Phục hồi điều kiện cổ môi trường khu vực hồ Ao Tiên, Vườn Quốc gia Ba Bể bằng phương pháp phân tích đồng vị bền

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 34, Số 2 (2018) 40-50 
 40 
Phục hồi điều kiện cổ môi trường khu vực hồ Ao Tiên, Vườn 
Quốc gia Ba Bể bằng phương pháp phân tích đồng vị bền 
Đặng Minh Quân1,*, Nguyễn Tài Tuệ1,2, 
Phạm Thảo Nguyên2, Lưu Việt Dũng2, Trần Đăng Quy1,2 
1
Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, 334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam 
2
Phòng thí nghiệm Trọng điểm Địa môi trường và Ứng phó biến đổi khí hậu cấp Đại học Quốc gia 
Nhận ngày 27 tháng 3 năm 2018 
Chỉnh sửa ngày 23 tháng 4 năm 2018; Chấp nhận đăng ngày 26 tháng 4 năm 2018 
Tóm tắt: Nghiên cứu phục hồi đặc điểm cổ môi trường và cổ khí hậu nhằm làm sáng tỏ các đặc 
trưng môi trường và khí hậu trong quá khứ. Các nghiên cứu cổ môi trường và cổ khí hậu cung cấp 
các thông tin quan trọng cho các nghiên cứu mô phỏng xu thế biến đổi môi trường và khí hậu 
trong tương lai. Mục tiêu của nghiên cứu này là phục hồi điều kiện cổ môi trường của khu vực hồ 
Ao Tiên, Vườn quốc gia Ba Bể bằng các chỉ thị đặc điểm thành phần độ hạt trầm tích, hàm lượng 
vật chất hữu cơ (OM), giá trị đồng vị bền carbon (δ13C) và nitơ (δ15N) và tỷ số C/N trong cột mẫu 
trầm tích. Sự biến đổi đồng thời về đặc điểm trầm tích và thành phần đồng vị bền chỉ ra rằng đặc 
điểm môi trường trong khoảng 700 năm trước đến nay tại khu vực nghiên cứu được chia thành ba 
giai đoạn chính: Giai đoạn từ năm 1300 đến năm 1424 là giai đoạn khí hậu có mưa nhiều, mực 
nước trong hồ tương đối cao và thành phần vật chất hữu cơ có nguồn gốc chủ yếu từ thực vật C3 
xung quanh hồ; Giai đoạn từ năm 1424 đến năm 1864 là giai đoạn mực nước hồ giảm liên tục và 
đạt thấp nhất do sự giảm lưu lượng nước xung quanh chảy về hồ. Thành phần vật chất hữu cơ 
trong giai đoạn này có nguồn gốc hỗn hợp của thực vật quang hợp C3, thực vật phù du và có xu 
hướng phát triển của tảo lam và tảo nâu. Giai đoạn từ năm 1864 đến nay là thời kỳ mực nước hồ 
tăng, nguồn gốc vật chất hữu cơ trong trầm tích là hỗn hợp của thực vật sống quanh hồ và thực vật 
phù du. Cuối giai đoạn này, từ 1957 đến nay do lượng mưa ở khu vực giảm nên mực nước hồ 
tương đối thấp, thành phần vật chất hữu cơ trong trầm tích chủ yếu có nguồn gốc từ tảo nâu và tảo 
lam với sự chiếm ưu thế của tảo nâu trong điều kiện nghèo dinh dưỡng. 
Từ khóa: Cổ môi trường, cổ khí hậu, đồng vị bền, tỷ số C/N, trầm tích hồ. 
1. Mở đầu 
Khôi phục cổ môi trường và cổ khí hậu 
nhằm đánh giá và làm sáng tỏ các đặc điểm khí 
_______ 
Tác giả liên hệ. ĐT.: 84-968050394. 
 Email: quandm94@gmail.com 
 https://doi.org/10.25073/2588-1140/vnunst.4238 
hậu và môi trường trong quá khứ [1]. Nghiên 
cứu phục hồi đặc điểm biến đổi cổ môi trường, 
cổ khí hậu trong Holocen đóng vai trò rất quan 
trọng, cung cấp thông tin chi tiết dữ liệu khí hậu 
cho việc dự báo và mô phỏng biến đổi khí hậu 
trong tương lai, cũng như đánh giá tác động của 
hoạt động nhân sinh đến tự nhiên [2]. Có rất 
Đ.M. Quân và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 34, Số 2 (2018) 40-50 
41 
nhiều chỉ thị khí hậu khác nhau được sử dụng 
để phục hồi đặc điểm biến đổi cổ môi trường và 
cổ khí hậu trong Holocen. Nghiên cứu dựa vào 
sự phân tán và mật độ phân bố bào tử phấn hoa 
trong cột mẫu trầm tích xác định được điều kiện 
khí hậu [3] hoặc phân tích đặc điểm phân bố và 
độ hạt các tầng trầm tích được sử dụng để 
nghiên cứu dao động mực nước biển [4]. Cùng 
với các phương pháp phân tích đặc điểm địa 
hóa, phương pháp đồng vị bền được sử dụng 
rộng rãi trên thế giới để phục hồi điều kiện cổ 
môi trường và cổ khí hậu trong trầm tích hồ [5]. 
