Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ với tiêu đề "Ảnh hưởng của độ mặn lên cấu trúc quần xã phiêu sinh vật ở khu vực hạ lưu sông Hậu" do nghiên cứu sinh Nguyễn Công Tráng thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. Vũ Ngọc Út tại Trường Thủy sản, Trường Đại học Cần Thơ, thuộc chuyên ngành Nuôi trồng thủy sản (mã số 9620301), bảo vệ năm 2026.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Trong hệ sinh thái thủy vực, quần xã phiêu sinh vật bao gồm phiêu sinh thực vật (PSTV) và phiêu sinh động vật (PSĐV) đóng vai trò nền tảng trong lưới thức ăn tự nhiên, quyết định năng suất sinh học của thủy vực và là nguồn thức ăn ban đầu quyết định tỷ lệ sống của ấu trùng động vật thủy sản. Sông Hậu là một trong hai phân lưu chính của sông Mekong tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), giữ vai trò cung cấp nguồn nước ngọt phục vụ sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản (NTTS), đặc biệt là nghề nuôi cá tra và tôm nước lợ tại các tỉnh hạ lưu như Sóc Trăng.

Tuy nhiên, trong những năm gần đây, hiện tượng xâm nhập mặn tại vùng hạ lưu sông Hậu diễn ra ngày càng phức tạp do tác động kép từ biến đổi khí hậu, nước biển dâng và sự suy giảm lưu lượng dòng chảy từ thượng nguồn sông Mekong (do các công trình thủy điện và hoạt động gia tăng khai thác nước vào mùa khô tháng 4 - tháng 5). Sự gia tăng độ mặn làm thay đổi căn bản áp suất thẩm thấu, giới hạn sinh thái và sinh lý của các nhóm thủy sinh vật nước ngọt, dẫn đến nguy cơ suy giảm nguồn thức ăn tự nhiên (như luân trùng, giáp xác râu ngành) và làm bùng phát các nhóm vi tảo bất lợi hoặc tiết độc tố (như tảo giáp, vi khuẩn lam).

Khoảng trống nghiên cứu được tác giả xác định là: phần lớn các nghiên cứu trước đây tại ĐBSCL chỉ khảo sát riêng lẻ các yếu tố chất lượng nước hoặc biến động phiêu sinh vật ngoài tự nhiên trong một thời điểm nhất định; chưa có công trình nào đánh giá đồng thời cấu trúc quần xã cả PSTV và PSĐV theo gradient độ mặn thực tế trên sông Hậu kết hợp với việc kiểm chứng bằng các mô hình thí nghiệm mô phỏng xâm nhập mặn theo chu kỳ bán nhật triều và theo thời gian.

Mục tiêu nghiên cứu

  • Mục tiêu tổng quát: Khảo sát ảnh hưởng của độ mặn lên quần xã phiêu sinh vật vùng hạ lưu sông Hậu để cung cấp các cơ sở dữ liệu cần thiết nhằm dự báo hoặc đề xuất các biện pháp góp phần hạn chế những tác động bất lợi của xâm nhập mặn lên nuôi trồng thủy sản ở vùng hạ lưu sông Hậu nói riêng và ở ĐBSCL nói chung.
  • Mục tiêu cụ thể:
    1. Đánh giá sự biến động của độ mặn và chất lượng nước tại vùng hạ lưu sông Hậu theo thời gian và theo không gian để dự báo về khả năng xâm nhập mặn tại vùng hạ lưu sông Hậu.
    2. Đánh giá ảnh hưởng của độ mặn lên cấu trúc quần xã PSTV vùng hạ lưu sông Hậu để dự báo khả năng bùng phát tảo bất lợi đối với hoạt động NTTS trong vùng bị nhiễm mặn.
    3. Đánh giá ảnh hưởng của độ mặn lên cấu trúc quần xã PSĐV ở vùng hạ lưu sông Hậu để dự báo khả năng biến động của nguồn thức ăn tự nhiên đối với hoạt động NTTS trong vùng bị nhiễm mặn.
    4. Đánh giá biến động cấu trúc quần xã PSTV dưới tác động của độ mặn trong mô hình mô phỏng xâm nhập mặn để dự báo những biến động của các nguồn thức ăn tự nhiên là PSTV trong các hệ sinh thái thủy vực và trong hoạt động NTTS.
    5. Đánh giá biến động cấu trúc quần xã PSĐV dưới tác động của độ mặn trong mô hình mô phỏng xâm nhập mặn để dự báo những biến động của các nguồn thức ăn tự nhiên là PSĐV trong các hệ sinh thái thủy vực và trong NTTS.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: 10 chỉ tiêu chất lượng nước, độ mặn, cùng thành phần loài và mật độ của quần xã phiêu sinh thực vật (PSTV) và phiêu sinh động vật (PSĐV).
  • Phạm vi không gian:
    • Khảo sát thực địa: Tuyến sông chính hạ lưu sông Hậu thuộc tỉnh Sóc Trăng (cũ), trải dài qua 3 khu vực đại diện theo gradient độ mặn: Cái Côn (vùng nội đồng ngọt/nhiễm mặn nhẹ), Đại Ngãi (vùng trung gian), và Trần Đề (vùng cửa sông tiếp giáp biển Đông).
    • Thí nghiệm thực nghiệm: Trại thực nghiệm và hệ thống phòng thí nghiệm của Trường Thủy sản, Trường Đại học Cần Thơ.
  • Phạm vi thời gian: Toàn bộ công trình thực hiện từ tháng 07/2017 đến tháng 04/2025. Chu kỳ thu mẫu thực địa trên sông Hậu kéo dài liên tục 12 tháng từ tháng 07/2017 đến tháng 06/2018 (trong đó thời kỳ xâm nhập mặn mạnh được ghi nhận từ tháng 12/2017 đến tháng 04/2018).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây

Tác giả đã hệ thống hóa các tài liệu khoa học liên quan đến tác động của độ mặn lên sinh thái thủy vực và phiêu sinh vật trên thế giới và tại Việt Nam:

  1. Nghiên cứu quốc tế về ảnh hưởng của độ mặn đến phiêu sinh vật:

    • Đối với phiêu sinh thực vật: Coutteau (1996) xác định khoảng độ mặn tối ưu cho PSTV phát triển từ 20-24 mg/L. Bailey & James (2000) cùng Clunie et al. chỉ ra phần lớn vi tảo nước ngọt không chịu được nồng độ mặn vượt quá 10‰. Brock (1986) phân tích cơ chế hình thành bào tử nghỉ thích nghi mặn của Dunaliella salina. Muylaert et al. (2009) tại cửa sông Schelde ghi nhận 97 loài PSTV, khẳng định độ mặn làm suy giảm đa số các loài tảo lục và làm biến mất các loài ngoại trừ tảo giáp Gymnodinium sp. ($R^2=0,927; p<0,001$). Chakraborty et al. (2011) tại cửa sông Godavari (Ấn Độ) chứng minh vi khuẩn lam (Cyanobacteria) thích ứng thẩm thấu tốt hơn tảo lục nhờ khả năng tổng hợp Zeaxanthin khi mặn đạt 16‰. Johnson (2015) ghi nhận loài Microcystis aeruginosa độc hại mở rộng phân bố vào vùng nước lợ ở California. Patricia et al. tại đầm phá đồng bằng Ebro (Tây Ban Nha) chỉ ra nhiệt độ và độ mặn quyết định 60% cấu trúc PSTV. Roksana et al. tại sông Sungai (Brunei) và Xiong & Liu (2018) tại cửa sông Châu Giang (Trung Quốc) đều ghi nhận năng suất sơ cấp và độ phong phú của PSTV tương quan nghịch với độ mặn. Sew & Todd (2020) tại Singapore và Buana et al. (2021) tại cửa sông Saddang Pinrang (Indonesia) khẳng định độ mặn là yếu tố quyết định sự tồn tại và phân bố của các nhóm tảo nhiệt đới.
    • Đối với phiêu sinh động vật: Venkataramana et al. (2023) khảo sát 17 cửa sông tại Ấn Độ thời kỳ hậu gió mùa, xác định Copepoda chiếm tới 76% mật độ và sự phân bố loài chỉ thị biến đổi rõ rệt giữa các vùng oligohaline, mesohaline và polyhaline. Ersoy et al. (2022) và Tunca et al. nhấn mạnh tính nhạy cảm cao của các nhóm giáp xác râu ngành nước ngọt trước áp lực thẩm thấu khi độ dẫn điện tăng từ 100 đến 1000 μS/cm.

  2. Nghiên cứu tại Việt Nam:

    • Đối với phiêu sinh thực vật: Nguyễn Thị Thu Hè (2012) tại cửa sông Văn Úc (Hải Phòng) tìm thấy 64 loài PSTV, trong đó tảo khuê chiếm 78,13%. Le Xuan Tuan (2012) tại vịnh Lăng Cô (Thừa Thiên Huế) ghi nhận gần 200 loài biến động mật độ theo mùa mưa và mùa khô. Phạm Thị Minh Hạnh (2013) tại vùng ven biển miền Trung phân tích tương quan nghịch giữa mật độ PSTV với độ mặn. Nguyễn Văn Hòa & Đặng Kim Thanh (2014) khảo sát thành phần PSTV theo các thang độ mặn 35‰, 60‰, 80‰ và 100‰ trong hệ thống bio-floc. Nguyễn Quang Dương Nguyên & Nguyễn Phú Hòa (2017) xác định ngưỡng chịu mặn của các chi vi khuẩn lam (Anabaena, Lyngbya, Microcystis) phân lập từ ao tôm. Nguyễn Thị Trà et al. và Đỗ Thị Hoài Sương & Phạm Thị Anh (2019) chứng minh loài tảo khuê có lợi Thalassiosira weissflogii tăng trưởng cực đại tại độ mặn 28‰. Âu Văn Hóa et al. (2019) tại cửa sông Mỹ Thanh (Sóc Trăng) ghi nhận 17 loài tảo giáp (Dinophyta), chỉ rõ mật độ tảo giáp tương quan thuận có ý nghĩa ($p<0,05$) với độ mặn ở thời điểm triều cường.
    • Đối với phiêu sinh động vật: Mai Viết Văn et al. tại ven biển Tây Nam Bộ (Sóc Trăng - Bạc Liêu) xác định 207 loài mùa mưa và 176 loài mùa khô. Nguyễn Thị Kim Liên et al. (2014) tại Cù Lao Dung và tuyến sông Hậu ghi nhận 97 loài PSĐV, trong đó nhóm Cladocera vắng mặt tại vùng Đại Ngãi khi bị nhiễm mặn trong mùa khô. Trần Sương Ngọc et al. (2015) khảo sát khả năng sinh sản của luân trùng Brachionus angularis chịu mặn đến 5‰. Phùng Khánh Chuyên et al. nghiên cứu Brachionus plicatilis ở các dải mặn 5-35‰. Trần Nguyên Ngọc et al. (2022) nghiên cứu vòng đời của copepod Apocyclops panamensis tối ưu ở 20‰. Phan Bảo Tân et al. đánh giá cấu trúc PSĐV trong ao tôm - rừng ngập mặn Cà Mau.
    • Chất lượng nước và hiện tượng tảo nở hoa gây hại (HABs): Nguyễn Thị Kim Liên et al. (2016) và Nguyễn Thanh Giao et al. (2022) đánh giá chất lượng nước sông Hậu theo mùa và chu kỳ triều, chỉ ra hiện tượng ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng cao. Các tổng quan về tảo nở hoa gây hại từ Bresnan et al., Shumway et al., Smayda, Brown et al., Svendsen et al., và Vũ Ngọc Út & Dương Thị Hoàng Oanh (2013) nêu rõ độc tố gan (microcystin) từ vi khuẩn lam, độc tố gây liệt cơ (saxitoxin), tiêu chảy (okadaic acid) từ các chi tảo giáp Alexandrium, Dinophysis, Prorocentrum.

Khoảng trống luận án giải quyết

Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu thực địa độc lập, sự thiếu hụt một nghiên cứu đối chiếu song song giữa hiện trường và thực nghiệm đã tạo ra khoảng trống trong việc giải thích cơ chế biến đổi quần xã. Luận án giải quyết khoảng trống này bằng cách thiết lập một ma trận nghiên cứu tích hợp: vừa phân tích biến động tự nhiên của quần xã PSV dọc theo 3 vùng cửa sông Hậu có độ mặn biến thiên từ 0 đến 20‰, vừa kiểm chứng thực nghiệm bằng 2 mô hình mô phỏng nhân tạo (mô phỏng theo chu kỳ bán nhật triều 12 giờ và mô phỏng sốc mặn theo thời gian). Điều này cho phép lượng hóa chính xác các tác động đơn lẻ của độ mặn lên từng bậc phân loại vi tảo và động vật phù du.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

  • Khái niệm và định nghĩa: Sử dụng định nghĩa "xâm nhập mặn" theo Thông tư số 76/2017/TT-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường; khung lý thuyết về hiện tượng tảo nở hoa gây hại (HABs - Harmful Algae Blooms); các khái niệm về độ rộng sinh thái, áp suất thẩm thấu sinh học và các chỉ số sinh thái quần xã (chỉ số đa dạng Shannon-Weiner $H'$, chỉ số đồng đều Pielou $J'$).
  • Khung phân tích: Đánh giá mối quan hệ tương quan giữa biến môi trường (10 chỉ tiêu chất lượng nước và độ mặn) với các biến cấu trúc sinh học (thành phần loài, tỷ lệ nhóm loài, mật độ cá thể/lít hoặc cá thể/$m^3$).

Phương pháp nghiên cứu thực tế

  1. Khảo sát và thu mẫu thực địa trên sông Hậu:

    • Vị trí: 3 khu vực gồm Cái Côn, Đại Ngãi và Trần Đề.
    • Thu mẫu nước: Sử dụng xô nhựa 20 L, bảo quản mẫu trong bình chứa chuyên dụng (110 mL và 1 L) theo tiêu chuẩn bảo quản mẫu nước.
    • Thu mẫu PSTV: Thu mẫu định lượng bằng lưới vớt phiêu sinh thực vật hình nón có kích thước mắt lưới 25 µm; cố định mẫu ngay tại hiện trường bằng dung dịch Lugol hoặc Formalin 4%.
    • Thu mẫu PSĐV: Thu mẫu định lượng bằng lưới vớt phiêu sinh động vật chuyên dụng có kích thước mắt lưới 60 µm; lọc qua thể tích nước quy chuẩn và cố định bằng dung dịch Formalin 4%.
    • Chế độ thu mẫu: Thu định kỳ 12 tháng liên tục (07/2017 - 06/2018), kết hợp lấy mẫu ở các pha triều cường (đỉnh triều - High Tide) và triều cạn (chân triều - Low Tide).

  2. Bố trí thí nghiệm mô phỏng xâm nhập mặn:

    • Được thiết lập tại Trại thực nghiệm Trường Thủy sản - Trường Đại học Cần Thơ.
    • Thí nghiệm 1 (Mô phỏng theo chu kỳ bán nhật triều): Bố trí hệ thống bể thực nghiệm cho nước mặn xâm nhập và rút theo chu kỳ nhật triều/bán nhật triều đặc trưng của vùng biển Đông (chu kỳ dao động ~12 giờ với các mức đỉnh triều và chân triều).
    • Thí nghiệm 2 (Mô phỏng theo thời gian): Thiết lập các dải nghiệm thức độ mặn cố định tăng dần để đánh giá ngưỡng đáp ứng sinh lý và sự thay đổi quần xã qua các mốc thời gian tiếp xúc liên tục.

  3. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm:

    • Chỉ tiêu chất lượng nước: Phân tích 10 thông số theo phương pháp tiêu chuẩn: Nhiệt độ (°C), pH (đo điện cực), Oxy hòa tan (DO, mg/L), Nhu cầu oxy hóa học (COD, mg/L), Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5, mg/L), Nitrate ($NO_3^-$, mg/L), Tổng đạm amoniac (TAN, mg/L), Tổng đạm (TN, mg/L), Phosphate ($PO_4^{3-}$, mg/L) và Tổng lân (TP, mg/L).
    • Phân tích sinh học: Định danh phân loại hình thái phiêu sinh vật dựa vào các khóa phân loại chuẩn dưới kính hiển vi quang học; đếm mật độ cá thể bằng buồng đếm Sedgewick-Rafter (đối với PSTV) và buồng đếm đĩa Bogorov (đối với PSĐV).

  4. Phương pháp xử lý số liệu:

    • Thống kê mô tả: Tính giá trị trung bình, độ lệch chuẩn, tần suất xuất hiện và tỷ lệ phần trăm cấu trúc.
    • Thống kê suy diễn:
      • Kiểm tra phân phối chuẩn và phân tích phương sai (ANOVA) để so sánh các sai khác có ý nghĩa thống kê ($p<0,05$).
      • Phân tích hệ số tương quan tuyến tính Pearson ($r$) và xác định mức ý nghĩa ($p$-value) giữa độ mặn với số lượng loài và mật độ.
      • Phân tích thành phần chính (PCA) xác định cụm loài phân bố đặc trưng theo độ mặn.
      • Phân tích tương quan chính tắc (CCA) mô tả quan hệ giữa tập hợp chỉ tiêu môi trường với cấu trúc loài.
      • Phân tích SIMPER (Similarity Percentages) xác định tỷ lệ đóng góp của từng loài vào sự khác biệt cấu trúc giữa các nghiệm thức.
      • Phân tích cụm (Cluster analysis) và thiết lập các phương trình hồi quy dự đoán biến động mật độ, số loài theo biến số độ mặn.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương 1 thiết lập bối cảnh khoa học của đề tài. Tác giả luận giải vai trò thiết yếu của quần xã phiêu sinh vật trong việc duy trì chuỗi thức ăn tự nhiên và hỗ trợ hoạt động nuôi trồng thủy sản nước ngọt và nước lợ tại ĐBSCL. Phân tích thực trạng suy giảm dòng chảy sông Mekong kết hợp với biến đổi khí hậu khiến mặn xâm nhập ngày càng sâu vào nội đồng sông Hậu. Chương này xác định rõ 1 mục tiêu tổng quát, 5 mục tiêu cụ thể, 5 nội dung nghiên cứu tương ứng, khẳng định ý nghĩa khoa học trong việc cung cấp dẫn liệu sinh thái cửa sông và ý nghĩa thực tiễn phục vụ quản lý sản xuất thủy sản thích ứng biến đổi khí hậu.

Chương 2: Tổng quan tài liệu

Chương này cung cấp hệ thống cơ sở lý luận và tổng hợp các công trình khoa học trong và ngoài nước. Tác giả trình bày chi tiết về vị trí địa lý sông Hậu, chế độ bán nhật triều không đều của biển Đông với biên độ triều cực đại $4,1 \pm 0,1$ m, chu kỳ ngày 12 giờ và chu kỳ tháng 15 ngày (triều cường, triều kém). Chương 2 phân tích diễn biến các đợt hạn mặn lịch sử tại ĐBSCL (2015-2016, 2019-2020, 2024), trong đó ranh mặn 4‰ đã lấn sâu vào sông Hậu từ 45-60 km. Đồng thời, tác giả tổng thuật các nghiên cứu về phản ứng sinh lý của vi tảo và động vật phù du khi độ mặn thay đổi, phân loại các nhóm tảo gây hiện tượng HABs (tảo lam Cyanobacteria, tảo giáp Dinophyta) và các độc tố liên quan (saxitoxin, okadaic acid, microcystin).

Chương 3: Phương pháp nghiên cứu

Chương 3 trình bày chi tiết phương pháp luận, địa điểm, thời gian, công cụ thu mẫu thực địa và quy trình thiết kế hai hệ thống thực nghiệm mô phỏng tại Trường Thủy sản - Đại học Cần Thơ. Mô tả chi tiết việc sử dụng lưới vớt 25 µm (cho PSTV), lưới 60 µm (cho PSĐV), quy trình bảo quản mẫu, các tiêu chuẩn phân tích 10 chỉ tiêu chất lượng nước trong phòng thí nghiệm. Thiết lập khung xử lý số liệu thống kê mô tả và thống kê đa biến định lượng gồm ANOVA, phân tích tương quan Pearson, mô hình hồi quy tuyến tính, PCA, CCA, SIMPER và phân tích cụm.

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Chương 4 là chương trọng tâm của luận án, tập trung các phát hiện định lượng từ khảo sát thực địa và thực nghiệm mô phỏng:

1. Hiện trạng chất lượng nước và độ mặn vùng hạ lưu sông Hậu

Kết quả phân tích 10 chỉ tiêu môi trường nước trên sông Hậu cho thấy chất lượng nước cơ bản phù hợp cho sự sinh trưởng của thủy sinh vật và hoạt động nuôi trồng thủy sản. Mặn xâm nhập diễn ra mạnh nhất trong mùa khô, tập trung từ tháng 12/2017 đến tháng 04/2018.

Chỉ tiêu chất lượng nước Giá trị trung bình $\pm$ Độ lệch chuẩn Đơn vị đo
Nhiệt độ $29,2 \pm 1,07$ °C
pH $7,4 \pm 0,49$ -
Oxy hòa tan (DO) $5,0 \pm 1,77$ mg/L
Nhu cầu oxy hóa học (COD) $13,5 \pm 10,58$ mg/L
Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) $3,5 \pm 1,24$ mg/L
Nitrate ($NO_3^-$) $0,4 \pm 0,32$ mg/L
Đạm Amoniac tổng số (TAN) $0,1 \pm 0,06$ mg/L
Tổng đạm (TN) $1,8 \pm 1,06$ mg/L
Phosphate ($PO_4^{3-}$) $0,3 \pm 0,19$ mg/L
Tổng lân (TP) $0,9 \pm 0,44$ mg/L
Độ mặn vùng Cái Côn $0,13 \pm 0,448$ (dao động 0 - 2,2) ‰
Độ mặn vùng Đại Ngãi $1,04 \pm 1,829$ (dao động 0 - 5,5) ‰
Độ mặn vùng Trần Đề $5,71 \pm 6,610$ (dao động 0 - 20,0) ‰

2. Cấu trúc quần xã phiêu sinh thực vật (PSTV) ngoài tự nhiên

Khảo sát thực địa ghi nhận 221 loài PSTV thuộc 5 ngành. Mức độ phong phú về thành phần loài và mật độ cá thể có sự phân hóa rõ nét theo gradient độ mặn:

Ngành phiêu sinh thực vật Số loài Tỷ lệ thành phần (%) Mật độ trung bình (cá thể/L) Tương quan số loài với độ mặn ($r; p$) Tương quan mật độ với độ mặn ($r; p$)
Tảo khuê (Bacillariophyta) 97 43,9% 45.265 $r = -0,608; p = 0,021$ $r = 0,421; p = 0,000$
Tảo lục (Chlorophyta) 54 24,4% 12.291 $r = -0,378; p = 0,001$ -
Tảo mắt (Euglenophyta) 35 15,8% 6.958 $r = -0,359; p = 0,002$ -
Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) 19 8,6% 5.330 $r = -0,378; p = 0,001$ -
Tảo giáp (Dinophyta) 16 7,2% Đạt mật độ cao khi mặn tăng $r = 0,644; p = 0,000$ $r = 0,718; p = 0,000$
Tổng cộng quần xã PSTV 221 100% - $r = -0,631; p = 0,016$ $r = 0,247; p = 0,000$

Phân tích hồi quy và PCA chỉ ra rằng tổng số loài PSTV giảm khi mặn tăng. Tuy nhiên, mật độ tổng thể lại tương quan thuận do sự bùng nổ mật độ của các loài tảo khuê chịu mặn và tảo giáp (Dinophyta). Ngành Dinophyta tăng trưởng mạnh cả về số lượng loài lẫn mật độ tế bào ở các vùng có độ mặn cao như Trần Đề và trong các thời điểm đỉnh triều.

3. Cấu trúc quần xã phiêu sinh động vật (PSĐV) ngoài tự nhiên

Ghi nhận 137 loài PSĐV thuộc 5 nhóm phân loại lớn. Độ mặn gia tăng tác động tiêu cực đến các nhóm động vật phù du nước ngọt bản địa:

Nhóm phiêu sinh động vật Số loài Tỷ lệ thành phần (%) Mật độ trung bình (cá thể/$m^3$) Tương quan số loài với độ mặn ($r; p$) Tương quan mật độ với độ mặn ($r; p$)
Luân trùng (Rotifera) 47 34,0% 19.485 $r = -0,690; p = 0,003$ $r = -0,282; p = 0,025$
Chân mái chèo (Copepoda) 44 32,0% 19.674 $r = 0,457; p = 0,000$ $r = 0,458; p = 0,000$
Động vật nguyên sinh (Protozoa) 26 19,0% 6.040 $r = 0,439; p = 0,000$ $r = 0,497; p = 0,000$
Giáp xác râu ngành (Cladocera) 12 9,0% 4.002 $r = -0,459; p = 0,000$ $r = -0,294; p = 0,012$
Các taxon khác 8 6,0% 10.871 - -
Tổng cộng quần xã PSĐV 137 100% - $r = -0,300; p = 0,010$ -

Kết quả chứng minh rõ rệt: Rotifera và Cladocera là hai nhóm thức ăn tự nhiên quan trọng của cá bột và tôm giống nước ngọt, bị suy giảm nghiêm trọng cả về số loài và mật độ cá thể khi có sự xâm nhập của nước mặn. Ngược lại, nhóm Copepoda và Protozoa có xu hướng gia tăng để thích nghi với môi trường lợ - mặn.

4. Kết quả từ hai thí nghiệm mô phỏng xâm nhập mặn

Kết quả từ hệ thống thực nghiệm mô phỏng khẳng định lại các phát hiện ngoài hiện trường tự nhiên:

Chỉ số sinh học kiểm chứng Thí nghiệm 1 (Mô phỏng theo chu kỳ bán nhật triều) Thí nghiệm 2 (Mô phỏng theo thời gian)
Tổng số loài PSTV ghi nhận 109 loài 186 loài
- Tảo lục (Chlorophyta) 45 loài (41%), mật độ 45.015 ct/L 80 loài (43%), mật độ 87.843 ct/L
- Tảo mắt (Euglenophyta) 39 loài (36%), mật độ 20.843 ct/L 50 loài (27%), mật độ 15.313 ct/L
- Tảo khuê (Bacillariophyta) 17 loài (16%), mật độ 84.545 ct/L 44 loài (24%), mật độ 99.463 ct/L
- Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) 8 loài (7%), mật độ 25.662 ct/L 12 loài (6%), mật độ 14.184 ct/L
- Tương quan số loài PSTV với độ mặn $r_1 = -0,549; p_1 = 0,000$ $r_2 = -0,405; p_2 = 0,001$
- Tương quan mật độ PSTV với độ mặn $r_1 = -0,307; p_1 = 0,000$ $r_2 = -0,163; p_2 = 0,024$
Tổng số loài PSĐV ghi nhận 52 loài 92 loài
- Luân trùng (Rotifera) 22 loài (42,3%), mật độ 2.768 ct/$m^3$ 37 loài (40,2%), mật độ 2.077 ct/$m^3$
- Chân mái chèo (Copepoda) 12 loài (23,1%), mật độ 87.984 ct/$m^3$ 16 loài (17,4%), mật độ 134.096 ct/$m^3$
- Động vật nguyên sinh (Protozoa) 11 loài (21,2%), mật độ 378.024 ct/$m^3$ 30 loài (32,6%), mật độ 313.582 ct/$m^3$
- Giáp xác râu ngành (Cladocera) 4 loài (7,7%), mật độ 66.502 ct/$m^3$ 6 loài (6,5%), mật độ 36.165 ct/$m^3$
- Các taxon khác 3 taxon (8%), mật độ 12.365 ct/$m^3$ 3 taxon (3,3%), mật độ 4.476 ct/$m^3$
- Tương quan số loài PSĐV với độ mặn $r_1 = -0,331; p_1 = 0,007$ $r_2 = -0,563; p_2 = 0,000$

Trong điều kiện kiểm soát của phòng thí nghiệm, độ mặn thể hiện rõ vai trò là yếu tố hạn chế: cả số lượng loài và tổng mật độ của PSTV và PSĐV đều tương quan nghịch có ý nghĩa ($p<0,05$) với nồng độ muối gia tăng. Phân tích SIMPER chỉ rõ các loài biến mất sớm nhất thuộc các chi Cladocera nước ngọt và các vi tảo lục đơn bào.

Chương 5: Kết luận và đề xuất

Chương 5 đúc kết các kết luận khoa học chính của toàn bộ đề tài: khẳng định sự xâm nhập mặn làm suy thoái tính đa dạng sinh học của phiêu sinh vật nước ngọt bản địa, thúc đẩy sự chiếm lĩnh của tảo khuê chịu mặn và tảo giáp, gây thiếu hụt nguồn thức ăn sống tự nhiên (Rotifera, Cladocera). Tác giả đề xuất các giải pháp kỹ thuật cụ thể: vận hành lịch lấy nước nuôi thủy sản theo chu kỳ triều kém và khi chân triều rút; chủ động quan trắc cảnh báo mật độ tảo giáp Dinophyta tại các vùng nuôi thủy sản hạ lưu; bổ sung các giải pháp thức ăn nhân tạo thay thế thức ăn tự nhiên trong các ao nuôi thủy sản nước ngọt khi có cảnh báo mặn xâm nhập.

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới của luận án

  1. Xây dựng bộ cơ sở dữ liệu định lượng hoàn chỉnh đầu tiên về quần xã phiêu sinh vật theo gradient độ mặn tại hạ lưu sông Hậu: Luận án đã xác lập hệ thống dữ liệu chi tiết gồm 221 loài phiêu sinh thực vật và 137 loài phiêu sinh động vật dọc theo tuyến sông Hậu từ vùng ngọt (Cái Côn) qua vùng chuyển tiếp (Đại Ngãi) đến vùng cửa sông mặn (Trần Đề). Chứng minh rõ quy luật tổng số loài PSTV ($r = -0,631; p = 0,016$) và PSĐV ($r = -0,300; p = 0,010$) tương quan nghịch có ý nghĩa thống kê với độ mặn.
  2. Làm rõ sự đáp ứng phân hóa của các nhóm phiêu sinh vật chỉ thị phục vụ nuôi trồng thủy sản:
    • Chỉ ra sự suy giảm mạnh mẽ cả về số loài và mật độ của hai nhóm thức ăn tự nhiên quan trọng trong NTTS nước ngọt là Rotifera ($r = -0,690; p = 0,003$ đối với số loài) và Cladocera ($r = -0,459; p = 0,000$ đối với số loài).
    • Phát hiện nguy cơ sinh thái khi độ mặn gia tăng: ngành tảo giáp Dinophyta gia tăng rõ rệt cả về số loài ($r = 0,644; p = 0,000$) và mật độ tế bào ($r = 0,718; p = 0,000$), cung cấp căn cứ dự báo về hiện tượng tảo nở hoa có hại (HABs) xâm nhập sâu vào nội đồng.
    • Xác định sự gia tăng mật độ của tảo khuê Bacillariophyta ($r = 0,421; p = 0,000$) là một tác động có lợi cho các mô hình nuôi động vật thủy sản rộng muối hoặc nước lợ.
  3. Bổ sung bằng chứng thực nghiệm từ hai mô hình mô phỏng xâm nhập mặn theo chu kỳ bán nhật triều: Luận án cung cấp dẫn liệu thực nghiệm có đối chứng, kiểm nghiệm cơ chế tác động độc lập của độ mặn lên sự biến đổi cấu trúc quần xã phiêu sinh vật trong điều kiện bán nhật triều nhân tạo. Khẳng định số loài của cả hai nhóm PSTV ($p_1 = 0,000; p_2 = 0,001$) và PSĐV ($p_1 = 0,007; p_2 = 0,000$) đều suy giảm có ý nghĩa thống kê khi độ mặn tăng dần.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Về công tác quan trắc môi trường: Cần đưa chỉ tiêu mật độ tảo giáp (Dinophyta) vào hệ thống trạm quan trắc cảnh báo sớm tại các vùng lấy nước nuôi trồng thủy sản ven sông Hậu, đặc biệt là giai đoạn cao điểm mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4.
  • Về quản lý cấp nước nuôi trồng thủy sản: Các cơ sở nuôi cá nước ngọt (cá tra, cá lóc) ven sông cần tránh lấy nước vào thời điểm triều cường khi nồng độ muối và mật độ tảo giáp đạt cực đại; ưu tiên lấy nước lúc triều cạn (chân triều) khi dòng chảy ngọt từ thượng nguồn chiếm ưu thế.
  • Về điều chỉnh kỹ thuật nuôi: Khi mặn xâm nhập nhẹ (dưới 2-3‰), nguồn thức ăn tự nhiên Rotifera và Cladocera bị suy giảm nhanh chóng, người nuôi cần chủ động bổ sung thức ăn công nghiệp hoặc các nguồn sinh khối thức ăn nhân tạo thích hợp để tránh làm suy giảm tốc độ tăng trưởng của ấu trùng động vật thủy sản.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án

  • Phạm vi không gian khảo sát: Nghiên cứu chỉ tập trung thu mẫu dọc theo tuyến sông chính hạ lưu sông Hậu thuộc địa phận Sóc Trăng cũ (qua 3 điểm đại diện Cái Côn, Đại Ngãi và Trần Đề), chưa bao quát toàn bộ hệ thống kênh rạch nội đồng phân nhánh chịu tác động của xâm nhập mặn.
  • Phạm vi thời gian: Dữ liệu thực địa liên tục được thu thập trong chu kỳ 12 tháng (07/2017 - 06/2018), do đó chưa phản ánh hết được các biến động liên năm bất thường của các chu kỳ khí hậu cực đoan kéo dài hơn.
  • Điều kiện mô phỏng: Hệ thống thực nghiệm mô phỏng tại trại thực nghiệm được tiến hành trong môi trường nhân tạo, chưa tích hợp đầy đủ tác động đồng thời của các yếu tố động lực dòng chảy phức tạp, tải lượng chất lơ lửng (TSS) cao ngoài tự nhiên và tương tác sinh thái đa loài phức tạp trong chuỗi thức ăn đáy.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Mở rộng quan trắc mạng lưới thu mẫu tại các vùng phụ lưu và hệ thống kênh rạch cấp 1, cấp 2 dọc sông Hậu chịu ảnh hưởng trực tiếp của các cống ngăn mặn.
  • Phân tích định lượng chuyên sâu các loại độc tố sinh học biển (phycotoxins như okadaic acid, saxitoxin) được sản sinh bởi các loài tảo giáp Dinophyta ghi nhận trong thời gian xâm nhập mặn lấn sâu vào vùng ngọt.
  • Đánh giá ảnh hưởng của các tổ hợp biến đổi môi trường đa yếu tố (nhiệt độ tăng, độ mặn tăng kết hợp phú dưỡng hóa) đến sức sống và giá trị dinh dưỡng (hàm lượng axit béo không no) của các loài phiêu sinh vật bản địa.

Giá trị tham khảo

Đối tượng thụ hưởng

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Thuộc các chuyên ngành Nuôi trồng thủy sản, Sinh thái học thủy sinh, Quản lý tài nguyên và môi trường nước, Hải dương học cửa sông.
  • Cán bộ kỹ thuật và chuyên viên quản lý ngành nông nghiệp, thủy sản: Cục Thủy sản, Chi cục Thủy sản và Chăn nuôi Thú y các tỉnh ĐBSCL, Trung tâm Khuyến nông.
  • Các kỹ sư và cán bộ quản lý công trình thủy lợi: Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam, các công ty khai thác công trình thủy lợi chịu trách nhiệm đóng mở cống ngăn mặn và điều tiết nguồn nước ngọt.

Các phần đáng tham khảo trong luận án

  • Phương pháp luận thiết kế thí nghiệm mô phỏng chu kỳ bán nhật triều: Quy trình bố trí hệ thống bể thực nghiệm nhân tạo mô phỏng nhịp triều dâng - rút 12 giờ là tài liệu tham khảo thực nghiệm chuẩn mực cho các nghiên cứu mô phỏng sinh thái học cửa sông.
  • Bộ số liệu thống kê tương quan và phương trình hồi quy: Toàn bộ hệ thống hệ số tương quan Pearson ($r$), giá trị $p$, phân tích phân hạng PCA, CCA và bảng đóng góp tỷ lệ loài SIMPER (trình bày tại Chương 4 và Phụ lục 7) cung cấp dữ liệu nền tảng cho việc lập mô hình toán học dự báo biến đổi chất lượng nước và năng suất sinh học cửa sông.
  • Khóa danh mục phân loại sinh vật: Hệ thống bảng tra cứu danh mục 221 loài phiêu sinh thực vật và 137 loài phiêu sinh động vật kèm theo tọa độ, độ mặn xuất hiện là nguồn tư liệu phân loại hình thái hữu ích cho nghiên cứu thủy sinh học tại hạ lưu hệ thống sông Mekong.

Câu hỏi thường gặp

1. Xâm nhập mặn tác động như thế nào đến tổng số loài và tổng mật độ của phiêu sinh thực vật trên sông Hậu?

Theo kết quả khảo sát thực địa trên sông Hậu, tổng số loài phiêu sinh thực vật có mối tương quan nghịch có ý nghĩa thống kê với độ mặn ($r = -0,631; p = 0,016$), nghĩa là khi độ mặn tăng thì số lượng loài có mặt trong quần xã suy giảm. Tuy nhiên, tổng mật độ cá thể vi tảo lại có mối tương quan thuận với độ mặn ($r = 0,247; p = 0,000$). Hiện tượng này xảy ra do sự chiếm ưu thế vượt trội về sinh khối và mật độ của nhóm tảo khuê thích nghi mặn (Bacillariophyta, đạt trung bình 45.265 cá thể/L, tương quan mật độ $r = 0,421; p = 0,000$) và nhóm tảo giáp (Dinophyta).

