Tổng quan nghiên cứu

Biến đổi khí hậu toàn cầu đang đặt ra những thách thức chưa từng có đối với môi trường sống và sự phát triển bền vững của nhân loại. Kể từ cuối thế kỷ 18 đến nay, nồng độ CO2 trong khí quyển đã gia tăng 35,4%, chủ yếu bắt nguồn từ các hoạt động đốt nhiên liệu hóa thạch và công nghiệp hóa. Tình trạng mất rừng và suy thoái rừng trên toàn cầu chiếm hơn 20% tổng lượng phát thải khí nhà kính. Theo các kịch bản khí hậu của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu, Việt Nam nằm trong nhóm quốc gia chịu tổn thương nặng nề nhất; nếu nhiệt độ tăng thêm trên 2°C, ước tính khoảng 22 triệu người sẽ mất chỗ ở và khoảng 45% diện tích đất nông nghiệp tại Đồng bằng sông Cửu Long bị đe dọa ngập mặn.

Trong chu trình carbon sinh quyển, các hệ sinh thái rừng trên cạn giữ vai trò điều hòa trọng yếu với lượng trao đổi khoảng 60 tỷ tấn carbon mỗi năm, đồng thời lưu giữ từ 800 đến 1.000 tỷ tấn carbon trên toàn cầu. Tại Việt Nam, việc định lượng khả năng hấp thụ và tích lũy carbon của các loài cây trồng lâm nghiệp chủ lực đóng vai trò nền tảng để xây dựng cơ chế chi trả dịch vụ môi trường rừng và tham gia thị trường tín chỉ carbon.

Nghiên cứu được thực hiện trên đối tượng rừng trồng Keo tai tượng (Acacia mangium) thuần loài 7 tuổi tại xã Yên Lãng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên với tổng quy mô vùng trồng khoảng 1.000 ha. Mục tiêu của luận văn là đánh giá đặc điểm cấu trúc sinh khối tươi, sinh khối khô và xác định trữ lượng tích lũy carbon của lâm phần qua các cấp đất khác nhau, từ đó thiết lập luận cứ khoa học chuẩn xác phục vụ công tác quy hoạch, quản lý rừng bền vững và lượng hóa giá trị kinh tế môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng lý thuyết về chu trình tuần hoàn vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái rừng nhiệt đới, kết hợp hướng dẫn kiểm kê khí nhà kính của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu. Khung phân tích tập trung vào mô hình sinh khối tương quan Allometric, biểu diễn mối liên hệ sinh trắc học giữa đường kính ngang ngực, chiều cao vút ngọn với khả năng tích lũy vật chất khô của cây rừng.

Các khái niệm then chốt được chuẩn hóa bao gồm:

  • Sinh khối tươi: Tổng trọng lượng của các bộ phận thực vật sống thu thập trực tiếp ngoài hiện trường.
  • Sinh khối khô tuyệt đối: Khối lượng vật chất thực vật sau khi sấy kiệt ở nhiệt độ quy chuẩn đến khi khối lượng không đổi.
  • Hệ số tích lũy carbon: Sử dụng hệ số mặc định 0,495 theo tiêu chuẩn quốc tế để chuyển đổi từ sinh khối khô sang trữ lượng carbon nguyên tố, kết hợp tỷ lệ quy đổi 1 tấn Carbon tương đương 3,67 tấn CO2 hấp thụ.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu sơ cấp được thu thập thông qua phương pháp điều tra thực địa kết hợp phân tích mẫu tại phòng thí nghiệm. Cỡ mẫu nghiên cứu được thiết lập gồm 9 ô tiêu chuẩn tạm thời với diện tích 1.000 m² mỗi ô (kích thước 20 m x 50 m), bố trí theo phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng đại diện cho 3 cấp đất (cấp đất I, II và III) dọc theo đường đồng mức.

Trong mỗi ô tiêu chuẩn, tiến hành bố trí 5 ô thứ cấp diện tích 25 m² (tổng số 45 ô thứ cấp) để đo đếm tầng cây bụi, thảm tươi và 5 ô dạng bản diện tích 1 m² (tổng số 45 ô dạng bản) nhằm xác định sinh khối thảm mục. Đối với tầng cây gỗ, nghiên cứu áp dụng phương pháp chặt ngả 9 cây tiêu chuẩn đại diện cho đường kính tiết diện bình quân của từng ô tiêu chuẩn. Cây mẫu được bóc tách chi tiết thành 4 bộ phận gồm thân, cành, lá và rễ (đào sâu 1 m trong phạm vi hình chiếu tán, thu gom toàn bộ rễ có đường kính từ 2 mm trở lên).

Mẫu thực vật được cân tươi trực tiếp tại hiện trường với sai số 0,1%, sau đó lấy mẫu đại diện 0,5 kg mỗi bộ phận đưa về sấy khô ở nhiệt độ 105°C đối với cây gỗ và 70 - 80°C đối với thảm tươi, thảm mục. Lý do lựa chọn phương pháp giải phẫu cây tiêu chuẩn và cân sấy trực tiếp là nhằm đạt độ chính xác thực nghiệm cao nhất, loại trừ hoàn toàn sai số ước tính thị giác, từ đó tạo lập hệ thống dữ liệu đáng tin cậy để xử lý tương quan hồi quy thống kê.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả điều tra lâm phần Keo tai tượng 7 tuổi tại khu vực nghiên cứu phản ánh những phát hiện quan trọng về cấu trúc sinh học và khả năng tích lũy carbon:

  1. Đặc điểm sinh trưởng lâm phần: Mật độ lâm phần hiện tại dao động từ 750 đến 920 cây/ha, tỷ lệ sống trung bình đạt 78,6% với độ tàn che trên 80%. Đường kính ngang ngực bình quân đạt từ 14,68 cm đến 18,87 cm, chiều cao vút ngọn bình quân dao động 11,65 - 13,67 m và trữ lượng gỗ đạt từ 90,65 đến 146,74 m³/ha theo các cấp đất.
  2. Cấu trúc sinh khối tươi: Sinh khối tươi của cây cá lẻ trung bình đạt 489,4 kg/cây ở cấp đất I, 390,7 kg/cây ở cấp đất II và giảm xuống 197,2 kg/cây ở cấp đất III. Ở quy mô lâm phần, tổng sinh khối tươi đạt trung bình 78,68 tấn/ha; trong đó tầng cây gỗ chiếm tỷ trọng vượt trội 86,60% (tương đương 68,67 tấn/ha), thảm mục chiếm 6,93% (5,18 tấn/ha) và cây bụi thảm tươi chiếm 6,48% (4,84 tấn/ha).
  3. Cấu trúc sinh khối khô: Tổng sinh khối khô của lâm phần đạt trung bình 45,37 tấn/ha, phân bố giảm dần theo điều kiện lập địa: cấp đất I đạt 62,35 tấn/ha, cấp đất II đạt 44,23 tấn/ha và cấp đất III đạt 29,53 tấn/ha. Tầng cây gỗ đóng góp 71,50% tổng sinh khối khô (33,50 tấn/ha), cây bụi thảm tươi đóng góp 16,41% (6,83 tấn/ha) và thảm mục đóng góp 12,09% (5,03 tấn/ha).
  4. Trữ lượng và tỷ lệ phân bố carbon: Lượng carbon tích lũy trong cây cá lẻ đạt bình quân 137,7 kg C/cây ở cấp đất I, 82,6 kg C/cây ở cấp đất II và 38,0 kg C/cây ở cấp đất III. Thân cây là bộ phận tích lũy carbon chủ đạo, chiếm từ 53,5% đến 63,6% tổng lượng carbon của cây, tiếp đến là cành (11,3% - 24,7%), rễ (13,4% - 20,4%) và thấp nhất là lá cây (3,4% - 4,8%).

Thảo luận kết quả

Sự biến động sinh khối và trữ lượng carbon giữa các cấp đất chịu sự chi phối mạnh mẽ của điều kiện lập địa. Đất feralit đỏ vàng có tầng dày trên 1 m, độ ẩm bình quân 85% và lượng mưa hàng năm 1.700 - 2.210 mm tại xã Yên Lãng tạo điều kiện lý tưởng cho rễ cây phát triển ở cấp đất I, giúp đường kính thân và chiều cao cây vượt trội so với cấp đất III bị xói mòn và độ dốc cao.

