Luận văn Thạc sĩ Lâm nghiệp: Nghiên cứu khả năng tích lũy Carbon của một số loại rừng trồng tại Hương Sơn – Hà Tĩnh

Chia sẻ: Tri Lễ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:100

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Nghiên cứu khả năng tích lũy Carbon của một số loại rừng trồng tại Hương Sơn – Hà Tĩnh" nghiên cứu nhằm bổ sung thêm những thông tin cần thiết về những loài cây này để chúng ta hiểu rõ hơn về chúng và chúng ngày càng được trồng rộng rãi hơn phát huy được vai trò bảo vệ môi trường.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Lâm nghiệp: Nghiên cứu khả năng tích lũy Carbon của một số loại rừng trồng tại Hương Sơn – Hà Tĩnh

1 LỜI CẢM ƠN Luâ ̣n văn đươ ̣c hoàn thành theo chương trình đào ta ̣o cao ho ̣c khóa 16 Trường Đa ̣i ho ̣c Lâm nghiê ̣p – Viêṭ Nam. Hoàn thành luâ ̣n văn tha ̣c sỹ này, tôi đã nhâ ̣n đươ ̣c sự quan tâm giúp đỡ của Ban giám hiê ̣u, Khoa đào ta ̣o sau đa ̣i ho ̣c trường Đa ̣i ho ̣c Lâm nghiêp, ̣ thầ y giáo hướng dẫn khoa ho ̣c, UBND huyê ̣n Hương Sơn, đã ta ̣o điề u kiêṇ thuâ ̣n lơ ̣i trong suố t quá trình ho ̣c tâ ̣p và thực hiê ̣n đề tài. Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biế t ơn đế n sự giúp đỡ quý báu đó. Tôi xin bày tỏ lòng biế t ơn sâu sắ c tới các thầ y cô giáo, đă ̣c biêṭ là thầ y giáo, PGS.TS. Hoàng Kim Ngũ, người trực tiế p hướng dẫn khoa ho ̣c, đã tâ ̣n tiǹ h giúp đỡ, truyề n đa ̣t những kiế n thức, kinh nghiê ̣m quý báu và đã giành những tình cảm tố t đep̣ cho tôi trong quá trình hoàn thành luâ ̣n văn. Nhân dip̣ này, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của UBND huyê ̣n Hương Sơn, cùng gia đin ̀ h và đoàn thể các đồ ng nghiê ̣p, ba ̣n bè đã tâ ̣n tiǹ h giúp đỡ và đô ̣ng viên tôi trong suố t quá trình ho ̣c tâ ̣p và thực hiêṇ luâ ̣n văn này. Mă ̣c dù đã làm viê ̣c với tấ t cả sự nỗ lực, nhưng do ha ̣n chế về trình đô ̣ và thời gian có ha ̣n nên luâ ̣n văn không thể tránh khỏi những thiế u sót. Tôi rấ t mong nhâ ̣n đươ ̣c những ý kiế n đóng góp quý báu của các Thầ y giáo, cô giáo, các nhà khoa ho ̣c và ba ̣n bè đồ ng nghiêp̣ để luâ ̣n văn đươ ̣c hoàn thiêṇ hơn. Tôi xin trân tro ̣ng cảm ơn./. Xuân Mai, tháng 6 năm 2010 Tác giả
2 MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cảm ơn .......................................................................................................i Mục lục .............................................................................................................ii Danh mục những từ viết tắt ..............................................................................v Danh mục các bảng .........................................................................................vi Danh mục các hình……..……………………………………………….… ..vii ĐẶT VẤN ĐỀ ......................................................................................... ….…1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................4 1.1.Trên thế giới ..........................................................................................4 1.1.1. Nghiên cứu về khả năng hấp thụ carbon của thực vật .....................4 1.1.2. Nghiên cứu về sinh khối ..................................................................8 1.2. Ở Việt Nam ........................................................................................13 1.2.1. Nghiên cứu về sinh khối và khả năng hấp thụ cacbon từ rừng...13 1.2.2. Nghiên cứu về loài Keo, Bạch đàn .................................................16 1.3. Nhận xét chung ...................................................................................18 Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, GIỚI HẠN, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................................19 2.1. Mục tiêu nghiên cứu ……………………………………………..