Tổng quan về động thái và các yếu tố ảnh hưởng đến trữ lượng carbon hữu cơ trong đất rừng
DOI:
https://doi.org/10.55250/Jo.vnuf.14.4.2025.038-048Từ khóa:
Carbon hữu cơ trong đất, chu trình carbon, hệ sinh thái rừng, phản hồi khí hậu, yếu tố ảnh hưởngTóm tắt
Biến đổi khí hậu toàn cầu, chủ yếu từ hoạt động đốt nhiên liệu hóa thạch và chuyển đổi mục đích sử dụng đất, là một trong những yếu tố ảnh hưởng lớn đến sinh quyển. Carbon hữu cơ trong đất (SOC), kho dự trữ carbon lớn nhất trong sinh quyển lục địa, đóng vai trò trung tâm trong điều hòa phản hồi carbon-khí hậu toàn cầu, nơi những biến động nhỏ trong trữ lượng SOC cũng có thể tác động đáng kể đến nồng độ CO₂ trong khí quyển và xu hướng biến đổi khí hậu. Mặc dù đã có những tiến bộ đáng kể trong việc định lượng động thái SOC trong đất rừng, nhưng vẫn còn tồn tại nhiều bất đồng về cơ chế hình thành, tính không đồng nhất về không gian và đánh giá định lượng ở quy mô hệ sinh thái. Bài báo này tổng hợp môt số kiến thức hiện tại về các quá trình chi phối đến sự tích lũy SOC của rừng, các mô hình phân bố và các phương pháp tiếp cận để đánh giá, nhấn mạnh vào việc phân tích sự tương tác giữa các yếu tố tự nhiên và tác động của con người đến động thái của SOC trong đất rừng. Đồng thời, các hạn chế về mặt phương pháp luận, lỗ hổng và định hướng nghiên cứu trong tương lai cũng được phân tích. Ngoài ra, bài báo này cũng nhấn mạnh nhu cầu cấp thiết về các mô hình đa ngành nhằm tối ưu hóa dự đoán động thái của SOC trong đất rừng. Mục đích của bài báo này là cung cấp cơ sở lý thuyết và công cụ thực tiễn cho quản lý tài nguyên rừng bền vững, góp phần nâng cao hiệu quả của các chiến lược ứng phó với biến đổi khí hậu toàn cầu.
Tài liệu tham khảo
[1]. Jörn PW Scharlemann, Edmund VJ Tanner, Roland Hiederer & Valerie Kapos (2014). Global soil carbon: understanding and managing the largest terrestrial carbon pool. Carbon management. 5(1): 81-91.
[2]. Shan He, Juan Liu, Pei Kun Jiang, Guo Mo Zhou, Hui Lai Wang, Yong Fu Li & Jia Sen Wu (2019). Effects of forest management on soil organic carbon pool: a review. Journal of Zhejiang A&F University. 36(4): 818-827.
[3]. Hari Eswaran, Evert Van Den Berg & Paul Reich (1993). Organic Carbon in Soils of the World. Soil Science Society of America Journal. 57(1): 192-194.
[4]. Moslem Ladoni, Hosein Ali Bahrami, Sayed Kazem Alavipanah & Ali Akbar Norouzi (2010). Estimating soil organic carbon from soil reflectance: a review. Precision Agriculture. 11: 82-99.
[5]. Esteban G Jobbágy & Robert B Jackson (2000). The vertical distribution of soil organic carbon and its relation to climate and vegetation. Ecological applications. 10(2): 423-436.
[6]. Rodney J Keenan, Gregory A Reams, Frédéric Achard, Joberto V de Freitas, Alan Grainger & Erik Lindquist (2015). Dynamics of global forest area: Results from the FAO Global Forest Resources Assessment 2015. Forest ecology and management. 352: 9-20.
[7]. Mai Hai Chau, Nguyen Van Quy, Bui Manh Hung, Xu Xiao Niu, Le Van Cuong, Tran Thi Ngoan & Yun Ze Dai (2024). Soil Nitrogen Storage and Associated Regulation Factors in an Acacia Hybrid Plantation Chronosequence in Southern Vietnam. Applied Ecology & Environmental Research. 22(1): 145-162.
[8]. Kai Yue, Dario A Fornara, Wanqin Yang, Yan Peng, Changhui Peng, Zelin Liu & Fuzhong Wu (2017). Influence of multiple global change drivers on terrestrial carbon storage: additive effects are common. Ecology Letters. 20(5): 663-672.
[9]. Valérie Masson-Delmotte, Panmao Zhai, Hans Otto Pörtner, Debra Roberts, Jim Skea, Priyadarshi R Shukla, Anna Pirani, Wilfran Moufouma-Okia, Clotilde Péan & Roz Pidcock (2019). Global warming of 1.5 C. An IPCC Special Report on the impacts of global warming of. 1: 93-174.
[10]. Yanlong Jia, Guirui Yu, Nianpeng He, Xiaoyun Zhan, Huajun Fang, Wenping Sheng, Yao Zuo, Dayong Zhang & Qiufeng Wang (2014). Spatial and decadal variations in inorganic nitrogen wet deposition in China induced by human activity. Scientific reports. 4(1): 3763.
[11]. R K Dixon, A M Solomon, S Brown, R A Houghton, M C Trexler & J Wisniewski (1994). Carbon pools and flux of global forest ecosystems. Science (Washington, D.C.); (United States). 263:5144: Medium: X; Size. 185-190.
[12]. J. Six, P. Callewaert, S. Lenders, S. De Gryze, S. J. Morris, E. G. Gregorich, E. A. Paul & K. Paustian (2002). Measuring and Understanding Carbon Storage in Afforested Soils by Physical Fractionation. Soil Science Society of America Journal. 66(6): 1981-1987.
[13]. Yude Pan, Richard A. Birdsey, Jingyun Fang, Richard Houghton, Pekka E. Kauppi, Werner A. Kurz, Oliver L. Phillips, Anatoly Shvidenko, Simon L. Lewis, Josep G. Canadell, Philippe Ciais, Robert B. Jackson, Stephen W. Pacala, A. David McGuire, Shilong Piao, Aapo Rautiainen, Stephen Sitch & Daniel Hayes (2011). A Large and Persistent Carbon Sink in the World’s Forests. Science. 333(6045): 988-993.
[14]. G. M. Domke, C. H. Perry, B. F. Walters, L. E. Nave, C. W. Woodall & C. W. Swanston (2017). Toward inventory-based estimates of soil organic carbon in forests of the United States. Ecological Applications. 27(4): 1223-1235.
[15]. Kazuhito Morisada, Kenji Ono & Hidesato Kanomata (2004). Organic carbon stock in forest soils in Japan. Geoderma. 119(1): 21-32.
[16]. Xuli Tang, Xia Zhao, Yongfei Bai, Zhiyao Tang, Wantong Wang, Yongcun Zhao, Hongwei Wan, Zongqiang Xie, Xuezheng Shi, Bingfang Wu, Gengxu Wang, Junhua Yan, Keping Ma, Sheng Du, Shenggong Li, Shijie Han, Youxin Ma, Huifeng Hu, Nianpeng He, Yuanhe Yang, Wenxuan Han, Hongling He, Guirui Yu, Jingyun Fang & Guoyi Zhou (2018). Carbon pools in China’s terrestrial ecosystems: New estimates based on an intensive field survey. Proceedings of the National Academy of Sciences. 115(16): 4021-4026.
[17]. Jingyun Fang, Guirui Yu, Lingli Liu, Shuijin Hu & F. Stuart Chapin (2018). Climate change, human impacts, and carbon sequestration in China. Proceedings of the National Academy of Sciences. 115(16): 4015-4020.
[18]. Wanlong Sun & Xuehua Liu (2020). Review on carbon storage estimation of forest ecosystem and applications in China. Forest Ecosystems. 7(1): 4.
[19]. Yuanhe Yang, Pin Li, Jinzhi Ding, Xia Zhao, Wenhong ma, Chengjun Ji & Jingyun Fang (2014). Increased topsoil carbon stock across China's forests. Global change biology. 20.
[20]. Jinhong Guan, Lei Deng, Jian-Guo Zhang, Qiu-Yue He, Wei-Yu Shi, Guoqing Li & Sheng Du (2019). Soil organic carbon density and its driving factors in forest ecosystems across a northwestern province in China. Geoderma. 352: 1-12.
[21]. C. Tewksbury & Helga Miegroet (2007). Soil Organic Carbon Dynamics Along a Climatic Gradient in a Southern Appalachian Spruce-Fir Forest. Watershed Sciences Faculty Publications. 37.
[22]. Martin Wiesmeier, Jörg Prietzel, Frauke Barthold, Peter Spörlein, Uwe Geuß, Edzard Hangen, Arthur Reischl, Bernd Schilling, Margit Lützow & Ingrid Kögel-Knabner (2013). Storage and drivers of organic carbon in forest soils of southeast Germany (Bavaria) - Implications for carbon sequestration. Forest Ecology and Management. 295: 162-172.
[23]. Jörg Prietzel & Dominik Christophel (2014). Organic carbon stocks in forest soils of the German Alps. Geoderma. 221-222: 28-39.
[24]. Yan Liu, Suyan Li, Xiangyang Sun & Xin Yu (2016). Variations of forest soil organic carbon and its influencing factors in east China. Annals of Forest Science. 73(2): 501-511.
[25]. L. Mujuru, T. Gotora, E. J. Velthorst, J. Nyamangara & M. R. Hoosbeek (2014). Soil carbon and nitrogen sequestration over an age sequence of Pinus patula plantations in Zimbabwean Eastern Highlands. Forest Ecology and Management. 313: 254-265.
[26]. Jörn P. W. Scharlemann, Edmund V. J. Tanner, Roland Hiederer & Valerie Kapos (2014). Global soil carbon: understanding and managing the largest terrestrial carbon pool. Carbon Management. 5(1): 81-91.
[27]. Yuanhe Yang, Anwar Mohammat, Jianmeng Feng, Rui Zhou & Jingyun Fang (2008). Storage, Patterns and Environmental Controls of Soil Organic Carbon in China. Biogeochemistry. 84: 131-141.
[28]. LV Cuong, BM Hung, Oluwasanmi Bolanle-Ojo, Xiaoniu Xu, NM Thanh, Chai Lak, Nebiyou Hadush, Jingjing Wang & BV Thang (2020). Biomass and carbon storage in an age-sequence of Acacia mangium plantation forests in Southeastern region, Vietnam. Forest Systems. 29: e009.
[29]. Võ Đại Hải, Đặng Thịnh Triều, Nguyễn Văn Tiệp, Nguyễn Văn Bich & Đặng Văn Dương (2009). Nghiên cứu tiềm năng hấp thụ carbon và giá trị thương mại của một số loại rừng trồng chính ở Việt Nam. Báo cáo dự án số VAFS2009; Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam.
[30]. Nguyễn Minh Thanh & Lê Xuân Trường (2016). Đánh giá trữ lượng cácbon trong đất dưới một số trạng thái rừng tự nhiên ở huyện Mang Yang, tỉnh Gia Lai. Tạp chí Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn. 22: 130-134.
[31]. Phạm Minh Toại, Lê Bá Thường & Nguyễn Hoàng Long (2016). Trữ lượng carbon trong đất dưới tán rừng tự nhiên của Vườn quốc gia Ba Vì. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Lâm nghiệp. 4: 10-14.
[32]. Phạm Minh Toại, Lê Bá Thưởng & Nguyễn Hoàng Long (2016). Trữ lượng carbon trong đất dưới tán rừng tự nhiên của Vườn Quốc gia Ba Vì. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Lâm nghiệp. 4: 10-14.
[33]. Lê Văn Cường, Nguyễn Văn Quý & Nguyễn Thị Xuân Viên (2024). Đặc điểm carbon hữu cơ trong đất và tính ổn định theo trình tự thời gian của rừng trồng keo lai (Acacia hybrid) tại ban quản lý rừng phòng hộ Xuân Lộc, tỉnh Đồng Nai. Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ. 60(6A): 71-82.
[34]. Nguyễn Thị Hồng Hạnh & Đàm Trọng Đức (2017). Đánh giá khả năng tạo bể chứa cacbon của rừng trồng thuần loài trang (Kandelia obovata Sheue, Liu & Yong) ven biển xã Đa Lộc, huyện Hậu Lộc, tỉnh Thanh Hóa. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ. 33(3): 14-25.
[35]. Nguyễn Ngọc Duy, Nguyễn Như Quỳnh & Nguyễn Xuân Hoàng (2021). Đánh giá sự tích lũy carbon trong đất rừng ngập mặn tại Vườn Quốc gia mũi Cà Mau. Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ. 57(6A): 130-138.
[36]. Feihan Yu & Lixin Tian (2024). Research Progress on the Forest Soil Organic Carbon Dynamics. Anhui Forestry Science and Technology. 50(4): 10-14.
[37]. Daniel P Rasse, Cornelia Rumpel & Marie-France Dignac (2005). Is soil carbon mostly root carbon? Mechanisms for a specific stabilisation. Plant and soil. 269(1): 341-356.
[38]. Gerrit Angst, Kevin E Mueller, Klaas GJ Nierop & Myrna J Simpson (2021). Plant-or microbial-derived? A review on the molecular composition of stabilized soil organic matter. Soil Biology and Biochemistry. 156: 108189.
[39]. Chao Liang, Joshua P Schimel & Julie D Jastrow (2017). The importance of anabolism in microbial control over soil carbon storage. Nature microbiology. 2(8): 1-6.
[40]. Guomo Zhou, Enbin Liu & Guanghui She (2006). Advances in Research Methods of Forest Soil Carbon Pools. Journal of Zhejiang Forestry University. 23(2): 207-216.
[41]. Zhang Hui, Duan HuaBo, Song MingWei & Guan DongSheng (2018). The dynamics of carbon accumulation in Eucalyptus and Acacia plantations in the Pearl River Delta region. Annals of Forest Science. 75: 4.
[42]. Shaoqiang Wang, Chenghu Zhou & Keren Li (2000). Analysis of Soil Organic Carbon Pools and Their Spatial Distribution Characteristics in China. Acta Geographica Sinica. 55(5): 533-544.
[43]. Xiaolu Tang, Mingpeng Xia, César Pérez-Cruzado, Fengying Guan & Shaohui Fan (2017). Spatial distribution of soil organic carbon stock in Moso bamboo forests in subtropical China. Scientific Reports. 7(1): 42640.
[44]. Haibin Wu, Zhengtang Guo & Changhui Peng (2003). Distribution and storage of soil organic carbon in China. Global biogeochemical cycles. 17(2): 1048.
[45]. Huajun Fang, Shulan Cheng, Yongsheng Wang, Guirui Yu, Minjie Xu, Xusheng Dang, Linsen Li & Lei Wang (2014). Changes in soil heterotrophic respiration, carbon availability, and microbial function in seven forests along a climate gradient. Ecological Research. 29: 1077-1086.
[46]. Umakant Mishra & Ranjith B Mapa (2019). National soil organic carbon estimates can improve global estimates. Geoderma. 337: 55-64.
[47]. Budiman Minasny, Brendan P Malone, Alex B McBratney, Denis A Angers, Dominique Arrouays, Adam Chambers, Vincent Chaplot, Zueng-Sang Chen, Kun Cheng & Bhabani S Das (2017). Soil carbon 4 per mille. Geoderma. 292: 59-86.
[48]. Robert J Blakemore (2024). Biomass Refined: 99% of Organic Carbon in Soils. Biomass. 4(4): 1257-1300.
[49]. Shaoqiang Wang, Jiyuan Liu & Guirui Yu (2003). Error Analysis of Estimating Soil Organic Carbon Stock in China's Terrestrial Ecosystems. Chinese Journal of Applied Ecology. 14(5): 797-802.
[50]. Wilfred M Post, John Pastor, Paul J Zinke & Alan G Stangenberger (1985). Global patterns of soil nitrogen storage. Nature. 317(6038): 613-616.
