Mở đầu Tảo Silic (Bacillariophyta): là một nghành thực vật bậc thấp, cơ thể cấu trúc đơn bào sống lơ lửng trôi nổi trong nớc. Cơ thể của chúng rất nhỏ, do có khả năng hấp thụ muối vô cơ hoà tan trong nớc và tiến hành quang hợp tạo ra chất hữu cơ, nên chúng là khâu đầu tiên trong chu trình vật chất của biển. Đã từ lâu có ý nghĩa rất lớn trong tự nhiên cũng nh trong nền kinh tế quốc dân, vì vậy đã thu hút đợc sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Thành phần loài tảo rất phong phú, trên thế giới có khoảng 10.000 loài hiện sống. Chúng phân bố khắp nơi, ở trong nớc, trong đất, thậm chí trong băng tuyết lạnh giá, trong các loại hình thuỷ vực từ vùng khí hậu hàn đới cho đến nhiệt đới. Thực vật phù du là thức ăn của động vật phù du, các loài ấu trùng, các loài động vật thân mềm ăn lọc, các loài cá bột và một số loài cá trởng thành. Tảo Silic là thành phần chính của thực vật phù du nớc ( Phytoplankton), nhất là trong các thuỷ vực nớc lợ và nớc mặn. Là mắt xích đầu tiên của chuỗi thức ăn của thuỷ vực nên chúng là một trong các sinh vật sản xuất quan trọng bậc nhất trong hệ sinh thái nớc. Trong thực vật phù du, tảo Silic thờng chiếm khoảng 60- 70% về số loài cũng nh sinh vật lợng, nhất là ở những vùng biển ven bờ chúng luôn chiếm u thế tuyệt đối, có nơi tới trên 84% về số loài và tới 99% về sinh vật lợng [1]. Cũng nh thực vật phù du nói chung, tảo Silic không phải là những đối tợng có giá trị kinh tế có thể khai thác phục vụ ngay cho đời sống của con ngời, nhng thiếu chúng sẽ không có nguồn thức ăn hữu cơ ban đầu, mọi nguồn lợi hải sản đều không có cơ sở để tồn tại. Các yếu tố trong môi trờng nớc có ảnh hởng sâu sắc tới sự biến động thành phần loài, cũng nh sự phân bố của chúng. Khi Tảo Silic có sự biến động thì các loài hải sản cũng thay đổi theo. 1 Nh vậy những hiểu biết về tảo phù du cần thiết để đánh giá tiềm năng của một hệ sinh thái nớc, từ đó có thể đề ra đợc những biện pháp cụ thể hay quy hoạch hợp lý cho sự phát triển và khai thác các nguồn lợi trong thuỷ vực [2]. Ngày nay việc nghiên cứu ứng dụng vi tảo nói chung và tảo Silic nói riêng trong nuôi trồng thuỷ sản đang đợc đẩy mạnh. ở Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu về tảo Silic nh: A. Y. Dawson (1954), Tôn Thất Pháp (1993), Đặng Thị Sy (1996), Trơng Ngọc An (1992). Mai Văn Chung (2001). Các công trình trên chủ yếu điều tra ở vùng cửa sông ven biển, cửa lạch và đầm phá. Trong những năm gần đây nghề nuôi trồng thuỷ sản ở nớc ta rất phát triển, do đó việc điều tra các loài tảo trong đó có tảo Silic trong các đầm ao nuôi để tìm ra loài có giá trị thức ăn cho tôm, cá và những loài có khả năng cải thiện môi trờng nớc là điều rất cần thiết. Vì vậy chúng tôi đã tiến hành đề tài Đánh giá hiện trạng chất lợng nớc và thành phần loài tảo Silic ( Bacillariophyta) ở các đầm nuôi tôm Nghi Xuân Hà Tĩnh . Đề tài nhằm mục đích: Đánh giá chất lợng nớc, thành phần loài và số lợng cá thể cũng nh mối liên quan giữa chất lợng nớc với sự phân bố của tảo Silic. Để đạt đợc những nhiện vụ đề tài cần phải giải quyết là: - Điều tra chất lợng nớc gồm các chỉ tiêu: nhiệt độ, độ trong, độ mặn, pH, DO, COD, NH 4 + , NO 3 - , PO 4 3 - ,SiO 2 , Fe ts . - Điều tra thành phần loài và số lợng tảo Silic trong các đầm nuôi tôm ở Huyện Nghi Xuân Hà Tĩnh. - Xem xét mối liên quan giữa chất lợng nớc với sự phân bố của tảo. Chơng I 2 Tổng Quan Tài Liệu 1.1.Chất lợng nớc và đời sống của tảo Nớc là nguồn tài nguyên rất quan trọng, nớc trong tự nhiên tồn tại ở 3 dạng, dạng lỏng, dạng hơi, dạng rắn. Nớc ở dạng lỏng chiếm nhiều nhất, tài nguyên sinh vật rất đa dạng và phong phú. Đặc tính lý hoá học của nớc thuận lợi cho đời sống của thuỷ sinh vật, nớc là một yếu tố lý hoá, không ngừng tác động lên đời sống của sinh vật nói chung và tảo nói riêng. Nớc là chỗ dựa, cung cấp oxi cho tảo thức ăn và mang đi những sản phẩm bài tiết của thuỷ sinh vật. Nớc có khả năng hoà tan các chất hữu cơ (điện li, và không điện li) [21]. Vậy trong thuỷ vực môi trờng nớc tốt, đảm bảo không quá trong (muối dinh dỡng ít), không quá đục ngăn cản sự quang hợp của tảo. Nớc trong thuỷ vực bị ô nhiễm tác động ảnh hởng đến sự tồn tại của tảo về số lợng và thàmh phần loài. Nớc bị ô nhiễm, do nhiều nguyên nhân nh: tác động của tự nhiên và hoạt động của con nguời gây ra rất lớn. Do tự nhiên, nh quá trình phong hoá địa chất, hoạt động của núi lửa, ma gió, bảo lụt bào mòn, kéo theo các chất hữu cơ, các kim loại nặngcuối cùng là tồn tại ở các thuỷ vực.Trong quá trình phát triển con ngời không ngừng tạo ra các chất thải trong sinh hoạt, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, và các hoạt động xã hội khác. Đời sống của tảo luôn gắn bó mật thiết với môi trờng nớc, tảo sống trôi nổi, nhờ sự tác động của nớc, do khối nớc luôn vận động theo chiều ngang hay chiều thẳng đứng. Ngoài ra nớc có khối lợng riêng lớn và độ nhớt thấp tạo điều kiện cho tảo sinh trởng và phát triển thuận lợi. Đời sống của tảo trong nớc cũng luôn biến đổi, 3 các đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hoá, để thích nghi với môi trờng sống luôn có sự biến động. 1.2. Vài nét về tình hình nghiên cứu tảo Silic trên thế giới và ở Việt Nam 1.2.1. Nghiên cứu tảo Silic trên thế giới. Việc nghiên cứu vi tảo nói chung, tảo Silic nói riêng đã có từ lâu gắn liền với sự ra đời của kính hiển vi quang học cũng nh nhà tự nhiên học ngời Anh R. Hooke nhìn thấy tế bào năm 1665. Tuỳ vào mức độ hoàn chỉnh của các thiết bị nghiên cứu (phụ thuộc sự phát triển của khoa học kỹ thuật) việc nghiên cứu vi tảo đợc thực hiện theo những hớng khác nhau. Trớc hết (và quan trọng nhất ) là điều tra phân loại và tìm hiểu quy luật phân bố của chúng, sau đó đi sâu vào nghiên cứu bản chất của các quá trình trao đổi chất trong cơ thể tảo và cuối cùng là nghiên cứu và ứng dụng, phục vụ lợi ích của con ngời [2]. Nhiều học giả trên thế giới từ lâu đã quan tâm đến tảo Silic phù du ở biển. Hàng ngàn công trình nghiên cứu về chúng, từ báo cáo nhỏ công bố trong các tập san đến những cuốn sách lớn, trong phạm vi rộng cỡ đại dơng, cũng nh lĩnh vực rất sâu về phân loại [1]. Từ những thập niên đầu thế kỷ XIX, công trình đầu tiên là Systema Algarum của Agardh C.A. năm 1824. Sau đó là Ehrenberg C.G., Kutzing F.T., Smith W., Ralfs Jđã công bố nhiều hệ thống phân loại tảo Silic . Cơ sở phân loại của các tác giả còn đơn giản, chỉ mới dựa vào số lợng thể sắc tố và có rãnh hay không để làm căn cứ phân loại [13]. Sau đó hệ thống phân loại tảo đợc Kastern G. (1928), Kokubos.(1995)bổ sung ngày càng hoàn chỉnh, hợp lý mang tính tự nhiên cao. Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu theo hớng trên, nhng đặc biệt là sự ra đời của một số công trình phục vụ cho việc điều tra phân loại nh : Zabenlin .N.M và cộng sự (1951), Topashevski và cộng sự (1970) [5]. 4 Năm 1871, A.C. Phamixin là nhà sinh lý thực vật ngời Nga, lần đầu tiên phân lập và nuôi cấy tảo trên môi trờng nhân tạo và đã chứng minh tảo có thể quang hợp trong điều kiện chiếu sáng nhân tạo. Ông cũng là ngời phát hiện tính chất cộng sinh giữa nấm và tảo trong địa y [6]. Năm 1953 các nhà khoa học vùng Essen (Tây Đức) đã sử dụng khí thải CO 2 của các nhà máy công nghiệp vùng Rubin để nuôi trồng tảo Chlorella sp, và Scenedesmus acutus. Năm 1957 Tamy và cộng sự ở viện sinh học Tokugawa (Tokyo) đã công bố kết quả nuôi trồng tảo Chlorella ở ngoài trời [6]. Trong nghiên cứu để sử dụng một số làm thớc đochất lợng nớc (Zeilink, 1978; Chimann, 1982). Palmer đã nghiên cứu và thống kê đợc 21 chi thuộc 4 ngành tảo khác nhau (tảo Lam, tảo Lục, tảo Mắt, và tảo Silic) chỉ thị cho các thuỷ vực bị ô nhiễm chất hữu cơ, trong đó tảo Silic có hai chi chỉ thị là Nitzschia và Gomphonema. Gần đây một số nớc đã ứng dụng các thành tựu công nghệ vi tảo vào các lĩnh vực cuộc sống đang đợc phổ biến rộng rãi nh: Nhật, Thái Lan, Singapore .vi tảo đ- ợc nuôi trồng trên quy mô lớn làm thức ăn bổ sung cho con ngời, gia súc, gia cầm, các loài tôm, cá. Nh ở Mexico, công ty Sosa Texcoco bắt đầu sản xuất bột Spirulina từ năm 1973 với sản lợng 150 tấn/năm. Ngoài các mục đích nêu ở trên vi tảo còn đợc sử dụng để chống ô nhiễm môi trờng nớc nhằm lập lại cân bằng sinh thái trong các thuỷ vực. Hớng ứng dụng này lần đầu tiên đợc Oswald và cộng sự trờng đại học Colifocnia đề cập vào năm 1975 và hiện nay đợc triển khai rộng rãi và có hiệu quả kinh tế cao [6]. 1.2.2. Nghiên cứu tảo Silic ở Việt Nam ở Việt Nam việc nghiên cứu tảo Silic đầu tiên đến năm 1904, Bois M. và P. Petít. P., 38 loài tảo Silic đã đợc các tác giả giới thiệu trong báo cáo kết quả điều 5 tra sinh vật nổi trong một số ao hồ ở Sài Gòn [1]. Còn nghiên cứu ở các vùng biển Việt Nam bắt đầu khá sớm, nhng trong phạm vi hẹp, Maurice Rose là ngời đầu tiên khảo sát ở vịnh Nha Trang năm 1926 ông đã công bố một danh mục các loài đã phát hiện, trong đó có 13 chi, 20 loài tảo Silic [1]. ở miền Nam Việt Nam, Hoàng Quốc Trơng (1962 1963) khi nghiên cứu đã hiện 154 taxon tảo Silic( ở vịnh Nha Trang)[15]. E.Y.Dawson là ngời viết về tảo đầu tiên với cuốn "Thực vật biển Vịnh Nha Trang Việt Nam"(Maire plants in the Vicinity of Nha Trang Viet Nam [28]. Shirota.A.(1966) giới thiệu trong cuốn The plankton of south Việtnam 103 loài tảo Silic trong tổng số 388 loài thực vật nổi ở 21 thuỷ vực nớc ngọt thuộc các tỉnh miền Nam Việt Nam (từ Thừa Thiên Huế đến Rạch Giá) [11]. Năm 1972, trong báo cáo Sơ bộ điều tra vùng ven biển Nam Hà phần thực vật nổi, Trơng Ngọc An và Hàn Ngọc Lơng đã công bố 110 loài tảo trong danh mục đã quan sát đợc [2]. ở miền Trung,Võ Hành (1983), khi nghiên cứu hệ thực vật nổi hồ chứa Kẽ Gỗ (Hà Tĩnh), đã phát hiện 191 loài tảo, trong đó có 66 loài tảo Silic phù du [5]. Vũ Trung Tạng, Đặng Thị Sy (1977 - 1978) điều tra sơ bộ thực vật nổi trong Phá Tam Giang ( Thừa Thiên Huế), kết quả cho thấy trong đó 86 loài đợc định danh thì có 65 loài tảo Silic. Sau đó đợc Tôn Thất Pháp (1993) nghiên cứu về thực vật thuỷ sinh trong phá, bổ sung thêm và công bố 159 loài tảo Silic [9]. Vùng cửa sông cùng với đầm phá, là hệ sinh thái mở, có sự pha trộn giữa nớc ngọt của sông và n- ớc mặn từ biển, cho nên có sự đa dạng, phong phú của các quần xã sinh vật. Loại hình thuỷ vực cha đợc quan tâm nhiều, nhng có một số tác giả nghiên cứu, Đặng Thị Sy (1996) đã nghiên cứu tơng đối khái quát tảo Silic trong các cửa sông, trong luận án PTS khoa học sinh học Tảo Silic vùng cửa sông ven biển Việt Nam, đã công bố 388 taxon ở bậc loài và dới loài, trong đó có 114 taxon mới đối với Việt Nam [12]. Mới đây nhất Nguyễn Đình San (2001), giới thiệu trong luận án Tiến Sĩ 6 Sinh học một danh mục gồm 196 loài thuộc 5 ngành tảo trong một số thuỷ vực bị ô nhiễm ở 3 tỉnh Bắc miền Trung. Riêng về tảo Silic, trong 56 loài đã đợc định danh, tác giả đã bổ sung 5 loài cho khu hệ tảo Việt Nam, 10 loài cho khu vực Bắc miền Trung[11]. Mai Văn Chung (2001), trong luận văn Thac Sĩ Tảo Silic phù du (Bacillariophyta plankton) ở một số cửa sông, cửa lạch ven biển tĩnh Nghệ An, đã giới thiệu gồm 97 taxon loài và dới loài tảo Silic [4]. ở Việt Nam nghiên cứu ứng dụng vi tảo: trong đời sống, kinh tế, đã có một số thành tựu đáng kể. Năm 1992, Nguyễn Hữu Thớc và cộng sự đã chọn lọc, phân lập đợc dòng tảo Spirulina thích hợp, có năng suất cao cũng nh chọn đợc môi trờng thích hợp để nuôi trồng, tạo ra sản phẩm chữa chứng suy dinh dỡng ở trẻ em là dợc phẩm có giá trị [6]. Lê Viễn Chí (1996) nghiên cứu nuôi cấy tảo Skeletonema costatum làm thức ăn cho tôm biển. Gần đây, công trình Dơng Đức Tiến và cộng sự, Nguyễn Văn Tuyên, Đinh Văn Sâm, Lâm Minh Triết và cộng sự đã thực hiện nuôi trồng các loài vi tảo trong nớc thải vừa làm sạch môi trờng, vừa đợc sinh khối dùng cho mục đích chăn nuôi [4]. 1.3. Một số đặc điểm sinh thái của tảo Silic Môi trờng nớc nơi sống đầu tiên tảo Silic, qua quá trình tiến hoá lâu dài và có những đặc điểm sinh thái thích nghi. Tảo Silic thờng phân bố sâu hơn cả trong nớc, tảo lam, tảo lục sống ở tầng mặt, tầng giữa là tảo nâu [6]. Tảo Silic có giới hạn về nhiệt độ, nếu nhiệt độ quá cao hay quá thấp làm ảnh hởng đến thành phần loài, số lợng, nh nhiệt độ dao động từ 20- 25 0 C là nhiệt độ lý tởng cho tảo Silic a ấm phát triển. Vào mùa xuân, khi nhiệt độ từ 10- 15 0 C, vi tảo phát triển mạnh, đặc biệt là tảo Silic tạo nên đỉnh cao về sinh vật lợng hay sinh khối [2]. Trong các thuỷ vực nớc lợ và nớc mặn tảo Silic thờng đóng vai trò chủ đạo, trong một năm tảo Silic phát triển mạnh nhất vào tháng 11 và tháng chạp. 7 1.3.1. Sự thích ứng của tảo với đời sống trôi nổi Tảo Silic đời sống gắn liền với môi trờng nớc, trong quá trình sống đã có sự thích nghi phù hợp đời sống trôi nổi. Do môi trờng nớc trong tự nhiên luôn biến đổi, các tầng nớc luôn bị xáo động (do sự đối lu của các tầng nớc, tác động của dòng chảy, thuỷ triều, mavv. Ngoài ra nhiệt độ, ánh sáng luôn tác động lên đời sống của tảo Silic. Để tránh những điều kiện bất lợi chúng phải thích nghi với những biến động đó. Hình thành những đặc điểm thích nghi là trôi nổi, biến đổi hình thái: có mấu lồi, gai nhọn, tua râu(tảo Silic), khe hở, bào khí hay phao bơi, ngoài ra có khả năng tiết chất nhầy, chất keo nhẹ hay các tế bào liên kết thành tập đoàn. Thích nghi về hình thái của vi tảo nớc ngọt vô cùng phong phú nh : hình quả lê, trái xoan, hình que, hình thoi, hình bầu dục, hình chữ S, sống đơn độc hay tập đoàn (tảo Lam)[6]. Do các yếu tố môi trờng trong thuỷ vực nội địa thờng xuyên thay đổi. Còn đối các thuỷ vực nớc lợ, nớc mặn ít biến động hơn, nên sự phân hoá đặc điểm thích nghi đỡ phức tạp hơn [2]. Về tảo Silic nói riêng, chúng có khả năng thích nghi đặc biệt, nh tỷ trọng cơ thể gần với giá trị tỷ trọng của nớc, nên chúng phân bố ở tầng sâu hơn trong nớc so với các loài tảo khác. Để cơ thể trôi nổi lơ lửng trong nớc thì chúng phải điều chỉnh tỷ trọng, để nhận ánh sáng thích hợp cho quá trình quang hợp. Qua quan sát của nhiều nhà nghiên cứu cho thấy trong các tế bào tảo Silic có thể hình thành những không bào hoặc những chất dịch có tỷ trọng nhẹ để tế bào nổi lên. Một số loài, các tế bào tiết ra chất keo nhẹ, dạng sợi nối các tế bào với nhau thành chuỗi dài, làm tăng ma sát với nớc làm cho các cơ thể của tảo Silic khó lắng chìm [1]. 1.3.2. Các nhân tố sinh thái ảnh hởng đến sự sinh trởng và phát triển của tảo Silic 8 Nhiệt độ: là một trong những nhân tố sinh thái quan trọng, có vai trò điều khiển nhịp điệu cuộc sống thuỷ sinh vật. Nhiệt độ nớc nhận từ nguồn bức xạ của ánh sáng mặt trời, đặc biệt những chùm tia có bớc sóng dài(nhiệt độ trong nớc còn đợc tiếp nhận từ không khí, từ trầm tích, từ các dòng nớc lục địa cung cấp nớc cho thuỷ vực). Nhiệt độ tác động gây nên biến động số lợng của vi tảo theo mùa, mà còn gây ra thay đổi thành phần loài . Mùa xuân khi nhiệt độ từ 10 - 15 0 C, vi tảo phát triển mạnh, đặc biệt thích hợp với tảo Silic phát triển mạnh mẽ tạo nên đỉnh cao về sinh vật lợng hay khối lợng. Khi điều kiện nhiệt độ thích hợp cùng với môi trờng