Nghiên cứu khả năng hấp thụ carbon của rừng sa mộc tại Mường Khương, Lào Cai

Khóa luận nghiên cứu khả năng hấp thụ carbon của rừng trồng sa mộc tuổi 9 và 11 tại huyện Mường Khương tỉnh Lào Cai, đánh giá trữ lượng sinh khối và carbon.

• Tác giả: Phạm Huy Bình
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Thu Hiền
• Trường học: Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Lâm nghiệp
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp thụ carbon của rừng trồng sa mộc (Cunnighamia lanceolata Hook) ở các tuổi 9, 11 tại huyện Mường Khương, tỉnh Lào Cai
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Tổng quan nghiên cứu hấp thụ carbon rừng Sa mộc

Sa mộc (Cunninghamia lanceolata Hook) là loài cây lấy gỗ chủ lực tại nhiều tỉnh miền núi phía Bắc. Huyện Mường Khương, tỉnh Lào Cai trồng Sa mộc thuần loài trên diện tích lớn từ nhiều năm nay. Rừng trồng Sa mộc mang lại giá trị kinh tế và giá trị môi trường song song. Khả năng hấp thụ carbon của rừng trồng góp phần giảm phát thải khí nhà kính. Nghiên cứu này tập trung vào rừng Sa mộc ở hai độ tuổi 9 và 11. Đối tượng khảo sát nằm tại xã Sả Hồ và Na Pên. Thời gian thu thập số liệu kéo dài từ tháng 1 đến tháng 5 năm 2019. Đề tài đo đạc sinh khối tươi, sinh khối khô và lượng CO2 hấp thụ của bộ phận trên mặt đất. Thảm thực vật dưới tán không nằm trong phạm vi tính toán. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu về sinh khối và trữ lượng carbon theo tuổi rừng. Dữ liệu này hỗ trợ công tác quy hoạch trồng rừng và tính toán tín chỉ carbon tại địa phương. Nghiên cứu cũng xây dựng phương trình tương quan giữa đường kính thân cây và lượng carbon tích lũy. Phương trình này giúp dự báo nhanh sinh khối mà không cần chặt hạ cây mẫu.

1.1. Đặc điểm sinh học của Sa mộc

Sa mộc là cây gỗ lớn thuộc họ Bụt mọc. Thân cây thẳng, tán hình tháp, sinh trưởng nhanh trên đất đồi núi. Loài cây này chịu được khí hậu lạnh và đất nghèo dinh dưỡng. Sa mộc thích hợp trồng ở độ cao trung bình của vùng núi phía Bắc Việt Nam. Gỗ Sa mộc bền, ít mối mọt, được dùng trong xây dựng và đồ mộc. Ngoài giá trị kinh tế, Sa mộc còn có khả năng phòng hộ đầu nguồn tốt. Rễ cây bám sâu giúp giữ đất, chống xói mòn trên địa hình dốc. Tại Mường Khương, Sa mộc được trồng tập trung thành các lô rừng thuần loài. Tuổi rừng khác nhau tạo ra mật độ và sinh khối khác nhau, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hấp thụ carbon.

1.2. Vai trò của rừng trồng trong hấp thụ CO2

Rừng trồng hấp thụ CO2 qua quá trình quang hợp và tích lũy sinh khối. Carbon lưu trữ trong thân, cành, lá và rễ cây theo thời gian sinh trưởng. Rừng Sa mộc tuổi càng cao thường tích lũy sinh khối càng lớn. Khả năng hấp thụ carbon phụ thuộc vào mật độ trồng, điều kiện lập địa và kỹ thuật chăm sóc. Đo lường lượng carbon giúp đánh giá giá trị môi trường của rừng trồng bên cạnh giá trị gỗ. Số liệu này còn phục vụ báo cáo phát thải quốc gia và các chương trình chi trả dịch vụ môi trường rừng. Việc định lượng chính xác trữ lượng carbon tạo cơ sở khoa học cho chính sách bảo vệ và phát triển rừng bền vững tại huyện Mường Khương.

