I. Tổng Quan Nghiên Cứu Scan 3D Sinh Khối Rừng Đồng Nai
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng nghiêm trọng, việc tìm kiếm giải pháp giảm thiểu khí nhà kính là vô cùng cấp thiết. Tăng cường tích trữ cacbon vào các hệ sinh thái, đặc biệt là rừng, đang được xem là giải pháp hiệu quả. Trên toàn thế giới, rừng chiếm 31% tổng diện tích bề mặt Trái Đất (FAO, 2020). Rừng nhiệt đới, đặc biệt là rừng tự nhiên lá rộng thường xanh, đóng vai trò trung tâm trong việc lưu trữ cacbon trên mặt đất. Nghiên cứu này tập trung vào ứng dụng công nghệ Scan 3D laser để định lượng sinh khối và cacbon tại Khu Dự trữ Sinh quyển Đồng Nai, góp phần vào việc bảo tồn và phát triển bền vững.
1.1. Vai Trò Khu Dự Trữ Sinh Quyển Trong Lưu Trữ Cacbon
Các Khu Dự trữ Sinh quyển (KDTSQ) đóng vai trò quan trọng trong việc bảo tồn đa dạng sinh học và lưu trữ cacbon. Với 701 KDTSQ trên toàn cầu (UNESCO, 2020), chúng là nơi lưu giữ những giá trị vô giá cho nhân loại. Các hệ sinh thái tại KDTSQ có tiềm năng hấp thụ cacbon rất lớn. Việc đánh giá lượng cacbon lưu trữ tại các KDTSQ là cần thiết để hỗ trợ các mục tiêu giảm thiểu và thích ứng với biến đổi khí hậu. Pand... đã đánh giá lượng cacbon lưu trữ ở 106 khu dự trữ sinh quyển trên thế giới, cho thấy tầm quan trọng của chúng trong việc điều hòa khí hậu.
1.2. Phương Pháp Ước Tính Sinh Khối Cacbon Rừng Hiện Tại
Hiện nay, phương pháp chính để tính trữ lượng sinh khối và cacbon ở cấp lâm phần là áp dụng phương trình sinh trắc. Tuy nhiên, phương pháp này có thể tốn kém và khó khả thi khi áp dụng trên quy mô lớn. Ngoài ra, việc sử dụng các mô hình ước lượng sinh khối cho phạm vi rộng lớn để xác định sinh khối cho phạm vi hẹp có thể dẫn đến sai số lớn. Do đó, cần có những phương pháp mới, hiệu quả và ít tác động đến môi trường hơn để ước tính sinh khối và cacbon rừng. Công nghệ Scan 3D laser hứa hẹn là một giải pháp tiềm năng.
II. Thách Thức Xác Định Sinh Khối Rừng Tự Nhiên Chính Xác
Việc xác định chính xác sinh khối và trữ lượng cacbon trong rừng tự nhiên, đặc biệt là rừng lá rộng thường xanh, là một thách thức lớn. Các phương pháp truyền thống như chặt hạ cây (destructive sampling) tốn kém, mất thời gian và gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Đồng thời, việc áp dụng các phương trình sinh trắc xây dựng cho khu vực khác có thể không phù hợp với điều kiện cụ thể của rừng Đồng Nai. Yêu cầu đặt ra là phải tìm ra phương pháp vừa đảm bảo độ chính xác, vừa giảm thiểu tác động đến rừng và có tính khả thi cao.
2.1. Hạn Chế Phương Pháp Chặt Hạ Truyền Thống
Phương pháp chặt hạ cây rừng để xác định sinh khối (destructive sampling) là phương pháp truyền thống nhưng có nhiều hạn chế. Nó tốn kém về thời gian, công sức và gây ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái rừng. Việc chặt hạ cây để lấy mẫu có thể làm giảm đa dạng sinh học và ảnh hưởng đến chức năng sinh thái của rừng. Gibbs và cs... đã chỉ ra rằng việc này không khả thi khi phải thực hiện với toàn bộ rừng, đặc biệt là các khu rừng có giá trị bảo tồn cao.
2.2. Sai Số Ước Tính Từ Phương Trình Sinh Trắc Chung
Việc sử dụng các phương trình sinh trắc xây dựng cho khu vực khác để ước tính sinh khối cho rừng Đồng Nai có thể dẫn đến sai số lớn. Mỗi khu vực có điều kiện sinh thái và đặc điểm riêng, do đó các phương trình sinh trắc cần được xây dựng riêng cho từng khu vực để đảm bảo độ chính xác. Brown (2002) nhấn mạnh tầm quan trọng của việc phát triển và sử dụng các hàm thống kê sinh khối phù hợp với từng khu vực.
III. Giải Pháp Ứng Dụng Công Nghệ Scan 3D Laser Tiên Tiến
Công nghệ Scan 3D laser nổi lên như một giải pháp tiềm năng để giải quyết các thách thức trong việc xác định sinh khối và trữ lượng cacbon rừng. Công nghệ này sử dụng tia laser hoặc ánh sáng trắng để thu thập dữ liệu hình học 3D của cây và rừng. Thiết bị quét laser trên mặt đất (TLS) có khả năng đo không gian ba chiều một cách nhanh chóng, tự động và chi tiết. Ưu điểm của Scan 3D là ghi lại số liệu sinh trưởng cây cá lẻ một cách nhanh chóng, tự động và chi tiết ở cấp độ milimet.
3.1. Ưu Điểm Vượt Trội Của Công Nghệ Scan 3D
Ưu điểm chính của việc sử dụng thiết bị TLS (Terrestrial Laser Scanner) trong điều tra rừng là khả năng ghi lại số liệu sinh trưởng cây cá lẻ trong lâm phần một cách nhanh chóng, tự động và chi tiết ở cấp độ milimet. Việc sử dụng TLS giúp cải thiện hiệu quả công việc đo đếm các chỉ tiêu sinh trưởng (đường kính, chiều cao cây) trong các ô tiêu chuẩn, thay thế đo đếm thủ công bằng các thuộc tính được lấy tự động từ dữ liệu TLS. Đặc biệt, việc sử dụng TLS sẽ giúp giảm thiểu chặt hạ cây mẫu để xác định thể tích và sinh khối.
3.2. Ứng Dụng Scan 3D Giảm Thiểu Chặt Hạ Cây Mẫu
Việc ứng dụng Scan 3D laser giúp giảm thiểu đáng kể việc chặt hạ cây mẫu để xác định thể tích và sinh khối. Thay vì phải chặt hạ cây, các nhà nghiên cứu có thể sử dụng máy scan 3D để thu thập dữ liệu hình học 3D của cây và tính toán thể tích, sinh khối một cách chính xác mà không gây ảnh hưởng đến cây và hệ sinh thái rừng. Nguyễn Văn Thịnh (2022) đã chứng minh độ chính xác cao của phương pháp này trong việc ước tính sinh khối cho cây cá lẻ.
IV. Phương Pháp Nghiên Cứu Kết Hợp Bán Chặt Hạ Scan 3D
Nghiên cứu này sử dụng kết hợp phương pháp “Bán chặt hạ”, có điều chỉnh phù hợp với mục tiêu nghiên cứu, và phương pháp sử dụng Máy scan 3D laser để đo đếm thu thập dữ liệu hình ảnh cây cá lẻ (thân, cành). Phương pháp "Bán chặt hạ" được điều chỉnh để giảm thiểu tác động lên cây rừng. Phần mềm Geomagic Studio được sử dụng để tính toán trực tiếp thể tích thân cây và cành lớn để xác định sinh khối cây rừng. Mục tiêu là đảm bảo độ tin cậy cao mà vẫn bảo tồn đa dạng sinh học.
4.1. Quy Trình Thu Thập Dữ Liệu Bán Chặt Hạ Scan 3D
Quá trình thu thập dữ liệu bao gồm: thiết lập ô tiêu chuẩn, đo đếm các chỉ tiêu sinh trưởng, đo đếm và thu thập dữ liệu 3D cây cá lẻ tầng cây cao, thu thập số liệu sinh khối tầng cây bụi, thảm tươi, vật rơi rụng, cây dây leo. Dữ liệu 3D thu thập được từ máy scan 3D sẽ được xử lý bằng phần mềm Geomagic Studio để tạo ra mô hình 3D của cây và tính toán thể tích. Các số liệu sinh khối khác sẽ được thu thập bằng phương pháp truyền thống.
4.2. Xử Lý Dữ Liệu Tính Toán Sinh Khối Bằng Phần Mềm
Dữ liệu thu thập được sẽ được xử lý trên phần mềm Excel và Geomagic Studio. Phần mềm Geomagic Studio được sử dụng để xử lý dữ liệu 3D và tính toán thể tích của thân cây và cành lớn. Các công thức và phương trình sinh trắc phù hợp sẽ được áp dụng để tính toán sinh khối từ thể tích. Dữ liệu sinh khối từ các thành phần khác của rừng (cây bụi, thảm tươi, vật rơi rụng, cây dây leo) sẽ được xử lý bằng phần mềm Excel để tổng hợp và tính toán tổng sinh khối của lâm phần.
V. Kết Quả Ước Tính Sinh Khối Rừng LRTX Tại Khu DTSQ Đồng Nai
Nghiên cứu đã ứng dụng thành công công nghệ Scan 3D laser để đo đếm và xác định sinh khối thân cây, cành và dây leo của 4 trạng thái rừng LRTX (lá rộng thường xanh) giàu, trung bình, nghèo và nghèo kiệt. Kết quả cho thấy khi cỡ đường kính của cây càng lớn thì chênh lệch giữa sinh khối thân cây và cành lớn, cành nhỏ và sinh khối lá càng lớn. Nhìn chung sinh khối thân là lớn nhất, sau đó là sinh khối cành lớn, ít nhất là sinh khối cành nhỏ và lá. Công nghệ Scan 3D thể hiện tính hiệu quả cao trong việc định lượng sinh khối ở các trạng thái rừng khác nhau.
5.1. Sinh Khối Cây Cá Lẻ Tầng Cây Gỗ Ở Các Trạng Thái Rừng
Kết quả nghiên cứu cho thấy sinh khối cây cá lẻ tầng cây gỗ ở cả 4 trạng thái rừng LRTX giàu, trung bình, nghèo và nghèo kiệt có sự khác biệt rõ rệt. Ở trạng thái rừng giàu, sinh khối cây cá lẻ lớn hơn nhiều so với các trạng thái rừng khác. Điều này phản ánh sự khác biệt về cấu trúc và thành phần loài giữa các trạng thái rừng. Khi cỡ đường kính của cây càng lớn, sự chênh lệch về sinh khối giữa các bộ phận của cây (thân, cành lớn, cành nhỏ, lá) càng rõ rệt.
5.2. Sinh Khối Lâm Phần Trữ Lượng Cacbon Tích Lũy
Nghiên cứu cũng đã ước tính được sinh khối lâm phần và trữ lượng cacbon tích lũy trong 4 trạng thái rừng LRTX. Kết quả cho thấy sinh khối lâm phần có xu hướng tăng theo từng cấp trạng thái rừng (từ nghèo kiệt đến giàu). Trạng thái rừng giàu có sinh khối lâm phần và trữ lượng cacbon cao nhất, cho thấy vai trò quan trọng của việc bảo tồn và phục hồi rừng giàu trong việc giảm thiểu biến đổi khí hậu.
VI. Kết Luận Triển Vọng Phát Triển Thị Trường Cacbon Tại Việt Nam
Nghiên cứu đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của việc ứng dụng công nghệ Scan 3D laser để xác định sinh khối và trữ lượng cacbon trong rừng tự nhiên lá rộng thường xanh tại Khu Dự trữ Sinh quyển Đồng Nai. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng công nghệ này trong ước tính sinh khối rừng tự nhiên ở Việt Nam. Đồng thời, nghiên cứu này cũng góp phần vào việc định lượng dịch vụ hệ sinh thái của rừng và mở ra cơ hội tham gia vào thị trường cacbon.
6.1. Tiềm Năng Ứng Dụng Kết Quả Nghiên Cứu Vào Thực Tiễn
Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng vào thực tiễn trong việc theo dõi và đánh giá sinh khối rừng, lập kế hoạch quản lý rừng bền vững và xây dựng các dự án REDD+ (giảm phát thải khí nhà kính từ phá rừng và suy thoái rừng). Công nghệ Scan 3D laser có thể giúp các nhà quản lý rừng thu thập dữ liệu sinh khối một cách nhanh chóng và chính xác, từ đó đưa ra các quyết định quản lý rừng hiệu quả hơn.
6.2. Đóng Góp Vào Thị Trường Cacbon Quốc Gia
Việc xác định chính xác sinh khối và trữ lượng cacbon rừng là cơ sở quan trọng để tham gia vào thị trường cacbon. Nghiên cứu này góp phần cung cấp dữ liệu tin cậy về tiềm năng hấp thụ cacbon của rừng Đồng Nai, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển các dự án cacbon và thu hút đầu tư vào lĩnh vực bảo tồn và phát triển rừng bền vững.
