1
PHÚ DƯỠNG
Ở CÁC HỆ SINH THÁI NƯỚC NGỌT
Giáo viên : PGS. TS Lưu Đức Hải
Sinh viên: Lê Thị Hương - Võ Thị Thu
Lớp: K9-CLC Môi Trường
2
I. Khái niệm
Hiện tượng phú dưỡng ( eutrophication) là hiện tượng nồng độ các chất dinh
dưỡng, đặc biệt là N, P tăng quá cao.
Hiện tượng phú dưỡng ở các hệ sinh thái nước ngọt gây ra sự phát triển bùng
nổ của các loài tảo, rong được gọi là hiện tượng nở hoa trong nước.
Tảo là loài thực vật phù du, đơn bào, có thể được mô tả bằng công thức:
( CH2O)106(NH3)16H3PO4
Như vậy, tảo được cấu tạo từ các nguyên tố chinh: C, N, P, O, H.. Từ công
thức trên, tỷ số C:N:P là 106:16:1. Tỷ số N:P = 16: 1 được gọi là “ giá trị biên độ
đỏ - redfield value”. Giá trị này biểu thị lượng cần thiết N và P tạo nên rong tảo, từ
đó có thể xác định được yếu tố nào là yếu tố hạn chế tiềm năng phát triển rong
tảo.Khi N:P >16 thì P trở thành yếu tố giới hạn. Ngược lại, N:P <16 thì N trở thành
yếu tố giới hạn.
Trong các hệ sinh thái nước ngọt thì yếu tố giới hạn thường là P bởi vì:
Các dòng chảy tràn trên mặt chứa một lượng lớn nitrat
N dưới dạng nitrat dễ bị hòa tan do đó dễ bị rửa trôi ra các hệ sinh
thái nước ngọt.
Một số loài tảo lục và vi khuẩn có khả năng cố định nitơ dưới dạng
N2 từ khí quyển
II. Diễn biến của quá trình phú dưỡng
Trong các hệ sinh thái nước ngọt, luôn tồn tại sẵn các loài tảo và một hàm
lượng nhất định các chất N, P để đảm bảo sự phát triển bình thường của các hệ
sinh thái này.
Khi nồng độ N, P tăng lên, nó sẽ kích thích sự phát triển của tảo- gọi là hiện
tượng “tảo nở hoa ” đó là sự phát triển một cách vượt bậc về số lượng các loài tảo
trong hệ sinh thái nước( ở đây xét đến hệ sinh thái nước ngọt).Tùy thuộc vào sự
tham gia của loài tảo vào hiện tượng “tảo nở hoa” mà số lượng tảo phát triển ở các
mức độ khác nhau.Ở điều kiện bình thường, tảo có10- 100 tb/ml nước, còn trong
điều kiện phú dưỡng tảo có thể lên tới 104-105 tb/ml nước(thậm chí lên tới hàng
triệu tb/ml nước – loài Gyrodinium aureulum ), kéo theo đó là sự đổi màu của
nước- đây là dấu hiệu dễ nhận biết nhất của hệ sinh thái nước ngọt bị phú
dưỡng.Tuy nhiên không phải lúc nào hiện tượng này cũng xảy ra, có những trường
hợp tảo nở hoa nhưng không làm thay đổi màu nước.Trong hệ sinh thái nước ngọt,
thường có tảo lục, tảo lam hay tảo giáp do vậy nước thường đổi màu xanh.
3
Sự khác biệt giữa hồ bình thường và hồ phú dưỡng
Tảo phát triển bao nhiêu thì cũng có một lượng lớn tảo bị chết đi.Khi tảo
chết đi sẽ được các vi khuẩn phân hủy, chúng lấy đi O2 khuếch tán trong môi
trường nước để phân hủy tảo chết phát triển:
(CH2O)106(NH3)H3PO4 + 138 O2=106 CO2+122H2O+16HNO3+ H3PO4.
Như vậy để phân hủy 1 phân tử tảo thì vi khuẩn đã lấy đi của môi trường
276 nguyên tử ôxi, làm giảm nồng độ ôxi làm cho các loài cá và sinh vật thủy sinh
khác không đủ ôxi mà chết ngạt.
Đồng thời, tảo chết đi, rơi xuống đáy, tạo thành lớp trầm tích ở đáy hồ, lâu
dần làm cho hồ nông dần đi.Môi trường đáy là nơi nồng độ O2 rất thấp, các vi
khuẩn phân hủy trong điều kiện yếm khí, kết quả là sinh ra các khí như H2S… gây
mùi hôi thối, làm nước bị vẩn đục, có màu đen hoặc xám đen.
III. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phú dưỡng
1 . Chất dinh dưỡng
Đây là yếu tố quan trọng nhất ,bởi lẽ nó quyết định đến sự sinh sôi, phát
triển của tảo.
Các hoạt động của con người ngày càng cung cấp cho hệ sinh thái nước ngọt
hàm lượng lớn N, P- quá trình phú dưỡng hóa do con người, tuy nhiên còn có hiện
tượng phú dưỡng hóa do tự nhiên- đó là trường hợp các ao, hồ nằm trên các tầng
đất sản sinh P, do vậy sự hạn chế thậm chí ngừng hẳn các nguồn cung cấp N, P do
con người cũng không thể ngăn chặn quá trình phú dưỡng .
2. Độ sâu của hồ
Hồ càng sâu thì các chất dinh dưỡng sẽ bị lắng xuống tầng đáy, cách xa
phạm vi sinh sống ở tầng mặt do vậy hạn chế được hiện tượng “tảo nở hoa”.
3. Khả năng lưu chuyển nước
Cá chết hàng loạt
do thiếu ôxi
4
Nước mà lưu chuyển càng nhanh thì sẽ kéo các chất dinh dưỡng ra khỏi hệ
sinh thái , khiến cho các loài tảo không đủ thời gian để sử dụng các chất dinh
dưỡng này.Những ao, hồ tụ đọng – ao, hồ mà không có dòng nước dẫn vào đi ra
mà nguồn cung cấp nước chủ yếu từ nước ngầm, nước chảy tràn trên mặt còn nước
đi ra do ngấm qua đất hay bốc hơi nước, có nguy cơ lớn dẫn đến hiện tượng phú
dưỡng.
4. Các điều kiên khí hậu
Khi có các yếu tố về ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm thích hợp thì sẽ đẩy nhanh
quá trình phát triển của tảo gây ra hiện tượng phú dưỡng. Chính vì lẽ đó, hiện
tượng phú dưỡng thường gặp vào mùa đông hau mùa hè vì mùa đông có nhiệt độ
thấp, khả năng bốc hơi nước kém đi nên lượng nitrat di chuyển vào không khí ít.
Tóm lại, hiện tượng phú dưỡng sẽ có tiềm năng phát triển ở hệ sinh thái
nước ngọt mà hội tụ các yếu tố:
Hàm lượng N, P cao ( từ các nguồn do con người hay tự nhiên).
Độ sâu thấp
Khả năng lưu chuyển nước kém
Các điều kiện khí hậu thuận lợi
III. Các nguồn gây hiện tượng phú dưỡng
Việc phân loại các nguồn gây ra hiện tượng phú dưỡng là rất quan trọng
trong việc đối phó, giải quyết vấn đề này.
1. Nguồn điểm ( point source)
Là nguồn xác định trong môi trường không gian nhỏ, trong đó các chất thải
chứa hàm lượng lớn các chất dinh dưỡng được đổ trực tiếp vào HST nước ngọt qua
các hệ thông cống, rãnh, ống dẫn chất thải từ các nhà máy, khu công nghiệp, khu
dân cư.
Đáng chú ý là hiện tượng sử dụng bột giặt, các chất tẩy rửa có chứa P, nước
thải được đưa vào ao, hồ. Bột giặt chứa P san xuất từ năm 1940. Giữa những năm
1950 – 1970 lượng bột giặt tiêu thụ tăng gấp 5 lần ở Mĩ và gấp 7 lần ở Anh. P từ
bột giặt chiếm 47 -65% tổng số P trong nước cống từ 6 trạm xử lí ở Anh vào năm
1971 so với 10 – 20% vào năm 1957
Nguồn từ công nghiệp: mức độ tùy theo từng nghành công nghiệp. Ví dụ
nghành công nghiệp rượu bia ở Anh một ngày thải ra sông 11.000 m3 có nồng độ
Cống xả
thải từ nhà
máy đổ
trực tiếp ra
ao, hồ
5
156mg N/l và 20 mg P/l. Nghành chế biến thực phẩm và nghành công nghiệp len
yêu cầu công đoạn rửa rất nhiều thường có nước thải chứa nhiều N, P.
Việc xác định được nguồn gây hiện tượng này sẽ dễ dàng cho việc xử lí.
2. Nguồn phân tán ( nonpoint source)
Là nguồn dẫn các chất dinh dưỡng (N,P) vào các HST nước ngọt không
theo một con đường nhất định ( công, rãnh…), chúng thường rất đa dạng trong
không gian và mang tính tạm thời ( phụ thuộc vào mùa, điều kiện thời tiết…)
Một dạng chính của nguồn phân tán này là các dòng chảy tràn trên mặt.
Chúng được hình thành khi mưa, băng tan hay tưới tiêu, nước không chỉ ngấm
xuông đất mà tạo thành những dòng chảy tạm thời. Những dòng chảy này đi từ
cánh đồng, đường phố, khu tập kết rác thải… và cuốn theo nó là vô số các chất cặn
bã, các chất dinh dưỡng xuống các HST ao, hồ.
Các dòng chảy từ nông nghiệp:
Trong nông nghiệp, để tăng năng suất, người ta đã sử dụng một lượng lớn
phân bón mà chủ yếu là phân đạm ( chứa N), phân lân ( chứa P). Tuy nhiên, chỉ có
30-40% lượng phân bón đưa vào cây có khả năng hấp thụ, còn lại sẽ bị tích tụ trong
đất. Hiện tượng xói mòn xảy ra sẽ cuốn theo lượng phân bón dư thừa đó đổ ra
nguồn nước.Ngày nay, lượng phân bón sử dụng tăng lên nhanh chóng.Owen(1970)
cho rằng nông nghiệp chiếm 71% khối lượng nitơ chảy xuống sông Great Ouse ở
miền trung nước Anh.Còn ở Đắc Lắc nông dân bón lượng phan chúa nitơ là 600
kg/ha cho cà phê dất đỏ vẫn không cho năng suất cao hơn với việc bón 200kg/ha,
lượng dư thừa sẽ đổ vào sông hồ và làm phú dưỡng hóa
Chất thải từ động vật cũng là nguôn lớn gây hiện tượng phú dưỡng. Lượng P
do gia súc thải ra gấp 4 lần lượng do con người thải ra.
Tác động xói mòn , rửa trôi được tăng cường bởi các hoạt động của con
người như:xây dựng các công trình, canh tác, đốt rừng: làm giảm diện tích đất che
phủ bởi thực vật, làm đất bị trơ ra. Trong quá trình đó, một lượng lớn nitrat đã bị
rửa trôi xuống ao, hồ.
Nước chảy
tràn trên
mặt- đưa các
chất dinh
dưỡng từ mọi
nơi xuống
các HST
nư
ớc ngọt.