TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Trên thế giới
1.1.1 Nghiên cứu về cấu trúc rừng
Cấu trúc rừng là sự sắp xếp tổ chức của các thành phần sinh vật trong hệ sinh thái rừng, cho phép các loài có đặc điểm sinh thái khác nhau sống hài hòa và đạt sự ổn định trong một giai đoạn phát triển tự nhiên Nó vừa phản ánh kết quả của mối quan hệ đấu tranh và thích ứng giữa các sinh vật rừng với môi trường, vừa thể hiện sự tương tác giữa các loài trong rừng.
1.1.1.1 Về cơ sở sinh thái của cấu trúc rừng
Quy luật cấu trúc rừng là yếu tố then chốt trong nghiên cứu sinh thái học và hệ sinh thái rừng, đồng thời hỗ trợ xây dựng mô hình lâm sinh hiệu quả Cấu trúc rừng được phân chia thành ba dạng: cấu trúc sinh thái, cấu trúc không gian và cấu trúc thời gian Lớp thảm thực vật phản ánh quá trình chọn lọc tự nhiên và sự cạnh tranh giữa các loài thực vật cũng như giữa thực vật và môi trường sống Từ góc độ sinh thái, cấu trúc rừng thể hiện hình thức bên ngoài, phản ánh nội dung bên trong của hệ sinh thái rừng, với tính trật tự và quy luật của quần xã.
Nghiên cứu về cấu trúc sinh thái của rừng mưa nhiệt đới đã được thực hiện bởi các nhà khoa học như Richards P.W (1933 - 1934), Baur G.N (1962) và ODum (1971) Những nghiên cứu này thường tập trung vào việc trình bày quan điểm, khái niệm và mô tả định tính về tổ thành, dạng sống và tầng phiến của rừng.
Nghiên cứu về các nhân tố cấu trúc rừng và các phương pháp lâm sinh cho rừng mưa tự nhiên đã được tác giả Baur G.N (1962) tổng kết một cách phong phú Ông đã trình bày các nguyên lý tác động lâm sinh nhằm tạo ra rừng đồng tuổi, rừng không đồng tuổi và các phương thức cải thiện chất lượng rừng mưa.
Nghiên cứu của Catinot (1965) và Plaudy J đã trình bày cấu trúc hình thái rừng thông qua các phẫu đồ rừng, đồng thời phân tích các nhân tố cấu trúc sinh thái bằng cách mô tả và phân loại dựa trên các khái niệm dạng sống và tầng phiến.
Tác giả Odum E.P (1971) [16] đã hoàn chỉnh học thuyết về hệ sinh thái trên cơ sở thuật ngữ hệ sinh thái (ecosystem) của Tansley A.P, năm 1935
Khái niệm hệ sinh thái đƣợc làm sáng tỏ là cơ sở để nghiên cứu các nhân tố cấu trúc trên quan điểm sinh thái học
1.1.1.2 Về mô tả hình thái cấu trúc rừng:
Hiện tượng thành tầng trong rừng đề cập đến sự sắp xếp không gian của các thành phần sinh vật, cả theo chiều ngang lẫn chiều đứng Phương pháp vẽ biểu đồ mặt cắt đứng của rừng, được Davit và P.W Richards đề xuất vào những năm 1930, đã được áp dụng lần đầu tiên tại Guyana và vẫn là công cụ hiệu quả để nghiên cứu cấu trúc tầng rừng Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là chỉ thể hiện được sự sắp xếp theo chiều dọc của các loài cây gỗ trong một khu vực hạn chế.
Phương pháp biểu đồ trắc diện, được đề xuất bởi Davit và Richards vào những năm 1933 - 1934, là một công cụ quan trọng trong việc phân loại và mô tả rừng nhiệt đới Phương pháp này giúp phân tích thành phần loài và cấu trúc thảm thực vật theo cả chiều nằm ngang và chiều thẳng đứng, từ đó cung cấp cái nhìn sâu sắc về sự đa dạng sinh học trong các hệ sinh thái rừng nhiệt đới.
Richards.P.W (1952) đã nghiên cứu sâu về cấu trúc hình thái của rừng mưa nhiệt đới Ông chỉ ra rằng đặc điểm nổi bật của loại rừng này là phần lớn thực vật đều thuộc dạng thân gỗ Ngoài ra, tác giả phân loại tổ thành thực vật của rừng mưa thành hai loại: rừng mưa hỗn hợp với tổ thành loài cây phức tạp và rừng mưa đơn ưu với tổ thành loài cây đơn giản.
Rừng mưa nhiệt đới thường có cấu trúc đa tầng với ba tầng chính, bao gồm cây gỗ lớn, cây bụi và cây thân cỏ, cùng với nhiều loài cây leo và thực vật phụ sinh Trong những điều kiện đặc biệt, rừng mưa chỉ bao gồm một số loài cây nhất định Rừng mưa được coi là một quần thể sinh thái phức tạp và phong phú nhất về đa dạng loài.
Việc phân cấp cây rừng cho rừng hỗn loài nhiệt đới tự nhiên là một vấn đề phức tạp mà chưa có phương án nào được chấp nhận rộng rãi Sampion Gripfit (1948) đã đề xuất phân cấp cây rừng thành 5 cấp dựa vào kích thước và chất lượng cây rừng khi nghiên cứu rừng tự nhiên Ấn Độ và rừng ẩm nhiệt đới Tây Phi Trong khi đó, Richards (1952) phân chia rừng ở Nigeria thành 6 tầng dựa vào chiều cao của cây rừng.
Hầu hết các tác giả nghiên cứu về tầng thứ trong rừng tự nhiên nhiệt đới thường đưa ra nhận xét định tính, trong khi việc phân chia tầng thứ theo chiều cao lại mang tính cơ giới và chưa phản ánh đầy đủ sự phân tầng phức tạp của hệ sinh thái này.
