Luận án Ảnh hưởng của các dạng lập địa và chế độ triều lên khả năng tích lũy cacbon của rừng ngập mặn tại tỉnh Cà Mau

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN HÀ QUỐC TÍN ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC DẠNG LẬP ĐỊA VÀ CHẾ ĐỘ TRIỀU LÊN KHẢ NĂNG TÍCH LŨY CACBON CỦA RỪNG NGẬP MẶN TẠI TỈNH CÀ MAU Chuyên ngành: Môi trường Đất và Nước Mã số: 9 44 03 03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC Cần Thơ - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC DẠNG LẬP ĐỊA VÀ CHẾ ĐỘ TRIỀU LÊN KHẢ NĂNG TÍCH LŨY CACBON CỦA RỪNG NGẬP MẶN TẠI TỈNH CÀ MAU LUẬN ÁN TIẾN SĨ MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. LÊ TẤN LỢI Cần Thơ - 2018 i TÓM LƯỢC Mục tiêu của luận án là khảo sát ảnh hưởng của thủy triều và điều kiện lý, hóa đất đến sự tích lũy cacbon (C) trên các dạng lập địa tại 2 khu vực cửa sông Vàm Lũng và cồn Ông Trang (cồn trong) thuộc RNM huyện Ngọc Hiển tỉnh Cà Mau. Trên mỗi dạng lập địa bố trí lát cắt gồm 6 ô tiêu chuẩn tròn có hướng vuông gốc từ bờ vào trong. Các số liệu được thu thập bao gồm: Cao trình, tần số ngập (TSN), độ sâu ngập (ĐSN) được tính toán dựa theo mực nước biển và so sánh với cao độ mặt đất. Giá trị pH đất, Eh đất, độ mặn của nước trong đất, dung trọng, hàm lượng chất hữu cơ (CHC) trong đất được đo trực tiếp ngoài đồng và phân tích trong phòng thí nghiệm. Khả năng tích lũy của bể C được tính bằng cách đo đường kính thân cây ngang ngực tại vị trí 1,3 m (DBH), thu mẫu vật rụng và phân tích mẫu đất. Số liệu được tính toán và phân tích thống kê bằng phần mềm SPSS và Excel. Kết quả nghiên cứu tại Vàm Lũng cho thấy lập địa ven sông có cao trình mặt đất thấp nhất, kế đó là lập địa cửa sông và cao nhất là lập địa ven biển nên lập địa ven sông có số lần ngập/năm và ĐSN cao nhất, kế đến là lập địa cửa sông và thấp nhất là lập địa ven biển. Giá trị độ mặn nước trong đất, pH và Eh trong đất cao nhất ở lập địa ven biển, kế đến là lập địa cửa sông và thấp nhất lập địa ven sông. Dung trọng đất cao nhất tại lập địa ven biển, tiếp theo là lập địa ven sông và thấp nhất tại lập địa cửa sông. CHC trong đất cao nhất tại lập địa cửa sông, kế đến là lập địa ven sông và thấp nhất tại lập địa ven biển. Tích lũy C trên cây đứng tại dạng lập địa ven biển thấp nhất, kế đến là lập địa ven sông và cao nhất tại lập địa cửa sông. Không có sự khác biệt thống kê về tích lũy C trong vật rụng, trong đất và trong rễ giữa các dạng lập địa. Phân tích tương quan mối quan hệ giữa các yếu tố môi trường đất và nước với tích lũy cacbon cho kết quả tại lập địa ven biển có tích lũy C trong đất, rễ cây đứng, vật rụng và cây đứng chịu tác động chủ yếu của pH đất; Eh đất và dung trọng. Riêng tích lũy C trong đất và vật rụng chịu ảnh hưởng của TSN và ĐSN. Bên cạnh đó, Tích lũy C trong đất còn chịu ảnh hưởng của hàm lượng CHC. Tại lập địa cửa sông, tích lũy C trong đất chịu tác động của các yếu tố lý hóa đất là pH đất và dung trọng. Tích lũy C cây đứng và rễ cây đứng chịu tác động của dung trọng và CHC. Tích lũy C vật rụng chịu tác động của TSN, ĐSN; pH đất, độ mặn của nước trong đất và Eh đất. Tại lập địa ven sông, tích lũy C trong đất, cây đứng và rễ cây đứng chịu tác động của độ mặn của nước trong đất. Tích lũy C cây đứng, vật rụng và rễ cây đứng chịu tác động của ĐSN. Tích lũy C cây đứng và rễ cây đứng cùng chịu tác động của Eh đất. Tích lũy C vật rụng còn ii chịu thêm tác động của CHC đất. Phân tích hồi quy đa biến mối tương quan giữa yếu tố lý hóa đất và tích lũy cacbon trong đất, cây đứng, vật rụng và rễ cây đứng ở rừng ngập mặn Vàm Lũng chỉ cho kết quả phương trình hồi quy đa biến được dự đoán mối tương quan giữa yếu tố lý hóa đất và tích lũy cacbon đất. Tại Cồn Ông Trang, lập địa cuối cồn có cao trình thấp nhất, kế đó là lập địa giữa cồn và ở đầu cồn là cao nhất. Đối với ĐSN cao nhất là ở cuối cồn, kế đến là lập địa giữa cồn và thấp nhất là lập địa đầu cồn, còn đối với TSN thì ngược lại. Giá trị pH đất cao nhất tại lập địa giữa cồn, kế tiếp là lập địa cuối cồn và thấp nhất tại lập địa đầu cồn. Giá trị Eh, độ mặn và hàm lượng CHC của đất không có sự khác biệt giữa các dạng lập địa. Dung trọng đất cao nhất tại lập địa đầu cồn, tiếp theo là lập địa giữa cồn và thấp nhất tại lập địa cuối cồn. Tích lũy C trong đất tại lập địa đầu cồn cao nhất khác biệt thống kê lập địa giữa cồn và lập địa cuối cồn. Tích lũy C trong vật rụng, cây đứng và rễ cây không có sự khác biệt giữa các dạng lập địa. Phân tích tương quan mối quan hệ giữa các yếu tố môi trường đất và nước với tích lũy cacbon cho kết quả tại lập địa đầu cồn, Tích lũy C trong đất, cây đứng và rễ cây đứng chịu tác động bởi Eh đất và CHC trong đất. Ngoài ra, tích lũy C trong đất còn chịu tác động của pH đất và dung trọng đất. Tích lũy C vật rụng chịu tác động của TSN và ĐSN. Tại lập địa giữa cồn, tích lũy C trong đất chịu tác động của pH đất và Eh đất. Tích lũy C vật rụng chịu tác động bởi Eh đất và độ mặn của nước trong đất. Tích lũy C rễ cây đứng chịu tác động bởi pH và dung trọng. Tích lũy C cây đứng có mối quan hệ nhưng chưa chịu tác động bởi các yếu tố lý hóa đất. Tại lập địa cuối cồn, tích lũy C trong đất, cây đứng và rễ cây đứng chịu tác động của pH đất; dung trọng đất. Tích lũy C trong đất còn chịu ảnh hưởng của ĐSN. Tích lũy C vật rụng chịu tác động của TSN. Phân tích hồi quy đa biến mối tương quan giữa yếu tố lý hóa đất và tích lũy cacbon trong đất, cây đứng, vật rụng và rễ cây đứng ở rừng ngập mặn Cồn Ông Trang chỉ cho kết quả phương trình hồi quy đa biến được dự đoán mối tương quan giữa yếu tố lý hóa đất và tích lũy cacbon đất. Từ khóa: Rừng ngập mặn, lập địa, chế độ triều, tích lũy cacbon, Ngọc Hiển, Cà Mau. iii ABSTRACT The objective of the thesis was to determine the influence of tide and physicochemical properties of soil on the carbon (C) accumulation on some topography at Vam Lung river and Ong trang islet in mangrove forests of Ngoc Hien district, Ca Mau province. The experiment was carried out on six circular plots on transects perpendicular to the shore or estuarine. Data were collected include: elevation, depth and frequency of inundation were calculated based on sea level and compared to ground elevations. Soil pH, soil Eh, salinity of soil water, density, and organic matter content in soil were measured directly in the field and analyzed in the laboratory. The accumulation capacity of the carbon pool was calculated by measuring tree diameters at breast height (DBH) at 1.3 m above the soil surface or 30 cm above the highest prop root for Rhizophora spp., collecting downed deadwood samples and analyzing soil samples. The data were statistically analyzed by SPSS and Excel software. The research results at Vam Lung showed that the riverine topography had the lowest elevation, followed by the estuarine and the highest is the fringe so the riverine had the highest number of inundation/year and the depth inundation, followed by estuarine and the lowest is the fringe topography. The value of salinity of soil water, pH, and Eh were the highest at the fringe topography, followed by the estuarine and the lowest at the riverine. The soil density was the highest in the fringe topography, followed by the riverine and lowest at the estuarine. The organic matter in the soil was the highest at estuarine, followed by the riverine and the lowest at the fringe topography. C accumulation on standing trees was the lowest in the fringe, followed by the riverine and the highest at estuarine topography. C accumulation in downed deadwood, soil and roots was not statistically diferent in three topography types. Results of the variable correlation analysis between the soil and water environmental factors and the accumulation of carbon showed that at the fringe topography, C accumulation in soil, roots of standing trees, downed deadwood and standing trees was affected by soil pH, soil Eh and soil density. The C accumulation in soil and downed deadwood was also affected by inundation frequency and depth. In additon, C accumulation in soil was affected by soil organic matter. At estuarine topography, C accumulation in soil affected by soil physical and chemical factors was pH of soil and density. Accumulation of standing trees and roots of standing tress was influenced by soil density and organic matter. C accumulation of downed deadwood was affected by the inundation frequency and depth; soil pH; salinity of soil water and soil Eh. At the riverine topography, C accumulation in soil, standing trees and roots of standing trees affected by soil physical and chemical factors was the salinity of soil water. C accumulation of roots of standing trees, downed deadwood and standing trees was affected by inundation depth. C accumulation of roots of standing trees and standing trees was affected by soil Eh. C accumulation of downed deadwood was also affected by soil organic matter. The multivariate regression analysis of the correlation between factors of chemical and physical of soil and C accumulation in soil, standing trees, downed deadwood and standing tree roots in Vam Lung mangrove forests only showed the multivariable regression which predicted the correlation between soil physical and chemical factors and soil C accumulation. The results research at Ong Trang islet showed that the tip of islet topography had the lowest elevation, iv followed by the middle of islet and the highest is the top of islet topography so the tip of islet topography had the highest number of inundation/year and the depth inundation, followed by middle of islet and the lowest is the top of islet topography. The pH value was the highest at the middle of islet topography, followed by the tip of islet and the lowest at the top of islet topography. The Eh, salinity of soil water, and organic matter in soil value were not different at three sites in Ong Trang islet. The soil density was the highest in the top of islet topography, followed by the middle of islet and lowest at the tip of islet topography. The accumulation in soil was the highest and statistically diferent in the top of islet topography, followed by the middle of islet and lowest at the tip of islet topography. C accumulation in litter fall, standing and root trees was not different in three topographiy types at islet. Results of the correlation analysis between the soil and water environmental factors and the accumulation of carbon showed that at the top of the islet, C accumulation in the soil, standing trees and roots of standing trees was affected by the soil Eh and organic matter. Besides, C accumulation of soil was affected by soil ph and density. C accumulation of downed deadwood was related but negatively impacted by soil physical and chemical factors but affected by inundation frequency depth. In the middle of the islet topography, C accumulation in soil affected by soil physical and chemical factors was soil pH and Eh. C accumulation of downed deadwood affected by soil physical and chemical factors was Eh and salinity of soil water. Accumulation of C roots affected by soil physical and chemical factors was pH and density. C accumulation of standing trees had a relationship but was not affected by soil physical and chemical factors. At the end of the islet, C accumulation in soil, standing trees and roots of standing trees was affected by soil pH and density. C accumulation in soil was affected by inundation depth. Accumulation of downed deadwood was efftected by inundation frequency. The multivariate regression analysis of the correlation between factors of chemnical and physical of soil and C accumulation in soil, standing trees, downed deadwood and standing tree roots in Ong Trang mangrove forests only showed the multivariable regression which predicted the correlation between soil physical and chemical factors and soil C accumulation. Key words: Mangrove forests, topography, tide regimes, carbon accumulation, Ngoc Hien, Ca Mau. v LỜI CẢM ƠN Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Phó Giáo sư, Tiến sĩ Lê Tấn Lợi, 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 cảm ơn Giáo sư, Tiến sĩ Lê Quang Trí và Phó Giáo sư, Tiến sĩ Dương Ngọc Thành đã giúp đỡ và hỗ trợ tôi trong thời gian thực hiện luận án. Xin gửi lời cảm ơn đến quí Thầy, Cô đã giảng dạy và cung cấp cho tôi kiến thức để có thể hoàn thành được luận án này. Xin cảm ơn anh Võ Ngươn Thảo, em Lý Hằng Ni, em Đỗ Thanh Tân Em, em Lý Trung Nguyên, em Đoàn Công Như, em Lê Huỳnh Ngọc Yến, các em học viên cao học Quản lý đất đai khóa 19, 20 và 21 và các em sinh viên ngành Lâm sinh khóa 35 và 36 đã nhiệt tình hỗ trợ tôi trong khảo sát, thu và phân tích mẫu. Xin cảm ơn em Nguyễn Vũ Lam và gia đình, em Nguyễn Văn Bạo và gia đình đã giúp đỡ tôi trong quá trình triển khai thu mẫu luận án tại huyện Ngọc Hiển, tỉnh Cà Mau. Xin trân trọng ghi nhớ tất cả những đóng góp chân tình, sự động viên giúp đỡ nhiệt tình của thầy cô, bè bạn và các anh, chị, em mà tôi không thể liệt kê hết trong lời cảm ơn 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. Tác giả luận án vi LỜI CAM ĐOAN vii MỤC LỤC TÓM LƯỢC ............................................................................................. i ABSTRACT ............................................................................................ iii LỜI CẢM ƠN .......................................................................................... v LỜI CAM ĐOAN ................................................................................... vi MỤC LỤC .............................................................................................. vii DANH SÁCH BẢNG ............................................................................ xii DANH SÁCH HÌNH ............................................................................ xiii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................. xvii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .................................................................... 1 1.1 Đặt vấn đề .......................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu.......................................................................... 2 1.2.1 Mục tiêu chung ......................................................................................... 2 1.2.2 Mục tiêu cụ thể ......................................................................................... 2 1.3 Nội dung nghiên cứu ......................................................................... 3 1.4 Điểm 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 .................................................................................. 3 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 ............................................... 5 2.1. Khái niệm về Rừng ngập mặn (RNM) ........................................... 5 2.2.1 Khái niệm lập địa ...................................................................................... 6 2.2.2 Phân loại lập địa rừng ngập mặn .............................................................. 7 viii 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân bố RNM ............................... 11 2.3.1 Khí hậu .................................................................................................... 11 2.3.2 Thuỷ văn ................................................................................................. 14 2.3.3 Địa hình ................................................................................................... 18 2.3.4 Đất và thể nền ......................................................................................... 18 2.4. Sinh khối rừng ................................................................................ 24 2.4.1 Sinh khối RNM ....................................................................................... 25 2.4.2 Vật rụng của RNM .................................................................................. 26 2.5. Tích lũy C của rừng ....................................................................... 26 2.6 Tổng quan vùng nghiên cứu ........................................................... 31 2.6.1. Vị trí địa lý vùng nghiên cứu ................................................................. 31 2.6.2. Khí hậu ................................................................................................... 31 2.6.3. Đất đai và địa hình ................................................................................. 32 2.6.4. Thủy văn ................................................................................................ 33 2.6.5. Hiện trạng RNM tại Cà Mau ................................................................. 34 2.6.6 Vị trí địa lý huyện Ngọc Hiển ................................................................. 34 2.6.7 Điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên vùng nghiên cứu ............. 35 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................ 41 3.1 Phương pháp nghiên cứu ............................................................... 41 3.1.1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp ..................................................... 41 3.1.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm ............................................................... 41 3.1.3 Thu thập số liệu....................................................................................... 44 3.1.3.1 Sinh khối cây ....................................................................................... 44 3.1.3.2 Thu mẫu vật rụng ................................................................................. 45 3.1.3.3 Thu và và xử lý mẫu đất ...................................................................... 47 3.1.3.4. Tổng lượng C ...................................................................................... 50 3.1.3.5 Đo độ ngập triều .................................................................................. 50 ix 3.1.3.6 Đo cao độ địa hình theo thủy triều ....................................................... 51 3.2 Sơ đồ tóm tắt bố trí thí nghiệm ...................................................... 53 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................... 54 4.1 Môi trường đất, nước và tích lũy C tại RNM Vàm Lũng ........... 54 4.1.1 Môi trường đất và nước .......................................................................... 54 4.1.1.1 Cao trình mặt đất RNM ....................................................................... 54 4.1.1.2 TSN triều của RNM ............................................................................. 55 4.1.1.3 ĐSN triều của RNM ............................................................................ 56 4.1.1.4 Thông số pH đất RNM ........................................................................ 57 4.1.1.5 Thông số Eh đất RNM ......................................................................... 58 4.1.1.6 Thông số độ mặn của nước trong đất RNM ........................................ 60 4.1.1.7 Thông số