Ứng Dụng Ảnh Viễn Thám Xây Dựng Bản Đồ Phân Bố Độ Ẩm Đất Theo Các Trạng Thái Thực Vật Tại Rừng Thực Nghiệm Núi Luốt Thị Trấn Xuân Mai Tp Hà Nội

i

LỜI CẢM ƠN

Để đánh giá kết quả học tập, rèn luyện và đào tạo tại trƣờng Đại Học

Lâm Nghiệp Việt Nam qua khóa học 2014 – 2018. Đƣợc sự đồng ý của Ban

Giám Hiệu Nhà trƣờng, Ban Chủ Nhiệm Khoa Quản Lý Tài Nguyên Rừng &

Môi Trƣờng, sự hƣớng dẫn nhiệt tình của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Hải Hòa.

Tôi đã thực hiện khóa luận: “Ứng dụng ảnh viễn thám xây dựng bản đồ

phân bố độ ẩm đất theo các trạng thái thực vật tại rừng thực nghiệm Núi

Luốt thị trấn Xuân Mai, TP. Hà Nội”. Sau thời gian dài thực tập, nghiên cứu

đến nay bài khóa luận của tôi đã hoàn thành. Ngoài sự nỗ lực và cố gắng của

bản thân, tôi đã nhận đƣợc sự giúp đỡ và động viên của nhà trƣờng, Khoa

Quản Lý TNR&MT, thầy giáo hƣớng dẫn.

Trƣớc tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Hải Hòa

ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn và chỉ bảo tận tình trong quá suốt quá trình nghiên

cứu đề tài. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn đến thầy cô trong bộ môn Kỹ Thuật Môi

Trƣờng, Trung Tâm Thí Nghiệm Thực Hành đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ

tôi trong quá trình phân tích, thu thập số liệu cần thiết trong quá trình điều tra

thực địa. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, gia đình đã luôn ủng hộ

và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và làm khóa luận.

Mặc dù khóa luận đã hoàn thành thế nhƣng thời gian và năng lực của bản

thân còn nhiều hạn chế. Do vậy không thể tránh khỏi những sai sót nhất định,

kính mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp, bổ sung từ thầy cô, bạn bè để khóa

luận đƣợc đầy đủ và hoàn thiện hơn.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Xuân Mai, ngày tháng năm 2018

Sinh viên thực hiện

Lê Thị Mơ

ii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i

MỤC LỤC.........................................................................................................ii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT............................................................................ v

DANH MỤC BẢNG........................................................................................vi

DANH MỤC HÌNH ....................................................................................... viii

ĐẶT VẤN ĐỀ................................................................................................... 1

CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................... 2

1.1. Tổng quan về công nghệ viễn thám và ArcGIS......................................... 2

1.1.1. Khái niệm về viễn thám .......................................................................... 2

1.1.2. Lịch sử ra đời và phát triển của viễn thám.............................................. 2

1.1.3. Khái niệm về GIS...................................................................................... 7

1.1.4. Các chức năng của GIS........................................................................... 8

1.2. Thảm thực vật và chỉ số thực vật ............................................................. 10

1.2.1. Thảm thực vật........................................................................................ 10

1.2.2. Phân loại lớp phủ thực vật..................................................................... 10

1.2.3. Chỉ số khác biệt thực vật NDVI............................................................ 11

1.2.4. Chỉ số TVDI.......................................................................................... 11

1.3. Độ ẩm đất .................................................................................................. 13

1.4. Phần mềm thống kê R ................................................................................ 13

1.5. Ứng dụng của viễn thám trong đánh giá thảm thƣc vật........................... 15

1.5.1. Trên thế giới .......................................................................................... 15

1.5.2. Tại Việt Nam......................................................................................... 16

CHƢƠNG II. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN

CỨU ................................................................................................................ 19

2.1. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................. 19

2.1.1. Mục tiêu chung...................................................................................... 19

2.1.2. Mục tiêu cụ thể..................................................................................... 19

2.1.3. Vật liệu nghiên cứu .............................................................................. 19

iii

2.2. Phạm vi nghiên cứu.................................................................................. 19

2.3. Nội dung nghiên cứu................................................................................ 20

2.3.1. Nghiên cứu hiện trạng lớp phủ thực vật tại khu vực nghiên cứu.......... 20

2.3.2. Nghiên cứu xây dựng bản đồ độ ẩm đất ............................................... 20

2.3.3. Đánh giá mô hình tƣơng quan giữa yếu tố độ ẩm đến các lớp phủ thực

vật tại khu vực nghiên cứu .............................................................................. 20

2.3.4. Đề xuất các biện pháp cải thiện độ ẩm dƣới các lớp phủ thực vật tại khu

vực nghiên cứu ................................................................................................ 20

2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................................... 21

2.4.1. Xây dựng bản đồ hiện trạng lớp phủ thực vật...................................... 21

2.4.2. Xây dựng bản đồ độ ẩm đất theo các trạng thái thực vật...................... 23

2.4.3. Xây dựng bản đồ chỉ số khô hạn nhiệt độ thực vật TVDI .................... 27

2.4.4. Xây dựng mô hình tƣơng quan giữa yếu tố độ ẩm đến các lớp phủ thực

vật tại khu vực nghiên cứu .............................................................................. 31

2.4.5. Đề xuất các biện pháp cải thiện độ ẩm đất tại khu vực nghiên cứu...... 33

PHẦN III. ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI KHU

VỰC NGHIÊN CỨU ...................................................................................... 34

3.1. Điều kiện tự nhiên .................................................................................... 34

3.1.1. Vị trí địa lý và ranh giới........................................................................ 34

3.1.2. Địa hình ................................................................................................. 35

3.1.3. Địa chất thổ nhƣỡng.............................................................................. 35

3.1.4. Khí hậu thủy văn ................................................................................... 36

3.1.5. Động vật và thực vật ............................................................................. 37

3.2. Điều kiện kinh tế xã hội ........................................................................... 37

3.2.1. Kinh tế xã hội ........................................................................................ 37

PHẦN IV. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LU N............................ 41

4.1. Hiện trạng lớp phủ thực vật tại rừng thực nghiệm Núi Luốt năm 2018 ........ 41

4.1.1. Hiện trạng lớp phủ tại khu vực nghiên cứu........................................... 41

4.2. Phân cấp độ ẩm tại khu vực nghiên cứu .................................................. 43

4.2.1. Giá trị NDVI tại khu vực nghiên cứu.................................................... 43

iv

4.2.2. Nhiệt độ bề mặt đất ............................................................................... 44

4.2.3. Tính toán cạnh khô................................................................................ 45

4.2.4. Chỉ số TVDI năm 2018 ......................................................................... 45

4.3. Đánh giá độ ẩm đất theo các trạng thái thực vật tại rừng thực nghiệm núi

luốt năm 2018.................................................................................................. 47

4.3.1. Đánh giá độ ẩm đất rừng Keo tai tƣợng................................................ 48

4.3.2. Đánh giá độ ẩm đất rừng hỗn giao ........................................................ 50

4.3.3. Đánh giá độ ẩm đất rừng thông............................................................. 53

4.3.4. Đánh giá độ ẩmrừng bạch đàn .............................................................. 57

4.4. Đánh giá mối quan hệ giữa độ ẩm đất theo các trạng thái thảm thực vật

rừng thông qua phần mềm thống kê R............................................................ 59

4.4.1. Mối quan hệ giữa độ ẩm đất theo trạng thái thực vật rừng keo tai tƣợng ... 59

4.4.2. Mối quan hệ giữa độ ẩm đất theo trạng thái thực vật rừng hỗn giao.... 65

4.4.3. Mối quan hệ giữa độ ẩm đất theo trạng thái thực vật rừng thông......... 72

4.4.4. Mối quan hệ giữa độ ẩm đất theo trạng thái thực vật rừng bạch đàn ... 78

4.5. So sánh mối quan hệ tƣơng quan giữa các trạng thái thực vật ................ 84

4.6. Đề xuất giải pháp bảo vệ, phát triển thảm thực vật rừng và duy trì, cải

thiện độ ẩm đất tại khu vực nghiên cứu .......................................................... 86

