Luận án tiến sĩ môi trường đất và nước nghiên cứu khả năng tích lũy và trao đổi carbon trong rừng ngập mặn trồng tại vườn quốc gia xuân thủy

Luận án tiến sĩ nghiên cứu khả năng tích lũy và trao đổi carbon trong rừng ngập mặn tại vườn quốc gia Xuân Thủy, góp phần bảo vệ môi trường.

• Tác giả: Ha Thị Hiền
• Người hướng dẫn: PGS, TS. Nguyễn Thị Kim Cúc
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Môi trường đất và nước
• Đề tài: Nghiên cứu carbon trong rừng ngập mặn tại vườn quốc gia Xuân Thủy
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 0.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 0.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 0.4. Nội dung nghiên cứu
• 0.5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
• 0.6. Cấu trúc luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ TÍCH LŨY VÀ TRAO ĐỔI CARBON TRONG RỪNG NGẬP MẶN
• 1.1. Giới thiệu chung về rừng ngập mặn
• 1.2. Tổng quan carbon trong rừng ngập mặn
• 1.3. Tổng quan các nghiên cứu về trao đổi carbon trong rừng ngập mặn
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỊA ĐIỂM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Địa điểm nghiên cứu
• 2.2. Đối tượng nghiên cứu
• 2.3. Thời gian nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Xác định cấu trúc rừng ngập mặn trồng
• 2.4.2. Xác định sinh khối và carbon tích lũy trong cây
• 2.4.3. Xác định carbon trong lượng rơi của rừng ngập mặn và lượng rơi mang ra vùng nước ven bờ
• 2.4.4. Xác định carbon tích lũy dưới mặt đất
• 2.4.5. Xác định dòng khí CO2 phát thải từ môi trường đất vào không khí
• 2.4.6. Xác định các tính chất lí hóa của đất
• 2.4.7. Xác định khí CO2 phát thải từ môi trường nước vào không khí
• 2.4.8. Xác định các tính chất lí hóa của nước
• 2.4.9. Phương pháp tính carbon mang vào và mang ra khỏi rừng ngập mặn
• 2.4.10. Phương pháp chuyên gia
• 2.4.11. Phương pháp phân tích và thống kê số liệu
• 2.5. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Sinh khối trên mặt đất của rừng ngập mặn
• 3.1.1. Cấu trúc và mật độ rừng ngập mặn
• 3.1.2. Phương trình tương quan giữa sinh khối và kích thước cây
• 3.1.3. Tích lũy sinh khối và carbon của rừng ngập mặn trồng theo độ tuổi
• 3.1.4. Tốc độ tích lũy sinh khối trên mặt đất của rừng ngập mặn
• 3.2. Năng suất lượng rơi của rừng ngập mặn
• 3.2.1. Lượng rơi trong rừng ngập mặn
• 3.2.2. Lượng rơi di chuyển ra vùng nước xung quanh
• 3.3. Carbon tích lũy dưới mặt đất của rừng ngập mặn
• 3.3.1. Carbon tích lũy trong sinh khối rễ
• 3.3.2. Carbon tích lũy trong đất của rừng ngập mặn
• 3.3.3. Tốc độ tồn lưu carbon dưới mặt đất
• 3.4. Sự phát thải khí CO2 từ đất rừng ngập mặn vào khí quyển
• 3.4.1. Các tính chất lí hóa của đất. Ảnh hưởng của nồng độ TOC và nhiệt độ tới sự biến động dòng khí CO2
• 3.4.2. Ảnh hưởng của các tính chất lí hóa của đất tới biến động của dòng khí CO2
• 3.4.3. Ảnh hưởng của lớp màng sinh học và chế độ thủy triều tới sự biến động của dòng khí CO2
• 3.4.4. Sự trao đổi carbon giữa rừng ngập mặn và môi trường nước xung quanh. Các tính chất lí hóa của dòng nước đi vào và ra khỏi rừng ngập mặn
• 3.4.5. Sự phát thải CO2 từ giao diện nước - khí quyển trong rừng ngập mặn
• 3.4.6. Mối quan hệ giữa carbon mang vào và mang ra khỏi rừng ngập mặn với độ lớn và lưu lượng
• 3.4.7. Chu trình carbon trong rừng ngập mặn
• 3.5. Kết luận chương 3
• CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của đề tài

Rừng ngập mặn (RNM) đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và duy trì sự đa dạng sinh học. Nghiên cứu carbon trong rừng ngập mặn tại vườn quốc gia Xuân Thủy không chỉ giúp hiểu rõ hơn về khả năng tích lũy carbon mà còn đánh giá tác động của RNM đối với môi trường xung quanh. RNM có khả năng giữ lại carbon, góp phần giảm thiểu khí nhà kính trong khí quyển. Theo các nghiên cứu trước đây, RNM có thể tích lũy một lượng lớn carbon trong đất và sinh khối, từ đó tạo ra một bể chứa carbon tự nhiên. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu hiện nay, khi mà các hệ sinh thái tự nhiên đang bị đe dọa. Việc nghiên cứu khả năng tích lũy carbon trong RNM tại vườn quốc gia Xuân Thủy sẽ cung cấp dữ liệu cần thiết cho công tác quản lý và bảo tồn hệ sinh thái này.

II. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là định lượng khả năng tích lũy carbon trong rừng ngập mặn trồng tại vườn quốc gia Xuân Thủy. Cụ thể, nghiên cứu sẽ tập trung vào việc xác định lượng carbon tích lũy trong sinh khối thực vật và trong đất. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng sẽ đánh giá khả năng trao đổi carbon giữa RNM và môi trường xung quanh, bao gồm không khí và nước. Việc này không chỉ giúp làm rõ mối quan hệ giữa tuổi rừng và khả năng tích lũy carbon mà còn hoàn thiện chu trình carbon trong hệ sinh thái RNM. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp thông tin quan trọng cho các nhà quản lý trong việc xây dựng các chính sách bảo tồn và phát triển bền vững cho RNM.

III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là khả năng tích lũy và trao đổi carbon trong rừng ngập mặn trồng (Kandelia obovata) tại vườn quốc gia Xuân Thủy. Phạm vi nghiên cứu được xác định trên diện tích rừng trồng từ 18 đến 20 tuổi, tập trung vào việc đo lường carbon tích lũy trong sinh khối và trong đất. Nghiên cứu sẽ được thực hiện tại khu vực có dòng thủy triều, nơi mà nước biển và nước ngọt giao thoa, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của RNM. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 2 năm 2016 đến tháng 4 năm 2018, nhằm thu thập dữ liệu đầy đủ về sự biến động của carbon trong các điều kiện khác nhau.

IV. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, góp phần làm rõ vai trò của rừng ngập mặn trong chu trình carbon. Kết quả nghiên cứu sẽ giúp các nhà khoa học và nhà quản lý hiểu rõ hơn về khả năng lưu trữ carbon của RNM, từ đó đưa ra các biện pháp bảo tồn và phát triển bền vững. Hơn nữa, việc đánh giá tác động của RNM đối với môi trường xung quanh sẽ cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng cho các nghiên cứu tiếp theo về sinh thái học và quản lý tài nguyên thiên nhiên. Điều này không chỉ có lợi cho việc bảo tồn đa dạng sinh học mà còn giúp giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ kỹ thuật với đề tài "Nghiên cứu khả năng tích lũy và trao đổi carbon trong rừng ngập mặn trồng tại Vườn Quốc gia Xuân Thủy" được thực hiện bởi nghiên cứu sinh Hà Thị Hiền, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS. Nguyễn Thị Kim Cúc, bảo vệ tại Trường Đại học Thủy Lợi năm 2019, thuộc chuyên ngành Môi trường đất và nước (mã số: 9440303). Công trình được hoàn thành với sự tài trợ một phần từ Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED, đề tài mã số 105.17) và học bổng Đề án 911 của Chính phủ.

Hệ sinh thái rừng ngập mặn đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ bờ biển, chống xói lở, hạn chế tác động của thiên tai và là bể chứa carbon lớn ở dải ven biển nhiệt đới. Tại miền Bắc Việt Nam, phần lớn diện tích rừng ngập mặn là rừng trồng từ giai đoạn 1994–1999, với loài cây chiếm ưu thế tuyệt đối là Trang (Kandelia obovata). Các công trình nghiên cứu trước đây tại khu vực này chủ yếu tập trung vào giai đoạn rừng non dưới 13 tuổi. Khoảng trống nghiên cứu được luận án xác định là sự thiếu hụt các nghiên cứu định lượng toàn diện về khả năng tích lũy và trao đổi carbon ở rừng Trang trồng giai đoạn trưởng thành (18–20 tuổi), đặc biệt là việc đo đạc đồng thời các dòng phát thải khí CO₂ tại các giao diện và sự trao đổi vật chất với môi trường nước theo chu kỳ triều.

Mục tiêu nghiên cứu tổng quát của luận án là định lượng khả năng tích lũy carbon trong rừng Trang trồng theo thời gian, tính toán lượng trao đổi và cân bằng carbon giữa các thành phần môi trường tại khu vực nghiên cứu. Hai mục tiêu cụ thể gồm:

1. Định lượng lượng carbon tích lũy trong rừng Trang trồng (18–20 tuổi), bao gồm carbon trong sinh khối thực vật và carbon trong đất; làm rõ mối quan hệ giữa tuổi rừng và khả năng tích lũy carbon theo từng độ tuổi.
2. Định lượng carbon trao đổi giữa hệ sinh thái rừng ngập mặn và môi trường xung quanh (nước, không khí); xác định mối quan hệ giữa carbon tích lũy trong đất, sinh khối và các dạng carbon chuyển dịch để hoàn thiện chu trình carbon tại Vườn Quốc gia Xuân Thủy.

Đối tượng nghiên cứu là khả năng tích lũy và trao đổi carbon trong quần xã rừng Trang (Kandelia obovata) trồng 18–20 năm tuổi (chiếm khoảng 95% tổng số cá thể cây đo đếm). Phạm vi không gian được thực hiện tại dải rừng sinh trưởng quanh một lạch triều nối với kênh chính thuộc vùng đệm Vườn Quốc gia Xuân Thủy, tỉnh Nam Định (tọa độ địa lý: 20°13'37.6"N vĩ độ Bắc và 106°31'42.0"E kinh độ Đông). Phạm vi thời gian nghiên cứu thực địa kéo dài từ tháng 2 năm 2016 đến hết tháng 4 năm 2018.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án điểm lại hệ thống nghiên cứu quốc tế và trong nước về cấu trúc, sinh khối, trữ lượng và động học carbon trong hệ sinh thái rừng ngập mặn:

• Nghiên cứu quốc tế về phân bố, sinh khối và trữ lượng carbon: Giri et al. (2011) ghi nhận diện tích rừng ngập mặn toàn cầu khoảng 140.000 km², chiếm 3% diện tích ven biển. Rừng ngập mặn toàn cầu được phân chia theo 4 loại hình sinh thái chính: ven biển, cửa sông, lưu vực và thấp lùn (Lugo & Snedaker 1974; Saenger & Snedaker 1993). Donato et al. (2011) chỉ ra rừng ngập mặn là một trong những hệ sinh thái giàu carbon nhất vùng nhiệt đới với mức tích lũy trung bình 1.023 MgC ha⁻¹, trong đó lớp đất sâu 0–3 m chiếm từ 49% đến 98% tổng trữ lượng. Các công trình của Alongi (2009, 2014), Bouillon et al. (2008, 2009), Twilley et al. (1992), Gattuso et al. (1998), Jennerjahn & Ittekkot (2002), Chmura et al. (2003), Duarte et al. (2005), Mcleod et al. (2011), Breithaupt et al. (2012) đã đưa ra nhiều ước tính về tốc độ tồn lưu và phát thải carbon.

