English
中文 (中国)
Tóm tắt
Việc xả thải nuôi trồng thủy sản toàn cầu là nguồn carbon và chất dinh dưỡng điển hình do con người tạo ra cho các khu rừng ngập mặn gần đó. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã định lượng tổng lượng carbon hữu cơ (TOC), tổng nitơ (TN), tổng trữ lượng phốt pho (TP) (0–50 cm) trong đất từ ba vị trí của rừng Kandelia obovata với lịch sử xả thải ao nuôi tôm khác nhau lần lượt là 0, 8 và 14 năm (lần lượt là 0DK, 8DK và 14DK). Kết quả cho thấy nước thải ao tôm làm tăng mật độ TOC của đất ở mức 8DK. Mật độ TP tăng dần theo lịch sử xả thải, trong khi mật độ TN tương tự nhau giữa 8DK và 14DK. Bên cạnh đó, các phân tích của IsoSource đã chứng minh rằng giá trị δ13C cao của nước thải ao tôm đóng góp 30,00%–33,60% TOC đất ngập mặn ở độ sâu 0–10 cm. Những kết quả này cho thấy nước thải ao tôm đã làm thay đổi nguồn dự trữ TOC, TN và TP của đất và thêm nguồn carbon vào đất ngập mặn, có liên quan đến lịch sử xả thải và độ sâu của đất. Hơn nữa, điều đáng chú ý là việc xả thải đã làm thay đổi mô hình carbon và chất dinh dưỡng.
1. Giới thiệu
Nghề cá thế giới phải đối mặt với nhiều thách thức do khai thác quá mức (Arismendi và Penaluna, 2016). Nhu cầu tăng cao đối với các sản phẩm thủy sản sẽ phụ thuộc vào sự tăng trưởng mạnh mẽ trong nuôi trồng thủy sản, dự kiến sẽ tăng từ 44% trong tổng sản lượng thủy sản năm 2013 lên 52% của 196 triệu tấn vào năm 2025 (FAO, 2016). Hơn nữa, FAO (2016) dự đoán rằng đến năm 2025, các nước đang phát triển đặc biệt là các nước châu Á, vẫn sẽ là nhà sản xuất nuôi trồng thủy sản chính và chỉ riêng Trung Quốc sẽ chiếm thị phần lớn nhất (tức là 62%) sản lượng của thế giới. Trong vài năm trở lại đây, các hoạt động nuôi tôm gần rừng ngập mặn đã trở nên thường xuyên (Murray, 2012; Wu và cộng sự, 2014). Các nghiên cứu trước đây nhấn mạnh giá trị của đất ngập mặn trong việc cô lập carbon (Donato và cộng sự, 2011; Alongi, 2014), bảo tồn 547 tC/ ha ở vùng cận nhiệt đới và ôn đới và 895 tC/ ha ở vùng nhiệt đới (Sanders và cộng sự, 2016). Trong khi đó, các hoạt động nuôi tôm đã gây ra các vấn đề như mất diện tích rừng ngập mặn trên diện rộng, xả nước thải và phát thải carbon do con người gây ra (Stokstad, 2010; Jayanthi và cộng sự, 2018).
Nuôi tôm thường tạo ra chất thải hữu cơ dồi dào và các chất dinh dưỡng không đồng hóa. Chỉ có ít hơn 1/5 nitơ được chuyển đổi thành sinh khối tôm trong khi hơn 1/3 được thải qua nước thải (CardosoMohedano và cộng sự, 2016a; Yang và cộng sự, 2017). Tian và cộng sự (2018) đã báo cáo hai loại nước thải ao nuôi tôm; Một là nước thải thường xuyên trao đổi nước giữa ao và thủy triều, và hai là nước thải nạo vét xả bùn vào vùng nước ven biển thông qua các tầng rừng ngập mặn. Trong các hệ sinh thái rừng ngập mặn, khoảng 50%–90% carbon được lưu trữ trong đất (Donato và cộng sự, 2011). Định lượng chính xác những thay đổi trong đất ngập mặn tổng lượng carbon hữu cơ (TOC), tổng nitơ (TN), tổng trữ lượng phốt pho (TP) và nguồn TOC của đất nơi ao nuôi tôm phổ biến là rất quan trọng để đánh giá sự cô lập carbon trên cả quy mô khu vực và toàn cầu. Thật không may, ảnh hưởng của việc xả nước thải nuôi tôm đối với đất ngập mặn OC, TN và TP cho đến nay vẫn chưa được đánh giá, điều này có thể gây ra tác động gián tiếp đến chu kỳ toàn cầu (Ahmed và cộng sự, 2017; Schile và cộng sự, 2017).
Đặc điểm chung của đất ngập mặn là giới hạn dinh dưỡng (N và P) với hàm lượng chất hữu cơ cao và hàm lượng chất dinh dưỡng hòa tan và hạt thấp (Lin và cộng sự, 2010; Barcellos và cộng sự, 2019). Nằm trong các vùng chuyển tiếp và vùng đệm, các vùng đất ngập nước ngập mặn nhận được một lượng chất hữu cơ và chất dinh dưỡng từ các vùng nước allochthonous (ngoại lai) và đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ chúng (Feller và cộng sự, 2010; Wang và cộng sự, 2010). Tuy nhiên, những thay đổi về thời gian và không gian trong đất ngập mặn C, N và P do việc loại bỏ nước thải ao tôm vẫn chưa rõ ràng. Các vùng đất ngập nước ngập mặn đã được công nhận về mặt sinh thái quan trọng trong việc cô lập carbon toàn cầu và được coi là hiệu quả trong chu trình dinh dưỡng giữa các hệ sinh thái trên cạn và biển (Alongi, 2014; Hà và cộng sự, 2018). Tuy nhiên, nước thải ao tôm có khả năng ảnh hưởng đến các quá trình và chức năng của các khu rừng ngập mặn lân cận. Do đó, cần đánh giá tình trạng đất ngập mặn OC, TN và TP bị ảnh hưởng bởi việc xả nuôi tôm trong chuỗi thời gian.
Tỷ lệ TOC và TN và các đồng vị TOC ổn định (δ13C) có thể được sử dụng để chỉ ra những thay đổi môi trường do đặc điểm nguồn gốc của chúng (Chen và cộng sự, 2018; Xiong và cộng sự, 2018). Ngoài các nguồn TOC bản địa bao gồm thực vật rừng ngập mặn và tảo, rừng ngập mặn cũng nhận được TOC ngoại lai từ các nguồn gốc biển, ven sông và nhân tạo (Bao và cộng sự, 2013). Tuy nhiên, tác động của việc xả tôm nuôi trồng thủy sản đối với nguồn vật chất trong đất ngập mặn hiếm khi được nghiên cứu (Grigorakis và Rigos, 2011; Feng và cộng sự, 2017). Các khu rừng ngập mặn dọc theo cửa sông Cửu Long rất giàu chất thải (Ye và cộng sự, 2013) và nhận được một lượng lớn nước thải ao tôm (Tian và cộng sự, 2018), có thể ảnh hưởng đến đầu vào dinh dưỡng của đất và làm thay đổi sự hình thành và chuyển đổi của chất hữu cơ. Do đó, chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng: (1) tại các địa điểm nghiên cứu của chúng tôi, nước thải ao tôm tăng cường nguồn dự trữ TOC, TN và TP của đất; (2) những tài nguyên này thay đổi theo lịch sử xả thải và độ sâu của đất; (3) Nước thải ao tôm và cây ngập mặn là những nguồn chủ yếu chính cho đất TOC trong rừng ngập mặn.
Kandelia obovata là một loài trồng rừng chính, chịu được các điều kiện môi trường của vùng ven biển. Sử dụng các mẫu lõi đất được thu thập từ tỉnh Phúc Kiến, chúng tôi đã định lượng cấu hình của các thành phần TOC, TN và TP của đất và trữ lượng rừng K. obovata với các lịch sử xả thải khác nhau trong 0, 8 và 14 năm (lần lượt là 0DK, 8DK và 14DK) dọc theo khu bảo tồn rừng ngập mặn cửa sông Cửu Long ở Trung Quốc. Chúng tôi đã kiểm tra thêm sự đóng góp của nước thải ao nuôi tôm, chất hữu cơ dạng hạt lơ lửng (SPOM) từ nước thủy triều và cây ngập mặn vào đất TOC trong rừng ngập mặn thông qua phân tích đồng vị. Mục tiêu của nghiên cứu này là điều tra (1) liệu nước thải ao tôm có ảnh hưởng đến nguồn dự trữ đất TOC, TN và TP trong rừng ngập mặn hay không; (2) liệu trữ lượng có thay đổi theo lịch sử xả thải ao tôm và độ sâu của đất hay không và (3) liệu nước thải ao tôm có phải là nguồn chính của đất ngập mặn TOC ngoại trừ cây ngập mặn hay không.
