Tài liệu Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc và khả năng tích lũy carbon của rừng vầu đắng (indosasa angustata mc. clure) thuần loài tại tỉnh bắc kạn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NGÔ XUÂN HẢI NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC VÀ KHẢ NĂNG TÍCH LŨY CARBON CỦA RỪNG VẦU ĐẮNG (Indosasa angustata Mc. Clure) THUẦN LOÀI TẠI TỈNH BẮC ẠN LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM SINH THÁI NGUYÊN - 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NGÔ XUÂN HẢI NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC VÀ KHẢ NĂNG TÍCH LŨY CARBON CỦA RỪNG VẦU ĐẮNG (Indosasa angustata Mc. Clure) THUẦN LOÀI TẠI TỈNH BẮC N M s L ẠN s 6 5 LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM SINH N ƣ ƣ ọ GS TS V Đ THÁI NGUYÊN - 2020 H i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của bản thân tôi, công trình đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của GS.TS. Võ Đại Hải, trong thời gian từ năm 2014 đến 2019. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trình bày trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các số liệu và tài liệu tham khảo đã đƣợc trích dẫn nguồn đầy đủ. Thái Nguyên, năm 2020 N ƣ v ết đ NCS. Ngô Xuân Hải ii LỜI CẢM ƠN Luận án này đƣợc hoàn thành tại Trƣờng Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên theo chƣơng trình đào tạo tiến sĩ giai đoạn 2014 - 2019. Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận án, tác giả đã nhân đƣợc sự quan tâm, giúp đỡ của Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo sau Đại học, Khoa Lâm Nghiệp trƣờng Đại học Nông Lâm, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, chi cục Kiểm lâm tỉnh Thái Nguyên,... nhân dịp này tác giả xin chân thành cảm ơn về sự giúp đỡ quý báu và có hiệu quả đó. Trƣớc hết, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng nhất đến GS.TS. Võ Đại Hải - ngƣời hƣớng dẫn khoa học, đã tận tâm và dành nhiều thời gian, công sức giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án này. Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Chi cục Kiểm lâm tỉnh Thái Nguyên, huyện ủy và UBND huyện Đồng Hỷ đã tạo mọi điều kiện về thời gian và công việc để tác giả học tập và hoàn thành luận án này. Tác giả xin cảm ơn Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Chi cục Kiểm lâm tỉnh Bắc Kạn, Phòng NN & PTNT, các Hạt Kiểm lâm và ngƣời dân địa phƣơng,,... trên địa bàn 3 huyện Chợ Đồn, Na Rì và Bạch Thông - tỉnh Bắc Kạn đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tác giả triển khai thu thập số liệu ngoại nghiệp. Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới ngƣời thân trong gia đình và bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án này. Tá Ngô Xuân Hải iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT ................................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................vii DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ .................................................................. ix DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ................................................................................. x MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. Sự cần thiết của đề tài ............................................................................................. 1 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của của đề tài .......................................................... 2 3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ............................................................................... 3 4. Những đóng góp mới của đề tài .............................................................................. 3 5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 3 6. Cấu trúc luận án ...................................................................................................... 4 C ƣơ 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................................. 5 1.1. Tổng quan nghiên cứu trên thế giới ..................................................................... 5 1.1.1. Nghiên cứu về cấu trúc rừng ............................................................................. 5 1.1.2. Nghiên cứu về sinh khối và carbon tích lũy trong hệ sinh thái rừng ................ 7 1.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ..................................................................... 15 1.2.1. Nghiên cứu về cấu trúc rừng ........................................................................... 15 1.2.2. Nghiên cứu về sinh khối và khả năng tích lũy carbon trong hệ sinh thái rừng ...... 18 1.2.3. Nghiên cứu về khả năng tích lũy sinh khối và carbon rừng tre trúc ............... 24 1.2.4. Nghiên cứu về cây Vầu đắng ở Việt Nam ...................................................... 26 1.3. Nhận xét và đánh giá chung ............................................................................... 29 C ƣơ : NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................... 32 2.1. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 32 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................... 32 2.2.1. Cách tiếp cận ................................................................................................... 32 2.2.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể ............................................................... 33 iv C ƣơ 3: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU ......................................................................................................... 46 3.1. Điều kiện tự nhiên .............................................................................................. 46 3.1.1. Vị trí địa lý ...................................................................................................... 46 3.1.2. Địa hình, địa mạo ............................................................................................ 47 3.1.3. Khí hậu, thủy văn ............................................................................................ 47 3.1.4. Thảm thực vật.................................................................................................. 48 3.1.5. Đặc điểm tài nguyên đất .................................................................................. 49 3.2. Điều kiện kinh tế - xã hội ................................................................................... 49 3.2.1. Dân số, dân tộc và lao động ............................................................................ 49 3.2.2. Thực trạng phát triển ngành nông, lâm nghiệp ............................................... 50 3.2.3. Cơ sở hạ tầng ................................................................................................... 51 3.3. Nhận xét và đánh giá chung ............................................................................... 51 3.3.1. Thuận lợi ......................................................................................................... 51 3.3.2. Khó khăn ......................................................................................................... 51 C ƣơ 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................. 53 4.1. Diện tích và phân bố rừng Vầu đắng ở tỉnh Bắc Kạn ........................................ 53 4.2. Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc rừng Vầu đắng thuần loài tại tỉnh Bắc Kạn ....... 57 4.2.1. Cấu trúc mật độ rừng Vầu đắng ...................................................................... 57 4.2.2. Cấu trúc tuổi rừng Vầu đắng ........................................................................... 59 4.2.3. Quy luật phân bố N/D1,3 .................................................................................. 61 4.2.4. Quy luật phân bố N/Hvn ................................................................................. 64 4.2.5. Tƣơng quan Hvn - D1,3 .................................................................................... 66 4.2.6. Sinh trƣởng Vầu đắng ..................................................................................... 67 4.2.7. Cấu trúc tầng cây bụi, thảm tƣơi dƣới tán rừng Vầu đắng .............................. 69 4.3. Nghiên cứu sinh khối rừng Vầu đắng thuần loài tại tỉnh Bắc Kạn .................... 70 4.3.1. Nghiên cứu sinh khối tƣơi rừng Vầu đắng thuần loài tại tỉnh Bắc Kạn .......... 70 4.3.2. Nghiên cứu sinh khối khô rừng Vầu đắng thuần loài tại tỉnh Bắc Kạn .......... 80 4.4. Nghiên cứu lƣợng carbon tích lũy của rừng Vầu đắng tự nhiên thuần loài tại tỉnh Bắc Kạn .............................................................................................. 