Nghiên cứu khả năng sử dụng một số loài động vật hai mảnh vỏ để giám sát ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích tại khu vực cửa đại, thành phố hội an, tỉnh quảng nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

HOÀNG VĂN THẾ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG MỘT SỐ
LOÀI ĐỘNG VẬT HAI MẢNH VỎ ĐỂ GIÁM SÁT Ô
NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG TRẦM TÍCH TẠI
KHU VỰC CỬA ĐẠI, THÀNH PHỐ HỘI AN,
TỈNH QUẢNG NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Đà Nẵng – Năm 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

HOÀNG VĂN THẾ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG MỘT SỐ
LOÀI ĐỘNG VẬT HAI MẢNH VỎ ĐỂ GIÁM SÁT Ô
NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG TRẦM TÍCH TẠI
KHU VỰC CỬA ĐẠI, THÀNH PHỐ HỘI AN,
TỈNH QUẢNG NAM

Chuyên ngành: Sinh thái học
Mã số: 60.42.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM THỊ HỒNG HÀ

Đà Nẵng – Năm 2014


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng
được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Tác giả

Hồng Văn Thế


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU........................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................... 3
3. Ý nghĩa của đề tài................................................................................ 3
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................... 4
5. Phương pháp nghiên cứu .................................................................... 4
6. Bố cục của đề tài ................................................................................. 4
7. Tổng quan tài liệu nghiên cứu ............................................................ 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU........................................................ 6
1.1. GIÁM SÁT Ô NHIỄM BẰNG SINH VẬT CHỈ THỊ, CÁCH TIẾP CẬN

VÀ Ý NGHĨA ................................................................................................... 6
1.1.1. Khái niệm về giám sát ô nhiễm bằng sinh vật chỉ thị................... 6
1.1.2. Cách tiếp cận sử dụng sinh vật chỉ thị để giám sát ô nhiễm......... 7
1.1.3. Ý nghĩa của việc sử dụng sinh vật chỉ thị để giám sát ô nhiễm.. 8
1.2. KHÁI NIỆM, ĐẶC TÍNH VÀ TÁC HẠI CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI
NẶNG................................................................................................................ 9
1.2.1. Khái niệm về kim loại nặng .......................................................... 9
1.2.2. Đặc tính và tác hại của kim loại nặng.........................................10
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CÁC LOÀI ĐỘNG VẬT HAI MẢNH VỎ.....18
1.4. TÌNH HÌNH Ơ NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT
NAM................................................................................................................20
1.4.1. Tình hình ơ nhiễm kim loại nặng trên Thế giới..........................20
1.4.2. Tình hình ơ nhiễm kim loại nặng ở Việt Nam............................22
1.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐỘNG VẬT HAI MẢNH VỎ
ĐỂ GIÁM SÁT Ô NHIỄM KLN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM...........25


1.5.1. Trên thế giới................................................................................25
1.5.2. Ở Việt Nam .................................................................................28
1.6. TỔNG QUAN VỀ THÀNH PHỐ HỘI AN VÀ KHU VỰC NGHIÊN
CỨU ................................................................................................................30
1.6.1. Điều kiện tự nhiên.......................................................................30
1.6.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội............................................................35
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.........38
2.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU.........................................38
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu .................................................................38
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu.....................................................................41
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................42
2.2.1. Phương pháp hồi cứu số liệu.......................................................42
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu ngoài thực địa ....................................42

2.2.3. Phương pháp phân tích trong phịng thí nghiệm.........................44
2.2.4. Phương pháp xử lý số liệu ..........................................................45
2.2.5. Phương pháp so sánh ..................................................................46
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ..................................................47
3.1. THÀNH PHẦN LOÀI ĐỘNG VẬT HAI MẢNH VỎ ...........................47
3.2. ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ơ NHIỄM KLN TRONG TRẦM TÍCH............52
3.2.1. Hàm lượng Cadimi......................................................................53
3.2.2. Hàm lượng Chì............................................................................55
3.2.3. Hàm lượng Crơm ........................................................................56
3.2.4. Hàm lượng Thủy ngân ................................................................58
3.3. ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG KLN TRONG MƠ CÁC LỒI ĐỘNG VẬT
HAI MẢNH VỎ..............................................................................................59
3.3.1. Hàm lượng Cadimi......................................................................61
3.3.2. Hàm lượng Chì............................................................................63


3.3.3. Hàm lượng Crôm ........................................................................64
3.3.4. Hàm lượng Thủy ngân ................................................................65
3.4. HỆ SỐ TÍCH LỸ KLN TRONG TRẦM TÍCH VÀ TRONG MÔ
ĐVHMV ..........................................................................................................66
3.5. ĐÁNH GIÁ RỦI RO HỆ SINH THÁI ....................................................68
3.5.1. Đánh giá rủi ro KLN đối với trầm tích đợt 1..............................69
3.5.2. Đánh giá rủi ro KLN đối với trầm tích đợt 2..............................69
3.5.3. Đánh giá rủi ro KLN đối với ĐVHMV đợt 1 .............................70
3.5.4. Đánh giá rủi ro KLN đối với ĐVHMV đợt 2 .............................71
3.6. ĐÁNH GIÁ MỨC TƯƠNG QUAN GIỮA HÀM LƯỢNG KLN TRONG
ĐVHMV VỚI TRẦM TÍCH...........................................................................71
3.6.1. Tương quan giữa hàm lượng Cd trong loài Hến (Corbicula
subsulcata) và loài Hàu (Saccostrea sp.) với trầm tích ..................................72
3.6.2. Tương quan giữa hàm lượng Pb trong loài Hến (Corbicula

