Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Sự tăng cao hàm lượng CO2 trong không khí sẽ dẫn tới nhiều hậu quả do ô nhiễm môi trường. Sự tăng cao này đến một mức độ nào đó sẽ gây hại cho sự sống của con người và sinh vật. Có 2 cứu tinh có khả năng hấp thụ một khối lượng lớn dioxit carbon phát thải vào không khí bởi con người là đại dương và thảm thực vật, nhờ đó mà hàm lượng CO 2 làm ô nhiễm không khí sẽ giảm đi. Trước đây, các nhà khoa học cho rằng một nửa khối lượng dioxit carbon tích tụ trong không khí, phần còn lại do đại dương và cây xanh hấp thụ.
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. Theo Viện Tài nguyên thế giới (World Resources Institute) cho rằng xã hội loài người từ năm 1860 – 1949 đã thải vào khí quyển khoảng 51 tỷ tấn carbon dưới dạng dioxit carbon thông qua hình th ức duy nhất là sử dụng các nhiên liệu hóa thạch. Sau đó nhịp độ thải khí CO 2 gia tăng và đạt tới 130 tỷ tấn bổ sung từ 1950 đến 1987. (UNFCCC, 2005) Từ những thực tế đó, những nghiên cứu về vai trò của rừng trong khả năng hấp thụ CO2 được nhiều nhà khoa học trên thế giới và Việt Nam nghiên cứu.
Trên thế giới 1. Nghiên cứu sinh khối rừng "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 đ ược 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, nghi ên 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.
n 6 Nghiên cứu sinh khối được thực hiện từ rất sớm, tr ước năm 1840, các công trình nghiên cứu đã tập trung vào lĩnh vực sinh lý thực vật, nghi ên cứu quá trình quang hợp tạo nên vật chất hữu cơ từ nước, oxi và năng lượng ánh sáng mặt trời. Sự phát triển không ngừng của xã hội loài người, bước sang thế kỷ XIX ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật của các ng ành 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.H(1957) [57] đã tổng kết quá trình nghiên cứu và phát triển sinh khối rừng trong các công trình nghiên cứu của mình. [64] 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” (1966) v à chương trình con người và sinh quyển “Man and Biosphere” (1973) đ ã tác động mạnh mẽ tới việc nghiên cứu sinh khối. Những nghi ên cứu trong giai đoạn này tập trung vào các đối tượng đồng cỏ, savan, rừng rụng lá, rừng m ưa thường xanh.
Công trình nghiên cứu của Cannell M.R (1981) đ ã công bố “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 [53].000 kg/ha/năm; Rừng thứ sinh 40 - 50 tuổi ở Ghana: 362. Trong những năm gần đây các phương pháp nghiên c ứu định lượng, xây dựng các mô hình dự báo sinh khối cây rừng đã được áp dụng thông qua các mối n 7 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. 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 c ộng sự 2000; Voronoi 2001; McKenzie và cộng sự 2001. 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 g ồm: (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 đư ợc nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Tuy nhiên, để xác định đầy đủ sinh khối rừng không đ ơn giản, đặc biệt là sinh khối của hệ rễ trong đất rừng, n ên 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. Các thành phần tạo nên sinh khối rừng trồng trên mặt đất bao gồm bộ phận tầng cây gỗ, tầng cây dưới tán và tầng thảm mục.
Do đặc điểm hình thái và dạng tồn tại của mỗi bộ phận này là khác nhau nên các phương pháp nghiên c ứu xác định các bộ phận này cũng khác nhau. Có nhiều phương pháp để xác định sinh khối tầng cây gỗ. Các phương pháp có thể tiến hành đo đếm trực tiếp tại lâm phần, sử dụng tỷ trọng gỗ để quy đổi ra sinh khối; cân tươi ngay tại rừng để lấy sinh khối tươi, sau đó lấy mẫu đem về sấy ở phòng thí nghiệm và quy đổi ra sinh khối khô toàn lâm phần; sử dụng các loại biểu thể tích, biểu sinh khối đã được lập sẵn cho từng loài,. Từng phương pháp cụ thể sẽ được trình bày ở dưới đây: (1) - Phương pháp dựa trên mật độ sinh khối rừng Theo phương pháp này t ổng lượng sinh khối của rừng trồng trên mặt đất được tính bằng cách nhân diện tích của một lâm phần với mật độ sinh khối tương ứng (thông thường là trọng lượng của sinh khối trên mặt đất/ha).
Mật độ sinh khối của rừng phụ thuộc chủ yếu vào tổ thành loài cây, độ phì của đất và tuổi rừng. n 8 Gifford (2000) đã tính được mật độ sinh khối cho rừng trồng ở Australia là 244 tấn/ha. Do sai số của phương pháp này tương đ ối lớn nên thường chỉ được dùng khi ước lượng sinh khối rừng nhanh trên phạm vi quốc gia. (2) - Phương pháp dựa trên điều tra rừng thông thường Sử dụng phương pháp đo đếm trực tiếp truyền thống được sử dụng phổ biến trong điều tra rừng.
Tuy nhiên, phương pháp này khá t ốn kém do phải đo đếm trên một số lượng OTC đủ lớn thì mới đảm bảo độ chính xác. (3) - Phương pháp dựa trên điều tra thể tích Phương pháp này dựa vào hệ số chuyển đổi để tính tổng lượng sinh khối trên mặt đất dựa trên thể tích thân cây. Phương pháp này bao g ồm các bước cụ thể như sau: - Tính thể tích thân cây gỗ từ số liệu điều tra. - Chuyển đổi từ thể tích thân cây gỗ thành sinh khối bằng cách nhân với tỷ trọng gỗ.
- Tính tổng số sinh khối trên mặt đất bằng cách nhân với hệ số chuyển đổi sinh khối (tỷ lệ giữa tổng sinh khối với sinh khối thân). Hệ số chuyển đổi là “Tỷ số giữa tổng sinh khối trên mặt đất với sinh khối gỗ có giá trị thương mại”, như vậy định nghĩa này bao gồm cả thành phần không phải gỗ như lá. Hệ số này có giá trị từ 1,4 - 5,4 tuỳ thuộc vào cấp năng suất của rừng và phương pháp tính toán, đ ối với rừng trồng ở giai đoạn còn non thậm chí hệ số này có thể cao hơn. Kết quả nghiên cứu cho rừng Bạch đàn, Thông ở Australia và một số nước khác cho thấy hệ số chuyển đổi có quan hệ khá chặt chẽ với đường kính, chiều cao, tiết diện ngang, tuổi và tổng lượng carbon trên mặt đất của lâm phần.
Từ quan hệ xây dựng được này có thể tính được hệ số chuyển đổi của một lâm phần rừng trồng nào đó, từ đó có thể tính được tổng sinh khối từ sinh khối thân cây của lâm phần. Tuy nhiên, theo IPCC cho r ằng phương pháp này có sai s ố lớn nếu sử dụng hệ số mặc định cho tất cả các loại rừng, do đó cần phải có nghiên cứu cho từng địa phương, từng loài cây. (4) - Phương pháp dựa trên các nhân tố điều tra lâm phần n 9 Theo phương pháp này sinh kh ối rừng được xác định từ phương trình đường thẳng để dự đoán sinh khối từ các phép đo đếm cây cá thể đơn giản. Y= bo + biXi Từ đó sinh khối lâm phần được tính theo công thức: Y = N.
X i Hoặc một số phương trình dạng đơn giản khác như: Ln(Y) = b o + biln(Xi) Trong đó: Y là sinh khối, Xi có được từ phép đo đơn giản (ví dụ như tổng tiết diện ngang), N là số cây trong lâm phần, b0 và bi là hệ số của phương trình. Khi các phương trình tương quan phi tuyến cho các biến lâm phần được sử dụng không cần sử dụng phương trình đơn giản trên để tính tổng sinh khối rừng. Tuy nhiên, một cách tốt nhất là kết hợp được kết quả từ những ước lượng độc lập về sinh khối lâm phần để từ đó xây dựng phương trình dựa trên lâm phần. Hạn chế của phương pháp này là yêu cầu phải thu thập một lượng nhất định số liệu các biến của lâm phần để có thể xây dựng được phương trình.
Tổng tiết diện ngang, mật độ là những nhân tố dễ đo đếm chính xác nhất, tuổi rừng có thể xác định thông qua lịch sử rừng trồng. Các biến khí hậu cũng có thể được sử dụng để xây dựng các phương trình tương quan cho lâm phần nhưng thường rất khó khăn để thu thập các số liệu này. Một dạng các nhân tố ước lượng sinh khối khác là nhân tố điều tra lâm phần được ước lượng bằng công nghệ viễn thám hoặc đầu ra của mô hình. Trong một số trường hợp một biến, ví dụ như chiều cao lâm phần có thể được đo đếm trực tiếp trên hiện trường hoặc ước lượng bằng công nghệ viễn thám, từ chiều cao này thông qua phương trình đã xây dựng sẽ xác định được sinh khối lâm phần.
Ngoài ra, còn có phương pháp đo đếm phi truyền thống như ước lượng sinh khối lâm phần trực tiếp bằng các thiết bị hàng không, vệ tinh.