CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới 1.1 Nghiên cứu về sự biến động CO2 trong khí quyển Nhà bác học Pháp Lavoisier (1672 - 1725) là người đầu tiên phát hiện ra các thành phần cơ bản của không khí. Không khí của khí quyển chứa nhiều loại khí khác nhau: oxy, nitơ, dioxit carbon, ôzôn, mêtan, oxit nitơ, oxit lưu huỳnh, neon, kripton, radon, hêli,. và một lượng hơi nước rất thay đổi.
Trải qua nhiều thế kỷ, hàm lượng các chất khí vốn có trong không khí bị biến động hoặc xuất hiện những loại khí mới do con người tạo ra. Điều đó đã dẫn tới sự ô nhiễm không khí. Người ta đã định nghĩa về ô nhiễm không khí như sau: “Không khí gọi là bị ô nhiễm khi thành phần của nó bị thay đổi hay có sự hiện diện của những chất lạ, gây ra những tác hại mà khoa học chứng minh được hay gây ra sự khó chịu đối với con người” [18] Hàm lượng khí CO2 trong khí quyển hiện nay là 0,35% và tỷ lệ này đang có xu hướng gia tăng. Để đánh giá hàm lượng dioxit carbon của không khí trái đất của thời kỳ xa xưa, các nhà nghiên cứu Liên Xô cũ đã lấy các mẫu băng trong các chỏm núi băng dày 3400m (có niên đại 160 thiên niên kỷ) ở các độ sâu khác nhau.
Kết quả phân tích các mẫu băng Bắc cực nói trên của các nhà khoa học Xô Viết và các mẫu băng ở đảo Grinlen của các nhà khoa học ở Grenoble và Berne của Pháp và Thụy Sỹ đều cho thấy rằng không khí bị nhốt trong các khối băng chứa hàm lượng dioxit carbon là 0,020%, tức 200 ppm. Các giá trị đó thấp hơn 1/3 so với mức ở thời kỳ tiền công nghiệp (trước cuộc cách mạng công nghiệp cuối thế kỷ 18) là 279 - 280 ppm và vào cuối thế kỷ 19, tỷ lệ tăng lên 290 ppm. Theo ước tính của IPCC, các-bonníc (CO2) chiếm tới 60% nguyên nhân của sự nóng lên toàn cầu, nồng độ CO 2 trong khí LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 quyển đã tăng 28% từ 288 ppm lên 366 ppm trong giai đoạn 1850 - 1998 (IPCC, 2000). Ở giai đoạn hiện nay, nồng độ khí CO2 tăng khoảng 10% trong chu kỳ 20 năm (UNFCCC, 2005b) Người ta ước đoán đến năm 2030, hàm lượng dioxit carbon của khí quyển Trái đất lên tới 600 ppm (0,06%) gấp đôi hàm lượng của thế kỷ 19 [18, 42,43].
Sự gia tăng hàm lượng CO2 trong khí quyển là nguyên nhân chính của hiện tượng nóng lên của khí hậu toàn cầu. Tới một ngưỡng nào đó nó sẽ gây mất an toàn cho hệ sinh thái và môi trường sống của con người và sinh vật. Trong tự nhiên thảm thực vật và đại dương có khả năng hấp thụ CO2 được thải ra chủ yếu do hoạt động sống của con người. Ngày nay, các đo lường của các nhà khoa học đã cho thấy thảm thực vật đã thu giữ 1 trữ lượng CO 2 lớn hơn một nửa khối lượng chất khí đó sinh ra từ sự đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch trên thế giới.
