Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới 1. Nghiên cứu về khả năng hấp thụ carbon của thực vật 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 (Theo nguồn từ UNEP) [21].
2: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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 13 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. Như ta đã biết, hầu hết lượng carbon trên trái đất được tích lũy trong sinh khối cây rừng, đặc biệt là rừng mưa nhiệt đới. Từ những nghiên cứu trong lĩnh vực này, Woodwell đã đưa ra bảng thống kê lượng carbon theo kiểu rừng như sau Bảng 1.1: Lượng Carbon tích lũy trong các kiểu rừng (Theo Woodwell, Pecan, 1973) Kiểu rừng Lượng carbon (tỷ tấn) Tỷ lệ (%) Rừng mưa nhiệt đới 340 62.16 Rừng nhiệt đới gió mùa 12 2.19 Rừng thường xanh ôn đới 80 14.63 Rừng phương bắc 108 19.74 Đất trồng trọt 7 1.28 Số liệu bảng 1.1 cho thấy lượng carbon được lưu giữ trong kiểu rừng mưa nhiệt đới là cao nhất, chiếm hơn 62% tổng lượng carbon trên bề mặt trái đất, trong khi đó đất trồng trọt chỉ chứa khoảng 1%.
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. Mặt khác ta còn thấy 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 nghiên cứu từ trước cho thấy rừng đóng vai trò quan trọng trong chống lại biến đổi khí hậu do ảnh hưởng của nó đến chu trình carbon toàn cầu (C).
Tổng lượng hấp thu dự trữ carbon của rừng trên toàn thế giới, trong đất LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 14 và thảm thực vật là khoảng 830 PgC, trong đó carbon trong đất lớn hơn 1,5 lần carbon dự trữ trong thảm thực vật (Brown, 1997). Đối với rừng nhiệt đới, có tới 50% lượng carbon dự trữ trong thảm thực vật và 50% dự trữ trong đất (Dixon et al., 1994; Brown, 1997; IPCC, 2000; Pregitzer and Euskirchen, 2004) [22,27]. Rừng trao đổi carbon 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: carbon dự trữ trong sinh khối và đất, carbon trong các sản phẩm gỗ, chất đốt sử dụng thay thế nguyên liệu hóa thạch (IPCC, 2000) [24].
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 carbon 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) [22,25,28].
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; 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 15 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. Có rất nhiều phương pháp để đánh giá khả năng hấp thụ CO2 của rừng.
Tuy nhiên việc xác định khả năng hấp thụ CO2 một cách chính xác vẫn còn gặp nhiều khó khăn, sau đây là một số cách tiếp cận để xác định sinh khối rừng: - Tiếp cận thứ nhất: Phương pháp sinh khối - Tính toán và dự báo khối lượng Biomass khô của rừng/đơn vị diện tích (tấn/ha) tại thời điểm cần thiết trong quá trình sinh trưởng. Từ đó tính trực tiếp lượng CO2 hấp thụ và lượng C tồn trữ trong vật chất hữu cơ của rừng, hoặc tính khối lượng cacbon (C) bình quân (khoảng 50% của sinh khối Bioomass khô), rồi từ C lại suy ra CO2 theo phương pháp của GS. Phương pháp này đã được trung tâm Hợp tác Quốc tế và xúc tiến Lâm nghiệp Nhật bản (JIFPRO); Tại Trung Quốc có Lý Ý Đức (1999) áp dụng và từ lâu người ta đã dùng phương pháp sinh khối để xác định lượng Cacbon tích luỹ của rừng – Đó cũng chính là phương pháp điều tra tài nguyên rừng truyền thống (Theo Malhi, 1999; Mazangwi, 1999); - Tiếp cận thứ hai: Phương pháp đốt tươi và đốt khô các mẫu chất thứ cấp dùng để phân tích lượng cacbon của Rayment và Higginsin, 1992 bằng oxi tinh khiết trong môi trường nhiệt độ cao và chuyển toàn bộ cacbon thành cacbonoxit, sau đó cacbonoxit được tách ra bằng máy dò của dòng Heli tinh khiết. Các loại oxit khác ( nitơ, lưu huỳnh,.) được tách ra từ dòng khí.
Lượng cacbon được tính toán bằng phương pháp không tán sắc của vùng quang phổ hồng ngoại. Phân tích lượng cacbon bằng hai phương pháp phét sắc ký của dòng khí và quang phổ khối (Giford, 2000). - Tiếp cận thứ ba: Dùng quan hệ tương quan giữa W – V để xác định lượng W tinh làm cơ sở để tính lượng cacbon tích lũy của rừng. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 16 - Tiếp cận thứ tư: Phương pháp thể tích - Căn cứ vào thể tích là chính để tính lượng cacbon tích lũy của rừng (IEEAF, 2002); Căn cứ vào thể tích thực tế để xác định lượng cacbon bình quân của những loài cây chủ yếu.
- Tiếp cận thứ năm: Phương pháp xác định qua điều tra chất hữu cơ đất và Phương pháp tách qua đường cacbon cơ sở. Nghiên cứu về sinh khối Sinh khối (Biomass - W) và năng suất rừng là tổng lượng chất hữu cơ của thực vật tích luỹ trong hệ sinh thái, là toàn bộ nguồn vật chất & cơ sở năng lượng vận hành trong hệ sinh thái, nó phản ánh chỉ tiêu quan trọng của môi trường sinh thái rừng (Feng, 1999). Lịch sử xuất hiện và phát triển của cơ chế phát triển sạch được bắt đầu vào thế kỷ XIX, khi các nghiên cứu về sinh trưởng và dự đoán sản lượng rừng ở Châu Âu đã mở ra một trang mới cho thời kỳ phát triển sạch trong Lâm nghiệp. Sự phát triển của khoa học sản lượng rừng gắn với tên tuổi của những người đã khai sinh ra nó như: Baur, Breymann Cotta, Danckemam, Draudt, Weise,.[ dẫn theo Võ Đại Hải [5] Vì nghiên cứu sinh khối chính là cái gốc , là nền móng cho việc nghiên cứu trữ lượng carbon của rừng.
Nên khi nghiên cứu về ảnh hưởng của cây rừng đến phát thải khí nhà kính chủ yếu người ta dựa vào tăng trưởng sinh khối bình quân hàng năm. Phương pháp xác định có ý nghĩa rất quan trọng vì nó liên quan đến độ chính xác của kết quả nghiên cứu, đây cũng là vấn đề được nhiều tác giả quan tâm. Tuỳ từng tác giả với những điều kiện khác nhau mà sử dụng các phương pháp xác định sinh khối khác nhau, trong đó có thể kể đến một số tác giả chính như sau: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.Kamat (ấn Độ, 1956) trong công trình: “Đánh giá sinh khối thông qua viễn thám” đã nêu tổng quát vấn đề sản phẩm sinh khối và việc đánh giá sinh khối bằng ảnh vệ tinh. - Một số tác giả như Trasnean (1926), Huber (Đức, 1952), Monteith (Anh, 1960 - 1962), Lemon (Mỹ, 1960 - 1987), Inone (Nhật, 1965 - 1968),.
[28]đã dùng phương pháp dioxit carbon để xác định sinh khối. Theo đó sinh khối được đánh giá bằng cách xác định tốc độ đồng hoá CO2. - Aruga và Maidi (1963): đưa ra phương pháp “Chlorophyll” để xác định sinh khối thông qua lượng Chlorophyll trên một đơn vị diện tích mặt đất. Đây là một chỉ tiêu biểu thị khả năng của hệ sinh thái hấp thụ các tia bức xạ hoạt động quang tổng hợp.
- Khi xem xét các phương pháp nghiên cứu Whitaker, R.L (1971) cho rằng "Số đo năng suất chính là số đo về tăng trưởng, tích luỹ sinh khối ở cơ thể thực vật trong quần xã". - Năng suất sơ cấp tuyệt đối là lượng chất hữu cơ tích luỹ trong cơ thể thực vật trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị diện tích, lượng vật chất này mới thực sự có ý nghĩa đối với đời sống con người. Từ ý nghĩa đó, Woodwell, G.H (1968) [34] đã đề ra phương pháp "thu hoạch" để nghiên cứu năng suất sơ cấp tuyệt đối.J (1967) [32] đề nghị phương pháp “cây mẫu” để nghiên cứu sinh khối và năng suất của quần xã từ các ô tiêu chuẩn. Phương pháp này được chương trình quốc tế “IBP” thống nhất áp dụng.
- Sinh khối rừng có thể xác định nhanh chóng dựa vào mối liên hệ giữa sinh khối với kích thước của cây hoặc của từng bộ phận cây theo dạng hàm toán học nào đó. Phương pháp này được sử dụng phổ biến ở Bắc Mỹ và châu Âu (Whittaker, 1966; Tritton và Hornbeck, 1982; Smith và Brand, 1983) [34]. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.