2. Vật liệu và phương pháp
2.1. Mô tả khu vực nghiên cứu
Các địa điểm nghiên cứu nằm trong rừng K. obovata ở bờ nam của cửa sông Cửu Long (Hình 1) gần làng Caoputou (24°24′N, 117°55′E), tỉnh Phúc Kiến của Trung Quốc. Nhiệt độ và lượng mưa trung bình hàng năm lần lượt là 21,0°C và 1371 mm (Wang và cộng sự, 2016). Thủy triều thường diễn ra vào ban ngày, với phạm vi thủy triều trung bình khoảng 4 m. Kết cấu của đất ngập mặn chủ yếu là phù sa và đất sét, với độ mặn của nước thủy triều bên cạnh các khu rừng dao động từ 12–26 (Alongi và cộng sự, 2005). Từ đê biển vào đất liền là ao tôm dày đặc và phía ngoài khơi là rừng ngập mặn. Các khu rừng trưởng thành của K. obovata có cùng tuổi đứng là 55 năm, rộng khoảng 40m từ đất liền ra biển (Chen và cộng sự, 2018), nằm trong vùng triều cao và được ngăn cách với ao nuôi tôm bằng đê biển đá. Các ao nuôi tôm xung quanh rừng K. obovata chủ yếu nuôi tôm thẻ Litopenaeus vannamei. Trong thời gian canh tác, các loại thức ăn khác nhau được đưa vào ao ở các giai đoạn khác nhau, với việc bổ sung TN tích lũy 38,18 g/ m2, bổ sung TP 7,47 g/ m2 và axit amin phycocyanin khoảng 45,00 g/ m2.
Hình 1. Các địa điểm học tập ở cửa sông Cửu Long, Phúc Kiến, Trung Quốc. (0DK: Rừng Kandelia obovata không tiếp nhận xả ao nuôi tôm, 8DK: Rừng Kandelia obovata tiếp nhận xả ao nuôi tôm 8 năm và 14DK: Rừng Kandelia obovata tiếp nhận xả nuôi tôm 14 năm.)
Các ao nuôi tôm được thoát nước 1-2 lần mỗi năm. Trong thời gian làm sạch ao, cặn bề mặt đáy ao tôm được xả bằng cách sử dụng các máy thủy lực áp suất cao. Sau đó, bùn được chuyển bằng đường ống xả và xả trực tiếp vào rừng ngập mặn bằng phương pháp tưới lũ, cuối cùng xả vào các vùng nước lân cận mà không cần xử lý. Do đó, một số chất rắn lơ lửng từ bùn được lắng đọng trên đất ngập mặn (Tian và cộng sự, 2018). Do quan tâm đến việc đánh giá ảnh hưởng của các lịch sử xả thải khác nhau của nước thải ao tôm đến tính chất đất ngập mặn, ba địa điểm được xác định là 0DK: Rừng Kandelia obovata không nhận được lưu lượng ao tôm, 8DK: Rừng Kandelia obovata tiếp nhận xả tôm từ ao 8 năm và 14DK: Rừng Kandelia obovata được xả tôm từ ao 14 năm (Hình 1).
2.2. Thu thập mẫu và trước khi xử lý
Bốn lõi đất được lấy mẫu ngẫu nhiên từ mỗi địa điểm rừng ngập mặn được xác định trước trong thời kỳ thủy triều xuống. Tất cả các mẫu (60 mẫu đất trong 12 lõi) đã được thu thập vào tháng 5/2017. Các lõi, mỗi lõi cách nhau khoảng 5 m, được đặt trên bề mặt đất rõ ràng giữa các cây K. obovata. Ống PVC (đường kính trong: 50 mm; chiều dài: 70 cm) với máy cắt kim loại ở phía dưới được xoắn nhẹ và cắm xuống đất đến độ sâu 50 cm. Sau khi lấy mẫu, lõi đất được bịt kín tại chỗ để tránh các mẫu bị khô. Theo các phép đo độ sâu, các lõi này được cắt thành các phần theo khoảng cách 10 cm (các đoạn 0–10 cm, 10–20 cm, 20–30 cm 30–40 cm và 40–50 cm). Mỗi phần phụ này được tách thành hai phần, với một phần được sấy khô bằng lò ở 60°C để xác định hàm lượng nước trong đất. Mật độ khối lượng đất (BD) được tính bằng tỷ lệ trọng lượng khô trên thể tích đơn giản. Sau khi loại bỏ mảnh vụn đá, tàn dư thực vật và động vật đáy (> 2 mm), phần còn lại được sấy khô trong không khí để phân tích sâu hơn
Nước thải ao nuôi tôm, SPOM từ nước thủy triều và lá K. obovata đã được chọn để đại diện cho ba nguồn TOC trong đất ngập mặn bề mặt tại các địa điểm nghiên cứu của chúng tôi. Vào tháng 6 năm 2017, các mẫu nước thải nạo vét (nước bùn) đã được thu thập từ đường ống xả ao tôm gần đó, sau đó lắng đọng tĩnh để đo. Lá màu vàng nhưng không bị phân hủy của K. obovata đã được thu thập và trộn để phân tích đồng vị. Bốn mẫu SPOM đã được thu thập tại điểm giữa bờ biển của khu vực nghiên cứu trong thời kỳ thủy triều cao ở rìa rừng ngập mặn. Các mẫu nước thủy triều được thu thập bằng lưới 75 μm và được lưu trữ trong chai nhựa cho đến khi chúng được lọc qua màng lọc GF/F 0,7 μm đã nung sẵn (Whatman) ở 450°C trong 3 giờ để thu thập SPOM (Kennedy và cộng sự, 2004).
2.3. Phân tích mẫu
Các mẫu đất để xác định nguyên tố sinh học được nghiền thành bột bằng cối và chày và được rây qua lưới 60 (0,25 mm). Các mẫu cho hàm lượng TOC và phân tích đồng vị đã được axit hóa bằng 1 mol/ L HCl để loại bỏ carbon vô cơ theo Nieuwenhuize và cộng sự (1994). Hàm lượng TOC trong đất được đo bằng Máy phân tích nguyên tố Vario EL III CHNS (Elementar, Đức). Độ chính xác của các phân tích lặp lại thử nghiệm C thực tế từ Elementar tốt hơn ± 0,3‰. Hàm lượng cacbon hữu cơ (LOC) trong đất được đo bằng phương pháp oxy hóa KMnO4 theo Blair và cộng sự (1995). Giá trị δ13C trong đất ngập mặn, nước thải ao nuôi tôm, nước thủy triều và mẫu thực vật được xác định bằng máy quang phổ khối lượng tỷ lệ đồng vị ổn định (Thermo Scientific MAT-253). Hàm lượng TN và TP trong đất được đo bằng máy phân tích dòng chảy liên tục sau khi xử lý tiêu hóa Kjeldahl (Futura II, Alliance Instruments, Pháp), và tỷ lệ TOC trên TN (TOC: TN) cũng như TN trên TP (TN: TP) đã được tính toán. Các thành phần đồng vị cacbon ổn định được biểu thị bằng ký hiệu δ đơn vị trong mẫu (Rmẫu) so với Vienna Pee Dee Belemnite (VPDB), tức là δmẫu = 1000 (Rmẫu / RVPDB − 1), trong đó R = 13C / 12C. Độ chính xác của δ13C tốt hơn ± 0,2‰.
2.4. Phân tích dữ liệu
Phân tích hai chiều về phương sai (ANOVA) đã được sử dụng để kiểm tra ảnh hưởng của lịch sử xả thải ao nuôi tôm và độ sâu của đất đối với tính chất của đất. Các tính chất hóa lý của đất, hàm lượng LOC, hàm lượng và trữ lượng của TOC, TN và TP cũng như các giá trị đồng vị từ đất ngập mặn và ba nguồn của nó đã được thử nghiệm bằng cách sử dụng phân tích một chiều về phương sai (ANOVA). Một thử nghiệm post-hoc đã được thực hiện bằng cách sử dụng phương pháp đa bội của Duncan để đánh giá xem có bất kỳ sự khác biệt nào giữa các địa điểm hoặc độ sâu khác nhau hay không. Các hệ số tương quan Pearson đã được thử nghiệm để đánh giá các mối quan hệ về độ sâu của đất và tính chất của đất. Sự khác biệt được coi là đáng kể ở p < 0,05. Các phân tích thống kê trên được thực hiện bằng cách sử dụng gói phần mềm SPSS 22.0 (SPSS, Hoa Kỳ). Ngoài ra, theo các giá trị đồng vị ổn định, chúng tôi đã sử dụng IsoSource để ước tính sự đóng góp của ba nguồn vào TOC của đất ngập mặn trên bề mặt. Tất cả các số liệu của kết quả thống kê được tạo ra bằng cách sử dụng Origin 9 (Origin Lab, Hoa Kỳ).
3. Kết quả
3.1. Ảnh hưởng của nuôi tôm đến tính chất hóa lý của đất
Hàm lượng nước trong đất dao động từ 38,26% đến 45,01% và bị ảnh hưởng đáng kể bởi lịch sử xả thải (Hình 2a, Bảng 1). Thử nghiệm sau hoc cho thấy hàm lượng nước trong đất ở mức 14DK thấp hơn đáng kể so với 8DK và 0DK (p < 0,001). Tuy nhiên, không có sự tương tác đáng kể nào được tìm thấy giữa lịch sử xả thải và độ sâu của đất. Không có sự khác biệt đáng kể giữa năm lớp độ sâu (p > 0,05).
Nước thải ao tôm làm tăng giá trị pH đất, dao động từ 6,94 ở độ sâu 20–30 cm ở 0DK lên 7,72 ở độ sâu 10–20 cm ở 14DK. Giá trị ở mức 0DK và 8DK có thể so sánh và thấp hơn đáng kể so với giá trị ở mức 14DK (p < 0,001). Giá trị pH trung bình của đất ở 0DK là thấp nhất ở mọi độ sâu ngoại trừ 40–50 cm. Không có sự khác biệt đáng kể giữa các độ sâu đất khác nhau và không có sự tương tác đáng kể giữa hai yếu tố (Hình 2b, Bảng 1).
Tương tự, mật độ khối lượng lớn của đất khác nhau đáng kể giữa ba vị trí xả thải nhưng không khác nhau giữa các độ sâu của đất. Nước thải ao tôm giúp tăng đáng kể mật độ khối lượng đất ở mức 8DK và 14DK (p < 0,001). Giá trị tối đa là 1,14 g/ cm3 ở độ sâu 40–50 cm ở 14DK và giá trị nhỏ nhất là 0,95 g/ cm3 ở độ sâu 10–20 cm ở 0DK (Hình 2c, Bảng 1). Không tìm thấy sự tương tác đáng kể giữa lịch sử xả thải và độ sâu của đất (p > 0,05).
Hình 2. Hàm lượng nước trong đất, độ pH và mật độ khối lượng lớn trong các phần độ sâu đất khác nhau từ ba vị trí lấy mẫu. Các phương tiện và độ lệch chuẩn được hiển thị. (0DK: Rừng Kandelia obovata không tiếp nhận xả ao nuôi tôm, 8DK: Rừng Kandelia obovata tiếp nhận xả ao nuôi tôm 8 năm và 14DK: Rừng Kandelia obovata tiếp nhận xả nuôi tôm 14 năm.)
Bảng 1 Giá trị F của ANOVA hai chiều cho thấy ảnh hưởng của lịch sử xả thải ao nuôi tôm và độ sâu của đất đối với tính chất của đất.
Theo Yuan Tian, Guangcheng Chen, Haoliang Lu, Heng Zhu, Yong Ye
Nguồn: https://sci-hub.hkvisa.net/10.1016/j.marpolbul.2019.110657
Biên dịch: Nguyễn Thị Quyên – Tôm Giống Gia Hoá Bình Minh
TÔM GIỐNG GIA HÓA – CHÌA KHÓA THÀNH CÔNG
Xem thêm:
- Phần 1: Vi Tảo Nước Ngọt (Schizochytrium sp.) Thay Thế Dầu Cá Làm Thức Ăn Cho Tôm
- Phần 2: Vi Tảo Nước Ngọt (Schizochytrium sp.) Thay Thế Dầu Cá Làm Thức Ăn Cho Tôm
- Phương Pháp Mới Có Giá Trị Trong Việc Phát Hiện Virus Hội Chứng Đốm Trắng