CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VỀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN HỆ SINH THÁI HỒ 1.1 Tổng quan về tác động của biến đổi khí hậu đối với hệ sinh thái hồ Các đặc điểm cơ bản của hệ sinh thái hồ đô thị Hệ sinh thái hồ đô thị là một hệ thống mở hoàn chỉnh gồm các thành phần hữu sinh (quần xã) và các thành phần phi sinh học như không khí, nước và đất khoáng (gọi chung là sinh cảnh). Các thành phần hữu sinh và phi sinh học tương tác thông qua các chu trình dinh dưỡng và dòng năng lượng. Hệ sinh thái bao gồm tương tác giữa các sinh vật và giữa các sinh vật với môi trường của chúng [16]. Năm thành tố để duy trì trạng thái ổn định của hệ sinh thái hồ: (1) Hình dáng (hình dáng và đặc trưng của vực nước) (2) Lượng nước; (3) Chất lượng nước; (4) Hệ thực vật (trên bờ và thủy sinh); (5) Hệ động vật (có và không có xương sống thủy sinh).
Hồ đô thị thuộc loại hồ nông có điều kiện quang hợp tốt và khả năng phú dưỡng cao [16]. Biến đổi khí hậu và các đặc trưng của biến đổi khí hậu Biến đổi khí hậu Theo Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC), biến đổi khí hậu là sự biến đổi về trạng thái của hệ thống khí hậu, có thể được nhận biết qua sự biến đổi về trung bình và sự biến động của các thuộc tính của nó, được duy trì trong một thời gian dài, điển hình là hàng thập kỷ hoặc dài hơn. BĐKH có thể do các quá trình tự nhiên bên trong hệ thống khí hậu hoặc do tác động thường xuyên của con người, đặc biệt tăng hiệu ứng nhà kính làm thay đổi thành phần cấu tạo của khí quyển [75]. 8 Các đặc trưng của biến đổi khí hậu toàn cầu Các đặc trưng của BĐKH toàn cầu quan trắc được trong thời gian 150 năm qua: (i) Biến đổi của nhiệt độ: nhiệt độ tăng rõ rệt ở tất cả các đại dương và châu lục; (ii) Biến đổi lượng mưa: xu thế biến đổi khác nhau ở các khu vực và tiểu khu vực;(iii) Hạn hán và dòng chảy: hạn hán có xu hướng tăng lên và dòng chảy của các dòng sông trên thế giới có xu hướng biến đổi sâu sắc từ thập kỷ này sang thập kỷ khác và giữa các năm trong cùng thập kỷ; (iv) Biến đổi của xoáy thuận nhiệt đới: có sự gia tăng cường độ và thời gian của xoáy thuận nhiệt đới đặc biệt ở khu vực Bắc Thái Bình Dương, Tây Nam Thái Bình Dương, Ấn Độ Dương;(v) Biến đổi nhiệt độ ở các vùng cực và băng quyển: phạm vi băng phủ giảm đi và nhiệt độ trên đỉnh lớp băng vĩnh cửu tăng lên [40].1 Tác động biến đổi khí hậu đến các thành phần phi sinh học của hệ sinh thái hồ đô thị Tác động của BĐKH đến nhiệt độ và thành phần phi sinh học của hệ sinh thái hồ Nhiệt độ nước là một trong những yếu tố bị ảnh hưởng rõ rệt khi nhiệt độ không khí tăng lên.
Các nghiên cứu thực hiện tại Phòng thí nghiệm Jet Propulsion của NASA (JPL) ở California sử dụng dữ liệu vệ tinh cho thấy trong 25 năm qua, các hồ lớn nhất thế giới đang dần nóng lên, có thể tới 4°F (2. Xu hướng này cao gấp hai lần so với chênh lệch nhiệt độ không khí cùng kỳ, tức là nhiệt độ của nước hồ ấm lên nhanh hơn nhiều so với nhiệt độ của không khí. Thông qua một mạng lưới các công cụ để theo dõi hồ trên thế giới, một tổ chức gồm những nhà khoa học nghiên cứu về vấn đề này cũng đã được thành lập vào năm 2010, bao gồm 50 thành viên nghiên cứu các hồ lớn trên thế giới (hồ Tahoe ở Bắc Mỹ, hồ Baikal ở Nga, hồ Tanganyika ở Đông Phi) đã tiết lộ rằng 95% các hồ trên thế giới đang nóng lên. Một nghiên cứu khác, 9 sử dụng các dữ liệu vệ tinh của Châu Âu ghi lại thời gian từ 1992 -2011 chỉ ra rằng các hộ tại Bắc Mỹ và Bắc Âu đang ấm lên nhanh hơn, làm nảy sinh các vấn đề chất lượng nước và tăng lượng tảo độc; Các chuyên gia cũng dự đoán rằng sự tan chảy của các lớp bằng bao phủ trên hồ sẽ tăng, ảnh hưởng đến chất lượng nước và mực nước hồ [72].
Cùng với nhiệt độ, các yếu tố phi sinh học khác của hồ cũng bị tác động dưới điều kiện BĐKH. Theo nghiên cứu của Jacoby (Mỹ) và cộng sự (1990), các yếu tố khí hậu như nhiệt độ, ẩm độ, cường độ chiếu sáng, mưa, gió có tác động đến thủy văn hồ, thành phần hóa học nước hồ, chế độ sinh thái hồ. Đồng thời các yếu tố này có tác động tương hỗ trong hệ sinh thái thủy vực.1 miêu tả các tác động tương hỗ giữa các yếu tố khí hậu, thủy văn, thành phần hóa học nước hồ, sinh thái hồ [76]. Kết quả cho thấy, các yếu tố khí hậu (nhiệt độ, cường độ chiếu sáng, lượng mưa, ẩm độ) thay đổi có ảnh hưởng tới các yếu tố phi sinh học trong hồ.
Các thông số thủy lý (nhiệt độ, độ đục), và nồng độ các thông số thủy hóa (hàm lượng oxy hòa tan, .), sinh trưởng của tảo trong nước của hồ thay đổi theo chiều hướng gia tăng hoặc giảm dưới tác động của các yếu tố khí hậu. Trong đó nhiệt độ không khí có tác động tới nhiều yếu tố phi sinh học và hữu sinh ở hồ, đặc biệt làm tăng sinh trưởng của tảo và dinh dưỡng trong hồ.1: Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu tới yếu tố sinh thái của hồ Ảnh hưởng tới Ảnh hưởng từ St If Fl Dr El Rt Wl Ox Ca Nu Sa pH Gs Fs Bg Yếu tố khí hậu Nhiệt độ o + o o o o o o + + + o + Ẩm độ o + - o - + o o Cường độ chiếu sáng o + o o o o o + o o Mưa o o + - + - + o o o - o o Gió o + o o + o o o o o o o Sự phân tầng (St) o o o o o o o o o o Thời kỳ đóng băng hồ (If) o o o o o o o + o + Chế độ Thủy văn Lụt (Fl) o + - + - + o o o - o o o o Khô hạn (Dr) o o - o + - o o o + o o o o Xói mòn (El) o o o o + + o o o Nguồn: Jacoby, 1990 [76] Ghi chú: St (Stratification): Phân tầng Sa (Salinity): Độ mặn Lf (Ice – free period): Thời kỳ không đóng băng Gs (Growth – season length): Thời gian sinh trưởng Fl (Floods): Lụt lội Fs (Food chains): Chuỗi thức ăn Dr (Drought): Khô hạn Bg (Blue- green algae): Tảo El (Erosion, loading): Xói mòn (+): Ảnh hưởng cùng chiều; Wl (Water level): Mực nước (-): Ảnh hưởng trái chiều; Ox (Oxygen): Oxy (o): Các tác động chưa xác định Ca (Carbon dioxide): CO2 Không đánh dấu: Không có ảnh hưởng. Nguồn dinh dưỡng ngoại lai được phân biệt bởi nguồn dinh dưỡng điểm (point source) và nguồn dinh dưỡng phân tán (diffuse source). Nguồn dinh dưỡng điểm là nguồn dinh dưỡng từ các khu dân cư, các khu công nghiệp qua các đường cống chảy vào hồ.
Nguồn dinh dưỡng phân tán là nguồn thải vào hồ qua các quá trình rửa trôi, xói mòn do mưa và do sử dụng nước trên vùng lưu vực của hồ không qua hệ thống cống cố định. Nguồn dinh dưỡng nội tại có nguồn gốc từ quá trình phân hủy, khoáng hóa lượng dinh dưỡng thải ra trong quá trình sống của sinh vật tích tụ trong lớp trầm tích đáy. Chất lượng nước mặt của hồ phản ánh trực tiếp lượng hóa chất nhận được từ các nguồn dinh dưỡng đó. Cũng theo tác giả Jacoby (1990), các vấn đề về chất lượng nước hồ được chia thành 8 nhóm như sau: phú dưỡng, thiếu oxy, vệ sinh hồ, mặn hóa, axit hóa, gia tăng hàm lượng các chất độc và các ô nhiễm liên quan đến nhiệt.
Theo tác giả, thông qua việc đánh giá tác động BĐKH đối với các yếu tố thủy lý, thủy hóa như bảng trên đã trình bày cho thấy chất lượng nước bị ảnh hưởng rõ rệt khi các yếu tố này thay đổi [76]. Kết quả trình bày bảng 1.2: Tác động của biến đổi khí hậu tới chất lượng nước hồ Các vấn đề tác động Nguyên nhân E O H S A X M T Khí hậu Nhiệt độ + + o + + Ẩm độ - + Bức xạ mặt trời o + + + + Mưa - + o - Gió o - + o o o - Nhiệt và thủy lực Phân tầng o o o o o o Chu kì đóng băng + o o o + Thủy văn Lụt o o + - o o o - Hạn hán o o + o o + Xói mòn + + + + o + + Thời gian lưu + + o + o + o + Tảo lục + + + + + Các vấn đề Phú dưỡng(E) + - + + Thiếu oxy (O) + + + Vệ sinh Mặn hóa (S) - o Axit hóa (A) - + - Độc tố (X) Độ đục (M) o + + + Nhiệt (T) + + o + Nguồn: Jacoby, 1990 [76] Ghi chú: E (Eutrophication): phú dưỡng; O (Oxygen depletion): thiếu oxy; H (Hygienic problems): các vấn đề vệ sinh; S (Salinization): Mặn hóa; A (Acidification): axit hóa; X (Toxic and substances cumalative): các chất độc và tích lũy; M (Turbidity and suspended mater): các vấn đề về đục và huyền phù và T (Thermal problems): Các vấn đề liên quan đến nhiệt; (+): Ảnh hưởng cùng chiều; (-): Ảnh hưởng trái chiều; (o): Các tác động chưa xác định, hoặc các trường hợp cụ thể; Không đánh dấu: Không có ảnh hưởng. Tác động của nhiệt độ gia tăng đối với chất lượng nước Hiện tượng phú dưỡng là một trong những vấn đề được nhiều nghiên cứu đề cập đến khi đánh giá tác động của BĐKH đối với chất lượng nước hồ. 13 Một trong những nguyên nhân khá phổ biến được nhiều nghiên cứu nhận định là do tác động của nhiệt độ tăng.
Theo Mulholland (1997) nhiệt độ không khí tăng kết hợp với nhiệt độ nước và nồng độ CO2 tăng. Khi các yếu tố này tăng sẽ làm tăng năng suất sinh học và phân hủy do quá trình đồng hóa tăng, các hoạt động sinh học của tầng nước mặt tăng. Quá trình tăng năng suất sẽ dẫn đến thay đổi chu trình dinh dưỡng và thúc đẩy sự phú dưỡng trong hệ thủy sinh với việc thừa dinh dưỡng và yêu cầu oxy gia tăng. Chất lượng nước qua đó cũng bị suy giảm [87].
Nhiệt độ tăng làm tăng năng suất tối đa từ đó làm tăng tình trạng phú dưỡng của hồ [83].