Trong đó, giá trị δ13C và tỷ lệ C/N được sử 
dụng để xác định nguồn gốc và quá trình lắng 
đọng vật chất hữu cơ trong trầm tích, qua đó 
phục hồi thành công đặc điểm cổ môi trường 
đới bờ [4]. 
Tại Việt Nam, đã có một số công trình 
nghiên cứu thực hiện phục hồi điều kiện cổ khí 
hậu và cổ môi trường bằng các chỉ thị thành 
phần độ hạt trầm tích, bào tử phấn, chỉ số hạn 
hán (PDSI). Sử dụng phương pháp phân tích 
thành phần độ hạt từ các cột mẫu trầm tích đã 
chỉ ra biến đổi mực nước biển ở đồng bằng 
sông Hồng theo các giai đoạn khác nhau trong 
Holocen [6]. Kết quả sử dụng bào tử phấn đã 
phát hiện biến đổi khí hậu và tác động của con 
người lên môi trường ở đồng bằng sông Hồng 
trong Holocen [7]. Chỉ số PDSI và quá trình 
hoạt động của ENSO trong vòng 300 năm trở 
lại đây được xác định dựa vào kết quả phân tích 
giá trị đồng vị bền oxi (δ18O) trong các vân gỗ 
của cây Pơ Mu tại Mù Cang Chải, Yên Bái [8]. 
Kết quả phân tích giá trị δ13C và tỷ lệ C/N trong 
cột trầm tích rừng ngập mặn ở vùng cửa sông 
Ba Lạt đã chỉ ra rằng môi trường khu vực trong 
100 năm qua tiến hóa theo các kiểu môi trường 
gồm vùng dưới triều, gian triều và trên triều [9]. 
Tuy nhiên, phương pháp áp dụng giá trị δ13C và 
tỷ lệ C/N chưa được ứng dụng để phục hồi cổ 
môi trường các hồ trên núi ở Việt Nam. Do vậy, 
mục tiêu của bài báo này là áp dụng phương 
pháp phân tích đồng vị bền δ13C, tỉ số C/N, 
thành phần vật chất hữu cơ và thành phần độ 
hạt trong cột mẫu trầm tích để phục hồi điều 
kiện cổ môi trường và cổ khí hậu ở khu vực hồ 
Ao Tiên, Vườn Quốc gia Ba Bể. 
2. Khu vực và phương pháp nghiên cứu 
2.1. Khu vực nghiên cứu 
Hồ Ao Tiên nằm ở phía bắc hồ Ba Bể, là 
một kỳ quan địa chất và địa điểm du lịch nổi 
tiếng thuộc Vườn quốc gia Ba Bể. Hồ Ao Tiên 
là một hồ tự nhiên trên núi đá vôi, được hình 
thành do hoạt động kiến tạo vùng karst. Đây là 
một hồ kín có diện tích 1,5 ha, có độ sâu trung 
bình 10 – 11 m, với độ sâu lớn nhất trong thời 
điểm khảo sát tháng 5/2017 đo được là 16,0 m. 
Hồ có sự trao đổi nước mưa và nước ngầm với 
hồ Ba Bể và các vùng xung quanh. Bao quanh 
hồ là những dãy núi đá vôi cao từ 570 – 893 m 
với rừng nhiệt đới thường xanh nguyên sinh 
(Hình 1). Khu vực đặc trưng cho điều kiện khí 
hậu gió mùa, với sự phân hóa về nhiệt độ, 
lượng mưa theo mùa hè và mùa đông [10]. Giá 
trị nhiệt độ có sự chênh lệch lớn giữa mùa hè và 
mùa đông, với giá trị nhiệt độ thấp nhất và cao 
nhất lần lượt xảy ra trong tháng 1 và tháng 7. 
Lượng mưa tập trung chủ yếu trong các tháng 
mùa hè từ tháng 5 đến tháng 9, tháng 1 có 
lượng mưa thấp nhất. 
Kết quả phân tích đồng vị phóng xạ 14C và 
137Cs trong cột mẫu trầm tích hồ Ba bể đã chỉ ra 
tốc độ lắng đọng trầm tích ở phần cột mẫu trầm 
tích có độ sâu 150 – 165 cm là 0,1 cm/năm; độ 
sâu 130,5 – 139,5 cm là 0,2 cm/năm và độ sâu 
61 – 26 cm là 0,23 cm/năm [11, 12] (Hình 2). 
Hồ Ao Tiên kết nối với hồ Ba Bể bởi hệ 
thống karst ngầm để trao đổi nước. Bên cạnh 
đó, hệ sinh thái rừng nguyên sinh vẫn còn được 
bảo tồn, duy trì tốt và phát triển trên núi đá vôi 
nên tốc độ lắng đọng trầm tích hầu như không 
chịu tác động của con người. Do đó, kết quả tốc 
độ lắng đọng trầm tích trung bình 0,15 cm/năm 
ở phần dưới 130 cm cột trầm tích ở hồ Ba Bể 
của Weide [12] là phù hợp cho toàn bộ hồ Ao 
Tiên và cột mẫu trầm tích trong nghiên cứu này 
sẽ phản ánh được thời gian biến đổi môi trường 
và khí hậu là khoảng 700 năm. 