4.6.1. Nâng cao chất lƣợng quản lý tại rừng ................................................... 86

4.6.2. Ứng dụng khoa học kỹ thuật ................................................................. 86

4.6.3. Giải pháp duy trì và cải thiện độ ẩm đất rừng tại khu vực nghiên cứu . 86

Chƣơng V. KẾT LU N, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ.................................... 89

5.1. Kết Luận................................................................................................... 89

5.2. Tồn tại....................................................................................................... 90

5.3. Kiến nghị.................................................................................................. 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

v

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

GIS Geographic Information System

LST Land surface temperature

NASA National Aeronautics and Space Administration

NDVI Normalized Difference Vegetation Index

Ts Temperature surface

TVDI Temperature vegetation dryness index

VNUF Vietnam National University of Forestry

vi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Giai đoạn phát triển viễn thám. ........................................................ 5

Bảng 2.1: Dữ liệu ảnh viễn thám. ................................................................... 19

Bảng 2.2: Ký hiệu trong GPS khi đi thực địa. ................................................ 22

Bảng 2.3: Dụng cụ thực hành.......................................................................... 24

Bảng 2.4: Thiết bị và dụng cụ. ........................................................................ 25

Bảng 2.5: Giá trị các band của ảnh Landsat 8. ................................................ 28

Bảng 2.6: Giá trị hệ số K1, K2 của ảnh Landsat 8. .......................................... 29

Bảng 2.7: Giá trị kênh cận hồng ngoại và kênh đỏ đối với ảnh viễn thám

Landsat. ........................................................................................................... 30

Bảng 2.8: Phân mức ý ngh a giá trị tƣơng quan Person.................................. 33

Bảng 3.1: Báo cáo tổng kết 2017. ................................................................... 38

Bảng 4.1: Diện tích vàc các trạng thái thực vật tại khu vực nghiên cứu. ....... 42

Bảng 4.2: Độ chính xác của bản đồ hiện trạng. .............................................. 43

Bảng 4.3: So sánh độ chính xác của ba phƣơng pháp xác định độ ẩm đất tại

khu vực nghiên cứu. ........................................................................................ 47

Bảng 4.4: Mô hình tƣơng quan giữa độ ẩm đất theo phƣơng pháp tủ sấy với

chỉ số NDVI của trạng thái thực vật rừng keo tai tƣợng. ............................... 60

Bảng 4.5: Mô hình tƣơng quan giữa độ ẩm đất theo phƣơng pháp đốt cồnvới

chỉ số NDVI của trạng thái thực vật keo tai tƣợng……………………….….61

Bảng 4.6: Mô hình tƣơng quan giữa độ ẩm đất theo phƣơng pháp đo nhanh

với chỉ số NDVI của trạng thái thực vật keo tai tƣợng. .................................. 62

Bảng 4.7: Đánh giá mô hình tƣơng quan. ....................................................... 63

Bảng 4.8: Mô hình tƣơng quan giữa độ ẩm đất theo phƣơng pháp tủ sấy với

chỉ số NDVI của trạng thái thực vật rừng hỗn giao........................................ 66

Bảng 4.9: Mô hình tƣơng quan giữa độ ẩm đất theo phƣơng pháp đo nhanh

với chỉ số NDVI của trạng thái thực vật rừng hỗn giao. ................................ 67

Bảng 4.10: Mô hình tƣơng quan giữa độ ẩm đất theo phƣơng pháp đốt cồn với

chỉ số NDVI của trạng thái thực vật rừng hỗn giao. ...................................... 68

Bảng 4.11: Đánh giá mô hình tƣơng quan. ..................................................... 69

vii

Bảng 4.12: Mô hình tƣơng quan giữa độ ẩm đất theo phƣơng pháp tủ sấy với

chỉ số NDVI của trạng thái thực vật rừng Thông........................................... 72

Bảng 4.13: Mô hình tƣơng quan giữa độ ẩm đất theo phƣơng pháp đốt cồn với

chỉ số NDVI của trạng thái thực vật rừng thông. ........................................... 73

Bảng 4.14: Mô hình tƣơng quan giữa độ ẩm đất theo phƣơng pháp đo nhanh

với chỉ số NDVI của trạng thái thực vật rừng thông. ...................................... 75

Bảng 4.15: Đánh giá mô hình tƣơng quan. ..................................................... 76

Bảng 4.16: Mô hình tƣơng quan giữa độ ẩm đất theo phƣơng pháp tủ sấy với

chỉ số NDVI của trạng thái thực vật rừng Bạch đàn...................................... 78

Bảng 4.17: Mô hình tƣơng quan giữa độ ẩm đất theo phƣơng pháp đôt cồn với

chỉ số NDVI của trạng thái thực vật rừng bạch đàn........................................ 80

Bảng 4.18: Mô hình tƣơng quan giữa độ ẩm đất theo phƣơng pháp đo nhanh

với chỉ số NDVI của trạng thái thực vật rừng Bạch đàn................................. 81

Bảng 4.19: Đánh giá mô hình tƣơng quan. ..................................................... 82

Bảng 4.20: Bảng so sánh mức độ tƣơng quan của các trạng thái thực vật. .... 84

viii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Nguyên lý hoạt động của viễn thám. ................................................ 6

Hình 1.2: Tam giác không gian Ts/NDVI. ...................................................... 12

Hình 3.1: Vị trí khu vực nghiên cứu. .............................................................. 34

Hình 4.1: Hiện trạng lớp phủ thảm thực vật rừng và vị trí các điểm điều tra

hiện trạng......................................................................................................... 41

Hình 4.2: Giá trị NDVI tại khu vực nghiên cứu. ............................................ 43

Hình 4.3: Nhiệt độ mặt đất tại khu vực nghiên cứu........................................ 44

Hình 4.4: Giá trị TVDI tại khu vực nghiên cứu năm 2018............................. 46

ix

DANH MỤC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 2.1: Tổng quan phƣơng pháp sử dụng trong đề tài............................... 21

Sơ đồ 2.2: Phƣơng pháp xây dựng bản đồ TVDI............................................ 27

Sơ đồ 2.3: Phƣơng pháp xây dựng bản đồ nhiệt bề mặt đất LST ................. 28

x

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 4.1: Mối tƣơng quan giữa giá trị NDVI với nhiệt độ bề mặt. ........... 45

Biểu đồ 4.2: Phân bố độ ẩm theo phƣơng pháp tủ sấy tại rừng keo ........ 48

tai tƣợng. ........................................................................................................ 48

Biểu đồ 4.3: Phân bố độ ẩm theo phƣơng pháp đốt cồn tại rừng keo............. 49

tai tƣợng........................................................................................................... 49

Biểu đồ 4.4: Biểu đồ phân bố giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp tủ sấy tại

rừng hỗn giao................................................................................................... 51

Bảng 4.5: Mô hình tƣơng quan giữa độ ẩm đất theo phƣơng pháp đốt cồn với

chỉ số NDVI của trạng thái thực vật keo tai tƣợng. ........................................ 61

Biểu đồ 4.6: Biểu đồ phân bố giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp đốt cồn của

rừng hỗn giao. .................................................................................................. 52

Biểu đồ 4.7: Phân bố giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp đo nhanh tại rừng

hỗn giao. .......................................................................................................... 53

Biểu đồ 4.8: Phân bố giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp tủ sấy tại .......... 54

rừng thông. ...................................................................................................... 54

Biểu đồ 4.9: Phân bố giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp đốt cồn tại........ 55

rừng thông. ...................................................................................................... 55

Biểu đồ 4.10: Phân bố giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp đo nhanh tại

rừng thông. ...................................................................................................... 56

Biểu đồ 4.11: Phân bố giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp tủ sấy của rừng

bạch đàn........................................................................................................... 57

Biểu đồ 4.12: Phân bố giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp đốt cồn của rừng

bạch đàn........................................................................................................... 58

Biểu đồ 4.13: Phân bố giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp đo nhanh của rừng

bạch đàn........................................................................................................... 59

Biểu đồ 4.14: Mối quan hệ tuyến tính giữa giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp

tủ sấy với chỉ số NDVI tại rừng keo tai tƣợng................................................ 60

xi

Biểu đồ 4.15: Mối quan hệ tuyến tính giữa giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp

đốt cồn với chỉ số NDVI tại rừng keo tai tƣợng. ............................................ 61

Biểu đồ 4.16: Mối quan hệ tuyến tính giữa giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp

đo nhanh với chỉ số NDVI tại rừng keo tai tƣợng........................................... 62

Biểu đồ 4.17: Mối quan hệ tuyến tính giữa giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp

tủ sấy với chỉ số NDVI tại rừng hỗn giao. ..................................................... 67

Biểu đồ 4.18: Mối quan hệ tuyến tính giữa giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp

đo nhanh với chỉ số NDVI tại rừng hỗn giao. ................................................ 68

Biểu đồ 4.19: Mối quan hệ tuyến tính giữa giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp

đốt cồn với chỉ số NDVI tại rừng hỗn giao..................................................... 69

Biểu đồ 4.20: Mối quan hệ tuyến tính giữa giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp

tủ sấy với chỉ số NDVI tại rừng thông. ........................................................... 73

Biểu đồ 4.21: Mối quan hệ tuyến tính giữa giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp

đốt cồn với chỉ số NDVI tại rừng thông. ......................................................... 74

Biểu đồ 4.22: Mối quan hệ tuyến tính giữa giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp

đo nhanh với chỉ số NDVI tại rừng thông. ...................................................... 76

Biểu đồ 4.23: Mối quan hệ tuyến tính giữa giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp

tủ sấy với chỉ số NDVI tại rừng bạch đàn....................................................... 79

Biểu đồ 4.24: Mối quan hệ tuyến tính giữa giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp

đốt cồn với chỉ số NDVI tại rừng bạch đàn. ................................................... 81

Biểu đồ 4.25: Mối quan hệ tuyến tính giữa giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp

đo nhanh với chỉ số NDVI tại rừng bạch đàn. ................................................ 82

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Thảm thực vật rừng có vai trò quan trọng trong đời sống, đặc biệt là vai trò

trong các chu trình vật chất tự nhiên, bảo vệ con ngƣời tránh khỏi các thiên tai

nhƣ hạn hán lũ lụt, điều tiết dòng chảy, bảo vệ đất khỏi bị xói mòn rửa trôi, điều

hòa khí hậu…

Thị trấn Xuân Mai thuộc huyện Chƣơng Mỹ thành phố Hà Nội nằm trên

điểm giao nhau giữa Quốc lộ 6 và Quốc lộ 21 nay là Đƣờng Hồ Chí Minh, cách

trung tâm thủ đô Hà Nội 33 km về phía Tây, là một trong 5 đô thị trong chuỗi đô

thị vệ tinh của Hà Nội. Đặc biệt rừng thực nghiệm Núi Luốt nơi học tập, thể dục

thể thao, vui chơi giải trí Trƣờng Đại học Lâm nghiệp Việt Nam VNUF -

Vietnam National University of Forestry). Lớp phủ thực vật tại đây rất đa dạng

và phong phú, có thê kể đến một số loài cây đặc trƣng nhƣ: keo Lá Tràm, keo

Tai Tƣợng, Thông, Bạch Đàn….

Trong bối cảnh ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu hiện nay, để hạn chế tối đa

những tác động do biến đổi khí hậu, chúng ta cần phải nắm rõ các yếu tố ảnh

hƣởng đến lớp thảm thực vật rừng nhƣ: nhiệt độ không khí, ánh sáng mặt trời,

lƣợng mƣa, độ ẩm đất..…

Nhằm cung cấp cơ sở dữ liệu, ứng dụng của viễn thám trong việc quản lý

bền vững lớp thảm thực vật, em xin đề xuất đề tài nghiên cứu: “Ứng dụng ảnh

viễn thám xây dựng bản đồ phân bố độ ẩm đất theo các trạng thái thực vật tại

rừng thực nghiệm Núi Luốt thị trấn Xuân Mai, TP. Hà Nội” sẽ làm cơ sở để

đƣa ra đƣợc các giải pháp cải thiện độ ẩm đất rừng.