Tổng quan nghiên cứu

Khu vực Đồng bằng sông Cửu Long đang đối mặt với những biến đổi sinh thái sâu sắc dưới tác động kép của biến đổi khí hậu toàn cầu và các hoạt động nhân sinh cục bộ. Tại tỉnh Sóc Trăng, Khu bảo tồn rừng tràm Mỹ Phước thuộc xã Mỹ Phước, huyện Mỹ Tú có tổng diện tích tự nhiên 387,37 ha, là một trong những hệ sinh thái ngập nước đất phèn đặc thù lưu giữ nguồn gen sinh học vô cùng phong phú. Khu bảo tồn này hiện là sinh cảnh sống của 127 loài thực vật bậc cao trên cạn, 70 loài chim với loài Cốc Đế quý hiếm trong Sách đỏ Việt Nam, 8 loài thú, 15 loài lưỡng cư bò sát và 25 loài cá bản địa. Tuy nhiên, việc duy trì hệ thống đê bao khép kín nhằm phòng chống cháy rừng trong mùa khô đã vô tình làm thay đổi chế độ thủy văn tự nhiên, biến các tuyến kênh dẫn nội bộ thành những thủy vực nước tù đọng.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là sự suy giảm chất lượng nước mặt nghiêm trọng do tích tụ vật chất hữu cơ lâu năm và hạn chế trao đổi nước tự nhiên. Mục tiêu cụ thể của luận văn là tiến hành quan trắc, đo đạc và đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng môi trường nước mặt thông qua 9 chỉ tiêu hóa lý trọng yếu tại 28 vị trí đại diện cho cả hệ thống kênh dẫn bên trong và bên ngoài rừng tràm. Không gian khảo sát bao phủ toàn bộ 387,37 ha diện tích vùng lõi và vùng đệm, trải dài qua hai mùa mưa và mùa khô trong năm 2018. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện ở việc lượng hóa chính xác mức độ ô nhiễm hữu cơ và mất cân bằng dinh dưỡng theo Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN 08:2015/BTNMT cột A1. Dữ liệu thực nghiệm này cung cấp luận cứ khoa học vững chắc phục vụ công tác điều tiết thủy lợi, ngăn chặn suy thoái môi trường sống của các loài thủy sinh vật và nâng cao hiệu quả bảo tồn đa dạng sinh học cho vùng đất ngập nước Tây Nam Bộ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng lý thuyết tự làm sạch của thủy vực tự nhiên, bao gồm ba cơ chế nền tảng: quá trình pha loãng vật lý, quá trình biến đổi hóa học và quá trình phân hủy sinh hóa các hợp chất hữu cơ. Trong điều kiện thủy vực tĩnh hoặc bán tĩnh, khả năng tự làm sạch bị suy giảm đáng kể do vận tốc dòng chảy triệt tiêu, khiến tốc độ tiêu thụ oxy vượt xa tốc độ tái hòa tan dưỡng khí từ khí quyển. Bên cạnh đó, lý thuyết phú dưỡng hóa nguồn nước được áp dụng để giải thích sự tích tụ quá mức của các hợp chất Nitơ và Phốt pho, kích thích sự bùng phát của thực vật thủy sinh và làm gia tăng nguy cơ suy kiệt oxy hòa tan tầng đáy.

Các khái niệm chuyên ngành then chốt được lượng hóa và đối chiếu gồm:

  • Nhu cầu oxy hóa học (COD) và Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5): Phản ánh tổng lượng vật chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học và khó phân hủy trong môi trường nước.
  • Hàm lượng oxy hòa tan (DO): Chỉ số sống còn duy trì các chuỗi thức ăn thủy vực và quá trình hô hấp của các loài cá, động vật đáy.
  • Độ dẫn điện (EC) và Tổng chất rắn lơ lửng (TSS): Thước đo nồng độ ion khoáng hòa tan và các hạt huyền phù gây cản trở quang hợp.
  • Hợp chất dinh dưỡng Amoni (NH4+), Nitrate (NO3-) và Phosphate (PO43-): Các tác nhân chính gây nên hiện tượng phú dưỡng hóa.

Khung đối chứng chất lượng môi trường nước được thiết lập dựa trên Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN 08:2015/BTNMT cột A1, quy định ngưỡng an toàn cho mục đích cấp nước sinh hoạt và bảo tồn động thực vật thủy sinh.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp quan trắc không gian phân tầng với mạng lưới cỡ mẫu gồm 28 vị trí thu mẫu cố định, chia thành 12 điểm đại diện cho các kênh dẫn bên trong rừng tràm và 16 điểm đại diện cho các kênh dẫn bên ngoài tiếp giáp khu lâm trường và vùng sản xuất nông nghiệp. Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên có hệ thống kết hợp định vị tọa độ vệ tinh GPS và phần mềm QGIS nhằm đảm bảo tính đại diện cao nhất cho đặc trưng dòng chảy và mật độ thảm thực vật. Các mẫu nước mặt được thu thập ở độ sâu từ 20 đến 30 cm trong hai đợt khảo sát đại diện: mùa khô (tháng 5 và tháng 6 năm 2018) và mùa mưa (tháng 8 năm 2018), bảo quản lạnh nghiêm ngặt ở nhiệt độ 4°C trước khi chuyển về phòng thí nghiệm.

Quy trình phân tích được thực hiện theo các tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia chuẩn hóa:

  • Chỉ tiêu pH, DO và EC được đo đạc trực tiếp tại hiện trường bằng các thiết bị cầm tay chuyên dụng gồm máy Eutech pH5+, Eutech DO6+ và Martini Mi306.
  • Chỉ tiêu COD được xác định bằng phương pháp chuẩn độ Dicromate trong môi trường axit mạnh.
  • Chỉ tiêu BOD5 được phân tích theo phương pháp ủ mẫu tiêu chuẩn APHA 5210-1999 ở nhiệt độ 20°C trong vòng 5 ngày.
  • Chỉ tiêu TSS được phân tích theo phương pháp sấy khô khối lượng không đổi theo TCVN 6625:2000.
  • Các hợp chất NH4+, NO3- và PO43- được xác định bằng phương pháp so màu trắc phổ trên máy quang phổ UV-VIS 1800 và Hach DR 500.

Số liệu sau khi thu thập được xử lý thống kê mô tả, phân tích phương sai ANOVA bằng phần mềm IBM SPSS Statistics phiên bản 20.0 để kiểm định sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức xác suất p < 0,05, kết hợp xây dựng bản đồ chuyên đề chất lượng nước trên nền tảng phần mềm MapInfo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích 9 thông số môi trường tại 28 vị trí quan trắc đã bộc lộ rõ bức tranh hiện trạng chất lượng nước mặt tại rừng tràm Mỹ Phước với 4 phát hiện cốt lõi:

Thứ nhất, mức độ ô nhiễm chất hữu cơ diễn ra trên diện rộng và vượt ngưỡng an toàn nghiêm trọng. Hàm lượng COD trung bình trong mùa mưa đạt 88,57 mg/L và mùa khô đạt 70,35 mg/L, vượt giới hạn cho phép của QCVN 08:2015/BTNMT cột A1 (10 mg/L) từ 2,0 đến 11,6 lần tại 100% các điểm thu mẫu. Nồng độ COD tại các kênh dẫn bên trong rừng tràm luôn cao hơn khu vực bên ngoài từ 11% đến 34,4%.

Thứ hai, tình trạng suy giảm dưỡng khí oxy hòa tan (DO) ở mức báo động sinh thái. Giá trị DO trung bình vào mùa mưa chỉ đạt 1,16 mg/L, thấp hơn 5,17 lần so với ngưỡng tối thiểu của quy chuẩn bảo tồn (≥ 6,0 mg/L). Ngay cả trong mùa khô, giá trị DO trung bình cũng chỉ dao động ở mức 3,17 mg/L, cho thấy toàn bộ hệ thống kênh rạch đang trong trạng thái thiếu hụt oxy nghiêm trọng.

Thứ ba, hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng (TSS) và Nitrate (NO3-) gia tăng đột biến trong mùa mưa. Nồng độ TSS tăng mạnh từ mức trung bình 13,01 mg/L trong mùa khô lên 30,50 mg/L trong mùa mưa, tương ứng với mức tăng hơn 134%, vượt ngưỡng quy chuẩn cột A1 (20 mg/L). Hàm lượng NO3- trung bình trong mùa mưa đạt 3,81 mg/L, cao hơn 1,9 lần so với giới hạn quy chuẩn (2,0 mg/L), với hơn 85% số điểm quan trắc bị ô nhiễm cục bộ.

