Luận văn Xác định lượng CO2 hấp thụ của rừng Khộp (Dipterocarp forest) tỉnh Đắk Lắk

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN BÙI HIẾN ĐỨC XÁC ĐỊNH LƯỢNG CO2 HẤP THỤ CỦA RỪNG KHỘP (DIPTEROCARP FOREST) TỈNH ĐĂK LĂK LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP Chuyên ngành: Lâm học Mã số: 60.62.02.01 Đăk Lăk, năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN BÙI HIẾN ĐỨC XÁC ĐỊNH LƯỢNG CO2 HẤP THỤ CỦA RỪNG KHỘP (DIPTEROCARP FOREST) TỈNH ĐĂK LĂK LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP Chuyên ngành: Lâm học Mã số: 60.62.02.01 Người hướng dẫn khoa học PGS.TS. Bảo Huy Đăk Lăk, năm 2014 i MỤC LỤC Lời cam đoan ............................................................................................................. iii Lời cảm ơn .............................................................................................................. iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................................... v DANH MỤC HÌNH, BIỂU ĐỒ ............................................................................... vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... ix ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................................... 5 1.1 Biến đổi khí hậu và chương trình REDD, REDD+ ................................................ 5 1.2 Cơ sở ước tính sinh khối và carbon rừng ............................................................... 6 1.3 Ước tính sinh khối và carbon ở các bể chứa carbon. ............................................. 8 1.3.1 Bể chứa carbon của sinh khối trên mặt đất (AGB) ....................................... 9 1.3.2 Bể chứa carbon của sinh khối dưới mặt đất (BGB). ................................... 24 1.3.3 Bể chứa carbon của thảm mục (Litter), thảm tươi (Herb). .......................... 25 1.3.4 Bể chứa carbon của gỗ chết (Dead wood) ................................................... 26 1.3.5 Bể chứa carbon của đất rừng (SOC)............................................................ 26 1.3.6 Nghiên cứu về sinh khối và hấp thụ khí CO2 của rừng khộp. ..................... 28 1.4 Thảo luận. ............................................................................................................ 29 CHƯƠNG 2. PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG VÀ ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU .......................................................................................................... 32 2.1 Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................. 32 2.2 Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................... 32 2.2.1. Kiểu rừng, trạng thái rừng nghiên cứu. ........................................................ 32 2.2.2. Các bể chứa sinh khối, carbon lâm phần ..................................................... 33 2.3 Đặc điểm khu vực nghiên cứu ............................................................................. 33 CHƯƠNG 3. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................................................. 34 3.1 Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 34 3.2 Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 34 3.3 Phương pháp nghiên cứu. .................................................................................... 35 3.3.1. Phương pháp luận ........................................................................................ 35 3.3.2. Phương pháp nghiên cứu cụ thể ................................................................... 37 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................... 51 4.1 Ước tính sinh khối và carbon cho cây cá thể rừng khộp ..................................... 51 4.1.1 Biến số khối lượng thể tích gỗ (WD) và vỏ cây rừng (BaD) khi tham gia xây dựng mô hình sinh trắc .............................................................................. 51 ii 4.1.2 Mô hình ước tính sinh khối và carbon bộ phận cây cá thể phần trên mặt đất ..................................................................................................................... 55 4.1.3 Mô hình ước tính sinh khối và carbon cây cá thể chung cho các loài ........ 65 4.1.4 Mô hình ước tính sinh khối và carbon theo loài, nhóm loài chủ yếu. ......... 73 4.1.5 Mô hình ước tính sinh khối và carbon theo nhóm khối lượng thể tích gỗ. ..................................................................................................................... 77 4.1.6 So sánh các mô hình ước tính AGB =f(DBH, H) chung các loài, theo loài chủ yếu và theo nhóm WD .............................................................................. 80 4.1.7 Mô hình chuyển đổi ước tính sinh khối, carbon phần trên và dưới mặt đất cây cá thể. ......................................................................................................... 82 4.2 Ước tính sinh khối và carbon cho các bể chứa ngoài gỗ. .................................... 84 4.2.1 Ước tính carbon hữu cơ trong đất (SOC) .................................................... 84 4.2.2 Ước tính sinh khối và carbon trong các bể chứa thảm tươi, thảm mục, gỗ chết. ................................................................................................................... 85 4.3 Mô hình ước tính sinh khối và carbon cho lâm phần từ các biến số điều tra rừng ............................................................................................................................ 87 4.4 Cấu trúc sinh khối và carbon lâm phần. .............................................................. 92 4.4.1 Phân cấp chiều cao lâm phần ...................................................................... 93 4.4.2 Phân cấp sinh khối lâm phần rừng khộp. .................................................... 96 4.4.3 Cấu trúc sinh khối và carbon trong cây rừng phần trên và dưới mặt đất. ... 98 4.5 Dự báo tăng trưởng sinh khối, carbon rừng khộp .............................................. 105 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 112 iii Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực, chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Học viên Bùi Hiến Đức iv Lời cảm ơn Để hoàn thành luận văn kết thúc chương trình đào tạo Thạc sĩ chuyên nghành Lâm học khóa VI (2011 – 2013) tại trường Đại học Tây Nguyên, tôi xin chân thành cảm ơn: Thầy PGS.TS Bảo Huy, người đã giảng dạy, quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để tôi học hỏi nhiều kiến thức và hướng dẫn tận tình tôi hoàn thành luận văn này. Nhóm nghiên cứu của bộ môn Quản Lý Tài Nguyên Rừng & Môi trường (FREM): Cô Lý, thầy Hùng, thầy Định, Cô Hương, thầy Quốc, anh Hiển, anh Tài Anh, anh Khánh đã hỗ trợ tôi trong quá trình thu thập số liệu trên hiện trường và đã đóng góp ý kiến, tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Quý thầy cô giáo, phòng Đào tạo sau đại học, Ban giám hiệu nhà trường đã giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt những năm học vừa qua. Xin gửi lời cảm ơn tới Anh Khoa, anh Bằng, bạn Hậu, các em Đức Anh, Tiền, Hương đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thu thập số liệu hiện trường; các thành viên lớp cao học Lâm học K06 đã gắn bó và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập. Công ty Lâm nghiệp Ea Hleo, Trung đoàn 737, Công ty Bảo Ngọc và gia đình anh Nhuần đã giúp đỡ và tạo rất nhiều điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thu thập số liệu hiện trường. Tổ chức Forest Trend đã hỗ trợ một phần kinh phí trong quỹ học bổng để tôi có điều kiện thuận lợi hơn trong quá trình thu thập số liệu hiện trường. Đặc biệt tôi xin gửi lời chân thành cảm ơn đến bạn gái tôi, Trinh. Người đã ở bên tôi những lúc khó khăn nhất và cùng tôi hoàn thành bài luận văn này. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến mẹ và các em của tôi đã luôn ủng hộ tinh thần, động viên tôi về mọi mặt. Tôi xin chân thành cảm ơn! Buôn Ma Thuột, tháng 01 năm 2014 Học viên Bùi Hiến Đức v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT AGB Above Ground Biomass - Sinh khối trên mặt đất của thực vật, chủ yếu trong cây gỗ, bao gồm thân, lá và vỏ (kg/cây) BA Basal area: Tổng tiết diện ngang cây gỗ/ha (m2/ha) BaD Khối lượng thể tích vỏ (g/cm3) BCEF Biomass conversion and expansion factor: Hệ số chuyển đổi từ trữ lượng sang sinh khối. BEF Biomass expansion factor: Hệ số chuyển đổi thể tích tươi sang sinh khối khô. BGB Below Ground Biomass - Sinh khối rễ cây dưới mặt đất (kg/cây) C (AGB) Carbon in ABG: Carbon tích lũy trong sinh khối trên mặt đất của thực vật (kg/cây) C (BGB) Carbon in ABG: Carbon tích lũy trong sinh khối dưới mặt đất của thực vật, chủ yếu rễ cây gỗ (kg/cây) COP Conference Of Parties: Hội nghị các bên liên quan DBH Diameter at Breast Height - Đường kính ngang ngực (cm) GHG Green house gas: Khí nhà kính. H Height - Chiều cao cây (m) IPCC Intergovermental Panel of Climate Change: Cơ quan liên chính phủ về biến đổi khí hậu M Trữ lượng cây gỗ (m3/ha) N Mật độ cây gỗ (m3/ha) REDD Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation - Giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính từ suy thoái và mất rừng REDD+ Giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính từ suy thoái và mất rừng kết hợp với bảo tồn, quản lý rừng bền vững và tăng cường trữ lượng carbon ở các quốc gia đang phát triển. SOC Soil Organic Carbon: Carbon hữu cơ trong đất (tấn/ha) vi TAGTB Total above ground tree biomass: Tổng sinh khối cây gỗ phần trên mặt đất trên một đơn vị diện tích (tấn/ ha) TAGTC Total above ground tree carbon: Tổng carbon tích lũy của cây gỗ phần trên mặt đất trên một đơn vị diện tích (tấn/ ha) TBGTB Total below ground tree biomass: Tổng sinh khối cây gỗ phần dưới đất trên một đơn vị diện tích (tấn/ ha) TBGTC Total below ground tree carbon: Tổng carbon tích lũy của cây gỗ phần dưới mặt đất trên một đơn vị diện tích (tấn/ ha) TTB Total tree biomass: Tổng sinh khối cây gỗ trên và dưới mặt đất (tấn/ha) TTC Total tree carbon: Tổng carbon cây gỗ trên và dưới mặt đât (tấn/ ha) UNFCCC United Nations Framework Convention on Climate Change: Hiệp định khung của liên hợp quốc về biến đổi khí hậu UN-REDD+ United Nations Reduction of Emissions from Deforestation and forest Degradation - Chương trình giảm phát thải từ phá rừng và suy thoái rừng của LHQ V Volume - Thể tích cây gỗ (m3/cây) WD Wood Density - Khối lượng thể tích gỗ (g/cm3) vii DANH MỤC HÌNH, BIỂU ĐỒ Hình 1.1: Năm bể chứa carbon trong lâm phần ........................................................... 9 Hình 1.2: Bể chứa carbon cây cá thể .......................................................................... 10 Hình 1.3: Ô mẫu tròn phân tầng theo cấp kính áp dụng ở Hoa Kỳ ........................... 11 Hình 1.4: Biểu đồ biến động phần dư và biểu đồ xác suất chuẩn Normal P-P .......... 19 Hình 1.5: Các tiêu chuẩn thống kê để lựa chọn biến số và hàm tối ưu ...................... 20 Hình 1.6: Các ô mẫu về SOC ở các mô hình canh tác nương rẫy trên thế giới ......... 28 Hình 2.1: Vị trí địa lí khu vực nghiên cứu ................................................................. 32 Hình 3.1: Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu .......................................................................... 37 Hình 3.2: Ô mẫu điều tra carbon rừng khộp .............................................................. 38 Hình 3.3: Bản đồ phân bố ô mẫu điều ra sinh khối, carbon rừng khộp ..................... 39 Hình 3.4: Xác định khối lượng và lấy mẫu thảm tươi, thảm mục, gỗ chết ................ 41 Hình 3.5: Xác định khối lượng, thể tích và lấy mẫu phân tích đất ............................ 41 Hình 3.6: Chia cây thành 5 đoạn để xác định Doi và lấy mẫu phân tích .................... 42 Hình 3.7: Các bước thu thập số liệu cây giải tích ...................................................... 43 Hình 3.8: Cân và lấy mẫu các bộ phận cây giải tích .................................................. 44 Hình 3.9: Xác định thể tích gỗ, vỏ tươi bằng ống đonước (ml) ................................. 45 Hình 4.1: Ma trận đám mây điểm mối quan hệ giữa WD, BaD với DBH, H chung cho các loài của kiểu rừng khộp tỉnh Đăk Lăk. ............................................... 52 Hình 4.2: Biểu đồ phân tích phương sai nhóm WD, BaD ......................................... 55 Hình 4.3: Biến động giữa giá trị sinh khối dự báo Bst và giá trị thực tế đối với mô hình một biến DBH. ............................................................................................. 57 Hình 4.4. Biến động giữa giá trị carbon Cst dự báo và giá trị thực tế đối với mô hình một biến DBH. ................................................................................................... 57 Hình 4.5: Biến động giữa giá trị sinh khối dự báo Bba và giá trị thực tế đối với mô hình một biến DBH .............................................................................................. 59 Hình 4.6: Biến động giữa giá trị carbon dự báo Cba và giá trị thực tế đối với mô hình một biến DBH .................................................................................................... 60 Hình 4.7: Biến động giữa giá trị sinh khối, carbon dự báo và giá trị thực tế đối với mô hình cho phần cành cây .................................................................................. 62 Hình 4.8: Biến động giữa giá trị sinh khối, carbon dự báo và giá trị thực tế đối với mô hình cho phần lá cây ...................................................................................... 63 Hình 4.9: Tỷ lệ sinh khối và carbon 4 bộ phận cây gỗ trên mặt đất .......................... 65 Hình 4.10: Mô hình AGB= f(DBH) ........................................................................... 67 Hình 4.11: Mô hình ước tính C(AGB) đơn biến DBH .............................................. 70 Hình 4.12: Tỷ lệ carbon tích lũy ở 5 bộ phận cây gỗ rừng khộp ............................... 73 Hình 4.13: Mô hình AGB –f(DBH, H) chung, theo loài và nhóm WD ..................... 82 Hình 4.14: Quan hệ H/DBH trong lâm phần rừng khộp ............................................ 94 viii Hình 4.15: Mô hình đường cong cấp chiều cao rừng khộp Đăk Lăk......................... 95 Hình 4.16: Kiểm nghiệm sự phù hợp họ đường cong cấp chiều cao của kiểu rừng khộp tỉnh Đăk Lăk. ..................................................................................................... 96 Hình 4.17: Cấu trúc phân bố carbon trên và dưới mặt đất theo cấp kính ở cấp sinh khối I và cấp chiều cao 3 .................................................................................. 100 Hình 4.18: Cấu trúc phân bố carbon trên và dưới mặt đất theo cấp kính lâm phần cấp năng suất và sinh khối trung bình (II, 2) ........................................................... 101 Hình 4.19: Cấu trúc phân bố carbon trên và dưới mặt đất theo cấp kính lâm phần cấp năng suất và sinh khối tốt nhất (1, III) ............................................................... 103 Hình 4.20: Tỷ lệ carbon 6 bể chứa trong lâm phần rừng khộp ................................ 104 Hình 4.21: Mô hình quan hệ A=f (DBH) ................................................................. 106 ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các dạng hàm phổ biến xây dựng tương quan ước tính sinh khối ............ 15 Bảng 1.2: Các mô hình ước tính sinh khối đã xây dựng cho các kiểu rừng trên thế giới ........................................................................................................................ 21 Bảng 1.3: Các hàm ước tính sinh khối cho kiểu rừng thường xanh ở vùng tây nguyên, Việt Nam ...................................................................................................... 22 Bảng 1.4. Các mô hình ước tính sinh khối đã xây dựng ở Việt Nam ........................ 23 Bảng 1.5: Các hàm ước tính sinh khối, carbon dưới mặt đất cho kiểu rừng thường xanh vùng tây nguyên, Việt Nam .................................................................. 25 Bảng 3.1: Thông tin về vị trí và trạng thái ô tiêu chuẩn rút mẫu ............................... 39 Bảng 4.1: So sánh thể tích vỏ với thể tích cây ........................................................... 51 Bảng 4.2: Biến động và ước lượng khoảng WD, BaD cho các loài chủ yếu của kiểu rừng khộp Đăk Lăk ............................................................................................. 53 Bảng 4.3: Mô hình ước tính sinh khối phần thân cây (Bst) ....................................... 56 Bảng 4.4: Mô hính ước tính carbon phần thân cây (Cst) ........................................... 56 Bảng 4.5: Mô hình ước tính sinh khối phần vỏ cây (Bba) ......................................... 58 Bảng 4.6: Mô hình ước tính carbon phần vỏ cây (Cba) ............................................. 59 Bảng 4.7: Mô hình ước tính sinh khối phần cành cây (Bbr) ...................................... 61 Bảng 4.8: Mô hình ước tính carbon phần cành cây (Cbr) .......................................... 61 Bảng 4.9: Mô hình ước tính sinh khối lá cây (Bl) ..................................................... 62 Bảng 4.10: Mô hình ước tính carbon lá cây (Cl) ....................................................... 63 Bảng 4.11: Sinh khối, carbon, CO2 hấp thụ của 4 bộ phận cây rừng ........................ 64 Bảng 4.12: Mô hình ước tính sinh khối AGB từ biến số điều tra rừng ..................... 66 Bảng 4.13: So sánh biến động S% của mô hình ước tính AGB từ biến số DBH rừng khộp ................................................................................................................... 68 Bảng 4.14: Mô hình ước tính carbon phần sinh khối trên mặt đất ............................ 69 Bảng 4.15: Mô hình ước tính sinh khối BGB ............................................................ 71 Bảng 4.16: Mô hình ước tính carbon bể chứa BGB (C (BGB) .................................. 72 Bảng 4.17: Lượng carbon và CO2 ở 5 bộ phận cây gỗ theo các cấp kính .................. 73 Bảng 4.18: Mô hình AGB=f(DBH) theo loài chủ yếu của rừng khộp ....................... 74 Bảng 4.19: Mô hình AGB=f(DBH, H) theo loài chủ yếu của rừng khộp .................. 75 Bảng 4.20: Mô hình C_AGB=f(DBH, H) theo loài chủ yếu rừng khộp .................... 75 Bảng 4.21: Mô hình BGB=f(DBH) theo loài chủ yếu rừng khộp ............................. 76 Bảng 4.22: Mô hình BGB=f(DBH,H) theo loài chủ yếu rừng khộp ......................... 76 Bảng 4.23: Mô hình C_BGB=f(DBH,H) theo loài chủ yếu rừng khộp ..................... 77 Bảng 4.24: Mô hình AGB=f(BDH, H) theo nhóm khối lượng thể tích gỗ ................ 78 Bảng 4.25: Mô hình C_AGB=f(DBH, H) theo nhóm khối lượng thể tích gỗ .......... 78 Bảng 4.26: Mô hình BGB=f(BDH, H) theo nhóm khối lượng thể tích gỗ ................ 79 Bảng 4.27: Mô hình C_BGB=f(DBH, H) theo nhóm khối lượng thể tích gỗ ........... 79 Bảng 4.28: Mô hình AGB = f(DBH, H) chung các loài, theo loài và nhóm WD ...... 80 Bảng 4.29: Mô hình chuyển đổi sinh khối, carbon giữa bể chứa AGB và BGB ....... 83 Bảng 4.30: Phân tích đặc trưng mẫu SOC ................................................................. 84 x Bảng 4.31: