Tài liệu Nghiên cứu, đánh giá lắng đọng axit ở vùng đồng bằng sông hồng việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG ************************* PHẠM THỊ THU HÀ NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ LẮNG ĐỌNG AXÍT Ở VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI, NĂM 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG ************************* PHẠM THỊ THU HÀ NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ LẮNG ĐỌNG AXÍT Ở VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: Môi trường trong phát triển bền vững Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Hoàng Xuân Cơ 2. GS.TS Lê Trọng Cúc HÀ NỘI - Năm 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2014 Nghiên cứu sinh Phạm Thị Thu Hà LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành bản Luận án này, tôi xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Hoàng Xuân Cơ, GS.TS. Lê Trọng Cúc những người thầy đã tận tình hướng dẫn, động viên nhắc nhở và đóng góp những ý kiến quý báu để tôi hoàn thành Luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo ở Trung tâm Nghiên cứu Tài Nguyên và Môi trường, các thầy cô giáo Khoa Môi trường, các thầy cô Bộ môn Sinh Thái Môi trường đã đóng góp ý kiến, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu, cũng như hoàn thành mọi thủ tục trong quá trình học tập và bảo vệ Luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm Khí tượng Thủy văn và Môi trường, Trung tâm Quan Trắc và Mô hình hóa Môi trường, Trung tâm Môi trường - Viện Khí tượng Thủy Văn, phòng Phân tích Trung Tâm, khoa Nông học - Đại học Nông nghiệp I Hà Nội và phòng thí nghiệm Viện KH & CNMT- Đại học Bách Khoa Hà Nội, khoa Sinh học trường Đại học Khoa học Tự nhiên và khoa Sinh học trường ĐHSP 1 Hà Nội, gia đình bà Phạm Thị Ngừng ở Hải Dương đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thu thập số liệu, làm thực nghiệm để hoàn thành Luận án. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới gia đình của tôi, các đồng nghiệp, bạn bè đã giúp đỡ và cổ vũ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện Luận án. Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2014 Nghiên cứu sinh Phạm Thị Thu Hà MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC ..........................................................................................................i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ...............................................iv DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................v DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................vii MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................... 6 1.1. Một số vấn đề chung liên quan đến lắng đọng axít ..........................................6 1.1.1. Khái niệm lắng đọng axít ...........................................................................6 1.1.2. Nguyên nhân và cơ chế gây lắng đọng axít ................................................7 1.1.3. Các quá trình vận chuyển, chuyển hóa và lắng đọng axít ........................10 1.1.4. Cách nhận biết lắng đọng axít ..................................................................13 1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu ở nước ngoài liên quan đến lắng đọng axít .................................................................................................13 1.2.1. Tình hình lắng đọng axít trên thế giới ......................................................13 1.2.2. Ảnh hưởng của lắng đọng axít đến các hệ sinh thái, các công trình kiến trúc và sức khỏe con người ................................................................16 1.2.3. Những nỗ lực trong hoạt động kiểm soát lắng đọng axít .........................33 1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước liên quan đến lắng đọng axít ....36 Kết luận chương 1 ...............................................................................................40 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............. 43 2.1. Đối tượng nghiên cứu .....................................................................................43 2.2. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................43 2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................44 2.3.1. Phương pháp điều tra khảo sát thực địa và thu thập số liệu .....................45 2.3.2. Phương pháp tính toán các đặc trưng lắng đọng axít ...............................45 2.3.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm .................................................................47 2.3.4. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm ........................................1 2.3.5. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu .....................................................2 2.3.6. Phương pháp mô hình hóa môi trường .......................................................3 2.3.7. Phương pháp xây dựng phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu và đánh giá hiện trạng lắng đọng axít ............................................................................5 Kết luận chương 2 ............................................................................................. 6 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................... 7 3.1. Đánh giá hiện trạng và tải lượng lắng đọng axít ở một số khu vực đồng bằng sông Hồng (Hà Nội, Hải Phòng, Hải Dương, Ninh Bình) ............7 3.1.1. Hiện trạng mưa axít ....................................................................................7 3.1.2. Tải lượng lắng đọng axít...........................................................................24 3.2. Đánh giá ảnh hưởng của mưa axít đến một số tính chất đất trồng đậu Cô ve (Phaseolus vulgaris L.) .................................................................39 3.2.1. Chất lượng đất làm thí nghiệm .................................................................39 3.2.2. Ảnh hưởng của mưa axít đến độ chua của đất .........................................39 3.2.3. Ảnh hưởng của mưa axít đến hàm lượng chất hữu cơ của đất (OM) ......41 3.2.4. Ảnh hưởng của mưa axít đến hàm lượng N, P, K dễ tiêu trong đất .........42 3.2.5. Ảnh hưởng của mưa axít đến CEC và hàm lượng các cation Ca2+, Mg2+ trao đổi trong đất .....................................................................44 3.2.6. Ảnh hưởng của mưa axít đến hàm lượng SO42- trong đất........................47 3.2.7. Ảnh hưởng của mưa axít đến hàm lượng Al3+, Fe3+, Mn2+ trong đất .......48 3.3. Đánh giá ảnh hưởng của mưa axít đến sự sinh trưởng và phát triển của cây đậu Cô ve (Phaseolus vulgaris L.) ............................................................1 3.3.1. Tỉ lệ nảy mầm .............................................................................................1 3.3.2. Thời gian nảy mầm .....................................................................................3 3.3.3. Thời gian diệp lục hóa lá mầm (TGDLHLM) ............................................4 3.3.4. Chiều cao thân ............................................................................................6 3.3.5. Số nhánh/cây ...............................................................................................7 3.3.6. Cường độ quang hợp ..................................................................................2 3.3.7. Cường độ thoát hơi nước ............................................................................4 3.3.8. Hàm lượng diệp lục ....................................................................................6 3.4. Đề xuất một số giải pháp đóng góp cho việc kiểm soát lắng đọng axít ...........9 3.4.1. Khả năng ứng dụng mô hình Rains -Asia 7.52.2 để nghiên cứu đánh giá, dự báo mức độ phát thải khí SO2 và lượng lắng đọng S tại vùng đồng bằng sông Hồng Việt Nam ......................................................10 3.4.2. Xây dựng phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu và đánh giá hiện trạng lắng đọng axít ở vùng đồng bằng sông Hồng Việt Nam ..........................23 3.4.3 Đề xuất giải pháp giảm thiểu sự phát thải các chất khí gây lắng đọng axít.............................................................................................34 Kết luận chương 3 ........................................................................................... 40 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 41 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ....................................................................... 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 46 CÁC PHỤ LỤC CỦA LUẬN ÁN .................................................................. 62 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ca2+TĐ Canxi trao đổi CEC Dung tích trao đổi cation CEETIA Trung tâm Kỹ thuật Môi trường đô thị và Khu công nghiệp CT Công thức CSDL Cơ sở dữ liệu ĐC Đối chứng ĐBSH Đồng bằng sông Hồng ĐDSH Đa dạng sinh học EANET Mạng lưới quan trắc lắng đọng axít vùng Đông Nam Á EEC Ủy ban kinh tế Châu Âu HST Hệ sinh thái Kdt Kali dễ tiêu KTTV Khí Tượng Thủy Văn LM Lượng mưa MĐN Mẫu đất nền Mg2+TĐ Magie trao đổi Ndt Nitơ dễ tiêu nss non-sea-salt OM Chất hữu cơ Pdt Phốt pho dễ tiêu TB Trung bình TGDLHLM Thời gian diệp lục hóa lá mầm Tp Thành phố TS Tần suất SPAD Single-photon avalanche diode, a solid-state electronic photodetector DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Ngưỡng pH đối với sự tồn tại của một số loài sinh vật ............................18 Bảng 2.1. Các công thức thí nghiệm .........................................................................50 Bảng 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm .............................................................................51 Bảng 3.1. Giá trị pH nước mưa trung bình năm của 5 trạm thuộc đồng bằng sông Hồng giai đoạn 2006 - 2012 ....................................................................10 Bảng 3.2. Kết quả tính toán tỷ lệ nồng độ các thành phần hóa học nước mưa tại trạm Láng - Hà Nội giai đoạn 2006 – 2012 ........................................19 Bảng 3.3. Kết quả tính toán tỷ lệ nồng độ các thành phần hóa học nước mưa tại trạm Phủ Liễn - Hải Phòng giai đoạn 2006 – 2012 ..............................................20 Bảng 3.4. Kết quả tính toán tỷ lệ nồng độ các thành phần hóa học nước mưa tại trạm Tp Hải Dương giai đoạn 2006 – 2012 .........................................................20 Bảng 3.5. Kết quả tính toán tỷ lệ nồng độ các thành phần hóa học nước mưa tại trạm Tp Ninh Bình giai đoạn 2006 – 2012 ..........................................................20 Bảng 3.6. Kết quả tính toán tỷ lệ nồng độ các thành phần hóa học nước mưa tại trạm Cúc Phương - Ninh Bình giai đoạn 2006 – 2012 ........................................21 Bảng 3.7. Tải lượng lắng ướt của S và N ở Hà Nội, Hải Dương, Hải Phòng và Ninh Bình ...........................................................................................30 Bảng 3.8. Nồng độ trung bình của các khí SO2, NOx ở Hà Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Ninh Bình giai đoạn 2006 – 2012 ......................................33 Bảng 3.9. Tải lượng lắng khô của S và N ở Hà Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Ninh Bình và Cúc Phương giai đoạn 2006 – 2012 ................................34 Bảng 3.10. Tải lượng lắng đọng S và N ở Cúc Phương - Ninh Bình giai đoạn 2006-2012 ..................................................................................................37 Bảng 3.11. Các kịch bản cho trước ...........................................................................11 Bảng 3.12. Mức tiêu thụ năng lượng theo từng loại nhiên liệu ................................12 Bảng 3.13. Danh mục kí hiệu các loại nhiên liệu .....................................................13 Bảng 3.14. Mức tiêu thụ năng lượng theo từng ngành .............................................14 Bảng 3.15. Danh mục kí hiệu các lĩnh vực/loại hình sử dụng năng lượng ...............14 Bảng 3.16. Năng lượng tiêu thụ bởi nhiên liệu trong từng ngành vào năm 2015 ............................................................................................................15 Bảng 3.17. Mức phát thải SO2 theo từng loại nhiên liệu ...........................................16 Bảng 3.18. Mức phát thải SO2 từ các loại hình hoạt động sản xuất ..........................17 Bảng 3.19. Mức phát thải SO2 từ sử dụng nhiên liệu theo từng ngành năm 2015 ................................................................................................18 Bảng 3.20. Chi phí giảm thiểu phát thải SO2 từ việc sử dụng nhiên liệu .................18 Bảng 3.21. Các kịch bản cho trước ...........................................................................19 Bảng 3.22. Lượng lắng đọng S theo kịch bản bl_cle vào năm 2015 ........................20 Bảng 3.23. Lượng lắng đọng S theo kịch bản bl_no_control vào năm 2015 ............21 Bảng 3.24. Tỷ lệ phần trăm hệ sinh thái bị ảnh hưởng .............................................22 Bảng 3.25. Các file cở sở dữ liệu về lắng đọng axít tại khu vực nghiên cứu ...........26 Bảng 3.26. Danh mục một số bảng trong cơ sở dữ liệu sử dụng trên phần mềm .............................................................................................28 Bảng 3.27. Bảng dữ liệu của lắng ướt NO3- trong nước mưa trong CSDL ..............33 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Nguồn gốc gây lắng đọng axít .................................................................10 Hình 1.2. Sự suy giảm pH của hồ Gårdsjön, Thụy Điển ........................................21 Hình 1.3. Sự suy giảm sản lượng cá Hồi trong các con sông bị axít hóa ở phía Nam của Na Uy .............................................................................................21 Hình 1.4. Giải pháp giảm sự axít hóa trong các hồ ở Thụy Điển ............................21 Hình 1.5. Một khu rừng ở Đức năm 1970 ................................................................24 Hình 1.6. Sự thiệt hại rừng ở Đức do mưa axít năm 1986 .......................................24 Hình 1.7. Bức tượng đá trong lâu đài Herten, Quận Ruhr, Đức - được khắc năm 1702. Ảnh chụp năm 1908 ....................................................32 Hình 1.8. Bức tượng đá trong lâu đài Herten, Quận Ruhr Đức. Ảnh chụp năm 1969 ..................................................................................................................32 Hình 2.1. Các phương pháp nghiên cứu chính được sử dụng trong luận án .............44 Hình 3.1 (a, b, c, d, e). Tỷ lệ mưa axít (%) ở một số khu vực thuộc đồng bằng sông Hồng - Việt Nam giai đoạn 2006 - 2012 ................................9 Hình 3.2 (a, b, c, d, e). Biến động pH qua các tháng của các trạm thuộc khu vực đồng bằng sông Hồng giai đoạn 2006 - 2012 ...................................12 Hình 3.3. Nồng độ TB của các ion chính trong nước mưa tại một số khu vực thuộc đồng bằng sông Hồng giai đoạn 2006 - 2012 ...................................14 Hình 3.4. Giá trị pH và nồng độ các ion chính trong mùa mưa và mùa khô (mg/l) tại các trạm của một số khu vực thuộc đồng bằng sông Hồng giai đoạn 2006 - 2012 .............................................................................17 Hình 3.5. Tỷ lệ xuất hiện mưa axít (%) theo mùa tại một số trạm khu vực thuộc đồng bằng sông Hồng giai đoạn 2006 - 2012 ...........................18 Hình 3.6 (a, b, c, d, e). So sánh sự biến thiên của giá trị pH và pAi tại các trạm thuộc khu vực đồng bằng sông Hồng giai đoạn 2006 - 2012 ................23 Hình 3.7 (a, b, c, d, e). Tải lượng lắng ướt của các ion tại 5 trạm thuộc đồng bằng sông Hồng - Việt Nam qua các năm giai đoạn 2006 - 2012 .........26 Hình 3.8. Sơ đồ tính lắng ướt axít .............................................................................30 Hình 3.9. Tải lượng lắng S và N ở ............................................................................35 Hà Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Ninh Bình giai đoạn 2006-2012 ...........................35 Hình 3.10. Tải lượng lắng đọng S, N ở Hà Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Ninh Bình và Cúc Phương giai đoạn 2006-2012 ...................................37 Hình 3.11. Giá trị pH của đất trồng cây đậu Cô ve ...................................................39 Hình 3.12. Hàm lượng chất hữu cơ (OM) trong đất trồng cây đậu Cô ve ................41 Hình 3.13. Hàm lượng N, P và K dễ tiêu trong đất trồng đậu Cô ve ........................43 Hình 3.14. Hàm lượng Ca2+TĐ, Mg2+TĐ và CEC của đất trồng đậu Cô ve ................45 Hình 3.15. Triệu chứng quan sát được của cây đậu Cô ve thí nghiệm .....................46 Hình 3.16. Hàm lượng SO42- trong đất trồng đậu Cô ve ...........................................48 Hình 3.17. Hàm lượng Al3+, Fe3+, Mn2+ trong đất trồng đậu Cô ve ..........................49 Hình 3.18. Tỷ lệ nảy mầm của đậu Cô ve ở các công thức thí nghiệm ......................1 Hình 3.19. Thời gian nảy mầm của cây đậu Cô ve ở các công thức thí nghiệm ........3 Hình 3.20. Thời gian DLHLM của cây đậu Cô ve ở các công thức thí nghiệm .........5 Hình 3.21. Chiều cao cây đậu Cô ve ở thời kỳ khi cây có 5-7 lá, bắt đầu ra hoa và ra quả ...........................................................................................................6 Hình 3.22. Số nhánh/cây đậu Cô ve ở thời kỳ bắt đầu ra hoa .....................................8 Hình 3.23. Cường độ quang hợp của cây đậu Cô ve ở thời kỳ khi cây có 5-7 lá, bắt đầu ra hoa và ra quả...............................................................................2 Hình 3.24. Cường độ thoát hơi nước của cây đậu Cô ve ở thời kỳ khi cây có 5-7 lá, bắt đầu ra hoa và ra quả ........................................................................4 Hình 3.25. Mối quan hệ giữa cường độ thoát hơi nước và cường độ quang hợp của cây đậu Cô ve......................................................................................5 Hình 3.26. Chỉ số SPAD của cây đậu Cô ve ở ve ở thời kỳ khi cây có 5-7 lá, bắt đầu ra hoa và ra quả...............................................................................6 Hình 3.27. Mối tương quan giữa chỉ số SPAD và cường độ quang hợp của cây đậu Cô ve .......................................................................................................8 Hình 3.28. Biểu đồ biểu diễn mức tiêu thụ năng lượng theo từng loại nhiên liệu ............................................................................................................12 Hình 3.29. Mức phát thải SO2 theo từng loại nhiên liệu ...........................................16 Hình 3.30. Chi phí giảm thiểu sự phát thải SO2 trong các ngành sản xuất ...............19 Hình 3.31. Lượng lắng đọng S theo kịch bản bl_cle vào năm 2015 ở Việt Nam và một số quốc gia trong khu vực .........................................................20 Hình 3.32. Lượng lắng đọng S theo kịch bản bl_no_control vào năm 2015 ở Việt Nam và một số quốc gia trong khu vực .........................................................21 Hình 3.33. Tỷ lệ phần trăm hệ sinh thái bị ảnh hưởng..............................................22 theo các kịch bản khác nhau ở Việt Nam năm 2015 .................................................22 Hình 3.34: Giao diện công cụ lập trình C#.NET 2010 ............................................24 Hình 3.35. Phương pháp truy nhập cơ sở dữ liệu của MS Access và SQL server ............................................................................................................25 Hình 3.36. Cửa sổ chính của phần mềm được thiết kế .............................................25 Hình 3.37: Chức năng lựa chọn địa bàn nghiên cứu và đọc CSDL ..........................29 bằng cách lựa chọn trên bản đồ .................................................................................29 Hình 3.38. Danh mục các biểu đồ/đồ thị trong phần mềm .......................................30 Hình 3.39. Tỷ lệ mưa axít ở Cúc Phương .................................................................30 Hình 3.40. Mối quan hệ giữa pH và pAi ở Hà Nội qua các năm .............................31 Hình 3.41. Tải lượng lắng ướt NO3- trong nước mưa ở Hà Nội ...............................31 Hình 3.42. Tải