1.1.1.3 Nghiên cứu định lượng cấu trúc rừng
Nghiên cứu cấu trúc rừng đã tiến triển từ mô tả định tính sang định lượng nhờ vào thống kê toán học và công nghệ thông tin Việc mô hình hóa cấu trúc rừng và xác lập mối quan hệ giữa các yếu tố cấu trúc đã được nhiều tác giả nghiên cứu thành công Đặc biệt, các vấn đề về cấu trúc không gian và thời gian của rừng đã thu hút sự quan tâm lớn từ các nhà nghiên cứu, trong đó có những tác giả tiêu biểu như Rollet B (1971) và Brung.
Nhiều tác giả, như Loeth et al (1967) và Rollet B (1971), đã nghiên cứu cấu trúc không gian và thời gian của rừng theo hướng định lượng, sử dụng các mô hình toán để mô phỏng qui luật cấu trúc (dẫn theo Trần Văn Con, 2001) Rollet B đã mô tả mối quan hệ giữa chiều cao và đường kính cây bằng các hàm hồi quy, đồng thời phân bố đường kính qua các dạng phân bố xác suất Nhiều nghiên cứu đã áp dụng hàm Weibull để mô hình hóa cấu trúc đường kính loài thông theo mô hình của Schumarcher và Coil (Belly, 1973) Ngoài ra, các dạng hàm như Meyer, Hyperbol, hàm mũ, Pearson, và Poisson cũng được sử dụng rộng rãi để mô hình hóa cấu trúc rừng.
Một vấn đề quan trọng trong nghiên cứu cấu trúc rừng là phân loại rừng dựa trên cấu trúc và ngoại mạo sinh thái Phân loại này dựa vào đặc điểm phân bố, dạng sống ưu thế, cấu trúc tầng thứ và các đặc điểm hình thái của quần xã thực vật Các nhà khoa học như Humbold (1809), Schimper (1903), Aubreville (1949) và UNESCO (1973) đã đóng góp vào hệ thống phân loại này Trong nhiều hệ thống phân loại, việc nghiên cứu ngoại mạo của quần xã thực vật không thể tách rời khỏi hoàn cảnh sinh thái, dẫn đến việc hình thành một hướng phân loại theo ngoại mạo sinh thái.
Khác với xu hướng phân loại rừng dựa trên cấu trúc và ngoại mạo tĩnh, Melekhov đã nhấn mạnh sự biến đổi của rừng theo thời gian Nghiên cứu của ông tập trung vào sự thay đổi của tổ thành loài cây trong lâm phần qua các giai đoạn khác nhau của quá trình phát sinh và phát triển của rừng.
Những nghiên cứu ở Việt Nam
1.2.1 Những nghiên cứu về cấu trúc rừng
Nghiên cứu cấu trúc rừng ở Việt Nam đã thu hút sự quan tâm của nhiều tác giả nhằm đưa ra giải pháp lâm sinh hiệu quả Một số công trình nghiên cứu tiêu biểu trong lĩnh vực này đã góp phần quan trọng vào việc phát triển các phương pháp quản lý rừng bền vững.
Tác giả Thái Văn Trừng (1963, 1970, 1978) đã phát triển mô hình cấu trúc tầng rừng, bao gồm các tầng vượt tán (A1), ưu thế sinh thái (A2), dưới tán (A3), cây bụi (B) và cỏ quyết (C) Ông cải tiến phương pháp biểu đồ và mặt cắt đứng của Davit - Risa để nghiên cứu cấu trúc rừng Việt Nam, đặc biệt nhấn mạnh tầng cây bụi và thảm tươi với tỷ lệ nhỏ hơn, đồng thời ký hiệu thành phần loài cây dựa trên các đặc trưng sinh thái và khí hậu Thái Văn Trừng đã sử dụng bốn tiêu chuẩn để phân chia kiểu thảm thực vật rừng Việt Nam, bao gồm dạng sống ưu thế, độ tàn che, hình thái sinh thái và trạng mùa của tán lá, từ đó phân loại thảm thực vật rừng thành 14 kiểu Điều này cho thấy sự vận dụng các nhân tố cấu trúc rừng trong phân loại rừng dựa trên quan điểm sinh thái phát sinh quần thể.
Theo Vũ Đình Phương (1987), việc xác định tầng thứ của rừng lá rộng thường xanh là cần thiết và hợp lý, nhưng chỉ nên áp dụng khi rừng đã phát triển ổn định với sự phân tầng rõ rệt Trong những trường hợp này, phương pháp định lượng mới được sử dụng để xác định giới hạn của các tầng cây.
Nghiên cứu mô hình hoá cấu trúc đường kính D1.3 và biểu diễn theo các dạng hàm phân bố xác suất đã được thực hiện, trong đó nổi bật là công trình của tác giả Đồng Sỹ Hiền (1974) sử dụng hàm phân bố xác suất để phân tích.
Meyer đã áp dụng hệ đường cong Poisson để điều chỉnh phân bố thực nghiệm số lượng cây theo kích thước đường kính trong rừng tự nhiên, nhằm tạo cơ sở cho việc lập biểu độ thon cây đứng tại Việt Nam.
Tác giả Nguyễn Hải Tuất (1986) đã áp dụng hàm phân bố giảm và phân bố khoảng cách để mô tả cấu trúc của rừng thứ sinh, đồng thời sử dụng quá trình Poisson để nghiên cứu cấu trúc quần thể rừng.
Hầu hết các nghiên cứu rừng gần đây chủ yếu tập trung vào mô hình hoá quy luật kết cấu lâm phần, trong khi yếu tố sinh thái thường bị bỏ qua, dẫn đến việc áp dụng vào kinh doanh rừng chưa thực sự hiệu quả cho mục tiêu ổn định lâu dài Để đề xuất giải pháp lâm sinh hiệu quả, cần nghiên cứu cấu trúc rừng một cách chuyên sâu, dựa trên quan điểm tổng hợp về sinh thái học, lâm học và sản lượng, đồng thời phân tích các quy luật tự nhiên trong hệ sinh thái rừng.
