Tài liệu Nghiên cứu cấu trúc sinh khối và tích lũy cacbon của thảm cây bụi tại khu bảo tồn thiên nhiên na hang tỉnh tuyên quang

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM BÙI THANH HUYỀN NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SINH KHỐI VÀ TÍCH LŨY CACBON CỦA THẢM CÂY BỤI TẠI KHU BẢO TỒN THIÊN NHIÊN NA HANG TỈNH TUYÊN QUANG LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC THÁI NGUYÊN - 2013 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM BÙI THANH HUYỀN NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC SINH KHỐI VÀ TÍCH LŨY CACBON CỦA THẢM CÂY BỤI TẠI KHU BẢO TỒN THIÊN NHIÊN NA HANG TỈNH TUYÊN QUANG Chuyên ngành: Sinh thái học Mã số: 60.42.01.20 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Lê Đồng Tấn THÁI NGUYÊN - 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi cùng với sự hướng dẫn khoa học của TS. Lê Đồng Tấn. Các số liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực. Nếu sai tôi chịu hoàn toàn trách nhiệm. Tác giả luận văn Bùi Thanh Huyền XÁC NHẬN CỦA KHOA CHUYÊN MÔN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu i http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Luận văn này được hoàn thành tại trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên theo chương trình đào tạo cao học Sinh học hệ chính quy, chuyên ngành Sinh thái học, khoá 19 (2011 - 2013). Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa sau đại học, Quý thầy cô giáo khoa sinh trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên và Quý thầy cô giáo đã trực tiếp giảng dạy, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập,nghiên cứu tại trường. Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới người hướng dẫn khoa học TS. Lê Đồng Tấn, thầy đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ, truyền đạt những kiến thức quý báu và dành những tình cảm tốt đẹp cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Xin cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của phòng bảo tồn Chi cục kiểm lâm tỉnh Tuyên Quang, các xã thuộc khu bảo tồn thiên nhiên Na Hang đã cung cấp tư liệu và tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong việc thu thập số liệu ngoại nghiệp để thực hiện luận văn này. Cuối cùng, tôi xin gứi lời cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp trường THCS Trung Môn, UBND Huyện Yên Sơn cùng những người thân yêu đã động viên, quan tâm chia sẻ và tạo mọi điều kiện giúp tôi hoàn thành khoá học này. Do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế, bản luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Với tinh thần cầu thị, tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy, cô giáo, các nhà khoa học cùng bạn bè đồng nghiệp để luận văn này được hoàn thiện hơn. Xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 14 tháng 8 năm 2013 Tác giả luận văn Bùi Thanh Huyền Số hóa bởi Trung tâm Học liệu ii http://lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan ....................................................................................................... i Lời cảm ơn ......................................................................................................... ii Mục lục ..............................................................................................................iii Danh mục chữ viết tắt ....................................................................................... iv Danh mục các bảng ............................................................................................ v Danh mục các hình ............................................................................................ vi MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 1. Đặt vấn đề .................................................................................................. 1 2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................. 2 3. Phạm vi nghiên cứu.................................................................................... 3 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. .................................................. 3 Chƣơng 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................... 4 1.1. Cơ sở lý luận ........................................................................................... 4 1.1.1. Quá trình quang hợp ở thực vật ........................................................... 4 1.1.2. Tích lũy sinh khối và cacbon ở thực vật ............................................. 4 1.2. Những nghiên cứu về sinh khối thực vật ................................................ 5 1.2.1. Trên thế giới ........................................................................................ 5 1.2.2. Ở Việt Nam.......................................................................................... 7 1.3. Những nghiên cứu về tích lũy CO2 ....................................................... 11 1.3.1. Trên thế giới ...................................................................................... 11 1.3.2. Ở Việt Nam........................................................................................ 14 1.3.3. Những nghiên cứu về sinh khối và tích lũy CO2 thảm cây bụi ......... 18 1.3.4. Các phương pháp nghiên cứu ............................................................ 19 Chƣơng 2. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI VÙNG NGHIÊN CỨU ............................................................................... 23 2.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên ................................................................. 23 2.1.1. Vị trí địa lý, ranh giới, diện tích ........................................................ 23 2.1.2. Đặc điểm địa hình, địa chất, khí hậu, thủy văn ................................. 24 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu iii http://lrc.tnu.edu.vn 2.1.3. Tài nguyên rừng ................................................................................ 26 2.2. Đặc điểm kinh tế xã hội trong khu BTTN Na Hang ............................. 27 2.2.1 Dân số, dân tộc và lao động ............................................................... 27 2.2.2.Tình hình kinh tế, xã hội trong khu BTTN Na Hang ......................... 28 Chƣơng 3. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.. 33 3.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................... 33 3.2.Nội dung nghiên cứu .............................................................................. 33 3.3. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 33 3.3.1. Điều tra thu thập số liệu .................................................................... 33 3.3.2. Phương pháp xử lý số liệu ................................................................. 34 Chƣơng 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................ 36 4.1. Một số đặc điểm thảm cây bụi vùng nghiên cứu .................................. 36 4.1.1.Cấu trúc của các trạng thái thảm thực vật .......................................... 36 4.1.2.Đặc điểm cấu trúc thành phần loài và tổ thành loài ........................... 37 4.1.3. Tính đa dạng loài và mật độ .............................................................. 39 4.2. Sinh khối tươi của thảm cây bụi ........................................................... 42 4.2.1. Tổng sinh khối tươi của thảm cây bụi ............................................... 42 4.2.2. Sinh khối tươi theo loài cây............................................................... 44 4.2.2.1. Sinh khối tươi theo loài tại địa điểm 1 ........................................... 44 4.3. Sinh khối khô của cây bụi ..................................................................... 47 4.3.1. Tổng sinh khối khô của thảm cây bụi ............................................... 47 4.3.2. Sinh khối khô theo loài cây ............................................................... 51 4.4. Cấu trúc sinh khối của một số loài ưu thế ............................................. 54 4.4.1. Phân bố sinh khối tươi theo loài ưu thế ............................................. 54 4.4.2.Phân bố sinh khối khô theo loài ưu thế : ............................................ 56 4.5. Trữ lượng cacbon trong thảm cây bụi ................................................... 57 4.5.1. Trữ lượng cacbon tích lũy trong sinh khối của thảm cây bụi ........... 57 4.5.2. Trữ lượng cacbon theo loài cây ở các địa điểm nghiên cứu ............. 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 73 PHỤ LỤC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu iv http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt CDM UBND Chữ đầy đủ Cơ chế phát triển sạch (Clean Development Mechanism) Uỷ ban nhân dân Công ước chống biến đổi khí hậu toàn cầu UNFCCC (United Nations Framework Convention on Climate Change) KNK Khí nhà kính OTC Ô tiêu chuẩn BTTN ARCDM Bảo tồn thiên nhiên Dự án rồng rừng/ tái trồng rừng theo cơ chế phát triển sạch iv DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1: Hiện trạng rừng tại khu bảo tồn năm 2011 ....................................... 27 Bảng 4.1. Danh lục các loài cây bụi có trong các trạng thái .............................. 38 Bảng 4.2: Mật độ và đa dạng theo trạng thái thảm thực vật ............................... 40 Bảng 4.3: Mật độ (cây/ha) của một số loài cây bụi tại khu vực nghiên cứu ...... 40 Bảng 4.4.Sinh khối tươi (tấn/ha) của thảm cây bụi tại các điểm nghiên cứu ..... 43 Bảng 4.5: Sinh khối tươi theo loài cây tại địa điểm 1 ........................................ 44 Bảng 4.6: Sinh khối tươi theo loài cây tại địa điểm 2 ........................................ 46 Bảng 4.7: Sinh khối tươi theo loài cây tại địa điểm 3 ........................................ 46 Bảng 4.8. Sinh khối khô (tấn/ha) của thảm cây bụi tại các điểm nghiên cứu .... 48 Bảng 4.9: Tỷ lệ (%) sinh khối khô theo các bộ phận.......................................... 49 Bảng 4.10: Sinh khối khô của cây bụi tại địa điểm 1 ......................................... 51 Bảng 4.11: Sinh khối khô theo loài cây tại địa điểm 2 ....................................... 52 Bảng 4.12: Sinh khối khô theo loài cây tại địa điểm 3 ....................................... 53 Bảng 4.13. Sinh khối tươi (tấn/ha) của các loài ưu thế cây bụi ở khu vực nghiên cứu ....................................................................................... 55 Bảng 4.14. Sinh khối khô (tấn/ha) của các loài ưu thế cây bụi ở khu vực nghiên cứu ....................................................................................... 56 Bảng 4.15: Trữ lượng cacbon trong sinh khối thảm cây bụi .............................. 57 Bảng 4.16: Tỷ lệ (%) cacbon theo các bộ phận .................................................. 58 Bảng 4.17: Trữ lượng cacbon theo loài tại điểm nghiên cứu 1 .......................... 60 Bảng 4.18: Tỉ lệ (%) cacbon theo các bộ phận ................................................... 61 Bảng 4.19: Trữ lượng cacbon theo loài ở điểm nghiên cứu 2 ............................ 64 Bảng 4.20: Tỉ lệ (%) cacbon theo các bộ phận ................................................... 65 Bảng 4.21: Trữ lượng cacbon theo loài ở điểm nghiên cứu 3 ............................ 66 Bảng 4.22: Tỉ lệ (%) cacbon trong các bộ phận ................................................. 66 Bảng 4.23. Lượng cacbon tích luỹ trong các loài cây bụi ưu thế ở khu vực nghiên cứu ....................................................................................... 68 v DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 3.1: Sơ đồ ô tiêu chuẩn và ô dạng bản ..................................................... 34 Hình 4.1: Cấu trúc sinh khối tươi theo các nhóm cây trong thảm cây bụi tại khu bảo tồn thiên nhiên Na Hang, tỉnh Tuyên Quang .......................... 43 Hình 4.2: Cấu trúc sinh khối khô theo các nhóm cây trong thảm cây bụi tại khu bảo tồn thiên nhiên Na Hang, tỉnh Tuyên Quang .......................... 49 Hình 4.3: Cấu trúc sinh khối khô theo các bộ phận của địa điểm 1 ................. 50 Hình 4.4: Cấu trúc sinh khối khô theo các bộ phận của địa điểm 2 ................. 50 Hình 4.5: Cấu trúc sinh khối khô theo các bộ phận của địa điểm 3 ................. 50 Hình4.6: Cấu trúc sinh khối tươi trong thân, lá, rễ của loài ưu thế tại khu bảo tồn thiên nhiên Na Hang, tỉnh Tuyên Quang ........................................ 55 Hình 4.7: Sinh khối khô trong thân, lá, rễ của loài ưu thế tại khu bảo tồn thiên nhiên Na Hang, tỉnh Tuyên Quang ....................................................... 57 Hình 4.8: Tỷ lệ (%) cacbon theo các bộ phận ở địa điểm 1 ............................. 58 Hình 4.9: Tỷ lệ (%) cacbon theo các bộ phận ở địa điểm 2 ............................. 59 Hình 4.10: Tỷ lệ (%) cacbon theo các bộ phận ở địa điểm 3 ........................... 59 Hình 4.11: Cấu trúc lượng các bon tích luỹ của các loài ưu thế ...................... 68 vi MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Biến đổi khí hậu, hiện tượng nóng lên của trái đất đang là vấn đề nghiêm trọng và là mối quan tâm chung của toàn xã hội. Sự gia tăng nhanh chóng nồng độ khí nhà kính (KNK) trong khí quyển gồm: CO2, CH4, N2O, HFCs, BFCs, FS6. Trong đó chủ yếu là CO2, được coi là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến sự biến đổi khí hậu. Nguồn phát sinh KNK là sử dụng năng lượng từ việc đốt cháy nhiên liệu, sản xuất công nghiệp (khai thác khoáng sản, sản xuất hoá chất…) sản xuất nông lâm nghiệp (sử dụng phân bón, cháy rừng...) và quản lý chất thải. Nhằm hạn chế sự gia tăng KNK và sự nóng lên của trái đất, Công ước khung của Liên Hợp Quốc về biến đổi khí hậu (UNFCCC) đã được soạn thảo và thông qua tại hội nghị Liên hợp quốc về môi trường và phát triển năm 1992 và chính thức có hiệu lực vào tháng 3 năm 1994. Tính đến tháng 5 năm 2004, có 188 quốc gia đã phê chuẩn công ước này. Để thực hiện công ước này, nghị định thư Kyoto đã được soạn thảo và thông qua năm 1997. Nghị định này là cơ sở pháp lý cho việc thực hiện việc cắt giảm KNK thông qua các cơ chế khác nhau, trong đó cơ chế phát triển sạch (CDM Clean Development Mechanism) là cơ chế mềm dẻo nhất và có liên quan trực tiếp tới các nước đang phát triển. Hoạt động trồng rừng và tái trồng rừng được coi là các hoạt động sử dụng đất phù hợp nhất trong CDM. Tuy nhiên, một trong những yêu cầu nghiêm ngặt trong các dự án trồng rừng/ tái trồng rừng theo cơ chế phát triển sạch (ARCDM) là phải xác định được lượng cacbon cơ sở (thực chất là trữ lượng cacbon trước khi trồng rừng/tái trồng rừng) nhằm đề ra các cơ sở khoa học để chứng minh được lượng tăng thêm hay lượng cacbon thu nạp được bởi các dự án ARCDM. Do vậy những nghiên cứu trữ lượng cacbon trong sinh khối cây bụi - một trong những bể chứa cacbon chủ yếu được tiến hành nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho việc xác định lượng cacbon cơ sở trong việc thiết kế và triển khai các dự án ARCDM ở Việt Nam. 1 Na hang là một huyện vùng cao của tỉnh Tuyên Quang nằm ở phía bắc của tỉnh. Chính sách bảo vệ và phát tiển rừng của Tuyên Quang nói chung và huyện Na Hang nói riêng được xếp vào loại tốt nhất trong cả nước. Nhận thức sớm tầm quan trọng của công tác bảo tồn thiên nhiên. Vì vậy ngày 5/9/1994 Uỷ ban nhân dân tỉnh Tuyên Quang đã ra quyết định thành lập khu bảo tồn thiên nhiên Na Hang. Tổng diện tích tự nhiên theo quyết định số 247 ngày 5/9/1994 của UBND tỉnh Tuyên quang là: 41.930 ha. Nên việc bảo vệ rừng ngoài giá trị về gỗ thì sinh khối và trữ lượng cacbon được cho là khá lớn, có tiềm năng cao trong việc hấp thụ cacbon. Mặt khác cây bụi, thảm tươi là một bộ phận cấu thành quan trọng của hệ sinh thái rừng. Thông qua quá trình đồng hóa CO2, lớp cây bụi thảm tươi cũng tích lũy một lượng sinh khối không nhỏ song song với quá trình tích lũy sinh khối của tầng cây gỗ. Vì vậy, sinh khối cây bụi thảm tươi là một bộ phận quan trọng không thể tách rời của sinh khối rừng . Chính vì vậy việc nghiên cứu sinh khối và trữ lượng cacbon ở thảm cây bụi của rừng thuộc khu bảo tồn thiên nhiên Na hang sẽ cung cấp cơ sở khoa học quan trọng trong việc kiểm kê khí nhà kính và thương mại giá trị cacbon của rừng nhằm bổ sung dẫn liệu về cấu trúc sinh khối và khả năng tích luỹ cacbon của thảm thực vật làm cơ sở xác định lượng cacbon cơ sở trong dự án trồng rừng theo cơ chế sạch ở Việt Nam. Góp phần thực hiện chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng ở Tuyên Quang đang được bắt đầu xây dựng đề án theo Nghị định 99/2010/NĐ-CP ngày24/9/2010 của Chính phủ. Với lý do trên chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu cấu trúc sinh khối và tích luỹ cacbon của thảm cây bụi tại khu bảo tồn thiên nhiên Na Hang tỉnh Tuyên Quang”. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Xác định được cấu trúc sinh khối của một số thảm cây bụi tại khu bảo tồn thiên nhiên Na Hang - Tỉnh Tuyên Quang. - Đánh giá được khả năng tích lũy cacbon của các thảm cây bụi và các loài trong thảm cây bụi tại khu bảo tồn thiên nhiên Na Hang - Tỉnh Tuyên Quang. 2 3. Phạm vi nghiên cứu Đề tài được thực hiện trong thời gian từ năm 2012 đến năm 2013 tại Khu bảo tồn thiên nhiên Na Hang. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. 4.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài - Nhằm bổ sung dẫn liệu về cấu trúc sinh khối và khả năng tích lũy cacbon trong thảm thực vật làm cơ sở xác định lượng cacbon cơ sở trong các dự án trồng rừng theo cơ chế sạch ở Việt Nam, góp phần định lượng giá trị môi trường của rừng tự nhiên. - Khu bảo tồn thiên nhiên Na Hang là một trong những Khu bảo tồn thiên nhiên đẹp về cảnh quan, giàu và quí về kiểu rừng nên Khu bảo tồn còn để thực hiện các nghiên cứu về quá trình diễn thế và phục hồi thảm thực vật, nên kết quả nghiên cứu sẽ góp phần bổ sung dẫn liệu về khả năng tích lũy sinh khối và cacbon trong thảm thực vật trong quá trình diễn thế phục hồi rừng. 4.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Đưa ra những dẫn liệu khoa học giúp cho việc thực hiện chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng ở Tuyên Quang theo Nghị định 99/2010 - NĐCP ngày 24/9/2010 của Chính phủ. 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Cơ sở lý luận 1.1.1. Quá trình quang hợp ở thực vật Quang hợp là quá trình biến đổi chất vô cơ thành chất hữu cơ của thực vật có chất diệp lục. Dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. Phương trình quang hợp của thực vật nói chung và của cây bụi nói riêng như sau: 6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6 O2 + Q. Đây chính là phương trình chứng minh khả năng hấp thụ khí CO2 của thực vật có chứa diệp lục, trong đó có cây bụi - đối tượng nghiên cứu của đề tài. Quang hợp là quá trình mà cơ thể thực vật biển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng hoá học dưới dạng các hợp chất hữu cơ. Bản chất của quá trình quang hợp là sự khử khí CO2 đến hydratcacbon với sự tham gia của năng lượng ánh sáng mặt trời do sắc tố của thực vật hấp thu. Ý nghĩa sinh học cơ bản của quá trình quang hợp là lấy năng lượng tự do từ môi trường xung quanh rồi tích luỹ nó dưới dạng các phân tử hữu cơ bền vững. Vai trò có một không hai của quang hợp là làm cho CO2 (sản phẩm cuối cùng của sự phân giải các hợp chất hữu cơ) lại được quay trở lại đi vào chu trình các chất trong tự nhiên tạo thành chất hữu cơ ban đầu. Không có điều đó thì không có sự tồn tại của sự sống. 1.1.2. Tích lũy sinh khối và cacbon ở thực vật Sinh khối được xác định là tất cả chất hữu cơ ở dạng sống và chết (còn ở trên cây) ở trên hoặc ở dưới mặt đất [15]. Sinh khối được xem như một chỉ tiêu để đánh giá sức sản xuất của thực vật và cũng là một chỉ tiêu đánh giá năng suất sinh học của thực vật. Thực vật có khả năng quang hợp đã hấp thụ CO2 và thải lượng O2 tương ứng vào môi trường, đồng thời tích lũy sinh khối ở dạng carbon. Do đó, nghiên 4 cứu sinh khối thực vật là cần thiết, đây là cơ sở xác định lượng carbon tích lũy và từ đó đánh giá khả năng hấp thụ CO2 của thực vật, cung cấp thông tin quan trọng giúp các nhà quản lý đánh giá chất lượng cũng như sử dụng hiệu quả hệ thực vật, tham gia thị trường carbon, làm cơ sở cho chi trả dịch vụ môi trường. Qua đó, hạn chế tàn phá rừng. 1.2. Những nghiên cứu về sinh khối thực vật 1.2.1. Trên thế giới Christensen (1997) đã nghiên cứu sinh khối của rừng Đước ở rừng ngập mặn đảo Phuket trên bờ biển Tây, Thái Lan. Kết quả nghiên cứu đã xác định được tổng lượng sinh khối trên mặt đất ở rừng 15 tuổi là 159 tấn sinh khối khô trên một ha. Lượng tăng trưởng hàng năm tính cho toàn bộ thân, cành, lá và rễ khoảng 20 tấn/ha/năm. Tổng năng suất sinh khối khô là 27 tấn/ha/năm. Nghiên cứu cũng đã so sánh lượng vật rụng của rừng ngập mặn và rừng mưa nhiệt đới thì thấy lượng vật rụng hàng năm của rừng ngập mặn cao hơn so với rừng mưa nhiệt đới do rừng ngập mặn nhỏ tuổi hơn và sinh trưởng nhanh hơn [26]. Michael S và Ross (1998) đã nghiên cứu sinh khối và năng suất trên mặt đất của các quần thể rừng ngập mặn ở vườn Quốc gia Biscayne, Florida (USA) từ sau cơn bão Andrew xảy ra năm 1992, kết quả phân tích cho thấy: Cấu trúc tự nhiên của quần thể giữ vai trò quan trọng trong việc chống bão của hệ thống rừng ngập mặn, đặc biệt kích thước và sự phân bố của các bộ phận cấu thành sinh khối [30]. Akira và cs (2000) qua nghiên cứu sinh khối và kích thước rễ dưới mặt đất của Dà vôi (Ceriops tagal) ở Nam Thái Lan kết quả cho thấy: Tổng sinh khối là 137,5 tấn/ha và tỉ lệ sinh khối trên mặt đất và rễ là 1,05. Trong đó sinh khối thân được 53,35 tấn/ha, lá được 13,29, rễ được 1,99 tấn/ha và dưới mặt đất là 87,51 tấn/ha [22]. Kumar B. M, Rajesh G và Sudheesh K. G (2005) đã nghiên cứu sinh khối trên mặt đất và hấp thụ chất dinh dưỡng của Bambusa bambos (L.) Voss ở khu vườn Thrissur, Kerala, miền Nam Ấn Độ. Kết quả nghiên cứu cho thấy: Sinh khối trên mặt đất trung bình là 2.417 kg/bụi và trung bình mỗi ha là 241,7 5 tấn/ha. Sinh khối tích lũy cao nhất là ở thân tươi (82 %), tiếp theo gai và lá (13 %), thân cây chết chiếm khoảng 5 % trong sinh khối. Đồng thời cũng đã thiết lập được phương trình tương quan giữa số lượng cây, sinh khối khô thân và tổng sinh khối cụm với đường kính (DBH). Những nghiên cứu về sinh khối tích tụ trên vật rơi rụng dưới tán rừng đã được một số tác giả nghiên cứu. Theo đó lượng rơi rụng rất khác nhau ở các kiểu rừng khác nhau và phụ thuộc vào thành phần loài cây [28]. Theo Isagi.Y, Kawahara. T, Kamo. K và Ito. H (1997) sinh khối tích lũy ở thân là 116,50 tấn/ha, ở cành là 15,5 tấn/ha, sinh khối lá 5,9 tấn/ha và tổng sinh khối 137,9 tấn/ha [34]. Khi nghiên cưú bộ phận cây bụi và những cây tầng dưới của tán rừng đóng góp một phần quan trọng trong tổng sinh khối rừng. Có nhiều phương pháp để xác định sinh khối cho cây bụi và cây tầng dưới trong hệ sinh thái cây gỗ (Catchpole và Wheeler, 1992). Các phương pháp bao gồm: (1)- Lấy mẫu toàn bộ cây (quadrats); (2)- phương pháp kẻ theo đường; (3)- phương pháp mục trắc; (4)- phương pháp lấy mẫu kép sử dụng tương quan. Các nhà sinh thái rừng đã 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, đặc biệt là sinh khối của hệ rễ, nên việc làm sáng tỏ vấn đề trên đòi hỏi nhiều nỗ lực hơn nữa mới đưa ra được những dẫn liệu mang tính thực tiễn và có sức thuyết phục cao. Hiện nay tồn tại 3 cách tiếp cận để xác định sinh khối rừng như sau: Cách i) Tiếp cận thứ nhất: Dựa vào mối liên hệ giữa sinh khối rừng với kích thước của cây hoặc của từng bộ phận cây theo dạng hàm toán học nào đó. Hướng tiếp cận này được sử dụng phổ biến ở Bắc Mỹ và châu Âu (Whittaker, 1966; Tritton và Hornbeck, 1982; Smith và Brand, 1983) (dẫn theo Võ Đại Hải - 2009) [3]. Cách ii) Tiếp cận thứ hai: Xác định sinh khối rừng thông qua đo trực tiếp quá trình sinh lý điều khiển cân bằng carbon trong hệ sinh thái. Cách này bao gồm 6 việc đo cường độ quang hợp và hô hấp cho từng thành phần trong hệ sinh thái rừng (lá, cành, thân, rễ), sau đó ngoại suy ra lượng CO2 tích lũy trong toàn bộ hệ sinh thái. Các nhà sinh thái rừng thường sử dụng tiếp cận này để dự tính tổng sản lượng nguyên, hô hấp của hệ sinh thái và sinh khối hiện có của nhiều dạng rừng trồng hỗn giao ở Bắc Mỹ (Botkin và cộng sự, 1970; Woodwell và Botkin, 1970). Cách iii) Tiếp cận thứ ba: Được phát triển trong những năm gần đây với sự hỗ trợ của kỹ thuật vi khí tượng học (micrometeological techniques). Phương pháp phân tích hiệp phương sai dòng xoáy đã cho phép định lượng sự thay đổi của lượng CO2 theo mặt phẳng đứng của tán rừng. Căn cứ vào tốc độ gió, hướng gió, nhiệt độ, số liệu CO2 theo mặt phẳng đứng để dự đoán lượng carbon đi vào và đi ra khỏi hệ sinh thái 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 lượng carbon tích lũy dự đoán theo phương pháp phân tích hiệp phương sai dòng xoáy là 3,7 megagram/ha/năm. Tổng lượng carbon hô hấp của toàn bộ hệ sinh thái vào ban đêm là 7,4 megagram/ha/năm. Vì thế tổng lượng carbon đi vào hệ sinh thái là 11,1 megagram/ha/năm (Wofsy và cộng sự, 1993). 1.2.2. Ở Việt Nam Ở Việt Nam trong những năm gần đây, nghiên cứu sinh khối thực vật được nhiều nhà khoa học quan tâm và đã có nhiều kết quả đáng ghi nhận, góp phần quan trọng trong việc đánh giá, quản lý và sử dụng hiệu quả các hệ thực vật (rừng). Hoàng Mạnh Trí (1986) với công trình “Sinh khối và năng suất rừng Đước” đã áp dụng phương pháp “cây mẫu” nghiên cứu năng suất, sinh khối một số quần xã rừng Đước đôi (Zhizophora apiculata) rừng ngập mặn ven biển Minh Hải là đóng góp có ý nghĩa lớn về mặt lý luận và thực tiễn đối với hệ sinh thái rừng ngập mặn ven biển nước ta[18]. Hà Văn Tuế (1994) cũng trên cơ sở phương pháp “cây mẫu” của Newboul, P.J (1967) nghiên cứu năng suất, sinh khối một số quần xã rừng trồng nguyên liệu giấy tại vùng trung du Vĩnh Phúc [20] . 7 Lê Hồng Phúc (1996) đã có công trình “Đánh giá sinh trưởng tăng trưởng, sinh khối và năng suất rừng trồng Thông ba lá (Pinus keysia) ở vùng Đà Lạt, Lâm Đồng”. Tác giả đã kết luận rằng mật độ rừng trồng ảnh hưởng lớn tới sinh trưởng, tăng trưởng, sinh khối và năng suất của rừng [10]. Vũ Văn Thông (1998) đã nghiên cứu cơ sở xác định sinh khối cây cá lẻ và lâm phần Keo lá tràm tại tỉnh Thái Nguyên. Tác giả cũng đã thiết lập được một số mô hình dự đoán sinh khối cây cá lẻ bằng phương pháp sử dụng cây mẫu. Theo kết quả nghiên cứu thì dạng hàm W = a + bD1,3 và LnW = a + bLnD1,3 mô tả tốt mối quan hệ giữa sinh khối các bộ phận với chỉ tiêu sinh trưởng đường kính. Tuy nhiên, đề tài này cũng mới dừng lại ở việc nghiên cứu sinh khối các bộ phận trên mặt đất, chưa tiến hành nghiên cứu sinh khối rễ và lượng vật rơi [17]. Viên Ngọc Nam (1998) trong công trình nghiên cứu sinh khối và năng suất sơ cấp rừng Đước (Rhizophora apiculata) trồng ở Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh đã cho rằng sinh khối rừng Đước có lượng tăng sinh khối từ 5,93 - 12,44 tấn/ha/năm, trong đó tuổi 4 có lượng tăng sinh khối thấp nhất và cao nhất ở tuổi 12; lượng tăng đường kính 0,46 – 0,81 cm/năm, trữ lượng thảm mục tích lũy trên sàn rừng 3,4 - 12,46 tấn/ha [7]. Cũng tác giả (2003) trong công trình nghiên cứu “Nghiên cứu sinh khối và năng suất sơ cấp quần thể Mấm trắng (Avicennia alba BL) tự nhiên tại Cần Giờ, Tp. Hồ Chí Minh” đã xác định được tổng sinh khối, lượng tăng trưởng sinh khối, năng suất vật rụng cũng như năng suất thuần của quần thể Mấm trắng trồng tại Cần Giờ. Tác giả cho rằng để xác định sinh khối cây rừng, các nghiên cứu về sinh khối thường dùng phương trình hồi quy tương quan giữa đường kính hoặc chu vi thân cây ở vị trí 1,3 m với tổng sinh khối hay sinh khối bộ phận của cây. Nghiên cứu đã mô tả mối tương quan giữa sinh khối các bộ phận với đường kính của cây bằng dạng phương trình logW = a + blogD1,3 và đã tìm ra phương trình tương quan giữa sinh khối và các nhân tố điều tra cho loài Mấm trắng là:logPttsk = 0,632085+2,40562*logD1,3 với hệ số xác định R2 = 0,991. Theo tác giả, sinh khối tươi thân trong quần thể Mấm trắng trung bình là 8 70,64 % biến động từ 69,16 % - 73,64 %, cành chiếm 15,04 % - 22,92 % và lá chiếm 7,92 % - 11,33%. Tỉ lệ sinh khối tươi trung bình của thân và cành chiếm 91,1 % trong quần thể,tỉ lệ sinh khối của lá giảm dần theo tuổi, ngược lại sinh khối thân + cành và cành tăng dần theo tuổi. Sinh khối khô trung bình của quần thể Mấm trắng là 118,29 tấn/ha dao động từ 79,21 - 137,18 tấn/ha [8]. Năm 2009, tác giả đã nghiên cứu sinh khối Dà quánh (Ceriops zippeliana) và Cóc trắng (Lumnitzera racemosa Willd) tại Khu Dự trữ sinh quyểnrừng ngập mặn Cần Giờ. Kết quả nghiên cứu cho thấy: Sinh khối khô của các bộ phận cây Cóc trắng cá thể được sắp xếp theo thứ tự từ cao đến thấp như sau: Thân(74,44 ± 2,25 %) > cành (19,60 ± 2,05 %) > lá (5,96 ± 0,56 %). Tương tự đối với cây Dà quánh (Wthk) thân là 56,17 ± 2,7 %, cành là 26,67 ± 2,29 %, lá là 17,16 ± 1,37 % [9]. Đặng Trung Tấn (2001) với công trình nghiên cứu “Sinh khối rừng Đước”, đã xác định được: tổng sinh khối khô rừng Đước ở Cà Mau là 327 m3/ha, tăng trưởng sinh khối bình quân hàng năm là 9500 kg/ha [16]. Nguyễn Ngọc Lung và Nguyễn Tường Vân (2004) đã sử dụng biểu quá trình sinh trưởng và biểu Biomass để tính toán sinh khối rừng. Kết quả cho thấy: tính theo biểu quá trình sinh trưởng (Nguyễn Ngọc Lung, Đào Công Khanh 1999), trữ lượng thân cây cả vỏ 1 ha lúc 60 tuổi là 586 m3/ha (phần cây sống) thì Biomass thân cây khô tuyệt đối là: 586 x 0,532 = 311,75 tấn. Biomass toàn rừng là: 311,75 x 1,3736 = 428,2 tấn. Còn nếu tính toán theo biểu Biomass thì giá trị này là 434,2 tấn. Sai số giữa biểu quá trình sinh trưởng và biểu sản lượng là 1,4%, đây là mức sai số có thể chấp nhận được [6]. Nguyễn Văn Dũng (2005) , nghiên cứu tại Núi Luốt cho thấy rừng trồng Thông mã vĩ thuần loài 20 tuổi có tổng sinh khối tươi (trong cây và vật rơi rụng) là 321,7 - 495,4 tấn/ha, tương đương với lượng sinh khối khô là 173,4 266,2 tấn. Rừng Keo lá tràm trồng thuần loài 15 tuổi có tổng sinh khối tươi (trong cây và trong vật rơi rụng) là 251,1 - 433,7 tấn/ha, tương đương với lượng sinh khối khô thân là 132,2 - 223,4 tấn/ha [1]. 