BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO . TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN NGUYỄN THỊ TÌNH THIẾT LẬP VÀ THẨM ĐỊNH CHÉO HỆ THỐNG MÔ HÌNH ƯỚC TÍNH SINH KHỐI TRÊN MẶT ĐẤT CÂY RỪNG KHỘP Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP Đắk Lắk, 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN NGUYỄN THỊ TÌNH THIẾT LẬP VÀ THẨM ĐỊNH CHÉO HỆ THỐNG MÔ HÌNH ƯỚC TÍNH SINH KHỐI TRÊN MẶT ĐẤT CÂY RỪNG KHỘP Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Lâm sinh Mã số: 9 62 02 05 Người hướng dẫn khoa học: GS. Bảo Huy Đắk Lắk, 2021 Đắk Lắk, 2020 iii LỜI CAM ĐOAN Luận án Tiến sĩ này được hoàn thành theo Chương trình đào tạo tiến sĩ tại trường Đại học Tây Nguyên, khóa 2 (2017 - 2020). Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu này là của bản thân tôi. Tất cả các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực, nếu có gì sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Được sự cho phép, một phần số liệu của Luận án kế thừa của GS. Bảo Huy trong chương trình lập mô hình sinh khối cây rừng cho UN-REDD Việt Nam bao gồm 222 cây mẫu xác định sinh khối. Tác giả Nguyễn Thị Tình iv LỜI CẢM ƠN Luận án này được hoàn thành trong Chương trình đào tạo nghiên cứu sinh khóa II (2017 – 2020) tại trường Đại học Tây Nguyên. Trước hết tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy, GS. Bảo Huy đã dành nhiều thời gian và công sức để hướng dẫn khoa học và giúp đỡ nghiên cứu sinh hoàn thành luận án này. Trân trọng cảm ơn sự quan tâm, tạo điều kiện và động viên của Lãnh đạo trường Đại học Tây Nguyên, khoa Nông Lâm nghiệp, bộ môn Quản lý tài nguyên rừng và môi trường, bộ môn Lâm sinh và sự hỗ trợ của sinh viên các lớp Lâm sinh, Quản lý tài nguyên rừng Đại học Tây Nguyên. Tác giả xin chân thành cảm ơn Sở NN & PTNT, các Công ty Lâm nghiệp trong vùng nghiên cứu, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tác giả trong việc đo đếm và thu thập số liệu tại hiện trường. Cảm ơn các anh chị cùng khoá học Nghiên cứu sinh đã gắn bó và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Vô cùng biết ơn sự quan tâm và khích lệ của gia đình, người thân về mọi mặt giúp tôi hoàn thành khóa học này. v KÝ HIỆU VIẾT TẮT AGB Above ground biomas: Sinh khối trên mặt đất của thực vật, chủ yếu trong cây gỗ, bao gồm thân, cành, lá và vỏ (kg/cây) AGC Above ground carbon: Carbon tích lũy trong sinh khối trên mặt đất của thực vật, chủ yếu trong cây gỗ, bao gồm thân, cành, lá và vỏ (kg/cây) BA Basal area: Tổng tiết diện ngang cây gỗ/ha (m2/ha) Bba Biomass of bark: Sinh khối của vỏ cây (kg/cây) Bbr Biomass of branch: Sinh khối của cành cây (kg/cây) BGB Below ground biomas: Sinh khối dưới mặt đất, là rễ của thực vật, nhưng chủ yếu là rễ cây gỗ (kg/cây) BGC Below ground carbon: Carbon tích lũy trong sinh khối dưới mặt đất của thực vật, chủ yếu trong rễ cây gỗ (kg/cây) Bl Biomass of leaf: Sinh khối của lá (kg/cây) Bst Biomass of stem: Sinh khối của thân cây gỗ (kg/cây) Bstu Biomass of stump: Sinh khối của gốc cây gỗ (kg/cây) CA Diện tích hình chiếu tán lá (m2/cây) CD Crown diameter: Đường kính tán lá (m) CDM Clean Development Mechanism: Cơ chế phát triển sạch D Đường kính ở độ cao ngang ngực, độ cao 1,3m, đơn vị cm DF Dipterocarp Forest: Rừng khộp FAO Food and Agriculture Organization: Tổ chức Nông Lương của Liên Hiệp Quốc G Tiết diện ngang