6. Bố cục của luận án
2.2.2. Phương pháp thu thập số liệu
2.2.2.1. Phương pháp đánh giá hiện trạng, biến động diện tích, chất lượng của
RNM tại khu vực nghiên cứu
a) Phương pháp đánh giá hiện trạng về diện tích rừng ngập mặntại khu vực
Nghiên cứu sử dụng phương pháp giải đoán ảnh vệ tinh, kết hợp điều tra kiểm chứng ngoài thực địa để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng tại thời điểm năm 2019.
Bản đồ hiện trạng rừng thể hiện được diện tích, phân bố QXTVNM. Các phần mềm
được sử dụng để xây dựng bản đồ gồm: eCognition 8.7, ArcGIS 10.4, Mapinfor 15.0.
Các bước xây dựng bản đồ hiện trạng bao gồm:
1)Chuẩn bị và thu thập các loại bản đồ hiện trạng rừng, ảnh vệ tinh SPOT, Landsat, Sentinal chụp năm 2019 của khu vực;
35
2)Điều tra, thu thập các mẫu khóa ảnh, mỗi điểm mẫu khóa ảnh (mẫu ảnh) gồm
một đối tượng (object) trên ảnh vệ tinh và một điểm mẫu đối tượng (trạng thái) tương ứng tại thực địa có cùng tọa độ;
3)Sử dụng ảnh vệ tinh, mẫu khóa ảnh để giải đoán tạm thời theo phương pháp
phân loại có kiểm định bằng phần mềm eCognition;
4)Giải đoán chi tiết các trạng thái bằng phương pháp chuyên gia đồng thời kết
hợp với các tài liệu hỗ trợ, các biệnpháp tăng cường chất lượng ảnh để xác định các
đối tượng chưa rõ ràng;
5)Điều tra, hiệu chỉnh ngoài thực địa tại những khu vực mà giải đoán ảnh bằng
phương pháp chuyên gia cũng không xác định rõ.Các yếu tố nội dung nếu có sự thay
đổi giữa ảnh và thực địa thì được chỉnh sửa, bổ sung trực tiếp lên bình đồ ảnh;
Hoàn thiện và biên tập bản đồ hiện trạng bằng cách chồng xếp các lớp bản đồ thủy văn, giao thông, địa hình, ký hiệu và biên tập bản đồ hiện trạng rừng năm 2019.
b) Phương pháp đánh giá biến động diện tích, chất lượng rừng ngập mặn theo thời gian tại khu vực nghiên cứu
* Đánh giá biến động rừng ngập mặn
Sử dụng phương pháp đánh giá biến động có sự kết hợp giữa viễn thám và
GIS: Để đánh giá biến động tại các thời điểm từ năm 2005 đến năm 2019. Nguyên tắc đánh giá biến động của hai thời điểm là dựa vào bảng ma trận biến động:
Bảng 2.1. Ma trận biến động diện tích RNM giữa hai thời điểm
Trạng thái Năm …. L1 L2 … Tổng Năm …. L1 L1.1 L2.1 … … L2 L1.2 L2.2 … … … … … … … Tổng … … … …
Trên ma trận, theo cột và theo hàng là tên các trạng thái đã được phân loại tại 2 thời điểm. Theo đường chéo là các đơn vị không có sự biến động, còn lại là những biến động chi tiết của từng trạng thái.
36
Nghiên cứu xây dựng bản đồ hiện trạng rừng các năm 2005, 2007, 2009, 2011,
2013, 2015, 2017 và 2019 dựa vào ảnh vệ tinh đa thời gian LANDSAT. Số lượng
và đặc điểm của các ảnh vệtinh được trình bày tại Phụ lục 02.
