Đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại tại các hồ hà nội và ảnh hưởng đến quần xã thủy sinh vật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------------------

HỒNG THÙY LINH

ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG Ơ NHIỄM KIM LOẠI TẠI CÁC HỒ
HÀ NỘI VÀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUẦN XÃ THỦY SINH VẬT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

Hà Nội – 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------------------

HỒNG THÙY LINH

ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG Ơ NHIỄM KIM LOẠI TẠI CÁC HỒ
HÀ NỘI VÀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUẦN XÃ THỦY SINH VẬT

Chuyên ngành: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MƠI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS HỒNG THỊ THU HƯƠNG

Hà Nội – 2018


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực từ đề tài nghiên cứu của tôi. Các số liệu, thơng
tin tham khảo được trích dẫn từ các nguồn khác theo đúng quy định.
Tơi xin chịu hồn toàn trách nhiệm về lời cam đoan này và các kết quả trình
bày trong luận văn của mình.
Học viên

Hồng Thùy Linh

i


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt q trình học tập và hồn thành luận án, em đã nhận được sự
hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cơ, đồng nghiệp và gia đình.
Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Hồng Thị Thu
Hương, Viện Khoa học và Cơng nghệ môi trường, Trường Đại học Bách khoa Hà
Nội đã tận tình quan tâm, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành
tốt luận văn này.
Em xin chân thành cám ơn các cán bộ làm việc tại Phịng thí nghiệm Trung
tâm quan trắc thuộc Viện Khoa học và Công nghệ môi trường, Trường Đại học

Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi về thời gian và cơ sở vật chất để em có
thể thực hiện các nội dung nghiên cứu của mình.
Em xin gửi lời tri ân sâu sắc tới quý thầy, cô đang công tác và làm việc tại
Viện Khoa học và Công nghệ môi trường, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã bổ
trợ và truyền đạt cho em kiến thức, cùng những kinh nghiệm quý báu trong suốt quá
trình học tập, nghiên cứu tại trường.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân, bạn bè đã ln bên
cạnh và ủng hộ em trong suốt thời gian qua.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2018

Học viên

Hoàng Thùy Linh

ii


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii
MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .............................................v
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ vi
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................ vii

MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN .........................................................................................4
1.1. Nguồn gốc, cơ chế gây độc và độc tính của kim loại trong mơi trường nước 4
1.1.1. Nguồn gốc phát sinh kim loại ...................................................................4
1.1.2. Độc tính của một số kim loại phổ biến .....................................................6
1.1.2.1 Độc tính của Asen (As) ......................................................................6
1.1.2.2. Độc tính của Cadimi (Cd) .................................................................6
1.1.2.3. Độc tính của chì (Pb).........................................................................7
1.1.2.4. Độc tính của đồng (Cu) .....................................................................8
1.1.3. Cơ chế gây độc và các yếu tố ảnh hưởng đến tính độc của kim loại trong
mơi trường nước .................................................................................................9
1.1.4. Cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích tụ kim loại trong trầm tích
..........................................................................................................................13
1.2. Ảnh hưởng của kim loại đến quần xã thủy sinh vật ......................................13
1.2.1. Các ảnh hưởng cấp tính của kim loại đến hệ sinh thái thủy sinh ...........13
1.2.2. Các ảnh hưởng mạn tính của kim loại nặng đến quần xã thủy sinh vật và
sự tích tụ trong cơ thể sinh vật .........................................................................14
1.3. Một số nghiên cứu về tích tụ kim loại nặng trên các lồi cá trong hệ sinh thái
thủy sinh ................................................................................................................18
1.3.1. Vai trị của cá trong mắt xích hệ sinh thái ..............................................18
1.3.2. Các nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam về tích tụ kim loại trong cá
..........................................................................................................................20
1.4. Giới thiệu về mơi trường các hồ đô thị Hà Nội .............................................21
1.5. Giới thiệu về môi trường hồ Trúc Bạch .........................................................23

iii


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551

Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................29
2.1. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................29
2.1.1. Kim loại nghiên cứu ...............................................................................29
2.1.2. Sinh vật nghiên cứu ................................................................................29
2.2. Địa bàn nghiên cứu ........................................................................................29
2.3. Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................31
2.3.1. Phương pháp thu thập, tổng hợp tài liệu.................................................31
2.3.2. Phương pháp lấy và bảo quản mẫu .........................................................31
2.3.3. Phương pháp xử lý và phân tích mẫu .....................................................32
2.4. Phương pháp đánh giá kết quả .......................................................................34
2.4.1. Phương pháp đánh giá chất lượng nước .................................................34
2.4.2. Phương pháp đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại ...................................35
2.4.3. Phương pháp tính tốn hệ số tích tụ .......................................................35
2.4.4. Phương pháp đánh giá mức độ rủi ro sinh thái của kim loại trong trầm tích
..........................................................................................................................36
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................37
3.1. Hiện trạng chất lượng môi trường hồ Trúc Bạch...........................................37
3.1.1. Chất lượng môi trường nước ..................................................................37
3.1.2. Nồng độ kim loại trong nước hồ ............................................................41
3.1.3. Hàm lượng kim loại trong trầm tích .......................................................43
3.2. Đánh giá sơ bộ về hàm lượng kim loại trong các mô cơ thể của các loài cá.44
3.2.1. Hàm lượng kim loại trong các mơ cơ thể của các lồi cá ......................44
3.2.2. Đánh giá sơ bộ khả năng tích tụ kim loại trong các mơ cơ thể của các lồi
cá .......................................................................................................................49
3.3. Đánh giá mức độ rủi ro sinh thái của kim loại trong trầm tích ......................50
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................55
PHỤ LỤC .................................................................................................................60

iv

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
BCF

Hệ số nồng độ sinh học (Bio-Concentration Factor)

BOD

Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen
Demand)

BTNMT

Bộ Tài ngun và Mơi trường

COD

Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand )

DO

Hàm lượng oxy hòa tan (Dissolved Oxygen)

F.W

Trọng lượng tươi (Fresh Weight)

ICP-MS

Khối phổ plasma cảm ứng (Inductively Coupled
Plasma Mass Spectrometry)

LC

Nồng độ gây chết sinh vật thử nghiệm (Lethal
Concentration)

QCVN

Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia

RI

Chỉ số sinh thái tiềm ẩn (Risk Index)

