Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.4. Nội dung nghiên cứu
2.1.1. Mục tiêu tổng quát
Xác định sinh khối và dự trữ carbon trên mặt đất đối với cây cá thể và quần thụ Tràm cajuputi từ 2 – 12 tuổi để làm cơ sở cho quản lý rừng và tính tốn chi trả dịch vụ mơi trường rừng ở tỉnh Đồng Tháp.
2.1.2. Mục tiêu cụ thể
(1) Xây dựng những hàm sinh trưởng thích hợp đối với đường kính, chiều cao và thể tích thân cây cá thể, mật độ và trữ lượng gỗ của quần thụ để làm cơ sở cho việc phân tích q trình sinh trưởng của cây cá thể và quần thụ Tràm cajuputi từ 2 – 12 tuổi.
(2) Xây dựng những hàm sinh khối trên mặt đất với biến dự đốn thích hợp để làm cơ sở cho thống kê sinh khối và dự trữ carbon trên mặt đất đối với cây cá thể và quần thụ Tràm cajuputi từ 2 – 12 tuổi.
(3) Ước lượng và khảo sát quá trình biến đổi sinh khối đối với cây gỗ và quần thụ Tràm cajuputi từ 2 – 12 tuổi.
2.2. Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là rừng Tràm cajuputi từ 2 – 12 tuổi. Chúng được trồng thuần loài đồng tuổi. Mật độ trồng rừng ban đầu là 20.000 cây/ha. Sau khi trồng, rừng Tràm cajuputi không được tỉa thưa.
2.3. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đề tài là sinh khối và dự trữ carbon trên mặt đất đối với cây cá thể và quần thụ Tràm cajuputi từ 2 – 12 tuổi. Địa điểm nghiên cứu được thực hiện tại ba huyện: Tam Nông, Tháp Mười và Cao Lãnh thuộc tỉnh Đồng Tháp. Thời gian nghiên cứu từ tháng 5 đến tháng 11 năm 2015.
2.4. Nội dung nghiên cứu
(2) Xây dựng những hàm sinh khối dựa theo tuổi và đường kính thân cây. (3) Xây dựng những hàm sinh khối dựa theo đường kính và chiều cao thân cây. (4) Sinh khối và dự trữ carbon trên mặt đất đối với rừng Tràm cajuputi.
2.5. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.5.1. Phương pháp luận
(a) Sinh khối của cây Tràm cajuputi là tổng sinh khối của những thành phần cấu thành như thân, cành, lá, hoa, quả, gốc và rễ. Sinh khối trên mặt đất của cây Tràm cajuputi là tổng sinh khối của những thành phần cấu thành như thân, cành, lá, hoa và quả.
(b) Sinh khối của quần thụ là tổng sinh khối của những cây hình thành quần thụ. (c) Dự trữ carbon của cây gỗ và quần thụ là tổng khối lượng carbon tích lũy trong
những thành phần sinh khối (Bi = tổng số - BTo; thân - BT; cành - BC; lá - BL). (d) Sinh khối và tỷ lệ carbon trong những thành phần của cây và quần thụ không chỉ
thay đổi theo tuổi, mà cịn theo điều kiện mơi trường sống (lập địa).
Trong đề tài này, sinh khối trên mặt đất của cây cá thể và quần thụ Tràm
cajuputi được xác định dựa theo phương pháp hàm sinh khối với những biến dự đốn thích hợp. Sau khi xác định được Bi, dự trữ carbon (Ci) được xác định bằng cách nhân Bi với tỷ lệ C (P%) trong Bi, nghĩa là Ci = Bi*P%.
Cơ sở của phương pháp hàm sinh khối là những thành phần Bi của cây gỗ có mối quan hệ chặt chẽ với D, H, V và A của cây. Sinh khối quần thụ thuần lồi đồng tuổi có thể xác định bằng cách cộng dồn sinh khối của từng cây hình thành quần thụ hoặc nhân mật độ quần thụ với sinh khối cây bình quân. Dự trữ carbon trong những thành phần sinh khối của cây gỗ và quần thụ được xác định bằng cách nhân Bi với P% trong những thành phần tương ứng.
Đại lượng Bi được xác định từ số liệu cân đo trực tiếp sinh khối trên mặt đất đối với những cây mẫu bình qn lâm phần. Để dự đốn Bi (kg), đề tài phát triển những hàm Bi = f(A), Bi = f(D) và Bi = f(D, H). Cơ sở dữ liệu để phát triển những hàm sinh khối là sinh khối trên mặt đất của những cây mẫu bình quân lâm phần. Sau đó, sử dụng những hàm sinh khối thích hợp cùng với tỷ lệ carbon trung bình
trong những thành phần sinh khối và số liệu điều tra trên những ô mẫu để ước lượng sinh khối và dự trữ carbon trong sinh khối trên mặt đất đối với 1 ha rừng Tràm
cajuputi ở những cấp tuổi khác nhau. Sinh khối và dự trữ carbon đối với rừng Tràm cajuputi ở những tuổi khác nhau được xác định bằng cách nhân sinh khối và dự trữ
carbon trên 1 ha với diện tích rừng ở những tuổi tương ứng.
2.5.2. Phương pháp thu thập số liệu
2.5.2.1. Những chỉ tiêu nghiên cứu
Đối với rừng Tràm cajuputi từ 2 – 12 tuổi, những chỉ tiêu nghiên cứu bao gồm mật độ lâm phần (N, cây/ha), đường kính thân cây ngang ngực (D, cm), chiều cao toàn thân (H, m) và trữ lượng lâm phần (M, m3).
Đối với cây mẫu, những chỉ tiêu nghiên cứu bao gồm D (cm), H (m), thể tích thân cây (V, m3), tổng sinh khối trên mặt đất (BTo, kg), sinh khối thân cả vỏ (BT, kg), sinh khối cành cả vỏ (BC, kg) và sinh khối lá (BL, kg). Hai thành phần BC vàBL được gộp lại thành tổng sinh khối cành và lá (BCL, kg).
2.5.2.2. Số lượng ô mẫu và cây mẫu
Rừng Tràm cajuputi được nghiên cứu từ 2 – 12 tuổi. Đặc điểm của mỗi quần thụ Tràm cajuputi ở một tuổi nhất định đã được mơ tả và phân tích dựa trên 3 ơ mẫu điển hình với diện tích 100 m2. Thể tích thân cây và sinh khối của những cây mẫu ở những tuổi khác nhau đã được thu thập từ 9 cây; trong đó 3 cây bình qn ở nhóm D nhỏ, 3 cây bình qn ở nhóm D giữa và 3 cây bình qn ở nhóm D lớn. Tổng số ơ mẫu đã thu thập là 33. Tổng số cây mẫu đã thu thập là 99.
2.5.2.3. Xác định đặc điểm của rừng Tràm cajuputi
Những đặc điểm của rừng Tràm cajuputi được nghiên cứu bao gồm N
(cây/ha), D (cm), H (m), M (m3/ha). Những số liệu này là cơ sở cho việc chọn cây mẫu; xác định phân bố số cây theo tuổi quần thụ (N/A); xác định sinh khối và dự trữ carbon đối với rừng Tràm cajuputi ở những tuổi khác nhau. Đối với mỗi ô mẫu, chỉ tiêu D được đo bằng thước dây với độ chính xác 0,1 cm. Chỉ tiêu H được đo bằng cây sáo với độ chính xác 0,1 m.
2.5.2.4. Thu thập sinh khối và dự trữ carbon trên những cây mẫu
Những thành phần sinh khối tươi trên mặt đất (BTo, BT, BC và BL) đối với cây mẫu được xác định bằng phương pháp cân đo trực tiếp tại rừng. Sau khi chặt hạ những cây mẫu ở vị trí cách mặt đất 10 cm, phân chia riêng rẽ cây mẫu thành ba thành phần khác nhau: thân, cành, lá. Sau đó đo đạc chính xác D và chiều dài toàn thân cây (H, m) bằng thước dây với độ chính xác 0,1 cm.
Để đo đạc sinh khối thân tươi cả vỏ (BT(t)), trước hết phân chia thân cây mẫu thành những phân đoạn với chiều dài từ 0,5 - 1,0 m tùy theo đường kính thân cây. Kế đến, đo đạc đường kính hai đầu lớn và nhỏ (Dmax và Dmin) của mỗi phân đoạn để làm cơ sở cho việc xác định thể tích các phân đoạn bằng mơ hình kép tiết diện bình quân. Tiếp đến, cân đo riêng rẽ từng bộ phận thân cây với độ chính xác 0,1 kg và cộng dồn để nhận được BT(t). Sinh khối cành cả vỏ (BC(t)) và sinh khối lá (BL(t)) cũng được cân đo riêng từng bộ phận và cộng dồn để nhận được BC(t) và BL(t). Sau cùng cộng dồn ba thành phần BT(t), BC(t) và BL(t) để nhận được tổng sinh khối tươi của cây (BTo(t)).
Để xác định sinh khối khô tuyệt đối của những cây mẫu, mỗi bộ phận sinh khối tươi (thân, cành, lá) đã được thu khoảng 0,5 kg ở vị trí giữa những bộ phận tương ứng. Sau đó các mẫu sinh khối tươi được sấy ở phịng thí nghiệm với nhiệt độ từ 700
C – 1050C cho đến khi trọng lượng khơng đổi. Sau đó xác định tỷ lệ sinh khối khô (B) và sinh khối tươi (Bt) của các bộ phận và quy đổi sinh khối tươi thành sinh khối khô. Ba thành phần BTo, BT, BC và BL (kg) được sử dụng để xây dựng những hàm sinh khối đối với cây cá thể và quần thụ.
Tỷ lệ carbon (P%) trong những thành phần sinh khối trên mặt đất của cây Tràm cajuputi được lấy bình quân là 47%. Đây là tỷ lệ carbon trung bình của cây gỗ nhiệt đới (IPCC, 2000) [20].
2.5.3. Phương pháp xử lý số liệu
2.5.3.1. Xây dựng những hàm sinh trưởng đối với cây Tràm cajuputi
Để dự đoán D và H của những cây gỗ hình thành rừng Tràm cajuputi ở những tuổi khác nhau (A, năm), đề tài đã xây dựng những hàm thích hợp để ước
lượng D = f(A),H = f(A) và V = f(A). Những hàm thích hợp đã được kiểm định từ bốn hàm (2.1) – (2.4), với Y = D, H và V, còn A = 2 – 12 (tuổi rừng Tràm cajuputi).
Hàm Korf: Y = a*exp(-b*A^-c) (2.1) Hàm Korsun - Strand: Y = A^2/(a+b*A + c*A^2) (2.2) Hàm lũy thừa: Y = a*A^b (2.3) Hàm Gompertz: Y = m*exp(-b*exp(-c*A)) (2.4)
Để xác định những hàm thích hợp, trước hết sử dụng phương pháp hồi quy và tương quan phi tuyến tính của Marquardt để xác định những hệ số và những thống kê sai lệch của 4 hàm (2.1) – (2.4). Kế đến, so sánh tương quan và những sai lệch của 4 hàm này thông qua 5 tiêu chuẩn: hệ số xác định (R2); sai số chuẩn của ước lượng (Se); sai số tuyệt đối trung bình (MAE); sai số tuyệt đối trung bình tính theo phần trăm (MAPE) và tổng bình phương sai lệch (SSR). Với mục đích xác định những hàm ước lượng sinh khối với sai lệch nhỏ nhất, đề tài luận văn này chỉ sử dụng tiêu chuẩn SSRmin để chọn hàm sinh khối thích hợp, cịn những tiêu chuẩn khác (R2max, Semin, MAEmin, MAPEmin) chỉ có ý nghĩa làm chính xác thêm kết quả chọn hàm sinh khối thích hợp.
2.5.3.2. Xây dựng những hàm sinh trưởng đối với quần thụ Tràm cajuputi
Đối với quần thụ Tràm cajuputi, những chỉ tiêu được nghiên cứu bao gồm N (cây/ha) và trữ lượng gỗ (M, m3/ha). Hàm ước lượng N = f(A) đã được mô tả bằng hàm 2.5; trong đó a, b và k là những tham số.
N = a*exp(-b*A) + k (2.5)
Hàm ước lượng M = f(A) thích hợp đã được kiểm định từ bốn hàm (2.1) – (2.4); trong đó Y = M, A = 2 – 12 (tuổi rừng Tràm cajuputi).
Những hệ số hồi quy và những thống kê sai lệch của các hàm M = f(A) được xác định bằng phương pháp hồi quy và tương quan phi tuyến tính của Marquardt. Hệ số tương quan và những sai lệch của các hàm này được đánh giá thông qua R2, Se, MAE, MAPE và SSR. Sau đó chọn hàm M = f(A) thích hợp theo tiêu chuẩn SSRmin.
2.5.3.3. Xây dựng những hàm Bi = f(A) và Bi = f(D)
Những hàm ước lượng những thành phần sinh khối trên mặt đất (Bi = BTo, BT và BCL) ở mức cây cá thể dựa theo biến dự đoán D và A đã được kiểm định theo 4 hàm (2.1) – (2.4); trong đó Y = Bi và X = D và A. Biến D ở những tuổi khác nhau được ước lượng theo hàm D = f(A). Những hệ số hồi quy và những thống kê sai lệch của các hàm này được xác định bằng phương pháp hồi quy và tương quan phi tuyến tính của Marquardt. Hệ số tương quan và những sai lệch của các hàm này được đánh giá thông qua R2
, Se, MAE, MAPE và SSR. Sau đó chọn hàm sinh khối thích hợp theo tiêu chuẩn SSRmin.
2.5.3.4. Xây dựng những hàm Bi = f(D, H)
Những hàm Bi = f(D, H) đã được kiểm định theo 2 hàm (2.6) và (2.7); trong đó Y = BTo, BT và BCL.
Bi = a*D^b*H^c (2.6) Bi = a + b*D^2 + c*D^3 + d*(D^3/H) (2.7)
Hai biến D và H ở những tuổi khác nhau được ước lượng tương ứng theo hàm D = f(A) và H = f(A). Những hệ số hồi quy và những thống kê sai lệch của 2 hàm (2.6) – (2.7) được xác định bằng phương pháp hồi quy và tương quan phi tuyến tính của Marquardt. Hệ số tương quan và những sai lệch của 2 hàm này được đánh giá thông qua R2, Se, MAE, MAPE và SSR. Sau đó chọn hàm sinh khối thích hợp theo tiêu chuẩn SSRmin.
2.5.3.5. So sánh sai lệch của các hàm sinh khối với những biến dự đoán khác nhau
Những thành phần sinh khối trên mặt đất đối với cây cá thể đã được xây dựng dưới ba dạng hàm: Bi = f(A), Bi = f(D) và Bi = f(D, H). Vấn đề đặt ra là sinh khối ở mức cây cá thể được dự đoán bằng dạng hàm nào sẽ cho sai lệch nhỏ nhất. Để làm rõ vấn đề đặt ra, trước hết so sánh R2, Se, MAE, MAPE và SSR giữa ba dạng hàm. Với mục đích xác định những hàm ước lượng sinh khối với sai lệch nhỏ nhất, dạng hàm sinh khối với biến dự đốn thích hợp đã được chọn theo tiêu chuẩn SSRmin.
Để làm rõ hơn sự sai khác giữa ba dạng hàm Bi = f(A), Bi = f(D) và Bi = f(D, H), đề tài đã sử dụng phương pháp so sánh điểm chặn và độ dốc của ba hàm hồi quy tuyến tính. Theo đó, trước hết sử dụng 3 dạng hàm này để ước lượng sinh khối đối với cây Tràm cajuputi tương ứng với những cấp A khác nhau. Kế đến, mô tả sinh khối ở mức cây cá thể tương ứng với những cấp A khác nhau bằng hàm lũy thừa (Y = a*A^b). Sau đó, chuyển hàm lũy thừa về dạng tuyến tính và so sánh sai lệch về điểm chặn và độ dốc của ba hàm này bằng tiêu chuẩn F. Nếu P > 0,05, thì sinh khối ở mức cây cá thể được dự đoán bằng ba hàm này khơng có sai lệch rõ rệt. Khi điều đó xảy ra, thì cả ba dạng hàm sinh khối này đều có thể được sử dụng để ước lượng sinh khối đối với cây Tràm cajuputi tương ứng với những cấp A khác nhau. Trái lại, nếu điểm chặn hoặc độ dốc của ba dạng hàm này khơng bằng nhau, thì dạng hàm sinh khối thích hợp được chọn theo tiêu chuẩn SSRmin.
2.5.3.6. Ước lượng sinh khối rừng Tràm cajuputi ở những tuổi khác nhau
Những thành phần sinh khối trên mặt đất đối với cây Tràm cajuputi ở những cấp A khác nhau được xác định bằng những hàm sinh khối với SSRmin. Sinh khối bình quân trên 1,0 ha rừng Tràm cajuputi ở những cấp A khác nhau được xác định theo hàm 2.8; trong đó N (cây/ha) được ước lượng theo hàm 2.5, còn Bi được ước lượng theo hàm sinh khối với SSRmin.
