4. Cấu trúc của luận văn
1.1.5. Sự tích lũy cacbon trong rừng ngập mặn
Rừng ngập mặn là một kiểu hệ sinh thái đặc biệt, là nơi chuyển tiếp giữa vùng đất liền và bờ biển, môi trường sống thường xuyên chịu tác động của các yếu tố ngoại cảnh bất lợi đối với sự phát triển của thực vật như nền đất không ổn định, sóng, thủy triều, độ mặn cao, thường xuyên ngập nước, cường độ ánh sáng cao,… Nhưng cây ngập mặn đã thích nghi và mang nhiều đặc điểm giúp chúng có thể tồn tại và phát triển trong môi trường đó. Ngày nay hàm lượng CO2 tăng cao do các hoạt động sinh hoạt, sản xuất và khai thác của con người làm mất cân bằng chu trình cacbon trong tự nhiên.
Trên thế giới và Việt Nam đã có rất nhiều các nghiên cứu về sự tích lũy cacbon tại các hệ sinh thái khác nhau đặc biệt là tại các khu rừng ngập mặn. Năng suất sơ cấp của rừng ngập mặn thuộc hàng cao nhất của các hệ sinh thái tự nhiên. Thường thì một tỷ lệ lớn của năng suất được phân cho bộ rễ. Do bộ rễ nằm trong điều kiện yếm khí, đa phần rễ rụng và chết được lưu giữ dưới đất (sau đó chuyển thành than bùn). Một phần năng suất nằm trên mặt đất đôi khi cũng bị vùi lấp, làm tăng thêm lượng khí cacbon. Đào bới đất rừng ngập mặn (chẳng hạn như đào ai đầm nuôi thủy sản) không những chặn lượng cacbon được cây cố định mà còn gây oxy hóa cacbon lưu trữ thành dạng cacbon dioxide. Vì vậy, bảo tồn RNM thì sẽ giảm được sự gia tăng khí CO2.
Đến nay trên thế giới đã có rất nhiều các nghiên cứu về tích tụ cacbon tại các hệ sinh thái khác nhau đặc biệt là tại các khu RNM, các phương pháp tiến hành ngày càng hoàn thiện và chính xác hơn. Nhóm tác giả Akira Komiyama, Jin Eong Ong, Sasitorn Poungparn (2007) đã tiến hành xem xét và tổng hợp từ 72 bài báo đã xuất bản để đánh
giá mối tương quan giữa sinh khối và năng xuất của RNM nhằm làm sáng tỏ đặc điểm phân bố sinh khối và năng xuất của rừng ngập mặt, đồng thời tổng hợp lại tình hình nghiên cứu về các mối tương quan trong RNM. Kết quả cho thấy sinh khối của RNM thay đổi theo tuổi, các loài chiếm ưu thế và điều kiện tự nhiên. Đối với RNM nguyên sinh, càng đi vào sâu trong nội địa sinh khối có xu hướng càng tăng. Trong nhiều khu RNM, tỉ lệ hô hấp đất thấp do điều kiện yếm khí vì thế khiến cho bể cacbon RNM ở vùng nhiệt đới có lượng tích trữ cao hơn [39].
Các nghiên cứu về tích tụ cacbon hay xác định sinh khối trong những thập niên gần đây đã được thực hiện ở nhiều nơi trên thế giới, với nhiều hệ sinh thái rừng khác nhau như rừng trồng, rừng ôn đới, rừng nhiệt đới, đặc biệt là đối với RNM bởi vai trò quan trọng của nó không chỉ là cung cấp các lâm sản hay ý nghĩa bảo vệ các vùng đất gần bờ biển mà nó còn đóng vai trò không nhỏ trong quá trình tích tụ cacbon, góp phần làm giảm lượng khí CO2 đang tăng lên đến mức báo động, làm mất sự cân bằng chu trình cacbon trên toàn cầu. RNM được coi là hệ sinh thái có khả năng tích lũy CO2 tốt nhất, việc nghiên cứu sinh khối và ước lượng cacbon tích tụ là rất cần thiết nhằm định lượng và đánh giá đúng vai trò của RNM, từ đó có các biện pháp bảo vệ và khai thác hợp lí.
1.2. Các nghiên cứu về định lƣợng cacbon trong rừng ngập mặn
1.2.1. Các nghiên cứu trên thế giới
Tại Indonesia, Daniel Murdiyarso và cộng sự (2009) đã nghiên cứu tích tụ cacbon trên và dưới mặt đất trong RNM và hệ sinh thái đất than bùn. Đề tài được thực hiện tại các hệ sinh thái RNM tại Bắc Silawesi (vườn quốc gia Bunaken), RNM ở khu đồng bằng miền Trung Kalimantan (Vườn quốc gia Tanjung) và đầm phá liên quan RNM ờ miền Trung Java. Ngoài ra, một số hệ sinh thái đầm lầy than bùn ven sông tại Tanjung cũng được nghiên cứu. Tác giả đánh giá sự khác biệt trữ lượng cacbon dọc theo đường chạy từ nội địa đến đại dương. Các phép tính toán và phân tích từ các số liệu cho thấy tổng lượng cacbon trong hệ sinh thái RNM đặc biệt cao so với hầu hết các loại rừng, với trung bình là 968 tấn C/ha. Trữ lượng cacbon được tích tụ là kết quả của một số lượng cây rừng lớn, đất than bùn có độ sâu từ 5 m trở lên rất giàu chất hữu cơ [31].
Tamooh F., Kairo J.G, Huxham M, Kirui B, Mencuccini M và Karachi M (2009) đã tiến hành nghiên cứu khả năng tích lũy sinh khối trong RNM được phục hồi tại Gazi Bay. Nghiên cứu này đã thực hiện việc ước tính tổng sinh khối trên và dưới mặt đất. 12 cây cá thể được chặt hạ để xác định sinh khối tươi và khô, xác định các chỉ số chiều cao và đường kính thân. Kết quả đã xây dựng được phương trình tương quan
giữa tổng sinh khối cây và các yếu tố D và H như sau: B = 2,0095 x D2 x H + 1463,1. Sinh khối trên mặt đất chiếm 63 – 82 % sinh khối khô, sinh khối dưới mặt đất chiếm 18 – 37 % sinh khối trên mặt đất. Phương trình tương quan được xây dựng trong nghiên cứu này cung cấp một công cụ hữu ích để ước lượng tổng sinh khối của các khu rừng trồng từ đó giúp cải thiện công tác về quản lí rừng [37].
Hirata Y., Tabuchi R, Patanaponpaiboon P, Poungparn S, Yoneda R, Fujioka Y (2010) đã ước tính sinh khối tại RNM sau đợt thiên tai do sóng thần tại Thái Lan bằng cách sử dụng các dữ liệu vệ tinh với độ phân giải cao. Khu vực nghiên cứu nằm ở ven biển của Ranong, Thái Lan. Kết quả cho thấy đường kính trung bình của các cây trong ô đo đếm nằm trong khoảng từ 9,5 đến 31,1 cm. Mật độ trung bình là 3.700 cây/ha. Sinh khối trên mặt đất của các ô mẫu được ước tính là từ 91,3 tấn/ha đến 497,6 tấn/ha. Sinh khối trên mặt đất có liên quan chặc chẽ với tiết diện ngang trong RNM. Bằng cách sử dụng các dữ liệu từ đường kính gốc thu được qua khảo sát thực địa kết hợp với phương pháp ước lượng từ vệ tinh với độ phân giải cao, từ đó so sánh sinh khối trên mặt đất trước và sau khi xảy ra sóng thần, đề tài cho thấy có khoảng 1 % sinh khối trong toàn bộ khu vực nghiên cứu bị mất sau thảm họa sóng thần này [38].
Tại RNM Awat _ Awat thuộc tỉnh Lawas Sarawwak, Malaysi, IA. Chandra và cs (2011) đã tiến hành nghiên cứu sinh khối trên mặt đất của Đước đôi Rhizophora apiculata. Mục tiêu của nghiên cứu này là xác định lượng sinh khối trên mặt đất và trữ lượng của loài Đước đôi tại RNM Awat – Awat. Việc thu các số liệu và mẫu cây cá thể được thực hiện từ tháng 1 đến tháng 3 năm 2011. Phương trình tương quan được xây dựng dựa trên các biến độc lập là D (đường kính) hoặc D2 và chiều cao. Kết quả đề tài đã xác định được phương trình tương quan giữa D và H là H = 0,55*D0,948, R2 = 0,98; phương trình tương quan giữa sinh khối trên mặt đất và đường kính là: y = 0,016*D2,952, R2 = 0,93. Từ đó tác giả tính toán được sinh khối trên mặt đất của R. apiculata trong RNM Awat – Awat, Sarawak là 116,79 tấn/ha và trữ lượng là 65,55 m3/ha. Đề tài cho thấy sinh khối trên mặt đất có mối quan hệ chặt chẽ với đường kính cây và chiều cao. Nếu chiều cao và đường kính tăng thì sinh khối tăng [30].
Nicholas R.A. Jachowski R.A, Michelle S.Y. Quak, Daniel A. Friess, Decha Duangnamon, Edward L. Webb, Alan D. Ziegler (2013) thực hiện nghiên cứu ước tính sinh khối rừng ngặp mặn ở Tây Nam Thái Lan. Nghiên cứu này nhằm đánh giá sinh 24 khối cây ngập mặn và sự đa dạng loài trong một khu vực rộng lớn 151 ha trên bờ biển Andaman của Thái Lan. Bằng cách sử dụng các kĩ thuật như: độ phân giải cao từ hình ảnh vệ tinh Geo Eye – 1, độ phân giải trung bình từ dữ liệu của vệ tinh ASTER, đo cây trên hiện tường, từ đó xây dựng phương trình sinh khối và phát triển mô hình không
gian của RNM. Đề tài tiến hành bố trí 45 ô mẫu loại 20 x 20 = 400 m2
. Tổng số cây đã đo đếm đường kính và chiều cao là 2.364 cây thuộc 15 loài khác nhau. Kết quả đã xác định được sinh khối trên mặt đất là 250 tấn/ha và dưới mặt đất là 95 tấn/ha. Tổng sinh khối là 345 tấn/ha. Như vậy tổng cacbon tích lũy là 42,8 tấn C/ha [42].
Emanuelle A. Feliciano, Shimon Wdowinski, Matthew D. Potts (2014), đã tiến hành đánh giá sinh khối trên mặt đất của một khu RNM lớn, nằm dọc theo bờ biển phía Tây Nam của miền Nam Florida, thuộc Vườn quốc gia Everglades, bao gồm chủ yếu là 3 loài cây ngập mặn: Rhizophora mangle L. (Red mangrove), Laguncularia racemosa (L.) C. F. Gaertn và Avicennia germinans (L.) L. Bằng phương pháp sử dụng công nghệ quét tia laser. Đề tài tiến hành bố trí 3 địa điểm để đo lường dọc theo Shark River Slough theo chiều cao của RNM: SRS – 4, SRS – 5, SRS – 6. Sau đó sử dụng công nghệ Leica – Scanstation C10 – Terrestrial Laser Sanner (TLS) để ước tính sinh khối cho 40 cây ngập mặn phân bố trong 3 địa điểm. Sau đó mô hình hóa bề mặt thân cây. Kết quả ước tính AGB cho các cây ngập mặn như sau: đối với vị trí SRS – 4 là 3,9 ± 0,3 - 31,3 ± 3,4 kg/cây; đối với vị trí SRS – 5 là 27,4 ± 3,0 - 119 ± 12,9 kg/cây; đối với SRS – 6 là 52,1 ± 6,7 - 1756,5 ± 189,7 kg/cây. Qua nghiên cứu đề tài đã phát triển các mối quan hệ tương quan sinh trưởng cho từng địa điểm giữa đường kính và AGB mặt khác cũng cho rằng TLS là một lựa chọn tốt nhất và cho độ chính xác cao đối với các nghiên cứu về sinh khối mà không phép chặt hạ cây [33].
1.2.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam
Sự phát thải khí CO2 đang là một vấn đề được toàn nhân loại quan tâm vì CO2 được coi là tác nhân chính gây hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu. Một trong những giải pháp hiệu quả cũng như đảm bảo yêu cầu của các tổ chức như IPCC, Chương trình REDD và REDD+ mà Việt Nam đang tham gia đó là tính toán các lượng CO2 trong các hệ sinh thái rừng trong đó có rừng ngập mặn. Do đó, đã có nhiều những nghiên cứu về lĩnh vực này, mở ra những giải pháp mới để tăng diện tích rừng, giảm phát thải khí nhà kính phục vụ mục tiêu ứng phó biến đổi khí hậu của toàn cầu nói chung và của Việt Nam nói riêng. Những nghiên cứu liên quan đến luận văn bao gồm: Nguyễn Hoàng Trí (1986) với công trình ―Sinh khối và năng suất rừng Đước‖ đã áp dụng phương pháp ―cây mẫu‖ nghiên cứu năng suất sinh khối một số quần xã rừng Đước đôi (Rhizophora apiculata) ngập mặn ven biển Minh Hải. Đây là đóng góp có ý nghĩa lớn về mặt lý luận và thực tiễn đối với việc nghiên cứu sinh thái rừng ngập mặn ven biển nước ta. Kết quả nghiên cứu về sinh khối và năng suất quần xã rừng Đước đôi (R. apiculata) ở rừng già, rừng tái sinh tự nhiên và rừng trồng 7 năm tuổi ở Cà Mau của tác giả đã cho thấy sinh khối tổng số của ba loại rừng tương ứng là 119,335
tấn khô/ha; 33,159 tấn khô/ha; 34,853 tấn khô/ha, trong đó sinh khối rễ (tính theo khối lượng khô) dưới mặt đất chiếm tỷ lệ khá lớn 21,225 tấn/ha; 3,817 tấn/ha; 3,378 tấn/ha. Đối với rừng Đước trưởng thành sinh khối tổng số là 276,892 kg/ha, trong đó gỗ thân: 158034,12 kg/ha (57,08%); vỏ thân: 8990,09 kg/ha (3,24%); gỗ cành: 4015,49 kg/ha (1,45%); rễ chống trên mặt đất: 34158,70 kg/ha (12,33%); vỏ rễ: 4767,12 kg/ha (1,72%); lá: 9304,52 kg/ha (3,36%); chồi búp: 812,36 kg/ha (0,29%); hoa quả: 6771,91 kg/ha (2,44%) và rễ dưới mặt đất: 19701,60 kg/ha (7,11%) [11].
Ngô Đình Quế và cộng sự (2006) đã nghiên cứu khả năng hấp thụ CO2 của một số loại rừng trồng ở Việt Nam, phương pháp chung để đánh giá khả năng hấp thụ CO2 là tính toán và dự báo khối lượng sinh khối khô của rừng trên đơn vị diện tích (tấn/ha) tại thời điểm cần thiết trong quá trình sinh trưởng. Từ đó, tính trực tiếp lượng CO2 hấp thụ và tồn trữ trong vật chất hữu cơ của rừng hoặc khối lượng cacbon được tính bình quân là 50% của khối lượng sinh khối khô, rồi từ cacbon suy ra CO2 [4].
Việc thực hiện nghiên cứu tính hàm lượng cacbon trong đất cũng được triển khai trong nhiều dự án. Nghiên cứu năm 2009 về ―Trữ lượng cacbon đất của rừng ngập mặn ở Cồn Ngoài Vườn quốc gia Mũi Cà Mau‖ của nhóm tác giả Lư Ngọc Trâm Anh, Võ Hoàng Tuấn Anh, Viên Ngọc Nam với mục tiêu nhằm xác định lượng cacbon tích tụ trong đất của rừng ngập mặn ở Cồn Ngoài, là cơ sở cho chi trả dịch vụ môi trường rừng và quản lý rừng ngập mặn ở khu vực. Các bản đồ, ảnh SPOT và ảnh Landsat được sử dụng để xác định diện tích của 3 khu vực ở cồn ngoài; đồng thời đã bố trí lấy mẫu đất ở 31 ô tiêu chuẩn (100m2) đại diện cho 3 khu vực trên. Kết quả đã xác định được hàm lượng cacbon (%) trung bình ở tầng đất 0 – 20cm là 3,47% và tầng 0 – 60cm là 3,24%; lượng cacbon tích tụ trong đất là 137,41 ± 30,10 tấn/ha và có sự khác nhau giữa các tầng đất, lượng cacbon đất nhìn chung tăng dần theo tuổi đất của rừng ngập mặn. Tổng lượng cacbon thay đổi theo diện tích (ha) và trữ lượng cacbon của tầng đất. Nghiên cứu đã tính toán được tổng lượng cacbon trong đất của cồn ngoài là 11.666,11 tấn [2].
Với nghiên cứu của tác giả Trần Thị Tú, Trần Hiếu Quang (2011) với đề tài Đánh giá khả năng giảm phát thải khí nhà kính và tích lũy cacbon của rừng ngập mặn Rú Chá, tỉnh Thừa Thiên Huế với việc đưa ra các kết quả nghiên cứu hiện trạng thành phần loài thực vật ngập mặn ở Rú Chá. Bên cạnh đó diện tích rừng ngập mặn này cũng bị tác động mạnh bởi 4 nguyên nhân: sản xuất nông nghiệp, xây dựng cơ sở hạ tầng, san lấp đất rừng ngập mặn và hoạt động khác. Sau khi tính toán Rừng ngập mặn Rú Chá có tổng lượng cacbon tích lũy ước tính trung bình đạt 50,2 tấn/ha và có tiềm năng
lớn trong việc giảm phát thải khí nhà kính. Tổng giá trị giảm phát thải khí nhà kính CO2 của Rú Chá đạt khoảng 231.598.908 đồng/năm [16].
Năm 2014, Viện Tài nguyên và Môi trường biền — Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam với sự tham gia của nhóm tác giả Vũ Mạnh Hùng, Nguyễn Đắc Vệ, Đàm Đức Tiến, Cao Văn Lương, Phạm Văn Chiến đã thực hiện đề tài ―Nghiên cứu, đánh giá hiện trạng cấu trúc và khả năng hấp thụ cacbon của rừng ngập mặn khu vực Đầm Nại, Ninh Thuận‖ [23] đã đưa ra được các kết quả như sau:
- Xác định được tổng số 26 loài thực vật ngập mặn thuộc 20 Chi, 15 Họ, 2 Ngành. Thảm thực vật ngập lại Đâm Nại chia làm 02 nhóm: Nhóm cây ngập mặn chính thức có 11 loài chiếm 42,3% tổng số loài; nhóm cây tham gia ngập mặn có 15 loài chiếm 57,7% tổng số loài cây ngập mặn phân bố trong khu vực nghiên cứu. Với 04 kiểu quần xã tiêu biểu.
- Diện tích RNM khu vực đầm Nại có biến dộng rất lớn, từ 343 ha (1975) giảm xuống 5,48 ha (1996) và hiện nay là 10,22 ha (2014).
- Độ che phủ của thảm TVNM trong khu vực rất cao khoảng 98%, mật độ cây phân bố rất cao trung bình của Đước dôi (R. apiculata) (1850 cây/ha); Mắm biển (A marina) (3000 cây/ha). Tầng tán 4-6 (m) là tầng cây chiếm ưu thể; tiếp theo là tầng tán 2-4 (m). Tầng tán 1-2 (m) có mật độ cá thế rất thấp. Thảm thực vật ngập mặn đang ở giai đoạn phát triền cực điểm.
- Diện tích tán lá của Đước dôi (R. apiculata) cao hơn so với Mắm biển (A. marina) nhưng lượng cacbon tổng hợp qua quá trình quang hợp (PN) cùa Đước đôi (R. apiculata) lại thấp hơn so với Mắm biển (A.marina). Qụang hợp tán lá của nghiên cứu này là 18,74 - 23,82 (tC/ha/năm). Trữ lượng cacbon Mắm biển (A. marina) cao hơn Đước đôi (R. apiculata) là 44,79 %. Ước tính hàng năm RNM đầm Nại hấp ihụ được từ 191,52 đến 243,44 tấn cacbon. Trữ lượng sinh khối cacbon được tích lũy trong