4.3 Tiềm năng năng suất vật rụng, phân hủy lá rụng ở các dạng lập địa Vẹt tách, Đước đôi, Mấm trắng
4.3.2 Phân hủy lá rụng
Định lượng năng suất vật rụng đã được sử dụng rộng rãi để đánh giá khả năng cung cấp nguồn dinh dưỡng dự trữ cho rừng ngập mặn, vật rụng chiếm
114
đến một phần ba sản lượng rừng ngập mặn (Robertson et al., 1993). Nó được tái khoáng hóa trong quá trình phân hủy, do đó chúng tích tụ trên trầm tích và vận chuyển sang các khu vực lân cận (Pool et al., 1975). Quá trình vận chuyển của vật chất hữu cơ và chất dinh dưỡng hòa tan giữ vai trò quan trọng cho năng suất của các vùng nước ven biển, có tác dụng rõ ràng trên các chuỗi thức ăn, vấn đề này là trọng tâm của một số nghiên cứu trong hơn ba thập kỷ qua (Odum and Heald, 1975; Alongi, 1990; Rezende et al., 2007).
Phân hủy lá rụng là hiện tượng xảy ra thường xuyên trong hệ sinh thái, các chất hoá học và dinh dưỡng luôn được trao đổi qua lại giữa sinh vật và môi trường do sự chuyển động tuần hoàn vật chất giữa sinh vật tự dưỡng và sinh vật dị dưỡng trong chuỗi thức ăn phân hủy. Sự phân hủy lá là tổng hợp của 3 quá trình: ngậm thấm, phân hủy hoại sinh và vỡ vụn. Để khảo sát tốc độ phân hủy luận án sử dụng phương pháp túi vật rụng để ngoài hiện trường.
4.3.2.1 Thay đổi trọng lượng theo thời gian phân hủy lá trên ba lập địa
Kết quả về sự phân hủy lá rụng ở 3 lập địa cho thấy có sự khác biệt có ý nghĩa trong phần trăm sinh khối khô còn lại giữa ba loài (P<0,01) và thời gian phân hủy tăng dần theo thứ tự: lập địa Vẹt tách < lập địa Mấm trắng < lập địa Đước đôi. Tốc độ phân hủy đặc trưng cho từng loài, lá Vẹt phân hủy nhanh hơn lá Mấm và lá Đước. Hằng số phân hủy và thời gian cần thiết cho bán phân hủy vật liệu ban đầu (t50) được trình bày trong Bảng 4.27 cho 3 loài cây ưu thế. Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Robertson (1988), tác giả cho rằng lá của loài Mấm có hàm lượng tanin thấp và hàm lượng nitrogen cao nên phân hủy nhanh hơn lá Đước.
Từ kết quả nghiên cứu cho thấy: Sự phân hủy vật rụng rừng ngập mặn phụ thuộc vào loài. Điều kiện môi trường trong túi phân hủy khác với môi trường tự nhiên nên quá trình phân hủy lá rụng không hoàn toàn giống như ngoài thực địa, nhưng có dấu hiệu của tiềm năng phân rã lá (Tam et al., 1990). Phương pháp túi vật rụng không thể phản ánh chính xác sự phân hủy thực tế nhưng sẽ phản ánh xu hướng và cho phép so sánh sự phân hủy giữa các loài và vị trí (Wieder and Lang, 1982). Kích thước của túi vật rụng cho phép những loài động vật nhỏ không xương sống, nấm và vi khuẩn tiếp xúc tới lá, nhưng những loài không xương sống lớn như cua bị ngăn chặn. Đây là nhân tố chủ yếu trong phân hủy lá (Steinke et al., 1993b).
Bảng 4.27: Phương trình hồi quy và thời gian bán hủy cho túi vật rụng
Loài Phương trình hồi quy R2 T50 (ngày)
Loài Vẹt tách Y = 60,23e -0.00975t 0,92 71
Loài Đước đôi Y = 88,19e -0.00792t 0,85 86
Loài Mấm trắng Y = 79,05e -0.00919t 0,91 75
Ghi chú: Y = phần trăm trọng lượng khô còn lại, t = thời gian phân hủy
115
Kết quả phân hủy (Hình 4.20) cho thấy sự mất sinh khối ban đầu rất nhanh sau đó phần còn lại giảm chậm trong thí nghiệm, mô hình mũ kép đã được giới thiệu bởi Wieder and Lang (1982) do phần lớn phù hợp cho dữ liệu phân hủy.
Nhưng mô hình mũ đơn được sử dụng trong nghiên cứu này. Nó dễ dàng ứng dụng và phù hợp với sự mất nhanh sinh khối ban đầu do thấm lọc của vật chất hữu cơ hoà tan.
Hình 4.20: Phân hủy lá rụng theo thời gian của 03 loài cây tại các lập địa Số lần ngập triều trong năm ở các vị trí nghiên cứu ngập từ 72 ngày đến 334 ngày năm (Bảng 4.2) (6 đến 13 ngày trong tháng và từ 28 - 42 ngày trong tháng) phù hợp với phân cấp thủy triều của Watson (1928) thủy triều cấp 4 (chỉ ngập khi triều cường) thủy triều cấp 3 (đất ngập bởi triều cao bình thường). Sự ngập triều là một trong những nhân tố đóng vai trò quan trọng trong phân hủy lá.
Lá Vẹt phân hủy nhanh hơn lá Mấm và lá Đước như vậy sự khác biệt trong tốc độ phân hủy là do sự khác nhau trong hình thái của lá, kết cấu và thành phần cấu tạo. Sự khác nhau trong chất lượng lá có ảnh hưởng tốc độ phân hủy (Robertson, 1988; Basaguren and Pozo, 1994; Twilley et al., 1997). Điều này cho chúng ta thấy liên hệ tới 2 nhân tố chính trong thành phần của lá là hàm lượng tanin và giá trị dinh dưỡng. Hàm lượng tanin cao được biết là không phù hợp cho sự vỡ vụn và ngăn cản sự hoạt động của vi khuẩn (Neilson et al., 1986).
Giá trị dinh dưỡng được xác định từ tỉ lệ C/N, (nồng độ nitrogen cao tỉ lệ C/N thấp, chất lượng dinh dưỡng cao hơn) chất lượng dinh dưỡng cao lá cây phân hủy nhanh hơn (Wieder and Lang, 1982).
0 20 40 60 80 100
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375
Phần trăm trọng lượng khô (%)
Thời gian phân hủy (ngày)
Đước đôi Mắm trắng Vẹt tách
116
Hằng số phân hủy đã được xác lập cho các loài cây rừng ngập mặn mặc dầu tốc độ phân hủy thay đổi theo thời gian và vùng địa lý (Tam et al., 1998).
Boonruang (1978) xác định thời gian bán phân hủy 40 ngày cho cây Đước (R.apiculata) ở Thái Lan, Ashton et al. (2002) xác định thời gian bán phân hủy 76 ngày ở Malaysia, tương tự với nghiên cứu này thời gian bán phân hủy cho cây Đước là 86 ngày. Một nghiên cứu khác của Wafar et al. (1997) ở Ấn Độ ghi nhận thời gian bán phân hủy 289 ngày cho cây Đước (Rhizophora apiculata Bl.) và 347 ngày cho cây Đưng (Rhizophora mucronata). Có lẽ nhân tố môi trường địa phương đã góp phần ảnh hưởng tốc độ phân hủy ở Cà Mau nhanh hơn rất nhiều so với nghiên cứu ở Ấn Độ.
4.3.2.2 Diễn biến hàm lượng dinh dưỡng trong lá phân hủy trên 3 dạng lập địa Kết quả về thí nghiệm phân hủy lá cây được trình bày ở Bảng 4.28. Sự tái hấp thu dưỡng chất trước khi rụng lá là một cơ chế có hiệu quả để bảo tồn các nguyên tố có tầm quan trọng trong nhiều loài cây của rừng ngập mặn (Untawale et al., 1977). Tuy nhiên, vẫn còn một phần đáng kể các vật liệu hữu cơ và vô cơ quay vòng trong hệ thống thông qua sự phân hủy lá rụng (Wafar et al., 1997).
Các vật liệu này là nguồn quan trọng cho các sinh vật dị dưỡng. Sự phân hủy lá rụng thường xảy ra qua ba giai đoạn (Valiela et al., 1985).
