Luận Văn Thạc Sĩ: Đặc Điểm Cấu Trúc Và Khả Năng Tích Lũy Carbon Của Rừng Phục Hồi IIA Tại Huyện Đại Từ, Tỉnh Thái Nguyên

• Tác giả: Nguyễn Tuấn Anh
• Người hướng dẫn: Đặng Kim Vui
• Trường học: Đại học Nông Lâm Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Lâm nghiệp
• Đề tài: Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc và khả năng tích lũy Carbon của trạng thái rừng phục hồi IIa tại huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Cơ sở khoa học của nghiên cứu
• 1.2. Công ước liên hợp quốc về biến đổi khí hậu
• 1.3. Cơ chế phát triển sạch (CDM) và thị trường Carbon
• 1.4. Khái quát vấn đề nghiên cứu
• 1.5. Tổng quan vấn đề nghiên cứu tích lũy Carbon
• 1.6. Những nghiên cứu về cấu trúc rừng
• 1.7. Tổng quan khu vực nghiên cứu. Điều kiện tự nhiên- Kinh tế xã hội
• 1.8. Nhận xét chung
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
• 2.2. Địa điểm, thời gian nghiên cứu
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.5. Phương pháp nội nghiệp
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Một số đặc điểm cấu trúc rừng phục hồi trạng thái IIa tại huyện Đại Từ
• 3.2. Đặc điểm cấu trúc tổ thành
• 3.3. Đặc điểm cấu trúc mật độ trạng thái rừng IIa tại Đại Từ
• 3.4. Chỉ số đa dạng sinh học
• 3.5. Đặc điểm cấu trúc ngang
• 3.6. Đặc điểm cấu trúc đứng
• 3.7. Đặc điểm sinh khối khô trạng thái rừng phục hồi IIa tại huyện Đại Từ
• 3.7.1. Sinh khối khô tầng cây gỗ
• 3.7.2. Sinh khối khô tầng cây tái sinh. Sinh khối khô tầng cây bụi thảm tươi
• 3.7.3. Sinh khối khô vật rơi rụng
• 3.7.4. Tổng hợp sinh khối khô toàn lâm phần trạng thái rừng IIa tại huyện Đại Từ
• 3.8. Lượng carbon tích lũy trạng thái rừng IIa tại huyện Đại Từ
• 3.8.1. Lượng carbon tích lũy trong tầng cây gỗ
• 3.8.2. Lượng carbon tích lũy trong tầng cây tái sinh. Lượng carbon tích lũy trong cây bụi, thảm tươi
• 3.8.3. Lượng carbon tích lũy trong vật rơi rụng
• 3.8.4. Tổng hợp lượng carbon tích lũy trạng thái rừng IIa tại huyện Đại Từ
• 3.9. Dự báo lượng CO2 hấp thu tương ứng ở rừng phục hồi IIa tại huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên
• 3.9.1. Lượng CO2 hấp thu trong tầng cây gỗ
• 3.9.2. Lượng CO2 hấp thu trong tầng cây tái sinh. Lượng CO2 hấp thu trong cây bụi, thảm tươi
• 3.9.3. Lượng CO2 hấp thu trong vật rơi rụng
• 3.9.4. Tổng hợp lượng CO2 hấp thu trạng thái rừng IIa tại huyện Đại Từ
• 3.10. Đề xuất một số phương pháp xác định lượng Carbon tích lũy đối với trạng thái rừng IIa
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Giới thiệu về nghiên cứu

Nghiên cứu cấu trúc và tích lũy carbon của rừng phục hồi IIa tại huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên mang lại cái nhìn sâu sắc về vai trò của rừng trong việc giảm thiểu biến đổi khí hậu. Rừng không chỉ là nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá mà còn là bể chứa carbon quan trọng. Việc nghiên cứu này nhằm cung cấp thông tin khoa học về cấu trúc rừng và khả năng tích lũy carbon của các hệ sinh thái rừng phục hồi. Đặc biệt, nghiên cứu này có thể hỗ trợ trong việc thực hiện các chính sách bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

1.1. Mục đích và mục tiêu nghiên cứu

Mục đích chính của nghiên cứu là cung cấp thông tin về cấu trúc rừng và khả năng tích lũy carbon của rừng phục hồi IIa. Mục tiêu cụ thể bao gồm mô tả đặc điểm cấu trúc, xác định lượng carbon tích lũy ở các tầng cây gỗ, cây bụi và thảm tươi. Nghiên cứu cũng hướng đến việc đề xuất các phương pháp xác định lượng carbon tích lũy, từ đó góp phần vào việc thực hiện Nghị định số 99/2010/NĐ-CP về chi trả dịch vụ môi trường rừng.

