PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU NĂNG LỰC HẤP THỤ CO 2 CỦA RỪNGTỰ NHIÊN Phương pháp luận: Sinh khối rừng và lượng carbon tích lũy ở các bể chứa trong rừng tự nhiên có mối quan hệ hữu cơ, đồng thời
Trang 1ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ
TIỂU LUẬN CAO HỌC
HỌC PHẦN: SINH THÁI RỪNG
Chuyên đề: “Trình bày và phân tích một số phương pháp nghiên cứu hệ sinh thái”
Học viên thực hiện: Phan Đình Tín
Huế, 1/2018.
Trang 31 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU NĂNG LỰC HẤP THỤ CO 2 CỦA RỪNG
TỰ NHIÊN
Phương pháp luận:
Sinh khối rừng và lượng carbon tích lũy ở các bể chứa trong rừng tự nhiên có mối quan
hệ hữu cơ, đồng thời năng lực tích lũy carbon của thực vật, đất rừng có mối quan hệ với các nhân tố sinh thái và thay đổi theo trạng thái; do đó phương pháp nghiên cứu chủ yếu là rút mẫu thực nghiệm theo từng đối tượng để ước lượng sinh khối, phân tích hóa học xác định lượng carbon lưu giữ trong các bộ phận thực vật, thảm mục, rễ, trong đất và ứng dụng phương pháp hàm đa biến để xây dựng các mô hình ước lượng sinh khối, carbon tích lũy,
CO2 hấp thụ thông qua các biến số điều tra rừng có thể đo đếm trực tiếp Từ đây làm cơ sở cho việc áp dụng ước tính CO2 hấp thụ trong các trạng thái, kiểu rừng ở thực tế
Phương pháp nghiên cứu cụ thể:
Hệ thống phương pháp nghiên cứu được trình bày trong sơ đồ 1, cụ thể như sau:
i) Nghiên cứu định lượng sinh khối và bể chứa carbon trên mặt đất trong các trạng thái, kiểu rừng:
Thu thập số liệu trên ô mẫu của theo phương pháp lập ô tiêu chuẩn đại diện cho các trạng thái rừng của Kurniatun Hairiah và cộng sự (ICRAF, 2007): Ô mẫu có kích thước 20
x100m, số ô tùy thuộc vào tính đại diện, biến động và diện tích trạng thái nghiên cứu; được phân chia thành các ô phụ để điều tra sinh khối thực vật có đường kính khác nhau:
- Ô mẫu: 20 x 100m: Điều tra sinh khối cây gỗ có D1.3 > 30cm
- Ô mẫu phụ: 5 x 40m (1 ô trong ô chính): Điều tra sinh khối cây gỗ có 5cm <
D1.3 ≤ 30cm
- Ô mẫu phụ: 2 x2 m (5 ô phụ trong ô chính): Điều tra cây gỗ có D1.3 ≤ 5cm, cây bụi
N hân tố điều tra bao gồm loài, đường kính (D), chiều (H) Từ đây sắp xếp phân bố số cây theo cấp kính (N /D)
Thu thập số liệu sinh khối tươi và rút mẫu theo cây tiêu chuẩn tỷ lệ theo cấp kính: Tiến
hành giải tích thân cây với tỷ lệ 10% số cây trong ô mẫu theo cấp kính, đo tính khối lượng sinhkhối tươi của các bộ phận thân, vỏ, cành và lá Kết hợp với phân bố N /D suy ra được phân bố khối lượng sinh khối tươi theo cấp kính, loài Lấy mẫu sinh khối tươi từng bộ phận cây giải tích để phân tích carbon tích lũy, khoảng 100g/mẫu
Phân tích xác định lượng carbon tích lũy trong sinh khối trên mặt đất: Sấy khô mẫu
tươi ở nhiệt 105oC, đến khi mẫu khô hoàn toàn, có khối lượng không đổi nữa; và phân tích hàm lượng carbon trong từng bộ phận dựa trên cơ sở oxy hoá chất hữu cơ bằng K2Cr2O7 (kali
Trang 4bicromat) theo phương pháp Walkley – Black; xác định lượng carbon bằng phương pháp so màu xanh của Cr3+ tạo thành (K2Cr2O7) tại bước sóng 625nm Từ đây suy ngược lại theo tỷ
lệ rút mẫu được khối lượng carbon trong sinh khối tươi cho từng bộ phận thân cây Kết hợp với phân bố sinh khối tươi theo cấp kính, loài, suy được lượng carbon của từng bộ phận, theo cấp kính và tổng lượng carbon tích lũy và CO2 hấp thụ theo lâm phần, với lượng CO2 = 3.67C
Sơ đồ 1: Hệ
thống nghiên cứu xác định lượng carbon tích lũy trong các trạng thái rừng tự nhiên
Trang 5Sơ đồ 2: Mô hình ứng dụng dự báo hấp thụ CO2 của rừng tự nhiên
ii)Nghiên cứu định lượng sinh khối và bể chứa carbon dưới mặt đất trong các trạng thái, kiểu rừng:
Thu thập số liệu khối lượng thảm mục trên ô mẫu phụ: Ô mẫu phụ: 2 x2 m (5 ô
phụ trong ô chính): Điều tra khối lượng thảm mục Từ đây rút mẫu khối lượng thảm mục theo tỷ lệ
Thu thập khối lượng rễ và đất theo 5 phẫu diện (1x1x2m) trong một ô chính: Lấy
rễ và mẫu đất theo tỷ lệ
Phân tích xác định lượng carbon tích lũy dưới mặt đất: Phân tích hàm lượng
carbon trong mẫu rễ, thảm mục theo phương pháp đối với thực vật đã nói trên Phân tích hàm lượng carbon trong đất Từ đây suy ngược lại theo tỷ lệ rút mẫu được khối lượng carbon tích lũy và lượng CO2 hấp thụ trong thảm mục, rễ, đất trên một ha đất rừng
iii)Thiết kế mô hình ước tính, dự báo lượng CO 2 hấp thụ trong các trạng thái, kiểu rừng:
Mô hình hóa mối quan hệ giữa sinh khối, lượng Carbon tích lũy và CO2 hấp thụ với các nhân tố có quan hệ theo các hàm đa biến: yi = f(xj) Trong đó yi: Sinh khối, lượng carbon tích lũy và CO2 hấp thụ trong từng bộ phận thân cây gỗ, cây bụi, rễ theo nhóm loài, cấp đường kính; trong thảm mục, trong đất và toàn bộ theo trạng thái, kiểu rừng; xj: Các nhân tố điều tra rừng như loài, đường kính, chiều cao, tổng tiết diện ngang, trữ lượng, mật độ, khối lượng thảm tươi, thảm mục, loại đất, và các nhân tố sinh thái
Tất cả mối quan hệ đều được mô hình hóa và biến số có quan hệ lẫn nhau, do đó
có thể xây dựng một phần mềm liên kết để tính toán tự động lượng CO2 hấp thụ theo loài, cây cá thể, lâm phần, trong các bể chứa carbon trên và dưới mặt đất ở các trạng thái và kiểu rừng khác nhau
Trang 62 PHƯƠNG PHÁP BỐ TRÍ Ô MẪU VÀ ĐIỀU TRA XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CẤU TRÚC THẢM THỰC VẬT.
2.1 Bố trí ô mẫu
2.1.1 Ô mẫu dùng để điều tra tầng cây cao
- Diện tích ô mẫu
+ Rừng trồng, non: tối thiểu 400 m2/ô mẫu
+ Rừng trồng, từ giai đoạn rừng sào trở đi: tối thiểu 500 m2/ô mẫu
Trường hợp mật độ cây rừng dày, có thể giảm diện tích ô mẫu, nhưng diện tích ô mẫu không nhỏ hơn 100 m2/ô và không ít hơn 31 cây gỗ/ô
+ Rừng tự nhiên: tối thiểu 1000 m2/ô
Trường hợp lô rừng được thiết kế theo băng thì chiều rộng ô mẫu bằng chiều rộng của băng (W, m), chiều dài ô bằng diện tích ô chia cho chiều rộng (m)
- Tỷ lệ rút mẫu
Tổng diện tích ô mẫu chiếm 2% diện tích lô đối với rừng trồng và chiếm 1% diện
tích lô đối với rừng tự nhiên Trường hợp lô rừng có diện tích nhỏ (gồm những lô cần 1
ô mẫu), nhưng hiện trạng rừng biến động lớn (phân bố không liên tục, gồm từ 2 mảnh
rừng trở lên, mỗi mảnh rừng có hiện trạng khác nhau rõ rệt) thì giải quyết thông qua 1 trong 2 cách như sau:
Cách 1: Bổ sung thêm số ô mẫu để có ít nhất 1 ô mẫu đại diện tốt cho một mảnh rừng Cách 2:
+ Mỗi mảnh rừng chọn 1 ô mẫu điển hình Diện tích mỗi ô mẫu này bằng So/k (trong đó, So là diện tích nguyên bản của ô mẫu; k là số mảnh rừng trên lô) Không được giảm diện tích ô mẫu còn nhỏ hơn 100 m2 Trường hợp cần thiết phải bổ sung thêm số ô mẫu đo đếm
+ Các chỉ tiêu đo đếm được xác định bằng phương pháp bình quân gia quyền theo diện tích
+ Trong trường hợp số ô tính toán lẻ, thì phải làm tròn theo nguyên tắc toán học Nếu diện tích lô rừng bé, số lượng ô xác định theo tỷ lệ phần trăm diện tích tính toán nhỏ hơn 0,5 thì vẫn phải bố trí 1 ô mẫu trên lô rừng đó
- Phương pháp rút mẫu: ô mẫu được rút theo phương pháp chọn mẫu điển hình
2.1.2 Ô mẫu dùng để điều tra đất không có rừng; cây bụi, thảm tươi và vật rơi rụng dưới tán tầng cây gỗ
- Đất trảng cỏ, trảng cây bụi, đất canh tác cây nông nghiệp, nương rẫy: diện tích tối thiểu 100 m2/ô
Trang 7- Ô mẫu điều tra độ che phủ của cây bụi, thảm tươi dưới tán cây gỗ: dựa vào ô mẫu sơ cấp dùng để điều tra tầng cây gỗ đã được thiết lập (tiểu mục 1.1), tiến hành chia
ô mẫu sơ cấp thành hai phần bằng nhau nhờ việc thiết lập một đường vuông góc với cạnh chiều dài của ô mẫu Thiết lập 2 đường chéo trên mỗi ô mẫu thứ cấp này (tổng số
có 4 đường chéo)
- Ô mẫu điều tra độ che phủ của vật rơi rụng: sử dụng ô dạng bản có diện tích 1
m2/ô Bố trí 4 ô ở bốn góc của ô mẫu sơ cấp và 2 ô ở giao điểm hai đường chéo của hai
ô thứ cấp Tổng số ô dạng bản cần điều tra là 6 ô
2.2 Điều tra xác định các chỉ tiêu của thảm thực vật
2.2.1 Chỉ số diện tích tán (C ai , %)
Chỉ số diện tích tán được xác định cho tầng cây cao, đo đường kính tán lá (DT) của từng cây trên ô tiêu chuẩn (điều tra toàn diện), sau đó lấy tổng diện tích tán của tất
cả các cây trên ô chia cho diện tích của ô tiêu chuẩn và quy đổi ra tỷ lệ phần trăm sẽ thu được chỉ số diện tích tán
Cai (%) = Σ(DTtán)/DTđất rừng (1)
Diện tích tán cây được tính theo công thức tính diện tích hình tròn
2.2.2 Độ che phủ của cây bụi, thảm tươi (CP, %)
Độ che phủ của cây bụi, thảm tươi được xác định thông qua điều tra 4 tuyến đã thiết lập (tiểu mục 1.2) Đo tổng chiều dài của 4 tuyến và tổng chiều dài có cây bụi, thảm tươi chiếm cứ Lập tỷ số giữa tổng chiều dài chiếm cứ của cây bụi thảm tươi và tổng chiều dài của 4 tuyến và quy đổi ra tỷ lệ phần trăm sẽ thu được trị số độ che phủ của cây bụi thảm tươi Bằng cách này, tỷ lệ phần trăm về diện tích đã được biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm về độ dài
CP (%) = Lgặp cây bụi, thảm tươi/Lcủa tuyến điều tra (2)
2.2.3 Độ che phủ của vật rơi rụng (VRR, %)
Độ che phủ của vật rơi rụng được điều tra trên 6 ô dạng bản đã được thiết lập (ở tiểu mục 1.2) tương tự như phương pháp điều tra và tính toán độ che phủ của cây bụi thảm tươi
VRR (%) = Lgặp VRR/Lcủa các đường chéo của ô dạng bản (3)
3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRA TÁI SINH RỪNG TỰ NHIÊN
Phương pháp thu thập số liệu
Số liệu được thu thập từ hệ thống 9 ô tiêu chuẩn điển hình, đại diện cho các trạng thái rừng tại khu vực nghiên cứu Ô tiêu chuẩn (ÔTC) được thiết lập có hình chữ nhật (25x40m) diện tích là 1000m2/ô Số liệu điều tra tái sinh được thu thập trong các ô dạng bản (ÔDB) Đã sử dụng 6 phương pháp điều tra tái sinh khác nhau, gồm:
Trang 8+ Phương pháp I (PP I): Chia ÔTC thành 40 phần bằng nhau, mỗi phần gọi là 1 ÔDB có diện tích là 5x5m = 25m2 Tiến hành điều tra toàn bộ cây tái sinh trong 40 ô dạng bản này Kết quả điều tra được sử dụng làm đối chứng để đánh giá các phương pháp điều tra khác nhau
+ Phương pháp II (PP II): Bố trí 28 ÔDB, diện tích mỗi ô là 4m2 (2x2m), các ÔDB được bố trí trên giao điểm của các tuyến song song cách đều nhau 5m
+ Phương pháp III (PP III): Bố trí 12 ÔDB, mỗi ô có diện tích 9m2 (3x3m), các ÔDB cũng được bố trí tại giao điểm của các tuyến song song với các cạnh ÔTC
+ Phương pháp IV (PP IV): Bố trí 6 ÔDB, mỗi ô có diện tích 16m2 (4x4m), các ÔDB cũng được bố trí tại giao điểm của các tuyến song song với các cạnh ÔTC
+ Phương pháp V (PP V): Bố trí 5 ÔDB, mỗi ô có diện tích 25m2 (5x5m), các ÔDB được bố trí 4 ô ở 4 góc và 1 ô ở tâm ÔTC
+ Phương pháp VI (PP VI): Bố trí 2 dải song song dọc theo chiều dài ÔTC, mỗi dải có bề rộng là 1,2m (diện tích mỗi dải là 40x1,2 = 48m2), dải được bố trí cách cạnh dài ÔTC 5m
Số ÔDB, diện tích và tỷ lệ diện tích điều tra tương ứng với các phương pháp được thống kê ở bảng 1
Bảng 1 Thông tin về các phương pháp điều tra tái sinh
T
T
Phương pháp
Số ÔDB
Diện tích ÔDB (m 2 )
Tổng diện tích điều tra (m 2 )
Tỷ lệ % điều tra
1 I (toàn diện) 40 25 1000 100
Phương pháp xử lý số liệu
+ Mật độ cây tái sinh được tính theo công thức:
Trong đó: Ni/ha: là mật độ của loài i/ha
S0: là tổng diện tích các ÔDB (m2)
Ni: là số lượng cá thể loài thứ i
Trang 9Dựa vào mật độ của từng loài để tính mật độ cây tái sinh cho cả ha (N/ha = Ni/ha) + Chất lượng cây tái sinh được đánh giá theo 3 cấp (Tốt, trung bình, xấu)
+ Nguồn gốc cây tái sinh được tính theo công thức:
Trong đó: N% là tỉ lệ % số cây nguồn gốc hạt hoặc chồi
Ni là tổng số cây có nguồn gốc hạt hoặc chồi
N là tổng số cây tái sinh
+ Tổ thành cây tái sinh được xác định theo tỷ lệ giữa số lượng của một loài có mặt trong các ÔDB so với tổng số cây của loài trong các ÔDB Tổ thành của từng loài cây tái sinh được tính theo công thức:
Trong đó: Ki là hệ số tổ thành của loài i
Xi là số lượng cá thể của loài i N là tổng số lượng của các loài
+ Phân bố số cây tái sinh theo cấp chiều cao: Chiều cao cây tái sinh được phân thành 6 cấp như sau: dưới 0,5m; 0,5-0,99m; 1-1,49m; 1,5-1,99m; 2-2,99m; ≥3m Cây tái sinh triển vọng là những cây có H 1,5m
+ Phân bố số cây tái sinh trên mặt đất: Nghiên cứu hình thái phân bố của cây tái sinh trên bề mặt đất rừng dựa vào phân bố số ô theo số cây trên ô Dựa vào tỷ số giữa phương sai và trung bình số cây quan sát trên các ô được chọn hệ thống trên bề mặt diện tích rừng (gọi tắt là phương pháp tỷ số)
Nếu phân bố cây trên các ô tuân theo luật Poisson thì tỷ số trên bằng 1 (vì theo lý thuyết phânbố Poisson có kỳ vọng bằng phương sai) và người ta cũng chứng minh được rằng:
T = (W-1)/Sw
hoặc
Nếu giá trị tuyệt đối của t < tn / 2 , cây phân bố ngẫu nhiên Nếu trị số dương của
t > tn / 2 , cây phân bố cụm.
Nếu trị số âm của t < tn / 2 , cây phân bố cách đều.
+ Lựa chọn phương pháp điều tra tái sinh phù hợp: Phương pháp điều tra tái sinh phù hợp được lựa chọn trên cơ sở so sánh sai số giữa các chỉ tiêu biểu thị tái sinh của từng phương pháp với phương pháp điều tra toàn diện Phương pháp được chọn là phương pháp có sai số nhỏ, đồng thời đáp ứng được mục tiêu đề ra và dễ thao tác đo đếm ngoài thực địa