Bài seminar sinh thái rừng ngập mặn năng suất các hệ sinh thái rừng ngập mặn

Qua bài báo cáo này, nhóm chúng tôi muốn cung cấp những dẫn liệu năng suất và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành năng suất của hệ, để khẳng định được tầm quan trọng và vai tr

NĂNG SUẤT CÁC HỆ SINH THÁI

Giáo viên hướng dẫn:

MỞ ĐẦU

Trong tự nhiên, các hệ sinh thái đóng một vai trò vô cùng

to lớn đến các quá trình sống Nó là nơi bảo tồn đa dạng sinh học

và thực hiện các chức năng khác nhằm đảm bảo cho sự sống trên trái đất Điều này thể hiện và đánh giá qua các quá trình diễn ra trong bản thân mỗi hệ sinh thái hay nói cách khác đó chính là năng suất của các hệ sinh thái này

Trong sinh quyển, chúng ta có các hệ sinh thái khác nhau,

hệ sinh thái trên cạn, hệ sinh thái dưới nước Trong đó, hệ sinh thái rừng ngập mặn được xem là một trong những hệ sinh thái đa dạng và có năng suất cao Và chúng cũng chịu những yếu tố chi phối trong quá trình thực hiện chức năng của một hệ sinh thái.

Qua bài báo cáo này, nhóm chúng tôi muốn cung cấp những dẫn liệu năng suất và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành năng suất của hệ, để khẳng định được tầm quan trọng

và vai trò của hệ sinh thái rừng ngập mặn đối với sinh quyển

* Khái quát về rừng ngập mặn

RNM (mangroves) là thuật ngữ mô tả một HST thuộc vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới hình thành trên nền các thực vật vùng triều với tổ hợp động, thực vật đặc trưng Trong HST này, các động, thực vật, vi sinh vật trong đất và môi trường tự nhiên được liên kết với nhau thông qua quá trình trao đổi và đồng hoá năng lượng Các quá trình nội tại như cố định năng lượng, tích luỹ sinh khối, phân huỷ vật chất hữu cơ và chu trình dinh dưỡng chịu ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các nhân tố bên ngoài gồm cung cấp nước, thuỷ triều, nhiệt độ và lượng mưa

Theo nhiều tác giả cây ngập mặn được chia thành hai nhóm chính “cây ngập mặn chính thức” gồm các họ như họ đước Rhizophoraceae với các chi đước Rhizophora, chi bần

Sonneratia, trang Kandelia, vẹt Bruguiera, Dà Ceriops, Họ

mắm Avicenniaceae với chi mắm Avicennia, họ đơn nem

Myrsinaceae với chi sú Aegiceras và “nhóm cây tham gia

rừng ngập mặn”

- RNM là ngôi nhà của vô số sinh vật trên cạn và dưới nước Hầu hết các loài cá đều trải qua một phần hay cả vòng đời của mình ở rừng ngập mặn Các loài giáp xác thực sự phong phú Nhiều loài thân mềm thường được gặp ở gốc của cây ngập mặn Nhiều loài chim đến RNM theo mùa để kiếm

ăn hoặc trú ẩn và có thể hình thành những đàn lớn Một số động vật như Cua lại sống chủ yếu ở rừng RNM và chỉ đi ra biển khi sinh sản

I Năng suất sơ cấp

* Định nghĩa: theo Whittaker (1975) định nghĩa về năng suất sơ

cấp thuần (NPP - Net Primary Productivity) như sau:

“NPP là một phần còn lại sau khi tiêu phí trong quá trình hô hấp của năng suất sơ cấp tổng số trong quá trình quang hợp của thực vật”

Đó là sự tích lủy tổng số các chất hửu cơ mới trong các mô thực vật / đv diện tích/ đv thời gian – phần sử dụng cho hô hấp.

Quá trình hô hấp xảy ra trên toàn bộ các bộ phận của thực vật bao gồm lá, thân, rễ.

Theo một cách định nghĩa khác thì: Năng suất sơ cấp thuần (NPP): Là phần chất hữu cơ còn lại trong thực vật được động vật

sử dụng và đồng hóa tạo nên chất hữu cơ của động vật đầu tiên trong chuỗi thức ăn.

