3. Nội dung nghiên cứu
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Nghiên cứu sự tích lũy cacbon của rừng ngập mặn tại xã Hải Lạng, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh với 3 bể chứa cacbon bao gồm:
- Cacbon trong cây trên mặt đất (thân, cành, lá); - Cacbon trong cây dƣới mặt đất (trong rễ); - Cacbon trong đất rừng.
Hình 2.1. Rừng ngập mặn xã Hải Lạng, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh 2.2. Địa điểm nghiên cứu và thời gian nghiên cứu
- Địa điểm nghiên cứu: Rừng ngập mặn ven biển xã Hải Lạng, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh
- Thời gian nghiên cứu: Luận văn đƣợc thực hiện từ 6/11/2017 đến ngày 15/8/2018.
+ Tiến hành khảo sát thực địa, thu thập tài liệu về hiện trạng rừng tại địa phƣơng vào tháng 12 năm 2017;
+ Tiến hành quan trắc lấy mẫu tại địa điểm nghiên cứu 2 đợt: Quan trắc, lấy mẫu đợt 1 vào tháng 12 năm 2017;
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp thu thập, tài liệu
Thu thập các, tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu:
- Các tài liệu, các nghiên cứu đã đƣợc thực hiện có liên quan đến phƣơng pháp và nội dung nghiên cứu của đề tài.
- Các tài liệu, thông tin về đối tƣợng nghiên cứu từ các cơ quan quản lý + Báo cáo kinh tế, xã hội của xã Hải Lạng, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh + Tình hình phát triển kinh tế - xã hội huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh - Tổng hợp và kế thừa số liệu từ các nghiên cứu, đề tài trƣớc.
2.3.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm
Thiết lập 3 tuyến nghiên cứu theo hƣớng từ đất liền ra phía biển tại khu vực rừng ngập mặn xã Hải Lạng, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh. Trên mỗi tuyến nghiên cứu, thiết lập 3 ô tiêu chuẩn, mỗi ô có diện tích 100m2
(10m × 10m) (Nguyễn Thị Hồng Hạnh, 2009) [3]. Vị trí các ô tiêu chuẩn đƣợc thể hiện qua bảng 2.1 và hình 2.2
Bảng 2.1. Vị trí các ô tiêu chuẩn trong rừng ngập mặn xã Hải Lạng, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh
Tuyến nghiên cứu Ô tiêu chuẩn (10 m × 10 m) Tọa độ 1 Ô 1 21°15'06.3"N 107°21'51.8"E Ô 2 21°15'07.8"N 107°21'54.0"E Ô 3 21°15'10.5"N 107°21'57.2"E 2 Ô 1 21°15'31.3"N 107°21'48.6"E Ô 2 21°15'35.0"N 107°22'02.7"E Ô 3 21°15'39.4"N 107°22'09.2"E 3 Ô 1 21°15'36.4"N 107°22'31.6"E Ô 2 21°15'46.8"N 107°22'42.6"E Ô 3 21°15'52.3"N 107°22'48.2"E
Sơ đồ bố trí thí nghiệm đƣợc thể hiện qua hình 2.2
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm
2.3.3. Phương pháp xác định chiều cao, đường kính thân cây và mật độ rừng
- Xác định đường kính thân và chiều cao:
Xác định đƣờng kính thân cây: Xác định đƣờng kính thân cây bằng thƣớc dây đo đƣờng kính (Forestry Suppliers Metric Fabric Diameter Tape Model 283d/5m) tại vị trí 30 cm phía trên bạnh gốc đối với các loài trang (Kandelia obovata) và vẹt dù (Bruguiera gymnorhiza), tại vị trí phía trên rễ chống cao nhất đối với đâng
(Rhizophora stylosa) và tại vị trí 30 cm trên mặt đất đối với những loài còn lại.
Xác định chiều cao cây: Chiều cao cây đƣợc đo bằng thƣớc mét, bắt đầu tính từ vị trí đo đƣờng kính thân đến ngọn cao nhất của cây.
- Phương pháp xác định mật độ của cây rừng: Tiến hành đếm toàn bộ số
lƣợng cây trong mỗi ô tiêu chuẩn (10m × 10m). Dựa trên số lƣợng cây trung bình có trong một ô tiêu chuẩn, ta tính đƣợc mật độ cây của rừng.
Số lƣợng cây trung bình của một ô tiêu chuẩn:
Trong đó:
Ô1, Ô2, Ô3...Ôn: số lƣợng cây đếm đƣợc trong ô tiêu chuẩn 1, 2, 3,...n N: Số lƣợng cây trung bình của một ô tiêu chuẩn
S: Diện tích mỗi ô tiêu chuẩn (m2)
2.3.4. Phương pháp nghiên cứu sinh khối
Nghiên cứu sinh khối cây, chính là cơ sở để xác định lƣợng cacbon tích lũy trong sinh khối cây. Sinh khối của cây bao gồm sinh khối trên mặt đất (lá, thân, cành...) và sinh khối dƣới mặt đất (rễ).
Dựa vào kết quả phân loại loài trong các ô tiêu chuẩn, đƣờng kính của cây áp dụng công thức tính sinh khối trên mặt đất và dƣới mặt đất
+ Đối với cây trang và bần chua áp dụng công thức tính sinh khối của Nguyễn Thị Hồng Hạnh (2016) [7], cụ thể nhƣ sau
Bảng 2.2. Phƣơng trình tính sinh khối trên mặt đất, dƣới mặt đất và sinh khối tổng đối với 2 loài trang (Kandelia abovata) và bần chua (Sonneratia caseolaris)
STT Tên loài Phƣơng trình sinh khối
1 Trang K. obovata Btotal= 0.10316*(D0.3)1.85845 Babove ground = 0.04975*(D0.3)1.94748 Bbelow ground = 0.01420*(D0.3)2.12146 2 Bần chua S. caseolaris Btotal= 0.000596*(D0.3)4.04876 Babove ground = 0.000318*(D0.3)4.19917 Bbelow ground = 0.000431*(D0.3)3.56175 Nguyễn Thị Hồng Hạnh (2016) [7]
+ Đối với các loài khác, áp dụng công thức tính sinh khối của Komiyama và cs, 2008 [37]
Bảng 2.3. Phƣơng trình tính sinh khối cây theo Komiyama và cs, 2008
STT Tên loài Phƣơng trình sinh
khối Tỷ trọng của gỗ ρ (g/ cm3) 1 Vẹt dù Bruguiera gymnorrhiza Btotal = 0,251*ρ*(D)2,46 0,801 2 Đâng Rhizophora stylosa 0,840
3 Sú Aegiceras corniculatum 0,510
4 Mắm biển Avicennia marina 0,730 5 Đƣớc Rhizophora apiculata 1,05
Komiyama và cs (2008) [37]
Trong đó, ρ = tỷ trọng của gỗ (tham khảo tại Simpson (1996), World Agroforestry Centre (2011) [49]
- Đối với các loài chƣa có phƣơng trình tính sinh khối dƣới mặt đất (vẹt dù, đâng, sú, đƣớc, mắm), áp dụng công thức tính sinh khối dƣới mặt đất của Komiyama và cs (2008) [37] theo công thức:
Bbelow ground = 0,199x ρ0,899x D2,22 Trong đó p là tỷ trọng gỗ, tra bảng trên. D là đƣờng kính cây.
- Trƣờng hợp không có phƣơng trình tính sinh khối trên mặt đất, thì dựa vào sinh khối của cây và sinh khối dƣới mặt đất để tính. Theo công thức:
Sinh khối trên mặt đất của cây = Sinh khối của cây - Sinh khối dƣới mặt đất của cây Trong đó sinh khối của cây và sinh khối dƣới mặt đất của cây sử dụng công thức của Komiyama và cs (2008) [37] ở trên.
- Sinh khối của rừng: Từ sinh khối của cây trong các ô tiêu chuẩn, tính sinh khối của rừng
2.3.5. Phương pháp xác định cacbon tích lũy trong sinh khối của cây
Từ sinh khối của cây và rừng, xác định lƣợng cacbon tích lũy trong sinh khối bằng cách nhân sinh khối cây hay sinh khối của rừng với hệ số chuyển đổi sinh khối sang cacbon. Hệ số chuyển đổi đƣợc xác định nhƣ sau:
- Đối với loài trang (Kandelia abovata) và bần chua (Sonneratia caseolaris)
áp dụng hệ số chuyển đổi của Nguyễn Thị Hồng Hạnh và Phạm Hồng Tính (2016) [8] lần lƣợt là 0,4955 và 0,4953
- Đối với các loài khác áp dụng hệ số chuyển đổi theo IPCC (2006) là 0,47.
2.3.6. Xác định lượng CO2 hấp thụ tạo ra sinh khối của cây
Từ lƣợng cacbon tích lũy (C), xác định lƣợng CO2 bằng cách chuyển đổi từ cacbon tích lũy (Nguyễn Hoàng Trí, 2006) [21] Cụ thể:
- Tổng lƣợng CO2 (tấn/ha) = Tổng cacbon tích lũy (tấn/ha) × 3,67 (hằng số chuyển đổi áp dụng cho tất cả các loại rừng).
2.3.7. Phương pháp xác định hàm lượng cacbon trong đất
- Phƣơng pháp lấy mẫu đất:
+ Thiết bị lấy mẫu: Sử dụng thiết bị lấy mẫu đất của Mỹ, thiết bị lấy mẫu là
bộ khoan máng làm bằng thép không gỉ, tay cầm hình chữ thập đƣợc bọc cao su, thân khoan hình máng có chiều dài 100 cm, lƣỡi khoan sắc, dạng xoắn, hình búp măng với thao tác nhẹ nhàng có thể tạo nửa hình ống vào trong đất tạo thành một mặt cắt hoàn chỉnh của các mẫu đất than bùn. Sử dụng khuôn lấy đất của Mỹ với thể tích khuôn lấy mẫu đất là:
V= 3,14 x ( )2 x h
+ Lấy mẫu đất: Sử dụng thiết bị khoan máng đặt tại vị trí lấy mẫu sau đấy
dùng lực xoay tay cầm hoặc ấn thẳng đến độ sâu 100 cm, sau đấy xoay và rút lên. Dùng dao lấy mẫu ở các độ sâu từ mặt nền đến 20 cm, 40 cm, 60 cm, 80 cm, 100 cm. Cân khối lƣợng tƣơi từng khoảng đất. Sau đó đem mẫu đất về Phòng thí nghiệm môi trƣờng, Trƣờng Đại học Tài nguyên và Môi trƣờng Hà Nội để xử lý và phân tích.
Số lƣợng mẫu đất phân tích cacbon: khuôn đất/ô tiêu chuẩn × 9 ô tiêu chuẩn/rừng × 5 khoảng đất/khuôn mẫu (0 - 20 cm, 20 - 40 cm, 40 - 60 cm, 60 - 80 cm, 80 - 100 cm) × 2 đợt lấy mẫu (trong thời gian thực hiện luận văn) = 90 mẫu.
Tính lƣợng cacbon tích lũy trong đất (tấn/ha): Lƣợng cacbon trong đất đƣợc xác định theo công thức Nguyễn Thanh Hà (2004) [32] và Kauffman & Donato (2012) [36].
A(H) = H
0 a(h) × dh
a(h) = c(h) × C(H) = A(H) × 102
Trong đó: dh [ cm] là độ sâu của một mẫu đất; H [ cm] là độ sâu của phẫu diện đất thí nghiệm; c(h) [%] là hàm lƣợng cacbon ở độ sâu h; T(h) [g/ cm3] là dung trọng của đất hay khối lƣợng đất khô không khí trên thể tích đất ở độ sâu h; a(h) [g/ cm3] là sự tích lũy cacbon trong đất ở độ sâu h; A(H) [g/ cm2] là sự tích lũy cacbon trong đất ở độ sâu H; C(H) [tấn/ha] là sự tích lũy cacbon trong đất của rừng ở độ sâu H.
- Xác định hệ số khô kiệt của đất
Sấy bát sứ đến khối lƣợng không đổi sau đấy để nguội, cân trong bình hút chân không đƣợc khối lƣợng m1 (g)
Cân khoảng 5 g đất đã rây vào bát sứ, cân khối lƣợng đất và bát sứ đƣợc khối lƣợng m2 (g)
Sấy bát sứ và đất trong tủ sấy ở nhiệt độ 105oC trong vòng 5 - 8h, để nguội trong bình hút chân không đƣợc khối lƣợng m3 (g)
Xác định hàm lƣợng cacbon trong đất theo phƣơng pháp Chiurin
- Nguyên tắc
Chất hữu cơ trong cây, dƣới tác dụng của nhiệt độ bị K2Cr2O7 và H2SO4 đặc oxi hóa mạnh để tạo thành khí cacbonic.
3C + 2K2Cr2O7 + 8H2O 3CO2 + 2 K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 8H2O Lƣợng K2Cr2O7 dƣ đƣợc chuẩn độ lại bằng dung dịch muối Morth 0,2N với chỉ thị feroin, dung dịch chuyển từ xanh sang đỏ nâu.
Dùng cân phân tích, cân chính xác 0,5g mẫu đất cho vào bình tam giác 100ml.
Dùng pipet thêm từ từ 15ml K2Cr2O7 0,2N pha trong H2SO4 đặc vào bình, lắc nhẹ bình để tránh mẫu bám trên thành bình. Sau đó, đậy bình bằng phễu rồi đun trên bếp cách cát cho tới khi dung dịch sôi ở 1800C, đun tiếp trong 5 phút, để đảm bảo cho các chất hữu cơ trong mẫu bị phân hủy hoàn toàn. Tuy nhiên, cần phải khống chế thời gian và nhiệt độ sôi để tránh các chất khác bị phân hủy hoàn toàn.
Lấy bình ra để nguội, tia nƣớc cất vào thành bình để rửa K2Cr2O7 bám ở thành bình. Cho thêm vài giọt chỉ thị feroin và chuẩn độ dung dịch bằng dung dịch muối Morth 0,2N cho đến khi dung dịch chuyển từ màu xanh sang đỏ nâu thì dừng chuẩn độ thì ghi thể tích muối Morth tiêu tốn.
- Tính kết quả
Hàm lƣợng cacbon trong mẫu đƣợc tính nhƣ sau: %C =
Trong đó:
V1: Thể tích dung dịch K2Cr2O7 dùng để phá mẫu (ml) C1: Nồng độ dung dịch K2Cr2O7 (N)
V2: Thể tích dung dịch muối Morth dùng để chuẩn độ (ml) C2: Nồng độ dung dịch muối Morth dùng để chuẩn độ (N) 0,003 là đƣơng lƣợng gam của cacbon (ĐC = 12/2 x 10-3) m là khối lƣợng mẫu dùng để phân tích (gam)
K là hệ số khô kiệt chuyển từ mẫu tƣơi sang mẫu khô kiệt - Số mẫu đất cần thiết để phân tích hàm lƣợng cacbon: 90 mẫu.
2.3.8. Phương pháp xác định hàm lượng cacbon tích lũy của rừng
Đánh giá khả năng tạo bể chứa cacbon đƣợc thực hiện theo IPCC (2006),dựa vào các lần điều tra xác định trữ lƣợng cacbon ở các bể chứa, tính toán độ tăng giảm bình quân của lƣợng cacbon theo công thức
Trong đó:
: tín chỉ cacbon trong một khoảng thời gian; ∆t1 là trữ lƣợng cacbon nghiên cứu tại thời điểm t1; ∆t2 : trữ lƣợng cacbon nghiên cứu tại thời điểm t2.
2.3.9. Phương pháp thống kê, xử lý số liệu
Số liệu thu thập đƣợc xử lý bằng phƣơng pháp thống kê toán học và đánh giá độ tin cậy của phƣơng pháp và các số liệu thu đƣợc.
- Xác định giá trị trung bình bằng công thức: =
Trong đó: là tổng các giá trị của xi từ 1 đến n; n là tổng số mẫu - Xác định độ lệch chuẩn (SD):
SD =
Trong đó: SD là đại lƣợng phản ánh độ sai lệch hay độ giao động của các giá trị trung bình cộng. Với n ≤ 30 mẫu
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Mật độ, đƣờng kính, chiều cao cây tại khu vực nghiên cứu
Dựa vào số liệu thống kê trên cả 3 tuyến điều tra. Có thể nhận thấy các loài cây ngập mặn chủ yếu của rừng ngập mặn ven biển xã Hải Lạng, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh chủ yếu là vẹt dù, sú, trang, đâng, mắm. Kết quả thống kê thành phần loài cây ngập mặn tại các tuyến điều tra nhƣ sau:
Bảng 3.1. Thành phần loài cây ngập mặn tại các tuyến điều tra Tuyến
nghiên cứu
Ô tiêu chuẩn
(10 m × 10 m) Loài cây
1
Ô 1 Vẹt dù (Bruguiera gymnorhiza), Đâng
(Rhizophora stylosa)
Ô 2 Vẹt dù (Bruguiera gymnorhiza), Đâng
(Rhizophora stylosa)
Ô 3 Vẹt dù (Bruguiera gymnorhiza), Sú (Aegiceras
corniculatum), Trang (Kandelia obovata)
2
Ô 1
Vẹt dù (Bruguiera gymnorhiza), Đâng
(Rhizophora stylosa), Sú (Aegiceras
corniculatum), Trang (Kandelia obovata)
Ô 2 Vẹt dù (Bruguiera gymnorhiza), Đâng
(Rhizophora stylosa)
Ô 3
Vẹt dù (Bruguiera gymnorhiza), Đâng
(Rhizophora stylosa), Sú (Aegiceras
corniculatum), Trang (Kandelia obovata)
3
Ô 1 Vẹt dù (Bruguiera gymnorhiza), Trang
(Kandelia obovata)
Ô 2
Vẹt dù (Bruguiera gymnorhiza), Đâng
(Rhizophora stylosa), Sú (Aegiceras
corniculatum), Trang (Kandelia obovata),
Mắm (Avicennia marina)
Ô 3
Vẹt dù (Bruguiera gymnorhiza), Đâng
(Rhizophora stylosa), Sú (Aegiceras
Kết quả điều tra về mật độ cây (bảng 3.2) cho thấy, vẹt dù có mật độ lớn nhất 5033 cây/ha, sau đó là sú 2089 cây/ha, tiếp đến là trang với mật độ 1922 cây/ha, đâng và mắm có mật độ thấp mật độ tƣơng ứng là 733 cây/ha và 22 cây/ha. Nhƣ vậy, trong khu vực nghiên cứu vẹt dù trở thành loài chiếm ƣu thế. Sự chênh lệch về mật độ này do trong quá trình sinh sinh trƣởng phát triển do sự cạnh tranh sinh trƣởng và điều kiện tự nhiên đã thúc đẩy sự phát triển của cây vẹt dù, sú cao hơn cây mắm.
Ở tuyến 1 và tuyến 2, nằm ở các bãi bồi ngập triều trung bình, quần thể vẹt dù
(Bruguiera gymmorhiza), đâng (Rhizophora stylosa), trang (Kandelia obovata). Vẹt
dù là cây ƣa sáng và bộ rễ đầu gối rất phát triển, chúng lấn át các loài cây ngập mặn khác. Tại quần xã này thì vẹt dù thắng thế và trở thành loài chiếm ƣu thế tuy nhiên kích thƣớc cây còn khá nhỏ chủ yếu là các cây vẹt dù tái sinh. Tại các khoảng đất trống, có nhiều ánh sáng và nền đất, vẹt dù và đâng cạnh tranh nhau rất mãnh liệt.
Ở tuyến 3, bãi ngập triều trung bình có thành phần hỗn hợp các loài cây đâng
(Rhizophora stylosa, trang (Kandelia obovata), sú (Aegiceras corniculatm). Ở đây
vẹt dù không phát triển, nền đất thƣờng mềm. Ở tuyến 3, trang là cây thắng thế và trở thành loài chiếm ƣu thế.
So sánh mật độ có thể thấy tuyến 2 có mật độ cao nhất đạt 13300 cây/ha, sau đó đến tuyến 1 là 9867 cây/ha và cuối cùng là tuyến 3 thấp nhất với 6233 cây/ha. Mật độ là yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến sinh khối rừng và ảnh hƣởng đến khả năng tích lũy cacbon trong cây, trong đất rừng.
Qua 2 lần khảo sát đo đạc ngoài thực địa, kết quả cho thấy mật độ cây của 2 lần đo là giống nhau. Điều này có nghĩa là, qua 2 lần nghiên cứu và đánh dấu ô mẫu, mật độ của các tuyến điều tra không thay đổi, cây ngập mặn phát triển ổn định, không có cây nào bị chết, có một số cây con mọc lên và đang trong giai đoạn phát triển.
Kết quả chiều cao, mật độ, đƣờng kính thân cây đƣợc thể hiện trên bảng 3.2 và bảng 3.3
Bảng 3.2. Mật độ cây ngập mặn ven biển xã Hải Lạng, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh Tuyến Vẹt dù Sú Đƣớc Trang Mắm Mật độ (cây/ha) Tuyến 1 7867 1633,3 66,67 300 - 9867 Tuyến 2 7100,00 3866,67 800,00 1533,33 - 13300 Tuyến 3 133,33 766,67 1333,33 3933,33 66,67 6233,33 Trung bình 5033,4 ±4260,9 2088,9 ±1599,4 733,33 ±635,96 1922,2 ±1847,6 22,223 ±38,492 9800,11 ±3533,81
Bảng 3.3. Chiều cao, đƣờng kính thân cây ngập mặn ven biển xã Hải Lạng, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh
Tuyến
điều tra Cây
Mật độ (cây/ha)
Đƣờng kính thân ( cm) Chiều cao ( cm)
Dmax Dmin D trung
bình Hmax Hmin H trung bình Tuyến 1 Vẹt dù 7867 16,56 1,27 5,83 ± 0,96 595,0 145,0 274,8 ± 12,5 Đâng 67 7,34 6,73 7,03 ± 0,43 540,0 345,0 442,5 ± 137,9 Sú 1634 5,65 1,83 4,28 ± 0,75 280,0 130,0 203,3 ± 36,5 Trang 300 9,00 4,97 7,11 ± 1,08 325,0 235,0 282,2 ± 26,5 Tuyến 2 Vẹt dù 7100 15,68 1,37 4,38 ± 0,67 505,0 110,0 246,7 ± 29,0 Đâng 800 7,96 2,69 5,06 ± 0,37 495,0 195,0 373,5 ± 34,2