Tổng quan nghiên cứu

Khu dự trữ sinh quyển Rừng ngập mặn Cần Giờ với tổng diện tích tự nhiên 75.740 ha đóng vai trò là hệ sinh thái đất ngập nước ven biển trọng yếu và "lá phổi xanh" phòng hộ cho Thành phố Hồ Chí Minh. Trong đó, hệ thống sông rạch chiếm 22.161 ha (tương đương 31,27% diện tích toàn huyện), tạo nên mạng lưới thủy vực đặc thù chịu tác động đan xen của chế độ bán nhật triều và sự pha trộn giữa khối nước ngọt thượng lưu với nước biển Đông. Tuy nhiên, trước sức ép từ các hoạt động giao thông thủy với tàu thuyền trọng tải lên đến 20.000 tấn lưu thông trên luồng Lòng Tàu - Soài Rạp, cùng áp lực nước thải sinh hoạt và hoạt động nuôi trồng thủy sản ven bờ, chất lượng môi trường nước tại đây đang có những biến động phức tạp.

Trong cấu trúc mạng lưới dinh dưỡng thủy sinh, thực vật nổi (phytoplankton) là sinh vật sản xuất sơ cấp giữ vai trò mắt xích đầu tiên chuyển hóa vật chất và năng lượng. Mọi biến động về mật độ và cơ cấu loài vi tảo đều ảnh hưởng trực tiếp đến chuỗi thức ăn của hơn 130 loài cá và trên 700 loài động vật không xương sống trong khu bảo tồn. Luận văn hướng đến mục tiêu xác định và đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số môi trường nước (nhiệt độ, pH, DO, BOD5, COD, muối dinh dưỡng PO43-, NH4+, NO3- và dầu mỡ) đến cấu trúc đa dạng sinh học của thực vật nổi.

Nghiên cứu được triển khai đồng bộ tại 24 tiểu khu rừng ngập mặn thuộc huyện Cần Giờ từ tháng 07/2012 đến tháng 11/2014. Kết quả quan trắc cung cấp nguồn dữ liệu chuẩn hóa gồm 66 loài thực vật nổi tại 60 trạm khảo sát qua 2 mùa mưa - khô, tạo cơ sở khoa học định lượng vững chắc cho công tác bảo tồn sinh thái và hỗ trợ quản lý ngành kinh tế thủy sản địa phương với giá trị sản xuất hàng năm đạt trên 1.035 tỷ đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết sinh thái học hệ sinh thái đất ngập nước và mô hình chu trình sinh địa hóa thủy vực. Theo học thuyết tỷ lệ Redfield, tỷ lệ nguyên tử chuẩn giữa Carbon, Nitơ và Phốt pho trong tế bào vi tảo được mô tả qua công thức (CH2O)106(NH3)16H3PO4, tương ứng tỷ lệ khối lượng N:P xấp xỉ 7:1. Khi tỷ lệ N:P vượt trên 7:1, phốt pho trở thành yếu tố giới hạn sinh trưởng của tảo; ngược lại, khi tỷ lệ N:P nhỏ hơn 7:1, nguồn nitơ sẽ đóng vai trò kiểm soát chính. Đồng thời, đề tài áp dụng lý thuyết sinh vật chỉ thị (Bio-indicator) để đánh giá mức độ ô nhiễm và xu hướng phú dưỡng thông qua sự biến động quần xã vi sinh vật nổi.

Các khái niệm chuyên ngành cốt lõi trong nghiên cứu bao gồm:

  • Thực vật nổi (Phytoplankton): Quần xã vi tảo quang tự dưỡng trôi nổi trong nước, cung cấp sinh khối giàu dinh dưỡng với hàm lượng protein khô đạt từ 30% đến 70% ở các chi như Scenedesmus và Spirulina.
  • Oxy hòa tan (DO): Hàm lượng dưỡng khí tự nhiên trong nước phục vụ hô hấp thủy sinh vật, thường dao động tối ưu từ 8 đến 10 mg/l.
  • Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) và Nhu cầu oxy hóa học (COD): Các thông số định lượng lượng oxy cần thiết để phân hủy sinh học chất hữu cơ và tổng lượng chất hữu cơ bị oxy hóa bằng tác nhân hóa học.
  • Hiện tượng phú dưỡng (Eutrophication): Trạng thái môi trường nước dư thừa muối nitrat vượt quá 7 mg/l hoặc phốt phát trên 0,2 mg/l, kích thích tảo bùng phát làm suy giảm nghiêm trọng lượng oxy hòa tan vào ban đêm.

Phương pháp nghiên cứu

  • Cỡ mẫu và địa bàn khảo sát: Nghiên cứu thiết lập mạng lưới gồm 60 trạm quan trắc (từ M1 đến M60) phân bố đại diện trên 24 tiểu khu thuộc 7 xã và thị trấn của huyện Cần Giờ. Quá trình thu mẫu thực địa được chia thành 2 đợt chính trong năm 2012: Đợt 1 vào mùa mưa (tháng 6 đến tháng 7) và Đợt 2 vào mùa khô (tháng 10 đến tháng 12).
  • Phương pháp thu thập mẫu: Mẫu nước được lấy hỗn hợp tại 3 tầng (tầng mặt, tầng giữa và tầng đáy) bằng thiết bị Bathomet chuyên dụng theo tiêu chuẩn TCVN 5996-1995, chứa trong bình PVC 500 ml trung tính và bảo quản lạnh ở 4°C kèm hóa chất cố định H2SO4, HNO3. Mẫu thực vật nổi được thu tại thời điểm đỉnh triều cường bằng lưới vớt Juday No 75 (mật độ 75 lỗ/cm2, đường kính miệng 25 cm, chiều dài 1 m) kéo zic-zắc nhiều lượt cột nước, sau đó cố định bằng dung dịch Formalin 4% đến 5% trong lọ nhựa 200 ml.
  • Phương pháp phân tích và xử lý số liệu: Các chỉ tiêu DO, pH và nhiệt độ được đo trực tiếp tại hiện trường bằng máy đo đa thông số TOA (Nhật Bản) với 2 đến 3 lần lặp lại để lấy giá trị trung bình. Các chỉ tiêu BOD5, COD, PO43-, NH4+, NO3- và dầu mỡ được phân tích tại phòng thí nghiệm chuyên ngành, đối chiếu trực tiếp với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 10:2008/BTNMT. Dữ liệu sau đó được tổng hợp thống kê bằng phần mềm Excel và tích hợp không gian trên phần mềm MapInfo để chồng ghép ranh giới các vùng đẳng mặn (Vùng 2: 13-14‰ và Vùng 3: 24-30‰). Việc kết hợp phương pháp này đảm bảo kiểm soát tính phân tầng thủy văn, loại bỏ sai số do dòng chảy xáo trộn và phản ánh chuẩn xác cấu trúc phân bố không gian của quần xã vi tảo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  • Cấu trúc thành phần loài: Luận văn đã xác định được 66 loài thực vật nổi thuộc 3 ngành tảo chính. Trong đó, ngành tảo Silic (Bacillariophyta) chiếm tỷ trọng áp đảo với 52 loài, tương ứng 78,79% tổng số loài. Ngành tảo Giáp (Pyrrophyta) ghi nhận 12 loài, chiếm 18,18%. Ngành vi khuẩn Lam (Cyanophyta) chiếm tỷ lệ thấp nhất với 2 loài, tương đương 3,03%. Trong ngành tảo Silic, họ Chaetoceraceae đa dạng nhất với 11 loài, kế đến là họ Rhizosoleniaceae với 9 loài và họ Biddulphiaceae với 7 loài.
  • Biến động không gian và mùa vụ: Trong Đợt 1 (mùa mưa), mức độ xuất hiện của vi tảo tại các trạm có độ chênh lệch rất lớn; trạm M1 ghi nhận số lượng cao nhất với 32 loài, trong khi trạm M24 chỉ có 5 loài (chênh lệch 27 loài). Ở Đợt 2, trạm M60 đạt 13 loài trong khi trạm M48 chỉ thu được duy nhất 1 loài (chênh lệch 12 loài).
  • Xu hướng phân bố theo độ mặn: Tại Vùng 2 (độ mặn 13-14‰), số loài ghi nhận trong Đợt 1 là 66 loài, sau đó giảm 13,64% xuống còn 57 loài ở Đợt 2. Ngược lại, tại Vùng 3 (vùng ven biển, độ mặn 24-30‰), thành phần loài giữ mức ổn định cao hơn, đạt 66 loài trong Đợt 1 và 62 loài trong Đợt 2 (mức giảm chỉ 6,06%). Các trạm nằm ở rìa ngoài tiếp giáp biển như M1, M36, M58 và M60 luôn ghi nhận độ phong phú loài cao hơn các trạm nằm sâu trong các kênh rạch nội đồng.

Thảo luận kết quả

Sự thống trị của nhóm tảo Silic (xấp xỉ 79%) là đặc trưng điển hình của môi trường cửa sông nhiệt đới chịu ảnh hưởng mạnh bởi chế độ bán nhật triều xáo trộn liên tục và nguồn cung cấp hợp chất Silic dồi dào từ trầm tích phù sa. Chế độ bức xạ nhiệt tại Cần Giờ rất thuận lợi với tổng số giờ nắng đạt từ 2.630 đến 2.710 giờ/năm, kết hợp nền nhiệt độ nước ổn định từ 27°C đến 30°C tạo điều kiện lý tưởng cho các loài tảo Silic như Chaetoceros và Skeletonema costatum quang hợp và phân chia tế bào nhanh chóng.

Khi so sánh với các thủy vực ven biển khác tại Việt Nam, độ phong phú 66 loài của Cần Giờ ở mức trung bình khá, cao hơn vùng cửa sông Hương với 54 loài (tảo Silic chiếm 85%) và cửa sông Văn Úc với 64 loài (tảo Silic chiếm 78,13%), nhưng thấp hơn các vùng vịnh nước sâu như vịnh Nha Trang (153 loài tảo Silic) hoặc vùng biển Dung Quất (172 loài phiêu sinh thực vật). Sự suy giảm số loài ở Đợt 2 tại Vùng 2 phản ánh rõ rệt sự biến động lưu lượng dòng chảy từ thượng nguồn sông Đồng Nai - Sài Gòn, làm thay đổi ranh giới mặn - ngọt và tải lượng muối dinh dưỡng.

Toàn bộ tập dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa tối ưu thông qua biểu đồ tròn phân bố cơ cấu 3 ngành tảo (79% Silic - 18% Giáp - 3% Lam), biểu đồ cột đôi so sánh tương quan số lượng loài giữa 2 mùa khảo sát theo từng dải mặn, kết hợp bản đồ chuyên đề GIS biểu diễn mối quan hệ không gian giữa mật độ vi tảo với các nồng độ DO, BOD5 và NO3-. Các kết quả này chứng minh rằng hệ thực vật nổi Cần Giờ mang đậm bản chất của khu hệ vi tảo biển ấm nhiệt đới.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm bảo tồn tính đa dạng sinh học và quản lý bền vững tài nguyên nước tại Khu dự trữ sinh quyển Rừng ngập mặn Cần Giờ, 4 giải pháp trọng tâm được khuyến nghị thực hiện:

  1. Thiết lập trạm quan trắc tự động kiểm soát ngưỡng dinh dưỡng: Xây dựng hệ thống cảm biến đo đạc chất lượng nước tự động định kỳ 3 tháng/lần tại 24 tiểu khu rừng phòng hộ, tập trung giám sát nồng độ NO3- dưới ngưỡng an toàn 7 mg/l và PO43- dưới 0,2 mg/l. Thời gian thực hiện từ năm 2025 đến năm 2027, do Ban Quản lý Rừng phòng hộ Cần Giờ chủ trì phối hợp cùng các đơn vị chuyên môn về môi trường.
  2. Kiểm soát và xử lý nguồn nước thải nuôi trồng thủy sản: Bắt buộc 100% các trang trại và hộ nuôi tôm thâm canh, bán thâm canh trên địa bàn các xã Tam Thôn Hiệp, An Thới Đông và Lý Nhơn phải vận hành hệ thống hồ sinh học lắng lọc chất thải, cắt giảm tối thiểu 25% tải lượng BOD5 và COD thải vào sông Soài Rạp và Lòng Tàu trong giai đoạn 2025-2028, do Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Cần Giờ giám sát thực hiện.
  3. Ứng dụng vi tảo làm chỉ thị sinh học cảnh báo sớm ô nhiễm: Chuẩn hóa bộ chỉ số cảnh báo môi trường dựa trên sự xuất hiện của các loài tảo Silic có ích (Skeletonema costatum, Chaetoceros) và kiểm soát mật độ các loài tảo có khả năng sinh độc tố (Nitzschia pungens, Dinophysis), hoàn thiện quy trình trước năm 2026 dưới sự hướng dẫn của Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật.
  4. Phục hồi và nâng cao độ che phủ thảm thực vật rừng ngập mặn: Tiếp tục chăm sóc và bảo vệ nghiêm ngặt 41.139 ha vùng đệm và 4.721 ha vùng lõi, trồng bổ sung các dải rừng bần trắng, mắm trắng ven bờ sông nhằm tạo màng lọc sinh học hấp thụ dầu mỡ và kim loại nặng từ phương tiện thủy, hoàn thành mục tiêu giai đoạn đến năm 2030 do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn TP.HCM điều phối.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  • Nhà nghiên cứu và học viên cao học chuyên ngành Môi trường, Thủy sinh học: Khai thác cơ sở dữ liệu phân loại 66 loài thực vật nổi và phương pháp đánh giá định lượng mối tương quan giữa các thông số thủy lý hóa với cấu trúc sinh thái quần xã vi tảo cửa sông.
  • Ban Quản lý các Khu dự trữ sinh quyển và Khu bảo tồn thiên nhiên: Tiếp cận mô hình phân vùng đẳng mặn và phương pháp tích hợp bản đồ không gian để xây dựng chiến lược quản lý, bảo tồn đa dạng sinh học cho các vùng đất ngập nước ven biển.
  • Kỹ sư và doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản: Tham khảo quy luật phát triển của các loài tảo Silic có giá trị dinh dưỡng cao (Chaetoceros, Skeletonema) để chủ động nguồn thức ăn tự nhiên cho ấu trùng tôm giống, đồng thời kiểm soát rủi ro hiện tượng nở hoa độc hại trong ao nuôi.
  • Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường (Sở TN&MT TP.HCM): Sử dụng dữ liệu hiện trạng môi trường từ 60 trạm quan trắc làm căn cứ khoa học thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM) và hoạch định quy hoạch phát triển kinh tế biển Cần Giờ.

Câu hỏi thường gặp

  1. Cơ cấu phân loại thực vật nổi tại Rừng ngập mặn Cần Giờ có đặc điểm gì nổi bật? Quần xã thực vật nổi tại Cần Giờ mang nét đặc trưng của vùng ven biển nhiệt đới với sự ưu thế tuyệt đối của ngành tảo Silic (Bacillariophyta) chiếm 78,79% (52 loài). Ngành tảo Giáp (Pyrrophyta) chiếm 18,18% (12 loài) và vi khuẩn Lam (Cyanophyta) chỉ chiếm 3,03% (2 loài). Cấu trúc này phản ánh môi trường nước có độ xáo trộn cao và giàu khoáng chất Silic hòa tan.

  2. Độ mặn chi phối sự phân bố của thực vật nổi trong khu vực như thế nào? Độ mặn là nhân tố sinh thái then chốt phân hóa thành phần loài; vùng ven biển có độ mặn cao từ 24‰ đến 30‰ duy trì số lượng loài ổn định (62 đến 66 loài), trong khi vùng có độ mặn 13‰ đến 14‰ suy giảm rõ rệt số loài (từ 66 xuống 57 loài) trong mùa khô do lưu lượng nước ngọt từ các nhánh sông thượng lưu suy giảm.

  3. Chỉ số BOD5 và COD phản ánh thực trạng chất lượng môi trường nước ra sao? Chỉ số BOD5 và COD phản ánh mức độ tích lũy các hợp chất hữu cơ từ hoạt động kinh tế ven bờ và chất thải nuôi tôm. Khi lượng chất hữu cơ gia tăng kết hợp nồng độ oxy hòa tan (DO) suy giảm dưới ngưỡng 8 mg/l, quá trình phân hủy yếm khí sẽ diễn ra mạnh mẽ, tiềm ẩn nguy cơ làm suy thoái chất lượng thủy vực cục bộ.

  4. Vì sao tảo Silic lại chiếm tỷ trọng áp đảo (gần 79%) tại Rừng ngập mặn Cần Giờ? Tảo Silic chiếm ưu thế tuyệt đối nhờ nguồn nhiệt độ nước ấm ổn định từ 27°C đến 30°C, cường độ chiếu sáng dồi dào từ 2.630 đến 2.710 giờ/năm, cùng nguồn dinh dưỡng khoáng Silic phong phú được bồi tụ liên tục qua các dòng phù sa của hai hệ thống sông lớn Sài Gòn và Đồng Nai.

  5. Phương pháp thu và bảo quản mẫu thực vật nổi được tiến hành như thế nào? Mẫu vi tảo được thu thập tại 60 trạm quan trắc vào thời điểm đỉnh triều cường bằng lưới vớt tiêu chuẩn Juday No 75 (mật độ 75 lỗ/cm2, miệng lưới 25 cm, dài 1 m). Toàn bộ mẫu sau khi thu được cố định ngay tại hiện trường bằng dung dịch Formalin nồng độ 4% đến 5% và chuyển về phòng thí nghiệm định danh theo quy chuẩn thực vật học.

Kết luận

  • Xác định và định danh đầy đủ danh lục 66 loài thực vật nổi thuộc 3 ngành tảo, trong đó tảo Silic (Bacillariophyta) giữ ưu thế sinh thái vượt trội với 52 loài, chiếm 78,79% tổng số loài.
  • Chứng minh rõ nét quy luật phân bố không gian và mùa vụ của quần xã vi tảo dưới sự tác động trực tiếp của độ mặn (13-30‰), chế độ bán nhật triều và hàm lượng các muối dinh dưỡng (N, P).
  • Thiết lập hệ thống dữ liệu thủy lý hóa và sinh vật học đồng bộ tại 60 trạm quan trắc đại diện cho 24 tiểu khu thuộc Rừng ngập mặn Cần Giờ qua 2 mùa mưa - khô đối lập.
  • Đóng góp luận cứ khoa học thực tiễn vững chắc phục vụ công tác quy hoạch, bảo tồn đa dạng sinh học trên quy mô 75.740 ha của Khu dự trữ sinh quyển thế giới đầu tiên tại Việt Nam.
  • Đề xuất lộ trình 4 nhóm giải pháp kiểm soát tải lượng ô nhiễm hữu cơ và xây dựng mạng lưới quan trắc tự động định hướng triển khai hiệu quả trong giai đoạn 2025-2030.

Luận văn thạc sĩ này là nguồn tài liệu tham khảo thiết thực cho các nhà nghiên cứu, cán bộ quản lý tài nguyên và doanh nghiệp thủy sản. Độc giả quan tâm hãy tiếp tục khai thác và ứng dụng các số liệu chuyên sâu từ công trình để phục vụ hiệu quả cho các dự án bảo tồn sinh thái và phát triển kinh tế biển bền vững.