Ứng dụng viễn thám và gis đánh giá khả năng lưu trữ cacbon rừng trồng keo thuần loài làm cơ sở đề xuất chi trả dịch vụ môi trường tại lâm trường yên lập phú thọ

Ứng dụng viễn thám, GIS đánh giá khả năng lưu trữ cacbon rừng keo thuần loài tại Yên Lập, Phú Thọ. Đề xuất chi trả dịch vụ môi trường.

• Tác giả: Nguyễn Thị Minh Phương
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hải Hòa
• Trường học: Đại học Lâm nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Khoa Học Môi Trường
• Đề tài: Ứng dụng viễn thám và gis đánh giá khả năng lưu trữ cacbon rừng trồng keo thuần loài làm cơ sở đề xuất chi trả dịch vụ môi trường tại lâm trường yên lập phú thọ
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về công nghệ viễn thám và GIS
• 1.1.1. Khái niệm chung
• 1.1.2. Ảnh viễn thám Landsat 8
• 1.2. Ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu sinh khối và Cacbon
• 1.3. Các phương pháp nghiên sinh khối và Cacbon rừng
• 1.3.1. Một số phương pháp ước tính sinh khối và Cacbon rừng
• 1.3.2. Một số nghiên cứu điển hình về sinh khối và Cacbon
• 1.4. Tổng quan chi trả dịch vụ môi trường rừng
• 1.4.1. Trên thế giới
• 1.4.2. Tại Việt Nam
• 1.4.3. Đối tượng được chi trả dịch vụ môi trường rừng
• 1.4.4. Đối tượng phải chi trả dich vụ môi trường rừng
• 1.4.5. Công thức tính tiền chi trả cho chủ rừng
• 2. CHƯƠNG II: MỤC TIÊU, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Mục tiêu tổng quát
• 2.2. Mục tiêu cụ thể
• 2.3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
• 2.3.1. Phạm vi nghiên cứu
• 2.3.2. Đối tượng nghiên cứu
• 2.4. Nội dung nghiên cứu
• 2.4.1. Nghiên cứu phân bố không gian và thực trạng quản lí rừng tại huyện Yên Lập, tỉnh Phú Thọ
• 2.4.2. Đánh giá khả năng lưu trữ Cacbon qua từng cấp tuổi của rừng trồng Keo thuần loài của lâm trường Yên Lập, tỉnh Phú Thọ
• 2.4.3. Nghiên cứu cơ hội và thách thức chi trả dịch vụ môi trường rừng tại Thị trấn Yên Lập, Đồng Thịnh và Đồng Lạc, huyện Yên Lập, Phú Thọ
• 2.4.4. Đề xuất giải pháp chi trả dịch vụ môi trường rừng cho khu vực nghiên cứu
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2.5.1. Phương pháp luận, cách tiếp cận nghiên cứu
• 2.5.2. Phương pháp nghiên cứu cụ thể
• 2.5.3. Xây dựng cụ thể tiêu chuẩn kĩ thuật cho từng phương pháp
• 2.6. Vật liệu nghiên cứu
• 3. CHƯƠNG III: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ- XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 3.1. Tìm hiểu chung về khu vực nghiên cứu
• 3.2. Điều kiện tự nhiên
• 3.3. Đời sống kinh tế
• 3.4. Đời sống văn hóa, tinh thần
• 3.5. Tài nguyên thiên nhiên
• 3.6. Cơ sở hạ tầng
• 3.7. Giới thiệu về Lâm trường Yên Lập
• 4. CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Phân bố không gian và thực trạng quản lý rừng tại khu vực nghiên cứu
• 4.1.1. Phân bố không gian rừng trồng khu vực nghiên cứu
• 4.1.2. Bản đồ hiện trạng rừng khu vực nghiên cứu
• 4.1.3. Thực trạng quản lí rừng tại khu vực nghiên cứu
• 4.2. Đánh giá khả năng lưu trữ Cacbon qua từng cấp tuổi của rừng trồng Keo thuần loài của Lâm trường huyện Yên Lập, tỉnh Phú Thọ
• 4.2.1. Bản đồ hệ thống ô lấy mẫu điều tra
• 4.2.2. Kết quả sinh khối và Cacbon khu vực nghiên cứu
• 4.2.3. Bản đồ sinh khối và Cacbon
• 4.2.4. Phương trình quan hệ giữa sinh khối, Cacbon lưu trữ với nhân tố D13
• 4.3. Cơ hội và thách thức của chi trả dịch vụ môi trường rừng tại khu vực nghiên cứu
• 4.3.1. Cơ sở thực hiện chi trả dịch vụ môi trường rừng
• 4.3.2. Thách thức
• 4.4. Giải pháp chi trả dịch vụ môi trường rừng cho khu vực nghiên cứu
• 4.4.1. Theo quan điểm PFES
• 4.4.2. Theo quan điểm của quyết định số 1565-BNN-TCLN
• 4.4.3. Theo quan điểm của REDD+
• KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Vai trò rừng keo trong lưu trữ carbon chi trả dịch vụ môi trường

