Tác động của khí CH4 h2s lên quần xã tuyến trùng sông ba lai thuộc tỉnh bến tre
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.37 MB, 107 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Nguyễn Thị Huỳnh
TÁC ĐỘNG CỦA KHÍ CH4, H2S
LÊN QUẦN XÃ TUYẾN TRÙNG SÔNG BA LAI
THUỘC TỈNH BẾN TRE
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
Thành phố Hồ Chí Minh - 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Nguyễn Thị Huỳnh
TÁC ĐỘNG CỦA KHÍ CH4, H2S
LÊN QUẦN XÃ TUYẾN TRÙNG SÔNG BA LAI
THUỘC TỈNH BẾN TRE
Chuyên ngành : Sinh thái học
Mã số
: 8420120
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. NGÔ XUÂN QUẢNG
Thành phố Hồ Chí Minh - 2020
LỜI CAM ĐOAN
Tôi, học viên Nguyễn Thị Huỳnh lớp Sinh Thái học K29 trường Đại học Sư
phạm thành phố Hồ Chí Minh xin cam đoan tồn bộ kết quả đề tài hoàn toàn trung
thực và được tài trợ bởi Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia
(NAFOSTED) trong đề tài mã số 106.06-2019.51 của Viện Sinh học nhiệt đới, Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (do PGS.TS. Ngô Xuân Quảng làm chủ
nhiệm). Chủ nhiệm đề tài cho phép tôi sử dụng một số tư liệu của đề tài để hoàn
thành luận văn.
Học viên cao học
Nguyễn Thị Huỳnh
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em chân thành cảm ơn người Thầy
PGS.TS. Ngô Xuân Quảng. Thầy đã tận tình hướng dẫn em thực hiện luận văn, nếu
khơng có những lời hướng dẫn, dạy bảo của Thầy thì luận văn này rất khó có thể
thực hiện được. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn Thầy.
Em xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh,
Phịng Sau Đại học, Khoa Sinh, quý Thầy Cô Trường Đại học Sư phạm Thành phố
Hồ Chí Minh đã tạo mơi trường học tập cho em, dạy dỗ, truyền đạt nhiều kiến thức
bổ ích về Sinh thái học. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS.Tống
Xuân Tám - Người đã tận tâm với từng học viên khóa K29.
Em xin chân thành cảm ơn Viện Sinh học nhiệt đới (Viện Hàn lâm Khoa học
và Công nghệ Việt Nam), các Anh Chị, Em trong Phịng Cơng nghệ và Quản lý Mơi
trường đã tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn. Em chân thành cảm ơn
anh ThS. Trần Thành Thái, Chị ThS. Nguyễn Thị Mỹ Yến đã giúp đỡ em rất nhiều
trong khi thực hiện luận văn, chỉ dẫn em rất nhiều điều bổ ích.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy và các Anh Chị, các Em trong phịng thí
nghiệm Hóa phân tích trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia
Thành phố Hồ Chí Minh đã giúp đỡ em thu mẫu, phân tích các chỉ tiêu hóa học.
Em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy cô trong hội đồng chấm luận văn và
phản biện luận văn đã dành thời gian đọc, góp ý, nhận xét. Những góp ý, đánh giá
của Quý Thầy Cô là quý báu và giúp em hồn thiện hơn.
Sau cùng, con xin tỏ lịng biết ơn đến Ba Mẹ, người thân và bạn bè đã luôn
bên cạnh ủng hộ, động viên cố gắng ra trường đúng hạn.
Tuy có nhiều cố gắng, nhưng trong Luận văn này khơng tránh khỏi những
thiếu sót, hạn chế. Kính mong Quý Thầy Cô, các chuyên gia, những người quan tâm
đến đề tài, và bạn bè tiếp tục có những ý kiến đóng góp, giúp đỡ để đề tài được hoàn
thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn.
Tp.HCM, ngày 10 tháng 08 năm 2020
Nguyễn Thị Huỳnh
MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN ......................................................................................... 5
1.1. Các ảnh hưởng của đập chắn và khả năng phát thải khí CH4, H2S từ đập
chắn - hồ chứa .................................................................................................. 5
1.1.1. Sơ lược về các tác động của đập chắn hồ chứa lên hệ sinh thái................ 5
1.1.2. Hiện tượng phát thải khí CH4, H2S từ trầm tích đập chắn hồ chứa........... 5
1.1.3. Lược sử nghiên cứu phát thải khí CH4, H2S từ đập chắn hồ chứa .......... 10
1.1.4. Đập Ba Lai và khả năng phát thải khí CH4, H2S do đập chắn ................ 11
1.2. Ảnh hưởng của khí CH4, H2S lên thủy sinh vật ............................................. 12
1.3. Ảnh hưởng của khí CH4, H2S đến quần xã tuyến trùng ................................. 13
1.3.1. Giới thiệu tuyến trùng ............................................................................. 13
1.3.2. Phân bố và đa dạng .................................................................................. 13
1.3.3. Vai trò của tuyến trùng trong hệ sinh thái ............................................... 13
1.3.4. Sử dụng tuyến trùng làm chỉ thị sinh học................................................ 14
Chƣơng 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................... 17
2.1. Thời gian, địa điểm và tư liệu nghiên cứu ..................................................... 17
2.1.1. Thời gian nghiên cứu............................................................................... 17
2.1.2. Địa điểm nghiên cứu ............................................................................... 17
2.1.3. Tư liệu nghiên cứu................................................................................... 18
2.2. Phương pháp nghiên cứu................................................................................ 19
2.2.1. Khảo sát ngồi thực địa ........................................................................... 19
2.2.2. Phân tích trong phịng thí nghiệm ........................................................... 19
2.2.3. Phương pháp phân tích số liệu ................................................................ 20
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 25
3.1. Hàm lượng khí CH4 và H2S trong trầm tích sơng Ba Lai tỉnh Bến Tre ......... 25
3.1.1. Một số tính chất mơi trường liên quan .................................................... 25
3.1.2. Hàm lượng khí CH4, H2S ........................................................................ 27
3.2. Các đặc điểm hiện trạng của quần xã tuyến trùng sống tự do sông Ba Lai ....... 35
3.2.1. Mật độ và đa dạng sinh học quần xã tuyến trùng trên sông Ba Lai ........ 35
3.2.2. Thành phần quần xã tuyến trùng trên sơng Ba Lai ................................. 40
3.2.3. Phân tích các giống ưu thế và đặc điểm chỉ thị thông qua chỉ số c-p
của quần xã tuyến trùng trên sông Ba Lai ............................................... 43
3.2.4. Phân tích đa biến cấu trúc quần xã tuyến trùng....................................... 46
3.3. Đánh giá sức khỏe sinh thái nền đáy sơng Ba Lai có sự phát thải khí
CH4 và H2S sinh ra từ tích lũy hữu cơ do đập chắn ....................................... 48
3.4. Phân tích tương quan giữa quần xã tuyến trùng sống tự do sông Ba Lai
và các khí CH4, H2S sinh ra từ đập chắn ....................................................... 51
3.5. Ứng dụng phân tích đa biến trong nghiên cứu về tác động của khí CH4,
H2S lên quần xã tuyến trùng sống tự do ........................................................ 59
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 61
DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ..................................................... 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 63
PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
ANOVA
c-p
Chú giải
:
Phân tích phương sai
:
Chỉ số bền vững sinh thái tuyến
trùng
CHC
:
Chất hữu cơ
ĐBSCL
:
Đồng bằng sông Cửu Long
ĐCHC
:
Đập chắn - hồ chứa
HSTTV
:
Hệ sinh thái thủy vực
ICOLD
:
Hội đập lớn Quốc tế
PERMANOVA
:
Phân tích phương sai đa biến
QCVN
:
Quy chuẩn Việt Nam
QXTT
:
Quần xã tuyến trùng
SKSTNĐ
:
Sức khỏe sinh thái nền đáy
SRB
:
Vi khuẩn khử sunfate
TCVN
:
Tiêu chuẩn Việt Nam
VSV
:
Vi sinh vật
WCD
:
Ủy ban thế giới về đập
ORP
:
Thế oxy hóa-khử
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1.
