Hệ thống trạm quan trắc

Biến đổi khí hậu (BĐKH) hiện nay đang là vấn đề, thách thức mang tính toàn cầu và nhận được nhiều quan tâm của cộng đồng khoa học trên thế giời. Một trong những nguyên nhân làm trái đất nóng dần lên được chỉ ra là do hiệu ứng nhà kính. Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu cũng cho thấy thảm thực vật có vai trò quan trọng trong việc điều tiết các khí nhà kính (CO₂, hơi nước,  CH₄, …). Thông qua quá trình quang hợp của thực vật, hệ sinh thái trên cạn (HST) hấp thu CO₂ hay carbon từ khí quyển đồng thời quá trình hô hấp của thực vật cũng khiến một phần CO₂ bị hấp thu trước đó trở lại bầu khí quyển, mặt khác HST cũng giải phóng một lượng CO₂ qua hô hấp của đất và vật rơi rụng (litterfall).

Hình 1: Chu trình Cacbon toàn cầu

Theo các ước tính của National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) (2017), thực vật trái đất lưu trữ khoảng 560 tỷ tấn carbon (PgC) chiếm tới gần 75% lượng carbon trong khí quyển (750 PgC, hình 1). Như vậy những thay đổi ở lượng CO₂ trao đổi thuần của HST với khí quyển (NEE - net ecosystem exchange of CO₂) sẽ dẫn tới thay đổi nồng độ CO₂ trong khí quyển, đây là yếu tố nhạy cảm và chiếm tỷ trọng ảnh hưởng lớn nhất trong số các khí nhà kính (hơn 50%) tới hiệu ứng nhà kính khiến khí hậu trái đất thay đổi.

Trong chu trình carbon toàn cầu, giá trị NEE chỉ ra mức độ đóng góp của từng HST trong việc chống lại sự thay đổi của khí hậu bằng việc cân bằng lại lượng CO₂ sinh ra do hoạt động đốt cháy nhiên liệu hóa thạch. Do vậy, nghiên cứu xác định NEE cùng với các dòng năng lượng và vật chất trao đổi ở các HST trên thế giới có ý nghĩa quan trọng, đặc biệt hơn trong giai đoạn hiện nay khi những tác động của hiệu ứng BĐKH ngày một rõ nét, với biểu hiện tiêu cực hơn. Kết quả này không những là bằng chứng để quyết định việc được nhận hay phải chi trả tín dụng của một quốc gia mà nó còn cung cấp những dữ liệu quan trọng cho Liên hợp quốc về định hướng chính sách hành động trên toàn thế giới và việc tăng cường thực hiện nghị định thư Kyôtô, cơ chế phát triển sạch ở các nước công nghiệp phát triển, để đáp ứng các mục tiêu của Thỏa thuận Paris về BĐKH.

Theo các báo cáo IPCC, việc ước lượng nhanh các bể carbon trong HST từ đó gián tiếp đánh giá NEE cho các HST theo phương pháp điều tra sinh khối thường gặp phải nhiều sai số do tính giả định về mức độ đồng nhất của thảm thực vật, sai số trong lựa chọn chia ô lấy mẫu và sai số ở tính đại diện các mẫu cho từng thành phần lá, thân, rễ và đất khi phân tích hàm lượng carbon thậm chí nó gặp phải khó khăn để giám sát sự trao đổi CO₂ theo thời gian (Intergovernmental Panel on Climate Change – IPCC, 2000). Bên cạnh đó, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các cảm biến có tần suất lấy mẫu ngày càng cao thì phương pháp phương sai rối (Eddy-Covariance) được IPCC đánh giá có cơ sở khoa học rõ ràng với độ tin cậy cao để tính toán NEE cùng với các dòng năng lượng và vật chất trao đổi ở các HST cho quy mô vùng và khu vực

Hình 2: Hệ thống trạm quan trắc dòng năng lượng và khí nhà kính của Trung tâm Nhiệt đới Việt-Nga

Tại Việt Nam, hướng nghiên cứu ước lượng nhanh các bể carbon trong HST từ đó gián tiếp đánh giá NEE cho các HST từ trước đến nay chủ yếu được tiếp cận theo hướng ước tính nhanh trữ lượng carbon trong các HST theo phương pháp chia ô, lấy mẫu phân tích (phương pháp sinh khối hay phương pháp đo đếm gián tiếp). Hạn chế của phương pháp này so với phương pháp Eddy-Covariance là không giải thích được quá trình trao đổi động học của các dòng vật chất (dòng CO₂, hơi nước trao đổi) và năng lượng nhiệt - ẩm, đồng thời tiềm ẩn nhiều sai số trong quá trình lựa chọn mẫu đại diện (IPCC, 2000). Tiếp cận theo phương pháp mới (Eddy-Covariance ), Trung tâm Nhiệt đới Việt Nga là đơn vị đầu tiên đặt vấn đề thành lập các trạm quan trắc, giám sát sự trao đổi các dòng năng lượng và dòng CO₂ giữa HST và khí quyển hay còn gọi tắt là trạm Flux. Từ năm 2012 cho đến nay, theo từng tính chất kiểu thảm thực vật và đặc điểm các hệ sinh thái khác nhau Trung tâm Nhiệt đới Việt Nga đã xây dựng và triển khai quan trắc dài hạn tại 4 điểm: VQG Cát Tiên; rừng ngập mặn Cần Giờ; Khu BTTN Kon Chư Răng và VQG Bidoup-Núi Bà (hình 2, bảng 1). Việc duy trì và phát triển hệ thống mạng trạm Flux tại Việt Nam sẽ thu được bộ số liệu quý giá không chỉ riêng cho hướng nghiên cứu về các dòng năng lượng, khí CO₂ trao đổi tại các HST rừng Việt Nam mà còn phục vụ cho các nghiên cứu về hướng sinh thái của Trung tâm.

Đặc điểm sinh thái tại các khu vực đặt trạm quan trắc dòng năng lượng và khí nhà kính tại Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga