành trong suốc lịch sử kiến tạo của trái đất Các kim loại tồn tại tự nhiên trong vỏ trái đất, và tùy theo điều kiện địa lý vùng miền sẽ có hàm lượng khác nhau Do thế, nồng độ các kim loại trong tự nhiên có độ dao động cao Trên thế giới, có thể điểm qua một số sông, hồ được ghi nhận là ô nhiễm kim loại nặng như sau:

Sông Mississippi (Bắc Mỹ): Theo tư liệu năm 1995 của Cục Địa chất Mỹ (USSG -

United States Geological Survey), sông Mississipi từng bị nhiễm nồng độ Cu trong nước lên đến 280 µg/L và Cr là 470 µg/L Trong khi đó, tiêu chuẩn môi trường nước mặt cho thủy sinh của Bộ Bảo vệ Môi trường Mỹ (U.S EPA) quy định Cu và Cr đều ở mức rất thấp, dưới 20 µg/L Ngoài ra, các kim loại khác như Cd (Cadimi), Pb (Chì), Hg (Thủy ngân) đều vượt tiêu chuẩn cho phép (Garbarino và cs., 1995) Nguồn gốc của các kim loại nặng này có từ hai nguồn, một từ các mỏ kim loại tự nhiên dọc hai bên bờ sông Hai trong số những mỏ chì-kẽm lớn nhất thế giới nằm trên lưu vực sông này Tuy nhiên, quá trình rửa trôi kim loại ra sông đã tăng lên gấp 10 lần khi có các hoạt động khai thác Nguồn thứ hai là từ nước thải, rác thải của sản xuất công nghiệp hai bên sông (81%) và hoạt động của con người (19%; Garbarino và cs., 1995)

Sông Love (Đài Loan): Sông Love dài 12 km, lưu vực rộng 56 km2, chiếm 40% của thành phố Kaohsiung (Cao Hùng), một thành phố công nghiệp lớn nhất của Đài Loan Do việc xả thải chưa qua xử lý đạt yêu cầu, dòng sông gặp phải những vấn đề về ô nhiễm nguồn nước, đặc biệt là kim loại nặng Chiu-Wen và cs (2012) đã dùng phương pháp phân tích hóa học để xác định ô nhiễm Cu trong trầm tích sông Love trong 10 mẫu trầm tích, kết quả nồng độ Cu dao động từ 84 đến 300 mg/kg trầm tích khô, trung bình là 193 mg/kg Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả đã khẳng định về tình trạng ô nhiễm đồng của dòng sông, chỉ ra sự ô nhiễm tập trung ở hạ nguồn, và đề ra giải pháp là nạo vét cửa sông kết hợp cải tạo sông để có được chất lượng tốt hơn của nguồn nước cấp cho thành phố

Các sông gần Khu công nghiệp Dhaka (Bangladesh): Năm 2012, Mahfuza và cs (2012) đã tiến hành lấy mẫu và phân tích kim loại nặng trong nước mặt cũng như trong trầm tích của sông Turag cũng như các kênh trong Khu công nghiệp Dhaka, kết quả cho thấy nồng độ các kim loại đều vượt chuẩn cho phép của nước sinh hoạt Đặc biệt, đối với

Fe (sắt), hàm lượng vượt mức 32.000 ppm Các kim loại như As (Asen), Pb (Chì) có hàm lượng cao, đặc biệt là các mẫu lấy từ kênh của khu công nghiệp Trong kết quả nghiên cứu, nhóm tác giả khẳng định công nghiệp góp phần lớn vào ô nhiễm kim loại nặng trong nguồn nước và cần có các giải pháp quản lý xả thải hiệu quả hơn

9

Nhiều kim loại trong tự nhiên như đồng, kẽm, nicken, chrom và sắt, là nguyên tố cần thiết cho sinh trưởng và phát triển của các sinh vật sống, bao gồm cả con người Trái ngược lại, việc dư thừa các chất này lại dẫn đến phản ứng độc và cũng có khả năng gây chết Do vậy, có một ngưỡng tối ưu (NOAEL, bình thường) cho các chất này, điều này được minh họa ở hình 1.1 Đối với Cu, nồng độ tự nhiên là từ 0.2 – 30 µg/L ở nước ngọt

và từ 0.03 – 0.4 µg/L ở vùng nước mặn (Bowen, 1985; OSPAR, 2000) Kết quả là sinh vật sống trong các hệ sinh thái khác nhau đáp ứng với nồng độ kim loại khác nhau, được gọi là nồng độ nền Việc thay đổi nồng độ kim loại một cách đột ngột sẽ dẫn đến thiếu hụt hay gây độc và có thể gây ra cái chết (hình 1.1.)

Hình 1.1: Mối quan hệ giữa hoạt động (P) (tăng trưởng, sự sinh sản, sự sống sót) và nồng

độ của nguyên tố cần thiết (Ce) trong khẩu phần ăn của động vật

1.2 Tích tụ kim loại trong sinh vật và ảnh hưởng xấu của kim loại lên con người

Nhuyễn thể là nhóm sinh vật quan trọng về mặt sinh thái học và kinh tế đối với con người khu vực sông Mekong Nhuyễn thể còn được dùng làm sinh vật chỉ thị cho ô nhiễm, đặc biệt là ô nhiễm kim loại trong hệ sinh thái thủy vực (MRC, 2010) Nhuyễn thể là nhóm sinh vật ăn lọc sống ở nền đáy , đồng thời chúng có vòng đời khá dài và lượng sinh khối/

cơ của chúng phù hợp cho phân tích về kim loại (Waykar và Deshmukh, 2012) Chúng có nhiều kiểu ăn thức ăn và vì vậy có thể tích tụ kim loại từ thức ăn, nước và trong các hợp chất vô cơ (Waykar và Deshmukh, 2012) Bên cạnh đó, nhuyễn thể có khả năng tích tụ kim loại cao và khả năng chống chịu với kim loại (Lau et al., 1998) Hầu hết nhuyễn thể

có đặc điểm thụ động/ di chuyển chậm, trong thủy vực do đó có nhiều khả năng về tích tụ

và chuyển kim loại lên những sinh vật trong bậc dinh dưỡng cao hơn trong thủy vực như

cá, chim và con người (Ikemoto et al., 2008)

Cho đến nay, nhiều nghiên cứu về sự tích tụ kim loại trong sinh vật, đặc biệt là trong nhuyễn thể đã được thực hiện và công bố Cosson và cs (2008) đã khảo sát sự tích tụ kim

10

loại (Ag, Cd, Cu, Fe, Mn và Zn) trong nhuyễn thể (Bathymodiolus arozicus) và kết quả

đã cho thấy các cơ quan khác nhau của sinh vật này (mang, ruột, cơ) có sự tích tụ khác nhau đối với các kim loại khảo sát Goksu và cs (2005) đã phân tích hàm lượng kim loại (Cd, Fe, Zn và Cu) trong hai loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ và cho thấy Fe và Zn là hai kim loại được tích tụ nhiều hơn trong sinh vật khảo sát so với 2 kim loại còn lại (Cu, Cd) Tương tự như vậy, Fe và Zn là hai kim loại được tích tụ với hàm lượng cao nhất (lần lượt lên đến 294 và 398 µg/g) trong nhuyễn thể trong một khảo sát ở ven biển Atlantic, Bồ Đào Nha (Machado và cs., 1999) Tích tụ sinh học kim loại trong nhuyễn thể đã từng được nghiên cứu ở nhiều lưu vực sông trên thế giới như Subarnarekha, sông Danube, cửa sống Pearl (Banerjee và cs., 2015; Gundacker, 2000; Zhang và cs., 2015, 2016)

Hàm lượng trung bình của sắt và đồng tích tụ trong vẹm xanh (Perna viridis) ở sông

Pekan, Malaysia, lần lượt lên đến 576 và 19 µg/g (Kamaruzzaman và cs., 2011) cho thấy nguy cơ ngộ độc kim loại đối với sinh vật hoặc con người ăn phải loài nhuyễn thể này Trong một nghiên cứu khác, ba kim loại nặng (Cr, Cd và Pb) đã được nghiên cứu trong

mẫu nước, trầm lắng và trong sinh vật (vỏ và ruột ốc dừa Tympanotonus fuscatus v radula) Phân tích mẫu cho thấy hàm lượng kim loại trong trầm tích cao hơn trong nước,

nhưng thấp hơn trong ốc chứng minh rằng sinh vật khảo sát (ốc dừa) đã tích tụ kim loại vào cơ thể từ môi trường (Davies và cs., 2006) Trong công bố của Zhang et al (2016) về kim loại trong trong ốc biển ven biển Trung Quốc cho thấy sự hiện diện của Pb, Zn, Cu,

Cr, Cd và As Theo công bố của Tu et al (2010, 2011), hàm lượng kim loại tích tụ trong nhuyễn thể như nghêu và sò huyết ở Việt Nam ) và kết quả cho thấy sự hiện diện của nhiều kim loại trong cơ như Cr (1,9 mg/kg trọng lượng tươi, DW), Mn (31,1 mg/kg DW),

Cu (11 mg/kg DW), Zn (113 mg/kg DW), As (8,8 mg/kg DW), Cd (1,74 mg/kg DW), Pb (0,69 mg/kg DW) Tuy nhiên hàm lượng này nằm trong khoảng an toàn cho người tiêu dùng theo quy chuẩn của cơ quan quản lý dược phẩm và thực phẩm Hoa Kỳ và ủy ban châu Âu

Chì, cadmium, đồng, kẽm và nicken là những nguyên tố phổ biến trong vỏ trái đất Ở nồng độ đủ lớn, chúng là những chất kịch độc đối với con người Người lớn và trẻ em đều có thể bị ngộ độc chì nhưng trẻ em thường bị nhiễm độc và bị ảnh hưởng nhiều hơn

Có nhiều con đường và nguồn thải để chì xâm nhập vào cơ thể như sơn, bụi trong nhà, mặt đất khô cằn, không khí, nước uống, thực phẩm, đồ gốm, thuốc nhuộm tóc, mỹ phẩm Ngày nay trên thế giới có hơn 400.000 trẻ em dưới 6 tuổi bị nhiễm độc chì với hàm lượng chì trong máu khá cao Hàm lượng thấp của chì vẫn có thể gây độc và các triệu chứng ngộ độc bao gồm giảm thông minh, suy giảm khả năng học tập, mất khả năng tập trung, rối loạn hành vi, chậm phát triển, tổn thương tai và thận Ở hàm lượng ngộ độc cao, trẻ em dễ bị hôn mê và chết, còn người lớn sẽ gặp phải một số triệu chứng như tăng

áp huyết, bất thường thần kinh, tổn thương cơ, khó khăn về trí nhớ, suy giảm khả năng

do đây là nguồn khó kiểm soát và ít có sự tham gia trực tiếp của con người

1.3 Độc tính của kim loại đối với vi giáp xác

Các hoạt động khai thác khoáng sản, công nghiệp và nông nghiệp làm gia tăng nồng độ kim loại trong môi trường, do đó chúng trở thành những chất gây ô nhiễm thường gặp và khó kiểm soát trong hệ sinh thái thủy sinh (Tomasik và Warren, 1996; Schwarzenbach và

cs, 2010; Lanctot và cs, 2016) Một số kim loại thiết yếu đối với sinh vật, trong khi số còn lại không cần thiết, thậm chí còn trở nên độc đối với sinh vật tại nồng độ nhất định(Wetzel, 2001) Các kim loại là những chất gây ô nhiễm bền trong tự nhiên với khả năng tích tụ sinh học cao, đặc biệt đối với thể hữu cơ-kim loại (Lau và cs, 1998; Waykar và Shinde, 2011) và có thể được chuyển hóa đến những cấp độ dinh dưỡng cao trong chuỗi thức ăn (Ikemoto và cs, 2008) Việc phơi nhiễm với kim loại đã ảnh hưởng xấu đến thủy sinh như các loài vi giáp xác, bọ nước và cá, do đó kim loại được xem như là một trong

số những mối nguy hại đe dọa đến sự đa dạng sinh học trong thủy sinh (Millennium Ecosystem Assessment, 2005; Dinh Van và cs, 2013; Moldovan và cs, 2013; Lanctot và

cs, 2016)

Kim loại nặng tồn tại trong nước và ảnh hưởng đến thủy sinh vật tùy thuộc vào nồng độ

và trạng thái tồn tại Khoảng thập niên 1960s, đã có những công trình nghiên cứu về tác động của kim loại nặng lên thủy sinh vật (Pickering và Henderson, 1996) và những năm

12

sau đó, hàng loạt nghiên cứu về ảnh hưởng cấp tính của các kim loại khác lên D magna

(Khangarot và cs., 1987; Bodar và cs., 1989; Offem và Ayotunde, 2008) Năm 1968,

Hueck và Adema (1968) đã thử nghiệm cho D magna phơi nhiễm trực tiếp đồng và sau

đó cho D magna ăn tảo Chlorella pyrenoidosa có tích tụ đồng, kết quả là D magna bị

ảnh hưởng (hạn chế sự phát triển) ở nồng độ đồng khoảng 56 µg/L khi tiếp xúc trực tiếp

và khoảng 560 µg/L khi đồng tích tụ trong tảo Winner và Farrell (1976) đã công bố LC50 của đồng đối với D magna là 86,5 µg/L Công trình cũng đã tính đến ảnh hưởng

72h-mãn tính của độc tố đồng lên tuổi thọ, sức sinh sản và chiều dài con non của D magna

Kết quả cho thấy, sự ảnh hưởng rõ rệt nhất là ở nồng độ trên 60 µg/L Khi nồng độ đồng

lên đến 100 µg/L thì D magna chỉ sống sót được khoảng 3 – 7 ngày và không sinh sản

được nữa, đồng thời kích thước của buồng trứng của sinh vật phơi nhiễm cũng bị giảm so với đối chứng

Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ (US.EPA, 2007), khi đánh giá độc cấp tính của Cu

tác động lên D magna, có sự phân biệt về độ tuổi con non, và cũng có sự khác nhau về

tác động giữa các dạng muối đồng khác nhau (gốc chloride hay gốc sulfate, gốc chloride

có tác động mạnh hơn) Kết quả của nhiều công trình nghiên cứu cho thấy, nồng độ cấp

tính của Cu lên D magna dao động từ 4,8 đến 71,9 µg/L Các công trình nghiên cứu tác

động mãn tính của Cu chỉ ra rằng, độc tính của Cu giảm khi độ cứng của nước tăng Do

đó, khi đánh giá ảnh hưởng cần chú ý điều chỉnh độ cứng đồng đều, kết quả các công

trình cho thấy, nồng độ Cu có tác động mãn tính đến D magna dao động từ 9,53 đến

29,33 µg/L, giá trị trung bình là 14,1 µg/L

Có sự khác nhau giữa độc tính của Cr3+ và Cr6+ đối với sinh vật Trabalka và Gehrs (1977) đã nghiên cứu về độc tố của Cr6+ lên D magna, công bố LC50 (96 giờ) khoảng 50 µg/L và ghi nhận được những ảnh hưởng đến sức sống, sự sinh sản ở nồng độ 10 µg/L

Kim và cs (2002) đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của ion sắt lên độc tố của Cr6+, kết quả là

sự hiện diện của sắt làm giảm độc tố của Cr6+ Năm 2003, Mahassen và Madlen thí

nghiệm cho D magna tiếp xúc với một dãy nồng độ Cr3+ từ 2 đến 30 µg/L để tính LC50 (48 giờ) và LC50 (21 ngày), kết quả lần lượt là 27 µg/L và 16,5 µg/L Ngoài ra, công trình còn tính đến sự ảnh hưởng mãn tính của Cr3+ lên sự sinh sản của D magna và kết quả

cho thấy, có sự giảm tỷ lệ sinh sản 16% so với đối chứng ở nồng độ 17 µg/L và giảm tỷ

lệ sinh sản 50% ở nồng độ gần bằng với LC50 (48 giờ)

Crom và các hợp chất của nó được ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp, nó độc đối với cả động vật không xương sống và động vật có xương sống Khi con người thải nó ra

môi trường, nó vào thủy vực và tác động đến các loài thủy sinh vật, Daphnia là loài nhạy

cảm với những tác động của yếu tố bên ngoài đưa vào môi trường sống hiện tại (Baudouin và Scoppa, 1974), độc tính của Crom làm suy giảm khả năng sinh sản và ức

chế phát triển đối với Daphnia magna (Teresa và cs, 2000)

13

Cơ thể sinh vật khác nhau sẽ biểu hiện tính nhạy khác nhau đối với các chất thử nghiệm khác nhau Vì vậy khi chúng ta tiến hành trên cơ thể sinh vật để đánh giá độc tính của nó ảnh hưởng đến môi trường cũng khác nhau Do đó phương pháp dùng sinh vật thử nghiệm để đánh giá chất lượng nước thì ngày càng phổ biến

Những quy định về kim loại nặng trong nước nước ngọt hầu hết chủ yếu dựa vào nồng độ kim loại hòa tan Trong những năm gần đây, các nhà độc học quan tâm về những tác động trực tiếp do độc tính của kim loại nặng có trong thức ăn tác động lên những loài động vật không xương sống nước ngọt Độc tính cấp tính của Zn có chứa trong thức ăn

được dùng để cho D magna ăn Thức ăn này là loài tảo lục Pseudokirchneriella sbcapitata được phơi nhiễm với nồng độ Zn 61µg/L, trong khoảng thời gian 64 giờ, kết quả đã làm giảm 40% khả năng sinh sản của Daphnia magna của lô thử nghiệm so với lô

đối chứng Điều này chứng tỏ rằng Zn đã ảnh hưởng lên sinh vật thử nghiệm (De Schamphelaere, 2004)