….19 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ………………………………..…19 2.3. Nội dung nghiên cứu ..........................................................................20 2.4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................20 2.4.1. Quan điểm và cách tiếp cận đề tài ..............................................20 2.4.2. Phương pháp thu thập số liệu .....................................................21 2.4.2.1. Kế thừa tài liệu ................................................................21 2.4.2.2. Phương pháp điều tra và thu thập số liệu trên ô tiêu chuẩn điển hình .........................................................................................................22
3 2.4.3. Phương pháp xử lý số liệu ..........................................................27 2.4.3.1. Phương pháp tính toán sinh khối .....................................27 2.4.3.2. Phương pháp xây dựng mối quan hệ giữa sinh khối với các nhân tố điều tra .....................................................................................29 Chương 3 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU ...............................................................................................31 3.1. Điều kiên tự nhiên ………………………………………………..…31 3.1.1. Vị trí địa lý ………………………………………………… ....31 3.1.2. Địa hình, địa mạo ………………………………………..…….31 3.1.3. Khí hậu thủy văn ………………………………………..……..32 3.1.4. Địa chất thổ nhưỡng ………………………………………..……..34 3.2. Điều kiện kinh tế - xã hội ……………………………………..…….34 3.3. Lịch sử rừng trồng và tình hình phân bố các dạng rừng ………..….35 Chương.4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .............................37 4.1. Nghiên cứu sinh khối tầng cây cao …………………………...……..37 4.1.1. Nghiên cứu sinh khối tầng cây cao …………………………....37 4.1.1.1. Cấu trúc sinh khối tươi tầng cây cao ………………..….37 4.1.1.2. Cấu trúc sinh khối khô tầng cây cao………………...….41 4.1.1.3. So sánh cấu trúc sinh khối khô và sinh khối tươi ……....45 4.1.2. Mối quan hệ giữa sinh khối tươi cây cá lẻ với các nhân tố điều tra ………………………………………………………………………….…....47 4.2. Nghiên cứu sinh khối cây bụi thảm tươi và vật rơi rụng ...................50 4.2.1. Cấu trúc sinh khối cây bụi, thảm tươi ........................................50 4.2.2. Cấu trúc sinh khối vật rơi rụng ..................................................52 4.3. Nghiên cứu tổng sinh khối toàn lâm phần ………………………..…53 4.3.1. Nghiên cứu tổng sinh khối tươi toàn lâm phần ……………..…53 4.3.2. Nghiên cứu tổng sinh khối khô toàn lâm phần …………….....57
4 4.4. Nghiên cứu lượng carbon tích lũy trong cây cá lẻ ……………….....59 4.4.1. Cấu trúc carbon tích lũy trong cây cá lẻ …………………...…..59 4.4.2. Mối quan hệ giữa hàm lượng C cây cá lẻ với các nhân tố điều tra……………………………………………………………….………….. 63 4.5. Nghiên cứu lượng carbon tích lũy trong cây bụi thảm tươi, vật rơi rụng ………………………………………………………………………….64 4.5.1. Nghiên cứu lượng carbon tích lũy trong cây bụi thảm tươi..…. 64 4.5.1.1. Cấu trúc carbon tích lũy trong cây bụi, thảm tươi ............65 4.5.2. Nghiên cứu lượng carbon tích lũy trong vật rơi rụng ………....66 4.5.1.1. Cấu trúc carbon tích lũy trong cây bụi, thảm tươi .............66 4.6. Nghiên cứu tổng lượng carbon tích lũy trong rừng ...........................67 4.7. Đề xuất một số ứng dụng trong việc xác định sinh khối, xác định hàm lượng C và chọn loài cây trồng ………………………………………….….71 Chương 5 KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ ...........................................72 5.1. Kết luận …………………………………………………….…….…72 5.2. Tồn tại ……………………………………………………….….…..74 5.3. Kiến nghị …………………………………………………….….…..75 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
5 DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT ÔTC Ô tiêu chuẩn ÔDB Ô dạng bản KNK Khí nhà kính N Mật độ (cây/ha) CBTT Cây bụi thảm tươi JI Cơ chế Đồng thực hiện JIFPRO Trung tâm Hợp tác Quốc tế và xúc tiến Lâm nghiệp Nhật Bản NIRI Viện nghiên cứu Nissho Iwai - Nhật Bản NLKH Nông lâm kết hợp VRR Vật rơi rụng IPCC Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu C Lượng carbon hấp thụ SKtươi Sinh khối tươi D1.3 Đường kính ngang ngực Hvn Chiều cao vút ngọn W Sinh khối W(t) Sinh khối tươi W(k) Sinh khối khô C cacbon CDM clean
6 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Lượng Carbon tích lũy trong các kiểu rừng (Theo Woodwell, Pecan, 1973)……………………………………………………………….…5 Bảng 3.1: Số liệu quan trắc khí tượng …………………………………..…..31 Bảng 4.1. Cấu trúc sinh khối tươi của cây cá lẻ …………………………....38 Bảng 4.2: Cấu trúc sinh khối khô của cây rừng …………………………....42 Bảng 4.3: So sánh cấu trúc sinh khối tươi và khô …………………………45 Bảng 4.4: Cấu trúc sinh khối cây bụi, thảm tươi dưới tán rừng trồng ............50 Bảng 4.5: Cấu trúc sinh khối vật rơi rụng ....................................................52 Bảng 4.6: Tổng sinh khối tươi toàn lâm phần theo loài …………………...54 Bảng 4.7: Tổng sinh khối khô toàn lâm phần theo loài ……………………58 Bảng 4.8: Cấu trúc lượng Carbon tích lũy trong cây cá lẻ ………………....60 Bảng 4.9: Cấu trúc lượng Carbon tích lũy trong cây bụi, thảm tươi …..…..65 Bảng 4.10: Cấu trúc lượng Carbon tích lũy trong vật rơi rụng …………….66 Bảng 4.11 : Lượng carbon tích lũy trong lâm phần .....................................67
7 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. 1:Chu trình carbon toàn cầu (Theo UNEP, 2005)……………….….4 Hình 2.1: Sơ đồ nghiên cứu sinh khối............................................................21 Hình 2.2: Sơ đồ điều tra OTC điển hình .......................................................23 Hình 2.3: Cách bố trí 20 ô dạng bản điển hình trong OTC 600m2 ................23 Hình 2.4: Phương pháp nghiên cứu ...............................................................30 Hình 3.1: Biểu đồ khí hậu Gaussen – Walter ……………………………....34 Hình 4.1: Tỷ lệ sinh khối tươi trong từng bộ phận cây rừng …………….…40 Hình 4.2: Tỷ lệ sinh khối tươi trung bình ở cả 3 loài ………………….…...41 Hình 4.3: Tỷ lệ sinh khối tươi trong từng bộ phận cây rừng …………….…44 Hình 4.4: Tỷ lệ sinh khối tươi trung bình ở cả 3 loài ………………….…...45 Hình 4.5: Tỷ lệ sinh khối tươi ở cả 3 loài …………………………….….…47 Hình 4.6: Tỷ lệ sinh khối khô ở cả 3 loài ……………………………….…..47 Hình 4.7: Mối quan hệ giữa sinh khối tươi loài BĐ với D1.3…………….... 48 Hình 4.8: Mqh giữa sinh khối tươi loài Bạch đàn với chiều cao………….... 48 Hình 4.9: Mqh giữa sinh khối tươi loài Keo lai với đường kính …………....49 Hình 4.10: Mqh giữa sinh khối tươi loài Keo lai với chiều cao ………….…49 Hình 4.11: Mqh giữa sinh khối tươi loài KTT với đường kính ……………..49 Hình 4.12: Mqh giữa sinh khối tươi loài Keo tai tượng với chiều cao ……...49 Hình 4.13: Tỷ lệ sinh khối tươi trong lâm phần …………………………….56 Hình 4.14: Tỷ lệ sinh khối tươi của 3 loài …………………………………..57 Hình 4.15: Tỷ lệ C ở các bộ phận của loài Bạch đàn ……………………….61 Hình4.16:Tỷ lệ C ở các bộ phận của loài Keo lai …………………………..61 Hình 4.17: Tỷ lệ C ở cac bộ phận của loài Keo tai tượng …………………..62 Hình 4.18 : Lượng C ở cả 3 loài……………………………… …….…..62 Hình 4.19: Mqh giữa lượng C của loài Bạch đàn với đường kính …………..63 Hình 4.20 : Mqh giữa lượng C của loài Bạch đàn với chiều cao …………….63