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu, vai trò của hệ sinh thái rừng trong việc điều hòa khí hậu ngày càng trở nên quan trọng. Rừng hoạt động như một bể chứa carbon khổng lồ, hấp thụ khí CO2 từ khí quyển thông qua quá trình quang hợp và lưu trữ nó trong sinh khối rừng. Việc nghiên cứu và định lượng khả năng lưu trữ carbon (carbon stock) của các kiểu rừng khác nhau là nền tảng khoa học thiết yếu để xây dựng các chính sách quản lý rừng bền vững. Đặc biệt, các khu rừng trồng keo thuần loài, như loài Keo lai hay Acacia mangium, với tốc độ sinh trưởng nhanh, có tiềm năng lớn trong việc carbon sequestration (cô lập carbon), góp phần giảm phát thải khí nhà kính. Tại huyện Yên Lập, tỉnh Phú Thọ, diện tích rừng trồng keo thuần loài chiếm một tỷ lệ đáng kể, không chỉ mang lại giá trị kinh tế từ gỗ mà còn cung cấp các dịch vụ hệ sinh thái vô giá. Việc lượng hóa được giá trị này, cụ thể là khả năng lưu trữ carbon, sẽ mở ra cơ hội áp dụng chính sách chi trả dịch vụ hệ sinh thái rừng (PFES). Chính sách này tạo ra một cơ chế tài chính, nơi các bên hưởng lợi từ dịch vụ môi trường của rừng sẽ chi trả cho những người bảo vệ và phát triển rừng, từ đó tạo động lực kinh tế cho công tác bảo vệ rừng và cải thiện sinh kế người dân.

1.1. Bối cảnh biến đổi khí hậu và tầm quan trọng của lưu trữ carbon

Biến đổi khí hậu, với biểu hiện chính là sự gia tăng nồng độ khí CO2 trong khí quyển, đang là thách thức lớn nhất của nhân loại. Các hệ sinh thái rừng, đặc biệt là rừng nhiệt đới, đóng vai trò then chốt trong chu trình carbon toàn cầu. Theo Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC), rừng lưu giữ một lượng carbon lớn, và việc suy thoái hay mất rừng là một trong những nguyên nhân chính gây phát thải khí nhà kính. Do đó, các hoạt động bảo vệ và phát triển rừng được xem là giải pháp hiệu quả để giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu. Việc nghiên cứu, đánh giá khả năng lưu trữ carbon trong từng kiểu rừng và loài cây trở thành nhiệm vụ cấp thiết, làm cơ sở khoa học cho các chương trình như REDD+ (Giảm phát thải từ mất rừng và suy thoái rừng) và hình thành thị trường carbon.

1.2. Hiện trạng và tiềm năng của rừng trồng keo tại Yên Lập Phú Thọ

Huyện Yên Lập, Phú Thọ được xem là một trong những "lá phổi xanh" của miền Bắc với diện tích đất lâm nghiệp lớn. Trong những năm gần đây, mô hình trồng rừng sản xuất với các loài cây sinh trưởng nhanh như rừng trồng keo thuần loài (Acacia mangium, Keo lai) đã phát triển mạnh mẽ tại Lâm trường Yên Lập. Các khu rừng này không chỉ là nguồn cung cấp nguyên liệu quan trọng cho ngành công nghiệp giấy mà còn có tiềm năng to lớn về mặt môi trường. Với chu kỳ kinh doanh ngắn và khả năng tích lũy sinh khối rừng nhanh, rừng keo là đối tượng lý tưởng để nghiên cứu khả năng hấp thụ và lưu trữ carbon, từ đó xây dựng các mô hình kinh doanh tín chỉ carbon và tham gia vào cơ chế chi trả dịch vụ hệ sinh thái rừng.

II. Thách thức trong việc định lượng carbon và triển khai PFES

Mặc dù tiềm năng là rất lớn, việc đánh giá chính xác trữ lượng carbon và triển khai hiệu quả chính sách chi trả dịch vụ hệ sinh thái rừng (PFES) tại Việt Nam nói chung và Yên Lập nói riêng vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Các phương pháp điều tra thực địa truyền thống để đo đếm sinh khối rừng thường tốn kém về thời gian, chi phí và nhân lực, đặc biệt trên quy mô lớn. Việc thu thập và xử lý số liệu thiếu thống nhất dẫn đến kết quả khó kiểm chứng và có độ sai số cao. Hơn nữa, việc xây dựng một cơ sở khoa học vững chắc để liên kết giữa trữ lượng carbon của rừng với một mức chi trả tài chính cụ thể vẫn còn là một khoảng trống. Để chính sách PFES thực sự đi vào cuộc sống, cần có một phương pháp luận khoa học, minh bạch và hiệu quả để lượng hóa giá trị dịch vụ mà rừng mang lại. Đây chính là rào cản lớn cần được giải quyết để tối ưu hóa lợi ích từ thị trường carbon và thúc đẩy quản lý rừng bền vững, đảm bảo quyền lợi cho các chủ rừng và cộng đồng địa phương, những người trực tiếp tham gia vào công tác bảo vệ và phát triển rừng.

2.1. Hạn chế của phương pháp đo đếm sinh khối rừng truyền thống

Phương pháp truyền thống để ước tính sinh khối rừng và carbon stock chủ yếu dựa vào việc lập các ô tiêu chuẩn (OTC) và đo đếm trực tiếp. Mặc dù cho kết quả đáng tin cậy ở quy mô nhỏ, phương pháp này gặp nhiều hạn chế khi áp dụng trên diện rộng. Theo Brown (1997), quá trình điều tra thường bỏ qua các cây nhỏ hoặc các thành phần không có giá trị thương mại, dẫn đến ước tính thiếu chính xác. Hơn nữa, việc lựa chọn mẫu một cách chủ quan, số lượng mẫu không đủ lớn, và các sai số trong quá trình ghi chép có thể làm giảm độ tin cậy của phương trình hồi quy. Những hạn chế này đòi hỏi một phương pháp tiếp cận mới, có khả năng bao quát không gian rộng lớn với chi phí hợp lý hơn.

2.2. Rào cản khi áp dụng cơ chế chi trả dịch vụ hấp thụ carbon

Việc triển khai PFES cho dịch vụ hấp thụ và lưu giữ carbon của rừng đang được khởi động tại Việt Nam nhưng vẫn còn ở giai đoạn đầu. Thách thức lớn nhất là việc xây dựng một "đường cơ sở carbon" (carbon baseline) và một hệ thống giám sát, báo cáo, thẩm định (MRV) đáng tin cậy. Thiếu một phương pháp chuẩn hóa để định giá một tấn CO2 được lưu trữ khiến việc hình thành thị trường carbon trở nên khó khăn. Ngoài ra, nhận thức của người dân và các bên liên quan về giá trị của dịch vụ này còn hạn chế, gây khó khăn trong việc vận động sự tham gia và tuân thủ của cộng đồng, vốn là yếu tố quyết định sự thành công của chính sách quản lý rừng bền vững.

III. Hướng dẫn ứng dụng Viễn thám và GIS để lập bản đồ sinh khối

Để khắc phục những hạn chế của phương pháp truyền thống, công nghệ viễn thám (remote sensing) và hệ thống thông tin địa lý (GIS) mang đến một giải pháp đột phá. Công nghệ này cho phép khảo sát và giám sát tài nguyên rừng trên một phạm vi không gian rộng lớn một cách nhanh chóng và hiệu quả. Nghiên cứu tại Lâm trường Yên Lập đã sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8, một nguồn dữ liệu đa phổ miễn phí và có độ tin cậy cao. Dữ liệu ảnh sau khi thu thập sẽ trải qua các bước xử lý tiền kỳ quan trọng như hiệu chỉnh bức xạ và khí quyển để đảm bảo tính chính xác. Từ ảnh đã hiệu chỉnh, các chỉ số thực vật, đặc biệt là chỉ số thực vật NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), được tính toán. Chỉ số này phản ánh mật độ và sức khỏe của thảm thực vật, là một biến số quan trọng có mối tương quan chặt chẽ với sinh khối rừng. Toàn bộ quy trình này được thực hiện trong môi trường GIS, cho phép lồng ghép, phân tích không gian và trực quan hóa dữ liệu một cách hiệu quả, tạo ra các bản đồ chuyên đề về hiện trạng và phân bố rừng keo.

3.1. Quy trình xử lý ảnh vệ tinh Landsat 8 trong nghiên cứu

Dữ liệu từ ảnh vệ tinh Landsat 8 được sử dụng làm đầu vào chính. Quy trình xử lý bao gồm các bước cốt lõi: (1) Chuyển đổi giá trị cấp độ xám (DN) thành giá trị bức xạ và phản xạ bề mặt để loại bỏ ảnh hưởng của khí quyển; (2) Tổ hợp màu các kênh phổ để tăng cường khả năng nhận diện đối tượng; (3) Chuyển hệ tọa độ ảnh về hệ VN2000 để đồng bộ với các dữ liệu bản đồ khác; (4) Cắt ảnh theo ranh giới khu vực nghiên cứu (thị trấn Yên Lập, xã Đồng Thịnh và Đồng Lạc) để tập trung phân tích. Các bước này đảm bảo dữ liệu ảnh có chất lượng cao nhất, sẵn sàng cho các bước phân tích không gian và mô hình hóa môi trường tiếp theo.