SD

Độ lệch chuẩn (Standard Deviation)

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TSI

Chỉ số tình trạng dinh dưỡng (Trophic State Index)

US-EPA

Cơ quan Bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (United State
Enviroment Protection Agency).

v


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Hàm lượng thủy ngân trung bình trong các bậc dinh dưỡng khác nhau của
chuỗi thức ăn trong hồ Paijanne, Phần Lan ..............................................................16
Bảng 2.1. Vị trí các điểm thu mẫu cá ........................................................................29
Bảng 2.2. Thời gian tiến hành lấy mẫu quan trắc .....................................................30
Bảng 2.3. Tọa độ các điểm lấy mẫu ..........................................................................30
Bảng 2.4. Các phương pháp phân tích thực hiện ở phịng thí nghiệm ......................34
Bảng 2.5. Mức độ phú dưỡng phân loại theo TSI .....................................................35
Bảng 2.6. Thang đánh giá mức độ ô nhiễm và rủi ro sinh thái của kim loại thông
qua Cd, RI, Eir ...........................................................................................................36
Bảng 3.1. Chất lượng nước của hồ Trúc Bạch ..........................................................37
Bảng 3.2. Giá trị nồng độ trung bình của một số kim loại dạng tan và dạng tổng
trong nước hồ Trúc Bạch ..........................................................................................42
Bảng 3.3. Hàm lượng kim loại trong trầm tích hồ Trúc Bạch ..................................43
Bảng 3.4. Hàm lượng kim loại trong mơ cơ thể của các lồi cá hồ Trúc Bạch ........44
Bảng 3.5. Hệ số tích tụ sinh học trong mơ cơ thể các lồi cá ...................................50
Bảng 3.6. Hệ số rủi ro sinh thái và chỉ số sinh thái tiềm ẩn của kim loại trong trầm
tích hồ Trúc Bạch ......................................................................................................51

vi


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Các nguồn gây ô nhiễm kim loại do tác động của con người đối với đất
và nước . ......................................................................................................................4
Hình 1.2. Chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái ao, hồ ...................................................19
Hình 1.3. Mức độ ơ nhiễm nước của các hồ Hà Nội, năm 2015 ..............................22
Hình 1.4. Hình ảnh hồ Trúc Bạch .............................................................................24
Hình 1.5. Cá rơ phi vằn Oreochromis niloticus ........................................................26
Hình 1.6. Cá trơi Ấn Labeo rohita.............................................................................26
Hình 1.7. Cá trê phi Clarias gariepinus .....................................................................27
Hình 2.1. Sơ đồ các vị trí lấy mẫu nước và mẫu trầm tích tại hồ Trúc Bạch ............30
Hình 2.2. Mẫu cá sau khi đã được xử lý sơ bộ..........................................................33
Hình 3.1. Nhiệt độ của nước hồ Trúc Bạch qua các đợt lấy mẫu .............................38
Hình 3.2. Sự biến động pH của nước hồ qua các đợt khảo sát .................................39
Hình 3.3. Sự biến động nồng độ oxy hòa tan trong nước hồ qua các đợt khảo sát ..40
Hình 3.4. Hàm lượng kim loại As (mg/kg F.W) trong mơ cơ thể.............................46
Hình 3.5. Hàm lượng kim loại Cd (mg/kg F.W) trong mô cơ thể ............................46
Hình 3.6. Hàm lượng kim loại Pb (mg/kg F.W ) trong mơ cơ thể ............................48
Hình 3.7. Hàm lượng Cu (mg/kg F.W) trong mô cơ thể...........................................49

vii


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN

-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551
MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển kinh tế, mức độ phát thải các chất độc hại, những chất
hữu cơ và dinh dưỡng từ các nguồn thải không được xử lý hoặc xử lý không triệt để
ngày càng tăng cao làm cho chất lượng nước mặt trong các nguồn tiếp nhận nói
chung và nước trong các hồ nói riêng đang càng bị suy giảm, môi trường nước trong
các hồ đã vượt quá khả năng tự làm sạch. Đặc biệt tại một số khu vực có mật độ dân
cư cao, lưu lượng xả thải lớn, trong khi các cơng trình cơng cộng phục vụ thốt và
xử lý chưa được hồn thiện, thì việc đổ thải ra các hồ nội đô là không thể tránh
khỏi, dẫn tới suy thối và ơ nhiễm nước hồ.
Một trong những quan tâm hàng đầu của các nhà khoa học trên thế giới là sự
ô nhiễm kim loại trong các hệ sinh thái thủy sinh này. Mối quan hệ giữa nồng độ
kim loại trong cá và trong nước đã được quan sát và nghiên cứu trong phịng thí
nghiệm. Các kim loại có thể tích tụ trong các lồi sinh vật thủy sinh, xâm nhập vào
chuỗi thức ăn và gây hại nghiêm trọng cho sức khoẻ con người khi hàm lượng ô
nhiễm và sự phơi nhiễm là đáng kể. Trong các kim loại As, Pb và Cd được xếp
đứng đầu về mức độ gây độc đối với sinh vật và con người. Nghiên cứu của Phạm
Kim Đăng và cộng sự, 2015 chỉ ra rằng có sự tích lũy kim loại Pb, Cd trong các bộ
phận mang, gan, ruột và cơ của cá chép Cyprinus carpio trong ao nuôi thủy sản [1].
Nghiên cứu của Nsikak U.B, 2007 tại các hệ sinh thái thủy sinh vùng nhiệt đới cũng
phát hiện ra sự tích tụ Hg đối với các lồi cá nước ngọt: cá rơ phi Oreochromis
nilotica, cá sạo Pomadasys jubelini, Lutianus ava…[45].
Các hồ tự nhiên trên địa bàn thành phố Hà Nội không chỉ tạo cảnh quan cho
khơng gian đơ thị, đóng góp vai trị quan trọng trong điều hịa khơng khí, mà cịn là
nơi cung cấp mơi trường sinh sống cho nhiều lồi sinh vật thủy sinh. Các nghiên
cứu về chất lượng môi trường nước hồ Hà Nội hầu hết mới chỉ dừng lại ở việc đánh
giá các thông số liên quan đến ô nhiễm dinh dưỡng và hữu cơ mà chưa đi sâu
nghiên cứu về các vấn đề liên quan đến kim loại trong hệ sinh thái thủy sinh. Một số
kết quả khảo sát ban đầu cho thấy chất lượng nước các hồ trên địa bàn Hà Nội dù

1


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551
hàm lượng kim loại trong nước đang nằm trong giới hạn cho phép nhưng sự tích lũy
trong trầm tích và trong cơ thể của sinh vật thủy sinh là đáng kể. Như vậy, việc lựa
chọn và thực hiện đề tài luận văn: “Đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại tại các
hồ Hà Nội và ảnh hưởng đến quần xã thủy sinh vật” là hết sức cần thiết và có ý
nghĩa thực tiễn nhằm góp phần tạo cơ sở dữ liệu cho việc đánh giá rủi ro sinh thái
của kim loại trong môi trường nước đến hệ sinh thái thủy sinh.
Mục tiêu nghiên cứu: Đánh giá được hiện trạng ô nhiễm một số kim loại và
sự ảnh hưởng của các kim loại này tới quần xã thủy sinh vật tại một số hồ đô thị Hà
Nội.
Phạm vi nghiên cứu: Các hồ ở Hà Nội có đặc điểm hình thành và phát triển
tương đối giống nhau. Ngoại trừ hồ Tây là hồ tự nhiên lớn có đặc điểm sinh thái rất
đặc thù, các hồ cịn lại đều là các hồ đơ thị chủ yếu khép kín, khơng có nguồn cấp
cũng như thốt nước. Trước đây phần lớn các hồ có tiếp nhận nước thải, gần đây
việc đưa nước thải sinh hoạt vào hồ đã được hạn chế đáng kể chỉ còn một số hồ có
chức năng này. Do việc nghiên cứu có nhiều khó khăn về thời gian lấy mẫu, kinh
phí triển khai, trong phạm vi luận văn này, đã lựa chọn một hồ điển hình làm địa
bàn nghiên cứu để có thể tập trung đánh giá tác động của ô nhiễm kim loại đến sinh
vật nghiên cứu trong khoảng thời gian đủ lớn. Phạm vi nghiên cứu được lựa chọn là
hồ Trúc Bạch – một hồ điển hình ở Hà Nội với các đặc điểm sinh thái và môi
trường của đô thị khu vực Hà Nội. Hồ Trúc Bạch là một trong những hồ tự nhiên
đóng góp vai trị quan trọng trong tạo cảnh quan không gian đô thị và các hoạt động
vui chơi giải trí. Hồ có tiếp nhận nước thải sau xử lý từ nhà máy xử lý nước thải
Trúc Bạch. Hơn nữa, hồ Trúc Bạch có hệ thống thơng với hồ Tây – là hồ tự nhiên
lớn nhất Hà Nội với sự đa dạng về các loài sinh vật thủy sinh.
Nội dung nghiên cứu bao gồm:

1. Lựa chọn và đánh giá hiện trạng chất lượng nước hồ là địa điểm nghiên
cứu;
2. Đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại trong mẫu nước và mẫu trầm tích
tại hồ;

2


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551
3. Xác định hàm lượng kim loại có trong các mơ cơ thể (mang, gan, thịt)
của mẫu cá thu được tại hồ;
4. Đánh giá tác động của ô nhiễm kim loại đến quần xã thủy sinh thông qua
hàm lượng kim loại và mức độ rủi ro sinh thái tại hồ này.

3


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Nguồn gốc, cơ chế gây độc và độc tính của kim loại trong môi trường nước
1.1.1. Nguồn gốc phát sinh kim loại
Kim loại hiện diện trong tự nhiên đều có trong đất và nước, hàm lượng của
chúng thường tăng cao do tác động của con người. Các kim loại có mặt trong mơi
trường do tác động của con người là nguồn gây ô nhiễm chủ yếu khi chúng đi vào
môi trường đất và nước. Nguồn phát sinh các kim loại như asen (As), cadimi (Cd),
đồng (Cu), thủy ngân (Hg), niken (Ni) và kẽm (Zn) thải ra do hoạt động của con
người ước tính là nhiều hơn so với nguồn kim loại có trong tự nhiên, đặc biệt đối
với chì (Pb). Nguồn kim loại đi vào đất và nước do tác động của con người bằng

các con đường chủ yếu như bón phân, bã bùn cống và thuốc bảo vệ thực vật và các
con đường phụ như khai khoáng và kỹ nghệ hay lắng đọng từ khơng khí.

Hình 1.1. Các nguồn gây ô nhiễm kim loại do tác động của con người đối với đất
và nước [50].

Trong tự nhiên, As được phát tán vào môi trường thông qua hoạt động phun
trào của núi lửa. Các q trình rửa trơi, hịa tan khống chất chứa As có sẵn trong
đất vào nước ngầm dẫn đến việc xâm nhập As vào nguồn nước.
Đối với nguồn nhân tạo, hai q trình cơng nghiệp chủ yếu dẫn đến ô nhiễm
As là nấu chảy kim loại màu và sản xuất năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch. Ngoài

4


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551
ra còn các nguồn khác như sản xuất và sử dụng thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật
và chất bảo quản gỗ.
Cd khơng phải là ngun tố phổ biến có mặt trong nước mặt và nước ngầm.
Cd vào môi trường theo nhiều nguồn khác nhau. Theo khói bụi của các ngành cơng
nghiệp luyện kim, nước rửa trong các đúc điện, các nhiên liệu diesel, trong phân lân
trong đó Cd là tạp chất, trong bùn thải của các nhà máy làm sạch nước. Cd có thể
giải phóng vào nước nhờ q trình phong hóa tự nhiên thơng qua sự xói mịn ở hạ
nguồn các con sơng từ các mỏ khống cũ. Trong cơng nghiệp, Cd được sử dụng cho
sản xuất pin (67%), mạ điện (7%), các chất màu (15%), chất phụ gia ổn định nhựa
(10%) [56].
Cu và Hg có nhiều trong thuốc diệt nấm và thuốc diệt khuẩn được sử dụng
trong trồng trọt và ni trồng thủy sản. Có một số ngành như khai thác đồng, đúc
đồng ở một số làng nghề đã giải phóng một lượng lớn Cu vào mơi trường.

