Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới 1. Nghiên cứu sinh khối rừng 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 khác 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 mang lại.
Nghiên cứu sinh khối được thực hiện từ rất sớm, 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. Cùng với sự phát triển của xã hội loài người, bước sang thế kỷ XIX 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), Steemann (1954), Fleming (1957) đã tổng kết quá trình nghiên cứu và phát triển sinh khối rừng trong các công trình nghiên cứu của mình. Đến năm 1964, Lieth 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.R (1982) 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.000 kg/ha/năm; Rừng thứ sinh 40 - 50 tuổi ở Ghana: 362. Trong những năm gần đây các phương pháp nghiên cứu định lượng, xây dựng các mô hình dự báo sinh khối cây rừng đã được áp dụng thông qua các mối quan hệ giữa sinh khối cây 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 được nhanh và kinh tế hơn. Công trình nghiên cứu tương đối toàn diện và có hệ thống về lượng carbon hấp thụ của rừng được thực hiện bởi Ilic (2000) và Mc Kenzie (2001). 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. 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. m 7 Có nhiều phương pháp ước tính sinh khối cho cây bụi và cây tầng dưới trong hệ sinh thái cây gỗ (Catchpole và Wheeler, 1992). 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.
Sinh khối rừng trên các vùng sinh thái khác nhau được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Tuy nhiên, việc xác định đầy đủ sinh khối rừng không dễ dàng, đặc biệt là sinh khối của hệ rễ trong đất rừng, nên việc làm sáng tỏ vấn đề trên đòi hỏi nhiều nỗ lực hơn nữa mới đưa ra được những dẫn liệu mang tính thực tiễn và có sức thuyết phục cao. Hệ thống lại, hiện có 3 cách tiếp cận để xác định sinh khối rừng như sau: i) Tiếp cận thứ nhất: dựa vào mối liên hệ giữa sinh khối rừng với kích thước của cây hoặc của từng bộ phận cây theo dạng hàm toán học nào đó. Hướng tiếp cận này được sử dụng phổ biến ở Bắc Mỹ và châu Âu (Whittaker, 1966) [53].
Tuy nhiên, do khó khăn trong việc thu thập rễ cây, nên hướng tiếp cận này chủ yếu dùng để xác định sinh khối của bộ phận trên mặt đất (Burton và cộng sự, 1998). ii) Tiếp cận thứ hai: đo trực tiếp quá trình sinh lý điều khiển cân bằng carbon trong hệ sinh thái. Cách này bao gồm việc đo cường độ quang hợp và hô hấp cho từng thành phần trong hệ sinh thái rừng (lá, cành, thân, rễ), sau đó ngoại suy ra lượng CO2 tích luỹ trong toàn bộ hệ sinh thái. iii) Tiếp cận thứ ba: được phát triển trong những năm gần đây với sự hỗ trợ của kỹ thuật vi khí tượng học (micrometeological techniques).
Phương pháp phân tích hiệp phương sai dòng xoáy đã cho phép định lượng sự thay đổi lượng CO2 theo mặt phẳng đứng của tán rừng. Căn cứ vào tốc độ gió, hướng gió, nhiệt độ, số liệu CO2 theo mặt phẳng đứng sẽ được sử dụng để dự đoán lượng carbon đi vào và đi ra khỏi hệ sinh thái rừng theo định kỳ từng giờ, từng ngày, từng năm. Kỹ thuật này đã áp dụng thành công ở rừng thứ m 8 sinh ở Harward - Massachusetts. Tổng lượng carbon tích luỹ dự đoán theo phương pháp phân tích hiệp phương sai dòng xoáy là 3,7 megagram/ha/năm.
