Tài liệu Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc và dinh dưỡng của rừng ngập mặn tại cồn ông trang, tỉnh cà mau

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VÕ NGƯƠN THẢO NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC VÀ DINH DƯỠNG CỦA RỪNG NGẬP MẶN TẠI CỒN ÔNG TRANG, TỈNH CÀ MAU LUẬN ÁN TIẾN SĨ MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC Cần Thơ năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VÕ NGƯƠN THẢO NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC VÀ DINH DƯỠNG CỦA RỪNG NGẬP MẶN TẠI CỒN ÔNG TRANG, TỈNH CÀ MAU Chuyên ngành: Môi Trường Đất và Nước Mã số: 62 44 03 03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. TRƯƠNG THỊ NGA Cần Thơ năm 2017 LỜI CẢM ƠN Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. TS Trương Thị Nga, Người đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi, đóng góp và cho những lời khuyên dạy hết sức quý báu để tôi hoàn thành Luận án này. Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến - Ban Giám Hiệu trường Đại Học Cần Thơ. - Ban Chủ nhiệm khoa Môi trường và Tài nguyên thiên nhiên. - Khoa Sau Đại học, phòng Đào tạo, phòng Quản lý Khoa học và các phòng ban chức năng khác của trường Đại học Cần Thơ. - Quí Thầy, Cô, anh chị bộ môn Khoa học môi trường, quí Thầy, Cô giáo và các Khoa, Phòng liên quan của trường Đại học Cần Thơ đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới Phó Giáo sư, Tiến sĩ Lê Tấn Lợi đã động viên hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban lãnh đạo vườn quốc gia Mũi Cà Mau đã đồng ý để tôi tiến hành bố trí thí nghiệm. Tôi xin gởi lời cảm ơn đến cán bộ, viên chức Trung tâm Nghiên cứu thực nghiệm Lâm nghiệp Tây Nam Bộ. Xin trân trọng ghi nhớ tất cả những đóng góp chân tình, sự động viên giúp đỡ nhiệt tình của bè bạn và các anh, chị, em mà tôi không thể liệt kê hết trong lời cảm tạ này. Cuối cùng, tôi xin gửi tấm lòng ân tình tới gia đình, đặc biệt là vợ và con của tôi là nguồn động viên và truyền nhiệt huyết để tôi hoàn thành Luận án. i TÓM TẮT Rừng ngập mặn có tính đa dạng sinh học cao, chức năng sinh thái quan trọng, đóng góp trong phát triển kinh tế, môi trường và đặc biệt có vai trò trong ứng phó biến đổi khí hậu. Tuy vậy hiện nay rừng ngập mặn không ngừng bị suy giảm diện tích và đa dạng sinh học bị tác động do nhiều nguyên nhân, trong đó có sự thiếu hiểu biết của cộng đồng và nhà quản lý về chức năng, hệ sinh thái rừng ngập mặn. Luận án do đó đã nghiên cứu cấu trúc và dinh dưỡng của rừng ngập mặn tại Cồn Trong Ông Trang nhằm góp phần duy trì hệ sinh thái, bảo tồn đa dạng sinh học, nâng cao ý thức cộng đồng và quản lý rừng ngập mặn bền vững. Các nội dung nghiên cứu được thực hiện nhằm đạt được các mục tiêu cụ thể: 1) Đánh giá các yếu tố môi trường đất và chế độ thủy văn ảnh hưởng đến phân bố thực vật rừng ngập mặn tại Cồn Trong Ông Trang. 2) Xác định các dạng lập địa và đặc điểm cấu trúc rừng ngập mặn tại Cồn Trong Ông Trang. 3) Đánh giá được năng suất vật rụng, tiến trình phân hủy lá rụng của 3 loài thực vật Đước đôi, Mấm trắng và Vẹt tách tại 3 dạng lập địa thuộc Cồn Trong Ông Trang. 4) Xác định được thành phần Ba khía và đánh giá tập tính ăn Ba khía qua sự chọn lựa lá rừng ngập mặn và đóng góp dinh dưỡng. Nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến phân bố của thực vật tại Cồn Trong Ông Trang thực hiện từ 5/2011 - 4/2012 với các lát cắt ngang và dọc từ đầu đến cuối mũi cồn. Các ô tiêu chuẩn đã được thiết lập với 3 lần lập lại tại đầu, giữa và cuối cồn cho nghiên cứu đất, cấu trúc thực vật và lập địa. Năng suất vật rụng Vẹt tách, Đước đôi và Mấm trắng được nghiên cứu từ tháng 2/2013 đến tháng 1/2014 bằng cách bố trí thí nghiệm với túi vật rụng 1 m2. Phân hủy lá thực hiện bằng cách cho lá của 3 loài kể trên cho vào các túi nylon để trên nền rừng, cân trọng lượng lá phân hủy ở các ngày 1, 2, 7, 10, 21, 58, 90, 128, 185, 304, 361. Nghiên cứu về khảo sát thành phần Ba khía và tập tính ăn thực hiện từ 10/2013 - 10/2014. Thí nghiệm về sự lựa chọn thức ăn tiến hành với 3 loại lá Vẹt tách, Đước đôi và Mấm trắng ở 2 tình trạng lá xanh và vàng trong các khung lưới 40 x 40 x 40 cm. Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đất đến sự phân bố của thực vật rừng ngập mặn, cho thấy cao trình chênh lệch từ 0 - 46 cm và số lần ngập triều trong năm theo cao trình từ 73 – 502 lần/năm, Giá trị Eh đất từ 69,5 mV cho đến -169,5 mV, độ mặn 29,12 - 29,26‰, %N từ 0,14 0,19%, %P2O5 từ 0,08 - 0,11%, Chất hữu cơ từ 9,66 - 10,97%. Khu vực cuối cồn có hàm lượng N-NH4+ trong đất cao nhất 10,74 mg/kg. Ngược lại, khu vực đầu cồn có hàm lượng N-NO3- trong đất cao hơn so với hai khu vực nghiên cứu còn lại. Các yếu tố môi trường này phù hợp cho sự phân bố của 12 loài thân gỗ và 4 loài dây leo, thân bụi tại Cồn Trong Ông Trang. ii Nghiên cứu đã xác định được 3 dạng lập địa. Tại cuối cồn, lập địa đặc trưng thành phần cơ giới thịt pha sét, đất ngập bởi các con nước triều cao trung bình, số lần ngập triều 484 lần/năm, dung trọng: 0,57 g/cm,3 Eh = -168,5 mV, %N = 0,14, N-NH4+ = 11,96 mg/kg, N-NO3- = 0,49 mg/kg, TP (P2O5%) = 0,08, hàm lượng dinh dưỡng ở mức trung bình, giàu chất hữu cơ, ưu thế với loài Mấm trắng. Ở giữa cồn, Đước đôi ưu thế với lập địa có thành phần cơ giới thịt trung bình, số lần ngập triều 