Thành viên:ThaiSon IER

Khái niệm hô hấp đất

Thuật ngữ hô hấp đất là quá trình đất giải phóng CO₂ vào khí quyển. Trạng thái này thể hiện sự gắn kết chặt chẽ trong chu trình Carbon (C) của một số thành phần trong hệ sinh thái gồm các sinh vật tự dưỡng (ví dụ thực vật) hấp thụ CO₂ từ khí quyển tạo thành các hợp chất hữu cơ và các sinh vật dị dưỡng (ví dụ nấm hoại sinh trong đất) oxy hóa các hợp chất hữu cơ từ đó giải phóng CO₂. Nghiên cứu hô hấp đất là một hướng nghiên cứu làm cơ sở đánh giá khả năng trao đổi và tích trữ C của hệ sinh thái rừng.

Xác định thông lượng CO₂ phát thải từ đất vào khí quyển thông qua nghiên cứu hô hấp đất cho phép chúng ta hiểu biết đầy đủ hơn về chu trình C toàn cầu, là cơ sở để dự đoán chính xác tác động của khí hậu đối với chu trình C. Hiện nay có nhiều phương pháp để nghiên cứu hô hấp đất. Cùng với đó, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra các yếu tố có ảnh hưởng đến quá trình hô hấp đất.

Phương pháp xác định hô hấp đất

Công trình công bố của Singh và Gupta (1977) đã xác định thông lượng hô hấp đất thông qua 02 phương pháp: (i) gián tiếp (đánh giá hô hấp đất liên quan đến năng lượng của động vật ăn cỏ trên mặt đất thu được từ sản lượng sơ cấp thuần - ATP; nhưng còn sai sót do chưa tính đến hoạt động của rễ sống và vi sinh vật đất liên quan; với phương trình hồi quy giữa tốc độ hô hấp đất (Y) và ATP (X) có dạng Y = 16,6.X^1/2) và (ii) trực tiếp (thu mẫu khí từ các độ sâu mong muốn từ đất bởi các thiết bị khác nhau để phân tích giá trị hô hấp đất; trong đó thông lượng  lớn nhất từ trước nay ở cánh đồng cỏ ghi nhận là 8.130 - 9.540 mgCO₂.m^-2.h^-1, ở khu rừng ôn đới là 100 - 2.340 mgCO₂.m^-2.h^-1; và xác định giá trị trung bình  trong khoảng 100 - 500 mgCO₂.m^-2.h^-1). Trong nghiên cứu này, các tác giả cho rằng sự chênh lệch giữa các kết quả là do phụ thuộc vào một số yếu tố sinh thái của khu vực nghiên cứu, bao gồm: hoạt động trao đổi chất trong đất, tồn tại và phân hủy tàn dư thực vật trong đất, và chuyển hóa C hữu cơ trong đất thành CO₂ trong khí quyển .

Witkamp và cộng sự (1966) đã sử dụng phương pháp hấp thụ kiềm (phương pháp AA-Alkali absorption method) nghiên cứu lượng khí CO₂ phát thải từ nền đất bên dưới một buồng kín được hấp thụ trong một dung dịch sút ăn da (NaOH, KOH) qua đó cho thấy mối tương quan cao giữa phát thải từ hô hấp đất với nhiệt độ, độ ẩm và tuổi cây của khu rừng trên cạn . Với lợi thế dễ thực hiện và chi phí thấp, phương pháp AA đã được nhiều nhà nghiên cứu sử dụng. Tuy nhiên, theo công bố của Freuerj và Boutenw (1991) thì phương pháp AA có thể đánh giá thấp quá trình hô hấp thực tế của đất vì hiệu suất hấp thụ CO₂ của dung dịch kiềm trong đĩa hoặc lọ giảm khi dung dịch được trung hòa .

Một phương pháp khác được Mariko và cộng sự (1994) sử dụng nhằm ước tính thông lượng hô hấp đất, đó là phương pháp buồng kín (phương pháp CC-Closed chamber method), trong đó CO₂ trong buồng kín được lấy mẫu định kỳ bằng các ống kim tiêm, nồng độ CO₂ trong mỗi mẫu đo được kiểm tra tại phòng thí nghiệm từ đó ước tính thông lượng phát thải dựa trên tốc độ tăng nồng độ CO₂ trong buồng .

Phương pháp phân tích khí hồng ngoại dòng mở (phương pháp OF; Open-Flow infrared gas analyzer method) được Nakadait và cộng sự (1993) ứng dụng cho nghiên cứu hô hấp đất. Kết quả cho thấy sự phát thải của hô hấp đất khi được quan sát trong phương pháp OF là gần bằng với giá trị CO₂ phát thải từ nền đất và thể hiện chính xác hơn so với phương pháp AA .

Phương pháp OF kết hợp máy phân tích khí hồng ngoại (IRGA) được xem là giải pháp thay thế cho phương pháp AA. Tuy vậy, phương pháp OF thiếu tính cơ động đối với các phép đo tại hiện trường vì đòi hỏi nguồn điện cùng nhiều kết nối phức tạp. Trong khi đó, phương pháp CC thích hợp cho các phép đo tại chỗ, vì nó đơn giản, nhanh chóng và có khả năng thu được ở nhiều ô đo. Nhược điểm của phương pháp CC nằm ở số lượng giới hạn của các ống kim tiêm mà các nhà nghiên cứu có thể đem theo mỗi khi thu mẫu tại hiện trường. Để giải quyết vấn đề này, phương pháp buồng kín khác đã được phát triển bởi Rochette và cộng sự (1992): phương pháp buồng kín di động (DC-Dynamic chamber method), trong đó không khí thu được qua buồng kín được lưu chuyển đến thiết bị phân tích khí hồng ngoại IRGA xách tay và quay trở lại buồng .