Tổng lượng carbon hô hấp của toàn bộ hệ sinh thái vào ban đêm là 7,4 megagram/ha/năm, nói lên rằng tổng lượng carbon đi vào hệ sinh thái là 11,1 megagram/ha/năm. Từ những cách tiếp cận trên, nhằm 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, tổ chức “Australian Greenhouse Office” 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 sự (2001) cũng đã xây dựng một hệ thống các phương pháp cho việc thu thập số liệu về sinh khối trên và dưới mặt đất rừng nhằm phục vụ công tác nghiên cứu khả năng hấp thụ carbon của rừng.
Nghiên cứu khả năng hấp thụ CO2 của rừng Đứng trước hàng loạt những sự 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 những giá trị môi trường rừng đặc biệt là 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. Tính tới năm 2004, 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 m 9 hiện tại các nước Ấn Độ, Brazil, Jordan và Kenya (FAO, 2004). Tại Mexico một dự án đang được thực hiện, mục tiêu của dự án là cung cấp 18. Một dự án rất 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 carbon, 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).
Tại Costa Rica chương trình lâm nghiệp tư nhân 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. Với chương trình này, đợt đầu tiên các chủ đất đã bán được 200.000 tấn carbon với giá 2 triệu USD cho Na Uy. Một dự án khác nhằm giảm những thiệt hại do nóng lên toàn cầu và giảm tỷ lệ đói nghèo của người dân trong vùng được thực hiện tại Tây Phi thông qua việc tăng cường khả năng hấp thụ CO2 của trảng cỏ Savannah (FAO, 2004). Nhìn chung, mục tiêu của các dự án về khả năng hấp thụ carbon biến động rất lớn, từ 7 tấn/ha trong dự án tại vườn quốc gia Noel Kempf Mercado ở Bolivia đến 129 tấn/ha trong dự án thực hiện tại vùng Andean ở Ecuador (FAO, 2004).
Năm 2004, dự án thực hiện trình diễn về hấp thụ CO2 trong hệ thống lâm nghiệp và sinh thái nông nghiệp trị giá 53,8 tỷ USD đã được ngân hàng Thế giới huy động. Mục tiêu của chương trình này là hỗ trợ chi phí cho việc giảm phát thải khí nhà kính, đồng thời tăng cường bảo tồn đa dạng sinh học cũng như giảm đói nghèo trên thế giới. Tuy nhiên, cho tới cuối năm 2007, mới chỉ 1 dự án được phê duyệt bằng quỹ này và 7 dự án khác đang chờ đợi để được phê chuẩn. Dự án mới được duyệt sẽ thực hiện tại lưu vực đầu nguồn sông Pearl, Quảng Tây, Trung Quốc với 4 mục tiêu: (i) Nâng cao khả năng m 10 hấp thụ CO2 của rừng tại lưu vực đầu nguồn, (ii) Tăng cường bảo tồn đa dạng sinh học rừng tự nhiên, (iii) Cải tạo đất và chống xói mòn và (iv) Nâng cao thu nhập của người dân địa phương.
Để đạt được mục tiêu trên, 4.000 ha rừng đa tác dụng sẽ được trồng mới. Hiệu quả mong muốn của dự án là đem lại việc làm cho 18.000 hộ gia đình trong vùng dự án với 110.000 ngày công, đồng thời đến năm 2012 rừng trồng trên có thể hấp thụ được 320. Trên cơ sở xác định sinh khối như đã đề cập trên, khả năng hấp thụ CO2 của rừng trồng đã được nghiên cứu ở nhiều nơi trên thế giới, một số nghiên cứu được thể hiện như sau. Ở Trung Quốc, nghiên cứu được thực hiện với rừng trồng hỗn loài giữa Pinus massoniana và Schima superba cho thấy, lượng carbon biến động từ 146,35 - 215,30 tấn/ha, trong đó lượng carbon của cây trồng và thảm thực vật dưới tán rừng chiếm 61,9% - 69,9%, lượng carbon trong đất chiếm từ 28,5 - 35,5% và lượng carbon trong vật rơi rụng chiếm từ 1,6 - 2,8% (Fang Yunting và cộng sự, 2003).