CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ RADAR VÀ SINH KHỐI 1.1 Tổng quan về sinh khối thực vật Sinh khối được xác định là tất cả chất hữu cơ ở dạng sống và chết còn ở trên cây ở trên hoặc ở dưới mặt đất. Năng suất rừng thể hiện qua sinh khối của rừng, năng suất rừng phụ thuộc vào biện pháp kinh doanh rừng và môi trường. Vì vậy, để tăng năng suất rừng thì phải chọn biện pháp kinh doanh phù hợp nhằm làm tăng sinh khối của cây cá thể và của cả lâm phần. Nghiên cứu sinh khối là nền tảng cơ bản để tính các giá trị khác của rừng như tính lượng carbon tích lũy, khả năng hấp thụ CO2 của rừng.
Sinh khối là quá trình sinh tổng hợp vật chất hữu cơ trong cây, bao gồm tổng trọng lượng của các bộ phận như: thân, cành, lá, hoa, quả, rễ ở trên và dưới mặt đất. Sinh khối là tổng chất hữu cơ có được trên một đơn vị diện tích tại một thời điểm và được tính bằng tấn/ha theo trọng lượng khô [28]. Nhưng trong khuôn khổ luận văn này, tác giả sử dụng khái niệm sinh khối khô của thực vật và phần sinh khối khô này được tính cho phần nằm trên mặt đất, không tính phần rễ cây và phần thân ngập dưới đất.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến sinh khối Qua nhiều nghiên cứu về sinh khối, năng suất và sản lượng rừng, các tác giả cho thấy: sinh trưởng, tăng trưởng, sinh khối, năng suất cây cá thể phụ thuộc chặt chẽ vào đường kính và chiều cao (D, H). Còn quần thể rừng thì phụ thuộc vào chiều cao, đường kính, mật độ, tuổi rừng (H, D, N, A).
Vì vậy, ba chỉ tiêu sinh trưởng, tăng trưởng và sinh khối có quan hệ mật thiết với nhau. Tuy nhiên, thực tế cho thấy, sinh khối của cây rừng lại phụ thuộc vào hai yếu tố chính: biện pháp tác động và môi trường. Tùy vào mục tiêu kinh doanh rừng khác nhau mà con người chọn lựa biện pháp tác động vào rừng phù hợp với môi trường sống của cây và đảm bảo hiệu năng xây dựng khu rừng ban đầu là rừng phòng hộ, rừng sản xuất hoặc rừng đặc dụng. Thực vật có khả năng hấp thụ CO2, được tích lũy ở dạng carbon trong sinh khối.
Hệ sinh thái rừng được xem là bể hấp thụ CO2 lớn nhất trong các hệ thực vật sống trên hành tinh. Vì vậy, nghiên cứu sinh khối cây rừng là cần thiết, đây là cơ sở xác định lượng CO2 mà quần thể cây rừng hấp thụ, là một thông tin quan trọng giúp các nhà quản lý đánh giá chất lượng cũng như hiệu quả của rừng, hoạch định chính sách kinh doanh rừng đảm bảo hiệu quả, tham gia thị trường carbon, chương trình giảm thiểu khí nhà kính qua việc hạn chế chặt phá rừng và suy thoái rừng của Liên Hiệp Quốc, làm cơ sở cho chi trả dịch vụ môi trường. Năng suất rừng thể hiện qua sinh khối của rừng, năng suất rừng phụ thuộc vào biện pháp kinh doanh rừng và môi trường. Vì vậy, để tăng năng suất rừng thì phải 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com chọn biện pháp kinh doanh phù hợp nhằm làm tăng sinh khối của cây cá thể và của cả lâm phần.
Nghiên cứu sinh khối là nền tảng cơ bản để tính các giá trị khác của rừng như tính lượng carbon tích lũy, khả năng hấp thụ CO2 của rừng. Tuy nhiên, thực tế cho thấy, sinh khối của cây rừng lại phụ thuộc vào hai yếu tố chính: biện pháp tác động và môi trường. Tùy vào mục tiêu kinh doanh rừng khác nhau mà con người chọn lựa biện pháp tác động vào rừng phù hợp với môi trường sống của cây và đảm bảo hiệu năng xây dựng khu rừng ban đầu là rừng phòng hộ, rừng sản xuất hoặc rừng đặc dụng.3 Cấu trúc rừng Sự sắp xếp có tính quy luật của tổ hợp các thành phần cấu tạo nên quần thể thực vật rừng trong không gian và thời gian. Cấu trúc rừng biểu hiện quan hệ sinh thái giữa thực vật rừng với nhau và với môi trường xung quanh.
Cấu trúc rừng bao gồm 3 loại được trình bầy dưới đây: Ở môi trường khắc nghiệt, Cấu trúc rừng đơn giản chỉ gồm những loài cây chống chịu được môi trường đó. Ở môi trường thuận lợi, Cấu trúc rừng phức tạp hơn và gồm nhiều loài cạnh tranh, có phần cộng sinh, kí sinh. Ở vùng ôn đới, cấu trúc điển hình là rừng thuần loài, đều tuổi, một tầng, rụng lá. Ở vùng nhiệt đới Việt Nam, Cấu trúc rừng tự nhiên điển hình là rừng hỗn loài, nhiều tầng, thường xanh.1 Cấu trúc thẳng đứng Cấu trúc sinh thái tạo thành loài cây, dạng sống, tầng phiến.
Tổ thành là nhân tố diễn tả số loài tham gia và số cá thể của từng loài trong thành phần cây gỗ của rừng. Hiểu một cách khác,tổ thành cho biết sự tổ hợp và mức độ tham gia của các loài cây khác nhau trên cùng đơn vị thể tích. Trong một khu rừng nếu một loài cây nào đó chiếm trên 95% thì rừng đó được coi là rừng thuần loài, còn rừng có từ 2 loài cây trở lên với tỷ lệ sấp xỉ nhau thì là rừng hỗn loài. Tổ thành của các khu rừng nhiệt đới thường phong phú về các loài hơn là tổ thành các loài cây của rừng ôn đới.2 Cấu trúc nằm ngang Cấu trúc hình thái: cấu trúc theo mặt phẳng đứng (tầng rừng); theo mặt phẳng ngang (mật độ và dạng phân bố cây trong quần thể).
Sự phân bố theo không gian của tầng cây gỗ theo chiều thẳng đứng, phụ thuộc vào đặc tính sinh thái học, nhu cầu ánh sáng của các loài tham gia tổ thành. Cấu trúc tầng thứ của các hệ sinh thái rừng nhiệt đới thước nhiều tầng thứ hơn các hệ sinh thái rừng ôn đới. Một số cách phân chia tầng tán: Tầng vượt tán: Các loài cây vươn cao trội hẳn lên, không có tính liên tục. 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tầng tán chính (tầng ưu thế sinh thái): Cấu tạo nên tầng rừng chính,có tính liên tục.
Tầng dưới tán: Gồm những cây tái sinh và những cây gỗ ưa bóng. Tầng thảm tươi: Chủ yếu là các loài thảm tươi. Thực vật ngoại tầng: Chủ yếu là các loài thân dây leo.3 Cấu trúc theo thời gian Cấu trúc theo thời gian: cấu trúc theo tuổi. Cấu trúc rừng phản ánh điều kiện sinh thái.
Cấu trúc về mặt thời gian, trạng thái tuổi tác của các loài cây tham gia hệ sinh thái rừng, sự phân bố này có mối liên quan chặt chẽ với cấu trúc về mặt không gian. Trong nghiên cứu và kinh doanh rừng người ta thường phân tuổi lâm phần thành các cấp tuổi. Thường thì mỗi cấp tuổi có thời gian là 5 năm, nhiều khi là các mức 10, 15, hoặc 20 năm tùy theo đổi tượng và mục đích.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu về sinh khối 1.1 Tình hình nghiên cứu sinh khối trên thế giới Trên thế giới việc sử dụng ảnh SAR để xác định sinh khối rừng đã được thực hiện từ nhiều năm trước đây. Các công trình nghiên cứu sử dụng ảnh SAR trong xác định sinh khối rừng chỉ ra rằng tín hiệu RADAR với các tần số khác nhau nhạy cảm với sinh khối rừng trong khoảng từ 80 đến 200 tấn/Hecta (Hussin et al, 1991; Dobson et al., 1992; Le Toan et al., 1992; Rauste et al., 1994; Rignot et al., 1994; Ranson et al.
Sóng RADAR có tần số thấp như kênh P (68 cm) thể hiện sự bão hòa với sinh khối đến 200 tấn/ha, trong khi đó tần số cao như kênh C (5,6 cm) thường bão hòa với sinh khối khoảng 80 tấn/ha [7]. Một nghiên cứu về rừng ước tính sinh khối rừng ngập mặn khu vực Guiana của Pháp và phía Bắc Australia của Christophe Proisy năm 2003 đã đưa ra dữ liệu SAR nhạy cảm với sinh khối rừng ngập mặn hai vùng nghiên cứu này ở mức 50 tấn/hecta đối với kênh C, 100 tấn/hecta với kênh L, và 150 tấn/hecta với kênh L [22]. Với các phân cực thì phân cực HV nhậy cảm nhất đối với việc ước tính sinh khối rừng ngập mặn khu vực này. Tất cả các kênh của dữ liệu SAR đều bị bão hòa ở mức 250 tấn/hecta.
[22] Có rất nhiều các thuật toán cho việc tính toán sinh khối dựa trên dữ liệu ảnh SAR, tuy nhiên chúng cũng cho kết quả sai khác nhau nhiều, thông thường chỉ được áp dụng cho từng vùng. Phương pháp tiếp cận được sử dụng nhiều nhất sử dụng hàm hồi quy, trong đó đường cong hồi quy được làm trùng với một tệp các kết quả đo đạc sinh khối trên thực địa. Đường cong hồi quy này sau đó được sử dụng để tính sinh khối dựa trên các giá trị tán xạ trên ảnh [7]. Ví dụ, hàm tính toán sinh khối ở phía đông bắc Phần 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Lan được Yrjo Rauster [10] đưa ra như sau: 0 68.65 10 634 Trong đó: V: Sinh khối rừng (tấn/ha); 0: Hệ số tán xạ (db) Theo Lê Toàn Thủy, 2007 đã đưa ra mối tương quan giữa sinh khối rừng khu vực nghiên cứu Matera và Toulouse tại Pháp và tỷ số hai phân cực HH/VV theo phương trình sau: [13] Biomasskg/m2 = 0.509 Trong cả hai vùng nghiên cứu thì R2 = 0.
Điều đó thể hiện có sự tương quan lớn giữa sinh khối rừng tại hai khu vực nghiên cứu trên và chỉ số hai phân cực HH/VV tính theo đơn vị (dB).2 Tình hình nghiên cứu sinh khối ở Việt Nam Ở nước ta, việc sử dụng dữ liệu ảnh RADAR để nghiên cứu thực phủ đã được tiến hành qua một số các nghiên cứu như sử dụng dữ liệu ảnh SAR để nghiên cứu diện tích lúa nước khu vực đồng bằng sông Cửu Long của PGS. Phạm Văn Cự (2003) và các cộng sự. Trong công trình nghiên cứu tác giả đã cùng với các cộng sự của mình nghiên cứu diện tích lúa nước khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Công trình nghiên cứu của Ths.
Lâm Đạo Nguyên sử dụng dữ liệu ảnh SAR của các vệ tinh ERS1/2 để nghiên cứu sự tăng trưởng của cây lúa vùng đồng bằng sông Cửu Long [8]. Các nghiên cứu thử nghiệm của Viện Quy Hoạch Nông nghiệp, sử dụng dữ liệu ảnh ASAR để đánh giá năng xuất lúa khu vực tỉnh Thái Bình. Tuy nhiên các ứng dụng ảnh RADAR cho mục đích tính sinh khối rừng ở nước ta còn khá hạn chế cũng như chưa được ứng dụng rộng rãi mặc dù vấn đề tài nguyên rừng là vấn đề được sự quan tâm lớn của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn qua các dự án kiểm kê rừng.