1.2.2 Nghiên cứu sinh khối ở trong nước
Nguyễn Hoàng Trí (1986) đã tiến hành nghiên cứu về sinh khối và năng suất của quần xã đước đôi (Rhizophora apiculata BL.) tại Cà Mau – Minh Hải Kết quả cho thấy sinh khối của rừng nhân tạo đạt 33.846 kg/ha, trong khi rừng tự nhiên chỉ đạt 1.400,40 kg/ha Sự phân bố sinh khối theo chiều dọc của các bộ phận trên mặt đất trong quần xã này giảm dần từ gốc đến ngọn Tuy nhiên, nghiên cứu chỉ đề cập đến bốn loại rừng: rừng trưởng thành, rừng tái sinh tự nhiên, rừng tái sinh nhân tạo và rừng xấu, mà không xem xét tuổi của rừng trồng.
Phan Nguyên Hồng (1991) đã tiến hành nghiên cứu sinh khối trên mặt đất của rừng đước trồng 10 năm tuổi tại các khu vực bị rải chất diệt cỏ, cụ thể là tại Tắc Cống và Tắc Ông Địa thuộc Tiểu khu 13 – Ban Quản lý rừng phòng hộ Cần Giờ Kết quả cho thấy mức độ ngập triều khác nhau đã ảnh hưởng đến sự biến đổi sinh khối của rừng.
Nguyễn Đức Tuấn (1995) đã nghiên cứu sự tăng trưởng và sinh khối của rừng đâng (Rhizophora stylosa) và rừng đước (Rhizophora apiculata) tại Hà Tĩnh và Cần Giờ, Tp Hồ Chí Minh Nghiên cứu đánh giá sinh khối và cấu trúc sinh khối thực vật theo chiều thẳng đứng và theo tuổi Kết quả cho thấy, ở 2 năm tuổi, rừng đước sinh trưởng trên nền đất mềm có tổng sinh khối cao gấp 2 lần so với rừng đước trên nền đất cao, bùn cứng Cụ thể, sinh khối các bộ phận như thân, cành, lá, rễ chống và rễ dưới đất lần lượt cao hơn từ 1,5 lần đến 3,3 lần.
Viên Ngọc Nam và cộng sự (1998) đã tiến hành nghiên cứu về sinh khối và năng suất sơ cấp của rừng đước (Rhizophora apiculata) tại Cần Giờ Trong nghiên cứu, tác giả áp dụng phương pháp ô tiêu chuẩn để thu thập dữ liệu và dựa vào phương pháp của Ong Jin – Eong và cộng sự (1983) Kết quả cho thấy sinh khối của rừng đước ở tuổi
Theo nghiên cứu, sinh khối rừng đước ghi nhận ở các độ tuổi 4, 8, 12, 16 và 21 lần lượt là 16,24 tấn khô/ha, 89,01 tấn khô/ha, 118,21 tấn khô/ha, 138,98 tấn khô/ha và 139,98 tấn khô/ha, với tổng sinh khối dao động từ 16,90 đến 143,71 tấn/ha và lượng tăng trưởng sinh khối từ 5,93 đến 12,44 tấn/ha/năm Rừng 4 tuổi có mức tăng sinh khối thấp nhất, trong khi rừng 12 tuổi đạt mức cao nhất Tăng trưởng đường kính trung bình từ 0,46 đến 0,81 cm/năm, đạt tối đa ở tuổi 16 Năng suất lượng rơi dao động từ 3,67 đến 10,45 tấn/ha/năm, với tỷ lệ lá rơi cao nhất ở tuổi 8, nơi có năng suất sơ cấp thuần đạt 9,6 – 19,04 tấn/ha/năm Mức độ phân hủy lá sau một năm là 90,39 – 96,48%, trong khi trữ lượng thảm mục tích lũy trên sàn rừng từ 3,4 đến 12,46 tấn/ha Xác thực vật sau tỉa thưa là 6,57 – 12,12 tấn/ha, và lượng dinh dưỡng trả lại cho đất qua lượng rơi là 61,47 – 202,41 kg/ha/năm, với chỉ số diện tích bề mặt lá từ 0,66 đến 1,47.
Cho đến nay, nghiên cứu sinh khối rừng ở nước ta còn hạn chế, nhất là rừng tự nhiên cũng nhƣ rừng ngập mặn
1.2.3 Nghiên cứu về hấp thụ CO 2 trong lâm nghiệp ở Việt Nam
Vũ Tấn Phương (2006) đã tiến hành nghiên cứu về trữ lượng các bon của thảm thực vật và cây bụi tại các khu vực không có rừng ở các huyện Cao Phong, Đông Bắc, Hà Trung, Thạch Thành và Ngọc Lạc thuộc tỉnh Thanh Hóa Nghiên cứu tập trung vào năm loại cỏ, bao gồm cỏ chỉ, cỏ lông lợn, cỏ lá tre, lau lách và tế guột, cùng với các loại cây bụi có chiều cao khác nhau.
Tác giả đã nghiên cứu trữ lượng carbon bằng cách xác định sinh khối tươi và khô của thảm thực vật và cây bụi cao từ 2 đến 3 mét Kết quả cho thấy cây Lau lách có trữ lượng carbon trong sinh khối cao nhất, đạt khoảng 20 tấn C/ha.
Cây bụi cao dưới 2 mét có khả năng lưu trữ khoảng 10 tấn carbon mỗi hectare, trong khi các loại cây có chiều cao từ 2 đến 3 mét có lượng carbon lên đến 14 tấn C/ha Đối với các loại cỏ, cỏ lá tre đứng đầu với 6,6 tấn C/ha, tiếp theo là cỏ tranh với 4,9 tấn C/ha, và cỏ lông lợn/cỏ chỉ có lượng carbon thấp nhất, chỉ khoảng 3,9 tấn C/ha.
Những nghiên cứu về loài Đước
Cây Đước đôi (Rhizophora apiculata B.L) thuộc họ Rhizophoraceae, là loài cây phát triển nhanh, thích nghi với đất ngập nước ven biển nhiệt đới Với hệ thống rễ vững chắc, Đước giữ vai trò quan trọng trong phục hồi rừng, cung cấp gỗ cho xây dựng và chất đốt cho cộng đồng, đồng thời giúp cố định bãi bồi và bảo vệ các công trình ven biển khỏi gió bão Trong những năm gần đây, công tác phục hồi và phát triển rừng ngập mặn, đặc biệt là Đước, đã được nhiều quốc gia chú trọng, với hàng chục nghìn ha rừng mới được trồng mỗi năm nhờ vào các chương trình đầu tư của chính phủ và tổ chức quốc tế, mang lại lợi ích to lớn cho cư dân ven biển.
Trên thế giới có rất nhiều tác giả nghiên cứu về sinh trưởng và sinh khối rừng Đước như Barry Clough (1996), Ong (1985), Putz & Chan
(1986) ở Việt Nam tăng trưởng và sinh khối rừng Đước, đã được một số tác giả nghiên cứu
Tăng trưởng đường kính và chiều cao của cây ở Ngọc Hiển, Cà Mau là 0,75 cm/năm và 0,85 cm/năm (Hồng & Trí, 1983) Tại Cần Giờ, đường kính tăng từ 0,46 đến 0,81 cm/năm và chiều cao từ 0,45 đến 0,76 m/năm (Nam, 1996) Ở Cà Mau và Bạc Liêu, cây 5 tuổi có đường kính tăng từ 0,43 đến 0,76 cm/năm (Tấn, 2000) Trong giai đoạn 1-5 năm, rừng Đước thuần loài phát triển mạnh với nhiều cành nhánh và lá, giúp cây hấp thụ ánh sáng và tạo ra sinh khối lớn Ở một số khu vực có độ ngập triều thấp, cây có thể tạo ra các thân phụ, nhưng hiện tượng cạnh tranh về dinh dưỡng và ánh sáng gần như không xảy ra trong giai đoạn này.
Trong giai đoạn 6-12 tuổi, cây rừng phát triển mạnh mẽ về đường kính và chiều cao, dẫn đến sự cạnh tranh khốc liệt về dinh dưỡng và ánh sáng Ở giai đoạn này, hiện tượng tỉa thưa tự nhiên diễn ra mạnh, với khoảng 30% số cây chết ở độ tuổi 7-8 và khoảng 20-25% ở độ tuổi 10-11.
Trong giai đoạn từ 13 đến 20 tuổi, cây rừng phát triển mạnh về đường kính và cạnh tranh về dinh dưỡng gia tăng Sự tỉa thưa tự nhiên của cây rừng ít xảy ra hơn, dẫn đến tỷ lệ cây chết khoảng 10-15% ở tuổi 15 và giảm còn khoảng 5% ở tuổi 17-18.
Theo Nguyễn Hoàng Trí (1986) nghiên cứu tổng sinh khối trên 3 loại rừng:
– Rừng Đước trưởng thành: 276.829 kg/ha
– Rừng tái sinh tự nhiên 7-8 tuổi: 14.004 kg/ha
– Rừng trồng 6-8 tuổi: 33.846 kg/ha
Theo Viên Ngọc Nam& cs (1996) nghiên cứu tổng sinh khối và lƣợng tăng sinh khối theo tuổi tại Cần Giờ – TP Hồ Chí Minh, nhƣ sau:
Lƣợng tăng sinh khối (tấn/ha,năm)
Theo Đặng Trung Tấn & cs (2000) nghiên cứu tổng sinh khối và lƣợng tăng sinh khối theo tuổi tại Cà Mau, Bạc Liêu, nhƣ sau:
Lƣợng tăng sinh khối (tấn/ha,năm)
Các nghiên cứu cho thấy sự khác biệt giữa các tác giả, điều này có thể xuất phát từ địa bàn nghiên cứu khác nhau cũng như phương pháp lấy mẫu và xử lý số liệu không đồng nhất.
Tuy nhiên, những nghiên cứu này đã đƣa ra đƣợc nhiều thông tin bổ ích về sinh trưởng và sinh khối của các lâm phần rừng Đước thuần loại.
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nội dung nghiên cứu
Để thực hiện đƣợc mục tiêu đặt ra, đề tài thực hiện một số nội dung chính sau:
2.1.1 Phân chia cấp đất cho các lâm phần nghiên cứu
2.1.2 Xác định một số đặc điểm cấu trúc cơ bản cho rừng Đước
2.1.2.1 Phân bố số cây theo đường kính
2.1.2.2 Tương quan chiều cao với đường kính
2.1.2.3 Tương quan đường kính tán với đường kính ngang ngực
2.1.3 Xác định trữ lượng gỗ rừng Đước
2.1.4 Xác định sinh khối và trữ lượng các bon rừng Đước
2.1.4.1 Xác định sinh khối và trữ lượng các bon bộ phận cây gỗ
2.1.4.2 Xác định sinh khối và trữ lượng các bon bộ phận thảm mục
2.1.4.2 Xác định sinh khối chung cho rừng Đước
Phương pháp nghiên cứu
2.2.1 Quan điểm và phương pháp luận
Nghiên cứu về sinh khối và trữ lượng carbon của rừng Đước thường chỉ được thực hiện trong phạm vi hẹp Do đó, đề tài này được thực hiện nhằm kế thừa các công trình nghiên cứu trước đây để xác định chính xác sinh khối và trữ lượng carbon cho khu vực rừng Đước.
