Tài liệu Nghiên cứu khả năng hấp thụ co2 của trạng thái rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên sau khai thác kiệt tại tỉnh thái nguyên 1

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công tr ình nghiên cứu khoa học của bản thân tôi, công trình được thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Võ Đại Hải và PGS.TS. Lê Sỹ Trung trong thời gian từ năm 2008 đến 2011. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong các công trình nào khác, nếu có gì sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Thái Nguyên, ngày 02 tháng 12 năm 2011 Người viết cam đoan NCS. Nguyễn Thanh Tiến LỜI CẢM ƠN Luận án này được hoàn thành tại Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên theo chương trình đào tạo tiến sĩ giai đoạn 2008 - 2011. Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận án, tác giả đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của Ban giám hiệu, Khoa Đào tạo sau Đại học, Khoa Lâm Nghiệp trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên,... cùng các th ầy cô giáo trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, nhân d ịp này tác giả xin chân thành cảm ơn về sự giúp đỡ quý báu và có hiệu quả đó. Trước hết tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng nhất đến PGS.TS. Võ Đại Hải, PGS.TS. Lê Sỹ Trung với tư cách là người hướng dẫn khoa học đã dành nhiều thời gian và công sức giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án này. Xin chân thành cảm ơn Khoa Lâm nghiệp - nơi tác giả đang công tác cùng các thầy, cô giáo trong khoa đã tạo mọi điều kiện về thời gian và công việc để tác giả học tập và hoàn thành luận án. Tác giả xin cảm ơn Sở NN & PTNT, Chi cục Kiểm lâm tỉnh Thái Nguyên, UBND, Phòng NN & PTNT, các H ạt Kiểm lâm, các Công ty Lâm nghi ệp, Lâm trường,... trên địa bàn 3 huyện Võ Nhai, Định Hóa và Đại Từ - tỉnh Thái Nguyên 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 người thân trong gia đình và bàn bè gần xa đã động viên, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả Nguyễn Thanh Tiến MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN..............i DANH MỤC CÁC BẢNG ................................ ................................ ..................iii DANH MỤC CÁC HÌNH ................................ ................................ ...................v PHẦN MỞ ĐẦU ................................ ................................ ................................ .1 Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................ ...........5 1.1.Trên thế giới ................................ ................................ ................................ ..5 1.1.1. Nghiên cứu sinh khối rừng ................................ ................................ ....5 1.1.2. Nghiên cứu khả năng hấp thụ CO 2 của rừng................................ ..........11 1.2. Ở Việt Nam ................................ ................................ ................................ ..17 1.2.1. Nghiên cứu sinh khối rừng ................................ ................................ ...17 1.2.2. Nghiên cứu khả năng hấp thụ CO 2 của rừng................................ .........19 1.2.3. Những nghiên cứu rừng trạng thái IIB ................................ ..................23 1.2.4. Những nghiên cứu trạng thái rừng IIB tại Thái Nguy ên .......................27 1.3. Nhận định và đánh giá ................................ ................................ ..................27 Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C ỨU............................30 2.1. Nội dung nghiên cứu ................................ ................................ ....................30 2.2. Phương pháp nghiên c ứu ................................ ................................ ..............30 2.2.1. Cách tiếp cận của đề tài................................ ................................ ........30 2.2.2. Phương pháp kế thừa số liệu, tài liệu................................ ....................32 2.2.3. Phương pháp lập ô tiêu chuẩn ................................ ..............................32 2.2.4. Phương pháp nghiên c ứu sinh khối cây tiêu chuẩn ...............................33 2.2.5. Phương pháp nghiên c ứu sinh khối tầng tầng cây dưới tán ...................35 2.2.6. Phương pháp nghiên c ứu sinh khối vật rơi rụng ................................ ...35 2.2.7. Phương pháp lấy mẫu đất dưới tán rừng ................................ ...............35 2.3. Phương pháp xử lý số liệu ................................ ................................ ............35 2.3.1. Đặc điểm cấu trúc rừng IIB ................................ ................................ .35 2.3.2. Xác định sinh khối rừng IIB................................ ................................ 36 2.3.3. Xác định lượng CO 2 hấp thụ ................................ ...............................39 2.3.4. Phương pháp xây d ựng mối quan hệ giữa các đại l ượng......................41 2.3.5. Đề xuất phương pháp xác định sinh khối và lượng CO 2 hấp thụ của rừng tự nhiên phục hồi sau khai thác kiệt (trạng thái IIB) ................................ ............41 Chương 3: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU................................ ................................ ................................ ....................42 3.1. Điều kiện tự nhiên ................................ ................................ ........................42 3.1.1. Vị trí địa lý................................ ................................ .........................42 3.1.2. Địa hình, địa thế................................ ................................ .................43 3.1.3. Khí hậu, thủy văn ................................ ................................ ...............43 3.1.4. Địa chất, thổ nhưỡng................................ ................................ ..........45 3.1. 5. Hiện trạng đất đai và tài nguyên rừng................................ ................45 3.2. Điều kiện kinh tế - xã hội................................ ................................ ..............46 3.2.1. Dân tộc, dân số và lao động ................................ ................................ 46 3.2.2. Giáo dục, y tế ................................ ................................ ......................47 3.2.3. Cơ sở hạ tầng ................................ ................................ ......................48 3.3. Nhận xét và đánh giá chung ................................ ................................ ..........48 3.3.1. Thuận lợi ................................ ................................ ............................48 3.3.2. Khó khăn ................................ ................................ ............................49 Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................ ..50 4.1. Nghiên cứu một số đặc điểm rừng thứ sinh phục hồi tự nhi ên trạng thái IIB tại tỉnh Thái Nguyên................................ ................................ ................................ .50 4.1.1. Diện tích rừng IIB tại Thái Nguy ên................................ ......................50 4.1.2. Một số đặc điểm cấu trúc tr ạng thái rừng IIB tại tỉnh Thái Nguy ên ......51 4.2. Nghiên cứu sinh khối rừng thứ sinh phục hồi tự nhi ên trạng thái IIB tại tỉnh Thái Nguyên................................ ................................ ................................ ........57 4.2.1. Sinh khối cây cá lẻ ................................ ................................ ...............57 4.2.2. Sinh khối tầng cây gỗ................................ ................................ ...........64 4.2.3. Sinh khối tầng cây dưới tán................................ ................................ ..69 4.2.4. Sinh khối vật rơi rụng ................................ ................................ ..........74 4.2.5. Tổng sinh khối toàn lâm phần rừng phục hồi tự nhiên trạng thái IIB tại tỉnh Thái Nguyên................................ ................................ ................................ .79 4.3. Nghiên cứu lượng CO 2 hấp thụ và mối quan hệ giữa sinh khối, l ượng CO 2 hấp thụ rừng thứ sinh phục hồi trạng thái IIB với các nhân tố điều tra ........................82 4.3.1. Nghiên cứu lượng CO 2 hấp thụ của rừng phục hồi tự nhiển trạng thái IIB tại Thái Nguyên. ................................ ................................ ................................ ..83 4.3.2. Nghiên cứu mối quan hệ sinh khối, l ượng CO 2 hấp thụ rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên trạng thái IIB với các nhân tố điều tra................................ ......98 4.4. Đề xuất một số ứng dụng trong việc xác định sinh khối v à lượng CO 2 hấp thụ rừng thứ sinh phục hồi tự nhi ên trạng thái IIB tỉnh Thái Nguy ên .........................105 4.4.1. Đề xuất ứng dụng xác định sinh khối v à lượng CO 2 hấp thụ cây cá lẻ ..105 4.4.2. Đề xuất ứng dụng xác định sinh khối khô v à lượng CO 2 hấp thụ trong tầng cây dưới tán thông qua sinh khối tươi tầng cây dưới tán...............................107 4.4.3. Đề xuất ứng dụng xác định sinh khối khô v à lượng CO 2 tích lũy trong vật rơi rụng thông qua sinh khối tươi vật rơi rụng................................ ......................107 4.4.4. Đề xuất ứng dụng xác định sinh khối v à lượng CO 2 hấp thụ bởi tầng cây gỗ với các nhân tố điều tra lâm phần ................................ ................................ ....107 4.4.5.Đề xuất ứng dụng xác định tổng sinh khối v à lượng CO 2 hấp thụ toàn lâm phần với các nhân tố điều tra lâm phần ................................ ................................ 107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................ ................................ .............108 Kết luận................................ ................................ ................................ ...............108 Kiến nghị................................ ................................ ................................ .............111 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................ ................................ ...................112 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN................................ ................................ ................................ ...........120 PHỤ LỤC................................ ................................ ................................ ............121 i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN CBTT Cây bụi, thảm tươi CDM: Cơ chế phát triển sạch (Clean Development Mechanism ) CV: Xã Cù Vân D1.3: Đường kính ở vị trí cách mặt đất 1,3 mét (cm) DMĐ: Dưới mặt đất FAO: Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc(Food and Agriculture Organization of the United Na tions) G: Tổng tiết diện ngang lâm phần (m2) Gi% Tỷ lệ % tiết diện ngang của loài so với tổng tiết diện ngang của lâm phần (m2) HVN: Chiều cao cây từ mặt đất đến đỉnh sinh trưởng. (m) IIB: Ký hiệu trạng thái rừng phục hồi tự nhiên IV% Chỉ số quan trọng của loài JICA Cơ quan hợp tác Quốc tế Nhật Bản M: Trữ lượng lâm phần (m3) MCO2 Lượng CO 2 hấp thụ toàn lâm phần (tấn/ha) mi Khối lượng mẫu tươi bộ phận i của cây cá thể (kg) Mki Khối lượng mẫu khô của bộ phận i sau khi sấy ở 1050C N: Mật độ lâm phần (cây/ha) Ni% Tỷ lệ % số cây của loài so với tổng số cây trong lâm phần NN&PTNT Nông nghiệp và Phát triển nông thôn NT: Xã Nghinh Tường OTC: Ô tiêu chuẩn (hay ô sơ cấp) PCBTT/ha Sinh khối tươi, khô cây bụi, thảm tươi (tấn/ha) PCC/ha Sinh khối tươi, khô cây tầng cao (tấn/ha) PĐ: Xã Phú Đình Pi-C Sinh khối tươi hoặc khô của cành cây (kg) ii Pi-L Sinh khối tươi hoặc khô của lá cây (kg) Pi-R Sinh khối tươi hoặc khô của rễ cây (kg) Pi-T Sinh khối tươi hoặc khô của thân cây (kg) Pki Sinh khối bộ phận i cây cá thể (thân, cành, lá, rễ) (kg) PL: Xã Phúc Lương PLP Sinh khối tươi, khô toàn lâm phần (tấn/ha) POTC Sinh khối tươi, khô tầng cây gỗ trong OTC 2500m 2 Pti Sinh khối tươi bộ phận i của cây cá thể (kg) PVRR Sinh khối tươi, khô vật rơi rụng (tấn/ha) QC: Xã Quân Chu QK: Xã Quy Kỳ REDD: Giảm phát thải khí nhà kính do mất rừng ở các nước đang phát triển(Reduced Emission from Deforestation in Degradation Countries) SKkhô Sinh khối khô SKtươi Sinh khối tươi TMĐ: Trên mặt đất TN: Xã Thượng Nung TT: Xã Tân Thịnh UNFCCC: Công ước khung về biến đổi khí hậu của Liên hợp quốc (United Nations Framework Convention on Climate Change) USD: United States dollar (Đô la M ỹ) VC: Xã Vũ Chấn VRR Vật rỏi rụng iii DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN ÁN Bảng Tên bảng Trang 4.1 Diện tích rừng tự nhiên phục hồi trạng thái IIB tại Thái Nguyên 50 4.2 Phân bố diện tích trạng thái rừng phục hồi tại khu vực nghiên cứu 50 4.3 Công thức tổ thành tầng cây gỗ trạng thái rừng IIB tại Thái Nguyên 52 4.4 Tầng cây dưới tán chủ yếu dưới tán rừng IIB tại Thái Nguyên 55 4.5 Sinh khối tươi cây cá lẻ các loài ưu thế rừng IIB tại Thái Nguy ên 57 4.6 Sinh khối khô cây cá lẻ các loài ưu thế rừng IIB tại Thái Nguyên 61 4.7 Sinh khối tươi tầng cây gỗ trạng thái rừng IIB tại tỉnh Thái Nguy ên 65 4.8 Sinh khối khô tầng cây gỗ trạng thái rừng IIB tại tỉnh Thái Nguyên 68 4.9 Sinh khối tươi cây bụi, thảm tươi trạng thái IIB tại Thái Nguyên 70 4.10 Cấu trúc sinh khối tươi cây bụi, thảm tươi trạng thái