Chỉ tiêu Đặc điểm
Rễ - Sậy là cây sống lâu năm, rễ bò dài, rất khỏe.
Thân - Thân thẳng đứng, cao khoảng 2-4 m, mảnh khảnh (đường kính chỉ khoảng 1,5-2 cm). Thân sậy rỗng ở giữa (nên mới gọi là “ống sậy”).
Lá
- Lá dài 30-40 cm, rộng 1-3,5 cm, hình dải hay hình mũi mác, có mỏ nhọn kéo dài, phẳng, nhẵn, mép lá ráp. Lá xếp cách xa nhau, ôm lấy thân ở phía gốc lá, lưỡi bẹ có dạng vịng lơng ngắn, lá thường khơ vào mùa rét.
Hoa
- Cụm hoa hình chùy, thường có màu tím hay xám nhạt, hơi rũ cong, dài 15-45 cm; cuống chung thường có lơng mềm, dày đặc ở gốc, nhánh rất mảnh. Bông nhỏ mang 3-6 hoa, mày xịe ra khi chín, rất nhọn.
Sinh sản
- Cụm hoa hình chùy, thường có màu tím hay xám nhạt, hơi rũ cong, dài 15-45 cm; cuống chung thường có lơng mềm, dày đặc ở gốc, nhánh rất mảnh. Bông nhỏ mang 3-6 hoa, mày xịe ra khi chín, rất nhọn.
1.3.3. Đặc điểm sinh thái cây sậy
Cây sậy (Phragmites australis) rất phổ biến ở cả khu vực cửa sông lúc triều lên và các vùng ngập nước [57]. Cây thường mọc đơn lập [40], [76] trong khi các loài khác bị loại trừ bởi việc che bóng và chiếm dụng khơng gian rộng của cây sậy [76]. Mặc dù cây sậy thường sống đơn lập, nhưng ở các vùng cận ẩm ướt hay các vùng khơ hơn có thể có các lồi chịu nước và kém chịu nước tốt hơn [76].
Cây sậy có thân rễ rộng và phát triển lan rộng tạo nên mật độ cây sậy dày đặc [59], [74], [84], [89]. Việc phát triển thân cây thường giảm dần sau khi thân rễ được 6 tuổi. Thân rễ dày, “bám sâu” và có vảy [151], [102] và có thể phát triển tới 20m [85]. Thân rễ có thể phát triển 40cm/ năm [61] sống 2 đến 3 năm [85]. Các thân rễ trong đất thường dài, dày và khơng có nhánh. Dưới nước, các thân rễ thường mảnh hơn, mọc ra nhiều nhánh hơn và thường ngắn hơn [85]. Thân rễ có thể xâm nhập sâu, nhưng độ sâu của rễ cũng khác nhau với các điều kiện vị trí khác nhau.
Cây sậy có thể sinh sản từ hạt và sinh sản sinh dưỡng từ thân bò và thân rễ. Sự lan truyền của cây sậy chủ yếu thông qua sinh sản sinh dưỡng và tái sinh, trong khi sự thiết lập của quần thể mới được tạo ra thông qua sự phát tán của hạt, thân rễ. Các nhà nghiên cứu cho rằng khoảng 88% sự lan truyền của cây sậy là do sinh sản sinh dưỡng trong khi sự thiết lập của các quần thể mới là kết quả của sinh sản bằng hạt [87].
Cây sậy có hoa đực, hoa cái và hoa lưỡng tính. Hoa dưới có nhị và khơng có khả năng thụ phấn, hoa trên có nhụy hoặc hoa lưỡng tính [75].
Sự thụ phấn: Thụ phấn chéo có lẽ là cách thụ phấn phổ biến nhất ở cây sậy, nhưng sự tự thụ phấn hay sinh sản đơn tính (tự sinh sản ra hạt mà khơng cần thụ phấn) cũng có thể xảy ra. Trong phịng thí nghiệm, 5 trong 16 chùm hoa bản địa và 2 trong 4 chùm hoa ngoại lai từ quần thể ở đảo Rhode đã sản
sinh ra các hạt giống thông qua sự tự thụ phấn hay sinh sản đơn tính. Một số trường hợp tự thụ phấn cũng xảy ra trong các quần thể cây sậy nói chung ở Nhật Bản, mặc dù kết quả tạo ra hạt của việc tự thụ phấn thấp hơn nhiều so với thụ phấn chéo [88].
Sự nảy mầm: nhiệt độ ấm, điều kiện ánh sáng đủ, và độ mặn thấp cho
tới trung bình trong khu vực ẩm và khơng bị ngập nước là thuận lợi nhất cho sự nảy mầm thành công của cây sậy.
Xử lý lạnh trong 6 tháng ở nhiệt độ 39°F (4°C) là yêu cầu cần thiết cho sự nảy mầm của hạt sậy được thu thập từ Đồng bằng Marsh. Dưới ánh sáng đầy đủ, tất cả các hạt được nảy mầm ở nhiệt độ trong khoảng 68°F (20°C) và 86°F (30°C); 97% hạt nảy mầm được ở nhiệt độ trong khoảng 59°F (15°C) và 77°F (25°C) [70].
Ôxy cần thiết cho sự nảy mầm của cây sậy; tuy nhiên tiếp xúc với điều kiện thiếu ơxy và độ mặn cao có thể tăng sự nảy mầm khi các hạt giống quay trở lại môi trường mặn tự do và nồng độ ơxy trong khơng khí.
Sự phát triển cây con: Việc tạo thành cây sậy từ cây con từ hạt xảy ra
ở một số khu vực [78], [137] nhưng tỉ lệ chết cao khi cây con tiếp xúc với lũ lụt, hạn hán, nước mặn và băng giá [59], [81].Sự nhạy cảm của cây con giống có thể hạn chế sự tạo thành cây từ hạt ở ngoài đồng ruộng do các điều kiện thời tiết.
Nhiệt độ ấm, độ sáng cao và hàm lượng phosphate cao có thể tạo điều kiện “tốt” cho sự phát triển của cây con. Dựa vào các nghiên cứu được tiến hành ở Anh, Haslam [80] cho biết sự phát triển của cây con nhanh hơn ở nhiệt độ 77°F (25°C) so với 59°F (15°C). Ở nơi ánh sáng yếu, cây con xuất hiện nhỏ và yếu. Khi hàm lượng phosphate thấp, cây con phát triển còi cọc [80].
Sự phát triển của cây bản địa và cây ngoại lai: Sự thiết lập, phát triển và chết của cây sậy con có thể khác nhau giữa các kiểu di truyền. Các cây sậy
con bản địa thường có tỉ lệ chết cao hơn, sản sinh lượng sinh khối ít hơn ở dưới và trên mặt đất, ngắn hơn so với cây ngoại lai. Lượng sinh khối bên trên và bên dưới mặt đất sản sinh bởi giống ngoại lai lớn hơn 2 đến 4 lần so với các cây giống bản địa khi áp dụng công thức hàm lượng dinh dưỡng cao và thấp [120].
Tái sinh sinh dƣỡng: Sự tái sinh và lan rộng của cây sậy về cơ bản là
thông qua sự phát triển của thân rễ và thân bò. Một số lượng đáng kể quần thể cây sậy cũng được thiết lập bằng tái sinh sinh dưỡng thông qua sự gián đoạn của các quần thể con và sự phát tán của các đoạn thân rễ [34], [125] Phát triển sinh dưỡng cho phép cây sậy mọc lan tới các khu vực không phù hợp cho sự phát triển từ hạt.
Sự tái sinh sinh dưỡng phát triển từ thân rễ và rễ chùm là phương thức ưu thế của cây sậy trong sự thiết lập quần thể mới [134], [136]. Các đoạn thân rễ thường hình thành và tồn tại tốt hơn hạt, và các cây con sản sinh từ thân rễ thường ít nhạy cảm hơn cây con từ hạt.
Các nghiên cứu ở thực địa và trong nhà kính cho thấy rằng sự sống xót của các chồi sậy mọc ra từ các đoạn thân rễ là cao hơn so với từ hạt. Trồng bằng thân rễ sống xót cao hơn là từ hạt ở cả hai mẫu thu thập được từ trồng trong nhà kính và ngồi thực địa tại Khu Quản lí Động vật hoang dã Stemmers Run, Maryland. Tỉ lệ các cây con sống xót trong nhà kính là 27% trên đất trống. Các thân rễ để trên mặt đất khơng phát triển ở ngồi thực địa. Tất cả các thân rễ chơn dưới mặt đất đều sống xót ở các chỗ đất có thảm thực vật, khu đất bị đốt hay khu đất trống trong nhà kính. Trên thực địa, tỉ lệ sống xót của thân rễ chơn dưới mặt đất là 10%, 30%, và 20% lần lượt ở các khu vực đất bị cháy, đất có thảm thực vật và khu đất trống cao trong đầm lầy [34].
Các điều kiện độ mặn cao (≥18.000 ppm), thiếu ô-xy, tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng và kích cỡ thân rễ nhỏ có thể giảm các cơ hội phát triển thành
cây con từ các đoạn thân rễ sậy [42]. Các khóm sậy có thể sống xót trong điều kiện khơ hạn và mặn tốt hơn là các đoạn thân rễ [126]. Các cây con được trồng bằng sinh sản sinh dưỡng cũng có khả năng chống chịu tốt hơn các cây con từ hạt [125]. Sự phát triển của thân rễ cho phép cây sậy lan rộng nhanh chóng [144] và chiếm hữu các khu vực không phù hợp cho sự phát triển từ hạt và các đoạn thân [37], [41].
Sự phát triển: cây sậy có khả năng phát triển nhanh chóng cả bên
trên và dưới mặt đất với tốc độ phát triển lên tới 4 cm/mỗi ngày [122]. Cây sậy phát triển nhanh chóng có thể gây ảnh hưởng tới nguồn dinh dưỡng có sẵn [128].
Cây sậy sinh trưởng và phát triển ở một phạm vi lớn cho thấy sức chịu đựng với nhiều loại hình khí hậu. Ở phía Bắc Mỹ, cây sậy xuất hiện ở cả vùng bán khô cằn cho tới vùng sa mạc khô cằn, các vùng cận ẩm ướt tới ẩm ướt, và vùng khí hậu cận nhiệt đới. Dựa trên đánh giá các tài liệu tham khảo cho thấy rằng khí hậu trong mơi trường sống của cây sậy là rất khác nhau theo từng vùng.
Khu vực Bắc Mỹ: Môi trường sống của cây sậy ở phía bắc Hồ Lớn hưởng khí hậu lục địa cận ẩm ướt. Mùa hè thường ngắn và ấm; mùa đông thường dài và lạnh. Lượng mưa hàng năm trung bình vào khoảng 20 inches (508 mm) ở phía tây bắc Minnesota và 33,9 inches (860 mm) trong bán đảo phía trên của Michigan. Hầu hết lượng mưa (66%) xảy ra từ tháng Tư cho tới tháng Chín [46]. Ở Hồ Agassiz Peatlands khu vực tự nhiên của Minnesota, vào tháng Một nhiệt độ thấp nhất trung bình là -39 °F (-39 °C), và tháng Bảy nhiệt cao nhất trung bình là 94°F (34°C) [83].
Ở Utah và Oregon, cây sậy có thể sống trong mơi trường ở khu vực khí hậu sa mạc khơ cằn và bán khơ cằn [114], [124], [138]. Tại Ao Kim Cương ở tỉnh Harney, Oregon, độ ẩm tương đối thấp, sự bốc hơi cao, độ dài của mùa
sinh trưởng thấp (80-117 ngày). Lượng mưa trung bình hàng năm là từ 200- 300 mm. Nhiệt độ trong ngày và giữa các mùa biến động lớn [138]. Ở thung lũng Chết nơi mà tháng Bảy nhiệt độ có thể đạt tới 43-46 °C, cây sậy có thể phát triển khi khơng có nguồn nước dồi dào [114].
Dinh dƣỡng/pH: Cây sậy có thể sống trong mơi trường đất có tính axit
hoặc đất kiềm, giàu dinh dưỡng hoặc nghèo dinh dưỡng nhưng điều kiện đất và nước dung nạp được có thể phụ thuộc vào các quá trình phát triển.
Cây sậy sẽ còi cọc nếu lớn lên trên chất thải axit từ mỏ đồng bỏ hoang ở Vermont nơi có độ pH là 2,9 [100]. Các đầm lầy ven biển ở Louisiana, cây sậy mọc ở các vùng có độ pH từ 3,7 tới 8 [47].
Khả năng chịu bóng râm: cây sậy thường phổ biến nhất ở các khu vực đầy đủ ánh nắng mặt trời hoặc gần như đầy đủ ánh nắng mặt trời [84]. Một đánh giá đã chỉ ra rằng độ cao và mật độ của cây sậy thường thấp ở những nơi có một phần che phủ bởi bóng râm [91].
1.3.4. Ứng dụng của cây sậy trong cải tạo môi trường
Trong những năm qua, sậy đã được ứng dụng xử lý kim loại nặng tại một số nước trên thế giới với kết quả rất khả quan. Theo kết quả nghiên cứu của Alishir Afrous về khả năng tích lũy Hg và As của sậy trong môi trường nước tại nhà máy thủy sản Dezful, Iran cho thấy, sậy P. australis có khả năng hấp thụ 6,23 mg Hg/kg trong 200 mg Hg /kg đất, cao hơn so với cây bồ hoàng (Scirpus) và T. latifolia chỉ hấp thụ 2,23 và 1,45 mg/kg [141].
Sử dụng cây sậy để cải tạo môi trường là rất mới mẻ, đặc biệt là ở Việt Nam; một số ứng dụng đã được sử dụng là:
Sử dụng cây sậy trong việc xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp vốn đã được nghiên cứu và ứng dụng thành công ở nhiều nước trên thế giới. Các nhà nghiên cứu của Trung tâm Sinh học Thực nghiệm thuộc Viện ứng dụng Công nghệ của Việt Nam mới đây cũng thử nghiệm thành
công biện pháp này trong việc làm sạch nguồn nước thải tại một cơ sở tuyển quặng thiếc ở Thái Nguyên.
Sau khi được chặt hết lá và để ở chiều cao 20 – 25 cm, sậy được trồng trong hệ thống đất ngập nước nhân tạo với mơ hình xử lý 5 m3/ngày, bao gồm các thành phần kim loại như: As, Pb, Cu, Fe, Zn, Sn. Sậy được trồng theo hàng, mỗi hàng cách nhau 20 cm. Trong giai đoạn nuôi cây, chỉ sử dụng duy nhất nước ao để tưới nhưng khi sậy phát triển thì bắt đầu đưa nước thải vào để xử lý và đánh giá hiệu quả.
Theo kết quả nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Sinh học số 2/2011, sậy phát triển khá tốt ngay cả khi được bổ sung lượng nước thải chứa kim loại nặng. Sau khoảng 7 tháng, sậy phát triển ưu thế hơn hẳn trong toàn bộ hệ thống đất ngập nước. Lượng kim loại nặng được tích tụ chủ yếu trong lớp bùn của hệ thống đất ngập nước, nhiều nhất là ở phần bùn phía tiếp nhận nước vào. Thời gian hoạt động của hệ thống đất ngập nước càng lâu thì khả năng làm sạch nguồn nước thải càng hiệu quả.
Cơng trình xử lý nước thải bằng phương pháp rễ cây sậy tại Bệnh viện Nhân Ái (huyện Thác Mơ, tỉnh Bình Phước) do Lê Trường Giang, Phó Giám đốc Sở Y tế TPHCM, làm chủ nhiệm vừa được Sở Khoa học - Công nghệ TPHCM nghiệm thu ngày 12/6/2009. Hệ thống xử lý nước thải Bệnh viện Nhân Ái sẽ giải quyết được toàn bộ nước thải của trung tâm trước khi thải ra hồ Thác Mơ. Theo Lê Trường Giang, đây là phương pháp tối ưu về kinh tế và phù hợp nhất với điều kiện địa hình, hiện trạng của tỉnh Bình Phước hiện nay.
Hệ thống xử lý nước thải dựa trên nguyên tắc sinh học. Nước thải sinh hoạt và y tế được dẫn cho chảy vào một bể cát trồng cây sậy. Nước bẩn sẽ được thấm qua rễ, tại đây, các vi khuẩn sẽ hoạt động làm giảm các chất trong nước thải. Sau đó, nước tiếp tục thấm qua các lớp vật liệu lọc rồi chảy xuống
những ống thốt nằm phía dưới và thải ra tự nhiên. Nước thải sau khi xử lý sẽ bảo đảm các thông số ô nhiễm đều nằm trong mức giới hạn cho phép về lượng pH, BOD5, COD, chất rắn lơ lửng, Coliforms... Về cấu tạo, bể cát có
đáy và mặt bên được phủ một lớp nhựa chống thấm dày 1,5 mm để chống nước thải rị rỉ xuống nước ngầm. Bên ngồi bể cát có hàng rào bao quanh để chống sự xâm nhập của người và các loại động vật như heo, nai, bò... gây hư hỏng thiết bị.
Nghiên cứu loại bỏ Cr và Ni trong nước ô nhiễm cũng được thử nghiệm với cây cỏ vetiver (Vetiveria zizanioides L.) và cây sậy (Phragmites
australis) theo “phương pháp vùng rễ”, kết quả thu được cũng rất khả quan.
Khi hàm lượng Cr và Ni thấp, hiệu suất xử lý có thể đạt trên 70% với Ni và trên 90% với Cr6+ và Cr3+ [31].
Sậy được sử dụng rộng rãi trong việc xử lý kim loại nặng trong khu đất ngập nước. Sậy có khả năng hấp thụ một lượng lớn các kim loại nặng trong đất thông qua lượng sinh khối của chúng. Ở miền trung Ấn Độ, sậy đã loại bỏ 70% As và 58 – 65% Pb trong vùng đất ngập nước thông qua bộ rễ của chúng.
Gần đây, ở một số nước (Đức, Anh, Ấn Độ…) đã sử dụng cánh đồng lau sậy để xử lý nước thải. Phương pháp này do giáo sư Kathe Seidel người Đức đưa ra từ những năm 60 của thế kỷ trước. Khi nghiên cứu khả năng phân hủy các chất hữu cơ của cây, ông nhận thấy ưu thế của phương pháp này chính là tác động đồng thời giữa rễ, cây và các vi sinh vật tập trung quanh rễ. Trong đó, loại cây có nhiều ưu điểm nhất là lau sậy. Không như các cây khác tiếp nhận ơxy khơng khí qua khe hở trong đất và rễ, lau sậy có một cơ chế chuyển ôxy ở bên trong từ trên ngọn cho tới tận rễ. Quá trình này cũng diễn ra trong giai đoạn tạm ngừng sinh trưởng của cây. Như vậy, rễ và toàn bộ cây lau sậy có thể sống trong những điều kiện thời tiết khắc nghiệt nhất. Ôxy được rễ thải vào khu vực xung quanh được vi sinh vật sử dụng cho quá trình
phân hủy hóa học. Số lượng vi khuẩn trong đất quanh rễ loại cây này có thể nhiều như số vi khuẩn trong các bể hiếu khí kỹ thuật (aeroten), đồng thời phong phú hơn về chủng loại từ 10 – 100 lần. Chính vì vậy, các cánh đồng lau sậy có thể xử lý được nhiều loại nước thải có chất độc hại khác nhau và nồng