Tọa độ các vị trí khảo sát trên sông Ba Lai ........................................... 18
Bảng 2.2.
So sánh giá trị chỉ số Margalef với mức độ đa dạng sinh học .............. 22
Bảng 2.3.
Thang điểm đánh giá mức đa dạng theo chỉ số Hʹ ................................ 22
Bảng 2.4.
Thang điểm đánh giá mức độ bền vững của quần xã tương ứng với
mức độ nhiễm bẩn ................................................................................. 23
Bảng 2.5.
Sức khỏe sinh thái theo chỉ số MI của quần xã tuyến trùng ................. 24
Bảng 3.1.
So sánh phát thải khí CH4 trong trầm tích sơng Ba Lai với các thủy
vực khác trên thế giới ............................................................................ 30
Bảng 3.2.
Giá trị ORP thích hợp để sinh khí H2S và CH4 trong trầm tích ............ 33
Bảng 3.3.
Phân tích phi tham số Kruskal – Wallis khí CH4 và H2S trong trầm
tích sơng Ba Lai .................................................................................... 34
Bảng 3.4.
Phân tích phi tham số Kruskal – Wallis các đặc điểm của quần xã
tuyến trùng trên sông Ba Lai ................................................................. 39
Bảng 3.5.
Giá trị c-p của một số giống ưu thế trong quần xã trong cả 2 đợt
khảo sát.................................................................................................. 44
Bảng 3.6.
Hiện trạng sức khỏe sinh thái nền đáy tại các vị trí khảo sát trên
sơng Ba Lai ........................................................................................... 49
Bảng 3.7.
Phân tích phi tham số Kruskal – Wallis chỉ số MI của quần xã
tuyến trùng trên sơng Ba Lai ................................................................. 51
Bảng 3.8.
Kết quả phân tích tương quan phân hạng Spearman giữa QXTT và
hàm lượng CH4, H2S vào mùa mưa năm 2019 ..................................... 52
Bảng 3.9.
Kết quả phân tích tương quan phân hạng Spearman giữa QXTT và
hàm lượng CH4 và H2S vào mùa khô năm 2020 ................................... 55
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1.
Đập chắn trên sơng Ba Lai, tỉnh Bến Tre .............................................. 11
Hình 1.2.
Vị trí của tuyến trùng trong mạng lưới thức ăn trong tự nhiên ở hệ
sinh thái nước. ....................................................................................... 14
Hình 2.1.
Bản đồ khu vực nghiên cứu .................................................................. 17
Hình 3.1.
Giá trị pH vào mùa mưa năm 2019 và mùa khơ năm 2020 .................. 25
Hình 3.2.
Giá trị ORP vào mùa mưa năm 2019 và mùa khô năm 2020 ............... 26
Hình 3.3.
Giá trị trung bình và độ lệch chuẩn hàm lượng khí CH4 vào mùa
mưa năm 2019 và mùa khơ năm 2020 .................................................. 28
Hình 3.4.
Mơ hình hồi quy giữa CH4 và pH với khoảng tin cậy 95% vào
mùa mưa năm 2019 ............................................................................... 29
Hình 3.5.
Giá trị trung bình và độ lệch chuẩn hàm lượng khí H2S vào mùa
mưa năm 2019 và mùa khơ năm 2020 .................................................. 31
Hình 3.6.
Quan hệ giữa pH và tốc độ hình thành sunfua ...................................... 32
Hình 3.7.
Giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của mật độ phân bố quần xã
tuyến trùng sông Ba Lai mùa mưa 2019 và mùa khơ năm 2020 .......... 36
Hình 3.8.
Các chỉ số da dạng sinh học của quần xã tuyến trùng: (A) Chỉ số
S, (B) chỉ số d, (C) chỉ số H' log2, (D) chỉ số J' vào mùa mưa năm
2019 và mùa khơ năm 2020 .................................................................. 38
Hình 3.9.
Tỉ lệ % các họ, bộ và lớp của quần xã tuyến trùng trên sơng
Ba Lai .................................................................................................... 41
Hình 3.10. Cấu trúc họ (A, B), bộ (C, D) quần xã tuyến trùng ngoài đập và
trong đập vào mùa mưa 2019 ................................................................ 42
Hình 3.11. Cấu trúc họ (A, B), bộ (C, D) quần xã tuyến trùng ngồi đập và
trong đập vào mùa khơ 2020 ................................................................. 43
Hình 3.12. Tỉ lệ phần trăm c-p tại các vị trí khảo sát trong mùa mưa (A) và
mùa khơ (B)........................................................................................... 45
Hình 3.13. Phân tích CLUSTER (kiểm tra bằng SIMPROF) cấu trúc phân bố
quần xã tuyến trùng sống tự do sông Ba Lai theo trạm ND (ngoài
đập), TD (trong đập) vào mùa mưa năm 2019 (W) và mùa khô
năm 2020 (D). ....................................................................................... 46
Hình 3.14. Mơ hình MDS cấu trúc phân bố quần xã tuyến trùng sống tự do
tại các vị trí trong đập (TD) và ngoài đập (ND) theo mùa: mưa
năm 2019 (W) và mùa khơ năm 2020 (D) .......................................... 47
Hình 3.15. Mơ hình MDS cấu trúc phân bố quần xã tuyến trùng sống tự do
trong mùa mưa năm 2019(W) và mùa khơ năm 2020 (D) theo vị
trí chia cắt của đập Ba Lai .................................................................... 47
Hình 3.16. Giá trị MI trung bình và độ lệch chuẩn tại các vị trí trên sông Ba
Lai vào mùa mưa năm 2019 và mùa khô năm 2020 ............................. 49
Bảng 3.6.
Hiện trạng sức khỏe sinh thái nền đáy tại các vị trí khảo sát trên
sơng Ba Lai ........................................................................................... 49
1
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Khí metan và hydro sulfure (CH4, H2S) gây ảnh hưởng lớn đối với môi trường
sinh thái và nhiều lồi sinh vật, nhất là nhóm thủy sinh vật. Hiện nay, đã có các
nghiên cứu về các nguồn phát thải khí CH4, H2S và ghi nhận ảnh hưởng của chúng
đến sinh vật. Sự tích tụ vật chất hữu cơ và độ sâu lớn của các hồ chứa (nguồn gốc từ
đập chắn) làm điều kiện trầm tích trở nên yếm khí, các vật chất hữu cơ phân hủy và
phát thải ra khí CH4 và H2S. Bên cạnh các nguồn phát thải truyền thống thì đập chắn
- hồ chứa được xem như bể phát sinh khí CH4 và H2S.
Số lượng đập chắn trên thế giới là rất lớn, theo Hiệp hội đập lớn Quốc tế
(WCD) thì đến năm 1950 có gần 45.000 đập được xây dựng và có ít nhất là 75 quốc
gia có đập lớn. Tại Việt Nam, số lượng đập tăng đáng kể. Từ năm 1945 đến năm
2015, cả nước có 6.886 hồ đập. Theo Hiệp hội đập lớn Quốc tế thì Việt Nam đứng
thứ 50 trong 95 Quốc gia thành viên có số lượng đập lớn (>15m). Số lượng lớn đập
chắn đang vận hành trên thế giới đã và đang phát thải lượng lớn khí CH4, H2S gây
ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái, đặc biệt là hệ sinh thái thủy vực. Qua phân tích các
nghiên cứu về hàm lượng khí CH4, H2S phát thải từ hồ chứa và tác động của chúng
lên hệ sinh thái thủy vực, chúng tơi nhận thấy cịn tồn tại 2 vấn đề lớn cần phải giải
quyết:
Về khu vực nghiên cứu: khu vực nghiên cứu là sông Ba Lai tỉnh Bến Tre.
Sơng Ba Lai có vai trị cung cấp nước cho sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của
tỉnh Bến Tre, góp phần điều hịa khí hậu trong vùng. Hệ thống sơng Ba Lai có cống
đập Ba Lai chống xâm nhập mặn, bảo vệ vùng đất phía trong đập khơng bị mặn hóa
do triều cường. Việt Nam là quốc gia xây dựng rất nhiều đập chắn - hồ để phục vụ
cho phát triển công - nông nghiệp và đời sống xã hội. Với số lượng hồ chứa lớn như
vậy, đồng nghĩa với việc phát thải khí CH4, H2S từ các hồ chứa này là rất lớn. Tuy
nhiên chưa có nghiên cứu đầy đủ về lượng khí CH4, H2S phát thải từ các đập chắn,
hồ chứa này. Hơn thế nữa, hiện nay trên thế giới có các nghiên cứu về tổng lượng
khí CH4, H2S phát ra từ các hồ chứa đập thủy điện, nhưng chưa có nhiều nghiên cứu
về đập thủy lợi. Vì vậy, nghiên cứu này là cần thiết để có thể ước tính hàm lượng
2
khí CH4, H2S phát thải từ đập thủy lợi, góp phần quản lí và sử dụng đập chắn hồ
chứa. Cùng với đó, hệ sinh thái thủy vực ở những khu vực này, nhất là các sinh vật
sản xuất ở nền đáy chắc chắn sẽ chịu ảnh hưởng do lượng khí CH4, H2S phát thải.
Tuy nhiên, ở Việt Nam có rất ít nghiên cứu đề cập đến lượng khí CH4, H2S phát ra
từ các hồ chứa tác động lên thủy sinh vật. Hơn thế nữa, các nghiên cứu về các sinh
vật sản xuất ở nền đáy thường bị bỏ qua mặc dù chúng có vai trị rất quan trọng
trong hệ sinh thái, đặc biệt là quần xã tuyến trùng. Các nghiên cứu về tuyến trùng ở
Việt Nam hiện đang tiến hành ở vùng ven biển, các sinh cảnh nước ngọt. Dữ liệu về
thành phần đa dạng sinh học, sự tương quan giữa quần xã tuyến trùng với các điều
kiện môi trường khác nhau vẫn còn thiếu nhiều đối với vùng nước ngọt, sông
nội đồng.
Về phƣơng pháp, đối tƣợng nghiên cứu: Đã có các nghiên cứu ghi nhận tác
động của khí CH4, H2S lên nhóm đối tượng thủy sinh vật như cá, mực, vi khuẩn,
giáp xác chân chèo...[1-5]. Tuy nhiên, nhóm sinh vật đáy vẫn ít được quan tâm
trong khi nhóm sinh vật này chịu ảnh hưởng lớn nhất từ khí CH4 và H2S. Tuyến
trùng hay còn gọi là giun tròn (thuộc ngành Nematoda) là nhóm sinh vật đáy khơng
xương sống cỡ trung bình, kích thước từ 38µm-1mm [6]. Chúng có vai trị quan
trọng trong chu trình vận chuyển vật chất và năng lượng của hệ sinh thái thủy vực,
nhất là hệ sinh thái nền đáy. Ngồi ra, tuyến trùng cịn là mắt xích thức ăn trung
gian giữa các sinh vật sản xuất và nhóm sinh vật lớn hơn. Những tác động đến
nhóm tuyến trùng cũng sẽ gây ảnh hưởng đến các sinh vật khác trong hệ sinh thái
thủy vực. Tuyến trùng được xem như sinh vật chỉ thị vì đặc tính rất nhạy cảm với
bất kỳ sự thay đổi trong điều kiện mơi trường [7], trong khi có rất ít nghiên cứu
quan tâm đến ảnh hưởng của khí CH4 và H2S phát thải từ hồ chứa lên quần xã
tuyến trùng.
Đập Ba Lai (tỉnh Bến Tre) là một đập lớn chặn dòng chính cửa sơng Ba Lai
thuộc hệ thống cửa Sơng Cửu Long, tạo nên hồ chứa tích lũy lượng lớn vật chất hữu
cơ. Đập Ba Lai đã hình thành nên một bể phát thải khí CH4, H2S lớn của đồng bằng
Sơng Cửu Long. Hồ chứa từ đập Ba Lai là mô hình lý tưởng để nghiên cứu lượng
phát thải khí CH4, H2S cũng như tương tác giữa chúng với nhóm sinh vật thủy sinh,
3
nhất là quần xã tuyến trùng. Xuất phát từ những lí do trên, đề tài “Tác động của khí
CH4, H2S lên quần xã tuyến trùng sông Ba Lai thuộc tỉnh Bến Tre” được thực hiện
nhằm nghiên cứu nồng độ khối lượng khí CH4, H2S hình thành tại các vị trí chọn
lọc bồi tụ trong nền đáy của sông Ba Lai tác động trực tiếp lên tính chất sinh thái và
sinh sống của quần xã tuyến trùng. Từ đó, tìm hiểu tương tác và ảnh hưởng của
chúng với quần xã tuyến trùng sống tự do sống trong các mao mạch trầm tích. Kết
quả nghiên cứu bước đầu kỳ vọng cung cấp thơng tin khoa học về hiện trạng phát
thải khí CH4, H2S tại một số khu vực trên sông Ba Lai do đập chắn cũng như ghi
nhận ảnh hưởng của chúng lên hệ sinh thái thủy vực thông qua đối tượng nghiên
cứu trong hệ sinh thái là quần xã tuyến trùng sống tự do.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chung
Nghiên cứu tác động của các độc tố CH4, và H2S trong trầm tích sơng Ba Lai
lên quần xã tuyến trùng trầm tích đáy trong và ngồi đập ngăn mặn.
Mục tiêu cụ thể
- Nghiên cứu, đo hàm lượng khí CH4, H2S trong trầm tích sơng Ba Lai.
- Ảnh hưởng của đập ngăn mặn đến sự tích tụ độc tố CH4, và H2S và quần xã
tuyến trùng.
- Nghiên cứu xác định các đặc điểm của quần xã tuyến trùng sông Ba Lai.
- Đánh giá ảnh hưởng của khí CH4, H2S tới quần xã tuyến trùng.
3. Đối tƣợng nghiên cứu
Khí CH4, H2S và quần xã tuyến trùng ở trầm tích sơng Ba Lai, tỉnh Bến Tre.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Thu thập, đo đạc hàm lượng khí CH4, H2S phát thải từ trầm tích sơng Ba Lai.
Xác định các đặc điểm của quần xã tuyến trùng ở sông Ba Lai: Cấu trúc quần
xã, mật độ, đa dạng sinh học, nhóm ưu thế, và cấu trúc phân bố.
Xác định sự tương quan giữa hàm lượng từng loại khí CH4, H2S và các đặc
điểm của quần xã tuyến trùng.
4
Chứng minh được (i) sự nhạy cảm/tương quan chặt chẽ của quần xã tuyến
trùng với khí CH4, H2S và (ii) quần xã tuyến trùng là đối tượng chỉ thị hiệu quả và
khoa học cho tác động của khí CH4, H2S phát thải ở thủy vực có đập chắn.
5. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu khí CH4, H2S và quần xã tuyến trùng ở trầm tích sơng Ba Lai
trong hai mùa: mùa mưa 2019 (tháng 10 năm 2019) và khô 2020 (tháng 3 năm
2020).
6. Ý nghĩa nghiên cứu
Ý nghĩa khoa học
Thứ nhất, cung cấp tư liệu tin khoa học về hàm lượng 2 khí CH4, H2S phát ra
từ nền đáy của thủy vực có đập chắn (sơng Ba Lai).
Thứ hai, đề tài là một trong những nghiên cứu về tác động của khí CH4, H2S
phát thải từ đập lên hệ sinh thái thủy vực, nhất là nhóm sinh vật đáy. Hơn nữa, đây
là một trong những nghiên cứu khởi đầu cho việc sử dụng nhóm tuyến trùng sống tự
do làm chỉ thị cho tác động của khí CH4, H2S lên hệ sinh thái thủy vực ở Việt Nam.
Thứ ba, đề tài củng cố phương pháp luận và chỉ ra quần xã tuyến trùng là một
công cụ chỉ thị ưu việt trong đánh giá chất lượng môi trường.
Ý nghĩa thực tiễn
Chỉ ra những tác động của khí CH4, H2S lên quần xã tuyến trùng, khái quát
được ảnh hưởng của khí CH4, H2S lên mơi trường và hệ sinh vật đáy. Nhóm sinh
vật đáy là cơ sở của lưới thức ăn thủy vực, nếu nhóm sinh vật này bị tác động thì sẽ
ảnh hưởng đến các mắt xích thức ăn cao hơn và cuối cùng là tác động đến con
người. Việt Nam là nước sở hữu rất nhiều đập nhưng có rất ít nghiên cứu về tác
động của khí CH4, H2S hình thành trong nền đáy các thủy vực có đập chắn, cũng
như ảnh hưởng của chúng lên nhóm thủy sinh vật. Dữ liệu từ đề tài sẽ cung cấp cơ
sở khoa học cho các phương án thiết kế, xây dựng, và vận hành để sử dụng, quản lý
hiệu quả đập chắn - hồ chứa, đồng thời giảm thiểu phát thải khí CH4, H2S.
5
Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1. Các ảnh hƣởng của đập chắn và khả năng phát thải khí CH4, H2S từ đập
chắn - hồ chứa
1.1.1. Sơ lƣợc về các tác động của đập chắn hồ chứa lên hệ sinh thái
Mặc dù đập chắn, hồ chứa mang lại những lợi ích thiết thực như cung cấp
nước cho thủy lợi, năng lượng, cấp nước sinh hoạt... nhưng bên cạnh đó đập chắn
hồ chứa cũng gây ra những ảnh hưởng tiêu cực cho môi trường và hệ sinh thái. Đập
ngăn lưu thơng dịng chảy, dẫn đến ô nhiễm môi trường cục bộ, ứ đọng các chất
thải, chất gây ô nhiễm, đặc biệt là ô nhiễm do xả thải từ ni trồng thủy sản. Ngồi
ra, việc sạt lở tại một số lưu vực do đập chắn đe dọa cuộc sống của cư dân địa
phương [8]. Sông bị biến đổi khi xây dựng đập chắn, ở trường hợp đập Ba Lai là
nguyên nhân gia tăng bồi tụ phù sa phía thượng nguồn và vùng cửa sơng, dịng chảy
bị thay đổi gây xói lỡ, sụt lún một số khu vực ven bờ [9]. Việc xây dựng đập chắn
còn làm suy giảm nghiêm trọng số lượng và đa dạng các lồi cá di cư. Chuỗi các
đập chắn trên sơng Amazon, Brazil làm giảm đến 70 % sản lượng khai thác cá hàng
năm [10]. Hơn nữa, đập chắn còn ảnh hưởng đến nhóm động vật khơng xương sống
và thân mềm. Sự đa dạng của nhóm động vật khơng xương sống ở thượng nguồn
chỉ bằng 50% hạ nguồn đập [11]. Khi xây dựng đập ở vịnh Mobile, Alabama đã làm
38/42 nhóm thân mềm bị tuyệt chủng [10].
Ngoài ra, đập chắn hồ chứa cịn là nơi tích tụ và gia tăng nồng độ thủy ngân.
Ví dụ điển hình tại hồ chứa La Grande Phase (vịnh James, Canada) ghi nhận nồng
độ thủy ngân trong cá vượt quá tiêu chẩn cho phép của Tổ chức Y tế thế giới
(WHO) [12]. Hơn nữa, đập chắn hồ chứa cịn là nguồn phát thải khí CH4, H2S rất
lớn [13].