Trong các hoạt động về y tế để chăm sóc sức khỏe của con người thường sử dụng bạc nano để tiêu diệt những loài vi khuẩn gây bệnh Tuy nhiên, việc sử dụng bạc nano ngày càng nhiều đã làm tác động đến hệ sinh thái gần những nguồn ô nhiễm trên, tác động trực tiếp đến môi trường Phơi nhiễm cấp tính bạc nano trong 48 giờ đối với những loài động

vật không xương sống ở môi trường nước cụ thể là các giống Daphnia (D pulex, D magna, D galeate), cho thấy loài D magna không nhạy cảm bằng các loài còn lại của giống Daphnia (Winner và Farrell, 1976) Như vậy cơ thể càng lớn thì tính nhạy càng

yếu đối với giống Daphnia (Bossuyt và Janssen, 2005)

Khi thực hiện phơi nhiễm mãn tính, độc tính của Ni gây tác động làm suy giảm vòng đời

và kích thước của D magma (Monzinger, 1990) Trong những năm gần đây, những quan tâm về ảnh hưởng của kim loại nặng (Ni) tác động lên những sinh vật sống ở nguồn nước mặt Nickel là một chất ô nhiễm tác động nghiêm trọng đến môi trường nước hiện nay Nồng độ Ni ở nhiều vùng tại nhiều quốc gia hiện nay rất cao, đặc biệt ở những khu vực gần nơi khai thác mỏ Một nghiên cứu trước đây cho thấy, có nơi nồng độ Ni đã xấp xỉ 2.000 µg/L (Chau và Kulikovsky, 1992)

Các nghiên cứu cũng lưu ý tới sự tác động kết hợp của các kim loại lên sinh vật Cooper

và cs (2009) đánh giá độc tố cấp tính và mãn tính của sự kết hợp Cu, Pb và Zn lên

Ceriodaphnia dubia Kết quả cho thấy, tổ hợp 10 µg Cu/L, 9 µg Pb/L và 101 µg Zn/L

làm chết sinh vật ở tỷ lệ từ 65 – 100% Sự kết hợp các các kim loại nặng khác nhau nhìn chung có thể làm tăng độc tính như trường hợp của Cd và As (Seyda và cs., 2012) hoặc giảm độc tính như trường hợp của Zn và Cd (Attar và Maly, 1982)

Độc tính của kim loại luôn chịu sự chi phối bởi các yếu tố môi trường Do đó, các nghiên cứu về sau thường đi sâu vào đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố môi trường cũng như sự tác động lẫn nhau giữa các loại độc trong tự nhiên Ryan và cs (2009) đã đánh giá sự tác

14

động của bốn yếu tố là pH, độ cứng, chất hữu cơ hòa tan (DOM) và carbon hữu cơ hòa tan

(DOC) lên độc tính cấp của Cu đối với D magna Nhóm tác giả cho pH dao động từ 6 đến

8; DOC 2.5 – 10 mg/L; độ cứng 10, 20, 40 mg/L (theo CaCO3) và DOM từ hai nguồn nước

tự nhiên khác nhau Kết quả cho thấy khi pH, độ cứng, các chất hòa tan ở mức cao thì độc

tố cấp tính của Cu giảm xuống Cũng như vậy, Jo và cs (2010) đánh giá sự ảnh hưởng của

pH, độ cứng và DOC lên độc tố cấp tính của Cu kết hợp Cr và cho kết quả tương tự

Độc tính của những kim loại hòa tan đối với các loài thủy sinh như vi giáp xác và cá bị ảnh hưởng bởi một số các thông số môi trường như pH, tính kiềm, carbon hữu cơ hòa tan (DOC) và độ cứng (De Schamphelaere và Janssen, 2002; Hoang và cs, 2004; Linbo và cs,

2009; Ryan và cs, 2009; Jo và cs, 2010) pH và nồng độ acid humic cao trong môi trường dùng làm thí nghiệm làm giảm hoạt tính sinh học của Zn, do đó làm giảm độc tính của Zn

lên D magna (Paulauskis và Winner, 1988) Tương tự, độc tính của kim loại đối với các

loài vi giáp xác (Ceriodaphnia dubia or Daphnia pulex-pulicaria khi phơi nhiễm với Cu,

Ni, Zn, and Cd) giảm khi tăng độ cứng của môi trường (Naddy và cs, 2015; Taylor và cs,

2016)

Ngày nay, sự quan tâm đối với những ảnh hưởng của kim loại nặng lên các loài thủy sinh, bao gồm các loài vi giáp xác khu vực ôn đới gia tăng đáng kể (Grosell và cs, 2002; Tsui và Wang, 2007) Ví dụ, phơi nhiễm với các kim loại Cu, Ni, Zn, Cr hoặc Ag gây nên những ảnh hưởng xấu đến sự phát triển, thành thục, sinh sản, tuổi thọ và sức sống của

một số loài Daphnia như D magna, D pulex, D parvula, D ambigua D obtusa (Winner and Farrell, 1976; Coniglio and Baudo, 1989; Munzinger, 1994; Bianchini and Wood, 2002; Pane và cs, 2004; Muyssen và cs., 2006) Tuy nhiên, một nghiên cứu gần đây

chứng tỏ thông tin về phản ứng của những loài Daphnia nhiệt đới với chất gây ô nhiễm

còn hạn chế (Ghose và cs, 2014) Một vài nghiên cứu đã khảo sát phản ứng của các loài

phiêu sinh động vật nhiệt đới như Daphnia đối với kim loại (Vardia và cs, 1998; Chishty

và cs, 2012; Dao và cs, 2015; Bui và cs, 2016) Như đã đề cập, Cu, Zn và Ni là những kim loại nặng thường được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng mãn tính lên phiêu sinh động

vật như Daphnia ôn đới Tuy nhiên, những ảnh hưởng mãn tính của những kim loại này, đặc biệt là kim loại hòa tan lên Daphnia lumholtzi vẫn chưa được công bố

1.4 Mô hình Biotic Ligand Model (BLM)

Để biết được chất lượng của môi trường nước (chỉ tập trung ở nồng độ nền của các kim loại) cũng như khả năng có thể gây ra tổn thương đối với sinh vật, thì cần xác định nồng

độ nền ứng với môi trường đó (ICMM, 2007) Cho đến nay, nhiều nhà khoa học đã đồng

ý rằng các điều kiện như độ cứng, thành phần hữu cơ và pH có ảnh hưởng đến độ độc của kim loại Chẳng hạn như khi có các ion dương như Ca2+, Mg2+ thì sẽ làm giảm khả năng gắn kết kim loại lên thụ quan của sinh vật (biotic ligand) Tương tự, khi môi trường có thành phần hữu cơ cao sẽ hình thành các phức hợp với kim loại và do vậy làm giảm sự

Nền tảng của Biotic Ligand Model (BLM) là từ mô hình tương tác bề mặt mang cá, mà người đầu tiên đề nghị là Pagenkofp (Pagenkofp và cs., 1974; Pagenkofp, 1983), và mô hình hoạt tính ion tự do (Morel, 1983; Morel và Hering, 1993; Campbell, 1995) BLM độc học cấp tính kim loại lên sinh vật sống trong nước dựa trên ý tưởng là khả năng gây chết xảy ra khi phức hợp ligand kim loại – sinh học vượt quá ngưỡng cho phép Đối với

cá, ligand sinh học được cho là các protein ở cầu nối natri (Na) hay canxi (Ca) ở bề mặt mang cá, đây là các protein điều hòa thành phần ion trong máu Đối với các sinh vật khác, người ta giả thuyết rằng có một ligand sinh học tồn tại và khả năng gây chết có thể cũng được mô hình hóa theo cách tương tự Ligand sinh học sẽ tương tác với các ion kim loại dương trong dung dịch Hàm lượng kim loại gắn kết vào sẽ được xác định bởi khả năng cạnh tranh đối với ligand sinh học và các ligand khác có trong nước, đặc biệt là thành phần hữu cơ hòa tan, và khả năng cạnh tranh đối với ligand sinh học giữa ion kim loại độc với các ion kim loại dương khác trong dung dịch, như canxi Mô hình BLM (hình 1.2) còn là sự tổng quát mô hình hoạt tính ion tự do, đây là mô hình liên hệ độ độc với nồng độ của các ion kim loại dương hóa trị hai Tuy nhiên điểm khác biệt là việc xuất hiện sự gắn kết cạnh tranh ở ligand sinh học

BLM thay thế mang cá như là vị trí hoạt động Lý do cho sự thay thế này là nhằm nhấn mạnh rằng mô hình này có thể áp dụng được cho các sinh vật khác, chẳng hạn như các loài giáp xác mà ta biết rõ là vị trí hoạt động khó có thể đo trực tiếp được Bằng cách thay thế như vậy chúng ta có thể áp dụng cho bất kì sinh vật nào tiếp xúc với môi trường nước Vai trò của phức hợp kim loại là khá quan trọng do sự hình thành các phức kim loại hữu cơ và vô cơ làm tăng đáng kể phần kim loại không có hoạt lực sinh học Trong hình 1.2, kim loại hòa tan trong dung dịch là ở dạng ion tự do, về lý thuyết đây là gốc có hoạt lực sinh học Phần kim loại còn lại tồn tại ở dạng phức hợp không có hoạt lực sinh học Dĩ nhiên là không thể nào phân loại trực tiếp được gốc hóa học nào là có hoạt lực sinh học Điều mà chúng ta có thể làm là xem xét giả thuyết nào phù hợp với quan sát thấy được Vì lý do này chúng ta chỉ tập trung vào việc so sánh độ độc giả định và độ độc quan sát được Độ độc của kim loại lên sinh vật được cho là kết quả của ion kim loại tự

do tương tác lên vị trí gắn kết hoạt động Điều này thể hiện trong hình là phức ligand kim

