Nghiên cứu, đánh giá trữ lượng cacbon trên mặt đất bằng ảnh viễn thám radar tại khu rừng ngập mặn cần giờ thành phố hồ chí minh

CO2 rừng ở nước ta đòi hỏi phải có các nghiên cứu khoa học về đặc điểm tán xạ và phân cực của ảnh RADAR trong điều kiện cụ thể của rừng Việt Nam cũng như các phương pháp tiếp cận thích h

NGUYỄN VĂN TÙNG

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ TRỮ LƢỢNG CACBON TRÊN MẶT ĐẤT BẰNG ẢNH VIỄN THÁM RADAR TẠI KHU RỪNG NGẬP MẶN CẦN GIỜ - THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP

Hà Nội, 2017

NGUYỄN VĂN TÙNG

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ TRỮ LƢỢNG CACBON TRÊN MẶT ĐẤT BẰNG ẢNH VIỄN THÁM RADAR TẠI KHU RỪNG NGẬP MẶN CẦN GIỜ -THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình do tôi thực hiện, những số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa có ai công bố trong bất cứ công trình nào khác

LỜI CẢM ƠN

Luận văn “Nghiên cứu, đánh giá trữ lượng cacbon trên mặt đất bằng ảnh

viễn thám Radar tại khu rừng ngập mặn Cần Giờ - Thành phố Hồ Chí Minh”

được hoàn thành theo chương trình đào tạo Thạc sỹ, khóa 2014 - 2016 của trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam

Trong quá trình học tập và thực hiện luận văn, tác giả đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi của Ban giám hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp; Khoa đào tạo sau đại học; Các thầy giáo, cô giáo Trường Đại học Lâm nghiệp; Các anh, chị, em, bạn bè đồng nghiệp ở Viện Sinh thái rừng và Môi trường Nhân dịp này, tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc trước sự quan tâm và giúp đỡ quý báu đó

Xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Trọng

Bình đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Mặc dù đã hết sức cố gắng và nỗ lực, nhưng kinh nghiệm nghiên cứu chưa nhiều, đặc biệt là hạn chế về mặt thời gian trong quá trình nghiên cứu nên luận văn chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót nhất định Tác giả rất mong nhận được

sự góp ý của các quí thầy cô giáo và bạn bè đồng nghiệp để cho luận văn được hoàn chỉnh hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng năm 2017

Học viên

Nguyễn Văn Tùng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH viii

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Nghiên cứu về sinh khối và CO2 4

1.1.1 Trên thế giới 4

1.1.2 i t N m 9

1.2 Tổng quan dữ liệu Ảnh viễn thám RADAR 18

1.2.1 RADAR độ mở thực 20

1.2.2 RADAR độ mở tổng hợp 20

1.2.3 Các thông số cơ bản củ ảnh R d r 21

1.2.3.1 Bước sóng, tần số 21

1.2.3.2 Phân cực 21

1.2.3.3 Cơ chế tán xạ 21

1.2.3.4 Độ phân giải 23

1.2.3.5 Ảnh hưởng củ đị hình 26

CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

2.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu 28

2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 28

2.1.2 Nội dung nghiên cứu 28

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 28

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu 28

2.2.2 Phạm vi nghiên cứu 28

2.3 Phương pháp nghiên cứu 28

2.3.1 Phương pháp kế thừ tư li u 28

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thể 29

2.3.2.1 Phương pháp điều tr và xử lý số li u ngoại nghi p 29

2.3.2.2 Phương pháp lự chọn và xử lý ảnh RADAR 31

2.3.2.3 Phương pháp tính trữ lượng cacbon trên mặt đất 36

2.3.2.4 Xây dựng phương trình tương qu n và kiểm định phương trình thủ nghi m 37

2.3.2.5 Xây dựng bản đồ cấp trữ lượng CO 2 37

CHƯƠNG 3: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI 38

3.1 Điều kiện tự nhiên 38

3.1.1 ị trí đị lý 38

3.1.2 Đị hình 38

3.1.3.Thổ nhưỡng 39

3.1.4 Khí hậu - Thủy văn 39

3.1.5 Chế độ thủy triều 40

3.1.6 H sinh thái 41

3.2 Điều kiện Kinh tế – Xã hội 42

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 44

4.1 Đặc điểm hiện trạng rừng tại huyện Cần Giờ 44

4.2 Kết quả nghiên cứu tán xạ radar và trữ lượng CO2 47

4.2.1 Xử lý hình học ảnh 47

4.2.2 Đo giá trị tán xạ ngược trên ảnh 51

4.3 Thử nghiệm mô hình và xây dựng hàm tương quan 52

4.3.1 Kết quả tính trữ lượng c cbon trên mặt đất tại ví trí các ô tiêu chuẩn 52

4.3.2 Mối quan h giữ trữ lượng CO 2 với giá trị tán xạ ngược r d r 53

4.4 Đánh giá độ chính xác kết quả phương trình tương quan 57

4.5 Xây dựng bản đồ trữ lượng CO2 trên mặt đất khu vực huyện Cần Giờ 59

KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ BIỂU

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

1 ABG Khối lượng sinh khối khô

7 RMSE Sai số trung phương

4.4 So sánh trữ lượng CO2 từ ảnh so với trữ lượng CO2 ô tiêu

1.5 Các kiểu tán xạ trong môi trường điện môi khác nhau 22

1.8 Phân giải theo phương vị đo bởi khoảng cách của cung xác định độ

rộng của chùm theo góc Bθ tại anten, hoặc góc λ tại mặt đất 25

4.7 Biểu đồ trữ lượng cac bon trên 37 ô mẫu rừng ngập mặn 53

4.12 So sánh giá trị trữ lượng CO2 đo và Trữ lượng CO2 tính 58 4.13 Bản đồ hiện trạng rừng huyện Cần Giờ năm 2016 59 4.14 Bản đồ trữ lượng CO2 trên mặt đất rừng ngập mặn huyện Cần Giờ 60 4.15 Biểu đồ phần trăm trữ lượng CO2 hấp thụ của rừng huyện Cần Giờ 61

ĐẶT VẤN ĐỀ

Lịch sử phát triển của loài người gắn liền với rừng và sử dụng rừng Rừng là nguồn cung cấp nguyên liệu thô cho xây dựng, giao thông, là nguồn thực phẩm cho con người, khi bị chặt phá đất rừng trở thành tài nguyên đất cho canh tác nông nghiệp và cho phát triển đô thị Theo khuyến cáo của các nhà khoa học thì

xu thế suy giảm tài nguyên rừng đang diễn ra hiện nay, gián tiếp hay trực tiếp gây

ra hiện tượng nóng lên của Trái đất, làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến chu trình tuần hoàn của nước, tăng tần suất cũng như cường độ lũ lụt, suy kiệt tầng trữ nước, làm thoái hóa đất và dẫn đến sự tuyệt chủng của một số loài thực vật và động vật

có môi trường sống là rừng

Hiện nay, vấn đề biến đổi khí hậu đã và đang ảnh hưởng đến môi trường sống của con người trên toàn thế giới mà Việt Nam là một trong các nước bị ảnh hưởng nghiêm trọng nhất Do chặt phá rừng chất các bon tự nhiên không còn chứa trong cây nữa mà sẽ bị thải vào không khí thông qua đốt rừng, hoặc sự phân hủy dần dần của thực vật chết qua nhiều thập kỷ cũng làm tăng lượng khí đi ô xít các bon trong không khí

Vì thế, để kiểm soát lượng khí thải vào không khí ngoài việc kiểm soát lượng khí thải từ các khu công nghiệp trên toàn thế giới, việc giám sát chặt trẽ nguồn tài nguyên rừng là hết sức cần thiết vì rừng là nguồn lưu trữ và tiêu thụ lượng các bon trong tự nhiên Để giám sát rừng, ngoài việc lập bản đồ hiện trạng phân bố rừng thì việc tính toán sinh khối rừng là hết sức quan trọng Sinh khối rừng cho biết cả về diện tích và trữ lượng rừng Kết quả tính sinh khối rừng chính xác sẽ là một tham

số quan trọng trong việc đưa ra các phương án nhằm đối phó với vấn đề biến đổi khí hậu

Việt Nam với bờ biển dài hơn 3000 km, với cơ chế bồi lắng lớn tại cửa các hệ thống sông chính như hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình ở miền bắc, Sông Mã sông Cả ở bắc trung bộ, sông Hương, sông Thu Bồn ở miền nam trung

bộ, sông Đồng Nai, sông Mê Kông ở nam bộ tạo điều kiện tốt cho hệ thực vật ở cửa sông phát triển nhất là hệ thống RNM Diện tích RNM tuy nhỏ nhưng có vai

trò hết sức quan trọng duy trì đa dạng sinh học cũng như việc giảm thiểu các hậu quả do tai biến thiên nhiên như bão, lũ và sóng thần

RNM ở Việt Nam có khoảng hơn 50 loài cây, phân bố không giống nhau ở các khu vực ven biển chia làm bốn khu vực: ven biển Đông Bắc từ Móng Cái (Quảng Ninh) đến Đồ Sơn (Hải Phòng); khu vực ven biển đồng bằng Bắc Bộ

từ Đồ Sơn đến cửa Lạch Trường (Thanh Hóa); khu vực ven biển miền Trung, kéo dài từ Lạch Trường đến Vũng Tàu; khu vực Nam Bộ từ Vũng Tàu đến Hà Tiên[4]

Việc kiểm kê rừng ở nước ta nói chung và RNM nói riêng chủ yếu dựa trên

dữ liệu ảnh quang học và các vùng mẫu được đo đạc thực địa Việc phân loại dựa trên ảnh quang học chỉ giúp phân biệt vùng có rừng và không có rừng, còn thông tin chính xác về chất lượng và số lượng rừng là không thể biết được[21] Để biết các thông tin này nhất là sinh khối rừng và trữ lượng CO2 là hết sức cần thiết vì nó

có thể đánh giá cả khối lượng cũng như chất lượng rừng

Dữ liệu ảnh RADAR là dữ liệu ảnh vệ tinh chủ động, nó không phụ thuộc vào nguồn năng lượng của mặt trời Đặc tính thông số của ảnh RADAR bao gồm bước sóng, góc chụp, và sự phân cực có thể sử dụng để thu thập thông tin

về chất liệu bề mặt của vật thể được quan trắc thông qua sự tương tác của tín hiệu ảnh RADAR với bề mặt quan trắc Bên cạnh đó tín hiệu ảnh RADAR còn có khả năng xuyên thấu vào bề mặt quan trắc, tùy thuộc vào bước sóng cũng như chất liệu bề mặt sẽ quyết định mức độ thẩm thấu của tín hiệu Ví dụ với thực phủ, RADAR với bước sóng kênh X (3,8 cm) hay kênh C (5,6 cm) thường tương tác với tầng vòm lá và cành nhỏ của rừng; bước sóng lớn hơn như kênh L (23 cm), kênh P (65 cm) thường tương tác với cành lớn, thân cây, hay bề mặt đất của rừng[17,18] Do vậy dữ liệu ảnh RADAR, không những chứa thông thông tin hai chiều của rừng mà thông qua sự tương tác của sóng RADAR với rừng còn cho thông tin trực tiếp liên quan tới sinh khối rừng và CO2

Vì vậy việc sử dụng ảnh Radar để nghiên cứu về trữ lượng CO2 rừng là rất cấp thiết Tất cả điều này dẫn đến để có thể sử dụng ảnh RADAR để xác định trữ lượng

CO2 rừng ở nước ta đòi hỏi phải có các nghiên cứu khoa học về đặc điểm tán xạ

và phân cực của ảnh RADAR trong điều kiện cụ thể của rừng Việt Nam cũng như các phương pháp tiếp cận thích hợp để có thể xác định chính xác sinh khối rừng bằng công nghệ viễn thám RADAR

Xuất phát từ ý nghĩa thực tiễn trên tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu,

đánh giá trữ lượng Carbon trên mặt đất bằng ảnh viễn thám Radar tại khu rừng ngập mặn Cần Giờ- Thành phố Hồ Chí Minh” nhằm xác định sinh khối rừng, từ

đó có thể ứng dụng công nghệ này trong xác định trữ lượng các bon trên mặt đất rừng nhiệt đới ngặp mặn tại Việt Nam

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Nghiên cứu về sinh khối và CO 2

Năm 1840, Liebig J.V đã định lượng về sự tác động của thực vật tới không khí và phát triển thành định luật “tối thiểu” Đến năm 1954, Mitscherlich, E.A đã phát triển định luật này thành định luật “năng suất”[25]

Riley, G.A (1944), Steemann, N E (1954), Fleming, R H (1957) đã tổng kết quá trình nghiên cứu và phát triển sinh khối rừng trong các công trình nghiên cứu của mình [24]

Năm 1964, Lieth, H đã thể hiện năng suất trên toàn thế giới bằng bản đồ năng suất Đồng thời, sự ra đời của Chương trình sinh học quốc tế (International Biology Program, 1964) và Chương trình sinh quyển con người (Man and Biosphere, 1971) đã tác động mạnh mẽ tới việc nghiên cứu sinh khối Những nghiên cứu trong giai đoạn này tập trung vào các đối tượng là đồng cỏ, savan, rừng rụng lá và rừng mưa thường xanh [28]

Tính toán năng suất sơ cấp của một số hệ sinh thái, Dajoz (1971) đã thu được kết quả như sau: Mía ở châu Phi: 67 tấn/ha/năm; Rừng nhiệt đới thứ sinh ở

Yangambi: 20 tấn/ha/năm; Savana cỏ Mỹ (Penisetum purpureum) châu Phi: 30

tấn/ha/năm; Đồng cỏ tự nhiên ở Fustuca (Đức): 10,5-15,5 tấn/ha/năm; Đồng cỏ tự nhiên Deschampia và Trifolium ở vùng ôn đới là 23,4 tấn/ha/năm; Còn sinh khối (Biomass) của Savana cỏ cao Andrôpgon (cỏ Ghine): 5.000-10.000

kg/ha/năm;Rừng thứ sinh 40-50 tuổi ở Ghana: 362.369 kg/ha/năm (dẫn theo Dương Hữu Thời, 1992) [15]

Năm 1982, Canell, M.G.R đã công bố công trình “Sinh khối và năng suất sơ cấp rừng thế giới - World forest biomass and primary production data” trong đó tập hợp 600 công trình đã được xuất bản về sinh khối khô của hơn 1.200 lâm phần thuộc 46 nước trên thế giới [20]

Lasco, R D (2002) công bố mặc dù rừng chỉ che phủ 21% diện tích bề mặt trái đất, nhưng sinh khối thực vật của nó chiếm đến 75% so với tổng sinh khối thực vật trên cạn và tăng trưởng sinh khối hàng năm chiếm 37% [27]

Nhằm thực hiện nỗ lực này, Công ước tăng trưởng khung về biến đổi khí hậu (BĐKH) của Liên hợp quốc (UNFCCC) đã được phê chuẩn và tiếp theo đó là Nghị định thư Kyoto Trong các văn bản này, việc quản lý khí nhà kính (KNK) được đặc biệt quan tâm, trong đó các hệ sinh thái rừng tự nhiên nhiệt đới được coi

là các “bể chứa” các bon khổng lồ, là yếu tố quan trọng trong việc ngăn ngừa BĐKH Với tầm quan trọng này, việc nghiên cứu xác định sinh khối và trữ lượng các bon trong các hệ sinh thái rừng, đặc biệt là rừng tự nhiên nhiệt đới được đặt lên hàng đầu Nghiên cứu về lĩnh vực này không chỉ có ý nghĩa đối với việc kiểm kê KNK của từng quốc gia mà nó còn có vai trò hết sức quan trọng trong việc thương mại hóa giá trị hấp thụ CO2 của rừng nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính

Các nhà khoa học đã cố gắng xác định quy mô của các vùng dự trữ các bon toàn cầu và sự đóng góp của rừng vào các vùng dự trữ cũng như những thay đổi về lượng các bon được dự trữ như: Bolin (1977); Post, Emanuel và cộng sự (1982); Detwiler và Hall (1988); Brown, Hall và cộng sự (1993); Dixon, Brown (1994) [19]; Malhi, Baldocchi (1999)

Năm 1999, một nghiên cứu về lượng phát thải các bon hàng năm và lượng các bon dự trữ trong sinh quyển được Malhi và Baldocchi thực hiện Theo các tác giả, sự phát thải từ các hoạt động của con người (như đốt nhiên liệu hoá thạch, ) đã

thải ra 7,1±1,1 Gt C/năm, trong đó 46% bị giữ lại khí quyển, 28% được chuyển vào đại dương ; 25% (tương đương 1,8±1,6 Gt C/năm) được giữ trong trái đất

Các nghiên cứu đang được tiến hành nhanh chóng để tìm dẫn chứng về kho

dự trữ các bon tại các lớp phủ thực vật và làm thế nào để các bể chứa này có thể gia tăng hấp thụ khí CO2 từ khí quyển Những nghiên cứu này rất quan trọng, đặc biệt đối với các nước công nghiệp cần đạt được sự giảm phát thải theo Nghị định thư Kyoto

Năm 1980, Brown và cộng sự đã sử dụng GIS dự tính lượng các bon trung bình trong rừng nhiệt đới châu Á là 144 tấn/ha trong phần sinh khối và 148 tấn/ha trong lớp đất mặt ở độ sâu 1 m, tương đương 42-43 tỷ tấn các bon trong toàn châu lục Năm 1991, Houghton R.A đã chứng minh lượng các bon trong rừng nhiệt đới châu Á từ 40-250 tấn/ha, trong đó 50-120 tấn/ha ở phần thực vật và đất [23]

Năm 1986, Palm, C.A và cộng sự đã cho rằng lượng các bon trung bình trong sinh khối phần trên mặt đất của rừng nhiệt đới châu Á là 185 tấn/ha và biến động từ 25-300 tấn/ha Kết quả nghiên cứu của Brown (1994) cho thấy rừng nhiệt đới Đông Nam Á có lượng sinh khối trên mặt đất từ 50-430 tấn/ha (tương đương 25-215 tấn C/ha) và trước khi có tác động của con người thì các trị số tương ứng là 350-400 tấn/ha (tương đương 175-200 tấn C/ha) [19]

Năm 1993 tại Malaysia, Putz F.E & Pinard M.A đã chỉ ra rằng bằng việc áp dụng phương thức khai thác giảm thiểu (RIL) tác động ở Sabah, sau khai thác một năm, lượng sinh khối đã đạt 44-67% so với trước khai thác Lượng các bon trong lâm phần sau khai thác theo RIL cao hơn lâm phần khai thác theo phương thức thông thường đến 88 tấn/ha (dẫn theo Phạm Xuân Hoàn, 2005) [2]

Cũng theo kết quả thống kê của Brown (1994), tổng lượng các bon dự trữ của rừng trên toàn thế giới khoảng 826 tỷ tấn chủ yếu ở cây và trong lòng đất, con người hoàn toàn có thể chuyển dịch các các bon từ khí quyển thông qua một s ố

b ư ớ c nhằm tăng các bể chứa các bon này Các bước này có thể bao gồm tăng khối lượng các bon dự trữ cho một ha thông qua quản lý mật độ hoặc tuổi rừng (Hoen and Solberg, 1994; Van Kooten et al., 1995; and Murray, 2000) hoặc tăng

diện tích rừng (Stavins, 1999; Plantinga et al; 1999) bằng phương pháp này đã đưa

ra nhiều triển vọng làm giảm giá thành cắt giảm KNK và mối lo ngại toàn cầu [19] Năm 2000 tại Indonesia, Noordwijk đã tính toán khả năng tích luỹ các bon của các rừng thứ sinh, các hệ nông lâm kết hợp và thâm canh cây lâu năm trung bình là 2,5 tấn/ha/năm và có sự biến động rất lớn trong các điều kiện khác nhau từ 0,5-12,5 tấn/ha/năm, rừng Quế 7 tuổi tích luỹ từ 4,49-7,19 kg C/ha

Năm 2002 tại Philippines, Lasco R cho thấy ở rừng tự nhiên thứ sinh có

86-201 tấn C/ha trong phần sinh khối trên mặt đất; ở rừng già là 370-520 tấn sinh khối/ha (tương đương 185-260 tấn C/ha, lượng các bon ước chiếm 50% sinh khối) Rừng sản xuất cây mọc nhanh tích luỹ được 0,5-7,82 tấn C/ha/năm tuỳ theo loài cây

- Quá trình sinh trưởng của cây trồng cũng là quá trình tích lũy các bon

Năm 2002, tổ chức “Australian Greenhouse Office” đã soạn thảo sổ tay hướng dẫn đo đạc ngoài thực địa cho việc đánh giá các bon, trong đó có các bon rừng trồng Theo đó, tất cả các bước thu thập thông ti như lịch sử rừng trồng, lập địa và các phương pháp cụ thể trong thu thập số liệu cũng như lấy mẫu, xử lý

số liệu được mô tả chi tiết

Trên thế giới việc sử dụng ảnh SAR để xác định sinh khối rừng đã được thực hiện từ nhiều năm trước đây Các công trình nghiên cứu sử dụng ảnh SAR trong xác định sinh khối rừng chỉ ra rằng tín hiệu RADAR với các tần số khác nhau nhạy cảm với sinh khối rừng trong khoảng từ 80 đến 200 tấn/Hecta (Hussin et al,

1991; Dobson et al., 1992; Le Toan et al., 1992; Rauste et al., 1994; Rignot et al., 1994; Ranson et al.,1997 trong [30] ) Sóng RADAR có tần số thấp như kênh P (68 cm) thể hiện sự bão hòa với sinh khối đến 200 tấn/ha, trong khi đó tần số cao như kênh C (5,6 cm) thường bão hòa với sinh khối khoảng 80 tấn/ha [7] Một nghiên cứu về rừng ước tính sinh khối RNM khu vực Guiana của Pháp và phía Bắc Australia của Christophe Proisy năm 2003 đã đưa ra dữ liệu SAR nhạy cảm với sinh khối RNM hai vùng nghiên cứu này ở mức 50 tấn/hecta đối với kênh C, 100 tấn/hecta với kênh L, và 150 tấn/hecta với kênh L Với các phân cực thì phân cực

HV nhậy cảm nhất đối với việc ước tính sinh khối RNM khu vực này Tất cả các kênh của dữ liệu SAR đều bị bão hòa ở mức 250 tấn/hecta [22]

Có rất nhiều các thuật toán cho việc tính toán sinh khối dựa trên dữ liệu ảnh SAR, tuy nhiên chúng cũng cho kết quả sai khác nhau nhiều, thông thường chỉ được

áp dụng cho từng vùng Phương pháp tiếp cận được sử dụng nhiều nhất sử dụng hàm hồi quy, trong đó đường cong hồi quy được làm trùng với một tệp các kết quả

đo đạc sinh khối trên thực địa Đường cong hồi quy này sau đó được sử dụng để tính sinh khối dựa trên các giá trị tán xạ trên ảnh Ví dụ, hàm tính toán sinh khối

ở phía đông bắc Phần Lan được Yrjo Rauster đưa ra như sau [31]:

Trong cả hai vùng nghiên cứu thì R2 = 0.86 và 0.95 Điều đó thể hiện có

sự tương quan lớn giữa sinh khối rừng tại hai khu vực nghiên cứu trên và chỉ số hai phân cực HH/VV tính theo đơn vị (dB)

Vũ Tiến Hinh, 2000; Đào Công Khanh, 2001 và Vũ Nhâm, 1995 (dẫn theo Viện Điều tra Quy hoạch rừng, 2001) Đây là những nghiên cứu bước đầu làm cơ sở cho việc triển khai nghiên cứu sinh khối và tính toán khối lượng CO2 ở các loại rừng nhiệt đới ở nước ta

Việc sử dụng dữ liệu ảnh RADAR để nghiên cứu thực phủ đã được tiến hành qua một số các nghiên cứu như sử dụng dữ liệu ảnh SAR để nghiên cứu diện tích lúa nước khu vực đồng bằng sông Cửu Long của PGS.TS Phạm Văn Cự (2003)

và các cộng sự Trong công trình nghiên cứu tác giả đã cùng với các cộng sự của mình nghiên cứu diện tích lúa nước khu vực đồng bằng sông Cửu Long Công trình nghiên cứu của Ths Lâm Đạo Nguyên sử dụng dữ liệu ảnh SAR của các vệ tinh ERS1/2 để nghiên cứu sự tăng trưởng của cây lúa vùng đồng bằng sông Cửu Long [8] Các nghiên cứu thử nghiệm của Viện Quy Hoạch Nông nghiệp, sử dụng dữ liệu ảnh ASAR để đánh giá năng xuất lúa khu vực tỉnh Thái Bình Tuy nhiên các ứng dụng ảnh RADAR cho mục đích tính sinh khối rừng ở nước ta còn khá hạn chế cũng như chưa được ứng dụng rộng rãi mặc dù vấn đề tài nguyên rừng

là vấn đề được sự quan tâm lớn của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn qua các dự án kiểm kê rừng

Trong nghiên cứu của Waruta Takeuchi và cộng sự tháng 11 năm 2011, có sử dụng ảnh ALOS kênh L dùng ước tính sinh khối trên mặt đất khu vực RNM ven biển tỉnh Quảng Ninh, Việt Nam Nhóm tác giả dùng hai phân cực tính toán là HH

và HV của ảnh Radar ALOS Trong nghiên cứu có đề cập đến mực nước biển và các loài cây ngập mặn khác nhau Kết quả thu được là sinh khối phía trên mặt đất AGW (Above Ground Tree Weight) là 16 tấn/Ha đối với vùng có cây cao khoảng 5 mét

Tại RNM Cần Giờ, việc nghiên cứu sinh khối và tính toán lượng carbon tích

tụ đã được thực hiện đối với một số loài như: Dà vôi, Dà quánh, Mấm trắng, Cóc trắng, Đước đôi, Dừa lá, Chà là, carbon trong đất và phát thải CO2 từ đất

Viên Ngọc Nam (2009) đã nghiên cứu sinh khối Dà quánh (Ceriops zippeliana Blume) và Cóc trắng (Lumnitzera racemosa Willd) tại Khu Dự trữ sinh quyển RNM

Cần Giờ phương pháp nghiên cứu chủ yếu là bố trí ô đo đếm ngoài thực địa, kết hợp với phân tích trong phòng thí nghiệm, sử dụng máy vi tính để tính toán nội nghiệp, sử dụng các hàm toán học để xây dựng các biểu các số liệu thu thập, tính toán và kiểm tra đều dựa vào thống kê toán học Cụ thể, đề tài đã tiến hành bố trí 80

ô đo đếm Mỗi ô đo đường kính thân cây ở vị trí 1,3 m, chiều cao vút ngọn và mật

độ Sau đó tiến hành chặt hạ mỗi loài 40 cây tiêu chuẩn có các đường kính thân cây

ở vị trí 1,3 m từ nhỏ đến lớn, tiến hành cân trọng lượng theo từng bộ phận: Thân, cành, lá… các bộ phận tươi của cây được cân ngay tại thực địa Cây sau khi được chặt hạ được chia thành các đoạn có chiều dài 1 m để tính thể tích Bộ phận thân và cành mỗi loại lấy 1 kg sấy khô ở 1050C đến khi trọng lượng không đổi Sau đó tính carbon trong các mẫu sấy khô Sau khi phân tích carbon của các mẫu sẽ xây dựng phương trình tương quan carbon tích tụ trong sinh khối của cây cá thể với các chỉ tiêu đường kính, chiều cao Trên cơ sở tính toán của cây cá thể để tính toán lượng carbon tích tụ trong quần thể

Kết quả đã so sánh được tỉ lệ sinh khối khô so với tươi của Dà quánh thấp hơn Cóc trắng và lập được bảng tra nhanh sinh khối tươi, khô của loài Dà quánh và Cóc trắng thông qua phương trình sinh khối với các bộ phận cây cá thể Đồng thời tác

giả đã đưa ra mối tương quan giữa các nhân tố điều tra thể hiện ở các phương trình tương quan như sau:

Các phương trình tương quan giữa chiều cao Hvn với đường kính D1,3 ở cây cá thể của Cóc trắng và Dà quánh lần lượt là:

Sau khi bị chiến tranh tàn phá, RNM Cần Giờ đã được khôi phục lại, Đước đôi

là một trong những loài được trồng lại từ năm 1978, đây là loài cây được trồng chủ yếu ở các khu RNM ở nước ta nói chung và ở Cần Giờ nói riêng, đến nay Đước đôi

đã trở thành loài phổ biến, sinh trưởng, phát triển và có vai trò quan trọng trong hệ sinh thái RNM tại đây Vì vậy có nhiều nghiên cứu về khả năng hấp thụ CO2 của rừng Đước trồng để xác định giá trị chi trả dịch vụ môi trường đã được thực hiện Viên Ngọc Nam và Lâm Khải Thạnh (2010) đã tiến hành nghiên cứu so sánh khả năng hấp thụ CO2 của rừng Đước đôi 28 – 32 tuổi ở Khu Dự trữ sinh quyển RNM Cần Giờ Đề tài tiến hành bố trí 30 ô tiêu chuẩn, trong mỗi ô xác định vị trí, mật độ, chu vi thân cây và độ cao ngập triều Sau khi thu thập các số liệu thực địa,

đề tài tiến hành phân tích và xác định lượng CO2 hấp thụ trung bình ở tuổi 28 -32,

so sánh khả năng hấp thụ CO2 giữa 5 tuổi Đước đôi này và xác định ảnh hưởng của yếu tố ngập triều Kết quả như sau: khả năng hấp thụ CO2 của Đước đôi theo từng

bộ phần là: Đước đôi có lượng CO2 hấp thụ cao nhất (84,19 % - 84,59 %); cành (7,07% - 7,20%); rễ trên mặt đất chiếm (5,95 % – 6,14 %); lá (2,46 % – 2,47 %) Lượng CO2 hấp thụ trung bình của quần thể Đước đôi ở 32 tuổi cao nhất trong 5 tuổi là 748,42 tấn/ha.; khả năng hấp thụ khí CO2 của quần thể không phụ thuộc vào yếu tố ngập triều, mà thay vào đó là những yếu tố như đường kính, chiều cao và đường kính [8]

Năm 2011, Viên Ngọc Nam tiếp tục thực hiện nghiên cứu về khả năng tích tụ carbon của rừng Đước đôi để xác định carbon tích lũy trong các bộ phận trên mặt đất (Thân, lá, cành, rễ trên mặt đất) trồng từ 11 – 31 tuổi Đề tài cũng sử dụng phương pháp thu thập số liệu ngoài thực địa, kết hợp phân tích trong phòng thí nghiệm Cụ thể như sau: tác giả tiến hành chặt 42 cây tiêu chuẩn ở các đường kính thân cây ở vị trí D1,3 từ nhỏ đến lớn (3,2 cm < D1,3 < 30,3 cm), bố trí đều trên các cấp tuổi, tiến hành cân trọng lượng theo từng bộ phận Chọn cây ngã để giải tích, đo chiều dài thân cây, đo tiết diện đoạn 1 m cho đến hết thân cây để xác định các chỉ tiêu sinh trưởng, từ đó suy ra thể tích của cây Mỗi mẫu từng bộ phân sinh khối được lấy về phòng thí nghiệm để xác định sinh khối khô Rừng được chia thành 4 cấp tuổi: cấp 1: 27 – 31 tuổi; cấp 2: 22 – 26 tuổi, cấp 3: 17 – 21 tuổi; cấp 4: 11 – 16 tuổi Tổng số ô tiêu chuẩn là 200 ô cho 4 cấp tuổi Trong ô đo đếm xác định đường kính của tất cả các cây

Kết quả tác giả đã tính được lượng carbon tích lũy trong quần thể cụ thể như sau: Quần thể cấp tuổi 1 (tuổi từ 27 - 31) có lượng carbon tích tụ cao nhất là 138,65

± 7,43 tấn C/ha hay 508,39 ± 27,26 tấn CO2/ha, cấp tuổi 2 (22 - 26 tuổi) tích tụ là 115,72 ± 12,25 tấn C/ha hay 424,31 ± 44,90 tấn CO2/ha, cấp tuổi 3 (17 - 21 tuổi) tích tụ là 76,00 ± 11,06 tấn C/ha hay 278,68 ± 40,54 tấn CO2/ha và thấp nhất là cấp tuổi 4 (11 - 16) tích tụ 58,68 ± 7,72 tấn C/ha hay 215,66 ± 28,30 tấn CO2/ha

Tác giả cũng đã xác định được phương trình thể hiện các mối quan hệ giữa sinh khối, carbon và CO2 với đường kính (D1,3) dưới dạng:

W = a*D1,3b Phương trình có hệ số xác định rất cao và sai số thấp nên sử dụng tốt cho việc đánh giá khả năng tích tụ của rừng Đước đôi trồng tại Cần Giờ [9]

Ngoài các đề tài được tiến hành xác định khả năng tích lũy CO2 đối với bể carbon trên mặt đất của rừng Đước đôi, việc nghiên cứu khả năng tích lũy carbon trong đất của rừng Đước đôi trồng tại Khu Dự trữ sinh quyển RNM Cần Giờ cũng

đã được tác giả Viên Ngọc Nam và Trần Thị Thảo Nguyên thực hiện (2009), đề tài thực hiện nhằm đánh giá và so sánh lượng carbon tích lũy trong đất theo các tuổi Đước đôi phân bố ở ven sông và ven đường

Đề tài tiến hành theo phương pháp của Donato và cs đã thực hiện ở RNM Bangladesh, gồm các bước: (1) Xác định lượng carbon tích lũy trong đất ở độ sâu từ

0 – 100 cm; (2) xác định lượng carbon tích lũy trong đất ở các tầng đất 0 – 30 cm và

30 – 100 cm; (3) xây dựng phương trình tương quan giữa carbon tích lũy trong đất 0 – 100 cm với các yếu tố Đề tài đã thu thập các mẫu đất ở 32 ô tiêu chuẩn phân bố

ở rừng Đước đôi từ 26 - 33 tuổi, sau đó phân tích mẫu và tính toán lượng cacbon tích lũy theo từng tuổi Kết quả nghiên cứu cho thấy, tích lũy cacbon trong đất ở các tuổi Đước đôi phân bố ven đường là cao hơn các tuổi Đước đôi phân bố ven sông, trung bình lượng carbon tích lũy trong đất ở các tuổi là từ 236,99 tấn/ha đến 415,02 tấn/ha [13]

Sinh khối quần thể Dà vôi (Ceriops tagal C B Rob) trồng tại Khu Dự trữ sinh

quyển Cần Giờ cũng đã được tác giả Viên Ngọc Nam (2012), nghiên cứu và ước lượng giá trị sinh khối Đề tài dùng phương pháp chặt hạ 32 cây cá thể, sau đó xác định sinh khối cây cá thể từ đó xây dựng các phương trình tương quan với các nhân

tố dễ đo đếm như đường kính, chiều cao [13]

Với số liệu thu thập trên 50 ô đo đếm ở tuổi 4, tuổi 11, tuổi 13, tuổi 15 và tuổi

17 của loài Cóc trắng (Luminitzera racemosa) được trồng tại Khu dự trữ sinh quyển

RNM Cần Giờ, tác giả Viên Ngọc Nam (2011) cũng đã nghiên cứu khả năng tích tụ carbon của rừng Cóc Trắng Đề tài đã xây dựng các phương tình tương quan giữa sinh khối khô với D1,3 ở các bộ phận và tổng Kết quả đã xác định được sinh khối

khô quần thể đạt trung bình là 47,51 tấn/ha, trong đó thân chiếm 75,06 %, cành chiếm 18,36 % và lá chiếm 6,58 % Khả năng tích tụ carbon trung bình của quần thể tuổi 4 đạt 1,62 tấn C/ha, tuổi 11 đạt 18,76 tấn C/ha, tuổi 13 đạt 22,49 tấn C/ha, tuổi

15 đạt 27,06 tấn C/ha và tuổi 17 đạt 36,61 tấn C/ha [13]

Đối với rừng tự nhiên, việc tính sinh khối cũng được tiến hành nghiên cứu trên một số loài như: Mắm trắng, Dà quánh do tác giả Viên Ngọc Nam tiến hành tại RNM Cần Giờ

Sinh khối Mắm trắng được nghiên cứu và xác định năng suất sơ cấp cho rừng Mắm trắng tự nhiên ở Cần Giờ (2000) Đồng thời xây dựng các phương trình tương quan sinh khối khô với D1,3 đối với thân, cầnh, lá, tổng Sau đó so sánh sinh khối

cây cá thể của các loài Avivennia germinans ở Mexico, A marina ở Sri Lanka, A

marina ở Tây Úc với A alba ở Cần Giờ Kết quả cho thấy sinh khối của Mắm trắng

ở Cần Giờ cũng thuộc loại có sinh khối cao [5]

Tương tự đối với nghiên cứu sinh khối Dà quánh, Viên Ngọc Nam (2009) cũng đã tiến hành thực hiện phương pháp: lập 35 ô tiêu chuẩn, tại các tiểu khu 10 A,

10 C, 11, 12, 13, 17 và 21 thuộc rừng phòng hộ Cần Giờ, thu thập các chỉ số đo đếm, chặt hạ 35 cây cá thể, từ đó xây dựng các phương tình tương quan giữa sinh khối với D1,3 của các bộ phân cây (lá, thân, cành, tổng), các phương trình tương quan giữa sinh khối khô và tươi Đề tài cũng đã xác định đuợc năng suất trung bình

là 70,37 tấn CO2/ha, giá trị bằng tiền thu nhập từ chỉ tiêu CO2 là 25.828.000 VNĐ/ha Như vậy giá trị bằng tiền thu được từ CO2 tương đương tại thời điểm nghiên cứu là 8.178.332.000 đồng [6]

Ngoài các nghiên cứu liên quan đến tích tụ carbon được tiến hành ở RNM Cần Giờ còn có một số nghiên cứu được tiến hành tại khu RNM khác như RNM ở tỉnh

Cà Mau, Khu Bảo tồn thiên nhiên đất ngập nước Thạnh Phú…

Lê Thị Kim Thoa (2012) đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp thụ

CO2 trên cơ sở sinh khối của rừng Đước đôi (Rhizophora apiculata Blume) trồng tại

Khu Bảo tồn thiên nhiên đất ngập nước Thạnh Phú”, tác giả đã thành lập 46 ô tiêu chuẩn, đo đếm số liệu về chu vi thân cây tại độ cao 1,3 m Sau đó điều tra cây cá

thể, căn cứ theo số liệu đường kính D1,3, chọn 36 cây tiêu chuẩn, đốn ngã và giải tích các bộ phân để tính toán lượng carbon, sinh khối tươi và khô, xây dựng phương trình tương quan từ dữ liệu của 32 cây ngã, giữa các nhân tố sinh khối (tươi, khô) với nhân tố sinh trưởng của cây (đường kính D1,3 và chiều cao Hvn), giữa sinh khối tươi và sinh khối khô, giữa khả năng hấp thụ CO2 với D1,3, Hvn và sinh khối

Kết quả tác giả đã xác định được phương trình thể hiện mối tương quan giữa chiều cao và đường kính:

Hvn = exp(0,7916 + 0,6410*ln(D1,3)) Sinh khối cây cá thể tăng tỉ lệ thuận với đường kính D1,3, kết cấu sinh khối khô các bộ phận cây cá thể sắp xếp theo thứ tự: Thân khô > sinh khối rễ khô > sinh khối cành khô > sinh khối lá khô, tổng sinh khối khô quần thể Đước đôi trung bình đạt 249,78 ± 23,48 tấn/ha Lập bảng tra nhanh sinh khối khô, carbon và CO2 Tác giả cũng đã xác định các phương trình tương quan giữa lượng CO2 bộ phận cây hấp thụ với D1,3:

D1,32,3832) của cành (Wck = 0,000964* D1,32,0930), lá (Wlak = 0,0185* D1,32,7508) và của rễ trên mặt đất là (Wretmdk = 0,00679* D1,32,7508) Hệ số chuyển đổi carbon từ sinh khối khô là 0,455 Qua nghiên cứu cho thấy dạng phương trình Y = aXbthể hiện tốt mối quan hệ giữa sinh khối, carbon với đường kính thân cây (D1,3) [7] Trong dự án Bảo tồn và Phát triển Khu Dự trữ sinh quyển Kiên Giang, Sở khoa học và công nghệ đã nghiên cứu sinh khối và carbon của RNM cho tỉnh Kiên Giang (2010) Đây là những kết quả đầu tiên về sinh khối rừng ngặp mặn ở cấp

vùng và hàm lượng CO2 lưu trữ trong các rừng ngặp mặn tại tỉnh Kiên Giang Sinh khối và lượng carbon ước tính từ các ô tiêu chuẩn được sử dụng để ngoại suy ra tòan huyện và tỉnh Kiên Giang bằng cách sử dụng ảnh vệ tinh phân loại thảm thực vật và phương pháp khoanh vẽ bản đồ Nghiên cứu đã thực hiện khảo sát thực địa tại tỉnh Kiên Giang vào tháng 7 – 8/2009 và tháng 1/2010 40 ô tiêu chuẩn được xác định và bố trí dựa trên các kểt quả thu được từ ảnh vệ tinh Kết quả thu nghiên cứu cho thấy sinh khối trung bình trên và dưới mặt đất tại 40 ô tiêu chuẩn là 157 tấn/ha Tổng trọng lượng sinh khối khô trên và dưới mặt đất đối với rừng loại 1 là 147 tấn/

ha nhỏ hơn tổng trọng lượng khô của rừng ngặp mặn loại 2 (190 tấn/ha) Quy đổi ra tổng khối lượng CO2 là 282 tấn/ha Qua phân tích kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng sinh khối rừng ngặp mặn ở Kiên Giang là cao hơn so với kết quả một số nghiên cứu

đã công bố (Saenger (2002), Komiyama và cs, (2008), Alongi, (2009)) Đề tài cũng ước tính được tổng sinh khối rừng ngặp mặn ở Kiên Giang hiện có (dựa trên phương pháp ngoại suy từ các khu vực rừng đã được khoanh vẽ trên bản đồ) là 549.114 tấn, tương đương với 269.089 tấn carbon lưu trữ được

Bên cạnh các nghiên cứu về tích tụ carbon của các khu RNM, các nghiên cứu

về tích tụ carbon nghiên cứu các kiểu rừng khác cũng đã được thực hiện như rừng trồng, rừng thường xanh mưa ẩm nhiệt đới, rừng phục hồi sau nương rẫy…

Ngô Đình Quế và Đinh Thanh Giang (2008) đã nghiên cứu khả năng hấp thụ

CO2 của một số rừng trồng chủ yếu ở Việt Nam như rừng Bạch đàn 3 -12 tuổi, rừng Keo lai 3 – 12 tuổi, rừng Thông nhựa 3 tuổi, 13 tuổi, 21 tuổi Nghiên cứu sử dụng phương pháp lập ô tiêu chuẩn, chọn một số cây tiêu chuẩn để giải tích, đo đếm các chỉ tiêu sinh khối (thân, cành, lá, rễ), đào diện đất mô tả và lấy mẫu đất ở độ sâu 0 -

20 cm Tác giả đã chứng minh được lượng CO2 hấp thụ phụ thuộc rất lớn vào trữ lượng rừng và tuổi rừng Nghiên cứu cũng tiến hành định lượng về việc giảm phát thải khí thông qua trồng rừng, kết quả chỉ ra Keo lai có tiềm năng giảm phát thải bình quân tương đương với 17,4 tấn CO2/ha [14]

Viên Ngọc Nam và Nguyễn Thị Hà (2009) trong nghiên cứu “ Đánh giá khả năng hấp thụ CO2 của rừng Keo lai (Acacia auriculiformis x A mangium) trồng tại

quận 9, thành phố Hồ Chí Minh” đã dùng phương pháp nghiên cứu sinh khối quần thể thông qua sinh khối cây cá thể (cây tiêu chuẩn đại diện cho lâm phần theo cấp tuổi) Tác giả đã thu thập số liệu trên 21 ô tiêu chuẩn tạm thời qua đo đếm 1 lần Mỗi ô tiêu chuẩn có diện tích là 500 m2 (20 x 25 m) và tiến hành đo đếm các chỉ tiêu sinh trưởng phục vụ cho nội dung nghiên cứu của đề tài Sau đó chọn 1 số cây tiêu chuẩn để giải tích, đo đếm các chỉ tiêu sinh khối (thân, cành, lá), lấy mẫu để phân tích Lập 5 ô dạng bản với diện tích 1 m2 trong mỗi ô tiêu chuẩn, thu thập, đo đếm lượng thảm mục hiện có (cành, lá rụng dưới tán rừng) Trong phương pháp này, hàm lượng carbon trong sinh khối được xác định thông qua việc áp dụng hệ số mặc định trong phần mềm The Fullcam carbon accounting Model (Version 3.0) User Manual của Gary Richard, David Evans và cs (2005), với các bộ phận thân, cành, lá tương ứng với các hệ số 0,50; 0,47; 0,52 Nghĩa là hàm lượng carbon được tính bằng cách nhân sinh khối khô của các bộ phận với hàm số mặc định trên Theo

đó hàm lượng carbon của cây sẽ là tổng hàm lượng carbon ở các bộ phận: thân, cành, lá Rồi từ carbon lại suy ra CO2 như sau:

Lượng CO2 hấp thụ = trữ lượng C*44/12 Hay 1 tấn C tương ứng 3,67 tấn CO2 Kết quả đã phân tích, tính toán lượng carbon trong sinh khối trên mặt đất, sàn rừng, xác định được mối tương quan giữa trữ lượng, sinh khối và lượng CO2 hấp thụ hàng năm của Keo lai 3, 5, 7 tuổi là 17,13; 21,99 và 21,53 tấn CO2/ha/năm Kết quả nghiên cứu cũng đã bước đầu lượng giá được giá trị thu nhập bằng tiền từ khả năng hấp thu CO2 của rừng Keo lai ở tuổi 3 là 3,015 triệu đồng, tuổi 5 là 3,87 triệu đồng và tuổi 7 là 3,789 đồng/ha/năm [7]

Viên Ngọc Nam và Tôn Thiện An (2010) trong nghiên cứu “Khả năng tích tụ

carbon của rừng Thông ba lá (Pinus kesiya Royle ex Gordon) tự nhiên ở tỉnh Lâm

Đồng” cho kết quả là lượng carbon tích lũy trung bình trong quần thể là 118,5 ± 10,34 tấn C/ha Lượng carbon tích lũy trong bộ phận thân cao nhất là 68,62 ± 5,97 tấn/ha, cành là 20,41 ± 1,78, rễ là 22,33 ± 1,95 và thấp nhất là carbon của bộ phận lá

là 7,14 ± 0,81 tấn/ha

Trần Bình Đà và cs (2010) đã sử dụng phương pháp đánh giá nhanh tích lũy carbon để ước tính lượng carbon tích lũy cho 2 trạng thái rừng phục hồi sau nương rẫy, tỉnh Hòa Bình Nghiên cứu đã sử dụng phương trình của Kertterings (2001) để tính sinh khối trên mặt đất của cây rừng theo công thức:

Đỗ Hoàng Chung và cs (2010) đã nghiên cứu đánh giá lượng carbon tích lũy trên mặt đất của một số trạng thái rừng tại Thái Nguyên, tác giả sử dụng phương trình tính sinh khối trên mặt đất:

Kết quả là trạng thái thảm cỏ, trảng cây bụi, cây bụi xen cây gỗ tái sinh có lượng carbon tích lũy là 1,78 - 13,67 tấn/ha, rừng trồng đạt 13,52 - 53,25 tấn/ha, rừng phục hồi tự nhiên đạt 19,08 - 35,27 tấn/ha

Nhìn chung những nghiên cứu về sinh khối cây RNM đã được thực hiện ở các khu vực khác nhau trên thế giới cho thấy có sự khác nhau tùy thuộc vào vị trí, loài cây, bộ phận của cây, cấu trúc rừng và loại dữ liệu SAR Các tác giả sử dụngmô hình toán, các hàm tương quan sinh khối và giá trị tán xạ ngược của dữ liệu SAR để ước tính sinh khối Những nghiên cứu sinh khối dưới mặt đất do hạn

chế về kinh phí nên ít được thực hiện

1.2 Tổng quan dữ liệu Ảnh viễn thám RADAR

Một lượng lớn các thông tin hiện nay về môi trường và tài nguyên được thu nhận bởi bộ cảm hoạt động trên dải phổ của sóng Radar (Radio Dectection

And Ranging) Viễn thám sóng radar không những chỉ sử dụng trong lĩnh vực quân

sự như trước đây mà ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu môi trường của Trái đất, phục vụ cho khoa học và mục đích hoà bình Công nghệ Radar sử dụng nguồn sóng dài siêu tần, được phát ra từ một anten và thu nhận sóng phản hồi, là một phương tiện hữu hiệu của năng lượng nhân tạo, không còn phụ thuộc vào năng lượng mặt trời nên có thể nghiên cứu môi trường trong mọi lúc

và mọi thời tiết Ngoài ra, đặc tính của sóng radar là không bị ảnh hưởng của mây phủ, chúng có khả năng xuyên mây và thậm chí xuyên vào một lớp mỏng của thạch quyển góp phần tích cực vào nghiên cứu các đối tượng dưới lớp phủ thực vật Sóng radar có một dải sóng ngoài dải sóng của ánh sáng nhìn thấy dùng trong viễn thám vệ tinh và chụp ảnh với bước sóng trong khoảng từ 1mm đến 1m Trong Công nghệ viễn thám sóng radar có hai hệ viễn thám ghi nhận sóng radar cần quan tâm Hệ viễn thám sử dụng nguồn năng lượng sóng radar chủ động, do nguồn năng lượng từ anten tạo ra và thu sóng phản hồi gọi là hệ radar tích cực và hệ thu năng lượng sóng radar phát xạ tự nhiên từ một vật trên mặt đất gọi là viễn thám radar thụ động Ngoài ra, các hệ radar có thể được phân loại theo các đặc tính như radar tạo ảnh và radar không tạo ảnh Radar được dùng để

đo vận tốc chuyển động của vật, vận tốc gió Các thiết bị viễn thám radar có thể được đặt trên mặt đất, máy bay, hoặc trên vệ tinh

Năm 1886 - HMlSMEYER (Đức) thiết kế hợp phần của radar đầu tiên Năm 1930 Taylor (USA) và Watson - Watt thí nghiệm với chùm tia radio xung (Pulsed radio beam) Trong những năm 1940 khoa học đã sáng lập radar cho máy bay và tầu, phục vụ trong chiến tranh thế giới lần thứ II Trong những năm

1950, khoa học đã sáng lập radar kiểu SLAR (radar nhìn xiên trên máy bay) Vào những năm 1960, việc phân loại SLAR và SAR cho việc nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên được thực hiện Trong những năm 1970 được đánh dấu bởi các thiết kế SAR đa kênh Vào năm 1978 lần đầu tiên trên vũ trụ, trên vệ tinh Seasat (USA) sử dụng SAR và tiếp tục với việc sử dụng SIR - radar tạo ảnh trên tầu con thoi (Shuttle Imaging Radar)

Đầu năm 1991 có 3 vệ tinh mang thiết bị radar được phóng thành công lên

vũ trụ, đó là Almaz-1 của Liên Xô cũ, ERS-1 của Cơ quan vũ Trụ Châu Âu ESA, và JERS-1 của Nhật Năm 1995, Radarsat của Canada đã được phóng lên

vũ trụ thành công Có thể nói rằng, trong những năm 1990, công nghệ vũ trụ đã đạt thành công lớn với việc đẩy nhanh ứng dụng của viễn thám radar vũ trụ cho nghiên cứu khoa học và ứng dụng

1.2.1 RADAR độ mở thực

Các nguyên lý vừa nói ở trên là cho một hệ radar nhìn xiên SLAR v ớ i

đ ộ mở thực RAR (Real Aperture radar) chỉ gồm một anten Một hạn chế là độ phân giải của RAR theo phương vị phụ thuộc vào độ lớn của tầm xiên và vào kích thước của anten

Muốn tăng độ phân giải phương vị của radar, tức là tạo ra khoảng các phân cách giữa hai đối tượng sẽ phân cách trên ảnh càng nhỏ, ta phải thực hiện theo hai cách, một là giảm tầm xiên nhỏ hơn, hai là tăng kích thước của anten Cả hai trường hợp này đều trái với viễn thám Điều thứ nhất viễn thám vệ tinh đòi hỏi luôn cách xa mặt đất Thứ hai, tăng kích thước của anten lại càng khó vì tăng trọng lượng mà máy bay hoặc vệ tinh không thể mang được Để khắc phục hai vấn đề, khoa học radar đã tạo nên một hệ radar tổng hợp SAR, sẽ được xem xét dưới đây

1 RADAR độ mở tổng hợp

Hệ radar tổng hợp SAR (Synthetic Aperture radar)

Dựa vào việc chuyển động của máy bay và công nghệ nghệ xử lý dữ liệu sóng phản hồi áp dụng thuật dịch chuyển Doppler bằng cách phân ra các khoảng tần

số khác nhau của tín hiệu anten tạo ra cho hệ radar tổng hợp

Độ rộng của chùm được tách ra làm 3 phần khác nhau về tần số: phần trước máy bay chùm xung sẽ có tần số cao hơn, phần sau máy bay sẽ có tần số thấp hơn và ở giữa sẽ không có thay đổi Khoảng hẹp ở giữa được tạo nên không có sự thay đổi về tần số sẽ sử dụng để tính độ phân giải phương vị của radar tổng hợp

1 .3 Các thông số cơ bản củ ảnh R d r

1.2.3.1 Bước sóng, tần số

RADAR được viết tắt từ cụm từ tiếng Anh Radio Detection And Ranging (dò tìm và xác định khoảng cách bằng sóng radio) hoạt động trong dải sóng từ band siêu cao tần đến band radio (bước sóng từ vài milimét đến 1 mét)

Hình 1.1 Dải tần số hoạt động của Radar

1.2.3.2 Phân cực

Hệ thống thu nhận của radar viễn thám là chủ động nên khi phát và thu sóng điện từ người ta có thể ứng dụng các kiểu phân cực khác nhau nhằm cải thiện thêm thông tin thu nhận

Trong viễn thám Radar, phân cực được chia làm 2 loại:

Phân cực giống nhau:

VV - phát phân cực đứng, thu phân cực đứng

HH - phát phân cực ngang, thu phân cực ngang

Phân cực chéo:

HV - phát phân cực ngang, thu phân cực đứng

VH - phát phân cực đứng, thu phân cực ngang

Hình 1.2 Các kiểu phân cực trong viễn thám Radar

1.2.3.3 Cơ chế tán xạ

Cơ chế tán xạ là một đặc trưng hết sức quan trọng của ảnh Radar, nó phản ánh

sự tương tác giữa sóng Radar với bề mặt đối tượng và đóng vai trò quyết định trong việc tạo ảnh Dưới đây là một số hình minh họa cơ chế tán xạ của ảnh Radar:

Hình 1.3 Cơ chế tán xạ của Radar

(Theo Lê Toàn Thủy, CESBIO, France)

Ở đó, tín hiệu tán xạ ngược là kết quả giữa tán xạ bề mặt, tán xạ khối và đa tán xạ khối Các tán xạ này phụ thuộc vào độ gồ ghề của bề mặt và đặc trưng điện môi của môi trường

Hình 1.4 Các kiểu tán xạ trên các bề mặt khác nhau

Qua hình 1.4 ta có thể thấy độ gồ ghề của bề mặt (tùy thuộc vào bước sóng) ảnh hưởng đến các kiểu tán xạ

Hình 1.5 Các kiểu tán xạ trong môi trường điện môi khác nhau

Với hình 1.5 ta cũng có thể thấy hằng số điện môi của môi trường cũng ảnh hưởng đến cường độ tán xạ

Bên cạnh đó tất cả các yếu tố này lại phụ thuộc vào tần số, sự phân cực và góc tới của ảnh Radar

1.2.3.4 Độ phân giải

Độ phân giải không gian

Độ phân giải của một ảnh ra đa trên mặt đất phụ thuộc vào độ dài của xung và

độ rộng của chùm anten Có hai khái niệm về phân giải không gian: phân giải theo tầm (range) và phân giải theo phương vị (aimuth resolution)

Phân giải theo tầm Phân giải là khả năng phân cách hai đối tượng không gian nằm gần nhau theo hướng tầm Điều này đạt được khi tín hiệu phản hồi của tất cả các phần trên hai vật sẽ thu nhận bởi anten sẽ phải phân cách nhau Bất kỳ sự chồng tín hiệu từ hai vật sẽ gây ra hiện tượng mờ ảo

Hiện tượng này được minh họa trên hình 1.6 Trong hình này A và B không phân giải vì khoảng cách của A và B theo tầm xiên (ví dụ = 23 m) nhỏ hơn 1/2 độ dài của xung, vì vậy gây ra hiện tượng là tín hiệu đến B được phản hồi trong thời gian đi đến B thì tín hiệu kết thúc từ A tiếp tục được phản hồi đã gây ra hiện tượng chồng lặp tín hiệu

Do đó, A và B sẽ được coi như là một vật không phân cách nhau hay còn gọi

là không phân giải Ngược lại, khoảng cách giữ C và D (tầm xiên) lớn hơn 1/2 khoảng cách của xung, nên tín hiệu phản hồi từ D và C khác nhau, phân cách hai vật và chúng được phân giải Phân giải theo tầm phụ thuộc vào khoảng cách từ máy bay và R(r), xác định bởi thời gian của xung truyền năng lượng và bằng nửa độ dài của xung Độ phân giải giữa hai vật trên mặt đất gọi là phân giải mặt đất sẽ được tính dựa theo hình 1.7 theo công thức dưới đây:

Trong đó: R(r) là phân giải theo tầm (mặt đất), τ là thời gian cho một độ dài của một xung, c là vận tốc ánh sáng, và θd là góc hạ

Hình 1.6 Độ phân giải theo tầm

Hình 1.7 Các đối tượng phân giải khác nhau

Độ phân giải phương vị

Độ phân giải theo phương vị radar được xác định bởi độ rộng của một dải quét trên mặt đất bởi chùm sóng radar Đối tượng được gọi là phân giải thì nó phải được phân cách trên mặt đất Hình 1.8 minh họa cho phân giải theo phương vị và được ký hiệu là Ra Hai vật A và B được gọi là phân giải (phân cách nhau) khi kích thước

giữa A và B lớn hoặc bằng độ phân giải theo phương vị Ra của chùm anten Trên hình 1.8, hai vật C và D không phân cách nhau (không phân giải) và khoảng cách

CD < Ra

Hình 1.8 Phân giải theo phương vị đo bởi khoảng cách của cung xác định độ

rộng của chùm theo góc Bθ tại anten, hoặc góc λ tại mặt đất

Độ phân giải phương vị Ra là độ dài của đường nối giữa hai điểm của cung tạo bởi chùm xung mà tâm chính là anten và bán kính là khoảng cách từ anten đến hai điểm Độ dài của cung được tính theo lượng giác theo công thức:

Rθ = RS Bθ Trong đó: Ra: là phân giải phương vị (độ dài của cung tạo bởi chùm xung),

RS là khoảng cách (bán kính) từ anten đến vật còn gọi là tầm xiên, Bθ là góc của chùm xung tại anten đo bằng radian) Nếu ta biết được góc của chùm xung anten tại mặt đất là β radian, và tầm mặt đất Gr là hình chiếu của tầm xiên trên mặt đất hay chính là khoảng cách của điểm trực tâm nadir đến vật, thì độ phân giải không gian theo phương vị sẽ được tính theo công thức sau:

Ra = Grβ Trên thực tế, độ rộng của chùm anten (góc đo bằng radian) Bθ tỷ lệ thuận với bước sóng radar λ và tỷ lệ nghịch với độ dài của anten AL Nói một cách khác, Bθ được tính theo công thức:

Trong đó: λ là bước sóng, Ad là độ lớn của anten

Từ các công thức nêu trên, độ phân giải phương vị của ảnh radar được tính theo công thức tổng quát sau :

Trong đó: Rs là khoảng cách của tầm xiên (Slant range)

1.2.3.5 Ảnh hưởng củ đị hình

Ảnh hưởng địa hình đến ảnh Radar

Hình 1.9 Các hiệu ứng hình học của ảnh Radar

Với ảnh Radar thường có 3 hiệu ứng hình học đặc trưng cơ bản thường xuất hiện ở vùng núi

Foreshortening: hiệu ứng mà tín hiệu trở về của đối tượng tuy có sự khác nhau

rõ rệt về độ cao nhưng các pixel “láng giềng” lại ở gần nhau về mặt không gian Layover: Hiệu ứng này xuất hiện khi thời gian của tín hiệu trở về từ đỉnh núi sớm hơn chân núi (do khoảng cách từ vệ tinh đến đỉnh núi gần hơn chân núi) khi đó thông tin giữa đỉnh núi, chân núi và một phần sườn núi bên kia bị chồng đè lẫn nhau vì thế thông tin thu được là không có ý nghĩa

=

Bθ

λ

AL

Shadow: Hiệu ứng này thường xảy ra khi góc tới hẹp và thoải nên tín hiệu không đến được sườn núi bên cạnh vì thế hoàn toàn không có thông tin gì về bên kia sườn núi Hiệu ứng này khác hoàn toàn so với shadow trên ảnh quang học vì shadow trên ảnh quang học còn có thể khắc phục được dựa vào tỉ số kênh còn với ảnh radar thì hoàn toàn không có thông tin gì từ những vùng bị shadow

Việc ứng dụng công nghệ viễn thám vào công tác kiểm kê rừng đã được thực hiện ở nước ta trong các chu kỳ kiểm kê rừng, tuy nhiên dữ liệu sử dụng là viễn thám quang học (ảnh LANDSAT, SPOT) Kết quả của công tác kiểm kê rừng không tính trực tiếp ra sinh khối rừng mà việc tính sinh khối rừng dựa vào công thức tính áp dụng cho thế giới và khu vực theo hướng dẫn của IPCC Như vậy, có thể thấy việc không tính trực tiếp sinh khối rừng và trữ lượng CO2 trong kết quả kiểm kê rừng cũng là một trong các khiếm khuyết trong hội nhập quốc tế khi các số liệu về rừng thường được công bố bởi tổ chức Nông Lương của Liên hiệp quốc với chu kỳ 5 năm một lần

Tóm lại, ứng dụng công nghệ viễn thám trong xác định trực tiếp sinh khối và trữ lượng CO2 rừng ở nước ta còn khá hạn chế Các công trình nghiên cứu đều có quy mô nhỏ và thường cho một số loại rừng tương đối thuần nhất như RNM, rừng khộp

CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu

1.1 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá được trữ lượng cacbon trên mặt đất bằng ảnh viễn thám Radar tại khu RNM Cần Giờ- Thành phố Hồ Chí Minh

1 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu các đặc trưng của RNM khu vực nghiên cứu;

- Nghiên cứu cách tiếp cận ứng dụng ảnh RADAR băng L để xác định sinh khối và trữ lượng Các bon RNM;

- Đánh giá khả năng thực tiễn của việc ứng dụng công nghệ viễn thám trong việc tính trữ lượng CO2 tại khu RNM Cần Giờ

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là thân cây sống trên mặt đất khu RNM

Cần Giờ và ảnh vệ tinh RADAR chụp tại khu RNM Cần Giờ

Phạm vi nghiên cứu

- Về tư liệu ảnh sử dụng: tư liệu radar ảnh vệ tinh ALOS PALSAR 2;

- Về địa điểm thực tập: khu vực RNM huyện Cần Giờ

2.3 Phương pháp nghiên cứu

3.1 Phương pháp kế thừ tư li u

Trong quá trình thực hiện, tác giả kế thừa những tài liệu và dữ liệu sau đây:

- Tài liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội;

- Bản đồ quy hoạch ba loại rừng năm 2010; Ranh giới hành chính, bản đồ kết quả kiểm kê đất đai năm 2014 của Thành phố Hồ Chí Minh;

- Bản đồ kết quả kiểm kê rừng thành phố Hồ Chí Minh năm 2016, Số liệu điều tra trên các ô tiêu chuẩn tại khu RNM huyện Cần Giờ;

- Tư liệu Radar (ALOS PASLSAR 2) thời điểm chụp ngày 19 tháng 1 năm

2016 mức xử lý 1.5 của huyện Cần Giờ

3 Phương pháp nghiên cứu cụ thể

2.3.2.1 Phương pháp điều tr và xử lý số li u ngoại nghi p

Phương pháp thu thập số li u ngoại nghi p

Tiến hành điều tra, khảo sát thực tế tại Khu RNM Cần Giờ Thành Phố Hồ Chí Minh để thu thập các nguồn dữ liệu, thông tin, khảo sát thực tiễn về tình hình phân

bố tài nguyên rừng, đặc điểm rừng và những tác động đến tài nguyên rừng ở địa phương

Tác giả sử dụng 96 ô tiêu chuẩn mà dự án Điều tra, kiểm kê rừng đã thu thập tháng 3, 4 năm 2016 tại khu RNM Cần Giờ

-Xác định ô tiêu chuẩn:

Vị trí của các ô tiêu chuẩn được xác định bằng máy GPS với độ chính xác từ 3m – 5m, độ cao tuyệt đối được xác định bằng máy GPS, độ dốc bình quân được xác định bằng địa bàn

- Điều tra ô tiêu chuẩn

Ô tiêu chuẩn điều tra trữ lượng rừng có hình chữ nhật diện tích 1.000 m2, kích thước 33,3m*30m Trong mỗi ô tiêu chuẩn có 5 ô dạng bản thước 10m*10m ở bốn góc ô tiêu chuẩn và tâm OTC Trong ô dạng bản điều tra toàn bộ cây trên ô bao gồm: Loài, chu vi C00 ( trên rễ khí sinh), Hvn, phẩm chất

b Phương pháp xử lý nội nghi p

+ Phương pháp thu thập, tổng hợp và phân tích dữ li u: Thu thập, tổng hợp,

phân tích nhằm kế thừa các kết quả nghiên cứu đã có ở trong cũng như ngoài nước giúp định hướng trong công tác nghiên cứu, chọn lọc giảm tối đa sự trùng lặp trong nghiên cứu cũng như khối lượng công việc cần thực hiện

+ Phương pháp mô hình: Các giá trị đo được trên ảnh, thuộc tính cần xác định

của lớp phủ thực vật, và các đại lượng đo thực địa thường có một mối liên hệ toán học nhất định Việc mô hình hóa mối liên hệ này có thể xác định được giá trị Carbon thông qua các đại lượng đo trên ảnh

+ Phương pháp phân tích thống kê: Phương pháp phân tích thống kê giúp

phân tích mối quan hệ giữa các thuộc tính của các đại lượng đo trên ảnh cũng như

các thuộc tính của lớp phủ thực vật từ đó thiết lập mối quan hệ cũng như đánh giá

độ chính xác của kết quả tính toán

c Phương pháp tính toán SK cho các OTC

Các bước tiến hành tính trữ lượng cacbon trên mặt đất RNM Cần Giờ

Hình 2.1 Sơ đồ các bước tính trữ lượng các bon

Lọc nhiễu ảnh Ảnh ALOS

Định chuẩn ảnh

Đo giá trị tán xạ ngược tại OTC