Ứng dụng viễn thám và đánh giá đa chỉ tiêu trong nghiên cứu thoái hoá đất

Theo dõi KTMT trên

Do đó, dự báo được các vùng có nguy cơ thoái đất ý nghĩa to lớn trong công tác quy hoạch sử dụng đất. Bài báo này nhằm phân vùng nguy cơ thoái hóa đất hai tỉnh Điện Biên và Lai Châu sử dụng kết hợp dữ liệu viễn thám và mô hình đánh giá đa chỉ tiêu trong GIS. Trong nghiên cứu này, bảy yếu tố làm gia tăng các nguy cơ thoái hóa đất (bao gồm: độ dốc, phân cắt sâu, phân cắt ngang, lượng mưa, lớp thảm phủ, địa mạo và tầng dày đất) được phân tích để xây dựng bản đồ phân vùng nguy cơ thoái hóa đất ở các mức độ khác nhau (cao, trung bình, thấp). Kết quả cho thấy khu vực nghiên cứu có 360.961 ha đất có nguy cơ thoái hóa cao (chiếm 19,4% diện tích khu vực nghiên cứu) tập trung tại các vị trí có độ dốc lớn, tỷ lệ thực vật che phủ thấp và đặc biệt là có lượng mưa lớn. Sự kết hợp dữ liệu viễn thám và phương pháp đánh giá đa chỉ tiêu trong nghiên cứu này cho phép xác định một cách nhanh chóng và định lượng diện tích đất có nguy cơ thoái hóa khác nhau (về vị trí không gian và diện tích). Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học để các nhà quản lý quy hoạch sử dụng đất một cách hợp lý, đồng thời bố trí mùa vụ, cây trồng thích hợp cho từng khu vực.

1. Mở đầu

Thoái hóa đất đang là hiện tượng xảy ra khá phổ biến ở nhiều vùng rộng lớn của nước ta, đặc biệt là ở miền núi, nơi tập trung hơn 3/4 quỹ đất của cả nước. Các dạng thoái hóa đất chủ yếu là: xói mòn, rửa trôi, đất có độ phì nhiêu thấp và mất cân bằng dinh dưỡng, đất chua hóa, mặn hóa, phèn hóa, bạc màu, đất ngập úng, lũ quét, đất trượt và sạt lở, đất bị ô nhiễm, khô hạn và sa mạc hóa...(Vuong and Napier, 2014).

Thoái hóa đất thường xảy ra do sự tác động của các yếu tố tự nhiên cũng như của con người. Các yếu tố tự nhiên như chế độ mưa, ẩm; độ dốc địa hình; mức độ che phủ của thảm thực vật... là các tác nhân trực tiếp gây ra xói mòn dẫn đến thoái hóa đất và mức độ tác động của các yếu tố này lại phụ thuộc vào vị trí địa lý của từng khu vực. Các yếu tố do con người gây ra (chặt phá rừng, canh tác không hợp lý, khai thác tài nguyên...) lại thường là các tác nhân làm gia tăng tính khốc liệt của các quá trình thoái hóa đất. Ở nước ta, đánh giá và phân vùng thoái hóa đất sử dụng các dữ liệu viễn thám và phân tích đa chỉ tiêu trong GIS đã được tiến hành trong một số nghiên cứu cho một số tỉnh miền Trung và miền núi phía bắc như các nghiên cứu của Lê Phúc Chi Lăngvà Trần Thị TuyếtMai (2012), Nguyễn Thị Hồng Thanh và Nguyễn Hoàng Sơn (2014), Phạm Quan Vinh và cộng sự (2016).

Hai tỉnh Điện Biên và Lai Châu là hai tỉnh miền núi, cực Tây của nước ta, nơi địa hình có độ dốc lớn, tốc độ rửa trôi mạnh, độ che phủ của thực vật bị thay đổi và suy giảm liên tục do tốc độ phát triển kinh tế nên có nguy cơ cao về suy thoái đất. Việc đánh giá và phân vùng trên diện rộng nguy cơ thoái hóa đất cho hai tỉnh này là vô cùng cần thiết nhằm hướng tới phát triển bền vững.

Trong bài báo này, chúng tôi sử dụng các thông tin từ ảnh vệ tinh như là những thông số đầu vào để tiến hành đánh giá đa chỉ tiêu các yếu tố gây thoái hóa đất để đánh giá, khoanh vùng nguy cơ. Trên cơ sở bản đồ thoái hóa đất hiện tại, tích hợp với các yếu tố cường hóa (các yếu tố có tính chất làm gia tăng các nguy cơ thoái hóa như lượng mưa, độ dốc, lớp thảm phủ, loại đất, hình thức canh tác...) để xây dựng bản đồ cảnh báo nguy cơ thoái hóa đất với các mức độ khác nhau (ở đây chia ra 3 cấp: 1. nguy cơ cao; 2. nguy cơ trung bình; 3. nguy cơ thấp). Việc tích hợp và xác định các yếu tố cường hóa hoàn toàn có thể sử dụng công cụ GIS và viễn thám để thực hiện. Mô hình này cho phép xác định một cách nhanh chóng và định lượng những khu vực có nguy cơ thoái hóa khác nhau (về vị trí không gian và diện tích), đây sẽ là cơ sở để các nhà quản lý quy hoạch sử dụng đất một cách hợp lý, đồng thời bố trí mùa vụ, cây trồng thích hợp cho từng khu vực.

2. Tài liệu và phương pháp nghiên cứu

2.1.Tài liệu nghiên cứu

Trong nghiên cứu này, các yếu tố tạo tiềm năng thoái hóa đất như độ dốc, độ phân cắt sâu, độ phân cắt ngang, dạng địa hình, lượng mưa, thành phần vỏ phong hóa, đặc trưng tầng dày đất, độ che phủ của thực vật được chiết tách từ các bản đồ hiện có như Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:100.000, Bản đồ thổ nhưỡng tỷ lệ 1:100.000; Bản đồ lượng mưa trung bình năm tỷ lệ 1:100.000; Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2020 tỷ lệ 1:100.000 và dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 chụp ngày 14/3/2017 (dùng để chiết tách thông số thực vật) và dữ liệu độ cao số (DEM) toàn cầu từ ảnh ASTER cho khu vực nghiên cứu. Các dữ liệu sau khi chiết tách được tổ chức thành các lớp dữ liệu có cùng tỷ lệ (1:100.000) để phục vụ cho phân tích đa chỉ tiêu trong GIS.

2.2. Phương pháp nghiên cứu

Trong nghiên cứu này, có 7 thông số được lựa chọn, đó là: độ dốc, độ phân cắt sâu, độ phân cắt ngang, lượng mưa và phân bố, hiện trạng thảm thực vật (NDVI), dạng địa hình và tầng dày đất. Trong đó, phương pháp phân tích địa hình được sử dụng để xây dựng các lớp thông tin về độ dốc và phân cắt sâu từ mô hình số độ cao DEM và bản đồ địa hình hiện có. Thông tin về mật độ dòng chảy được phân tích dự vào phương pháp phân tích mật độ và khoảng cách. Phương pháp tính toán thống kê theo không gian được sử dụng để xây dựng bản đồ phân cắt sâu khu vực nghiên cứu.

Sau khi lựa chọn, các chỉ tiêu được gắn trọng số theo phương pháp tính trọng số. Trong đó, trọng số là một khoảng giá trị được gán cho một tiêu chí đánh giá, chỉ ra mức độ ảnh hưởng của nó đối với tiêu chí khác trong quá trình ra quyết định. Trọng số càng lớn thì tiêu chí đó càng quan trọng. Theo Nyerges và Jankowski (2011), có ba cách phổ biến tính trọng số cho các tiêu chí gồm: xếp hạng (ranking), bình chọn (rating) và so sánh cặp (pairwise comparison). Trong nghiên cứu này, chúng tôi coi ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình thoái hóa đất là như nhau. Bên cạnh đó, bằng phương pháp phân bậc và phân khoảng, các mức độ yếu, trung bình, mạnh được gán với các điểm tương ứng 1, 2 và 3 điểm. Theo đó, với 7 yếu tố thành phần trong nghiên cứu này, số điểm tối thiểu cho một đơn vị sẽ là 7 điểm, số điểm tối đa sẽ là 21 điểm.

Để thành lập bản đồ cảnh báo nguy cơ thoái hóa đất khu vực Điện Biên - Lai Châu, chúng tôi sử dụng phương pháp ma trận tương quan để đánh giá và biểu diễn mối quan hệ giữa các yếu tố tiềm năng gây thoái hóa và thoái hóa đất hiện tại. Các lớp thông tin sau khi được phân tích sẽ được raster hóa và thực hiện phân tích theo phương pháp chồng lấp để đưa ra giá trị phân vùng nguy cơ thoái hóa đất cuối cùng theo quy trình thành lập bản đồ nguy cơ thoái hóa đất trong hình 1.

3. Kết quả và thảo luận

Hình 2 và 3 trình bày kết quả đánh giá tổng hợp các yếu tố tiềm năng gây thoái hóa đất và đánh giá nguy cơ thoái hóa đất trên phạm vi hai tỉnh Điện Biên và Lai Châu. Kết quả đánh giá cho thấy các vùng núi cao phía bắc của hai tỉnh có nguy cơ thoái hóa đất cao do có độ dốc lớn, độ phân cắt mạnh, tầng dầy đất mỏng, mức độ che phủ của thực vật ngày càng giảm. Trong khi đó, vùng phía nam của hai tỉnh này và các vùng dọc theo thung lũng sông suối, đất có độ dốc thấp và tầng dày cao hơn nên có nguy cơ thoái hóa không cao. Các vùng đồi thấp xen kẽ giữa vùng núi cao và các đồng bằng thung lũng có nguy cơ thoái hóa đất trung bình. Tuy nhiên, với hiện trạng khai hoang để sản xuất nông nghiệp như hiện nay tại vùng này, khi đưa vào các yếu tố nhân sinh, các vùng này có thể có nguy cơ thoái hóa đất cao hơn.