16

loại – sinh học Đối với cá, ligand sinh học là bề mặt màng ở mang (McDonald và cs.,

1989) Vì mục đích của mô hình hóa, vị trí hoạt động được xem như là ligand sinh học –

vị trí mà kim loại có thể gắn kết Đối với cá, sự gắn kết kim loại dẫn đến sự phá vỡ quá trình điều hòa ion của sinh vật (Na+ vận chuyển qua màng bị hạn chế), dẫn đến cái chết (McDonald và cs., 1989) Trong mô hình BLM ion kim loại tự do không phải chỉ là gốc gây độc mà chúng còn cạnh tranh vị trí gắn kết với ligand sinh học với các ion dương khác (Ca2+ và H+) Do đó, sự hiện diện của các ion dương này trong dung dịch làm giảm

độ độc Tóm lại, mô hình BLM là một mô hình đánh giá độc tính kim loại (đối với sinh vật) trong môi trường nước Khi áp dụng BLM để đánh giá độc tính vào một thủy vực, khu vực mới cần có sự nghiên cứu, hiệu chỉnh cho phù hợp vì mô hình chịu sự chi phối rất nhiều bởi nhiều yếu tố môi trường và sinh vật

Hình 1.2: Mô hình biotic ligand model (BLM)

Trong mô hình BLM, các thông số đầu vào của mô hình bao gồm yếu tố hóa lý của môi trường nước như pH, độ cứng, độ kiềm, DOC, hàm lượng kim loại trong nước, giá trị

LC50/EC50 của sinh vật Sau khi hiệu chỉnh, mô hình sẽ cho biết với nồng độ các chất cơ bản trong môi trường (pH, DOC, độ cứng, độ kiềm, kim loại ) bao nhiêu sẽ gây độc đối với sinh vật Sau đó, chỉ quan quan trắc chất lượng các thông số này sẽ giúp xác định mức độ ảnh hưởng của môi trường nước lên sinh vật mà không cần thiết phải tiến hành các thí nghiệm cấp tính trên sinh vật

17

1.5 Những nghiên cứu trong nước liên quan đến kim loại nặng

Việt Nam có rất nhiều con sông lớn, nhỏ từ Nam ra Bắc, với chiều dài và bề ngang khác nhau Sông Hồng là sông lớn ở miền Bắc nước ta, hằng năm các vật chất từ lục địa theo nước lắng đọng vào các trầm tích, bên cạnh cát hạt phù sa, cát sỏi, còn có cả những kim loại nặng và sự tích lũy kim loại nặng và trầm tích đáy sông Sự tích lũy kim loại theo thời gian và hàm lượng khác nhau Cr = 8,86 – 50,83 mg/kg; Co = 4,26 – 19,48 mg/kg;

Ag = 0,07 – 58,4 mg/kg; As = 3,76 – 42,94 mg/kg; Cd = 0,02 – 2,47 mg/kg; Cu = 11,42 – 89,01 mg/kg; Zn = 26,67 – 152,16 mg/kg; Pb = 12,67 – 111,03 mg/kg; Sn = 0,16 – 3,15 mg/kg và Ni = 2,05 – 323,32 mg/kg Việc gia tăng hàm lượng kim loại nặng trong các thủy vực sẽ tác động xấu đến hệ sinh thái thủy vực, phá hủy hệ sinh thái nơi đây Nguyên nhân hàm lượng kim loại tích tụ trong trầm tích cao là do các hoạt động của con người (Đặng Hoài Nhơn và cs, 2011)

Những năm gần đây, cùng với sự phát triển công nghiệp, đặc biệt là ngành khai khoáng,

cơ khí, dệt nhuộm và xi mạ đã phát thải nhiều kim loại nặng nói chung và Cu, Cr nói riêng vào các sông của Việt Nam Mặc dù chưa có công bố nào báo động về ô nhiễm kim loại nặng ở nước ta, nhưng đối với nồng độ kim loại nặng mà các công trình nghiên cứu

đã công bố có ảnh hưởng lên thủy sinh vật thì nồng độ kim loại nặng trong nước sông, hồ

ở Việt Nam vẫn đang ở mức cao

Mùa khô năm 2011, sông Nhuệ có nồng độ Cu trong nước rất cao, đặc biệt có điểm nồng

độ Cu lên tới 328 µg/L (dao động từ 39 đến 328 µg/L) Nhận định thực tế, các điểm có nồng độ Cu cao là khu vực tiếp nhận nguồn nước thải ô nhiễm từ khu công nghiệp và nước thải của các hộ dân cư, điển hình là cụm công nghiệp Phú Minh (xã Cổ Nhuế, huyện Từ Liêm) và khu công nghiệp Từ Liêm Tại điểm có nồng độ cao nhất thì nhận một lượng lớn nước thải sinh hoạt từ sông Tô Lịch và nước thải từ một số các cơ sở sản xuất công nghiệp rất ô nhiễm không qua xử lý như: Công ty Cổ phần cơ khí 75 ở xã Tả Thanh Oai, huyện Thanh Trì (Nguyễn Viết Thành, 2012)

Năm 2008, Helle Marcussen và cs đã quan trắc nồng độ 33 kim loại trong trầm tích trầm tích sông Tô Lịch và Kim Ngưu ở các độ sâu từ 0 – 30 cm Kết quả nồng độ các kim loại (mg/kg trầm tích khô) thay đổi theo độ sâu và điểm lấy mẫu, Cu từ 57 – 150; Cr từ 111 –

262 tại sông Tô Lịch Đối với sông Kim Ngưu, Cu từ 54 – 240; Cr từ 92 – 281 mg/kg Những con số này đều vượt ngưỡng an toàn cho phép về nồng độ Cu và Cr trong trầm tích của Tiêu chuẩn Việt Nam và Đan Mạch (Cr áp dụng tiêu chuẩn Đan Mạch) Ngoài

ra, nhóm tác giả còn chỉ ra rằng, nồng độ các kim loại nặng quan trọng khác như As, Pb… đều vượt ngưỡng an toàn Năm 2010, Trần Văn Quy và cs đã tiến hành phân tích mẫu nước thải của 06 (sáu) nhà máy trên lưu vực sông Tô Lịch, kết quả nồng độ Cu trong nước thải dao động từ 11,6 – 54,1 µg/L, trong giới hạn cho phép xả thải của QCVN

nhiên (Macrobranchium rosengergii) ở thành phố Hồ Chí Minh và đồng bằng sông Cửu

Long đã được ghi nhận và công bố Trong đó, nổi bật là Zn, Cu và Cd được ghi nhận trong cơ, xương và tụy của tôm với hàm lượng cao nhất (Tu và cs., 2008)

Độc tính của các hợp chất trong bùn lắng bao gồm cả kim loại thu từ kênh rạch thành phố

Hồ Chí Minh lên với sinh vật (D magna và Vibrio fisheri) đã được nghiên cúu, công bố

(Do-Hong và cs., 2000) Gần đây, Phuong và cs (2012) đã công bố kết quả khảo sát về

sự tích tụ kim loại trong nhuyễn thể (trai, ốc) ở khu vực ven biển Khánh Hòa, trong đó hàm lượng một số kim loại nặng như As, Cd, Cr, Cu và Zn được tìm thấy với hàm lượng tương đối cao trong sinh vật, tiềm ẩn nguy cơ ngộ độc cho con người

1.6 Hạ lưu sông Mekong và những vấn đề liên quan đến kim loại nặng

Sông Mekong là một trong những con sông lớn nhất trên thế giới với ý nghĩa dân sinh cao như thủy điện, vận chuyển hàng hóa và nông nghiệp (Wilbers và cs, 2014), nuôi trồng thủy sản (Marcussen và cs, 2014), và công nghiệp hóa (Quyen và cs, 1995) Nồng

độ của kim loại nặng (ví dụ Ag, As, Cr, Co, Cu, Cd, Pb, Se, Sn, Zn) trong nước tại phần cạn của sông Mekong tương đối thấp (< 1.6 µg L-1; Ikemoto và cs, 2008) nhưng vẫn ảnh hưởng nghiêm trọng do mức độ hoạt động dân sinh trong khu vực này cao Trong nhiều thập kỉ, hạ nguồn sông Mekong là một trong những lưu vực trên thế giới tập trung nhiều hoạt động dân sinh như đô thị hóa, giao thông thủy, canh tác nông nghiệp (Wilbers và cs.,

2014), nuôi trồng thủy sản (Pham Thi và cs., 2010) và công nghiệp hóa (Quyen và cs.,

1995) điều này có thể phát sinh nhiều chất gây bẩn Trong khi thông tin về tình trạng chất gây bẩn hữu cơ cũng như chất dinh dưỡng hữu cơ (Nhan và cs., 2008), kháng sinh (Chau Nguyen Dang và cs., 2015; Andrieu và cs., 2015), thuốc trừ sâu (Pham Van và cs., 2013) tại hạ nguồn sông Mekong được ghi nhận đầy đủ thì thông tin về kim loại nặng lại ít hơn Mặt khác, kim loại nặng có khả năng tích tụ sinh học cao trong mô của các loài thủy sinh

và chuyển hóa qua lưới thức ăn (Croteau và cs., 2005; Jara-Marini và cs., 2009), đặc biệt

19

đối với một số loài như ốc và hai mảnh vỏ được con người ăn hàng ngày (Ikemoto và cs.,

2008) Đây là vấn đề nghiêm trọng vì sự tiêu thụ những loài thủy sinh như giáp xác, ốc và hai mảnh vỏ có thể gây nên những vấn đề cho sức khỏe con người Sự hạn chế thông tin

về kim loại nặng tại hạ nguồn sông Mekong càng làm tăng sự quan tâm về sự an toàn thực phẩm và sức khỏe con người (Ferrantelli và cs., 2012), không chỉ đối với người dân địa phương mà còn đối với những người tiêu thụ trên thế giới vì một số thủy sản tại khu

vực này (ví dụ Pangasius) là sản phẩm xuất khẩu trên toàn thế giới (Ferrantelli và cs., 2012; Bush và cs., 2009)

Hiện nay có ít thông tin về kim loại (ví dụ như As) trong nước mặt thuộc châu thổ sông Mekong (Kim Phuong và Itoi 2009; Hoang Thi và cs., 2011; Erban và cs., 2013) Tuy nhiên, kim loại trong nước mặt và trầm tích càng có sự liên quan thì thông tin lại càng ít (nhưng có thể xem trong các nghiên cứu của Cenci và Martin 2004; Bui và cs., 2016; Dao và cs., 2016) Do đó, sự đánh giá toàn diện của những kim loại nặng trong nước mặt

và trầm tích tại khu vực này là cần thiết để lập kế hoạch quản lý và và phát triển đối với việc bảo vệ môi trường và sản xuất nông sản, thủy sản sạch Tuy nhiên, nhiều đánh giá về kim loại nặng tại hạ nguồn sông Mekong không được chú ý Một số ít nghiên cứu đã chứng tỏ có sự thay đổi lớn về tình trạng kim loại nặng tại sông Mekong, Việt Nam

Wilbers và cs., (2014) đã chỉ ra rằng nồng độ của một số kim loại hòa tan như As, Ba, Cr,

Hg, Mg, Al và Fe trong sông Mekong tại Việt nam vượt quá ngưỡng cho phép của hướng dẫn chất lượng đối với mục đích nước uống và sinh hoạt của Việt Nam Mặt khác, một số nghiên cứu (Cenci và Martin, 2004; Ikemoto và cs., 2008; Tu và cs., 2010), chỉ ra rằng nồng độ của những kim loại nặng như Ag, As, Cr, Co, Cu, Cd, Pb, Se, Sn, Zn thường thấp hơn so với những lưu vực khác trên thế giới Mức độ tích tụ kim loại kim loại trong

loài hai mảnh vỏ ví dụ như ngao vỏ cứng Meretrix spp thuộc mức độ an toàn đối với tiêu

chuẩn tiêu thụ của con người theo Ban quản lý thực phẩm và dược phẩm Hoa Kì và Hiệp Hội Châu Âu Với hàm lượng cao của kim loại nặng trong sông Mekong tại Việt Nam, những đánh giá toàn diện cần thiết được tiến hành Hơn nữa, hiện nay chưa có nghiên cứu tính toán khả năng tích tụ sinh học của kim loại nặng trong các loài thủy sinh có thể làm thực phẩm ví dụ như động vật thân mềm, điều này có thể cung cấp thông tin quan trọng cho việc xác định các mối nguy hại tiềm tàng từ lượng lớn các chất gây bẩn, bao gồm kim loại

Động vật thân mềm có ý nghĩa quan trọng về mặt sinh thái, kinh tế và thuộc động vật nước ngọt tại sông Mekong Chúng được sử dụng rộng rãi như sinh vật chỉ thị chất bẩn, đặc biệt ô nhiễm kim loại trong hệ sinh thái thủy sinh vì những lý do sau (MRC 2010) (1) Chúng có nhiều và đóng vai trò quan trọng trong hệ sinh thái nước ngọt như lọc và tạo trầm tích (Waykar và Deshmukh, 2012) (2) Động vật thân mềm có vòng đời dài, cung cấp đủ mô thịt để phân tích (Waykar và Deshmukh 2012) (3) Chúng có thể ăn nhiều loại thức ăn , do đó có thể tích tụ kim loại từ thức ăn, nước và từ sự tiêu hóa những

20

vật chất vô cơ riêng lẻ (Waykar và Deshmukh 2012) (4) Chúng có khả năng tích tụ sinh học cao (Dallinger và Rainbow 1993; Lau và cs., 1998; Waykar và Shinde 2011) và khả năng chịu đựng tốt đối với kim loại (Lau và cs., 1998) Hầu hêt các loài thân mềm, không giống với cá hay giáp xác, có khả năng di chuyển chậm, do đó khó tránh khỏi môi trường

bị ô nhiễm (Barbour và cs., 1999) (5) Kim loại được tích tụ có thể chuyển đến mức dinh dưỡng cao hơn như cá, chim và thậm chí là con người Nhiều sự tích tụ sinh học kim loại nặng từ giáp xác đến cá đã được nghiên cứu trên thủy vực sông Mekong (Ikemoto và cs.,

2008) Và thật không may, những ảnh hưởng bất lợi của những kim loại này có thể gây hại đến sức khỏe con người do tiêu thụ thủy sản

Thực tế, kim loại nặng phân bố cục bộ tại một số nơi ở sông Mekong và lưu vực của nó (Cenci và Martin, 2004) Tuy nhiên, sự đánh giá của ảnh hưởng kim loại lên chất lượng

nước và Daphnia nhiệt đới (ví dụ như D lumholtzi) chưa được chú ý (Vardia và cs, 1998; Chishty và cs, 2012; Bui và cs, 2016), đặc biệt là phơi nhiễm mãn tính (Dao và cs, 2015) Những ứng dụng trực tiếp của đánh giá rủi ro sinh thái dựa trên thí nghiệm độc học đối

với những loài ôn đới như D magna (Dave, 1984; De Schamphelaere và cs, 2004; 2007)

có thể không phù hợp để suy luận sự rủi ro trên khu vực nhiệt đới là sông Mekong Ví dụ, những quy chuẩn về chất lượng nước mặt của Việt Nam đối với kim loại nặng để bảo vệ thủy sinh (QCVN-38, 2011) không được dựa trên thí nghiệm độc học của các loài bản địa Điều này có thể không phù hợp vì các loài nhiệt đới không giống tại một số điểm quan trọng trong vòng đời so với các loài ôn đới khi phơi nhiễm với kim loại do khác nhau về độ nhạy (Kwok và cs, 2009; Dinh Van và cs, 2014) Ngoài ra, độc tính của kim loại phụ thuộc vào sự hiện diện của các vật chất hòa tan, độ cứng và tính kiềm, những thông số này nên được đo đạc trong những nghiên cứu độc học sinh thái (Ryan và cs, 2009; Jo và cs, 2010)

Do đó, nhằm đánh giá toàn diện sự hiện diện và phân bố của kim loại nặng trong khu vực

hạ nguồn thủy vực sông Mekong, Việt Nam, một kế hoạch nghiên cứu được đề xuất bao gồm việc khảo sát hiện trường được đưa ra với 20 điểm mẫu (từ biên giới Campuchia đến cửa sông) Việc chọn khu vực lấy mẫu dựa vào nguồn phát sinh các chất gây bẩn như khu công nghiêp, nông nghiệp và khu vực thành thị Mẫu được thu và phân tích trong nhiều mùa Các thông số như hàm lượng kim loại trong nước, trầm tích và mô thịt của động vật

có thể bị ảnh hưởng bởi mực nước trong suốt mùa mưa hay mùa nắng Bên cạnh đó, sự tích tụ sinh học đối với kim loại nặng trong các loài thân mềm cũng được xác định do những loài này là thực phẩm thông thường cho người dân địa phương Cuối cùng, chúng tôi sẽ thảo luận mối nguy hại tiềm tàng của kim loại nặng

Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng bao gồm việc đánh giá độ nhạy của loài vi giáp xác nhiệt

đới Daphnia lumholtzi đối với ba kim loại thiết yếu: Cu, Ni và Zn tại nồng độ tương tự

như trong nước sông Mekong tự nhiên (Jing và cs, 2013; Onojake và cs, 2015) Daphnia lumholtzi được sử dụng trong nghiên cứu vì nó là loài quan trọng trong hệ sinh thái nước

