Theo Brian A. Schumacher (2002) đất lưu giữ carbon ở hai dạng chính là hữu cơ và carbon vô cơ. Đối với giám sát bể chứa carbon trong đất đề nghị chủ yếu là bể chứa carbon hữu cơ trong đất (SOC). Theo IPCC (2006), carbon hữu cơ trong đất nằm trong rễ sống và chết trong đất có đường kính nhỏ hơn 2mm được xác định đến độ sâu quy định tùy lựa chọn ở mỗi quốc gia, thường là 30cm. Theo Bảo Huy (2012), độ sâu tầng đất đối với rừng thường xanh khu vực Tây Nguyên, Việt Nam là từ 30-50 cm. Xác định SOC tính theo công thức của IPCC (2006):
27
SOC (t/ha) = ρ (g/cm3) * d (cm) * %C *100 (1.8) Trong đó:
ρ = Dung trọng đất (g/cm3)
d = Độ sâu tầng đất (cm). Xác định tùy vào từng khu vực, quốc gia. %C = Phần trăm carbon trong mẫu phân tích
Phương pháp phân tích carbon hữu cơ trong đất khô tốt nhất theo Pearson và cộng sự (2007) là LECO RC - 412 multicarbon analyzer. Nelson và Sommers (1996) dẫn theo Silva (2010) là LECO CHN - 2000 hoặc tương đương. Nhưng theo nhiều tác giả phương pháp Walkley - Back thường được sử dụng (Schumacher, 2002).
Các nghiên cứu xây dựng mô hình xác định SOC trên thế giới hiện tại chủ yếu được thiết lập trên các mô hình đất canh tác nương rẫy và nông lâm kết hợp. Quin Zhang Cai và Huang Yao (2010) tổng hợp số liệu của nhiều tác giả về bể chứa carbon hưu cơ trong đất trong 76 ô mẫu ở các mô hình canh tác nương rẫy trên thế giới trong đó có 19 ô ở trung quốc để xây dựng mô hình ước tính SOC từ 4 loại biến số là nhiệt độ, kết von, mức độ sét hóa và pH đất. Kết quả cho thấy trung bình SOC là 32 tấn/ ha. Mô hình có hệ số xác định tương đối cao, R2=0.74. Tuy nhiên, có mức biến động (S%) lớn là 58%. Nghiên cứu cho thấy loại đất với mức độ sét hóa cao và pH thấp ở vùng lạnh và nhiều mùn có tổng lượng carbon nhiều hơn các vùng khác [28] [30].
28
Hình 1.6: Các ô mẫu về SOC ở các mô hình canh tác nương rẫy trên thế giới
(Dữ liệu tổng hợp của Ramankutty et al, Folley et al và Leff)
(Nguồn: Quin Zhang Cai & Huang Yao, 2010)
SOC là bể chứa carbon rất quan trọng để đánh giá sự gia tăng của khí CO2 (Stewart và cộng sự, 2010). Nghiên cứu của Bảo Huy (2012) cho thấy rằng SOC là bể chứa quan trọng và chiếm tổng lượng CO2 lớn chỉ sau bể chứa sinh khối trên mặt đất (AGB). Trung bình SOC chiếm 44.3% trong tổng 5 bể chứa carbon trong lâm phần, tham khảo sơ đồ nghiên cứu đã xây dựng thử nghiệm mô hình ước tính cho bể chứa SOC từ biến số TAGTB và nhân tố sinh thái, kết quả cho thấy mối tương quan là giữa SOC và TAGTB rất thấp R2=24%, qua đó cho thấy SOC là bể chứa carbon ít biến động và không phụ thuộc nhiều vào sự suy giảm chất lượng rừng, carbon hữu cơ trong đất chỉ bị rửa trôi do mất đi thảm phủ rừng như chặt trắng hoặc canh tác nương rẫy [6].
