.1 Các nghiên cứu về chất lượng nước tại khu vực đất phèn

STT Địa điểm Môi trường nước Các chỉ tiêu

quan trắc Chất lượng nước

Tài liệu tham khảo

1 Phần Lan Nước sông

Al, As, Cd, Co, Cr, Cu, Pb, Na, Ni, Fe, Zn, độ dẫn điện, pH, độ chua, độ đục và độ màu - pH thấp

- hàm lượng kim loại nặng cao liên quan đến đất phèn - hàm lượng sắt cao và màu nước cao tương quan với diện tích rừng trong lưu vực - giá trị màu nước thấp hơn và nồng độ asen, crom và sắt cao hơn có liên quan đến đất ngập nước Vehanen et al., (2022) 2 Thụy Điển Hệ thống thoát nước và con kênh nhân tạo chảy ra biển

pH, EC, Al, As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, V, Zn

- nghiên cứu đầu tiên chứng minh sự tồn tại của đất phèn ở bờ biển phía tây Thụy Điển - độ pH thấp kết hợp với độ dẫn điện cao và tăng nồng độ kim loại

Lindgren et

al. (2022)

3 Malaysia Nước sông

pH, Na, Cl-, Mn,

Br-, SO42-, Fe, Al

- pH thấp (3,9), nồng độ sulfate hịa tan, Al, và Fe cao có thể ảnh hưởng tới hạ lưu

Karananidi

et al.

(2022)

2.1.3 Cá

Độ pH thấp kết hợp với sự hiện diện của kim loại có nồng độ cao trong các thủy vực làm suy yếu đời sống thủy sinh bằng cách cản trở quá trình sinh trưởng và sinh sản của chúng (Ghosh et al., 2019; Hudd, 2000). Hơn nữa, sự tích tụ các kim loại độc hại trong hệ thực vật và động vật thủy sinh cũng có thể gây ra các tác động có hại cho con người thơng qua chuỗi thức ăn (Ljung et al., 2009). Các nghiên cứu của Ahmed & Khan (2010) phát hiện ra rằng nhôm (Al), sắt (Fe) và sunfat (SO42-) là những thành phần chính trong dịng chảy đất phèn. Ở Phần Lan trên sông Kyronjoki, cá chết liên quan đến đất phèn đã được báo cáo sớm nhất là vào năm 1834.

Al là một nguyên tố tự nhiên và là kim loại phổ biến nhất trong vỏ trái đất. Nó được tìm thấy trong hầu hết các loại đất và đá. Nhơm có thể đi vào nước thơng qua các q trình tự nhiên cũng như nhân tạo. Al là một kim loại có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến mật độ cá và động vật không xương sống ở nồng độ lớn hơn 0,5 mg/L (Nystrand & Osterholm, 2013). Nồng độ nhơm cao có thể ảnh hưởng đến khả năng điều hịa ion như muối của một số lồi, và ức chế các chức năng hơ hấp. Nhơm có thể tích tụ trên bề mặt mang cá, dẫn đến rối loạn chức năng hô hấp và dẫn đến tử vong. Kết hợp với giá trị pH thấp, điều này có thể dẫn đến một trong những tác động trực tiếp rõ ràng nhất của nước rỉ từ đất phèn lên hệ sinh thái thủy sinh như làm cá chết. Sinh khả dụng của nhơm phụ thuộc vào đặc tính lý học của nước ở từng khu vực. Nhơm càng có tính khả dụng sinh học cao thì càng có nhiều khả năng gây ra tác dụng độc hại cho sinh vật. Các thơng số

10

chính nước có ảnh hưởng ảnh hưởng đến q trình này là pH, cacbon hữu cơ hòa tan (DOC) và độ cứng.

