Tổng quan nghiên cứu

Khu Dự trữ Sinh quyển Đồng Nai, với diện tích gần một triệu hecta trải dài trên 5 tỉnh, là một trong những khu vực có đa dạng sinh học phong phú và vai trò quan trọng trong bảo tồn tài nguyên rừng tại Việt Nam. Trong đó, kiểu rừng tự nhiên lá rộng thường xanh chiếm khoảng 14,26% tổng diện tích, với diện tích lên tới gần 140.000 ha, phân bố chủ yếu ở các trạng thái rừng giàu, trung bình, nghèo và nghèo kiệt. Trữ lượng sinh khối và các bon trong rừng đóng vai trò then chốt trong việc giảm thiểu biến đổi khí hậu thông qua hấp thụ và lưu giữ khí CO2. Tuy nhiên, việc xác định chính xác sinh khối và trữ lượng các bon trong các kiểu rừng này vẫn còn nhiều thách thức do tính đa dạng sinh học cao và hạn chế về phương pháp đo đạc truyền thống.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là ứng dụng công nghệ Scan 3D laser để xác định sinh khối và các bon trong kiểu rừng tự nhiên lá rộng thường xanh tại Khu Dự trữ Sinh quyển Đồng Nai, nhằm cung cấp cơ sở định lượng dịch vụ hấp thụ và lưu giữ các bon của rừng. Nghiên cứu tập trung vào việc đo đạc sinh khối cây cá lẻ và lâm phần, đồng thời xác định trữ lượng các bon tích lũy trong các trạng thái rừng khác nhau. Phạm vi nghiên cứu bao gồm 5 tỉnh thuộc khu dự trữ, với dữ liệu thu thập trong giai đoạn 2022-2023.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc bổ sung kiến thức khoa học về ứng dụng công nghệ mới trong lâm nghiệp mà còn góp phần nâng cao hiệu quả quản lý và bảo tồn rừng, hỗ trợ các chính sách giảm thiểu phát thải khí nhà kính và phát triển bền vững tại khu vực. Kết quả nghiên cứu dự kiến sẽ là cơ sở khoa học quan trọng cho việc mở rộng ứng dụng công nghệ Scan 3D laser trong đánh giá sinh khối và các bon rừng tự nhiên ở Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về sinh khối rừng và trữ lượng các bon trong hệ sinh thái rừng. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  1. Lý thuyết bể chứa các bon trong hệ sinh thái: Bể chứa các bon được phân chia thành các thành phần trên mặt đất (tầng cây gỗ, cây bụi, thảm tươi, vật rơi rụng) và dưới mặt đất (rễ, đất). Mật độ các bon (carbon density) và tổng lượng các bon tích trữ (carbon stock) là hai chỉ số quan trọng để đánh giá khả năng lưu trữ các bon của rừng.

  2. Mô hình phương trình sinh trắc (allometric equations): Đây là phương pháp chuẩn để ước tính sinh khối và trữ lượng các bon dựa trên các biến sinh trưởng như đường kính ngang ngực (DBH), chiều cao cây (H), và khối lượng riêng gỗ (WD). Phương trình sinh trắc được xây dựng dựa trên số liệu chặt hạ cây mẫu hoặc dữ liệu không phá hủy, giúp giảm thiểu tác động đến rừng.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: sinh khối cây cá lẻ, lâm phần, trữ lượng các bon, phương pháp chặt hạ và bán chặt hạ, công nghệ Scan 3D laser, và các trạng thái rừng (giàu, trung bình, nghèo, nghèo kiệt).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp hai phương pháp chính nhằm đảm bảo độ chính xác và giảm thiểu tác động đến tài nguyên rừng:

  • Phương pháp bán chặt hạ: Điều chỉnh phù hợp với mục tiêu nghiên cứu, chỉ cắt hạ một số cành nhỏ để đo đạc sinh khối tươi, trong khi giữ lại thân cây và cành lớn. Phương pháp này dựa trên hướng dẫn của FAO và các nghiên cứu quốc tế, giúp thu thập dữ liệu sinh khối chi tiết mà không làm tổn hại lớn đến cây rừng.

  • Phương pháp sử dụng Máy scan 3D laser cầm tay: Thu thập dữ liệu hình học 3D của cây cá lẻ (thân, cành lớn, cành nhỏ) trong các ô tiêu chuẩn. Dữ liệu được xử lý bằng phần mềm Geomagic Studio để tính toán thể tích thân cây và cành lớn, từ đó xác định sinh khối chính xác. Phương pháp này cho phép đo đạc nhanh, tự động và chi tiết ở cấp độ milimet, giảm thiểu việc chặt hạ cây mẫu.

Nguồn dữ liệu bao gồm số liệu kế thừa từ các đề tài nghiên cứu trước về sinh khối và khối lượng riêng gỗ, số liệu đo đếm thực địa tại 48 ô tiêu chuẩn với diện tích từ 25 m² đến 2000 m², thu thập trong năm 2022-2023 tại 5 tỉnh thuộc Khu Dự trữ Sinh quyển Đồng Nai. Cỡ mẫu gồm hơn 1.400 cây cá lẻ được scan 3D, phân bố đều trên 4 trạng thái rừng.

Phương pháp phân tích sử dụng các mô hình hồi quy sinh trắc, phân tích chỉ số tổ thành loài, và xử lý số liệu bằng phần mềm Excel và Geomagic Studio. Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2020 đến 2023, trong đó thu thập và xử lý dữ liệu thực địa tập trung vào giai đoạn 2022-2023.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Cấu trúc tổ thành rừng: Số loài xuất hiện tại cỡ đường kính D1.3 > 10 cm đa dạng hơn so với cỡ 5 cm ≤ D1.3 ≤ 10 cm. Các trạng thái rừng giàu, trung bình, nghèo và nghèo kiệt có sự khác biệt rõ rệt về thành phần loài và mật độ cây. Ví dụ, rừng giàu có mật độ cây gỗ lớn hơn 672 cây/ha, trong khi rừng nghèo kiệt chỉ khoảng 45 cây/ha.

  2. Sinh khối cây cá lẻ tầng cây cao: Sinh khối thân cây chiếm tỷ lệ lớn nhất trong tổng sinh khối, tiếp theo là cành lớn, cành nhỏ và lá. Khi đường kính cây tăng, sự chênh lệch sinh khối giữa thân và các bộ phận khác càng lớn. Sinh khối trung bình của thân cây ở trạng thái rừng giàu đạt khoảng 150 tấn/ha, trong khi ở trạng thái nghèo kiệt chỉ khoảng 30 tấn/ha.

  3. Sinh khối lâm phần và trữ lượng các bon: Tổng sinh khối lâm phần tăng theo cấp trạng thái rừng, từ nghèo kiệt đến giàu. Trữ lượng các bon tích lũy trong lâm phần rừng giàu đạt khoảng 75 tấn các bon/ha, cao hơn 2,5 lần so với rừng nghèo kiệt. Sinh khối tầng cây bụi, thảm tươi và vật rơi rụng cũng đóng góp đáng kể, chiếm khoảng 15-20% tổng sinh khối.

  4. Hiệu quả ứng dụng công nghệ Scan 3D laser: Kết quả so sánh giữa phương pháp Scan 3D và phương pháp chặt hạ truyền thống cho thấy sai số không đáng kể (Sig.05), chứng tỏ công nghệ Scan 3D có thể thay thế hiệu quả trong việc xác định thể tích và sinh khối cây rừng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân sự khác biệt sinh khối giữa các trạng thái rừng chủ yếu do điều kiện sinh thái và mức độ suy thoái rừng khác nhau. Rừng giàu với mật độ cây cao và đa dạng loài lớn có khả năng tích lũy sinh khối và các bon cao hơn. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trước đây về sinh khối rừng nhiệt đới Đông Nam Á, đồng thời khẳng định vai trò quan trọng của rừng tự nhiên lá rộng thường xanh trong lưu trữ các bon.

Việc ứng dụng công nghệ Scan 3D laser giúp giảm thiểu tác động đến rừng trong quá trình thu thập dữ liệu, đồng thời nâng cao độ chính xác và hiệu quả công tác điều tra. Dữ liệu thu thập có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố sinh khối theo bộ phận cây và bảng so sánh trữ lượng các bon giữa các trạng thái rừng, giúp minh họa rõ nét sự khác biệt và xu hướng tích lũy sinh khối.

So với các phương pháp truyền thống như chặt hạ toàn bộ cây, phương pháp kết hợp Scan 3D và bán chặt hạ giảm thiểu chi phí, thời gian và bảo vệ đa dạng sinh học. Kết quả nghiên cứu góp phần làm rõ mối quan hệ giữa cấu trúc rừng và khả năng lưu trữ các bon, hỗ trợ quản lý bền vững và phát triển các chương trình giảm phát thải khí nhà kính.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai rộng rãi công nghệ Scan 3D laser trong điều tra rừng: Khuyến khích các cơ quan quản lý và nghiên cứu áp dụng công nghệ này để nâng cao độ chính xác và giảm thiểu tác động đến rừng, đặc biệt trong các khu bảo tồn và dự trữ sinh quyển. Thời gian thực hiện trong 2-3 năm tới, do các đơn vị nghiên cứu và quản lý rừng chủ trì.

  2. Xây dựng hệ thống phương trình sinh trắc đặc thù cho các trạng thái rừng lá rộng thường xanh: Dựa trên dữ liệu thu thập được, phát triển các mô hình sinh trắc phù hợp với điều kiện sinh thái địa phương nhằm nâng cao độ tin cậy trong ước tính sinh khối và các bon. Thời gian hoàn thành dự kiến 1-2 năm, do các viện nghiên cứu lâm nghiệp phối hợp thực hiện.

  3. Tăng cường đào tạo và chuyển giao công nghệ cho cán bộ quản lý rừng và nghiên cứu sinh: Tổ chức các khóa đào tạo về kỹ thuật Scan 3D và xử lý dữ liệu nhằm nâng cao năng lực chuyên môn, đảm bảo ứng dụng hiệu quả công nghệ mới. Thời gian triển khai liên tục hàng năm, do các trường đại học và viện nghiên cứu chủ trì.

  4. Phát triển cơ sở dữ liệu sinh khối và các bon rừng quốc gia: Thu thập, lưu trữ và cập nhật dữ liệu sinh khối, trữ lượng các bon từ các khu vực khác nhau để hỗ trợ công tác quản lý, đánh giá và báo cáo quốc tế về biến đổi khí hậu. Chủ thể thực hiện là Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phối hợp với các viện nghiên cứu, thời gian thực hiện dài hạn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý rừng và bảo tồn: Luận văn cung cấp dữ liệu khoa học và phương pháp đo đạc hiện đại giúp họ đánh giá chính xác trữ lượng sinh khối và các bon, từ đó xây dựng chính sách bảo vệ và phát triển rừng bền vững.

  2. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành Lâm học, Môi trường: Tài liệu là nguồn tham khảo quý giá về ứng dụng công nghệ Scan 3D laser trong nghiên cứu sinh khối rừng, đồng thời cung cấp các mô hình sinh trắc và phương pháp phân tích dữ liệu thực tiễn.

  3. Các tổ chức quốc tế và cơ quan quản lý biến đổi khí hậu: Kết quả nghiên cứu hỗ trợ đánh giá tiềm năng hấp thụ các bon của rừng tự nhiên, phục vụ cho các chương trình REDD+ và các sáng kiến giảm phát thải khí nhà kính.

  4. Doanh nghiệp và nhà đầu tư trong lĩnh vực carbon và lâm nghiệp: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học để định lượng dịch vụ hấp thụ và lưu giữ các bon, hỗ trợ phát triển các dự án thương mại carbon và quản lý tài nguyên rừng hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công nghệ Scan 3D laser có ưu điểm gì so với phương pháp truyền thống?
    Scan 3D laser cho phép thu thập dữ liệu hình học chi tiết, nhanh chóng và chính xác ở cấp độ milimet mà không cần chặt hạ cây toàn bộ. Ví dụ, trong nghiên cứu, sai số giữa phương pháp Scan 3D và chặt hạ truyền thống không đáng kể, giúp giảm thiểu tác động đến rừng.

  2. Phương pháp bán chặt hạ được thực hiện như thế nào để giảm thiểu ảnh hưởng đến rừng?
    Phương pháp này chỉ cắt hạ một số cành nhỏ đại diện, giữ lại thân cây và cành lớn, từ đó đo đạc sinh khối tươi. Điều này giúp giảm thiểu tổn thương cây và bảo vệ đa dạng sinh học trong khu vực nghiên cứu.

  3. Làm thế nào để xác định trữ lượng các bon từ sinh khối cây?
    Trữ lượng các bon được tính bằng cách nhân sinh khối khô với hệ số chuyển đổi các bon (C-fraction), thường dao động khoảng 0,47-0,53 tùy loài. Nghiên cứu đã sử dụng hệ số phù hợp với đặc điểm rừng lá rộng thường xanh tại khu vực.

  4. Phạm vi áp dụng của các phương trình sinh trắc được xây dựng trong nghiên cứu?
    Các phương trình sinh trắc được xây dựng dựa trên dữ liệu thực địa tại Khu Dự trữ Sinh quyển Đồng Nai, phù hợp với các trạng thái rừng lá rộng thường xanh trong khu vực và có thể được điều chỉnh để áp dụng cho các khu vực tương tự.

  5. Làm thế nào để dữ liệu sinh khối và các bon hỗ trợ quản lý rừng bền vững?
    Dữ liệu này giúp đánh giá chính xác khả năng hấp thụ và lưu giữ các bon của rừng, từ đó xây dựng các kế hoạch bảo tồn, phục hồi và phát triển rừng phù hợp, đồng thời tham gia hiệu quả vào các chương trình giảm phát thải khí nhà kính.

Kết luận

  • Ứng dụng công nghệ Scan 3D laser đã thành công trong việc xác định sinh khối và trữ lượng các bon của kiểu rừng tự nhiên lá rộng thường xanh tại Khu Dự trữ Sinh quyển Đồng Nai với độ chính xác cao và giảm thiểu tác động đến rừng.
  • Sinh khối và trữ lượng các bon tăng theo cấp trạng thái rừng từ nghèo kiệt đến giàu, với sinh khối thân cây chiếm tỷ lệ lớn nhất trong tổng sinh khối.
  • Phương pháp kết hợp bán chặt hạ và Scan 3D laser là giải pháp hiệu quả, tiết kiệm thời gian và chi phí so với phương pháp chặt hạ truyền thống.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho việc xây dựng các mô hình sinh trắc đặc thù và hỗ trợ quản lý bền vững tài nguyên rừng tại khu vực.
  • Đề xuất triển khai rộng rãi công nghệ Scan 3D laser, phát triển cơ sở dữ liệu sinh khối và các bon quốc gia, đồng thời tăng cường đào tạo chuyển giao công nghệ cho cán bộ quản lý và nghiên cứu.

Luận văn mở ra hướng nghiên cứu mới trong ứng dụng công nghệ hiện đại cho lâm nghiệp, góp phần nâng cao hiệu quả bảo tồn và phát triển rừng trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu. Các nhà quản lý, nghiên cứu và doanh nghiệp trong lĩnh vực lâm nghiệp được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để thúc đẩy phát triển bền vững.