21

ngọt tại sông Mekong Các kim loại Cu, Ni và Zn được chọn là đối tượng trong nghiên

cứu cấp tính và mãn tính đối với Daphnia lumholtzi vì (i) những kim loại này thuộc một

trong số những kim loại gây ô nhiễm thường gặp trong sông Mekong (Cenci và Martin, 2004; Bui và cs, 2016) và thông tin về độc tính của Cu, Ni và Zn đối với những loài

Daphnia đặc biệt là D magna có thể giúp so sánh và đưa ra kiến nghị đối với những

chương trình đánh giá rủi ro tại những quốc gia nhiệt đới như Việt Nam

Độc tính của kim loại đối với sinh vật trong môi trường nước thay đổi tùy theo giá trị của một số yếu tố hóa lý nước như pH, độ cứng, độ kiềm, hàm lượng carbon hòa tan Giá trị của các yếu tố này càng cao, độc tính của kim loại càng thấp Như vậy, việc nghiên cứu

mô hình BLM sẽ giúp đánh giá độc tính của kim loại trong môi trường nước và sau khi hiệu chỉnh mô hình BLM cho phù hợp với điều kiện khu vực, vùng miền, mô hình này sẽ trở thành một công cụ rất hữu ích trong việc đánh giá, quản lý chất lượng môi trường và

sự an toàn của nó đối với sinh vật Mô hình BLM chưa được thực hiện ở khu vực Đông Nam Á, nên nghiên cứu này sẽ đóng góp những kết quả đầu tiên về độc tính kim loại đối với sinh vật bản địa từ sông Mekong, đồng thời cũng sẽ đóng góp thêm một công cụ đánh giá, quản lý chất lượng nước hiệu quả trên cơ sở các yếu tố môi trường và sinh vật

22

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Giới thiệu về sông Mekong và khu vực nghiên cứu

Mekong là sông dài thứ 12 trên thế giới, thứ 7 châu Á và thứ nhất ở Đông Nam Á Tổng chiều dài của nó ước tính là 4350 km, trải rộng trên một lưu vực gần 800.000 km2 Bắt nguồn từ cao nguyên Tây Tạng, sông Mekong chảy qua các nước gồm Trung Quốc, Mianma, Lào, Thái Lan, Campuchia và Việt Nam Sông Mekong có ý nghĩa lớn về đa dạng sinh học, tài nguyên thủy sản, và các giá trị liên quan đến nông nghiệp, du lịch, thủy điện, thủy lợi và đời sống người dân trong lưu vực mà nó chảy qua Nguồn thủy sản, bao gồm cả sinh vật sống đáy ở sông Mekong cho đến nay vẫn chưa được hiểu biết đầy đủ đánh giá hết tiềm năng Nhuyễn thể sống ở đáy sông là nhóm sinh vật có ý nghĩa và vai trò quan trọng trong lưới thức ăn ở thủy vực và đồng thời cũng góp phần đáng kể vào hàm lượng dinh dưỡng trong bữa ăn người dân (đặc biệt người nghèo) ở khu vực Nhuyễn thể là nhóm sinh vật có khả năng tích tụ rất cao hàm lượng kim loại nặng (có hàm lượng rất thấp) từ môi trường, nên có khả năng ảnh hưởng xấu đến sức khỏe, an toàn của sinh vật và người tiêu thụ Tuy nhiên, những nghiên cứu về khả năng tích tụ kim loại nặng trong nhóm sinh vật này từ sông Mekong ở Việt Nam vẫn chưa được công bố Việc khảo sát thu mẫu hiện trường được tiến hành tại 20 điểm trên sông Mekong và chi lưu (bảng 2.1; hình 2.1) Khảo sát thu mẫu hiện trường được tiến hành vào 4 đợt: tháng 5//2014 (được xem như thời kỳ chuyển mùa từ khô sang mưa), tháng 9/2014 (giữa mùa mưa) tháng 12/2014 (giai đoạn chuyển mùa từ mưa sang khô) và tháng 3/2015 (giữa mùa khô)

Các điểm thu mẫu đại diện cho nhiều đặc điểm môi trường từ nước ngọt đến nước lợ, nước mặn Bên cạnh đó các điểm ở khu vực thượng lưu sông Mekong (giáp ranh biên giới Campuchia) được xem như những điểm hầu như không có ảnh hưởng (ảnh hưởng không đánh kể) của hoạt động con người Càng về phía hạ lưu, các điểm thu mẫu nằm trong khu vực chịu ảnh hưởng từ một số hoạt động của con người như sinh hoạt, chăn nuôi gia súc – gia cầm, trồng trọt, nuôi trồng thủy sản Trong quá trình thu mẫu, các đặc điểm điểm hiện trường được ghi chép dùng làm cơ sở góp phần luận giải kết quả đạt được sau khi phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm Các kim loại nặng cần nghiên cứu bao gồm As, Cd, Cr, Cu, Ni, Fe, Pb và Zn

23

Hình 2.1: Sơ đồ thu mẫu kim loại nặng trong nước, trầm lắng và nhuyễn thể từ sông

Mekong ở Việt Nam Chú thích địa danh thu mẫu, xem bảng 2.1

Bảng 2.1: Vị trí các điểm thu mẫu kim loại nặng trong nước, trầm lắng và nhuyễn thể từ sông Mekong ở Việt Nam

2.2 Thu mẫu hiện trường

Dụng cụ, hóa chất: các dụng cụ và hóa chất phục vụ cho việc thu mẫu bao gồm thùng

đựng mẫu, gàu múc nước, xô, ống ly tâm, parafin, pipet, màng lọc (0.45 µm, Sartorius, Đức), xy lanh, giá đựng mẫu, acid HNO3 đậm đặc (Merck), bơm sục khí, gàu đáy kiểu Petersen, sàn inox, vợt thu mẫu, muỗng plastic, túi nylon, túi lưới, đá lạnh, máy định vi, nước cất 2 lần

Mẫu nước phục vụ phân tích kim loại nặng: được thu ở tầng mặt (0 – 50 cm) của sông

Có hai loại mẫu nước được thu, phục vụ phân tích kim loại nặng là mẫu nước thu cho việc phân tích tổng kim loại nặng và mẫu nước thu cho việc phân tích kim loại hòa tan Ngoài hiện trường mẫu nước được thu trực tiếp từ tầng mặt (khoảng 50 mL) vào ống ly tâm và cố định bằng acid 1 mL HNO3 đậm đặc, dùng cho phân tích tổng kim loại Một mẫu nước thứ hai được thu bằng cách dùng xy lanh lọc 50 mL qua màng lọc 0.45 µm (Sartorius, Đức), cho vào ống ly tâm, rồi thêm vào đó 1 mL HNO3 đậm đặc, dùng cho phân tích kim loại hòa tan (APHA, 2005) Bên cạnh đó mẫu Q/A, Q/C cũng được chuẩn

bị ngoai hiện trường, bằng cách cho vào ống ly tâm 50 mL nước cất 2 lần và cố định bằng 1 mL HNO3 đậm đặc Mỗi ngày thu mẫu hiện trường, 1 mẫu Q/A, Q/C được chuẩn

bị song song nhằm kiểm tra khả năng tạp nhiễm kim loại nặng vào mẫu nước

Đối với mẫu trầm lắng (mẫu bùn): sử dụng gàu đáy kiểu Petersen thu trầm tích ở đáy

sông, sau đó dùng muỗng plastic chuyển mẫu bùn ướt vào túi nylon, cột chặt Cả mẫu nước và mẫu trầm lắng được đưa vào thùng giữ lạnh trên đá ngay tại hiện trường cho đến khi xử lý mẫu trong phòng thí nghiệm

Đối với mẫu sinh vật: tùy theo điều kiện từng điểm thu mẫu và đặc điểm sinh học của

nhuyễn thể mà sự thu mẫu có ít nhiều linh động Các loài nhuyễn thể sống bám trên giá thể ven bờ, thân cây hoặc nền đá thì tiến hành thu mẫu trực tiếp cho vào túi lưới Các loài sống vùi trong bùn hay đáy sông thì dùng gàu đáy kiểu Petersen thu mẫu, cho lên sàn

25

inox, sàng bỏ trầm lắng (bùn) và xác bã hữu cơ Sau đó chọn ra những nhuyễn thể cho vào túi lưới Trong một số trường hợp cá biệt không thể thu mẫu trực tiếp hiện trường (vd mẫu nghêu, sò huyết ) thì tiến hành mua lại mẫu nhuyễn thể do người dân bắt ở cùng khu vực khảo sát Mẫu nhuyễn thể được rửa sạch bùn, cho vào xô chứa nước (lấy ngay tại khu vực thu mẫu) và sục khí trong vòng 24h Sau đó, chuyển mẫu nhuyễn thể sang lưu trữ trên đá lạnh cho đến khi xử lý mẫu trong phòng thí nghiệm

Đối với mẫu nước mặt được thu tại hai khu vực trên sông Mekong để sử dụng làm thí nghiệm cấp tính và mãn tính: (1) khu vực bến phà Vĩnh Lộc, (2) khu vực bến phà Tân