8 Hình 4.21: Mqh giữa lượng C của loài Keo lai với đường kính ……………..64 Hình 4.22 : Mqh giữa lượng C của loài Keo lai với chiều cao…………….....64 Hình 4.22 : Mqh giữa lượng C của loài Keo tai tượng với đường kính ….….64 Hình 4.24 : Mqh giữa lượng C của loài Keo tai tượng với chiều cao ………..64 Hình 4.25: Tỷ lệ C ở các thành phần trong lâm phần .....................................70 Hình 4.26: Lượng C hấp thụ trong cây ở cả 3 loài ........................................70
9 ĐẶT VẤN ĐỀ Nhiệt độ trái đất được tạo nên do sự cân bằng giữa năng lượng mặt trời đến bề mặt trái đất và năng lượng bức xạ của trái đất vào khoảng không gian bên ngoài hành tinh chúng ta. Năng lượng mặt trời chủ yếu là các tia sáng ngắn dễ dàng xuyên qua cửa sổ khí quyển. Trong khi đó, bức xạ của trái đất là sóng dài có năng lượng thấp, dễ dàng bị khí quyển giữ lại. Các tác nhân gây ra sự hấp thụ bức xạ sóng dài trong khí quyển là CO2, bụi, hơi nước, khí mêtan, khí CFC,…Kết quả của sự trao đổi không cân bằng về năng lượng giữa trái đất với không gian xung quanh dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ của khí quyển trái đất. Hiện tượng này diễn ra theo cơ chế tương tự như nhà kính trồng cây và được gọi là hiệu ứng nhà kính. Ngoài tác nhân chính gây hiệu ứng nhà kính ta còn thấy một tác nhân nữa rất quan trọng góp phần gia tăng CO2 trong khí quyển đó là việc tiêu thụ hoá thạch cùng với những hoạt động khác của con người. Sự gia tăng khí CO 2 và các khí khác trong khí quyển làm nhiệt độ trái đất tăng. Theo tính toán của các nhà khoa học, khi nồng độ CO2 trong khí quyển tăng gấp đôi, thì nhiệt độ bề mặt trái đất tăng lên khoảng 30C. Các số liệu nghiên cứu cho thấy nhiệt độ trái đất đã tăng 0,50C trong khoảng thời gian từ 1885 - 1940, do thay đổi nồng độ CO2 trong khí quyển từ 0,027% lên 0,035%. Dự báo. nếu không có biện pháp khắc phục hiệu ứng nhà kính, nhiệt độ trái đất sẽ tăng lên 1,5 - 4,50C vào năm 2050. Vai trò gây nên hiệu ứng nhà kính của các chất khí được xếp theo thứ tự CO2, CFC, CH4, O3, NO2. Sự gia tăng nhiệt độ trái đất do hiệu ứng nhà kính có tác động mạnh mẽ tới nhiều mặt của môi trường trái đất. Và hiện tượng này có xu hướng gia tăng nhanh hơn kể từ những năm 1950. Trong khi đó chỉ có Lâm nghiệp là ngành kinh tế duy nhất có khả năng hấp thụ khí nhà kính nhờ cây xanh quang hợp và tích lũy CO 2 trong gỗ và trong đất lâu dài. Tuy nhiên không phải cây rừng nào cũng có khả năng hấp
10 thụ cacbon như nhau. Các cây rừng khác nhau thì có khả năng hấp thụ cacbon khác nhau. Trong đó các chương trình trồng rừng khi lựa chọn các phương án trồng rừng đã không tính đến giá trị giảm phát thải khí nhà kính của các kiểu rừng khác nhau cũng như các giải pháp quản lý chúng. Do đó họ chưa lựa chọn được các phương án tối ưu cả về kinh tế lẫn môi trường, mà trong đó có chức năng giảm phát thải khí nhà kính là rất có ý nghĩa. Ở nước ta hiện nay, việc định giá rừng lần đầu tiên được đề cập và trở thành một vấn đề quan trọng trong Luật Bảo vệ và Phát triển rừng sửa đổi năm 2004 (Mục 5: Giá rừng, gồm các điều 33, 34 và 35). Cùng với việc định giá rừng thì cũng có nhiều công trình đã và đang tiến hành nghiên cứu về lượng giá các giá trị và dịch vụ môi trường của rừng, trong đó tập trung nhiều vào giá trị phòng hộ điều tiết nguồn nước và chống xói mòn đất,... Việc định lượng khả năng hấp thụ carbon và giá trị thương mại carbon của rừng là một phần quan trọng trong định lượng giá trị môi trường của rừng, đã