subsulcata) và loài Hàu (Saccostrea sp.) với trầm tích ..................................74
3.6.3. Tương quan giữa hàm lượng Cr trong loài Hến (Corbicula
subsulcata) và loài Hàu (Saccostrea sp. ) với trầm tích .................................76
3.6.4. Tương quan giữa hàm lượng Hg trong loài Hến (Corbicula
subsulcata) và loài Hàu (Saccostrea sp.) với trầm tích ..................................78
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................81
1. KẾT LUẬN .................................................................................................81
2. KIẾN NGHỊ ................................................................................................82
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................83
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CÁC KÝ HIỆU
Am

Americi

Ag

Bạc

As

Asen

Au

Vàng

Cd

Cadimi

Co

Cơ ban

Cr

Crơm

Cu

Đồng

Fe

Sắt

Hg

Thủy ngân

Mn

Mangan

Ni

Niken

Pb

Chì

Ra

Rady

Ru

Ruthery

Se

Selen

Sn

Thiếc

Th

Thori

U

Uranium

Pt

Platin

Zn

Kẽm


CHỮ VIẾT TẮT

Anova
BSAF

Analysis of Variance (Phân tích phương sai)
Biota Sediment Accumulation Factor (Hệ số tích lũy trầm tích
- sinh vật)

ĐVHMV

Động vật hai mảnh vỏ

EC

Độ dẫn điện

Eh

Thế oxy hóa khử

HĐND

Hội đồng nhân dân

KLN

Kim loại nặng

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

RQ

Thương số rủi ro/hệ số rủi ro

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TP

Thành phố

UBND

Ủy ban nhân dân

WHO

Tổ chức y tế thế giới


DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu
1.1
1.2

Tên bảng
Tổng lượng một số chất thải gây ô nhiễm đổ ra biển của
một số hệ thống sơng và cả nước
Dịng thơ các KLN tải ra từ sơng trên cả nước

Trang
24
25

Hàm lượng KLN trung bình hàng năm trong mơi trường
1.3

nước và trầm tích vùng Đà Nẵng đến Dung Quất (Quảng

25

Ngãi)
1.4
3.1

3.2
3.3
3.4

Thống kê chỉ tiêu dân số qua các năm
Kích thước và khối lượng lồi Hàu (Saccostrea sp.) và
lồi Hến (Corbicula subsulcata)
Hàm lượng KLN trong trầm tích
Hàm lượng KLN tích lũy trong lồi Hàu (Saccostrea sp.)
và lồi Hến (Corbicula subsulcata)
Kết quả tính tốn hệ số tích lũy KLN trầm tích sinh vật ở
lồi Hến (Corbicula subsulcata) và Hàu (Saccostrea sp.)

50
53
60
60
67

3.5

Thang đánh giá mức độ rủi ro

69

3.6

RQ trong trầm tích đợt 1

69

3.7

RQ trong trầm tích đợt 2

69

3.8

RQ trong ĐVHMV đợt 1

70

3.9

RQ trong ĐVHMV đợt 2

71


DANH MỤC CÁC HÌNH
Tên hình

Số hiệu

Trang

1.1

Vị trí địa lý thành phố Hội An

31

2.1

Loài Hàu (Saccostrea sp.)

39

2.2

Loài Hến (Corbicula subsulcata)

39

2.3

Bản đồ phạm vi khu vực nghiên cứu

41

2.4

Thu mẫu trầm tích tại khu vực nghiên cứu

42

2.5

Bảo quản mẫu ở hiện trường

43

2.6

Thu mẫu bằng cào

43

2.7

Bảo quản mẫu ở Phịng thí nghiệm

43

2.8

Lặn (thợ lặn) thu mẫu

43

2.9

Gàu SKU - 196 - B12

44

2.10

Lấy mẫu trầm tích từ gàu

43

2.11

Xử lý mẫu động vật

44

2.12

Mẫu trầm tích để khơ tự nhiên

45

2.13

Nghiền mẫu trầm tích

45

3.1

Một số lồi ĐVHMV thu được tại khu vực nghiên cứu

48

3.2

Hàu bám ở chân cầu Cảng

48

3.3

Hàu bám trên thân cây

48

3.4

Hến tại khu vực có bãi Cỏ biển

49

3.5

Hàm lượng Cd trong trầm tích

54

3.6

Hàm lượng Pb trong trầm tích

55

3.7

Hàm lượng Cr trong trầm tích

57

3.8

Hàm lượng Hg trong trầm tích

58


3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.19
3.20

Hàm lượng Cd tích lũy trong lồi Hến (Corbicula
subsulcata) và Hàu (Saccostrea sp.)
Hàm lượng Pb tích lũy trong lồi Hến (Corbicula
subsulcata) và Hàu (Saccostrea sp.)
Hàm lượng Cr tích lũy trong lồi Hến (Corbicula
subsulcata) và Hàu (Saccostrea sp.)
Hàm lượng Hg tích lũy trong loài Hến (Corbicula