2. Sự biến động của ngành tảo giáp (Dinophyta) theo độ mặn tại hạ lưu sông Hậu diễn ra theo quy luật nào?

Ngành tảo giáp (Dinophyta) thể hiện mối tương quan thuận mạnh mẽ và có ý nghĩa thống kê cao với độ mặn trên cả hai phương diện: số lượng loài hiện diện ($r = 0,644; p = 0,000$) và mật độ cá thể ($r = 0,718; p = 0,000$). Khi độ mặn tăng cao tại vùng cửa sông Trần Đề (trung bình $5,71 \pm 6,610$‰) và vào thời điểm triều cường, thành phần loài và mật độ tảo giáp tăng vọt. Sự gia tăng này cảnh báo nguy cơ xuất hiện các hiện tượng tảo nở hoa gây hại (HABs) và tích tụ độc tố sinh học trong các thủy vực nuôi trồng thủy sản ven sông.

3. Những nhóm phiêu sinh động vật nào bị suy giảm mạnh nhất khi xảy ra hiện tượng xâm nhập mặn?

Hai nhóm phiêu sinh động vật bị tổn thương và suy giảm nghiêm trọng nhất là luân trùng (Rotifera) và giáp xác râu ngành (Cladocera). Cụ thể:

  • Số loài Rotifera tương quan nghịch mạnh với độ mặn ($r = -0,690; p = 0,003$) và mật độ của chúng cũng giảm ($r = -0,282; p = 0,025$).
  • Số loài Cladocera tương quan nghịch với độ mặn ($r = -0,459; p = 0,000$) và mật độ tương quan nghịch ($r = -0,294; p = 0,012$). Khi nước mặn xâm nhập sâu vào nội đồng, các loài giáp xác râu ngành nước ngọt hầu như biến mất hoàn toàn, làm suy giảm trực tiếp nguồn thức ăn tự nhiên của ấu trùng cá và tôm.

4. Kết quả từ hai thí nghiệm mô phỏng xâm nhập mặn đã kiểm chứng được điều gì so với số liệu ngoài tự nhiên?

Hai thí nghiệm mô phỏng (Thí nghiệm 1 mô phỏng theo chu kỳ bán nhật triều và Thí nghiệm 2 mô phỏng theo thời gian) đã kiểm chứng định lượng rằng sự suy giảm đa dạng loài phiêu sinh vật chịu tác động trực tiếp và độc lập bởi yếu tố độ mặn. Trong cả hai thí nghiệm:

  • Tổng số loài PSTV tương quan nghịch có ý nghĩa với độ mặn ($r_1 = -0,549, p_1 = 0,000$ ở Thí nghiệm 1; $r_2 = -0,405, p_2 = 0,001$ ở Thí nghiệm 2).
  • Tổng mật độ PSTV tương quan nghịch với độ mặn ($r_1 = -0,307, p_1 = 0,000$; $r_2 = -0,163, p_2 = 0,024$).
  • Tổng số loài PSĐV tương quan nghịch rõ rệt với độ mặn ($r_1 = -0,331, p_1 = 0,007$; $r_2 = -0,563, p_2 = 0,000$). Thực nghiệm khẳng định việc gia tăng nồng độ muối làm suy giảm mạnh mẽ tính đa dạng loài của quần xã sinh vật phù du nước ngọt bản địa.

5. Hiện trạng 10 chỉ tiêu chất lượng nước trên sông Hậu trong thời gian nghiên cứu được ghi nhận như thế nào?

Mười chỉ tiêu chất lượng nước tại vùng cửa sông Hậu được xác định với các giá trị trung bình gồm: Nhiệt độ $29,2 \pm 1,07$ °C; pH $7,4 \pm 0,49$; DO $5,0 \pm 1,77$ mg/L; COD $13,5 \pm 10,58$ mg/L; BOD5 $3,5 \pm 1,24$ mg/L; $NO_3^-$ $0,4 \pm 0,32$ mg/L; TAN $0,1 \pm 0,06$ mg/L; TN $1,8 \pm 1,06$ mg/L; $PO_4^{3-}$ $0,3 \pm 0,19$ mg/L và TP $0,9 \pm 0,44$ mg/L. Các thông số này nằm trong ngưỡng thích hợp cho đời sống của thủy sinh vật và các hoạt động nuôi trồng thủy sản thông thường. Độ mặn trên toàn tuyến dao động từ 0 đến 20‰, với hiện tượng xâm nhập mặn diễn ra gay gắt nhất từ tháng 12/2017 đến tháng 04/2018.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của Nguyễn Công Tráng đã cung cấp bộ dẫn liệu khoa học hoàn chỉnh và có hệ thống về sự biến đổi cấu trúc quần xã phiêu sinh vật dưới tác động của độ mặn tại khu vực hạ lưu sông Hậu. Thông qua việc kết hợp chặt chẽ giữa khảo sát thực địa 12 tháng và hai mô hình thực nghiệm mô phỏng xâm nhập mặn theo chu kỳ triều, công trình đã chứng minh rõ xu thế suy giảm số lượng loài của cả vi tảo và động vật phù du khi độ mặn tăng cao. Phát hiện về sự suy giảm các nhóm thức ăn tự nhiên nước ngọt (Rotifera, Cladocera) đi kèm nguy cơ bùng phát mật độ của nhóm tảo giáp (Dinophyta) mang lại cơ sở dữ liệu quan trọng cho công tác dự báo sinh thái. Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo giá trị cho các nhà khoa học, nhà quản lý và người nuôi thủy sản trong việc xây dựng các giải pháp ứng phó và thích ứng bền vững trước tình trạng hạn mặn gia tăng tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long.