189 lần/năm, dung trọng 0,65 g/cm3, Eh = -134 mV, %N = 0,19, N-NH4+ = 19,12 mg/kg, N-NO3- = 0,61 mg/kg, TP (%P2O5) = 0,09, hàm lượng dinh dưỡng ở mức trung bình, giàu chất hữu cơ. Tại đầu cồn, lập địa Vẹt tách có thành phần cơ giới sét pha thịt, số lần ngập triều 73 lần/năm, dung trọng: 1,04 g/cm3, Eh = 69,5 mV, %N = 0,14, N-NH4+ = 11,96 mg/kg, NNO3- = 0,49 mg/kg, TP (%P2O5) = 0,08, hàm lượng dinh dưỡng trung bình, giàu chất lữu cơ. Năng suất vật rụng của loài Đước đôi là cao nhất 12,98 T/ha/năm, Mấm trắng 10,12 T/ha/năm và Vẹt tách 9,88T/ha/năm. Tích lũy đạm lần lượt ở lá Đước đôi, Mấm trắng và Vẹt tách là 0,09 T/ha/năm; 0,08 T/ha/năm và 0,06 T/ha/năm. Tích lũy lân ở 3 loại lá dao động từ 0,02-0,03 T/ha/năm. Thời gian bán phân hủy với lá Đước đôi 86 ngày; lá Mấm trắng là 75 ngày; và lá Vẹt tách là 71 ngày. Phân huỷ lá có ý nghĩa trong đóng góp dinh dưỡng rừng ngập mặn. Nghiên cứu đã xác định được 4 loài Ba khía thuộc họ Sesarmidae. Loại lá ưa thích của Ba khía là lá Mấm, tiếp đến là lá Vẹt và lá Đước. Thí nghiệm cũng cho thấy Ba khía lựa chọn lá vàng để ăn hơn lá xanh. Ba khía đóng góp dinh dưỡng rừng ngâp mặn thông qua việc tiêu thụ lá rừng, cung cấp dinh dưỡng trở lại cho đất. Các kết quả quan trọng của luận án nhấn mạnh vai trò của rừng ngập mặn và đa dạng sinh học. Các kết quả từ nghiên cứu này có thể được triển khai ở những rừng ngập mặn có điều kiện tương tự để bảo tồn đa dạng sinh học, phát triển bền vững rừng ngập mặn và thích ứng với biến đổi khí hậu. Từ khóa: Yếu tố môi trường, cấu trúc, vật rụng, dinh dưỡng, rừng ngập mặn, Ba khía. iii ABSTRACT The mangrove has high diversity, important protection function, contributes to the economic development, environment and especially in climate change mitigation. However, the mangrove is decreasing due to many different causes including the awareness of community and the managers about the structure, function, ecosystem of mangrove. The thesis therefore focussed on the structure and nutrient at Ong Trang mangrove islet in order to contribute the results for ecosystem remain, biodiversity conservation, awareness increasing and sustainable development. The contents of research were conducted to aim 1) Environmental factors especially soil and tide characteristics on the distribution of mangrove 2) Top soil characteristics and mangrove structures determination at Ong Trang islet 3) Litter fall, leaf decomposition process of 3 species Avicennia alba Bl., Rhizophora apiculata Bl. and Bruguiera parviflora (Roxb.) W. ex Griff. at 3 top soil types at Ong Trang islet 4) Sesarmid species identification; the leaf species and status consumption choice of sesarmid and their contribution of nutrient cycle. The research of environmental factors affect on the structure of mangrove at Ong Trang islet was carried out 5/2011-4/2012 with 3 horizontal and vertical transects. The standard plots were established with 3 replicates at top,middle and tip of Ong Trang mangrove for soil, structure and top soil research. Litter fall of Avicennia alba Bl., Rhizophora apiculata Bl. and Bruguiera parviflora (Roxb.) W. ex Griff. study were implemented 2/2013-1/2014 with the litter bags made by net 1m2 hang under mangrove tree permanently in one year. Leaf decomposition net bags placed on the ground of mangrove and they were collected at the day 1, 2, 7, 10, 21, 58 ,90 ,128 ,185 ,304 ,361. The sesarmid identification and research on the leaf species choices of semarmid related to the nutrient cycle were carried out with Rhizophora apiculata Bl.and Bruguiera parviflora (Roxb.) W. ex Griff. 2 status green and yellow leaves were fed to sesarmid in the cage 40x40x40cm placed outside the mangrove forest. The results of the environmental factors affecting on the distribution of mangrove showed that the topography ranged 0-46 cm and the tide movement frequency was 73-502 times/year, Eh was 69,5-169,5 mV, the salinity ranged 29.12-29.26‰; N% changed 0.14-0.19% ; P2O5% was 0.08-0.11%; organic matter was 9.66-10.97%. At the tip of islet where Avicennia distributed, the concentration of N-NH4+ in the soil was high 10,74 mg/kg and at the top studied site with Bruguirea parviflora, soil had the high concentration of N-NO3-. These environmental factors showed the suitable conditions and characteristics for mangrove with 12 wood species, 4 bushes and weed species. The reseach determined 3 typics top soil in the mangrove at Ong Trang islet. At the tip, the top soil characterized by the loam and silt, deep submerged. Tide movement frequency was 484 times/year, soil bulk density: 0,57 g/cm3, Eh was recorded =-168 mV, N total 0,14%, N-NH4+11,96 mg/kg, N-NO3- 0,49 iv mg/kg, P total 0,08%, nutrient content were at average level, organic matter was hight. Avicennia was the dominant species. At the middle of Ong Trang mangrove, Rhizophora apiculate was dominant with the typic top soil which had content of silt, loam and sand, tide movement frequency was 198 times/year, soil bulk density: 0,65 g/cm3, Eh was obtained =-134mV, N total 0,19%, NNH4+ 19,12 mg/kg, N-NO3- 0,61 mg/kg, P total 0,09%, nutrient content was at average level, organic matter was hight. At the tip, Bruguirea parviflora (Roxb.) W. ex Griff. adapt with the top soil characterized by the silt, loam and sand. Tide movement frequency was 73 times/year, soil bulk density: 1,04 g/cm3, Eh was recorded =69.5mV, N total 0,14%, N-NH4+10,76 mg/kg, N-NO3- 0,92 mg/kg, P total 0,11%, nutrient content were at average level, organic matter was hight.. The annual dry weight of litterfall of Rhizophora apiculate was 12.98 tons/ha; regarding Avicennia alba Bl., total annual dry weight of litterfall was estimated 10.12 tons/ha for Bruguirea parviflora, total annual dry weight of litterfalls was estimated 9.88 tons/ha. The accumulated nitrogen in Rhizophora apiculate, Avicennia alba Bl. and Bruguirea parviflora leaves were 0.09 T/ha/year; 0.08 T/ha/year and 0.06 T/ha/year. The P accumulation was not different with 0.02-0.03 T/ha/year. The decomposition time of Rhizophora apiculate, Avicennia alba Bl. leaves and Bruguirea parviflora was 86 days; 75days and 71 days respectively. Decomposition of leaves is significant in contributing nutrients to the mangroves. Four Sesarmid species were found in this thesis belonging to Sesarmidea at Ong Trang islet. At Bruguiera parviflora (Roxb.) W. ex Griff. site, the research found 4 species while at Rhizophora apiculate, Avicennia alba Bl. determined 2 species. Favorite leaves Sesarma sp. Preferred was Avicennia alba Bl. leaf, next to Bruguiera gymnorrhiza leaf and Rhizophora apiculata Bl.. Old leaves was consumed faster than green leaves. Sesarma sp. contribute to saline forest nutrition through the sale of forest leaves, providing nutrients back to the soil. These important results emphasize the important role of mangrove and Sesarma sp. in the nutrient cycle of mangroves forest and Sesarma sp. is one of the important link in the food web of mangrove forests. The application of the results will be necessary in other mangrove forests with the same conditions for biodiversity conservation and sustainable mangrove development and climate change adaptation Keywords: Environmental factor, structure, litter fall, nutrient, mangrove, sesarmid. v LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu mà chính tôi đã thực hiện. Tất cả các số liệu trong Luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Tác giả Luận án Võ Ngươn Thảo vi MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... i TÓM TẮT .......................................................................................................... ii ABSTRACT...................................................................................................... iv LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. vi MỤC LỤC ....................................................................................................... vii DANH SÁCH BẢNG ........................................................................................ x DANH SÁCH HÌNH ....................................................................................... xii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... xiv Chương 1: GIỚI THIỆU .................................................................................... 1 1.1 Đặt vấn đề .................................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................... 2 1.2.1 Mục tiêu tổng quát .................................................................................... 2 1.2.2 Mục tiêu cụ thể ......................................................................................... 2 1.3 Nội dung nghiên cứu.................................................................................... 2 1.4 Tính mới của luận án ................................................................................... 3 1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................... 3 1.5.1 Đối tượng nghiên cứu ............................................................................... 3 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu .................................................................................. 4 1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ..................................................................... 4 1.6.1 Ý nghĩa khoa học ...................................................................................... 4 1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn....................................................................................... 4 Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................ 6 2.1 Tổng quan rừng ngập mặn ........................................................................... 6 2.1.1 Khái niệm về hệ sinh thái rừng ngập mặn ................................................ 6 2.1.2. Phân bố rừng ngập mặn ........................................................................... 7 2.2 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu ............................................................. 10 2.2.1 Thành phần loài và tính đa dạng sinh học rừng ngập mặn ..................... 10 2.2.2. Đặc điểm các yếu tố môi truờng của đất ngập nước ven biển ............... 12 2.3 Cấu trúc rừng ngập mặn............................................................................. 26 2.3.1 Nghiên cứu về cấu trúc rừng ngập mặn ở nước ngoài ............................ 