Chương I TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước 1. Rừng và không khí Thành phần không khí được thể hiện ở bảng 1.1 như sau: Bảng 1.1: Thành phần không khí trong khí quyển Thành phần không khí Độ ẩm Chỉ tiêu tính (%) N2 O2 CO2 Ar Hơi (%) (%) (%) (%) nước Theo khối lượng khô 0 78,1 20,85 0,034 0,95 0 Theo trọng lượng khô 0 75,6 23,05 0,047 1,30 0 Theo khối lượng ẩm 60 75,3 22,85 0,046 1,29 0,53 Theo trọng lượng ẩm 90 74,7 22,75 0,046 1,28 1,2 Nitơ là nhân tố sinh tồn của thực vật, lượng nitơ trong không khí hầu như không thay đổi. Thực vật bậc cao chỉ sử dụng được nitơ khi đã qua sự chế biến của vi sinh vật.
Oxy chủ yếu do quá trình quang hợp của thực vật màu xanh. Hàng năm, thực vật giải phóng ra khoảng 43,1010 tấn O2, Khí Cacbonic (CO2) trong khí quyển không ngừng tăng lên, - Từ năm 1890 - 1935, CO2 tăng lên từ 0,029 đến 0,032% - Từ năm 1970 đến nay CO2 tăng lên từ 0,0326 đến 0,034% 4 Nguyên nhân chính làm tăng CO2 trong khí quyển là do sử dụng nguyên liệu hóa thạch, giao thông, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và mất rừng,… Trong hoạt động sống, rừng lấy CO2 của khí quyển để tổng hợp các hợp chất hữu cơ và tạo ra ôxy. CO2 + H2O C6H12O6 + O2 Nhu cầu CO2 đối với thực vật khoảng 59,1010 tấn/năm. Theo (Brown và Pearce, 1994), một khu rừng nguyên sinh có thể hấp thu được 280 tấn carbon/ha và sẽ giải phóng 200 tấn Ô xy, rừng trồng có thể hấp thụ khoảng 115 tấn carbon và con số này sẽ giảm từ 1/3 đến 1/4 khi rừng bị chuyển đổi sang canh tác nông nghiệp.
Xét trên phạm vi toàn cầu, số liệu thống kê năm 2003 cho thấy lượng carbon lưu giữ trong rừng khoảng 800 - 1. Trong một năm rừng hấp thu khoảng 100 tỷ tấn khí carbonnic và thải ra khoảng 80 tỷ tấn oxy. Nếu quy đổi thành tiền theo cơ chế phát triển sạch thì giá trị cố định/lưu trữ carbon của rừng là từ 14.350 tỷ USD và hàng năm giá trị hấp thu khí carbonnic khoảng 1. Trong quá trình hoạt động kinh doanh của con người hàng năm đã đưa chất thải vào sinh quyển gần 4 tỷ tấn các chất bẩn gây ô nhiễm, trong đó có các khí SO2, NO2, CO2, CIF3, CIF5, Cl2, SF6, một số chất hydrocarbon, O3 và 200-300 triệu tấn bụi (Phạm Xuân Hoàn, 2005).
Hệ sinh thái rừng đóng vai trò lớn trong việc điều hòa môi trường sống, làm giảm sự ô nhiễm môi trường vì nó là “nhà máy” sản xuất ra O2, tiêu thụ CO2, là “lá phổi” của trái đất. Rừng hấp thụ và làm giảm sự tập trung các khí độc trong khí quyển như: H2S, NO2, NO, HF, HCl, NH3, CH4, CO, oxyt chì., đặc biệt là oxyt cacrbon và oxyt chì. Trong một năm, 1 ha rừng Giẻ tiết ra không khí 14 tấn O2. Các loài 5 cây gỗ và cây bụi có thể tích luỹ 100-1000 mg oxyt chì trong một kg lá khô, 1 ha rừng có thể hấp thụ được 40 kg H2S, 100 kg HCl, 20-25 kg CH4,… (Trần Công Minh, 2007).
Theo (Nguyên Xuân Cự và Đỗ Đình Sâm, 2010), một ha rừng lá rộng có thể tạo ra 2-3 kg các chất phytonxid trong một ngày đêm, rừng lá kim chừng 5kg, một ha rừng thông trong một mùa sinh trưởng có thể tiết ra không khí các hợp chất oxi hóa nhẹ từ 370-420 kg. Phytonxid của cây rừng có khả năng cải thiện thành phần không khí… bồi dưỡng sức khỏe cho con người, cho nên người ta gọi nó là “vitamin” của khí quyển. (Nowak và cs, 2006) một ha rừng cây xanh đô thị trong một năm có thể ngăn cản và làm sạch được 70-80 tấn bụi và làm giảm 30-40% lượng bụi trong không khí, 1ha rừng thông ngăn cản được 38 tấn bụi, 1ha rừng Giẻ ngăn cản được 68 tấn bụi. Từ kết quả nghiên cứu trên ta có nhận xét sau: Rừng là lớp thảm thực vật có tác dụng lớn nhất trong việc chống ô nhiễm môi trường.
Rừng là "lá phổi xanh" của trái đất, nhả O2 và hấp thụ CO2 của khí quyển trong quá trình đồng hoá của cây với môi trường. Rừng có tác dụng cung cấp các dịch vụ môi trường: Bảo tồn đa dạng sinh học, tích lũy carbon, bảo vệ đầu nguồn, vẻ đẹp cảnh quan. Nghiên cứu đã xác định cơ cấu giá trị cho các loại dịch vụ môi trường của rừng là: Hấp thụ carbon chiếm 27%; Bảo tồn đa dạng sinh học chiếm 25%; Bảo vệ đầu nguồn chiếm 21%; Vẻ đẹp cảnh quan chiếm 17% và giá trị khác chiếm 10% (Natasha Land- Mill và Ina Porras, T, 2002). Rừng có vai trò rất quan trọng trong giảm thiểu và thích ứng biến đổi khí hậu toàn cầu.
Rừng làm sạch bầu khí quyển, giữ cân bằng lượng O2 và CO2 trong không khí duy trì sự sống trên hành tinh chúng ta, vì vậy cần phải đầu tư nguồn lực nghiên cứu sâu, rộng hơn giá trị dịch vụ môi trường rừng cho từng 6 loại hình kinh doanh rừng và từng loại cây rừng để có cơ sở khoa học chi trả giá trị dịch vụ môi trường rừng. Các kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của một số anions, cations và các vật liệu bụi đến sinh trưởng của cây rừng Hiện nay trên thế giới có nhiều nghiên cứu đánh giá mức độ ô nhiễm không khí ảnh hưởng đến con người và hệ sinh thái rừng như (Fuhong Kuang và cs, 2016). Hay đặc biệt hơn là các nghiên cứu về phản ứng của thực vật với nồng độ NOx, NHx trong khí quyển tăng cao của (Carly J. Cũng như SO2 ở nồng độ cao, kết quả nghiên cứu của (ShiyaoLi và ShaodongXie, 2016) chứng minh rằng nồng độ SO2 trung bình hàng năm cao nhất ở giữa Saybagh với giá trị 44 μg/m3.
Các nghiên cứu đều khẳng định thực vật tiếp xúc với nồng độ cao chất ô nhiễm đều bị tổn thương biểu hiện rõ ràng nhất là trên lá cây. Các bệnh về lá cây bắt đầu xuất hiện như: Peroxyacyl nitrate là nguyên nhân của tình trạng được gọi là lá bạc, mặt dưới của lá chuyển sang màu trắng bạc hoặc đồng. Trong sự xuất hiện, sự đổi màu xảy ra giữa các tĩnh mạch, đốm, nhiễm trùng, mất nước, lá quăn, hoại tử và các triệu chứng khác. Nó làm giảm khả năng quang hợp và phát triển của cây, có thể dẫn đến chết cây.
Điều này xảy ra là do NOx và SO2 là hai thành phần chính tạo lên mưa axit khi nó tác dụng với nước. Khi thực vật sống trong môi trường nồng độ axit cao việc bị bệnh là không thể tránh khỏi. Thiệt hại SO2 cho cây có thể được chia thành thiệt hại cấp tính và thiệt hại mãn tính. Tổn thương cấp tính, thực vật khi tiếp xúc với nồng độ SO2 cao trong thời gian ngắn sẽ bị tổn thương cấp tính.
Việc làm nhanh chóng của chlorosis là một màu vàng của mô lá do thiếu chất diệp lục. Thiệt hại mãn tính là thực vật tiếp xúc với nồng độ SO2 thấp trong một thời gian dài, lá dần dần bị vàng hoặc không có triệu chứng rõ ràng, tuy nhiên tại thời điểm này thực vật bị hư hỏng về mặt sinh lý, sẽ cho thấy hiện tượng loạn sản, giảm năng suất. 7 Khả năng chịu đựng của cây là những cây có tỷ lệ lá rụng <10% khi tiếp xúc với không khí bị ô nhiễm. Nồng độ NO, NO2 là 30 μg/m3 và SO2 là 20 μg/m3 hàng năm (phơi nhiễm "mãn tính") hoặc phơi nhiễm không khí là 1,6 - 2,6ppm NO, NO2 trong 48 giờ hoặc 2ppm SO2 trong 1 giờ (nhiễm trùng cấp tính khô) (Huỳnh Thị Minh Hằng, 2007).
Mưa axit cũng có thể hòa tan một số bụi kim loại và ôxit kim loại bay lơ lửng trong không khí như ôxit chì. và trở nên độc hại với cây cối (Muhammad Shahida và cs, 2017). Các hạt bụi lắng đọng trên bề mặt lá như hạt siêu mịn và thô (PM1, PM2.5 và PM10) ví dụ như bụi xi măng, tro bay, bụi than… sẽ được cây đánh chặn để giảm thiểu nồng độ ô nhiễm. Nhưng với nồng độ cao và trong thời gian dài thì các hạt vật chất này cũng sẽ có ảnh hưởng xấu nhất định đến thực vật.
Nghiên cứu của (Ogunbileje J.O và cs, 2013) khẳng định Ngoài canxi (Ca) các kim loại như Cu, Mn, Fe, Cr, Zn, Hg, Cd và Pb có thể tìm thấy trong bụi xi măng ở nhiều mức khác nhau. Nghiên cứu của (Advanio InácioSiqueira- Silva và cs, 2017), (Prabhat Kumar Rai, 2016) trình bày PM ảnh hưởng đến đặc tính sinh lý của cây. Vật chất hạt có thể ngăn ngừa sự phát triển, năng suất, khả năng ra hoa và sinh sản của cây. Khi tro trên lá, nó sẽ cản trở sự hấp thụ ánh sáng mặt trời cho quang hợp, và cũng ảnh hưởng đến sự tổng hợp của tinh bột.
Điều này có thể dẫn đến tắc nghẽn lỗ thông khí và ảnh hưởng đến trao đổi khí ở lá. Khi các hạt hấp thụ trên bề mặt lá, chúng có thể xâm nhập vào lá thông qua sự mở của lỗ khí và ảnh hưởng các hoạt động sinh lý của thực vật bằng độc tính của chúng, như ức chế sự phát triển của cây hoặc làm giảm tốc độ quang hợp (Shukla và cs, 1990), (Jahan và Iqbal, 1992), (Saha và Padhy, 2011). Nhưng những ảnh hưởng này không phải là ảnh hưởng đồng đều đến các loài cây mà mỗi loại cây có khả năng chịu đựng mức độ ô nhiễm khác nhau. Cũng như nhu cầu sử dụng các loại dinh dưỡng khác nhau do đặc điểm cấu trúc hình thái và đặc tính sinh vật học quy định.
Vì vậy đề tài là đánh giá mức độ ngăn chặn, lắng đọng, trao đổi chất của cây với môi trường ô nhiễm là điều rất cần 8 thiết. Để có thể đưa ra những kết luận chính xác cho từng loại cây và làm cơ sở khoa học cho việc lựa chọn cây trồng thích ứng với biến đổi khí hậu. Các nhân tố hình thái thực vật ảnh hưởng tới khả năng đánh chặn chất ô nhiễm của thực vật Trên thực tế có rất nhiều nhân tố gây ảnh hưởng đến khả năng đánh chặn của thực vật. Một trong nhưng nhân tố quan trọng đó là hình dạng, hình thái học và chỉ số diện tích lá (Udeshika Weerakkody và cs, 2018) và (Wang, H và cs, 2014) trình bày rằng lá nhỏ và hình dạng lá phức tạp cho thấy một khả năng lớn hơn để nắm bắt và giữ lại các loại hạt ô nhiễm.
Lông lá (trichome), bề mặt sáp bảo vệ lá (epicuticular wax), rìa và bề mặt lá thuận lợi để nắm bắt và giữ PM. Nghiên cứu của (Fathizadeh.