Ảnh hưởng của pH trong nước sông Đồng Nai đến độc tính của Niken lên Daphnia carinata và Daphnia lumholtzi

Đặc điểm của môi trường nước như pH, nhiệt độ, độ kiềm, độ cứng, DOC… ảnh hưởng rất lớn đến độc tính của kim loại nặng lên sinh vật thủy sinh. Trong đó pH là yếu tố rất quan trọng, nó làm thay đổi rõ ràng độc tính của kim loại lên sinh vật thủy sinh. Kết quả thí nghiệm trên mẫu nước sông Đồng Nai thuộc đề tài số 2015.04.23 của Bộ TN&MT cho thấy, đối với Daphnia carinata khi pH của nước sông Đồng Nai tăng từ 5,9 đến 7,1 thì LC50-Ni tăng từ 364 µg/L lên 432 µg/L. Đối với Daphnia lumholtzi khi pH của nước sông Đồng Nai tăng từ 6 đến 8,1 thì LC50-Ni tăng từ 45 µg/L lên 204 µg/L.

Ảnh hưởng của độ cứng đến độc tính của kim loại nặng

Thông thường thì pH tỉ lệ nghịch với độc tính của kim loại nặng, khi pH tăng thì độc tính của kim loại nặng giảm và ngược lại khi pH giảm thì độc tính của kim loại tăng lên. Nguyên nhân là do khi pH thấp thì kim loại linh động hơn, hay nói cách khác là dạng tồn tại của ion kim loại tự do tăng lên, do đó độc tính của kim loại cũng tăng lên.

Ảnh hưởng của pH lên độc tính kim loại đã được ghi nhận trong nhiều nghiên cứu, khi môi trường pH khác nhau thì sẽ ảnh hưởng đến sự sinh sản và phát triển của các sinh vật thủy sinh.

Với Ceriodaphnia dubia môi trường pH thuận lợi để sinh trưởng, sinh sản và phát triển tốt nhất nằm trong khoảng từ 6 đến 9. Ceriodaphnia dubia rất nhạy cảm với pH thấp là 4,6 hoặc pH cao 10,3 và độ cứng thấp (Belanger và Cherry, 1990).

Theo nghiên cứu của Hoàng Chung Thẩm với các tuế đầu to nhỏ hơn 1 ngày tuổi, thì ở độ cứng và độ kiềm thấp (20 mg/L), pH trong khoảng 6,5 đến 8,2 không ảnh hưởng đến độc tính của Ni lên cá. Tuy nhiên, ở độ cứng và độ kiềm 100 mg/L, khi pH tăng thì giá trị 96-h LC50 lại tăng lên.

Cá giống nước ngọt của Cirrhinus mrigala được tiếp xúc với Ni ở pH 6,0 và 9,0 với độ cứng của nước 40 mgCaCO3/L. Nghiên cứu chỉ ra rằng sự tích lũy Niken bị ảnh hưởng đáng kể bởi độ pH và độ cứng của nước. Tích lũy Ni ở sinh vật khi pH 9,0 cao hơn so với pH 6,0. Ngoài ra sự hiện diện của độ cứng trong nước dẫn đến giảm độc tính của niken (Karthikeyan, 2007).

Một nghiên cứu khác được thực trên vi giáp xác Daphnia magna, cho thấy với pH khoảng 4,4 - 4,6 làm giảm khả năng sống sót và phát triển của sinh vật thử nghiệm, với pH 10 đến 10,5 kích thích sự tăng trưởng và phát triển của sinh vật. Đặc biệt pH bằng 8,3 sinh vật sinh trưởng và phát triển rất tốt. Như vậy, đối với Daphnia magna khoảng pH phát triển tốt từ 7,9 - 8,3 (Mahassen, 2011).

Schubauer-Berigan và cộng sự (1993) cũng quan sát thấy sự thay đổi độc tính của kim loại khi pH thay đổi. Ví dụ thử nghiệm độc tính cấp tính của năm kim loại (Cd, Cu, Ni, Pb và Zn) đối với Ceriodaphnia dubia, Pimephales promelas, Hyalella azteca và Lumbriculus variegatus ở ba giá trị pH (6,3; 7,3 và 8,3) trong nước rất cứng (độ cứng 300#320 mg CaCO3/L) như sau, độc tính của Cd, Ni và Zn là cao nhất ở pH 8,3 và ít nhất là ở 6,3 đối với hầu hết các loài này. Ngược lại, độc tính của Cu và Pb là cao nhất ở pH 6,3 và ít nhất là ở mức 8,3 đối với hầu hết các loài (Schubauer-Berigan và cộng sự, 1993).

Ảnh hưởng của pH đến độc tính của kim loại nặng lên sinh vật thủy sinh là rất rõ ràng, tuy nhiên các giới hạn về kim loại nặng trong môi trường nước quy định trong các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia của Việt Nam gần như là một số cố định. Các giới hạn về kim loại nặng trong môi trường nước này không thay đổi trong những điều kiện môi trường nước khác nhau. Như vậy giới hạn về kim loại nặng quy định có khi là quá cao không bảo vệ được môi trường, hoặc quá thấp, gây khó khăn cho các doanh nghiệp trong việc xử lý kim loại nặng, để đạt được ngưỡng quy định trong quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

Các nghiên cứu về ảnh hưởng của pH đến độc tính của kim loại nặng nói chung và Niken nói riêng lên sinh vật thủy sinh chưa có nhiều ở Việt Nam. Do đó việc nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến độc tính của Niken lên sinh vật thủy sinh ở Việt Nam, nhằm cung cấp các dữ liệu về độc học là hết sức cần thiết.

Quy trình thí nghiệm và chất lượng nước sông Đồng Nai

Một số thông tin chính của thí nghiệm

Chu kì sáng : tối 12h : 12h

Nhiệt độ trong phòng thí nghiệm: 27 ± 10C

Cường độ ánh sáng: 1.200 -1.300 lux

Độ lặp: 4 lần

Sinh vật thí nghiệm: Daphnia lumholtzi/carinata non (< 24 giờ tuổi). Lựa chọn sinh vật có tuổi thọ từ 10 – 18 ngày tuổi để làm sinh vật bố mẹ. Daphnia non được sinh ra từ những sinh vật bố mẹ này, sẽ được lựa chọn ngẫu nhiên để làm thí nghiệm

Trước khi tiến hành thí nghiệm chính thức, nhóm thí nghiệm thử với 7 dải nồng độ Niken khác nhau, độ lặp 02 để xác định sơ bộ ngưỡng gây độc của Niken đối với sinh vật nghiên cứu.

Các bước tiến hành thí nghiệm

Thí nghiệm có thể chia làm 5 bước chính (như Hình 1). Bao gồm từ bước thu, xử lý mẫu nước, đến điều chỉnh pH bằng NaHCO3 và H2SO4, pha thêm niken, bắt sinh vật để tiến hành thí nghiệm và đọc kết quả khi kết thúc thí nghiệm.

* Mẫu nước pha

Ngoài ra nhóm còn pha mẫu nước có tính chất giống nước sông Đồng Nai để làm thí nghiệm đồng thời

Dựa trên chất lượng của nước sông Đồng Nai phân tích trong phòng thí nghiệm, tiến hành điều chỉnh chất lượng nước cất hai lần giống như chất lượng nước sông về độ cứng, độ cứng, độ kiềm, DOC.

Chất lượng mẫu sông Đồng Nai thí nghiệm có đặc điểm như bảng 1:

Ngoài các thông số trong bảng 1 thì các thông số khác như Niken, Đồng, Chì, thuốc bảo vệ thực vật … đều ở dạng vết hoặc không phát hiện được.

Hình 1. Tóm tắt quy trình thí nghiệm

Bảng 1: Chất lượng mẫu nước sông Đồng Nai dùng làm thí nghiệm

Kết quả về ảnh hưởng của pH lên sinh vật chỉ thị

Kết quả thí nghiệm về độc học, được đưa vào phần mềm CETIS (Comprehensive Environmental Toxicity System), để xử lý, tính toán LC50.

Kết quả cho Daphnia carinata

Cụ thể khi pH tăng từ 5,9 đến 7,1 thì LC50-Ni đối với Daphnia carinata tăng từ 364 µg/L lên 432 µg/L đối với mẫu nước sông, còn khi pH tăng từ 5,2 đến 6,0 thì LC50-Ni đối với Daphnia carinata tăng từ 434 µg/L lên 517 µg/L đối với mẫu nước pha.

Hình 2. Mối quan hệ giữa pH và LC50-Ni trên Daphnia carinata

Hình 2 biểu diễn mối quan hệ giữa pH và độc tính của Niken, ta có thể dễ dàng nhận thấy thì độc tính của Niken lên Daphnia carinata có xu hướng giảm đi, hay ngưỡng nồng độ LC50 của Niken tăng lên khi pH tăng.

