đánh giá hiện tượng phú dưỡng hồ hoàn kiếm dựa trên chỉ thị sinh học tảo

Nguyên nhân phú dưỡng 3.. Các phương pháp xác định phú dưỡng.. Photpho thường là nguyên nhân chính gây phú dưỡng so với Nitơ vi đây là yếu tố tăng trưởng hạn chế của

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

DƯỠNG

THỊ SINH HỌC

TẢO

Nhóm 1:

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

PHẦN 1: TỔNG QUAN

I Phú dưỡng

1. Khái niệm phú dưỡng

2. Nguyên nhân phú dưỡng

3. Các phương pháp xác định phú dưỡng

II Chỉ thị sinh học tảo

1. Các yếu tố giới hạn đến sự phát triển sinh khối tảo

2. Các phương pháp sử dụng tảo làm chỉ thị để đánh giá phú dưỡng

PHẦN 2: ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ PHÚ DƯỠNG HỒ HOÀN KIẾM

I Thông số lý- hóa của hồ

1. PH

2. Màu sắc và mùi vị

3. Chất rắn lơ lửng( SS)

4. DO

5. COD

6. BOD

7. Thông số dinh dưỡng

II Hệ động thực vật trong hồ

III Thành phần và mật độ của tảo trong hồ

PHẦN 3: TỔNG KẾT

TÀI LIỆU THAM KHẢO

MỞ ĐẦU

Hồ Hoàn Kiếm nổi tiếng là một danh lam thắng cảnh, mang ý nghĩa lịch sử quốc gia, dân tộc Ngày nay, dưới tốc độ phát triển kinh tế xã hội, con người đã gây ra nhiều tác động tiêu cực ảnh hưởng tới chất lượng nước hồ, đó là nguyên nhân gây bùng nổ các loài vi tảo, vi khuẩn lam, sự gia tăng thành phần loài và mật độ của tảo độc đã được cảnh báo, gây nên sự lo ngại về môi trường sống cho hệ thủy sinh vật trong hồ Hồ Hoàn Kiếm đang phải gánh chịu một lượng nước thải sinh hoạt lớn khiến hàm lượng Nitơ và Photpho trong nước hồ tăng cao làm tảo phát triển mạnh mẽ và gây phú dưỡng Cần phải có những nghiên cứu, đánh giá về hiện tượng phú dưỡng Hồ Hoàn Kiếm từ đó tạo cơ sở để đề xuất những giải pháp phục hồi chất lượng nước hồ Vi vậy chúng tôi chọn đề tài: “Đánh giá hiện tượng phú dưỡng Hồ Hoàn Kiếm dựa trên chỉ thị sinh học tảo”

PHẦN 1 TỔNG QUAN

I PHÚ DƯỠNG

1. Khái niệm nước bị phú dưỡng

Phú dưỡng là hiện tượng dư thừa chất dinh dưỡng ( đặc biệt là nồng độ N, P cao, tỷ lệ P/N cao do sự tích tụ tương đối P so với N) trong nước gây nên sự phát triển nhanh của một số loài thực vật bậc thấp như tảo, rong, rêu và các thực vật thân mềm trong nước, trên lớp bề mặt của nguồn nước, sẽ ảnh hưởng đến sự cân bằng sinh học trong nước

2. Nguyên nhân gây phú dưỡng

Trong nước không bị ô nhiễm thi tỷ lệ N/P < 10, nếu hàm lượng N>30 - 60 mg/l, P>4 – 8 mg/l sẽ xảy ra hiện tượng phú dưỡng

Photpho thường là nguyên nhân chính gây phú dưỡng so với Nitơ vi đây là yếu tố tăng trưởng hạn chế của tảo trong hồ Tảo thường sử dụng nitơ cao gấp từ 4-10 lần so với photpho, trong đó tỷ N/P trong nước thải chỉ là 3 lần ( trong nước thải đô thị: 30mg/l N; 10mg/l P)

3. Các nguồn gây hiện tượng phú dưỡng

Trong tổng lượng nguồn thải đến hồ, nguồn dinh dưỡng tiềm năng chủ yếu là nitơ và photpho bởi hai nguồn này là cơ sở vật chất ban đầu, là xuất phát điểm quyết định chất lượng môi trường nước và trầm tích đáy Các nguồn dinh

dưỡng tiềm năng đến hồ bao gồm:

a. Nguồn dinh dưỡng ngoại lai (External sources):

Nguồn điểm (Point source): Là nguồn xác định trong môi trường không

gian nhỏ, chất thải chứa hàm lượng lớn các chất dinh dưỡng được đổ trực tiếp vào hệ sinh thái nước ngọt qua hệ thống cống, rãnh, ống thải từ nhà máy, khu công nghiệp, khu dân cư

Nguồn phân tán (Nonpoint source): Là nguồn dẫn các chất dinh dưỡng

(N; P) vào các hệ sinh thái nước ngọt không theo một con đường nhất định (cống, 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 là các dòng chảy tràn ngập trên mặt,

chúng được hinh thành khi mưa, băng tan hay tưới tiêu Nước không chỉ

ngấm xuống đất mà tạo thành những dòng chảy tạm thời Những dòng chảy này đi từ cánh đồng, khu tập kết rác…và cuốn theo nó là vô số các chất thải cặn bã, chất dinh dưỡng xuống các hệ sinh thái ao hồ

Nguồn dinh dưỡng từ nông nghiệp: Do sử dụng phân bón chủ yếu là

phân đạm (chứa N), phân lân (chứa P) Tuy nhiên chỉ có 30-40% lượng phân bón được cây trồng hấp thụ, còn lại sẽ tích thụ trong đất Hiện tượng xói mòn xảy ra kéo theo lượng phân bón dư thừa đổ ra nguồn nước gây phú dưỡng

hóa Ngoài ra, xác chết động vật cũng là nguồn lớn gây phú dưỡng vi lượng P thải ra gấp 4 lần so với của con người

Nguồn dinh dưỡng từ công nghiệp: Mức độ quan trọng tùy theo từng

nghành công nghiệp, thể tích nước thải và mức độ xử lý

Nguồn dinh dưỡng từ nước thải sinh hoạt: Có chứa 1 lượng lớn P trong

bột giặt, N trong thức ăn…

Ngoài ra các oxit nitơ (NOx) xuất hiện trong khí quyển do quá trinh đốt cháy nhiên liệu sẽ chuyển hóa thành nitrat rồi theo nước mưa rơi xuống các ao, hồ

b. Nguồn dinh dưỡng nội tại trong hồ (Internal sources):

Đây là sản phẩm của quá trinh quang hợp, trao đổi năng lượng trong chu trinh sống của các loài sinh vật thủy sinh Ngoài N và P, còn một số chất dinh dưỡng khác: vi lượng, vitamin, axit amin cùng tham gia vào việc gây

phú dưỡng Các yếu tố như nhiệt độ, ánh sáng, sự thoát hơi nước chậm gây ứ đọng cũng có thể là nguyên nhân gây hiện tượng tảo nở hoa trong các hồ

Đặc biệt tại các khu vực nước cạn có xuất hiện tảo, giá trị pH của nước tăng, có thể lên đến pH=10 Do tảo sử dụng CO2 cho quang hợp Tảo phát

triển cần nhiều CO2 dẫn đến lượng CO2 trong môi trường nước giảm có

khuynh hướng giảm nồng độ ion [H+] trong môi trường nước, điều này làm tăng giá trị pH Tảo cần nhiều CO2 để thực hiện quang hợp sẽ dẫn đến làm giảm

lượng CO2 thấp dưới mức nồng độ cân bằng với không khí Như vậy, pH tăng mạnh Trong tinh huống này, kết quả là tảo sử dụng ngay cả lượng CO2 trong quá trinh chuyển dịch:

H2CO3 H+ + HCO3

2HCO3-CO32- + H2O +CO2

CO32- + H2O  CO2 + 2OH

-Sự thiếu CO2 làm chuyển dịch từ dạng bicarbonate HCO3- sang dạng carbonate CO32-, và tiếp theo từ carbonate CO32- sang dạng hydroxide OH

-4. Các phương pháp xác định phú dưỡng:

a. Dựa vào sinh khối phytoplakton của hồ:

Bao gồm các nhóm tảo sống gần mặt nước nơi có đầy đủ ánh sáng cho quá trinh quang hợp Sự phú dưỡng gây ảnh hưởng trực tiếp và có biểu hiện

rõ nét qua sự phát triển của phytoplankton Do đó đây là một thông số quan trọng đánh giá mức độ phú dưỡng

b. Dựa vào nhóm sinh vật chỉ thị cho sự phú dưỡng đặc biệt là tảo

Trong môi trường nước, tảo được xem là một nhóm sinh vật chỉ thị quan trọng bởinhững ưu điểm như :

- Đánh giá được tác động ô nhiễm tức thời vi tảo có tốc độ sinh trưởng nhanh,vòng đời ngắn

- Là loài sinh vật nhạy cảm với các yếu tố lí hóa của môi trường nước

- Dễ tiến hành lấy mẫu và dường như không gây tác động đến sinh cảnh tự nhiên khi thu mẫu

- Đã có phương pháp chuẩn đặc trưng cho tảo: tính sinh khối hoặc đo hàm lượng chlorophyll trong nước

Mức độ dinh dưỡng của thủy vực được biểu hiện không chỉ qua số lượng tảo mà và thành phần loài Các chất dinh dưỡng khác nhau thường có các sinh vật tảo khác nhau: điển hinh là một số tảo làm chỉ thị cho sự phú dưỡng của hồ như: Olymosa, Otenius, Cyanophyta, Chlorococeales

c. Xác định độ trong của nước hồ cũng là một chỉ thị của sự phú

dưỡng:

Dựa vào tương quan của độ phú dưỡng và độ trong để làm thước đo phú

dưỡng Xác định các thông số chất lượng nước khác (Ví dụ: BOD5) Khi hồ ở tinh trạng phú dưỡng làm lượng chất hữu cơ trong hồ lớn Các chỉ số này càng lớn thi lượng chất hữu cơ càng lớn cũng đồng nghĩa với mức độ giàu dinh dưỡng cao.Thông số DO cũng là một chỉ thị hiệu quả cho sự phú dưỡng

d. Dựa vào cân bằng dinh dưỡng trong hồ:

Là phương pháp xác định các chất như N và P, để đánh giá sự phú dưỡn

của hồ cần phải dựa vào tương quan nồng độ giữa chúng

II CHỈ THỊ SINH HỌC TẢO

1. Các yếu tố giới hạn đến sự phát triển sinh khối của tảo

1.1 Hàm lượng Nitơ và Phospho trong thủy vực.

Tảo là loài thực vật phù du, đơn bào có thể được mô tả bằng công thức : (CH2O)106(NH3)16H3PO4 Vậy tảo được cấu tạo từ các nguyên tố chính C, N, P,

O, H Từ công thức trên tỷ số N:P là 16:1 được gọi là giá trị biên độ tảo Giá trị này biểu thị lượng cần thiết N và P tạo thành tảo, từ đó có thể xác định được yếu tố nào là giới hạn hạn chế tiềm năng phát triển của tảo Khi N:P >

16 thi P trở thành yếu tố giới hạn còn khi N:P < 16 thi N trở thành yếu tố giới hạn

Tỉ lệ P:N cần thiết cho sinh khối tảo phát triển chỉ là 1:7 nhưng phospho cần hơn nitơ và nó là nhân tố giới hạn sự phát triển của tảo Tảo lam và nhiều giống loài tảo có khả năng thu nhận và dự trữ phosphate cho cơ thể chúng Chúng có thể chứa phophate đủ cho 3-4 lần phân chia, kết quả là 1 tế bào có thể phân chia thành 8-16 tế bào mà không cần thu nhận phosphate và sinh khối của chúng có thể tăng gấp 10 hoặc hơn nữa khi phosphate hòa tan hầu như cạn kiệt Vi nguyên nhân này, nên không thể dựa vào nồng độ lân hòa tan mà dự đoán sự phát triển của sinh khối tảo

1.2 Tỷ lệ N/P và tảo lam

Theo Schindler (1977) và Smith (1983), việc xác định tỉ lệ nitơ:phospho là quan trọng để biết được khi nào tảo Lục hoặc tảo Lam phát triển vào mùa

hè Một cách tổng quát, tế bào tảo đòi hỏi khoảng 10-15 nguyên tử nitơ cho mỗi nguyên tử phospho Khi N:P cao, tức phospho của môi trường thấp, tế bào đòi hỏi cung cấp phospho, lúc này tảo lục chiếm ưu thế hơn các nhóm khác bởi khả năng sinh trưởng cao hơn của chúng Khi tỉ lệ N:P thấp một số tảo Lam có thể phát triển mạnh vi chúng có khả năng tổng hợp nitơ của khí trời Seymour (1980), đề nghị thay đổi tỉ lệ nitơ:phospho để ngăn chận sự phát triển của tảo Lam Tuy nhiên theo Smith (1988), điều này chỉ có tác động đến thành phần giống loài của tảo mà ít có tác động cải thiện tinh trạng thiếu oxy do sự nở hoa của chúng gây nên Tảo Lam dường như chết đột ngột nhiều hơn và gây nên mùi hôi hơn các tảo khác, cho nên việc tim ra tỉ lệ nitơ:phospho để ngăn chận sự phát triển của tảo Lam thi cần thiết

1.3 Cường độ ánh sáng chiếu vào thủy vực.

Cường độ chiếu sáng và nước thường thay đổi liên quan đến độ đục của nước Trong suốt mùa đông hoặc trong vực nước đục, ánh sáng luôn là nhân tố giới hạn, trong lúc hàm lượng N và P luôn đầy đủ cho sự phát triển của thực vật Khi cường độ ánh sáng gia tăng vào mùa xuân hoặc khi thủy vực trở nên trong hơn, các nhóm tảo tăng cường quang hợp mạnh mẽ và phát triển cho đến khi các nguồn dinh dưỡng hoàn toàn cạn kiệt Đây chính là nguyên nhân giải thích tại sao mùa hè thường hay xảy ra hiện tượng tảo nở hoa Nếu

hàm lượng chất dinh dưỡng cao, tảo sẽ phát triển mạnh làm độ đục gia tăng và lúc này ánh sáng trở thành nhân tố giới hạn sự phát triển của tảo

1.4 Khả năng lưu trữ của tảo tại hồ.

Các loài tảo có khả năng lưu trữ chất dinh dưỡng khác nhau Nếu khả năng lưu trữ của tảo cao thi lượng sinh khối tảo trong hồ sẽ lớn hơn so với các hồ nước có loài tảo mà khả năng lưu trữ này thấp và hàm lượng hữu cơ trong hồ cũng vi thế mà ít hơn nên đây cũng là yếu tố giới hạn của sự phát triển sinh khối tảo

2. Các phương pháp sử dụng tảo làm chỉ thị để đánh giá phú dưỡng

2.1 Dựa vào quan sát màu sắc nước hồ.

Màu sắc của nước hồ do chất hòa tan và lơ lửng trong nước tạo lên.Nước hồ không ô nhiễm ở tự nhiên có màu hơi xanh da trời và có chỉ số sinh học trong khoảng 9-10 Việc đánh giá sơ bộ mức độ ô nhiễm nước hồ có thể được dựa trên sự quan sát màu sắc nước để xác định mức độ ô nhiễm cũng như phú dưỡng của hồ cần nghiên cứu

Việc đánh giá này chỉ mang tính chất tương đối tại thời điểm đó bởi màu sắc hồ và sự phát triển của tảo có thể thay đổi theo cường độ chiếu sáng, khả năng lưu trữ của tảo , các yếu tố dinh dưỡng và một số yếu tố khác

Có thể quan sát đươc màu sắc nước hồ có các dạng cơ bản sau:

Màu Chỉ số sinh học Ý nghĩa Xanh da trời 10-9 Không ô nhiễm

Xanh lá cây 8-7 Ô nhiễm nhẹ

binh Vàng da cam 4-3 Ô nhiễm nặng

nặng

a) Nước hồ màu xanh lá cây:

Xanh nhẹ : do sự phát triển của tảo Lam, tảo Lục, các loại tảo khác và

sinh vật thủy sinh trong nước hồ Với sự đánh giá trực quan bằng mắt với màu nước hồ như trên thi chưa đủ để đánh giá hồ nước bị phú dưỡng

Xanh đậm: Mật độ các loài tảo và sinh vật thủy sinh trong hồ lớn làm

nước hồ có màu xanh rõ rệt, quan sát bằng mắt thường cũng có thể nhận thấy sinh khối tảo tích tụ trong hồ rất nhiều Với mức độ này có thể đánh giá hồ nước đã có hiện tượng phú dưỡng và cần có biện pháp để cải tạo nước hồ

b) Màu vàng, vàng cam:

Sinh khối tảo trong hồ chuyển sang giai đoạn chậm phát triển, một số nơi

troang hồ nhóm tảo không phát triển nữa mà chết dần tạo màu vàng cho hồ nước Nguyên nhân có thể do các yếu tố giới hạn và chu ki sinh trưởng của tảo đã kết thúc, làm nước bị phú dưỡng nặng

Hiện tượng tảo nở hoa ( water bloom):

Hiện tượng chỉ sự nở hoa của vi tảo đối với thủy vực Ở các hồ nước trong nội thành Hà Nội đã có hiện tượng tảo nở hoa tiết độc tố gây chết hoặc ảnh hưởng rất lớn tới các động thực vật thủy sinh làm nước Hiện tượng tảo nở hoa làm nước hồ có màu vàng hoặc đỏ và thường xuất hiện vào những tháng của mùa

hè do nhiệt độ và độ ẩm thích hợp cho sự phát triển của tảo đặc biệt là loài tảo lam

c) Màu đỏ đậm hoặc nâu đen:

Có thể đánh giá sơ bộ là nước hồ bị ô nhiễm trầm trọng, các sinh khối sinh vật trong nước đã chuyển thành dạng trầm lắng, mức độ phú dưỡng trầm trọng

2.2 Sử dụng thương số dinh dưỡng và thương số tảo để đánh giá mức độ phú dưỡng

Để đánh giá tinh trạng dinh dưỡng của thủy vực hiện nay người ta còn

dùng các thương số dinh dưỡng và thương số tảo để xác định

Thương số dinh dưỡng của Nygoard ( 1948)

Q =

Q < 1 : Kiệt dưỡng

Q = 1-5 : Dinh dưỡng trung binh

Q > 5 : Phú dưỡng

Thương số chỉ được xác định từ những mẫu có nhóm tảo phụ thuộc Theo Nygoard ( 1979) thi thương số được xem như những chỉ thị tin cậy của tinh trạng dinh dưỡng, nếu <1 chỉ hồ kiệt dưỡng, từ 1 – 2,5 là dinh dưỡng

trung binh; từ 2,5 – 5 là phú dưỡng và các giá trị lớn hơn 5 là mức phú dưỡng cao với tải lượng hữu cơ có thể rất cao

Thương số dinh dưỡng của Schroevers ( 1965)

Q = 100

Q < -20 : Kiệt dưỡng

Q – 20 + 20 : Dinh dưỡng trung binh

Q > 20 : Phú dưỡng

Trong đó : M : loài tảo lam ( Cyanophyceae)

Chl: Chlorococcales C: Tảo silic hay khuê tảo ( Centric diatoms ) E: Euglenophyceae

D: Desmidiaceae Thương số tảo ( Stockner G., 1971)

Chỉ số A/C dựa trên tỷ lệ Araphidinae trên xác tảo centrales diatom

trong trầm tích hiện tại như sau:

Tỷ lệ

A/C

Kiểu hồ

0 – 1,0 Kiệt dưỡng 1,0 –

2,0

Dinh dưỡng trung binh

>2,0 Phú dưỡng

PHẦN 2: PHÚ DƯỠNG VÀ CHỈ THỊ TẢO ĐỐI VỚI HỒ HOÀN KIẾM

I Các thông số đặc trưng trong hồ Hoàn Kiếm

1 PH

PH của hồ khá cao Giá trị pH tại các điểm lấy mẫu dao động từ 9,57- 9,84 vào đợt thu mẫu tháng 06/03/2007 và từ 9,77-10,37 vào đợt thu mẫu tháng 08/05/2007

2 Màu sắc và mùi vị

Nước hồ xuất hiện màu xanh lá cây của tảo và phía khu vực cuối gió những váng xanh nổi lớn che kín mặt một góc hồ (hiện tượng nở hoa của tảo) Thời điểm dễ nhận thấy nhất là vào mùa hè khi nhiệt độ cao và có mùi hôi tanh do