II. Phân tích sinh khối rừng Sa mộc ở tuổi 9 và 11

Sinh khối cây cá thể được đo qua khối lượng tươi và khối lượng khô từng bộ phận. Thân, cành, lá được cân riêng biệt tại hiện trường. Mẫu sau đó sấy khô trong phòng thí nghiệm để xác định tỷ lệ khô kiệt. Kết quả cho thấy sinh khối tăng dần theo tuổi rừng. Rừng tuổi 11 có sinh khối trung bình cao hơn rừng tuổi 9 rõ rệt. Đường kính ngang ngực (D1.3) là chỉ tiêu đo đếm chính trong nghiên cứu. Chỉ tiêu này có mối tương quan chặt với sinh khối và lượng carbon. Các phương trình hồi quy dạng Compound và Power cho hệ số tương quan cao nhất. Ở tuổi 9, hệ số R đạt khoảng 0,9. Ở tuổi 11, hệ số R vượt 0,98. Phương trình Linear và Logarit có sai số tiêu chuẩn lớn hơn nên ít phù hợp. Kết quả phân tích khẳng định D1.3 là chỉ tiêu tin cậy để ước tính nhanh sinh khối và carbon. Phương pháp này tiết kiệm thời gian so với chặt hạ cây mẫu trực tiếp.

2.1. Phương pháp đo đếm sinh khối

Nghiên cứu chọn cây mẫu đại diện theo cấp kính tại mỗi tuổi rừng. Cây mẫu được chặt hạ, phân chia thành thân, cành, lá để cân khối lượng tươi. Mẫu nhỏ của từng bộ phận đưa về sấy ở nhiệt độ chuẩn đến khối lượng không đổi. Tỷ lệ khô kiệt tính từ khối lượng khô chia khối lượng tươi. Sinh khối khô toàn cây suy ra từ tỷ lệ này nhân với sinh khối tươi thực đo. Phương pháp giải tích cây mẫu đảm bảo độ chính xác cao cho dữ liệu gốc. Dữ liệu thu được dùng để xây dựng các phương trình tương quan với đường kính cây.

2.2. Kết quả so sánh giữa hai độ tuổi

Rừng tuổi 11 vượt trội về sinh khối so với rừng tuổi 9 ở mọi bộ phận. Thân cây chiếm tỷ trọng sinh khối lớn nhất trong cả hai độ tuổi. Cành và lá có tỷ lệ nhỏ hơn nhưng vẫn đóng góp đáng kể vào tổng sinh khối. Sự chênh lệch giữa hai tuổi phản ánh quy luật sinh trưởng tự nhiên của Sa mộc. Tốc độ tích lũy sinh khối tăng nhanh trong giai đoạn rừng khép tán. Kết quả này giúp dự báo thời điểm khai thác hợp lý. Đồng thời, số liệu làm cơ sở tính toán lượng carbon tích lũy theo từng giai đoạn tuổi rừng cụ thể.

III. Phương pháp xác định khả năng hấp thụ CO2

Lượng carbon tích lũy tính từ sinh khối khô nhân với hệ số chuyển đổi carbon chuẩn. Từ lượng carbon, nghiên cứu quy đổi sang lượng CO2 hấp thụ tương đương. Hệ số quy đổi CO2 dựa trên tỷ lệ phân tử khối giữa CO2 và carbon nguyên tố. Phương pháp này được áp dụng phổ biến trong các nghiên cứu lâm nghiệp về carbon rừng. Nghiên cứu xây dựng phương trình tương quan giữa D1.3 và lượng carbon cho từng độ tuổi. Bốn dạng phương trình được thử nghiệm gồm Compound, Power, Linear và Logarit. Tiêu chí lựa chọn dựa trên hệ số tương quan R và sai số tiêu chuẩn SE. Phương trình Compound và Power cho kết quả tốt nhất ở cả tuổi 9 và tuổi 11. Giá trị Sig.f nhỏ hơn 0,05 xác nhận các phương trình có ý nghĩa thống kê. Phương trình được chọn dùng để ước tính nhanh carbon từ số đo đường kính ngoài thực địa. Cách làm này giảm chi phí và thời gian điều tra rừng trên diện rộng.

