Đánh giá chất lượng nước mặt bị tác động bởi nuôi trồng thủy sản bằng các thông số môi trường và chỉ số MIR

TÓM TẮT:

Nghiên cứu đánh giá chất lượng nước mặt bằng các thông số môi trường và chỉ số MIR tại 10 vị trí quan trắc bị tác động bởi nước thải nuôi trồng thủy sản. Kết quả quan trắc cho thấy, chất lượng nước mặt chưa đảm bảo do hàm lượng DO trong nước thấp và các thông số TSS, COD, BOD5, P-PO43-, N-NH4+ và Coliform có giá trị vượt QCVN 08-MT:2015/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt, cột A1. Sử dụng phương pháp Quadrat đề khảo sát thực vật nổi khu vực và phát hiện được bốn loài là lục bình, nghễ, rau muống, cỏ xước. Chỉ số MIR có giá trị dao động từ 15,8 đến 20,0 cho thấy chất lượng nước nằm ở mức IV đến V ở tình trạng từ tệ đến rất tệ và có mối tương quan với các thông số TSS, P-PO43-, N-NH4+.

Từ khóa: thực vật lớn, nước thải nuôi trồng thủy sản, MIR.

1. Đặt vấn đề

An Giang là một tỉnh đầu nguồn Tây Nam của Việt Nam và ở vị trí hạ lưu sông MeKong. Trong tổng thể vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), An Giang chiếm một vị trí quan trọng với địa hình đặc trưng gồm đồi núi và đồng bằng nằm ven 2 sông lớn là sông Tiền và sông Hậu. Vì vậy, An Giang được xem là địa phương hội tụ rất nhiều tiềm năng phát triển nông nghiệp, thương mại, dịch vụ, du lịch [1]. Trước bối cảnh hội nhập và phát triển, An Giang đang chịu sức ép lên môi trường ngày một gia tăng, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước đã ảnh hưởng đến việc cung cấp nước ngọt phục vụ cho tưới tiêu nông nghiệp, sinh hoạt, công nghiệp... [2]. Trong đó, sự phát triển mạnh mẽ nghề nuôi trồng thủy sản lại kéo theo các tác động môi trường diễn ra ở quy mô ngày càng lớn, đặc biệt môi trường chịu tác động chính là môi trường nước - nơi tiếp nhận nguồn thải của quá trình nuôi trồng thủy sản. Nước thải nuôi trồng thủy sản đặc trưng bởi hàm lượng các chất rắn lơ lửng, COD, BOD5 cao và một lượng lớn các hợp chất Nitơ và Phospho, được xem là một vấn đề toàn cầu vì ảnh hưởng nghiêm trọng đến các nguồn nước mặt xung quanh [3-4].

Việc đánh giá và phân loại chất lượng nguồn nước dựa vào việc đánh giá sinh thái bằng khung chỉ thị sinh học (Water Framework Directive-WFD) đã được các nước Châu Âu sử dụng cách đây hơn 20 năm. Trong đó, hệ sinh thái dưới nước được xem như một trong những nhân tố quan trọng dự đoán chất lượng nguồn nước [5]. Dựa vào đặc điểm sinh trưởng của thủy thực vật để làm tín hiệu nhận biết đặc điểm ô nhiễm nguồn nước nhằm kịp thời nhận biết định tính nguồn ô nhiễm, từ đó có biện pháp ngăn chặn và xử lý đã được nhiều đất nước phát triển áp dụng [6].

Phương pháp này cũng khắc phục những hạn chế của công tác quan trắc và phân tích các chỉ tiêu hóa lý. Đánh giá, giám sát và cải thiện chất lượng môi trường nước mặt bằng chỉ thị thủy sinh học đã đạt được nhiều thành tựu có ý nghĩa khoa học và thực tế [7-8]. Thực vật nổi (macrophytes) là một phần quan trọng trong hệ sinh thái của môi trường nước và có trong WFD để đánh giá chất lượng nguồn nước thông qua các hiện tượng phú dưỡng và suy thoái của hệ [9]. Tín hiệu phát triển thủy thực vật dự báo nguồn ô nhiễm đặc thù của nguồn nước góp phần trong giải pháp quản lý nguồn nước mặt của tỉnh An Giang có hiệu quả và kinh tế.

Bên cạnh đó, việc sử dụng các loài thực vật trong xử lý ô nhiễm nơi nguồn nước thủy thực vật sinh trưởng mang lại nhiều hiệu quả tích cực nhờ các quá trình tự nhiên tự làm sạch cùng với sự phối hợp thủy thực vật để chúng tiêu thụ các chất hữu cơ, dinh dưỡng N và P có trong nước để phát triển, tác dụng cơ bản của thực vật trong hệ thống thủy sinh sẽ tạo ra môi trường giàu oxy, tạo ra giá thể cho các loại vi sinh vật hiếu khí phát triển, thúc đẩy các quá trình nitrat hóa, quá trình oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước. Trong đó, các chất ô nhiễm mà chủ yếu là các chất dinh dưỡng, các kim loại nặng và các chất phóng xạ... được thực vật thủy sinh (TVTS) hấp thu và diễn ra ở rễ hoặc hấp thụ qua lá. Vai trò chính của rễ là đồng hóa các chất dinh dưỡng, và vai trò chính của lá là vô cơ cố định carbon [10]. Sinh khối thực vật thủy sinh có thể tận dụng làm nguyên liệu cho thủ công mỹ nghệ, thức ăn chăn nuôi hoặc ủ phân hữu cơ bón cho ruộng. Từ đó, nghiên cứu “Đánh giá chất lượng nước mặt bị tác động bởi nuôi trồng thủy sản bằng các thông số môi trường và chỉ số MIR (The Macrophyte Index for Rivers)” được thực hiện.

2. Phương pháp nghiên cứu

2.1. Phương pháp thu, bảo quản và phân tích mẫu

Đánh giá chất lượng nước mặt bị tác động bởi nuôi trồng thủy sản tại 10 vị trí quan trắc (Bảng 1) bằng việc thu mẫu và phân tích các thông số ô nhiễm được thực hiện bởi phương pháp sau:

Phương pháp thu và bảo quản mẫu: Mẫu nước mặt được lấy tại điểm tiếp nhận nước thải. Mẫu nước sau khi lấy sẽ được bảo quản trong tối và lạnh bằng nước đá cho đến khi vận chuyển về đến phòng thí nghiệm. Giảm tối đa thời gian lưu mẫu, các mẫu được phân tích trong vòng 24h. Nếu mẫu chưa phân tích được ngay có thêm hóa chất để bảo quản, thời gian lưu mẫu có thể kéo dài hơn.

Phương pháp phân tích: Đối với thông số pH, DO được đo trực tiếp tại hiện trường tại vị trí thu mẫu bằng thiết bị đo. Các thông số còn lại như COD, BOD5, TSS, Nitrat (NO3- tính theo N), Phosphat (PO43- tính theo P), Amoni (NH4+ tính theo N), tổng dầu mỡ, Coliform, As, Pb, Hg, Benzene hexachloride, Dieldrin được phân tích dựa trên các Tiêu chuẩn Việt Nam, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, United StateEnvironmental Protection Agency được thể hiện lần lượt SMEWW 5220C:2012, SMEWW 5210B:2012, SMEWW 2540D:2012, SMEWW 4500-NO3-.E:2012, SMEWW 4500-P.E:2012, SMEWW 4500-NH3.B&F:2012, TCVN 5070:1995, TCVN 6187-2:1996, SMEWW 3114B:2012, TCVN 6665:2011, SMEWW 3112B:2012, US.EPA Method 3510C + US.EPA Method 3630C US.EPA Method 8081B.

2.2. Phương pháp xác định số loài và mật độ loài

Bảng 1. Vị trí thực hiện nghiên cứu

Thực vật sống trôi nổi khảo sát tại 10 điểm quan trắc nước mặt bị tác động bởi nuôi trồng thủy sản được thể hiện ở Bảng 1. Số loài và mật độ thực vật nổi được thực hiện bằng phương pháp Quadrat [11] với trình tự thực hiện như sau: Căng dây ô tiêu chuẩn 1 m2 theo mặt cắt ngang, thu 5 mặt cắt lưu vực khảo sát. Mỗi mặt cắt dọc sẽ thu 4 ô được tính từ bờ ra. Mẫu thực vật được thu toàn bộ trong mỗi ô tiêu chuẩn, ghi lại thời gian và địa điểm thu mẫu. Loài được định danh dựa trên các tài liệu như Cây thuốc và động vật làm thuốc ở Việt Nam Đỗ Huy Bích và cs. (2006) [12]

Hình 1: Khung Quadrat khảo sát mật độ loài

Công thức tính toán mật độ loài: D_i =n_i/N

Trong đó: D_i là mật độ loài i; n_i là tổng số cá thể loài i; N là tổng số ô nghiên cứu.

2.3. Phương pháp MIR

Bảng 2. Phân loại chất lượng nước dựa trên chỉ số MIR

Giá trị của chỉ số MIR phụ thuộc vào sự hiện diện của các loài được xác định tại sông và giá trị chỉ thị của chúng. Từ các bản ghi thực địa, chỉ số MIR (Macrophyte Index for Rivers) được tính toán theo công thức:

chất lượng nước mặt

Trong đó: MIR là chỉ số macrophytes cho dòng sông tại điểm lấy mẫu; N là số loài tại điểm lấy mẫu; l_i là giá trị chỉ thị cho đơn vị phân loại thứ i; W_i là hệ số trọng số của đơn vị phân loại thứ i; p_i là mật độ phủ của đơn vị thứ i theo thang điểm 9. Cụ thể: 1 cho 0,1%, 2 cho 0,1-1%, 3 cho 1-2,5%, 4 cho 2,5-5%, 5 cho 5-10%, 6 cho 10-25%, 7 là 25-50%, 8 là 50-75% và 9 là 75%.

2.4. Xử lý số liệu

Số liệu được tổng hợp và xử lý bằng Ms Excel 2010 và SPSS 20.0

3. Kết quá và thảo luận

3.1. Chất lượng nước mặt bị tác động từ khu vực nuôi trồng thủy sản năm 2021

Kết quả quan trắc chất lượng nước mặt bị tác động từ khu vực nuôi trồng thủy sản trong năm 2021 cho thấy, có 6/14 thông số có giá trị đạt QCVN 08-MT:2015/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (cột A1) như thông số pH, N-NO3-, As, Pb, Hg, Benzen Hexachloride, Dieldrin. Bên cạnh đó, kết quả cho thấy có 7/14 thông số có giá trị không đạt quy chuẩn cho phép QCVN 08-MT:2015/BTNMT gồm thông số DO hầu hết các giá trị này đều thấp hơn so với quy chuẩn ngoại trừ tại khu vực nuôi ao, hầm Vĩnh Hòa - TS20(TĐ)-TC vào tháng 3. Hàm lượng TSS có các giá trị vượt quy chuẩn từ 2,10 - 3,25 lần, hàm lượng COD tại các khu vực nuôi trồng thủy sản có giá trị vượt 1,20 - 3,10 lần, hàm lượng BOD5 các giá trị này đều vượt quy chuẩn từ 2 - 5 lần. Thông số P-PO43- ô nhiễm cao nhất vào tháng 3 tại khu vực nuôi ao, hầm Vĩnh Hòa- TS20(TĐ)-TC, vượt 7,84 lần so với quy chuẩn.

Đối với khu vực nuôi bè, hàm lượng P-PO43- đạt quy chuẩn tại 3/4 vị trí ở cả 4 đợt quan trắc, ngoại trừ tại làng bè Long Hòa-TS1(TĐ)-PT. Đối với khu vực nuôi ao, hầm, có hàm lượng P-PO43- cao hơn khu vực nuôi bè, có 3/6 vị trí đạt quy chuẩn gồm: khu vực nuôi cá ao, hầm Bình Thạnh-TS6(TĐ)-CT và khu vực nuôi cá ao, hầm Mỹ Hòa Hưng-TS7(TĐ)-LX. Thông số N-NH4+ ô nhiễm cao nhất vào tháng 6 tại khu vực nuôi ao, hầm Vĩnh Hòa-TS20(TĐ)-TC vượt 11,27 lần so với QCVN 08-MT:2015/BTNMT, cột A1. Mật độ Coliform qua các đợt quan trắc trong năm 2021 có giá trị dao động từ 4.300 - 110.000 MPN/100 ml, tất cả các thời điểm đều vượt quy chuẩn từ 1,72 - 44 lần so với QCVN 08-MT:2015/BTNMT, cột A1 (2.500 MPN/100 ml), ô nhiễm cao nhất tại khu vực nuôi cá tra xã Phú Bình-TS23(TĐ)-PT vào tháng 9.

Từ kết quả quan trắc nước mặt bị tác động từ khu vực NTTS năm 2021 cho thấy, chất lượng nước mặt chịu tác động từ khu vực nuôi trồng thủy sản trong năm 2021 chưa đảm bảo tốt, loại hình nuôi ao hầm có tình trạng ô nhiễm cao hơn so với loại hình nuôi bè. Nguyên nhân do các khu nuôi ao, hầm thường tù đọng, ít thông thoáng hơn khu nuôi bè, khả năng trao đổi và tự làm sạch của môi trường nước cũng hạn chế hơn, cần phải xử lý nước đạt quy chuẩn trước khi thải ra nguồn tiếp nhận. Bên cạnh đó, thức ăn được dùng cho thủy sản chủ yếu là dạng công nghiệp thâm canh nên mức độ ô nhiễm cao, do đó người nuôi cần quản lý chế độ thức ăn hợp lý vừa đảm bảo đủ dinh dưỡng cho thủy sản vừa giữ sạch môi trường nuôi và mang lại hiệu quả kinh tế cao. Ngoài ra, tại các khu vực nuôi bè do sử dụng và thải chất thải trực tiếp vào nguồn nước thủy vực nên các hộ nuôi cần phải thật thận trọng trong việc quản lý chất lượng nước khu vực nuôi, hạn chế phát sinh dịch bệnh và chất ô nhiễm làm ảnh hưởng đến môi trường nước tại khu vực.

3.2. Số loài và mật độ loài

Qua quá trình khảo sát thực địa tại 10 vị trí trên sông chảy qua địa bàn tỉnh An Giang đã tìm thấy các loài thực vật thủy sinh là lục bình, nghễ, rau muống, cỏ xước. Có thể thấy, tại các vị trí khảo sát tuy không có sự đa dạng lớn về loài nhưng các loài này đều là những loài có giá trị trong việc xử lý các chất ô nhiễm có trong nước đã được chứng minh qua nhiều nghiên cứu. Trong đó, lục bình chiếm ưu thế nhất, có mặt ở tất cả các đợt trong năm ở tất cả các vị trí quan trắc. Duy chỉ lục bình có mặt ở các đợt trong năm với mật độ dao động trong khoảng 5,7 - 28,05 cây/m2. Rau muống với mật độ dao động 0,4 - 9,95 cây/m2 tại các vị trí xuất hiện, có 2 vị trí có mặt ở cả 4 đợt, có 1 vị trí không thấy sự có mặt với. Đồng thời, nghễ và cỏ xước có mặt với tần suất xuất hiện không nhiều ở một vài vị trí, có vị trí không nhận thấy sự có mặt. Cỏ xước xuất hiện chỉ có 1 vị trí xuất hiện ở 3 đợt, các vị trí còn lại chủ yếu xuất hiện 1 - 2 đợt, có vị trí không nhận thấy sự có mặt với tần suất xuất hiện dao động 10 - 90%, mật độ 0,15 - 4,45 cây/m2. Ngoài ra, nghễ chỉ có 2 vị trí xuất hiện và xuất hiện duy nhất 1 đợt trong năm.

3.3. Chỉ số MIR

Từ những số liệu khảo sát thực vật nổi tại các điểm quan trắc, chỉ số MIR được xác định dao động từ 15,8 đến 20,0 cho thấy tình trạng sinh thái từ tệ đến rất tệ, chất lượng nước nằm ở mức IV đến V. Ngoài ra, nghiên cứu còn cho thấy có mối tương quan giữa chỉ số MIR và thông số TSS, phosphat (tính theo N), Amoni (tính theo N).

4. Kết luận

Theo kết quả quan trắc, so với quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt, cột A1 thì các thông số pH, N-NO3-, As, Pb, Hg, Benzen Hexachloride, Dieldrin giá trị nằm trong giới hạn. Bên cạnh đó, chất lượng nước mặt chưa đảm bảo do hàm lượng DO trong nước thấp và các thông số TSS, COD, BOD5, P-PO43-, N-NH4+ và Coliform có giá trị vượt giới hạn cho phép. Do đó, chất lượng nước chưa đảm bảo và tùy mục đích sử dụng mà có biện pháp xử lý phù hợp. Qua quá trình khảo sát thực địa tại 10 vị trí trên sông chảy qua địa bàn tỉnh An Giang đã tìm thấy các loài thực vật thủy sinh là lục bình, nghễ, rau muống, cỏ xước. Tại các điểm quan trắc, tình trạng sinh thái từ tệ đến rất tệ, chất lượng nước nằm ở mức IV đến V, có mối tương quan giữa chỉ số MIR và thông số TSS, phosphat (tính theo N), Amoni (tính theo N).

