Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Mô hình hóa động thái năng suất, sinh khối và hấp thụ cacbon của rừng Keo tai tượng (Acacia mangium Wild) bằng phần mềm động thái 3-PG

Chia sẻ: Tri Lễ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:76

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là xác định được năng suất, sinh khối và lượng cacbon hấp thụ hiện tại của rừng Keo tai tượng nghiên cứu ở các cấp tuổi khác nhau; mô phỏng được động thái năng suất sinh khối và lượng cácbon hấp thụ cho các rừng Keo tai tượng nghiên cứu; kiểm tra tính thích ứng, khả năng áp dụng của phần mềm 3-PG cho mô phỏng năng suất rừng Keo tai tượng ở Việt Nam.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Mô hình hóa động thái năng suất, sinh khối và hấp thụ cacbon của rừng Keo tai tượng (Acacia mangium Wild) bằng phần mềm động thái 3-PG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------------- NGUYỄN TUẤN LINH MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG THÁI NĂNG SUẤT, SINH KHỐI VÀ HẤP THỤ CÁC-BON CỦA RỪNG KEO TAI TƯỢNG (Accacia mangium Wild ) BẰNG PHẦN MỀM ĐỘNG THÁI 3-PG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP HÀ NỘI, 2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP -------------------------- NGUYỄN TUẤN LINH MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG THÁI NĂNG SUẤT, SINH KHỐI VÀ HẤP THỤ CÁC-BON CỦA RỪNG KEO TAI TƯỢNG (Accacia mangium Wild ) BẰNG PHẦN MỀM ĐỘNG THÁI 3-PG Chuyên ngành: Lâm học Mã ngành: 60.62.60 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHAN MINH SÁNG Hà Nội, 2011
i LỜI CẢM ƠN Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam theo chương trình đào tạo cao học chuyên ngành Lâm học khoá 17, từ năm 2009 - 2011. Trong quá trình thực hiện luận văn, tác giả đã học hỏi được những kiến thức cơ bản, quý báu của Khoa sau đại học, các thầy cô giáo Trường Đại học Lâm nghiệp... Tác giả xin chân thành cảm ơn về sự giúp đỡ quý báu đó. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn TS. Phan Minh Sáng - Người đã tận tình hướng dẫn khoa học giúp tác giả hoàn thành bản luận văn này. Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới cơ quan, đơn vị, cá nhân… đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tác giả trong quá trình thu thập số liệu ngoại nghiệp. Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã dành nhiều tình cảm động viên, cổ vũ tác giả trong suốt quá trình làm luận văn. Tôi xin cam đoan các số liệu thu thập, kết quả xử lý, tính toán là trung thực và được trích dẫn rõ ràng. Hà nội, tháng 9 năm 2011 Tác giả Nguyễn Tuấn Linh
ii MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang Lời cảm ơn Mục lục Danh mục các từ viết tắt................................................................................. ivv Danh mục bảng biểu.......................................................................................... v Danh mục các hình và sơ đồ ............................................................................ vi ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1 Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ....................................................... 4 1.1. Tổng quan về mô hình hóa sinh trưởng, sản lượng và lượng Các-bon hấp thụ............................................................................................................ 4 1.1.1. Trên thế giới......................................................................................... 4 1.1.1.1. Các phương pháp mô hình hóa trong mô phỏng sản lượng rừng 4 1.1.1.2. Mô hình động thái 3-PG ............................................................... 7 1.1.2. Ở Việt Nam ........................................................................................ 11 1.2. Nghiên cứu sinh trưởng sinh khối và lượng Các-bon hấp thụ ở Việt Nam .............................................................................................................. 11 Chương 2: ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU ................................... 13 2.1. Đặc điểm cơ bản đối tượng nghiên cứu ................................................ 13 2.1.1. Đặc điểm về hình thái..................................................................... 13 2.1.2. Đặc tính ra hoa, kết quả ................................................................. 14 2.1.3. Giới hạn về sinh thái ...................................................................... 14 2.1.4. Tính chịu bóng ................................................................................ 15 2.1.5. Đặc điểm đất đai ............................................................................ 15 2.2. Đặc điểm cơ bản điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu .................... 16 2.2.1. Địa hình .......................................................................................... 16 2.2.2. Đất .................................................................................................. 16 2.2.3. Khí hậu ........................................................................................... 19 2.2.4. Lượng mưa bình quân .................................................................... 19 2.2.5. Nhiệt độ trung bình năm ................................................................ 20 Chương 3: MỤC TIÊU - NỘI DUNG - GIỚI HẠN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 22 3.1. Mu ̣c tiêu, nội dung, giới hạn nghiên cứu .............................................. 22 3.1.1. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................... 22 3.1.2. Giới hạn nghiên cứu ....................................................................... 22 3.1.3. Nội dung nghiên cứu ...................................................................... 22 3.2. Phương pháp ......................................................................................... 23
iii 3.2.1. Các tham số đầu vào của 3-PG...................................................... 23 3.2.2. Nguyên lý hoạt động của 3-PG ..................................................... 25 3.2.3. Số liệu chạy mô hình 3-PG............................................................ 26 3.2.4. Phương pháp thu thập số liê ̣u ........................................................ 27 3.2.4.1. Phương pháp kế thừa số liệu....................................................... 27 3.2.5 Phương pháp xử lý số liê ̣u............................................................... 29 Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................... 30 4.1. Kết quả điều tra, tính toán thực nghiệm về năng suất .......................... 30 4.2. Kết quả điều tra, tính toán thực nghiệm về sinh khối và lượng Các-bon hấp thụ.......................................................................................................... 35 4.3. Mô hình hóa sinh trưởng trữ lượng và sinh khối bộ phận bằng mô hình 3-PG ............................................................................................................. 38 4.3.1. Xác định các tham số của phần mềm 3-PG cho Keo tai tượng ở Việt Nam .............................................................................................................. 38 4.3.1.1. Các tham số liên quan đến đặc điểm lâm phần .......................... 38 4.3.1.2. Các tham số khác ........................................................................ 41 4.3.2. Mô hình hóa sinh trưởng trữ lượng ................................................... 42 4.3.3. Mô hình hóa sinh khối các bộ phận và lượng Các-bon hấp thụ ........ 48 4.4. Kiể m tra tính thić h ứng, khả năng áp du ̣ng của phầ n mề m 3-PG cho mô phỏng năng suấ t rừng Keo tai tượng ở Việt Nam…………………………50 4.4.1. Kiểm tra sai số mô phỏng trữ lượng .................................................. 50 4.4.1.1. Các tham số mặc định theo 3-PG ............................................... 50 4.4.1.2. Các tham số theo kết quả tìm được ở đề tài ................................ 53 4.4.2. Kiểm tra sai số mô phỏng sinh khối và lượng Các-bon hấp thụ ....... 57 KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ ........................................................ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Tên viết tắt Tên đầy đủ AWS Lượng nước hữu hiệu trong đất BB Bình Dương Bulk density Dung trọng C Đất sét CL Đất sét pha DN Đồng Nai Extr. P Hàm lượng Phốtpho dễ tiêu Exch. CEC Hàm lượng cation trao đổi GL Gia Lai LD Lâm Đồng MAI Tăng trưởng trung bình hàng năm QN Quảng Nam QT Quảng Trị S Đất cát SL Sét pha cát TQ Tuyên Quang Total C Hàm lượng Các-bon tổng số Total N Hàm lượng Nitơ tổng số TT Thừa Thiên Huế W Sinh khối
v DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang Mô tả các tham số đầu vào và các giá trị ban đầu được sử dụng 3.1 23 trong 3-PG 4.1 Tổng hợp các kết quả điều tra thu thập số liệu 30 4.2 Tổng hợp các kết quả điều tra thu thập số liệu về sinh khối 36 4.3 Tính chất của 5 loại đất thuộc các lâm phần nghiên cứu 39 Kết quả chạy mô hình hóa sinh trưởng gỗ lâm phần bằng mô 4.4 44 hình 3-PG 4.5 Kết quả chạy số liệu sinh khối bằng mô hình 3-PG 48 Kiểm tra sai số mô phỏng trữ lượng các lâm phần nghiên cứu bằng các 4.6 51 tham số mặc định của 3-PG Kiểm tra sai số mô phỏng trữ lượng các lâm phần nghiên cứu bằng các 4.7 53 tham số tìm được bởi đề tài 4.8 Kiểm tra sai số mô phỏng sinh khối các lâm phần nghiên cứu 57
vi DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình và sơ đồ Trang 3.1 Nguyên lý của 3-PG 25 Biểu đồ So sánh tăng trưởng trung bình hàng năm các lâm 4.1 32 phần ở Tuyên Quang Biểu đồ so sánh tăng trưởng trung bình hàng năm các lâm 4.2 33 phần ở Thừa thiên Huế Biểu đồ so sánh tăng trưởng trung bình hàng năm các lâm 4.3 33 phần ở Lâm Đồng Biểu đồ so sánh tăng trưởng trung bình hàng năm các lâm 4.4 34 phần ở Đồng Nai Biểu đồ so sánh tăng trưởng trung bình hàng năm các địa điểm 4.5 34 nghiên cứu Biểu đồ kết quả mô phỏng năng suất, sinh trưởng rừng trồng 4.6 các lâm phần nghiên cứu bằng phần mềm 3-PG đã được so 42 sánh với thực nghiệm Biểu đồ so sánh tăng trưởng trung bình hàng năm các lâm 4.7 46 phần ở Tuyên Quang Biểu đồ so sánh tăng trưởng trung bình hàng năm các lâm 4.8 46 phần ở Thừa thiên Huế Biểu đồ so sánh tăng trưởng trung bình hàng năm các lâm phần 4.9 47 ở Lâm Đồng
vii Biểu đồ so sánh tăng trưởng trung bình hàng năm các lâm 4.10 47 phần ở Đồng Nai Biểu đồ so sánh tăng trưởng trung bình hàng năm các địa 4.11 48 điểm nghiên cứu Biểu đồ phân bố sai số tăng trưởng trung bình hàng năm về 4.12 52 trữ lượng tính bằng các tham số mặc định theo 3-PG Biểu đồ phân bố sai số tăng trưởng trung bình hàng năm về 4.13 55 trữ lượng tính bằng các tham số theo kết quả đề tài Biểu đồ so sánh tăng trưởng trung bình hàng năm thực tế và 4.14 tăng trưởng trung bình hàng năm mô phỏng bằng mô hình 3- 56 PG Biểu đố so sánh tăng trưởng trung bình hàng năm thực tế và 4.15 tăng trưởng trung bình hàng năm mô phỏng bằng mô hình 3- 56 PG theo tuổi Biểu đồ so sánh tổng sinh khối khô thực tế và tổng sinh khối 4.16 59 khô mô phỏng bằng mô hình 3-PG
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Biến đổi khí hậu dẫn đến sự gia tăng các hiện tượng bất thường của thời tiết (hạn hán, lũ lụt, bão, sương muối, …) từ đó làm ảnh hưởng đến cây rừng và đến hệ sinh thái rừng. Bên cạnh đó, sự thay đổi về nhiệt độ và lượng mưa do biến đổi khí hậu cũng tiềm ẩn cho sự bùng nổ các loại côn trùng gây hại và các loại dịch bệnh cho cây rừng ở cả rừng nhiệt đới, ôn đới và hàn đới (FAO, 2006). Biến đổi khí hậu cũng tạo điều kiện cho các loài ngoại lai và các loài xâm hại có điều kiện phát triển xâm lấn vào hệ sinh thái bản địa (FAO, 2006) mà chúng là nguyên nhân thay thế hoặc làm tuyệt chủng hàng trăm loài bản địa, làm giảm sinh cảnh của các loài động vật và làm xáo trộn các quá trình trong hệ sinh thái (Marambe.B. và cộng sự., 2001).[10] Diện tích rừng trồng trên thế giới tăng tăng đáng kể những thập niên gần đây, từ 124 triệu ha (1995) đến 187 triệu ha (2000) (FAO., 2001)[8] và 264 triệu ha (2010) (FAO, 2010)[7], trong suốt giai đoạn 2005-2010, diện tích rừng trồng trên thế giới tăng 5 triệu ha/năm mà phần lớn các diện tích này là do trồng rừng mới trên đất không có rừng trước kia (FAO, 2010)[7]. Tỉ lệ đóng góp của các rừng trồng vào nguồn cung cấp nguyên liệu gỗ tròn cho cho công nghiệp chế biến gỗ ngày càng gia tăng, từ 5% năm 1960 đến 30% năm 2005 và dự tính đến năm 2050 là 75% (SEPPÄLÄ.R., 2007).[20] Xét trên quy mô khu vực và toàn cầu thì nhìn chung biến đổi khí hậu làm cho năng suất rừng tăng nhẹ đến trung bình (khoảng 5-30%). Tuy nhiên, ở một số nơi do ảnh hưởng cực đoan của biến đổi khí hậu như nắng nóng kéo dài và tăng tần số hạn hán có thể làm cho năng suất rừng giảm đáng kể (20%). Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến năng suất rừng trong tương lai là mối quan tâm lớn của các chủ rừng cũng như các nhà quản lý rừng. Việc tính toán, dự đoán ảnh hưởng của các kịch bản biến đổi khí hậu đến năng suất và sinh trưởng
2 của rừng là một trong những vấn đề được quan tâm nghiên cứu bởi các nhà khoa học lâm nghiệp. Việc dự đoán tăng trưởng và sản lượng rừng bằng các mô hình kinh nghiệm đã có lịch sử rất lâu đời và vẫn là phương pháp chính được sử dụng ngày nay. Tuy nhiên các mô hình này đều dựa trên những ghi chép, đo đếm số liệu tăng trưởng trong quá khứ và do đó không phản ánh được những thay đổi về tăng trưởng và sản lượng khi điều kiện sinh trưởng cũng như các biện pháp quản lý bị thay đổi (Bernier.P. và cộng sự., 2003).[4] 3-PG tính toán tăng trưởng, năng suất của lâm phần dựa trên các yếu tố đầu vào là các tham số phản ánh điều kiện sinh trưởng như các tham số về khí tượng (nhiệt độ, lượng mưa, bức xạ, sương…), đất đai (loại đất, độ phì….) và các tham số cơ bản về loài cây (tỉ lệ phân chia sản phẩm quang hợp đến các bộ phận trong cây) và lâm phần (mật độ, tỉa thưa…) nên nó phản ánh được ảnh hưởng của sự biến đổi trong các điều kiện về sinh trưởng cũng như các biện pháp kỹ thuật lâm sinh. Bởi vậy mà ngoài việc tính toán tăng trưởng, năng suất hiện tại như các mô hình sinh trưởng kinh nghiệm, 3-PG có thể được áp dụng để dự đoán sinh trưởng cho các vùng khác nhau và ở các thời gian khác nhau với yêu cầu đơn giản là các tham số đầu vào là ở các vùng và các điểm thời gian đó. Hơn thế nữa, các tham số đầu ra về sinh trưởng (theo tháng, năm) chỉ là một mục trong số các hạng mục đầu ra của 3-PG. 3-PG là cầu nối khoảng trống giữa các mô hình kinh nghiệm về tăng trưởng và sản lượng với các mô hình mô tả quá trình sinh trưởng và cân bằng Các-bon (Sands.P.J. và Landsberg.J.J., 2002)[18]. 3-PG đã được áp dụng và sử dụng thành công cho nhiều mục đích khác nhau và cho nhiều loại rừng từ rừng trồng ôn đới đến rừng tự nhiên nhiệt đới, ở các khu vực khác nhau. (Almeida.A.C. và cộng sự., 2004)[1].
3 Nhằm thử nghiệm khả năng áp dụng phần mềm này vào mô phỏng động thái năng suất sinh khối, hấp thu Các-bon của rừng trồng Keo tai tượng tôi thực hiện đề tài: “Mô hình hóa động thái năng suấ t, sinh khố i và hấ p thụ các-bon của rừng Keo tai tượng (Acacia mangium Wild) bằ ng phầ n mềm động thái 3-PG”
4 Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về mô hình hóa sinh trưởng, sản lượng và lượng Các-bon hấp thụ 1.1.1. Trên thế giới 1.1.1.1. Các phương pháp mô hình hóa trong mô phỏng sản lượng rừng Việc dự đoán tăng trưởng và sản lượng rừng bằng các mô hình kinh nghiệm đã có lịch sử rất lâu đời và vẫn là phương pháp chính được sử dụng ngày nay. Tuy nhiên các mô hình này đều chỉ dựa trên những ghi chép về tăng trưởng trong quá khứ nên không phản ánh được những thay đổi về tăng trưởng và sản lượng khi điều kiện sinh trưởng cũng như các biện pháp quản lý thay đổi (Bernier.P., Landsberg.J. và cộng sự. 2003)[4] (Phan Minh Sáng, 2006, 2009)[16]. Mô hình sinh trưởng từ những biểu đồ đơn giản nhất cho đến những phần mềm máy tính phức tạp đã và đang là những công cụ quan trọng trong quản lý rừng (Vanclay, 1998)[23]. Những phương pháp tiếp cận khác nhau được thể hiện bởi một loạt các mô hình tăng trưởng hiện tại. Rất nhiều tác giả đã cố gắng để phân loại mô hình theo các nhóm khác nhau với những tiêu chuẩn khác nhau. Có thể phân loại mô hình thành các dạng chính sau đây: - Mô hình thực nghiệm/thống kê (Empirical/Statistic model) - Mô hình động thái (Process model) - Mô hình lai (Hybrid/mixed model) a) Mô hình thực nghiệm – Empirical model Mô hình thực nghiệm đòi hỏi ít tham số (biến số) và có thể dễ dàng mô phỏng sự đa dạng về quản lý cũng như xử lý lâm sinh, nó là công cụ định lượng sử dụng có hiệu quả và phù hợp trong quản lý và lập kế hoạch quản lý rừng (Landsberg and Gower, 1997[15]; Vanclay and Skovsgaard, 1997[22]; Vanclay, 1998)[23]. Phương pháp này có thể phù hợp để dự đoán sản lượng
5 ngắn hạn trong khoảng thời gian mà các điều kiện tự nhiên cho sinh trưởng của rừng được thu thập số liệu tạo nên mô hình vẫn chưa thay đổi lớn. Mô hình thực nghiệm thường được thể hiện bằng các phương trình quan hệ hoặc phương trình sinh trưởng dựa trên số liệu sinh trưởng đo đếm thực nghiệm mà thông thường không xét đến ảnh hưởng trực tiếp của các yếu tố môi trường vì các ảnh hưởng này được coi như đã được tích hợp vào sinh trưởng của cây. Đối với mô hình thực nghiệm, các phương trình sinh trưởng và biểu sản lượng có thể phát triển thành một biểu sản lượng sinh khối hoặc Các-bon tương ứng. Tuy nhiên, mô hình sinh trưởng thực nghiệm không đầy đủ. Chúng không thể sử dụng để xác định hệ quả của những thay đổi của điều kiện môi trường đến hệ sinh thái và cây như sự tăng lên của nồng độ khí nhà kính, nhiệt độ, hoặc chế độ nước… (Landsberg and Gower, 1997[15]; Peng và cộng sự., 2002[17]) (Phan Minh Sáng, 2009)[16]. b) Mô hình động thái – Process model Mô hình động thái mô phỏng quá trình sinh trưởng, với đầu vào là các yếu tố cơ bản của sinh trưởng như ánh sáng, nhiệt độ, dinh dưỡng đất…, mô hình hóa quá trình quang hợp, hô hấp và sự phân chia những sản phẩm của các quá trình này đến rễ, thân và lá (Landsberg and Gower, 1997[15]; Vanclay, 1998)[23]. Nó còn gọi là mô hình cơ giới (mechanistic model) hay mô hình sinh lý học (physiological model). Mô hình động thái phức tạp hơn rất nhiều so với mô hình thực nghiệm nhưng có thể sử dụng để khám phá hệ quả của sự thay đổi môi trường đến hệ sinh thái, sinh vật (Dixon và cộng sự., 1990[5]; Landsberg and Gower, 1997)[15]. Tuy nhiên, mô hình động thái cần một số lượng lớn các tham số (biến số) đầu vào, nhiều tham số lại không dễ đo, cần thời gian dài để đo và/hoặc không thể đo được với các điều kiện cơ sở vật chất kỹ thuật ở các nước đang phát triển. Vì vâ ̣y, mô ̣t cách tiế p câ ̣n là kế t hơ ̣p các điể m đă ̣c trưng của mô
6 hiǹ h đô ̣ng thái với mô hin ̀ h thực nghiê ̣m, xây dựng nên mô hiǹ h hỗn hơ ̣p - mô ̣t mô hình quản lý rừng mà có thể bổ sung các ảnh hưởng của các sức ép từ môi trường trong hê ̣ sinh thái rừng (Landsberg and Waring, 1997[14]; Mäkelä và cộng sự., 2000)[11]). Nhiề u mô hình như PipeQual, CROBAS, MELA, và mô hình kinh nghiê ̣m PTEADA2 liên kế t với mô hình quá trình MAESTRO... là các tùy cho ̣n quản lý (Mäkelä và cộng sự., 2000)[11]. Cho đến nay trên thế giới đã có rất nhiều mô hình động thái hay mô hình hỗn hợp được xây dựng để mô phỏng quá trình phát triển của hệ sinh thái rừng như BIOMASS, ProMod, 3-PG, Gen WTO, CO2Fix, CENTURY…(Landsberg and Gower, 1997[15]; Snowdon và cộng sự[21]., 2000; Schelhaas và cộng sự, 2001[19] ). Trong trường hợp không đủ số liệu đầu vào thu thập được từ các quá trình tự nhiên của hệ sinh thái và cây, để sử dụng các mô hình này, người ta phải sử dụng hàng loạt các giả định (assumptions), chính vì vậy tính chính xác của mô hình phụ thuộc rất nhiều vào sự phù hợp của các giả định này đối với đối tượng nghiên cứu (Phan Minh Sáng, 2009)[16]. c) Mô hình lai – Hybrid model Mô hình lai là một kết hợp của các mô hình (mô hình động thái và mô hình kinh nghiệm) có thể tránh được những thiếu sót của cả hai phương pháp tiếp cận trên ở một mức độ nào đó. Kết hợp giữa hợp các yếu tố chính của cách tiếp cận thực nghiệm và quá trình thành một hệ thống lai có thể dẫn đến một mô hình dự đoán động thái Các-bon, tăng trưởng rừng và sản xuất trong thời gian ngắn và dài hạn (Kimmins, năm 1993[12]; Battaglia và cộng sự, 1997[2]; Kimmins và cộng sự,năm 1990[13]; Peng, 2002[17]). Mô hình lai là hỗn hợp của cả hai mô hình cơ lý thuyết và thống kê có được của hai loại cơ bản: Mô hình cơ lý thuyết đơn giản, tăng trưởng cổ điển và mô hình năng suất với những điều kiện cơ học. Mô hình cơ lý thuyết đơn
7 giản có thể làm để dự báo ở mức độ lâm phần và có thể sử dụng các phương pháp thực nghiệm như mô hình phụ nhưng các định dạng mô hình chính là bản chất cơ lý thuyết, hoặc sử dụng một số hình thức của cân bằng Các-bon. Loại thứ hai của mô hình lai sử dụng phương pháp nghiên cứu sản lượng truyền thống và phương pháp bổ sung của các biến dự đoán động thái. Có một số mô hình trong nhóm các mô hình thực nghiệm, về bản chất đã bao gồm cả các biến phản ánh đặc tính sinh lý, sinh thái. Woollons và cộng sự.(1997) đã đưa vào mô hình sản lượng của mình các biến mang tính động thái, chẳng hạn như nhiệt độ trung bình, bức xạ mặt trời, lượng mưa, và loại đất. Mô hình tăng trưởng truyền thống có thêm các biến động thái này giúp cải thiện độ chính xác 10% trong dự đoán tăng trưởng. Snowdon và cộng sự.(1999) đã kết hợp các chỉ số của biến đổi khí hậu hàng năm và quang hợp vào mô hình tăng trưởng cho loài Pinus radiata và thấy sự cải thiện quan trọng trong dự báo ngắn hạn. Mô hình đã sử dụng tỷ lệ quang hợp như là một chỉ số tăng trưởng được thêm vào một đường cong tăng trưởng Schumacher (Phan Minh Sáng, 2009)[16]. Nói tóm lại, mô hình lai (hybrid models), là phương pháp tiếp cận hợp lý, hiệu quả cho việc tích hợp các quá trình động thái (có mối liên kết trực tiếp với các nhân tố môi trường) vào các phương trình sinh trưởng, quan hệ truyền thống có ý nghĩa thực nghiệm cao hơn. Do tranh thủ được những ưu điểm của cả hai phương pháp tiếp cận, mô hình lai vừa có khả năng phản ánh được ảnh hưởng của sự thay đổi môi trường đến lâm phần, vừa có kết quả có khả năng ứng dụng trong quản lý rừng. 1.1.1.2. Mô hình động thái 3-PG Mô hình 3-PG (Physiological Principles in Predicting Growth), phiên bản đầu tiên, do Landsberg và Waring xây dựng từ năm 1997. Mô hình 3-PG tính toán tăng trưởng, năng suất của lâm phần dựa trên cân bằng giữa các quá