Kết quả cho Daphnia lumholtzi

Thí nghiệm cho thấy, ở pH = 5 thì không còn Daphnia lumholtzi nào sống sót.

Ở các thí nghiệm với các mức pH khác nhau cho thấy, khi pH tăng thì độc tính kim loại giảm. Cụ thể đối với mẫu nước sông, khi pH tăng từ 6 đến 8,1 thì LC50-Ni đối với Daphnia lumholtzi tăng từ 45 µg/L lên 204 µg/L. Còn đối với mẫu nước pha khi pH tăng từ 6 đến 7,5 thì LC50-Ni đối với Daphnia lumholtzi tăng từ 163 µg/L lên 207 µg/L.

Hình 3. Mối quan hệ giữa pH và LC50-Ni trên Daphnia lumholtzi

Hình 3 biểu diễn ảnh hưởng của pH đến ngưỡng độc của Niken lên Daphnia lumholtzi trên mẫu nước sông Đồng Nai và mẫu nước đối chứng. Ta có thể thấy khi pH tăng thì độc tính của Niken lên Daphnia lumholtzi giảm đi, hay giá trị LC50 tăng lên.

Kết luận

Kết quả thí nghiệm cho thấy pH ảnh hưởng rất lớn đến độc tính của Niken trong nước sông Đồng Nai lên hai sinh vật nghiên cứu là Daphnia lumholtzi và Daphnia carinata. Giá trị LC50-Ni của Daphnia carinata cao hơn nhiều so với Daphnia lumholtzi trên cùng một mẫu nước có đặc điểm giống nhau, điều đó chứng tỏ Daphnia lumholtzi có độ nhạy cảm lớn hơn nhiều so với Daphnia carinata.

Dữ liệu thu được từ thí nghiệm về ảnh hưởng của pH đến độc tính của Niken lên Daphnia lumholtzi, Daphnia carinata trên mẫu nước sông Đồng Nai phù hợp với các kết quả đã công bố từ các nghiên cứu trong và ngoài nước về ảnh hưởng của pH lên độc tính của Niken nói riêng và kim loại nặng nói chung.

Kết quả thu được từ thí nghiệm này khẳng định lại sự ảnh hưởng rất lớn của pH đến độc tính của Niken nói riêng và kim loại nặng nói chung, trong môi trường nước mặt. Kết quả cung cấp thêm các bằng chứng, dữ liệu về độc học về ảnh hưởng của pH đến độc tính kim loại nặng lên các sinh vật thủy sinh ở Việt Nam cho các nhà quản lý, nhà khoa học. Nó cũng góp phần khẳng định sự cần thiết phải có thêm những nghiên cứu khác, về ảnh hưởng của chất lượng nước đến độc tính của kim loại trong môi trường nước mặt ở Việt Nam. Kết quả của những nghiên cứu về độc học sẽ góp phần giúp các nhà khoa học, nhà quản lý có những căn cứ thực tiễn, để có thể điều chỉnh các giới hạn quy định trong bộ QCVN có liên quan đến kim loại nặng trong môi trường nước mặt ở Việt Nam, góp phần bảo vệ môi trường một cách hiệu quả.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

(1) Kết quả thực nghiệm với Daphnia lumholtzi/carinata, thuộc đề tài số 2015.04.23 - Bộ Tài nguyên và Môi trường: “Nghiên cứu, ứng dụng mô hình phối tử sinh học, xác định ngưỡng độc của kim loại nặng trong môi trường nước mặt, thử nghiệm ở sông Đồng Nai”.

 (2) Dao Thanh Son at el., (2015). Acute and chronic effects of nickel on Daphnia lumholtzi. Journal of Science and Technology 53 (3A), 271-276.

(3) Deleebeeck NME, De Schamphelaere KAC, Heijerick DG, Bossuyt BTA, Janssen CR. 2005. Development and validation of biotic ligand models for predicting nikel toxicity to fish, daphnids and algae. Report prepared for Nikel Producers Environmental Research

(4) S. Karthikeyan , PL. RM. Palaniappan and Selvi Sabhanayakam, (2007), Influence of pH and water hardness upon nickel accumulation in edible fish Cirrhinus mrigala. Journal of Environmental Biology.

(5) Tham Chung Hoang at el, (2004), Influence of water quality and age on nickel toxicity to fathead minnows (pimephales promelas). Environmental Toxicology and Chemistry.

ThS. MAI QUANG TUẤN

Khoa Môi trường, Trường Đại học Tài nguyên và Môi Trường Hà Nội