PGS.TS BẢO HUY

:ỦA R Ừ N G L Á R Ộ N G
THƯỜNG XANH
V Ù N G TÁY N G U Y Ê N
’•V-»


PGS. TS BẢO HUY

MÔ IIÌM t SINH TRAC
VÀ CỒNG NGHỆ VIỄN THÁM . GIS
» Ể XÁC »ỊNH LƯƠNG COj HẤP THỤ
CỦA RƯNG LÁ RỘNG THƯỜNG XANH
VƯNG TÂY NGUYÊN
(Kết quả nghiên cứu đề tài khoa học công nghệ trọng điểm
cấp Bộ (Bộ Giáo dục ưà Đào tạo) đạt loại xuất sắc
năm 2012)

TR u ÓÌ i Õ Đ M HỌC N H ^ R Ạ N bị

’t h ư v Ế h

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT


PGS.TS BẢO HUY

MÔ HÌNH SINH TRẠC
& CÔNG NGHệ VlêN THAM - GIS
ĐỂ XAC ĐỊNH LƯỢNG C02 HRP THỤ CỦR

từ suy thoái và mất rừng' trong ba năm 2010 - 2012. Kết quả về

mặt khoa học và ứng dụng trong thực tiền đả được Hội đồng khoa
học công nghệ của Bộ Giáo dục và Đào tạo đánh giá và nghiệm thu
xếp loại xuất sắc.
Rừng đóng vai trò quan trọng trong giảm nhẹ biến đổi khí
hậu toàn cầu, đó là hấp thụ CO2 - loại khí chủ yếu gây hiệu ứng
nhà kính - và lưu giừ nó trong các bẽ chứa ở dạng carbon rừng,
ngược lại nếu làm suy thoái rừng, rừng sẽ phát thải khí C02 trở lại
khí quyển lảm gia tăng thêm nguy cơ biến đổi khí hậu. Với ý nghĩa
như vậy, cộng đồng quốc tê đã đề xuất thực hiện chương trình
“Giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính từ suy thoai và mất
rừng kết hợp với hảo tồn, quản lý bền vững rừng và tăng cường trữ
lượng carbon rừng ở các nước dang phát triển - REDD+”. Chương

trình REDD+ khuyến khích các quốc gia đang phát triển như Việt
Nam nỗ lực quản lý báo vệ và phát triển rừng để tăng cường lưu
giữ carbon trong các bê chứa của rừng, trên cơ sở đó sè xác định
tín chí carbon rừng đê thu được nguồn tài chính cua quốc tế nhờ
cung cấp dịch vụ môi trường hấp thụ CO2 từ rừng.
Để hình thành dược tín chí carbon rừng thì cần cung cấp dừ
liệu thay đổi bế chứa carbon rừng theo thời gian ớ từng vùng địa lý
khi tham gia REDDh Do vậy, nghiên cứu này đã “Thiết lập dược
một hệ thống mô hình sinh trắc (allometric equations) và công
nghệ viễn thám - GIS để xác dinh lượng CO2 hấp thụ trong các
trạng thải của kiểu rừng lá rộng thường xanh vùng Tây Nguyên
nhằm cung cấp thông tin, cơ sở dữ liệu và phương pháp giám sát

5


Tác giả
PGS.TS BẢO HUY
6


L Ờ I CẢM ơ \
Kết quả nghiên cứu này được hoàn thành là nhờ sự dóng
góp, tham gia có hiệu quả của nhiều cá nhân, tổ chức trong gần ba
năm từ 2010 đến 2012. Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc
đến:
- Tất cả thành viên trong Nhóm tư vấn “Quản lý Tài
nguyên rừng và Môi trường (FREM)” của trường Đại học Tây
Nguyên:
+ TS Nguyễn Thị Thanh Hương, đã có đóng góp trong xây
dựng giải pháp ứng dụng ảnh viễn thám để ước tính carbon rừng;
+ TS Võ Hùng, TS Cao Thị Lý, KS Nguyễn Công Tài Anh,
KS Phạm Đoàn Phú Quốc, KS Hoàng Trọng Khánh, KS Hồ Đình
Bảo, dã tích cực trong tham gia nghiên cứu, đặc biệt tổ chức thu
thập dữ liệu hiện trường (một công việc nặng nhọc, đòi hỏi chính
xác cao) đồng thời đã tổng hợp cả cơ sở dừ liệu;
+ Th.s Nguyễn Đức Định và KS Nguyễn Thế Hiển, trong
việc tham gia thu thập số liệu hiện trường và định danh các loài
thực vật thân gỗ nghiên cứu.
+ Các nghiên cứu sinh: Phạm Tuấn Anh, Huỳnh Nhân Trí,
các học viên cao học, sinh viên, đã tham gia thu thập số liệu hiện
trường và phân tích dữ liệu như: Dương Ngọc Quang, Giang Thị
Thanh, Nguyễn Thanh Trà, Huỳnh Thị Kiều Trinh, Bùi Hiến Đức,
Nông Thị Vui và nhiều sinh viên khác.
- Bộ Giáo dục và Đào tao, trường Đại học Tây Nguyên về sự
hỗ trợ trong quản lý, tài chính để nghiên cứu được hoàn thành.


Võ Hùng

TS

Thành viên

4

Cao Thị Lý

TS

Thư ký

5

Phạm Tuấn Anh

NCS

Thành viên

6

Huỳnh Nhân Trí

NCS

Thành viên


11

Hồ Đình Báo

KS

Thành viên

12 Nguyễn Thế Hiển

KS

Thành viên

9


MUC LUC
Lời nói đầu........................................................................................ 5
Lời cảm ơn..........................................................................................7
Danh mục bảng biểu........................................................................ 17
Danh mục hình, biểu đồ.................................................................. 21
Danh mục ngữ nghĩa của chữ, ký hiệu viết t ắ t ............................. 25

MỞĐẦU
1. Đ ặt vấn d ề .................................................................................31
2. Tổng quan vấn đề nghiên cứu hấp thụ C02
của rừng để tham giachương trình REDD*............................ 34
2.1. Chương trình REDD*............................................................ 34

tượng và đặc diểm khu vực nghiên c ứ u ......................71
3.1. Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu..........................................71
3.2. Đối tượng nghiên cứu......................................................... 72

Đối

3.2.1. Sinh khối và carbon rừng nghiên cứu................... 72
3.2.2. Kiểu rừng, trạng thái rừng,
loài cây nghiên cứu................................................... 72
3.2.3. Ảnh viễn thám......................................................... 73
3.3. Đặc điểm khu vực nghiên cứu............................................ 73
3.3.1. Đất đai, địa h ìn h ..................................................... 73
3.3.2. Khí hậu, thủy văn.................................................... 73
3.3.3. Tài nguyên rừng lá rộng thường xanh
ở Tây Nguyên............................................................ 74
3.3.4. Chương trình REDD+ ở Tây Nguyên.......................75
4. Mục tiêu và nội dung nghiên c ứ u .........................................75
4.1. Mục tiêu nghiên cứu........................................................... 75
4.2. Nội dung nghiên cứu.......................................................... 76
5. Phương pháp nghiên c ứ u ....................................................... 77
5.1. Phương pháp luận, cách tiếp cận nghiên cứu................. 77
5.2. Phương pháp nghiên cứu cụ th ể ...................................... 79
5.2.1. Phương pháp thu thập, phân tích, xử lý
số liệu để lập mô hình allometric equation
ước tính sinh khối và carbon cho cây rừng,
lâm phần................................................................... 79
5.2.2. Phương pháp ước tính sinh khối,
carbon lâm phần....................................................... 98

12

1. ứ n g dụng ản h vệ tin h trong ước tính và giám sát
sinh khôi, carbon rừ n g ...........................................................171
1.1. Hiệu chỉnh hình học ảnh, phân loại ảnh
thành vùng có rừng và không có rừng tự nhiên................... 171
1.1.1. Hiệu chỉnh hình học ả n h ...........................
171
1.1.2. Phân loại vùng có rừng và không rừng.................. 172
1.2. Phân loại ảnh vệ tinh bằng phương pháp phi giám
định và lập mối quan hệ sinh khối, carbon rừng
với các lớp phân loại..........................................................173
1.3. Phân tích hồi quy giữa sinh khối rừng
với giá trị ảnh (DN)............................................................179
1.3.1. Tạo cơ sở dữ liệu quan hệ giữa sinh khối
từ ô mẫu với giá trị các band phổ............................ 179
1.3.2. Phân tích hồi quy giữa giá trị ảnh
và sinh khối đo tính trên ô mẫu.............................. 181
1.3.3. Thành lập bản đồ theo cấp sinh khối rừng.............. 181
14


1.4. Phần loại ảnh có giám định để phân chia rừng
theo cấp sinh khối............................................................. 186
1.4.1. Phân chia cấp sinh khối TAGTB.............................186
1.4.2. Phân loại ảnh có giám định theo 3 cấp
sinh khối................................................................... 186
1.4.3. Đánh giá độ tin cậy của phân loại ảnh
theo cấp sinh khối bằng phương pháp
giám định...................................................................190
2. ứ n g dụng gis trong quản lý, giám sát sinh khối
carbon rừng............................................................................ 192

16


Phụ lục 17: Dữ liệu dung trọng và carbon đất (SOC)
các ô nghiên cứu...................................................... 304
Phụ lục 18: Dữ liệu

soc với các nhân tố sinh thái...................309

Phụ lục 19: Dữ liệu sinh khối và carbon của thảm mục
thảm tươi, gỗ chết ở các lâm phần.........................310
Phụ lục 20: Giá trị sinh khối, carbon
và điều tra lâm phần của các ô nghiên cứu.................312
Phụ lục 21: Dữ liệu tổng lượng carbon lâm phần
và các nhân tố sinh thái ở các ô mẫu
nghiên cứu................................................................ 318
Phụ lục 22: Dữ liệu tuổi cây theo DBH và H .............................324
Phụ lục 23: Dữ liệu 61 ô mẫu sử dụng lập quan hệ
sinh khối, carbon trên mặt đất với chỉ số
ảnh vệ tinh SPOT5...................................................326
Phụ lục 24: Dữ liệu TAGTB theo phân cấp ảnh tự động
3 lớp................................................. !..................... 332
Phụ lục 25: Dữ liệu TAGTB với các chỉ số DN
của 4 band ảnh SPOT............................................... 337

DfìNH MỤC BỎNG Biểu
Bảng 0.1: Diện tích rừng hiện tại của Tây Nguyên
so với cả nước.................................................................. 74
Bảng 0.2: Thông tin vị trí và trạng thái rừng của ô mẫu
nghiên cứu.......................................................................81

trên mặt đất với các biến số .....................................119
Bảng 1.12: So sánh mô hình ước lượng AGB theo DBH
của Brown (1997) và mô hình được xây dựng
trong đề tà i.................................................................. 122
Bảng 1.13: Mô hình ước tính carbon cây gỗ phần
trên mặt đất với các biến số ...................................... 124
Bảng 1.14: Tỷ lệ C(AGB)/AGB...................................................... 126
Bảng 1.15: Mô hình ước tính sinh khối rễ cây
theo các biến số........................................................... 127
Bảng 1.16: Mô hình ước tính carbon tích lũy trong rễ cây
với các biến số............................................................. 128
B ảng 1.17: Carbon tích lũy và C02 hấp thụ của cây rừng
theo cấp kính.......................................

129

Bảng 1.18: Mô hình ước tính gián tiếp sinh khối và carbon
thông qua sinh khối/carbon dễ đo tính.....................130
Bảng 1.19: Mô hình ước tính sinh khối, carbon cây
trên mặt đất với thể tích cây..................................... 131
Bảng 1.20: Mô hình ước tính các nhân tô điều tra cây
cá thể............................................................................132
18


Bảng 2.1: Trung bình và biến dộng soc rừng thường xanh
Tây Nguyên..................................................................138
Bảng 2.2: Mô hình quan hệ soc với các nhân tố sinh thái,
sinh khối rừng............................................................... 139
Bảng 2.3: Trung bình và biến động sinh khối và carbon



Bảng 2.18: Phân tích ANOVA về sự sai khác các cấp
sinh khối.....................................................................153
B ảng 2.19: Phân cấp sinh khối TAGTB và quan hệ với M........... 154
B ảng 2.20: Cấu trúc sinh khối và carbon ở lãm phần
cấp sinh khối 1 - câ'p H III............. ..........................155
Bảng 2.21: Cấu trúc sinh khối và carbon ở lâir phần
cấp sinh khối 2 - cấp H II......................................... 157
B ảng 2.22: cấu trúc sinh khối và carbonỊỞ lâm phần cấp
sinh khối 3 - cấp H I .................................................158
B ảng 2 .23: Lượng Carbon và C02 hấp thụ trong 3 lâm phần
đại diện sinh khối và năng suất............................... 160
B ảng 2.24: Hấp thụ C02 rừng lá rộng thường xanh
Tây Nguyên và giá trị môi trường.............................. 161
Bảng 2.25: Mô hình ước tính A theo DBH và H ......................... 162
Bảng 2.26: Tăng trưởng sinh khối và carbon cây gỗ trên
và dưới mặt đất ở cấp sinh khôi 2 - cấp H I I .........165
Bảng 2.27: Tăng trưởng sinh khối, carbon và hấp thụ C02
trên các đơn vị phân loại rừng lá rộng thường
xanh vùng Tây Nguyên.............................................. 166
Bảng 2.28: Hấp thụ C02 theo cấp sinh khôi và cấp H
rừng lá rộng thường xanh vùng Tây Nguyên........... 168
Bảng 3.1 : Đánh giá biến động của ước lượng sinh khối
trên mặt đất (TAGTB) theo 3 lớp phân chia phi
giám định với các ô độc lậ p ......................................... 176
Bảng 3.2: Đánh giá biên động của ước lượng trung bình
sinh khối trên mặt dất (TAGTB) theo 3 lớp ảnh
phân chia phi giám định.............................................. 177
B ảng 3.3 : Kết quả đánh giá sai khác s % giữa giá trị TAGTB

80

0.5: Bản đồ phân bố ô mẫu nghiên cứu trên rừng lá
rộng thường xanh vùng Tây Nguyên.......................

80

0.6: Thu thập và cân sinh khối gỗ chết, thảm mục.......

84

0.7: Xác định dung trọng đất tươi bằng ống dung trọng
và cân điện tử - lấy mẫu đất...................................

84

0.8: Chặt hạ cây, phân tách các bộ phận
và đào rễ cây............................................................

85

0.9: Phân chia cây chặt hạ thành 5 đoạn bằng nhau
để xác định thể tích.................................................

86

0.10: Cân khối lượng tươi 5 bộ phận cây chặt hạ..........

87


mô hình 3 biến DBH, H và WD
hoặc chỉ với DBH...........................................................111
H ình 1.3: Quan hệ giừa giá trị ước lượng sinh khối và carbon
tích lũy trong vỏ qua mô hình với thực t ê ..................116
H ình 1.4: Tỷ lệ carbon tích lũy trung bình
trong 4 bộ phận cây trên mặt đất...............................117
H ình 1.5: Quan hệ AGB với các biến số khác nhau....................120
H ình 1.6: So sánh sự phù hợp của các mô hình trong đề tài
với mô hình của Brown (1997)
và Chave (2005)............................................................ 121
H ình 1.7: Quan hệ giá trị dự báo AGB với quan sát và biến
động phần dư (residual) của mô hình 4 biến
log(AGB) = fĩlog(DBH), log(H), log(Ca), log(WD))........... 123
H ình 1.8: Quan hệ giá trị ước tính C(AGB) qua mô hình
có biến số khác nhau với giá trị quan s á t ..................125
H ình 1.9: Tỷ lệ carbon tích lũy trung bình trong 5 bộ phận
cây rừng.........................................................................129
H ình 2.1: Quan hệ H/DBH.............................................................135
H ình 2.2: Đường cong và biểu cấpchiều cao................................ 136
H ình 2.3: Kiểm nghiệm sự phù hợp của họ dường cong
cấp chiều cao.................................................................. 136
H ình 2.4: Phân bô sinh khối trên và dưới mặt đất theo cấp
DBH lâm phần cấp sinh khối 1 - cấp H III...............156
H inh 2.5: Phân bố sinh khối trên và dưới mặt đất theo cấp
DBH lâm phần cấp sinh khối 2 - cấp H I I ................157
H ình 2.6: Phân bố sinh khối trên và dưới mặt đất theo cấp
DBH lâm phần cấp sinh khối 3 - cấp H 1..................159
H ình 2.7 : Tỷ lệ trung bình % c ở các bể chứa trong rừng
lá rộng thường xanh Tây Nguyên................................. 161
H ình 2.8: Quan hệ A =flDBH, H )................................................. 163

Hình 3.15: Bản đồ vector 3 cấp sinh khối rừng
trên mặt đ ấ t............................................................... 185
Hình 3.16: Ánh đã được phân loại giám định thành 3 cấp
sinh khối......................................................................190
Hình 3.17: Ma trận đánh giá độ tin cậy của phân loại
rừng có giám định theo sinh khối.............................. 191
Hình 3.18: Cơ sở dữ liệu đầu vào từ phân loại ảnh vệ tinh
được quản lý trong ArcGIS......................................... 193
23


Hình 3.19: Các trường dữ liệu sinh khối, carbon,
C02 được mở trong ArcGIS........................................ 194
Hình 3.20: Tính dữ liệu TBGTB thông qua mô hình
với biến TAGTB..........................................................194
Hình 3.21: Cơ sở dữ liệu, sinh khối và CƠ2 hấp thụ
trong một khu vực....................................................... 195
Hình 3.22: Bản đồ phân cấp carbon rừng khu vực Tuy Đức,
Đăk Nông.....................................................................195
Hình 3.23: Bản đồ phân cấp carbon rừng (3 cấp phóng to)....... 196
Hình 4.1: Các tiến trình đo tính, giám sát sinh khối,
carbon rừng và C02.......................................................200
Hình 4.2: Bản đồ phân 3 lớp rừngvà diện tích tương ứng.............. 202
Hình 4.3: Bản đồ cấp sinh khối và dữ liệu TAGTB
bình quân theo cấp........................................................203
Hình 4.4: Ô mẫu tròn phân tầng theo cấp k ín h .........................205
Hình 4.5: Ô mẫu được bố trí ngẫu nhiên trên bản dồ
(vùng dự án REDD SNV Cát Tiên
và Bảo Lâm)...................................................................207
Hình 4.6: Cập nhật dữ liệu tổng carbon rừng khi TAGTB

gỗ/ha (m2/ha)

Bba

Biomass of bark

Sinh khối
(kg/cây)

Bbr

Biomass of branch

Sinh khối của cành cây
(kg/cây)

BCEF

Biomass conversion Hệ số chuyển đổi trữ lượng
expansion sang sinh khối
and
factors

Bdw

Biomas
wood

of


rễ của thực vật, nhưng chủ
yếu là rễ cây gỗ (kg/cây)

25


Bhg

Biomass of herb

Sinh khối của thảm tươi

Bl

Biomass of leaf

Sinh khối của lá (kg/cây)

Bli

Biomass of litter

Sinh khối của thảm mục

Bst

Biomass of stem

Sinh khối của thân cây gỗ
(kg/cây)


Cbr

Carbon of branch

Carbon
(kg/cây)

CD

Crown diameter

Đường kính tán lá (m)

CDM

Clean Development Cơ chế phát triển sạch
Mechanism

Cdw

Carbon
wood

CF

Carbon Fraction

Hệ số chuyển đổi từ sinh
khối khô sang carbon


cây

dead Carbon của gỗ chết


Parties
(to the (Hiệp định khung về biến
United
Nations đổi khí hậu của Liên Hiệp
Framework
Quốc)
Convention
on
Climate
Change
(UNFCCC))
Cst
DBH,
D1.3

Carbon of stem

Carbon của thân cây gỗ
(kg/cây)

D, Diameter at Breast Đường kính ở độ cao ngang
Height
ngực, thường là ở độ cao 1.3
m, đơn vị cm

Growing stock level

Trừ lượng cây đứng (m3/ha)

H

Height

Chiều cao cây (m)

IPCC

Cơ quan liên chính phủ về
Intergovernmental
Panel on Climate biến đổi khí hậu
Change

M
MRV

N

and Tổ chức Nông Lương của
Liên Hiệp Quốc

Trữ lượng gỗ m3/ha
Measurement,
Reporting
Verification