2.3.1. Tổng quan tài liệu: Phân tích, tổng hợp và đánh giá các công trình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam liên quan đến đề tài.
2.3.2. Nghiên cứu về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội huyện Phú Lương, tỉnh Thái Nguyên (vị trí địa lý, địa hình, khí hậu, thổ nhưỡng...) có ảnh hưởng đến sự phát triển của thảm thực vật
2.3.3. Nghiên cứu khả năng hấp thụ carbon của rừng tự nhiên trạng thái IIIA ở huyện Phú Lương, tỉnh Thái Nguyên.
2.3.4. Nghiên cứu mối quan hệ giữa sinh khối, luợng carbon hấp thụ với các nhân tố điều tra rừng chủ yếu và xây dựng bảng luợng carbon.
2.3.5. Đề xuất một số ứng dụng trong việc xác định sinh khối và lượng CO2 hấp thụ của rừng trạng thái IIIA tại huyện Phú Lương, tỉnh Thái Nguyên.
2.4 . Phƣơng pháp nghiên cứu
2.4.1. Quan điểm và cách tiếp cận của đề tài
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 17 http://www.lrc.tnu.edu.vn/
được tổng hợp bởi hệ thực vật trong rừng bao gồm tầng cây cao, tầng cây bụi thảm tươi, vật rơi rụng và phần vật chất hữu cơ có nguồn gốc từ thực vật ở trong đất rừng.
2.4.2. Phương pháp nghiên cứu
Lượng CO2 hấp thụ và sinh khối của rừng là phần vật chất hữu cơ đã được tổng hợp bởi hệ thực vật rừng bao gồm tầng cây cao, tầng cây bụi thảm tươi và vật rơi rụng.
Thành phần loài cây rừng tự nhiên tương đối phức tạp, các cây có chiều cao và đường kính rất khác nhau nên việc nghiên cứu sinh khối và lượng CO2 hấp thụ cho từng loài cụ thể là không thể thực hiện được. Do đó cách tiếp cận theo cấp kính, cây tiêu chuẩn theo cấp kính được đưa ra trong đề tài.
Cùng một trạng thái rừng IIIA nhưng thời gian phục hồi khác nhau, sự phân bố các cây theo cấp kính khác nhau sinh trưởng trên các lập địa khác nhau thì sinh khối và lượng CO2 hấp thụ cũng khác nhau. Do đó, quan điểm của đề tài là lập OTC đại diện, điển hình.
Sơ đồ các bước nghiên cứu của đề tài thể hiện qua hình 2.1
Hình 2.1: Sơ đồ các bước tiến hành nghiên cứu của đề tài
Thu thập tài liệu thông tin khu vực nghiên cứu
Khảo sát khu vực nghiên cứu, lựa chọn địa điểm
Lập OTC sơ cấp, nghiên cứu một số đặc điểm rừng III A ở khu vực nghiên cứu và xác định cây tiêu chuẩn
Chặt hạ cây tiêu chuẩn Lập OTC thứ cấp và ô dạng bản Lấy mẫu thân, cành & lá xác định
sinh khối tầng cây cao Lấy mẫu xác định xinh khối cây bụi, thảm tươi & vật rơi rụng Lấy mẫu xác định sinh khối khô
Xác định lượng CO2 được hấp thụ Phân tích xử lý số liệu Đề xuất hướng ứng dụng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 18 http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 2.4.2.1. Phương pháp kế thừa số liệu
- Các tài liệu, công trình đã công bố có liên quan đến việc xác định sinh khối và lượng CO2 hấp thụ của rừng.
- Tài liệu liên quan đến phương pháp đo đếm sinh khối và lượng CO2 hấp thụ của rừng, đặc biệt là rừng tự nhiên.
- Tài liệu về điều kiện tự nhiên – kinh tế xã hội của khu vực nghiên cứu.
2.4.2.2. Phương pháp điều tra ngoài thực địa
Dựa trên hiện trạng của thảm thực vât, chúng tôi đã phân chia và chọn ra những khu vực nghiên cứu đặc trưng. Ô tiêu chuẩn định vị sẽ được thiết lập với kích thước phù hợp với hiện trạng.
