Công trình xử lý nước thải - Chương 8: Sinh thái mõi trường đất ướt

ơn. a) Nãng tuổf tơ cđp Các chốt hữu cơ chính d đầu vào xuất phát từ năng suất sơ cấp cùa rong (Liverwort), rêu và địa y (Lichen). b) Sự phân hủy vã tọo thành than bùn Việc tích ỉũy than bùn trong vùng lầy acid được xác định bởi năng suất sơ cấp của rác và sự phá vỡ cấu trúc của vật liệu hiện hữu. Tốc độ phân hủy nói chung thấp vi-: • Điều kiện ngập úng • N hiệt độ thấp • Điều kiện add Tốc .độ phân hủy chậm dẫn đến sự tích lũy than bùn chậm và làm chậm đi vòng dỉnh dưỡng của hệ. 330 c) Dòng nãng lượng Nhiệt độ thấp, ngập lụt và các điều kiện hóa học của trầm tích kỵ khí đả giới hạn náng suất sơ cấp nguyên ở đầu vào và sự phân hủy chậm ở dầu ra. d) Nguồn dinh dưỡng Người ta nhận thấy rằng đầu ra của dinh dưỡng lớn hơn đầu vào từ hoạt dộng hô hấp rất nhiều. Đây là do hiện tượng phong hióa của đá mẹ (W eathering of parent rock) trong vùng lầy. Ngoài ra, sự xói mòn (Erosion) của than bùn l à nguyên nhân chính làm thất thoát nitơ, giá trị này vượt quá lượng nitơ đồu vào do nước rơi. Và sự xói mòn cũng làm thất thoát photpho. cancium, kali trên 50% so với đầu vào có được băng nưđc rơi. 8.3.3. Bãi lầy nước sâu 8.3.3.1. Tổng quan Bãi lầy nước sâu là hệ nước ngọt với nước tĩnh tồn tại phần lớn hoặc trong suốt cả năm. Thực vật dặc trưng là cây bách (Cypress) Năng suất sơ cấp bị giới hạn bồi các điều kiện thủy văn. Sự phân hủy lại bị phụ thuộc vào chế độ ngập lụt, loại vật liệu và nhiệt độ trung bình hàng nảm. 8.3.3.2. Địa chất và thủy văn Căn cứ vào 2 yếu tố này, người ta phân loại như sau : a) Vũng cơi Cypress (Still water cypr«s$ dome) Cypress dome ở những vùng đất cát và sét, thường có vài cm vật liệu hữu cơ có được tích lũy trong quá trình sụt lún đát ưứt (Wet depression), với thực vật dặc trưng !à cây bách (pond cypress). Thuật ngữ "Dome" là do sự xuất hiện của chúng tạo nên cảnh quan các cây lớn mọc ở giữa, các cày nhỏ hơn mọc thẳng ra rìa. Hiện tượng này là do sự lắng than bùn ở giữa sâu hơn, than củi (Fire) tập trung xung quanh rìa của Dome, hoặc là do sự gia mực nước gây ra sự phát triển từ trung tâm của Dome ra ngoài. Chế độ nước : ẩm vào mùa hè, khô vào mùa thu và mùa xuân. Nước tĩnh thường do lượng nước mưa và nước mặt, cổ rất ít hoặc không có nước ngầm. Cypress dome đôi khi được lót bằng lớp đất sét không thấm nước và đỏi khi là lớp tảng rắn (Hardpan) - là lớp vật liệu chắc và liên kết 331 nên không có khả năng xuyên thấm. Cả 2 loại này đều ngăn chặn sự thoát nước xuống lòng đất. Sự mất nước chủ yếu là do nước bay hơi. Thỉnh thoảng vẫn có mất nước do đi vào nước ngầm : thường là nhanh trong mùa nắng và chậm trong mùa mưa, khi mà mực nước xung quanh cypress đome cũng cao. b) Vùng ngộp nước ngổn kỳ - Owarf cypr«ss swamp Chế độ nước : chu kỳ ngập ngắn hcm so với bất cứ vùng lầy nước sâu nào. Thực vật đặc trưng cũng là pond cypress, nhưng kém phát triển (không cao quá 6 - 7 m, chủ yếu cao khoảng 3 m) do thiếu cơ chất thích hợp. c) Vùng ướt mép hổ - Lak0 - edge swamp Nằm ở mép xung quanh hồ được xem như một thiết bị lọc nhận dòng nước từ vùng cao (Upland) và cho phép các trầm tích lắng xuông và các hóa chất bám vào trong trầm tích trước khi nước được thải vào trong hồ. Thực vật đặc trưng là Bald cypress, ngoài ra còn có Tupelo và các loài cáy gỗ cứng chịu nước (Water - tolerant hardwood) như tần bì. d) Vùng dốc dòng chây chộm - Slow - fk>wing cyprass stand Là vùng mà suối nước ngọt truyền qua vùng lún cạn của rừng nằm trên đồng bằng dấc (Sỉoping pỉaỉn), ỗ đó sông được thay thế bằng dòng chảy chậm với độ xói mòn nhỏ. Cơ chất chủ yếu là cát, một số hỗn hợp đá vôi và trầm tích của vỏ sò. Chế độ nước ; tuần hoàn theo mùa ướt và khô. e) Vùng dố t ướt thưdng xuydn - Alluvial river swomp (H - C le ) Là nhũtng vùng đất ướt thường xuyên được làm ngập bởi suối, sông. Thực vật đặc trưng là bald cypress. s.3.3.3. Hóa học • p H Nhiều vùng đất ướt nước sâu, đặc biệt vùng ẩm ướt phù sa sông bồi đắp hàng năm, nước sông chảy vào làm ngập, các chất đầu vào làm trung hòa và khoáng hóa, pH = 6 - 7 . Vùng Cypress do được cung cấp chủ yếu bằng nước mưa và nước acid nên pH = 3,5 - 5. * Dinh dưỡng và ion hòa tan - Cypress dome : có rất ít hoặc không có tính kiềm, hàm lượng ion hòa tan và chất dinh dưỡng thấp. 332 - Swamp : "hờ" bề mật và đầu vào nước ngầm nên giàu tính kiềm, các ion hòa tan và dinh dưỡng. 8.3.3.4 . Ca cấu của hệ sinh thái a) Thực vột có tán (Canopy vegetcrtlon) - Đảt được bồi phù sa hàng năm : đặc trưng bởi các loại cây thân gỗ cao, chịu ngập. - Vùng đất cát nghèo dinh dưỡng : đăc trưng bới Pond cypress. Khi bải lẩy bị thất thoát nước hay ở trong thời kỳ khỏ hạn. loài thông, hoặc các loài cây gỗ cứng như nguyệt quế (bay ) phát triển thay thế. - Vùng ướt mép hồ (Lake - edge swamp) : đặc trưng bởi cypress, tupelo, tần bì, cây thích (Maple) và các cáy chuyển tiếp. b) Sự thích nghi của cây * Hiện tượng phần rễ dạng chóp (Knee) Đê thích nghi với điều kiện hầr như bị ngập lụt suốt, các loài cây ở vùng này đặc biệt là cypress sẽ phát triển hệ thống rễ vượt lên cao khỏi m ặt nước (dưới 1 m). Phần rễ này có hình chóp và được gọi là "knee". "Knee" có 2 chức năng : • Giống như cái neo cho cây • Nơi thực hiện sự trao đổi khí của hệ thông rễ. * Hiện tượng gốc trưđng phông (Butress) Khi phát triển trong điều kiện ngập, cây sẽ tạo ra gốc bị tnícíng phồng (gọi là Butress) chiều cao phần này từ dưới 1 m đến vài m so với m ặt đâ't, phụ thuộc chế độ nước của đất ướt. Butress giúp thân cáy vừa giữ ẩm nhưng vẫn ở trên mặt nước. c) Sinh vột tiAu thụ; * Động vật không xương sống Sự phong phú và với số lượng cao của động vật không xương sống là nét đặc tníng của bãi lầy ngập lâu năm. Các loài thuộc họ này bao gồm Crayfish, sò (Clamp), sâu (Oligochacte worm), ruồi, động vật bơi nghiêng (Âmphipod) và các côn trùng non. * Cá : phụ thuộc vào bãi lầy * Động vật lưỡng cư và bò sát Có 9 - 10 loài nhái (Frog), 2 loài bò sát chủ yếu là cá sấu (Aỉligatoe) và một loài rắn nước có độc (Cotton mouth moccasin). 333 8.3.3.5. Chức năng của hệ sinh thái a) Nđng suđt sờ cốp Qua nghiên cứu, người ta nhận thấy rằng năng suất ở cấp phụ thuộc vào diều kiện thủy văn và dinh dưỡng. b) Sự phón hủy Sử dụng hoạt động sinh học của các vật liệu hữu cơ là con đưòng phân hủy chủ yếu trong vùng lầy nước sâu, mặc dù sự phán hủy này thường bị cản trở do điều kiện kỵ khí. Theo các nghiên cứu của các nhà khoa học, nói chung sự phân hủy của lá và rễ có vẻ dạt cực đại tại những nơi ẩni ướt chứ không phải bị ngập vĩnh viễn. Tốc độ phân hủy tăng khi nhiệt độ trung bình của môi trường xung quanh tăng và phụ thuộc đáng kể vào chất lượng (loài, loại rác hoặc rễ) của vật liệu phân hủy. c) Dòng nđng lượng Dòng năng lượng của bãi lầy nước sâu được đặc tnmg bởi năng suất sơ cấp của cáy có tán. Tuy nhiên, có sự khác biệt giữa dòng năng lượng ở bãi lầy nghèo dinh dưỡng và dòng năng lượng ở bãi lầy giàu dinh dưỡng. Đối với đất ướt nghèo dinh dưỡng, có thêm dòng năng lượng ngoại lai ở đầu vào (Âilochthonous input of energ) và mức tạo nâng lượng thấp. Đối với đất ướt giàu dinh dưỡng, dòng năng lượng phụ thuộc dòng năng lượng và dinh dưỡng ngoại lai ở đầu vào, đặc biệt từ sự thất thoát và sự ngập lụt của dòng sông. d) Sự lổng dọng trâm tteh (Sedimentation) Một trong những cơ chế để đưa dinh dưỡng vào bái lầy là quá trình lắng dọng trầm tích trong điều kiện ngập. Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, tốc độ lắng đọng trung bình 0,25 cm/năm, cực đại 0,60 cm/năm. Ngoài ra, mức độ lắng đọng trầm tích còn phụ thuộc vào kênh đào hay kênh tự nhiên. Thống thường, giá trị này ở kênh đào thì nhỏ hơn. •) Nguổn dinh dưong Kitcher (1975) phát hiện rằng khi dòng chảy từ sông đi ngang qua vùng hồ sẽ giảm 50% photpho. J .w . Day (1977) thấy Nitơ giảm 48% và photpho 45% khi nước đi qua bâi lầy của hồ nước trước khi ra sông. Theo họ, sự thay đổi đó ỉà kết quả tương tác của trầm tích ; cất giữ nước, khử nitơ và hấp thụ photpho lên trầm tích sét. Khi khảo sát trầm tích, họ thấy, có trên 90% N-NO3 và p, 45 - 66% N-NH3. 334 Theo Debusk và Reddy (1987), sau 21 ngày theo dõi có 0,5 - 2,3% Nitơ ở trong nước ngập, 1 1 ,4 - 17 ,3% nitơ ở trong trầm tích. Điều này nói lên rằng 82,2 - 86,3% nitơ bị mâ't từ hệ trầm tích - nước do quá trình nitơ hóa, khử nitơ và do NH3 bay hơi. 6.3.4. Đất ướt v«n bd 8.3.4.1. Tổng quan Đất ướt ven bờ là hệ sinh thái trong đó đất và độ ẩm của đất chịu ảnh hưởng bởi dòng sông hoặc dòng kênh gần đó. Có 3 nét đặc tnmg chủ yếu để phân biệt hệ sinh thái ven bờ với các hệ sinh thái khác : - Hệ sinh thái ven bờ nói chung được xem là kết quả của việc tịnh tiến đến gần sông và kênh. - Nàng lượng và vật chất từ vùng đất xung quanh tụ tại và đi qua hệ sinh thái ven bờ với số ỉượng rất lớn so với bất kỳ hệ sinh thái đất ướt nào. Do đó, người ta gọi là hệ hd (Open system). - Hệ sinh thái ven bờ có chức năng nôi tiếp giữa hệ sinh thái vùng thượng lưu (ưpstream) và vùng hạ lưu (Downstream) và sau đó níi giữa hệ sinh thái vùng đỉnh dốc (Upslope) và vùng chân dốc (Downslope). 8.3.4.2. Địa chất và Thủy văn * Khí hậu Khí hậu - có liên hệ với vĩ tuyến (Latitude), độ cao 80 với mặt biển (Elevation) và thời tiết của vùng - xác định lượng mưa và sự hiện dịện hay vắng mặt của trạng thái nước vào mùa mưa. * Lưu vực sông Chế dộ ngập lụt của vùng còn được xác định bởi độ cao 80 với mặt biển ở lưu vực sông, kích thước và độ dốc của chúng. * Vùng xâm t h ự c , nằm d dầu con nước và phía trên khúc uốn của hạ lưu. Hướng dòng có khuynh hướng dốc và thẳng và thung lũng thưòng có àạng chữ V. Mức độ và thời gian ngập thay đổi rất nhiều, phụ thuộc lượng mưa rơĩ. Thực vật ở vùng n ày ià những đồng cỏ khá rộng lớn, cung cấp than bùn hữu cơ một cách đáng kể. * Vùng cất giữ và vận chuyển n&m dưới vùng xâm thực. * Vừng lắng đọng dặc trưng dio vùng thượng lưu và vùng có độ dốc thấp. Khả năng lắng trầm tích d vùng này lớn hơn nhiều 80 với 2 vùng trên, độ dốc thoai thoải, 2 yếu tố này d ỉn đến sự phát triển của dồng bằng v à kônb mềm mại uốn ỉượn. Mức độ trảm tích từ thô (tại kênh) cho đến mịn (tại rìa 335 đồng bằng - The periphery of the íloodpỉain). Chế độ ngập có khuynh hướng ôn hòa. 8.3A.3. Hóa học đất Nói chung, tâ't cả đất ven bờ đều có chế độ ẩm cao. Khi đồng bằng bị ngập, các điều kiện hiếu khí được thay thế bằng các điều kiện kỵ khí. Hiện tượng này làm nảy sinh nhiều vấn đề đối với đất : a) Oxy trong đđt Đây là độc tính quan trọng nhất của đất bồi (Bottomland soil). Như dã biết, đối với thực vật thuộc hệ có rễ (Rooted vegetation), phần lớn chúng không có Hhả năng tồn tại trong môi trường thiếu oxy dưới mức trung bình trong khoảng thời gian kéo dài, mặc dù chúng cố khả năng thích nghi với điều kiện kỵ khí. Vì vậy, đòi hỏi phải cung cấp oxy cho đất. Sự đưa không khí vào đất được định nghla là khả năng của đất truyền oxy của khí quyển vào vùng rễ, mà oxy của vùng này bị lấy đi do nước ngập. Sự đưa không khí vào dất chịu ảnh hưởng của các tính chất của đất như : • Thành phần cơ giới, nếu đất chứa hàm lượng sét cao, do kích thước hạt sét nhỏ, kết cấu chặt ỉàm khó đưa không khí vào hơn. • Hàm ỉượng vật liệu hữu cơ : thường vật liệu hữu cơ cải thiện cấu trúc đất (xốp hơn) nên việc truyền oxy dễ dàng hơn. • Độ cao của nước ngầm so với mặt biển. b) Vột hOU cđ Hàm lưựng hữu cơ của vùng bồi trung binh (2 - 5%) so với đất than bùn hữu cơ cao (20 - 60%) và đất vùng đồi (0,8 - 1,5%), phụ thuộc năng suất 8Ơ cấp, đầu vào ngoại lai, độ phồn hủy, sự xâm thực. Các diều kiện kỵ khí và hiếu khí đan xen làm chậm nhưng không hạn chế sự phân hủy. ochđtdinhdưong Hàm iượng dinh dưỡng của vùng bồi cao do : • Hàm ỉượng đất sét cao, các dinh dưdng như photpho iiên kết với hạt sét bền hơn 80 với hạt cát hay phù sa, dinh dưỡng trong trầm tích lắng đọng tăng. • Hàm lượng chất hữu cơ cao ỉàm hòm lượng nỉtơ tâng. • Được bổ sung liên tục trong quá trioh ngập. Tuy nhiên, sự thiếu oxy trong quá trình ngập, một mặt iàm thay đổi pH, cô đọng các chất khoáng như p, N, Mn, s, Fe, Mg, Cu, Zn,... nhưng mặt khác, cũng tích lũy các chất dộc tiềm tàng trong đất. Ngoài ra, ỉượng oxy giảm sẽ ỉàm giảm điều kiện oxy hóa gây khó khăn cho việc tiêu thụ N, p của cây. 336