Hàng ngày, các hoạt động sản xuất và tiêu thụ hàng hóa thải ra môi trường nước mặt rất nhiều kim loại nặng, làm gia tăng nồng độ của các chất này trong môi trường nước tự nhiên. Theo các công trình nghiên cứu về độc học môi trường trên thế giới, việc thải các kim loại nặng sẽ ảnh hưởng đến các động thực vật thủy sinh, tác động đến hệ sinh thái. Nếu nồng độ độc tố ở mức cao sẽ ảnh hưởng cấp tính, dễ dàng quan sát thấy các loài thủy sinh chết hoặc rời bỏ vùng nước đang sống. Nhưng nếu hàm lượng độc tố chưa đủ gây chết nhưng có ảnh hưởng (xấu) mãn tính đến sức khỏe, sự sinh trưởng và sinh sản của các loài thủy sinh thì khó quan sát hơn, rất cần được nghiên cứu, đánh giá cụ thể.
| Trong thủy vực, những loài vi giáp xác như Daphnia magna (hình 1), là một nguồn thức ăn quan trọng cho các loài tôm, cá. Khi Daphnia magna (D. magna) bị giảm sức sống, sức sinh sản thì cá và các loài ăn vi giáp xác khác sẽ bị giảm nguồn thức ăn, ảnh hưởng đến các mắt xích dinh dưỡng và năng lượng trong lưới thức ăn (từ sinh vật sản xuất đến các sinh vật tiêu thụ cấp cao hơn). Do đó, việc đánh giá ảnh hưởng mãn tính của các kim loại lên D. magna sẽ góp phần giúp hiểu biết đầy đủ hơn về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường lên tài nguyên, chất lượng môi trường và hệ sinh thái thủy vực; tạo căn cứ cho các kế hoạch, biện pháp quản lý môi trường phù hợp hơn; là cơ sở cho việc xem xét, điều chỉnh những quy chuẩn thích hợp cho các thủy vực nhằm phục vụ các mục đích sử dụng khác nhau. | | 
Hình 1: Vi giáp xác D. magna Strauss. |
Để thực hiện mục tiêu này, nghiên cứu thực nghiệm đã được tiến hành trong điều kiện phòng thí nghiệm, kéo dài 3 tuần nhằm theo dõi ảnh hưởng mãn tính của các kim loại đồng và crôm lên D. magna thông qua các chỉ tiêu đánh giá (1) sức sống (tỉ lệ sống sót), (2) tuổi thành thục (ngày bắt đầu mang trứng), (3) sự phát triển (trọng lượng khô của sinh vật sau 21 ngày thí nghiệm), và (4) khả năng sinh sản (số con non được sinh ra).
D. magna giống từ Công ty MicroBioTests, Bỉ được nuôi giữ tại Phòng Độc học Môi trường (Viện Môi trường và Tài nguyên) trước khi thí nghiệm. Sinh vật được nuôi trong môi trường nhân tạo (viết tắt là ISO, gồm các hóa chất NaHCO3, CaCl2, MgSO4, KCl) với thức ăn là tảo lục Scenedesmus trong tủ nuôi nhân tạo ở nhiệt độ 22 ± 10C, chu kỳ sáng tối trong ngày là 14:10, cường độ ánh sáng khoảng 1.000 Lux. Hóa chất dùng thí nghiệm là muối Cu(NO3)2 và Cr(NO3)3 dạng dung dịch của Merck (Đức), pha sẵn trong dung dịch HNO3 (Merck) sao cho nồng độ kim loại sau cùng trong dung dịch là 1g/L, bảo quản trong điều kiện lạnh 5°C.
Thí nghiệm được thực hiện với mỗi lô thí nghiệm gồm 30 D. magna dưới 24 giờ tuổi, nuôi trong 03 bình plastic 250mL, chứa 100mL môi trường ISO, cho ăn bằng tảo Scenedesmus nồng độ 1mg C/L xác định trên kính hiển vi. Thay nước định kỳ 2 ngày/lần xuyên suốt quá trình thí nghiệm. Theo dõi và ghi chép các chỉ số hàng ngày liên tục trong 21 ngày.
Trong lô đối chứng, D. magna được nuôi trong môi trường ISO (không pha gì thêm). Trong các lô phơi nhiễm, môi trường ISO được cho thêm vào đồng và crôm (Cu, Cr) ở các nồng độ 10 hoặc 20 μg đồng/L (ký hiệu Cu 10 và Cu 20); hay 50 hoặc 100 μg crôm/L (ký hiệu Cr 50 và Cr 100). Số liệu thu thập được từ thực nghiệm cần xử lý, thể hiện bằng đồ thị và tính toán thống kê để nhận biết ảnh hưởng dựa vào phần mềm SigmaPlot phiên bản 12.0.
1. Ảnh hưởng lên sức sống của D. magna
Sau 21 ngày thí nghiệm, trong khi tỷ lệ sống của D. magna ở lô đối chứng là 100% thì tỷ lệ sống sót của D. magna trong môi trường nước Cu 10 và Cu 20 tương ứng là 40% và 7%. Những cá thể còn sống tỏ ra không thích nghi được với môi trường có chứa đồng, tỷ lệ sống vẫn liên tục giảm và không có dấu hiệu phục hồi. Tỷ lệ sống sót của D. magna khi phơi nhiễm với Cr 50 và Cr 100 lần lượt là 87 và 93%. Về mặt sinh học thì tỷ lệ này được xem như không có ảnh hưởng xấu đáng kể (sống trên 80%, APHA, 2005), (Hình 2).
Hình 2: Tỷ lệ sống sót của D. magna trong 21 ngày phơi nhiễm với kim loại.
2. Ảnh hưởng lên sự thành thục của D. magna
Trong lô đối chứng, cá thể đầu tiên thành thục vào ngày tuổi thứ 6. Khi phơi nhiễm với Cu 10 và Cu 20 thì ngày thành thục bị chậm lại tương ứng thành 7 và 10. Ngày thành thục muộn nhất của lô đối chứng là ngày thứ 8 còn trong cả 2 lô phơi nhiễm là ngày 16, rất chậm so với chu kỳ sinh học bình thường của D. magna.
Điều thú vị là, khi sống trong môi trường nước Cr 50 và Cr 100 thì D. magna lại thành thục sớm hơn đối chứng (Hình 3). Như vậy, ở góc độ cá thể, Cr kích thích sự thành thục của sinh vật. Tuy nhiên, cơ chế của tác động này vẫn chưa được hiểu biết cụ thể và cần có nghiên cứu sâu hơn. Xử lý thống kê cho thấy, Cu 20 làm chậm quá trình thành thục của D. magna, còn Cr kích thích sinh vật thành thục sớm hơn đối chứng.
Hình 3: Tuổi thành thục của D. magna khi phơi nhiễm kim loại nặng.
**, p < 0,01; ***, p < 0,001 (phép thử Kruskal Wallis)
3. Ảnh hưởng lên sự sinh sản của D. magna
Trong quá trình 21 ngày phơi nhiễm với kim loại nặng, tổng số con non được sinh ra bởi lô đối chứng, phơi nhiễm Cu 10, Cu 20 và Cr 50, Cr 100 lần lượt là 867, 76, 4, 978 và 959. Như vậy, có sự suy giảm mạnh về số lượng con non được sinh ra khi cho D. magna sống trong môi trường nước có kim loại Cu. Nồng độ Cu trong nước càng cao thì số lượng con non càng giảm (Hình 4). Bên cạnh đó, khi phơi nhiễm với Cu 20 thì các con non sinh ra đều rất yếu, chúng thường chết sau 24 giờ tuổi.
Tổng số con non được sinh ra khi D. magna sống trong môi trường nước có Cr3+ lại có xu hướng tăng nhẹ, phù hợp với nghiên cứu của Mahassen và cs. Như vậy, sức sinh sản của sinh vật có liên hệ mật thiết với các kim loại nặng trong nước, cần có những nghiên cứu chi tiết hơn.
Hình 4: Tổng số con non của D. magna trong thí nghiệm với kim loại nặng.
