Nghiên Cứu Sinh Khối và Carbon Rừng Tây Nguyên

Luận án tiến sĩ nghiên cứu xây dựng các cơ sở khoa học và thực tiễn để giám sát lượng co2 hấp thụ của rừng lá rộng thường xanh, phát triển phương pháp mới, đánh giá hiệu quả ứng

• Tác giả: Huỳnh Nhân Trí
• Người hướng dẫn: PGS. Bảo Huy
• Trường học: Viện Khoa Học Lâm Nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Nông Nghiệp
• Đề tài: Nghiên Cứu Sinh Khối và Carbon Rừng Tây Nguyên
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Tây Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Khái niệm mô hình sinh trắc ước tính sinh khối, carbon rừng
• 1.2. Xác định các biến số ảnh hưởng trong mô hình sinh trắc ước tính sinh khối carbon rừng
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên Cứu Sinh Khối và Carbon Rừng Tây Nguyên

Nghiên cứu sinh khối và carbon rừng Tây Nguyên đóng vai trò quan trọng trong việc bảo tồn tài nguyên thiên nhiên và ứng phó với biến đổi khí hậu. Vùng Tây Nguyên, với diện tích rừng tự nhiên lớn, là nơi tích lũy một lượng lớn sinh khối rừng và carbon rừng. Việc hiểu rõ về sinh khối và carbon trong rừng không chỉ giúp quản lý bền vững tài nguyên rừng mà còn hỗ trợ các chính sách bảo vệ môi trường.

1.1. Đặc điểm sinh thái rừng Tây Nguyên

Rừng Tây Nguyên có sự đa dạng sinh học cao với nhiều loại cây gỗ quý. Đặc điểm khí hậu và địa hình nơi đây tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của các hệ sinh thái rừng phong phú.

1.2. Vai trò của carbon trong rừng

Carbon trong rừng không chỉ là yếu tố quan trọng trong chu trình sinh thái mà còn ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu. Rừng Tây Nguyên đóng góp lớn vào việc hấp thụ CO2, giúp giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu.

II. Thách thức trong Nghiên Cứu Sinh Khối và Carbon Rừng

Mặc dù có nhiều tiềm năng, nghiên cứu về sinh khối và carbon rừng Tây Nguyên vẫn gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như biến đổi khí hậu, suy thoái rừng, và quản lý rừng bền vững cần được giải quyết để đảm bảo tính chính xác trong việc ước tính lượng carbon và sinh khối.

2.1. Biến đổi khí hậu và tác động đến rừng

Biến đổi khí hậu gây ra những thay đổi lớn trong điều kiện sinh thái, ảnh hưởng đến sự phát triển của rừng và khả năng hấp thụ carbon. Các hiện tượng như hạn hán và lũ lụt ngày càng trở nên phổ biến.

2.2. Suy thoái rừng và mất mát sinh khối

Suy thoái rừng do khai thác gỗ trái phép và phát triển nông nghiệp đã dẫn đến mất mát lớn về sinh khối và carbon. Việc này không chỉ ảnh hưởng đến môi trường mà còn đến đời sống của người dân địa phương.

III. Phương pháp Nghiên Cứu Sinh Khối và Carbon Rừng

Để nghiên cứu sinh khối và carbon rừng Tây Nguyên, nhiều phương pháp hiện đại đã được áp dụng. Các mô hình sinh trắc và công nghệ viễn thám là những công cụ hữu ích trong việc ước tính lượng carbon và sinh khối trong rừng.

3.1. Mô hình sinh trắc trong ước tính sinh khối

Mô hình sinh trắc (allometric equations) giúp ước tính sinh khối dựa trên các yếu tố như đường kính và chiều cao cây. Đây là phương pháp phổ biến và hiệu quả trong nghiên cứu rừng.

3.2. Ứng dụng công nghệ viễn thám

Công nghệ viễn thám và GIS cho phép theo dõi và giám sát tình trạng rừng một cách chính xác. Việc sử dụng ảnh vệ tinh giúp thu thập dữ liệu về diện tích và tình trạng rừng một cách nhanh chóng.

IV. Kết quả Nghiên Cứu và Ứng Dụng Thực Tiễn

Kết quả nghiên cứu về sinh khối và carbon rừng Tây Nguyên đã cung cấp nhiều thông tin quý giá cho việc quản lý tài nguyên rừng. Các mô hình ước tính đã được phát triển và áp dụng trong thực tiễn, giúp nâng cao hiệu quả quản lý rừng.

4.1. Đánh giá carbon trong rừng

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng rừng Tây Nguyên có khả năng lưu giữ một lượng lớn carbon, góp phần quan trọng vào việc giảm thiểu khí phát thải. Việc đánh giá chính xác lượng carbon là cần thiết để xây dựng các chính sách bảo vệ môi trường.

4.2. Ứng dụng mô hình trong quản lý rừng

Mô hình ước tính sinh khối và carbon đã được áp dụng trong quản lý rừng bền vững. Điều này giúp các cơ quan chức năng có cơ sở để đưa ra các quyết định hợp lý trong việc bảo vệ và phát triển rừng.

V. Kết luận và Tương Lai của Nghiên Cứu

Nghiên cứu sinh khối và carbon rừng Tây Nguyên không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới sẽ giúp nâng cao hiệu quả trong quản lý tài nguyên rừng.

5.1. Tương lai của nghiên cứu carbon rừng

Trong tương lai, nghiên cứu về carbon rừng cần được mở rộng và cập nhật thường xuyên để đáp ứng yêu cầu của các chương trình bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

5.2. Đề xuất chính sách bảo vệ rừng

Cần có các chính sách mạnh mẽ hơn để bảo vệ rừng và khuyến khích việc trồng rừng mới. Điều này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn cải thiện đời sống của người dân địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu. - Chương 2: ối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu. - Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận. - Kết luận, tồn tại và kiến nghị.

- Các phụ lục: Gồm 19 phụ lục cơ sở dữ liệu xây dựng luận án, kết quả tính toán sinh khối, carbon cây cá thể, lâm phần. 6 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 2 theo IPCC Cơ quan liên chính phủ về Biến đổi khí hậu IPCC (2003) [72] xác định 5 bể chứa carbon rừng cần giám sát để đo độ phát thải gây ra do mất rừng và suy t carbon hữu cơ trong đất. Ngoài ra còn có bể chứa carbon trong các sản phẩm gỗ ).1 : i) Trong cây gỗ phần trên mặt đất; ii) Trong thảm mục; iii) Trong cây chết; iv) Trong rễ cây dưới mặt đất v) Trong đất rừng. Riêng bể chứa carbon ở sản phẩm gỗ đã được di chuyển khỏi rừng.1: Năm bể (Nguồn: Winrock, International, 2010)[110] IPCC (2003) [72] cũng giới thiệu ba bậc (Tier) cho việc kiểm kê khí nhà kính quốc gia.

Mỗi bậc đòi hỏi cần nhiều dữ liệu hơn và các phân tích phức tạp hơn để đảm bảo tính chính xác cao hơn. Hoạt động giám sát, báo cáo và thẩm định (MRV) mất rừng và suy thoái rừng bao gồm hai hợp phần: (i) giám sát thay đổi diện tích rừng theo từng loại rừng (dữ liệu hoạt động); và (ii) giám sát trữ lượng carbon trung bình trên một đơn vị diện tích và theo loại rừng (mật độ carbon) (theo IPCC, 2003). Do đó, phương thức tiếp cận đơn giản nhất (Bậc 1) là theo dõi thay đổi về diện tích của mỗi loại rừng, và tính toán trữ lượng carbon trong mỗi loại rừng bằng cách sử dụng các giá trị mặc định quốc tế về mật độ carbon. Trong Bậc 2, tính chính xác 7 được cải thiện vì trữ lượng carbon được tính theo dữ liệu cụ thể của quốc gia thay vì sử dụng các giá trị mặc định quốc tế.

Trong Bậc 3, các mô hình và số liệu kiểm kê rừng được kết nối và tính toán cho từng quốc gia riêng biệt và được lặp đi lặp lại theo chuỗi thời gian. Do đó Bậc 3 cũng giúp tính toán những thay đổi về trữ lượng carbon trong kỳ kiểm kê. - : : 1-1 : CB: , carbon, CO2 ; Ct* /carbon, CO2 1 2 t1, 2 m hai. - tăng-giảm: : ∆C = ∆CG - ∆CL 1-2 (tC/năm); ∆CG (tC/năm) ∆CL (tC/năm).2 thể hiện tổng hợp giám sát phát thải/hấp thụ CO2 rừng 8 Hình 1.1 Khái niệm mô hình sinh trắc ước tính sinh khối, carbon rừng Hàm toán sinh học allometric equations là phương trình toán thống kê sinh học mô phỏng mối tương quan, quan hệ giữa sinh khối, carbon rừng với các nhân tố điều tra rừng, nhân tố sinh thái trong hệ sinh thái rừng (Picard và cộng sự.

Nếu gọi B là sinh khối và D là đường kính cây, thì có một hệ số quan hệ theo công thức: 1-3 Công thức này có thể được kết hợp trong mối quan hệ dạng hàm mũ (power): B = b*Da. Nó cũng có thể cần thiết để bổ sung một tham số là hằng số vào quan hệ này, và mô hình trở thành: B = c + bDa, trong đó c là sinh khối của cá thể để đạt được chiều cao tại vị trí đo đường kính (ví dụ ở độ cao 1,3m, nếu đường kính cây được đo ở vị trí này (Picard và cộng sự. Thông thường trong nghiên cứu sinh khối, cây được phân chia thành các bộ phận đồng nhất: thân cây, vỏ, cành, lá, rễ. Trên cơ sở sinh khối từng bộ phận và tổng hợp toàn bộ cây, lâm phần được ước tính qua một mô hình sinh trắc theo các nhân tố cây cá thể là lâm phần.

Mô hình sinh trắc được thiết lập trên quan điểm sinh học, tức là xem xét nhân tố nào ảnh hưởng đến sự thay đổi của sinh khối hơn là đơn thuần thiết lập một mô hình toán học. (Picard và cộng sự. 9 Kết quả của quá trình sinh trưởng và phát triển của cây rừng và lâm phần chính là sinh khối, và carbon tích lũy hay còn gọi là sinh khối sơ cấp. Vì vậy các nhân tố điều tra rừng có quan hệ chặt chẽ với sinh khối, carbon.

Tuy nhiên để xác định mối quan hệ giữa các nhân tố này với sinh khối và trữ lượng carbon cần xem xét đặc điểm của quá trình sinh trưởng và phát triển, mối quan hệ qua lại giữa các cá thể trong quần thể để xây dựng mối tương quan phù hợp với quy luật sinh học và sinh thái học.2 Xác định các biến số ảnh hưởng trong mô hình sinh trắc ước tính sinh khối carbon rừng Hầu hết các tác giả trên thế giới, để xây dựng mô hình sinh trắc ước tính sinh khối, carbon cây rừng đều dựa vào các nhân tố chính là đường kính và chiều cao cây; vì 2 nhân tố này là 2 nhân tố cơ bản cấu thành thể tích, trữ lượng rừng và có quan hệ chặt chẽ với sinh khối. Để nâng cao độ chính xác của mô hình ước tính sinh khối, carbon nhiều tác giả đưa thêm các biến khối lượng thể tích gỗ và một số tác giả có đề cập đến biến số đường kính tán lá. Khối lượng thể tích gỗ phụ thuộc rất lớn vào loài, do đó WD là nhân tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến sai số của mô hình ước tính trong ước tính sinh khối, carbon cho rừng nhiệt đới với sự đa dạng loài rất cao. Biến số CD hay tương đương là biến số diện tích tán lá là quan trọng đối với mô hình cho cây rừng nhiệt đới, bởi vì cùng DHB, H nhưng diện tích tán của các loài khác nhau sẽ rất khác nhau do đặc điểm hình thái loài; và ảnh hưởng đến biến động sinh khối/carbon.

Tuy vậy biến CD/CA chưa được nhiều tác giả trên thế giới nghiên cứu để đưa vào mô hình ước tính sinh khối. Hàm có 04 biến số là DBH, H, WD và đường kính tán lá (CD) được xây dựng bởi Henry và cộng sự (2010) [65] ở rừng nhiệt đới Châu Phi. Để đưa nhiều biến số vào mô hình nhằm giảm sai số ước tính hầu hết các tác giả sử dụng phương pháp kiểm tra sự tồn tại của các biến số bằng tiêu chuẩn t với mức ý nghĩa P < 0,05. Trong khi đó chưa áp dụng các tiêu chuẩn thống kê để xác định số biến ảnh hưởng có ý nghĩa; vấn đề này có thể được thực hiện thông qua tiêu chuẩn Cp của Mallow (1973) [83] với Cp tiến đến gần số biến số thì các biến số đó là tối ưu để đưa vào hàm.3 Dạng hàm mô phỏng sinh khối, carbon rừng để ước tính sinh khối và carbon rừng là khá đa dạng, có thể là hàm tuyến tính hoặc phi tuyến tính.

Tuy nhiên bất kỳ hàm nào đều cần phải dựa vào đặc điểm sinh trưởng, tích lũy sinh khối của thực vật thân gỗ. Thông thường các hàm phi tuyến được tuyến tính hóa bằng cách chuyển về dạng logarit. Picard và cộng sự. (2010) [88 (1997) [80], Johannes và Shem (2011) [74], Brown (1997) [38], Chave và Andalo (2004, 2005), Bakusi, Van Laake và cộng sự.

(2009) [33], Henry và cộng sự. (2010) ) [65] sử dụng hàm log để lập mô hình sinh khối của tất cả bộ phận cây trên mặt đất (AGB) theo các biến số D, H và ρ. Tổng hợp tất cả các dạng hàm của các tác giả chính nghiên cứu dùng để lập mô hình sinh khối rừng trên thế giới, trong đó tập trung cho rừng nhiệt đới cho thấy có thể hệ thống theo từng nhóm hàm chính sau đây: - Hàm dạng tuyến tính: y = a0 + a1X1 + a2X2 + …. + anXn + ԑ 1-4 Hàm Polynomial bậc cao: y = a0 + a1X+ a2X2 + ….

+ anXn + ԑ 1-5 - Hàm mũ dạng Power: y = a0X1a1X2a2….Xnan + ԑ 1-6 - Hàm tuyến tính hóa dạng logarit neper: ln(y) = a0 + a1ln(X1)+ a2ln(X2) + …. + anln(Xn) + ԑ 1-9 Trong đó biến số: - y: là sinh khối của cây rừng phần trên mặt đất - Xi: Là các biến số ảnh hưởng bao gồm 4 biến số DBH, H, WD và CD. Trong đó Xi có thể là các biến đơn như DBH, H, WD và CD hoặc có thể tổ hợp thành nhóm biến nhưng DBH2H, DBH2*H*WD, DBH2WD, DBH2*H*CD*WD. Từ tổng hợp này cho thấy quy luật sinh trưởng của sinh khối thông thường không theo dạng đường thằng.

Trong đó nhiều tác giả khẳng định hàm Power tỏ ra thích hợp trong nhiều trường hợp ở các kiểu rừng, vùng sinh thái khác nhau. Hàm này có thể ước tính trực tiếp từ phương pháp phi tuyến, tuy nhiên đa số tác giả tuyến hóa dạng log để thiết lập hàm theo phương pháp bình phương tối thiểu. Vì vậy có thể thấy mô hình sinh khối thông thường biểu diễn dưới dạng log, tuy nhiên tùy theo vùng sinh thái, kiểu rừng mà các biến số có thể là biến đơn hay là tổ hợp biến, tổ hợp biến tỏ ra phù hợp cao là DBH2H, DBH2WD.4 Phương pháp ước lượng hàm Hai phương pháp ước lượng hàm sinh trắc phổ biến được áp dụng là: - Phương pháp bình phương tối thiểu có hay không có sử dụng trọng số (Weight) để ước lượng hàm tuyến tính hay phi tuyến tính được tuyến tính hóa - Phương pháp Marquardt ước lượng hàm phi tuyến có hay không có trọng số (Weight). Trong đó đa số các tác giả sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu đối với hàm phi tuyến đã tuyến tính hóa.

Ít tác giả đề cập đến phương pháp ước lượng phi tuyến hoặc có trọng số. Trong khi đó Picard, Saint-André và Henry (2012) [88] cho thấy trong một số trường hợp ước lượng hàm có trọng số sẽ cải thiện độ tin cậy của hàm thông qua giảm biến động của sai số (phần dư – residual); hoặc tiếp cận tốt dữ liệu quan sát hơn, giảm sai số. 12 Theo Picard và cộng sự. (2012) trọng số của một hàm được xác định như sau: Ví dụ mô hình hàm mũ Y = a.X2c, thì trọng số để điều chỉnh hàm là Weight Wi = 1/X2c, trong đó c biến động từ -2 đến + 2.

Khi thay đổi c của trọng số sẽ thay đổi biến động của phần dư, trên cơ sở đó có thể quyết định chọn lựa giá trị trọng số tối ưu cho mô hình ước lượng.3: Đồ thị quan hệ phần dƣ có trọng số với giá trị của mô hinh giảm do Wi = 1/X2c (Nguồn: Picard và cộng sự.3 cho thấy với các tiếp cận ước lượng mô hình có trọng số sẽ giúp cho việc điều chỉnh biến động phần dư của mô hình phù hợp hơn, giảm sai số.