Xác định nguồn gốc của carbon hữu cơ trong trầm tích bề mặt rừng ngập mặn vườn quốc gia mũi cà mau bằng phương pháp phân tích đồng vị bền

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 34, Số (2018) 35-46 Xác định nguồn gốc carbon hữu trầm tích bề mặt rừng ngập mặn Vườn quốc gia Mũi Cà Mau phương pháp phân tích đồng vị bền Nguyễn Tài Tuệ1,2,*, Lưu Việt Dũng2, Nguyễn Đình Thái1, Mai Trọng Nhuận1,2 Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, 334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam Phịng thí nghiệm Trọng điểm Địa mơi trường Ứng phó biến đổi khí hậu cấp ĐHQGHN Nhận ngày 21 tháng năm 2018 Chỉnh sửa ngày 08 tháng 12 năm 2018; Chấp nhận đăng ngày 13 tháng 12 năm 2018 Tóm tắt: Mục tiêu nghiên cứu nhằm xác định đặc điểm phân bố nguồn gốc carbon hữu trầm tích bề mặt rừng ngập mặn Vườn quốc gia Mũi Cà Mau phương pháp phân tích đồng vị bền Kết trầm tích rừng ngập mặn ven sơng có tiêu thành phần nước, vật chất hữu cơ, tổng nitơ, tổng carbon hữu tỉ số C/N thấp so với trầm tích rừng ngập mặn phía Ngược lại, tiêu dung trọng trầm tích, đồng vị bền δ13C δ15N trầm tích rừng ngập mặn ven sơng có xu cao so với rừng ngập mặn phía Đặc điểm tương quan phi tuyến tính giá trị δ13C tỉ số C/N chứng tỏ vật chất lơ lửng thực vật phù du nguồn carbon hữu trầm tích rừng ngập mặn ven sơng nguồn carbon hữu trầm tích rừng ngập mặn phía có nguồn gốc chủ yếu từ thực vật ngập mặn Các kết nghiên cứu chứng minh thành phần nguồn gốc carbon hữu trầm tích bề mặt rừng ngập mặn VQG Mũi Cà Mau có biến đổi theo đặc điểm rừng ngập mặn theo khoảng cách từ bờ sơng vào phía rừng Các kết nghiên cứu góp phần xây dựng sở khoa học để thực nghiên cứu xác định vai trò sinh thái rừng ngập mặn trì đa dạng sinh học loài động vật thủy sinh phục hồi cổ môi trường khu vực bãi triều ven biển có rừng ngập mặn phương pháp đồng vị bền Từ khóa: Rừng ngập mặn, trầm tích, carbon hữu cơ, nguồn gốc, đồng vị bền, Mũi Cà Mau trì đa dạng sinh học thơng qua cung cấp nguồn thức ăn cho lồi động vật khơng xương sống cá [2, 3] Trong hệ sinh thái rừng ngập mặn, mức độ đa dạng sinh học loài động vật bám đáy phụ thuộc vào yếu tố đặc điểm thảm thực vật, nguồn thức ăn chỗ hàm lượng carbon hữu có trầm tích tầng mặt Rừng ngập mặn thường có Mở đầu Rừng ngập mặn có vai trị quan trọng lưu giữ carbon, giảm phát thải khí nhà kính [1] Tác giả liên hệ ĐT.: 84-348738650 Email: tuenguyentai@hus.edu.vn https://doi.org/10.25073/2588-1094/vnuees.4287 35 36 N.T Tuệ nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 34, Số (2018) 35-46 diễn sinh thái rõ ràng, ví dụ khu vực mũi Chùa, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh rừng ngập mặn có phân đới rõ rệt từ phía bờ sơng vào phía gồm: khu vực rừng ngập mặn tiên phong