CO2 – Vai trũ Nụng Lõm kết hợp trong giảm phỏt thải từ thay đổi sử dụng đất
Chuyển đổi rừng để lấy đất canh tỏc, sự mở rộng đụ thị và cỏc ảnh hưởng khỏc của con người đó làm thay đổi đỏng kể cảnh quan tự nhiờn và gõy phỏt thải khớ gõy hiệu ứng nhà kớnh. Giảm phỏt thải khớ nhà kớnh từ giảm thiểu suy thoỏi và mất rừng và hệ sinh thỏi khỏc là những biện phỏp cần phải làm để giảm sự núng lờn toàn cầu. Mặc dự sự hiện diện của khớ gõy hiệu ứng nhà kớnh trong khớ quyển là kết quả tỏc động của hoạt động của con người, sự thay đổi trong sử dụng đất và độ che phủ bề mặt cú thể cũng cú tầm quan trọng như vậy.
Sử dụng đất, thảm phủ cú liờn quan đến khớ hậu và thời tiết theo những cỏch thức phức tạp. Cỏc mối liờn hệ giữa thay đổi về thảm phủ và khớ hậu vớ dụ như việc trao đổi cỏc chất khớ gõy hiệu ứng nhà kớnh (hơi nước, carbon dioxide, methane,
nitrous oxit) giữa bề mặt đất và khớ quyển, cõn bằng bức xạ (cả năng lượng mặt trời và súng dài) của bề mặt đất và bầu khớ quyển, ... Bởi vỡ những liờn kết chặt chẽ
giữa thảm phủ và khớ hậu, thay đổi trong sử dụng đất/ thảm phủ cú thể là một trong những nguyờn nhõn quan trọng trong tiến trỡnh biến đổi khớ hậu. Hơn nữa, phỏt hiện lại sự thay đổi sử dụng đất trong quỏ khứ và dự bỏo những thay đổi trong tương lai là cần thiết để hiểu được sự biến đổi khớ hậu trong quỏ khứ đồng thời dự
bỏo khả năng biến đổi khớ hậu trong tương lai. Đặc điểm thảm phủ là nhõn tố đầu vào quan trọng cho cỏc mụ hỡnh khớ hậu.
Xỏc định chiều hướng biến đổi sử dụng đất, rừng cũng như định lượng ảnh hưởng của sự biến đổi cũng khỏ quan trọng để định hướng sự phỏt triển bền vững.
Vớ dụ đối với tài nguyờn rừng, sự chuyển đổi rừng sang loại hỡnh canh tỏc khỏc là gỡ và tỏc động của nú, hay sự chuyển đổi tài nguyờn rừng sang cỏc hệ thống canh tỏc nụng nghiệp sẽ làm phỏt thải bao nhiờu lượng CO2ra khớ quyển. Tương tự, lưu giữ carbon trong cỏc hệ thống canh tỏc độc canh kể cả rừng trồng thuần loại so với loại hỡnh nụng lõm kết hợp cú gỡ khỏc nhau?... Trong chức năng phõn tớch khụng gian của GIS sẽ giỳp cho việc tổng hợp dữ liệu khụng gian trong cỏc thời điểm, chỉ
ra sự thay thế lẫn nhau và cho biết chiều hướng, điều này hỗ trợ đắc lực cho quản lý, sử dụng tài nguyờn trong tương lai.
Một số phần mềm cú thể sử dụng để phõn tớch sự thay đổi như Arcview, Envi. Trong chuyờn đề này phần mềm ArcGIS được sử dụng để thực hiện chức năng phõn tớch thay đổi dựa cỏc ảnh đó được phõn loại thảm phủ/ trạng thỏi từ ảnh vệ tinh SPOT5 của hai thời điểm là năm 2003 và 2009 như là một vớ dụ minh họa trong ỏp dụng GIS để giỏm sỏt thay đổi thảm phủ và phỏt thải khớ nhà kớnh.
43
3.3.1. Phõn tớch thay đổi trạng thỏi/thảm phủ
Yờu cầu dữ liệu cho phõn tich thay đổi thảm phủ:
Một sốđiều kiện cần cú để cú thể phõn tich thay đổi
- Ít nhất phải cú 2 nguồn dữ liệu của 2 thời điểm trờn cựng một khu vực
- Dữ liệu phải đồng nhất phộp chiếu và đồng nhất về kiểu dạng (vector hoặc
raster)
Dữ liệu đầu vào cú thể thu thập từ cỏc nguồn như:
- Bản đồ số trạng thỏi/thảm phủ của cỏc thời điểm
- Ảnh phõn loại từảnh vệ tinh tại cỏc thời điểm khỏc nhau
- Định dạng dữ liệu cú thể là vector hoặc raster. Nếu dữ liệu là ASCII thỡ cần chuyển đổi thành ảnh raster.
