PHẦN MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Rừng ngập mặn là hệ sinh thái quan trọng ở vùng ven biển nhiệt đới và cận nhiệt đới, cung cấp nhiều dịch vụ sinh thái thiết yếu cho con người Trong bối cảnh biến đổi khí hậu làm gia tăng tần suất và cường độ thiên tai, vai trò bảo vệ bờ biển của rừng ngập mặn càng trở nên cấp thiết Tuy nhiên, diện tích rừng ngập mặn đang giảm sút do tác động của con người và thiên tai như bão, sóng thần, gây ra hậu quả nghiêm trọng về mặt sinh thái và môi trường Điều này có thể dẫn đến bất ổn kinh tế - xã hội, đặc biệt ở những quốc gia như Việt Nam, nơi sinh kế phụ thuộc nhiều vào tài nguyên tự nhiên.
Dưới tác động của bão, sự gia tăng đột ngột lượng vật chất hữu cơ chất lượng thấp như thân gỗ, cành cây và lá xanh, cùng với việc mất lớp phủ thực vật sống, đã dẫn đến những thay đổi tiêu cực mạnh mẽ trong cấu trúc quần xã sinh vật và chức năng của hệ sinh thái.
Việc tìm kiếm giải pháp xử lý môi trường để hỗ trợ sự tự phục hồi của hệ sinh thái rừng ngập mặn là rất cần thiết, nhưng không hề đơn giản Sự bổ sung quá nhiều chất hữu cơ kém chất lượng có thể dẫn đến thiếu hụt dưỡng chất và ức chế sự phát triển của thảm thực vật Hơn nữa, các thân cây và cành lớn tạo ra cản trở không gian, làm khó khăn cho sự phát triển của các trụ mầm Tuy nhiên, việc loại bỏ các vật liệu hữu cơ kém chất lượng khỏi hệ sinh thái có thực sự mang lại lợi ích cho sự tự phục hồi hay không, đặc biệt khi điều kiện nhiệt ẩm của nền trầm tích có thể thay đổi mạnh mẽ do bức xạ Mặt trời.
Để xử lý hiệu quả các tai biến môi trường, cần tiến hành khảo sát chi tiết về tốc độ phục hồi và sức khỏe của hệ sinh thái rừng ngập mặn dưới các điều kiện tác động khác nhau, bao gồm việc giữ nguyên hoặc loại bỏ các vật liệu hữu cơ chất lượng thấp Những nghiên cứu này không chỉ cung cấp giải pháp cho việc xử lý môi trường sau các xáo trộn tự nhiên mà còn tạo cơ sở khoa học cho việc quản lý rừng bền vững và hỗ trợ sinh kế cho các cộng đồng phụ thuộc vào rừng ngập mặn.
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu tổng quát của đề xuất là phát triển giải pháp xử lý môi trường rừng ngập mặn sau bão Durian, nhằm nâng cao chức năng phòng hộ và quản lý bền vững cho rừng ngập mặn Cần Giờ trong bối cảnh biến đổi khí hậu Mục tiêu cụ thể sẽ được xác định để đạt được hiệu quả tối ưu trong việc bảo vệ và phục hồi hệ sinh thái rừng ngập mặn.
Đánh giá sức khỏe của hệ sinh thái rừng ngập mặn là cần thiết để hiểu quá trình tự phục hồi của nó, cả trong điều kiện có và không có sự can thiệp của con người Việc này giúp xác định mức độ ảnh hưởng của hoạt động con người đến sự phát triển và bền vững của rừng ngập mặn.
- Mô phỏng và đánh giá quá trình tái sinh tự nhiên của rừng ngập mặn trong điều kiện có và không có tác động của con người
Giải pháp xử lý môi trường sau bão cần được xây dựng nhằm tối ưu hóa tốc độ tự phục hồi của rừng ngập mặn, từ đó nâng cao chức năng phòng hộ và hỗ trợ quản lý rừng bền vững.
Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Đánh giá cấu trúc rừng và sự phục hồi thảm thực vật trong hệ sinh thái rừng ngập mặn 14 năm sau bão Durian
Đánh giá sự thay đổi trong quá trình sinh trưởng và phát triển của loài cua còng cho thấy vai trò sinh thái quan trọng của chúng trong hệ sinh thái rừng Loài này không chỉ ảnh hưởng đến cấu trúc đất mà còn góp phần duy trì sự đa dạng sinh học Sự biến động của quần thể cua còng phản ánh tình trạng sức khỏe của môi trường sống, đồng thời tạo ra những tác động tích cực đến các loài sinh vật khác trong hệ sinh thái.
3 ngập mặn sau 14 năm rừng phục hồi tự nhiên
Nội dung 3: Đánh giá năng suất của hệ sinh thái rừng và tình trạng dinh dưỡng của nền trầm tích
Nội dung 4: Phân tích diễn biến tăng trưởng của thảm thực vật tái sinh tự nhiên dựa trên phân tích ảnh vệ tinh
Nội dung 5: Xây dựng mô hình mô phỏng quá trình diễn thế tái sinh tự nhiên của rừng ngập mặn sau xáo trộn do bão
Nội dung 6: Đề xuất giải pháp kỹ thuật để xử lý môi trường rừng ngập mặn sau bão.
Đối tượng nghiên cứu
Hệ sinh thái rừng ngập mặn Cần Giờ tại khoảnh 8, Lô E, Tiểu khu 17, Khu Dự trữ sinh quyển Cần Giờ.
Giả thuyết nghiên cứu
Rừng ngập mặn Cần Giờ đã chịu thiệt hại nặng nề từ bão Durian, làm gãy đổ nhiều cây cối Việc dọn dẹp các vật liệu hữu cơ chất lượng thấp như thân cây gãy đổ sau bão liệu có thực sự giúp hệ sinh thái tự phục hồi hay không, khi mà chế độ nhiệt ẩm của nền trầm tích bị thay đổi mạnh do nhận lượng bức xạ mặt trời cao hơn trong thời gian dài? Để tìm ra giải pháp tối ưu cho những tình huống này, cần xem xét kỹ lưỡng việc giữ nguyên hay loại bỏ các vật liệu hữu cơ.
Nhiệm vụ nghiên cứu
Giải pháp tối ưu cho việc phục hồi và bảo vệ sức khỏe của hệ sinh thái rừng ngập mặn Cần Giờ cần được xác định, đặc biệt trong bối cảnh các tai biến thiên nhiên như bão Việc nghiên cứu và áp dụng các biện pháp phù hợp sẽ giúp tăng cường khả năng chống chịu của rừng ngập mặn trước những tác động tiêu cực từ môi trường.
Phạm vi nghiên cứu
Nhiệm vụ được thực hiện trong khu vực gãy đổ do bão Durian năm 2006 và vùng lân cận tại lô E, tiểu khu 17, rừng ngập mặn Cần Giờ
Chức năng phòng hộ của rừng bao gồm các yếu tố quan trọng như cấu trúc rừng, vai trò của loài chỉ thị sinh học, tình trạng dinh dưỡng của nền trầm tích, độ cao địa hình và mức độ ngập triều.
Ý nghĩa và tính mới về khoa học và thực tiễn
Biến đổi khí hậu đang làm giảm khả năng chống chịu của hệ sinh thái rừng ngập mặn và các hệ sinh thái tự nhiên khác, vì vậy cần thiết phải định hướng phát triển bền vững cho các hệ sinh thái này sau những biến cố tự nhiên Để bảo tồn rừng ngập mặn, cần có nghiên cứu cụ thể về cấu trúc và chức năng của chúng, không chỉ dừng lại ở việc phân loại sinh vật mà còn hiểu rõ mối quan hệ đa chiều trong hệ sinh thái Mục đích của nghiên cứu này là cung cấp cơ sở khoa học cho các nhà quản lý, giúp họ đưa ra quyết sách phù hợp nhằm bảo tồn và phát triển bền vững rừng ngập mặn.
TỔNG QUAN
Hệ sinh thái rừng ngập mặn
Rừng ngập mặn là hệ sinh thái đặc trưng ở các vùng gian triều nhiệt đới và cận nhiệt đới, phân bố từ khoảng 33 độ vĩ bắc đến 37 độ vĩ nam, chủ yếu xung quanh xích đạo Hệ sinh thái này được chia thành 6 vùng khác nhau từ Đông sang Tây, với ranh giới tự nhiên là đất liền hoặc đại dương Sự phân vùng này liên quan đến đường đẳng nhiệt 20 độ C trong mùa đông của nước biển Đáng chú ý, sự tăng trưởng, chiều cao cây, sinh khối và đa dạng sinh học trong rừng ngập mặn đều giảm dần khi xa xích đạo.