Thứ tư, sự phân hóa rõ nét giữa hệ thống kênh nội vi và ngoại vi. Chỉ tiêu BOD5 tại các kênh nội vi trong mùa khô đạt mức trung bình 4,49 mg/L, cao hơn 76,08% so với kênh ngoại vi (2,55 mg/L), khẳng định nguồn thải hữu cơ bắt nguồn chủ yếu từ thảm thực vật bản địa tích tụ trong lòng khu bảo tồn.

Thảo luận kết quả

Sự suy thoái chất lượng nước mặt tại rừng tràm Mỹ Phước phản ánh rõ mối quan hệ tương tác giữa đặc điểm sinh cảnh và cơ chế vận hành thủy văn nhân tạo. Nguyên nhân trực tiếp khiến chỉ số COD và BOD5 tăng vọt bắt nguồn từ khối lượng sinh khối khổng lồ của lá tràm, hoa keo lai và thảm cỏ mục rơi rụng xuống lòng kênh qua nhiều năm. Khi hệ thống cống đập giữ nước đóng kín hoàn toàn để phòng chống cháy rừng, quá trình trao đổi nước bị triệt tiêu, nước trong kênh chuyển sang màu nâu đen đặc trưng của axit humic và giải phóng mùi hôi do phân hủy yếm khí.

Trên các biểu đồ biến động không gian trích xuất từ dữ liệu SPSS và MapInfo, các vị trí kênh dẫn nội vi luôn thể hiện những cột giá trị COD vượt đỉnh ở mức trên 92 mg/L trong mùa mưa. Hiện tượng rửa trôi bề mặt do nước mưa đã cuốn một lượng lớn mùn bã thực vật và chất rắn từ nền rừng vào kênh rạch, lý giải vì sao chỉ số TSS và NO3- mùa mưa lại cao hơn mùa khô đáng kể. Ngược lại, giá trị độ dẫn điện EC trong mùa khô tại các kênh ngoại vi đạt mức đỉnh 6,70 mS/cm, cao gấp 4,8 lần so với mùa mưa (1,39 mS/cm), do quá trình bốc thoát hơi nước mạnh làm cô đặc các ion vô cơ và muối khoáng hòa tan từ các vùng canh tác nông nghiệp lân cận tràn vào.

So sánh với các hệ sinh thái đất ngập nước tương đồng như Vườn Quốc gia U Minh Hạ hay Trung tâm Nông nghiệp Mùa Xuân, mức độ ô nhiễm hữu cơ tại Mỹ Phước có phần nghiêm trọng hơn do địa hình dạng lòng chảo trũng phèn. Sự suy kiệt DO xuống mức dưới 1,5 mg/L tại nhiều vị trí tạo ra môi trường bất lợi cho sự sống của 25 loài cá nước ngọt, làm suy giảm nguồn thức ăn tự nhiên của các loài chim nước quý hiếm và cản trở trực tiếp đến mục tiêu phát triển khu bảo tồn loài, sinh cảnh theo quy hoạch của địa phương.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả quan trắc thực nghiệm, luận văn đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản trị môi trường nhằm phục hồi chất lượng nguồn nước:

Thứ nhất, tái cấu trúc quy trình vận hành cống đập thủy lợi theo cơ chế điều tiết nước linh hoạt. Ban Quản lý Khu bảo tồn phối hợp với Chi cục Thủy lợi Sóc Trăng thực hiện mở cống xả đáy và đón triều định kỳ 2 lần mỗi tháng vào giai đoạn đầu mùa mưa (tháng 5 đến tháng 7). Mục tiêu cụ thể là tăng cường lưu thông dòng chảy, đẩy nhanh quá trình pha loãng tự nhiên nhằm nâng nồng độ DO trung bình lên trên 4,50 mg/L và giảm nồng độ COD xuống dưới 40 mg/L trong vòng 12 tháng áp dụng.

Thứ hai, triển khai chương trình vớt dọn sinh khối và nạo vét bùn đáy hữu cơ định kỳ. Tổ quản lý rừng cần phối hợp với cộng đồng dân cư địa phương tiến hành thu gom bèo lục bình, cỏ dại và nạo vét lớp mùn hữu cơ dày tại 12 tuyến kênh nội bộ trước khi mùa mưa bắt đầu. Lộ trình thực hiện trong 18 tháng nhằm hạ thấp giá trị BOD5 về dưới mức quy chuẩn 4,0 mg/L, giảm áp lực phân hủy kỵ khí phát sinh khí độc.

Thứ ba, thiết lập hành lang đệm sinh thái và kiểm soát dòng chảy tràn nông nghiệp. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Sóc Trăng cần chỉ đạo quy hoạch dải cây xanh lọc nước sinh học và hệ thống mương lắng xung quanh 16 điểm kênh ngoại vi tiếp giáp khu dân cư và đất canh tác mía, lúa. Giải pháp này hướng đến kiểm soát dư lượng phân bón chứa Nitơ và Phốt pho, đảm bảo nồng độ NO3- giảm tối thiểu 35% và duy trì NH4+ dưới 0,30 mg/L trong giai đoạn từ năm 2019 đến 2021.

Thứ tư, hiện đại hóa năng lực quan trắc và cảnh báo chất lượng nước tự động. Đầu tư lắp đặt tối thiểu 2 trạm đo cảm biến tự động liên tục đo các thông số cơ bản (pH, DO, EC, nhiệt độ) tại các vị trí xung yếu, tích hợp hệ thống thông tin địa lý GIS để theo dõi diễn biến môi trường nước theo thời gian thực, hỗ trợ ra quyết định khẩn cấp khi xảy ra sự cố suy kiệt oxy diện rộng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và hệ thống dữ liệu thực nghiệm trong luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

  • Ban Quản lý các Khu bảo tồn thiên nhiên và Vườn quốc gia đất ngập nước: Cung cấp khung phương pháp đánh giá định lượng tác động của đê bao khép kín đối với chất lượng nước, từ đó hoàn thiện phương án điều tiết nước kết hợp phòng cháy rừng và bảo tồn đa dạng sinh học.
  • Cán bộ kỹ thuật và chuyên viên Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn: Sử dụng nguồn tư liệu khoa học để hoạch định chính sách phân vùng bảo vệ nguồn nước, xây dựng tiêu chuẩn quản trị rủi ro ô nhiễm hữu cơ và cấp phép khai thác tài nguyên nước mặt cấp tỉnh.
  • Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Quản lý Môi trường, Khoa học Môi trường và Đa dạng sinh học: Tham khảo mô hình thiết kế mạng lưới quan trắc thực địa, quy trình phân tích chuẩn độ trong phòng thí nghiệm và phương pháp xử lý số liệu thống kê ANOVA trên SPSS kết hợp GIS.
  • Các tổ chức phi chính phủ và mạng lưới bảo tồn quốc tế: Khai thác bộ số liệu nền 28 điểm quan trắc tại Sóc Trăng làm căn cứ thiết kế và tài trợ các dự án phục hồi sinh cảnh đất ngập nước thích ứng với biến đổi khí hậu tại vùng hạ lưu sông Mekong.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao chỉ số COD tại rừng tràm Mỹ Phước lại vượt chuẩn QCVN 08:2015/BTNMT cột A1 từ 2 đến 11,6 lần? Hiện tượng này xuất phát từ khối lượng sinh khối mùn bã thực vật của lá tràm tích tụ dày đặc dưới đáy kênh qua nhiều năm kết hợp với chế độ đóng cống ngăn dòng để giữ nước chống cháy. Trong điều kiện dòng chảy tĩnh, các hợp chất hữu cơ hòa tan giải phóng liên tục làm nồng độ COD mùa mưa tăng vọt lên mức 88,57 mg/L, vượt xa ngưỡng 10 mg/L của quy chuẩn.

Tình trạng suy giảm oxy hòa tan DO xuống mức 1,16 mg/L trong mùa mưa gây ra hậu quả gì? Hàm lượng DO dưới 2,0 mg/L rơi vào trạng thái thiếu khí nghiêm trọng, làm suy kiệt dưỡng khí của 25 loài cá bản địa và hệ sinh vật đáy. Quá trình hô hấp của thủy sinh vật bị gián đoạn, gây nguy cơ chết ngạt hàng loạt và làm suy giảm chuỗi thức ăn tự nhiên của các loài chim quý hiếm như Cốc Đế đang sinh sống tại khu bảo tồn.

Vì sao độ dẫn điện EC tại các kênh ngoại vi trong mùa khô lại cao gấp gần 5 lần mùa mưa? Vào mùa khô, nhiệt độ môi trường cao thúc đẩy quá trình bốc thoát hơi nước mạnh mẽ làm cô đặc các khoáng chất hòa tan, đồng thời các kênh ngoại vi tiếp nhận nguồn nước tưới tiêu nông nghiệp chứa phân bón vô cơ rửa trôi. Điều này đẩy giá trị EC mùa khô tại kênh ngoài lên 6,70 mS/cm so với mức 1,39 mS/cm trong mùa mưa.

Hệ thống đê bao khép kín giữ vai trò tích cực hay tiêu cực đối với môi trường rừng tràm? Hệ thống đê bao mang tính chất tác động hai mặt. Về mặt lâm nghiệp, đê bao giữ nước hiệu quả giúp ngăn ngừa nguy cơ cháy rừng trên diện tích 387,37 ha trong mùa khô hạn. Tuy nhiên về mặt môi trường thủy vực, đê bao triệt tiêu dòng chảy tự nhiên, làm mất khả năng tự làm sạch và gây tồn đọng ô nhiễm hữu cơ với chỉ số COD và BOD5 vượt ngưỡng.

Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu này vào các khu vực đất ngập nước khác tại ĐBSCL? Quy trình thiết kế mạng lưới quan trắc 28 điểm phân tầng nội - ngoại vi cùng phương pháp phân tích 9 chỉ tiêu hóa lý đối sánh QCVN 08:2015/BTNMT hoàn toàn có thể chuẩn hóa để chuyển giao cho các khu rừng tràm ngập phèn khác có cùng điều kiện sinh thái như Tràm Chim, Láng Sen hay Vườn Quốc gia U Minh Hạ.

Kết luận

  • Kết quả quan trắc 9 chỉ tiêu hóa lý tại 28 vị trí khẳng định môi trường nước mặt rừng tràm Mỹ Phước đang chịu áp lực ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng, với chỉ số COD vượt quy chuẩn cột A1 từ 2,0 đến 11,6 lần và DO mùa mưa giảm sâu xuống mức 1,16 mg/L.
  • Tải lượng chất rắn lơ lửng TSS và dinh dưỡng Nitrate NO3- có xu hướng gia tăng đột biến trong mùa mưa do hiện tượng rửa trôi bề mặt, với TSS đạt 30,50 mg/L và NO3- đạt 3,81 mg/L.
  • Sự phân hóa chất lượng nước thể hiện rõ rệt khi hệ thống kênh nội vi chịu tải lượng phân hủy mùn bã thực vật lớn hơn, trong khi kênh ngoại vi chịu ảnh hưởng bởi độ dẫn điện EC cao trong mùa khô (6,70 mS/cm).
  • Cơ chế vận hành đê bao giữ nước tĩnh là nguyên nhân chính hạn chế khả năng tự làm sạch tự nhiên của thủy vực, đòi hỏi sự can thiệp kỹ thuật thủy lợi điều tiết định kỳ.
  • Luận văn đã đóng góp cơ sở dữ liệu thực nghiệm toàn diện 2 đợt mùa khô và mùa mưa năm 2018, thiết lập tiền đề khoa học cho quy hoạch bảo tồn loài và sinh cảnh cấp tỉnh.

Về lộ trình tiếp theo, các cơ quan chức năng cần triển khai thử nghiệm quy chế mở cống xả đáy linh hoạt trong vòng 6 đến 12 tháng tới, kết hợp xây dựng vành đai lọc sinh học nông nghiệp trước năm 2021. Các nhà quản lý và các tổ chức nghiên cứu hãy khai thác ngay nguồn dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác này để hoạch định những chính sách hành động kịp thời, bảo vệ bền vững hệ sinh thái đất ngập nước quý báu của tỉnh Sóc Trăng.