MỞ ĐẦU Hồ và hồ chứa có vai trò quan trọng trong việc điều hòa khí hậu, điều tiết dòng chảy và là nơi cƣ ngụ của các loài thủy sinh vật. Chúng còn là nguồn cung cấp nƣớc quan trọng cho các hoạt động nông nghiệp, công nghiệp, du lịch, thủy điện và sinh hoạt của con ngƣời. Trong vài thập niên gần đây, chất lƣợng nƣớc ở các thủy vực dạng hồ đã suy giảm rõ rệt. Nguyên nhân của sự suy giảm này có thể đến từ các tác động tự nhiên cũng nhƣ các hoạt động của con ngƣời.
Việc thay đổi diện tích và mục đích sử dụng đất, canh tác nông nghiệp không hợp lí, nhất là ở những vùng đồi núi có độ dốc cao có thể đƣa vào hồ một lƣợng lớn trầm tích, dƣ lƣợng phân bón và thuốc bảo vệ thực vật. Hiện nay, sự ô nhiễm từ hoạt động canh tác nông nghiệp và các nguồn thải sinh hoạt ở cao nguyên Lâm Viên đã gây phú dƣỡng cho một số thủy vực, làm thay đổi cấu trúc và chức năng của hệ sinh thái thủy vực, trong đó quần xã thực vật phù du (TVPD) chịu tác động trực tiếp và gián tiếp. Các hiện tƣợng thƣờng gặp là sự phát triển quá mức một số nhóm TVPD, thƣờng là tảo lam, gây hại đến những sinh vật khác trong thủy vực. Để kiểm soát tình trạng này, cần nhận diện đƣợc nguồn gốc và bản chất của các tác động lên thủy vực và thủy sinh vật.
Trong thủy vực, TVPD là mắt xích quan trọng của lƣới thức ăn và cũng là đối tƣợng chịu tác động của các yếu tố môi trƣờng. Từng nhóm TVPD sẽ có những phản ứng khác nhau trƣớc những tác động của điều kiện môi trƣờng, thông qua thay đổi về thành phần, sự phân bố, hay tốc độ tăng trƣởng. Do đó, phân tích tổng hợp các đáp ứng của TVPD với các yếu tố môi trƣờng có thể giúp làm sáng tỏ hơn ảnh hƣởng của điều kiện môi trƣờng đến cấu trúc quần xã TVPD. Từ đó, xác định đƣợc các yếu tố môi trƣờng tác động lên toàn bộ hệ sinh thái thủy vực.
Trên thế giới, những nghiên cứu về các yếu tố tác động lên TVPD trong các thủy vực dạng hồ đƣợc thực hiện khá sớm và phần lớn ở vùng ôn đới (Scheffer, 1998). Những nghiên cứu ở vùng nhiệt đới thƣờng ít và trễ hơn (Tudorancea et al. Việt Nam, có số lƣợng hồ và hồ chứa nhiều nhƣng những nghiên cứu về chúng chƣa nhiều. Đặc biệt, nghiên cứu mối quan hệ giữa yếu tố môi trƣờng với TVPD cũng nhƣ giữa TVPD với các nhóm sinh vật khác chƣa đƣợc quan tâm đúng mức.
Phần lớn các 1 nghiên cứu liên quan đến TVPD đều tập trung vào mảng phân loại học (Đặng Ngọc Thanh và cs. Cho đến nay, nghiên cứu về tác động của yếu tố môi trƣờng lên cấu trúc quần xã TVPD ở Việt Nam cũng nhƣ ở cao nguyên Lâm Viên dựa trên chuỗi số liệu năm vẫn chƣa đƣợc thực hiện. Do đó, nghiên cứu“Cấu trúc quần xã TVPD trong các hồ chứa ở cao nguyên Lâm Viên” ngoài những đóng góp về mặt phân loại học cho khu hệ vi tảo nƣớc ngọt ở Tây Nguyên còn giúp tăng cƣờng hiểu biết về đáp ứng của TVPD với các điều kiện môi trƣờng cũng nhƣ xác định các yếu tố môi trƣờng chi phối lên hệ sinh thái thủy vực. Về mặt thực tiễn, việc nhận diện đâu là ảnh hƣởng chính lên thủy sinh vật, trong đó có quần xã TVPD, sẽ là cơ sở khoa học, hỗ trợ công tác quản lý, bảo vệ đa dạng sinh học các nguồn nƣớc cũng nhƣ chất lƣợng nƣớc trong các hồ chứa nói chung, hồ chứa ở cao nguyên Lâm Viên nói riêng.
Mục tiêu - Xác định đặc trƣng cấu trúc quần xã TVPD trong các hồ chứa ở cao nguyên Lâm Viên. - Xác định yếu tố tác động lên cấu trúc quần xã TVPD trong các hồ chứa ở cao nguyên Lâm Viên Nội dung - Thành phần loài, mật độ và phân bố của TVPD trong nƣớc hồ Xuân Hƣơng, Tuyền Lâm và Đan Kia - Hiện trạng môi trƣờng nƣớc hồ Xuân Hƣơng, Tuyền Lâm và Đan Kia - Mối quan hệ giữa TVPD với môi trƣờng và đặc trƣng cấu trúc của mỗi hồ nghiên cứu. - Ảnh hƣởng của dinh dƣỡng và sức ăn (của ĐVPD) lên sinh trƣởng của TVPD - Mô phỏng và dự báo xu hƣớng biến đổi của hệ sinh thái hồ chứa bằng mô hình hóa Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án - Xây dựng cơ sở dữ liệu khu hệ TVPD nhiệt đới nói chung, vùng cao nguyên nhiệt đới nói riêng. Cung cấp thông tin cho các nghiên cứu ứng dụng từ TVPD.
2 - Xác định tầm ảnh hƣởng của yếu tố môi trƣờng lên các thủy vực dạng hồ cũng nhƣ lên TVPD, làm cơ sở để xây dựng các giải pháp quản lí, sử dụng và khai thác hợp lí các nguồn nƣớc của địa phƣơng. - Góp phần tìm ra nguyên nhân bùng phát TVPD trong các thủy vực dạng hồ, làm cơ sở cho các giải pháp hạn chế sự bùng phát TVPD, đặc biệt là nở hoa tảo lam trong các hồ chứa tại cao nguyên Lâm Viên. - Áp dụng các phƣơng pháp, kỹ thuật và công cụ mới vào nghiên cứu khoa học, nhằm giải quyết các vấn đề thực tiễn.1 Các đặc trƣng hồ nhiệt đới 1.1 Giới thiệu chung Hồ đƣợc hiểu là hồ tự nhiên và hồ chứa (reservoir) là hồ nhân tạo. Điểm khác biệt dễ nhận thấy giữa hai thủy vực này là hồ tự nhiên có quá trình kiến tạo do hoạt động địa chất từ rất lâu còn hồ chứa đƣợc tạo nên do có đập ngăn dòng chảy của sông hoặc suối, có thời gian hình thành gần đây.
Hồ tự nhiên có hệ thủy sinh vật đặc trƣng và đa dạng, ngƣợc lại hồ chứa có thành phần loài kém đa dạng hơn do đƣợc thay đổi từ hệ sinh thái sông, suối sang hệ sinh thái hồ (Đặng Ngọc Thanh và cs. Nghiên cứu đầm hồ ở vùng ôn đới đƣợc thực hiện từ rất sớm (Hutchinson, 1967) và đạt đƣợc nhiều thành tựu đáng kể. Tuy nhiên, các nghiên cứu hƣớng này ở vùng nhiệt đới khiêm tốn hơn dù rằng số lƣợng các hồ lớn ở khu vực nhiệt đới chiếm tỷ lệ cao trên phạm vi toàn cầu (Sarmento, 2012).1 Phân chia các đới khí hậu khu vực châu Á theo hệ thống Koeppen-Geiger (sửa theo Kottek et al., 2006) 4 Liên quan đến phạm vi phân bố của hồ nhiệt đới, hệ thống phân loại khí hậu của Koeppen – Geiger (Peel et al., 2007) xác định khu vực nhiệt đới đƣợc giới hạn trong phạm vi từ vĩ độ 23o26’N đến vĩ độ 23o26’S, những hồ và hồ chứa thuộc khu vực này đều đƣợc gọi là hồ nhiệt đới (Hình 1. Phân biệt các thủy vực nội địa nhiệt đới và ôn đới đã đƣợc một số nhà khoa học so sánh.
Lewis (1987, 1996) đã tổng hợp và so sánh hồ nhiệt đới và ôn đới nhƣ sau: hồ nhiệt đới (1) cho sinh khối TVPD cao hơn, (2) có xu hƣớng giới hạn nitơ hơn giới hạn phốt pho, (3) không hiệu quả trong dịch chuyển năng suất sơ cấp lên các bậc dinh dƣỡng cao hơn, (4) thƣờng tƣơng đồng với hồ ôn đới về thành phần loài động, thực vật phù du và (5) không dao động theo mùa xuân hạ thu đông. Những điểm khác biệt cơ bản giữa hồ nhiệt đới và ôn đới đƣợc thể hiện trong bảng 1.1 So sánh hồ nhiệt đới và hồ ôn đới Đặc điểm Hồ ôn đới Hồ nhiệt đới Lƣợng mƣa Quanh năm Theo mùa, chủ yếu vào mùa hè Nhiệt độ Chu kỳ năm đƣợc phân biệt Chu kỳ năm đƣợc giới hạn rõ - Dao động: 10oC - Trung bình: 25oC Mùa tăng trƣởng Tăng trƣởng chính bị giới hạn Quanh năm đến mùa hè Phân tầng của hồ Có tính đặc trƣng, thay đổi Ít hơn hồ ôn đới tính chất lí, hóa trong cột Sự cạn kiệt ôxy không phụ thuộc nƣớc rất rõ rệt vào tình trạng dinh dƣỡng Chu kỳ dinh dƣỡng Phần lớn đƣợc qui định bởi Phần lớn đƣợc qui định bởi sự tái sự xáo trộn vật lí tạo sinh học Năng suất Vừa phải Cao Đối với hồ dinh dưỡng trung bình: Năng suất sơ cấp trung 1,0 2,0 3,0 bình (gCm-2d-1) Hiện tƣợng nở hoa Vào mùa xuân và mùa thu Bất cứ thời gian nào trong năm Nhóm tảo ƣu thế Diatom Vi khuẩn lam (Lewis, 1987, 1996) Các hồ nhiệt đới không có chu kỳ đóng băng và tan chảy nhƣ ở hồ ôn đới nhƣng lại mang tính chất mùa theo lƣợng mƣa (Lewis, 1983a). Vì điều kiện thích hợp cho sự phát triển quanh năm nên các hồ nhiệt đới thƣờng có năng suất sơ cấp cao hơn hồ ôn đới (Lewis, 1991). Hiện tƣợng nở hoa TVPD có thể xảy ra ở bất kỳ thời điểm nào trong năm không phụ thuộc chu kỳ năm (Lewis, 1996).
Các hồ nhiệt đới thƣờng có tỷ lệ N/P thấp, thích hợp cho sự phát triển của VKL (Lewis, 2002). Một số đặc tính của hồ nhiệt đới giống với mùa hè hồ ôn đới, những giai đoạn còn lại có khác biệt khá lớn 5 (Lewis, 1996). Sự khác nhau cơ bản của hai dạng hồ này nằm ở các quá trình vật lí và hóa học, đặc biệt là chu kỳ dinh dƣỡng. Chu kỳ dinh dƣỡng hồ ôn đới đƣợc xác định phần lớn là do sự xáo trộn vật lí hoặc sự lƣu thông trong cột nƣớc tại hai thời điểm, bắt đầu và kết thúc mùa phát triển.
Trong khi đó, ở hồ nhiệt đới, sự tái tạo vật chất chủ yếu nhờ các quá trình sinh học. Các nguồn và chất dinh dƣỡng trong cột nƣớc ở hồ nhiệt đới có xu hƣớng tái tạo nhanh hơn do nhiệt độ cao hơn đã kích thích hoạt tính sinh học và phản ứng của các enzyme tham gia vào quá trình này (David, 2002).2 Nhiệt độ, sự phân tầng và xáo trộn trong cột nƣớc Nhiệt độ nƣớc có liên quan trực tiếp đến bức xạ mặt trời. Dữ liệu số cho thấy nhiệt độ trung bình giảm theo vĩ độ (Hình 1.2 Nhiệt độ trung bình nƣớc hồ ở các vĩ độ (Nguồn: Lewis, 1996) Ở những vùng có vĩ độ cao, nhiệt độ nƣớc thay đổi theo mùa. Ở vùng nhiệt đới, tính chất mùa không rõ rệt, kéo theo tính phân tầng và xáo trộn cũng không rõ rệt.
Các hồ có độ sâu 13 m thƣờng là hồ đa chu kỳ liên tục, chúng có sự xáo trộn hàng ngày. Các hồ có độ sâu 310 m thƣờng là hồ đa chu kỳ không liên tục, chúng xáo trộn không đều và xáo trộn hơn một lần trong năm (Lewis, 1983a). Một số hồ cũng cho thấy sự thay đổi theo mùa không phụ thuộc vào bức xạ, ví dụ các hồ chống lũ hoặc các hồ chứa có thể mất ổn định do yếu tố thủy học (Osborne et al.