KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ Chuyên đề III, tháng 9 năm 2022 13 ẢNH HƯỞNG ĐA DẠNG LOÀI CÂY GỖ ĐẾN SINH KHỐI TRONG RỪNG TRỒNG HỖN GIAO TẠI HUYỆN THẠCH THẤT, HÀ NỘI Đoàn Thị Nhật Mi[.]
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ẢNH HƯỞNG ĐA DẠNG LOÀI CÂY GỖ ĐẾN SINH KHỐI TRONG RỪNG TRỒNG HỖN GIAO TẠI HUYỆN THẠCH THẤT, HÀ NỘI Đoàn Thị Nhật Minh1,2, Nguyễn Cường Diện (1) Bùi Quang Thành, Trần Văn Thụy Vũ Văn Mạnh TÓM TẮT Trồng rừng từ lâu công nhận giải pháp hiệu để giảm tốc độ gia tăng CO2 khí Ngồi ra, thơng tin sinh khối rừng nồng độ bon đóng vai trò quan trọng quản lý bền vững tài nguyên rừng Đa số khu rừng trồng gồm loài nhất, nhiên, xu hướng trồng rừng có từ hai lồi trở lên mở rộng Kết nghiên cứu cho thấy, ô tiêu chuẩn (OTC) Marteloscope lưu trữ 172,80 tấn/ha sinh khối mặt đất 86,40 tấn/ha bon, đồng thời có đa dạng loài với độ đồng tương đối cao Mặc dù OTC Marteloscope quan quản lý xác nhận khu rừng trồng, thông tin từ việc phân tích số mơ tả phân bố khơng gian khu vực nghiên cứu có xu hướng phân bố ngẫu nhiên Kết phân tích độ nhạy mơ hình tối ưu thể khả tích lũy sinh khối hấp thụ bon giảm đa dạng loài tăng Từ khóa: Marteloscope, cấu trúc rừng, phân tích độ nhạy, sinh khối rừng Nhận bài: 16/9/2022; Sửa chữa: 21/9/2022; Duyệt đăng: 26/9/2022 Đặt vấn đề Sinh khối rừng nơi lưu giữ bon khí quyển, tồn dạng sản phẩm thực vật lá, thân, cành, rễ… đồng thời tham gia vào chu trình bon tự nhiên giúp cố định CO2 khí quyển, từ hạn chế tượng nóng lên tồn cầu hiệu ứng nhà kính Có nhiều phương pháp khác nhằm tính tốn số đa dạng, tập trung vào làm rõ mối quan hệ đa dạng loài vận động hệ sinh thái, với chủ đề quan trọng tìm hiểu mối quan hệ suất, sức khỏe hệ sinh thái đa dạng loài [1] Bên cạnh nghiên cứu mối quan hệ suất đa dạng lồi chủ đề khác nghiên cứu tương quan cấu trúc lâm phần suất Đối với lâm phần hỗn giao, ngồi đa dạng loại cây, nhiều khía cạnh cấu trúc lâm phần hỗn loài hoàn toàn khác biệt so với lâm phần độc canh, dẫn đến suất cao [2] Đa số rừng trồng Việt Nam rừng đơn loài nhất, xu hướng trồng rừng sử dụng hai nhiều loài giai đoạn trồng rừng để tận dụng không gian, ánh sáng Tại Việt Nam, nghiên cứu đánh giá mối quan hệ đa dạng lồi suất rừng cịn nhiều hạn chế Bài viết đóng góp nghiên cứu mối tương quan đa dạng loài cấu trúc lâm phần với sản lượng rừng huyện Thạch Thất, Hà Nội Dữ liệu phương pháp 2.1 Thu thập liệu Nhóm nghiên cứu thiết lập ƠTC Marteloscope với diện tích tọa độ 105° 30' 59.7852'' E, 20° 59' 47.9076'' N, khuôn viên trường Đại học Quốc gia Hà Nội Hòa Lạc, huyện Thạch Thất, Hà Nội OTC chia thành lưới gồm 16 nghiên cứu (ONC) (Hình 1) ▲Hình Bản đồ lồi OTC Khoa Mơi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Trường Đại học Valladolid, Tây Ban Nha Chuyên đề III, tháng năm 2022 13 Trong ONC, tọa độ cây, loài cây, chiều cao vút (H) đường kính ngang ngực (DBH 1.3 m so với mặt đất) xác định cho tất gỗ có DBH > cm Sinh khối tính từ DBH H, sử dụng phương trình sinh khối thể Bảng Tỷ lệ phần trăm hàm lượng bon (C) sinh khối khơ coi 50% [3] Vì lượng bon tích lũy tính sau: C (kg) = sinh khối × 0,5 Bảng Phương trình sinh khối cho lồi khác OTC Loài Acacia auriculiformis [4] Acacia mangium [5] Eucalyptus camaldulensis [6] Các lồi khác [7] Phương trình sinh khối R2 AGB = −2,1737 + 0,5109 × (0,1911 0.95 × DBH1,9710 × H0,5391) AGB = exp(-1.073 + 2.081 x 0.97 ln(DBH)) AGB = 0.035 x (DBH2 x H)0.953 0.98 AGB = 0.1142 x DBH2.4451 D n i i N ni N Trong đó: ni số lượng cá thể loài thứ i; N tổng số cá thể R loài Giá trị gần tới đa dạng cao giá trị thấp gần đa dạng thấp Chỉ số Shannon (Sh) tính đến phong phú cân loài diện quần xã theo công thức: s Sh pi pi ln pi ni Trong đó: S số lồi, pi N ; ni số cá thể loài i; N tổng số cá thể loài lâm phần Chỉ số ưu Berker-Parker (D) xác định dựa vào tỷ lệ độ phong phú cao theo cơng thức: N max N Trong đó: Nmax số lượng cá thể loài phong phú nhất; N tổng số cá thể lâm phần H' lnS Trong đó: H' số Shannon; Hmax = ln S với Hmax giá trị tối đa H' Chỉ số đồng có giá trị từ đến Nếu số đồng gần tất lồi chiếm ưu phân bố Độ hỗn loài (Mi) phản ánh mức độ tương đồng loài mục tiêu láng giềng gần theo công thức: Mi n n j vij Trong đó: j láng giềng so với mục tiêu i; láng giềng mục tiêu khơng lồi, ngược lại vij = Bảng 2: Giá trị cụ thể, ý nghĩa sinh học số Mi 0.97 Các số đa dạng số cấu trúc khơng tính tốn cho cá lẻ để ước tính mức độ phong phú, đa dạng lồi phân tích định lượng tồn diện cấu trúc khơng gian lồi khu vực nghiên cứu Chỉ số đa dạng Simpson (Simpson Biodiversity Index) thường thể - D, số không đo mức độ đa dạng mà xem xét độ giàu có, đồng với cơng thức tính: R Chỉ số đồng (E) số so sánh giá trị đa dạng thực tế với giá trị phân bố lớn theo cơng thức tính: Tình trạng đa dạng khơng gian (MS) số nâng cấp từ số độ hỗn lồi khơng bao gồm pha trộn khơng gian mà cịn tính tốn số lượng lồi MS tính cơng thức: Si nmax MSi Mi Trong đó: Si số lượng lồi khu vực khơng gian mục tiêu i, bao gồm i nmax số lượng lồi tối đa đơn vị khơng gian này; Mi độ hỗn loài ≤ MS ≤ Một mục tiêu lồi phổ biến có nhiều khả có lân cận lồi giá trị MS thấp ngược lại Chỉ số phân biệt chiều cao (TH) mô tả khác biệt chiều cao tham chiếu i n lân cận gần j (j = n) Chỉ số phân biệt chiều cao tính sau: TH ij MIN H i H j MAX H i H j Trong đó: Hi, Hj chiều cao tham chiếu i lân cận j; ≤ TH ≤ TH = 1, i có khác biệt lớn chiều cao so với j, TH = i j có chiều cao Hàm Ripley L sử dụng để phân tích mơ hình phân bố khơng gian lồi Đối với n thử nghiệm với kích thước A, hàm L tính sau: K^ r L^ r K^ r n for r n i j 14 Chuyên đề III, tháng năm 2022 Pij r n with Pij r 1if rij if rij r r KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ Trong đó: r bán kính tập trung điểm điển hình (cây) i mẫu điểm; rij khoảng cách i j; λ = n/A đại diện cho mật độ điểm trung bình Các dạng phân bố điểm theo xu hướng hồn toàn ngẫu nhiên (L̂ (r) = 0), phân bố theo cụm (L̂ (r) > 0) phân bố đồng (L̂ (r) < 0) Chỉ số tổng hợp (R) tỷ lệ khoảng cách lân cận gần quan sát mơ hình với khoảng cách trung bình dự kiến phân bố ngẫu nhiên robserver , với E(r) = 0.5 × A 2.2 Phân tích thống kê Phân tích thống kê thực lồi Keo tai tượng để có nhìn sâu sắc mối quan hệ độ phức tạp, đa dạng lâm phần sinh khối riêng lẻ Các lồi khác khơng đưa vào quy trình phân tích thống kê có kích thước mẫu nhỏ Ba dạng phương trình tổng quan (PT.1 đến 3) sử dụng để phát triển mơ hình khác cho lồi keo tai tượng, βi đại diện cho tham số ước lượng Xi đại diện cho biến giải thích khác Trong đó: r̅ observer có nghĩa khoảng cách tham chiếu lân cận; E(r) khoảng cách trung bình dự kiến phân bố ngẫu nhiên; N số khu vực nghiên cứu; A kích thước khu vực nghiên cứu Chỉ số tổng hợp (R) nằm khoảng từ (phân bố co cụm lớn nhất, tất đối tượng phân bố điểm) 2,1491 (phân phối đều) Chỉ số góc đồng (W) mô tả mức độ đồng phân bố không gian riêng lẻ, dựa việc phân loại góc lân cận gần tham chiếu AGB β E r Wi N n v j n j 1 Trong đó: n số lượng lân cận gần xung quanh tham chiếu i; α0 = 360o /n góc tiêu chuẩn dự kiến tham chiếu lân cận Bảng Giá trị cụ thể ý nghĩa sinh học số W n (1) βi X i ε i n AGB exp β (2) βi X i ε i β1 βn AGB β X Xn ε (3) Phân tích tương quan thực để kiểm tra, đánh giá mối liên hệ tuyến tính hai biến độc lập Chỉ cặp biến có hệ số tương quan (r) - 0.5 ≤ r ≤ 0.5 đưa vào xây dựng mơ hình để tránh tính cộng tuyến Việc lựa chọn phương trình tối ưu dựa tiêu chí thơng tin Akaike (AIC), tiêu chí thơng tin Bayes (BIC), hệ số xác định (R2) sai số tồn phương trung bình (MSE) Các phân tích thống kê nghiên cứu thực phần mềm mã nguồn mở R phiên 3.5.3 Sau lựa chọn mơ hình tốt nhất, nghiên cứu tiến hành phân tích độ nhạy để đánh giá mức độ nhạy cảm sinh khối mặt đất biến động thông số liệu mà mơ hình xây dựng Kết nghiên cứu 3.1 Một số đặc trưng khu vực nghiên cứu 14 loài khác xác định khu vực nghiên cứu thể Bảng Bảng Một số đặc trưng loài OTC Danh pháp khoa học n DBH Mean Median Max Acacia mangium 586 14.87 10.5 62.7 Acacia auriculiformis 61 21.1 19.5 54.1 Cratoxylum cochinchi13 7.27 6.4 17 nensis Eucalyptus camaldulensis 21 11.48 12 25 Litsea sp 6.5 6.5 Machilus bonii 47 8.48 57.4 Machilus cicatricosa S 17 9.9 8.4 20.2 Lee Phoebe kunstleri Gamble 8.35 8.35 8.8 Senna siamea 33 13.77 12.5 30.5 Triadica sebifera 9.45 7.8 16.5 Antidesma ghaesembilla - H Min Mean Median Max 13.37 13.3 28.6 3.7 15.4 15.2 24 5.1 9.8 18 Min 3.8 2.7 AGB C CO2 85.15 422.57 156.07 77.52 38.76 142.09 0.36 0.18 0.65 1.9 12.92 6.7 10.04 13.8 6 9.6 19.6 6.3 24.6 20 7.3 5.7 3.3 5.2 1.14 0.02 3.41 0.80 0.57 0.01 1.71 0.40 2.09 0.04 6.25 1.47 7.9 5.5 5.7 - 6.95 12.72 11.22 3.1 6.95 12.6 12.1 - 7.6 22.2 13.2 - 6.3 4.9 7.5 - 0.04 4.03 0.18 0.00 0.02 2.01 0.09 0.00 0.07 7.39 0.33 0.01 Chuyên đề III, tháng năm 2022 15 Danh pháp khoa học n DBH H AGB C CO2 Mean Median Max Min Mean Median Max Min Cratoxylum formosum 7.6 5.1 0.01 0.01 0.02 Eurya acuminata 10.1 0.02 0.01 0.03 Holarrhena pubescens 6.5 5.8 0.01 0.00 0.02 Cây chết 79 10.23 35 8.58 8.75 18.5 1.9 n: tổng số lồi; DBH: đường kính ngang ngực (cm); Ht: chiều cao vút (m); AGB: Tổng sinh khối mặt đất (tấn); C: Khối lượng bon (tấn); CO2: Khối lượng bon dioxide (tấn) Kết tính tốn mức độ phong phú đa dạng lồi (Hình 2), độ hỗn lồi (Hình 4a), phân bố theo chiều thẳng đứng (Hình 4b) chiều ngang (Hình 5) cho thấy khu vực nghiên cứu có tính đa dạng lồi cao với độ đồng tương đối cao Mặc dù khu vực nghiên cứu đơn vị quản lý xác nhận rừng trồng kết phân tích số phân bố khơng gian ngang (Hình 5) cho thấy cá thể OTC Marteloscope phân bố theo xu hướng ngẫu nhiên ▲Hình Kết phân tích hàm L cho ONC ▲Hình Các số đa dạng lồi OTC Marteloscope 3.2 Phân tích thống kê Các mơ hình khác phân tích thử nghiệm, mơ hình đáp ứng giả định hồi quy tính đồng phương sai, tính chuẩn, tính tuyến tính khơng tự tương quan với mức độ phù hợp cao giữ lại nhóm mơ hình khả dụng (Bảng 5) Đối với tất mơ hình, hệ số xác định (R2) mức thấp, cho thấy tương quan yếu sinh khối mặt đất biển dự báo Điều chấp nhận mơ hình xây dựng nhằm giải thích khơng phải để dự đốn mối quan hệ sinh khối mặt đất đa dạng loài Khi so sánh mơ hình khả dụng khác theo tiêu chí AIC, BIC, R2 MSE, mơ hình tốt có dạng sau: AGB = exp(1.37 - 1.68 x TH2 - 9.93 x ) (4) Sh Kết phân tích độ nhạy mơ hình (4) cho thấy đa dạng loài cao, sinh khối thấp (Hình 4) Vì q trình tích lũy bon có nguồn lấy từ sinh khối mặt đất nên đa dạng lồi có tác động tiêu cực tương tự lượng C tích lũy lượng CO2 hấp thụ keo tai tượng 16 Chuyên đề III, tháng năm 2022 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ Bảng Cấu trúc 10 mơ hình tốt STT Model AGB exp β β1 TH β Sh β1 TH β β0 1.377 β1 1.684 β2 9.934 β3 - R2 p-value MSE AIC BIC 0.109 2.36E- 1.607 1946.268 1963.693 15 AGB N 5.377 1.747 -0.173 - 0.109 AGB = exp(β0 + β1 x TH2 + β2 x Sh) 6.685 1.678 -0.690 - 0.107 AGB = exp(β0 + β1 x TH2 + β2 x Sh2) 15.827 1.691 -12.564 - 0.106 AGB = exp(β0 + β1 x TH2 + β2 x Sm) 27.448 1.693 -24.173 - 0.106 AGB = exp(β0 + β1 x TH2 + β2 x Sh2) 5.345 1.68 -0.086 - 0.105 AGB = exp(β0 + β1 x TH2 + β2 x M i ) 4.744 -0.009 0.340 - 0.094 AGB = exp(β0 + β1 x TH2 + β2 x N2) 4.240 1.870 AGB = exp(β0 - β1 x G2 + β2 x + R β3 x TH2) 2.571 10 exp β -4.61E0.084 05 -0.0006 1.795 1.660 0.060 2.40E15 3.45E15 5.44E15 5.77E15 7.15E15 2.55E13 6.51E12 5.89E08 1.607 1946.298 1963.723 1.609 1947.029 1964.453 1.612 1947.943 1965.367 1.612 1948.064 1965.488 1.613 1948.494 1965.918 1.633 1955.681 1973.105 1.651 1962.192 1979.61 1.697 1979.293 2001.056 AGB = exp(β0 - β1 x G2 + β2 x R + 8.397 -0.0006 -4.011 1.664 0.060 6.57E- 1.698 1979.521 2001.284 08 β3 x TH2) AGB sinh khối mặt đất (kg); TH: Chỉ số phân biệt chiều cao; Sh: số Shannon; Sm: số đa dạng Simpson; N: số cây/ha; E: số đồng đều; Mi: độ đồng đều; R: số tổng hợp ▲Hình Biểu đồ phân tích độ nhạy mơ hình (4) Kết phân tích độ nhạy mơ hình (4) nghiên cứu lồi keo tai tượng cho thấy rằng, phong phú đa dạng lồi có ảnh hưởng tiêu cực đến khả tích lũy sinh khối hấp thụ CO2 Đối lập với kết này, nghiên cứu Shuaifeng Li cộng [8] mối quan hệ tích cực phong phú lồi sinh khối mặt đất rừng thông nguyên sinh Một nghiên cứu từ Riofrio cộng sự, điều tra tác động kết hợp loài khác lâm phần cụ thể (Pinus sylvestris L Pinus pinaster Ait.) cho thấy việc trồng rừng hỗn giao làm thay đổi tích cực sản lượng rừng sinh khối mặt đất [9] Mối quan hệ tích cực tương tự sinh khối đa dạng lồi tìm thấy kiểm tra liệu từ khu rừng quản lý, chủ yếu lô rừng thứ sinh tương đối non Catalonia, Đông Bắc Tây Ban Nha Trung Bắc Hoa Kỳ [10] Lưu ý rằng, nghiên cứu này, khu vực thu thập số liệu rừng trồng không quản lý Nhiều nhà khoa học nghiên cứu, tùy thuộc vào điều kiện khác khu rừng, cấu trúc rừng, thành phần lồi, tuổi cây… rừng khơng quản lý lưu trữ lượng bon lớn khu rừng quản lý Tại Việt Nam, mối quan hệ tích cực đa dạng lồi sinh khối hay nồng độ bon có tác động quan trọng đến việc đề xuất thực sách quản lý rừng mang lại lợi ích lớn cho bảo tồn đa dạng sinh học cịn trường hợp tương quan tiêu cực ngược lại Tuy nhiên, nâng cao trữ lượng bon thường mục tiêu quản lý rừng Các nhà quản lý tính đến phát triển dịch vụ hệ sinh thái số sản phẩm khác cung cấp hệ thống rừng xem xét chế độ, sách quản lý khác nhau, lâm phần quản lý tốt có Chuyên đề III, tháng năm 2022 17 thể tích lũy nhiều bon lâm phần không quản lý Kết luận Mối quan hệ nghịch sinh khối mặt đất đa dạng lồi thu từ kết phân tích độ nhạy mơ hình tối ưu Mối quan hệ không phổ biến so sánh với nghiên cứu khác dẫn TÀI LIỆU THAM KHẢO D U Hooper et al., 2005, “Effects of biodiversity on ecosystem functioning: a consensus of current knowledge,” Ecol Monogr, vol 75, no 1, pp - 35, doi: 10.1890/04 0922 J Riofrío, C Herrero, J Grijalva, and F Bravo, 2015, “Aboveground tree additive biomass models in Ecuadorian highland agroforestry systems,” Biomass Bioenergy, vol 80, pp 252 - 259, doi: 10.1016/j.biombioe.2015.05.026 F Kollmann, Tecnologíadelamaderaysusaplicaciones Tomo primero Madrid, 1959 Phạm Xuân Thành, 2014, “Biomass allometric equation for Acacia auriculiformis forest in Quang Binh province,” Tạp chí Thơng tin Khoa học & Cơng nghệ Quảng Bình, vol 3, pp 42 - 45 S Traoré et al., 2018, “Stand Structure, Allometric Equations, Biomass and Carbon Sequestration Capacity of Acacia mangium Wild (Mimosaceae) in Cote d’Ivoire,” Open J For, vol 08, no 01, pp 42 - 60, doi: 10.4236/ ojf.2018.81004 đến nhiều đánh đổi bảo tồn đa dạng sinh học tích lũy sinh khối hay trữ lượng bon Lời cảm ơn: Các tác giả xin chân thành cảm ơn sự tài trợ kinh phí từ đề tài cấp sở TN.21.18 của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội dự án BioEcon (https://bioecon.eu/) để thu thập tài liệu thực đo đạc lấy số liệu phục vụ cho nghiên cứu■ W Ounban, L Puangchit, and S Diloksumpun, Jan 2016, “Development of general biomass allometric equations for Tectona grandis Linn.f and Eucalyptus camaldulensis Dehnh plantations in Thailand,” Agriculture and Natural Resources, vol 50, no 1, pp 48 - 53, doi: 10.1016/j anres.2015.08.001 S Brown, A J R Gillespie, and A E Lugo, 1989, “Biomass Estimation Methods for Tropical Forests with Applications to Forest Inventory Data,” Forest Science, vol 35, no 4, pp 881 - 902 S Li, J Su, X Lang, W Liu, and G Ou, 2018, “Positive relationship between species richness and aboveground biomass across forest strata in a primary Pinus kesiya forest,” Sci Rep, no January, pp - 9, doi: 10.1038/s41598018-20165-y J Riofrío, M del Río, and F Bravo, 2016, “Mixing effects on growth efficiency in mixed pine forests,” Forestry: An International Journal of Forest Research, vol 90, no 3, pp 381-392, doi: 10.1093/forestry/cpw056 10 J P Caspersen and S W Pacala, 2001, “Successional diversity and forest ecosystem function,” pp 895 - 903 EFFECT OF TREE DIVERSITY ON BIOMASS IN MIXED PLANTATION IN THACH THAT, HANOI Doan Thi Nhat Minh1,2, Nguyen Cuong Dien1 , Bui Quang Thanh1, Tran Van Thuy1, Vu Van Manh1 Faculty of Environmental Sciences, VNU University of Science University of Valladolid, Spain ABSTRACT Afforestation has long been recognized as an effective solution to reducing the rate of CO2 increase in the atmosphere In addition, the information on forest biomass and carbon concentration plays an important role in sustainable management of forest resources Most of the plantations is monoculture, however, the trend of planting forests with two or more species is being expanded The results of this study show that the Marteloscope stores 172.80 tons/ha of aboveground tree biomass and 86.40 tons/ha of carbon with high diversity and high evenness Although the Marteloscope was confirmed as a plantation, the results from the analysis of the spatial distribution descriptive index show that the trees in the study area tend to have a random distribution Sensitivity analysis indicates that above ground biomass and carbon concentration decrease as the species diversity increase Key words: Marteloscope, forest structure, sensitivity analysis, forest biomass 18 Chuyên đề III, tháng năm 2022 ... rừng hỗn giao làm thay đổi tích cực sản lượng rừng sinh khối mặt đất [9] Mối quan hệ tích cực tương tự sinh khối đa dạng loài tìm thấy kiểm tra liệu từ khu rừng quản lý, chủ yếu lô rừng thứ sinh. .. quản lý Tại Việt Nam, mối quan hệ tích cực đa dạng loài sinh khối hay nồng độ bon có tác động quan trọng đến việc đề xuất thực sách quản lý rừng mang lại lợi ích lớn cho bảo tồn đa dạng sinh học.. .Trong ONC, tọa độ cây, loài cây, chiều cao vút (H) đường kính ngang ngực (DBH 1.3 m so với mặt đất) xác định cho tất gỗ có DBH > cm Sinh khối tính từ DBH H, sử dụng phương trình sinh khối