Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Nghiên cứu lượng sinh khối và khả năng hấp thụ carbon của rừng trồng cây bản địa thuần loài tại Cầu Hai – Phú Thọ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:74

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Nghiên cứu lượng sinh khối và khả năng hấp thụ carbon của rừng trồng cây bản địa thuần loài tại Cầu Hai- Phú Thọ" nhằm đóng góp thêm hiểu biết mới về vai trò giảm phát thải khí nhà kính của các cây rừng và kiểu rừng ở Việt Nam cũng như trên thế giới còn rất ít được nghiên cứu. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Nghiên cứu lượng sinh khối và khả năng hấp thụ carbon của rừng trồng cây bản địa thuần loài tại Cầu Hai – Phú Thọ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP -------------------- NGUYỄN ANH THƯ NGHIÊN CỨU LƯỢNG SINH KHỐI VÀ KHẢ NĂNG HẤP THỤ CARBON CỦA RỪNG TRỒNG CÂY BẢN ĐỊA THUẦN LOÀI TẠI CẦU HAI – PHÚ THỌ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP HÀ NỘI - 2010
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯƠNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP -------------- NGUYỄN ANH THƯ NGHIÊN CỨU LƯỢNG SINH KHỐI VÀ KHẢ NĂNG HẤP THỤ CARBON CỦA RỪNG TRỒNG CÂY BẢN ĐỊA THUẦN LOÀI TẠI CÂU HAI – PHÚ THỌ Chuyên ngành: Lâm học Mã số: 60. 62. 60 LUÂN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. HOÀNG KIM NGŨ . HÀ NỘI - 2010
Lưu ý: Gáy cuốn bìa cứng luận văn chính được thiết kế như sau: Ngành Lâm học: Nguyễn Anh Thư Luận văn thạc sỹ Khoa học lâm nghiệp năm 2010
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, chúng ta đang phải đối mặt với hàng loạt các vấn đề môi trường bức xúc trên phạm vi toàn cầu, bao gồm: sự biến đổi khí hậu (BĐKH), suy thoái đa dạng sinh học, suy thoái tài nguyên nước ngọt, suy thoái tầng ôzôn, suy thoái đất và hoang mạc hóa, ô nhiễm các chất hữu cơ độc hại khó phân huỷ…Những vấn đề này có mối tương tác lẫn nhau và đều ảnh hưởng trực tiếp tới cuộc sống con người cũng như sự phát triển của xã hội [9]. Trong đó, biến đổi khí hậu đang là mối quan tâm hàng đầu ở mọi quốc gia trên thế giới bởi những hậu quả nghiêm trọng của nó làm tổn hại đến tất cả các thành phần của môi trường sống như: nước biển dâng cao, gia tăng hạn hán, ngập lụt, thay đổi các kiểu khí hậu, gia tăng các loại bệnh tật, thiếu hụt nguồn nước ngọt, sự suy giảm đa dạng sinh học và gia tăng các hiện tượng khí hậu cực đoan (WWF). Tuy nhiên các hiện tượng đó mới chỉ là những hậu quả trước mắt mà con người có thể nhìn thấy được, còn trong tương lai, hậu quả của sự BĐKH là vô cùng to lớn, không thể lường trước, thậm chí đe dọa đến sự sinh tồn của nhiều loài sinh vật trên trái đất. Nguyên nhân trực tiếp gây ra biến đổi khí hậu là hiện tượng nóng lên toàn cầu mà một trong những nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng này là sự phát thải quá mức khí nhà kính (KNK) vào khí quyển. Kể từ thời kỳ tiền công nghiệp (khoảng từ năm 1750), con người đã sử dụng ngày càng nhiều năng lượng, chủ yếu từ các nguồn nhiên liệu hóa thạch (than, dầu, khí đốt), qua đó đã thải vào khí quyển ngày càng nhiều các chất khí gây hiệu ứng nhà kính, làm tăng hiệu ứng nhà kính của khí quyển, dẫn đến tăng nhiệt độ của trái đất [15]. Các khí nhà kính chủ yếu là: carbonic (CO2), Mêtan (CH4), Ôxit nitơ, Hydrofluorocarbon (HFCs), Perfluorocarbon (PFCs) và Sunphua hexafuorit (SF6) (UNFCCC,2005c). Theo ước tính của IPCC, CO2 chiếm tới 60% nguyên nhân của sự nóng lên toàn cầu, nồng độ CO2 trong khí quyển đã tăng