subsulcata) và loài Hàu (Saccostrea sp)
Tương quan giữa hàm lượng Cd trong trầm tích và lồi
Hến (Corbicula subsulcata)
Tương quan giữa hàm lượng Cd trong trầm tích và loài
Hàu (Saccostrea sp.)
Tương quan giữa hàm lượng Pb trong trầm tích và lồi
Hến (Corbicula subsulcata)
Tương quan giữa hàm lượng Pb trong trầm tích và lồi
Hàu (Saccostrea sp.)
Tương quan giữa hàm lượng Cr trong trầm tích và lồi
Hến (Corbicula subsulcata)
Tương quan giữa hàm lượng Cr trong trầm tích và lồi
Hàu (Saccostrea sp.)
Tương quan giữa hàm lượng Hg trong trầm tích và
loài Hến (Corbicula subsulcata)
Tương quan giữa hàm lượng Hg trong trầm tích và
lồi Hàu (Saccostrea sp.)

61
63
64
65
72
73
74
75
76
77
78
79

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của ngành cơng
nghiệp, q trình đơ thị hóa và gia tăng dân số đã làm phát sinh đáng kể các
chất gây ô nhiễm môi trường. Đặc biệt là ô nhiễm môi trường do các kim loại
nặng, trong đó có các vùng cửa sơng [10], [11]. Vì phần lớn các chất ơ nhiễm
sau khi phát sinh sẽ theo các con đường khác nhau được vận chuyển theo các
dịng suối, dịng sơng rồi đổ ra biển.
Theo tài liệu của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA),
hàng năm độc tố gây nên bởi các KLN do hoạt động của con người tạo ra đã
vượt qua độc tố tổng cộng của tất cả các chất phóng xạ và chất thải hữu cơ
[15]. Vì các KLN có khả năng tích tụ cao, khó loại bỏ,… do vậy khi xâm
nhập vào cơ thể với hàm lượng vượt quá tiêu chuẩn sẽ ảnh hưởng đến đời
sống của các sinh vật, gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người thông qua
chuỗi thức ăn. Các KLN theo các dịng sơng và thường tới cửa sơng ven biển
thì kết tủa, tích tụ lại trong trầm tích do sự thay đổi về các yếu tố lý, hóa (pH,
độ mặn, Eh,…). Vì vậy, việc xác định hàm lượng KLN trong trầm tích tại các
vùng cửa sơng là rất cần thiết [48], [49].
Bên cạnh những phương pháp lý, hóa dùng để xác định, đánh giá ơ
nhiễm KLN trong trầm tích thì phương pháp sử dụng động vật hai mảnh vỏ
(hến, hàu, vẹm, trai,…) để giám sát ô nhiễm kim loại nặng là một hướng
nghiên cứu được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm. Vì các đối
tượng này thỏa mãn được hầu hết các tiêu chí của sinh vật tích tụ (phân bố
rộng, khả năng di chuyển chậm, kích thước tương đối lớn, đời sống đủ
dài,…) [11], [29], phương pháp này khơng địi hỏi phải thu mẫu với tần

2

suất cao và chi phí thấp, đặc biệt thơng qua việc phân tích hàm lượng KLN
có trong mơ có thể xác định được xu hướng tích lũy và mối quan hệ giữa
hàm lượng KLN trong cơ thể sinh vật và mơi trường, từ đó đánh giá được
những tác động tổng hợp, lâu dài đối với sinh vật và hệ sinh thái [10], [41].
Sơng Thu Bồn với diện tích lưu vực rộng 10,496 km2 (Ủy hội sông Mê
Kông), là một trong những con sông nội địa lớn nhất Việt Nam [31]. Sông bắt
nguồn từ núi Ngọc Linh thuộc huyện Đăk Glei, tỉnh Kon Tum chảy qua các
huyện trung du của tỉnh Quảng Nam như Nam Trà My, Bắc Trà My, Tiên
Phước, Hiệp Đức, Nông Sơn. Sông Thu Bồn nhận chi lưu lớn nhất ở tả ngạn
là sông Vu Gia tại Giao Thủy, từ đây sông chảy qua vùng đồng bằng các
huyện Duy Xuyên, Điện Bàn và thành phố Hội An, sau đó đổ ra Biển Đơng
tại cửa Đại [62]. Trong những năm gần đây, với việc phát triển các khu công
nghiệp, xây dựng thủy điện, khai thác khoáng sản, khai thác rừng,… nhất là ở
các vùng dọc theo lưu vực sông, đã làm phát sinh và gia tăng các chất thải,
gây nguy cơ ơ nhiễm cho dịng sơng Thu Bồn, đặc biệt là ô nhiễm KLN tại
khu vực cửa Đại.
Khu vực cửa Đại với nhiều hệ sinh thái có vai trị vô cùng quan trọng
đối với việc phát triển du lịch sinh thái ở thành phố Hội An và đặc biệt
quan trọng đối với các hệ sinh thái Cù Lao Chàm (là khu dự trữ sinh quyển
thế giới). Vì vậy, việc giám sát ô nhiễm KLN trong các thành phần môi
trường, trong đó có thành phần mơi trường trầm tích là rất cần thiết. Tuy
nhiên, các nghiên cứu về sử dụng động vật hai mảnh vỏ để giám sát KLN
trong trầm tích tại khu vực này rất hiếm hoi như năm 2010 có nghiên cứu
của Nguyễn Văn Khánh, Võ Văn Minh, Trần Duy Vinh, Lưu Đức Hải về
Khả năng tích lũy của Hg trong trầm tích và trong lồi Hến (Meretrix
meretrix Linnaeus), loài Hến (Corbicula sp.) [46]. Trước những vấn đề