3.1. Xây dựng phương trình tương quan D1.3 và carbon

Số liệu đường kính và lượng carbon từng cây mẫu được đưa vào phần mềm thống kê. Bốn dạng hàm hồi quy được kiểm định song song để so sánh độ phù hợp. Hệ số tương quan R, sai số chuẩn SE và giá trị Sig.f là ba tiêu chí đánh giá chính. Ở tuổi 9, hàm Power đạt R bằng 0,903, cao nhất trong bốn hàm thử nghiệm. Ở tuổi 11, hàm Power đạt R bằng 0,990. Hai hàm Compound và Power được chọn làm phương trình đại diện. Phương trình cho phép tính nhanh lượng carbon chỉ từ số đo đường kính ngang ngực ngoài hiện trường.

3.2. Ứng dụng phương trình trong điều tra thực địa

Cán bộ lâm nghiệp có thể đo đường kính cây bằng thước kẹp đơn giản ngoài rừng. Số liệu đường kính đưa vào phương trình để tính lượng carbon từng cây. Tổng carbon toàn lâm phần suy ra từ tổng carbon các cây trong ô tiêu chuẩn. Cách tính này nhanh hơn nhiều so với chặt hạ cây mẫu để cân sinh khối. Phương pháp phù hợp cho điều tra định kỳ và giám sát biến động carbon rừng theo thời gian. Kết quả hỗ trợ báo cáo kiểm kê khí nhà kính ngành lâm nghiệp tại địa phương.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn tại Mường Khương

Rừng trồng Sa mộc tại huyện Mường Khương có khả năng hấp thụ carbon rõ rệt theo tuổi. Rừng tuổi 11 tích lũy sinh khối và carbon cao hơn rừng tuổi 9. Phương trình tương quan giữa đường kính D1.3 và carbon đạt độ tin cậy cao, đặc biệt là dạng Compound và Power. Kết quả nghiên cứu cung cấp công cụ ước tính nhanh trữ lượng carbon rừng trồng. Công cụ này hữu ích cho công tác quản lý và quy hoạch rừng tại địa phương. Dữ liệu carbon còn phục vụ tính toán giá trị dịch vụ môi trường rừng. Huyện Mường Khương có thể dùng kết quả này để xây dựng kế hoạch trồng rừng dài hạn. Chính quyền địa phương nên khuyến khích mở rộng diện tích Sa mộc thuần loài. Việc theo dõi carbon theo tuổi rừng giúp tối ưu hóa thời điểm khai thác. Nghiên cứu góp phần bổ sung cơ sở dữ liệu khoa học cho ngành lâm nghiệp tỉnh Lào Cai. Kết quả cũng mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo về các loài cây trồng khác trong vùng.

4.1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu bổ sung dữ liệu định lượng về sinh khối và carbon rừng Sa mộc theo tuổi. Kết quả có giá trị tham khảo cho các đề tài tương tự tại vùng núi phía Bắc. Phương trình tương quan giúp giảm chi phí điều tra rừng trong thực tế. Dữ liệu carbon hỗ trợ tính toán tín chỉ carbon rừng, một hướng đi mới trong lâm nghiệp bền vững. Nghiên cứu còn là tài liệu tham khảo cho sinh viên và cán bộ kỹ thuật lâm nghiệp địa phương. Giá trị khoa học của đề tài nằm ở tính ứng dụng cao và số liệu thực địa đáng tin cậy.

4.2. Khuyến nghị cho quản lý rừng Mường Khương

Cần duy trì và mở rộng diện tích rừng trồng Sa mộc thuần loài tại huyện. Cơ quan kiểm lâm nên áp dụng phương trình tương quan để giám sát carbon định kỳ. Công tác chăm sóc rừng cần chú trọng giai đoạn từ tuổi 9 đến tuổi 11, khi sinh khối tăng nhanh. Địa phương nên xem xét tham gia các chương trình chi trả dịch vụ môi trường rừng dựa trên carbon. Việc kết hợp kinh tế gỗ và giá trị môi trường sẽ nâng cao hiệu quả sử dụng đất rừng tại Mường Khương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Trên trái đất của chúng ta hiện nay vấn đề đang được quan tâm nhất là Biến đổi khí hậu. Biến đổi khí hậu toàn cầu do sự gia tăng nồng độ CO2 Trong khí quyển đang gây nên những tác động tiêu cực về môi trường sống như nước biển dâng, hạn hán, bão, lũ lụt. ở Việt Nam những năm gần đây xuất hiện nhiều dạng thời tiết cực đoan như: hiện tượng thời tiết el nino,lũ quét, lũ ống, bão xuất hiện với mật độ ngày càng dày hơn. Gây ảnh hưởng rất lớn đến đời sống của người dân,thiệt hại lớn cho nhiều vùng và nhiều quốc gia.

Biến đổi khí hậu ảnh hưởng chung đến tất cả các quốc gia trên Thế giới nên biến đổi khí hậu trở thành mối quan tâm hàng đầu với hàng loạt sự kiện như: phê chuẩn công ước biến đổi khí hậu (năm 1994) ký nghị định thư Kyoto (năm 1997) và thành lập ban tư vấn và điều hành quốc gia về CDM (năm 2003). Những nghiên cứu trong nước và ngoài nước đều khẳng định biến đổi khí hậu đã và đang ảnh hưởng đến vùng biển của nước ta. Mực nước biển dâng làm cân bằng sinh thái bị tác động mạnh, Việt Nam là nước đứng thứ 4 trong 10 nước chịu ảnh hưởng nhiều nhất do nước biển dâng. Việt Nam đã có những hoạt động tích cực để góp phần ngăn chặn sự nóng lên của trái đất trên phạm vi toàn cầu,đã quan tâm đến việc trồng rừng ,phủ xanh đất trống đồi núi trọc như: chương trình 327, chương trình trồng mới 5 triệu ha rừng 661, chương trình PAM và nhiều chương trình bảo tồn khác do nhà nước, các tổ chức, các cá nhân đầu tư xây dựng và phát triển.Vào đầu tháng 5 năm 2018, Bộ NN&PTNT Việt Nam cho công bố hiện trạng rừng trên toàn quốc tính đến ngày 31/12/2017 tổng diện tích rừng là 14.381 ha,trong đó rừng tự nhiên là 10.451 ha, rừng trồng là 4.966 ha độ che phủ tương ứng là 41,45%.

2 Có một cơ chế phát triển sạch CDM cho phép các nước phát triển đạt được mục tiêu giảm phát thải bắt buộc của họ thông qua đầu tư thương mại các dự án trồng rừng tại các nước đang phát triển nhằm hấp thụ khí CO2 từ khí quyển.Tuy nhiên việc trồng rừng nhằm hấp thụ CO2 theo cơ chế phát triển sạch CDM và việc nghiên cứu định hướng các giá trị và những lợi ích của rừng về môi trường,đặc biệt là khả năng hấp thụ CO2 vẫn là vấn đề mới ở Việt Nam. Để xác định được lượng carbon hấp thụ đòi hỏi phải có những nghiên cứu định lượng khả năng hấp thụ CO2 làm cơ sở xác định giá trị thương mại CO2 là việc làm cần thiết. Để góp phần giải quyết các vấn đề trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp thụ carbon của rừng trồng sa mộc (Cunnighamia lanceolata Hook) ở các tuổi 9, 11 tại huyện Mường Khương, tỉnh Lào Cai”.Mục tiêu và yêu cầu của đề tài - Đề tài xác định được sinh khối và lượng carbon tích lũy được của rừng trồng Sa mộc ở các tuổi 9, 11 tại huyện Mường Khương, tỉnh Lào Cai. - Đề xuất một số ứng dụng trong xác định sinh khối và carbon tích lũy của rừng trồng Sa mộc ở các tuổi 9, 11 tại huyện Mường Khương, tỉnh Lào Cai.

3 PHẦN 2 PHẦN TỔNG QUAN 2. Cơ sở khoa học của vấn đề nghiên cứu. Thực vật hấp thu khí CO2 trong quá trình quang hợp và chuyển thành những hợp chất hữu cơ (đường, lipit, protein. Trong sinh vật sản xuất (thực vật), các hợp chất này là thức ăn cho sinh vật tiêu thụ.

