Nhiều năm qua, các ngành nông nghiệp (bao gồm chăn nuôi và trồng trọt), lâm nghiệp, khai thác mỏ, các hoạt động công nghiệp và đô thị đã có nhiều tác động tiêu cực đến môi trường ở lưu vực sông suối. Tình trạng này ngày càng trở nên nghiêm trọng trong những thập kỷ qua do các hoạt động nông nghiệp, đô thị hóa và công nghiệp hóa đang phát triển nhanh chóng dẫn đến những thay đổi lớn và tăng áp lực đối với tài nguyên đất và nước. Các tác động này gồm các dạng thoái hóa đất khác nhau, trong đó có xói mòn đất và bồi lắng trầm tích. Suy thoái đất gây tác động nghiêm trọng tại chỗ chẳng hạn như giảm độ sâu đất và hiệu quả chứa nước của đất, mất khả năng phát triển và giảm năng suất cây trồng. Hơn nữa, trầm tích và các chất gây ô nhiễm liên quan tích lũy bởi xói mòn đất và vận chuyển về phía các vùng hồ chứa có thể gây tác động nghiêm trọng tại chỗ hoặc khu vực hạ lưu.

Quá trình này làm bồi lắng các hồ chứa và các kênh phân phối nước, thiệt hại về cơ sở hạ tầng và tài sản do lắng đọng trầm tích, giảm chất lượng nước và suy thoái môi trường sống và hệ sinh thái thủy sinh. Chi phí toàn cầu của các vấn đề môi trường liên quan đến trầm tích đất/trầm tích ước tính khoảng 400 triệu đô la mỗi năm. Và việc sử dụng nitơ quá mức trong canh tác đang là một trong ba vấn đề môi trường toàn cầu, chỉ sau vấn đề mất đa dạng sinh học và biến đổi khí hậu.

Quá trình xói mòn đất dốc vùng thượng lưu không những làm suy giảm chất lượng đất canh tác, giảm năng suất cây trồng mà còn gây ô nhiễm đến chất lượng nước ở vùng hạ lưu. Sự xâm nhập các chất dinh dưỡng từ hoạt động canh tác nông nghiệp vào nguồn nước gây ra nhiều thách thức cho môi trường như là sự suy giảm chất lượng nước và phú dưỡng hóa. Việc xác định thành phần các đồng vị trong các chất ô nhiễm cho phép xác định nguồn gốc và con đường vận chuyển của các chất ô nhiễm này. Kỹ thuật này hỗ trợ công tác quản lý đất đai và giảm thiểu ô nhiễm trong lưu vực. Trong số các chất gây ô nhiễm nước, các hợp chất nitơ ở dạng nitrat và hợp chất hữu cơ được đặc biệt quan tâm do các ảnh hưởng của chúng đến sức khỏe con người. Các nguồn ô nhiễm nitrat và các chất hữu cơ trong nước chủ yếu do mưa và lắng đọng khí quyển, bón phân đạm trong nông nghiệp, nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt đô thị, hệ thống tự hoại, thức ăn gia súc và chất hữu cơ trong đất.

Sử dụng đồng vị phóng xạ và các nguyên tố đa lượng/vi lượng giúp cung cấp thông tin về quá trình xói mòn diễn ra trong lưu vực. Tuy nhiên, các các chỉ thị này không phân biệt được sự khác nhau giữa các vùng đất có mục đích sử dụng khác nhau trong cùng một lưu vực. Đặc biệt là nguồn gốc trầm tích từ vùng đất có các loại cây khác nhau (ví dụ rừng, đồng cỏ hoặc khu vực canh tác). Kỹ thuật đồng vị bền là một công cụ kết hợp để biện luận, xác định nguồn gốc xói mòn đất trong các vùng đất canh tác khác nhau. Việc kết hợp đồng vị phóng xạ rơi lắng và đồng vị bền giúp cải thiện khả năng phân biệt nguồn gốc trầm tích. Thông qua việc sử dụng kết hợp đồng vị phóng xạ và đồng vị bền cùng với các khảo sát nguồn đất, nghiên cứu địa hình và chế độ canh tác có thể nâng cao các hiểu biết về mối tương quan giữa tỉ lệ mất đất, chất lượng đất và số phận của các chất trong đất đến nguồn nước vùng tiếp nhận.

Xuất phát từ thực tiễn trên, Cơ quan chủ trì Viện nghiên cứu hạt nhân cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài Cử nhân Nguyễn Thị Hương Lan thực hiện “Nghiên cứu khả năng ứng dụng kết hợp đồng vị phóng xạ rơi lắng và đồng vị bền để đánh giá xói mòn và ô nhiễm nguồn nước do các hợp chất nitơ trên lưu vực khoảng 1km2” với mục tiêu Để nghiên cứu khả năng sử dụng kết hợp đồng vị phóng xạ và đồng vị bền trong nghiên cứu xói mòn và ô nhiễm nguồn nước mặt, đề tài tiến hành thử nghiệm trên một tiểu lƣu vực thuộc Hồ Tuyền Lâm - Đà Lạt, có quy mô khoảng 1 km². Khu vực nghiên cứu sẽ xem xét đánh giá tốc độ xói mòn đất bằng đồng vị phóng xạ rơi lắng 137Cs cũng như khả năng đánh giá nguồn gốc ô nhiễm nước bằng các đồng vị bền δ¹³C và δ¹⁵N.

Xói mòn đất là sự bào mòn bề mặt đất bằng các lực vật lý như mưa, dòng nước chảy, gió, băng tuyết, thay đổi nhiệt độ, trọng lực hoặc các tác nhân tự nhiên hoặc nhân tạo khác làm mài mòn, bóc tách và loại bỏ phần đất đá hoặc vật liệu địa chất từ một vị trí trên bề mặt trái đất và được lắng đọng ở một vị trí khác.

Tất cả các nguồn nitơ tiềm tàng gây ô nhiễm nguồn nước mặt chủ yếu là ở dạng nitrate. Ô nhiễm nitrate gây ra nhiều tác động khác nhau đến hệ sinh thái nước ngọt. Trong các hệ sinh thái không bị xáo trộn với nồng độ nitrat thấp, nitrat khi xâm nhập vào nước nhanh chóng bị hấp thụ do quá trình tự dưỡng quang học của sinh vật và các vi khuẩn dị dưỡng, sau đó chuyển thành nitơ hữu cơ (như amio acid, DNA và protein) mà các sinh vật bậc cao có thể hấp thu được. Sau đó, phần lớn nitơ hoạt tính sinh học sẽ bị giữ lại trong hợp chất chất hữu cơ. Tuy nhiên, khi xảy ra trạng thái mất cân bằng sẽ dẫn đến sự tích lũy nitrat trong nguồn nước.

Đề tài đã kết hợp các đồng vị phóng xạ rơi lắng và đồng vị bền để đánh giá xói mòn và chất lượng đất trên một tiểu lưu vực khoảng 10 km2. Tốc độ xói mòn của hai loại đất chính là đất rừng và đất cây lâu năm đƣợc đánh giá theo độ dốc tại các vị trí lấy mẫu. Tuy nhiên, để có thể đánh giá hiện trạng xói mòn đất trong lưu vực, cần mở rộng khu vực nghiên cứu để có thể đánh giá và so sánh tình trạng xói mòn đất trên các loại độ dốc và loại cây khác nhau. Tương quan giữa thành phần hóa học trong đất và thành phần đồng vị bền đã được chỉ ra. Các kết quả về đồng vị bền giúp xem xét đánh giá tác động ở xa vị trí xói mòn đến chất lượng nước vùng hạ lưu. Trong khi các chỉ số hóa tính đất như hàm lượng mùn, hàm lượng đạm, tỷ lệ phân giải chất hữu cơ C/N là các chỉ thị về sự suy thoái đất. Nhưng chúng không thể phân biệt được đất bị xói ở các vùng khác nhau. Việc kết hợp giữa đồng vị phóng xạ và đồng vị bền sẽ cung cấp thông tin cụ thể về thành phần đất và nguồn gốc đất bị xói mòn.

Sự đóng góp các chất ảnh hưởng đến chất lượng nước hồ Tuyền Lâm được đánh giá qua một số chỉ tiêu hóa, lý, sinh học và tỷ số đồng vị bền δ¹⁵N của hợp chất nitrat. Tại khu vực khảo sát, hàm lượng các chất tuy chưa đến mức cảnh báo. Nhưng nếu không có biện pháp quy hoạch và quản lý sử dụng đất hợp lý, những nguồn gây ô nhiễm tiềm tàng có khả năng gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến chất lượng nước hồ Tuyền Lâm. Các kết quả thu được cho thấy khả năng của việc sử dụng tỷ số đồng vị bền δ¹⁵N trong đánh giá nguồn gốc ô nhiễm do nitrat đến chất lượng nước mặt. Tuy nhiên, việc chỉ định nguồn gốc các chất gây ô nhiễm gặp khó khăn do sự chồng chập của dải giá trị δ¹⁵N trong các nguồn bổ cấp nitrat. Do đó, cần có các thử nghiệm sử dụng cùng lúc các tỷ số đồng vị δ¹⁵N-NO3 - và δ¹⁸O-NO3 - để đánh giá và chỉ định nguồn gốc gây ô nhiễm một cách chính xác và rõ ràng hơn. Công cụ này sẽ hỗ trợ cho các nhà quản lý trong việc đưa ra các quy hoạch phù hợp trong quản lý lưu vực.

Sự kết hợp giữa các dữ liệu về thủy địa hóa, số liệu đồng vị (phóng xạ và bền) cũng như phân tích vùng nguồn đóng góp có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc hoặc chỉ định được các nguồn đóng góp đặc biệt hoặc nguồn cục bộ làm ảnh hưởng đến chất lượng đất và nước trong lưu vực. Kết quả bước đầu của nghiên cứu cho thấy khả năng đánh giá chất lượng nước và xác định nguồn gốc ô nhiễm thông qua việc kết hợp các dữ liệu hóa học, thủy văn và đồng vị. Công cụ này sẽ hỗ trợ cho các nhà quản lý trong việc đưa ra các quy hoạch và biện pháp quản lý đất và nước ở vùng lưu vực.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 17658/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Đ.T.V (NASATI)