Tổng quan nghiên cứu

Sông Trà Khúc là con sông lớn nhất tỉnh Quảng Ngãi với chiều dài khoảng 135 km và diện tích lưu vực lên tới 3.240 km², chảy qua địa bàn 5 huyện miền núi và vùng đồng bằng trước khi đổ ra biển Đông. Toàn tỉnh Quảng Ngãi có diện tích tự nhiên 5.153 km², trong đó lưu vực sông Trà Khúc giữ vai trò huyết mạch trong việc cung cấp nước ngọt phục vụ sinh hoạt, tưới tiêu nông nghiệp và duy trì nguồn lợi thủy sản phong phú cho hơn 15.000 người dân trong vùng. Trong hệ sinh thái thủy vực nội địa, nhóm động vật hai mảnh vỏ thuộc ngành thân mềm đóng vai trò thiết yếu trong việc cân bằng sinh thái, lọc sạch chất hữu cơ, chuyển hóa năng lượng và là nguồn thực phẩm giàu giá trị kinh tế.

Tuy nhiên, áp lực từ các hoạt động nhân sinh gia tăng nhanh chóng như khai thác cát sỏi quá mức, thi công công trình cầu Thạch Bích, xả thải sinh hoạt chưa qua xử lý và biến đổi khí hậu đã gây xói mòn lòng sông, làm biến đổi chất lượng nước và suy giảm nghiêm trọng nguồn lợi thủy sản tự nhiên. Trước thực trạng đó, luận văn thạc sĩ khoa học chuyên ngành Sinh thái học đã tập trung giải quyết các mục tiêu trọng tâm: xác định chính xác thành phần loài và đặc điểm phân bố của động vật hai mảnh vỏ; đánh giá sự biến động theo mùa về số lượng cá thể; phân tích mối tương quan giữa phân bố sinh vật với 8 thông số thủy lý hóa môi trường; từ đó đề xuất hệ thống giải pháp quản lý và khai thác bền vững.

Nghiên cứu được triển khai thực địa qua 8 đợt khảo sát chi tiết trong năm 2016 tại 9 điểm thu mẫu mang tính đại diện cao dọc sông Trà Khúc. Công trình mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc khi cung cấp bộ dữ liệu sinh thái học đầu tiên tại địa phương với 397 mẫu vật được định danh, tạo cơ sở dữ liệu vững chắc cho các cơ quan quản lý trong việc bảo tồn đa dạng sinh học và phát triển kinh tế thủy sản nước ngọt bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng hệ thống lý thuyết phân loại học động vật không xương sống nước ngọt và các tiêu chuẩn định loại thân mềm hiện đại của Đặng Ngọc Thanh (năm 1980, 2004) cùng các nghiên cứu quốc tế của Graf (năm 2013) và Kohler (năm 2012). Cấu trúc phân loại học tập trung vào lớp Hai mảnh vỏ (Bivalvia), bao gồm các bộ và họ thủy sinh đặc trưng của khu hệ Đông Nam Á và lưu vực sông nhiệt đới.

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng lý thuyết sinh thái học quần xã và chỉ thị sinh học môi trường nước. Động vật đáy cỡ lớn, đặc biệt là thân mềm hai mảnh vỏ, là đối tượng chỉ thị hữu hiệu phản ánh mức độ tích lũy ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng nhờ đời sống ít di chuyển và phương thức ăn lọc. Đánh giá chất lượng môi trường nước dựa trên Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt bảo vệ đời sống thủy sinh QCVN 38:2011/BTNMT.

Các khái niệm then chốt được tích hợp bao gồm: cấu trúc thành phần loài, tính đa dạng sinh học thông qua chỉ số Shannon-Wiener, hệ số tương đồng sinh học Sorensen, ma trận khoảng cách tương đồng Bray-Curtis và mô hình tương quan sinh thái BIO-ENV xác định tổ hợp biến môi trường chi phối quần xã sinh vật.