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hô hấp đất

Phân tích ảnh hưởng của các yếu tố đến thông lượng CO₂ phát thải qua đất qua các nghiên cứu cho thấy quá trình hô hấp đất có mối tương quan với nhiệt độ và độ ẩm môi trường cùng chế độ thủy triều, cường độ ánh sáng nền rừng cũng như tính chất đất tại khu vực và yếu tố sinh vật sống trong nền đất ngập nước.

Báo cáo của Hanpattanakit và cộng sự (2009) tiến hành ở huyện Chombung, tỉnh Ratchaburi của Thái Lan đã định lượng quá trình hô hấp đất bằng phương pháp buồng kín tự động cũng cho thấy tỷ lệ hô hấp của đất rừng cây họ Dầu có mối tương quan thuận với độ ẩm nhưng tương quan nghịch với nhiệt độ không khí . Mức độ tương quan thấp của nghiên cứu này có thể giải thích do môi trường đất ngập nước ngoài các yếu tố sinh thái rừng tự nhiên như mật độ tán phủ, nhiệt độ, độ ẩm còn chịu tác động rất lớn của chế độ thuỷ triều mỗi ngày và độ mặn của nền đất rừng.

Một báo cáo khác từ Fung và cộng sự (1987) cho thấy hệ số tương quan r² cao (dao động 0,45 - 0,64) giữa hô hấp đất với nhiệt độ không khí các nơi đồng cỏ, thảm thực vật ôn đới, thảm thực vật nhiệt đới và cận nhiệt đới (Kitchener-Waterloo-Guelph, Ontario, Canada) bằng máy đo bức xạ có độ phân giải cao trên vệ tinh . Hay trong nghiên cứu của Raich và Schlesinger (1992) đã điều tra mối quan hệ giữa nhiệt độ và hô hấp đất hàng năm (trong từng quần xã thực vật ở các hệ sinh thái trên cạn và đất ngập nước), nhận thấy có mối tương quan tuyến tính giữa chúng với nhau (ở trong các khu rừng khác nhau với sự dao động r² từ 0,34 đến 0,50) .

Sự chênh lệch các giá trị phát thải CO₂ ở các khu vực nghiên cứu có thể do sự khác biệt về mức độ phân giải các hợp chất hữu cơ liên quan đến hoạt động của vi khuẩn trong nền đất rừng ngập mặn, nhận định này tương tự như trong báo cáo của Hanpattanakit và cộng sự (2009). Trong báo cáo của mình, Hanpattanakit còn chỉ rõ chính sự biến động của nhiệt độ nền đất rừng là nguyên nhân kích thích hoặc ức chế hoạt động của hệ vi sinh vật phân huỷ chất hữu cơ từ đó tác động đến thông lượng CO₂ phát thải qua đất rừng ngập mặn.

Ngoài yếu tố nhiệt độ còn có một số yếu tố môi trường có thể tác động đến hoạt động của hệ vi sinh nền rừng như độ ẩm, chế độ triều, lượng ánh sáng tại nền rừng (kiểm soát bởi chỉ số lá LAI ở mỗi ô mẫu). Hô hấp đất cũng có thể chịu ảnh hưởng bởi sự phân bố của rễ cây trong đất - phụ thuộc vào loài thực vật và phân bố thực vật tại điểm đo; loại đất tại khu vực (độ chặt của đất liên quan đến tình trạng ngập nước) và của sinh vật sống trong nền đất ngập mặn (các ô phát thải hô hấp đất cao, không ngập nước có các loài giáp xác như cua, còng… sinh sống trong hang đất). Nghiên cứu của Twilley và cộng sự (1992) cho thấy với đặc điểm thổ nhưỡng rừng ngập mặn được đánh giá là yếm khí nên tốc độ oxy hóa C rất thấp .

Ryan và Law (2005) đã chỉ ra rằng, phần lớn CO₂ phát thải qua hô hấp đất chủ yếu là từ hô hấp của rễ thực vật và hoạt động của vi sinh vật, phần còn lại là sự phân hủy của rễ và lá, do đó đóng góp C trong trầm tích vào quá trình hô hấp đất rất ít .

Hay thủy triều đã tạo tình trạng đất ngập nước và tác động đến sự hô hấp rễ cây, vào hoạt động của vi sinh vật trong đất nên làm giảm đi thông lượng CO₂ phát thải từ đất như theo công bố trước đó của Arnaud và cộng sự (2018) và nghiên cứu của Van Vinh Truong (2018) .

Qua các nghiên cứu trên thế giới có thể thấy phát thải C qua hô hấp đất phụ thuộc rất nhiều vào đặc điểm của mỗi hệ sinh thái và tính chất đất, nhiệt độ, độ ẩm tại khu vực nghiên cứu, cho nên các mối quan hệ giữa hô hấp đất và các biến môi trường có sự tương tác, đan xen phức tạp và có thể không phải là những hàm tuyến tính đơn giản.