- ỨNG DỤNG THỐNG KÊ ĐA BIẾN TRONG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC MẶT Ở VƯỜN QUỐC GIA U MINH HẠ - CÀ MAU. - Nghiên cứu này sử dụng phương pháp phân tích thành phần chính (PCA) và phân tích cụm (CA) để đánh giá biến động chất lượng nước mặt theo độ sâu tầng phèn nông và sâu ở vùng trồng keo lai, tràm trồng và tràm tự nhiên ở vùng lõi và vùng đệm Vườn Quốc gia U Minh Hạ. - Chín thông số chất lượng nước (pH, EC, DO, BOD 5 , COD, N-NH 4. - Kết quả nghiên cứu cho thấy chất lượng nước mặt tại khu vực nghiên cứu đã ô nhiễm hữu cơ, phèn và mặn. - Nước mặt trong rừng tràm và keo lai có BOD và COD rất cao mg/l) dẫn đến DO thấp. - Tuy nhiên, đây là loài cây không chịu ngập nên cần phải lên liếp trước khi trồng dẫn đến làm xáo trộn hiện trạng đất và tầng sinh phèn, phèn tiềm tàng được đưa lên bề mặt bị oxy hóa do tiếp xúc với không khí, đồng thời một lượng lớn các độc chất có trong tầng sinh phèn bị rửa trôi xuống kênh, mương làm chất lượng nước suy giảm trên diện rộng. - Phân tích và xác định các tác động đa chiều của thông số (gọi là biến số) thủy lý hóa liên quan đến chất lượng nước mặt trên vùng không gian rộng theo độ sâu tầng phèn tương ứng với các mô hình canh tác keo lai, tràm trồng và tràm tự nhiên là điều cần thiết. - Phần mềm thống kê Primer là lựa chọn tối ưu cho phân tích đa biến đối với nghiên cứu này, phần mềm được sử dụng làm nền tảng cơ bản để phân tích thống kê đa biến (MSA – multivariate statistics analysis) với các tùy chọn giao diện, hiển thị kết quả và cách trình bày phù hợp nhất từng nội dung nghiên cứu được chọn như phân tích cụm (CA - cluster analysis), phân tích thành phần chính (PCA - principal component analysis), phân tích phương sai đa biến (MANOVA. - CA là phương pháp phân loại các đối tượng hay các biến sao cho các đối tượng trong cùng một cụm xét theo các đặc tính được chọn để phân tích, ví dụ các biến số về thông số chất lượng nước được thu xác định theo tính chất đất, phân bố cây trồng theo vùng không gian rộng hoặc theo mùa trong tự nhiên. - quy chuẩn cho phép, phân vùng dựa vào chỉ số chất lượng nước (WQI) và mô hình thống kê bằng phần mềm Primer có thể giúp nghiên cứu này đề xuất các chỉ tiêu quan trắc nước mặt phục vụ công tác quản lý trên vùng địa lý rộng, điều này không những giúp tiết kiệm chi phí khảo sát chất lượng nước phục vụ cho mục đích canh tác nông nghiệp mà vẫn đảm bảo được công tác bảo tồn tự nhiên của VQG U Minh Hạ.. - 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Bố trí và chọn vùng thực nghiệm Nghiên cứu được thực hiện trên vùng trồng cây keo lai, tràm trồng và tràm tự nhiên ở 3 xã Nguyễn Phích, Khánh Thuận và Trần Hợi thuộc vùng đệm VQG U Minh Hạ (Hình 1) nhằm đánh giá sự khác biệt về tính chất nước trong các thủy vực (mương, kênh. - để loại bớt các chỉ tiêu chất lượng nước không cần thiết cho quá trình thu thập mẫu