89 v 4.4.1. Nghiên cứu khả năng tích lũy carbon của cây cá lẻ ........................................ 89 4.4.2. Lƣợng carbon tích lũy trong tầng cây Vầu đắng ở Bắc Kạn........................... 94 4.4.3. Lƣợng carbon tích lũy trong cây bụi, thảm tƣơi và vật rơi rụng dƣới tán rừng Vầu đắng ở Bắc Kạn .............................................................................. 98 4.4.4. Lƣợng carbon tích lũy toàn lâm phần Vầu đắng thuần loài .......................... 101 4.5. Xây dựng các mô hình dự báo sinh khối và lƣợng carbon tích lũy rừng Vầu đắng thuần loài tại tỉnh Bắc Kạn .......................................................... 104 4.5.1. Mối quan hệ giữa sinh khối, carbon tích lũy trong cây cá lẻ với D1,3, Hvn............ 104 4.5.2. Mối quan hệ giữa lƣợng sinh khối, carbon tích lũy toàn lâm phần với nhân tố điều tra rừng (D1,3, Hvn và mật độ) ................................................. 111 4.5.3. Xác định hệ số chuyển đổi lƣợng carbon tích lũy từ sinh khối rừng ............ 112 4.6. Đề xuất các giải pháp quản lý rừng Vầu đắng thuần loài bền vững theo hƣớng nâng cao khả năng tích lũy carbon và phƣơng pháp xác định nhanh sinh khối, lƣợng carbon tích lũy trong rừng Vầu đắng ở Bắc Kạn ... 113 4.6.1. Đề xuất các giải pháp quản lý rừng Vầu đắng thuần loài bền vững theo hƣớng nâng cao khả năng tích lũy carbon .................................................... 113 4.6.2. Đề xuất phƣơng pháp xác định nhanh sinh khối và lƣợng carbon tích lũy trong rừng Vầu đắng .................................................................................... 115 KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................... 117 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ .................................................... 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 121 PHẦN PHỤ LỤC................................................................................................... 133 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT ý ệu G AGB Sinh khối trên mặt đất BAU Kịch bản nhƣ bình thƣờng CBTT Cây bụi thảm tƣơi CDM Cơ chế phát triển sạch Ch Dạng sống Cây chồi sát đất CP Chính phủ C-PFES t í Chi trả dịch vụ hấp thụ carbon Cr Dạng sống Cây chồi ẩn D1.3 Đƣờng kính ngang ngực (cm) Fp Dạng sống Cây bì sinh Hm Dạng sống Cây dây leo sống dựa Hp Dạng sống Cây thân thảo Hvn Chiều cao vút ngọn (m) IPCC Ủy ban liên chính phủ về Biến đổi khí hậu KNK Khí nhà kính Lp Dạng sống Cây dây leo Mi Dạng sống Cây thân cau dừa N Mật độ (cây/ha) Na Dạng sống Cây bụi NĐ Nghị định NDC NN&PTNT OTC R REDD+ Cam kết quốc gia tự nguyện Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Ô tiêu chuẩn Hệ số tƣơng quan hồi quy Giảm phát thải khí nhà kính từ mất rừng và suy thoái rừng SK Sinh khối T/ha Tấn/ha TB Trung bình VRR Vật rơi rụng vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Sinh khối và carbon tích lũy của một số hệ sinh thái rừng trên thế giới .......... 10 Bảng 1.2. Phƣơng trình dự báo sinh khối cho một số loài tre trúc phổ biến trên thế giới ......................................................................................... 13 Bảng 1.3. Tƣơng quan đƣờng kính, chiều cao một số loài tre ............................. 18 Bảng 1.4. Trữ lƣợng carbon trung bình trong các hệ sinh thái rừng Việt Nam.......... 24 Bảng 2.1. Số cây tiêu chuẩn Vầu đắng chặt hạ .................................................... 37 Bảng 4.1. Diện tích rừng Vầu đắng ở tỉnh Bắc Kạn ............................................ 53 Bảng 4.2. Diện tích rừng Vầu đắng thuần loài phân bố theo các huyện ở tỉnh Bắc Kạn ........................................................................................ 54 Bảng 4.3. Diện tích rừng Vầu đắng tự nhiên thuần loài phân bố ở 3 huyện Chợ Đồn, Na Rì và Bạch Thông ......................................................... 55 Bảng 4.4. Mật độ rừng Vầu đắng ở các điểm nghiên cứu ................................... 58 Bảng 4.5. Phân bố số cây theo cấp tuổi rừng Vầu đắng thuần loài ở Bắc Kạn ........... 59 Bảng 4.6. Phân bố N/D1,3 theo các cấp mật độ rừng Vầu đắng ở Bắc Kạn........... 62 Bảng 4.7. Phân bố N/Hvn theo các cấp mật độ rừng Vầu đắng ở Bắc Kạn ........ 64 Bảng 4.8. Tƣơng quan Hvn - D1,3 rừng Vầu đắng thuần loài tại tỉnh Bắc Kạn ......... 66 Bảng 4.9. Sinh trƣởng rừng Vầu đắng tự nhiên thuần loài theo mật độ ở các địa điểm nghiên cứu ............................................................................ 68 Bảng 4.10. Thành phần cây bụi thảm tƣơi, thực vật ngoại tầng dƣới tán rừng Vầu đắng thuần loài ở tỉnh Bắc Kạn ................................................... 69 Bảng 4.11. Sinh khối tƣơi cây cá lẻ ở Bắc Kạn ..................................................... 70 Bảng 4.12. Sinh khối tƣơi lâm phần Vầu đắng theo cấp tuổi và mật độ ............... 73 Bảng 4.13. Sinh khối tƣơi cây bụi, thảm tƣơi và vật rơi rụng dƣới tán rừng Vầu đắng thuần loài............................................................................. 75 Bảng 4.14. Cấu trúc sinh khối tƣơi toàn lâm phần Vầu đắng thuần loài ............... 78 Bảng 4.15. Sinh khối khô cây cá lẻ ở Vầu đắng tại tỉnh Bắc Kạn .................. 80 Bảng 4.16. Sinh khối khô Vầu đắng theo 3 cấp mật độ ........................................ 82 Bảng 4.17. Sinh khối khô cây bụi, thảm tƣơi và vật rơi rụng dƣới tán rừng Vầu đắng ở Bắc Kạn ........................................................................... 84 viii Bảng 4.18. Cấu trúc sinh khối khô lâm phần Vầu đắng thuần loài ....................... 87 Bảng 4.19. Hàm lƣợng carbon trong các bộ phận cây Vầu đắng tại các điểm nghiên cứu ........................................................................................... 89 Bảng 4.20. Cấu trúc lƣợng cacbon tích lũy trong cây cá lẻ Vầu đắng .................. 92 Bảng 4.21. Lƣợng carbon tích lũy trong tầng cây Vầu đắng theo 3 cấp mật độ ......... 95 Bảng 4.22. Cấu trúc lƣợng carbon tích lũy tầng cây cao Vầu đắng ...................... 96 Bảng 4.24. Lƣợng carbon tích lũy toàn lâm phần Vầu đắng thuần loài .............. 102 Bảng 4.25. Tƣơng quan giữa sinh khối tƣơi cây cá lẻ Vầu đắng với D1,3 và Hvn....... 105 Bảng 4.26. Tƣơng quan sinh khối khô cây cá lẻ Vầu đắng với D1,3 và Hvn ....... 107 Bảng 4.27. Hệ số chuyển đổi từ sinh khối tƣơi sang sinh khối khô cây cá lẻ Vầu đắng ở Bắc Kạn ......................................................................... 108 Bảng 4.28. Tƣơng quan giữa lƣợng carbon tích lũy trong cây cá lẻ Vầu đắng với D1,3 và Hvn .................................................................................. 109 Bảng 4.29. Tƣơng quan giữa sinh khối, carbon tích lũy trong lâm phần Vầu đắng với D1,3 và N ............................................................................. 111 Bảng 4.30. Tỷ lệ lƣợng carbon tích lũy và sinh khối khô rừng Vầu đắng .......... 112 ix DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ Hình 2.1. Sơ đồ bố trí ô tiêu chuẩn, ô thứ cấp, ô dạng bản ................................. 35 Hình 2.2. Đoạn thân ngầm gắn với cây tiêu chuẩn để xác định sinh khối .......... 39 Hình 3.1. Bản đồ vị trí khu vực nghiên cứu ........................................................ 46 Hình 4.1. Phân bố số cây theo cấp tuổi ở các cấp mật độ rừng Vầu đắng .......... 61 Hình 4.2. Biểu đồ phân bố N/D1,3 Vầu đắng theo cỡ đƣờng kính ....................... 63 Hình 4.4. Tƣơng quan Hvn – D1,3 rừng Vầu đắng thuần loài tỉnh Bắc Kạn ....... 67 Hình 4.5. Cấu trúc sinh khối tƣơi cây cá lẻ Vầu đắng tại tỉnh Bắc Kạn ............. 71 Hình 4.6. Sinh khối tƣơi cây cá lẻ Vầu đắng theo cấp tuổi và địa điểm nghiên cứu ........................................................................................... 72 Hình 4.7. Sinh khối tƣơi Vầu đắng theo cấp mật độ tại 3 huyện nghiên cứu ..... 74 Hình 4.8. Sinh khối tƣơi Vầu đắng theo các cấp mật độ tại tỉnh Bắc Kạn ......... 75 Hình 4.9. Sinh khối tƣơi cây bụi thảm tƣơi, vật rơi rụng theo các cấp mật độ ..... 77 Hình 4.10. Cấu trúc sinh khối tƣơi toàn lâm phần rừng Vầu đắng ...................... 79 Hình 4.11. Cấu trúc sinh khối khô cây cá lẻ Vầu đắng tại tỉnh Bắc Kạn .............. 81 Hình 4.12. Sinh khối khô lâm phần Vầu đắng theo cấp mật độ ............................ 83 Hình 4.13. Cấu trúc sinh khối khô lâm phần Vầu đắng theo cấp tuổi .................. 84 Hình 4.14. Sinh khối khô cây bụi và thảm tƣơi theo các cấp mật độ .................... 86 Hình 4.15. Sinh khối khô lâm phần Vầu đắng theo các cấp mật độ ....................... 88 Hình 4.16. Sinh khối khô trung bình rừng Vầu đắng theo cấp mật độ ................. 