Ứng dụng ảnh viễn thám Landsat 8 & GIS xây dựng bản đồ sinh khối và trữ lượng cacbon rừng trồng keo lai (Acacia hybrid) tại huyện Yên Lập, tỉnh Phú Thọ

Bài viết Ứng dụng ảnh viễn thám Landsat 8 & GIS xây dựng bản đồ sinh khối và trữ lượng cacbon rừng trồng keo lai (Acacia hybrid) tại huyện Yên Lập, tỉnh Phú Thọ trình bày đánh giá thực trạng hoạt động quản lý rừng trồng Keo lai và đặc điểm phân bố rừng trồng Keo. Ước tính giá trị sinh khối và trữ lượng cacbon rừng Keo lai tại cấp 5 tuổi; Ước tính giá trị thương mại CO2.

Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường ỨNG DỤNG ẢNH VIỄN THÁM LANDSAT & GIS XÂY DỰNG BẢN ĐỒ SINH KHỐI VÀ TRỮ LƯỢNG CACBON RỪNG TRỒNG KEO LAI (ACACIA HYBRID) TẠI HUYỆN YÊN LẬP, TỈNH PHÚ THỌ Nguyễn Hải Hòa1, Nguyễn Hữu An2 1,2 Trường Đại học Lâm nghiệp TĨM TẮT Rừng tài ngun vơ quý giá, bên cạnh giá trị thương phẩm cịn ví phổi xanh Trái đất, giúp cân môi trường tự nhiên đem đến cho người không gian sống lành Rừng cấu thành bới thực vật, chúng có khả hấp thụ CO2 lưu giữ dạng cacbon bể chứa rừng, bể chứa quan trọng thực vật thân gỗ mặt đất Nghiên cứu tiến hành điều tra rừng trồng Keo lai (Acacia hybrid) với tiêu đường kính ngang ngực nhằm xác định sinh khối trữ lượng cacbon 17 xã thuộc địa bàn huyện Yên Lập, tỉnh Phú Thọ Kết nghiên cứu huyện Yên Lập cho thấy Keo lai tuổi có mật độ trung bình đạt 32,88 cây/100m2, đường kính ngang ngực 11,16 cm, phân bố chủ yếu độ cao độ dốc trung bình 110,7 m 200 Giá trị sinh khối khô mặt đất rừng Keo lai đạt mức 147 ÷ 192 tấn/ha, trữ lượng cacbon ước đạt 69 ÷ 92 tấn/ha Trung bình lượng CO2 hấp thụ đạt 296,64 (tấn/ha), tương đương 59,32 (tấn/ha/năm), ước tính giá trị thương mại CO2 năm đạt 593,0 (USD/ha/năm) 13.299.544,00 (VND/ha/năm) - tương đương 66.497.720,00 tấn/ha Từ khóa: Cacbon rừng, sinh khối khô, Keo lai, GIS, Viễn thám I ĐẶT VẤN ĐỀ Biến đổi khí hậu, hệ nóng lên tồn cầu, làm tổn hại lên tất thành phần môi trường sống bề mặt Trái đất Nguyên nhân gây tượng nóng lên tồn cầu tăng lên nồng độ khí nhà kính, có khí CO2 Theo ước tính IPCC, CO2 chiếm tới 60% nguyên nhân nóng lên tồn cầu, nồng độ CO2 khí tăng 28% từ 288 ppm lên 366 ppm giai đoạn 1850 - 1998 (IPCC, 2000) Ở giai đoạn nay, nồng độ khí CO2 tăng khoảng 10% chu kỳ 20 năm (UNFCCC, 2005b) Việc tìm hiểu mối liên hệ phát thải khí CO2 từ suy thối rừng với biến đổi khí hậu vấn đề quan tâm giới Việt Nam Yên Lập huyện miền núi, diện tích đất nơng nghiệp cịn hạn chế, đất đồi rừng chiếm 77% tổng diện tích đất tự nhiên tồn huyện, sách quản lý nhà nước diện tích rừng trồng tăng dần hàng năm Ngày nay, với phát triển khoa học kỹ thuật 70 cơng nghệ GIS thuật tốn nội suy với ưu điểm đánh giá rừng cách nhanh chóng giúp ta dễ dàng quản lý rừng cách tồn diện Để góp phần bổ sung sở khoa học tin cậy, củng cố vững tính hiệu việc ứng dụng cơng cụ GIS đánh giá trữ lượng cacbon thông qua ảnh viễn thám, xu hướng tất yếu quản lý bảo vệ tài nguyên thiên nhiên nói chung, tài nguyên rừng nói riêng Qua cung cấp thơng tin quan trọng, giúp nâng cao hiệu quản lý bên liên quan, việc nghiên cứu ứng dụng ảnh viễn thám Landsat & GIS xây dựng đồ sinh khối trữ lượng cacbon rừng trồng Keo lai (Acacia hybrid) huyện Yên Lập, tỉnh Phú Thọ cung cấp sở khoa học lý luận thực tiễn, qua đề xuất giải pháp giúp nhà quản lý đề chế sách hiệu yêu cầu khách quan cấp thiết đặt khu vực nghiên cứu Để góp phần giải vấn trên, nghiên cứu thực với hai điểm Một là, đánh giá thực trạng hoạt động quản lý rừng trồng Keo lai TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2016 Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường đặc điểm phân bố rừng trồng Keo Hai là, ước tính giá trị sinh khối trữ lượng cacbon rừng Keo lai cấp tuổi; ước tính giá trị thương mại CO2 II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng vật liệu nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu rừng trồng Keo lai (Acacia hybrid) tuổi 17 xã thuộc huyện Yên Lập, tỉnh Phú Thọ Do loài trồng phổ biến nhất, diện tích trồng tương đối lớn Để đánh giá sinh khối trữ lượng cacbon thực trạng phát triển rừng khu vực điều tra, nghiên cứu sử dụng ảnh viễn thám Landsat năm 2015 liệu mơ hình số độ cao (DEM - Digital Elevation Model) lấy trực tiếp trang chủ Cục khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS-United States Geological Survey) làm liệu chính, thể bảng 01 Bảng 01 Dữ liệu ảnh sử dụng nghiên cứu TT Mã ảnh Ngày chụp Độ phân giải (m) Path/Row LC81270452015182LGN00 01/07/2015 30x30 127/45 DEM 07/05/2016 30x30 - Nguồn: http://earthexplorer.usgs.gov;http://gdex.cr.usgs.gov/gdex 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp luận Thực vật có khả hấp thụ CO2 lưu giữ dạng cacbon bể chứa rừng, bể chứa quan trọng thực vật thân gỗ mặt dất Do vậy, nghiên cứu lượng cacbon lưu giữ thực vật từ suy lượng CO2 hấp thụ sở để xác định khả hấp thụ CO2 rừng Năng lực phản xạ thực vật khác phụ thuộc vào nhiều yếu tố có mức độ che phủ tầng tán rừng, trữ lượng rừng, lồi mật độ rừng; đồng thời có quan hệ với trữ lượng cacbon Năng lực phản xạ đo lường để xác định phân tích thảm phủ thông qua kỹ thuật viễn thám Các số ảnh vệ tinh có mối quan hệ với thơng số tài ngun rừng, dựa mơ hình quan hệ chúng để giám sát biến đổi trạng thái rừng lượng CO2 hấp thụ theo thời gian khơng gian thơng qua phân tích ảnh ứng dụng GIS 2.2.2 Phương pháp điều tra ngoại nghiệp 15 ô mẫu sử dụngđể đánh giá kết điều tra) trải khắp huyện Yên Lập, đảm bảo xã huyện có ô tiêu chuẩn Ngoài 78 ô mẫu, nghiên cứu lấy thêm 22 điểm điều tra thực địa để đánh giá độ xác phương pháp phân loại ảnh Phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên hệ thống lựa chọn để xác định điểm cho đối tượng tồn khu vực nghiên cứu Vị trí điểm khảo sát xác định tọa độ thiết bị hệ thống định vị toàn cầu, GPS Garmin 78s 2.2.3 Phương pháp xử lý nội nghiệp  Định lượng cacbon tích lũy sinh khối cây: - Tổng sinh khối khơ mẫu Keo lai tính tốn theo mơ hình phát triển Nur Syazni Adam Ismail Jusoh (2015): = ( ) (2.1) + Sử dụng cơng thức tính sinh khối khơ (bao gồm sinh khối khô mặt đất mặt đất) cho riêng lẻ Võ Đại Hải (2008) để so sánh: =( + )= ( Nghiên cứu tiến hành bố trí điều tra 78 ô mẫu (63 ô mẫu dùng để phân tích TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2016 ) (2.2) 71 Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường + Sử dụng hệ số hàm lượng cacbon (CF) 0,47 (McGroddy et al., 2004) để tính tốn trữ lượng cacbon - Áp dụng hệ số quy đổi theo tiêu chuẩn quốc tế (1C = 3,67CO2) để tính trữ lượng CO2 lâm phần - Căn vào giá mua bán khí CO2 thị trường Mỹ năm 2015 10 USD/tấn CO2 nhân với tổng lượng CO2 hấp thụ trung bình hàng năm (tấn/ha/năm) tính giá trị USD/ha/năm rừng, sau quy đổi ngoại tệ VND  Xây dựng đồ sinh khối cacbon rừng - Áp dụng hai thuật toán nội suy mạnh mẽ ArcGIS IDW Kriging để ước tính giá trị chưa biết từ giá trị biết + Phương pháp IDW: Xác định giá trị điểm chưa biết cách tính trung bình trọng số khoảng cách giá trị điểm biết giá trị vùng lân cận pixel Những điểm cách xa điểm cần tính giá trị ảnh hưởng đến giá trị tính tốn IDW nên sử dụng có tập hợp điểm dày đặc, phân bố rộng khắp bề mặt tính tốn Đặc biệt, phương pháp thực dễ dàng nhanh chóng = Cơng thức Kriging sau: ∗  Ước tính giá trị thương mại CO2 Cơng thức: ∑ = ∑ đạc gần ( ) Trong đó: i: điểm liệu biết giá trị; d: khoảng cách đến điểm i; k: số IDW + Phương pháp Kriging: Là nhóm kỹ thuật sử dụng thống kê, để nội suy giá trị trường ngẫu nhiên điểm không đo đạc thực tế từ điểm đo 72 −µ ) ( ) Trong đó: T*: giá trị cần ước lượng tọa độ khơng gian; µ: giá trị trung bình; W: trọng số phụ thuộc vào vị trí liệu; gi: giá trị điểm khác; n: số liệu xung quanh dung để ước lượng giá trị T Kriging nội suy giá trị cho điểm xung quanh giá trị Những điểm gần ảnh hưởng nhiều điểm xa Ưu điểm phương pháp giá trị điểm gán không phụ thuộc vào khoảng cách mà phụ thuộc vào phân bố không gian điểm Điều làm cho giá trị nội suy mang tính tương quan khơng gian nhiều - Sử dụng số liệu nội suy số liệu từ mẫu thực địa để đánh giá để tính tốn số R2, NSI sai số trung phương Mx + Cơng thức tính R2: ⎡ ∑ =⎢ ⎢ ∑ ( ⎣ ( − )( − ) ∑ ⎤ ⎥ ⎥ − ) ⎦ − ) ( ( ) + Cơng thức tính NSI: = − ∑ ∑ ( ( − ) − ) ( ) + Cơng thức tính sai số trung phương (Mx): n: số điểm biết; Zi: giá trị điểm thứ i; ( −µ= = ∑ ( − ′) ( ) III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tình hình sản xuất quản lý Keo lai Từ năm 2006, Keo lai thức đưa vào trồng rừng sản xuất với diện tích ban đầu 440,45 Từ năm 2007 – 2010, diện tích TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2016 Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường trồng tăng dần từ 523,05 lên 5.083,74 Từ năm 2011 tổng diện tích rừng trồng sản xuất Keo lai địa bàn huyện Yên Lập 9.785 Đa phần diện tích Keo lai quản lý Công ty Lâm nghiệp Yên Lập trực thuộc Tổng công ty Giấy Việt Nam Bên cạnh đó, Nhà nước có nhiều sách, dự án hỗ trợ phát triển rừng cho người dân Các hộ gia đình, cá nhân tự quản lý rừng nhà nước giao giám sát Ban đạo cấp Yên Lập ban hành Nghị số 17/NQHU, Nghị số 20/NQ-HĐND phát triển rừng, phê duyệt đề án phát triển kinh tế đồi rừng Hình 01 Bản đồ mơ hình số hóa độ cao điểm điều tra Yên Lập huyện giai đoạn 2011 - 2020 Huyện phối hợp tổ chức 270 lớp tập huấn đào tạo chuyển giao cho 19 nghìn luợt người trồng, chăm sóc, bảo vệ rừng, góp phần nâng độ che phủ rừng đạt 68% Nhận thức bước cải thiện, với việc phát triển kinh tế xã hội gắn với xóa đói giảm nghèo bảo vệ môi trường 3.2 Đặc điểm phân bố không gian Keo lai Từ kết điều tra thực địa, nghiên cứu xây dựng đồ phân bố khơng gian mẫu (hình 01 02), để từ đưa nhận xét chung đặc điểm phân bố Keo lai khu vực nghiên cứu Hình 02 Bản đồ độ dốc điểm điều tra Yên Lập Bảng 02 Bảng tổng hợp điều tra độ dốc độ cao phân bố loài Keo lai Chỉ tiêu Độ dốc (o) Độ cao (m) Phân cấp Số lượng ô mẫu Tỷ lệ (%) 31 < 100 100 - 200 201 - 350 351 - 500 > 500 13 60 16 60 0 16,7 76,9 0,6 20,5 76,9 2,6 0 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2016 73 Quản lý Tài ngun rừng & Mơi trường Phân bố lồi Keo lai theo độ dốc (tập trung ÷ 20o, độ dốc từ 11 ÷ 20o chiếm tỷ lệ cao 76,9%); theo độ cao phân bố chủ yếu mức 100 ÷ 200 m Tuy nhiên, cấp