Luận án tiến sĩ nghiên cứu quy luật tích lũy kim loại nặng của con nghêu meretrix lyrata ở cửa biển bằng phương pháp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------

BÙI ĐẶNG THANH

NGHIÊN CỨU QUY LUẬT TÍCH LŨY KIM LOẠI NẶNG CỦA
CON NGHÊU MERETRIX LYRATA Ở CỬA BIỂN BẰNG
PHƢƠNG PHÁP MƠ HÌNH HĨA

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------

BÙI ĐẶNG THANH

NGHIÊN CỨU QUY LUẬT TÍCH LŨY KIM LOẠI NẶNG CỦA
CON NGHÊU MERETRIX LYRATA Ở CỬA BIỂN BẰNG
PHƢƠNG PHÁP MƠ HÌNH HĨA

Chun ngành: Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học
Mã số: 62.52.77.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

GS.TS. PHẠM VĂN THIÊM

HÀ NỘI - 2010


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả đƣợc nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc cá nhân
hay tổ chức khoa học nào công bố trên bất kỳ cơng trình nào khác trong và
ngồi nƣớc.
Bùi Đặng Thanh


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Tên tiếng Việt
Hợp chất sulfite bay hơi axit
Hệ số tích lũy sinh học
Hệ số tích lũy sinh học trong trầm
tích
Số đếm ion trên giây (đơn vị đo của
ICP-MS)
Buồng phản ứng va chạm
Oxy hòa tan
Dự trữ năng lƣợng động học
Phổ hấp thụ nguyên tử chế độ ngọn
lửa

Trao đổi cơ chất độc hại qua dinh
dƣỡng và mang
Phổ hấp thụ nguyên tử chế độ lò
graphit
Phổ hấp thụ nguyên tử chế độ bay
hơi hydrit
Sắc ký lỏng hiệu quả cao

Tên tiếng Anh
Acid-volatile sulfides
Bioaccumulation factor
Biota-sediment accumulation
factor
Counts per second

Viết tắt
AVS
BAF
BSAF
CPS

Collision Reaction Cell
CRC
Dissolve oxygen
DO
Dynamic Energy Budget
DEB
Flame Atomic Absorption
F-AAS
Spectrometry

Food and Gill Exchange of
FGEST
Toxic Substances
Graphit Furnace Atomic
GF-AAS
Absorption Spectrometry
Hydrit Generator Atomic
HG-AAS
Absorption Spectrometry
High Performance Liquid
HPLC
Chromatograph
Phổ khối plasma cảm ứng cao tần
ICP-MS
Inductively Coupled Plasma –
Mass Spectrometry
Phổ phát xạ quang plasma cảm ứng Inductively Coupled Plasma –
ICP-OES
cao tần
Optical Emission Spectrometry
Phân biệt đối xử động năng
Kinetic Energy Discrimination
KED
Hợp chất metallothionein
Metallothionein
MT
Cục Bảo vệ Môi trƣờng Hoa Kỳ
United State Environmental
USEPA
Protection Agency

Mơ hình tích lũy sinh học sị
Oyster Bioaccumulation Model
OBM
Hợp chất hydrocacbon đa nhân thơm Polyaromatic hydrocacbons
PAH
Hợp chất biphenyl đa clo
Polychloro biphenyl
PCB
Một loại nhựa polyme Teflon
Perfluoro alkoxy
PFA
Độ lệch chuẩn tƣơng đối
Relative Standard Deviation
RSD
Độ lệch chuẩn
Standard Deviation
SD
Các kim loại chiết đƣợc đồng thời
Simultaneously extracted metals
SEM


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU

1

Chƣơng 1- TỔNG QUAN

4

1.1 Các mơ hình tích lũy

4

1.1.1 Hƣớng xây dựng mơ hình tích lũy

4

1.1.2 Mơ hình thực nghiệm

5

1.1.3 Mơ hình cơ chế

7

1.1.4 Mơ hình thống kê

10

1.2 Nghiên cứu quy luật tích lũy kim loại nặng trong động vật

15

nhuyễn thể
1.2.1 Các kim loại nghiên cứu, nghêu Meretrix lytara và cơ

15

chế tích lũy
1.2.2 Các mơ hình tích lũy kim loại nặng

18

1.2.3 Một số nghiên cứu về tích lũy kim loại nặng trong giống

31

nghêu Meretrix
1.3 Ứng dụng của các mơ hình tích lũy

35

1.3.1 Khái qt

35

1.3.2 Ứng dụng làm chỉ thị sinh học và dự báo ô nhiễm kim

38

loại nặng
1.3.3 Ứng dụng trong cảnh báo an toàn thực phẩm

40

Chƣơng 2- PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

42

2.1 Các bƣớc nghiên cứu

42

2.2 Công cụ nghiên cứu, trang thiết bị và hóa chất

42

2.2.1 Phân tích mẫu nƣớc biển

45

2.2.2 Phân tích mẫu trầm tích và mẫu mơ nghêu

45

2.3 Phƣơng pháp ni nghêu trong phịng thí nghiệm

50

2.3.1 Ni nghêu xây dựng mơ hình thống kê

52


2.3.2 Ni nghêu xây dựng mơ hình vi phân

53

2.4 Phƣơng pháp xác định tƣơng quan khối lƣợng

54

2.5 Phƣơng pháp xác định mơi trƣờng tích lũy chủ yếu

55

2.6 Phƣơng pháp xây dựng mơ hình hệ số tích lũy

57

2.7 Phƣơng pháp xây dựng mơ hình thống kê

58

2.8 Phƣơng pháp xây dựng mơ hình vi phân

63

Chƣơng 3- KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

68

3.1 Xác định mơi trƣờng tích lũy chủ yếu

68

3.2 Đánh giá tƣơng quan các giá trị khối lƣợng

69

3.3 Mơ hình hệ số tích lũy BAF

70

3.4 Mơ hình thống kê

73

3.5 So sánh mơ hình BAF và mơ hình thống kê

76

3.6 Mơ hình vi phân

80

3.6.1 Mơ hình bài tiết

81

3.6.2 Mơ hình tích lũy

84

3.6.3 Nhận xét chung về quy luật các hằng số tốc độ

86

3.7 Đánh giá độ tin cậy của mơ hình vi phân

87

3.8 Ứng dụng các mơ hình

91

3.8.1 Mơ hình hệ số tích lũy BAF

91

3.8.2 Mơ hình thống kê

92

3.8.3 Mơ hình vi phân

93

KẾT LUẬN

95

KIẾN NGHỊ

97

DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ

98

TÀI LIỆU THAM KHẢO

99

PHỤ LỤC

109


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Một số thông số đƣợc sử dụng xây dựng mơ hình OBM