3.2. Vai trò của chỉ số thực vật NDVI trong phân loại thảm phủ

Chỉ số NDVI được tính toán dựa trên sự khác biệt về độ phản xạ của thực vật ở kênh cận hồng ngoại (NIR) và kênh ánh sáng đỏ (Red). Công thức tính là NDVI = (NIR - Red) / (NIR + Red). Giá trị NDVI cao tương ứng với khu vực có thảm thực vật dày đặc và khỏe mạnh, trong khi giá trị thấp chỉ ra khu vực đất trống, mặt nước hoặc khu dân cư. Trong nghiên cứu này, bản đồ NDVI là cơ sở để phân loại các lớp thảm phủ, xác định chính xác vị trí và diện tích của các khu rừng trồng keo. Đây là bước quan trọng để liên kết dữ liệu remote sensing với các đo đạc sinh khối rừng tại thực địa.

IV. Phương pháp ước tính trữ lượng carbon từ sinh khối rừng keo

Sau khi có dữ liệu từ viễn thám, bước tiếp theo là xây dựng mối quan hệ định lượng giữa giá trị ảnh và sinh khối rừng thực tế. Để làm được điều này, nghiên cứu đã tiến hành điều tra thực địa tại các ô mẫu tiêu chuẩn (OTC) được bố trí ngẫu nhiên trong khu vực rừng trồng keo ở các cấp tuổi khác nhau. Tại mỗi ô mẫu, các chỉ số sinh trưởng của cây như đường kính ngang ngực (D1.3) được đo đạc cẩn thận. Dữ liệu thực địa này sau đó được sử dụng để tính toán sinh khối trên mặt đất (Aboveground Biomass - AGB) thông qua các phương trình sinh trắc học đã được công bố và kiểm chứng, ví dụ như mô hình của Bảo Huy (2012). Cuối cùng, trữ lượng lưu trữ carbon được xác định bằng cách nhân tổng sinh khối khô với một hệ số chuyển đổi cố định (thường là 0.47 hoặc 0.5 theo hướng dẫn của IPCC). Phương pháp kết hợp giữa phân tích không gian từ ảnh vệ tinh và số liệu thực địa này cho phép xây dựng một mô hình dự báo chính xác, từ đó ngoại suy và lập bản đồ carbon stock cho toàn bộ khu vực nghiên cứu.

4.1. Thiết lập ô mẫu và thu thập dữ liệu sinh trưởng thực địa

Nghiên cứu đã thiết lập các ô mẫu tròn với diện tích 500m2, được phân bố ngẫu nhiên tại các trạng thái rừng keo từ 2 đến 7 tuổi. Việc bố trí ngẫu nhiên đảm bảo tính đại diện của mẫu cho toàn bộ quần thể. Trong mỗi ô, tất cả cây keo được đo đạc chỉ tiêu đường kính tại vị trí 1.3m (D1.3). Số liệu này là cơ sở đầu vào để áp dụng các phương trình ước tính sinh khối. Việc kết hợp điều tra thực địa giúp "hiệu chỉnh" và kiểm chứng các thông tin giải đoán từ ảnh vệ tinh Landsat 8, tăng độ chính xác cho mô hình mô hình hóa môi trường.

4.2. Áp dụng công thức tính sinh khối và carbon stock cho Acacia mangium

Từ số liệu D1.3 thu thập được, sinh khối rừng trên mặt đất (AGB) của từng cây được tính toán bằng các phương trình allometric. Một phương trình được tham khảo là của Nur Syazni Adam & Ismail Jusoh: TAGB = 0.454 * (D1.3)^2.091. Tổng sinh khối của một hecta rừng được tính bằng cách tổng hợp sinh khối của tất cả các cây trong ô mẫu và quy đổi theo diện tích. Sau đó, lượng lưu trữ carbon (C_AGB) được ước tính bằng công thức của IPCC: C_AGB = AGB * 0.47. Phương pháp này cung cấp một con số định lượng cụ thể về khả năng cô lập carbon của rừng keo lai, làm cơ sở cho việc định giá dịch vụ môi trường.

V. Kết quả đánh giá khả năng lưu trữ carbon tại Lâm trường Yên Lập

Kết quả nghiên cứu tại Lâm trường Yên Lập cho thấy một bức tranh rõ nét về khả năng lưu trữ carbon của hệ sinh thái rừng trồng keo. Thông qua việc tích hợp dữ liệu viễn thám và điều tra thực địa, các bản đồ phân bố sinh khối và carbon stock đã được xây dựng. Các bản đồ này thể hiện sự biến thiên về trữ lượng carbon theo không gian, phụ thuộc vào tuổi rừng, mật độ và điều kiện lập địa. Phân tích cho thấy, khả năng lưu trữ carbon của rừng keo thuần loài tăng dần theo cấp tuổi. Rừng càng lớn tuổi, sinh khối tích lũy càng cao, dẫn đến lượng carbon được cô lập càng nhiều. Kết quả này không chỉ khẳng định vai trò quan trọng của rừng trồng trong chiến lược ứng phó với biến đổi khí hậu mà còn cung cấp dữ liệu đầu vào quan trọng cho việc xây dựng các dự án PFES. Dựa trên trữ lượng carbon được tính toán, có thể ước tính lượng CO2 tương đương mà khu rừng đã hấp thụ, từ đó làm cơ sở để phát hành tín chỉ carbon và tham gia vào thị trường carbon tiềm năng, mang lại nguồn thu tài chính bền vững cho công tác quản lý và bảo vệ rừng.

5.1. Bản đồ phân bố không gian sinh khối và trữ lượng carbon rừng

Dựa trên mô hình hồi quy xây dựng từ mối quan hệ giữa chỉ số NDVI và trữ lượng carbon stock đo đạc tại các ô mẫu, bản đồ phân bố trữ lượng carbon cho toàn khu vực nghiên cứu đã được thành lập. Bản đồ thể hiện rõ các vùng có khả năng lưu trữ carbon cao (thường là các khu rừng keo lâu năm, có độ che phủ tốt) và các vùng có trữ lượng thấp hơn (rừng non hoặc khu vực bị tác động). Công cụ hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã đóng vai trò trung tâm trong việc nội suy và trực quan hóa kết quả, biến những con số phức tạp thành một công cụ quản lý trực quan, dễ hiểu.

5.2. Phân tích mối quan hệ giữa tuổi rừng keo và khả năng hấp thụ CO2

Kết quả nghiên cứu đã thiết lập được các phương trình tương quan tuyến tính giữa trữ lượng carbon với các nhân tố điều tra như đường kính và tuổi rừng. Cụ thể, có một mối quan hệ đồng biến chặt chẽ giữa tuổi của rừng trồng keo và khả năng lưu trữ carbon. Lượng CO2 hấp thụ tăng mạnh trong những năm đầu và dần ổn định khi rừng bước vào giai đoạn trưởng thành. Việc xác định được quy luật tăng trưởng và tích lũy carbon theo tuổi là cơ sở khoa học để đề xuất chu kỳ kinh doanh tối ưu, không chỉ về mặt kinh tế gỗ mà còn về hiệu quả hấp thụ carbon, phục vụ mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính.

VI. Giải pháp PFES dựa trên tín chỉ carbon cho quản lý rừng bền vững

Từ những kết quả định lượng cụ thể về khả năng lưu trữ carbon của rừng trồng keo, nghiên cứu đề xuất một lộ trình khả thi để triển khai chính sách chi trả dịch vụ hệ sinh thái rừng (PFES) tại Yên Lập. Cơ sở của đề xuất này là xây dựng một cơ chế mà ở đó, lượng carbon được lưu trữ có thể quy đổi thành tín chỉ carbon. Mỗi tín chỉ đại diện cho một tấn CO2 tương đương được loại bỏ khỏi khí quyển. Các doanh nghiệp hoặc tổ chức có nhu cầu bù đắp lượng phát thải của mình có thể mua các tín chỉ này, tạo ra một dòng tiền trực tiếp cho các chủ rừng. Để hiện thực hóa mô hình này, cần xây dựng một khung pháp lý rõ ràng, thành lập Quỹ Bảo vệ và Phát triển rừng cấp địa phương để quản lý và phân phối nguồn thu một cách minh bạch. Việc áp dụng thành công mô hình PFES dựa trên carbon không chỉ tạo ra một nguồn tài chính mới cho quản lý rừng bền vững mà còn nâng cao nhận thức của cộng đồng về giá trị vô hình của rừng, góp phần vào mục tiêu quốc gia về giảm phát thải khí nhà kính và ứng phó với biến đổi khí hậu.

6.1. Xây dựng cơ sở khoa học để đề xuất khung chi trả dịch vụ rừng

Kết quả định lượng carbon stock từ nghiên cứu này chính là bằng chứng khoa học vững chắc để đề xuất một mức chi trả cụ thể. Dựa trên tổng lượng CO2 mà diện tích rừng keo tại Yên Lập có thể hấp thụ, và tham khảo giá trên thị trường carbon tự nguyện quốc tế (ví dụ: 5-10 USD/tấn CO2), có thể tính toán được tổng giá trị kinh tế của dịch vụ môi trường này. Từ đó, xây dựng một công thức chi trả công bằng, dựa trên diện tích và chất lượng rừng (trữ lượng carbon) mà mỗi chủ rừng quản lý. Điều này đảm bảo những người đóng góp nhiều hơn cho việc bảo vệ môi trường sẽ nhận được lợi ích tương xứng.

6.2. Tiềm năng phát triển thị trường carbon và quản lý rừng bền vững

Việc triển khai thành công chính sách chi trả dịch vụ hệ sinh thái rừng cho việc lưu trữ carbon tại Yên Lập sẽ tạo ra một mô hình điểm, có thể nhân rộng ra các địa phương khác. Nó mở ra cánh cửa tham gia vào thị trường carbon trong nước và quốc tế, thu hút đầu tư từ khu vực tư nhân vào lĩnh vực lâm nghiệp. Nguồn tài chính từ PFES sẽ giúp tái đầu tư vào các hoạt động trồng rừng, bảo vệ rừng, áp dụng các biện pháp lâm sinh tiên tiến, hướng tới mục tiêu cuối cùng là quản lý rừng bền vững - cân bằng giữa lợi ích kinh tế, xã hội và môi trường, góp phần thực hiện các cam kết của Việt Nam về ứng phó biến đổi khí hậu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Việc nghiên cứu về hàm lƣợng Cacbon tích lũy trong các hệ sinh thái rừng đƣợc tiến hành với mục tiêu quản lý chu trình Cacbon là nhân tố quan trọng trong việc quản lý dinh dƣỡng và năng suất rừng. Gần đây nghiên cứu sinh khối và khả năng hấp thụ Cacbon của rừng lại càng trở nên quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu bởi rừng có vai trò điều hòa khí hậu, giảm thiểu thiên tai nhờ khả năng tích lũy Cacbon kì diệu của nó. Do vậy, việc nghiên cứu các giải pháp bảo vệ, phát triển và quản lý tài nguyên rừng ngày càng đƣợc thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng chú ý hơn. Với thực tế diện tích rừng ngày càng bị thu hẹp, cộng với việc khai thác và sử dụng rừng cũng nhƣ bảo vệ rừng chƣa hợp lý là những nguyên nhân làm lƣợng Cacbon tích trữ trong hệ sinh thái rừng thấp dẫn đến lƣợng CO2 trong khí quyển gia tăng.

Với mục tiêu chung là làm giảm tác hại của hiệu ứng nhà kính, đòi hỏi phải có sự nghiên cứu, đánh giá, xác định sinh khối và trữ lƣợng Cacbon trong từng kiểu rừng, loài cây… làm cơ sở để lƣợng hóa kinh tế giá trị về môi trƣờng xã hội mà rừng mang lại. Việc lập các bản đồ phân cấp sinh khối và trữ lƣợng Cacbon lƣu giữ trên mặt đất cũng đã đƣợc đề cập tới bởi rất nhiều các nhà khoa học. Tuy nhiên, sai số nhiều và độ chính xác của các phƣơng pháp đang đƣợc sử dụng chƣa thực sự cao nhƣ mong muốn. Đi đôi với đó, trong những năm qua chính sách chi trả DVMTR đã mang lại những hiệu quả thực tế và quan trọng cho việc bảo vệ rừng, tăng thu nhập cho những ngƣời dân sống trong vùng rừng, góp phần cung ứng nguồn nƣớc cho sản xuất thủy điện và nƣớc sạch, cảnh quan thiên nhiên cho du lịch, bảo vệ môi trƣờng và ứng phó với biến đổi khí hậu.

Hiện nay, huyện Yên Lập, tỉnh Phú Thọ đang đƣợc xem nhƣ cái nôi màu xanh của miền Bắc hội tụ tất cả các nét đẹp của thiên nhiên ban tặng. Trên địa bàn xã có một diện tích rừng trồng thuần loài khá lớn, chủ yếu là loài Keo thuần loài, Bạch đàn hoặc hỗn giao… 1 Chính vì những lý do trên, tôi chọn đề tài nghiên cứu khóa luận: “Ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá khả năng lưu trữ Cacbon rừng trồng Keo thuần loài làm cơ sở đề xuất chi trả dịch vụ môi trường tại Lâm trường Yên Lập, Phú Thọ”. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần vào việc đánh giá đánh giá thực trạng công tác quản lý rừng tại địa phƣơng, góp phần hoàn thiện cơ sở lý luận, xây dựng bản đồ hiện trạng rừng, xây dựng đƣợc mối liên hệ giữa sinh khối, lƣợng Cacbon tích lũy với một số nhân tố điều tra, từ đó đánh giá đƣợc khả năng lƣu trữ Cacbon trên mặt đất của Keo thuần loài qua từng cấp tuổi, đề xuất giải pháp nâng cao ứng dụng dịch vụ chi trả môi trƣờng rừng cho khu vực nghiên cứu. 2 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.

Tổng quan về công nghệ viễn thám và GIS 1. Khái niệm chung Một GIS là một hệ thống dựa trên cơ sở máy tính nhằm hỗ trợ và thúc đẩy quá trình nhập, lƣu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu, đặc biệt trong các trƣờng hợp chúng ta phải thao tác với các dữ liệu địa lí.de By, 2001, [1] ) Ngày nay, GIS ngày càng đƣợc quan tâm và trở thành một ngành khoa học phục vụ hữu ích cho con ngƣời trong nghiên cứu và quản lí nhiều mặt, nhiều lĩnh vực của đời sống. Lịch sử phát triển của GIS Năm Sự kiện 1637 Sự xuất hiện của bản đồ 1950-1960 Bản đồ máy tính, GIS 1964 CGIS (Canada), SYMAP (Havard), CALFORM… 1960-1970 CSDL đầu tiên 1970 Xuất hiện tƣ liệu ảnh hàng không và vệ tinh 1980-1990 Phần mềm GIS nổi tiếng 1990 đến nay Sự phát triển mạnh mẽ của máy tính ((Nguồn: [2] ) Với những ứng dụng rộng rãi, GIS đã trở thành công nghệ quan trọng. Nó tham gia vào hầu hết các lĩnh vực trong cuộc sống con ngƣời và ngày càng đƣợc quảng bá rộng rãi.

Hơn nữa với xu thế phát triển hiện nay, GIS không chỉ dừng lại ở một quốc gia đơn lẻ mà ngày càng mang tính toàn cầu hóa. Viễn thám đƣợc định nghĩa nhƣ một môn khoa học công nghệ mà nhờ nó các tính chất của vật thể quan sát đƣợc xác định, đo đạc hoặc phân tích mà không cần tiếp xúc trực tiếp. Tóm tắt sự phát triển của viễn thám qua các sự kiện Năm Sự kiện tiêu biểu 1800 Phát hiện ra tia hồng ngoại 1839 Bắt đầu với sự ra đời của kĩ thuật chụp ảnh đen trắng 1847 Phát hiện ra dải phổ hồng ngoại và dải phổ nhìn thấy 1850-1860 Chụp ảnh từ kinh khí cầu 1873 Xây dựng học thuyết về phổ điện từ 1909 Chụp ảnh từ máy bay 1910-1920 Giải đoán từ không trung 1930-1930 Phát triển ngành chụp ảnh và đo ảnh hàng không 1930-1940 Phân tích và ứng dụng ảnh chụp từ máy bay 1940 Phát triển kĩ thuật radar tại 1 số nƣớc 1950 Xác định đƣợc dải phổ từ vùng nhìn thấy đến vùng không nhìn thấy 1950-1960 Nghiên cứu sâu về ảnh cho mục đích quân sự 1961 Liên xô phóng thành công tàu vũ trụ có ngƣời lái 1960-1970 Lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ viễn thám 1972 Mỹ phóng vệ tinh Landsat-1 1970-1980 Phát triển mạnh mẽ phƣơng pháp xử lý ảnh số 1980-1990 Mỹ phát triển thế hệ mới của vệ tinh Landsat 1986 Pháp phóng vệ tinh SPOT vào quĩ đạo 1990 đến Phát triển bộ cảm thu đo phổ, tăng dải phổ và số lƣợng kênh phổ, nay tăng độ phân giải của bộ cảm. Phát triển nhiều kỹ thuật xử lý mới.

(Nguồn: [3] ) Bức ảnh đầu tiên đƣợc cung cấp từ tàu Explorer-6 vào năm 1959. Sau đó hàng loạt các sản phẩm viễn thám khác đã nối tiếp nhau ra đời đi kèm với nó là độ phân giải ảnh ngày càng cao và dữ liệu ảnh thu đƣợc ngày càng chính xác. Từ năm 1999 đến nay đã có 18 vệ tinh chụp ảnh độ phân giải cao từ 0.5m với kênh ảnh toàn sắc và từ 2m- 20m đối với kênh đa phổ. Nhƣ vậy có thể thấy công nghệ viễn thám ngày càng có những bƣớc phát triển vƣợt bậc, ứng dụng ngày càng phổ biến và rộng rãi hơn trên toàn thế giới.

Vệ tinh chụp ảnh độ phân giải cao đang hoạt động TT Ngày Tên ảnh Độ phân Số kênh phổ phóng giải 1 24/9/1999 IKONOS 0,82-3,2 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ 2 18/10/2001 QuickBird 0,65-2,62 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ 3 4/5/2002 SPOT-5 2,5-20 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ 4 21/5/2004 FORMOSAT-2 2-8 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ 5 5/5/2005 CARTOSAT-1 2,5 Kênh toàn sắc 6 24/1/2006 ALOS 2,5-10 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ 7 18/9/2007 WorldView-1 0,46 1 kênh toàn sắc 8 29/8/2008 RapidEye 5 5 kênh phổ 9 6/9/2008 GeoEye-1 0,46-1,84 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ 10 8/10/2009 WorldView-2 0,46-1,84 1 kênh toàn sắc, 8 kênh phổ 11 16/12/2011 Pleiades-1A 0,5-2 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ 12 9/9/2012 SPOT-6 1,5-6 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ 13 2/12/2012 Pleiades-1B 0,5-2 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ 14 7/5/2013 VNREDSat-1 2,5-10 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ 15 21/11/2013 SkySat-1 0,9-2 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ 16 30/6/2014 SPOT-7 1,5-6 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ 17 8/7/2014 SkySat-2 0,9-2 1 kênh toàn sắc, 4 kênh phổ 18 13/8/2014 WorldView-3 0,31-3,7 1 kênh toàn sắc, 28 kênh phổ (Nguồn: [1]) Nhƣ vậy có thể thấy công nghệ viễn thám ngày càng có những bƣớc phát triển vƣợt bậc hơn, dự báo có thể ứng dụng ngày càng phổ biến và rộng rãi hơn trên toàn thế giới. Vệ tinh Landsat là tên chung cho hệ thống các vệ tinh chuyên dùng vào mục đích thăm dò tài nguyên trái đất. Ảnh viễn thám Landsat 8 Đầu tiên nó mang tên ERTS (Earth Resource Technology Sattellite) - kỹ thuật vệ tinh thăm dò Trái đất. Hệ thống vệ tinh Landsat cho tới nay có thể nói là hệ thống vệ tinh mang tính chất quốc tế.

Có 7 vệ tinh trong chƣơng trình này. Và hiện nay là Landsat 8. Vệ tinh Landsat đầu tiên đƣợc phóng vào ngày 23/7/1972 và ngừng hoạt động vào năm 1978 (Theo Climategis. LDCM là vệ tinh Landsat thứ 8 (Landsat 8) và sẽ kéo dài trên 40 năm quan sát Trái đất, cung cấp những thông tin quan trọng trong nhiều lĩnh vực nhƣ quản lý năng lƣợng và nƣớc, theo dõi rừng, sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng, quy hoạch đô thị, khắc phục thảm họa và lĩnh vực nông nghiệp.

Những bộ cảm này đƣợc thiết kế để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy cao hơn so với các bộ cảm Landsat của các thế hệ trƣớc. Landsat 8 thu nhận ảnh với tổng số 11 kênh phổ, bao gồm 9 kênh sóng ngắn và 2 kênh nhiệt sóng dài. Hai bộ cảm này sẽ cung cấp chi tiết bề mặt trái đất theo mùa ở độ phân giải không gian 30 mét (ở các kênh nhìn thấy, cận hồng ngoại, và hồng ngoại sóng ngắn); 100 mét ở kênh nhiệt và 15 mét đối với kênh toàn sắc. Dải quét của LDCM giới hạn trong khoảng 185 km x 185 km.

Độ cao vệ tinh đạt 705 km so với bề mặt trái đất. So với Landsat 7, LDCM có cùng độ rộng dải chụp, cùng độ phân giải ảnh và chu kỳ lặp lại (16 ngày). Tuy nhiên, ngoài các dải phổ tƣơng tự Landsat 7, bộ cảm OLI thu nhận thêm dữ liệu ở 2 dải phổ mới nhằm phục vụ quan sát mây ti và quan sát chất lƣợng nƣớc ở các hồ và đại dƣơng nƣớc nông ven biển cũng nhƣ sol khí. Bộ cảm TIRs thu nhận dữ liệu ở 2 dải phổ hồng ngoại nhiệt, phục vụ theo dõi tiêu thụ nƣớc.

Có thể khẳng định rằng, Landsat 8 ngày càng đƣợc ứng dụng phổ biến hơn. So sánh Landsat 7 và Landsat 8 Độ phân Bƣớc sóng Vệ tinh Bands giải (micrometers) (meters) Band 1 0.90 30 (Bộ cảm Band 5 1.90 15 Band 1- Coastal aerosol 0.680 30 LDCM- Band 5- Near Infrared (NIR) 0.885 30 Landsat 8 Band 6- SWIR 1 1.660 30 (Bộ cảm OLI Band 7- SWIR 2 2.300 30 và TIRs) Band 8- Panchromatic 0.390 30 Band 10- Thermal Infrared (TIR) 1 10.3 100 Band 11- Thermal Infrared (TIR) 2 11. Ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu sinh khối và Cacbon Một số nghiên cứu ứng dụng viễn thám và GIS: - Dùng ảnh viễn thám để phân khối trạng thái rừng để đo tính nhân tố điều tra rừng cũng đã đƣợc tiến hành bởi Trisurat và cộng sự (2000), Souza (2003).