Từ nguyên liệu carbon này hàng năm thảm thực vật trên Trái đất đã tạo ra được 150 tỷ tấn vật chất khô thực vật. Khám phá này càng khẳng định thêm vai trò của cây xanh: việc trồng nhiều cây xanh làm giảm hàm lượng CO2 khí quyển hay ngược lại việc phá rừng đã làm tăng hàm lượng đó trong khí quyển.2 Nghiên cứu về khả năng hấp thụ carbon của thực vật Theo nguồn từ UNEP, trong chu trình carbon toàn cầu, lượng carbon 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), trong khi đó khí quyển chỉ chứa 0,8 Tt. Dòng carbon 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. * 1 terra ton (Tt) = 1012tấn = 1018g LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
1:Chu trình carbon toàn cầu (Theo UNEP, 2005) Theo chu trình trên, trong tổng số 5,5 Gt - 6,6 Gt lượng carbon 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 carbon trên trái đất được tích lũy trong đại dương và các hệ sinh thái rừng, đặc biệt là rừng mưa nhiệt đới. Từ những nghiên cứu trong lĩnh vực này, Woodwell và Pecan (1973) đã đưa ra lượng carbon trong các kiểu rừng trên lục địa, trong đó rừng mưa nhiệt đới có lượng carbon tích trữ lớn nhất khoảng 340 tỷ tấn, đất trồng trọt thấp nhất 7 tỷ tấn. Điều đó chứng tỏ rằng, việc chuyển đổi đất rừng sang đất nông nghiệp sẽ làm mất cân bằng sinh thái, gia tăng lượng khí phát thải gây hiệu ứng nhà kính.
Các nhà khoa học đã cố gắng xác định quy mô của các vùng dự trữ carbon toàn cầu và sự đóng góp của rừng vào các vùng dự trữ cũng như những thay đổi về lượng carbon được dự trữ như: Bolin (1977); Post, 1 giga ton (Gt)= 109tấn=1015g LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 Emanuel và cộng sự (1982); Detwiler và Hall (1988); Brown, Hall và cộng sự (1996)[26,27]; Dixon, Brown (1994)[32]; Malhi, Baldocchi (1999). Rừng đóng vai trò quan trọng trong chống lại biến đổi khí hậu do ảnh hưởng của nó đến chu trình cácbon toàn cầu (C). Tổng lượng hấp thu dự trữ cácbon của rừng trên toàn thế giới, trong đất và thảm thực vật là khoảng 830 PgC, trong đó cácbon trong đất lớn hơn 1,5 lần cácbon dự trữ trong thảm thực vật (Brown, 1997). Đối với rừng nhiệt đới, có tới 50% lượng cácbon dự trữ trong thảm thực vật và 50% dự trữ trong đất (Dixon et al., 1994; Brown, 1997; IPCC, 2000; Pregitzer and Euskirchen, 2004) [27,32].
Rừng trao đổi cácbon với môi trường không khí thông qua quá trình quang hợp và hô hấp. Rừng ảnh hưởng đến lượng khí nhà kính theo 4 con đường: cácbon dự trữ trong sinh khối và đất, cácbon trong các sản phẩm gỗ, chất đốt sử dụng thay thế nguyên liệu hóa thạch (IPCC, 2000) [43]. Theo ước tính, hoạt động trồng rừng và tái trồng rừng trên thế giới có tỷ lệ hấp thu CO2 ở sinh khối trên mặt đất và dưới mặt đất 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 (Dixon et al. Brown et al.
(1996) đã ước lượng, tổng lượng cácbon mà hoạt động trồng rừng trên thế giới có thể hấp thu tối đa trong vòng 55 năm (1995 - 2050) là vào khoảng 60 - 87 Gt C, với 70% ở rừng nhiệt đới, 25% ở rừng ôn đới và 5% ở rừng cực bắc (Cairns et al. Tính tổng lại, rừng, trồng rừng có thể hấp thu được 11 - 15% tổng lượng CO2 phát thải từ nguyên liệu hóa thạch trong thời gian tương đương (Brown, 1997) [27,30,31]. Năm 1980, Brown và cộng sự đã sử dụng công nghệ GIS dự tính lượng carbon trung bình trong rừng nhiệt đới châu Á là 144 tấn/ha trong phần sinh khối và 148 tấn/ha trong lớp đất mặt với độ sâu 1 m, tương đương 42 - 43 tỷ tấn carbon trong toàn châu lục.A đã chứng minh LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 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.A 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 các trị số tương ứng là 350 - 400 tấn/ha (tương đương 175 - 200 tấn C/ha).