Rừng ngập mặn là hệ sinh thái đặc trưng bởi các quần thể cây thân gỗ và cây bụi phát triển ở vùng gian triều nhiệt đới và cận nhiệt đới Thực vật trong rừng ngập mặn được chia thành hai nhóm: cây rừng ngập mặn thực thụ và cây gia nhập Khoảng 70 loài cây rừng ngập mặn thực thụ thuộc 40 chi và 25 họ, trong đó có 25 loài thuộc họ Avicenniaceae và Rhizophoraceae Mặc dù có các phân họ và đáp ứng sinh lý khác nhau, những loài này đều có khả năng phát triển trong môi trường trầm tích yếm khí, ngập nước và thích nghi với nồng độ muối cao Mặc dù có thể sống trong nước ngọt, nhưng do khả năng cạnh tranh kém, chúng thường bị đẩy ra các vùng cửa sông và ven biển, nơi có nồng độ muối cao nhưng áp lực cạnh tranh thấp hơn.
Rừng ngập mặn, mặc dù không phải là hệ sinh thái đa dạng nhất, nhưng lại được xem là một trong những hệ sinh thái có năng suất cao nhất trên thế giới Điều này nhờ vào tuổi thọ cao và sinh khối lớn của cây rừng ngập mặn.
Rừng ngập mặn đóng vai trò quan trọng trong việc giảm lượng khí CO2 phát thải, góp phần vào việc chống lại biến đổi khí hậu Hệ sinh thái này tích lũy một lượng carbon khổng lồ, với khoảng 10% tổng lượng carbon trên toàn cầu được chôn vùi trong trầm tích rừng ngập mặn, đạt tốc độ chôn vùi trung bình là 174 gC/m²/năm Qua quá trình quang hợp, rừng ngập mặn hấp thu một lượng lớn CO2, cho thấy khả năng hấp thụ CO2 của chúng cao hơn so với các hệ sinh thái trên cạn Sản phẩm sơ cấp của rừng ngập mặn ước tính khoảng 218 triệu tấn carbon.
Rừng ngập mặn trên thế giới có tổng diện tích hơn 15 triệu ha, phân bố tại 118 quốc gia và vùng lãnh thổ ở khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới Tuy nhiên, khoảng 75% diện tích rừng ngập mặn tập trung ở 15 quốc gia, trong khi chỉ 6,9% diện tích này được bảo vệ Diện tích rừng ngập mặn toàn cầu đang giảm liên tục, đặc biệt tại châu Á, nơi giảm tới 25% trong giai đoạn 1980 – 2005 Những quốc gia mất rừng nhiều nhất bao gồm Indonesia, Pakistan, Việt Nam, Malaysia và Ấn Độ, với nguyên nhân chủ yếu là do chuyển đổi đất rừng thành ao nuôi trồng thủy sản, làm muối, trồng lúa và ô nhiễm môi trường Tại Đông Nam Á, từ năm 2000 đến 2012, rừng ngập mặn giảm khoảng 0,18% mỗi năm.
Vai trò và chức năng của hệ sinh thái rừng ngập mặn
Hệ sinh thái rừng ngập mặn đóng vai trò thiết yếu trong đời sống con người, cung cấp nhiều dịch vụ hệ sinh thái quan trọng Chúng bao gồm dịch vụ cung cấp tài nguyên, dịch vụ điều tiết môi trường, dịch vụ hỗ trợ sinh thái và dịch vụ văn hóa.
Con người đã và đang sử dụng rất nhiều loại hàng hóa từ, hoặc có liên
Rừng ngập mặn cung cấp nhiều tài nguyên quý giá, bao gồm thực phẩm, nguyên vật liệu, năng lượng, dược phẩm và mỹ phẩm Các loài thực vật trong rừng ngập mặn hiện đang được nghiên cứu và ứng dụng như một nguồn tài nguyên quan trọng trong việc sản xuất dược phẩm trị ung thư.
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng nghiêm trọng, rừng ngập mặn đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp dịch vụ điều tiết và hỗ trợ Vai trò này đặc biệt rõ ràng trong việc bảo vệ các khu vực và cộng đồng dân cư tại miền nam Ấn Độ.
Rừng ngập mặn có cấu tạo rễ đặc biệt giúp đứng vững trong điều kiện nền trầm tích kém phát triển và hệ thống thân rễ dày đặc, cho phép bẫy trầm tích, giảm lưu tốc dòng chảy và năng lượng sóng, từ đó hạn chế xói lở bờ biển Ngoài ra, rừng ngập mặn còn có khả năng xử lý nước thải từ nội đồng.
Cấu trúc rừng ngập mặn
2.2.1 Các nghiên cứu cấu trúc rừng ngập mặn trên thế giới
Theo Chandra và cộng sự (2011) [21], Rhizophora apiculata là một trong những loài quan trọng nhất trong RNM Sinh khối và khối lượng thân của
R apiculata tương ứng là 116,79 tấn/ha và 65,55 m 3 /ha Sinh khối và khối lượng thân trên mặt đất có liên quan mật thiết với đường kính và chiều cao cây, sẽ tăng cùng với hai đại lượng này [21] Khi nghiên cứu thực vật RNM ở cửa sông Kala Oya thuộc bờ biển phía tây bắc Sri Lanka [22] đã xác định cấu trúc thảm thực vật bằng cách sử dụng số liệu thu thập được về thành phần loài thực vật, mật độ, diện tích lá và chiều cao cây Sinh khối (tổng sinh khối trên và dưới mặt đất) của cây ngập mặn được ước lượng bằng phương pháp tương quan và năng suất sơ cấp tổng thể được tính bằng cách sử dụng chỉ số diện tích lá đo bằng cảm biến bức xạ mặt đất Tổng cộng có 8 loài cây ngập mặn thực sự đã được phát hiện trong khu vực và mật độ cao nhất loài Rhizophora mucronata
(528 cây/ha), tiếp theo là Excoecaria agallocha (447 cây/ha) và Lumnitzera racemosa (405 cây/ha) [22]
Gupta và Ghose (2014) đã tiến hành nghiên cứu về cấu trúc và sinh khối RNA tại Đảo Lothian, thuộc Khu dự trữ Sinh quyển Sundarbans Nghiên cứu ghi nhận tổng cộng 21 loài thực vật, bao gồm 13 loài thực vật ngập mặn thực thụ và 8 loài tham gia khác.
Nghiên cứu về phân bố ngẫu nhiên trên đảo cho thấy rằng rừng ngập mặn (RNM) chủ yếu được hình thành bởi các cây nhỏ, với chỉ 2,7% số cây có đường kính thân vượt quá 10 cm và 2,6% cây cao hơn 6 m Mật độ cây trong khu vực này dao động từ 4.723 đến 23.751 cây/ha Tương tự, nghiên cứu cấu trúc và sinh khối cây ngập mặn tại khu RNM lùn trong vườn quốc gia Everglades, Florida, cho thấy cây có chiều cao từ 0,9 đến 1,2 mét và mật độ từ 7.062 đến 23.778 thân/ha, cho thấy cấu trúc RNM ở đây tương đối đơn giản.
2.2.2 Các nghiên cứu cấu trúc rừng ngập mặn ở Việt Nam
Vũ Đoàn Thái (2011) [25] đã nghiên cứu RNM tại xã Đại Hợp (Kiến Thuỵ, Hải Phòng) Nghiên cứu cho biết rừng nằm sát đê biển, có chiều rộng
Khu vực 670 m bao gồm hai loài cây đặc trưng là Bần chua (Sonneratia caseolaris) và Trang (Kandelia obovata) Cây Bần chua có chiều cao trung bình 459 cm, đường kính thân đạt 149,5 mm, với mật độ 1.351 cây/ha và tỷ lệ che phủ lên tới 93% Trong khi đó, cây Trang có chiều cao trung bình 165,5 cm, đường kính thân 90,6 mm và mật độ 16.100 cây/ha.
Vũ Mạnh Hùng và cộng sự (2001) đã nghiên cứu cấu trúc phân tầng của rừng phòng hộ ven biển phía Bắc, cho thấy trong hệ thống rừng ngập mặn (RNM), sự phân tầng diễn ra chủ yếu ở độ cao 4 – 8 m Tại đây, cây Bần (S caseolaris) tập trung thành dải dọc theo các con sông và lạch, hoặc phân bố rải rác xen kẽ trong quần xã Trang (K obovata).