Pb đi vào môi trường do phát thải từ hoạt động khai thác, luyện chì, hoạt
động giao thơng vận tải do xe cộ sử dụng nhiên liệu xăng pha chì, ống chì trong hệ
thống cấp thốt nước, các q trình khai mỏ, luyện chì và chất đốt có chì. Các
đường khác bao gồm đường hàn trong bình đựng thức ăn, men sứ gốm, acquy, pin
và đồ mỹ phẩm. Nồng độ Pb trong môi trường được gia tăng đáng kể đến chủ yếu
do nước thải từ hoạt động sản xuất và nước mưa cuốn theo khói, bụi và đưa Pb đi
vào mơi trường nước.
Con đường xâm nhập của kim loại vào môi trường nước có thể do lắng đọng
bụi trong khơng khí, q trình rửa trơi các kim loại trong đất, mưa axit hòa tan các
muối của kim loại rồi xâm nhập vào nước ngầm sau đó theo dịng chảy ra các thủy
vực, hoặc cũng có thể do xả thải trực tiếp từ các hoạt động vào các thủy vực. Tuy
nhiên đóng góp nhiều nhất về việc gia tăng các kim loại trong môi trường nước cả
về thành phần và hàm lượng chủ yếu vẫn do các hoạt động của con người. Các kim
loại có khả năng xuất hiện trong mơi trường nước, trong trầm tích và trong cơ thể
sinh vật sinh sống trong hồ. Các kim loại này xâm nhập vào môi trường nước từ
nguồn nước thải sinh hoạt có thành phần phức tạp với nguy cơ ô nhiễm kim loại cao

5


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551
đến từ chất thải từ pin, acquy, sơn công nghiệp, nước mưa cuốn theo khói bụi, khí
thải xe cộ, nước thải của một số cơ sở công nghiệp, nước thải từ các làng nghề cơ
khí truyền thống.
1.1.2. Độc tính của một số kim loại phổ biến
1.1.2.1 Độc tính của Asen (As)
As có thể tồn tại ở 4 mức oxi hoá: - 3, 0, + 3, + 5. Trong nước, As tồn tại chủ
yếu ở 2 dạng hợp chất vô cơ là asenat (As(V)), asenit (As(III)). As (V) là dạng tồn
tại chủ yếu của As trong nước bề mặt và As(III) là dạng chủ yếu của As trong nước

ngầm. Các Asenat gồm AsO43-, HAsO42-, H2AsO4-, H3AsO4. Các Asenit gồm
H3AsO3 , H2AsO3-, HAsO32- và AsO32-. As còn tồn tại ở nhiều dạng hợp chất hữu cơ
như metylasin, đimetylasin. Các dạng tồn tại của As trong nước phụ thuộc vào pH
và thế oxi hoá khử Eh của mơi trường.
Muối của As có độ tan khác nhau cũng phụ thuộc vào pH, lực ion và thế oxy
hóa – khử của môi trường. Các hợp chất asen hữu cơ dạng metyl hóa như MMA –
axit monometyl asenic, DMA – axit dimethyl asenic, TMA – axit trimetyl asenic có
mặt một cách tự nhiên trong nước là kết quả của hoạt động sinh học.
Sự chuyển hóa As dựa vào quá trình khử hợp chất sắt hydroxit dưới tác động
của vi sinh vật xảy ra mạnh mẽ nơi lắng đọng chất hữu cơ. Vùng chất hữu cơ cạn
kiệt, khả năng ô nhiễm As giảm. Vùng trầm tích già cỗi nồng độ As và Fe thấp do
đó sự ơ nhiễm As thấp [26].
As tham gia tích cực vào chuyển hóa ở các mô của cá đặc biệt là trong các cơ quan
như gan và có xu hướng tích lũy. Cơ chế chuyển hóa As trong mơi trường phụ
thuộc vào: các q trình thủy-sinh-địa hóa kèm điều kiện địa chất-thủy văn và các
quá trình oxy hóa hoặc khử hóa dẫn đến ăn mịn, hịa tan các chất vào mơi trường
nước, từ nước thải cơng nghiệp và lắng đọng khơng khí.
1.1.2.2. Độc tính của Cadimi (Cd)
Cd gây ngộ độc do phong bế một số vi chất có tác dụng sinh học, nó cạnh
tranh với Ca trong calmodulin (chất có tác dụng điều chỉnh các hoạt động trong tế
bào [18].

6


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551
Cd tác động trên sinh vật thủy sinh tương tự như ở người bao gồm các dị tật
xương và suy thận ở cá. Độc tính của Cd trong nước ngọt cao hơn so với nước mặn
vì Cd kết hợp với Cl- trong nước mặn tạo thành phân tử thiểu số trong dung dịch

[40].
Sự tác động của Cd cho sinh vật thủy sinh có thể trực tiếp hoặc gián tiếp gây
tử vong, làm giảm sút số lượng sinh vật sinh sống trong hệ sinh thái. Cá có dị tật
xương bị suy giảm khả năng tìm kiếm thức ăn và lẩn tránh các sinh vật khác săn bắt
chúng. Cd còn làm suy yếu sự tăng trưởng thực vật thủy sinh làm ảnh hưởng đến
toàn bộ hệ sinh thái bởi rong rêu là một phần trong chuỗi thức ăn vì thế sẽ có ít thức
ăn cho các động vật thủy sinh khác trong hệ sinh thái [16]. Những lồi cá ăn thịt (cá
săn mồi) tích lũy ít Cd hơn, trong khi những động vật thủy sinh tầng đáy thì chứa
nhiều Cd trong cơ thể. Đối với các lồi động vật có vú, Cd gây lỗng xương, teo
tuyến sinh dục, nồng độ Cd 8,1 µg/L gây ức chế sinh sản, ức chế cho trứng cá và cá
con. Ô nhiễm Cd làm thay đổi thành phần các loài trong quần xã sinh vật và động
vật không xương sống [57].
1.1.2.3. Độc tính của chì (Pb)
Đối với thực vật và các loài sinh vật thủy sinh, các loài thực vật hấp thụ Pb
như một nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự sống nhưng khi vượt quá ngưỡng cho
phép thì chúng sẽ bị độc, kìm hãm sự sinh trưởng và phát triển và có thể gây chết
cho thực vật. Khi xâm nhập vào cơ thể các loài thủy sinh Pb sẽ tích tụ lại trong cơ
thể chúng và phản ứng với các chất hữu cơ gây rối loạn quá trình trao đổi chất trong
cơ thể. Những biểu hiện ngộ độc Pb không rõ ràng ngay từ đầu mà chúng gây độc
âm ỷ và sau đó làm rối loạn cơ thể động vật, giảm quá trình vận chuyển oxy gây
chết cho sinh vật [36].
Khi nồng độ Pb trong rong rêu quá 500 ppb, các xúc tác sinh học cần thiết
cho quang hợp sẽ bị ức chế. Khi thiếu quang hợp rong rêu sẽ sản xuất ít thực phẩm
và do đó sẽ không phát triển được nhiều. Sự kém phát triển của rong rêu có nghĩa là
giảm đi thức ăn cho sinh vât và hiện tượng này có ảnh hưởng cho tồn bộ hệ sinh
thái [53].

