SỰ PHÚ DƯỠNG: QUÁ TRÌNH, NGUYÊN NHÂN, HẬU QUẢ, GIẢI PHÁP - MÔI TRƯỜNG - 2025

Hiện tượng phú dưỡng là hiện tượng dư thừa chất dinh dưỡng góp phần tạo ra một lượng nước, tạo ra sự bùng nổ dân số tảo, vi khuẩn lam và thực vật thủy sinh. Đến lượt nó, hiện tượng này làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước và do đó, ảnh hưởng đến cuộc sống dưới nước.

Ôxy hòa tan giảm do tảo và thực vật ngập nước giảm quang hợp. Điều này xảy ra cả do sự tắc nghẽn của ánh sáng mặt trời do sự sinh sôi của thực vật trên bề mặt, cũng như tốc độ tiêu thụ oxy cao hơn của các quần thể này.

Tích tụ tảo do phú dưỡng.

Hiện tượng phú dưỡng có thể xảy ra do các nguyên nhân tự nhiên khi kích thước hoặc lưu lượng của một vùng nước bị giảm đi hoặc những trận mưa đặc biệt mang theo chất dinh dưỡng đến các vùng nước. Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, hiện tượng phú dưỡng xảy ra do nguyên nhân do con người tạo ra.

Vấn đề phú dưỡng đang gia tăng trên toàn thế giới và hơn một nửa số hồ trên thế giới bị ảnh hưởng bởi nó ở một mức độ nào đó. Tương tự, các vùng chết sinh sôi nảy nở trên các vùng biển do sự xuất hiện của hiện tượng này, xác định hơn 700 vùng trong số đó.

Quá trình của

Sự phú dưỡng bắt đầu với sự đóng góp vào nước của một lượng chất dinh dưỡng bất thường, đặc biệt là nitơ (N) và phốt pho (P). Những đóng góp này có thể đến từ cả nguồn tự nhiên và con người (nhân học), nhưng trong mọi trường hợp, chúng là sản phẩm và nguyên nhân của sự mất cân bằng sinh thái.

Các sinh vật ưa thích

Việc hấp thụ đặc biệt các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của thực vật tạo điều kiện cho sự phát triển của các loài thực vật thủy sinh và tảo xâm lấn. Nó có thể là cả thực vật phù du và tảo vĩ mô và sự sinh sôi của vi khuẩn lam cũng xảy ra.

Sự sinh sôi của tảo bằng hiện tượng phú dưỡng. Nguồn: Felix Andrews (Floybix)

Những sinh vật này có tốc độ sinh sản cao và phát triển nhanh, do đó có đủ chất dinh dưỡng, chúng có lợi thế cạnh tranh. Chúng phát triển trên bề mặt của nước và bao phủ toàn bộ bề mặt.

Ánh sáng

Tảo nổi và thực vật thủy sinh phủ trên bề mặt ngăn ánh sáng mặt trời xuyên qua các lớp nước bên dưới. Do đó, tảo và thực vật ngập nước không thể quang hợp và bắt đầu chết.

Oxy hòa tan

Sự tắc nghẽn của quá trình quang hợp dưới nước bởi sự phát triển bề ngoài của khối lượng thực vật cũng có nghĩa là sự giảm oxy hòa tan trong nước. Ngoài ra, các nguồn oxy hòa tan khác, chẳng hạn như trao đổi với khí quyển, bị hạn chế do sự tắc nghẽn của khối thực vật bề ngoài.

Nhu cầu oxy

Bên dưới bề mặt, hoạt động của các sinh vật phân hủy, đặc biệt là vi khuẩn và vi khuẩn cổ, tăng lên. Điều này có nghĩa là nhu cầu oxy hòa tan tăng lên, nhu cầu oxy hòa tan sẽ giảm xuống.

Sự gia tăng hoạt động phân hủy là hệ quả của việc cung cấp nhiều chất hữu cơ hơn do bùng nổ dân số trên bề mặt. Sự gia tăng cái chết của các sinh vật dưới nước cũng ảnh hưởng.

Sự đóng góp bên trong của chất hữu cơ và bên ngoài bởi nước thải bị ô nhiễm đòi hỏi nhiều oxy hơn cho sự ổn định sinh hóa của nó (Nhu cầu oxy sinh hóa). Khi oxy khan hiếm, các chất hữu cơ bán phân hủy tích tụ, toàn bộ hệ sinh thái rơi vào khủng hoảng và sự sống biến mất.

Nguyên nhân

Hiện tượng phú dưỡng là do nguồn cung cấp chất dinh dưỡng cao hơn mức cân bằng thông thường của hệ sinh thái. Điều này có thể xảy ra cả do nguyên nhân tự nhiên và nhân tạo, mặc dù nguyên nhân trước đây rất hiếm.

- Nguyên nhân tự nhiên

Ở Biển

Các dòng nước lạnh sâu có thể khiến quần thể thực vật phù du bùng nổ bằng cách hút chất dinh dưỡng từ đáy đại dương lên bề mặt (sinh vật sống). Cũng giống như vậy, tảo nở hoa hay nở hoa là hiện tượng tự nhiên do các yếu tố khác nhau tạo ra thuận lợi cho sự phát triển của thực vật phù du.

Trong những điều kiện thuận lợi đó, sự gia tăng quần thể bất thường của tảo hai lá và tảo cát xảy ra. Một số loài vi tảo là vô hại và có lợi, nhưng những loài khác là tảo độc, chẳng hạn như tảo hai lá thuộc chi Alexandrium.

Độc tính này là do vi tảo phát thải các chất độc như saxitoxin, ciguatoxin và gonyatoxin.

Trong nước ngọt

Các con sông ở nguồn gốc của chúng dọc theo kênh tạo ra những khúc quanh hoặc những đường cong được đánh dấu, đôi khi vẫn bị cô lập. Theo cách này, các đầm móng ngựa được tạo ra, được cung cấp bởi nước mưa, nước chảy tràn hoặc các dòng chảy tràn định kỳ của sông.

Trong các hồ chứa nước này có hàm lượng chất dinh dưỡng cao hơn so với sông, do không có dòng chảy ra ngoài. Do đó, hiện tượng phú dưỡng tự nhiên xảy ra cùng với sự sinh sôi của tảo và thảm thực vật thủy sinh.

- Nguyên nhân nhân học

Nguyên nhân quan trọng nhất của hiện tượng phú dưỡng ngày nay là do các hoạt động của con người làm ô nhiễm nguồn nước. Đặc biệt là nước thải không được xử lý thích hợp và ô nhiễm lan tỏa từ nông nghiệp, điều quan trọng nhất trên toàn thế giới.

Phân bón và thuốc trừ sâu

Phân bón hóa học bao gồm các hợp chất được đặc chế để cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của cây trồng. Công thức phân bón chính bao gồm đạm (N), phốt pho (P) và kali (K).

Sự phú dưỡng. Nguồn: F. lamiot (tác phẩm riêng)

Trong các hệ thống nông nghiệp, việc áp dụng các sản phẩm này không hiệu quả, vì vậy gần 60% được rửa bằng nước chảy. Những chất dinh dưỡng này kết thúc trong các vùng nước như sông hoặc cuối cùng là hồ và đại dương, được vận chuyển theo dòng nước chảy.

Nước thải đô thị

Nước thải từ nhà, văn phòng và nhà máy cung cấp một lượng lớn chất hữu cơ và chất vô cơ thúc đẩy quá trình phú dưỡng. Nước thải sinh hoạt mang theo một lượng lớn các chất hữu cơ mà nếu không được xử lý sẽ chảy vào các vùng nước.

Xà phòng và chất tẩy rửa được sử dụng trong vệ sinh cá nhân, gia đình và các cơ sở khác, cũng bao gồm phốt phát và nitrat.

Mưa axit

Các ngành công nghiệp thải ra khí có chứa oxit nitơ và các hợp chất khác vào bầu khí quyển. Các chất khí này khi phản ứng với hơi nước sẽ tạo ra các axit tạo ra kết tủa và đi đến các vùng nước.

Các hợp chất này là nguồn bổ sung nitrat, một trong những chất dinh dưỡng chính thúc đẩy sự phát triển của cây.

Sự nóng lên toàn cầu

Nhiệt độ toàn cầu tăng cao tạo điều kiện thuận lợi cho hiện tượng phú dưỡng do các vùng nước ấm thúc đẩy sự sinh sôi của tảo và thực vật thủy sinh. Mặt khác, lượng oxy hòa tan giảm tương ứng với sự tăng nhiệt độ của nước.

- Yếu tố góp phần

Các yếu tố khác góp phần vào sự phát triển của hiện tượng phú dưỡng, bao gồm thiếu khả năng di chuyển của nước, độ sâu nông, dòng chảy thấp và nhiệt độ nước cao. Hệ sinh thái thủy sinh càng ít nước hoặc tốc độ thay mới của nó càng chậm thì nó càng nhanh đạt đến độ bão hòa chất dinh dưỡng.

Kết quả

Hiện tượng phú dưỡng là một vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng chủ yếu đến các hệ sinh thái nước ngọt, nhưng nó cũng xảy ra ở các hệ sinh thái biển. Trên toàn thế giới, khoảng một nửa số hồ bị phú dưỡng ở mức độ nào đó và nhiều sông cũng như các vùng ven biển có vùng chết do nguyên nhân này.

- Sự biến mất của sự sống trong hệ sinh thái

Hậu quả chính của hiện tượng phú dưỡng là suy giảm đa dạng sinh học trong hệ sinh thái và cuối cùng là sự biến mất của các loài thủy sinh. Trong giai đoạn đầu, sự dư thừa chất dinh dưỡng tạo điều kiện cho sự sinh sôi nảy nở của các sinh vật xâm nhập có tốc độ sinh trưởng và sinh sản nhanh trong những điều kiện này.

Hiện tượng phú dưỡng ở sông Potomac (Hoa Kỳ). Nguồn: Alexandr Trubetskoy

Ở mức độ mà các loài này chiếm ưu thế, chúng chiếm chỗ của các loài còn lại trong hệ sinh thái, làm giảm tính đa dạng sinh học của chúng. Khi quá trình phú dưỡng diễn ra, các điều kiện ở tầng dưới nước trở nên bất lợi cho sự sống và sinh vật chết.

Bằng cách này, cá, tảo và thực vật chìm trong nước biến mất, cũng như các sinh vật sống dưới nước khác do thiếu oxy và ánh sáng. Đích đến cuối cùng, nếu quá trình phú dưỡng tiếp tục, là sự biến mất gần như hoàn toàn của các sinh vật dưới nước.

Khí độc

Hoạt động của vi khuẩn kỵ khí sinh ra các khí độc như hydro sunfua, gây chết nhiều thủy sinh vật.

Tác động đến toàn khu vực

Tác động mở rộng đến các hệ sinh thái trên cạn, vì những sinh vật sống phụ thuộc vào nguồn nước cũng bị diệt vong hoặc di cư. Nguyên nhân là do mất nguồn thức ăn và làm suy giảm chất lượng nước uống.

- Giảm sản lượng lương thực

Ở các khu vực phú dưỡng, sản lượng lương thực giảm do đánh bắt cá giảm vì sinh vật đầu tiên bị ảnh hưởng là cá. Chúng, trong trường hợp sông và biển, buộc phải rời khỏi khu vực, trong khi ở các hồ, chúng sẽ biến mất.

- Mất nguồn nước sinh hoạt

Nước uống phải đáp ứng các điều kiện chất lượng, bao gồm mức oxy hòa tan, độ pH và không có tạp chất hữu cơ và vô cơ. Khi hiện tượng phú dưỡng xảy ra, nước trong hệ sinh thái giảm hàm lượng oxy hòa tan và tích tụ một lượng lớn chất hữu cơ đang phân hủy.

Điều này có hại cho sức khỏe và gây ra mùi hôi và biến đổi màu sắc, không thể sử dụng làm nước uống. Độ pH của nước bị thay đổi, trở nên có tính axit hơn do sự hiện diện của các axit hữu cơ.

Tình trạng sức khỏe

Sức khỏe cộng đồng có thể bị ảnh hưởng bởi việc tiêu thụ nước không uống được từ các vùng nước phú dưỡng. Ngoài ra, sự gia tăng của một số loài vi tảo góp phần tạo độc tố cho nước và các sinh vật tiêu thụ nước.

Tương tự, sự gia tăng vi khuẩn kỵ khí tạo ra khí độc như hydro sulfua và mêtan.

- Giảm hoạt động du lịch

Hệ sinh thái dưới nước là cực quan trọng của việc thu hút khách du lịch, tạo ra nguồn lao động và sự phát triển của địa phương. Những lợi ích này đang bị đe dọa bởi hiện tượng phú dưỡng, vì nó ảnh hưởng đến cả đa dạng sinh học và các giá trị cảnh quan của khu vực.

- Thiệt hại kinh tế

Hậu quả của tất cả những điều trên, hiện tượng phú dưỡng dẫn đến thiệt hại kinh tế lớn về giảm đánh bắt cá, thu nhập từ du lịch và sử dụng nước.

Các giải pháp

Các giải pháp cho vấn đề phú dưỡng phải được tiếp cận từ quan điểm ngăn chặn hiện tượng và khắc phục nó.

