CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Cơ sở khoa học của vấn đề nghiên cứu Thực vật hấp thu khí CO2 trong quá trình quang hợp và chuyển thành những hợp chất hữu cơ (đường, lipit, protein. Trong sinh vật sản xuất (thực vật), các hợp chất này là thức ăn cho sinh vật tiêu thụ. Cuối cùng là xác bã thực vật, sản phẩm bài tiết sinh vật, phân hủy.
Chúng ta thấy trong môi trường Carbon là chất vô cơ (khí). Nhưng được quần xã sinh vật sử dụng thành chất hữu cơ một phần làm thức ăn cho sinh vật tiêu thụ, phần lớn được tích lũy ở dạng sinh khối thực vật như trong các bộ phận của cây (thân, cành, lá. “Sinh khối là tổng trọng lượng của sinh vật sống trong sinh quyển hoặc số lượng sinh vật sống trên một đơn vị diện tích, thể tích vùng”. 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 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 đem lại. Cơ chế phát triển sạch (CDM) quy định tại Điều 12 của Nghị định thư Kyoto cho phép khu vực chính phủ và khu vực tư nhân của các nước công nghiệp hóa thực hiện các dự án giảm phát thải từ các nước đang phát triển và nhận được tín dụng dưới dạng “giảm phát thải được chứng nhận” (CERs) - khoản tín dụng này được tính vào chi tiêu giảm phát thải của các nước công nghiệp hóa. CDM thúc đẩy phát triển bền vững tại các nước đang phát triển đồng thời cho phép các nước phát triển góp phần vào mục tiêu giảm nồng độ khí nhà kính trong khí quyển. Tại hội nghị Thượng đỉnh Liên hợp quốc về Môi trường và Phát triển – hay còn gọi là “Hội nghị Thượng đỉnh Trái Đất” tại Rio de Jancio năm 1992 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 Công ước của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu được thông qua.
Mục tiêu của Liên hợp quốc là nhằm ngăn ngừa những hoạt động có hại của loài người đến khí hậu trên trái đất. Công ước có hiệu lực năm 1994. Cho đến nay trên toàn thế giới đã có 189 nước ký kết công ước (UNFCCC, 2005). Tổng quan nghiên cứu trên Thế giới 1.
Nghiên cứu về sinh khối và khả năng tích lũy Carbon của rừng trồng 1. Nghiên cứu về sinh khối rừng trồng Sinh khối và năng suất rừng là những vấn đề đã được rất nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu. Từ những năm 1840 trở về trước, đã có những công trình nghiên cứu về lĩnh vực sinh lý thực vật, đặc biệt là vai trò và hoạt động 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. Sang thế kỷ XIX nhờ áp dụng các thành tựu khoa học như hóa phân tích, hóa thực vật và đặc biệt là vận dụng nguyên lý tuần hoàn vật chất trong thiên nhiên, các nhà khoa học đã thu được những thành tựu đáng kể, mang ý nghĩa thực tiễn to lớn trong kinh doanh rừng.
Tiêu biểu cho lĩnh vực này có thể kể đến một số tác giả sau: Liebig J. (1862) lần đầu tiên đã định lượng về sự tác động phân bón tới thực vật và phát triển thành định luật “tối thiểu”. (1964) đã thể hiện năng suất trên toàn thế giới bằng biểu đồ năng suất, đồng thời sự ra đời của phương trình sinh học quốc tế “IBP” (1964) và chương trình sinh quyển con người “MAB” (1971) đã tác động mạnh tới nghiên cứu năng suất và sinh khối. (1981) đã công bố công trình “Sinh khối và tài liệu năng suất sơ cấp rừng thế giới” trong đó tập hợp hơn 600 công trình nghiên LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 cứu đã được tóm tắt về sinh khối khô thân, cành, lá và một số thành phần sản phẩm sơ cấp của hơn 1.200 lâm phần thuộc 46 quốc gia trên thế giới.
Qua tham khảo, tổng hợp các phương pháp nghiên cứu sinh khối và năng suất thực vật của các tác giả trên thế giới, có thể tựu chung lại các phương pháp như sau: + Phương pháp dioxyt các bon: Do Transeau (1926) khởi xướng được áp dụng đầu tiên ở Đức, Anh, Mỹ và Nhật bởi các tác giả Huber (1952), Monteith (1960 - 1962), Lemon (1960 - 1967), Inoue (1965-1968). + Phương pháp Chlorophyll: Được Aruga và Monsi đề xuất năm 1963 cho phép xác định hàm lượng chất diệp lục trên một đơn vị diện tích mặt đất là một chỉ tiêu biểu thị khả năng của hệ sinh thái hấp thu các tia bức xạ hoạt động quang tổng hợp được dùng để đánh giá sinh khối của hệ sinh thái. + Phương pháp thu hoạch: Khi xem xét các phương pháp nghiên cứu Whitaker R. (1966) cho rằng: “Số đo năng suất chính là số đo về tăng trưởng, tích lũy sinh khối ở cơ thể thực vật trong quần xã”.
+ Phương pháp cây mẫu: Newbould P. J (1967) đề nghị phương pháp “cây mẫu” để nghiên cứu sinh khối và năng suất của các quần xã từ các ô tiêu chuẩn. Phương pháp này được chương trình sinh học quốc tế “IBP” thống nhất áp dụng. Trên cơ sở các phương pháp nghiên cứu trên, các nhà khoa học đã nghiên cứu cho các đối tượng khác nhau và đã thu được các kết quả đáng kể.
+ Phương pháp Oxygen: Do Edmonton và cộng sự đề xướng năm 1968 nhằm định lượng ô-xi tạo ra trong quá trình quang hợp của thực vật màu xanh, từ đó tính ra được năng suất và sinh khối rừng. Từ ý nghĩa đó, Whittaker R. (1968) đã đề ra phương pháp “thu hoạch” để nghiên cứu năng suất sơ cấp thực. Các tác giả đề nghị chọn ô tiêu chuẩn điển hình, chặt toàn bộ cây trong ô tiêu chuẩn, cân xác định trọng lượng.
Tuy nhiên, việc chặt toàn bộ cây trong ô tiêu chuẩn và cân trọng lượng là khó thực hiện đối với rừng gỗ lớn, rừng đặc dụng và rừng gỗ quý. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 Tóm lại, những nghiên cứu trên để phục vụ cho việc xác định sinh khối rừng trồng, các tác giả đã đưa ra các phương pháp khác nhau để tính sinh khối, mỗi một phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng tùy vào điều kiện cụ thể và mục tiêu của công việc mà lựa chọn phương pháp thích hợp nhất để áp dụng. Nghiên cứu về khả năng tích lũy Carbon của rừng trồng Rừng là bể chứa khổng lồ của trái đất. Đối với rừng nhiệt đới, có tới 50% lượng Carbon dự trữ trong thảm thực vật và 50% dự trữ trong đất (Dioxon et al, 1994); IPCC (2000); Pregitzer và Euskirchen (2004).
Theo ước tính hoạt động trồng rừng và tái trồng rừng trên thế giới có tỷ lệ hấp thu CO2 ở sinh khối là 0,4 – 1,2 tấn/ha/năm ở vùng cực bắc; 1,5 – 4,5 tấn/ha/năm ở vùng ôn đới và 4 – 8 tấn/ha/năm ở các vùng nhiệt đới (Dioxon và cs. Theo kết quả nghiên cứu của Brown và cs. (1996) đã ước lượng tổng lượng Carbon mà hoạt động trồng rừng trên thế giới có thể hấp thu tối đa trong vòng 5 năm (1995 - 2000) là khoảng 60 – 87 Gt C, với 70% ở rừng nhiệt đới, 25% ở rừng ôn đới và 5% ở rừng cực bắc (Cairns và cs. Tính tổng lại rừng trồng có thể hấp thu được 11 – 15% tổng lượng CO2 phát thải từ nguyên liệu hoá thạch trong thời gian tương đương (Brown, 1997).
Một số kết quả nghiên cứu về khả năng tích lũy Carbon của rừng: - Năm 1991, Houghton đã chứng minh lượng Carbon trong rừng nhiệt đới Châu Á là 40 – 250 tấn/ha, trong đó 50 – 120 tấn/ha ở phần thực vật và đất (dẫn theo Nguyễn Thị Hà, 2007). - Năm 1986, Paml và cộng sự đã cho rằng lượng Carbon trung bình trong sinh khối phần trên mặt đất của rừng nhiệt đới châu Á là 185 tấn/ha và biến động từ 25 – 300 tấn/ha. Kết quả nghiên cứu của Brown (1991) cho thấy rừng nhiệt đới Đông nam Á có lượng sinh khối trên mặt đất từ 50 – 430 tấn/ha (tương đương 25 – 215 tấn C/ha) và trước khi có tác động của con người thì LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 các trị số tương ứng là 350 – 400 tấn/ha (tương đương 175 – 200 tấn/ha) (dẫn theo Nguyễn Thị Thu Hiền, 2010). - Tại Philippines, năm 1999 Lasco cho biết ở rừng tự nhiên thứ sinh có 86 – 201 tấn C/ha (tương đương 370 – 52 tấn sinh khối khô/ha, lượng Carbon ước chiếm 50% sinh khối) (dẫn theo Nguyễn Thị Thu Hiền, 2010).
- Ở Malayxia, lượng Carbon trong rừng biến động từ 100 – 160 tấn/ha và tính cả trong sinh khố và đất là 90 – 780 tấn/ha (Rodel D. - Năm 2000 tại Indonesia, Noordwijk đã nghiên cứu khả năng tích luỹ Carbon của các rừng thứ sinh, các hệ thống nông lâm kết hợp và thâm canh cây lâu năm. Kết quả cho thấy lượng Carbon hấp thụ trung bình là 2,5 tấn/ha/năm. - Công trình nghiên cứu tương đối toàn diện và có hệ thống về lượng Carbon tích luỹ của rừng được thực hiện bởi McKenzie (2001).
Theo McKenzie, Carbon trong hệ sinh thái rừng thương 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 (McKenzie và cs. Những nghiên cứu về thị trường Carbon của rừng Cùng với sự phát triển kinh tế xã hội, những hoạt động của con người ngày càng gia tăng đã và đang dẫn đến những tác động tiêu cực đối với hệ thống khí hậu toàn cầu. Nhận thức được vấn đề này, tại hội nghị thượng đỉnh về môi trường và phát triển tại Brazil năm 1992, 155 quốc gia đã ký công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu (UNFCCC).
Tại hội nghị các bên tham gia UNFCCC lần thứ 3 tổ chức tại Kyoto, Nhật Bản tháng 12 năm 1997, Nghị định thư Kyoto đã được thông qua và LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 thiết lập một khuôn khổ pháp lý mang tính toàn cầu cho các bước khởi đầu nhằm kiềm chế và kiểm soát xu hướng gia tăng phát thải khí nhà kính, đưa ra mục tiêu giảm 6 loại khí nhà kính và thời gian thực hiện cho các nước phát triển.