Châu, (3) khu vực bến đò Rạch Sâu, và (4) phà Cần Thơ (Bảng 2.1) Sau đó, mẫu nước được chuyển về Phòng thí nghiệm Độc học, Viện Môi trường và Tài nguyên Thành phố

Hồ Chí Minh chuẩn bị cho thí nghiệm cùng ngày Tại phòng thí nghiệm, mẫu nước được lọc qua màng lọc 0.45 µm (Sartorius, Germany) và được lưu trữ trong chai nhựa sạch tại nhiệt độ 4 °C trước khi tiến hành thí nghiệm

2.3 Xử lý, phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm

Đối với mẫu nước dùng phân tích kim loại tổng: dùng màng lọc 0,45 µm lọc, sau đó nước

đã lọc dùng cho phân tích kim loại mẫu nước dùng phân tích kim loại tổng và kim loại hòa tan được đưa vào và tiến hành phân tích kim loại bằng thiết bị Inductively Coupled Plasma/ Mass Spectrometry (ICP MS), tại phòng thí nghiệm Hóa Học, trường ĐH Bách Khoa TP HCM Bên cạnh mẫu thu hiện trường, trước khi bắt đầu phân tích, mẫu chuẩn cũng được lập bằng cách chuẩn bị hỗn hợp các kim loại chuẩn, pha ở nhiều nồng độ khác nhau (0, 10, 20, 30, 50, 70 và 150 ppm) Mẫu trước khi phân tích được pha loãng 10 lần với HNO3 (1%) Sau đó tiến hành đưa mẫu vào lò phá mẫu vi sóng Antom Paar nếu mẫu

có nhiều cặn Tiến hành chạy (phân tích ) mẫu thô (pha loãng nếu cần thiết cho phù hợp với giá trị của đường chuẩn) Đưa vào phân tích ICP/MS (Aligent 7500 Cx) Điều kiện phân tích: khí plasma 15 lít/ phút, khí mang 1 lít/ phút, khí He 8 lít/ phút; công suất 1550w, chọn các phổ phân tích cho phù hợp

Đối với mẫu trầm lắng và mẫu nhuyễn thể: cần phải xử lý mẫu và ly trích trước khi phân

tích kim loại mẫu trầm lắng được đưa vào sấy ở 105°C trong vòng 24h Mẫu nhuyễn thể được tiến hành thao tác tách bỏ vỏ, lấy toàn bộ phần thịt bên trong, sấy ở 60°C trong 5 ngày Các mẫu thịt (cơ) của nhuyễn thể được lưu giữ ở điều kiện – 70°C cho đến khi được ly trích cho phân tích kim loại nặng

Việc phân tích kim loại nặng trong trầm lắng và trong nhuyễn thể được tiến hành tại phòng thí nghiệm Độc học Môi trường, Viện Môi trường Bền Vững, ĐH Loyola Chicago, Hoa Kỳ Trước khi ly trích, mẫu trầm lắng và mẫu (thịt) nhuyễn thể được nghiền nhỏ trong cối sứ và sấy qua đêm một lần nữa (ở 60°C), để nguội trong tủ hút ẩm, cân trọng lượng mẫu và cho vào ống ly tâm 50 mL Việc ly trích (phá) mẫu trầm lắng và thịt nhuyễn thể được tiến hành theo hướng dẫn của US.EPA Cụ thể, cho vào ống ly tâm

26

HNO3 (50%) làm nóng ở 95°C trong 15 phút, sau đó làm nguội Cho tiếp vào ống HNO3đậm đặc, ủ nóng ở nhiệt độ 95°C rồi làm nguội, rồi lặp lại thêm lần nữa Sau đó thêm HNO3 và xử lý mẫu ở 85°C, làm nguội và thêm nước cất cùng với H2O2 rồi gia nhiệt ở 95°C Song song quá trình xử lý mẫu, mẫu Q/A, Q/C cũng được tiến hành Sau khi kết thúc, cho thêm nước cất vào và lọc mẫu qua màng lọc (0,45 µm) Trước khi đưa vào máy phân tích, mẫu được cho thêm hỗn hợp kim loại Sc, Ge, In (Perkin Elmer) Mẫu kim loại nặng được phân tích bằng thiết bị ICP/MS (Perkin Elmer, NexIon 300x/ SN 81XN2051001)

Đối với mẫu nước dùng cho thí nghiệm độc cấp tính và mãn tính: sau khi lọc được phân

tích các thông số chất lượng có thể ảnh hưởng đến hoạt tính của kim loại hòa tan, sức

sống và phát triển của vi giáp xác D lumholtzi như DOC, độ kiềm, độ cứng, pH, kim loại

nặng và thuốc trừ sâu Thông số DOC được phân tích bảng máy phân tích tổng carbon hữu cơ (TOC) (TOC-5000, Shimadzu) theo APHA (2005) Độ cứng tổng được phân tích dựa trên nồng độ Ca2+ và Mg2+ và độ kiềm được xác định bằng phương pháp chuẩn độ (APHA, 2005) Thông số pH được đo bằng máy đo pH (Metrohm 744)

Phân tích thuốc trừ sâu: Mẫu nước dùng để phân tích thuốc trừ sâu clo hữu cơ (OCPs) và

thuốc trừ sâu phos pho hữu cơ (OPPs) được giữ trong chai thủy tinh tối màu Mẫu nước được lọc qua màng lọc (Sartorius, Germany) để loại bỏ vật chất lơ lửng trước khi chiết lỏng-lỏng (AOAC, 1996) OSPs trong mẫu nước được chiết với methylene chloride (DCM) and OPPs được chiết với hỗn hợp của DCM và hexane (15/85, v/v; Merck & Labscan Inc.) Hỗn hợp được lắc trong 15 phút Pha hữu cơ được chuyển qua lọ khô Quá trình chiết được lặp lại 3 lần (AOAC, 1996; US EPA, 2008) Dịch chiết được cô đặc bằng quay cô cạn sau đó được làm sạch trong cột Silica trung tính (SPE) (Silica Gel 100/200 mesh) (US EPA, 1996 - Method 3630) Cột được tách rửa với 40 mL hexane và

30 mL DCM với vận tốc chảy chậm 5 mL phút-1 Dịch chiết SPE được cô đặc bằng quay

cô cạn cùng với dòng nitrogen chảy chậm và được tiêm 1 mL hexane Phân tích GC–ECD được tiến hành trên máy Agilent 7890 (USA) với cột mao dẫn DB – 5.625 (dài 30

m, đường kính trong 0.25mm, màng dày 0.25 mm) Tỉ lệ thu hồi của OCPs và OPPs lần lượt đạt 80 – 91 % (SD < 5%) và 103–109% (SD < 5%) Giới hạn phát hiện của OCPs và OPPs lần lượt đạt 0.01 µg L-1 và 0.1 µg L-1 Hỗn hợp OCPs chuẩn bao gồm 13 hợp chất: 2,4,5,6 Tetrachloro-m-xylene, α-HCH, α-Chlordane, 4,4'-DDE, β-Endosulfan, Delta-HCH, Aldrin, Heptachlor epoxide, δ-Chlordane, Endrin aldehyde, Endosulfan sulfate, Endrin ketone, Decachlordiphenyl và hỗn hợp OPPs chuẩn bao gồm 5 hợp chất: Diazinon, Malathion, Parathion, Ethion, Trithion được mua từ Công ty Sigma-Aldrich Mẫu trắng chứa nước tinh khiết và được phân tích giống như trên nhưng không chứa OCPs và OPPs

27

2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của kim loại lên vi giáp xác

Bao gồm 02 nội dung:

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của kim lọai lên vi giáp xác được thực hiện gồm ảnh hưởng

mãn tính của kim loại (Cu, Cr, Ni, Merck) lên 2 loài vi giáp xác là Daphnia lumholtzi và

Daphnia magna trong môi trường nhân tạo (COMBO, ISO)

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của kim lọai lên vi giáp xác được thực hiện gồm ảnh hưởng cấp

tính và ảnh hưởng mãn tính của kim loại (Cu, Cr, Ni, Merck) lên vi giáp xác là D

lumholtzi trong môi trường nước sông Mekong Thí nghiệm cấp tính thực hiện với 4

mẫu nước sông (Vĩnh Lộc, Tân Châu, Rạch Sâu và phà Cần Thơ) Thí nghiệm mãn tính

được tiến hành với 2 mẫu nước sông thu tại Vĩnh Lộc và Tân Châu

Hóa chất thí nghiệm và chuẩn bị môi trường cho phơi nhiễm: Dung dịch gốc Cu, Zn, Ni

1000 mg/L trong acid nitric (HNO3 ~ 2 – 3%, Merck) Từ những dung dịch gốc này, dung dịch phơi nhiễm của mỗi kim loại được chuẩn bị từ môi trường nhân tạo hoặc nước sông đã được lọc sẵn và nồng độ kim loại phơi nhiễm trong thí nghiệm cấp tính hay mãn tính được xác định sau khi thí nghiệm kết thúc (ICP/MS) Trong quá trình thí nghiệm độc học, nhiệt độ của nước (WTW Oxi197i multi-detector), oxy hòa tan (DO, WTW 350i), và

pH (Metrohm 744) được đo tại thời điểm bắt đầu và kết thúc thí nghiệm (cho tất cả các thí nghiệm) và cũng như tại thời điểm bắt đầu thay mới môi trường (thí nghiệm mãn tính)