+ Xác định các thông tin và hiện trạng của cây : Thành phần loài, cấu trúc, mật độ cây gỗ, đường kính thân cây, chiều cao cây,….
+ Xác định sinh khối tươi của cây gỗ cây bụi và vật rơi rụng và lấy mẫu cho việc xác định sinh khối khô và phân tích hàm lượng carbon.
Mục đích chính của đề tài là đánh giá khả năng hấp thụ carbon của rừng nên chúng tôi tiến hành bố trí thí nghiệm, thu thập mẫu vật, số liệu điều tra dựa trên thu thập, đo đếm sinh khối cây cá thể bằng phương pháp chặt hạ.
Thiết lập ô tiêu chuẩn
* Cách bố trí ô tiêu chuẩn
25m
Hình 2.2: Sơ đồ bố trí ô tiêu chuẩn
Diện tích mỗi ô tiêu chuẩn là 625m2
(25m x 25m). Trong mỗi ô tiêu chuẩn lập 5 ô thứ cấp (4 ô ở 4 góc và 1 ô ở giữa ô tiêu chuẩn) diện tích 25m2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 19 http://www.lrc.tnu.edu.vn/
(5m x 5m) để điều tra cây bụi, thảm tươi. Ở trung tâm mỗi ô thứ cấp, lập 5 ô dạng bản (4 ô ở 4 góc và một ô ở giữa) diện tích 1m2
(1m x 1m) để điều tra vật rơi rụng.
Điều tra trong ô tiêu chuẩn.
a) Lựa chọn cây tiêu chuẩn để chặt hạ (cây tiêu chuẩn là cây có kích thước tiết diện và đường kính trung bình).
b) Sau khi lựa chọn cây tiêu chuẩn cho mỗi cấp kính, tiến hành chặt hạ cây. c) Điều tra toàn bộ cây cao trong ô tiêu chuẩn, tiến hành đo đếm các chỉ tiêu sinh trưởng.
+ Đường kính ngang ngực (D1.3cm), được đo bằng thước kẹp kính tại vị trí là 1.3m tất cả các cây có đường kính từ 6 cm trở lên.
+ Chiều cao vút ngọn (Hvn m) được đo bằng thước đo cao blumer, đo tất cả các cây có đường kính từ 6cm trở lên.
+ Đường kính tán (Dt) đo bằng thước dây trên hình chiếu của thân lá trên mặt đất.
d) Sau khi được cây tiêu chuẩn tiến hành chặt hạ cây, tách riêng thân, cành, lá.
* Xác định sinh khối cây tiêu chuẩn
Các cây trong ô tiêu chuẩn được chia thành 5 cấp kính khác nhau: i) 6-10 cm; ii) 10-14cm; iii) 14-18 cm; iv) 18-22cm và v) 22 cm. Tiến hành xác định 2 cây tiêu chuẩn ở mỗi cấp đường kính, cây tiêu chuẩn là cây có chỉ tiêu trung bình về tiết diện ngang G và Hvn.
Sau khi chọn cây tiêu chuẩn, tiến hành chặt hạ, loại bỏ sạch đất, tách riêng các bộ phận: thân, vỏ, cành, lá. Đào và lấy tất cả rễ có đường kính lớn hơn 2mm. Cân các bộ phận tươi của cây tại chỗ, được sinh khối tươi tương ứng với từng bộ phận của cây tiêu chuẩn (Pti).
* Xác định sinh khối khô
Xác định sinh khối khô bộ phận i cây tiêu chuẩn (Pki), lấy mẫu từng bộ phận đem sấy khô 1050C, cân ngay sau khi lấy ra từ trong tủ sấy vì chúng rất dễ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 20 http://www.lrc.tnu.edu.vn/
hấp thụ hơi ẩm và tăng cân, để xác định trọng lượng khô của từng mẫu, kiểm tra đo đếm khối lượng các mẫu (tiến hành cân điện tử) thu được kết qủa sinh khối khô tương ứng với mẫu từng phần (mki), khối lượng mẫu thu được như sau. Mẫu thân gồm 2 phần (giữa thân, ngọn) dầy khoảng 3-8cm. Mẫu cành lấy 1 mẫu 1kg tại vị trí giữa cành. Mẫu lá lấy 1 mẫu mỗi mẫu 0.5kg.
- Phân tích khối lượng thể tích gỗ cơ bản của tất cả các thớt gỗ xác định tại độ ẩm 0 %.
Gía trị sinh khối khô từng bộ phận cây tiêu chuẩn được tính theo công thức
Pki = Pti x mki/ mti (kg) (2.1) Trong đó: Pki Sinh khối khô bộ phận i cây cá thể
Pti Sinh khối tưoi bộ phận i cây cá thể
mki Khối lượng mẫu khô của bộ phận i mỗi lấn sau khi sấy mti Khối lượng mẫu tươi của bộ phận i mỗi lần sau khi sấy + Sinh khối tươi cây cá thể tính theo công thức:
mtƣơi = ∑ Pti (kg) (2.2) + Sinh khối khô cây cá thể được tính theo công thức:
mkhô= ∑ Pk i(kg) (2.3)
Trong đó: Pti ,Pki được tính trung bình đối với các cây tiêu chuẩn trong cùng một cấp kính.
+ Sinh khối tươi/khô tầng cây cao lâm phần được tính theo công thức. mkhô / mtƣơi = ∑Pki (kg)/∑ Pti (kg) (2.4)
* Xác định sinh khối tầng cây bụi, thảm tươi.
- Trên các ô tiêu chuẩn 25m2, chặt và thu gom toàn bộ cây bụi trên mặt đất, sau đó cân ngay xác định sinh khối tươi.
- Xác định sinh khối khô: Lấy mẫu mỗi loại 0,5kg/ ô tiêu chuẩn đem về phòng thí nghiệm sấy khô trong điều kiện 1500C, cho đến khi mẫu vật có khối lượng không đổi.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 21 http://www.lrc.tnu.edu.vn/
Pcây bụi = m x 10.000 / 1000 x 25 (tấn/ha) (2.5)
Trong đó:
Pcây bụi Sinh khối tươi /khô cây bụi, thảm tươi trong 1 ha.
m: Khối lượng tươi,khô bộ phận tương ứng của cây bụi tính trung bình trong 5 ô thứ cấp
* Xác định sinh khối vật rơi rụng.
- Thu gom toàn bộ vật rơi rụng trong các ô dạng bản, tiến hành cân tại chỗ được sinh khối tươi vật rơi rụng.
- Xác định sinh khối khô: tại mỗi ô dạng bản, lấy một mẫu cành rơi rụng và lá rơi rụng với 0.5kg mỗi loại đem sấy khô 1050C, cho đến khi mẫu vật có khối lượng không đổi, sau đó cân tính toán sinh khối khô.
- Sinh khối vật rơi rụng trên 1ha tính theo công thức :
PVRR = (m x 10.000)/ 1000 (tấn/ha) (2.6)
Trong đó:
PVRR Là sinh khối (tươi, khô) vật rơi rụng trong 1ha
m: Là tổng khối lượng tươi, khô vật rơi rụng tính trung bình trong 5 ô dạng bản.
* Xác định tổng lượng sinh khối( tươi/ khô) lâm phần.
Plp = Ptầng cây cao + Ptầng cây bụi thảm tƣơi + P vật rơi rụng (tấn/ha) (2.7)
* Phương pháp tính lượng carbon được tích lũy
Đề tài áp dụng theo phương pháp tính lượng carbon được tích lũy của Trung tâm Hợp tác quốc tế và Xúc tiến lâm nghiệp Nhật Bản (JIFPRO) áp dụng khối lượng carbon chiếm 50% khối lượng sinh khối khô.
- Lượng carbon được tích lũy
C = Sinh khối khô x 0.5 (kg) (2.8) Từ lượng C→lượng CO2 hấp thụ lượng CO2 hấp thụ Q = C x (44/22)
2.5.2.3. Nhập và tổng hợp số liệu
Sử dụng các phần mềm thống kê Microsorf Excel, SPSS để xác định mối quan hệ giữa các đại lượng nghiên cứu của đề tài. Đề tài tiến hành thử nghiệm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 22 http://www.lrc.tnu.edu.vn/
nhiều hàm tương quan tuyến tính 1 lớp, nhiều lớp và các hàm phi tuyến tính khác nhau (Linear, Logarithmic, Inverse…). Phương trình tương quan mô phỏng quan hệ giữa hai đại lượng được coi là phù hợp nhất khi đường biểu diễn phân bố lý thuyết và thực nghiệm sát nhau nhất, phương trình có hệ số tương quan và hệ số xác định lớn nhất, sai tiêu chuẩn của đường hồi qui nhỏ nhất, các tham số phương trình phải tồn tại, dạng phương trình đơn giản dễ áp dụng.
Bảng 2.1: Tổng hợp số liệu phục vụ cho đề tài
Stt Nội dung Đơn vị Số lƣợng
1
Số liệu tổng hợp từ các ô tiêu chuẩn
- ÔTC 625m2 - Ô thứ cấp 5m x 5m - ÔDB 1m x 1m
- Cây tiêu chuẩn nghiên cứu sinh khối
ô ô ô Cây 5 25 25 50 2
Số mẫu phân tích tầng cây cao
- Mẫu thân cây
- Mẫu cành cây - Mẫu lá cây Mẫu Mẫu Mẫu 150 50 50
3 Số liệu phân tích tầng cây bụi Mẫu 25
4 Số mẫu phân tích vật rơi rụng Mẫu 25
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 23 http://www.lrc.tnu.edu.vn/
Chƣơng 3
ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - XÃ HỘI VÙNG NGHIÊN CỨU
3.1. Điều kiện tự nhiên của vùng nghiên cứu
3.1.1. Vị trí địa lý
Phú Lương là huyện miền núi nằm ở vùng phía bắc của tỉnh Thái Nguyên, nằm trong toạ độ địa lý từ 21036 đến 21055 độ vĩ bắc, 105037 đến 105046 độ kinh đông; phía bắc giáp huyện Chợ Mới (tỉnh Bắc Cạn), phía nam và đông nam giáp thành phố Thái Nguyên, phía tây giáp huyện Định Hoá, phía tây nam giáp huyện Đại Từ, phía đông giáp huyện Đồng Hỷ; huyện lỵ đặt tại thị trấn Đu, cách trung tâm thành phố Thái Nguyên 22km về phía bắc (theo Quốc lộ 3).
Huyện Phú Bình có 2 thị trấn và 14 xã Thị trấn Đu , Thị trấn Giang Tiên, xã Sơn Cẩm, Xã Cổ Lũng, Xã Động Đạt, Xã Hợp Thành, Xã Ôn Lương, Xã Phấn Mễ, Xã Phú Đô, Xã Phủ Lý, Xã Tức Tranh, Xã Vô Tranh, Xã Yên Đổ, Xã Yên Lạc, Xã Yên Ninh, Xã Yên Trạch.
3.1.2. Địa hình
Địa hình Phú Lương tương đối phức tạp, độ cao trung bình so với mặt nước biển từ 100 m đến 400m.
- Các xã ở vùng bắc và tây bắc huyện có nhiều núi cao, độ cao trung bình từ 300 m đến 400 m, độ dốc phần lớn trên 200; thảm thực vật dầy, tán che phủ cao, phần nhiều lá rừng xanh quanh năm.
- Các xã ở vùng phía nam huyện địa hình bằng phẳng hơn, có nhiều đồi và núi thấp, độ dốc thường dưới 150. Đây là vùng địa hình mang tính chất của vùng trung du nhiều đồi, ít ruộng.
- Từ phía bắc xuống phía nam huyện, độ cao giảm dần.
Nhìn chung địa hình của huyện Phú Lương, cùng với khí hậu đất đai phù hợp với nhiều loại cây lâm, nông nghiệp.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 24 http://www.lrc.tnu.edu.vn/
3.1.3. Khí hậu thuỷ văn
Khí hậu Phú Lương mang tính chất nhiệt đới gió mùa với hai mùa nóng, lạnh rõ rệt. Mùa lạnh (từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau) nhiệt độ xuống thấp, có khi xuống tới 30C, thường xuyên có các đợt gió mùa đông bắc hanh, khô. Mùa nóng (từ tháng 4 đến tháng 10 hàng năm) nhiệt độ cao, nhiều khi có mưa lớn và tập trung.
* Chế độ nhiệt:
Nhiệt độ trung bình trong năm khoảng 220C, tổng tích nhiệt khoảng 8.0000C. Nhiệt độ bình quân cao nhất trong mùa nóng 27,20C (cao nhất là tháng 7 có năm lên tới 280c - 290c). Nhiệt độ bình quân thấp nhất trong mùa lạnh là 200c, (thấp nhất là tháng 1: 15,60c). Số giờ nắng trung bình 1 năm là 1.628 giờ, năng lượng bức xạ khoảng 115 kcallo/cm2.
* Chế độ ẩm:
Lượng mưa trung bình ở Phú Lương từ 2.000mm đến 2.100mm/năm. Từ tháng 4 đến tháng 10 hàng năm, mưa nhiều, chiếm trên 90% tổng lượng mưa cả năm. Tháng 7 có lượng mưa lớn nhất (bình quân từ 410 mm đến 420mm/tháng) và có số ngày mưa nhiều nhất (từ 17 ngày đến 18 ngày/tháng). Tháng 11 và tháng 12 ít mưa, lượng mưa trung bình chỉ khoảng từ 24 đến 25 mm/tháng và mỗi tháng chỉ có khoảng từ 8 ngày đến 10 ngày mưa.
Lượng bốc hơi trung bình hàng năm ở Phú Lương khoảng 985,5mm, mùa lạnh lượng bốc hơi lớn hơn lượng mưa, độ ẩm (k) Dưới 0,5 nên thường xuyên xảy ra khô hạn.
* Thủy văn:
Phú Lương có mật độ sông, suối bình quân 0,2km/km2, trữ lượng nước cao, phân bổ tương đối đều ở các xã trong huyện, thuận lợi cho phát triển thuỷ lợi, đủ nước cung cấp cho sản xuất và sinh hoạt của dân cư toàn huyện. Hầu hết các sông ở Phú Lương đều hẹp và dốc, nên trong mùa nóng, mưa nhiều, thường xảy ra lũ lụt, xói mòn và sạt lở đất, gây nhiều thiệt hại cho sản xuất và đời sống, sinh hoạt của nhân dân.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 25 http://www.lrc.tnu.edu.vn/
3.1.4. Điều kiện đất đai
Huyện Phú Lương có diện tích tự nhiên 368,82 km2, trong đó đất nông nghiệp 119,79 km2; đất lâm nghiệp 164,98km2 (chiếm 44,73% tổng diện tích đất tự nhiên); đất nuôi trồng thuỷ sản 6,65km2; đất phi nông nghiệp 46,63km2; đất chưa sử dụng 31,64km2.
- Phú Lương có một số loại đất như sau: + Đất phù sa.
+ Đất dốc tụ.
+ Đất đỏ vàng biến đổi do trồng lúa. + Đất nâu đỏ trên đá vôi.
+ Đất feralít đỏ vàng trên đá phiến thạch sét. + Đất đỏ nâu trên đá macma bazơ trung tính. + Đất feralít vàng nhạt phát triển trên đá. + Đất nâu vàng trên phù sa cổ.
Trong đó có ba loại đất chính đó là đất feralít đỏ vàng trên phần thạch sét, đất feralít màu vàng nhạt trên đá và đất nâu đỏ trên đá macma trung tính. Ba loại đất này chiếm hơn 50% diện tích đất toàn huyện.
3.1.5. Hiện trạng rừng và đất rừng
Số liệu thống kê hiện trạng đất đai trên địa bàn và hiện trạng sử dụng đất rừng của khu vực nghiên cứu được thể hiện tại (bảng 3.1)
Bảng 3.1: Thống kê diện tích đất đai khu vực nghiên cứu
Stt Loại đất, loại rừng Tổng (ha) Tỉ lệ (%)
Diện tích đất tự nhiên 36.894,65 100
A Đất nông nghiệp 30.503,12 82,68