1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

*********

Bùi Thị Hoa

NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ VÀ

CHU CHUYỂN CỦA ASEN TRONG CÁC

THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA

HỆ SINH THÁI HỒ TÂY, HÀ NỘI

Chuyên ngành: Sinh thái học

Mã số: 62420120

DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

Hà Nội - 2016

2

Công trình này đƣợc hoàn thành tại:

Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội

Hƣớng dẫn khoa học:

1. PGS. TS. Lưu Thị Lan Hương

2. PGS. TS. Lê Thu Hà

Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc

gia chấm luận án tiến sĩ họp tại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

vào hồi giờ ngày tháng năm 20...

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

- Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội

3

MỞ ĐẦU

Hồ Tây là hồ lớn nhất trong khu vực nội thành Hà Nội. Với diện

tích hơn 500 ha, hồ Tây có sự đa dạng về nguồn tài nguyên sinh vật,

là một bảo tàng lưu trữ nguồn gen thủy sinh vật của Hà Nội. Tuy

nhiên, hiện nay do sự thay đổi của môi trường sống, đặc biệt là sự

suy giảm chất lượng môi trường nước mà nhiều loài sinh vật không

còn tìm thấy tại hồ Tây như sâm cầm, cà cuống… Các đề tài nghiên

cứu đã được thực hiện ở hồ Tây chủ yếu tập trung vào đánh giá chất

lượng môi trường nước hồ, đánh giá đa dạng sinh học hồ, nâng cấp

hệ thống cấp thoát nước, xử lý nước thải, kè hồ… Tuy nhiên, một số

nghiên cứu từ năm 2007 đến nay cho thấy, hàm lượng một số kim

loại nặng như chì (Pb), đồng (Cu), kẽm (Zn), asen (As) và (Cd) đã và

đang ở mức cao gây nguy cơ tiềm ẩn đến sức khỏe con người. Các

nghiên cứu về As chỉ mới dừng lại ở một số đối tượng riêng rẽ như

trai, ốc, trầm tích, mà chưa có công bố nào đi sâu phân tích về sự

phân bố của As trong nhiều thành phần khác nhau của hệ sinh thái

hồ. Do đó để đưa ra một cái nhìn toàn diện nhất về sự phân bố của

As trong hệ sinh thái hồ Tây, chúng tôi đã thực hiện đề tài “Nghiên

cứu sự phân bố và chu chuyển của As trong các thành phần

chính của hệ sinh thái hồ Tây, Hà Nội” với các mục tiêu sau:

- Đánh giá hiện trạng chất lượng môi trường nước hồ Tây.

- Đánh giá hiện trạng phân bố của As trong một số thành phần

chính của hệ sinh thái hồ Tây (nước, trầm tích, thực vật phù du,

động vật phù du), một số loài cá (chép, mè, rô phi, trắm, trôi) và

một số sinh vật đáy (trai, ốc).

4

- Đánh giá mức độ tích tụ sinh học As của một số sinh vật trong hồ

và nguy cơ rủi ro của As từ các sinh vật này tới sức khỏe con

người.

- Mô phỏng quá trình chu chuyển của As qua các thành phần chính

của hệ sinh thái hồ Tây, Hà Nội bằng phần mềm Stella II và dự

báo mức độ chu chuyển của As trong các thành phần của hệ sinh

thái hồ Tây.

ngh a khoa học và thực ti n của luận án

- Đưa ra hệ số tích tụ sinh học As của một số sinh vật sống trong

hồ.

- Đánh giá nguy cơ gây ung thư và rủi ro của As ở một số sinh vật

hồ Tây và hệ sinh thái hồ Tây. Góp phần cảnh báo sớm về việc sử

dụng và khai thác các sản phẩm từ hồ.

- Việc mô phỏng và dự báo sẽ cung cấp cơ sở khoa học cho việc

quản lý và phát triển bền vững hồ Tây.

Những điểm mới của luận án

- Cung cấp bộ số liệu cập nhật và đầy đủ nhất về hàm lượng As

trong các thành phần khác nhau của hệ sinh thái hồ Tây.

- Cung cấp dẫn liệu về hệ số tích tụ sinh học của As trong một số

loài sinh vật trong hồ Tây.

- Thiết lập mô hình chu chuyển của As qua các thành phần chính

của hệ sinh thái hồ Tây từ đó dự báo sự biến động hàm lượng As

trong các thành phần tương ứng.

5

CHƢƠNG I.

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1. 1. Tổng quan về asen và sự chu chuyển của asen

Nguyên tố asen (As) là nguyên tố tự nhiên hình thành trong vỏ

Trái Đất. Khối lượng nguyên tử của As là 74,92 nên nó được coi là

một kim loại nặng. As tồn tại trong hầu hết các môi trường,với hàm

lượng cao đến một mức nhất định As có thể gây tác hại xấu đến sức

khỏe con người và các sinh vật.

1.1.1. Sự phân bố và chu chuyển của As trong tự nhiên

Có 105 nước hoặc vùng lãnh thổ trên thế giới bị phơi nhiễm As,

và có khoảng 226 triệu người phơi nhiễm với As từ nước uống và

thực phẩm. Đặc biệt tại châu Á, nguồn nước ngầm bị ô nhiễm As

nghiêm trọng nhất, với hàm lượng dao động từ dưới 0,5 µg/l đến

3200 µg/l.

Trong nước, As vô cơ có thể được methyl hóa nhờ các sinh vật

(TVN, thực vật lớn, động vật và vi sinh vật) để tạo thành các dạng

As hữu cơ,các dạng As hữu cơ có thể lại được chuyển thành As vô

cơ thông qua quá trình phân hủy sinh học.

1.1.2. Ô nhiễm As ở Việt Nam và các nghiên cứu về As ở Việt Nam

1.1.2.1. Thực trạng ô nhiễm As ở Việt Nam:

Diện tích vùng ảnh hưởng bởi As ở Việt Nam lên đến hơn 11000

km2và hàm lượng As dao động ở mức từ 1 đến 3050 µg/l. Ước tính

rằng số người phơi nhiễm với hàm lượng As cao hơn 50µg/l ở khu

vực miền Bắc Việt Nam dao động từ 0,5 triệu đến 10 triệu người và

5,8 đến 10 triệu người có nguy cơ phơi nhiễm với nồng độ As cao

hơn 10 µg/l.