7

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551
Cá bị độc tố Pb ảnh hưởng nhiều hơn so với rong rêu. Độc tính Pb được thể
hiện bởi sự tích lũy trong da, xương, thận và gan của cá. Tuy nhiên, hàm lượng Pb
không khuyếch đại sinh học theo chuỗi thức ăn. Sự tích lũy Pb thay đổi theo độ sâu
chứ khơng thay đổi theo mùa [43]. Khi nồng độ Pb vượt quá 100 ppb, hoạt động ở
mang bị ảnh hưởng. Phôi trứng và cá nhỏ bị ảnh hưởng nhiều hơn so với cá lớn.
Độc tính của Pb đối với cá phụ thuộc một phần vào giống cá. Cá vàng có khả năng
kháng độc tốt vì nó có thể bài tiết chất độc qua mang. Các tác động ức chế hoạt
động của các enzym của Pb đã được thí nghiệm trên nhiều các phản ứng hóa sinh
khác nhau [40]. Mẫu cá trắng (Coregonus s.p) được lấy từ một hồ phía Bắc Thụy
Điển bị ô nhiễm Pb đã cho thấy hoạt động của enzym phân giải alanin trong hồng
cầu bị ức chế. Cá sống trong các hồ bị ơ nhiễm Pb cũng có mức glucose trong máu
cao hơn và độ tập trung của các tế bào máu thấp hơn so với cá sống ở các thủy vực
không ô nhiễm [44].
Các tác động lên hệ thần kinh và thận thường được nhận ra chỉ khi trong giai
đoạn đã nhiễm độc Pb rõ ràng. Pb ngăn chặn đường dẫn truyền xung thần kinh và
kìm hãm việc giải phóng acetylcholine. Ngộ độc Pb dưới mức tử vong ở động vật
có xương sống thường biểu hiện qua các tác động trên tế bào thần kinh, mất chức
năng thận và thiếu máu. Độc tố Pb cao hơn khi độ pH thấp và trong nước mềm [44].
1.1.2.4. Độc tính của đồng (Cu)
Cu cũng là một nguyên tố thiết yếu của nhiều enzyme. Tuy nhiên, không
phải tất cả các enzyme đều giảm hoạt động khi thiếu hụt Cu. Phát triển chậm và
giảm cân do thiếu hụt Cu trong cơ thể động vật trên cạn phần lớn liên quan tới việc
giảm tế bào sắc tố oxy hóa, rõ ràng hơn là qua sự giảm hoạt động của các enzyme
succinooxidase [13].
Nhiều loài sinh vật cấp cao có những cơ chế tế bào đặc biệt để hấp thu Cu
khi thiếu hoặc thải ra bớt khi dư thừa [41]. Hấp thụ Cu lâu dài vào trong cơ thể
động vật có vú sẽ làm tích lũy Cu ở gan, cật và một số cơ quan khác. Cu được tích
lũy khi hàm lượng vượt quá khả năng bài tiết của tế bào gan [39].

8


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551
Khác với các động vật xương sống bậc cao, ngoài con đường thức ăn, Cu cịn
đi vào cơ thể cá thơng qua con đường hấp thụ trực tiếp từ mô mang. Với nồng độ
Cu trong nước và chế độ ăn thông thường, mang có vai trị cung cấp 10% lượng Cu
cần thiết. Khi tiếp xúc với chế độ ăn có hàm lượng Cu cao, sự hấp thụ Cu từ nước
trên mang thấp hơn, chỉ chiếm 1% tổng lượng Cu góp phần duy trì sự cân bằng Cu
và bảo vệ mô mang để chống lại những tác động độc hại của Cu [24].
Nồng độ Cu tăng cao trong nước có thể gây hại cho cá và các loài thủy sinh
khác. Nồng độ gây chết 50% trung bình 96 giờ (LC50) của Cu đối với cá và tôm
nằm trong khoảng 0,05 – 2,00 mg/L, tùy thuộc vào pH, độ kiềm và độ cứng của
nước – độc tính của Cu tăng lên ở pH thấp và đặc biệt là ở độ kiềm thấp. Nồng độ
Cu tối đa có thể chấp nhận được khi tiếp xúc lâu dài của các lồi thủy sinh có khả
năng vào khoảng 0,05 lần so với LC50 96 giờ [43]. Trong môi trường nước, Cu2+ sẽ
bị vơ hiệu hóa bởi sự hình thành phức với những tác nhân của môi trường như ure,
amiono axit, hợp chất humic.... Các hợp chất humic (axit humic và axit fulvic) ở
hàm lượng 1 đến 2 mg/L sẽ làm giảm hoạt tính Cu2+. Các dạng của Cu bao gồm
Cu2+, CuOH+, Cu2(OH)2+, Cu(OH)2, các dạng như CuCO3, malachite Cu2CO3(OH)2,
cuprite Cu2(O) cũng có khả năng gây độc [46].
Các nghiên cứu cấu trúc của gan cá hồi bảy màu Salmo gairdneri trong thời
kỳ phát triển bị nhiễm độc Cu đã cung cấp những thông tin về các thay đổi xảy khi
Cu tích lũy ở trong gan. Các thay đổi gồm sự gia tăng số lượng thể men và gia tăng
sự hình thành các bọng trong màng chất nguyên sinh của các tế bào gan. Ở mức ảnh
hưởng cao hơn, Cu phá vỡ màng tế bào, ngăn sự sản xuất của ti thể và làm tăng
lượng tế bào chết xung quanh vùng bụng [37].
1.1.3. Cơ chế gây độc và các yếu tố ảnh hưởng đến tính độc của kim loại trong

mơi trường nước
Trong nước, kim loại có thể tồn tại dưới ba dạng khác nhau và đều có thể ảnh
hưởng, tác động đến sinh vật, đó là: hịa tan, bị hấp thụ bởi các thành phần vô sinh
hoặc hữu sinh và lơ lửng trong nguồn nước hoặc lắng xuống đáy, tích tụ trong cơ
thể sinh vật. Các chất hoà tan trong nước dễ bị các sinh vật hấp thụ. Các hóa chất