9 Võ Đại Hải (2007) đã nghiên cứu sinh khối cây cá lẻ Mỡ trồng thuần loài vùng trung tâm Bắc Bộ Việt Nam. Kết quả nghiên cứu cho thấy: Sinh khối khô và tươi cây cá lẻ Mỡ thay đổi theo tuổi và theo cấp đất. Cụ thể, tuổi tăng lên thì sinh khối cũng tăng lên, ở cấp đất tốt thì sinh khối cao hơn ở cấp đất xấu. Cấu trúc sinh khối cây cá lẻ gồm 4 phần, trong đó sinh khối thân chiếm tỷ lệ lớn nhất, sau đó đến sinh khối rễ, cành và lá. Giữa sinh khối cây cá lẻ và các nhân tố điều tra lâm phần D1,3, Hvn tồn tại mối quan hệ chặt chẽ với nhau, mối quan hệ này được biểu thị bằng các phương trình dạng tuyến tính đơn giản một lớp. Với các kết quả nghiên cứu thu được, có thể sử dụng để xác định hoặc dự báo nhanh sinh khối cây cá lẻ Mỡ thông qua chỉ tiêu D1,3 và Hvn, xác định sinh khối khô thông qua sinh khối tươi, xác định sinh khối dưới mặt đất thông qua sinh khối trên mặt đất [2]. Đối với cây Keo, năm 2008, tác giả đã nghiên cứu sinh khối cây cá thể keo lai trồng thuần loài ở Việt Nam. Kết quả cho thấy, sinh khối cây cá thể keo lai có sự biến đổi rất lớn theo các cấp đất và các giai đoạn tuổi khác nhau. Cấu trúc sinh khối tươi cây cá thể keo lai chủ yếu tập trung vào sinh khối thân 49,8 %, rễ 19,1 %, lá 16,5 % và 7 cành 14,6 %. Giữa sinh khối khô và sinh khối tươi cây cá thể keo lai với các nhân tố điều tra lâm phần như D1,3, Hvn, A và giữa sinh khối khô với sinh khối tươi có mối quan hệ rất chặt chẽ với nhau. Các mối quan hệ này được mô phỏng bởi các dạng hàm mũ (y = a.xb), hàm (y = a.bx) với hệ số tương quan cao, sai tiêu chuẩn thấp và đơn giản, dễ áp dụng. Có thể sử dụng các phương trình này để tính toán nhanh, dự báo sinh khối keo lai dựa vào các nhân tố điều tra lâm phần như D1,3,Hvn, A hoặc các tính toán sinh khối dưới mặt đất từ sinh khối trên mặt đất, từ sinh khối tươi ra sinh khối khô [5]. Võ Đại Hải và các cộng sự (2009) khi nghiên cứu về sinh khối về 4 loại rừng trồng cho kết quả: Rừng trồng Thông mã vĩ từ 5 - 30 tuổi sinh khối từ 21,12 - 315,05 tấn/ha; rừng trồng Thông nhựa từ 5 - 45 tuổi có sinh khối từ 20,79 - 174,72 tấn/ha; rừng trồng Keo lai từ 1 - 7 tuổi có sinh khối từ 4,09 138,13 tấn/ha; rừng trồng Bạch đàn urophylla từ 1 - 7 tuổi có sinh khối từ 5,67 - 117,92 tấn/ha; rừng trồng Mỡ từ 6 - 18 tuổi có sinh khối từ 35,08 - 110,44 10 tấn/ha; rừng trồng Keo lá tràm từ 2 - 12 tuổi có sinh khối từ 7,29 - 113,56 tấn/ha. Bên cạnh đó tác giả thiết lập các phương trình tương quan giữa sinh khối với các nhân tố điều tra lâm phần: đường kính D1.3, Hvn, N/ha, tuổi lâm phần A, mối quan hệ giữa sinh khối tươi và sinh khối khô, sinh khối trên mặt đất và dưới mặt đất theo các cấp đất [3]. Đặng Thịnh Triều (2010) khi nghiên cứu sinh khối của rừng trồng Thông mã vĩ và Thông nhựa đưa ra kết quả: tổng sinh khối của rừng trồng Thông mã vĩ từ 1 - 9 tuổi là: 20,6 - 313,43 tấn/ha, rừng trồng Thông nhựa là: 22,58 192,12 tấn/ha. Tác giả đã xây dựng bảng tra lượng sinh khối của cây cá thể Thông mã vĩ và Thông nhựa theo nhân tố điều tra D1.3 và Hvn theo từng cấp đất và chung cho các cấp đất [19]. 1.3. Những nghiên cứu về tích lũy CO2 1.3.1. Trên thế giới Quá trình biến đổi carbon trong hệ sinh thái được xác định từ cân bằng carbon gồm carbon đi vào hệ thống – thông qua quang hợp và tiếp thu các hợp chất hữu cơ khác - và carbon mất đi từ quá trình hô hấp của thực vật và động vật, lửa, khai thác, sinh vật chết cũng như những quá trình khác [15]. 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 . Brown J và Pearce D. W (1994) đã nghiên cứu hấp thụ carbon của rừng nhiệt đới. Kết quả cho thấy một khu rừng nguyên sinh có thể hấp thụ được 280 tấn carbon/ha và sẽ cho ra 200 tấn carbon/ha nếu bị đốt do canh tác nương rẫy và sẽ giải phóng carbon lớn hơn nếu diện tích rừng chuyển bị chuyển thành đồng cỏ hay đất để sản xuất nông nghiệp. Rừng trồng có thể hấp thụ khoảng 115 tấn carbon và con số này sẽ giảm từ 1/3 đến 1/4 khi rừng chuyển đổi sang canh tác nông nghiệp[25]. 11