Đ.M. Quân và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 34, Số 2 (2018) 40-50 
42 
Hình 1. Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu (A), vị trí hồ Ao Tiên ở Vườn quốc gia Ba Bể (B), vị trí cột mẫu AT-01 
và quang cảnh hồ Ao Tiên (C). 
Hình 2. Kết quả tốc độ lắng đọng trầm tích trong cột mẫu trầm tích hồ Ba Bể [11, 12]. 
2.2. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu 
Để thu thập cột mẫu trầm tích, nghiên cứu 
này đã chế tạo thiết bị lấy mẫu dựa trên thiết kế 
của Davis và Steinman [13], Somsiri và nnk 
[14]. Thiết bị lấy cột mẫu trầm tích gồm một 
mũi khoan bằng ống PVC có chiều dài 2 m, 
đường kính 90 mm, một đầu được cắt nhọn, đầu 
còn lại được nối với cần khoan, gồm bốn ống 
PVC cùng kích thước có chiều dài 4 m được 
ghép nối với nhau bằng khớp nối. Chiều dài 
tổng số của thiết bị lấy mẫu là 14 m, trong đó 
hai ống PVC tiếp giáp với mũi khoan được 
khoan hai hàng lỗ (đường kính 1 cm) với 
khoảng cách giữa 2 lỗ gần nhau nhất là 30 cm. 
Các lỗ này có vai trò thoát nước và giảm áp lực 
của cột nước lên phần mẫu đã lấy được trong 
mũi khoan. 
Đ.M. Quân và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 34, Số 2 (2018) 40-50 
43 
Cột mẫu được lấy bằng cách đóng từ từ mũi 
khoan xuống đáy hồ đến khi thiết bị lấy mẫu 
không thể di chuyển, sau đó kéo lên từ từ để 
tránh bị tụt mẫu. Cột mẫu trầm tích được ký 
hiệu là AT-01 và có tọa độ địa lí: Kinh độ: 
105°37'2,64"; Vĩ độ: 22°26'51,35"; Độ sâu: 13 
m; Chiều dài cột mẫu: 110 cm. Ngay sau khi 
lấy, cột mẫu trầm tích được giữ trong ống PVC, 
bịt kín hai đầu bằng nắp nhựa và băng dính để 
hạn chế tác động của môi trường khí quyển. 
Mẫu sau khi thu thập được vận chuyển về 
phòng thí nghiệm, bảo quản trong tủ lạnh ở 
nhiệt độ –20 oC đến khi xử lí các bước tiếp 
theo. Để tiến hành phân tích tỉ trọng, độ hạt 
trầm tích, giá trị OM, giá trị δ13C và δ15N, tỉ số 
C/N, cột trầm tích được loại bỏ khoảng 1 cm ở 
phần trên cùng và dưới cùng để tránh nhiễm bẩn, 
sau đó cắt mẫu với khoảng cách độ sâu là 2 cm, 
tổng số mẫu trầm tích đã thu được là 54 mẫu. 
2.3. Phương pháp xử lý và phân tích mẫu 
Phương pháp phân tích độ hạt trầm tích 
Khoảng 1 g mẫu trầm tích ướt được cân và 
chuyển vào các ống Falcon 50 mL, sau đó nhỏ 
dung dịch H2O2 10% để loại bỏ thành phần 
vật chất hữu cơ. Trong quá trình thí nghiệm, 
các mảnh vụn hữu cơ, rễ cây nhỏ được lấy ra 
bằng kẹp inox. Sau quá trình phản ứng, dung 
dịch acid HCl 1N được nhỏ vào mẫu để loại bỏ 
carbonate [15]. Sau khi toàn bộ các phản ứng 
xảy ra, mẫu được li tâm để tách lượng H2O2 
và HCl còn dư, tiếp đó khoảng 10 mL nước 
cất được nhỏ vào mẫu để đảm bảo mẫu không 
bị khô. 
Thành phần độ hạt trầm tích được phân tích 
bằng hệ thống phân tích độ hạt laser Horiba 
LA950V2. Đây là hệ thống có thể xác định 
thành phần các cấp hạt có kích thước từ 0,01 
đến 3.000 µm. Mỗi mẫu trầm tích được phân 
tích lặp lại 3 lần với giá trị sai số tương đối 
<1%. Kết quả phân bố thành phần độ hạt trầm 
tích từ hệ thống LA950V2 sẽ được đưa vào 
phần mềm GRADISTAT của Blott và Pye [16] 
để tính các tham số về kích thước độ hạt trung 
bình (Md) và độ chọn lọc (So). 
Phương pháp phân tích thành phần vật chất 
hữu cơ 
Khoảng 10 g mẫu trầm tích ướt được đặt 
vào chén sứ và sấy ở 60 °C trong 48 giờ đến 
khối lượng không đổi. Mẫu sau khi sấy khô 
được nghiền mịn bằng cối và chày mã não, 
trong quá trình nghiền, các loại cành cây, rễ 
cây, vật chất hữu cơ thô và vụn, vỏ sinh vật 
được loại bỏ bằng các kẹp inox. 
