Tổng quan nghiên cứu

Hoạt động nuôi trồng thủy sản tại Việt Nam ghi nhận sự phát triển vượt bậc với sản lượng năm 2015 đạt 3.533 nghìn tấn và diện tích nuôi trồng cả nước vượt mốc 1,27 triệu ha. Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh chóng của các vùng nuôi thâm canh và bán thâm canh đang tạo áp lực gay gắt lên chất lượng môi trường nước mặt. Tại huyện Hà Trung, tỉnh Thanh Hóa, vùng nuôi trồng thủy sản tập trung Đông – Phong – Ngọc thuộc 3 xã Hà Đông, Hà Phong và Hà Ngọc sở hữu tổng diện tích mặt nước 319,11 ha, trong đó diện tích đã đưa vào khai thác nuôi trồng đạt 279,92 ha, chiếm tỷ lệ 87,72% với 187 hộ dân trực tiếp tham gia sản xuất.

Vấn đề cốt lõi đặt ra là sự suy giảm chất lượng nước cấp, ô nhiễm hữu cơ nội tại trong ao nuôi và hạ tầng kênh mương thủy lợi chưa đồng bộ, dẫn đến nguy cơ bùng phát dịch bệnh thủy sản. Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là đánh giá hiện trạng chất lượng nguồn nước cấp từ hệ thống sông Lèn và nước ao nuôi, xác định các yếu tố gây ô nhiễm, từ đó đề xuất các giải pháp quản lý kỹ thuật và môi trường bền vững. Phạm vi không gian được thực hiện tại 3 xã trọng điểm của huyện Hà Trung trong khung thời gian từ tháng 3/2016 đến tháng 3/2017.

Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi cung cấp hệ thống dữ liệu quan trắc chuyên sâu phục vụ công tác quy hoạch vùng nuôi. Kết quả đề tài góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên nước, bảo vệ hệ sinh thái thủy vực sông Lèn và gia tăng năng suất kinh tế cho địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết phân hủy oxy hóa sinh hóa các hợp chất hữu cơ trong môi trường nước mặt, bao gồm cả hai cơ chế phân hủy hiếu khí và kỵ khí. Quá trình này mô tả sự chuyển hóa các hợp chất protein, lipid và carbohydrate từ thức ăn dư thừa, phân cá thành các dạng vô cơ như amoni, nitrat và photphat, tuân theo tỷ lệ cân bằng dinh dưỡng tối ưu giữa nhu cầu oxy hóa sinh học, nitơ và photpho là 100 : 5 : 1.

Bên cạnh đó, mô hình tự làm sạch của thủy vực tự nhiên và hệ thống lọc sinh học qua chuỗi thức ăn sinh thái đất ngập nước được áp dụng làm nền tảng đánh giá khả năng tự điều hòa của hệ thống kênh mương. Bốn khái niệm cốt lõi được sử dụng xuyên suốt luận văn gồm: nhu cầu oxy hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), tải lượng chất rắn lơ lửng (TSS) và chỉ số đa dạng sinh học Shannon – Weaver của quần xã sinh vật nổi.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp nguồn dữ liệu thứ cấp từ niên giám thống kê huyện Hà Trung giai đoạn 2011–2015 cùng số liệu sơ cấp thu thập thực địa. Khảo sát xã hội học sử dụng bảng hỏi chuẩn hóa trên cỡ mẫu 55 hộ nuôi được chọn ngẫu nhiên phân tầng từ tổng số 187 hộ, bao gồm 12 hộ tại xã Hà Ngọc, 21 hộ tại xã Hà Phong và 22 hộ tại xã Hà Đông. Phương pháp chọn mẫu phân tầng đảm bảo tính đại diện cao cho các loại hình mặt nước từ ao đầm đến ruộng trũng.

Chương trình quan trắc môi trường tiến hành lấy 7 mẫu nước cấp (L1–L7) dọc theo dòng chảy từ sông Lèn qua trạm bơm Vạn Đề đến kênh dẫn, cùng 13 mẫu nước ao nuôi đại diện (H1–H13) cho các loài cá trắm cỏ, cá chép, cá trôi Ấn Độ, cá rô phi và cá chim trắng vào tháng 12/2016. Quy trình lấy mẫu, bảo quản và phân tích tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn quốc gia như TCVN 6663-1:2011, TCVN 6491:1999 cho COD, TCVN 6001-1:2008 cho BOD5, TCVN 6179-1:1996 cho Amoni và TCVN 6187-2:1996 cho Coliform. Các phương pháp phân tích quang phổ và chuẩn độ được lựa chọn vì tính chuẩn xác cao, phù hợp đối chiếu với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột A2 và B1.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích 7 vị trí nước cấp cho thấy nồng độ chất rắn lơ lửng (TSS) ở toàn bộ 100% mẫu đều vượt quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B1 từ 2,08 đến 8,84 lần, dao động từ 104 mg/l đến 442 mg/l, trong đó nồng độ cao nhất ghi nhận tại kênh cấp 2 (L4 đạt 442 mg/l) và kênh cấp 1 (L3 đạt 212 mg/l). Hàm lượng oxy hòa tan (DO) trong nước cấp rất thấp, dao động từ 1,34 đến 4,02 mg/l, với 6 trên 7 mẫu không đạt ngưỡng tối thiểu 4 mg/l theo quy chuẩn.

Ô nhiễm chất hữu cơ trong nguồn nước cấp thể hiện qua giá trị BOD5 dao động từ 12,32 đến 19,11 mg/l, có 5/7 mẫu vượt giới hạn cột B1 từ 1,0 đến 1,27 lần; nồng độ COD trung bình đạt 31,8 mg/l, dao động từ 24 đến 36 mg/l. Nồng độ dinh dưỡng N-NH4+ ở mức cao từ 0,61 đến 1,50 mg/l, với 6/7 mẫu vượt ngưỡng cột B1.

Đối với nước ao nuôi, chỉ có 4/13 ao nuôi đạt hàm lượng DO trên 4 mg/l. Hầu hết các mẫu ao đều có chỉ tiêu BOD5 và COD vượt quy chuẩn. Hàm lượng N-NH4+ và P-PO43- trong ao tăng mạnh so với nước cấp đầu vào. Mật độ vi sinh vật Coliform tại 10/13 ao nuôi vượt ngưỡng cột A2 nhưng vẫn nằm trong giới hạn an toàn cột B1. Các kim loại nặng gồm Asen (0,001–0,004 mg/l), Chì (0,0034–0,0067 mg/l) và Thủy ngân (<0,0001 mg/l) đều ở mức rất thấp, đảm bảo an toàn sinh thái.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng trong ao nuôi xuất phát từ tập quán chăn nuôi bán thâm canh truyền thống. Có tới 100% hộ dân sử dụng thức ăn thô xanh, phân chuồng tươi và cám ngô, cám gạo, trong khi chỉ khoảng 18% đến 24% hộ bổ sung thức ăn viên công nghiệp. Mật độ nuôi thả duy trì khá cao từ 2,13 đến 2,56 con/m2 nhưng năng suất chỉ đạt mức thấp từ 2,61 đến 3,01 tấn/ha.

Hệ thống hạ tầng thủy lợi xuống cấp, kênh tưới và kênh tiêu chưa tách biệt hoàn toàn cùng hiện tượng bồi lắng lòng kênh là tác nhân trực tiếp khiến hàm lượng TSS và BOD5 tăng vọt trên các tuyến kênh dẫn. Dữ liệu quan trắc có thể được trực quan hóa rõ nét thông qua biểu đồ cột so sánh mức độ vượt chuẩn của TSS và BOD5 giữa các điểm lấy mẫu từ sông Lèn vào ao nuôi, kết hợp bảng ma trận đối chiếu thông số hóa lý với QCVN 08-MT:2015/BTNMT. Ngoài ra, biến động thủy văn sông Lèn vào mùa kiệt (tháng 1 đến tháng 3) ghi nhận độ mặn xâm nhập từ 0,08‰ đến 4,20‰ tại các trạm hạ lưu, gây khó khăn lớn cho việc lấy nước ngọt phục vụ nuôi trồng thủy sản.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, hoàn thiện và nâng cấp đồng bộ kết cấu hạ tầng thủy lợi vùng nuôi. Ủy ban nhân dân huyện Hà Trung cùng Phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn cần tập trung đầu tư xây mới 5 tuyến kênh cấp nước với tổng chiều dài 4.611 m, 1 tuyến kênh tiêu thoát nước dài 1.283 m và 8 tuyến đường giao thông nội đồng dài 13.392 m. Mục tiêu hoàn thành trong vòng 3 năm nhằm tách biệt hoàn toàn dòng cấp - thoát và giảm thiểu 60% lượng bùn lắng bồi đắp.

Thứ hai, thiết lập hệ thống hồ sinh học xử lý nước cấp và nước thải tuần hoàn. Áp dụng chuỗi hồ sinh học 3 bậc gồm hồ kỵ khí, hồ hiếu - kỵ khí và hồ hiếu khí hoặc bãi lọc đất ngập nước nhân tạo trước khi đưa nước vào ao nuôi. Giải pháp hướng tới mục tiêu giảm 50% đến 60% hàm lượng BOD5, giảm 49% lượng chất rắn lơ lửng TSS và loại bỏ trên 50% mật độ vi khuẩn Coliform trong vòng 12 đến 18 tháng thực hiện.

Thứ ba, cải tiến kỹ thuật chăm sóc và quản lý thức ăn ao nuôi. 187 hộ nuôi trồng thủy sản cần chủ động chuyển đổi từ phân chuồng tươi sang thức ăn công nghiệp viên nổi có bổ sung chế phẩm sinh học, kiểm soát tỷ lệ phối trộn theo nhu cầu sinh trưởng của cá. Biện pháp này giúp nâng cao năng suất từ mức 2,61–3,01 tấn/ha hiện nay lên 4,5–5,0 tấn/ha và cắt giảm 40% lượng amoni tích tụ đáy ao.

Thứ tư, tăng cường công tác quan trắc môi trường và giám sát xâm nhập mặn. Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Hà Trung định kỳ lấy mẫu kiểm tra chất lượng nước hàng tháng tại 7 điểm cấp nước trọng yếu, đặc biệt kiểm soát chặt chẽ độ mặn trên sông Lèn trong các tháng mùa kiệt (từ tháng 1 đến tháng 3) để thông báo lịch vận hành trạm bơm Vạn Đề kịp thời cho nhân dân.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Cơ quan quản lý nhà nước cấp địa phương bao gồm Phòng Tài nguyên và Môi trường, Phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn huyện Hà Trung, Chi cục Thủy sản tỉnh Thanh Hóa. Luận văn cung cấp luận cứ khoa học để xây dựng quy hoạch tổng thể vùng nuôi trồng thủy sản 319,11 ha và ban hành lịch mùa vụ, lịch cấp nước chính xác.

Các chủ trang trại và hộ gia đình nuôi trồng thủy sản tại khu vực đồng bằng ven biển. Người nuôi có thể áp dụng trực tiếp các hướng dẫn kỹ thuật về xử lý nước ao chua, điều chỉnh mật độ thả nuôi từ 2,13–2,56 con/m2 và kỹ thuật khử trùng nước cấp nhằm hạn chế dịch bệnh thủy sản.

Kỹ sư môi trường và các đơn vị tư vấn thiết kế công trình nông nghiệp. Tài liệu cung cấp các thông số kỹ thuật chi tiết về tải lượng hữu cơ, kích thước hồ sinh học và sơ đồ nguyên lý hệ thống xử lý nước thải phù hợp với điều kiện kinh tế nông thôn.

Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Nuôi trồng Thủy sản, Quản lý Tài nguyên Nước. Công trình là tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp quan trắc, đánh giá chất lượng nước mặt theo hệ thống tiêu chuẩn TCVN và QCVN 08-MT:2015/BTNMT.

Câu hỏi thường gặp

Nguyên nhân chính khiến chỉ tiêu chất rắn lơ lửng (TSS) trong nguồn nước cấp vượt quy chuẩn từ 2,08 đến 8,84 lần là gì? Tình trạng này do hệ thống kênh dẫn cấp 1 và cấp 2 bằng đất chưa được kiên cố hóa hoàn toàn, chịu tác động mạnh từ dòng chảy trạm bơm Vạn Đề và hoạt động canh tác nông nghiệp lân cận, khiến lớp bùn đáy bị xới trộn dẫn đến TSS tại mẫu L4 đạt tới 442 mg/l.

Tại sao phần lớn ao nuôi tại 3 xã nghiên cứu đều có hàm lượng oxy hòa tan (DO) ở mức thấp? Chỉ có 4/13 ao nuôi đạt DO trên 4 mg/l do các hộ nuôi lạm dụng phân chuồng và phụ phẩm hữu cơ, kết hợp mật độ nuôi dày (2,13–2,56 con/m2) khiến quá trình phân hủy vi sinh vật tiêu tốn lượng lớn oxy hòa tan trong nước.

Xâm nhập mặn trên sông Lèn ảnh hưởng như thế nào đến việc lấy nước nuôi trồng thủy sản? Vào mùa kiệt từ tháng 1 đến tháng 3, độ mặn sông Lèn tăng cao, có thời điểm ghi nhận từ 0,08‰ đến 4,20‰ tại các trạm hạ lưu, buộc các trạm bơm như Vạn Đề chỉ được phép vận hành lấy nước ngọt phục vụ sản xuất khi triều rút.

Chất lượng nước ao nuôi có dấu hiệu ô nhiễm kim loại nặng độc hại hay không? Phân tích 13 mẫu ao cho thấy các kim loại nặng như Asen, Chì, Mangan, Sắt và Thủy ngân đều có nồng độ rất thấp, nằm hoàn toàn trong ngưỡng an toàn cho phép của QCVN 08-MT:2015/BTNMT, không gây nguy cơ tích tụ độc chất sinh học.

Hệ thống hồ sinh học có vai trò gì trong việc xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản? Hồ sinh học kết hợp cơ chế kỵ khí và hiếu khí giúp phân hủy triệt để chất hữu cơ mà không tốn chi phí vận hành hóa chất, giúp giảm từ 50% đến 60% chỉ số BOD5 và cắt giảm trên 20% tổng nitơ trước khi xả ra môi trường.

Kết luận

  • Hoạt động nuôi trồng thủy sản tại 3 xã Hà Đông, Hà Phong và Hà Ngọc khai thác 279,92 ha mặt nước nhưng đang đối mặt với tình trạng ô nhiễm hữu cơ và thiếu hụt oxy hòa tan nghiêm trọng.
  • Toàn bộ 100% mẫu nước cấp có hàm lượng TSS vượt chuẩn từ 2,08 đến 8,84 lần, chỉ số BOD5 và amoni vượt giới hạn QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B1 tại hầu hết các vị trí đo.
  • Nguyên nhân cốt lõi bắt nguồn từ hạ tầng kênh mương bồi lắng, tập quán dùng 100% phân tươi, cám thô và mật độ nuôi thả cao nhưng năng suất đạt thấp (2,61–3,01 tấn/ha).
  • Luận văn đã đóng góp cơ sở dữ liệu quan trắc toàn diện và đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật, nổi bật là quy hoạch 5 tuyến kênh cấp 4.611 m và ứng dụng chuỗi hồ sinh học xử lý nước.
  • Trong giai đoạn tới, các cơ quan chức năng cần khẩn trương phê duyệt dự án nâng cấp hạ tầng thủy lợi và triển khai các lớp tập huấn kỹ thuật chuyển giao công nghệ sinh học cho 187 hộ nuôi trồng thủy sản tại địa phương.