rừng IIB tại tỉnh Thái Nguyên 71 4.11 Sinh khối khô cây bụi, thảm tươi trạng thái IIB tại Thái Nguy ên 73 4.12 Cấu trúc sinh khối khô cây bụi, thảm tươi ở trạng thái rừng IIB tại tỉnh Thái Nguyên 74 4.13 Sinh khối tươi vật rơi rụng dưới tán rừng IIB tại Thái Nguyên 75 4.14 Cấu trúc sinh khối tươi vật rơi rụng trạng thái rừng IIB tại tỉnh Thái Nguy ên 76 4.15 Sinh khối khô vật rơi rụng dưới tán rừng IIB tại Thái Nguy ên 77 4.16 Cấu trúc sinh khối khô vật r ơi rụng trạng thái rừng IIB tại tỉnh Thái Nguyên 78 4.17 Cấu trúc sinh khối tươi trạng thái rừng IIB tỉnh Thái Nguy ên 79 4.18 Cấu trúc sinh khối khô trạng thái rừng IIB tỉnh Thái Nguyên 81 4.19 Khả năng hấp thụ CO2 cây cá lẻ các loài ưu thế rừng IIB 83 4.20 Cấu trúc lượng CO 2 hấp thụ cây cá lẻ các loại cây ưu thế ở rừng IIB tại Thái Nguyên 85 4.21 Khả năng hấp thụ CO2 tầng cây gỗ rừng IIB tại Thái Nguyên 87 4.22 Lượng CO 2 hấp thụ ở tầng cây dưới tán dưới tán rừng phục hồi tự nhiên sau khai thác kiệt IIB tại tỉnh Thái Nguyên 89 iv 4.23 Lượng CO 2 hấp thụ trong cây bụi, thảm tươi dưới tán rừng phục hồi sau khai thác kiệt IIB tại Thái Nguyên 4.24 Lượng CO 2 hấp thụ trong vật rơi rụng dưới tán rừng IIB tại tỉnh Thái Nguyên 4.25 90 92 Lượng CO 2 tương đương trong vật rơi rụng trạng thái rừng IIB tại tỉnh Thái nguyên 93 4.26 Lượng CO 2 hấp thụ trong đất dưới tán rừng IIB tại Thái Nguyên 95 4.27 Tổng lượng CO2 hấp thụ trong trạng thái rừng IIB tại Thái Nguyên 96 4.28 Mối quan hệ giữa sinh khối tươi, sinh khối khô cây cá lẻ với đường kính 1,3m (D 1,3m) của lâm phần 4.29 Hệ số chuyển đổi sinh khối, lượng CO2 hấp thụ của cây cá lẻ trạng thái rừng IIB tại Thái Nguyên 4.30 4.36 4.37 104 Thử nghiệm mối tương quan CO 2 và D1.3 bình quân lâm phần bằng các hàm toán học thống kê khác nhau 4.35 102 Mối quan hệ giữa CO2 hấp thụ của rừng IIB với các nhân tố diều tra bình quân lâm phần 4.34 102 Mối quan hệ giữa lượng CO2 hấp thụ của tầng cây gỗ với các nhân tố diều tra bình quân lâm phần 4.33 101 Mối quan hệ giữa sinh khối của tầng cây gỗ với các nhân tố diều tra bình quân lâm phần 4.32 100 Phương trình chuyển đổi sinh khối, lượng CO2 hấp thụ của các loài cây ưu thế trong rừng IIB tại Thái Nguyên 4.31 99 Thử nghiệm mối tương quan CO 2 và G bình quân lâm phần bằng các hàm toán học thống kê khác nhau Sai số của công thức tính CO 2 hấp thụ của rừng phục hồi tự nghiên trạng thái IIB tại Thái Nguyên Đề xuất xác định sinh khối tươi và khô cây cá l ẻ theo D 1,3 104 105 105 106 v DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN ÁN Hình Tên biểu đồ Trang 2.1 Sơ đồ các bước nghiên cứu của đề tài 31 2.2 Sơ đồ bố trí OTC của đề tài 33 3.1 Sơ đồ khu vực nghiên cứu tại tỉnh Thái Nguyên 42 4.1 Một số loài tầng cây dưới tán dưới tán rừng IIB tại Thái Nguy ên 56 4.2 Biểu đồ tăng trưởng sinh khối theo cấp kính lo ài Dẻ đỏ thuộc rừng phục hồi tự nhiên trạng thái IIB tại tỉnh Thái Nguy ên 4.3 Biểu đồ cấu trúc sinh khối t ươi trung bình loài Dẻ đỏ thuộc rừng phục hồi tự nhhiên trạng thái IIB tại Thái Nguy ên 4.4 60 Biểu đồ cấu trúc sinh khối khô trung b ình loài Re hương ở trạng thái rừng IIB tại Thái Nguyên 4.5 60 63 Biểu đồ so sánh sự sụt giảm sinh khối t ươi sau khi sấy của 2 loài Dẻ gai ấn độ và Hu đay thuộc rừng IIB tại Thái Nguy ên 64 4.6 Biểu đồ cấu trúc sinh khối tươi tầng cây gỗ trạng thái rừng IIB 66 4.7 Một số hình ảnh xử lý mẫu xác định sinh khối khô 67 4.8 Biểu đồ cấu trúc sinh khối khô tầng cây gỗ trạng thái rừng IIB 69 4.9 Biểu đồ cấu trúc sinh khối tươi tầng cây dưới tán rừng IIB tại Thái Nguyên 72 4.10 Biểu đồ cấu trúc sinh khối khô cây bụi, thảm tươi ở rừng IIB tại tỉnh Thái Nguyên 74 4.11 Biểu đồ cấu trúc sinh khối tươi vật rơi rụng rừng IIB 76 4.12 Biểu đồ cấu trúc sinh khối khô vật rơi rụng dưới tán rừng IIB tại tỉnh Thái Nguyên 78 4.13 Biểu đồ cấu trúc sinh khối tươi lâm phần rừng IIB tại Thái Nguyên 80 4.14 Biểu đồ cấu trúc sinh khối khô lâm phần rừng phục hồi tự nhiên trạng thái IIB tại tỉnhThái Nguyên 82 4.15 Biểu đồ cấu trúc lượng CO 2 hấp thụ trung bình của loài Dẻ gai 86 4.16 Biểu đồ cấu trúc lượng CO 2 hấp thụ trung bình của loài Hu đay 86 4.17 Biểu đồ cấu trúc lượng CO 2 hấp thụ ở tầng cây gỗ rừng IIB 88 vi 4.18 Biểu đồ cấu trúc lượng CO 2 hấp thụ ở tầng cây dưới tán 4.19 Biểu đồ cấu trúc lượng CO 2 hấp thụ dưới tán rừng phục hồi tự nhiên trạng 4.20 91 thái IIB tại Thái Nguyên 94 Biểu đồ cấu trúc lượng CO 2 hấp thụ lâm phần rừng IIB tại Thái Nguyên 97 1 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Sự cần thiết của đề tài 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. Nồng độ khí cacbonic (CO 2) gia tăng trong bầu khí quyển được coi là nguyên nhân chính gây ra hi ện tượng nóng lên của trái đất. Theo tính toán của các nhà khoa học, khi nồng độ CO2 trong khí quyển tăng gấp đôi, thì nhiệt độ bề mặt trái đất tăng lên khoảng 30C. Các số liệu nghiên cứu cho thấy nhiệt độ trái đất đã tăng 0,50c trong khoảng thời gian từ 1885 - 1940, do thay đổi của nồng độ CO2 trong khí quyển từ 0,027% lên 0,035%. Từ năm 1958 đến 2003 lượng CO2 trong khí quyển tăng lên 5%. Theo ước tính của các nhà khoa học, nếu toàn bộ sinh khối của rừng mưa nhiệt đới bị đốt trong vòng 50 năm tới thì lượng CO2 thải ra cùng với lượng CO2 không được hấp thụ từ rừng mưa sẽ làm tăng lượng CO2 trong khí quyển gấp đôi hiện nay và nhiệt độ trái đất sẽ tăng lên 2 - 50 C, làm cho băng 2 cực tan dẫn đến những thay đổi đối với các hệ sinh thái ở dãy Himalaya, dãy Andes và mực nước biển sẽ dâng lên 1 - 3 m làm ngập các vùng thấp ven biển phía Nam của Bangladesh, đồng bằng sông Mêkông ở Việt Nam và một phần lớn diện tích các bang Florida và Louisiana c ủa Mỹ, nhiều hòn đảo trên Thái Bình Dương sẽ biến mất trên bản đồ thế giới (Bảo Huy, 2005)[18] Nhằm ngăn chặn những thảm họa do biến đổi khí hậu toàn cầu gây ra, Công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu (UNFCCC) đã được ký tại Rio de Janeiro - Brazil năm 1992 với sự tham gia của gần 160 quốc gia trên toàn thế giới. Nghị định thư Kyoto ra đời nhằm đạt được sự thỏa thuận về giảm phát thải khí nhà kính của các nước, trong đó CDM (Clean Development Mechanism) là m ột trong 3 cơ chế linh hoạt của Nghị định thư Kyoto, trong đó nó cho phép các nư ớc phát triển đạt được các chỉ tiêu về giảm phát thải khí nhà kính bắt buộc thông qua đầu tư thương mại các dự án trồng rừng tại các nước đang phát triển, nhằm hấp thụ khí CO2 từ khí quyển và làm giảm lượng phát thải khí nhà kính. Do vậy, đây cũng được xem là hướng đi quan trọng đối với những nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam trong việc tiến tới xóa đói, giảm nghèo phát triển kinh tế từ những giá trị thu được từ dịch vụ môi trường rừng. 2 Điều quan tâm hiện nay là làm thế nào để ước lượng, dự báo khả năng hấp thụ CO2 của các trạng thái rừng và các phương thức quản lý rừng để làm cơ sở khuyến khích, xây dựng cơ chế chi trả dịch vụ môi trường. Ở Việt Nam, vấn đề thương mại hóa các giá trị dịch vụ môi trường rừng bao gồm khả năng hấp thụ CO2 của rừng còn rất mới mẻ nhưng cũng đã có sự quan tâm nghiên cứu trong một vài năm gần đây. Chính phủ đã có Nghị định 48/2007/NĐ-CP ngày 28/3/2007 về nguyên tắc và phương pháp định giá các loại rừng; Quyết định 380-TTg ngày 10/4/2008 của Thủ tướng Chính phủ về thí điểm cơ chế chi trả dịch vụ môi trường rừng, tiếp đó năm 2010 chính ph ủ đã ra Nghị định số 99/2010/NĐCP ngày 24/9/2010 về chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng. Chính phủ cũng đã có nhiều chủ trương, chính sách nhằm ứng phó với biến đổi khí hậu điển hình là quyết định 158/QĐ-TTg ngày 02/12/2008 của Thủ tướng chính phủ về chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu, trong đó việc giảm lượng CO 2 (nguyên nhân chính gây nên s ự nóng lên của trái đất) rất được quan tâm. Như vậy, có thể nói hiện nay ở nước ta hành lang pháp lý cho vi ệc thực hiện chi trả dịch vụ môi trường rừng bao gồm cả khả năng hấp thụ và lưu giữ CO2 là đã có cơ sở nhưng việc thực thi còn rất nhiều cản trở do chúng ta chưa có đủ cơ sở khoa học cũng như thực tiễn cho việc xác định khả năng hấp thụ và lưu giữ CO2 của từng loại rừng. Ở nước ta hiện nay các công trình nghiên c ứu mới chỉ tập trung nghiên cứu sinh khối và khả năng hấp thụ carbon của một số dạng rừng trồng cho một số loài cây trồng rừng phổ biến ở Việt Nam như Keo các loại, Bạch đàn, Thông,... Rừng tự nhiên là đối tượng có cấu trúc rất phức tạp, do vậy việc nghiên cứu sinh khối và khả năng hấp thụ CO2 cho đối tượng rừng này là rất khó khăn và cho tới nay rất ít được tiến hành. Trong đối tượng rừng tự nhiên thì trạng thái rừng phục hồi sau khai thác kiệt (sau đây gọi tắt là trạng thái IIB) hiện nay ở nước ta chiếm khá phổ biến, ở Thái Nguyên đối tượng này chiếm gần 20% diện tích rừng tự nhiên. Do vậy, để có thể xây dựng được luận cứ cơ sở khoa học cũng như thực tiễn trong việc lượng hóa được những giá trị môi trường rừng thì nghiên cứu khả năng hấp thụ CO2 của trạng thái rừng IIB là rất khách quan và cấp bách. 3 Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đó, đề tài “Nghiên cứu khả năng hấp thụ CO2 của trạng thái rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên sau khai thác kiệt tại tỉnh Thái Nguyên” được đặt ra là thật sự cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài Nhằm cung cấp thêm những kết quả nghiên cứu về sinh khối và lượng CO2 hấp thụ của rừng tự nhiên nói chung và rừng thứ sinh phục hồi trạng thái IIB ở Thái Nguyên nói riêng, góp ph ần định lượng giá trị môi trường của rừng tự nhiên. 2.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Góp phần thực hiện chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng ở Thái Nguyên theo Nghị định 99/2010/NĐ-CP ngày 24/9/2010 của Chính phủ. 3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 3.1. Mục tiêu về lý luận Góp phần xây dựng luận cứ khoa học cho việc định lượng giá trị môi trường của rừng thứ sinh phục hồi trạng thái IIB tại Thái Nguyên nói riêng và định giá rừng tự nhiên Việt Nam nói chung. 3.2. Mục tiêu thực tiễn + Xác định được lượng CO 2 hấp thụ ở rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên trạng thái IIB tại Thái Nguyên. + Đề xuất được hướng dẫn phương pháp xác định sinh khối và lượng CO2 hấp thụ ở rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên trạng thái IIB tại khu vưc nghiên cứu. 4. Những đóng góp mới của đề tài - Là công trình đầu tiên nghiên cứu tương đối hệ thống, đầy đủ, có độ tin cậy về sinh khối và khả năng tích tụ carbon làm cơ sở xác định giá trị dịch vụ môi trường rừng của kiểu rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên IIB tại tỉnh Thái Nguyên. - Đề xuất một số ứng dụng kết quả nghiên cứu để xác định sinh khối và lượng CO2 hấp thu của rừng IIB tại khu vực nghiên cứu và những nơi khác có điều kiện lập địa và kiểu rừng tương tự . 4 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của đề tài là rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên trạng thái rừng IIB (theo hệ thống phân loại Loeschau, 1966: Rừng phục hồi trong giai đoạn sau chủ yếu cây ưa sáng mọc nhanh (cây Thẩu tấu, Hu đay, Màng tang...) đ ã xuất hiện cây chịu bóng, cây gỗ lớn, có hiện tượng cạnh tranh không gian dinh dư ỡng. Mật độ cây > 1000cây/ha với đường kính D 1.3 > 10 cm (đường kính phổ biến không vượt quá 20 cm, trữ lượng không vượt quá 50 m 3) – Ký hiệu: IIB) tại tỉnh Thái Nguyên. Rừng phục hồi giai đoạn 10-15 năm. - Phạm vi nghiên cứu: Thái Nguyên là một tỉnh miền núi có diện tích rừng tự nhiên lớn, trong đó diện tích rừng thứ sinh phục hồi sau khai thác kiệt chiếm diện tích không nhỏ. Do địa bàn rộng, đề tài chỉ nghiên cứu trên 3 huyện, trên mỗi huyện lựa chọn 3 xã có tập trung nhiều diện tích rừng thứ sinh phục hồi sau khai thác kiệt (IIB) gồm: Huyện Đại Từ (xã Quân Chu, xã Phúc Lương, xã Cù Vân); huyện Võ Nhai (xã Vũ Chấn, xã Thượng Lung, xã Nghinh Tường) và huyện Định Hóa (xã Phú Đình, xã Quy Kỳ, xã Tân Thịnh). 6. Cấu trúc luận án Ngoài phần tài liệu tham khảo và các phụ lục luận án gồm các phần sau đây: - Phần mở đầu. - Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu. - Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên c ứu. - Chương 3: Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu - Chương 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận. - Kết luận và kiến nghị. 5 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Sự tăng cao hàm lượng CO2 trong không khí sẽ dẫn tới nhiều hậu quả do ô nhiễm môi trường. Sự tăng cao này đến một mức độ nào đó sẽ gây hại cho sự sống của con người và sinh vật. Có 2 cứu tinh có khả năng hấp thụ một khối lượng lớn dioxit carbon phát thải vào không khí bởi con người là đại dương và thảm thực vật, nhờ đó mà hàm lượng CO 2 làm ô nhiễm không khí sẽ giảm đi. Trước đây, các nhà khoa học cho rằng một nửa khối lượng dioxit carbon tích tụ trong không khí, phần còn lại do đại dương và cây xanh hấp thụ. Ngày nay, các đo lường của các nhà khoa học đã cho thấy thảm thực vật đã thu giữ 1 trữ lượng CO 2 lớn hơn một nửa khối lượng chất khí đó sinh ra từ sự đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch trên thế giới. Theo Viện Tài nguyên thế giới (World Resources Institute) cho rằng xã hội loài người từ năm 1860 – 1949 đã thải vào khí quyển khoảng 51 tỷ tấn carbon dưới dạng dioxit carbon thông qua hình th ức duy nhất là sử dụng các nhiên liệu hóa thạch. Sau đó nhịp độ thải khí CO 2 gia tăng và đạt tới 130 tỷ tấn bổ sung từ 1950 đến 1987. (UNFCCC, 2005) Từ những thực tế đó, những nghiên cứu về vai trò của rừng trong khả năng hấp thụ CO2 được nhiều nhà khoa học trên thế giới và Việt Nam nghiên cứu. 1.1. Trên thế giới 1.1.1. Nghiên cứu sinh khối rừng "Sinh khối là tổng trọng lượng của sinh vật sống trong sinh quyển hoặc số lượng sinh vật sống trên một đơn vị diện tích, thể tích vùng”. Sinh khối là một chỉ tiêu quan trọng thể hiện năng suất của rừng, sinh khối đ ược dùng để nghiên cứu một số chỉ tiêu khác như dinh dưỡng hoặc các chỉ tiêu về môi trường rừng. Khi cơ chế phát triển sạch (CDM) xuất hiện, nghi ên cứu sinh khối giữ vai trò quan trọng hơn, được dùng để xác định lượng carbon hấp thụ bởi thực vật rừng, góp phần định lượng giá trị môi trường do rừng mang lại. 6 Nghiên cứu sinh khối được thực hiện từ rất sớm, tr ước năm 1840, các công trình nghiên cứu đã tập trung vào lĩnh vực sinh lý thực vật, nghi ên cứu quá trình quang hợp tạo nên vật chất hữu cơ từ nước, oxi và năng lượng ánh sáng mặt trời. Sự phát triển không ngừng của xã hội loài người, bước sang thế kỷ XIX ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật của các ng ành hóa phân tích, hóa thực vật các nhà khoa học đã vận dụng nguyên lý tuần hoàn vật chất trong chu trình tuần hoàn vật chất của tự nhiên để áp dụng nghiên cứu sinh khối rừng và bước đầu đã thu được những thành tựu đáng kể. Riley G. A (1944) [67], Steemann N.E (1954) [70], Fleming R.H(1957) [57] đã tổng kết quá trình nghiên cứu và phát triển sinh khối rừng trong các công trình nghiên cứu của mình. Đến năm 1964, Lieth H. [64] đã thể hiện năng suất trên toàn thế giới bằng bản đồ năng suất, đồng thời với sự ra đời của chương trình sinh học quốc tế “International Biology Program” (1966) v à chương trình con người và sinh quyển “Man and Biosphere” (1973) đ ã tác động mạnh mẽ tới việc nghiên cứu sinh khối. Những nghi ên cứu trong giai đoạn này tập trung vào các đối tượng đồng cỏ, savan, rừng rụng lá, rừng m ưa thường xanh. Công trình nghiên cứu của Cannell M.G.R (1981) đ ã công bố “Sinh khối và năng suất sơ cấp rừng trên thế giới - World forest biomass and primary production data” trong đó tập hợp 600 công trình nghiên cứu đã được xuất bản về sinh khối thân, cành, lá và một số thành phần, sản phẩm sơ cấp của hơn 1.200 lâm phần thuộc 46 nước trên thế giới [53]. Dajoz (1971) đã tính toán năng suất sơ cấp của một số hệ sinh thái và thu được kết quả như sau: Mía ở châu Phi: 67 tấn/ha/năm; Rừng nhiệt đới thứ sinh ở Yangambi: 20 tấn/ha/năm; Savana cỏ Mỹ (Penisetum purpureum) châu Phi: 30 tấn/ha/năm; Đồng cỏ tự nhiên ở Fustuca (Đức): 10,5 - 15,5 tấn/ha/năm; Đồng cỏ tự nhiên Deschampia và Trifolium ở vùng ôn đới là 23,4 tấn/ha/năm; Còn sinh khối (Biomass) của Savana cỏ cao Andrôpgon (cỏ Ghine): 5.000 - 10.000 kg/ha/năm; Rừng thứ sinh 40 - 50 tuổi ở Ghana: 362.369 kg/ha/năm (dẫn theo Dương Hữu Thời, 1992) [32]. Trong những năm gần đây các phương pháp nghiên c ứu định lượng, xây dựng các mô hình dự báo sinh khối cây rừng đã được áp dụng thông qua các mối 7 quan hệ giữa sinh khối cây với các nhân tố điều tra cơ bản, dễ đo đếm như đường kính ngang ngực, chiều cao cây, giúp cho việc dự đoán sinh khối được nhanh và kinh tế hơn. Phương pháp lấy mẫu rễ để xác định sinh khối được mô tả bởi Shurrman và Geodewaaen 1971; Moore 1973; Gadow và Hui 1999; Oliveira và c ộng sự 2000; Voronoi 2001; McKenzie v à cộng sự 2001. Có nhiều phương pháp ước tính sinh khối cho cây bụi và cây tầng dưới trong hệ sinh thái cây gỗ (Catchpole và Wheeler, 1992). Các phương pháp bao g ồm: (1)Lấy mẫu toàn bộ cây; (2)- phương pháp kẻ theo đường; (3)- phương pháp mục trắc; (4)- phương pháp lấy mẫu kép sử dụng tương quan. Sinh khối rừng trên các vùng sinh thái khác nhau đư ợc nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Tuy nhiên, để xác định đầy đủ sinh khối rừng không đ ơn giản, đặc biệt là sinh khối của hệ rễ trong đất rừng, n ên 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. Các thành phần tạo nên sinh khối rừng trồng trên mặt đất bao gồm bộ phận tầng cây gỗ, tầng cây dưới tán và tầng thảm mục. Do đặc điểm hình thái và dạng tồn tại của mỗi bộ phận này là khác nhau nên các phương pháp nghiên c ứu xác định các bộ phận này cũng khác nhau. Có nhiều phương pháp để xác định sinh khối tầng cây gỗ. Các phương pháp có thể tiến hành đo đếm trực tiếp tại lâm phần, sử dụng tỷ trọng gỗ để quy đổi ra sinh khối; cân tươi ngay tại rừng để lấy sinh