4.2 Đánh giá chất lượng môi trường đất
4.2.6 Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đất
4.2.6.1 Các yếu tố ảnh hưởng chất lượng đất theo tầng phèn
Phân tích PCA được thực hiện dựa trên các giá trị trung bình của thơng số chất lượng đất tại các mơ hình trong đất tầng phèn nơng và phèn sâu. Các PCs có hệ số Eigenvalues từ 1,0 trở lên được coi là đáng kể (Shrestha & Kazama, 2008; Boyacioglu et al., 2008). Thêm vào đó, độ dài của các đường đối với từng thơng số chỉ ra mức độ đóng góp và tương quan đối với mỗi PCs. Từ những, kết quả phân tích PCA cho thấy chỉ có hai nhân tố gây ra sự biến động đáng kể chất lượng đất tại khu vực nghiên cứu
trong đất phen nông và đất phèn sâu và có thể giải thích 73,21% (phèn nơng) và 83,47% (phèn sâu) sự biến động này (Hình 4.10 và Hình 4.11). Tuy nhiên, một số thơng số chất lượng đất được ghi nhận có hệ số tải trọng (loading) ở mức tương đối cao trong các PCs; do đo, các PC3 và PC4 trong đất phèn nông và phèn sâu vẫn được giữ lại để đánh giá sự biến động chất lượng đất của khu vực nghiên cứu.
Đối với đất phèn nông, PC1 giải thích khoảng 50,89% sự biến động chất lượng đất. Thành phần PC1 giải thích bởi sự đóng góp của hầu hết các thông số đánh giá chất lượng đất liên quan đến vật lý và hóa học đất như pH (-0,44), ẩm độ (0,53), chất hữu cơ (0,48) và tổng lân (-0,46). PC2 cho thấy mối tương quan cao với TN (0,74), tỷ trọng (0,56) và pH (-0,32). Song song đó, yếu tố PC3 được đóng góp và giải thích 10,77% sự biến động bởi các thông số tương tự PC2 (pH, tỷ trọng và TN). PC4 chỉ ra sự đóng góp chủ yếu của các thông số dinh dưỡng (CHC, TN và TP). Hơn nữa, Hình 4.10 cho thấy chất hữu cơ và TN có mối tương quan với hầu hết đến các PCs; do đó có thể thấy chất hữu cơ đóng góp quan trọng và yếu tố cơ bản dẫn đến các sự thay đổi của các thông số đánh giá chất lượng đất khác. Nhìn chung, pH là yếu tố chính quyết định đến thay đổi hầu hết các
yếu tố chất lượng môi trường đất cịn lại thơng qua 3 PCs, điều này cho thấy mơi trường nước ở các mơ hình ở tầng phen nơng đều có khả năng
nhiễm phen và ảnh hưởng đến đa dạng cá.
Hình 4.10 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đất phèn nông
Tại khu vực đất phèn sâu, hầu hết sự biến đổi chất lượng đất đều phụ thuộc vào các quá trình xảy ra trong tầng mặt, do đó chỉ có 2 yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng đất (giải thích khoảng 83,47%). Mặt khác, PC3 và PC4 có thể được xem là yếu tố phụ ảnh hưởng đến chất lượng đất và đã giải thích khoảng 12,06% sự thay đổi chất lượng đất. PC3 và PC4 có hệ số tương quan trung bình lần lượt với tỷ trọng (- 0,68) và TN (0,59), ẩm độ (0,62) và TP (0,65). Ngoại trừ tỷ trọng, PC1 có mối tương quan với hầu hết các thơng số, yếu tố này liên quan đến sự phát triển của các hệ thực vật (hấp thu các cation bazo và thải ra H⁺ từ hệ rễ), q trình nitrate hóa, sự rửa trôi trong thời gian
dài và các hoạt động của các vi sinh vật đã ảnh hưởng đến chất lượng đất. Trong khi đó, PC2 được giải thích bởi tỷ trọng (0,67), TN (0,44) và TP (0,53) cho thấy yếu tố này bắt nguồn từ yếu tố địa hình và khả năng sự giữ nước của đất. Nhìn chung, chất lượng đất chủ yếu bị ảnh hưởng bởi các q trình lý hóa xảy ra trong tự nhiên, đặc tính đất và thủy văn của khu vực nghiên cứu.
Nhìn chung, khác với các mơ hình khu vực phèn nông, chất lượng môi trường đất ở các mơ hình sản xuất ở khu vực phèn sâu ổn định hơn với sự tương quan khá đồng đều giữa các yếu tố lý, hóa và dinh dưỡng trong đất, điều này có thể tạo ra mơi trường nước ổn định theo thời gian nhất định cho phát triển nguồn cá tự nhiên, ngoài ra tất cả các chỉ tiêu đất hay nước cịn bị tác động theo mùa.
Hình 4.11 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đất phèn sâu4.2.6.2 Các yếu tố ảnh hưởng chất lượng đất theo mùa 4.2.6.2 Các yếu tố ảnh hưởng chất lượng đất theo mùa
Kết quả phân tích PCA cho thấy bốn yếu tố giải thích khoảng 93,53% sự biến động của chất lượng đất vào mùa khô và 96,08% sự biến động vào mùa mưa. Cụ thể, PC1 đã giải thích khoảng 58% sự biến động chất lượng đất vào mùa khô, kế tiếp là PC2 (18,23%), PC3 (10,05%) và PC4 (7,25%). Các hệ số PC4 và PC5 có hệ số Eigenvalues nhỏ hơn 1 do đó hai nhân tố này được coi là không ảnh hưởng đáng kể đến sự biến động của số liệu. Tuy nhiên, sự đóng góp của ẩm độ và TP trong PC3 và PC4 được xác định cao hơn so với PC1 và PC2; do đó, hai yếu tố này đã được giữ lại để giải thích sự biến động chất lượng đất vào mùa khơ của khu vực nghiên cứu. PC1 giải thích bởi sự đóng góp của hầu hết các thơng số đánh giá chất lượng đất liên quan đến vật lý và hóa học được phân tích trong nghiên cứu (ngoại từ TN). Điều này có thể thấy được rằng các q trình tự nhiên trong đất vào mùa khơ đã ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng đất. Ngược lại, PC2 và PC3 được giải thích chủ yếu bởi các yếu tố dinh dưỡng trong đất (TN và TP), sự thay đổi này có thể bắt nguồn từ các hoạt động bổ sung lân trong canh tác nơng nghiệp.
Hình 4.12 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đất vào mùa khơ
Hình 4.13 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đất vào mùa mưa4.2.7 Xác định thông số gây ra sự biến động chất lượng đất các mơ hình 4.2.7 Xác định thơng số gây ra sự biến động chất lượng đất các mơ hình
Phân tích phân biệt (DA) cho thấy sự khác biệt của chất lượng đất phèn nông và phèn sâu dựa trên sự thay đổi các giá trị lý-hoá trong đất (Bảng 4.8). Các giá trị Wilks Lambda và Chi-square được sử dụng để kiểm tra ý nghĩa của hàm phân biệt (Bảng 4.8 và Bảng 4.9). Giá trị Wilks Lambda càng nhỏ và Chi-square cao cho thấy ý nghĩa phân biệt cao (Tinsley & Brown, 2000); trong khi đó, giá trị Eigenvalue và tương quan canonical chỉ ra khả năng phân biệt hiệu quả của từng DF giữa các đối tượng trong nghiên cứu (Pati et al., 2016). Do nghiên cứu hiện tại chỉ có hai tầng phèn và hai mùa nên kết quả phân tích chỉ ghi nhận một hàm phân biệt. Kết quả cho thấy pH, tỷ trọng, chất hữu cơ và TP là các thơng số có ý nghĩa quan trọng nhất trong việc phân biệt chất lượng đất giữa hai tầng phèn nông và phèn sâu vào mùa khơ. Trong khi đó, mùa mưa chỉ ghi nhận sự phân biệt của hai thông số pH và TP trong đất. Kết quả phân tích đã giải thích độ chính xác phân loại chéo giữa hai tầng đất là 96,67% vào mùa khô và 76,67% vào mùa mưa. Dựa trên các kết quả phân tích DA chỉ ra rằng phương trình phân biệt
chất lượng đất giữa hai tầng phèn nông và phèn sâu vào mùa mưa và mùa khơ lần lượt là phương trình (4.1) và (4.2):
DFmùa khô = 1,43*pH + 3,45*Ty trong – 46,08*TP + 0,64*CHC – 15,53 (4.1)
DFmùa mưa = 1,20*pH – 56,98*TP – 1,44 (4.2)
Nhìn chung, kết quả phân biệt số cho thấy chất lượng đất ở mùa mưa chủ yếu thay đổi chính từ biến động giá trị pH, TP ở tất cả các mơ hình khơng kể đến yếu tố địa hình (tầng phèn), điều này cho thấy quá trình chảy tràn, rị rỉ và pha lỗng độc chất phèn xảy ra trên diện rộng, tuy nhiên có thể do độ sâu thủy vực khác nhau nên cá tự nhiên có xu hướng di chuyển đến vùng nước phù hợp hơn để tồn tại. Ngược lại vào mùa khô, yếu tố dinh dưỡng đất được tích lũy cùng với biến động của yếu tố tỷ trọng và pH là quan trọng để nhận dạng chất lượng môi trường đất theo tầng phèn, dù vậy vào mùa khô, lưu lượng và chất lượng nước sẽ quan trọng hơn cá tự nhiên tồn tại.
Bảng 4.8 Các thông số gây ra sự biến động chất lượng đất giữa hai tầng phèn trong mùa khô và mưa
DFs Khả năng phân biệt Thông số Hệ số phân biệt
Mùa khô Mùa mưa Mùa khô Mùa mưa
Eigenvalue 2,92 0,43 pH 1,43 1,20 Relative Percentage 100 100 Tỷ trọng 3,45 - Canonical Correlation 0,86 0,55 Ẩm độ - - Wilks Lambda 0,26 0,70 CHC 0,64 - Chi-Square 35,50 9,73 TN - - DF 4,00 2,00 TP -46,08 -56,98 p-Value 0,00 0,01 Constant -15,53 -1,44
Các thông số được ghi nhận trong kết quả phân tích giữa hai mùa trong cả hai tầng phèn nơng và phèn sâu được đưa vào phương trình phân biệt (4.3) và (4.4).
DFPhèn nông = 5,96*Ty trong + 0,05*Am do – 10,95 (4.3) DFPhèn sâu = 5,40*Ty trong – 0,13*Am do + 0,79* CHC – 10,17 (4.4)
Sự phân biệt chất lượng đất giữa hai mùa tập trung chủ yếu bởi tỷ trọng, ẩm độ và chất hữu cơ trong đất (Bảng 4.9). Trong đó, tỷ trọng và ẩm độ được xem là hai thơng số chịu trách nhiệm chính trong việc phân biệt chất lượng đất giữa hai mùa trong đất phèn nơng. Độ chính xác phân loại chéo cho thấy mức độ thành công của việc phân loại chất lượng đất giữa hai mùa là 96,67% (phèn nông) và 100% (phèn sâu). Việc phân loại chất lượng đất rõ ràng giữa mùa mưa và mùa khô trong cả hai khu vực phèn nông và phèn sâu có thể là do đặc tính chất lượng đất tại khu vực nghiên cứu.
Từ những phân tích trên, nghiên cứu đã xác định được các thông số được ghi nhận gây ra sự khác biệt giữa hai mùa ở cùng tầng phèn và giữa hai tầng phèn vào cùng mùa. Các thông số về sự khác biệt chất lượng có thể được sử dụng để thiết lập vấn đề ưu tiên được xử lý và quản lý sự biến động chất lượng đất trong khu vực nghiên cứu.
Bảng 4.9 Các thông số gây ra sự biến động chất lượng đất giữa hai mùa trong tầng phèn nông và sâu
DFs Khả năng phân biệt Thông số Hệ số phân biệt
Phèn nông Phèn sâu Phèn nông Phèn sâu
Eigenvalue 10,09 16,04 pH - - Relative Percentage 100 100 Tỷ trọng 5,96 5,40 Canonical Correlation 0,95 0,97 Ẩm độ 0,05 -0,13 Wilks Lambda 0,09 0,06 CHC - 0,79 Chi-Square 64,97 75,15 TN - - DF 2,00 3,00 TP - - p-Value 0,00 0,00 Constant -10,95 -10,17
4.3 Đánh giá chất lượng môi trường nước
4.3.1 Biến động chất lượng nước theo tầng phèn
Sự thay đổi của pH và EC trong các mơ hình canh tác theo độ sâu tầng phèn (Hình 4.14) pH ở mơ hình Tràm tự nhiên có tính acid yếu (phèn nơng: 5,28±0,55; phèn sâu: 5,33±0,55) và khơng có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p > 0,05) giữa hai tầng phèn nông và phèn sâu. Ở mơ hình Tràm trồng và Keo lai, giá trị pH giữa hai tầng phèn khác nhau đáng kể (p < 0,05), trong đó giá trị pH ở tầng phèn nông (Tràm trồng: 2,62±0,48; Keo lai: 2,69±0,42) thấp hơn đáng kể so với khu vực tầng phèn sâu (Tràm trồng: 4,86±2,19 và Keo lai: 7,09±0,47). Bên cạnh đó, giá trị pH ở tầng phèn sâu của mơ hình Tràm trồng biến động rất lớn (Hình 4.14). Hơn nữa, phân tích ANOVA cũng cho thấy sự khác biệt có ý nghĩa giữa mơ hình Keo lai và Tràm trồng so với Tràm tự nhiên tại tầng phèn nông (p < 0,05); tuy nhiên, không ghi nhận được sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa khu vực Tràm trồng và Keo lai. Kết quả cho thấy giá trị pH trong nước ở tầng phèn nông sắp theo thứ tự tăng dần là Keo lai = Tràm trồng < Tràm tự nhiên. Trong khi đó, giá trị pH trong nước ở tầng phèn sâu sắp theo thứ tự tăng dần Tràm tự nhiên = Tràm trồng < Keo lai. pH trong nước ở khu vực Tràm tự nhiên ít bị xáo trộn hơn so với các mơ hình Tràm trồng và Keo lai. Kết quả phân tích pH cũng đã được báo cáo trong nghiên cứu trước đây của Bé và ctv. (2017), pH tại khu vực đất phèn sâu Keo lai và Tràm trồng có xu hướng cao hơn đáng kể so với khu vực đất phèn nông. Tuy nhiên, giá trị pH tại các mơ hình đều nằm ngồi giới hạn cho phép của QCVN 08-MT:2015/BTNMT đối với mục đích bảo tồn động thực vật thuỷ sinh (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2015). Một trong những nguyên nhân của sự khác biệt này là do đặc tính khơng chịu ngập, cần được lên liếp cao; điều này dẫn đến lớp phèn tiềm tàng trở thành lớp đất mặt, tạo điều kiện
cho các anion hoà tan trong nước khi bị tác động bởi các dòng chảy tràn. Sự khác biệt của Keo lai, Tràm trồng so với Tràm tự nhiên có thể cho thấy sự xáo trộn đất đã có những ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng nước của thuỷ vực nghiên cứu. Theo nghiên cứu (Ghosh et al., 2019; Hudd, 2000) thì pH thấp kết hợp với sự hiện diện của kim loại Al, Fe có nồng độ cao trong các thủy vực làm suy yếu đời sống thủy sinh do cản trở quá trình sinh trưởng và sinh sản của chúng. Tính chất khu vực nghiên cứu có tính chất tương đồng với tác giả trên, gồm có sự hiện diện của Al, Fe và các vật liệu sinh phèn.
Nhìn chung, giá trị pH đất thấp hơn pH nước khá nhiều ở mơ hình Tràm tự nhiên, trong khi đó ở mơ hình Tràm trồng và Keo lai thì ngược lại. Do tính chất khu vực Tràm tự nhiên khơng có tác động từ các yếu tố bên ngoài nên
trao đổi pH giữa đất và nước xảy ra kém, điều này lý giải cho sự hiện diện
của nhiều loài cá và sản lượng cá trong vùng lõi VQG U Minh Hạ.
Độ dẫn điện trong nước ở các mơ hình Tràm tự nhiên, Tràm trồng và Keo lai khơng có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa hai tầng đất (p > 0,05). Tuy nhiên, giá trị EC ở các mơ hình canh tác rất khác nhau đáng kể, điển hình là mơ hình Tràm trồng. Trong tầng phèn nơng, giá trị EC trong nước xếp theo thứ tự tăng dần Tràm tự nhiên < Keo lai
= Tràm trồng. Trong tầng phèn sâu, giá trị EC có thứ tự là Tràm tự nhiên < Keo lai < Tràm trồng. Giá trị EC được ghi nhận trong đất phèn nơng tại tất cả các mơ hình đều cao hơn so với khu vực đất phèn sâu; kết quả này tương tự với nghiên cức trước đây của Bé và ctv. (2017); tuy nhiên, các giá trị EC được xác định cao hơn so với giai đoạn 2015-2016. Hàm lượng EC cao ở những khu vực bị xáo trộn nhiều như mơ hình Tràm trồng
và Keo lai có thể là do sự hiện diện của các ion như H+, SO42-, Al³⁺ và Fe³⁺. Từ giá trị pH và EC có thể nhận định rằng chất lượng nước ngày càng có xu hướng hồ tan các ion, các ion này có thể gây độc cho đời sống của thủy sinh vật tại khu vực nghiên cứu.
Hình 4.14 Biến động giá trị pH và EC theo tầng phèn
Ghi chú: (*) ghi nhận sự khác biệt giữa hai tầng phèn trong cùng mơ hình. Kí tự a, b, c và A, B, C trong cùng tầng phèn cho thấy sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở độ tin cậy 95%.
Hàm lượng DO trong nước trên đất phèn sâu hầu như khơng có sự chênh lệch đáng
kể so với đất phèn nông. Hàm lượng DO trong nước ở tầng phèn nông của khu vực Tràm
tự nhiên (1,94±1,27 mg/L) cao hơn và biến động nhiều hơn so với khu vực phèn sâu (1,2±0,61 mg/L). Hàm lượng oxy hòa tan trong nước thấp tại khu vực Tràm tự nhiên đã không hỗ trợ tốt cho đời sống thủy sinh vật. Ở mức DO này, nước được đánh giá là ô nhiễm hữu cơ, chỉ có một số lồi cá có hệ thống hơ hấp phụ mới có thể thích nghi được. Ngược lại, hàm lượng DO trong nước ở tầng phèn sâu cao hơn so với khu vực phèn nông trong khu vực Tràm trồng và Keo lai. Cụ thể, hàm lượng DO ở tầng phèn nông và phèn sâu dao động lần lượt là 2,53±0,65 mg/L và 2,93±1,45 mg/L (mơ hình Keo lai), 2,43±0,37 mg/L và 2,46±0,51 mg/L (mơ hình Tràm trồng). Thêm vào đó, Hình 4.15 cho thấy, hàm lượng DO trong mơ hình Keo lai và Tràm trồng có xu hướng