33 . HÓA HỌC CÙA MƯA ACID
3.7.2. Một SỐ thực nghiệm
Khi xét kỹ qua các báo cáo khoa học, chúng tôi thấy rằng những trường hợp thực vật trên đất bị thiệt hại trầm trọng do phải hứng chịu mưa acid xảy ra trong thiên nhiên, chua được chứng minh rô ràng. Trái lại, tại các phòng thí nghiệm và các thực nghiệm tại hiện trường, thì số lớn các cây trồng được xử lý với dung dịch mưa acid nhân tạo đả cho thấy cố gây thiệt hại cho thực vật thiên nhiên và cho cây trồng. Tuy vậy các tác hại rõ ràng chỉ xảy ra với các dung dịch có độ acid thường dưới pH = 3,6, là một nồng độ mạnh hơn nhiều với điều thưỜQg được quan sát qua các Cdn mưa acid trong tự nhiên, ngoài trừ vài trườngUỉỢp đặc biệt.
1) Âbrauasen và Stuanes (1980) và Tveite (1980) đã báo cáo những thí nghiệm tại hiện trường ở Na Uy. Tại đây, dung dịch mưa acid lứiân tạo được phun lên đồn điền các cây họ thông bằng một phương tiện đặt ở trên cao.
Kết quả cho thấy mưa acid tác dụng rất yếu trên sự phát triển của cây và lại tản mát, khống diu. Trong trường hợp cây thông Pinus contora, tưới trong 3 năm với mức áộ 50 mm nước/tháng, thi chiều cao cao hơn khoảng 15 - 20%
khi dùng nước có độ pH s 4 - 3 so với độ pH = 5,6 - 6,1 và với độ tưới 25 mm/tháng thì khỗng thấy có khác biệt nào. Một năm xử ỉý với dung dịch pH = 5,6 - 2,5 củng ắhÒl4[ cố tác động tới cây Picêa aôÌỂẵ (tùng Na Uy). Còn tốc dộ tăng trưỏDg của cây thông Scotỉand thì tăng khoảng 15% khi dùng dung dịch pH = 3,0 - 2,5 sau 4 năm, 80 với dung dịch pH = 5,6 - 6,1. trong khỉ độ pH = 2 thi lại cố dấu hiệu kim hăm đôi chút. Cây bạch duơQg iBetula verrucosa) thường được kích thích tàng trưởng nhanh trong môi trường acid.
Các loại rêu mốc Pleurotium schreiberi và Hylocomium splendens thường chiếm ưu th ế phủ bẻ trên mặt đất tại khu dồn điền này. Các loại đồng chủng cửa chúng thì mẫn cảm đối với mồi trường acid và bị thiệt hại nhiều trong ở dung dịch pH -* 3.
2. Các kết quả tương tự cũng được Tanun và Wiklander (1980) báo cáo kỉỉi quan sát tại Thụy Điển. Sau sáu năm, một cây thông Scotland 18 tuổi được tứới nước cổ độ đậm tưcrng đương 16, 33 hay 49 kg H2S04/ha/nàm đâ có
tác dộng chứt ít đến cây ; cây phát triển nhanh hctti 30% tại khu vực đất basal, có nhiều acid và không có phân NPK. Với NPK thì lại giảm 10% tại các nồng độ acid cao. Một sự thoái hóa trong lớp thực vật phủ sát mặt đất trong đó chủ yếu là rêu lông, cây bụi Calluna Vulgaris, sẽ xảy ra khi xử lý dung dịch acid nồng độ cao chung với phân. Nên chú ý là tác động tiêu cực thường xảy ra tại các vùng thông miền Bắc sau mỗi lần bốn phân, do sự tăng trưởng của các chủng loại ưa thích nitơ nhất như dâu dại {Rubus spp), rêu {Epilobium angustifolium) và một số các loại cỏ như agrossitis capiUaris và Descưapsia flexuosa (Kellner và Marshagen, 1991).
3. Do được kiểm soát tốt hơn, nên các thí nghiệm trong phòng với dung dịch mưa acid cho thấy các tác dụng của nước với cây trồng có kết quả khả quan hơn là tại hiện trường. Nhìn chung so vởi phần lớn các chủng loại được xem xét, thì hiện tượng sút giảm phát triển không thấy được với dung dịch pH > 3,0 và trong nhiều trường hợp sự phát triển còn tăng lên đối với các dung dịch dậm đặc hơn (Jacobson, Ỉ980). Trong một thí nghiệm trong nhà kính, Wood và Bormann (1976) đâ quan sát phát triển nhanh của bạch thông {Pinus strobus) ươm trong môi trường dung dịch pH = 2 , 3 - 4 so với môi trường acid pH = 5,6. Họ gắn hiện tượng này là do nguyên nhân tác dụng của phần
đ ạ m , v ì t r o n g d u n g d ị c h có c h ứ a y ế u tô ' d i n h d ư ỡ n g n à y v ớ i n ồ n g đ ộ t ư ơ n g đ ố i
24% của các anion. Sự gia tàng phát triển vẫn xảy ra mặc dầu có hiện tượng thiếu các cation bazơ từ lá vắ rễ thồng do xử lý tróng mỗi trứờng acid [xin tham khảo Fairfax và Lepp (1975), Wood và Borman (1975) và Lepp va Faỉrfax (1976) khi nghiên cứu hiện tượng leach ion acid tại các củ, nốt sần của rễ].
4. Trong một thí nghiệm khác, Percy (1983, 1986) đã tưới vườn ươm cây của 11 loại cây Bắc Mỹ, với dung dịch mưa acid có độ pH = 2,6 - 5,6. Cốc thiệt hại nghiêm trọng dưới dạng các vết lở lớn tại lá, nốt của rễ trên một số chủng loại chỉ xuất hiện với cường độ acid pH = 2,6. Các vết hư này có thể chiếm tới 10% diện tích ỉá, và phải cần một tuần liên tục xử ỉý bằng loại dung dịch acid mạnh này mới có kết quả trên. Tại đây, có chiều hưdng giảm sút về chiều cao táng trưởng, về gân, chóp lá, về hệ mao quản. Nhìn chung các chủng loại lá kim thì mẫn cảm hơn các loài lá rộng. Tuy nhiên, những tác động này không dủ để ảnh hưỏng đến Qãng suất gỗ.
Nhìn chung, hình như một số các cây cỗ mạch mao dẫn có thể không bị ảnh hưởng bởi các tác dụng trực tiếp, ngắn hạn, của mưa acid. Tuy nhiên, có thể có những tổn hại ngầm, trong những tác dụng tương hỗ với những yếu tố môi trường khác. Mưa acid chỉ là hiện tượng khu vực, nhưng sự giảm thiểu trong năng suất lại ảnh hưởng trên ỉdiu vực rộng lớn và do đó có tác hại kinh tế lớn. Khả năng này rõ ràng hơn đối với rừng và các thảm thực vật tự nhiên khác, còn trong đất trồng nông nghiệp thường chứa vôi cùng một tỷ lệ lớn
các chất acid nội sinh do sự phân hủy của phân bón và hoạt động thu hoạch hơn là nguyên nhân bởi các lắng tụ chất acid từ khí quyển.
Một sô' các nghiên cứu từ Tây Âu và Đông Bắc Mỹ đâ bàn tới việc giảm thiểu năng suất của rừng do các lắng tụ acid. Các nghiên cứu này đề cập dến các vòng tàng trưdng của cây trên những vùng địa lý rộng lớn, để tìm xem có hiện tượng suy giảm do tác động của các chất acid lắng tụ hay không (Johson và Sundberg, 1972; Âbraưâsen et al, 1976,1977 : Cogblli, 1977; Johnson et al, 1981; Siccama và al, 1982; Strand, 1983; Hornbeck et al, 1987b). Một số đông các nghiên cứu này đã chứng minh năng suất của một số các chủng loại mới đây đâ giảm thiểu tại một sô' khu vực. Tuy nhiên, hiện tượng bề rộng các vòng phát triển ngày càng càng hẹp là một hiện tượng của các rừng già cỗi do : (1) Sự gia tăng cạnh tranh giữa các yếu tố môi trường, khi rừng già đã đạt đến cao điểm phát triển của nó. (2) Việc ngưng tụ lại phần lớn các chất dinh dưỡng trong đất trong sinh khôi và trong khô'i các chất hữu cơ. Do đó cho tới nay vẫn khó phân biệt được qua sự nghiên cứu các vòng phát triển để tách được nguyên nhân nào do nền chung của môi trường, (như côn trùng cắn hại lá, thay đổi thời tiết...) và nguyên nhân nào do hiện tượng acid hóa hay do các yếu tố ô nhiễm khí quyển.
Ảnh hưởng miữ acld đến Rừng kinh tế và du lịch rừng
Rừng là nguồn iợi kinh tế khổng lồ và cực kỳ quan trọng không ahững của Việt Nam mà của nhiều quốc gia trên th ế giới (Canada, Hoa Kỳ, Scandi- navia,...). Hàng năm, hàng ngàn người được thuê làm công trong nhiều ngành công nghiệp liên quan đến rừng và gỗ rừng. Cứ một người trong 10 người dân ở Canada được thuê làm công trực tiếp hay gián tiếp trong những ngành công nghiệp như vậy. Thụy Điển và Na Uy cũng có cơ cấu việc làm giống như vậy.
Bên cạnh đó, rừng và hồ chứa nước ở các quốc gia này còn là những niơi du lịch và giải trí chủ yếu. Mưa acid đã dẫn đến sự phá hoại tiềm tàng và âm ỉ đe dọa tài nguyên rừng của chúng ta. Người ta đẫ chứng' minh rằng các cây con trong rừng cố thể bị phá hoại bởi các trận mưa acid trung binh (pH = 4,6). Nhiều nhà nghiên cứu đang bắt tay vào việc nghiên cứu, đánh giá vai trò của mưa acid trong việc gia tăng sự tổn thương do bệnh tật và côn trùng gây ra đối với cây rừng. Rõ ràng là sự phá hoại cành ỉá do mưa acid kỉiông được chứng minh một cách rõ ràng, như&g sự chết bi thảm và nổi bật của cây rừng ở Trung Âu là một thách thức cho những nghiên cứu này. Hàng ngàn hectare rừng thông và rừng cây vân sam ở Czechoslovakỉa và Đông Đức (cũ) đã bị chết trong 15 năm qua. Rừng của vùng núi Hartz Mountaỉns và Black
Porest ở Tây Đức (cũ) cũng đang trong tinh trạng báo động, ở đây cây sồi
iBeech) và cây vân sam chết hoặc giảm sự phát triển trên vùng đâ't cố khả năng đệm kém.
Theo giáo sư Bernhardt ưlrich đại học Gottingen ở Tây Đức, độ acid của mưa tăng lên ở Đức trong vòng 25 năm qua, kết hợp với tuyết bị acid hóa ỏ các vùng núi khổng iồ gây ra sự rửa trôi calcium và magnesium khỏi đâ't và đồng thời tâng nồng độ nhôm trong dung dịch đất. Vì vậy, tỉ lệ Ca ; AI bị giảm. Khi tỉ lệ phán tử gam này giảm xuống dưới 1, nhôm được hút vào trong các rễ cây nhỏ và những rễ cây này bị nhiễm độc tinh của nhôm; sau đó các rễ cây này bị chết hay bị giảm sức sống. Lần lượt sau đó nó sẽ cho các vi khuẩn hay nấm gây bệnh đi vào trong rễ làm nhiễm độc thân cầy và dần dần làm giảm sự tăng trưởng cùa cây. Hàm lượng nhôm tăng lên trong dung dịch đất thường thấy được rõ ràng trong những năm xảy ra các trận hạn hán khô'c liệt vào mùa hè như 1975 và 1976 ở Châu Àu. Trong những trường hợp này hàm lượng nhôm được tăng lên do sự cô cạn dung dịch đất gây ra bởi hạn hán. Chắc chắn rằng tốc độ suy giảm diện tích rừng xảy ra mau hơn từ năm 1975. Mức độ hoạt động công nghiệp cao ở Tây Đức và các vùng xung quanh được xem là yếu tố chính cho sự suy giảm này. Ảnh hưỏng khôc liệt nhầt gây ra do mưa acid đâ xảy ra ở các vùng núi cao. ở những khu rừng vùng cao, nước từ các đám mây acid dưới dạng sương mù "quét sạch" cây côl trong khoảng thời gian dài nhiều năm.
Một trong những khó khăn lớn nhất mà chúng ta phải đối mặt trong nghiên cứu sự tăng trưởng của cây rừng và ảnh hưởng có thể có của mưa acid đôi với nó là sự thay dểi rất lớn của sự tăng trưởng của cây từ năm này sang nàm khác do sự thay đểi khí hậu và sự tấn công của các loại côn trùng. Sự tăng trưởng cùa cây có thể khác nhau từ năm này sang năm khác. Vì vậy, cực kỳ khó khăn để tìm được những lời giải thích về nguyên nhân sự suy giảm khả năng tàng trưởng của cáy trong một khoảng thời gian ngắn. Những đánh giá kiểu này thường dựa trên vòng tuổi của cây. Những nghiên cứu như vậy đã dược thực hiện ở Hoa Kỳ và Na Uy nhutìg chỉ thu thập được một lượng dữ liệu hạn chế, nên đã rất khó khăn trong việc giải thích sự khác nhau giữa sự tăng trưởng thông thường và sự tăng trưdng trong điều kiện có mưa acid ở các thời kỳ khác nhau của cùng một loài cây, và đâ không đite ra điíợc kết iuận cuối cùng rõ ràng. Một nghiên cứu ở Hoa Kỳ đưa ra kết luận rằng : "Mưa acid được xem như là một yếu tố ngăn chặn sự phát triển các cánh rừng thông ở New Jersey". Nhưng một nghiên cứu khác đã kết luận rằng : "Không có một kết luận rõ ràng nào có thể đưa ra từ những dữ kiện thu thập này".
Những nghiên cứu trong phòng thí nghiệm được thực hiện như sau. Âcid được phun vào hay là những cây trồng thí nghiệm trong nhà kính (tức là trong những diều kiện kiểm soát dược). Hàng loạt các nghiên cứu kiểu này đă chứng minh rằng sự tăng trưởng của cây tăng lên theo độ tăng tính acid của các vòi phun cho đến khi pH = 3,0. Trong một nghiên cứu được tiến hành bdi cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA) vào năm 1980 cho thấy, sự tăng trưởng của các cây con tàng lên đã xảy ra ở 4 loài cây, trong khi 7 loài khác
khi 7 loài khác không bị ảnh hưởng cho đến khi pH giảm xuống 3,0. Người ta đă giả thuyết rằng tùy thuộc vào thành phần và tính chất của đất, ảnh hưởng của mưa acid lên sự tăng trưởng của cây là một ảnh hưởng tốt do suifur được hiỉt qua tán lá.
Những nghiên cứu chi tiết đâ được thực hiện trên cây thông Scotland ở Na Uy (1980). Nghiên cứu đă được tiến hành trên tán vòm của các cây này và giá trị pH thay đổi từ 5,6 giảm đến 2,0. ở cây thông S cotlan d, sự tăng trưởng cửa đường kính và chiều cao tăng lên trong 4 năm đầu của thí nghiệm, thậm chí ở pH = 2,0. Kết quả là do sự phong phú nitrogen từ acid nitríc thêm vào. ỈSThững dữ liệu này ít nhiều cũng đã cung cấp một sấ chứng cứ chứng minh mưa acid có ìợi cho rừng. Nhưng không may mắn cho những dữ ỉiệu lý thuyết này, trong khoảng thời gian hai năm tiếp theo trong nghiên cứu này những dữ liệu thu thập được lại trái ngược với xu hướng này do ảnh hưởng độc hại của nhôm trong dất bị acid hốa.
Điều quan trọng ỉà phải hiểu rằng bản tíiân đất acid chưa đến mức gây hại đếi với sự tăng trưởng của cây. Sự acid hóa của đất và sự rửa trôi các chất dinh dưỡng khỏi đất, đặc biệt là calcium, m àgnesỉum và các bazơ khác là những quá trình bình thường. Những cánh rừng nằm ở phương Bắc mênh mông trải dài khắp th ế giới d vĩ độ cao Bắc bán cầu đang phát triển trên đất acid từ thời kỳ băng hà cuối cùn* cách đây 10 đến 12.000 năm. Vì vậy những cây này dã thích nghi với đất acid. Vấn đề chúng ta phải trả lời trong việc đánh giá sự nguy hiểm của mưa acỉd là cố hay không độ acid hốa tăng sẽ thúc đẩy các khu rừng này vượt quá ngưỡng mà ở đổ chúng có thể thích nghi.
Câu trả lời này đặc biệt quan trong nhưng hiện nay chúng ta vẫn chưa được biết.
Ảnh hưdng khác của mưa acid đếi với rừng là sự rửa trôi các thành phần có thể hòa tan trong dimg dịch acid khôi các tán ỉá, các th&n cây và khỏi các lớp đất mặt. M ột số thành phần này sẽ bị lắng đọng iại trong đất, lọc thấm vào trong các hồ chứa, hệ thống thoát nước, hay lọc thấm, qua tầng chứa nưởc ngầm. Hàm ỉượng của K, Ca, Mg, Âl, và SO4 tăng lên trong các sông suối ỏ những vùDg bị ảnh hưởng bởi mưa acid được cho rằng có nguồn gốc từ đất.
Theo thời gian, các thành phần bazơ của đất này cũng sẽ bị suy kiệt, sự thiếu hụt chất dinh dưỡng xảy ra. Tính độc hại của nhốm cũng có thể gây ra ở đây.
Có hai nguyên nhân, sự có một hàm lượng nhốm cao gây hại cho nhiều loài cõy cao ở tầng trờn do ảnh hưởng của Iihụm iờn hệ rễ của chỳng. Đầu tiờnô
sự phân chia t ế bào trong hệ rễ bị ức chế, và rễ mất khả năng dễ uốn và dễ nắn trỏ nên ngắn và dễ găy. Tiếp đó, nhôm có một số ảnh hưởng đốỉ với các ion khác, trong số dó nố ngăn cản khả, nâng hấp thụ phosphorus và phosphorus sẽ kết tủa ở dạng aiumỉnum phosphate