Bi (tấn/ha) = N*Bi (2.8)
2.5.3.7. Ước lượng dự trữ carbon trên mặt đất đối với rừng Tràm cajuputi
Khối lượng carbon dự trữ trong những thành phần sinh khối trên mặt đất (Bi, tấn/ha) đối với 1 ha rừng Tràm cajuputi (MC, tấn/ha) ở những tuổi khác nhau được
xác định bằng cách nhân Bi với P%; trong đó P% = 47%. Tương tự, khối lượng CO2 mà 1 ha rừng Tràm cajuputi (MCO2, tấn/ha) đã hấp thu để tạo ra sinh khối được xác định bằng cách nhân MC (tấn/ha) với hệ số chuyển đổi từ CO2 thành C, nghĩa là CO2 = C*3,67 (3,67 = 44/12).
2.5.3.8. Khảo sát quá trình sinh trưởng của cây cá thể và quần thụ Tràm cajuputi
Từ các hàm D = f(A), H = f(A), V = f(A), N = f(A) và M = f(A) thích hợp, xác định khơng chỉ D, H, V, N và M ở những tuổi khác nhau, mà còn cả lượng
tăng trưởng thường xuyên hàng năm (ZD, ZH, ZV, ZM), lượng tăng trưởng bình quân năm (D, H, V và M) và suất tăng trưởng (Pd%, Ph%, PV% và Pm%). Từ các đại lượng ZDmax, ZHmax, ZVmax, ZMmax, xác định những thời điểm mà D, H,
V và M chuyển từ giai đoạn sinh trưởng nhanh sang giai đoạn sinh trưởng chậm.
2.5.3.9. Khảo sát quá trình biến đối sinh khối của rừng Tràm cajuputi
Từ các hàm Bi = f(A) thích hợp, xác định khơng chỉ Bi bình qn ở những tuổi khác nhau, mà còn cả lượng tăng trưởng thường xuyên hàng năm (ZBi), lượng tăng trưởng bình quân năm (Bi) và suất tăng trưởng (PBi%). Từ các đại lượng ZBmax và Bmax, xác định những thời điểm mà Bi chuyển từ giai đoạn sinh trưởng nhanh sang giai đoạn sinh trưởng chậm.
2.5.4. Cơng cụ tính tốn
Cơng cụ tính tốn là bảng tính Excel, phần mềm thống kê SPSS 15.0 và Statgraphics Plus Version 15.1. Bảng tính Excel được sử dụng để tập hợp số liệu, lập bảng và vẽ biểu đồ. Phần mềm thống kê SPSS 15.0 được sử dụng để tập hợp những số liệu về D, H, V, M, B, C và CO2 theo tuổi rừng Tràm cajuputi. Phần mềm thống kê Statgraphics Plus Version 15.1 được sử dụng để xác định các hàm thống kê thích hợp.
Chƣơng 3
ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 3.1. Vị trí địa lý
Tỉnh Đồng Tháp trải dọc theo sông Tiền (thuộc hệ thống sông Mê-Kong) theo hướng Tây Bắc - Đơng Nam, có biên giới giáp nước Campuchia và ranh giới giáp các tỉnh lân cận là 354,62 km.
Tọa độ địa lí: Từ 10o07’ đến 10o58’ vĩ độ Bắc; Từ 105o12’ đến 105o58’ kinh độ Đơng.
Tứ cận: Phía Bắc giáp nước bạn Campuchia, có biên giới dài 48,70 km. Phía Nam giáp tỉnh Vĩnh Long, dài 52,83 km. Phía Đơng giáp tỉnh Long An, dài 71,74 km và tỉnh Tiền Giang, dài 43,37 km. Phía Tây giáp tỉnh An Giang, dài 107,82 km và tỉnh Cần Thơ, dài 30,16 km.
3.2. Ðịa hình
Đồng Tháp được chia thành 02 vùng địa hình lớn:
- Vùng phía Bắc sơng Tiền: Diện tích 2.585 km thuộc khu vực Đồng Tháp
Mười (ĐTM). Địa hình tương đối bằng phẳng, có hướng dốc Tây Bắc - Đông Nam,