Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khí nhà kính gia tăng, đặc biệt là khí carbon dioxide ($CO_2$), được xác định là nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu. Rừng giữ vai trò đặc biệt quan trọng trong việc điều hòa khí hậu và lưu trữ carbon; theo các thống kê được tác giả trích dẫn, toàn bộ hệ sinh thái rừng thế giới lưu giữ khoảng 638 Gt carbon (bao gồm cả đất rừng đến độ sâu 30 cm) và thảm thực vật rừng lưu giữ khoảng 283 Gt carbon trong sinh khối. Trong khuôn khổ Nghị định thư Kyoto và Cơ chế phát triển sạch (CDM), việc định lượng sinh khối và trữ lượng carbon rừng là cơ sở khoa học để xác định giá trị dịch vụ môi trường rừng, tạo điều kiện tiếp cận các nguồn tài chính từ thương mại carbon.

Tại tỉnh Thái Nguyên, sự phát triển nhanh của các khu công nghiệp và nhà máy gia tăng sức ép phát thải khí nhà kính lên môi trường không khí. Trong khi các nghiên cứu sinh khối và carbon ở Việt Nam phần lớn tập trung vào các loài cây gỗ trồng rừng phổ biến (như Keo, Mỡ, Thông, Bạch đàn), đối tượng rừng tre trúc tự nhiên, cụ thể là loài Vầu đắng (Indosasa angustata Mc.Clure), chưa được đánh giá đầy đủ về khả năng tích lũy carbon. Tại huyện Định Hóa, diện tích rừng Vầu đắng phân bố tương đối tập trung và đóng vai trò sinh thái lớn nhưng chưa có số liệu định lượng cụ thể. Khóa luận được thực hiện nhằm giải quyết khoảng trống dữ liệu này.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài gồm 3 nhiệm vụ cụ thể:

  1. Nghiên cứu đặc điểm sinh khối của loài cây Vầu đắng (Indosasa angustata Mc.Clure) tại xã Tân Thịnh, huyện Định Hóa, tỉnh Thái Nguyên.
  2. Xác định được khả năng tích lũy carbon của loài cây Vầu đắng (Indosasa angustata Mc.Clure) tại xã Tân Thịnh, huyện Định Hóa, tỉnh Thái Nguyên.
  3. Xác định mối tương quan giữa sinh khối và khả năng tích lũy carbon của loài cây Vầu đắng (Indosasa angustata Mc.Clure) tại xã Tân Thịnh, huyện Định Hóa, tỉnh Thái Nguyên.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Lâm phần rừng Vầu đắng thuần loài.
  • Phạm vi không gian: Địa bàn xã Tân Thịnh, huyện Định Hóa, tỉnh Thái Nguyên.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài tiến hành điều tra, thu thập và xử lý số liệu thực địa trong thời gian từ tháng 01/2014 đến tháng 05/2014.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu dựa trên khung lý thuyết về chu trình sinh thái và ước tính sinh khối thực vật rừng theo các hướng tiếp cận của Lieth (1964), Robert (2001), Newbould, K. MacDicken (1997) và Peter Snowdon (2002) về việc phân chia các bể chứa carbon (sinh khối trên mặt đất, cây bụi thảm tươi, vật rơi rụng, rễ và đất). Tác giả vận dụng các phương pháp nghiên cứu sinh khối cây rừng tại Việt Nam của Nguyễn Hoàng Trí (1986), Vũ Văn Thông (1998), Võ Đại Hải (2009) và Bảo Huy (2009). Đặc tính sinh vật học và phân loại học của loài Vầu đắng được kế thừa từ các công trình của Lê Mộng Chân (2000), Trần Xuân Thiệp (1994) và Nguyễn Danh Minh (2005).

Về phương pháp tiếp cận đặc thù đối với loài tre mọc tản:

  • Phân chia cấp tuổi: Do tre trúc không hình thành vòng năm như cây thân gỗ, tác giả kết hợp kinh nghiệm dân gian và chuyên môn lâm học để phân chia lâm phần thành 3 cấp tuổi (2 năm/cấp tuổi): Cấp tuổi 1 (cây non: 1 - 2 tuổi); Cấp tuổi 2 (cây bánh tẻ: 3 - 4 tuổi); Cấp tuổi 3 (cây già: trên 4 tuổi).
  • Quy ước thân ngầm: Thân ngầm tre trúc mọc đan xen phức tạp trong đất ở độ sâu 20 - 30 cm. Đề tài áp dụng nguyên tắc "Cây kế cận" và "Mối quan hệ gần gũi", theo đó 1/2 chiều dài đoạn thân ngầm nối giữa hai cây mọc kế tiếp nhau được quy ước thuộc về cây tiêu chuẩn nghiên cứu.

Phương pháp thu thập số liệu thực địa:

  • Lập ô tiêu chuẩn (OTC): Bố trí 9 OTC ngẫu nhiên điển hình tại các trạng thái rừng Vầu đắng thuần loài tập trung; diện tích mỗi ô là $2.500\text{ m}^2$ ($50\text{ m} \times 50\text{ m}$).
  • Ô thứ cấp và ô dạng bản: Trong mỗi OTC lập 5 ô thứ cấp diện tích $25\text{ m}^2$ ($5\text{ m} \times 5\text{ m}$) tại 4 góc và vị trí trung tâm để điều tra tầng cây bụi thảm tươi (tổng số 45 ô thứ cấp); đồng thời lập 5 ô dạng bản diện tích $1\text{ m}^2$ ($1\text{ m} \times 1\text{ m}$) để thu thập mẫu vật rơi rụng (tổng số 45 ô dạng bản).
  • Đo đếm lâm học: Đo đường kính ngang ngực ($D_{1.3}$) của toàn bộ cây bằng thước kẹp kính (độ chính xác 0,01 m) hoặc thước dây; đo chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$) và chiều cao dưới cành ($H_{dc}$) bằng thước sào (độ chia 20 cm, sai số $\pm 10\text{ cm}$).
  • Chặt hạ cây mẫu: Tại mỗi OTC chặt hạ 3 cây tiêu chuẩn đại diện cho 3 cấp tuổi có cấp kính trung bình, tổng cộng chặt hạ 27 cây mẫu. Phân chia cây thành 4 bộ phận: thân, cành, lá và thân ngầm; cân trọng lượng tươi ngay tại hiện trường.
  • Sấy mẫu xác định sinh khối khô: Lấy 3 mẫu/cây cá lẻ (thân, cành, lá) với khối lượng 0,5 - 1,0 kg đối với mẫu thân, cành và 0,3 - 0,5 kg đối với mẫu lá. Mẫu thân lấy tại 3 vị trí (gốc, giữa thân, ngọn) và thân ngầm. Sấy mẫu tại phòng thí nghiệm ở nhiệt độ $105^\circ\text{C}$ đến khối lượng không đổi (tổng số 108 mẫu lâm phần). Cây bụi thảm tươi và vật rơi rụng lấy mẫu 0,5 kg/ô, sấy ở nhiệt độ $70^\circ\text{C} - 105^\circ\text{C}$.

Phương pháp xử lý số liệu nội nghiệp:

  • Số liệu được xử lý thống kê bằng phần mềm Microsoft Excel và SPSS 13.
  • Tính toán sinh khối tươi ($W_t$) và sinh khối khô ($P_k$) cho từng bộ phận và mở rộng cho lâm phần theo mật độ cây ($N/\text{ha}$).
  • Tính toán lượng carbon tích lũy ($C_{ki}$) thông qua hệ số chuyển đổi mặc định 0,495: $$C_{ki} = P_{ki} \times 0,495 \text{ (tấn/ha)}$$
  • Tính toán lượng $CO_2$ hấp thụ quy đổi áp dụng hệ số chuyển đổi 0,5 từ sinh khối khô.
  • Nguồn dữ liệu thứ cấp gồm báo cáo tổng kết tình hình kinh tế - xã hội, hiện trạng tài nguyên rừng năm 2013 của UBND xã Tân Thịnh, huyện Định Hóa.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Tác giả nêu bật vai trò sinh thái của rừng trong việc tạo sinh khối (khoảng 300 - 500 kg/ha/năm), cung cấp 16 tấn oxy/ha/năm, và hấp thụ khí nhà kính nhằm ứng phó với hiện tượng nhiệt độ toàn cầu dự báo tăng từ 1,4 đến $5,8^\circ\text{C}$ giai đoạn 1990 - 2100. Phần này xác lập đầy đủ 3 mục tiêu nghiên cứu, mục đích làm cơ sở khoa học cho chi trả dịch vụ môi trường rừng, cùng ý nghĩa lý luận và thực tiễn đối với công tác điều tra lâm nghiệp tại tỉnh Thái Nguyên.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Phần tổng quan tổng hợp các nghiên cứu quốc tế và trong nước về sinh khối và lưu trữ carbon:

  • Quốc tế: Các công trình của Lieth (1964), Robert (2001), Snowdon (2002), Jenkins (2004), Romain Piard (2005), Joyotee Smith và Sara J. Scherr (2002).
  • Việt Nam: Nghiên cứu sinh khối rừng Đước của Nguyễn Hoàng Trí (1986), Đặng Trung Tấn (2001); rừng Keo, Thông của Vũ Văn Thông (1998), Nguyễn Tuấn Dũng (2005), Võ Đại Hải (2009); rừng Mỡ của Lý Thu Quỳnh (2007); rừng tự nhiên Tây Nguyên của Bảo Huy (2009).
  • Sinh vật học Vầu đắng: Tên khoa học Indosasa sinica C. Chao (hoặc Indosasa angustata Mc.Clure), thuộc họ Hòa thảo (Poaceae), phân họ Tre (Bambusoideae). Cây mọc tản, thân ngầm sâu 20 - 30 cm, thân khí sinh cao 17 - 20 m, đường kính 10 - 12 cm, độ tàn che ưa thích 0,8 - 0,9. Chu kỳ khuy khoảng 50 năm. Tác giả trích dẫn thành phần măng tươi theo Nguyễn Danh Minh (2005) gồm 91,1% nước, 2,23% protein, 0,83% đường tổng số, 1% cellulose, 0,11% lipid.
  • Địa bàn nghiên cứu: Xã Tân Thịnh có diện tích tự nhiên 5.740,27 ha, diện tích đất lâm nghiệp 4.391,2 ha (rừng sản xuất 4.211,2 ha, rừng đặc dụng 180 ha). Nhiệt độ trung bình năm là $22,8^\circ\text{C}$, lượng mưa trung bình 1.210 mm, độ ẩm trung bình 85%.

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Trình bày cụ thể quy trình khảo sát và thu thập dữ liệu trên 9 OTC ($2.500\text{ m}^2$/ô), 45 ô thứ cấp ($25\text{ m}^2$/ô) và 45 ô dạng bản ($1\text{ m}^2$/ô). Xác lập chi tiết các công thức tính sinh khối tươi, sinh khối khô từng bộ phận cây, công thức xác định sinh khối cây bụi thảm tươi ($M_i = \frac{m_i \times 10.000}{25}$) và thảm mục ($M_i = \frac{m_i \times 10.000}{5}$), công thức quy đổi carbon với hệ số 0,495 và quy đổi $CO_2$ tương đương.

Phần 4: Kết quả và thảo luận

Chương này công bố toàn bộ dữ liệu thực nghiệm đo đếm và phân tích:

  • Kết cấu lâm phần: Phân bố số cây theo cấp đường kính (N/D) biến động từ cấp kính 5 cm đến 11 cm, tập trung cao nhất ở cấp 6,5 - 7,0 cm; phân bố số cây theo cấp chiều cao (N/H) từ 10,5 m đến 17,5 m, tập trung nhiều nhất ở cấp 14 m. Tương quan H-D có dạng tuyến tính chặt chẽ (ví dụ tại OTC 1: $H_{vn} = 6,5641 + 0,9481 \times D_{1.3}$).
  • Sinh khối tươi và khô của lâm phần: Trình bày chi tiết số liệu của 9 OTC qua 3 cấp tuổi, thể hiện cấu trúc sinh khối tập trung lớn nhất ở thân, tiếp đến là cành, thân ngầm và lá.
  • Sinh khối cây bụi thảm tươi và vật rơi rụng: Phân tích sự chênh lệch sinh khối giữa thân/cành và lá/hoa/quả dưới tán rừng Vầu.

Kết quả và đóng góp

Kết quả định lượng chính

Toàn bộ số liệu về sinh khối và mật độ của lâm phần Vầu đắng thuần loài tại khu vực nghiên cứu được tổng hợp chi tiết qua các bảng số liệu thực nghiệm sau:

Chỉ tiêu lâm phần Cấp tuổi 1 (Cây non) Cấp tuổi 2 (Bánh tẻ) Cấp tuổi 3 (Cây già)
Mật độ lâm phần dao động (cây/ha) 536 - 1.260 984 - 2.200 988 - 2.072
Sinh khối tươi thân bình quân (tấn/ha) 15,81 (66,43%) 29,51 (62,26%) 27,10 (62,90%)
Sinh khối tươi cành bình quân (tấn/ha) 3,61 (15,17%) 7,73 (16,31%) 6,90 (16,00%)
Sinh khối tươi lá bình quân (tấn/ha) 2,02 (8,55%) 4,85 (10,34%) 4,10 (9,60%)
Sinh khối tươi thân ngầm bình quân (tấn/ha) 2,31 (9,85%) 5,20 (11,09%) 4,90 (11,60%)
Tổng sinh khối tươi bình quân (tấn/ha) 23,75 47,29 43,00
Sinh khối khô thân bình quân (tấn/ha) 8,50 (66,64%) 16,43 (62,89%) 17,13 (66,16%)
Sinh khối khô cành bình quân (tấn/ha) 1,91 (15,01%) 4,13 (15,81%) 3,73 (14,39%)
Sinh khối khô lá bình quân (tấn/ha) 1,06 (8,44%) 2,63 (10,24%) 2,10 (8,20%)
Sinh khối khô thân ngầm bình quân (tấn/ha) 1,23 (9,91%) 2,83 (11,07%) 2,85 (11,26%)
Tổng sinh khối khô bình quân (tấn/ha) 12,70 26,03 25,81
Lượng Carbon tích lũy bình quân (tấn C/ha) 6,29 12,88 12,78

Ghi chú: Lượng Carbon tích lũy được tính toán từ tổng sinh khối khô nhân với hệ số mặc định 0,495.

Đối với tầng thứ sinh dưới tán rừng Vầu đắng:

  • Tầng cây bụi thảm tươi: Sinh khối tươi bình quân đạt 4,94 tấn/ha (thân/cành chiếm 3,60 tấn/ha tương đương 72,75%; lá/hoa/quả chiếm 1,35 tấn/ha tương đương 27,25%). Sinh khối khô bình quân đạt 2,04 tấn/ha (thân/cành chiếm 1,54 tấn/ha tương đương 75,38%; lá/hoa/quả chiếm 0,50 tấn/ha tương đương 24,62%).
  • Tầng vật rơi rụng: Sinh khối tươi bình quân đạt 15,50 tấn/ha (thân/cành đạt 5,79 tấn/ha tương đương 37,33%; lá/hoa/quả đạt 9,71 tấn/ha tương đương 62,67%).

Đề xuất và kiến nghị kỹ thuật của tác giả

  • Quy định kỹ thuật khai thác lâm sản: Không chăn thả gia súc ở các diện tích rừng mới phục hồi hoặc mới trồng; thực hiện phát quang, xới đất định kỳ.
  • Tỉ lệ tổ tuổi khai thác và nuôi dưỡng: Chỉ khai thác cây ở cấp tuổi 5 - 6; chu kỳ khai thác duy trì từ 2 - 3 năm/lần. Tỉ lệ cây giữ lại trong lâm phần hợp lý là: cấp 1 tuổi giữ lại 20 - 30%; cấp 2 - 3 tuổi giữ lại 30 - 40%; cấp 4 - 5 tuổi giữ lại 30 - 40%.
  • Khai thác măng: Chỉ khai thác tối đa 50% lượng măng mới nhú khỏi mặt đất, vì theo đặc tính tự nhiên khoảng 50% số măng còn lại tự đào thải hoặc chết khi dưới 1 m.
  • Xử lý rừng thoái hóa (Vầu đinh): Cải tạo bằng phương thức trồng bổ sung cây gỗ lá rộng bản địa (Lim xanh, Ràng ràng, Mán đỉa) theo băng hoặc theo đám.

Đóng góp khoa học

Nghiên cứu cung cấp hệ thống số liệu định lượng ban đầu về sinh khối tươi, sinh khối khô và lượng carbon tích lũy theo từng bộ phận và từng cấp tuổi của loài Vầu đắng thuần loài tại tỉnh Thái Nguyên. Đề tài áp dụng thành công phương pháp xác định sinh khối thân ngầm của loài tre trúc mọc tản thông qua nguyên tắc "Cây kế cận", góp phần bổ sung phương pháp luận thực địa cho các nghiên cứu lâm học đối với các loài tre nứa không có vòng năm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận còn một số hạn chế gắn liền với phạm vi và điều kiện thực hiện được tác giả đề cập:

  • Đối tượng nghiên cứu mới chỉ giới hạn trên trạng thái rừng Vầu đắng thuần loài, chưa mở rộng khảo sát các cấu trúc rừng Vầu đắng mọc hỗn giao với cây gỗ bản địa (như các loài thuộc họ Đậu, họ Re, họ Thầu dầu).
  • Phạm vi địa bàn khảo sát thu hẹp trong ranh giới hành chính của một xã (xã Tân Thịnh, huyện Định Hóa), chưa so sánh biến thiên sinh khối giữa các lập địa, độ cao và loại đá mẹ khác nhau.
  • Phương pháp phân chia 3 cấp tuổi phụ thuộc vào kinh nghiệm thực tế kết hợp chỉ tiêu hình thái bên ngoài do cây không có vòng sinh trưởng hàng năm; cách tính sinh khối thân ngầm dựa trên giả định cự ly chia đôi giữa hai cây kế cận mang tính ước tính tương đối.
  • Thời gian nghiên cứu tập trung trong 5 tháng (01/2014 - 05/2014), chưa phản ánh đầy đủ sự biến động theo mùa của sinh khối rơi rụng và lượng tích lũy carbon qua các chu kỳ sinh trưởng khác nhau trong năm.

Giá trị tham khảo

Công trình nghiên cứu cung cấp tài liệu tham khảo cho:

  • Sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Lâm nghiệp, Quản lý tài nguyên rừng, Sinh thái học và Môi trường trong việc thiết kế phương pháp điều tra sinh khối đối với các loài lâm sản ngoài gỗ dạng thân ngầm mọc tản.
  • Các cơ quan quản lý lâm nghiệp địa phương, ban quản lý rừng phòng hộ/đặc dụng tại Thái Nguyên và vùng Đông Bắc trong công tác lập hồ sơ quy hoạch, quản lý bền vững và xây dựng đơn giá chi trả dịch vụ môi trường rừng gắn với bể hấp thụ carbon.
  • Cán bộ kỹ thuật lâm sinh tham khảo quy trình chặt hạ cây mẫu, phân chia tổ hợp tuổi, các tỷ lệ phần trăm phân bố sinh khối giữa thân, cành, lá và thân ngầm phục vụ xây dựng biểu sinh khối lâm phần tre nứa.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nghiên cứu phải chia rừng Vầu đắng thành 3 cấp tuổi thay vì tính tuổi chính xác theo năm?

Cây Vầu đắng là loài tre trúc thân thảo hóa gỗ mọc tản, không hình thành vòng năm sinh trưởng như cây gỗ thân đứng và không có hồ sơ lịch sử rừng trồng. Do đó, tác giả sử dụng kinh nghiệm dân gian kết hợp đánh giá hình thái lâm học để chia thành 3 cấp tuổi (2 năm/cấp tuổi): Cấp tuổi 1 (1 - 2 tuổi, cây non), Cấp tuổi 2 (3 - 4 tuổi, cây bánh tẻ) và Cấp tuổi 3 (trên 4 tuổi, cây già) nhằm phản ánh sự khác biệt về hóa già mô và khả năng tích lũy sinh khối.

2. Tác giả áp dụng nguyên tắc nào để xác định sinh khối phần thân ngầm của từng cây tiêu chuẩn?

Do thân ngầm Vầu đắng phân nhánh lan tỏa phức tạp dưới mặt đất ở độ sâu 20 - 30 cm, rất khó tách biệt hoàn toàn ranh giới của từng cá thể, tác giả đã áp dụng quan điểm "Cây kế cận" và "Mối quan hệ gần gũi". Theo quy ước này, một nửa chiều dài của đoạn thân ngầm nối liền giữa cây tiêu chuẩn được chọn và cây kế cận gần nhất được tính là phần thân ngầm thuộc về cây tiêu chuẩn đó.

3. Sinh khối khô và lượng carbon tích lũy của lâm phần Vầu đắng đạt cao nhất ở cấp tuổi nào?

Sinh khối khô đạt cao nhất ở cấp tuổi 2 (bánh tẻ) với mức bình quân 26,03 tấn/ha (tương ứng lượng carbon tích lũy là 12,88 tấn C/ha), kế tiếp là cấp tuổi 3 đạt 25,81 tấn/ha (12,78 tấn C/ha) và thấp nhất là cấp tuổi 1 đạt 12,70 tấn/ha (6,29 tấn C/ha). Nguyên nhân là do cây cấp tuổi 2 có mật độ cá thể trong lâm phần cao nhất và sinh khối cá thể đã phát triển đầy đủ, trong khi cây cấp tuổi 1 có tỷ lệ nước trong thân rất cao khiến khối lượng khô kiệt sau sấy giảm mạnh.

4. Hệ số chuyển đổi nào được áp dụng để xác định lượng carbon tích lũy từ sinh khối khô?

Nghiên cứu sử dụng hệ số chuyển đổi mặc định là 0,495. Lượng carbon tích lũy của từng bộ phận được xác định bằng cách lấy khối lượng sinh khối khô kiệt nhân với 0,495 theo công thức $C_{ki} = P_{ki} \times 0,495$ (tấn/ha). Để tính lượng $CO_2$ hấp thụ tương đương, tác giả áp dụng hệ số chuyển đổi 0,5 từ sinh khối khô.

5. Cấu trúc sinh khối tươi giữa các bộ phận của cây Vầu đắng phân bố theo thứ tự như thế nào?

Ở cả 3 cấp tuổi, sinh khối tươi tập trung lớn nhất ở phần thân khí sinh (chiếm từ 62,26% đến 66,43%), tiếp theo là phần cành nhánh (chiếm từ 15,17% đến 16,31%), phần thân ngầm dưới mặt đất (chiếm từ 9,85% đến 11,60%) và thấp nhất là phần lá cây (chiếm từ 8,55% đến 10,34%).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Tiến Vũ đã hoàn thành việc đo đếm lâm học và xác định sinh khối, lượng carbon tích lũy của rừng Vầu đắng thuần loài qua 3 cấp tuổi tại xã Tân Thịnh, huyện Định Hóa, tỉnh Thái Nguyên. Kết quả thực nghiệm khẳng định lâm phần Vầu đắng cấp tuổi 2 có sinh khối khô tích lũy cao nhất (26,03 tấn/ha, tương đương 12,88 tấn C/ha), trong đó thân cây là bộ phận chiếm tỷ trọng sinh khối chủ yếu ở cả ba cấp tuổi. Các dẫn liệu điều tra và công thức chuyển đổi trong đề tài tạo lập cơ sở dữ liệu thực tiễn phục vụ công tác quản lý kỹ thuật rừng tre nứa và lượng hóa giá trị môi trường rừng tại địa phương.