Số liệu điều tra chủ yếu tập trung vào các chỉ tiêu sinh trưởng như đường kính, chiều cao và đường kính tán, cùng với việc cân đo sinh khối thảm mục Phương pháp thực hiện đề tài được khái quát như sau:
- Dựa vào mối quan hệ giữa đường kính và chiều cao, xác lập cấp sinh trưởng chiều cao (cấp đất) cho rừng trồng Đước tại khu vực
- Dựa vào mối quan hệ giữa các chỉ tiêu sinh trưởng để xác định một số đặc điểm cấu trúc và trữ lƣợng rừng
- Xác định tổng lượng sinh khối và các bon thông qua phương trình tương quan với các chỉ tiêu sinh trưởng
2.2.2 Phương pháp thu thập số liệu Để xác định cấu trúc, trữ lƣợng gỗ, sinh khối và trữ lƣợng các bon, đề tài tiến hành tiến hành lập 9 OTC tạm thời theo phương pháp bố trí điển hình Mỗi ô có diện tích 200m 2 (10*20m) Trong mỗi ô điều tra các chỉ tiêu sau:
(1) Điều tra các chỉ tiêu về kích thước cây gỗ:
Các chỉ tiêu về kích thước cây gỗ được điều tra cho tất cả các cây trong OTC
- Chiều cao: Chiều cao từng cây đƣợc đo bằng sào khắc vạch, độ chính xác đến dm;
- Đường kính ngang ngực: Đường kính ngang ngực được đo bằng thước dây với độ chính xác là 0,1cm Từ chu vi suy ra đường kính D=C/3,14;
- Đường kính tán lá: Đo gián tiếp thông qua hình chiếu tán cây bằng thước dây theo 2 chiều vuông góc;
Mỗi OTC được bố trí 3 ô dạng bản ở giữa tâm ô với diện tích 4m² đại diện cho từng cấp tuổi Trong mỗi ô, cân vật rơi rụng và lấy 1 mẫu khoảng 0,5 kg để sấy khô Đề tài tiến hành lấy 3 mẫu để xác định tỷ lệ phần trăm sinh khối khô cho bộ phận thảm mục Phương pháp nghiên cứu dựa trên biểu cấp đất rừng trồng Đước do Phạm Trọng Thịnh xây dựng năm 2006.
2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu
2.2.3.1 Phương pháp mô tả cấu trúc cho các lâm phần Đước
- Phân bố số cây theo đường kính
Sử dụng hàm Weibull mô tả nhân bố N/D
Hàm Weibull là phân bố xác suất của biến ngẫu nhiên liên tục với miền giá trị (0, +∞).[7]
Hàm mật độ có dạng:
(2.1) Hàm phân bố có dạng:
Phân bố Weibull được đặc trưng bởi hai tham số α và λ, trong đó λ xác định độ nhọn của phân bố và α xác định độ lệch Cụ thể, khi α = 1, phân bố có dạng giảm; khi α = 3, phân bố có dạng đối xứng; nếu α > 3, phân bố có dạng lệch phải; và khi α < 3, phân bố có dạng lệch trái.
Để đánh giá sự phù hợp giữa phân bố lý thuyết và phân bố thực nghiệm, chúng ta sử dụng tiêu chuẩn Khi bình phương (χ²).
Nếu giá trị 2 tính toán nhỏ hơn hoặc bằng giá trị 2 05 tra bảng với bậc tự do k = m – r - 1 (trong đó m là số tổ sau khi gộp và r là số tham số của phân bố lý thuyết cần ước lượng), thì phân bố lý thuyết được coi là phù hợp với phân bố thực nghiệm, và ngược lại.
Trong đó: ft: Tần số thực nghiệm fl: Tần số lý thuyết Nếu tổ nào có fl < 5 thì ghép với tổ trên hoặc tổ dưới, để sao cho fl ≥ 5
- Quan hệ chiều cao với đường kính được biểu thị bằng phương trình thông dụng nhất là Hàm Power:[7]
H=b0*D b1 (2.4) Hay Ln(H)=a+b*ln(D) (2.5) Trong đó: a=ln(b0); b=b1
2.2.3.2 Xác định trữ lượng gỗ cho các OTC
Trữ lượng gỗ của các OTC được xác định từ phương trình thể tích của Phạm Trọng Thịnh [24] lập cho rừng trồng Đước:
Công thức tính thể tích cây được xác định bởi V=0.00004508*D^2.01*H^0.965, trong đó D và H là đường kính và chiều cao của từng cây Khi thay giá trị D và H vào phương trình, ta sẽ tính được thể tích của từng cây Tổng thể tích của tất cả các cây trong khu vực OTC sẽ cho ra trữ lượng OTC Để tính trữ lượng trên một hecta, ta nhân trữ lượng OTC với 50, tương ứng với tỷ số 10000/200.
2.2.3.3 Xác định sinh khối khô lâm phần a Xác định sinh khối khô cây gỗ
Sử dụng phương trình sinh khối khô của Viên Ngọc Nam, Nguyễn Thị
Hà và Trần Quốc Khải [12] lập cho rừng Đước ở Cà Mâu
- Sinh khối phần trên mặt đất:
W(kg/cây)=0.2385*D 2.442 (2.6) -Sinh khối phần dưới mặt đất: W(kg/cây)=0.00679*D 2.75 (2.7)
-Tổng sinh khối của cây bằng tổng sinh khối phần trên mặt đất W1 và sinh khối phần dưới mặt đất:
- Tổng sinh khối các cây trong OTC đƣợc sinh khối OTC Nhân sinh khối OTC với 50 đƣợc sinh khối/ha b Xác định sinh khối vật rơi rụng
Trong từng OTC tính sinh khối tươi vật rơi rụng bình quân cho ODB có diện tích 4 m 2 : [7]
Wbq=(W1+W2+W3)/3 (2.9) Sinh khối tươi vật rơi rụng /ha: [7]
Wt (kg/ha)=(Wbq/4)*10000 (2.10) -Sinh khối khô vật rơi rụng bằng sinh khối tươi nhân với tỷ lệ phần trăm sinh khối khô
Tỷ lệ phần trăm sinh khối khô vật rơi rụng đƣợc xác định thông qua kết quả sấy khô các mẫu lấy từ thực địa
Trong quá trình điều tra, ba mẫu được thu thập từ ba OTC khác nhau Các mẫu này được sấy ở nhiệt độ 105 độ C cho đến khi trọng lượng của chúng không còn thay đổi qua các lần kiểm tra.