9


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551
khơng tan có thể lắng xuống bùn đáy, ở dạng keo, khó bị sinh vật hấp thụ. Tuy
nhiên, cũng có một số sinh vật đáy có thể sử dụng qua đường tiêu hóa hay hơ hấp.
Các hóa chất trở thành trầm tích đáy có thể tái hoạt động khi lớp trầm tích bị xáo
trộn. Hóa chất có thể tích tụ trong cơ thể sinh vật tại các mơ khác nhau, qua q
trình trao đổi chất và thải trở lại môi trường nước qua con đường bài tiết.
Kim loại không bị phân hủy sinh học [41], không độc khi ở dạng nguyên tố
tự do nhưng nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở dạng cation do khả năng gắn kết
với các chuỗi cacbon ngắn dẫn đến sự tích tụ trong cơ thể sinh vật sau nhiều năm
[48].
Khi lượng kim loại đi vào cơ thể sinh vật và tích lũy bên trong tế bào lớn hơn
sự phân hủy và giải phóng kim loại thì hàm lượng kim loại sẽ tăng dần và nguy cơ
ngộ độc sẽ xuất hiện [35].
 Tính độc của các kim loại được thể hiện qua:
 Một số kim loại có thể bị chuyển từ độc thấp sang dạng độc cao hơn trong
một vài điều kiện mơi trường;
 Sự tích tụ và khuếch đại sinh học của các kim loại này qua chuổi thức ăn có
thể làm tổn hại các hoạt động sinh lý bình thường và sau cùng gây nguy hiểm
cho sức khỏe của con người;
 Tính độc của các kim loại có thể ở một nồng độ rất thấp khoảng 0.1-10 mg/L

[12]
 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính độc bao gồm:
 Dạng tồn tại của độc chất
Tính độc của độc chất phụ thuộc vào hình thái hóa học của chúng. Trong nước,
kim loại có nhiều dạng tồn tại khác nhau. Kim loại hòa tan bao gồm ion kim loại bị
hidrat hóa, các phức hữu cơ hoặc vơ cơ hịa tan; kim loại dạng khơng tan là kim loại
liên kết với oxit Fe- Mn, oxit Ca hay hấp phụ vào các hợp chất hữu cơ.
 Đường hấp thụ
Con đường chính để các độc chất trong mơi trường đi vào hệ tuần hồn là thơng
qua tiếp xúc, hệ hơ hấp và hệ tiêu hóa. Động vật phù du tích lũy vào tế bào khi

10


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551
chúng sống môi trường nước bị nhiễm bẩn ngồi ra cịn qua con đường thức ăn khi
chúng ăn các các loại rong, tảo, thực vật phù du bị nhiễm kim loại.
Các tác nhân môi trường
+ Nhiệt độ nước: Nhiệt độ nước cao đẩy mạnh sự tích lũy kim loại đặc biệt
trong các bộ phận như gan và thận. Sự tích lũy Cd gia tăng khi nhiệt độ cao là kết
quả từ quá trình trao đổi chất tăng, bao gồm cả quá trình hấp thu kim loại và tạo liên
kết giữa kim loại và các tế bào. Nghiên cứu của Douben (1989) đưa ra rằng tốc độ
hấp thu và bài tiết Cd ở cá Noemacheilus barbatulus (một loài cá nước ngọt phổ
biến ở châu Âu) gia tăng khi nhiệt độ cao, trong đó tác động của nhiệt độ lên sự hấp
thu kim loại mạnh hơn là sự bài tiết kim loại [28].
+ Độ pH của nước: Tính chất hóa học của các kim loại cũng bị ảnh hưởng
bởi pH. Ảnh hưởng chính của pH đến độc chất là sự ion hóa dưới sự thay đổi pH.
Các phân tử không liên kết sẽ trở nên độc hơn do chúng dễ xâm nhập vào mô tế bào
hơn. Campbell và Stokes (1985) đã mô tả phản ứng đối ngược của một sinh vật đối

với độc tính của kim loại khi pH tăng lên [23] khi pH giảm sẽ làm hoạt lực hóa học
của kim loại sẽ được gia tăng; pH gây ra sự thay đổi trong cấu trúc và liên kết của
kim loại làm suy giảm hoạt tính bề mặt, làm thay đổi độc tính kim loại do cạnh
tranh vị trí liên kết của các ion hyđrơ.
+ Độ cứng của nước (chủ yếu là hàm lượng Ca2+): Nồng độ Ca thấp trong nước
làm tăng độc tính của kim loại bởi khả năng thấm các kim loại của màng mang tăng.
Ca cạnh tranh với các cation kim loại để liên kết với các vị trí trên bề mặt mang.
Độc tính cấp Cd giảm khi tăng độ cứng của nước [34]. Độ cứng của nước tác động
đến sự hấp thu các kim loại qua các mô ở mang. Nước giàu Ca2+, Mg2+, Na+ sẽ làm
giảm bớt sự tích lũy Cu, Cd, Zn trong mang. Ca và hàm lượng hữu cơ hòa tan trong
nước là các yếu tố bảo vệ chống lại độc tố Cd cấp tính ở cá nước ngọt [27].
+ Nồng độ oxy trong nước: Rất nhiều chất độc trở nên độc hơn tại nồng độ
oxy thấp, do tốc độ hô hấp tăng lên, làm gia tăng lượng chất độc.
 Các yếu tố sinh học

11


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551
+ Tuổi: Các con non và ấu trùng là những sinh vật dễ bị tổn thương nhất so với
các con trưởng thành, có thể do cơ chế thích nghi của chúng chưa được hoàn thiện,
kể cả khối lượng chất bài tiết khác nhau ở mỗi độ tuổi cũng ảnh hưởng đến độc tính.
Các cá thể có khả năng chống chịu với những tác động bất lợi của chất độc sẽ có
nguy cơ tích tụ kim loại trong cơ thể. Đây là tác nhân làm lan truyền ô nhiễm kim
loại trong môi trường nước.
+ Tình trạng sức khỏe và chế độ dinh dưỡng: ảnh hưởng lớn đến khả năng
nhiễm độc của cơ thể. Những cơ thể bị suy yếu, căng thẳng thần kinh, suy dinh
dưỡng thường có nguy cơ nhiễm độc cao so với cơ thể khỏe mạnh.
+ Yếu tố di truyền: phụ thuộc đặc điểm từng lồi, từng cơ thể sống.

+ Giới tính: Trong các nghiên cứu của Protasowicki (1986) cho thấy tuyến sinh
dục của con cái có chứa Zn gấp 5 lần so với con đực. Nồng độ kim loại trung bình
cao hơn ở gan, da và cơ của cá cái so với cá đực [47].
 Liều lượng và thời gian tiếp xúc:
Tác động của độc chất càng lớn khi liều lượng càng cao và thời gian tiếp xúc
càng dài. Tùy theo liều lượng và thời gian tiếp xúc mà xuất hiện những triệu chứng
bệnh lý và tác hại khác nhau. Tác hại gây ra khi thời gian tiếp xúc ngắn thì có thể
phục hồi được. Nhưng tiếp xúc trong một thời gian dài sẽ bị những tác hại có thể
khơng phục hồi được.
Cũng như nhiều yếu tố khác các kim loại có thể cần thiết cho sinh vật, cây
trồng hoặc động vật, cũng có thể là khơng cần thiết. Những kim loại cần thiết cho
sinh vật thì chỉ cần hàm lượng vừa đủ nếu ít hơn hoặc nhiều hơn sẽ gây tác động
ngược lại. Những kim loại khơng cần thiết thì dù chỉ với một hàm lượng rất nhỏ
ngay cả ở dạng vết cũng gây độc đối với sức khỏe con người và sinh vật. Các kim
loại có thể là cần thiết đối với loài này nhưng lại là yếu tố gây độc với loài khác.
Đối với hệ sinh thái thủy sinh, As, Hg, Cd, Pd được xếp vào nhóm kim loại có độc
tính cao.

12


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551
1.1.4. Cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích tụ kim loại trong trầm tích
Trầm tích là các vật chất tự nhiên bị phá vỡ bởi các q trình xói mịn, sau đó
được dịng chảy vận chuyển đi và cuối cùng được tích tụ thành các lớp trên bề mặt
hay đáy của một khu vực như ao, hồ, sông, suối, biển. Q trình hình thành trầm
tích là q trình tích tụ và lắng đọng các chất cặn lơ lửng (bao gồm các vật chất vô
cơ và hữu cơ). Các kim loại trong nước có thể đi vào tích tụ trong lớp trầm tích và
ngược lại kim loại ở dạng linh động có khả năng hịa tan ngược lại vào nước.

Các kim loại tích tụ vào lớp trầm tích có thể xảy ra theo 3 cơ chế:
- Sự hấp phụ từ nước. Q trình hấp phụ hóa lí phụ thuộc vào: pH của nước,
kích thước hạt keo, hàm lượng chất hữu cơ và vi sinh vật. Sự hấp phụ hóa lý các
kim loại trực tiếp từ nước được thực hiện nhờ quá trình hấp phụ các kim loại trên bề
mặt các hạt keo, các quá trình trao đổi ion, các phản ứng tạo phức của kim loại với
các hợp chất hữu cơ hay do các phản ứng hóa học làm thay đổi trạng thái oxy hóa
của các nguyên tố hay tạo thành các hợp chất ít tan.
- Sự tích lũy vật lý của các hạt vật chất bởi quá trình lắng đọng trầm tích. Sự
tích lũy kim loại vào trầm tích phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: các điều kiện thủy
văn, môi trường, pH, thành phần vi sinh vật, kết cấu trầm tích, khả năng trao đổi
ion... nhất là sự hấp phụ hóa lý và hấp phụ sinh học.
- Sự hấp thu sinh học bởi các sinh vật hoặc các chất hữu cơ. Sự hấp thu sinh
học chủ yếu do quá trình hấp thu kim loại của các sinh vật trong nước , phản ứng
tạo phức với các hợp chất kim loại với các hợp chất hữu cơ, các hoạt động sinh hóa
của hệ vi sinh vật trầm tích.
1.2. Ảnh hưởng của kim loại đến quần xã thủy sinh vật
1.2.1. Các ảnh hưởng cấp tính của kim loại đến hệ sinh thái thủy sinh
Độc cấp tính được định nghĩa là độc tính diễn ra trong thời gian phơi nhiễm
ngắn. Trong môi trường nước, khi xem xét ảnh hưởng của chất độc đối với sinh vật
thường sử dụng giá trị LC (Lethal concentration) là nồng độ gây chết sinh vật thử
nghiệm. LC50, LC70, LC90 là nồng độ gây chết 50, 70 và 90% sinh vật thí nghiệm
ở các thời gian phơi nhiễm khác nhau tùy thuộc vào từng loài. Nghiên cứu của

13


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551
Crichton (2004) đã chỉ ra LC50 của Cd và Pb đối với loài ốc biển Cerithedia
cingulate G ở 96 giờ lần lượt là 9,193 và 15,507 mg/L [25]. Kết quả của nghiên cứu

