Tổng quan luận án
Biến đổi khí hậu và hiện tượng nóng lên toàn cầu do sự gia tăng nồng độ khí carbon dioxide ($CO_2$) trong khí quyển là một trong những thách thức môi trường lớn. Công ước khung của Liên hợp quốc về Biến đổi khí hậu (UNFCCC, 1992), Nghị định thư Kyoto với Cơ chế phát triển sạch (CDM) và sáng kiến Giảm phát thải từ mất rừng và suy thoái rừng (REDD) đã xác lập vai trò quan trọng của hệ sinh thái rừng trong việc cố định carbon. Tại Việt Nam, khung pháp lý cho việc định giá và thương mại hóa dịch vụ môi trường rừng đã được hình thành qua các văn bản: Nghị định số 48/2007/NĐ-CP ngày 28/3/2007 về nguyên tắc và phương pháp định giá các loại rừng; Quyết định số 380/QĐ-TTg ngày 10/4/2008 của Thủ tướng Chính phủ về thí điểm cơ chế chi trả dịch vụ môi trường rừng; Nghị định số 99/2010/NĐ-CP ngày 24/9/2010 về chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng; và Quyết định số 158/QĐ-TTg ngày 02/12/2008 phê duyệt Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu.
Mặc dù hành lang pháp lý đã được ban hành, việc thực thi chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng đối với khả năng hấp thụ và lưu giữ $CO_2$ còn gặp nhiều trở ngại do thiếu cơ sở khoa học và thực tiễn định lượng cho từng kiểu rừng tự nhiên cụ thể. Tại Việt Nam, phần lớn các công trình nghiên cứu sinh khối và khả năng hấp thụ carbon trước đây chủ yếu tập trung vào rừng trồng (như các loài Keo, Bạch đàn, Thông, Mỡ). Đối với rừng tự nhiên—đối tượng có cấu trúc đa tầng, đa loài phức tạp—các nghiên cứu định lượng còn rất hạn chế. Rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên sau khai thác kiệt (ký hiệu trạng thái IIB) chiếm tỷ trọng lớn trong tổng diện tích rừng tự nhiên cả nước và chiếm gần 20% diện tích rừng tự nhiên tại tỉnh Thái Nguyên. Xuất phát từ khoảng trống nghiên cứu này, luận án "Nghiên cứu khả năng hấp thụ $CO_2$ của trạng thái rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên sau khai thác kiệt tại tỉnh Thái Nguyên" được nghiên cứu sinh Nguyễn Thanh Tiến thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS. Võ Đại Hải và PGS. Lê Sỹ Trung, hoàn thành năm 2012 tại Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên, thuộc Chuyên ngành Kỹ thuật Lâm sinh (Mã số: 62 62 60 01).
Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định gồm:
- Mục tiêu về lý luận: Góp phần xây dựng luận cứ khoa học cho việc định lượng giá trị môi trường của rừng thứ sinh phục hồi trạng thái IIB tại tỉnh Thái Nguyên nói riêng và định giá rừng tự nhiên Việt Nam nói chung.
- Mục tiêu thực tiễn:
- Xác định lượng $CO_2$ hấp thụ ở rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên trạng thái IIB tại tỉnh Thái Nguyên.
- Đề xuất hướng dẫn phương pháp xác định sinh khối và lượng $CO_2$ hấp thụ ở rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên trạng thái IIB tại khu vực nghiên cứu.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Trạng thái rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên sau khai thác kiệt (trạng thái IIB theo hệ thống phân loại Loeschau, 1966 và Quy phạm thiết kế kinh doanh rừng QPN 6-84 sửa đổi). Rừng trong giai đoạn phục hồi từ 10 đến 15 năm, tổ thành xuất hiện các loài cây ưa sáng mọc nhanh xen lẫn cây chịu bóng, cây gỗ lớn bắt đầu có sự cạnh tranh không gian dinh dưỡng, mật độ lâm phần $> 1.000\text{ cây/ha}$, đường kính ngang ngực ($D_{1.3}$) phần lớn không vượt quá $20\text{ cm}$, trữ lượng lâm phần không vượt quá $50\text{ m}^3\text{/ha}$.
- Phạm vi không gian: Nghiên cứu được thực hiện tại 3 huyện trọng điểm có diện tích rừng IIB tập trung của tỉnh Thái Nguyên, bao gồm 9 xã:
- Huyện Đại Từ: Xã Cù Vân (CV), Xã Phúc Lương (PL), Xã Quân Chu (QC).
- Huyện Định Hóa: Xã Phú Đình (PĐ), Xã Quy Kỳ (QK), Xã Tân Thịnh (TT).
- Huyện Võ Nhai: Xã Vũ Chấn (VC), Xã Thượng Nung (TN), Xã Nghinh Tường (NT).
- Phạm vi thời gian: Quá trình đào tạo, thu thập dữ liệu ngoại nghiệp và phân tích nội nghiệp được thực hiện trong giai đoạn từ năm 2008 đến năm 2011.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Luận án đã tổng quan hệ thống các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về sinh khối, khả năng hấp thụ $CO_2$ và cấu trúc trạng thái rừng phục hồi:
1. Nghiên cứu trên thế giới
- Về sinh khối rừng: Cannell M.R. (1981) đã tổng hợp dữ liệu từ 600 công trình nghiên cứu về sinh khối và năng suất sơ cấp của hơn 1.200 lâm phần tại 46 quốc gia. Các phương pháp lấy mẫu hệ rễ được hệ thống hóa bởi Shurrman và Geodewaaen (1971), Moore (1973), Gadow và Hui (1999), Oliveira và cộng sự (2000), Voronoi (2001), McKenzie và cộng sự (2001). Phương pháp xác định sinh khối cây bụi, tầng dưới tán được tổng kết bởi Catchpole và Wheeler (1992). Gifford (2000) xác định mật độ sinh khối rừng trồng tại Úc đạt bình quân $244\text{ tấn/ha}$. Các mô hình mô phỏng sinh trưởng như mô hình $CO_2Fix$ được Viện Nghiên cứu Lâm nghiệp Châu Âu phát triển để đánh giá dự trữ carbon.
- Về khả năng hấp thụ $CO_2$ và giá trị kinh tế: FAO (2004) ghi nhận 16 dự án hấp thụ carbon thông qua trồng rừng tại Mỹ Latinh, Châu Phi và Châu Á. Ilic (2000) và McKenzie (2001) đã phân chia cấu trúc tích lũy carbon của hệ sinh thái rừng thành 4 thành phần: thực vật sống trên mặt đất, vật rơi rụng, rễ cây và đất rừng. Tại Trung Quốc, Fang Yunting và cộng sự (2003) nghiên cứu rừng hỗn loài Pinus massoniana và Schima superba, chỉ ra lượng carbon biến động từ $146,35$ đến $215,30\text{ tấn/ha}$. Kang Bing và cộng sự (2006) xác định hàm lượng carbon trung bình trong tầng cây gỗ đạt $51,1%$, vật rơi rụng $48,3%$, cây bụi $44,1%$ và cỏ $33,0%$. Tại Đông Nam Á, Brown (1980, 1994) tính toán lượng carbon trong rừng nhiệt đới Châu Á đạt từ $40$ đến $250\text{ tấn/ha}$. Tại Philippines, Leuvina (2007) và Digno (2007) nghiên cứu khả năng hấp thụ carbon của cây Lõi thọ và Keo lá tràm. Ngân hàng Thế giới (World Bank, 1998) ước lượng tổng giá trị dịch vụ hệ sinh thái rừng đạt $33.000\text{ tỷ USD/năm}$; Natasha và Ina (2002) chỉ ra giá trị hấp thụ $CO_2$ chiếm $27%$ tổng giá trị môi trường của rừng.
2. Nghiên cứu tại Việt Nam
- Về sinh khối và hấp thụ $CO_2$ rừng trồng: Các công trình nghiên cứu tập trung vào việc lập biểu thể tích, biểu sinh khối và xác định trữ lượng carbon cho rừng trồng thuần loài: Nguyễn Hoàng Trí (1986) với rừng Đước đôi tại Minh Hải; Hà Văn Tuế (1994) với rừng trồng nguyên liệu giấy tại Vĩnh Phúc; Lê Hồng Phúc (1996) với Thông ba lá tại Lâm Đồng; Hoàng Văn Dưỡng (2000) với Keo lá tràm; Đặng Trung Tấn (2001) với rừng Đước Cà Mau; Nguyễn Tuấn Dũng (2005) với Thông mã vĩ và Keo lá tràm tại Hà Tây; Nguyễn Ngọc Lung và Đào Công Khanh (1999, 2004) ứng dụng biểu quá trình sinh trưởng và biomass; Nguyễn Duy Kiên (2007) với Keo tai tượng tại Tuyên Quang; Lý Thu Quỳnh (2007) với rừng Mỡ tại Tuyên Quang và Phú Thọ; Võ Đại Hải và cộng sự (2009) nghiên cứu sinh khối và giá trị thương mại carbon của các loài Thông nhựa, Thông đuôi ngựa, Keo lai, Keo lá tràm, Bạch đàn; Đặng Thịnh Triều (2010) với Thông mã vĩ và Thông nhựa; Nguyễn Viết Khoa (2010) với Keo lai tại miền núi phía Bắc. Vũ Tấn Phương và cộng sự (2005, 2006a, 2006b) đánh giá giá trị dịch vụ môi trường rừng và sinh khối thảm tươi, cây bụi phục vụ xây dựng kịch bản đường cơ sở CDM tại Hòa Bình, Thanh Hóa.
- Về cấu trúc rừng phục hồi và trạng thái IIB: Ngô Út (2010) khảo sát cấu trúc rừng phục hồi tại Đông Nam Bộ; Nguyễn Bạch Đằng (2000) tổng kết đặc điểm tái sinh rừng tự nhiên toàn quốc; Hoàng Văn Chúc (2009) nghiên cứu tái sinh tự nhiên loài Vối thuốc trong rừng IIB tại Bắc Giang; Nguyễn Thị Hải Anh (2010) nghiên cứu rừng IIB có Vối thuốc tại Sơn La; Phạm Tuấn Anh (2007) xác định hàm lượng carbon cho một số loài cây rừng tự nhiên lá rộng thường xanh tại Đắk Nông; Phạm Ngọc Thường (2003) và Nguyễn Thị Thoa (2005) nghiên cứu phục hồi rừng sau nương rẫy tại Thái Nguyên và Bắc Kạn.
3. Vị trí và khoảng trống nghiên cứu của luận án
Các nghiên cứu trong nước trước đây chủ yếu tập trung vào rừng trồng thuần loài hoặc chỉ dừng lại ở việc mô tả cấu trúc lâm học của rừng tự nhiên phục hồi. Tại tỉnh Thái Nguyên, chưa có công trình nào nghiên cứu một cách toàn diện, định lượng về sinh khối phân rã theo từng bộ phận cấu thành (cây gỗ, cây dưới tán, vật rơi rụng, đất) cũng như khả năng tích lũy carbon và hấp thụ $CO_2$ của trạng thái rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên IIB sau khai thác kiệt. Luận án giải quyết trực tiếp khoảng trống này nhằm cung cấp số liệu thực nghiệm phục vụ thực thi chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
1. Cơ sở lý thuyết và khung phân tích
- Khái niệm sinh khối và chu trình carbon: Sinh khối (biomass) là tổng trọng lượng của các sinh vật sống trên một đơn vị diện tích hoặc thể tích tại một thời điểm nhất định. Khả năng hấp thụ $CO_2$ của thực vật rừng được xác định thông qua quá trình quang hợp, chuyển hóa khí $CO_2$ và nước thành hợp chất hữu cơ (dưới dạng công thức tổng quát phân tử $C_6H_{10}O_5$), tích lũy thành sinh khối thực vật và giải phóng oxy. Khả năng hấp thụ $CO_2$ của rừng tỷ lệ thuận với lượng carbon tích lũy trong hệ sinh thái rừng.
- Cấu trúc tích lũy carbon trong lâm phần: Tổng lượng $CO_2$ hấp thụ tương đương của lâm phần rừng IIB được cấu thành từ 4 thành phần:
- Tầng cây gỗ ($D_{1.3} \ge 6\text{ cm}$).
- Tầng cây dưới tán (cây bụi, thảm tươi và cây gỗ tái sinh có $D_{1.3} < 6\text{ cm}$).
- Tầng vật rơi rụng (cành, lá mục, hoa quả rơi rụng trên mặt đất).
- Đất rừng (carbon tích lũy trong các tầng đất).
2. Thiết kế mẫu và phương pháp điều tra thực địa
Hệ thống ô tiêu chuẩn (OTC) được thiết lập theo phương pháp phân tầng điển hình tại 3 huyện (Đại Từ, Định Hóa, Võ Nhai), mỗi huyện 3 xã, mỗi xã lập 4 OTC sơ cấp:
- OTC sơ cấp: Tổng cộng 36 OTC sơ cấp, diện tích mỗi ô là $2.500\text{ m}^2$ ($50\text{ m} \times 50\text{ m}$). Trong OTC sơ cấp, tiến hành đo đếm toàn bộ cây gỗ có $D_{1.3} \ge 6\text{ cm}$, ghi nhận tên loài, đường kính $D_{1.3}$, chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$), đường kính tán ($D_t$).
- Ô thứ cấp (điều tra cây dưới tán): Thiết lập 5 ô thứ cấp diện tích $25\text{ m}^2$ ($5\text{ m} \times 5\text{ m}$) trong mỗi OTC sơ cấp (tại 4 góc và 1 ô ở trung tâm), tổng cộng $180\text{ ô thứ cấp}$. Chặt thu gom toàn bộ sinh khối trên mặt đất và đào lấy toàn bộ hệ rễ dưới mặt đất, cân sinh khối tươi tại chỗ và lấy mẫu $0,5\text{ kg/ô}$ để sấy khô.
- Ô dạng bản (điều tra vật rơi rụng và đất): Thiết lập 1 ô dạng bản diện tích $1\text{ m}^2$ ($1\text{ m} \times 1\text{ m}$) tại tâm của mỗi ô thứ cấp, tổng cộng $180\text{ ô dạng bản}$. Thu gom toàn bộ vật rơi rụng, cân tươi và lấy mẫu $0,5\text{ kg/ô}$ sấy khô. Tại tâm ô dạng bản, dùng ống dung trọng ($d = 10\text{ cm}$, $h = 10\text{ cm}$) lấy mẫu đất tại 3 tầng độ sâu: Tầng 1 ($0 - 10\text{ cm}$), Tầng 2 ($10 - 20\text{ cm}$), Tầng 3 ($20 - 30\text{ cm}$).
3. Phân cấp kính và phương pháp chặt hạ cây tiêu chuẩn
Cây gỗ trong lâm phần được phân thành 4 cấp kính điều tra:
- Cấp I: Đường kính $D_{1.3} < 10\text{ cm}$ (đo từ $6\text{ cm}$).
- Cấp II: Đường kính $D_{1.3} = 10 - 15\text{ cm}$.
- Cấp III: Đường kính $D_{1.3} = 15 - 20\text{ cm}$.
- Cấp IV: Đường kính $D_{1.3} > 20\text{ cm}$.
Căn cứ vào tổ thành loài và 3 nhóm tỷ trọng gỗ (tỷ trọng cao $> 750\text{ kg/m}^3$; tỷ trọng trung bình $600 - 750\text{ kg/m}^3$; tỷ trọng thấp $< 600\text{ kg/m}^3$), đề tài lựa chọn 15 loài cây ưu thế đại diện để chặt hạ giải tích cây tiêu chuẩn:
- Nhóm tỷ trọng cao: Dẻ gai, Dẻ bốp, Thôi ba, Dẻ gai đỏ, Dẻ gai Ấn Độ.
- Nhóm tỷ trọng trung bình: Chẹo tía, Lim xẹt, Re hương, Thành ngạnh, Ngát.
- Nhóm tỷ trọng thấp: Vàng anh, Thanh thất, Hu đay, Núc nác, Thẩu tấu.
- Ngoài ra còn khảo sát thêm một số loài phụ: Côm tầng, Ràng ràng mít, Kháo nước, Xoan nhừ, Dung giấy, Sau sau.
Tại mỗi cấp kính, chọn 4 cây tiêu chuẩn có $D_{1.3}$, $H_{vn}$ và $D_t$ sát với giá trị trung bình để chặt hạ sát mặt đất. Phân tách thành các bộ phận: thân, cành, lá và rễ (đào toàn bộ hệ rễ có đường kính $\ge 2\text{ mm}$). Thân cây cắt thành các đoạn dài $1\text{ m}$. Cân trọng lượng tươi từng bộ phận tại hiện trường. Lấy mẫu phân tích độ ẩm và sinh khối khô: mẫu thớt thân cây dày $3\text{ cm}$ tại 3 vị trí (gốc, giữa, ngọn); mẫu cành $0,5\text{ kg}$; mẫu lá $0,5\text{ kg}$; mẫu rễ cọc và rễ bên $0,5\text{ kg/mẫu}$. Các mẫu được sấy ở nhiệt độ $100 - 105^\circ\text{C}$ đến khối lượng không đổi để xác định tỷ lệ sinh khối khô.
4. Hệ thống công thức toán học và thống kê sử dụng trong luận án
| Chỉ tiêu / Đại lượng |
Ký hiệu |
Công thức tính toán |
Ghi chú giải thích biến số |
| Chỉ số quan trọng loài |
$IV_i%$ |
$IV_i% = \frac{N_i% + G_i%}{2}$ |
$N_i%$: tỷ lệ % số cây loài $i$; $G_i%$: tỷ lệ % tiết diện ngang loài $i$. Loài có $IV_i% > 5%$ tham gia công thức tổ thành (Daniel Marmillod). |
| Mật độ lâm phần |
$N$ |
$N = \frac{N_{OTC} \times 10.000}{2.500} = N_{OTC} \times 4$ |
$N_{OTC}$: số cây trong OTC $2.500\text{ m}^2$; quy đổi ra số cây/ha. |
| Sinh khối khô bộ phận cây |
$P_{ki}$ |
$P_{ki} = \frac{m_{ki} \times P_{ti}}{m_i}$ |
$m_{ki}$: khối lượng mẫu khô sấy ở $105^\circ\text{C}$; $m_i$: khối lượng mẫu tươi; $P_{ti}$: sinh khối tươi bộ phận $i$. |
| Sinh khối cây gỗ cá thể |
$P_{i\text{-cây gỗ}}$ |
$P_{i\text{-cây gỗ}} = P_{i\text{-T}} + P_{i\text{-C}} + P_{i\text{-L}} + P_{i\text{-R}}$ |
Tổng sinh khối thân ($T$), cành ($C$), lá ($L$), rễ ($R$). |
| Sinh khối tầng cây gỗ trong OTC |
$P_{OTC}$ |
$P_{OTC} = n_1 \bar{P}_1 + n_2 \bar{P}_2 + n_3 \bar{P}_3 + n_4 \bar{P}_4$ |
$n_1, n_2, n_3, n_4$: số cây từng cấp kính trong OTC; $\bar{P}_1, \dots, \bar{P}_4$: sinh khối cây tiêu chuẩn trung bình từng cấp. |
| Sinh khối tầng gỗ lâm phần |
$P_{LP}$ |
$P_{LP} = \frac{P_{OTC} \times 10.000}{2.500} = P_{OTC} \times 4$ |
Quy đổi sinh khối tầng cây gỗ trong OTC ra đơn vị tấn/ha. |
| Sinh khối tầng cây dưới tán |
$P_{CDT/OTC}$ |
$P_{CDT/OTC} = \frac{2.500}{125} \times \sum P_{i\text{ CBTT}}$ |
Tổng hợp từ 5 ô thứ cấp ($125\text{ m}^2$) quy đổi cho OTC $2.500\text{ m}^2$ và nhân hệ số ra hecta. |
| Phương trình hồi quy sinh khối |
$Y$ |
$Y = b_0 + b_1 X_i$ hoặc $\ln(Y) = b_0 + b_1 \ln(X_i)$ |
$Y$: sinh khối/lượng $CO_2$; $X_i$: nhân tố điều tra ($D_{1.3}, H, G, M$). |
Nội dung chính theo từng chương
Phần mở đầu
Trình bày tính cấp thiết của đề tài trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu và việc thực thi các cơ chế chi trả dịch vụ môi trường rừng theo Nghị định 99/2010/NĐ-CP của Chính phủ. Xác định mục tiêu lý luận, mục tiêu thực tiễn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu tại 9 xã thuộc 3 huyện Đại Từ, Định Hóa, Võ Nhai (Thái Nguyên) và nêu rõ 2 điểm đóng góp mới của đề tài.
Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Tổng thuật có hệ thống các tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước:
- Phân tích các phương pháp xác định sinh khối rừng trên thế giới: phương pháp mật độ sinh khối, phương pháp điều tra rừng truyền thống, phương pháp điều tra thể tích thông qua hệ số chuyển đổi sinh khối ($BEF$), phương pháp giải tích cây tiêu chuẩn, phương pháp đo dòng xoáy hiệp phương sai và ứng dụng phần mềm $CO_2Fix$.
- Tổng kết các dự án và công trình nghiên cứu khả năng hấp thụ $CO_2$, định lượng kinh tế dịch vụ carbon tại các nước (Úc, Trung Quốc, Philippines, Ireland, Brazil, Campuchia) và tại Việt Nam (các nghiên cứu của Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, Trường Đại học Tây Nguyên, Trường Đại học Lâm nghiệp).
- Điểm luận các nghiên cứu về đặc điểm lâm học và cấu trúc của trạng thái rừng phục hồi sau khai thác kiệt IIB (phân tầng, tổ thành loài, mật độ, tái sinh tự nhiên) tại các vùng sinh thái Đông Nam Bộ, Bắc Giang, Sơn La và tỉnh Thái Nguyên. Khẳng định tính cấp thiết của việc nghiên cứu định lượng sinh khối và $CO_2$ cho trạng thái rừng IIB tại Thái Nguyên.
Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Xác định 4 nội dung nghiên cứu chính và chi tiết hóa phương pháp luận tiếp cận:
- Quy trình nghiên cứu gồm các bước: Kế thừa tài liệu $\rightarrow$ Khảo sát tổng thể và chọn điểm $\rightarrow$ Thiết lập hệ thống 36 OTC sơ cấp ($2.500\text{ m}^2$), 180 ô thứ cấp ($25\text{ m}^2$), 180 ô dạng bản ($1\text{ m}^2$) $\rightarrow$ Đo đếm lâm học và chặt hạ giải tích cây tiêu chuẩn $\rightarrow$ Xử lý mẫu sấy khô ở phòng thí nghiệm $\rightarrow$ Tính toán sinh khối, lượng carbon và $CO_2$ tích lũy $\rightarrow$ Xây dựng các mô hình tương quan toán học $\rightarrow$ Đề xuất các biểu và phương trình ứng dụng thực tiễn.
- Trình bày chi tiết các công thức xác định chỉ số quan trọng loài $IV%$, mật độ lâm phần, sinh khối tươi, sinh khối khô từng bộ phận cây cá lẻ, tầng cây gỗ, tầng cây dưới tán, vật rơi rụng và lượng carbon trong đất rừng.
Chương 3: Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu
Trình bày điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội tại tỉnh Thái Nguyên và 3 huyện nghiên cứu:
- Điều kiện tự nhiên: Vị trí địa lý, đặc điểm địa hình đồi núi thấp xen kẽ thung lũng, chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa có mùa đông lạnh, đặc điểm thủy văn, địa chất và các nhóm đất chính hình thành trên đá mẹ biến chất và đá trầm tích.
- Hiện trạng tài nguyên rừng: Đánh giá diện tích, cơ cấu phân bố các trạng thái rừng tự nhiên, đặc biệt là trạng thái rừng phục hồi IIA và IIB tại các huyện Đại Từ, Định Hóa và Võ Nhai.
- Điều kiện kinh tế - xã hội: Phân tích cơ cấu dân cư đa dân tộc (Kinh, Tày, Nùng, Sán Dìu, Dao...), tập quán canh tác, lao động, giáo dục, y tế, cơ sở hạ tầng giao thông và áp lực của người dân địa phương lên tài nguyên rừng tự nhiên phục hồi.
Chương 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Chương 4 trình bày toàn bộ kết quả thực nghiệm và thảo luận học thuật, được phân tích qua 37 bảng số liệu và 20 biểu đồ:
- Đặc điểm cấu trúc rừng IIB: Thống kê diện tích và phân bố rừng IIB (Bảng 4.1, 4.2). Xác định công thức tổ thành tầng cây gỗ qua chỉ số $IV%$ tại 9 xã nghiên cứu (Bảng 4.3); mô tả tầng cây dưới tán và cây tái sinh (Bảng 4.4, Hình 4.1).
- Sinh khối rừng IIB:
- Cây cá lẻ: Xác định sinh khối tươi và khô theo 4 cấp kính của 15 loài cây ưu thế (Bảng 4.5, 4.6; Hình 4.2 - 4.5). Đánh giá tỷ lệ phân bổ sinh khối giữa các bộ phận thân, cành, lá, rễ.
- Tầng cây gỗ: Tổng hợp sinh khối tươi và khô của tầng cây gỗ theo từng cấp kính và lâm phần tại các điểm nghiên cứu (Bảng 4.7, 4.8; Hình 4.6 - 4.8).
- Tầng cây dưới tán và vật rơi rụng: Xác định cấu trúc sinh khối tươi, sinh khối khô của cây bụi, thảm tươi và vật rơi rụng (Bảng 4.9 - 4.16; Hình 4.9 - 4.12).
- Toàn lâm phần: Tổng hợp cấu trúc sinh khối tươi và khô của toàn lâm phần rừng IIB (Bảng 4.17, 4.18; Hình 4.13, 4.14).
- Lượng $CO_2$ hấp thụ và các mối quan hệ tương quan:
- Lượng $CO_2$ hấp thụ của cây cá lẻ, tầng cây gỗ, tầng cây dưới tán, vật rơi rụng và trong đất ở độ sâu $0 - 30\text{ cm}$ (Bảng 4.19 - 4.26; Hình 4.15 - 4.19).
- Tổng lượng $CO_2$ hấp thụ tương đương của toàn lâm phần rừng IIB (Bảng 4.27; Hình 4.20).
- Xây dựng các hàm tương quan thống kê giữa sinh khối tươi/khô, lượng $CO_2$ hấp thụ của cây cá lẻ với đường kính $D_{1.3}$ (Bảng 4.28, 4.29, 4.30).
- Xây dựng mô hình quan hệ giữa sinh khối, lượng $CO_2$ hấp thụ của tầng cây gỗ và toàn lâm phần với các nhân tố điều tra bình quân ($D_{1.3}, G, N, M$) qua các hàm toán học và tính toán sai số (Bảng 4.31 - 4.36).
- Đề xuất ứng dụng: Đưa ra các phương trình chuyển đổi và bảng tra nhanh sinh khối tươi, sinh khối khô và lượng $CO_2$ hấp thụ của cây cá lẻ, tầng cây dưới tán, vật rơi rụng và toàn lâm phần dựa trên các nhân tố điều tra lâm phần dễ đo đếm (Bảng 4.37).
Phần Kết luận và kiến nghị
Tổng hợp các kết luận chính rút ra từ kết quả nghiên cứu về cấu trúc, sinh khối, khả năng hấp thụ $CO_2$ của trạng thái rừng IIB tại Thái Nguyên và đề xuất các kiến nghị về quản lý, ứng dụng trong chi trả dịch vụ môi trường rừng.
Kết quả và những đóng góp mới
1. Những đóng góp mới của đề tài
- Về mặt khoa học và lý luận:
- Là công trình đầu tiên nghiên cứu tương đối hệ thống, đầy đủ và có độ tin cậy về sinh khối, cấu trúc sinh khối phân rã (thân, cành, lá, rễ) và khả năng tích tụ carbon, hấp thụ $CO_2$ tương đương của kiểu rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên sau khai thác kiệt (trạng thái IIB) tại tỉnh Thái Nguyên.
- Cung cấp cơ sở khoa học định lượng về trữ lượng carbon phân bổ trong cả 4 thành phần của hệ sinh thái rừng IIB: tầng cây gỗ, tầng cây dưới tán, tầng vật rơi rụng và các tầng đất ($0 - 30\text{ cm}$).
- Xác lập hệ thống các phương trình toán học mô tả mối quan hệ tương quan giữa sinh khối và lượng $CO_2$ hấp thụ với các nhân tố điều tra lâm học cơ bản ($D_{1.3}$, tiết diện ngang $G$, trữ lượng $M$).
- Về mặt thực tiễn:
- Đề xuất các phương trình chuyển đổi sinh khối và bảng tra cứu nhanh khả năng hấp thụ $CO_2$ cho cây cá thể thuộc 15 loài cây ưu thế và cho toàn bộ lâm phần rừng IIB.
- Cung cấp công cụ định lượng hỗ trợ các cơ quan quản lý lâm nghiệp xác định giá trị dịch vụ môi trường rừng, phục vụ trực tiếp việc thực thi chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng theo Nghị định số 99/2010/NĐ-CP tại tỉnh Thái Nguyên và có thể tham khảo áp dụng cho các địa phương khác có điều kiện lập địa, trạng thái rừng tương tự.
2. Kiến nghị và giải pháp đề xuất từ luận án
- Ứng dụng các mô hình tương quan giữa $CO_2$ hấp thụ với đường kính bình quân $D_{1.3}$ và tổng tiết diện ngang $G$ để giám sát, kiểm kê carbon rừng nhanh mà không cần chặt hạ cây giải tích tốn kém.
- Tiếp tục duy trì và mở rộng chính sách khoanh nuôi xúc tiến tái sinh, bảo vệ nghiêm ngặt các diện tích rừng thứ sinh trạng thái IIB nhằm nâng cao trữ lượng gỗ và tăng cường năng lực hấp thụ $CO_2$ của rừng tự nhiên.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Luận án được giới hạn nghiên cứu thực nghiệm trên đối tượng rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên sau khai thác kiệt giai đoạn 10 - 15 năm (trạng thái IIB) tại 9 xã thuộc 3 huyện (Đại Từ, Định Hóa, Võ Nhai) của tỉnh Thái Nguyên; việc thu thập mẫu đất giới hạn ở độ sâu $0 - 30\text{ cm}$; chưa mở rộng đánh giá đối với các trạng thái rừng tự nhiên phục hồi khác (như IIA, IIIA) trên cùng địa bàn.
- Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng nghiên cứu đánh giá sinh khối và lượng $CO_2$ tích lũy theo chuỗi thời gian diễn thế phục hồi sinh thái của rừng tự nhiên; kiểm chứng và hoàn thiện hệ thống phương trình tương quan cho các vùng sinh thái lâm nghiệp khác thuộc vùng Đông Bắc và miền núi phía Bắc Việt Nam.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho các nhóm đối tượng:
- Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Lâm sinh, Quản lý tài nguyên rừng, Sinh thái học và Môi trường; đặc biệt có giá trị tham khảo về phương pháp luận bố trí ô tiêu chuẩn phân cấp, phương pháp giải tích sinh khối toàn cây (bao gồm hệ rễ) và phương pháp xử lý thống kê xây dựng mô hình tương quan sinh khối.
- Các nhà hoạch định chính sách và cơ quan quản lý nhà nước: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Chi cục Kiểm lâm, Quỹ Bảo vệ và Phát triển rừng tại tỉnh Thái Nguyên và các tỉnh miền núi phía Bắc; sử dụng các biểu tra và phương trình chuyển đổi của luận án làm căn cứ kỹ thuật để tính toán mức chi trả dịch vụ môi trường rừng về lưu giữ và hấp thụ carbon.
Câu hỏi thường gặp
1. Đối tượng nghiên cứu chính của luận án là trạng thái rừng nào và có đặc điểm lâm học ra sao?
Đối tượng nghiên cứu là rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên sau khai thác kiệt (ký hiệu trạng thái IIB theo phân loại Loeschau, 1966 và Quy phạm QPN 6-84) ở giai đoạn phục hồi từ 10 đến 15 năm tại tỉnh Thái Nguyên. Rừng có thành phần chủ yếu là các loài cây ưa sáng mọc nhanh (Thẩu tấu, Hu đay, Màng tang...), bắt đầu xuất hiện cây chịu bóng, cây gỗ lớn và có hiện tượng cạnh tranh dinh dưỡng; mật độ cây $> 1.000\text{ cây/ha}$, đường kính $D_{1.3}$ phổ biến không quá $20\text{ cm}$, trữ lượng không quá $50\text{ m}^3\text{/ha}$.
2. Dung lượng mẫu điều tra ngoại nghiệp của luận án được thiết kế như thế nào?
Nghiên cứu thiết lập hệ thống mẫu tại 9 xã thuộc 3 huyện (Đại Từ, Định Hóa, Võ Nhai), bao gồm:
- $36\text{ OTC sơ cấp}$ diện tích $2.500\text{ m}^2$ ($50\text{ m} \times 50\text{ m}$) để điều tra tầng cây gỗ ($D_{1.3} \ge 6\text{ cm}$).
- $180\text{ ô thứ cấp}$ diện tích $25\text{ m}^2$ ($5\text{ m} \times 5\text{ m}$) để điều tra tầng cây dưới tán (cây bụi, thảm tươi, cây tái sinh $D_{1.3} < 6\text{ cm}$).
- $180\text{ ô dạng bản}$ diện tích $1\text{ m}^2$ ($1\text{ m} \times 1\text{ m}$) để điều tra vật rơi rụng và lấy mẫu đất ở 3 tầng sâu ($0 - 10\text{ cm}$, $10 - 20\text{ cm}$, $20 - 30\text{ cm}$).
3. Tác giả đã lựa chọn những loài cây nào để chặt hạ xác định sinh khối cây cá thể?
Tác giả chia 15 loài cây ưu thế theo 3 cấp tỷ trọng gỗ để chọn cây tiêu chuẩn chặt hạ giải tích:
- Tỷ trọng cao ($> 750\text{ kg/m}^3$): Dẻ gai, Dẻ bốp, Thôi ba, Dẻ gai đỏ, Dẻ gai Ấn Độ.
- Tỷ trọng trung bình ($600 - 750\text{ kg/m}^3$): Chẹo tía, Lim xẹt, Re hương, Thành ngạnh, Ngát.
- Tỷ trọng thấp ($< 600\text{ kg/m}^3$): Vàng anh, Thanh thất, Hu đay, Núc nác, Thẩu tấu.
4. Tổng lượng $CO_2$ hấp thụ của hệ sinh thái rừng IIB được cấu thành từ những thành phần nào?
Tổng lượng $CO_2$ hấp thụ tương đương của lâm phần rừng IIB được xác định từ 4 thành phần cấu thành:
- Sinh khối khô tầng cây gỗ ($D_{1.3} \ge 6\text{ cm}$, gồm thân, cành, lá, rễ).
- Sinh khối khô tầng cây dưới tán (cây bụi, thảm tươi, cây gỗ nhỏ).
- Sinh khối khô tầng vật rơi rụng (lá mục, cành khô rơi rụng).
- Lượng carbon tích lũy trong đất dưới tán rừng (đo ở 3 tầng độ sâu từ $0$ đến $30\text{ cm}$).
5. Luận án đề xuất phương pháp ứng dụng nào để xác định nhanh sinh khối và lượng $CO_2$ hấp thụ của rừng IIB?
Luận án đề xuất hệ thống phương trình hồi quy tương quan toán học cho phép tính toán và dự báo sinh khối khô cùng lượng $CO_2$ hấp thụ của cây cá thể và toàn lâm phần thông qua các chỉ tiêu điều tra cơ bản, dễ đo đếm trên thực địa như đường kính ngang ngực bình quân ($D_{1.3}$), tổng tiết diện ngang ($G$), mật độ ($N$) và trữ lượng lâm phần ($M$), giúp giảm thiểu chi phí và thời gian so với phương pháp chặt hạ truyền thống.
Kết luận
Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Thanh Tiến là công trình nghiên cứu thực nghiệm lâm sinh chuyên sâu về sinh khối và khả năng hấp thụ $CO_2$ của trạng thái rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên sau khai thác kiệt (IIB) tại tỉnh Thái Nguyên. Bằng hệ thống 36 ô tiêu chuẩn $2.500\text{ m}^2$, 180 ô thứ cấp và 180 ô dạng bản kết hợp phương pháp giải tích cây tiêu chuẩn trên 15 loài cây ưu thế, đề tài đã định lượng chi tiết sinh khối và lượng carbon tích lũy trong cả 4 thành phần của lâm phần. Kết quả nghiên cứu đã xây dựng được các phương trình chuyển đổi và mô hình tương quan toán học có độ tin cậy cao, tạo luận cứ khoa học và công cụ thực tiễn phục vụ định giá rừng và thực thi chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng theo Nghị định 99/2010/NĐ-CP.