6

1.1.2.2. Các nghiên cứu As ở Việt Nam: Nghiên cứu về As ở Việt

Nam được bắt đầu từ năm 1995chia thành 2 giai đoạn: trước năm

2000 và sau năm 2000.

Giai đoạn trước năm 2000:Các nghiên cứu của Hồ Vương Bính,

Đỗ Trọng Sự,Đỗ Văn Ái, Đặng Văn Can... cho thấy sự có mặt của

As trong địa chất ở các khu vực của Việt Nam.

Giai đoạn sau năm 2000: nghiên cứu nổi bật của Berg, M. (2001);

của Phạm Hùng Việt (2005)... cho thấy, hàm lượng As trong nước

ngầm của Hà Nội dao động từ 1-3050 µg/l.

1.1.3. Ảnh hưởng của As đến sức khỏe con người và sinh vật

As vô cơ là chất gây ung thư đối với con người, gây độc cấp tính

và độc mãn tính cho cá thể, quần thể và quần xã sinh vật. Phơi nhiễm

trong thời gian dài với As trong nước uống có thể dẫn đến ung thư

da, phổi, thận, bàng quang, ruột kết…

1.2. Sự chu chuyển của kim loại nặng và As trong hệ sinh thái

nƣớc ngọt

Nhiều nghiên cứu liên quan đến sự chu chuyển của các kim loại

nặng và As đã được thực hiện. Trong đó, Rahmana (2012) đã nhấn

mạnh: tại các nước châu Á và Đông Nam Á, phần đông dân số sử

dụng cá nước ngọt làm thức ăn hàng ngày thì việc dự đoán nguy cơ

rủi ro là rất cần thiết. Tuy nhiên, các nghiên cứu về dạng As trong cá

và các động vật khác ở khu vực này còn rất hạn chế.

1.3. Sử dụng mô hình toán để mô phỏng sự chu chuyển của kim

loại nặng và các chất ô nhi m trong hệ sinh thái ở nƣớc

Nghiên cứu của DiToro (1971), Miller (1971); Hannon (1973);

Lehman (1975), Gillet 1974, Hill (1976), Lassiter (1976, 1978),

Thomann (1974), Curtis (1977), Baccini (1977), Knut Lehre Seip

7

(1979), Jorgensen (1979, 1983), Jerals L. Schnoor (1996), Simona

Pintilie (2007)… đã mô phỏng sự vận chuyển của các kim loại nặng,

hoặc chất độc, chất dinh dưỡng trong hệ sinh thái ở nước.

1.4. Sự tích tụ As trong các thủy sinh vật và đánh giá nguy cơ rủi

ro của As trong chúng đến sức khỏe con người

1.4.1. Sự tích tụ sinh học của As trong cá nước ngọt

Nghiên cứu của Williams và cộng sự (2006) đã cho thấy khả năng

tích tụ sinh học của As trong cá nước ngọt dựa trên kết quả của 12

nghiên cứu khác nhau và đưa ra chỉ số BAF và chỉ số BCF (nồng độ

sinh học)của nhiều loài sinh vật ở các bậc dinh dưỡng khác nhau ở cả

hệ sinh thái nước ngọt và nước mặn.

1.4.2. Nghiên cứu về đánh giá nguy cơ rủi ro của As trong các loài

thủy sản đối với sức khỏe con người

Các nghiên cứu của Sandeep Kar và cộng sự (2011), Peter J.

Peshut và cộng sự (2007), Chung-Min Liao và cộng sự (2003), Chen-

Wuing Liu và cộng sự (2007)… cho thấy, rủi ro ung thư đối với con

người liên quan đến hàm lượng As vô cơ trong cá, trai và một số loài

thủy sản; và khuyến cáo “không nên ăn nội tạng cá để tránh các nguy

cơ ung thư”.

1.5. Đặc điểm tự nhiên, kinh tế, xã hội khu vực hồ Tây

Hồ Tây là một hồ nước ngọt tự nhiên lớn nhất trong các hồ thuộc

đồng bằng sông Hồng, với hệ động - thực vật phong phú.

1.5.1. Điều kiện tự nhiên

Mặt nước hồ Tây rộng khoảng 520 ha, chu vi khoảng 18 km,

dung tích nước gần 9 triệu m3. Độ sâu của mực nước hồ từ 0,2 - 2,8

m, tầng đáy hồ là một lớp bùn dày 0,2-1,5m gồm cát lẫn đất sét, tại

cống thải lớp bùn đáy dày hơn so với các vùng khác.

8

1.5.2. Chế độ khí hậu, thuỷ văn và địa chất hồ Tây

Khí hậu: Hồ Tây nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa điển hình,với

2 mùa rõ rệt, mùa nóng từ tháng IV đến tháng X và mùa lạnh từ

tháng XI đến tháng IV năm sau.

Thuỷ văn: Có 8 cửa cống chính, ngoài ra, có đến hàng chục cống

thoát nước từ các khu vực xung quanh đổ vào hồ.

Trầm tích hồ Tây gồm2 hệ: trầm tích sông và trầm tích hồ.

1.5.3. Đặc điểm kinh tế xã hội khu vực quanh hồ Tây

Hồ Tây thuộc quận Tây Hồ, với diện tích 24,39 km2, gồm 8

phường, trong đó, 6 phường liên quan trực tiếp đến hồ Tây. Dân số là

160,3 nghìn người. Xung quanh hồ có khoảng 150 nhà hàng, khách

sạn phục vụ ăn uống, vui chơi, giải trí...

1.5.4. Đa dạng sinh học hồ Tây

Khu hệ động, thực vật ở hồ Tây khá phong phú, với 72 loài tảo

thuộc 5 ngành; Động vật nổi có 37 loài và nhóm loài thuộc 27 giống,

17 họ. Có 68 loài thuộc 43 họ động vật không xương sống cỡ lớn, có

46 loài cá thuộc 16 họ và 6 bộ. Trước đây, hồ có khoảng 18 loài thực

vật thuỷ sinh, khoảng 24 loài chim thuộc 15 họ và 6 bộ, và 8 loài ếch

nhái thuộc 4 họ.

