Đặt vấn đề Đất rừng đóng vai trò như một bể chứ carbon khổng lồ trong hệ sinh thái lục địa. Ngày nay, nồng độ CO2 tăng lên trong không khí có vẻ như đang làm lượng C đi vào đất tăng thêm thông qua sự tăng lên của sinh khối rừng bên trên hay dưới mặt đất. Lượng bổ sung này tạo ra sự tăng thêm lượng C lưu trữ trong bể chứa. Sinh khối dưới mặt đất được bổ sung 1 phần qua hệ rễ thực vật.
Ở thảm thực vật có mạch, rễ (root) là một cơ quan, đối với đa số cây ở thảm thực vật thường thì nằm dưới mặt đất (so với thân cây), tuy nhiên vẫn có ngoại lệ, ví dụ như: rễ mọc lên trên mặt đất (rễ khí), mọc trên mặt nước (rễ thông khí)…Rễ có hai chức năng chính là: Hấp thụ nước và các chất dinh dưỡng vô cơ; giữ cho cây ổn định nhờ bám vào đất.Ngoài ra, rễ đóng vai trò quan trọng trong tổng hợp Cytokinin, một dạng hoocmon tăng trưởng của thực vật, nhằm phát triển các chồi và cành cây. Đặc biệt, mới đây các nhà khoa học đã tìm ra một tác dụng mới quan trọng của rễ đó là cung cấp chất dinh dưỡng cho đất. Rễ nhỏ là những rễ có đường kính nhỏ hơn 2mm, thời gian sinh trưởng ngắn khi chết chúng phân hủy thành các chất hữa cơ cung cấp cho đất. Mặc dù sinh khối rễ nhỏ đóng góp ít hơn 1,5% tổng số sinh khối trong các khu rừng, tuy nhiên sinh khối rễ nhỏ có thể lên tới một phần ba sinh khối sơ cấp của cả khu rừng.
Và trong một khu rừng lượng dinh dưỡng và carbon rễ nhỏ cung cấp cho đất bằng hoặc có thể hơn so với cành rơi, lá rụng. Mỗi trạng thái rừng với thành phần loài khác nhau có thành phần rễ nhỏ khác nhau. Vì vậy, xác định sinh khối rễ nhỏ giúp ta có được tiêu chuẩn để đánh giá khả năng, năng suất hữa cơ phân hủy cung cấp cho đất. Tại Việt Nam, nghững nghiên cứu về lĩnh vực này còn ít được tiến hành đối với hệ sinh thái rừng nói chung.
Bên cạnh đó việc áp dụng những n 2 kiến thức đã học được để áp dụng giải quyết những vấn đề thực tiễn cụ thể là rất quan trọng, qua đó tôi có thể thực hành những phương pháp đã được học, cũng như bước đầu làm quen với hoạt động nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực nông lâm nghiệp. Trước thực tiễn đó, tôi tiến hành thực hiện chuyên đề: “Nghiên cứu đặc điểm sinh khối rễ nhỏ của rừng tự nhiên tại xã La Bằng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên”. Nhằm xác định được sinh khối rễ nhỏ và khả năng tích lũy carbon trong đất thông qua rễ nhỏ. Từ đó góp phần cung cấp cơ sở khoa học cho việc đánh giá động thái và các quá trình xảy ra trong hệ sinh thái rừng.
Mục đích nghiên cứu Góp phần làm sáng tỏ giá trị về tiềm năng dịch chuyển carbon của hệ sinh thái rừng nói chung và của rừng tự nhiên tại xã La Bằng, huyện Đại Từ nói riêng. Mục tiêu nghiên cứu - Xác định được đặc điểm của một số trạng thái rừng tự nhiên tại La Bằng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên. - Xác định được sinh khối rễ nhỏ của một số trạng thái rừng tự nhiên tại xã La Bằng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên. - Xác định được lượng Carbon tích lũy trong rễ nhỏ một số trạng thái rừng tại xã La Bằng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên.
Ý nghĩa của đề tài 1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học Giúp củng cố phương pháp nghiên cứu khoa học cho sinh viên, giúp cho sinh viên vận dụng kiến thức đã học trong trường và công tác nghiên cứu khoa học và thực tiễn sản xuất nông lâm nghiệp một cách hiệu quả. Sau khi thực hiện chuyên đề này, sinh viên có khả năng lập kế hoạch nghiên cứu, tổng hợp, phân tích và đánh giá kết quả, cũng như viết một báo cáo nghiên cứu, một phần việc qua trọng cho công việc trong tương lai. n 3 Cung cấp dữ liệu làm sáng tỏ khả năng vận chuyển và tích lũy carbon trong đất của hệ sinh thái rừng, đặc biệt là rừng tự nhiên.
Giúp kiểm chứng lại những kiến thức lý thuyết liên quan đến sinh thái rừng và làm rõ giá trị môi trường của hệ sinh thái rừng tự nhiên. Ý nghĩa thực tiễn Góp phần cung cấp cơ sở khoa học cho việc đánh giá động thái và quá trình xảy ra của rừng tự nhiên tại xã La Bằng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên. n 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2. Cơ sở khoa học Rễ là một cơ quan của một cây thông thường nằm dưới mặt đất (khi so sánh với thân), rễ cây có khả năng đâm sâu, lan rộng trong lòng đất để chủ động tìm nguồn nước và chất dinh dưỡng nuôi cây, khả năng này thể hiện ở tính hướng nước và hướng hoá của rễ.
Rễ cây có thể đâm sâu 1,5 – 2m, có loại rễ đâm sâu 5 – 10m, rễ cây thường lan rộng gấp 2 – 3 lần tán lá của cây. Thông thường rễ cây nằm dưới mặt đất tuy nhiên nó vẫn có ngoại lệ, chẳng hạn ở một số loài có rễ mọc lên trên mặt đất (rễ khí) hoặc mọc lên trên mặt nước (thông khí). Rễ có hai chức năng chính là: Hấp thụ nước và các chất dinh dưỡng vô cơ; giữ cho cây ổn định và bám chặt vào đất. Rễ cũng đóng vai trò quan trọng trong tổng hợp Cytokinin, một dạng hoocmon tăng trưởng của thực vật, một trong các nhu cầu để phát triển các chồi và cành cây.
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Ammer và Wagner (2005) nghiên cứu tại rừng Thông Na Uy đã chỉ ra sử dụng phương pháp mô hình hóa để xác định sinh khối rễ nhỏ sẽ đạt được 62%-72% so với kết quả xác định sinh khối rễ nhỏ bằng phương pháp ống dung trọng [8]. Katrin Heinsoo và cộng sự (2009) nghiên cứu tại hai loại rừng trồng (Salix viminalis và Salix dasyclados) kết quả cho thấy sinh khối rễ nhỏ chiếm từ 39% – 54% ở tầng đất 0 – 10 cm [15]. Roger và cộng sự (2003) nghiên cứu động thái của rễ nhỏ ở rừng Sồi tại Alaska, đã chỉ ra năng suất rễ nhỏ hàng năm đạt 228±75g sinh khối/m2/năm, chiếm khoảng 56% so với năng suất của phần trên mặt đất [10].
n 5 Jiménez và cộng sự (2009) nghiên cứu động thái rễ nhỏ trong các loại đất rừng tại khu vực Amazôn Côlômbia, kết quả cho thấy khối lượng và năng suất rễ nhỏ thay đổi theo độ sâu tầng đất (0-10 và 10-20 cm) [19]. Vardan Singh Rawat (2012) đã nghiên cứu sinh khối của rễ nhỏ và dinh dưỡng đất ở rừng Van Panchayat của huyện Almora tại Ấn Độ đã cho rằng: Sinh khối rễ nhỏ có ý nghĩa quan trọng cho sự tăng trưởng của cá thể cây rừng, mối quan hệ giữa cây với chu trình các bon. Tích lũy các bon trong rễ nhỏ có sự khác biệt nhau giữa các loài và các mùa. Kết quả nghiên cứu cho thấy với rừng ưu thế bởi các loài Quercus leucotrichophora, Pinus roxburghii và Rhododendron arboretum thì tổng sinh khối rễ nhỏ biến động từ 4,28 tấn/ha - 5,74 tấn/ha.
Trong khi tổng trữ lượng các bon thay đổi từ 2,14 tấn/ha – 2,87 tấn/ha. Trung bình sinh khối rễ nhỏ là 6,56 ±2,68 tấn/ha. Sinh khối rễ nhỏ và các bon phân bố theo các mùa giảm theo độ sâu tầng đất. Rễ nhỏ đóng vai trò như một phương tiện để chuyển các bon trong khí quyển vào đất dưới dạng các bon có chứa các hợp chất [21].
Xác định năng suất rễ nhỏ ở hệ sinh thái trên cạn là một vấn đề. Do đó, rất khó để khái quát về mối quan hệ giữa năng suất trên mặt đất và dưới mặt đất hoặc kiểm soát năng suất rễ nhỏ. Tuy nhiên, năng suất rễ nhỏ có khả năng đại diện cho tổng năng suất sơ cấp của các hệ sinh thái. Ví dụ, một số nghiên cứu cho rằng năng suất rễ nhỏ của hệ sinh thái rừng có thể đạt đến 75% tổng năng suất sơ cấp (Agren et al.
1980, Grier et al. 1981, Vogt et al. McDonald (2010) Nghiên cứu về rễ nhỏ (FR) (rễ có đường kính <2 mm) trong các khu rừng Taiga đã trở thành tiêu điểm của nhiều nhà nghiên cứu về rừng trong thập kỉ qua với nỗ lực hiểu rõ hơn các quá trình bên dưới mặt đất. Mục đích của cuộc nghiên cứu này đã : (1)Xác định sự thay đổi năng suất C hàng năm của rễ nhỏ trong mối quan hệ của chu kì C.
(2)Xác định năng suất rễ, tỷ lệ rễ chết, doanh thu và thời gian sống thay đổi theo cấp đường kính rễ và độ sâu tầng đất…. n 6 Năng suất của rễ nhỏ đã được ước tính chiếm tới 33% trọng lượng hàng năm của năng suất sơ cấp (Gill và Jackson, 2000). Năng suất của rễ nhỏ có ý nghĩa quan trọng đối với tăng trưởng của cây, tương tác giữa cây, C ở dưới mặt đất và chu kì sinh dưỡng. Sản phẩm rễ nhỏ được quy định bởi các chất dinh dưỡng sẵn có trong các vật liệu rơi rụng (Cuevas và Medina, 1988; Aerts et al, 1992.
Rễ nhỏ được liên tục đổi mới và năng suất của nó thường vượt quá năng suất trên mặt đất, mặc dù thực tế là sinh khối rễ nhỏ chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng sinh khối đứng (Helmisaari et BC. Knute và Jame (1992) đã tổng hợp những nghiên cứu về năng suất rễ nhỏ, số liệu được tổng hợp tại bảng 2. Tổng hợp số liệu nghiên cứu về rễ nhỏ ANPP FRP Loại thảm thực vật/Khu vực Nguồn tài liệu (g/m2/năm) (g/m2/năm) Rừng Thông Scốtlen 120 năm, 285 Bringmark 1977 Thụy điển Nt 217 Persson 1983 Nt 226 Persson 1983 Rừng khô, Venezuela 1590 Medina và Cuevas 1989 Vitousek và Sanford Nt 1540 1986 Jordan và Escalante Nt 201 1980 Nt 1117 Cuevas và Medina 1988 Hoang mạc, Venezuela 1150 Medina và Cuevas 1989 Nt 120 Cuevas và Medina 1988 Sồi đen, Nam Wisconsin, Mỹ 1103 591 Nadelhoffer và cs. 1985 Nt 174 Aber và cs.
1985 Sồi đỏ, Nam Wisconsin, Mỹ 1371 524 Nadelhoffer và cs. 1985 Nt 52 Aber và cs. 1985 Rừng Phong (Acer 932 402 Nadelhoffer và cs. 1985 n 7 saccharum), Nam Wisconsin, Mỹ Nt 110 Aber và cs.
1985 Rừng Cáng lò, Nam 680 324 Nadelhoffer và cs. 1985 Wisconsin, Mỹ Thông trắng (Pinus strobus), 837 257 Nadelhoffer và cs. 1985 Nam Wisconsin, Mỹ Nt 97 Aber và cs. 1985 Thông hỗn giao, Nam 850 262 Nadelhoffer và cs.
1985 Wisconsin, Mỹ Rừng Vân sam, Nam 748 160 Nadelhoffer và cs. 1985 Wisconsin, Mỹ Thông đỏ (Pinus resinosa), 653 198 Nadelhoffer và cs. 1985 Nam Wisconsin, Mỹ Nt 69 Aber và cs. 1985 Thông đỏ (Pinus resinosa), 410 253 Aber và cs.