Nội dung và phương pháp nghiên cứu rừng ngập mặn

28 II NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU II.1 Nội dung Nhằm tìm hiểu về vai trò của khu vực rừng ngập mặn bị gãy đổ đối với các thủy vực lân cận, chúng tôi chọn nghiên cứu dinh dưỡng tại khu vực này. Đề tài “Định lượng photpho vào và ra dưới ảnh hưởng của thủy triều tại một khu rừng ngập mặn bị gãy đổ do bão ở huyện Cần Giờ” đưa ra các mục tiêu nghiên cứu: 1. Định lượng lượng photpho trả xuống nền trầm tích thông qua vật rụng trong một năm. 2. Tìm hiểu sự biến thiên lượng photpho vào và ra khỏi khu vực nghiên cứu qua diện tích mặt cắt của một lạch ngập triều. 3. Khu vực rừng ngập mặn bị bão làm gãy đổ này đóng vai trò là nguồn hay bồn chứa dinh dưỡng cho thủy vực kế cận. Để đạt được các mục tiêu nghiên cứu đã nêu trên, đề tài đã tiến hành các nội dung sau: 1. Xác định năng suất vật rụng của khu vực nghiên cứu. Phân tích hàm lượng photpho trong các đối tượng mẫu vật rụng để định lượng P trả xuống nền trầm tích thông qua các thành phần vật rụng. Tiến hành đo độ mặn nước trầm tích ở ba tầng đất 20 cm, 50 cm và 100 cm để tìm các tương quan giữa độ mặn và tốc độ rụng lá cũng như tốc độ ra lá mới. 2. Xác định tải lượng photpho vào và ra khỏi khu vực nghiên cứu qua các pha khác nhau: photpho trong vật rụng trôi nổi, photpho hòa tan trong nước lạch và photpho trong các hạt mịn lơ lửng. Các công việc tiến hành bao gồm: a. Thu mẫu vật rụng trôi nổi vào đợt mùa mưa và đợt mùa khô ở vị trí đầu nguồn con lạch dẫn nước vào khu vực. Phân tích hàm lượng photpho trong các mẫu vật rụng trôi nổi. 29 b. Thu mẫu nước và tách lọc các dạng mẫu bằng giấy lọc (đường kính lỗ lọc là 0,45 µm): P hòa tan, P từ các hạt cỡ nhỏ. c. Đo đạc các chỉ tiêu của nước lạch bao gồm: pH, to, EC, độ mặn, DO theo một chu kỳ ngày đêm vào mùa mưa và mùa khô để tìm hiểu sự tương quan giữa các chỉ tiêu lý hóa với hàm lượng P trong nước lạch. 3. Đo đạc địa hình mặt cắt con lạch và lưu tốc dòng chảy tại vị trí thu mẫu để xác định thể tích dòng chảy qua diện tích mặt cắt lạch biến thiên theo cao độ ngập triều, từ đó tính toán được tải lượng vật chất thông qua diện tích mặt cắt. 4. Tổng hợp kết quả, tính toán và phân tích kết quả nhằm tìm hiểu vai trò của rừng ngập mặn đối với thủy vực lân cận. II.2 Vật liệu và hóa chất II.2.1 Vật liệu Lưới có kích thước mắt 1 x 1mm. Vợt vớt vật rụng có kích thước mắt lưới 1 x 1mm. Cây tầm vông, dây rút. Thước dây. Ống nhựa , đồng hồ, la bàn. Kẹp, giấy bạc, bao zip. Rây có kích thước mắt lưới là 0,25 mm. Pipet 1 – 5 ml và pipet 10 – 100 μl, đầu típ. Ống đong 100 ml, bình xịt tia. Chai nhựa 0,5 l. Bộ dụng cụ lọc, bơm hút. Cối và chày, cọ. Lọ nhựa đựng mẫu bột. Bình hút ẩm. Chén nung. Khay cát, bếp nấu. 30 Bình định mức 100 ml. Giá đỡ, phễu thủy tinh, ống nhỏ giọt Ống nghiệm, đĩa petri, becher, paraffin. Máy đo 6 chỉ tiêu WTW Multi 340i. Giấy lọc sợi thủy tinh Advantec GC – 50, đường kính 47 mm, kích thước lỗ lọc 0,45 μm. Cân 2 số Sartorius CP 4202S. Cân 4 số AND RH-200. Tủ sấy Shel lab. Máy xay mẫu IKA A11 basic Tủ đốt mẫu XMT 62T51. Máy đo quang phổ Genesys 10uv, cuvette OG 6030. Máy ly tâm EBA 20 – Hettich Zentrifugen, ống ly tâm. Máy lắc Shaker HY-2. Máy thủy bình Leica Na 820 và thước –mia. II.2.2 Hóa chất Nước cất. Dung dịch HgCl2 35 µg/l. Silicagel. Cồn. Dung dịch HCl 1/3. Dung dịch HCl 1M. Dung dịch HNO3 1/3. Dung dịch H2SO4 4.9N. K(SbO)C4H4O6.0,5 H2O. Axit ascorbic – C6H8O6. (NH4)6Mo7O24.4H2O. Dd photphat chuẩn của MERCK 1000 mg/l – KH2PO4. Dd chuẩn điện cực pH. 31 II.3 Phương pháp thực địa II.3.1 Phương pháp ô mẫu Hình II.1: Bản đồ bố trí các đường cắt và ô mẫu (Nguồn: Đề tài nghiên cứu “Động thái của vành đai rừng ngập mặn vùng cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai và ven biển Đông đồng bằng sông Cửu Long” – tài liệu chưa được công bố) Toàn bộ khu vực được bố trí 4 đường cắt: A, B, C, D. Các đường cắt dẫn ngang qua phần rừng có cây bị gãy đổ và phần rừng còn cây sống sót. Trong đó, đường cắt A nằm trên vùng gãy đổ đã bị tác động của con người, các thân gỗ còn lại sau cơn bão đã được thu dọn, chỉ còn lại gốc cây và các cành nhỏ. Đường cắt B, C và D nằm trên vùng gãy đổ còn nguyên trạng, trên sàn rừng còn lại toàn bộ sinh khối các cây đổ, các đường cắt này song song với nhau, cách nhau một khoảng cách đều đặn khoảng 50 m. Trên mỗi đường cắt bố trí các ô mẫu liên tiếp nhau có diện tích 20 x 20 m. 32 II.3.2 Phương pháp thu mẫu vật rụng tại bẫy Tại mỗi ô mẫu được chọn làm thí nghiệm, thiết kế các bẫy vật rụng diện tích là 1 m x 1 m kích thước mắt lưới là 1 x 1 mm, khung bằng cây tầm vông, các bẫy nằm cách nền trầm tích 1,5 m (trên mức ngập triều cao nhất của khu vực). Tần số thu mẫu: 1 lần/tháng. II.3.3 Phương pháp thu mẫu vật rụng trôi nổi Căng một tấm lưới có diện tích 10 m x 4 m và kích thước mắt lưới là 1 x 1 mm ngang con lạch dẫn nước vào khu gãy đổ tại vị trí cửa lạch, dùng các cây tầm vông gia cố chắc chắn, cạnh dưới của lưới được ghim xuống đáy lạch. Dùng vợt vớt tất cả vật rụng trong suốt 24 giờ. Theo dõi mực thủy triều tại vị trí căng lưới theo định kỳ mỗi giờ, ghi nhận số liệu. Tần số thu mẫu: 2 lần/năm vào ngày có đỉnh triều cao nhất ở 2 mùa: mùa mưa, mùa khô. Hình II.2: Bản đồ vị trí thu mẫu nước (Nguồn: Nguyễn Thái Minh Quân, 2008) 33 II.3.4 Phương pháp thu mẫu nước lạch Tại điểm căng lưới thu mẫu vật rụng trôi nổi, tiến hành thu 500 ml mẫu nước tầng mặt. Thu mẫu nước mỗi giờ trong suốt 24 tiếng, chứa mẫu trong các chai nhựa đã tráng sạch bằng nước lạch. Trữ lạch ở -2oC. Các thông số thủy lý hóa (nhiệt độ, hàm lượng oxygen hòa tan, pH, độ dẫn điện) được đo trực tiếp trong lạch bằng máy đo 6 chỉ tiêu WTW Multi 340i tại mỗi thời điểm thu mẫu. Tần số thu mẫu: 2 lần/năm vào các ngày có đỉnh triều cao nhất của 2 mùa mưa và khô. II.3.5 Phương pháp đo địa hình con lạch và lưu tốc dòng chảy a. Nguyên tắc đo địa hình: xác định cao độ của các điểm cần đo so với cao độ của mực nước biển. Dụng cụ: Máy thủy bình Leica Na 820 và thước – mia. Phương pháp đo địa hình: đặt máy tại điểm trạm đo. Sau khi định tâm, chỉnh máy về vị trí cân bằng. Đo chiều cao máy bằng mia. Một người sẽ dựng mia lên điểm chi tiết cần đo và người còn lại quay máy đến ngắm mia đặt ở điểm chi tiết. Các số liệu đọc được ghi ngay vào sổ đo, sau đó chuyển sang điểm kế tiếp. Sử