Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC DƯƠNG ANH TUẤN NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG SINH KHỐI VÀ CACBON TÍCH TRỮ BỞI RỪNG TẠI VƯỜN QUỐC GIA XUÂN SƠN, TỈNH PHÚ THỌ Ngành: Quản lý Tài
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC DƯƠNG ANH TUẤN NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG SINH KHỐI VÀ CACBON TÍCH TRỮ BỞI RỪNG TẠI VƯỜN QUỐC GIA XUÂN SƠN, TỈNH PHÚ THỌ Ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường Mã số : 8850101 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Viết Lương Thái Nguyên - 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu nghiên cứu sử dụng trong luận văn “Nghiên cứu phương pháp đánh giá trữ lượng sinh khối và cacbon tích trữ bởi rừng tại Vườn Quốc gia Xuân Sơn, tỉnh Phú Thọ” này của tôi là trung thực, không có sự sao chép hay sử dụng để bảo vệ một học vị nào khác Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính trung thực của các nội dung khác trong đề tài của bản thân Thái Nguyên, ngày tháng năm 2023 Học viên Dương Anh Tuấn ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Viết Lương - Viện Công nghệ vũ trụ, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam gợi mở những ý tưởng, đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu luận văn Cảm ơn các anh chị tại Viện Công nghệ vũ trụ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nhiệt tình hướng dẫn Cảm ơn đề tài Mã đề tài VT- UD.05/17-20 đã cung cấp tài liệu và dữ liệu cho nghiên cứu này Tôi cũng xin cảm ơn Ban Chủ nhiệm khoa cùng tất cả các thầy cô giáo trong Khoa Tài nguyên và Môi trường đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thiện luận văn này một cách thuận lợi Tôi xin chân thành cảm ơn anh chị em đồng nghiệp cũng như bạn bè, gia đình đã động viên, cổ vũ, tạo điều kiện để tôi sớm hoàn thành luận văn này Do giới hạn về thời gian, chắc chắn luận văn của tôi còn những hạn chế và thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự đóng góp và chỉ bảo tận tình của quý thầy cô để luận văn được hoàn chỉnh hơn Tôi xin chân thành cảm ơn! iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1 Lý do lựa chọn đề tài nghiên cứu 1 2 Mục tiêu nghiên cứu 2 3 Nhiệm vụ nghiên cứu 3 4 Ý nghĩa của đề tài 3 5 Những đóng góp mới của đề tài 3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4 1.1 Cơ sở khoa học về vấn đề nghiên cứu 4 1.1.1 Khái quát về ảnh vệ tinh 4 1.1.2 Khái quát về rừng 7 1.2 Tổng quan về ứng dụng dữ liệu ảnh vệ tinh đánh giá trữ lượng sinh khối và cacbon tích trữ bởi rừng trên thế giới và tại Việt Nam 10 1.2.1 Trên thế giới 10 1.2.2 Tại Việt Nam 11 1.3 Khái quát về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu 15 1.3.1 Vị trí địa lý 15 1.3.2 Địa hình 17 1.3.3 Khí hậu 17 1.3.4 Đa dạng sinh học 18 1.4 Hiện trạng công tác quản lý rừng tại Vườn Quốc gia Xuân Sơn 19 1.4.1 Thực trạng quản lý rừng tại Vườn Quốc gia Xuân Sơn 19 1.4.2 Các chính sách liên quan đến hoạt động quản lý, bảo vệ và phát triển rừng tại Vườn Quốc gia Xuân Sơn .22 1.4.3 Điều kiện kinh tế - xã hội 24 1.4.4 Thuận lợi, khó khăn trong công tác quản lý tài nguyên rừng tại Vườn Quốc gia Xuân Sơn 26 Chương 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 28 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 28 iv 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 28 2.2 Nội dung nghiên cứu 28 2.3 Phương pháp nghiên cứu 28 2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp 28 2.3.2 Phương pháp thực địa 29 2.3.3 Phương pháp viễn thám và GIS 32 2.3.4 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu điều tra 39 2.3.5 Phương pháp xây dựng các lớp bản đồ sinh