Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Nghiên cứu về sinh khối và năng suất rừng 1. Trên thế giới Sinh khối và năng suất rừng là những vấn đề đã được rất nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu. Từ những năm 1840 trở về trước, đã có những công trình nghiên cứu về lĩnh vực sinh lý thực vật, đặc biệt là vai trò hoạt động của diệp lục trong quá trình quang hợp để tạo nên các sản phẩm hữu cơ dưới tác động của các nhân tố tự nhiên như: Đất, nước, không khí, và năng lượng ánh sáng mặt trời.
Sang thế kỷ 19 nhờ áp dụng các thành tựu khoa học như hóa phân tích, hóa 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. Tiêu biểu cho lĩnh vực này có thể kể tới một số tác giả sau: Liebig (1862) lần đầu tiên đã định lượng về sự tác động của thực vật tới không khí và phát triển thành định luật tối thiểu, sau đó Mitscherlich (1954) đã phát triển luật tối thiểu của Liebig thành luật "năng suất". Lieth (1964) đã thể hiện năng suất trên toàn thế giới bằng bản đồ năng suất, 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.
Duyiho cho biết 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 (theo Lê Hồng Phúc, 1996). Dajoz (1971) đưa ra năng suất của một số hệ sinh thái rừng như sau: + Rừng nhiệt đới thứ sinh ở Yangambi: 20 tấn/ha/năm. + Đồng cỏ tự nhiên ở Fustuca (Đức): 10,5-15,5 tấn/ha/năm (dẫn theo Lê Hồng Phúc, 1996). 4 Theo Rodel (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%.
Canell (1982) đã cho ra đời cuốn sách “Sinh khối và năng suất sơ cấp của rừng thế giới", cho đến nay nó vẫn là tác phẩm quy mô nhất. Tác phẩm đã tổng hợp 600 công trình nghiên cứu được tóm tắt 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. Ở Việt Nam Nghiên cứu về sinh khối rừng ở nước ta tiến hành muộn nhưng cũng đã có một số công trình nghiên cứu sau: Nguyễn Hoàng Trí (1986) thực hiện nghiên cứu “Sinh khối và năng suất rừng đước” đã áp dụng phương pháp “cây mẫu” để nghiên cứu năng suất, sinh khối một số quần xã rừng Đước đôi rừng ngập mặn ven biển Minh Hải. Hà Văn Tuế (1994) cũng dùng phương pháp “cây mẫu” để nghiên cứu năng suất, sinh khối một số rừng trồng nguyên liệu giấy tại Vĩnh Phúc.
Lê Hồng Phúc (1996) đã có công trình nghiên cứu về sinh khối hoàn chỉnh, đây được xem là tác phẩm mang tính chất đi đầu trong lĩnh vực nghiên cứu sinh khối ở nước ta. Với đối tượng nghiên cứu là Thông ba lá tại Đà Lạt. Sau khi nghiên cứu, tác giả đã lập được một số phương trình tương quan giữa sinh khối của các bộ phận của cây rừng với đường kính D1. Vũ Văn Thông (1997) với luận văn Thạc sỹ của mình đã xác lập được mối quan hệ giữa sinh khối của các bộ phận với đường kính D1.3 cho loài Keo lá tràm.
Đặng Trung Tấn (2001) cũng đã nghiên cứu về “Sinh khối rừng Đước” và đã nhận định tổng sinh khối khô rừng Đước ở Cà Mau là 327m3/ha và tăng trưởng sinh khối bình quân hàng năm là 9. 5 Nguyễn Ngọc Lung (2004) đã có công trình nghiên cứu về sinh khối rừng Thông ba lá để tính toán thử khả năng cố định CO2 mà cây rừng hấp thụ. Từ việc nghiên cứu này tác giả đã xác định được một số hàm tương quan mang tích chất định lượng sinh khối. Nguyễn Văn Dũng (2005) đã đưa ra nhận định 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 vật rơi rụng) là 251,1-433,7 tấn/ha, tương đương lượng sinh khối khô là 132 -223 tấn/ha. Vũ Tấn Phương (2006) đã nghiên cứu về cây bụi, thảm tươi tại Hoà Bình và Thanh Hoá, kết quả cho thấy sinh khối của lau lách khoảng 104 tấn/ha, trảng cây bụi cao 2-3m khoảng 61 tấn/ha, cỏ lá tre, cỏ tranh, cỏ chỉ có sinh khối từ 22-31 tấn/ha. Về sinh khối khô: Lau lách là 40 tấn/ha, cây bụi cao 2-3m là 27 tấn/ha, cây bụi cao dưới 2m và tế guột là 20 tấn/ha, cỏ lá tre 13 tấn/ha, cỏ tranh 10 tấn/ha. Nguyễn Văn Tấn (2006) nghiên cứu về sinh khối rừng Bạch đàn Urophylla ở Yên Bái cho kết quả cho thấy với sinh khối tươi ở tuổi 4 bằng 183,54 tấn/ha, ở tuổi 5 là 219,77 tấn/ha và ở tuổi 5 là 239,19 tấn/ha.
Trong đó sinh khối trên mặt đất chiếm từ 77,78% - 89,12%. Tương ứng sinh khối khô ở tuổi 4 là 66,87 tấn/ha, tuổi 5 là 73,53 tấn/ha, tuổi 6 là 96,02 tấn/ha. Trong đó sinh khối khô trên mặt đất chiếm từ 64,27% - 85,92%. Lý Thu Huỳnh (2007) nghiên cứu về cây Mỡ tại tỉnh Phú Thọ và Tuyên Quang kết quả cho thấy tổng sinh khối tươi của 1ha rừng trồng Mỡ dao động trong khoảng 53.689 kg/ha còn tổng sinh khối khô dao động trong khoảng 22.
Đỗ Hoàng Chung (2012) đã nghiên cứu về đa dạng nhóm sinh vật phân giải và cường độ phân giải thảm mục trong rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên tại trạm đa dạng sinh học Mê Linh, Vĩnh Phúc kết quả cho thấy sinh 6 khối khô của tầng thảm mục tại các quần xã rừng có sự khác biệt. Tổng sinh khối khô của tầng thảm mục tại các quần xã rừng nghiên cứu nằm trong khoảng 8,35 - 12,91 tấn/ha. Nguyễn Thanh Tiến (2012) nghiên cứu khả năng hấp thụ CO2 của trạng thái rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên sau khai thác kiệt tại tỉnh Thái Nguyên đã cho thấy sinh khối khô rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên trạng thái IIb tại Thái Nguyên là 76,46 tấn/ha. Trong đó: Sinh khối khô tầng cây gỗ trung bình 63,38 tấn/ha; Sinh khối tầng cây dưới tán (cây bụi thảm tươi, cây tái sinh) trung bình 4,86 tấn/ha; Sinh khối khô vật rơi rụng trung bình 8,22 tấn/ha.
Nghiên cứu khả năng hấp thụ CO2 của rừng 1. Trên thế giới Nơi có khả năng hấp thụ một khối lượng lớn CO2 phát thải vào không khí bởi các hoạt động của con người đó là đại dương và thảm thực vật. Trong đó thảm thực vật đã lưu giữ một lượng CO2 lớn hơn 1 nửa khối lượng chất khí phát thải đó và cũng chính từ nguyên liệu carbon này hàng năm thảm thực vật trên trái đất đã tạo ra được 150 tỷ tấn vật chất khô thực vật. Rừng nhiệt đới toàn cầu có diện tích khoảng 17,6 triệu km2 tích lũy 547 tỷ tấn carbon trong sinh khối và trong đất.
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. Tuy nhiên, lượng carbon có biến động rất lớn giữa các vùng và các kiểu thảm thực bì khác nhau. Thông thường lượng carbon trong sinh khối biến động từ dưới 50 tấn/ha đến 360 tấn/ha, phần lớn ở các kiểu rừng là 100-200 tấn/ha (dẫn theo Phạm Xuân Hoàn, 2005). Một số nghiên cứu về khả năng hấp thụ carbon của các dạng rừng: Palm và cộng sự (1986) 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.
7 Margaret Kraenzel và cộng sự (2001), đã kết luận cây gỗ Keo tai tượng tại các đồn điền Panama được nghiên cứu có lượng carbon tích lũy rất lớn, lớn hơn rất nhiều so với lượng tích lũy của thảm rơi lá rụng ở đồng cỏ. Trồng rừng sẽ là biện pháp tốt nhất để tăng hàm lượng tích lũy carbon, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và hằng năm sẽ tích lũy được khoảng 120 tấn C/ha. Ngoài ra lượng vật rơi rụng sẽ tích lũy được khoảng 6 tấn C/ha/năm. Tổng tiềm năng tích lũy carbon ở rừng trồng gỗ Keo tai tượng là tương đối lớn và lâu dài.
Houghton (1991) đã nhận định lượng carbon rừng nhiệt đới Châu Á là 40-250 tấn/ha, trong đó 50-120 tấn/ha ở phần thực vật và đất. Murdiyarso (1995) cho rằng rừng Indonesia có lượng carbon từ 161- 300 tấn/ha trong phần sinh khối trên mặt đất. Abu Bakar (2000) Rừng Malaysia lượng carbon biến động từ 100-160 tấn/ha nếu tính cả sinh khối trong đất là 90 - 780 tấn/ha. Theo Mckenzie và cộng sự (2001) Carbon trong hệ sinh thái rừng thường tập trung ở 4 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. Kết quả nghiên cứu về sự biến động carbon sau khai thác rừng: - Brown, S. (1997) đã nhận định rằng: Một khu rừng nguyên sinh có thể hấp thụ được 280 tấn carbon và sẽ giải phóng 200 tấn carbon nếu chuyển thành du canh du cư và sẽ giải phóng nhiều hơn một chút nếu được chuyển 8 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 bị chuyển đổi sang canh tác nông nghiệp.
Lasco (2002) lượng sinh khối và carbon của rừng nhiệt đới Châu Á bị giảm khoảng 22-67% sau khai thác. Tại Philippines sau khai thác thì lượng CO2 bị mất là 50% so với rừng thành thục trước khai thác và ở Indonesia là 38-75%. - Theo Putz và Pinard (1993) ở Malaisia nếu khai thác chọn lấy đi 8-15 cây/ha (tương đương 80m3/ha hay 22 tấn carbon/ha) sẽ làm tổn thương 50% số cây được giữ lại. Ở Sabah sau khai thác 1 năm lượng sinh khối đã đạt 44- 67% so với trước khai thác (nếu khai thác theo phương thức "Khai thác giảm thiểu tác động" (dẫn theo Phạm Xuân Hoàn, 2005).
- Xét trên phạm vi toàn cầu, số liệu thống kê năm 2003 cho thấy lượng carbon lưu trữ trong rừng khoảng 800-1.