Tóm tắt Luận án Nghiên cứu khả năng tích lũy và trao đổi Carbon trong rừng ngập mặn trồng tại vườn quốc gia Xuân Thủy

t quả nghiên cứu cho thấy tổng carbon tích lũy trên mặt đất và dưới mặt đất biến động tăng dần theo độ tuổi. Các kết quả nghiên cứu chỉ tính các diện tích rừng trồng đến 13 tuổi, chưa có kết quả cho các giai đoạn tuổi cao hơn của rừng ở khu vực này. 1.3 Tổng quan các nghiên cứu về trao đổi carbon trong rừng ngập mặn Một phần carbon tích lũy trong đất RNM bị khoáng hóa và hình thành các khí nhà kính, trong đó có khí CO2. Khí này có thể phát thải trực tiếp vào không khí qua giao diện đất – khí, hoặc hòa tan trong nước và theo dòng chảy ngầm ra vùng nước kênh rạch xung quanh dưới các dạng DOC, DIC, POC [3], [30], [83]. Các quá trình 9 sản sinh và dịch chuyển carbon trong các thành phần môi trường có biến động mạnh trong đất RNM, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần loài thực vật, tuổi rừng, vị trí địa hình của rừng và mối liên quan tới biên độ và chu kì thủy triều, các nguồn thải nhân tạo mà RNM nhận được, khí hậu trong năm (mùa mưa/khô, nhiệt độ) [3], [82], [84]–[86]. Những ước tính mới nhất của Bouillon và cs. (2008) [3] về cân bằng carbon trong RNM cho thấy nhiều biến động. Kết hợp các nguồn hấp thụ carbon khác nhau trong RNM, vận chuyển, tồn lưu và khoáng hóa chỉ chiếm ~ 50% lượng carbon cố định bởi RNM qua quá trình quang hợp. Tại khu vực phía Bắc Việt Nam, từ năm 2010 tới nay, chưa có nghiên cứu cụ thể nào tính toán đồng thời giá trị carbon tích lũy và trao đổi trong RNM phía Bắc, và cũng chưa có nghiên cứu xác định lượng khí CO2 phát thải từ giao diện đất rừng, giao diện nước vào khí quyển cũng như tính toán sự trao đổi carbon giữa RNM và môi trường nước xung quanh dưới các dạng tồn tại của chúng (DOC, POC, DIC và carbon mang ra từ lượng rơi). Do đó, giả thuyết đặt ra cho nghiên cứu trong luận án này là tính toán được carbon tích lũy, tồn lưu; tính toán và xác định được các dạng chuyển dịch của carbon để hoàn thiện chu trình carbon cho một vùng nghiên cứu với thành phần loài thực vật và hình thái rừng cụ thể. 1.4 Kết luận chương 1 Carbon tích lũy, tồn lưu trong HST RNM tại các vùng vĩ độ trên thế giới và tại Việt Nam đã được nghiên cứu cụ thể tại các địa điểm khác nhau. Carbon trao đổi và chuyển dịch từ RNM ra môi trường xung quanh đã được công bố trong một số nghiên cứu; tuy nhiên kết quả nghiên cứu còn hạn chế và chưa tính toán được đầy đủ các dạng trao đổi và chuyển dịch. Hiện đã có một số nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng tới sự phát thải khí CO2 từ giao diện đất- không khí tại sàn RNM khi thủy triều xuống thấp [67], [82], [84]. Tuy nhiên vẫn còn thiếu các nghiên cứu về dòng khí CO2 phát thải tại các khu vực khác nhau trên thế giới cũng như tại các hình thái rừng khác nhau (rừng trồng và rừng tự nhiên). Các tác giả đã dự đoán dạng chuyển dịch của carbon trong HST RNM, nhưng chưa có đầy đủ số liệu để hoàn thiện chu trình carbon cho một vùng nghiên cứu cụ thể. 10 Tại Việt Nam, vì phần lớn diện tích RNM hiện có là RNM trồng (~ 66%) [80], và đã có một số nghiên cứu đánh giá trữ lượng carbon tích lũy trong sinh khối và trong đất. Tuy nhiên, vẫn chưa có các nghiên cứu toàn diện để đánh giá trọn vẹn về carbon tích lũy và trao đổi trong HST RNM trồng tại lứa tuổi trưởng thành, đặc biệt tại vùng phía Bắc Việt Nam. Vì vậy, rất cần có các nghiên cứu cụ thể để đánh giá carbon tích lũy và trao đổi trong HST này. Nghiên cứu lựa chọn trong luận án sẽ giải quyết nội dung còn thiếu hụt trong việc đánh giá cụ thể tổng carbon tích lũy, tồn lưu và trao đổi trong HST RNM trồng, từ đó hoàn thiện chu trình carbon cho vùng RNM trồng tại phía Bắc Việt Nam. CHƯƠNG 2 ĐỊA ĐIỂM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Địa điểm nghiên cứu Địa điểm nghiên cứu là vùng RNM thuộc VQGXT nằm tại vị trí bờ Nam của cửa sông Hồng, tỉnh Nam Định, miền Bắc Việt Nam. RNM tại VQGXT là thảm thực vật hỗn giao của rừng trồng và rừng tái sinh tự nhiên với ba loài cây chính: Trang (K. obovata), Bần chua (S. caseolaris) và Đâng (R. stylosa). Khu vực nghiên cứu nằm tại vùng đệm của VQGXT, nơi RNM được trồng từ năm 1998. Các ô nghiên cứu (ô tiêu chuẩn) được lựa chọn và thiết lập tại khu vực RNM trồng bao quanh một con lạch triều nối với kênh chính (rừng Trang 18 tuổi, 2016; 19 tuổi, 2017; và 20 tuổi, 2018; Hình 2.1). Hình 2.1. Bản đồ khu vực nghiên cứu và vị trí lấy mẫu tại RNM thuộc VQGXT. 11 2.2 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án là sự tích lũy và trao đổi carbon trong rừng Trang trồng (18-20 năm tuổi) tại khu vực vùng đệm VQGXT, tỉnh Nam Định. Trang là loài cây thân gỗ nhỏ, sinh trưởng và phát triển ở Việt Nam, Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản và tại quần đảo Natuna, Indonesia. Cây Trang sinh trưởng trên bùn xốp và bùn cát có độ mặn thay đổi. Đây là loài có khả năng chịu được biên độ nhiệt và độ mặn khá rộng. Ở miền Bắc Việt Nam, Trang là loài cây ngập mặn phân bố với tỉ lệ lớn (cả rừng tự nhiên và rừng trồng) bên cạnh tỉ lệ nhỏ của Bần và Đâng. 2.3 Thời gian nghiên cứu Thời gian nghiên cứu được tiến hành từ tháng 2 năm 2016 đến hết tháng 4 năm 2018. Trong mỗi năm nghiên cứu, tiến hành xác định carbon tích lũy trong đất và trong sinh khối của rừng Trang. Đồng thời, carbon phát thải từ đất, nước (CO2) và carbon trao đổi (DIC, DOC, POC) từ rừng Trang và vùng nước ven bờ (và ngược lại) cũng được xác định trong hai mùa chính: mùa mưa và mùa khô để đánh giá lượng carbon chuyển dịch và phát thải từ đó tính toán cân bằng carbon. Trong mỗi mùa, nghiên cứu được tiến hành vào hai chu kì thủy triều nước lớn và nước ròng để tính toán các giá trị carbon chuyển dịch trong mỗi chu kì. Lấy mẫu lượng rơi tại rừng Trang mỗi tháng một lần trong khoảng thời gian từ tháng 4/2016 đến tháng 5/2018. Tương tự, mẫu lượng rơi mang từ rừng Trang ra lạch triều và vùng nước xung quanh được thu thập mỗi tháng một lần để tính tổng carbon mang ra (macro-export). 