BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ĐỖ VĂN TOÀN ĐA DẠNG CÔN TRÙNG NƯỚC Ở VƯỜN QUỐC GIA PÙ MÁT –NGHỆ AN LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC VINH - 2008 1 Mục Lục Trang Chữ viết tắt Danh sách các bảng Danh sách các biểu đồ Mở đầu 1 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu 1 2. Mục đích nghiên cứu 2 3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu 2 4. ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3 Chơng 1. tổng quan tài liệu 4 1.1. Cơ sở khoa học 4 1.1.1. Đa dạng sinh học 4 1.1.2. Côn trùng nớc 5 1.1.3. Loại hình thuỷ vực 11 1.2. Tình hình nghiên cứu đa dạng sinh học côn trùng nớc 14 1.2.1. Tình hình nghiên cứu đa dạng sinh học côn trùng nớc trên thế giới 14 1.2.2. Tình hình nghiên cứu đa dạng sinh học côn trùng nớc ở Việt Nam 14 1.3. Điều kiện tự nhiên, kinh tế- xã hội của Vờn Quốc gia Pù Mát 15 1.3.1 Điều kiện tự nhiên 14 1.3.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội. 24 Chơng 2: vật t và phơng pháp nghiên cứu 28 2.1. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 28 2.2. Phơng pháp thu mẫu 29 2.2.1 Các điểm thu mẫu 29 2.2.2 Phơng pháp và kỹ thuật thu mẫu 29 2.3. Phơng pháp định loại 30 2.3.1. Cách thức định loại 30 2.3.2. Tài liệu định loại 30 2.4. Phơng pháp tính chỉ số đa dạng 31 2.5. Phơng pháp xử lý số liệu 32 2 Chơng 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận 33 3.1. Thành phần và đa dạng họ côn trùng nớc 33 3.1.1. Thành phần họ côn trùng nớc 33 3.1.2. Chỉ số đa dang bậc họ côn trùng nớc 35 3.2. Côn trùng bộ cánh nửa (Hemiptera) ở Vờn Quốc gia Pù Mát 37 3.2.1.Thành phần loài côn trùng bộ cánh nửa 37 3.2.2. Mật độ các loài trong bộ cánh nửa Theo sinh cảnh 40 3.2.3. Biến động số lợng cá thể côn trùng cánh nửa ở thác Kèm 42 3.2.4. Sự phân bố theo độ cao của côn trùng bộ cánh nửa 43 3.2.5. Mật độ các loài của bộ cánh nửa theo độ cao 47 3.3. Khoá định loại cho bộ cánh nửa (Hemiptera) ở Vờn Quốc gia Pù Mát 49 3.3.1. Khoá định loại cho các bộ của côn trùng nớc 49 3.3.2. Khoá định loại cho các họ của bộ cánh nửa 56 3.3.3. Khoá định loại cho các giống, loài phân bộ Heteroptera (Hemiptera) 63 Kết luận và kiến nghị 103 Tài liệu nghiên cứu và tham khảo 105 Mở đầu 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Vờn Quốc Gia Pù Mát là một trong 5 khu vực bảo tồn động vật của Việt Nam. ở đây có rất nhiều loại động thực vật c trú, độ đa dạng ở đây hết sức cao. Với diện tích vùng lõi 94.275 m 2 , vùng đệm vào khoảng 100.000 m 2 có hơn 20 con suối lớn nhỏ khác nhau là nơi c trú của rất nhiều loại sinh vật nớc, đặc biệt là những nhóm côn trùng nớc đã và đang đợc nhiều nhà nghiên cứu nớc ngoài cũng nh trong nớc chú ý đến trong lĩnh vực nghiên cứu về chất lợng nớc cũng nh sự đa dạng sinh học của nhóm này. Các vùng nớc ngọt ở nhiều nơi trên trái đất là đối tợng đang bị ô