Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu, đánh giá lắng đọng axít ở vùng đồng bằng sông Hồng Việt Nam

Luận án với các mục tiêu nghiên cứu: đánh giá hiện trạng và tải lượng lắng đọng axit ở khu vực nghiên cứu, nghiên cứu ảnh hưởng của mưa axit đến sự sinh trưởng và phát triển của cây đậu Cô ve (Phaseolus vulgaris L.), đề xuất một số giải pháp đóng góp cho việc kiểm soát lắng đọng axit ở khu vực nghiên cứu. Mời các bạn cùng tham khảo.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Hà Nội, 2013

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG -

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

Người hướng dẫn khoa học:

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia Việt Nam;

- Trung tâm Thông tin- Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội.

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài luận án

Lắng đọng axit (Acid deposition) hiện đang là một trong những vấn đề nhiễm bẩn môi trường nghiêm trọng nhất Lắng đọng axit được tạo thành trong điều kiện khí quyển bị ô nhiễm do sự phát thải quá mức các khí SOR 2 R, NOR x R từ các nguồn thải công nghiệp và các nguồn ô nhiễm khác, có khả năng lan xa tới hàng trăm, hàng ngàn kilomet Thuật ngữ “Lắng đọng axit” bao gồm cả hai hình thức: lắng đọng khô (dry deposition) và lắng đọng ướt (wet deposition) Lắng đọng ướt thể hiện dưới nhiều dạng như mưa, tuyết, sương mù, hơi nước có tính axít, còn lắng đọng khô bao gồm các khí (gases), các hạt bụi (particulates)

và các sol khí (aerosols) có tính axít Mưa axít là một dạng thể hiện của lắng đọng axít ướt [10, 25, 33] Theo định nghĩa của Uỷ ban Kinh

tế Châu Âu (EEC) thì mưa có chứa các axít HR 2 RSOR 4 Rvà HNOR 3 Rvới pH ≤ 5,5 là mưa axít [45, 79] Mưa axit là nước mưa có pH < 5,6 [25, 113]

Lắng đọng axít thường xảy ra ở các khu vực có mức độ công nghiệp hoá cao như Châu Âu, Bắc Mỹ và hiện nay phạm vi tác động của nó đã mở rộng ra ở khu vực Châu Á Lắng đọng axít gây ra những hậu quả nghiêm trọng về người và của như làm hư hại mùa màng, giảm năng suất cây trồng, phá hủy các rừng cây, đe dọa cuộc sống của các loài sinh vật ở dưới nước và trên cạn, phá hoại các công trình kiến trúc, xây dựng và ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người

Ở Việt Nam, các nghiên cứu cho thấy lắng đọng axit đã xảy ra ở hầu hết các tỉnh thành trong cả nước [ 7, 12, 17, 20 ] Đồng bằng sông Hồng là một trong những vùng kinh tế trọng điểm của cả nước Đây là nơi diễn ra nhiều hoạt động kinh tế sôi nổi, có nhiều khu công nghiệp phát triển mạnh, nơi sử dụng nhiều phương tiện giao thông và là nơi

1

tiêu thụ nhiều loại nhiên liệu hóa thạch Các hoạt động phát triển kinh

tế - xã hội trong vùng gây gia tăng đáng kể sự phát thải các khí gây mưa axit cũng như những vấn đề về ô nhiễm không khí [3, 29] Cùng với đó lượng lắng đọng axit sẽ là rất lớn, và một cách trực tiếp hay gián tiếp sẽ ảnh hưởng tới các hệ sinh thái, các công trình kiến trúc và cuộc sống của con người Do đó, việc nghiên cứu đánh giá lắng đọng axit là rất quan trọng trong xây dựng lộ trình kiểm soát sự phát thải các khí gây lắng đọng axit, góp phần cải thiện chất lượng không khí không những cho tại chỗ mà còn toàn cầu, cũng như nhằm làm giảm chi phí trong việc xử lý các thiệt hại do lắng đọng axit gây ra đối với môi trường, các công trình kiến trúc và sức khỏe của con người Vì

vậy đề tài: "Nghiên cứu, đánh giá lắng đọng axit ở vùng đồng bằng

sông Hồng Việt Nam" đã được thực hiện

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Đánh giá hiện trạng và tải lượng lắng đọng axit ở khu vực nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh hưởng của mưa axit đến sự sinh trưởng và phát

triển của cây đậu Cô ve (Phaseolus vulgaris L.)

- Đề xuất một số giải pháp đóng góp cho việc kiểm soát lắng đọng axit ở khu vực nghiên cứu

3 Nội dung nghiên cứu

3.1 Đánh giá hiện trạng và tải lượng lắng đọng axit ở khu vực nghiên cứu bao gồm:

- Đánh giá tần suất mưa axit, giá trị pH và nồng độ các ion chính trong nước mưa, sự biến đổi ion theo mùa, các thành phần chính làm thay đổi giá trị pH trong nước mưa, biện luận sự trung hòa tính axit trong nước mưa thông qua chỉ số pAR i R

2

- Đánh giá tải lượng lắng đọng axit (tải lượng lắng ướt của các ion chính trong nước mưa, tải lượng lắng đọng của S và N) ở khu vực nghiên cứu

3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của mưa axit đến sự sinh trưởng và phát triển của cây đậu Cô ve bao gồm:

- Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng phối hợp của 3 thành tố mưa axit (pH, tần suất mưa và lượng mưa) đến một số chỉ tiêu sinh trưởng

và phát triển của cây đậu Cô ve (tỷ lệ nảy mầm, thời gian nảy mầm, thời gian diệp lục hóa lá mầm, chiều dài rễ, chiều cao cây, số nhánh/cây, cường độ quang hợp, hàm lượng diệp lục thông qua chỉ

số SPAD và cường độ thoát hơi nước), trên cơ sở đó xác định được mối quan hệ giữa các thành tố của mưa axit với các chỉ tiêu sinh trưởng và phát triển của cây đậu Cô ve

- Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng phối hợp của 3 thành tố mưa axit (pH, tần suất mưa, lượng mưa) đến tính chất của đất trồng đậu Cô

ve thông qua một số chỉ tiêu pHR KCl R, pHR H2O R, CEC, CaP

- Đánh giá khả năng áp dụng mô hình Rains - Asia 7.52.2 trong

nghiên cứu đánh giá, dự báo mức độ phát thải, chi phí giảm thiểu phát thải khí SOR 2 R, lượng lắng đọng SOR 2 Rvà tỷ lệ phần trăm hệ sinh thái bị ảnh hưởng tại vùng đồng bằng sông Hồng Việt Nam

3

4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của Luận án là khu vực đồng bằng sông Hồng Việt Nam, giới hạn ở 4 tỉnh/thành phố là Hà Nội, Hải Phòng, Hải Dương, Ninh Bình

- Các thông số đặc trưng cho lắng đọng ướt: pH, SOR 4 RP

- Các nghiên cứu trên thế giới cho thấy các cây họ đậu trong đó

có cây đậu Cô ve là nhạy cảm với mưa axit [79, 91, 125, 126] Hải Dương là một tỉnh có diện tích đất nông nghiệp tương đối lớn với diện tích đất trồng đậu Cô ve chiếm khoảng 5 ha diện tích của mỗi khu trồng cây hoa màu [2] Bên cạnh đó, tỷ lệ xuất hiện mưa axit là khá cao qua các năm Do vậy, cây đậu Cô ve và đất trồng đậu Cô ve được chọn làm đối tượng nghiên cứu

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tính toán các đặc trưng lắng đọng axit

- Phương pháp bố trí thí nghiệm

- Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm

- Phương pháp phân tích và xử lý số liệu

- Phương pháp mô hình hóa môi trường

giá hiện trạng lắng đọng axit

6 Những đóng góp mới của luận án

- Phân tích, đánh giá một cách có hệ thống hiện trạng và tải lượng lắng đọng axit ở khu vực nghiên cứu trong giai đoạn 7 năm liên tục (từ năm 2006-2012)

4

- Đây là nghiên cứu khoa học đầu tiên trong nước đánh giá ảnh hưởng của mưa axit đối với cây đậu Cô ve, góp phần bổ sung cơ sở

lý luận về mối quan hệ giữa ảnh hưởng của mưa axit đến sự sinh trưởng, phát triển của cây trồng nông nghiệp và sự thay đổi một số tính chất hóa học của đất trồng

- Lần đầu tiên xây dựng được phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu và đánh giá hiện trạng lắng đọng axit cho khu vực nghiên cứu

7 Nguồn tài liệu và số liệu nghiên cứu

- Luận án sử dụng bộ số liệu quan trắc hóa học nước mưa (pH, lượng mưa, nồng độ ion) của Trung tâm KTTV Quốc gia ở 5 trạm thuộc 4 tỉnh/thành nghiên cứu (trạm Láng - Hà Nội, trạm Hải Dương, trạm Phủ Liễn - Hải Phòng, trạm Ninh Bình, trạm Cúc Phương) trong 7 năm liên tục (từ năm 2006 - 2012) để đánh giá hiện trạng và tải lượng lắng đọng ướt tại khu vực nghiên cứu

- Số liệu nồng độ trung bình khí SOR 2 R, NOR 2 Rtrong không khí để tính toán lắng đọng khô là số liệu thu thập từ 5 trạm quan trắc không khí tự động cố định thuộc trung tâm KTTV Quốc gia Bên cạnh đó,

số liệu đo từ mạng lưới EANET, từ trạm không khí tự động cố định đặt tại Trung tâm Kỹ thuật Môi trường Đô thị và Khu công nghiệp CEETIA, từ trạm quan trắc không khí tự động, cố định tại 556 Nguyễn Văn Cừ, Long Biên, Hà Nội, và từ các đề tài/dự án cũng

được tham khảo để bổ sung cho chuỗi số liệu đánh giá

- Số liệu đánh giá ảnh hưởng của mưa axit đến cây đậu Cô ve và đất

trồng đậu Cô ve là số liệu đo thực nghiệm của đề tài luận án

8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Hiện nay các nghiên cứu về lắng đọng axít, đặc biệt là về khả năng ảnh hưởng của lắng đọng axít đến các hệ sinh thái ở Việt nam còn

5

rất mới mẻ Đề tài nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn, góp phần bổ sung vào số lượng các nghiên cứu còn ít về lắng đọng axít ở Việt Nam

- Kết quả nghiên cứu của luận án đã đưa ra một bức tranh tổng thể

về hiện trạng, tải lượng lắng đọng axít ở khu vực nghiên cứu và nghiên cứu ảnh hưởng của lắng đọng axít ướt (mưa axit) đến cây trồng ở khu vực nghiên cứu Luận án cũng xây dựng được phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu và đánh giá hiện trạng lắng đọng axit cho khu vực nghiên cứu

- Kết quả nghiên cứu sẽ là tài liệu tham khảo cho các cơ quan quản

lý về môi trường, các nhà hoạch định chính sách, các nhà khoa học

về môi trường, trong việc kiểm soát sự phát thải các chất khí gây lắng đọng axit, kiểm soát khả năng ảnh hưởng của lắng đọng axít đến các hệ sinh thái trong khu vực nghiên cứu nhằm làm giảm chi phí trong việc xử lý các thiệt hại do lắng đọng axit gây ra đối với môi trường, cũng như đề xuất các giải pháp thích hợp để tăng năng suất cây trồng Đề tài cũng là tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu tiếp theo về lắng đọng axít

9 Cấu trúc của luận án

Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị và tài liệu tham khảo, Luận

án được bố cục thành 3 chương Luận án được trình bày trong 147 trang A4, 33 bảng biểu, 52 hình vẽ, danh mục 10 công trình khoa học của tác giả đã được công bố, 128 tài liệu tham khảo tiếng Việt và tiếng nước ngoài

6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài

Tổng quan các nghiên cứu ở nước ngoài liên quan đến lắng đọng axit cho thấy lắng đọng axit là một vấn đề đã xảy ra ở nhiều quốc gia trên thế giới, đặc biệt là các quốc gia ở khu vực Châu Âu, Bắc Mỹ và

cả khu vực châu Á Trên thế giới, các nghiên cứu về lắng đọng axit đã được thực hiện từ nhiều thập kỷ qua thông qua các thực nghiệm và các quan sát trong thiên nhiên cho thấy mưa axit đã gây nhiều tác động tiêu cực đến thảm thực vật, hệ động vật, cây trồng, công trình kiến trúc và sức khỏe con người

Hình 1.1 Một khu rừng ở Đức năm 1970 Hình 1.2 Sự thiệt hại rừng ở Đức do

mưa axit năm 1986

Hình 1.3 Bức tượng đá trong lâu đài

Herten, Quận Ruhr, Đức - được khắc năm

1.2 Các nghiên cứu trong nước

Ở Việt nam, các nghiên cứu trong những năm qua mới chỉ tập trung chủ yếu vào việc đánh giá hiện trạng mưa axit (lắng đọng ướt), nghiên cứu mưa axit ở nơi có số liệu quan trắc và các nghiên cứu này được thực hiện ở quy mô khác nhau Các nghiên cứu về tác động lắng

axit gây ra đối với hệ sinh thái, vật liệu - công trình kiến trúc hay sức khỏe con người còn rất hạn chế Tuy nhiên, cũng có một số ít các nhà khoa học trong nước đã xem xét các ảnh hưởng của mưa axit đến thực vật, động vật Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của mưa axit lên tôm sú, lên rau cải xanh của tác giả Nguyễn Thị Kim Lan và cộng sự (2005) là một ví dụ Một nghiên cứu khác về đánh giá diễn biến lắng axit đến hệ sinh thái ở một số khu vực Bắc Bộ của tác giả Nguyễn Hồng Khánh và cộng sự (2006) được thực hiện công phu hơn Nghiên cứu này đã đạt được một số kết quả nhất định Nhìn chung, số lượng các nghiên cứu và đối tượng của các nghiên cứu liên quan đến lắng đọng axit là ít, kết quả của các nghiên cứu về đánh giá ảnh hưởng của lắng đọng axit tới môi trường và hệ sinh thái vẫn còn là khá khiêm tốn

và từ năm 2006 đến nay không có nghiên cứu nào đánh giá một cách

hệ thống tình hình lắng đọng axit theo thời gian và các ảnh hưởng của

nó Chính vì vậy, những hiểu biết về lắng đọng axit và ảnh hưởng của

nó tới môi trường sống và hệ sinh thái ở Việt Nam là rất hạn chế Với xuất phát điểm như vậy, luận án đã được thực hiện Đây là một hướng

đi cần thiết có ý nghĩa khoa học và thực tiễn góp phần vào nhiệm vụ bảo vệ môi trường của quốc gia

8

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Phương pháp tính toán các đặc trưng lắng đọng axit

Láng-Hà Nội, Hải Dương, Phủ Liễn - Hải Phòng, Ninh Bình và Cúc

Phương trong 7 năm được nhập và tính toán trên phần mềm Excel

9

Tải lượng lắng ướt trong 1 năm: TR w R = DR w R/năm (g/mP

3

P

) Tải lượng lắng khô trong 1 năm: TR d R = DR d R/năm (g/mP

2

P

/năm)

2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm

tỉnh Hải Dương Thời gian tiến hành thí nghiệm trong vụ xuân năm 2012

- Nước tưới cây là nước mưa lấy tại khu vực nghiên cứu có thành phần NOR 3 RP

2+

P

(0,69 - 0,81mg/l) Cứ 2 tuần/lần phân tích mẫu nước mưa Nước mưa được điều chỉnh pH ở các mức khác nhau: 3,0; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5 bằng dung dịch HR 2 RSOR 4 R 1N

- Tần suất tưới nước mưa axit ở các mức 35% và 66 % Đây là các giá trị tần suất trung bình và cao nhất tính được trong giai đoạn từ tháng 2 – 4 của tỉnh Hải Dương

- Lượng nước mưa axit tưới là 200 và 750 mm Đây là các giá trị lượng mưa trung bình và cao nhất tính được trong giai đoạn từ tháng 2 – 4 của tỉnh Hải Dương

- Thí nghiệm được bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD- Randomized Complete Block Design) với 3 yếu tố (pH, tần suất

và lượng mưa) bao gồm 20 công thức thí nghiệm Mẫu đối chứng

là mẫu không tưới nước mưa axit Thí nghiệm tiến hành với 3 lần

10

nhắc lại Sử dụng chương trình IRRISTAT 5.0 để tạo sơ đồ thí nghiệm

TS 35 %

LM 200mm

U

CT9U pH= 4,5

TS 35 %

LM 200mm

U

CT13U pH= 5,0

TS 35 %

LM 200mm

U

CT17U pH= 5,5

TS 66%

LM 200mm

U

CT10U pH= 4,5

TS 66%

LM 200mm

U

CT14U pH= 5,0

TS 66%

LM 200mm

U

CT18U pH= 5,5

TS 35 %

LM 750mm

U

CT11U pH= 4,5

TS 35 %

LM 750mm

U

CT15U pH= 5,0

TS 35 %

LM 750mm

U

CT19U pH= 5,5

TS 66%

LM 750mm

U

CT12U pH= 4,5

TS 66%

LM 750mm

U

CT16U pH= 5,0

TS 66%

LM 750mm

U

CT20U pH= 5,5

TS 66%

LM 750mm Đối chứng (ĐC)

2.3 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu

Số liệu để đánh giá hiện trạng lắng đọng axit của khu vực nghiên cứu được nhập, xây dựng công thức và tính toán bằng chương trình Excel Số liệu đánh giá ảnh hưởng của mưa axit đến cây đậu Cô ve được phân tích và xử lý bằng chương trình Excel và phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) và hồi quy bằng chương trình IRRISTAT 5.0

2.4 Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm

Các chỉ tiêu hóa học của đất được xác định theo những phương pháp thông dụng hiện nay trong các phòng thí nghiệm phân tích đất [8, 18 ]

11

2.5 Phương pháp mô hình hóa môi trường

Xem xét khả năng sử dụng mô hình RAINS - ASIA 7.52.2 để đánh giá và dự báo mức độ phát thải SOR 2 Rở vùng đồng bằng sông Hồng, đánh giá lượng lắng đọng SOR x Rvà tỷ lệ phần trăm hệ sinh thái bị ảnh hưởng

2.6 Phương pháp xây dựng phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu và đánh giá hiện trạng lắng đọng axit

Luận án cũng đã sử dụng bộ công cụ lập trình Microsoft Visual C# 2010 với hệ quản trị cơ sở dữ liệu (CSDL) Microsoft Access để xây dựng phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu và đánh giá hiện trạng lắng đọng mưa axit tại khu vực nghiên cứu

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Đánh giá hiện trạng lắng đọng axít ở một số khu vực đồng bằng sông Hồng (Hà Nội, Hải Phòng, Hải Dương, Ninh Bình)

3.1.1 Hiện trạng mưa axit

Kết quả tính toán dựa trên chuỗi số liệu quan trắc và đo đạc giai đoạn từ năm 2006 đến năm 2012 của Trung tâm KTTV Quốc Gia cho

thấy mưa axít (pH < 5,6) đã xuất hiện ở các trạm khu vực đồng bằng sông Hồng với tần suất tương đối cao và biến động khá lớn qua các năm, cụ thể ở Hà Nội là (25% - 54,5%), ở Hải Phòng (8,33% - 58,3 %),

ở Hải Dương (8,3 – 63,6 %), ở Ninh Bình ( 8,3 % - 50 %) và ở Cúc Phương (33 % - 81,8 %) Tỷ lệ mưa axít (%) của một số khu vực thuộc đồng bằng sông Hồng - Việt Nam giai đoạn 2006 - 2012 được biểu

diễn ở Hình 3.1

Nhìn chung, tỷ lệ mưa axít (%) thay đổi không theo quy luật ở các trạm thuộc khu vực nghiên cứu Mưa axit thường xuất hiện vào

12