Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới 1. Nghiên cứu về sinh khối rừng Các công trình nghiên cứu sinh khối rừng đã được thực hiện từ thế kỷ XVII. Tuy nhiên, các nghiên cứu về sinh khối trước đó mới chỉ đơn thuần thể hiện năng suất của rừng và nghiên cứu một số chỉ tiêu khác như dinh dưỡng hoặc các chỉ tiêu về môi trường rừng.
Khi cơ chế phát triển sạch (CDM) ra đời, nghiên cứu sinh khối giữ vai trò quan trọng hơn, là cơ sở đánh giá lượng các bon tích lũy bởi thực vật rừng, góp phần định lượng giá trị môi trường từ rừng mang lại. Việc ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật của các ngành hóa phân tích, hóa thực vật, các nhà khoa học đã vận dụng nguyên lý tuần hoàn vật chất trong chu trình tuần hoàn vật chất của tự nhiên để áp dụng nghiên cứu sinh khối rừng và bước đầu đã thu được những thành tựu đáng kể. Riley (1944) [47], Steemann (1954) [50], Fleming (1957) [37] đã tổng kết quá trình nghiên cứu và phát triển sinh khối rừng trong các công trình nghiên cứu của mình. đã xây dựng định luật "năng suất" dựa trên định luật “tối thiểu” và dựa 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) [42].
Lieth (1964) [43] 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 “International Biology Program” (1964) và chương trình con người và sinh quyển “Man and Biosphere” (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. Một nghiên cứu về năng suất sơ cấp của một số hệ sinh thái đã được đưa ra bởi Dajoz (1971), cụ thể 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.
n 4 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.R (1981) đã công bố công trình nghiên cứu “Sinh khối và năng suất sơ cấp rừng trên thế giới - World forest biomass and primary production data” trong đó tập hợp 600 công trình nghiên cứu đã được xuất bản về sinh khối thân, cành, lá và một số thành phần, sản phẩm sơ cấp của hơn 1.200 lâm phần thuộc 46 nước trên thế giới [33]. Tính toán năng suất sơ cấp của một số hệ sinh thái, Dajoz (1971) đã thu được kết quả như sau: Mía ở châu Phi: 67 tấn/ha/năm; 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; Còn sinh khối (Biomass) của Savana cỏ cao Andrôpgon (cỏ Ghine): 5.000 kg/ha/năm; Rừng thứ sinh 40 - 50 tuổi ở Ghana: 362. 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 [45].
Với mục đích phục vụ cho công tác nghiên cứu sinh khối để tính toán khả năng hấp thụ carbon của rừng, nhiều phương pháp xác định sinh khối khác nhau đã được các nhà khoa học đề xuất, mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng, căn cứ vào từng điều kiện cụ thể và mục tiêu của công việc mà lựa chọn phương pháp thích hợp nhất để áp dụng. Năm 2002, “Australian Greenhouse Office” [25] 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 n 5 sự (2001) [41] cũng đã xây dựng một hệ thống các phương pháp cho việc thu thập số liệu về sinh khối trên và dưới mặt đất nhằm phục vụ công tác nghiên cứu khả năng hấp thụ các bon của rừng. Về phương pháp nghiên cứu sinh khối đã được các tác giả P.Kamat (1956) công bố 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.
Bên cạnh đó, ở các nước khác, các tác giả khác đã đưa ra các phương pháp để xác định sinh khối, có thể kể tới một số tác giả như sau: - Trasnean (1926), Huber (Đức, 1952), Monteith (Anh, 1960 - 1962), Lemon (Mỹ, 1960 - 1987), Inone (Nhật, 1965 - 1968),. 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. - 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) [54] 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 n 6 dụng phổ biến ở Bắc Mỹ và châu Âu (Whittaker, 1966) [53]. Theo Grier và cộng sự (1989), Reichel (1991), Burton V.
Barner và cộng sự (1998) [29] 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) [45].
- 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: (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. Nghiên cứu khả năng tích lũy Các bon của rừng Trước năm 1840, các công trình nghiên cứu đã tập trung vào lĩnh vực sinh lý thực vật, nghiên cứu quá trình quang hợp tạo nên vật chất hữu cơ từ nước, oxi và năng lượng ánh sáng mặt trời. Sau hàng loạt những biến cố, hậu quả về môi trường do con người gây ra như ô nhiễm bầu khí quyển, hiệu ứng nhà kính, hiện tượng nóng lên của trái đất,…đã làm cho các nhà khoa học, các tổ chức, các quốc gia trên toàn thế giới phải quan tâm tới việc nghiên cứu giải pháp khắc phục hậu quả môi trường, trong đó khả năng hấp thụ C02 của rừng được xem là biện pháp rẻ tiền, có hiệu quả lâu dài, do vậy rất được quan tâm nghiên cứu.
Theo kết quả thống kê của Brown (1997), tổng lượng các bon dự trữ của rừng trên toàn thế giới khoảng 826 tỷ tấn chủ yếu ở cây và trong lòng đất, con người hoàn toàn có thể chuyển dịch các các bon từ khí quyển thông qua một số bước nhằm tăng các bể chứa các bon này. Các bước này có thể bao gồm tăng khối lượng các bon dự trữ cho một ha thông qua quản lý mật độ hoặc tuổi rừng (Hoen and Solberg, 1994; n 7 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 ra nhiều triển vọng làm giảm giá thành cắt giảm khí nhà kính trong khí quyển và mối lo ngại toàn cầu [28]. Trong chu trình các bon toàn cầu, lượng các bon 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 các bon 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.
Trong tổng số 5,5 Gt ∗- 6,6 Gt lượng các bon 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 các bon 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 các bon trong rừng để làm giảm bớt khả năng tích tụ khí gây hiệu ứng nhà kính trong bầu khí quyển (IPCC, 2000) [39]. Tính tới năm 2004, đã có 16 dự án về hấp thụ CO2 thông qua việc trồng mới và tái trồng mới rừng đã được thực hiện, trong đó châu Mỹ Latin có 4 dự án, châu Phi có 7 dự án, châu Á có 5 dự án và 1 dự án liên quốc gia được thực hiện tại các nước Ấn Độ, Brazil, Jordan và Kenya (FAO, 2004) [36]. Tại Mexico một dự án đang được thực hiện, mục tiêu của dự án là cung cấp 18.
Cũng theo tác giả, một dự án lớn nhằm nâng cao khả năng hấp thụ CO2 của rừng ở Ấn Độ đang được thực hiện với thời gian 50 năm, theo tính toán khi kết thúc dự án có thể cố định được từ 0,4 - 0,6 Mt các bon, trong đó sau 8 năm mỗi ha có thể cố định được 25,44 tấn, sau 12 năm có thể cố định được 41,2 tấn và sau 50 năm có thể cố định được 58,8 tấn (tương đương khoảng 3 tấn C/ha). Chương trình lâm nghiệp tư nhân tại Costa Rica đã khuyến khích các chủ đất lựa chọn phương thức sử dụng đất gắn liền với lâm nghiệp thông qua việc cung cấp cho các dịch vụ hấp thụ CO2.