dụng la bàn để ngắm sao cho các điểm cần đo phải nằm trên một đường thẳng vuông góc với con lạch ở vị trí căng lưới thu mẫu vật rụng trôi nổi. b. Phương pháp đo lưu tốc dòng chảy: Sử dụng chai nhựa, bên trong chứa một lượng nước đủ để chai nổi khoảng ½ trên mặt nước. Đầu chai nối với dây đo dài 3 m. Dây đo này được cố định sát mặt nước. Thả chai nhựa và bấm giờ để tính thời gian chai nhựa trôi được khoảng cách 3 m. Từ số liệu này tính toán được vận tốc dòng chảy mặt. Đảm bảo các vị trí đo lưu tốc dòng nằm tại nơi đo địa hình lạch triều. 34 Mỗi lần đo ghi nhận cao độ ngập nước, thời điểm đo và vận tốc dòng ở 3 vị trí: cách hai bờ lạch 1- 1,5 m và vị trí giữa lạch. Công thức tính lưu tốc dòng chảy: V (m/s) = 3/t Trong đó: V: lưu tốc dòng (m/s). t: thời gian (s). II.4 Phương pháp xử lý mẫu II.4.1 Phương pháp xử lý mẫu thực vật Mẫu thực vật đem về được phân loại riêng các thành phần: cành, lá, hoa, quả, cuống lá, lá kèm và thành phần không xác định. Số lượng lá kèm cũng được ghi nhận và được sử dụng để đánh giá tốc độ tạo lá mới. Gói mẫu trong các túi giấy và ghi rõ nhãn mẫu. Sấy mẫu ở 90oC cho đến khi đạt trọng lượng không đổi. Mẫu sau đó được đem đi xay và rây qua rây có kích thước mắt lưới 0,25 μm để bảo đảm tính đồng nhất của mẫu. Sau khi đồng nhất thành dạng bột mịn, mẫu được chứa trong các lọ nhựa kín cho các phân tích hóa học về sau. II.4.2 Phương pháp xử lý mẫu nước Ngay sau khi thu, mẫu được lọc qua giấy lọc có đường kính là 47 mm, kích thước lỗ lọc 30 μm nhằm tách lọc pha hòa tan và pha vật liệu hạt cỡ nhỏ. 50 ml dịch lọc sau đó được thêm vào 150 μl dung dịch HgCl2 35 µg/l. Trữ ở - 2oC cho phân tích photpho hòa tan. Giấy lọc được bơm hút đến khô ráo rồi gấp đôi 2 lần, sau đó được gói vào giấy nhôm. Giấy lọc được trữ đông cho đến khi phân tích photpho dạng hạt cỡ nhỏ. 35 II.5 Phương pháp phân tích mẫu II.5.1 Phương pháp phân tích photpho hòa tan (SRP – soluble reactive photphorus) trong nước lạch sau lọc a. Nguyên lý: Photpho dạng hòa tan được đo bằng phương pháp quang phổ so màu theo mô tả của Riley và Murphy (1962) ở bước sóng 880 nm. Photpho được nhận diện bằng phản ứng xanh molybdate, cường độ màu xanh biểu thị nồng độ photphat trong dung dịch. Hỗn hợp các chất tham gia phản ứng tạo màu gồm bốn chất: • H2SO4 4.9N. • (NH4)6Mo7O24.4H2O. • C6H8O6. • K(SbO)C4H4O6.0,5 H2O. b. Trình tự các bước thực hiện: Chuẩn bị 100 ml dung dịch các chất tham gia phản ứng tạo màu (mix- reagent): • 50 ml H2SO4 4.9N. • 15 ml (NH4)6Mo7O24.4H2O. • 30 ml C6H8O6. • 5 ml K(SbO)C4H4O6.0,5 H2O. Dung dịch gốc nồng độ 1000 mg/l được pha loãng thành dung dịch có nồng độ 10 mg/l sử dụng cho việc xây dựng đường chuẩn 7 điểm với thang đo tiêu chuẩn 0 – 1 mg PO4/l. 36 Nồng độ của 7 điểm như sau: Chai số Nước cất thêm vào (ml) Dd chuẩn thêm vào (μl) [PO4] trong dd dựng đường chuẩn (mg/l) 1 10 0 0 2 9.99 10 0.01 3 9.95 50 0.05 4 9.90 100 0.1 5 9.50 500 0.5 6 9.25 750 0.75 7 9.00 1000 1 0,5 ml mẫu được pha loãng 10 lần bằng nước cất. Trộn mẫu và hỗn hợp chất phản ứng theo tỉ lệ mẫu: chất phản ứng = 5:1. Dung dịch tạo thành được đo sau 30 phút ở bước sóng 880 nm với máy đo quang phổ Genesys 10uv. Tương quan tuyến tính giữa hệ số hấp thu và nồng độ P (trong dung dịch chuẩn) được thể hiện theo đồ thị và phương trình tương quan sau: y = 0.0053x + 0.0005 R2 = 0.9997 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Abs (mE) [P O 4] (m g/ l) c. Photphat chứa trong mẫu được nội suy từ phương trình hồi quy: [PO4] (mg)/mẫu (g) = (y – b)/a x Ve /Va Trong đó: y: mức hấp thụ (mE). 37 a và b : hệ số của phương trình y = ax + b. Ve : thể tích cuối cùng (5 ml). Va : thể tích dịch lọc (0,5 ml). II.5.2 Phương pháp phân tích photpho trong mẫu thực vật a. Nguyên lý: Photpho hữu cơ đòi hỏi phải vô cơ hóa bằng nhiệt cao và hòa tan bằng axit HNO3 1/3, mẫu sau đó được đo như dạng photpho hòa tan. b. Trình tự các thao tác thực hiện: Cân chính xác khoảng 45 – 55 mg bột mẫu trong chén nung. Ghi nhận các số liệu. Sấy mẫu qua đêm ở 90oC và ghi nhận khối lượng thật của mẫu bột sau khi loại nước. Nung mẫu ở 810oC trong tủ nung trong 6 giờ. Sau khi để nguội, mẫu được thêm vào 10 ml HNO3 1/3, đặt chén chứa mẫu vào khay cát và đun cho đến khi thấy khói trắng bốc lên từ chén. Mẫu trong chén sau đó được pha loãng thành 100 ml chứa trong bình định mức. Lọc lại mẫu bằng giấy lọc sợi thủy tinh Advantec, đường kính lỗ lọc là 0,45μm để loại bỏ các phân tử lơ lửng làm ảnh hưởng đến kết quả đo. 0,5 ml dịch sau lọc được pha loãng 10 lần bằng nước cất và phân tích theo mô tả của Riley và Murphy (1962) (trình tự các bước như mô tả phần III.5.1). Photpho chứa trong mẫu được nội suy từ phương trình hồi quy: [PO4] (mg)/mẫu(g) = (y – b)/a x Vd/m x Ve /Va Trong đó: y: mức hấp thu (mE). a và b : hệ số của phương trình y = ax + b. Vd : thể tích sau lần lọc đầu tiên (100 ml). 38 m : trọng lượng mẫu sau khi sấy qua đêm (mg). Ve : thể tích cuối cùng (5 ml). Va : thể tích mẫu đại diện (0,5 ml). II.5.3 Phương pháp phân tích photpho trong mẫu giấy lọc a. Nguyên lý: Giấy lọc được xử lý theo phương pháp của viện Terramare của Đức. Giấy sau khi lọc chứa các hạt photpho có nguồn gốc vô cơ và cả hữu cơ. Dạng hạt P vô cơ được hòa tan bằng axit HCl 1M. Dạng hạt P tổng (bao gồm cả hữu cơ và vô cơ) được vô cơ hóa bằng nhiệt sau đó cũng được hòa tan bằng axit HCl 1M. b. Trình tự các bước thực hiện: - Giấy lọc trắng được cân trước và sau khi sấy đến khối lượng không đổi. - Giấy đã qua lọc được sấy đến khối lượng không đổi. Phần vật liệu lơ lửng nằm trên giấy lọc được tính toán từ khối lượng giấy qua lọc trừ cho khối lượng giấy lọc trắng. - Chuyển ½ giấy sang ống ly tâm cùng với 10ml HCl 1M. Lắc ống qua đêm ở 180 rpm (revolutions per minute) rồi ly tâm trong 5 phút với vận tốc 3500 rpm. - Hút 5ml dịch nổi phía trên chuyển vào chai nhựa, sấy ở 65oC cho đến khi khô hẳn. Các chai được dán nhãn và sử dụng để phân tích photpho vô cơ dạng hạt (PIP). - ½ giấy lọc còn lại được chuyển vào chén nung. Sấy chén ở 65oC cho đến khi khô hẳn, đem nung ở 550oC trong 1 giờ. - Thêm vào 10ml HCl 1M vào phần giấy lọc sau nung và đem lắc qua đêm ở 180 rpm. - Sau đó ly tâm trong 5 phút bằng máy ly tâm ở 3500 rpm. - Hút 5ml dịch nổi phía trên cho vào chai nhựa, sấy khô ở 65oC. Các chai này được sử dụng để phân tích photpho tổng dạng hạt (TPP). 39 - Khi phân tích photpho, thêm vào mỗi chai 10 ml nước cất để hòa tan phần tủa trong chai rồi lọc lại bằng giấy lọc sợi thủy tinh Advantec, đường kính lỗ lọc là 0,45 μm nhằm loại bỏ các hạt lơ lửng ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ. - Dịch sau lọc được pha loãng 10 lần, mẫu này được phân tích theo mô tả của Riley và Murphy (1962) (trình tự các bước như mô tả phần III.5.1). Theo định luật Lambert – Beer [56], nồng độ được tính theo phương trình sau: c = E/ε x d Trong đó c: nồng độ (mol/l) E: mức hấp thụ (mE – milli extinction) ε: sự hấp thụ ở mức phân tử (l/mol/cm) d: chiều dài cuvette-chiều dài tia sáng đi qua (cm) Bởi vì hàm lượng P được phân tích thấp, nên mức độ hấp thụ được mô tả bằng mili-extinction (mE) và sự hấp thụ ở mức phân tử được tính bằng đơn vị l/mol/cm. Công thức sẽ là: c = mE/f x d với f = ε.103.10-6 Ở nồng độ 1μmol, ε = 22.700 l/mol/cm và chiều dài tia sáng đi qua 1cm của cuvette, giá trị hấp thụ đối với phosphate hòa tan trong dung dịch đo là 0,0227. Vì thế f = 22.700 x 103 x 10-6 = 22,7. Vì vậy, photpho chứa trong mẫu được nội suy từ phương trình sau: TPP (PIP) = mE/f x EV/FV x VF (µmol/l) Trong đó mE: mức hấp thụ (mE). 40 f: hệ số hấp thu của phosphate (22,7). EV: thể tích dung dịch tách chiết (0,01 lít). FV: thể tích nước đem lọc (lít). VF: hệ số pha loãng (1 lần). Photpho hữu cơ (POP) được tính toán theo phương trình: POP = TPP – PIP Trong đó: POP: photpho hữu cơ dạng hạt. TPP: photpho tổng dạng hạt. PIP: photpho vô cơ dạng hạt. II.6 Phương pháp tính toán diện tích mặt cắt lạch triều Số liệu địa hình lạch triều được nhập vào phần mềm MapInfo Professional. Sử dụng MapInfo Professional để vẽ mặt cắt lạch và tính diện tích mặt cắt dao động theo độ ngập của lạch triều. II.7 Phương pháp tính lưu lượng nước Lưu lượng nước qua mặt cắt lạch được tính toán theo phương trình: LL = S x V x 1000 Trong đó: LL: lưu lượng nước (l/s) S: diện tích mặt cắt lạch (m2). V: lưu tốc dòng chảy (m/s). II.8 Phương pháp tính toán tải lượng photpho trong nước lạch triều Tải lượng photpho trong nước lạch triều đi qua diện tích mặt cắt lạch được tính toán theo phương trình: [PO4] = (TPP + SRP) x LL (mg/s) 41 Trong đó: TPP: photpho tổng dạng hạt (mg/l). SRP: photpho hòa tan trong nước lạch (mg/l). LL: lưu lượng nước (l/s). II.9 Phương pháp xử lý số liệu Sử dụng phần mềm Microsoft Excel 2003 để xử lý số liệu thống kê, tìm giá trị trung bình ở độ tin cậy 95%, xét các tương quan tuyến tính và phi tuyến tính, so sánh các phương sai mẫu bằng kiểm định F-test và T-test, phân tích thống kê ANOVA ở mức sai số 0,05. Vẽ các đồ thị bằng phần mềm Microsoft Excel 2003. Riêng đồ thị dạng boxplot được vẽ bằng phần mềm R 2.8.1 cho Windows. Tìm hàm tương quan tuyến tính đa biến, tìm các giá trị p-value của các tham số trong phương trình tương quan tuyến tính đa biến và phương trình tương quan tuyến tính 2 biến bằng phần mềm R 2.8.1 cho Windows. Theo số liệu đo đạc địa hình tại khu gãy đổ so sánh với dao động thủy triều tại trạm Vũng Tàu tính toán thời gian ngập triều tại khu vực nghiên cứu. Sử dụng phần mềm dự đoán mức ngập triều WXTide32 phiên bản 4.6.