1.1.2. Hiện tƣợng phát thải khí CH4, H2S từ trầm tích đập chắn hồ chứa
1.1.2.1. Khí mêtan
Khái niệm
Metan (CH4) là hydrocacbon đơn giản nhất nằm trong dãy đồng đẳng ankan.
Metan dùng làm nhiên liệu. Đốt cháy 1 mol metan có mặt oxy sinh ra 1 mol CO2 và
2 mol H2O:
6
CH4 + 2O2 → CO2 + 2 H2O +∆E (802,3kJ/mol)
Khí metan (CH4) còn là sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy kỵ khí các
chất hữu cơ trong các trầm tích. CH4 được tạo ra bằng cách phân hủy trong điều
kiện thiếu khí ở các tầng sâu của nước hoặc trong trầm tích bởi vi sinh vật gây biến
chất (methanogens) [14].
Sự hình thành mêtan
Mêtan được hình thành trong điều kiện yếm khí, là kết quả hoạt động của
nhóm vi sinh vật có tên là Achaea và được gọi là q trình mêtan hóa [15]. Q
trình metan hóa hình thành khi các hợp chất hữu cơ trong trầm tích bị phân hủy bởi
các vi sinh vật kỵ khí trong điều kiện thiếu oxi. Sự mêtan hóa diễn ra đa dạng trong
các mơi trường sống kỵ khí, ví dụ như nước biển, nước ngọt, đầm lầy, đất ngập
nước [16]. Phát thải CH4 khuếch tán trung bình lần lượt là 2,61, 0,19, 0,18 và 0,12
mg CH4 m2/ h trong ruộng lúa, đất bỏ hoang, đất bị chặt phá và đất trồng trọt [17].
Khi CH4 tích tụ trong đất ngập nước, các bọt khí CH4 có thể hình thành nếu lượng
CH4 có nhiều hơn lượng hịa tan tối đa của khí này trong nước. Khi các bọt khí CH4
được hình thành trong trầm tích, bọt khí được giữ giữa các lớp trầm tích. Khi yếu tố
môi trường thay đổi hoặc hoạt động của con người có thể làm chúng thốt khỏi trầm
tích. Khi bọt khí thốt khỏi trầm tích, chuyển động của chúng được kiểm soát bởi
các cơ chế vật lý. Các yếu tố có tác động lớn nhất là giảm áp lực nước như thủy
triều ở các vùng ven biển [18] hoặc giảm mực nước trong hồ chứa [19]. Trong q
trình thốt ra khỏi trầm tích, CH4 ít xảy ra sự tương tác hoặc oxi hóa khi đi lên cùng
cột nước.
Algar và Boudreau (2010) đã đề xuất một cơ chế có thể giảm áp lực thủy tĩnh
trong một thủy vực, vị trí có độ sâu làm hạn chế sự hình thành bọt khí CH4, cho
phép bọt khí vượt qua áp lực trầm tích ngăn ngừa phân đoạn và chuyển động đi lên
[20]. Khả năng giải phóng khí được nghiên cứu có mối quan hệ với giảm áp suất
khơng khí [21] và tác động của tốc độ gió lớn. Bọt khí cũng có thể hình thành ở độ
sâu hơn 10m, nhưng những bọt khí mêtan khi thốt ra và vào nước trong q trình
đi lên bề mặt. Tóm lại khả năng thốt khí CH4 khỏi trầm tích phụ thuộc vào áp suất
7
khí quyển, vận tốc dịng chảy, hay thủy triều, nhiệt độ tăng làm độ tan CH4 giảm,
phụ thuộc vào tốc độ gió [22].
Nguồn phát thải
Metan là thành phần chính của khí tự nhiên, khí dầu mỏ, khí bùn ao, đầm lầy,
được tạo ra trong quá trình chế biến dầu mỏ, chưng cất khí than đá. Đặc biệt, ở các
hồ chứa phát thải chủ yếu là khí metan (CH4), loại khí này có thời gian tồn tại trong
khơng khí tương đối ngắn nhưng lại gây ra hiệu ứng nóng lên ngắn hạn rất mạnh.
Mặc dù chúng ta đã bước đầu tìm ra các giải pháp hạn chế CO2 nhưng vẫn gặp khó
khăn với khí metan (loại khí này có nguồn phát sinh rất đa dạng từ dầu mỏ, khí đốt,
thậm chí là từ chất thải gia súc). Khí metan (CH4) chiếm 79% khí phát thải từ các
hồ chứa, trong khi tỷ lệ các loại khí khác carbon dioxide (CO2) và nito oxit (NO2)
lần lượt là 17% và 4%. Hơn thế nữa, những khu vực ngập nước thường thiếu oxy
nên metan sẽ phát thải trực tiếp vào khí quyển. Q trình tương tự cũng diễn ra trên
các cánh đồng canh tác lúa nước. Lượng phát thải từ hồ chứa và các cánh đồng lúa
nước là tương đương nhau trên quy mơ tồn cầu. Đã có nghiên cứu về lượng khí
metan phát thải do canh tác lúa [23-25], CH4 ở các hồ chứa [17, 26].
Các nhân tố ảnh hƣởng
Các yếu tố ảnh hưởng đến lượng phát thải CH4 gồm nhiệt độ, pH, tốc độ tải
hữu cơ, thời gian lưu thủy lực [27]. Phân hủy kỵ khí sinh metan là một q trình
sinh học gồm 4 bước, trong đó các chất hữu cơ phức tạp được chuyển hóa thành khí
sinh học, một hỗn hợp CO2 và CH4. Các bước này là thủy phân, tạo axit, tạo aceto
và tạo methanogenesis. Trong đó, pH và ORP rất quan trọng trong q trình phân
giải kỵ khí [27].
Chỉ số pH ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật sinh acid và methanogenic
[27]. Độ pH tối ưu cho quá trình thủy phân và tạo axit được bao gồm từ 5,5 đến 6,5,
từ 6,8 đến 7,2 đối với sự hình thành metan nhờ vi sinh vật. Theo nghiên cứu của
Nguyễn Hữu Thành thì pH tương quan nghịch chặt chẽ với hàm lượng CH4 (hệ số
tương quan r= -0,82) [23]. Khơng có mơ hình rõ ràng về mức độ ảnh hưởng của pH
đến sự sinh ra khí metan nhưng pH có thể ảnh hưởng gián tiếp đến q trình sinh
khí metan thông qua hoạt động của vi khuẩn [14]. Quá trình tạo methanogenesis
8
thích hợp ở pH thấp, trong khi q trình methanogenesis phụ thuộc H2 là thích hợp
ở pH cao hơn. Cả hai loại có thể xảy ra đồng thời, đóng góp từ 20-80% tổng sản
lượng CH4. Các nhóm vi khuẩn có thể thích nghi với các giá trị pH khác nhau.
Nhiệt độ cao hơn làm tăng tất cả các quá trình sinh học, bao gồm sự phân hủy các
chất hữu cơ bởi vi khuẩn cho phép giải phóng CH4 vào khơng khí. Phát thải CH4 có
khả năng cao hơn trong các hồ chứa nằm ở độ cao thấp hơn và các vùng ấm hơn
[28]. Tuy nhiên, giá trị pH thích hợp nhất để phát thải CH4 là 6,4 đến 8,4 [29].
Thế oxy hóa - khử (ORP) kiểm sốt yếm khí vì ORP là giá trị thực của các
phản ứng oxy hóa - khử trong môi trường nước [27]. Wu et al (2007) thì sự phát
thải CH4 bị ảnh hưởng rất nhiều bởi ORP trong trầm tích sơng. Mối quan hệ hồi quy
giữa phát thải CH4 (y) và ORP (x) có thể được mô tả là y = ‐0,825216x + 169,02257
[27]. Khoảng ORP thích hợp để xảy ra q trình khử CH4 dao động trong khoảng từ
-175 mV đến -400 mV, trong đó ORP càng thấp thì q trình khử để sinh khí CH4
diễn ra mạnh mẽ và chiếm ưu thế [30]
Mức tối ưu của pH và ORP trong giai đoạn tạo axit tương ứng là 5,76 ± 0,24
và -284 ± 32,71 mV. Mức tối ưu của pH và ORP trong giai đoạn tạo
methanogenesis lần lượt là 7,49 ± 0,24 và -335,63 ± 28,97, hàm lượng khí CH4 thu
được là 68% [27].
1.1.2.2. Khí hydro sulfure
Khái niệm
Hydro sulfure (H2S) cũng được gọi là hydrogen sulfide, axit hydrosulfuric,
axit hydro sunfuric, hydro lưu huỳnh. Khí H2S có mùi trứng thối, là khí độc hại,
ngưỡng phát hiện mùi từ 11 mg/m3, tùy thuộc vào mức cảm nhận của mỗi cá nhân
[31].
Khí H2S có tác động nguy hiểm đến sức khoẻ, 140 mg/m3 gây tê liệt khứu
giác, có thể gây chết người ở nồng độ 700 mg/m3 [32]. Ở thí nghiệm cho chuột tiếp
xúc với nồng độ khí H2S gây chết người trong một buồng kín 15 phút, sau đó tiêm
vào màng bụng bằng chất thử; đặt trở lại trong buồng và tiếp xúc lại với khí H2S
trong 25 phút nữa. Mơ hình này mơ phỏng một kịch bản thực tế của những người
tiếp xúc với khí H2S, với khoảng 15 phút cần thiết cho nhân viên y tế khẩn cấp đến
9
hiện trường và 25 phút nữa để điều trị và sơ tán nạn nhân. Tất cả những con chuột
được điều trị bằng nước muối đã chết trong khoảng từ 25 đến 37 phút, tức là 10
phút 22 trong thời gian tiếp xúc với H2S lần thứ hai [32].
Các vấn đề nghiêm trọng liên quan với sự tạo ra hydro sunfua là ăn mịn cống
rãnh, ống bê tơng, thải ra mùi khó chịu cho bầu khơng khí, độc tính đối với công
nhân cống rãnh hoặc sức khỏe con người, ô nhiễm mơi trường nước, ảnh hưởng đến
các q trình sinh học trong các nhà máy xử lý nước thải, làm tốn kém vì chi phí
cao [33].
Sự hình thành hydro sulfure
Q trình chuyển hóa từ sunphat và phân hủy chất hữu cơ hình thành sunfua là
quá trình sinh học diễn ra trong điều kiện yếm khí do VSV [34, 35] . Các vi khuẩn
nhóm SRB (vi khuẩn khử sunfat) có phân bố loài tương đối rộng, các chi phổ biến
là chi Desulfotomaculum, và Desulfovibrio[36]. Quá trình khử sunphat là quá trình
phổ biến sinh ra sunfua, nhưng không phải là nguồn duy nhất hình thành sunfua
trong nước thải. Các hợp chất hữu cơ như các protein có chứa lưu huỳnh, có thể bị
phân hủy và sinh ra sunfua do VSV. Lớp bùn trong đất ngập nước là mơi trường
thích hợp để hình thành sunfua do VSV. Sự hình thành sunfua khơng chỉ xảy ra ở
lớp bùn mà cịn có thể xảy ra ngay cả trong các tầng nước. Tùy thuộc vào pH của
môi trường xung quanh mà khí H2S tồn tại ở các dạng H2S, HS-, S2- với Ka1= 9,5.108
(H2S, HS-), Ka2= 1,0.10-19 (S2-, HS-).
Nguồn phát thải
Khí H2S xuất hiện trong các hoạt động núi lửa, suối sunfua, đáy biển và các hệ
thống thốt nước thải, thủy vực bị ơ nhiễm. Giá trị H2S đo được phát thải từ đất
ngập nước bãi nuôi Ngao xã Đồng Bài, huyện Cát Hải dao động từ 0,0577 - 0,0703
gS/m2/h; từ đất ngập nước - rừng ngập mặn Bàng La (Đồ Sơn) từ 0,0218 - 0,0364
gS/m2/h và từ đất ngập nước - rừng ngập mặn Đại Hợp (Kiến Thụy) từ 0,0208 0,0342 gS/m2/h [37].
Các nhân tố ảnh hƣởng
Có nhiều nhân tố ảnh hưởng đến sự phát thải khí H2S bao gồm pH, nhiệt độ,
nồng độ chất hữu cơ, vật liệu và chất dinh dưỡng, nồng độ sunfat, ORP [33]. Nhưng
10
phải kể đến hai nhân tố chính đó là pH và ORP. Vì chúng là một trong những nhân
tố chi phối mạnh nhất đến khả năng phát thải khí H2S [33]. Trong nghiên cứu của
Othman và cs.(2011), để giảm thiểu lượng khí H2S thốt ra, thì nghiên cứu đã tìm ra
là cần phải đưa chỉ số pH và ORP về điều kiện thích hợp. Cụ thể là ORP ≥ 50 mV
và 8,5 ≤ pH ≤ 9. Trong nghiên cứu đã sử dụng hóa chất hỗn hợp gồm 2 mg FeCl3 /
L và 2,5 mg Mg (OH)2 / L với thời gian phản ứng hiệu dụng 30 phút có thể làm
giảm hiđro sunfua lớn hơn 95% [33]. Khoảng giá trị ORP thích hợp cho vi khuẩn
khử sunfat (SRB) là từ -50 đến -300 mV. Hơn nữa, ORP trên 50 mV được phá vỡ
hydro sinh sunfua. Ngoài ra, tỷ lệ H2S trong nước thải ở pH cao hơn 8 giảm xuống
dưới 10% sulfua hòa tan. Giá trị pH tăng lên mức trên 9 dẫn đến một số các vấn đề
như tạo bùn, khí amoniac sự phát triển và kết tủa canxi cacbonat [33]. Bằng cách so
sánh thời gian cần thiết để đạt được cùng nồng độ sunfua ở các giá trị pH trung bình
khác nhau, Pomeroy và Bowlus cho rằng giá trị pH từ 7,5 đến 8,0 là tối ưu cho quá
trình phát thải khí H2S [38].
1.1.3. Lƣợc sử nghiên cứu phát thải khí CH4, H2S từ đập chắn hồ chứa
Trên thế giới
Gần đây có nghiên cứu các hồ chứa ở Trung Quốc, các quốc gia với công suất
lắp đặt thủy điện lớn nhất trên thế giới, đã trở thành trọng tâm của các cuộc điều tra,
nghiên cứu [19,40].
Ở hồ chứa Samuel, Brazil thì các lồi thực vật bị ngập và phân hủy đã phát
thải 7,2 gC/m2/năm, trong khi ở các thủy vực nước chảy là 0,00027 g C/m2/năm
[39]. Tổng khí Metan (CH4) phát thải tại đập Tucuruı, Brazil vào năm 1990 vào
khoảng 0,6501x106 tấn (bao gồm: 0,0078 x106 tấn do bóng khí, 0,0399 x106 tấn do
khuếch tán (diffusion) và 0,6024 x106 tấn do hoạt động của turbines) [40].
Tại Việt Nam
Hiện nay, Việt Nam có rất ít cơng trình nghiên cứu về đánh giá khả năng phát
thải khí CH4, H2S từ các hồ thủy điện, tuy nhiên đã có một số nghiên cứu về phát
thải khí H2S từ sơng Tơ Lịch [41], từ nuôi trồng thủy sản, trồng lúa nước ở khu vực
đồng bằng Sông Hồng [23].
11
1.1.4. Đập Ba Lai và khả năng phát thải khí CH4, H2S do đập chắn
Cống đập Ba Lai thuộc huyện Bình Đại, tỉnh Bến Tre, là một đập lớn ở đồng
bằng sơng Cửu Long. Đập có nhiệm vụ ngăn mặn, giữ ngọt, cải tạo đất cho 115.000
ha đất tự nhiên, trong đó 88.500 ha đất canh tác. Ngồi ra cịn cấp nước sinh hoạt
cho cho dân các huyện Châu Thành, Giồng Trôm, thành phố Bến Tre. Đồng thời kết
hợp phát triển giao thông thủy, bộ và cải tạo môi trường sinh thái vùng dự án [42].
Hình 1.1. Đập chắn trên sông Ba Lai, tỉnh Bến Tre
Đập Ba Lai dài 544 m. Cống Ba Lai gồm 10 cửa, chiều rộng thông nước dài
84 m, vận hành bằng van tự động 2 chiều [43]. Vận hành xả nước ngọt từ thượng
nguồn xuống hạ lưu (theo lịch xả 2 lần/tháng, mỗi lần 1-2 ngày hoặc hơn tùy thời
điểm) khiến khu vực hạ lưu bồi lấp ngày càng nghiêm trọng. Đây là một trong
những đập lớn không chỉ ở đồng bằng sông Cửu Long mà với quy mơ như vậy, đập
Ba Lai cịn là một trong những đập lớn của cả nước. Và dự đốn có khả năng phát
12
thải khí CH4, H2S nhưng hiện chưa có nghiên cứu nào cơng bố về vấn đề này. Hai
khí này sẽ ảnh hưởng đến nền đáy hệ sinh thái sông Ba Lai.
1.2. Ảnh hƣởng của khí CH4, H2S lên thủy sinh vật
Trên thế giới, đã có một số cơng trình nghiên cứu về ảnh hưởng của khí CH4,
H2S lên thủy sinh vật. Khi mơi trường chứa hàm lượng khí CH4 và H2S cao thì tỉ lệ
xuất hiện các lồi thấp [44], hoặc đây sẽ xuất hiện các lồi thích nghi và tăng số
lượng [4]. Nồng độ của H2S đạt hơn 300 µM, sự đa dạng của các loài cá giảm đáng
kể, chỉ có một số lồi cá sống sót trong mơi trường sống có H2S. Lồi Poecilia
mexicana là lồi chiếm ưu thế, nhưng tình trạng cơ thể thay đổi đáng kể so với khi
khơng sống ở vùng có H2S [1]. Nồng độ dưới 10 mg / lít (chủ yếu là 1–6 mg / lít) có
thể gây chết một số lồi như Lepomis gibborus, Salmo gairdneri, Catostomus
commersoni, Carassius auratus và Cyprinus carpio Bonn. Cá có thể sống sót ở
nồng độ H2S từ 0,3 đến 4,0 mg/lít ; 0,3 mg / lít gây chết đối với trứng và cá con của
Gammarus pseudolimnaeus [1]. Đối với tôm, ở nồng độ H2S cao nhất (8 mg / lít)
chuyển động thất thường bắt đầu chỉ sau 30 phút tiếp xúc; trong khi nó chỉ bắt đầu
sau 80–96 giờ ở nồng độ thấp nhất (1 mg / lít). Lúc đầu tơm bơi lên xuống xung
quanh bình, sau đó mới nhảy sang hai bên thành bình. Sau đó bắt đầu mất thăng
bằng, bơi lên mặt nước nhanh chóng trong tư thế lộn ngược và ngoằn ngoèo, di
chuyển yếu ớt và chết. Nghiên cứu giả thiết do hệ thần kinh trung ương và ngoại vi
bị ảnh hưởng bởi H2S vì tác dụng chính của hydrogen sulphide là tác động lên hệ
thần kinh, mắt và hệ hô hấp [3]. So với các động vật không xương sống sống ở đáy
khác, loài giáp xác chịu đựng sulfua kém. Ba loài cua nước nông Bythograea
thermydron Pachygrapsus crassipes, Portunus zantusii bị ảnh hưởng nghiêm trọng
khi nồng độ sulfua đạt 300 µM [45]. H2S nằm trong khoảng 0,6 µM trong 96 giờ
(nồng độ gây chết người và chết 50% số động vật. Ngao Mulinia lateralis sống sót
thấp ở nồng độ H2S cao. Chỉ chịu được khoảng nồng độ từ 200 µM đến 2,68 mM
[45].
13
1.3. Ảnh hƣởng của khí CH4, H2S đến quần xã tuyến trùng
1.3.1. Giới thiệu tuyến trùng
Tuyến trùng là động vật khơng xương sống, thuộc ngành giun trịn. Tuyến
trùng là sinh vật quan trọng nhất và đa dạng nhất trong hệ sinh thái đáy biển [46].
Mỗi mét vuông đất, rừng hoặc trầm tích dưới nước có thể chứa hàng triệu tuyến
trùng riêng lẻ thuộc hơn 400 lồi [47]. Nhóm giun trịn ban đầu được Karl Rudolphi
xác định năm 1808 với tên là Nematoidea, sau đó được phân loại lại thành họ
Nematodes bởi Burmeister (1837) và bộ Nematoda bởi Diesing (1861) [48].
1.3.2. Phân bố và đa dạng
Tuyến trùng là loài động vật phong phú nhất trên Trái đất, hiện diện trong mọi
mạng lưới thức ăn của đất. Số lượng ước tính 4,4 ± 0,64 × 1020 tuyến trùng (với
tổng sinh khối khoảng 0,3 gigaton) trên các bề mặt đất trên khắp thế giới, với độ
phong phú cao hơn ở các vùng cận Bắc Cực (38% tổng số) so với ôn đới (24%)
hoặc vùng nhiệt đới (21%) [49]. Phân bố tất cả hệ sinh thái từ biển đến nước ngọt,
trong đất, từ các vùng cực đến vùng nhiệt đới, cũng như ở các độ cao lớn nhất và
thấp nhất, hiện diện ở các cấp độ dinh dưỡng khác nhau trong các hệ sinh thái [50].
Tuyến trùng từng được phát hiện ở độ sâu rất lớn (0,9–3,6 km) dưới bề mặt đất
trong các mỏ vàng ở Nam Phi, nơi loài mới Halicephalobus mephisto được phát
hiện, chịu được nhiệt độ cao, sinh sản vơ tính [51].
1.3.3. Vai trò của tuyến trùng trong hệ sinh thái
Tuyến trùng là mắt xích thức ăn quan trọng của hệ sinh thái nền đáy [52] (hình
1.2). Tuyến trùng sống tự do với mật độ cao và thành phần đa dạng đã góp phần làm
thức ăn tự nhiên hữu ích cho mơ hình ni tơm sinh thái ở rừng ngập mặn Cà Mau
với vai trị trong chu trình dinh dưỡng, trở thành nguồn thức ăn quan trọng cho tôm
ở các giai đoạn khác nhau [53]. Ngồi ra, thơng qua các hoạt động trao đổi chất,
nhóm tuyến trùng cịn đóng vai trị trong việc phân hủy và chuyển hóa vật chất nền
đáy [54]. Tuyến trùng sống tự do là con mồi quan trọng đối với một loạt các vi sinh
vật
đất
như
Acrobeloides
buetschlii,
Panagrellus
redivivus,
Plectus
velox và Plectus minimus, là con mồi trong lưới thức ăn của đất và để chuyển
cacbon của vi khuẩn lên mức cao hơn [55]. Tuyến trùng cịn là mắt xích trung gian
14
quan trọng trong lưới thức ăn thủy vực giữa nhóm sinh vật sản xuất và nhóm sinh
vật tiêu thụ bậc cao [56].
Hình 1.2. Vị trí của tuyến trùng trong mạng lƣới thức ăn trong tự nhiên
ở hệ sinh thái nƣớc.
1.3.4. Sử dụng tuyến trùng làm chỉ thị sinh học
Tuyến trùng đã được sử dụng để đánh giá chất lượng các thủy vực, quần xã
tuyến trùng sống tự do không chỉ tham gia vào chu trình chuyển hóa năng lượng và
tương tác sinh học trong hệ thống trầm tích thủy vực mà cịn được xem như một
cơng cụ ưu việt trong đánh giá chất lượng môi trường [6]. Nghiên cứu của Ngơ
Xn Quảng và cộng sự đã ứng dụng phân tích đa biến các đặc điểm của quần xã
tuyến trùng liên quan đến các yếu tố môi trường cho thấy mối tương quan chặt chẽ
giữa mật độ, cấu trúc quần xã tuyến trùng với mơi trường nền đáy, từ đó khẳng định
vai trị hữu ích của tuyến trùng trong quan trắc đánh giá môi trường thủy vực [57].
Các nghiên cứu khác như đánh giá chất lượng trầm tích sơng Sài Gịn bằng cách áp
dụng chỉ số môi trường W của quần xã tuyến trùng sống tự do, áp dụng phương
15
pháp đường cong ABC của quần xã tuyến trùng sống tự do để đánh giá chất lượng
môi trường thủy vực tại các cảng trên sơng Sài Gịn cũng sử dụng tuyến trùng làm
chỉ thị sinh học [57]. Ngồi ra, Ngơ Xuân Quảng và cộng sự đã sử dụng tuyến trùng
làm công cụ chỉ thị để so sánh chỉ số MI của tuyến trùng ở Khe Đôi và kênh chứa
nước thải ni tơm, từ đó đánh giá được chất lượng nước theo mùa của hai khu vực
[58]. Một nghiên cứu về tương quan quần xã tuyến trùng với một số yếu tố môi
trường sông Cửa Đại, tỉnh Bến Tre của Ngô Xuân Quảng và cộng sự đã chỉ ra rằng
quần xã tuyến trùng có tương quan chặt chẽ với một số chỉ tiêu mơi trường khác
trong trầm tích như pH, coliform, NH4+, PO43-, chlorophyll a, tỷ lệ % hạt phù sa
[59]. Đây cũng là một trong những nghiên cứu khởi đầu cho việc sử dụng tuyến
trùng làm công cụ chỉ thị cho những chỉ tiêu về môi trường.
1.3.5. Ảnh hƣởng của khí CH4, H2S đến tuyến trùng
Hiện cịn ít các nghiên cứu về khí CH4, H2S có ảnh hưởng đến các đặc điểm
trong quần xã tuyến trùng như mật độ, cấu trúc, và sự phát triển các quần thể. Khi
có sự rị rỉ CH4 ảnh hưởng đến số lượng lồi và sự phong phú của Nematoda, cụ thể
trong nghiên cứu của Dando và cộng sự về ảnh hưởng của rò rỉ khí metan ở vùng
triều/cạn, trên bờ Kattegat, Vendsyssel, Đan Mạch [2]. Trầm tích biển sâu chứa khí
mêtan là mơi trường sống ổn định, giúp các loài tuyến trùng như Microsporidia phát
triển mạnh mẽ [60]. Nồng độ cao H2S ảnh hưởng tới cấu trúc, hình thái và mật độ
của động vật đáy cỡ trung bình, thành phần các chi của tuyến trùng thay đổi giữa
các lõi trầm tích, với giống Sabatieria chiếm hầu hết các lõi trầm tích [61]. Tuyến
trùng thu được từ trầm tích ở vịnh Cienfuegos có cấu trúc cơ thể thay đổi, độ đa
dạng thấp, chỉ có một số loài chiếm ưu thế như Sabatieria pulchra, Spirinia
parasitifera, Terschellingia Communis, T. Gourmetbaultae, và T. longicaudata nhờ
thích nghi sinh lý và hành vi bao gồm nhịp hô hấp thấp và cử động chậm, đặc biệt
loài Sabatieria wieseri và Terschellingia longicaudata cịn có cơ chế giải độc của
sunfua nhờ lắng đọng sunfua trong các thể vùi nội bào [62]. Ngoài ra, một số lồi có
khả năng chịu H2S cao hơn những loài khác và sử dụng các cơ chế khác nhau để đối
phó với độc tính H2S. Giun trịn Arenicola marina sống sót sau 2 - 5 ngày tiếp xúc
với 10 mM H2S, Cirriformia tentaculata sống sót sau 10 ngày với 200 pM H2S [45].
