Đánh giá lượng carbon tích lũy trong sinh khối cây rừng ngập mặn phục hòi sau bão Durian (2006) tại Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh

Hoàng Trọng Khiêm 1,4, Lê Quang Luật 1, Phạm Quỳnh Hương 2,3 1Đại học Tài nguyên và Môi trường Thành phố Hồ Chí Minh, Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam 2Trung tâm Nghiên cứu Khí nhà kính và Biến đổi khí hậu, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM. 3Khoa Sinh học - Công nghệ sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM, TP.HCM, Việt Nam. 4Viện Sinh Học Nhiệt Đới, Học viện Khoa học Công Nghệ, TP.HCM, Việt Nam.

1. Giới thiệu

Rừng ngập mặn là thuật ngữ dùng để mô tả những quần xã cây thân gỗ và cây bụi sinh trưởng trong các vùng gian triều nhiệt đới và cận nhiệt đới [1].  Mặc dù không phải là những hệ sinh thái có mức độ đa dạng cao nhưng rừng ngập mặn lại là một trong những hệ sinh thái có năng suất cao nhất trên thế giới. Lượng carbon chôn vùi trong trầm tích rừng ngập mặn chiếm khoảng 10% tổng lượng carbon tích lũy trên toàn cầu và tốc độ chôn vùi trung bình là 174 gC/m²/năm. Diện tích rừng ngập mặn liên tục giảm đi, không chỉ do ảnh hưởng từ các hoạt động của con người, mà còn do chính các thiên tai như bão, sóng thần, kéo theo sự suy giảm bể carbon lưu trữ trong hệ sinh thái. Khi mất khoảng 35% diện tích rừng ngập mặn toàn cầu, lượng carbon lưu giữ trong sinh khối sẽ giảm đi 3,8 x 1014 g C (Cebrian 2002). Vì vậy, việc đánh giá và dự báo lượng carbon tích lũy trong hệ sinh thái rừng ngập mặn nói chung và trong sinh khối cây rừng ngập mặn nói riêng là vấn đề quan trọng trong các chương trình phục hồi, phát triển hệ sinh thái rừng ngập mặn. Đây là cơ sở khoa học để chi trả dịch vụ môi trường rừng, đánh giá chất lượng, rừng, hoạch định chính sách kinh doanh rừng, và đóng góp vào chương trình giảm phát thải khí nhà kính.

Nghiẻn cứu trình bày những kết quả về sinh khối và lượng carbon tích lũy trong sinh khối của cây rừng ngập mặn trong một hệ sinh thái rừng ngập mặn tự phục hồi sau bão tại Cần Giờ, sử dụng phương pháp đánh giá thông qua Dbh của các cây cá thể và tính toán theo các phương trình đã được thừa nhận và sử dụng rộng rãi của Komiyama và cộng sự (2005).

2. Phương pháp

2.1. Khu vực nghiên cứu

Khu vực nghiên cứu thuộc lô E10, Khoảnh 8, Tiểu khu 17 thuộc Khu dự trữ sinh quyển rừng ngập mặn Cần Giờ. Tháng 12 năm 2006, rừng ngập mặn ở khu vực này đã bị tàn phá nghiêm trọng (hơn 6 ha) do cơn bão Durian, để lại những hố lớn và sâu trên nền trầm tích (hình 1a). Do sự tiếp xúc của khu vực bị xáo trộn với thủy triều rất tốt, quá trình phục hồi của thảm thực vật rừng ngập mặn diễn ra tương đối nhanh. Đến năm 2018, gần như toàn bộ khu vực bị xáo trộn đã được phủ xanh một cách tự nhiên (hình 1b). Hiện nay, trong khu vực nghiên cứu này có 11 loài, trong đó có 8 loài thực vật thân gỗ với ưu thế thuộc về Đước đôi (Rhizophora apiculata).

Hình 1: Khu vực nghiên cứu tại Khu dự trữ sinh quyển rừng ngập mặn Cần Giờ, Thành phố Hồ Chí Minh. (a): khu vực nghiên cứu tại thời điểm ngay sau bão Durian (2006) và (b): khu vực nghiên cứu vào năm 2018

2.2. Phương pháp nghiên cứu

Trong khu vực nghiên cứu này, chúng tôi bố trí các ô mẫu 20 m x 20 m tại các vùng rừng: vùng rừng không bị quật ngã trong cơn bão năm 2006 (kí hiệu vùng I_S); vùng kế cận vùng rừng này đã bị gãy đổ tạo thành một khoảng mở tán rất lớn và toàn bộ khu vực được giữ nguyên, không chịu tác động của con người (vùng D_L) và vùng rừng bị gãy đổ nhưng toàn bộ thân cây đã được đem ra ngoài ngay sau cơn bão (vùng D_R). Trong mỗi ô mẫu, tên khoa học của loài, chiều cao vút ngọn (H) và đường kính thân tại vị trí cách mặt đất 1,3 m (Dbh) của từng cây cá thể trưởng thành đều được ghi nhận. Đối với Rhizophora apiculata, Dbh được đo ngay phía trên rễ chân nôm cao nhất.

Sinh khối trên mặt đất (AGB – Aboveground Biomass) và dưới mặt đất (BGB – Belowground Biomass) của từng cây cá thể được tính theo phương trình của Komiyama và cộng sự (2005):

AGB = 0,251 * ρ * D2,46

BGB = 0,199 * ρ0,899 * D2,22

Trong đó, D là đường kính thân cây tại vị trí cách mặt đất 1,3 m (Dbh) và ρ là tỷ trọng gỗ của từng loại cây, lấy theo nghiên cứu đã công bố của Chave và cộng sự (2009) và Kamruzzaman và cộng sự (2017)

Tổng sinh khối của cây cá thể (TB – Total Biomass) là tổng của AGB và BGB. Tổng sinh khối cây cá thể được chuyển thành khối lượng carbon trong cây bằng cách nhân với 0,42 theo Kathiresan và cộng sự (2013).

Việc so sánh sinh khối và lượng carbon tích lũy trong sinh khối giữa các vùng rừng nghiên cứu được thực hiện bằng phân tích phương sai một yếu tố với mức ý nghĩa α = 0,05. Phân tích được thực hiện bằng phần mềm Statgraphic Centurion XVI.

3. Kết quả

3.1.Khác biệt cấu trúc rừng giữa các vùng.

Có sự khác biệt đáng kể trong chiều cao cây trung bình giữa vùng rừng không bị gãy đổ do bão (I_S), vùng rừng dọn sạch gỗ (D_R) và vùng giữ nguyên (D_L) (p < 0,01). Theo đó, chiều cao cây trung bình ở 3 vùng này lần lượt là 19,36 ± 4,32 m; 16,42 ± 2,72 m và 3,92 ± 1,42 m (Hình 3.1).

Giá trị Dbh cũng có khác biệt giữa các vùng rừng khảo sát (p < 0,01). Theo đó, giá trị Dbh trung bình cao nhất được ghi nhận ở vùng D_R (17,45 ± 11,53 cm) không có khác biệt về mặt thống kê với vùng I_S (11,59 ± 12,60 cm) và đồng thời cách biệt so với vùng rừng còn lại (Hình 3.2). Giá trị Dbh trung bình ở vùng D_L là 10,21 ± 10,87 cm.

Hình 3.1. Giá trị Dbh trung bình giữa các vùng rừng. 1, 2, và 3 tương ứng với Vùng D_L, D_R và I_S.

Khoảng biến thiên của chiều cao cây ở vùng I_S rộng hơn so với vùng D_R (Hình 3.1) trong khi khoảng biến thiên của Dbh ở 2 vùng này lại xấp xỉ nhau (Hình 3.2). Ở vùng I_S có sự sinh trưởng liên tục của thực vật trong khi ở vùng D_R thực vật xuất hiện trở lại đồng loạt. Mặc dù giá trị Dbh trung bình của cây rừng ở vùng D_L khác biệt so với 2 vùng I_S và D_R (Hình 3.2) nhưng khoản biến thiên lại gần nhưng tương đương với 2 vùng. Kết quả này cho thấy cây ở vùng D_L tăng trưởng rất nhanh và có vẻ ưu tiên tăng trưởng đường kính thay vì chiều cao. Mật độ cây cao nhất được ghi nhận ở vùng D_L (2000 cây/ha), tiếp theo là vùng I_S (1920 cây/ha) và vùng D_R (1280 cây/ha) (Hình 3.4). Tuy nhiên, những khác biệt này không có ý nghĩa về mặt thống kê (p > 0,05).

Hình 3.2. Mật độ cây trung bình ở vùng I_S (3), vùng D_R (2) và vùng D_L (1).

Mật độ cây thấp ở vùng D_R có lẽ đã ủng hộ cho sự tăng trưởng đường kính trong khi mật độ cây quá cao ở vùng I_S lại hỗ trợ cho sự tăng trưởng chiều cao của cây.

Có sự khác biệt đáng kể trong mật độ cây mầm và cây non giữa vùng rừng không bị gãy đổ do bão (I_S), vùng rừng dọn sạch gỗ (D_R) và vùng giữ nguyên (D_L) (p < 0,01) trong cả hai mùa.  Trong đó có sự khác biệt đáng kể giữa hai mùa tại vùng giữ nguyên trạng. Theo đó, mật độ cây mầm và cây non trung bình ở 3 vùng này lần lượt là 1 ± 1 cây; 0 ± 1 cây và 10± 3 cây vào mùa khô và 3 ± 1 cây; 0 ± 1 cây và 20± 9 cây vào mùa mưa. Vào mùa mưa do trai giống được cung cấp và bổ xung thêm vào các khu vực nên cả 3 khu vực đều có số cây mầm và cây non tăng lên.

Kết quả mật độ cây mầm và cây non cùng mật độ cây (Hình 3.2) trong 3 vùng khảo đã cho thấy mật độ cây trưởng thành và cây non vùng giữ nguyên (DL) có giá trị cao nhất sau 13 năm kể từ xáo trộn do bão Durian.

Khi so sánh hiệu quả sinh thái trong quá trinh phục hồi cấu trúc rừng giữa hai khu vực D_R và D_L có thể thấy việc đem gỗ ra khỏi khu vực xáo trộn đã không thật sự ủng hộ cho mật độ cây cũng như mật độ cây mầm và cây non. Mật độ cây thấp ở vùng D_R do quá trình tăng trưởng đường kính ở giai đoạn cây trưởng thành đã ức chế quá trình phát triển cây mầm và cây non do thiếu ánh sáng dưới tán rừng. Kết luận này được ủng hộ bởi kết quả phân tích ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu theo thời gian cho thấy sự khép tán bắt đầu từ vùng rừng còn nguyên sau cơn bão.

Hình 3.3. Diễn biến rừng ngập mặn Cần Giờ từ năm 2009 – 2018

3.2. Sinh khối cây rừng

Có sự khác biệt đáng kể trong sinh khối cây rừng giữa các vùng khảo sát (p < 0,01). Những giá trị trung bình của sinh khối trên mặt đất (AGB), sinh khối dưới mặt đất (BGB) và tổng sinh khối cây rừng (TB) cao nhất đều được ghi nhận tại vùng rừng không bị gãy đổ do bão (vùng I_S) (hình 3.5, 3.6, và 3.7). Theo đó, giá trị trung bình của AGB, BGB và TB trong vùng I lần lượt là 703,44 ± 218,91 tấn/ha; 246,84 ± 147,87 tấn/ha và 950,28 ± 585,39 tấn/ha.

Mặc dù mật độ cây ở vùng D_L cao hơn so với vùng I_S, nhưng do khác biệt quá lớn trong đường kính thân cây khiến cho sinh khối cây trên mặt đất cũng như tổng sinh khối của cây trong vùng này đều thấp hơn đáng kể so với vùng I_S. Giá trị trung bình của AGB, BGB và TB trong vùng D_L lần lượt là 182,76 ± 76,47 tấn/ha; 73,83 ± 29,38 tấn/ha và 256,60 ± 105,84 tấn/ha.Đây cũng là khu vực có giá trị sinh khối thấp nhất trong 3 khu vực do thời gian bắt đầu phục hồi chậm hơn khu vực D_R và I_S .

Ở vùng D_R, do mật độ cây rừng đều thấp nhất nên các giá trị sinh khối cũng thấp song do quá đã có quá trình phát triển sớm hơn khu vực D_L nên không khác biệt có giá trị thống kê (p > 0,05) khi so sánh với hai khu vực D_L và I_S. Giá trị trung bình của AGB, BGB và TB trong vùng D_R lần lượt là 398,43 ± 81,71 tấn/ha; 148,48 ± 24,22 tấn/ha và 546,92 ± 105,93 tấn/ha.

Kết quả tính toán cho thấy sinh khối trong vùng rừng không bị gãy đổ sau cơn bão (vùng I_S) vẫn tiếp tục phát triển và phù hợp với những nghiên cứu đã công bố về sinh khối của rừng Đước đôi tại Khu dự trữ sinh quyển rừng ngập mặn Cần Giờ. Theo Huỳnh Đức Hoàn và cộng sự (2018), tổng sinh khối cây Đước đôi ở Cần Giờ dao động từ 140,33 đến 643,72 tấn/ha.

Hình 3.8. Lượng carbon tích lũy trong sinh khối tại các vùng rừng.

Lượng carbon tích lũy trong sinh khối ở các vung D_L, D_R và I_S lần lượt là 107,77 ± 88,91 tấn/ha; 229,71 ± 88,98 tấn/ha và 588,89 ± 225,82 tấn/ha (p < 0,01). Kết quả nghiên cứu cho thấy mặc dù mật độ cây rừng tại vùng D_L cao hơn so với vùng I_S (Hình 3.3), nhưng Dbh nhỏ hơn của các cây trong vùng I_S (Hình 3.2) là nguyên nhân làm cho sinh khối và lượng carbon tích lũy trong sinh khối ở vùng này nhỏ hơn so với vùng I_S (Hình 3.8). Trong 3 vùng ghi nhận chỉ có một loài duy nhất là Rhizophora apiculata, chiếm ưu thế tuyệt đối trong vùng. Đây là loài cây rừng ngập mặn có tỷ trọng gỗ cao nhất (ρ = 0,843 g/cm³ )

Với sự gia tăng mức độ đa dạng loài trong các vùng D_R và D_L, và với mật độ cây hiện tại, lượng carbon tích lũy trong sinh khối thực vật trong toàn bộ khu vực nghiên cứu sẽ giảm đi trong tương lai gần, do sự có mặt của các loài có tỷ trọng gỗ thấp bên cạnh sự giới hạn tăng trưởng đường kính. Tuy nhiên, nghiên cứu của Huỳnh Đức Hoàn và cộng sự (2018) cũng đã ghi nhận sự sụt giảm sinh khối ở những cây rừng có cấp tuổi cao (40 – 42 năm tuổi). Vì vậy, cần có giải pháp tối ưu hóa sự tăng trưởng đường kính của các cây trong vùng D_L và D_R để nâng cao khả năng tích lũy carbon trong sinh khối thực vật.

4. Kết luận

Sau 13 năm tự phục hồi, vùng rừng không bị gãy đổ do bão có lượng carbon tích lũy trong sinh khối tương đương với các khu rừng Đước đôi đã được khảo sát tại Khu dự trữ sinh quyển rừng ngập mặn Cần Giờ. Trong khi đó, sự gia tăng đa dạng sinh học loài trong vùng gãy đổ được dọn dẹp và vùng gãy đỗ giữ nguyên đã làm cho lượng carbon tích lũy trong sinh khối thực vật giảm đi. do nhóm thực vật mới phát triển đồng thời mật độ cây cao khiến cho các cây cá thể bị giới hạn tăng trưởng đường kính.

Tài liệu tham khảo

[1]  Alongi DM (2018). Mangrove Forests, In: Blue Carbon, (Alongi DM), Springer: 23-36.

[2] Bouillon S, Connolly RM, and Lee S Y (2008) Organic matter exchange and cycling in mangrove ecosystems: recent insights from stable isotope studies. Journal of Sea Research, 59(1): 44-58.

[3] Cebrian J (2002) Variability and control of carbon consumption, export, and accumulation in marine communities. Limnology and Oceanography, 47(1): 11-22.

[4] Clough BF (1997) Mangrove ecosystems. Survey manual for tropical marine resources, 2nd edn. Australian Institute of Marine Science Townsville: 119-196.Clough B (2013) Continuing the Journey Amongst Mangroves. ISME Mangrove Educational Book Series No.1. International Society for Mangrove Ecosystem (ISME), Okinawa, Japan and International Tropical Timber Organization (ITTO), Yokohama, Japan.

[5] Donato DC, Kauffman JB, Murdiyaso D, Kurnianto S, Stidham M & Kanninen M (2011) Mangroves among the most carbon-rich forests in the tropics. Nature Geoscience 4: 293 – 297.

[6] Eong OJ, Khoon GW & Clough BF (1995) Structure and productivity of a 20- year-old stand of Rhizophora apiculata Bl. mangrove forest. Journal of Biogeography 5: 417-424.

[7] Huỳnh Đức Hoàn, Bùi Nguyễn Thế Kiệt, Cao Huy Bình và Viên Ngọc Nam, 2018. Sinh khối của quần thể Đước đôi tại Khu dự trữ sinh quyển rừng ngập mặn Cần Giờ. Tạp chí Bảo vệ Rừng và Môi trường. Sinh khối của quần thể Đước đôi tại Khu Dự trữ rừng ngập mặn Cần Giờ (baovemoitruong.org.vn)