đã nghiên cứu và đưa ra dẫn liệu rừng Indonesia có lượng carbon hấp thụ từ 161 - 300 tấn/ha trong phần sinh khối trên mặt đất. Tại Philippines, (1999) Lasco R. cho thấy ở rừng tự nhiên thứ sinh có 86 - 201 tấn C/ha trong phần sinh khối trên mặt đất; ở rừng già con số đó là 370 - 520 tấn sinh khối/ha (tương đương 185 - 260 tấn C/ha, lượng carbon ước chiếm 50% sinh khối). Nghiên cứu của Lasco năm 2003 cũng cho thấy rừng trồng thương mại cây mọc nhanh tích luỹ được 0,5 - 7,82 tấn C/ha/năm tuỳ theo loài cây và tuổi [45].
Tại Thái Lan, Noonpragop K. đã xác định lượng carbon trong sinh khối trên mặt đất là 72 - 182 tấn/ha. Còn ở Malaysia, lượng carbon trong rừng biến động từ 100 - 160 tấn/ha và tính cả trong sinh khối và đất là 90 - 780 tấn/ha (Abu Bakar, R). Năm 1999, một nghiên cứu về lượng phát thải carbon hàng năm và lượng carbon dự trữ trong sinh quyển được Malhi, Baldocchi thực hiện.
Theo những tác giả này, sự phát thải từ các hoạt động của con người (như đốt nhiên liệu hoá thạch,…) tạo ra 7,1 ± 1,1 Gt C/năm đi vào khí quyển, 46% còn lại trong khí quyển, trong khi đó 2,0 ± 0,8 Gt C/năm được chuyển vào đại dương; LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 1,8 ± 1,6 Gt C/năm được giữ trong bể trữ carbon trái đất. Năm 2000, ở Indonesia: Noordwijk đã nghiên cứu khả năng tích luỹ carbon của các rừng thứ sinh, các hệ NLKH và thâm canh cây lâu năm trung bình là 2,5 tấn/ha/năm và đã nghiên cứu về mối quan hệ giữa điều kiện xung quanh với loài cây: khả năng tích luỹ carbon này biến động từ 0,5 - 12,5 tấn/ha/năm, rừng Quế 7 tuổi tích luỹ từ 4,49 - 7,19 kg C/ha. Nghiên cứu lượng carbon lưu trữ trong rừng trồng nguyên liệu giấy, Romain Pirard (2005) đã tính lượng carbon lưu trữ dựa trên tổng sinh khối tươi trên mặt đất, thông qua lượng sinh khối khô (không còn độ ẩm) bằng cách lấy tổng sinh khối tươi nhân với hệ số 0,49, sau đó nhân sinh khối khô với hệ số 0,5 để xác định lượng carbon lưu trữ trong cây [20]. Nhiều phương pháp tính lượng CO2 dự trữ đã được đưa ra như phương pháp của Y.
Morikawa đã tính khối lượng carbon chiếm 50% khối lượng sinh khối khô, từ lượng carbon suy ra lượng CO2. Phương pháp này đã được Trung tâm Hợp tác Quốc tế và xúc tiến Lâm nghiệp Nhật Bản (JIFPRO) áp dụng. Một phương pháp khác được tính theo Viện nghiên cứu Nissho Iwai - Nhật Bản (NIRI). Nghiên cứu sự biến động carbon sau khai thác rừng một số nhà khoa học đã cho thấy rằng: - Lượng sinh khối và các bon của rừng nhiệt đới châu Á bị giảm khoảng 22 - 67% sau khai thác (Lasco, 2003).