thuận lợi vi tảo phát triển rất mạnh gây ra hiện tợng nở hoa nớc, gây ảnh hởng đến động vật thuỷ sinh và sinh vật thuỷ sinh khác trong thuỷ cực. Mùa hè, do có độ chiếu sáng cao làm cho nhiệt độ trong nớc tăng, tảo Silic cùng các loài tảo a lạnh phát triển chậm lại. Sang mùa thu, lúc này nhiệt độ nớc giảm xuống tảo Silic lại chiếm u thế trong thuỷ vực tạo nên cao đỉnh lần thứ hai trong năm. Đến mùa đông nhiệt độ xuống thấp, cùng với độ chiếu sáng yếu, vi tảo phát triển kém hay ở trạng thái nghỉ. ánh sáng: là nhân tố sinh thái thứ hai quan trọng đối với vi tảo nói chung và tảo Silic nói riêng. Sự tăng lên về chiếu sáng trong ngày, vi tảo nhận đợc ánh sáng nhiều hơn, quá trình quang hợp đợc kéo dài, thuận lợi cho sự phát triển về số lợng loài tảo Silic tăng lên. ánh sáng mà thuỷ vực tiếp nhận, có nguồn gốc từ ánh sáng mặt trời, mặt trăng và các sinh vật có khả năng phát sáng, nhng ánh sáng mặt trời là chủ yếu. ánh sáng ảnh hởng đến sự phân bố theo chiều sâu của các loài tảo, bởi mỗi loài tảo hấp thụ ánh sáng ở bớc sóng khác nhau trong quá trình quang hợp. Tảo Lam, tảo Lục chiếm u thế ở tầng nớc mặt, tầng giữa là tảo Nâu sâu hơn là tảo Silic [6]. 9 Độ muối: là tổng nồng độ các ion hoà tan trong nớc. Nồng độ muối vùng cửa sông hay kênh rạch nơi cung cấp nớc cho các đầm nuôi (nớc lợ) là sự pha trộn giữa nớc biển và nớc ngọt (do sông cung cấp). Nồng độ muối khác nhau trong các thuỷ vực nớc ngọt, nớc lợ, nớc mặn cho thấy số lợng, thành phần loài tảo Silic cũng khác nhau. Độ muối ảnh hởng đến sự phân bố của các loài hẹp muối, rộng muối. Các muối dinh dỡng hoà tan trong thuỷ vực: Nh các muối dinh dỡng chứa N, P, Fe, Si, chúng rất cần thiết cho đời sống vi tảo, sự thay đổi hàm lợng các muối dinh dỡng trong thuỷ vực nó gắn liền với từng giai đoạn sinh trởng và phát triển của tảo Silic [3]. Muối chứa Nitơ (N) nh muối NH 4 + , N0 3 - (còn gọi là đạm). Đạm tồn tại một l- ợng thích hợp thì cần thiết và có ý nghĩa đối với vi tảo, nhng khi tồn tại với hàm l- ợng lớn gây bất lợi cho sự phát triển của tảo. Kết quả nghiên cứu của Guxeva (1952) cho thấy nhu cầu sử dụng đạm ở các loài vi tảo là không giống nhau, nh loài tảo Silic sử dụng kém hơn so với tảo Lam, tảo Nâu [6]. Nhu cầu photpho (P) của vi tảo: Mặc dù phốt pho hoà tan trong nớc chủ yếu là dạng photphat hữu cơ, nhng tảo Silic lại sử dụng photphat vô cơ. Mặc dù tảo Silic sử dụng lân ít hơn đạm, nhng vẫn rất cần thiết. Vậy nếu nh hàm lợng muối photpho quá lớn sẽ gây hiện tợng phì dỡng. Lúc đấy tảo phát triển mạnh, sử dụng CO 2 cho quang hợp làm cho CO 2 giảm xuống, sau đó tảo phát triển đến đỉnh cực rồi chết hàng loạt, gây ô nhiễn cho thuỷ vực. Trong thực tế nghiên cứu mức độ ảnh hởng photpho lên sự sinh trởng và phát triển của tảo trong điều kiện tự nhiên là rất khó khăn, vì hàm lợng photpho trong thuỷ vực luôn luôn là rất nhỏ. Nh trong các thuỷ vực nớc ngọt vùng Trung á, hàm lợng photpho dao động từ: 0,02 - 0,58 mg/l trong khi đạm tổng số đạt tới 6,2 mg/l [6]. 10