2.4 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu sử dụng phương pháp kế thừa những kết quả nghiên cứu khoa học của các tác giả trong cùng lĩnh vực đã công bố trong các bài báo, các sách chuyên khảo, các báo cáo kết quả nghiên cứu về lý thuyết và thực tiễn ở trong và ngoài nước. Bên cạnh đó, phương pháp thu thập và xử lý số liệu, thông tin từ các nguồn thông tin sơ cấp và thứ cấp từ những tài liệu nghiên cứu đã có nhằm xây dựng 12 cơ sở luận cứ để chứng minh các giả thuyết của nghiên cứu. Phương pháp phân tích tổng hợp các kết quả nghiên cứu định lượng cũng được áp dụng để xây dựng chu trình carbon trong RNM trồng. Đề tài nghiên cứu là tổng hợp kiến thức của nhiều ngành khoa học (sinh học, sinh thái học, hóa học, thổ nhưỡng học và môi trường) vừa có tính tổng hợp, vừa mang tính chuyên sâu; do đó kết quả nghiên cứu cần sự đóng góp của nhiều nhà khoa học trong các chuyên ngành. Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia trong đề tài nghiên cứu thông qua các hội nghị khoa học, các hội thảo đã được thực hiện để hoàn thiện chính xác các nội dung trong luận án. Nghiên cứu cũng áp dụng phương pháp khảo sát điều tra, đo đạc tại hiện trường để lựa chọn địa điểm nghiên cứu, đo đạc cấu trúc rừng trồng trong từng năm nghiên cứu, đo đạc dòng khí CO2 trao đổi giữa các giao diện môi trường cũng như các tính chất lí hóa và carbon của dòng triều mang vào và mang ra khỏi diện tích RNM. Các mẫu đất, mẫu nước và mẫu sinh khối thực vật được thu thập, bảo quản và phân tích theo các phương pháp chuẩn tại phòng thí nghiệm. Tất cả số liệu tính toán được sau quá trình thí nghiệm được phân tích và xử lý số liệu theo các phương pháp phân tích phương sai một biến, hai biến (ANOVA – analysis of variance), phương pháp T-test, phương pháp phân tích hồi qui đa biến, phương pháp phân tích thành phần chính (PCA -principal component analysis). Tất cả các phép phân tích, xử lý số liệu được thực hiện bằng phần mềm R (Phiên bản R.3.3.2). CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Sinh khối trên mặt đất của rừng ngập mặn Căn cứ vào khối lượng khô của các thành phần trong mẫu cây thu thập được tại địa điểm nghiên cứu trong ba năm, kết hợp với kết quả trong công bố của Nguyễn Thị Kim Cúc và cs. (2007) [103], nghiên cứu tính được mối tương quan giữa khối lượng của các thành phần wL&P, wS&B, wT (tương ứng với khối lượng lá và trụ mầm, thân và cành, sinh khối tổng) với các thông số kích thước cây D0,32·H. Các phương trình tương quan giữa wL&P, wS&B, wT và D0,32·H như sau: 13 Lá và trụ mầm (g): wL&P = 5,464 × (D0,32·H)0,8943 (R2 = 0,94; P < 0,0001) (3-1) Thân và cành (g): wS&B = 28,120 × (D0,32·H)0,9655 (R2 = 0,96; P < 0,0001) (3-2) Sinh khối tổng (g): wT = 33,931 × (D0,32·H)0,9585 (R2 = 0,96; P < 0,0001) (3-3) Trong các phương trình trên, D0,3 là đường kính thân cây đo ở độ cao khoảng 30 cm phía trên bề mặt đất (cm); H là chiều cao cây (m) và w là khối lượng khô của từng thành phần (g). Phương trình tương quan giữa D0,32·H và wT (wT = 33,931 × (D0,32·H)0,9585) trong nghiên cứu này gần như tương đồng với phương trình công bố trong nghiên cứu của Khan và cs. (2005) với cây Trang ở vùng đất ngập nước Manko, tỉnh Okinawa, Nhật Bản (wT (g) = 32,03 × ( D0,12·H)1,058 ) [118]; với loài Vẹt dù (wT (g) = 28,04 × ( D0,12·H)1,063) trong nghiên cứu của Deshar và cs. (2012) [119]; với RNM ở Vườn quốc gia Biscayne, bang Florida, Mỹ [120]. Sử dụng các phương trình từ 3-1 đến 3-3 để tính toán và qui đổi sang sinh khối của rừng Trang từ 18 đến 20 tuổi trong 1 ha diện tích RNM (Bảng 3.3). Giá trị sinh khối tổng của cây Trang tăng dần theo độ tuổi, từ giá trị 79,95 Mg ha-1 (rừng 18 tuổi) tới 87,66 Mg ha-1 (rừng 20 tuổi). Tương ứng, giá trị carbon tích lũy trong sinh khối cũng tăng dần, từ 35,44 ± 2,79 MgC ha-1 ở rừng Trang 18 tuổi tới tới 39,16 ± 5,20 MgC ha-1 ở rừng Trang 20 tuổi. Nghiên cứu đã xây dựng được các phương trình tương quan giữa sinh khối và tuổi cây, trong đó t là tuổi cây (năm): Bảng 3.3. Sinh khối thành phần, sinh khối tổng và carbon tích lũy trong sinh khối của cây Trang trồng từ 18 - 20 tuổi. Tuổi cây (năm) Lá và trụ mầm (Mg ha-1) Thân và cành (Mg ha-1) Sinh khối tổng (Mg ha-1) Carbon trong sinh khối (MgC ha-1) 18 9,55 ± 0,82 70,40 ± 5,41 79,95 ± 6,31 35,44 ± 2,79 19 9,95 ± 1,55 73,86 ± 11,36 83,81 ± 13,03 37,15 ± 5,78 20 10,05 ± 0,79 77,61 ± 10,79 87,66 ± 10,54 39,16 ± 5,20 14 Sinh khối lá và trụ mầm (Mg ha-1): wL&P = 0,51 × t + 0,23 (R2 = 0,98) (3-4) Sinh khối thân và cành (Mg ha-1): wS&B = 3,85 × t + 0,54 (R2 = 0,99) (3-5) Sinh khối tổng (Mg ha-1): wT = 4,44 × t + 0,53 (R2 = 0,99) (3-6) Mối quan hệ tuyến tính và tăng dần đều của sinh khối tổng với tuổi của cây Trang cho thấy ở độ tuổi thứ 20, cây Trang vẫn đang trong quá trình phát triển. Tỉ lệ lá và trụ mầm tính được trong nghiên cứu này ở các độ tuổi khác nhau của cây Trang cũng khá ổn định (~ 12%) và tương đồng với các kết quả đã công bố ở các vùng RNM tự nhiên và RNM trồng khác nhau trên thế giới [3]. Kết quả tính toán sinh khối và carbon tích lũy trên mặt đất cho thấy giá trị tích lũy sinh khối và carbon tăng dần theo tuổi rừng. Tốc độ tích lũy sinh khối ở rừng Trang trồng thuộc khu vực phía Bắc Việt Nam đạt giá trị trung bình là 4,60 Mg ha-1 năm-1 và có tốc độ tích lũy ở mức trung bình so với các loài cây ngập mặn thuộc các vùng khác nhau trên thế giới [55], [58], [59], [61]. Nghiên cứu thiết lập được phương trình tuyến tính và tương quan thuận giữa sinh khối thành phần và tổng sinh khối tích lũy theo tuổi của cây Trang. Phương trình tương quan tính được có thể sử dụng để ước tính sinh khối và carbon tích lũy trong các diện tích rừng Trang trồng ở khu vực phía Bắc Việt Nam. 3.2 Năng suất lượng rơi của rừng ngập mặn Năng suất lượng rơi tính được trong bẫy lưới của RNM khá ổn định trong hai năm nghiên cứu với giá trị tương ứng là 5,98 ± 1,28 và 6,83 ± 1,89 Mg ha-1 năm-1. Tính trung bình cho cả hai năm, năng suất lượng rơi mỗi năm là 6,41 ± 1,59 Mg ha-1 năm-1, tương ứng với giá trị carbon là 2,32 ± 0,57 MgC ha-1 năm-1. So sánh với sinh khối lá và trụ mầm của rừng Trang ở độ tuổi tương ứng (18-20 tuổi), năng suất lượng rơi chiếm khoảng 65% tổng sinh khối của lá và trụ mầm (~ 10 Mg ha- 1 năm-1, Bảng 3.3). Lượng rơi mang từ sàn RNM ra vùng nước lạch triều cũng biến động theo cùng xu hướng với lượng rơi thu được trên các bẫy lưới trong RNM. Tính trong hai năm, giá trị lượng rơi thu được tương ứng là 0,77 và 0,83 Mg ha-1 năm-1, với giá 15 trị trung bình là 0,80 Mg ha-1 năm-1. Chuyển đổi từ khối lượng sản phẩm lượng rơi thu thập được trong lạch sang giá trị OC mang từ RNM ra vùng nước xung quanh thu được giá trị trung bình là 0,26 MgC ha-1 năm-1 (Hình 3.8). So sánh với năng suất lượng rơi của rừng Trang trồng ở giai đoạn 18 – 20 tuổi (2,32 MgC ha-1 năm-1), giá trị lượng rơi mang từ rừng Trang ra vùng nước lạch (0,26 MgC ha-1 năm-1) chỉ chiếm tỉ lệ bằng 11,21% năng suất lượng rơi của RNM. Giá trị lượng rơi mang ra vùng nước xung quanh thấp có thể do cấu trúc rừng Trang khá dày đặc (~ 20.000 cá thể ha-1). Kết quả cho thấy phần lớn sản phẩm lượng rơi (88,79%) nằm lại trong sàn RNM, một phần được động vật giáp xác (cua, cáy) tiêu thụ làm nguồn thức ăn, sau đó thông qua các xáo trộn sinh học và tồn lưu trong các lớp đất, phần còn lại tích lũy trong đất và phân hủy dần cũng như cung cấp sản phẩm hữu cơ cho đất RNM. 3.3 Carbon tích lũy dưới mặt đất của rừng ngập mặn 3.3.1 Carbon tích lũy trong sinh khối rễ Kết quả phân tích sinh khối rễ của rừng Trang tại VQGXT cho thấy hàm lượng carbon trung bình trong sinh khối rễ của RNM phân bố không đồng đều trong các tầng đất. Nhìn chung, hàm lượng carbon trong sinh khối rễ giảm dần theo độ Hình 3.8. Carbon trong sản phẩm lượng rơi của RNM và lượng rơi mang từ RNM ra vùng nước xung quanh trong hai năm nghiên cứu. 2,17 2,47 2,32 0 1 2 3 4 2016-2017 2017-2018 TB L ư ợ n g rơ i (M gC h a- 1 nă m -1 ) Lượng rơi trong RNM 0,26 0,27 0,26 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 2016-2017 2017-2018 TB L ư ợ n g rơ i m an g ra ( M gC h a- 1 n ăm -1 ) Lượng rơi mang ra khỏi RNM 16 sâu của đất, giá trị cao nhất ghi nhận được trong các tầng đất từ 20 - 60 cm và thấp nhất trong các tầng đất sâu (70 - 100 cm). Tính trung bình trong cả ba ô thí nghiệm, ở tầng đất mặt từ độ sâu 0 - 60 cm, tỷ lệ carbon hữu cơ trong rễ chiếm tới 86% tổng carbon hữu cơ trong sinh khối rễ tới độ sâu 100 cm. Ở rừng Trang 19 tuổi, sinh khối rễ tăng cao hơn rừng 18 tuổi trong lớp đất có độ sâu 40 - 100 cm. Kết quả thu được trong nghiên cứu này về xu hướng biến động sinh khối rễ theo độ sâu hoàn toàn tương đồng với kết quả công bố về xu hướng biến đổi sinh khối rễ tại nhiều vùng RNM khác nhau trên thế giới [10], [11], [49], [131], [132]. Đặc biệt, sinh khối rễ chết tăng cao trong rừng Trang 20 tuổi so với rừng 18 và 19 tuổi. Xét tới độ sâu 100 cm, tổng carbon hữu cơ trong sinh khối dưới mặt đất của rừng Trang tăng dần theo độ tuổi, với giá trị từ 12,67 MgC ha-1 (rừng 18 tuổi) tới 15,35 MgC ha-1 (rừng 19 tuổi) và 16,71 MgC ha-1 (rừng 20 tuổi; Bảng 3.7). Tốc độ tích lũy carbon trong sinh khối rễ của rừng Trang trong giai đoạn từ 18 - 20 tuổi tính được là 2,38 MgC ha-1 năm-1. Rừng càng nhiều tuổi thì tỉ lệ tích lũy sinh khối trong rễ càng cao. 3.3.2 Carbon tích lũy trong đất của rừng ngặp mặn Xu hướng phân bố carbon hữu cơ trong đất rừng Trang 19 và 20 tuổi theo độ sâu cũng biến động tương tự như xu hướng của rừng Trang 18 tuổi, với các giá trị hàm lượng carbon phân tích được cao nhất trong các tầng đất từ 0 – 60 cm. Giá trị carbon tồn lưu trong đất rừng Trang 19 và 20 tuổi tăng nhanh ở các độ sâu từ 30 - 60 cm phía dưới mặt đất. Tính chung cả phẫu diện tới độ sâu 100 cm, giá trị carbon tồn lưu trong đất ở rừng Trang 19 và 20 tuổi có sự tăng nhẹ so với rừng 18 tuổi (Bảng 3.9). Bảng 3.7. Sinh khối rễ trong rừng Trang từ 18 - 20 tuổi tại VQGXT, tỉnh Nam Định. Tuổi rừng Rễ sống (MgC ha-1) Rễ chết (MgC ha-1) Tổng carbon (MgC ha-1) Tổng sinh khối dưới mặt đất (Mg ha-1) 18 6,69 5,98 12,67 38,07 19 7,40 7,95 15,34 45,90 20 7,37 9,34 16,71 50,37 17 Với đất trống, giá trị cao nhất ghi nhận được là trong lớp đất có độ sâu 20 cm và giá trị thấp nhất ghi nhận được là trong lớp sâu nhất của phẫu diện (100 cm). Số liệu thống kê cho thấy có sự khác biệt lớn về hàm lượng carbon hữu cơ giữa các tầng đất trong phẫu diện (P < 0,01). Tính tới độ sâu 100 cm của đất trống bìa rừng, số liệu nghiên cứu cho thấy tổng carbon hữu cơ là 87,59 ± 1,08 MgC ha-1 tại bìa rừng Trang 18 tuổi, và giá trị này tăng dần theo thời gian, đạt tới 91,14 ± 6,84 MgC ha-1 cho vùng đất trống bìa rừng 20 tuổi (Bảng 3.9). Kết quả thu được trong nghiên cứu này đối với rừng Trang 18 - 20 tuổi cho thấy carbon tồn lưu trong đất có cùng xu hướng biến đổi với sinh khối rễ theo độ sâu của phẫu diện đất. Carbon tích lũy tăng dần theo độ tuổi, với giá trị cao nhất ghi nhận được ở rừng Trang 20 tuổi (152,31 MgC ha-1). Carbon tích lũy dưới mặt đất là tổng của carbon trong sinh khối rễ và carbon tồn lưu trong đất. Carbon tồn lưu trong đất chiếm tới ~ 90% tổng carbon hữu cơ tích lũy dưới mặt đất, trong khi carbon tích lũy trong sinh khối rễ chỉ chiếm ~10%. Kết quả nghiên cứu cho thấy carbon tồn lưu trong đất có nguồn gốc một phần từ sinh khối rễ, một phần từ carbon trong lượng rơi của RNM và một phần carbon mang tới từ trầm tích sông, biển. 3.3.3 Tốc độ tồn lưu carbon dưới mặt đất Số liệu phân tích thống kê cho thấy có mối quan hệ mật thiết giữa carbon hữu cơ tích lũy dưới mặt đất và tuổi rừng. Xu hướng biến đổi của tốc độ tích lũy carbon Bảng 3.9. Carbon tích lũy dưới mặt đất theo các thành phần (MgC ha-1) của rừng Trang trồng từ 18 - 20 tuổi. Tuổi rừng Rễ sống Rễ chết Đất Carbon tổng số Đất trống (2016) - - 87,59 87,59 Đất trống (2017) - - 89,83 89,83 Đất trống (2018) - - 91,14 91,14 18 tuổi 6,69 5,98 146,78 159,45 19 tuổi 7,40 7,95 151,31 166,66 20 tuổi 7,37 9,34 152,31 169,02 18 tính toán được thể hiện trong phương trình (3.7), trong đó C và t tương ứng với carbon tích lũy dưới mặt đất (MgC ha-1 năm-1) và tuổi rừng (năm). C = 48,524 × e0,0646 × t (3-7) Kết quả thu được giá trị tồn lưu carbon phía dưới mặt đất rất cao trong suốt quá trình sinh trưởng và phát triển 20 năm của cây Trang (7,08 MgC ha-1 năm-1). Tốc độ tồn lưu tính được cao hơn trong những năm đầu (5 - 8 tuổi), ở giai đoạn sau tốc độ tồn lưu ổn định hơn. Ở giai đoạn tuổi rừng từ 18 - 20 tuổi, tốc độ tồn lưu trung bình là 6,91 MgC ha-1 năm-1. Tốc độ tồn lưu carbon khá ổn định trong giai đoạn tuổi rừng từ 18 - 20 cho thấy carbon tồn lưu trong đất có nguồn gốc từ năng suất sản phẩm lượng rơi của RNM (2,32 MgC ha-1 năm-1), từ carbon trong sinh khối rễ của cây (2,38 MgC ha-1 năm-1). Tuy nhiên, tổng của hai thành phần này (4,70 MgC ha-1 năm-1) vẫn nhỏ hơn tốc độ tồn lưu carbon trong đất (6,91 MgC ha-1 năm-1). Vì vậy, carbon tồn lưu trong đất sẽ có nguồn gốc một phần từ trầm tích sông, biển. 3.4 Sự phát thải khí CO2 từ đất rừng ngập mặn vào khí quyển Dòng khí CO2 phát thải từ bề mặt đất biến động mạnh trong cả hai địa điểm đo đạc của đất RNM và đất trống. Ở điều kiện thường, dòng khí CO2 biến động trong khoảng từ 37,16 ± 14,60 tới 228,43 ± 78,50 mmol m-2 ngày-1 với đất RNM; trong khi ở địa điểm đất trống, giá trị này biến động từ 16,34 ± 14,33 tới 87,87 ± 32,71 mmol m-2 ngày-1. Dòng khí CO2 trung bình trong RNM (95,53 ± 89,28 mmol m-2 ngày-1) lớn hơn trên hai lần dòng khí CO2 đo được trong đất trống (42,42 ± 32,73 mmol m-2 ngày-1). Sau khi gạt nhẹ khoảng 2 mm lớp đất trên bề mặt, dòng khí CO2 đo được cao hơn so với trong điều kiện thường ở cả hai địa điểm. Dòng khí CO2 đo được trong đất RNM cao gần gấp đôi giá trị đo được trong đất trống, tương ứng với các giá trị trung bình là 122,22 ± 90,25 mmol m- 2 ngày-1 và 73,76 ± 39.85 mmol m-2 ngày-1. Số liệu phân tích thống kê phương sai cho thấy có sự khác biệt lớn về giá trị dòng khí CO2 đo được giữa hai địa điểm đất RNM và đất trống, khi có lớp màng sinh học (P < 0,001), và không có lớp màng sinh học (P < 0,01 (Hình 3.21). 19 Sử dụng phương pháp phân tích hồi qui đa biến, nghiên cứu đã xác định được mối tương quan thuận giữa dòng khí CO2 phát thải và nhiệt độ đất cũng như hàm lượng hữu cơ trong đất trước và sau khi loại bỏ lớp màng sinh học trên bề mặt đất. Các phương trình trương quan tính toán được thể hiện dưới đây: FCO2_WB (có lớp màng sinh học) = 8,809 × Tđất +121,135 × TOC – 301,689 (R= 0,61; P < 0,001) (3-8) FCO2_WoB (không có lớp màng sinh học) = 10,990 × Tđất + 127,209 × TOC - 338,021 (R= 0,74; P < 0,0001) (3-9) Với F là dòng khí CO2 phát thải từ đất (mmol m-2 ngày-1), T là nhiệt độ đất (⁰C), TOC là hàm lượng carbon hữu cơ trong đất (%). Tóm lại, tổng carbon tích lũy của đất RNM cao hơn so với đất trống là nhân tố chính góp phần vào việc phát thải cao hơn của dòng khí CO2 từ đất RNM vào khí quyển. Nghiên cứu đã xác định được tổng lượng CO2 phát thải hàng năm từ đất RNM và đất trống vào khí quyển tương ứng là 1,75 ± 0,76 MgC ha-1 năm-1 và Hình 3.21. Mối quan hệ giữa thông số nhiệt độ đất và biến động dòng CO2 phát thải (mmol m-2 ngày-1) khi có (FCO2 (WB)) và không có (FCO2(WoB)) lớp màng sinh học vào mùa mưa và mùa khô tại VQGXT, tỉnh Nam Định. 20 25 30 35 40 45 50 55 0 50 100 150 200 250 300 350 MÙA KHÔ MÙA MƯA N hi ệt đ ộ đ ất ( o C ) N ồn g đ ộ C O 2 (m m ol C O 2 ·m -2 ·n gà y- 1 ) Nhiệt độ FCO2 (WB) FCO2 (WoB) 20 0,93 ± 0,52 MgC ha-1 năm-1. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng dòng khí CO2 phát thải tăng lên cùng với sự gia tăng của nhiệt độ không khí và nhiệt độ đất, với giá trị Q10 tính toán được cho đất RNM là 2,63 và cho đất trống là 2,75. Các giá trị Q10 xác định được trong nghiên cứu này có giá trị tương đương với nhiều nghiên cứu đã được công bố ở nhiều vùng trên thế giới, với giá trị biến động trong khoảng từ 1,70 - 4,05 [67], [70], [153]–[155]. Sự biến động của dòng khí CO2 không chỉ phụ thuộc vào các yếu tố vô sinh mà còn phụ thuộc vào các yếu tố hữu sinh, trong đó lớp màng sinh học có vai trò như một lớp bảo vệ và hạn chế sự phát thải của khí CO2 từ bề mặt đất vào khí quyển. 3.5 Sự trao đổi carbon giữa rừng ngập mặn và môi trường nước xung quanh Giá trị CO2 phát thải từ môi trường nước vào khí quyển có liên quan chặt chẽ với các thông số lí hóa của nước, đặc biệt là thông số DIC, DO và pH. Nồng độ khí CO2 phát thải từ giao diện nước - không khí tăng cao khi thủy triều xuống thấp và nồng độ CO2 phát thải ổn định khi thủy triều lên và thủy triều cao. Kết quả tính toán và đo đạc cho thấy khí CO2 phát thải từ giao diện nước – không khí diễn ra mạnh mẽ vào chu kì nước lớn, đặc biệt là vào mùa mưa, với lượng phát thải carbon dưới dạng khí CO2 từ giao diện nước-không khí trung bình là 0,15 MgC ha-1 năm-1. Kết quả so sánh cho thấy tổng lượng CO2 phát thải từ bề mặt nước vào khí quyển thấp hơn 11,67 lần lượng phát thải từ bề mặt đất vào khí quyển (1,75 MgC ha-1 năm-1). Carbon mang vào RNM được tính theo nồng độ trung bình của các chất khi thủy triều lên và lưu lượng nước triều vào. Carbon mang ra khỏi RNM được tính bằng phương pháp tương tự khi triều xuống. Nhìn chung, tổng carbon hữu cơ (DOC và POC) mang vào RNM từ dòng nước triều lớn hơn so với giá trị carbon mang ra khỏi RNM tới các kênh rạch và sau đó ra vùng nước biển ven bờ. Ngược lại, carbon vô cơ (DIC) mang ra khỏi RNM có giá trị lớn hơn tổng carbon vô cơ mang vào. Giá trị carbon mang vào và mang ra khỏi RNM theo chu kì thủy triều và theo các mùa trong năm được trình bày trong Hình 3.34. 21 Carbon hữu cơ mang vào 1 ha RNM trong một năm là 15,16 MgC ha-1, trong đó POC là 13,39 MgC ha-1 và DOC là 1,77 MgC ha-1. Khi thủy triều rút xuống, carbon hữu cơ mang ra tương ứng là 6,68 và 1,70 MgC ha-1. Kết quả so sánh cho thấy, tổng lượng carbon hữu cơ bị giữ lại trong 1 ha RNM là 6,78 MgC ha-1, trong đó carbon hữu cơ lơ lửng (POC) chiếm 6,71 MgC ha-1 (98,97%) và carbon hữu cơ hòa tan (DOC) chỉ chiếm 0,07 MgC ha-1 (1,03%). Ngược lại với xu hướng lưu giữ carbon hữu cơ trong đất RNM, carbon vô cơ (DIC) mang ra khỏi RNM lớn hơn giá trị carbon vô cơ mang vào với giá trị là 4,06 MgC ha-1. Giá trị DIC đặc biệt tăng cao sau khi lớp nước mặt thoát ra hết khỏi bề mặt sàn rừng, thời điểm này nước mang ra khỏi diện tích RNM chủ yếu là nước lỗ rỗng. Khi so sánh với các nghiên cứu tương tự đã công bố trên thế giới, kết quả thu được trong nghiên cứu này tương đồng với kết quả của Romigh và cs. (2006) [165]. Các tác giả đã công bố nồng độ DOC mang vào và mang ra khỏi RNM chịu ảnh hưởng của yếu tố thời gian (mùa) và bị tác động mạnh mẽ bởi lưu lượng nước sông cũng như biên độ thủy triều. Tuy nhiên, theo Alongi (2014) [31], carbon mang ra khỏi RNM khi tốc độ triều xuống mạnh hơn so với tốc độ triều l