2.4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng cấp tính

Nghiên cứu ảnh hưởng cấp tính của kim loại trong môi trường nhân tạo COMBO

Thí nghiệm ảnh hưởng cấp tính của Ni lên D lumholtzi được thực hiện đựa theo hướng

dẫn của US EPA (2002) và APHA (2005) với 1 vài hiệu chỉnh nhỏ: i) cách thức chiếu sáng (chu kỳ sáng : tối 12h:12h, cường độ sáng 1000 Lux) và ii) nhiệt độ (27 ± 1 oC)

Trong nghiên cứu này, D lumholtzi (< 24h tuổi) được sử dụng cho thí nghiệm Sinh vật

được phơi nhiễm với Ni ở các nồng độ gồm 0 (đối chứng), 1400, 1800, 2000, 2400, 2600

và 2800 µg/L pha vào môi trường COMBO (Kilman và cs., 1998) Trong mỗi lô thí nghiệm, 40 sinh vật được sử dụng và cho vào 4 lọ plastic (10 sinh vật/ lọ), đặt trong điều kiện phòng thí nghiệm và kéo dài 48h nhằm xác định giá trị 48h LC50 Các chỉ tiêu oxy hòa tan và pH được đo đạc khi bắt đầu và kết thúc thí nghiệm Sự chết của sinh vật được xác định (tim ngừng đập) qua quan sát trực tiếp trên kính lúp

Nghiên cứu ảnh hưởng cấp tính của kim loại trong môi trường tự nhiên, nước sông Mekong

Thí nghiệm được tiến hành tương tự như mô tả phần trên Sự khác biệt duy nhất ở đây là nước sông Mekong sau khi lọc được thay cho môi trường COMBO và kim loại (Zn, Ni,

Cu, từ dung dịch gốc muối nitrate của 3 kim loại này, nồng độ 1g/ L, Merck) được pha

28

thêm vào nước sông (phơi nhiễm) Mỗi kim loại được thí nghiệm từ 5 – 7 nồng độ khác

nhau Lô đối chứng được tiến hành với cá thể D lumholtzi được nuôi trong nước sông

Mekong không cho thêm kim loại

2.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng mãn tính

Nghiên cứu ảnh hưởng mãn tính của kim loại trong môi trường nhân tạo COMBO

Thí nghiệm ảnh hưởng mãn tính của Ni lên D lumholtzi được tiến hành trong điều kiện

phòng thí nghiệm (xem chi tiết bên trên) Sinh vật được phơi nhiễm với Ni ở các nồng độ

0 (đối chứng), 65, 250, 500, 750, 1035 µg/L trong suốt thời gian 14 ngày Trong mỗi lô

thí nghiệm, 15 sinh vật D lumholtzi được nuôi riêng lẻ, cho ăn bằng tảo lục Chlorella

kèm YTC (hỗn hợp lên men của nấm men, cỏ alfalfa và thức ăn của cá) Môi trường nuôi được thay mới 3 lần hàng tuần Các chỉ tiêu theo dõi hàng ngày gồm sự sống/ chết của sinh vật, độ tuổi thành thục (ngày sinh vật bắt đầu mang trứng) và sức sinh sản (tổng số con non được sinh ra) trong mỗi lô thí nghiệm (Dao và cs., 2010)

Nghiên cứu ảnh hưởng mãn tính của Cu và Cr lên D magna được tiến như sau: Sinh vật

được phơi nhiễm với Cu ở các nồng độ 0 (đối chứng), 10 và 20 µg/L và phơi nhiễm với

Cr ở các nồng độ 50 và 100 µg/L Trong mỗi lô thí nghiệm 30 con D magna non được sử

dụng và nuôi trong 3 bình plastic (10 con/ bình) chứa 100 mL môi trường Thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện ánh sáng ~ 1000 Lux, chu kỳ sáng tối 14h: 10h, nhiệt độ

20 ± 1°C, kéo dài trong 21 ngày Sinh vật được cho ăn bằng tảo lục Scendesmus và môi

trường nuôi được thay mới 3 lần hàng tuần Các chỉ tiêu theo dõi hàng ngày gồm sự sống/ chết của sinh vật, độ tuổi thành thục (ngày sinh vật bắt đầu mang trứng) và sức sinh sản (tổng số con non được sinh ra) trong mỗi lô thí nghiệm Khi kết thúc thí nghiệm (ngày thứ 21), những sinh vật còn sống sẽ được sấy khô qua đêm (50°C) và cân trọng lượng nhằm đánh giá sự phát triển của sinh vật trong thí nghiệm

Nghiên cứu ảnh hưởng mãn tính của kim loại trong môi trường tự nhiên, nước sông Mekong

Thí nghiệm mãn tính được tiến hành với cùng điều kiện trong thí nghiệm cấp tính Dựa trên giá trị 48h-LC50 và nghiên cứu trước đây (Dao và cs, 2015) lựa chọn nồng độ kim loại (Cu, Zn, Ni) cho thí nghiệm mãn tính Nồng độ kim loại trong thí nghiệm mãn tính là

3 và 4 µg Cu/L, 50 và 56 µg Zn/L, và từ 5 – 302 µg Ni/L Đây cũng là những nồng độ trong nước sông Mekong tự nhiên (ví dụ 4 µg Cu/L; 57 µg Zn/L từ kết quả phân tích hiện trường; 151 Ni µg/L; Bui và cs, 2016) Thí nghiệm mãn tính được tiến hành theo APHA (2005) và Dao và cs (2010) với những điều chỉnh nhỏ D lumholtzi non (15 cá thể/lô)

nhỏ hơn 24h từ lứa thứ 2-3 được nuôi riêng lẻ trong 50-mL cốc nhựa chứa 20 mL môi trường đối chứng hoặc môi trường phơi nhiễm Môi trường được thay mới 2 ngày/lần

Daphnia được cho ăn với hỗn hợp tảo lục Chlorella (~ 1 mg C L-1, khoảng 140,000 cells

mL-1) và YTC (~ 20 µL) ngay sau khi môi trường được thay mới Đặc điểm sống của

29

Daphnia bao gồm sự tử vong, sự thành thục và sức sinh sản được ghi nhận hàng ngày

Tuổi thành thục được xác định là ngày đầu tiên xuất hiện trứng trong buồng trứng của

Daphnia Số lượng con non trong mỗi lứa của từng cá thể mẹ được kiểm tra hàng ngày,

được bắt ra khỏi cốc bằng pipet thủy tinh và đếm số con non trong mỗi lứa để đánh giá sức sinh sản Sức sinh sản được tính toán dựa trên tổng số con non được sinh ra từ tất cả daphnids mẹ trong mỗi lô thí nghiệm Khả năng sinh sản được xác định bằng số lượng con non trung bình trong mỗi lứa của từng cá thể mẹ Thí nghiệm mãn tính được tiến hành trong 21 ngày Tại thời điểm kết thúc thí nghiệm, những cá thể mẹ còn sống được bảo quản bằng dung dịch Lugol (Sournia, 1978) và chiều dài thân được đo trên kính hiển

vi (Olympus BX 51) nối với camera kỹ thuật số (DP 71) Kích thước thân được đo từ mắt đến đầu phần đuôi của cá thể mẹ

2.5 Nghiên cứu ảnh hưởng mãn tính của hợp chất tổng hợp lên vi giáp xác

Nhằm đánh giá khả năng ảnh hưởng của một số hợp chất tổng hợp (thuốc trừ sâu, hợp chất gây rối loạn nội tiết, EDCs), mà các hợp chất này có thể được tìm thấy trong môi trường nước sông dẫn đến khả năng gây ảnh hưởng phụ đến thí nghiệm độc học, thí nghiệm phơi nhiễm mãn tính của một số chất tổng hợp (atrazine, estriol, octylphenol,

nonylphenol) với vi giáp xác (D lumholtzi, D magna, Ceriodaphnia cornuta, hình 2.2)

được thực hiện

Hình 2.2: Sinh vật thí nghiệm C cornuta (A), D lumholtzi (B) và D magna (C) Thước

đo có chiều dài = 200 µm (hình A), 500 µm (hình B), và 2000 µm (hình C)

Việc thiết kế thí nghiệm phơi nhiễm mãn tính trong điều kiện phòng thí nghiệm được tiến hành như mô tả bên trên Các hợp chất tổng hợp được mua từ hãng sản xuất Sigma – Aldrich, pha trong MeOH (tạo stock) và dùng để phơi nhiễm với sinh vật trong môi trường nhân tạo ở các nồng độ từ 5 – 2280 µg/L Thời gian phơi nhiễm từ 10 – 14 ngày

2.6 Tính toán, xử lý số liệu

Hệ số tích tụ sinh học của ốc (BAS) và loài hai mảnh vỏ (BAB) đối với kim loại trong trầm tích dựa vào công thức trong cống bố của Rumisha và cs (2012) và Zhang và cs (2016) như sau: