Phương pháp nghiên cứu

3.3.1. Phương pháp luận

Sinh khối, carbon cây rừng và lâm phần có quan hệ hữu cơ với các nhân tố lâm học và sinh thái. Do đó phương pháp đo tính và ước lượng sinh khối, carbon rừng cần phát triển dựa trên việc xây dựng các phương trình tương quan với các nhân tố điều tra rừng dễ đo đếm. Giải pháp thiết lập các mô hình sinh trắc (allometric equations) là cơ sở để ước tính, giám sát biến động CO2 hấp thụ của cây rừng và lâm phần (Brown (1997, 2011), MacDicken (1997), Chave và cộng sự (2005), Person và cộng sự (2007), Basuki và cộng sự (2009), Henry và cộng sự (2010), Bảo Huy (2012)).

Xây dựng các mô hình sinh trắc (Allometric equations) sẽ dựa vào phương pháp chặt hạ cây (destructive measurement), từ đó đo tính trực tiếp sinh khối và

36

carbon cây rừng. Đồng thời, dựa trên mối quan hệ hữu cơ giữa sinh khối, carbon rừng với các nhân tố lâm học và sinh thái để ước tính khả năng tích lũy carbon và xác định sinh khối của lâm phần. Mặt khác, ở những điều kiện sinh thái, lập địa khác nhau, các loài cây khác nhau đặc điểm sinh trưởng, sinh khối và năng lực tích lũy carbon của cây rừng cũng khác nhau. Do đó, phương pháp tiếp cận là rút mẫu thực nghiệm và chặt hạ cây theo các loài cây khác nhau theo từng trạng thái rừng của kiểu rừng khộp để xác định sinh khối, carbon của các bể chứa.

Lấy mẫu để xác định tỉ lệ sinh khối khô với sinh khối tươi và phân tích hóa học để xác định lượng carbon lưu giữ ở 5 bể chứa: sinh khối trên mặt đất (thân, cành, lá, vỏ của cây gỗ đứng), thảm mục, thảm tươi, cây chết, đất và sinh khối dưới mặt đất (chủ yếu là rễ cây).

Từ đây ứng dụng phương pháp xây dựng hàm toán học để xây dựng các mô hình allometric equations xác định sinh khối, carbon tích lũy, CO2 hấp thụ của cây rừng và lâm phần thông qua các biến số là các nhân tố điều tra rừng và nhân tố sinh thái. Đây là cơ sở để xác định lượng CO2 hấp thụ của kiểu rừng khộp. Tiếp cận nghiên cứu minh họa theo sơ đồ hình 3.1.

37 DBH, H CA Loài N, M BA OTC điều tra

sinh khối theo trạng thái

Cây giải tích theo cấp kính Phân tích % SKK %C Mô hình theo loài WD, BAD SOC Li, Hg DW Nhân tố sinh thái AGB, BGB Mô hình theo nhóm WD Mô hình chung Mô hình cây cá thể Mô hình ước tính cho lâm phần V=f(DBH,H) A=f(DBH,H) H=f(DBH) Lượng CO2 hấp thụ rừng Khộp

Sinh khối, carbon theo cấp năng suất, cấp sinh

khối

Tăng trưởng SK,C hẳng

năm

Hình 3.1: Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu

3.3.2. Phương pháp nghiên cứu cụ thể

3.3.2.1. Thiết lập và thu thập số liệu điều tra ô mẫu . a)Thiết lập ô mẫu.

Rút mẫu theo phương pháp lập OTC đại diện cho các trạng thái rừng của Kurniaun Hairiah và cộng sự (ICRAF). Phân loại rừng theo cấp trữ lượng theo thông tư 34/2009-TT/BNNPTNT về phân loại rừng theo trữ lượng: i) Rừng rất giàu (trữ lượng cây đứng trên 300 m3/ha); rừng giàu (trữ lượng cây đứng từ 201- 300 m3/ha); rừng trung bình (trữ lượng cây đứng từ 101-200 m3/ha); rừng nghèo (trữ lượng cây đứng từ 10-100 m3/ha); rừng chưa có trữ lượng ( cây có đường kính bình quân <8 cm và trữ lượng cây đứng<10 m3/ha). Trung bình từ 3-5 ô mẫu cho mỗi trạng thái rừng.

Dạng OTC là hình vuông có kích thước 50 x 50 (m): chia thành 25 ô thứ cấp 10 x 10 (m) và 5 ô phụ 2 x 2 (m). Hình dạng OTC minh họa như hình 3.2

38 50 m 50 m 10m 10 m 2m 2m 10m 10 m 2m 2m 10m 10 m 2m 2m 10m 10 m 2m 2m 10m 10 m 2m 2m

Hình 3.2: Ô mẫu điều tra carbon rừng khộp

Tổng số OTC thiết lập điều tra sinh khối và chặt hạ cây giải tích là 18 ô, trong đó: 10 ô ở huyện Easoup, và 8 ô ở huyện Eahleo. Bản đồ ô phân bố ô mẫu theo hình 3.3. Trong đó kế thừa 12 OTC xác định sinh khối đã tham gia thiết lập trong giai đoạn 2010- 2012 của FREM. 6 OTC lập mới năm 2013. Thông tin về vị trí và trạng thái của 18 OTC rút mẫu chi tiết theo bảng 3.1.

39

Hình 3.3: Bản đồ phân bố ô mẫu điều ra sinh khối, carbon rừng khộp Bảng 3.1: Thông tin về vị trí và trạng thái ô tiêu chuẩn rút mẫu

Mã ô Huyện Xã X_UTM Y_UTM Trạng thái

K1 Ea Suop Ea J'Lơi 813265 1470719 RIIIA1

K2 Ea Suop Ea J'Lơi 812128 1472149 RIIIA1

K3 Ea Suop Ea J'Lơi 812847 1469667 RIIB

K5 Ea Suop Ea J'Lơi 806920 1470867 RIIIA1

K6 Ea Suop Ea J'Lơi 808918 1470597 RIIA2

K7 Ea H'leo Ea Sol 203233 1478767 RIIIA1

K8 Ea H'Leo Ea Sol 203531 1478986 RIIB

K9 Ea H'Leo Ea H'Leo 179267 1477424 RIIIA1

K10 Ea H'Leo Ea H'Leo 179449 1477347 RIIB

K11 Ea H'Leo Ea H'Leo 179204 1477714 RIIIA1

K12 Ea Soup Ea Rvê 785070 1464132 RIIIA1

K13 Ea Suop Ea Rvê 784603 1464579 RIIA1

K14 Ea Hleo Cư A Mung 175084 1459605 RIIIA1

K15 Ea Hleo Cư A Mung 175409 1456631 RIIIA1

K16 Ea Hleo Cư A Mung 175171 1456357 RIIIA1

K17 Ea Suop Ea J'Lơi 810800 1472734 RIIIA1

K18 Ea Suop Ea J'Lơi 810331 1431317 RIII A2

40

b)Thu thập số liệu ô mẫu.

i) Số liệu thông tin ô mẫu.

Vị trí hành chính, tọa độ địa lý, chủ rừng.

ii)Số liệu các nhân tố cấu trúc lâm phần và nhân tố sinh thái

Các nhân tố cấu trúc lâm phần: Kiểu rừng, trạng thái, trữ lượng

(m2/ha), ưu hợp, độ tàn che, loài le tre.

Các nhân tố sinh thái: Địa hình, khí hậu, đất đai, nhân tác

iii) Số liệu cây gỗ đứng

Phân chia ô tiêu chuẩn theo các cấp đường kính, điều tra các chỉ tiêu: Loài, DBH, H, phẩm chất cây, Đường kính tán lá (Dt).

Ô mẫu sơ cấp 50x50 (m): Điều tra cây gỗ có DBH>30(cm).

5 ô mẫu thứ cấp 10x10 (m): Trong đó 1 ô đặt ở tâm và 4 ô ở 4 góc của

ô mẫu sơ cấp. Điều tra cây gỗ có 5(cm) < DBH  30(cm).

5 ô mẫu phụ 2x2(m): Điều tra cây gỗ có DBH<5cm và H>1.3m

v) Số liệu thảm mục, thảm tươi, gỗ chết

Các định nghĩa về thảm tươi, thảm mục, gỗ chết theo tiêu chuẩn của IPCC (2006): i) Thảm tươi (Herb): Là cây bụi, thân thảo, dây leo, song mây dưới tán rừng: ii) Thảm mục (Litter): Là tất cả sinh khối không sống với kích thước lớn hơn sinh khối trong đất hữu cơ (2mm) và nhỏ hơn đường kính xác định gỗ chết (10cm), nằm trên bề mặt đất rừng; iii) Gỗ chết (Dead wood): là cây đã chết nằm hoặc còn đứng với đường kính >10(cm).

Cách thu thập số liệu và lấy mẫu phân tích : Cân toàn bộ khối lượng 3 loại mẫu ở cả 5 ô phụ 2x2 (m) và lấy khối lượng trung bình. Trộn đều mẫu của mỗi loại ở 5 ô và lấy mẫu phân tích mỗi loại 100(gram). Kí hiệu mẫu: Kiểu rừng, số thứ tự ô, số thứ tự mẫu, tên mẫu. Ví dụ: K1.1TM (Hình 3.4).

41

Hình 3.4: Xác định khối lượng và lấy mẫu thảm tươi, thảm mục, gỗ chết

42

i) Số liệu đất

Trong phạm vi đề tài, nghiên cứu carbon hữu cơ trong đất của kiểu rừng rừng khộp ở tầng sâu đến 30cm. chia thành 3 tầng: Tầng 1: 0-10cm; tầng 2: 10- 20cm; tầng 3: 20-30cm. Xác định thể tích đất tươi bằng ống dung trọng rỗng ruột có thể tích V= 50(cm3). Cân và xác định khối lượng, thể tích đất tươi trong ống dung trọng.

Lấy mẫu đất phân tích : Lấy mẫu đất 3 tầng, mỗi tầng lấy toàn bộ khối

lượng trong ống dung trọng rồi trộn chung với nhau cho mỗi phẫu diện. Các mẫu đem về sấy khô để phân tích carbon. Kí hiệu mẫu đất: Kiểu rừng khộp (K), số thứ tự ô, số thứ tự phẫu diện đất, tầng đất. Ví dụ: K2.1D3 (Hình 3.5).

3.3.2.2. Chặt hạ cây (destructive measurement) để xác định thể tích, sinh khối và lấy mẫu phân tích carbon

a)Chặt hạ cây mẫu

Tiến hành chặt hạ cây có DBH>5cm, cây giải tích rải đều ở các cấp kính với cự ly tổ (Kd) =10 (cm). Trong phạm vi nghiên cứu, cấp kính cây chặt hạ giải tích là từ 5 (cm) đến (50cm) mỗi cấp kính chặt hạ ít nhất là 3 cây. Vì tổ thành loài của rừng khộp khá đơn giản do đó loài cây lựa chọn để chặt hạ là những loài phổ biến, chiếm ưu thế trong lâm phần. Sau đó chia thân cây ra 5 phần bằng nhau với chiều dài mỗi đoạn là 1/5 L. Minh họa ở hình 3.6.

43

Xác định các số liệu về loài cây, chiều dài cây (L), đường kính ngang ngực (DBH), và tuổi cây rừng (A_yr), Đường kính Doi (i=0 - 4) của từng phân đoạn có vỏ và không vỏ lần lượt tại vị trí 0/5 L, 1/5 L, 2/5L, 3/5L, 4/5L.

Phân tách riêng các bộ phận cây rừng bao gồm thân, cành, lá, vỏ, đào toàn bộ phần rễ cây rừng, lấy mẫu để xác định khối lượng thể tích gỗ và vỏ tươi ngay trên hiện trường. Minh họa cụ thể các bước thu thập số liệu trong hình 3.7

1) Cắt cành 2) Chia cây thành 5 phân

đoạn

3) Lấy mẫu xác định WD, BaD

4) Đào rễ cây 5) Bóc vỏ cây 6) Cân các bộ phận

7) Xác định khối lượng thể tích gỗ, vỏ tươi 8) Lấy mẫu phân tích

44

b)Thu thập số liệu sinh khối từ cây giải tích và lấy mẫu phân tích i) Số liệu sinh khối tươi các bộ phận cây

Cân toàn bộ khối lượng từng bộ phận của cây gồm: Thân, cành, lá, vỏ và phần rễ cây (kg) và lấy mẫu phân tích: Mỗi bộ phận cây lấy 01 mẫu, mẫu được lấy trên cơ sở trộn ở các vị trí khác nhau, ví dụ như mẫu thân cây được lấy từ 5 thớt cây ở 5 vị trí chia cây thành 5 phân đoạn, sau đó chẻ nhỏ, trộn để lẫy mẫu; tương tự như vậy cho lá được lấy ở các kích thước, cành ở các kích thước, vỏ ở 5 vị trí phân đoạn và rễ ở các kích thước. Mỗi mẫu sau khi trộn cân chính xác 100 g/mẫu. Kí hiệu mẫu: Kiểu rừng khộp (K), Số thứ tự ô, số thứ tự cây, bộ phận lấy mẫu (T). Ví dụ: K1.1.T. Trong đó phần gỗ, vỏ lấy tại vị trí 5 phân đoạn. Minh họa theohình 3.8

Bóc vỏ, cân phần thân cây riêng và lấy mẫu

Cân cành và lấy mẫu Cân lá và lấy mẫu

Cân vỏ và lấy mẫu Cân rễ và lấy mẫu

45

ii)Xác định khối lượng thể tích gỗ, vỏ cây tươi

Lấy mẫu thân và vỏ ở vị trí 5 phân đoạn bằng nhau. Cân khối lượng mẫu. Xác định thể tích phần mẫu gỗ và vỏ bằng ống đo thể tích nước bị choán chỗ; phần nước dâng lên khi cho mẫu gỗ vào ống dung trọng đựng nước chính là phần thể tích mẫu cần tính toán. Minh họa theo sơ đồ hình 3.9.

Hình 3.9: Xác định thể tích gỗ, vỏ tươi bằng ống đo nước (ml)

 Kết quả thu thập số liệu của OTC và cây mẫu

i) Đề tài kế thừa bộ số liệu đã tham gia thu thập cùng FREM trong giai đoạn từ 2010 - 2012 gồm: 12 OTC điều tra lâm phần và 176 cây mẫu; 26 mẫu rễ cây đào riêng. Đề tài bổ sung thêm dữ liệu: 6 OTC điều tra cây rừng và lấy mẫu xác định sinh khối, không tiến hành chặt hạ cây mẫu.

ii) Tổng số lượng các mẫu lấy phân tích sinh khối, carbon gồm:

Số mẫu 4 bộ phận cây trên mặt đất: 173 cây x 4 bộ phận = 692 mẫu.

Số mẫu rễ cây: 111 cây + 26 mẫu rễ lấy riêng = 137 mẫu.

Số mẫu đất: 18 OTC x 3 mẫu/OTC = 54 mẫu.

Số mẫu thảm tươi, thảm mục, gỗ chết: 18OTC x 3 mẫu/OTC = 54 mẫu.

Thể tích nước dâng Mẫu gỗ, vỏ phân tích Thể tích nước ban đầu

46

3.3.2.3. Phương pháp phân tích mẫu và xử lý số liệu

a)Số liệu phân tích sinh khối khô, carbon.

i) Đem mẫu thu thập sấy ở 105°C cho đến khi mẫu khô hoàn toàn, có khối lượng không đổi, cân khối lượng mẫu khô. Xác định tỷ lệ sinh khối khô của mẫu theo công thức:

(3.1) Trong đó:

%SKK/SKT=Tỉ lệ sinh khối khô so với khối lượng mẫu tươi (%) SKK=Khối lượng mẫu khô (gam)

SKT= Khối lượng mẫu tươi (gam)

ii) Tính toán khối lượng thể tích gỗ, vỏ khô (WD, BaD) theo công thức:

(3.2)

Trong đó:

WD, BaD= khối lượng thể tích gỗ, vỏ (g/cm3) m= khối lượng khô của mẫu gỗ, vỏ (gam) V= thể tích tươi của mẫu gỗ, vỏ (cm3)

iii) Dung trọng đất xác định từ khối lượng đất tươi chuyển đổi về khối lượng khô và thể tích đất trong ống dung trọng lấy mẫu theo công thức:

(3.3)

Trong đó:

Þ= Dung trọng đất (g/cm3)

m= Khối lượng đất khô trong ống dung trọng lấy mẫu (gam) V= thể tích ống dung trọng là 50 (cm3)

iv) Phân tích carbon trong các mẫu theo phương pháp Walkley – Black, dựa trên nguyên lý oxy hoá chất hữu cơ trong mẫu bằng kali bicromat (K2Cr2O7) 1N. Xác định lượng carbon bằng cách so màu xanh của Cr3+ tạo thành (K2Cr2O7) tại bước sóng 625nm. Từ đây xác định % C trong các mẫu phân tích.

47

(3.4)

Trong đó:

mC= Khối lượng carbon phân tích trong mẫu khô (gam) m= khối lượng mẫu khô phân tích (gam)

v) Sau khi xác định được lượng carbon tính được lượng CO2 thông qua phương trình hoá học: CO2 = C + O2 , suy ra lượng CO2 hấp thụ: CO2 = 3.67C (Pearson và cộng sự, 2007).

b)Xử lý số liệu sinh khối, carbon cây giải tích.

i) Thể tích cây gỗ đứng có vỏ và không vỏ Được tính theo công thức của Huber trong đó VCV tính theo DCV và VOV tính theo DOV:

(3.5) Thể tích của vỏ cây: VV= VCV - VOV

Trong đó:

V= Thể tích có vỏ (Vcv) hoặc không vỏ (Vov)ỏ ứng với đường kính có vỏ và không vỏ.

D0i=Đường kính ở 5 phân đoạn (cm) có vỏ và không vỏ L= Chiều dài cây (m)

ii) Diện tích tán lá (Ca) được tính theo công thức: Ca= (3.6) Trong đó: Dt= Đường kính trung bình tán lá (m)

iii) Tính các chỉ tiêu lâm phần: N (cây/ ha), BA( m2/ha), M (m3/ha) được tính theo các công thức điều tra rừng thông dụng.

iv) Xác định sinh khối khô và lượng carbon tích lũy ở các bể chứa:

- Sinh khối khô cho từng bộ phận và cả cây=Sinh khối tươi * %SKK/SKT. - Carbon tích lũy của từng bộ phận và cả cây= Sinh khối khô * % C.

- Sinh khối khô của thảm tươi, thảm mục, gỗ chết (tấn/ ha) = (Sinh khối tươi/ ô mẫu_tấn * %SKK/SKT x104)/ diện tích ô mẫu.

48

- Carbon tích lũy của thảm tươi, thảm mục, gỗ chết = Sinh khối khô * %C. - Carbon hữu cơ trong đất (tấn/ha) được tính theo công thức của Pearson và

cộng sự (2007), IPCC (2006):

SOC (t/ha)= ρ(g/cm3)*d(cm)*%C*100 (3.7) Trong đó ρ: Dung trọng đất, d =30cm là bề dày đất, %C: % carbon hữu cơ trong đất.

3.3.2.4. Phương pháp thiết lập mô hình toán sinh trắc (allometric equations)

a) Tổng quát về mô hình sinh trắc(allometric equations)

Mô hình dạng tổng quát: Yj = f (xi). Yj = biến số phụ thuộc, ở đây là sinh khối, carbon ở các bộ phận cây, bể chứa cần ước tính; xi =biến số độc lập xác định được trong điều tra rừng: nhân tố cấu trúc, sinh thái rừng. Mô hình sinh trắc được xây dựng trong phần mềm Excel, Statgraphics Centurion theo hai hướng chính:

i) Mô hình tuyến tính một đến nhiều biến, tổ hợp biến, hoặc phi tuyến được đổi biến số về tuyến tính, sử dụng phương pháp ước lượng bình phương tối thiểu.

ii) Mô hình dạng phi tuyến một đến nhiều biến, tổ hợp nhiều biến số theo phương pháp Marquardt.

Các biến số Yj và xi được đổi biến số theo dạng log, sqrt, 1/y, xi…. và tổ hợp biến.

Phương pháp lựa chọn loại biến số và số lượng biến tham gia vào mô hình cũng như dạng hàm quan hệ được xây dựng dựa trên phân tích các chỉ tiêu thống kê toán học và đánh giá độ tin cậy của mô hình khi thiết lập hàm cũng như sai số của mô hình so với số liệu thực tế. Sử dụng phương pháp xây dựng hàm sinh trắc dựa trên các chỉ tiêu của Bảo Huy (2012), ngoài ra cần dựa vào cơ sở lâm sinh học để đánh giá các mối quan hệ giữa các biến số phụ thuộc cần tính toán với các biến số độc lập trước khi dò tìm các mối tương quan giữa các đại lượng này.

49

b) Các chỉ tiêu thống kê lựa chọn hàm và biến tham gia vào mô hình