II. Tổng quan tài liệu

Tổng quan tài liệu cho thấy rằng biến đổi khí hậu là một trong những thách thức lớn nhất hiện nay. Rừng được coi là một trong những giải pháp hiệu quả để giảm thiểu khí nhà kính. Nghiên cứu về cấu trúc rừng và khả năng tích lũy carbon đã được thực hiện ở nhiều nơi trên thế giới. Các nghiên cứu này chỉ ra rằng rừng tự nhiên có khả năng hấp thụ lượng lớn CO2, góp phần vào việc giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu. Đặc biệt, rừng phục hồi IIa tại Đại Từ có tiềm năng lớn trong việc tích lũy carbon.

2.1. Cơ sở khoa học của nghiên cứu

Cơ sở khoa học của nghiên cứu dựa trên các công ước quốc tế về biến đổi khí hậu và các cơ chế phát triển sạch (CDM). Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng rừng có vai trò quan trọng trong việc hấp thụ khí CO2. Việc xác định lượng carbon tích lũy trong rừng không chỉ có ý nghĩa về mặt khoa học mà còn có giá trị thực tiễn trong việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

III. Kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng rừng phục hồi IIa tại huyện Đại Từ có cấu trúc đa dạng và khả năng tích lũy carbon cao. Các chỉ số về sinh khối và lượng carbon tích lũy được xác định rõ ràng. Cụ thể, lượng carbon tích lũy trong tầng cây gỗ, cây bụi và thảm tươi đều đạt mức cao, cho thấy tiềm năng lớn của rừng trong việc hấp thụ khí nhà kính. Những kết quả này không chỉ có giá trị trong việc đánh giá hiện trạng rừng mà còn hỗ trợ cho các chính sách bảo vệ môi trường.

3.1. Đặc điểm cấu trúc rừng

Đặc điểm cấu trúc của rừng phục hồi IIa tại Đại Từ cho thấy sự phong phú về loài và mật độ cây. Các chỉ số đa dạng sinh học được ghi nhận cao, cho thấy sự phát triển mạnh mẽ của hệ sinh thái rừng. Điều này không chỉ có ý nghĩa về mặt sinh thái mà còn góp phần vào việc tích lũy carbon hiệu quả. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc bảo vệ và phát triển rừng phục hồi là cần thiết để duy trì và nâng cao khả năng hấp thụ khí CO2.

IV. Đề xuất và kết luận

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc bảo vệ và phát triển rừng phục hồi IIa tại huyện Đại Từ là rất quan trọng. Đề xuất các phương pháp xác định lượng carbon tích lũy sẽ giúp địa phương có cơ sở khoa học để thực hiện các chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng. Kết quả nghiên cứu không chỉ có giá trị về mặt lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

4.1. Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong việc xây dựng các chính sách bảo vệ môi trường và phát triển bền vững tại tỉnh Thái Nguyên. Việc xác định lượng carbon tích lũy sẽ giúp địa phương có cơ sở để thực hiện các chương trình chi trả dịch vụ môi trường rừng, từ đó nâng cao giá trị kinh tế của rừng và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên.

Tổng quan nghiên cứu

Rừng đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa khí hậu, bảo vệ môi trường và cung cấp nguồn tài nguyên sinh vật đa dạng. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu, việc nghiên cứu khả năng tích lũy carbon của các hệ sinh thái rừng trở nên cấp thiết nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính. Ước tính khoảng 20% tổng lượng phát thải khí nhà kính toàn cầu xuất phát từ chuyển đổi rừng tự nhiên sang các hình thức sử dụng đất khác. Tỉnh Thái Nguyên, đặc biệt huyện Đại Từ, là khu vực có diện tích rừng phục hồi sau nương rẫy tăng đáng kể, đóng góp quan trọng vào việc hấp thụ CO2 và bảo vệ môi trường.

Luận văn tập trung nghiên cứu đặc điểm cấu trúc và khả năng tích lũy carbon của trạng thái rừng phục hồi IIa tại huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên trong giai đoạn từ tháng 6/2014 đến tháng 7/2015. Mục tiêu chính là mô tả cấu trúc rừng, xác định lượng carbon tích lũy ở các tầng cây gỗ, cây bụi, thảm tươi và dự báo lượng CO2 hấp thu tương ứng. Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc cung cấp cơ sở dữ liệu phục vụ chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng theo Nghị định số 99/2010/NĐ-CP, đồng thời góp phần thực hiện các cam kết quốc tế về giảm phát thải khí nhà kính.

Kết quả nghiên cứu sẽ hỗ trợ địa phương trong việc đánh giá giá trị kinh tế và môi trường của rừng phục hồi, đồng thời tạo nền tảng cho các dự án thương mại hóa chứng chỉ giảm phát thải carbon, góp phần phát triển bền vững kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường tại khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về sinh khối rừng và chu trình carbon trong hệ sinh thái rừng. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

1. Lý thuyết chu trình carbon trong hệ sinh thái rừng: Carbon được tích lũy trong sinh khối cây gỗ, cây bụi, thảm tươi và vật rơi rụng, đồng thời trao đổi với khí quyển qua quá trình quang hợp và hô hấp. Việc xác định sinh khối khô và hàm lượng carbon trong sinh khối là cơ sở để đánh giá khả năng tích lũy carbon của rừng.

2. Mô hình cấu trúc rừng và đa dạng sinh học: Cấu trúc rừng được phân tích qua các chỉ số như mật độ cây, phân bố đường kính, chiều cao, chỉ số đa dạng sinh học Shannon và chỉ số mức độ quan trọng (IVI). Mô hình này giúp đánh giá sự ổn định, đa dạng và khả năng phát triển của rừng phục hồi.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: trạng thái rừng phục hồi IIa (rừng phục hồi giai đoạn đầu với cây ưa sáng mọc nhanh), sinh khối khô (tổng khối lượng khô kiệt của rừng trên đơn vị diện tích), tích lũy carbon (lượng carbon lưu giữ trong sinh khối), và chỉ số đa dạng sinh học Shannon.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được tiến hành tại huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên, tập trung vào ba xã có diện tích rừng phục hồi IIa lớn nhất: La Bằng, Yên Lãng và Quân Chu, trong khoảng thời gian từ tháng 6/2014 đến tháng 7/2015.

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ điều tra ngoại nghiệp gồm 9 ô tiêu chuẩn (OTC) với diện tích 2500 m² mỗi ô, phân bố tại các vị trí chân đồi, sườn đồi và đỉnh đồi. Mỗi OTC được chia thành 5 ô dạng bản (ODB) 25 m² để đo đếm cây tái sinh, cây bụi, thảm tươi và vật rơi rụng.

• Phương pháp phân tích:

  • Xác định cấu trúc rừng qua các chỉ số mật độ cây, phân bố đường kính, chiều cao và chỉ số đa dạng sinh học Shannon.
  • Tính sinh khối cây gỗ bằng công thức phi phá hại: $Y = 0,118D^{2,53}$ (Brown et al., 1989), trong đó $D$ là đường kính thân cây tại 1,3 m.
  • Sinh khối rễ được ước lượng theo tỷ lệ sinh khối trên mặt đất và dưới mặt đất (tỷ lệ 4:1).
  • Sinh khối cây tái sinh, cây bụi, thảm tươi và vật rơi rụng được xác định qua cân mẫu và sấy khô.
  • Lượng carbon tích lũy được tính bằng cách nhân sinh khối khô với hệ số 0,46 (IPCC, 2003).
  • Lượng CO2 hấp thu tương ứng được tính theo công thức: $CO_2 = C \times \frac{44}{12}$.
  • Phân tích số liệu sử dụng phần mềm Excel để tổng hợp và tính toán.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: 9 OTC được chọn ngẫu nhiên đại diện cho các vị trí địa lý đặc trưng của huyện Đại Từ, đảm bảo tính đại diện cho trạng thái rừng phục hồi IIa. Mỗi OTC có diện tích 2500 m², tổng diện tích điều tra là 22500 m².

• Timeline nghiên cứu: Chuẩn bị và thu thập số liệu ngoại nghiệp từ tháng 6/2014 đến tháng 7/2015, xử lý mẫu và phân tích số liệu trong cùng khoảng thời gian.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Cấu trúc tổ thành và mật độ cây gỗ: Mật độ cây gỗ trung bình là 317 cây/ha, dao động từ 304 đến 324 cây/ha. Số loài cây trong trạng thái rừng IIa biến động từ 18 đến 24 loài, với 6 đến 11 loài ưu thế tham gia công thức tổ thành. Không có nhóm loài ưu thế chiếm trên 50% tổng số cá thể, cho thấy rừng có cấu trúc hỗn loài và đang trong giai đoạn phục hồi.

2. Chỉ số đa dạng sinh học: Chỉ số Shannon của tầng cây gỗ dao động từ 2,73 đến 2,98, trung bình 2,91, phản ánh mức độ đa dạng sinh học cao và ổn định tương đối của rừng phục hồi IIa tại huyện Đại Từ.

3. Phân bố cây theo cấp đường kính và chiều cao: Số cây tập trung chủ yếu ở cấp đường kính 6-10 cm (170 cây/ha), giảm dần ở các cấp lớn hơn. Chiều cao cây chủ yếu nằm trong khoảng 5-10 m (chiếm 55,52%), tiếp theo là 10-15 m (38,49%), và trên 15 m chiếm 5,36%. Điều này cho thấy rừng đang trong giai đoạn phát triển mạnh với nhiều cây ưa sáng mọc nhanh.

4. Sinh khối và lượng carbon tích lũy: Sinh khối khô tầng cây gỗ trung bình đạt khoảng 63,38 tấn/ha, sinh khối tầng cây tái sinh và cây bụi thảm tươi lần lượt là 4,86 tấn/ha và 1,5 tấn/ha. Tổng lượng carbon tích lũy trong rừng IIa ước tính khoảng 29 tấn C/ha, tương đương với lượng CO2 hấp thu trung bình 106 tấn/ha.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy trạng thái rừng phục hồi IIa tại huyện Đại Từ có cấu trúc rừng đa dạng, mật độ cây ổn định và khả năng tích lũy carbon đáng kể. Mật độ cây gỗ trung bình 317 cây/ha phù hợp với các nghiên cứu về rừng phục hồi nhiệt đới, trong khi chỉ số đa dạng sinh học Shannon trên 2,7 cho thấy rừng có sự phong phú loài cao, góp phần duy trì chức năng sinh thái.

Phân bố cây theo đường kính và chiều cao phản ánh giai đoạn phục hồi sớm với ưu thế của các loài ưa sáng, sinh trưởng nhanh như Kẹn, Lim xẹt, Thẩu tấu. Điều này phù hợp với mô hình diễn thế thứ sinh, khi các loài tiên phong chiếm ưu thế trước khi rừng đạt trạng thái ổn định hơn.

Lượng carbon tích lũy trong sinh khối rừng IIa tương đối cao, chứng tỏ vai trò quan trọng của rừng phục hồi trong hấp thụ CO2 và giảm phát thải khí nhà kính. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả này phù hợp với mức sinh khối và tích lũy carbon của các rừng phục hồi nhiệt đới khác.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố số cây theo đường kính và chiều cao, bảng tổng hợp sinh khối và lượng carbon tích lũy theo tầng cây, giúp minh họa rõ ràng cấu trúc và khả năng tích lũy carbon của rừng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường bảo vệ và quản lý rừng phục hồi IIa: Động viên các cấp chính quyền và cộng đồng địa phương duy trì và bảo vệ diện tích rừng phục hồi, nhằm giữ vững mật độ cây và đa dạng sinh học, nâng cao khả năng tích lũy carbon. Thời gian thực hiện: ngay lập tức và liên tục.

2. Phát triển chương trình chi trả dịch vụ môi trường rừng (PFES): Áp dụng kết quả nghiên cứu làm cơ sở khoa học để xây dựng chính sách chi trả dịch vụ môi trường, khuyến khích người dân tham gia bảo vệ rừng, tăng cường hấp thu CO2. Chủ thể thực hiện: UBND huyện, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, thời gian 1-3 năm.

3. Xây dựng mô hình trồng rừng hỗn loài phù hợp: Khuyến khích trồng xen các loài cây ưa sáng và chịu bóng nhằm tăng đa dạng sinh học và nâng cao trữ lượng carbon, đồng thời cải thiện chất lượng rừng phục hồi. Thời gian thực hiện: 3-5 năm, chủ thể: các đơn vị lâm nghiệp và nông dân.