88 Hình 4.17. Cấu trúc carbon tích lũy trong cây cá lẻ Vầu đắng ............................. 94 Hình 4.18. Cấu trúc lƣợng carbon tích lũy toàn lâm phần Vầu đắng thuần loài....... 104 Hình 4.19. Tƣơng quan sinh khối tƣơi cây cá lẻ Vầu đắng tại huyện Chợ Đồn với Hvn theo hàm Linear và hàm Power ................................... 106 Hình 4.20. Tƣơng quan giữa lƣợng carbon tích lũy trong cây cá lẻ Vầu đắng với Hvn tại huyện Bạch Thông bằng các dạng hàm khác nhau ........ 110 x DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Ảnh 4.1. Rừng Vầu đắng thuần loài tại huyện Bạch Thông ................................ 57 Ảnh 4.2. Lấy mẫu sinh khối tƣơi cây cá lẻ .......................................................... 71 Ảnh 4.3. Đào thân ngầm cây tiêu chuẩn .............................................................. 72 Ảnh 4.4. Sấy mẫu sinh khối thân và cành Vầu đắng trong phòng thí nghiệm ..... 82 Ảnh 4.5. Sinh khối các bộ phận cây Vầu đắng sau khi sấy khô........................ 85 Ảnh 4.6. Mẫu sinh khối khô để phân tích carbon ................................................ 91 1 MỞ ĐẦU 1 Sự ầ t ết ủ đề t Hấp thụ và lƣu giữ carbon của rừng nhằm làm giảm sự phát thải khí nhà kính (KNK) là một trong những loại dịch vụ môi trƣờng rừng đƣợc chi trả tiền dịch vụ môi trƣờng rừng (gọi tắt là C-PFES) theo quy định tại Điều 4, khoản 2, điểm c của Nghị định 99/2010/NĐ-CP ngày 24 tháng 9 năm 2010 của Thủ tƣớng Chính phủ về chính sách chi trả dịch vụ môi trƣờng rừng [7]. Gần đây, để triển khai các cam kết thực hiện Thỏa thuận Paris mà cụ thể là cam kết đóng góp do quốc gia tự xác định của Việt Nam (NDC) thì nƣớc ta sẽ giảm 8% phát thải khí nhà kính so với kịch bản kinh doanh bình thƣờng (BAU) vào năm 2030 với nguồn lực trong nƣớc và giảm 25% với sự hỗ trợ của quốc tế. Để thực hiện giảm phát thải, NDC đã đề xuất 45 Phƣơng án trong giảm thiểu KNK tập trung vào bốn lĩnh vực: (i) Năng lƣợng (bao gồm năng lƣợng sử dụng trong vận tải và xây dựng), (ii) Chất thải, (iii) Nông nghiệp, và (iv) Thay đổi sử dụng đất. Để thực hiện các hoạt động này, việc bảo vệ rừng, bảo tồn trữ lƣợng carbon rừng thông qua hoạt động chi trả dịch vụ môi trƣờng rừng là giải pháp quan trọng. Nhằm tăng cƣờng và thể chế hóa việc chi trả dịch vụ hấp thụ và lƣu giữ carbon của rừng, tại Điều 63, khoản 2, điểm đ của Luật Lâm nghiệp [47] quy định Tổ chức, cá nhân hoạt động sản xuất, kinh doanh gây phát thải khí nhà kính lớn là một trong những đối tƣợng phải chi trả tiền dịch vụ môi trƣờng rừng về hấp thụ và lƣu giữ carbon của rừng. Đây là nội dung còn rất mới mẻ đối với Việt nam nhƣng đƣợc đánh giá là có tiềm năng lớn, tạo thêm nguồn thu cho các hoạt động quản lý và phát triển rừng bền vững ở nƣớc ta. Mặc dù hiện nay hành lang pháp lý cho việc thực hiện chi trả dịch vụ môi trƣờng rừng bao gồm dịch vụ hấp thụ và lƣu giữ carbon của rừng đã có cơ sở và hiệu lực nhƣng việc thực thi còn rất nhiều cản trở do chúng ta chƣa có đủ cơ sở khoa học cũng nhƣ thực tiễn cho việc xác định khả năng tích lũy các bon của từng loại rừng. Theo đánh giá của các nhà khoa học trên thế giới, tre nứa là đối tƣợng rừng có năng lực hấp thụ carbon rất lớn vì ngoài việc cây tăng trƣởng rất nhanh ở thời kỳ măng thì hàng năm còn có thể lấy ra khỏi rừng một lƣợng carbon nhất định theo các biện pháp khai thác và kinh doanh rừng. Vì vậy, nếu so sánh với 2 rừng trồng cây gỗ, lƣợng carbon hấp thụ và lƣu giữ bởi rừng tre nứa là rất lớn. Tuy nhiên, hiện nay các công trình nghiên cứu ở nƣớc ta mới chỉ tập trung nghiên cứu sinh khối và khả năng lƣu giữ các bon của một số dạng rừng trồng và rừng gỗ tự nhiên, ít quan tâm đến đối tƣợng rừng tre nứa, đặc biệt là nghiên cứu về sinh khối và carbon rừng Vầu đắng thì còn rất ít và thiếu tính hệ thống. Rừng Vầu đắng là loại rừng thứ sinh hình thành sau khi rừng gỗ nguyên sinh bị tác động mạnh. Vầu đắng là loài tre không gai, thân ngầm dạng roi, thân tre mọc phân tán từng cây, phát triển rất tốt dƣới tán thƣa của rừng cây gỗ nhất là ở các khe hẻm, thung lũng. Đây là loài điển hình cho nhóm mọc tản, có kích thƣớc thân lớn của nƣớc ta. Kích thƣớc thân khí sinh trung bình có thể đạt cao 17m, đƣờng kính 10cm, lóng dài 35cm, vách thân dày 1cm, thân tƣơi nặng 30kg. Vầu đắng mọc tự nhiên và có phân bố nhiều ở các tỉnh Lào Cai, Yên Bái, Hà Giang, Tuyên Quang, Bắc