CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM DINH DƯỠNG 1. Khái niệm ô nhiễm dinh dưỡng Ô nhiễm dinh dưỡng hay phú dưỡng hóa là hiện tượng nguồn nước trở nên dư thừa các chất dinh dưỡng và khoáng chất, đặc biệt là nitơ và phốt pho (Smith et al. Bên cạnh đó, hiện tượng này cũng được định nghĩa là sự gia tăng năng suất thực vật phù du do chất dinh dưỡng gây ra (Chapin et al.
Bởi vì dinh dưỡng từ nguồn nước sẽ thúc đẩy cho quá trình sinh trưởng và phát triển của các loài thực vật phù du, đặc biệt là các loài tảo. Nguyên nhân gây ra ô nhiễm dinh dưỡng Nguyên nhân gây ra hiện tượng ô nhiễm dinh dưỡng có thể đến từ các quá trình tự nhiên như sự phong hóa của đá và các khoáng vật, cháy rừng, hoạt động phát thải của động vật hoang dã hay sự trộn lẫn các dòng chảy bề mặt, tuy nhiên nguyên nhân chủ yếu vẫn là do các tác động từ hoạt động sinh hoạt và sản xuất nông - công nghiệp của con người (Vitousek et al. Quá trình công nghiệp hóa, đô thị hóa cùng với việc bùng nổ dân số đã dẫn đến nhu cầu ngày càng lớn về nơi ở và mở rộng sản xuất. Do đó, các khu đô thị, khu công nghiệp ven các thủy vực xuất hiện ngày càng nhiều và càng phát triển về quy mô.
Các khu vực này là nguồn phát thải các chất ô nhiễm ra môi trường. Nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư, nhà hàng, quán ăn sau khi thải ra sẽ theo các hệ thống kênh, rạch chảy vào các thủy vực gần đó, cung cấp một lượng lớn chất dinh dưỡng như nitơ và phốt pho vào trong môi trường nước (Smith el al. Nói đến nước thải sinh hoạt thì cũng phải nói đến nước thải công nghiệp. Trên thực tế, hàm lượng dinh dưỡng có trong nước thải công nghiệp là lớn hơn rất nhiều so với nước thải sinh hoạt, nhất là nước thải từ các ngành công nghiệp như sản xuất phân bón và chế biến thực phẩm (Javier et al.
Cùng với tốc độ phát triển của đô thị và quá trình công nghiệp hóa hiện nay, việc các nhà máy công nghiệp xuất hiện ngày càng nhiều hơn là điều đã được dự báo. Nước thải từ các nhà máy dù đã qua xử 5 lí tuy nhiên vẫn cung cấp một lượng đáng kể dinh dưỡng cho môi trường nước. Đó là chưa kể đến việc một số nhà máy còn xả thải trái phép các chất thải, nước thải chưa qua xử lí ra môi trường, gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Ngoài hoạt động công nghiệp, sự phát triển của các vùng canh tác nông nghiệp gần các thủy vực cũng là một trong các nguyên nhân chính gây ra hiện tượng ô nhiễm dinh dưỡng.
Vào giai đoạn mùa mưa, dưới tác động rửa trôi của nước mưa chảy tràn trên bề mặt, các chất thải, hóa chất, đặc biệt là phân bón được sử dụng trong nông nghiệp sẽ theo dòng chảy đổ vào các thủy vực gần đó (Carpenter et al. Phân bón nông nghiệp chứa hàm lượng rất lớn các chất dinh dưỡng, khi đổ vào các thủy vực sẽ làm tăng cao nồng độ các chất dinh dưỡng trong môi trường nước. Ngoài ra, các hoạt động nuôi trồng thủy sản tại các thủy vực cũng góp phần đáng kể vào việc nguồn nước bị phú dưỡng. Thức ăn thừa và chất thải trong quá trình nuôi trồng tôm, cá từ các khu nuôi trồng sẽ khuếch tán ra môi trường nước, gây ra sự gia tăng nồng độ các chất dinh dưỡng.
Tại Việt Nam, ô nhiễm dinh dưỡng chủ yếu phát sinh do việc quản lý chất thải chăn nuôi và sử dụng phân bón không hiệu quả. Mỗi năm, nguồn thải từ ngành chăn nuôi lên trên 80 triệu tấn, tuy nhiên, chỉ có khoảng 40-50% được xử lý, số còn lại được thải trực tiếp ra các ao, hồ, kênh, rạch. Bên cạnh đó, hiệu suất sử dụng phân bón ở nước ta cũng chỉ đạt trung bình 45-50% với phân đạm, 25-35% với lân, 60% với kali, trong khi phần còn lại bị thất thoát vào môi trường (Phạm, 2020). Tác hại của ô nhiễm dinh dưỡng Khi một tải lượng các chất ô nhiễm hữu cơ được thải vào môi trường nước, nó sẽ bị loại bỏ dần dần bởi hoạt động phân hủy của các vi sinh vật.
Hoạt động này làm giảm đáng kể lượng oxy hòa tan trong nước, làm các sinh vật trong nước thiếu oxy để hô hấp (Carpenter et al. Trong trường hợp một tải lượng lớn các chất ô nhiễm được thải ra, hoạt động phân hủy chất dinh dưỡng của các vi sinh vật càng diễn ra mạnh mẽ hơn, dẫn đến sự suy giảm nghiêm trọng nồng độ oxy hòa tan trong môi trường nước do sự tiêu thụ oxy trong quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật. Khi lượng oxy bị tiêu thụ lớn, đặc biệt là trong các khu vực yếm khí (thiếu oxy), quá 6 trình phân hủy kỵ khí sẽ diễn ra, làm sản sinh ra các chất khí như methane và hydrogen sulfide, gây ra mùi hôi và làm suy giảm chất lượng nước (Horne & Goldman, 1994). Ô nhiễm dinh dưỡng cũng là nguyên nhân dẫn đến các vấn đề môi trường khác, trong đó tảo nở hoa được xem là tác động phổ biến nhất của ô nhiễm dinh dưỡng (Smith et al.
Sự nở hoa ở tảo được định nghĩa là khi mật độ tế bào tảo gia tăng một cách nhanh chóng trong các thủy vực và gây ra các tác động xấu cho các sinh vật sống dưới nước (Anderson et al. Sự tác động và gây hại của tảo đến hệ sinh thái và các loài sinh vật chủ yếu được thể hiện qua hai hình thái là tạo ra độc tố và làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong môi trường nước. Một số loài tảo có khả năng phát sinh ra các loại độc tố, làm ngộ độc hệ sinh thái tại các thủy vực và gây chết hàng loạt các loài sinh vật sống trong môi trường nước. Các độc chất này còn có thể tích lũy bên trong những loài sinh vật, lan truyền theo chuỗi thức ăn, từ động vật phù du, các loài cá nhỏ, cá lớn, lan truyền đến con người qua đường ăn uống, gây ngộ độc hoặc thậm chí tử vong (Paerl & Otten, 2013).
Khi tảo nở hoa, sự phát triển dày đặc của các tế bào tảo sẽ phủ kín hết mặt nước, điều này gây cản trở việc oxy từ không khí khuếch tán vào môi trường nước (Smith et al. Hơn nữa, hoạt động hô hấp của tảo vào ban đêm với một mật độ tảo dày đặc cũng sẽ làm nồng độ oxy hòa tan trong nước sụt giảm nghiêm trọng, khiến cho sinh vật sống trong thủy vực không đủ oxy để hô hấp (Watzel, 2001). Nồng độ oxy trong nước vốn đã ít, lại không được bổ sung, dẫn đến việc thiếu oxy trầm trọng. Khi tảo chết đi thì quá trình phân hủy xác tảo lại tiêu tốn một lượng lớn oxy hòa tan, và với một mật độ tảo lớn chết đi thì lượng oxy tiêu tốn là rất lớn, dẫn đến việc hình thành các vùng chết vì cạn kiệt hoàn toàn oxy hòa tan trong nước (Carpenter et al.
Ô nhiễm dinh dưỡng còn làm cho độ đục của nước tăng lên và làm giảm ánh sáng cho các thực vật thủy sinh quang hợp (Smith et al. Các chất thải hữu cơ cũng lắng xuống làm thay đổi đặc tính và cấu trúc của nền đáy. Sự tích tụ chất hữu cơ và thay đổi nền đáy có thể ảnh hưởng đến các loài sinh vật sống ở đây, chẳng hạn như động vật không xương sống, cá đáy và các loại thực vật thủy sinh khác (Dodds & Whiles, 2010). Các loài sinh vật này có thể bị thiếu oxy hoặc mất nơi cư trú do sự 7 thay đổi cấu trúc và chất lượng của nền đáy.
Bên cạnh đó, quá trình phân hủy của chất hữu cơ đã lắng xuống nền đáy cũng có thể phóng thích các chất dinh dưỡng như nitrat và photphat trở lại môi trường nước, góp phần gây ra hiện tượng phú dưỡng và nở hoa của tảo, tạo ra một vòng luẩn quẩn của ô nhiễm dinh dưỡng (Wetzel, 2001). Tóm lại, ô nhiễm dinh dưỡng là tác nhân gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng vì nó góp phần làm suy giảm chất lượng nước, phá hủy hệ sinh thái và môi trường sống của nhiều loài động-thực vật. Lượng nitơ và phốt pho dư thừa sẽ kích thích tảo phát triển mạnh hơn nhiều so với mức môi trường có thể tiếp nhận, từ đó gây ra hiện tượng tảo nở hoa gây hại và hình thành nên các vùng chết - nơi mà hầu hết các loài sinh vật thủy sinh không thể tồn tại. TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM 1.
Khái niệm Viễn thám là một ngành khoa học có lịch sử phát triển lâu đời, nghiên cứu thông tin về các sự vật, hiện tượng gián tiếp dựa trên các nguồn dữ liệu thu thập được bằng các phương pháp chụp ảnh như hàng không, ảnh radar, ảnh vệ tinh. Trên thực tế có nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, tuy nhiên mọi định nghĩa đều có nét chung cho rằng viễn thám là một ngành khoa học thu thập các thông tin về các sự vật, hiện tượng trên Trái Đất một cách gián tiếp từ một khoảng cách nhất định (Lê, 2015). Cơ sở tư liệu của viễn thám là sóng điện từ được phát xạ hoặc bức xạ từ các vật thể, các đối tượng trên bề mặt trái đất, trong những điều kiện khác nhau thì khả năng phản xạ hoặc bức xạ của sóng điện từ sẽ có những đặc trưng riêng. Sóng điện từ có 4 tính chất cơ bản bao gồm: bước sóng, hướng lan truyền, biên độ và mặt phân cực.
Mỗi một thuộc tính cơ bản này sẽ phản ánh nội dung thông tin khác nhau của vật thể, phụ thuộc vào thành phần vật chất và cấu trúc của chúng, làm cho mỗi đối tượng được xác định và nhận biết một cách duy nhất. Sóng điện từ phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể trên bề mặt trái đất sẽ được thu nhận bằng các hệ thống thu ảnh coi là bộ cảm (sensor) (Hình 1. Các bộ cảm được lắn đặt trên các phương tiện (platform) như kinh khí cầu, máy bay hoặc vệ tinh. Xử lý, phân tích, giải đoán (interpretation) 8 các dữ liệu ảnh viễn thám sẽ cho ra các thông tin về đối tượng cần nghiên cứu (Lê, 2015).
Khi vệ tinh Landsat-1 được phóng không gian vào năm 1972, những ứng dụng của kỹ thuật viễn thám trong lĩnh vực giám sát môi trường và quản lý tài nguyên thiên nhiên đã bắt đầu được nghiên và trở thành một phương pháp hiệu quả trong việc giám sát, theo dõi và cập nhật thông tin của các đối tượng trên các khu vực nghiên cứu hay toàn bộ lãnh thổ.