4. Ảnh hưởng lên sự phát triển của Daphnia
Sau 21 ngày thí nghiệm, lô phơi nhiễm Cu 20 chỉ còn sống hai cá thể nên không đủ để xử lý thống kê. Do đó, chỉ tiến hành xử lý thống kê lô đối chứng và lô phơi nhiễm Cu 10, kết quả cho thấy D. magna bị giảm trọng lượng khô khi phơi nhiễm với Cu (p = 0,036). Đối với phơi nhiễm Cr 50 và Cu 100 thì trọng lượng khô lại tăng lên đôi chút (Hình 5). Như vậy, Cu gây ức chế sinh trưởng còn Cr có xu hướng kích thích sinh trưởng. Các thí nghiệm thực hiện chưa ghi nhận được ảnh hưởng xấu của Cr lên sự sinh trưởng của D. magna ở các nồng độ thí nghiệm.
Hình 5: Trung bình trọng lượng khô của 1 D. magna giá trị trung bình ± SD (độ lệch chuẩn); * là p < 0,05, Kruskal Wallis test.
Thay lời kết
Cu có ảnh hưởng lên sức sống, thành thục, sinh sản và sự phát triển của D. magna theo chiều hướng suy giảm. Sự hiện diện của Cu2+ trong nước ở nồng độ 20 µg/L gần như xóa bỏ sự tồn tại của D. magna. Hiện tại, Cu trong nước dùng cho mục đích bảo tồn thủy sinh của Việt Nam được quy định tại QCVN 08:2008/BTNMT, cột A2 là 0,2 mg/L (200 µg/L), gấp 10 lần nồng độ thí nghiệm của đề tài này. Để bảo vệ đa dạng sinh học, bảo vệ môi trường sống thì cần nghiên cứu nhiều hơn để có cơ sở xem xét điều chỉnh các quy định về hàm lượng kim loại đồng trong nước. Bên cạnh đó, cũng cần quan tâm đến sự tác động kết hợp của các loại độc tố khác nhau lên cùng một đối tượng thí nghiệm vì kết quả của sự kết hợp này có thể làm tăng hoặc giảm sự ảnh hưởng lên sinh vật.
Thí nghiệm đơn lẻ phơi nhiễm D. magna với Cr3+ ở nồng độ 100 µg/L, bằng với quy định của QCVN 08:2008/BTNMT, cột A2, nước mặt dành cho mục đích bảo tồn thủy sinh, cho thấy Cr3+ không ảnh hưởng nhiều đến đời sống, phát triển và sinh sản của sinh vật, có vài ảnh hưởng kích thích trong giới hạn an toàn. Nhưng, độc tính của Cr đã được khẳng định trong các công trình nghiên cứu khác, kể cả với sức khỏe con người. Tuy nhiên, trong tự nhiên, độc tố không tồn tại đơn lẻ mà sẽ tương tác lẫn nhau. Vì vậy, kết hợp của Cr với các độc tố khác cần được nghiên cứu thêm.
Những loài vi giáp xác như D. magna này là nền tảng thức ăn của hệ sinh thái, nếu số lượng và chất lượng của chúng suy giảm sẽ kéo theo sự mất cân bằng của chuỗi thức ăn và ảnh hưởng đến cả hệ sinh thái. Do đó, đề xuất tiếp tục đánh giá độc tố của Cu lên các loài phổ biến khác để có cơ sở xem xét điều chỉnh chỉ tiêu Cu trong Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về Chất lượng nước mặt và Nước thải công nghiệp cho phù hợp hơn với sự phát triển bền vững của Việt Nam. Đối với Cr, nồng độ quy định của Cr3+ hiện tại không nói lên được vai trò của độ cứng nước và nồng độ cấp tính của Cr3+ cao hơn so với tiêu chuẩn Mỹ, so sánh với một số công trình đã công bố trên thế giới thì vẫn còn một số vấn đề chưa phù hợp. Đề xuất của nghiên cứu này là tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng đơn lẻ và kết hợp (với nhiều độc tố khác) của Cr lên nhiều thế hệ liên tiếp của D. magna và các loài khác. Từ tổng hợp những kết quả nghiên cứu, các cấp quản lý sẽ có cơ sở xem xét giữ nguyên quy chuẩn hoặc nới rộng Quy chuẩn xả thải một chút, tạo điều kiện thuận lợi cho một số ngành công nghiệp phát triển hơn mà vẫn đảm bảo an toàn cho sinh thái môi trường.
TRẦN PHƯỚC THẢO1 - ĐÀO THANH SƠN2, STINFO số 3/2015
1Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bạc Liêu;
2Đại học Bách khoa TP. HCM
Tải bài này về tại đây.