trên, nhận thấy việc nghiên cứu sử dụng động vật hai mảnh vỏ để giám sát


3

ơ nhiễm KLN trong trầm tích tại khu vực cửa Đại trở nên cấp thiết.
Xuất phát từ những cơ sở khoa học và lý luận thực tiễn trên, chúng tôi
tiến hành đề tài “Nghiên cứu khả năng sử dụng một số lồi động vật hai
mảnh vỏ để giám sát ơ nhiễm kim loại nặng trong trầm tích tại khu vực cửa
Đại, thành phố Hội An, tỉnh Quảng Nam”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
2.1. Mục tiêu tổng quát
Đánh giá khả năng sử dụng động vật hai mảnh vỏ để giám sát ô nhiễm
KLN (Pb, Cd, Cr, Hg) ở khu vực cửa Đại, TP. Hội An, tỉnh Quảng Nam. Góp
phần làm cơ sở cho các cơ quan quản lý địa phương hướng đến cơng cụ giám
sát ơ nhiễm KLN trong trầm tích bằng ĐVHMV tại khu vực cửa Đại, thành
phố Hội An, tỉnh Quảng Nam.
2.2. Mục tiêu cụ thể
- Xác định được hàm lượng và mức độ ô nhiễm Pb, Cd, Cr, Hg trong
trầm tích tại khu vực nghiên cứu.
- Xác định được hàm lượng Pb, Cd, Cr, Hg tích lũy trong lồi Hàu và
Hến tại khu vực nghiên cứu.
- Đánh giá được mức độ tương quan về Pb, Cd, Cr, Hg trong trầm tích với
trong lồi Hàu và Hến, từ đó đánh giá khả năng sử dụng làm sinh vật chỉ thị.
3. Ý nghĩa của đề tài
3.1. Ý nghĩa lý luận
Đề tài góp phần làm cơ sở dự liệu, cho nghiên cứu khả năng sử dụng
công cụ giám sát ô nhiễm KLN trong trầm tích bằng ĐVHMV, tại khu vực
cửa sơng dựa vào mức độ tương quan giữa KLN trong cơ thể sinh vật và trong
trầm tích.

4

3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài góp phần làm cơ sở giúp các cơ quan quản lý địa phương hướng
đến cơng cụ giám sát ơ nhiễm KLN trong trầm tích bằng ĐVHMV tại khu
vực Cửa Đại, thành phố Hội An, tỉnh Quảng Nam nói riêng và ở Việt Nam
nói chung.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là loài Hàu (Saccostrea sp.), loài Hến
(Corbicula subsulcata) thuộc Ngành thân mềm (Mollusca), sống phổ biến tại
khu vực cửa Đại, thành phố Hội An, tỉnh Quảng Nam và 4 KLN là Cadimi,
Chì, Crơm và Thủy ngân.
4.2. Phạm vi nghiên cứu
- Không gian: Khu vực cửa Đại, thành phố Hội An, tỉnh Quảng Nam.
- Thời gian: Thời gian nghiên cứu được tiến hành từ tháng 8/2012 đến
tháng 11/2013.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp hồi cứu số liệu.
- Phương pháp nghiên cứu ngoài thực địa.
- Phương pháp phân tích trong phịng thí nghiệm.
- Phương pháp xử lý số liệu.
- Phương pháp so sánh.
6. Bố cục của đề tài
Luận văn được trình bày 87 trang, bao gồm Mở đầu (5 trang), Chương
1 – Tổng quan tài liệu nghiên cứu (29 trang), Chương 2 – Đối tượng, phạm vi
và phương pháp nghiên cứu (12 trang), Chương 3 – Kết quả và Bàn luận (32
trang), Kết luận và Kiến nghị (2 trang) và Tài liệu tham khảo (7 trang).

5

6. Tổng quan tài liệu nghiên cứu
- Giám sát ô nhiễm bằng sinh vật chỉ thị, cách tiếp cận và ý nghĩa.
- Kim loại nặng và đặc tính của chúng.
- Đặc điểm chung của các loài động vật hai mảnh vỏ.
- Tình hình ơ nhiễm kim loại nặng trên thế giới và Việt Nam.
- Tình hình nghiên cứu sử dụng động vật hai mảnh vỏ để giám sát ô
nhiễm kim loại nặng trên thế giới và Việt Nam.
- Tổng quan về thành phố Hội An và khu vực nghiên cứu.


6

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. GIÁM SÁT Ô NHIỄM BẰNG SINH VẬT CHỈ THỊ, CÁCH TIẾP
CẬN VÀ Ý NGHĨA
1.1.1. Khái niệm về giám sát ô nhiễm bằng sinh vật chỉ thị
Một điều hiển nhiên là tất cả các cơ thể sống đều chịu ảnh hưởng bởi
các điều kiện vật lý và hóa học trong mơi trường xung quanh. Vì vậy, từ lâu
nhiều nhà khoa học đã quan tâm đến việc sử dụng sinh vật để giám sát ô
nhiễm chất lượng môi trường. Nhiều cách tiếp cận khác nhau về vấn đề này
được nghiên cứu, nhưng nhìn chung đều dựa vào khả năng đáp ứng của sinh
vật dưới ảnh hưởng của điều kiện môi trường, để phản ánh chất lượng môi
trường sống của chúng [14].

Theo Rosenberg và Resh (1993) giám sát sinh học (Biomonitoring) là
sử dụng một cách có phương pháp các đáp ứng sinh học để đánh giá các biến
đổi môi trường [29].
Theo Radecki và Radecka (1995), Namiesnik và Wardencki (2000) thì
đó là một q trình mà cơ thể thực vật, động vật hoặc một phần của chúng
được sử dụng để cung cấp thơng tin liên tục, phân tích thơng tin qua thời gian
[29].
Theo Markert và cs. thì giám sát sinh học là phương pháp quan sát
sự ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài đến hệ sinh thái và sự thay đổi của
chúng theo thời gian hay việc xác định sự khác biệt giữa các khu vực khác
nhau [41].
Còn theo Van Der Oost và cs. (2003), giám sát sinh học là việc sử dụng
thường xuyên có hệ thống sinh vật sống để đánh giá những thay đổi trong môi


7

trường hoặc chất lượng nước trong điều kiện phịng thí nghiệm hay ngồi hiện
trường bằng cách đánh giá tích lũy sinh học (bioaccumulation), ảnh hưởng
sinh học, sức khỏe sinh học (khi xuất hiện bệnh) hay tình trạng của hệ sinh
thái [29].
1.1.2. Cách tiếp cận sử dụng sinh vật chỉ thị để giám sát ô nhiễm
Tất cả cơ thể sống đều chịu ảnh hưởng bởi các điều kiện vật lý và hóa
học trong mơi trường xung quanh. Trên cơ sở những hiểu biết về tác động của
các yếu tố vật lý, hóa học lên những cơ thể sống để có thể xác định khơng chỉ
sự có mặt mà cịn các mức của chất trong môi trường. Những sinh vật bị các
chất ô nhiễm hoặc các chất tự nhiên có mặt nhiều trong môi trường tác động
và thông qua các biểu hiện của chúng sẽ chỉ thị cho bản chất và mức độ gây ơ
nhiễm. Vì vậy cách tiếp cận chung là dựa vào các thay đổi của sinh vật,
những thay đổi này có thể được nhận diện qua một số biểu hiện như [14]:

- Những thay đổi về thành phần loài hoặc các nhóm ưu thế trong quần
xã sinh vật.
- Những thay đổi về đa dạng loài trong quần xã.
- Tỉ lệ chết trong quần thể gia tăng, đặc biệt ở giai đoạn non mẫn cảm
như trứng và ấu trùng.
- Thay đổi sinh lý và tập tính trong các cá thể.
- Những khiếm khuyết về hình thái và tế bào trong các cá thể.
- Sự tích lũy dần các chất gây ô nhiễm hoặc sự trao đổi chất trong các
mô của những cá thể.
Những sinh vật sử dụng để giám sát chất lượng môi trường được gọi là
những sinh vật chỉ thị. Sinh vật chỉ thị là sinh vật chứa đựng những thông tin
phản ánh chất lượng của môi trường (hoặc 1 phần của mơi trường) [37]. Sinh
vật chỉ thị có thể được chia thành hai nhóm: nhóm các lồi cảm ứng (nhạy


8

cảm) và nhóm các lồi có khả năng chống chịu với chất ơ nhiễm (sinh vật tích
tụ) [14].
Sinh vật cảm ứng là những sinh vật chỉ thị có thể tiếp tục hiện diện
trong mơi trường ơ nhiễm, thích ứng, phù hợp với tính chất của sinh vật chỉ
thị song có thể biến đổi ít nhiều do tác động của chất ơ nhiễm; cịn sinh vật
tích tụ là sinh vật khơng chỉ có tính chất chỉ thị cho mơi trường thích ứng mà
có khả năng tích lũy các chất ơ nhiễm (kim loại nặng,…) nào đó trong cơ thể
chúng cao hơn nhiều lần so với mơi trường bên ngồi. Bằng phương pháp
phân tích hóa sinh hữu cơ mơ cơ thể của chúng để phát hiện, đánh giá các
chất ô nhiễm dễ dàng hơn so với phương pháp phân tích thủy hóa [14].
Khơng phải tất cả sinh vật đều có khả năng làm chỉ thị mà chỉ có một
số ít các lồi sinh vật có khả năng đáp ứng các tiêu chí của sinh vật chỉ thị.
Việc lựa chọn các sinh vật chỉ thị cần phải đáp ứng đầy đủ các tiêu chí khác

nhau, theo Phillips và Rainbow (1994), Connell và cs. (1999) đó là [29]:
- Dễ định loại.
- Tích lũy chất ô nhiễm mà không gây chết.
- Ít vận động để đại diện cho khu vực giám sát.
- Phong phú tại khu vực nghiên cứu.
- Có giá trị kinh tế.
- Có đời sống đủ dài để theo dõi.
- Dễ dàng lấy mẫu, khỏe để có thể sống trong điều kiện thí nghiệm và
cung cấp đủ lượng mơ cho các phân tích.
- Tồn tại mối tương quan đơn giản giữa chất ô nhiễm trong sinh vật chỉ
thị và trong môi trường.
1.1.3. Ý nghĩa của việc sử dụng sinh vật chỉ thị để giám sát ô nhiễm
Nghiên cứu về các tác động là nguyên nhân phát triển các phương pháp