thân cây vị trí 1,3m (m2) H Height: Chiều cao cây (m) IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change: Cơ quan liên chính phủ về biến đổi khí hậu IUCN International Union for Conservation of Nature and Natural vi Resources: Liên minh quốc tế bảo tồn thiên nhiên và tài nguyên thiên nhiên MRV Measurement, Reporting & Verification: Đo tính, báo cáo và thẩm định. N Mật độ cây gỗ/ha (cây/ha) REDD Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation: Giảm phát thải từ suy thoái và mất rừng REDD+ Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation: Giảm phát thải từ suy thoái và mất rừng kết hợp với bảo tồn, quản lý bền vững rừng và tăng cường trữ lượng carbon. SAS Statistical Analysis Software: Phần mềm phân tích thống kê SOC Soil Ogranic Carbon: Carbon hữu cơ trong đất, (tấn/ha) SUR Seemingly Unrelated Regression: Thiết lập đồng thời các mô hình thành phần UNFCCC United Nations Framework Convention on Climate Change: Hiệp định khung của Liên Hiệp Quốc về Biến đổi khí hậu UN-REDD United Nation – Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation: Chương trình của Liên Hiệp Quốc và Giảm phát thải từ suy thoái và mất rừng V Volume: Thể tích cây đứng (m3/cây) WD Wood density: Khối lượng thể tích gỗ (g/cm3) hoặc (tấn/m3) vii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN . iii LỜI CẢM ƠN . iv KÝ HIỆU VIẾT TẮT. v DANH MỤC CÁC BẢNG . xi DANH MỤC CÁC HÌNH . TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .1 Một số thuật ngữ chính sử dụng trong luận án .2 Chương trình REDD+ và nhu cầu về mô hình ước tính sinh khối, carbon cây rừng.3 Tổng quan về thiết lập mô hình ước tính sinh khối và carbon cây rừng.1 Rút mẫu cây rừng để thu thập dữ liệu sinh khối lập mô hình .2 Biến số độc lập, biến số đầu vào (Predictor(s)) của mô hình ước tính sinh khối cây rừng .3 Dạng hàm sinh khối .4 Ước lượng mô hình sinh khối dạng power tuyến tính hóa logarit hay phi tuyến? .5 Mô hình có trọng số .6 Thiết lập mô hình phi tuyến tính có trọng số có hay không có ảnh hưởng các nhân tố ngẫu nhiên theo phương pháp hợp lý cực đại (Weighted Nonlinear Fixed/Mixed models with/without random effects fit by Maximum Likelihood) .7 Phương pháp thiết lập đồng thời các mô hình sinh khối bộ phận và chung (Seemingly Unrelated Regression - SUR) .8 Phát triển mô hình sinh trắc ước tính sinh khối, carbon cây rừng .4 Thẩm định chéo (Cross-Validation) mô hình sinh trắc .1 Phương pháp thẩm định sai số sử dụng dữ liệu độc lập .2 Phương pháp thẩm định chéo - Leave-One-Out Cross Validation (LOOCV) .3 Phương pháp thẩm định chéo - K-Fold .4 Phương pháp thẩm định chéo - Monte Carlo .5 Hệ sinh thái rừng khộp và các mô hình sinh khối được thiết lập cho kiểu rừng này .1 Hệ sinh thái rừng khộp .2 Các mô hình sinh khối rừng khộp .6 Ứng dụng hệ thống mô hình sinh khối cây rừng để ước tính carbon tích lũy trong bể chứa trong cây rừng trên mặt đất. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .1 Đối tượng nghiên cứu .1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu .2 Đặc điểm khu vực và rừng khộp nghiên cứu .2 Nội dung nghiên cứu .3 Phương pháp nghiên cứu .1 Tiếp cận lập và thẩm định chéo hệ thống mô hình ước tính sinh khối cây rừng khộp .2 Thu thập số liệu sinh khối trên cây mẫu chặt hạ và dữ liệu sinh thái môi trường và lâm phần nghiên cứu .3 Lựa chọn phương pháp thiết lập và thẩm định chéo mô hình sinh khối .4 Phương pháp thiết lập hệ thống mô hình sinh khối cây rừng theo hệ thống phân loại thực vật áp dụng phương pháp thiết lập mô hình độc lập .5 Phương pháp thiết lập đồng thời hệ thống mô hình sinh khối (Seemingly Unrelated Regression – SUR)) và so sánh với phương pháp thiết lập mô hình độc lập.6 Phương pháp thiết lập mô hình ước tính sinh khối cây rừng khộp dưới ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái môi trường rừng và lâm phần.7 Phương pháp so sánh độ tin cậy mô hình chung cho vùng nhiệt đới với mô hình cho từng vùng sinh thái theo hệ thống phân loại thực vật ưu thế rừng khộp . KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .1 Lựa chọn phương pháp thiết lập và thẩm định chéo mô hình sinh khối .1 Lựa chọn phương pháp thiết lập mô hình sinh khối dạng power theo logarit tuyến tính hay phi tuyến .2 Lựa chọn phương pháp thẩm định chéo (Cross-Validation) các mô hình sinh khối cây rừng .2 Hệ thống mô hình sinh khối cây rừng theo hệ thống phân loại thực vật áp dụng phương pháp thiết lập mô hình độc lập .3 Hệ thống mô hình ước tính đồng thời sinh khối theo SUR và so sánh với phương pháp thiết lập mô hình độc lập .1 Hệ thống mô hình ước tính đồng thời các bộ phận sinh khối cây rừng và toàn bộ theo SUR .2 So sánh độ tin cậy của hai hệ thống mô hình thiết lập theo hai phương pháp độc lập và SUR .4 Ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái môi trường rừng, lâm phần đến mô hình ước tính AGB cây rừng khộp .1 Ảnh hưởng ngẫu nhiên của từng nhân tố sinh thái, môi trường và lâm phần lên mô hình sinh khối cây rừng khộp AGB .2 Ảnh hưởng tổng hợp các nhân tố sinh thái, môi trường và lâm phần đến mô hình sinh khối AGB .5 Mô hình sinh khối chung cho vùng nhiệt đới hay cho từng vùng sinh thái theo hệ thống phân loại thực vật ưu thế rừng khộp .6 Ứng dụng thiết lập và thẩm định chéo hệ thống mô hình ước tính sinh khối cây rừng .1 Hướng dẫn thiết lập và thẩm định chéo hệ thống mô hình ước tính sinh khối cây rừng .2 Ứng dụng hệ thống mô hình sinh khối để ước tính carbon tích lũy và CO2 tương đương cho lâm phần . KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ . 132 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ . 134 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 150 xi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2. Biến động dữ liệu các nhân tố sinh thái môi trường và lâm phần rừng khộp nghiên cứu . Thống kê tóm tắt các biến số sinh khối dự đoán và biến số đầu vào cây mẫu theo hệ thống loại thực vật cây gỗ ưu thế rừng khộp . Chỉ số Furnival (FI) dùng so sánh hai phương pháp lập mô hình sinh khối AGB theo logarrit tuyến tính và phi tuyến tính Maximum Likelihood có trọng số . Tổng hợp kết quả thẩm định chéo sai số mô hình AGB = a × (D2HWD)b theo các phương pháp khác nhau . Thẩm định chéo K-fold để lựa chọn mô hình ước tính sinh khối trên mặt đất (AGB) theo hệ thống phân loại thực vật rừng khộp . Thẩm định chéo K-fold để lựa chọn mô hình cho các thành phần sinh khối bao gồm Bst, Bbr, Ble và Bba (sinh khối của thân, cành, lá và vỏ cây tương ứng) trong trường hợp mô hình lập chung các loài cây rừng khộp. Thẩm định chéo K-fold để lựa chọn mô hình cho các thành phần sinh khối cây rừng bao gồm Bst, Bbr, Ble và Bba (sinh khối của thân, cành, lá và vỏ cây tương ứng) cho họ ưu thế Dipterocarpaceae.