gồm Mắm biển (Avicennia maria), khu vực chuyển tiếp có đa dạng lồi Đâng (Rhizophora stylosa), Trang (Kandelia candel), Vẹt dù (Bruguiera gymnorhiza), Sú (Aegiceras corniculatum) khu vực phía bãi triều cao ngập triều có phổ biến lồi Vẹt dù (B gymnorhiza) Đâng (R stylosa) [4] Đặc điểm phân bố loài thực vật ngập mặn chịu ảnh hưởng trực tiếp thay đổi chế độ thủy triều, độ cao bãi triều, đặc điểm địa hóa mơi trường bãi triều Các yếu tố ảnh hưởng mạnh đến nguồn gốc vật chất hữu trầm tích rừng ngập mặn mức độ đa dạng sinh học động vật không xương sống [5] Một số nghiên cứu phân tích đồng vị bền để làm sáng tỏ nguồn thức ăn đánh giá ảnh hưởng đặc điểm diễn sinh rừng ngập mặn đến nguồn gốc vật chất hữu trầm tích nguồn thức ăn động vật không xương sống [2, 6] Tương tự, khác giá trị δ13C tỉ số C/N trầm tích tầng mặt sở để nghiên cứu phục hồi điều kiện cổ môi trường xác định dao động mực nước biển khứ bãi triều có rừng ngập mặn [7, 8] Các nghiên cứu cung cấp sở khoa học tin cậy, góp phần xây dựng chương trình, kế hoạch bảo tồn rừng ngập mặn hiệu Rừng ngập mặn Vườn quốc gia (VQG) Mũi Cà Mau có mức độ đa dạng sinh học cao, có khả trì phát triển nguồn lợi thủy sản, có vai trị lớn lưu giữ carbon hấp thụ khí nhà kính [9, 10] Rừng ngập mặn VQG Mũi Cà Mau có sinh khối dao động khoảng từ 197±31,2 đến 250±42,7 tấn/ha Đặc điểm phân bố sinh khối có khác rõ rệt khu vực rừng ven sông Cửa Lớn rừng ngập mặn phía [10] Mặc dù có số nghiên cứu biến động rừng ngập mặn chức sinh thái kể trên, chưa có nghiên cứu thực xác định yếu tố ảnh hưởng đến phân bố nguồn gốc carbon hữu trầm tích bề mặt rừng ngập mặn Kết nghiên cứu xác định nguồn gốc carbon hữu trầm tích bề mặt rừng ngập mặn VQG Mũi Cà Mau cung cấp sở khoa học để tiến hành nghiên cứu xác định vai trò sinh thái rừng ngập mặn trì đa dạng sinh học; xác định nguồn thức ăn tiêu thụ lồi động vật khơng xương sống cá; phục hồi đặc điểm cổ môi trường Do vậy, mục tiêu nghiên cứu xác định nguồn gốc yếu tố ảnh hưởng đến lắng đọng carbon hữu trầm tích bề mặt rừng ngập mặn VQG Mũi Cà Mau phân tích tiêu thành phần nước, dung trọng trầm tích, vật chất hữu cơ, tổng carbon hữu (TOC), tổng Nitơ (TN), tỉ số C/N,giá trị tỉ số đồng vị bền δ13C δ15N Kết nghiên cứu hướng đến chứng minh cho giả thuyết: Thành phần nguồn gốc carbon hữu trầm tích bề mặt rừng ngập mặn VQG Mũi Cà Mau có biến đổi theo đặc điểm diễn sinh thái rừng ngập mặn biến đổi theo khoảng cách từ bờ sơng vào phía rừng Đối tượng phương pháp nghiên cứu 2.1 Khu vực nghiên cứu Khu vực nghiên cứu rừng ngập mặn ven sông Cửa Lớn, huyện Ngọc Hiển, tỉnh Cà Mau Đây khu vực thuộc vào vùng lõi VQG Mũi Cà Mau (Hình 1) Các lồi thực vật ngập mặn phổ biến khu vực nghiên cứu Mắm trắng (Avicennia alba), Mắm đen (Avicennia