nhiễm bởi số lợng khổng lồ các chất gây ô nhiễm, một vài nơi trong số chúng đang có nguy cơ tiềm ẩn khả năng phá hủy tới hệ sinh thái và sức khỏe các loài sinh 3 vật chỉ bằng một số lợng rất nhỏ. Nhiều hóa chất đợc sử dụng không đợc nhận dạng, trong lĩnh vực ảnh hởng sinh lí học các hợp chất hóa học đã tác động qua lại một cách cộng tác hoặc đối kháng vấn đề này cha đợc khám phá hiểu biết rõ ràng. Thậm chí nếu có thể khảo sát chất lợng nớc một cách hiệu quả hơn bởi sự phân tích hóa chất, những phỏng đoán đáng tin cậy về ảnh hởng lên hệ sinh thái và sức khỏe con ngời thì vẫn đầy khó khăn trong nhiều lĩnh vực. Mối quan tâm hiện tại về sự tác động các hóa chất phá hủy tuyến nội tiết trong sức khỏe con ngời và cuộc sống hoang dã là một ví dụ cho điều này. Tóm lại, khảo sát sinh học ở các vùng nớc ngọt đang trở nên ngày càng quan trọng nh một sự bổ sung, hoặc thậm chí là một sự thay thế cho sự phân tích hóa chất. Các phơng pháp của sự khảo sát sinh học có thể đợc phân chia gồm sự h- ởng ứng từng loài đơn lẻ và các ảnh hởng nhiều loại (cộng đồng). Nhóm thứ nhất bao gồm việc sử dụng các loại chỉ thị, đầu thụ cảm sinh học và các sự tích lũy sinh học, trong khi đó nhóm thứ hai bao gồm chỉ số đời sống, chỉ số đa dạng, chỉ số đồng dạng. Quá trình nghiên cứu côn trùng không chỉ để khảo sát chất lợng nớc mà còn cung cấp về số lợng các loài côn trùng nớc của Nghệ An nói riêng và của Việt Nam nói chung. Cung cấp các dữ liệu và nền móng khởi đầu cho các nhà nghiên cứu về côn trùng nớc sau này. Nhận thức đợc tầm quan trọng của việc nghiên cứu côn trùng nớc, ở Việt Nam đã bắt đầu có những công trình nghiên cứu chuyên sâu về nhóm này nh công trình của Nguyễn Đình Yên, khảo sát côn trùng nớc ở Tam Đảo và Đà Lạt, 2004. Công trình nghiên cứu về nhóm Hemiptera loại bán nớc của nguyễn Quang Thắng. Nghiên cứu về bộ Phù Du (Ephemeroptera) tại Vờn Quốc Gia Bạch Mã của Nguyễn Văn Vịnh, 2008. Trên thế giới có rất nhiều công trình nghiên cứu mà điển hình nh công trình nghiên của John C. Morse, Yang Lianfang và Tian Lixin, 2000; ở Mỹ là Wetzel, 1983; Williams và Feltmate, 1992; Mackie, 1998; J. Reese Voshell, 2003. 4 Hầu nh các công trình nghiên cứu, khảo sát về côn trùng nớc chỉ tập trung nghiên cứu ở miền Bắc Việt Nam và miền Nam Việt Nam là chính, nhng những công trình này vẫn còn đang rất hạn chế. Đối với khu vực Bắc Miền Trung rất ít công trình nghiên cứu về côn trùng đặc biệt là côn trùng nớc ở Vờn Quốc Gia Pù Mát. Chính vì vậy chúng tôi chọn đề tài: Đa dạng sinh học côn trùng nớc ở V- ờn Quốc Gia Pù Mát - Con Cuông - Nghệ An 2. Mục đích nghiên cứu - Khảo sát độ đa dạng về côn trùng nớc của Vờn Quốc Gia Pù Mát. - Xác định mức độ đa dạng và số lợng họ côn trùng trong các bộ. - Biến động số lợng cá thể của các loài qua từng tháng. - Sự phân bố của các loài trong bộ Hemiptera theo sinh cảnh. - Sự biến đổi thành phần loài trên các tuyến khác nhau của dòng suối. - Mô tả và tổng hợp khoá định loại cho các loài của bộ Hemiptera. 