Sinh khối của quần thể Đước đôi tại Khu Dự trữ sinh quyển rừng ngập mặn Cần Giờ

Tóm tắt – Để góp phần vào việc tính toán giá trị của quần thể Đước đôi trồng tại Khu Dự trữ Sinh quyển rừng ngập mặn Cần Giờ thông qua việc nghiên cứu sinh khối của các bộ phận cây cá thể và quần thể. Đã thu thập số liệu từ 150 ô tiêu chuẩn, mỗi ô có diện tích 500 m² (25 m x 20 m) và chặt hạ 42 cây có cỡ đường kính thân cây (D_1,3 m) từ nhỏ đến lớn để cân tính sinh khối.

Kết quả cho thấy, dạng phương trình Y=a*X^b thể hiện tốt mối quan hệ giữa sinh khối với đường kính thân cây. Tổng sinh khối khô trung bình của quần thể Đước đôi trong rừng ngập mặn Cần Giờ là 344,62 ± 106,38 tấn/ha biến động từ 140,33 đến 643,72 tấn/ha. Quần thể Đước đôi ở cấp tuổi 7 (tuổi từ 33 – 37) có tổng sinh khối khô trung bình cao nhất với giá trị là 430,64 ± 88,63 tấn/ha biến động từ 266,49 đến 643,72 tấn/ha. Quần thể Đước đôi ở cấp tuổi 5 (tuổi từ 23 – 27) có tổng sinh khối khô thấp nhất là 304,50 tấn/ha, biến động từ 140,33 đến 541,68 tấn/ha. Tổng sinh khối của quần thể Đước đôi trồng tại Khu Dự trữ Sinh quyển rừng ngập mặn Cần Giờ ước đạt hơn 6,35 triệu tấn. Kết quả sẽ là tài liệu tham khảo cho việc tính toán trong chi trả dịch vụ môi trường rừng trong tương lai.

1. Đặt vấn đề

Thực vật có khả năng hấp thụ CO₂, được tích lũy ở dạng các bon trong sinh khối. Hệ sinh thái rừng được xem là bể hấp thụ CO₂ lớn nhất trong các hệ thực vật sống trên hành tinh. Vì vậy, nghiên cứu sinh khối cây rừng là cần thiết, đây là thông tin quan trọng giúp các nhà quản lý đánh giá chất lượng cũng như hiệu quả của rừng, hoạch định chính sách kinh doanh rừng hiệu quả, tham gia thị trường carbon, chương trình giảm thiểu khí nhà kính thông qua việc hạn chế phá rừng và suy thoái rừng của Liên Hợp Quốc, làm cơ sở cho chi trả dịch vụ môi trường.

Với mục đích nêu trên, việc nghiên cứu “Sinh khối rừng Đước đôi (Rhizophora apiculata Blume) tại Khu Dự trữ Sinh quyển rừng ngập mặn Cần Giờ” nhằm đưa ra các đánh giá tổng thể về lượng sinh khối tích lũy, xây dựng các mô hình ước lượng sinh khối và làm cơ sở đánh giá năng suất rừng. Kết quả nghiên cứu sinh khối còn là tiền đề để định lượng khả năng các bon hoặc hấp thụ CO₂ của quần thể Đước đôi tại Khu Dự trữ Sinh quyển rừng ngập mặn Cần Giờ trong việc xây dựng nguồn dữ liệu liên quan để phục vụ việc tham gia thị trường các bon, chương trình giảm thiểu khí nhà kính và chi trả dịch vụ môi trường rừng trong tương lai.

2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu

a. Nội dung

Xác định tương quan giữa các nhân tố sinh trưởng (D, H, V) thông qua các đặc điểm cấu trúc rừng Đước đôi trồng tại rừng ngập mặn Cần Giờ;

Xác định sinh khối theo các bộ phận (thân, cành, lá, rễ trên và dưới mặt đất) của cây cá thể và quần thể;

Xây dựng mô hình sinh trắc thể hiện mối tương quan sinh khối giữa các bộ phận của cây cá thể với đường kính D_1,3;

Xác định sinh khối của quần thể Đước đôi trồng trong Khu Dự trữ Sinh quyển rừng ngập mặn Cần Giờ.

b. Phương pháp nghiên cứu

Việc nghiên cứu thông qua lập ô tiêu chuẩn, chọn một số cây tiêu chuẩn để cân đo sinh khối tươi và định lượng sinh khối khô.