lượng lắng ướt các ion trong nước mưa ở Hà Nội ............................32 Hình 3.43. Tải lượng lắng đọng của S tại Hà Nội....................................................32 Hình 3.44. Sơ đồ hệ thống hấp thụ SO2 bằng đá vôi ................................................37 Hình 3.45. Sơ đồ xử lý SO2 bằng amoniac ...............................................................39 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Lắng đọng axít (Acid deposition) hiện đang là một trong những vấn đề nhiễm bẩn môi trường nghiêm trọng nhất không chỉ vì mức độ ảnh hưởng mạnh mẽ của chúng tới cuộc sống của con người và các hệ sinh thái mà còn vì quy mô tác động của chúng đã vượt ra khỏi phạm vi kiểm soát của mỗi quốc gia và nhân loại đang phải xem xét những ảnh hưởng của chúng ở quy mô khu vực và toàn cầu. Lắng đọng axít là một hiện tượng đã được phát hiện từ lâu song được chú ý nhiều nhất từ khoảng những năm 80 cho tới nay do tác hại của chúng gây ra ở nhiều quốc gia, khu vực trên thế giới. Lắng đọng axít được tạo thành trong điều kiện khí quyển bị ô nhiễm do sự phát thải quá mức các khí SO2, NOx từ các nguồn thải công nghiệp và các nguồn ô nhiễm khác, có khả năng lan xa tới hàng trăm, hàng ngàn kilomet. Bởi vậy, có thể nguồn phát thải sinh ra từ quốc gia này song lại có ảnh hưởng tới nhiều quốc gia khác do sự chuyển động quy mô lớn trong khí quyển. Thuật ngữ “Lắng đọng axít” bao gồm cả hai hình thức: lắng khô (dry deposition) và lắng ướt (wet deposition). Lắng ướt thể hiện dưới nhiều dạng như mưa, tuyết, sương mù, hơi nước có tính axít, còn lắng khô bao gồm các khí (gases), các hạt bụi (particulates) và các son khí (aerosols) có tính axít. Mưa axít là một dạng thể hiện của lắng ướt [31, 44, 83]. Cũng cần nói thêm rằng, trong giới chuyên môn đôi khi người ta dùng thuật ngữ "Lắng đọng axít" (Acid deposition), thay vì mưa axít (Acid rain). Hai thuật ngữ này khác nhau ở chỗ "lắng đọng axít" là sự lắng đọng của axít trong khí quyển xuống bề mặt trái đất (kể cả dạng khô [các hạt bụi] hay dạng ướt [mưa axít]), còn "mưa axít" chỉ thuần túy nói về sự lắng đọng axít trong khí quyển xuống bề mặt trái đất ở dạng ướt. Theo định nghĩa của Uỷ ban Kinh tế Châu Âu (EEC) thì mưa có chứa các axít H2SO4 và HNO3 với pH ≤ 5,5 là mưa axít [51, 62]. Tuy vậy, quy định về giá trị giới hạn của pH ứng với mưa axít ở những nước khác nhau có khác nhau, ví dụ ở Mỹ quy định mưa axít là nước mưa có pH ≤ 5,0 còn ở nhiều quốc gia trên thế giới như Ấn Độ, Inđônêxia, Hàn Quốc, Thái Lan,.. Việt Nam thì nước mưa có pH < 5,6 là mưa axít [42, 99]. Hiện tượng lắng đọng axít thường xảy ra ở các khu vực có mức độ công nghiệp hoá cao như Châu Âu, Bắc Mỹ và hiện nay phạm vi tác động của nó đã mở rộng ra ở khu vực Châu Á [106]. Lắng đọng axít gây ra những hậu quả nghiêm trọng về người và của như làm hư hại mùa màng, giảm năng suất cây trồng, phá hủy các rừng cây, đe dọa cuộc sống của các loài sinh vật ở dưới nước và trên cạn, phá hoại các công trình kiến trúc, xây dựng và ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người. Thiệt hại hàng năm trên toàn cầu ước tính tới hàng tỷ đô la Mỹ [104, 126, 132]. Những tác động tiêu cực này thường kéo dài và khó khắc phục. Bởi vậy, hiện nay lắng đọng axít là vấn đề mà toàn nhân loại quan tâm và việc duy trì chất lượng môi trường sinh thái nhằm hướng tới phát triển bền vững đang là yêu cầu đặt ra đối với toàn thế giới cũng như đối với mỗi một quốc gia. Ở Việt Nam, mặc dù quá trình công nghiệp hoá và đô thị hoá chưa ở mức cao như trên thế giới và khu vực, nhưng đang có tiềm năng lắng đọng axít cao, một mặt là do mức tăng trưởng mạnh về kinh tế của đất nước, mặt khác các chất axít được vận chuyển đến từ các quốc gia lân cận cũng đang trên đà phát triển kinh tế do nước ta có đường biên giới đất liền và biển rất lớn [14, 16, 17]. Một số nghiên cứu của các tác giả trong nước đã khẳng định rằng lắng đọng axít thực tế đã xảy ra ở nước ta, và tình hình lắng đọng axít đang xảy ra ở hầu hết ở các tỉnh thành trong cả nước, chủ yếu tại những thành phố đông dân và tập trung nhiều khu công