4. Nâng cao năng lực nghiên cứu và giám sát: Đào tạo cán bộ kỹ thuật về phương pháp xác định sinh khối và tích lũy carbon, áp dụng công nghệ viễn thám và GIS để giám sát biến động rừng và lượng carbon tích lũy. Chủ thể: các viện nghiên cứu, trường đại học, thời gian 2-4 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cơ quan quản lý lâm nghiệp và môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách bảo vệ rừng, chi trả dịch vụ môi trường và phát triển bền vững tài nguyên rừng.

2. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành lâm nghiệp, môi trường: Tham khảo phương pháp nghiên cứu cấu trúc rừng và tích lũy carbon, áp dụng cho các đề tài nghiên cứu tương tự.

3. Cộng đồng dân cư và các tổ chức phi chính phủ: Hiểu rõ vai trò của rừng phục hồi trong hấp thụ carbon, từ đó tham gia tích cực vào công tác bảo vệ và phát triển rừng.

4. Doanh nghiệp tham gia thị trường carbon và dự án CDM: Dựa trên dữ liệu khoa học để đánh giá tiềm năng hấp thu carbon của rừng phục hồi, phát triển các dự án giảm phát thải khí nhà kính.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nghiên cứu rừng phục hồi IIa lại quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu?
   Rừng phục hồi IIa có khả năng hấp thụ lượng lớn CO2 nhờ sinh trưởng nhanh của các loài cây ưa sáng, góp phần giảm phát thải khí nhà kính và bảo vệ môi trường, phù hợp với các cam kết quốc tế về biến đổi khí hậu.

2. Phương pháp xác định sinh khối và tích lũy carbon được áp dụng như thế nào?
   Sinh khối cây gỗ được tính bằng công thức phi phá hại dựa trên đường kính thân cây, sinh khối rễ ước lượng theo tỷ lệ sinh khối trên mặt đất, còn sinh khối cây bụi, thảm tươi và vật rơi rụng được xác định qua cân mẫu và sấy khô. Lượng carbon tính bằng cách nhân sinh khối khô với hệ số 0,46.

3. Chỉ số đa dạng sinh học Shannon phản ánh điều gì về rừng?
   Chỉ số này đánh giá sự phong phú và đồng đều của các loài trong rừng. Giá trị từ 2,7 đến 3,0 cho thấy rừng có đa dạng sinh học cao, ổn định và có khả năng duy trì chức năng sinh thái.

4. Lượng carbon tích lũy trong rừng phục hồi IIa tại Đại Từ so với các khu vực khác như thế nào?
   Lượng carbon tích lũy khoảng 29 tấn C/ha, tương đương với các nghiên cứu về rừng phục hồi nhiệt đới trong nước và quốc tế, cho thấy tiềm năng hấp thụ CO2 đáng kể của rừng phục hồi tại địa phương.

5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn quản lý rừng?
   Kết quả cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng chính sách chi trả dịch vụ môi trường, phát triển các dự án trồng rừng và bảo vệ rừng, đồng thời hỗ trợ giám sát và đánh giá hiệu quả hấp thụ carbon của rừng phục hồi.

Kết luận

• Trạng thái rừng phục hồi IIa tại huyện Đại Từ có mật độ cây gỗ trung bình 317 cây/ha, đa dạng sinh học cao với chỉ số Shannon trung bình 2,91.
• Cấu trúc rừng thể hiện sự phân bố rõ rệt theo cấp đường kính và chiều cao, phù hợp với giai đoạn phục hồi sớm của rừng nhiệt đới.
• Sinh khối khô tầng cây gỗ đạt trung bình 63,38 tấn/ha, tổng lượng carbon tích lũy khoảng 29 tấn C/ha, tương đương lượng CO2 hấp thu 106 tấn/ha.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng và các dự án giảm phát thải khí nhà kính tại địa phương.
• Đề xuất các giải pháp bảo vệ, phát triển rừng phục hồi, nâng cao năng lực nghiên cứu và ứng dụng công nghệ giám sát để tăng hiệu quả tích lũy carbon.

Tiếp theo, cần triển khai các chương trình bảo vệ rừng, phát triển mô hình trồng rừng hỗn loài và xây dựng hệ thống giám sát tích lũy carbon bền vững. Mời các nhà quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng cùng tham gia để phát huy tối đa giá trị của rừng phục hồi trong công cuộc ứng phó biến đổi khí hậu.