phần mở đầu và kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính của luận văn đƣợc cấu trúc trong 3 chƣơng chính, gồm: - Chƣơng 1: Cơ sở lý luận nghiên cứu sinh khối và khả năng tích tụ carbon của rừng ngập mặn. - Chƣơng 2: Các yếu tố ảnh hƣởng đến rừng ngập mặn ven biển tỉnh Thái Bình. - Chƣơng 3: Tính toán sinh khối và khả năng tích tụ carbon của rừng ngặp mặn tỉnh Thái Bình. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN NGHIÊN CỨU SINH KHỐI VÀ KHẢ NĂNG TÍCH TỤ CARBON CỦA RỪNG NGẬP MẶN 1.
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU SINH KHỐI RỪNG VÀ KHẢ NĂNG TÍCH TỤ CARBON CỦA HỆ SINH THÁI RỪNG 1. Nghiên cứu sinh khối và năng suất rừng trên thế giới Mặc dù rừng chỉ che phủ 21% diện tích bề mặt Trái đất, nhƣng sinh khối thực vật rừng lại chiếm đến 75% so với tổng sinh khối của thực vật trên cạn. Lƣợng carbon hấp thụ bởi rừng chiếm 47% tổng lƣợng carbon trên Trái đất, nên việc chuyển đổi đất rừng thành các loại hình sử dụng đất khác có tác động mạnh mẽ đến chu trình carbon trên hành tinh của chúng ta. Những nghiên cứu hiện nay đã hƣớng vào các nhân tố ảnh hƣởng đến quá trình tích lũy và phát thải carbon của thảm thực vật rừng.
Các hoạt động lâm nghiệp và sự thay đổi phƣơng thức sử dụng đất, đặc biệt là suy thoái rừng nhiệt đới là một trong những nguyên nhân quan trọng làm tăng lƣợng CO2 phát thải vào bầu khí quyển. Ƣớc tính khoảng 1,6 tỷ tấn/năm trong tổng số 6,3 tỷ tấn khí CO2/năm đƣợc phát thải ra do các hoạt động của con ngƣời. Do đó, các HST rừng là bể lƣu trữ carbon không lồ và có ý nghĩa rất lớn trong việc hạn chế quá trình BĐKH toàn cầu. Từ những năm 1840 trở lại đây, nghiên cứu sinh khối và năng suất rừng là lĩnh vực thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới.
Hiện nay, các nhà khoa học đã áp dụng các thành tựu khoa học nhƣ hóa phân tích, hóa thực vật, nguyên lý tuần hoàn vật chất trong thiên nhiên,… để tính toán sinh khối và năng suất của rừng. Tiêu biển trong lĩnh vực này có thể kể tới một số tác giả sau: Năm 1862, Liebig J. lần đầu tiên tiến hành nghiên cứu về sự tác động của thực vật tới không khí và phát triển thành Định luật tối thiểu [29]. (1981) đã công bố công trình “Sinh khối và năng suất sơ cấp rừng thế giới”, trong đó tập hợp 600 công trình nghiên cứu về sinh khối khô của các bộ phân thân, cành, lá và một số thành phần, sản phẩm sơ cấp của hơn 1.200 lâm phần thuộc 46 nƣớc trên thế giới [27].
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 Năm 1963, nhóm tác giả Aruga và Maidi đƣa ra phƣơng pháp “Chlorophyll” để xác định sinh khối thông qua hàm lƣợng chlorophyll trên một đơn vị diện tích mặt đất. Đây là một chỉ tiêu biểu thị khả năng của HST hấp thụ các tia bức xạ Mặt trời trong hoạt động quang tổng hợp. Năng suất sơ cấp tuyệt đối là lƣợng chất hữu cơ tích lũy trong cơ thể thực vật trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị diện tích, lƣợng vật chất này mới thực sự có ý nghĩa đối với đời sống con ngƣời. Đồng thời, với sự ra đời của Chƣơng trình Sinh học Quốc tế (IBP, 1964) và Chƣơng trình Con ngƣời và Sinh quyển (MAB, 1971) đã tác động mạnh mẽ tới việc nghiên cứu sinh khối thực vật.
Những nghiên cứu trong giai đoạn này tập trung vào các đối tƣợng đồng cỏ, savan, rừng rụng lá, rừng mƣa thƣờng xanh. Khi nghiên cứu về sinh khối, phƣơng 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 đƣợc nhiều tác giả quan tâm. Trong các điều kiện khác nhau, mỗi tác giả lại áp dụng các phƣơng pháp nghiên cứu khác nhau, trong đó phải kể đến một số nghiên cứu tiêu biểu của các tác giả sau: Sinh khối rừng có thể xác định nhanh chóng dựa vào mối liên hệ giữa sinh khối với kích thƣớc cây hoặc của từng bộ phận theo dạng hàm toán học nào đó. Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng phổ biến ở Bắc Mỹ và Châu Âu (Whittaker, 1966).
Tuy nhiên, do khó khăn trong việc thu hoạch bộ rễ của cây rừng, nên phƣơng pháp này chủ yếu dùng để xác định sinh khối của lâm phần trên mặt đất và sau đó Edmonton E. (1968) đƣa ra phƣơng pháp ôxy hóa nhằm định lƣợng hàm lƣợng ôxy đƣợc tạo ra trong quá trình quang hợp của thực vật màu xanh. Từ đó, tính ra đƣợc năng suất và sinh khối rừng. Trong những năm gần đây, các phƣơng pháp nghiên cứu định lƣợng và xây dựng các mô hình dự báo sinh khối cây rừng đã đƣợc áp dụng thông qua các mối quan LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 hệ giữa sinh khối cây với các nhân tố điều tra cơ bản, dễ dàng đo đếm nhƣ đƣờng kính ngang ngực (H1,3), chiều cao cây, chu vi thân cây, cành,… giúp cho việc ƣớc tính sinh khối đƣợc nhanh hơn, ít tốn kém hơn.
Công trình nghiên cứu tƣơng đối toàn diện và có hệ thống lƣợng carbon hấp thụ của rừng đƣợc thực hiện bởi Ilic và cộng sự (2000) [28] và Mc Kenzie (2001) và cộng sự [31]. Theo Mc Kenzie và cộng sự (2001), carbon trong HST rừng thƣờng tập trung ở bốn bộ phận chính là thảm thực vật còn sống, vật liệu rơi rụng, rễ cây và đất rừng. Việc xác định lƣợng carbon trong rừng thƣờng đƣợc thực hiện thông qua xác định sinh khối rừng. Các nhà sinh thái rừng dành sự quan tâm đặc biệt đến nghiên cứu sự khác nhau về sinh khối rừng ở các vùng sinh thái.
Tuy nhiên, việc xác định đầy đủ sinh khối rừng không dễ dàng, nhất là sinh khối của hệ rễ trong đất rừng nên để làm sáng tỏ vấn đề trên, đòi hỏi nhiều nghiên cứu sâu hơn nữa. Hệ thống lại có ba cách tiếp cận xác định sinh khối rừng nhƣ sau: + Cách tiếp cận thứ nhất: Đo trực tiếp quá trình sinh lý điều khiển cân bằng carbon trong HST rừng. Cách này gồm các phƣơng pháp đo cƣờng độ quang hợp và hô hấp cho từng thành phần trong HST rừng (cành, lá, thân, rễ), từ đó suy ra lƣợng CO2 tích lũy trong toàn bộ HST rừng. Các nhà sinh thái rừng thƣờng sử dụng cách tiếp cận này để dự tính tổng sản lƣợng nguyên hô hấp của HST rừng và sinh khối hiện có của nhiều loại rừng hỗn giao ở Bắc Mỹ (Botkim, 1970; Woodwell, 1970) (dẫn theo Võ Đại Hải) [7].
+ Cách tiếp cận thứ hai: Phƣơng pháp phân tích hiệp phƣơng sai dòng xoáy đã cho phép định lƣợng sự thay đổi lƣợng CO2 theo mặt cắt thẳng đứng của tán rừng. Căn cứ vào tốc độ gió, hƣớng gió, nhiệt độ và số liệu CO2 theo mặt thẳng đứng sẽ đƣợc sử dụng để dự đoán lƣợng carbon đi vào và đi ra khỏi HST rừng theo định kỳ từng giờ, từng ngày, từng năm. Kỹ thuật này đã áp dụng thành công ở rừng thứ sinh Harward - Massachusetts. Tổng lƣợng carbon tích lũy dự đoán theo phƣơng pháp phân tích hiệp phƣơng sai dòng xoáy là 3,7 megagram/ha/năm.
Tổng lƣợng carbon hô hấp của toàn bộ HST rừng vào ban đêm là 7,4 megagram/ha/năm; nghĩa là tổng lƣợng carbon đi vào LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 HST rừng là 11,1 megagram/ha/năm (Wofsy, 1993) (dẫn theo Võ Đại Hải, 2009) [7]. + Cách tiếp cận thứ ba: Dựa vào mối liên hệ giữa sinh khối rừng với kích thƣớc của cây hoặc của từng bộ phận cây theo dạng hàm toán học nào đó. Hƣớng này áp dụng phổ biến ở Bắc Mỹ và Châu Âu. Tuy nhiên, khó khăn của hƣớng này là ở việc thu thập rễ cây rừng.
Do đó, hƣớng này chỉ áp dụng để xác định sinh khối của bộ phận trên mặt đất (Grier, 1989; Reichel, 1991; Burton V. Nghiên cứu sinh khối và năng suất rừng ở Việt Nam Nghiên cứu về sinh khối và năng suất rừng ở Việt Nam bắt đầu đƣợc tiến hành vào những năm 1980, những công trình nghiên cứu này đã đạt đƣợc những kết quả có ý nghĩa, có thể kể tới một vài công trình sau: Vũ Văn Thông (1998) khi tiến hành nghiên cứu cơ sở xác định sinh khối cây cá thể và lâm phần Keo lá tràm (Accia auriculiformis Cum) tại tỉnh Thái Nguyên đã giải quyết đƣợc một số vấn đề thực tiễn đặt ra, đáng chú ý là đã nghiên cứu và xây dựng mô hình xác định sinh khối của Keo lá tràm, lập các bảng tra sinh khối tạm thời phục vụ cho công tác điều tra kinh doanh rừng [15]. Lê Hồng Phúc (1996) trong công trình nghiên cứu “Đánh giá sinh trưởng, tăng trưởng, sinh khối và năng suất rừng Thông ba lá (Pinus keysia, Royle ex Gordon) vùng Đà Lạt - Lâm Đồng” đã tìm ra quy luật tăng trƣởng sinh khối, cấu trúc thành phần tăng trƣởng sinh khối thân cây, tỷ lệ giữa sinh khối tƣơi và khô của các bộ phân thân, cành, lá, rễ, lƣợng rơi rụng, tổng sinh khối cá thể và quần thể rừng Thông ba lá [13]. Bên cạnh đó, các tác giả Nguyễn Ngọc Lung và Ngô Đình Quế (2000) cũng đã tiến hành nghiên cứu về động thái, kết cấu sinh khối và tổng sinh khối cho loài cây này.
Đặng Trung Tấn (2001) đã nghiên cứu sinh khối rừng Đƣớc, kết quả đã xác định đƣợc tổng sinh khối khô của rừng Đƣớc ở Cà Mau là 327 m3/ha, tăng trƣởng sinh khối bình quân hàng năm là 9.500 kg/ha [16] và Hoàng Mạnh Trí (1986) với công trình “Góp phần nghiên cứu sinh khối và năng suất quần xã Đước đôi (Rhizophora apiculata) ở Cà Mau - Minh Hải” đã áp dụng phƣơng pháp “cây mẫu” để nghiên cứu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 10 năng suất, sinh khối một số quần xã rừng Đƣớc đôi (Rhizophora apiculata) ven biển Minh Hải. Kết quả nghiên cứu đã đóng góp quan trọng về mặt lý luận và thực tiễn đối với HST rừng ngập mặn ven biển nƣớc ta [18]. Kể từ khi cơ chế phát triển sạch (CDM) đƣợc thông qua và thực sự trở thành một cơ hội mới cho ngành lâm nghiệp thì những nghiên cứu về sinh khối rừng ở nƣớc ta bắt đầu nhận đƣợc sự quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học, có thể kể đến một số kết quả sau: Nguyễn Ngọc Lung và Nguyễn Tƣờng Vân (2004) đã sử dụng biểu quá trình sinh trƣởng và biểu sinh khối để tính toán sinh khối rừng.