1.3.6 Nghiên cứu về sinh khối và hấp thụ khí CO2 của rừng khộp.
Rừng khộp là một kiểu rừng độc đáo chỉ phân bố ở một số nước ở khu vực Đông Nam Á trải dài từ Mianma, qua Thailand, Lào, Camphuchia, rộng trên 1.500.000 ha. Tổ thành loài không quá phức tạp như các kiểu rừng khác, thành phần chủ yếu là các loài cây họ dầu (Dipterocarpace) thích nghi cao với điều kiện khô hạn và cháy rừng. Rừng khộp Việt Nam chiếm 1/3 tổng diện tích với khoảng 500.000 ha phân bố ở khu vực Tây Nguyên và một số tỉnh Đông Nam
29
Bộ. Trong đó, Đăk Lăk là tỉnh có phân bố rừng khộp rộng nhất và đặc trưng nhất. Rừng khộp là không gian sống của rất nhiều cộng đồng dân tộc thiểu số ở Việt Nam như Ê Đê, M’Nông, Lào và Gia Rai. Sinh kế của họ gắn chặt vào nguồn tài nguyên rừng, trên cơ sở đó đã hình thành và phát triển nền văn hóa rừng khộp. Diện tích và chất lượng rừng khộp Việt Nam đang suy giảm nghiêm trọng do chuyển đổi mục đích sử dụng. Đa dạng sinh học và các nét đặc trưng riêng về văn hóa gắn liền với kiểu rừng này cũng đang dần biến mất. Do đó, lượng hóa các giá trị về mặt môi trường, sinh thái là giải pháp hữu hiệu để bảo tồn kiểu rừng đặc biệt này.
Các nghiên cứu sinh khối, carbon về kiểu rừng khộp khá khiêm tốn. Brown (1997) đã xây dựng một số mô hình cho kiểu rừng khô lá rộng, Basuki và cộng sự (2009) cũng xây dựng các mô hình ước tính sinh khối cho 4 loài chính của kiểu rừng khộp tây Kalimantal, Indonesia. Tuy nhiên, các nghiên cứu cũng chỉ dừng lại ở việc xác đinh sinh khối bể chứa sinh khối trên mặt đất (AGB) và sử dụng hệ số chuyển đổi CF để ước tính carbon, và lượng CO2 hấp thụ. Cơ sở dữ liệu chưa đại diện để áp dụng đối với các điều kiện cụ thể của kiểu rừng khộp ở Việt Nam. Trong nước, các nghiên cứu về rừng khộp chủ yếu là cấu trúc, tổ thành và các quan hệ sinh thái (Cao Thị Lý, 2009; Nguyễn Thanh Tân, 2010). Các nghiên cứu về sinh khối và carbon rừng khộp (Nguyễn Viết Lượng, 2012; RCFEE; CFIC) chỉ dừng lại ở mức độ sử dụng các mô hình đã có sẵn chưa được kiểm định cho kiểu rừng khộp ở Việt Nam.
1.4 Thảo luận.
Tổng quan vấn đề nghiên cứu cho thấy:
i) Phương pháp xây dựng, thiết lập các mô hình ước tính sinh khối, carbon đã được hệ thống hóa. Trong đó, việc phân loại năm bể chứa carbon theo tiêu chuẩn của IPCC (2006) là cơ sở để ước tính sinh khối, carbon được thừa nhận rộng rãi trên thế giới. Do đó, để cung cấp thông tin về hấp thụ, phát thải CO2 cần dựa theo bộ tiêu chuẩn này để xây dựng các mô hình ước tính sinh khối,
30
carbon cho các bể chứa của lâm phần đạt độ tin cậy và đảm bảo điều kiện để áp dụng đo tính thực tế.
ii) Xây dựng các mô hình sinh trắc (allometric equations) theo phương pháp chặt hạ cây là khó khăn, đặc biệt là với bể chứa sinh khối dưới mặt đất (BGB) vì phải đào toàn bộ hệ thống rễ cây. Trên thế giới đã xây dựng được mô hình sinh trắc cho một số kiểu rừng, tuy nhiên các nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở các mô hình ước tính sinh khối cho bể chứa sinh khối trên mặt đất (AGB) và sử dụng hệ số chuyển đổi từ sinh khối sang carbon CF của IPCC (2006); chưa có nghiên cứu nào xây dựng các mô hình để xác định chính xác lượng carbon tích lũy trong các bể chứa. Thông tin cụ thể về sinh khối, carbon của 4 bể chứa còn lại rất ít, hầu hết đều đều dựa trên giá trị trung bình chung để tính toán cho lâm phần. Do đó, các nghiên cứu để thiết lập hệ thống các mô hình ước tính sinh khối, carbon đầy đủ cho cả 5 bể chứa carbon lâm phần là cần thiết.
