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

Khả năng sử dụng các loài thực vật trong khu vực nghiên cứu cho mục đích xử lý ô nhiễm môi trường nước sông Nhuệ, sông Đáy ...46 3.3.1.. Các loài thực vật đất ngập nước trong khu vực ng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -

NGUYỄN THỊ VIỆT NGA

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2012

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -

NGUYỄN THỊ VIỆT NGA

NGHIÊN CỨU TÍNH ĐA DẠNG THỰC VẬT

ĐẤT NGẬP NƯỚC CỦA SÔNG NHUỆ - ĐÁY

(PHẦN CHẢY QUA TỈNH HÀ NAM) VÀ KHẢ NĂNG

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Thực vật đất ngập nước 3

1.1.1 Khái niệm thực vật đất ngập nước 3

1.1.2 Các dạng sống của thực vật đất ngập nước 3

1.1.3 Vai trò của thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải ở các vùng đất ngập nước 8

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 11 1.2.1 Trên thế giới 11

1.2.2 Đối với Việt Nam 15

1.3 Khái quát các điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội vùng ven sông Nhuệ, sông Đáy 16

1.3.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 16

1.3.2 Tình hình phát triển kinh tế xã hội dải ven sông Nhuệ, sông Đáy 18

1.3.3 Chất lượng môi trường nước sông Nhuệ - Đáy (phần chảy qua tỉnh Hà Nam) 19

1.3.4 Nguyên nhân của tình trạng ô nhiễm môi trường nước sông Nhuệ, sông Đáy 21

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1 Đối tượng nghiên cứu 24

2.2 Phương pháp nghiên cứu 24

2.2.1 Phương pháp kế thừa 24

2.2.2 Phương pháp phân tích thảm thực vật 24

2.2.3 Phương pháp phân tích đánh giá tính đa dạng hệ thực vật 25

2.2.4 Phương pháp xây dựng các mô hình sử dụng thực vật cho giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước 26

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Hiện trạng các loài thực vật bậc cao có mạch trên toàn vùng nghiên cứu 29

3.1.1 Đa dạng các bậc taxon 29

3.1.2 Đa dạng về tài nguyên thực vật 30

3.2 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 31

3.2.1 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 31

3.2.2 Giá trị sử dụng tài nguyên thực vật thuộc hệ sinh thái thủy vực 45

3.3 Khả năng sử dụng các loài thực vật trong khu vực nghiên cứu cho mục đích xử lý ô nhiễm môi trường nước sông Nhuệ, sông Đáy 46

3.3.1 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 46

3.3.2 Đặc tính sinh thái học của một số loài thực vật thủy sinh điển hình dùng để xử lý ô nhiễm môi trường nước 47

3.3.3 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 54

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

PHỤ LỤC 69

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Tóm lược về vai trò của thực vật đất ngập nước trong xử lý 8

Bảng 1.2: Một số loài thực vật đất ngập nước được sử dụng phổ biến trong các hệ thống xử lý nước thải trên thế giới 14

Bảng 1.3: Giá trị WQI trên sông Nhuệ 19

Bảng 1.4: Giá trị WQI trên sông Đáy 20

Bảng 1.5: Dự báo nguồn nước thải nội tỉnh đến năm 2015 23

Bảng 3.1: Thành phần các loài thực vật bậc cao có mạch thuộc khu vực nghiên cứu 29 Bảng 3.2: Tỉ lệ của các loài thực vật có công dụng trong khu vực nghiên cứu 31

Bảng 3.3: Các loài thực vật có mạch phân bố trong hệ sinh thái chịu ngập nước ngọt thường xuyên và tạm thời và đất ướt ven sông 32

Bảng 3.4: Các loài thực vật chịu ngập nước ngọt thường xuyên và tạm thời 39

Bảng 3.5: Giá trị sử dụng tài nguyên thực vật ở khu vực nghiên cứu 45

Bảng 3.6: Danh sách các loài thực vật đất ngập nước trong khu vực nghiên cứu có khả năng xử lý ô nhiễm môi trường nước 46

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Thực vật nổi 4

Hình 1.2: Thực vật ngập nước 6

Hình 1.3: Thực vật lá nổi có rễ 7

Hình 1.4: Thực vật trôi nổi tự do 8

Hình 1.5: Lưu vực sông Nhuệ, sông Đáy 17

Hình 2.1: Sơ đồ các tuyến khảo sát .28

Hình 3.1: Quần xã Rong đuôi chó Hydrilla verticillata (L.f.) Royle (Tuyến 2) 37 Hình 3.2: Quần xã rau muống – Ipomoea aquatic Forssk (Tuyến 1) 38

Hình 3.3: Quần xã bèo tây – Eichhornia crassipes (Mares) Solms (Tuyến 3) 38

Hình 3.4: Quần xã cây gỗ ngập nước ngọt (Tuyến 2) 40

Hình 3.5: Quần xã cây bụi ngập nước ngọt (Tuyến 1) 41

Hình 3.6: Quần xã cây bụi ngập nước ngọt (Tuyến 2) 42

Hình 3.7: Quần xã Sậy – Phragmites australis (Cav.) Trin (Tuyến 3) 43

Hình 3.8: Loài cây xâm lấn – Ma dương Mimosa pigra L (Tuyến 2) 44

Hình 3.9: Bèo tây – Eichhornia crassipes (Mares) Solms 47

Hình 3.10: Bèo Cái – Pistia stratiotes L 48

Hình 3.11: Bèo Tấm – Lemna perpusilla Torr 49

Hình 3.12: Rau muống – Ipomoea aquatic Forssk 50

Hình 3.13: Rau dừa nước – Ludwigia adscendens (L.) Hara 51

Hình 3.14 Rau ngổ trâu – Enydra fluctuans Lour 51

Hình 3.15: Sậy – Phragmites australis (Cav.) Trin 52

Hình 3.16: Rong đuôi chó Hydrilla verticillata (L.f.) Royle 53

Hình 3.17: Vị trí xây dựng mô hình trên lưu vực sông Nhuệ 55

Hình 3.18: Mô hình cho dòng nước tĩnh tạm thời 56

Hình 3.19: Hướng đi của dòng nước thải trong hệ thống xử lý 58

Hình 3.20: Mô hình cho dòng nước chảy 60

DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 1.1: Giá trị WQI trên sông Nhuệ 19

Biều đồ 1.2: Giá trị WQI trên sông Đáy 20

Biểu đồ 3.1: Mức độ đa dạng các bậc taxon 30

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,

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

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Thực vật đất ngập nước

1.1.1 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

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

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]

Hình 1.1: 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

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 (cây lách), Cyperus papyrus (cây cói), Glyceria maxima (cỏ ngọt), Juncus spp (cây bấc), Phragmites australis (sậy), Typha spp (cây cỏ nến), Zizania aquatica

(lúa dại)…

1.1.2.2 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 1.2) 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 (Rong mái chèo); Hydrilla verticillata (L.f.) Royle (Rong đuôi chó), Monochoria hastata (L) Solms (Rau mác thon), Ottelia alismoides (L.) Pers (Rau bát), Vallisneria spiralis L (Tóc

tiên nước)…

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)…

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 gibba, L trisulca 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 Chúng lấy chất dinh dưỡng hoàn toàn từ nước, và hầu hết các loài thực vật lớn được tìm thấy trong nước giàu muối hòa tan (Wetzel, 2001) [55] Một số loài thực vật hạt kín trôi nổi, chẳng hạn như

bèo tấm (Lemna sp), sử dụng cacbon của khí quyển và nước

Hầu hết thực vật trôi nổi có mô mềm nhỏ Độ cứng và độ nổi của lá được duy trì bởi sức căng bề mặt của các tế bào sống và các khoang trống trong mô thịt lá (thường > 70% khí theo thể tích) Tất cả các thực vật trôi nổi tự do hình thành rễ chùm, rễ bên, biểu bì có lông Hệ thống rễ của lục bình nước chiếm 20 – 50% sinh khối thực vật (Wetzel, 2001) [55]

Hình 1.4: Thực vật trôi nổi tự do [54]

1.1.3 Vai trò của thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải ở các vùng đất ngập nước

Bảng 1.1: Tóm lược về vai trò của thực vật đất ngập nước trong xử lý (Nguồn [54])

Đặc điểm thực vật lớn Vai trò trong xử lý

Mô hiếu khí Giảm ánh sáng → giảm sự phát triển của sinh vật phù

du Ảnh hưởng của vi khí hậu → cách nhiệt trong mùa đông

Giảm tốc độ gió → giảm nguy cơ phân tán Tạo tính thẩm mỹ cho hệ thống

Dự trữ dinh dưỡng

Mô ngập trong nước Khả năng lọc → lọc ra các mảnh vụn lớn

Giảm tốc độ dòng chảy → tăng tốc độ lắng, giảm nguy

cơ phân tán Cung cấp diện tích bề mặt cho màng sinh học Tạo oxy → phân hủy hiếu khí

Hấp thu chất ô nhiễm

Rễ và thân rễ trong trầm

tích

Ổn định bề mặt trầm tích → giảm xói mòn Ngăn chặn tắc nghẽn trong hệ thống chảy thẳng đứng Tạo oxy→ tăng phân hủy và nitrat hóa

Hấp thu chất ô nhiễm

Tiết kháng sinh

Thực vật thủy sinh có khả năng vận chuyển oxy từ không khí vào trong nước nhờ bộ rễ, cho phép hình thành nhóm sinh vật hiếu khí quanh bộ rễ thực vật Các vi sinh vật hiếu khí thích hợp cho việc phân giải sinh học các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản Sản phẩm của quá trình phân giải này sẽ được thực vật

sử dụng cho quá trình sinh trưởng, phát triển Khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm vô

cơ và hữu cơ trong nước đã được chứng minh là có sự cộng sinh giữa thực vật thủy sinh và các dạng vi sinh vật sống trong và xung quanh rễ của chúng Thực vật và các vi sinh vật có thể đạt được hiệu quả xử lý cao khi chúng phối hợp với nhau trong một hệ sinh thái cân bằng Thân và lá của thực vật nửa ngập nước và rễ của thực vật nổi làm giảm tốc độ dòng chảy, gây ra sự thay đổi của quá trình lọc và lắng của các hạt (cặn, vụn hữu cơ) và là nơi sống bám của nhiều loài tảo và vi sinh vật

Vi sinh vật có khả năng phân hủy, bẻ gãy các đại phân tử hữu cơ thành các hợp chất đơn giản hơn, đồng thời sử dụng các chất có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng như cacbon, nito, photpho, kali để xây dựng tế bào đồng thời làm sạch nước thải [10, 13, 26] Oxy chuyển từ phần thân và lá khí sinh xuống bộ rễ và giải phóng ra vùng rễ, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nitrat và phản nitrat hóa Bởi vậy, thực vật thủy sinh đóng vai trò chủ yếu trong việc giảm nồng độ NH4+, NO2-, NO3-, PO43-cũng như TSS và COD (Greenway, M.2003) [41]

Các vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ thành các chất vô cơ (khoáng hóa) cung cấp cho các thực vật thủy sinh, trước hết là tảo Tảo và các thực vật thủy sinh khác lại cung cấp oxy cho vi khuẩn Các loài thực vật thủy sinh như rong đuôi chó, rong xương cá, lau lác, các loại bèo… có rễ và thân tạo điều kiện cho vi sinh vật bám mà không bị chìm xuống đáy Chúng cung cấp oxy cho vi khuẩn hiếu khí, ngoài ra còn cung cấp cho vi sinh vật những hoạt chất sinh học cần thiết khác Ngược lại, vi khuẩn cung cấp ngay tại chỗ cho thực vật những sản phẩm trao đổi chất của mình, đồng thời thực vật giúp cho vi sinh vật khỏi bị chết dưới ánh nắng mặt trời Tảo là nguồn thức ăn cho cá và các loài thủy sản khác, khi chết sẽ là nguồn chất dinh dưỡng cho vi sinh vật [9, 13]

Thực vật thủy sinh cung cấp cho vi sinh vật bề mặt hay giá thể để sinh

trưởng, phát triển và tạo thành các màng sinh học Màng sinh học này tạo thành bởi

vi sinh vật sống trên rễ và phần thân thực vật, kể cả lá rụng Hệ thống màng sinh học này có vai trò chính trong quá trình xử lý nước Rõ ràng, diện tích bề mặt và số lượng giá thể càng lớn thì hiệu quả xử lý của hệ thống càng cao [10]

Chức năng quan trọng của hệ thống đất ngập nước dùng để xử lý nước thải là

sự loại bỏ Nitơ liên kết Nước thải đi vào hệ thống thường có lượng oxy hòa tan thấp hoặc đôi khi bằng không Do đó, Nitơ trong nước thải chủ yếu tồn tại ở dạng Nitơ hữu cơ hoặc NH3 Sự chuyển hóa từ NH3 thành NO3- không thể xảy ra trừ khi nước thải được sục khí, khi đó các vi khuẩn hiếu khí sẽ thực hiện sự chuyển hóa này Lượng oxy khuếch tán từ rễ thực vật sẽ tạo ra một vùng hiếu khí, tạo điều kiện cho sự sinh trưởng của các vi sinh vật hiếu khí, chúng sẽ thực hiện quá trình chuyển hóa NH3 thành NO3- Còn trong vùng kị khí, một số loài sinh vật phản nitrat hóa sử dụng NO3- như nguồn oxy cho quá trình hô hấp, nó sẽ chuyển NO3- thành N2, chất này sẽ chuyển từ đất hoặc trầm tích vào trong nước và sau đó vào không khí [10]

Các loại thực vật bậc cao đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định chất lượng nước Chúng sử dụng các muối dinh dưỡng (chủ yếu là N, P) và các nguyên

tố vi lượng để đồng hóa và phát triển sinh khối [12] Sự hấp thu chất dinh dưỡng xảy ra ở rễ, cả phần thân và lá chìm trong nước Thực vật thủy sinh trong vùng đất ngập nước có năng suất rất cao Nếu sinh khối được thu hoạch, lượng chất dinh dưỡng lấy đi có thể đạt từ 30 đến 150 kg P và 200 đến 2500 kg N/ha/năm [10]

Thực vật làm giảm sự xâm nhập ánh sáng vào nước từ đó hạn chế sự phát triển của sinh vật phù du Trong trường hợp của thực vật trôi nổi tự do như lục bình hoặc bèo tấm, có thể che phủ hoàn toàn bề mặt của vùng đất ngập nước, do vậy tảo phát triển được giới hạn tối thiểu do thiếu ánh sáng Đây là điều kiện thuận lợi để loại bỏ bớt các chất rắn lơ lửng trong dòng chảy ra [54]

Một ảnh hưởng quan trọng của các cây ngập nước là hình thành các vật liệu cách nhiệt trong mùa đông đặc biệt là trong vùng ôn đới và vùng khí hậu lạnh (Smith và cộng sự, 1996; Mander và Jenssen, 2003) [51, 45] Khi lớp lá rụng bị tuyết bao phủ, nó cung cấp một sự cách li hoàn toàn giúp bảo vệ đất không bị đóng

băng trong mùa đông, nhưng cũng giữ cho đất mát trong mùa xuân Sự cách nhiệt này đặc biệt quan trọng trong xây dựng vùng đất ngập nước với dòng chảy dưới bề mặt [54]

Trong đất ngập nước dòng chảy thẳng đứng, nước thải được đưa lên bề mặt

hệ, sự hiện diện của thực vật giúp ngăn ngừa tắc nghẽn Sự chuyển động của cây như là một tác động của gió, giữ cho bề mặt mở cho thấm nước bằng cách tạo ra các

lỗ hình khuyên ở bề mặt xung quanh thân cây [54] Các loài thực vật nổi có hệ thống rễ và thân rễ lớn, tồn tại vĩnh viễn trong trầm tích kỵ khí góp phần làm giảm xói mòn, ổn định bề mặt đất trong các vùng đất ngập nước tự nhiên và nhân tạo

Thực vật thủy sinh còn có khả năng sinh ra các hợp chất chống vi khuẩn của

rễ cây Một trong những nghiên cứu đầu tiên báo cáo về sự bài tiết các chất chống

vi khuẩn của thực vật lớn đã được xuất bản bởi Drobot'ko và cộng sự (1958) [40] Kết quả của họ cho thấy một hoạt động chống vi khuẩn của ancaloit chiết xuất từ

Nuphar lutea Seidel (1976) [49] cho thấy Scirpus lacustris (cỏ nến) tiết kháng sinh

từ gốc rễ của nó và vi khuẩn (dạng vi khuẩn Coli, Salmonella và Enterococci) biến mất khỏi nước bị ô nhiễm bằng cách đi qua một thảm cây cỏ nến Vincent và cộng

sự (1994) [53] cho thấy các đặc tính kháng khuẩn của dịch tiết của cây bạc hà,

Phragmites australis và Scirpus lacustris Một số thực vật cũng có cơ chế thích

nghi và tránh ngộ độc kim loại nặng bằng cách hấp thu, tích lũy và kết tủa các chất

ô nhiễm trong môi trường nước có nồng độ thấp vào trong rễ của thực vật Quá trình lọc bằng rễ có thể xử lý một phần các chất thải công nghiệp, nông nghiệp, hoặc nước thải của các vùng khai thác mỏ có thành phần kim loại nặng như: Pb, Cd, Cu,

một sự thay đổi căn bản về sự quan tâm đối với vùng đất ngập nước Có nhiều lĩnh vực được nghiên cứu trong đó việc xác định thành phần loài, công dụng của thực vật đất ngập nước ngày càng đầy đủ hơn Việc trồng các loại cây lương thực (lúa nước); thực vật dùng cho chăn nuôi, thức ăn gia súc; làm nguồn phân bón… là các công dụng phổ biến nhất của thực vật ngập nước Năm 1952, những nghiên cứu thử nghiệm đầu tiên về khả năng xử lý nước thải của các loài thực vật đất ngập nước được thực hiện bởi Kathe Seidel ở Đức [49] Loại thực vật được bà sử dụng nhiều là

cây cỏ Nến (Scirpus lacustris) Với việc tiến hành nhiều thử nghiệm trồng các loại

thực vật đầm lầy và thực vật thủy sinh trong nước thải và bùn có nguồn gốc khác nhau, Seidel đã nổ lực cải thiện hiệu suất xử lý nước thải nông thôn từ các bể tự hoại và ao hồ Seidel trồng các loài thực vật thủy sinh vào các mương, kè và tạo các khay mương nhân tạo để thực vật phát triển Các công trình nghiên cứu của Seidel

đã đặt nền móng đầu tiên cho một hướng đi mới trong việc xử lý nước thải bằng các loài thực vật thủy sinh

Vào năm 1967, hệ thống đất ngập nước dòng chảy tự nhiên (Free Water Surface Constructed Wetland – FWS CW) đầu tiên được xây dựng tại Flevoland,

Hà Lan [54] Khu vực Bắc Mỹ mới là nơi hệ thống FWS CW được xây dựng nhiều nhất Trong khi đó, hệ thống đất ngập nước nhân tạo với dòng chảy dưới (Subsurface Flow Constructed Wetland) đã được xây dựng nhiều hơn ở châu Âu, năm 1980 đánh dấu sự xuất hiện của hệ thống đất ngập nước nhân tạo dòng chảy nằm ngang (Horizontal Subsurface Flow Constructed Wetland) và năm 1990 là hệ thống đất ngập nước nhân tạo dòng chảy thẳng đứng (Vertical Flow Constructed Wetland) và sự kết hợp của hai hệ thống này (Vymazal và cộng sự, 1998) [54] Các

hệ thống đất ngập nước nhân tạo là các hệ thống được thiết kế và xây dựng tận dụng các quá trình tự nhiên có sự tham gia của khu hệ thực vật đất ngập nước, đất, và các

vi sinh vật để xử lý nước thải Các hệ thống này được thiết kế nhằm tận dụng các quá trình xảy ra trong vùng đất ngập nước tự nhiên nhưng các quá trình này lại xảy

ra trong một môi trường có thể kiểm soát Chúng chủ yếu được thiết kế và hoạt động với vai trò như hệ thống xử lý nước thải

Ở Bắc Mỹ, hệ thống đất ngập nước nhân tạo dòng chảy tự nhiên đã được sử dụng để xử lý các loại nước thải gồm nước thải đô thị, nước thải công nghiệp và nước thải nông nghiệp Đầu thập niên 1970, công nghệ xử lý nước thải bằng hệ thống đất ngập nước nhân tạo dòng chảy dưới đã được bắt đầu áp dụng tại đây Hiện nay, ước tính có khoảng 8.000 hệ thống đất ngập nước nhân tạo dòng chảy dưới được sử dụng (Kadlec và Knight, 1996) [43]

Theo Tanner và cộng sự (2000) [52], có hơn 80 hệ thống đất ngập nước nhân tạo đã được xây dựng để xử lý nước thải tại New Zealand, trong đó phổ biến nhất là hệ thống đất ngập nước nhân tạo dòng chảy bề mặt (45%) tiếp đến là hệ thống đất ngập nước nhân tạo dòng chảy ngầm (35%) và hệ thống đất ngập nước nhân tạo kết hợp dòng chảy bề mặt và dòng chảy ngầm (14%) Hiện nay, tại New Zealand, hệ thống đất ngập nước nhân tạo được sử dụng rất phổ biến để xử lý nước thải nông nghiệp

Từ giữa thập niên 1980, khái niệm sử dụng đất ngập nước nhân tạo trong xử

lý nước thải đã trở nên phổ biến Nam Phi Các hệ thống đất ngập nước nhân tạo được xây dựng tại đây là các hệ thống đất ngập nước dòng chảy bề mặt và dòng chảy thẳng đứng Hiện nay, đã có nhiều nghiên cứu điển hình về khả năng xử lý nước thải đô thị, nước thải công nghiệp và nước thải mỏ của đất ngập nước đạt hiệu quả cao [54]

Trong những năm 1970 và 1980, hàng loạt các thí nghiệm về cây lục bình để

xử lý các loại nước thải như nước thải nhà máy sữa, nước thải nhà máy sản xuất dầu

cọ, nước thải nhà máy sản xuất cao su, nước thải ngành thuộc da, nước thải ngành dệt may, nước thải mạ điện, nước thải sản xuất giấy và bột giấy, nước thải nhà máy sản xuất thuốc trừ sâu đã được tiến hành khắp châu Á [54] Tuy nhiên, thông tin đầu tiên về việc sử dụng đất ngập nước nhân tạo bằng hệ thực vật nổi xuất hiện vào đầu những năm 1990 (Juwarkar cộng sự, 1992) [42] Hiện nay, hệ thống đất ngập nước nhân tạo đã được áp dụng rộng rãi để xử lý các loại nước thải ở Ấn Độ, Trung Quốc, Hàn Quốc, Đài Loan, Nhật Bản, Nepal, Malaysia, Thái Lan…

Như vậy, công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm môi trường nước ngày càng được chú trọng, phát triển ở quy mô lớn và được áp dụng ở rất nhiều quốc gia Đây là

hướng nghiên cứu đang được tiếp tục phát triển mạnh ở các nước châu Âu, châu

Mỹ, các nước châu Á (đặc biệt là Trung Quốc và Thái Lan) và một số nước khác Trong những năm qua, số loài thực vật có khả năng xử lý ô nhiễm môi trường nước được phát hiện ngày một nhiều Các nghiên cứu được thực hiện một cách toàn diện

từ lý thuyết đến thực tiễn

Bảng 1.2 : Một số loài thực vật đất ngập nước được sử dụng phổ biến trong các

hệ thống xử lý nước thải trên thế giới (Nguồn [54])

1 Eichhornia crassipes (Mart.) Solms Bèo Lục Bình

2 Lemaceae (Lemna minor L., Lemna trisulca L) Bèo tấm

3 Pistia stratiotes L Bèo cái

4 Ipomoea aquatica Forsh Rau muống

5 Hydrocotyle umbellata L Rau má

7 Nuphar lutea (L.) Sibth Súng vàng

9 Elodea nuttallii Cỏ nước Nuttall

10 Vallisneria americana Cần Tây dại

11 Typha spp Cỏ nến

12 Phragmites australis (Cav.) Trin Sậy

13 Cyperus papyrus Cây cói giấy

14 Alternanthera philoxeroides Cây cá sấu

15 Phalaris arundinacea L Cỏ hoàng yến

16 Glyceria maxima (Hartm.) Holmb Cỏ ngọt cỡ lớn

17 Cyperus papyrus Cây cói

18 Thysanolaena maxima Cỏ sú

19 Canna sp Cây chuối hoa

20 Pennisetum purpureum Cỏ Napier

21 Acorus calamus Thủy xương bồ

22 Asclepsis incarnate Giống bông tai đầm lầy

23 Festuca arundinacea Cỏ đuôi trâu

24 Mentha spicata Cây bạc hà lục

25 Colocasia esculenta Khoai dại, tai voi

26 Sorghum halapense Cỏ Johnson

27 Carex acutiformis Cây lách

28 Carex gracilis Cây lách

29 Gynerium sagittatum Cây mía dại

30 Scirpus lacustris Cỏ nến

1.2.2 Đối với Việt Nam

Các loài thực vật sống ở các khu vực ẩm ướt, sông suối, ngập nước, trong rừng ngập mặn đã được định dạng và liệt kê trong danh lục các loài thực vật ở Việt Nam [2, 4, 5, 6, 8, 16, 17, 47] Tuy nhiên, việc tìm hiểu và nghiên cứu vai trò của chúng trong môi trường nước cũng như khả năng sử dụng trong xử lý ô nhiễm môi trường nước còn đang hạn chế Đã có một số kết quả của các nhà khoa học được công bố trong thời gian qua: Nguyễn Nghĩa Thìn (2006) [25] đã giới thiệu một danh sách gồm 34 loài thực vật dự kiến để làm sạch môi trường nước; Trần Văn Tựa và

cs (2007) [28] đã tiến hành điều tra về các loài thực vật thủy sinh phổ biến ở Việt Nam và đưa ra danh sách gồm 32 loài có ý nghĩa trong làm sạch môi trường

Bên cạnh đó, các công trình nghiên cứu sử dụng thực vật thủy sinh xử lý ô nhiễm nước bước đầu đã mang lại các kết quả khả quan và có thể ứng dụng rỗng rãi:

- Nguyễn Việt Anh và cộng sự (2006) [1] đã lắp đặt và vận hành mô hình bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng để xử lý nước thải từ bể tự hoại Các cây

thử nghiệm là cỏ Nến (Typha orientalis), Sậy (Phragmites communis), Thủy trúc (Cyberus involucratus), Phát lộc (Dracaena fragrans) Hệ thống hoạt động ổn định,

cho kết quả tốt Công nghệ này tỏ ra phù hợp với quy mô hộ hay nhóm hộ gia đình, các điểm du lịch, dịch vụ, trang trại… ở nước ta

- Trần Văn Tựa và cộng sự (2007) [29] đã sử dụng hệ thống thực vật nổi (bèo Tây và bèo Cái) để xử lý nước thải chế biến thủy sản ở quy mô pilôt Mô hình bước đầu đã thu được kết quả khả quan Tuy nhiên, cần các thử nghiệm tiếp theo ở quy

mô lớn hơn để có thể ứng dụng trong thực tiễn

- Trần Văn Tựa và cộng sự (2007) [29] đã nghiên cứu mô hình xử lý nước thải chứa Cr và Ni quy mô pilôt sử dụng thực vật thủy sinh (Cỏ Vetiver và Sậy) Số liệu phân tích đã chỉ ra rằng cây không chỉ cộng tác với hệ vi sinh vật rễ, tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển mà còn hấp thu và tích tụ các kim loại này trong sinh khối

- Võ Mai Hương, Trần Thanh Tùng (2008) [7] nghiên cứu khả năng xử lý

nước thải lò mổ của rau dừa nước Jussiaea repens L đã có kết luận rau dừa nước có

khả năng sinh trưởng tốt trong nước thải lò mổ Nó có khả năng hấp thụ các hợp chất hữu cơ cũng như loại bỏ một số thành phần gây ô nhiễm với hiệu quả cao

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

1.3.1.1 Sông Nhuệ

Sông Nhuệ nay thuộc thành phố Hà Nội và tỉnh Hà Nam với chiều dài khoảng 74km, chảy gần như theo hướng Bắc Tây Bắc – Nam Đông Nam Trong phạm vi thành phố Hà Nội, vùng sông Nhuệ thuộc các huyện Thanh Oai, Thường Tín, Phú Xuyên và quận Hà Đông với chiều dài gần 65km Trong phạm vi của tỉnh

Hà Nam, sông Nhuệ chảy qua vùng tiếp giáp huyện Duy Tiên và huyện Kim Bảng

và đổ vào sông Đáy tại thành phố Phủ Lý

Sông Nhuệ nằm giữa đồng bằng Bắc Bộ và là một phần của châu thổ sông Hồng Địa hình khu vực thấp dần từ Tây Bắc về Đông Nam có độ dốc rất nhỏ nên nước sông chảy rất chậm Riêng đoạn giữa của sông ở khu vực Thanh Thùy, Hiền Giang, Tiền Phong (huyện Thường Tín) thấp hơn hẳn nên thường xuyên bị ngập úng Toàn bộ diện tích lưu vực khoảng 107.000ha, diện tích đất canh tác trong lưu vực là 81.790 ha, đất màu mỡ nên thuận lợi cho phát triển nông nghiệp và thâm canh sản xuất [18] Trên diện tích đó, khu vực chịu ảnh hưởng thuộc thành phố Hà Nội chiếm diện tích trên 20km2, bao gồm một phần diện tích thuộc hai huyện Thanh Trì và Từ Liêm

Sông Nhuệ khi đi vào tỉnh Hà Nam đảm bảo tưới tiêu cho các xã của huyện Duy Tiên như Duy Hải, Duy Minh, Hoàng Đông, Tiên Tân, Lam Hạ và các xã của huyện Kim Bảng gồm Nhật Tựu, Hoàng Tây, Văn Xá, Kim Bình và thị trấn Quế

1.3.1.2 Sông Đáy

Sông Đáy có chiều dài khoảng 240km, bắt nguồn từ sông Hồng tại thôn Vân Cốc tỉnh Hà Tây, gặp sông Bùi ở đoạn Mỹ Đức – Chương Mỹ, rồi tiếp tục chảy xuống phía Nam (chùa Hương) đến Hữu Vinh – Hồng Quang của tỉnh Hà Tây (cũ) Sông Đáy chảy vào địa phận tỉnh Hà Nam từ xã Tượng Lĩnh và chảy tiếp qua các xã Khả Phong, Thụy Lôi, thị trấn Kim Bảng, Thi Sơn, Kim Bình, Phù Vân, thành phố Phủ Lý, Thanh Sơn, Châu Sơn và đi qua các xã của huyện Thanh Liêm như xã

Thanh Châu, thị trấn Kiện Khê, Thanh Tuyền, Thanh Thủy, Thanh Tân, Thanh Nghị, Thanh Nguyên, Thanh Hải và đổ vào địa phận tỉnh Ninh Bình và Nam Định

Chiều dài của sông Đáy chảy qua tỉnh Hà Nam khoảng 47km, lưu lượng của sông bất thường nên mùa mưa thì lũ quét, dễ tạo ra những ghềnh nước lớn, mùa khô thì lòng sông cạn nên thượng lưu sông Đáy thuyền bè đôi khi không qua được [15] Mùa lũ trên sông Đáy từ tháng VI đến tháng X Lượng dòng chảy mùa lũ khoảng 75% – 90% tổng lượng nước [21, 22] Dòng chảy ba tháng nhỏ nhất thường xuất hiện vào tháng I, II, III Lưu lượng nước các tháng của sông Đáy tại trạm Ba Thá dao động trong khoảng từ 10m3/s đến 170m3

/s [15]

Đến tỉnh Hà Nam khi sông chảy vào thành phố Phủ Lý được dòng sông Nhuệ góp nước từ phía tả ngạn Sông Đáy tiếp tục hành trình về ngã ba Gián Khẩu rồi đổ ra vịnh Bắc Bộ ở Cửa Đáy huyện Kim Sơn [15]

Sông Đáy đóng vai trò quan trọng trong việc phân lũ cho sông Hồng và tưới nước cho hàng vạn hecta lúa và hoa màu thuộc thành phố Hà Nội, Hà Nam, Ninh Bình và có vị trí quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội của các tỉnh thuộc đồng bằng sông Hồng Tuy nhiên hiện nay, sông Đáy đang đứng trước tình trạng bị suy thoái do các hoạt động địa chất và tình trạng ô nhiễm nước của dòng sông

Sông Nhuệ

Sông Đáy

Hình 1.5: Lưu vực sông Nhuệ, sông Đáy (Nguồn Internet)

1.3.2 Tình hình phát triển kinh tế xã hội dải ven sông Nhuệ, sông Đáy

1.3.2.1 Sông Nhuệ

Tại các dải đất ven sông Nhuệ, các hộ nông dân trồng rau; tại khu vực sông, một

số hộ nuôi cá bè trên sông Diện tích còn lại, chủ yếu bao gồm các xã làm nghề trồng lúa Trong phạm vi lưu vực sông có khu công nghiệp Hoàng Đông, quy mô vừa và nhỏ, chủ yếu thu hút các doanh nghiệp đầu tư trên lĩnh vực sản xuất và kinh doanh hàng tiêu dùng, xuất khẩu như may, thêu ren, giầy da, hóa mỹ phẩm, đồ gỗ gia dụng nội thất, công nghiệp cơ khí, công nghiệp chế biến nông lâm – thủy sản, và

công nghiệp lắp ráp điện tử, điện lạnh

1.3.2.2 Sông Đáy

- Đoạn sông từ xã Tượng Lĩnh đến Phủ Lý: Phía Tây từ xã Khả Phong đến

xã Thanh Sơn, nguồn nước sông Đáy chịu tác động của khu vực khai thác đá xã Tượng Lĩnh, mỏ sét Khả Phong, chất thải khu dân cư thị trấn Quế, nhà máy gạch Kim Bảng, bến xuất nhập vật liệu của nhà máy, công ty xi măng 77 và bến xuất nhập nguyên nhiên liệu, xí nghiệp bột đá, nhà máy nước, các nhà hàng, khách sạn, các công sở là cơ quan tỉnh

- Đoạn sông từ Phủ Lý tới cầu Gián Khẩu: Tại đây đã hình thành cụm công nghiệp gồm xí nghiệp tái chế giấy, công ty dệt Hà Nam, kho xăng dầu, trạm trộn bê tông, cảng khu vực cầu Đọ Phía Đông là vùng đồng bằng, không có nhà máy, xí nghiệp Phía Tây có khu công nghiệp sản xuất đá và vôi Kiện Khê gồm hàng chục

xí nghiệp sản xuất, hàng chục lò vôi liên hoàn của hợp tác xã và tư nhân Tại khu vực Kiện Khê, có cảng Bút Sơn là cảng chính xuất nhập nguyên liệu, chuyên chở clinker và xi măng của công ty xi măng Bút Sơn Từ Thanh Thủy đến Thanh Nghị

là khu vực khai thác đá của một số công ty và các cơ sở tư nhân Hàng chục máng rót đá xuống tàu, thuyền, xà lan ngay cạnh mép sông Trên sông, hàng ngày có hàng trăm thuyền, xà lan nhận đá chuyên chở đi khắp các nơi

Nhận xét chung: Hiện nay, dọc lưu vực sông Đáy, sông Nhuệ, tình hình phát

triển kinh tế xã hội đang diễn ra nhanh và mạnh Tuy nhiên, các nguồn thải phát sinh từ quá trình này chưa được xử lý đúng yêu cầu đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường nước lưu vực sông Nhuệ, sông Đáy

1.3.3 Chất lượng môi trường nước sông Nhuệ - Đáy (phần chảy qua tỉnh Hà Nam)

Chất lượng môi trường nước sông Nhuệ - Đáy tuân theo chỉ số chất lượng nước (WQI) của “Quyết định số 879/QĐ-TCMT ngày 1 tháng 7 năm 2011 - Tổng cục Môi trường về việc ban hành sổ tay hướng dẫn tính toán chỉ số chất lượng nước” [23]

1.3.3.1 Chất lượng nước sông Nhuệ

Giá trị WQI tại các điểm quan trắc trên sông Nhuệ được biểu diễn trong bảng sau:

Bảng 1.3: Giá trị WQI trên sông Nhuệ

Biểu đồ 1.1: Giá trị WQI trên sông Nhuệ

Nguồn: Tổng cục Môi trường, 2012 [24]

Như vậy, chất lượng nước trên sông Nhuệ (đoạn qua tỉnh Hà Nam) có tiến triển tốt từ tháng 7/2010 đến nay Mức độ ô nhiễm cao nhất vào năm 2010, giá trị WQI nằm trong giới hạn 0 – 25 Trong hai năm trở lại đây, chất lượng nước có chuyển biến theo chiều hướng tốt, giá trị WQI nằm trong giới hạn 51 – 75, nước đã

có thể sử dụng cho mục đích tưới tiêu và các mục đích tương đương khác Tuy nhiên, tại cống Thần là ranh giới giữa Hà Nội và Hà Nam, chất lượng nước có kém hơn các

vị trí còn lại, vì đây là nơi đầu tiên tiếp nhận nguồn nước thải từ Hà Nội đổ về

1.3.3.2 Chất lượng nước sông Đáy

Giá trị WQI tại các điểm quan trắc trên sông Đáy được biểu diễn trong bảng sau:

Bảng 1.4: Giá trị WQI trên sông Đáy

Biều đồ 1.2: Giá trị WQI trên sông Đáy

Nguồn: Tổng cục Môi trường, 2012 [24]

Như vậy, chất lượng nước trên sông Đáy không thay đổi nhiều qua các năm quan trắc Giá trị WQI đã chỉ ra nước sông ô nhiễm nặng, và cần có các biện pháp xử

lý trong tương lai Tại các điểm quan trắc bao gồm cầu Quế, trạm bơm Thanh Nộn, cầu

Đọ Xá, chất lượng nước có xu hướng ô nhiễm gia tăng Riêng tại Thanh Tân là vị trí quan trắc mà chất lượng nước tại đó đang có sự thay đổi theo chiều hướng tốt

1.3.4 Nguyên nhân của tình trạng ô nhiễm môi trường nước sông Nhuệ, sông Đáy

Có hai nguyên nhân chính gây nên tình trạng ô nhiễm môi trường nước sông Nhuệ, sông Đáy Đó là nguồn ô nhiễm nội tỉnh và nguồn ô nhiễm ngoại tỉnh

1.3.4.1 Nguồn ô nhiễm nội tỉnh

a Tác động của quá trình đô thị hóa: Trên dọc lưu vực sông Nhuệ, sông Đáy, các hoạt động đô thị hóa tại các khu vực như thị trấn Quế của huyện Kim Bảng, thành phố Phủ Lý, thị trấn Kiện Khê đang diễn ra sôi động Mặt trái của quá trình

đô thị hóa đã gây ra các tác động tiêu cực cho môi trường Cụ thể:

- Phế thải của các công trình xây dựng như xi măng, phụ gia, gạch đá, chất thải của máy móc xây dựng… được đổ trực tiếp hoặc theo nước mưa chảy tràn xuống các nguồn nước

- Nước thải và khối lượng rác thải sinh hoạt, các ngành công nghiệp, các loại hình dịch vụ tăng lên một cách nhanh chóng Chỉ tính riêng nước thải sinh hoạt của

3 cụm dân cư gồm thị trấn Quế, thành phố Phủ Lý, khu dân cư Kiện Khê với khoảng 100.000 người đã thải ra 10.000 m3/ngày [15] Khối lượng nước thải này đổ trực tiếp xuống sông Nhuệ, sông Đáy

Tỷ lệ thu gom rác thải của công ty Môi trường tại thị xã mới chỉ đạt khoảng 60 – 70%, số rác còn lại tồn đọng trong các bãi ven sông, hồ, khu dân cư

và các bến xe Các bãi rác ở tỉnh Hà Nam trong thời gian qua được xây dựng thiếu quy hoạch, một số không đảm bảo tiêu chuẩn cách ly dễ gây ô nhiễm các nguồn nước lân cận [15]

b Tác động của phát triển công nghiệp:

Sông Nhuệ chảy vào địa phận Hà Nam chịu ảnh hưởng của các hoạt động công nghiệp, dịch vụ từ thôn Lão Cầu xã Tiên Tân đến thành phố Phủ Lý

Trên sông Đáy, đoạn từ xã Tượng Lĩnh đến Phủ Lý: Nguồn nước chịu tác động của khu vực khai thác đá xã Tượng Lĩnh, xã Khả Phong, nhà máy gạch Kim Bảng, bến xuất nhập khu vực công ty xi măng 77, xí nghiệp bột đá…

Trên sông Đáy từ ngã ba sông (thành phố Phủ Lý) đến cầu Gián Khẩu nguồn nước bị ô nhiễm bởi các nguyên nhân: Do nước sông Nhuệ và sông Châu Giang chuyển vào; do các hoạt động công nghiệp của thành phố Phủ Lý; do hoạt động của khu công nghiệp phía Tây sông Đáy từ khu vực cầu Đọ đến cầu sắt Kiện Khê; do hoạt động của cảng Bút Sơn, khu vực khai thác đá và hàng chục lò vôi liên hoàn của thị trấn Kiện Khê và của khu vực Đồng Ao đến cầu Bồng Lạng

Mục tiêu đặt ra của tỉnh Hà Nam là tập trung phát triển mạnh công nghiệp chế biến nông sản, thực phẩm, rượu – bia – nước giải khát, da dạng hóa chủng loại sản phẩm, nâng cao chất lượng, mở rộng quy mô sản xuất [15] Đặc tính của các ngành công nghiệp này là có nguồn nước thải rất lớn với hàm lượng chất hữu cơ cao, gây nguy cơ ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường nếu không đầu tư hệ thống xử

lý đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra nguồn nước tiếp nhận

c Tác động của phát triển nông nghiệp và tập quán lạc hậu của người dân Việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật trên địa bàn tỉnh Hà Nam được nhận định là quản lý chưa có hiệu quả Theo kết quả điều tra có 50% số xã của tỉnh hàng năm dùng phân tươi để bón ruộng và 100% số xã dùng hóa chất bảo vệ thực vật Hàng năm bình quân tỉnh Hà Nam sử dụng khoảng 80 tấn thuốc bảo vệ thực vật trong sản xuất nông nghiệp, trong đó có 60% hóa chất được khai thác ở thị trường

tự do, không rõ nguồn gốc và quy chế sử dụng [15] Lượng hóa chất dư thừa xâm nhập vào môi trường trong đó có nguồn nước mặt là mối nguy hại cho con người và

hệ động thực vật

Ô nhiễm do phế thải khu vực làng chài trên sông Đáy Nơi đây tập trung một lượng lớn dân cư khá đông với sinh hoạt nhiều thế hệ Dân cư sinh sống và xả trực tiếp tất cả các dạng thải khác nhau xuống dòng sông

Hiện nay có 85,4% hộ nông dân của các xã nằm ở lưu vực sông chăn nuôi trâu, bò, lợn, gia cầm… Trong đó, số hộ có chuồng trại tốt, hợp vệ sinh chỉ chiếm 39,7% số hộ chăn nuôi [15] Số gia súc, gia cầm chăn thả tự do, phóng uế bừa bãi trên mặt đất, được nước mưa rửa trôi xuống sông, ao, hồ

Bảng 1.5: Dự báo nguồn nước thải nội tỉnh đến năm 2015

TT Ngành nghề thải ra môi trường Lưu lượng (nghìn m

3

/năm) Năm 2010 Năm 2015

1 Nước thải sinh hoạt 25.504 35.040

2 Nước thải trong chăn nuôi 12.577 18.591

3 Nước thải trong sản xuất công nghiệp 47.610 66.654

4 Nước thải y tế 370 396

1.3.4.2 Nguồn ô nhiễm ngoại tỉnh

Sông Nhuệ, sông Đáy chảy vào địa phận tỉnh Hà Nam đã mang theo một khối lượng lớn nước thải của các cơ sở sản xuất, làng nghề và nguồn nước thải sinh hoạt của thành phố Hà Nội Cụ thể:

- Nguồn nước sông Nhuệ bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi nguồn nước thải sinh hoạt từ các quận nội thành Hà Nội khi hợp dòng với sông Tô Lịch và quận Hà Đông Sông Tô Lịch có tổng lượng nước thải khoảng 100.000 m3

/ngày đêm [15]

- Trên phạm vi lưu vực sông Nhuệ thuộc địa phận thành phố Hà Nội, có các nhóm làng nghề sau: chế biến nông sản thực phẩm; dệt, nhuộm, may, thêu; cơ khí; mây tre đan; mộc, đồ dân dụng; điêu khắc, sơn mài, khảm trai; nón lá và tăm hương; sản xuất giầy da…Trên phạm vi lưu vực sông Đáy thuộc địa phận thành phố

Hà Nội, có các nhóm làng nghề sau: chế biến nông sản; sản xuất bánh đa nem; sản xuất bún, dệt kim, dệt vải, nhuộm, may, thêu, kim khí, sơn mỹ nghệ Phần lớn các

cơ sở sản xuất này đều chưa có hệ thống xử lý nước thải Chúng được thải trực tiếp vào nguồn nước sông, và chuyển tải vào địa phận Hà Nam hàng trăm ngàn mét khối nước ô nhiễm

Hiện nay, thống kê sơ bộ, nguồn nước thải ngoại tỉnh này khoảng 700.000

m3//ngày đêm [19] và ngày càng tăng về lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm

Nguồn: Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Hà Nam, 2008 [19]

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Là các loài thực vật đất ngập nước của sông Nhuệ, sông Đáy (trong địa phận của tỉnh Hà Nam) Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu phần thực vật bậc cao Đây là một trong các nhóm sinh vật đóng góp quan trọng cho chức năng sinh thái môi trường và tính đa dạng sinh học của vùng nghiên cứu

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp kế thừa

Phương pháp này được sử dụng nhằm xác định, phân tích, đánh giá và tổng hợp các dữ liệu có liên quan đến đề tài nghiên cứu Từ đó, trên cơ sở kế thừa có chọn lọc để sử dụng các thông tin cần thiết phục vụ cho đề tài nghiên cứu Đề tài đã thu thập các tài liệu, số liệu về điều kiện tự nhiên, tình hình phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Hà Nam; báo cáo kết quả quan trắc môi trường nước lưu vực sông Nhuệ, sông Đáy; các kết quả nghiên cứu về đa dạng sinh học của sông Nhuệ, sông Đáy

đã công bố có liên quan đến khu vực nghiên cứu

2.2.2 Phương pháp phân tích thảm thực vật

- Mô tả và phân tích cấu trúc: Những phương pháp được tiến hành dựa trên công bố của các tác giả có uy tín Quan điểm nghiên cứu được dựa trên phương pháp của UNESCO về phân tích cấu trúc và hình thái thảm thực vật (1979) [11]

- Phương pháp điều tra dựa trên bản đồ và khảo sát thực địa: Các điểm khảo sát và tuyến khảo sát được thiết lập trải rộng qua tất cả các đơn vị thảm thực vật của các hệ sinh thái khác nhau theo tuyến sông Các điểm khảo sát được định vị tọa độ bằng GPS trên bản đồ, từ đó thiết lập hệ thống tuyến khảo sát và các hệ thống điểm quan sát lấy mẫu Có 3 tuyến khảo sát chính:

+ Tuyến 1: Trên sông Nhuệ, bắt đầu trừ ngã ba Phù Vân đi Nhật Tựu

+ Tuyến 2: Trên sông Đáy, bắt đầu từ ngã ba Phù Vân đi Tượng Lĩnh

+ Tuyến 3: Trên sông Đáy, bắt đầu từ nơi hợp dòng của hai nhánh sông xuôi đến Gián Khẩu

Tuyến khảo sát của chúng tôi thiết lập từ sát mép nước tới các hệ sinh thái ven sông và các hệ sinh thái ngập nước ngọt thường xuyên Đây là diện tích chủ yếu của vùng nghiên cứu với sự hiện diện đầy đủ các thành phần của hệ sinh thái thủy vực sông Để phân tích thực trạng thực vật, chúng tôi thu thập mẫu, quan sát các yếu tố cấu thành thảm thực vật và hệ thực vật cả về cấu trúc không gian, cấu trúc thành phần loài (Wittaker - 1962) các nhân tố môi trường

- Đánh giá tính đa dạng quần xã thực vật: Cơ bản dựa trên quan điểm hệ sinh thái (Tansley, 1935)

2.2.3 Phương pháp phân tích đánh giá tính đa dạng hệ thực vật

- Phân tích đa dạng về thành phần loài: Dựa trên quan điểm truyền thống về

hệ thực vật, chỉ kiểm kê các loài thực vật bậc cao có mạch, mọc tự nhiên hoặc các loài ngoại lai tự nhiên hóa không phụ thuộc vào sự chăm sóc của con người Số lượng các loài được căn cứ vào:

+ Mẫu vật thu thập được tại thực địa

+ Kết quả quan sát trực tiếp tại thực địa xác định thành phần loài theo phương pháp chuyên gia

- Tham khảo một số dẫn liệu về sự phân bố và nơi sống của thực vật trong một số tài liệu có uy tín khoa học được công bố Chủ yếu gồm các tài liệu:

+ Thực vật chí đại cương Đông Dương do H.Lecomte chủ biên (1908 – 1931) [44]

+ Cẩm nang tra cứu và nhận xét các họ thực vật hạt kín ở Việt Nam, Nguyễn Tiến Bân (1997) [2]

+ Cây cỏ Việt Nam, Phạm Hoàng Hộ gồm 3 tập (1991 – 1993) [6]

+ Thảm thực vật rừng Việt Nam, Thái Văn Trừng (1987) [27]

- Đánh giá tính đa dạng thành phần loài, đặc trưng cấu trúc hệ thống hệ thực vật: Sự sắp xếp các loài vào Taxon bậc cao hơn (chi, họ ) theo quan điểm của vườn thực vật Kiu, liên hiệp vương quốc Anh và Bắc Ai Len (Brummitt, 1992) [34] Tên tác giả các Taxon viết theo Brummitt và Powell (1992) [35] Các ngành thực vật được xếp theo sự tiến hóa của thực vật, từ phát tán bằng bào tử (Khuyết lá thông,

Thông đất, Dương xỉ) đến các ngành thực vật có hạt (Thông, Ngọc lan) Các họ trong từng ngành (riêng ngành Ngọc lan thì xếp các họ trong từng lớp), các chi trong từng họ và các loài trong từng chi xếp theo thứ tự chữ cái trong bảng chữ cái ABC theo tên khoa học

- Phân tích đánh giá mức độ giàu loài quý hiếm: theo IUCN, 2004 và các tiêu chuẩn trong sách đỏ Việt Nam, 2007; Nghị định số 48/2002/NĐ – CP, và loài có giá trị tài nguyên (theo “Tài nguyên thực vật Đông Nam Á – Prosea, 1995”) [3]

2.2.4 Phương pháp xây dựng các mô hình sử dụng thực vật cho giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước

- Từ kết quả điều tra về thành phần các loài thực vật có mạch phân bố trong

hệ sinh thái chịu ngập nước ngọt thường xuyên và tạm thời và đất ướt ven sông trên lưu vực sông Nhuệ, sông Đáy (trong địa phận tỉnh Hà Nam), chúng tôi chọn ra một

số loài thực vật thủy sinh điển hình có khả năng xử lý ô nhiễm môi trường nước Đây chính là các tập đoàn cây trồng sẽ được sử dụng trong mô hình cho việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước ở khu vực nghiên cứu

- Mô hình chính được sử dụng là mô hình đất ngập nước với dòng chảy bề mặt (Free water surface constructed wetlands – FWS CW) bao gồm các lưu vực hoặc các kênh, với đất hoặc các vật liệu khác thích hợp cho thực vật có rễ (nếu có)

và mực nước chảy qua hệ tương đối nông, vận tốc dòng chảy nhỏ, và có thân cây và

lá điều tiết lưu lượng nước, đảm bảo điều kiện dòng chảy không bị xáo trộn Một trong những mục đích thiết kế chính của hệ là cho nước thải tiếp xúc với bề mặt sinh học hoạt động (Kadlec và Knight, 1996) [43]