* Đánh giá chất lượng rừng ngập mặn theo thời gian
Trong nghiên cứu này, các ảnh vệ tinh LANDSAT được sử dụng đểđánh giá
chất lượng của RNM trong khoảng thời gian từ năm 2005 - 2019 (Phụ lục 02). Chỉ
số thực vật khác biệt chuẩn hóa (NDVI) (Tucker, 1979) [106], chỉ số thực vật tăng
cường (EVI) (Huete và cộng sự, 2002) [62] trích xuất từảnh Landsat được sử dụng
để đánh giá chất lượng RNM. Chỉ số NDVI truy xuất thông tin về chất diệp lục (chlorophyl) và sinh khối thực vật, chỉ số EVI tương tự như NDVI nhưng rất hữu ích ở những vùng nhiệt đới vì nó hạn chế những sai số do tác động của khí quyển. Chỉ số NDVI, EVI được xác định trên tất cả các ảnh vệ tinh có chất lượng cao cho khu vực nghiên cứu trong khoảng 2005 - 2019.
Trong đó: ρNIR, ρred, ρblue lần lượt là phổ phản xạ của kênh cận hồng ngoại,
kênh đỏ và kênh xanh da trời. Ở công thức này giá trị NDVI và EVI có giá trị từ -1
đến 1 và có thể được giãn tuyến tính. Giá trị NDVI thấp thể hiện nơi đó phản xạ tia cận hồng ngoại (NIR – Near infrared) và tia nhìn thấy (Vi – visible) gần bằng nhau,
nghĩa là khu vực đó độ phủ thực vật thấp (cây có hàm lượng chlorophyl và sinh khối thấp) và ngược lại chỉ số NDVI sẽ có giá trị thấp ở khu vực không có rừng hoặc rừng chất lượng thấp.
Các điểm kiểm chứng được lựa chọn đểxác định biến động. Để hạn chế sai số
chủ quan trong việc xác định điểm kiểm chứng, chúng được upload lên trên bản đồ
Google earth với độ phân giải cao để xác định xem liệu điểm đó có nằm trên một diện tích đồng nhất đủ lớn hay không. Khi đã xác định được tình trạng đồng nhất về
37
xung quanh pixel chứa điểm kiểm chứng được xác định. 6 điểm xung quanh được thiết kế tạo thành một hình lục giác, cách đều điểm kiểm chứng 30 m để đảm bảo chúng không nằm trên cùng một điểm ảnh (pixel image). Điều này tránh các sai số
chủ quan của nhà nghiên cứu trong quá trình chọn điểm kiểm chứng, đảm bảo các
điểm kiểm chứng này đại diện cho một khu vực đủ rộng và đồng nhất về trạng thái.
Sốlượng điểm kiểm chứng là 48 điểm, trong đó có 12 điểm không có rừng, 36 điểm
có rừng.
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí các điểm kiểm chứng tại VQG Xuân Thủy
Ghi chú: Điểm hình vuông là khu vực không có rừng hoặc rải rác cây tái sinh; điểm hình tròn là khu vực có rừng
Giá trị NDVI, EVI được trích xuất cho tất cả 7 pixel, sau đó tính trung bình
38
trên ảnh vệtinh được cung cấp bởi Cục địa chất khoáng sản Mỹvà đã tính toán sẵn chỉ số NDVI (https://espa.cr.usgs.gov/) [120].
Dựa vào trạng thái đã giải đoán tại thời điểm năm 2019 để phân loại các điểm kiểm chứng thành 2 nhóm: Nhóm có rừng và nhóm không có rừng (đất trống ngập mặn hoặc đất có cây gỗ tái sinh ngập mặn). Nghiên cứu sử dụng 48 điểm kiểm chứng phân bố trên diện tích VQG Xuân Thủy. Sau khi lọc bỏ những điểm nghi ngờ (bị mây che phủ, ảnh hưởng của mặt nước), nghiên cứu chọn lọc ra 24 điểm để đưa vào phân tích (bao gồm 08 điểm không có rừng, 16 điểm có rừng). Trong các điểm có rừng có 8 điểm tại khu vực Bãi Trong (đại diện cho vùng đệm), 8 điểm tại khu
vực Cồn Ngạn, Cồn Lu (đại diện cho khu vực vùng lõi VQG). Sau đó, các chỉ số
NDVI, EVI sẽđược phân tích theo thời gian từnăm 2005 - 2019 để xem xét mức độ
biến đổi của các giá trị này. Theo Chen và cộng sự, (2015) [38], Xiao và cộng sự, (2009) [117] chỉ số NDVI > 0,3, EVI > 0,2 được xác định là rừng. Đồng thời hai giá trị này càng cao thì chất lượng rừng càng tốt và ngược lại.
2.2.2.2. Đặc điểm cấu trúc của các quần xã thực vật ngập mặn chủ yếu
a) Đặc điểm cấu trúc
- Thiết kế tuyến điều tra
Nghiên cứu đã tập trung vào các QXTVNM tại khu vực chịu tác động của thủy triều, tiến hành điều tra sơ thám khu vực này, đánh giá sơ bộ về đặc điểm tự
nhiên, địa hình, thổ nhưỡng, loài CNM,... Dựa trên bản đồ hiện trạng, 10 tuyến điều
tra được thiết lập (Thông tin chi tiết 10 tuyến điêu tra tại Phụ lục 03), trên các tuyến
điều tra, sử dụng phương pháp điều tra điểm trung tâm (the point - centred quarter
method) (Snedaker và cộng sự, 1984) [97] kết hợp phương pháp lập ô dạng bản để đánh giá sự thay đổi cấu trúc rừng dọc theo tuyến điều tra.
39
Hình 2.3. Sơ đồ 10 tuyến điều tra tại VQG Xuân Thủy (T1÷T10)
- Thành phần tầng cây cao:
+ Phương pháp điều tra theo điểm trung tâm (áp dụng cho tầng cây cao)
Trên mỗi tuyến, chọn các điểm cách nhau 1 - 2 mét, tại mỗi điểm kẻ một
đường vuông góc với tuyến điều tra để tạo thành 4 góc vuông (Hình 2.4), đánh số
thứ tự các góc vuông theo chiều kim đồng hồ lần lượt từ 1 đến 4, tại mỗi góc vuông xác định cây gần nhất tới điểm trung tâm và đo đếm các chỉ số (khoảng cách từ cây tới điểm trung tâm, loài cây, chiều cao vút ngọn, đường kính thân, đường kính tán,
chất lượng cây và tình hình sâu bệnh hại). Chi tiết cách đo tầng cây cao (TCC) tại
các điểm trung tâm như sau:
+ Đo chiều cao cây (chiều cao vút ngọn: HVN): đo trực tiếp bằng thước nhựa gập
40
RNM
Bãi bồi
+ Đo đường kính cây (thường đo tại vị trí nằm trên bạnh gốc cây: D0.0): đo trực
tiếp thước kẹp Palme điện tử có độ chính xác đến mm. Khi đo đường kính gốc với từng loài tại khu vực nghiên cứu: Loài Đước vòi: D0.0 tại phía trên của rễ chống; Loài
Trang: D0.0 đo tại vị trí ngay trên của bạnh vè; Loài Mắm biển, Bần chua, Vẹt dù, Sú:
Đo cách mặt đất 3cm (trước phần phân cành nhánh).
Hình 2.4. Tuyến điều tra và phương pháp điều tra theo điểm trung tâm
+ Xác định độ tàn che: Tại mỗi điểm trên tuyến điều tra, chụp theo phương
thẳng đứng 01 bức ảnh, ảnh chụp tại vị trí trung tâm của điểm điều tra, để xác
định độ tàn che bằng phần mềm Gap Light Analysis..
- Thành phần tầng cây tái sinh
+ Trên các tuyến điều tra, tại các điểm, tiến hành lập các ô dạng bản (ODB) để
điều tra CTS, diện tích 1 m2(1 x 1 m). Trên mỗi ODB, thu thập các thông tin của tất cả các CTS gồm: tên loài, chiều cao, đường kính gốc. Trong đó: chiều cao CTS
được đo bằng thước nhựa có độ chính xác đến mm, đường kính gốc CTS được đo
bằng thước kẹp Palme điện tử có độ chính xác đến 0,01 mm.
+ Đánh giá chất lượng sinh trưởng cây tái sinh:
Chất lượng CTS được phân thành 3 cấp: Tốt (A), Trung bình (B), Xấu (C). Cây tốt (A) là những cây khỏe mạnh, thân thẳng, tán cân đối, không bị sâu bệnh; Cây trung bình (B) là các cây sinh trưởng bình thường, có thể hơi lệch tán; Cây xấu
b a Điểm 1 Điểm 2 1-2m Điểm 1 Điểm 2 Đường vuông góc vói tuyến điều tra
Khoảng cách giữa 2 điểm
Cây
41
(C) là những cây thân cong queo, bị sâu bệnh, cụt ngọn (Nguyễn Hoàng Hanh, 2018) [7].
b) Xác định một số nhân tố môi trường tại khu vực nghiên cứu
- Độ cao thể nền
Kết hợp sử dụng số liệu quan trắc của các trạm khí tượng thủy văn gần nhất về thời gian thủy triều lên, xuống và độ sâu ngập triều theo lịch thủy triều (lịch con
nước); các tài liệu thống kê, cao độ trên bản đồ địa hình khu vực ven biển khu vực
lân cận để đối chiếu, so sánh và tham khảo qua kinh nghiệm của người dân địa phương. Từđó xác định cao độ điểm đầu các tuyến điều tra, sau đó dùng ống tuy ô
để xác định cao độ của các điểm đo trên tuyến bằng phương pháp bình thông nhau, khoảng cách điểm đo 5 m, đo liên tục đến điểm cuối tuyến. Trong 10 tuyến điều tra, chọn 2 tuyến điển hình của khu vực nghiên cứu, tiến hành đặt thiết bị ghi mực nước
(Rugged Troll 100 250 Ft, In Situ, USA) (Hình 2.5) từ tháng 3 năm 2018. Thiết bị
ghi mực nước được kích hoạt bằng phần mềm Win-Situ 5, được thiết để xác định và
ghi lại các dữ liệu: độ sâu mực nước, áp suất nước biển (30 phút/lần). Cài đặt và
thời gian của máy ghimựcnước được thực hiện khi thủy triều xuống. Máy ghi nước
được triển khai liên quan đến điểm cao trình của tuyến điều tra theo thời gian.
Hình 2.5. Thiết bị ghi mực nước (Rugged Troll 100)
- Độ thành thục thể nền: Dựa theo Quyết định số 5365/QĐ-BNN-TCLN [1],
độ thành thục của đất ngập mặn được xác định dựa vào độ lún sâu của chân đi trên đất ngập mặn, cụ thể:
1. Đất bùn lỏng: Khi đi chân bị lún sâu >40 cm và khi chân cử động tiếp tục
42
2. Đất bùn mềm: Khi đi chân bị lún sâu từ 30-40 cm.
3. Đất bùn chặt: Khi đi chân bị lún sâu từ 15-30 cm và khó rút chân lên
4. Dạng sét mềm: Khi đi chân bị lún sâu từ 5-15 cm.
5. Đất sét cứng: Khi đi chân đi lún sâu dưới 5 cm.
- Thành phần cấp hạt: Lấy mẫu: Tại các tuyến, mẫu đất được lấy tại đầu, giữa tuyến và cuối tuyến, mẫu được lấy ở các độ sâu: 0 – 20 cm, 20 – 40 cm, và trên 40 cm. Trộn đều các mẫu đất trong cùng một vị trí, sau đó lấy 1.000 gam đất/vị trí,
đánh dấu và phân tích trong phòng thí nghiệm tại trường Đại học Lâm nghiệp.
Phương pháp phân tích thành phần cấp hạt của đất thực hiện theo TCVN 8567:2010. Phân cấp thành phần cấp hạt theo hệ thống quốc tếnhư được nêu trong (Bảng 2.2)
Bảng 2.2. Các chỉtiêu và phương pháp phân tích thành phần cấp hạt đất Chỉ tiêu
phân tích Đơn vị Kết quả phân tích (%) Phương phápphân tích
Thành phần cấp hạt Cát 2 -< 0,02 mm TCVN 8567:2010 Limon 0,02 - 0,002 mm Sét < 0,002mm
Phân cấp thành phần cấp hạt: dựa trên kết quả phân tích chỉ tiêu thành phần cấp hạt, tiến hành phân cấp tỷ lệ cấp hạt cát (C). Gồm có: Cấp 1: tỷ lệ cát từ C ≤ 30
%; Cấp 2: tỷ lệ cát 30 %< C ≤50%; Cấp 3: tỷ lệ cát 50 %< C ≤70%; Cấp 4: tỷ lệ
cát C >70 %.
- Độ mặn
Đo độ mặn nước: Tại các khu vực nghiên cứu, tiến hành đo độ mặn của nước tại thời điểm nước triều lên cao nhất và thời điểm nước triều thấp nhất. Mỗi tháng
đo 3 lần bằng máy đo độ mặn cầm tay Atago: S-28 của Nhật Bản.
2.2.2.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm nghiên cứu khả năng thiết lập tái sinh tự nhiên của một số loài cây ngập mặn chủ yếu
43
Một nhà kính với 36 hệ thống bể thí nghiệm bố trí ngẫu nhiên (6 chế độ ngập triều x 2 chế độ sóng x 3 lần lặp) được xây dựng tại vùng đệm của VQG Xuân Thủy, tỉnh Nam Định.
Mỗi hệ thống bể thí nghiệm bao gồm một bể phụ hình trụ tròn trữ nước bên
dưới và một bể thí nghiệm hình chữ nhật phía trên Hệ thống được kết nối với nhau
bằng bơm nước, ống dẫn nước và van xả để bơm và tháo nước giữa các bể trong quá trình thí nghiệm để mô phỏng độ ngập thủy triều; đáy bể phủ bởi một lớp bùn có độ dày 20 cm.
Hình 2.6. Hệ thống bể thí nghiệm trong nhà kính tại khu thí nghiệm
Sóng trong mỗi bể thí nghiệm được tạo ra bằng cách sử dụng sự tương tác giữa cánh tay đòn của mô tơ quay và một tấm inox, đi cùng đó là một chiết áp đươc sử dụng để điều chỉnh tốc độ quay của cánh tay đòn (vòng/phút) nhằm khống chế lực (mạnh/yếu) tác động lên tấm inox để mô phỏng chuyển động nhanh/chậm của nước do sóng.
Chế độ phơi bãi (WoO) – bao gồm thời gian ngập nước và thời gian phơi bãi
cần thiết cho sự định vị của trụ mầm/quả được thiết kế cho mỗi công thức thí
nghiệm (CTTN): WoO.0, WoO.1, WoO.2, WoO.3, WoO.5 và WoO.10 với 0, 1, 2,
3, 5, 10 là số ngày phơi bãi. Chế độ sóng và thủy triều được thực hiện ngay khi quá
trình thử nghiệm được khởi động, với thời gian ngập nước được mô phỏng theo chế độ nhật triều, bắt đầu từ ngày thứ 0 của đợt thí nghiệm, nước trong mỗi bể được
44
bơm vào và được duy trì trong 10 tiếng trước khi được tháo cạn cùng ngày (tương ứng với thời gian thủy triều lên và ngập bãi). Vào ngày thứ tư của quá trình thử nghiệm (ngày thứ nhất phơi bãi tương đương với WoO.1), chế độ WoO bắt đầu được thiết lập và khởi động, trong khoảng này thời gian ngập nước trong bể là ít
hơn 4 tiếng. Tương tự đối với các công thức còn lại: WoO.2, WoO.3, WoO.5 và
WoO.10, ứng với số ngày được phơi bãi (2, 3, 5 và 10 ngày), thời gian ngập nước
trong bể cũng ít hơn 4 tiếng/ngày và được duy trì trong toàn bộ khoảng thời gian: ngày thứ 4 - 5 (WoO.2); ngày 4 - 6 (WoO.3); ngày 4 - 8 (WoO.5) và 4 - 13 (WoO.10) của quá trình thí nghiệm. Sau mỗi giai đoạn WoO kết thúc, thời gian ngập nước của mỗi bể lại được thiết lập trở lại (10 tiếng/ngày) và hoạt động này sẽ được duy trì thực hiện cho đến ngày cuối cùng (kết thúc) của đợt thí nghiệm.
- Bố trí công thức thí nghiệm: Với mỗi loài, các công thức thí nghiêm được thiết
kế trên cơ sở tổ hợp các cấp của 3 nhân tố chính là: Độ mặn, chế độ sóng và chế độ