Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Những nghiên cứu về sinh khối và các bon rừng Thông trên thế giới 1. Những nghiên cứu về sinh khối Sinh khối, năng suất gắn liền với quá trình quang hợp, là kết quả của quá trình sinh học, mang ý nghĩa thực tiễn to lớn trong kinh doanh rừng. Tiêu biểu cho lĩnh vực này có các tác giả sau: Liebig J.
(1840) lần đầu tiên đã định lượng về sự tác động phân bón tới thực vật và phát triển thành định luật “tối thiểu”. (1957) tổng kết lịch sử ra đời và phát triển của sinh khối và năng suất trong công trình nghiên cứu của mình. (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 cứu đã được tóm tắt về sinh khối khô thân, cành, lá và một số thành phần sản phẩm sơ cấp của hơn 1200 rừng 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) (dẫn theo Nguyễn Công Hoan và cs, 2015).
+ 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 (dẫn theo Nguyễn Công Hoan và cs, 2015). 4 + 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 (dẫn theo Vũ Văn Thông, 1998). + 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”.
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 cao lớn, rừng đặc dụng và rừng cao quý.
+ Phương pháp cây mẫu: Năm 1967 Newbould P. J 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., et al (2023) khi nghiên cứu về sinh khối của các hệ sinh thái rừng trồng được đặc trưng bởi ba loài cây trồng điển hình ở vùng Lishui, miền nam Trung Quốc là Linh Sam Trung Quốc (Cunninghamia lanceolata (Lamb.), Sồi (Cyclobalanopsis glauca (Thunb.), và Thông (Pinus massoniana Lamb.) cho thấy, sự tăng trưởng về đường kính và chiều cao thân cây có sự thay đổi đáng kể sau khi được tỉa thưa, trong đó tổng sinh khối toàn rừng đã tăng trưởng đáng kể khoảng 15%. Sinh khối của ba loài cây trồng điển hình ở vùng Lishui có sự thay đổi ở các mức độ tỉa thưa khác nhau từ giai đoạn nhỏ đến lớn như sau: 10 năm sau tỉa thưa > không tỉa thưa > 5 năm sau khi tỉa thưa., et al (2022) khi nghiên cứu về ảnh hưởng của mật độ cây và tuổi rừng đến sinh khối ở rừng trồng Thông mã vĩ (Pinus massoniana Lambert) thuần loài và hỗn giao cho thấy, sinh khối cây được phân bổ cho từng bộ phận theo tỷ lệ nhất định, tỷ lệ này không phụ thuộc vào cấp kính mà phụ thuộc vào tuổi cây.
Khi tuổi cây tăng lên, sinh khối trung bình của cây và từng cơ quan cũng tăng lên. Tốc độ tăng sinh khối hàng năm lớn nhất ở tuổi 18 và 22 năm đối với cây trung bình và lớn nhất ở tuổi 12 và 18 đối với lâm phần. Khi tuổi cây tăng lên, tỷ lệ phần trăm (trên 48%) sinh khối thân tăng lên, nhưng sinh khối cành, lá và vỏ cây thì ngược lại. Khi thời gian ngắn hơn 18 năm, tuổi đứng tăng thì tỷ lệ ra rễ giảm dần, sau đó có xu hướng ổn định.
Thứ tự phần trăm của mỗi sinh khối cơ quan là lá thân cành rễ. Một công bố của tác giả Lihu Dong and Fengri Li (2021) khi nghiên cứu sinh khối và tích lũy các bon của quần thể Thông (Pinus koraiensis) tự nhiên ở vùng đông bắc Trung Quốc cho thấy, giữa sinh khối và lượng các bon tích lũy có mối quan hệ mật thiết với với nhân tố điều tra lâm phần (D, H) bằng phương trình tuyến tính, trong đó thân cây có sinh khối và lượng các bon tích lũy cao nhất; tiếp theo là rễ cây có sinh khối biến động từ 0,18-0,35 tấn/ha; thấp nhất là sinh khối cành và sinh khối lá chiếm tỷ lệ từ 5-11% so với tổng sinh khối. Mô hình này đã đưa vào sử dụng ước tính sinh khối cây cá lẻ Thông (Pinus koraiensis) nhằm phục vụ công tác kiểm kê rừng ở Trung Quốc. Tại Quảng Tây, Trung Quốc khi nghiên cứu về hệ thống rễ cây ảnh hưởng đến sinh trưởng, sinh khối và chu trình vật chất dinh dưỡng của rừng Thông mã vĩ (Pinus massoniana Lamb.) ở bốn độ tuổi khác nhau Song Zunrong et al (2020) cho thấy, ở tầng đất 0-60 cm, ở rừng non rễ cây tập trung chủ yếu ở độ sâu từ 0-40 cm chiếm 88,6%; rừng trung niên là 92,56%; rừng trưởng thành là 93,67% và rừng già 86,24%.
Ở độ sâu từ 0-20 cm, sinh khối rễ ở rừng trưởng thành đạt 0,34 tấn/ha và rừng già 1,08 tấn/ha. Tỷ lệ rễ mịn (0-2 mm) và rễ nhỏ (2-5 mm) ở rừng non và rừng già tương ứng là 6 87,43% và 79,32%. Ở rừng trưởng thành và rừng già, tỷ lệ sinh khối của rễ giữa từ 5-10 mm và trên 10 mm bắt đầu tăng so với ở rừng non và rừng già, sinh khối của rễ giữa tăng lên nhiều nhất giữa rừng trưởng thành (0,75 tấn/ha) và rừng già (1,94 tấn /ha), và sinh khối của rễ tăng nhiều nhất giữa rừng tuổi trung niên (0,32 tấn/ha) và rừng trưởng thành (2,72 tấn/ha). Nhìn chung, tổng sinh khối của bộ rễ tăng dần khi tuổi rừng tăng dần.
Sinh khối của rễ giảm dần theo sự phát triển của chiều sâu đất. Kết quả phân tích phương sai cho thấy, ảnh hưởng của độ sâu đất đến sinh khối rễ là cực kỳ có ý nghĩa (F = 13,903, P <0,01), trong khi ảnh hưởng của tuổi rừng đến sinh khối rễ là không đáng kể (F = 1,530, P = 0,226). Một nghiên cứu của Ali et al (2019) được thực hiện trong rừng trồng Thông mã vĩ (Pinus massoniana Lamb.) ở tỉnh Hồ Bắc, miền Trung Trung Quốc ở các tuổi 9, 18, 28 và 48 đã cho thấy, tuổi lâm phần và công tác quản lý chăm sóc rừng trồng có ảnh hưởng đến sinh trưởng, năng suất và sinh khối của rừng. Sinh khối cây trong lâm phần được quản lý chăm sóc lớn hơn 9,75% so với sinh khối trong những lâm phần không được quản lý, chăm sóc.
Mặt khác, mô hình tăng trưởng chỉ ra rằng, tốc độ tăng trưởng cao nhất khi rừng trồng ở tuổi 17 và tốc độ tăng trưởng trung bình khi rừng trồng ở tuổi 23. Từ kết quả này, tác giả đề xuất một số giải pháp để nâng cao năng suất và chất lượng rừng Thông tại khu vực nghiên cứu. Long-Chi Chen., et al (2016) khi nghiên cứu về sinh khối rừng trồng và rừng tự nhiên loài Thông mã vĩ (Pinus massoniana Lamb.) ở Trung Quốc qua ba lứa tuổi (7, 15, và 50 năm) cho thấy, sinh khối trong rừng trồng Thông mã vĩ tại khu vực nghiên cứu biến động từ 15-140 Mg/ha trong khi cùng tuổi thì lượng sinh khối ở rừng tự nhiên biến động từ 17-81 Mg/ha. Sinh khối ở rừng trồng lớn hơn rừng tự nhiên, nhưng sự khác biệt này lại được bù đắp bằng sinh khối lớn hơn trong tầng cây bụi, thảm tươi và vật rơi rụng của rừng tự nhiên.
7 Cùng đối tượng nghiên cứu là loài Thông mã vĩ (Pinus massoniana Lamb.) nhưng ở vùng thượng lưu sông Dương Tử, Trung Quốc, tác giả Meta Francis Justine et al (2015) đã đưa ra nhận định khi nghiên cứu sinh khối và tích lũy các bon cho đối tượng này ở các tuổi (3, 5, 7, 9, 12,15, 19, 29, 35 và 42) cho thấy, sinh khối lâm phần tăng lên khi tuổi lâm phần tăng và biến động từ 0,84 tấn/ha trong lâm phần tuổi 3 lên 252,35 tấn/ha trong lâm phần tuổi 42. Sinh khối trên mặt đất đóng góp 86,51% so với tổng sinh khối của lâm phần tại khu vực nghiên cứu., et al (2013) khi nghiên cứu sự ảnh hưởng của đa dạng loài cây đến năng suất trong các khu rừng cận nhiệt đới ở Trung Quốc đã cho thấy, sinh khối của cây bụi thảm tươi và sinh khối rễ có tỷ lệ khác nhau dưới tán rừng trồng Thông mã vĩ (Pinus massoniana Lamb.) so với các loài cây khác trong lâm phần cùng tuổi. Với các lâm phần Thông mã vĩ tầng cây gỗ chiếm tỷ lệ từ 40-60% so với tổng sinh khối, sinh khối rễ chiếm khoảng 20% so với tổng sinh khối; sinh khối cành và sinh khối có tỷ lệ sinh khối nhỏ nhất., et al (2011) khi nghiên cứu về sinh khối rừng Thông mã vĩ (Pinus massoniana Lamb.) tại khu rừng trồng thuộc miền Nam Trung Quốc cho thấy, tổng sinh khối lần lượt là 40,8 Mg/ha; 221,7 Mg/ha; 179,9 Mg/ha và 419,3 Mg/ha ở tuổi 7, 17, 31 và 51. Rừng trồng ở tuổi 31 có tổng sinh khối thấp hơn lâm phần tuổi 17 và 51 vì trữ lượng thấp hơn lâm phần 17 tuổi và kích thước cây nhỏ hơn lâm phần 51 tuổi.
Sinh khối cây cá lẻ tăng tương ứng từ 26,8 kg/cây ở tuổi 7 tăng lên 203,2 kg/cây; 359,9 kg/cây và 1290,1 kg/cây ở tuổi 17, 31 và 51. Mặc dù sinh khối của thân, cành, lá, rễ đều tăng khi tuổi tăng, nhưng tỷ lệ tăng sinh khối ở các mật độ cây đứng cũng khác nhau giữa các thành phần. Tỷ trọng bộ phận thân và rễ đều tăng, trong khi tỷ trọng vỏ, cành, lá giảm. Sinh khối thân chiếm khoảng 51,5%, 59,0%, 60,2% và 57,4% tổng sinh khối cây, trong khi sinh khối lá chiếm 6,9%, 2,4%, 1,7% và 0,8% so với tổng sinh khối cây ở các tuổi 7, 17, 31 và 51., et al (2010), khi nghiên cứu sinh khối và năng suất thực của rừng trồng Thông mã vĩ (Pinus massoniana Lamb.