nước hay quan trắc nước mặt. - Mẫu nước được thu ở 30 vị trí vị trí phân bố đều trên toàn khu vực nghiên cứu, cụ thể dựa vào độ sâu tầng phèn (biểu loại đất (BLĐ) phèn nông (PN) có độ sâu ≤ 50 cm và phèn sâu (PS) với độ sâu ≥ 50 cm) và tuổi cây (keo lai <. - Mẫu nước được thu lặp lại 3 lần ở từng vị trí khảo sát (Nguyễn Hữu Thịnh, 2008).. - 2.2 Thu, bảo quản và phân tích mẫu Mẫu nước được thu thập trong các mương, kênh tại 30 vị trí thuộc khu vực keo lai, tràm trồng và tràm tự nhiên, trong đó 15 vị trí ở tầng PN và 15 điểm thuộc tầng PS. - Các thông số chất lượng nước được phân tích bao gồm độ chua của nước theo nồng độ ion H + (pH), độ dẫn điện (EC), oxy hòa tan (DO), nhu cầu oxy hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD 5. - Hình 1: Sơ đồ vị trí thu mẫu chất lượng nước mặt ở vùng đệm VQG U Minh Hạ, Cà Mau Nguồn: Phân viện quy hoạch và thiết kế Nông nghiệp Miền Nam, 2004. - PS.1, PS.2, PS.3: Keo lai >. - PS.4, PS.5, PS.6: Keo lai <. - PS.7, PS.8, PS.9: Tràm >. - PS.10, PS.11, PS.12: Tràm <. - PS.13, PS.14, PS.15 Tràm >. - PN.1, PN.2, PN.3: Keo lai >. - PN.4, PN.5, PN.6: Keo lai <. - PN.7, PN.8, PN.9: Tràm <. - PN.10, PN.11, Pn.12:. - PN.13, PN.14, PN.15: Tràm >. - Bảng 1: Các phương pháp phân tích các thông số chất lượng nước STT Thông số Phương pháp xác định. - Kết quả nghiên cứu này cho thấy tất cả các liên hệ giữa các thông số có hệ số tương quan lớn hơn 50% đều được góp phần xác định thông số chất lượng nước đặc trưng, có thể làm thông số nền cho các đợt quan trắc hay đo đạc chất lượng nước ở khu vực nghiên cứu về sau. - 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. - 3.1 Kết quả mô tả thông số chất lượng nước ở các vị trí khảo sát. - Thông số pH. - Kết quả nghiên cứu cho thấy giá trị pH ở tầng PN và PS vùng trồng keo lai và tràm trồng khác biệt có ý nghĩa thống kê (Bảng 2), trong khi đó kết quả này lại không khác biệt ở vùng tràm tự nhiên (vùng lõi VQG U Minh Hạ) và có giá trị pH cao hơn vùng tràm trồng và keo lai. - Giá trị pH tại các vị trí thu mẫu PN ở cả 3 vùng trồng keo lai, tràm trồng và tràm tự nhiên đều thấp hơn giới hạn cho phép về tiêu chuẩn nước mặt dùng cho bảo tồn động vật thủy sinh (pH: 6 – 8,5).. - Nguyên nhân là do quá trình cải tạo đất, lên liếp trồng keo lai và tràm thâm canh trên diện rộng làm. - Điều này cho thấy rằng chính quyền hay người dân cần hạn chế tác động đến tầng PN trong việc trồng keo lai và tràm vì có thể ảnh hưởng đến thủy sinh vật, trong đó có nguồn cá tự nhiên ở cả vùng đệm và vùng lõi của VQG.. - Thông số EC (electrical conductivity) Theo tác giả Lê Trình (1997), EC phản ảnh mức độ ion hòa tan trong nước, EC càng lớn khi ion hòa tan trong nước càng cao. - Kết quả khảo sát cho thấy EC ở các vị trí thu mẫu ở tầng PN cao hơn và khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức 5% so với PS ở vùng trồng keo lai và tràm tự nhiên, trừ vùng tràm trồng (Bảng 2). - Kết quả này cho thấy ion hòa tan trong đất được phóng thích ra môi trường nước ở vùng PN cao hơn PS, tuy nhiên một vài điểm khảo sát ở tầng PS vẫn phát hiện được giá trị EC cao có thể do nước mặt chảy tràn từ vùng PN lân cận. - Bảng 2: Tổng hợp kết quả các thông số chất lượng nước ở khu vực nghiên cứu. - Thông số Keo lai Tràm trồng Tràm tự nhiên. - Thông số Fe 3+. - Chỉ số Fe 3+ giữa khu vực khảo sát PN và PS khác biệt không có ý nghĩa thống kê, ngoại trừ vùng trồng keo lai. - So với quy chuẩn về tiêu chuẩn chất lượng nước mặt dùng cho bảo tồn động vật thủy sinh (Fe = 0,5 mg/l, QCVN 08-MT:2015/BTNMT), kết quả hàm lượng Fe 3+ dao động từ mg/l đều. - vượt giới hạn cho phép rất nhiều lần, đặc biệt là vùng trồng Keo lai (Fe 3. - Thông số Al 3+. - Tương tự kết quả khảo sát Fe 3. - chỉ có khu vực keo lai trên loại đất PN và PS có khác biệt có ý nghĩa thống kê, cụ thể hàm lượng Al 3+ là mg/l.. - Điều này là do khu vực trồng keo lai đều được lên liếp làm cho quá trình oxy hóa diễn ra dễ dàng dẫn đến hàm lượng Al cao hơn các khu vực khác. - Kết quả này phù hợp với giá trị pH thấp ở cùng vị trí khảo sát (Trần Kim Tính, 2003). - Thông số DO (dissolved oxygen). - Kết quả đo đạc DO nước vùng nghiên cứu cho thấy không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức 5%. - Mức độ DO dao động từ mg/l và đều thấp hơn quy chuẩn về chất lượng nước mặt dùng cho bảo tồn động vật thủy sinh (DO ≥ 6 mg/l, QCVN 08-MT:2015/BTNMT). - Theo nghiên cứu của Đặng Kim Chi (2001), oxy hòa tan trong nước phụ thuộc vào quá trình trao đổi chất duy trì năng lượng cho quá trình phát triển, sinh sản, tái sản xuất cho các vi sinh vật nhiều rong tảo thông qua quá trình quang hợp.. - Thông số BOD 5 (biochemical oxygen demand). - là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật tiêu thụ trong quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong nước, là thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ trong nước.. - Kết quả đo đạc cho thấy BOD 5 của khu vực nghiên cứu tương ứng ở vùng trồng keo lai, tràm trồng và tràm tự nhiên ở PN và PS khác khác biệt không có ý nghĩa thống kê. - Các chỉ số khảo sát đều vượt quy chuẩn về chất lượng nước mặt dùng cho bảo tồn động vật thủy sinh (BOD 5 ≤ 4 mg/l, QCVN 08- MT:2015/BTNMT). - Điều này cho thấy nước trong vùng nghiên cứu đều bị ô nhiễm hữu cơ.. - Thông số COD (chemical oxygen demand) Theo Đặng Kim Chi (2001), COD là hàm lượng. - lần so với quy chuẩn về chất lượng nước mặt dùng cho bảo tồn động vật thủy sinh (COD ≤ 10 mg/l, QCVN 08- MT:2015/BTNMT). - Thông số N-NH 4 + (mg/l). - Kết quả đo đạc N-NH 4 + trong vùng nghiên cứu, các giá trị này không khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các tầng phèn tương ứng với mô hình khảo sát.. - Kết quả thông số N-NH 4 + trong khu vực nghiên cứu đều cao hơn giới hạn cho phép về tiêu chuẩn chất lượng nước mặt dùng cho bảo tồn động vật thủy sinh (N-NH 4. - Kết quả này phù hợp trong điều kiện môi trường nghiên cứu thiếu oxy, tiêu tốn nhiều oxy cho phân hủy vật chất rơi rụng từ rừng, làm cho hàm lượng dinh dưỡng trong nước dạng amôn tăng cao.. - Thông số N-NO 3 - (mg/l). - Điều này phù hợp với nghiên cứu của Thomat (1998), hàm lượng nitrate trong môi trường nuôi cao sẽ không có lợi cho nuôi trồng thủy sản, đồng thời ở các ao nuôi cá nước ngọt, hàm lượng nitrate thích hợp từ 0,1 ÷ 10 mg/l, hàm lượng nitrate cao không gây độc cho cá nhưng có thể làm thực vật phù du “nở hoa” gây biến đổi chất lượng nước, không có lợi cho đối tượng nuôi (Tạ Hồng Minh và Huỳnh Trung Hải, 2017). - Kết quả đo đạc N-NO 3 - trong vùng nghiên cứu đạt ngưỡng cao hơn rất nhiều lần so với quy chuẩn chất lượng nước mặt dùng cho bảo tồn động vật thủy sinh (N-NO 3. - 3.2 Kết quả phân tích nhóm (CA) và thành phần chính (PCA) thông số chất lượng nước ở vùng nghiên cứu. - Kết quả tổng hợp thống kê mô tả về bộ dữ liệu. - Các thông số tương quan của thành phần 1 được giải thích cho việc chất lượng nước khu vực nghiên cứu chịu ảnh hưởng khá lớn từ các thành phần hóa học có trong vật liệu sinh phèn ở khu vực PN và PS, cụ thể là Al 3. - pH và EC, riêng thông số BOD 5 cho thấy môi trường nước các điểm khảo sát đều ô nhiễm hữu cơ do sự phân hủy vật chất rơi rụng của rừng keo lai và tràm. - Thành phần 2 với tổng giá trị phương sai đạt 17,18% với mối tương quan của các biến thông số COD (r. - vật rụng của rừng và các chất vô cơ tự nhiên hay được phóng thích từ đất được cải tạo, lên liếp trồng keo lai và tràm làm xáo trộn tầng đất mặt ở khu vực nghiên cứu. - Thành phần 3 được giải thích với giá trị phương sai đạt 15,10%, bao gồm thông số N-NH 4. - Tuy nhiên, mối tương quan của các thông số trong thành phần 3 chưa thật sự mạnh mẽ và chưa cho thấy xu hướng chung về các đặc trưng của chất lượng nước.. - Bảng 2: Biến động và giá trị trung bình các chỉ số chất lượng nước Thông số Đơn vị Giá trị lớn. - Kết quả phân tích cụm hình thành được 4 nhóm nước mặt gồm: nhóm 1 có vị trí PS.12 ở khu vực PS tràm trồng, nhóm 2 chỉ tập hợp các vị trí khảo sát ở tầng PS như PS.10, PS.11, PS.4, PS.5, PS.6 ở mô hình Keo lai và Tràm trồng. - nhóm 3 gồm 3 vị trí thuộc PN (PN.13, PN.15, PN.14) và 6 điểm PS (PS.1, PS.14, PS.2, PS.3, PS.13, PS.15). - Điều này cho thấy tính chất nước khá tương đồng riêng cho các vị trí PN và PS, có thể do nước mặt chảy liên thông giữa các vị trí do con người thiết kế cấu trúc các công trình thủy lợi. - tính tương đồng về các yếu tố chất lượng nước của nhóm còn lại giống với nhóm 3. - Như kết quả của Nguyễn Hải Âu và ctv. - (2014) yếu tố nhân sinh ảnh hưởng đến chất lượng nước ngầm theo mùa trong năm.. - Bảng 3: Ma trận rút trích thành phần chính yếu tố thông số chất lượng nước. - Thông số Thành phần 1. - Hình 2: Biểu đồ phân tích cụm đánh giá độ tương đồng các thông số chất lượng nước giữa các điểm khảo sát. - Nhìn chung, các vị trí thu mẫu thuộc nhóm 3 và 4 có các thông số phản ánh chất lượng nước khá tương đồng, cụ thể nhóm 3 có 3 vị trí PN (PN.13, PN.14, PN.15) ở tràm tự nhiên nhiều năm tuổi nên có thể chọn 1 điểm đại diện cho quan trắc nước mặt định kỳ hoặc các nghiên cứu về chất lượng nước cho mục đích quản lý rừng hay canh tác nông nghiệp cần thiết. - Tượng tự có thể chọn 2 trong 6 điểm (PS.1, PS.2, PS.3, PS.13, PS.14, PS.15) ở tầng PS như 1 điểm (PS.1) ở mô hình trồng keo lai và 1 điểm (PS.13) mô hình tràm tự nhiên để quan trắc nước mặt. - Đối với nhóm 4 có thể giảm 3 điểm thu mẫu nước mặt ở mô hình tràm trồng khu vực PN (PN.10, PN.11, PN.8), 2 điểm ở vị trí PS (PS.7, PS.8), và 4 điểm (PN.1, PN.2, PN.4, PN.5) đối với khu vực PN mô hình trồng keo lai.. - Các thông số pH thấp làm tăng mức độ phóng thích độc tố Fe 3. - Al 3+ trong nước và giá trị của chúng đều vượt ngưỡng giới hạn cho phép chất lượng nước mặt dùng cho bảo tồn động vật thủy sinh ở tất cả các điểm khảo sát. - Giá trị EC cao do vùng nghiên cứu có xu hướng bị nhiễm mặn, các thông số hóa học liên quan đến nguồn oxy trong nước gồm DO, BOD 5 , COD có biến động tương quan, làm tiêu tốn nhiều oxy cho quá trình phân hủy vật chất rơi rụng của cây tràm, keo lai dẫn đến thông số dinh dưỡng trong nước N-NH 4 + có xu hướng tăng cao.. - Kết quả phân tích thành phần chính (PCA) tìm ra đại diện các thông số lý hóa học nước (thành phần chính thứ 1) gồm pH, EC, BOD 5 và Al 3+ quyết định 66,77% biến động chất lượng nước mặt ở khu vực nghiên cứu, trong khi đó yếu tố Fe 3. - Tuy nhiên cũng cần quan tâm kết quả thông số này vì chúng có tính tương quan cao với các thông số trong nghiên cứu. - Kết quả phân tích cụm từ 30 vị trí khảo sát với 9 thông số chất lượng nước đã tìm ra 4 nhóm vị trí thu mẫu có chất lượng nước có tính tương đồng cao, giúp giảm 15 điểm trong tổng số 30 điểm khảo sát cho công tác quan trắc chất lượng nước mặt định kỳ hoặc cần thiết khi xác định chất lượng nước ở vùng đất có thể kết hợp sản xuất nông nghiệp và bảo tồn tự nhiên ở vùng đệm VQG U Minh Hạ.. - Thông tư số 65 /2015/TT-BTNMT ngày về việc ban hành QCVN 08-MT:2015/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước mặt.. - Bước đầu áp dụng kỹ thuật phân tích thống kê đa biến phân tích số liệu chất lượng nước lưu vực sông Thị Tính, Tỉnh Bình Dương. - Nghiên cứu tác động của việc lên liếp đến chất lượng đất, nước và sự tăng trưởng giai đoạn đầu của rừng tràm (Melaleuca cajuputi) ở tiểu khu 307, lâm ngư trường U Minh I, tỉnh Cà Mau. - Đánh giá chất lượng nước trong mương kiểu sử dụng đất trồng Keo lai (Acacia hybrid) và Tràm (Melaleuca cajuputi) tại U Minh Hạ, Cà Mau. - Báo cáo tổng hợp chuyên đề môi trường nước mặt trên địa bàn tỉnh Cà Mau năm 2017.