Vớ dụ minh họa thực hiện phõn tớch thay đổi trong ArcGIS với dữ liệu raster
- Dữ liệu đầu vào bao gồm 2 ảnh phõn loại thảm phủ dựa vào ảnh SPOT5 của
hai thời điểm là năm 2003 và 2009. Định dạng dữ liệu của 2 file này là
44
- Để tiện cho việc phõn tớch, ngoài cỏc trường phần mềm tự tạo như count (số pixel cho mỗi trạng thỏi được phõn loại), Old (mó phõn loại),.. 2 trường quan trọng cần được tạo lập thờm bao gồm tờn trạng thỏi (Class_2003) và mó trạng thỏi (Value). Sử dụng hộp thoại Option/Add field để tạo thờm cỏc trường. Đặt tờn cho trường (vớ dụ Class_2009), tựy theo nội dung của trường đú mà chọn kiểu định dạng là số hoặc chữ (text).
45
Việc phõn tớch thay đổi gồm 2 phần: i) Tạo lập ảnh thay đổi; ii) Tạo lập
bảng ma trận thay đổi dử dụng đất
i) Tạo lập ảnh thay đổi sử dụng đất:
Dữ liệu đầu vào là ảnh năm 2003 và năm 2009 cú cỏc trạng thỏi được phõn loại với cỏc mó số trạng thỏi tương ứng như bảng sau:
Mó số trạng thỏi Tờn trạng thỏi 1 Rừng tự nhiờn 2 Rừng lụ ụ 3 Trảng cỏ cõy bụi 4 Rừng trồng 5 Cõy cụng nghiệp 6 Đất nụng nghiệp 7 Ruộng nước 8 Mặt nước
Vào cụng cụ: Spatial Analyst/Raster Calculator, nhập cụng thức tớnh sự thay
đổi của 2 thời điểm:
46
Cụng thức này nhằm tớnh tổ hợp sự thay đổi, vớ dụ ở năm 2003 trờn một đơn vị diện tớch cú trạng thỏi rừng tự nhiờn là 1, khi đưa vào cụng thức 1*10+2=12, cú nghĩa là tại năm 2009 trờn diện tớch đú rừng tự nhiờn đó chuyển thành rừng lụ ụ. Như vậy với trạng thỏi xuất phỏt là 1, sẽ cú cỏc trường hợp: 11: Rừng tự nhiờn giữ
nguyờn 1; 12: Rừng chuyển từ 1 sang 2 (rừng lụ ụ); hoặc 13: Rừng tự nhiờn chuyển từ 1 sạng 3 (trảng cỏ cõy bụi), … Phõn tớch như vậy cho cỏc trạng thỏi khỏc, sẽ cú được dữ liệu của sự thay đổi khỏc nhau và cho biết động thỏi sử dụng tài nguyờn theo chiều hướng nào. Từ đú tớnh diện tớch của cỏc đơn vị tổ hợp mới như 11, 12, 21, 22, 32, 33, 34, … sẽ cho biết sự thay đổi diện tớch của một loại sử
dụng đất /thảm phủ này sang cỏc trạng thỏi/thảm phủ khỏc hoặc được giữ nguyờn trong một giai đoạn.
Kết quả phõn tớch thay đổi được minh họa trong hỡnh bờn dưới:
ii) Tạo lập bảng ma trận thay đổi sử dụng đất
Sử dụng cụng cụ phõn tớch khụng gian Spatial Analyst tools/zonal/Tabulate Area và lựa chọn như nội dung ở bảng dưới đõy:
47
- Input Raster or Feature zone data: Chọn file ảnh raster hoặc fiel vector sử dụng đất ở thời điểm 2003 và 2009
- Zone/Class Field: Chọn trường Class tại 2 thời điểm 2003 (Class_2003) và 2009 (Class_2009)
- Output Table: Chỉđường dẫn và tờn file xuất ra bảng dữ liệu phõn tớch biến đổi trạng thỏi/thảm phủ
- Processing cell size: Nhập vào là 10 (Mỗi cell cú kớch cỡ là 10x10m tương ứng với độ phõn giải của dữ liệu ảnh SPOT 5 được sử dụng để phõn loại trạng thỏi/thảm phủ của 2 thời điểm 2003 và 2009). Kết quả số liệu trong phõn tớch sẽ là số pixel (count) x diện tớch mỗi pixel (10x10m). Đơn vị diện tớch của mỗi trạng thỏi/thảm phủ là m2 .
- Kết thỳc mở lớp dữ liệu Tabulate sẽ cú bảng biến đổi diện tớch cỏc trạng thỏi từ năm 2003 – 2009. Mở trong ArcCatalog và vào Tab View để xem hoặc export sang file dữ liệu dbf.
48
Sau đú export dữ liệu bảng thuộc tớnh sang file dbf để cú thể mở trong Excel để tớnh toỏn. Bảng 3.6: Bảng ma trận thay đổi sử dụng đất Năm 2003 (ha) Năm 2009 (ha) Tổng Rừng tự nhiờn Lụ ụ Trảng cỏ cõy bụi Rừng trồng Cõy cụng nghiệp Đất nụng nghiệp Ruộng nước Mặt nước Rừng tự nhiờn 57.441,7 955,8 458,1 389,4 2.105,1 6.442,4 216,6 10,6 68.019,6 Lụ ụ 602,4 614,9 16,8 21,9 311,1 2.390,8 103,9 7,0 4.068,8 Trảng cỏ cõy bụi 180,8 24,3 523,1 4,6 98,4 679,8 2,1 0,4 1.513,6 Rừng trồng 113,0 0,5 6,8 247,7 117,8 70,8 3,1 0,4 560,0 Cõy cụng nghiệp 471,0 25,9 118,7 144,3 2.838,3 3.404,8 114,2 15,3 7.132,3 Đất nụng nghiệp 235,2 22,9 415,5 26,2 427,5 2.513,5 19,4 2,9 3.663,2 Ruộng nước 527,2 107,5 155,5 62,2 708,6 2.221,8 536,5 32,1 4.351,5 Mặt nước 1,8 - - 1,0 11,8 14,4 9,8 94,6 133.3 Tổng 59.573,1 1.751,8 1.694,5 897,1 6.618,7 17.738,4 1.005,5 163,2 89.442,2 Trong bảng ma trận trờn cho thấy:
- Dữ liệu nằm trờn đường chộo là diện tớch khụng thay đổi của từng trạng thỏi, loại thảm phủ
49
- Dữ liệu theo cột là từ cỏc trạng thỏi khỏc chuyển sang một trạng thỏi cụ thể từ năm 2003 đến 2009. Trong khi đú dữ liệu theo hàng cho thấy từ một trạng thỏi nào đú chuyển sang cỏc trạng thỏi khỏc cũng từ 2003 đến 2009.
3.3.2. Ước tớnh phỏt thải CO2 từ thay đổi thảm phủ và kịch bản ỏp dụng NLKH để giảm phỏt thải
Với ma trận thay đổi thảm phủ núi trờn, dựa vào giỏ trị carbon tớch lũy và CO2 hấp thụ trung bỡnh cho mỗi loại trạng thỏi nhõn với diện tớch sẽ cho thấy biến động trữ lượng carbon và lượng CO2 phỏt thải khi thay đổi sử dụng đất trong 5 năm.
Bảng 3.7: Giỏ trị trung bỡnh Carbon tớch lũy và CO2 hấp thụ của cỏc trạng thỏi, thảm phủ
Mó số trạng thỏi Tờn trạng thỏi Carbon tớch lũy (tấn/ha) CO2 hấp thụ (tấn/ha) 1 Rừng tự nhiờn 200 734 2 Rừng lồ ụ 30 110 3 Trảng cỏ cõy bụi 15 55 4 Rừng trồng 100 367
5 Cõy cụng nghiệp (Cao su non) 25 92
6 Đất nụng nghiệp 10 37
7 Ruộng nước 2 7
8 Mặt nước 0 0
9 Nụng lõm kết hợp 84 308
i) Ước tớnh thay đổi trữ lượng carbon và CO2 hấp thụ từ 2003 – 2009
Sử dụng bảng ma trận trờn và giỏ trị lượng C và CO2 trung bỡnh trờn ha cho từng kiểu thảm phủ, tớnh được thay đổi bể chứa carbon và hấp thụ CO2 trong khu vực
Bảng 3.8: Hấp thụ CO2 năm 2003 Loại thảm phự/trạng thỏi Diện tớch (ha) Carbon tấn/ha CO2 tấn/ha Carbon (Tấn) CO2 (Tấn) Rừng tự nhiờn 68.020 200 734 13.603.940 49.926.460 Lụ ụ 4.069 30 110 122.064 447.975 Trảng cỏ cõy bụi 1.514 15 55 22.703 83.318 Rừng trồng 560 100 367 56.010 205.557 Cõy cụng nghiệp 7.133 25 92 178.313 654.407 Đất nụng nghiệp 3.663 10 37 36.631 134.436 Ruộng nước 4.351 2 7 8.703 31.939 Mặt nước 133 - - - - Tổng 89.443 14.028.363 51.484.091
50 Bảng 3.9: Hấp thụ CO2 năm 2009 Loại thảm phự/trạng thỏi Diện tớch (ha) Carbon tấn/ha CO2 tấn/ha Carbon (Tấn) CO2 (Tấn) Rừng tự nhiờn 59.573 200 734 11.914.620 43.726.655 Lụ ụ 1.752 30 110 52.554 192.873 Trảng cỏ cõy bụi 1.695 15 55 25.418 93.282 Rừng trồng 897 100 367 89.730 329.309 Cõy cụng nghiệp 6.619 25 92 165.465 607.257 Đất nụng nghiệp 17.738 10 37 177.383 650.996 Ruộng nước 1.006 2 7 2.011 7.381 Mặt nước 163 - - - - Tổng 89.443 12.427.181 45.607.753
Từ kết quả phõn tớch thay đổi sử dụng đất cho thấy đó phỏt thải sau 5 năm là 5.876.338 tấn trờn 89.443 ha đất. Với giỏ trị 20 USD/tấn CO2 thỡ đó làm mất giỏ trị
mụi trường hấp thụ CO2 là 117.526.766,14 USD ứng với 2.468.062.088.940 VND.
ii) Kịch bản ỏp dụng NLKH để giảm phỏt thải
Giả định sự thay đổi sử dụng đất từ 2003 – 2009, nếu cỏc loại đất nụng nghiệp canh tỏc cõy ngắn ngày như sắn, ngụ, đậu trờn đất dốc được ỏp dụng NLKH; từ đõy ước tớnh lại trữ lượng C và CO2 hấp thụ và xỏc định được lượng CO2 giảm phỏt thải. Đõy là khối lượng CO2 cú thể bỏn dưới dạng tớn chỉ Carbon trong chương trỡnh REDD.
Bảng 3.10: Kịch bản ỏp dụng NLKH cho đất nụng nghiệp
Loại thảm
phự/trạng thỏi Diện tớch (ha) Carbon tấn/ha tCOấn/ha 2 Carbon (Tấn) CO2 (Tấn)
Rừng tự nhiờn 59.573 200 734 11.914.620 43.726.655 Lụ ụ 1.752 30 110 52.554 192.873 Trảng cỏ cõy bụi 1.695 15 55 25.418 93.282 Rừng trồng 897 100 367 89.730 329.309 Cõy cụng nghiệp 6.619 25 92 165.465 607.257 Nụng lõm kết hợp 17.738 84 308 1.490.017 5.468.363 Ruộng nước 1.006 2 7 2.011 7.381 Mặt nước 163 - - - - Tổng 89.443 13.739.815 50.425.121
51
Với kịch bản ỏp dụng NLKH trờn đất dốc sẽ giảm phỏt thải 4.817.368 tấn CO2, tương đương với 96.347.350 USD hoặc 2.023.294.355.880 VND. Với tổng diện tớcah
khu vực là 89.443 ha, nếu ỏp dụng nụng lõm kết hơp cú thể thu được tớn chỉ carbon là 22.621.174 VND/ha.
3.4 Thớch ứng với biến đổi khớ hậu thụng quanụng lõm kết hợp
Cỏc nghiờn cứu cho thấy rằng lĩnh vực nụng nghiệp dễ bị tổn thương nhất trước những tỏc động của biến đổi khớ hậu. Sản xuất nụng nghiệp bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi nhiệt độ và lượng mưa - hai yếu tố cú thể dễ dàng bị thay đổi do biến đổi khớ hậu.
Nụng lõm kết hợp đảm bảo an ninh lương thực bằng cỏch tạo ra lợi ớch trực tiếp cho nụng dõn như thực phẩm, thức ăn cho người và gia sỳc, gỗ nhiờn liệu, hàng rào sống, và cỏc sản phẩm khỏc. Sự đa dạng của cõy trồng cung cấp cho thu hoạch nhiều vào cỏc thời điểm khỏc nhau trong năm, do đú làm giảm nguy cơ mất mựa vụ
và thiếu lương thực.
Nụng lõm kết hợp giỳp duy trỡ cõn bằng sinh thỏi bằng cỏch cung cấp cỏc lợi ớch giỏn tiếp khỏc như bảo tồn đất và nước, độ màu mỡ của đất được cải thiện, và cải thiện điều kiện vi khớ hậu.
Nụng lõm kết hợp cải thiện chất lượng cuộc sống của người nụng dõn bằng cỏch tăng thu nhập do thu hoạch và bỏn nhiều sản phẩm thu nhập được từ cỏc thành phần khỏc nhau của hệ thống, do đú cung cấp thu nhập thường xuyờn trong suốt cả
năm.
Nụng lõm kết hợp cú vai trũ quan trọng hấp thụ carbon trong vựng nhiệt đới
ẩm, và gúp phần làm giảm tớnh dễ tổn thương người nụng dõn giữa mựa hạn hỏn. ICRAF đó nghiờn cứu cải thiện hệ thống bỏ húa đất bằng cỏch cải thiện luõn canh
giữa cỏc cõy ngũ cốc và cõy họ đậu. Thời hạn của cõy trong chu kỳ phụ thuộc vào mức độ suy thoỏi đất và tớnh chất của lượng mưa. Luõn canh cõy ngắn ngày trong hệ thống nụng lõm kết hợp đó hấp dẫn nụng dõn sản xuất quy mụ nhỏ vỡ nú cải thiện tỡnh trạng dinh dưỡng của đất đai và chế độnướctrong đất.
Nụng lõm kết hợp cú tiềm năng cao trong lưu giữ C trờn mặt đất và sinh khối dưới mặt đất. Trong khi cỏc hệ thống Nụng lõm kết hợp này vẫn được thu hoạch thường xuyờn, cỏc bể chứacarbon trờn mặt đất của hệ Nụng lõm kết hợp trung bỡnh
thường cao hơn C được lưu giữ trong đất bị suy thoỏi, đất trồng trọt cõy hàng năm hoặc đồng cỏ chăn nuụi. Lưu giữ C dưới mặt đất trong cỏc hệ thống Nụng lõm kết hợp cú tiềm năng lưu trữ C lõu dài. Lượng khớ thải nitơ oxit sau bỏ húa cõy họ đậu cao hơn gần 10 lần so với ngụ (Chikowo et al 2003) nhưng mức độ này vẫn cũn rất
52
thấp so với số lượng C lưu trữ.Phục hồi đất bị suy thoỏi bằng cỏch bỏ húa đấtsẽ cú
tiềm năng khụng chỉđể hấp thụ một số lượng đỏng kể C từ bầu khớ quyển, nú cũng tạo cơ hội để cải thiện sinh kế nụng thụn bằng cỏch chuyển đất khụng hiệu quả
thành đất sản xuất Nụng lõm kết hợp cú thể sản xuất thực phẩm, gỗ và cỏc sản phẩm cõy khỏc, và tạo ra thu nhập cho nụng dõn.
Nụng lõm kết hợp là một giải phỏp để đa dạng húa hệ thống sản xuất và tăng tớnh bền vững của hệ thống canh tỏc sản xuất nhỏ. Hệ thống Nụng lõm kết hợp dựa
trờn cõy thõn gỗ sống lõu năm cú một số lợi thế rừ ràng cho việc duy trỡ sản xuất trong những năm ẩm ướt hơn và khụ hơn. Ở vựng đất cú tầng sõu, hệ thống rễ của cõy lõu nămcú thểăn sõu để sử dụng hiệu quảnước và chất dinh dưỡng, do vậy, hệ
thống sẽ thớch ứng được trong thời kỳ hạn hỏn. Mặt khỏc hệ rễ cõy thõn gỗ ăn sõu
làm tăng độ xốp đất, giảm dũng chảy mặt và độ che phủ đất tăng lờn dẫn đến gia
tăng hấp thụ nước lưu giữ trong đất, điều này làm giảm căng thẳng độ ẩm trong