Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ chuyên ngành Biến đổi khí hậu (mã số: 9440221) với đề tài "Nghiên cứu hệ sinh thái Hồ Tây trong điều kiện biến đổi khí hậu" do nghiên cứu sinh Nguyễn Trâm Anh thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Trịnh Thị Thanh và PGS. Đoàn Hương Mai, bảo vệ tại Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu (Bộ Tài nguyên và Môi trường) năm 2021.

Hồ Tây là hồ đô thị tự nhiên có diện tích mặt nước hơn 500 ha (diện tích thực tế xác định là 527,517 ha), đóng vai trò quan trọng về mặt cảnh quan, điều hòa vi khí hậu và bảo tồn đa dạng sinh học của thủ đô Hà Nội. Tuy nhiên, áp lực đô thị hóa cùng các tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu (BĐKH) – đặc biệt là xu thế gia tăng nhiệt độ, các đợt nắng nóng kéo dài và mưa lớn cực đoan – đã dẫn đến hiện tượng suy thoái chất lượng nước, phú dưỡng và các sự cố môi trường như hiện tượng cá chết hàng loạt trong các năm 2016 và 2018. Khoảng trống nghiên cứu được luận án chỉ ra là các công trình trước đây mới dừng lại ở việc đưa ra cơ sở khoa học chung hoặc đánh giá định tính, chưa phân tích định lượng các xu hướng cụ thể và mối tương quan giữa các thông số khí hậu với các thành phần của hệ sinh thái (HST) hồ đô thị.

Mục tiêu nghiên cứu

  1. Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến hệ sinh thái Hồ Tây thông qua tác động của BĐKH đến thực vật nổi.
  2. Đề xuất một số giải pháp giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu nhằm phát triển bền vững Hồ Tây.

Câu hỏi nghiên cứu

  • Câu hỏi 1: Xu thế biến đổi chất lượng nước, thực vật phù du và khu hệ cá Hồ Tây và các nguyên nhân ảnh hưởng đến xu thế này?
  • Câu hỏi 2: Biến đổi khí hậu (nhiệt độ, các cực đoan của nhiệt độ) trong giai đoạn vừa qua có ảnh hưởng như thế nào đối với diễn biến chất lượng hệ sinh thái Hồ Tây, dịch vụ hệ sinh thái Hồ Tây và dự báo tác động trong tương lai của các yếu tố này đối với hệ sinh thái là gì?
  • Câu hỏi 3: Các biện pháp nào giúp hạn chế diễn biến suy thoái chất lượng nước và đa dạng sinh học Hồ Tây trong bối cảnh biến đổi khí hậu, góp phần duy trì và bảo tồn hệ sinh thái Hồ Tây?

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Các thông số chất lượng nước ($t^\circ\text{C}$, $\text{pH}$, $\text{DO}$, $\text{BOD}_5$, $\text{COD}$, $\text{N-NH}_4^+$, $\text{N-NO}_3^-$, $\text{TN}$, $\text{P-PO}_4^{3-}$, $\text{TP}$); các thành phần sinh vật thủy sinh (tập trung vào thực vật phù du và khu hệ cá); 4 nhóm dịch vụ hệ sinh thái (cung cấp, điều tiết, văn hóa, hỗ trợ).
  • Phạm vi không gian: Hồ Tây, quận Tây Hồ, Hà Nội (tọa độ $21^\circ04'\text{B}$, $105^\circ50'\text{Đ}$).
  • Phạm vi thời gian và dữ liệu: Dữ liệu khí tượng thu thập trong 60 năm (1960–2019) tại Trạm quan trắc Láng; dữ liệu chất lượng nước giai đoạn 2010–2020; dữ liệu thực vật phù du và cá tổng hợp từ 1992–2018; cùng 2 đợt quan trắc thực địa vào tháng 7/2020 và tháng 1/2021.

Luận điểm bảo vệ

  • Luận điểm 1: Biến đổi khí hậu (nhiệt độ và các cực đoan thời tiết) thay đổi các quá trình trao đổi vật chất và năng lượng trong môi trường nước, thúc đẩy sinh trưởng và thay đổi thành phần thực vật phù du, gây ảnh hưởng đến chất lượng nước và thành phần các loài cá, góp phần làm gia tăng mức độ suy thoái và gây ảnh hưởng đến sự phát triển bền vững hệ sinh thái Hồ Tây.
  • Luận điểm 2: Có thể giảm thiểu tác động của BĐKH giúp hệ sinh thái Hồ Tây phát triển bền vững thông qua tăng khả năng hồi phục của hệ sinh thái, giảm áp lực do con người tạo ra và tăng bảo tồn đa dạng sinh học bằng các giải pháp thúc đẩy các điểm mạnh (S) và hạn chế các điểm yếu (W) nội tại của hệ sinh thái trên cơ sở xác định các yếu tố ngoại vi có tác động đến hệ sinh thái hồ trong mối quan hệ với BĐKH bao gồm cả thách thức (T) lẫn cơ hội (O).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu quốc tế

Luận án điểm cứu các công trình nghiên cứu cơ chế và thực nghiệm về tác động của BĐKH tới thủy vực nước ngọt:

  • Dữ liệu viễn thám và nhiệt độ hồ: Nghiên cứu của Phòng thí nghiệm Jet Propulsion (NASA - JPL) chỉ ra rằng trong 25 năm, các hồ lớn trên thế giới ấm lên với tốc độ cao gấp 2 lần tốc độ tăng nhiệt độ không khí (tăng tới $4^\circ\text{F}$ tương đương $2,2^\circ\text{C}$); mạng lưới nghiên cứu hồ thành lập năm 2010 (nghiên cứu hồ Tahoe, Baikal, Tanganyika) khẳng định 95% các hồ trên thế giới đang nóng lên; dữ liệu vệ tinh châu Âu (1992–2011) ghi nhận sự gia tăng nhiệt độ hồ tại Bắc Mỹ và Bắc Âu thúc đẩy nở hoa tảo độc.
  • Cơ chế thủy lý, sinh địa hóa và chất lượng nước: Jacoby (1990) tổng kết ma trận tác động của các yếu tố khí hậu (nhiệt độ, ẩm độ, bức xạ, mưa, gió) tới 8 nhóm vấn đề chất lượng nước: phú dưỡng (E), thiếu oxy (O), vệ sinh (H), mặn hóa (S), axit hóa (A), chất độc tích lũy (X), độ đục/huyền phù (M), và nhiệt (T). Mulholland (1997) chứng minh nhiệt độ và $\text{CO}_2$ tăng thúc đẩy quá trình đồng hóa, phân hủy hữu cơ và gia tăng mức tiêu thụ oxy. Waal (2010) phân tích hoạt động của vi sinh vật trầm tích đáy và sự giải phóng nhiệt từ carbon hữu cơ hòa tan. Admiraal (1989) nghiên cứu động học quá trình nitrat hóa ($\text{NH}_4^+ \rightarrow \text{NO}_3^-$) và khử nitrat ($\text{NO}_3^- \rightarrow \text{N}_2\text{O}/\text{N}_2$). Ruby (2018) chỉ ra ngưỡng $\text{DO} \ge 5\text{ mg/l}$ là phù hợp cho thủy sinh vật và $\text{DO}$ giảm xuống $2\text{--}3\text{ mg/l}$ gây ngạt cho động vật thủy sinh khi nhiệt độ nước tăng.
  • Mưa cực đoan và độ đục: Mortsch và Scheraga xác định mưa lớn gia tăng vận chuyển chất ô nhiễm nguồn phân tán (phosphorus, amonium, thuốc bảo vệ thực vật) qua dòng chảy tràn bề mặt. Foster và Rohling (2013) nghiên cứu xói mòn và độ đục cản trở bức xạ quang hợp của thực vật bậc cao.
  • Cấu trúc sinh thái hồ nông: Mooij và cộng sự (2005) mô tả hai trạng thái cân bằng của hồ nông tại Hà Lan: trạng thái "trong" (thực vật bậc cao chiếm ưu thế) và trạng thái "đục" (thực vật phù du chiếm ưu thế với hàm lượng Chlorophyll-a từ $50\text{--}150\ \mu\text{g/l}$). Moss và cộng sự (2011) đề xuất khung chiến lược tăng khả năng phục hồi tự nhiên của HST hồ. Khung tiếp cận hệ sinh thái của IUCN với 12 nguyên tắc và 5 bước quản lý tổng hợp đất ngập nước đô thị.

Các hướng nghiên cứu trong nước

  • Tác động BĐKH đến hồ đô thị Việt Nam: Trần Đức Hạ (2016) đánh giá hiện tượng nở hoa của tảo và tiêu hao dưỡng khí đáy hồ khi nhiệt độ tăng; Trần Ngọc Hùng (2017) phân tích biến động bốc thoát hơi nước, suy giảm dòng ngầm mùa khô và ngập úng mùa mưa; Trương Quang Học (2011) nghiên cứu tính dễ bị tổn thương của đất ngập nước đô thị Hà Nội; Mai Đình Yên (2001) dự báo nguy cơ suy giảm các loài bản địa phương Bắc và sự phát triển của các loài phương Nam; Hoàng Văn Thắng (2016) phân tích rủi ro phú dưỡng và mùi hôi do nước tràn cống rãnh vào mùa mưa.
  • Diễn biến chất lượng nước và hệ sinh vật Hồ Tây: Giai đoạn 1960–1990 nước hồ sạch, $\text{BOD}_5 < 6\text{ mg/l}$ (Nguyễn Kiên Cường, 1998; Lê Thu Hà, 1995). Giai đoạn 1990–1998, $\text{BOD}_5$ tăng từ $9,7\text{ mg/l}$ lên $20,6\text{ mg/l}$, $\text{COD}$ tăng từ $13,6\text{ mg/l}$ lên $32,5\text{ mg/l}$ (Nguyễn Việt Anh và Lê Hiền Thảo, 2000). Giai đoạn sau năm 2000 ghi nhận tình trạng phú dưỡng nghiêm trọng (Phạm Văn Ninh, 2001; Hồ Thanh Hải, 2001 với photpho đạt $1,2\text{--}4\text{ mg/l}$; Lưu Lan Hương, 2010; Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật, 2011; Viện Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản I, 2017). Về sinh vật, các công trình của Vũ Đăng Khoa (1996), Nguyễn Xuân Quýnh (1996), Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội (2018), Viện Kinh tế và Quy hoạch Thủy sản (2017) đã kiểm kê thành phần thực vật nổi, động vật nổi, động vật đáy và cá.

Khoảng trống nghiên cứu

Các nghiên cứu trước đây tại Việt Nam chủ yếu đánh giá hiện trạng ô nhiễm cục bộ hoặc tác động riêng rẽ của nước thải đô thị, thiếu sự kết nối định lượng giữa chuỗi biến số khí hậu dài hạn (nhiệt độ, mưa, cực đoan) với động thái biến đổi chất lượng nước, mật độ tảo, sự ưu thế của vi khuẩn lam và cấu trúc dịch vụ hệ sinh thái. Luận án giải quyết khoảng trống này bằng việc thiết lập phương pháp đánh giá định lượng tương quan khí hậu - thủy vực để làm cơ sở dự báo và hoạch định giải pháp thích ứng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

  • Lý thuyết hệ sinh thái hồ nông đô thị: Hệ sinh thái mở bao gồm 5 thành tố duy trì trạng thái ổn định: (1) Hình dáng vực nước, (2) Lượng nước, (3) Chất lượng nước, (4) Hệ thực vật, (5) Hệ động vật. Hồ Tây thuộc dạng hồ nông có điều kiện quang hợp tốt và nhạy cảm với quá trình phú dưỡng hóa.
  • Khung đánh giá chất lượng nước và phú dưỡng:
    • Chỉ số chất lượng nước ($\text{WQI}$).
    • Chỉ số trạng thái phú dưỡng Carlson ($\text{TSI}$) và chỉ số phú dưỡng $\text{TRIX}$, dựa trên các thông số tổng Phốt pho ($\text{TP}$), tổng Nitơ ($\text{TN}$), độ trong đĩa Secchi ($\text{SD}$) và $\text{Chlorophyll-a}$ ($\text{Chl-a}$).
  • Khung phân loại dịch vụ hệ sinh thái (IUCN / MEA): Gồm dịch vụ cung cấp, dịch vụ điều tiết, dịch vụ văn hóa và dịch vụ hỗ trợ.
  • Khung giải pháp phân tích SWOT: Kết hợp đánh giá Điểm mạnh (S), Điểm yếu (W), Cơ hội (O) và Thách thức (T) để xây dựng ma trận giải pháp phát triển bền vững thích ứng với BĐKH.

Nguồn tư liệu và dữ liệu

  1. Dữ liệu khí hậu (1960–2019): Thu thập chuỗi số liệu nhiệt độ không khí trung bình năm, trung bình tháng, nhiệt độ tối cao, nhiệt độ tối thấp và tổng lượng mưa, số ngày mưa tại Trạm quan trắc khí tượng thủy văn Láng. Dữ liệu các đợt thời tiết cực đoan giai đoạn 2016–2020 từ Trung tâm Khí tượng Thủy văn.
  2. Dữ liệu chất lượng nước lịch sử (2010–2019/2020): Do Chi cục Bảo vệ Môi trường Hà Nội cung cấp, gồm các thông số: nhiệt độ, $\text{pH}$, $\text{DO}$, $\text{BOD}_5$, $\text{COD}$, $\text{N-NH}_4^+$, $\text{N-NO}_3^-$, $\text{P-PO}_4^{3-}$.
  3. Dữ liệu sinh học thứ cấp (1992–2018): Kế thừa từ các công trình khảo sát của Vũ Đăng Khoa (1996), Nguyễn Xuân Quýnh (1996), Mai Đình Yên (1982, 2001), Lưu Lan Hương (2010), Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật (2011), Viện Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản I (2017), Viện Kinh tế và Quy hoạch Thủy sản (2017), và Trường Đại học Bách khoa Hà Nội (2018).

Phương pháp nghiên cứu thực địa và phòng thí nghiệm

  • Đợt 1 (Tháng 7/2020): Đánh giá hiện trạng chất lượng nước và sự phân hóa giữa khu vực cửa xả và giữa hồ. Lấy mẫu tại 9 vị trí:
    • 7 vị trí ven bờ gần cửa cống: Cống Cái (công viên nước Hồ Tây: $21^\circ04'21''\text{B},\ 105^\circ49'24''\text{Đ}$), Cống Xuân La ($21^\circ03'38''\text{B},\ 105^\circ48'33''\text{Đ}$), Cống Trích Sài ($21^\circ02'47''\text{B},\ 105^\circ48'55''\text{Đ}$), Cống Đô ($21^\circ02'37''\text{B},\ 105^\circ50'33''\text{Đ}$), Cống Trúc Bạch ($21^\circ02'37''\text{B},\ 105^\circ50'32''\text{Đ}$), Cống Sheraton ($21^\circ03'25''\text{B},\ 105^\circ49'27''\text{Đ}$), Cống Quảng An ($21^\circ03'33''\text{B},\ 105^\circ48'05''\text{Đ}$).
    • 2 vị trí giữa lòng hồ: Giữa hồ trên ($21^\circ04'09''\text{B},\ 105^\circ49'10''\text{Đ}$) và Giữa hồ dưới ($21^\circ03'06''\text{B},\ 105^\circ50'11''\text{Đ}$).
    • Quy trình lấy mẫu tuân thủ tiêu chuẩn TCVN 6663-3:2016. Đo đạc tại chỗ thông số nhiệt độ, $\text{pH}$, $\text{DO}$ bằng máy đo đa chỉ tiêu TOA-QC 22A (Nhật Bản).
  • Đợt 2 (Tháng 1/2021): Định lượng thành phần và mật độ thực vật phù du trong điều kiện bùng phát tảo. Lấy mẫu tại 4 vị trí ven bờ có mật độ tảo đậm đặc:
    • HT1 - Đường Nhật Chiêu ($21^\circ04'32''\text{B},\ 105^\circ49'18''\text{Đ}$).
    • HT2 - Đường Vệ Hồ ($21^\circ03'21''\text{B},\ 105^\circ48'22''\text{Đ}$).
    • HT3 - Đường Trích Sài ($21^\circ02'21''\text{B},\ 105^\circ48'35''\text{Đ}$).
    • HT4 - Đường Nguyễn Đình Thi ($21^\circ01'37''\text{B},\ 105^\circ47'33''\text{Đ}$).
    • Dụng cụ thu mẫu tảo: Lưới vớt hình chóp định lượng chuyên dụng, đường kính miệng lưới $30\text{ cm}$, chiều dài $0,7\text{ m}$, kích thước mắt lưới $25\ \mu\text{m}$.
  • Phương pháp phân tích thống kê: Đánh giá hệ số tương quan Pearson ($r$) giữa nhiệt độ không khí, nhiệt độ nước với các thông số dinh dưỡng ($\text{TN}$, $\text{TP}$, $\text{NH}_4^+$, $\text{PO}_4^{3-}$), hàm lượng $\text{Chlorophyll-a}$, mật độ tảo và chỉ số phú dưỡng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tài liệu về nghiên cứu ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến hệ sinh thái hồ

Chương 1 tổng thuật các cơ sở lý luận và thực nghiệm quốc tế và trong nước về tác động của BĐKH tới các thành phần phi sinh học và sinh học của hồ nước ngọt. Tác giả tổng hợp các tác động tương hỗ giữa các biến số khí hậu (nhiệt độ, bức xạ, mưa, gió) tới các quá trình phân tầng nhiệt, chế độ đóng băng, lũ lụt, khô hạn, xói mòn và tải lượng dinh dưỡng.

Về mặt lịch sử, Hồ Tây vốn là một đoạn khúc uốn cũ của sông Hồng, dần bị cô lập thành vực nước nửa kín (semi-closed) có diện tích mặt nước $527,517\text{ ha}$. Quá trình đô thị hóa trong 50 năm qua đã làm suy giảm chất lượng nước nghiêm trọng:

  • Giai đoạn 1960–1990: Hồ ít ô nhiễm, $\text{BOD}_5 < 6\text{ mg/l}$.
  • Giai đoạn 1990–1998: $\text{BOD}_5$ tăng từ $9,7\text{ mg/l}$ lên $20,6\text{ mg/l}$; $\text{COD}$ tăng từ $13,6\text{ mg/l}$ lên $32,5\text{ mg/l}$ (Bảng 1.3).
  • Giai đoạn từ năm 2000 đến nay: Xuất hiện hiện tượng siêu phú dưỡng, photpho hòa tan vượt quy chuẩn nhiều lần ($1,2\text{--}4\text{ mg/l}$ so với giới hạn $0,05\text{ mg/l}$).
  • Trầm tích đáy: Chiều sâu hồ suy giảm từ mức sâu nhất $3,5\text{ m}$ (năm 1961) xuống còn $2,5\text{ m}$ (năm 2012); chiều dày lớp bùn lắng tăng từ $0,5\text{ m}$ lên $1,5\text{ m}$, cao trình đỉnh bùn từ $+3,8$ đến $+4,5$, đóng vai trò nguồn phóng thích dinh dưỡng nội tại liên tục.
Năm quan trắc Hàm lượng $\text{BOD}_5$ (mg/l) Hàm lượng $\text{COD}$ (mg/l) Nguồn trích dẫn trong luận án
1990 9,7 13,6 Nguyễn Việt Anh, 2000
1992 12,3 15,8 Nguyễn Việt Anh, 2000
1994 13,1 16,9 Nguyễn Việt Anh, 2000
1998 20,6 32,5 Nguyễn Việt Anh, 2000

Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Chương này mô tả chi tiết điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực quận Tây Hồ và thiết kế phương pháp luận:

  • Đặc trưng khí hậu thủy văn: Nhiệt độ trung bình năm $23,4^\circ\text{C}$ (tháng nóng nhất đạt $29,9^\circ\text{C}$ vào tháng 7/2013, tháng lạnh nhất $12,8^\circ\text{C}$); biên độ dao động nhiệt độ ngày trung bình năm $6,1^\circ\text{C}$ (lớn nhất $7,2^\circ\text{C}$ vào tháng 5, nhỏ nhất $4,7^\circ\text{C}$ vào tháng 3); lượng mưa trung bình năm $1.624\text{ mm}$ (80% tập trung từ tháng 5 đến tháng 10); bức xạ tổng cộng năm $120\text{--}123\text{ kcal/cm}^2/\text{năm}$; tổng số giờ nắng $1.500\text{--}1.600\text{ giờ/năm}$. Mực nước hồ dao động từ $+5,28\text{ m}$ (tháng 11/1997) đến $+6,31\text{ m}$ (tháng 8/1997).
  • Hệ thống xả thải: Hồ tiếp nhận nước thải qua khoảng 30 cửa xả, trong đó có 12 cống chính (Cống Cái, Cống Đô, Cống Trúc Bạch, Cống Trích Sài, Cống Xuân La...).
  • Áp lực xã hội: Xung quanh hồ có 6 phường trực thuộc (Thụy Khuê, Yên Phụ, Quảng An, Nhật Tân, Xuân La, Bưởi) với dân số năm 2015 là 160,3 nghìn người, mật độ $6.572\text{ người/km}^2$; khoảng 200 cơ sở nhà hàng, khách sạn và $26,24\text{ ha}$ đất canh tác nông nghiệp (đào, quất, hoa cảnh) có sử dụng phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật.
  • Phương pháp thu mẫu và xử lý số liệu: Trình bày chi tiết tọa độ lấy mẫu đợt 1 (9 điểm) và đợt 2 (4 điểm), quy trình phân tích trong phòng thí nghiệm theo tiêu chuẩn quốc gia và các công thức tính toán chỉ số $\text{WQI}$, $\text{TSI}$, $\text{TRIX}$.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu đối với hệ sinh thái Hồ Tây

Chương 3 trình bày các kết quả quan trắc thực nghiệm, phân tích tương quan và đánh giá tác động của BĐKH lên Hồ Tây:

  1. Hiện trạng chất lượng nước và sinh vật:
    • Chất lượng nước: Nước hồ bị kiềm hóa nhẹ ($\text{pH}$ phổ biến ở mức cao do quá trình quang hợp mạnh của tảo tiêu thụ $\text{CO}_2$ và giải phóng $\text{OH}^-$); nồng độ oxy hòa tan ($\text{DO}$) dao động lớn theo ngày; các chỉ số $\text{BOD}_5$, $\text{COD}$, $\text{NH}_4^+$, $\text{PO}_4^{3-}$ duy trì ở mức cao, vượt ngưỡng bảo tồn thủy sinh (QCVN 08-MT:2015/BTNMT, cột A1).
    • Thực vật phù du: Số lượng loài ghi nhận biến động qua các năm (năm 2002 có 112 loài; năm 2011 có 72 loài thuộc 5 ngành: Tảo silic 21 loài, Tảo lục 19 loài, Vi khuẩn lam 15 loài, Tảo mắt 14 loài, Tảo giáp 3 loài). Mật độ tảo trong các đợt bùng phát đạt ngưỡng rất cao (lịch sử từng đạt từ $3\text{--}200\text{ triệu tế bào/lít}$, cá biệt lên đến $249\text{ triệu tế bào/lít}$). Đợt bùng phát tháng 1/2021 ghi nhận mật độ dày đặc tại các điểm ven bờ (Nhật Chiêu, Vệ Hồ, Trích Sài).
    • Động vật nổi và sinh vật đáy: Năm 2011 có 37 loài động vật nổi (ưu thế là Trùng bánh xe Rotatoria chiếm 45,9% với 17 loài); năm 2018 khảo sát đáy ghi nhận 26 loài (Ốc chiếm 50%, Nhuyễn thể hai mảnh vỏ 23%), xuất hiện các loài chỉ thị ô nhiễm hữu cơ nặng như giun ít tơ Branchiura sowerbyi, Limnodrilus hoffmeisteri, ấu trùng muỗi lắc Chironomus sp. và loài ngoại lai xâm hại như ốc bươu vàng (Pomacea canaliculata).
    • Khu hệ cá: Thành phần cá tự nhiên nguồn gốc sông Hồng suy giảm (từ 27 loài chiếm 75% năm 1982 xuống các mức thấp hơn trong điều tra 2011 và 2017); quần xã bị chiếm ưu thế bởi các loài cá thả nuôi thương phẩm chịu ô nhiễm (cá mè trắng, mè hoa, trôi ấn, cá chép).
    • Dịch vụ hệ sinh thái: Dịch vụ cung cấp (nước sinh hoạt, thủy sản tự nhiên) suy giảm mạnh; sản lượng đánh bắt cá duy trì $400\text{--}600\text{ tấn/năm}$, tôm $50\text{ tấn/năm}$, trai ốc $200\text{ tấn/năm}$ nhưng tỷ trọng cá tự nhiên giảm. Dịch vụ văn hóa, du lịch, tâm linh duy trì vai trò cao với 64 di tích lịch sử quanh hồ (22 di tích xếp hạng).
  2. Xu thế biến đổi khí hậu 60 năm tại Hà Nội (1960–2019):
    • Nhiệt độ không khí trung bình năm, nhiệt độ mùa hè, mùa đông, nhiệt độ tối cao và tối thấp đều thể hiện xu thế tăng rõ rệt.
    • Xuất hiện các đợt cực đoan thời tiết gia tăng về cường độ và tần suất trong giai đoạn 2016–2020 (các đợt nắng nóng kỷ lục kéo dài và các đợt mưa lớn tập trung gây ngập lụt).
  3. Phân tích tương quan và tác động sinh thái:
    • Xác lập mối tương quan đồng biến có ý nghĩa thống kê giữa nhiệt độ không khí và nhiệt độ nước hồ.
    • Nhiệt độ tăng thúc đẩy quá trình chuyển hóa muối dinh dưỡng ($\text{TN}$, $\text{TP}$, $\text{NH}_4^+$), đẩy nhanh tốc độ sinh trưởng của thực vật phù du, làm tăng hàm lượng $\text{Chlorophyll-a}$ và chỉ số phú dưỡng $\text{TSI}$.
    • Nhiệt độ cao tạo ưu thế cạnh tranh tuyệt đối cho các loài Vi khuẩn lam (Cyanobacteria), làm thay đổi thành phần loài, hình thành các màng váng nổi, gây suy giảm $\text{DO}$ cục bộ vào ban đêm và khi tảo tàn, trực tiếp đe dọa khu hệ cá và làm suy thoái các dịch vụ hệ sinh thái hồ.

Chương 4: Đề xuất các giải pháp giảm thiểu tác động biến đổi khí hậu

Dựa trên nguyên tắc quản lý tổng hợp và phương pháp phục hồi hệ sinh thái của Moss và cộng sự (2011), chương 4 xây dựng 3 ma trận SWOT tương ứng với 3 nhóm mục tiêu cụ thể:

  1. Giải pháp khôi phục và duy trì chất lượng nước:
    • Tận dụng điểm mạnh (S) và cơ hội (O): Áp dụng quy chế quản lý mặt nước tập trung; huy động nguồn lực đầu tư hoàn thiện hệ thống cống gom nước thải bao quanh hồ.
    • Khắc phục điểm yếu (W) và thách thức (T): Nạo vét lớp bùn đáy ô nhiễm hữu cơ tồn đọng ($0,6\text{--}1,0\text{ m}$); kiểm soát triệt để các nguồn thải phân tán từ các cơ sở dịch vụ ven hồ và dư lượng phân bón/hóa chất nông nghiệp từ $26,24\text{ ha}$ đất canh tác hoa, cây cảnh.
  2. Giải pháp bảo tồn đa dạng sinh học:
    • Tái lập các vùng đệm thực vật ngập nước ven bờ (sen, súng, lau sậy) nhằm tạo bãi sinh sản tự nhiên cho cá và sinh cảnh cho chim nước; kiểm soát các loài thủy sinh ngoại lai xâm hại (ốc bươu vàng, rùa tai đỏ); điều tiết cơ cấu thả giống thủy sản hợp lý, hạn chế các tác động cơ học làm mất nơi cư trú do kè cứng hóa toàn bộ bờ hồ.
  3. Giải pháp phát triển hài hòa với quá trình đô thị hóa:
    • Lồng ghép giá trị dịch vụ hệ sinh thái vào quy hoạch đô thị quận Tây Hồ theo tiếp cận hệ sinh thái của IUCN; nâng cao năng lực ứng phó với ngập úng và sốc nhiệt đô thị; phát triển du lịch văn hóa - tâm linh gắn liền với giáo dục môi trường và kiểm soát tải lượng ô nhiễm du khách.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

  • Phân tích và lượng hóa mối tương quan giữa sự gia tăng nhiệt độ với mật độ tảo và các thông số dinh dưỡng tại Hồ Tây: xác định cơ chế nhiệt độ cao làm gia tăng mật độ tế bào tảo, nâng cao độ kiềm ($\text{pH}$), và tạo điều kiện cho vi khuẩn lam phát triển chiếm ưu thế tuyệt đối trong quần xã thực vật phù du.
  • Xây dựng và hoàn thiện phương pháp đánh giá tác động của BĐKH đối với hệ sinh thái thủy vực nước nông đô thị thông qua việc tích hợp chuỗi số liệu khí tượng dài hạn với các chỉ số chất lượng sinh địa hóa ($\text{pH}$, $\text{DO}$, dinh dưỡng $\text{N}$, $\text{P}$), mức độ phú dưỡng ($\text{TSI}$, $\text{TRIX}$) và động thái thực vật phù du, cung cấp công cụ dự báo diễn thế sinh thái thủy vực dưới các kịch bản BĐKH.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn và giải pháp

  • Cung cấp bức tranh toàn diện và hệ thống hóa chuỗi dữ liệu chất lượng nước, cấu trúc sinh vật (thực vật nổi, động vật nổi, động vật đáy, cá) và dịch vụ hệ sinh thái Hồ Tây trong tiến trình lịch sử nhiều thập kỷ.
  • Đưa ra hệ thống giải pháp giảm thiểu tác động của BĐKH dựa trên phân tích SWOT đa mục tiêu, kết hợp giữa các giải pháp công trình (thu gom nước thải, nạo vét trầm tích đáy) và phi công trình (thiết lập dải đệm sinh học ven bờ, quản lý nguồn thải phân tán, áp dụng tiếp cận hệ sinh thái trong quy hoạch đô thị).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Luận án tập trung sâu vào tác động của biến số nhiệt độ và các hiện tượng cực đoan nắng nóng kéo dài đối với chất lượng nước, thực vật phù du và cá; trong khi yếu tố chế độ mưa (lượng mưa tăng và phân bố mưa cực đoan) mới được xem xét như một yếu tố gia tăng tác động chứ chưa được mô hình hóa thủy lực - sinh thái chi tiết. Chuỗi số liệu sinh học hồi cứu phụ thuộc vào các đợt khảo sát độc lập của các đề án trước đó nên có sự gián đoạn nhất định về tần suất quan trắc liên tục qua các năm.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Cần phát triển các mô hình số trị tích hợp thủy văn - sinh thái (như mô hình sinh thái 2D/3D) để mô phỏng chi tiết dòng chảy trao đổi dinh dưỡng nội sinh từ bùn đáy dưới tác động đồng thời của nhiệt độ tăng và mưa cực đoan; mở rộng quan trắc liên tục chu kỳ nở hoa của vi khuẩn lam và độc tố vi tảo (microcystin) trong các điều kiện thời tiết cực đoan.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh và học viên cao học: Luận án là tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp luận nghiên cứu sinh thái học thủy vực trong mối liên hệ với khoa học biến đổi khí hậu; cung cấp quy trình thu mẫu, phân tích tương quan sinh địa hóa và áp dụng các chỉ số phú dưỡng ($\text{TSI}$, $\text{TRIX}$).
  • Đối với cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Các số liệu trong Chương 2, Chương 3 và hệ thống giải pháp SWOT trong Chương 4 cung cấp căn cứ khoa học trực tiếp cho Ủy ban nhân dân thành phố Hà Nội, Sở Tài nguyên và Môi trường, và Ban Quản lý Hồ Tây trong việc xây dựng kế hoạch hành động ứng phó với BĐKH, điều hành nạo vét đáy hồ, kiểm soát nguồn thải và bảo tồn cảnh quan đất ngập nước đô thị.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án sử dụng chuỗi số liệu khí hậu trong giai đoạn nào và từ trạm quan trắc nào?

Luận án thu thập và phân tích chuỗi số liệu khí hậu (nhiệt độ trung bình năm, trung bình tháng, nhiệt độ tối cao, nhiệt độ tối thấp, lượng mưa, số ngày mưa) trong 60 năm liên tục từ năm 1960 đến năm 2019 tại Trạm quan trắc khí tượng thủy văn Láng (Hà Nội). Ngoài ra, các đợt cực đoan thời tiết giai đoạn 2016–2020 được tổng hợp từ các báo cáo chuyên đề của Trung tâm Khí tượng Thủy văn.

2. Sự gia tăng nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến hiện tượng phú dưỡng và thành phần tảo tại Hồ Tây?

Nhiệt độ không khí và nhiệt độ nước tăng kích thích tốc độ trao đổi chất, đẩy nhanh quá trình chuyển hóa và giải phóng dinh dưỡng ($\text{N}$, $\text{P}$) từ trầm tích đáy, làm tăng cường độ quang hợp và gia tăng hàm lượng $\text{Chlorophyll-a}$. Điều này thúc đẩy chỉ số phú dưỡng ($\text{TSI}$) và tạo lợi thế sinh trưởng vượt trội cho nhóm Vi khuẩn lam (Cyanobacteria), dẫn đến sự suy giảm tỷ lệ các ngành tảo khác và gây ra hiện tượng nở hoa của nước.

3. Hai đợt quan trắc lấy mẫu thực địa của luận án được tiến hành vào thời gian nào và tại những vị trí nào?

  • Đợt 1 (Tháng 7/2020): Lấy mẫu nước tại 9 vị trí (gồm 7 vị trí cửa cống chính: Cống Cái, Xuân La, Trích Sài, Cống Đô, Trúc Bạch, Sheraton, Quảng An; và 2 vị trí giữa hồ trên, giữa hồ dưới) nhằm đánh giá hiện trạng chất lượng nước và mức độ phú dưỡng.
  • Đợt 2 (Tháng 1/2021): Lấy mẫu thực vật phù du tại 4 vị trí ven bờ quan sát thấy hiện tượng bùng phát tảo đậm đặc: đường Nhật Chiêu (HT1), đường Vệ Hồ (HT2), đường Trích Sài (HT3) và đường Nguyễn Đình Thi (HT4).

4. Thành phần khu hệ cá Hồ Tây đã biến đổi như thế nào theo thời gian?

Năm 1982, khu hệ cá Hồ Tây có nguồn gốc tự nhiên từ sông Hồng chiếm tới 75% (27 loài). Tuy nhiên, đến các cuộc điều tra năm 2011 và 2017, thành phần cá tự nhiên bị suy giảm mạnh do mất sinh cảnh ven bờ và suy giảm chất lượng nước; thay vào đó, các loài cá nuôi thả có khả năng chịu ô nhiễm (cá mè trắng, cá mè hoa, cá trôi ấn, cá chép) chiếm tỷ lệ ưu thế trong sản lượng đánh bắt.

5. Khung giải pháp của luận án được xây dựng dựa trên phương pháp nào?

Luận án áp dụng phương pháp phân tích ma trận SWOT (Điểm mạnh - Điểm yếu - Cơ hội - Thách thức) kết hợp với các nguyên tắc tiếp cận hệ sinh thái của IUCN và chiến lược phục hồi hệ sinh thái của Moss và cộng sự (2011), đề xuất 3 nhóm giải pháp trọng tâm: (1) Khôi phục và duy trì chất lượng nước, (2) Bảo tồn đa dạng sinh học, và (3) Phát triển hài hòa với quá trình đô thị hóa.

Kết luận

Luận án của tiến sĩ Nguyễn Trâm Anh đã đánh giá định lượng tác động của biến đổi khí hậu (trọng tâm là sự gia tăng nhiệt độ và các đợt cực đoan thời tiết) đến hệ sinh thái Hồ Tây thông qua các mắt xích tương quan sinh địa hóa, thực vật phù du và chất lượng nước. Công trình đã hệ thống hóa bức tranh diễn thế sinh thái, chất lượng nước và dịch vụ hệ sinh thái của hồ đô thị lớn nhất Hà Nội qua nhiều giai đoạn lịch sử. Trên cơ sở phân tích SWOT và tiếp cận hệ sinh thái, luận án đề xuất hệ thống giải pháp tổng thể nhằm giảm thiểu ô nhiễm, phục hồi đa dạng sinh học và phát triển bền vững Hồ Tây trong bối cảnh BĐKH và đô thị hóa.