khối rừng 39 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 41 3.1 Kết quả điều tra, khảo sát thực địa 41 3.2 Kết quả xử lý ảnh vệ tinh .45 3.3 Xây dựng các mô hình ước tính sinh khối và trữ lượng cacbon bởi rừng tại Vườn Quốc gia Xuân Sơn .49 3.3.1 Các mô hình đơn biến 49 3.3.2 Các mô hình đa biến và kết hợp 53 3.3.3 Kiểm định và lựa chọn mô hình 65 3.3.4 Xây dựng bản đồ sinh khối và trữ lượng cacbon rừng 68 3.4 Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả việc sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh trong quản lý rừng tại Vườn Quốc Xuân Sơn .72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 PHỤ LỤC 80 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ABG : Sinh khối trên mặt đất Advanced Land Observing Satellite ALOS : Chính phủ Horizontal Horizontal Polarization CP : Horizontal Vertical Polarization Land Remote Sensing Satellite HH : Chỉ số thực vật từ ảnh vệ tinh Landsat 8 Chỉ số thực vật từ ảnh Sentinel 2 HV : Nghị định Quyết định Landsat : Quản lý bảo vệ rừng Thủ tướng NDVI_LS8 : Ủy ban nhân dân Vườn Quốc gia NDVI_S2 : NĐ : QĐ : QLBVR : TTg : UBND : VQG : vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Vị trí các ô tiêu chuẩn .30 Bảng 2.2 Thông tin của dữ liệu ảnh ALOS-2 sử dụng trong khu vực .32 Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật cơ bản của dữ liệu ảnh Landsat 8 OLI được sử dụng trong nghiên cứu 33 Bảng 2.4 Thông tin cảnh ảnh Landsat 8 OLI sử dụng để nghiên cứu .33 Bảng 2.5 Thông tin ảnh vệ tinh Sentinel-2 sử dụng trong nghiên cứu 33 Bảng 2.6 Thông số các kênh ảnh Landsat 8 35 Bảng 2.7 Công thức tính giá trị texture được sử dụng trong nghiên cứu này 38 Bảng 2.8 Tiêu chí phân loại bản đồ sinh khối rừng 40 Bảng 3.1 Kết quả điều tra thực địa tại Vườn quốc gia Xuân Sơn .41 Bảng 3.2 Phân loại các ô tiêu chuẩn để điều tra tại Vườn Quốc gia Xuân Sơn 44 Bảng 3.3 Tổng hợp số liệu điều tra tại các ô tiêu chuẩn 44 Bảng 3.4 Kết quả chiết xuất các thông số tán xạ ngược từ ảnh vệ tinh ALOS-2 45 Bảng 3.5 Kết quả chiết xuất các thông số NDVI từ ảnh vệ tinh Landsat 8 và ảnh Sentinel 2 47 Bảng 3.6 Kết quả của mô hình đơn biến tính toán sinh khối rừng của .49 Bảng 3.7 Tóm tắt kết quả xây dựng mô hình đa biến và kết hợp tính sinh khối tại khu vực nghiên cứu 53 Bảng 3.8 Kết quả kiểm định mô hình 4 và mô hình 24 .66 Bảng 3.9 Kết quả thống kê trữ lượng sinh khối phân bố theo diện tích 70 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Vị trí địa lý Vườn quốc gia Xuân Sơn 16 Hình 1.2 Cơ cấu tổ chức bộ máy quản lý Vườn quốc gia Xuân Sơn 20 Hình 2.1 Kích thước của ô tiêu chuẩn sử dụng ngoài thực địa 29 Hình 2.2 Phân loại cảnh (Scene Classification) cho dữ liệu Level-1C .36 Hình 3.1 Vị trí các ô tiêu chuẩn khảo sát đã được khảo sát tại VQG Xuân Sơn, tỉnh Phú Thọ 43 Hình 3.2 Quan hệ giữa sinh khối và tán xạ ngược của các mô hình đơn biến 52 Hình 3.3 Quan hệ giữa sinh khối và tán xạ ngược từ phân cực của các 64 Hình 3.4 Kết quả kiểm định mô hình 4 và mô hình 24 .67 Hình 3.5 Các bước xây dựng bản đồ sinh khối rừng 69 Hình 3.6 Bản đồ sinh khối rừng Vườn Quốc gia Xuân Sơn 71 1 MỞ ĐẦU 1 Lý do lựa chọn đề tài nghiên cứu Rừng đóng vai trò quan trọng trong việc thích nghi với biến đổi khí hậu thông qua những chức năng môi trường như chống xói mòn và đảm bảo tuần hoàn nước Mối quan hệ của rừng và cuộc sống đã trở thành mối quan hệ hữu cơ Vì vậy, tỷ lệ đất có rừng che phủ của một quốc gia là một chỉ tiêu an ninh môi trường quan trọng (diện tích đất có rừng đảm bảo an toàn môi trường của một quốc gia tối ưu là 45% tổng diện tích) Ở nước ta, trong những năm gần đây, độ che phủ rừng đã bắt đầu vượt ngưỡng khuyến cáo về mặt sinh thái của thế giới [14] Tuy nhiên, rừng vẫn phân bố không đồng đều, tập trung chủ yếu ở khu vực Tây Nguyên, Trung du phía Bắc Trong đó, rừng tự nhiên chủ yếu là rừng nghèo, rừng giàu và rừng trung bình chỉ chiếm 4,6% tổng diện tích rừng cả nước Việc phát triển kinh tế và nhu cầu ngày càng tăng về lương thực, năng lượng và các nguồn cung cấp gỗ đã và đang gia tăng áp lực tới rừng và cảnh quan của Việt Nam Mặc dù điều kiện còn nhiều khó khăn, song công tác quản lý bảo vệ rừng tại nước ta đã có nhiều chuyển biến tích cực, được cộng đồng xã hội quan tâm sâu sắc Chủ trương xã hội hóa nghề rừng được hiện thực, góp phần tạo việc làm, nâng cao thu nhập, cải thiện sinh kế cho người làm nghề rừng Cơ chế, chính sách từng bước được sửa đổi, bổ sung, xây dựng mới, thu hút các thành phần kinh tế tham gia bảo vệ và phát triển rừng Hiện nay Việt Nam đã bước qua giai đoạn bảo tồn rừng và đã chuyển sang giai đoạn bảo vệ, sử dụng bền vững Rừng được xem là cốt lõi trong các cam kết với quốc tế về biến đổi khí hậu, trong đó năng lực hấp thụ CO2 bởi thực vật rừng thông qua quá trình quang hợp và được tích trữ dưới dạng sinh khối rừng là giá trị ít được quan tâm nghiên cứu tính toán một cách cụ thể Việc nghiên cứu hàm lượng cacbon tích lũy trong các hệ sinh thái rừng là yếu tố quan trọng trong việc quản lý chu trình cacbon, quản lý dinh dưỡng và năng suất rừng Khí hậu biến đổi khiến cho vấn đề nghiên cứu sinh khối và khả năng hấp phụ cacbon của rừng trở lên cần thiết hơn bao giờ hết 2 Tại Việt Nam, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu việc đánh giá trữ lượng sinh khối và cacbon tích trữ bởi rừng nhưng hầu hết đều thực hiện theo phương pháp truyền thống Sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh thành lập bản đồ hiện trạng, bản đồ sinh khối và bản đồ hấp phụ cacbon rừng là một giải pháp không thể thiếu hiện nay giúp các nhà quản lý bảo vệ và phát triển rừng bền vững Tuy nhiên, việc thành lập bản đồ theo phương pháp truyền thống bộc lộ nhiều hạn chế về độ chính xác, khó khăn trong việc lưu trữ, tốn kém Cùng với sự phát triển của công nghệ, công nghệ viễn thám đã có những bước phát triển mạnh mẽ, mang lại hiệu quả cao về chất lượng, thời gian hiệu chỉnh, cập nhật và thành lập các loại bản đồ khác nhau Tư liệu viễn thám có độ phân giải cao nên có thể sử dụng để thành lập bản đồ từ tỷ lệ lớn đến tỷ lệ trung bình và tỷ lệ nhỏ Với những ưu điểm và ưu thế này, hiện nay, hầu hết các nước phát triển trên thế giới cũng như các nước trong khu vực đều áp dụng công nghệ tư liệu viễn thám để thành lập các loại bản đồ chuyên đề Vườn Quốc gia Xuân Sơn thuộc địa bàn huyện Tân Sơn, tỉnh Phú Thọ là một trong 15 vườn quốc gia lớn nhất Việt Nam Với tổng diện tích gần 33.700 ha (diện tích vùng lõi hơn 15.000 ha, diện tích vùng đệm hơn 18.600 ha), Vườn Quốc gia Xuân Sơn có hệ động, thực vật phong phú và đa dạng Vườn hiện có 365 loài động vật với 46 loài ghi trong Sách đỏ Việt Nam và 18 loài ghi trong Sách đỏ Thế giới Bên cạnh đó, vườn còn có 726 loài thực vật bậc cao, trong đó có 52 loài thuộc ngành quyết và ngành hạt trần Xuân Sơn còn là kho giống bản địa, kho cây thuốc khổng lồ, trong đó là cây rau sắng mọc tự nhiên có mật độ cao nhất miền Bắc Từ thực tế đó, tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu phương pháp đánh giá trữ lượng sinh khối và cacbon tích trữ bởi rừng tại Vườn Quốc gia Xuân Sơn, tỉnh Phú Thọ” giúp các nhà quản lý có được những giải pháp nhằm quản lý và bảo vệ nguồn tài nguyên quý báu này một cách hiệu quả 2 Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu xây dựng các mô hình đánh giá trữ lượng sinh khối và