2 28% từ 288 ppm lên 366 ppm trong giai đoạn 1850- 1998 (IPCC, 2000). Ở giai đoạn hiện nay, nồng độ khí CO2 tăng khoảng 10% trong chu kỳ 20 năm và đạt 379 ppm vào năm 2005 (UNFCCC, 2005b). Sự tăng lên của các khí nhà kính dẫn đến gia tăng hiệu ứng nhà kính của lớp khí quyển đã tạo ra một lượng bức xạ cưỡng bức với độ lớn trung bình là 2,3w/m2 làm cho trái đất nóng lên. Theo Báo cáo đánh giá lần thứ 4 của IPCC, đến cuối thế kỷ XXI, hàm lượng khí CO2 trong khí quyển sẽ đạt 540- 970 ppm theo các kịch bản khác nhau về phát thải khí nhà kính, và như vậy, nhiệt độ trung bình toàn cầu sẽ tăng lên tương ứng là 2,0 – 4,5oC, mực nước biển trung bình sẽ tăng lên từ 0,18 – 0,59m so với cuối thế kỷ 20. Dự tính đến năm 2100, nhiệt độ sẽ tăng khoảng 3oC. Mực nước biển trung bình có thể tăng 35cm vào năm 2050, 50cm vào năm 2070 và dự tính đến 2100 có thể tăng khoảng 1m [15]. Tuy nhiên, BĐKH gây ra các hậu quả của không đồng đều trên toàn cầu. Theo đánh giá của Ngân hàng thế giới năm 2007, Việt Nam là một trong năm nước sẽ phải chịu hậu quả nặng nề nhất của BĐKH (Dasgupta et al.,2007). Theo các kịch bản biến đổi khí hậu, ở Việt Nam, nhiệt độ trung bình năm sẽ tăng thêm 2oC vào năm 2050 và 2,5oC vào năm 2070 so với trung bình thời kỳ 1961 – 1990. Để chống lại sự nóng lên toàn cầu, tại Hội nghị thượng đỉnh Trái đất ở Rio de Janeiro, cộng đồng quốc tế đã thỏa thuận và ban hành Công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu (United Nations Framework Convention on Climate Change ) (UNFCCC,1992). Công ước này đã được cụ thể hoá bằng nghị định thư Kyôtô năm 1997. Nội dung quan trọng của Nghị định thư là đưa ra chỉ tiêu giảm phát thải khí nhà kính có tính ràng buộc pháp lý đối với các nước phát trển và cơ chế giúp các nước đang phát triển đạt được sự phát triển kinh tế - xã hội một cách bền vững thông qua thực hiện “Cơ chế phát triển sạch” (CDM). Trong tình hình đó, ngành lâm nghiệp đã
3 chứng minh vai trò quan trọng của mình – không chỉ là một ngành kinh tế mà hơn hết là khả năng phòng hộ và bảo vệ môi trường - đặc biệt là khả năng cân bằng một số chất khí trong không khí như CO2 và O2 nhờ sự quang hợp và tích lũy CO2 trong gỗ và trong đất lâu dài của cây xanh. Bên cạnh đó, vào tháng 12 năm 2009, hội nghị Thượng đỉnh thế giới về BĐKH tại Copenhaghen – Đan Mạch đã kết thúc trong sự thất vọng của nhiều bên tham gia khi chỉ đưa ra Hiệp ước Copenhaghen không mang tính ràng buộc pháp lý càng chứng tỏ việc định giá rừng đã và đang trở thành một đòi hỏi bức bách, không thể chậm trễ. Nhận thức được điều này, Việt Nam đã tích cực tham gia các chương trình về biến đổi khí hậu của quốc tế - trong đó có việc phê chuẩn Công ước khung Liên hợp quốc vào tháng 11 năm 1994 và Nghị định thư Kyoto tháng 9 năm 2002. Việc định lượng khả năng hấp thụ carbon của rừng là một phần quan trọng trong định lượng giá trị môi trường của rừng. Tuy nhiên không phải cây rừng nào cũng có khả năng hấ p thu ̣ carbon như nhau. Hiện nay, về vấn đề này, các nhà khoa học Việt Nam mới chỉ chủ yếu nghiên cứu các loài cây trồng rừng phổ biến như thông, keo, bạch đàn, …và các cây trồng rừng ngập mặn, trong khi đó cây bản địa là một đối tượng quan trọng trong các chiến lược phát triển lâm nghiệp của nhiều địa phương thì mới chỉ được tập trung nghiên cứu ở lĩnh vực thống kê tài nguyên rừng và đánh giá kết quả trồng rừng, những nghiên cứu về sinh khối cũng như khả năng hấp thu và cố định carbon của rừng trồng cây bản địa hầu như chưa được quan tâm. Xuất phát từ thực trạng đó, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu lượng sinh khối và khả năng hấp thụ carbon của rừng trồng cây bản địa thuần loài tại Cầu Hai- Phú Thọ” nhằm đóng góp thêm hiểu biết mới về vai trò giảm phát thải khí nhà kính của các cây rừng và kiểu rừng ở Việt Nam cũng như trên thế giới còn rất ít được nghiên cứu.