27 2.3.2 Nghiên cứu về cấu trúc rừng ngập mặn Việt Nam ................................. 29 2.4 Năng suất vật rụng, phân hủy lá rụng và vai trò của Ba khía trong rừng ngập mặn................................................................................................................... 31 2.4.1 Nghiên cứu vật rụng loài Vẹt (Bruguiera sp.) ........................................ 32 2.4.2 Nghiên cứu năng suất vật rụng của loài Đước (Rhizophora spp.).......... 32 2.4.3 Nghiên cứu vật rụng loài Mấm (Avicennia sp.) ...................................... 35 2.4.4 Phân hủy vật rụng ................................................................................... 36 2.4.5 Vai trò của Ba khía trong việc tiêu thụ vật rụng rừng ngập mặn ........... 40 vii 2.5 Chu trình dinh dưỡng của rừng ngập mặn ................................................. 43 2.6 Khả năng cung cấp dinh dưỡng của rừng ngập mặn cho các hệ sinh thái lân cận .................................................................................................................... 46 2.7 Một số đặc điểm khu vực nghiên cứu ........................................................ 46 2.7.1 Vị trí địa lí ............................................................................................... 47 2.7.2 Điều kiện tự nhiên................................................................................... 47 Chương 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................. 51 3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu ............................................................. 51 3.1.1 Thời gian nghiên cứu .............................................................................. 51 3.1.2 Địa điểm nghiên cứu ............................................................................... 51 3.2 Phương tiện nghiên cứu ............................................................................. 51 3.3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu ....................................................... 52 3.3.1 Nghiên cứu các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phân bố của rừng ngập mặn tại Cồn Trong Ông Trang ................................................................ 52 3.3.2 Nghiên cứu cấu trúc rừng ngập mặn theo các dạng lập địa tại Cồn Trong Ông Trang ........................................................................................................ 56 3.3.3 Nghiên cứu tiềm năng năng suất vật rụng, phân hủy lá rụng ở các dạng lập địa Vẹt tách, Đước đôi, Mấm trắng ................................................................. 60 3.3.4 Nghiên cứu vai trò của Ba khía liên quan đến tuần hoàn dinh dưỡng đất rừng ngập mặn Cồn Trong Ông Trang ............................................................ 61 3.3.5 Phương pháp phân tích số liệu ................................................................ 65 Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 66 4.1 Nghiên cứu các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phân bố của rừng ngập mặn tại Cồn Trong Ông Trang ......................................................................... 66 4.1.1 Kết quả nghiên cứu các yếu tố môi trường ............................................. 66 4.1.2 Phân bố rừng ngập mặn Cồn Trong Ông Trang theo các yếu tố môi trường .......................................................................................................................... 76 4.1.3 Sự phân bố thực vật ................................................................................ 79 4.2 Nghiên cứu đặc điểm các dạng lập địa rừng ngập mặn tại Cồn Trong ..... 83 4.2.1 Phân dạng lập địa tại Cồn Trong Ông Trang .......................................... 83 4.2.2 Đặc điểm các dạng lập địa ...................................................................... 84 4.2.3 Kết quả nghiên cứu cấu trúc rừng ngập mặn theo dạng lập địa ............. 88 4.2.4 Cấu trúc phân bố thảm thực vật thân gỗ trên 3 dạng lập địa .................. 94 4.2.5 Tương quan giữa các yếu tố môi trường với đặc điểm sinh học của 3 loài cây ưu thế ....................................................................................................... 101 4.3 Tiềm năng năng suất vật rụng, phân hủy lá rụng ở các dạng lập địa Vẹt tách, Đước đôi, Mấm trắng ..................................................................................... 104 4.3.1 Năng suất vật rụng ................................................................................ 104 4.3.2 Phân hủy lá rụng ................................................................................... 113 viii 4.4. Nghiên cứu vai trò của Ba khía liên quan đến tuần hoàn dinh dưỡng trong rừng ngập mặn ............................................................................................... 119 4.4.1 Thành phần loài Ba khía và các chỉ số đa dạng trên 3 lập địa .............. 119 4.4.2 Tập tính ăn lá của Ba khía .................................................................... 124 4.4.3 Hàm lượng chất dinh dưỡng trong lá, phân và vai trò chuyển hóa dinh dưỡng của Ba khía ......................................................................................... 130 4.4.4 Vai trò chuyển hóa dinh dưỡng của Ba khía ........................................ 