Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Các nghiên cứu về hấp thụ Cacbon của rừng trên thế giới 1. Các kết quả nghiên cứu về khả năng hấp thụ cácbon của rừng trồng Nghiên cứu về sinh khối và các bon trong các hệ sinh thái rừng được tiến hành khá sớm với mục tiêu là quản lý chu trình các bon – nhân tố quan trọng đối với việc quản lý dinh dưỡng và năng suất rừng. Từ năm 1840 trở về trước, các tác giả đã đi sâu vào lĩnh vực sinh lý thực vật, đặc biệt là nghiên cứu vai trò và hoạt động của diệp lục thực vật trong quá trình quang hợp để tạo nên các sản phẩm hữu cơ dưới tác động của các nhân tố tự nhiên như: đất, nước, không khí và năng lượng ánh sáng mặt trời.
Tiêu biểu là nghiên cứu của Canell, M.R (1982)[12] về sự tác động của thực vật tới không khí; đã công bố công trình "Sinh khối và năng suất sơ cấp rừng thế giới”, trong đó tập hợp 600 công trình đã được 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. Cho đến nay các nghiên cứu trên thế giới đã xác định được khả năng hấp thụ Cacbon của nhiều kiểu rừng khác nhau. Giá trị hấp thụ Cacbon thực sự được thừa nhận với sự ra đời của Nghị định thư Kyoto (1997)[32] và sự ghi nhận của Nghị định này đối với những tác dụng của hoạt động nghề rừng trong việc hấp thụ Cacbon. Tổng hợp các nghiên cứu cho thấy khả năng hấp thụ Cacbon của một số loại rừng là rất khác nhau và phụ thuộc vào vùng địa lý (bảng 1.
Trữ lượng các bon trung bình của một số kiểu thảm thực vật Trữ lượng TT Kiểu thảm thực vật Địa điểm carbon Nguồn ( tấnC/ha) 1 Rừng già họ dầu Philippine 222.5 Brown ( 1997 ) 2 Rừng kín lá rộng nhiệt đới Indonesia 254.0 Lasco ( 2002 ) 3 Rừng tự nhiên Indonesia 254.al ( 2001 ) 4 Rừng lá kim thường xanh Châu á 183.al ( 2005 ) 5 Rừng lá rộng thường xanh Châu á 116.al ( 2005 ) 6 Rừng lá kim rụng lá Châu á 94.al ( 2005 ) 7 Rừng lá rộng rụng lá Châu á 100.al ( 2005 ) 8 Rừng hỗn loài Châu á 111.al ( 2005 ) 9 Rừng nhiệt đới Malaysia 115.0 Brown and Gaston (1996 ) 10 Rừng thấp Indonesia 120.al ( 2003 ) 11 Rừng thấp mưa thường xanh Pasoh, Malaysia 237.al ( 1996 ) 12 Rừng cây họ dầu đã khai thác Philippine 167.5 Brown ( 1997 ) 13 Rừng đã khai thác Sumatra, Indonesia 155.al ( 2000 ) 14 Rừng già thứ sinh Kalimanta, Indonesia 132.al ( 2004 ) 15 Rừng thứ sinh Miền đông Kalimanta 44.5 Prakoso 16 Rừng ngập mặn Indonesia 93.al ( 2003 ) 17 Rừng trồng keo Châu á 110.0 IPCC ( 2006 ) 18 Rừng trồng cao su Châu á 110.0 IPCC ( 2006 ) 19 Rừng trồng cọ dầu Đông nam Châu á 68.0 IPCC ( 2006 ) 5 Các nghiên cứu cho rằng mặc dù rừng chỉ che phủ 21% diện tích bề mặt đất, nhưng sinh khối thực vật của nó chiếm đến 75% so với tổng sinh khối thực vật trên cạn và lượng tăng trưởng hàng năm chiếm 37%. Lượng carbon tích luỹ bởi rừng chiếm 47% tổng lượng 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. Những nghiên cứu hiện nay đã hướng vào các nhân tố có ảnh hưởng đến quá trình tích luỹ và phát thải carbon của lớp thảm thực vật rừng (Pastor và Post, 1986[43]; Ceulemans và Saugier, 1991[13]; Mellio và cộng sự, 1993)[36]. Công trình nghiên cứu tương đối toàn diện và có hệ thống về lượng carbon tích luỹ của rừng được thực hiện bởi Ilic (2000)[20].Theo Ilic, carbon trong hệ sinh thái rừng thường tập trung ở bốn bộ phận chính: thảm thực vật còn sống trên mặt đất, vật rơi rụng, rễ cây và đất rừng.
Việc xác định lượng carbon trong rừng thường được thực hiện thông qua xác định sinh khối rừng. Xem xét sự phân bổ sinh khối trên mặt đất trong rừng trồng thông Caribe (Pinus caribaea), Mahesh Khadka (2005)[34] cho rằng sinh khối thân cây chiếm phần lớn lượng sinh khối với khoảng 71,39%, tiếp theo là cành chiếm khoảng 9,14%, vỏ cây chiếm 8,44% tổng lượng sinh khối, cành khô gãy đổ chiếm 7,04%, lá cây chiếm 2,78% và cành non chiếm 1,31%. Tổng hợp các kết quả nghiên cứu về sinh khối của một số loại rừng trồng cho thấy, Thông caribaea ở rừng Hantana có tổng lượng sinh khối là 231 tấn/ha (Mahesh Khadka, 2005), sinh khối trên mặt đất của rừng trồng Tếch (Tectona grandis) 30 tuổi tại Sri Lanka là 141 tấn/ha (Jha, 1995[24]). Nghiên cứu được thực hiện bởi Negi và Sharma (1985)[41] chỉ ra rằng sinh khối khô trên mặt đất của bạch đàn lai (Eucalyptus hybrid) là 121 tấn/ha, trong khi đó sinh khối trên mặt đất của bạch đàn trắng (Eucalyptus grandis) là khoảng 112-130 tấn/ha (Tandon và cs, 1988[46]).
Kaul và Sharma (1983)[26] chỉ ra rằng lượng sinh khối khô trên mặt đất của Populus deltoids ở vùng bán nội địa ở Ấn độ là 175 tấn/ha. Shorea robusta, một trong những loài nhập ngoại được trồng phổ biến ở vùng bán lục địa có tổng lượng sinh khối khô là 200-700 tấn/ha ở tuổi 100 (Rana, 6 1985[44]; Negi và cs, 2003[40]). Tổng hợp chi tiết về trọng lượng sinh khối khô cho từng bộ phận cây trồng của một số loại rừng trồng được cụ thể ở bảng 1. Sinh khối một số loại rừng trồng Loài Sinh khối khô (tấn/ha) Nguồn Vỏ cây Lá Gỗ Tổng Thông caribaea 19,36 6,43 184,86 210,65 Mahesh Khadka, 2005 Thông Chir 11,85 7,00 214,93 233,78 Negi et al, 2003 Sala 56,95 5,02 253,00 314,97 Negi et al, 2003 Bạch đàn cao sản 15,90 3,90 161,00 180,80 Negi et al, 2003 Tếch 13,71 5,33 67,50 86,54 Negi et al, 2003 Keo đen 2,40 4,40 12,68 19,48 Caldeira et al, 2002 Thông nhựa 44,43 Zhao và Zhao, 2005 Thông đỏ 76,53 Zhao và Zhao, 2005 Giổi 141 Sharma et al, 1988 Tếch 141 Jha, 1995 Bạch đàn cao sản 121 Negi và Sharma, 1985 Dương đen Bắc Mỹ 175 Kaul và Sharma, 1983 Sala 200-710 Rana, 1985 Nhiều nghiên cứu chứng minh, khả năng tăng sinh khối của rừng trồng có liên quan mật thiết đến loài cây trồng và đặc điểm điều kiện khí hậu gây trồng.
Yoshiyuki KIYONO (2007)[27] ước lượng giá trị sinh khối và lượng tăng trưởng trung bình hàng năm (MAI) cho các loại rừng trồng ở vùng có khí hậu khô nhiệt đới (lượng mưa trung bình hàng năm dưới 1000mm) cho thấy giá trị MAI của loại rừng trồng là 2,6 Mg/ha/năm với lượng mưa là 637 mm ở vùng Trung tâm khô hạn của Myanmar. Trong đó MAI của các cây nhập ngoại sinh trưởng nhanh như Bạch đàn caman (Eucalyptus camaldulensis Dehn) không khác biệt nhiều so với 3 loài cây bản địa mọc chậm ở vùng Trung tâm khô hạn. Giá trị MAI thấp ở những nơi đất đá sỏi và bị xói mòn mạnh hơn. Ở vùng phía đông của đảo Sumba (Indonesia), MAI của rừng trồng Tếch (Tectona grandis L.) là khoảng 3,76 Mg/ha/năm tại nơi có 7 lượng mưa trung bình hàng năm là 500 mm và 4,49 Mg/ha/năm tại nơi có lượng mưa 1500 mm.
Rừng trồng tràm (Leucaena leucocephala de Wit) có giá trị MAI lớn hơn (9,62 Mg/ha/năm) tại nơi có lượng mưa 500 mm. Nghiên cứu cũng chứng minh rằng giá trị MAI của các loại rừng trồng cây mọc nhanh ở vùng khí hậu nhiệt đới khô hạn thường nhỏ hơn 20% so với vùng khí hậu nhiệt đới ẩm và bằng 1/3 giá trị của rừng trồng các cây mọc chậm. Đối với rừng trồng, nhiều nghiên cứu đã chứng minh có sự khác biệt rất lớn về khả năng hấp thụ cácbon giữa các loài khác nhau, giữa các vùng và các cách thức chăm sóc. Sự khác nhau về điều kiện môi trường ảnh hưởng lớn đến khả năng hấp thụ cácbon ngay cả trong một vùng địa lý nhỏ.
Thêm vào đó cách thức chăm sóc, chẳng hạn như bón phân cũng làm tăng khả năng hấp thụ cacbon của các loài (Koskela và cs, 2000)[30]. Sự đa dạng về tỷ lệ hấp thụ cacbon còn được đánh giá thông qua tuổi của một số loài cây trồng phổ biến (Schroeder 1992[45]; FAO 2000[14]; FAO 2001[16]; FAO 2003[15]). Montagnini và Porras (1998)[39]; Shepherd và Montagnini (2001)[38] so sánh việc trồng hỗn loài 3 loài cây với việc trồng thuần loài ở vùng Trung Mỹ. Kết quả cho thấy khả năng tích luỹ cácbon của rừng trồng hỗn loài lớn hơn ở rừng trồng thuần loài có sinh trưởng mạnh nhất.
Dựa trên nghiên cứu về rừng thông (Pinus taeda) được trồng tại bãi thải ở miền Bắc Carolina (Oren và cs, 2001[42]), sau giai đoạn đầu sinh trưởng rất nhanh, cây sinh trưởng chậm lại và không hấp thụ cácbon từ khí quyển nhiều như mong đợi. Theo Johnsen và cs (2001)[25], ba nhân tố cần thiết để xác định lượng hấp thụ cácbon là: sự tăng lên của tổng lượng cacbon trong sinh khối cây đứng; tổng lượng cacbon giữ lại trong đất trong giai đoạn cuối vòng đời của cây; tổng lượng cacbon trong các sản phẩm được tạo từ gỗ Nghiên cứu khả năng hấp thụ Cacbon của rừng trồng keo catechu và bạch đàn Caman, tác giả Min Zaw OO và cs (2006)[37] đã tiến hành lập 19 ô tiêu chuẩn hình tròn (bán kính 10m) cho bạch đàn caman và 2 ô tiêu chuẩn cho keo catechu. Xác định đường kính tại vị trí 1,3 m (D1.3 > 1 cm 8 được tính toán sinh khối. Tính toán sinh khối (sinh khối thân và sinh khối rễ) cho cả cây trồng và cây mọc tự nhiên, theo công thức B = 0,0167 * DBH 2,46 * D0,322 (1) (công thức của Kyiono và cs, 2004)[28] B = 4,71 * Ht0,525 * BA1,02 *D0,931 (2) (công thức mô tả công thức của Kyiono và cs, 2005 dựa trên 66 loài và 445 cây ở vùng nhiệt đới) Trong đó: D: tỷ trọng cơ bản của gỗ (kg/m3) Ht: chiều cao cây (m) BA: tiết diện ngang thân cây tại vị trí 1,3 m (m2) Khối lượng thể tích của bạch đàn là 713 kg/m3 (Anonymous, 1991[7]); của keo catechu là 875 kg/m3 (Anonymous, 1993[8]).
Chỉ số D cho một số loài cây bản địa khác được tính bằng 550 kg/m3 (IPCC, chương trình kiểm kê khí nhà kính quốc gia, 2003[21]). Kết quả tính toán theo công thức (1) cho thấy tổng sinh khối của bạch đàn và keo lần lượt là 14,17 Mg/ha và 6,83 Mg/ha. Lượng sinh khối của bạch đàn và keo tính theo công thức (2) lần lượt là 14,83 Mg/ha và 10,62 Mg/ha Lượng sinh khối và cácbon không chỉ cố định trong các thành phần của cây mà tăng lên hàng năm theo tuổi cây. Từ đây nghiên cứu cũng tiến hành đánh giá lượng tăng sinh khối và trữ lượng cacbon trung bình hàng năm tại các khu rừng trồng keo catechu và bạch đàn caman.