9

giám sát sinh học để quan trắc chất lượng môi trường, mà đơi khi có thể thay
thế các phương pháp hóa học đắt tiền. Phương pháp giám sát sinh học có thể
tạo ra những ưu việt đáng kể so với phương pháp hóa học như quan trắc hóa
học khơng cho phép chúng ta đánh giá ảnh hưởng của ô nhiễm đến cá thể,
quần thể, quần xã sinh vật, chỉ phản ánh được chất lượng môi trường tại thời
điểm lấy mẫu, tần suất thu mẫu cao có thể gây tốn kém hơn so với phương
pháp sinh học [14], [29].
Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp sử dụng sinh vật chỉ thị đó là
khơng cho biết chính xác nhân tố và ngun nhân gây ô nhiễm môi trường. Sự
phản ứng của sinh vật đối với chất ô nhiễm phụ thuộc nhiều vào các nhân tố
sinh thái chứ không chỉ phụ thuộc vào nồng độ và chủng loại của chất ơ
nhiễm, vì vậy mối quan hệ giữa sự tích lũy chất ơ nhiễm và hàm lượng có
trong mơi trường cần được đánh giá để xem xét và lựa chọn những đối tượng

phù hợp để có thể trở thành một cơng cụ chỉ thị hiệu quả (Perera, 2004) [55].
1.2. KHÁI NIỆM, ĐẶC TÍNH VÀ TÁC HẠI CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI
NẶNG
1.2.1. Khái niệm về kim loại nặng
Thuật ngữ kim loại nặng (heavy metal) đã được nhiều nhà khoa học
truy vấn trong nhiều năm. Điển hình như Heuman, Phipps, VanLoon và
Duffy đã nỗ lực để tìm ra một cách định nghĩa chung nhưng đến nay vẫn
chưa thực sự thống nhất. Từ năm 1936 đã xuất hiện nhiều cách hiểu khác
nhau về thuật ngữ này dựa trên tỉ trọng của các nguyên tố hóa học. Ban đầu
Bjerrgard M.H xác định KLN là những nguyên tố có tỷ trọng (d) > 7 g/cm3.
Qua nhiều năm định nghĩa này được chỉnh sửa bởi nhiều tác giả khác. Năm
1964 và 1987 các tổ chức hóa học quốc tế (Van Nostrand, Grant và Hackh)
lại xác định KLN là những nguyên tố có d > 4 g/cm3. Vào những năm
1989, 1991 và 1992 Parker, Lozet, Mathieu và Morris chọn một giá trị d >


10

5 g/cm3 và KLN được định nghĩa là những kim loại có khối lượng riêng lớn
hơn 5 g/cm3 ngoại trừ As là một á kim nhưng được xếp vào nhóm KLN do
cơ chế ảnh hưởng đến sinh vật gần giống KLN [21]. Một số KLN là những
nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể sinh vật như Cu, Mn, Fe và Zn
nhưng có thể gây độc cho sinh vật khi vượt quá nhu cầu của cơ thể, một số
KLN khác có độc tính cao như Hg, As, Cd, Pb, có thể gây độc cho sinh vật
ở hàm lượng rất thấp [2], [49], [38]. Điều đó cho thấy rằng việc định nghĩa
rõ ràng về KLN chưa đến hồi kết.
Trong phạm vi nghiên cứu, đề tài sử dụng khái niệm của Bjerrgard
M.H (1991) là khái niệm được sử dụng lâu đời và phổ biến nhất trong các tài
liệu nước ngồi. Ơng cho rằng “kim loại nặng là các kim loại có tỉ trọng (d)
lớn hơn 5 bao gồm như: Hg (d = 13,6), Pb (d = 11,34), Cd (d = 8,6), As (d =

5,72), Zn (d = 7,10), Co (d = 8,9), Cu (d = 8,96), Cr (d = 7,1), Fe (d = 7,87),
Mn (d =7,44), Ni (d = 8,90),…. Ngoài ra các á kim như As, Se cũng được
xem như kim loại nặng”. Các nguyên tố này cần thiết cho sinh vật ở hàm
lượng nhỏ, gọi là nguyên tố vi lượng, nhưng nếu hàm lượng cao sẽ gây độc
cho sinh vật [41].
Kim loại nặng được chia làm 3 loại: các kim loại độc hại (Hg, Cr, Pb,
Zn, Cu, Ni, Cd, As, Co, Sn,…), những kim loại quý (Pd, Pt, Au, Ag, Ru,…),
các kim loại phóng xạ (U, Th, Ra, Am,…) (Bishop, 2002).
1.2.2. Đặc tính và tác hại của kim loại nặng
a. Đặc điểm chung của các kim loại nặng
Kim loại nặng không bị phân hủy sinh học (Tam & Wong, 1995),
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 (Shahidul & Tanaka, 2004).


