C. ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN CHU TRÌNH CACBON HỮU CƠ TRONG MÔI TRƯỜNG SINH THÁI ĐẤT
4. Một số phương pháp xác định biến đổi hàm lượn Cacbon trong đất do khí hậu thay đổi:
thay đổi:
Theo Grace và cộng sự (1996), sự tích tụ cacbon và bền vững sinh thái có sự phụ thuộc và tương tác lẫn nhau theo hướng: đất – môi trường – đất, nên việc xác định và dự đoán ảnh hưởng của sự biến đổi khí hậu đến chu trình cacbon trong hệ sinh thái đất chỉ có thể thực hiện thông qua một mô hình mô phỏng toàn bộ hệ sinh thái. Mô hình mô phỏng hệ sinh thái cho phép tổng hợp được các quá trình cơ bản xảy ra trong thực tế của hệ sinh thái với Chu trình cacbon và cho phép xác định được mối tương quan giữa sản lượng sơ cấp (Primary Production/PP) và khí hậu. Vì vậy, Grace và cộng sự (1996) đã sử dụng mô hình Bảo Tồn Và Chuyển Hoá Cacbon Hữu Cơ Trong Các Hệ Sinh Thái Nông Nghiệp (SOCRATES/Soil Organic Cacbon Reserves And Transformations in agro – EcoSystems) để xác định và dự basuwjmoois liên hệ giữa hàm lượng cacbon hữu cơ và thay đổi khí hậu ở một số vùng địa sinh vật khác nhau trên lãnh thổ Australia. Mô hình SOCRATES ban đầu được thiết kế nhằm mục đích tính toán sự thay đổi hàm lượng cacbon hữu cơ tồn tại trong lớp đất mặt (0-10cm) bị ảnh hưởng bởi các hoạt động nông nghiệp và chăn thả như: trồng hoa màu, chăn thả với mật độ cao, bón phân đạm… Theo Grace và cộng sự (1996), với dạng đơn giản nhất của mô hình SOCRATES cũng có thể xác định được tổng lượng các vật chất (dạng khô) thuộc họ đậu hoặc không thuộc họ đậu bổ sung cho môi trường đất. Việc định lượng C được thực hiện dựa trên mối liên hệ mật thiết giữa lượng mưa trong mùa phát triển và năng suất tiềm năng của cây trồng. Nhằm mục đích nghiên cứu mối liên hệ giữa khí hậu và chu trình chuyển hoá cacbon trong đất, Grace và cộng sự đã sử dụng mô hình Miami có sự biến đổi các thông số bằng cách thay thế thành phần sản lượng cây trồng nông nghiệp (agricultural plant production component) bằng năng suất sơ cấp tinh (Net Primary Productivity/ NPP). Với sự cải biến này, bất kỳ sự thay đổi nào về NPP (g m-2 yr -1) đều thể hiện qua sự thay đổi hàm lượng CO2 trong không khí theo phương trình sau:
NPP = min (NPPT , NPPP) {1 + ²(p – po)/po} (1) Trong đó:
- “min” - hàm số với các biến số là giá trị nhỏ nhất (NPPT) và (NPPP). Các giá trị này được tính trên cơ sở nhiệt độ trung bình hàng năm và lượng mưa trung bình hàng năm. Đơn vị đo của nhiệt độ là “0C” và lượng mưa là “mm”.
- ² - Hệ số cacbon dioxide tương ứng.
- p - Hàm lượng cacbon dioxide trong không khí - p0 – Hàm lượng cacbon dioxide của đối
tượng nghiên cứu.
Từ phương trình (1) dễ dàng có:
NPPT = 3000/(1 + e1,315 – 0,0119 T) (2) NPPP = 3000 (1 – e-0,00664P) (3)
Mặc dầu Mô hình Miami được xây dựng trên cơ sở thực nghiệm ở hơn 52 vùng trên thế giới và khá đơn giản nhưng vẫn có hạn chế là không xác định được chính xác NPP của các phần được xem là ổn định của thực vật hoặc những lúc thực bì đạt đến điểm cực đại. Thực tế khối lượng C trong bất kỳ một hệ sinh thái cạn nào cũng xuất phát từ sự phân huỷ của các vật chất tồn tại trên hệ sinh thái đó và thông thường hàm lượng cacbon chiếm đến 40% trọng lượng khô của vật chất và phân bố ở lá, cành, thân và rễ. Hơn nữa, hầu như 50% sản lượng rễ của thảm thực vật được phân bố ở tầng đất mặt (0-10cm). Do đó, Grace và cộng sự sử dụng các đặc tính này để tính tỷ trọng cacbon trong các thành phần của cây trồng ở dạng ổn định (B) theo phương trình sau:
B = NPPp Y (4) Trong đó:
- B – Tỷ trọng C trong các thành phần cây trồng ở dạng ổn định. - NPP – Sản lượng hàng năm (từ phương trình 1)
- P – Hê số phần của mỗi loại trong các thành phần cây trồng.
Qua thực nghiệm, năng suất thực trung bình (NPP) của các vùng trên lãnh thổ Australia được Grace và các cộng sự xác định bằng phương pháp mô phỏng hệ sinh thái vào khoảng 8,1 tấn ha-1 và tùy theo đặc tính của từng khu vực giá trị biến động từ 2,9t ha-1 đến 18,3t ha-1. Kết quả do Grace và cộng sự thu được khá tương đồng với số liệu thu được qua khảo sát thực tế về hàm lượng cacbon hữu cơ trong đất ở các khu vực khác nhau trên lãnh thổ Australia (Series 2000).
KẾT LUẬN:Chu trình cacbon trong môi trường đất là một quá trình sinh – hóa – lý xảy ra do sự tương tác của các nguyên tố hóa học tồn tại trong môi trường và sự phân hủy các hợp chất có chứa cacbon. Giữa môi trường và chu trình cacbon trong đất có mối liên hệ hết sức mật thiết. Hàm lượng cacbon dưới dạng các hợp chất hữu cơ không đủ để cung cấp cho các quá trình sinh trưởng và phát triển của các sinh vật trong đất dẫn đến chất lượng đất kém và hệ sinh thái trên đất đó trở nên nghèo nàn. Hệ quả của hệ sinh thái nghèo nàn là khả năng đồng hóa các tác nhân gây ô nhiễm và sức tải của môi trường trở nên kém hơn. Ngược lại, sự biến đổi khí hậu trong môi trường tự nhiên cũng ảnh hưởng rất lớn đến chu trình cacbon trong môi trường nói chung và hệ sinh thái đất nói riêng. Ảnh hưởng của thay đổi khí hậu lên chu trình cacbon trong hệ sinh thái trên cạn chủ yếu là do sự biến đổi của thảm thực vật. Các yếu tố như nhiệt độ, lượng mưa, chế độ gió,... có tác động rất lớn đến trình trạng phát triển của động thực vật trên cạn. Thực vật xanh không thể hấp thụ CO2 và oxy để tạo nên sinh khối nếu nhiệt độ của môi trường thay đổi vượt quá “ngưỡng”: quá thấp hoặc quá cao hoặc trong điều kiện không có ánh sáng mặt trời. Tương tự, quá trình phân hủy xác động thực vật trong môi trường đất thường chỉ xảy ra ở biên độ từ 10oC đến 40OC, ngoài biên nhiệt đó quá trình phân hủy sẽ rất chậm. Do đó, có thể dự đoán được ảnh hưởng của sự thay đổi các yếu tố môi trường (nhiệt độ, lượng mưa...) để xác định và dự báo trữ lượng cacbon hữu cơ tạo ra trong chu trình cacbon ở một hệ sinh thái trên cạn nào đấy thông qua xây dựng các mô phỏng các hệ sinh thái tự nhiên. Tuy vậy, vẫn còn nhiều hạn chế: năng suất thực ban đầu (NPP) rất khó đo trực tiếp và phần C hòa tan hoặc khó có thể xác định lượng C tạo ra do các nốt sần của thực vật hay do vi khuẩn bài tiết ra. Vì vậy, phương pháp mô phỏng hệ sinh thái để xác định ảnh hưởng của sự thay đổi khí hậu lên chu trình C trong đất cần phải tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện thêm.