- Phòng ngừa

Điểm khởi đầu cho việc ngăn chặn hiện tượng phú dưỡng là nhận thức của người dân về sự tồn tại, nguyên nhân và hậu quả của nó. Bằng cách này, công dân có thể vận động hành lang để các biện pháp cần thiết được thông qua.

Tránh nhiễm bẩn nước

Giải pháp cơ bản cho vấn đề phú dưỡng do nguyên nhân con người là giảm ô nhiễm nguồn nước. Muốn vậy, cần phải thực hiện xử lý đầy đủ nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp trước khi thải vào các vùng nước.

Cũng cần kiểm soát các nguồn ô nhiễm nước gián tiếp khác, chẳng hạn như khí thải tạo ra mưa axit.

Mô hình nông nghiệp và chăn nuôi mới

Ô nhiễm nước do hoạt động nông nghiệp và chăn nuôi có tính lan tỏa, tức là không xác định được chính xác các nguồn gây ô nhiễm. Theo cách đó, giải pháp cho vấn đề đóng góp của các chất ô nhiễm bởi các hoạt động này là thay đổi các phương án sản xuất công nghệ.

Nông nghiệp được yêu cầu sử dụng ít nguyên liệu đầu vào hơn, đặc biệt là phân bón và thuốc diệt cỏ, các hợp chất góp phần nitrit và phốt phát vào nước. Do đó, các hệ thống nông nghiệp với tuần hoàn khép kín của các chất dinh dưỡng như thủy canh ít gây ô nhiễm hơn về mặt đóng góp cho hệ sinh thái.

Cần chú ý đến việc quản lý chất thải hữu cơ, thu gom và xử lý nước thải trong hệ thống chăn nuôi.

- Biện pháp khắc phục hậu quả

Một khi quá trình phú dưỡng của một vùng nước đang diễn ra, có một số giải pháp thay thế để khắc phục vấn đề.

Chiết xuất khối rau

Với sự gia tăng của các loài thực vật thủy sinh nổi như lenna (họ Lennaceae), boa rô (Eichhornia crassipes) hoặc các loài khác, việc triển khai các chương trình thu hái là khả thi. Điều này bao gồm việc loại bỏ ồ ạt thực vật khỏi bề mặt của nước bằng cách sử dụng mayas kéo.

Lọc nước

Trong những trường hợp ô nhiễm nghiêm trọng, nước có thể được xử lý lọc bằng cách tuần hoàn từ vùng nước đến các nhà máy xử lý.

Kiểm soát sinh học

Có một số sinh vật tiêu thụ tảo và thực vật thủy sinh sinh sôi nảy nở trong quá trình phú dưỡng. Các sinh vật ăn cỏ dị dưỡng đã được sử dụng, tức là chúng tiêu thụ vi tảo để làm giảm các quần thể sinh sôi nảy nở trong hiện tượng phú dưỡng.

Tương tự như vậy, nấm Cercospora piaropi đã được sử dụng để kiểm soát Eichhornia crassipes, một loại thực vật hạt nổi sinh sôi nảy nở trong điều kiện phú dưỡng.

Kiểm soát hóa chất

Gây keo tụ và kết tủa vi tảo là một giải pháp thay thế, đặc biệt trong trường hợp tảo độc nở hoa. Điều này đạt được bằng cách thêm các sản phẩm như natri hypoclorit (NaOCl), đất sét (kaolinit) hoặc các kết hợp như polyal nhôm clorua với bentonit. Các sản phẩm này thu hút và bám dính các vi tảo, tạo thành các bông hoặc khối sau đó kết tủa xuống đáy.

Ví dụ về các khu vực có hiện tượng phú dưỡng

Hiện tượng phú dưỡng ở biển Caspi. Nguồn: Jeff Schmaltz, Nhóm phản ứng nhanh MODIS, NASA / GSFC

- Vùng hoặc vùng chết ở biển

Chương trình Môi trường Liên hợp quốc chỉ ra sự tồn tại của hơn 700 vùng chết trên các đại dương trên thế giới. Những vùng chết này là do nồng độ oxy hòa tan thấp do hiện tượng phú dưỡng và diện tích ước tính của chúng lớn hơn 240.000 km².

Vùng chết của Vịnh Mexico

Một trong những vùng biển chết rộng lớn nhất trên thế giới là cái gọi là Vùng chết của Vịnh Mexico. Đó là hơn 20.700 km² biển phải chịu các vấn đề nghiêm trọng về hiện tượng phú dưỡng, với sự gia tăng của các loài vi tảo và vi tảo trôi nổi.

Nguyên nhân trung tâm của hiện tượng phú dưỡng ở khu vực này là do nước bị ô nhiễm của sông Mississippi có cửa ở Vịnh. Mississippi chạy qua phần lớn khu vực nông nghiệp của Bắc Mỹ, là một lưu vực lưu vực có lượng chất ô nhiễm nông nghiệp cao.

- Biển Đen

Tại vùng biển nội địa nằm giữa châu Âu và châu Á này, sự gia tăng tảo nở hoa đã được báo cáo kể từ những năm 1970. Điều này đã dẫn đến sự suy giảm số lượng các loài sinh vật nước nông.

Theo thông tin từ Cơ quan Môi trường Châu Âu, hiện tượng thiếu oxy và thiếu oxy xảy ra vào mùa hè hàng năm là kết quả của hoạt động của tảo. Tất cả điều này là do sự phú dưỡng của các chất dinh dưỡng được cung cấp bởi các hoạt động nông nghiệp và công nghiệp trong lưu vực của biển này.

Nhạy cảm với hiện tượng phú dưỡng

Là vùng biển nội địa có kết nối đại dương gián tiếp duy nhất là kênh Bosphorus, quá trình đổi mới của vùng biển diễn ra rất chậm. Điều này, cùng với mức độ ô nhiễm cao trong các lưu vực nuôi nó, khiến nó đặc biệt dễ bị phú dưỡng.

Trên thực tế, nồng độ trung bình của nitrat và phốt phát đã tăng 18 lần từ năm 1960 đến năm 1992. Những đóng góp lớn nhất của các chất ô nhiễm đến từ các lưu vực sông Danube, Dnepr và Dniester.

- Hồ Valencia

Hồ này còn được gọi là hồ Los Tacariguas, nằm ở trung tâm phía bắc của Venezuela với diện tích 344 km². Nó tạo thành một lưu vực nội sinh, có nghĩa là đã khép kín, rộng 3.140 km². Nhiều phụ lưu của nó đi qua các thành phố ở trung tâm của đất nước như Valencia và Maracay, với dân số cao và các khu công nghiệp.

Lưu vực hồ Valencia (Venezuela). Nguồn: Fev

Phần lớn nước thải đô thị và công nghiệp được thải ra sông chuyển thành kênh thoát nước mà không được xử lý thích hợp. Điều này đã dẫn đến một lượng lớn chất ô nhiễm tích tụ trong nhiều thập kỷ, bao gồm các chất dinh dưỡng hữu cơ và vô cơ.

Kể từ năm 1974, nồng độ nitơ đã tăng gấp đôi và phốt pho tăng gấp ba lần trong hồ. Nằm trên mức được thừa nhận là 146% đối với nitơ và 250% đối với phốt pho. Tất cả những điều này đã gây ra hiện tượng phú dưỡng trên diện rộng mà ngày nay đã tiến bộ rất nhiều.

Người giới thiệu

1. Band-Schmidt, CJ, Bustillos-Guzmán, JJ, López-Cortés, DJ, Núñez-Vázquez, E. và Hernández-Sandoval, FE (2011). Hiện trạng nghiên cứu về sự nở hoa có hại của tảo ở Mexico. Thủy sinh học.
2. Calow, P. (Ed.) (1998). Bộ bách khoa toàn thư về sinh thái và quản lý môi trường.
3. Margalef, R. (1974). Hệ sinh thái. Phiên bản Omega.
4. Odum, EP và Warrett, GW (2006). Các nguyên tắc cơ bản của sinh thái học. Phiên bản thứ năm. Thomson.
5. Romero, J. (2017). Nghiên cứu hành vi lịch sử của chất hữu cơ và chất dinh dưỡng do các sông nhánh của Hồ Los Tacariguas đóng góp. Đại học Carabobo, Khoa Kỹ thuật, Tổng cục Nghiên cứu dành cho sinh viên tốt nghiệp, Thạc sĩ Kỹ thuật Môi trường.
6. Ruiz-Vanoye, JA và Díaz-Parra, O. (2015). Các cụm vùng chết trên biển. Tạp chí Khoa học.
7. Sar, EA, Ferrario, ME và Reguera, B. (Eds., 2002). Tảo có hại nở hoa ở American Southern Cone. Viện Hải dương học Tây Ban Nha. https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf0000215417
8. Viện tài nguyên thế giới, Bản đồ tương tác về hiện tượng phú dưỡng & thiếu oxy. (Như đã thấy vào ngày 7 tháng 2 năm 2020). Lấy từ: https: //www.wri.org/our-work/project/eutrophication-and-hypoxia/interactive-map-eutrophication-hypoxia