PHẦN MỞ ĐẦU Phân giới thực vật là một bộ phận quan trọng cấu thành nên sinh giới. Chúng rất phong phú và đa dạng về thành phần loài, khu vực phân bố và cả môi trường sống. Một bộ phận thực vật trong quá trình tiến hóa thích nghi với đời sống ẩm ướt và chịu ngập được gọi là thực vật đất ngập nước. Hiện nay, việc tìm hiểu và nghiên cứu nhóm thực vật này đang ngày càng thu hút sự quan tâm của rất nhiều các nhà khoa học, đặc biệt là nghiên cứu về mức độ đa dạng, vai trò và khả năng sử dụng chúng để xử lý ô nhiễm môi trường nước.
Phương pháp xử lý này đã và đang được ứng dụng phổ biến ở nhiều quốc gia trên thế giới với các kết quả mang lại rất khả quan. Đối với Việt Nam, đây là loại hình công nghệ tương đối mới nhưng sẽ là một hướng đi bền vững vì những lợi ích vượt trội mà nó mang lại: hiệu quả tốt, tính kinh tế cao và rất thân thiện với môi trường. Sông Nhuệ, sông Đáy chảy qua địa phận tỉnh Hà Nam là một nguồn tài nguyên phong phú góp phần vào sự phát triển kinh tế xã hội của khu vực. Hệ thống sông cung cấp nước sinh hoạt cho người dân, phục vụ tưới tiêu nông nghiệp, sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp… Đây còn là nguồn lợi dồi dào của cư dân sống hai bên lưu vực sông thông qua việc đánh bắt hay nuôi trồng thủy sản.
Ngoài ra đây còn là hệ thống tiêu thoát nước cho thành phố Hà Nội. Tuy nhiên, sự phát triển kinh tế xã hội, tốc độ đô thị hóa, dân số tăng nhanh của tỉnh Hà Nam và các khu vực lân cận đã gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái, khiến nó không còn giữ nguyên được trạng thái cân bằng ban đầu. Các nguồn nước thải ngoại tỉnh và nội tỉnh bao gồm nước thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp và các làng nghề chưa được xử lý đúng theo tiêu chuẩn quy định mà thải bỏ trực tiếp vào nguồn nước tiếp nhận là nguyên nhân làm cho môi trường nước sông Nhuệ, sông Đáy ngày càng ô nhiễm nghiêm trọng, nhất là vào mùa nước kiệt. Hậu quả là ảnh hưởng đến mức độ đa dạng sinh học của hệ sinh thái lưu vực sông, trong đó có thực vật đất ngập nước.
Để phục vụ công tác quản lý và sử dụng bền vững hệ sinh thái thủy vực, đề xuất giải pháp góp phần cải thiện chất lượng nguồn nước sông Nhuệ, sông Đáy, Nguyễn Thị Việt Nga 1 K18 – Cao học Môi trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học chúng tôi thực hiện đề tài “ Nghiên cứu tính đa dạng thực vật đất ngập nước của sông Nhuệ - Đáy (phần chảy qua tỉnh Hà Nam) và khả năng sử dụng chúng để xử lý ô nhiễm môi trường” với các mục tiêu: - Đánh giá hiện trạng đa dạng sinh học của thực vật đất ngập nước lưu vực sông Nhuệ, sông Đáy (phần chảy qua tỉnh Hà Nam) và giá trị sử dụng của chúng. - Tìm hiểu khả năng sử dụng một số loài thực vật đất ngập nước trong việc xử lý ô nhiễm môi trường nước. - Định hướng một số mô hình hợp lý cho việc xử lý ô nhiễm môi trường nước sông Nhuệ, sông Đáy. Nguyễn Thị Việt Nga 2 K18 – Cao học Môi trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Thực vật đất ngập nƣớc 1.1 Khái niệm thực vật đất ngập nước - Công ước Ramsar định nghĩa: “Đất ngập nước là những vùng đầm lầy, than bùn hoặc vùng nước bất kể là tự nhiên hay nhân tạo, thường xuyên hay tạm thời, có nước chảy hay nước tù, là nước ngọt, nước lợ hay nước biển kể cả những vùng nước biển có độ sâu không quá 6 mét khi triều thấp” [14].
- Thực vật đất ngập nước: là thuật ngữ được sử dụng để định nghĩa cho thực vật thủy sinh, những loài thích nghi và phát triển trong môi trường ẩm ướt và chịu ngập hoặc sống trong nước.2 Các dạng sống của thực vật đất ngập nước Theo Arber (1920) [31], dựa trên đặc điểm hình thái, có thể chia các dạng sống của thực vật đất ngập nước bao gồm: 1) Thực vật nổi 2) Thực vật ngập nước 3) Thực vật lá nổi: a) có rễ và b) nổi tự do Phân loại này được sử dụng cho thực vật thân thảo, cây thân gỗ và cây bụi.1 Thực vật nổi Thực vật nổi là những dạng chiếm ưu thế trong vùng đất ngập nước và đầm lầy, phát triển trong một phạm vi mực nước từ 0,5m dưới mặt đất đến độ sâu 1,5m hoặc sâu hơn nữa (Hình 1. Nói chung, chúng có thân và lá cây tiếp xúc với không khí và hệ thống rễ lớn. Thân và lá của thực vật nổi có nhiều điểm tương đồng với các loại thực vật trên mặt đất về hình thái học và sinh lý. Các cây một lá mầm, chẳng hạn như các loài Sậy, Cỏ nến hình thành các lá thẳng đứng từ hệ thống thân rễ và rễ.
Thành cellulose của tế bào dày, tạo độ cứng cần thiết. Hệ thống rễ và thân rễ của các loại cây này tồn tại vĩnh viễn trong trầm tích kỵ khí và phải lấy ôxy từ các cơ quan trên không để phát triển. Tương tự, những tán lá non dưới nước phải có khả năng hô hấp kị khí trong thời gian ngắn cho đến khi Nguyễn Thị Việt Nga 3 K18 – Cao học Môi trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học sống được trên mặt nước. Khi lá đã nổi lên môi trường không khí, các kênh khí trong tế bào và lỗ hổng tăng về kích thước, do đó tạo điều kiện trao đổi khí giữa các mô rễ và khí quyển (Wetzel, 2001) [55].
Các loại cây này thích nghi để phát triển trong đất ngập nước nhờ các khoảng trống lớn để vận chuyển ôxy cho rễ và thân rễ. Một phần của oxy có thể rò rỉ vào vùng rễ xung quanh, tạo điều kiện oxy hóa trong môi trường thiếu ôxy khác và kích thích phân hủy các chất hữu cơ và vi khuẩn nitrat phát triển (Brix và Schierup, 1989) [33].1: Thực vật nổi [54] Thực vật nổi đồng hóa các chất dinh dưỡng từ trầm tích và hoạt động như máy bơm chất dinh dưỡng và đóng một vai trò quan trọng trong thay đổi N, P, và K theo mùa (Atwell và cộng sự, 1980; Agami và Waisel, 1986) [32, 30]. Quá trình này xảy ra giống các thực vật trên cạn, nhiều chất dinh dưỡng (thường là > 90%) được sử dụng, tái sử dụng trong quá trình tăng trưởng, và được lưu giữ trong các mô trên mặt đất của thực vật đất ngập nước được di chuyển trở lại và được lưu trữ trong các Nguyễn Thị Việt Nga 4 K18 – Cao học Môi trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học mô rễ dưới nước (DeLucia và Schlesinger, 1995) [39]. Các ion được giải phóng trong quá trình lão hóa và phân hủy có thể được đưa vào nước hoặc trầm tích nhưng trong cả hai trường hợp, hệ vi khuẩn độc lập phát triển mạnh mẽ có mặt hầu hết ở nơi các chất dinh dưỡng được giải phóng.