cũng cho thấy nồng độ gây chết 50% sinh vật thử nghiệm của mỗi kim loại là không
giống nhau. Dựa vào các tính tốn LC50 tác giả chỉ ra được tính độc của Hg > Cd >
Pb đối với loài ốc biển được sử dụng trong thử nghiệm. Các cá thể cái của lồi tơm
nước ngọt Pocambarus clarki có khả năng chịu đựng Hg tốt hơn so với cá thể đực.
Các cá thể cái sống sót sau 30 ngày thí nghiệm ở nồng độ HgCl là 10-6M trong khi
50% cá thể đực cịn sống sót chỉ sau 3 ngày [32].
LC50 trong 48 giờ dao động từ 0,01 đến 9 mg/L Cu2+ đối với giáp xác, và
0,039 đến 2,6 mg/L đối với nhuyễn thể. Nồng độ Cu2+ là 0,28 mg/L sẽ ức chế sự
phát triển của một số loài ốc như Physa integra, Campeloma decisum [29].
Từ các thí nghiệm độc học riêng lẻ trong phịng thí nghiệm đối với các sinh
vật chuẩn có thể ngoại suy trong điều kiện thực tế khả năng chống chịu với chất độc
của các cá thể. Kết quả thí nghiệm thể hiện sinh vật này là một lồi có thể chịu đựng
với độc tố, tuy nhiên trong vịng đời của nó có giai đoạn đặc biệt mẫn cảm quyết
định khả năng chịu đựng của quần thể với sự ô nhiễm của môi trường sống.
1.2.2. Các ảnh hưởng mạn tính của kim loại nặng đến quần xã thủy sinh vật và
sự tích tụ trong cơ thể sinh vật
Độc mạn tính được định nghĩa như là độc tính do kết quả của sự phơi nhiễm
lâu dài của sinh vật đối với một độc chất nào đó. Các độc tố thường có mặt trong
nước ngọt ở các nồng độ thấp không phải là nguyên nhân gây chết trực tiếp, nhưng
chúng có thể làm suy giảm chức năng của sinh vật. Những yếu tố ảnh hưởng dưới
mức gây chết có thể tác động đến sinh lý, sinh hóa, mối quan hệ hoặc các mức độ
trong chu trình sống [42].
Trong quần xã sinh vật, các lồi có mối liên hệ sinh dưỡng với nhau qua
chuỗi và lưới thức ăn. Mỗi một loài trong chuỗi tiêu thụ sinh vật đứng trước nó và
lại là nguồn thức ăn cho loài ở bậc dinh dưỡng cao hơn. Các quần thể sinh vật có
thể tăng khả năng chịu đựng đối với các chất ô nhiễm, khả năng này có thể giúp
chúng tồn tại trong các mơi trường ơ nhiễm nặng hơn. Sinh vật có thể đạt được điều

14

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551
này nhờ hoạt động của các cơ quan chức năng như tích lũy độc tố cao hơn, hoặc
trao đổi chất, hoặc loại bỏ các chất ô nhiễm.
Chất độc (không gây chết) trong môi trường sống xâm nhập vào trong cơ thể
sinh vật và chúng khơng có khả năng đào thải ra bên ngồi hoặc khả năng đào thải
của cơ thể kém được gọi là q trình tích tụ sinh học. Sự tích tụ phụ thuộc vào nồng
độ, thời gian tiếp xúc, điều kiện mơi trường và đặc tính của động vật thủy sinh (lồi,
tuổi, thói quen ăn uống) [16]. Tích tụ sinh học thường đề cập đến sự hấp thu và tích
tụ của một chất từ nước, là sự hấp thu trực tiếp của một chất bởi một sinh vật từ môi
trường (như nước) qua da, mang, hoặc phổi. Q trình tích lũy liên tục, thông qua
các bậc dinh dưỡng làm cho sinh vật ở bậc dinh dưỡng càng cao, tích lũy càng
nhiều chất độc, đây là sự khuếch đại sinh học trong quần xã. Cũng bởi hiện tượng
khuếch đại sinh học mà mặc dù, các chất độc ở nguồn ban đầu chỉ là lượng rất thấp
nhưng thơng qua sự tích lũy sinh học trong cơ thể và sự khuếch đại sinh học qua các
bậc dinh dưỡng mà lượng chất độc ở bậc dinh dưỡng sau ln cao hơn bậc dinh
dưỡng trước nó [20]. Cơ chế khuếch đại sinh học cũng tương tự đối với các kim
loại. Khi các kim loại trong đất hoặc nước tưới xâm nhập vào thực vật hoặc các loại
động vật thủy sinh, chúng sẽ tích tụ trong các mơ cơ quan của động, thực vật.
Những lồi sử dụng nguồn động và thực vật này làm nguồn thức ăn lại tiếp tục tích
lũy các kim loại và càng ở các bậc dinh dưỡng sau, sự tích lũy càng lớn. Sự tích lũy
và phóng đại sinh học của thủy ngân trong các bậc dinh dưỡng khác nhau của chuỗi
thức ăn hồ Paijanne, Phần Lan được thể hiện trong Bảng 1.1.

15


Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN
-Tel: (84. 24) 38681686 – Fax: (84. 24) 38693551

Bảng 1.1. Hàm lượng thủy ngân trung bình trong các bậc dinh dưỡng khác nhau của
chuỗi thức ăn trong hồ Paijanne, Phần Lan [36]

Các bậc dinh dưỡng

Hàm lượng thủy ngân (µg/kg trọng
lượng tươi)

Thực vật nổi

15

Các thực vật cao hơn

9

Động vật nổi

13

Động vật ăn cỏ sống ở đáy

77

Động vật ăn thịt sống ở đáy

83

Cá ăn thực vật

332 – 500

Cá ăn động vật

604 – 1.510

Các loại chim ăn cá

2.512 13.685

Cho tới nay, trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã và đang có nhiều nghiên
cứu về độc tính của kim loại nặng đối với hệ sinh thái thủy sinh. Các nghiên cứu về
kim loại nặng ở sơng, hồ, cá và trầm tích là một trong những trọng tâm mơi trường
quan trọng. Ơ nhiễm mơi trường do tính độc hại của kim loại nặng gây mất cân
bằng sinh thái làm suy giảm nhiều quần thể sinh vật đã được tìm thấy ở nhiều quốc
gia trên thế giới.
 Đối với rong, tảo
Nét đặc trưng trong sự phản ứng của tảo đối với các chất ô nhiễm là sự kích
thích quang hợp ở các nồng độ chất độc thấp hay ức chế khi nồng độ tăng. Hiệu ứng
kích thích xảy ra khi nồng độ Hg dưới 0,1 μg/L, Cd 25 – 100 μg/L. Dấu hiệu nhiễm
độc mạnh của Pb và Cd (làm giảm tốc độ phân bào và quang hợp 50 – 100 % so với
bình thường) biểu hiện khi nồng độ 100 μg/L, khi tăng đến 1000 μg/L thì hoạt động
của tế bào thực tế chấm dứt sau 15 – 20 ngày. Khi nồng độ các kim loại lớn hơn 100
μg/L sẽ ức chế hoạt động sống của tất cả các loại tảo [44].
Cu2+ là ức chế quá trình quang hợp và sự phát triển của tế bào. Rất nhiều
loài tảo bị ảnh hưởng ở nồng độ 0,06 mg/L kể cả các loài thuộc ngành tảo lam. Một

16