Thành phần vật chất hữu cơ (OM) được xác 
định thông qua lượng chất mất khi nung. 
Khoảng 2 g mẫu trầm tích được cho vào chén 
sứ và đốt ở nhiệt độ 550 °C trong 3 giờ. Giá trị 
OM (%) được xác định bằng tỷ số giữa hiệu số 
của khối lượng mẫu trầm tích trước và sau khi 
đốt trên khối lượng ban đầu trước khi đốt [17]. 
Phương pháp phân tích đồng vị bền và tỉ số 
C/N 
 Khoảng 0,2 g mẫu trầm tích đã nghiền mịn 
được phản ứng với 3 mL acid HCl 1N trong 24 
giờ trong ống nghiệm Eppendorf để loại bỏ 
thành phần carbonate. Sau đó, dung dịch trong 
ống nghiệm được hút sạch bằng pi-pét. Khoảng 
4 mL nước Mili-Q được nhỏ thêm vào và rung 
lắc bằng máy để đảm bảo mẫu được trộn đều. 
Ống nghiệm tiếp tục được đưa vào máy li tâm 
quay với tốc độ 6200 vòng/phút để tách riêng 
phần mẫu và dung dịch có chứa acid trong mẫu. 
Quá trình rửa mẫu này được lặp lại 4 lần để 
đảm bảo toàn bộ acid được loại bỏ, sau đó đem 
sấy khô ở 60 °C trong 48 giờ. 
Sau khi sấy khô, khoảng 10 – 30 mg mẫu 
trầm tích mịn được định lượng bằng cân điện tử 
có độ chính xác 0,001 mg và gói trong các cốc 
thiếc siêu sạch kích thước 6×8 mm. Giá trị δ13C, 
δ15N và tỉ số C/N được phân tích bằng hệ thống 
phân tích nguyên tố (Elemental Analyzer) và hệ 
thống khối phổ tỉ số đồng vị bền (Sercon Ltd.). 
Trong quá trình phân tích, chất chuẩn quốc tế 
L-Histidine (CRM – Certified Reference 
Material; δ13C = –11,4‰, δ15N = –7,6‰) được 
sử dụng để thực hiện quản lí và đảm bảo chất 
lượng kết quả phân tích. 
Giá trị δ13C và δ15N của mẫu được tính theo 
phương trình: 
Đ.M. Quân và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 34, Số 2 (2018) 40-50 
44 
Trong đó, δX là δ13C hoặc δ15N, R là tỉ số 
của đồng vị nặng với đồng vị nhẹ (13C/12C hoặc 
15
N/
14
N), Rsample là tỉ số của mẫu phân tích và 
Rstandard là chất chuẩn đồng vị bền của đá vôi 
Pee Dee Belemninte (PDB). 
3. Kết quả 
3.1. Đặc điểm thành phần trầm tích 
Cột trầm tích có thành phần chủ yếu là bột 
và cát. Thành phần cát dao động trong khoảng 
từ 6,04 – 27,67%, với giá trị trung bình là 
15,93±4,55%. Thành phần bột dao động trong 
khoảng từ 72,33 – 93,96%, với giá trị trung 
bình là 84,07±4,55%. Thành phần sét chiếm tỉ 
lệ không đáng kể (Hình 3a). Giá trị Md dao 
động trong khoảng khá hẹp từ 17,58 đến 33,63 
µm, với giá trị trung bình là 24,0±4,11 µm. 
Nhìn chung, giá trị Md khá ổn định trong toàn 
bộ cột mẫu, mặc dù có sự giảm từ đáy cột mẫu 
đến độ sâu khoảng 21 cm, sau đó tăng nhẹ đến 
khoảng độ sâu 9 cm. Từ vị trí độ sâu này, giá trị 
Md có xu thế giảm dần tới lớp trầm tích bề mặt 
(Hình 3b). 
Giá trị So dao động trong khoảng 1,73 – 
3,53, với giá trị trung bình 2,6±0,49. Dựa vào 
thang phân chia trầm tích của Blott và Pye [16], 
trầm tích trong hồ được chia thành hai loại là độ 
chọn lọc trung bình và độ chọn lọc kém. Các 
mẫu có độ chọn lọc trung bình phân bố ở các độ 
sâu từ 46 – 52 cm và từ 64 – 66 cm (Hình 3c). 
Toàn bộ các mẫu trầm tích còn lại thuộc kiểu 
trầm tích có độ chọn lọc kém. 
Hình 3. Biến đổi thành phần các loại trầm tích, kích thước độ hạt trầm tích trung bình, độ chọn lọc theo độ sâu 
cột mẫu trầm tích. 
Đ.M. Quân và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 34, Số 2 (2018) 40-50 
45 
3.2. Đặc điểm thành phần vật chất hữu cơ 
Sự biến đổi của OM thông qua lượng chất 
mất khi nung được trình bày trong Hình 4a. Giá 
trị OM dao động trong khoảng rộng từ 5,19 – 
20,69%, với giá trị trung bình 12,69±4,88%. 