Sắt là một nguyên tố thiết yếu trong nhiều quá trình sinh lý. Trong các hệ thống sinh học, sắt tồn tại ở ba trạng thái oxy hóa (II, III và IV) và phần lớn được liên kết với hemoglobin, transferrin, ferritin và các enzym chứa sắt, với sắt tự do tồn tại ở lượng nhỏ (Valko et al., 2005). Hấp thu quá nhiều sắt, hoặc rối loạn cơ chế điều hòa, gây ra tổn thương tế bào liên quan đến xúc tác sắt (Orino et al., 2001). Sắt được tìm thấy trong trầm tích ở nhiều dạng khác nhau. Tương tự với Al, nó được giải phóng vào nước từ các trầm tích thơng qua q trình khử hóa chất ở pH nhỏ hơn 6 (Pitter, 2009). Khả năng hòa tan của sắt trong nước phụ thuộc vào độ pH, thế oxy hóa-khử, nhiệt độ, oxy và sự hiện diện của các chất mà nó sẽ liên kết như OH–, SO42-, Cl-, và các chất humic. Trong nước có pH thấp, sắt khơng hịa tan (Fe3+) chiếm ưu thế hơn so với dạng hóa trị hai (Fe2+) là chất độc đối với động vật thủy sinh.

Như vậy, trong bối cảnh gia tăng dân số và nhu cầu phát triển nông nghiệp và lâm nghiệp không ngừng gia tăng đã tăng cường thoát nước cho những khu vực phèn tiềm tàng trở nên hoạt động. Điều này sẽ dẫn đến nhiều mối đe dọa cho chất lượng môi trường nước và cũng như đời sống của động thực vật thủy sinh. Đặc biệt hơn, dưới tác động của biến đổi khí hậu tồn cầu với những thay đổi lượng mưa, thay đổi mùa của quá trình bổ sung nước ngầm và tăng mực nước ngầm, những vùng đất phèn có thể trở thành nguồn tăng tải trọng của kim loại vào nước ngầm. Và điều này có thể ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người.

2.2 Nghiên cứu về chất lượng môi trường và đa dạng sinh học ở VQG U Minh Hạ

Công tác đánh giá chất lượng môi trường rất quan trọng trong việc bảo tồn đa dạng sinh học của VQG. Nghiên cứu trước đó của Hồng (2017) cho thấy pH của nước trên đất than bùn ở VQG U Minh Hạ dao động từ 4,21 – 4,83 và có sự khác biệt giữa 2 mùa, trong đó pH mùa mưa thấp hơn mùa khơ. Lượng oxy hịa tan (DO) trong nước rất thấp dao động trong khoảng 1,33 - 3 mg/L và chỉ tiêu BOD5 có khoảng dao động khá lớn ở các ô tiêu chuẩn (từ 8 – 53,2 mg/L). Nồng độ N-NH4+ và N-NO3- trong nước rừng Tràm lần lượt dao động từ 0,12 - 3,13 mg/L và 0,02 - 0,43 mg/l (Hồng, 2017). Hơn thế nữa, có sự khác biệt trong chất lượng nước giữa các khu vực phèn nông và phèn sâu. Chất lượng nước mương liếp giữa khu vực trồng Tràm và Keo lai trong VQG U Minh Hạ, giá trị pH (2,35 – 2,85) và EC (3,26 – 5,45 mS/cm) ở phèn nông thấp hơn so với pH (6,85 - 7,05) và EC (4,75 - 5,36 mS/cm) ở khu vực phèn sâu. Tuy nhiên nồng độ Fe ở phèn nông dao động từ 38,55 – 420 mg/L cao hơn so với phèn sâu (1,05 – 2,57 mg/L). Tương tự như Fe, nồng độ Al ở phèn nông được xác định cao hơn so với phèn sâu nhưng hàm lượng rất thấp so với Fe. Kết quả nghiên cứu này cũng đã chỉ ra sự khác biệt chất lượng nước giữa khu vực trồng Tràm và Keo lai. Cụ thể là, giá trị pH tại khu vực trồng Keo lai thấp hơn trồng Tràm, nhưng EC và Fe có xu hướng ngược lại. Nồng độ DO trong nghiên cứu này cũng thấp tương tự như nghiên cứu của Hồng (2017) dao động từ

11

0,78 – 1,4 mg/L. Giá trị COD ở khu vực trồng Keo lai và Tràm lần lượt là 295 và 105 mg/L. Ngoài ra, mương liếp ở khu vực trồng Keo lai có dấu hiệu bị ơ nhiễm hữu cơ với nồng độ NH4+ cao do quá trình phân hủy xác bã thực vật thủy sinh ở các kênh mương trong điều kiện môi trường nghèo oxy. Đặc biệt vào những tháng mùa khô, mực nước bị hạ thấp cùng với q trình oxy hóa vật chất hữu cơ diễn ra làm cho hàm lượng NH4+ tăng cao. Ngồi ra, một số khu vực ít có sự hiện diện của oxy (do vật chất hữu cơ nhiều) dẫn đến sự sản sinh H2S vào mơi trường.

