Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới 1. Những nghiên cứu về sinh khối và dinh dưỡng 1. Nghiên cứu về sinh khối cây rừng Sinh khối và năng suất rừng là kết quả của quá trình sinh học tổng hợp, là tổng lượng chất hữu cơ của thực vật tích lũy trong hệ sinh thái, là toàn bộ nguồn vật chất và cơ sở năng lượng vận hành trong hệ sinh thái, nó phản ánh chỉ tiêu quan trọng của sinh thái rừng.
Sinh khối rừng đã được nghiên cứu rất sớm, từ năm 1840 trở về trước, các tác giả đã đi sâu vào nghiên cứu lĩnh vực sinh lý thực vật, đặc biệt là nghiên cứu vai trò và hoạt động của diệp lục thực vật màu xanh 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. Tiêu biểu cho lĩnh vực này có tác giả sau: - Liebig, J (1840)[39] lần đầu tiên đã định lượng về sự tác động của thực vật tới không khí và phát triển thành định luật "tối thiểu". (1954) đã phát triển luật tối thiểu của Liebig, J. thành luật "năng suất".
Việc xây dựng các phương pháp nghiên cứu định lượng, các mô hình dự báo sinh khối cây rừng được thực hiện từ rất sớm, nhiều công trình nghiên cứu đã sử dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật trong việc xác định như: Công nghệ viễn thám, hóa học,. Cho đến nay, các nhà khoa học đã xác định sinh khối bằng việc áp dụng thông qua các mối quan hệ giữa sinh khối cây LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 với các nhân tố điều tra cơ bản, dễ đo đếm như đường kính ngang ngực, chiều cao cây, giúp cho việc dự đoán sinh khối nhanh chóng, kinh tế hơn. - Năm 1956, tại Ấn Độ, các tác giả P. Kamat đã sử dụng công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) với các công cụ như: Ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, laze, rada, hệ thống định vị toàn cầu (GIS).
để điều tra sinh khối, đo đếm lượng Carbon trong hệ sinh thái và biến đổi của chúng. Với công trình nghiên cứu: "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 (dẫn theo Lý Thu Quỳnh, 2007)[20]. - Năm 1963, hai tác giả Aruga và Maidi đã đưa ra phương pháp “Chlorophyll” để xác định sinh khối thông qua hàm lượng Chlorophyll trên một đơn vị diện tích mặt đất vì hàm lượng này là một chỉ tiêu biểu thị khả năng của hệ sinh thái hấp thụ các tia bức xạ hoạt động quang tổng hợp (dẫn theo Đặng Trung Tấn, 2001)[22]. H [40], 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. Sinh khối cây rừng có thể xác định nhanh chóng dựa vào mối liên hệ giữa sinh khối với kích thước của cây hoặc của từng bộ phận cây theo dạng hàm toán học nào đó. Phương pháp này được sử dụng phổ biến ở Bắc Mỹ và Châu Âu (Whittaker, 1966)[53]; Tritton và Hornbeck (1982); Smith và Brand (1983). Tuy nhiên, do gặp 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 (Grier và cộng sự - 1981; Reichel – 1991; Burton V.Barnes và cộng sự, 1998).
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 Tác giả Newbould P.J (1967)[42], đã đưa ra phương pháp “cây mẫu” để nghiên cứu sinh khối và năng suất của quần xã từ các ô tiêu chuẩn. Phương pháp này đã được chương trình quốc tế “IBP” thống nhất áp dụng. Phương pháp lấy mẫu rễ để xác định sinh khối được mô tả bởi các nhà khoa học Shurrman và Geodewaaen (1971), Moore (1973), Gadow và Hui (1999), Oliveira và cộng sự (2000), Voronoi (2001), McKenzie và cộng sự (2001)[41]. Ngoài việc nghiên cứu về sinh khối thực vật của các hệ sinh thái rừng, trong năm 1971, tác giả Duyiho đã công bố thực vật ở biển hàng năm quang hợp đến 3x1010 tấn vật chất hữu cơ, trên mặt đất là 5,3x10 10 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 (dẫn theo Lê Hồng Phúc, 1996)[15]. Cũng trong năm này, tác giả Dajoz đã đưa ra một số kết quả về năng suất sơ cấp của một số hệ sinh thái 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: 362,369 kg/ha/ năm (dẫn theo Dương Hữu Thời, 1992) [24]. Năm 1982, Tác giả Cannell với công trình “Sinh khối và năng suất sơ cấp rừng thế giới - World forest biomass and primary production data” đã LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 tập hợp 600 công trình 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 [34]. 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; (2) - Phương pháp kẻ theo đường; (3) - Phương pháp mục trắc; (4) - Phương pháp lấy mẫu kép sử dụng tương quan (dẫn theo Lý Thu Quỳnh, 2007)[20]. Francis khi nghiên cứu về sinh khối của Bambusa bambos tại vùng Tamil Nadu - Ấn độ, đã cho rằng sinh khối rừng tăng theo tuổi và tập trung chủ yếu ở phần thân. Sinh khối trên mặt đất có khối lượng đáng kể đạt 286 tấn/ha. Hai tác giả cũng tiến hành so sánh với lượng sinh khối xác định hàng năm đối với loài Bambusa vulgaris ở tuổi 3 và 4 là 7 tấn/ha; loài Gigantochloa aspera là 1 tấn/ha (Chinte, 1965).
Ở rừng tự nhiên tại Malaysia, sinh khối trên mặt đất của loài Gantochloa scortechnii là 72 tấn/ha và 36 tấn/ha ở rừng trồng tuổi 3 (Othman, 1992). Với các loài cây trồng mọc nhanh như: Eucalyptus glubus ở tuổi 4 là 8 tấn/ha (theo Cromer and Williams, 1982); Leucaena leucocephala ở tuổi 5 là 47 tấn/ha (theo Pandey et al, 1989); Pinus caribaea ở tuổi 6 là 87 tấn/ha (Madgwick et al, 1977)[48]. Kế tiếp là công trình nghiên cứu của tác giả Anand Narain Singh về sinh khối của loài Dendrocalamus strictus (1998)[32], đã cho thấy tổng lượng sinh khối ở rừng trồng 3 tuổi xác định được là khoảng 46,9 tấn/ha; rừng tuổi 5 là 74,4 tấn/ha, trong đó 35% là sinh khối dưới mặt đất. Mặt khác, đối với những loài tre trồng trên đất mỏ có sinh khối lớn hơn so với các nghiên cứu trước đây, đạt khoảng 30 - 49 tấn/ha.
Ở một số vùng khác, người ta xác định LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 được lượng sinh khối trên mặt đất vào khoảng 0,8 đến 24 tấn/ha (Veblen et al., 1980; Taylor và Zisheng, 1987; Rao và Ramakrishnan, 1989; Tripathi và Singh, 1996). Sinh khối trên mặt đất của loài Sasa kurilensis ở Nhật Bản là 90 tấn/ha (Oshima, 1961); Chusquea culeou ở San Pablo, Andes là 158,8 tấn/ha (Veblen et al., 1980) và Arundinaria alpina ở Kenya là 100 tấn/ha (Wimbush, 1945). Nghiên cứu về dinh dưỡng rừng trồng Năm 1996, Shanmughavel và Francis đã nghiên cứu về chu trình dinh dưỡng trong rừng Bambusa bambos. Khi tiến hành phân tích thành phần dinh dưỡng trong các bộ phận khác nhau của cây đều cho thấy hàm lượng dinh dưỡng tăng theo tuổi, đối với lá cây khối lượng các chất dinh dưỡng giảm dần theo thứ tự N>K>Mg>Ca>P khác so với ở thân, cành, thân ngầm là K>N>Mg>Ca>P.
Khi so sánh với các nghiên cứu về sự hấp thu và hoàn trả dinh dưỡng ở loài Pinus patula (Bhartari 1986), Dalbergia sissoo (Sharma et al. 1988), Eucalyptus grandis (Westmann 1978; Turner and Lambert 1983), and E.globulus (George and Varghese 1990), thì ở Bambusa bambos lượng dinh dưỡng hoàn trả lớn hơn nhiều. Tuy nhiên, lượng dinh dưỡng được sử dụng trong tổng số lượng dinh dưỡng hoàn trả lại không cao. Ở cây tuổi 4, đối với Nitơ: 89% được hoàn trả trong khi chỉ có 11% được đất hấp thụ, tương tự với P: 90% được hoàn trả và chỉ có 10% được đất hấp thụ; Với K,Ca, Mg hoàn trả lần lượt là: 91%, 89%, 89% và 9%, 11% và 11% được đất hấp thụ [49].
Những nghiên cứu về dinh dưỡng hoàn trả cho đất trong rừng Bambusa bambos cũng được Shanmughavel (2000) thực hiện ở các độ tuổi khác nhau tại Ấn Độ. Kết quả cho thấy, hàm lượng N, P, K, Ca, và Mg hoàn trả cho đất ở rừng 4 tuổi là 120, 10, 101, 60 và 66 kg/ha, đối với rừng 5 tuổi hàm lượng của các nguyên tố trên tương ứng là 141, 13, 121, 72 và 79 kg/ha, và đối với LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 rừng 6 tuổi hàm lượng dinh dưỡng của các nguyên tố trên là 184, 16, 183, 91 và 96 kg/ha [47]. Việc nghiên cứu dinh dưỡng đất của rừng Dendrocalamus asper Back đã được thực hiện tại Indonesia với tầng đất từ 0 - 20 cm và từ 20 - 40 cm. Sutiyono (2004)[51] đã kết luận rằng độ chua, hàm lượng mùn, Nitơ, Kali, các ion K+, Na+, Ca2+, Mg2+ và các cation trao đổi đều rất thấp ở cả 2 tầng đất.
Riêng phosphor tổng số là cao ở cả 2 tầng. Đối với thành phần cơ giới của đất, ở tầng từ 0 – 20 cm thành phần cơ giới là sét với hơn 45 % là sét và 34 % là cát. Ngoài ra Silicate (Si) trong đất cũng được phân tích, ở tầng từ 0 - 20 cm đất chứa nhiều Silicate hơn so với đất ở tầng từ 20 - 40 cm. Nguyên nhân là do quá trình phân huỷ lá ở tầng đất mặt nhanh hơn so với tầng đất sâu.
Qua nghiên cứu tác giả cũng khuyến cáo rằng để ổn định sản lượng rừng Luồng thì việc bón thêm phân là cần thiết. Tuy nhiên bón bao nhiêu là đủ tác giả chưa nêu ra trong kết quả nghiên cứu.