Phương pháp nghiên cứu chủ yếu theo Timothy. R. H. Pearson và cs (2005) do UNDP và GEP xuất bản là thu thập số liệu ngoài thực địa kết hợp phân tích trong phòng thí nghiệm, sử dụng máy vi tính để tính toán nội nghiệp, sử dụng các hàm toán học để xây dựng các phương trình tương quan. Số liệu thu thập, tính toán và kiểm tra đều dựa vào thống kê toán học.

Phương pháp thu thập số liệu ngoài thực địa: Thu thập số liệu trên 150 ô tiêu chuẩn tạm thời phân bố đều trên những diện tích rừng trồng Đước đôi thuần loại thuộc Ban Quản lý Rừng phòng hộ Cần Giờ. Mỗi ô tiêu chuẩn có diện tích 500 m2 (25 m x 20 m) và tiến hành đo đếm các chỉ tiêu sinh trưởng của cây rừng.

Chọn 42 cây gồm các cỡ đường kính thân cây ở vị trí 1,3 m từ nhỏ đến lớn, tiến hành cân trọng lượng theo từng bộ phận của cây như: Thân, cành, lá, rễ trên và dưới mặt đất ngay ngoài thực địa. Cây ngã để đo, giải tích là cây sinh trưởng bình thường, không bị sâu bệnh, không gãy ngọn, thân thẳng, tán lá đều. Sau khi hạ xuống chia thành các đoạn có chiều dài 1 m để xác định chỉ tiêu sinh trưởng như D1 (tại vị trí một m đầu tiên), D2 (vị trí m kế tiếp), … Dn; Hn (chiều dài ở vị trí cuối cùng của cây). Từ đó tính thể tích của từng đoạn và cho cả cây.

Cách thức lấy mẫu tươi đem về phòng thí nghiệm

Sau khi chặt hạ 42 cây tiêu chuẩn. Mỗi cây lấy mẫu ở các bộ phận như: Thân, cành, lá, rễ trên mặt đất. Riêng với rễ dưới mặt đất, lấy ở mỗi cấp kính 3 cây, tổng số cây lấy mẫu là 21 cây

Đối với thân, cành và rễ trên mặt đất: Lấy 3 đoạn được phân bố đều ở gốc, giữa và đầu ngọn, giữa mỗi đoạn lấy 1 thớt của từng bộ phận. Ba thớt của 3 đoạn này của cùng một cây được trộn chung thành một mẫu để phân tích. Tổng số mẫu cần thu thập: 42 cây x 3 bộ phận/cây x 1mẫu/bộ phận = 126 mẫu.

Đối với lá: Mẫu được lấy ở tất cả các cây.

Cân từng bộ phận ngay tại chỗ để được trọng lượng tươi, mỗi loại lấy từ 500 – 1.000 g cho vào bao nylon buộc kín, đánh dấu các mẫu theo ký hiệu riêng đem về phòng thí nghiệm để phân tích.

Phương pháp đếm sinh khối dưới mặt đất: Theo IPCC (2003), để xác định sinh khối của cây dưới mặt đất lấy đường kính rễ từ 2 mm trở lên, những đường kính rễ nhỏ hơn 2 mm được xem là các bon hữu cơ trong đất. Vì vậy, đề tài nghiên cứu về sinh khối rễ tập trung vào độ sâu 1 m tính từ mặt đất và đường kính rễ lớn hơn 2 mm.

Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm: Mẫu tươi của các bộ phận gỗ của cây cá thể đem về Phòng thí nghiệm của Viện Nghiên cứu Lâm nghiệp Nam bộ sấy khô ở 105⁰C đến khi trọng lượng không đổi. Đối với lá, thu 1 kg lá đem sấy khô ở 80⁰C cho đến khi trọng lượng không đổi.

Phương pháp phân tích xử lý số liệu: Các số liệu thu thập được xử lý trong phần mềm Excel và Stagraphic 5.1 để tính toán các mối quan hệ giữa đại lượng sinh khối với các nhân tố điều tra. Phương trình được chọn là những phương trình có hệ số xác định (R2) lớn, tổng sai số nhỏ (SEE), hàm thông dụng và dễ tính toán. Các phương trình được chọn đã tiến hành kiểm nghiệm bằng các dữ liệu không tham gia tính toán. Trong 42 cây chặt chỉ sử dụng số liệu của 35 cây để xây dựng các phương trình tương quan, 7 cây còn lại không đưa vào tham gia tính toán được dùng để kiểm nghiệm mô hình.

Từ số liệu xử lý mẫu phân tích sinh khối tại phòng thí nghiệm, xác định hệ số chuyển đổi trữ lượng sinh khối tươi thành trữ lượng sinh khối khô (E) theo công thức tổng quát sau: Ei = SKKi/SKTi. Trong đó, SKKi là khối lượng sinh khối khô của mẫu i sấy ở nhiệt độ 105⁰C và SKTi là khối lượng sinh khối tươi của mẫu i trước khi sấy. Xác định sinh khối khô của 1 cá thể theo công thức tổng quát sau: SKKc = Sum (SKTi x Ei), trong đó i là thân, cành, là và rễ cây.

Hiện nay, rừng Đước đôi trồng ở rừng ngập mặn Cần Giờ có tuổi rừng từ 18 đến 40 tuổi, được chia thành cấp tuổi rừng từ 4 đến 8. Những cấp tuổi rừng Đước đôi trồng từ 1 đến 3 thì không có, vì sau năm 2001 không còn trồng Đước đôi trong Khu Dự trữ sinh quyển rừng ngập mặn Cần Giờ. Cấp tuổi rừng thứ 1 được tính sau khi nghiệm thu thành rừng, thời gian 4 năm trồng và chăm sóc không tính vào tuổi rừng. Tuổi rừng được tính từ năm thứ 5 từ khi trồng. Tuổi rừng Đước trồng ở rừng ngập mặn Cần Giờ được thống kê như sau:

3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

a. Tương quan giữa chiều cao (H_vn) và đường kính (D_1,3) của cây Đước đôi

Sau khi thăm dò và lựa chọn, phương trình thể hiện tốt mối tương quan giữa hai nhân tố chiều cao (H_vn) và đường kính (D_1,3) có dạng sau:
(H_vn) = 1/(0,0223 + 0,4694/D_1,3)
Với hệ số xác định R² = 0,89, giá trị xác suất Pa và Pb = 0, các chỉ số thống kê SEE, MAE, SSR có mức độ tin cậy cho phép và giá trị thấp nhất.

b. Tương quan giữa thể tích (V, m³) với chiều cao (H_vn) và đường kính (D_1,3)

Nghiên cứu tương quan giữa V (m³) với D_1,3 và H_vn nhằm sử dụng phương trình này để tính toán thể tích của cây cũng như trữ lượng của quần thể. Phương trình được chọn có dạng:
V_m³ = 0,0000988*D_1,3^1,5180*H_vn^{1,1115
Với R2 = 0,9943                      3,0 cm < D_1,3 < 31 cm}

c. Sinh khối khô của các bộ phận cây rừng

Quan hệ giữa sinh khối khô với các bộ phận cây rừng được xác định qua các dạng phương trình sau:

Bảng 2. Phương trình tương quan sinh khối khô với đường kính D_1,3 của các bộ phận cá thể cây Đước đôi

Qua đồ thị của các phương trình sinh khối của từng bộ phận cây cá thể cho thấy, sinh khối của thân chiếm tỉ trọng lớn nhất, kế đến là rễ, cành và thấp nhất là lá.

Để chuyển phương trình tuyến tính dạng lnY = lna + b*lnX trở về dạng phương trình chính tắc Y=a*X^b thì sẽ tạo ra sai số, về mặt toán học thì hai phương trình này giống nhau nhưng khác nhau về mặt thống kê, do đó một số tác giả như Sprugel (1983), Ong và ctv (2004) đã sử dụng hệ số điều chỉnh: CF = exp(SEE²/2) khi thực hiện phép chuyển đổi giữa hai phương trình. Trong đó: CF là hệ số điều chỉnh và SEE là sai số ước lượng chuẩn.

Tuy nhiên, theo McArdle (1988) cho rằng nếu hệ số xác định R² > 0,9 thì khi đó không cần sử dụng hệ số chuyển đổi này. Tất cả các phương trình trên đều có hệ số xác định R² > 0,9, nên các phương trình được chuyển trực tiếp về các dạng chính tắc trong Bảng 3.

Trong thời gian qua, việc tính toán sinh khối loài Đước đôi cũng được một số nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm thực hiện. Nhằm so sánh mức độ sai số của các phương trình này để có thể áp dụng phương trình đối với quần thể Đước đôi tại rừng ngập mặn Cần Giờ, đề tài phân tích số liệu các phương trình trong bảng sau:

Các tác giả đều ước lượng sinh khối theo cùng mô hình toán học. Tuy nhiên, khi so sánh sai số tương đối từ phương trình của các tác giả khác với đề tài cho thấy, có sai số tương đối lớn (> 10%) nên việc ứng dụng các mô hình này tại Cần Giờ sẽ cho các kết qua tính toán không có độ chính xác cao.

Qua hình 1 cho thấy, khi đường kính từ 5 – 15cm thì các đường thực nghiệm của các phương trình ít khác nhau, tuy nhiên khi cỡ kính D > 15 cm thì các đường thực nghiệm có dạng phân bố khác nhau rất rõ rệt. So sánh dữ liệu sinh khối được ước lượng theo các cấp kính, kiểm định LSD cho thấy không có sự khác biệt về mặt thống kê, tuy nhiên giá trị ước lượng giữa các phương trình có sự biến động. Qua đó, cho thấy các phương trình sinh khối giữa các tác giả ở các nơi đều khác nhau.

d. Sinh khối khô quần thể Đước đôi

Tính toán kết cấu sinh khối khô các bộ phận của quần thể Đước đôi được xếp theo thứ tự từ cao xuống thấp như sau: Thân > Rễ dưới mặt đất > Rễ trên mặt đất > Cành > Lá.

Tổng sinh khối khô trung bình của quần thể Đước đôi trong rừng ngập mặn Cần Giờ là 344,62 ± 106,38 tấn/ha biến động từ 140,33 đến 643,72 tấn/ha. Quần thể Đước đôi ở cấp tuổi 7 có tổng sinh khối trung bình cao nhất với giá trị là 430,64 ± 88,63 tấn/ha, biến động từ 266,49 đến 643,72 tấn/ha. Quần thể Đước đôi ở cấp tuổi 5 có tổng sinh khối khô thấp nhất với 304,50 tấn/ha, biến động từ 140,33 đến 541,68 tấn/ha.

Phân tích tổng sinh khối khô của quần thể phân bố theo cấp đường kính cấp kính từ 11 – 15 cm cho giá trị bình quân lớn nhất là 541,97 tấn/ha. Nếu cộng dồn số liệu ở các cấp kính từ 7 – 19 cm, tổng sinh khối tươi là 1.518,61 tấn/ha (chiếm hơn 69%) tổng sinh khối trong quần thể. Tuy có mật độ cây thấp, nhưng ở các cấp kính lớn (> 19 cm) vẫn góp phần không nhỏ trọng lượng tổng sinh khối khô của quần thể với hơn 670,73 tấn/ha (chiếm hơn 30%).

e. Mô hình sinh khối trên mặt đất và dưới mặt đất rừng Đước đôi

Mô hình tương quan giữa tổng sinh khối khô trên mặt đất (gồm thân, cành, rễ và lá) và rễ dưới mặt đất được thể hiện dưới dạng phương trình:

ln(W_rekdmd) = -2,0466 + 1,0295*ln(W_tktmd)

hay W_rekdmd = 0,1291* W_tktmd ^1,0296

Với hệ số xác định R² = 0,998, giá trị xác suất Pa và Pb = 0, các chỉ số thống kê SEE, MAE, SSR có mức độ tin cậy cho phép và giá trị thấp nhất, tham số của phương trình đều tồn tại ở mức ý nghĩa cao (P < 0).

Qua phương trình trên, để ước lượng kết quả sinh khối dưới mặt đất của quần thể một cách tương đối chính xác, việc xem hệ số mũ của phương trình có giá trị tiệm cận bằng 1, ta có thể hiểu tổng sinh khối dưới mặt đất bằng 12,91% tổng sinh khối trên mặt đất.

h. Sinh khối rừng Đước đôi tại Khu Dự trữ sinh quyển rừng ngập mặn Cần Giờ

Kết quả tính toán tổng sinh khối của quần thể Đước đôi trong Khu Dự trữ Sinh quyển rừng ngập mặn Cần Giờ đạt hơn 6,35 triệu tấn.

4. Kết luận

Việc xây dựng các phương trình tương quan giữa sinh khối và đường kính tại vị trí 1,3 m có thể được ước lượng nhanh với mức độ sai số cho phép thông qua phương trình tương quan: Y = a*X^b. Trong phương trình này, đối với việc tính toán cho toàn bộ phận, thân, hoặc rễ cây cá thể, tham số mũ của phương trình thường có giá trị b biến động từ 2,07 – 2,29; đối với bộ phận cành và lá có giá trị b biến động từ 1,63 – 1,83. So với các nghiên cứu về sinh khối trên thế giới, đây cũng là dạng phương trình thường được các nhà nghiên cứu quan tâm, sử dụng. Sinh khối rễ dưới mặt đất chỉ chiếm 12,91% tổng sinh khối trên mặt đất.

Việc ước lượng sinh khối dưới mặt đất của quần thể Đước đôi từ kết quả nghiên cứu sinh khối sẽ cho mức độ chính xác cao hơn từ việc ứng dụng hệ số chuyển đổi giữa lượng sinh khối trên mặt đất và lượng sinh khối dưới mặt đất từ các công trình nghiên cứu khác liên quan đến các loài cây rừng ngập mặn.

Tài liệu tham khảo 1. Alongi D.M., 2012. Carbon sequestration in mangrove forests. Carbon Management 3(3): 313 – 322. 2. Clough B.F., và Scott K., 1989. Allometric for estimating above-ground biomass in six mangrove species, Forest Ecology and Management 27, 117 – 127. 3. IPCC, 1995. Climate Change 1995, The IPCC second assement report scientific technical analyses of impacts, adaptation, and mitigation of climate change. Cambridge University Press, 95 – 131 pages. 4. Komiyama A., Pougparn S. and Kato S., 2005. Common allometric equations for estimating the tree weight of mangroves. Journal of Tropical Ecology (2005): 471 – 477. 5. McArdle B., 1988. The structural relationship: regreesion in biology. Canadian Journal of Zoology, 66: 2329 – 2339. 6. Ong J.E., Gong W.K. and Wong C.H., 2004. Allometry and partitioning of the mangrove, Rhizophora apiculata. Forest Ecology and Management 188: 395 – 408. 7. Sprugel, D.G., 1983. Correcting for bias in log-tranformed allometric equation. Ecology 64, 209 – 210. 8. Timothy. R. H. Pearson, S. Brown and N. H. Ravindranath, 2005. Integrating carbon benefit estimates into GEF projects, United Nations Development Programme – Global Environment Facility, 57 pp. 9. Viên Ngọc Nam, 1996. Nghiên cứu sinh khối và năng suất sơ cấp rừng Đước (Rhizophora apiculata Blume) trồng tại Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh. Luận văn Thạc sĩ khoa học Lâm nghiệp, Đại học Nông Lâm, Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam, 83 trang.

Huỳnh Đức Hoàn; Bùi Nguyễn Thế Kiệt; Cao Huy Bình – Ban Quản lý Rừng phòng hộ Cần Giờ
Viên Ngọc Nam – Ban Quản lý Rừng phòng hộ Cần Giờ