Để làm rõ mức độ suy thoái đất cho từng đơn vị hành chính cấp quận huyện ở hai tỉnh nghiên cứu, diện tích phân vùng và đánh giá từ bản đồ nguy cơ (hình 3) được chiết tách và thể hiện một cách lượng hóa trong bảng 1. Theo đó, bảng thống kê cho thấy trong tổng số 360.961 ha đất có nguy cơ thoái hóa mạnh, Mường Tè là huyện có diện tích lớn nhất (53.711 ha, chiếm 14,4% diện tích khu vực nghiên cứu), sau đó lần lượt đến các huyện Sìn Hồ (32.004 ha, 8,20%), Mường Nhé (157.066 ha, chiếm 8,44%)… Nguyên nhân là do các huyện này đều là các huyện có độ dốc lớn, tỷ lệ che phủ thấp, tầng dầy đất mỏng và đặc biệt là lượng mưa lớn, điều này cũng hoàn toàn logic.

4. Kết luận

Có thể thấy rằng quá trình thoái hóa đất ở các khu vực khác nhau chịu tác động từ các yếu tố tự nhiên khác nhau về số lượng, nhưng nhìn chung, hầu hết các yếu tố tự nhiên đều có tác động đến quá trình thoái hóa đất của tỉnh Điện Biên và tỉnh Lai Châu, các yếu tố chính khiến cho một vùng có nguy cơ suy thoái đất lớn bao gồm: 1) độ dốc lớn (trên 15⁰), lượng mưa cao; lớp phủ thực vật mỏng; tầng dày đất mỏng (nhỏ hơn 50 cm).  

Bản đồ tổng hợp các yếu tố tiềm năng gây thoái hóa và dự báo nguy cơ thoái hóa đất khu vực tỉnh Điện Biên và tỉnh Lai Châu đã được thành lập dựa trên cơ sở các chỉ số thu được từ tư liệu viễn thám, kết hợp phân tích các số liệu địa chất, địa hình, thực vật khí tượng, thủy văn,... Kết quả cho thấy hai huyện Mường Tè (Điện Biên) và Nậm Nhùn (Lai Châu) là hai huyện có nguy cơ suy thoái đất mạnh. Phương pháp kết hợp phân tích dữ liệu viễn thám và đánh giá đa chỉ tiêu trong GIS là phương pháp hiệu quả trong việc đánh giá thoái hóa đất, đảm bảo độ chính xác khi tích hợp tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý.

Quá trình thoái hóa đất chịu tác động của hai nguồn yếu tố là yếu tố tự nhiên và yếu tố do các hoạt động của con người. Trong nghiên cứu này, việc đánh giá các yếu tố gây thoái hóa đất mới chỉ đề cập đến các yếu tố có nguồn gốc tự nhiên mà chưa đề cập đến tác động của các yếu tố do các hoạt động của con người (như phương thức sử dụng đất, vấn đề sử dụng phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật, các hoạt động khai thác khoáng sản, quá trình đô thị hóa và hoạt động của các ngành công nghiệp...). Để nâng cao độ chính xác của mô hình việc xem xét, bổ xung các yếu tố do các hoạt động của con người là rất cần thiết.

Lời cảm ơn:

Nghiên cứu này được thực hiện dưới sự tài trợ của đề tài nghiên cứu mã số NVCC10.02/22-22. Tập thể tác giả xin trân trọng cảm ơn.

Tài liệu tham khảo

Nyerges, T. L., & Jankowski, P. (2009). Regional and urban GIS: a decision support approach. Guilford Press.

Nguyễn Thị Hồng Thanh, Nguyễn Hoàng Sơn (2014). Đánh giá tiềm năng thoái hóa đất ở tỉnh Quảng Bình và đề xuất giải pháp hạn chế. Kỷ yếu Hội nghị khoa học Sau đại học - Trường Đại học Sư phạm Huế, 10/2014, tr. 520-525.

Phạm Quang Vinh và cộng sự (2017). Điều tra, đánh giá hiện trạng thoái hóa đất khu vực Điện Biên và Lai Châu bằng công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS) nhằm phục vụ phát triển kinh tế xã hội và sử dụng đất bền vững. Đề tài VAST.ĐTCB.03/14-15.

Phạm Quang Vinh¹, Nguyễn Thị Thu Hà²,Đặng Trung Tú³,Phạm Hà Linh¹; Nguyễn Thanh Bình¹

1. Viện Địa lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2. Trường ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc gia Hà Nội
3. Viện Chiến lược Chính sách Tài nguyên & Môi trường