Đất ngập nước là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa đất ngập nước

Đất ngập nước (wetlands) là các vùng đất bị bão hòa nước theo chu kỳ hoặc quanh năm, đủ để làm thay đổi đặc tính lý – hóa – sinh của đất và làm phát triển hệ sinh vật thích nghi với điều kiện ngập nước. Tính chất đặc trưng của đất ngập nước là sự hiện diện thường xuyên hoặc theo mùa của nước nông, cùng với điều kiện yếm khí trong tầng đất do nước cản trở quá trình trao đổi khí với không khí.

Theo Công ước Ramsar năm 1971, đất ngập nước được định nghĩa rộng rãi là "đầm lầy, bùn lầy, hồ chứa, hoặc các khu vực nước – tự nhiên hay nhân tạo, thường xuyên hay tạm thời, nước chảy hay nước đứng, ngọt, lợ hay mặn, bao gồm cả vùng biển có độ sâu không quá 6 mét khi triều xuống". Định nghĩa này phản ánh tính đa dạng cao của đất ngập nước và bao quát nhiều loại hình thủy văn – sinh thái khác nhau.

Một số tiêu chí nhận dạng đất ngập nước thường bao gồm:

• Thủy văn: có thời gian ngập nước đủ dài để duy trì điều kiện yếm khí
• Thổ nhưỡng: đất ngập nước (hydric soils) có màu xám, đen, mùi hôi do khử oxy
• Sinh học: xuất hiện thảm thực vật ngập nước (hydrophytes)

Các yếu tố này giúp phân biệt đất ngập nước với các hệ sinh thái cạn hoặc thủy sinh thuần túy.

Phân loại đất ngập nước

Việc phân loại đất ngập nước giúp đánh giá chức năng sinh thái và đưa ra các biện pháp quản lý phù hợp. Một hệ thống phân loại được sử dụng rộng rãi là hệ thống của Cục Bảo vệ Môi sinh Hoa Kỳ (EPA), chia đất ngập nước thành ba nhóm chính:

• Đất ngập nước nội địa: gồm hồ, đầm lầy, vùng trũng, suối tạm thời, đất ngập theo mùa
• Đất ngập nước ven biển: như rừng ngập mặn, đầm phá, bãi triều
• Đất ngập nước nhân tạo: bao gồm ruộng lúa, hồ điều hòa, hệ thống xử lý nước thải

Dưới đây là bảng minh họa một số loại đất ngập nước phổ biến và đặc điểm chính của chúng:

Loại đất ngập nước	Vị trí địa lý	Đặc điểm nổi bật
Rừng ngập mặn	Vùng ven biển nhiệt đới	Cây ngập mặn, chịu mặn, hệ rễ chằng chịt
Đầm lầy nước ngọt	Nội địa, vùng trũng	Nước ngọt, thực vật thủy sinh phát triển dày
Đất ngập nước theo mùa	Vùng đồng bằng, châu thổ	Ngập vào mùa mưa, khô vào mùa khô
Ruộng lúa	Vùng sản xuất nông nghiệp	Ngập nhân tạo, có thể tích hợp xử lý nước

Phân loại đất ngập nước còn có thể dựa vào đặc tính thủy văn (nước ngọt vs nước mặn), nguồn gốc (tự nhiên vs nhân tạo), hoặc độ ngập nước (ngập tạm thời vs ngập vĩnh viễn).

Đặc điểm sinh thái

Đất ngập nước có ba thành phần sinh thái đặc trưng: nước, đất yếm khí và thảm thực vật ngập nước. Những yếu tố này tương tác với nhau tạo ra môi trường sống độc đáo, có khả năng lọc nước, lưu trữ dinh dưỡng và hỗ trợ đa dạng sinh học. Chế độ thủy văn (tức thời gian, độ sâu và tần suất ngập nước) là yếu tố quyết định cấu trúc và chức năng của hệ sinh thái này.

Đất ngập nước thường có loại đất đặc trưng gọi là hydric soils — đất bị thiếu oxy trong thời gian dài, dẫn đến quá trình khử (reduction) của các chất như sắt, mangan, nitrat, sunfat. Kết quả là đất có màu tối, mùi hôi và khả năng trao đổi ion đặc biệt. Dưới điều kiện yếm khí, quá trình phân hủy chất hữu cơ diễn ra chậm, làm tích tụ nhiều vật chất hữu cơ.

Về thực vật, đất ngập nước chứa nhiều loài thích nghi tốt với môi trường thiếu oxy như:

• Lúa nước (Oryza sativa)
• Cỏ năng (Schoenoplectus spp.)
• Sen, súng, bèo, cỏ lác

Các loài thực vật này có cấu trúc rễ thông khí đặc biệt giúp dẫn oxy từ không khí vào vùng rễ bị ngập.

Vai trò sinh thái và môi trường

Đất ngập nước là một trong những hệ sinh thái đa chức năng nhất trên hành tinh. Chúng có khả năng xử lý nước tự nhiên thông qua quá trình lọc sinh học, hấp phụ hóa học và lắng cơ học. Khi nước chảy qua đất ngập nước, các chất ô nhiễm như kim loại nặng, nitrat, phốt phát và vi sinh vật gây bệnh được giữ lại hoặc phân hủy bởi vi sinh vật.

Một số vai trò chính của đất ngập nước:

• Giảm thiểu lũ lụt nhờ khả năng giữ nước và làm chậm dòng chảy
• Lưu trữ carbon, góp phần giảm phát thải khí nhà kính
• Bảo vệ bờ biển khỏi xói lở và sóng thần
• Tạo sinh cảnh cho chim di cư, cá sinh sản, động vật quý hiếm

Theo IUCN, các vùng đất ngập nước như rừng ngập mặn và đầm lầy than bùn có thể lưu trữ lượng carbon gấp 3–5 lần so với rừng nhiệt đới. Vì vậy, việc bảo vệ đất ngập nước là chiến lược quan trọng trong thích ứng và giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu.

Đa dạng sinh học

Đất ngập nước là một trong những hệ sinh thái giàu đa dạng sinh học nhất thế giới. Chúng cung cấp nơi cư trú, nơi sinh sản, và nguồn thức ăn cho hàng triệu loài động thực vật, nhiều loài trong số đó là đặc hữu hoặc có nguy cơ tuyệt chủng. Theo báo cáo của Công ước Ramsar, khoảng 40% các loài sinh vật trên Trái đất sống hoặc phụ thuộc vào đất ngập nước trong một giai đoạn nào đó của vòng đời.

Các nhóm sinh vật điển hình trong đất ngập nước gồm:

• Chim nước (ví dụ: cò, vạc, vịt trời)
• Cá nước ngọt và nước lợ (ví dụ: cá tra, cá rô, cá chẽm)
• Lưỡng cư và bò sát (ếch, rắn nước, rùa nước)
• Động vật không xương sống (cua, tôm, côn trùng thủy sinh)
• Thực vật thủy sinh và phù du

Đất ngập nước là điểm dừng chân thiết yếu cho các loài chim di cư theo mùa. Các vùng như Vườn quốc gia Tràm Chim (Việt Nam) hay Vườn quốc gia Sundarbans (Ấn Độ - Bangladesh) là ví dụ nổi bật về các vùng đất ngập nước có giá trị toàn cầu về đa dạng sinh học. Mất đất ngập nước đồng nghĩa với mất nơi cư trú, gây nguy cơ tuyệt chủng cho hàng loạt loài.

Tác động của con người

Trong hơn 50 năm qua, các hoạt động của con người đã làm suy giảm diện tích đất ngập nước trên toàn cầu một cách đáng báo động. Theo báo cáo Global Wetland Outlook 2021 của UNEP, kể từ năm 1970, thế giới đã mất khoảng 35% diện tích đất ngập nước – tốc độ mất đất cao gấp 3 lần so với rừng.

Nguyên nhân chính bao gồm:

• Chuyển đổi đất ngập nước thành đất nông nghiệp hoặc đô thị
• Xây dựng hồ chứa, đập thủy điện làm thay đổi thủy văn tự nhiên
• Ô nhiễm nguồn nước do nước thải, hóa chất nông nghiệp, kim loại nặng
• Khai thác quá mức tài nguyên (cá, củi, thực vật thủy sinh)

Ngoài ra, việc san lấp đất ngập nước để phát triển hạ tầng đô thị là hiện tượng phổ biến ở nhiều nước đang phát triển. Những tác động này không chỉ làm mất đi hệ sinh thái mà còn làm gia tăng nguy cơ lũ lụt, xói mòn bờ sông, và suy giảm chất lượng nước ngầm.

Biến đổi khí hậu và đất ngập nước

Biến đổi khí hậu và đất ngập nước có mối quan hệ hai chiều phức tạp. Một mặt, đất ngập nước là nơi lưu trữ carbon lớn, giúp giảm lượng khí nhà kính. Mặt khác, chính đất ngập nước cũng bị ảnh hưởng nặng nề bởi các biểu hiện của biến đổi khí hậu như nước biển dâng, hạn hán kéo dài, mưa cực đoan và thay đổi dòng chảy.

Một số tác động chính của biến đổi khí hậu lên đất ngập nước gồm:

• Gia tăng mực nước biển làm ngập mặn các vùng nước ngọt
• Hạn hán làm khô đất ngập nước theo mùa, gây mất sinh cảnh
• Biến đổi nhiệt độ ảnh hưởng đến vòng đời và phân bố của sinh vật
• Khí hậu bất ổn làm gián đoạn chu kỳ sinh sản của chim, cá

Ngược lại, nếu đất ngập nước bị suy giảm, lượng carbon tích trữ dưới dạng than bùn hoặc trầm tích hữu cơ sẽ bị phân hủy và phát thải trở lại khí quyển dưới dạng $CO_2$ và $CH_4$. Điều này tạo thành một vòng xoáy tiêu cực, trong đó suy thoái đất ngập nước góp phần đẩy nhanh biến đổi khí hậu toàn cầu.

Chính sách và công ước bảo vệ

Trước tình trạng suy thoái nhanh chóng, nhiều quốc gia và tổ chức quốc tế đã triển khai các chính sách bảo vệ đất ngập nước. Công ước Ramsar, ký tại Iran năm 1971, là hiệp ước toàn cầu đầu tiên chuyên biệt về bảo tồn và sử dụng khôn khéo đất ngập nước. Đến nay, hơn 170 quốc gia là thành viên với hàng ngàn khu Ramsar được công nhận trên toàn cầu.

Một số nguyên tắc chính của Công ước Ramsar:

• Bảo tồn đất ngập nước có tầm quan trọng quốc tế
• Khuyến khích sử dụng bền vững đất ngập nước trong phạm vi quốc gia
• Hợp tác quốc tế trong bảo vệ hệ sinh thái xuyên biên giới

Việt Nam tham gia Công ước Ramsar từ năm 1989 và hiện có 9 khu đất ngập nước được công nhận như Vườn quốc gia Tràm Chim, Xuân Thủy, U Minh Thượng... Ngoài ra, Luật Bảo vệ môi trường và Luật Đa dạng sinh học cũng có các điều khoản liên quan đến quản lý và phục hồi đất ngập nước.

Ứng dụng của đất ngập nước trong kỹ thuật môi trường

Đất ngập nước không chỉ có giá trị sinh thái mà còn có ứng dụng thiết thực trong công nghệ xử lý môi trường. Các hệ thống đất ngập nước nhân tạo (constructed wetlands) đang được triển khai ở nhiều nơi nhằm xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, và cải thiện chất lượng nước mặt.

Hệ thống này mô phỏng các chức năng tự nhiên của đất ngập nước, sử dụng thực vật thủy sinh, vi sinh vật và nền đất để:

• Khử BOD/COD thông qua phân hủy hiếu khí và yếm khí
• Loại bỏ chất dinh dưỡng (N, P) qua hấp thu sinh học
• Giảm vi khuẩn gây bệnh qua tiếp xúc với ánh sáng mặt trời và oxy hóa

So với các công nghệ xử lý truyền thống, hệ thống đất ngập nước nhân tạo có ưu điểm:

• Chi phí đầu tư thấp, bảo trì đơn giản
• Không cần sử dụng hóa chất
• Tạo không gian xanh và giá trị cảnh quan

Một số mô hình tiêu biểu ở Việt Nam có thể kể đến như hệ thống xử lý nước thải bằng bè thủy sinh tại quận Thủ Đức (TP.HCM) hay mô hình đất ngập nước nhân tạo ở Hội An dùng để xử lý nước thải làng nghề.

Định hướng nghiên cứu và bảo tồn

Trong bối cảnh gia tăng dân số và biến đổi khí hậu, việc bảo vệ và phục hồi đất ngập nước cần có chiến lược dài hạn, dựa trên bằng chứng khoa học. Một số định hướng nghiên cứu nổi bật hiện nay gồm:

• Ứng dụng công nghệ viễn thám (remote sensing) để giám sát diện tích đất ngập nước
• Mô hình hóa tác động của biến đổi khí hậu lên thủy văn vùng đất ngập
• Khôi phục đất ngập nước bị suy thoái thông qua cải tạo thủy văn và tái trồng thực vật bản địa
• Đánh giá dịch vụ hệ sinh thái của đất ngập nước để lồng ghép vào quy hoạch phát triển

Ngoài ra, nâng cao nhận thức cộng đồng và lồng ghép kiến thức bản địa vào bảo tồn là những yếu tố quan trọng để tạo ra giải pháp bền vững và phù hợp với điều kiện địa phương.

Tài liệu tham khảo

1. U.S. Environmental Protection Agency. "Classification and Types of Wetlands." https://www.epa.gov/wetlands/classification-and-types-wetlands
2. IUCN. "Wetlands and Climate Change." https://www.iucn.org/resources/issues-briefs/wetlands-and-climate-change
3. UNEP. "Global Wetland Outlook 2021." https://www.unep.org/resources/report/global-wetland-outlook-2021
4. Ramsar Convention Secretariat. "The Ramsar Convention on Wetlands." https://www.ramsar.org/
5. Mitsch, W. J., & Gosselink, J. G. (2015). Wetlands (5th ed.). Wiley.
6. Brix, H. (1997). "Do macrophytes play a role in constructed treatment wetlands?" Water Science and Technology, 35(5), 11–17.
7. Nguyễn, T. T. H., & Trần, V. N. (2020). "Ứng dụng đất ngập nước nhân tạo trong xử lý nước thải tại Việt Nam." Tạp chí Khoa học và Công nghệ Môi trường, 61(3), 45–52.