33 . HÓA HỌC CÙA MƯA ACID
3.7.3. Ảnh hưdng mưa acid dến hệ thủy sinh nưđc ngọt
3.7.3.1. Các loại phiêu sinh thực vật (Phytoplanktons)
Cộng đồng phiêu sinh thực vật tại các ao hồ thường rất đa dạng về chủng loại, nhưng tỷ lệ này thay dổi nhiều với thành phẩn hóa học của nước. Tại các hồ nước trong bị acid hổa (Oligotrophic), hay cổ môi trường bị phân hóa tại các vùng ôn đới thường loại rêu vàng nâu và tảo đa bào thông trị {Chrysophycea và Bacilliarophyceae) (theo Schindler và Hoimgren, 1971; Find- lay và Kling, 1975, Ostrovsky và Duthie, 1975, Hendry et al 1980a). Tuy nhiên, tại các hồ nước trong và acid thì các họ rêu thống trị khác nhau. Yan và Stokes, (1978) khi nghiên cứu hồ nước trong tại Ontario với dộ pH nước là 5,0 đà cho biết có sự thống trị của loài dinoflagellates (Dinophycea và đặc biệt là Peridinium limbatum). Tại vùng nước trong ít acid hơn, độ pH 5,3, ở Nova Scotia, thì Kerekes và Freedman (1988) cho biết,có sự thông trị của loài rêu xanh (Cyanophycea) và loại rong vàng nâu. Trong khi các khu vực độ acid cao hơn pH 4,5 tại các hồ nước nâu bên cạnh thì các giống rong nâu vàng lại thống trị (đặc biệt Mallomonas caudata), rêu xanh (S. schroeteri), tảo diatom (A sterionella formosa) và rêu xanh lục iXanthophyceae), cộng đồng này là đặc tính cùa vùng các hồ nước nâu (theo Ostrovsky và Duthie, 1975; Ilmavirta,
1980).
Một số chủng tảo và rêu vàng phản ứng mạnh với sự thay đổi thành phần hóa học của nước hồ, và có thể trở thành những dấu hiệu cố ích về tình trạng của môi trường (theo Smol và Glew, 1992). Để phân loại các điều kiện cổ môi sinh có thể có ảnh hưởng tới các chủng loại tảo, thì cần phải biết số lượiig của chúng tại các hồ hiện tại trong các môi trường nước khác nhau. Ví dụ, nghiên cứu 72 hồ tại khu vực rộng lón ở Sudbery đă cho thấy các n h ỏ m tả o chí thị môi trường acid như sau (Dixit, 1991).
1. Các chỉ thị nồng độ pH k ém : Eunotia pectincUus, Pragỉlaría acidobintỉca, Pỉnnularia subcapitata, TabeUaria quadrideptata-,
2. Các chỉ thị nồng độ pH yếu vầ nồng độ kim loại cao (Cu, N i ) : Eunotia
exigU Q , E . t e n e l l a , P r u s t u l i n a r li o m b o ỉ d e s s a x o n ic a , P i n n u l a r i a h ils e a n a -,
3. Các chỉ thị nồng độ pH cao : Achnanthes levỉisiana, Cyclotella menegh- iniana, Fra^ilaria construens, F. crotenensis.
Do vậy, khi biết các yêu cầu môi sinh của các loại này dối với hóa tính cúa môi trường nước, thì sự hiện diện và sự phổ biến tương đôl của chúng trong các tầng lớp mùn có thể dược dùng để lập lại lịch sử môi trường.
Trong thí nghiệm về hiện tượng acid hóa toàn bộ hồ nước như mô tả trên đây, thì h ệ r o n g q u a n g h ợ p của hồ 223 đâ chuyển từ một hệ thống trị bỗi loài rêu vàng nâu sang một cộng đồng thông trị bdi ỉoại rêu xanh Chlorophytes (đặc biệt là loại Chlorellamucosa). Tuy vậy, không có biến đổi
đáng ghi nhận nào trong các thông số khác của cộng đồng như sự đa dạng và phong phú của các chủng loại vì một số chủng ít chịu ảnh hưởng các biến động này (Pindlay và Saesura, 1980; Pindlay và Kasian, 1986). Khi nồng độ pH nước hồ 223 được nâng lên cao từ 5,0 ~ 5,1 trong năm 1981 - 1983, lên tới 5,5 -- 5,6 trong nàra 1984 - 1986, thì các chủng loại của thời kỳ tiền acid hóa lại nhanh chống xuất hiện lại (Schindler, 1990).
Khác với cơ cấu của các chủng loại khác, cộng đồng thực vật r o n g tại các hồ thì không phản ứng gẶ với sự thay đổi của độ acid {Hendry etal, 1980a).
Thật vậy, nếu hiện tượng acid hóa đi kèm theo với việc nước tại các khu vực ao có độ trong cao, thì cây có thể xâm nhập xuống sâu hơn và tàng năng suất hcfn do khu vực được chiếu sáng xuống sâu hơn. Tại hồ 223, thời kỳ trước acid hóa, khối lượng sản sinh sinh học về rong trong toàn hồ được ước tính khoảng 1.465 kg so với 24.190 kg sau thời kỳ acid hóa (Pindlay và Saesura, 1980).
Trung bình, thời kỳ tiền aciđ hóa thì năng suất của hồ 223 đi từ 16 - 26 mg carbon/m^/năm trong vòng 3 năm khi mà nồng độ pH được giữ ở mức 6,5 - 6,7. Nhvmg khôi lượng này đã lên tới 28 - 47 rag c/m^/nărn trong vòng 4 năm khi độ pH là 5,6 - 6,1 và từ 31 - 60 mg c/m^/năm trong vòng 3 năm khi nồng dộ pH 5,0 - 5,1 (theo Shearer, 1987b). Những số liệu này cho thấy cóc tác dụng rắt yếu cửa hiện tượng acid hóa tại hồ 223 trên năng suất, hoàn toàn trái lạỉ với các thay đổi quan trọn g hơn trong các chủng loại.
Thay đổi tình trạng cấu tạo của nước sẽ có tác dụng lớn hơn trên lảnh vực xâm nhập của rong và nãng suất quang hợp của rong rêu. Để chứng minh điều này trong trường hợp nước acid, xét trường hợp của cặp hồ nhỏ kề cạnh tại Novia Scotia (theo Kereles et al, 1984), những hồ này đã bị acid hóa bởi sự oxít hóa hợp chất pỊTTÌte có trong đá ốp lắng tụ tại đáy hồ sau một thời gian đáy hồ bị khô cạn trong lúc xây dựng đường xa lộ băng ngang. Hồ Little SpringTieỉd có nồng độ pH = 3,7 là một ỉoại hồ oỉigotropic (cố nhiều tầng trao đổi sinh hóa), trong khi hồ Drain với nồng độ pH = 4,0 nhận vào từ nguồn nước cống, vẫn gọi là hồ ẹutrọpic, mặc dÌỊ nồng độ acid cao. Hồ Drain có khối lượng rong tảo khoảng 15,5 và nồng độ diệp lục tố 10,3 mg/lít. Lớn hcfn rất nhiều trong hồ Littỉe Spríngíieỉd chỉ có 0,85.mm^/lít và 0,49 mg/lít tương ứng hay với nồng độ trung bình của 16 hồ kề cận ít acid hơn (pH >
4,5) nhưng lại thấp hcfn (0,21 - 3,31 mm®/lít, và 0,23 = 2,76 mg/ỉ),theo Bỉoin, 1985).
3.7.3.2. Tảo Periphyton
Periphyton là các loại tảo vi sinh bám trên các chất rắn, như trong bùn, đá, hay mảnh gỗ ngâm trong nước, hay tại lá các loại cây có lá nổi. Periphyton có thể có nhiều chủng loại, ngay trong môi trường nước acid. Nakatsu (Ỉ983) đã nghiên cứu ba hồ nước đục tại Ontario và đâ xác định được 460 loại tảo, phần lớn là các Periphyton ven bờ.
Tại một số hồ acid nước trong, Periphyton có thể phát triển nhiều hơn tới mức có thề tạo thành lớp, màng dày đặc. Chủng loại thông trị trong số các periphyton tại các hồ có nhiều tầng trao đỏi sinỉi hóa là loại Mougeotỉa spp, Spirogyra spp và Binuclcaria tatrana (thuộc loại Chlorophyceae) và T abellaria focculosa và Eunotia lunarỉs (Bacillariphyceae). (Theo Hendry et al, 1980a; Stokes, 1980).
Tại hồ 223, hiện tượng acid hóa toàn hồ, một mảng rong xanh dạng sợi M oiigeotia sp đã bắt đầu phát triển tại khu vực ven bờ sau khi độ pH đâ giảm xuông dưới 5,6 (theo Mills, 1984; Schindler et al 1985). Những quan sát tương tự về sự phát triển của Mougeotia cộng thêm vài ioại Chlrophyceae trong họ rong rêu đã được thây tại các hồ acid hóa khác tại Ontario (theo Turner et al, 1987). Loại rong xanh dạng sợi này (1) có khả năng thích ứng tương đôì với các yếu tô' vật lý cộng với độ acid hóa. (2) có thể đã lấy được các cation carbon vô cơ để tiến trình quang hợp (Trong nước acid hóa, carbon vô cơ hòa tan hiện diện với nồng độ loãng, và thường là CO2, mà thường các rong rêu không có khả năng hấp thụ được; (3) chúng bị án ít hcfn bởi các loài không xương sống ở nồng độ pH thấp (thec Turner et al, 1987).
Nuller (1980) đã thực hiện một thí nghiệm acid hóa trong một bể ngân tại hồ 223 và đă không thấy tác dụng gì của hiện tượng acid nồng độ pH = 3,7 - 4,7 trên sinh khối, hay trên năng suất của các loài rong. Tại nồng độ pH = 6^3 thì loại tảo chiếm ưu thế trong khối các periphyton; tại nồng độ pH < 6 clorophyte lại chiếm ưu thế. Tại nồng độ pH = 4 thì Moougeotia sp chiếm vỊ trí ưu thế duy nhất; điều này tưcmg tư như tại các hồ nhiễm acid hóa.
3.7.3.3. Họ cây lá rộng nổi mặt nước (Macropliytes)
Một số các loài thuộc họ cây lá rộng nổi mật nước (M acrophytes) hình như đâ không còn phổ biến trong khu vực hồ acid hóa [ví dụ ; Phragm ites com m unis (theo Almer et al, 1974); Lobelía dortmanna, Litorella uniflora và Isoetcs spp, (theo Grahn et al, i9?4; Grahn, 1977, 1986)1. Trong vài trường hợp tại Thụy Điển, sự suy giảm của một số chủng ioại cây có mao dẫn đi kèm theo và có thể là do sự phát triển các loài mốc ưa acid, đặc biệt là Sphagnum subsecundum, và loại nấm dạng sợi và tảo (theo Grahn et al, 1974; Huitberg và Grahn 1975a; Grahn, 1977, 1986).
Từng mảng Sphagnum đã dược báo cáo tại các hồ nhiễm acid hóa tại Bắc Mỹ, thường đầy là các hồ nước rất trong (theo Hendry và Vertucci, 1980;
Stewart và Freedman, 1989) và do chỉ xuất hiện tại các hồ nước trong nên các mảng Sphagnum không được coi ỉà chỉ định cho loại nước nhiễm acid (theo Singer et al. 1983; Wile và Miller, 1983, Wille et al, 1985) Sphagnum và các loại mốc khác cũng đã phát triển mạnh trong môi trường nước bị ảnh hưởng bởi nước thải từ khai thác mỏ (theo Harrisson, 1958, Hargreaves et al, 1975).
Các loại mốc ưa acid cũng mọc rất mạnh tại các hồ núi lửa nhiễm acid tại Nhật iLeptodictyum sp; theo Yoshimura, 1935) và trong hồ acid gần Sudbury và tại Smokỉng Hills.
Người ta đã đặt giả thiết ỉà một giống biyophytes (đặc biệt là Sphagnum sp) khi xâm nhập vào các hổ nhiễm acid dă khiến cho các hồ này biến thành loại nhiều tầng trao đổi sinh hóa (theo Grahn et al, 1974). Hiện tượng này đă được gán cho ( 1) vào khả năng tạo acid của các mốc ưa acid Sphc^num spp, loại này có khả năng trao đổi cation cao cho phép chúng ỉấy được Canxi, Ma-giê và các cation baíỉơ khác từ nước, dể hoán đổi với ion (theo Skene, 1915, Clymo, 1963,1964, 1984; Hutchinson, 1975; Grahn, 1977) và (2 ) Sự cách ly vật lý giữa các ỉớp nước với mùn bdi các mảng sph agn u m , do đó iàm xáo trộn phản ứng tnm g hòa acid, sinh kiềm và chu kỳ chu chuyển hóa các chất dinh dưỡng, thường đă xảy ra trong khấi nước giáp với lớp bùn (theo Huỉtberg và Grahn, 1975a).
Các cộng đồng M acrophyte của vùng nước đục và nước trong tại hồ acid hóa hoàn toàn khác nhau, điều này thể hiện khỉ so sánh các macrophyte tại 2 hồ có nhiều tần g trao đ ổ i sinh hóa nhỏ tại Nova Scotia (theo Stewart và Preedman, 1989) hồ Beaverskỉn là hổ nước trong có độ pH trung bình hằng năm là 5,3> và là hồ cố tính chỉ cố 1 tầng trao đổi sinh hốa. Các loại m acrophyte đâ được tìm thấy tới độ sâu 6,5m và 96% diện tích đáy hồ đều có thực vật mọc. Lớp ven bờ được thống trị bồi loài Eriocaulon septangulare, Eleocharis acicularis và Lobelm dortm anna, ioại này đă phủ 25% diện tích đáy hồ. ở mức sâu hơn thống trị bởi loài Sphagnum m acrophyllum và Utricularia vulgaris, và ỉoài này chiếm Ỉỉhoảng 71% đáy hồ. Trung bình năng suất quang hợp loại này tại hồ Beaverskin là 61 g trọng lượng khô/m^.
Trái lại tại hồ ít acid hơn (pH = 4,5), nước đục ỏ bên ngoài, hồ Pebbleỉoggitch tlủ lại có ít m acrophyte. Các cây này chỉ có thể tìm được trong nhũụg rănh cạn veạ bờ, và chi có 15% diện tích đáy hồ ỉà cố thực vật. Cộng đổng macrophyte nổi bật là dạng cây súng Nupar variegtứum. Một cộng đồng tương đối ít hơn là loại Eriocctulon, Lobelia và Eleocharis và chúng chỉ xuất hiện ở độ sâu < 0,7m. Khối lượng trung binh cửa loại m acrophyte chỉ là 2,6 g/m^, nhưtig trong khi nơi có thực vật mọc lại lên 17 g ìtíĩ.
Như vậy là đã quá rõ, độ trong của nước đă quyết định sự phAn phối và phát triển của macrophyte tại các hồ có nhiều tầng trao dổi sinh hóa. Độ acid như vậy chỉ có tầm quan trọng ít hớn. Tuy vậy nếu mẫu
nước nhiều hồ có các nồng độ acid khác nhau dược xét thì kết lụận rút ra có thể khác nhiều iượng acid cùng các biến s ế hóa học khác, dặc biệt ỉà Canxi và chất kiềm, hình như có tác động mạnh trên các macrophyte (theo Seldom, 1972, Hutchison, 1975, Kadono, 1963; Catling et al, 1986).
Các loại môn nước phản ứng mạnh với phân bón (theo Lind và Cottam, 1969; Seldom, 1972, Hutchinson, 1975, Porcella, 1978);diều này cũng là một thực thể tại hồ acid. Trong trường hợp hồ Drain nói trước đây, độ pH = 4,0, thì họ m acrophyte đâ phát triển đều và cho năng suất cao (theo Kereles et al, 1984) và có các chủng đặc biệt. Có 2 loại có tại hồ Draỉn p. p u sillu s và p . oakesianus là hồ nước có độ acid cao nhất mà các loại này được báo cáo đang sống có độ pH = 5,0 *(theo Heỉlquist và Crow, 1980; Calỉing et al, 1936). Do đố, tình trạng độ trong có thể có ảnh hưởng trực tiếp hơn là độ acid trên sự phán bố và phát triển của họ môn nước.
3.7.3.4. Phiêu sinh động vật (Zooplankton)
Sự phản ứng của phiêu sinh động vật đô'i với hiện tượng acid hóa tại các vùng nước có nhiều tầng trao đổi sinh hóa là một phản ứng phức tạp của độc tô' ion H'*’ với các châ't kim loại như nhôm, ảnh hưởng của mọi thay đổi trên năng suất, và trên thu hoạch của các loài Phytoplankton, thực phẩm của họ Zooplankton, và ảnh hưởng cùa mọi thay đổi về bản chất và cường độ của loài ăn thịt, đặc biệt khỉ nồng độ acid đã ỉàm triệt mất các loài cá ăn plĩụiton.
Trong khi 3 yếu tô' trên kết hợp lại c6 thể tác động gián tiếp, đặc biệt qua tác dụng cạnh tranh tương hỗ trong cộng đồng Zoopỉankton và do ảnh hưởng bởi hiện tượng ăn planton (theo Sprules, 1975 a, Hendry, et al, 1980, Hòback và íladdum, 1980).
Các khảo sát trong khu vực đã cho các dữ liệu về các loại tiêu chuẩn, đó là loại Zooplankton có vỏ tại các hồ có nhiều tầng trao đổi sinh hóa, trong đó có hổ nhiễm acid. Sprules (197Sb) đã khảo sát cộng đồng Zooplankton trong giữa mùa hè tại 47 hồ vùng Ontario có độ pH từ 3,8 - 7,0, các chủng loại xuất hiện đầu tiên tại vùng có pH < 5 và được coi như ỉà chỉ thị của hiện tượng acid hóa là Oilỵohemus pediculus, Daphnia catcavba và D. pulỉcaria.
Các ỉoài không chịu được acid chỉ xuất hiện trong khu vực có nồng độ pH >
5 trong đó bao gồm Tripodcyclops prasin us mexicanus, E pừ sh ura Lacustris, Diaptomus oregonensis, Leptodora kin dtii, Daphnia galeata m andortae, D.
retrocurva, D. am bigua và D. longerimis. Hlnh như các loài thụ động với acid - đều có mặt trong tất cả các hồ là loại Mesocyclops edax, Cyclops bicuspigcứus thomasi, D iaptom us m inutus, Halopedium gỉbherum, Dỉaphcm,osomá leuchten- hergianum và B osm ina sp. Và loài phố biến nhất là D iaptom us m inustus, đây
cũng ỉà loại ohịu được acid mạnh nhất trong loại 2ỉooplankton cố ìnặt
trong mỉu ttềờe hd độ pH = 3,8.
Tại các có acỉd CM. cộng đồng Zooplankton thưdDg cố nhiều loài và các chủng loại có 8Ố iiiợng đồng đều. Với pH > 5 chỉ có ỉchoảng 9 - 1 6 loài và trong dó nổi bật ỉi n 3 - 4 loài. Dưới độ pH này chi còn 1 - 7 ỉoàỉ, với chỉ một hoặc hai ưu trội.