Tỷ lệ sinh khối khô từng mẫu sấy đƣợc tính bằng tỷ số: [7]
Tỷ lệ sinh khối khô vật rơi rụng bình quân đƣợc tính từ tỷ lệ sinh khối khô của 3 mẫu sấy: [7]
Pk(bq)=( Pk(1)+Pk(2)+Pk(3))/3 (2.12) c Sinh khối khô rừng Đước
Sinh khối khô rừng Đước bằng tổng sinh khối bộ phận cây gỗ và bộ phận vật rơi rụng
Dưới tán rừng Đước hầu hết không có cây bụi thảm tươi nên đề tài không xác định sinh khối cũng nhƣ các bon của bộ phận này
2.2.3.4 Xác định trữ lượng các bon rừng Đước
Trữ lƣợng các bon bằng trữ lƣợng gỗ nhân với hệ số các bon
Hệ số chuyển đổi từ khối lượng sinh khối khô sang khối lượng carbon được IPCC đề xuất có giá trị từ 0,47 đến 0,50, theo thông tin từ UN-REDD Vietnam.
Hàm lượng carbon trong sinh khối khô của cây gỗ dao động từ 47% đến 50% Để tính trữ lượng carbon của rừng từ sinh khối khô, tác giả sử dụng giá trị trung bình là 48,5%.
Nhƣ vậy trữ lƣợng các bon Mcb=Sinh khối khô*0.485.
ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Đặc điểm khu vực nghiên cứu
3.1.1 Khái quát điều kiện tự nhiên
Ban quản lý rừng An Biên – An Minh quản lý diện tích nằm trong địa giới hành chính của các xã Tây Yên, Nam Yên, Nam Thái, Nam Thái A thuộc huyện An Biên, cùng với các xã Đông Hưng A, Vân Khánh, Vân Khánh Đông, Vân Khánh Tây, Thuận Hòa, Tân Thạnh thuộc huyện An Minh, tại phía Tây Nam tỉnh Kiên Giang Lâm phận của Ban được chia thành hai khu vực.
Khu vực rừng phòng hộ ven biển trải dài 58 km, tính từ đê quốc phòng ra biển, bao gồm bãi bồi đến mực nước kiệt hàng năm và bãi lở cách đê 500 mét.
Từ 9 0 28’ đến 10 0 02’ độ vĩ Bắc;
Từ 104 0 51’ đến 105 0 06’ độ kinh Đông
3.1.1.2 Địa hình, thổ nhưỡng vùng dự án
Khu vực có địa hình phân chia thành hai dạng theo hai vùng rõ rệt:
Vùng rừng phòng hộ ven biển có chiều dài khoảng 58 km, kéo dài từ Bắc xuống Nam, nằm trên địa bàn hai huyện An Biên và An Minh.
Vùng rừng Tràm nằm ở ba xã Vân Khánh, Vân Khánh Tây và Đông Hưng B thuộc huyện An Minh, được xác định bởi hệ thống đê bao khép kín Khu vực này có đất thuộc nhóm đất mặn, bao gồm nhiều loại đất khác nhau.
Đất mặn dưới rừng ngập mặn có thành phần cơ giới chủ yếu là sét hoặc sét pha cát, với nồng độ muối cao và pH(H2O) lớn hơn 7 Đặc điểm nổi bật của loại đất này là EC đạt từ 11 đến 12 mms/cm Trong khi đó, đất mặn nhiều, hay còn gọi là đất mặn nặng vào mùa khô, có thành phần cơ giới nặng, với pH(H2O) từ 6,7 đến 7,3, giàu mùn và đạm nhưng nghèo lân Độ mặn cao vào mùa khô với Cl- từ 0,22 đến 0,53% và EC từ 5 đến 9 mms/cm, trong khi hàm lượng Mg++ vượt trội hơn so với Ca++.
Đất mặn trung bình và đất mặn ít, hay còn gọi là đất mặn theo mùa, có thành phần cơ giới nặng, từ sét đến thịt nặng Loại đất này có độ pH từ 5,3 đến 6,8, chứa lượng mùn và đạm tương đối phong phú nhưng lại nghèo lân, với các chỉ số cụ thể như: OM từ 2,12% đến 3,0%, N từ 0,11% đến 0,21%, và P2O5 từ 0,03% đến 0,08% Đặc biệt, độ mặn trong mùa khô không cao, với Cl- dao động từ 0,09% đến 0,14% và EC từ 3,3 đến 5,5 mms/cm.
3.1.1.3 Đặc điểm khí hậu, thủy văn
Khu vực nghiên cứu nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa với hai mùa rõ rệt:
Mùa mƣa từ tháng 5 đến thàng 11, lƣợng mƣa tập trung nhiều nhất vào tháng 7, 8, 9
Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau
Nhiệt độ bình quân 27,70C, nhiệt độ cao nhất là 29,30C xảy ra vào tháng
4, nhiệt độ thấp nhất là 25,30C xảy ra vào tháng 1
Lƣợng mƣa bình quân 2.241mm, lƣợng mƣa cao nhất vào tháng 4 là 306,3 mm, tháng 1 và tháng 2 không có mƣa
Độ ẩm không khí bình quân 81%, ẩm nhất vào các tháng có mƣa, khô nhất vào các tháng nắng, nhất là các tháng sau Tết âm lịch
Vùng này chịu ảnh hưởng của hai hướng gió chính: gió Tây Nam từ tháng 5 đến tháng 10, mang theo lượng mưa lớn, và gió mùa Đông Bắc từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, gây ra tình trạng khô hạn.
3.1.2 Hiện trạng đất đai và tài nguyên rừng
Tổng diện tích Ban quản lý là 9.638,74 ha, trong đó:
Diện tích đất có rừng: 3.527,85 ha
Diện tích rừng tự nhiên: 1.798,35 ha
Diện tích rừng trồng: 1.729,50 ha
Diện tích đất chƣa có rừng: 5.640,65 ha
Diện tích đất khác trong lâm nghiệp: 470,24 ha
Chi tiết diện tích loại đất, loại rừng đƣợc thể hiện theo Bảng 3.1
Bảng 3.1 Hiện trạng đất đai vùng dự án
STT Loại đất, loại rừng Tỷ lệ % Tổng cộng Rừng phòng hộ
1.1 Rừng ngập mặn phục hồi 5,52 532,24 532,24
1.2 Rừng ngập phèn phục hồi 13,14 1.266,11 844,84 421,27
2.1 Rừng gỗ trồng ngập mặn 10,94 1.054,66 1.054,66
2.2 Rừng gỗ trồng ngập phèn 7,00 674,84 481,53 193,31
II Đất chƣa có rừng 58,52 5.640,65 5.084,24 556,41
STT Loại đất, loại rừng Tỷ lệ % Tổng cộng Rừng phòng hộ
3 Đất đã trồng trên đất ngập mặn 1,03 98,83 98,83
4 Đất đã trồng trên đất ngập phèn 5,49 528,93 1,19 527,74
3.1.2.2 Hiện trạng tài nguyên rừng
Tài nguyên rừng chủ yếu tập trung là hệ sinh thái rừng ngập mặn ven biển
Bờ biển Kiên Giang dài khoảng 208 km, kéo dài từ biên giới Campuchia đến tỉnh Cà Mau, với đoạn An Biên - An Minh dài 58 km Hệ sinh thái rừng ngập mặn ven biển chủ yếu có các loài cây như Đước, Mắm, Cóc, Giá, Vẹt và Dừa nước, trong đó Đước và Mắm đóng vai trò quan trọng trong việc mở rộng đất đai Lượng phù sa từ sông bồi lắng tại các bãi bồi, với tốc độ đạt đến 40 m/năm.
Rừng ngập mặn ven biển đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường, được phân loại thành rừng phòng hộ rất xung yếu và xung yếu Tỉnh quy định không cho phép khai thác trắng mà chỉ cho phép tỉa thưa định kỳ nhằm mở rộng tán rừng và nâng cao chất lượng rừng Đồng thời, việc nuôi trồng thủy sản dưới tán rừng được khuyến khích, miễn là không ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của rừng.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Phân chia cấp đất cho các lâm phần nghiên cứu
Cấp đất là tiêu chí quan trọng phản ánh sự phù hợp của lập địa với cây trồng; mức độ phù hợp cao sẽ dẫn đến năng suất cây trồng lớn Do đó, cấp đất cũng chính là chỉ số thể hiện năng suất cây trồng.
Dựa trên số liệu điều tra rừng trồng Đước ở các cấp tuổi khác nhau, chúng tôi đã xác định được đường kính bình quân và chiều cao bình quân theo tiết diện ngang tầng ưu thế, với kết quả được trình bày trong bảng 4.1.
Bảng 4.1 Bảng tổng hợp đường kính và chiều cao theo tiết diện ngang
OTC Năm trồng Cấp tuổi Pt tương quan h/d Dg0(cm) H0(m)
Cấp tuổi 7: có đường kính bình quân từ 8,6 cm đến 9,0 cm, tương ứng với chiều cao bình quân là 9,5 m đến 11,7 m
Cấp tuổi 8: Có đường kính theo tiết diện bình quân từ 8,3 cm đến 12,2 cm, tương ứng với chiều cao theo tiết diện bình quân đạt từ 10,9 m đến 12,8 m
Cấp tuổi 9: Có đường kính theo tiết diện bình quân từ 10,2 cm đến 13,9 cm, tương ứng với chiều cao theo tiết diện bình quân đạt từ 10,8 m đến 13,8 m
Bảng trên chỉ ra rằng đường kính và chiều cao theo tiết diện bình quân ở các cấp tuổi không có sự chênh lệch đáng kể Điều này cho thấy cấp lập địa trong khu vực nghiên cứu tương đối đồng nhất và không ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng của các lâm phần rừng Đước.
Dựa vào tuổi và chiều cao H0, có thể tra cứu biểu cấp đất của Phạm Trọng Thịnh, được áp dụng cho các OTC Biểu cấp đất này được trình bày rõ ràng trong bảng 4.2.
Bảng 4.2 Biểu cấp đất của Phạm Trọng Thịnh lập cho rừng Đước ở vùng ven biển Nam bộ (2006)
Biểu A trình bày các thông số về tuổi rừng và chiều cao giới hạn của các cấp đất Cụ thể, H1 thể hiện chiều cao giới hạn trên của cấp đất I, H1.2 là chiều cao ranh giới giữa cấp đất I và cấp đất II, H2.3 là chiều cao ranh giới giữa cấp đất II và cấp đất III, trong khi H3- chỉ ra chiều cao giới hạn dưới của cấp đất III.
Kết quả xác định cấp đất đƣợc cho ở bảng 4.3
Bảng 4.3 Kết quả xác định cấp đất cho các OTC ÔTC 9 1 7 4 6 2 3 5 8
Cấp đất III III III III III III II III III
Biểu cấp đất của Phạm Trọng Thịnh cho rừng Đước ở vùng ven biển Nam Bộ (2006) được phân chia thành 3 cấp, với cấp thấp nhất là cấp III Kết quả khảo sát cho thấy, trong số 9 ô đất điều tra, có 8 ô thuộc cấp III và 1 ô thuộc cấp II, cho thấy đối tượng nghiên cứu chủ yếu thuộc cấp đất III Điều này chỉ ra rằng, mức độ phù hợp của lập địa khu vực nghiên cứu với cây Đước vẫn chưa cao.
Xác định một số đặc điểm cấu trúc cơ bản cho rừng Đước
Cấu trúc rừng là cách tổ chức nội bộ của các thành phần sinh vật trong hệ sinh thái rừng, cho phép các loài có đặc tính sinh thái khác nhau sống hài hòa và đạt được sự ổn định tương đối trong một giai đoạn phát triển nhất định Nó vừa phản ánh kết quả của sự đấu tranh và thích ứng giữa các sinh vật với môi trường sinh thái, vừa thể hiện mối quan hệ tương tác giữa các loài trong rừng.
Quy luật cấu trúc là yếu tố quan trọng trong việc sắp xếp các cá thể cây rừng, đảm bảo sự phát triển bền vững của quần thể Việc phá vỡ quy luật này dẫn đến sự mất cân bằng trong phát triển Do đó, tôn trọng sự lựa chọn của tự nhiên và các quy luật hình thành vốn có là cách tiếp cận thông minh giúp tối ưu hóa hiệu quả kinh doanh rừng Xây dựng lâm phần chuẩn cần dựa trên những quy luật cấu trúc này để đạt được kết quả tốt nhất.
4.2.1 Phân bố số cây theo đường kính Đường kính là một nhân tố được đánh giá rất quan trọng, là chỉ tiêu cơ bản dùng để xác định thể tích của cây, trữ lƣợng, sản lƣợng lâm phần Mặt khác, phân bố số cây theo cỡ đường kính là một phân bố tổng quát nhất khi nghiên cứu cấu trúc rừng nhiệt đới tự nhiên hỗn loài
Phân bố số cây theo đường kính ngang ngực (N/D1,3) là chỉ tiêu quan trọng trong quy luật kết cấu lâm phần, phản ánh cách sắp xếp và tổ hợp các thành phần của quần thể thực vật rừng theo không gian và thời gian.
Trong hoạt động kinh doanh và quản lý rừng, con người có thể điều chỉnh mật độ cây hợp lý, xác định vốn rừng còn lại và lượng khai thác, từ đó đề xuất các biện pháp kỹ thuật lâm sinh phù hợp để điều chỉnh cấu trúc rừng Dựa trên số liệu từ 9 ô tiêu chuẩn, nghiên cứu đã tiến hành mô phỏng phân bố số cây theo đường kính ngang ngực theo các dạng hàm lý thuyết thích hợp.
Mô hình hóa các quy luật cấu trúc N/d là cần thiết để hiểu rõ các quy luật phân bố vốn tồn tại trong tổng thể Điều này không chỉ giúp nhận diện các quy luật phân bố khách quan mà còn cho phép biểu diễn chúng bằng các biểu thức toán học, từ đó xác định tần suất hoặc tần số tương ứng với từng tổ của đại lượng quan sát.
Kết quả kiểm tra sự thuần nhất về đường kính và chiều cao tại phụ biểu 01 cho thấy xác suất của 2 nhỏ hơn 0,05, dẫn đến việc bác bỏ giả thuyết H0 Điều này chỉ ra rằng đường kính và chiều cao của các ô tiêu chuẩn ở các cấp tuổi có sự khác biệt rõ rệt Luận văn đã tách riêng các nội dung để tính toán cho từng ô tiêu chuẩn Theo phân bố thực nghiệm số cây theo đường kính ngang ngực từ phụ biểu 03, tất cả 9 ô tiêu chuẩn đều có dạng phân bố theo hàm Weibull Kết quả tính toán phân bố lý thuyết theo các dạng hàm Weibull được tổng hợp ở phụ biểu 04 và bảng 4.4.
Bảng 4.4 Kết quả kiểm tra sự phù hợp của phân bố lý thuyết tính theo hàm
Weibull với phân bố thực nghiệm ÔTC γ α 2 T 2 05 KL
Kết quả từ bảng cho thấy giá trị 2 T < 2 05 ở các ô tiêu chuẩn, cho phép kết luận rằng phân bố Weibull mô phỏng tốt cho phân bố thực nghiệm số cây theo đường kính Để minh họa rõ hơn sự phù hợp giữa phân bố thực nghiệm và lý thuyết, hình 4.1 đã trình bày phân bố của 9 OTC.
Hình 4.1 Phân bố số cây theo đường kính ngang ngực được mô tả theo hàm
4.2.2 Tương quan chiều cao với đường kính
Dựa trên số liệu chiều cao của toàn bộ cây trong 9 ô tiêu chuẩn, chúng tôi đã tính toán mối tương quan giữa chiều cao và đường kính ngang ngực theo các dạng hàm, kết quả được tổng hợp trong bảng 4.5.
Bảng 4.5 Bảng tổng hợp hệ số xác đinh của các phương trình
Inverse 0,581 0,724 0,715 0,838 0,615 0,602 0,658 0,475 0,596 Quadratic 0,575 0,714 0,716 0,906 0,632 0,684 0,662 0,482 0,604 Cubic 0,583 0,727 0,718 0,934 0,632 0,723 0,664 0,483 0,606 Compound 0,488 0,648 0,666 0,708 0,607 0,655 0,618 0,432 0,554 Power 0,549 0,702 0,714 0,826 0,625 0,661 0,639 0,471 0,581
Theo kết quả tính toán ở phụ biểu 04, tất cả các phương trình tính toán đều tồn tại (SigF