Suy giảm chất lượng nước hồ Xuân Hương, Đà Lạt

Thực vật phù du là nhóm sinh vật sản xuất trong thủy vực. Chúng có vai trò quan trọng trong việc sản sinh ra nguồn năng lượng sơ cấp, tham gia vào các chu trình chuyển hóa vật chất trong tự nhiên và cung cấp sinh khối sơ cấp cho những sinh vật kế tiếp trong chuỗi thức ăn trong thủy vực. Bên cạnh đó, vi khuẩn lam, một nhóm trong thực vật phù du, thường phát triển quá mức hay nở hoa khi gặp điều kiện thuận lợi sẽ gây nhiều ảnh hưởng xấu lên chất lượng môi trường nước, tài nguyên thủy sản và cân bằng hệ sinh thái thủy vực.

 
Hồ Xuân Hương là một điểm du lịch nổi tiếng và cũng là một trong những biểu tượng của Thành phố Đà Lạt. Với sự tiếp nhận chất thải liên tục từ nhiều nguồn khác nhau, nước hồ Xuân Hương trở nên phú dưỡng hóa dẫn đến sự nở hoa của vi khuẩn lam xảy ra thường xuyên hơn, với mức độ ngày càng nặng nề (hình 1). Hậu quả của nở hoa vi khuẩn lam làm cho chất lượng nước hồ càng trở nên tồi tệ hơn với mùi khó chịu (hôi, thối) và chết cá. Điều đó ảnh hưởng lớn đến hoạt động du lịch trên hồ và môi trường sống của người dân địa phương. Đồng thời nước hồ Xuân Hương là nguồn nước cấp cho thác Cam Ly nên nở hoa vi khuẩn lam và độc tố của chúng sẽ theo dòng nước ảnh hưởng trực tiếp lên thắng cảnh du lịch Cam Ly (màu, mùi) và du khách tham quan (tiếp xúc trực tiếp). Về phương diện chất lượng nước và hệ sinh thái, độc tố vi khuẩn lam có ảnh hưởng rất lớn lên cân bằng hệ sinh thái thủy vực, đặc biệt khi có nở hoa vi khuẩn lam. Tuy nhiên, việc xác định vi khuẩn lam gây độc và đánh giá mức độ độc của vi khuẩn lam trong hồ Xuân Hương cho đến nay vẫn chưa được hiểu biết.

Hình 1: Nở hoa vi khuẩn lam ở hồ Xuân Hương, Đà Lạt, tháng 5/2012.

Trong bài viết này, chúng tôi trình bày kết quả nghiên cứu chất lượng nước hồ Xuân Hương trên cơ sở chỉ tiêu hóa lý nước và vi khuẩn lam. Đồng thời, độc tính sinh thái của một loài vi khuẩn lam, Cylindrospermopsis raciborskii, thường bùng phát ở hồ, lên động vật phù du, vi giáp xác Daphnia magna, cũng được nghiên cứu trong điều kiện phòng thí nghiệm.

Thu mẫu hiện trường: việc khảo sát thu mẫu hiện trường được tiến hành ở 3 điểm (đầu vào, đầu ra và khu vực giữa hồ) vào tháng 4 (đại diện mùa khô) và tháng 7 (đại diện mùa mưa) năm 2013 tại hồ Xuân Hương (hình 2). Một số chỉ tiêu vật lý được đo nhanh tại hiện trường bao gồm nhiệt độ (nhiệt kế), pH (Metrohm 744), độ trong (đĩa secchi). Mẫu nước thu cho việc phân tích hàm lượng dinh dưỡng, nitơ và phospho cũng được tiến hành, giữ lạnh từ hiện trường cho đến khi được phân tích trong phòng thí nghiệm. Mẫu định tính và định lượng vi khuẩn lam được thu và cố định ngay tại hiện trường bằng dung dịch Lugol. Mẫu tươi vi khuẩn khuẩn lam cũng được thu, dùng cho phân lập mẫu trong phòng thí nghiệm.

Hình 2: Hồ Xuân Hương, Đà Lạt, với các điểm thu mẫu (1 – 3).

Phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm: các chỉ tiêu hóa học nước gồm N-NO3-, N-NH4+, tổng nitơ, P-PO43- và tổng phospho được phân tích trong Phòng Thí nghiệm Chất lượng Môi trường, Viện Môi trường và Tài nguyên, theo hướng dẫn của APHA, 2005. Việc định danh vi khuẩn lam được tiến hành trên kính hiển vi (BX 51) dựa vào tài liệu phân loại trong và ngoài nước. Việc định lượng vi khuẩn lam được thực hiện bằng buồng đếm Sedgewick-Rafter . Vi khuẩn lam được phân lập bằng phương pháp hút rửa tế bào và được nuôi trong điều kiện nhân tạo ở phòng thí nghiệm.

