Ứng dụng công nghệ scan 3d laser để xác định sinh khối và các bon trong kiểu rừng tự nhiên lá rộng thường xanh tại khu dự trữ sinh quyển đồng nai

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TRỊNH ĐỨC THÀNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SCAN 3D LASER ĐỂ XÁC ĐỊNH SINH KHỐI VÀ CÁC BON CỦA KIỂU RỪNG TỰ NHIÊN LÁ RỘNG THƯỜNG XANH TẠI KHU DỰ TRỮ SINH QUYỂN ĐỒNG NAI LUẬN VĂN THẠC SĨ LÂM NGHIỆP THÁI NGUYÊN - 2023 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TRỊNH ĐỨC THÀNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SCAN 3D LASER ĐỂ XÁC ĐỊNH SINH KHỐI VÀ CÁC BON CỦA KIỂU RỪNG TỰ NHIÊN LÁ RỘNG THƯỜNG XANH TẠI KHU DỰ TRỮ SINH QUYỂN ĐỒNG NAI Ngành: Lâm học Mã số ngành: 8.62.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ LÂM NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Đăng Cường TS Nguyễn Văn Thịnh THÁI NGUYÊN - 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu được sử dụng trong luận văn là một phần từ đề tài độc lập cấp Nhà nước “Nghiên cứu khả năng lưu trữ cacbon của các kiểu rừng tại Khu Dự trữ Sinh quyển Đồng Nai”, mã số ĐTĐL.XH-XNT-06/20 do TS Nguyễn Văn Thịnh - Viện Nghiên cứu Lâm sinh - làm chủ nhiệm đề tài và được thực hiện trong giai đoạn 2020-2023 Số liệu nghiên cứu này đều được tiến hành đo đếm, thu thập từ kết quả theo dõi ô tiêu chuẩn của rừng tự nhiên lá rộng thường xanh ở 4 trạng thái rừng khác nhau (Giàu, trung bình, nghèo và nghèo kiệt) tại Khu dự trữ sinh quyển (KDTSQ) Đồng Nai năm 2022 - 2023 Kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tác giả Trịnh Đức Thành ii LỜI CẢM ƠN Luận văn này được hoàn thành theo chương trình đào tạo cao học ngành Lâm học Khoá 29, giai đoạn 2021 - 2023 của Trường Đại học Nông lâm - Đại học Thái Nguyên Để hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi của tập thể thầy cô giáo Khoa Lâm nghiệp, Phòng Quản lý Sau Đại học và lãnh đạo trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên Đối với công tác đo đếm, thu thập số liệu tại Khu dự trữ sinh quyển Đồng Nai, tác giả đã nhận được những sự giúp đỡ của chính quyền và người dân Nhân dịp này, tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn đối với sự giúp đỡ quý báu đó Kết quả của luận văn này không thể tách rời sự quan tâm, chỉ bảo của thầy giáo hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Đăng Cường và TS Nguyễn Văn Thịnh, người đã nhiệt tình chỉ bảo, hướng dẫn để tôi hoàn thành luận văn này Nhân dịp này, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến hai thầy hướng dẫn Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, tạo mọi điều kiện về vật chất và tinh thần để tôi hoàn thành luận văn đúng thời hạn Trong khuôn khổ thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô và đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện hơn Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 11 năm 2023 Tác giả Trịnh Đức Thành iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH vi TRÍCH YẾU LUẬN VĂN THẠC SỸ viii THESIS ABSTRACT x MỞ ĐẦU 1 1 Tính cấp thiết của đề tài 1 2 Mục tiêu của đề tài 2 3 Ý nghĩa của đề tài 3 3.1 Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học 3 3.2 Ý nghĩa trong thực tiễn 3 Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 4 1.1 Hấp thu các bon 4 1.1.1 Hấp thu các bon và vai trò của các khu dự trữ sinh quyển 4 1.2 Bể chứa các bon trong hệ sinh thái 5 1.3 Các phương pháp xác định sinh khối/các bon rừng trên thế giới 6 1.3.1 Phương pháp lấy mẫu chặt hạ (Destructive sampling) 6 1.3.2 Các phương pháp lấy mẫu bán chặt hạ (non-destructive sampling) 9 1.3.3 Ứng dụng viễn thám trong xác định trữ lượng các bon 14 1.4 Các phương pháp xác định sinh khối/các bon rừng ở Việt Nam 16 1.4.1 Phương pháp chặt hạ và xây dựng phương trình sinh trắc 16 1.4.2 Sử dụng viễn thám trong nghiên cứu trữ lượng các bon 19 1.5 Phương pháp sử dụng Máy scan 3D cầm tay trong nghiên cứu sinh khối 20 1.6 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 21 1.6.1 Lịch sử hình thành và cơ cấu tổ chức 21 1.6.2 Đặc điểm khí hậu, địa chất, địa hình và thổ nhưỡng 24 iv 1.7 Đa dạng sinh học ở Khu DTSQ Đồng Nai 26 1.7.1 Đặc điểm cộng đồng dân cư và thực trạng quản lý rừng ở Khu DTSQ Đồng Nai 28 Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 30 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 30 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 30 2.2 Nội dung nghiên cứu 30 2.3 Phương pháp nghiên cứu 30 2.3.1 Quan điểm và phương pháp luận 30 2.3.2 Phương pháp kế thừa tài liệu 32 2.3.3 Phương pháp ngoại nghiệp 33 2.3.4 Phương pháp xử lý số liệu 37 Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 46 3.1 Cấu trúc tổ thành của các trạng thái rừng tự nhiên LRTX 46 3.2 Sinh khối cây cá lẻ tầng cây gỗ 48 3.2.1 Sinh khối cây cá lẻ trạng thái rừng LRTX giàu 48 3.3 Sinh khối và trữ lượng các bon lâm phần 59 3.3.1 Sinh khối tầng cây cao 59 3.3.2 Sinh khối cây bụi thảm tươi và vật rơi rụng 63 3.3.3 Sinh khối cây dây leo trong lâm phần 64 3.3.4 Sinh khối của lâm phần 67 3.4 Trữ lượng Các bon tích lũy trong các trạng thái rừng 69 3.5 Tiềm năng ứng dụng kết quả nghiên cứu về sinh khối và tiềm năng tham gia của Việt Nam trong thị trường carbon 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 1 Kết luận 73 2 Kiến nghị 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC 83 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT D1.3 (cm) Đường kính tại vị trí 1,3m Dg (cm) Đường kính trung bình theo tiết diện ngang Dt (m) Đường kính tán FAO Tổ chức nông lương Liên Hợp Quốc G (m2/ha) Tổng tiết diện ngang Hdc (m) Chiều cao dưới cành KBTTN Khu bảo tồn thiên nhiên KDTSQ Khu dự trữ sinh quyển LRTX Lá rộng thường xanh M (m3/ha) Trữ lượng của lâm phần N (cây/ha) Mật độ lâm phần OTC Ô tiêu chuẩn TXB Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRTX trung bình TXG Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRTX giàu TXK Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRTX nghèo kiệt TXN Rừng gỗ tự nhiên núi đất LRTX nghèo V (m3) Thể tích cây vi DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH Bảng: Bảng 1.1 Các nghiên cứu sinh khối có ứng dụng viễn thám ở Việt Nam 19 Bảng 1.2 Một số đặc điểm khí hậu, địa hình và thổ nhưỡng ở các tỉnh thuộc Khu DTSQ Đồng Nai 24 Bảng 1.3 Hiện trạng rừng LRTX tại khu vực nghiên cứu năm 2020 27 Bảng 2.1 Thống kê số lượng OTC điều tra tại khu vực nghiên cứu 34 Bảng 2.2 Thống kê số lượng cây cá lẻ được Scan tại các trạng thái rừng khác nhau 35 Bảng 3.1 Cấu trúc tổ thành tầng cây cao kiểu rừng LRTX 46 Bảng 3.2 Sinh khối thân cây cá lẻ phân theo cỡ đường kính trạng thái rừng LRTX giàu 49 Bảng 3.3 Sinh khối thân cây cá lẻ phân theo cỡ đường kính trạng thái rừng LRTX trung bình 52 Bảng 3.4 Sinh khối thân cây cá lẻ phân theo cỡ đường kính trạng thái rừng LRTX nghèo 55 Bảng 3.5 Sinh khối thân cây cá lẻ phân theo cỡ đường kính trạng thái rừng LRTX nghèo kiệt 57 Bảng 3.6 Sinh khối tầng cây cao kiểu rừng LRTX 60 Bảng 3.7 Sinh khối vật rơi rụng kiểu rừng LRTX 63 Bảng 3.9 Sinh khối cây dây leo tại các trạng thái rừng kiểu rừng LRTX 65 Bảng 3.10 Tổng sinh khối của lâm phần kiểu rừng LRTX 67 Bảng 3.11 Tổng trữ lượng cacbon của lâm phần trạng thái rừng LRTX 69 Hình: Hình 1.1 Bản đồ phân vùng của Khu DTSQ Đồng Nai 23 Hình 1.2 Bản đồ hiện trạng rừng Khu dự trữ sinh quyển Đồng Nai 27 Hình 2.1 Phân chia các bộ phận trên cây cá lẻ (thân, cành lớn, cành nhỏ) 32 Hình 2.2 Bố trí các ô tiêu chuẩn điều tra tạm thời trong các kiểu rừng tự nhiên 33 vii Hình 2.3 Ước lượng thể tích thân cây cá lẻ bằng công nghệ quét 3D 45 Hình 3.1 Sinh khối phân theo bộ phận các cỡ kính khác nhau tại trạng thái LRTX giàu 51 Hình 3.2 Sinh khối phân theo bộ phận các cỡ kính khác nhau tại trạng thái LRTX trung bình 54 Hình 3.3 Sinh khối phân theo bộ phận các cỡ kính khác nhau tại trạng thái LRTX nghèo 57 Hình 3.4 Sinh khối phân theo bộ phận các cỡ kính khác nhau tại trạng thái LRTX nghèo kiệt 59 Hình 3.5 Sinh khối các bộ phận tầng cây cao tại các trạng thái rừng kiểu rừng LRTX 62 Hình 3.6 Tầng cây cao tại kiểu rừng lá rộng thường xanh 63 Hình 3.7 Sinh khối tầng cây bụi và vật rơi rụng theo trạng thái 64 Hình 3.8 Sinh khối cây dây leo ở các trạng thái rừng khác nhau của kiểu rừng tự nhiên lá rộng thường xanh 67 viii TRÍCH YẾU LUẬN VĂN THẠC SỸ Tên tác giả luận văn: Trịnh Đức Thành Tên Luận văn: Ứng dụng công nghệ Scan 3D laser để xác định sinh khối và các bon trong kiểu rừng tự nhiên lá rộng thường xanh tại Khu Dự trữ sinh quyển Đồng Nai Ngành khoa học của luận văn: Lâm học Mã số: 8.62.02.01 Tên đơn vị đào tạo: Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên Mục đích nghiên cứu: Ứng dụng được công nghệ Scan 3D laser để xác định được sinh khối và các bon đối với một số kiểu rừng tự nhiên lá rộng thường xanh tại Khu dự trữ sinh quyển Đồng Nai, làm cơ sở định lượng dịch vụ về hấp thụ và lưu giữ các-bon của rừng Phương pháp nghiên cứu: Dựa trên yêu cầu giảm thiểu tác động lên tài nguyên và đa dạng sinh học đối với Khu Dự trữ sinh quyển luôn là ưu tiên hàng đầu Quan điểm tiếp cận của đề tài đó là đảm bảo giảm thiểu tác động vào cây rừng nhưng vẫn phải đảm bảo độ tin cậy, nghiên cứu sẽ sử dụng kết hợp 2 phương pháp: Phương pháp “Bán chặt hạ”, có điều chỉnh đề phù hợp với mục tiêu của đề tài và phương pháp sử dụng Máy scan 3D laser để đo đếm thu thập dữ liệu hình ảnh cây cá lẻ (thân, cành) Sử dụng phần mềm để tính toán trực tiếp thể tích thân cây và cành lớn để xác định sinh khối cây rừng Phương pháp nghiên cứu gồm: Phương pháp kế thừa tài liệu, Phương pháp ngoại nghiệp như thiết lập ô tiêu chuẩn và đo đếm các chỉ tiêu sinh trưởng, đo đếm và thu thập dữ liệu 3D cây cá lẻ tầng cây cao, thu thập số liệu sinh khối tầng cây bụi, thảm tươi, vật rơi rụng, cây dây leo Xử lý số liệu được thực hiện trên phần mềm Excel và Geomagic Studio… Kết quả chính và kết luận: Từ kết quả nghiên cứu có thể rút ra một số kết luận như sau: Về tổ thành, số loài xuất hiện tại cỡ đường kính D1.3>10cm đa dạng hơn so với số loài xuất hiện tại cỡ đường kính 5cm≤D1.3