Tổng quan nghiên cứu

Rừng ngập mặn (RNM) đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ đa dạng sinh học ven biển, điều hòa khí hậu và lưu trữ carbon toàn cầu. Trên thế giới, diện tích RNM tập trung chủ yếu ở khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới, với khoảng 75% diện tích nằm trong 15 quốc gia. Tại Việt Nam, RNM có diện tích khoảng 150.000 ha, trong đó RNM Cần Giờ là khu rừng ngập mặn liền kề lớn nhất với tổng diện tích gần 35.000 ha, bao gồm cả rừng tự nhiên và rừng trồng. RNM Cần Giờ không chỉ là "lá phổi xanh" của TP. Hồ Chí Minh mà còn là bể chứa carbon quan trọng, góp phần cân bằng khí quyển và giảm thiểu phát thải CO₂.

Nghiên cứu tập trung tại Tiểu khu 10A, xã An Thới Đông, huyện Cần Giờ, được thực hiện từ tháng 2/2023 đến tháng 6/2024 nhằm ước tính sinh khối trên mặt đất (AGB) và trữ lượng carbon (AGC) bằng công nghệ ảnh viễn thám UAV tích hợp GNSS RTK. Mục tiêu chính là đánh giá đặc điểm cấu trúc rừng, xây dựng mô hình tương quan giữa các chỉ số sinh trưởng cây và thành lập bản đồ sinh khối, trữ lượng carbon phục vụ quản lý bền vững rừng ngập mặn. Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc hỗ trợ chi trả dịch vụ môi trường rừng, phát triển chương trình tín chỉ carbon và bảo tồn đa dạng sinh học tại khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết cấu trúc rừng: Phân tích phân bố cây theo đường kính thân (D13), chiều cao (H), và thể tích (V) nhằm mô tả đặc điểm quần thể cây gỗ trong rừng ngập mặn.
  • Mô hình hồi quy sinh trưởng cây: Xây dựng các phương trình hồi quy xác định mối quan hệ giữa đường kính thân, chiều cao và thể tích cây với hệ số tương quan cao (0,88 - 0,99), giúp ước tính sinh khối chính xác.
  • Mô hình số bề mặt kỹ thuật số (DSM) và mô hình địa hình kỹ thuật số (DTM): Sử dụng để tính toán chiều cao Lorey’s (Hm) từ dữ liệu UAV (Huav), với sai số RMSE = 0,42 m, phục vụ cho việc lập bản đồ sinh khối và trữ lượng carbon.
  • Khái niệm sinh khối trên mặt đất (AGB) và trữ lượng carbon trên mặt đất (AGC): AGB là tổng khối lượng sinh khối của cây thân gỗ trên mặt đất, AGC là lượng carbon tích lũy trong sinh khối đó, được tính dựa trên hệ số chuyển đổi sinh khối sang carbon.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu:

    • Điều tra thực địa sử dụng 16 ô tiêu chuẩn, mỗi ô có diện tích 100 m² (10 m x 10 m), đo đếm cây thân gỗ về đường kính thân, chiều cao và thể tích.
    • Thu thập ảnh viễn thám UAV DJI MAVIC 3 Multispectral toàn khu vực nghiên cứu để tạo mô hình DSM, DTM và bản đồ phân bố sinh khối, carbon.
    • Sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh PlanetScope với độ phân giải 4,77 m để hỗ trợ phân tích bổ sung.

  • Phương pháp phân tích:

    • Xử lý dữ liệu UAV bằng phần mềm PIX4Dmapper Pro để tạo mô hình 3D và bản đồ trực giao.
    • Phân tích thống kê và xây dựng mô hình hồi quy bằng phần mềm Past 4.03 và Statgraphics Centurion XV.I.
    • Sử dụng ArcGIS Pro để lập bản đồ sinh khối và trữ lượng carbon trên mặt đất.
    • Đánh giá độ chính xác mô hình bằng hệ số tương quan (R²) và sai số bình phương trung bình căn bậc hai (RMSE).

  • Timeline nghiên cứu:

    • Tháng 2/2023: Chuẩn bị và thu thập dữ liệu thực địa.
    • Tháng 3-5/2023: Thu thập ảnh UAV và xử lý dữ liệu.
    • Tháng 6-10/2023: Phân tích dữ liệu, xây dựng mô hình hồi quy.
    • Tháng 11/2023 - 3/2024: Lập bản đồ sinh khối và trữ lượng carbon.
    • Tháng 4-6/2024: Tổng hợp kết quả, thảo luận và hoàn thiện luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phân bố cây theo đường kính thân:

    • 93,6% số cây trong quần thể có đường kính từ 6 cm đến 24 cm, cho thấy quần thể cây chủ yếu ở giai đoạn trưởng thành trung bình.
    • Loài Đước đôi (Rhizophora apiculata Blume) chiếm ưu thế với tỷ lệ 78,19% tổng số cây, thể hiện sự thống trị của loài này trong khu vực nghiên cứu.

  2. Mối quan hệ giữa các chỉ số sinh trưởng cây:

    • Các phương trình hồi quy giữa đường kính thân, chiều cao và thể tích cây có hệ số tương quan từ 0,88 đến 0,99, cho thấy mô hình dự đoán sinh khối rất chính xác.
    • Mối quan hệ giữa chiều cao Lorey’s (Hm) và chiều cao UAV (Huav) có sai số RMSE = 0,42 m, chứng tỏ dữ liệu UAV có độ tin cậy cao trong việc ước tính chiều cao cây.

  3. Bản đồ sinh khối và trữ lượng carbon:

    • Sinh khối trên mặt đất (AGB) tối đa đạt 584,365 tấn/ha, tập trung chủ yếu ở phía Đông Nam khu vực nghiên cứu.
    • Trữ lượng carbon trên mặt đất (AGC) tối đa đạt 263,543 tấn/ha, phản ánh khả năng lưu trữ carbon lớn của rừng ngập mặn tại Tiểu khu 10A.

  4. Đặc điểm địa hình và ảnh hưởng đến sinh trưởng cây:

    • Độ cao địa hình dao động từ 0 m đến 3 m, ảnh hưởng đến phân bố và sinh trưởng của các loài cây ngập mặn.
    • Mô hình DSM và DTM cho phép xác định chính xác các biến động địa hình nhỏ, hỗ trợ hiệu quả trong việc lập bản đồ sinh khối.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy công nghệ UAV tích hợp GNSS RTK là công cụ hiệu quả trong việc thu thập dữ liệu sinh khối và trữ lượng carbon tại các khu rừng ngập mặn có cấu trúc phức tạp. Việc sử dụng UAV giúp giảm thời gian khảo sát thực địa, tăng độ chính xác và mở rộng phạm vi nghiên cứu so với phương pháp truyền thống. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, sinh khối và trữ lượng carbon tại Tiểu khu 10A tương đối cao, phù hợp với đặc điểm rừng ngập mặn nhiệt đới ẩm.

Biểu đồ phân bố số cây theo đường kính và chiều cao có thể được trình bày dưới dạng biểu đồ cột hoặc đường cong phân bố, giúp minh họa rõ ràng sự tập trung của cây ở các nhóm kích thước khác nhau. Bản đồ sinh khối và trữ lượng carbon được thể hiện qua bản đồ nhiệt (heatmap) cho thấy sự phân bố không đồng đều, tập trung ở các vùng địa hình cao hơn, phù hợp với điều kiện sinh thái.

Kết quả này góp phần làm rõ vai trò của RNM Cần Giờ trong việc lưu trữ carbon và hỗ trợ các chính sách bảo vệ môi trường, phát triển tín chỉ carbon. Đồng thời, nghiên cứu cũng chỉ ra những hạn chế của UAV trong việc thu thập dữ liệu tại các khu vực rừng có tầng tán phức tạp, đề xuất cần kết hợp thêm các công nghệ đo đạc mặt đất để nâng cao độ chính xác.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường ứng dụng công nghệ UAV và GNSS RTK trong quản lý rừng

    • Động từ hành động: Triển khai, áp dụng
    • Mục tiêu: Nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong thu thập dữ liệu sinh khối và trữ lượng carbon
    • Timeline: Triển khai trong 1-2 năm tới
    • Chủ thể thực hiện: Ban quản lý rừng phòng hộ Cần Giờ, các cơ quan nghiên cứu lâm nghiệp

  2. Xây dựng hệ thống bản đồ sinh khối và carbon định kỳ

    • Động từ hành động: Thiết lập, cập nhật
    • Mục tiêu: Giám sát biến động sinh khối và trữ lượng carbon theo thời gian
    • Timeline: Cập nhật hàng năm hoặc 2 năm/lần
    • Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn TP. Hồ Chí Minh, Viện Sinh thái học miền Nam

  3. Phát triển chương trình tín chỉ carbon dựa trên dữ liệu UAV

    • Động từ hành động: Xây dựng, vận hành
    • Mục tiêu: Tạo nguồn thu từ dịch vụ môi trường rừng, khuyến khích bảo vệ rừng bền vững
    • Timeline: 3-5 năm
    • Chủ thể thực hiện: Chính quyền địa phương, các tổ chức môi trường, doanh nghiệp

  4. Đào tạo và nâng cao năng lực cho cán bộ quản lý rừng về công nghệ viễn thám

    • Động từ hành động: Tổ chức, đào tạo
    • Mục tiêu: Đảm bảo vận hành hiệu quả các thiết bị UAV và phần mềm phân tích dữ liệu
    • Timeline: Liên tục hàng năm
    • Chủ thể thực hiện: Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh, Ban quản lý rừng phòng hộ Cần Giờ

  5. Kết hợp phương pháp đo đạc truyền thống và UAV để nâng cao độ chính xác

    • Động từ hành động: Kết hợp, phối hợp
    • Mục tiêu: Giảm thiểu sai số trong ước tính sinh khối và trữ lượng carbon tại các khu vực rừng phức tạp
    • Timeline: Áp dụng ngay trong các dự án nghiên cứu tiếp theo
    • Chủ thể thực hiện: Các nhóm nghiên cứu, cơ quan quản lý rừng

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà quản lý và hoạch định chính sách môi trường

    • Lợi ích: Cung cấp dữ liệu khoa học chính xác để xây dựng chính sách bảo vệ rừng và phát triển tín chỉ carbon.
    • Use case: Xây dựng kế hoạch chi trả dịch vụ môi trường rừng tại huyện Cần Giờ.

  2. Các nhà nghiên cứu và học giả trong lĩnh vực lâm nghiệp và môi trường

    • Lợi ích: Tham khảo phương pháp ứng dụng UAV và GNSS RTK trong nghiên cứu sinh khối và carbon rừng ngập mặn.
    • Use case: Phát triển các nghiên cứu chuyên sâu về biến động sinh khối và tác động biến đổi khí hậu.

  3. Cơ quan quản lý rừng và bảo tồn đa dạng sinh học

    • Lợi ích: Áp dụng kết quả nghiên cứu để giám sát, quản lý và phục hồi rừng ngập mặn hiệu quả.
    • Use case: Theo dõi diễn biến rừng, phát hiện sớm các nguy cơ suy thoái.

  4. Doanh nghiệp và tổ chức tham gia thị trường tín chỉ carbon

    • Lợi ích: Sử dụng dữ liệu bản đồ sinh khối và trữ lượng carbon làm cơ sở cho các dự án tín chỉ carbon.
    • Use case: Đánh giá tiềm năng carbon và phát triển các dự án giảm phát thải khí nhà kính.

Câu hỏi thường gặp

  1. Ảnh viễn thám UAV có ưu điểm gì so với phương pháp truyền thống trong ước tính sinh khối?
    UAV cung cấp dữ liệu với độ phân giải cao, thu thập nhanh và phạm vi rộng, giảm thiểu tác động môi trường và chi phí so với đo đạc thực địa truyền thống. Ví dụ, tại Tiểu khu 10A, UAV giúp xác định chiều cao cây với sai số chỉ 0,42 m.

  2. Làm thế nào để đảm bảo độ chính xác của dữ liệu UAV trong môi trường rừng ngập mặn phức tạp?
    Kết hợp UAV với công nghệ GNSS RTK để hiệu chỉnh tọa độ và mô hình địa hình, đồng thời sử dụng các phương trình hồi quy được xây dựng từ dữ liệu thực địa để tăng độ tin cậy.

  3. Sinh khối trên mặt đất (AGB) và trữ lượng carbon (AGC) được tính toán như thế nào?
    AGB được ước tính dựa trên các chỉ số sinh trưởng cây như đường kính thân và chiều cao, sau đó nhân với hệ số chuyển đổi carbon để tính AGC. Tại nghiên cứu này, AGB tối đa đạt 584,365 tấn/ha, AGC đạt 263,543 tấn/ha.

  4. Ứng dụng của bản đồ sinh khối và trữ lượng carbon trong quản lý rừng là gì?
    Bản đồ giúp xác định vùng có trữ lượng carbon cao để ưu tiên bảo vệ, hỗ trợ đánh giá dịch vụ môi trường rừng và phát triển các chương trình tín chỉ carbon, góp phần giảm phát thải khí nhà kính.

  5. Có thể áp dụng phương pháp nghiên cứu này cho các khu rừng ngập mặn khác không?
    Có, phương pháp sử dụng UAV tích hợp GNSS RTK và phân tích GIS có thể áp dụng rộng rãi cho các khu rừng ngập mặn khác nhằm nâng cao hiệu quả quản lý và bảo tồn.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã thành công trong việc ứng dụng ảnh viễn thám UAV tích hợp GNSS RTK để ước tính sinh khối và trữ lượng carbon tại Tiểu khu 10A, rừng ngập mặn Cần Giờ với độ chính xác cao.
  • Đặc điểm cấu trúc rừng cho thấy sự thống trị của loài Đước đôi với 78,19% số cây, tập trung chủ yếu ở nhóm đường kính thân từ 6 đến 24 cm.
  • Bản đồ sinh khối và trữ lượng carbon phản ánh khả năng lưu trữ carbon lớn, hỗ trợ hiệu quả cho công tác quản lý và bảo vệ rừng.
  • Kết quả nghiên cứu góp phần quan trọng vào việc phát triển chương trình tín chỉ carbon và chi trả dịch vụ môi trường rừng tại địa phương.
  • Đề xuất tiếp tục ứng dụng và mở rộng công nghệ UAV trong giám sát tài nguyên rừng, đồng thời đào tạo cán bộ quản lý để nâng cao năng lực vận hành.

Next steps: Triển khai các giải pháp đề xuất, mở rộng nghiên cứu sang các tiểu khu khác trong rừng ngập mặn Cần Giờ và các khu vực tương tự.

Call-to-action: Các nhà quản lý, nhà nghiên cứu và doanh nghiệp liên quan nên phối hợp để ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn nhằm bảo vệ và phát triển bền vững hệ sinh thái rừng ngập mặn.