Nghiên cứu, đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường nước và tảo độc tại hồ núi cốc (thái nguyên) đề xuất các giải pháp quản lý tổng hợp nước hồ

Việc khảo sát đánh giá toàn diện hiện trạng môi trường hồ Núi Cốc một cách có hệ thống các thông số thuỷ lý - thuỷ hoá - thuỷ sinh - địa chất thuỷ văn của hồ, phát hiện các nguồn gây ô n

ĐỀ TÀI ĐỘC LẬP CẤP NHÀ NƯỚC

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC VÀ TẢO ĐỘC TẠI HỒ NÚI CỐC (THÁI NGUYÊN); ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ TỔNG

HỢP NƯỚC HỒ

MÃ SỐ: ĐTĐL.2009T/08

Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Công nghệ môi trường

Chủ nhiệm đề tài: TS Trần Văn Tựa

8773

ĐỀ TÀI ĐỘC LẬP CẤP NHÀ NƯỚC

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC VÀ TẢO ĐỘC TẠI HỒ NÚI CỐC (THÁI NGUYÊN); ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ TỔNG

HỢP NƯỚC HỒ

MÃ SỐ: ĐTĐL.2009T/08

Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì đề tài

ĐTĐL.2009T/08 xin chân thành cám ơn:

Lãnh đạo Bộ khoa học và Công nghệ, Vụ khoa học Xã hội và Tự nhiên,

Vụ Tài vụ - Bộ KH&CN, Lãnh đạo Viện KH&CN Việt Nam, Ban KH&TC-

Viện KH&CN Việt Nam , đã cho phép, tạo điều kiện để thực hiện đề tài, đã

hướng dẫn, chỉ đạo đề tài trong quá trình thực hiện

Chúng tôi xin chân thành cám ơn Ban lãnh đạo Viện CNMT, Phòng quản

lý tổng hợp của viên, là cơ quan chủ trì đề tài đã tạo mọi điều kiện thuận lợi,

động viên khuyến khích và giúp đỡ chúng tôi hoàn thành nhiệm vụ được giao

Xin chân thành cám ơn Lãnh đạo các cơ quan phối hợp: Viện Địa lý, Viện

Hóa học các HCTN-Viện KH&CN Việt Nam, Trường Đại học Thái Nguyên, Chi

cục môi trường- Sở TN&MT tỉnh Thái Nguyên, Cụm quản lý đầu nguồn - Công

ty khai thác thủy lợi Thái Nguyên đã phối hợp thực hiện, tạo điều kiện, giúp đỡ

các cán bộ thực hiện đề tài trong quá trình triển khai công tác,

Nhân dịp tổng kết, tập thể cán bộ thực hiện đề tài đề tài xin chân thành

cám ơn và kính chúc các qui vị lãnh đạo, quícơ quan nhiều thành công trong các

mặt công tác, hoạt động và cuộc sống

Chủ nhiệm đề tài

Chủ trì đề tài Điều phối mọi hoạt động của đề tài, tham gia khảo sát đánh giá hiện trạng môi trường và tảo độc, nghiên cứu sinh học của VKL chủ trì thực hiện nội dụng về công nghệ sinh thái

Đánh giá chất lượng dinh dưỡng của nước thải (công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt) trong lưu vực hồ Núi Cốc

Nghiên cứu địa chất - thuỷ văn

hồ Núi Cốc và ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên lên chất lượng nước hồ, dự báo diễn biến tài nguyên và chất lượng nước

4 Đại học Thái

Nguyên

Phường Tân Thịnh, Thành phố Thái Nguyên

Tham gia nghiên cứu công nghệ sinh thái, Chịu trách nhiệm khâu vận hành, theo dõi và quản

lý mô hình xử lý ô nhiễm tại hồ

Họ và tên Cơ quan/Tổ chức

1 TS Trần Văn Tựa Viện Công nghệ môi trường

Viện KH&CN Việt Nam

2 GS TS Đặng Đình Kim Viện Công nghệ môi trường

Viện KH&CN Việt Nam

3 TS Đặng Hoàng Phước Hiền Viện Công nghệ môi trường

Viện KH&CN Việt Nam

4 TS Dương Thị Thủy Viện Công nghệ môi trường

Viện KH&CN Việt Nam

5 ThS Nguyễn Sỹ Nguyên Viện Công nghệ môi trường

Viện KH&CN Việt Nam

6 TS Vũ Thị Thu Lan Viện Địa lý

Viện KH&CN Việt Nam

7 Lê Thị Phương Quỳnh Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên,

Viện KH&CN Việt Nam

8 TS Phạm Hồng Hải Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên,

Viện KH&CN Việt Nam Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên,

Viện KH&CN Việt Nam

10 PGS TS Lương Văn Hinh Đại Học Thái Nguyên

9 ThS Nguyễn Văn Hưng

BC: Bèo Cái BOD: Nhu cầu ôxy sinh hóa BT: Bèo Tây CFU: Đơn vị hình thành khuẩn lạc COD: Nhu cầu ôxy hóa học

CS: Cải Soong CTTN: Công thức thí nghiệm DO: Độ ôxy hòa tan KT-XH: Kinh tế xã hội MPN: Most peoable number NT: Ngổ Trâu

PCA: Principal Component Analysis PCR: Polymease chain reaction QCVN Quy chuẩn Việt Nam

RM: Rau Muống TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TDS: Tổng chất rắn hòa tan TN: Tổng Nitơ

TP: Tổng Phốt pho TSS: Tổng chất rắn lơ lửng TVTS: Thực vật thủy sinh UBNH: Ủy ban nhân dân VKL: Vi khuẩn lam

MỞ ĐẦU

Việc gia tăng dân số, phát triển các ngành công nghiệp, nông nghiệp đã và

đang làm gia tăng nguồn dinh dưỡng đáng kể trong các thủy vực Khi nguồn nước

mặt giàu dinh dưỡng đặc biệt là phốt pho thường dẫn đến sự thay đổi của quần xã

thực vật nổi và quần xã có xu hướng thống trị bởi vi khuẩn lam (VKL) Sự phát

triển bùng phát của VKL (còn gọi là hiện tượng nở hoa của nước-water blooms hay

nở hoa VKL - cyanobacteria blooms) gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước như

gây mùi khó chịu, làm giảm, thậm chí làm cạn kiệt hàm lượng ôxy hòa tan trong

nước, làm giảm đa dạng sinh học và gây tắc nghẽn các hệ thống cấp nước Ngoài ra,

VKL có khả năng sản sinh các độc tố được xếp vào loại các hợp chất rất độc có

nguồn gốc sinh học Sự có mặt các độc tố này tại các thủy vực được sử dụng làm

nguồn cung cấp nước nuôi trồng thủy sản và nước sinh hoạt là một mối nguy hiểm

tiềm tàng đối với sức khỏe con người, thủy sản và động vật nuôi trong lưu vực

Hồ chứa Núi Cốc (diện tích lưu vực 541 km2) đóng vai trò quan trong trong

đời sống kinh tế xã hội của người dân Thái Nguyên và một số khu vực lân cận Hồ

chứa này được xây dựng với nhiều mục đích: tưới tiêu, cung cấp nước cho các

hoạt động công nghiệp, nông nghiệp trong lưu vực, cung cấp nguốn nước mặt cho

cộng đồng dân cư, thủy điện Trong những năm gần đây, hiện tượng nở hoa của

VKL đang có xu hướng ngày càng gia tăng tại hồ Núi Cốc Việc khảo sát đánh giá

toàn diện hiện trạng môi trường hồ Núi Cốc một cách có hệ thống (các thông số

thuỷ lý - thuỷ hoá - thuỷ sinh - địa chất thuỷ văn của hồ), phát hiện các nguồn gây

ô nhiễm, kiểm soát tải lượng và thời điểm các chất dinh dưỡng đổ vào môi trường

nước hồ và đánh giá tác động của các nguồn gây ô nhiễm lên chất lượng nước hồ,

mối quan hệ giữa các yếu tố môi trường và sự phát sinh phát triển của tảo độc, tần

suất xuất hiện và mật độ của tảo độc, độc tính và độc tố của các mẫu nước nở hoa

ngoài tự nhiên cũng như các mẫu tảo độc phân lập trong phòng thí nghiệm, dự báo

chất lượng nước hồ thông qua việc nghiên cứu các mối quan hệ về chức năng và

năng suất của các hồ nước, các quy luật thủy văn hồ chứa tác động lớn đến các đặc

điểm về thuỷ lý, hoá và sinh học của hồ (vi dụ chế độ mực nước, các điều kiện trao

đổi nước, bồi lắng trong , chế độ thủy hóa, vĩ độ địa lý và độ cao địa hình, nhiệt độ,

lượng mưa, lượng bốc hơi bề mặt, tài nguyên nước đến hồ trong năm và theo

mùa)… Trên cơ sở đó xây dựng mô hình công nghệ xử lý ô nhiễm ứng dụng Công

nghệ sinh học - sinh thái và đề xuất các giải pháp quản lý bền vững hồ Núi Cốc -

như trường hợp nghiên cứu điển hình cho các thuỷ vực nước ngọt nội địa Việt Nam

- là cần thiết và cấp bách hiện nay nhằm tìm ra các giải pháp thích hợp để quản lý bền vững tài nguyên nước ở Việt Nam, góp phần bảo vệ môi trường và sức khoẻ cộng đồng Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi đã thực hiện đề tài nghiên cứu

khoa học độc lập cấp nhà nước “Nghiên cứu, đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi

trường nước và tảo độc tại hồ Núi Cốc (Thái Nguyên); đề xuất các giải pháp quản

lý tổng hợp nước hồ” (Mã số: ĐTĐL.2009T/08) Việc thực hiện đề tài trên nhằm đạt

được các mục tiêu dưới đây:

- Xây dựng được mô hình xử lý ô nhiễm nước hồ đặc biệt là chất dinh dưỡng N

và P và giảm thiểu tảo độc bằng công nghệ sinh thái sử dụng thực vật thuỷ sinh

- Xác định được các giải pháp quản lý tổng hợp tài nguyên nước hồ Núi Cốc phục vụ cấp nước sinh hoạt, nông nghiệp và du lịch

Nội dung nghiên cứu chính của đề tài:

Nội dung I: Khảo sát, đánh giá hiện trạng tài nguyên môi trường nước hồ

Núi Cốc

Nội dung II: Nghiên cứu sinh học VKL độc

Nội dung III:Ứng dụng mô hình dự báo biến động chất lượng nước hồ chứa Núi Cốc

Nội dung IV: Nghiên cứu ứng dụng Công nghệ sinh thái sử dụng thực vật

thủy sinh vào giảm thiểu ô nhiếm dinh dưỡng và tảo độc tại hồ Núi Cốc

Nội dung V: Nghiên cứu, đề xuất các giải pháp quản lý tổng hợp tài nguyên

PHẦN I TỔNG QUAN TÀI LIỆU

I.1 Hiện tượng phú dưỡng, vi khuẩn lam độc và công nghệ sinh thái

I.1.1 Hiện tượng phú dưỡng tại các thủy vực nước ngọt và sự nở hoa VKL

Trong môi trường nước ngọt, VKL là nhóm vi tảo duy nhất sản ra độc tố Sự

nở hoa VKL tại các thuỷ vực không phải là hiện tượng mới Con người nhận biết nó

từ khoảng thế kỷ thứ 12 (Codd, 1996) Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của xã hội,

trong vài chục năm trở lại đây, sự ô nhiễm bởi các nguồn nước thải công nghiệp,

nông nghiệp, sinh hoạt, nuôi trồng thuỷ sản kéo theo sự nở hoa của VKL, chủ yếu là

VKL độc trong các thuỷ vực khác nhau xảy ra ngày càng thường xuyên hơn và đã

trở thành mối đe doạ cho các ngành công nghiệp nuôi trồng và khai thác thuỷ hải

sản, các hoạt động giải trí dưới nước, sức khoẻ con người và là nguyên nhân gây

chết động vật nuôi cũng như động vật hoang dã và cả của con người ở nhiều nơi

trên toàn thế giới (Codd, 1997; Rapala, 1998; Đặng và cộng sự, 2003, 2004, 2005)

Hiện tượng phú dưỡng tại các thuỷ vực nội địa dưới tác động của các yếu tố tự

nhiên (hiện tượng xói mòn, rửa trôi ) hoặc do các hoạt động của con người (sự

phát triển công nghiệp, nông nghiệp, thuỷ sản, quá trình đô thị hoá) đang là mối

quan tâm bức thiết trong công tác quản lý môi trường nước tại nhiều nước trên thế

giới, đặc biệt là tại các nước đang phát triển

Một nghiên cứu mới đây của ILEC/Viện nghiên cứu hồ Biwa cho thấy tại

khu vực châu Á – Thái Bình Dương, 54% hồ hoặc hồ chứa bị phú dưỡng Tỷ lệ này

tại châu Âu, châu Phi, Bắc và Nam Mỹ là 53, 28, 48 và 41 %, tương ứng (Chorus,

Bartram 1999) Nguồn thải từ các đô thị (công nghiệp, sinh hoạt) đã góp một lượng

đáng kể các chất dinh dưỡng đổ vào hệ thống các sông hồ Nước thải công nghiệp ở

các ngành sản xuất khác nhau với thể tích nước thải và mức độ xử lý nước thải khác

nhau là nguồn dinh dưỡng cho các thủy vực Ví dụ, ngành chế biến thực phẩm và

ngành công nghiệp len thường có nước thải chứa nhiều nitơ và phốtpho….Tại các

đô thị, bột giặt chứa phốtpho từ nước thải sinh hoạt là một trong số những nguồn

phốtpho rất quan trọng đổ vào các thủy vực Theo Zaimes và Schultz, 2002, lượng

các chất dinh dưỡng đổ vào các các thủy vực nước mặt (surface waters) có nguồn

gốc từ nông nghiệp lớn hơn lượng dinh dưỡng có nguồn gốc từ nguồn thải điểm Ở

Mỹ, vào những năm đầu thập niên 1980, đất trồng trọt, đồng cỏ và đất đồi đã góp

phần chuyển tải 68% tổng P từ nguồn thải phân tán tới môi trường nước mặt Ở

Châu Âu, khoảng 37-82% tổng nitơ và 27-38% tổng phốtpho được chuyển tải vào

môi trường nước mặt từ các hoạt động nông nghiệp Trong 270 dòng sông được quan trắc ở Đan Mạch, 94% tổng nitơ và 52% tổng phốtpho có nguồn gốc từ nguồn thải phân tán, chủ yếu từ các hoạt động nông nghiệp Như vậy, có thể thấy rằng các hoạt động của con người có ảnh hưởng lớn tới quá trình chuyển tải các chất dinh dưỡng từ đất vào môi trường nước mặt

Các khảo sát tiến hành tại các thủy vực nước ngọt ở nhiều quốc gia trên thế giới cho thấy tỷ lệ các mẫu VKL có độc tính gây nở hoa nước khá cao và dao động trong khoảng 50-90% (Sinoven, 1996; Codd 2005) Độc tố VKL được xếp vào loại các hợp chất độc nhất có nguồn gốc sinh học Các chất độc này ảnh hưởng đến sức khoẻ con người, thuỷ sản, vật nuôi, huỷ hoại nguồn nước mặt và các hoạt động du lịch, thể thao dưới nước (Codd, 1996; 1997)

Tại Việt Nam, ô nhiễm môi trường nước nói chung, ô nhiễm nước trong các

hồ tự nhiên và hồ chứa nói riêng đang ngày càng gia tăng, xuất phát từ nhiều nguyên nhân, chủ yếu là do các nguồn nước thải từ hoạt động công nghiệp, nông nghiệp, nuôi trồng thủy hải sản và sinh hoạt phần lớn đều không qua xử lý Nguồn nước mặt giàu dinh dưỡng, đặc biệt là phốtpho và nitơ thường dẫn đến hiện tượng phú dưỡng và những thay đổi bất lợi làm mất cân bằng sinh thái ở các thủy vực Việc điều tra nghiên cứu và đánh giá chất lượng môi trường nước và sự xuất hiện hiện tường nở hoa VKL tại các thủy vực nội địa Việt nam đã được tiến hành trong những năm gần đây Các nghiên cứu này cho thấy sự nở hoa VKL xảy ra tại hầu hết các thủy vực nước ngọt với cường độ phụ thuộc vào mức dinh dưỡng của các thủy vực đó Kết quả phân tích cho thấy lượng COD và BOD khá cao tại các thủy vực này Lượng tổng nitơ (T-N) trong các hồ và hồ chứa lớn dao động từ 0,994 mg.L-1 (hồ Ba Bể) đến 16,47 mg.L-1 ( hồ Tây) Hàm lượng tổng phốtpho (T-P) dao động từ 0,038 mg.L-1 (hồ chứa Dầu Tiếng) đến 2,19 mg.L-1 (hồ chứa Cấm Sơn) Điều này cho thấy hầu hết các thủy vực trên đều ở tình trạng phú dưỡng Thậm chí

hồ Ba Bể - hồ tự nhiên được coi là "sạch " nhất ở miền Bắc Việt Nam cũng đang ở trong tình trạng phú dưỡng với lượng T-P và T-N là 0,072 mg.L-1 và 0,194 mg.L-1, tương ứng (Đ Đ Kim và cs, 2005) Theo Đặng Ngọc Thanh và cs, 2002, các hồ chứa như Hoà Bình, Thác Mơ ở trong những năm đầu ngập nước, đã ở mức giầu dinh dưỡng còn Hồ Tây và Trúc Bạch thì ở mức rất giầu dinh dưỡng

I.1.2 Các yếu tố môi trường liên quan đến sự phát sinh và phát triển của VKL

độc

Hiện tượng nở hoa VKL cũng như khả năng sản ra độc tố của VKL chịu ảnh

hưởng mạnh mẽ của nhiều điều kiện ngoại cảnh như các yếu tố dinh dưỡng, tính

chất thủy lý - thủy hóa cũng như cấu trúc vật lý của cột nước, những điều kiện thời

tiết (ánh sáng, nhiệt độ, thời gian chiếu sáng, sức gió, mưa…) Những cơ chế bên

trong tế bào của các loài VKL gây nở hoa nước đảm bảo cho khả năng phát triển

chiếm ưu thế trong những điều kiện “stress” (thường do con người gây ra) trong

mọi trường như khả năng cố định nitơ, tích lũy dinh dưỡng nội bào (N, P) tích lũy

kim loại bằng chất tạo phức, tạo ra chất nhầy và vỏ để chống lại độ ẩm quá cao hoặc

quá thấp, điều hòa sự nổi, quang bảo vệ nhờ hệ sắc tố carotenoid phụ trợ và nhiều

quan hệ hòa hợp với những cơ thể vi sinh hoặc các thực vật bậc cao khác Việc xác

định các yếu tố môi trường có liên quan đến sự phát triển bùng phát của vi tảo trong

thuỷ vực có ý nghĩa rất quan trọng về mặt khoa học và thực tiễn

Theo nhiều nghiên cứu, nguyên nhân dẫn đến sự nở hoa nước bao gồm: nồng

độ các chất dinh dưỡng trong thuỷ vực cao, đặc biệt là các muối đa lượng nitơ và

phốtpho (Blomqvist và cs, 1994); nhiệt độ nước ấm; cường độ chiếu sáng, pH cao,

hàm lượng CO2 thấp (Zimba và cs, 2006; Cronberg và Annadotter, 2006) Tuy

nhiên, nhiệt độ và hàm lượng các chất dinh dưỡng cao trong các thủy vực được coi

là những yếu tố môi trường quan trọng nhất quyết định sự phát triển lấn át của

VKL, trong đó tỷ lệ T-N/T-P thấp (< 29) là yếu tố chủ đạo kích thích sự phát triển

của VKL trong khi tỷ lệ N-NO3/ T-P thấp (< 5) được coi là yếu tố đáng tin cậy để

dự báo sự nở rộ của VKL (Rapala, 1998) Trong khi ảnh hưởng của các yếu tố dinh

dưỡng như N và P đối với sự phát triển của VKL đã được công bố nhiều thì còn rất

ít nghiên cứu về ảnh hưởng của những yếu tố kim loại đến sự nở hoa VKL Một số

nghiên cứu của Rapala (1998) cho thấy Mo, Fe và Zn là những yếu tố kích thích sự

phát triển của VKL Khả năng sản sinh độc tố của VKL cũng chịu ảnh hưởng rất

mạnh mẽ của các yếu tố môi trường Phản ứng của các loài VKL với các yếu tố môi

trường khác nhau cũng rất khác nhau Một số VKL tăng cao khả năng sản độc tố ở

những điều kiện stress, tuy nhiên tuyệt đại đa số VKL sản ra nhiều độc tố ở những

điều kiện sinh trưởng tối ưu Chẳng hạn nhiệt độ sinh trưởng tối ưu của một số

chủng VKL thuộc các chi Microcystis, Aphanizomenon và Oscillatoria là 25oC

Hàm lượng độc tố cũng như độc tính cao nhất thường đạt ở nhiệt độ từ 20-25oC Ở

nhiệt độ cao hơn, độc tính có thể giảm đi 6 lần (Rapala, 1998) Thông thường độc

tính gan và độc tính thần kinh của các chủng VKL thường cao nhất ở ánh sáng tối

ưu hoặc dưới tối ưu một chút (12-14,5 µmol m-2 s-1) Khi bị hạn chế ánh sáng độc tố

gan của VKL Microcystis aeruginosa và hàm lượng nodularin của Nodularia

spumigena (là VKL có khả năng cố định Nitơ) giảm đi đáng kể pH môi trường

cũng có tác động lên khả năng sản độc tố Độc tính của Microcystis aeruginosa

giảm mạnh ở pH kiềm hoặc axit nhẹ (Rapala, 1998) Các yếu tố dinh dưỡng như N,

P đều có tác động lên sự sản độc tố của VKL, hàm lượng độc tố microcystins (MCs) tăng tỷ lệ thuận với hàm lượng T-P và P hoà tan (Wang và cộng sự, 2003) Hàm

lượng MCs trong Oscillatoria agardhii tăng lên 2 lần trong các tế bào sinh trưởng

trên môi trường có hàm lượng P cao (5,5 mg P.L-1) so với tế bào sinh trưởng trên môi trường ít P (0,01 P.L-1) Hàm lượng MCs của Microcystis aeruginosa và

Oscillatoria agardhii tăng lên 2-3 lần trong môi trường giàu N trong khi hàm lượng

nodularin của Nodularia spumigena lại cao nhất trong môi trường không chứa hoặc

chứa rất ít nitơ vô cơ Ngoài ra, sự nở hoa nước chịu ảnh hưởng mạnh mẽ và đồng thời không chỉ của các điều kiện ngoại cảnh như các các yếu tố dinh dưỡng, tính chất thuỷ lý, thuỷ hoá của cột nước, điều kiện thời tiết, mà còn cơ chế bên trong tế bào của các loài gây nở hoa đảm bảo cho khả năng phát triển chiếm ưu thế trong những điều kiện stress (Đặng Đình Kim và Đặng Hoàng Phước Hiền, 1999) Đối với tảo silic - nhóm tảo có nhiều loài thường được sử dụng làm chỉ thị sinh học cho

ô nhiễm môi trường nước, ngoài các thông số như nitơ (N), phốtpho (P), silic (Si), các tỷ số Si/N và Si/P cũng rất được quan tâm Trong các thủy vực bị phú dưỡng (giàu hàm lượng P và N), hàm lượng silic sẽ bị giảm mạnh trong suốt quá trình phát triển mạnh mẽ của tảo Khi tỉ số N/P trong thuỷ vực lớn hơn 16 và các tỉ số Si/N; Si/P nhỏ hơn 1 thì silic sẽ trở thành yếu tố giới hạn sự phát triển của tảo, khi đó tảo silic (sử dụng silic cho sự phát triển của chúng) sẽ không phát triển được và thay vào đó là sự phát triển của các loài tảo khác, chủ yếu là VKL tạo nên hiện tượng nở hoa VKL , trong đó có nhiều loài có khả năng sản ra độc tố

I.1.3 Các loài VKL độc, độc tố của VKL và tác động độc hại của chúng lên sức khỏe con người, vật nuôi và môi trường sinh thái

Cho đến nay, người ta đã phát hiện được khoảng 100 loài VKL độc nước

ngọt thuộc 40 chi trong đó thường gặp nhất là các chi Microcystis, Anabaena,

Aphanizomenon, Oscillatoria, Nostoc, Cylindrospermopsis, Anabaenanopsis,

Cylindrospermum, Haphalosiphon, Lynbya, Nodularia, Phormidium, Planktothrix, Umezakia, Pseudoanabaena (Gkelis et al, 2005, Jayatissa et al., 2006, van

Apeldoorn et al, 2007) Trong các chi kể trên, chi Microcystis với loài Microcystis

aeruginosa xuất hiện thường xuyên ở hầu khắp các thủy vực nước ngọt trên thế

giới

Các độc tố do VKL sản ra được chia thành những nhóm chính sau dựa theo

cơ quan mà nó tác động:

- Các độc tố gan (Hepatotoxins) như microcystins (MCs), nodularins Đây là

những peptide mạch vòng cấu tạo từ 7 axit amin có cấu trúc chung là vòng D- Ala-

L-X-D- MeAsp-L-Z-Adda-D-glu-Mdha, trong đó L-X và L-Z là các amino axit biến

đổi hoặc 5 axit amin (nodularin hay NOD) cũng chứa 3 loại axit amin giống như

trong phân tử MCs là Me-Asp1, Adda3 D-Glu4 Ngoài ra NOD còn chứa L-Arg2 và

Mdhb5 Nhiều loài VKL có khả năng sản ra microcystin trong đó chi Microcystis là

những cơ thể chủ yếu sản ra độc tố này Cho đến nay khoảng hơn 80 loại MCs khác

nhau đã được phát hiện (Gurbuz và cs 2009) trong khi cơ thể duy nhất sản ra NOD

là Nodularia spumigena và chỉ có 7 loại NOD khác nhau được phát hiện

- Các độc tố thần kinh (Neurotoxins), Saxitoxins (PSPs), Anatoxin–a,

Anatoxin–a(S), Homoanatoxin–a, thường do đại diện của chi Anabaena như A,

flos-aquae, A, circinalis, A, lemmermanni hoặc Aphanizomenon flos-aquae sản ra

- Các độc tố tế bào: Cylindrospermopsin do đại diện duy nhất là

Cylindrospermopsis raciborskii sản ra

- Các độc tố gây ngứa da, tiêu chảy (Aplysiatoxins, debromoaplysiatoxins,

các lipopolysacharides (LPS) thường do các loài VKL như Lyngbya majuscula,

Oscillatoria nigroviridis sản ra

Trong số các độc tố do vi khuẩn lam sản sinh ra thì độc tố gan trong đó

microcystins là nhóm nguy hiểm hơn nhóm độc tố thần kinh và thường gặp phổ

biến

Tác động độc hại của VKL độc và độc tố của chúng lên sức khỏe con người,

vật nuôi và môi trường sinh thái đã được chứng minh bằng nhiều ví dụ trên thực tế

qua hiện tượng nhiễm độc cấp tính hoặc trường diễn của người và vật nuôi cũng

như qua các nghiên cứu độc tố học

Bảng 1 Tác động của VKL và độc tố của chúng đến vật nuôi và gia súc (Chorus &

Carmichael và Gorham, 1978

Canada Chim nước Nhiễm độc thần kinh,

Phần lan Chim nước,

cá, chuột xạ

Nhiễm độc gan, hỏng mang cá

Planktothrix agardhii

Eriksson và cs,

1986

Na Uy Gia súc có

sừng Nhiễm độc gan, MCs M aeruginosa Skulberg, 1979

Anh Chó chăn cừu Nhiễm độc gan, MCs M.aeruginosa Pearson và cs,

1990

Scotland Chó Nhiễm độc thần kinh,

anatoxin -a

Oscillatoria spp Gunn và cs, 1992

Scotland Cá hồi Hỏng mang, MCs M.aeruginosa Bủy và cs, 1995

10 người lớn phải nhập viên khẩn cấp với những triệu chứng suy gan, tiêu chảy ra

máu và suy thận Thủ phạm là Cylindrospermopsis raciborskii loài VKL sản ra độc

tố cylindrospermopsin, 1 loại độc tố tế bào, có mặt trong nguồn nước họ sử dụng

với mật độ tới 300.000 tế bào/L Tại Canada (1959), 13 người bị nhiễm độc và

nhiều vật nuôi bị chết do bơi và uống phải nước trong hồ chứa nhiều tế bào

Microcystis spp, và Anabaena circinalis (Dillenberg và Dehnel, 1960) Ở Anh, năm

1989, 20 lính thủy bị nhiễm độc sau khi bơi và luyện tập trong nước hồ có mật độ

Microcystis spp, dày đặc và ở Australia (1995), 852 người tham gia hoạt động giải

trí tiếp xúc với nước đã mắc phải các triệu chứng nhiễm độc trong 7 ngày sau đó

(Pilotto và cộng sự 1997)

Ở Việt Nam, hiện tượng cá chết hàng loạt tại các ao nuôi có mật độ VKL lớn

cũng đã được ghi nhận (Đ H P Hiền và cs, 2002-2007, Đ Đ Kim và cs.,

2003-2004)

Sự phú dưỡng cùng với các điều kiện ánh sáng và nhiệt độ thích hợp đã tạo

điều kiện để thực vật phù du, trong đó có VKL độc phát triển mạnh ở một số thủy

vực Việt Nam Loài VKL thường gặp nhất là M aeruginosa Nghiên cứu độc tính

và độc tố của các mẫu VKL gây nở hoa nước ngoài tự nhiên và các mẫu được phân

lập trong phòng thí nghiệm bằng phương pháp thử sinh học trên Artemia salina và

phương pháp HPLC cho thấy nhiều mẫu có độc tính đối với động vật thí nghiệm

Các mẫu VKL độc đã nghiên cứu thu thập từ các thuỷ vực chứa 6 loại MCs khác

nhau với lượng MCs tổng số dao động từ 0,002 đến 3,583 µg g-1 TLK Những kết

quả này cho thấy khả năng ô nhiễm VKL độc và độc tố của chúng tại các thuỷ vực

nước ngọt nội địa Việt Nam, đặc biệt là vào thời điểm tàn lụi của sự nở hoa VKL

khi thành tế bào bị phá vỡ và các độc tố có thể bị thải ra khỏi tế bào vào môi trường

xung quanh, là một thực tế, (Đặng Hoàng Phước Hiền và cs, 2005, Trần Văn Tựa và

cs, 2006)

Liên quan đến vi khuẩn lam gây hại, kết quả khảo sát một số thuỷ vực nước

ngọt bao gồm một số hồ chứa, Dương Đức Tiến và cs (2002) cũng cho thấy vi

khuẩn lam độc thuộc chi Microcystis hiện diện ở tất cả các thuỷ vực khảo sát, mật

độ có khi lên tới 4-7x106 tể bào/lít Tác giả cũng đưa ra khoá phân loại dựa vào hình

thái tế bào và tập đoàn cho các loài thuộc chi vi khuẩn lam độc này

I.1.4 Phát hiện sớm tảo độc

Việc quản lí, giám sát sự hiện diện VKL độc hại độc theo phương pháp

truyền thống (xác định thành phần loài bằng hình thái và sinh khối) đòi hỏi mất khá

nhiều thời gian cho công tác phân lập, nuôi cấy, phân tích độc tố và xác định độc tính, trong khi yêu cầu thực tế là cần có những kết quả nhanh để đưa ra những biện pháp xử l í thích hợp Ngoài ra, hình thái của các loài và các chủng VKL lại biến động nhiều dưới các điều kiện môi trường khác nhau đã làm cho việc định loại trở nên khó khăn (Otsuka và cs, 1999) Hơn nữa, khả năng sản sinh độc tố của các chủng VKL còn phụ thuộc vào đặc tính loài và sự hiện diện của các gen có liên quan Trong những quần xã VKL có thể tồn tại những cá thể có khả năng hoặc không có khả năng sản sinh ra độc tố Tuy nhiên, những cá thể này lại rất khó phân biệt bằng những đặc điểm phân loại hình thái (Kurmayer và cs, 2004) Do vậy, các nghiên cứu về hình thái và phân tử đã cố gắng giải quyết mối quan hệ không rõ ràng

giữa độc tính của Microcystis với cấu trúc quần thể của nó Các phương pháp phân

tử để thực hiện thường dựa trên sự đa hình allozyme, các gen 16S rRNA, vùng đệm giữa các gen phycocyanin (PC- IGS), lai ADN- ADN, sự sắp xếp các base, đa hình ADN được khuyếch đại ngẫu nhiên, gen rbcL Cùng với việc đưa ra nguồn gốc của

Microcystis, các kết quả này chứng minh sự không đồng nhất giữa các chủng gây

độc và không độc Sự nhận dạng locus di truyền đảm nhiệm tổng hợp MCs của M

aeruginosa gần đây cho phép xác định lại vấn đề gây độc Để phát hiện những

chủng VKL sản ra MCs, một số nhà khoa học Australia (Neilan và cs, 1999) và các nhà khoa học Nhật Bản (Nishizawa và cs., 1999) đã phát triển các mẫu dò di truyền

phát hiện trực tiếp gen mcyA và vùng adenyl hoá trong cụm gen MC synthetase từ

đó có thể nhận dạng Microcystis gây độc Các mẫu dò phân tử này đều được kiểm

tra trên các mẫu ngoài tự nhiên và mẫu phân lập trong phòng thí nghiệm trước khi

ứng dụng (Tillett và cs 2001)

Những nghiên cứu của Dittman E.và cs., 1996 cũng cho thấy gen mã hoá cho các peptide synthetase được tập hợp thành các operon lớn với những vùng có trình

tự bảo thủ lặp lại Sử dụng trình tự này có thể xác định những gen peptid synthetase

của M aeruginosa.Việc gây đột biến vào những gen này đã tạo ra những chủng

không độc Điều này rất hữu ích khi tiến hành thiết kế các mồi để phát hiện những gen gây độc Trong một nghiên cứu khác của các nhà khoa học Mỹ (Ouellette,

2006) các gen sinh tổng hợp độc tố MCs từ các chủng thuộc loài M aeruginosa và

1 loài thuộc chi Planktothix đã được giải trình tự đầy đủ Những trình tự đã biết này

cho phép thiết kế các mẫu dò oligonucleotid để phát hiện một cách đặc hiệu các gen này

Trong khi một vài loài thuộc chi Microcystis không rõ có sản sinh độc tố hay

không thì tất cả các chủng thuộc loài Microcystis aeruginosa chứa gen mã hoá cho

MCs sẽ được coi như có khả năng sản sinh MCs (gây độc) Số lượng các công trình

sử dụng phương pháp phân tử để phát hiện VKL độc tăng một các nhanh chóng

Trước khi trình tự của cụm gen sinh tổng hợp MCs được công bố, phương pháp dựa

trên DNA để phát hiện và phân tích phát sinh chủng loại VKL độc đã được khảo

sát Gần đây, các trình tự của gen sinh tổng hợp MCs đã trở thành phương tiện phát

hiện phân tử rất đặc hiệu Những trình tự này được dùng mọi nơi trên thế giới để

thiết kế và xây dựng bộ dò phát hiện gen độc dựa trên PCR Phương pháp này đang

được sử dụng rộng rãi và được coi như một phương pháp chẩn đoán để cảnh báo

sớm sự nở hoa của nước có VKL độc, và rất nhạy vì sự khuyếch đại bằng phương

pháp PCR Cùng với sự gia tăng số lượng các gen liên quan tới các con đường sinh

tổng hợp độc tố VKL khác, phương pháp phân tử sẽ vẫn được phát triển để phát

hiện những gen này (Dittman E., và cs, 1996, Neilan, B.A., và cs, 1999, Ouellette,

A J A., và cs, 2003, Tillett, D., và cs., 2001)

I.1.5 Ứng dụng công nghệ sinh thái sử dụng thực vật thủy sinh làm giảm thiểu ô

nhiễm dinh dưỡng và tảo độc

Việc giám sát VKL độc và độc tố của chúng tại các thuỷ vực nước mặt làm

nguồn cung cấp nước sinh hoạt cho cộng đồng dân cư đã được thực hiện chặt chẽ từ

nhiều thập kỷ nay tại các nước phát triển (Australia, Mỹ, Anh, Nhật, Canada…) Để

giảm thiểu tác động độc hại của VKL độc và độc tố VKL những giải pháp xử lý tức

thì thường được sử dụng khi thủy vực đã bị ô nhiễm nặng (tức là khi đã xuất hiện

hiện tượng nở hoa nước) Khi đó người ta sử dụng những phương pháp hóa học như

dùng các chất diệt tảo, hóa chất (CuSO4), để diệt tảo kết hợp với những phương

pháp cơ học (hớt váng, che mái…) Tuy nhiên những phương pháp này khá tốn kém

và khó tiến hành triệt để, đặc biệt là trong những thủy vực lớn Việc ngăn ngừa và

giảm thiểu tác động của các tác nhân môi trường , đặc biệt là các yếu tố dinh dưỡng

lên sự phát sinh, phát triển của tảo độc là giải pháp khoa học và kinh tế hơn việc xử

lí nước đã bị ô nhiễm tảo độc và độc tố của chúng Đây là những phương pháp thân

thiện môi trường theo hướng phát triển môi trường sinh thái bền vững Một trong

những biện pháp này là tiến hành kiểm tra những nguồn gây ô nhiễm dinh dưỡng từ

bên ngoài vào hồ, ví dụ: sự rửa trôi và xói mòn từ những vùng canh tác nông lâm

nghiệp, xói mòn do sự tàn phá rừng và từ nguồn nước thải sinh hoạt, công nghiệp…

để có những đối pháp thích hợp như trồng rừng, sử dụng thảm cỏ hoặc các giải đất

hẹp quanh hồ để ngăn ngừa xói mòn và rửa trôi, đồng thời có biện pháp sử dụng phân bón hợp lý, giảm mất mát phân và nâng cao hiệu quả, lập trạm xử lí nước thải trước khi thải ra hồ đối với các nguồn tập trung…

Để ngăn ngừa hiện tượng phú dưỡng và sự nở hoa độc hại của VKL, ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là những nước trong khu vực Châu Á - Thái Bình Dương kỹ thuật công nghệ sinh học - sinh thái đã và đang được phát triển và hiện đang được ứng dụng rộng rãi ở Nhật Bản, Thái Lan, Trung Quốc (Nakazato và cs., 1998; Oshima và cs, 2001: Qin, 2009; Li, và cs, 2008)

Công nghệ sinh học - sinh thái dựa trên cơ sở hoạt động của các hệ thống sinh thái tự nhiên và nhân tạo (bao gồm động - thực vật và vi sinh vật), thân thiện với môi trường, đòi hỏi ít năng lượng, có tính phổ cập cao (Inamori, 2002) và rất khả thi đối với điều kiện nước ta, trong đó phương pháp sử dụng thực vật thuỷ sinh (TVTS) được coi là có hiệu quả cả về kinh tế và xã hội

TVTS sử dụng nitơ, phốtpho và các nguyên tố vi lượng khác trong trao đổi chất Tại các nước phát triển như Mỹ, Pháp, Nhật Bản, Đức, Hàn Quốc…các công nghệ xử lý nước thải sử dụng TVTS đã được phát triển rất thành công Tại Pháp, năm 1993 đã có tới 2600 trạm xử lý nước thải kết hợp sử dụng ao ổn định Bắt đầu

từ những năm 1980 rất nhiều cơ sở xử lí nước thải tại các bang nước Mỹ đã phát triển và ứng dụng công nghệ xử lí ô nhiễm với việc sử dụng các loài thực vật nổi và

hệ thống hồ ổn định Phương pháp xử lí ô nhiễm hữu cơ và vô cơ tại vùng rễ của một số TVTS - còn gọi là “Phương pháp vùng rễ”, đã được các nhà khoa học Đức nghiên cứu và triển khai có hiệu quả tại nhiều nơi Các nhà khoa học Nhật Bản đã thiết kế những hệ thống làm sạch nước ô nhiễm sử dụng hệ sinh thái TVTS dưới dạng Bio-park để giảm bớt ô nhiễm các hồ lớn, thông qua đó kiểm soát hiện tượng

nở hoa của nước do vi tảo phát triển trong đó có tảo độc (Greenway, 2003; Seabloom, 2003; Rittmann, 2001; Ran và cs., 2004)

Các loại hình công nghệ chủ yếu xử lý ô nhiễm nước có sử dụng loài TVTS gồm:

1 Sử dụng hồ có mặt thoáng tự do, TVTS trong trường hợp này có rễ bám đất, thân và lá nổi bên trên mặt nước Độ sâu của nước khoảng 10 - 45 cm Các loại TVTS điển hình được sử dụng là Lau, Sậy, cỏ Lác, cỏ Nến, Cải soong….Trong trường hợp này TVTS tham gia trực tiếp vào giai đoạn xử lý bậc hai hoặc giai đoạn cuối của qui trình

2 “Phương pháp vùng rễ” hoặc công nghệ xử lý nước thải chảy qua vùng rễ

của TVTS Ưu thế của công nghệ là không cần diện tích lớn và khử được mùi hôi

Trong trường hợp này TVTS thường là lau, sậy, cỏ lác đâm rễ chìm trong nền cát -

sỏi với độ sâu khoảng 0,5 - 1 m Nước thải chảy qua hệ thống lỗ trong nền cát - sỏi

và được khử độc nhờ hệ thống rễ cây và hệ vi sinh vật bám quanh rễ Trong phương

pháp vùng rễ có 2 dạng công nghệ là dòng chảy ngang và dòng thẳng đứng,

3 Hệ thống thực vật nổi Đây là công nghệ được nghiên cứu kỹ và được ứng

dụng nhiều nhất TVTS điển hình tham gia quy trình xử lý ô nhiễm là bèo Tây, bèo

cái, bèo Tấm, rau Muống… Ngoài việc tham gia loại bỏ các chất hữu cơ, chất thải

rắn, nitơ, phôtpho, kim loại nặng, các tác nhân gây bệnh…các loài TVTS này tham

gia trực tiếp việc hạn chế phát sinh hiện tượng nước nở hoa trong ao hồ do cạnh

tranh ánh sáng với thực vật phù du

Trong thực tiễn sử dụng, tuỳ theo điều kiện cụ thể có thể áp dụng một loại

hình hay phối hợp với nhau Ngay tại châu Á, công nghệ sinh thái sử dụng TVTS

đang được ứng dụng ở nhiều nước (Nakazato, 1998; Oshima và cs, 2001) Tại Nhật

Bản, nhiều hồ lớn (ví dụ hồ Kasumigaura, hồ lớn thứ 2 của Nhật) đã có các hệ

thống TVTS kiểu đảo nổi để làm sạch nước Tại Trung Quốc, các hồ như Xuan Wu,

Tai Hu đã xây dựng các đảo nổi TVTS để giảm thiểu sự phì dưỡng nước hồ (Li và

cs., 2008)

Trong công nghệ sinh thái, vai trò chủ yếu của TVTS là:

- Làm giá thể cho vi sinh vật sinh sống: quần thể vi sinh vật là động lực cho

quá trình xử lý

- Tạo điều kiện cho quá trình nitrat hoá và phản nitrat hoá

- Chuyển hoá nước và chất ô nhiễm

- Sử dụng chất dinh dưỡng thành sinh khối

- Nguồn che sáng: Sự có mặt của thực vật thuỷ sinh giúp điều hoà nhiệt độ của

nước và ngăn chặn sự phát triển của các nhóm tảo, qua đó hạn chế được sự dao động lớn

của pH và lượng ôxi hoà tan giữa ban ngày và ban đêm

Việc làm sạch nước bắt đầu bằng vi sinh vật tạo thành lớp màng sinh học

(biofilms) trên bề mặt của rễ TVTS VSV phân giải các chất hữu cơ trong nước và làm

trong nước, sau đó TVTS hấp thu chất dinh dưỡng như N và P Trong tự nhiên, việc sử

dụng thực vật thuỷ sinh cho xử lý nước thải có thể được tiến hành trong các kênh

rạch với độ sâu từ 20 – 50 cm hoặc trong các ao có độ sâu từ 50 cm – 2m Để xác

định loài thực vật cho xử lý nước thải cần phải xem xét đến đặc điểm sinh trưởng,

khả năng chống chịu của thực vật, các nhân tố môi trường Ngoài ra cũng cần xem xét đến đặc điểm của nước thải, yêu cầu về chất lượng dòng thải, loại hệ thuỷ sinh,

cơ chế loại bỏ ô nhiễm, lựa chọn quy trình, thiết kế quy trình, độ tin cậy của quá trình (Greenway, 2003; Silvana, 1994)

Ở Việt Nam, nghiên cứu xử lý nước ô nhiễm bằng công nghệ sinh thái đã được một số tác giả quan tâm Bằng thực nghiệm, một số tác giả trong nước đã chứng minh được vai trò quan trọng của một số TVTS trong việc tích luỹ vào cơ thể của chúng các kim loại nặng khác nhau Chẳng hạn cây bèo Tây có khả năng hấp thụ Pb, Cr, Ni, Zn và Fe trong nước thải công nghiệp [Nguyễn Quốc Thông và cs,

2002, 2003] Một số công trình khác đề cập đến tính chống chịu và khả năng tích luỹ Pb của một số TVTS như bèo Tấm, bèo Lục bình và bèo Cái, tác giả đi đến kết luận là bèo Lục bình tỏ ra có triển vọng nhất trong xử lý ô nhiễm Pb Bèo Lục bình phối hợp với vi tảo Chlorella đã được sử dụng trong hồ sinh học để xử lý bổ sung nước thải của nhà máy lọc dầu Tuy Hạ Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau khi đã xử lý yếm khí bằng một số loài TVTS như Rong đuôi chó, bèo Lục bình, Sen, rau Muống cho thấy sử dụng TVTS vào công đoạn sau cùng là thích hợp Các chỉ số COD, TS, NH4, pH đều đạt tiêu chuẩn cho phép

Từ những năm 1980, Trần Hiếu Nhuệ và Trần Đức Hạ đã có một số nghiên cứu ban đầu về việc xử lý nước thải bằng phương pháp lắng kết hợp với hồ sinh học Lâm Minh Triết (1990), nghiên cứu áp dụng hệ thống hồ sinh vật ba bậc với thực vật nước để xử lý bổ sung nước thải nhiễm dầu trong điều kiện Việt Nam Lê Hiền Thảo (1999) nghiên cứu quá trình sinh học xử lý ô nhiễm nước một số sông hồ

Hà Nội cho thấy khả năng làm sạch của một số hồ có hiệu quả cao trong đó rong đuôi chó và bèo tấm có khả năng giảm thiểu Fe, Cu, Pb và Zn trong nước hồ Bảy Mẫu Nguyễn Việt Anh và cộng sự (2005), nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc trồng cây dòng chảy thẳng đứng cho thấy hiệu suất xử lý của bãi lọc trồng cây sử dụng vật liệu lọc sỏi và gạch vỡ là rất tốt Hệ thống xử lý sử dụng thực vật này hoạt động ổn định, chất lượng nước đầu ra biến động không nhiều Dương Đức Tiến và cs, 2006 xây dựng mô hình hệ thống đất ngập nước nhân tạo với thực vật thuỷ sinh để xử lý nước thải sinh hoạt ở ngoại ô TP Việt Trì cho thấy chi phí xử

lý không nhiều và nước thải được cải thiện rõ rệt Trên góc độ thông tin, Dương Đức Tiến và cs, 2005, Phạm Sơn Dương và cs, 2005 đã tổng hợp và giới thiệu công nghệ sử dụng thực vật như là công nghệ mới có triển vọng trong xử lý ô nhiễm nước thải và đất Trần Đức Hạ và cs (2008) xây dựng mô hình hồ hai ngăn với đập

tràn có nuôi trồng TVTS (thiên điểu trồng ven cơ hồ và bèo tây phủ 20% diện tích

mặt nước) để xử lý nước hồ Yên Sở cho thấy các chỉ tiêu ô nhiễm (BOD, TN, NH4+,

PO43-, SS, kim loại nặng, coliform) giảm rõ rệt Lượng ôxy hòa tan tăng, cây sinh

trưởng tốt Tác giả cho rằng đây là mô hình khả thi, tăng cường quá trình tự làm

sạch nước về chất hữu cơ, dinh dưỡng và coliform

Trong những năm gần đây, tại Viện Công nghệ môi trường (Viện KH&CN

Việt Nam) đã và đang tiến hành các nghiên cứu một cách hệ thống một số loài thực

vật thuỷ sinh như: Bèo Tây, Bèo Cái, Rau Muống, Bèo Tấm, Ngổ, Ngổ Dại, Sậy,

Cỏ Vetiver, một số vi tảo… để đánh giá đặc điểm sinh học, tính chống chịu và khả

năng loại bỏ Nitơ, phốtpho, COD cũng như các kim loại nặng (Cr, Ni, Pb) từ nước

thải công nghiệp mạ điện và nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm Kết quả

cho thấy các loài thực vật này có độ tăng trưởng cao, khả năng chống chịu tương

đối tốt và tham gia tích cực vào việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường Mô hình công

nghệ qui mô pilốt sử dụng bèo Tây và bèo Cái trong xử lý nước thải chế biến thuỷ

sản, sử dụng cây Sậy và cỏ Vetiver trong xử lý nước thải chứa crôm và niken đã

được xây dựng và vận hành có hiệu quả Nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn thải loại B

trở lên theo TCVN 5945-2005 đối với nước thải công nghiệp (T.V.Tựa và cs, 2005,

2007, 2008, Tran, V.T., và cs 2006)

Tuy nhiên những nghiên cứu trên chưa đồng bộ và được thực hiện vào các

thời điểm rất khác nhau, bởi vậy việc khảo sát đánh giá toàn diện hiện trạng môi

trường hồ Núi Cốc một cách có hệ thống, nhằm đề xuất các giải pháp quản lý bền

vững hồ - như trường hợp nghiên cứu điển hình - là cần thiết và cấp bách để có thể

nhân rộng ra các thuỷ vực nôi địa khác trong nỗ lực bảo vệ nguồn tài nguyên nước

mặt của Việt Nam

I.2 Khái quát điều kiện tự nhiên lưu vực hồ chứa Núi Cốc

Hồ Núi Cốc được tạo nên bởi đập ngăn tại km 56 trên sông Công (xã Phúc

Trìu, TP Thái Nguyên) được xây dựng trong những năm 1973 – 1982 với dung tích

176 triệu m3 Vị trí địa lý của hồ Núi Cốc ở toạ độ 21º 34’ vĩ độ bắc, 105º 46’ kinh

độ đông Hồ giáp các xã Tân Thái (Đại Từ), Phúc Xuân, Phúc Trìu (TP.Thái

Nguyên) Hồ có độ sâu 35m, diện tích mặt hồ rộng 25 km², dung tích của hồ ước

20-176 triệu m³ Mặt hồ rộng với hơn 89 hòn đảo lớn nhỏ Khác với những thuỷ

vực nhân tạo lớn như hồ Hoà Bình, Thác Bà…được xây dựng với mục đích chính là

thuỷ điện Hồ Núi Cốc có diện tích vừa phải để điều tiết và thực hiện chức năng cấp

nước sinh hoạt, tưới tiêu, nuôi trồng thuỷ sản và du lịch Loại thuỷ vực này có ở hầu

khắp các tỉnh trong nước, bởi vậy tính điển hình của hồ Núi Cốc rất lớn, hơn nữa, với sự phát triển kinh tế xã hội hiện nay của khu vực, vai trò và ý nghĩa của thuỷ vực này càng được coi trọng Trong những năm gần đây, việc khai thác hồ chứa mang tính chất tự phát, chưa có những quy hoạch cụ thể cùng với sự biến đổi khí hậu toàn cầu đã tác động mạnh mẽ đến chất lượng nước hồ Nhiều thế mạnh của vùng hồ như nuôi trồng và đánh bắt thuỷ sản, trồng và bảo vệ rừng bị suy giảm do biến đổi chất lượng nước hồ

Việc đắp đập ngăn sông tạo thành hồ chứa đã làm thay đổi sâu sắc chế độ thuỷ văn - thuỷ lực của dòng chảy Tốc độ dòng chảy khi vào hồ bị giảm đột ngột dẫn đến phần lớn phù sa bị lắng đọng lại trong hồ, làm biến đổi sinh thái lòng hồ và ảnh hưởng đến hệ sinh thái càng lớn, đặc biệt là chất lượng nước

I.2.1 Đặc điểm địa chất, địa hình

Đặc điểm địa hình: nhìn chung lưu vực hồ Núi Cốc trên sông Công có địa

hình khá đơn giản, phía Tây là dãy núi Tam Đảo được phân định từ độ cao 700m trở xuống Phía Đông Bắc là dãy núi Pháo, kéo dài khoảng 15km theo hướng Tây Bắc – Đông Nam, rộng trung bình 2 - 3km, với đỉnh cao nhất khoảng 600m Vùng trung tâm là những dải đồi núi thấp, độ cao trung bình từ 150 - 250m, độ dốc từ 15 – 250, xen với các dạng địa hình thung lũng – nơi đã được con người khai thác sử dụng từ lâu đời Thung lũng sông Công chạy theo hướng Tây Bắc – Đông Nam, song song với dãy núi thấp Thằn Lằn, có đỉnh cao nhất 497m Có thể khái quát, địa hình khu vực Hồ Núi Cốc mang tính chuyển tiếp giữa vùng gò đồi bậc thềm phù sa cổ phía Đông Nam và vùng đồi núi cao ở phía Tây Bắc Bộ

Đặc điểm địa chất: khu vực Hồ Núi Cốc nằm trong võng chồng An Châu

Võng chồng này được hình thành mạnh mẽ vào thời kỳ Triat đến Kreta Tham gia vào cấu trúc võng chồng này là các thành tạo lục nguyên tuổi Triat trung với thành phần là cát bột kết, sét kết phân bố ở sườn Đông Bắc Tam Đảo chạy dài theo hướng Tây Bắc - Đông Nam Phủ trên tầng cấu trúc trên là các thành tạo lục địa chứa than tuổi T3n-r phân bố thành các cụm nhỏ ở Văn Làng - Tẻo Khê, khu vực núi Hồng với thành phần là cát bột kết, sét vôi, cát kết lẫn cuội kết Cuối cùng là các thành tạo Jura chiếm phần lớn diện tích, khoảng giữa sông Công và sông Cầu với thành phần cát bột kết lẫn cuội sỏi kết chứa than Hoạt động macma trong võng chồng này xảy

ra tương đối mạnh, đặc biệt là sự phát triển các thành tạo phun trào trong khu vực

Thái Nguyên, điển hình là các thành tạo phun trào axit riolit Tam Đảo Các thành

tạo xâm nhập axit đi kèm với các phun trào này là các khối granit ở vùng Đại Từ

Như vậy, trong đới An Châu về mặt đá nền bao gồm các kiểu đá trầm tích,

phun trào và xâm nhập axit Ngoài ra, phát triển trên tất cả các đới cấu trúc trên là

các thành tạo Đệ Tứ có nguồn gốc sông với chiều dày không lớn và phát triển cục

bộ dọc theo thung lũng sông Công với thành phần là cuội, sỏi, sạn lẫn cát, sét và

thành một khu rộng ven rìa đồng bằng hạ du sông Công (từ Phổ Yên đến Phú Bình)

với thành phần cát sét có lẫn nhiều sản phẩm kết von

I.2.2 Đặc điểm khí hậu

Lưu vực sông Công và hồ Núi Cốc nằm trong miền khí hậu vùng Đông Bắc

Việt Nam nhiệt đới gió mùa, có đặc tính chung là nóng và ẩm với 2 mùa rõ rệt, mùa

hè nóng và mùa đông lạnh Sau đây sẽ lần lượt xét đến những điểm cơ bản của các

yếu tố khí hậu trong vùng nghiên cứu:

I.2.2.1 Chế độ nhiệt

Nhiệt độ trung bình nhiều năm trên lưu vực sông Công có xu hướng giảm dần

theo độ cao Theo số liệu quan trắc nhiệt độ trung bình ở khu vực hồ chứa đạt 22,80C

(trạm Đại Từ) Các tháng mùa nóng có nhiệt độ trung bình nhiều năm cao hơn các

tháng mùa lạnh, thời gian từ tháng V đến tháng IX hàng năm, nhiệt độ đều đạt trên

240C đến gần 290C Tháng VII là tháng có nhiệt độ trung bình cao nhất trong năm

(28,20C) và tháng I là tháng có nhiệt độ thấp nhất chỉ đạt 150C Sự biến đổi nhiệt độ

theo thời gian tại các nơi qua các thời kỳ diễn ra cũng có mức độ khác nhau nhất là

ở các thời kỳ chuyển tiếp giữa các mùa, từ mùa nóng sang mùa lạnh hoặc ngược lại,

tăng nhanh vào tháng III, IV và giảm nhanh vào tháng X, XI

Chênh lệch nhiệt độ trung bình nhiều năm giữa tháng lớn nhất với tháng nhỏ

nhất tại các nơi cũng khá lớn, biên độ dao động từ 100C - 12,50C

Nhiệt độ cao nhất tuyệt đối hàng năm ở các nơi trong vùng thường xảy ra

vào những tháng mùa nóng, nhất là khi có gió Tây Nam hoạt động mạnh và kéo dài

nhiều ngày Trị số đo được tại Thái Nguyên là 39,50C Nhiệt độ thấp nhất tuyệt đối

thường xảy ra vào tháng cuối năm hoặc đầu năm, tại Thái Nguyên là 3,00C

Bảng 2 Nhiệt độ không khí tháng và năm trung bình nhiều năm (Trạm Đại Từ)

15,5 16,3 19,9 23,5 26,8 27,9 28,2 27,6 26,4 23,7 19,9 17,0 22,8

I.2.2.2 Chế độ ẩm

Trong vùng nghiên cứu, độ ẩm tương đối trung bình nhiều năm đạt trên 85% Qua số liệu quan trắc độ ẩm của các tháng trong năm hình thành hai thời kỳ khô ẩm khác nhau rõ rệt Một thời kỳ có độ ẩm lớn từ trên 80% đến trên 90% thường xuất hiện vào các tháng mưa phùn (kéo dài suốt từ tháng IX đến tháng 4 năm sau, đây là thời kỳ thường có mưa lớn, mưa vừa, mưa nhỏ, mưa phùn và sự hoạt động của không khí lạnh cực đới biến tính

Thời kỳ khô từ tháng XI, XII, trùng với sự hoạt động của gió Đông Bắc khô lạnh, ở thời kỳ này độ ẩm tương đối trong các tháng rất nhỏ, chỉ đạt từ 80 - 82%

Bảng 3 Độ ẩm tương đối trung bình nhiều năm (Trạm Đại Từ)

84 84 86 86 83 84 84 87 86 84 82 83 85

I.2.2.3 Bốc hơi

Lượng bốc hơi trong khu vực thuộc loại trung bình so với các khu vực khác

ở vùng đồng bằng Bắc Bộ Lượng bốc hơi đo bằng ống piche ở trạm Đại Từ thời kỳ

1961 - 1981, thì năm có lượng bốc hơi nhỏ nhất là 651mm/năm (1968), lớn nhất 853,2mm/năm (1962) và lượng bốc hơi trung bình nhiều năm trên lưu vực 733,9mm Tháng có lượng bốc hơi lớn nhất thường rơi vào ba tháng V,VI, VII với lượng bốc hơi trung bình từ 72,6 - 80,6mm/tháng Tháng có lượng bốc hơi nhỏ nhất

là tháng II với lượng bốc hơi trung bình tháng là 44,9mm/ tháng

Bảng 4 Lượng bốc hơi tháng trung bình nhiều năm Trạm Đại Từ

những cơn mưa có lượng khá thường xảy ra vào đầu và cuối mùa đông, ngay trong

thời gian giữa mùa đông cũng thường xuyên xuất hiện những trận mưa nhỏ mỗi khi

khối khí cực đới tràn về Điều đó làm cho tính chất khô của mùa đông bớt khắc

nghiệt hơn, mặc dù hiện tượng thời tiết này có lợi cho hoạt động sản xuất nông

nghiệp, nhưng lại tác động tiêu cực đến hoạt động du lịch Một điều cần lưu ý khi

phân tích đặc điểm khí hậu trong khu vực là vai trò điều hòa của Hồ Núi Cốc Với

diện tích mặt nước trung bình 2500 ha chiếm 11% diện tích tự nhiên của khu vực,

hồ có khả năng làm cho không khí trở nên mát mẻ trong lành hơn vào mùa hè, một

điều kiện lý tưởng để thu hút khách du lịch và xây dựng các tuyến du lịch sinh thái

trong vùng

I.2.3 Đặc điểm đất đai

Với những đặc điểm về địa chất, địa hình, khí hậu nêu trên thì đất đai trong

khu vực bị chi phối bởi 3 quá trình hình thành chủ yếu: quá trình feralit và sự hình

thành kết von trên nền phong hóa của đá trầm tích có trên vùng đồi trọc khô hạn;

quá trình phục hồi đất trong rừng tự nhiên và rừng trồng được bảo vệ tốt; quá trình

hình thành đất bờ hồ ở vùng bán ngập và tiếp giáp bán ngập do có nhiều nước Nhìn

chung đất đai trong khu vực có độ pH từ 3,5 - 4,6, đất chua, nghèo mùn Đất có thể

được chia làm ba loại chính: đất feralit vàng đỏ tầng trung bình đến dày, thành phần

cơ giới trung bình, hình thành trên nền đá mịn (phiến thạch sét, Acgilit, phấn sa),

được phân bố rộng, đất giữ nước tốt thích hợp trồng chè, cây ăn quả và rừng; đất

feralit vàng đỏ tầng trung bình đến mỏng, thành phần cơ giới nhẹ trên nền đá thô

(sỏi – sạn kết, sa thạch) Loại đất này phân bố rải rác, giữ nước kém thích hợp cho

việc trồng cây ăn quả, trồng rừng; đất feralit vàng đỏ tầng trung bình đến dày, thành

phần cơ giới trung bình trên nền đá mịn và thô bán ngập Loại đất này phân bố theo

dải, giữ nước tốt, thích hợp trồng cây ăn quả Ngoài ra còn có đất được hình thành ở

các thung lũng, qua quá trình canh tác lúa nước và hoa màu lâu đời, có đặc điểm

thành phần cơ giới nặng, chua, giữ nước tốt, nhưng được chăm sóc thường xuyên

nên vẫn có khả năng cho năng suất cao

I.3 Đặc điểm phát triển KT – XH, dân cư trên lưu vực sông Công

I.3.1 Đặc điểm dân cư trên lưu vực sông Công

Trước những năm 1930, đây là khu vực cư trú của người Dao (Mán) với hoạt

động kinh tế chủ yếu là nông nghiệp tự nhiên Nhưng từ những năm 1930 trở lại đây

đặc biệt trong giai đoạn 1950 – 1960, một số lượng người kinh rất lớn từ khu vực

Đồng Bằng sông Hồng đã di cư lên, người Tày, Nùng ở khu vực Cao Bằng, Lạng Sơn xuống, làm cho địa bàn cư trú của người dân tộc bản địa thu hẹp lại và lùi sâu vào những vùng núi cao phía Tây Đặc điểm của quá trình di dân này là nông – lâm nghiệp, hoạt động kinh tế chủ yếu của người dân trước và sau khi di cư là nông nghiệp Các cộng đồng di cư mang theo những tập quán sinh hoạt, sản xuất, nền văn hóa riêng của dân tộc mình đến vùng đất mới, trên cơ sở khai thác tổ hợp các điều kiện tự nhiên mới, trong một không gian sinh hoạt, sản xuất mới Qua quá trình sinh sống, sản xuất lâu dài các cộng đồng này không biệt lập với nhau mà có sự gắn kết, hòa nhập với nhau Kết quả là một bản sắc văn hóa mang tính tổng hòa từ những nền văn hóa tưởng chừng khác biệt được tạo nên, nó thể hiện trong đời sống sản xuất, sinh hoạt, tinh thần của người dân Một minh chứng rõ ràng là qua những lễ hội đầu xuân của người dân trong vùng, ta thấy có sự xuất hiện của những trò chơi dân gian của người Kinh (chọi gà, đánh đu), bên cạnh những trò của người Tày, Nùng (ném còn)… Đây là những nét văn hóa hết sức độc đáo, tạo nên sắc thái riêng

và khả năng thu hút của du khách

Dân số trong lưu vực

Đối với khu vực xung quanh hồ Núi Cốc, theo điều tra của Viện Quy Hoạch

và thiết kế nông nghiệp tháng V/2007, dân số quanh hồ là 39.736 người Các xã xung quanh lòng hồ Núi Cốc nói riêng cũng như toàn tỉnh Thái Nguyên nói chung, dân cư của các thành phần dân tộc được phân bố dưới hình thức cư trú theo thôn xóm và có sự đan xen giữa các thành phần dân tộc Các cụm dân cư phân bố theo các hình thức: nằm dọc theo các đường trục chính tỉnh lộ 270 và 261 (xã Lục Ba, Hùng Sơn, Bình Thuận, Phúc Trìu, Phúc Xuân) men theo mép nước của Hồ Núi Cốc (xã Tân Thái, Vạn Thọ, Lục Ba) và trên các sườn đồi, trong các thung lũng (Phúc Trìu, Phúc Xuân, Phúc Tân)

Trong thời gian qua (giai đoạn 1995 - 2007) dân số của khu vực quanh hồ tăng không đáng kể 0,8%/năm (cả tăng tự nhiên và cơ học) Sự phân bố dân cư và mật độ dân số cũng không đều ở các xã trong vùng, vùng bờ phải hồ (thuộc huyện Phổ Yên) mật độ dân số đạt dưới 200người/km2, vùng bờ trái hồ (thuộc huyện Đại Từ) mật độ dân số đạt trên 500người/km2 Tình hình phát triển dân số của các xã liên quan đến vùng bán ngập lòng hồ Núi Cốc được tóm tắt tại bảng sau:

Bảng 5 Tình hình phát triên dân số các xã khu vực quanh hồ

Huyện, xã

Số hộ Số khẩu Số hộ Số khẩu

Tốc độ tăng dân số bình quân năm (%)

1.Xã Hùng Sơn 1.861 9.018 2.262 8.961 -0,1 2.Xã Bình Thuận 1.212 5.372 1.500 6.134 1,1

Nguồn: Số liệu điều tra tháng V/2007

Trong cơ cấu dân số, tỷ lệ Nam là 49,9% và Nữ là 50,1% Về độ tuổi gồm có

các mức 0 – 14 tuổi chiếm 13,0% dân số, 15 – 19 tuổi chiếm 10,2%, 20 – 54 tuổi

57,1% và trên 54 tuổi chỉ có 19% trong đó trên 80 tuổi là 0,7% Nhìn chung tỷ lệ

người có tuổi ít hơn so với các vùng khác trong cả nước Trên địa bàn có các tôn

giáo như Đạo Phật và đạo Thiên Chúa giáo Hai đạo này chiếm đa số trong dân cư

Khu vực Hồ Núi Cốc tỉnh Thái Nguyên là một lãnh thổ có nhiều tiềm năng

phát triển du lịch sinh thái, tuy nhiên trước yêu cầu thực tiễn đòi hỏi phải có một

chiến lược phát triển du lịch bền vững, đồng thời khai thác tối đa được các điều kiện

tự nhiên, nhân văn sẵn có của lãnh thổ, mang lại lợi ích tối đa cho cộng đồng địa

phương, buộc chúng ta phải có một phương pháp tổ chức du lịch mới, dựa trên cơ

sở phân tích cấu trúc sinh thái cảnh quan chính là phân tích các mối quan hệ tương

tác giữa các điều kiện tự nhiên và nhân văn của lãnh thổ từ đó thấy được sự phân

hóa lãnh thổ thành những tiểu khu có sự khác biệt về tổ hợp các điều kiện tự nhiên

và nhân văn Đây là cơ cở để phát hiện các thế mạnh về du lịch của từng tiểu khu và

toàn bộ lãnh thổ, nhằm có được các quy hoạch du lịch hợp lý nhất

I.3.2 Đặc điểm phát triển KT – XH lưu vực sông Công

Toàn bộ lưu vực hồ Núi Cốc có diện tích 541 km2, thuộc địa phận tỉnh Thái

Nguyên Trong lưu vực, theo số liệu của tổng cục thống kê năm 2004, diện tích

rừng chiếm khoảng 45,5% Diện tích đất nông nghiệp chiếm 37,2% và đất đô thị

chỉ chiếm phần nhỏ (6%)

Đối với tình hình phát triển kinh tế ở khu vực xung quanh hồ chứa (ở đây

chúng tôi xem xét đến các xã xung quanh hồ) chủ yếu là sản xuất nông nghiệp thể

hiện qua cơ cấu sử dụng đất quanh hồ (bảng 6)

Bảng 6 Tình hình sử dụng đất quanh hồ Núi Cốc

Mục đích sử dụng Đại từ TP.Thái Nguyên Phổ Yên

Tổng diện tích

I.3.2.1 Thực trạng sản xuất nông - lâm nghệp và nuôi trồng thủy sản

Ngành sản xuất nông-lâm nghiệp-thủy sản tuy chiếm tỷ trọng ngày càng giảm

dần trong nền kinh tế nhưng vẫn là một ngành kinh tế quan trọng của tỉnh Thái

Nguyên và trong lưu vực hồ Núi Cốc Trong lưu vực, các sản phẩm chủ yếu là lúa,

chè, lạc, đậu tương, gia súc, gia cầm và hoa quả tươi trong đó chè (20895,0

tấn/năm) và lúa (57634,6 tấn/năm) là hai sản phẩm có năng suất cao và chiếm tỷ

trọng lớn trong nền kinh tế nông nghiệp [Tổng cục thống kê, 2006] Do được chú

trọng tới kỹ thuật chăm bón canh tác mùa vụ và cơ cấu cây trồng nên năng suất và

sản lượng trong lưu vực đạt giá trị cao

Nền nông nghiệp chuyển dần sang hình thức thâm canh tăng vụ, chính điều

này đã lạm dụng một lượng rất lớn phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, hay chất kích

thích tăng trưởng Cơ cấu cây trồng đa dạng phong phú, một mặt đã làm tăng năng

suất cây trồng nhưng mặt khác cũng gây tác động tiêu cực đến môi trường

Với thực trạng phát triển nông nghiệp tập trung chủ yếu là trồng cây lương

thực (lúa, ngô) và cây công nghiệp dài ngày (chè) nên thực trạng phát triển kinh tế ở

khu vực này đang ở mức thấp và đây cũng là một trong những nguyên nhân làm

tăng cường các chất dinh dưỡng xuống lòng hồ qua canh tác nông nghiệp còn tương

đối lạc hậu ở địa phương

∗ Trồng trọt

- Về sản xuất lương thực: Tổng sản lượng quy thóc ở đây đạt 14.256 tấn/năm (2006)

và bình quân lương thực đầu người đạt 359kg/người.năm Các khu vực nằm ở bờ

trái hồ chứa phát triển nông nghiệp mạnh hơn phía bờ phải của hồ

- Về cây chè: Xung quanh hồ có 1868ha trồng chè với năng suất từ 7 – 7,5 tấn/ha

Đây cũng là nguồn thu nhập chính của dân cư quanh vùng

Ngoài ra còn một số diện tích trồng rau màu và một số cây ăn quả để phục vụ

nhu cầu trực tiếp của khu vực

Nhìn chung, nông nghiệp ở khu vực này vẫn phát triển theo hướng tự phát

nhỏ lẻ, chưa đưa đến sản xuất hàng hóa

∗ Chăn nuôi

Đây là khu vực có điều kiện tự nhiên rất thuận lợi cho phát triển ngành chăn

nuôi theo quy mô lớn như có diện tích đồng cỏ chăn thả dưới tán rừng, đồng cỏ tự

nhiên nhưng ngành chăn nuôi ở khu vực vẫn mang tính chất tự phát, kỹ thuật chăn

nuôi lạc hậu, giống gia súc, gia cầm chủ yếu là giống địa phương nên có tầm vóc nhỏ, tăng trưởng chậm và đặc biệt là khả năng chống chịu với bệnh dịch không cao Trong lưu vực Hồ Núi Cốc, số lượng gia súc- gia cầm được chăn nuôi theo thống

kê năm 2004 đạt 22708 con trâu –bò; 72 140 con lợn và 719.000 con gia cầm Trong số các địa phương trong lưu vực, huyện Đại Từ có số lượng gia súc gia cầm

chăn nuôi lớn nhất [Tổng Cục Thống Kê, 2006]

Đối với khu vưc xung quanh hồ, theo thống kê có tổng số đàn trâu khoảng 5.203 con, chủ yếu phục vụ sức kéo cho nông nghiệp; đàn bò 965 con; đàn lợn 36.540 con và đàn gia cầm 199.920 con Tuy nhiên, do hình thức chăn nuôi phân tán trong các hộ gia đình vì vậy gây ô nhiễm môi trường ở các khu vực dân cư khá lớn

∗ Nuôi trồng thuỷ sản

Trong lưu vực, các hoạt động nuôi trồng thuỷ sản theo thống kê năm 2004 đạt 773,7 tấn [Tổng Cục Thống Kê, 2006] Các hoạt động này đã và đang gây ô nhiễm cho môi trường nước hồ do các nguồn thức ăn chăn nuôi Trong quá trình nuôi, lượng thức ăn dư thừa sẽ bị hoà tan và phân huỷ trong môi trường nước, làm gia tăng hàm lượng các muối dinh dưỡng trong ao

∗ Thực trạng sản xuất lâm nghiệp

Cho đến trước khi hình thành hồ chứa Núi Cốc, các khu đồi thấp ở trong vùng lòng hồ và ven hồ đều có rừng rậm che phủ Tuy nhiên sau khi đi vào hoạt động, phần lớn thảm rừng này đã bị biến mất do khai thác bừa bãi và không có chiến lược bảo vệ Từ năm 1986 khi có quyết định thành lập khu bảo vệ Hồ Núi Cốc, công việc phục hồi rừng được tiến hành Diện tích đất lâm nghiệp ở khu vực này khá lớn và được phủ xanh đất có hiệu quả qua phát triển kinh tế rừng Hơn 20 năm qua thực hiện các dự án trồng rừng phòng hộ, trồng rừng sản xuất diện tích rừng đã được tăng lên đáng kể, góp phần cải tạo môi trường sinh thái của khu vực Tuy nhiên do chưa chú ý phát triển cây bản địa, cây rừng đa mục đích, vườn ươm giống chưa đáp ứng yêu cầu, kỹ thuật lâm sinh phòng hộ chưa cao vì vậy các cây trồng rừng ở đây chủ yếu là cây keo, bạch đàn nên tiến độ trồng rừng chậm, chất lượng rừng kém, khả năng cung cấp gỗ còn thấp Ngoài ra tình trạng chặt phá rừng trái phép, cháy rừng còn xảy ra nhiều nên công tác bảo vệ rừng thường gặp nhiều khó khăn

Bảng 7 Hiện trạng đất lâm nghiệp của khu vực quanh hồ Núi Cốc

Đơn vị: ha

Huyện Tổng diện tích

rừng

Rừng trồng sản xuất

Rừng trồng phòng hộ

Đại Từ 1884 913 971 Phổ Yên 2261 1189 1072

Thái Nguyên 1428 442 986

Tình hình phát triển tiểu thủ công nghiệp, thương mại, dịch vụ du lịch

I.3.2.2 Sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp và khai thác khoáng sản trong

lưu vực hồ Núi Cốc

Ngành sản xuất công nghiệp trong lưu vực chiếm tỷ trọng nhỏ trong nền

kinh tế của lưu vực Theo báo cáo [Trung tâm phát triển công nghệ và điều tra tài

nguyên, 2002; Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Thái Nguyên, 2009], trong lưu vực

hồ Núi Cốc, số lượng các cơ sở sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp

không nhiều, chủ yếu nằm trên địa phận huyện Đại Từ và vùng ven hồ

Khu vực quanh hồ Núi Cốc được xếp vào địa phương thuộc miền núi của

tỉnh Thái Nguyên Tuy nhiên có một số xã như xã Hùng Sơn, Bình Thuận, Tân Thái

(huyện Đại Từ), Phúc Trìu, Phúc Xuân (TP Thái Nguyên) phát triển một số sản

phẩm nông sản và các ngành thủ công như dệt, mây tre đan do nằm trong khu vực

thuận lợi phát triển du lịch Còn các khu vực khác hầu như không có sản phẩm gì

trao đổi

Đối với sản xuất công nghiệp, vùng ven hồ chủ yếu là công nghiệp khai

khoáng Tuy nhiên, hình thức không phải là khai khoáng tập trung của nhà nước

Một số điểm khai khoáng của tư nhân, không thực hiện đúng quy định của Luật

bảo vệ môi trường, gây ô nhiễm môi trường nước hồ, đặc biệt là sau những trận

mưa

I.3.2.3 Phát triển các hoạt động du lịch – dịch vụ

Du lịch là một ngành kinh tế tổng hợp, góp phần phát triển kinh tế xã hội

Hồ Núi Cốc là một điểm du lịch hấp dẫn thu hút được nhiều khách du lịch của tỉnh

Thái Nguyên, có vị trí quan trọng đối với phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Lượng

khách đến du lịch ngày càng đông Năm 1996, lượng khách du lịch đến hồ Núi Cốc

chỉ đạt 9.000 người thì năm 2003 số lượng đã tăng lên tới 220.800 người Theo

UBND tỉnh Tỉnh Thái Nguyên [2006], ước tính năm 2010, số lượng khách du lịch

của toàn tỉnh là 1.200.000 người và năm 2020, số lượng khách sẽ là 3.100.000

người

Tuy nhiên, hiện nay hoạt động kinh doanh của ngành còn mang tính tự phát, không theo quy hoạch cơ bản, không có sự điều tiết và quản lý chặt chẽ, nên bước đầu cho thấy môi trường tự nhiên Hồ Núi Cốc đang phải chịu áp lực từ nhiều vấn đề dẫn đến nguy cơ thay đổi và biến dạng đến môi trường [Đặng Thị Tươi, 2004] Ô nhiễm môi trường nước mặt do nhận trực tiếp chất thải và nước thải từ các khu du lịch đưa ra môi trường không qua xử lí làm sạch đã và đang diễn ra

PHẦN II ĐỊA ĐIỂM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

II.1 Các phương pháp nghiên cứu

II.1.1 Lấy mẫu và đo đạc tại hiện trường

II.1.1.1 Lấy mẫu chất lượng nước, sinh vật nổi, vi sinh vật (vsv)

* Các mẫu chất lượng nước, sinh vật nổi (thực vật nổi, động vật nổi), vi sinh

vật (mẫu nước và bùn) được thu tại 6 điểm khảo sát (NC1: chân đập (21°33,529 N,

105°43,537 E); NC2: gần đảo Cò (21°35,008 N, 105°41,311 E); NC3: giữa hồ, gần

cổng chùa (21°34,100 N, 105°42,723 E); NC4: cửa sông Công (21°36,018 N,

105°40,220 E); NC5: rẽ vào nhánh, gần trại vịt của TT cai nghiện (21°35,852 N,

105°39,791 E); NC6: khu du lịch (21°35,506 N, 105°40,946 E) trong thời gian từ

tháng 4 năm 2009 đến tháng 7 năm 2010

Hình 1 Vị trí các điểm lấy mẫu chất lượng nước, sinh vật nổi và vsv tại hồ Núi Cốc

Các mẫu nước được lấy theo đúng tiêu chuẩn Việt nam 5996-1995 và được lọc ngay bằng giấy lọc GF/F (Whatman) Phần mẫu nước lọc được bảo quản riêng biệt trong lọ nhựa (PE) để phân tích các chất dinh dưỡng; bảo quản trong lọ thủy tinh với axit HNO3 để phân tích một số kim loại Mẫu nước không lọc dùng để phân tích phốtpho tổng và coliforms Các mẫu khi chưa có điều kiện phân tích ngay thì được bảo quản lạnh (0 đến 4°C)

+ Các mẫu nước để phân tích vsv được đựng trong các chai nhựa 500ml vô trùng và được phân tích ngay trong vòng 24 giờ sau khi đưa về phòng thí nghiệm Các mẫu bùn được lấy bằng thiết bị lấy bùn chuyên dụng (gầu Peterson), đựng trong các túi nilon đưa về phòng thí nghiệm và được phân tích ngay trong vòng 24 giờ

II.1.1.2 Dụng cụ thu mẫu, hóa chất cố định và phương pháp thu mẫu sinh vật nổi

Hai loại thiết bị thông dụng để thu mẫu sinh vật nổi là bathomet và lưới kéo sinh vật nổi (thực vật nổi – TVN (kích thước mắt lưới 40 µm), động vật nổi – ĐVN kích thước mắt lưới 315 µm)

+ Hóa chất cố định mẫu

- Dung dịch formalin 2-5%:

- Dung dịch lugol (Pha 100g KI với 1L nước cất (1); 50 gam Iod dạng tinh thể pha vào 100mL axít acetic(2); Trộn đều dung dịch (1) và dung dịch (2)

Khi sử dụng dung dịch lugol để bảo quản mẫu: cho 0,4 ml dung dịch lugol

vào 200mL nước mẫu, nếu màu nước chuyển sang màu nâu nhạt là được Trong trường hợp nước chưa đổi màu thì tiếp tục thêm dung dịch lugol, nhưng không được vượt quá 0,8% (như vậy: khoảng 2 - 4mL dung dịch lugol/1000mL nước mẫu) + Thu mẫu thực vật nổi (phytoplankton):

a) Mẫu định tính (xác định thành phần loài TVN): Tại mỗi điểm thu mẫu

dùng lưới vớt thực vật nổi kéo đứng để thu được tất cả các thực vật nổi phân bố trong cột nước hoặc đặt miệng lưới cách mặt nước 15-20cm rồi kéo lưới theo hình

số tám hay ziczắc Mẫu sau khi thu được cố định ngay bằng dung dịch formol 2-5%

b) Mẫu định lượng (xác định mật độ tế bào): Một thế tích nhất định nước hồ

được thu và cố định bằng dung dịch Lugol axit Mẫu được để lắng trong tối và mẫu phụ được thu sau 48h để lắng (Karlson, et al., 2010)

Tại những điểm có độ sâu cho phép trong lòng hồ mẫu được lấy tại các độ sâu 0m – 2m – 5m và 10m

+ Thu mẫu động vật nổi (Zooplankton)

a) Mẫu định tính (xác định thành phần loài ĐVN): Tại mỗi điểm thu mẫu

dùng lưới vớt ĐVN kéo thẳng từ đáy lên hoặc đặt miệng lưới cách mặt nước 15-20cm

rồi kéo lưới theo hình số tám hay ziczắc) Kéo lưới khoảng vài lượt (nếu điểm thu

mẫu nông cần phải kéo nhiều lần hơn) Cố định mẫu bằng formalin 2-5% và đánh dấu

mẫu

b) Mẫu định lượng (xác định mật độ tế bào): Lấy 20- 40L nước tại điểm thu

mẫu đổ qua lưới vớt ĐVN Cố định mẫu, lắc đều và đánh dấu mẫu

II.1.1.3 Lấy mẫu nước thải công nghiệp và nông nghiệp trong lưu vực

+ Các mẫu nước thải sản xuất công nghiệp, khai thác khoáng sản, du lịch –

dịch vụ và nước thải canh tác nông nghiệp được lấy theo tiêu chuẩn Việt Nam

TCVN 5999- 1995 (hướng dẫn lấy mẫu nước thải) Để xác định chất lượng nước

thải của một số cơ sở sản xuất, du lịch dịch vụ và khai thác khoáng sản lưu vực hồ

Núi Cốc, chúng tôi đã tiến hành lấy 19 mẫu nước thải của cơ sở sản xuất công

nghiệp, du lịch dịch vụ và khai thác khoáng sản trong thời gian từ tháng 1/2009 đến

tháng 9/2010 Vị trí các điểm đo đạc tại hiện trường và lấy mẫu phân tích trên địa

bàn các huyện trong lưu vực hồ Núi Cốc được trình bày trong hình 2 Việc lấy mẫu

nước thải gặp nhiều khó khăn vì phải xác định các cống thải lớn, trực tiếp từ các cơ

sở sản xuất, các khách sạn và các địa điểm khai thác khoáng sản đồng thời cần xác

định chính xác thời điểm xả nước thải sản xuất

+ Nước thải nông nghiệp: Tiến hành lấy 36 mẫu nước thải trong thời gian từ

giữa tháng 1/2009 – 9/2010 (Hình 2) Đo đạc tại hiện trường và lấy mẫu phân tích ở

các vùng đất canh tác nông nghiệp trên địa bàn các huyện trong lưu vực hồ Núi Cốc

(Hình 3) Các loại cây trồng được quan tâm bao gồm: lúa, ngô, rau, cây công nghiệp

(chè, mía )

Các chỉ tiêu đo đạc tại thực địa bao gồm: nhiệt độ(0C), pH, độ dẫn điện

(µS/cm), độ muối (‰), hàm lượng ôxy hoà tan DO (mgO2/l) và tổng chất rắn hoà

tan TDS (mg/l) Các chỉ tiêu trên được đo nhanh bằng thiết bị đo đa chỉ tiêu (YSI

556 MPS, Mỹ)

Hình 2 Lưu vực hồ Núi Cốc và các vị trí lấy mẫu nước thải

Hình 3 Một số hình ảnh lấy mẫu tại hiện trường

II.1.2 Phân tích mẫu tại phòng thí nghiệm

II.1.2.1 Phân tích chất lượng nước hồ và nước thải

Các chỉ tiêu: NH4+ (mgN/l), NO3- (mgN/l), NO2- (mgN/l), PO43- (mgP/l), P tổng

(mgP/l) và Si hòa tan(mgSi/l) được xác định bằng phương pháp so màu trên máy đo

quang UV-Vis 2450, Shimadzu-Nhật

Xác định hàm lượng một số kim loại (Cd, As, Zn, Pb, Mn, Fe) và 1 số thông

số khác: Na+, K+, SO4 2- sử dụng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

Xác định hàm lượng các chỉ tiêu nói trên dựa theo các phương pháp tiêu chuẩn

của Mỹ [APHA, 1995] và theo các phương pháp tiêu chuẩn của phòng thí nghiệm

UMR Sisyphe, trường Đại học Paris VI (Pháp), cụ thể như sau:

Xác định NH 4 + (mg/l): Trong môi trường kiềm, với sự có mặt của citrate

trinatri và natri hypoclorit, ion amôni phản ứng với phenol tạo ra phức màu xanh,

đồng thời sử dụng cyanua natri làm chất xúc tác của phản ứng Phép so màu được

thực hiện ở bước sóng 630 nm

Xác định NO3 - (mg/l): Trong môi trường axit, brucine sulfate phản ứng với

ion nitrate ở 100 oC tạo ra một phức màu vàng Phép so màu được thực hiện ở bước

sóng 410 nm

Xác định NO 2 - (mg/l): Cho mẫu phản ứng với thuốc thử diazo hoá

(sulfanilamide trong dung dịch HCl) để chuyển hết nitrite thành dạng muối diazo

Muối này sẽ dễ dàng phản ứng với thuốc thử N-Naphthyl-1 etylendiamin

diclohydrate để tạo phức có màu hồng Phép so màu được thực hiện ở bước sóng

540 nm

Xác định PO 4 3- (mg/l): Trong môi trường axit, các ion phốtphát PO43- phản

ứng với amoni molybdat tạo thành phức chất phốtphomolybdic Phức chất này phản

ứng với axit ascobic cho dung dịch màu xanh Phức chất kali antimoin tartrat được

cho thêm vào để thúc đẩy phản ứng và nhằm hạn chế ảnh hưởng của quá trình thuỷ

phân một số chất hữu cơ trong quá trình phản ứng Phép so màu được thực hiện ở

bước sóng 885 nm

Xác định SiO2 (mg/l): Các ion silicate SiO32- trong môi trường axit phản ứng

với molybdate tạo thành axit silico-molybdic có màu vàng Chất này bị khử bởi axit

ascobic tạo thành anhydric silico-molybdic có màu xanh Ảnh hưởng của phốtphát

trong mẫu sẽ được loại bỏ khi cho thêm axit oxalic Phép so màu được thực hiện ở

bước sóng 610 nm

Xác định P tổng (mg/l): Xác định hàm lượng phốtpho tổng trong các mẫu

dựa vào phương pháp xác định hàm lượng phốtphát như đã nêu trên, sau khi đã tiến hành quá trình chuyển hoá toàn bộ phốtpho hữu cơ trong mẫu về dạng phốtphat vô cơ trong môi trường axit với sự có mặt của natri persunphate Na2S2O8

II.1.2.2 Phương pháp phân tích sinh vật nổi

- Định tính thực vật nổi (xác định tên khoa học dựa trên đặc điểm hình thái)

bằng phương pháp hình thái so sánh dưới kính hiển vi có độ phóng đại 400x và

1000 x, sử dụng trắc vi vật kính và trắc vi thị kính để đo kích thước trung bình của tảo, quan sát chi tiết và mô tả chúng bằng hình vẽ, sau đó xác định loài theo các tài liệu phân loại của Việt Nam, Nga, Đức, Pháp, Nhật, Anh Mỹ Phân loại VKL dựa vào hệ thống phân loại của Hoffmann và cs 2005 Tài liệu chính sử dụng để phân loại VKL: Cronberg, G (2006), Komarek, J và cộng sự (1986, 1999, 2003 và 2005)

- Phân tích định tính động vật nổi chủ yếu phân loại theo các sách định loại

của các tác giả Việt Nam và Trung Quốc (Đặng Ngọc Thanh và cs 1980; Shen Chia-Jui et al., 1979)

- Phân tích định lượng thực vật nổi: Mật độ tế bào thực vật nổi được đếm

trên buồng đếm Sedgwick – Raffter (20mm x 50mm x 1mm) Số tế bào được đếm trong 1 ml (Karlson, et al, 2010)

Số lượng tế bào được tính theo công thức như sau:

N0 /ml = C x 1000 mm

3 LxDxWxS Trong đó: C: Số lượng tế bào đếm được

L: Chiều dài của mỗi thước

D: Chiều sâu của thước

W: Chiều rộng của thước

- Định lượng mẫu động vật nổi bằng buồng đếm Bogorov cải tiến với dung

tích 10ml Dung dịch mẫu đựng trong lọ nhựa thu được từ thực địa, sau khi loại bỏ

rác, được khuấy đều, sau đó đổ vào ống đong để biết được dung tich toàn bộ mẫu

Lấy ống hút khuấy mẫu đều trong ống đong, hút một lượng mẫu vào buồng đếm

Bogorov (dung tích 10ml) Đếm số lượng trong các buồng đếm dưới kính lúp soi

nổi, phân biệt được các nhóm tảo, động vật nổi Mỗi một mẫu, đếm số lượng tối

thiểu 3 lần

Tính mật độ: tính mật độ sinh vật nổi theo công thức sau:

C = (A/B x D) x T Trong đó:

C: mật độ sinh vật nổi (con/m3);

A: số lượng cá thể trong buồm đếm;

B: dung tích buồng đếm (ml);

D: dung tích toàn bộ mẫu (ml);

T: khối lượng nước qua lưới vợt (m3), được tính theo công thức như sau:

T = S x L Trong đó:

S: diện tích miệng lưới (m2);

L: chiều dài mà miệng lưới đi qua khối nước (m)

+ Phân tích chla theo phương pháp của Lorezen (1967) Mẫu nước hồ được

lọc qua giấy lọc GF/C với kích thước lỗ 45 µm (Whatman GF/C, Anh) Mẫu được

chiết bằng acetone (90%)

+ Để tiến hành một số nghiên cứu sinh học của VKL, các mẫu VKL nở hoa

tại hồ Núi Cốc và sinh khối của một số chủng VKL Microcystis aeruginosa phân

lập được trong phòng thí nghiệm đã được sử dụng Ngoài ra, trong các thí nghiệm

nghiên cứu độc tính và độc tố có sử dụng một số mẫu nước nở hoa và các mẫu VKL

phân lập được từ các thủy vực khác của Hà Nội và Việt Nam

+ Một số chủng VKL (M aeruginosa ; Pseudoanabeana) được phân lập

bằng quy trình Shirai có cải tiến (Shirai, và cs, 1989)

+ Sinh trưởng của tế bào được xác định bằng phương pháp gián tiếp qua hàm

lượng Chl.a hoặc trực tiếp bằng cách đếm mật độ tế bào bằng buồng đếm Sedgwick

Rafter hay phương pháp trọng lượng khô

- Độc tính của các mẫu VKL được xác định bằng phương pháp thử sinh học

trên Artemia salina (Vezie và cs, 1996)

- Độc tố của VKL được xác định bằng phương pháp HPLC (Hummer và cs, 1999)

Để nghiên cứu khả năng phát hiện nhanh sự hiện diện của VKL độc bằng kỹ thuật sinh học phân tử đã sử dụng những phương pháp sau :

- Tách chiết và làm sạch ADN, nhân gen bằng phản ứng PCR, điện di trên gen (Kaebernick và cs, 2001 ; Tillet và cs., 2001 ; Nishizawa va cs, 1999)

- Phương pháp cloning và giải trình tự theo kit CloneJET™ PCR Cloning Kit của hãng Fermentas

II.1.2.3 Phân tích thực vật thủy sinh và các thí nghiệm thực nghiệm

- Trong điều tra thành phần loài TVTS: Phương pháp điều tra thu thập thông tin và mẫu vật theo tuyến và điểm khi nghiên cứu thực địa trên hồ đã được sử dụng Phương pháp hình thái so sánh được sử dụng để xác định tên khoa học cho các mẫu vật Các mẫu vật khi xác định tên khoa học được so sánh với mẫu của Bảo tàng thực vật của Viện Sinh thái & Tài nguyên sinh vật và thông tin từ các mẫu vật ở các Bảo tàng thực vật khác Các loài sau khi xác định tên khoa học được mô tả, tập hợp một

số các thông tin liên quan và sắp xếp theo hệ thống phân loại

- TVTS sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm là: Bèo cái (Pistia stratiotes), Bèo tây (Eichhornia crassipes), Ngổ trâu (Enydra fluctuans), Rau muống (Ipomoea

aquatica) và Cải soong (Nasturtium officinale) Các cây bánh tẻ, khỏe, không sâu

bệnh được sử dụng cho thí nghiệm Sau khi lấy về, cây được nuôi trong nước sạch 3 ngày trước khi làm thí nghiệm

- Nước phú dưỡng sử dụng trong thí nghiệm chậu vại là môi trường dinh dưỡng thủy canh Gibeaut (thành phần môi trường xem ở phụ lục) Thí nghiệm được đặt trong các chậu có dung tích 6 lít chứa 4 lít môi trường thuỷ canh Các công thức (CT) thí nghiệm có nồng độ khác nhau:

+ Thí nghiệm N-NH4+: CT1: 10 mg/l; CT2: 15 mg/l; CT3: 20 mg/l; CT4: 25 mg/l Hóa chất sử dụng là (NH4)2 SO4

+ Thí nghiệm N-NO3-: CT1: 5 mg/l; CT2: 10 mg/l; CT3: 20 mg/l; CT4: 30 mg/l; CT5: 40 mg/l Hóa chất sử dụng là KNO3

+ Thí nghiệm P- PO43-: CT1: 1 mg/l; CT2: 5 mg/l; CT3: 10 mg/l; CT4: 15 mg/l; CT5: 20 mg/l Hóa chất sử dụng là KH2PO4

Mỗi công thức lặp lại 3 lần Chọn cây tương đối đồng đều về khối lượng và hình thái Đặt các chậu thí nghiệm ra ngoài ánh sáng Hàng ngày bổ sung nước bay hơi cho các chậu.Thời gian theo dõi thí nghiệm trong 2 tuần Định kỳ 4 ngày lấy mẫu nước một lần để phân tích sự thay đổi hàm lượng của N-NH4+, N-NO3- hay P-