và đang trở thành một đòi hỏi bức bách, khách quan không thể trì hoãn được nhằm đưa Luật Bảo vệ và Phát triển rừng vào thực tiễn sản xuất lâm nghiệp. Qua quá trình nghiên cứu thì cũng đã có nhiều công trình đã đạt được kết quả đáng kể, bước đầu đã xây dựng được cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu khả năng hấp thụ carbon của rừng theo cơ chế phát triển sạch CDM và định giá rừng ở Việt Nam. Tuy nhiên, những nghiên cứu hiện có về vấn đề này còn rất ít ỏi và tản mạn, chưa có hệ thống, thiếu các dữ liệu cơ bản nên chưa đủ có sở khoa học và thực tiễn cho việc định giá rừng nói chung, định giá trị thương mại carbon cho các dạng rừng nói riêng. Vì vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng của cây trồng đến phát thải khí nhà kính cũng là một đóng góp quan trọng trong việc định giá rừng. Khác với các cây Nông nghiệp thì các loài cây trong Lâm nghiệp đều là cây mọc chậm là cây trồng lâu năm. Chính vì vậy mà việc xác định khả năng
11 hấp thụ Carbon của cây rừng là rất khó và có độ chính xác thấp. Để giải quyết vấn đề này tôi xin lựa chọn một số loài cây trong nhóm loài cây mọc nhanh là Keo và Bạch đàn. Keo tai tượng (Acacia mangium), Keo lai (Acacia mangium x Acacia auriculiformis), Bạch đàn (Eucalyplus urophylla) là những loài cây có biên độ sinh thái rộng, có khả năng sinh trưởng nhanh, đây là nhóm loài cây xóa đói giảm nghèo cho đồng bào vùng cao và được trồng nhiều tại Việt Nam. Xuất phát từ tình trạng trên, đề tài: “Nghiên cứu khả năng tích lũy Carbon của một số loại rừng trồng tại Hương Sơn – Hà Tĩnh”. Nhằm bổ sung thêm những thông tin cần thiết về những loài cây này để chúng ta hiểu rõ hơn về chúng và chúng ngày càng được trồng rộng rãi hơn phát huy được vai trò bảo vệ môi trường
12 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Trên thế giới 1.1.1. Nghiên cứu về khả năng hấp thụ carbon của thực vật Trong chu trình carbon toàn cầu, lượng carbon lưu trữ trong thực vật thân gỗ và trong lòng đất khoảng 2,5 Tt (bao gồm trong đất, sinh khối tươi và vật rơi rụng), trong khi đó khí quyển chỉ chứa 0,8 Tt. Dòng carbon trao đổi do sự hô hấp và quang hợp của thực vật là 0,61 Tt và dòng trao đổi giữa không khí và đại dương là 0,92 Tt (Theo nguồn từ UNEP) [21]. Hình 1. 2:Chu trình carbon toàn cầu (Theo UNEP, 2005) Theo chu trình trên, trong tổng số 5,5 Gt - 6,6 Gt lượng carbon thải ra từ các hoạt động của con người, có khoảng 0,7 Gt được hấp thụ bởi các hệ sinh
13 thái bên trên bề mặt trái đất. Và hầu hết lượng carbon trên trái đất được tích lũy trong đại dương và các hệ sinh thái rừng, đặc biệt là rừng mưa nhiệt đới. Như ta đã biết, hầu hết lượng carbon trên trái đất được tích lũy trong sinh khối cây rừng, đặc biệt là rừng mưa nhiệt đới. Từ những nghiên cứu trong lĩnh vực này, Woodwell đã đưa ra bảng thống kê lượng carbon theo kiểu rừng như sau Bảng 1.1: Lượng Carbon tích lũy trong các kiểu rừng (Theo Woodwell, Pecan, 1973) Kiểu rừng Lượng carbon (tỷ tấn) Tỷ lệ (%) Rừng mưa nhiệt đới 340 62.16 Rừng nhiệt đới gió mùa 12 2.19 Rừng thường xanh ôn đới 80 14.63 Rừng phương bắc 108 19.74 Đất trồng trọt 7 1.28 Số liệu bảng 1.1 cho thấy lượng carbon được lưu giữ trong kiểu rừng mưa nhiệt đới là cao nhất, chiếm hơn 62% tổng lượng carbon trên bề mặt trái đất, trong khi đó đất trồng trọt chỉ chứa khoảng 1%. 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. Mặt khác ta còn thấy rừng mưa nhiệt đới có lượng carbon tích trữ lớn nhất khoảng 340 tỷ tấn, đất trồng trọt thấp nhất 7 tỷ tấn. 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. Các nghiên cứu từ trước cho thấy rừng đóng vai trò quan trọng trong chống lại biến đổi khí hậu do ảnh hưởng của nó đến chu trình carbon toàn cầu (C). Tổng lượng hấp thu dự trữ carbon của rừng trên toàn thế giới, trong đất
14 và thảm thực vật là khoảng 830 PgC, trong đó carbon trong đất lớn hơn 1,5 lần carbon dự trữ trong thảm thực vật (Brown, 1997). Đối với rừng nhiệt đới, có tới 50% lượng carbon dự trữ trong thảm thực vật và 50% dự trữ trong đất (Dixon et al., 1994; Brown, 1997; IPCC, 2000; Pregitzer and Euskirchen, 2004) [22,27]. Rừng trao đổi carbon với môi trường không khí thông qua quá trình quang hợp và hô hấp. Rừng ảnh hưởng đến lượng khí nhà kính theo 4 con đường: carbon dự trữ trong sinh khối và đất, carbon trong các sản phẩm gỗ, chất đốt sử dụng thay thế nguyên liệu hóa thạch (IPCC, 2000) [24]. Theo ước tính, hoạt động trồng rừng và tái trồng rừng trên thế giới có tỷ lệ hấp thu CO2 ở sinh khối trên mặt đất và dưới mặt đất là 0,4 - 1,2 tấn/ha/năm ở vùng cực bắc, 1,5 - 4,5 tấn/ha/năm ở vùng ôn đới, và 4-8 tấn/ha/năm ở các vùng nhiệt đới (Dixon et al., 1994; IPCC, 2000). Brown et al. (1996) đã ước lượng, tổng lượng carbon mà hoạt động trồng rừng trên thế giới có thể hấp thu tối đa trong vòng 55 năm (1995 - 2050) là vào 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). Tính tổng lại, rừng, trồng rừng có thể hấp thu được 11 - 15% tổng lượng CO2 phát thải từ nguyên liệu hóa thạch trong thời gian tương đương (Brown, 1997) [22,25,28]. Năm 1999, một nghiên cứu về lượng phát thải carbon hàng năm và lượng carbon dự trữ trong sinh quyển được Malhi, Baldocchi thực hiện. Theo những tác giả này, sự phát thải từ các hoạt động của con người (như đốt nhiên liệu hoá thạch,…) tạo ra 7,1 ± 1,1 Gt C/năm đi vào khí quyển, 46% còn lại trong khí quyển, trong 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. Năm 2000, ở Indonesia: Noordwijk đã nghiên cứu khả năng tích luỹ carbon của các rừng thứ sinh, các hệ NLKH và thâm canh cây lâu năm trung
15 bình là 2,5 tấn/ha/năm và đã nghiên cứu về mối quan hệ giữa điều kiện xung quanh với loài cây: khả năng tích luỹ carbon này biến động từ 0,5 - 12,5 tấn/ha/năm, rừng Quế 7 tuổi tích luỹ từ 4,49 - 7,19 kg C/ha. Có rất nhiều phương pháp để đánh giá khả năng hấp thụ CO2 của rừng. Tuy nhiên việc xác định khả năng hấp thụ CO2 một cách chính xác vẫn còn gặp nhiều khó khăn, sau đây là một số cách tiếp cận để xác định sinh khối rừng: - Tiếp cận thứ nhất: Phương pháp sinh khối - Tính toán và dự báo khối lượng Biomass khô của rừng/đơn vị diện tích (tấn/ha) tại thời điểm cần thiết trong quá trình sinh trưởng. Từ đó tính trực tiếp lượng CO2 hấp thụ và lượng C tồn trữ trong vật chất hữu cơ của rừng, hoặc tính khối lượng cacbon (C) bình quân (khoảng 50% của sinh khối Bioomass khô), rồi từ C lại suy ra CO2 theo phương pháp của GS. Y.Morikawa. Phương pháp này đã được trung tâm Hợp tác Quốc tế và xúc tiến Lâm nghiệp Nhật bản (JIFPRO); 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 Cacbon tích luỹ của rừng – Đó cũng chính là phương pháp điều tra tài nguyên rừng truyền thống (Theo Malhi, 1999; Mazangwi, 1999); - Tiếp cận thứ hai: Phương pháp đốt tươi và đốt khô các mẫu chất thứ cấp dùng để phân tích lượng cacbon của Rayment và Higginsin, 1992 bằng oxi tinh khiết trong môi trường nhiệt độ cao và chuyển toàn bộ cacbon thành cacbonoxit, sau đó cacbonoxit được tách ra bằng máy dò của dòng Heli tinh khiết. Các loại oxit khác ( nitơ, lưu huỳnh,...) được tách ra từ dòng khí. Lượng cacbon được tính toán bằng phương pháp không tán sắc của vùng quang phổ hồng ngoại. Phân tích lượng cacbon 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 cacbon tích lũy của rừng.