khối tươi, sau đó lấy mẫu đem về sấy ở phòng thí nghiệm và quy đổi ra sinh khối khô toàn lâm phần; sử dụng các loại biểu thể tích, biểu sinh khối đã được lập sẵn cho từng loài,... Từng phương pháp cụ thể sẽ được trình bày ở dưới đây: (1) - Phương pháp dựa trên mật độ sinh khối rừng Theo phương pháp này t ổng lượng sinh khối của rừng trồng trên mặt đất được tính bằng cách nhân diện tích của một lâm phần với mật độ sinh khối tương ứng (thông thường là trọng lượng của sinh khối trên mặt đất/ha). Mật độ sinh khối của rừng phụ thuộc chủ yếu vào tổ thành loài cây, độ phì của đất và tuổi rừng. 8 Gifford (2000) đã tính được mật độ sinh khối cho rừng trồng ở Australia là 244 tấn/ha. Do sai số của phương pháp này tương đ ối lớn nên thường chỉ được dùng khi ước lượng sinh khối rừng nhanh trên phạm vi quốc gia. (2) - Phương pháp dựa trên điều tra rừng thông thường Sử dụng phương pháp đo đếm trực tiếp truyền thống được sử dụng phổ biến trong điều tra rừng. Tuy nhiên, phương pháp này khá t ốn kém do phải đo đếm trên một số lượng OTC đủ lớn thì mới đảm bảo độ chính xác. (3) - Phương pháp dựa trên điều tra thể tích Phương pháp này dựa vào hệ số chuyển đổi để tính tổng lượng sinh khối trên mặt đất dựa trên thể tích thân cây. Phương pháp này bao g ồm các bước cụ thể như sau: - Tính thể tích thân cây gỗ từ số liệu điều tra. - Chuyển đổi từ thể tích thân cây gỗ thành sinh khối bằng cách nhân với tỷ trọng gỗ. - Tính tổng số sinh khối trên mặt đất bằng cách nhân với hệ số chuyển đổi sinh khối (tỷ lệ giữa tổng sinh khối với sinh khối thân). Hệ số chuyển đổi là “Tỷ số giữa tổng sinh khối trên mặt đất với sinh khối gỗ có giá trị thương mại”, như vậy định nghĩa này bao gồm cả thành phần không phải gỗ như lá. Hệ số này có giá trị từ 1,4 - 5,4 tuỳ thuộc vào cấp năng suất của rừng và phương pháp tính toán, đ ối với rừng trồng ở giai đoạn còn non thậm chí hệ số này có thể cao hơn. Kết quả nghiên cứu cho rừng Bạch đàn, Thông ở Australia và một số nước khác cho thấy hệ số chuyển đổi có quan hệ khá chặt chẽ với đường kính, chiều cao, tiết diện ngang, tuổi và tổng lượng carbon trên mặt đất của lâm phần. Từ quan hệ xây dựng được này có thể tính được hệ số chuyển đổi của một lâm phần rừng trồng nào đó, từ đó có thể tính được tổng sinh khối từ sinh khối thân cây của lâm phần. Tuy nhiên, theo IPCC cho r ằng phương pháp này có sai s ố lớn nếu sử dụng hệ số mặc định cho tất cả các loại rừng, do đó cần phải có nghiên cứu cho từng địa phương, từng loài cây. (4) - Phương pháp dựa trên các nhân tố điều tra lâm phần 9 Theo phương pháp này sinh kh ối rừng được xác định từ phương trình đường thẳng để dự đoán sinh khối từ các phép đo đếm cây cá thể đơn giản. Y= bo + biXi Từ đó sinh khối lâm phần được tính theo công thức:  Y = N.bo + bi.  X i Hoặc một số phương trình dạng đơn giản khác như: Ln(Y) = b o + biln(Xi) Trong đó: Y là sinh khối, Xi có được từ phép đo đơn giản (ví dụ như tổng tiết diện ngang), N là số cây trong lâm phần, b0 và bi là hệ số của phương trình. Khi các phương trình tương quan phi tuyến cho các biến lâm phần được sử dụng không cần sử dụng phương trình đơn giản trên để tính tổng sinh khối rừng. Tuy nhiên, một cách tốt nhất là kết hợp được kết quả từ những ước lượng độc lập về sinh khối lâm phần để từ đó xây dựng phương trình dựa trên lâm phần. Hạn chế của phương pháp này là yêu cầu phải thu thập một lượng nhất định số liệu các biến của lâm phần để có thể xây dựng được phương trình. Tổng tiết diện ngang, mật độ là những nhân tố dễ đo đếm chính xác nhất, tuổi rừng có thể xác định thông qua lịch sử rừng trồng. Các biến khí hậu cũng có thể được sử dụng để xây dựng các phương trình tương quan cho lâm phần nhưng thường rất khó khăn để thu thập các số liệu này. Một dạng các nhân tố ước lượng sinh khối khác là nhân tố điều tra lâm phần được ước lượng bằng công nghệ viễn thám hoặc đầu ra của mô hình. Trong một số trường hợp một biến, ví dụ như chiều cao lâm phần có thể được đo đếm trực tiếp trên hiện trường hoặc ước lượng bằng công nghệ viễn thám, từ chiều cao này thông qua phương trình đã xây dựng sẽ xác định được sinh khối lâm phần. Ngoài ra, còn có phương pháp đo đếm phi truyền thống như ước lượng sinh khối lâm phần trực tiếp bằng các thiết bị hàng không, vệ tinh. Những phương pháp này có đ ộ tin cậy thấp hơn phương pháp đo đ ếm trực tiếp nhưng lại có chi phí rẻ hơn. Tuy nhiên, chi phí để thiết lập hệ thống lại rất đắt. (5) - Phương pháp dựa trên số liệu cây cá thể