[51]. Andrew M Crowe, Ai Sakata, Colin McClean & Malcolm S Cresser (2004). What factors control soil profile nitrogen storage? Water, Air, & Soil Pollution: Focus. 4: 75-84.
[52]. Lin Yang, Yanyan Cai, Lei Zhang, Mao Guo, Anqi Li & Chenghu Zhou (2021). A deep learning method to predict soil organic carbon content at a regional scale using satellite-based phenology variables. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. 102: 102428.
[53]. Hongju Zhao, Chong Luo, Depiao Kong, Yunfei Yu, Deqiang Zang & Fang Wang (2024). Spatial and Temporal Variations in Soil Organic Matter and Their Influencing Factors in the Songnen and Sanjiang Plains of China (1984–2021). Land. 13(9): 1447.
[54]. Pritpal Singh & Dinesh Kumar Benbi (2020). Modeling soil organic carbon with DNDC and RothC models in different wheat-based cropping systems in north-western India. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 51(9): 1184-1203.
[55]. Zekun Zhong, Zhengxing Chen, Yadong Xu, Chengjie Ren, Gaihe Yang, Xinhui Han, Guangxin Ren & Yongzhong Feng (2018). Relationship between soil organic carbon stocks and clay content under different climatic conditions in Central China. Forests. 9(10): 598.
[56]. Richard D Bardgett, Chris Freeman & Nicholas J Ostle (2008). Microbial contributions to climate change through carbon cycle feedbacks. The ISME journal. 2(8): 805-814.
[57]. Rattan Lal (2013). Soil carbon management and climate change. Carbon Management. 4(4): 439-462.
[58]. Zhongkui Luo, Wenting Feng, Yiqi Luo, Jeff Baldock & Enli Wang (2017). Soil organic carbon dynamics jointly controlled by climate, carbon inputs, soil properties and soil carbon fractions. Global change biology. 23(10): 4430-4439.
[59]. Tommaso Chiti, L Perugini, D Vespertino & R Valentini (2016). Effect of selective logging on soil organic carbon dynamics in tropical forests in central and western Africa. Plant and Soil. 399: 283-294.
[60]. Thilde Bech Bruun, Bo Elberling, Andreas de Neergaard & Jakob Magid (2015). Organic carbon dynamics in different soil types after conversion of forest to agriculture. Land Degradation & Development. 26(3): 272-283.
[61]. Wilfred M Post & Kyung C Kwon (2000). Soil carbon sequestration and land‐use change: processes and potential. Global change biology. 6(3): 317-327.
[62]. Alex Amerh Agbeshie, Simon Abugre, Thomas Atta-Darkwa & Richard Awuah (2022). A review of the effects of forest fire on soil properties. Journal of Forestry Research. 33(5): 1419-1441.
[63]. Rolf Nieder, Dinesh K Benbi & Klaus Isermann (2024). Soil organic matter dynamics. In: Handbook of processes and modeling in the soil-plant system. CRC Press: 345-408f.
[64]. Xuefeng Zhu, Randall D Jackson, Evan H DeLucia, James M Tiedje & Chao Liang (2020). The soil microbial carbon pump: From conceptual insights to empirical assessments. Global Change Biology. 26(11): 6032-6039.
[65]. Shams R Rahmani, Jason P Ackerson, Darrell Schulze, Kabindra Adhikari & Zamir Libohova (2022). Digital mapping of soil organic matter and cation exchange capacity in a low relief landscape using LiDAR data. Agronomy. 12(6): 1338.
[66]. Qiulan Wu, Yong Liang, Ying Li, Xizhi Wang, Lei Yang & Xiaotong Wang (2017). Factors acquisition and content estimation of farmland soil organic carbon based upon Internet of Things. Chinese Geographical Science. 27: 431-440.
[67]. T Blesslin Sheeba, LD Vijay Anand, Gunaselvi Manohar, Saravana Selvan, C Bazil Wilfred, K Muthukumar, S Padmavathy, P Ramesh Kumar & Belete Tessema Asfaw (2022). Machine Learning Algorithm for Soil Analysis and Classification of Micronutrients in IoT‐Enabled Automated Farms. Journal of Nanomaterials. 2022(1): 5343965.