16 - Tiếp cận thứ tư: Phương pháp thể tích - Căn cứ vào thể tích là chính để tính lượng cacbon tích lũy của rừng (IEEAF, 2002); Căn cứ vào thể tích thực tế để xác định lượng cacbon bình quân của những loài cây chủ yếu. - Tiếp cận thứ năm: Phương pháp xác định qua điều tra chất hữu cơ đất và Phương pháp tách qua đường cacbon cơ sở. 1.1.2. Nghiên cứu về sinh khối Sinh khối (Biomass - W) và năng suất rừng là tổng lượng chất hữu cơ của thực vật tích luỹ trong hệ sinh thái, là toàn bộ nguồn vật chất & cơ sở năng lượng vận hành trong hệ sinh thái, nó phản ánh chỉ tiêu quan trọng của môi trường sinh thái rừng (Feng, 1999) . Lịch sử xuất hiện và phát triển của cơ chế phát triển sạch được bắt đầu vào thế kỷ XIX, khi các nghiên cứu về sinh trưởng và dự đoán sản lượng rừng ở Châu Âu đã mở ra một trang mới cho thời kỳ phát triển sạch trong Lâm nghiệp. Sự phát triển của khoa học sản lượng rừng gắn với tên tuổi của những người đã khai sinh ra nó như: Baur, Breymann Cotta, Danckemam, Draudt, Weise,...[ dẫn theo Võ Đại Hải [5] Vì nghiên cứu sinh khối chính là cái gốc , là nền móng cho việc nghiên cứu trữ lượng carbon của rừng. Nên khi nghiên cứu về ảnh hưởng của cây rừng đến phát thải khí nhà kính chủ yếu người ta dựa vào tăng trưởng sinh khối bình quân hàng năm. Phương pháp xác định có ý nghĩa rất quan trọng vì nó liên quan đến độ chính xác của kết quả nghiên cứu, đây cũng là vấn đề được nhiều tác giả quan tâm. Tuỳ từng tác giả với những điều kiện khác nhau mà sử dụng các phương pháp xác định sinh khối khác nhau, trong đó có thể kể đến một số tác giả chính như sau:
17 - 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. - Một số tác giả như Trasnean (1926), Huber (Đức, 1952), Monteith (Anh, 1960 - 1962), Lemon (Mỹ, 1960 - 1987), Inone (Nhật, 1965 - 1968),... [28]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. - Aruga và Maidi (1963): đưa ra phương pháp “Chlorophyll” để xác định sinh khối thông qua lượng Chlorophyll trên một đơn vị diện tích mặt đất. Đây là một chỉ tiêu biểu thị khả năng của hệ sinh thái hấp thụ các tia bức xạ hoạt động quang tổng hợp. - Khi xem xét các phương pháp nghiên cứu Whitaker, R.H (1961, 1966) [33] Mark, P.L (1971) cho rằng "Số đo năng suất chính là số đo về tăng trưởng, tích luỹ sinh khối ở cơ thể thực vật trong quần xã". - Năng suất sơ cấp tuyệt đối là lượng chất hữu cơ tích luỹ trong cơ thể thực vật trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị diện tích, lượng vật chất này mới thực sự có ý nghĩa đối với đời sống con người. Từ ý nghĩa đó, Woodwell, G.M (1965) và Whitaker, R.H (1968) [34] đã đề ra phương pháp "thu hoạch" để nghiên cứu năng suất sơ cấp tuyệt đối. - Newbuold.P.J (1967) [32] 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. - Sinh khối rừng có thể xác định nhanh chóng 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. Phương pháp này được sử dụng phổ biến ở Bắc Mỹ và châu Âu (Whittaker, 1966; Tritton và Hornbeck, 1982; Smith và Brand, 1983) [34].
18 Tuy nhiên, do khó khăn trong việc thu thập rễ cây, nên phương pháp này chủ yếu dùng để xác định sinh khối của bộ phận trên mặt đất (Grier và cộng sự, 1989; Reichel, 1991; Burton V. Barner và cộng sự, 1998). - 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. - Schumarcher, Spurr, Prodan, Alder, Abadie: đã sử dụng mô hình toán học để mô phỏng sinh khối, năng suất rừng thông qua một số nhân tố điều tra như: đường kính, chiều cao, cấp đất, tuổi, mật độ,… - Phương pháp lấy mẫu rễ để xác định sinh khối được mô tả bởi Shurrman và Geodewaaen (1971), Moore (1973), Gadow và Hui (1999), Oliveira và cộng sự (2000), Voronoi (2001), McKenzie và cộng sự (2001) [32]. - Bộ phận cây bụi và những cây tầng dưới của tán rừng đóng góp một phần quan trọng trong tổng sinh khối rừng. Có nhiều phương pháp để ước tính sinh khối cho bộ phận này, các phương pháp bao gồm: (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 (Catchpole và Wheeler, 1992. Ngoài những nghiên cứu về sinh khối thì nghiên cứu về lượng carbon được giữ lại trong rừng cũng đã được nghiên cứu rất nhiều trong những năm gần đây. Các nghiên cứu tập trung vào rừng ngập mặn, khả năng biến động lượng carbon của rừng sau khai thác, rừng tự nhiên, rừng phục hồi... - Năm 1980, Brawn và cộng sự đã sử dụng công nghệ GIS dự tính lượng carbon trung bình trong rừng nhiệt đới Châu á là 144 tấn/ha trong phần sinh khối và 148 tấn/ha trong lớp đất mặt với độ sâu 1m, tương đương 42 - 43 tỷ tấn carbon trong toàn châu lục. Năm 1991, Houghton R.A đã chứng minh lượng carbon trong rừng nhiệt đới châu á là 40 - 250 tấn/ha, trong đó 50 - 120
19 tấn/ha ở phần thực vật và đất (dẫn theo Phạm Xuân Hoàn – 2005 [6]). - Năm 1986, Paml, C.A và cộng sự đã cho rằng lượng carbon trung bình trong sinh khối phần trên mặt đất của rừng nhiệt đới Châu á là 185 tấn/ha và biến động từ 25-300 tấn/ha. Kết quả nghiên cứu của Brawn (1991) cho thấy rừng nhiệt đới Đông Nam á có lượng sinh khối trên mặt đất từ 50 - 430 tấn/ha (tương đương 25 - 215 tấn C/ha) và trước khi có tác động của con người thì các trị số tương ứng là 350 - 400 tấn/ha (tương đương 175 - 200 tấn C/ha). - Brown và Pearce (1994) đưa ra các số liệu đánh giá lượng carbon và tỷ lệ thất thoát đối với rừng nhiệt đới. Theo đó một khu rừng nguyên sinh có thể hấp thụ được 280 tấn carbon/ha và sẽ giải phóng 200 tấn carbon/ha nếu bị chuyển thành du canh du cư và sẽ giải phóng carbon nhiều hơn một chút nếu được chuyển thành đồng cỏ hay đất nông nghiệp. Rừng trồng có thể hấp thụ khoảng 115 tấn carbon và con số này sẽ giảm từ 1/3 đến 1/4 khi rừng chuyển đổi sang canh tác nông nghiệp. - Năm 1995, Murdiyarso D đã nghiên cứu và đưa ra dẫn liệu rừng Indonesia có lượng carbon hấp thụ từ 161-300 tấn/ha trong phần sinh khối trên mặt đất. - Tại Philippines, năm 1999 Lasco R cho biết ở rừng tự nhiên thứ sinh có 86-201 tấn C/ha trong phần sinh khối trên mặt đất; ở rừng già con số đó là 185 - 260 tấn C/ha (tương đương 370 - 520 tấn sinh khối/ha, lượng carbon ước chiếm 50% sinh khối). - Tại Thái Lan, Noonpragop K. đã xác định lượng carbon trong sinh khối trên mặt đất là 72 - 182 tấn/ha. - Ta ̣i Malaysia, lượng carbon trong rừng biến động từ 100-160 tấn/ha và tính cả trong sinh khối và đất là 90 - 780 tấn/ha (Abu Bakar, R). - 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).
20 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. 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 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 dẫn theo Võ Đại Hải [5]. Nhiều phương pháp tính lượng CO2 dự trữ đã được đưa ra như phương pháp của Y. Morikawa đã tính khối lượng carbon chiếm 50% khối lượng sinh khối khô, từ lượng carbon suy ra lượng CO2. Phương pháp này đã được Trung tâm Hợp tác Quốc tế và xúc tiến Lâm nghiệp Nhật Bản (JIFPRO) áp dụng. Một phương pháp khác được tính theo Viện nghiên cứu Nissho Iwai - Nhật Bản (NIRI). Các nhà sinh thái rừng đã dành sự quan tâm đặc biệt tới việc nghiên cứu sự khác nhau về sinh khối ở các vùng sinh thái. Tuy nhiên, việc xác định sinh khối một cách chính xác vẫn còn gặp nhiều khó khăn, nên việc làm sáng tỏ vấn đề trên đòi hỏi nỗ lực hơn nữa mới đưa ra được những dẫn liệu mang tính thực tiễn và có sức thuyết phục cao. Hệ thống lại có ba cách tiếp cận để xác định sinh khối rừng như sau: - Tiếp cận thứ nhất: Dựa vào mối liên hệ giữa sinh khối rừng với kích thước của cây hoặc từng bộ phận cây theo dạng hàm toán học nào đó. Hướng tiếp cận này được sử dụng phổ biến ở Bắc Mỹ và Châu Âu (Whittaker, 1966 ; Triton và Hornbeck, 1982; Smith và Brand, 1983). Tuy nhiên khó khăn trong