Biến động về thành phần vật chất hữu cơ trong 
cột mẫu trầm tích có thể chia thành các phần 
như sau: Giá trị OM là cao nhất và ít biến đổi ở 
độ sâu từ đáy cột mẫu đến độ sâu 91 cm. Từ độ 
sâu này, giá trị OM có xu thế giảm liên tục đến 
độ sâu 53 cm. Giá trị OM đạt giá trị thấp nhất ở 
trong khoảng độ sâu từ 53 cm đến 27 cm, mặc 
dù trong khoảng độ sâu này giá trị OM hình 
thành hai đỉnh giá trị cao hơn. Từ độ sâu 27 cm, 
giá trị OM tăng liên tục và đạt giá trị cao tại độ 
sâu 13 – 15 cm. Sau đó, giá trị OM có xu thế 
giảm liên tục đến trầm tích bề mặt. 
Tỉ số C/N dao động trong khoảng từ 10,68 - 
17,01, với giá trị trung bình 13,23±1,33. Tỉ số 
C/N có xu thế tăng nhẹ từ đáy cột mẫu đến độ 
sâu 91 cm, sau đó, giảm nhẹ liên tục đến độ sâu 
23 cm. Tiếp đó, tỉ số C/N tăng không đáng kể 
đến độ sâu 9 cm và giảm về lớp trầm tích bề 
mặt (Hình 4b). Có thể nói xu thế biển đổi của tỉ 
số C/N và giá trị OM là khá tương đồng. 
Giá trị δ13C dao động trong khoảng từ –
28,57 đến –36,8‰, với giá trị trung bình là  ... ung bình của cát giảm chỉ còn 10%, giá 
trị Md đạt nhỏ nhất 21,1 µm (Hình 3a). Tương 
tự, giá trị OM cũng đạt giá trị thấp nhất là 
6,3%; tỉ số C/N trung bình là 12,1; giá trị δ13C 
trung bình khá thấp là –35,0‰. Các kết quả này 
chứng tỏ có sự tăng lên về sinh khối của thực 
vật phù du trong nước hồ trong giai đoạn mực 
nước hồ hạ thấp. Sự giảm giá trị δ13C và δ15N 
của vật chất hữu cơ trong trầm tích đã cho thấy 
sự chiếm ưu thế của các loài tảo nâu và tảo lam 
trong thành phần thực vật phù du. Tương tự các 
kết quả của Buckley và nnk [18] và Dykoski và 
nnk [19], giai đoạn này có sự giảm lượng mưa 
vào thời kỳ đầu và sau đó lượng mưa tăng dần, 
dẫn đến giảm giá trị δ18O của thạch nhũ hang 
động (Hình 4e). 
Từ năm 1717 đến năm 1864 (Giai đoạn 2a), 
các giá trị về thành phần cát, Md và So đều có 
xu hướng tăng nhẹ với các giá trị lần lượt là: 
8,4%, 21,2 µm, 2,2 so với giai đoạn trước đó 
(Hình 3). Giá trị OM, δ13C, δ15N, và tỉ số C/N 
đều có xu thế tăng hơn so với giai đoạn trước và 
đạt giá trị lần lượt là 8,4%, –30,3‰, 6,2‰, và 
13,8 (Hình 4). Các kết quả này chứng tỏ trầm 
tích hồ đã tiếp nhận một khối lượng trầm tích, 
vật chất hữu cơ vận chuyển từ vùng núi xung 
quanh xuống hồ và có sự tăng lên đồng thời của 
vật chất hữu cơ có nguồn gốc từ thực vật phù 
du và thực vật sống xung quanh hồ. Như vậy, 
mực nước hồ giai đoạn này là tương đối cao do 
tiếp nhận nguồn nước mưa chảy từ các núi xung 
quanh vào hồ, hay nói cách khác hoạt động của 
gió mùa đã tăng lên. Điều này phù hợp với kết 
quả phân tích giá trị δ18O của thạch nhũ hang 
động ở phía nam Trung Quốc [19]. Sự tăng dần 
giá trị OM, giảm tỉ số C/N, và giá trị δ13C ở thời 
gian cuối của giai đoạn, và duy trì giá trị δ15N 
theo thời gian (Hình 4) chứng tỏ sinh khối của 
thực vật phù du phát triển trong điều kiện mực 
nước hồ lớn, sinh khối tăng dần theo thời gian. 
Một số thời điểm tăng lên giá trị δ13C có thể là 
do tăng thành phần 13C trong carbon vô cơ hòa 
tan của nước hồ [25]. 
Từ năm 1864 đến năm 1957 (Giai đoạn 1b), 
thành phần cát, giá trị Md, So có sự tăng lên 
mạnh mẽ so với giai đoạn 2a và đạt giá trị lần 
lượt là 20,9%, 26,2 µm, và 3,0 (Hình 3). Tương 
tự như các tham số trầm tích, giá trị OM tăng 
nhẹ so với giai đoạn trước đạt giá trị 15,3%, 
trong khi đó tỉ số C/N và giá trị δ13C trung bình 
giảm nhẹ với các giá trị lần lượt là 13,5 và –
33,1‰. (Hình 4). Các kết quả này cho thấy có 
sự tăng lên về thành phần vật chất hữu cơ có 
nguồn gốc từ thực vật bậc cao sống xung quanh 
hồ liên quan đến sự gia tăng lượng nước từ 
xung quanh đổ vào hồ và làm cho mực nước hồ 
tăng lên. Đối sánh với các kết quả phân tích giá 
trị δ18O của thạch nhũ hang động ở phía nam 
Trung Quốc [19] và chỉ số hạn hán PDSI phục 
hồi từ vòng vân gỗ ở Việt Nam [18] cho thấy 
lượng mưa có sự tăng lên vào thời kỳ đầu của giai 
đoạn và giảm nhẹ vào cuối giai đoạn [18, 19]. 
Từ năm 1957 đến nay (Giai đoạn 1a), thành 
phần cát, giá trị Md, So đều có xu thế giảm 
nhanh (Hình 3), giá trị OM, tỉ số C/N, giá trị 
δ13C và δ15N đều có xu thế giảm đến bề mặt 
Đ.M. Quân và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 34, Số 2 (2018) 40-50 
48 
trầm tích (Hình 4). Thành phần cát trung bình 
có giá trị 14,0%, giá trị Md là 21,5 µm, giá trị 
OM giảm đột ngột còn 8,8%, tỉ số C/N giảm 
còn 11, giá trị δ13C giảm mạnh so với giai đoạn 
trước là 3,4‰, trong khi giá trị δ15N giảm rất ít. 
Các kết quả này chứng tỏ giai đoạn này đã có 
sự giảm về lưu lượng nước đổ vào hồ. Tỉ số 
C/N và giá trị δ13C thấp nhất trong toàn bộ cột 
mẫu, chứng tỏ thành phần vật chất hữu cơ trong 
hồ có nguồn gốc chủ yếu từ thực vật phù du 
sống trong cột nước hồ [26]. Sự giảm giá trị 
δ13C (~3‰) của vật chất hữu cơ trong trầm tích 
có thể giải thích là do sự thay đổi về thành phần 
tảo, với sự chiếm ưu thế của các loài tảo nâu 
(chrysophyceae) có giá trị δ13C dao động trong 
khoảng từ –34,4 đến –31,3‰ [24]. Thực tế, 
hiện nay nước hồ luôn có màu nâu vàng do màu 
của tảo gây ra. Do vậy, trong các nghiên cứu 
tương lai cần xác định rõ thành phần của các 
loài tảo trong nước hồ. Một lý do khác cho sự 
giảm giá trị δ13C đột ngột của vật chất hữu cơ 
trong trầm tích là khi mực nước hồ hạ thấp có 
thể xảy ra quá trình xáo trộn nước tầng đáy, do 
vậy hàm lượng ôxi hòa tan trong nước hồ tăng 
và gây ôxi hóa các loại vật chất hữu cơ và khí 
metan ở lớp trầm tích trên cùng. Quá trình ôxi 
hóa này tạo sản phẩm là khí CO2 có thành phần 
đồng vị 12C thấp phát thải vào nước hồ. Các loài 
thực vật phù du sử dụng lượng khí CO2 hòa tan 
này để quang hợp sẽ tạo ra vật chất hữu cơ có 
giá trị δ13C thấp. Sau khi chết các loại thực vật 
phù du sẽ lắng đọng xuống đáy hồ và tạo ra 
trầm tích hữu cơ có giá trị δ13C thấp hơn [27]. 
Quá trình ôxi hóa này xảy ra mạnh khi có các 
loài sinh vật như cá được nuôi trong hồ. Theo 
nghiên cứu và phỏng vấn người dân, những 
năm gần đây một số loài cá đã được người dân 
thả vào hồ, nên có thể gây xáo trộn đáy hồ và 
làm giá tăng quá trình ôxi hóa vật chất hữu cơ. 
5. Kết luận 
Cột mẫu trầm tích có chiều dài 110 cm đã 
được lấy tại hồ Ao Tiên, Vườn quốc gia Ba Bể 
để phân tích thành phần độ hạt trầm tích, giá trị 
OM, tỉ số C/N, giá trị δ13C và δ15N. Kết quả cho 
thấy cột mẫu có thể phản ánh được điều kiện 
biến đổi môi trường và khí hậu của khu vực 
trong khoảng thời gian 700 năm (từ năm 1300 
đến 2017). Sự biến đổi đồng thời của thành 
phần độ hạt trầm tích, giá trị OM, tỉ số C/N, giá 
trị δ13C và δ15N đã phản ánh điều kiện môi 
trường lắng đọng trầm tích và khí hậu của khu 
vực được chia thành 3 giai đoạn: từ năm 1300 
đến năm 1424 (giai đoạn 3) là giai đoạn khí hậu 
có mưa nhiều, mực nước hồ tương đối cao và 
phổ biến vật chất hữu cơ có nguồn gốc từ thực 
vật C3 xung quanh hồ. Từ năm 1424 đến 1637 
(giai đoạn 2c), mực nước hồ giảm liên tục và 
giảm cả lưu lượng nước xung quanh chảy về 
hồ. Thành phần vật chất hữu cơ trong trầm tích 
có nguồn gốc hỗn hợp của thực vật quang hợp 
C3 và thực vật phù du. Ngoài ra, hoạt động gió 
mùa trong thời kỳ này cũng có xu hướng giảm. 