LỜI CẢM ƠN: Nghiên cứu được tài trợ bởi Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (ĐHQG-HCM) trong khuôn khổ Đề tài mã số B2021-16-03.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

Nguyễn Đức Thắng. (2003). Điều tra thảm thực vật rừng tỉnh An Giang. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Huế, 6, 37-48.
Sở Tài nguyên và Môi trường An Giang (2020). Báo cáo tổng hợp kết quả quan trắc môi trường tỉnh An Giang năm 2020. An Giang.
Lee, H., Shoda, M. (2008). Removal of COD and color from livestock wastewater by the Fenton method. Journal of Hazardous Materials, 153, 1314-1319.
Othman, I., Anuar, A. N., Ujang, Z., Rosman, N. H., Harun, H., Chelliapan S. (2013). Livestock wastewater treatment using aerobic granular sludge. Bioresource Technology, 133, 630-634.
Birk, S., Bonne, W., Borja, A., Brucet, S., Courrat, A., Poikane, S., Solimini, A.G., van de Bund, W., Zampoukas, N., Hering, D. (2012). Three hundred ways to assess Europes surface waters: An almost complete overview of biological methods to implement the Water Framework Directive. Ecol. Indic, 18, 31-41.
Umetsu, C.A., Aguiar, F.C., Ferreira, M.T., Cancian, L.F., Camargo, A.F.M., (2018). Addressing bioassessment of tropical rivers using macrophytes: The case of Itanhaem Basin, Sao Paulo, Brazil. Aquatic Botany, 150, 53-63.
Lê Văn Khoa, Nguyễn Văn Quýnh, Nguyễn Quốc Việt (2007). Chỉ thị sinh học môi trường. Hà Nội: NXB Giáo dục.
Khedr, A.H.A., Demerdash, M.A.E. (1997). Distribution of aquatic plants in relation to environmental factors in Nile Delta. Aquatic Botany, 56, 75-86.
Haury, J., Peltre, M.-C., Trémolières, M.; Barbe, J., et. al. (2006). A new method to assess water trophy and organic pollution - The Macrophytes Biological Index for Rivers (IBMR): Its application to dierent types of river and pollution. Hydrobiologia, 570, 153-158.
Bhupinder Dhir. (2013). Phytoremediation: Role of aquatic plants in Environmental Clean - up. India: Springer India.
Trương Hoàng Đan, Nguyễn Phương Duy, Bùi Trường Thọ. (2012). Sự phân bố của thủy sinh thực vật bậc cao trong các thủy vực ô nhiễm hữu cơ vào mùa mưa ở thành phố Cần Thơ. Tạp chí Khoa học trường Đại học Cần Thơ, 23a, 283-293.
Đỗ Huy Bích, Đặng Quang Chung và các cộng sự. (2006). Cây thuốc và động vật làm thuốc ở Việt Nam (tập 1). Hà Nội: NXB Khoa học và Kỹ thuật.
Nekos A. N., Bo³aryn M. V., Lugowska M., Tsos O. O., Netrobchuk I. M. (2021). assessment of the ecological condition of the western bug river basin according to the macrophyte index for rivers (MIR). Visnyk of V. N. Karazin Kharkiv National University, 54, 316-328.

ASSESSING THE QUALITY OF SURFACE WATER

AFFECTED BY AQUACULTURE WASTEWATER THROUGH

ENVIRONMENTAL PARAMETERS AND MIR INDEX

• NGUYEN TRAN THIEN KHANH¹

• VO THI DAO CHI¹

• NGO THUY AN¹

• DOAN THANH NGHI¹

• HUYNH PHUC LUYEN²

• TRAN HUYNH THUY DUNG²

¹An Giang University, Vietnam National University - Ho Chi Minh City

²Center for Natural Resources

and Environment Monitoring An Giang Province

ABSTRACT:

This study is to assess the quality of surface water through environmental parameters and MIR index at 10 monitoring locations affected by aquaculture wastewater. The study’s results show that the surface water quality does not meet standards as the DO concentraction in the surface water is low and the parameters of TSS, COD, BOD5, P-PO43-, N-NH4+ and Coliform exceed allowable limits unde the QCVN 08-MT:2015/BTNMT - Vietnam’s national technical regulation on surface water quality (A1 column). The study also uses the Quadrat method to survey floating plants and the study finds out that there are four species including Eichornia crassipes, Polygonum tomentosum, Ipomoea aquatica Forsk and Achyranthes aspera L. The MIR index ranges from 15.8 to 20.0 shows that the water quality was in the IV level (bad) to the V level (very bad). This results are correlated with the concentraction of TSS, P-PO43-, N-NH4+ in the surface water.

Keywords: macrophytes, wastewater aquaculture, MIR.