Tổng quan luận án
Luận án tiến sĩ ngành Môi trường đất và nước (mã số: 62 44 03 03) với đề tài "Nghiên cứu môi trường đất, nước và đa dạng cá của các mô hình sản xuất tại U Minh Hạ tỉnh Cà Mau" (tên trong văn bản phê duyệt: "Nghiên cứu đánh giá chất lượng đất, nước và đa dạng cá ở các mô hình sản xuất tại U Minh Hạ - tỉnh Cà Mau") do nghiên cứu sinh Lê Văn Dũ thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Trương Hoàng Đan tại Trường Đại học Cần Thơ năm 2022.
Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu
Hệ sinh thái đất ngập nước trên đất phèn và đất than bùn tại Vườn Quốc gia (VQG) U Minh Hạ giữ vai trò điều hòa vi khí hậu, lưu trữ carbon, duy trì đa dạng sinh học và bảo đảm sinh kế. Tuy nhiên, trước áp lực phát triển kinh tế, chính sách chuyển đổi cơ cấu cây trồng theo Quyết định số 899/QĐ-TTg ngày 10/06/2013 của Thủ tướng Chính phủ và định hướng của tỉnh Cà Mau đã thúc đẩy phát triển mô hình trồng Keo lai (Acacia hybrid) thâm canh và Tràm cừ (Melaleuca cajuputi) kê liếp. Mô hình Keo lai mang lại lợi nhuận cao gấp 3 đến 4 lần so với Tràm bản địa (đạt 150–250 triệu đồng/ha/chu kỳ 4–5 năm), dẫn đến việc mở rộng quy mô diện tích trên 16.000 ha thâm canh.
Hoạt động đào đắp đất ở tầng sâu vốn là tầng phèn tiềm tàng (Protothionic Gleysols) để tôn cao mặt liếp đã tạo điều kiện cho oxy hóa khoáng pyrite ($FeS_2$), giải phóng axit sulfuric ($H_2SO_4$), sulfate ($SO_4^{2-}$), nhôm ($Al^{3+}$) và sắt ($Fe^{3+}$) vào nguồn nước mặt mương liếp, làm suy giảm chất lượng môi trường sống thủy sinh. Các công trình nghiên cứu trước đây tại U Minh Hạ chủ yếu tập trung vào thực vật, đất than bùn, hiệu quả kinh tế đơn lẻ hoặc khảo sát thủy lý - thủy hóa tách biệt mà chưa phân tích có hệ thống tác động đồng thời của các kiểu sử dụng đất theo độ sâu tầng phèn và thời gian đến chuỗi tương tác đất - nước - đa dạng thành phần loài cá.
Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu tổng quát: Đánh giá hiện trạng canh tác và tác động của các mô hình Tràm tự nhiên, Tràm trồng (Melaleuca cajuputi), Keo lai (Acacia hybrid) và Lúa 2 vụ nhằm xác định các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng môi trường đất, nước và đa dạng cá; từ đó đề xuất các giải pháp phù hợp hỗ trợ công tác quản lý tại VQG U Minh Hạ.
- Mục tiêu cụ thể:
- Mục tiêu cụ thể 1: Khảo sát hiện trạng kỹ thuật lên liếp canh tác Tràm trồng, Keo lai và tác động đến môi trường đất, nước để đánh giá mức độ tác động đến chất lượng môi trường.
- Mục tiêu cụ thể 2: Đánh giá diễn biến chất lượng môi trường đất, nước; hiện trạng đa dạng cá và ảnh hưởng của môi trường đến đa dạng cá tại các mô hình Tràm tự nhiên, Tràm trồng, Keo lai và Lúa 2 vụ để xác định nguyên nhân ô nhiễm môi trường đất, nước và đa dạng cá.
- Mục tiêu cụ thể 3: Đề xuất giải pháp quản lý chất lượng môi trường đất, nước và đa dạng cá tại VQG U Minh Hạ.
Giả thuyết nghiên cứu
- Hoạt động lên liếp trồng Keo lai và Tràm trồng làm xáo trộn cấu trúc thổ nhưỡng, xúc tác chuyển hóa phèn tiềm tàng thành phèn hoạt động, làm giảm pH nước và gia tăng nồng độ EC, $Al^{3+}$, $Fe^{3+}$.
- Chất lượng môi trường nước vào mùa mưa suy giảm so với mùa khô do quá trình rửa trôi ion $H^+$, $Al^{3+}$, $Fe^{3+}$ từ thân liếp vào thủy vực mương rãnh.
- Chất lượng môi trường nước ở vùng phèn nông bị ô nhiễm nghiêm trọng hơn vùng phèn sâu do tầng phèn nông chịu tác động xáo trộn trực tiếp trong quá trình lên liếp.
- Đa dạng thành phần loài cá suy giảm dưới tác động của ô nhiễm môi trường nước phát sinh từ các mô hình sử dụng đất, trong đó vùng phèn nông ghi nhận mức độ tác động mạnh hơn vùng phèn sâu.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Các chỉ tiêu lý - hóa của môi trường đất (6 thông số) và môi trường nước (9 thông số); cấu trúc thành phần loài và độ phong phú cá tự nhiên trong 4 mô hình canh tác.
- Phạm vi không gian: Vùng đệm và vùng lõi VQG U Minh Hạ thuộc địa bàn 2 huyện Trần Văn Thời và U Minh, tỉnh Cà Mau.
- Phạm vi thời gian: Giai đoạn khảo sát và thu mẫu thực địa từ năm 2017 đến năm 2020, tập trung vào hai mùa đại diện: mùa mưa (tháng 08/2018) và mùa khô (tháng 04/2019).
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Các hướng nghiên cứu trong và ngoài nước
- Cơ chế oxy hóa đất phèn và giải phóng độc chất: Các công trình của Van Mensvoort & Dent (1998), Andriesse & Mensvoort (2006), Fitzpatrick et al. ghi nhận đất phèn phân bố từ 14 đến 24 triệu ha trên toàn cầu. Fanning et al. (1993) thiết lập biểu đồ thế oxy hóa khử (Eh/pH) chứng minh sự chuyển hóa pyrite ($FeS_2$) thành khoáng jarosite ở điều kiện pH < 3,6 và Eh > 400 mV. Shamshuddin et al. (2014) khảo sát 1.000 ha đất phèn tiêu úng tại Malaysia dẫn đến pH tầng sâu 107 cm duy trì ở mức 2,5–4,2 sau 8 năm. Vithana et al. (2022) xác định độ chua thực tế tại đầm than bùn Muthurajawela (Sri Lanka) dao động 23–4.000 mmol $H^+$/t. Lindgren et al. (2022) ghi nhận pH đất phèn tại Thụy Điển đạt mức thấp 2,8 ở độ sâu 1,2 m.
- Đặc tính đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long: Husson et al. xác định ĐBSCL có 1,6 triệu ha đất phèn (chiếm 40% diện tích toàn vùng), tập trung ở Đồng Tháp Mười, Tứ Giác Long Xuyên, Tây Sông Hậu và Bán đảo Cà Mau. Kawahigashi et al. cùng Nguyen et al. phân tích cơ chế giải phóng ion kim loại khi phèn tiềm tàng bị phơi khô và oxy hóa.
- Chất lượng nước mặt vùng đất phèn và độc học thủy sinh: Vehanen et al. (2022) tại Phần Lan, Lindgren et al. (2022) tại Thụy Điển và Karananidi et al. (2022) tại sông Sungai Raya (Malaysia, pH 3,9) chỉ ra nồng độ Al, Fe, As, Ni tăng cao trong nước mặt đất phèn. Ahmed & Khan (2010), Nystrand & Osterholm (2013) chứng minh Al hòa tan ở nồng độ > 0,5 mg/L bám tụ lên màng mang cá gây suy hô hấp. Pitter (2009), Valko et al., và Orino et al. phân tích độc tính của $Fe^{3+}$ ở môi trường pH < 6.
- Các nghiên cứu tại U Minh Hạ: Hồng (2017) ghi nhận pH nước trên đất than bùn dao động 4,21–4,83, DO thấp (1,33–3,00 mg/L), $BOD_5$ dao động 8–53,2 mg/L, $N\text{-}NH_4^+$ từ 0,12–3,13 mg/L. Lợi và ctv. (2020) xác định mật độ thực vật nổi ở mô hình Keo lai (8,9–10,3 loài; 1.010 cá thể/L) thấp hơn mô hình Tràm (15,8–19,5 loài; 1.480 cá thể/L). Các giải pháp cải tạo đất phèn được điểm qua gồm chế phẩm Agri-stabi (Dũng & Đạt, 2014), vi khuẩn Rhodopseudomonas spp. chủng VNW64 và VNS89 khử Al/Fe > 63% (Khương và ctv.), bã cà phê hấp phụ Al 97,2% và Fe 96,2% (Vicente et al.), và khả năng lọc sạch TSS 98%, $BOD_5$ 93%, coliform 100% của đất ngập nước Tràm (Keith & Bolton, 1999; Ni et al.; Bé, 2021).
Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn
Các công trình tại U Minh Hạ trước đây chủ yếu tiếp cận theo góc độ lâm sinh, hiệu quả tài chính hộ gia đình hoặc đo đạc thủy hóa cục bộ. Chưa có nghiên cứu nào kết hợp đồng thời phương pháp điều tra thực địa với phân tích thống kê đa biến (PCA, DA, CA, BIO-ENV) để định lượng tương tác đa chiều giữa cấu trúc canh tác (4 mô hình sản xuất) x 2 tầng phèn x 2 mùa thủy văn đến chất lượng đất, chất lượng nước và sự biến đổi quần xã cá tự nhiên.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết và khung phân tích
- Lý thuyết địa hóa đất phèn: Quá trình oxy hóa vật liệu sulfidic theo phản ứng: $$Fe_2O_3\text{ (r)} + 4SO_4^{2-}\text{ (l)} + 8CH_2O\text{ (r)} + \frac{1}{2}O_2\text{ (k)} \rightarrow 2FeS_2\text{ (r)} + 8HCO_3^-\text{ (l)} + 4H_2O$$ Khi đất phèn tiềm tàng phơi lộ không khí do lên liếp, $FeS_2$ bị oxy hóa sinh $H_2SO_4$, hòa tan khoáng sét và giải phóng $Al^{3+}$, $Fe^{3+}$.
- Khung phân tích đa biến: Ứng dụng phân tích Cụm (Cluster Analysis - CA) để gom nhóm trạm quan trắc; Phân tích Thành phần Chính (Principal Component Analysis - PCA) để trích xuất các nguồn tác động môi trường; Phân tích Biệt số (Discriminant Analysis - DA) để xác định thông số chỉ thị phân biệt mùa và tầng phèn; và Phân tích BIO-ENV (Clarke et al.) để thiết lập tương quan giữa ma trận chất lượng nước với ma trận cấu trúc thành phần loài cá.
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| KHUNG PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA LUẬN ÁN |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| 4 Mô hình sử dụng đất: Tràm tự nhiên, Tràm trồng, Keo lai, Lúa 2 vụ |
| Thu thập theo 2 tầng phèn (Phèn nông & Phèn sâu) x 2 Mùa (Mùa mưa & Mùa khô) |
| |
| [ĐẤT (6 thông số)] [NƯỚC (9 thông số)] [ĐA DẠNG CÁ (Hình thái)]|
| - pH, Tỷ trọng, Ẩm độ - pH, EC, DO, COD, BOD - Thành phần loài |
| - CHC, TN, TP - N-NH4+, N-NO3-, Fe3+, Al3+- Tỷ lệ theo bộ, họ |
| [Đề xuất giải pháp kỹ thuật & quản lý bền vững] |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
Phương pháp nghiên cứu thực tế
- Thu thập dữ liệu thứ cấp: Thu thập tài liệu quy hoạch đất đai, khí tượng thủy văn, bản đồ thổ nhưỡng, chính sách lâm nghiệp của Chi cục Kiểm lâm và VQG U Minh Hạ.
- Khảo sát kỹ thuật canh tác: Phỏng vấn hộ dân và cán bộ quản lý bằng bảng câu hỏi cấu trúc về kích thước mặt liếp, độ sâu mương liếp, thời gian cải tạo liếp, lịch thời vụ canh tác lúa và tần suất đánh bắt thủy sản.
- Phương pháp lấy mẫu và phân tích phòng thí nghiệm:
- Môi trường đất: Thu mẫu tại 2 tầng phèn (phèn nông: 0–30 cm; phèn sâu: > 30 cm) vào tháng 08/2018 (mùa mưa) và tháng 04/2019 (mùa khô). Phân tích 6 chỉ tiêu: pH ($H_2O$), tỷ trọng (dung trọng), ẩm độ (sấy ở 105°C), chất hữu cơ (CHC - Walkley-Black), đạm tổng số (TN - Kjeldahl), lân tổng số (TP - so màu acid ascorbic) theo Tiêu chuẩn Quốc gia (TCVN).
- Môi trường nước: Thu mẫu nước mặt mương liếp và kênh nội đồng. Phân tích 9 chỉ tiêu: pH (đo điện cực), EC (bút đo độ dẫn), DO (Winkler/điện cực DO), BOD (ủ 5 ngày ở 20°C), COD (K₂Cr₂O₇ gia nhiệt), $N\text{-}NH_4^+$ (so màu phenate), $N\text{-}NO_3^-$ (so màu cadmium), $Fe^{3+}$ và $Al^{3+}$ (quang phổ hấp thu nguyên tử AAS/so màu) theo phương pháp chuẩn của APHA.
- Thu thập và định danh cá: Thu mẫu cá bằng các ngư cụ truyền thống (lưới, vó, câu, trúm, kéo lưới); chụp ảnh hình thái, phân tích phân loại theo khóa phân loại học của Kottelat, Trương Thủ Khoa và Trần Thị Thu Hương.
- Kỹ thuật phân tích số liệu: Dữ liệu được xử lý bằng phần mềm Excel, SPSS và PRIMER-E. Sử dụng Independent Samples t-test, One-way ANOVA để kiểm tra khác biệt trung bình ($p < 0,05$); phân tích Pearson Correlation; PCA xác định chỉ số Eigenvalue và hệ số loading; DA theo phương pháp bước (stepwise) để đánh giá tỷ lệ dự đoán chính xác (classification rate).
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Giới thiệu
Trình bày bối cảnh địa lý sinh thái đất ngập nước than bùn và đất phèn tại U Minh Hạ. Luận giải mâu thuẫn giữa phát triển kinh tế vùng đệm qua việc kê liếp trồng Keo lai, Tràm thương phẩm với nguy cơ axit hóa môi trường. Xác lập hệ thống 3 mục tiêu cụ thể, 4 giả thuyết nghiên cứu và bố cục 5 chương của luận án. Nêu bật ý nghĩa khoa học trong việc tích hợp thống kê đa biến định lượng ô nhiễm và ý nghĩa thực tiễn định hướng quy hoạch đệm rừng.
Chương 2: Tổng quan tài liệu
Tổng hợp cơ sở lý thuyết về địa hóa học đất phèn thế giới và Việt Nam; động học hình thành và phân rã pyrite, jarosite. Đánh giá diễn biến các kim loại Al, Fe trong nước mặt đất phèn và độc tính sinh lý đối với cá. Điểm luận các nghiên cứu về hệ sinh thái thực vật, than bùn và chất lượng nước tại VQG U Minh Hạ. Phân tích tác động kinh tế - xã hội của chính sách chuyển đổi rừng tự nhiên sang đất liếp trồng Keo lai và cây Tràm. Rà soát các giải pháp cải tạo môi trường bằng công nghệ sinh thái đất ngập nước.
Chương 3: Phương pháp nghiên cứu
Chi tiết hóa phương pháp điều tra kỹ thuật lên liếp (kích thước liếp, mương bao, chu kỳ vét bùn). Thiết kế mạng lưới quan trắc đất, nước và thành phần loài cá theo không gian (4 mô hình: Tràm tự nhiên, Tràm trồng, Keo lai, Lúa 2 vụ; 2 tầng phèn) và thời gian (mùa mưa 8/2018, mùa khô 4/2019). Quy chuẩn hóa quy trình lấy mẫu, bảo quản và phương pháp thử nghiệm phòng thí nghiệm theo TCVN và APHA. Trình bày thuật toán xử lý dữ liệu thống kê đa biến (PCA, DA, CA, BIO-ENV).
Chương 4: Kết quả và thảo luận
4.1 Khảo sát cấu trúc kỹ thuật canh tác
- Mô hình Tràm trồng và Keo lai: Người dân đào mương đắp liếp với chiều rộng mặt liếp dao động 4–6 m, mương sâu 1,0–1,5 m. Việc đào sâu chạm tầng phèn tiềm tàng làm đảo lộn cấu trúc đất, gia tăng bề mặt tiếp xúc của phèn với không khí.
- Mô hình Lúa 2 vụ: Canh tác vụ Đông Xuân và Hè Thu theo lịch thời vụ xả lũ và phụ thuộc vào hệ thống mương bao xung quanh ruộng lúa.
4.2 Biến động chất lượng môi trường đất
- Theo cấp tuổi và mô hình: Đất tại mô hình Tràm tự nhiên có hàm lượng dinh dưỡng ở mức nghèo; mô hình Tràm trồng, Keo lai và Lúa 2 vụ đạt mức trung bình do có bón phân và cải tạo.
- Theo tầng phèn: Tầng phèn nông có hàm lượng CHC, đạm tổng số (TN) và lân tổng số (TP) cao hơn có ý nghĩa so với tầng phèn sâu.
- Phân tích biệt số (DA) môi trường đất: Các thông số pH, tỷ trọng, CHC và TP là các biến chính phân biệt giữa hai tầng phèn. Tỷ trọng và ẩm độ là các thông số phân biệt giữa hai mùa. Tỷ lệ phân loại chính xác của hàm biệt số đạt từ 76,67% đến 100,00%.
| Môi trường | Tiêu chí phân loại | Thông số phân biệt chính | Tỷ lệ phân loại chính xác (%) |
|---|---|---|---|
| Đất | Giữa 2 tầng phèn (Mùa khô) | pH, Tỷ trọng, CHC, TP | 76,67% |
| Đất | Giữa 2 tầng phèn (Mùa mưa) | pH, Tỷ trọng, CHC, TP | 96,67% |
| Đất | Giữa 2 mùa (Phèn nông) | Tỷ trọng, Ẩm độ | 96,67% |
| Đất | Giữa 2 mùa (Phèn sâu) | Tỷ trọng, Ẩm độ | 100,00% |
| Nước | Giữa 2 tầng phèn (Mùa khô) | pH, EC, DO, COD, $N\text{-}NH_4^+$ | 76,67% |
| Nước | Giữa 2 tầng phèn (Mùa mưa) | pH, EC, DO, COD, $N\text{-}NH_4^+$ | 90,00% |
| Nước | Giữa 2 mùa (Phèn nông) | pH, EC, BOD, COD, $N\text{-}NH_4^+$, $N\text{-}NO_3^-$, $Fe^{3+}$ | 100,00% |
| Nước | Giữa 2 mùa (Phèn sâu) | pH, EC, BOD, COD, $N\text{-}NH_4^+$, $N\text{-}NO_3^-$, $Fe^{3+}$ | 100,00% |
- Phân tích PCA đất:
- Tầng phèn nông: PC1 (Eigenvalue = 3,05; đóng góp 50,83% phương sai) tải trọng cao với ẩm độ (0,53), CHC (0,48), pH (-0,44), TP (-0,46); PC2 (Eigenvalue = 1,34) tải trọng cao với TN (0,74), tỷ trọng (0,56).
- Tầng phèn sâu: PC1 (Eigenvalue = 3,85; đóng góp 64,17% phương sai) tải trọng cao với CHC (-0,48), pH (0,46), ẩm độ (-0,45); PC2 (Eigenvalue = 1,16) tải trọng cao với tỷ trọng (0,67), TP (0,53).
- Theo mùa: Mùa khô có PC1 (Eigenvalue = 3,48) và PC2 (Eigenvalue = 1,09); Mùa mưa có PC1 (Eigenvalue = 3,67) và PC2 (Eigenvalue = 1,29).
4.3 Biến động chất lượng môi trường nước
- Đặc tính chung: Nước mặt tại các mương liếp có pH thấp (mang tính axit), DO thấp, hàm lượng COD, BOD, $Fe^{3+}$, $Al^{3+}$ và $N\text{-}NH_4^+$ cao, vượt quy chuẩn cho phép đối với mục đích bảo tồn thủy sinh vật.
- Theo không gian và thời gian: Nước ở vùng phèn nông ô nhiễm hơn vùng phèn sâu (nồng độ Fe và Al ở phèn nông cao hơn rõ rệt). Nước trong mùa mưa có xu hướng ô nhiễm phèn và hữu cơ cao hơn mùa khô do rửa trôi bề mặt liếp.
- Phân tích PCA nước:
- Tầng phèn nông: PC1 (Eigenvalue = 3,17; 35,22% phương sai) liên quan BOD (0,49), $N\text{-}NO_3^-$ (0,47), pH (0,34); PC2 (Eigenvalue = 1,93) liên quan Fe³⁺ (-0,49), COD (-0,46), DO (0,46).
- Tầng phèn sâu: PC1 (Eigenvalue = 3,09; 34,33% phương sai) liên quan EC (0,46), BOD (0,43), Fe³⁺ (0,38); PC2 (Eigenvalue = 2,05) liên quan Al³⁺ (-0,61), pH (0,56).
- Mùa khô (4 PCs, PC1 Eigenvalue = 3,34; PC2 = 2,10); Mùa mưa (4 PCs, PC1 Eigenvalue = 3,15; PC2 = 1,48).
| Chỉ tiêu / Phân tích PCA | PC1 (Phèn nông) | PC2 (Phèn nông) | PC1 (Phèn sâu) | PC2 (Phèn sâu) | PC1 (Mùa khô) | PC2 (Mùa khô) | PC1 (Mùa mưa) | PC2 (Mùa mưa) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Eigenvalue | 3,17 | 1,93 | 3,09 | 2,05 | 3,34 | 2,10 | 3,15 | 1,48 |
| pH | 0,34 | -0,22 | -0,32 | 0,56 | -0,46 | 0,20 | -0,48 | -0,15 |
| EC | 0,28 | 0,29 | 0,46 | -0,07 | 0,42 | -0,34 | 0,49 | 0,17 |
| DO | -0,23 | 0,46 | -0,18 | 0,00 | -0,05 | -0,36 | 0,12 | -0,43 |
| BOD | 0,49 | -0,01 | 0,43 | 0,37 | -0,20 | 0,48 | -0,40 | 0,02 |
| COD | 0,31 | -0,46 | 0,20 | -0,18 | 0,33 | 0,36 | -0,19 | 0,68 |
| N-NH₄⁺ | -0,19 | -0,44 | 0,32 | 0,14 | 0,33 | 0,36 | 0,00 | -0,17 |
| N-NO₃ˉ | 0,47 | 0,06 | 0,37 | 0,34 | -0,09 | 0,05 | -0,02 | 0,08 |
| Fe³⁺ | -0,20 | -0,49 | 0,38 | 0,13 | 0,37 | 0,43 | 0,41 | -0,30 |
| Al³⁺ | -0,34 | -0,10 | 0,22 | -0,61 | 0,45 | -0,19 | 0,39 | 0,41 |
4.4 Đánh giá đa dạng thành phần loài cá
- Đã ghi nhận và định danh các loài cá thuộc nhiều bộ khác nhau, tiêu biểu gồm:
- Bộ Cá Vược (Perciformes): Cá Rô đồng (Anabas testudineus), Cá Sặc bướm (Trichogaster trichopterus), Cá Sặc điệp (Trichogaster microlepis), Cá bãi chầu (Trichopsis vittata), Cá Sơn bầu (Parambassis wolffii), Cá Rô biển (Pristolepis fasciata), Cá Bống mắt tre (Brachygobius sabanus), Cá Bống tượng (Oxyeleotris marmorata), Cá lia thia (Betta taeniata).
- Bộ Cá Chép (Cypriniformes): Cá Đỏ mang (Puntius orphoides), Cá Rầm (Puntius brevis), Cá Lành canh xiêm (Parachela siamensis), Cá Ngựa sông (Hampala macrolepidota), Cá Lòng tong đuôi vàng (Rasbora aurotaenia), Cá Lòng tong đỏ (Rasbora urophthalmoides), Lòng tong mương (Luciosoma bleekeri), Lòng tong (Rasbora paviana).
- Bộ Cá Lóc (Channiformes / Perciformes): Cá Dầy (Channa lucius), Cá Lóc đen (Channa striata).
- Bộ Cá Nheo (Siluriformes): Cá Trê vàng (Clarias macrocephalus).
- Bộ Khác: Cá Thát lát (Notopterus notopterus - Osteoglossiformes), Lươn (Monopterus albus - Synbranchiformes), Cá Lìm kìm (Dermogenys siamensis - Beloniformes), Cá Bạc đầu (Aplocheilus - Cyprinodontiformes), Cá Cơm (Corica soborna - Clupeiformes).
- Cấu trúc thành phần loài giảm ở các mô hình bị xáo trộn; thủy vực phèn nông có độ đa dạng thấp hơn phèn sâu. Mô hình Tràm trồng và Keo lai ghi nhận sự chiếm ưu thế của các loài thuộc bộ cá Vược và cá Chép có khả năng chống chịu phèn.
| STT | Tên tiếng Việt | Tên khoa học | Bộ (Ordo) |
|---|---|---|---|
| 1 | Cá Rô đồng | Anabas testudineus | Perciformes (Cá Vược) |
| 2 | Cá Sặc bướm | Trichogaster trichopterus | Perciformes (Cá Vược) |
| 3 | Cá Sặc điệp | Trichogaster microlepis | Perciformes (Cá Vược) |
| 4 | Cá bãi chầu | Trichopsis vittata | Perciformes (Cá Vược) |
| 5 | Cá Rô biển | Pristolepis fasciata | Perciformes (Cá Vược) |
| 6 | Cá Sơn bầu | Parambassis wolffii | Perciformes (Cá Vược) |
| 7 | Cá Bống tượng | Oxyeleotris marmorata | Perciformes (Cá Vược) |
| 8 | Cá Bống mắt tre | Brachygobius sabanus | Perciformes (Cá Vược) |
| 9 | Cá lia thia | Betta taeniata | Perciformes (Cá Vược) |
| 10 | Cá Đỏ mang | Puntius orphoides | Cypriniformes (Cá Chép) |
| 11 | Cá Rầm | Puntius brevis | Cypriniformes (Cá Chép) |
| 12 | Cá Lành canh xiêm | Parachela siamensis | Cypriniformes (Cá Chép) |
| 13 | Cá Ngựa sông | Hampala macrolepidota | Cypriniformes (Cá Chép) |
| 14 | Cá Lòng tong đuôi vàng | Rasbora aurotaenia | Cypriniformes (Cá Chép) |
| 15 | Cá Lòng tong đỏ | Rasbora urophthalmoides | Cypriniformes (Cá Chép) |
| 16 | Lòng tong mương | Luciosoma bleekeri | Cypriniformes (Cá Chép) |
| 17 | Lòng tong | Rasbora paviana | Cypriniformes (Cá Chép) |
| 18 | Cá Dầy | Channa lucius | Perciformes / Channidae |
| 19 | Cá Lóc đen | Channa striata | Perciformes / Channidae |
| 20 | Cá Trê vàng | Clarias macrocephalus | Siluriformes (Cá Nheo) |
| 21 | Cá Thát lát | Notopterus notopterus | Osteoglossiformes (Cá Thát lát) |
| 22 | Lươn | Monopterus albus | Synbranchiformes (Lươn) |
| 23 | Cá Lìm kìm | Dermogenys siamensis | Beloniformes (Cá Nhái) |
| 24 | Cá Bạc đầu | Aplocheilus sp. | Cyprinodontiformes |
| 25 | Cá Cơm | Corica soborna | Clupeiformes (Cá Trích) |
4.5 Tương quan đất - nước và phân tích BIO-ENV
- Tồn tại mối liên hệ tương quan chặt chẽ giữa tính chất đất (sự giải phóng axit và kim loại từ liếp) với nồng độ chất lượng nước trong mương liếp.
- Kết quả phân tích BIO-ENV chỉ ra 7 thông số chất lượng nước có ý nghĩa giải thích cao nhất đối với sự biến động và phân bố cấu trúc quần xã cá gồm: pH, EC, BOD, $N\text{-}NO_3^-$, $N\text{-}NH_4^+$, $Fe^{3+}$ và $Al^{3+}$.
4.6 Đề xuất giải pháp
Quy hoạch phân vùng sinh thái; ưu tiên duy trì và phục hồi rừng Tràm bản địa trên đất phèn nặng; hạn chế mở rộng liếp trồng Keo lai thâm canh ở vùng phèn nông tầng mỏng; thiết lập hệ thống đất ngập nước nhân tạo/rừng ngập Tràm xử lý lắng lọc phèn trước khi thải nước mương liếp ra môi trường tự nhiên; kiểm soát khai thác thủy sản mùa sinh sản.
Chương 5: Kết luận và đề xuất
Tổng kết các kết luận khoa học tương ứng với 3 mục tiêu nghiên cứu; khẳng định tính đúng đắn của các giả thuyết khoa học đã đặt ra; kiến nghị các chính sách hỗ trợ chuyển đổi chu kỳ canh tác và quan trắc định kỳ môi trường đất - nước vùng đệm.
Kết quả và những đóng góp mới
Đóng góp mới về mặt khoa học lý luận
- Lượng hóa tương tác đất - nước - sinh vật vùng phèn: Luận án đã ứng dụng đồng bộ các mô hình thống kê đa biến (PCA, DA, BIO-ENV) chứng minh bản chất tác động của việc cơ giới hóa lên liếp lâm nghiệp đối với sự suy thoái môi trường đất ngập nước than bùn/phèn.
- Xác định các thông số chỉ thị môi trường:
- Chỉ thị biến động môi trường đất theo tầng phèn: pH, tỷ trọng, CHC và TP; theo mùa: tỷ trọng và ẩm độ.
- Chỉ thị biến động môi trường nước theo tầng phèn: pH, EC, DO, COD, $N\text{-}NH_4^+$; theo mùa: pH, EC, BOD, COD, $N\text{-}NH_4^+$, $N\text{-}NO_3^-$, $Fe^{3+}$.
- Bộ thông số giải thích đa dạng cá (BIO-ENV): Xác lập được tổ hợp 7 biến môi trường nước cốt lõi (pH, EC, BOD, $N\text{-}NO_3^-$, $N\text{-}NH_4^+$, $Fe^{3+}$, $Al^{3+}$) chi phối cấu trúc thành phần loài cá trong các thủy vực đất phèn nhân tạo.
Đóng góp mới về mặt thực tiễn
- Cung cấp cơ sở khoa học để chính quyền địa phương và VQG U Minh Hạ điều chỉnh chính sách trồng Keo lai; khuyến nghị ưu tiên trồng Tràm hoặc luân canh Tràm - Keo lai nhằm giảm thiểu phèn hóa.
- Xác định danh mục các chỉ tiêu ưu tiên cần đưa vào chương trình quan trắc định kỳ chất lượng nước và đất vùng đệm VQG U Minh Hạ.
- Chỉ ra sự thích nghi ưu thế của các loài cá thuộc bộ Cá Vược (Perciformes) và bộ Cá Chép (Cypriniformes) trong điều kiện nước phèn mương liếp, mở ra định hướng lựa chọn đối tượng cá nuôi bản địa tạo sinh kế bền vững dưới tán rừng.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Luận án tập trung khảo sát định kỳ vào 2 mùa đặc trưng (tháng 8/2018 và tháng 4/2019) tại khu vực VQG U Minh Hạ (huyện U Minh và Trần Văn Thời), chưa theo dõi liên tục biến động chất lượng nước theo từng đợt mưa đầu mùa hoặc diễn thế quần xã cá qua chu kỳ nhiều năm liền của vòng đời cây Keo lai (5–7 năm).
- Hướng nghiên cứu tiếp: Nghiên cứu thử nghiệm các giải pháp sinh học xử lý nước chua phèn mương liếp (ứng dụng vi khuẩn khử sắt/nhôm, đất ngập nước thực vật Tràm); đánh giá chi tiết độc học tích lũy kim loại ($Fe^{3+}$, $Al^{3+}$) trong mô cơ quan của các loài cá thương phẩm thích nghi phèn (cá Rô đồng, cá Sặc, cá Lóc).
Giá trị tham khảo
- Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Là tài liệu chuyên khảo tham khảo về phương pháp kết hợp khảo sát môi trường với phân tích thống kê đa biến (PCA, DA, BIO-ENV) trong phân tích sinh thái học vùng đất ngập nước phèn.
- Đối với cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Cung cấp luận cứ thực chứng cho Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Cà Mau và Ban Quản lý VQG U Minh Hạ trong công tác quy hoạch phân khu sinh thái vùng đệm, lựa chọn cây trồng rừng và bảo tồn nguồn lợi thủy sản tự nhiên.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao việc lên liếp trồng Keo lai lại gây ô nhiễm nước mương liếp nghiêm trọng hơn rừng Tràm tự nhiên?
Quá trình lên liếp trồng Keo lai đòi hỏi đào sâu tầng đất phèn tiềm tàng (chứa nhiều khoáng pyrite $FeS_2$) đưa lên bề mặt liếp để tạo độ cao thoát nước. Khi tiếp xúc với không khí, pyrite bị oxy hóa sinh ra axit sulfuric ($H_2SO_4$), làm hòa tan và giải phóng lượng lớn ion kim loại $Fe^{3+}$, $Al^{3+}$ và sulfate ($SO_4^{2-}$). Vào mùa mưa, lượng axit và độc chất này bị rửa trôi trực tiếp xuống mương liếp làm giảm pH và gia tăng nồng độ chất ô nhiễm.
2. Những thông số chất lượng đất nào đóng vai trò phân biệt chính giữa hai tầng phèn và giữa hai mùa?
Theo kết quả phân tích biệt số (DA):
- Phân biệt giữa 2 tầng phèn (phèn nông và phèn sâu): pH, tỷ trọng, chất hữu cơ (CHC) và lân tổng số (TP).
- Phân biệt giữa 2 mùa (mùa mưa và mùa khô): Tỷ trọng và ẩm độ của đất.
3. Những thông số chất lượng nước nào được xác định có ý nghĩa giải thích sự biến động của quần xã cá?
Thông qua phân tích BIO-ENV, luận án đã xác định tổ hợp 7 thông số chất lượng nước có ý nghĩa giải thích cao nhất đối với sự phân bố và biến động cấu trúc loài cá gồm: pH, EC, BOD, $N\text{-}NO_3^-$, $N\text{-}NH_4^+$, $Fe^{3+}$ và $Al^{3+}$.
4. Thành phần loài cá ở mô hình Tràm trồng và Keo lai có đặc điểm thích nghi như thế nào?
Thành phần loài cá tại các mương liếp Tràm trồng và Keo lai bị suy giảm về độ phong phú tổng thể so với thủy vực tự nhiên ít xáo trộn. Tuy nhiên, các loài thuộc bộ Cá Vược (Perciformes - như cá Rô đồng, cá Sặc bướm, cá Sặc điệp, cá Bãi chầu, cá Lóc đen) và bộ Cá Chép (Cypriniformes - như cá Đỏ mang, cá Rầm, cá Lòng tong) chiếm ưu thế rõ rệt nhờ khả năng chống chịu điều kiện nước có độ chua cao và hàm lượng oxy hòa tan thấp.
Kết luận
Luận án của nghiên cứu sinh Lê Văn Dũ đã giải quyết mục tiêu đánh giá tác động của các mô hình canh tác (Keo lai, Tràm trồng, Tràm tự nhiên và Lúa 2 vụ) theo tầng phèn và mùa đến môi trường đất, nước và đa dạng cá tại VQG U Minh Hạ. Bằng việc ứng dụng các phương pháp thống kê đa biến (DA, PCA, BIO-ENV), nghiên cứu đã làm sáng tỏ cơ chế axit hóa môi trường mương liếp do xáo trộn tầng phèn tiềm tàng và xác lập tổ hợp 7 thông số nước chi phối sự suy giảm cấu trúc quần xã cá. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý tài nguyên, quy hoạch cây trồng vùng đệm và định hướng giải pháp bảo tồn hệ sinh thái đất ngập nước bền vững tại tỉnh Cà Mau.