Tính chất hóa học của đất ở vùng đệm và vùng lõi của VQG U Minh Hạ phụ thuộc vào tình trạng khơ ngập của khu vực và biện pháp quản lý. pH tươi vật liệu than bùn đạt cao vào cuối mùa mưa, đầu mùa khô, giảm nhẹ vào đầu mưa và tăng nhẹ sau đó đến cuối mùa mưa. Hàm lượng các độc chất Fe, Al, Mn trong đất tươi có khuynh hướng tăng cao vào đầu mùa mưa và giảm dần đến cuối mùa mưa. Việc giữ nước nhằm phòng chống cháy rừng ở vùng lõi làm giảm hàm lượng Fe, Mn trong tầng than bùn so vùng đệm là vùng thốt nước tự nhiên có cùng độ dày tầng than bùn. pH và EC đất tươi ở vùng đệm lần lượt là 4,9 ± 0,1 và 0,18 ± 0,03 mS/cm. Tương tự ở vùng lõi là 4,8 ± 0,06 và 0,15 ± 0,02 mS/cm.

Theo nghiên cứu của Lợi và ctv. (2020), thành phần loài thực vật nổi ở khu vực trồng Keo lai của VQG U Minh Hạ dao động từ 8,9 đến 10,3 loài với số lượng cá thể từ 1.478,9 đến 5.010 cá thể/L thấp hơn so với khu vực trồng Tràm (15,8-19,5 loài và 1.750- 6.186 cá thể/L). Sự suy giảm đa dạng thực vật nổi ở khu vực trồng Keo lai là minh chứng cho việc chuyển đổi mơ hình này làm cho hệ thống thuỷ vực nơi đây bị ô nhiễm phèn ảnh hưởng tới sự phát triển của các loài và số cá thể của từng loài thực vật nổi. Điều này, dự báo ảnh hưởng trực tiếp đến cá trong khu vực. Đây là bậc dinh dưỡng sơ cấp của thuỷ vực, sự suy giảm đa dạng phiêu sinh thực vật có thể dẫn đến suy giảm đa dạng ở bậc dinh dưỡng cao hơn, ví dụ như đa dạng cá.

2.3 Nghiên cứu giải pháp về cải tạo đất phèn cho phát triển các mơ hình sản xuất

Theo nghiên cứu của Dũng & Đạt (2014), thử nghiệm sử dụng sản phầm Agri- stabi (ổn định trong nông nghiệp) đối với trồng Tràm trên đất phèn tỉnh Long An từ 2002 đã tăng tốc độ sinh trưởng rừng Tràm nhưng cũng đồng thời giảm độ phèn của đất, giảm độ pH của nước và điều này hy vọng có lợi cho sự phát triển của các lồi thủy sinh vật. Tuy nhiên, để đảm bảo tính khả thi nên có thể áp dụng thử nghiệm trên qui mô cấp nơng hộ. Một số nghiên cứu khác đã tìm thấy vi khuẩn ở vùng đất nhiễm phèn có khả năng phân hủy Al³⁺ và Fe²⁺. Ví dụ, một nghiên cứu được thực hiện ở phía nam Thái Lan và đồng bằng sông Cửu Long, Rhodopseudomonas spp. chủng VNW64 và VNS89 có khả năng xử lý Al³⁺ và Fe²⁺ trong đất một cách hiệu quả ở pH thấp dao động từ 4 – 5. Khả năng xử lý của các vi khuẩn này có thể đạt tới hơn 63% ở điều kiện tối ưu (Khuong và ctv., 2017). Để tăng cường hiệu quả hoạt động của các vi sinh vật này, các vật liệu hấp phụ có nguồn gốc từ thực vật cũng có khả năng giữa lại các chất ơ nhiễm này và hạn chế sự rị rỉ vào mơi trường nước xung quanh. Vật liệu được làm từ bã cà phê đã

12

qua sử dụng đã cho thấy hiệu quả cao trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm: 97,2% đối với Al³⁺ và 96,2% đối với Fe²⁺ (Vicente et al., 2022).

Nghiên cứu trước đó bởi Keith & Bolton (1999) đã chỉ ra rằng khu vực đất ngập nước có sự hiện diện của Tràm có thể xử lý hiệu quả TSS lên đến 98%, BOD5 và độ đục có mức độ loại bỏ cao tương ứng lên đến 93% và 97%, lượng coliform đã giảm 100%, loại bỏ nitơ lên đến 84%. Các hợp chất Fe, Al và SO₄²ˉ cũng được giữ lại trong hệ thống của rừng Tràm tự nhiên dưới tác động của các phản ứng oxy hoá khử và tác dụng của vi sinh vật. Bằng cách bố trí vùng đất ngập nước có sự phát triển của Tràm gần khu vực lên liếp trồng Tràm và Keo lai, nước ô nhiễm từ hệ thống này có thể được dẫn vào vùng đất ngập nước để xử lý. Chất lượng nước đầu ra có thể đạt mức độ cho sử dụng cho sinh hoạt và mục đích tưới tiêu (Ni et al., 2001). Các chất ơ nhiễm có thể cung cấp chất dinh dưỡng để Tràm phát triển sinh khối từ đó cung cấp các lợi ích như lọc nước, bổ cập nước ngầm, cung cấp sinh khối Tràm, cải thiện đa dạng sinh học, cân bằng khí quyển khu vực thơng qua thải O₂ hấp thụ CO₂. Bên cạnh đó, rừng cịn cung cấp nơi để có thể thu mật ong với giá trị kinh tế cao (Bé, 2021).

2.4 Vườn Quốc gia U Minh Hạ 2.4.1 Giới thiệu 2.4.1 Giới thiệu

Ngày 20/01/2006, vườn quốc gia U Minh hạ được thành lập theo Quyết định số 112/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ trên cơ sở nâng cấp khu bảo tồn thiên nhiên Vồ Dơi. VQG nằm trên địa bàn các xã Khánh Lâm, Khánh An thuộc huyện U Minh và các xã Trần Hợi, Khánh Bình Tây Bắc thuộc huyện Trần Văn Thời. Vị trí VQG U Minh Hạ được xác định bởi toạ độ địa lý từ 9°12’30” đến 9°17’41” vĩ độ Bắc và từ 104°54’11” đến 104°59’16” kinh độ Đơng với tổng diện tích 8.528 ha. VQG có địa hình tương đối bằng phẳng, độ cao trung bình 1,5–2,0 m so với mực nước biển, thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam. VQG bao gồm ba phân khu: bảo tồn hệ sinh thái trên đất than bùn (2.592,6 ha), phục hồi và sử dụng bền vững hệ sinh thái rừng ngập nước (5.134,2 ha) và dịch vụ hành chính (801 ha). Ngồi ra, VQG U Minh Hạ cịn có hơn 25.000 ha vùng đệm thuộc Công ty TNHH một thành viên Lâm nghiệp U Minh Hạ, Trại giam K1 Cái Tàu và Trung tâm nghiên cứu ứng dụng rừng ngập Minh Hải. VQG U Minh Hạ là một trong ba điểm bảo tồn đất ngập nước tại ĐBSCL và được UNESCO công nhận là một trong ba vũng lõi của Khu Dự trữ Sinh quyển Thế Giới Mũi Cà Mau vào ngày 25/06/2009 (Vườn Quốc Gia U Minh Hạ, 2019).

Thực vật ở VQG U Minh Hạ khá phong phú, với 79 loài thuộc 65 chi, 36 họ, trong đó có 11 lồi cây gỗ, phổ biến nhất là loài cây Tràm. Động vật rừng đa dạng, với 32 loài thú, 74 lồi chim, 36 lồi bị sát và hàng chục lồi lưỡng cư, thuỷ sản, trong đó có nhiều lồi nằm trong Sách đỏ Việt Nam và thế giới cần được bảo vệ như: rắn mái gầm, tê tê, diệc lửa, rùa răng, dơi ngựa, rắn hổ mang chúa, rái cá lơng mũi, cá cịm... Vườn Quốc gia U Minh Hạ cịn có diện tích đất than bùn 2.658 ha, với độ dày của tầng than bùn từ

13

0,5 - 1,5 m, trữ lượng khoảng 14 triệu tấn. Đất than bùn ở đây hình thành hàng trăm năm qua do sự phân huỷ của xác thực vật trong điều kiện yếm khí tạo thành. Hiện nay, đất than bùn khơng những có giá trị kinh tế rất lớn mà nó cịn có tầm quan trọng đặc biệt đối với mơi trường sinh thái và có ý nghĩa lớn trong nghiên cứu khoa học.

2.4.2 Điều kiện tự nhiên 2.4.2.1 Đất 2.4.2.1 Đất

Tính chất ở khu vực nghiên cứu rất đa dạng do vị trí ven biển, q trình kiến tạo đất rất phức tạp. Bảng 2.2 trình bày các loại đất chủ yếu ở vùng U Minh Hạ. VGQ U Minh Hạ có hai loại đất đặc trưng là đất phèn có lớp than bùn và đất phèn khơng có lớp than bùn (Hưng, 2013; Lợi & Nguyên, 2015; Lê, 2017). Đất phèn có lớp than bùn có độ dầy từ 0,5 -1,5m chiếm khoảng 30%, và phần lớn là đất phèn khơng có lớp than bùn chiếm khoảng 70% diện tích khu vực (Lợi & Nguyên, 2015; Hồng, 2017).

Đất than bùn: Theo Hồng (2017), đất than bùn ở VQG U Minh Hạ là loại đất có

độ xốp cao, dung trọng thấp dao động trong khoảng 0,19 - 0,37 g/cm3. Loại đất này này được hình thành do xác thực vật tích lũy ở điều kiện khử trong khoảng thời gian dài với độ dày khoảng 1-2 m. Hàm lượng chất hữu cơ cao (83,71 - 94,00%), đất giàu đạm (0,58 - 1,23%N) nhưng lân chỉ đạt ở mức trung bình (0,03 - 0,12 %P2O5). Than bùn có độ nén dẽ thấp trong điều kiện tự nhiên, với dung trọng khoảng 0,05 – 0,1 mg/m3. Hầu hết các đất than bùn đều có tính acid (pH 3 – 4,5) và chứa ít hơn 5% vật liệu khống. Tầng than bùn này có vai trị quan trọng trong điều tiết chế độ thủy văn, bổ cập nguồn nước ngầm, hạn chế lũ lụt, hạn chế xói mịn, ngăn chặn q trình phèn hóa và giữ cho mực nước ngầm khơng bị hạ thấp trong mùa khơ (Bá, 2003).

Đất phèn có lớp than bùn: Loại đất này phân bố chủ yếu ở phía Tây Bắc và khu

trung tâm VQG (Hồng, 2017; Lợi & Nguyên, 2015). Loại đất này còn rừng tự nhiên lớn tuổi chưa xảy ra cháy rừng hoặc rừng bị cháy lướt qua không đáng kể. Bên dưới than bùn là tầng phèn hoạt động xuất hiện từ 50 cm trở xuống. Tiếp theo là tầng phèn tiềm tàng chứa vật liệu sinh phèn. Nước khơng bị nhiễm mặn, có độ pH dưới 5 do sự hiện diện của đất phèn trong khu vực xung quanh và đất phèn tiềm tàng ở VQG bị oxy hóa ở những nơi than bùn đã bị đốt cháy (Minh & Trí, 2006; Anh, 2013).

Đất phèn khơng có lớp than bùn: phân bố ở phía Đơng và dọc theo các tuyến kênh