Đánh Giá Biến Động Hấp Thụ Carbon tại Rừng Cát Tiên: Ảnh Hưởng của Khí Hậu

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. MỞ ĐẦU

1.1. Lý do chọn đề tài

1.2. Mục đích nghiên cứu của luận văn

1.3. Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu

1.4. Câu hỏi nghiên cứu

1.5. Giả thuyết nghiên cứu

1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

1.7. Cơ sở dữ liệu thực hiện luận văn

1.8. Cấu trúc của luận văn

2. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

2.1. Nghiên cứu liên quan đến hấp thụ carbon

2.1.1. Sự biến đổi hàng năm trong sự hấp thụ carbon trên cạn ở quy mô toàn cầu và các hệ sinh thái

2.1.2. Sự khác biệt theo không gian của biến động hấp thụ carbon ở các hệ sinh thái trên cạn hàng năm trên toàn cầu

2.2. Nghiên cứu liên quan đến mối liên hệ khí hậu và biến động hấp thụ carbon của các hệ sinh thái trên cạn

2.2.1. Chế độ nước trong khu vực (Mưa và hạn)

2.3. Nghiên cứu tầm quan trọng của rừng nhiệt đới trong chu trình carbon toàn cầu

2.3.1. Biến động điều kiện khí hậu ở các khu rừng nhiệt đới

2.3.2. Phản ứng quang hợp và hô hấp của rừng nhiệt đới với các biến động khí hậu

2.3.3. Biến động theo thời gian và theo mùa của hoạt động sinh lý thực vật nhiệt đới

2.3.4. Vai trò của rừng nhiệt đới trong chu trình carbon toàn cầu

2.3.5. Suy thoái rừng nhiệt đới trong bối cảnh Biến đổi khí hậu

2.3.6. Biến động hấp thụ carbon của rừng nhiệt đới trong bối cảnh biến đổi khí hậu

2.4. Nghiên cứu liên quan đến việc sử dụng kỹ thuật hiệp phương sai xoáy nhằm đánh giá Biến động hấp thụ carbon

2.4.1. Tổng quan về Hiệp phương sai xoáy (Eddy Covariance- EC)

2.4.2. Sự phát triển của Kỹ thuật EC

2.4.3. Ứng dụng của phương pháp EC trên thế giới và ở một số khu rừng nhiệt đới

2.5. Khái quát về không gian nghiên cứu

2.5.1. Vị trí địa lý rừng nhiệt đới Cát Tiên

2.5.2. Điều kiện tự nhiên

2.5.3. Đặc điểm điều kiện khí hậu

2.6. Tiểu kết Chương 1

3. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. Đối tượng nghiên cứu

3.2. Phạm vi nghiên cứu

3.2.1. Phạm vi thời gian

3.2.2. Phạm vi không gian

3.2.3. Phạm vi khoa học

3.3. Phương pháp nghiên cứu

3.3.1. Vị trí thiết lập Trạm Flux NCT

3.3.2. Mô tả cơ sở lý thuyết về phép đo EC

3.3.3. Thiết bị đo đạc

3.3.4. Thu thập dữ liệu

3.3.5. Xử lý dữ liệu, lấp đầy khoảng trống

3.3.6. Tính toán thông lượng carbon

3.3.7. Xác định ranh giới giữa mùa mưa và mùa khô tại Rừng nhiệt đới Cát Tiên

3.4. Tiểu kết Chương 2

4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

4.1. Biến động của một số yếu tố khí tượng tại khu vực nghiên cứu giai đoạn 2012-2021

4.1.1. Ranh giới các mùa và chế độ ẩm

4.1.2. Chế độ bức xạ

4.2. Biến động của trao đổi dòng Carbon tại rừng nhiệt đới Cát Tiên giai đoạn 2012-2021

4.2.1. Động thái theo mùa của NEE

4.2.2. Động thái theo mùa của GPP và Reco

4.2.3. So sánh NEE và GPP hàng năm của khu vực nghiên cứu với dữ liệu về dòng CO2 trên cạn ở châu Á

4.3. Các mối tương quan giữa biến động hấp thụ Carbon với các điều kiện nhiệt độ, lượng mưa, bức xạ mặt trời tại rừng nhiệt đới Cát Tiên

4.3.1. Các yếu tố chính chi phối biến động hấp thụ carbon tại rừng Cát Tiên

4.3.2. Mối tương quan qua lại giữa NEE, GPP, Reco

4.3.3. Tác động của một số yếu tố khí hậu đến dòng cacbon

4.3.4. Xu hướng biến động hấp thụ C tại rừng nhiệt đới Cát Tiên theo mùa trong điều kiện khí hậu

4.4. Tiểu kết Chương 3

5. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

I. Tổng Quan Vì Sao Đánh Giá Hấp Thụ Carbon Rừng Cát Tiên

Các hệ sinh thái trên cạn đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ CO2, trung bình gần 30% lượng khí thải do con người tạo ra kể từ những năm 1960. Tuy nhiên, khả năng cô lập carbon này biến động theo từng năm, từ phát thải đến hấp thụ đáng kể. Sự biến động này ảnh hưởng lớn đến nồng độ CO2 trong khí quyển. Do đó, việc hiểu rõ nguyên nhân gây ra biến động hấp thụ carbon là rất quan trọng để dự báo chu trình carbon, đánh giá năng lực giảm phát thải của các hệ sinh thái và sự tương tác giữa chúng với hệ thống khí hậu. Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật Hiệp phương sai xoáy (Eddy covariance- EC) để đo lường trao đổi CO2 giữa rừng và khí quyển, cung cấp dữ liệu quan trọng về chức năng và xu thế trao đổi carbon của hệ sinh thái. Những phát hiện này rất quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu, đặc biệt là tại các khu rừng nhiệt đới như Rừng Cát Tiên.

1.1. Vai trò then chốt của Rừng Cát Tiên trong chu trình carbon

Rừng Cát Tiên, một khu rừng nhiệt đới quan trọng, đóng vai trò then chốt trong chu trình carbon khu vực và toàn cầu. Việc nghiên cứu biến động hấp thụ carbon tại đây cung cấp thông tin quan trọng về khả năng hấp thụ CO2 của rừng, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng biến đổi khí hậu có thể ảnh hưởng đến vai trò bể chứa carbon của rừng, làm giảm khả năng hấp thụ CO2. Theo (Ballantyne và cs., 2012; Le Quéré và cs. ), các hệ sinh thái trên cạn giúp hấp thụ trung bình gần 30% lượng khí thải CO2 do con người tạo ra.

1.2. Kỹ thuật Hiệp Phương Sai Xoáy EC Phương pháp đo lường tiên tiến

Kỹ thuật Hiệp Phương Sai Xoáy (EC) cho phép đo lường không phá hủy các dòng thông lượng nhiệt, ẩm và CO2 ở độ phân giải thời gian cao và cấp độ HST. Đây là một công cụ độc đáo để theo dõi liên tục NEE và trao đổi năng lượng giữa các HST trên cạn và khí quyển. Tích hợp dữ liệu EC với dữ liệu khí tượng và sinh lý học thực vật giúp các nhà nghiên cứu điều tra cách thực vật phản ứng với các tác nhân môi trường và sinh học. EC đã trở thành phương pháp phổ biến để theo dõi liên tục trong thời gian dài NEE và trao đổi năng lượng giữa các HST trên cạn và khí quyển (Baldocchi, 2019).

II. Thách Thức Ảnh Hưởng Khí Hậu Đến Hấp Thụ Carbon tại Rừng

Biến đổi khí hậu đang tạo ra những thách thức đáng kể đối với khả năng hấp thụ carbon của rừng, đặc biệt là các khu rừng nhiệt đới. Các hiện tượng thời tiết cực đoan như El Niño có thể làm giảm khả năng hấp thụ carbon của rừng, thậm chí biến rừng thành nguồn phát thải CO2. Việc đánh giá chính xác ảnh hưởng của khí hậu đến hấp thụ carbon là rất quan trọng để đưa ra các giải pháp quản lý rừng hiệu quả. Các khu rừng nhiệt đới dễ bị tổn thương trước khí hậu khô hơn, ấm hơn (Malhi và cs.,2008), điều này có thể làm trầm trọng thêm sự nóng lên toàn cầu. Các tác động mạnh mẽ trên khiến cho vai trò Bể-Nguồn (phát thải và hấp thụ C) của các khu rừng nhiệt đới trong quá trình trao đổi C với khí quyển vẫn tồn tại các mảng trống tri thức cần phải làm rõ.

2.1. El Nino và Tác Động đến Biến Động Carbon Rừng

El Nino có thể gây ra hạn hán và nhiệt độ cao, làm giảm khả năng quang hợp của cây và tăng cường quá trình hô hấp, dẫn đến giảm hấp thụ carbon. Trong những năm El Niño, có sự giải phóng ròng carbon từ sinh quyển vào khí quyển, đặc biệt là ở vùng nhiệt đới (Hashimoto và cs.2015). Hạn hán cũng khiến các khu rừng nhiệt đới dễ bị cháy hơn trong quá trình khai phá đất đai (Randerson và cs.2012). Nghiên cứu cần tập trung vào việc định lượng tác động của El Nino đến biến động carbon rừng.

2.2. Mối Liên Hệ giữa Lượng Mưa và Hấp Thụ Carbon

Lượng mưa là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự phát triển của cây và quá trình quang hợp. Sự thay đổi trong lượng mưa có thể ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ carbon của rừng. Nghiên cứu cần phân tích mối liên hệ giữa lượng mưa và hấp thụ carbon để hiểu rõ hơn về vai trò của lượng mưa trong việc điều chỉnh chu trình carbon tại Rừng Cát Tiên.

III. Phương Pháp Đánh Giá Biến Động Hấp Thụ Carbon hiệu quả

Để đánh giá biến động hấp thụ carbon, cần sử dụng các phương pháp đo lường và phân tích dữ liệu phù hợp. Kỹ thuật Eddy Covariance (EC) là một phương pháp hiệu quả để đo lường trực tiếp dòng CO2 giữa rừng và khí quyển. Dữ liệu từ trạm quan trắc EC cần được xử lý và phân tích để xác định các yếu tố khí hậu ảnh hưởng đến hấp thụ carbon. Việc kết hợp dữ liệu EC với dữ liệu khí tượng và sinh thái học giúp hiểu rõ hơn về cơ chế điều chỉnh chu trình carbon của rừng.

3.1. Ứng dụng Kỹ thuật Eddy Covariance EC để Đo lường

Kỹ thuật EC đo lường sự trao đổi khí nhà kính và năng lượng giữa mặt đất và khí quyển. Hệ thống các cảm biến môi trường phức tạp được sử dụng để đo lường sự trao đổi khí nhà kính, năng lượng giữa mặt đất và khí quyển tại các trạm quan trắc thông lượng (FLUX tower). Kỹ thuật này cho phép đo lường không phá hủy các dòng thông lượng nhiệt, ẩm và CO2 ở độ phân giải thời gian cao và cấp độ HST, làm cho nó trở thành một công cụ độc đáo (Baldocchi, 2019).

3.2. Phân tích Dữ Liệu Khí Tượng và Sinh Thái Học kết hợp

Dữ liệu khí tượng (nhiệt độ, lượng mưa, bức xạ mặt trời) và sinh thái học (sinh khối, diện tích lá) cần được thu thập và phân tích cùng với dữ liệu EC. Phân tích thống kê và mô hình hóa có thể được sử dụng để xác định các yếu tố khí hậu ảnh hưởng đến hấp thụ carbon. Việc tích hợp bộ dữ liệu EC với các bộ dữ liệu khí tượng, sinh lý học thực vật cho phép các nhà nghiên cứu điều tra cách thực vật phản ứng với một số tác nhân môi trường và sinh học như ánh sáng, nhiệt độ, chế độ thuỷ văn và các giao động khí hậu đột ngột (Brümmer và cs., 2012; Keenan và cs., 2014) cũng như quá trình trao đổi chất của toàn bộ HST đang phản ứng như thế nào với các xu hướng dài hạn của môi trường.

IV. Nghiên Cứu Biến Động Hấp Thụ Carbon Rừng Cát Tiên 2012 2021

Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá biến động hấp thụ carbon tại Rừng Cát Tiên trong giai đoạn 2012-2021, sử dụng dữ liệu từ trạm quan trắc EC. Phân tích dữ liệu cho thấy có sự biến động đáng kể trong hấp thụ carbon giữa các năm và theo mùa. Các yếu tố khí hậu như nhiệt độ, lượng mưa và bức xạ mặt trời đều có ảnh hưởng đến biến động hấp thụ carbon. Nghiên cứu cũng xác định các xu hướng biến động trong hấp thụ carbon và dự báo khả năng hấp thụ carbon của rừng trong tương lai.

4.1. Phân tích Biến Động Theo Mùa của Hấp Thụ Carbon

Hấp thụ carbon thường cao hơn trong mùa mưa do điều kiện độ ẩm và ánh sáng thuận lợi cho sự phát triển của cây. Trong mùa khô, hấp thụ carbon có thể giảm do hạn hán và nhiệt độ cao. Nghiên cứu cần định lượng sự khác biệt trong hấp thụ carbon giữa mùa mưa và mùa khô và xác định các yếu tố khí hậu chính điều chỉnh sự biến động này. Theo dữ liệu quan trắc, Trạm quan trắc dòng nhiệt, ẩm và CO2 Cát Tiên (VQG Cát Tiên, Đồng Nai, Việt Nam) của Trung tâm Nhiệt đới Việt-Nga/ Bộ Quốc phòng là trạm quan trắc sử dụng kỹ thuật EC đầu tiên của Việt Nam và hiện là trạm có quan sát NEE liên tục chất lượng cao trên 10 năm duy nhất tại nước ta.

4.2. Xác định Ảnh Hưởng của Nhiệt Độ và Lượng Mưa

Nhiệt độ và lượng mưa có thể ảnh hưởng đến các quá trình sinh lý của cây, như quang hợp và hô hấp, do đó ảnh hưởng đến hấp thụ carbon. Nghiên cứu cần xác định ngưỡng nhiệt độ và lượng mưa tối ưu cho hấp thụ carbon và đánh giá tác động của biến đổi nhiệt độ và lượng mưa đến khả năng hấp thụ carbon của rừng. Bên cạnh đó việc tích hợp bộ dữ liệu EC với các bộ dữ liệu khí tượng, sinh lý học thực vật cho phép các nhà nghiên cứu điều tra cách thực vật phản ứng với một số tác nhân môi trường và sinh học như ánh sáng, nhiệt độ, chế độ thuỷ văn và các giao động khí hậu đột ngột (Brümmer và cs., 2012; Keenan và cs., 2014).

V. Kết Luận Tầm Quan Trọng của Rừng Cát Tiên trong BĐKH

Nghiên cứu này khẳng định tầm quan trọng của Rừng Cát Tiên trong việc hấp thụ carbon và giảm thiểu biến đổi khí hậu. Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin quan trọng cho việc quản lý rừng bền vững và xây dựng các chính sách giảm phát thải. Việc bảo vệ và tăng cường khả năng hấp thụ carbon của Rừng Cát Tiên là rất quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu. Đồng thời làm sáng tỏ khả năng hấp thụ C của rừng nhiệt đới Cát Tiên theo mùa và góp phần chứng minh giá trị đóng góp của rừng nhiệt đới với giảm nhẹ biến đổi của khí hậu.

5.1. Đề Xuất Các Giải Pháp Quản Lý Rừng Bền Vững

Các giải pháp quản lý rừng bền vững, như trồng rừng, bảo vệ rừng già và giảm khai thác gỗ, có thể giúp tăng cường khả năng hấp thụ carbon của rừng. Việc quản lý rừng cần dựa trên các kết quả nghiên cứu khoa học và 고려 cả tác động của biến đổi khí hậu. Nghiên cứu cần đề xuất các giải pháp quản lý rừng phù hợp với điều kiện cụ thể của Rừng Cát Tiên.

5.2. Chính Sách và Cơ Chế Tài Chính cho Giảm Phát Thải REDD

Các chính sách và cơ chế tài chính, như REDD+, có thể cung cấp động lực cho việc bảo vệ và tăng cường khả năng hấp thụ carbon của rừng. Việc tham gia vào các chương trình REDD+ có thể giúp Rừng Cát Tiên nhận được các khoản tài trợ để thực hiện các hoạt động quản lý rừng bền vững. (REDD+) có thể cung cấp động lực cho việc bảo vệ và tăng cường khả năng hấp thụ carbon của rừng.

VI. Tương Lai Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo về Carbon Rừng Cát Tiên

Nghiên cứu về biến động hấp thụ carbon tại Rừng Cát Tiên cần được tiếp tục và mở rộng. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc đánh giá tác động của các yếu tố khác, như sử dụng đất và ô nhiễm không khí, đến hấp thụ carbon. Việc xây dựng các mô hình dự báo hấp thụ carbon là rất quan trọng để đưa ra các quyết định quản lý rừng hiệu quả trong tương lai. Thông qua nguồn dữ liệu này có thể bước đầu đánh giá và xác định các mối tương quan khí hậu đến sự BĐHT C tại rừng nhiệt đới Cát Tiên, qua đó giúp cải thiện khả năng dự đoán của chúng ta về chu trình C tại khu vực.

6.1. Đánh Giá Tác Động của Sử Dụng Đất và Ô Nhiễm Không Khí

Sử dụng đất (chuyển đổi rừng thành đất nông nghiệp) và ô nhiễm không khí có thể ảnh hưởng đến hấp thụ carbon của rừng. Nghiên cứu cần đánh giá tác động của các hoạt động này và đề xuất các giải pháp giảm thiểu tác động tiêu cực. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc đánh giá tác động của các yếu tố khác, như sử dụng đất và ô nhiễm không khí, đến hấp thụ carbon.

6.2. Xây Dựng Mô Hình Dự Báo Hấp Thụ Carbon

Mô hình dự báo hấp thụ carbon có thể giúp các nhà quản lý rừng đưa ra các quyết định dựa trên bằng chứng khoa học. Các mô hình này cần được xây dựng dựa trên dữ liệu quan trắc và các nghiên cứu về chu trình carbon. Việc xây dựng các mô hình dự báo hấp thụ carbon là rất quan trọng để đưa ra các quyết định quản lý rừng hiệu quả trong tương lai.

ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG HẤP THỤ CARBON TRONG MỐI QUAN HỆ VỚI ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU TẠI RỪNG NHIỆT ĐỚI CÁT TIÊN