Cuối cùng là xác bã thực vật, sản phẩm bài tiết sinh vật, phân hủy. Chúng ta thấy trong môi trường Carbon là chất vô cơ (khí). Nhưng được quần xã sinh vật sử dụng thành chất hữu cơ một phần làm thức ăn cho sinh vật tiêu thụ, phần lớn được tích lũy ở dạng sinh khối thực vật như trong các bộ phận của cây (thân, cành, lá. “Sinh khối là tổng trọng lượng của sinh vật sống trong sinh quyển hoặc số lượng sinh vật sống trên một đơn vị diện tích, thể tích vùng”.

Sinh khối là một chỉ tiêu quan trọng thể hiện năng suất của rừng, sinh khối được dùng để nghiên cứu một số chỉ tiêu như dinh dưỡng hoặc các chỉ tiêu về môi trường rừng. Khi cơ chế phát triển sạch (CDM) xuất hiện, nghiên cứu sinh khối giữ vai trò quan trọng hơn, được dùng để xác định lượng carbon hấp thụ bởi thực vật rừng, góp phần định lượng giá trị môi trường do rừng đem lại. Cơ chế phát triển sạch (CDM) quy định tại Điều 12 của Nghị định thư Kyoto cho phép khu vực chính phủ và khu vực tư nhân của các nước công nghiệp hóa thực hiện các dự án giảm phát thải từ các nước đang phát triển và nhận được tín dụng dưới dạng “giảm phát thải được chứng nhận” (CERs)- khoản tín dụng này được tính vào chi tiêu giảm phát thải của các nước công nghiệp hóa. CDM thúc đẩy phát triển bền vững tại các nước đang phát triển đồng thời cho phép các nước phát triển góp phần vào mục tiêu giảm nồng độ khí nhà kính trong khí quyển.

Tại hội nghị Thượng đỉnh Liên hợp quốc về Môi trường và Phát triển – hay còn gọi là “Hội nghị Thượng đỉnh Trái Đất” tại Rio de Jancio năm 1992 4 Công ước của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu được thông qua. Mục tiêu của Liên hợp quốc là nhằm ngăn ngừa những hoạt động có hại của loài người đến khí hậu trên trái đất. Công ước có hiệu lực năm 1994. Cho đến nay trên toàn thế giới đã có 189 nước ký kết công ước (UNFCCC, 2005).

Những nghiên cứu về rừng trồng trên Thế giới 2.1 Nghiên cứu về sinh khối rừng trồng Sinh khối, năng suất gắn liền với quá trình quang hợp, là kết quả của quá trình sinh học, mang ý nghĩa thực tiễn to lớn trong kinh doanh rừng. Tiêu biểu cho lĩnh vực này có các tác giả sau: Liebig J. (1940) [36] lần đầu tiên đã định lượng về sự tác động phân bón tới thực vật và phát triển thành định luật “tối thiểu”. (1964) [37], Houghton RA, 1999 [31] tổng kết lịch sử ra đời và phát triển của sinh khối và năng suất trong công trình nghiên cứu của mình.

(1964) [37] đã thể hiện năng suất trên toàn thế giới bằng biểu đồ năng suất, đồng thời sự ra đời của phương trình sinh học quốc tế “IBP” (1964) và chương trình sinh quyển con người “MAB” (1971) đã tác động mạnh tới nghiên cứu năng suất và sinh khối. (1981) [31] đã công bố công trình “Sinh khối và tài liệu năng suất sơ cấp rừng thế giới” trong đó tập hợp hơn 600 công trình nghiên cứu đã được tóm tắt về sinh khối khô thân, cành, lá và một số thành phần sản phẩm sơ cấp của hơn 1200 lâm phần thuộc 46 quốc gia trên thế giới. Qua tham khảo, tổng hợp các phương pháp nghiên cứu sinh khối và năng suất thực vật của các tác giả trên thế giới, có thể tựu chung lại các phương pháp như sau: 5 + Phương pháp dioxyt carbon: Do Transeau (1926) khởi xướng được áp dụng đầu tiên ở Đức, Anh, Mỹ và Nhật bởi các tác giả Huber (1952), Monteith (1960 - 1962), Lemon (1960 - 1967), Inoue (1965-1968) + Phương pháp Chlorophyll: Được Aruga và Monsi đề xuất năm 1963 cho phép xác định hàm lượng chất diệp lục trên một đơn vị diện tích mặt đất là một chỉ tiêu biểu thị khả năng của hệ sinh thái hấp thu các tia bức xạ hoạt động quang tổng hợp được dùng để đánh giá sinh khối của hệ sinh thái. + Phương pháp thu hoạch: Khi xem xét các phương pháp nghiên cứu Whitaker R.