Phương pháp nghiên cứu

Cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu: Nghiên cứu thu thập tổng cộng 397 mẫu vật động vật hai mảnh vỏ qua 8 đợt khảo sát tại 9 điểm thu mẫu điển hình (ký hiệu từ M1 đến M9), trải dài từ vùng thượng lưu huyện Sơn Tịnh đến vùng cửa biển Cổ Lũy thuộc thành phố Quảng Ngãi. Mẫu định tính được thu thập ven bờ bằng vợt Pondnet tại các thảm thực vật thủy sinh và bắt thủ công cùng ngư dân. Mẫu định lượng được lấy tại 3 vị trí cho mỗi điểm thu mẫu bằng gầu ngoạm đáy Petersen (5 gầu mỗi vị trí), kết hợp phương pháp khoanh vùng đánh bắt thủ công trên diện tích chuẩn 20 m² (kích thước 2m x 10m) trong thời gian 30 phút. Mẫu vật sau khi đãi rửa sạch bùn cát được cố định bằng cồn 90 độ và chuyển về phòng thí nghiệm.

Phương pháp đo đạc môi trường và phân tích: Song song với thu mẫu sinh vật, các mẫu nước được lấy và phân tích 8 chỉ tiêu thủy lý, hóa học gồm: nhiệt độ (đo trực tiếp bằng máy Hanna HI 9142), pH, độ dẫn điện, tổng chất rắn hòa tan TDS, độ đục, oxy hòa tan DO, amoni NH4+ và natri Na+ (đo bằng máy quang phổ đa chỉ tiêu photoLab 6100VIS). Định danh hình thái loài được thực hiện dưới kính lúp quang học tại Phòng thí nghiệm Khoa Sinh, Trường Đại học Quảng Nam dựa trên các khóa định loại chuyên ngành.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Luận văn ứng dụng phần mềm Primer 5 và Microsoft Excel nhằm xử lý ma trận số liệu sinh thái phức tạp. Chỉ số Shannon-Wiener và khoảng cách Bray-Curtis được lựa chọn vì khả năng phản ánh khách quan độ phong phú và độ đồng đều của quần thể mà không phụ thuộc tuyệt đối vào kích thước mẫu. Phân tích BIO-ENV được sử dụng nhằm tìm kiếm tập hợp con các biến môi trường có hệ số tương quan thứ hạng Spearman cao nhất với ma trận sinh học, giúp giải thích rõ ràng mối quan hệ đa chiều giữa sinh vật và môi trường nước. Toàn bộ tiến trình nghiên cứu được thực hiện trong thời gian 11 tháng, từ tháng 1 đến tháng 11 năm 2016.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phát hiện thứ nhất: Kết quả phân tích 397 mẫu vật đã xác định được 11 loài động vật hai mảnh vỏ thuộc 5 giống và 4 họ tại sông Trà Khúc. Họ Hến (Corbiculidae) chiếm ưu thế áp đảo với 7 loài thuộc duy nhất giống Corbicula (chiếm 63,64% tổng số loài), bao gồm: Corbicula blandiana, Corbicula luteola, Corbicula bocourti, Corbicula cyreniformis, Corbicula lamarckiana, Corbicula baudoni và Corbicula castanae. Họ Trai sông (Unionidae) đứng thứ hai với 2 loài thuộc 2 giống (chiếm 18,18%) là Lanceolaria grayii và Nodularia douglasiae crassidens. Hai họ còn lại là Amblemidae (loài Oxynaia micheloti) và Glaucomyidae (loài Glaucomya chinensis), mỗi họ đóng góp 1 loài (chiếm 9,09%).

Phát hiện thứ hai: Các chỉ tiêu thủy lý hóa môi trường có sự phân hóa mạnh mẽ giữa hai mùa và giữa các vị trí thu mẫu. Nhiệt độ nước trung bình vào mùa khô đạt 33,6°C (dao động từ 32,5 đến 35,3°C), cao hơn rõ rệt so với mùa mưa đạt 29,3°C (dao động từ 28,4 đến 30,8°C). Chỉ số oxy hòa tan DO mùa mưa đạt giá trị trung bình 6,50 mg/l, cao hơn mức 5,61 mg/l của mùa khô. Tổng lượng chất rắn hòa tan TDS mùa mưa đạt mức 854 mg/l, tăng 46,23% so với mùa khô (584 mg/l). Độ đục mùa mưa dao động từ 135 đến 262 NTU, cao hơn mùa khô (104 đến 254 NTU). Hầu hết các chỉ số đều nằm trong ngưỡng an toàn của QCVN 38:2011/BTNMT, ngoại trừ TDS tăng cao tại vùng cửa sông khi triều lên.

Phát hiện thứ ba: Phân bố loài biến động không gian rõ rệt. Loài Corbicula blandiana xuất hiện phổ biến tại hầu hết 9 điểm thu mẫu nhờ khả năng thích nghi rộng. Ngược lại, loài Glaucomya chinensis chỉ ghi nhận duy nhất tại các điểm hạ lưu M8 và M9 gần cửa Đại Cổ Lũy, nơi chịu ảnh hưởng mặn với độ dẫn điện lên tới 0,787 đến 0,937 mS/cm và hàm lượng Na+ đạt 0,05 đến 0,06 mg/l.

Mô tả biểu diễn dữ liệu: Cấu trúc thành phần họ được trực quan hóa qua biểu đồ tròn tỷ lệ phần trăm phân bố loài, trong khi biến động số lượng cá thể và số lượng loài theo mùa được trình bày trực quan qua biểu đồ cột kép so sánh giữa 9 điểm quan trắc. Mối quan hệ phân nhóm sinh thái giữa các trạm thu mẫu được thể hiện rõ nét qua sơ đồ phân nhánh Bray-Curtis và không gian định thứ 2 chiều MDS với hệ số Stress thấp, phản ánh mức độ tương đồng cao giữa các điểm cùng sinh cảnh.

Thảo luận kết quả

Tỷ lệ ưu thế vượt trội 63,64% của họ Corbiculidae chứng minh tính thích nghi sinh thái tuyệt vời của nhóm hến nước ngọt với chất nền bùn pha cát mịn và chế độ dòng chảy thay đổi của sông Trà Khúc. Sự sụt giảm mật độ cá thể cục bộ tại các điểm M1, M2 và M4 có nguyên nhân trực tiếp từ hoạt động hút cát sỏi làm sạt lở nền đáy và nguồn nước thải sinh hoạt đô thị đổ trực tiếp ra sông làm tăng hàm lượng amoni lên 0,39 mg/l.

Khi so sánh với các thủy vực nội địa khác tại Việt Nam, thành phần loài hai mảnh vỏ ở sông Trà Khúc (11 loài, 5 giống, 4 họ) có độ phong phú tương đương với sông Hương tại Thừa Thiên Huế (11 loài, 5 giống, 5 họ). Khu hệ này đa dạng hơn hẳn so với sông Hiếu tại Quảng Trị (8 loài, 3 giống), sông Tam Kỳ tại Quảng Nam (8 loài, 4 giống) và Khu bảo tồn thiên nhiên di tích Vĩnh Cửu tại Đồng Nai (8 loài, 3 giống). Sự tương đồng cao với sông Hương bắt nguồn từ đặc điểm địa lý duyên hải miền Trung với chế độ thủy văn ngắn dốc và nền trầm tích tương tự.

Ý nghĩa sinh thái quan trọng của phát hiện này là xác lập hiện trạng sức khỏe môi trường sông Trà Khúc vẫn ở mức trung bình khá, quần xã hai mảnh vỏ vẫn duy trì chức năng lọc sinh học tự nhiên, đóng vai trò then chốt trong chuỗi thức ăn thủy vực.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, ban hành quy chế phân vùng và kiểm soát thời gian khai thác thủy sản. Chi cục Thủy sản tỉnh Quảng Ngãi cần chủ trì thiết lập lệnh cấm cào bắt hến và trai sông bằng xung điện hoặc cơ giới trong mùa sinh sản cao điểm từ tháng 3 đến tháng 6 hằng năm. Mục tiêu đặt ra là giảm ít nhất 30% sản lượng khai thác tự nhiên đối với cá thể chưa trưởng thành, tạo điều kiện cho đàn bố mẹ tái tạo quần thể trong giai đoạn 2017 đến 2020.

Thứ hai, siết chặt quản lý hoạt động khai thác cát sỏi và nạo vét luồng lạch. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ngãi phối hợp cùng Ủy ban nhân dân thành phố Quảng Ngãi tiến hành thanh tra định kỳ hằng quý, đình chỉ các bến bãi nạo vét không phép. Cần giảm 40% khối lượng khai thác cát tại các khu vực sinh cảnh xung yếu như điểm M1 và M2 nhằm khôi phục nền đáy tự nhiên và hạ độ đục mặt nước xuống dưới 150 NTU trước năm 2019.

Thứ ba, nâng cấp hệ thống thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt đô thị, làng nghề. Ủy ban nhân dân các xã ven sông cần đầu tư các trạm lắng lọc sinh thái tập trung, xử lý triệt để nguồn thải sinh hoạt và chất thải nuôi tôm trước khi xả ra sông Trà Khúc. Target metric là đưa 100% các điểm xả thải tại M4 và M7 đạt chuẩn QCVN 38:2011/BTNMT trước năm 2022, giảm 50% nồng độ amoni trong nước mặt.

Thứ tư, nghiên cứu phát triển mô hình nuôi thương phẩm và bảo tồn nguồn gen bản địa. Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh phối hợp với các trường đại học thực hiện đề tài sinh sản nhân tạo loài Corbicula blandiana và Corbicula bocourti. Chuyển giao quy trình nuôi bè hoặc nuôi bãi bồi cho người dân địa phương với mục tiêu tăng sản lượng thủy sản nuôi trồng thêm 25% mỗi năm, giải tỏa áp lực đánh bắt tận diệt trên sông tự nhiên.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm thứ nhất là các nhà hoạch định chính sách và cán bộ quản lý môi trường tại Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Quảng Ngãi. Luận văn cung cấp nguồn dữ liệu nền tảng về 11 loài hai mảnh vỏ và bản đồ chất lượng môi trường tại 9 điểm khảo sát, phục vụ trực tiếp cho công tác quy hoạch lưu vực sông và xây dựng kế hoạch hành động đa dạng sinh học cấp tỉnh.

Nhóm thứ hai là các nhà khoa học, giảng viên và nghiên cứu viên chuyên ngành Sinh thái học, Thủy sinh học và Động vật học. Công trình là tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp phân tích chỉ số sinh thái hiện đại như BIO-ENV, Shannon-Wiener và dữ liệu phân loại học thân mềm nước ngọt khu vực miền Trung Việt Nam.

Nhóm thứ ba là sinh viên đại học và học viên cao học thuộc các ngành Quản lý Môi trường, Khoa học Môi trường và Nuôi trồng Thủy sản. Người học có thể tiếp cận quy trình điều tra thực địa chuẩn hóa qua 8 đợt thu mẫu, kỹ thuật vận hành gầu Petersen và phương pháp xử lý thống kê bằng phần mềm chuyên dụng Primer 5.

Nhóm thứ tư là các tổ chức bảo tồn thiên nhiên, doanh nghiệp thủy sản và cộng đồng ngư dân địa phương. Kết quả nghiên cứu giúp người dân nhận thức rõ các ngưỡng sinh thái (nhiệt độ từ 28,4 đến 33,6°C, pH từ 6,48 đến 7,01) để xây dựng mô hình nuôi hến thương phẩm bền vững và khai thác có trách nhiệm.

Câu hỏi thường gặp

Khu hệ động vật hai mảnh vỏ tại sông Trà Khúc có bao nhiêu loài và họ nào chiếm ưu thế? Nghiên cứu đã xác định được 11 loài thuộc 5 giống và 4 họ từ 397 mẫu vật thu thập. Họ Corbiculidae chiếm ưu thế tuyệt đối với 7 loài thuộc giống Corbicula, chiếm tỷ lệ 63,64% tổng số loài. Các loài hến này có khả năng thích nghi cao với nền đáy cát pha bùn và biên độ dòng chảy biến động mạnh của lưu vực sông Trà Khúc.

Chất lượng nước sông Trà Khúc biến đổi như thế nào giữa hai mùa mưa và khô? Nhiệt độ nước mùa khô trung bình đạt 33,6°C, cao hơn mùa mưa (29,3°C). Ngược lại, chỉ số oxy hòa tan DO mùa mưa đạt 6,50 mg/l, cao hơn mùa khô (5,61 mg/l) nhờ lưu tốc dòng chảy mạnh. Tổng chất rắn hòa tan TDS mùa mưa đạt 854 mg/l cao hơn mùa khô (584 mg/l), và hầu hết chỉ tiêu đều nằm trong ngưỡng an toàn của QCVN 38:2011/BTNMT.

Hoạt động khai thác cát và xây dựng hạ tầng ảnh hưởng như thế nào đến động vật hai mảnh vỏ? Khai thác cát tại điểm M1, M2 và thi công cầu Thạch Bích làm thay đổi cấu trúc địa hình lòng sông, gia tăng độ đục lên 254 đến 262 NTU. Hiện tượng này vùi lấp bãi đẻ, cản trở cơ chế ăn lọc của động vật đáy và làm suy giảm nghiêm trọng mật độ cá thể của các loài nhạy cảm như Lanceolaria grayii.

Luận văn đã sử dụng các mô hình toán học và chỉ số sinh học nào để đánh giá đa dạng sinh học? Tác giả đã ứng dụng chỉ số đa dạng loài Shannon-Wiener, hệ số tương đồng Sorensen và ma trận khoảng cách Bray-Curtis trên phần mềm Primer 5. Đặc biệt, phân tích BIO-ENV được sử dụng để xác định tương quan thứ hạng giữa 8 biến môi trường thủy lý hóa với cấu trúc quần xã 11 loài động vật hai mảnh vỏ.

Đa dạng thành phần loài hai mảnh vỏ ở sông Trà Khúc đứng ở mức nào so với các sông khác? Sông Trà Khúc ghi nhận 11 loài thuộc 5 giống, tương đương với sông Hương tại Huế (11 loài, 5 giống) và phong phú hơn đáng kể so với sông Hiếu tại Quảng Trị (8 loài), sông Tam Kỳ tại Quảng Nam (8 loài) cùng Khu bảo tồn thiên nhiên di tích Vĩnh Cửu tại Đồng Nai (8 loài).

Kết luận

  • Đã xác định toàn diện cấu trúc thành phần loài động vật hai mảnh vỏ tại sông Trà Khúc gồm 11 loài, 5 giống thuộc 4 họ, bổ sung bộ dữ liệu khoa học đầu tiên cho hệ sinh thái thủy vực tỉnh Quảng Ngãi.
  • Họ Hến (Corbiculidae) chiếm ưu thế tuyệt đối với 7 loài (tỷ lệ 63,64%), khẳng định vai trò chỉ thị sinh học và cấu trúc thích nghi đặc trưng của khu hệ sinh vật đáy miền Trung.
  • Đánh giá định lượng 8 chỉ tiêu thủy lý hóa theo chuẩn QCVN 38:2011/BTNMT, ghi nhận chất lượng nước sông cơ bản thuận lợi cho thủy sinh vật với DO trung bình đạt từ 5,61 đến 6,50 mg/l.
  • Nhận diện rõ các áp lực nhân sinh tiêu cực từ hoạt động khai thác cát sỏi tại M1, M2 và xả thải sinh hoạt tại M4, M7 làm gia tăng độ đục và biến đổi sinh cảnh tự nhiên.
  • Đề xuất đồng bộ 4 nhóm giải pháp chiến lược bao gồm phân vùng cấm khai thác, kiểm soát nạo vét cát, xử lý nước thải đô thị và phát triển mô hình nuôi trồng nhân tạo bền vững.

Đóng góp then chốt của luận văn là cung cấp cơ sở lý luận và thực tiễn vững chắc giúp bảo tồn nguồn tài nguyên đa dạng sinh học nước ngọt quý giá. Trong giai đoạn tiếp theo từ năm 2018, các cơ quan chức năng cần thiết lập mạng lưới quan trắc sinh học định kỳ 6 tháng một lần dọc sông Trà Khúc. Các cấp quản lý và cộng đồng địa phương hãy cùng chung tay áp dụng ngay các khuyến nghị khoa học này vào thực tiễn quản lý lưu vực sông nhằm gìn giữ hệ sinh thái sông Trà Khúc xanh và phát triển bền vững cho tương lai.