- Để ước tính, giám sát lượng CO 2 hấp thụ cho một khu vực có diện tích rộng, cần phải có dữ liệu sinh khối rừng, carbon lưu giữ trên bản đồ theo không gian và thời gian. - Tổng sinh khối trên và dưới mặt đất của cây rừng là tấn. - Dữ liệu vệ tinh có thể được sử dụng để ước tính sinh khối và carbon lưu giữ trên mặt đất. - Ở Việt Nam, nghiên cứu của Nguyễn Việt Lương đã tính tổng sinh khối trên và dưới mặt đất ở khu vực vườn quốc gia Yok Đôn theo hàm allometric equations được xây dựng bởi Chaivo et al (2010) trên khu vực rừng khộp ở Thái Lan dựa vào hai tham số chính H và DBH. - Sinh khối và carbon trong thân cây gỗ trên mặt đất;. - i) Thử nghiệm hai phương pháp phân loại ảnh vệ tinh kết hợp với ba phương pháp điều tra ô mẫu để trong ước tính sinh khối và carbon rừng.. - ii) Ứng dụng công nghệ GIS để xây dựng giải pháp quản lý, giám sát sinh khối và lượng CO 2. - 3.3.2 Thu thập số liệu ô mẫu mặt đất, chặt hạ cây để lập mô hình tính toán sinh khối và carbon phần cây gỗ trên mặt đất.. - Lập ô tiêu chuẩn 50x50m và chặt hạ cây để thu thập số liệu sinh khối cây gỗ trên mặt đất:. - Kế thừa số liệu của Bộ môn Quản lý Tài nguyên rừng và Môi trường (Trường Đại học Tây Nguyên, năm 2011) với173 cây chặt hạ rải theo cấp kính ở các ô mẫu 2500m 2 , có tổng số373 mẫu phân tích sinh khối và carbon, trong đó: 94 thân, 93 mẫu lá, 92 mẫu cành, 94 mẫu vỏ.. - Đối với ô vuông 30x30m, tính tổng sinh khối và carbon theo công thức 3.1 và công thức 3.2:. - Đối với ô tròn phân tầng, tính tổng sinh khối và carbon theo công thức3.3 và 3.4:. - Đây là cơ sở dữ liệu để nghiên cứu thiết lập quan hệ giữa ảnh với lượng sinh khối trên mặt đất theo 3 kiểu ô mẫu khác nhau.. - 3.3.3Thử nghiệm các phương pháp ứng dụng ảnh vệ tinh trong ước lượng sinh khối và carbon rừng theo 3 kiểu ô mẫu:. - i) Phương pháp phân loại ảnh phi giám định và lập quan hệ với sinh khối rừng cho 3 dạng ô mẫu:. - Hình 3.1: Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu phân loại ảnh phi giám định và lập quan hệ với sinh khối rừng. - Phân loại phi giám định dựa vào tập hợp các phần tử có cùng giá trị ảnh. - trong đó yi và xi được đổi biến số lần lượt là log, sqrt, exp, 1/yi, xi và tổ hợp biến để tìm hàm và biến số thích hợp.Chọn mô hình quan hệ sinh khối theo các nhân tố điều tra, hệ thống lớptheo các chỉ tiêuthống kê như: hệ số quan hệ R 2 %adj cao nhất, AIC(Akaike Information Criterion), CF(Correction factor), Cp (Tiêu chuẩn Mallow’Cp)và S 1. - bé nhất.So sánh mô hình quan hệ sinh khối với các nhân tố điều tra, hệ thống class, lựa chọn ra một mô hình tốt nhất tương ứng với tổ hợp hệ thống class, đó chính là số hệ thống class cần phân chia có mối quan hệ chặt chẽ nhất với sinh khối và carbon rừng trên mặt đất theo kiểu dạng ô mẫu thích hợp cho rừng khộp.. - Cuối cùng kết quả phân loại sinh khối, carbon trên ảnh thông qua mô hình được đánh giá sai số với các giá trị sinh khối thực tế của cácô mẫu.Sử dụng tiêu chuẩn T bắt cặp theo Paired Two Sample for Means để kiểm tra sự sai khác giữa giá trị ước tính trên ảnh với thực tế, nếu P(T<=t) one-tail (một chiều) >. - ii) Phương pháp phân loại ảnh có giám định và phân chia rừng theo cấp sinh khối. - Phương pháp này cũng dựa trên 3 kiểu ô mẫu, mỗi kiểu có 43 ô mẫu quan sát thực địa để phân loại ảnh thành các lớp đồng nhất về sinh khối và carbon rừng. - Phân cấp sinh khối dựa vào 3 kiểu ô mẫu. - Phân lập ảnh theo cấp sinh khối của 3 kiểu ô mẫu: Các ô mẫu là vùng ROI đại diện cho từng cấp. - Hình III.1: Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu phân loại ảnh có giám định và phân chia rừng theo cấp sinh khối theo 3 kiểu ô mẫu. - Trên cơ sở ảnh vệ tinh đã được giải đoán và phân loại theo từng cấp sinh khối, carbon, tiến hành lập cơ sở dữ liệu sinh khối, carbon cho một khu vực:Chuyển file ảnh thành vector với thuộc tính là sinh khối/ha (TAGTB, tấn ha) đã thực hiện trong nghiên cứu giải đoán ảnh vệ tinh trong ArcGIS. - 4.1.1 Thiết lập các mô hình sinh trắc ước tính sinh khối và carbon cây rừng phân trên mặt đất (AGB) và C(AGB). - Từ số liệu cây chặt hạ đã phân tích sinh khối và carbon, thiết lập được các mô hình ước tính sinh khối trên mặt đất (AGB) và carbon tương ứng C(AGB) theo hai nhân tố điều tra cây rừng là DBH và H. - Bảng 4.1: Các mô hình sinh trắc để ước tính sinh khối và carbon cây rừng phần trên mặt đất. - Kết quả trên cho thấy, nếu chỉ sử dụng biến số DBH để ước tính sinh khối và carbon rừng thì chưa phản ánh hết đầy đủ sinh khối và lượng carbon rừng vì cùng trong một cấp kính nhưng khác nhau về chiều cao sẽ tạo ra lượng sinh khối và carbon khác nhau. - Vì vậy, nghiên cứu sử dụng phương trình 4.1 ước tính sinh khối và phương trình 4.2 để ước tính carbon của cây rừng theo hai biến DBH và H:. - b) Phân loại vùng có rừng và không có rừng. - 4.1.3 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. - Sau đó, chồng lớp tọa độ các ô mẫu đã tính toán sinh khối phần trên mặt đất TAGTB (tấn/ha)theo 3 dạng ô mẫu gắn với 3 lớp phân loại theo 3, 4 và 5 class, Tạo được cơ sở dữ liệu quan hệ giữa sinh khối và carbon rừng ứng với các hệ thống class đã phân loại khác nhau được tổ hợp từ 3, 4 và 5 class.. - Trong mỗi tổ hợp cấp phân loại tìm mối quan hệ giữa sinh khối rừng với các class_id cho từng dạng ô mẫu.Kết quả phân loại phi giám định thành các class khác nhau sẽ tạo ra một lớp không phân loại là unclasssified. - Bảng 4.2: Mô hình quan hệ giữa sinh khối lâm phần (TAGTB (tấn/ha) của 3 kiểu ô mẫu với các class ảnh được phân loại phi giám định. - với tổ hợp phân loại thành 3 và 4 class. - TAGTB_SQ (Ô vuông) với tổ hợp phân loại thành 3, 4 và 5 class. - TAGTB_PR (Ô Prodan) với tổ hợp phân loại. - Với dạng ô mẫu hình tròn (Cycle: CY) phân tầng sinh khối có quan hệ chặt với ảnh phân loại phi giám định được tổ hợp từ 3-4 lớp với sai số tương đối S 2. - Dạng ô mẫu hình vuông (Square: SQ) sinh khối có quan hệ cao nhất với ảnh phân loại được tổ hợp từ 3-4-5 lớp với sai số tương đối S và không có sự sai khác giữa giá trị ước tính qua ảnh với thực tế ô mẫu với độ tin cậy 95% (kiểm tra t bắt cặp với P one tail = 0.97 >. - Dạng ô mẫu Prodan (PR) sinh khối có quan hệ với ảnh phân loại được tổ hợp từ 3-5 lớp, cósai số tương đối khá cao với S và không có sự sai khác giữa giá trị ước tính qua ảnh với thực tế ô mẫu với độ tin cậy 95% (kiểm tra t bắt cặp với P one tail = 0.28 >. - Giá trị sinh khối lâm phần (TAGTB, tấn/ha) có quan hệ chặt chẽ với các giá trị phân loại ảnh theo phương pháp phi giám định với tổ hợp các lớp phân loại theo 3, 4 và 5 class. - Cuối cùng, từ đánh giá nói trên theo các chỉ tiêu thống kê và sai số, cho thấy đối với rừng khộp, phân ảnh phi giám định và tổ hợp chồng xếp 3-4-5 lớp để lập quan hệ với TAGTB của ô vuông sẽ cho mối quan hệ giữa sinh khối cây rừng trên mặt đất và chỉ số ảnh là tốt nhất.Mô hình lựa chọn là mô hình quan hệ giữa sinh khối rừng TAGTB thu thập và tính toán từ dạng ô mẫu hình vuông (kích thước 30x30m)với tổ hợp chồng xếp 3-4-5 class theo phương trình 4.3 sau:. - Sử dụng mô hình này sẽ cho kết quả ước lượng sinh khối lâm phần trên mặt đất qua ảnh phân loại có sai số tương đối là13.20%. - Kết quả thống kê tần số các đơn vị tổ hợp 3-4-5 class theo TAGTB cho giá trị sinh khối nhỏ nhất là 0.6 tấn/ha và lớn nhất là 428.5 tấn/ha và phân bố các đơn vị tổ hợp giảm dần khai TAGTB tăng lên. - có nghĩa là sinh khối của rừng khộp ở Đăk Lăk tập trung ở các cấp nhỏ và giảm dần ở cấp sinh khối lớn. - Thực hiện chia thành 4 cấp sinh khối trong ArcGIS với giá trị sinh khối cấp 1: TAGTB<100 tấn. - 300 tấn và cấp 4 có TAGTB>400 tấn/ha.Kết quả cho thấy tần số các đơn vị phân loại giảm khi cấp sinh khối tăng.. - Sử dụng chức năng Disolve để gộp trường dữ liệu theo cấp TAGTB ([capTAGTB]) và tính giá trị sinh khối TAGTB trung bình theo từng cấp. - Với sinh khối trung bình cấp 1 là 37.3 tấn/ha. - trung bình cấp 2 là 135.8 tấn/ha, cấp 3 có trung bình sinh khối là 238.4 tấn/ha, trung bình cao nhất là cấp 4 với 381.4 tấn/ha. - Do đó, đa số chỉ còn lại là rừng nghèo với trữ lượng thấp.Qua phân tích ảnh thì sinh khối cấp 1 chiếm diện tích rất lớn với diện tích 103,223.3 ha. - Trên cơ sở TAGTB theo cấp sinh khối, lập được bản đồ phân khối rừng theo sinh khối.. - 4.1.4 Phân loại ảnh vệ tinh bằng phương pháp có giám định trên cơ sở phân chia rừng theo cấp sinh khối. - Áp dụng phương pháp này để phân chia ảnh theo cấp sinh khối dựa vào dữ liệu ô mẫu theo 3 kiểu ô.. - a) Phân chia cấp sinh khối TAGTB cho 3 dạng ô. - Từ giá trị sinh khối tính biến động trong độ tin cậy P = 99% và chia thành 3 cấp cho 3 dạng ô. - sinh khối thấp nằm ở phía trái của ước lượng 99%. - Cấp 2: trung bình nằm trong phạm vi ước lượng 99% và cấp 3: sinh khối cao nằm ở phía phải của ước lượng 99%. - Đối với dạng ô vuông cấp sinh khối nhỏ nhất 19.46 tấn/ha - lớn nhất 200.07 tấn/ha và dạng ô tròn cấp sinh khối nhỏ nhất 13.80 tấn/ha - lớn nhất 167.53 tấn/ha (theo bảng 4.3). - Đối với dạng ô Prodan sinh khối biến động lớn hơn hai dạng ô trên với cấp sinh khối nhỏ nhất 3.17 tấn/ha - lớn nhất 264.56 tấn/ha (theo bảng 4.4).. - Bảng 4.34.1: Trung bình và biến động sinh khối dạng ô vuông và ô tròn TAGTB_SQtan/ha (Ô vuông) TAGTB_CYtan/ha (Ô tròn). - Bảng 4.4: Trung bình và biến động sinh khối dạng ô Prodan TAGTB_PR tan/ha (Ô Prodan). - Mỗi dạng ô biến động sinh khối khác nhau, do vậy các cấp sinh khối được phân chia cũng khác nhau cho 3 dạng ô. - Sinh khối. - b) Phân loại ảnh có giám định theo 3 cấp sinh khối cho 3 dạng ô. - Với 43 ô mẫu đã phân chia theo 3 cấp sinh khối cho 3 dạng ô, tiến hành tạo thành file shape trong ArcGIS. - Sử dụng thuật toán Maximum likelihood để phân thành cáccấp sinh khối cho từng kiểu ô.. - Sử dụng file ảnh đã cắt vùng có rừng để phân loại thành 3 cấp sinh khối cho 3 dạng ô trong Envi. - Trong hộp thoại ROI tool chọn ROI type với dạng điểm (Point), vào option chọn Merge ROI.Gộp các ROI có cùng cấp và lưu các file ROI.Tiến hành phân loại giám định thành các cấp sinh khối dựa vào ROI đã tạo cho 3 dạng ô. - c) Đánh giá độ tin cậy của phân loại ảnh theo cấp sinh khối ở các kiểu dạng ô mẫu khác nhau. - Bảng 4.6: Đánh giá kết quả phân loại ảnh theo cấp sinh khối của 3 dạng ô mẫu Phân loại ảnh thành 3 cấp. - sinh khối theo 3 dạng ô. - Qua kết quả đánh giá cho thấy độ tin cậy của phương pháp phân loại rừng theo phương pháp có giám định theo cấp sinh khối cho 3 dạng ô là thấp. - Sự biến động về sinh khối giữa các cấp sinh khối của từng dạng ô ảnh hưởng đến kết quả phân loại. - Tại trên cùng một địa điểm điều tra nhưng sự khác biệt về trữ lượng và sinh khối dạng ô Prodan luôn lớn hơn ô tròn và ô vuông.. - So sánh hai phương pháp phân loại ảnh để ước tính sinh khối trên mặt đất rừng với ba kiểu dạng ô mẫu mặt đất cho thấy:. - Phương pháp phân loại giám định theo cấp sinh khối cho 3 dạng ô: Ô tròn đạt độ tin cậy cao nhất là 50.0%. - Vì vậy, phương pháp phân loại phi giám định và thiết lập quan hệ giữa sinh khối (TAGTB) từ ô vuông 900m 2 với dữ liệu ảnh chồng lớp từ 3-4-5 class đạt hiệu quả và đơn giản nhất. - 4.2 Ứng dụng GIS trong quản lý, giám sát sinh khối carbon rừng. - Qua kết quả thử nghiệm phương pháp phân tích ảnh vệ tinh Landsat và phương pháp lập dạng ô mẫu điều tra cho thấy phương pháp phân loại ảnh phi giám định có quan hệ chặt với sinh khối rừng trên mặt đất từ ô vuông của rừng khộp (30x30m). - Sử dụng phương pháp này để phân chia rừng thành tổ hợp của 3-4-5 lớp và tính giá trị trung bình sinh khối của từng tổ hợp được xác định thông qua mô hình quan hệ đã được thiết lập.. - Trên cơ sở dữ liệu 18 ô mẫu 50 x 50m và các mô hình ước tính sinh khối và carbon cây rừng trên và dưới mặt đất (AGB) và C(AGB) theo hai nhân tố DBH và H, tính được các giá trị sinh khối và carbon của cây rừng phần trên và dưới mặt đất: TAGTB, TAGTC, TGBTB và TGBTC (đơn vị tấn/ha).. - Nghiên cứu lập mô hình quan hệ giữa sinh khối và carbon của các bể chứa dưới mặt đất với TAGTB (biến số đã được xác định quả ảnh).Đối với rừng khộp có đặc thù là kiểu rừng cháy hằng năm nên lượng thảm tươi, thảm mục và gỗ chết chiếm tỷ trọng nhỏ. - Trên cơ sở các chỉ tiêu thống kê lựa chọn mô hình tối ưu, đã lựa chọn được các mô hình ở bảng 4.7 để ước tính sinh khối và carbon trên dưới mặt đất theo biến số TAGTB đã được ước tính dựa vào ảnh.. - Bảng 4.7: Các mô hình ước tính sinh khối và carbon lâm phần trên và dưới mặt đất theo TAGTB đã được ước tính qua giải đoán ảnh. - Từ các mô hình trên tính được tổng sinh khối cây gỗ dưới mặt đất (TBGTB, tấn/ha), tổng carbon của cây rừng phần trên mặt đất (TAGTC, tấn/ha) và tổng carbon của cây rừng phần dưới mặt đất (TBGTC, tấn/ha) theo TAGTB đã được xác định qua ảnh bằng phương pháp phi giám định với tổ hơp 3-4-5 class. - Tổng sinh khối cây gỗ trên và dưới mặt đất: TTB (t/ha)= TAGTB+TBGTB. - Tổng sinh khối và carbon TTBcấp và TTCcấp theo từng cấp sinh khối đã phân chia trên cơ sở diện tích của mỗi tổ hợp class đã được phân loại trên ảnh:. - Lượng CO 2 hấp thụ ở từng thời điểm của từng cấp: TCO 2 cấp (tấn)= TTCcấp (tấn)*3.67 Các cơ sở dữ liệu đầu vào của phân loại ảnh vệ tinh Landsat với thông tin cơ bản là class của 3-4-5 class được tổ hợp, phân cấp sinh khối và tính diện tích mỗi cấp, tính giá trị trung bình theo cấp sinh khối TAGTB (t/ha) được tạo lập trong ArcGIS. - Dùng các mô hình sinh trắc để tính toán giá trị sinh khối, carbon cho các trường mới bằng cách mở các trường dữ liệu sinh khối và carbon: TBGTB, TAGTC, TBGTC, TTB, TTC, TTBcap, TTCcap, TCO 2 cap.Với dữ liệu sinh khối, carbon trong ArcGIS có thể được chuyển cơ sở dữ liệu sang Excel để tính toán tổng hợp và báo cáo.. - Tại thời điểm giải đoán ảnh, tổng diện tích rừng khộp khu vực nghiên cứu 125.404,8 ha, tổng sinh khối trên và dưới mặt đất của cây rừng tương ứng với diện tích trên là tấn, tổng lượng carbon tích lũy tấn và lượng CO 2 hấp thụ của rừng khộp là tấn. - Áp dụng phương pháp phân loại ảnh vệ tinh có giám định theo cấp sinh khối dựa vào 3 kiểu dạng ô mẫu tròn (1.000m 2. - Do vậy, phương pháp này không được đề nghị sử dụng trong ước tính sinh khối và carbon rừng khộp thông qua ảnh Landsat.. - Kết quả của hai phương pháp phân loại ảnh,kết hợp với 3 kiểu dạng ô mẫu hiện trường chỉ ra rằng việc áp dụng phương pháp phân loại phi giám định và chống ghéptheo tổ hợp 3-4-5 class để lập quan hệ với sinh khối từ ô vuông (30x30m) sẽ cho độ tin cậy cao nhất. - Với hệ thống mô hình sinh trắc ươc tính sinh khối và carbon của lâm phần ở các bể chứa khác theo sinh khối trên mặt đất (TAGTB) giải đoán được trên ảnh bằng phương pháp phi giám đinh 3-4-5- class. - ii) Tổng sinh khối trên và dưới mặt đất của cây rừng là tấn, iii) Tổng lượng carbon tích lũy tấn và iv). - Bảo Huy (2012): Hướng dẫn ứng dụng ảnh vệ tinh để ước tính, giám sát sinh khối và carbon rừng. - Bảo Huy (2012): Thiết lập mô hình ước tính sinh khối và carbon của cây rừng lá rộng thường xanh vùng Tây Nguyên