Tác giả	Diện tích RNM (km²)	Tốc độ tồn lưu trên đơn vị diện tích (gC m⁻² năm⁻¹)	Tốc độ tồn lưu toàn cầu (TgC năm⁻¹)
Twilley et al. (1992)	200.000	100	20,0
Jennerjahn & Ittekkot (2002)	200.000	115	23,0
Chmura et al. (2003)	170.000	226	38,0
Duarte et al. (2005)	160.000	361	58,0
Bouillon et al. (2008)	160.000	115	18,4
Alongi (2009)	165.000	110	18,2
Mcleod et al. (2011)	140.000	218	30,5
Breithaupt et al. (2012)	140.000	163	23,0
Alongi (2014)	140.000	174	24,4

• Nghiên cứu tại Việt Nam: Phan Nguyên Hồng et al. (1999) thống kê 77 loài cây ngập mặn tại Việt Nam (35 loài thực thụ và 42 loài gia nhập), chia thành 4 khu vực phân bố địa lý. Các nghiên cứu phía Nam của Fujimoto et al. (1999), Nguyễn Tài Tuệ et al. (2014), Lưu Việt Dũng et al. (2016), Viên Ngọc Nam et al. (2016) cho thấy trữ lượng carbon cao ở rừng Cần Giờ và Cà Mau (dao động từ 245,2 đến trên 900 MgC ha⁻¹). Tại miền Bắc, các nghiên cứu tập trung vào rừng Trang tuổi non: Nguyễn Thanh Hà et al. (2004) nghiên cứu rừng Trang 3–9 tuổi (tích lũy 100,7–199,3 MgC ha⁻¹); Nguyễn Thị Kim Cúc et al. (2009) đánh giá rừng 3–10 tuổi (52,84–85,16 MgC ha⁻¹); Nguyễn Thị Hồng Hạnh (2010, 2016) khảo sát rừng Trang 1–13 tuổi tại Nam Định và Thái Bình, ghi nhận sinh khối trên mặt đất biến động từ 1,02 đến 48,03 MgC ha⁻¹ và carbon tích lũy dưới mặt đất đạt 68,37–92,18 MgC ha⁻¹.

Vị trí của luận án là bước tiếp nối các nghiên cứu trên, mở rộng biên độ dữ liệu lên giai đoạn rừng Trang 18–20 tuổi, đồng thời giải quyết bài toán cân bằng carbon toàn diện thông qua việc đo đạc thực nghiệm các dòng xuất nhập vật chất hòa tan, hạt lơ lửng và khí nhà kính.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên lý thuyết chu trình sinh địa hóa carbon trong hệ sinh thái đất ngập nước ven bờ. Khung phân tích xem xét rừng ngập mặn như một hệ thống mở bao gồm các kho chứa carbon (sinh khối trên mặt đất AGB, sinh khối rễ dưới mặt đất BGB, carbon hữu cơ trong đất TOC/SOC) và các dòng trao đổi vật chất: dòng carbon hữu cơ rơi rụng (litterfall), dòng carbon hòa tan (DOC) và hữu cơ lơ lửng (POC), dòng carbon vô cơ hòa tan (DIC), độ kiềm toàn phần (TA), cùng dòng phát thải khí CO₂ tại giao diện đất - không khí và giao diện nước - không khí.

Để giải quyết các nội dung nghiên cứu, tác giả kết hợp hệ thống phương pháp định lượng thực nghiệm đồng bộ:

• Xác định cấu trúc và sinh khối cây: Thiết lập ô tiêu chuẩn để đo đếm đường kính gốc ($D_{10}$), chiều cao vút ngọn ($H$) và mật độ cá thể. Sử dụng phương pháp giải đoán sinh khối bằng việc thu hoạch mẫu cây giải phẫu đại diện, sấy khô kiệt ở nhiệt độ phòng thí nghiệm để xác định sinh khối các bộ phận ($W_{\text{lá}}$, $W_{\text{cành}}$, $W_{\text{thân}}$, $W_{\text{tổng}}$), từ đó xây dựng các phương trình tương quan allometric theo biến $D_{10}^2 H$.
• Xác định lượng rơi và lượng rơi chuyển dịch: Lắp đặt 6 bẫy lưới thu gom lượng rơi định kỳ hàng tháng liên tục từ năm 2016 đến năm 2018 trong rừng Trang để xác định năng suất rơi rụng và lượng vật chất hữu cơ trôi dạt ra lạch triều (macro-export).
• Xác định carbon tích lũy dưới mặt đất: Đào phẫu diện đất theo các tầng độ sâu từ bề mặt đến 100 cm (0–5 cm, 5–10 cm, 10–20 cm, 20–30 cm, 30–50 cm, 50–70 cm, 70–100 cm) tại đất rừng và đất trống (BL) đối chứng. Thu hồi mẫu đất và mẫu rễ, phân tách rễ sống và rễ chết, xác định dung trọng đất (BD) và hàm lượng carbon hữu cơ (TOC) bằng phương pháp phân tích chuẩn.
• Đo dòng khí phát thải $\text{CO}_2$ tại giao diện đất - không khí: Áp dụng phương pháp buồng đo kín (closed chamber) gắn cảm biến đo nồng độ $\text{CO}_2$ theo thời gian thực tại hiện trường trong điều kiện tối. Đo đạc lặp lại ở hai trạng thái: có lớp màng sinh học bề mặt (biofilm) và cạo bỏ lớp màng sinh học (NoB) trên cả đất rừng và đất trống vào mùa mưa và mùa khô.
• Đo đạc tính chất nước và phát thải $\text{CO}_2$ tại giao diện nước - không khí: Sử dụng thiết bị cân bằng khí (equilibrator) để quan trắc liên tục áp suất riêng phần khí $\text{CO}_2$ ($p\text{CO}_2$) hòa tan trong nước lạch triều. Thu mẫu nước phân tích các thông số lý hóa: nhiệt độ nước ($T_w$), độ mặn ($Sal$), oxy hòa tan ($DO$), độ đục ($Turb$), $pH$, tổng chất rắn lơ lửng ($TSM$), carbon hữu cơ lơ lửng ($POC$), carbon hữu cơ hòa tan ($DOC$), carbon vô cơ hòa tan ($DIC$) và độ kiềm toàn phần ($TA$).
• Tính toán động học trao đổi qua lạch triều: Xác định mặt cắt ngang lạch triều, đo đạc vận tốc dòng chảy và lưu lượng nước ra vào lạch theo các pha triều (triều lên FT, triều cao HT, triều xuống FT, triều thấp LT) trong các chu kỳ triều cường (spring tide/nước lớn) và triều kém (neap tide/nước ròng) ở cả hai mùa.
• Xử lý và phân tích số liệu: Dữ liệu được tính toán thống kê, kiểm định phân tích phương sai một nhân tố (One-way ANOVA), kiểm định cặp bắt cặp ($t$-test), phân tích so sánh bội Tukey HSD, và phân tích thành phần chính (PCA) trên nền tảng phần mềm R với gói FactoMineR. Số liệu khí tượng thủy văn được đối chiếu từ trạm Thủy văn Ba Lạt, điểm đo mưa Nam Hồng và bảng triều trạm Hòn Dấu.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu về tích lũy và trao đổi carbon trong rừng ngập mặn

Chương 1 hệ thống hóa các cơ sở khoa học về sinh thái rừng ngập mặn trên phạm vi toàn cầu và tại Việt Nam. Tác giả phân tích các nhân tố chi phối năng suất sinh học và khả năng tích lũy carbon như vĩ độ, khí hậu, chế độ thủy triều, loại hình địa mạo và thành phần loài cây.

Chương này làm rõ lịch sử biến động diện tích rừng ngập mặn Việt Nam từ 408.500 ha năm 1943 giảm mạnh xuống còn 157.000 ha vào năm 2000 do chiến tranh và phá rừng làm đầm tôm, sau đó phục hồi lên 270.000 ha vào năm 2015 nhờ các dự án trồng rừng (trong đó rừng trồng chiếm tới 66% tổng diện tích cả nước). Tổng quan chỉ ra rằng các mô hình cân bằng carbon toàn cầu của Bouillon et al. (2008) hay Alongi (2014) còn tồn tại độ bất định lớn ở khâu xuất khẩu carbon vô cơ hòa tan ($DIC$) và phát thải khí qua giao diện nước - khí quyển, từ đó khẳng định tính cấp thiết của việc nghiên cứu chi tiết tại một cửa sông nhiệt đới cụ thể như cửa Ba Lạt thuộc Vườn Quốc gia Xuân Thủy.

Chương 2: Địa điểm và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết điều kiện tự nhiên tại khu vực bãi bồi cửa sông Ba Lạt, Vườn Quốc gia Xuân Thủy với chế độ nhật triều có biên độ lớn (3–4 m). Nước triều bắt đầu tràn vào sàn rừng ngập mặn qua lạch triều khi mực nước đạt độ cao khoảng 1,5 m so với mực nước biển chuẩn.

Tác giả trình bày quy trình 11 bước phương pháp thực nghiệm, từ công tác bố trí thí nghiệm ngoài hiện trường đến các phân tích hóa lý trong phòng thí nghiệm. Các công thức xác định sinh khối khô, công thức chuyển đổi thể tích khí $\text{CO}_2$ đo bằng buồng kín sang thông lượng dòng ($F\text{CO}_2$), phương trình tính lưu lượng nước qua lạch triều và thông lượng khối lượng các hợp phần $DOC$, $POC$, $DIC$, $TA$ được thiết lập chi tiết. Chương 2 cũng trình bày ma trận thiết kế lấy mẫu đảm bảo tính đại diện cho các yếu tố không gian (theo tầng sâu đất, mặt cắt lạch triều) và thời gian (theo mùa mưa - mùa khô, theo chu kỳ con nước và pha triều).

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 3 trình bày toàn bộ các phát hiện thực nghiệm và luận giải cơ chế trao đổi carbon thông qua 6 phần nội dung chính:

1. Sinh khối và carbon tích lũy trên mặt đất (AGB): Mật độ và kích thước cây Trang biến động theo độ tuổi từ 18 đến 20 tuổi. Các phương trình tương quan allometric dạng lũy thừa giữa $D_{10}^2 H$ và sinh khối các bộ phận (thân, cành, lá) đạt hệ số tương quan cao. Trữ lượng sinh khối và carbon tích lũy trên mặt đất của rừng Trang tăng dần theo thời gian, cho phép xác định tốc độ tích lũy sinh khối hàng năm của lâm phần.
2. Năng suất lượng rơi và lượng rơi chuyển dịch: Năng suất lượng rơi biến động rõ nét giữa các tháng trong năm (giai đoạn 2016–2018), chịu ảnh hưởng trực tiếp của chu kỳ sinh trưởng và các điều kiện khí tượng (nhiệt độ, lượng mưa). Tỷ lệ carbon hữu cơ ($OC$) trong lá rụng, cành và trụ mầm được định lượng cụ thể. Một phần đáng kể lượng rơi không tích lũy tại chỗ mà bị dòng triều cuốn trôi ra mạng lưới thủy văn xung quanh (macro-export).
3. Carbon tích lũy dưới mặt đất: Sinh khối rễ sống và rễ chết tập trung cao nhất ở lớp đất mặt 0–30 cm và giảm dần theo độ sâu đến 100 cm. Tỷ lệ sinh khối thân trên rễ ($T/R$) phản ánh đặc tính thích nghi của loài Trang trên nền trầm tích bãi bồi. Hàm lượng và trữ lượng carbon hữu cơ trong đất rừng Trang ($OC_{\text{MR}}$) cao hơn vượt trội so với đất trống đối chứng ($OC_{\text{BL}}$), với sự khác biệt có ý nghĩa thống kê rất cao thông qua kiểm định ANOVA và paired $t$-test ($p < 2\times 10^{-16}$). Tốc độ tồn lưu carbon dưới mặt đất được tính toán định lượng cho từng giai đoạn tuổi rừng.
4. Phát thải khí $\text{CO}_2$ từ đất vào khí quyển: Dòng phát thải $F\text{CO}2$ biến động mạnh theo mùa (mùa mưa cao hơn mùa khô) và tương quan tuyến tính thuận với nhiệt độ đất ($T_s$) cũng như hàm lượng $TOC$. Kết quả thực nghiệm chỉ ra vai trò của lớp màng sinh học bề mặt (biofilm): việc loại bỏ lớp màng này làm thay đổi rõ rệt cường độ phát thải khí $\text{CO}2$ ($F\text{CO}{2_\text{MB}}$ so với $F\text{CO}{2_\text{NoB}}$) do ảnh hưởng đến sự khuếch tán khí và hoạt động quang hợp của vi tảo đáy. Phân tích PCA xác lập các nhóm nhân tố chính chi phối quá trình phân hủy chất hữu cơ và phát thải khí gồm $T_s$, $Eh$, độ ẩm ($SWC$), độ mặn ($SS$) và thành phần cấp hạt trầm tích (sét, cát).
5. Trao đổi carbon giữa rừng ngập mặn và môi trường nước: Nồng độ các hợp phần $TSM$, $POC$, $DOC$, $DIC$, $TA$ và $p\text{CO}_2$ trong nước lạch triều có sự phân hóa rõ rệt giữa các pha triều (triều lên, triều cao, triều xuống, triều thấp), giữa chu kỳ nước lớn - nước ròng và giữa hai mùa mưa - khô. Phân tích phương sai ANOVA cho thấy sự khác biệt có ý nghĩa thống kê của các thông số này theo trạng thái thủy triều. Giao diện nước - khí quyển trong lạch triều liên tục phát thải $\text{CO}_2$ vào không khí. Cân bằng thông lượng xuất nhập qua lạch triều cho thấy hệ sinh thái rừng Trang xuất khẩu một lượng lớn carbon ra vùng cửa sông ven biển, trong đó dạng vô cơ hòa tan ($DIC$) chiếm tỷ trọng ưu thế.
6. Chu trình carbon tổng thể: Luận án tổng hợp toàn bộ các hợp phần cố định quang hợp, tích lũy trong cây, tích lũy trong đất, rơi rụng, xuất khẩu vật chất hữu cơ/vô cơ qua nước và phát thải khí nhà kính vào khí quyển, xây dựng sơ đồ cân bằng chu trình carbon định lượng hoàn chỉnh cho rừng Trang 18–20 tuổi tại Vườn Quốc gia Xuân Thủy.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án tự tổng kết các đóng góp khoa học và thực tiễn chính như sau:

• Về mặt khoa học và lý luận:
  • Bổ sung bộ dẫn liệu thực nghiệm về sinh khối, cấu trúc, trữ lượng và tốc độ tích lũy carbon của rừng Trang (Kandelia obovata) trồng thuần loài ở giai đoạn trưởng thành (18–20 tuổi) tại miền Bắc Việt Nam, hoàn thiện chuỗi số liệu sinh trưởng và tích lũy carbon liên tục từ khi mới trồng đến 20 năm tuổi.
  • Định lượng đồng thời các dòng trao đổi carbon theo cả phương thẳng đứng (phát thải $\text{CO}_2$ tại giao diện đất - không khí, nước - không khí) và phương ngang (lượng rơi trôi dạt macro-export, dòng vật chất $POC$, $DOC$, $DIC$ qua lạch triều).
  • Làm sáng tỏ cơ chế ảnh hưởng của lớp màng sinh học bề mặt (biofilm), nhiệt độ đất, các đặc tính lý hóa đất và chu kỳ ngập triều nhật triều đến động thái phát thải khí nhà kính ($\text{CO}_2$) từ đất rừng ngập mặn.
• Về mặt thực tiễn:
  • Cung cấp cơ sở khoa học và hệ số phát thải/tích lũy phục vụ việc kiểm kê khí nhà kính, xây dựng đường phát thải tham chiếu và triển khai cơ chế chi trả dịch vụ hệ sinh thái rừng (PFES/Blue Carbon) cho các dự án trồng và phục hồi rừng ngập mặn ven biển.
  • Cung cấp căn cứ khoa học cho Ban quản lý Vườn Quốc gia Xuân Thủy và các cơ quan quản lý tài nguyên môi trường trong việc quy hoạch, bảo vệ và quản lý bền vững hệ sinh thái rừng ngập mặn thích ứng với biến đổi khí hậu.
  • Cung cấp nguồn tài liệu tham khảo cho công tác giảng dạy và nghiên cứu trong các ngành Khoa học môi trường, Quản lý tài nguyên, Sinh thái học đất ngập nước tại các trường đại học.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế của luận án: Do hạn chế về trang thiết bị kỹ thuật đo đạc chuyên dụng (chưa có tháp đo vi khí tượng eddy covariance), luận án chưa đo đạc trực tiếp được dòng trao đổi khí $\text{CO}_2$ tức thời giữa tán lá rừng Trang vào khí quyển và ngược lại (quá trình quang hợp và hô hấp toàn tán). Phạm vi nghiên cứu mới tập trung chủ yếu vào diện tích rừng Trang bao quanh một lạch triều đại diện.
• Định hướng nghiên cứu tiếp theo:
  • Mở rộng ứng dụng công nghệ đo vi khí tượng trên tháp quan trắc liên tục để định lượng trực tiếp dòng trao đổi carbon giữa tán rừng ngập mặn và khí quyển.
  • Tiến hành nghiên cứu mở rộng đối với các loài cây ngập mặn khác phân bố tại khu vực như Bần chua (Sonneratia caseolaris), Đâng (Rhizophora stylosa) và các quần xã rừng hỗn giao ở các dải tuổi khác nhau.