Thí nghiệm độc học sinh thái của vi khuẩn lam lên sinh vật: trong thí nghiệm này, loài vi giáp xác Daphnia magna (mua từ công ty Microbio test, Bỉ) và loài vi khuẩn lam Cylindrospermopsis raciborskii (đã phân lập được từ hồ Xuân Hương) được dùng làm đối tượng nghiên cứu (hình 3). Thí nghiệm được thiết kế với 4 lô thí nghiệm bao gồm 1 lô đối chứng (D. magna được cho ăn với 100% thức ăn là tảo lục, Scendesmus) và 3 lô phơi nhiễm (D. magna được cho ăn với (i) 90% tảo lục + 10% C. raciborskii; (ii) 50% tảo lục + 50 % C. raciborskii; và (iii) 100% C. raciborskii). Trong mỗi lô thí nghiệm, 10 cá thể D. magna (< 24 giờ tuổi) được nuôi riêng lẻ trong 10 bình thủy tinh. Môi trường và thức ăn của D. magna được thay mới 2 ngày/ 1 lần. Các đặc điểm sinh học theo dõi bao gồm sự sống chết và tổng số con non được sản sinh ra từ các lô thí nghiệm. Thí nghiệm, được tiến hành tại Phòng Thí nghiệm Độc học Môi trường, Viện Môi trường và Tài nguyên, kéo dài trong 2 tuần.

Hình 3: Sinh vật cho thí nghiệm: vi giáp xác Daphnia magna (trái) và vi khuẩn lam Cylindrospermopsis raciborskii (phải).

Kết quả phân tích hóa lý và sinh vật: Kết quả đo nhanh hiện trường cho thấy nhiệt độ nước hồ Xuân Hương biến thiên từ 23-24,5oC khá đồng nhất và ổn định trong 2 đợt khảo sát. Tuy nhiên pH của nước hồ, có giá trị từ 6,6 – 8,2, thay đổi đáng kể giữa các điểm thu mẫu và thời điểm thu mẫu. Đồng thời độ trong nước hồ rất thấp, không quá 30 cm. Sự biến thiên của pH và suy giảm độ trong nước hồ có liên quan chặt chẽ đến sự phát triển và mật độ vi khuẩn lam sẽ được đề cập ở phần dưới của bài viết này. Độ trong thấp (không quá 30 cm) là một trong những bằng chứng về sự suy giảm chất lượng môi trường nước. Nồng độ nitrate của nước hồ biến thiên từ 0,09 – 1,7 mg/l. Amonium trong nước hồ Xuân Hương có giá trị từ dưới mức phát hiện của máy đo cho đến 6,8 mg/lít. Hàm lượng tổng nitơ trong nước hồ có giá trị từ 2,2 – 27,8 mg/lít. Hàm lượng phosphate và tổng phospho trong nước hồ Xuân Hương lần lượt lên đến 0,04 và 1,52 mg/lít. Nồng độ nitơ và phospho trong nước hồ cho thấy môi trường nước đang ở vào tình trạng phú dưỡng hóa.

Kết quả phân tích đã ghi nhận được 21 loài vi khuẩn lam vào 2 đợt khảo sát. Trong đó, bộ Oscillatoriales chiếm ưu thế về số loài (từ 48-52%) và bộ Nostocales có tỷ lệ số lượng loài thấp nhất (16-24%) trong tổng số loài vi khuẩn lam. Các chi vi khuẩn lam phổ biến trong hồ là Microcystis, Anabaena, Cylindrospermopsis, Planktothrix và Pseudanabaena. Mật độ vi khuẩn lam qua 2 đợt khảo sát có giá trị từ 160.200 – 2.246.200 cá thể/lít, thấp nhất vào đợt thu mẫu tháng 7 ở điểm thu mẫu số 2 và cao nhất vào đợt thu mẫu tháng 4 ở điểm thu mẫu số 3 (hình 4a). Mật độ vi khuẩn lam ghi nhận được có giá trị từ cao đến rất cao so với điều kiện thủy vực dạng hồ thông thường. Điều này cho thấy chất lượng nước hồ đã suy giảm và tình trạng mất ổn định trong hệ sinh thái thủy vực. Ba chi vi khuẩn lam ưu thế trong hồ Xuân Hương vào thời điểm khảo sát là Microcystis, Anabaena và Cylindrospermopsis (hình 4b), phản ảnh sự phú dưỡng hóa của thủy vực. Các chi vi khuẩn lam này được biết đến rất nhiều trên thế giới vì khả năng sản sinh độc tố gan và độc tố thần kinh (anatoxin-a, microcystins, cylindrosperopsin) rất nguy hiểm cho thủy sinh vật, con người và động vật hoang dã. Hai chi vi khuẩn lam ưu thế trong mẫu thu tháng 4 là Microcystis và Cylindrospermopsis, và trong mẫu thu tháng 7 là Anabaena và Cylindrospermopsis (hình 4b). Riêng chi Cylindrospermopsis, có khả năng sản sinh độc tố thần kinh và độc tố tế bào, chiếm tỷ lệ lên đến 80% tổng mật độ vi khuẩn lam trong hồ (hình 4b). Do đó, khả năng thủy sinh vật trong hồ và người dân địa phương bị phơi nhiễm mãn tính với độc tố vi khuẩn lam rất có thể đã và đang xảy ra mà điều này cần có những khảo sát, nghiên cứu sâu hơn để làm sáng tỏ vấn đề.