Sprules (1977) dă thực hiện một phân tích hàng loạt các thành phần chính trên ma trận dữ liệu các hồ và sô' Zooplankoton. Trong cuộc nghiên cứu đầu tiên 50% là các hồ nhỏ và nhiễm acid, và thuộc loại nước trong, thì loài D iaptom ns m inutus chiếm ưu thế, còn tại các hồ tương đối lớn và nước ít trong hcm thì có 4 ỉoài không mẫn cảm với acid chiếm ưu thế. Lần nghiên cứu thứ haỉ cho thấy 15% là các loại hồ acid, có nhiều sulphate, nước trong. Sprules cũng đă nêu rõ mấi quan hệ mạnh mẽ giữa độ pH và sự phân bế các loài.
Sâu xa hơn, kết quả của nghiên cứu này cho thây, có một tổ hỢp các yếu tố tác động và trong đó độ pH có thể không phải là yếu tô' vượt trội, đều ảnh hưởng tới cấu trúc cộng đồng các động vật. Sô' các yếu tô' môi trường quan trọng khác (nhưng không đề cập trong tài iiệu này) có thể bị ảnh hưởng bởi hiện tượng acid hóa được biết là có tác dụng lên cộng đồng vi sinh bao gồm các phản ứng tương hỗ sinh vật như sự cạnh tranh sinh tồn và ăn thịt lẫn nhau.
Trong một khảo sát khác, tại 27 hồ của Na Uy, Hoback và Raddum (1980) đã thấy hồ acid khỉ cố một cộng dồng ô'c hến, Zooplankton được thấng trị bỏi các loài Bosm ỉna Longgispina, E u d ia p to m m gracilis và K ellicottia loHgispina, và kèm'với những loài ít quan trọng hơn ĩửiư Heterocope salỉens, H olopedium gibberum , K eratella serrulata và P olyarthra sp xuất hiện đều khắp các hồ nhiễm acid. Nhiùig không phải chỉ có bấy nhiêu, Hobaek và Raddum đã ghi nhận ỉà loài D aphnia spp và cyclopoid copepods (một ỉoại ếc) thường vắng bống tại các hồ nhiễm acid, trái ỉại với nghiên cứu của Sprules, nơi mà 2 hay 3 loại chỉ thị của môi trường acid là thuộc loài Daphnia. Hồ acid ở Na Uy có đặc điểm ià có ít loài và ít phức tạp, và có khuynh hướng có một số ít hoặc đôi khi chỉ cổ một loài thống trị mà thôi.
Một nghiên cứu khác đã 80 sánh các loài ếc với sự xuất hiện của phiêu sinh động vật cửa hồ nước trong, độ pH = 5,3 và một hồ gần đó độ pH = 4,5, nước dục (BỊoụin, Ị985, Kereles và Predman, 1988) thì hồ nước trong dược
thông trị bdi loài ốc Diaptomus nùnutus và loại sên Keratella ỡchlearis. Trong
khi hồ nước đục được thống trị bởi ỉoài K eratella cochearis và Conochilis unicoernis và hến Dừtptom us minutua. Cộng đồng ôc hến này tại hồ nước đục hình như phong phú hơn cho một sinh khífì khoảng 330 mg/m^ với m ật độ 222/m^ trong khi tại hồ nước trong hai số tương ứng là 124 và 200 mg.
Sự phong phú hơn của cộng đổng ốc hến tại các hồ nước đục có thể do nhiều nguyên nhân. Trong môi trường nước dục có nồng dộ các chất hữu cơ hòa tan và ở dạng huyền phù nên có thể là nguồn thực phẩm để duy trì số lớn các loài Zooplankton như vậy {Nauwerch, 1963; Schindler và Noven, 1971; Os- trovsky và Duthie, 1975; Petersen et al, 1987). \^ ệc ăn thịt lẫn nhau cOng là yếu tô' quan trọng, nên mặc dù ,có lượng cá phong phú như nhau nhimg khả năng tim mồi ở nước đục khó khăn hơn.