(1966) [45] cho rằng: “Số đo năng suất chính là số đo về tăng trưởng, tích lũy sinh khối ở cơ thể thực vật trong quần xã”. + Phương pháp cây mẫu: Năm 1967 Newbould P. J [40] đề nghị phương pháp “cây mẫu” để nghiên cứu sinh khối và năng suất của các quần xã từ các ô tiêu chuẩn. Phương pháp này được chương trình sinh học quốc tế “IBP” thống nhất áp dụng.

Trên cơ sở các phương pháp nghiên cứu trên, các nhà khoa học đã nghiên cứu cho các đối tượng khác nhau và đã thu được các kết quả đáng kể. + Phương pháp Oxygen: Do Edmonton và cộng sự đề xướng năm 1968 nhằm định lượng ô-xi tạo ra trong quá trình quang hợp của thực vật màu xanh (dẫn theo tài liệu [28]). Từ ý nghĩa đó, Whittaker R. (1968) [47] đã đề ra phương pháp “thu hoạch” để nghiên cứu năng suất sơ cấp thực.

Các tác giả đề nghị chọn ô tiêu chuẩn điển hình, chặt toàn bộ cây trong ô tiêu chuẩn, cân xác định trọng lượng. Tuy nhiên, việc chặt toàn bộ cây trong ô tiêu chuẩn và cân trọng lượng là khó thực hiện đối với rừng gỗ lớn, rừng đặc dụng và rừng gỗ quý. Tóm lại, những nghiên cứu trên để phục vụ cho việc xác định sinh khối rừng trồng, các tác giả đã đưa ra các phương pháp khác nhau để tính sinh 6 khối, mỗi một phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng tùy vào điều kiện cụ thể và mục tiêu của công việc mà lựa chọn phương pháp thích hợp nhất để áp dụng. Nghiên cứu về khả năng tích lũy Carbon rừng trồng Giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính từ phá rừng và suy thoái rừng (REDD) ở các nước đang phát triển là sáng kiến toàn cầu đã được Hội nghị các nước thành viên lần thứ 13 (COP13) của Công ước khung Liên hợp quốc về Biến đổi khí hậu (UNFCCC) và Nghị định thư Kyoto thông qua tại Ba-li (Indonesia) năm 2007.

Hàng năm, lượng khí thải từ phá rừng và suy thoái rừng ở các nước đang phát triển chiếm khoảng 20% so với tổng lượng phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính trên toàn cầu, vì thế sáng kiến REDD được hình thành từ ý tưởng giản đơn ban đầu là trả tiền cho các nước đang phát triển để làm giảm phát thải khí CO2 từ ngành lâm nghiệp. Một vấn đề đặt ra là cần phải lượng hóa được cacrbon cơ sở, hiện đang được lưu giữ trong các cánh rừng. Các bể chứa cacrbon chính trong các hệ sinh thái rừng nhiệt đới là các sinh khối sống của cây cối và thực vật dưới tán và khối lượng vật liệu chết của vật rơi rụng, mảnh vụn gỗ và các chất hữu cơ trong đất. Cacrbon được lưu trữ trong sinh khối sống trên mặt đất của cây thường là các bể chứa lớn nhất và ảnh hưởng trực tiếp nhất bởi nạn phá rừng và suy thoái.

Như vậy, ước tính 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 /ha.