* Hàm lượng đạm tổng trong lá
Hàm lượng đạm trong lá tăng lên trong quá trình thí nghiệm, do hoạt động của vi sinh vật phân hủy phóng thích N. Trong 5 ngày đầu của quá trình phân hủy, hàm lượng đạm trong lá Mấm và lá Vẹt tăng nhanh (tăng 2,22 lần đối với lá Vẹt và 1,85 lần đối với lá Mấm). Tuy nhiên từ ngày thứ 5 đến khi kết thúc quá trình thí nghiệm (ngày 21), hàm lượng N của lá Vẹt và lá Mấm bị phân hủy tăng nhưng không khác biệt có ý nghĩa thống kê (P>0,05). Đối với lá Đước hàm lượng đạm tăng sau 5, 10 và 21 ngày với tỷ lệ tương ứng 1,49 , 1,92 và 2,49 lần so với ngày đầu của quá trình phân hủy (Bảng 4.28)
* Hàm lượng lân tổng số trong lá
Hàm lượng lân tổng số trong lá của 3 loài cây tăng lên sau 21 ngày phân hủy trong túi chứa vật rụng. Ở lá Vẹt và lá Mấm Lân tăng và khác biệt có ý nghĩa thống kê so với ngày đầu của quá trình phân hủy, từ ngày thứ 5 đến khi kết thúc thí nghiệm Lân của 2 loại lá này tăng nhưng sự khác biệt không có ý nghĩa thống kê (P<0,05). Hàm lân trong lá Đước đôi phân hủy tăng đều qua các giai đoạn (khác biệt có ý nghĩa thống kê). Từ kết quả phân tích cho thấy Lân của lá Đước khi chưa phân hủy thấp hơn 2 loại lá còn lại (0,09% so với 0,18%
và 0,20% của lá Vẹt và Mấm). Tuy nhiên từ ngày thứ 10 đến khi kết thúc thí nghiệm lân ở 3 loại lá tương đương nhau (khác biệt không có ý nghĩa thống kê P>0,05).
117
* Hàm lượng carbon tổng trong phân hủy lá
Diễn biến hàm lượng carbon trong giai đoạn 21 ngày của sự phân hủy lá trong túi vật rụng có xu hướng giảm so với ngày đầu phân hủy. Kết quả phân tích đã xác định hàm lượng carbon trong lá Vẹt tách và lá Đước đôi giảm 1,1 lần. Hàm lượng C trong lá Vẹt ở ngày thứ 10 tăng lên (tăng 1,06 lần so với ngày đầu tiên) rồi giảm lại vào ngày 21, với lá Mấm trắng hàm lượng carbon tăng nhẹ sau 21 ngày phân hủy. Tuy nhiên không có sự khác biệt về hàm lượng carbon tổng số trong giai đoạn đầu phân hủy của 3 loại lá. Hàm lượng C trong 3 loại lá cây có sự khác biệt ở ngày đầu tiên của quá trình phân hủy, lá cây Vẹt có % C cao hơn 2 loại lá còn lại (58,09% so với 56,61% và 53,58% của Đước đôi và Mấm trắng). Tuy nhiên trong suốt quá trình phân hủy, % C giữa các loại lá không khác biệt có ý nghĩa thống kế đến khi kết thúc thí nghiệm (P>0,05).
Bảng 4.28: Diễn biến thành phần N, P, C trong lá cây phân hủy
Thành
phần Loại lá Ngày đầu tiên Ngày thứ 5 Ngày thứ 10 Ngày thứ 21
% N Vẹt tách 0,41±0,11Aa 0,91±0,18Ba 0,95±0,08Ba 0,96±0,05Ba Đước đôi 0,37±0,06Ab 0,55±0,03Bb 0,71±0,04Cb 0,92±0,09Da Mấm trắng 0,61±0,01Ac 1,13±0,03Ba 1,18±0,05Bc 1,20±0,12Bb
% P Vẹt tách 0,18±0,00Aa 0,23±0,03ABa 0,24±0,02Ba 0,26±0,06Ba Đước đôi 0,09±0,00Ab 0,13±0,01Bb 0,23±0,03Ca 0,32±0,02Da Mấm trắng 0,20±0,01Ac 0,25±0,01Ba 0,25±0,02Ba 0,28±0,03Ba
% C Vẹt tách 58,09±0,01ABa 54,16±2,17ACa 61,38±5,93Ba 50,93±1,78Ca Đước đôi 56,61±0,01Ab 54,05±1,62ADa 54,98±0,90ABa 53,71±2,22Ba Mấm trắng 53,58±0,01Ac 57,98±2,09Aa 58,57±1,50Aa 55,38±4,90Aa Ghi chú: Trong một hàng có ít nhất một chữ cái (A,B,C,D) giống nhau thì không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê 5% qua kiểm định Duncan
Trong cùng một cột có ít nhất một chữ cái (a,b,c) giống nhau thì không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê 5% qua kiểm định Duncan
Loài Đước đôi hằng năm cung cấp lượng vật rụng cho nền rừng ước tính 12,98 tấn/ha trọng lượng khô vật rụng. Trong đó lá rụng là thành phần đóng góp nhiều nhất 67% của tổng vật rụng, tiếp theo là cành chiếm (17%), lá kèm (8%), trụ mầm (5%) và các thành phần của hoa (3%). Loài Vẹt tách, tổng trọng lượng khô vật rụng hằng năm bổ sung cho nền rừng ước tính 9,84 tấn/ha. Lá chiếm hơn (71%) tổng số vật rụng, tiếp đến là lá kèm (13%), trụ mầm (8%), cành (7%) và những thành phần của hoa (1%). Loài Mấm trắng, tổng trọng lượng khô vật rụng hằng năm bổ sung cho nền rừng ước tính 10,12 tấn/ha. Lá rụng là thành phân đóng góp nhiều nhất (65%), tiếp đến là trái (17%), cành (12%) và cuối cùng là hoa (6%). Trong rừng Đước không tìm thấy tương quan cho tổng vật rụng và các thành phần chính của nó với các yếu tố khí hậu. Tổng lượng vật rụng của rừng Đước và rừng Vẹt không khác biệt giữa mùa khô và mùa mưa.
