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

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 2 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. 3 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Thực vật đất ngập nƣớc 1.1.1 Khái niệm thực vật đất ngập nước - 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. 1.1.2 Các dạng sống của thực vật đất ngập nước Theo Arber (1920), dựa trên đặc điểm hình thái, có thể chia các dạng sống của thực vật đất ngập nước bao gồm: 1) Thực vật nổi 2) Thực vật ngập nước 3) Thực vật lá nổi: a) có rễ và b) nổi tự do Phân loại này được sử dụng cho thực vật thân thảo, cây thân gỗ và cây bụi. 1.1.3 Vai trò của thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải ở các vùng đất ngập nước Bảng 1.1: Tóm lƣợc về vai trò của thực vật đất ngập nƣớc trong xử lý 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 1.2 Khái quát tình hình nghiên cứu thực vật đất ngập nƣớc và việc sử dụng chúng để xử lý ô nhiễm môi trƣờng nƣớc ở trên thế giới và Việt Nam 1.2.1 Trên thế giới Bắt đầu từ năm 1950, đã có 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 4 dụng của thực vật đất ngập nước ngày càng đầy đủ hơn. 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 [28]. Loại thực vật được bà sử dụng nhiều là cây cỏ Nến (Scirpus lacustris). 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. 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. 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, 13, 14, 27]. 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. 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 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. 1.3.1.2 Sông Đáy Sông Đáy có chiều dài khoảng 240km, bắt nguồn từ sông Hồng tại thôn Vân Cốc, chảy qua Hà Nội, Hà Nam, Ninh Bình, Nam Định. Chiều dài của sông Đáy chảy qua tỉnh Hà Nam khoảng 47km, đến 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 [12]. Sông Nhuệ Sông Đáy 5 1.3.2 Tình hình phát triển kinh tế xã hội dải ven sông Nhuệ, sông Đáy 1.3.2.1 Sông Nhuệ Trong phạm vi lưu vực sông có khu công nghiệp Hoàng Đông, quy mô vừa và nhỏ, 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… 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… - 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 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. 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) 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 Thời gian Địa điểm Tháng 7/2010 Tháng 7/2011 Tháng 7/2012 Cống Thần 15 46 46 Cống Nhật Tựu 14 50 71 Đò Kiều 15 65 71 Hình 1.5: Lƣu vực sông Nhuệ, sông Đáy (Nguồn Internet) 6 Cầu Hồng Phú 17 50 51 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. 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 Thời gian Địa điểm Tháng 7/2010 Tháng 7/2011 Tháng 7/2012 Cầu Quế 18 17 17 Trạm bơm Thanh Nộn 18 17 17 Cầu Đọ Xá 18 15 17 Cầu phao Kiện Khê 17 17 17 Thanh Tân 16 17 18 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 - Tác động của quá trình đô thị hóa - Tác động của phát triển công nghiệp - Tác động của phát triển nông nghiệp và tập quán lạc hậu của người dân 1.3.4.2. Nguồn ô nhiễm ngoại tỉnh Nguồn: Tổng cục Môi trường, 2012 [17] Nguồn: Tổng cục Môi trường, 2012 [17] 7 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. Hiện nay, thống kê sơ bộ, nguồn nước thải ngoại tỉnh này khoảng 700.000 m 3/ /ngày đêm [15] và ngày càng tăng về lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm. CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng 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. Phƣơng 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. 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 8 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. - 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) [20]. Tên tác giả các Taxon viết theo Brummitt và Powell (1992) [21]. 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) [24]. 9 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) [29]. 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. CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Hiện trạng các loài thực vật bậc cao có mạch trên toàn vùng nghiên cứu 3.1.1. Đa dạng các bậc taxon Trên toàn bộ diện tích của thủy vực nghiên cứu, bao gồm các diện tích ngập nước thường xuyên, các diện tích ngập tạm thời, các diện tích ẩm ướt ven sông và hệ sinh thái nông nghiệp, hệ sinh thái khu dân cư tập trung trên đất chậm thoát nước ven sông đã thu thập được 197 loài thuộc 152 chi của 70 họ thuộc 3 ngành thực vật bậc cao có mạch (Ngành Mộc Lan Magnoliophyta; ngành Dương xỉ Polypodiophyta 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. 10 - 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 ngành Loài Chi Họ 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 -Magnoliopsida - Liliopsida Mộc Lan - Lớp Mộc lan - Lớp Hành 192 146 46 97,46 74,11 23,35 148 108 40 97,36 71,05 26,31 66 51 15 94,28 72,86 21,42 Tổng 197 100 152 100 70 100 Có thể biểu diễn mức độ đa dạng các bậc Taxon trong vùng nghiên cứu bằng biểu đồ sau: 74% 23% 2% 1% Ngành Mộc Lan (Lớp Mộc lan) Ngành Mộc Lan (Lớp Hành) Ngành Dƣơng Xỉ Ngành Cỏ Tháp Bút 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 11 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 STT Nội dung Ký hiệu Số lƣợng loài 1. Cho gỗ G 17 2. Nguyên liệu giấy Gs 3 3. Tinh dầu Td 2 4. Dầu béo Db 6 5. Cho tannin Ta 2 6. Làm thuốc Th 80 7. Chất nhuộm Nh 2 8. Cây cảnh Ca 20 9. Thức ăn cho người Tng 73 10. Thức ăn gia súc Tgs 21 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)... 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 hƣởng tƣơng 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 12 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: 3.2.1.1. Nhóm các loài thực vật sống chìm trong nước Gồm các loài Rong mái chèo Potamogeton crispus L., Rau Mác thon Monochoria hastata (L.) Solms, Rau bát Ottelia alismoides (L.) Pers., Rong đuôi chó Hydrilla verticillata (L.f.) Royle, tất cả những loài này là thực vật chỉ thị cho môi trường nước sạch. Hiện nay chúng phân bố nhiều nhất trên thượng nguồn sông, những nơi môi trường nước chưa bị ô nhiễm, nhất là thượng nguồn sông Đáy. Tập hợp các loài này tạo thành quần xã thực vật thủy sinh sống chìm có rễ bám hoặc toàn bộ thân rễ lá sống dựa vào nước của thủy vực. Quần xã này phát triển mạnh nhất và đạt sinh khối cao nhất trên những thủy vực có điều kiện tự nhiên chưa thay đổi mạnh như ở thượng du sông Đáy thuộc xã Tượng Lĩnh. Chiều cao của quần xã đạt tới 1,5 – 2m (tính từ đáy sông), sinh khối đạt tới 35 tấn/ha. Đây đồng thời là ổ sinh thái cho nhiều loài động vật thích nghi với môi trường nước sạch mẫn cảm với các mức độ ô nhiễm khác nhau. 3.2.1.2. Nhóm các loài thực vât sống trôi nổi trên mặt nước Là những loài thực vật có rễ hoặc thân rễ phát triển trong nước, phần thân và lá nổi trên mặt nước và có thể di chuyển nhờ nước. Toàn bộ quá trình dinh dưỡng và trao đổi chất diễn ra nhờ nước. Chúng bao gồm các loài: Bèo tây Eichhornia crassipes (Mares) Solms, Bèo cái Pistia stratiotes L., Bèo ong Salvinia natans (L.) All., Bèo tai chuột Salvinia cucullata Roxb., Bèo tấm Lemna perpusilla Torr., Rau muống Ipomoea aquatica Forsk., Ngổ trâu Enydra fluctuans Lour. Thông thường các loài trôi nổi tập trung thành từng mảng với các kích thước khác nhau. Biên độ sinh thái của các loài khá rộng, phân bố từ những nơi nước sạch đến những vùng nước bị ô nhiễm tương đối nặng. Kích thước và sinh khối quần xã rất khác nhau tùy thuộc vào môi trường. Trên những vùng nước sạch chưa bị ô nhiễm thường tồn tại các quần hợp nhỏ Bèo tây Eichhornia crassipes (Mares) Solms, quần hợp Bèo cái Pistia stratiotes L. Trên những vùng bị ô nhiễm khá mạnh thường thấy quần xã thực vật trôi nổi với ưu thế các loài Rau muống Ipomoea aquatica Forsk., Bèo tây Eichhornia crassipes (Mares) Solms, Bèo cái Pistia stratiotes L., Bèo ong Salvinia natans (L.) All., Bèo tai chuột Salvinia cucullata Roxb., Bèo tấm Lemna perpusilla Torr., Ngổ trâu Enydra fluctuans Lour. Chúng tạo thành những mảng lớn phủ kín trên một diện tích lớn thủy vực. Những nơi nước nông gần bờ xuất hiện thêm các đại diện chịu ngập cố định như Rau dừa nước Ludwigia adscendens (L.) Hara, Rau mương đứng Ludwigia octovalvis (Jacq.) Raven (phân bố nơi nước sạch), Cỏ gừng nước Panicum repens L., Sậy Phragmites australis (Cav.) Trin., Cỏ lồng vực nhỏ Echinochloa 13 colona Link, Cỏ lồng vực Echinochloa crus-galli (L.) P.Beauv... Diện tích kích thước và sinh khối quần xã thay đổi theo mùa nước, tuy nhiên trên những vùng nước ít chảy xiết chúng thường phát triển rất mạnh, tập trung thành những khu vực lớn trên bề mặt cũng như ngập trong nước trong các thủy vực nói trên. Nhiều loài trong số chúng có khả năng phân giải từng phần ô nhiễm nguồn nước sông. Sinh khối trung bình đạt khoảng 45 – 50 tấn/ha. Quần xã này phổ biến trên tất cả các tuyến sông khảo sát. Nhìn chung, các quần xã thực vật trôi nổi này có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng nước trên các lưu vực sông nhất là đoạn từ cống Nhật Tựu đến ngã ba sông – nơi hòa nguồn nước với sông Đáy. Chúng có tác dụng làm lắng đọng các chất thải rắn trôi nổi trong nguồn nước chảy qua cống Nhật Tựu nhờ hệ rễ của các cá thể trong quần xã. Tuy nhiên, bên cạnh đó, sự phát triển của chúng lại làm hạn chế dòng chảy và mỗi khi có mưa xuống hay mỗi đợt thải nước qua cống, do các quần xã này gây cản trở dòng chảy đã làm nước thải ô nhiễm lan rộng vào các dải đất ven sông. 3.2.1.3. Nhóm các loài thực vật chịu ngập Là những loài tạo nên các quần xã thực vật đặc sắc nhất cả về ý nghĩa sinh thái lẫn cảnh quan của khu vực. Một số loài trong chúng là những loài tự nhiên còn sót lại trên những dải ngập ven sông, nơi còn tầng phù sa lắng đọng và được xem là những quần xã nguyên sinh còn sót lại trong khi một số loài khác tạo thành các quần xã thứ sinh trên những diện tích ô nhiễm nặng. Do khá đa dạng về dạng sống từ các cây gỗ, cây bụi đến những loài thân cỏ dạng lúa, thân thảo nên chúng đã hình thành nhiều quần xã đa dạng khác nhau. Bảng 3.4: Các loài thực vật chịu ngập nƣớc ngọt thƣờng xuyên và tạm thời Loài Tên Khoa học Tên Việt Nam Hình thái 1. Marsilea quadrifolia L. Rau bợ thường Thân thảo 2. Alternanthera sessilis (L.) A.DC. Rau dệu thường Thân thảo 3. Lophopetalum wightianum Arn. Sang tràng Gỗ 4. Lagestroemia speciosa (L.) Pers. Bằng lăng nước Gỗ 5. Rotala indica (Willd.) Koehne Vẩy ốc ấn Thân thảo 6. Fraxinus chinensis Roxb. Trần bì trung quốc Gỗ 7. Ludwigia adscendens (L.) Hara Rau dừa nước Thân thảo 8. Ludwigia octovalvis (Jacq.) Raven Rau mương đứng Thân thảo 9. Polygonum barbatum Lour. Nghể trâu Thân thảo 10. Polygonum chinensis L. Thồm lồm Thân thảo 11. Polygonum hydropiper L. Nghể răm Thân thảo 12. Polygonum odoratum Lour. Rau răm Thân thảo 13. Polygonum orientale L. Nghể phương đông Thân thảo 14. Canthium dicoccum (Gaertn.) Teysm. Et Binn. Găng vàng hai hạt Cây Bụi 15. Nauclea orientalis (L.) L. Gáo vàng Gỗ 14 16. Salix tetrasperma Roxb. Và nước Gỗ 17. S. sagittaefolia L. subsp. Leucopetela (Miq.) Hartoz. Từ cô, rau mác Thân thảo 18. Acorus verus Houtt. Thủy xương bồ Thân thảo 19. Colocasia gigantea (Blume) Hook.f. Dọc mùng to Thân thảo 20. Cyperus tegetiformis Roxb. Lác nước Thân cỏ 21. Eleocharis acutangula (Roxb.) Schult. Năn cạnh nhọn Thân cỏ 22. Eriocaulon bonii Lecomte Cỏ dùi trống bon Thân cỏ 23. Eriocaulon gracile Mart. In Wall. Cỏ dùi trống Thân cỏ 24. Acrachne racemosa (Roem.et Sch.) Ohwi Cỏ mần trầu tầng Thân cỏ 25. Echinochloa colona Link Cỏ lồng vực nhỏ Thân cỏ 26. Echinochloa crus-galli (L.) P.Beauv. Cỏ lồng vực Thân cỏ 27. Panicum repens L. Cỏ gừng nước Thân cỏ 28. Phragmites australis (Cav.) Trin. Sậy Thân cỏ Trong thủy vực nghiên cứu có thể thấy tính đa dạng các quần xã thực vật chịu ngập thông qua các đặc trưng như sau: a. Các loài cây gỗ và các quần xã rừng ngập nước ngọt thường xanh cây lá rộng do chúng tạo thành: Đây là quần xã đặc sắc nhất và hiếm gặp nhất không chỉ trên các sông khảo sát mà hầu như rất ít gặp trên các sông đồng bằng Bắc Bộ. Chúng được hình thành bởi các loài cây gỗ thường xanh chịu ngập cây lá rộng của lớp hai lá mầm ngành Hạt kín. Tham gia tầng tán có các loài Và nước Salix tetrasperma Roxb., Trần bì Trung quốc Fraxinus chinensis Roxb., Gáo vàng Nauclea orientalis (L.) L., Sang tràng Lophopetalum wightianum Arn., đôi chỗ còn thấy có Bằng lăng nước Lagestroemia speciosa (L.) Pers.. Hiện nay do tác động mạnh của con người cả về tác nhân cơ học (chặt phá) và tác nhân khác (gây ô nhiễm nguồn nước) cho nên phần lớn diện tích này đã bị thu hẹp chỉ còn những mảnh nhỏ rải rác ven sông với các quần xã có thành phần loài ưu thế khác nhau. Trên diện tích nhỏ từ ngã ba sông Phù Vân đi cống Nhật Tựu còn sót lại quần xã với ưu thế chính là Và nước Salix tetrasperma Roxb., Trần bì Trung quốc Fraxinus chinensis Roxb.. Ngoài ra còn thấy rải rác các cá thể Gáo vàng Nauclea orientalis (L.) L. Mật độ cá thể các loài ưu thế khoảng 70%, độ che phủ tầng tán khoảng 60%. Chiều cao quần xã 7 – 8m, khoảng cách giữa các cá thể cây gỗ trung bình 6m/cây, sinh khối trung bình đạt khoảng 70 tấn/ha. Quần xã đang chịu ảnh hưởng mạnh của quá trình ô nhiễm nguồn nước tại khu vực. Tầng dưới tán phát triển khá đồng nhất với các loài thực vật trôi nổi như Rau muống Ipomoea aquatica Forsk., Bèo tây Eichhornia crassipes (Mares) Solms, Ngổ trâu Enydra fluctuans Lour.. Bên cạnh đó các loài chịu ngập như Rau dừa nước Ludwigia adscendens (L.), Cỏ gừng 15 nước Panicum repens L., Rau bợ Marsilea quadrifolia L.. Nhiều nơi chúng thoát ly khỏi tầng cây gỗ tạo thành quần xã riêng trôi nổi trên sông thành các mảng, các bè lớn. Trong tất cả các điểm khảo sát chỉ duy nhất ở đây tồn tại quần xã tương đối đặc trưng cho rừng ngập nước ngọt với khá nhiều loài ưu thế, thể hiện tính đa dạng của kiểu rừng này đồng thời nó vẫn giữ được nhiều đặc điểm tương đồng với những đặc điểm của quần xã ít bị tác động chặt phá. Người dân nơi đây đang tận dụng quần xã này để giữ phù sa, dần dần tạo thành diện tích canh tác theo các mục đích khác nhau. Trong tuyến sông Đáy từ ngã ba Phù Vân đi Tường Lĩnh, quần xã chỉ còn lại những diện tích nhỏ ven sông dưới dạng các dải hẹp các cá thể ưu thế thuộc loài Và nước Salix tetrasperma Roxb., thành phần các loài còn lại không rõ nét. Trên suốt chiều dài của đoạn sông nghiên cứu thấy sự xen lấn của các loài Cỏ gừng nước Panicum repens L., Sậy Phragmites australis (Cav.) Trin., như là sự hiện diện các loài dưới tán. Vùng hạ du từ nơi hợp nhất của hai sông tại ngã ba Phù Vân chảy xuống, quần xã chỉ còn dưới dạng các mảnh nhỏ rải rác, đôi chỗ các cá thể chỉ có vài chục thậm chí vài cá thể rải rác với ưu thế chính là Và nước Salix tetrasperma Roxb., loài dưới tán chủ yếu là Sậy Phragmites australis (Cav.) Trin., Bèo tây Eichhornia crassipes (Mares) Solms, Ngổ trâu Enydra fluctuans Lour.. Xen lẫn trong các đám Sậy là các loài dây leo thuộc một số họ như Thiên lý – Asclepiadaceae, họ Khoai lang – Convolvulaceae… b. Các loài cây thân cỏ và các trảng cỏ ngập nước do chúng tạo thành: Phân bố rộng khắp lưu vực từ thượng du tới hạ du của cả hai sông. Có thể xác định được hai quần xã chính sau: - Quần xã Sậy Phragmites australis (Cav.) Trin.: Loài ưu thế chính là Sậy với mật độ cá thể chiếm tới trên 90%. Độ che phủ tới 100%. Chiều cao trên 2 mét. Các loài đi theo chủ yếu là dây leo thuộc họ Thiên lý – Asclepiadaceae, họ Khoai lang – Convolvulaceae. Quần xã có biên độ sinh thái rộng, phân bố từ diện tích thủy vực chưa bị ô nhiễm trên, vùng nước sạch ở thượng du cho tới vùng bị ô nhiễm nặng ở hạ du. Đây là một trong những quần xã có khả năng phân giải, giảm thiểu chất ô nhiễm cho môi trường nước và cố định phù sa khá hiệu quả. Có thể vận dụng trong xây dựng mô hình kinh tế sinh thái làm sạch môi trường nước. - Quần xã Rau dừa nước Ludwigia adscendens (L.) Hara, Cỏ gừng nước Panicum repens L., Cỏ lồng vực nhỏ Echinochloa colona Link, Cỏ lồng vực Echinochloa crus-galli (L.) P.Beauv, Lác nước Cyperus tegetiformis Roxb.. Quần xã này phân bố dưới dạng các mảnh nhỏ manh mún dọc theo sông. Các loài đi theo gồm Năn cạnh nhọn Eleocharis acutangula (Roxb.) Schult., Cỏ dùi trống bon Eriocaulon bonii Lecomte, Cỏ dùi trống 16 Eriocaulon gracile Mart. In Wall., Rau dệu thường Alternanthera sessilis (L.) A.DC., Rau bợ Marsilea quadrifolia L. 3.2.1.4. Nhóm các loài trên đất ướt chậm thoát nước ven sông Những cây gỗ trồng và tự nhiên là tập đoàn cây chính trên diện tích này, mục đích sử dụng chúng chủ yếu để bảo vệ bờ sông tránh bị xói lở, cố định phù sa và trồng làm cảnh, lấy bóng mát. Những cây thường gặp là Sung Ficus racemosa L. (ăn quả, ăn lá, cố định đất phù sa), Si Ficus benjamina L. (làm cảnh, cố định đất phù sa), Lộc vừng Barringtonia acutangula (L.) Gaertn. (làm cảnh, cố định đất, ăn lá non), Roi Syzygium jambos (L.) Alston (ăn quả), Tre gai Bambusa blumeana Schult. & Schult. (bóng mát, cố định đất, chống xói lở), Dừa Cocos nucifera L. (bóng mát, ăn quả), Gạo hoa đỏ Bombax ceiba L. (làm cảnh, bóng mát), Phèn đen Phyllanthus reticulatus Poir.. Đáng lưu ý là hệ sinh thái nơi đây đã bị tác động bởi loài cây xâm lấn theo người là Ma dương Mimosa pigra L. phát triển rất mạnh dọc hai bên bờ sông. Đây là loài có biên độ sinh thái rộng, có khả năng phát triển mạnh từ vùng ngập nước mặn, nước nhiễm phèn tới các vùng ngập và bán ngập nước ngọt. Nếu cấu trúc hệ sinh thái bị phá vỡ loài này sẽ phát triển mạnh như là hiện tượng thứ sinh thay thế các hợp phần hệ sinh thái trước kia. Do vậy cần có những giải pháp hạn chế sự phát triển loài gây hại này. Hiện nay, người dân hai bên bờ sông đang tận dụng dải bán ngập và dải ngập nước nông để trồng rau muống trên cơ sở dùng các loại cây khác cố định đất thành ruộng và giá bám. Bên cạnh đó, họ đã biết tận dụng một số cây tự nhiên có tác dụng giữ đất phù sa. Nhiều khu vực, đất đã được cố định lan dần ra giữa sông đang làm thu hẹp dần lòng sông và luồng lạch gây nên những biến động ngoài quy luật của hệ sinh thái. 3.2.2. Giá trị sử dụng tài nguyên thực vật thuộc hệ sinh thái thủy vực Mặc dù thành phần không lớn (52 loài), nhưng hầu hết các loài trong hệ sinh thái này đều có giá trị sử dụng thiết yếu cho đời sống con người. Chiếm phần lớn là các loài có tác dụng làm thuốc (18 loài), thức ăn cho người (15 loài) và thức ăn cho gia súc (12 loài). Đây cũng được xem là một trong những nguồn tài nguyên tái tạo được và có ý nghĩa lớn trong khu vực nghiên cứu. Tất cả các đặc điểm trên cần được lưu ý, xem xét để vạch ra những định hướng sử dụng hợp lý và quy hoạch môi trường phát triển bền vững. Tuy nhiên, hiện nay, mức độ đa dạng sinh học của thực vật thủy vực đang có dấu hiệu suy giảm với các nguyên nhân như: - Khai thác lạm dụng và xây dựng các quần xã cây trồng phục vụ cho nhu cầu của người dân đã làm vắng bóng hoặc giảm đáng kể diện tích các loài tự nhiên thủy vực và ven sông. - Ô nhiễm môi trường nước đã làm suy giảm hoặc biến mất các loài thực vật mẫn cảm 17 với môi trường ô nhiễm và tăng mật độ cá thể các loài chịu được môi trường thoái hóa và có biên độ sinh thái rộng. Vì vậy, vấn đề đặt ra là phải có các biện pháp bảo vệ và phục hồi tính đa dạng sinh học của hệ thực vật thủy vực. Cải thiện môi trường nước thủy vực bằng cách sử dụng các tập đoàn cây trồng hợp lý, có tác dụng khử độc, phân giải các chất ô nhiễm là một trong các giải pháp tối ưu. 3.3. Khả năng sử dụng các loài thực vật trong khu vực nghiên cứu cho mục đích xử lý ô nhiễm môi trƣờng nƣớc sông Nhuệ, sông Đáy 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 Trong 52 loài thực vật đất ngập nước phân bố trong hệ sinh thái chịu ngập nước ngọt thường xuyên và tạm thời và đất ướt ven sông có đến 18 loài thuộc 14 họ có thể có khả năng sử dụng cho mục đích xử lý ô nhiễm môi trường nước (Nguyễn Nghĩa Thìn, 2006; Trần Văn Tựa và cộng sự, 2007; Jan Vymazal, Lenka Kropfelová, 2008) [18, 19, 28]. Danh sách được liệt kê trong bảng 3.6: Bảng 3.6: Danh sách các loài thực vật đất ngập nƣớc trong khu vực nghiên cứu có khả năng xử lý ô nhiễm môi trƣờng nƣớc Loài Họ Tên khoa học Tên Việt Nam 1. Azollaceae Azolla pinata R.Br. Bèo hoa dâu 2. Salviniaceae Salvinia cucullata Roxb. Bèo tai chuột 3. Salviniaceae Salvinia natans (L.) All. Bèo ong, bèo vẩy ốc 4. Amaranthaceae Alternanthera sessilis (L.) A.D Rau dệu thường 5. Asteraceae Enydra fluctuans Lour. Ngổ trâu 6. Convolvulaceae Ipomoea aquatica Forsk. Rau muống 7. Lemnaceae Lemna perpusilla Torr. Bèo tấm, bèo cám nhỏ 8. Onagraceae Ludwigia adscendens (L.) Hara Rau dừa nước 9. Onagraceae Ludwigia octovalvis (Jacq.) Raven Rau mương đứng 10. Polygonaceae Polygonum hydropiper L. Nghể răm 11. Acoraceae Acorus verus Houtt. Thủy xương bồ 12. Araceae Pistia stratiotes L. Bèo cái 13. Cyperaceae Cyperus tegetiformis Roxb. Lác nước 14. Eriocaulaceae Eriocaulon gracile Mart. In Wall. Cỏ dùi trống 15. Poaceae Echinochloa crus-galli (L.) P.Beauv. Cỏ lồng vực 16. Poaceae Panicum repens L. Cỏ gừng nước 17. Poaceae Phragmites australis (Cav.) Trin. Sậy 18. Pontederiaceae Eichhornia crassipes (Mares) Solms Bèo tây Ngoài ra, một số thực vật trong thủy vực nghiên cứu là những loài chỉ thị cho môi trường nước sạch, chúng có giá trị sử dụng trong việc xử lý ô nhiễm môi trường nước. Bao gồm: Rong đuôi chó Hydrilla verticillata (L.f.) Royle; Rong mái chèo Potamogeton crispus 18 L.; Rau mác thon Monochoria hastate (L.) Solms; Rau bát Ottelia alismoides (L.) Pers.. Các loài cây gỗ: Sung Ficus racemosa L.; Lộc vừng Barringtonia acutangula (L.) Gaertn.; Sang tràng Lophopetalum wightianum Arn.; Gáo vàng Nauclea orientalis (L.) L.. 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 - Bèo tây - Eichhornia crassipes (Mares) Solms - Bèo Cái – Pistia stratiotes L. - Bèo Tấm – Lemna perpusilla Torr. - Rau muống – Ipomoea aquatica Forsk. - Rau dừa nước – Ludwigia adscendens (L.) Hara - Rau ngổ trâu – Enydra fluctuans Lour. - Sậy – Phragmites australis (Cav.) Trin. - Rong mái chèo Potamogeton crispus L. - Rong đuôi chó Hydrilla verticillata (L.f.) Royle 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 3.3.3.1. Mô hình cho dòng nước tĩnh tạm thời Hình 3.17: Vị trí xây dựng mô hình trên lƣu vực sông Nhuệ Mô hình được chúng tôi đề xuất là mô hình đất ngập nước với dòng chảy bề mặt sử dụng các loài thực vật trôi nổi để xử lý ô nhiễm môi trường nước. 19 Hình 3.18 : Mô hình cho dòng nƣớc tĩnh tạm thời - Vị trí xây dựng: Từ cống Thần đến cống Nhật Tựu, có chiều dài khoảng 6 km, chiều rộng của sông trung bình khoảng 10m, độ sâu khoảng 1,8 m. Tại đây, nước sông chảy chậm, rất phù hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của các loại bèo. - Loài thực vật sử dụng: Bèo Tây Eichhornia crassipes (Mares) Solms , bèo Cái Pistia stratiotes L., bèo Tấm Lemna perpusilla Torr.. - Cách bố trí: Dùng các phao cố định chắn ngang dòng nước chảy, chiều dài của phao chắn đúng bằng chiều rộng của lòng sông (10m), trung bình cách 40m sẽ đặt 1 phao (Crites và Tchobanoglous, 1998). Ba loại thực vật được sử dụng sẽ thả xem kẽ nhau. Khoang bắt đầu và khoang kết thúc được thả bèo Tây (Điều này được lý giải là do loài thực vật này có kích thước lớn nhất, cho nên chúng sẽ ít bị ảnh hưởng bởi dòng chảy hoặc vận tốc gió, sử dụng bèo Tây ở hai đầu của hệ thống như tấm lá chắn giữ cho các khoang bèo kế tiếp được ổn định). Bèo Cái và bèo Tấm sẽ thả lẫn vào một khoang, điều này giúp cho khoang bèo không bị xáo trộn mạnh do gió và nước. Mục đích chắn dòng chảy mặt là để tạo mặt nước tĩnh và môi trường sống cố định cho các cây bèo sinh trưởng và phát triển. Nguồn nước thải chứa các chất cặn lơ lửng và các chất ô nhiễm chảy luồn dưới các đám rễ bèo. Sự tiếp xúc giữa nguồn nước thải với hệ thống rễ bèo là cơ sở cho quá trình xử lý các hợp chất ô nhiễm trong nước. Rễ bèo làm giảm vận tốc dòng chảy, tạo điều kiện tốt cho quá trình lắng của các cặn, vụn hữu cơ. Rễ bèo làm giá thể cho các loài vi sinh vật sống sinh trưởng, phát triển và tạo màng sinh học. Hệ thống màng này có vai trò chính trong quá trình xử lý. Diện tích bề mặt giá thể càng lớn thì hiệu quả xử lý càng cao. Khi nước thải đi vào hệ thống xử lý, một phần BOD sẽ bị lắng cùng với TSS, phần BOD dạng 20 hòa tan sẽ được hấp thụ bởi rễ bèo hoặc được loại bỏ do vi khuẩn trong nước, hoặc được hấp thụ và biến đổi bởi các cơ thể sống bám ở rễ bèo (các cơ thể này sử dụng nguồn oxy do cây vận chuyển từ không khí tới rễ bèo). Rễ bèo già khi chết đi chìm xuống đáy thủy vực mang theo chất rắn lơ lửng và các vi khuẩn. Các chất tích tụ ở đáy sẽ trải qua sự phân hủy kị khí lâu dài. Tốc độ phát triển nhanh chóng là lợi thế trong việc xử lý nước thải của các loại bèo. Hình 3.19 : Hƣớng đi của dòng nƣớc thải trong hệ thống xử lý - Mật độ thích hợp và thu hoạch sinh khối: Bèo sẽ phát triển nhanh chóng khi gặp điều kiện thuận lợi. Theo tính toán của một số nhà khoa học, mật độ tối ưu cho sự phát triển của các loài thực vật này như sau: + Đối với bèo Tây: Khuyến cáo mật độ cây trồng theo trọng lượng tươi từ 12 – 22 kg/m 2 (khoảng 600 – 1000 g/m2 trọng lượng khô) (Wolverton, 1987) [29]. + Đối với bèo Tấm: Mật độ tối ưu là 38 g/m2 theo trọng lượng khô (DeBusk et al. 1981) [22]. Do bèo Tấm phát triển nhanh, khối lượng có thể tăng gấp đôi trong thời gian 2 – 3 ngày trong điều kiện tối ưu nên việc thu hoạch bèo Tấm là điều kiện cần thiết để duy trì tốc độ tăng trưởng cao và sự hấp thu chất ô nhiễm. + Đối với bèo Cái: Phạm vi tối ưu cho bèo Cái là 200 – 700 g/m2 trọng lượng khô (DeBusk và Reddy, 1987) [23]. Việc thu hoạch bèo theo định kỳ là cần thiết. Điều này giúp duy trì sức chứa nước, tạo diện tích cho các thế hệ bèo mới sinh trưởng, phát triển tăng hiệu quả xử lý. Bèo Tây, bèo Cái, bèo Tấm đều có giá trị sử dụng trong thực tiễn như làm thức ăn chăn nuôi, làm phân bón… Riêng bèo Tây còn có giá trị sử dụng về mặt thương mại như làm các sản phẩm thủ công mỹ 21 nghệ. 3.3.3.2. Mô hình cho dòng nước chảy Hình 3.20: Mô hình cho dòng nƣớc chảy Phạm vi áp dụng: Mô hình này áp dụng cho phần thủy vực còn lại, bao gồm: lưu vực sông Đáy, lưu vực sông Nhuệ từ cống Nhật Tựu đến Cầu Hồng Phú. Mô hình được đề xuất phỏng theo quần xã thực vật tự nhiên vốn có tại khu vực nghiên cứu. Sử dụng các tập đoàn cây trồng thích hợp theo mô hình rừng ngập ven sông có nhiều tầng cây có giá trị trong việc phân giải các chất ô nhiễm, ngăn ngừa bụi trong không khí, làm sinh vật chỉ thị cho môi trường nước… - Giữ nguyên và có chương trình trồng mới, nhân rộng diện tích các tập đoàn cây gỗ trồng ven sông như Sung, Lộc vừng, Sang tràng, Gáo vàng. - Trồng ở dải bán ngập các quần xã Sậy. Đây là quần xã có khả năng phân giải các chất ô nhiễm cho môi trường nước và cố định phù sa khá hiệu quả nhờ hệ rễ phát triển mạnh. - Hai bên bờ sử dụng xen kẽ các bè cố định để thả rau muống, bèo lục bình, rau ngổ trâu… Mục đích của việc cố định các bè thực vật này giúp chúng không bị trôi theo dòng nước, gây cản trở dòng chảy và giao thông thủy của lưu vực. - Trồng thêm các loại cây có khả năng phát triển nhanh, dễ sống như Keo tai tượng dọc khu vực bờ sông để ngăn bụi phế thải. - Duy trì các quần xã thực vật sống chìm như Rong mái chèo, Rau mác thon, Rau bát, Rong đuôi chó… ở một số vị trí ở thượng nguồn sông Đáy, nơi môi trường nước còn chưa bị 22 tác động mạnh. Do đây là phần lưu vực nước chảy, thuyền bè qua lại nên phần chiều ngang sử dụng cho mô hình này tính từ mép bờ ra khoảng 5 – 6 mét để không làm cản trở các phương tiện lưu thông trên sông. Mô hình áp dụng song song cho cả hai bên bờ. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN - Trong toàn khu vực nghiên cứu đã thống kê được 197 loài thực vật bậc cao có mạch của 70 họ thuộc 3 ngành thực vật là Cỏ Tháp bút, Dương xỉ và Hạt kín. Rất nhiều loài trong số chúng được xác định giá trị sử dụng trong thực tiễn, trong đó những loài có công dụng làm thuốc và làm lương thực cho con người chiếm số lượng đông đảo nhất (tương ứng là 80 loài và 73 loài). - Trong hệ sinh thái chịu ngập nước ngọt thường xuyên, tạm thời và đất ướt chậm thoát nước ven sông đã thống kê được 52 loài thực vật bậc cao có mạch thuộc 32 họ có biên độ sinh thái khác nhau. Đây là các loài đóng vai trò chính trong cấu trúc quần xã thực vật thuộc các sinh cảnh này. Đã phân tích cấu trúc và phân bố của những nhóm cây theo biên độ sinh thái khác nhau và các quần xã điển hình do chúng tạo thành. - Mức độ đa dạng sinh học đang bị suy thoái mạnh. Biểu hiện là sự suy giảm hoặc biến mất các loài mẫn cảm với môi trường ô nhiễm và tăng mật độ cá thể các loài chịu được môi trường thoái hóa và có biên độ sinh thái rộng. Thảm thực vật hai bên bờ sông đơn điệu và đang có xu hướng giảm dần về diện tích do tác động của mức độ ô nhiễm thủy vực ngày càng tăng, ảnh hưởng của khu dân cư được mở rộng và tiến sát đến bờ sông, ảnh hưởng của các hoạt động công nghiệp như khu vực khai thác đá, sản xuất vôi dọc theo bờ nam sông Đáy từ Kiện Khê đến Bồng Lạng. - Các nguyên nhân dẫn tới suy giảm đa dạng sinh học được xác định bao gồm: Các hoạt động sống của người dân hai bên lưu vực sông không hợp lý như việc khai thác lạm dụng các loài cây gỗ, phát triển các thảm thực vật khác (ví dụ như quần xã cây trồng) nhằm phục vụ nhu cầu sống của người dân; Ô nhiễm môi trường nước sông Nhuệ, sông Đáy do nguồn nước thải nội tỉnh và ngoại tỉnh chưa được xử lý đúng theo quy định. - Bước đầu đã lựa chọn được 18 loài thực vật đất ngập nước (thuộc 14 họ) trong khu vực nghiên cứu có khả năng xử lý ô nhiễm môi trường nước. - Định hướng hai mô hình chính dùng để xử lý nguồn nước bị ô nhiễm trên sông Nhuệ, Đáy: 23 + Mô hình cho dòng nước tĩnh tạm thời áp dụng cho nguồn nước thải gây ô nhiễm trên lưu vực sông Nhuệ (đoạn từ cống Thần đến cống Nhật Tựu). + Mô hình rừng ngập ven sông có tầng cây gỗ đến thảm thủy sinh có các chức năng phân giải các chất ô nhiễm trong nước. Mô hình này được xây dựng theo hệ sinh thái tự nhiên vốn có và quy hoạch hợp lý trên những đoạn sông có đủ điều kiện. KIẾN NGHỊ Cần có các dự án nghiên cứu tiếp theo về hệ sinh thái dải ven sông Nhuệ, sông Đáy để làm cơ sở dữ liệu phục vụ cho việc quản lý và duy trì tốt đa dạng sinh học , phục vụ phát triển hợp lý kinh tế - xã hội của địa phương. Bên cạnh đó, cần có các nghiên cứu đầy đủ hơn để các mô hình xử lý nước có thể đạt kết quả cao khi đưa vào sử dụng, góp phần cải thiện chất lượng môi trường nước sông Nhuệ - Đáy./. References Tiếng Việt 1. Nguyễn Việt Anh và cs (2006), Xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng, Trung tâm kỹ thuật môi trường đô thị và khu công nghiệp (CEETIA), ĐH Xây dựng Hà Nội. 2. Nguyễn Tiến Bân (1997), Cẩm nang tra cứu và nhận xét các họ thực vật hạt kín ở Việt Nam, NXB Nông nghiệp, Hà Nội. 3. Bộ Khoa học và Công nghệ, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam (2007), Sách đỏ Việt Nam, Phần II – Thực vật, NXB Khoa học tự nhiên & Công nghệ, Hà Nội. 4. Võ Văn Chi (1997), Từ điển cây thuốc Việt Nam, NXB Y học, Hà Nội. 5. Võ Văn Chi, Dương Đức Tiến (1978), Phân loại thực vật học, NXB Đại học và THCN, Hà Nội. 6. Phạm Hoàng Hộ (1991 – 1993), Cây cỏ Việt Nam, 3 tập 6 quyển, Montre’al. 7. Võ Thị Mai Hương, Trần Thanh Tùng (2008), “Nghiên cứu chỉ tiêu sinh lý – hóa sinh và khả năng xử lý nước thải lò mổ của rau Dừa nước – Jussiaea repens L.”, Tạp chí Khoa học, ĐH Huế, số 48, tr. 80-82. 8. Lê Khả Kế (chủ biên) và một số tác giả (1969 – 1975), Cây cỏ thường thấy ở Việt Nam, tập I – IV, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 9. Đặng Đình Kim (1997), “Sử dụng phương pháp sinh học để xử lý ô nhiễm nước thải”, Tuyển tập báo cáo hội thảo khoa học – công nghệ và môi trường toàn quốc lần thứ nhất. 10. Đặng Đình Kim (chủ biên) (2011), Xử lý ô nhiễm môi trường bằng thực vật, NXB Nông nghiệp, Hà Nội. 11. Phan Kế Lộc (1985), “Thử vận dụng khung phân loại của UNESCO để xây dựng khung phân loại thảm thực vật Việt Nam”, Tạp chí Sinh học. 12. Nguyễn Xuân Quýnh (2008), Nghiên cứu đa dạng sinh học ở sông Đáy, sông Nhuệ thuộc địa phận tỉnh Hà Nam và ảnh hưởng của sự phát triển kinh tế, xã hội đối với chúng, Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học trọng điểm cấp ĐH Quốc gia Hà Nội. 13. Hoàng Thị Sản (2009), Phân loại học Thực vật, NXB Giáo dục, Hà Nội. 14. Hoàng Thị Sản, Phan Nguyên Hồng (1986), Thực vật học – Phần phân loại, NXB Giáo dục, Hà Nội. 15. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hà Nam (2008), Kế hoạch hành động kiểm soát ô 24 nhiễm môi trường tỉnh Hà Nam giai đoạn 2010 – 1015. 16. Tổng cục Môi trường (2011), Quyết định số 879/QĐ-TCMT ngày 1/7/2011 của Tổng cục Môi Trường về ban hành sổ tay hướng dẫn tính toán chỉ số chất lượng nước, Hà Nội. 17. Tổng cục Môi trường (2012), Báo cáo đợt III kết quả quan trắc môi trường nước lưu vực sông Nhuệ, sông Đáy, Hà Nội. 18. Nguyễn Nghĩa Thìn (2006), Danh sách các cây dự kiến sử dụng để làm sạch môi trường nước, Trung tâm kỹ thuật Môi trường đô thị và khu công nghiệp (CEETIA), ĐH Xây dựng Hà Nội. 19. Trần Văn Tựa và cs (2007), Nghiên cứu sử dụng các loài thực vật thủy sinh điển hình cho xử lý nước thải công nghiệp chứa kim loại nặng và nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm, Báo cáo khoa học thực hiện đề tài cấp viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tiếng Anh 20. Brummitt R.K (1992), Vascular Plant Families and Genera, Kew, Royal Botanic Gardens, 804. 21. Brummitt R.K, Powell C E (1992), Authors of Plant Names Kew, Royal Botanic Gardens, 732. 22. DeBusk, T.A., Ryther, J.H., Hanisak, M.D., and Williams, L.D. (1981), “Effects of seasonality and plant density on the productivity of some freshwater macrophytes”, Aquat. Bot, 133-142. 23. DeBusk, T.A., Burgoon, P.S., and Reddy, K.R. (1987), “Secondary treatment of domestic wastewater using floating and emergent macrophytes”, in: Constructed Wetlands for Wastewater Treatment, D.A. Hammer, ed., Lewis Publishers, Chelsea, Michigan, pp. 525-529. 24. Kadlec, R.H., and Knight, R.L. (1996), Treatment Wetlands, CRC Press, Boca Raton, Florida. 25. Lecomte. H. (1907 – 1951), Flore général de I’ Indochine, 7 tomes. 26. Mara, D. (2004), Domestic Wastewater Treatment in developing countries, Earthscan in the UK and USA. 27. Nguyen Anh Duc, Tran Van Thuy, Bui Lien Phuong (2008), The biodiversity of plants on aquatic ecosystem of Day and Nhue riverside in Ha Nam province, VNU Ha Noi, J. Sci. Nat. Sci & Technol, 24, 25: p 237 – 241. 28. Vymazal, J.; Lenka Kropfelová (2008), Wastewater Treatment in Constructed Wetlands with Horizontal Sub-Surface Flow, Springer. 29. Wolverton, B.C. (1987), Aquatic plants for wastewater treatment: an overview, in: Aquatic Plants for Water Treatment and Resource Recovery, K.R. Reddy and W.H. Smith, eds., Magnolia Publishing: Orlando, Florida, pp. 3-16.