Dữ liệu phân tích khi được biểu diễn qua biểu đồ phân bố cho thấy sự ưu thế tuyệt đối của thân cây trong việc cố định chất khô. Khi so sánh với các nghiên cứu lâm nghiệp khác tại Việt Nam, tổng sinh khối khô của Keo tai tượng 7 tuổi (45,37 tấn/ha) cao hơn đáng kể so với Keo lá tràm thuần loài 15 tuổi (ước tính đạt 55,27 tấn tươi/ha ở một nghiên cứu tại vùng Đông Bắc) và tương đương với các nghiên cứu thực nghiệm tại huyện Định Hóa (sinh khối tươi tầng cây gỗ đạt 92,07 - 95,40 tấn/ha). Điều này khẳng định Keo tai tượng là loài cây gỗ sinh trưởng nhanh, có hiệu suất quang hợp và tiềm năng hấp thụ CO2 vượt trội trong chu kỳ kinh doanh ngắn.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả định lượng về sinh khối và carbon, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và chính sách quản lý:

  1. Chuẩn hóa quy trình tỉa thưa nuôi dưỡng rừng: Chi cục Kiểm lâm phối hợp cùng các ban quản lý rừng triển khai tỉa thưa cành nhánh và tỉa thưa mật độ ở giai đoạn rừng 3 - 4 tuổi, duy trì mật độ tối ưu từ 750 đến 800 cây/ha. Giải pháp này giúp mở rộng không gian dinh dưỡng, hướng tới mục tiêu tăng trữ lượng sinh khối tầng gỗ thêm 15 - 20% trong giai đoạn 2026 - 2028.
  2. Xây dựng đề án thương mại hóa tín chỉ carbon: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Thái Nguyên chủ trì xây dựng hồ sơ phát triển dự án carbon theo tiêu chuẩn quốc tế cho diện tích 1.000 ha rừng keo tại xã Yên Lãng, phấn đấu đăng ký chứng nhận thương mại với mức hấp thụ mục tiêu đạt 40 - 60 tấn CO2/ha/chu kỳ trong giai đoạn 2026 - 2030.
  3. Thực thi chính sách chi trả dịch vụ hấp thụ carbon: Ủy ban nhân dân huyện Đại Từ và Quỹ Bảo vệ và Phát triển rừng ban hành khung định mức chi trả dịch vụ môi trường rừng bổ sung cho chức năng lưu giữ carbon, tạo nguồn thu bổ sung từ 1,5 đến 2,5 triệu đồng/ha/năm cho người dân trồng rừng từ quý III/2026.
  4. Bảo tồn thảm tươi và quản lý lập địa bền vững: Các chủ rừng và hộ gia đình tuyệt đối không áp dụng biện pháp đốt dọn thực bì toàn diện sau khai thác; duy trì lớp thảm mục và cây bụi tối thiểu 5,03 tấn khô/ha nhằm hạn chế xói mòn trên sườn dốc 15 - 20 độ, thực hiện liên tục từ chu kỳ trồng rừng năm 2026.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và hệ thống dữ liệu thực nghiệm của luận văn mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng:

  • Cơ quan quản lý nhà nước về lâm nghiệp: Chi cục Kiểm lâm, Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn sử dụng các số liệu sinh khối và biểu cấp đất làm cơ sở quy hoạch vùng nguyên liệu gỗ lớn kết hợp phòng hộ môi trường tại khu vực miền núi phía Bắc.
  • Các nhà khoa học và sinh viên chuyên ngành Lâm học: Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Quản lý tài nguyên rừng, Khoa học môi trường tham khảo phương pháp luận chặt ngả cây mẫu, kỹ thuật xử lý mẫu sấy và các mô hình toán học tương quan sinh khối.
  • Các tổ chức phát triển dự án carbon rừng: Doanh nghiệp và chuyên gia tư vấn thị trường tín chỉ carbon khai thác bộ chỉ số tích lũy carbon thực tế làm đường phát thải cơ sở (baseline) khi xây dựng văn kiện dự án theo cơ chế tín chỉ carbon tự nguyện.
  • Chủ rừng và các hợp tác xã lâm nghiệp: Các công ty lâm nghiệp, chủ trang trại áp dụng hướng dẫn mật độ và biện pháp chăm sóc rừng trồng để tối đa hóa đồng thời sản lượng gỗ thương phẩm và giá trị dịch vụ hệ sinh thái.

