Bài viết trình bày đánh giá mối tương quan giữa ba thành phần cơ giới chính của đất là cát (kích thước hạt 0,02 - 2 mm); limon (0,002 - 0,02 mm); sét (< 0,002 mm) với rễ hô hấp của loài mắm biển (Avicennia marina) và với độ ngập triều. Kết quả cho thấy, tỉ lệ cát tương quan nghịch với mức độ ngập triều R2 = 0,89, limon và sét tương quan thuận với R2 lần lượt là 0,71 và 0,91.
BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM - HỘI NGHỊ KHOA HỌC QUỐC GIA LẦN THỨ DOI: 10.15625/vap.2020.00041 NGHIÊN CỨU MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA THÀNH PHẦN CƠ GIỚI ĐẤT VỚI RỄ THỞ CỦA LOÀI MẮM BIỂN (Avicennia marina (Forsk.) Vierth.) MỌC TỰ NHIÊN VEN BIỂN GIAO LẠC, GIAO THỦY, NAM ĐỊNH Lưu Hồng Nhung1, Nguyễn Thị Hồng Liên2,*, Ngô Văn Tùng2, Vũ Thị Dung2, Trần Xn Tình3 Tóm tắt: Thành phần giới đất đặc điểm quan trọng chi phối độ thống khí mơi trường đất từ ảnh hưởng đến sinh trưởng ngập mặn nói chung hay hệ rễ nói riêng Trong nghiên cứu đánh giá mối tương quan ba thành phần giới đất cát (kích thước hạt 0,02 mm); limon (0,002 - 0,02 mm); sét (< 0,002 mm) với rễ hơ hấp lồi mắm biển (Avicennia marina) với độ ngập triều Kết cho thấy, tỉ lệ cát tương quan nghịch với mức độ ngập triều R2 = 0,89, limon sét tương quan thuận với R2 0,71 0,91 Cả ba tiêu có tương quan chặt với mật độ, chiều cao, số lượng lỗ vỏ bề mặt rễ thở tỉ lệ cát tương quan nghịch limon sét tương quan thuận Từ khóa: Cát, limon, rễ hơ hấp, sét, thành phần giới đất, tương quan MỞ ĐẦU Đặc trưng rừng ngập mặn rừng thường xuyên chịu tác động thủy triều nên đất thường xuyên thiếu khí Mức độ thời gian ngập triều có ảnh hưởng sâu sắc đến thành phần giới đất - tỉ lệ cấp hạt đất (Nguyễn Thị Hồng Liên nnk., 2019) Tỉ lệ cấp hạt khác dẫn đến khác đặc điểm tính chất như: tỉ trọng, dung trọng, khả giữ nước, tính bền, kết cấu đất, tiêu quan trọng để đánh giá độ phì đất (Nguyễn Thế Đặng nnk (2007)) từ ảnh hưởng đến phát triển rễ nói riêng thực vật nói chung Mắm biển (Avicennia marina) lồi ngập mặn thực thụ, tiên phong trình diễn sinh thái bãi triều ven biển (Chapman (1975); Tomlinson (1986); Phan Nguyên Hồng (1991)) Cây sinh trưởng tốt điều kiện bùn lầy, thiếu oxy nhờ hệ thống rễ hô hấp phát triển Thành phần giới đất thay đổi thay đổi mức độ ngập triều có ảnh hưởng đến hệ thống rễ hô hấp cây? Trong báo chúng tơi phân tích mối quan hệ đặc điểm thành phần giới đất với mật độ rễ thở, chiều cao mật độ lỗ vỏ rễ thở loài mắm biển làm sở cho nghiên cứu đánh giá khả thích ứng loài ngập mặn bối cảnh biến đổi khí hậu VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1Trường THCS Nguyễn Quý Đức, Hà Nội Đại học Sư phạm Hà Nội 3Trường Sỹ quan đặc công *Email: liennth@hnue.edu.vn 2Trường PHẦN I NGHIÊN CỨU CƠ BẢN TRONG SINH HỌC 327 2.1 Vật liệu: Loài mắm biển (Avicennia marina) mọc tự nhiên ven biển xã Giao Lạc, huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp nghiên cứu rễ hô hấp Thiết lập tiêu chuẩn có diện tích 20 m x 20 m mức độ ngập triều khác (Nguyễn Thị Hồng Liên nnk., 2019), ô tiêu chuẩn thiết lập ô nghiên cứu có diện tích m x m theo nguyên tắc đường chéo để thu mẫu đất, đếm số lượng, đo kích thước rễ thở Để đảm bảo số liệu có ý nghĩa, nghiên cứu chọn có số lượng cá thể, đường kính, chiều cao tương đối đồng Mật độ lỗ vỏ tính cách đếm số lượng lỗ vỏ đoạn rễ cây, áp dụng cơng thức tính diện tích xung quanh hình trụ phần đỉnh rễ khơng có lỗ vỏ S = 2πrh (π = 3,14; r: bán kính rễ; h: chiều cao đoạn rễ nghiên cứu) 2.2.2 Nghiên cứu thành phần giới đất Ở ô nghiên cứu, tiến hành lấy mẫu đất điểm phân bố tồn diện tích nghiên cứu theo quy tắc đường chéo thu mẫu theo độ sâu (FAO (1998, 2015); USDA (2017)) Mẫu phân tích phịng thí nghiệm mơn Thực vật học, Khoa Sinh học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Phân tích cấp hạt đất dựa tiêu chuẩn FAO, 1998; USDA, 2017: 0,2 mm: cát thô; 0,2 - 0,02 mm: cát mịn; 0,02 - 0,002 mm: limon; < 0,002 mm: sét Sau thu tỉ lệ loại hạt, dựa vào tam giác phân loại (FAO, 1998, 2015; USDA, 2017) xác định thành phần giới đất KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Thành phần giới, phân loại đất Thành phần giới đất có liên quan chặt chẽ với mức ngập triều Trong điều tra thực địa nhận thấy, khu vực nghiên cứu có mức độ ngập triều khác nhau; khu vực nghiên cứu ven biển thuộc phân lớp với số ngày ngập triều trung bình tháng từ 10 đến 19 ngày, đất ngập triều trung bình thấp (ơ 1) Vùng gần chân đê biển thuộc phân lớp với số ngày ngập triều trung bình tháng từ đến ngày, đất ngập triều cao (ô 3) (Nguyễn Thị Hồng Liên nnk., 2019) Vườn thực nghiệm, trạm nghiên cứu Hệ sinh thái Rừng ngập mặn, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội thuộc phân lớp 3, đất ngập triều trung bình, số ngày ngập triều trung bình tháng đến 10 ngày (ô 2) (Dehan, 1931; Lê Tấn Lợi, 2011) Trên đất ngập triều thấp (ô 1), thành phần chủ yếu cát mịn (0,02 - 0,2 mm) chiếm tới 73,1% đất ngập triều trung bình tới cao tỉ lệ cát mịn có xu hướng giảm dần 62,1% 49,0% Tỉ lệ cát thơ có xu hướng ngược với tỉ lệ cát mịn, đất ngập triều thấp cát thô chiếm 0,27%, trung bình 0,57% đất ngập ngập triều cao 0,83% Tỉ 328 BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM lệ sét giảm từ 43,5 - 38,2 - 22,5% limon giảm từ 6,17 - 4,7 - 4,17% Như vậy, đất ngập triều thành phần cát thô cao, tỉ lệ sét limon giảm có ảnh hưởng đến hàm lượng khí chất dinh dưỡng Áp dụng cách phân loại FAO, 1998; 2015; USDA, 2017 xác định vùng ven biển xã Giao Lạc, Giao Thủy, Nam Định nơi có lồi mắm biển phân bố có loại đất chính: đất thịt pha cát, đất sét pha cát Điều cho thấy, nơi ngập triều đất rừng thơ, nghèo mùn, thống khí, thấm nước nhanh khả giữ nước chất dinh dưỡng nên hệ rễ hơ hấp của có đặc điểm khơng giống với nghiên cứu khác Trong đó, đất rừng nơi ngập triều trung bình thấp khả tích lũy mùn tốt đất nơi ngập triều, bề mặt đất thu mùn bã hữu Tuy nhiên, bên cạnh đặc điểm giữ nước, giữ mùn tốt, loại đất có đặc điểm thơng thống nước chậm, cứng chặt qua tác động tới hệ thống rễ hơ hấp (Hình 1) Hình Tương quan tỉ lệ cấp hạt với mức độ ngập triều Hình cho thấy mức độ ngập triều thành phần giới đất có quan hệ chặt chẽ Khi đáy cao, mức độ ngập triều giảm tỉ lệ cát lại tăng ngược lại Điều thể mối tương quan nghịch với hệ số tương quan chặt R2 = 0,89 Như vậy, khơng có thủy triều mang tới phù sa bổ sung, tỉ lệ sét limon giảm nên tỉ lệ cát đất tăng lên Kết phù hợp với nghiên cứu Nguyễn Thị Thu Trang (2012) phân tích thành phần giới đất vùng cửa sơng Ba Lạt: Tỉ lệ cát tăng lên 90%, hàm lượng cát cao nên đất có màu xám, xám kết cấu yếu, khả giữ nước chất dinh dưỡng Tuy nhiên, loại đất xốp, thống khí thuận lợi cho sinh trưởng ngập mặn Tỉ lệ sét limon lại tương quan chặt với mức độ ngập triều, mức độ ngập triều lớn, thời gian ngập triều cao hàm lượng sét limon đất tăng lên phù sa thường xuyên đưa tới, hệ số tương quan R2 = 0,91 R2 = 0,71 3.2 Mối tương quan rễ thở thành phần giới đất Một đặc điểm ảnh hưởng nhiều đến hoạt động sinh lí, sinh hóa thực vật rừng ngập mặn thiếu oxy đất ngập nước, rễ ngập mặn chịu ảnh hưởng trực tiếp việc thiếu oxy Trải qua q trình thích nghi lâu dài, lồi mắm biển hình thành rễ hơ PHẦN I NGHIÊN CỨU CƠ BẢN TRONG SINH HỌC 329 hấp thông khí chứa khí cho Sự hình thành phát triển hệ rễ mặt đất quan sinh dưỡng đặc trưng tiêu biểu cho thích nghi cao độ thực vật ngập mặn, giúp chúng có đủ nguồn oxy cho hoạt động sống (Scholander (1995)) Đặc trưng mắm biển hệ rễ hô hấp mọc dày đặc xếp thành hình tia phóng xạ quanh thân Các rễ hô hấp mọc từ rễ bên nằm ngang gần mặt đất đâm thẳng lên mặt đất thành hình mũi chơng quanh thân 3.2.1 Mật độ rễ hô hấp Các rễ hơ hấp ăn lan xa so với gốc Sự hình thành phát triển hệ rễ hô hấp để thực chức trao đổi khí chứa khí cho cây, điều kiện mơi trường khác số lượng rễ hơ hấp có khác Số lượng rễ hô hấp mắm biển lớn, vị trí nghiên cứu chúng tơi ghi nhận mật độ trung bình rễ hơ hấp thể qua hình Tương quan mức độ ngập triều mật độ rễ hô hấp tương quan thuận (Nguyễn Thị Hồng Liên nnk., 2019), nghĩa mật độ rễ hô hấp tăng dần theo Hình Mật độ rễ thở trung mức độ ngập triều tăng Ở đất thấp (ô 1), tỉ lệ sét bình ba vị trí nghiên cứu limon cao mật độ rễ hơ hấp dày đặc, trung bình 300 rễ/m2, nơi ngập ngập cường, tỉ lệ cát cao có trung bình khoảng 29 rễ/m2 Như vậy, đặc điểm thành phần giới đất chi phối độ thống khí qua ảnh hưởng mạnh mẽ tới số lượng rễ thở khu vực nghiên cứu (hình 3) Hình Tương quan thành phần giới đất với mật độ rễ thở Tương quan tỉ lệ cát với mật độ rễ thở tương quan nghịch với hệ số tương quan R2 = 9,5 Tỉ lệ cát đất tăng chứng tỏ đất thông thoáng khiến mật độ rễ thở thấp ngược lại Tỉ lệ limon sét liên quan đến độ chặt đất có tương quan thuận với mật độ rễ thở, hệ số tương quan 0,99 hệ số tương quan tỉ lệ BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM 330 sét với mật độ rễ thở R2 = 0,94 Tỉ lệ limon sét cao, đất chặt, thơng thống mật độ rễ hô hấp tăng 3.2.2 Chiều cao rễ hô hấp Đặc điểm giới đất không ảnh hưởng tới mật độ rễ hơ hấp mà cịn tác động tới chiều cao trung bình rễ Hình cho thấy khác biệt chiều cao trung bình rễ hơ hấp khu vực nghiên cứu Nhìn chung, chiều cao rễ hô hấp giảm dần theo mức độ ngập triều từ ô đến ô 3, chênh lệch không nhiều rõ rệt mật độ rễ Cây sinh trưởng đất cao (ô 3), tỉ lệ cát lớn, thống khí chiều cao rễ hô hấp giảm khoảng nửa so với sinh trưởng đất thấp, thời gian ngập triều dài Ở nơi có đất thấp, thời gian ngập triều dài ô 1, rễ hô hấp cao trung bình tính từ mặt bùn khoảng 13 cm, có rễ cao tới 28 - 30 cm; thay đổi có ý nghĩa tăng khả hấp thu, dự trữ khí cho phần rễ nằm bùn lầy thiếu oxy, giúp thích nghi với môi trường đất ngập mặn, thường xuyên chịu tác động thủy triều Hình Chiều cao trung bình rễ thở ba khu vực nghiên cứu Tỉ lệ cấp hạt có mối tương quan chặt với chiều cao rễ hơ hấp (hình 5) tương quan thuận nghịch Tỉ lệ cát với chiều cao rễ hô hấp tương quan nghịch với hệ số tương quan R2 = 0,92 Tỉ lệ cát (0,02 - mm) tăng chiều cao rễ hô hấp giảm Ngược lại, tương quan tỉ lệ limon sét với chiều cao rễ hô hấp tương quan thuận Tỉ lệ limon tăng chiều cao rễ hơ hấp tăng với hệ số Hình Tương quan thành phần giới đất với chiều cao rễ hô hấp tương quan chặt chẽ R2 = 0,76 Tương tự, tỉ lệ sét tăng chiều cao rễ hô hấp tăng theo với hệ số tương quan R2 = 0,94 PHẦN I NGHIÊN CỨU CƠ BẢN TRONG SINH HỌC 331 3.2.3 Mật độ lỗ vỏ Rễ hơ hấp mắm biển hình thành từ rễ nằm ngang có sinh trưởng thứ cấp Đối với rễ hơ hấp hình thành, lớp chu bì mỏng tổ chức thơng khí bề mặt rễ có kích thước nhỏ gọi lỗ vỏ Lỗ vỏ phân bố không đồng đều, có xu hướng giảm dần từ phần gần chóp rễ tới phần rễ sát mặt bùn Đối với sinh trưởng đất thấp, thời gian ngập triều dài, tỉ lệ sét limon cao (ô 1) rễ hơ hấp có mật độ cao gấp lần so với sinh trưởng đất cao, tỉ lệ cát lớn (Hình 6) Thành phần giới đất thể rõ mức độ thiếu oxy đất Do đó, thành phần giới đất ảnh hưởng mật thiết đến hình thành phát triển lỗ vỏ rễ thể rõ qua biểu đồ tương quan (Hình 7) Qua biểu đồ, ta thấy rõ tương quan tỉ lệ loại cấp hạt với mật độ lỗ vỏ chặt chẽ Trong đó, tương quan tỉ lệ limon sét với mật độ lỗ vỏ rễ hơ Hình Lỗ vỏ mật độ lỗ vỏ/cm2 trung bình rễ hô hấp ô nghiên cứu hấp tương quan dương Khi tỉ lệ limon sét tăng mật độ lỗ vỏ tăng lên với hệ số tương quan r = 0,9894 r = 0,992 Tỉ lệ hạt limon (0,002 - 0,02 mm) sét (< 0,002 mm) tăng đồng nghĩa với đất chặt hơn, độ thơng thống đất giảm dẫn đến rễ thở phát triển nhiều lỗ vỏ để làm nhiệm vụ thơng khí khí cho Ngược lại, tỉ lệ cát lại tương quan nghịch với mật độ lỗ vỏ rễ hô hấp, hệ số tương quan r = - 0,9965 Tỉ lệ hạt cát (0,02 - mm) tăng đất thơng thống nên mật độ lỗ vỏ giảm ngược lại Cát (%) Hình Tương quan thành phần giới với mật độ lỗ vỏ 332 BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM Như vậy, tỉ lệ cát, limon sét đất có ảnh hưởng lớn đến mức độ thống khí đất từ ảnh hưởng tới mật độ, chiều cao, số lượng lỗ vỏ rễ thở loài mắm biển Trong thành phần giới chính, cát sét có mối tương quan chặt ổn định với mức độ ngập triều, mật độ, kích thước, mật độ lỗ vỏ rễ hơ hấp; limon có mối tương quan ổn định Cây sinh trưởng nơi có tỉ lệ cát cao, đất thống khí tiêu nghiên cứu có xu hướng giảm nên tương quan tiêu nghiên cứu với tỉ lệ cát tương quan nghịch Tuy nhiên, mối tương quan tỉ lệ sét, limon với tiêu nghiên cứu mối tương quan thuận cấp hạt nhỏ, đất mịn khả giữ nước cao nên đất thiếu khí, phát triển hệ thống rễ hô hấp tăng cường khả hấp thu, dự trữ khí cung cấp cho phần rễ sinh trưởng bùn Những thay đổi hệ thống rễ hơ hấp sở đánh giá lồi mắm biển thích ứng với biến đổi khí hậu nước biển dâng KẾT LUẬN Thành phần giới đất chịu tác động mạnh mẽ độ ngập triều từ tác động tới mật độ, chiều cao số lượng lỗ vỏ rễ hơ hấp lồi mắm biển (Avicennia marina) Tỉ lệ cát tương quan nghịch tỉ lệ limon sét tương quan thuận với độ ngập triều Tỉ lệ cát thành phần giới đất có tương quan nghịch, chặt cịn limon, sét có tương quan thuận, chặt với mật độ, chiều cao số lượng lỗ vỏ rễ hơ hấp lồi mắm biển TÀI LIỆU THAM KHẢO Chapman V J., 1976 Mangrove vegetation Auckland University, New Zealand, pp 35 - 69 DeHaan, J H (1931), Het een en ander over de Tjilatjap’sche vloedbosschen Tectona 24:39 Nguyễn Thế Đặng, Đặng Văn Minh, Nguyễn Thế Hùng, 2007 Vật lý đất Nxb Nông nghiệp tr 7- 25 FAO 1998 World Reference Base for Soil Resources, by ISSS-ISRIC-FAO World Soil Resources Report No 84 Rome, pp 100-125 FAO, 2015 World reference base for soil resources 2014, International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps; E-ISBN 978-92-5-108370-3 (PDF); Rome, Italy, pp 117-139 Phan Nguyên Hồng, 1991 Sinh thái thảm thực vật rừng ngập mặn Việt Nam Luận án tiến sỹ khoa học sinh học, Đại học sư phạm Hà Nội, tr 33 - 45, 72 - 92, 109 - 12 Nguyễn Thị Hồng Liên, Đặng Thị Nhật Lệ, Nguyễn Hà Linh, Trần Xuân Tình, 2019 Nghiên cứu ảnh hưởng mức độ ngập triều thành phần giới đất đến mật độ cấu tạo rễ hơ hấp lồi mắm biển mọc tự nhiên xã Giao Lạc, huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định HNUE Journal of Science, Natural Sciences, 2019, Volume 64, Issue 10A, pp 105-111, DOI: 10.18173/2354-1059 2019-0058 Lê Tấn Lợi, 2011 Tính chất thủy văn theo màu địa hình Khu Sinh Cần giờ, Thành phố Hồ Chí Minh Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ 2011 số 17a năm 2011; tr 219-228 Scholander S I (1995), Gas exchange in roots of mangroves, Am J Bot Press., pp 92 - 98 Tomlinson P B., 1986 The botany of mangroves, Cambridge University Press, pp 59 - 200 PHẦN I NGHIÊN CỨU CƠ BẢN TRONG SINH HỌC 333 Nguyễn Thị Thu Trang, Nguyễn Hữu Thành, 2012 Nghiên cứu tính chất đất vùng cửa Ba lạt, huyện Giao Thủy, Nam Định Tạp chí Khoa học Phát triển trường ĐH Nông nghiệp Hà Nội, 2012: Tập 10, số 1: 173 - 181 USDA, 2017 Soil survey manual, Soil science division staff United States Department of Agriculture Handbook No 18; pp 91-131; 145-163 Nguyễn Cao Văn, Ngô Văn Thứ, Trần Thái Ninh, 2017 Lý thuyết xác suất thống kê toán, Nxb Đại học Kinh tế quốc dân, Hà Nội, tr 539-568 RESEARCH ON THE CORRELATION BETWEEN SOIL MECHANICAL COMPOSITION AND PNEUMATOPHORES OF NATURAL (Avicennia marinamarina (Forsk.) Vierth.) SPECIES, WHICH NATURALLY GROW ALONG THE COASTAL AREA OF GIAO THUY DISTRICT, NAM DINH PROVINCE Luu Hong Nhung1, Nguyen Thi Hong Lien2,*, Ngo Van Tung2, Vu Thi Dung2, Tran Xuan Tinh3 Abstract: Soil mechanical composition is vital to air permeability, therefore can affect the growth of mangroves in general, or the root system in particular In this study, we assess the correlation between three main mechanical components of the soil: sand (particle size 0.02 - mm); limon (0.002 - 0.02 mm); clay (