iii) Tại Việt Nam, nghiên cứu của Bảo Huy (2012) đã xây dựng được hệ thống các mô hình sinh trắc (allometric equations) đạt độ tin cậy về mặt thống kê và đảm bảo theo các tiêu chuẩn của IPCC (2006). Tuy nhiên, phạm vi áp dụng thực tế của các mô hình này là kiểu rừng thường xanh vùng Tây Nguyên. Việc áp dụng các mô hình này cho các kiểu rừng khác nhau trong cả nước sẽ khó kiểm soát được sai số sử dụng. Do đó, các nghiên cứu tiếp theo cho các kiểu rừng đa dạng ở Việt Nam theo phương pháp đã được xây dựng là cần thiết. Đối với mỗi kiểu rừng, điều kiện lập địa và sinh thái khác nhau, thì phương pháp xây dựng mô hình cũng cần có các thay đổi cho phù hợp với điều kiện cụ thể.
Qua thảo luận cho thấy các vấn đề cho thấy các vấn đề cần thiết phát triển cho các nghiên cứu tiếp theo là: Cung cấp phương pháp đo tính cụ thể để ước tính chính xác sinh khối, carbon tích lũy ở các bể chứa cho các kiểu rừng cụ thể.
31
Tạo cơ sở dữ liệu đầu vào cho giám sát hấp thụ, phát thải CO2 có độ tin cậy cao, phù hợp với các chỉ tiêu chuẩn quốc tế.
Đối với phạm vi của đề tài, các vấn đề nghiên cứu cụ thể đặt ra là:
i) Xây dựng hệ thống các mô hình ước tính sinh khối, carbon của các bể chứa carbon theo phân loại của IPCC (2006) cho kiểu rừng khộp.
ii) Thông tin, cơ sở dữ liệu về năng lực hấp thụ, phát thải CO2cho các trạng thái của kiểu rừng khộp tỉnh Đăk Lăk.
32
CHƯƠNG 2. PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG VÀ ĐẶC ĐIỂM
KHU VỰC NGHIÊN CỨU 2.1 Phạm vi nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu nằm trên địa bàn 2 huyện là Ea Soup và Ea Hleo. Về vị trí địa lí, khu vực nghiên cứu nằm giữa ranh giới tỉnh Đăk Lăk và Gia Lai. Phía tây giáp với Campuchia. Đây là khu vực phân bố rừng khộp lớn, tập trung và đặc trưng nhất của tỉnh Đăk Lăk (Hình 2.1).
Hình 2.1: Vị trí địa lí khu vực nghiên cứu
2.2 Đối tượng nghiên cứu
2.2.1. Kiểu rừng, trạng thái rừng nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu là các cấp trữ lượng khác nhau của kiểu rừng khộp. Phân loại cấp trữ lượng theo thông tư 34/2009-TT/BNNPTNT về phân loại rừng theo trữ lượng: i) Rừng rất giàu (trữ lượng cây đứng trên 300 m3/ha); rừng giàu (trữ lượng cây đứng từ 201-300 m3/ha); rừng trung bình (trữ lượng cây đứng từ 101-200 m3/ha); rừng nghèo (trữ lượng cây đứng từ 10-100 m3/ha); rừng chưa có trữ lượng (cây có đường kính bình quân <8 cm và trữ lượng cây đứng <10 m3/ha).
33
2.2.2. Các bể chứa sinh khối, carbon lâm phần
Các bể chứa carbon trong nghiên cứu gồm có: i) Bể chứa sinh khối cây rừng trên mặt đất (AGB), gồm các bộ phận trên mặt đất của cây rừng: thân (sterm), cành (branch), lá (leaf) và vỏ cây rừng (bark); ii) Bể chứa sinh khối dưới mặt đất (BGB): là bộ phận rễ của cây rừng. iii) Bể chứa thảm mục (Litter); iv) Bể chứa thảm tươi (Herb); v) Bể chứa gỗ chết (Dead wood); vi) Bể chứa carbon hữu cơ trong đất (SOC).
2.3 Đặc điểm khu vực nghiên cứu
Eahleo nằm trên dãy cao nguyên Buôn Ma Thuột - Ea H’Leo. Độ cao trung bình từ 550 – 600m so với mặt nước biển. Ea Soup là khu vực có độ cao thấp nhất trong tỉnh với bình nguyên tương đối bằng phẳng và rộng lớn có độ cao 140 – 300m, thoải dần về phía Tây.
Các loại đá mẹ chính: đá cát; đá phiến sét; đá Granit; đá bazan (Fk). Đặc điểm đất rừng khộp khu vực nghiên cứu là tầng mặt không dày và biến thiên rất lớn theo địa hình: Lớp lateric, đá ong, phiến thạch, lớp sét bí chặt xuất hiện gần mặt đất. Trên vùng bằng phẳng thường bị ngập úng, lớp sét bí chặt xi măng hóa xuất hiện gần mặt đất, lớp đất cát xuất hiện ngay trên lớp đất mặt; Trên vùng sườn dốc thường xuất hiện đá tảng, đá lẫn gần mặt đất, phiến thạch dày đặc trong lớp đất mặt.
Nhiệt độ bình quân trong năm của Easoup là 25,5oC. Dao động từ 19,8 oC đến 38,5oC, lượng mưa bình quân năm là 1600 - 1700mm. Nhiệt độ bình quân của Ea Hleo là 24oC, Dao động từ 7,9oC đến 31,8oC, lượng mưa trung bình năm khoảng 1937.9 mm. Độ ẩm trung bình của 2 huyện dao động từ 71% đến 89%.
34
CHƯƠNG 3. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU 3.1 Mục tiêu nghiên cứu
Thiết lập hệ thống mô hình ước tính sinh khối và carbon ở 5 bể chứa carbon của kiểu rừng khộp. Cung cấp thông tin, cơ sở dữ liệu về sinh khối và năng lực hấp thụ CO2 của kiểu rừng khộp tỉnh Đăk Lăk khi tham gia vào các chương trình REDD+.
Các mục tiêu cụ thể trong nghiên cứu gồm:
i) Thiết lập hệ thống mô hình sinh trắc (allometric equations) ước tính sinh khối, carbon cho cây cá thể rừng khộp chung cho các loài, theo loài và nhóm khối lượng thể tích gỗ (WD)
ii) Thiết lập hệ thống mô hình sinh trắc (allometric equations) ước tính sinh khối, carbon cho các bể chứa lâm phần rừng khộp.
iii)Xác định năng lực hấp thụ CO2 của kiểu rừng khộp tỉnh Đăk Lăk
3.2 Nội dung nghiên cứu
Để đạt được các mục tiêu đặt ra, đề tài nghiên cứu các nội dung cụ thể sau:
i) Nghiên cứu phần sinh khối và carbon cây cá thể:
Xác định khối lượng thể tích gỗ (WD) và vỏ (BaD) theo loài, nhóm loài.
Thiết lập hệ thống mô hình ước tính sinh khối, carbon của các bộ phận cây rừng trên và dưới mặt đất (thân, cành, lá, vỏ, rễ) qua nhân tố điều tra rừng.
Thiết lập hệ thống mô hình ước tính sinh khối, carbon cho bể chứa AGB, BGB cây cá thể chung cho các loài.
Thiết lập hệ thống mô hình ước tính sinh khối, carbon cho bể chứa AGB, BGB cây cá thể riêng cho các loài, nhóm loài chủ yếu trong lâm phần kiểu rừng khộp.
Thiết lập hệ thống mô hình ước tính sinh khối, carbon cho bể chứa AGB, BGB cây cá thể theo nhóm khối lượng thể tích gỗ (WD).
35
Thiết lập mô hình chuyển đổi giữa sinh khối, carbon giữa 2 bể chứa AGB, BGB cây cá thể.
ii) Ước tính sinh khối và carbon của các bể chứa ngoài gỗ của lâm phần:
Xác định và ước tính biến động về sinh khối, carbon của các bể chứa ngoài gỗ cho lâm phần, gồm: Thảm mục (Litter), thảm tươi (Herb); gỗ chết (DW) và carbon hữu cơ trong đất (SOC).
