BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ BÁO CÁO TÓM TẮT KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu
2.3.1 Phương pháp nghiên cứu tư liệu thu thập tài liệu và tổng quan nghiên cứu
- Thu thập tài liệu đã có liên quan tới các phương pháp và nội dung đề tài.
2.3.3 Phương pháp khảo sát thực địa: a- Phương pháp thu mẫu ốc cạn:
- Thu mẫu theo ô têu chuẩn: thep phương pháp của Philippe Clergeau (2011).
+ Thiết lập ô mẫu chính 10m x 10m ở mỗi điểm nghiên cứu:
+ Đặt 05 ô mẫu nhỏ 1m x 1m tại 4 góc và 1 tại trung tâm
Để thu thập các mẫu ốc quan sát, tiến hành lấy mẫu trong ô nhỏ trên cây và tầng thảm mục Mẫu đất được thu trong ô kích thước 1cm x 1m x 1m và cho vào túi nhựa Sau đó, mẫu đất sẽ được rây qua lưới có kích thước mắt 1mm x 1mm để tách lấy các mẫu mà mắt thường khó nhận thấy.
Sau khi thu mẫu từ các ô mẫu nhỏ, cần tiếp tục quan sát và tìm kiếm thêm các thành phần loài trong ô mẫu lớn (10mx10m) Các loài ốc cạn thường phân bố trên thân, lá cây và tầng thảm mục.
Để thu mẫu định tính, cần thực hiện việc thu thập mẫu dọc theo tuyến đường khảo sát và các vùng lân cận nhằm bổ sung danh sách thành phần loài trong khu vực nghiên cứu Đối với phương pháp thu mẫu đất, cần tuân thủ theo thông tư 33/2011/TT-BTNMT về quy định quy trình kỹ thuật quan trắc môi trường đất, trong đó việc lấy mẫu đất được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 7538-6:2010 về chất lượng đất.
Mẫu đất được thu thập từ tầng mặt (0-5 cm) tại các sinh cảnh nơi có ốc Sau khi thu thập, mẫu đất được cho vào túi nhựa polyethylene, được ghi nhãn theo quy định và mang về phòng thí nghiệm Mẫu sẽ được phơi khô ở nhiệt độ thích hợp.
- Thí nghiệm trên các loài ốc cạn (theo phương pháp của Otitoloju,
A.A., và cộng sự, 2009) trong các môi trường có nồng độ các kim loại nặng khác nhau trong 4 tuần để xác định ảnh hưởng của kim loại nặng đến một số đặc điểm sinh học của ốc cạn.
- Bố trí thí nghiệm: Mỗi loài loài ốc cạn: 4 yếu tố (As, Cd, Pb, Zn) x
3 nồng độ + 1 Đối chứng = 13 lô thí nghiệm.
2.3.5 Phương pháp phân tích mẫu a- Phương pháp xử lý và định loại ốc cạn: Phân loại các loài theo mô tả của Bavay & Dauzenbeg (1912), Alexander Sysoev (2009), Schileyko (2011), Hendricks, Paul (2012), Thomas E Burke (2013), Nantarat N (2014), Siriboon T
Đánh giá đặc điểm sinh học của ốc cạn bao gồm phân tích sinh học cá thể như hình thái, hoạt động di chuyển và thức ăn tiêu thụ; sinh học quần thể với các yếu tố mật độ và phân bố; và sinh học quần xã liên quan đến thành phần loài và phân bố Để xác định hàm lượng kim loại nặng trong đất, áp dụng theo thông tư 33/2011/TT-BTNMT, quy định quy trình kỹ thuật quan trắc môi trường đất, trong đó phân tích hàm lượng các kim loại nặng dựa trên TCVN 6496:2009 và TCVN 8246:2009.
+ Phương pháp xác định Cd, Zn, Pb: Phương pháp phổ tiêu thụ nguyên tử (TCVN 6496:2009 ).
+ Phương pháp xác định As: Phương pháp phổ tiêu thụ nguyên tử theo kỹ thuật nhiệt điện hoặc tạo hydrua [ TCVN 8467:2010 (ISO 20280:2007) ].
- Các bước tính toán về chỉ số đa dạng sinh học được thực hiện trên phần mềm Microsoft Excel, phần mềm Primer 6.0
KẾT QUẢ, SẢN PHẦM KHCN
Đa dạng sinh học ốc cạn vùng Đông Bắc Việt Nam
Kết quả nghiên cứu tại khu vực Đông Bắc Việt Nam đã định tên được
336 loài, thuộc 30 họ, 03 bộ, 02 phân lớp.
Bảng 3.1: Cấu trúc thành phần loài ốc cạn giữa các phân lớp ở KVNC
TT Tỉnh Bộ Họ Loài
Các loài ốc phổ biến tại Đông Bắc Việt Nam bao gồm Achatina fulica với tần số xuất hiện 57,54%, Bradybaena jourdyi xuất hiện tại 52/106 vị trí thu mẫu với tần số 49,06%, và Japonia scissimargo với tần số 42,45% xuất hiện tại 45/106 vị trí thu mẫu Những loài này có mặt ở hầu hết các sinh cảnh được nghiên cứu trong khu vực.
3.2 Chỉ số đa dạng sinh học ốc cạn ở một số khu vực Đông Bắc Việt Nam
Mức độ đa dạng sinh học ốc cạn được xác định thông qua các chỉ số đa dạng như chỉ số Margalef (d), chỉ số Shannon-Wiener (H‟) và chỉ số cân bằng Peilou (J‟) Kết quả cho thấy khu vực Đông Bắc có mức độ đa dạng sinh học tương đối cao.
Về số lượng loài (S) dao động từ 03 –34 loài Mật độ phân bố cá thể loài trên1m 2 (N) dao động trong khoảng 1,6 đến 440,6 Chỉ số phong phú loài
Margalef (d) dao động từ 1,228 đến 10,487 Chỉ số đồng đều Pielou (J) dao động từ 0,462 đến 0,978 Chỉ số đa dạng sinh học loài Shannon-Weiner (H') dao động từ 0,604 đến 3,200.
Mức độ đa dạng sinh học của ốc cạn tại các sinh cảnh rừng trồng, đất hoang và khoáng sản trong khu vực nghiên cứu tương đối thấp Các chỉ số đa dạng sinh học ghi nhận số lượng loài (S) dao động từ 3 đến 15, với số lượng cá thể thu được không nhiều Chỉ số phong phú loài (d) nằm trong khoảng 1,2 đến 2,5, trong khi chỉ số đa dạng sinh học loài Shannon-Weiner (H') dao động từ 0,6 đến 1,5.
Hàm lượng kim loại nặng trong đất ở một số khu vực Đông Bắc Việt
3.3.1 Hàm lượng Asen (As) trong đất ở một số khu vực Đông Bắc Việt Nam
Hàm lượng Asen trong đất tại các vị trí nghiên cứu cho thấy sự vượt mức giới hạn cho phép quy định trong QCVN 03-MT:2015/BTNMT, đặc biệt là ở khu vực mỏ khoáng sản và sinh cảnh rừng trồng Tại các mẫu đất từ sinh cảnh mỏ khoáng sản, hàm lượng Asen thường vượt quá 1 – 2 lần so với mức cho phép, với vị trí cao nhất là KS1 đạt 45,03 mg/kg đất Nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng này có thể là do sự phát tán Asen từ quá trình phong hóa đá và oxy hóa các khoáng vật như arsenopyrit, galena, sphalerit, pyrit, pyrotin và chalcopyrit, cùng với hoạt động khai thác khoáng sản Sinh cảnh rừng trồng, nhờ các dự án phủ xanh, có hàm lượng Asen trung bình cao thứ hai (25,612 mg/kg đất), với vị trí RT8 ghi nhận 44,4 mg/kg đất.
Sinh cảnh rừng tự nhiên trên núi đất có hàm lượng Asen trung bình cao thứ ba tại các điểm lấy mẫu, chịu ảnh hưởng từ khu vực dân cư đông đúc lân cận Khu vực này đối mặt với lượng nước thải lớn từ các hoạt động sinh hoạt, sản xuất và xây dựng, dẫn đến sự tích lũy các kim loại nặng trong đất và môi trường.
So với ba sinh cảnh khác, sinh cảnh Rừng tự nhiên trên núi đá vôi có hàm lượng Asen trung bình thấp nhất, do khu vực này chủ yếu được hình thành từ đá trầm tích qua quá trình phong hóa địa chất hàng triệu năm Trong khi đó, hàm lượng kim loại nặng trong đất chủ yếu là Pb, Zn và Fe, với Asen ở mức rất thấp Vị trí có hàm lượng Asen cao nhất trong đất là RDV1, đạt 2,95 mg/kg.
3.3.2 Hàm lượng Cadimi trong đất ở một số khu vực vùng Đông Bắc Việt Nam
Hàm lượng cadmium (Cd) trong đất được đo trong khoảng từ 0,44 đến 9,2 mg/kg Trong số 65 mẫu, có 40 mẫu nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 03-MT:2015/BTNMT, trong khi 25 mẫu vượt quá quy chuẩn cho phép Mẫu KS1 có hàm lượng Cd cao nhất, đạt 9,2 mg/kg, gấp 3 lần giới hạn cho phép theo quy định.
3.3.3 Hàm lượng Chì trong đất ở một số khu vực vùng Đông Bắc Việt Nam
Hàm lượng chì (Pb) trong đất tại các điểm khảo sát có sự chênh lệch rõ rệt, dao động từ 12 đến 187,9 mg/kg Điểm thu mẫu KS1 ghi nhận hàm lượng Pb cao nhất với 187,9 mg/kg, vượt mức quy chuẩn QCVN khoảng 1,9 lần, trong khi điểm RDV22 có hàm lượng thấp nhất chỉ đạt 12 mg/kg.
Có 07 mẫu có hàm lượng Pb vượt GHCP của QCVN 03- MT:2015/BTNMT, bao gồm các mẫu KS1, KS3, KS4, KS5, KS6, KS7, KS9.
58 mẫu còn lại có hàm lượng Pb nằm trong GHCP của QCVN 03- MT:2015/BTNMT.
Kết quả cho thấy sự phân bố hàm lượng Pb hợp lý, với các vị trí có hàm lượng Pb cao thường nằm gần các mỏ khoáng sản, trong khi các vị trí có hàm lượng Pb thấp lại nằm xa mỏ khoáng sản và chịu ít tác động hơn.
3.3.4 Hàm lượng Kẽm trong đất ở một số khu vực vùng Đông Bắc Việt Nam
Hàm lượng kẽm (Zn) trong các mẫu đất tại sinh cảnh rừng núi đá vôi dao động từ 65,67 mg/kg, với khu vực này chủ yếu là đá trầm tích hình thành qua quá trình phong hóa địa chất hàng triệu năm Đặc biệt, hàm lượng kim loại nặng trong đất chủ yếu bao gồm Pb, Zn và Fe Một số vị trí như RDV6, RDV13 và RND24 đang trong tình trạng báo động ô nhiễm, khi hàm lượng Zn gần chạm ngưỡng 200 mg/kg đất.
Tất cả các vị trí lấy mẫu đều có hàm lượng kim loại Zn nằm trong giới hạn cho phép theo QCVN 03:2015/BTNMT Sinh cảnh rừng tự nhiên núi đất và rừng trồng ghi nhận hàm lượng kẽm thấp hơn so với hai sinh cảnh khác, với không vị trí nào vượt ngưỡng cho phép Đặc biệt, nhiều vị trí trong sinh cảnh rừng trồng có hàm lượng Zn dưới 100 mg/kg đất.
3.4 Ảnh hưởng của kim loại nặng tới một số đặc điểm sinh học của ốc cạn
Nghiên cứu cho thấy kim loại nặng gây ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động sống của ốc cạn, bao gồm giảm tốc độ tăng trưởng về kích thước và khối lượng, giảm lượng thức ăn tiêu thụ, cũng như giảm hoạt động di chuyển Đặc biệt, trong môi trường có nồng độ kim loại nặng cao gấp 3-4 lần giới hạn cho phép, ốc cạn có thể bị chết.
Hàm lượng kim loại nặng trong cơ thể ốc tỷ lệ thuận với mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất nơi chúng sinh sống.
3.5 Mối quan hệ giữa đa dạng sinh học ốc cạn và hàm lượng kim loại nặng trong đất ở một số khu vực vùng Đông Bắc Việt Nam
Kết quả phân tích đa dạng sinh học của ốc cạn tại khu vực Đông Bắc cho thấy mối tương quan nghịch giữa các chỉ số Margalef (d), Shannon-Wiener (H') và Peilou (J') với hàm lượng As trong đất Cụ thể, các chỉ số này có mối liên hệ tương đối chặt chẽ, với các giá trị lần lượt trên núi đá vôi, rừng tự nhiên trên núi đất và khu vực gần mỏ khoáng sản là (-0.571; 0.494; -0.913), (-0.710; -0.188; -0.763), (-0.527; 0.132; -0.753) và (-0.706; 0.0759; -0.823).
Kết quả nghiên cứu cho thấy mối tương quan giữa hàm lượng Cadimi trong đất và các chỉ số d, J‟, H‟ tại các sinh cảnh khác nhau, bao gồm rừng trồng, rừng tự nhiên trên núi đá vôi, rừng tự nhiên trên núi đất, và khu vực gần mỏ khoáng sản.
0,612; -0,566; -0,920), (-0,673; -0,165; -0,750), (-0,503; 0,134; -0,711), (- 0,743; 0,156; -0,727) Giá trị của hệ số tương quan cho thấy, giữa các đại lượng có mối quan hệ tỷ lệ nghịch với nhau ở mức chặt chẽ.
Mức độ tương quan giữa hàm lượng Chì trong đất tại các sinh cảnh khác nhau như rừng trồng, rừng tự nhiên trên núi đá vôi, rừng tự nhiên trên núi đất và khu vực gần mỏ khoáng sản được thể hiện qua các hệ số tương quan lần lượt là: (-0,6163; -0,0510; -0,7635), (-0,6021; -0,3454; -0,7925), (-0,6395; -0,2909; -0,7444), và (-0,7175; -0,0681; -0,7929).
Mức độ tương quan giữa hàm lượng Kẽm trong đất và các chỉ số d, J‟, H‟ ở các sinh cảnh rừng trồng, rừng tự nhiên trên núi đá vôi, rừng tự nhiên trên núi đất, và khu vực gần mỏ khoáng sản cho thấy mối quan hệ tỷ lệ nghịch rõ rệt, với các hệ số lần lượt là (-0,7735; -0,8696), (-0,5505; -0,7741), (-0,6395; -0,7175), và (-0,2909; -0,0681) Nghiên cứu chỉ ra rằng chỉ số J‟ không có mối liên hệ rõ ràng với hàm lượng Zn, có thể là do tính ngẫu nhiên, trong khi các chỉ số d và H‟ đều cho thấy mối tương quan tỷ lệ nghịch từ mức độ trung bình đến tương đối chặt chẽ với hàm lượng Zn trong đất.
3.6 Đề xuất bộ tiêu chí về đa dạng sinh học ốc cạn trong dự báo ô nhiễm kim loại nặng trong đất
Dựa trên mối quan hệ giữa hàm lượng kim loại nặng trong đất và đa dạng sinh học của loài ốc cạn, bộ tiêu chí đa dạng sinh học ốc cạn được xây dựng nhằm dự báo và cảnh báo về tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong các sinh cảnh khác nhau Các tiêu chí trong bộ này sẽ giúp đánh giá tác động của ô nhiễm đến hệ sinh thái.
3.6.1 Bộ tiêu chí về đa dạng sinh học ốc cạn trong dự báo ô nhiễm As trong đất
Sinh cảnh Chỉ số ĐDSH
Mức độ xác định Ô nhiễm Có dấu hiệu ô nhiễm
As >25 20 - 25 As 3,5 Độ đa dạng loài
Rừng tự nhiên trên núi đất Độ phong phú loài d 3,0 Độ đa dạng loài
Khu vực gần mỏ khoáng sản Độ phong phú loài d 3,0 Độ đa dạng loài
3.6.2 Bộ tiêu chí về đa dạng sinh học ốc cạn trong dự báo ô nhiễm Cd trong đất
Sinh cảnh Chỉ số ĐDSH
Mức độ xác định Ô nhiễm Có dấu hiệu ô nhiễm
Không ô nhiễm 6≤ [Cd] 3≤ [Cd]3,5 1 – 3,5 < 1 Độ đa dạng loài
Rừng tự nhiên trên núi đá vôi Độ phong phú loài d >3,0 1,5 – 3,0 3,0 1,5 – 3,0 3,0 1,5-3,0 < 1,5 Độ đa dạng loài
3.6.4 Bộ tiêu chí về đa dạng sinh học ốc cạn trong dự báo ô Zn trong đất
Sinh cảnh Chỉ số ĐDSH
Mức độ xác định Ô nhiễm
[Zn] 3,5 Độ đa dạng loài H„ < 0,5 0,5 – 2,5 >2,5
Rừng tự nhiên trên núi đá vôi Độ phong phú loài d 3,0 Độ đa dạng loài H„ < 1,0 1,0 - 2,0 >2,0
Rừng tự nhiên trên núi đất Độ phong phú loài d 3,0 Độ đa dạng loài H„ 2,0
Khu vực gần mỏ khoáng sản Độ phong phú loài d < 1,5 1,5 – 3,0 > 3,0 Độ đa dạng loài H„ < 1,0 1,0 – 2,0 > 2,0
3.7 Áp dụng bộ tiêu chí đa dạng sinh học loài ốc cạn dự báo hàm lượng kim loại trong đất tại tỉnh Bắc Kạn
3.7.1 Áp dụng bộ tiêu chí đa dạng sinh học loài ốc cạn dự báo hàm lượng Asen trong đất tại tỉnh Bắc Kạn:
