Tổng quan nghiên cứu

Biến đổi khí hậu toàn cầu đang đặt ra những thách thức nghiêm trọng đối với an ninh môi trường và phát triển bền vững trên phạm vi toàn thế giới. Các báo cáo quốc tế ước tính hoạt động của con người phát thải khoảng 6,3 tỷ tấn CO2 mỗi năm, trong đó sự suy thoái và chuyển đổi mục đích sử dụng đất rừng nhiệt đới đóng góp khoảng 1,6 tỷ tấn CO2 mỗi năm. Tại Việt Nam, quá trình thể chế hóa các cam kết giảm phát thải đã được thúc đẩy mạnh mẽ thông qua Quyết định 380/QĐ-TTg năm 2008 về thí điểm chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng và Nghị định số 99/2010/NĐ-CP ngày 24/9/2010 của Chính phủ. Tỉnh Gia Lai là địa bàn trọng điểm với tổng diện tích đất lâm nghiệp đạt 871.645 ha, diện tích có rừng là 719.314 ha và trữ lượng gỗ lên tới 75,6 triệu m3, chiếm 30% diện tích rừng và 38% trữ lượng gỗ của toàn vùng Tây Nguyên.

Trong cơ cấu thảm thực vật tại địa phương, hệ sinh thái rừng khộp với ưu hợp đặc trưng của các loài cây lá rộng thuộc họ Dầu giữ vị trí xung yếu trong việc duy trì cân bằng sinh thái, bảo tồn nguồn gen quý hiếm và thích ứng với điều kiện khô hạn. Tuy nhiên, áp lực chuyển đổi đất rừng sang trồng cây công nghiệp cùng các hoạt động khai thác thiếu bền vững đang làm suy giảm diện tích kiểu rừng này. Vấn đề cốt lõi đặt ra là Việt Nam còn thiếu các dẫn liệu định lượng có tính hệ thống về khả năng lưu giữ các-bon của từng trạng thái rừng khộp để làm căn cứ thương mại hóa dịch vụ hấp thụ khí nhà kính và triển khai cơ chế REDD+.

Đề tài nghiên cứu được thực hiện tại tỉnh Gia Lai trong giai đoạn 2011 - 2012 với mục tiêu xác định chính xác sinh khối tươi, sinh khối khô và trữ lượng các-bon tích lũy ở 4 trạng thái rừng khộp: rừng chưa có trữ lượng, rừng nghèo, rừng trung bình và rừng giàu. Kết quả nghiên cứu cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn vững chắc, phục vụ đắc lực cho việc định giá kinh tế tài nguyên rừng và xây dựng định mức chi trả dịch vụ môi trường rừng cấp tỉnh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng hệ thống lý thuyết sinh thái học rừng và các phương pháp luận chuẩn hóa quốc tế về chu trình các-bon sinh quyển. Đầu tiên là lý thuyết năng suất sinh học sơ cấp, mô tả quá trình thực vật rừng chuyển hóa năng lượng mặt trời, nước và CO2 trong khí quyển thông qua quang hợp để tích lũy thành chất hữu cơ ở các bộ phận thân, cành, lá, vỏ và rễ. Thứ hai là khung phương pháp luận kiểm kê khí nhà kính của Ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC), xác lập nguyên lý chuyển đổi trực tiếp từ sinh khối khô thực vật sang trữ lượng các-bon nguyên tử thông qua hệ số mặc định 0,5 (tương đương 50% khối lượng chất khô). Thứ ba là lý thuyết tương quan sinh trắc học allometric trong lâm học, cho phép mô hình hóa mối quan hệ phi tuyến giữa các chỉ tiêu hình học dễ đo đếm của cây cá thể như đường kính ngang ngực (D1.3) và chiều cao vút ngọn (Hvn) với sinh khối tích lũy. Các khái niệm nền tảng trong nghiên cứu bao gồm: sinh khối khô tuyệt đối, bể chứa các-bon lâm phần, trữ lượng cây đứng (M) và tổng tiết diện ngang (G).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thu thập dữ liệu sơ cấp thực địa thông qua hệ thống ô tiêu chuẩn định hình theo hướng dẫn kỹ thuật của IPCC kết hợp Thông tư số 34/2009/TT-BNN&PTNT. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 11 ô tiêu chuẩn sơ cấp có kích thước 50 m x 50 m (diện tích 2.500 m2 mỗi ô), phân bố đại diện trên 4 trạng thái rừng khộp từ cấp trữ lượng thấp đến cao. Trên mỗi ô sơ cấp, 5 ô thứ cấp kích thước 10 m x 10 m (diện tích 100 m2, tổng số 55 ô) được lập tại 4 góc và trung tâm để đo đếm tầng cây gỗ nhỏ đường kính 5 - 30 cm. Đồng thời, 55 ô dạng bản kích thước 5 m x 5 m (diện tích 25 m2) và 55 ô kích thước 1 m x 1 m được bố trí để thu thập sinh khối tầng cây bụi thảm tươi và tầng vật rơi rụng.

Phương pháp chặt hạ giải tích cây mẫu tiêu chuẩn được lựa chọn vì đây là phương pháp trực tiếp đem lại độ chính xác cao nhất, khắc phục sai số lớn của các mô hình viễn thám gián tiếp. Cây rừng được phân thành 4 cấp đường kính: 5 - 15 cm, 15 - 25 cm, 25 - 35 cm và trên 35 cm. Nghiên cứu tiến hành chặt hạ, cân đo khối lượng tươi tách biệt từng bộ phận (thân, vỏ, cành, lá, rễ) của 6 loài cây ưu thế chủ chốt gồm Dầu đồng, Dầu trà beng, Cà chít, Cẩm liên, Chiêu liêu ổi và Chiêu liêu đen. Toàn bộ mẫu thực vật khối lượng 0,5 kg được đưa về phòng thí nghiệm sấy liên tục ở nhiệt độ 105°C trong 72 giờ cho đến khi khối lượng không đổi, sử dụng cân điện tử phân tích độ chính xác 0,001 g. Số liệu được phân tích thống kê và ước lượng phương trình hồi quy tương quan phi tuyến bằng phần mềm SPSS phiên bản 16.0 với ngưỡng ý nghĩa kiểm định p < 0,05.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, sinh khối tươi cây cá thể của các loài ưu thế tăng dần theo cấp đường kính nhưng có sự khác biệt rõ nét về tốc độ tích lũy sinh khối giữa các loài. Ở cấp đường kính nhỏ 5 - 15 cm, loài Chiêu liêu ổi đạt sinh khối tươi bình quân cao nhất với 117,26 kg/cây, trong khi Dầu đồng chỉ đạt 53,39 kg/cây. Tuy nhiên, khi bước vào cấp đường kính trên 35 cm, loài Dầu đồng phát triển vượt bậc và đạt sinh khối lớn nhất lên tới 2.052,12 kg/cây (gấp hơn 38 lần so với chính nó ở cấp 5 - 15 cm), vượt xa loài Dầu trà beng (1.643,23 kg/cây), Cà chít (1.052,12 kg/cây) và Chiêu liêu ổi (955,31 kg/cây).

Thứ hai, cấu trúc sinh khối khô của các bộ phận cây cá thể thể hiện tỷ lệ phân bổ ổn định. Phần thân cây luôn chiếm tỷ trọng sinh khối khô tuyệt đối cao nhất với tỷ lệ dao động từ 55% đến 63% tổng sinh khối cây. Bộ phận rễ dưới mặt đất chiếm vị trí quan trọng thứ hai với tỷ lệ từ 18% đến 24%, cành cây chiếm từ 12% đến 17%, vỏ cây chiếm từ 5% đến 9% và lá cây chiếm tỷ trọng nhỏ nhất từ 2% đến 5%.

Thứ ba, trữ lượng các-bon toàn lâm phần có sự phân hóa mạnh mẽ giữa các trạng thái rừng. Trữ lượng các-bon tích lũy tăng nhanh từ trạng thái rừng chưa có trữ lượng (đạt bình quân khoảng 14,2 tấn C/ha) lên rừng nghèo (khoảng 47,3 tấn C/ha), rừng trung bình (khoảng 83,5 tấn C/ha) và đạt giá trị cao nhất tại trạng thái rừng giàu với mức dao động từ 112,5 đến 138,4 tấn C/ha. Trong cấu trúc trữ lượng các-bon toàn lâm phần, tầng cây cao đóng vai trò là bể chứa chủ đạo khi lưu giữ từ 81% đến 89% tổng lượng các-bon, tầng cây bụi thảm tươi chiếm khoảng 6% đến 11% và tầng vật rơi rụng chiếm 4% đến 8%.

Thứ tư, nghiên cứu đã thiết lập thành công hệ thống các mô hình toán học tương quan allometric có độ tin cậy thống kê cao. Mối quan hệ giữa đường kính ngang ngực (D1.3) với lượng các-bon tích lũy trong cây cá thể tuân theo hàm lũy thừa và hàm mũ với hệ số tương quan R2 đạt từ 0,91 đến 0,98. Đồng thời, mối quan hệ giữa tổng tiết diện ngang (G) và trữ lượng cây đứng (M) với trữ lượng các-bon tầng cây cao đạt hệ số xác định R2 từ 0,86 đến 0,95 với mức ý nghĩa p < 0,001.

Thảo luận kết quả

Cơ chế sinh thái tạo nên sự phân bổ sinh khối đặc thù của rừng khộp bắt nguồn từ điều kiện tự nhiên khắc nghiệt của tỉnh Gia Lai. Mùa khô kéo dài 6 tháng từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau với lượng bốc hơi cao buộc các loài cây họ Dầu phải phát triển hệ rễ cọc cắm sâu và hệ rễ bàng lan rộng, giải thích vì sao tỷ lệ sinh khối rễ dưới mặt đất đạt mức cao 18% - 24%. Cấu trúc này giúp cây đứng vững và duy trì hoạt động trao đổi chất trên nền đất xám và đất xói mòn trơ sỏi đá vốn chiếm hơn 34% diện tích tự nhiên của tỉnh.

Khi so sánh với các hệ sinh thái rừng khác, trữ lượng các-bon của rừng khộp Gia Lai (dao động từ 47,3 đến 138,4 tấn C/ha ở các trạng thái có trữ lượng) thấp hơn so với kiểu rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới tại Đông Nam Á (thường đạt 180 đến 255 tấn C/ha), nhưng cao hơn đáng kể so với thảm rừng trồng sản xuất ngắn ngày hoặc các trảng cỏ thứ sinh (chỉ đạt khoảng 10 đến 25 tấn C/ha). Các phát hiện này có thể được biểu diễn trực quan thông qua biểu đồ tán xạ thể hiện đường cong tương quan phi tuyến giữa D1.3 và lượng các-bon cây cá thể, kết hợp biểu đồ cột phân đoạn thể hiện tỷ trọng đóng góp các-bon của 3 thành phần: tầng cây cao, thảm tươi và vật rơi rụng qua từng trạng thái lâm phần.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, áp dụng trực tiếp các phương trình allometric và bảng tra định mức sinh khối của luận văn vào công tác kiểm kê khí nhà kính cấp tỉnh, phấn đấu hoàn thành kiểm kê phát thải định kỳ hàng năm cho 719.314 ha đất có rừng của tỉnh Gia Lai trong giai đoạn 2026 - 2030 dưới sự chủ trì của Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn.

Thứ hai, triển khai xây dựng khung biểu giá dịch vụ môi trường rừng đối với khả năng lưu giữ và hấp thụ CO2 của rừng khộp, áp dụng mức chi trả thực tế ước tính từ 80.000 đến 160.000 đồng/ha/năm theo Nghị định 99/2010/NĐ-CP, bảo đảm giải ngân trực tiếp nhằm nâng cao sinh kế cho 44,46% đồng bào dân tộc thiểu số tham gia nhận khoán bảo vệ rừng.

Thứ ba, xúc tiến các biện pháp lâm sinh phục hồi và làm giàu diện tích rừng khộp nghèo kiệt, phòng chống cháy rừng trong mùa khô để đạt mục tiêu tăng trưởng tích lũy các-bon bình quân từ 2,0 đến 3,5 tấn C/ha/năm, giao trách nhiệm cho các Ban Quản lý Rừng phòng hộ và Công ty Lâm nghiệp trên địa bàn các huyện Krông Pa, Ea Súp và Chư Prông.

Thứ tư, số hóa dữ liệu allometric thành phần mềm quản lý lâm nghiệp chuyên dụng, kết hợp thuật toán viễn thám GIS để tự động hóa quy trình ước tính trữ lượng các-bon lâm phần theo chu kỳ điều tra 5 năm, do Chi cục Kiểm lâm Gia Lai phối hợp với các cơ sở đào tạo lâm nghiệp thực hiện trước năm 2028.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm 1: Cơ quan quản lý nhà nước về lâm nghiệp và tài nguyên môi trường (Sở Nông nghiệp & PTNT, Chi cục Kiểm lâm các tỉnh Tây Nguyên) sử dụng dữ liệu định mức để xây dựng phương án giao đất giao rừng và quy hoạch phát triển bền vững 871.645 ha đất lâm nghiệp.

Nhóm 2: Các nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học thuộc chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Tài nguyên Rừng và Lâm sinh sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp chặt hạ giải tích cây mẫu và xây dựng mô hình allometric phi tuyến.

Nhóm 3: Các doanh nghiệp tư vấn tín chỉ các-bon và các tổ chức phát triển quốc tế (như dự án REDD+, Quỹ Đối tác Các-bon trong Lâm nghiệp) ứng dụng hệ thống phương trình hồi quy đạt độ tin cậy R2 trên 0,90 để lập hồ sơ thiết kế dự án tín chỉ các-bon thương mại theo tiêu chuẩn quốc tế.

Nhóm 4: Ban Quản lý Rừng đặc dụng, Rừng phòng hộ và các cộng đồng địa phương quản lý rừng khộp sử dụng bảng tính sinh khối để theo dõi diễn thế phục hồi rừng và bảo đảm quyền lợi tài chính từ nguồn thu dịch vụ môi trường rừng.

Câu hỏi thường gặp

Rừng khộp tại Gia Lai có đặc điểm gì nổi bật trong cơ chế hấp thụ và lưu giữ các-bon? Rừng khộp là hệ sinh thái rừng thưa rụng lá mùa khô với các loài ưu thế thuộc họ Dầu chiếm từ 30% đến 100% tổ thành. Điểm đặc trưng là hệ thống rễ dưới mặt đất phát triển mạnh, tích lũy từ 18% đến 24% tổng sinh khối khô của cây để thích ứng với 6 tháng mùa khô khắc nghiệt, tạo nên bể chứa các-bon ngầm ổn định.

Vì sao nghiên cứu lại tập trung đo đếm chi tiết trên 6 loài cây ưu thế? Sáu loài gồm Dầu đồng, Dầu trà beng, Cà chít, Cẩm liên, Chiêu liêu ổi và Chiêu liêu đen quyết định diện mạo và trữ lượng của lâm phần rừng khộp. Kết quả thực nghiệm cho thấy một cây Dầu đồng cấp đường kính trên 35 cm tích lũy tới 2.052,12 kg sinh khối tươi, đóng vai trò chi phối tổng lượng các-bon toàn tầng cây cao.

Ưu điểm nổi bật của phương pháp chặt hạ phân tích cây mẫu so với viễn thám là gì? Phương pháp chặt hạ đo đếm trực tiếp cho phép cân đo khối lượng tươi từng bộ phận và sấy khô tuyệt đối ở 105°C trong 72 giờ, loại bỏ hoàn toàn độ ẩm tự nhiên. Phương pháp này mang lại số liệu chuẩn xác với sai số dưới 5%, làm cơ sở thực chứng để hiệu chỉnh các mô hình viễn thám và GIS.

Trữ lượng các-bon toàn lâm phần phân bổ như thế nào giữa các tầng thực vật? Tầng cây cao là bể chứa các-bon lớn nhất, nắm giữ từ 81% đến 89% tổng lượng các-bon của hệ sinh thái. Tầng cây bụi thảm tươi chỉ đóng góp từ 6% đến 11% và tầng vật rơi rụng lá mục trên mặt đất đóng góp khoảng 4% đến 8% tùy thuộc vào từng trạng thái rừng cụ thể.

Mô hình tương quan hồi quy trong luận văn giúp tối ưu hóa công tác điều tra rừng ra sao? Các phương trình allometric được xây dựng qua phần mềm SPSS 16.0 đạt hệ số xác định R2 trên 0,86 đến 0,98. Nhờ đó, cán bộ lâm nghiệp chỉ cần đo đạc các chỉ tiêu thông thường như đường kính D1.3, tiết diện ngang G hoặc trữ lượng gỗ M là có thể tính toán nhanh trữ lượng các-bon mà không cần chặt hạ cây.

Kết luận

  • Định lượng toàn diện sinh khối tươi, sinh khối khô và trữ lượng các-bon của 4 trạng thái rừng khộp tại Gia Lai, với trữ lượng các-bon toàn lâm phần biến động từ 14,2 tấn C/ha ở rừng chưa có trữ lượng lên đến 138,4 tấn C/ha ở rừng giàu.
  • Xác lập chi tiết cấu trúc phân bổ sinh khối của 6 loài cây ưu thế, khẳng định thân cây chiếm 55% - 63% và hệ rễ chiếm 18% - 24% tổng sinh khối khô.
  • Xây dựng thành công hệ thống phương trình tương quan allometric phi tuyến với hệ số R2 đạt từ 0,86 đến 0,98, phục vụ đắc lực cho việc ước tính nhanh sinh khối.
  • Cung cấp cơ sở khoa học và bộ chỉ số định mức xác thực để thực thi chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng theo Nghị định 99/2010/NĐ-CP và chuẩn bị tham gia thị trường các-bon quốc tế.
  • Đề xuất lộ trình tích hợp công nghệ số và phương pháp allometric vào chương trình kiểm kê khí nhà kính lâm nghiệp cấp tỉnh giai đoạn 2026 - 2030.

Luận văn thạc sĩ của tác giả Nguyễn Văn Trường dưới sự hướng dẫn của Phó Giáo sư, Tiến sĩ Võ Đại Hải là công trình khoa học nghiêm túc, có giá trị học thuật cao và tính ứng dụng thực tiễn sâu sắc. Các cơ quan quản lý nhà nước, viện nghiên cứu và doanh nghiệp lâm nghiệp hãy chủ động ứng dụng ngay các kết quả và mô hình toán học này vào thực tế để tối ưu hóa công tác quản lý tài nguyên và nâng cao giá trị kinh tế của hệ sinh thái rừng khộp Việt Nam.