Thử nghiệm thiết lập quan hệ carbon của các bể chứa SOC với các nhân tố sinh thái, nhân tố điều tra, sinh khối lâm phần.
iii)Thiết lậphệ thốngmô hình ước tính sinh khối, carbon lâm phần
Theo các nhân tố điều tra lâm phần như tổng tiết diện ngang (BA), Mật độ (N) và tổng trữ lượng cây gỗ đứng (M) và các nhân tố sinh thái.
iv)Nghiên cứu sinh khối và carbon lâm phần
Phân cấp chiều cao, cấp sinh khối lâm phần.
Phân cấp sinh khối lâm phần và ước tính sinh khối, carbon rừng theo các cấp cấu trúc lâm phần.
Dự báo tăng trưởng về sinh khối, carbon lâm phần theo cấu trúc lâm phần.
3.3 Phương pháp nghiên cứu. 3.3.1. Phương pháp luận 3.3.1. Phương pháp luận
Sinh khối, carbon cây rừng và lâm phần có quan hệ hữu cơ với các nhân tố lâm học và sinh thái. Do đó phương pháp đo tính và ước lượng sinh khối, carbon rừng cần phát triển dựa trên việc xây dựng các phương trình tương quan với các nhân tố điều tra rừng dễ đo đếm. Giải pháp thiết lập các mô hình sinh trắc (allometric equations) là cơ sở để ước tính, giám sát biến động CO2 hấp thụ của cây rừng và lâm phần (Brown (1997, 2011), MacDicken (1997), Chave và cộng sự (2005), Person và cộng sự (2007), Basuki và cộng sự (2009), Henry và cộng sự (2010), Bảo Huy (2012)).
Xây dựng các mô hình sinh trắc (Allometric equations) sẽ dựa vào phương pháp chặt hạ cây (destructive measurement), từ đó đo tính trực tiếp sinh khối và
36
carbon cây rừng. Đồng thời, dựa trên mối quan hệ hữu cơ giữa sinh khối, carbon rừng với các nhân tố lâm học và sinh thái để ước tính khả năng tích lũy carbon và xác định sinh khối của lâm phần. Mặt khác, ở những điều kiện sinh thái, lập địa khác nhau, các loài cây khác nhau đặc điểm sinh trưởng, sinh khối và năng lực tích lũy carbon của cây rừng cũng khác nhau. Do đó, phương pháp tiếp cận là rút mẫu thực nghiệm và chặt hạ cây theo các loài cây khác nhau theo từng trạng thái rừng của kiểu rừng khộp để xác định sinh khối, carbon của các bể chứa.
Lấy mẫu để xác định tỉ lệ sinh khối khô với sinh khối tươi và phân tích hóa học để xác định lượng carbon lưu giữ ở 5 bể chứa: sinh khối trên mặt đất (thân, cành, lá, vỏ của cây gỗ đứng), thảm mục, thảm tươi, cây chết, đất và sinh khối dưới mặt đất (chủ yếu là rễ cây).
Từ đây ứng dụng phương pháp xây dựng hàm toán học để xây dựng các mô hình allometric equations xác định sinh khối, carbon tích lũy, CO2 hấp thụ của cây rừng và lâm phần thông qua các biến số là các nhân tố điều tra rừng và nhân tố sinh thái. Đây là cơ sở để xác định lượng CO2 hấp thụ của kiểu rừng khộp. Tiếp cận nghiên cứu minh họa theo sơ đồ hình 3.1.
37 DBH, H CA Loài N, M BA OTC điều tra
sinh khối theo trạng thái
Cây giải tích theo cấp kính Phân tích % SKK %C Mô hình theo loài WD, BAD SOC Li, Hg DW Nhân tố sinh thái AGB, BGB Mô hình theo nhóm WD Mô hình chung Mô hình cây cá thể Mô hình ước tính cho lâm phần V=f(DBH,H) A=f(DBH,H) H=f(DBH) Lượng CO2 hấp thụ rừng Khộp
Sinh khối, carbon theo cấp năng suất, cấp sinh
khối
Tăng trưởng SK,C hẳng
năm
Hình 3.1: Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu