Tổng quan nghiên cứu

Khu vực đất ngập nước xã đảo Đồng Rui thuộc huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh sở hữu diện tích tự nhiên 49,29 km², nằm kẹp giữa hạ lưu hai con sông lớn là sông Voi Lớn và sông Ba Chẽ. Nơi đây từng lưu giữ hơn 3.000 ha rừng ngập mặn nguyên sinh với năng suất sinh học cao, tạo nguồn sinh kế trọng điểm khi khoảng 80% cơ cấu kinh tế địa phương phụ thuộc vào hoạt động đánh bắt và nuôi trồng thủy hải sản. Tuy nhiên, trước sức ép gia tăng dân số của 554 hộ dân với 2.198 nhân khẩu cùng sự phát triển tự phát của hơn 102 ha đầm nuôi tôm, hệ sinh thái thủy vực đang đối mặt với nguy cơ suy thoái và ô nhiễm nghiêm hữu cơ trầm trọng.

Nghiên cứu được triển khai nhằm mục tiêu định lượng toàn diện hiện trạng chất lượng môi trường nước qua các chỉ tiêu thủy lý hóa, đồng thời kiểm kê thành phần loài và cấu trúc quần xã thực vật nổi. Thực vật nổi đóng vai trò là sinh vật sản xuất sơ cấp nhạy cảm bậc nhất, phản ánh chính xác sức khỏe của hệ sinh thái ven bờ. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện từ tháng 11/2016 đến tháng 12/2017 với đợt khảo sát thực địa chuyên sâu trên mạng lưới 23 điểm quan trắc. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa then chốt khi cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng phục vụ trực tiếp cho đề án thành lập Khu bảo tồn đất ngập nước Đồng Rui, đồng thời hỗ trợ địa phương kiểm soát ô nhiễm nguồn nước và bảo tồn hơn 355 loài thực vật có ích tại vùng cửa sông Đông Bắc Bộ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phân loại đất ngập nước theo Công ước Quốc tế Ramsar năm 1971 kết hợp khung phân loại 4 cấp gồm Hệ, Phụ hệ, Lớp và Kiểu do Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành. Theo đó, vùng nghiên cứu Đồng Rui được xác định thuộc kiểu đất ngập nước mặn lợ cửa sông ven biển chịu tác động trực tiếp của chế độ nhật triều thuần nhất với mực nước triều dâng cực đại trên 4 m.

Nền tảng lý thuyết sinh thái học tập trung vào mối quan hệ tương hỗ giữa các thông số thủy lý hóa và cấu trúc sinh thái thực vật nổi. Quần xã vi tảo phản ánh trực tiếp quá trình phú dưỡng hóa nguồn nước thông qua các khái niệm then chốt:

  • Nhu cầu oxy hóa học (COD) biểu thị nồng độ các hợp chất hữu cơ và vô cơ dễ bị oxy hóa.
  • Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) phản ánh độ đục và khả năng xuyên thấu ánh sáng của thủy vực.
  • Các chỉ số sinh thái định lượng gồm chỉ số đa dạng Shannon-Weiner (H'), chỉ số phong phú Margalef (D) và chỉ số tổ hợp Diatomeae Index nhằm phân loại mức độ ô nhiễm sinh học.

Phương pháp nghiên cứu

Mạng lưới quan trắc gồm 23 điểm thu mẫu (ký hiệu từ ĐR01 đến ĐR23) được thiết lập đại diện cho toàn bộ các phân vùng sinh thái trọng yếu, từ hợp lưu sông Ba Chẽ, sông Voi Lớn đến các kênh rạch nội đồng và vùng bãi triều nuôi thủy sản. Mẫu nước tầng mặt được thu ở độ sâu 20-30 cm bằng bình polyethylene 500 ml chuyên dụng và bảo quản lạnh ở nhiệt độ 4°C trước khi chuyển về phòng thí nghiệm. Mẫu thực vật nổi định tính được thu bằng lưới Juday số 64 có đường kính miệng 25 cm kéo lặp lại trên tầng nước mặt; mẫu định lượng được cô đặc từ 20 lít nước qua màng lọc và cố định ngay bằng dung dịch formalin nồng độ 4%.

Các chỉ tiêu nhiệt độ, pH, độ muối và DO được đo đạc trực tiếp tại hiện trường bằng thiết bị đo đa chỉ tiêu TOA của Nhật Bản nhằm hạn chế sai số do biến đổi nhiệt động học. Chỉ tiêu TSS được phân tích bằng phương pháp sấy khô màng lọc vi sợi thủy tinh và cân trên cân phân tích vi lượng với 3 lần lặp. Chỉ tiêu COD được xác định bằng phương pháp chuẩn độ pemanganat trong môi trường axit đun sôi. Hàm lượng các ion dinh dưỡng PO43-, NH4+, NO3- được định lượng bằng phương pháp so màu quang phổ Sera của Đức. Thành phần loài thực vật nổi được định loại dưới kính hiển vi quang học độ phóng đại 100-1000 lần và chụp ảnh quét bề mặt vi cấu trúc trên kính hiển vi điện tử quét Nova Nanosem 450 (SEM) sau khi xử lý mẫu bằng kỹ thuật đốt axit tinh khiết. Dữ liệu được xử lý thống kê, đối chiếu với Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN 10:2015/BTNMT và phân tích tương quan Pearson trên phần mềm XLSTAT và SPSS.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu ghi nhận 100% điểm quan trắc (23/23 vị trí) có hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng (TSS) vượt ngưỡng giới hạn của QCVN 10:2015/BTNMT (giới hạn 50 mg/l) từ 1,44 đến 2,88 lần. Giá trị TSS dao động từ 72 đến 144 mg/l với mức trung bình toàn vùng đạt 122 mg/l. Con số này tăng 24,5% so với kết quả quan trắc năm 2013 (98 mg/l) và cao gấp 9,4 lần so với số liệu ghi nhận năm 2014 (13 mg/l).

Tình trạng ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng biểu hiện rõ rệt qua nồng độ COD dao động từ 43,2 đến 51,2 mg/l (trung bình 48,9 mg/l), tăng gấp 2,6 lần so với giai đoạn 2013. Hàm lượng ion Amoni (NH4+) đạt trung bình 0,20 mg/l, vượt ngưỡng quy chuẩn 2 lần. Hàm lượng Nitrat (NO3-) tích tụ rất cao ở mức 1,0 đến 5,0 mg/l, tập trung tại các trạm ĐR05, ĐR08 đến ĐR12 gần khu vực đầm nuôi tôm và hàu thâm canh. Hàm lượng Photphat (PO43-) trung bình đạt 0,22 mg/l, trong đó trạm ĐR20 đạt đỉnh 0,75 mg/l, vượt quy chuẩn kỹ thuật tới 3,75 lần.

Về đa dạng sinh học, nghiên cứu đã định danh được 113 loài thực vật nổi thuộc 17 họ, 10 bộ, 4 lớp và 3 ngành tảo:

  • Ngành tảo Silic (Bacillariophyta) chiếm ưu thế áp đảo với 98 loài (chiếm 86,7% tổng số loài), trong đó lớp tảo Silic trung tâm chiếm số lượng họ và loài vượt trội với các chi Chaetoceros (24 loài), Coscinodiscus (12 loài) và Biddulphia (11 loài).
  • Ngành tảo Giáp (Dinophyta) chiếm 10 loài (chiếm 8,8%).
  • Ngành tảo Lam (Cyanobacteriophyta) ghi nhận 5 loài (chiếm 4,4%).

Đáng chú ý, nghiên cứu phát hiện loài vi tảo chỉ thị ô nhiễm nước bẩn Oscillatoria limosa xuất hiện với tần suất cao tại 8 trạm khảo sát (từ ĐR01, ĐR02 và ĐR18 đến ĐR23), đồng thời ghi nhận sự hiện diện của các loài có nguy cơ gây độc và bùng phát hiện tượng nở hoa như Skeletonema costatum và Ceratium furca.

Thảo luận kết quả

Hàm lượng TSS và COD tại Đồng Rui gia tăng bắt nguồn từ sự kết hợp giữa hiện tượng xói mòn, rửa trôi cơ học tại lưu vực thượng nguồn sông Tiên Yên (lưu lượng đỉnh lũ vượt 2.000 m³/s) và lượng chất thải sinh hoạt chưa qua xử lý của cư dân xã đảo cùng bùn thải từ 102 ha đầm tôm xả thẳng ra hệ thống kênh rạch. Mặc dù DO vẫn đạt mức cao (5,83 - 7,30 mg/l) và pH duy trì ở mức hơi kiềm (7,6 - 8,3) nhờ sự hòa trộn mạnh mẽ của chu kỳ nhật triều ven biển, nhưng sự tích tụ của NO3- và PO43- đã đẩy thủy vực vào trạng thái phú dưỡng cục bộ.

So sánh với các cửa sông lớn tại miền Bắc và miền Trung như cửa Văn Úc, cửa Ba Lạt hay cửa Thuận An, Đồng Rui có mức độ ô nhiễm hóa học thấp hơn nhưng lại có độ đục TSS cao hơn đáng kể. Số lượng 113 loài vi tảo cho thấy mức độ phong phú sinh học đã suy giảm so với mức 195 loài từng được ghi nhận tại huyện Tiên Yên trong giai đoạn trước. Toàn bộ các dữ liệu phân tích hóa lý và sinh học này có thể được trực quan hóa hiệu quả thông qua biểu đồ cột thể hiện hệ số vượt chuẩn quy chuẩn môi trường kết hợp bản đồ phân vùng ô nhiễm sinh thái GIS để làm nổi bật các điểm nóng ô nhiễm tại khu vực đảo.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm, 4 nhóm giải pháp cấp bách được đề xuất nhằm kiểm soát chất lượng nước và phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước Đồng Rui:

Thứ nhất, quy hoạch và xây dựng hệ thống thu gom, xử lý nước thải tập trung. Cần thiết lập 2 trạm xử lý nước thải sinh hoạt phân tán tại thôn Thượng và thôn Trung kết hợp hệ sinh thái hồ lắng lọc sinh học bắt buộc đối với 100% cơ sở nuôi tôm thương phẩm. Mục tiêu giảm 60% hàm lượng COD và photphat xả thải, triển khai trong giai đoạn 2024-2026 dưới sự chủ trì của Ủy ban nhân dân huyện Tiên Yên phối hợp Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh.

Thứ hai, phục hồi và mở rộng đai rừng ngập mặn phòng hộ ven đê. Tiến hành trồng mới và khoanh nuôi tái sinh 150 ha rừng ngập mặn hỗn giao bằng các loài cây bản địa như Trang, Vẹt, Đước dọc hai bờ sông Voi Lớn và sông Ba Chẽ. Mục tiêu nâng độ che phủ rừng lên trên 65% nhằm hấp thụ 30-40% lượng chất rắn lơ lửng (TSS), thực hiện từ năm 2024 đến 2027 do Ban Quản lý Rừng phòng hộ Tiên Yên điều phối.

Thứ ba, thiết lập mạng lưới quan trắc và cảnh báo sớm ô nhiễm sinh học tự động. Lắp đặt các trạm quan trắc tự động định kỳ 4 đợt/năm tại 23 điểm xung quanh xã đảo, chú trọng theo dõi mật độ tế bào của loài chỉ thị Oscillatoria limosa và tần suất xuất hiện tảo độc Skeletonema costatum. Mục tiêu hoàn thiện hệ thống cảnh báo sớm hiện tượng tảo nở hoa trước năm 2025 do Chi cục Bảo vệ Môi trường tỉnh Quảng Ninh thực hiện.

Thứ tư, chuyển đổi mô hình kinh tế nông - ngư nghiệp sinh thái bền vững. Thực hiện chuyển đổi 50 ha đầm nuôi tôm bán thâm canh sang mô hình nuôi sinh thái tôm - cua - sá sùng kết hợp tán rừng ngập mặn, hạn chế phân bón hóa học trong 332 ha đất trồng trọt. Mục tiêu giảm 25% lượng nitrat rửa trôi, triển khai giai đoạn 2024-2028 dưới sự hướng dẫn của Phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn huyện Tiên Yên.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn cung cấp nguồn tài liệu học thuật và thực tiễn giá trị cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

  1. Cơ quan quản lý nhà nước và chính quyền địa phương (Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh, Chi cục Thủy sản, UBND huyện Tiên Yên): Khai thác số liệu khảo sát 23 điểm quan trắc để xây dựng quy hoạch phân khu chức năng, thiết lập hành lang bảo vệ môi trường nước và hoàn thiện hồ sơ thành lập Khu bảo tồn đất ngập nước Đồng Rui.

  2. Nhà nghiên cứu và học viên cao học chuyên ngành Sinh thái học, Môi trường, Hải dương học: Sử dụng công trình như một tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp kết hợp phân tích hiển vi điện tử quét SEM với các chỉ số sinh thái học để đánh giá chất lượng thủy vực cửa sông nhiệt đới.

  3. Hợp tác xã và các hộ dân nuôi trồng thủy sản tại khu vực ven biển: Vận dụng các phát hiện về biến động độ muối (20-33‰) và nguy cơ bùng phát tảo hại để điều chỉnh lịch lấy nước theo con triều, cải tạo ao đầm khoa học và nâng cao tỷ lệ sống của thủy sản.

  4. Các tổ chức phi chính phủ và quỹ tài trợ bảo tồn quốc tế (như Quỹ Môi trường Thiên nhiên Nagao, Quỹ Quốc tế Bảo tồn Thiên nhiên): Sử dụng bộ dữ liệu nền tảng về đa dạng 113 loài thực vật nổi để thiết kế các dự án viện trợ phục hồi sinh thái rừng ngập mặn và hỗ trợ sinh kế bền vững cho cộng đồng ven biển.

Câu hỏi thường gặp

Chất lượng môi trường nước tại khu vực đất ngập nước Đồng Rui hiện đang ở mức độ nào? Nguồn nước mặt tại Đồng Rui đang có dấu hiệu ô nhiễm hữu cơ và chất rắn lơ lửng rõ rệt. Toàn bộ 23 điểm quan trắc đều có TSS vượt giới hạn quy chuẩn từ 1,44 đến 2,88 lần, nồng độ COD tăng 160% so với năm 2013 và NH4+ vượt chuẩn 2 lần, mặc dù hàm lượng DO và pH vẫn duy trì ở ngưỡng an toàn cho thủy sinh vật.

Ngành tảo nào chiếm ưu thế tuyệt đối trong quần xã thực vật nổi tại Đồng Rui? Ngành tảo Silic (Bacillariophyta) chiếm ưu thế áp đảo với 98 loài trên tổng số 113 loài được phát hiện (chiếm 86,7%). Trong đó, lớp tảo Silic trung tâm với các chi Chaetoceros và Coscinodiscus chiếm số lượng lớn nhất nhờ khả năng thích nghi cao với môi trường nước lợ cửa sông có độ muối dao động từ 20 đến 33‰.

Loài thực vật nổi nào đóng vai trò chỉ thị tình trạng ô nhiễm nguồn nước tại khu vực nghiên cứu? Loài tảo lam Oscillatoria limosa xuất hiện tại 8 trạm nghiên cứu là sinh vật chỉ thị điển hình cho môi trường nước nhiễm bẩn hữu cơ. Bên cạnh đó, sự hiện diện của Skeletonema costatum và Ceratium furca cảnh báo nguy cơ bùng phát hiện tượng thủy triều đỏ trong điều kiện nước giàu dinh dưỡng Nitrat và Photphat.

Yếu tố tự nhiên và nhân tạo nào tác động mạnh nhất đến chất lượng nước tại xã đảo Đồng Rui? Yếu tố tự nhiên chi phối là chế độ nhật triều và dòng chảy lũ mang phù sa xói mòn từ sông Tiên Yên. Về nhân tạo, nguồn nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý của hơn 2.100 nhân khẩu và nước thải từ 102 ha đầm tôm xả thẳng ra sông là tác nhân chính gây ô nhiễm cục bộ.

Phương pháp nào được sử dụng để phân loại chính xác các loài tảo Silic có kích thước hiển vi? Nghiên cứu áp dụng phương pháp đốt mẫu bằng hỗn hợp axit H2SO4 đặc và NaNO3 để loại bỏ hoàn toàn chất hữu cơ, giữ lại cấu trúc vỏ silic tinh khiết. Mẫu sau đó được chụp quét bề mặt trên kính hiển vi điện tử quét Nova Nanosem 450 ở độ phóng đại hàng chục nghìn lần để định danh cấu trúc vi thể nanomet.

Kết luận

  • Luận văn đã thiết lập bộ cơ sở dữ liệu thực nghiệm toàn diện về chất lượng nước và cấu trúc thực vật nổi tại 23 trạm quan trắc trên diện tích 49,29 km² tại xã đảo Đồng Rui.
  • Đánh giá chính xác mức độ ô nhiễm hữu cơ với 100% mẫu nước vượt ngưỡng TSS quy chuẩn từ 1,44 đến 2,88 lần và COD tăng 2,6 lần so với giai đoạn trước.
  • Định danh và lập danh lục 113 loài thực vật nổi thuộc 3 ngành tảo, khẳng định vai trò thống trị tuyệt đối của ngành tảo Silic chiếm 86,7%.
  • Nhận diện các loài chỉ thị ô nhiễm nước bẩn Oscillatoria limosa và cảnh báo nguy cơ phú dưỡng hóa đe dọa trực tiếp các bãi nuôi tôm, hàu và sá sùng.
  • Đề xuất hệ thống giải pháp liên ngành đồng bộ gồm xử lý nước thải, phục hồi 150 ha rừng ngập mặn và thiết lập mạng lưới quan trắc tự động.

Đóng góp khoa học lớn nhất của luận văn là cung cấp luận cứ định lượng then chốt phục vụ công tác quy hoạch bảo tồn hệ sinh thái đất ngập nước Đồng Rui. Trong giai đoạn tiếp theo, các nghiên cứu cần mở rộng quan trắc theo chu kỳ liên tục giữa mùa mưa và mùa khô để đánh giá đầy đủ động thái biến đổi môi trường. Các nhà khoa học, nhà quản lý và cộng đồng địa phương cần tiếp cận, khai thác sâu rộng các phát hiện của công trình này để triển khai ngay các hành động bảo vệ nguồn nước và phát triển kinh tế biển bền vững.