Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới 1. Nghiên cứu về sinh khối rừng Sinh khối là tổng lượng chất hữu cơ có được trên một đơn vị diện tích tại một thời điểm được tính bằng tấn/ha theo khối lượng khô (Ong, J. Sinh khối bao gồm tổng khối lượng thân, cành, lá, hoa, quả, rễ trên mặt đất, dưới mặt đất.
Việc nghiên cứu sinh khối cây rừng là cơ sở đánh giá lượng carbon tích lũy của cây rừng, do vậy có ý nghĩa lớn trong việc đánh giá chất lượng phục vụ cho quản lý và sử dụng tài nguyên rừng. Ngay từ thế kỷ 17 trên thế giới đã có nghiên cứu về lĩnh vực sinh lý thực vật, vai trò, cơ chế hoạt động của diệp thực vật màu xanh trong quá trình quang hợp để tạo ra các sản phẩm hữu cơ dưới tác động của các yếu tố tự nhiên như đất, nước, không khí và năng lượng mặt trời. Nhờ áp dụng các thành tựu khoa học như hoá phân tích, hoá thực vật và đặc biệt là vận dụng nguyên lý tuần hoàn vật chất trong thiên nhiên, các nhà khoa học đã thu được những thành tựu đáng kể trong thế kỷ XIX. Một số nghiên cứu tiêu biểu có thể tóm tắt lại như sau: - Xây dựng định luật "năng suất" dựa trên định luật “tối thiểu” của Liebig J.
và dựa trên các kết quả nghiên cứu về định lượng của sự tác động của thực vật tới không khí, đã được mô tả bởi Liebig, J (1862) [33]. - Các công trình nghiên cứu về phát triển sinh khối rừng đã được tổng kết bởi Riley G. - Bản đồ năng suất trên toàn thế giới đã được xây dựng bởi Lieth, H. (1964) [34], đồng thời với 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.
Những nghiên cứu trong giai đoạn này tập trung vào các đối tượng đồng cỏ, savan, rừng rụng lá, rừng mưa thường xanh. Theo Lê Hồng Phúc (1994), Duyiho công bố thực vật ở biển hàng năm download by : skknchat@gmail.com 4 quang hợp đến 3x1010 tấn vật chất hữu cơ, trên mặt đất là 5,3x1010 tấn. Đối với hệ sinh thái rừng nhiệt đới năng suất chất khô thuần từ 10 - 50 tấn/ha/năm, trung bình là 20 tấn/ha/năm, sinh khối chất khô từ 60 - 800 tấn/ha/năm, trung bình là 450 tấn/ha/năm. Năng suất sơ cấp của một số hệ sinh thái đã được đưa ra bởi Dajoz (1971) như sau: Năng suất mía ở châu Phi: 67 tấn/ha/năm.
Năng suất rừng nhiệt đới thứ sinh ở Yangambi: 20 tấn/ha/năm. Savana cỏ Mỹ (Penisetum purpureum) châu Phi: 30 tấn/ha/năm. Đồng cỏ tự nhiên ở Fustuca (Đức): 10,5 - 15,5 tấn/ha/năm. Đồng cỏ tự nhiên Deschampia và Trifolium ở vùng ôn đới là 23,4 tấn/ha/năm.
Sinh khối của Savana cỏ cao Andrôpgon (cỏ Ghine): 5000 - 10000 kg/ha/năm. Rừng thứ sinh 40 - 50 tuổi ở Ghana: 362. Công trình “Sinh khối và năng suất sơ cấp rừng thế giới - World forest biomass and primary production data” đã 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 1.200 lâm phần thuộc 46 nước trên thế giới [43]. Lasco (2002) [38] công bố 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%.
Phương pháp xác định sinh khối rất quan trọng quyết định đến độ chính xác của kết quả nghiên cứu. Sau đây là một số phương pháp đã được các tác giả công bố: - 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, công bố bởi P. - Một số tác giả như Trasnean (1926), Huber (Đức, 1952), Monteith (Anh, 1960 - 1962), Lemon (Mỹ, 1960 - 1987), Inone (Nhật, 1965 - 1968),. đã dùng download by : skknchat@gmail.com 5 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 Phương pháp “Chlorophyll” xác định sinh khối thông qua hàm 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 được công bố bởi Aruga và Maidi (1963).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".H (1968) [42] đã đề ra phương pháp "thu hoạch" để nghiên cứu năng suất sơ cấp tuyệt đối.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. - Phương pháp xác định sinh khối rừng dựa vào mối liên hệ giữa sinh khối và kích thước cây hoặc của từng bộ phận cây theo dạng hàm toán học nào đó được sử dụng phổ biến ở Bắc Mỹ và châu Âu (Whittaker, 1966) [41]; Tritton và Hornbeck, 1982; Smith và Brand, 1983).
Theo Grier và cộng sự (1989), Reichel (1991), Burton V. Barner và cộng sự (1998) [27] 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. - Phương pháp Oxygen năm 1968 nhằm định lượng oxy tạo ra trong quá trình quang hợp của thực vật màu xanh. Từ đó tính ra được năng suất và sinh khối rừng đã được Edmonton.
- 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) [35]. - Theo Catchpole và Wheeler (1992) 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: download by : skknchat@gmail.com 6 (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. Năm 2002, tổ chức “Australian Greenhouse Office” [26] đã soạn thảo sổ tay hướng dẫn đo đạc ngoài thực địa cho việc đánh giá carbon rừng bao gồm cả rừng trồng và rừng tự nhiên.
Ngoài ra, Kurniatun và cộng sự (2001) [32] cũng đã xây dựng một hệ thống các phương pháp cho việc thu thập số liệu về sinh khối trên và dưới mặt đất rừng nhằm phục vụ công tác nghiên cứu khả năng hấp thụ carbon của rừng. Nghiên cứu khả năng hấp thụ CO2 của rừng 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), 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 chu trình C, 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 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.
Một số năm gần đây các nhà khoa học và chuyên gia kinh tế trên thế giới đã quan tâm đến việc tích tụ carbon trong rừng để làm giảm bớt khả năng tích tụ khí gây hiệu ứng nhà kính trong bầu khí quyển (Adams et al., 1993 ; Adams et al. Tổng lượng carbon dự trữ của rừng trên toàn thế giới khoảng 826 tỷ tấn chủ yếu ở cây và trong lòng đất (Brown, 1998), con người hoàn toàn có thể chuyển dịch các carbon từ khí quyển thông qua một số bước nhằm tăng các bể chứa carbon này. Các bước này có thể bao gồm tăng khối lượng carbon dự trữ cho một ha thông qua quản lý mật độ hoặc tuổi rừng (Hoen and Solberg, 1994; Van Kooten et al., 1995; and Murray, 2000) hoặc tăng diện tích rừng (Stavins, 1999; Plantinga et al; 1999) bằng phương pháp này đã đưa * 1 terra ton (Tt) = 1012tấn = 1018g 1 giga ton (Gt)= 109tấn=1015g download by : skknchat@gmail.com 7 ra nhiều triển vọng làm giảm giá thành cắt giảm khí nhà kính trong khí quyển và mối lo ngại toàn cầu. 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.
Vì vậy, việc xác định lượng carbon trong rừng thường thông qua xác định sinh khối rừng (Mc Kenzie, 2001). Tại Indonesia rừng có lượng carbon hấp thụ từ 161 - 300 tấn/ha trong phần sinh khối trên mặt đất (Murdiyarso D, 1995). Trung tâm nghiên cứu phát triển và bảo tồn rừng của Indonesia đã nghiên cứu khả năng hấp thụ carbon của rừng trồng Keo tai tượng, Thông trên đảo Java. Nghiên cứu đã được tiến hành cho các đối tượng rừng trồng ở các tuổi khác nhau kết quả cho thấy khả năng hấp thụ CO2 của Thông cao hơn Keo tai tượng (22.09 t CO2/ha/year, 18.59 tCO2/ha/year (Ika Heriansyah and Chairil, 2005).
Năm 2000, Noordwijk đã nghiên cứu khả năng tích luỹ carbon của các rừng thứ sinh, các hệ NLKH và thâm canh cây lâu năm trung bình là 2,5 tấn/ha/năm và đã nghiên cứu 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. Subarudi và các cộng sự (2003), nghiên cứu về khả năng hấp thu carbon của một số loài cây trồng chính, trên cơ sở đó đã xây dựng mô hình kinh tế cho các loài cây này, trong đó có loài Keo tai tượng đã đưa ra được phương trình tính lượng carbon có trong sinh khối cây với loài Keo tai tượng: 0.75 Vt: là thể tích cây tính theo tuổi: Vt 194,21 Exp(1,926(1 0.2) Tại Philippines (1999), Lasco R. cho thấy ở rừng tự nhiên thứ sinh có 86 - 201 tấn C/ha trong phần sinh khối trên mặt đất; ở rừng già là 370 - 520 tấn sinh khối/ha (tương đương 185 - 260 tấn C/ha, lượng carbon ước chiếm 50% sinh khối). Rừng sản xuất cây mọc nhanh tích luỹ được 0,5 - 7,82 tấn C/ha/năm tuỳ theo loài cây và tuổi; download by : skknchat@gmail.
đã xác định lượng carbon trong sinh khối trên mặt đất tại Thái Lan là 72 - 182 tấn/ha.