118
Tuy nhiên, lá rụng ở rừng Vẹt trong mùa khô cao hơn mùa mưa. Tổng số vật rụng của rừng Mấm trong mùa khô cao hơn mùa mưa. Những phát hiện của nghiên cứu cho thấy năng suất vật rụng của rừng Đước không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của các yếu tố khí hậu thủy văn.
Có sự khác biệt về thời gian phân hủy lá rụng giữa ba loài lá. Thời gian phân hủy tăng dần theo thứ tự rừng Vẹt tách đến rừng Mấm sau cùng là rừng Đước đôi. Tốc độ phân hủy đặc trưng cho từng loài, lá Vẹt phân hủy nhanh hơn lá Mấm và lá Đước. Sự phân hủy vật rụng rừng ngập mặn phụ thuộc vào loài cây và đặc điểm cấu tạo lá. Lá Đước có thời gian phân hủy lâu hơn lá Mấm và lá Vẹt là do trong lá Đước có thành phần Tanin là chất cản và bề mặt lá có lớp cutin bảo vệ ngăn cản sự sâm nhập của vi khuẩn phân hủy.
Hằng số phân hủy đã được xác lập trên 3 loài cây rừng ngập: đối với lá Đước đôi, thời gian bán hủy trong tự nhiên là 86 ngày; lá Mấm trắng thời gian bán hủy 75 ngày; Lá Vẹt tách thời gian bán hủy 71 ngày.
Tổng năng suất vật rụng của Đước đôi, Vẹt tách và Mấm trắng có ý nghĩa lớn trong việc cung cấp dinh dưỡng cho hệ sinh thái rừng khu vực cửa sông, góp phần cố định bãi bồi và phát triển bãi bồi theo thời gian. Mỗi năm, nếu vật rụng không xuất ra ngoài cồn thì Cồn Trong Ông Trang được tiếp nhận thêm bởi 31 - 34 tấn vật rụng của ba loài cây Vẹt tách, Đước đôi và Mấm trắng. Ngoài ra, cồn còn được tiếp nhận vật rụng của loài cây khác trên cồn.
Kết quả phân tích đã xác định được lượng dinh dưỡng (N, P và C) trung bình của vật rụng trả lại nền rừng (Bảng 4.29).
Bảng 4.29: Lượng dinh dưỡng tích lũy trong lá của ba loài cây Loài cây Năng suất lá rụng
(tấn/ha/năm)
N (tấn/ha/năm)
P (tấn/ha/năm)
C (tấn/ha/năm)
Mấm trắng 6,634 0,08 0,03 3,60
Đước đôi 8,767 0,09 0,02 4,79
Vẹt tách 6,968 0,06 0,02 3,84
Với năng suất lá rụng 6,634 tấn/ha/năm, Loài Mấm trắng trả lại nền rừng 80 kg N, 30 kg P và 3,6 tấn C mỗi năm trên 1 ha rừng. Đước đôi với năng suất lá rụng cao hơn Mấm trắng và Vẹt tách (8,767 tấn/ha/năm) mỗi năm trả lại nền rừng 90 kg N, 20 kg P và 4,79 tấn C trên 1 ha rừng. Loài Vẹt tách mỗi năm cũng cung cấp 60 kg N, 20 kg P và 3,84 tấn C trên 1 ha rừng thông qua sự rụng lá.
Ngoài lượng dinh dưỡng trả lại nền rừng từ vật rụng, nền rừng còn nhận được lượng dinh dưỡng từ trầm tích do quá trình bồi lắng phù sa từ hệ thống sông rạch trong khu vực nghiên cứu.
119
4.4. Nghiên cứu vai trò của Ba khía liên quan đến tuần hoàn dinh dưỡng trong rừng ngập mặn