11

Một số kim loại nặng được tìm thấy trong cơ thể con người có vai trị
thiết yếu cho sức khỏe mặc dù với lượng rất ít. Tuy nhiên, ở mức thừa các
nguyên tố này có thể nguy hại đến sinh vật (Foulkes, 2000). Với thực vật khi
hàm lượng Cu là 0,1 mg/l đã gây độc. Khi nồng độ Pb trong máu đạt 0,3 ppm
thì ngộ độc bắt đầu và nồng độ Pb > 0,8 mg/l thì hụt hẳn Hemoglobin gây
thiếu máu, làm rối loạn chức năng thận. Theo quy định của Tổ chức y tế thế
giới lượng Cd được cơ thể người chấp nhận tối đa là 100 mg/ngày hoặc tối đa
là 1 mg/kg trọng lượng cơ thể [1], [15], [27].
Các nguyên tố kim loại ở dạng ion thể hiện tính độc khi chúng đi vào
chuỗi thức ăn (thủy ngân, niken, chì, asen, cadimi, nhơm, platin và đồng).
Nếu kim loại đi vào cơ thể và tích lũy bên trong tế bào lớn hơn sự phân giải
thì chúng sẽ tăng dần và sự ngộ độc sẽ xuất hiện (Foulkes, 2000). Do vậy,

người ta bị ngộ độc không những với hàm lượng cao của kim loại nặng mà
cả khi với hàm lượng thấp và thời gian kéo dài sẽ đạt đến hàm lượng gây
độc [27], [41].
Khác với các chất thải hữu cơ có thể tự phân hủy trong đa số trường
hợp, các kim loại nặng có đặc tính khi đã phóng thích vào mơi trường thì
sẽ tồn tại lâu dài, chúng tích tụ vào các mô sống qua chuỗi thức ăn. Con
người, xét theo quan điểm sinh thái, thường có vị trí cuối cùng trong
chuỗi thức ăn, vì thế họ là nạn nhân lớn nhất của ô nhiễm kim loại nặng.
Các hoạt động cơng nghiệp hóa chất, khai khống, gia cơng và chế biến
kim loại, công nghiệp pin và ắc qui, công nghiệp thuộc da, giao thơng vận
tải,... là ngun nhân chính góp phần gia tăng ơ nhiễm kim loại nặng
trong mơi trường [27].
Pb, Cd, Cr và Hg là những kim loại cần thiết cho sinh vật và con người,
tuy nhiên nếu tích tụ với hàm lượng q mức cho phép thì chúng sẽ trở thành
những kim loại nặng độc hại [27].


12

b. Đặc điểm của Cadimi
Cadimi có kí hiệu hóa học là Cd, khối lượng nguyên tử 112,411 đ.v.C
có khối lượng riêng 8,642 g/cm3, thuộc nhóm phân loại IIB là kim loại thuộc
nhóm 12, số thứ tự 48 trong bảng tuần hồn hóa học. Dạng tồn tại chủ yếu của
Cadimi trong tự nhiên là các muối CdCl2 và CdSO4 [1], [11], [58].
Trong công nghiệp cadimi được sử dụng để làm chất màu trong sơn,
chất dẻo, mạ điện, chế tạo hợp kim, pin sạc [1], [11], [58].
Nhiễm độc Cd cấp tính gây đau rát ở vùng tiếp xúc. Sau khi ăn uống
và bị nhiễm độc cadimi, các triệu chứng chính thường gặp là buồn nôn,
nôn, đau bụng. Nhiễm độc qua đường hô hấp có thể dẫn đến phù phổi.
Nhiễm độc mãn tính thường được quan tâm đặc biệt vì cadimi bị đào thải

khỏi cơ thể rất chậm, thời gian bán phân hủy trong cơ thể vào khoảng 30
năm. Vì vậy, phơi nhiễm ở nồng độ thấp có thể dẫn đến tình trạng tích lũy
Cadimi trong cơ thể [1], [11], [58].
Phần lớn cadimi thâm nhập vào cơ thể con người được đào thải từ từ
qua thận, khoảng 1% được giữ lại trong thận, do cadimi liên kết với protein
tạo thành metallotionein có ở thận. Phần cịn lại trong cơ thể dần dần được
tích lũy cùng với tuổi tác. Khi lượng Cd2+ được tích lũy đủ lớn, nó có thể thế
chỗ ion Zn2+ trong các enzim quan trọng gây ra rối loạn tiêu hóa và các chứng
bệnh rối loạn chức năng của thận, thiếu máu, tăng huyết áp, gây dòn xương,
phá hủy tủy xương, gây ung thư [1], [11], [58].
Sự cố nhiễm độc cadimi xảy ra ở tỉnh Toyama, Nhật Bản, vào những
năm 1940 do hoạt động khai khống làm ơ nhiễm cadimi trên sông Jinzu và
các phụ lưu. Nước sông được sử dụng cho thủy lợi và dùng để sản xuất nước
uống. Hậu quả làm hàng trăm người dân sống trong khu vực bị mắc chứng
bệnh do nhiễm độc cadimi có tên gọi là “bệnh Itai-Itai”. Hầu hết nạn nhân đều


