Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Những nghiên cứu trên thế giới 1. Nghiên cứu về cấu trúc Các nghiên cứu về cấu trúc sinh thái của rừng mưa nhiệt đới đã được Richards P. Các nghiên cứu này đã đưa ra các quan điểm, khái niệm và mô tả định tính về tổ thành loài, dạng sống và tầng phiến của rừng.
Đây là những công trình nghiên cứu cơ sở rất quan trọng và hệ thống giúp chúng ta hiểu sâu hơn về cấu trúc của rừng, đặc biệt là về cấu trúc hình thái và ngoại mạo[23], [2], [40]. (1976) đã nghiên cứu các vấn đề về cơ sở sinh thái học nói chung và về cơ sở sinh thái học của kinh doanh rừng mưa nói riêng, trong đó tác giả đã đi sâu nghiên cứu các nhân tố cấu trúc rừng, các kiểu xử lý về mặt lâm sinh áp dụng cho rừng mưa tự nhiên. Từ đó tác giả đã đưa ra những tổng kết hết sức phong phú về các nguyên lý tác động xử lý lâm sinh nhằm đem lại rừng cơ bản đều tuổi, rừng không đều tuổi và các phương thức xử lý cải thiện rừng mưa[2]. Khái niệm về hệ sinh thái được làm sáng tỏ là cơ sở để nghiên cứu các nhân tố cấu trúc rừng liên quan trên quan điểm sinh thái học[40].
Một vấn đề nữa có liên quan đến cấu trúc rừng là phân loại rừng theo cấu trúc và ngoại mạo hay ngoại mạo sinh thái. Cơ sở phân loại rừng theo xu hướng này là đặc điểm phân bố, dạng sống ưu thế, cấu trúc tầng thứ và một số đặc điểm hình thái khác của quần xã thực vật rừng. Đại diện cho hệ thống phân loại này có Humbold (1809), Schimper (1903), Aubreville (1949), UNESCO (1973),. trong nhiều hệ thống phân loại rừng theo xu hướng này khi nghiên cứu ngoại mạo của quần xã thực vật không tách rời khỏi hoàn cảnh của nó và do vậy hình thành một hướng phân loại theo ngoại mạo sinh thái.
Khác với xu hướng phân loại rừng theo cấu trúc ngoại mạo chủ yếu mô tả rừng ở trạng thái tĩnh, trên cơ sở nghiên cứu rừng ở trạng thái động Melekhov 5 đã nhấn mạnh sự biến đổi của rừng theo thời gian, đặc biệt là sự biến đổi của tổ thành loài cây trong lâm phần qua các giai đoạn khác nhau trong quá trình phát sinh và phát triển của rừng. Nghiên cứu này đã chỉ rõ các biện pháp kỹ thuật lâm sinh tác động vào rừng cũng cần tiến hành theo các giai đoạn khác nhau tùy theo sự biến đổi cấu trúc nội tại của rừng.W (1959, 1968, 1970)[23], đã đi sâu nghiên cứu cấu trúc rừng mưa nhiệt đới về mặt hình thái. Theo tác giả này, một đặc điểm nổi bật của rừng mưa nhiệt đới là tuyệt đại bộ phận thực vật đều thuộc thân gỗ. Rừng mưa thường có nhiều tầng (thông thường nhất là có ba tầng, ngoại trừ tầng cây bụi và tầng cây thân cỏ).
Trong rừng mưa nhiệt đới ngoài cây gỗ lớn, cây bụi và các loài cây thân cỏ còn có nhiều loài dây leo đủ hình dáng và kích thước, cùng nhiều thực vật phụ sinh bám trên thân cây, cành cây,. "Rừng mưa thực sự là một quần lạc hoàn chỉnh và cầu kỳ nhất về mặt cấu tạo và cũng phong phú nhất về mặt loài cây". Khi nghiên cứu về cấu trúc rừng tự nhiên nhiệt đới, nhiều tác giả đã có ý kiến khác nhau trong việc xác định tầng thứ, trong đó có ý kiến cho rằng, kiểu rừng này chỉ có một tầng cây gỗ mà thôi. Richards (1952) phân rừng ở Nigeria thành 6 tầng với các giới hạn chiều cao là 6 - 12 m, 12 - 18 m, 18 - 24 m, 24 - 30 m, 30 - 36 m và 36 - 42 m.
Thực chất việc phân tầng này chỉ là phân chia rừng thành các lớp chiều cao khác nhau một cách cơ giới (mỗi tầng cách nhau 6 m)[23]. P (1971) [40], chưa thống nhất với ý kiến cho rằng có sự phân tầng rừng rậm nơi có độ cao dưới 600 m ở Puecto Rico và cho rằng không có sự tập trung khối tán ở một tầng riêng biệt nào cả. Li Yiqing (1992)[38]đã nghiên cứu dự đoán động thái cấu trúc đường kính loài Pinus yunnaensis trên những ô mẫu định vị và cho biết: theo điều kiện sinh trưởng của các cây cá thể được chia ra 4 loại như tăng trưởng đường kính 2 cm/năm, 1 cm/năm, đình trệ sinh trưởng và chết. Hai chỉ số độ lệch đường kính bình quân và mật độ được sử dụng để mô hình hóa phân bố đường kính, tác giả cũng đã đưa ra mô hình phỏng theo phân bố đường kính của loài với đối tượng rừng tự nhiên.
Nghiên cứu về sinh khối "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 khác 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 các bon hấp thụ bởi thực vật rừng, góp phần định lượng giá trị môi trường do rừng mang lại. Các nhà sinh thái rừng đã dành sự quan tâm đặc biệt đến nghiên cứu sự khác nhau về sinh khối rừng ở các vùng sinh thái, trên cơ sở đó nhằm xác định, lượng hóa được khả năng hấp thụ CO2 tại các trạng thái rừng đó. Tuy nhiên, việc xác định đầy đủ sinh khối rừng không dễ dàng, đặc biệt là sinh khối của hệ rễ, trong đất rừng, nên 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.
Hệ thống lại có 3 cách tiếp cận để xác định sinh khối rừng như sau: Tiếp cận thứ nhất dựa vào mối liên hệ giữa sinh khối rừng với kích thước của cây hoặc của từng bộ phận cây theodạng hàm toán học nào đó. Hướng tiếp cận này được sử dụng phổ biến ở Bắc Mỹ và châu Âu (Whittaker, 1966 [44]; Smith và Brand, 1983) [42]. Tiếp cận thứ hai để xác định sinh khối rừng là đo trực tiếp quá trình sinh lý điều khiển cân bằng Các bon trong hệ sinh thái. Cách này bao gồm việc đo cường độ quang hợp và hô hấp cho từng thành phần trong hệ sinh thái rừng (lá, cành, thân, rễ), sau đó suy ra lượng CO2 tích luỹ trong toàn bộ hệ sinh thái (Woodwell và Botkin, 1970) [39].
Tiếp cận thứ ba được phát triển trong những năm gần đây với sự hỗ trợ của kỹ thuật vi khí tượng học (micrometeological techniques). Phương pháp phân tích hiệp phương sai dòng xoáy đã cho phép định lượng sự thay đổi của lượng CO2 theo mặt phẳng đứng của tán rừng. Căn cứ vào tốc độ gió, hướng gió, nhiệt độ, số liệu CO2theo mặt phẳng đứng sẽ được sử dụng để dự đoán lượng Các bon đi vào và đi ra khỏi hệ sinh thái rừng theo định kỳ từng giờ, từng ngày, từng năm. Kỹ thuật này đã áp dụng thành công ở rừng thứ sinh Harward - Massachusetts.
7 Tổng lượng Các bon tích luỹ dự đoán theo phương pháp phân tích hiệp phương sai dòng xoáy là 3,7 megagram/ha/năm. Tổng lượng Các bon hô hấp của toàn bộ hệ sinh thái vào ban đêm là 7,4 megagram/ha/năm, nói lên rằng tổng lượng Các bon đi vào hệ sinh thái là 11,1 megagram/ha/năm (Wofsy và cộng sự, 1993) [46]. Canell (1982) đã cho ra đời cuốn sách “Sinh khối và năng suất sơ cấp của rừng thế giới", cho đến nay nó vẫn là tác phẩm quy mô nhất. Tác phẩm đã tổng hợp 600 công trình nghiên cứu được tóm tắt xuất bản về sinh khối khô, thân, cành, lá và một số thành phần sản phẩm sơ cấp của hơn 1.200 lâm phần thuộc 46 nước trên thế giới [34].
Nghiên cứu khả năng tích lũy các bon của rừng Trong vài thập kỷ trở lại đây vấn đề nóng lên của khí hậu toàn cầu đang được quan tâm của toàn thế giới. Nó đang từng bước tác động tiêu cực đến sinh vật và môi trường trên trái đất. Quá trình nóng lên của trái đất đã làm cho tất cả các thành phần của môi trường bị biến đổi tiêu cực, nước biển dâng cao, hạn hán, lũ lụt thường xuyên xảy ra. Sự biến đổi môi trường sống đang tác động rất xấu đến đời sống con người và tất cả các sinh vật khác trên trái đất.
Hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu là không thể tránh khỏi. Hầu hết các nhà khoa học môi trường cho rằng sự gia tăng đáng kể nồng độ các khí nhà kính mà chủ yếu là khí CO2 trong khí quyển là nguyên nhân gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu. Rừng trao đổi các bon 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: các bon dự trữ trong sinh khối và đất, các bon trong các sản phẩm gỗ, chất đốt sử dụng thay thế nguyên liệu hóa thạch (IPCC, 2000) [36].
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 8 tấn/ha/năm ở vùng ôn đới và 4-8 tấn/ha/năm ở các vùng nhiệt đới (Dixon et al. Brown et al. 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) [32].
Một nghiên cứu của Joyotee Smith và Sara J.Scherr (2002) đã định lượng được lượng các bon lưu giữ trong các kiểu rừng nhiệt đới và trong các loại hình sử dụng đất ở Brazil, Indonesia và Cameroon, bao gồm trong sinh khối thực vật và dưới mặt đất từ 0 - 20 cm. Kết quả nghiên cứu cho thấy lượng các bon lưu trữ trong thực vật giảm dần từ kiểu rừng nguyên sinh đến rừng phục hồi sau nương rẫy và giảm mạnh đối với các loại đất nông nghiệp. Trong khi đó phần dưới mặt đất lượng các bon ít biến động hơn, nhưng cũng có xu hướng giảm dần từ rừng tự nhiên đến đất không có rừng (Joyotee Smith và cộng sự, 2002) [37]. Theo MC Kenzie (2001) Các bon trong hệ sinh thái rừng thường tập trung ở 4 bộ phận chính: Thảm thực vật còn sống trên mặt đất, vật rơi rụng, rễ cây và đất rừng.
Việc xác định lượng các bon trong rừng thường được thực hiện thông qua xác định sinh khối rừng [39].