ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
*********
Bùi Thị Hoa

NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ VÀ
CHU CHUYỂN CỦA ASEN TRONG CÁC
THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA
HỆ SINH THÁI HỒ TÂY, HÀ NỘI

Chuyên ngành: Sinh thái học
Mã số:

62420120

DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

Hà Nội - 2016
1


Công trình này đƣợc hoàn thành tại:
Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội

Hƣớng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. Lưu Thị Lan Hương
2. PGS. TS. Lê Thu Hà

Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

hệ thống cấp thoát nước, xử lý nước thải, kè hồ… Tuy nhiên, một số
nghiên cứu từ năm 2007 đến nay cho thấy, hàm lượng một số kim
loại nặng như chì (Pb), đồng (Cu), kẽm (Zn), asen (As) và (Cd) đã và
đang ở mức cao gây nguy cơ tiềm ẩn đến sức khỏe con người. Các
nghiên cứu về As chỉ mới dừng lại ở một số đối tượng riêng rẽ như
trai, ốc, trầm tích, mà chưa có công bố nào đi sâu phân tích về sự
phân bố của As trong nhiều thành phần khác nhau của hệ sinh thái
hồ. Do đó để đưa ra một cái nhìn toàn diện nhất về sự phân bố của
As trong hệ sinh thái hồ Tây, chúng tôi đã thực hiện đề tài “Nghiên
cứu sự phân bố và chu chuyển của As trong các thành phần
chính của hệ sinh thái hồ Tây, Hà Nội” với các mục tiêu sau:
- Đánh giá hiện trạng chất lượng môi trường nước hồ Tây.
- Đánh giá hiện trạng phân bố của As trong một số thành phần
chính của hệ sinh thái hồ Tây (nước, trầm tích, thực vật phù du,
động vật phù du), một số loài cá (chép, mè, rô phi, trắm, trôi) và
một số sinh vật đáy (trai, ốc).

3


- Đánh giá mức độ tích tụ sinh học As của một số sinh vật trong hồ
và nguy cơ rủi ro của As từ các sinh vật này tới sức khỏe con
người.
- Mô phỏng quá trình chu chuyển của As qua các thành phần chính
của hệ sinh thái hồ Tây, Hà Nội bằng phần mềm Stella II và dự
báo mức độ chu chuyển của As trong các thành phần của hệ sinh
thái hồ Tây.
ngh a khoa học và thực ti n của luận án
- Đưa ra hệ số tích tụ sinh học As của một số sinh vật sống trong
hồ.

Sự phân bố và chu chuyển của As trong tự nhiên

Có 105 nước hoặc vùng lãnh thổ trên thế giới bị phơi nhiễm As,
và có khoảng 226 triệu người phơi nhiễm với As từ nước uống và
thực phẩm. Đặc biệt tại châu Á, nguồn nước ngầm bị ô nhiễm As
nghiêm trọng nhất, với hàm lượng dao động từ dưới 0,5 µg/l đến
3200 µg/l.
Trong nước, As vô cơ có thể được methyl hóa nhờ các sinh vật
(TVN, thực vật lớn, động vật và vi sinh vật) để tạo thành các dạng
As hữu cơ,các dạng As hữu cơ có thể lại được chuyển thành As vô
cơ thông qua quá trình phân hủy sinh học.
1.1.2. Ô nhiễm As ở Việt Nam và các nghiên cứu về As ở Việt Nam

1.1.2.1. Thực trạng ô nhiễm As ở Việt Nam:
Diện tích vùng ảnh hưởng bởi As ở Việt Nam lên đến hơn 11000
km và hàm lượng As dao động ở mức từ 1 đến 3050 µg/l. Ước tính
2

rằng số người phơi nhiễm với hàm lượng As cao hơn 50µg/l ở khu
vực miền Bắc Việt Nam dao động từ 0,5 triệu đến 10 triệu người và
5,8 đến 10 triệu người có nguy cơ phơi nhiễm với nồng độ As cao
hơn 10 µg/l.

5


1.1.2.2. Các nghiên cứu As ở Việt Nam: Nghiên cứu về As ở Việt
Nam được bắt đầu từ năm 1995chia thành 2 giai đoạn: trước năm
2000 và sau năm 2000.
Giai đoạn trước năm 2000:Các nghiên cứu của Hồ Vương Bính,

1.4. Sự tích tụ As trong các thủy sinh vật và đánh giá nguy cơ rủi
ro của As trong chúng đến sức khỏe con người
1.4.1.

Sự tích tụ sinh học của As trong cá nước ngọt

Nghiên cứu của Williams và cộng sự (2006) đã cho thấy khả năng
tích tụ sinh học của As trong cá nước ngọt dựa trên kết quả của 12
nghiên cứu khác nhau và đưa ra chỉ số BAF và chỉ số BCF (nồng độ
sinh học)của nhiều loài sinh vật ở các bậc dinh dưỡng khác nhau ở cả
hệ sinh thái nước ngọt và nước mặn.
1.4.2. Nghiên cứu về đánh giá nguy cơ rủi ro của As trong các loài
thủy sản đối với sức khỏe con người
Các nghiên cứu của Sandeep Kar và cộng sự (2011), Peter J.
Peshut và cộng sự (2007), Chung-Min Liao và cộng sự (2003), ChenWuing Liu và cộng sự (2007)… cho thấy, rủi ro ung thư đối với con
người liên quan đến hàm lượng As vô cơ trong cá, trai và một số loài
thủy sản; và khuyến cáo “không nên ăn nội tạng cá để tránh các nguy
cơ ung thư”.
1.5. Đặc điểm tự nhiên, kinh tế, xã hội khu vực hồ Tây
Hồ Tây là một hồ nước ngọt tự nhiên lớn nhất trong các hồ thuộc
đồng bằng sông Hồng, với hệ động - thực vật phong phú.
1.5.1. Điều kiện tự nhiên
Mặt nước hồ Tây rộng khoảng 520 ha, chu vi khoảng 18 km,
dung tích nước gần 9 triệu m3. Độ sâu của mực nước hồ từ 0,2 - 2,8
m, tầng đáy hồ là một lớp bùn dày 0,2-1,5m gồm cát lẫn đất sét, tại
cống thải lớp bùn đáy dày hơn so với các vùng khác.

7



ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tƣợng và thời gian thu mẫu
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
Hàm lượng As trong nước (dạng hòa tan và dạng tổng số), trầm
tích; động vật nổi, thực vật nổi, các loài cá (mè trắng hoa nam, trôi
ấn, chép, rô phi vằn, trắm cỏ) và động vật đáy: trai, ốc.
2.1.2. Các vị trí và thời gian thu mẫu
Sơ đồ các vị trí lấy mẫu được trình bày trong hình 2.1.
Ghi chú:
1. Cống Cái (công viên nước Hồ
Tây)
2. Cống Xuân La
3. Giữa hồ trên
4. Cống Trích Sài- phường Bưởi
5. Cống Đõ
6. Giữa hồ dưới
7. Cống Trúc Bạch
8. Cống khách sạn Thắng Lợi (ao
Vả)
9. Quảng An (gần phủ Tây Hồ)

Hình2.1: Sơ đồ vị trí các điểm thu mẫu
Thời gian nghiên cứu: Các số liệu điều tra được thu trong 4 năm từ
tháng 2/2011 đến tháng 10/2014, mỗi năm 2 đợt và 1 đợt vào tháng 5
năm 2016 để kiểm tra lại các kết quả chạy mô hình.
2.2. Phƣơng pháp thu và phân tích mẫu
2.2.1. Phƣơng pháp thu thập mẫu vật ngoài thực địa
* Đối với mẫu nước: Mẫu nước được axit hóa đến pH ≤2 bằng HNO3
65%. Để phân tích As hoà tan: sau khi lấy, mẫu nước được lọc qua
filter 0,45 µm, rồi bổ sung thêm HNO3 đến pH =2.


Ct (mg/kg) là hàm lượng hóa chất trong mô cơ thể
Cw (mg/l) là nồng độ hóa chất hoà tan trong nước.

10


2.4. Phƣơng pháp đánh giá rủi ro ung thƣ và nguy cơ tổn thƣơng

Công thức ước tính nguy cơ ung thư CR như sau:
(2.2)
Công thức ước tính nguy cơ tổn thương (HQ) như sau:
(2.3)
Trong đó:
CR: nguy cơ gây ung thư ước tính;Cb: hàm lượng As vô cơ trong cá (mg/ kg);
IR: tỉ lệ cá mà con người ăn (g/ngày) ở người Việt Nam là 60 g/ngày.
CPSo: độ dốc tiềm năng gây ung thư vòm miệng (kg.ngày/mg)
EF: tần số tiếp xúc (phơi nhiễm) (350 ngày/năm);
ED: tổng thời gian tiếp xúc (phơi nhiễm) (30 năm);
Bwa: là trọng lượng cơ thể người Việt trưởng thành (50 kg);
Atc: thời gian trung bình gây ung thư của một chất độc (25550 ngày).
HQ: nguy cơ tổn thương; RfD: liều chiếu (mg/kg/ngày)
Atn: thời gian trung bình không gây ung thư (ED * 365 ngày/năm).

2.5. Phƣơng pháp toán học và mô hình hóa:
2.5.1. Xác định các yếu tố của mô hình: xác định các biến trạng
thái, các phương trình, các thông số, các hằng số liên quan
2.5.2. Thẩm định: Kiểm tra tính lozic trong mô hình
2.5.3. Phân tích độ nhạy: Tìm yếu tố nhạy cảm trong mô hình
2.5.4.Điều chỉnh (calibration): Kiểm tra sự phù hợp của các dữ liệu

Bậc dinh dưỡng (n=0 là môi trường nước)
rat(0): Tỉ số lắng đọng của chất lơ lửng ở lớp trầm tích hoạt động
rat (1): Tỉ số lắng đọng của thực vật nổi xuống lớp trầm tích hoạt động
RESP (n): Tốc độ hô hấp, ở bậc dinh dưỡng thứ n
SOL:
Tốc độ hoà tan của kim loại nặng trong trầm tích (mg/kg khối lượng
khô trong 24 giờ = mg/kg/ngày)
TOX (n): Hàm lượng của chất độc (độc tố) ở bậc dinh dưỡng thứ n
UT:
Tốc độ hấp thụ độc tố
YF(n): Hiệu quả tiêu hóa ở bậc dinh dưỡng n
YT(n): Tác động gây độc ở bậc dinh dưỡng n
γ (n): Nồng độ của chất độc hại (mg/kg sinh khối) = TOX (n)/BIO (n)
γ(s):
Nồng độ của độ tố trong trầm tích (mg/kg khối lượng khô)

12


CHƢƠNG III.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Hiện trạng chất lượng môi trường nước hồ Tây, Hà Nội
3.1.1. Đặc tính thủy lý
* Nhiệt độ: vềmùa khô nhiệt độ của nước hồ dao động từ 21, 25˚C 22˚C, trong mùa mưa nhiệt độ trung bình của nước dao động từ
24,25˚C - 26,90˚C; Biên độ nhiệt dao động trong nước các mùa là
không lớn trung bình là 4,75 oCvà hồ Tây không bị ô nhiễm nhiệt.
* Độ dẫn điện: Sự chênh lệch về độ dẫn điện tại các điểm nghiên cứu
ở hồ Tây là khá thấp, mùa mưa (41,19 mS/m) thấp hơn so với mùa
khô (47,89 mS/m), do lượng nước mưa trong mùa mưa làm giảm
nồng độ của các ion hòa tan trong nước.

Hàm lượng BOD5 của hồ Tây dao động trong khoảng từ 14,4 19,2 mg/l (mùa mưa), phù hợp với tiêu chuẩn B2- QCVN 08MT:2015, và 8,6 - 12,1 (mùa khô) phù hợp với tiêu chuẩn B1-QCVN
08-MT: 2015.
*Hàm lượng phospho tổng số và nitơ tổng số trong nước hồ Tây
Hàm lượng nitơ tổng số trung bình vào mùa khô dao động từ 3,3
đến 4,5 mg/l cao gấp 2,3 lần so với mùa mưa, đặc biệt, tại cống Trúc
Bạch hàm lượng cao gấp 3-4 lần so với các điểm khác trong hồ.
Hàm lượng phospho tổng số, trên toàn hồ trong mùa khô, dao
động từ 0,4 đến 3,5 mg/l; trong mùa mưa dao động từ 0,2 đến 1,22
mg/l. Hàm lượng phospho tổng mùa khô cao gấp 1,96 lần so với mùa
mưa. Đặc biệt, tại cống Trúc Bạch, hàm lượng phospho tổng số cao
gấp 5,0 - 8,8 lần so với các điểm khác.

14


3.2. Hiện trạng phân bố của As trong các thành phần của hệ sinh
thái hồ Tây, Hà Nội
3.2.1. Nồng độ As trong nước
* Nồng độ As hòa tan trong nước: có sự biến động theo mùa
(p
Hàm lượng As trong ĐVN trung bình tại điểm giữa hồ dưới đạt
cao nhất (29,85 mg/kg) gấp 4,0 - 4,6 lần so với các điểm ở hồ trên,
liên quan đến nguồn thải đổ vào hồ.
3.2.5 Hàm lượng As trong một số loài cá ở hồ Tây, Hà Nội
Hàm lượng As cao nhất trong cá rô phi vằn (0,690 mg/kg khối
lượng tươi), tiếp đến là trong cá trôi ấn (0,499 mg/kg), trong cá mè
trắng hoa nam (0,413mg/kg) và cuối cùng là trong cá chép và cá trắm
có hàm lượng As gần tương đương nhau (tương ứng là 0,263 và
0,261 mg/kg). Nhìn chung, hàm lượng As trong các loài cá ở hồ Tây
vẫn nằm trong giới hạn cho phép của Việt Nam, Úc, Thái Lan nhưng
cao hơn tiêu chuẩn của Trung Quốc từ 2,6 đến 6,9.

16


Trong các mô, nhìn chung, hàm lượng As quan sát thấy cao nhất
trong mô gan, ruột và thấp nhất trong mô cơ thịt.
* Hàm lượng As trong Cá chép (Cyprinus carpio): cao nhất trong
mô gan (0,460 mg/kg khối lượng tươi), tiếp đến là trong xương
(0,336 mg/kg), cao hơn trong ruột (0,271 mg/kg) và thấp nhất là
trong thịt cá (0,254 mg/kg).
* Hàm lượng As trong cá rô phi vằn (Oreochromis niloticus):
Trong ruột, hàm lượng As là cao nhất (1,596 mg/kg khối lượng tươi),
gấp 1,7 lần trong thịt và xương (tương ứng là 0,621 và 0,615 mg/kg),
tiếp đến là trong gan (1,046 mg/kg).
*Hàm lượng As trong cá mè trắng hoa nam (Hypophthalmichthys
molitrix): As trong các mô giảm dần theo thứ tự: ruột (0,656 mg/kg
khối lượng tươi), xương (0,635 mg/kg), gan (0,522 mg/kg), thịt
(0,362 mg/kg).
*Hàm lượng As trong cá trôi ấn (Labeo rohita): As trong ruột là

tự: ĐVN (210,21), TVN (92,03), cá rô phi vằn (59,44), trùng trục
(51,46), trai sông (45,33), cá trôi ấn (42,80), cá mè trắng hoa nam
(35,42), ốc vặn (26,59), cá chép (22,56), cá trắm cỏ (22,39). Kết quả
này cho thấy, không có sự khuếch đại sinh học As qua các bậc dinh
dưỡng trong hệ sinh thái hồ Tây.
3.3.2. Nguy cơ ảnh hưởng của As từ cá tới con người
Giá trị CR đối với cá ở hồ Tây dao động từ 0,67*10-6 đến
45,94*10-6, phụ thuộc vào tỉ lệ As vô cơ trong mô cơ cá và tùy thuộc
vào loài. Nếu As vô cơ trong cơ cá là 0,4% As tổng số, thì nguy cơ
gây ung thư không xảy ra đối với người tiêu thụ cá chép, trắm cỏ và
trôi, nhưng có thể xảy ra đối với người sử dụng cá mè trắng và cá rô
phi vằn với mức tương ứng là 1,07*10-6 và 1,84*10-6.
Khi hàm lượng As vô cơ trong cá là 4% và 10% so với As tổng số
thì giá trị CR đã vượt ngưỡng an toàn từ 6,7 đến 45,94 lần ở tất cả

18


các loài và nguy cơ ung thư tăng dần theo thứ tự: cá trắm cỏ, cá chép,
cá trôi ấn, cá mè trắng hoa nam, cá rô phi vằn.
Nguy cơ tổn thương: Kết quả cho thấy, trong 3 trường hợp As vô
cơ là 0,4%, 4% và 10% As tổng số (trong cơ thịt cá) đều không gây
ra nguy cơ tổn thương đến sức khỏe của con người và không gây ra
tác động rủi ro cho hệ sinh thái.
3.4. Mô hình hóa sự chu chuyển của As trong hệ sinh thái hồ Tây

3.4.1. Cơ sở khoa học để xây dựng mô hình chu chuyển
Phương pháp của Sviezhev (1984), Frederick E. Smith (1970)và
Jorgensen (1980), được áp dụng để thiết lập mô hình chu chuyển của
As ở hệ sinh thái hồ Tây(hình 3.14).


Cá
Mè 4) Cá (5) Rô phi
(6)
As trong nước thải, nước mưa (A)
Y11
Y21
Y31
Y41
Y51
Y61
Y12
Y22
Y32
Y42
Y52
Y62
Y13
Y23
Y33
Y43
Y53
Y63
Y14
Y24
Y34
Y44
Y54
Y64
Y15

Z2
Z3
Z4
Z5
Z6
Nước
(1)

TVN
(2)

ĐVN
(3)

Trôi
(7)
Y71
Y72
Y73
Y74
Y75
Y76
Y77
Y78
Y79
Z7

ĐVĐ
(8)


phần: trạng thái cân bằng của mỗi thành phần trong hệ sinh thái,
được thiết lập khi tổng đầu vào bằng tổng đầu ra. Do đó, để tìm điểm
cân bằng của hệ phương trình 3.1, ta giải hệ này bằng cách cho vế
phải bằng 0.
* Bước 4: Kiểm tra độ nhạy của mô hình: Xác minh những ý nghĩa
sinh thái của sự sắp xếp các biến.

20


Trong đó:
A: hàm lượng As từ các

nguồn đổ vào hồ
Xi: biến trạng thái của
thành phần i
Yji:hàm trạng thái thể hiện
3.1
sự chu chuyển As từ
thành phần j sang
thành phần i
Yij: hàm trạng thái thể hiện
sự chu chuyển As từ
thành phần i sang
thành phần j
Zi: đầu ra của thành phần i

3.4.2. Kết quả mô phỏng và thảo luận
Biến động hàm lượng As trong các thành phần theo thời gian
Kết quả mô phỏng cho thấy, nồng độ As trong nước thay đổi theo


ĐVN

ĐVĐ

Trầm
tích

Cá
mè

Cá
chép

Cá trôi

Cá rô
phi

Ban đầu

0,012

1,073

2,451

0,53

4,110


0,014

1,063

2,403

0,569

4,309

0,408

0,270

0,496

0,699

Năm 3

0,014

1,059

2,419

0,593

4,439

0,276
0,279

0,502
0,506

0,715
0,724

Để kiểm chứng độ nhạy của mô hình, 4 trường hợp tương ứng với
các giá trị As đầu vào khác nhau được mô phỏng.
(1): As trong nước thải là 0, As trong nước mưa là 0,003 mg/l,
(2): As trong nước mưa là 0, As trong nước thải là 10 µg/l;
(3): As trong nước mưa và nước thải đều bằng 0,
(4): As trong nước mưa là 0,003 mg/l, nước thải là 20 µg/l.
Kết quả mô phỏng được thể hiện trong hình 3.38 (thứ tự (1), (2),
(3) và (4) trong hình tương ứng với các trường hợp (1), (2), (3) và (4)
của các đầu vào), hàm lượng As trong nước thải là yếu tố ảnh hưởng
lớn đến sự thay đổi hàm lượng As trong các thành phần khác nhau
của toàn hệ, tuy nhiên, sự thay đổi nồng độ As trong nước hồ và As
trong TVN, ĐVN là nhạy cảm hơn so với cá được thể hiện rõ trong
hình 3.38 (1) và 3.38 (3).

22


(1)

(1)


Thực tế

Mô
phỏng

Năm
2016

Năm thứ
2

Nước

0,0121

Thành
phần

Sai số (%)

Thành
phần

Thực
tế

Mô
phỏng

Sai số (%)

Chép

0,2669

0,2702

1,248

ĐVN

2,0100

2,4033

19,566

Trôi

0,4677

0,4959

6,040

ĐVĐ

0,6500

0,5698



Trong cá, hàm lượng As trong các loại mô giảm dần theo thứ tự:
gan, xương, thịt cá. Hàm lượng As trong thịt và trung bình toàn
cơ thể của tất cả các loài cá được khảo sát đều nằm trong giới
hạn cho phép về an toàn thực phẩm theo tiêu chuẩn của Việt
Nam (QĐ 46/BYT, 2007), của Úc (FSANZ, 2005), của Thái Lan
(273 B.E.2564, 2003) nhưng đã vượt quá giới hạn tiêu chuẩn của
Trung Quốc (GB 2762, 2012) từ 2,25 đến 6,9 lần tùy thuộc từng
loài cá

3. Hệ số tích tụ sinh học As giảm dần theo thứ tự: ĐVN, TVN, cá
rô phi, trùng trục, trai sông, cá trôi ấn, cá mè trắng hoa nam, ốc
vặn, cá chép, cá trắm cỏ.
-

Rủi ro ung thư (CR) đối với cá ở hồ Tây dao động từ 0,67*10-6
đến 45,94*10-6 phụ thuộc vào tỉ lệ As vô cơ trong mô cơ cá và
vào loài cá. Ở mức As vô cơ là 4% và 10% As tổng số thì nguy
cơ ung thư ở các loài cá cao hơn ngưỡng an toàn từ 6,7 đến
45,94 lần và nguy cơ gây ung thư tăng dần theo thứ tự cá trắm
cỏ, cá chép, cá trôi ấn, cá mè trắng hoa nam, cá rô phi vằn.

25