Trang
30

Bảng 2.1 Chƣơng trình vi sóng xử lý mẫu trầm tích

46

Bảng 2.2 Chƣơng trình vi sóng xử lý mẫu mơ nghêu

47

Bảng 2.3 Các thơng số điều khiển thiết bị, thu nhận dữ liệu tối ƣu

49

Bảng 2.4 Một số yếu tố kỹ thuật và môi trƣờng nuôi vỗ nghêu bố mẹ

51

Bảng 2.5 Các điều kiện ni nghêu trong phịng thí nghiệm

52

Bảng 2.6 Ma trận kế hoạch thực nghiệm xây dựng mơ hình thống kê

62

Bảng 3.1 Nồng độ Cd, As, Cu trong mô, nƣớc và trầm tích của khảo sát xác

68

định mơi trƣờng tích lũy chủ yếu
Bảng 3.2 Khối lƣợng cả vỏ, khối lƣợng mô tƣơi, khối lƣợng mô khô của 10 cá

69

thể nghêu chọn ngẫu nhiên trong môi trƣờng tự nhiên
Bảng 3.3 Các kết quả xác định BAF thực nghiệm từ 10 mẫu nghêu sống trong

71

môi trƣờng tự nhiên
Bảng 3.4 Sai số giữa giá trị BAF tính theo mơ hình so với giá trị BAF thực

72

nghiệm đối với 3 kim loại nghiên cứu
Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm thu đƣợc từ ma trận thực nghiệm, giá trị các hệ

74

số hồi quy và thông số thống kê đánh giá mơ hình
Bảng 3.6 So sánh sai số giữa mơ hình BAF và mơ hình thống kê dựa theo giá trị

77

thực nghiệm trong kế hoạch thực nghiệm xây dựng mơ hình thống kê
Bảng 3.7 Biến thiên nồng độ Cd, As, Cu trong mô nghêu của các thực nghiệm

81

xây dựng mơ hình vi phân
Bảng 3.8 Kết quả tính tốn giá trị hằng số tốc độ bài tiết

83

Bảng 3.9 Kết quả tính tốn giá trị hằng số tốc độ hấp thu

84

Bảng 3.10 Nồng độ kim loại trong mô nghêu ở các thí nghiệm đối chứng

88

Bảng 3.11 Kết quả đánh giá độ tin cậy mơ hình vi phân đối với Cd

89

Bảng 3.12 Kết quả đánh giá độ tin cậy mơ hình vi phân đối với As

89

Bảng 3.13 Kết quả đánh giá độ tin cậy mơ hình vi phân đối với Cu

90


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Giải phẫu phần mơ mềm bên trong nghêu Meretrix lyrata
Hình 1.2 Con đƣờng vận chuyển kim loại nặng qua lại giữa nƣớc, dinh

Trang
15
18

dƣỡng và động vật nhuyễn thể
Hình 1.3 Hình ảnh mang sị cho thấy có các sợi tơ song song (f)

19

Hình 1.4 Biểu đồ minh họa sợi mang có dịng nƣớc tn theo chuyển động

19

lớp
Hình 1.5 Biểu đồ mơ tả con đƣờng vận chuyển kim loại nặng sử dụng xây

21

dựng mô hình tích lũy DEB
Hình 2.1 Thiết bị phổ khối ICP-MS

49

Hình 2.2 Bể nuôi và các thiết bị sử dụng ổn định mơi trƣờng sống của

52

nghêu trong phịng thí nghiệm
Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nồng độ trong mơ cả hai giai đoạn

82

tích lũy và bài tiết với mơi trƣờng nƣớc ni có nồng độ khác
nhau: (a) Cd 4g/l, (b) Cd 20g/l, (c) As 25g/l, (d) As 50g/l, (e)
Cu 20g/l, (f) Cu 50g/l
Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn sự dao động hằng số tốc độ bài tiết theo thời

83

gian ni tại mỗi mức nồng độ kim loại hịa tan trong nƣớc khác
nhau ở giai đoạn ni hấp thu
Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn sự dao động của hằng số tốc độ hấp thu theo thời
gian nuôi tại mỗi mức nồng độ kim loại hòa tan trong nƣớc khác nhau

86


MỞ ĐẦU
Một trong các xu hƣớng nghiên cứu về môi trƣờng đang phát triển
mạnh trên thế giới là sử dụng sinh vật làm chỉ thị và xử lý ô nhiễm của đa
dạng các loại chất hóa học khác nhau, chủ yếu là các chất hữu cơ bền vững,
các chất hữu cơ chứa halogen, các kim loại nặng,…. Sinh vật đƣợc sử dụng
cho mục đích này bao gồm cả thực vật và động vật, một trong số đó là các
lồi sinh vật đáy, các loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ. Quy luật tích lũy chất gây
ơ nhiễm vào sinh vật nói chung và lồi nhuyễn thể nói riêng có thể đƣợc mơ
tả bằng những mơ hình phù hợp. Các mơ hình tin cậy có thể ứng dụng làm
cơng cụ đánh giá, dự báo ơ nhiễm, cảnh báo an tồn thực phẩm và hỗ trợ
trong nghiên cứu xử lý ô nhiễm môi trƣờng, một phƣơng pháp xử lý thân
thiện.
Ở Việt Nam, vấn đề ô nhiễm môi trƣờng đã đƣợc đề cập nhiều trong
các báo cáo khoa học, các cơng trình nghiên cứu và trên các phƣơng tiện
thông tin đại chúng, trong số đó có vấn đề về ơ nhiễm kim loại nặng. Trong
nƣớc đã có các nghiên cứu về sự tích lũy chất ô nhiễm trong sinh vật, các
nghiên cứu tập trung vào đánh giá mức độ tích lũy cơ chất trong sinh vật tại
thời điểm hiện tại thông qua các phép đo trực tiếp, nghiên cứu cơ chế tích lũy
và đào thải, sàng lọc đối tƣợng sinh vật có thể sử dụng làm chỉ thị ô nhiễm
môi trƣờng. Tuy nhiên, việc mơ hình hóa khả năng tích lũy của sinh vật chƣa
thực sự đƣợc quan tâm và chƣa có cơng trình nào nghiên cứu, cơng bố về quy
luật tích lũy hợp chất gây ơ nhiễm của các lồi sinh vật trong môi trƣờng sống.
Xuất phát từ những vấn đề trên, kết hợp với tổng hợp, phân tích đánh
giá các đối tƣợng trong mơi trƣờng, tính thời sự và khả năng thực tiễn, đề tài
của luận án đƣợc lựa chọn với tiêu đề “Nghiên cứu quy luật tích lũy kim
loại nặng của con nghêu Meretrix Lyrata ở cửa biển bằng phƣơng pháp

mô hình hóa”. Đề tài tập trung nghiên cứu xây dựng một số mơ hình tích lũy
các kim loại nặng As, Cd, Cu trên loài nghêu Meretrix Lyrata cả trong phạm


vi phịng thí nghiệm và mơi trƣờng thực tế với độ tin cậy, khả năng ứng dụng
khác nhau. Đánh giá khả năng ứng dụng thực tiễn của các mơ hình.
Về ý nghĩa khoa học và tính mới của đề tài: hƣớng đi, cách giải quyết để
đƣa ra quy luật tích lũy một số kim loại nặng trong nƣớc biển vào một loài
nhuyễn thể là một sự mạnh dạn trong nghiên cứu khoa học, khi mà những hiểu
biết về cơ chế và quy luật tích lũy sinh học phức tạp này ở Việt Nam còn hạn chế.
Kết quả xây dựng đƣợc mơ hình tích lũy BAF dƣới dạng hàm sinh
trƣởng khơng đồng đều y = a.Wb chỉ phụ thuộc khối lƣợng mơ nhuyễn thể
(W) với độ chính xác nhất định là điểm mới của đề tài, đây là dạng mơ hình
đã đƣợc các nhà khoa học trên thế giới dùng để tham số hóa tốc độ chuyển
hóa trao đổi chất, tốc độ sinh trƣởng, tần số hô hấp, tốc độ cấp dinh dƣỡng,
tốc độ tiêu thụ oxy, tổng diện tích mang…. Kết quả này bổ sung thêm khả
năng ứng dụng vạn năng của hàm sinh trƣởng không đồng đều.
Việc sử dụng mơ hình thống kê bậc một, một mơ hình đơn giản nhƣng
có độ tin cậy cao thƣờng áp dụng trong mơ tả các q trình hóa học, cơng
nghệ hóa học vào mơ tả quy luật tích lũy sinh học kim loại nặng trong nhuyễn
thể cùng với các kết quả thu đƣợc là điểm hoàn toàn mới trong đề tài luận án.
Kết quả thu đƣợc góp phần khẳng định tính ƣu việt của mơ hình thống kê, đó
là khi lựa chọn đƣợc điều kiện thí nghiệm thích hợp và có cơng cụ nghiên cứu
thỏa mãn vẫn có thể nghiên cứu các quy luật sống của các lồi sinh vật trong
mơi trƣờng bằng mơ hình này.
Kết quả và các kết luận của đề tài là một trong những cơ sở khoa học
có giá trị, cho phép mở rộng đối tƣợng nghiên cứu cả về chiều rộng và chiều
sâu, nghiên cứu trên các lồi nhuyễn thể khác nhau, các cơ chất tích lũy khác
nhau, nghiên cứu cả ở quy mơ phịng thí nghiệm và môi trƣờng sống thực tế.
Về ý nghĩa thực tiễn: Các mơ hình có thể dùng làm cơng cụ dự đốn ơ

nhiễm As, Cd, Cu trong nƣớc biển dƣới những thay đổi điều kiện tự nhiên
tƣơng lai. Dự đoán nồng độ kim loại nặng As, Cd, Cu tích lũy trong mô nghêu
Meretrix lyrata sau những khoảng thời gian sinh trƣởng nhất định và sống


trong điều kiện môi trƣờng bị ô nhiễm các kim loại này, dự đoán thời gian
sinh trƣởng của nghêu bảo đảm đáp ứng yêu cầu về an toàn thực phẩm trong
điều kiện môi trƣờng sống cụ thể.
Các nghiên cứu của đề tài đƣợc thực hiện tại:
- Trung tâm Giáo dục và Phát triển Sắc ký - Trƣờng Đại học Bách
Khoa Hà Nội.
- Trung tâm Quan trắc - Phân tích Mơi trƣờng biển Hải Quân - Bộ Tƣ
lệnh Hải Quân.


CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN
1.1 CÁC MƠ HÌNH TÍCH LUỸ
1.1.1 Hƣớng xây dựng mơ hình tích luỹ

Cả hai hƣớng mơ hình hố theo cơ chế và mơ hình hố bằng thực
nghiệm đều cần thiết cho dự đốn tích luỹ. Dựa vào độ chính xác cao của thực
nghiệm để đƣa ra các bộ chỉ thị tích luỹ tin cậy. Đo trực tiếp tích luỹ cho phép
đánh giá ngay tại chỗ về tồn dƣ chất độc trong mô động vật nhuyễn thể lấy tại
hiện trƣờng, đo trực tiếp cũng là cách để kiểm tra tích luỹ trong phịng thí
nghiệm nhờ sử dụng chính mơi trƣờng (nƣớc, trầm tích) lấy tại hiện trƣờng
làm mơi trƣờng thí nghiệm.
Trong nhiều trƣờng hợp khác, mơ hình tích luỹ đã qua phê chuẩn lại là
một cơng cụ hữu ích. Ví dụ mơ hình dự đốn đƣợc sử dụng để đánh giá quy

mơ và/hoặc mẫu hình tích luỹ của dạng chất cụ thể dƣới điều kiện sống đặc
trƣng. Các mô hình dự đốn đƣợc dùng khi thực tế khơng thể đo trực tiếp
nồng độ trong mô, nghĩa là dùng để xác định xem nồng độ trong mô sẽ thay
đổi nhƣ thế nào theo thời gian cùng với sự thay đổi điều kiện sống.
Các mơ hình dự đốn tốn ít chi phí hơn và có thể chạy mà khơng cần
đến dữ liệu đặc trƣng cho khu vực nghiên cứu. Tuy nhiên mơ hình càng mang
tính phổ thơng thì khả năng dự đốn càng kém chính xác. Các phép đo tại chỗ
nồng độ chất ơ nhiễm trong mơi trƣờng có độ chính xác cao hơn nhƣng lại
hạn chế về khả năng dự đốn, phép đo trực tiếp khơng có tác dụng trong dự
đoán các tác động do sự thay đổi điều kiện môi trƣờng cũng nhƣ không thể
dùng để ngoại suy kết quả qua lại giữa các dạng chất tích luỹ [15].
Có hai hƣớng chính để phát triển mơ hình:
- Hƣớng bằng thực nghiệm: theo hƣớng này dữ liệu đo tại hiện trƣờng
và dữ liệu đo trong phịng thí nghiệm đƣợc sử dụng để tính tốn các thơng số
hệ số tích luỹ trong nƣớc BAF và hệ số tích luỹ trong trầm tích BSAF. Cũng


bằng thực nghiệm và khi đáp ứng đƣợc các yêu cầu đặt ra có thể sử dụng mơ
hình thống kê để mơ tả tích luỹ cơ chất của sinh vật.
- Hƣớng sử dụng cơng cụ tốn học: sử dụng các mơ hình động học và
mơ hình cân bằng. Hƣớng này đƣợc ƣu tiên sử dụng xây dựng các mơ hình
chuỗi dinh dƣỡng có xét đến các cơ chế tích luỹ.
Hai hƣớng trên khơng đứng độc lập mà có tác động qua lại lẫn nhau.
Dữ liệu đo tại hiện trƣờng đƣợc sử dụng để chuẩn và xác nhận tính phù hợp
của các mơ hình tốn học. Tính tƣơng hợp và khả năng ứng dụng của bất kỳ
mơ hình nào phụ thuộc rất nhiều vào chất lƣợng của các thông số đầu vào và
mức độ tin cậy chấp nhận đƣợc của thông số đầu ra, các thông số sử dụng
trong xây dựng mơ hình.
Mơ hình động học cho phép dự đốn nồng độ trong mô sẽ thay đổi theo
thời gian nhƣ thế nào tốt hơn so với mơ hình phân bố. Mơ hình động học cho

phép dự đốn tƣơng đối chính xác thời gian để nồng độ trong mô đạt đến mức
mong muốn hoặc thời gian để nồng độ trong mô giảm đến mức khơng cịn
gây tác động sau khi làm sạch [15].
1.1.2 Mơ hình thực nghiệm

Xác định trực tiếp hay xác định bằng thực nghiệm là cách đơn giản
nhất để theo dõi hoặc đánh giá tích luỹ trong sinh vật sống dƣới nƣớc và nó
mang lại độ chính xác cao nhất. Các phƣơng pháp kiểm tra tích lũy bao gồm:
- Xác định tích luỹ trong phịng thí nghiệm.
- Xác định tích luỹ tại hiện trƣờng.
Đối với đánh giá tích luỹ bằng các phép đo hiện trƣờng, để đạt độ chính
xác thì việc thiết kế nghiên cứu tại hiện trƣờng và sử dụng các thành phần giải
thích dữ liệu cần phải đƣợc cân nhắc và tiêu chuẩn hoá kỹ lƣỡng. Một số
nghiên cứu cho thấy các giá trị BAF và BSAF đo tại hiện trƣờng có thể thay
đổi theo một hàm của vị trí và thời gian cùng với các dạng động vật nhuyễn
thể, ngay cả ở mức dinh dƣỡng và điều kiện sống nhƣ nhau.


Hệ số tích luỹ BAF đƣợc định nghĩa là “tỷ lệ nồng độ chất trong mô
sinh vật sống dưới nước với nồng độ của nó trong mơi trường tại những vị trí
mà ở đó cả sinh vật và nguồn dinh dưỡng của nó tiếp xúc với nhau và cơ bản
khơng có sự thay đổi theo thời gian”. BAF đƣợc sử dụng thành cơng dự đốn
tồn dƣ các hợp chất hữu cơ phân cực trong mô, các chất hữu cơ trung hoà và
các kim loại [15].
Dữ liệu từ các nghiên cứu trong phịng thí nghiệm và từ hiện trƣờng có
thể đƣợc sử dụng để đƣa ra BAF. BAF có thể đƣợc tính tốn qua mơ hình
hoặc đo trực tiếp. BAF có đƣợc bằng thực nghiệm là chính xác nhất do nó
tích hợp tất cả các q trình trong mơi trƣờng. Giá trị BAF đặc biệt quan
trọng đối với những hợp chất có log Kow cao hơn 6 do sự tích luỹ của các hợp
chất này là quá cao và chỉ duy nhất phụ thuộc vào đặc tính kỵ nƣớc của chúng.

Kow là hằng số phân bố cơ chất giữa pha octanol và nƣớc.
Giá trị BAF xác định bằng thực nghiệm đƣợc tính bằng nồng độ chất ơ
nhiễm trong mơ chia cho nồng độ chất ô nhiễm đo đƣợc trong nƣớc hoặc trong
trầm tích:
BAFw 

Cf

BAFS 

Cf

Cd
CS

(1.1)

(1.2)

Trong đó BAF w và BAFS tƣơng ứng là hệ số tích luỹ trong nƣớc và
trong trầm tích (đơn vị tƣơng ứng l/kg mơ và kg trầm tích/kg mơ). Cf (mg/kg)
là nồng độ chất ơ nhiễm trong mô; Cs (mg/kg) là nồng độ chất ô nhiễm trong
trầm tích và Cd (mg/l) là nồng độ chất ơ nhiễm trong nƣớc.
Hệ số BAF thực nghiệm mang tính phổ thơng, không chứa đựng sự
phân biệt giữa tốc độ hấp thu, tốc độ bài tiết hoặc những yếu tố liên quan đến
hoạt động sinh lý của các dạng sinh vật. Tuy nhiên chỉ có thể tính đúng đƣợc
BAF nếu thiết kế thực nghiệm tại hiện trƣờng có tính đến trạng thái tiếp xúc
của các dạng quan tâm, bao gồm trong đó có các mơ hình di chuyển, dao động

không gian, thời gian, nồng độ chất ô nhiễm, tuổi và giống loài động vật
nhuyễn thể. Các yếu tố này mang tính đặc trƣng theo vị trí hoặc theo từng
nghiên cứu, chúng có sự thay đổi đáng kể theo khối nƣớc, kiểu trầm tích và
các dạng chất ơ nhiễm [16].
BAF cũng có thể thay đổi theo thời gian nếu nồng độ trong nƣớc hoặc
trong sinh vật thay đổi theo một hàm của thời gian. Khi các điều kiện môi
trƣờng thay đổi, khả năng dự đoán của BAF giảm đáng kể do BAF chỉ vận
hành tốt ở những điều kiện giống với điều kiện đã thực hiện các phép đo xác
định nó. Trong những trƣờng hợp điều kiện tiếp xúc chất ơ nhiễm có sự dao
động thì mơ tả bằng mơ hình động học sẽ phù hợp hơn [15].
1.1.3 Mơ hình cơ chế

Các mơ hình cơ chế hoặc mơ hình chuỗi dinh dƣỡng đƣợc nhóm thành
hai loại: phƣơng pháp cân bằng và phƣơng pháp động học [17]. Các mơ hình
cân bằng và mơ hình động học thành cơng trong trong mơ tả sự tích luỹ các
hợp chất hữu cơ khơng phân cực (dioxin, furan và các chất PCBs). Các mơ
hình này chƣa đƣợc áp dụng thành công trong mô tả sự tích luỹ kim loại hoặc
chất hữu cơ dễ chuyển hố, phân huỷ, ví dụ nhƣ các hydrocacbon đa nhân
thơm PAH.
a. Mơ hình cân bằng
Mơ hình cân bằng kết hợp chặt chẽ các q trình hấp thu chất ơ nhiễm từ
cột nƣớc, từ trầm tích bị ơ nhiễm và qua chuỗi dinh dƣỡng [17]. Các mơ hình
này thƣờng đƣợc nhắc đến với tên mơ hình “động lực” do trong điều kiện tự
nhiên hiếm khi đạt đƣợc cân bằng nhiệt động tuyệt đối giữa nồng độ chất ơ
nhiễm trong trầm tích, nƣớc và sinh vật. Vì thế các mơ hình cân bằng chấp
nhận giả thiết những điều kiện về trạng thái cân bằng giữa sinh vật và môi
trƣờng. Ngay cả ở những điều kiện trạng thái cân bằng, khi mà nồng độ khơng
có những thay đổi đáng kể theo thời gian thì những điều kiện này cũng không
phải luôn luôn đƣợc đáp ứng trong tự nhiên, lúc này cần đến các mô hình động
học.

Các mơ hình cân bằng cũng chấp nhận giả thiết về một hệ thống kín, về
các phản ứng thuận nghịch và có đủ thời gian cho cơ chất phân bố xuyên suốt
hệ thống. Thời gian yêu cầu để đạt đến phân bố đầy đủ có sự dao động mạnh.
Ví dụ thời gian đòi hỏi để cân bằng một cơ chất giữa các hạt hữu cơ nhỏ và
nƣớc có thể tính bằng giây, ngày hoặc năm tuỳ theo kích thƣớc hạt và giá trị
Kow của cơ chất [18]. Cân bằng qua chuỗi dinh dƣỡng thậm chí cịn có thể cần
đến thời gian kéo dài hơn để đạt đến trạng thái ổn định, tuỳ thuộc vào mức độ
phức tạp của chuỗi dinh dƣỡng và vơ số các yếu tố khác [19].
Nhìn chung mơ hình cân bằng đƣợc áp dụng cho các hợp chất có
logKow giữa 3,5 và 6,0 và khơng bị phân hủy hoặc chuyển hố nhanh. Các mơ
hình phức tạp hơn đƣợc phát triển để dự đốn nồng độ chất ơ nhiễm ở trạng
thái ổn định thông qua chuỗi dinh dƣỡng. Mơ hình Thomann [20] và mơ hình
Gobas [21] là những ví dụ về các mơ hình chuỗi dinh dƣỡng có cân bằng
phức tạp, trong những mơ hình này có tính đến cả tƣơng tác với trầm tích.
b. Mơ hình động học
Ngƣợc lại với các mơ hình cân bằng, mơ hình động học mơ tả hiệu quả
tích luỹ nhƣ là kết quả từ sự tác động tổng thể tốc độ nhiều q trình (hấp thu
và loại bỏ chất ơ nhiễm). Các mơ hình động học tập trung chủ yếu vào q
trình tích tụ các chất ơ nhiễm từ cột nƣớc, và gần đây hơn đƣợc áp dụng với
hấp thu từ trầm tích [22].
Tính tích hợp chặt chẽ của tích luỹ thơng qua chuỗi dinh dƣỡng trong
mơ hình động học địi hỏi có một lƣợng lớn dữ liệu động học hấp thu và động
học bài tiết. Lợi thế của các mơ hình động học là chúng có thể đƣợc sử dụng
để dự đốn nồng độ trong mơ biến đổi theo thời gian dƣới những điều kiện ở
trạng thái khơng ổn định [17].
Nhìn chung có hai kiểu mơ hình động học đƣợc sử dụng là mơ hình
động học bậc nhất đơn giản và mơ hình tích luỹ xây dựng dựa trên các nguồn
năng lƣợng sinh học. Trong mơ hình bậc nhất, tất cả các con đƣờng hấp thu

đƣợc tập hợp thành một hằng số tốc độ hấp thu duy nhất và tất cả các con


đƣờng bài tiết thành một hằng số tốc độ bài tiết duy nhất theo nhƣ phƣơng
trình (1.3) [23], [24]. Trong mơ hình này sinh vật đƣợc xem là một khoang
màng đồng thể, duy nhất đặt trong nƣớc có nguồn cung cấp cơ chất vô tận tại
một mức nồng độ cụ thể [18].
dC f
dt

 ku .Cd  ke .C f

(1.3)

Trong đó dCf /dt (mg/kg/ngày) là tốc độ thay đổi nồng độ chất hố học
trong mơ theo thời gian, Cd (g/l) là nồng độ chất hoá học trong nƣớc, ku
(l/kg/ngày) là hằng số tốc độ hấp thu , ke (1/ngày) là hằng số tốc độ bài tiết và
t là thời gian. Hàm này có thể đƣợc sửa đổi cho mơ hình tích luỹ từ trầm tích
nhờ thay ku bằng hằng số tốc độ hấp thu trầm tích kus (1/ngày) và thay Cd
bằng Cs. Đối với mơ hình này u cầu đánh giá đúng kus và ke để dự đốn
thành cơng thời điểm đạt đến trạng thái ổn định [25].
Trong mơ hình, nồng độ trong mô gia tăng theo thời gian ở tốc độ ban
đầu là cao nhất. Sau đó tốc độ này giảm dần cho đến khi tiệm cận đến một
mức nồng độ nào đó [18], [22]. Những mơ hình này thích hợp nhất dùng cho
mơ tả các q trình khơng cân bằng trong các hệ thống mở.
Các mơ hình động học phức tạp, cịn gọi là mơ hình tích luỹ độc tố dựa
vào những nguồn năng lƣợng sinh học. Quá trình hấp thu xuất hiện từ nhiều
con đƣờng: từ lớp nƣớc phía trên, nƣớc trong trầm tích, trầm tích đƣợc tiêu
hố. Quá trình bài tiết cũng đƣợc xem xét qua nhiều con đƣờng.
Quá trình hấp thu từ mỗi con đƣờng đƣợc xem là độc lập và dựa vào

luồng vận chuyển từ mơi trƣờng, nồng độ chất ơ nhiễm có trong luồng đó, hiệu
quả đồng hố có liên quan (qua mang hoặc qua đƣờng ruột). Chất ô nhiễm loại
bỏ khỏi sinh vật do bài tiết hoặc do chuyển hoá trao đổi. Việc dự đoán phần
mất mát do chuyển hoá trao đổi chất gặp khó khăn do ít liên quan đến đặc tính
kỵ nƣớc của chất hố học, và có sự thay đổi lớn giữa các giống loài.


Các mơ hình động học phức tạp này xem các q trình hố học và sinh
học xuất hiện trong cột nƣớc và trong sinh vật, mỗi bƣớc của quá trình đƣợc
mơ hình hố sử dụng động học bậc nhất, động học bậc 2 hoặc động học trạng
thái ổn định. Giống nhƣ các mơ hình cân bằng, mơ hình động học áp dụng với
các chất rất kỵ nƣớc (log Kow > 6) gặp khó khăn do địi hỏi thời gian hấp thu
kéo dài để có thể đạt đến trạng thái cân bằng với nƣớc (từ một cho đến hơn
một năm) [18]. Nhiều sinh vật không sống đƣợc lâu nhƣ vậy nên không bao
giờ đạt đến trạng thái ổn định. Thêm vào đó khó dự đốn đƣợc sự hấp thu
những chất hố học này do không thể nắm đƣợc tƣơng quan giữa các tốc độ
hấp thu và bài tiết khác nhau của chúng hoặc do những hiệu ứng pha lỗng có
ngun nhân từ sinh trƣởng [26], [27], [28], [29].
Đề tài nghiên cứu của luận án lựa chọn xây dựng mơ hình vi phân bậc
nhất có dạng hàm (1.3). Đây là mơ hình đƣợc các nhà khoa học trên thế giới
nghiên cứu trên nhiều đối tƣợng sinh vật khác nhau, nghiên cứu ở cả quy mơ
trong phịng thí nghiệm và ngồi hiện trƣờng thực tế và cũng là mơ hình đơn
giản, dễ triển khai các thí nghiệm lấy số liệu xây dựng, phù hợp với đối tƣợng
nghiên cứu trong đề tài là ion kim loại hịa tan ƣa nƣớc. Mơ hình có tính ứng
dụng trong tính tốn, dự báo khả năng tích lũy của sinh vật theo thời gian sinh
trƣởng, ứng dụng trong cảnh báo ô nhiễm môi trƣờng và trong vấn đề an tồn
thực phẩm.
1.1.4 Mơ hình thống kê

Q trình tích lũy và bài tiết chất hóa học của động vật nhuyễn thể là

những quá trình phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Đối với phƣơng pháp
quy hoạch thực nghiệm thì cơ thể động vật nhuyễn thể và các quá trình trên
đƣợc xem là hộp đen. Nếu lựa chọn đƣợc các yếu tố thực sự có ảnh hƣởng lên
q trình tích luỹ và là các yếu tố đáp ứng yêu cầu của quy hoạch thực
nghiệm, thì có thể xây dựng mơ hình thống kê cho q trình tích luỹ này.


Phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm có thể đƣợc xem là công cụ đắc
lực để nghiên cứu những đối tƣợng phức tạp. Tuy nhiên phƣơng pháp này
thƣờng đƣợc áp dụng trong mơ tả các q trình hóa học, cơng nghệ hóa học.
Việc áp dụng vào nghiên cứu mơ tả quy luật tích lũy kim loại nặng của nghêu
Meretrix lyrata là hƣớng nghiên cứu hoàn toàn mới trong nội dung đề tài luận
án. Cơng dụng và tính hiệu quả của phƣơng pháp còn phụ thuộc vào chủ quan
ngƣời sử dụng. Để áp dụng có hiệu quả phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm,
cần dự tính và chuẩn bị trƣớc khá cơng phu về thơng số nghiên cứu, trong đó
cần sử dụng đến các phƣơng pháp phân tích phƣơng sai để loại trừ yếu tố
khơng ảnh hƣởng, tìm kiếm yếu tố ảnh hƣởng, tiếp đến là lập kế hoạch thực
nghiệm, tiến hành thí nghiệm nhận thông tin, xây dựng và kiểm tra mô hình
[1], [2].
Các thơng số nghiên cứu trong quy hoạch thực nghiệm thuộc nhóm
kiểm tra đƣợc và điều khiển đƣợc. Tuy nhiên trong số những thơng số này cần
phân tích để chọn ra những yếu tố ảnh hƣởng chính, loại bỏ những yếu tố
khơng cần thiết nhằm đảm bảo tính khả thi và tính hiệu quả của thực nghiệm.
Đối với mơ hình tích lũy độc tố trong động vật nhuyễn thể các thông số nhƣ
nồng độ độc tố trong môi trƣờng sống, thời gian sinh trƣởng, kích thƣớc, khối
lƣợng của động vật nhuyễn thể là những thơng số có thể đƣợc lựa chọn trong
nghiên cứu. Những thơng số này có tác động rõ rệt lên khả năng tích luỹ.
Việc lập kế hoạch thực nghiệm phải dựa trên các nguyên tắc cơ bản của
quy hoạch thực nghiệm, đó là các nguyên tắc [2]:
- Ngun tắc khơng lấy tồn bộ trạng thái đầu vào: Về lý thuyết nếu

không tiến hành tất cả các thực nghiệm trong miền quy hoạch thì có thể bỏ sót
đặc điểm nào đó của hàm mục tiêu. Nhƣng trong thực tế không thể thực hiện
đƣợc điều này. Do vậy trong nghiên cứu chỉ lấy những giá trị rời rạc, chọn
mức biến đổi dựa trên cơ sở khoa học gắn liền với sự lựa chọn dạng hàm tức
dạng mô phỏng bề mặt đáp trị. Cụ thể trong đề tài nghiên cứu lựa chọn xây


dựng mơ hình hồi quy bậc một thơng qua triển khai kế hoạch thực nghiệm bậc
một toàn phần hai mức tối ƣu.
- Ngun tắc phức tạp dần mơ hình tốn học: Do chƣa có một thơng tin
nghiên cứu nào về xây dựng mơ hình thống kê hàm lƣợng độc tố tích luỹ
đƣợc trong động vật nhuyễn thể phụ thuộc vào các yếu tố tác động, nên ngay
ban đầu sẽ không xây dựng mơ hình phức tạp của đối tƣợng nghiên cứu này.
Do việc xây dựng mơ hình phức tạp sẽ cần đến một số lƣợng lớn các thực
nghiệm tốn kém và mất nhiều thời gian, thậm chí uổng phí khi mơ hình khơng
sử dụng đƣợc. Tn thủ theo ngun tắc của quy hoạch thực nghiệm là bắt
đầu từ những mô hình đơn giản nhất ứng với những thơng tin ban đầu đã có
về động vật nhuyễn thể và khả năng tích luỹ độc tố của nó trong mơi trƣờng,
q trình xây dựng mơ hình thống kê hàm lƣợng kim loại nặng tích luỹ trong
động vật nhuyễn thể sẽ bắt đầu với mơ hình hồi quy bậc nhất.
Logic tiến hành thực nghiệm ở đây là làm ít thí nghiệm để có mơ hình
đơn giản, mơ hình bậc nhất, kiểm tra tính tƣơng hợp của nó. Nếu mơ hình
tƣơng hợp, đạt u cầu thì dừng lại. Thơng tin tiên nghiệm từ mơ hình có thể
đƣợc sử dụng để xây dựng các mơ hình khác, ví dụ xây dựng mơ hình vi phân.
Nếu mơ hình đơn giản này khơng tƣơng hợp sẽ tiến hành làm các thí nghiệm
mới, bổ sung để nhận đƣợc mơ hình phức tạp hơn (ví dụ mơ hình phi tuyến),
kiểm tra mơ hình mới và cứ nhƣ vậy cho đến khi mơ hình hữu dụng.
Các bƣớc thiết lập mơ hình thống kê bao gồm :
- Xác định các yếu tố ảnh hƣởng và hàm mục tiêu,
- Xác định cấu trúc hệ,

- Xác định hàm tốn mơ tả,
- Xây dựng ma trận thực nghiệm, tiến hành thí nghiệm thu kết quả đầu ra,
- Xác định các thơng số hàm tốn,
- Kiểm tra tính tƣơng hợp của mơ hình, cải tiến mơ hình khi cần.
Qua phân tích thơng tin tiên nghiệm trên đối tƣợng nghiên cứu, đề tài
luận án triển khai xây dựng mơ hình thống kê để đánh giá khả năng tích lũy


của sinh vật nghêu Meretrix Lyrata đối với một số kim loại nặng. Mơ hình có
thể sử dụng trong dự báo ô nhiễm và cảnh báo về vấn đề an tồn thực phẩm.
Đánh giá so sánh giữa mơ hình vi phân và mơ hình thống kê tìm hiểu quy luật
tích lũy của nghêu đối với các kim loại nghiên cứu.
Mô hình thống kê mơ tả nồng độ kim loại tích luỹ trong mô động vật
nhuyễn thể phụ thuộc đồng thời vào nhiều yếu tố, trong đó có xét đến cả phần
đóng góp lên hàm hồi quy do sự tƣơng tác qua lại giữa các yếu tố. Chính vì
vậy khi mơ hình đƣợc đánh giá tƣơng quan với bức tranh thực nghiệm thơng
qua chuẩn thống kê nó sẽ có độ chính xác cao. Con đƣờng, cơ chế hóa sinh
học tích lũy kim loại nặng vào mô nhuyễn thể đƣợc xem là hộp đen.
Trong nghiên cứu của đề tài lựa chọn ra 3 yếu tố đƣợc cho là có tác
động đáng kể lên hàm hồi quy, các yếu tố này là nồng độ kim loại trong môi
trƣờng, khối lƣợng mô ban đầu và thời gian sinh trƣởng. Đây đều là các yếu
tố định lượng, dễ kiểm soát, việc lựa chọn các giá trị của chúng theo các mức
quy hoạch (giá trị đầu vào) là hồn tồn độc lập, điều chỉnh được. Thơng qua
mơ hình có thể tính đƣợc nồng độ kim loại trong môi trƣờng hoặc trong mô
nhuyễn thể khi biết đƣợc các thơng số cịn lại.
Yếu tố thời gian xuất hiện trong mơ hình cho phép ứng dụng mơ hình
dự đốn thời gian hấp thu (thời gian sinh trƣởng) để nồng độ kim loại trong
mô đạt đến một mức nhất định, ví dụ mức có thể gây tác động có hại đến sức
khoẻ con ngƣời.
Để xây dựng mơ hình thống kê, trong nội dung nghiên cứu của đề tài đã

tiến hành các thực nghiệm ni nghêu trong phịng thí nghiệm theo kế hoạch
thực nghiệm bậc một toàn phần hai mức tối ƣu. Với 8 thí nghiệm trong kế
hoạch thực nghiệm, mỗi thí nghiệm có một tệp các điều kiện nghiên cứu khác
nhau với các mức yếu tố cụ thể, khơng thí nghiệm nào giống thí nghiệm nào và
vì thế rất khó chọn đƣợc trong tự nhiên các địa điểm, khu vực nghiên cứu thoả
mãn những yêu cầu này. Triển khai các thí nghiệm ni nhuyễn thể trong
phịng thí nghiệm là hƣớng duy nhất để xây dựng mơ hình thống kê. Trong môi


trƣờng phịng thí nghiệm cho phép kiểm sốt đƣợc các mức thí nghiệm, nhƣng
khoảng thời gian sống của nhuyễn thể trong điều kiện này ngắn (chỉ trong vịng
30 ngày), khơng thể kéo dài khoảng biến thiên của yếu tố thời gian. Tuy nhiên
trong 4 yếu tố có thể tác động ngăn cản đạt đƣợc các điều kiện mà ở đó sinh vật
tích luỹ cơ chất ổn định bao gồm [25]: những thay đổi về nồng độ chất ô nhiễm
hoặc thay đổi hoạt tính trong q trình nghiên cứu; khả năng tích lũy chất hóa
học của sinh vật bị thay đổi trong giai đoạn phơi nhiễm; có thêm con đƣờng
tích lũy khác chƣa đƣợc tính vào cùng với con đƣờng đang nghiên cứu; và chƣa
đủ thời gian phơi nhiễm để đạt đến trạng thái ổn định thì nghiên cứu trong
phịng thí nghiệm có thể đƣợc khống chế, loại bỏ ảnh hƣởng từ các yếu tố sự
thay đổi nồng độ chất ô nhiễm hoặc thay đổi hoạt tính sinh học trong quá trình
nghiên cứu và yếu tố có thêm các con đƣờng tích luỹ khác chƣa đƣợc tính vào
cùng với con đƣờng đang nghiên cứu.
Sự thay đổi nồng độ chất ô nhiễm trong mỗi thí nghiệm đƣợc loại bỏ do
khơng có tác động thay đổi bởi các yếu tố khí hậu, biến đổi môi trƣờng, giảm
bớt hoặc gia tăng nguồn thải..... nhƣ đối với môi trƣờng trong tự nhiên. Chế
độ thay nƣớc bổ sung hàng ngày bằng chính nguồn nƣớc tự nhiên đảm bảo
đƣợc nguồn dinh dƣỡng tự nhiên cần thiết cho nghêu. Sau khi thay nƣớc bổ
sung, kiểm tra và nếu cần điều chỉnh nồng độ kim loại trong nƣớc đến mức
đặt ra trong kế hoạch, bảo đảm nồng độ kim loại nặng trong mơi trƣờng ni
ổn định. Hoạt tính của kim loại nặng đang nghiên cứu cũng xem nhƣ không

thay đổi do trạng thái hoá trị, các dạng tồn tại của nó khơng bị biến đổi nếu so
với trong mơi trƣờng tự nhiên có thể xảy ra do các tác động vật lý và hố học
khác. Yếu tố có thể có thêm các con đƣờng tích luỹ khác khơng đƣợc tính vào
cùng con đƣờng đang nghiên cứu đƣợc loại bỏ vì trong tất cả các thí nghiệm
chỉ có một con đƣờng tích luỹ duy nhất là từ pha nƣớc hồ tan. Các điều kiện
thí nghiệm tốc độ sục khí, bơm tuần hoàn nƣớc và nguồn thức ăn bổ sung (tảo
và men bánh mỳ) đều đồng nhất trong mọi thí nghiệm.


1.2. NGHIÊN CỨU QUY LUẬT TÍCH LUỸ KIM LOẠI NẶNG TRONG
ĐỘNG VẬT NHUYỄN THỂ

1.2.1 Các kim loại nghiên cứu, nghêu Meretrix lyrata và cơ chế tích lũy
Đề tài tập trung nghiên cứu quy luật tích luỹ kim loại nặng Cd, As, Cu
trong lồi nghêu Meretrix Lyrata bằng phƣơng pháp mơ hình hóa. Đây là lồi
có giá trị dinh dƣỡng cao, đƣợc ni rộng rãi. Nó là đối tƣợng ni trồng
truyền thống cũng nhƣ sinh sống rộng khắp trong môi trƣờng tự nhiên ven
biển, là mặt hàng xuất khẩu có giá trị kinh tế với số lƣợng 2000-3000 tấn thịt
nghêu/năm [4].
Meretrix lyrata là một loài nằm trong giống nghêu Meretrix, trong
giống này cịn có các lồi Meretrix meretrix, Meretrix lusoria, Meretrix tripla,
Meretrix casta; Meretrix lime,...[14]. Các loài nằm trong giống nghêu
Meretrix có cấu tạo cơ thể giống nhau, hoạt động sinh học (cơ chế bắt mồi, hô
hấp, bài tiết,...) tƣơng tự nhau, nhƣng khác nhau về kích thƣớc, khối lƣợng,
mầu sắc vỏ ngoài và giá trị dinh dƣỡng vào giai đoạn trƣởng thành [14].
Mang
Cơ
Vịi nƣớc (vào và ra)

Mấu vỏ

Tuyến tiêu hóa
Tuyến sinh dục
Chân
Cơ màng áo

Hình 1.1 Giải phẫu phần mơ mềm bên trong nghêu Meretrix lyrata
Thân mềm của nhuyễn thể nói chung và nghêu Meretrix lyrata nói riêng
đƣợc bảo vệ bằng hai mảnh vỏ hình ơ van ơm trọn thân. Nghêu có cấu tạo cơ
thể gồm miệng, cơ trƣớc, cơ sau, thận, tim, tuyến sinh dục, chân, mang, tua,
hậu mơn, vịi hút nƣớc vào và vòi đẩy nƣớc ra theo hai con đƣờng riêng. Vịi
phía bụng là vịi hút nƣớc vào, vịi phía lƣng là vịi đẩy nƣớc ra. Vịi nƣớc của
nghêu to và ngắn, vòi lấy nƣớc vào dài hơn vòi đẩy nƣớc ra. Nghêu vùi thân
trong cát và thò vịi nƣớc lên trên cát để hơ hấp, bắt mồi và bài tiết. Hệ hơ hấp
của nghêu đóng vai trị quan trọng là lọc thức ăn và hô hấp. Miệng nghêu là


một rãnh ngang nằm phía trƣớc cơ thể, bên miệng có tấm mơi ngồi, mơi trong,
tiêm mao dùng để vận chuyển và chọn lọc thức ăn. Mang nghêu có hình chữ W
gồm hai lá mang nằm bên xoang màng áo, mỗi tấm gồm nhiều sợi tơ kết hợp
với nhau bằng màng mỏng có nhiều nếp gấp (28-30 nếp). Mang nghêu là cơ
quan hơ hấp chủ yếu, ngồi ra các vi mạch trên màng áo ngồi, các vi mạch
trên mơi cũng có tác dụng bổ trợ hơ hấp. Động vật nhuyễn thể nói chung cũng
nhƣ nghêu Meretrix Lyrata nói riêng hơ hấp bằng cách mở miệng ra, ngậm
miệng lại và dòng nƣớc đƣợc đƣa đi vào, đi ra qua chức năng của vịi nƣớc.
Mang của động vật nhuyễn thể đƣợc ví nhƣ một nhà máy lọc nƣớc nhỏ.
Nhờ vào cấu tạo đặc biệt của tấm mang, nhuyễn thể bắt mồi thụ động và liên
tục. Thức ăn đi qua mang đƣợc chọn lọc một phần đi vào hệ tiêu hố, phần
cịn lại bị đẩy ra ngồi [3].
Nhuyễn thể là lồi có sự tích tụ sinh học cao hơn so với các lồi động
vật có xƣơng sống nhƣ cá và động vật sống trên cạn, đồng thời chúng cũng

bài tiết ra ngoài nhiều hơn so với loài khác. Cá sống ở tầng nƣớc mặt hoặc
tầng nƣớc giữa còn nhuyễn thể sống ở đáy và ăn lọc nên khả năng hấp thu
kim loại nặng của nhuyễn thể cao hơn cá. Các tài liệu nghiên cứu cho thấy đối
với nhuyễn thể hai mảnh vỏ, kim loại nặng (Hg, Cd, Pb, Cu) đƣợc tích luỹ ở
mang và ở cơ, cịn với cá thì tích lũy ở gan, thận và cơ [3].
Sự tích tụ ơ nhiễm trong cơ thể của nhuyễn thể là cao nhất và con
đƣờng duy nhất chúng có thể hấp thụ đƣợc là từ nƣớc khi các chất ơ nhiễm
hồ tan trong nƣớc hoặc liên kết với các chất lơ lửng, kim loại nặng dƣới dạng
ion hịa tan hấp thu qua mang vào mơ mềm nhờ vào cấu trúc đặc biệt của
mang, kim loại liên kết với hạt rắn (trong đó có phần làm dinh dƣỡng) hấp thu
qua đƣờng tiêu hóa [3], [30], [31]. As, Cd, Cu là những kim loại nặng đƣợc
lựa chọn nghiên cứu với những lý do sau đây:
- Nguồn nƣớc sơng, hồ, biển có nồng độ As, Cd chỉ vài g/l đã đƣợc
xem là bị ơ nhiễm. Vì vậy sự tích luỹ As, Cd trong nhuyễn thể có tác dụng
đánh giá chất lƣợng môi trƣờng rất tốt.


- As, Cd có độc tính cao, các lồi cá, nghêu, sị, ốc dễ hấp thụ và tích
luỹ trong cơ thể. Nhiều hợp chất asen có độ hồ tan trong nƣớc cao do vậy ô
nhiễm nƣớc do asen dễ xảy ra.
- Sự hiện diện của mơ mềm có protein giầu sulfua tạo phức kim loại
của động vật nhuyễn thể (metallothionein, MT) đƣợc cho là nguyên nhân dẫn
đến thành phần kim loại trong chúng cao. Sự tiêu hoá chọn lọc kim loại với
mức độ khác nhau đƣợc cho là do bản chất hoá học của nguyên tố, nhƣng
quan trọng hơn là do protein MT. MT thƣờng bão hoà Zn và Cu, những kim
loại này dần bị thay thế bởi các kim loại khác, đặc biệt là bởi Cd [32], [33].
Đây là một trong những nguyên nhân cơ bản dẫn đến khả năng tích luỹ mạnh
Cd bởi các lồi nhuyễn thể. Cũng từ ngun nhân MT có khả năng bão hồ
Zn, Cu nên trong đề tài đã lựa chọn Cu làm đối tƣợng nghiên cứu để khẳng
định khả năng hấp thu, tích luỹ mạnh đối với kim loại này bởi nhuyễn thể

Meretrix lyrata.
- As, Cd và Cu là ba kim loại nặng cho thấy có thể mơ tả đƣợc quy luật
tích luỹ trong nhuyễn thể Meretrix lyrata bằng các dạng mơ hình đề tài lựa
chọn thông qua một số kết quả nghiên cứu khảo sát ban đầu lấy làm thông tin
tiên nghiệm.
1.2.2 Các mơ hình tích luỹ kim loại nặng
1.2.2.1 Hai mơ hình OBM và DEB
a. Mơ hình OBM

Bắt đầu q trình xây dựng mơ hình với việc đƣa ra các biểu đồ mô tả
con đƣờng vận chuyển kim loại nặng qua lại giữa mơi trƣờng sống (nƣớc,
trầm tích), nguồn dinh dƣỡng và bản thân động vật nhuyễn thể. Trong đó
nồng độ của một kim loại đƣợc điều khiển bởi sự cân bằng giữa lấy vào (hấp
thu), bài tiết và sinh trƣởng [30].
Nƣớc

Kfw

(nƣớc bao
phủ)

Sũ

Dinh dƣỡng
(phytoplankton, cát,
trầm tích lơ lửng)