Kạn, Phú Thọ, Thái Nguyên và có thể phát triển mở rộng ở các tỉnh Cao Bằng, Lạng Sơn, Quảng Ninh, Sơn La, Hoà Bình, Thanh Hoá. Bắc Kạn là một tỉnh thuộc vùng núi trung du Đông Bắc Việt Nam, có 80 diện tích là đồi núi. Tổng diện tích rừng tự nhiên của Bắc Kạn là 281.672 ha, chủ yếu là rừng thứ sinh phân bố ở hầu hết các xã, thị trấn của tỉnh, trong đó rừng Vầu đắng có trên 3.000 ha, tập trung nhiều tại các huyện Na Rì, Chợ Đồn và Bạch Thông. Hiện nay, rừng Vầu đắng của tỉnh Bắc Kạn chủ yếu mới đƣợc thừa nhận về giá trị kinh tế và xã hội, giá trị phòng hộ môi trƣờng chƣa đƣợc quan tâm nghiên cứu nhiều, trong đó có khả năng tích lũy carbon để làm cơ sở cho việc chi trả dịch vụ môi trƣờng rừng cũng nhƣ xác định giá trị phòng hộ của rừng Vầu đắng, từ đó đề xuất các giải pháp quản lý, bảo vệ và phát triển rừng Vầu đắng bền vững trong thời gian tới. Xuất phát từ thực tiễn đó, đề tài “Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc và khả năng tích lũy carbon của rừng Vầu đắng (Indosasa angustata Mc. Clure) thuần loài tại tỉnh Bắc Kạn” đƣợc đặt ra là thật sự cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Ý ĩ ọ v t ự tễ ủ ủ đề t 2.1. Ý nghĩa khoa học Cung cấp các thông tin cơ bản và góp phần hoàn thiện cơ sở khoa học về đặc điểm cấu trúc, sinh khối và lƣợng carbon tích lũy của rừng Vầu đắng tại tỉnh Bắc Kạn. 3 2.2. Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả nghiên cứu là cơ sở đề xuất phƣơng án chi trả dịch vụ hấp thụ và lƣu giữ carbon rừng Vầu đắng tại tỉnh Bắc Kạn và những nơi khác có điều kiện tƣơng tự. - Là cơ sở đề xuất các các giải pháp quản lý bền vững và nâng cao khả năng tích lũy carbon của rừng Vầu đắng tại tỉnh Bắc Kạn. 3 Mụ t êu ê ứu ủ đề t 3.1. Về lý luận - Xác định đƣợc đặc điểm cấu trúc rừng Vầu đắng thuần loài tại tỉnh Bắc Kạn. - Xác định đƣợc sinh khối và lƣợng carbon tích lũy cây cá lẻ và rừng Vầu đắng tại tỉnh Bắc Kạn. 3.2. ề thực tiễn - Xây dựng đƣợc các mô hình dự báo về sinh khối và lƣợng carbon tích lũy cây cá lẻ và lâm phần rừng Vầu đắng tại tỉnh Bắc Kạn. - Đề xuất đƣợc các giải pháp quản lý rừng nhằm nâng cao khả năng tích lũy carbon của rừng cũng nhƣ việc xác định nhanh sinh khối và lƣợng carbon tích lũy Vầu đắng tại tỉnh Bắc Kạn. 4 N ữ đó óp ủ đề t Đây là công trình nghiên cứu có hệ thống và toàn diện về đặc điểm cấu trúc, sinh khối và khả năng tích lũy carbon rừng Vầu đắng thuần loài tại tỉnh Bắc Kạn, những đóng góp mới của luận án là: - Đã xác định đƣợc đặc điểm cấu trúc rừng Vầu đắng thuần loài tại tỉnh Bắc Kạn theo cấp đƣờng kính, chiểu cao và cấp mật độ. - Đã xác định đƣợc sinh khối và lƣợng carbon tích lũy của cây cá lẻ và rừng Vầu đắng thuần loài tại tỉnh Bắc Kạn. - Đã xây dựng đƣợc các mô hình dự báo sinh khối, lƣợng carbon tích lũy cây cá lẻ và rừng Vầu đắng thuần loài tại tỉnh Bắc Kạn. 5 Đ tƣợ v p v ê ứu 5.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là rừng Vầu đắng thuần loài tại tỉnh Bắc Kạn. Trong đề tài này rừng Vầu đắng thuần loài đƣợc hiểu là rừng Vầu đắng có tỷ lệ Vầu đắng chiếm >90% thành phần cây đứng trong lâm phần. 4 5.2. Phạm vi nghiên cứu + Về nội dung nghiên cứu: - Về đặc điểm cấu trúc: Chỉ nghiên cứu cấu trúc mật độ, cấu trúc tuổi thân khí sinh, phân bố N/D1,3, N/Hvn. - Về sinh khối và lƣợng carbon tích lũy: chỉ xác định sinh khối và lƣợng carbon tích lũy ở thời điểm nghiên cứu mà chƣa có điều kiện xác định lƣợng sinh khối và carbon tích lũy đƣợc lấy ra khỏi rừng trong quá trình kinh doanh và quản lý rừng. - Đối với tầng cây cao đề tài chỉ giới hạn trong nghiên cứu sinh khối và carbon tích lũy trong cây Vầu đắng. - Về sinh khối cây Vầu đắng: Đề tài chƣa có điều kiện nghiên cứu sinh khối rễ. + Về địa bàn nghiên cứu: Nghiên cứu đƣợc thực hiện tại các huyện có diện tích rừng Vầu đắng nhiều nhất ở tỉnh Bắc kạn là: Na Rì, Chợ Đồn và Bạch Thông. 6 Cấu trú luậ á Luận án ngoài phần tài liệu tham khảo và các phụ lục, đƣợc kết cấu thành các phần sau đây: - Phần mở đầu. - Chƣơng 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu. - Chƣơng 2. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu. - Chƣơng 3. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu - Chƣơng 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận. - Kết luận, tồn tại và kiến nghị. 5 C ƣơ 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan nghiên cứu trên thế gi i 1.1.1. Nghiên cứu về cấu trúc rừng Nghiên cứu về cấu trúc rừng nói chung Cấu trúc rừng đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu vì nó cung cấp những thông tin cơ bản nhất của một hệ sinh thái rừng, bao gồm các thông tin về loài cây, tổ thành loài, dạng sống, các tầng thứ trong rừng, mật độ, trữ lƣợng rừng,... làm cơ sở cho việc xác định các biện pháp kỹ thuật lâm sinh tác động vào rừng cũng nhƣ sử dụng rừng. Đã có nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu một cách có hệ thống về vấn đề này nhƣ Baur G. (1976) [2], Odum E. P (1971) [99], Catinot (1965) [5]; Plaudy J (1987) [44]. Klaus et. al (2012), [84], Liu et. al (2002) [91], Li Yiqing (1992) [89] nghiên cứu về cấu trúc rừng và sử dụng các hàm toán học nhƣ Weibull để mô phỏng cấu trúc rừng; Vanclay (1994) [108] nghiên cứu về cấu trúc chiều cao vút ngọn. Một số tác giả nhƣ Zucchini et. al (2001) [121] đã nghiên cứu về mối tƣơng quan giữa đƣờng kính với chiều cao rừng. Vanclay (2009) [109] đã dựa trên phƣơng trình D = β(H - 1.3)/ ln(N) để xây dựng mối quan hệ giữa các nhân tố này cho một số loài cây nhƣ Tếch, Vân sam Na Uy, Tùng bách tán. Burkhart (1982) [69] sử dụng hàm Beta để mô tả phân bố N/D1,3. Roemisch (1975) (dẫn theo Phạm Ngọc Giao (1996) [19]) đã nghiên cứu khả năng dùng hàm Gammar để mô phỏng sự biến đổi theo tuổi của phân bố D1,3 cây rừng. Nghiên cứu cấu trúc rừng tre trúc Theo Seethalakshmi (2016) [103], tổng diện tích rừng tre trúc trên thế giới là khoảng 36 triệu ha, tƣơng đƣơng với 3,2% tổng diện tích rừng trên trái đất, trong đó 80% diện tích phân bố ở Châu Á, 10% ở Châu Mỹ và 10% ở Châu Phi. Theo ƣớc tính có khoảng 30% diện tích rừng tre trúc trên thế giới là rừng trồng, tƣơng đƣơng với 3,8% diện tích rừng trồng các loài cây gỗ. Về chủ quản lý, khoảng 6% diện tích quản lý bởi tƣ nhân và 36 diện tích quản lý bởi các chủ thể nhà nƣớc. Con số này khá đối lập với chủ sở hữu rừng cây gỗ khi chỉ có 20% tổng diện tích đƣợc quản lý bởi khu vực tƣ nhân. Ở Châu Á, Ấn Độ là nƣớc sở hữu diện tích rừng tre trúc lớn 6 nhất với 11,4 triệu ha, tƣơng đƣơng với 50% diện tích rừng tre trúc của toàn Châu Á. Tác giả cho rằng tre trúc là loài cây sinh trƣởng nhanh, tiềm năng tích lũy sinh khối lớn, lƣợng carbon tích lũy trong tre trúc đƣợc giữ lâu bền trong các sản phẩm nhƣ đồ mỹ nghệ, nội thất, sàn, nhà cửa,… nên rừng tre trúc có tiềm năng rất lớn trong việc tham gia thị trƣờng carbon toàn cầu. Rừng tre trúc là một trong những hệ sinh thái rừng quan trọng trên trái đất và phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới của Châu Á. Theo Jia (2009) [82], diện tích rừng Tre trúc ở Trung Quốc là khoảng 5,4 triệu ha, chiếm 3% tổng diện tích rừng tại quốc gia này. Ở Trung quốc có khoảng 500 loài thuộc họ tre trúc trong đó có 39 loài thuộc phân họ tre. Riêng loài Trúc sào Phyllostachys pubescens chiếm 3,37 triệu ha (chiếm 70% tổng diện tích tre trúc ở Trung Quốc) (Zhu et. al, 1994 [120]; Wang et. al., 2013 [113]). Rừng tre trúc cung cấp vật liệu xây dựng và thức ăn cho con ngƣời, cũng nhƣ các giá trị kinh tế và sinh thái (Scurlock et. al, 2000) [102]. Sự phát triển của tre trúc khác với các cây thân gỗ và có một số đặc điểm riêng biệt nhƣ phát triển nhanh, năng suất cao và nhanh chóng trƣởng thành từ măng đến thân khí sinh (Fu, 2000 [79], Scrulock et. al, 2000 [102]). Scurlock et. al (2000) [102] và Yen & Lee (2011) [117] chỉ ra rằng sự phát triển của rừng tre trúc dựa trên cơ sở thân ngầm nằm dƣới mặt đất và thân khí sinh đƣợc sinh ra hàng năm. Vì vậy, rừng tre trúc thƣờng có cấu trúc tuổi không đồng đều với nhiều loại thân khí sinh có tuổi khác nhau cùng phân bố. Để tính toán lƣợng carbon của rừng tre nữa, các tác giả thƣờng căn cứ vào đặc điểm cấu trúc rừng. Zhang et. al (2014) [118] đã mô tả cấu trúc rừng Trúc sào (Phyllostachys pubescens) là loài cây mọc tản (giống Vầu đắng) bằng 2 biến D1,3 và tuổi thân khí sinh thông qua hàm tỷ lệ sống (survival function) dựa trên hàm Weibull nhƣ sau: Kết quả tính toán của tác giả cho thấy dùng hàm weibull mô phỏng tốt cho phân bố đƣờng kính và tuổi rừng trúc sào. Tác giả cũng đề xuất nên sử dụng hàm 7 này để mô phỏng cấu trúc rừng tre trúc mọc tản. Đối với trúc sào, cây chủ yếu phân bố ở tuổi 1 và 2 tƣơng đƣơng với 31,7 và 34,7 . Số lƣợng thân khí sinh ở cấp kính 8cm đến 12cm ở tuổi 1 - 4 chiếm trung bình 85 tổng số thân khí sinh. Chen et. al (2016) [74] đã nghiên cứu về cấu trúc rừng Trúc sào ở Đài Loan, tác giả đã xác định đƣợc mật độ rừng trồng dao động từ 5.733 - 13.067 cây/ha và D1,3 dao động từ 5,5± 0,5 đến 6,3± 0,2 cm. Để nghiên cứu cấu trúc rừng, tác giả đã chia D1,3 thành các cấp kính là 2cm. Hàm weibull đƣợc sử dụng để mô phỏng cho phân bố N/D1,3. Theo đó, cấp kính từ 4 - 6cm có số lƣợng cây nhiều nhất, chiếm 52,1-66,6% tổng số cây trong lâm phần. Tác giả cho rằng thông thƣờng ở các mô hình rừng trồng có tác động các biện pháp kỹ thuật lâm sinh, các cấp D1,3 nhỏ và cây già cỗi sẽ đƣợc tỉa thƣa nên sẽ làm tăng D1,3 trung bình của lâm phần. Tuy nhiên, đối với mô hình không đƣợc tác động lâm sinh, từ năm thứ 3 trở đi D1,3 trung bình lâm phần đã giảm xuống cùng với sự gia tăng mật độ của các cây có D1,3 thấp. Cũng theo Chen et. al (2014) [73], để rừng Trúc sào có năng suất cao nhất thì điều chỉnh cấu trúc tuổi rừng theo hƣớng tối đa hóa mật độ cây tuổi nhỏ (từ 1-3 tuổi) và giảm tối đa cây có tuổi lớn. 1.1.2. Nghiên cứu về sinh khối và carbon tích lũy trong hệ sinh thái rừng 1.1.2.1. Nghiên cứu về sinh khối và carbon tích lũy trong hệ sinh thái rừng Trƣớc năm 1840, các công trình nghiên cứu đã tập trung vào lĩnh vực sinh lý thực vật, nghiên cứu quá trình quang hợp tạo nên vật chất hữu cơ từ nƣớc, oxi và năng lƣợng ánh sáng mặt trời. Liebig, J (1840) [90] lần đầu tiên đã định lƣợng về sự tác động của thực vật tới không khí và phát triển thành định luật tối thiểu . Kết quả nghiên cứu này đã trở thành tiền đề cho rất nhiều công trình nghiên cứu về sinh khối sau này. Riley (1944) [101], Steemann (1954) [104] đã tổng kết quá trình nghiên cứu và phát triển sinh khối rừng trong các công trình nghiên cứu của mình. Tiếp đó, năm 1981, Cannell [71] đã công bố công trình nghiên cứu về Sinh khối và năng suất sơ cấp rừng trên thế giới” tập hợp 600 công trình nghiên cứu về sinh khối của hơn 1.200 lâm phần thuộc 46 nƣớc trên thế giới. Năm 2002, Văn phòng phát triển xanh của Australia [66] đã soạn thảo sổ tay hƣớng dẫn đo đạc ngoài thực địa cho việc 8 đánh giá các bon rừng bao gồm cả rừng trồng và rừng tự nhiên. Ngoài ra, Kurniatun et. al (2001) [86] cũng đã xây dựng một hệ thống các phƣơng pháp cho việc thu thập số liệu về sinh khối trên và dƣới mặt đất rừng. Theo Vashum và Jayakumar (2012), đánh giá sinh khối thông qua viễn thám là một phƣơng pháp hiện đại, hiệu quả và hiện đang đƣợc áp dụng trong thời gian gần đây. Các nghiên cứu đã sử dụng kết quả dữ liệu ảnh vệ tinh kết hợp với điều tra thực địa để xác định lƣợng sinh khối, carbon ở các điểm lấy mẫu rồi tính cho cả hệ sinh thái rừng [110]. Phần lớn các nghiên cứu khả năng tích lũy carbon của rừng thƣờng tiếp cận bằng cách xác định sinh khối, từ kết quả nghiên cứu sinh khối để tính toán ra lƣợng carbon. Các tiếp cận phổ biến là dựa vào mối liên hệ giữa sinh khối rừng với kích thƣớc của cây hoặc của từng bộ phận cây theo dạng hàm toán học nào đó. Hƣớng tiếp cận này đƣợc sử dụng phổ biến ở Bắc Mỹ và châu Âu (Whittaker, 1966) [115]. Công trình nghiên cứu tƣơng đối toàn diện và có hệ thống về lƣợng carbon tích luỹ của rừng trồng đƣợc thực hiện bởi Mckenzie et. al (2001) [93]. Theo đó thì carbon trong hệ sinh thái rừng thƣờng tập trung ở bốn bộ phận chính: Thảm thực vật còn sống trên mặt đất, vật rơi rụng, rễ cây và đất rừng. Theo ƣớc tính, hoạt động trồng rừng và tái trồng rừng trên thế giới có lƣợng các bon đƣợc tích luỹ ở sinh khối là 0,4 - 1,2 tấn/ha/năm ở vùng cực Bắc; 1,5 - 4,5 tấn/ha/năm ở vùng ôn đới và 4 - 8 tấn/ha/năm ở các vùng nhiệt đới (IPCC, 2003) [80]. Arnor et. al (2002) [65] đã xác định lƣợng carbon dự trữ của 1 ha rừng Larix sibirica khi đến tuổi 32 trung bình có thể tích lũy đƣợc 2,6 tấn/carbon/năm, đối với rừng Betula pubescens một năm có thể tích lũy đƣợc 1,0 tấn carbon/năm. Tại Trung Quốc, nghiên cứu đƣợc thực hiện với rừng trồng hỗn loài giữa Pinus massoniana và Schima superba cho thấy, lƣợng carbon biến động từ 146,35 215,30 tấn/ha, trong đó lƣợng carbon của cây trồng và thảm thực vật dƣới tán rừng chiếm 61,9 - 69,9 , trong đất chiếm từ 28,5 - 35,5 và trong vật rơi rụng chiếm từ 1,6 - 2,8% (Fang Yunting et. al, 2003) [76]. Ngoài ra còn nhiều tác giả khác cũng nghiên cứu về sinh khối và carbon rừng nhƣ Wei Haidong và Ma Xiangqing (2007) [114], Jianhua Zhu, (2007) [83].