Giá trị tham khảo

Công trình luận án mang lại giá trị tham khảo chuyên môn cho các đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên và giảng viên: Tham khảo phương pháp luận kết hợp đo đạc sinh địa hóa học hiện trường (buồng kín, equilibrator, lấy mẫu phẫu diện đất) với các công cụ phân tích thống kê đa biến (PCA, ANOVA) trong nghiên cứu môi trường đất ngập nước.
• Các nhà quản lý lâm nghiệp và bảo tồn thiên nhiên: Ứng dụng các chỉ số sinh khối, mật độ và tốc độ tích lũy carbon để đánh giá hiệu quả sinh thái của các chương trình trồng rừng phòng hộ ven biển.
• Các chuyên gia thẩm định dự án carbon: Sử dụng số liệu thực đo về trữ lượng carbon đất (tầng 0–100 cm) và sinh khối AGB/BGB của loài Kandelia obovata làm thông số tham chiếu trong tính toán tín chỉ carbon xanh.

Câu hỏi thường gặp

1. Đối tượng và địa điểm nghiên cứu chính của luận án là gì?
Đối tượng nghiên cứu là khả năng tích lũy và trao đổi carbon của rừng Trang (Kandelia obovata) trồng 18–20 năm tuổi. Địa điểm nghiên cứu đặt tại khu vực rừng bao quanh một con lạch triều thuộc vùng đệm Vườn Quốc gia Xuân Thủy, huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định (tọa độ 20°13'37.6"N, 106°31'42.0"E).

2. Tại sao tác giả lại tập trung vào rừng Trang ở lứa tuổi 18–20 năm tuổi?
Phần lớn diện tích rừng ngập mặn tại Vườn Quốc gia Xuân Thủy được trồng trong giai đoạn 1994–1999. Các nghiên cứu trước đây tại miền Bắc Việt Nam chỉ mới đánh giá rừng Trang ở giai đoạn dưới 13 tuổi. Việc nghiên cứu giai đoạn 18–20 tuổi (thực hiện từ năm 2016 đến 2018) giúp hoàn thiện bức tranh khoa học liên tục về động thái carbon từ giai đoạn rừng non đến giai đoạn rừng trưởng thành.

3. Lớp màng sinh học bề mặt (biofilm) có vai trò gì đối với dòng phát thải $\text{CO}_2$ từ đất?
Lớp màng sinh học (chứa các vi sinh vật và vi tảo bám microphytobenthos) trên bề mặt trầm tích đóng vai trò cản trở vật lý đối với sự khuếch tán khí và tham gia cố định $\text{CO}_2$ thông qua quang hợp. Kết quả đo đạc bằng buồng kín cho thấy khi cạo bỏ lớp màng này, dòng phát thải $\text{CO}_2$ từ đất vào không khí có sự thay đổi rõ rệt.

4. Dòng trao đổi carbon giữa rừng ngập mặn và môi trường nước qua lạch triều gồm những dạng nào?
Trao đổi carbon qua môi trường nước diễn ra dưới hai hình thức: vận chuyển vật chất thô qua lượng rơi trôi dạt (macro-export) và vận chuyển các hợp phần hòa tan/lơ lửng qua dòng triều gồm carbon hữu cơ lơ lửng ($POC$), carbon hữu cơ hòa tan ($DOC$) và carbon vô cơ hòa tan ($DIC$). Trong đó, $DIC$ chiếm tỷ trọng lớn nhất trong lượng carbon xuất khẩu ra khỏi rừng ngập mặn.

5. Luận án sử dụng những công cụ thống kê nào để xử lý số liệu thực nghiệm?
Tác giả sử dụng các phương pháp phân tích phương sai một nhân tố (One-way ANOVA), kiểm định cặp $t$-test, kiểm định so sánh bội Tukey HSD và phân tích thành phần chính (PCA) trên phần mềm ngôn ngữ R (sử dụng gói FactoMineR) để phân tích mối tương quan giữa các thông số lý hóa của đất, nước và dòng phát thải khí.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Hà Thị Hiền đã định lượng thành công cấu trúc sinh khối, trữ lượng carbon tích lũy trong cây và trong đất của rừng Trang (Kandelia obovata) trồng 18–20 tuổi tại Vườn Quốc gia Xuân Thủy. Bằng phương pháp thực nghiệm kết hợp quan trắc các dòng vật chất hòa tan, hạt lơ lửng và khí phát thải theo chu kỳ nhật triều và hai mùa mưa - khô, công trình đã thiết lập chu trình carbon hoàn chỉnh cho hệ sinh thái rừng ngập mặn trưởng thành ở cửa sông Ba Lạt. Các kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý tài nguyên, bảo tồn đất ngập nước và lượng hóa giá trị dịch vụ hấp thụ carbon phục vụ các chính sách ứng phó với biến đổi khí hậu tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

mở đầu và phần kết luận, luận án bao gồm 03 chương: Chương T: Tông qui -arbon trong rừng ngập Chương 2: Địa điểm và phương pháp nghiên cứu. Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận 6 CHUONG1 TONG QUAN CÁC NGHIÊN CUU VẺ TÍCH LOY VA ‘TRAO DOI CARBON TRONG RUNG NGAP MAN 1. Giới thiệu chung về rừng ngập mặn img ngập mãn phân bổ tai các ving cửa sông đọc bờ biên chủ yếu ớ vũng xích đạo, đới hai bản cầu, trải dài từ 25° Bắc tới 25° Nam [14]. Hình thành và phát triển ở ving đất chuyển tiếp giữa đất liên và dai đương, HST RNM có vai trò đặc biệt quan trọng trong việc bảo vệ bờ biển, môi trường sống của người dân địa phương cũng như cung cắp nơi trú an an toàn cho le phương tiện đánh bắt thủy hai sản trong mùa mura bão, liên cạnh c e vai trỏ trên, RNM côn là nơi trú ấn và sinh sân của nhiều loài thủy hi sản ven bờ, cung cấp sinh kế cho người dân địa phương và còn được đánh giá là bể chứa carbon ving ven biển, do HST này có kha năng lưu trữ một lượng carbon rất lớn trong sinh khối và trong dit so với các HIST rừng khác trên đất liên [15].

‘Theo số liệu công bố của Giri và es, 2011) [16], tổng điện tích RNM trên thé giới vào khoảng 140.000 km?, chiếm 3% diện tích đất ven biễn, và ít hơn 196 tổng điện tích rừng các loại. Sự phân bé diện tích RNM trên thé giới theo vĩ độ được thé hiện trong Hình 1. Phân bố diện tích RNM ởcác vi độ khác nhau trên thé giới [16] Khu vực e đột p và gắn xích đạo là các vùng có điện tích RNM lớn nhất và da dạng về thành phin loài cao nhất do khí hậu ấm áp quanh năm so với các khu vực có vĩ độ cao hơn. Các loài cây ngập mãn phổ biến ở các ving khí hậu nhiệt đới bao gồm Durée, Ban và nhiều loài có kích thước thân lớn khác.

Tuy nh sn, một số loài có thể mer xông vùng phân bổ lên phía Bắc tới Bermuda (32920*N) và Nhật Bản (31922'N) như các. loài Trang, Vẹt dù, Dâng và Cóc vàng. Giới hạn phía Nam của RNM là New Zealand G8" °§) và phia Nam nưới ¢ Ue (38943'). Ở vùng phía Nam vì khí hậu lạnh ên chủ chi còn tổn tại loài Mắm bi [17].

Tính chung trên toàn edu, có khoảng 68 loài cây ngập mãn thực thụ (mangrove-obligate species) sinh trường và phát triển tại các khu vực RNM. Khu vực RNM có mức độ da dạng loài và phát t mạnh nhất trên tÌ giới là ving Ân Độ - Thái Bình Dương. nơi có 52 loài thực vậtngập mặn sinh trưởng [18] Ngược lại, khu vực châu Mỹ là vùng có mức độ da dang loài thấp nhất, với số liệu thống. kế chỉ có khoảng 10 loài cây ngập mặn [19].

Rừng ngập mẫn ta vũng. thế giới có sự da dạng tất lớn v su trúc và chức năng, đây là các kết quả của các yếu tổ tổng hợp bao gồm địa hình vùng dắt. thé n vĩ độ và chế độ thủy trí thủy văn, khí hậu [20]. Rừng ng mặn được phần loi thành bốn loại hình khá nhau ứ theo sự khác trúc rừng, điều kiện địa lý, khí hậu và chế độ thủy triểu tại khu vực RNM sinh trưởng, bao gồm: 1) Rừng ngập mặn ven biên iringe or coastal mangroves); 2) Rừng ngập mặn vũng cửa sông (riverine mangroves); 3) Rừng ngập min lưu vực (basin mangroves); 4) Rừng ngập mãn thấp lùn (dwarf or serub mangroves) [19].

Cây ngập mặn trưởng thành có 1 “6 dường kinh thân lớn hơn. 1 m, nhưng cũng có những loài có đường kính chỉ một vài em. Vẻ chiễu cao cây cũng có sự biển động vô cùng lớn, có những loài có chiều cao rất lớn, vi dụ nhu loài Durée đỏ ở Brazil và Equado cao tới 50 m đến 60 m, nhưng cũng có những loài có chiều cao rất thấp, chỉ nhỏ hơn | m (RNM thấp lùn ở Mexico), Do sự da dạng về chiều cao và dường. kinh ứ nên sinh khối thực vật trên mặt đất cũng biển động rất lớn, từ khoảng 8 Mg bại ở các vùng RNM thấp làn tới trên 500 Mg ha"! ở các vùng RNM gắn cửa sông tại vùng An Độ Thai Binh Dương [21].

Tương tự sự biển động của sinh khối thực vật. ham lượng carbon tích lũy trong đất RNM. cũng có các giá trị hoàn toàn khác nhau phụ thuộc vào thành phan loài, hình thái và cấu 8 trúc rừng e dù chỉ được phân bố trong khu vực giới hạn dọc theo bờ biễn, RNM. đồng vai trò quan trọng trong việc tích ly carbon trong chu trình carbon toàn cầu ở khu ‘wre nhiệt đới và cận nhiệt đới [22], [23].

Từ những năm 1990, nhận thức được tim quan trọng và e: năng của RNM đối với môi trường và con ngườ | nhiễu nghiên cứu đã được tiến hành đối với HST RNM trên phạm vi toàn cầu bởi một số tác giả: Twilley và es, 1992 [22]: Saenger và Snedaker 1993 [20]; Gattuso và es. 1998 [24]: Jennerjahn và Itekkot 2002 [25]; Borges 2005 [26]; Duarte và es. 2005 [27]: Dittmar và es. 2006 128]: Alongi 2009 [29]; Buoillon và es.

(2008, 2009) [3], [23] ; Donato 2011 [15]: Maher và es. Các nghiên cứu đã cho thấy, RNM tích lũy carbon nhiều nhất trong lớp dat có độ sâu từ bể mặt tới khoảng 3 m đưới mặt dit và trữ lượng carbon trong đất chiếm từ 49 ~ 98% trong tông trữ lượng carbon của. ic HST này [15] So sánh trừ lượng carbon của RNM với trữ lượng carbon tại các kiểu rừng cơ bản khác, trên thể giới, Donato và es. (2011) đã cho thấy trữ lượng carbon của RNM lớn hơn rất nhiều lẫn ofa các loi hình rừng khác và RNM là một trong những iêu rừng giàu trữ lượng carbon nhất ở vũng nhiệt đi, với giá trì trung bình là 1.023 MaC ha” (Hình 1.2) us} 1400) ên mst Cây sống + cy chếtt đất h(HtCaoSG"nT)g m 2 R<) bon Anooninune) m TT Lớp đất sào hơn 30cm & " F5wer we Hình 1.

So sinh carbon tích I y đưới mặt đất của một số loại rừng khác nhau trên. Ngoài việc tập trung nghiên cứu trữ lượng carbon trong HST RNM trên qui mô toàn cầu, một số nghiên cứu còn đánh giá các dạng chuyển dịch của carbon từ HST RNM ra ° các vùng nước biển ven bờ, Vi điện tích RNM phân bồ ở nhiễu vùng kháe nhau với các, yếu t8 môi trường rắt đa dạng nên carbon hữu cơ dịch chuyển từ RNM ra môi trường "xung quanh và ngược lại phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: địa hình dia mao, biên độ triéu, khí hậu, loài thực vật, ảnh hưởng của các yếu tổ sinh học, wv. Chính các yếu tổ tác đồng này làm cho năng suất sinh học và giá trị carbon tích lũy cũng như trao đổi của RNM biển đổi v6 cũng da dạng Tại Việt Nam, theo Phan Nguyên Hồng và es. (1999) [17], Ni in Hoàng Trí và es, (1999) [52], các HST RNM có tổng số 77 loài cây ngập mặn thuộc hai nhóm được phân chia theo các điều kiện môi tưởng và dang thái sống khác nhau.

Nhóm 1 có 35 loài cây ngập mặn thuộc 20 chỉ của 16 ho, nhóm nảy được gọi là cây ngập mặn “thực thụ”. Nhóm2 42 loài thuộc 36 chỉ của 28 họ. nhóm này bao gồm các loài cây ia nhập", dy là nhóm cây tôn tai ở các rừng thứ sinh va rừng trồng trên dat cao. Sự phân bố của các loài thực vật ngập mặn.

cũng khác nhau ở hai miễn Nam và Bắc Việt Nam. Miễn Nam có tổng số 69 loài thực vật “gập mặn, trong khi ở miễn Bắc chỉ có 34 loài. Sự đa dạng của các loài thực vật ngập mặn ven biển phía Nam cho thấy, phần lớn cây thực vật ngập mặn phát triển tốt ở vùng ven biển Nam Bộ do dig khí n với điều kiện tổ của cây ngập mặn tại đây (Úc và Malaysia) [17]. Hơn nữa, điều ki địa hình ven biển tai miễn Nam thường nông.

và lượng phủ sa bai tụ tử hệ thống sông Cửu Long nhiễu tạo thành các bãi bồi rộng lớn, rất thích hợp cho sự phát triển của cây ngập mặn. Rừng ngập mặn tại miễn 1 kếm da dạng vé thành phần lo 3 Trung đều hep và ngắn, it 6 các đảo che chin phía ngoài. Hơn nữa, khu vực miễn Trung do én đất nhiễu cát, lượng mưa ít hơn cùng với sự khắc nghiệt của thời tiết. khí hau nên số lượng loài và cầu trú nghèo nàn.

Tại miễn Đắc, các bãi bồi có lượng phủ sa bồi tụ khá lớn từ hệ thống sông Hồng nhưng thời ết lại quá lạnh vào mùa đông, biên độ nhiệt dao động lớn thường xuyên bị ảnh hưởng của gió bão nên HST RNM kém phát triển và kém da dạng, hơn so với thâm thực vật ngập mãn ở miễn Nam Việt Nam. Phan Nguyên Hồng vàcs.(1999) da phân chia RNM tại Việt Nam thành khu vực bao g ôm: 1) Bờ biển Đông lắc (từ mũi Ngọc đến mũi Đỗ Sơn): 2) Bởbiển dng bằng Bắc Bộ (từ mai Đỏ n dén Lach Trường): 3) bờ biến Trung Bộ (tr Lech Trường đến mũi Vũng Tau); 4) Bờ biển Nam Bộ (ừ mũi Vũng Taw đến mũi Nai Hà Tiên) [17] 10 Xe vùng babiển đồng i Độ, RNM phân bố trong phạm vi " lạ sông Hồng, sông Thái Bình và các phụ lưu. Các bãi bồi đây nhận dược. ương phù sa từ thương nguồn khá nhiễu và giàu chất đình đường, rất thích hợp cho sự sinh trưởng của cây ngập mãn.

Chu ki thủy triểu thuộc chế độ nhật triễu với biên độ khá ir 3~4 m, Các bãi bồi rộng hình thành ở cả vùng cửa sông và ven biển, nhưng chịu tác động của gió, bão nên cây ngập mặn tại day kém phát triển. e độ quai đê lần bị tương đối nhanh nên cây ngập mặn chi phân bố hep ngoài dé, ven HH 12 'Tổng quan các nghiên cứu vé carbon tí 'h lay trong rừng ngập man Trong vai thập ki qua, trữ lượng carbon của HST RNM thuộc các vùng trên toàn cầu đã được nh bu tác giả tiến hành nghiên cứu.1 tổng hợp các kết quả thu được về sinh khối tel lay trên mặt đất (AGB), sinh khối tích lãy dưới mặt đắt (BGP) và một số kết quả nghiên cứu carbon tồn lưu dưới mặt đất của các diện tích RNM phân bổ theo vĩ độ.1, sinh khối tích lũy cao nhất ghi nhận được ở các độ từ 0 - 10°, với các giá trị dao động rất lớn tị 3 5 Mg ha! ti rừng Trâm bầu ở French Guiana tới 460,0 Mg ha” (rừng Đước ở Malaysia) [33]. S nh khôi giảm ở khoảng vĩ độ tir te 10° - 20° so v¢ ác T xích đạo, với giá tr đồng từ 55,4-536,8 Mg ha” [35], 136].