Ứng dụng công nghệ thông tin địa lý trong đánh giá biến động rừng tại xã quy kỳ, huyện định hóa, tỉnh thái nguyên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

TRƯỜ NG ĐẠ I HỌ C THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN

NGUYỄN ĐĂNG CƯỜNG

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG

ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG RỪNG TẠI XÃ QUY KỲ

HUYỆN ĐỊNH HÓA TỈNH THÁI NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP

THÁI NGUYÊN – 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

TRƯỜ NG ĐẠ I HỌ C THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN

NGUYỄN ĐĂNG CƯỜNG

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ

TRONG ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG RỪNG TẠI XÃ

QUY KỲ HUYỆN ĐỊNH HÓA TỈNH THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành: Lâm học

Mã số : 60 62 60

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học: TS. Trần Quốc Hưng

THÁI NGUYÊN – 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Biến đổi khí hậu đang đe dọa nghiêm trọng đến sự sống còn của nhân loại.

Chúng ta đang phải đối mặt với những tác động của biến đổi khí hậu như: dịch bệnh,

đói nghèo, mất nơi ở, thiếu đất canh tác, sự suy giảm đa dạng sinh học, ... Đó chính

là hậu quả của phát triển kinh tế, sức ép về dân số, khai thác cạn kiệt các nguồn tài

nguyên thiên nhiên, đặ c biệt là tài nguyên rừng.

Thích ứng với sự biến đổi khí hậu là sự điều chỉnh của tự nhiên hoặc con

người trước sự biến đổi thực tế hoặc dự kiến của khí hậu nhằm giảm tác động xấu

của biến đổi khí hậu. Giảm thiểu là các hoạt động của con người trong việc giảm

các nguồn khí nhà kính hoặc các hoạt động nhằm nhân rộng các bể chứa khí nhà

kính. Cụ thể với ngành Lâm nghiệp là làm sao hạn chế tối đa những tác động tiêu

cự vào rừng, nhanh chóng phát triển tài nguyên rừng nhằm hạn chế mất rừng và

suy thóa rừng, từ đó có thể góp phần giảm lượng phát thải khí nhà kính.

Xuất phát từ việc thích ứng với biến đổi khí hậu đã đặt ra nhiều nhiệm vụ

to lớn cho công tác điều tra, nghiên cứu sử dụng có hiệu quả các nguồn tài

nguyên và bảo vệ môi trường phục vụ phát triển kinh tế - xã hội ở Việt Nam. Một

trong những phương tiện hiện đại trợ giúp việc quản lý tổng hợp tài nguyên và

môi trường hiện nay là sử dụng thông tin vệ tinh (viễn thám) và Hệ thống thông

tin địa lý (GIS).

Giám sát tài nguyên rừng là một phần quan trọng có ý nghĩa quyết định

của công tác quản lý tài nguyên rừng. Nội dung của nhiệm vụ giám sát tài

nguyên rừng là nắm vững hiện trạng, cập nhật thông tin biến động và phần nào là

xác định các nhân tố gây biến động, xu thế biến động. Trên cơ sở đó, người quản

lý đưa ra các giải pháp nhằm sử dụng hợp lý tài nguyên, giảm thiểu các tác động

tiêu cực và bảo vệ tài nguyên rừng.

Mặc dù hàng năm đều có các báo cáo về hiện trạng và tình hình biến động

rừng, nhưng hầu hết các báo cáo này chủ yếu dựa trên việc đo vẽ, thành lập bản

đồ rừng bằng phương pháp truyền thống. Đây là một công việc phức tạp, mất

nhiều công sức và thời gian. Hơn nữa, khi sử dụng các tài liệu thống kê và các tư

liệu bản đồ không phải bao giờ cũng có thể khai thác những thông tin hiện thời

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2

nhất vì tình hình đất rừng luôn biến động. Phương pháp viễn thám kết hợp

GIS đang dần khắc phục được những nhược điểm này.

Ngày nay việc sử dụng thông tin vệ tinh viễn thám trong nghiên cứu, giám

sát Trái đất đã trở thành một nhu cầu thiết yếu của nhiều quốc gia, trong đó có

Việt Nam. Công nghệ đang ngày càng phát triển, công nghệ khai thác thông tin

vệ tinh đang thực sự phục vụ con người, mang lại hiệu quả cao trong nhiều lĩnh

vực khoa học-công nghệ, phục vụ đời sống, sản xuất và kiểm soát tài nguyên -

môi trường.

Nhằm đánh giá biến động tài nguyên rừng, công nghệ 3S (viễn thám:

remote sensing, GIS: Geographic infomation system, GPS: Global position

system) ra đời và đáp ứng trong việc thành lập bản đồ, theo dõi và phân tích biến

động tài nguyên và hỗ trợ ra quyết định.

Hiện nay tại xã Quy Kỳ cũng như các xã khác đã thực hiện xong chương

trình trồng rừng 661, và thực hiện theo Thông tư số 99 của BNN & PTNT

chuyển đổi rừng tự nhiên nghèo, thành rừng trồng có năng suất, chất lượng, hiệu

quả kinh tế và phòng hộ, bảo vệ môi trường cao hơn. Bên cạnh đó người dân tiến

hành chặt phá lấy củi, tre nứa, chuyển đổi rừng trái phép gây ra biến động rừng.

Đồng thời, xã Quy kỳ hiện nay đang được tiến hành điều tra để tiến tới thí điểm

chi trả dịch vụ môi trường Các bon theo dự án của Viện Lâm nghiệp thế giới. Do

đó kết quả đánh giá độ biến động rừng là tài liệu tham khảo cũng như luận cứ để

thấy được biến động rừng trong giai đoạn 2000 - 2010, từ đó tìm hiểu nguyên

nhân gây diễn biến làm cơ sở khoa học cho việc đề xuất các giải pháp quản lý

bảo vệ rừng tại địa bàn nghiên cứu.

Xuất phát từ thực tiễn đó, đề tài: “Ứng dụng công nghệ thông tin địa lý

trong đánh giá biến động rừng tại xã Quy Kỳ - huyện Định Hóa - tỉnh Thái

Nguyên” được thực hiện nhằm góp phần bổ sung thêm những hiểu biết về ứng

dụng công nghệ thông tin địa lý trong việc thành lập bản đồ hiện trạng và đánh

giá diễn biến tài nguyên rừng.

Chƣơng I

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Cơ sở khoa học của đánh giá biến động rừng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3

Rừng nước ta thể hiện những đặc trưng cơ bản của rừng mưa nhiệt đới.

Theo thống kê của viện điều tra quy hoạch rừng, rừng tự nhiên nước ta trong thời

kỳ 1976 – 1990 giảm 2.7 triệu hecta tức 1.7%/năm. Trong thời gian qua tài

nguyên rừng nước ta biến đổi rất phức tạp, khó có thể kiểm soát một cách chặt

chẽ[13]. Để có cơ sở tin cậy phục vụ chiến lược bảo vệ và phát triển tài nguyên

rừng một cách hợp lý và bảo vệ môi trường sinh thái. Nhà nước giao cho ngành

Lâm nghiệp điều tra đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng trong các chu

kỳ : chu kỳ I (1991 – 1995), chu kỳ II (1996 – 2000), chu kỳ III (năm 2001 –

2005) và chu kỳ IV (năm 2006 – 2010). Trong đó, điều tra, đánh giá biến động

rừng là một nội dung quan trọng của chương trình.

Rừng luôn biến đổi theo thời gian dưới tác động của thiên nhiên và con

người. Nếu được tác động tích cực rừng sẽ phát triển, ngược lại nếu gặp tác động

tiêu cực rừng sẽ bị suy thoái. Vì vậy sự biến động tài nguyên rừng chính là một

đặc trưng hết sức cơ bản xét ở trạng thái động của nó.

Trong Lâm nghiệp khi đánh giá tài nguyên rừng người ta thường sử

dụng hai nhóm chỉ tiêu đó là: biến động về số lượng và biến động về chất

lượng, trong đó:

- Biến động về số lượng được phân ra các loại biến động chủ yếu sau

như sau:

+ Biến động về tổng diện tích rừng

+ Biến động về trạng thái rừng

+ Biến động về sự chuyển hóa giữa các loại rừng và đất khác

+ Biến động rừng theo chức năng: sản xuất, phòng hộ và đặc dụng

+ Biến động rừng theo hình thái quản lý

- Biến động về chất lượng: biến động về tổ thành loài, biến động về cấu

trúc rừng...khi chất lượng rừng bị suy giảm ta gọi đó là sự suy thoái của rừng.

Như sự thay đổi từ rừng kín sang rừng thưa, từ rừng giàu sang rừng nghèo, từ

rừng gỗ sang rừng tre nứa, từ rừng sang đất trống đồi núi trọc.

* Nguyên nhân gây biến động rừng

Các nguyên nhân chính gây ra biến động rừng và đất Lâm nghiệp bao gồm:

nguyên nhân trực tiếp và nguyên nhân gián tiếp:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

4

- Nguyên nhân trực tiếp:

+ Khoanh nuôi bảo vệ rừng

+ Trồng rừng mới

+ Khai thác rừng

+ Cháy rừng

+ Sâu bệnh hại rừng

+ Phá rừng làm nương rãy

+ Chuyển đổi mục đích sử dụng đất

- Nguyên nhân gián tiếp: Mật độ dân số, Tỷ lệ hộ nghèo, Tăng trưởng và

phát triển kinh tế xã hội, Nhận thức và sự tham gia của người dân

Bản đồ hiện trạng rừng là bản đồ chuyên đề tài nguyên rừng được biên vẽ

trên nền bản đồ địa hình cùng tỷ lệ, trên đó thể hiện đầy đủ và chính xác vị trí,

diện tích các loại trạng thái rừng phù hợp với kết quả thống kê, kiểm kê tài

nguyên rừng theo định kỳ. Bằng việc sử dụng màu sắc và ký hiệu thích hợp hiển

thị các trạng thái rừng khác nhau, nó cho thấy rõ toàn bộ sự phân bố tài nguyên

rừng trên khu vực.

Bản đồ hiện trạng rừng là tài liệu quan trọng và cần thiết cho công tác

quản lý, phát triển tài nguyên rừng và cho các ngành kinh tế, kỹ thuật khác đang

sử dụng và khai thác tài nguyên rừng.

Bản đồ hiện trạng rừng được thành lập ra nhằm mục đích:

- Thể hiện kết quả thống kê, kiểm kê tài ngyên rừng lên bản vẽ.

- Xây dựng tài liệu cơ bản phục vụ quản lý, phát triển tài nguyên rừng

- Là tài liệu phục vụ xây dựng phương án quy hoạch Lâm nghiệp, kế

hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên rừng, lập phương án bảo vệ, quản lý rừng, đất

rừng và kiểm tra thực hiện quy hoạch lâm nghiệp đã được phê duyệt của các địa

phương và các ngành kinh tế.

Bản đồ hiện trạng rừng được xây dựng cho từng cấp hành chính: xã,

huyện, tỉnh, toàn quốc.

1.2. Tổng quan vấn đề nghiên cứu

1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

5

Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS)

nằm trong hệ thống công nghệ thông tin, nhưng được phát triển chuyên sâu cho

việc quản lý cơ sở dữ liệu gắn với các yếu tố địa lý, không gian và bản đồ. GIS

ngày càng được phát triển rộng rãi bởi khả năng tích hợp, phân tích thông tin sâu

và giải quyết được nhiều vấn đề tổng hợp. Thông qua GIS như thu thập, phân

tích, tổng hợp, tìm kiếm, tổ hợp thông tin, cơ sở dữ liệu gắn với yếu tố địa lý,

giúp cho việc đánh giá các quá trình, dự báo những khả năng xảy ra, cũng như

đưa ra những giải pháp mới; do vậy GIS ngày càng được ứng dụng trong nhiều

hoạt động cả về kinh tế - xã hội, quản lý và môi trường. Trong Lâm nghiệp nhờ

có ứng dụng GIS, viễn thám và GPS mà công tác theo dõi, đánh giá diễn biến tài

nguyên rừng, xây dựng bản đồ hiện trạng trở lên dễ dàng hơn và hiệu quả hơn.

Trong giai đoạn thế chiến thứ nhất, đã có ứng dụng ảnh hàng không xây

dựng bản đồ rừng ở vùng Maurice thuộc Canada, bản đồ thực vật rừng ở Anh

(1924), điều tra trữ lượng rừng từ ảnh hàng không của Mỹ (1940). Thí nghiệm

các phương pháp đo tán, đo chiều cao trên ảnh của Seely, Hugershoff,… Tuy

nhiên, giai đoạn này chưa xây dựng được hoàn chỉnh hệ thống lý luận cũng như

các phương pháp đọc đoán ảnh hàng không. (Vũ Tiến Hinh & Phạm Ngọc Giao,

1997)[14]

Kết quả theo dõi từ năm 1972 đến năm 1991, nhờ ứng dụng công nghệ RS

và GIS trong đánh giá biến động rừng và độ che phủ rừng cho thấy ở Ấn Độ diện

tích rừng từ 14,12 triệu ha xuống còn 11,72 triệu ha, giảm 2,4 triệu ha. Từ kết

quả đó Ấn độ đã xây dựng hệ thống bản đồ hiện trạng với chu kỳ 2 năm để quản

lý, bảo vệ và phát triển rừng hiệu quả. (Dutt, Udayalakshmt, 1994)[15]

Theo Devendra Kumar (2011), việc ước tính sự thay đổi về độ che phủ

rừng dựa trên dữ liệu vệ tinh có thể giúp các nhà nghiên cứu thấy rõ được khả

năng tích lũy carbon, biến đổi khí hậu, mối đe dọa đến đa dạng sinh học và mức

độ biến động rừng thông qua dữ liệu vệ tinh. Bản đồ lớp phủ rừng của các vùng

được xây dựng dựa trên ba loại nguồn dữ liệu: thu thập ý kiến chuyên gia, dựa

vào các sản phẩm viễn thám và thống kê quốc gia.[17]

Bodart et al (2009), theo dõi sự thay đổi độ che phủ rừng nhiệt đới ở châu

Mỹ Latinh, Nam Á và châu Phi năm 1990-2000 bằng cách sử dụng ảnh vệ tinh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

6

và phát triển một cách tiếp cận hoạt động và mạnh mẽ có thể trước khi một

quá trình rất lớn số lượng dữ liệu từ các điều kiện khác nhau một cách tự động để

đưa các dữ liệu multitemporal và đa cảnh trên quy mô tương tự và phân khúc xạ

hình ảnh trước khi phân loại giám sát. [16]

Hansen và DeFries (2004), sử dụng ảnh vệ tinh để theo dõi sự thay đổi độ

che phủ rừng trong thời gian 1982-1990 và cuối cùng kết luận rằng, trái ngược

với Liên Hiệp Quốc Tổ chức Nông lương (FAO) báo cáo về một sự gia tăng toàn

cầu về độ che phủ rừng. Mỹ Latinh và vùng nhiệt đới châu Á là hai khu vực phá

rừng chiếm ưu thế. Paraguay cho thấy tỷ lệ cao nhất liên quan đến mất rừng,

trong khi Indonesia đã có sự gia tăng lớn nhất trong việc phá rừng từ những năm

1980 đến năm 1990. [23]

Ở Nhật Bản, đã ứng dụng RS và GIS để xây dựng bản đồ địa hình và bản

đồ lớp phủ rừng, đây là cơ sở cho việc theo dõi và đánh giá sự phục hồi sinh thái

của Siri Kawala Ierd, K.Fujiwara.[28]

Su-Fen Wang (2004), khi tiến hành giải đoán ảnh Spot 4 và Spot 5 theo

phương pháp phân loại có kiểm định cho những vùng núi ở phía bắc Đài Loan,

kết quả cho thấy độ chính xác của ảnh Spot 5 (74%) cao hơn ảnh Spot 4 (71%)

do ảnh Spot 5 có độ chính xác cao hơn. Kết quả phân loại ra 3 trạng thái là rừng

Chamaecyparis formosensis, rừng trồng cây thuộc họ tùng, rừng cây lá rụng. [27]

1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Việt Nam là nước tiếp cận với RS và GIS muộn hơn các nước trong khu

vực và trên thế giới.

Trong suốt thời gian dài trước năm 1945, Việt Nam không có khả năng

thực hiện việc điều tra rừng. Thời kỳ này chỉ có số liệu về tài nguyên rừng được

công bố trong công trình "Lâm nghiệp Đông Dương" của P. Maurand và số liệu

đó thường được xem là tài liệu gốc để so sánh diễn biến rừng ở Việt Nam từ năm

1945 trở về sau. Năm 1958, với sự hợp tác của CHDC Đức đã sử dụng ảnh máy

bay đen trắng toàn sắc tỷ lệ 1/30.000 để điều tra rừng ở vùng Đông Bắc [3]. Đó

là một bước tiến bộ kỹ thuật rất cơ bản, tạo điều kiện xây dựng các công cụ cần

thiết để nâng cao chất lượng công tác điều tra rừng ở nước ta. Từ cuối năm 1958,

bình quân mỗi năm đã điều tra được khoảng 200.000 ha rừng, đã sơ thám được