nghiệp [13, 17, 24, 133]. Chính vì vậy, hiện tượng lắng đọng axít đã được đề cập trong các báo cáo hiện trạng môi trường toàn quốc của các năm gần đây. Đồng bằng sông Hồng là vùng kinh tế trọng điểm, giàu tiềm năng và là một trong 5 vùng quan trọng của cả nước bao gồm 11 tỉnh, thành phố [8]. Đây là nơi diễn ra nhiều hoạt động kinh tế sôi nổi, có nhiều khu công nghiệp phát triển mạnh, nơi sử dụng nhiều phương tiện giao thông và là nơi tiêu thụ nhiều loại nhiên liệu hóa thạch. Các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội trong vùng gây gia tăng đáng kể sự phát thải các khí gây lắng đọng axít cũng như những vấn đề về ô nhiễm không khí [8, 14, 36]. Cùng với đó lượng lắng đọng axít sẽ là rất lớn, và một cách trực tiếp hay gián tiếp sẽ ảnh hưởng tới các hệ sinh thái, các công trình kiến trúc và cuộc sống của con người. Do đó, việc nghiên cứu đánh giá lắng đọng axít là rất quan trọng trong xây dựng lộ trình kiểm soát sự phát thải các khí gây lắng đọng axít, góp phần cải thiện chất lượng không khí không những cho tại chỗ mà còn toàn cầu, cũng như nhằm làm giảm chi phí trong việc xử lý các thiệt hại do lắng đọng axít gây ra đối với môi trường, các công trình kiến trúc và sức khỏe của con người, hướng tới phát triển bền vững đất nước và khu vực trong quá trình phát triển kinh tế, xã hội. Với xuất phát điểm này, chúng tôi đã thực hiện đề tài: "Nghiên cứu, đánh giá lắng đọng axít ở vùng đồng bằng sông Hồng Việt Nam". 2. Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá hiện trạng và tải lượng lắng đọng axít ở khu vực nghiên cứu. - Nghiên cứu ảnh hưởng của mưa axít đến một số tính chất của đất, sự sinh trưởng và phát triển của cây đậu Cô ve (Phaseolus vulgaris L.). - Đề xuất một số giải pháp đóng góp cho việc kiểm soát lắng đọng axít ở khu vực nghiên cứu. 3. Nội dung nghiên cứu 3.1. Đánh giá hiện trạng và tải lượng lắng đọng axít ở khu vực nghiên cứu bao gồm: - Đánh giá tần suất mưa axít, giá trị pH và nồng độ các ion chính trong nước mưa, sự biến đổi ion theo mùa, các thành phần chính làm thay đổi giá trị pH trong nước mưa, biện luận sự trung hòa tính axít trong nước mưa thông qua chỉ số pAi. - Đánh giá tải lượng lắng đọng axít (tải lượng lắng ướt của các ion chính trong nước mưa, tải lượng lắng đọng của S và N) ở khu vực nghiên cứu. 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của mưa axít đến một số tính chất của đất, sự sinh trưởng và phát triển của cây đậu Cô ve bao gồm: - Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng phối hợp của 3 thành tố mưa axít (pH, tần suất mưa, lượng mưa) đến tính chất của đất trồng đậu Cô ve thông qua một số chỉ tiêu pHKCl, pHH2O, CEC, Ca2+, Mg2+ trao đổi (Ca2+TĐ, Mg2+TĐ), chất hữu cơ (OM), N, P, K dễ tiêu ( Ndt, Pdt, Kdt), Al3+, Fe3+, SO42-, Mn2+. - Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng phối hợp của 3 thành tố mưa axít (pH, tần suất mưa và lượng mưa) đến một số chỉ tiêu sinh trưởng và phát triển của cây đậu Cô ve (tỷ lệ nảy mầm, thời gian nảy mầm, thời gian diệp lục hóa lá mầm, chiều cao cây, số nhánh/cây, cường độ quang hợp, hàm lượng diệp lục thông qua chỉ số SPAD và cường độ thoát hơi nước), trên cơ sở đó xác định được mối quan hệ giữa các thành tố của mưa axít với các chỉ tiêu sinh trưởng và phát triển của cây đậu Cô ve. 3.3. Đề xuất một số giải pháp đóng góp cho việc kiểm soát lắng đọng axít ở khu vực nghiên cứu: - Khả năng ứng dụng mô hình Rains - Asia 7.52.2 trong nghiên cứu đánh giá, dự báo mức độ phát thải, chi phí giảm thiểu phát thải khí SO2, lượng lắng đọng S và tỷ lệ phần trăm hệ sinh thái bị ảnh hưởng tại vùng đồng bằng sông Hồng Việt Nam. - Xây dựng phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu và đánh giá hiện trạng lắng đọng axít ở khu vực nghiên cứu. - Đề xuất giải pháp giảm thiểu sự phát thải các chất khí gây lắng đọng axít. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Hiện nay các nghiên cứu về lắng đọng axít, đặc biệt là về khả năng ảnh hưởng của lắng đọng axít đến các hệ sinh thái ở Việt nam còn rất mới mẻ. Đề tài nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn, góp phần bổ sung vào số lượng các nghiên cứu còn ít về lắng đọng axít ở Việt Nam. - Kết quả nghiên cứu của luận án đã đưa ra một bức tranh tổng thể về hiện trạng, tải lượng lắng đọng axít ở khu vực nghiên cứu và nghiên cứu ảnh hưởng của lắng ướt (mưa axít) đến cây trồng ở khu vực nghiên cứu. Luận án cũng xây dựng được phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu và đánh giá hiện trạng lắng đọng axít cho khu vực nghiên cứu. - Kết quả nghiên cứu sẽ là tài liệu tham khảo cho các cơ quan quản lý về môi trường, các nhà hoạch định chính sách, các nhà khoa học về môi trường,... trong việc kiểm soát sự phát thải các chất khí gây lắng đọng axít, kiểm soát khả năng ảnh hưởng của lắng đọng axít đến các hệ sinh thái trong khu vực nghiên cứu nhằm làm giảm chi phí trong việc xử lý các thiệt hại do lắng đọng axít gây ra đối với môi trường, cũng như đề xuất các giải pháp thích hợp để tăng năng suất cây trồng. Đề tài cũng là tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu tiếp theo về lắng đọng axít. 5. Những đóng góp mới của Luận án - Phân tích, đánh giá một cách có hệ thống hiện trạng và tải lượng lắng đọng axít ở khu vực nghiên cứu trong giai đoạn 7 năm liên tục (từ năm 2006-2012). - Đây là nghiên cứu khoa học đầu tiên trong nước đánh giá ảnh hưởng của mưa axít đối với cây đậu Cô ve, góp phần bổ sung cơ sở lý luận về mối quan hệ giữa ảnh hưởng của mưa axít đến sự sinh trưởng, phát triển của cây trồng nông nghiệp và sự thay đổi một số tính chất hóa học của đất trồn - Ứng dụng phần mềm Rains-Asia 7.52.2 trong đánh giá hiện trạng và kiểm soát lắng đọng axít đã cho thấy mô hình này là khả thi và có khả năng sử dụng phù hợp trong đánh giá phát thải, phân bố lắng đọng S và tỷ lệ phần trăm hệ sinh thái bị ảnh hưởng ở khu vực nghiên cứu. - Lần đầu tiên xây dựng được phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu và đánh giá hiện trạng lắng đọng axít cho khu vực nghiên cứu. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Một số vấn đề chung liên quan đến lắng đọng axít 1.1.1. Khái niệm lắng đọng axít Vào năm 1872, một nhà nghiên cứu hoá học người Anh tên là Robert Angus Smith đã khám phá ra mối liên hệ giữa tính axít trong nước mưa gần thành phố Manchester và khí SO2 được phát thải ra khi đốt cháy than. Robert Angus Smith là người đầu tiên sử dụng thuật ngữ "mưa axít" trong cuốn sách được xuất bản năm 1872 có tiêu đề “Không khí và mưa: Sự khởi đầu của ngành khí hóa học khí hậu”, nhằm mô tả bản chất của mưa có tính axít ở xung quanh thành phố công nghiệp Manchester, Vương quốc Anh và ông cũng nêu các quan điểm cơ bản liên quan đến mưa axít mà được xem là một phần các hiểu biết của chúng ta ngày nay [16, 123, 139]. Bảy năm sau, một nghiên cứu ở Châu Âu đã có những bằng chứng củng cố thêm sự khám phá của nhà nghiên cứu người Anh. Quá trình đốt cháy than, dầu, khí tự nhiên, than bùn sinh ra khí SO2 và NO2, trong khí quyển các khí này có thể chuyển thành axít H2SO4 và HNO3. Các axít này có thể rơi xuống bề mặt trái đất theo nước mưa, tuyết, mưa đá, sương mù, sương khói [51]. Chính vì vậy, cụm từ “mưa axít” trong thời gian đó đã được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới để mô tả các kiểu ô nhiễm khác nhau do quá trình đốt cháy nhiên liệu hoá thạch. Tuy nhiên, theo thời gian cùng với sự tiến bộ trong khoa học, rất nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học cho thấy các vật chất axít có thể được lắng tụ từ khí quyển vào các hệ thống sinh thái nước và đất bằng nhiều cách, đó là: sự lắng tụ hơi ẩm của những chất tham gia trong mưa, tuyết và sương mù; sự hấp thụ các khí bởi thực vật, đất và nước mặt; sự lắng tụ dưới dạng khô của những hạt [140]. Do đó, khái niệm chỉ có mưa axít gây axít hóa cho các thành phần của môi trường là chưa đầy đủ mà khái niệm về lắng đọng axít (lắng khô và lắng ướt) theo điều kiện thời tiết được xem là khái niệm chuẩn trong nghiên cứu hóa học nước mưa. Lắng khô thường xảy ra gần các nguồn điểm phát thải, trong khi đó lắng ướt chủ yếu xảy ra tại những khu vực nằm theo hướng gió cách xa nguồn thải hàng nghìn km [62, 141].