13

bị tổn thương thận và loãng xương, nhiều người đã chết. Vụ nhiễm độc ở
Toyama được xem là vụ nhiễm độc cadimi nghiêm trọng nhất từ trước đến
nay [1], [11], [58].
c. Đặc điểm của Chì
Chì có ký hiệu hóa học là Pb và có số nguyên tử là 82 đ.v.C. Chì có hóa
trị phổ biến là II, có khi là IV. Chì là một kim loại mềm, nặng, độc hại và có
thể tạo hình. Chì có màu trắng xanh khi mới cắt nhưng bắt đầu xỉn màu thành
xám khi tiếp xúc với khơng khí. Chì có tính chống ăn mịn cao và do thuộc
tính này, nó được sử dụng để chứa các chất ăn mịn (như axit sulfuric). Do
tính dễ dát mỏng và chống ăn mịn, nó được sử dụng trong các cơng trình xây
dựng như trong các tấm phủ bên ngồi các khớp lợp, Chì dùng trong ắc quy

chì, đạn và là một phần của nhiều hợp kim. Chì kim loại có thể làm cứng bằng
cách thêm vào một lượng nhỏ antimony, hoặc một lượng nhỏ các kim loại
khác như canxi. Chì có số ngun tố cao nhất trong các ngun tố bền [58].
Chì kim loại có tồn tại trong tự nhiên nhưng ít gặp. Chì thường được
tìm thấy ở dạng quặng cùng với kẽm, bạc, đồng và được thu hồi cùng với các
kim loại này. Khống chì chủ yếu là galena (PbS), trong đó chì chiếm 86,6%
khối lượng, các dạng khống chứa chì khác như cerussite (PbCO3) và
anglesite (PbSO4) [1], [60].
Chì trong khơng khí có thể bị hít vào hoặc ăn sau khi nó lắng đọng.
Nó bị hấp thụ nhanh chóng vào máu và được cho là có ảnh hưởng đến hệ
thần kinh trung ương, tim mạch, thận và hệ miễn dịch. Khi tiếp xúc ở một
mức độ nhất định thì chì gây tổn thương cho hệ thần kinh và gây ra rối loạn
não. Tiếp xúc ở mức cao cũng gây ra rối loạn máu ở động vật. Giống với
thủy ngân, chì là chất độc thần kinh tích tụ trong mơ mềm và trong xương.
Nhiễm độc chì đã được ghi nhận từ thời La Mã cổ đại, Hy Lạp cổ đại, và
Trung Quốc cổ đại [1], [60].


14

Chì là một kim loại độc có thể gây tổn hại cho hệ thần kinh, đặc biệt là
ở trẻ em và có thể gây ra các chứng rối loạn não và máu. Ngộ độc chì chủ yếu
từ đường thức ăn hoặc nước uống có nhiễm chì; nhưng cũng có thể xảy ra sau
khi vơ tình nuốt phải các loại đất hoặc bụi nhiễm chì hoặc sơn gốc chì. Tiếp
xúc lâu ngày với chì hoặc các muối của nó hoặc các chất ơxy hóa mạnh như
PbO2 có thể gây bệnh thận và các cơn đau bất thường giống như đau bụng.
Đối với phụ nữ mang thai, khi tiếp xúc với chì ở mức cao có thể bị sẩy thai.
Tiếp xúc lâu dài và liên tục với chì làm giảm khả năng sinh sản ở nam giới.
Ảnh hưởng của chì cũng làm giảm vĩnh viễn khả năng nhận thức của trẻ em
khi tiếp xúc ở mức cực kỳ thấp [1], [60].

Chì làm ô nhiễm đất cũng là một vấn đề cần quan tâm, vì chì có mặt
trong các mỏ tự nhiên và cũng có thể đi vào đất thơng qua sự rị rỉ từ gasoline
của các bồn chứa dưới mặt đất hoặc các dịng chảy của sơn chứa chì hoặc từ
các nguồn của các ngành cơng nghiệp sử dụng chì [1], [60].
d. Đặc điểm của Crơm
Crơm là một ngun tố hóa học có ký hiệu Cr và số nguyên tử bằng 24
đ.v.C. Crơm là một kim loại cứng, mặt bóng, màu xám thép với độ bóng cao
và nhiệt độ nóng chảy cao. Nó là chất khơng mùi, khơng vị và dễ rèn. Các
trạng thái ơxi hóa phổ biến của crơm là +2, +3 và +6, với +3 là ổn định nhất.
Các trạng thái +1, +4 và +5 là khá hiếm. Các hợp chất của crơm với trạng thái
ơxi hóa +6 là những chất có tính ơxi hóa mạnh. Trong khơng khí, crơm được
ơxy thụ động hóa tạo thành một lớp mỏng ơxít bảo vệ trên bề mặt, ngăn chặn
q trình ơxi hóa tiếp theo đối với kim loại ở phía dưới [1], [61].
Crôm là nguyên tố phổ biến trong vỏ Trái Đất với nồng độ trung bình
100 ppm. Các hợp chất crơm được tìm thấy trong mơi trường do bào mịn các
đá chứa crơm và có thể được cung cấp từ nguồn núi lửa. Nồng độ trong đất
nằm trong khoảng 1 đến 3000 mg/kg, trong nước biển từ 5 đến 800 µg/lit,