Hình 4: Mật độ vi khuẩn lam (a) và tỷ lệ mật độ vi khuẩn lam (b) ở hồ Xuân Hương qua 2 đợt khảo sát, tháng 4 và 7/2013.

Độc tính sinh thái của Cylindrospermopsis raciborskii lên Daphnia magna: sau 2 tuần thí nghiệm, tất cả sinh vật (D. magna) trong lô đối chứng còn sống. Tuy nhiên, sinh vật trong các lô phơi nhiễm bị chết và tỷ lệ sinh vật sống sót suy giảm theo thời gian. Cụ thể, quần thể sinh vật trong lô thí nghiệm 10% CR chỉ còn 50% sau 2 tuần thí nghiệm. Nghiêm trọng hơn, tỷ lệ sống sót của D. magna trong lô thí nghiệm 50% CR chỉ còn 10% sau 14 ngày phơi nhiễm và tất cả sinh vật trong lô thí nghiệm 100% CR chết sau 8 ngày phơi nhiễm (hình 5). Kết quả nghiên cứu từ lô thí nghiệm 100% của chúng tôi tương tự như công bố trước đây của Nogueira và cs. (2004, tạp chí Environmental Toxicology, số 19, trang 453-459). Điểm khác biệt là dù phơi nhiễm (cho ăn) ở các tỷ lệ vi khuẩn lam (C. raciborskii) thấp hơn (10% và 50%) sinh vật (D. magna) vẫn bị ảnh hưởng rất mạnh mà các công bố khoa học trước đây chưa thực hiện. Như vậy, trong điều kiện hồ Xuân Hương, khi mật độ C. raciborskii tăng cao và chiếm ưu thế trong thời gian đủ dài, quần xã động vật phù du trong hồ cũng sẽ bị suy giảm và thay đổi đáng kể trong thời gian đó. Điều này sẽ gián tiếp dẫn đến sự xáo trộn trong chuỗi thức ăn và các thủy sinh vật trong hồ như động vật phù du và cá.

Hình 5: Tỷ lệ sống sót của Daphnia magna trong 2 tuần thí nghiệm. 10%CR: lô thí nghiệm cho sinh vật ăn 90% tảo lục + 10% C. raciborskii; 50% CR: lô thí nghiệm cho sinh vật ăn 50% tảo lục + 50% C. raciborskii; 100% CR: lô thí nghiệm cho sinh vật ăn 100% C. raciborskii.

Sự ảnh hưởng của C. raciborskii lên sức sinh sản của D. magna thay đổi tùy theo mật độ của vi khuẩn lam cho sinh vật ăn. Trong lô đối chứng, có tất cả 136 con non được các D. magna mẹ sinh ra trong 2 tuần nuôi. Số lượng con non thu được từ lô thí nghiệm 10% CR chỉ có 10 cá thể. Ở mật độ C. raciborskii cao (50% và 100%), toàn bộ D. magna chết (trường hợp 100% CR) hoặc không thành thục (trường hợp 50% CR) do đó không có con non D. magna được sản sinh ra (hình 6).

Hình 6: Sự sinh sản của Daphnia magna trong 2 tuần thí nghiệm. Các chú thích 10% CR, 50% CR, 100% CR: xem hình 5.

Như vậy, loài vi khuẩn lam C. raciborskii không chỉ ảnh hưởng lên sức sống của D. magna mẹ mà còn làm suy giảm hoặc ức chế sự sinh sản của chúng. Do đó, trong điều kiện tự nhiên ở hồ Xuân Hương, khả năng suy giảm một quần thể động vật phù du nào đó hoàn toàn có thể xảy ra nếu vi khuẩn lam (như C. raciborskii) bùng phát liên tục trong thời gian dài, mà điều này cần có những nghiên cứu chi tiết hơn.

Tóm lại, chất lượng nước hồ Xuân Hương đang ở vào tình trạng rất xấu xét trên góc độ các chỉ tiêu hóa lý (độ trong, dinh dưỡng) hay sinh vật (vi khuẩn lam). Sự bùng phát vi khuẩn lam trong hồ là một dấu hiệu xấu cho thủy sinh vật khác trong hồ. Độc tính sinh thái của loài vi khuẩn lam C. raciborskii phân lập từ hồ Xuân Hương lên vi giáp xác D. magna rất nghiêm trọng bao gồm sự suy giảm sức sống và kìm hãm sinh sản của vi giáp xác. Những nghiên cứu sâu hơn về độc tố vi khuẩn lam và tác động của vi khuẩn lam có độc ở hồ Xuân Hương lên quần xã sinh vật trong hồ nên được tìm hiểu vì lý do chất lượng môi trường nước, sự cân bằng hệ sinh thái thủy vực và sức khỏe cộng đồng.