1.5.5. Các nghiên cứu về As và kim loại nặng ở hồ Tây

Các công bố của Phạm Thị Thu Nga (2007), Trần Tứ Hiếu

(2008), Lưu Thị Lan Hương(2010, 2011, 2014), Hoàng Thị Hoa

(2014)... đã cho thấy hàm lượng các kim loại nặng trong trầm tích và

một số sinh vật trong hồ ở mức cao, tuy nhiên, các công bố về As

còn rất hạn chế.

9

CHƢƠNG II.

ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tƣợng và thời gian thu mẫu

2.1.1. Đối tượng nghiên cứu

Hàm lượng As trong nước (dạng hòa tan và dạng tổng số), trầm

tích; động vật nổi, thực vật nổi, các loài cá (mè trắng hoa nam, trôi

ấn, chép, rô phi vằn, trắm cỏ) và động vật đáy: trai, ốc.

2.1.2. Các vị trí và thời gian thu mẫu

Sơ đồ các vị trí lấy mẫu được trình bày trong hình 2.1.

Hình2.1: Sơ đồ vị trí các điểm thu mẫu

Thời gian nghiên cứu: Các số liệu điều tra được thu trong 4 năm từ

tháng 2/2011 đến tháng 10/2014, mỗi năm 2 đợt và 1 đợt vào tháng 5

năm 2016 để kiểm tra lại các kết quả chạy mô hình.

2.2. Phƣơng pháp thu và phân tích mẫu

2.2.1. Phƣơng pháp thu thập mẫu vật ngoài thực địa

* Đối với mẫu nước: Mẫu nước được axit hóa đến pH ≤2 bằng HNO3

65%. Để phân tích As hoà tan: sau khi lấy, mẫu nước được lọc qua

filter 0,45 µm, rồi bổ sung thêm HNO3 đến pH =2.

Ghi chú:

1. Cống Cái (công viên nước Hồ Tây)

2. Cống Xuân La

3. Giữa hồ trên

4. Cống Trích Sài- phường Bưởi

5. Cống Đõ

6. Giữa hồ dưới

7. Cống Trúc Bạch

8. Cống khách sạn Thắng Lợi (ao Vả)

9. Quảng An (gần phủ Tây Hồ)

10

* Đối với mẫu trầm tích: Trầm tích được đồng nhất sau khi lấy và

trước khi cho vào từng túi riêng.

* Đối với mẫu động vật nổi (ĐVN) và thực vật nổi (TVN):Lưới thu

TVN có kích thước mắt lưới 20-70 µm được lồng phía trên lưới thu

ĐVN kích thước mắt lưới 100-120 µm.

* Đối với các mẫu động vật thủy sinh (cá, trai, ốc): cá, trai ốc được

mua của ngườibắt cá, trai ốc ven hồ.

2.2.2. Phương pháp chuẩn bị và phân tích mẫu trong phòng thí

nghiệm

a) Chuẩn bị mẫu trước khi vô cơ hóa: từng loại mẫu được chuẩn bị

theo quy trình phù hợp trước khi vô cơ hóa.

b)Vô cơ hoá mẫu: Từng loại mẫu được vô cơ hóa theo quy trình phù

hợp

c) Xác định hàm lượng As trong các mẫu: hàm lượng As được xác

định bằng phương pháp phổ khối plasma (ICP-MS).

2.2.3. Phương pháp hồi cứu: Thu thập các bài báo, tài liệu và các

thông tin liên quan đến vấn đề nghiên cứu.

2.2.4 Phương pháp xử lý số liệu: các số liệu được xử lý bằng các

phần mềm Excell 2003 và phần mềm Graphpad Prism 5.

2.2.5. Phương pháp tính toán sinh khối các nhóm sinh vật ở hồ:

Tùy từng đối tượng mà áp dụng phương pháp tính toán sinh khối phù

hợp dựa theo tài liệu và số liệu phân tích

2.3. Phƣơng pháp tính toán hệ số tích tụ sinh học (BAF)

Công thức chung để tính toán hệ số tích tụ sinh học là:

(2.1)

Trong đó: Ct (mg/kg) là hàm lượng hóa chất trong mô cơ thể

Cw (mg/l) là nồng độ hóa chất hoà tan trong nước.

11

2.4. Phƣơng pháp đánh giá rủi ro ung thƣ và nguy cơ tổn thƣơng

Công thức ước tính nguy cơ ung thư CR như sau:

(2.2)

Công thức ước tính nguy cơ tổn thương (HQ) như sau:

(2.3)

Trong đó:

CR: nguy cơ gây ung thư ước tính;Cb: hàm lượng As vô cơ trong cá (mg/ kg);

IR: tỉ lệ cá mà con người ăn (g/ngày) ở người Việt Nam là 60 g/ngày.

CPSo: độ dốc tiềm năng gây ung thư vòm miệng (kg.ngày/mg)

EF: tần số tiếp xúc (phơi nhiễm) (350 ngày/năm);

ED: tổng thời gian tiếp xúc (phơi nhiễm) (30 năm);

Bwa: là trọng lượng cơ thể người Việt trưởng thành (50 kg);

Atc: thời gian trung bình gây ung thư của một chất độc (25550 ngày).

HQ: nguy cơ tổn thương; RfD: liều chiếu (mg/kg/ngày)

Atn: thời gian trung bình không gây ung thư (ED * 365 ngày/năm).

2.5. Phƣơng pháp toán học và mô hình hóa:

2.5.1. Xác định các yếu tố của mô hình: xác định các biến trạng

thái, các phương trình, các thông số, các hằng số liên quan

2.5.2. Thẩm định: Kiểm tra tính lozic trong mô hình

2.5.3. Phân tích độ nhạy: Tìm yếu tố nhạy cảm trong mô hình

2.5.4.Điều chỉnh (calibration): Kiểm tra sự phù hợp của các dữ liệu

và điều chỉnh cho phù hợp.

