Nghiên cứu một số yếu tố môi trường và hệ vi tảo tại hồ Hoàn Kiếm trước khi ứng dụng công nghệ hút bùn

Trong tự nhiên, tảo nở hoa thường ngắn, một hoặc hai tháng vì ảnh hưởng kết hợp của sự suy giảm chất dinh dưỡng và các loài ăn thực vật. Tảo nở hoa thường nối tiếp nhau ví dụ như nở hoa tảo lục có thể  kế tiếp theo của nở hoa tảo lam. Nghiên cứu nhận thấy, khi tỉ lệ N:P vượt qúa 29 có một sự thay đổi nở hoa chiếm ưu thế từ tảo lam tới tảo lục và tảo silic (Smith, 1983). Qúa trình sinh trưởng của tảo liên quan tới N và P trong nước. Nhìn chung, nồng độ phosphat 0,01mg/l sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho thực vật phát triển, trong khi nồng độ 0,03 - 0,1mg/l phosphat hoặc cao hơn sẽ gây ra nở hoa (USEPA, 1986; Dunne và Leopold, 1978).

Nhiều nghiên cứu trước đã công bố các dẫn liệu về khu hệ thực vật nổi trong nước hồ Hoàn Kiếm và nhìn chung đều phát hiện có sự phát triển nở rộ thực vật nổi đặc biệt là các loài tảo lam thuộc chi Microcystis. Trong điều kiện nước hồ bị ô nhiễm nặng như hiện nay, hiện tượng nở hoa nước xảy ra thường xuyên, việc tìm hiểu tác động của các yếu tố môi trường như hàm lượng T - P, T- N, các yếu tố vật lý và hiện tượng nở rộ thực vật nổi, đặc biệt vi khuẩn lam (VKL) độc là điều rất cần thiết trước khi hồ được cải tạo.

Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

Các mẫu thủy lí, thuỷ hóa và thủy sinh được tiến hành thu mẫu từ tháng 3 và liên tục từ tháng 6 đến tháng 12 năm 2008 ứng với 5 điểm khảo sát trên sơ đồ thu mẫu tại hồ Hoàn Kiếm và có toạ độ được xác định bằng máy GPS. Toạ độ các điểm được xác định trên hình 1.

Phương pháp nghiên cứu

- Các số liệu thủy lí (nhiệt độ, độ đục, độ dẫn, pH, DO) được đo đạc tại hiện trường bằng máy TOA (water quality checker, WQC- 22A).

Hình 1: Các điểm thu mẫu trên hồ Hoàn Kiếm

- Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm: Các số liệu T-N, T-P được xác định bằng các phương pháp tiêu chuẩn và hàm lượng Chl a (chỉ số sinh khối thực vật nổi) được xác định bằng phương pháp so màu trên máy UV - Vis (UV-2450).

Các mẫu định tính và định lượng thực vật nổi được thu bằng vợt lưới thực vật số N0 75. Các mẫu được cố định focmaldehyt 4% và được xác định thành phần loài bằng phương pháp so sánh hình thái theo khóa phân loại của Dương Đức Tiến (1996), Akihiko Shirota (1966)… định lượng tế bào bằng buồng đếm Sedgwick Raffter.

Kết quả và thảo luận

Kết quả các thông số thủy lí, thuỷ hoá

Các thông số thuỷ lí

Quan trắc và đo đạc thường xuyên các thông số vật lý như độ sâu, pH, nhiệt độ, độ đục và hàm lượng ôxy hòa tan trong nước (DO) được minh hoạ trên bảng 1.

Bảng 1. Dẫn liệu các thông số thuỷ lí trong môi trường nước tại hồ

Thời gian (tháng)	Độ sâu (m)	pH	Nhiệt độ (0C)	Độ đục	DO (mg/l)
3	0,75	7,80	21,37	140,47	4,92
6	0,82	9,54	29,36	214,40	6,87
7	1,08	9,34	30,48	179,80	4,68
8	1,10	9,90	31,24	-	1,40
10	1,24	9,26	26,78	-	6,14
11	1,10	7,26	22,10	-	6,16
12	1,04	6,96	18,22	140	8,38
Trung bình	1,03	8,59	26,29	168,67	4,79

Các số liệu chỉ ra rằng, mực nước trong hồ rất ít, trung bình chỉ còn 1m nước. Các nghiên cứu cho thấy mực nước hồ càng nông thì khả năng quang hợp càng tốt, thực vật nổi rất dễ bùng phát. Hàm lượng ôxy hòa tan, pH, nhiệt độ thay đổi và phụ thuộc vào các thời điểm lấy mẫu khác nhau. Đặc biệt, pH và DO thay đổi nhiều, pH dao động từ 6,96 tới 9,90 và DO từ 1,40 tới 8,38 mg/l. DO và pH được coi như là 2 yếu tố ảnh hưởng lớn tới sự sinh trưởng và phát triển của các loài vi tảo trong môi trường nước. Môi trường pH từ trung tính tới kiềm là điều kiện rất tốt cho sự phát triển của các loài tảo đặc biệt là vi khuẩn lam. Hàm lượng ôxy hoà tan trong nước hồ luôn lớn hơn 4mg/l, rất tốt cho sinh vật sống trong hồ. Tuy nhiên, tại thời điểm tháng 8 và 9 có sự biến động mạnh hàm lượng ôxy hoà tan lần lượt đo đạc được 1,4 và 3,88mg/l. Đặc biệt, vào tháng 8 DO trung bình trong hồ chỉ còn 1,4mg/l ảnh hưởng đến sự sống của các sinh vật trong hồ đặc biệt là cá.  

Các thông số nitơ - phospho - chlorophyll a trong môi trường nước hồ

Nitơ: Hàm lượng dinh dưỡng nitơ trong suốt thời gian nghiên cứu rất cao, trung bình đo được từ 4,45 đến 13,49mg/l và thay đổi khác nhau tùy thuộc vào thời điểm thu mẫu (hình 2). Hàm lượng dinh dưỡng nitơ cao nhất vào tháng 7 với 5 điểm khảo sát trên hồ dao động từ 9,14 đến 22,38mg/l. Với các thời điểm thu mẫu được nghiên cứu, nồng độ dinh dưỡng nitơ càng chứng tỏ hồ thuộc loại giàu dinh dưỡng (eutrophic).

Phospho: Hàm lượng dinh dưỡng phospho trong nước hồ rất cao. Các số liệu nghiên cứu trên hình 3 cho thấy hàm lượng P dao động trung bình từ 0,49 tới 3,31mg/l và biến đổi theo các thời điểm khác nhau. Với các số liệu nghiên cứu cho thấy hàm lượng phospho trong các tháng 6,7,8 tại các điểm lấy mẫu trên hồ tại cùng một thời điểm thì không có sự khác biệt rõ nét. Tuy nhiên, tại các tháng còn lại thì ngược lại, nồng độ P biến đổi mạnh qua các điểm thu mẫu trong hồ. Đặc biệt vào thời điểm tháng 10, tại các điểm giữa hồ hàm lượng P giảm hơn trong khi tại hai điểm đầu và cuối hồ thì lại tăng rất mạnh.

Hình 2: Sự thay đổi hàm lượng nitơ theo thời gian

Hình 3: Sự thay đổi hàm lượng phospho theo thời gian 

Trong suốt quá trình nghiên cứu, chúng tôi nhận thấy rằng tỉ lệ N/P từ 1,84 đến 27,71 và rất thay đổi. Hàm lượng nitơ và phospho nhiều gây ra hiện tượng nở hoa tảo và chính các yếu tố dinh dưỡng này là yếu tố giới hạn sự sinh trưởng của vi tảo. Các nghiên cứu trước chỉ ra rằng tỉ lệ N/P< 29 là điều kiện thích hợp nhất cho vi khuẩn lam phát triển. Tỉ lệ N/P tác động tại hồ là điều kiện rất tốt cho sự sinh trưởng của vi tảo đặc biệt là vi khuẩn lam. Các số liệu được chỉ ra trên bảng 2.   

Bảng 2. Dinh dưỡng N - P và tỉ lệ N/P

Thời gian (tháng)	T - N (mg/l)	T - P (mg/l)	Tỉ lệ: N/P
3	10,15	0,86	11,80
6	14,33	0,69	20,77
7	13,49	0,49	27,71
8	4,82	0,97	4,97
9	6,34	2,93	2,16
10	10,59	3,31	3,20
11	5,26	2,04	2,58
12	4,45	2,41	1,84
Trung bình	7,2	1,83	9,96

Chlorophyll a: Chlorophyll a được coi như là yếu tố đánh giá sinh khối của thực vật thủy sinh. Chlorophyll a càng cao, sinh khối thực vật càng nhiều. Số liệu được chỉ ra trên bảng 3.

Bảng  3. Hàm lượng chlorophyll a (mg/l) trong nước

Điểm	Tháng 7	Tháng 8	Tháng 9	Tháng 10	Tháng 11	Tháng 12
HK 1	261,70	185,12	160,20	437,88	138,84	240,30
HK 2	259,90	170,88	227,84	509,97	135,28	267
HK 3	286,60	194,02	146,85	477,04	151,30	250,98
HK 4	334,60	200,25	232,29	475,26	115,70	242,97
HK 5	307,90	192,24	186,90	446,78	105,02	184,23
Trung bình	290	188,50	190,82	469,40	129	237,10

Hàm lượng chlorophyll a rất cao, dao động từ 129mg/l tới 469,4mg/l. Tuy nhiên, hàm lượng chlorophyll a cũng không khác nhau nhiều giữa các điểm lấy mẫu vào cùng một thời điểm, chứng tỏ thực vật nổi được phân bố đồng đều trong hồ.

Nghiên cứu thành phần và mật độ thực vật nổi trong nước hồ

Thành phần thực vật nổi

Nghiên cứu thực vật nổi trong nước hồ cho thấy số loài vi tảo rất phong phú tới 61 loài với 4 ngành: ngành vi khuẩn lam 19 loài, tảo lục 37 loài, tảo silic 2 loài và tảo mắt 3 loài. Nhìn chung, thành phần thực vật không khác nhau nhiều theo thời gian nghiên cứu.

Tuy nhiên, ngành tảo lục có số lượng loài nhiều, phát hiện được 37 loài với các chi khác nhau Scenedesmus, Pediastrum, Chlorella.... trong đó tảo Scenedesmus có mặt với 16 loài. Tảo lam đã phát hiện được 19 loài theo thời gian nhưng vi khuẩn lam lại chiếm ưu thế trong quần xã thực vật phù du đặc biệt là các chi tảo lam độc như Microcystis aeruginosa, M. wesenbergii, M. viridis, M. botrys, Anabaena aphanizomoides, A. smithii, Cylindrospermopsis raborskii.

Mật độ thực vật nổi

 Mật độ thực vật nổi trong hồ rất phong phú chủ yếu là số lượng tế bào vi khuẩn lam mà điển hình là chi tảo lam độc Microcystis. Số lượng tế bào vi khuẩn lam khác cũng chiếm vị trí đáng kể đặc biệt vào tháng 11, 12 và nhất là tháng 7. Vào thời điểm tháng 7 vi khuẩn lam chiếm đại đa số trong hồ. Các số liệu nghiên cứu được thể hiện trên hình 4, 5 và 6.

Hình 4: Tỉ lệ tảo theo số lượng tế bào có trong hồ

Hình 5: Mật độ thực vật nổi theo thời gian 

Mật độ thực vật nổi theo thời gian có sự dao động khác biệt. Vào tháng 3, mật độ thực vật nổi cao nhất khoảng 46,89.104 tế bào/mL. Mật độ thực vật nổi trong nước hồ vào các tháng mùa mưa (6, 7 và 8) có sự giảm hơn hẳn và lại tăng lên ngay sau đó. Với thời tiết thuận lợi cùng với chế độ dinh dưỡng N, P trong hồ đã tạo điều kiện cho vi tảo phát triển mạnh và tăng lên nhiều về mật độ tế bào.

Hình 6: Mật độ trung bình của thực vật phù du trong nước hồ

Trong suốt thời gian nghiên cứu, mật độ trung bình của vi khuẩn lam rất lớn chiếm tới 97% tổng số thực vật nổi. Trong đó, chi Microcystis, vi khuẩn lam sợi lần lượt chiếm 72% và 25%, Mặt khác, số lượng tế bào thuộc chi tảo Scenedesmus, các chi khác thuộc ngành tảo lục và tế bào tảo mắt lần lượt chỉ chiếm 1%. 

Kết luận

Thông số thuỷ lí, thuỷ hoá trong nước hồ Hoàn Kiếm đã quan trắc và phân tích càng chứng tỏ môi trường nước trong hồ đang trong tình trạng phú dưỡng. Các thông số pH, DO... và hàm lượng dinh dưỡng nitơ, phospho rất thích hợp cho sự phát triển của vi tảo đặc biệt là vi khuẩn lam. Với các điều kiện như vậy, nếu không có những biện pháp khắc phục thì sự bùng phát vi tảo có thể xảy ra đặc biệt là các loài sản sinh ra độc tố.

Sinh khối thực vật nổi trong nước hồ rất cao thông qua kết quả phân tích hàm lượng Chlorophyll a rất cao. Mật độ tế bào vi tảo trong nước hồ lớn đặc biệt là chi tảo lam độc Microcystis chiếm đại đa số trong nước hồ.

Tài liệu tham khảo

1. Akihiko Shirota, 1966: The plankton of South Vietnam. Overseas Technical Cooperation Agency, Japan.
2. Takaaki Yamagishi, 1992: Plankton Algae in Taiwan (Formosa). Uchida Rokakuho, Tokyo.
3. Đặng Ngọc Thanh (chủ biên), Hồ Thanh Hải, Dương Đức Tiến, Mai Đình Yên, 2002: Thuỷ sinh học các thuỷ vực nước ngọt nội địa Việt Nam. NXB. Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
4. Dương Đức Tiến, 1996: Phân loại vi khuẩn lam ở Việt Nam. NXB. Nông nghiệp, Hà Nội.
5. Dương Đức Tiến, 1996: Tảo nước ngọt Việt Nam- Phân loại bộ tảo lục. NXB. Nông nghiệp, Hà Nội.
6. Nguyễn Văn Tuyên, 2003: Đa dạng sinh học tảo trong thủy vực nội địa Việt Nam. NXB. Nông nghiệp, Tp. Hồ Chí Minh.
7. www.scribd.com

Đặng Thị Thơm, Hoàng Trung Kiên, Vũ Thị Nguyệt, Đặng Đình Kim
Viện Công nghệ Môi trường - Viện KH&CNVN

(Tuyển tập báo cáo Hội nghị Sinh thái và Tài nguyên sinh vật lần thứ 3, 22/10/2009 - Viên ST&TNSV - Viện KH&CN Việt Nam)