Câu hỏi thường gặp

Khả năng tích lũy carbon của rừng Keo tai tượng 7 tuổi đạt mức bao nhiêu? Tổng sinh khối khô trung bình của toàn lâm phần đạt 45,37 tấn/ha (biến động 29,53 - 62,35 tấn/ha theo cấp đất). Áp dụng hệ số chuyển đổi carbon 0,495, rừng Keo tai tượng 7 tuổi tích lũy trung bình khoảng 22,46 tấn Carbon/ha, tương đương khả năng hấp thụ và lưu giữ khoảng 82,43 tấn CO2/ha từ khí quyển.

Bộ phận nào của cây Keo tai tượng tích lũy lượng carbon lớn nhất? Thân cây là bộ phận tích lũy carbon cao nhất, chiếm từ 53,5% đến 63,6% tổng lượng carbon toàn cây (đạt 24,1 - 83,5 kg C/cây tùy theo cấp đất). Tiếp theo là cành cây chiếm 11,3% - 24,7%, hệ thống rễ chiếm 13,4% - 20,4% và thấp nhất là lá cây chỉ chiếm 3,4% - 4,8%.

Điều kiện cấp đất ảnh hưởng như thế nào đến trữ lượng sinh khối của rừng? Cấp đất quyết định trực tiếp đến tốc độ tăng trưởng và tích lũy chất khô. Sinh khối khô cây cá lẻ ở cấp đất I đạt 284,0 kg/cây, cao gấp 3,6 lần so với cấp đất III (chỉ đạt 78,4 kg/cây). Tổng sinh khối khô lâm phần ở cấp đất I đạt 62,35 tấn/ha, cao hơn 111% so với cấp đất III (29,53 tấn/ha).

Tầng cây bụi và thảm mục dưới tán rừng đóng góp bao nhiêu vào sinh khối chung? Tầng cây bụi thảm tươi tích lũy trung bình 6,83 tấn sinh khối khô/ha (chiếm 16,41% tổng sinh khối lâm phần), trong khi lớp thảm mục tích lũy 5,03 tấn khô/ha (chiếm 12,09%). Hai thành phần này giữ vai trò bảo vệ đất feralit khỏi xói mòn và duy trì độ phì nhiêu sinh học.

Luận văn sử dụng phương pháp nào để xác định hàm lượng carbon? Nghiên cứu áp dụng phương pháp phân tích mẫu sấy kiệt trong phòng thí nghiệm ở nhiệt độ tiêu chuẩn 105°C đối với các bộ phận cây gỗ và 70 - 80°C đối với thảm mục, thảm tươi. Hàm lượng carbon nguyên tố được tính toán thông qua hệ số chuyển đổi mặc định 0,495 theo khuyến nghị chuẩn hóa của IPCC.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã làm rõ đặc điểm cấu trúc lâm phần rừng trồng Keo tai tượng 7 tuổi tại xã Yên Lãng với mật độ 750 - 920 cây/ha và tỷ lệ sống đạt 78,6%.
  • Định lượng chính xác tổng sinh khối khô toàn lâm phần đạt trung bình 45,37 tấn/ha, trong đó tầng cây gỗ chiếm tỷ trọng chủ đạo 71,50%.
  • Xác định thân cây là kho tích lũy carbon lớn nhất (chiếm 53,5% - 63,6% lượng carbon cá thể), trữ lượng carbon cây cá lẻ dao động mạnh từ 38,0 đến 137,7 kg C/cây theo cấp đất.
  • Khẳng định vai trò quan trọng của tầng cây bụi và thảm mục với tổng sinh khối khô đạt 11,86 tấn/ha, đóng góp 28,50% vào tổng sinh khối toàn lâm phần.
  • Cung cấp cơ sở khoa học thực nghiệm vững chắc để xây dựng phương trình hồi quy sinh khối và định giá dịch vụ môi trường rừng trong giai đoạn 2026 - 2030.

Các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và doanh nghiệp lâm nghiệp hãy khai thác hệ thống dữ liệu thực nghiệm trong luận văn này để áp dụng vào các dự án phát triển rừng bền vững và thị trường tín chỉ carbon tại địa phương.