Từ năm 1637 đến 1717 (giai đoạn 2b), mực 
nước hồ giảm thấp nhất do lượng nước mưa đổ 
vào hồ giảm, hồ nghèo dinh dưỡng và các loài 
tảo lam và tảo nâu chiếm ưu thế phát triển. Từ 
năm 1717 đến năm 1864 (giai đoạn 2c), có sự 
tăng dần của mực nước hồ do tăng dần về lượng 
mưa đổ về hồ, thực vật phù du phát triển trong 
điều kiện mực nước hồ cao, sinh khối tăng dần 
theo thời gian. Từ năm 1864 đến 1957 (giai 
đoạn 1b), mực nước hồ tăng, nguồn gốc vật 
chất hữu cơ trong trầm tích là hỗn hợp của thực 
vật sống quanh hồ và thực vật phù du. Hoạt 
động của gió mùa mạnh dần từ đầu đến cuối 
giai đoạn. Từ năm 1957 đến nay (giai đoạn 1a) 
được đặc trưng bởi sự giảm lượng mưa và hoạt 
động gió mùa ở khu vực, mực nước hồ tương 
đối thấp. Nguồn vật chất hữu cơ trong trầm tích 
chủ yếu có nguồn gốc từ tảo nâu và tảo lam. 
Trong đó, tảo nâu chiếm ưu thế trong điều kiện 
nghèo dinh dưỡng. 
Lời cảm ơn 
 Nghiên cứu này được tài trợ bởi Đại học 
Quốc gia Hà Nội trong đề tài mã số QG.16.16. 
Đ.M. Quân và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 34, Số 2 (2018) 40-50 
49 
Tài liệu tham khảo 
[1] Leng, M.J. and J.D. Marshall, Palaeoclimate 
interpretation of stable isotope data from lake 
sediment archives. Quaternary Science Reviews, 
2004. 23(7–8): p. 811-831. 
[2] Stocker, T., et al., Climate change 2013: The 
physical science basis. 2014: Cambridge 
University Press Cambridge, UK, and New York. 
[3] Rosén, P., et al., Holocene climatic change 
reconstructed from diatoms, chironomids, pollen 
and near-infrared spectroscopy at an alpine lake 
(Sjuodjijaure) in northern Sweden. The Holocene, 
2001. 11(5): p. 551-562. 
[4] Wilson, G.P., et al., δ13C and C/N as potential 
coastal palaeoenvironmental indicators in the 
Mersey Estuary, UK. Quaternary Science 
Reviews, 2005. 24(18-19): p. 2015-2029 
[5] Anderson, L., M.B. Abbott, and B.P. Finney, 
Holocene climate inferred from oxygen isotope 
ratios in lake sediments, central Brooks Range, 
Alaska. Quaternary research, 2001. 55(3): p. 
313-321. 
[6] Tanabe, S., et al., Holocene evolution of the Song 
Hong (Red River) delta system, northern Vietnam. 
Sedimentary Geology, 2006. 187(1–2): p. 29-61. 
[7] Li, Z., et al., Climate change and human impact 
on the Song Hong (Red River) Delta, Vietnam, 
during the Holocene. Quaternary International, 
2006. 144(1): p. 4-28. 
[8] Sano, M., C. Xu, and T. Nakatsuka, A 300‐year 
Vietnam hydroclimate and ENSO variability 
record reconstructed from tree ring δ18O. Journal 
of Geophysical Research: Atmospheres (1984–
2012), 2012. 117(D12). 
[9] Tue, N.T., et al., The application of δ13C and C/N 
ratios as indicators of organic carbon sources and 
paleoenvironmental change of the mangrove 
ecosystem from Ba Lat Estuary, Red River, 
Vietnam. Environmental Earth Sciences, 2011. 
64(5): p. 1475-1486. 
[10] Ha, N.T.T., et al., Selecting the Best Band Ratio 
to Estimate Chlorophyll-a Concentration in a 
Tropical Freshwater Lake Using Sentinel 2A 
Images from a Case Study of Lake Ba Be 
(Northern Vietnam). ISPRS International Journal 
of Geo-Information, 2017. 6(9): p. 290. 
[11] Weide, D.M., Freshwater diatoms as a proxy for 
Late Holocene monsoon intensity in Lac Ba Be in 
the Karst Region of Northern Viet Nam. 2012, 
California State University, Long Beach. 
[12] Weide, D.M., Aulacoseira stevensiae sp. 
nov.(Coscinodiscophyceae, Bacillariophyta), a 
new diatom from Ho Ba Bê, Bac Kan Province, 
Northern Viêt Nam. Diatom Research, 2015. 
30(3): p. 263-268. 
[13] Davis, W.P. and A.D. Steinman, A Lightweight, 
Inexpensive Benthic Core Sampler for Use in 
Shallow Water. Journal of Freshwater Ecology, 
1998. 13(4): p. 475-479. 
[14] Somsiri, T., et al., A simple device for sampling 
pond sediment. Aquaculture, 2006. 258(1): p. 
650-654. 
[15] Xiao, J., et al., Partitioning of the grain-size 
components of Dali Lake core sediments: 
evidence for lake-level changes during the 
Holocene. Journal of Paleolimnology, 2009. 
42(2): p. 249-260. 
[16] Blott, S.J. and K. Pye, GRADISTAT: a grain size 
distribution and statistics package for the analysis 
of unconsolidated sediments. Earth surface 
processes and Landforms, 2001. 26(11): p. 1237-
1248. 
[17] Heiri, O., A.F. Lotter, and G. Lemcke, Loss on 
ignition as a method for estimating organic and 
carbonate content in sediments: reproducibility 
and comparability of results. Journal of 
paleolimnology, 2001. 25(1): p. 101-110. 
[18] Buckley, B.M., et al., Climate as a contributing 
factor in the demise of Angkor, Cambodia. 
Proceedings of the National Academy of 
Sciences, 2010. 107(15): p. 6748-6752. 
[19] Dykoski, C.A., et al., A high-resolution, absolute-
dated Holocene and deglacial Asian monsoon 
record from Dongge Cave, China. Earth and 
Planetary Science Letters, 2005. 233(1): p. 71-86. 
[20] Yanhong, W., et al., Holocene climate 
development on the central Tibetan Plateau: a 
sedimentary record from Cuoe Lake. 
Palaeogeography, Palaeoclimatology, 
Palaeoecology, 2006. 234(2): p. 328-340. 
[21] Liu, X., et al., Holocene environmental and 
climatic changes inferred from Wulungu Lake in 
northern Xinjiang, China. Quaternary Research, 
2008. 70(3): p. 412-425. 
[22] Meyers, P.A. and E. Lallier-Vergès, Lacustrine 
sedimentary organic matter records of Late 
Quaternary paleoclimates. Journal of 
Paleolimnology, 1999. 21(3): p. 345-372. 
[23] Talbot, M.R. and T. Lærdal, The Late Pleistocene 
- Holocene palaeolimnology of Lake Victoria, 
East Africa, based upon elemental and isotopic 
analyses of sedimentary organic matter. Journal of 
Paleolimnology, 2000. 23(2): p. 141-164. 
[24] Vuorio, K., M. Meili, and J. Sarvala, Taxon-
specific variation in the stable isotopic signatures 
Đ.M. Quân và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 34, Số 2 (2018) 40-50 
50 
(δ
13
C and δ
15
N) of lake phytoplankton. Freshwater 
Biology, 2006. 51(5): p. 807-822. 
[25] Leng, M.J., et al., Isotopes in lake sediments, in 
Isotopes in palaeoenvironmental research. 2006, 
Springer. p. 147-184. 
[26] Lamb, A.L., et al., Holocene climate and 
vegetation change in the Main Ethiopian Rift 
Valley, inferred from the composition (C/N and 
δ13C) of lacustrine organic matter. Quaternary 
Science Reviews, 2004. 23(7–8): p. 881-891. 
[27] Talbot, M.R. and T. Johannessen, A high 
resolution palaeoclimatic record for the last 
27,500 years in tropical West Africa from the 
carbon and nitrogen isotopic composition of 
lacustrine organic matter. Earth and Planetary 
Science Letters, 1992. 110(1): p. 23-37. 
Reconstruction of Paleoenvironmental Changes in Ao Tien 
Lake, Ba Be National Park Using Stable Isotope Analysis 
Dang Minh Quan1, Nguyen Tài Tue1,2, Pham Thao Nguyen2, 
Luu Viet Dung2, Tran Dang Quy1,2 
1
Faculty of Geology, VNU University of Science, 334 Nguyen Trai, Hanoi, Vietnam 
2
VNU Key Laboratory of Geoenvironment and Climate change Response 
Abstract: Reconstruction of paleoenvironment and paleoclimate aims to clarify the characteristics 
the environments and climate in the past. The information of paleoenvironment and paleoclimate 
contributes important data for simulating the environmental and climate change in the future. The 
purpose of this study aims to reconstruct the paleoenvironmental characteristics in Ao Tien Lake, Ba 
Be National Park using the geochemical indicators of sediment grain size compositions, organic matter 
(OM), stable isotopes (δ13C and δ15N) and C/N ratios in one sediment core. The simultaneous variation 
of the geochemical indicators showed that paleoenvironmental characteristics of the study area since 
700 years BP could be divided into the three following periods: The period from 1300 to 1424 AD was 
characterized by heavy precipitation, relatively high in lake water level and dominance of organic 
matter originated from C3 plants surrounding lake watershed; The period from 1424 to 1864 AD was 
characterized by a continuous decrease in the lake water level and reached to the lower water level due 
to the decrease in the precipitation water entering the lake. The sedimentary organic matter was 
originated from both C3 plants and lake microalgae with the dominance of chrysophyceae and 
cyanobacteria; The period from 1864 to the present was reconstructed by a slight increase in lake 
water level due to the intensifying of moonson activities. The predominance sources of sedimentary 
organic matter consisted of C3 plants and lake microalgae. The period from the year 1957 to the 
present was characterized by a decrease in precipitation and a relatively low lake water level. The 
sedimentary organic matter sources were mainly from cyanobacteria and chrysophyceae microalgae. 
In which, the chrysophyceae microalgae was predominant in the oligotrophic state. 
Keywords: Paleoenvironment, Paleoclimate, Stable isotopes, C/N ratios, Lake sediments.