137 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................... 141 5.1 Kết luận .................................................................................................... 141 5.2 Kiến nghị.................................................................................................. 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 143 PHỤ LỤC ...................................................................................................... 162 ix DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1: Diện tích và phân bố rừng ngập mặn Việt Nam.............................. 10 Bảng 2.2: Phân nhóm các loài cây ngập mặn theo cấp độ ngập ...................... 13 Bảng 2.3: Thành phần loài cây rừng ngập mặn theo ngưỡng độ mặn Goa ..... 14 Bảng 2.4: Phân bố một số loài cây ngập mặn theo cấp độ ngập ..................... 15 Bảng 2.5: Các đặc điểm đất để xác định độ thành thục ngoài thực địa ........... 16 Bảng 2.6: Đánh giá hàm lượng carbon theo phương pháp Walkley-Black ..... 19 Bảng 2.7: Đánh giá hàm lượng Đạm tổng số trong đất ................................... 20 Bảng 2.8: Đánh giá đất theo tỉ lệ C/N .............................................................. 20 Bảng 2.9: Đánh giá hàm lượng lân tổng số trong đất ...................................... 21 Bảng 2.10: Phân loại đất theo thành phần cơ giới ........................................... 23 Bảng 2.11: Các yếu tố môi trường tự nhiên và sự phân bố của các loại rừng ngập mặn tại tỉnh Cà Mau......................................................................................... 24 Bảng 2.12: Các yếu tố dạng lập địa ................................................................. 26 Bảng 2.13 : Các nhóm dạng lập địa ................................................................. 26 Bảng 2.14: Các nghiên về năng suất vật rụng của loài Đước .......................... 33 Bảng 2.15: Các nghiên cứu về vật rụng loài Mấm .......................................... 35 Bảng 2.16: Phương trình hồi quy và thời gian bán hủy (t50) của túi vật rụng . 39 Bảng 2.17: Phương trình hồi quy và thời gian bán hủy lá Đước đôi và Dà vôi .................................................................................................................... 39 Bảng 2.18: Diễn biến của vật rụng trong rừng ngập ở Queensland ................ 41 Bảng 2.17: Thành phần loài thực vật ngập mặn tại Cồn Trong Ông Trang .... 49 Bảng 2.18: Phân bố các loài ưu thế tại Cồn Trong Ông Trang Cà Mau.......... 50 Bảng 3.1: Tóm tắt phương pháp phân tích mẫu đất......................................... 55 Bảng 3.2: Phương pháp phân tích mẫu lá phân hủy ........................................ 61 Bảng 4.1: Tần số ngập triều hàng tháng (5/2011- 4/2012) của 3 khu vực ...... 66 Bảng 4.2: Cao trình đất ở các khu vực nghiên cứu .......................................... 67 Bảng 4.3: Giá trị pH ở các khu vực nghiên cứu .............................................. 67 Bảng 4.4: Eh đất (mV) ở các khu vực nghiên cứu........................................... 69 Bảng 4.5: Hàm lượng N-NH4+ trong đất ở các khu vực nghiên cứu ............... 72 Bảng 4.6: Thành phần loài thực vật ngập mặn tại khu vực nghiên cứu .......... 78 Bảng 4.7. Sự phân bố các loài thực vật theo các yếu tố môi trường ............... 79 Bảng 4.8: Đặc điểm của 3 lập địa tại Cồn Trong Ông Trang .......................... 84 Bảng 4.9: Tần số ngập triều tại Cồn Trong Ông Trang ................................... 85 Bảng 4.10: Độ thành thục đất tại 3 lập địa ...................................................... 85 Bảng 4.11: Dung trọng đất tại 3 lập địa (g/cm3) .............................................. 86 Bảng 4.12: Thành phần cơ giới tại 3 dạng lập địa ........................................... 86 Bảng 4.13: Thành phần hóa học đất tại các dạng lập địa ................................ 87 Bảng 4.14: Mật độ cây theo lập địa ................................................................. 88 x Bảng 4.15: Đường kính cây theo lập địa ......................................................... 89 Bảng 4.16: Chiều cao cây theo lập địa ............................................................ 89 Bảng 4.17: Các chỉ số đa dạng sinh học của khu vực nghiên cứu ................... 90 Bảng 4.18: Chỉ số giá trị quan trọng (IVI)....................................................... 94 Bảng 4.19: Tương quan giữa đặc điểm thủy văn và tính chất vật lý đất ....... 101 Bảng 4.20: Tương quan giữa đặc điểm thủy văn và tính chất hóa học đất.... 101 Bảng 4.21: Tương quan giữa mật độ của 3 loài cây ưu thế với đặc điểm thủy văn của các lập địa ......................................................................................... 102 Bảng 4.22: Tương quan giữa mật độ của 3 loài cây ưu thế với đặc điểm lý hóa đất của các lập địa .......................................................................................... 102 Bảng 4.23: Thành phần và trọng lượng vật rụng của 3 loài cây .................... 105 Bảng 4.24: Thành phần và tổng lượng vật rụng của 3 loài cây ưu thế .......... 107 Bảng 4.25: Năng suất vật rụng của Mấm trắng ............................................. 111 Bảng 4.26: Hệ số tương quan Pearson và mức ý nghĩa của các thành phần và tổng lượng vật rụng với các biến khí hậu ...................................................... 