Đánh giá biến động mùa của rừng mưa nhiệt đới tại KBTTN Ngọc Linh, tỉnh KonTum dựa trên dữ liệu máy bay không người lái (UAV)

Động lực mùa tại các khu rừng nhiệt đới có liên quan chặt chẽ đến sự biến động của các khoảng trống tán rừng. Các khoảng trống tán rừng cho phép ánh sáng mặt trời có thể xuyên qua dễ dàng, tạo không gian sống và cung cấp năng lượng cho thảm thực vật tái sinh phía dưới tán. Khoảng trống tán rừng đóng vai trò quan trọng trong sinh thái rừng, với các tác động đến chu trình dinh dưỡng của thảm thực vật rừng, là nhân tố thúc đẩy quá trình diễn thế của rừng. Các nghiên cứu trước đã chỉ ra, chúng ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ ánh sáng, độ ẩm đất cùng với các đặc tính sinh học của đất, là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây rừng. Kích thước các khoảng trống tán rừng cũng ảnh hưởng mạnh đến sự phát triển của thảm thực vật, các chu kỳ sinh dưỡng của thực vật và một số quá trình sinh học khác nhau trong đất. Các khoảng trống tán rừng thay đổi liên tục về hình dạng và kích thước giữa 2 mùa mưa và mùa khô, dẫn đến các chỉ số thực vật cũng có sự biến đổi theo.

Hiện nay, có khá nhiều phương pháp để đo và thành lập bản đồ khoảng trống tán rừng. Trong đó, công cụ hiệu quả nhất để đo và lập bản đồ không gian cho các khoảng trống tán rừng là viễn thám. Tuy nhiên, đối với các khu vực rừng nhiệt đới có độ che phủ cao, các dạng ảnh viễn thám có độ phân giải trên 2m đều không phù hợp do sai số và độ chính xác không cao. Máy bay không người lái hiện nay đang được sử dụng khá phổ biến trong lĩnh vực lâm nghiệp, quản lý rừng. Điểm nổi bật của nó chính là độ phân giải cao, linh hoạt trong thu thập dữ liệu theo các thời điểm khác nhau và giá thành tương đối thấp. Chủ động linh hoạt trong thời gian bay chụp, dữ liệu thu được có độ chính xác cao, ít khi bị ảnh hưởng bởi mây mù là tiêu chí quan trọng trong thành lập bản đồ quản lý lâm nghiệp. Những điểm nổi bật trên giúp UAV dần trở thành phương tiện hỗ trợ đắc lực cho các nhà sinh thái học, đưa ra các phép đo phù hợp với quy mô của từng quá trình sinh thái khác nhau.

Trong nghiên cứu của chúng tôi, UAV Phantom 4 Advanced đã được sử dụng trong bay chụp khu vực rừng hỗn giao lá rộng lá kim tại khu bảo tồn thiên nhiên Ngọc Linh, Việt Nam nhằm so sánh, đánh giá biến động mùa (mùa mưa 09/2019 và mùa khô 05/2019) thông qua một số chỉ số thực vật: Canopy gaps, Triangular Greenness Index (TGI). Sự biến động chỉ số TGI tại các khoảng trống tán rừng trong khoảng thời gian mùa khô đến mùa mưa là tiêu chí quan trọng đánh giá sự phát triển của rừng nhiệt đới. Khu vực bay chụp sẽ được phân chia thành 20 lô với diện tích mỗi lô là 1ha. Mục đích chính là đánh giá mối tương quan giữa chỉ số TGI và các khoảng trống tán rừng hình thành giữa 2 mùa mưa và mùa khô tại rừng hỗn giao lá rộng lá kim. Các kết quả nghiên cứu sẽ được liên hệ và giải thích với các hiện tượng, quy luật sinh trưởng và phát triển của hệ sinh thái rừng nhiệt đới ở độ cao trên 1.000m khu vực nhiệt đới.

Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu

Các kết quả chính

- Đã thành lập được 10 bản đồ khoảng trống tán rừng tại 10 ô tiêu chuẩn, mỗi ô vuông có diện tích 1ha.

- Đã thành lập được 10 bản đồ phân tích chỉ số TGI tại 10 ô tiêu chuẩn, mỗi ô vuông có diện tích 1ha.

