Tiêu đề: “Nghiên cứu phương pháp quan trắc sinh học trong đánh giá chất lượng nước trên tuyến sông Hậu sử dụng động vật không xương sống cỡ lớn”.

Tác giả:  Nguyễn Thị Kim Liên, Khóa 2012 đợt 1.

 Chuyên ngành: Nuôi trồng thủy sản, Mã ngành: 62620301; Nhóm ngành: Nông - Lâm - Ngư nghiệp.

 Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Vũ Ngọc Út, Trường Đại học Cần Thơ.

 Thời gian bảo vệ: 08 giờ 00, Thứ năm ngày 10 tháng 8 năm 2017.

 Địa điểm bảo vệ: Phòng Bảo vệ luận án tiến sĩ (Phòng họp 3, lầu 2, Nhà điều hành), Khu II – Trường Đại học Cần Thơ.

1. Tóm tắt nội dung luận án

Mục tiêu của nghiên cứu là xác định hiện trạng chất lượng nước, đặc điểm môi trường sống và tính đa dạng thành phần động vật không xương sống cỡ lớn (ĐVKXSCL) nhằm phát triển phương pháp quan trắc sinh học trong đánh giá chất lượng nước trên sông Hậu. Nghiên cứu được thực hiện với 4 đợt thu mẫu trong mùa mưa (tháng 6/2013 (đợt 1) và tháng 9/2013 (đợt 2)) và mùa khô (tháng 12/2013 (đợt 3) và tháng 3/2014 (đợt 4)) tại 14 điểm trên sông chính (đầu nguồn, giữa nguồn và cuối nguồn) và 22 điểm trên sông nhánh, nơi chịu tác động bởi các hoạt động sản xuất nông nghiệp (nhóm TV1), nuôi trồng thủy sản-gián tiếp (nhóm TV2), nuôi trồng thủy sản-trực tiếp (nhóm TV3) và sinh hoạt của dân cư (nhóm TV4). Các chỉ tiêu thu mẫu bao gồm các thông số chất lượng nước và thành phần ĐVKXSCL. Chất lượng nước được đánh giá qua phân tích PCA và chỉ số WQI. Thành phần ĐVKXSCL được phân tích theo các chỉ số sinh học như chỉ số đa dạng Shannon-Weaver, Margalef và Simpson và xây dựng hệ thống tính điểm trên cơ sở hệ thống BMWP^VIET. Kết quả cho thấy ở hầu hết các vị trí thu mẫu độ đục và TSS vào mùa mưa cao hơn mùa khô; hàm lượng DO giữa các khu vực biến động lớn, trong khoảng 1,76-7,96 mg/L; hàm lượng các chất dinh dưỡng (TAN, N-NO₃^-, TN, P-PO₄^3-, TP) và vật chất hữu cơ (COD và TOM ) vào mùa khô cao hơn mùa mưa. Kết quả phân tích PCA cho thấy có qui luật biến động chung của một số thông số chất lượng nước ở khu vực nghiên cứu. Hàm lượng vật chất lơ lửng đạt giá trị cao vào mùa mưa, trong khi hàm lượng dinh dưỡng và vật chất hữu cơ có giá trị cao nhất vào mùa khô. Chỉ số WQI có sự biến động tương đối lớn giữa các vị trí thu mẫu và dao động từ 17,3-61,4 tương ứng với chất lượng nước từ ô nhiễm nhẹ đến ô nhiễm nặng. Nhìn chung, chất lượng nước trên sông Hậu khá giàu dinh dưỡng, đặc biệt ở các khu vực bị ảnh hưởng bởi hoạt động nuôi trồng thủy sản và sản xuất nông nghiệp.

Tổng cộng có 95 loài động vật đáy được phát hiện thuộc 7 nhóm, trong đó Gastropoda có thành phần loài phong phú nhất với 42 loài (45%), kế đến là Bivalvia 25 loài (26%), các nhóm còn lại có số loài thấp hơn và biến động từ 1-9 loài (1-9%). Có sự tương đồng rất cao (chỉ số tương đồng từ 0,81-0,89) về thành phần loài động vật đáy giữa sông chính và sông nhánh thuộc tuyến sông Hậu. Trên sông chính, vùng đầu nguồn (61 loài) và giữa nguồn (58 loài) sông Hậu có thành phần loài phong phú hơn so với vùng cuối nguồn (44 loài). Mật độ động vật đáy trung bình trên sông chính có xu hướng giảm dần từ vùng đầu nguồn (1.312±905 ct/m²), giữa nguồn (629±668 ct/m²) đến cuối nguồn (327±372 ct/m²). Trên sông nhánh, nhóm TV1 và nhóm TV4 có tổng số loài động vật đáy cao hơn các nhóm thủy vực khác. Ngược lại, nhóm TV3 đạt mật độ cao nhất qua các đợt khảo sát. Tổng số loài động vật đáy ghi nhận được tại các nhóm TV1, TV2, TV3 và TV4 lần lượt là 58 loài, 46 loài, 46 loài và 80 loài. Hầu hết các nhóm thủy vực đều có số loài động vật đáy tăng cao nhất vào đợt 4. Kết quả phân tích PCA cho thấy Oligochaeta, Malacostraca và Insecta vào mùa khô cao hơn mùa mưa thể hiện mức độ ô nhiễm hữu cơ tăng lên trong mùa khô. Polychaeta và Hirudinea có xu hướng đạt mật độ cao vào đợt 2, đợt 3 và thấp vào đợt 1, đợt 4. Ngược lại, Gastropoda có qui luật biến động đạt mật độ cao vào đợt 1 và đợt 4 và đạt mật độ thấp vào đợt 2 và đợt 3. Trong khi đó Bivalvia xuất hiện thường xuyên tại các vị trí thu mẫu nhưng mật độ của chúng biến động lớn ở khu vực nghiên cứu.

Các chỉ số đa dạng Shannon-Weaver, Margalef và Shimpson ở sông chính luôn thấp hơn sông nhánh qua các giai đoạn khảo sát cho thấy sông nhánh có thành phần loài đa dạng hơn sông chính, tuy nhiên sự khác biệt này không có ý nghĩa (p>0,05). Nghiên cứu đã phát hiện 66 họ ĐVKXSCL ở khu vực khảo sát, trong đó có 42 họ ĐVKXSCL có trong hệ thống điểm BMWP^VIET và 24 họ không có trong BMWP^VIET. Dựa trên đặc tính phân bố, điều kiện môi trường sống và giá trị chịu đựng ô nhiễm của các họ ĐVKXSCL đã được thiết lập, nghiên cứu đã bổ sung được 24 họ ĐVKXSCL phân bố ở khu vực sông Hậu vào hệ thống điểm BMWP^VIET ứng dụng cho lưu vực sông Hậu. Như vậy, việc đánh giá chất lượng nước bằng phương pháp sinh học sử dụng chỉ số ASPT có sự trùng hợp cao hơn (89%) chỉ số ưu thế Berger-Parker (69%) và chỉ số đa dạng Shannon-Weaver (79%) khi so sánh với phương pháp đánh giá chất lượng nước bằng phương pháp lý, hóa học.

Từ khóa: Chất lượng nước, ĐVKXSCL, mật độ, các chỉ số đa dạng, BMWP^VIET, ASPT

2. Những kết quả mới của luận án

- Đây là nghiên cứu đầu tiên được thực hiện với qui mô lớn về phương pháp quan trắc sinh học sử dụng ĐVKXSCL trên sông Hậu

- Nghiên cứu đã cung cấp dữ liệu về thành phần ĐVKXSCL bao gồm động vật đáy và côn trùng thủy sinh phân bố trên sông chính và sông nhánh thuộc tuyến sông Hậu.

- Xác định được thành phần loài và mật độ động vật đáy cũng như đặc điểm chất lượng nước của các nhóm thủy vực bị ảnh hưởng bởi các hoạt động khác nhau như nuôi trồng thủy sản, sản xuất nông nghiệp và nước thải sinh hoạt.

- Tìm ra được xu hướng chung của một số thông số chất lượng nước trên sông Hậu cũng như qui luật biến động của các nhóm động vật đáy qua các giai đoạn thu mẫu.

- Đã xác định được 66 họ ĐVKXSCL phân bố trên sông Hậu và đã bổ sung được 24 họ vào hệ thống điểm BMWP^VIET gọi là BMWP^VIET-HR để ứng dụng cho lưu vực sông Hậu.

3.Các ứng dụng/khả năng ứng dụng trong thực tiễn, những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

          - Phát triển được phương pháp quan trắc sinh học sử dụng ĐVKXSCL đặc thù cho lưu vực sông Hậu

- Kết quả của luận án còn cung cấp cơ sở dữ liệu về các nhóm ĐVKXSCL trên tuyến sông Hậu phục vụ cho việc giảng dạy, học tập và làm cơ sở cho các nghiên cứu về đa dạng sinh học thủy sinh vật ở vùng ĐBSCL.

- Tiếp tục nghiên cứu thành phần ĐVKXSCL trên sông Tiền để xem xét khả năng ứng dụng hê thống điểm BMWP^VIET-HR để từ đó phát triển chỉ số ứng dụng chung cho lưu vực sông Mekong trên lãnh thổ Việt Nam.

- Nghiên cứu phương pháp định danh nhanh các nhóm ĐVKXSCL để áp dụng phương pháp quan trắc sinh học tại địa phương

                  Người hướng dẫn                                            Nghiên cứu sinh

                PGs.Ts. Vũ Ngọc Út                                     Nguyễn Thị Kim Liên

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

Research title: Research on bio-monitoring approach using macroinvertebrates for water quality assessment in Hau river

Major: Aquaculture;                     Code:           62 62 03 01

PhD student:         Nguyen Thi Kim Lien

Instructor:            Assoc. Prof. Dr. Vu Ngoc Ut

Training Facility: Can Tho University

1. Summary

This study aimed to develop a biomonitoring approach based on macroinvertebrates groups to establish a system for evaluation and management of water quality in the Hau River as well as in the Mekong Delta. The study was implemented by sampling water quality parameters and macroinvertebrates. Sampling was conducted 4 times in the rainy season (June, 2013 (period 1) and September, 2013 (period 2)) and dry season (December, 2013 (period 3) and March, 2014 (period 4)) at 14 sites on the mainstream (upstream, middle stream and downstream) and at 22 sites on the tributaries (sites impacted by agriculture activities (group 1), by indirect aquaculture (group 2), direct aquaculture (group 3) and human activities (group 4). Water quality was assessed based on PCA analysis and WQI. The macroinvertebrates composition was analyzed using diversity indices such as Shannon-Weaver, Margalef and Simpson. The results showed that turbidity and TSS concentration in the rainy season was higher than that in the dry season in most sampling locations; DO concentration was highly variable, ranging from 1.76-7.96 mg.L^-1; the concentrations of nutrients (TAN, N-NO₃^-, TN, P-PO₄^3-, TP) and organic matter (COD, TOM)  in the dry season were higher than those in the rainy season. The results of PCA analysis showed that there was a common trend of variation in water quality in the study area. TSS reached a peak in the rainy season, while nutrient and organic matter contents were highest in the dry season. WQI index varied significantly among sampling locations ranging from 17.3 to 61.4 which indicated the water quality was slightly polluted to heavily polluted, respectively. In general, water quality on the Hau River is relatively eutrophic, especially in the areas affected by aquaculture and agriculture activities.

    A total of 95 species of benthic macroinvertebrates were found in the study area belonging to seven groups, in which Gastropoda was the most abundant with 42 species (45%), followed by Bivalvia with 25 species (26%). The other groups contained lower number of species, from 1-9 species (1-9%). There was a high similarity (similarity index from 0.81 to 0.89) on benthic macroinvertebrates composition between the mainstream and tributaries of the Hau River. The species abundance in the upstream (61 species) and midstream (58 ​​species) of Hau River was higher than that of the downstream (44 species). Mean densities of benthic macroinvertebrates in the mainstream tended to decrease gradually from the upstream (1,312±905 inds/m²), midstream (629±668 inds/m²) to downstream (327±372 inds/m²). On tributaries, species number in group 1 and group 4 were higher than that of other water bodies. In contrast, group 3 reached the highest density throughout the study period. The total benthic species found in group 1, 2, 3 and 4 was 58 species, 46 species, 46 and 80 species, respectively. Most of these groups of water body had highest species number in period 4. The PCA analytical results showed that  the densities of Oligochaeta, Malacostraca and Insecta in the dry season were higher than those in the wet season indicating organic pollution levels increasing in the dry season. Polychaeta and Hirudinea tended to achieve higher density in period 2, 3 and lower in period 1 and 4. However, densities of Gastropoda tended to be high in period 1, 4 and low in period 2 and 3. Meanwhile, Bivalvia were present regularly at most of sampling sites but their densities were much fluctuated in the study area.

The values of Shannon-Weaver, Margalef and Simpson  indices in the mainstream were always lower than those in the tributaries indicating the species number was more diverse in the tributaries than in the main river, however, the differences were not significant (p>0.05). There were 66 families of macroinvertebrates recorded in this study, of which 42 families are listed in the BMWP^VIET system and the rest 24 families are not in the list of the BMWP^VIET system. Based on distribution characteristics, habitats and  taxa tolerance values, 24 families of the found macroinvertebrates distributing in Hau River  have been supplemented and adjusted  into the  BMWP^VIET system which can be applied specifically to conditions of the Hau river basin. Assessment of water quality by biological method using ASPT index (89%) had higher coincidence than Berger-Parker dominance (69%) and Shannon-Weaver diversity indices (79%) comparing with physical chemistry method.

Keywords: Water quality, Macroinvertebrates, density, diversity indices, BMWP^VIET, ASPT

2. New findings of the dissertation

     - This study is the first large-scale research on biological monitoring approach using macroinvertebrates in the Hau river.          - The study provides database on macroinevertebrates composition including macrobenthos and aquatic insects distributed in the main rivers and tributaries of the Hau river.          - The composition and density of benthic macroinevertebrates and water quality characteristics of the water body groups affected by various activities such as aquaculture, agriculture and domestic wastewater were determined.          - General trend of some water quality parameters on the Hau river as well as the fluctuation rules of the benthic groups through sampling periods was found.          - The research has identified a total of 66 macroinvertebrates families distributed on the Hau River and adjusted 24 families into the BMWP^VIETsystem which can be applied specifically to conditions of the Hau river basin.

3. Practical applicability and the needs for further studies

    - Developed bio-monitoring approach using macroinvertebrates can be applied specifically to conditions of the Hau river basin.

- Database of macroinvertebrates groups in the Hau River can be used for teaching, learning and further study on aquatic biodiversity in the Mekong Delta.

          - Continuing research on macroinvertebrates composition in Tien River to assess the applicability of the BMWP^VIET-HR system to develop the common index for Mekong River basin in Vietnam.          - Research on the rapid identification of macroinvertebrates groups to apply local biological monitoring methods.

               Instructor                                                          PhD student

   Assoc. Prof. Dr. Vu Ngoc Ut                                     Nguyen Thi Kim Lien

>> Xem chi tiết nội dung luận án

 >> Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo.