Untitled 60 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, VOL 20, NO M1 2017 Tóm tắt—Nghiên cứu này đánh giá nguy cơ chua hóa trong mô hình tôm sinh thái tại xã Tam Giang, huyện Năm Căn, tỉnh Cà Mau Nước mặt và b[.]
60 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, VOL 20, NO.M1-2017 Nguy chua hóa mơ hình tơm sinh thái xã Tam Giang, huyện Năm Căn, tỉnh Cà Mau Nguyễn Thọ, Đặng Nguyễn Nhã Khanh, Trần Thị Kim Tứ Tóm tắt—Nghiên cứu đánh giá nguy chua hóa mơ hình tơm sinh thái xã Tam Giang, huyện Năm Căn, tỉnh Cà Mau Nước mặt bùn đáy kênh lấy ao nuôi vào tháng 3, 11/2015, đất đê bao đất rừng ngập mặn lấy vào tháng 3/2015 Bùn đáy kênh đất rừng khử mạnh (Eh từ -299 – -1 mV -321 – -52 mV) Môi trường nước có phản ứng từ trung tính đến kiềm nhẹ (pH nước 7,01-8,82) bùn đáy kênh từ chua nhẹ đến kiềm nhẹ (pH bùn đáy tươi 6,05-7,64, pHH2O 6,63-7,78, pHKCl 6,35-7,43) Đất rừng có pH biến thiên rộng giá trị cực tiểu thấp (pHH2O 3,72) cho thấy có mặt khống pyrite Đất rừng đắp đê bao có độ chua cao (pHH2O 2,51±0,72, pHKCl 1,81-2,14, độ chua trao đổi 11,56±2,69 lđl/100g) Đầu mùa mưa, pH nước giảm xuống nhanh tiếp nhận thành phần gây chua từ khống pyrite bị oxy hóa đê bao Độ chua trao đổi bùn đáy đất rừng tương quan thuận với hàm lượng chất hữu cho thấy phân hủy hữu điều kiện khử làm tăng độ chua mơ hình Nguy chua hóa mơi trường ni cao hoạt động quản lý, chủ yếu đào kênh đổ đất rừng chứa khống pyrite lên đê bao Từ khóa—Cà Mau, chua hóa, độ chua trao đổi, khống pyrite, rừng ngập mặn Bài nhận ngày 21 tháng 02 năm 2017, chấp nhận đăng ngày 15 tháng 08 năm 2017 Nguyễn Thọ, Viện Địa lý Tài nguyên TPHCM, Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam (email: ntho@hcmig.vast.vn) Đặng Nguyễn Nhã Khanh, Viện Địa lý Tài nguyên TPHCM, Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam Trần Thị Kim Tứ, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM C MỞ ĐẦU hua hóa mơi trường nước oxy hóa khống pyrite (FeS2) đất phèn tượng phổ biến vùng ven biển nhiều nơi giới [1, 2, 3] Hiện tượng xảy có rửa trơi sản phẩm (Al3+, Fe2+, SO42-, H+) giải phóng từ q trình oxy hóa khống pyrite vào nước Trong mơi trường nước mặn, mức độ chua hóa giảm nhẹ tác động trung hòa độ chua số chất kiềm (CO32-, HCO3-, OH-) [4, 5] Ảnh hưởng tượng chua hóa lên số lồi thủy sản, có tơm sú đề cập [6, 7, 8] Mơ hình tơm sinh thái – hình thức nuôi tôm rừng ngập mặn (RNM) – đầu tư nhiều nước ven biển Thái Lan, Bangladesh, Indonesia, Ấn Độ Madagasca [9, 10] Ở nước ta, vùng ven biển đồng sông Cửu Long (ĐBSCL) gần có số mơ hình tơm sinh thái quốc tế cơng nhận, tơm sú (Penaeus monodon) nuôi với mật độ thấp RNM, thả xen cua biển (Scylla serrata) sị huyết (Anadara granosa) [11] tơm tự nhiên Mơ hình có hai dạng (1) rừng tơm kết hợp (tôm sú nuôi kênh xen với băng rừng) (2) rừng tôm tách biệt (phần mặt nước nuôi tôm phần rừng tách biệt nhau) [12] Mơ hình tơm sinh thái tổ chức chứng nhận nuôi trồng thủy sản sinh thái Đức (Naturland) chứng nhận năm 2001 xã Tam Giang, huyện Năm Căn, tỉnh Cà Mau có dạng rừng tơm kết hợp Mơ hình có nguồn gốc từ mơ hình nuôi tôm quảng canh RNM từ thập niên 80 kỷ XX Đây mơ hình ni tơm quảng canh tác động người đến môi trường tự nhiên tối thiểu Do xây dựng đất RNM nên mơ hình tơm sinh thái xã Tam Giang có nguy chua hóa cao hoạt động quản lý (đào kênh, sên vét, quản lý đất rừng bùn đáy sau sên vét, điều chỉnh độ sâu ao nuôi, phơi đáy ao) Chua hóa TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, TẬP 20, SỐ M1-2017 mơi trường ni ảnh hưởng tiêu cực lên tôm nuôi, trực tiếp rõ rệt tơm bị mềm vỏ khó lột xác (do thiếu canxi), bị rỉ sắt bám vào thể nói chung vào mang gây cản trở hơ hấp làm tôm chậm lớn Ở tỉnh Cà Mau nói riêng vùng ĐBSCL nói chung chưa có nghiên cứu tượng mơ hình ni tơm RNM Nghiên cứu đánh giá trạng, yếu tố nguy gây chua hóa mơi trường ni, qua đề xuất giải pháp ổn định mơ hình tơm sinh thái VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Khu vực nghiên cứu mơ hình tơm sinh thái Xã Tam Giang nối với biển Đông biển Tây qua hệ thống sông kênh rạch (Hình 1), có mơ hình tơm sinh thái Naturland công nhận (>4.000 năm 2014) phân bố xen kẽ với mơ hình rừng tơm thơng thường Trong mơ hình này, vụ ni tháng kết thúc vào tháng năm sau, ao nuôi sên vét vào tháng hàng năm Mật độ thả giống đầu vụ từ 3-5 postlarvae/m2 bổ sung hàng tháng (khoảng 50 % so với lần đầu) tháng 2-3 Thu hoạch tôm cách xả phần nước khỏi ao đầu tháng theo âm lịch Tôm sú nuôi tơm tự nhiên dựa hồn tồn vào nguồn thức ăn tự nhiên Người nuôi không sử dụng hóa chất q trình ni Thu mẫu phân tích mẫu Mẫu thu ao ni (Hình 1) đợt (tháng 3/2015 - mùa khô, 7/2015 - đầu mùa mưa 11/2015 - cuối mùa mưa/đầu mùa khô) nước mặt bùn đáy kênh, đợt (tháng 3/2015) đất đê bao đất rừng nguyên trạng Trước thu mẫu nước, pH độ mặn đo 61 vị trí khác kênh (pHnước) máy WQC-22A (TOA-DKK) độ sâu 20 cm Mẫu nước lấy vị trí nói độ sâu 20 cm Độ sâu mực nước kênh xác định thước (3 số đo/vị trí) Bùn đáy kênh thu gàu Peterson vị trí thu mẫu nước Eh pH bùn đáy tươi (pHtươi) đo chỗ (máy pH 62K, điện cực thủy tinh cho pH điện cực EMC130 Meinsberg cho Eh) Mẫu đất bề mặt đê bao thu 3/8 điểm khảo sát nói (3 mẫu/điểm trộn thành mẫu) Mẫu đất rừng nguyên trạng thu khoan tay đến độ sâu 120 cm (3 lỗ khoan/ao nuôi) chia thành tầng (20cm/tầng) Các mẫu đất độ sâu ao nuôi trộn thành mẫu Tổng cộng có 72 mẫu nước, 72 mẫu bùn đáy (8 ao x vị trí/ao x đợt), 48 mẫu đất rừng nguyên trạng (8 ao x tầng x đợt) mẫu đất bề mặt đê bao Toàn mẫu bảo quản thùng xốp tối 40C chuyển phịng thí nghiệm để phân tích Mẫu nước phân tích sau: Fe2+ Fe3+ (TCVN 6177:1996), độ kiềm tổng số (TCVN 6636-1:2000) độ cứng toàn phần (TCVN 62241996) Mẫu bùn đáy mẫu đất để khơ khơng khí qua rây 2mm trước phân tích Mẫu bùn đáy phân tích sau: pHH2O pHKCl (pH 62K, tỷ lệ 1/2,5), độ chua trao đổi (ĐCTĐ) (chiết KCl 1N, chuẩn độ NaOH với thị phenolphtaléin), Fe2+ Fe3+ (TCVN 4618-88), tổng chất hữu (TCVN 405085), tổng Nitơ (TCVN 6498:1999) thành phần giới (ASTM D422) Mẫu đất rừng nguyên trạng phân tích Eh, pHH2O, pHKCl, ĐCTĐ cacbon hữu (SOC) Đất bề mặt đê bao phân tích pHH2O, pHKCl, ĐCTĐ Al3+ trao đổi Phương pháp phân tích mẫu đất sau: Al3+ trao đổi (hiệu số ĐCTĐ H+ trao đổi), carbon hữu (phương pháp Walkley-Black) ĐCTĐ, pHH2O pHKCl đất phân tích theo phương pháp phần bùn đáy 62 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, VOL 20, NO.M1-2017 Hình Vùng nghiên cứu điểm thu mẫu Xử lý thống kê Các đặc điểm địa hóa đất rừng đưa vào phân tích thống kê mô tả Biến động độ sâu mực nước pHH2O bùn đáy đợt thu mẫu xác định phân tích phương sai lặp Các thơng số khơng có phân bố chuẩn (qua kiểm định Shapiro-Wilk) không thỏa mãn giả định cầu thể (qua kiểm định Sphericity Mauchly) phân tích Friedman ANOVA, sau kiểm định Wilcoxon bắt cặp tương đồng (Wilcoxon matched pairs) để xác định cụ thể khác biệt Phân tích tương quan dựa ma trận tương quan Pearson Khoảng tin cậy 95 % thơng số bình qn ± 1,96*sai số chuẩn Các phép thống kê thực phần mềm SPSS 16.0 Statistica 7.0 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Thế oxy hóa-khử, độ chua chất hữu đất rừng Do đặc thù địa hình, địa mạo tình trạng ngập nước kéo dài, đất RNM thường trạng thái khử [13, 14] Trong mơ hình tôm sinh thái, đất rừng (đến độ sâu 60 cm) có phản ứng khử mạnh (Eh -321mV – -52 mV) Theo đó, q trình khử sunphát (khử SO42- thành S2-, tối ưu -100mV) metan hóa (khử CO2 thành CH4, tối ưu -200mV) chiếm ưu [15] Trong điều kiện khử, phân hủy yếm khí chất hữu tạo chất khử (NH3, H2S,…) gây độc cho tơm lồi thủy sản khác Đất rừng vùng nghiên cứu chứa khoáng pyrite độ sâu khác [16] Kết phân tích cho thấy đất có pH thấp (pHH2O 5,63±0,15, pHKCl 5,27±0,18) Đây kết phóng thích thành phần gây chua vào mơi trường khống pyrite bị oxy hóa [17] (Phương trình 1) tiếp xúc với khơng khí 4FeS2+15O2+14H2O4Fe(OH)3+8SO42-+16H+ (1) Sự có mặt khống pyrite tái khẳng định qua giá trị độ chua cao (Bảng 1) đất rừng đắp đê bao (Hình 2) Ngồi thành phần gây chua (SO42-, H+), khống pyrite bị oxy hóa tạo cịn kết tủa Fe(OH)3 (Phương trình 1), gây hại cho tơm bám vào thể, đặc biệt vào mang gây cản trở q trình hơ hấp [6, 18] Hiện tượng chua hóa mơi trường nước nước rỉ/chảy tràn từ đê bao xây dựng ao nuôi tôm đất TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, TẬP 20, SỐ M1-2017 phèn ghi nhận [18, 19] Do thường xuyên bị ngập nước khử mạnh nên q trình oxy hóa pyrite đất rừng khơng thuận lợi, khả 63 phóng thích thành phần gây chua (SO42-, Al3+, H+, Fe2+) vào môi trường nước thấp, kìm hãm gia tăng độ chua ao ni Hình Đất RNM đắp đê bao mơ hình tơm sinh thái Bảng Độ chua đất rừng đê bao mơ hình tơm sinh thái (n=3) Thông số pHH2O pHKCl Cực tiểu-cực đại Khoảng tin cậy 95 % 1,97-3,21 2,51±0,72 1,81-2,14 2,03±0,21 SOC (5,19±0,59 %) phân bố không đồng nhất, cao tầng đất mặt (do tập trung vật rụng từ RNM) giảm mạnh từ độ sâu 80 cm (Hình ĐCTĐ (lđl/100g) 8,90-13,48 11,56±2,69 Al3+ trao đổi (lđl/100g) 4,45-7,49 6,03±1,72 3a) ĐCTĐ cao xảy đất rừng chứa nhiều chất hữu (Hình 3b) Hình Phân bố SOC phẫu diện (3a) quan hệ SOC-ĐCTĐ đất rừng (3b) Trong đất rừng mơ hình tơm sinh thái vùng nghiên cứu, lượng H+ đưa vào dung dịch đất (qua giải phóng acid hữu từ phân hủy chất hữu tạo H+ từ oxy hóa khống pyrite) cao lượng H+ hấp phụ trở lại bề mặt khoáng sét chất hữu chưa phân hủy (khả đệm pH đất) Kết phù hợp với nghiên cứu trước đất RNM [20] Sơ đồ phân bố yếu tố gây chua từ đất rừng mơ hình tơm sinh thái thể Hình 64 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, VOL 20, NO.M1-2017 Hình Sơ đồ phân bố yếu tố gây chua từ đất rừng mơ hình tơm sinh thái Thành phần giới, độ chua trao đổi chất hữu bùn đáy Hàm lượng bột (0,063-0,002 mm) sét (