- Kết quả phân tích chỉ ra rằng: :

+ Trong giai đoạn này, tỷ lệ diện tích che phủ của thảm thực vật tăng lên đáng kể, với khoảng trên dưới 10% đối với các khu vực quần xã thảm thực vật lá rộng chiếm ưu thế. Trong khi đó, đối với các khu vực rừng hỗn giao lá rộng lá kim, tỷ lệ che phủ tăng nhẹ, trong khoảng 3%, có khu vực giữ nguyên độ che phủ (UAV07). Khu vực UAV06, nơi có các khoảng trống tán rừng chiếm tỷ lệ lớn, tỷ lệ che phủ thậm chí còn bị suy giảm nhẹ. Đối với các thảm thực vật cây lá kim chiếm ưu thế, có sự tăng nhẹ độ che phủ đối với 2 khu vực UAV05 và UAV09, tuy nhiên, khu vực UAV04 lại có sự giảm nhẹ về diện tích che phủ của tán rừng.

+ Tuy nhiên, có thể nhận thấy có rất nhiều các khoảng trống tán rừng có diện tích nhỏ, phân bố rải rác, không tập trung. Các khoảng trống này có sự biến động rất lớn qua giai đoạn 2 mùa mưa và mùa khô, khi hầu hết đều bị xáo trộn, biến mất hoặc hình thành những khoảng trống mới có diện tích nhỏ trong giai đoạn này. Các khoảng trống có diện tích lớn có sự thay đổi về hình dạng, có xu hướng thu hẹp diện tích trong giai đoạn nghiên cứu. Điển hình như tại khu vực UAV02, các khoảng trống lớn hầu như đã bị biến đổi, gần như biến mất.

+ Tại các khu vực còn lại, vào mùa khô tháng 05/2020, các khoảng trống lớn bị thu hẹp về diện tích tương đối lớn, hình thành những khoảng trống tán rừng nhỏ hơn, phân bố rời rạc hơn so với mùa mưa tháng 9/2019. Tại khu vực UAV06, các khoảng trống tán rừng phân bố tập trung, diện tích lớn, là khu vực các trảng cỏ đang dần phục hồi. Đây là khu vực có sự tham gia của các quần xã trảng có cây bụi, có diện tích  tập trung lớn. Vì vậy, diện tích các khoảng trống tán rừng tại khu vực này chiếm tỷ lệ khá cao (37% năm 2019 và 42% năm 2020)

+ Chỉ số TGI tại các khu vực đều có dấu hiệu tăng khá mạnh. Đặc biệt, tại các khu vực thảm thực vật hỗn giao lá rộng lá kim, chỉ số TGI tăng rất mạnh, điển hình như khu vực UAV07 và UAV09. Khu vực UAV06, nơi có thảm thực vật cây lá rộng, trảng cỏ chiếm ưu thế, sự tăng trưởng về chỉ số TGI cũng rất đáng kể. Tương tự là các quần xã thảm thực vật cây lá rộng hay thảm thực vật cây lá kim chiếm ưu thế cũng đều tăng chỉ số TGI trong giai đoạn này.

               Những đóng góp mới của đề tài

          - Lần đầu tiên ứng dụng thiết bị bay không người lái (UAV) trong đánh giá biến động mùa của khu vực rừng nhiệt đới có độ cao trên 1000m tại KBTTN Ngọc Linh, tỉnh Kon Tum.

          - Xây dựng hệ thống phân loại có kiểm định xác định khoảng trống tán rừng dựa trên dữ liệu UAV làm cơ sở cho đánh giá biến động mùa của rừng nhiệt đới.

          - Hoàn thiện thêm phương pháp về nghiên cứu cấu trúc, biến đổi và động lực mùa dựa trên sự hỗ trợ của viễn thám, GIS và thiết bị bay không người lái (UAV).

          - Kết quả của đề tài đã đăng 01 bài trên tạp chí thuộc danh mục Scopus, 02 bài trên tạp chí thuộc danh mục VAK, 01 bài trên kỷ yếu hội nghị nước ngoài, 01 bài trên kỷ yếu hội nghị trong nước.

Kết quả phân loại có kiểm định 10 khu vực có diện tích 100m x 100m (1ha), trong đó: (bên trái) thời điểm bay chụp vào mùa mưa 9/2019; (bên phải) thời điểm bay chụp vào mùa khô 5/2020.