113 Bảng 4.27: Phương trình hồi quy và thời gian bán hủy cho túi vật rụng ...... 114 Bảng 4.28: Diễn biến thành phần N, P, C trong lá cây phân hủy .................. 117 Bảng 4.29: Lượng dinh dưỡng tích lũy trong lá của ba loài cây ................... 118 Bảng 4.30: Thành phần các loài Ba khía khảo sát trên 3 lập địa ................... 119 Bảng 4.31: Các chỉ số đa dạng của nhóm Ba khía tại các lập địa ................. 120 Bảng 4.32: Tần suất xuất hiện và số cá thể các loài Ba khía của 9 ô tiêu chuẩn ở tất cả 3 lập địa ............................................................................................. 123 Bảng 4.33: Trọng lượng lá xanh Ba khía tiêu thụ ......................................... 127 Bảng 4.34: Trọng lượng lá vàng Ba khía tiêu thụ ......................................... 130 Bảng 4.35: Hàm lượng carbon trong lá cây rừng ngập mặn .......................... 131 Bảng 4.36: Hàm lượng Nitơ trong các loại lá cây rừng ngập mặn ................ 131 Bảng 4.37: Tỷ lệ C/N trong lá cây rừng ngập mặn ........................................ 132 Bảng 4.38: Hàm lượng lân (%) trong lá rừng ngập mặn ............................... 133 Bảng 4.39: Carbon trong phân Ba khía từ loại lá rừng khác nhau ................ 135 Bảng 4.40: Hàm lượng N trong phân Ba khía khi cho ăn các loại lá khác nhau ................................................................................................................ 136 Bảng 4.41: Tỷ lệ C/N trong phân Ba khía và đất rừng .................................. 136 Bảng 4.42: Hàm lượng P trong phân Ba khía và đất rừng............................. 137 Bảng 4.43: Lượng lá cây và dinh dưỡng Ba khía giữ lại ............................... 139 xi DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1: Phân bố rừng ngập mặn ở các vùng khác nhau trên thế giới ............. 7 Hình 2.2: Sự phân bố rừng ngập mặn (màu xanh) ở Việt Nam ......................... 9 Hình 2.3: Loài cây ngập mặn thực sự ở Đông Nam Á .................................... 11 Hình 2.4: Chu trình dinh dưỡng ở rừng ngập mặn .......................................... 44 Hình 2.5: Vị trí khu vực nghiên cứu ................................................................ 47 Hình 3.1: Địa điểm nghiên cứu và vị trí thu mẫu ............................................ 52 Hình 3.2: Phương pháp xác định độ ngập nước và địa hình............................ 53 Hình 3.3: Túi thu mẫu vật rụng Vẹt tách (A) và Đước đôi (B) ....................... 60 Hình 3.4: Túi phân hủy lá rụng ........................................................................ 61 Hình 4.1: Giá trị pH đất trung bình tại 3 khu vực nghiên cứu ......................... 68 Hình 4.2: Hàm lượng đạm tổng trong đất ở các khu vực nghiên cứu ............. 70 Hình 4.3: Hàm lượng N-NH4+ trong đất ở các khu vực nghiên cứu ............... 73 Hình 4.4: Hàm lượng N-NO3- ở các khu vực nghiên cứu................................ 74 Hình 4.5: Bản đồ phân bố loài cây ưu thế tại cồn Trong Ông Trang .............. 77 Hình 4.6: Mối quan hệ giữa các loài ở các mức tương đồng ........................... 91 Hình 4.7: Mối quan hệ giữa các quần xã ở các mức tương đồng .................... 93 Hình 4.8: Phân bố tần suất theo cấp chiều cao của quần xã Vẹt tách.............. 96 Hình 4.9: Phân bố tần suất theo cấp chiều cao quần xã Đước đôi .................. 97 Hình 4.10: Phân bố tần suất theo cấp chiều cao của quần xã Mấm trắng ....... 98 Hình 4.11: Phân bố tần suất theo cấp đường kính trên lập địa Vẹt tách ......... 98 Hình 4.12: Phân bố tần suất theo cấp đường kính trên lập địa Đước đôi ...... 100 Hình 4.13: Phân bố tần suất theo cấp đường kính trên lập địa Mấm trắng ... 100 Hình 4.14: Tổng lượng vật rụng hàng tháng của 3 loài cây nghiên cứu ....... 106 Hình 4.15: Diễn biến sự rụng và hình thành lá mới của Vẹt tách ................. 108 Hình 4.16: Diễn biến sự rụng và hình thành lá mới của Đước đôi ................ 109 Hình 4.17: Diễn biến sự rụng lá của Mấm trắng ........................................... 109 Hình 4.18: Năng suất vật rụng (hoa và trụ mầm) của Vẹt tách ..................... 110 Hình 4.19: Năng suất vật rụng (hoa và trụ mầm) của Đước đôi ................... 111 Hình 4.20: Phân hủy lá rụng theo thời gian của 03 loài cây tại các lập địa... 115 Hình 4.21: Thành phần loài Ba khía tại Cồn Trong Ông Trang .................... 120 Hình 4.22: Mối quan hệ giữa các quần xã Ba khía trên 3 dạng lập địa ......... 122 Hình 4.23: Mối quan hệ giữa các loài Ba khía tại khu vực nghiên cứu ........ 123 Hình 4.24: Số lượng Ba khía bắt được sau 30 phút ở ba lập địa ................... 124 Hình 4.25: Trọng lượng ba loại lá xanh được Ba khía tiêu thụ ở đợt 1 ......... 125 Hình 4.26: Trọng lượng ba loại lá xanh được Ba khía tiêu thụ ở đợt 2 ......... 126 Hình 4.27: Trọng lượng ba loại lá xanh được Ba khía tiêu thụ ở đợt 3 ......... 127 Hình 4.28: Trọng lượng ba loại lá vàng được Ba khía tiêu thụ ở đợt 1 ......... 128 Hình 4.29: Trọng lượng ba loại lá vàng được Ba khía tiêu thụ ở đợt 2 ......... 128 xii Hình 4.30: Hình trọng lượng ba lá vàng được Ba khía tiêu thụ ở đợt 3 ........ 