8 trình sinh lý trong cơ thể cây rừng (quang hợp, hô hấp), trên cơ sở các tham số ảnh hưởng đến 2 quá trình trên như: nhiệt độ, lượng mưa, bức xạ, sương,… loại đất, độ phì, hàm lượng nước hữu hiệu trong đất…;các tham số cơ bản của loài cây cụ thể (tuổi, tỉ lệ phân chia sản phẩm quan hợp đến các bộ phận trên cây, cấu trúc tán…); các tham số phản ánh đặc điểm của lâm phần ban đầu (mật độ ban đầu, năm trồng, năm kết thúc…) hoặc các tham số phản ánh kỹ thuật lâm sinh đã áp dụng (số lần tỉa thưa, mật độ lâm phần sau tỉa thưa…) nên nó phản ánh được ảnh hưởng của sự biến đổi các điều kiện về sinh trưởng cũng như các biện pháp kỹ thuật lâm sinh đến sinh trưởng của cây rừng. Bởi vậy, ngoài việc tính toán tăng trưởng, năng suất hiện tại như các mô hình sinh trưởng kinh nghiệm, 3-PG còn được áp dụng để dự đoán sinh trưởng, tăng trưởng rừng ở các vùng khác nhau và các thời gian khác nhau. Mô hình 3-PG cũng đã được áp dụng và sử dụng thành công cho nhiều mục đích, với nhiều loại rừng khác nhau và ở các khu vực khác nhau (Phan Minh Sáng, 2009)[16]. 3-PG là được xây dựng với mục đích là cầu nối khoảng trống giữa các mô hình tăng trưởng và sản lượng truyền thống (dựa trên cơ sở đo đếm các chỉ tiêu sinh trưởng) và các mô hình quá trình, mô hình cân bằng Các-bon. 3PG yêu cầu đầu vào là các thông tin về địa điểm cần mô phỏng và số liệu khí hậu. Nó dự báo sinh trưởng và phát triển của lâm phần theo từng tháng dưới dạng đầu ra quen thuộc với nhà quản lý lâm nghiệp như trữ lượng, tổng tiết diện ngang, chiều cao, đường kính,… Nó cũng dự báo sinh khối trong các bể sinh khối khác nhau (trên, dưới mặt đất), lượng nước sử dụng và lượng nước hữu hiệu trong đất. 3-PG có thể dùng để dự báo cho các rừng trồng hoặc các rừng đồng tuổi và tương đối đồng tuổi. Nó là một mô hình tổng quát ở cấp lâm phần bởi vì cấu trúc của nó không được thiết kế cụ thể cho lập địa nào và
9 cũng không cho một loài cây cụ thể nào. Tuy nhiên, các tham số đầu vào của nó thì cần thiết phải được cụ thể cho từng loài riêng biệt. 3-PG chủ yếu đang được áp dụng với các loài cây rừng thường xanh. Về nguyên tắc, tham số của mô hình có thể được điều chỉnh để các mô hình tăng trưởng của các loài, đặc biệt thông qua các phương trình sinh trưởng cung cấp cơ sở cho các quá trình phân bổ Các-bon. Mô hình 3-PG đã được áp dụng cho nhiều loài khác nhau (Sands & Landsberg, 2002[18]; Waring, 1997[14]; Almeida và cộng sự., 2004[1]). Phiên bản đã điều chỉnh, 3-PG Spatial, đã được áp dụng để nghiên cứu năng suất rừng ở cấp độ cảnh quan – lansdscape. Một phiên bản bổ sung khá thông dụng của 3-PG là 3PGPJS (Sands, 2004). Nó được thiết kế với giao diện thân thiện với người sử dụng, dựa trên cơ sở các trang bảng tính Excel trong đó có một bảng tính là để cung cấp tất cả các tham số đầu vào và một bảng tính để xuất kết quả. Nó cũng bao gồm một Add-in vào trong Excel gồm mã của 3PGPJS và 3-PG được viết bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic. Gần đây, Coops và cộng sự. (1998) đã sử dụng 3-PG với số liệu vệ tinh và số liệu về khí hậu theo tháng để ước tính năng suất rừng (NPP) ở Úc và New Zealand. Landsberg và cộng sự. (2002) đã báo cáo kết quả kiểm tra việc áp dụng 3-PG cho các khu vực ở Thụy Điển, Châu Phi và Úc. Ở Brazin, Aracruz Cellulose đang sử dụng 3-PG như là một hợp phần trung tâm của hệ thống quản lý trên cơ sở GIS mới (Almeida và cộng sự, 2003;.. Almeida và cộng sự, 2004b)[1]. Ở Nam Phi, 3-PG cũng đang được sử dụng như là một công cụ quản lý rừng trong các dự án được tài trợ bởi ngân sách của Quỹ đổi mới của chính phủ Nam Phi (Hiệp hội nghiên cứu Quốc gia, 2002) và Viện Nghiên cứu Thương mại Lâm nghiệp (ICFR).
10 Mục đích sử dụng của 3-PG như đã đề xuất như là một công cụ cho quản lý rừng là dựa trên khả năng để ấn định giá trị thực tế cho các tham số đầu vào của các loài mới. Cho ví dụ, Aracruz dự định sử dụng 3-PG cho các dòng Bạch đàn Eucalyptus grandis và Bạch đàn lai và ở Nam Phi thì yêu cầu phải điều chỉnh để có thể sử dụng cho một loạt các loài như Bạch Đàn, Keo, Thông và các loài khác. Với hầu hết các loài này, thậm chí các tham số rất cơ bản cũng không sẵn có. Vì vậy, cần phải xác định các tham số của mô hình từ các số liệu đo đếm trực tiếp và độc lập hoặc bằng phương pháp suy luận tương tự từ các loài khác, ví dụ như phần lớn các trường hợp trong áp dụng các mô hình PROMOD và CABALA (Battaglia và cộng sự., 1997) [2] vào thực tiễn. Khuyết điểm của điều này là ở chỗ những giá trị đó có thể được điều chỉnh để có thể cho ra một kết quả phù hợp tối ưu so với giá trị quan sát thực tế tương ứng, cái mà được gọi là Ước lượng tham số. Trong trường hợp này, sử dụng phần mềm để tự động hóa sự tối ưu này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc ước tính. Nhưng sự sử dụng không đồng nhất của các phần mềm như vậy sẽ gây nên một sai lầm nghiêm trọng đó là, thường thì rất dễ để điều chỉnh các tham số cho phù hợp với số liệu quan sát kể cả trường hợp có sai lầm, đặc biệt là hoặc số liệu sinh khối đo đếm ở trên hoặc dưới mặt đất không đầy đủ. Cách thức tiếp cận hệ thống trong việc ấn định các tham số cụ thể cho loài sẽ là dễ dàng khi có hiểu biết sâu hơn về 3-PG, ý nghĩa của các tham số của nó và hiểu biết về phân tích tính nhạy của các tham số đầu ra (Sands & Landsberg, 2002)[18]. Nói riêng, các hiểu biết như vậy là cần thiết trong việc sử dụng các phần mềm để ước tính các tham số bằng cách tối ưu kết quả đầu ra với các số liệu đo đếm thực tế.
11 Các ứng dụng gần đây của 3-PG cho loài E.globulus (Sands & Landsberg, 2002)[18] và E.grandis (Almeida và cộng sự, 2004[1];..) đã cố gắng để cung cấp phương pháp chính xác cho việc kiểm tra mô hình và ấn định tham số. 1.1.2. Ở Việt Nam Mô hình 3-PG được sử dụng rộng rãi ở rất nhiều nước trên thế giới, áp dụng cho rất nhiều loài khác nhau và đã đem lại hiệu quả rất lớn trong việc dự đoán tăng trưởng và sản lượng rừng. Mô hình 3-PG cũng được sử dụng như một công cụ trong quản lý và phát triển rừng bền vững. Nhưng ở Việt Nam hiện nay thì 3-PG vẫn chưa được biết đến nhiều. Tuy nhiên, cũng có một số nghiên cứu được thực hiện ở nước ngoài, nhưng đối tượng nghiên cứu là rừng ở Việt Nam đã áp dụng thành công 3-PG để mô phỏng động thái hấp thụ các bon, năng suất gỗ của rừng trồng ở Việt Nam (Phan Minh Sáng, 2009)[16] 1.2. Nghiên cứu sinh trưởng sinh khối và lượng Các-bon hấp thụ ở Việt Nam Do mục tiêu chính của đề tài là thăm dò để sử dụng mô hình động thái – phương pháp mô hình hóa đang ngày càng được ứng dụng gần đây cho mô phỏng năng suất sinh khối và hấp thụ Các-bon, cho nên đề tài không tập trung vào tổng hợp và đánh giá các công trình nghiên cứu về sinh trưởng sinh khối và hấp thụ Các-bon ở Việt Nam. Đề tài chỉ nêu tóm lược một số công trình tiêu biểu nghiên cứu sinh khối và hấp thụ Các-bon như sau:  Nghiên cứu sinh khối: Nghiên cứu sinh khối rừng đã được thực hiện cho rừng trồng nhiều loài cây ở Việt Nam, như rừng Thông ba lá (Nguyễn Ngọc Lung, Đào Công Khanh, 1999)[4]; rừng Keo lá tràm (Vũ Văn Thông, 1998; Hoàng Văn Dưỡng, 2000)[5]; rừng thứ sinh nghèo kiệt, thảm tươi, cây bụi (Vũ Tấn Phương, Ngô Đình Quế, 2005, 2006)[5] [7]; và đặc biệt là đề tài cấp Bộ của Võ Đại Hải và cộng sự đã nghiên cứu sinh khối cây cá lẻ và rừng trồng của 08 loài cây Keo tai