Nghiên cứu định lượng vai trò, chức năng của rừng đối với khí hậu tại Trung tâm nhiệt đới Việt - Nga

 Thông tin khoa học công nghệ 
 2. ĐỊNH LƯỢNG VAI TRÒ, CHỨC NĂNG CỦA RỪNG ĐỐI VỚI KHÍ 
HẬU TẠI TRUNG TÂM NHIỆT ĐỚI VIỆT - NGA 
 Trên cơ sở khoa học như trình bày ở trên, nghiên cứu định lượng vai trò, chức 
năng của rừng đối với khí hậu thông qua việc xác định các thành phần trong cân 
bằng năng lượng tổng thể, Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga đã đầu tư xây dựng trạm 
nghiên cứu các dòng năng lượng nhiệt, năng lượng ẩm và khí CO2 tại Vườn quốc gia 
Cát Tiên (trạm Flux), thuộc huyện Tân Phú, tỉnh Đồng Nai, tại tọa độ: 11026’30.2’’ N 
và 107024’04.2’’ E [1]. Về hình dáng, trạm được thiết kế theo thiết diện ngang hình 
vuông - kích thước 2m x 2m, được khớp nối từ 16 đốt giống nhau dài 3,1 m tạo nên 
tháp với tổng chiều cao trên 50 m (50,25 m), lối đi lên tháp được bố trí bên trong 
lòng tháp (hình 2.a). 
 (a) (b) 
 (c) (d)
 Hình 2. Hình dánh, kích thước và sơ đồ vị trí lắp đặt cảm biến của trạm 
 Flux Nam Cát Tiên của Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga 
 Hình ảnh thực của trạm (hình a); Vị trí cảm biến theo phương thẳng đứng (hình b), 
 theo phương ngang (hình c) và theo các lớp độ sâu (hình d) 
104 Tạp chí Khoa học và Công nghệ nhiệt đới, Số 08, 6 - 2015 
Thông tin khoa học công nghệ 
 Tổng thể chung, trạm Flux Nam Cát Tiên quan trắc và thu thập thường xuyên 
các số liệu về khí quyển, đất và thực vật để tính toán các thông số về sự trao đổi của 
dòng CO2, hơi nước và năng lượng nhiệt, năng lượng ẩm trao đổi giữa sinh quyển và 
khí quyển (bảng 1). 
 Bảng 1. Các yếu tố đo thông thường của trạm Flux Nam Cát Tiên 
 Đối tượng Yếu tố đo đạc, tính toán 
 - Quan trắc: Nhiệt độ, độ ẩm, mưa, áp suất, các thành phần gió, bức 
 xạ mặt trời, phát xạ bề mặt 
 Khí quyển 
 - Tính toán: Các dòng năng lượng nhiệt, năng lượng ẩm và lượng 
 CO2, hơi nước trao đổi 
 - Tính toán: chỉ số diện tích lá, mật độ lá, sinh khối, hô hấp, bức xạ 
 Thực vật 
 quang hợp, tỷ lệ chết của thực vật và một số chỉ tiêu thực vật khác 
 Đất - Quan trắc: sự phân bố của nhiệt độ và độ ẩm đất, lượng hô hấp 
 Trạm Flux Nam Cát Tiên được thiết kế với 16 chủng loại cảm biến, bao gồm 
32 đầu đo và được chia thành 3 khối tổ hợp cảm biến: Tổ hợp khối đo theo phương 
pháp Eddy Covariance (khối đo EC); tổ hợp khối đo nồng độ CO2 theo phương 
thẳng đứng (khối đo CO2_Pro); tổ hợp khối đo nhiệt độ không khí và nhiệt độ đất 
theo phương thẳng đứng (khối đo Soil_Air profile) (bảng 2). 
 Bảng 2. Các cảm biến trạm Flux Nam Cát Tiên 
 Model 
TT Vị trí lắp đặt Khối đoYếu tố đo 
 (Hãng, xuất xứ) 
 CSAT3-3D Tại độ cao 50 m Tốc độ gió theo 3 
 1 EC 
 (Campbell, Mỹ) (trên tán rừng 15 m) thành phần x, y và z 
 LI7500A Tại độ cao 50 m Nồng độ CO , H O 
 2 EC 2 2
 (Li-Cor, Mỹ) (trên tán rừng 15 m) trong khí quyển 
 HMP45C Tại độ cao 50 m Nhiệt độ và độ ẩm 
 3 EC 
 (Vaisala, Phần Lan) (trên tán rừng 15 m) không khí 
 LI190SB - Cường độ bức xạ 
 4 Tại độ cao 50 m và 2 m EC 
 (Li-Cor, Mỹ) - Tổng xạ 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ nhiệt đới, Số 08, 6 - 2015 105 
 Thông tin khoa học công nghệ 
 - Bức xạ sóng ngắn 
 NR01 Tại độ cao 50 m 
 5 EC - Bức xạ sóng dài 
 (Hukseflux, Hà Lan) (trên tán rừng 15 m) 
 (cường độ, tổng xạ ) 
 TE525MM Tại độ cao 50 m 
 6 EC Lượng mưa 
 (Texas, Mỹ) (trên tán rừng 15 m) 
 TCAV-L Trong đất, tại độ sâu trong 
 7 EC Nhiệt độ đất 
 (Campbell, Mỹ) lớp 2 - 6 cm 
 CS616 Tại độ sâu 6 cm 
 8 EC Độ ẩm đất 
 (Campbell, Mỹ) so với bề mặt 
 HFP01 Tại độ sâu 8 cm Dòng nhiệt trao đổi 
 9 EC 
 (Hukseflux, Hà Lan) so với bề mặt giữa đất và khí quyển 
 LI820 Tại 8 mức độ cao : 46,17 m; Nồng độ CO2 trong 
 10 28,17 m; 19,17 m; 10.17 m; CO2_Pr không khí tại 8 mực 
 (Li-Cor, Mỹ) 4,85 m; 2 m; 1 m và 0,3 m độ cao 
 T108 Tại các độ cao 28,17; 19,17; Soil_Air Nhiệt độ không khí 
 11 
 (Campbell ,Mỹ) 10,17; 4,85; 2; 1; 0,3 m profile tại 7 mức độ cao 
 T108 Trong đất, tại các độ sâu 5, Soil_Air Nhiệt độ đất tại 4 
 12 
 (Campbell, Mỹ) 20, 30, 50 cm (3 vị trị) profile độ sâu (3 vị trí) 
 CS616 Trong đất, tại các độ sâu 5, Soil_Air
 13 Độ ẩm đất 
 (Campbell , Mỹ) 20, 30, 50 cm (3 vị trị) profile 
 257L Soil_Air
 14 Trong đất, tại độ sâu 5 cm Độ ẩm đất tiềm năng 
 (Campbell, Mỹ) profile 
 HFP01 Soil_Air Dòng nhiệt đi vào 
 15 Trong đất, tại độ sâu 8 cm 
 (Hukseflux, Hà Lan) profile và đi ra 
 СС640 Tại độ cao 50 m (trên tán Soil_Air Trạng thái rừng, 
 16 
 (Campbell, Mỹ) rừng 15 m) profile lớp phủ thực vật 
 Nguồn: Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga 
106 Tạp chí Khoa học và Công nghệ nhiệt đới, Số 08, 6 - 2015 
Thông tin khoa học công nghệ 
 3. MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU BƯỚC ĐẦU 
 Qua 3 năm triển khai nghiên cứu, quan trắc và thu thập số liệu, nhóm thực 
hiện đề tài đã thu được một số kết quả, có thể tóm tắt ngắn gọn như sau: 
 3.1. Kết quả về khí hậu được nghiên cứu trên bộ số liệu lịch sử 30 năm qua 
(giai đoạn 1981 - 2010) cho thấy khí hậu khu vực Vườn Quốc gia (VQG) Cát Tiên 
(Tân Phú, tỉnh Đồng Nai) đã có các biểu hiện điển hình của biến đổi khí hậu, biểu 
hiện bởi nhiệt độ đã tăng lên khoảng 1,0 - 1,2oC và lượng mưa tăng khoảng 5% sau 
30 năm (hình 3). 
 Hình 3. Sự biến đổi của nhiệt độ và lượng mưa khu vực Nam Cát Tiên qua 
 số liệu tại 2 trạm khí tượng Đồng Xoài và Phước Long giai đoạn (1981 - 2010) 
 3.2. Kết quả về các dòng năng lượng nhiệt và năng lượng ẩm được thể hiện 
tại hình 4 và bảng 3. Các kết quả này đã cho thấy hệ sinh thái rừng (HSTR) Cát Tiên 
thường xuyên nhận được nguồn năng lượng bức xạ dồi dào, đồng thời nguồn năng 
lượng này cũng được dịch chuyển qua lại giữa các thành phần LE, H và G. Kết quả 
này cũng đã chỉ ra ẩm chính là nhân tố quan trọng tạo nên sự chuyển dịch nguồn 
năng lượng bức xạ qua 3 thành phần LE, H và G theo hướng điều hòa và ổn định. 
Chính lượng ẩm dồi dào này (của cả đất và trạng thái ẩm ướt của thực vật) đã làm 
cho một phần năng lượng bức xạ mà HSTR Cát Tiên nhận được tiêu tốn cho quá 
trình bốc thoát hơi khiến ẩn nhiệt LE đạt giá trị cao nhất vào mùa mưa trong khi quá 
trình ngưng kết tạo thành hạt mưa lại hấp thu (tiêu tốn) một phần năng lượng nhiệt 
dẫn đến giá trị hiển nhiệt (H) thường xuyên đạt giá trị thấp ở thời gian này (hình 4). 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ nhiệt đới, Số 08, 6 - 2015 107 
 Thông tin khoa học công nghệ 
 Hình 4. Các dòng năng lượng nhiệt, năng lượng ẩm và lượng mưa (theo tháng) 
 tại trạm Nam Cát Tiên giai đoạn 2012-2014
Bảng 3. Nhiệt độ, lượng mưa và thành phần năng lượng nhiệt, ẩm tại VQG Cát Tiên 
 Yếu tố T_2m LE H G Rn Rain 
 Thời gian [oC] [W/m2] [W/m2] [W/m2] [W/m2] [mm] 
 Tháng 1 22,8 90.0 34.7 -0.8 123,9 12 
 Tháng 2 24,6 76,5 55,6 -0,1 134,6 14 
 Tháng 3 26,5 73,5 83,7 0,2 160,6 38 
 Tháng 4 26,3 111,8 51,4 0,0 168,7 197 
 Tháng 5 26,2 130,2 36,6 -0,1 171,6 136 
 Tháng 6 25,3 116,9 20,3 -0,6 143,7 354 
 Tháng 7 25,1 135,3 18,5 -0,6 158,5 510 
 Tháng 8 25,2 136,9 16,1 -0,4 157,2 377 
 Tháng 9 24,7 108,5 16,0 -0,8 129,5 523 
 Tháng 10 24,7 146,0 27,6 -0,5 177,4 312 
 Tháng 11 24,5 120,1 23,0 -0,8 154,7 88 
 Tháng 12 23,1 105,2 21,1 -1,6 133,2 22 
 Trung bình 24,9 112,6 33,7 -0,5 151,0 215 
 Nguồn: Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga 
108 Tạp chí Khoa học và Công nghệ nhiệt đới, Số 08, 6 - 2015 
Thông tin khoa học công nghệ 
 3.3. Kết quả về dòng CO2 trao đổi được trình bày tại hình 5 và bảng 4 dưới 
đây. Các kết quả trên hình 6 và bảng 3 cho thấy tổng sản lượng sinh thái GPP tại 
HSTR Cát Tiên thường có giá trị cao hơn mức trung bình năm vào những thời điểm 
trong mùa mưa (từ tháng 5 tới tháng 11) trong điều kiện thuận lợi cho thực vật 
quang hợp (ẩm dồi dào, bức xạ lớn) và biểu hiện rõ nét là E* (năng lượng dành cho 
quá trình quang hợp), GPP và Reco (tổng lượng hô hấp của HST) biến động tương 
đồng nhau và cùng đạt mức cực đại vào tháng 7 và cực tiểu vào thời điểm ẩm suy 
kiệt nhất (GPP, E* đạt cực tiểu tháng 3, Reco vào tháng 2). 
 Hình 5. Các thành phần NEE, GPP, và R_eco tại HSTR VQG Cát Tiên 
 Bảng 4. Các thành phần NEE, GPP, Reco tại HSTR VQG Cát Tiên 
 Yếu tố NEE Reco GPP E* 
 Thời gian [gC/m².mon] [gC/m².mon] [gC/m².mon] [MJ/m².mon] 
 Tháng 1 -62,4 183,8 240,4 9,8 
 Tháng 2 -39,1 173,2 207,8 8,5 
 Tháng 3 -6,6 185,2 188,6 7,7 
 Tháng 4 10,6 274,0 257,3 10,6 
 Tháng 5 -18,5 314,4 327,1 13,4 
 Tháng 6 -51,5 289,0 334,8 13,7 
 Tháng 7 -35,4 340,7 365,9 15,0 
 Tháng 8 -47,7 282,4 326,3 13,4 
 Tháng 9 -53,8 242,7 291,5 12,0 
 Tháng 10 -78,6 227,9 300,3 12,3 
 Tháng 11 -31,2 261,7 289,5 11,9 
 Tháng 12 -41,6 233,4 272,3 11,2 
 Trung bình -38,0 250,7 283,5 11,6 
 Tổng năm -455,8 3008,5 3401,7 139,6 
 Nguồn: Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ nhiệt đới, Số 08, 6 - 2015 109 
 Thông tin khoa học công nghệ 
 Hầu hết các tháng trong năm, HSTR Cát Tiên hấp thụ CO2 từ khí quyển ngoại 
trừ một số các thời điểm tháng 3 và tháng 4, HSTR Cát Tiên phát tán CO2 vào khí 
quyển, song khối lượng không lớn, biểu hiện là NEE có giá trị âm ở hầu hết các 
tháng trong năm ngoại trừ một số tháng 3 và 4 có giá trị dương (lượng phát tán vào 
khí quyển cao nhất ở tháng 4). Như vậy, thực tế là HSTR đã đóng vai trò như một bể 
chứa Cacbon khi tiếp nhận lượng CO2 từ khí quyển thông qua hô hấp (chủ yếu nhất 
là quang hợp của thực vật) và ngược lại khi phát tán CO2 vào khí quyển HSTR đã 
đóng vai trò như là một “nguồn” (nguồn phát tán Cacbon). Và vai trò bể - nguồn 
thay đổi liên tục từ ngày sang đêm tuy nhiên tính chung cho toàn bộ thời gian trong 
ngày, trong tháng thì hầu hết HSTR Cát Tiên đóng vai trò là bể và tính cho toàn bộ 
thời gian trong năm thì HSTR Cát Tiên luôn đóng vai trò là một bể chứa Cacbon với 
giá trị trung bình 1 năm là 455,8 gC/m2 (bảng 4). 
 3.4. Hoạt động khoa học 
 Trên cơ sở những kết quả 
thu được, nhằm chia sẻ kết quả 
khoa học và trao đổi kinh 
nghiệm, kỹ năng vận hành, khai 
thác trạm Flux Nam Cát Tiên, 
nhóm thực hiện đề tài đã tham 
gia tổ chức hội thảo và khóa tập 
huấn tại VQG Cát Tiên vào 
tháng 12/2014. Hội thảo do 
 Hình 6. Khóa tập huấn về nghiên cứu, quan trắc 
ASIA Flux chủ trì, Trung tâm 
 hệ sinh thái nhiệt đới tại VQG Cát Tiên, 12/2014 
Nhiệt đới Việt - Nga là đơn vị 
tham gia chính đã nhận được sự quan tâm của nhiều nước trong khu vực và trên thế 
giới, với 24 chuyên gia nước ngoài của 9 quốc gia. 
 Hội thảo đã đánh giá cao những kết quả tại Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga 
đồng thời nhận định trạm quan trắc Flux Nam Cát Tiên là một trong những trạm có 
quy mô lớn, đã trang bị các cảm biến hiện đại và với quy trình vận hành, bảo dưỡng 
chặt chẽ, khoa học. Bên cạnh đó, các chuyên gia tại hội thảo cũng nhấn mạnh công 
tác bảo trì, bảo dưỡng hệ thống cảm biến trên trạm Flux Nam Cát Tiên cần phải 
được duy trì thường xuyên, liên tục bởi các nguy cơ tiềm ẩn cao trong môi trường 
nhiệt đới, ẩm ướt như tại VQG Cát Tiên có thể gây hỏng hóc đầu đo, linh kiện và sai 
lệch kết quả đo. 
110 Tạp chí Khoa học và Công nghệ nhiệt đới, Số 08, 6 - 2015 
Thông tin khoa học công nghệ 
 Những kết quả này cũng 
đã được hội đồng nghiệm thu 
(3/2015) bao gồm các chuyên 
gia từ Viện Khoa học Lâm 
nghiệp, Viện Địa chất Khoảng 
sản/Bộ Tài nguyên Môi trường, 
Viện Sinh thái và Tài nguyên 
sinh vật/Viện Hàn lâm Khoa 
học và Công nghệ Việt Nam và 
Viện Sinh thái nhiệt đới/Trung 
tâm Nhiệt đới Việt - Nga đánh Hình 7. Hội thảo khoa học về nghiên cứu, quan 
 trắc hệ sinh thái nhiệt đới tại VQG Cát Tiên, 
giá cao nỗ lực của tập thể thực 
 12/2014 
hiện, trong thời gian tương đối 
ngắn đã lắp đặt, vận hành tốt trạm quan trắc Flux; làm chủ được công nghệ mới, kỹ 
năng tính toán và xử lý số liệu, các kết quả bước đầu rất có giá trị trong nghiên cứu 
HSTR. Hội đồng nhận định kết quả thu được bước đầu này là cơ sở vững chắc để kỳ 
vọng mở rộng chủ đề nghiên cứu trên các HST điển hình tại Việt Nam trong thời 
gian tới. 
 4. Ý NGHĨA THỰC TIỄN VÀ TRIỂN VỌNG NGHIÊN CỨU 
 1. Dữ liệu về các dòng năng lượng nhiệt, năng lượng ẩm và lượng CO2, hơi 
nước trao đổi giữa rừng và khí quyển, lượng Cacbon được giữ lại trong các bể chứa 
mà rừng lấy đi từ khí quyển, sự phân bố các dòng bức xạ, lượng mưa và nhiệt độ 
của trạm Flux là căn cứ để định lượng giá trị đóng góp của rừng trong việc giảm nhẹ 
sự biến đổi của khí hậu, đồng thời là cơ sở để kỳ vọng ngành lâm nghiệp tăng dần 
lượng hấp thụ CO2 từ khí quyển. Bên cạnh đó, trạm Flux còn cung cấp bộ số liệu chi 
tiết và chính xác về điều kiện mặt đệm để xây dựng các sơ đồ tham số hoá lớp phủ 
bề mặt trái đất - là đầu vào cho các mô hình số để nghiên cứu và dự báo thời tiết, khí 
hậu, đồng thời là nguồn dữ liệu hữu ích và cần thiết cho các nghiên cứu khoa học 
liên ngành. 
 2. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm thu được tại Trung tâm Nhiệt đới Việt - 
Nga, cơ sở nghiên cứu đầu tiên có trạm Flux đã làm sáng tỏ tiềm năng hấp thụ của 
các bể Cacbon, vai trò và đóng góp của thực vật VQG Cát Tiên trong chu trình 
Cacbon, trong việc điều khiển các dòng năng lượng nhiệt - ẩm trao đổi giữa HSTR 
và khí quyển. Những kết quả này là cơ sở để mở rộng hướng nghiên cứu này tại 
Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga nói riêng và Việt Nam nói chung. 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ nhiệt đới, Số 08, 6 - 2015 111 
 Thông tin khoa học công nghệ 
 3. Để thúc đẩy hướng nghiên cứu này tại Việt Nam, cần thiết phải nghiên cứu và 
mở rộng trạm quan trắc Flux trên toàn bộ các HST điển hình với các điều kiện về 
thảm thực vật, địa hình đặc trưng. Một trong số các HST đáng quan tâm là khu vực 
rừng á nhiệt đới Tây Nguyên ở độ cao trên 1.000 m, rừng nhiệt đới thường xanh miền 
Bắc việt Nam, các HSTR ngập mặn (Cần Giờ, Xuân Thuỷ, Cát Bà). Kết quả nghiên 
cứu trên các HST điển hình này sẽ là thành phần không thể thiếu để xây dựng bức 
tranh tổng thể về các dòng năng lượng nhiệt, năng lượng ẩm và khí CO2 trao đổi. 
 Cần lưu ý rằng, chi phí cho việc xây dựng ban đầu và đi kèm với nó là các 
hoạt động vận hành, bảo trì trạm Flux là tương đối lớn. Do vậy, cần có sự chuẩn bị 
tốt nhất trong việc khảo sát, lựa chọn địa điểm xây dựng, lựa chọn cấu hình trạm 
Flux phù hợp đồng thời tăng cường hợp tác, chia sẻ khoa học và kinh phí từ các tổ 
chức trong và ngoài nước. 
 TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Trần Công Huấn, Đinh Bá Duy và nnk., Cơ sở lý thuyết của phương pháp 
 phương sai rối trong nghiên cứu dòng nhiệt, ẩm, khí CO2 và các đặc trưng kỹ 
 thuật của trạm quan trắc dòng Nam Cát Tiên, Tạp chí Khoa học và Công nghệ 
 Nhiệt đới, Số 01, 12-2009, tr.100-107. 
2. Edward Bryant, Climate Processes and Change, Cambridge University Press, 1997. 
3. Houghton et al., Climate Change 2001 IPCC, 2001. 
4. Valentini R. et al., Fluxes of Carbon, Water and Energy of European Forests, 
 Ecological Studies, 2002, 163. 
5. Yamamoto S., Monji N. et al., Practice of flux observations in terrestrial 
 ecosystems, AsiaFlux training course sub-workgruop, 2006. 
 Nhận bài ngày 08 tháng 4 năm 2015 
 Hoàn thiện ngày 22 tháng 5 năm 2015 
 (1) Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga 
 (2) Viện Sinh thái Tiến hóa - Viện Hàn lâm Khoa học Nga 
112 Tạp chí Khoa học và Công nghệ nhiệt đới, Số 08, 6 - 2015