4 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Nghiên cứu sinh khối và khả năng lưu giữ carbon của rừng 1.1.1. Trên thế giới - Nghiên cứu về sinh khối rừng Sinh khối được xác định là tất cả các chất hữu cơ ở dạng sống và chết (còn ở trên cây) ở trên hoặc ở dưới mặt đất (Brown (1997); Ponce – Hernandez (2004)) [35]. Sinh khối là đơn vị đánh giá năng suất của lâm phần. Mặt khác, để có được số liệu về hấp thụ carbon, khả năng và động thái quá trình hấp thụ carbon của rừng, người ta phải tính từ sinh khối của rừng. Chính vì vậy, nghiên cứu sinh khối chính là cái gốc, là nền móng cho việc nghiên cứu trữ lượng carbon của rừng. Đầu thế kỷ XIX, các nghiên cứu về sinh trưởng và dự đoán sản lượng rừng được hình thành và phát triển ở Châu Âu đã mở đầu cho lịch sử của Cơ chế phát triển sạch trong lâm nghiệp. Sự phát triển của khoa học sản lượng rừng gắn liền với tên tuổi của những người đã khai sinh ra nó như: Baur, Breymann Cotta, Danckemam, Draudt, Weise...Mỗi tác giả đều có những cách tiếp cận và giải quyết vấn đề khác nhau. Nhưng họ đều có chung mục đích là tìm hiểu những quy luật sinh trưởng, sự liên quan giữa sinh trưởng và sản lượng rừng vào không gian dinh dưỡng, quy luật kết cấu lâm phần, đặc tính di truyền của loài cây, kết hợp với những thành tựu khoa học tự nhiên để mô phỏng những quy luật đó bằng mô hình toán học. Qua các công trình nghiên cứu đó, một kết luận được rút ra mang tính kinh điển là sinh trưởng, tăng trưởng, sinh khối, năng suất có quan hệ chặt chẽ với nhau và phụ thuộc chặt chẽ với chiều cao, đường kính [25]. Liebig J. (1862) lần đầu tiên đã định lượng về sự tác động của thực vật tới không khí và phát triển thành định luật
5 “tối thiểu” và định luật này đã được Mitscherlich E.A. phát triển thành luật “năng suất”(1954) (dẫn theo Võ Đại Hải - 2008) [7]. Lieth H. (1964) đã thể hiện năng suất trên toàn thế giới bằng bản đồ năng suất, đồng thời sự ra đời của chương trình sinh học quốc tế “IBP” (1964) và chương trình sinh quyển con người “MAB” (1971) đã tác động mạnh mẽ tới việc nghiên cứu sinh khối [45]. Những nghiên cứu trong giai đoạn này tập trung vào các đối tượng đồng cỏ, savan, rừng rụng lá, rừng mưa thường xanh như nghiên cứu của Duyiho; Dajoz (1971)... Tuy đã có nhiều công trình nghiên cứu, nhưng các tác giả chỉ đi sâu nghiên cứu vào mối quan hệ giữa sinh khối và các chỉ tiêu khác ở một số loài đơn lẻ mà chưa đánh giá được giá trị tổng hợp của nhiều loài có tác động trong một khu vực nhất định như: Golley F.B & cộng sự (1962) (Vũ Đoàn Thái, dẫn, 2003) đã nghiên cứu sinh khối rừng Đước đỏ (Rhizophora mangle) tự nhiên mở đầu cho rất nhiều công trình nghiên cứu về sinh khối rừng ngập mặn sau này ở nhiều nơi trên thế giới; Ferreira (1973) với công trình nghiên cứu “sản lượng gỗ khô của rừng trồng Thông ở Braxin”; Pitaya-petmak của Thái Lan (1976); Das và Ramakrisham (1987) nghiên cứu phân tích sinh khối năng suất rừng trồng ở Đông Bắc Ân Độ; Năm 2000, Gifford đã tính được mật độ sinh khối cho các kiểu rừng ở Australia. Do đó công trình “Sinh khối và năng suất sơ cấp rừng thế giới – World forest biomass and primary production data” của Canell M.G.R được cho là tác phẩm kinh điển và quy mô nhất về sinh khối rừng kể từ khi công bố năm 1982 đến tận ngày nay, trong đó tập hợp 600 công trình đã được xuất bản về sinh khối khô thân, cành, lá, và một số thành phần, sản phẩm sơ cấp của hơn 1200 lâm phần thuộc 46 nước trên thế giới (dẫn theo Võ Đại Hải - 2008) [7]. Whittaker R.H (1961, 1966) [51, 52], Mark P.L (1971) [46] cho rằng "Số đo năng suất chính là số đo về tăng trưởng, tích luỹ sinh khối ở cơ thể thực vật
6 trong quần xã" và theo Rodel D.Lasco (2002), mặc dù rừng chỉ che phủ 21% diện tích bề mặt trái đất nhưng sinh khối thực vật của nó chiếm đến 75% so với tổng sinh khối thực vật trên cạn và lượng tăng trưởng sinh khối hàng năm chiếm 37% [49]. Tổng kết lại, các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu sinh khối rừng theo 3 hướng chủ yếu: i) Dựa vào mối liên hệ giữa sinh khối với kích thước của cây hoặc của từng bộ phận cây theo dạng hàm toán học nào đó thông qua việc điều tra một số nhân tố như đường kính, chiều cao, cấp đất, tuổi, mật độ…phương pháp này được phần đông các nhà khoa học sử dụng để điều tra sinh khối rừng như Schumarcher, Spurr, Prodan, Alder, Abadie; Tritton và Hornbeck (1982), Smith và Brand (1983), Grier và cộng sự(1989), Reichel (1991)...; Burton V. Barner và cộng sự, 1998 cũng xác định sinh khối của bộ phận trên mặt đất theo hướng tiếp cận này (dẫn theo Võ Đại Hải - 2008) [7]. Newbuold P.J. (1967) đề nghị phương pháp “cây mẫu” để nghiên cứu sinh khối và năng suất của quần xã từ các ô tiêu chuẩn. Phương pháp này được chương trình quốc tế “IBP” thống nhất áp dụng. Đáng chú ý là trong những năm gần đây các phương pháp nghiên cứu định lượng, xây dựng các mô hình dự báo sinh khối cây rừng đã được áp dụng thông qua các mối quan hệ giữa sinh khối cây với các nhân tố điều tra cơ bản, dễ đo đếm như đường kính ngang ngực, chiều cao cây, giúp cho việc dự đoán sinh khối được nhanh hơn, đỡ tốn kém hơn. Phương pháp lấy mẫu rễ để xác định sinh khối cũng được mô tả bởi Shurrman và Geodewaaen (1971), Moore (1973) Gadow và Hui (1999), Oliveira và cộng sự (2000), Voronoi (2001), Mc kenzie và cộng sự (2001) [7]. Bộ phận cây bụi và những cây tầng dưới của tán rừng đóng góp một phần quan trọng trong tổng sinh khối rừng. Catchpole và Wheeler (1992) đã đưa ra
7 bốn phương pháp chủ yếu sau đây để ước tính sinh khối cho bộ phận này: (1)- Lấy mẫu toàn bộ cây (quadrats); (2)- phương pháp kẻ theo đường; (3)- phương pháp mục trắc; (4)- phương pháp lấy mẫu kép sử dụng tương quan [7]. ii) Phương pháp điều tra gián tiếp Một số tác giả như Trasnean (1926), Huber (1952), Monteith (1960 - 1962), Lemon (1960 - 1987), Inone (1965 - 1968),... đã dùng phương pháp dioxit carbon để xác định sinh khối. Theo đó sinh khối được đánh giá bằng cách xác định tốc độ đồng hoá CO2. Hai nhà khoa học Aruga và Maidi (1963) đã đưa ra phương pháp “Chlorophyll” để xác định sinh khối thông qua hàm lượng Chlorophyll trên một đơn vị diện tích mặt đất vì hàm lượng này là một chỉ tiêu biểu thị khả năng của hệ sinh thái hấp thụ các tia bức xạ hoạt động quang tổng hợp (dẫn theo Đặng Trung Tấn – 2001) [25]. Edmonton. Et. Al đề xướng phương pháp Oxygen năm 1968 nhằm định lượng oxygen tạo ra trong quá trình quang hợp của thực vật màu xanh. Từ đó tính ra được năng suất và sinh khối rừng. iii) Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) với các công cụ như: ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, laze, rada, hệ thống định vị toàn cầu (GPS)... được sử dụng trong điều tra sinh khối và đo đếm lượng carbon trong hệ sinh thái và biến đổi của chúng. Tiên phong là P.S.Roy, K.G.Saxena và D.S.Kamat (Ấn Độ, 1956) trong công trình “Đánh giá sinh khối thông qua viễn thám” đã nêu tổng quát vấn đề sản phẩm sinh khối và việc đánh giá sinh khối bằng ảnh vệ tinh. -Nghiên cứu khả năng hấp thụ carbon của rừng Rừng là bể chứa carbon khổng lồ của trái đất và khả năng hấp thụ carbon của thực vật đã được quan tâm từ rất sớm. Trên cơ sở các phương pháp tiếp cận về xác định sinh khối rừng nêu trên, các nhà khoa học đã nghiên
8 cứu khả năng hấp thụ carbon cho các đối tượng khác nhau và đã thu được các kết quả rất đáng kể. Các nhà khoa học đã cố gắng xác định quy mô của các vùng dự trữ carbon toàn cầu và sự đóng góp của rừng vào các vùng dự trữ cũng như những thay đổi về lượng carbon được dự trữ như: Bolin (1977); Post, Emanuel và cộng sự (1982); Detwiler và Hall (1988); Dixin, Brown (1994); Brown, Hall và cộng sự (1996); Malhi, Baldocchi (1999)…[7]. Từ những nghiên cứu trong lĩnh vực này, Woodwell đã đưa ra bảng thống kê lượng carbon theo kiểu rừng. Theo đó, tổng lượng carbon ở lục địa là 547 tỷ tấn,và lượng carbon được lưu giữ trong kiểu rừng mưa nhiệt đới là cao nhất (340 tỷ tấn), chiếm hơn 62% tổng lượng carbon trên bề mặt trái đất, trong khi đó đất trồng trọt chỉ chứa khoảng 7 tỷ tấn  1% (dẫn theo Phạm Tuấn Anh - 2007) [2]. Điều đó chứng tỏ rằng, việc chuyển đổi đất rừng sang đất nông nghiệp sẽ làm mất cân bằng sinh thái, gia tăng lượng khí phát thải gây hiệu ứng nhà kính. Khả năng lưu trữ carbon của rừng nhiệt đới châu Á là đối tượng quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu như: Brown và cộng sự (năm 1980); Paml C.A và cộng sự (1986), Houghton R.A(1991). Kết quả nghiên cứu của Brawn (1991); Murdiyarso D. (1995); Joyotee Smith và Sara J.Scherr (2002) đã định lượng được lượng carbon lưu giữ trong các kiểu rừng nhiệt đới và trong các loại hình sử dụng đất ở Brazil, Indonesia và Cameroon. Theo nghiên cứu của Lasco năm 2003 cũng cho thấy rừng trồng thương mại cây mọc nhanh tích lũy được 0,5 – 7,82 tấn C/ha/năm tùy theo loài cây và tuổi [49]. Khi nghiên cứu lượng carbon lưu trữ trong rừng trồng nguyên liệu giấy, Romain Pirard (2005) đã tính lượng carbon lưu trữ dựa trên tổng sinh khối tươi trên mặt đất, thông qua lượng sinh khối khô (không còn độ ẩm) bằng cách lấy tổng sinh khối tươi
9 nhân với hệ số 0.49, sau đó nhân sinh khối khô với hệ số 0.5 để xác định lượng carbon lưu trữ trong cây (theo Lê Huy Bá – 2001) [3]. Năm 1994, Brown và Pearce đưa ra các số liệu đánh giá lượng carbon và tỷ lệ thất thoát đối với rừng nhiệt đới. Đối với rừng nhiệt đới, có tới 50% lượng carbon dự trữ trong thảm thực vật và 50% dự trữ trong đất [35]. Nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu về khả năng hấp thụ carbon của rừng trên toàn thế giới, tiêu biểu phải kể đến: Brown và cộng sự (1996) [34] đã ước lượng tổng lượng carbon mà hoạt động trồng rừng trên thế giới có thể hấp thu tối đa trong vòng 50 năm (1995 - 2000) là khoảng 60 - 87 Gt C, với 70% ở rừng nhiệt đới, 25% ở rừng ôn đới và 5% ở rừng cực bắc (Cairns et al., 1997) [36]. Tính tổng lại rừng trồng có thể hấp thu được 11 - 15% tổng lượng CO2 phát thải từ nguyên liệu hoá thạch trong thời gian tương đương. Tổng lượng hấp thu dự trữ carbon của rừng trên toàn thế giới khoảng 830 Pg C, trong đó carbon trong đất lớn hơn 1,5 lần carbon dự trữ trong thảm thực vật (Brown, 1997) [34]. Năm 1999, một nghiên cứu về lượng phát thải carbon hàng năm và lượng carbon dự trữ trong sinh quyển được Malhi và Baldocchi thực hiện. Theo các tác giả này thì sự phát thải từ các hoạt động của con người (như đốt nhiên liệu hóa thạch,…) tạo ra 7,1 ±1,1 Gt C/năm đi vào khí quyển, 46% còn lại trong khí quyển, khi đó 2,0 ± 0,8 Gt C/năm được chuyển vào đại dương; 1,8 ± 1,6 Gt C/năm được giữ trong bể trữ carbon trái đất (dẫn theo Võ Đại Hải - 2008) [7]. Công trình nghiên cứu tương đối toàn diện và có hệ thống về lượng carbon tích luỹ của rừng được thực hiện bởi Ilic (2000) và Mc Kenzie (2001) Theo Mc Kenzie (2001), carbon trong hệ sinh thái rừng thường tập trung ở bốn bộ phận chính: thảm thực vật còn sống trên mặt đất, vật rơi rụng, rễ cây và đất rừng. Việc xác định lượng carbon trong rừng thường được thực hiện thông qua xác định sinh khối rừng [47].
10 Theo Schimel và cộng sự, trong chu trình carbon toàn cầu, lượng carbon lưu trữ trong thực vật thân gỗ và trong lòng đất khoảng 2.5Tt, trong khi đó khí quyển chỉ chứa 0.8Tt (dẫn theo Phạm Tuấn Anh - 2007) [2]. Khí quyển = 760 Tích lũy 3.3±0.2 Nhiên liệu hóa thạch và hoạt Hấp thụ của đại động công nghiệp Hấp thụ bề mặt 0.7± 1.0 6.3±0.6 dương 2.3 ± 0.8 Hô hấp và cháy=60 Trao đổi không khí đại dương Rửa trôi=0.8 = 90 Đất=2000 Thực vật = 500 Đại dương = 39000 Trầm tích=0.2 Hữu cơ và khoáng chất chứa C > 6000 Hình 1.1: Sơ đồ Chu trình carbon toàn cầu (Theo Schimel, 2001) Theo chu trình trên, trong tổng số 6.3Gt – 6.6Gt lượng carbon thải ra từ các hoạt động của con người, có khoảng 0.7Gt – 1.7Gt được hấp thụ bởi các hệ sinh thái bên trên bề mặt trái đất. Và hầu hết lượng carbon trên trái đất được tích lũy trong sinh khối cây rừng, đặc biệt là rừng mưa nhiệt đới. Y. Morikawa đã tính khối lượng carbon chiếm 50% khối lượng sinh khối khô, phương pháp này đã được trung tâm Hợp tác Quốc tế và xúc tiến Lâm nghiệp Nhật Bản (JIFPRO) áp dụng (dẫn theo Võ Đại Hải - 2008) [7]. Trong các nghiên cứu về sự biến động carbon sau khai thác rừng phải kể đến các công trình của Lasco. Theo Rodel D. Lasco (2002), lượng carbon tích luỹ bởi rừng chiếm 47% tổng lượng carbon trên trái đất, nên việc chuyển đổi đất rừng thành các loại hình sử dụng đất khác có tác động mạnh mẽ đến chu trình carbon. Các hoạt động lâm nghiệp và sự thay đổi phương thức sử
11 dụng đất, đặc biệt là sự suy thoái rừng nhiệt đới là một nguyên nhân quan trọng làm tăng lượng CO2 trong khí quyển, ước tính có khoảng 1,6 tỷ tấn/năm trong tổng số 6,3 tỷ tấn khí CO2/năm được phát thải ra do các hoạt động của con người. Vì vậy, khả năng lưu giữ carbon của rừng nhiệt đới và sự biến động của nó có ý nghĩa rất to lớn trong việc hạn chế quá trình biến đổi khí hậu toàn cầu [48]. Tổng kết lại, các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu lượng carbon lưu trữ của rừng theo các hướng tiếp cận chủ yếu sau: + Tiếp cận thứ nhất: Phương pháp sinh khối - Tính toán và dự báo khối lượng sinh khối khô của rừng/đơn vị diện tích (tấn/ha) tại thời điểm cần thiết trong quá trình sinh trưởng. Từ đó tính lượng carbon tồn trữ trong vật chất hữu cơ của rừng; Tại Trung Quốc có Lý Ý Đức (1999) áp dụng và từ lâu người ta đã dùng phương pháp sinh khối để xác định lượng carbon tích luỹ của rừng – đó cũng chính là phương pháp điều tra tài nguyên rừng truyền thống [54]. + Tiếp cận thứ hai: Phương pháp đốt tươi và đốt khô các mẫu chất thứ cấp dùng để phân tích hàm lượng carbon của Rayment và Higginsin(1992) bằng oxi tinh khiết trong môi trường nhiệt độ cao và chuyển toàn bộ carbon thành carbonoxit, sau đó carbonoxit được tách ra bằng máy dò của dòng Heli tinh khiết. Các loại oxit khác ( nitơ, lưu huỳnh,...) được tách ra từ dòng khí. Hàm lượng carbon được tính toán bằng phương pháp không tán sắc của vùng quang phổ hồng ngoại. Phân tích hàm lượng carbon bằng hai phương pháp phét sắc ký của dòng khí và quang phổ khối (Giford, 2000). + Tiếp cận thứ ba: Dùng quan hệ tương quan giữa W – V để xác định lượng W tinh làm cơ sở để tính lượng carbon tích lũy của rừng. + Tiếp cận thứ tư: Phương pháp thể tích - Căn cứ vào thể tích là chính để tính lượng carbon tích lũy của rừng (IEEAF, 2002); Căn cứ vào thể tích thực tế để xác định lượng carbon bình quân của những loài cây chủ yếu.
12 + Tiếp cận thứ năm: Phương pháp xác định qua điều tra chất hữu cơ đất và Phương pháp tách qua đường carbon cơ sở. 1.1.2. Ở Viê ̣t Nam Việt Nam là một nước đang phát triển, quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước diễn ra mạnh mẽ đã cải thiện đời sống cho người dân nhưng đồng thời cũng làm gia tăng những vấn đề bức xúc về môi trường. Theo số liệu kiểm kê KNK quốc gia ở Việt Nam năm 1994, tổng phát thải khí nhà kính tương đương 103,8 triệu tấn CO2, bình quân theo đầu người khoảng 1,4 triệu tấn. Do đó, Việt Nam không được xếp vào phụ lục 1 của thế giới, nghĩa là việc phát thải CO2 vào khí quyển còn quá nhỏ so với mặt bằng chung của thế giới, nên chưa bắt buộc phải giảm. Đây chính là cơ hội để các nước phát triển đầu tư vào các dự án phát triển kinh tế Việt Nam, đặc biệt là các dự án CDM trong lâm nghiệp. - Nghiên cứu sinh khối và năng suất rừng So với những vấn đề nghiên cứu khác trong lĩnh vực lâm nghiệp, nghiên cứu về sinh khối rừng ở nước ta được tiến hành khá muộn (khoảng cuối thập kỷ 80), mặc dù các công trình nghiên cứu tiến hành khá tản mạn và chưa có hệ thống nhưng các nghiên cứu này cũng đã đem lại những kết quả rất có ý nghĩa và để lại nhiều dấu ấn [7]. Các công trình nghiên cứu chỉ tập trung vào một số đối tượng nhất định như: Rừng ngập mặn (Nguyễn Hoàng Trí, 1986; Đặng Trung Tấn, 2001); Thông (Ngô Đình Quế, 1971; Lê Hồng Phúc, 1996; Nguyễn Ngọc Lung và Ngô Đình Quế, Viên Ngọc Nam & Nguyễn Dương Thụy, 1991; Nguyễn Văn Bé, 1999); Keo lá tràm (Vũ Văn Thông; 1998; Hoàng Văn Dưỡng, 2000)... Hà Văn Tuế (1994) cũng trên cơ sở phương pháp “cây mẫu” của Newboul P.J (1967) nghiên cứu năng suất, sinh khối một số quần xã rừng trồng nguyên liệu giấy tại vùng trung du Vĩnh Phú [29]. Tuy nhiên, việc nghiên cứu sinh khối của các tác giả trên mới chỉ tìm ra
13 mối quan hệ giữa các bộ phận cây để từ đó đánh giá khả năng đem lại giá trị về gỗ của cây rừng mà chưa hướng vào nghiên cứu lợi ích môi trường. Từ khi Cơ chế phát triển sạch được thông qua và thực sự trở thành một cơ hội mới cho ngành lâm nghiệp thì những nghiên cứu về sinh khối rừng ở nước ta bắt đầu nhận được sự quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học. Trong đó, đối tượng nghiên cứu chính vẫn là các loài Thông, Keo, Bạch đàn. Trong khoảng thời gian từ năm 2003 – 2005, Ngô Đình Quế và các cộng tác viên đã tiến hành nghiên cứu xây dựng tiêu chí, chỉ tiêu trồng rừng theo cơ chế phát triển sạch ở Việt Nam và bước đầu đã đánh giá khả năng hấp thụ carbon thực tế của một số loại rừng trồng ở Việt Nam: Thông nhựa, Keo lai, Keo tai tượng, Keo lá tràm, Bạch đàn Uro [20]. Nguyễn Ngọc Lung (2004) đã nghiên cứu sinh khối rừng trồng Thông ba lá để làm cơ sở tính toán khả năng cố định carbon của loài cây này. Đây được coi là công trình nghiên cứu có ý nghĩa khoa học cao bởi tác giả đã xây dựng được một số hàm tương quan mang tính chất định lượng trong việc xác định sinh khối tạo tiền đề xây dựng các dự án AR – CDM sau này [12]. Theo Nguyễn Văn Dũng (2005), rừng trồng Thông mã vĩ thuần loài 20 tuổi có tổng sinh khối tươi (trong cây và vật rơi rụng) là 321,7- 495,4 tấn/ha, tương đương với lượng sinh khối khô là 173,4 - 266,2 tấn. Rừng Keo lá tràm trồng thuần loài 15 tuổi có tổng sinh khối tươi (trong cây và trong vật rơi rụng) là 251,1 - 433,7 tấn/ha, tương đương với lượng sinh khối khô thân là 132,2 - 223,4 tấn/ha [5]. Vũ Tấn Phương (2006) khi nghiên cứu về sinh khối cây bụi thảm tươi tại Đà Bắc - Hòa Bình; Hà Trung, Thạch Thành, Ngọc Lặc - Thanh Hóa cho kết quả: Sinh khối tươi biến động rất khác nhau giữa các loại thảm tươi cây bụi: Lau lách có sinh khối tươi cao nhất, khoảng 104 tấn/ha, tiếp đến là trảng cây bụi cao 2- 3 m có sinh khối tươi đạt khoảng 61 tấn/ha. Các loại cỏ như cỏ
14 lá tre, cỏ tranh và cỏ chỉ (hoặc cỏ lông lợn) có sinh khối biến động khoảng 22- 31 tấn/ha. Về sinh khối khô: lau lách có sinh khối khô cao nhất, 40 tấn/ha; cây bụi cao 2-3 m là 27 tấn/ha; cây bụi cao dưới 2 m và tế guột là 20 tấn/ha; cỏ lá tre 13 tấn/ha; cỏ tranh 10 tấn/ha; cỏ chỉ, cỏ lông lợn 8 tấn/ha [18]. Nguyễn Ngọc Lung và Nguyễn Tường Vân (2004) đã sử dụng biểu quá trình sinh trưởng và biểu Biomass để tính toán sinh khối rừng [12]. Lý Thu Quỳnh (2007) với công trình “Nghiên cứu sinh khối và khả năng hấp thụ carbon của rừng Mỡ (Manglietia conifera Dandy) trồng tại Tuyên Quang và Phú Thọ” đã dựa trên lượng sinh khối và carbon hấp thụ được để đưa ra các phương trình tương quan giúp cho việc nghiên cứu sinh khối và khả năng hấp thụ carbon của rừng Mỡ được dễ dàng hơn [22]. - Nghiên cứu khả năng hấp thụ carbon của rừng Một điểm khá chung của các công trình nghiên cứu về lượng carbon hấp thụ của rừng là hầu hết các tác giả thường thiết lập mối quan hệ giữa lượng carbon tích lũy của rừng với các nhân tố điều tra cơ bản như đường kính, chiều cao vút ngọn, mật độ, tuổi... cụ thể như Nguyễn Tuấn Dũng (2005) đã lập phương trình cho 2 loài Thông mã vĩ và Keo lá tràm; Ngô Đình Quế (2005) đã xây dựng mối quan hệ cho các loài Thông nhựa, Keo lai, Keo tai tượng, Keo lá tràm, Bạch đàn Uro; Vũ Tấn Phương (2006) xây dựng các phương trình quan hệ cho Keo lai, Keo tai tượng, Keo lá tràm, Bạch đàn Urophylla, Quế. Đây là những cơ sở quan trọng cho việc xác định nhanh lượng carbon tích lũy của rừng trồng nước ta thông qua điều tra một số nhân tố đơn giản. Khả năng hấp thụ carbon của rừng tự nhiên cũng được quan tâm nghiên cứu. Vũ Tấn Phương (2006) đã nghiên cứu trữ lượng carbon theo các trạng thái rừng. Kết quả nghiên cứu cho biết: rừng giàu có tổng trữ lượng carbon 694,9 - 733,9 tấn CO2/ha; rừng trung bình 539,6-577,8 tấn CO2/ha; rừng
15 nghèo 387,0-478,9 tấn CO2/ha; rừng phục hồi 164,9 - 330,5 tấn CO2/ha và rừng tre nứa là 116,5 - 277,1 tấn CO2/ha; đồng thời tính toán trữ lượng carbon trong sinh khối thảm tươi cây bụi tại Hòa Bình và Thanh Hóa là 20 tấn/ha với lau lách; 14 tấn/ha với cây bụi cao 2-3 m; khoảng 10 tấn/ha với cây bụi dưới 2m và tế guột; 6,6 tấn/ha với cỏ lá tre; 4,9 tấn/ha với cỏ tranh; cỏ chỉ, cỏ lông lợn là 3,9 tấn/ha [18]. Đây là một kết quả nghiên cứu rất quan trọng không những chỉ đóng góp cho phương pháp luận nghiên cứu sinh khối cây bụi thảm tươi mà còn là căn cứ khoa học để xây dựng kịch bản đường cơ sở cho các dự án trồng rừng CDM sau này. Nguyễn Ngọc Lung, Nguyễn Tường Vân đã sử dụng công thức tổng quát của quá trình quang hợp để tính ra hệ số chuyển đổi từ sinh khối khô sang CO2 đã hấp thụ là 1,630/1. Căn cứ vào biểu quá trình sinh trưởng và biểu Biomass các tác giả tính được 1 ha rừng Thông 60 tuổi ở cấp đất III chứa đựng 707,75 tấn CO2 [12]. Theo Hoàng Xuân Tý (2004), nếu tăng trưởng rừng đạt 15 m3/ha/năm, tổng sinh khối tươi và chất hữu cơ của rừng sẽ đạt được xấp xỉ 10 tấn/ha/năm tương đương 15 tấn CO2/ha/năm, với giá thương mại CO2 tháng 5/2004 biến động từ 3-5 USD/tấn CO2, thì một ha rừng như vậy có thể đem lại 45-75 USD (tương đương 675.000 - 1.120.000 đồng Việt Nam) mỗi năm [30]. Trung tâm sinh thái rừng và môi trường trong đề tài nghiên cứu định giá rừng đã đưa ra ước tính carbon thông qua đường kính cây rừng cho 5 loài cây trồng rừng là Acacia mangium, A.auriculiformis; A.hybrid; Pinus assoniana và P.merkusii [10]. Võ Đại Hải (2009) cũng đã có nghiên cứu và lập các mối quan hệ để ước tính carbon hấp thụ trong rừng trồng bạch đàn [7]. Phạm Tuấn Anh (2007) khi nghiên cứu năng lực hấp thụ CO2 của rừng tự nhiên lá rộng thường xanh tại Tuy Đức – ĐăkNông đã tiếp cận theo từng loài cây trong rừng tự nhiên như Chò xót, Trâm,... Trên cơ sở này, năm 2009,
16 Bảo Huy đã phát triển phương pháp nghiên cứu ước tính trữ lượng carbon trong các bể chứa ở các hệ sinh thái rừng tự nhiên Việt Nam [2]. 1.2. Đặc điểm đối tượng nghiên cứu của đề tài 1.2.1. Dẻ đỏ (Castanaopsis hystrix A.DC.) - Đặc điểm nhận biết Cây gỗ lớn thường xanh, cao 25 – 30m, đường kính có thể tới 1m. Cành non phủ lông nâu vàng. Lá hình trứng trái xoan hoặc ngọn giáo, dài 7 – 12cm rộng 2 – 3.5cm, đầu nhọn dần, đuôi nêm rộng; mép lá nguyên hoặc phía đầu có 3- 4 răng cưa; mặt dưới lá phủ lông hoặc vẩy nâu vàng; gân bên 10 - 14 đôi. Cuống là dài 0,8mm. Hoa tự đực hình bông đuôi sóc cuống hoa tự phủ lông. Hoa cái mọc lẻ trong đấu và rải rác trên bông. Đấu hình cầu thường nứt 4, đường kính liền gai 3 – 4cm, gai hình kim nhọn, hợp ở gốc thành từng bó, che kín đấu. Quả kiên hình trứng, đường kính 0.8 – 1.5cm, không phủ lông. - Đặc tính sinh học và sinh thái học Mùa hoa tháng 4 – 5, quả rụng tháng 11 – 12. Cây 15 tuổi bắt đầu ra hoa kết quả. Dẻ gai đỏ là loài cây trung sinh, lúc nhỏ cần che bóng. Tái sinh tự nhiên tốt dưới tán rừng. Sau 5 tuổi cây mọc tương đối nhanh. Cây thường phân bố ở độ cao 300 – 1500m. - Phân bố địa lý Có thể gặp Dẻ gai đỏ ở các tỉnh Sơn La, Lào Cai, Hà Nội, Nghệ An, Hà Tĩnh, Gia Lai, Kon Tum, Phú Khánh, Lâm Đồng... - Giá trị Lõi gỗ lớn màu nâu đỏ, giác nhạt hơn. Thớ gỗ khô, khi khô hơi nứt rạn. Gỗ dễ làm, khó mối mục, thích hợp để xây dựng, đóng tầu thuyền, làm nông cụ. Vỏ và đấu giàu tanin. Hạt có thể ăn được.
17 1.2.2. Sồi phảng (Castanopsis cerebrina) - Đặc điểm nhận biết Cây gỗ nhỡ, cao 20- 25m, đường kính có thể tới 80cm, thân thẳng phân cành cao, có múi, gốc có bạnh vè nhỏ. Vỏ mỏng màu xám nhạt. Cành thẳng, tỉa cành tự nhiên tốt, mỗi năm có 2 vòng cành. Lá đơn mọc cách, có lá kèm sớm rụng, lá hình trứng ngược hoặc ngọn giáo, dài 17 – 18cm, rộng 4-8 cm đầu có mũi nhọn ngắn, đuôi hình nêm, mép lá ở 3/4 phía đầu có răng cưa nhọn; gân bên 16 – 20 đôi kéo dài tới đỉnh răng cưa. Màu sắc 2 mặt lá phân biệt rõ, mặt trên xanh thẳm, mặt dưới phủ lông ngắn màu gỉ sắt óng ánh. Cuống lá dài 1.5 – 2cm. Rễ cọc ngắn không ăn sâu, hệ rễ bên thường rộng hơn đường kính tán lá. Cây có khả năng liền rễ. Hoa đơn tính cùng gốc, bông đuôi sóc đực, dựng đứng nghiêng, bao hoa 6, nhị 10 – 12, bông đuôi sóc cái dài 5 – 6cm, hoa cái thưa trải đều trên bông. Đấu có cuống ngắn 0,4cm; đường kính 1,7 – 1,8cm bọc 1/2 – 2/3 quả, phía trong phủ nhiều lông mịn, phía ngoài phủ lông vàng óng ánh. Vẩy trên đấu thưa, hình thuôn dài, xếp thành nhiều hàng không đều. Quả hình trụ đầu có mũi nhọn ngắn, dễ rời khỏi đấu, dài 2.5cm, đường kính 1.5cm; sẹo phẳng hoặc hơi lồi, đường kính 0.6 – 0.7 cm. Khi chín quả màu nâu vàng. - Đặc tính sinh học và sinh thái học Cây có nhịp điệu sinh trưởng trong năm, mỗi năm đổi ngọn một lần. Cây mọc tương đối nhanh, ở tuổi 15 cao trung bình 15m, đường kính 18cm. Cây thường xanh, ra hoa tháng 4 – 6, quả chín tháng 4 – 5 năm sau, chu kỳ sai quả 2 năm. Tái sinh hạt và chồi tốt. Cây ưa sáng, lúc nhỏ thích hợp với độ tàn che 0.5 – 0.6; là cây tiên phong nơi còn tính chất đất rừng. Sồi phảng thường phân bố trên đồi cao 300 – 800m có đất feralit phát triển trên sa thạch hoặc phiến thạch.