2.5.5. Phê chuẩn (validation):đánh giá mô hình thông qua tiêu

chuẩn về độ lệch giữa mô hình dự đoán và thực tế.

Cơ sở thiết lập các phương trình toán cho sự vận chuyển của một

chất độc trong một hệ sinh thái thủy vực theo Jorgensen, 1983 gồm

các phương trình cơ bản sau đây:

12

* Trong môi trường nước:

* Trong sinh vật: sự biến động về sinh khối và hàm lượng chất độc

của từng thành phần (theo bậc dinh dưỡng) theo thời gian được biểu

thị qua hệ phương trình sau:

Trong đó: n: là bậc dinh dưỡng của sinh vật

* Trong trầm tích: Sự biến động hàm lượng trong trầm tích theo thời

gian được thể hiện qua phương trình

Trong đó: Bio(n): Sinh khối, bậc dinh dưỡng thứ n

BIOL: Tốc độ phân huỷ sinh học trong trầm tích (24 h-1

)

EXC(n): Tốc độ bài tiết, tỉ lệ với γ (n)

MORT (n): Tỉ lệ chết ở bậc dinh dưỡng thứ n

MY(n): Tốc độ sinh trưởng của sinh vật ở bậc dinh dưỡng thứ n

n: Bậc dinh dưỡng (n=0 là môi trường nước)

rat(0): Tỉ số lắng đọng của chất lơ lửng ở lớp trầm tích hoạt động

rat (1): Tỉ số lắng đọng của thực vật nổi xuống lớp trầm tích hoạt động

RESP (n): Tốc độ hô hấp, ở bậc dinh dưỡng thứ n

SOL: Tốc độ hoà tan của kim loại nặng trong trầm tích (mg/kg khối lượng

khô trong 24 giờ = mg/kg/ngày)

TOX (n): Hàm lượng của chất độc (độc tố) ở bậc dinh dưỡng thứ n

UT: Tốc độ hấp thụ độc tố

YF(n): Hiệu quả tiêu hóa ở bậc dinh dưỡng n

YT(n): Tác động gây độc ở bậc dinh dưỡng n

γ (n): Nồng độ của chất độc hại (mg/kg sinh khối) = TOX (n)/BIO (n)

γ(s): Nồng độ của độ tố trong trầm tích (mg/kg khối lượng khô)

13

CHƢƠNG III.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Hiện trạng chất lượng môi trường nước hồ Tây, Hà Nội

3.1.1. Đặc tính thủy lý

* Nhiệt độ: vềmùa khô nhiệt độ của nước hồ dao động từ 21, 25˚C -

22˚C, trong mùa mưa nhiệt độ trung bình của nước dao động từ

24,25˚C - 26,90˚C; Biên độ nhiệt dao động trong nước các mùa là

không lớn trung bình là 4,75 oCvà hồ Tây không bị ô nhiễm nhiệt.

* Độ dẫn điện: Sự chênh lệch về độ dẫn điện tại các điểm nghiên cứu

ở hồ Tây là khá thấp, mùa mưa (41,19 mS/m) thấp hơn so với mùa

khô (47,89 mS/m), do lượng nước mưa trong mùa mưa làm giảm

nồng độ của các ion hòa tan trong nước.

* Độ đục: Độ đục trong nước hồ Tây thay đổi theo mùa: mùa khô

dao động từ 21 - 37,5 mg/l, cao hơn so với mùa mưa (18,5 - 26,5

mg/l). Đặc biệt, điểm Đ8có độ đục cao nhất (37,5 mg/l) gấp 1,5 lần

so với các điểm khác.

3.1.2. Đặc tính hóa học của nước

* pH: pH ở hồ Tây dao động ở mức kiềm nhẹ (7,23 - 8,79) nằm

trong giới hạn cho phép của chất lượng nước loại B của QCVN 08-

MT: 2015/BTNMT (5,5 - 9,0). Sự chênh lệch pH theo mùa không

lớn: mùa khô dao động từ 7,23 - 8,05; mùa mưa từ 8,43 - 8,79. Vào

mùa mưa pH tại hầu hết các điểm nghiên cứu đều cao hơn giới hạn

cho phép QCVN 38: 2011/BTNMT.

* Nồng độ oxy hòa tan (DO)

DO trong nước hồ Tây còn ở mức cao và có sự chênh lệch theo

mùa: mùa mưa dao động từ 3,95 - 6,51 mg/l, cao hơn mùa khô (2,7 -

5,45 mg/l). DO toàn hồ trong cả hai mùa vẫn nằm trong giới hạn cho

14

phép QCVN 08-MT: 2015/BTNMT [B1, 2]. Ngoại trừ, điểm Đ7 có

DO thấp hơn một nửa so với các điểm khác trong hồ và chỉ bằng 0,4

lần so với tiêu chuẩn B1, QCVN08-MT: 2015/BTNMT.

* Nhu cầu oxy hóa học (COD)

COD trong mùa mưa dao động từ 48,0 đến 55,2 mg/l cao gấp 2

lần so với mùa khô (dao động từ 22,4 - 28,0 mg/l). Do vào mùa mưa,

lượng nước mưa đổ vào hồ mang theo nhiều chất hữu cơ khó phân

hủy sinh học nên COD cao hơn so với mùa khô. COD tại hầu hết các

điểm nghiên cứu đều nằm trong giới hạn cho phép của quy chuẩn

Việt Nam (QCVN08- MT: 2015/BTNMT [B]). Tại các điểm cống

như cống Cái, cống Trúc Bạch, cống Xuân La, COD cao hơn so với

các điểm khác.

* Nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD5)

Hàm lượng BOD5 của hồ Tây dao động trong khoảng từ 14,4 -

19,2 mg/l (mùa mưa), phù hợp với tiêu chuẩn B2- QCVN 08-

MT:2015, và 8,6 - 12,1 (mùa khô) phù hợp với tiêu chuẩn B1-QCVN

08-MT: 2015.

*Hàm lượng phospho tổng số và nitơ tổng số trong nước hồ Tây

Hàm lượng nitơ tổng số trung bình vào mùa khô dao động từ 3,3

đến 4,5 mg/l cao gấp 2,3 lần so với mùa mưa, đặc biệt, tại cống Trúc

Bạch hàm lượng cao gấp 3-4 lần so với các điểm khác trong hồ.

Hàm lượng phospho tổng số, trên toàn hồ trong mùa khô, dao

động từ 0,4 đến 3,5 mg/l; trong mùa mưa dao động từ 0,2 đến 1,22

mg/l. Hàm lượng phospho tổng mùa khô cao gấp 1,96 lần so với mùa

mưa. Đặc biệt, tại cống Trúc Bạch, hàm lượng phospho tổng số cao

gấp 5,0 - 8,8 lần so với các điểm khác.

15

3.2. Hiện trạng phân bố của As trong các thành phần của hệ sinh

thái hồ Tây, Hà Nội

3.2.1. Nồng độ As trong nước

* Nồng độ As hòa tan trong nước: có sự biến động theo mùa

(p<0,0001). Về mùa mưa, nồng độ As trung bình trong nước dao

động từ 9,14 µg/l đến 11,20 µg/l. Trong mùa khô, dao động từ

10,045 đến 14,93µg/l. As hòa tan trong nước khác biệt nhau giữa các

năm (p<0,05): trung bình năm 2011 là 7,962 µg/l, năm 2012 là

13,176, năm 2013 là 13,685 và năm 2014 là 13,237 µg/l, do chịu ảnh

hưởng của nồng độ As trong nước thải và nước mưa.

*Hàm lượng As tổng số trong nước: dao động từ 20,317 đến

36,7µg/l. Vào mùa mưa, hàm lượng As tổng số trong nước trung

bình toàn hồ là 21,653 µg/l thấp hơn 0,7 lần so với mùa khô và sự

khác biệt theo mùa là có ý nghĩa thống kê (p<0,05). Điểm cống Trúc

Bạch có hàm lượng cao nhất (36,70 µg/l), tiếp đến là điểm giữa hồ

dưới (34,23 µg/l) và cống Đõ (33,40 µg/l), các điểm còn lại, dao

động từ 27,5 đến 30,7 µg/l. Hàm lượng As tổng số trung bình trong

nước toàn hồ cao hơn gấp 2,26 lần so với nồng độ As hoà tan.

3.2.2. Hàm lượng As trong trầm tích hồ Tây

Hàm lượng As trong trầm tích hồ Tây dao động từ 11,0-23,4

mg/kg khối lượng khô, trung bình toàn hồ là 14,7 mg/kg khối lượng

khô, nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 43: 2012/BTNMT -

quy chuẩn về chất lượng trầm tích (17mg/kg chất khô). Ngoại trừ,

điểm 6, 7 có hàm lượng As cao hơn so với QCVN 43:2012/BTNMT

tương ứng là 1,4 và 1,1 lần. Hàm lượng As trong trầm tích tại các

điểm thuộc hồ dưới nhìn chung cao hơn 1,2 lần so vớikhu vực hồ

16

trên. Do khu vực hồ dưới gần với trung tâm thành phố hơn nên các

nguồn thải và lượng thải đổ vào hồ lớn hơn so với khu vực hồ trên.

3.2.3. Hàm lượng As trong thực vật nổi (TVN)

Hàm lượng As trong thực vật nổi dao động tuỳ theo mùa. Vào

mùa mưa, hàm lượng As trong TVN dao động từ 4,09 đến 9,65

mg/kg khối lượng khô, trung bình là 6,23 mg/kgvà khá đồng đều trên

toàn hồ. Mùa khô là 14,81 mg/kg, cao hơn 2,38 lần so với mùa

mưa.Vào mùa khô, As trong TVN tại điểm cống Trúc Bạch đạt cao

nhất (20,36) mg/kg, tiếp đến điểm cống Xuân La (18,29 mg/kg) cao

gấp 1,5 đến 2 lần các điểm còn lại.

3.2.4. Hàm lượng As trong động vật nổi (ĐVN)

As trong ĐVN trung bình tại các điểm nghiên cứu vào mùa khô

(30,18mg/kg khối lượng khô) cao gấp 1,69 lần so với mùa mưa

(17,88 mg/kg) và trung bình toàn hồ là 24,028 mg/kg, cao gấp 2,28

lần so với TVN (10,52 mg/kg). Điều đó cho thấy rằng có sự khuếch

đại sinh học của As từ TVN sang ĐVN.

Hàm lượng As trong ĐVN trung bình tại điểm giữa hồ dưới đạt

cao nhất (29,85 mg/kg) gấp 4,0 - 4,6 lần so với các điểm ở hồ trên,

liên quan đến nguồn thải đổ vào hồ.

3.2.5 Hàm lượng As trong một số loài cá ở hồ Tây, Hà Nội

Hàm lượng As cao nhất trong cá rô phi vằn (0,690 mg/kg khối

lượng tươi), tiếp đến là trong cá trôi ấn (0,499 mg/kg), trong cá mè

trắng hoa nam (0,413mg/kg) và cuối cùng là trong cá chép và cá trắm

có hàm lượng As gần tương đương nhau (tương ứng là 0,263 và

0,261 mg/kg). Nhìn chung, hàm lượng As trong các loài cá ở hồ Tây

vẫn nằm trong giới hạn cho phép của Việt Nam, Úc, Thái Lan nhưng

cao hơn tiêu chuẩn của Trung Quốc từ 2,6 đến 6,9.

17

Trong các mô, nhìn chung, hàm lượng As quan sát thấy cao nhất

trong mô gan, ruột và thấp nhất trong mô cơ thịt.

* Hàm lượng As trong Cá chép (Cyprinus carpio): cao nhất trong

mô gan (0,460 mg/kg khối lượng tươi), tiếp đến là trong xương

(0,336 mg/kg), cao hơn trong ruột (0,271 mg/kg) và thấp nhất là

trong thịt cá (0,254 mg/kg).

* Hàm lượng As trong cá rô phi vằn (Oreochromis niloticus):

Trong ruột, hàm lượng As là cao nhất (1,596 mg/kg khối lượng tươi),

gấp 1,7 lần trong thịt và xương (tương ứng là 0,621 và 0,615 mg/kg),

tiếp đến là trong gan (1,046 mg/kg).

*Hàm lượng As trong cá mè trắng hoa nam (Hypophthalmichthys

molitrix): As trong các mô giảm dần theo thứ tự: ruột (0,656 mg/kg

khối lượng tươi), xương (0,635 mg/kg), gan (0,522 mg/kg), thịt

(0,362 mg/kg).

*Hàm lượng As trong cá trôi ấn (Labeo rohita): As trong ruột là

cao nhất (1,920 mg/kg khối lượng tươi), cao gấp 6,38 lần trong thịt

(0,301 mg/kg), gấp khoảng 2 lần trong xương (0,731 mg/kg) và trong

gan (0,886 mg/kg). As rất cao trong ruột cá trôi có thể do sự đóng

góp của hàm lượng As trong thức ăn của cá là mùn bã hữu cơ chưa

tiêu hóa hết.

* Hàm lượng As trong cá trắm cỏ (Ctenopharyngodon idella): Hàm

lượng trong gan là cao nhất (0,495 mg/kg khối lượng tươi), tiếp đến

là trong ruột (0,423 mg/kg) và trong xương (0,325 mg/kg), thấp nhất

là trong thịt cá (0,225 mg/kg).

3.2.6. Hàm lượng As trong một số loài động vật đáy (ĐVĐ)

Hàm lượng As thấp nhất trong ốc vặn (0,31 mg/kg khối lượng

tươi), tiếp đến là trai cánh và trai phồng (với mức tương ứng là 0,528

18

và 0,529 mg/kg) và cao nhất là trùng trục (0,6 mg/kg). Nhìn chung,

As trong ĐVĐ ở hồ Tây vẫn trong giới hạn cho phép của Việt Nam,

của Úc và của Thái Lan. Tuy nhiên, As trong trai cánh, trai phồng và

trùng trục đã cao hơn giới hạn cho phép của Trung Quốc từ 1,05 đến

1,2 lần. Hàm lượng As trong trai cánh, trai phồng, ốc vặn tại điểm 7

và điểm 9 cao hơn so với điểm 1 và điểm 8 từ 1,1 đến 2 lần. Do đó

hàm lượng As trong ĐVĐ ở hồ Tây phụ thuộc khá chặt vào hàm

lượng As trong trầm tích.

3.3. Sự tích tụ sinh học của As trong các thành phần của hệ sinh

thái hồ Tây, Hà Nội và nguy cơ ảnh hƣởng của As từ cá tới con

ngƣời

3.3.1.Sự tích tụ sinh học As của các loài thủy sinh trong hồ Tây

Hệ số tích tụ As của các loài và nhóm sinh vật giảm dần theo thứ

tự: ĐVN (210,21), TVN (92,03), cá rô phi vằn (59,44), trùng trục

(51,46), trai sông (45,33), cá trôi ấn (42,80), cá mè trắng hoa nam

(35,42), ốc vặn (26,59), cá chép (22,56), cá trắm cỏ (22,39). Kết quả

này cho thấy, không có sự khuếch đại sinh học As qua các bậc dinh

dưỡng trong hệ sinh thái hồ Tây.

3.3.2. Nguy cơ ảnh hưởng của As từ cá tới con người

Giá trị CR đối với cá ở hồ Tây dao động từ 0,67*10-6

đến

45,94*10-6

, phụ thuộc vào tỉ lệ As vô cơ trong mô cơ cá và tùy thuộc

vào loài. Nếu As vô cơ trong cơ cá là 0,4% As tổng số, thì nguy cơ

gây ung thư không xảy ra đối với người tiêu thụ cá chép, trắm cỏ và

trôi, nhưng có thể xảy ra đối với người sử dụng cá mè trắng và cá rô

phi vằn với mức tương ứng là 1,07*10-6

và 1,84*10-6

.

Khi hàm lượng As vô cơ trong cá là 4% và 10% so với As tổng số

thì giá trị CR đã vượt ngưỡng an toàn từ 6,7 đến 45,94 lần ở tất cả

19

các loài và nguy cơ ung thư tăng dần theo thứ tự: cá trắm cỏ, cá chép,

cá trôi ấn, cá mè trắng hoa nam, cá rô phi vằn.

Nguy cơ tổn thương: Kết quả cho thấy, trong 3 trường hợp As vô

cơ là 0,4%, 4% và 10% As tổng số (trong cơ thịt cá) đều không gây

ra nguy cơ tổn thương đến sức khỏe của con người và không gây ra

tác động rủi ro cho hệ sinh thái.

3.4. Mô hình hóa sự chu chuyển của As trong hệ sinh thái hồ Tây

3.4.1. Cơ sở khoa học để xây dựng mô hình chu chuyển

Phương pháp của Sviezhev (1984), Frederick E. Smith (1970)và

Jorgensen (1980), được áp dụng để thiết lập mô hình chu chuyển của

As ở hệ sinh thái hồ Tây(hình 3.14).

Hình 3.14. Mô hình sự chu chuyển của As qua các thành phần

của hệ sinh thái hồ Tây, Hà Nội

20

Quá trình thực hiện bài toán mô phỏng gồm 4 bước

* Bước 1: Xác định hàm lượng As trong các thành phần: nồng độ As

trong nước, As trong TVN, ĐVN, cá mè, cá rô phi, cá chép, cá trôi,

ĐVĐ.

*Bước 2: Phân tích mối quan hệ giữa các thành phần: Sự vận

chuyển của As trong các thành phần được thể hiện trong bảng 3.14)

và hệ phương trình 3.1 thể hiện mối quan hệ giữa các thành phần.

Bảng 3.14: Ma trận thể hiện mối quan hệ giữa các

thành phần trong hệ sinh thái hồ Tây

Các thành

phần

Nước

(1)

TVN

(2)

ĐVN

(3)

Cá ĐVĐ

(8)

Trầm tích

(9) Mè 4) Cá (5) Rô phi

(6)

Trôi

(7)

Đầu vào As trong nước thải, nước mưa (A)

Nước (1) Y11 Y21 Y31 Y41 Y51 Y61 Y71 Y81 Y91

TVN (2) Y12 Y22 Y32 Y42 Y52 Y62 Y72 Y82 Y92

ĐVN (3) Y13 Y23 Y33 Y43 Y53 Y63 Y73 Y83 Y93

Cá

Mè (4) Y14 Y24 Y34 Y44 Y54 Y64 Y74 Y84 Y94

Chép (5) Y15 Y25 Y35 Y45 Y55 Y65 Y75 Y85 Y95

Rô phi(6) Y16 Y26 Y36 Y46 Y56 Y66 Y76 Y86 Y96

Trôi (7) Y17 Y27 Y37 Y47 Y57 Y67 Y77 Y87 Y97

ĐVĐ (8) Y18 Y28 Y38 Y48 Y58 Y68 Y78 Y88 Y98

Trầm tích (9) Y19 Y29 Y39 Y49 Y59 Y69 Y79 Y89 Y99

Các đầu ra Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9

Trong đó:A: hàm lượng As từ các nguồn vào hồ

Yij: As chuyển từ thành phần i sang thành phần j.Zi: đầu ra của thành phần i.

* Bước 3: Lập mô hình toán cho trạng thái ổn định của các thành

phần: trạng thái cân bằng của mỗi thành phần trong hệ sinh thái,

được thiết lập khi tổng đầu vào bằng tổng đầu ra. Do đó, để tìm điểm

cân bằng của hệ phương trình 3.1, ta giải hệ này bằng cách cho vế

phải bằng 0.

* Bước 4: Kiểm tra độ nhạy của mô hình: Xác minh những ý nghĩa

sinh thái của sự sắp xếp các biến.

21

3.4.2. Kết quả mô phỏng và thảo luận

Biến động hàm lượng As trong các thành phần theo thời gian

Kết quả mô phỏng cho thấy, nồng độ As trong nước thay đổi theo

năm và có xu hướng tăng dần theo thời gian. Nồng độ As trong nước

tăng từ mức 0,012 mg/l đến 0,014 mg/l trong thời gian 5 năm. Hàm

lượng As trong TVN giảm dần ở năm thứ 2 đến năm thứ 3 và tăng

trở lại từ năm thứ 4 đến năm thức 5. Trong ĐVĐ, As có xu hướng

tăng giảm không theo quy luật: giảm ở năm thứ 1, 2 tăng lên ở năm 3

sau đó lại giảm đi ở năm 4, 5. Trong ĐVĐ, As tăng lên tỉ lệ thuận với

hàm lượng As trong trầm tích (bảng 3.16). Ở 4 loài cá, hàm lượng As

có xu hướng tăng theo thời gian, nhưng biến động theo thời gian là

rất thấp (bảng 3.16). Hàm lượng As trong cá mè dao động từ 0,412

đến 0,421 mg/kg, trong cá trôi dao động từ 0,499 đến 0,506 mg/kg,

trong cá chép dao động từ 0,263 đến 0,280 mg/kg, trong cá rô phi từ

0,694 đến 0,72 mg/kg. Nhìn chung, hàm lượng As trong các loài cá

3.1

Trong đó:

A: hàm lượng As từ các

nguồn đổ vào hồ

Xi: biến trạng thái của

thành phần i

Yji:hàm trạng thái thể hiện

sự chu chuyển As từ

thành phần j sang

thành phần i

Yij: hàm trạng thái thể hiện

sự chu chuyển As từ

thành phần i sang

thành phần j

Zi: đầu ra của thành phần i

22

được mô phỏng vẫn nằm trong giới hạn cho phép về an toàn thực

phẩm của Việt Nam (QĐ 46- BYT, 2007), của Thái Lan (273

B.E.2546, 2003) và của Úc (FSANZ, 2005, nhưng cao hơn tiêu

chuẩn của Trung Quốc (GB 2762, 2012) từ 2,2 đến 7,3 lần.

Bảng 3.16: Kết quả mô phỏng hàm lƣợng As trong các thành

phần của hệ sinh thái hồ Tây

Thời

gian

Thành phần (mg/kg tƣơng ứng với khối lƣợng tƣơi)

Nước

(mg/l TVN ĐVN ĐVĐ

Trầm

tích

Cá

mè

Cá

chép Cá trôi

Cá rô

phi

Ban đầu 0,012 1,073 2,451 0,53 4,110 0,413 0,263 0,499 0,693

Năm 1 0,012 1,066 2,428 0,546 4,180 0,412 0,267 0,501 0,701

Năm 2 0,014 1,063 2,403 0,569 4,309 0,408 0,270 0,496 0,699

Năm 3 0,014 1,059 2,419 0,593 4,439 0,412 0,273 0,499 0,707

Năm 4 0,015 1,074 2,412 0,616 4,569 0,417 0,276 0,502 0,715

Năm 5 0,014 1,089 2,414 0,640 4,700 0,421 0,279 0,506 0,724

Để kiểm chứng độ nhạy của mô hình, 4 trường hợp tương ứng với

các giá trị As đầu vào khác nhau được mô phỏng.

(1): As trong nước thải là 0, As trong nước mưa là 0,003 mg/l,

(2): As trong nước mưa là 0, As trong nước thải là 10 µg/l;

(3): As trong nước mưa và nước thải đều bằng 0,

(4): As trong nước mưa là 0,003 mg/l, nước thải là 20 µg/l.

Kết quả mô phỏng được thể hiện trong hình 3.38 (thứ tự (1), (2),

(3) và (4) trong hình tương ứng với các trường hợp (1), (2), (3) và (4)

của các đầu vào), hàm lượng As trong nước thải là yếu tố ảnh hưởng

lớn đến sự thay đổi hàm lượng As trong các thành phần khác nhau

của toàn hệ, tuy nhiên, sự thay đổi nồng độ As trong nước hồ và As

trong TVN, ĐVN là nhạy cảm hơn so với cá được thể hiện rõ trong

hình 3.38 (1) và 3.38 (3).

23

(1)

(2)

(3)

(4)

(1)

(2)

(3)

(4)

Hình 3.38. Biến động As trong các thành phần khi As đầu vào thay đổi

24

Nước mưa cũng ảnh hưởng đến sự thay đổi này, tuy nhiên, mức

độ tác động của nước mưa thấp hơn so với nước thải, do nước thải

chứa hàm lượng As cao gấp 3 lần nồng độ As trong nước mưa.

Trong kịch bản, khi nồng độ As trong nước thải là 0,02 mg/l thì hàm

lượng As trong tất cả các thành phần đều tăng lên.

3.5. Kiểm chứng kết quả chạy mô hình

Kết quả thực tế về hàm lượng As trong các thành phần được thu

vào năm 2016, được so sánh với kết quả ở năm thứ 2 của mô phỏng

(bảng 3.16). Mức sai số giữa thực tế và mô phỏng của các thành

phần dao động từ 0,74 đến 19,6% (bảng 3.17), đây là mức chấp nhận

được. Do đó, kết quả mô phỏng đáng tin cậy để tiến hành dự báo sự

biến động hàm lượng As trong các thành phần theo thời gian.

Bảng 3.17: So sánh kết quả mô phỏng và kết quả thực tế

Thành

phần

Thực tế Mô

phỏng Sai số (%)

Thành

phần

Thực

tế

Mô

phỏng Sai số (%)

Năm

2016

Năm thứ

2

│(MP-

TT)│

/TT*100%

Năm

2016

Năm thứ

2

│(MP-TT)

/TT*100%

Nước 0,0121 0,0137 13,223 Mè 0,4048 0,4078 0,741

TVN 0,9586 1,0632 10,907 Chép 0,2669 0,2702 1,248

ĐVN 2,0100 2,4033 19,566 Trôi 0,4677 0,4959 6,040

ĐVĐ 0,6500 0,5698 12,335 Rô phi 0,6500 0,6989 7,524

Trầm tích 4,5982 4,3095 6,278 Ghi chú: MP=mô phỏng, TT= thựctế

25

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

A. Kết luận

1. Chất lượng môi trường nước hồ Tây thay đổi theo mùa và phù

hợp với tiêu chuẩn B1và B2 củaQCVN08-MT:2015. Tại cống

Trúc Bạch nồng độ nitơ tổng số và phospho tổng số cao gấp 2,3

đến 8,8 lần so với các điểm khác.

2. Hàm lượng As trong các thành phần của hệ sinh thái hồ Tây

giảm dần theo thứ tự: ĐVN, trầm tích, TVN, trùng trục,trai sông,

cá rô phi vằn, cá trôi ấn, cá mè trắng hoa nam, cá chép, cá trắm

cỏ, nước.

- Trong cá, hàm lượng As trong các loại mô giảm dần theo thứ tự:

gan, xương, thịt cá. Hàm lượng As trong thịt và trung bình toàn

cơ thể của tất cả các loài cá được khảo sát đều nằm trong giới

hạn cho phép về an toàn thực phẩm theo tiêu chuẩn của Việt

Nam (QĐ 46/BYT, 2007), của Úc (FSANZ, 2005), của Thái Lan

(273 B.E.2564, 2003) nhưng đã vượt quá giới hạn tiêu chuẩn của

Trung Quốc (GB 2762, 2012) từ 2,25 đến 6,9 lần tùy thuộc từng

loài cá

3. Hệ số tích tụ sinh học As giảm dần theo thứ tự: ĐVN, TVN, cá

rô phi, trùng trục, trai sông, cá trôi ấn, cá mè trắng hoa nam, ốc

vặn, cá chép, cá trắm cỏ.

- Rủi ro ung thư (CR) đối với cá ở hồ Tây dao động từ 0,67*10-6

đến 45,94*10-6

phụ thuộc vào tỉ lệ As vô cơ trong mô cơ cá và

vào loài cá. Ở mức As vô cơ là 4% và 10% As tổng số thì nguy

cơ ung thư ở các loài cá cao hơn ngưỡng an toàn từ 6,7 đến

45,94 lần và nguy cơ gây ung thư tăng dần theo thứ tự cá trắm

cỏ, cá chép, cá trôi ấn, cá mè trắng hoa nam, cá rô phi vằn.

26

- As trong cơ thịt các loài cá ở hồ Tây không gây ra nguy cơ tổn

thương đến sức khỏe của con người và không gây ra tác động rủi

ro cho hệ sinh thái.

4. Mức sai số giữa thực tế và mô phỏng chênh lệch nhau từ 0,74

đến 19,6%, đây là mức chấp nhận được. Do đó, mô hình mô

phỏng đáng tin cậy để tiến hành dự báo sự biến động hàm lượng

As trong các thành phần của hệ sinh thái hồ Tây. Với các kịch

bản thay đổi đầu vào khác nhau, kết quả mô phỏng cho thấy,

nồng độ As trong nước và hàm lượng As trong TVN, ĐVN là

các đối tượng nhạy cảm nhất.

B. Kiến nghị

1. Cần có các nghiên cứu chi tiết về các dạng tồn tại của As trong cơ

thể cá ở hồ Tây nói riêng và các thủy vực khác ở Việt Nam nói

chung để có các kết quả đánh giá rủi ro một cách chuẩn xác hơn.

2. Tiếp tục nghiên cứu sự biến động hàm lượng As qua các năm để

đưa ra mô hình dự báo chính xác nhất về sự biến động hàm lượng

As trong các thành phần.

27

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ

CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

1. Bùi Thị Hoa, Lưu Thị Lan Hương, Lê Thu Hà (2015), “Hàm

lượng asen trong một số loài cá ở hồ Tây và nguy cơ ảnh hưởng

của asen tới sức khỏe con người”, Tạp chí Khoa học, Khoa học

Tự nhiên và công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội,T31 (4S), tr.

115 - 121.

2. Bùi Thị Hoa, Lưu Thị Lan Hương (2014), “Sự tích tụ của asen

trong động vật nổi và thực vật nổi tại hồ Tây, Hà Nội”, Tạp chí

Khoa học và Công nghệ - Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông

thôn, (19), tr. 36-42.

3. Bùi Thị Hoa, Lưu Thị Lan Hương (2011), “Preliminary

investigation of arsenic concentration in some groups of aquatic

organisms in West lake, Hanoi”, Tạp chí Khoa học, Khoa học Tự

nhiên và công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, T 27 (2S), tr. 18-

22.