129 Hình 4.31: Trọng lượng phân khi cho Ba khía ăn các loại lá khác nhau....... 134 Hình 4.32: Phân Ba khía sau khi cho ăn lá .................................................... 135 Hình 4.33: Sự biến đổi C/N trong lá và phân Ba khía ................................... 138 xiii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt RNM CHC IVI NT DLĐ ĐBSH OTC FAO RTN RT NMDS VJR RNM Sở NN và PTNN VQG AEP IWP Tiếng Việt Rừng ngập mặn Chất hữu cơ Chỉ số giá trị quan trọng Nghiệm thức Dạng lập địa Đồng bằng sông Hồng Ô tiêu chuẩn Tổ chức nông lương thế giới Rừng tự nhiêm Rừng trồng Tiếng Anh Important value Index Non Metric multi – Dimensional Scaling Virgin Jungle Reserve Rừng ngậm mặn Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Vườn quốc gia Đông Thái Bình Dương Ấn Độ - Tây Thái Bình Dương RD RF RG Relative Density Relative Frequency Relative Growth xiv Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Rừng ngập mặn là hệ sinh thái đất ngập nước nhiều nhất và độc đáo nhất ở các vùng bãi triều nhiệt đới và cận nhiệt đới (Nagarajan et al., 2008; Estrada et al., 2015). Thực vật rừng ngập mặn sinh trưởng và phát triển trên đất phù sa chịu tác động trực tiếp của thủy triều, khí hậu nóng ẩm và điều kiện ngập thường xuyên với độ mặn cao. Sự tồn tại và phát triển của rừng ngập mặn do đó có quan hệ chặt chẽ với các nhân tố khí hậu, thủy văn, địa hình và các điều kiện lý, hóa của môi trường đất và lập địa. Cơ sở để quản lý rừng ngập mặn bền vững là các kiến thức về mối quan hệ giữa các nhóm nhân tố môi trường với cấu trúc sinh thái, thành phần loài, tính đa dạng sinh học; cấu trúc theo không gian và thời gian mà hệ sinh thái rừng ngập mặn tồn tại và phát triển. Các yếu tố môi trường như điều kiện đất đai, chế độ ngập triều, độ mặn có ảnh hưởng lên sự phát triển của rừng ngập mặn và sự thích nghi của loài. Ngoài ra hàm lượng dinh dưỡng cũng là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến cấu trúc và năng suất rừng ngập mặn (Reef et al., 2010). Những chất mùn bã xuất phát từ rừng ngập mặn là nguồn dinh dưỡng chủ yếu và có ảnh hưởng đáng kể đến mạng lưới thức ăn (Odum and Heald, 1972; Robertson and Daniel, 1989). Trong các khu rừng ngập mặn vùng cửa sông, vật rụng là lá cây chiếm đến 40–95% tổng lượng vật rụng (Day et al., 1996; Wafar et al., 1997). Ngoài ra, vật rụng còn là một nguồn dự trữ dinh dưỡng trong sự tuần hoàn của các chất dinh dưỡng cho cây sinh trưởng và phát triển (Alongi, 2009). Chu trình dinh dưỡng và màu mỡ của đất trong một hệ sinh thái rừng phụ thuộc nhiều vào sinh khối vật rụng và thành phần vật rụng chứa các chất dinh dưỡng (Triadiati et al., 2011). Tầm quan trọng của vật rụng rừng ngập mặn trong sự duy trì chuỗi thức ăn cơ bản trong môi trường ven biển đã được trình bày bởi Golley et al. (1962); Odum and Heald (1975): Ong et al. (1984); Lee (1995). Trong hệ thống nuôi tôm – rừng, lá đước phân hủy cung cấp nhiều dưỡng chất cho thủy vực (Bùi Thị Nga và Scheffer, 2004). Để quản lý và phát triển bền vững hệ sinh thái rừng ngập mặn, quy hoạch và bảo tồn đa dạng sinh học, phục vụ công tác tái trồng rừng ven biển, cần nghiên cứu các tiến trình bên trong và những tác động bên ngoài đến hệ sinh thái. Các tác động của các nhân tố môi trường đa dạng và không tuân theo quy luật, điều đó rất dễ gây tổn thương cho rừng ngập mặn. Tuy nhiên, hiện nay rừng ngập mặn đã suy thoái và giảm diện tích rất nhiều do áp lực việc phá rừng để nuôi tôm, biến đổi rừng ngập mặn thành các khu dân cư, phát triển cơ sở hạ tầng, phát triển các khu công nghiệp. Sự tàn phá này là do dân số ngày càng tăng, ý thức cộng đồng về vai trò, chức năng của rừng ngập 1 mặn kém. Mặt khác, nguyên nhân còn phải kể đến là kiến thức còn hạn chế của các nhà quản lý về vai trò của rừng ngập mặn trong việc cung cấp dinh dưỡng dựa trên cơ sở vật rụng phân hủy cho đất rừng ngập mặn. Việc nghiên cứu cấu trúc rừng theo các yếu tố môi trường và năng suất vật rụng, cũng như nghiên cứu dinh dưỡng trong rừng ngập mặn mang tính cấp thiết nhằm đạt được các kết quả khoa học và thực tiễn cho các đề xuất có tính chiến lược trong giáo dục cộng đồng, quản lý, bảo vệ và sử dụng rừng ngập mặn một cách bền vững. Do đó luận án “Nghiên cứu cấu trúc và dinh dưỡng của rừng ngập mặn tại Cồn Ông Trang, tỉnh Cà Mau” đã được thực hiện nhằm nghiên cứu một số quy luật phát triển của rừng ngập mặn trên nền tảng phân tích mối liên hệ giữa các yếu tố môi trường và cấu trúc rừng, sự cung cấp dinh dưỡng, chức năng sinh thái của thực vật và động vật đóng góp vào tuần hoàn dinh dưỡng rừng ngập mặn Cồn Trong Ông Trang. Nội dung của luận án chỉ được thực hiện ở khu vực Cồn Trong Ông Trang nhưng đây sẽ là cơ sở dữ liệu quan trọng áp dụng cho quản lý rừng ngập mặn, bảo tồn đa dạng sinh học, phát triển bền vững hệ sinh thái đất ngập nước ven biển nói chung. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu tổng quát Nghiên cứu mối quan hệ giữa các yếu tố môi trường tự nhiên tại Cồn Trong Ông Trang và hệ sinh thái rừng ngập mặn tại đây nhằm mục đích góp phần bảo vệ đa dạng sinh học, duy trì hệ sinh thái, phục vụ cho phát triển bền vững rừng ngập mặn chịu ảnh hưởng của triều biển Đông và biển Tây, ứng phó với biến đổi khí hậu. 1.2.2 Mục tiêu cụ thể - Đánh giá được các yếu tố môi trường đất và chế độ thủy văn ảnh hưởng đến phân bố thực vật rừng ngập mặn tại Cồn Trong Ông Trang. - Xác định các dạng lập địa và đặc điểm cấu trúc rừng ngập mặn tại Cồn Trong Ông Trang. - Đánh giá được năng suất vật rụng, tiến trình phân hủy lá rụng của 3 loài thực vật Đước đôi, Mấm trắng và Vẹt tách tại 3 dạng lập địa thuộc Cồn Trong Ông Trang. - Xác định được thành phần Ba khía và đánh giá tập tính ăn của Ba khía qua sự chọn lựa lá rừng ngập mặn và đóng góp dinh dưỡng. 1.3 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phân bố rừng ngập mặn tại Cồn Trong Ông Trang. - Nghiên cứu cấu trúc rừng ngập mặn theo các dạng lập địa tại Cồn Trong Ông Trang. 2 - Tìềm năng năng suất vật rụng, phân hủy lá rụng ở các dạng lập địa Vẹt tách, Đước đôi, Mấm trắng. - Vai trò của Ba khía liên quan đến tuần hoàn dịnh dưỡng đất rừng ngập mặn Cồn Trong Ông Trang. 1.4 Tính mới của luận án - Trong nghiên cứu các yếu tố môi trường ảnh hưởng sự phân bố rừng ngập mặn tại Cồn Trong Ông Trang, kết quả đã cho thấy cao trình, tần suất và chế độ ngập, đặc điểm lý hóa đất với đạm tổng số 0,24%, lân tổng số 0,080,11%, hữu cơ 10,09-10,7%, độ mặn 19,7‰, phù hợp cho thực vật với 12 loài thân gỗ, 4 loài thân bụi và dây leo. Nghiên cứu đã xác định được 3 dạng lập địa: Vẹt tách ở đầu cồn, Đước đôi ở giữa cồn và Mấm trắng ở cuối cồn. Tại cuối cồn, lập địa đặc trưng thành phần cơ giới thịt pha sét, đất ngập bởi các con nước triều cao trung bình, đặc trưng quá trình khử trong đất, hàm lượng dinh dưỡng đất ở mức trung bình, giàu chất hữu cơ, loài cây ưu thế là Mấm trắng. Ở giữa cồn, Đước đôi ưu thế với lập địa có thành phần cơ giới thịt trung bình, hàm lượng dinh dưỡng đất ở mức trung bình khá, chất hữu cơ trong đất ở mức cao. Tại đầu cồn, Vẹt tách chiếm ưu thế, đất có thành phần cơ giới sét pha thịt, số lần ngập triều ít, hàm lượng dinh dưỡng đất ở mức trung bình khá, giàu chất hữu cơ. Trong nghiên cứu năng suất vật rụng luận án đã đánh giá được sự đóng góp dinh dưỡng cao nhất ở loài Đước đôi với năng suất vật rụng đạt 12,98 tấn/ha/năm, trong đó năng suất vật rụng lá Đước đạt 0,696 tấn/ha/năm, đạm 4 kg/ha, lân 1 kg/ha và cacbon 258 kg/ha. Thời gian bán hủy lá của 3 loài cây từ 71 đến 86 ngày, lá Mấm trắng có thời gian phân hủy nhanh nhất. Phân huỷ lá có ý nghĩa trong đóng góp dinh dưỡng rừng ngập mặn. Luận án đã xác định được 4 loài Ba khía tại 3 dạng lập địa, trong đó Ba khía càng đỏ phân bố nhiều hơn các loài khác. Ba khía ăn cả 3 loại lá Vẹt, Đước, Mấm xanh và vàng. Ba khía là một trong những mắt xích quan trọng trong quá trình chuyển hóa dinh dưỡng của rừng ngập mặn. Ba khía không chỉ tác động đến cấu trúc cũng như tính chất lý hóa của nền rừng thông qua việc đào hang làm đất tơi xốp, tăng tính hiếu khí cho đất,… mà những hoạt động sống của chúng góp phần vào sự sinh trưởng và phát triển của cây rừng cũng như những sinh vật nhỏ hơn sống trong đất. 1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.5.1 Đối tượng nghiên cứu Luận án đã chọn đất, nước vùng giáp biển Đông và biển Tây, chế độ ngập 3 triều; thực vật rừng ngập mặn tại Cồn Trong Ông Trang, là đối tượng trong nghiên cứu về các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phân bố rừng ngập mặn tại Cồn Trong Ông Trang. Thành phần vật rụng của Đước đôi, Mấm trắng, Vẹt tách và 3 dạng lập địa là đối tượng nghiên cứu của tiềm năng năng suất vật rụng, phân hủy lá rụng theo cấu trúc rừng ngập mặn ở các dạng lập địa. Nhóm Ba khía, lá Đước xanh và vàng, lá Vẹt xanh và vàng, lá Mấm xanh và vàng, là đối tượng trong nghiên cứu vai trò của Ba khía đóng góp trong tuần hoàn dinh dưỡng rừng ngập mặn. 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phân bố rừng ngập mặn được thực hiện trong phạm vi Cồn Trong Ông Trang thuộc vườn quốc gia mũi Cà Mau trong thời gian từ tháng 5/2011 đến 4/2012. - Cấu trúc rừng ngập mặn theo các dạng lập địa được nghiên cứu tập trung từ đầu cồn đến cuối cồn trong thời gian từ tháng 5/2011 đến 4/2012. - Nghiên cứu tiềm năng năng suất vật rụng và phân hủy lá rụng được tiến hành tại 3 dạng lập địa Dước đôi, Mấm trắng và Vẹt tách của Cồn Trong Ông Trang trong thời gian từ tháng 2/2013 đến tháng 1/2014. - Thành phần các nhóm Ba khía và vai trò của Ba khía được nghiên cứu thông qua bố trí thí nghiệm trên nền rừng tại 3 dạng lập địa Đước đôi Vẹt tách và Mấm trắng với 2 tình trạng lá vàng và lá xanh. 1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1.6.1 Ý nghĩa khoa học Luận án trình bày những kết quả nghiên cứu cơ bản về các yếu tố môi trường đất, đặc điểm của các dạng lập địa ảnh hưởng đến cấu trúc, sự phân bố và thích nghi của nhóm thực vật ưu thế góp phần cho các định hướng bảo tồn và phục hồi rừng ngập mặn ven biển. Luận án cũng cung cấp những kết quả nghiên cứu về năng suất vật rụng của 3 loài cây Mấm trắng, Đước đôi và Vẹt tách. Các kết quả về động thái phân hủy lá rụng chỉ ra các kết quả định lượng, là cơ sở góp phần cho các nghiên cứu hệ sinh thái ven biển Đông. Các kết quả về tập tính ăn của nhóm Ba khía cung cấp các dữ liệu khoa học về chức năng sinh thái rừng ven biển và việc duy trì hệ sinh thái, bảo tồn đa dạng rừng ngập mặn. 1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu của luận án về đặc điểm môi trường đất, triều, lập địa ảnh hưởng đến cấu trúc rừng ngập mặn tại Cồn Trong Ông Trang cho thấy tầm quan trọng của việc quy hoạch tái trồng rừng cần dựa trên sự thích nghi với điều 4