3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tợng nghiên cứu: Côn trùng nớc ở VQG Pù Mát. - Phạm vi nghiên cứu: VQG Pù Mát. 4. ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Là nền móng khởi đầu cho các nghiên cứu côn trùng nớc hữu ích trong việc khảo sát chất lợng nớc sau này. - Bớc đầu đã đáng giá đợc mức độ đa dạng côn trùng nớc bậc họ ở Vờn Quốc gia Pù Mát, thành phần loài cũng nh sự phân bố các loài trong bộ cánh nửa, sự biến động số lợng cá thể theo tháng trên các điểm nghiên cứu. 5 Chơng 1. tổng quan tài liệu 1.1. Cơ sở khoa học 1.1.1.Khái niệm về đa dạng sinh học Việc nghiên cứu ĐDSH và bảo vệ ĐDSH là vấn đề quan trọng đợc nhiều nhà khoa học quan tâm, nhng cụm từ "Đa dạng sinh học" còn rất nhiều định nghĩa khác nhau. Theo Odum (1975) tỷ lệ giữa số lợng loài và "các chỉ số phong phú (số l- ợng, sinh khối, năng suất .) gọi là chỉ số đa dạng về loài. Sự đa dạng về loài th- ờng không lớn trong "các hệ sinh thái bị giới hạn bởi các yếu tố vật lý", nghĩa là trong các hệ sinh thái bị phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố giới hạn vật lý - hoá 6 học, và rất lớn trong các hệ sinh thái, bị khống chế bởi các yếu tố sinh học. Sự đa dạng có quan hệ trực tiếp với tính ổn định, song không biết đợc là đến mức độ nào thì quan hệ đó là nguyên nhân - kết quả [8, 26]. Quỹ Quốc tế về Bảo tồn Thiên nhiên (WWF, 1989) định nghĩa "đa dạng sinh học là sự phồn thịnh của sự sống trên trái đất, hàng triệu loài thực vật, động vật, vi sinh vật, là những gen chứa đựng trong đó các loài và là hệ sinh thái vô cùng phức tạp cùng tồn tại trong môi trờng". Do vậy ĐDSH đợc xác định theo 3 mức độ. ĐDSH ở cấp loài bao gồm toàn bộ các sinh vật sống trên trái đất, từ vi khuẩn đến các loài thực vật, động vật và các loài nấm. ở mức độ phân tử ĐDSH bao gồm cả sự khác biệt về gen giữa các quần thể sống cách ly nhau về địa lý cũng nh sự khác biệt giữa các cá thể cùng chung sống trong một quần thể. ĐDSH còn bao gồm cả sự khác biệt giữa các quần xã mà trong đó các loài sinh sống, các hệ sinh thái nơi mà các loài cũng nh các quần xã sinh vật tồn tại và cả sự khác biệt của các mối tơng tác giữa chúng với nhau [13]. ĐDSH là một khái niệm chỉ tất cả các loài thực vật, động vật, vi sinh vật và những hệ sinh thái mà sinh vật là một bộ phận cấu thành. Đó là một thuật ngữ bao trùm đối với mức độ biến đổi cả thiên nhiên, gồm cả số lợng và tần suất xuất hiện của các hệ sinh thái, các loài hay gen trong một tập hợp đã biết. Tuỳ theo các điều kiện cụ thể về khu vực nghiên cứu, số lợng và chất l- ợng mẫu, có thể sử dụng các chỉ số ĐDSH sau: chỉ số đa dạng Fisher, chỉ số phong phú Margalef, chỉ số Shannon - Weiner, chỉ số Jaccar - Sorenxen. Trong các chỉ số trên thì chỉ số Shannon - Weiner và Margalef đợc sử dụng rộng rãi hơn cả trong quá trình đánh giá mức độ ĐDSH [8, 7, 21]. 1.1.2. Côn Trùng nớc. 1.1.2.1. Khái quát về côn trùng nớc Trong thế giới côn trùng chỉ 3 % các loài côn trùng là côn trùng nớc hoặc bán nớc, đó là những côn trùng có một hoặc nhiều hơn một giai đoạn sống trong hoặc gần môi trờng nớc. Các đại diện này có thể tìm thấy trong 13 bộ côn 7 trùng nớc. Có nhiều loài là côn trùng nớc chỉ trong giai đoạn cha trởng thành, mà sự nghiệp nghiên cứu về côn trùng nớc bao gồm cả các giai đoạn sống trên cạn, dới nớc hoặc bán nớc. ở đây chúng tôi nghiên cứu chủ yếu giai đoạn dới n- ớc và bán nớc. Để tăng kích cỡ hoặc thay đổi hình dạng, một côn trùng sẽ lột xác bộ x- ơng bên ngoài theo từng thời kỳ, quá trình này đợc gọi là sự rụng lông (molting). Một phần của lớp biểu bì (cutin) cũ đợc tiêu hoá và hấp thụ, trong khi lớp biểu bì mới đợc hình thành bên dới. Phần ngoài cùng của lớp biểu bì cũ long ra, bắt đầu từ trên đỉnh đầu và đến phần ngực. Quá trình nhanh chóng lột xác hay rụng lông này đợc gọi tên là sự lột da (ecdysis), lớp da bị loại bỏ này gọi là vỏ lột (exuviae). Hành động lột da này cung cấp một phơng tiện có ích cho việc phân chia các giai đoạn lịch sử đời sống của côn trùng. Hình dạng côn trùng giữa những lần lột da đợc gọi là dát hình sao (instar), thời gian giữa những lần lột da đợc gọi là giai đoạn stadium. Sau khi trứng nở côn trùng là dạng instar đầu tiên của giai đoạn đầu tiên; sau lần lột da đầu tiên, dạng instar thứ 2 là thuộc giai đoạn thứ 2, v.v Hầu hết các côn trùng có 4 đến 6 instar, nhng một số mayfly, drsgonfly và stonefly có thể có 13, 15 hoặc nhiều hơn những lần instar. Các côn trùng trởng thành hay là các thành trùng (imago) là các instar thành trùng, đợc phân biệt bởi các cơ quan tái sản xuất chức năng bên ngoài và thờng tạo cánh. Collembola một bộ côn trùng nhỏ cổ xa là bộ không bao giờ phát triển cánh có ở một số loài bán nớc. Hình dạng thay đổi rất ít sau khi nở trừ việc là trở nên lớn hơn khi chúng qua thời instar cha trởng thành. Sau khi bộ phận có khả năng sinh sản trở thành chức năng, các con trởng thành có thể tiếp tục lột xác. Các loài có quá trình lịch sử đời sống với sự không thay đổi hình dạng này đợc gọi tên là sự biến thái không thay đổi (ametabolous metamorphosis). Các côn trùng bán biến thái (Hemimetabolous), hoặc những côn trùng trải qua sự biến thái đơn giản hoặc cha hoàn thành, gồm tất cả các loài thuộc bộ 8 Odonata, Ephemeroptera và Plecoptera. ấu trùng dới nớc của những bộ này đợc một số nhà nghiên cứu gọi tên là nữ thuỷ thần (naiads), có những cái yếm để hô hấp hoặc nếu không thì có những điều chỉnh phù hợp cho cuộc sống dới nớc, trong khi đó những con trởng thành ở trên cạn (một loài thuộc Plecopteran có con trởng thành ở dới nớc). ấu trùng của loài bán biến thái tơng tự loài trởng thành ở hình dạng chung ít hơn Paurometabolous và luôn có thói quen ăn uống khác, c trú trong môi trờng sống khác hơn con trởng thành (Hình B). Sự thay đổi hình dạng từ ấu trùng đến con trởng thành là lớn hơn ở các exopterygote. Ephemeroptera khác biệt với các loài côn trùng có cánh ở chỗ có 2 instar có cánh. Instar có cánh thứ nhất gọi là dới thành trùng (subimago), nổi trên mặt nớc. Thờng trong vòng 24 tiếng đồng hồ, côn trùng lột xác lần cuối để trở thành thành trùng. Sự sinh sản bị hạn chế cho đến instar cuối hoặc instar thành trùng. Nhóm chính thứ hai của loài côn trùng có cánh, Endopterygote chứa số l- ợng lớn nhất các loài dới nớc hoặc bán nớc. Sau khi nở, những instar đầu tiên hoàn toàn khác con trởng thành. Không có một dấu hiệu bên ngoài nào của cánh cái mà chỉ phát triển bên trong nh những đệm mô. Các chân và râu có thể nhỏ lại hoặc biến mất hoàn toàn, mắt là những mắt đơn đơn giản, ngợc lại với những mắt kép ở những con trởng thành. Con côn trùng có dạng giun và đợc gọi là ấu trùng (larva). Khi lớn hoàn chỉnh ấu trùng chuyển thành dạng không cần ăn, thờng là instar ít hoạt động là con nhộng (pupa). Các cánh, chân, râu và các mắt kép của con trởng thành đợc tạo thành trong suốt thời kỳ con nhộng, nhng cha phân chức năng vì sự phát triển thêm là cần thiết trớc khi con nhộng chuyển thành con trởng thành có cánh. Giai đoạn thuộc vòng đời này đợc gọi là biến thái hoàn toàn (Holometabolous metamorphosis) 9 Hình1.1: Các giai đoạn biến thái ở Trichoptera và Plecoptera Tám bộ Endopterygote có ít nhất một vài loài dới nớc hoặc bán nớc, đầu tiên trong suốt giai đoạn cha trởng thành; Megaloptera, Neurptera (chỉ họ Sisyridae hoặc Spongillafly là dới nớc), Mecoptera (chỉ họ Nannochorisdae ở Australia là dới nớc), Trichoptera, Lepidoptera( một số họ sâu bớm là dới nớc), Coleoptera (nhiều họ dới nớc) và Diptera (nhiều họ dới nớc). ấu trùng dới nớc dạng instar cuối cùng của Megaloptera, Neurptera và hầu hết Coleoptera phát triển thành nhộng trên vùng cạn trong khi đó những con thuộc bộ khác cẫn ở trong nớc. Các con nhộng thuộc Trichoptera, Megaloptera, Neurptera (Sisyridae) và Dipteran, Culicidae (muỗi) là các loài khá linh hoạt. Các con tr- ởng thành của tất cả các bộ trở lại gần hoặc thực sự quay lại môi trờng nớc để đẻ trứng. Tuy nhiên Coleoptera gồm chỉ các loài Endopterygote - những sâu bọ có cánh trong này thì lại sống cuộc sống trởng thành ở dới nớc theo từng khoảng thời gian đều đặn [23]. 10 . TOÀN ĐA DẠNG CÔN TRÙNG NƯỚC Ở VƯỜN QUỐC GIA PÙ MÁT –NGHỆ AN LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC VINH - 2008 1 Mục Lục Trang Chữ viết tắt Danh sách các bảng Danh. côn trùng nớc ở V- ờn Quốc Gia Pù Mát - Con Cuông - Nghệ An 2. Mục đích nghiên cứu - Khảo sát độ đa dạng về côn trùng nớc của Vờn Quốc Gia Pù Mát. - Xác