officinalis), Bần chua (Soneratia caseolaris), Đước (Rhizophora apiculata) Vẹt tách (Bruguiera parviflora) với độ cao thân biến động khoảng 6,3 đến 12,1 m Rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu có phân đới rõ rệt khu vực ven sông (ký hiệu RNM01) khu vực rừng ngập mặn phía (ký hiệu RNM02) Khu vực ven sơng có bề mặt địa hình thấp, ngập triều thường xuyên nên phổ biến loài S caseolaris, A.alba A officinalis Khu vực rừng ngập mặn phía cách bờ sơng Cửa Lớn khoảng 100 m, có thời gian ngập triều so với khu vực ven sơng, có lồi ngập mặn phổ biến R apiculata, A N.T Tuệ nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 34, Số (2018) 35-46 officinalisvà B Parviflora [10] Rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu có mức độ đa dạng sinh học cao, có vai trị quan trọng cộng đồng địa phương Nghiên cứu de Graaf Xuan [11] rừng ngập mặn VQG Mũi Cà Mau cung cấp 450 kg thủy sản/năm Khu vực nghiên cứu có khí hậu nhiệt đới gió mùa, với hai mùa rõ rệt Mùa mưa tháng đến tháng 11 mùa khô tháng 12 đến tháng Tổng lượng mưa trung bình năm lớn 2400 mm với lượng mưa lớn thường xảy vào tháng 10 Nhiệt độ thường dao động khoảng từ 25,9 đến 29 oC, trung bình năm 27,6 oC Chế độ thủy triều thuộc dạng hỗn hợp từ nhật triều đến bán nhật triều độ cao triều thấp từ 0,5-1,5 m Độ mặn nước sông Cửa Lớn khu vực nghiên cứu dao động từ 22.9 đến 26.9 ‰ [10] 2.2 Phương pháp lấy mẫu bảo quản mẫu Ở khu vực RNM01 RNM02, tổng số 13 mẫu trầm tích bề mặt độ sâu 0-5 cm lấy bay inox triều thấp theo phương pháp Tue nnk [12] Vị trí lấy mẫu ký hiệu mẫu trầm tích mặt hai khu vực lấy mẫu trình bày Hình 1c Khoảng 500 g mẫu lấy cho vào túi zip PE sạch, đóng gói bảo quản thùng lạnh chứa đá Mẫu sau vận chuyển phịng thí nghiệm bảo quản tủ lạnh âm sâu – 20 oC để tiến hành xử lý bước 2.3 Phương pháp xử lý phân tích mẫu a Phương pháp xác định dung trọng thành phần nước trầm tích Để xác định dung trọng thành phần nước trầm tích, mẫu trầm tích lấy vào đầy hộp PE tiêu chuẩn có kích thước 1×1×1 cm (1 cm3) Mẫu sau xác định khối lượng trầm tích ướt cân có độ xác đến 0,0001 g Các hộp PE chứa mẫu sau sấy tủ sấy nhiệt độ 60 oC đến khối lượng khơng đổi Các hộp chứa mẫu trầm tích khơ sau cân lại để xác định khối lượng trầm tích khơ Thành phần nước mẫu trầm tích tính mức thay đổi 37 khối lượng mẫu trầm tích trước sau sấy Dung trọng khơ trầm tích xác định tỷ lệ khối lượng trầm tích khơ thể tích hộp PE (1 cm3) theo phương pháp Tue nnk [10] b Phương pháp phân tích vật chất hữu Thành phần vật chất hữu trầm tích rừng ngập mặn xác định thông qua phương pháp tính tốn lượng chất nung (Loss on Ignition – LOI) [10] Khoảng 10 g mẫu trầm tích sấy 60 oC tủ sấy đến khối lượng khơng đổi Mẫu trầm tích khơ sau nghiền thành bột mịn kích thước