Hiệu quả thực chất của thực vật nổi là chuyển các chất dinh dưỡng từ đất đến mặt nước qua lọc và vận chuyển mùn bã hữu cơ, nhất là cuối mùa tăng trưởng (Richardson và Marshall, 1986) [48]. Carbon dioxide trong khí quyển là nguồn cacbon vô cơ quan trọng của thực vật nổi (Singer và cộng sự, 1994) [50]. Ví dụ về thực vật nổi bao gồm cây Acorus calamus (thủy xương bồ), Carex spp.2 Thực vật ngập nước Thực vật ngập nước có ở tất cả các độ sâu khác nhau, nhưng thực vật hạt kín chỉ có ở độ sâu khoảng 10 m (áp suất 1 atm). Các thực vật ngập nước là một nhóm thực vật có đặc điểm khác nhau (Hình 1.
Hình thái và sinh lý của các thực vật ngập nước có mạch thay đổi để tồn tại trong môi trường nước. Thân cây, cuống lá, và lá thường có chứa ít lignin, thậm chí cả trong các mô mạch. Một lớp biểu bì rất mỏng, lá chỉ có một vài lớp tế bào dày, số lượng lục lạp trong mô biểu bì tăng thể hiện mức độ chiếu sáng dưới nước (Wetzel, 2001) [55]. Ví dụ về thực vật ngập nước như Potamogeton crispus L.) Royle (Rong đuôi chó), Monochoria hastata (L) Solms (Rau mác thon), Ottelia alismoides (L.
(Tóc tiên nước)… Nguyễn Thị Việt Nga 5 K18 – Cao học Môi trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 1.2: Thực vật ngập nƣớc [54] 1.3 Thực vật lá nổi a. Có rễ: Thực vật lá nổi có rễ bám dưới đáy chủ yếu là cây hạt kín gắn liền với các trầm tích ở độ sâu khoảng 0,5 – 3,0m (Hình 1. Trong các loài thực vật có lá dị hình, lá chìm trong nước ở phía trước hoặc đi kèm với lá nổi. Cơ quan sinh sản nổi trên mặt nước và lá nổi dài, cuống lá linh hoạt, hoặc trên cuống lá ngắn và độ dài tăng dần tính từ thân cây (Wetzel, 2001) [55].
Mặt nước là môi trường sống giảm thiểu tác động cơ học của gió và nước. Thực vật lá nổi có xu hướng lá hình mũi mác, dai, hình tròn với cạnh liền để thích nghi với những áp lực trong tự nhiên. Các lá thường có bề mặt không thấm nước và cuống lá dài mềm dẻo [8, 16]. Ví dụ về thực vật lá nổi có rễ bao gồm: Nymphaea stellata Willd.
(Súng), Nymphaea tetragona Georgi (Súng bốn góc), Victoria regia (Nong tằm), Nuphar lutea (súng vàng), Nelumbo nucifera (Hoa sen Ấn Độ), Nelumbo nucifera Gaertn. (Loài sen ở Việt Nam)… Nguyễn Thị Việt Nga 6 K18 – Cao học Môi trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 1.3: Thực vật lá nổi có rễ [54] b. Thực vật trôi nổi tự do Các thực vật trôi nổi tự do (Hình 1.4), đa dạng về hình thức và đặc tính. Ví dụ, Eichhornia crassipes (lục bình nước) hoặc Pistia stratiotes (rau diếp nước), thực vật nổi trên bề mặt có ít hoặc không có rễ như Lemnaceae (họ bèo tấm) gồm các loài Lemna minor , L.
Nhiều loại thực vật, đáng chú ý Lemna, Pistia, Salvinia hoặc Eichhornia phát triển tốt trên các thuỷ vực. Eichhornia crassipes (lục bình nước) là một trong những cây phát triển nhanh nhất trên thế giới. Thông thường, thực vật trôi nổi tự do bị giới hạn phát triển để hệ sinh thái thuỷ vực và các vùng nước chảy chậm được bảo vệ.