*NPP=GPP – Rs.

Trong đó: Rs là phần năng lượng bị sinh vật tự dưỡng sử dụng cho hoạt động sống để xây dựng cơ thể Rs= 30-40(%)

Ngoài ra còn sử dụng khái niệm năng suất sơ cấp tổng số GPP

(Gross Primary Production): Tổng các chất hửu cơ thực vật tạo

được trong quang hợp chưa trừ tiêu hao do hô hấp.

Ngoài cây ngập mặn là thành phần chính tạo NPP của rừng ngập mặn, bên cạnh đó còn có các thực vật bì sinh, tảo bám trên rể thở, trên cây, trên mặt bùn;

hệ cỏ biển cũng góp phần nào cho năng suất này.

Tuy nhiên trị số năng suất sơ cấp được tính toán dựa trên các chỉ tiêu về quang hợ, hô hấp và chỉ số diện tích bề mặt lá Các đại lượng này lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố: chế độ chiếu sáng, điều kiện sinh thái, thời thiết, khí hậu, đặc điểm sinh học của loài nên việc

so sánh cũng chỉ mang tính chất tương đối

2.1 Sinh khối

Sinh khối là tổng trọng lượng các chất hữu cơ của quần xã hoặc 1 loài cụ thể trong quần xã trên một đơn vị diện tích

Sinh khối không phải là số đo trực tiếp của năng suất

- Năng suất là tỉ lệ mà ở đó chất hữu cơ được sản sinh trong một đơn vị thời gian

- Sinh khối là tổng chất hữu cơ hiện có ở một thời điểm đánh giá.

Đối với 1 giá trị sinh khối nào đó năng suất có thể cao hoặc rất thấp Cần dựa vào tỷ lệ chu chuyển sinh khối để so sánh

 Người ta có thể sử dụng sinh khối làm đơn vị cơ bản để so sánh năng suất có tính chất ước lượng

II Các phương pháp đo và xử lý kết quả

Việc đánh giá sinh khối thường ở dưới mức thực tế do không thể đánh giá chính xác tác động của động vật Phần lớn các nghiên cứu về năng suất thường tập trung sinh khối trên mặt đất

Sinh khối cũng không thể tăng mãi theo thời gian, lúc đầu thì tăng trưởng nhanh, sau đó giảm dần

Nguyễn Hoàng Trí (1984) đã nghiên cứu đánh giá 3

loại rừng đước đôi (Rhizophora apiculata)

Sinh khối tổng số ở các quần xã khác nhau thì khác nhau có thể do tác động của vĩ độ hoặc do tuổi rừng, được thể hiện trong nghiên cứu của Briggs (1977).

Mặc dù Sinh khối trên mặt đất tượng tụ nhau ở một loạt các môi trường khác nhau nhưng sinh khối rễ

và rễ thở khác nhau khá nhiều Đối với một số loài sinh khối rễ thường chiếm 20% tổng sinh khối (Clough và Attiwill, 1982)

2.2 Năng suất lượng rơi

Một phương pháp khác để đánh giá năng suất là đô một thành phần của năng suất sơ cấp thuần là năng suất lượng rơi (lá, cành, chồi, hoa…) và so sánh kết quả thu được với hệ thống khác

Lượng rơi của lá đước đôi ở bán đảo Cà Mau là 0,5 – 4,15g trọng lượng khô/m2/năm (N H Trí 1984)

Lượng rơi của Mắm ổi (Avicennia marina) ở Sydney (Úc) là 1,2 – 1,5kg/m2/năm (Briggs 1977)

Lượng rơi lá sau khi rơi xuống một phần được nước triều mang đi, một phần được giữ lại tích lũy trên sàn rừng

Năng suất lượng rơi có thể tính theo: lượng rơi theo ngày, lượng rơi theo tháng và lượng rơi theo tuổi cây

Trong thành phần lượng rơi thì lá chiếm tỷ lệ cao nhất, ở tuổi nhỏ thì tổng lượng rơi nhiều hơn các tuổi khác

Lượng rơi là giai đoạn đầu của chuỗi thức ăn hay dòng năng lượng của chuỗi sinh thái RNM Vì thế việc nghiên cứu năng suất lượng rơi rất có ý nghĩa không những về khoa học mà còn có giá trị thực tiễn góp phần quản lý và sử dụng RNM hợp lý, nhất là việc nuôi trồng thủy hải sản trong rừng

2.3 Trao đổi khí ở lá

Đo tỉ lệ quang hợp/ hô hấp của từng lá hoặc cành

cây nhỏ → NPP thuần của từng cây → NPP quần xã.

Lugo (1974) cho rằng khoảng 4 – 10% năng suất

sơ cấp tổng số bị mất đi trong quá trình hô hấp của thân và

rễ bề mặt Tuy nhiên điều này chỉ phản ánh một phần của toàn bộ hệ thống rễ

2.4 Diệp lục, sự giảm thiểu ánh sáng trong rừng

Bunt và Boto (1979) đã tính toán năng suất của RNM bằng cách đo sự giảm thiểu ánh sáng qua tán rừng và giả định rằng điều này phù hợp với việc sử dụng ánh sáng trong quá trình quang hợp Các thí nghiệm về các sắc tố trong lá đã khẳng định điều này

Năng suất được tính bằng tỉ lệ đồng hóa trong quang hợp vào khoảng 26kg/ha/ngày.

Giá trị năng suất trong quang hợp cao hơn một chút so với năng suất lượng rơi

Các tác giả cho răng phương pháp của họ sẽ có giá trị trong việc đánh giá năng suất sơ cấp của một loạt các loại rừng ngập Tuy nhiên, có 1 số sai khác do: lượng mưa, dòng nước ngọt, dinh dưỡng đất và tác động của con người.

2.5 Sử dụng phối hợp các phương pháp

Christensen (1978) đã đánh giá tất cả các sinh khối các phần thực vật theo phân đoạn 1m một, và tỷ lệ năng suất lá

khi đánh giá năng suất sơ cấp của rừng đước đôi (Rhizophona

apiculata) ở Miền Nam Thái Lan

Bằng việc kết hợp số liệu này với sự tăng trưởng hằng năm của thân, cành, rễ chống, tác giả cho rằng tổng năng suất thuần đạt với 27 tấn (chất khô)/ha/năm hoặc 6.9 chất khô tự

do (tro)/m2/ngày

Tuy nhiên lá có tỉ lệ luân chuyển cao hơn thân và rễ rất nhiều, lá là nguồn chất thực vật liên tục của quần xã RNM

Sự phân hủy của lá cũng diễn ra nhanh chóng so với thân và rễ

- Tốc độ tăng trưởng trung bình của gỗ thân là 0,85m/năm về chiều cao và 0,75cm/năm về đường kính thân Mức tăng trưởng các cây ở cấp đường kính thân 5- 10cm là cao nhất và các cây ở cấp đường kính thân 2cm

là thấp nhất.

Ví dụ: Tăng trưởng về đường kính thân trung bình/tháng của rừng Đước Cần Giờ sau 1 năm tuổi 8 là 0,46cm, tuổi 12 là 0,64cm, tuổi 16 là 0,81cm và tuổi 21

là 0,53cm Tăng trưởng đường kính trung bình/năm là 0,51cm.

III Động thái tăng trưởng và Trữ lượng thảm mục rừng

3.1 Động thái tăng trưởng rừng ngập mặn

- Tăng trưởng chiều cao ở tuổi 4 là cao nhất, đây chính là giai đoạn cây đang phát triển mạnh vì chưa có cạnh tranh về không gian sống Ở tuổi 12, 16 tăng trưởng chiều cao giống nhau do rừng ở hai tuổi này được tỉa thưa kịp thời Đước 21 tuổi có tăng trưởng chiều cao thấp nhất do tỉa thưa không kịp thời, nên trong giai đoạn này cây tăng trưởng chậm về đường kính cũng như chiều cao khi so sánh với tuổi khác.

- Tăng trưởng trung bình của chiều dài rễ chống phần trên mặt đất của Đước ở Cà Mau là 0,2cm/ngày Mức tăng trưởng cao nhất thuộc về các rễ ở lớp chiều dài 25-50cm Các rễ ở lớp chiều dài 50-100cm có tỉ lệ tăng trưởng thấp nhất Tốc độ tăng trưởng của rễ chống vào mùa mưa là 0,132cm/ngày về chiều dài và 0,037cm/ngày

về đường kính.

- Tốc độ tăng trưởng của chồi vào mùa mưa 0,128cm/ngày cao hơn so với mùa khô Tốc độ tăng trưởng trung bình của trụ mầm là 0,11cm/ngày vào mùa khô và 0,15cm /ngày vào mùa mưa.

- Nhìn chung, tốc độ tăng trưởng của một số bộ phận thực vật của Đước ở Cà Mau, cũng như ở Cần Giờ tương đối nhanh Tốc độ tăng trưởng vào mùa mưa cao hơn mùa khô một ít, là do vào mùa mưa các hoạt động sinh lý của cây thuận lợi hơn Riêng ở miền Bắc do chịu ảnh hưởng của gió mùa đông bắc lạnh nên vào mùa khô cây sinh trưởng rất chậm.

- Các điều kiện tự nhiên có ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và một số chỉ tiêu sinh trưởng khác

Ví dụ sự tăng trưởng của Đâng trồng ở Hà Tĩnh khi cây được 24 tháng tuổi có chiều cao trung bình là 87cm, từ tuổi 2 sang tuổi 3 có sự tăng trưởng đạt 21.7cm Giai đoạn tăng trưởng từ tháng 9-11 cao hơn nhiều so với giai đoạn tháng 12-2 Do lượng mưa vào tháng 9-11 lớn đã làm tăng lưu lượng nước ngọt và lượng trầm tích trong dòng chảy ở

hạ lưu ven biển làm giảm độ mặn của nước biển, tăng độ bồi lắng của phù sa

- Mức độ gia tăng chiều cao thân chậm dần theo sự tăng trưởng tuổi cây

Ví dụ cây Trang trồng ở Hà Tĩnh sau một năm có chiều cao cây là 60cm và ở tuổi 2 là 84,6cm

- Giai đoạn từ tháng 4- 6 lượng gia tăng là lớn nhất so với các thời kì khác trong năm

Ví dụ từ khi trồng cho đến khi đến tuổi 1, mức tăng trưởng là 29,5cm và bằng 55% mức tăng trưởng của cả năm, trung bình 8,6cm/tháng

Trữ lượng thảm mục hay xác thực vật tích lũy trên sàn rừng gồm cành, lá, hoa quả, trụ mầm rơi.

Trữ lượng thảm mục rừng trung bình là 10654,1kg/ha Theo kết quả nghiên cứu của Viên Ngọc Nam cho thấy thảm mục rừng ở tuổi thứ 4 là 3,4 tấn khô/ha, tuổi 8 là 12,46 tấn khô/

ha, tuổi 12 là 6,19 tấn khô/ha, tuổi 21 là 6,45 tấn khô/ha

Từ số liệu trên cho thấy ở tuổi 8 trữ lượng thảm mục rừng là cao nhất là do rừng vừa được tỉa thưa nên cành, nhánh

để lại nhiều và thường tập trung quanh gốc, chưa bị phân hủy

và nước triều cuốn trôi đi và các rễ chống giữ lại, còn lá thì dễ

bị nước cuốn trôi đi Ở tuổi 4 do cây còn nhỏ nên việc phát triển cành, lá cũng còn ít, do đó trữ lượng thảm mục cũng ít Ở những tuổi còn lại do rừng đã bị tỉa thưa trước đó nên lượng cành ít

3.2 Trữ lượng thảm mục rừng ngập mặn

Xác thực vật tích lũy trên sàn rừng còn phụ thuộc nhiều yếu tố, trong đó có loại rừng, tuổi rừng, vị trí khu rừng, thủy triều, thời gian thu mẫu….Trong mùa mưa lượng thảm mục rừng thấp hơn mùa khô do bị nước mưa mang đi.

Việc nghiên cứu xác thực vật tích lũy trên sàn rừng giúp ta biết được chất hữu cơ để lại trong quá trình tự bón phân lại cho rừng thông qua chu trình dinh dưỡng.

Các nhân tố môi trường tác động đến rừng ngập mặn, cũng đồng thời tác động tới quá trình năng suất của chúng Có thể chia các nhân tố này thành 2 loại: nhân tố bên ngoài và nhân tố nội tại Chúng bao gồm các nhân tố vật lý (ánh sang, nhiệt độ) nhân tố không gian (vĩ độ) và những tác động về thời gian (mùa, sự khác nhau từng năm)

Những tính chất cấu trúc của tán như chỉ số diện tích lá,

sự phân bố và sắp xếp lá đều tác động đến năng suất qua sự thay đổi nhiệt độ lá và các lớp không khí bao quanh Mức độ tác động của các nhân tố này khác nhau tùy thuộc vào từng loại rừng ngập mặn Sự phân bố theo chiều thẳng đứng của sinh khối lá, diện tích lá, diệp lục a và cường độ ánh sang đều dẫn đến sự khác nhau về năng suất đối với mỗi tán (theo Golley, Odum 1962)

IV Các nhân tố tác động tới năng suất

4.1 Năng suất sơ cấp theo mùa

Đa số các công trình nghiên cứu về năng suất sơ cấp thường chỉ tiến hành trong một thời gian ngắn Tuy nhiên, theo một số tác giả,

đã nghiên cứu 9 loài cây ngập mặn, theo từng tháng một (Saenger 1985) được thể hiện trên 5 kiểu hình lá và lượng rơi, đó là:

- Năng suất lá cao và không theo mùa, quanh năm (Aegialitis

annulata).

- Năng suất lá thấp, không theo mùa, quanh năm nhưng cao hơn

một chút vào mùa hè (Ceriops tagal và Rhizophora stylosa).

- Năng suất lá cao theo mùa (A corniculatum, Osbornia

octodonta).

- Hai loại năng suất lá; năng suất lá giảm trong mùa ra hoa

(tháng10-12) và cao nhất trong các tháng 1-2 (Avicennia marina),

do đó năng suất lượng rơi cũng dao động theo mùa (cao nhất vào

các tháng 3, 10, thấp nhất trong các tháng 6, 7 đối với loài A

marina.

- Năng suất lá cao, rụng theo mùa (Xylocarpus austrasicus,

Excoecaria agallocha, Lumnitzera racemosa).

Avicennia marina

Osbornia octodonta

Rhizophora stylosa

Năng suất sơ cấp không chỉ dao động theo mùa mà còn dao động trong ngày vì tỷ lệ quang hợp phụ thuộc vào ánh sáng ngày và kiểu khí hậu khu vực Thông thường năng suất sơ cấp tăng khi tăng cường độ bức xạ mặt trời năng suất sơ cấp cây ngập mặn phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm không khí, hai nhân tố này là tác nhân ảnh hưởng tới nhiệt

độ của lá, thoát hơi nước và quang hợp

Năng suất sơ cấp cũng chịu sự thích ứng đối với các nhân tố môi trường ở mỗi loài khác nhau

Ví dụ: cùng một vùng thì năng suất sơ cấp của

Rhizophora mangle cao hơn Avicennia germinans, do có diện tích bề mặt lá lớn hơn Năng suất sơ cấp của Avicennia

germinans cao hơn các loài khác khi ở đó chúng là loài ưu

thế

Sự thích nghi của mỗi loài ở mỗi vùng là thể hiện khả năng hấp thụ cao nhất năng lượng của mặt trời, nguồn dinh dưỡng, thủy triều,… (Lugo và cs 1975).

Tính chất trao đổi khí cũng khác nhau theo mùa thể hiện qua sự thay đổi bề tăng trưởng lá và lượng rơi dẫn đến sự thay đổi trong năm tỷ lệ năng suất sơ cấp thuần điều này liên quan đến quang hợp và hô hấp do ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ và bức xạ mặt trời.

Ví dụ: năng suất sơ cấp thuần của Avicennia

germinans ở Vịnh Westernport có thể đạt 67% trong mùa

hè, nhưng chỉ đạt 15% trong mùa đông.

Như vậy tỉ lệ tăng trưởng khác nhau theo mùa

là khá rõ rệt.