Cơ sở khoa học của phương pháp xử lý nước thải bằng hệ thực vật bậc cao là sự kết hợp của các loài thực vật và các vi sinh vật Sự phân hủy các chất hữu cơ do vi sinh vật sống trong hệ thống rễ của các loài thực vật đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý Các vi sinh vật sinh sống trong hệ thống rễ thực vật thủy sinh có mối quan hệ cộng sinh với những loài thực vật bậc cao hơn Ngoài ra, các vi sinh vật có thể sử dụng một phần hoặc toàn bộ các chất ô

nhiễm trong nước thải như một nguồn dinh dưỡng Vì vậy quá trình phân hủy chất hữu cơ xảy ra nhanh hơn và các chất hữu cơ gây ô nhiễm trong nước thải được loại bỏ (Wolverton, 1987) [56]

Các FWS CW được phân loại theo các loại thực vật:

+ Hệ thống với thực vật trôi nổi tự do (Ví dụ: Lục bình, bèo tấm)

+ Hệ thống với thực vật lá nổi (Ví dụ: Súng, Sen)

+ Hệ thống với thực vật sống chìm trong nước (Ví dụ: Rong đuôi chó, rong mái chèo)

+ Hệ thống với thực vật chịu ngập có rễ bám đất ngập nước và thân vươn lên khỏi mặt nước (ví dụ: Sậy)

Để tăng hiệu quả của việc xử lý và phù hợp với điều kiện thực tế của khu vực nghiên cứu, mô hình chúng tôi đề xuất là sự kết hợp các hệ thống trên, thực vật sử dụng bao gồm các tập đoàn cây trồng và bổ sung thêm các thực vật có khả năng chỉ thị cho môi trường nước sạch làm cơ sở để đánh giá chất lượng nước

- Tham khảo một số tài liệu có uy tín khoa học được công bố Bao gồm:

+ Jan Vymazal, Lenka Kropfelová (2008), Wastewater Treatment in Constructed Wetlands with Horizontal Sub-Surface Flow, Springer [54]

+ Duncan Mara (2004), Domestic Wastewater Treatment in developing countries, Earthscan in the UK and USA [46]

+ Đặng Đình Kim (chủ biên) (2011), Xử lý ô nhiễm môi trường bằng thực vật, Nhà xuất bản Nông Nghiệp [10]

Hình 2.1: Sơ đồ các tuyến khảo sát

Tuyến 1

Tuyến 2

Tuyến 3

Tượng Lĩnh Lĩnh

Nhật Tựu

Phù Vân Vân

Kiện Khê

Sông Nhuệ

Sông Đáy

Sông Đáy

Bồng Lạng

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

và Cỏ Tháp Bút Equisetophyta) Cụ thể như sau:

- Ngành Mộc Lan Magnoliophyta: có 2 lớp (lớp Mộc Lan Magnoliopsida và lớp Hành Liliopsida) gồm 66 họ thuộc 148 chi với số loài là 192 loài chiếm 97,46% tổng số loài đã được khảo sát Trong lớp Mộc Lan có 146 loài thuộc 108 chi của 51

họ Trong lớp Hành có 46 loài thuộc 40 chi của 15 họ

- Ngành Dương xỉ Polypodiophyta: có 3 họ thuộc 3 chi của 4 loài chiếm 2,03% tổng số loài

- Ngành Cỏ Tháp Bút Equisetophyta: có 1 họ thuộc 1 chi của 1 loài chiếm 0,51% tổng số loài

Bảng 3.1: Thành phần loài thực vật bậc cao có mạch

thuộc khu vực nghiên cứu

Tên khoa học Tên Việt Nam SL % SL % SL % Equisetophyta Cỏ tháp bút 1 0,51 1 0,66 1 1,43 Polypodiophyta Dương xỉ 4 2,03 3 1,97 3 4,29 Magnoliophyta

148

108

40

97,36 71,05 26,31

66

51

15

94,28 72,86 21,42

Có thể biểu diễn mức độ đa dạng các bậc Taxon trong vùng nghiên cứu bằng biểu đồ sau:

Biểu đồ 3.1: Mức độ đa dạng các bậc taxon

Như vậy, chiếm phần lớn trong các loài thực vật được khảo sát thuộc ngành Mộc lan Magnoliophyta (Lớp Mộc lan chiếm 74%; Lớp Hành chiếm 23%), số còn lại thuộc về các ngành Dương xỉ Polypodiophyta (2%) và Cỏ Tháp Bút Equisetophyta (1%) Trong ngành thực vật hạt kín, các loài của lớp hai lá mầm chiếm ưu thế và là những loài thống trị trong các quần xã tự nhiên trên cạn và một

số quần xã ở thủy vực sông Xét tỷ trọng các loài tự nhiên và cây trồng, các loài tự nhiên phần lớn thuộc hệ sinh thái thủy vực, các loài cây trồng và một số loài tự nhiên còn lại thuộc các hệ sinh thái nông nghiệp và khu dân cư

3.1.2 Đa dạng về tài nguyên thực vật

Các loài thực vật có ích trong khu vực nghiên cứu khá đa dạng Cho tới nay đã biết được 11 công dụng khác nhau của các loài có mặt trong khu vực Cụ thể như sau:

Bảng 3.2: Tỉ lệ của các loài thực vật có công dụng trong khu vực nghiên cứu

11 Nguyên liệu xây dựng Xd 2

Nhiều loài trong số chúng có đến 2 hoặc 3 công dụng khác nhau Theo thống

kê, những loài có công dụng làm thuốc có số lượng cao nhất với 80 loài, tiếp đến là các loài làm lương thực cho con người (73 loài) và các loài thiết yếu khác phục vụ cuộc sống như: cho gỗ (17 loài), cây cảnh (20 loài), thức ăn gia súc (21 loài) Tuy chưa phát hiện được những loài quý hiếm trong khu vực nhưng các loài cây có ích trong khu vực là nguồn lợi sinh vật quý và có giá trị vì nó gắn bó mật thiết với sự phát triển và ổn định của người dân trong khu vực, đồng thời cũng là một cấu thành quan trọng của sinh thái nhân văn khu vực

3.2 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

3.2.1 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

Giới hạn của các hệ sinh thái này được ghi nhận bao gồm các dải bán ngập

và thủy vực của sông Đáy và sông Nhuệ, chúng bao gồm các loài có biên độ sinh thái khác nhau, từ những loài có biên độ sinh thái rộng có thể sống trong nhiều môi trường có chế độ ngập nước khác nhau tới những loài có biên độ sinh thái hẹp chỉ

sống được trong môi trường ngập nước ngọt thường xuyên Theo ghi nhận của các đợt điều tra thực địa, có thể nhận định có 52 loài thực vật bậc cao có mạch thuộc 32

họ có biên độ sinh thái khác nhau sống trong hệ sinh thái này, chúng bao gồm các nhóm chính sau:

Bảng 3.3: Các loài thực vật có mạch phân bố trong hệ sinh thái chịu ngập nước

ngọt thường xuyên và tạm thời và đất ướt ven sông

Loài Họ Tên Khoa học Tên Việt Nam Nơi

sống

Công dụng

1 Azollaceae Họ Bèo hoa dâu

2 Marsileaceae Họ Rau bợ

3 Salviniaceae Họ Bèo tai chuột

7 Celastraceae Họ Dây gối

8 Convolvulaceae Họ Khoai lang

ẩm ướt

Th, Tng

9 Euphorbiaceae Họ Thầu dầu

18 Polygonaceae Họ Rau răm

ẩm ướt

Th

Chịu ngập ngắn ngày,