Tổng quan nghiên cứu

Khu căn cứ Tỉnh ủy Sóc Trăng tọa lạc trong vùng lõi rừng tràm Mỹ Phước thuộc xã Mỹ Phước, huyện Mỹ Tú, tỉnh Sóc Trăng với tổng diện tích tự nhiên đạt 2.708 ha. Đây là khu di tích lịch sử cách mạng cấp quốc gia được công nhận theo Quyết định số 734/QĐ-BVHTT ngày 16/6/1992 của Bộ Văn hóa Thông tin, đồng thời sở hữu hệ sinh thái đất ngập nước đa dạng với 127 loài thực vật bậc cao trên cạn, 8 loài thú, 70 loài chim và 25 loài cá. Tuy nhiên, đặc thù địa hình trũng thấp chỉ cao khoảng 0,2 m so với mực nước biển cùng quá trình phèn hóa mạnh mẽ đang đặt ra nhiều thách thức nghiêm trọng cho chất lượng môi trường đất và sự phát triển của thảm thực vật bản địa.

Nghiên cứu được triển khai nhằm đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng môi trường đất, từ đó xây dựng cơ sở dữ liệu khoa học phục vụ công tác quản lý tài nguyên và định hướng sử dụng đất bền vững. Mục tiêu cụ thể là phân tích sự biến động của 7 chỉ tiêu hóa lý đất cơ bản qua hai mùa nắng và mưa tại 28 vị trí thu mẫu đại diện. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện từ tháng 5 đến tháng 12 năm 2018 trên địa bàn huyện Mỹ Tú, nơi chiếm 11,12% diện tích toàn tỉnh Sóc Trăng (tương đương 36.819,26 ha). Kết quả nghiên cứu cung cấp hệ thống dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác, hỗ trợ kiểm soát nồng độ độc chất Al3+ và Fe2+, đồng thời đề xuất giải pháp điều tiết thủy lợi nhằm bảo tồn nguyên vẹn 2.708 ha sinh cảnh rừng tràm quý giá.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết phát sinh và tiến hóa đất phèn tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long. Theo quá trình phèn hóa, đất phèn được phân chia thành hai phụ nhóm chính: đất phèn tiềm tàng tích lũy khoáng pyrite (FeS2) với hàm lượng có thể đạt tới 10%, và đất phèn hoạt động đặc trưng bởi tầng sinh phèn jarosite xuất hiện khi mực nước ngầm hạ thấp gây oxy hóa vật liệu sinh phèn.

Khung lý thuyết về độ phì nhiêu và độc chất khoáng trong đất được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn phân loại thổ nhưỡng nhiệt đới. Bảy khái niệm và thông số khoa học then chốt được khảo sát gồm:

  • Độ chua của đất (pH): Thước đo nồng độ ion H+ quyết định độ hữu dụng của các dưỡng chất khoáng.
  • Độ dẫn điện (EC): Phản ánh tổng nồng độ muối hòa tan và áp suất thẩm thấu của dung dịch đất.
  • Nhôm trao đổi (Al3+): Độc chất nguy hại nhất trong đất phèn hoạt động sinh ra từ sự phân ly muối nhôm sunfat.
  • Sắt tổng số (Fe): Tồn tại dưới các dạng khoáng oxit, hydroxit và chuyển hóa thành ion Fe2+ gây độc trong điều kiện yếm khí.
  • Đạm tổng số (TN): Chỉ số đánh giá hàm lượng protein và mùn hữu cơ trong đất.
  • Lân tổng số (P2O5): Dưỡng chất đa lượng kiểm soát quá trình quang hợp và trao đổi năng lượng tế bào.
  • Chất hữu cơ (CHC): Thành phần cốt lõi duy trì cấu trúc xốp và độ phì nhiêu của đất rừng ngập nước.

Phương pháp nghiên cứu

Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 28 vị trí khảo sát thực địa được định vị chuẩn xác bằng thiết bị GPS Garmin cầm tay trên bản đồ nền rừng tràm. Phương pháp lấy mẫu tuân thủ nghiêm ngặt kỹ thuật lấy mẫu đất tầng mặt: tại mỗi vị trí, một ô tiêu chuẩn có diện tích 100 m2 được thiết lập, tiến hành gạt bỏ lớp thực bì trên bề mặt và dùng khoan chuyên dụng thu 3 mẫu đơn ở độ sâu từ 0 đến 40 cm, sau đó trộn đều thành 1 mẫu hỗn hợp đại diện có khối lượng khoảng 1 kg. Đợt thu mẫu mùa nắng được thực hiện vào ngày 11/5/2018 và đợt thu mẫu mùa mưa diễn ra vào ngày 17/8/2018.

Mẫu đất sau khi thu thập được phơi khô tự nhiên trong phòng thí nghiệm từ 7 đến 10 ngày, loại bỏ tạp chất và rây qua lưới 2 mm. Lý do lựa chọn các phương pháp phân tích chuẩn hóa bao gồm:

  • Đo pH và EC bằng máy đo điện cực chuyên dụng trong dung dịch trích ly đất với nước cất theo tỷ lệ 1:2,5 nhằm phản ánh chính xác trạng thái ion hòa tan.
  • Xác định chất hữu cơ bằng phương pháp Walkley-Black dựa trên phản ứng oxy hóa cacbon bằng hỗn hợp K2Cr2O7 và H2SO4 đậm đặc, đảm bảo độ nhạy cao đối với đất giàu thảm mục hữu cơ.
  • Phân tích đạm tổng số bằng phương pháp vô cơ hóa Kjeldahl với hỗn hợp H2SO4 và acid salicylic để chuyển hóa toàn bộ nitơ hữu cơ thành amoni.
  • Định lượng lân tổng số bằng phương pháp so màu photphomolybdate với chất khử acid ascorbic ở bước sóng 880 nm sau khi công phá mẫu bằng H2SO4 đậm đặc và HClO4.
  • Xác định nhôm trao đổi bằng phương pháp so màu Aluminon sau khi công phá mẫu bằng Na2CO3 và tách loại các cation gây nhiễu; phân tích sắt tổng số bằng phương pháp chuẩn độ KMnO4 sau khi công phá bằng hỗn hợp acid mạnh HF và HClO4.

Dữ liệu thu thập được xử lý thống kê bằng phần mềm MS Excel 2013 và IBM SPSS Statistics 20, áp dụng phân tích phương sai ANOVA và kiểm định Duncan ở mức ý nghĩa p < 0,05 để so sánh sự biến động các chỉ tiêu giữa hai mùa.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích thực nghiệm trên 28 vị trí mẫu đất mang lại các phát hiện cốt lõi sau:

  • Môi trường đất có độ chua cực cao và ổn định quanh năm: Giá trị pH trong mùa nắng dao động từ 2,14 đến 3,78 với giá trị trung bình đạt 3,29; mùa mưa dao động từ 2,34 đến 4,78 với giá trị trung bình đạt 3,48. Kiểm định Duncan cho thấy không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa hai mùa (p > 0,05), xác nhận toàn bộ khu vực thuộc nhóm đất phèn hoạt động rất nặng.

  • Độ dẫn điện và độc chất nhôm gia tăng mạnh trong mùa nắng: Giá trị EC trung bình mùa nắng đạt 3,064 mS/cm (dao động từ 2,190 đến 5,330 mS/cm), cao hơn 80,9% so với mùa mưa vốn chỉ đạt trung bình 1,693 mS/cm (dao động từ 0,928 đến 3,720 mS/cm). Tương tự, hàm lượng Al3+ trao đổi trung bình mùa nắng đạt 6,54 meq/100g (cao nhất tại vị trí số 4 với 13,69 meq/100g), cao hơn 47,9% so với mùa mưa vốn đạt trung bình 4,42 meq/100g (p < 0,05).

  • Độc chất sắt tổng số và độ phì hữu cơ tăng cao trong mùa mưa ngập nước: Hàm lượng Fe tổng số trung bình mùa mưa đạt 2,01% (dao động từ 0,61 đến 4,24%), cao hơn 63,4% so với mùa nắng ở mức 1,23% (p < 0,05). Hàm lượng chất hữu cơ trung bình mùa mưa đạt mức 6,25%, tăng 34,1% so với mùa nắng (4,66%). Đồng thời, hàm lượng đạm tổng số mùa mưa đạt trung bình 0,266%, vượt trội hơn mức 0,206% của mùa nắng và đều đạt ngưỡng giàu đạm (> 0,20%).

  • Nghèo kiệt dinh dưỡng lân tổng số: Hàm lượng P2O5 tổng số trung bình trong mùa nắng chỉ đạt 0,055% và mùa mưa đạt 0,059%. Sự chênh lệch này không có ý nghĩa thống kê (p > 0,05), phản ánh tình trạng đất luôn ở mức nghèo lân đến trung bình (< 0,08%).

Thảo luận kết quả

Sự biến động các chỉ tiêu lý hóa đất tại rừng tràm Mỹ Phước chịu sự chi phối chặt chẽ của cơ chế thủy văn ngập - cạn theo mùa. Vào mùa khô, mực nước ngầm rút thấp khiến tầng sinh phèn pyrite bị tiếp xúc trực tiếp với không khí. Quá trình oxy hóa giải phóng lượng lớn H+ và H2SO4 tự do, hòa tan mạnh các khoáng sét alumosilicat để phóng thích ion Al3+ tự do vào dung dịch đất. Điều này giải thích vì sao hàm lượng Al3+ và độ dẫn điện EC tăng vọt trong mùa nắng, làm tăng áp suất thẩm thấu và gây độc trực tiếp cho rễ cây. Ngược lại, vào mùa mưa, điều kiện ngập nước kéo dài tạo ra môi trường yếm khí khử mạnh, thúc đẩy các vi sinh vật kỵ khí khử Fe3+ thành dạng Fe2+ hòa tan, dẫn đến nồng độ Fe tổng số trong dung dịch đất tăng cao rõ rệt.

Dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa hiệu quả thông qua hệ thống biểu đồ cột kép so sánh mùa cho từng cặp chỉ tiêu đối lập (Al3+ đối nghịch với Fe tổng, EC đối nghịch với pH), kết hợp ma trận bảng kiểm định Duncan thể hiện các nhóm sai khác chữ cái a và b ở mức ý nghĩa 5%. Việc ứng dụng bản đồ nhiệt GIS cho 28 tọa độ thu mẫu sẽ giúp phân vùng không gian trực quan, xác định các điểm nóng có nguy cơ ngộ độc khoáng cao như vị trí số 2, số 4 và số 12.

So sánh với kết quả nghiên cứu đất rừng tràm tại Trung tâm Nông nghiệp Mùa Xuân, tỉnh Hậu Giang, đất tại rừng tràm Mỹ Phước có độ chua khắc nghiệt hơn rõ rệt (pH trung bình 3,29 - 3,48 so với 4,52) và độ dẫn điện EC cao hơn gấp 1,4 đến 2,5 lần (1,693 - 3,064 mS/cm so với 1,200 mS/cm). Tuy nhiên, hàm lượng chất hữu cơ tại Mỹ Phước lại vượt trội hơn đáng kể (4,66 - 6,25% so với 3,70%), trong khi hàm lượng đạm tổng số duy trì tương đương (~0,25%) và lân tổng số đều ở mức thấp (0,055 - 0,059% so với 0,085%). Môi trường đất chua kết hợp với nồng độ Al3+ và Fe cao đã gây ra hiện tượng cố định lân vô cơ thành các hợp chất photphat sắt và nhôm không tan, tạo nên sự mất cân bằng dinh dưỡng nghiêm trọng giữa đạm và lân.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm, 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản trị môi trường đất được đề xuất thực hiện:

  • Điều tiết chế độ thủy văn và ém phèn chủ động: Ban Quản lý Rừng tràm Mỹ Phước cần nâng cấp và vận hành hệ thống cống đập thủy lợi nhằm duy trì mực nước ngập chân tràm tối thiểu từ 20 đến 30 cm trong suốt mùa khô. Biện pháp này ngăn chặn quá trình oxy hóa tầng sinh phèn, đặt mục tiêu khống chế hàm lượng Al3+ trao đổi dưới ngưỡng 5,00 meq/100g và giảm độ dẫn điện EC xuống dưới 1,600 mS/cm trong khung thời gian 12 tháng.

  • Khử chua và bổ sung dinh dưỡng lân chuyên biệt: Ban Quản lý phối hợp với Trạm Khuyến nông huyện Mỹ Tú triển khai bón thử nghiệm phân lân nung chảy kết hợp vôi nông nghiệp (CaCO3) với liều lượng từ 400 đến 600 kg/ha tại các phân khu có hàm lượng lân nghèo (< 0,05%). Giải pháp này nhằm mục tiêu nâng pH đất lên trên 4,50 và tăng tỷ lệ lân hữu dụng lên trên 0,08% trong giai đoạn từ năm 2019 đến năm 2021.

  • Xử lý lớp thảm mục và cải thiện độ thoáng khí tầng mặt: Lực lượng kiểm lâm và nhân sự bảo vệ rừng tiến hành dọn tỉa cục bộ lớp thực bì dày tại các ô trũng có nồng độ Fe cao, khơi thông các rãnh thoát nước mặt định kỳ 6 tháng một lần. Việc cung cấp oxy giúp hạn chế môi trường yếm khí sinh độc chất Fe2+, hỗ trợ vi sinh vật hiếu sinh phân giải thảm mục thành mùn hữu dụng.

  • Thiết lập hệ thống quan trắc số hóa ứng dụng GIS: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Sóc Trăng chủ trì phối hợp với các viện trường xây dựng cơ sở dữ liệu WebGIS quản lý chất lượng đất từ 28 điểm GPS đã thiết lập. Kế hoạch quan trắc định kỳ 2 lần/năm (vào tháng 5 và tháng 8) cần được duy trì thường xuyên từ năm 2019 nhằm cảnh báo sớm rủi ro suy thoái đất và nguy cơ cháy rừng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và dữ liệu thực nghiệm của luận văn mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng:

  • Ban Quản lý Rừng tràm và Khu di tích lịch sử Mỹ Phước: Cung cấp bản đồ phân bố 7 chỉ tiêu thổ nhưỡng tại 28 vị trí để hoạch định phương án trữ nước phòng cháy chữa cháy rừng trong mùa khô mà không làm bộc phát độc chất phèn, bảo vệ an toàn cho 2.708 ha diện tích rừng và di tích lịch sử quốc gia.

  • Cán bộ kỹ thuật Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Sóc Trăng: Sử dụng dữ liệu hiện trạng độ chua và độ mặn đất để xây dựng quy hoạch nông - lâm nghiệp bền vững cho 36.819,26 ha đất tự nhiên huyện Mỹ Tú, tích hợp vào các dự án trọng điểm như Dự án Nông nghiệp bền vững VnSAT.

  • Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Quản lý Môi trường, Khoa học Đất: Tham khảo quy trình lấy mẫu chuẩn hóa theo ô tiêu chuẩn 100 m2, các phương pháp phân tích hóa lý chuyên sâu (Walkley-Black, Kjeldahl, Aluminon) và mô hình phân tích phương sai SPSS làm tài liệu học thuật đối chiếu cho các đề tài nghiên cứu đất ngập nước.

  • Các nhà bảo tồn đa dạng sinh học và chuyên gia phát triển sinh kế lâm nghiệp: Ứng dụng quy luật tương tác giữa các dưỡng chất N-P và độc chất Al-Fe để thiết kế mô hình phát triển sinh vật bản địa, nuôi ong mật dưới tán rừng và bảo vệ sinh cảnh cho 127 loài thực vật cùng 70 loài chim quý hiếm.

Câu hỏi thường gặp

  • Vì sao độ dẫn điện EC trong đất rừng tràm Mỹ Phước vào mùa nắng lại cao hơn đáng kể so với mùa mưa? Trong mùa nắng, mực nước rút cạn làm tăng tốc độ bốc hơi nước bề mặt, kết hợp quá trình oxy hóa khoáng sét giải phóng nhiều ion tự do như Al3+, Fe3+, H+ và SO42-. Nồng độ muối hòa tan tích tụ đậm đặc khiến EC mùa nắng đạt trung bình 3,064 mS/cm, trong khi mùa mưa lượng nước mưa tự nhiên pha loãng nồng độ ion giúp EC giảm 44,7% xuống còn 1,693 mS/cm.

  • Tại sao hàm lượng đạm tổng số trong đất đạt mức giàu nhưng cây tràm vẫn có biểu hiện hạn chế sinh trưởng? Dù hàm lượng đạm tổng số đạt mức giàu từ 0,206% đến 0,266%, hơn 95% lượng đạm này tồn tại dưới dạng hợp chất hữu cơ khó tiêu trong thảm mục chưa phân hủy. Đồng thời, độ chua quá cao với pH trung bình dưới 3,50 đã ức chế hoạt động của vi sinh vật khoáng hóa, khiến cây không thể hấp thu trực tiếp đạm vô cơ.

  • Hàm lượng nhôm trao đổi Al3+ gây ảnh hưởng cụ thể như thế nào đến môi trường đất rừng? Nhôm trao đổi đạt mức cao trong mùa nắng (trung bình 6,54 meq/100g, cá biệt đạt 13,69 meq/100g tại điểm số 4). Khi nồng độ Al3+ hòa tan vượt ngưỡng, ion này gây ngộ độc hệ rễ cây tràm, đồng thời phản ứng mạnh với gốc photphat tạo thành muối nhôm photphat không tan, gây ra tình trạng cố định và làm nghèo kiệt lân hữu dụng.

  • Nguyên nhân nào khiến lân tổng số trong đất ở cả hai mùa đều rơi vào mức nghèo đến trung bình? Lân tổng số chỉ dao động từ 0,055% đến 0,059% do hai nguyên nhân chính: bản chất trầm tích đất phèn vùng ngập trũng hình thành từ khoáng nghèo lân tự nhiên, kết hợp môi trường pH cực thấp khiến lượng lân hữu cơ sau khoáng hóa nhanh chóng bị cố định hoàn toàn bởi các ion tự do Al3+ và Fe2+.

  • Biện pháp giữ nước ngập chân tràm trong mùa khô mang lại lợi ích gì cho chất lượng đất? Giữ lớp nước mặt từ 20 đến 30 cm giúp ngăn oxy không khí thâm nhập vào tầng pyrite, chặn đứng phản ứng sinh hóa tạo acid sulfuric và hạn chế Al3+ hòa tan. Nhờ đó, phương pháp này kiểm soát chỉ số EC không tăng vọt, bảo vệ kết cấu đất và duy trì độ phì hữu cơ ổn định.

Kết luận

  • Đất tại rừng tràm Mỹ Phước mang đặc tính phèn hoạt động chua nhiều, giá trị pH duy trì ở mức rất thấp trong cả mùa nắng (3,29) và mùa mưa (3,48).
  • Độ dẫn điện EC và hàm lượng nhôm trao đổi Al3+ tăng cao nghiêm trọng trong mùa khô (lần lượt đạt 3,064 mS/cm và 6,54 meq/100g), gây nguy cơ ngộ độc khoáng cho thực vật.
  • Mùa mưa tạo môi trường yếm khí làm gia tăng độc chất sắt tổng số (2,01%), đồng thời tích lũy hàm lượng chất hữu cơ (6,25%) và đạm tổng số (0,266%) ở mức giàu.
  • Đất rơi vào tình trạng mất cân đối dinh dưỡng sâu sắc do hàm lượng lân tổng số bị cố định và nghèo kiệt (0,055 - 0,059%) dưới tác động của độ chua và kim loại hòa tan.
  • Công tác quản trị môi trường đất đòi hỏi phải chuyển dịch từ bị động sang kiểm soát thủy văn chủ động, kết hợp bón lân nung chảy khử chua và số hóa dữ liệu GIS.

Luận văn đã đóng góp bộ cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác đầu tiên về 7 thông số lý hóa đất tại Di tích Lịch sử Rừng tràm Mỹ Phước. Lộ trình tiếp theo trong giai đoạn 2019 - 2022 cần tập trung xây dựng trạm quan trắc tự động và thử nghiệm các mô hình bón phân cải tạo đất. Các cơ quan quản lý và nhà khoa học cần đẩy mạnh ứng dụng ngay các giải pháp điều tiết nước và kỹ thuật lâm sinh bền vững nhằm bảo tồn trọn vẹn tài nguyên đất và hệ sinh thái rừng ngập phèn độc đáo này.