Nghiên cứu tính đa dạng thực vật đất ngập nước sông Nhuệ - Đáy và khả năng xử lý ô nhiễm môi trường

Luận văn thạc sĩ môi trường nghiên cứu hus nghiên cứu tính đa dạng thực vật đất ngập nước của sông nhuệ đáy phần chảy qua tỉnh hà nam và, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên

• Tác giả: Nguyễn Thị Việt Nga
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Văn Thụy
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• 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
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• PHẦN MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Thực vật đất ngập nước
• 1.1.1. Khái niệm thực vật đất ngập nước
• 1.1.2. Các dạng sống của thực vật đất ngập nước
• 1.1.2.1. Thực vật nổi
• 1.1.2.2. Thực vật ngập nước
• 1.1.2.3. Thực vật lá nổi
• 1.1.2.3.1. Có rễ
• 1.1.2.3.2. Thực vật trôi nổi tự do
• 1.1.3. Vai trò của thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải ở các vùng đất ngập nước
• 1.2. Khái quát tình hình nghiên cứu thực vật đất ngập nước và việc sử dụng chúng để xử lý ô nhiễm môi trường nước ở trên thế giới và Việt Nam
• 1.2.1. Trên thế giới. Đối với Việt Nam
• 1.3. Khái quát các điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội vùng ven sông Nhuệ, sông Đáy
• 1.3.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên
• 1.3.2. Tình hình phát triển kinh tế xã hội dải ven sông Nhuệ, sông Đáy
• 1.3.3. Chất lượng môi trường nước sông Nhuệ - Đáy (phần chảy qua tỉnh Hà Nam)
• 1.3.4. Nguyên nhân của tình trạng ô nhiễm môi trường nước sông Nhuệ, sông Đáy
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp kế thừa
• 2.2.2. Phương pháp phân tích thảm thực vật
• 2.2.3. Phương pháp phân tích đánh giá tính đa dạng hệ thực vật
• 2.2.4. Phương pháp xây dựng các mô hình sử dụng thực vật cho giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Hiện trạng các loài thực vật bậc cao có mạch trên toàn vùng nghiên cứu
• 3.2. Đa dạng các bậc taxon
• 3.3. Đa dạng về tài nguyên thực vật
• 3.4. Đánh giá tính đa dạng thực vật ở trong hệ sinh thái thủy vực sông Đáy, sông Nhuệ và các hệ sinh thái lân cận ảnh hưởng tương tác lẫn nhau
• 3.5. Đa dạng các loài thực vật bậc cao có mạch trong hệ sinh thái chịu ngập nước ngọt thường xuyên, tạm thời và đất ướt chậm thoát nước ven sông
• 3.6. Giá trị sử dụng tài nguyên thực vật thuộc hệ sinh thái thủy vực
• 3.7. Khả năng sử dụng các loài thực vật trong khu vực nghiên cứu cho mục đích xử lý ô nhiễm môi trường nước
• 3.8. Các loài thực vật đất ngập nước trong khu vực nghiên cứu có khả năng xử lý ô nhiễm môi trường nước sông Nhuệ, sông Đáy
• 3.9. Đặc tính sinh thái học của một số loài thực vật thủy sinh điển hình dùng để xử lý ô nhiễm môi trường nước
• 3.10. Định hướng một số mô hình hợp lý sử dụng thực vật đất ngập nước để xử lý ô nhiễm môi trường nước sông Nhuệ, sông Đáy
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu tính đa dạng thực vật đất ngập nước sông Nhuệ Đáy

Nghiên cứu tính đa dạng thực vật đất ngập nước sông Nhuệ - Đáy là một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực sinh thái học và bảo vệ môi trường. Đất ngập nước là nơi sinh sống của nhiều loài thực vật thủy sinh, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cân bằng sinh thái và xử lý ô nhiễm môi trường. Sông Nhuệ và sông Đáy, chảy qua tỉnh Hà Nam, là hai hệ thống sông có giá trị sinh thái cao, nhưng cũng đang phải đối mặt với nhiều thách thức về ô nhiễm. Việc nghiên cứu tính đa dạng thực vật tại đây không chỉ giúp hiểu rõ hơn về hệ sinh thái mà còn tìm ra các giải pháp hiệu quả để xử lý ô nhiễm.

1.1. Khái niệm và vai trò của thực vật đất ngập nước

Thực vật đất ngập nước là những loài thực vật thích nghi với môi trường ẩm ướt và chịu ngập. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng nước, cung cấp oxy và tạo môi trường sống cho nhiều loài sinh vật khác. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng thực vật đất ngập nước có khả năng hấp thụ các chất ô nhiễm, từ đó giúp làm sạch môi trường nước.

1.2. Tình hình nghiên cứu thực vật đất ngập nước tại Việt Nam

Tại Việt Nam, nghiên cứu về thực vật đất ngập nước đang ngày càng được chú trọng. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng các loài thực vật này có khả năng xử lý ô nhiễm hiệu quả. Tuy nhiên, việc ứng dụng các giải pháp này trong thực tiễn vẫn còn nhiều hạn chế, cần có thêm các nghiên cứu sâu hơn để phát triển các mô hình xử lý ô nhiễm hiệu quả.

II. Vấn đề ô nhiễm môi trường tại sông Nhuệ Đáy và thách thức đối với đa dạng sinh học

Ô nhiễm môi trường tại sông Nhuệ - Đáy đang ở mức báo động. Nguồn nước thải từ sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp chưa được xử lý đúng cách đã làm giảm chất lượng nước, ảnh hưởng đến đa dạng sinh học của hệ sinh thái. Các chất ô nhiễm như amoniac, nitrat và phosphat đã làm suy giảm khả năng tự làm sạch của hệ thống nước. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến thực vật mà còn đến các loài động vật và con người sống xung quanh.

2.1. Nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường nước

Nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường nước tại sông Nhuệ - Đáy bao gồm sự gia tăng dân số, tốc độ đô thị hóa nhanh chóng và việc xả thải không kiểm soát. Các nguồn nước thải từ các khu công nghiệp và nông nghiệp chưa được xử lý đã trực tiếp đổ vào sông, làm gia tăng nồng độ ô nhiễm.

2.2. Tác động của ô nhiễm đến đa dạng sinh học

Ô nhiễm môi trường nước đã gây ra sự suy giảm đa dạng sinh học tại sông Nhuệ - Đáy. Nhiều loài thực vật và động vật đã bị đe dọa, dẫn đến mất cân bằng sinh thái. Việc nghiên cứu và bảo tồn các loài thực vật đất ngập nước là cần thiết để phục hồi hệ sinh thái và cải thiện chất lượng nước.

III. Phương pháp nghiên cứu tính đa dạng thực vật đất ngập nước

Phương pháp nghiên cứu tính đa dạng thực vật đất ngập nước bao gồm việc thu thập mẫu, phân tích thảm thực vật và đánh giá các chỉ số đa dạng sinh học. Các phương pháp này giúp xác định được số lượng và loại hình thực vật có mặt trong khu vực nghiên cứu, từ đó đưa ra các giải pháp bảo tồn và phát triển bền vững.

3.1. Phương pháp thu thập mẫu thực vật

Việc thu thập mẫu thực vật được thực hiện theo các tiêu chuẩn khoa học, đảm bảo tính đại diện cho khu vực nghiên cứu. Các mẫu sẽ được phân loại và xác định tên khoa học để phục vụ cho việc phân tích sau này.

3.2. Phân tích thảm thực vật và đánh giá đa dạng sinh học

Phân tích thảm thực vật bao gồm việc xác định số lượng loài, mật độ và phân bố của các loài thực vật. Đánh giá đa dạng sinh học được thực hiện thông qua các chỉ số như chỉ số Shannon-Wiener, giúp hiểu rõ hơn về tình trạng đa dạng sinh học trong khu vực.

IV. Ứng dụng thực tiễn của thực vật đất ngập nước trong xử lý ô nhiễm

Thực vật đất ngập nước có khả năng xử lý ô nhiễm môi trường nước một cách hiệu quả. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng các loài thực vật như rong đuôi chó, rau muống có thể hấp thụ các chất ô nhiễm, từ đó cải thiện chất lượng nước. Việc ứng dụng các loài thực vật này trong các hệ thống xử lý nước thải đang được triển khai tại nhiều địa phương.

4.1. Các loài thực vật có khả năng xử lý ô nhiễm

Một số loài thực vật đất ngập nước như rong đuôi chó, rau muống, và bèo tây đã được chứng minh có khả năng hấp thụ các chất ô nhiễm như nitrat, phosphat và amoniac. Việc sử dụng chúng trong các hệ thống xử lý nước thải giúp giảm thiểu ô nhiễm một cách tự nhiên.

4.2. Mô hình ứng dụng thực vật trong xử lý nước thải

Các mô hình ứng dụng thực vật trong xử lý nước thải đang được phát triển và áp dụng tại nhiều địa phương. Những mô hình này không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn tạo ra môi trường sống cho nhiều loài sinh vật, góp phần bảo tồn đa dạng sinh học.

V. Kết luận và định hướng tương lai cho nghiên cứu

Nghiên cứu tính đa dạng thực vật đất ngập nước sông Nhuệ - Đáy không chỉ giúp hiểu rõ hơn về hệ sinh thái mà còn mở ra hướng đi mới trong việc xử lý ô nhiễm môi trường. Cần có thêm nhiều nghiên cứu sâu hơn để phát triển các mô hình xử lý ô nhiễm hiệu quả, đồng thời bảo tồn và phát triển bền vững các loài thực vật đất ngập nước.

5.1. Tầm quan trọng của việc bảo tồn đa dạng sinh học

Bảo tồn đa dạng sinh học là một trong những yếu tố quan trọng để duy trì sự cân bằng của hệ sinh thái. Việc bảo tồn các loài thực vật đất ngập nước không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn bảo vệ các loài động vật và môi trường sống của chúng.

5.2. Định hướng nghiên cứu trong tương lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về tính đa dạng thực vật đất ngập nước và khả năng xử lý ô nhiễm của chúng. Các nghiên cứu này sẽ giúp phát triển các giải pháp bền vững cho vấn đề ô nhiễm môi trường nước tại sông Nhuệ - Đáy.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Nhuệ - Đáy giữ vai trò huyết mạch đối với an ninh nguồn nước và phát triển kinh tế - xã hội của vùng đồng bằng Bắc Bộ, đặc biệt là khu vực hạ lưu qua địa phận tỉnh Hà Nam với 74 km chiều dài sông Nhuệ và 47 km chiều dài sông Đáy. Tuy nhiên, tốc độ đô thị hóa và công nghiệp hóa nhanh chóng đã đẩy hệ sinh thái thủy vực này vào tình trạng suy thoái nghiêm trọng. Nguồn nước tiếp nhận hàng ngày khoảng 700.000 m3 nước thải ngoại tỉnh từ thành phố Hà Nội và hơn 10.000 m3 nước thải sinh hoạt nội tỉnh chưa qua xử lý đạt chuẩn, khiến chỉ số chất lượng nước có thời điểm giảm xuống mức nguy hại từ 14 đến 17 điểm.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là sự suy giảm đa dạng sinh thái và nguy cơ mất cân bằng thủy vực do ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng. Đề tài hướng tới 3 mục tiêu cụ thể: đánh giá toàn diện hiện trạng đa dạng thành phần loài thực vật bậc cao có mạch; xác định nhóm thực vật thủy sinh có tiềm năng xử lý ô nhiễm; và định hướng các mô hình bãi lọc đất ngập nước nhân tạo dòng chảy bề mặt nhằm phục hồi chất lượng nước.

Phạm vi nghiên cứu được triển khai dọc theo các thủy vực và dải đất ngập nước ven sông Nhuệ, sông Đáy trên địa bàn tỉnh Hà Nam trong giai đoạn quan trắc từ năm 2010 đến năm 2012. Ý nghĩa của luận văn thể hiện ở việc cung cấp cơ sở dữ liệu thực địa chuẩn xác gồm 197 loài thực vật, mở ra giải pháp công nghệ sinh thái thân thiện giúp cải thiện chất lượng nước, hướng tới nâng chỉ số WQI lên ngưỡng 51 đến 75 điểm phục vụ mục đích tưới tiêu và sinh hoạt bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết sinh thái học hệ thống và công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường bằng thực vật (Phytoremediation), kết hợp nguyên lý bãi lọc đất ngập nước nhân tạo dòng chảy bề mặt (Free Water Surface Constructed Wetlands - FWS CW). Khung phân tích vận dụng cơ chế cộng sinh giữa hệ rễ thực vật thủy sinh và quần thể vi sinh vật vùng rễ (Rhizosphere Microorganisms), trong đó thực vật đóng vai trò cung cấp oxy, tạo giá thể màng sinh học và hấp thu trực tiếp các chất dinh dưỡng vô cơ như nitơ và photpho.

Các khái niệm then chốt bao gồm:

• Khái niệm đất ngập nước theo Công ước Ramsar: vùng đầm lầy, than bùn hoặc thủy vực tự nhiên, nhân tạo, thường xuyên hay tạm thời với các chế độ nước khác nhau.
• Phân loại 4 dạng sống thực vật thủy sinh: thực vật nổi, thực vật ngập nước hoàn toàn, thực vật lá nổi có rễ và thực vật trôi nổi tự do.
• Động học chuyển hóa dưỡng chất: khả năng thực vật hấp thu từ 200 đến 2500 kg N/ha/năm và từ 30 đến 150 kg P/ha/năm, kết hợp quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa để làm sạch thủy vực.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài bao gồm chuỗi số liệu quan trắc chất lượng nước định kỳ từ Tổng cục Môi trường giai đoạn 2010 - 2012 và dữ liệu điều tra thực địa trực tiếp. Phương pháp chọn mẫu theo tuyến được áp dụng tại 3 tuyến khảo sát trọng điểm với hơn 30 điểm quan trắc định vị bằng GPS: Tuyến 1 trên sông Nhuệ (từ ngã ba Phù Vân đi Nhật Tựu), Tuyến 2 trên sông Đáy (từ ngã ba Phù Vân đi Tượng Lĩnh), và Tuyến 3 trên sông Đáy (từ nơi hợp dòng xuôi về Gián Khẩu).

Nghiên cứu tiến hành thu thập và định danh toàn bộ các mẫu thực vật bậc cao có mạch xuất hiện tại các sinh cảnh ngập nước thường xuyên, ngập tạm thời và đất ướt ven sông. Phương pháp mô tả và phân tích cấu trúc thảm thực vật được thực hiện theo tiêu chuẩn của UNESCO kết hợp quan điểm hệ sinh thái học. Việc sắp xếp taxon bậc cao (ngành, lớp, họ, chi, loài) tuân thủ hệ thống phân loại của Vườn thực vật Kew và cẩm nang thực vật học uy tín tại Việt Nam. Lý do lựa chọn tổ hợp phương pháp này nhằm đảm bảo tính chuẩn hóa quốc tế, phản ánh chính xác cấu trúc sinh thái quần xã và đánh giá đúng năng lực tự làm sạch của hệ thực vật bản địa.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Khảo sát thực địa đã ghi nhận tổng cộng 197 loài thực vật bậc cao có mạch thuộc 152 chi của 70 họ, phân bổ trong 3 ngành thực vật chính:

• Ngành Mộc Lan (Magnoliophyta) chiếm ưu thế tuyệt đối với 192 loài, tương đương 97,46% tổng số loài. Trong đó, lớp Mộc Lan (hai lá mầm) chiếm 74,11% với 146 loài thuộc 108 chi, 51 họ; lớp Hành (một lá mầm) chiếm 23,35% với 46 loài thuộc 40 chi, 15 họ.
• Ngành Dương xỉ (Polypodiophyta) chiếm 2,03% với 4 loài thuộc 3 chi, 3 họ.
• Ngành Cỏ Tháp Bút (Equisetophyta) chiếm 0,51% với 1 loài thuộc 1 chi, 1 họ.

Về giá trị tài nguyên, hệ thực vật vùng nghiên cứu thể hiện sự phong phú với 11 nhóm công dụng khác nhau. Nhóm cây làm thuốc chiếm tỷ lệ cao nhất với 80 loài (khoảng 40,61%), tiếp theo là nhóm cây làm lương thực và thực phẩm cho con người với 73 loài (khoảng 37,06%), nhóm cây làm thức ăn gia súc có 21 loài (khoảng 10,66%), cây cảnh có 20 loài (khoảng 10,15%), và nhóm cây lấy gỗ có 17 loài (khoảng 8,63%).

Riêng hệ sinh thái đất ngập nước và ven sông đã xác định được 52 loài thực vật có mạch thuộc 32 họ. Nhóm thực vật chìm chỉ thị nước sạch như Rong đuôi chó (Hydrilla verticillata) đạt sinh khối lên tới 35 tấn/ha ở thượng lưu sông Đáy. Nhóm thực vật trôi nổi tự do (Bèo tây, Bèo cái, Rau muống) chiếm ưu thế tại các vùng ô nhiễm với sinh khối trung bình từ 45 đến 50 tấn/ha. Quần xã rừng ngập nước ngọt đặc trưng với loài Và nước (Salix tetrasperma) và Trần bì (Fraxinus chinensis) đạt sinh khối khoảng 70 tấn/ha, độ che phủ tầng tán đạt 60%.

Thảo luận kết quả

Diễn biến chất lượng nước có sự khác biệt rõ rệt giữa hai dòng sông. Dữ liệu từ các bảng quan trắc cho thấy chỉ số WQI trên sông Nhuệ có xu hướng cải thiện mạnh mẽ từ mức 14 - 17 điểm năm 2010 lên 51 - 71 điểm năm 2012 nhờ lưu lượng nước mưa pha loãng và khả năng giữ cặn, hấp thu chất ô nhiễm của các thảm bèo lớn tại cống Nhật Tựu và Đò Kiều. Ngược lại, biểu đồ chất lượng nước sông Đáy phản ánh tình trạng ô nhiễm liên tục với WQI ổn định ở mức rất thấp từ 15 đến 18 điểm, do tiếp nhận đồng thời nước thải khai thác đá, sản xuất vôi công nghiệp và nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý.

Khi so sánh với các công bố sinh thái thủy vực trước đây, cấu trúc taxon tại lưu vực sông Nhuệ - Đáy phản ánh sự suy giảm của các loài mẫn cảm môi trường như Rong mái chèo, nhường chỗ cho các quần xã thứ sinh chịu ô nhiễm cao như Sậy (Phragmites australis) với mật độ cá thể trên 90%. Đáng chú ý, sự phát triển bùng phát của loài ngoại lai xâm lấn Ma dương (Mimosa pigra) dọc các bãi bồi ven sông Đáy đang đe dọa trực tiếp cấu trúc thảm thực vật bản địa, đòi hỏi các biện pháp kiểm soát sinh thái khẩn cấp.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm phục hồi chất lượng nước và phát huy vai trò làm sạch của hệ thực vật thủy sinh, đề tài đề xuất 4 nhóm giải pháp trọng tâm:

1. Xây dựng 3 hệ thống bãi lọc đất ngập nước nhân tạo dòng chảy bề mặt (FWS CW) kết hợp đa tầng thực vật bản địa (Sậy, Bèo tây, Rau dừa nước) tại các cửa xả lớn dọc sông Nhuệ và sông Đáy trong giai đoạn 2013 - 2015. Mục tiêu đặt ra là cắt giảm từ 40% đến 50% nồng độ COD và chất rắn lơ lửng (TSS), do Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hà Nam chủ trì thực hiện.

2. Nâng cao tỷ lệ thu gom và xử lý rác thải sinh hoạt đô thị từ mức 60 - 70% lên tối thiểu 90% tại 3 đô thị trọng điểm gồm thị trấn Quế, thành phố Phủ Lý và thị trấn Kiện Khê trước năm 2015. Đơn vị thực hiện chính là Công ty Môi trường đô thị phối hợp cùng Ủy ban nhân dân các huyện và thành phố.

3. Kiểm soát và triệt phá 100% diện tích cây xâm hại Ma dương (Mimosa pigra) dọc các triền đê và dải ngập nước ven sông trong giai đoạn 2013 - 2016, đồng thời khoanh vùng bảo vệ các dải rừng ngập nước ngọt bản địa (Và nước, Gáo vàng) nhằm ổn định 100% bờ kè sinh học chống xói lở, do Chi cục Kiểm lâm và Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn quản lý.

4. Thiết lập cơ chế phối hợp kiểm soát ô nhiễm liên tỉnh giữa thành phố Hà Nội và tỉnh Hà Nam, giám sát chặt chẽ lưu lượng khoảng 700.000 m3/ngày đêm nước thải đổ vào lưu vực sông Nhuệ thông qua hệ thống quan trắc tự động liên tục từ năm 2014, dưới sự điều phối của Ủy ban Bảo vệ Môi trường lưu vực sông Nhuệ - Đáy.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả của luận văn mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường: Các đơn vị như Sở Tài nguyên và Môi trường, Chi cục Bảo vệ Môi trường có thể ứng dụng trực tiếp cơ sở dữ liệu WQI và danh lục 197 loài thực vật có mạch để xây dựng quy hoạch phân vùng bảo vệ nguồn nước và hoạch định chính sách bảo tồn đa dạng sinh học lưu vực sông.
• Các nhà nghiên cứu và viện chuyên ngành sinh thái học: Nguồn tài liệu giá trị phục vụ việc phân tích cấu trúc quần xã thực vật đất ngập nước, tra cứu danh mục 52 loài thủy sinh và phát triển các đề tài nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ xử lý sinh học (Phytoremediation).
• Doanh nghiệp và kỹ sư công nghệ môi trường: Cung cấp thông số thiết kế, cách lựa chọn tập đoàn cây trồng và sơ đồ vận hành hệ thống bãi lọc nhân tạo FWS CW nhằm ứng dụng xử lý nước thải chi phí thấp cho các làng nghề chế biến nông sản và cụm công nghiệp địa phương.
• Giảng viên và sinh viên ngành Khoa học Môi trường: Tài liệu học tập và nghiên cứu tình huống điển hình cho các học phần Quản lý môi trường nước, Đa dạng sinh học thủy vực và Đánh giá tác động môi trường.

Câu hỏi thường gặp

Cơ chế thực vật thủy sinh hấp thu và phân giải chất ô nhiễm diễn ra như thế nào? Thực vật đất ngập nước xử lý ô nhiễm thông qua việc cung cấp oxy từ khí quyển xuống vùng rễ, kích thích vi sinh vật hiếu khí chuyển hóa các hợp chất hữu cơ và nitơ. Đồng thời, hệ thực vật hấp thu trực tiếp từ 30 đến 150 kg P và từ 200 đến 2500 kg N trên mỗi hecta hàng năm để chuyển hóa thành sinh khối tự nhiên.

Vì sao chất lượng nước sông Nhuệ và sông Đáy có sự diễn biến trái ngược trong giai đoạn 2010 - 2012? Sông Nhuệ có chỉ số WQI tăng từ 14 lên 71 điểm nhờ các thảm thực vật trôi nổi lớn hỗ trợ giữ cặn và tự làm sạch trong mùa mưa. Trong khi đó, sông Đáy duy trì mức WQI từ 15 đến 18 điểm do phải tiếp nhận liên tục nước thải công nghiệp đá vôi, lò vôi Kiện Khê và chất thải sinh hoạt chưa qua xử lý.

Những loài thực vật nào trong lưu vực có thể dùng làm chỉ thị sinh học cho nước sạch? Các loài thực vật thủy sinh ngập nước như Rong đuôi chó (Hydrilla verticillata), Rong mái chèo (Potamogeton crispus) và Rau bát (Ottelia alismoides) là những sinh vật chỉ thị điển hình. Chúng chỉ phân bố tập trung ở các vùng nước trong, giàu oxy và hầu như biến mất hoàn toàn tại các đoạn sông bị ô nhiễm nặng.

Loài cây xâm lấn Ma dương gây ra tác hại sinh thái cụ thể gì tại khu vực nghiên cứu? Ma dương (Mimosa pigra) có biên độ sinh thái rất rộng và khả năng phát tán hạt nhanh chóng. Khi các quần xã thực vật nguyên sinh bị xáo trộn, loài cây bụi có gai này phát triển dày đặc tạo thành quần thể đơn loài lấn át các cây bản địa, làm cản trở dòng chảy và phá vỡ cấu trúc cảnh quan ven sông.

Mô hình bãi lọc đất ngập nước nhân tạo dòng chảy bề mặt (FWS CW) có ưu thế gì so với xử lý hóa lý? Mô hình FWS CW tận dụng triệt để năng lượng tự nhiên, chi phí đầu tư xây dựng và bảo trì thấp hơn từ 50% đến 70% so với trạm xử lý cơ - hóa lý truyền thống. Hệ thống sử dụng các loài cây bản địa có sẵn, không phát sinh hóa chất độc hại và tạo cảnh quan sinh thái hài hòa.

Kết luận

• Luận văn đã định danh và lập danh lục chi tiết gồm 197 loài thực vật bậc cao có mạch thuộc 152 chi, 70 họ, khẳng định mức độ đa dạng sinh học phong phú của lưu vực sông Nhuệ - Đáy qua tỉnh Hà Nam.
• Xác định 11 nhóm công dụng tài nguyên thực vật với 80 loài làm thuốc và 73 loài làm thực phẩm, thể hiện mối gắn kết sinh thái nhân văn chặt chẽ với đời sống cộng đồng dân cư địa phương.
• Đánh giá vai trò của 52 loài thực vật đất ngập nước chuyên biệt, làm rõ cơ chế chuyển hóa dinh dưỡng và khả năng chỉ thị môi trường của từng quần xã.
• Nhận diện toàn diện các nguồn thải ngoại tỉnh khoảng 700.000 m3/ngày đêm và nguồn ô nhiễm nội tỉnh, chỉ rõ sự suy thoái WQI nghiêm trọng tại hạ lưu sông Đáy.
• Thiết kế hoàn chỉnh các sơ đồ mô hình bãi lọc FWS CW ứng dụng thực vật bản địa cho cả dòng chảy tĩnh và dòng chảy động, mở ra hướng đi xử lý nước thải kinh tế và bền vững.

Đóng góp lớn nhất của nghiên cứu là tạo lập luận cứ khoa học vững chắc và giải pháp sinh thái thực tiễn để giải quyết bài toán ô nhiễm nguồn nước mặt liên tỉnh. Kế hoạch triển khai tiếp theo cần tập trung xây dựng các mô hình pilot FWS CW quy mô thực nghiệm trong giai đoạn 2013 - 2015, tiến tới chuẩn hóa và chuyển giao công nghệ trên toàn lưu vực sông Nhuệ - Đáy đến năm 2020. Các cơ quan quản lý và đơn vị nghiên cứu môi trường cần khẩn trương áp dụng kết quả đề tài vào các chương trình hành động bảo vệ nguồn nước lưu vực sông ngay hôm nay.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 [e-mail] 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 [e-mail] 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 [e-mail] 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 [e-mail] 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 [e-mail] 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 [e-mail] 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.