Ở độ tuổi 10, tại độ cao từ 2 đến 4 mét, tầng cây chính của khu vực có sự hiện diện của nhiều loài như Đước (Rhizophora stylosa), Mắm biển (Avicennia marina), Trang (K obovata) và Vẹt dù (Bruguiera gymnorrhiza) Bên cạnh đó, ở độ cao từ 1 đến 2 mét, tầng cây này cũng có sự phân bố đáng kể với một số loài khác.
Trong các sinh cảnh tự nhiên, có 9 loại cây ngập mặn chính như Đước, Cóc vàng, Sú và Trang Tầng cây này thường phân bố ở độ cao dưới 1m, nằm dưới tán cây ngập mặn, bao gồm những cây con tái sinh, Ráng và một số loài cỏ.
Viên Ngọc Nam (1998) đã tiến hành nghiên cứu về sinh khối và năng suất sơ cấp của rừng Đước đôi (Rhizophora apiculata) tại Cần Giờ, tập trung vào lượng rơi, xác phân hủy, dinh dưỡng và các chất dinh dưỡng trả lại đất sau các lần tỉa thưa Tác giả sử dụng ô tiêu chuẩn 100 m² (10 m x 10 m) để thu thập số liệu về sinh khối rừng Đước Kết quả cho thấy năng suất sinh khối rừng Đước tăng từ 5,93 đến 12,44 tấn/ha/năm, đường kính tăng từ 0,46 đến 0,81 cm/năm, và trữ lượng thảm mục tích lũy trên sàn rừng tăng từ 3,4 đến 12,46 tấn/ha Tổng sinh khối khô của rừng Đước được ghi nhận ở các độ tuổi 4, 8, 12, và 16.
21 theo thứ tự là 16,24 tấn/ha; 89,01 tấn/ha; 118,21 tấn/ha; 138,98 tấn/ha và 139,98 tấn/ha Như vậy, sinh khối Đước đôi tăng tỉ lệ thuận theo độ tuổi
2.2.3 Rừng ngập mặn phục hồi sau bão trên thế giới
Roth (1992) đã nghiên cứu hiệu ứng cấu trúc và sự phục hồi của rừng ngập mặn 17 tháng sau cơn bão Joan ở Nicaragua năm 1988, cho thấy 45% cây bị gãy thân và chỉ 41% cây bắt đầu tái sinh Cơn bão đã làm thay đổi đáng kể diện tích gốc của rừng ngập mặn do cây lớn có số lượng thân gãy nhiều hơn cây nhỏ Sự thích ứng tốt trước gió bão của cây nhỏ đã góp phần vào quá trình phục hồi rừng trong khu vực nghiên cứu.
Nghiên cứu của Sherman và cộng sự (2001) đã phân chia các khu rừng ngập mặn ở Cộng hòa Dominica thành ba vùng chính: R mangle, L racemosa và A germinans, dọc theo hai tuyến khảo sát Các ô tiêu chuẩn được thiết lập từ năm 1994, tuy nhiên, bão Georges đã tấn công khu vực vào năm 1998, dẫn đến sự suy giảm diện tích gốc lên tới 68% trong ba ô mẫu, với A germinans chiếm ưu thế, giảm từ 20,4 xuống còn 6,6 m²/ha.
12 ô có R mangle chiếm ưu thế (từ 23,8 đến 13,4 m 2 /ha) và 19 % trong 4 ô do
L racemosa ưu thế (từ 40,9 đến 33,0 m 2 / ha) Khu vực rừng L racemosa ít bị
Tán cây có khả năng cản gió tốt, đóng vai trò quan trọng trong việc giảm tác động của bão Cấu trúc tán là yếu tố chính giải thích sự khác biệt về khả năng ứng phó với gió bão giữa các loài thực vật.
Nghiên cứu của Baldwin và cộng sự (2001) đã chỉ ra sự thay đổi cấu trúc thực vật và các biến đổi môi trường tại hai khu rừng ngập mặn ở phía nam Florida, Hoa Kỳ, nơi chịu ảnh hưởng nặng nề từ bão Andrew vào tháng 8 năm 1992.
Rhizophora mangle tái sinh nhờ trái giống phát tán trước bão, trong khi Avicennia germinans và Laguncularia racemosa chủ yếu tái sinh từ chồi ngủ Tại những khu rừng trước đây có sự chiếm ưu thế của Laguncularia, các cây Đước sống sót sau bão cung cấp trái giống, dẫn đến sự tái sinh chủ yếu phụ thuộc vào cây họ Đước Các khu vực trống trải trong rừng đã bị Avicennia, Laguncularia và các loài cây thân thảo chiếm lĩnh, cho thấy vùng ven rừng bị tàn phá nhẹ có thể tái sinh chủ yếu qua phát tán cây mầm họ Đước, tạo ra khu vực đơn loài Ngược lại, trong các khu rừng bị tàn phá nghiêm trọng, sự phát tán ngẫu nhiên trái giống từ nhiều loài khác nhau dẫn đến hình thành quần xã đa dạng Nghiên cứu chỉ ra rằng tái sinh rừng ngập mặn sau bão diễn ra qua nhiều con đường khác nhau, do các tương tác phức tạp giữa khả năng thay thế, sống sót của cây mầm, sự du nhập sau bão và sự chiếm cứ môi trường sống của thực vật thân thảo.
Aung và cộng sự (2013) đã tiến hành nghiên cứu về sự phục hồi của rừng ngập mặn ở Ayeyarwady, Myanmar sau siêu bão Nargis năm 2008 Nghiên cứu tập trung vào sáu quần xã rừng ngập mặn, trong đó các loài chủ yếu bao gồm Avicennia officinalis, Bruguiera sexangula, Excoecaria agallocha, Heritiera fomes, Rhizophora apiculata và Sonneratia caseolaris Kết quả cho thấy tỷ lệ tử vong cao ở các loài thuộc họ Rhizophoraceae, đặc biệt là ở cá thể trưởng thành của B sexangula và R apiculata.
Rừng ngập mặn, với loài R apiculata chiếm hơn 90%, đã thể hiện khả năng phục hồi đáng kể sau bão Nargis, mặc dù tiềm năng phục hồi của mỗi loài khác nhau Quá trình phục hồi ở quần xã cây R apiculata diễn ra chậm do tính dễ tổn thương của loài này, với ba nguyên nhân chính: tỉ lệ tử vong cao do xáo trộn, xói mòn trong môi trường sóng khắc nghiệt, và sự chậm trễ trong phục hồi vật hậu học Sau 4 năm, tỉ lệ phục hồi độ che phủ rừng đạt 61,06%.
Vai trò của cua còng trong rừng ngập mặn
Xáo trộn sinh học là quá trình quan trọng thay đổi cấu trúc trầm tích và sự phân bố thực vật trong hệ sinh thái rừng ngập mặn Hoạt động của cua Brachyura đóng vai trò chính trong việc tạo ra xáo trộn này, làm tăng độ tơi xốp và thoáng khí của nền trầm tích, từ đó ảnh hưởng đến sự tái sinh của thực vật ngập mặn Sự xáo trộn cũng tác động đến dòng chảy, độ thấm và tính chất của nguồn nước ngầm, là con đường vận chuyển chính của chu trình dinh dưỡng trong rừng Cua còng trong rừng ngập mặn còn là mắt xích quan trọng trong chu trình chuyển hóa chất dinh dưỡng của hệ sinh thái.
Hình 2.1 Chu trình chuyển hóa dinh dưỡng nguồn vật rụng trong rừng ngập mặn [41], [42]
Tác động lên môi trường đất
Các loài cua còng rừng ngập mặn chủ yếu đào hang và làm tổ trong bùn, với nhóm Uca đóng vai trò quan trọng trong việc xáo trộn môi trường đất, theo nghiên cứu của Mc.Craith (2003) Mật độ hang của nhóm Uca dao động từ 40 đến 300 hang/m², gây ra sự xáo trộn từ 4.400 đến 5.700 cm³/m²/năm và trộn lẫn các nguyên tố 210 Pb và 137 Cs trong tầng đất 0-15 cm Những khối đất được đào lên không chỉ lấp đầy hang trống mà còn gia cố cho cấu trúc hang Ngược lại, cấu trúc hang của nhóm Grapsidae phức tạp hơn với nhiều hình dạng khác nhau, và một số loài trong nhóm này không tự đào hang mà sử dụng hang của các loài khác.
Neoepisesarma versicolor có cấu trúc phân nhánh với hơn 5 cửa hang, có độ sâu từ 55 đến 110 cm Mặc dù mật độ của nhóm Grapsidae thường thấp hơn nhóm Ocypodidae (chỉ từ 1 đến 5 con/m²), nhưng lượng trầm tích bị xáo trộn trong quá trình đào hang lại tương đương nhau, đạt khoảng 80 đến 210 cm³/m²/ngày.
Hình 2.2 Cấu trúc hang của các nhóm cua còng trong rừng ngập mặn (A: hang của nhóm Ocypodidae; B: hang của nhóm Grapsidae)
Việc đào hang và tiêu thụ vật rụng của cua còng là nguyên nhân chính ảnh hưởng đến chuyển hóa dinh dưỡng trong rừng ngập mặn Sự xáo trộn sinh học động vật tác động trực tiếp và gián tiếp đến trầm tích, bao gồm quá trình làm lại các hạt trầm tích, thông gió trong hang và vận chuyển chất tan xung quanh khu vực hang.
Các hoạt động đào hang không chỉ tăng cường khả năng trao đổi hóa học và sinh học mà còn mở rộng giao diện giữa đất, nước và không khí Mỗi hang của nhóm Ocypodidae làm tăng khoảng 1% diện tích giao diện, trong khi hang của nhóm Grapsidae có thể tăng tới 150-380% Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy sự hiện diện của nhóm Helorcius cordiformis đã làm thay đổi đáng kể địa hình bề mặt rừng, ảnh hưởng đến cấu trúc hạt trong trầm tích và vị trí phân bố của vật liệu hữu cơ, giúp tái cấu trúc sự phân bố vật liệu hữu cơ từ bề mặt xuống sâu hơn.
Số lượng hang còng ảnh hưởng đến hàm lượng vật liệu hữu cơ bằng cách oxy hóa trầm tích Sự khác biệt đáng kể giữa tiềm năng oxy hóa khử và lượng sắt giảm cho thấy vai trò quan trọng của hang còng trong quá trình này.
Việc đào hang của cua còng giữa đất có và không có hang còng làm giảm chất hữu cơ trong trầm tích, đặc biệt là ở tầng mặt 5 cm, do tác động của quá trình oxy hóa Ngược lại, các hang còng lại tăng hàm lượng nước trong trầm tích, điều này phụ thuộc vào vị trí đào hang, mức độ ngập triều, độ dốc thủy triều và thời gian tiếp xúc với nước.
Tác động lên vật rụng trên sàn rừng
Nhóm cua còng đóng vai trò quan trọng trong việc tăng tốc độ phân hủy vật rụng tại rừng ngập mặn, thông qua việc cắt nhỏ và chuyển hóa chất dinh dưỡng trong hệ sinh thái Chúng tiêu thụ tất cả các trạng thái lá của nhiều loại cây rừng ngập mặn, làm thay đổi tính chất lý hóa của lá rụng Qua quá trình tiêu hóa, tỷ lệ C/N giảm do nồng độ nitrogen tăng lên Smith III (1988) đã chỉ ra rằng việc đào hang và tiêu thụ lá rụng của nhóm Sesamidae khiến chúng trở thành sinh vật chủ chốt trong hệ sinh thái này.
Tính chất đất như sulfua và NH4 gia tăng, cùng với khả năng sống sót của cây ngập mặn giảm sút, là ba lý do chính cho sự suy giảm của hệ sinh thái ở những khu vực không có hoạt động xáo trộn của cua còng Cua còng đóng vai trò quan trọng trong chu trình Carbon, vì nếu chúng không giữ lại lượng vật rụng trong hang, thì lượng vật rụng này sẽ bị thủy triều cuốn trôi ra khỏi hệ sinh thái Hơn nữa, việc cua còng ăn cây mầm cũng ảnh hưởng đến cấu trúc của rừng ngập mặn.
Theo Robertson (1986), loài cua Sesarma messa có khả năng tiêu thụ 28% lượng lá rụng trong rừng ngập mặn hỗn giao Ghi nhận này chỉ ra rằng, bên cạnh sự mất mát do thủy triều, vật liệu hữu cơ trong sàn rừng ngập mặn còn bị giảm thiểu qua hoạt động của nhóm cua còng Thongtham (2005) cũng đã nhấn mạnh tầm quan trọng của các loài động vật này trong hệ sinh thái rừng ngập mặn.
Neoepisesarma versicolor tiêu thụ tất cả các trạng thái lá của Rhizophora apiculata, bao gồm lá xanh, vàng và nâu, với mức tiêu thụ khoảng 24,4 g trọng lượng tươi mỗi ngày mà không có sự khác biệt giữa các trạng thái lá Tuy nhiên, tốc độ bài tiết lại có sự khác biệt rõ rệt, đặc biệt giữa những con ăn lá nâu và những con ăn lá xanh cũng như lá vàng Qua quá trình tiêu hóa và bài tiết của Neoepisesarma versicolor, hàm lượng N cũng được ảnh hưởng.
Mật độ vi khuẩn trong phân cao hơn từ 5 đến 9 lần so với lá ban đầu, đồng thời mật độ vi khuẩn cũng tăng từ 100 đến 115% so với mật độ vi khuẩn trong lá ban đầu.
Theo nghiên cứu của Olafsson (2002) [49] ở rừng ngập mặn Kenya, loài
Neosarmatium meinerti tiêu thụ 2,4g trọng lượng khô lá Avicennia marina/m 2 / ngày, tương ứng với 20% khối lượng lá rụng/ ngày Loài này ăn chủ yếu là lá
Avicennia marina, Bruguiera gymnorrhiza và Rhizophora mucronata là ba loài thực vật quan trọng trong hệ sinh thái Khối lượng và tốc độ tiêu thụ lá của các loài này khác nhau giữa cá thể đực và cái, trong đó cá thể cái tiêu thụ nhiều hơn để tích trữ năng lượng cho quá trình sinh sản.
Nhóm cua còng đóng vai trò quan trọng trong sự sinh trưởng và phát triển của rừng ngập mặn, nhưng một số loài có thể gây hại cho cây rừng Ảnh hưởng của nhóm cua còng đến cấu trúc rừng ngập mặn cần được nghiên cứu và hiểu rõ hơn.
Mô hình “ưu thế và tiêu thụ” thể hiện mối tương quan ngược giữa tốc độ tiêu thụ cây mầm của một loài và mật độ của chúng trong khu vực Khi mật độ cây mầm tăng, tốc độ tiêu thụ giảm, và ngược lại Điều này cho thấy sự ảnh hưởng của mật độ đến khả năng sinh tồn và phát triển của cây mầm trong môi trường tự nhiên.
Trầm tích trong rừng ngập mặn
Thành phần cơ giới của nền trầm tích ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của thực vật rừng ngập mặn, với mức tăng trưởng cao nhất ở những nơi có hạt sét chiếm ưu thế Rừng ngập mặn không chỉ giúp gia tăng lượng hữu cơ trong nền thông qua vật rụng mà còn giữ lại hữu cơ nhờ vào hoạt động của các sinh vật đào hang Tuy nhiên, chất hữu cơ cũng có thể bị mất do tác động của thủy triều, điều này là cơ sở để rừng ngập mặn thực hiện các chức năng sinh thái quan trọng của mình.
Sự phát triển và khả năng cung cấp dịch vụ của hệ sinh thái rừng ngập mặn phụ thuộc vào tình trạng dinh dưỡng của nền trầm tích Tình trạng này lại bị ảnh hưởng bởi các yếu tố vô sinh và hữu sinh trong môi trường, trong đó nitrogen và phosphorus đóng vai trò quan trọng.
21 là những nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu nhưng thường thiếu hụt trong hệ sinh thái ven biển, ảnh hưởng đến sự phát triển của cây rừng ngập mặn và năng suất sơ cấp của hệ sinh thái này Sự thiếu hụt phosphor không chỉ hạn chế sự tăng trưởng mà còn tác động đến đặc điểm hình thái và sinh lý – sinh thái của cây Nồng độ phosphorus khả dụng cho thực vật kiểm soát sự phân bố loài trong rừng ngập mặn, bị ảnh hưởng bởi thủy triều, mật độ và sinh khối cây Độ mặn và pH trầm tích ảnh hưởng đến sự hấp phụ phosphate, trong khi các ion chloride và sulphate có thể cạnh tranh với phosphate Sự hấp phụ phosphate được tăng cường ở pH thấp, và giá trị pH trầm tích có thể dẫn đến sự chuyển đổi giới hạn dinh dưỡng từ nitrogen sang phosphorus trong hệ sinh thái rừng ngập mặn.
Mặc dù pH thấp có thể hỗ trợ giải phóng phosphate từ ferric hydroxide, giúp tăng cường phosphorus khả dụng cho thực vật, nhưng nó cũng gây ra những tác động tiêu cực đến dinh dưỡng nitrogen trong hệ sinh thái rừng ngập mặn Trong điều kiện yếm khí, nồng độ H2S tăng cao làm giảm pH, dẫn đến sự gia tăng NH3 và ức chế quá trình nitrate hóa Giá trị pH thấp trong trầm tích làm dịch chuyển cân bằng NH3 + H2O NH4 + + OH - về phía tích lũy NH4 +, gây độc cho thực vật, mặc dù NH4 + là nguồn nitrogen quan trọng và có vai trò trung gian trong nhiều quá trình trao đổi chất.
Mức ngập và tần số ngập trong rừng ngập mặn ảnh hưởng lớn đến điều kiện môi trường nền trầm tích Những thay đổi địa hình có thể dẫn đến sự biến đổi đáng kể trong thời gian lưu giữ nước và chất hữu cơ, từ đó làm thay đổi tình trạng oxy hóa khử của nền Nghiên cứu này nhằm đánh giá tác động của độ cao địa hình đến các yếu tố này.
Nghiên cứu này so sánh tình trạng dinh dưỡng của trầm tích giữa khu rừng ngập mặn nguyên trạng và khu rừng tự phục hồi sau bão tại Cần Giờ Kết quả cho thấy sự khác biệt rõ rệt về mức độ dinh dưỡng, ảnh hưởng đến sự phát triển của hệ sinh thái trong các khu vực này.
Sự phân bố rừng ngập mặn phụ thuộc vào hoạt động thủy triều, nhiệt độ nước, năng lượng sóng và sự lắng tụ trầm tích Nhiệt độ nước biển và tần số ngập triều ảnh hưởng đến thành phần loài trong rừng ngập mặn, trong khi độ mặn của nước lỗ hổng trong trầm tích quy định sự hình thành các đới rừng ngập mặn ở vùng ven biển nhiệt đới Những khu rừng ngập mặn phát triển tốt thường nằm ở nơi có nhiều trầm tích lắng tụ từ các sông lớn và lượng mưa cao, giúp pha loãng muối và duy trì độ mặn ôn hòa Năng lượng sóng lớn có thể cản trở sự bám trụ và tăng trưởng của cây mầm, trong khi sự ngập triều đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp oxygen cho rễ cây, duy trì độ mặn trầm tích và phát tán trái giống Tuy nhiên, gia tăng mức và tần số ngập có thể dẫn đến sự suy giảm diện tích rừng ngập mặn.
Năng suất vật rụng trong rừng ngập mặn
2.5.1 Sức khỏe hệ sinh thái rừng ngập mặn
Hệ sinh thái được coi là khỏe mạnh khi nó duy trì sự ổn định và bền vững, có khả năng hoạt động hiệu quả và bảo vệ cấu trúc cũng như chức năng của mình theo thời gian Điều này cho phép hệ sinh thái chống chịu tốt trước các loại căng thẳng khác nhau.
"Sức khỏe hệ sinh thái" là thuật ngữ phản ánh trạng thái toàn diện của một hệ sinh thái, thông qua việc đánh giá cấu trúc, sức sống và khả năng phục hồi trước các tác động bên ngoài Một hệ sinh thái không khỏe sẽ dẫn đến sự thiếu bền vững và cuối cùng có nguy cơ biến mất theo thời gian.
23 gian, trừ khi có các biện pháp khắc phục thích hợp được thực hiện tốt trong thời gian hệ còn đang tồn tại [103]
Đánh giá sức khỏe hệ sinh thái rừng ngập mặn là quá trình xem xét toàn diện hiện trạng của hệ sinh thái này, nhằm phản ánh tính ổn định và bền vững của nó Để hiểu rõ sức khỏe của rừng ngập mặn, cần chú trọng đến các yếu tố như cấu trúc, sức sống và khả năng phục hồi trước những tác động từ môi trường.
Hệ sinh thái rừng ngập mặn chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố môi trường, góp phần tạo nên sự phong phú, đa dạng và năng suất cao Khi các yếu tố này tác động tiêu cực, năng suất và độ đa dạng của rừng suy giảm, dẫn đến giảm chức năng của rừng Hệ quả là rừng trở nên dễ bị tổn thương và khó phục hồi trước các biến đổi môi trường, làm suy yếu sức khỏe của hệ sinh thái rừng ngập mặn.
2.5.2 Một số yếu tố môi trường ảnh hưởng sức khỏe sinh thái rừng ngập mặn
Hệ sinh thái rừng ngập mặn chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố tự nhiên như địa chất, thủy văn, hóa học và sinh học, dẫn đến sự biến đổi trong sức khỏe của hệ sinh thái này Thành phần cơ giới của nền trầm tích đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát sự tăng trưởng của thực vật rừng ngập mặn, liên quan đến sự hình thành và tích lũy các hợp chất hữu cơ và khoáng trong đất Nó cũng ảnh hưởng đến chế độ nhiệt-ẩm, tính chất nước, tính ô xy hóa khử, khả năng giữ ion và tích lũy mùn cùng các chất dinh dưỡng khoáng Nghiên cứu cho thấy, sự phát triển của thực vật rừng ngập mặn đạt mức cao nhất ở những nền có hạt sét chiếm ưu thế, trong khi đó, rừng ngập mặn cũng góp phần gia tăng lượng hữu cơ trong nền thông qua vật rụng.
Nhiệt độ có vai trò quan trọng trong hô hấp và quang hợp, ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của thực vật, đặc biệt là ở rừng ngập mặn, nơi thường phân bố ở khu vực có nhiệt độ trung bình tháng cao hơn 20°C Rừng ngập mặn nhạy cảm với nhiệt độ thấp, đặc biệt ở miền Bắc Việt Nam, nơi có mùa đông lạnh làm giảm nhiệt độ nước biển dưới 20°C, ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phân bố của chúng Độ pH đất cũng ảnh hưởng đến sự chuyển hóa dưỡng chất và hoạt động của vi sinh vật, với môi trường đất gần trung tính thuận lợi cho sự phân hủy vật chất hữu cơ Thủy triều là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến năng suất rừng ngập mặn, giúp vận chuyển oxy đến hệ rễ, xác định quá trình tích tụ và loại bỏ độc tố, đồng thời tạo điều kiện cho sự trao đổi vật chất giữa rừng ngập mặn và các thủy vực ven biển.
Dòng vật chất từ rừng ngập mặn cung cấp dịch vụ quan trọng cho các khu vực nuôi trồng thủy sản lân cận, với lượng vật chất xuất ra khác nhau tùy thuộc vào vị trí địa lý và tần số ngập triều Ở rừng ngập mặn ven sông, lượng xuất chiếm đến 95% tổng lượng vật rụng, trong khi ở các khu rừng ít bị ngập, chỉ chiếm 21% Tại Khu dự trữ sinh quyển rừng ngập mặn Cần Giờ, lượng vật rụng đạt 7,34 kg/ngày, chiếm khoảng 25% tổng năng suất, với vật liệu gỗ chiếm tỷ lệ cao nhất Độ mặn trong trầm tích ảnh hưởng đến sự tồn tại và tăng trưởng của cây rừng ngập mặn, bị chi phối bởi tốc độ ngập triều, kiểu trầm tích, địa hình, và các yếu tố môi trường khác Thực vật ngập mặn không ưa muối bắt buộc, thường có tốc độ sinh trưởng chậm, và chỉ có thể cạnh tranh với các loài khác khi bị ức chế bởi độ mặn Mỗi loài có mức chịu mặn nhất định, vượt ngưỡng sẽ gây hại cho sự phát triển, trong khi độ mặn cao còn ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ dinh dưỡng và chiều cao cây.
Nghiên cứu ở đảo Hinchinbrook, Úc cho thấy độ mặn tương quan nghịch với năng suất của rừng ngập mặn vi/ Dinh dưỡng nền trầm tích
Các yếu tố sinh học như vật rụng, đặc biệt là lá cây, sự phân hủy vật liệu hữu cơ và hoạt động của vi sinh vật trong trầm tích có vai trò quan trọng trong chu trình khoáng hóa Lượng vật rụng ở rừng ngập mặn thay đổi theo tuổi và hình thái của rừng Nghiên cứu cho thấy lá cây phân hủy nhanh hơn ở vùng ngập triều nhiều so với vùng ngập triều ít Đối với Mấm biển, quá trình phân hủy cũng diễn ra nhanh hơn ở những khu vực có cao trình đất thấp và ngập nước lớn hơn, nhờ vào sự lọc các vật liệu dễ phân hủy và hoạt động tích cực của vi khuẩn.
2.5.3 Những công trình có liên quan về năng suất vật rụng rừng ngập mặn
Cấp tuổi rừng ảnh hưởng đáng kể đến năng suất vật rụng trong hệ sinh thái rừng ngập mặn, với năng suất dao động từ 3,67 đến 10,45 tấn/ha/năm và có xu hướng tăng theo tuổi cây Tại hệ sinh thái rừng Mấm trắng (Avicennia alba) ở Cần Giờ, năng suất vật rụng trung bình đạt 25,22 tấn/ha/năm, trong đó lá chiếm 90% tổng năng suất Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng năng suất vật rụng thay đổi theo mùa, đồng thời lượng khoáng chất trả về cho đất dao động từ 62,24 đến 139,62 kg/ha/năm.
Tổng năng suất vật rụng tại Khe Ốc, thuộc Khu dự trữ sinh quyển rừng ngập mặn Cần Giờ, đạt 66,9 tấn/ha trong mùa khô, trong đó lá rụng chiếm 74,72%, tương đương 44,99 tấn/ha Nghiên cứu cho thấy khối lượng lá của loài Avicennia cao hơn so với Rhizophora, mặc dù Rhizophora là loài chiếm ưu thế trong cấu trúc rừng.
Lá là thành phần chủ yếu trong năng suất vật rụng ở rừng ngập mặn Ở Brazil, lá chiếm 69,74% trong năng suất vật rụng trong khi giá trị này trong hệ
Năng suất vật rụng của rừng ngập mặn ở Florida đạt 68%, trong khi ở bán đảo Malay, tỷ lệ này dao động từ 40-67% Độ mặn của nước và trầm tích ảnh hưởng lớn đến năng suất vật rụng, với độ mặn cao cản trở sự phát triển của thực vật rừng ngập mặn Hơn nữa, nhiệt độ cao trong mùa khô cũng làm tăng sự mất lá, giúp giảm thiểu thoát hơi nước qua lá ở thực vật.
Năng suất vật rụng ở rừng ngập mặn thay đổi theo cấu trúc tổ thành loài, cấu trúc tuổi và các điều kiện môi trường như tốc độ gió, độ mặn đất, cường độ ánh sáng Tuy nhiên, nghiên cứu về sự thay đổi năng suất vật rụng giữa các kiểu rừng ở Việt Nam vẫn còn hạn chế Báo cáo này đề cập đến hiện trạng năng suất vật rụng trong hệ sinh thái rừng ngập mặn ở Cần Giờ, nơi bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi bão Durian vào tháng 12/2006 và các tác động của con người, dẫn đến sự hình thành ba vùng rừng với cấu trúc tổ thành loài và tuổi cây khác nhau.
Sử dụng viễn thám trong nghiên cứu về biến động rừng
Con người đã bắt đầu biết sử dụng các công viễn thám từ rất sớm Năm
Vào năm 1860, James Wallace Back đã chụp ảnh thành phố Boston từ khinh khí cầu, đánh dấu sự khởi đầu của việc quan sát từ trên cao Sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã dẫn đến sự ra đời của các loại ảnh viễn thám như ảnh máy bay và ảnh vệ tinh Năm 1972, sự phóng vệ tinh Landsat-1 của NASA đã mở ra một kỷ nguyên mới cho việc sử dụng viễn thám trong nghiên cứu bề mặt trái đất Với sự tiến bộ của công nghệ vệ tinh, chất lượng và đa dạng của ảnh viễn thám ngày càng được nâng cao Ngày nay, ngoài các loại ảnh truyền thống có độ phân giải thấp và trung bình, chúng ta còn có các loại viễn thám chất lượng cao như SPOT-6/7, IKONOS, và Quickbird.
Trong 60 năm qua, việc sử dụng ảnh viễn thám và GIS đã trở nên phổ biến trên toàn cầu, đặc biệt trong việc đo vẽ các loại bản đồ chuyên đề Tính cập nhật chu kỳ của dữ liệu viễn thám cho phép các nhà khoa học quan trắc diễn tiến môi trường và nhanh chóng phát hiện các biến động bất lợi, từ đó có thể đưa ra phản ứng kịp thời Kết quả từ phân tích dữ liệu viễn thám hỗ trợ các nhà khoa học và nhà hoạch định chính sách trong việc lựa chọn các chiến lược hiệu quả cho quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường Ảnh vệ tinh có độ phân giải trung bình đóng vai trò quan trọng trong việc lập bản đồ rừng trên diện rộng.
[130], [131], [132] Trên thế giới cũng có khá nhiều nghiên cứu về trích lọc thông tin rừng ngập mặn từ loại dữ liệu viễn thám trung bình này [127], [130],
Dữ liệu viễn thám, bao gồm ảnh Landsat-5 TM và SPOT, cùng với Landsat MSS và Landsat-7 ETM+, đã được sử dụng để nghiên cứu biến động bề mặt đất trong nhiều thập kỷ qua Mặc dù Landsat MSS có độ phân giải thấp (60 m) và Landsat-7 ETM+ gặp lỗi kỹ thuật trong giai đoạn 2003-2013, chúng vẫn cung cấp thông tin quý giá về hiện trạng đất trước năm 1984 và 2012-2013 Các nghiên cứu như của Wang (2006) đã áp dụng ảnh SPOT-4 và SPOT-5 để phân loại vùng núi ở Đài Loan, trong khi Wang và cộng sự (2003) đã xác định sự thay đổi diện tích rừng ngập mặn tại Tanzania từ ảnh Landsat Ngoài ra, Dutt và Udayalakshmti (1994) đã chỉ ra sự giảm diện tích rừng ở Ấn Độ từ 14,12 triệu ha xuống còn 11,72 triệu ha trong giai đoạn 1972-1991.
Selvam, Ravichandaran và cộng sự (2010) đã sử dụng ảnh Landsat TM và vệ tinh viễn thám IRS 1D Liss III của Ấn Độ trong giai đoạn 1986-2002 để khảo sát các vùng đất ngập mặn ở Pichavaram Prenzel (2004) đã đưa ra cơ sở lựa chọn phương pháp phù hợp cho phân tích các đơn vị thức phủ và đánh giá lại tính chính xác của phương pháp bằng các phương pháp định lượng Seto và Fragkias (2007) trình bày phương pháp theo dõi có hệ thống trong bối cảnh Công ước Ramsar về các vùng đất ngập nước.
Sử dụng viễn thám trong nghiên cứu về biến động rừng ở Việt Nam
Từ năm 1979-1980, Việt Nam bắt đầu tiếp cận công nghệ viễn thám, và trong thập kỷ tiếp theo (1980-1990), các nghiên cứu và thử nghiệm đã được triển khai để xác định khả năng sử dụng tư liệu viễn thám cho các nhiệm vụ cụ thể Hiện nay, nước ta đã phát triển nhiều công trình khoa học và ứng dụng công nghệ viễn thám cùng GIS trong việc theo dõi và đánh giá biến động rừng, nhằm cung cấp cái nhìn tổng quan về sự phát triển của rừng.
Trần Anh Tuấn và cộng sự (2015) [132] đã sử dụng ảnh SPOT 1 năm
Năm 1986, ảnh SPOT 3 và năm 1995, ảnh LANDSAT 8 đã xác định biến động diện tích rừng ngập mặn tại vườn quốc gia Xuân Thủy, tỉnh Nam Định qua các giai đoạn không gian và thời gian bằng phương pháp tổng hợp và kế thừa Trần Thu Hà và cộng sự (2016) đã áp dụng dữ liệu ảnh LANDSAT ETM năm 2005 và LANDSAT 8 năm 2015 với độ phân giải 30 m, sử dụng phần mềm eCogniton 9.1 để phân mảnh ảnh, tạo ảnh chỉ số thực vật NDVI nhằm làm nổi bật vùng có thực vật, đánh giá biến động sau phân loại và sử dụng công cụ Intersect trong ArcGIS để so sánh các pixel ảnh, từ đó tạo ra bản đồ biến động rừng ở huyện Cao Phong, tỉnh Hòa Bình trong giai đoạn 2005-2015 Trần Trọng Đức (2010) đã sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh Aster năm 2003 và dữ liệu Landsat để nghiên cứu thêm về biến động rừng.
Năm 1993, việc phân loại rừng ngập mặn được thực hiện độc lập và áp dụng công nghệ GIS để phát hiện biến động bằng cách so sánh ảnh phân loại tại hai thời điểm khác nhau Phương pháp này đã được áp dụng tại huyện Cần Giờ, cho ra kết quả là bản đồ rừng ngập mặn với độ chính xác toàn cục khoảng 80%.
Ảnh có độ phân giải trung bình là lựa chọn tối ưu cho việc lập bản đồ rừng ngập mặn, với các phương pháp giải đoán bằng mắt và phân loại dựa trên điểm ảnh thường được áp dụng Tại Việt Nam, ứng dụng viễn thám và GIS đã đem lại nhiều thành tựu trong việc quan trắc biến động rừng ngập mặn Tiếp nối thành công đó, nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích biến động diện tích rừng ngập mặn thông qua việc tích hợp tư liệu viễn thám và GIS, sử dụng thuật toán phân loại và đánh giá sai số tại khu vực rừng ngập mặn Cần Giờ.
Ứng dụng mô hình mô phỏng trong đánh giá sinh thái
2.8.1 Kết nối sinh thái và vai trò của nó
Kết nối sinh thái là sự kết nối của các sinh cảnh ở các quy mô khác nhau
Kết nối sinh thái liên quan đến mối quan hệ dinh dưỡng, xáo trộn, chất dinh dưỡng và dòng sinh thái thủy văn, và việc duy trì nó rất quan trọng để bảo vệ đa dạng sinh học Kết nối này không chỉ tạo ra đa dạng môi trường sống mà còn đảm bảo sự bền vững và nâng cao hiệu quả bảo tồn Mặc dù thường được liên kết với vành đai sinh thái trong sự di chuyển của sinh vật và quá trình phân mảnh sinh thái, nghiên cứu về tính kết nối sinh thái còn có tiềm năng trong việc đánh giá diễn thế theo thời gian, mặc dù vẫn còn nhiều giới hạn cần khắc phục.
Carbon xanh (blue carbon, BC) là loại carbon được lưu trữ trong các hệ sinh thái như rừng ngập mặn, đầm lầy thủy triều mặn và đồng cỏ biển Nó tồn tại trong đất và sinh khối sống trên mặt, đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu biến đổi khí hậu và bảo vệ môi trường.
Carbon trong rừng ngập mặn tồn tại dưới nhiều dạng, bao gồm carbon trong đất, sinh khối sống dưới mặt đất (rễ) và sinh khối không sống như rác và gỗ chết Điều này cho thấy rằng chỉ số BC có thể chỉ thị cho sinh khối và sự phát triển của rừng ngập mặn Quá trình diễn thế tạo ra cây mới và sinh khối mới, vì vậy BC cũng có thể được sử dụng để đánh giá diễn thế thứ sinh trong hệ sinh thái này.
Carbon bản địa, hay còn gọi là Autochthonous Carbon, là loại carbon được hình thành và lắng đọng tại cùng một vị trí, chủ yếu nằm trong sinh khối thực vật Một phần lớn của sinh khối này tập trung ở rễ, nơi carbon phân hủy chậm trong điều kiện yếm khí, góp phần lưu trữ carbon trong các lớp trầm tích.
Carbon ngoại nhập (Allochthonous Carbon) là loại carbon được hình thành ở một vị trí và lắng đọng tại một vị trí khác Trong hệ sinh thái carbon xanh, hoạt động thủy động lực học diễn ra mạnh mẽ, với sóng, thủy triều và dòng chảy ven biển liên tục vận chuyển trầm tích và carbon hữu cơ từ các hệ sinh thái lân cận Các loài thực vật trong hệ thống này có cấu trúc rễ và tán phức tạp, giúp chúng bẫy phù sa hiệu quả, từ đó góp phần bổ sung vào nguồn carbon cục bộ.
Carbon trong đất ven biển có khả năng tích trữ lớn và lâu dài, khác với các hệ sinh thái trên cạn Việc tích lũy này giúp giảm lượng carbon thải ra, góp phần kiềm chế sự gia tăng nhiệt độ do biến đổi khí hậu.
Mô hình InVEST carbon xanh ven biển được xây dựng dựa trên phương pháp ghi sổ, giúp đơn giản hóa chu trình carbon bằng cách tính toán lượng carbon lưu trữ trong ba bể chính: sinh khối, carbon trầm tích.
Sự tích tụ carbon trong môi trường ven biển chủ yếu diễn ra trong trầm tích, và mô hình yêu cầu người dùng cung cấp bản đồ về các hệ sinh thái như rừng ngập mặn và cỏ biển Người dùng cần cung cấp dữ liệu về lượng carbon được lưu trữ và tốc độ tích tụ hàng năm trong sinh khối và trầm tích Nếu không có thông tin địa phương, có thể sử dụng cơ sở dữ liệu toàn cầu về trữ lượng carbon và tỷ lệ tích lũy Tuy nhiên, nếu có dữ liệu từ nghiên cứu thực địa, nên ưu tiên sử dụng chúng Mô hình cũng yêu cầu bản đồ che phủ đất để ước tính lượng carbon mất hoặc thu được do thay đổi cách sử dụng đất và mực nước biển Cuối cùng, mô hình định lượng carbon lưu trữ bằng cách tính tổng lượng carbon trong ba bể chứa carbon.
2.8.2 Đánh giá rủi ro sinh cảnh
Nhận diện rủi ro sinh cảnh là yếu tố quan trọng để quản lý hệ sinh thái bền vững, đặc biệt là đối với rừng ngập mặn, một hệ sinh thái dễ bị tổn thương Rừng Cần Giờ, nằm ở cửa ngõ sông Sài Gòn, đóng vai trò quan trọng trong bảo vệ sinh quyển, làm sạch ô nhiễm môi trường và điều hòa khí hậu, nhưng cũng dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường và hoạt động của con người Sự kiện bão Durian năm 2006 đã gây ra hiện tượng cây chết hàng loạt, tuy nhiên khu vực này đang dần phục hồi nhờ diễn thế thứ sinh Hiệu quả phục hồi phụ thuộc nhiều vào các tác động từ bên ngoài.
Rủi ro sinh cảnh rừng ngập mặn Cần Giờ cần được xác định và đánh giá để hỗ trợ quản lý bền vững Đánh giá rủi ro sinh thái có thể sử dụng các công cụ như InVEST và QGIS để thực hiện đánh giá sinh thái (Habitat Risk Assessment, HRA) Chuyên đề này phân tích ứng dụng của mô hình hóa với InVEST trong quản lý hệ sinh thái, cung cấp thông tin về mức độ rủi ro và hậu quả Mô hình HRA tổng hợp thông tin về sự tương tác giữa hoạt động của con người và các hệ sinh thái, sử dụng dữ liệu không gian và ý kiến chuyên gia để đánh giá mức độ tiếp xúc của các loài và môi trường sống với các yếu tố gây căng thẳng.
Người dùng cung cấp đầu vào cho mô hình bao gồm bản đồ cơ sở về môi trường sống, phân bố loài, và thông tin về hoạt động của con người cùng các tác nhân gây căng thẳng Các tương tác giữa môi trường sống và các tác nhân này được thể hiện qua các tiêu chí đa tiếp xúc và hệ quả cụ thể cho từng môi trường sống hoặc loài Mức độ phơi nhiễm phụ thuộc vào sự trùng lặp địa lý, thời gian trùng lặp và cường độ của tác nhân gây căng thẳng, cũng như hiệu quả của các chiến lược quản lý Hậu quả từ việc tiếp xúc với tác nhân gây căng thẳng ảnh hưởng đến mức độ mất môi trường sống, cấu trúc môi trường và khả năng phục hồi của nó.
Mô hình này được thiết kế linh hoạt, có khả năng thích ứng với các tình huống dữ liệu nghèo và dữ liệu phong phú Người dùng sẽ đánh giá các tiêu chí dựa trên tỷ lệ tuyển dụng và tái sinh, từ đó chấm điểm mức độ tương tác từ thấp đến cao.
Dữ liệu có thể được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm cả dữ liệu toàn cầu và dữ liệu địa phương quy mô nhỏ Mô hình có thể được cập nhật với đầu vào và kết quả mới khi có thông tin chính xác hơn.
Mô hình HRA tích hợp dữ liệu không gian và phi không gian để cung cấp thông tin về rủi ro ở hai quy mô khác nhau, với các loại đầu ra đa dạng Bản đồ thể hiện sự thay đổi về rủi ro tương đối của các hoạt động con người trong khu vực nghiên cứu, liên quan đến môi trường sống, loài cá thể và toàn bộ hệ sinh thái Mô hình phân loại các bản đồ rủi ro thành ba mức: thấp, trung bình và cao, dựa trên lưới liên tục Nó cũng có khả năng ước tính ảnh hưởng của các hoạt động khác nhau đối với rủi ro của từng sinh cảnh hoặc loài tại quy mô tiểu vùng Quá trình tính toán rủi ro diễn ra ở quy mô ô lưới trước khi tổng hợp kết quả ở quy mô tiểu vùng.
Diễn thế sinh thái là một khái niệm quan trọng trong sinh thái học, phản ánh sự biến đổi của các cá thể sinh vật qua các giai đoạn của chu kỳ sống Hệ sinh thái cũng thay đổi theo thời gian, với các đặc tính khác nhau Lý thuyết diễn thế rừng hiện nay tập trung vào các quá trình xảy ra sau những xáo trộn lớn, bao gồm sự tuyển chọn loài, tăng trưởng, khả năng sống sót và luân chuyển.
Rừng ngập mặn Cần Giờ sau bão Durian
Rừng ngập mặn Cần Giờ đã chịu tổn thất nặng nề sau cơn bão Durian vào tháng 12 năm 2006, với hơn 6 ha rừng trưởng thành bị quật ngã Điều này đã gây ra sự suy giảm nghiêm trọng về dinh dưỡng trong nền trầm tích, đặc biệt là nồng độ Nitơ Nghiên cứu của Bộ môn Sinh thái – Sinh học tiến hóa, Khoa Sinh học – Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh đã chỉ ra rằng việc dọn dẹp cây đổ hay giữ nguyên trạng thái của chúng có ảnh hưởng lớn đến khả năng phục hồi của quần xã thực vật rừng ngập mặn Cụ thể, khu vực được dọn dẹp sẽ phơi bày nền trầm tích dưới ánh sáng mặt trời, trong khi những thân cây đổ còn lại tạo lớp phủ bảo vệ, giảm tác động của bức xạ mặt trời.
Sự khác biệt trong chế độ nhiệt ẩm của nền trầm tích ảnh hưởng đến tình trạng dinh dưỡng và quá trình tự phục hồi của quần xã thực vật ở hai vùng rừng khác nhau Quan sát từ ảnh vệ tinh cho thấy vùng rừng có cây đổ bị dọn dẹp phục hồi sớm hơn và nhanh hơn so với vùng rừng giữ nguyên thân cây đổ Đánh giá lại tình trạng phục hồi của hai vùng rừng sau xáo trộn sẽ giúp làm rõ nguyên nhân và các tác nhân ảnh hưởng đến quá trình tự phục hồi.
Các nghiên cứu quần xã thực vật cho thấy số cây con (sapling) trong vùng gãy đổ vào mùa khô năm 2008 giảm đi 2,5 lần so với mùa mưa năm 2007
Số cây con và cây lớn trong vùng rừng không bị gãy đổ cũng giảm đi trong năm
Kết quả nghiên cứu năm 2008 cho thấy quần xã thực vật trong khu vực đã chịu stress độ mặn trong mùa khô, với mật độ cây lớn giảm mạnh sau bão từ 2007 đến 2008 và ngừng giảm sau ba năm (2007-2010) do tác động của gió Điều này dẫn đến việc vùng gãy đổ mở rộng, biến các ô mẫu ban đầu thành vùng chuyển tiếp mới Sự tái sinh của cây mầm và cây tái sinh chủ yếu tập trung ở vùng chuyển tiếp mới và ven lạch nước, với mật độ cao hơn so với khảo sát năm 2007-2008 Tuy nhiên, có sự mất mát cây mầm và cây tái sinh ở vùng chuyển tiếp cũ do sự suy giảm của cây lớn Tại các ô mẫu vùng gãy đổ, cây mầm và cây tái sinh chỉ xuất hiện dọc theo các lạch nước cạn có sự trao đổi nước với lạch triều.
Vào năm 2008, khu vực gãy đổ do bão trong Khu dự trữ sinh quyển Cần đã ghi nhận 22 loài cua còng tại ba sinh cảnh khác nhau, bao gồm rừng ngập mặn bị gãy đổ đã dọn cây, rừng ngập mặn bị gãy đổ chưa dọn cây và rừng nguyên trạng.
Nghiên cứu tại Cần Giờ cho thấy, trong các sinh cảnh gãy đổ, loài cua còng Perisesarma eumolpe có mật độ phong phú hơn so với rừng nguyên trạng, nhưng mật độ và sinh khối lại cao hơn ở rừng nguyên trạng Loài này chiếm hơn 40% về mật độ và hơn 50% về sinh khối trong quần xã cua còng Mặc dù có nhu cầu lựa chọn thức ăn, Perisesarma eumolpe phải tiêu thụ nguồn thức ăn ít dinh dưỡng hơn khi môi trường gặp biến cố Năm 2016, nghiên cứu ghi nhận sự thay đổi trong chế độ dinh dưỡng của loài này, với sự gia tăng của lá cây trong khẩu phần ăn, cho thấy sự phục hồi của thảm thực vật có thể ảnh hưởng đến nguồn thức ăn Tuy nhiên, nghiên cứu chỉ dừng lại ở mùa khô mà chưa khảo sát đồng thời với cấu trúc thảm thực vật Đến năm 2019, nhóm nghiên cứu đã thực hiện khảo sát đa dạng sinh học giữa thảm thực vật tái sinh và quần xã cua còng, nhưng kết quả bị hạn chế do kinh phí thấp Sự thay đổi về đa dạng sinh học và chỉ số C:N của đất chỉ cho thấy khả năng phục hồi sau 13 năm, nhưng thông tin chưa đủ để đề xuất phương pháp xử lý môi trường.
Khu vực gãy đổ do bão Durian ở rừng ngập mặn Cần Giờ là một vị trí nghiên cứu quan trọng, không chỉ về mặt khoa học mà còn về quản lý rừng hiện nay Nơi đây chịu tác động của "mất rừng" do thiên tai, phản ánh hậu quả nghiêm trọng của biến đổi khí hậu với cường độ và thời gian ngày càng gia tăng Nghiên cứu khả năng phục hồi tự nhiên của rừng ngập mặn tại khu vực này sẽ cung cấp những hiểu biết quý giá, khác biệt so với các phương pháp trồng lại rừng ngập mặn hiện tại Do đó, việc tìm hiểu quá trình phục hồi tự nhiên của hệ sinh thái rừng ngập mặn sau bão là cần thiết để xác định các giải pháp quản lý hiệu quả.
Tai biến tự nhiên, đặc biệt là bão, có ảnh hưởng lớn đến việc hình thành các khoảng trống trong tán rừng Sự xuất hiện của những khoảng trống này tạo điều kiện cho quá trình phục hồi tự nhiên của hệ sinh thái rừng ngập mặn Sau các xáo trộn tự nhiên, rừng ngập mặn có khả năng tái sinh và phát triển, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự đa dạng sinh học và bảo vệ môi trường.
- Ứng dụng trong việc chuyển đổi từ hệ sinh thái rừng trồng sang rừng tự nhiên
Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở cho các cơ quan quản lý giải quyết tai biến môi trường như gió bão và nước biển dâng, đồng thời giúp hiểu rõ về diễn thế của hệ sinh thái rừng ngập mặn Những hiểu biết này sẽ hỗ trợ trong việc đưa ra giải pháp quản lý bền vững cho rừng ngập mặn, duy trì vai trò phòng hộ của nó đối với con người trong bối cảnh biến đổi khí hậu.
