Luận án Tiến sĩ Địa lý: Nghiên cứu biến động lớp phủ rừng trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Hòa Bình với sự trợ giúp của công nghệ viễn thám và GIS

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:200

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là đánh giá biến động lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình giai đoạn 1994-2005 và 2005-2015 bằng công nghệ viễn thám và GIS, xác lập mối quan hệ giữa biến động lớp phủ rừng với các yếu tố kinh tế xã hội qua các giai đoạn nghiên cứu. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Địa lý: Nghiên cứu biến động lớp phủ rừng trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Hòa Bình với sự trợ giúp của công nghệ viễn thám và GIS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ THÚY HẠNH NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG TRONG QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI TỈNH HÒA BÌNH VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ HÀ NỘI, 2016
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ THÚY HẠNH NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG TRONG QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI TỈNH HÒA BÌNH VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS CHUYÊN NGÀNH: BẢN ĐỒ, VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ Mã số: 62 44 02 14 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS.Nguyễn Ngọc Thạch 2. TS. Trần Vân Anh HÀ NỘI - 2016 2
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Nguyễn Thị Thúy Hạnh Nguyễn Thị Thúy Hạnh iii
LỜI CẢM ƠN Sau nhiều năm học tập và nghiên cứu tại trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, đến nay luận án đã đƣợc hoàn thành. Tác giả xin trân trọng cảm ơn Đại học Quốc gia Hà Nội, trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên đã quan tâm, giúp đỡ nghiên cứu sinh trong suốt quá trình đào tạo. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, các thày cô giáo, các cán bộ Khoa Địa lý, Bộ môn Bản Đồ-Viễn thám và GIS đã trực tiếp giảng dạy, trao đổi và đóng góp nhiều ý kiến quý báu cũng nhƣ động viên tinh thần để tác giả hoàn thành luận án. Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban Lãnh đạo trƣờng Đại học Tài nguyên và Môi trƣờng Hà Nội, Ban lãnh đạo khoa Trắc địa - Bản đồ - nơi tác giả đang công tác cùng toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè đã tạo điều kiện giúp đỡ, chia sẻ công việc để tác giả có thể hoàn thành luận án này. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Ngọc Thạch và TS.Trần Vân Anh đã tận tình hƣớng dẫn trong suốt quá trình nghiên cứu và động viên, tạo điều kiện giúp đỡ để nghiên cứu sinh hoàn thành luận án. Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS. Đinh Thị Bảo Hoa, PGS.TS. Phạm Văn Cự, TS. Hoàng Thị Thu Hƣơng - Khoa Địa lý- Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên và TS.Vũ Kim Chi - Viện Việt Nam học và Khoa học phát triển - Đại học Quốc Gia Hà Nội và nhiều Nhà khoa học khác - những ngƣời tiên phong trong nghiên cứu lớp phủ, biến động lớp phủ để đến hôm nay tác giả đƣợc kế thừa và tiếp tục phát triển hƣớng nghiên cứu, đặc biệt là những gợi ý từ các khóa luận, luận án đã góp phần bổ sung, hoàn thiện luận án này. Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các nhà khoa học thuộc các cơ quan: Viện Địa lý, Viện Công nghệ Vũ trụ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam; Đại học Sƣ phạm Hà Nội; Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội, Đại học Lâm nghiệp,… đã đóng góp ý kiến từ nhiều khía cạnh để luận án trở nên hoàn thiện hơn. Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới Sở Tài nguyên và Môi trƣờng Hòa Bình, Cục Thống kê Hòa Bình, Trung tâm Viễn thám Địa chất – Liên đoàn Bản đồ Địa chất miền Bắc, …đã cung cấp tƣ liệu cho luận án. Cuối cùng nhƣng không kém phần quan trọng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, đặc biệt là ngƣời bạn đời đã luôn luôn sát cánh, chia sẻ và động viên tinh thần trong suốt nhiều năm tác giả thực hiện luận án. Hà nội, ngày 10 tháng 7 năm 2016 Tác giả Nguyễn Thị Thúy Hạnh iv
MỤC LỤC MỤC LỤC ................................................................................................................ v DANH MỤC HÌNH .............................................................................................. viii MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................... 1 2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ......................................................................... 2 3. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 3 4. Điểm mới của luận án .......................................................................................... 3 5. Luận điểm bảo vệ ................................................................................................. 3 6. Cơ sở tài liệu thực hiện đề tài ............................................................................... 3 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .............................................................................. 4 8. Cấu trúc của luận án ............................................................................................. 5 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU LỚP PHỦ VÀ LỚP PHỦ RỪNG .............................................................................................. 6 1.1. Tổng quan các công trình nghiên cứu có liên quan .......................................... 6 1.1.1. Tổng quan tình hình sử dụng tƣ liệu viễn thám nghiên cứu lớp phủ và lớp phủ rừng trên thế giới ............................................................................................... 6 1.1.2. Tình hình nghiên cứu lớp phủ và lớp phủ rừng tại Việt Nam ...................... 11 1.1.3. Các công trình nghiên cứu liên quan đến lớp phủ và lớp phủ rừng tại Hòa Bình.. 13 1.2. Cơ sở lý luận nghiên cứu lớp phủ rừng ........................................................... 17 1.2.1. Khái niệm lớp phủ rừng và hệ thống phân loại lớp phủ............................... 17 1.2.2. Các phƣơng pháp chiết tách thông tin từ ảnh viễn thám .............................. 21 1.2.3. Các phƣơng pháp nghiên cứu biến động bằng viễn thám và GIS ................ 23 1.2.4. Các mô hình nghiên cứu biến động .............................................................. 27 1.3. Quan điểm, phƣơng pháp và quy trình nghiên cứu ......................................... 35 1.3.1. Quan điểm nghiên cứu ................................................................................. 35 1.3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................. 36 1.3.3. Quy trình nghiên cứu.................................................................................... 38 CHƢƠNG 2: HIỆN TRẠNG LỚP PHỦ RỪNG TỈNH HÒA BÌNH QUA CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI ................................................ 40 2.1. Các nhân tố ảnh hƣởng đến lớp phủ rừng ....................................................... 40 2.1.1. Vị trí địa lý ................................................................................................... 40 2.1.2. Điều kiện tự nhiên ........................................................................................ 41 v
2.1.3. Điều kiện kinh tế xã hội ............................................................................... 49 2.2. Tích hợp viễn thám và GIS nghiên cứu hiện trạng lớp phủ rừng qua các giai đoạn ................................................................................................................. 67 2.2.1. Nghiên cứu thay đổi về trạng thái lớp phủ rừng ....................................... 68 2.2.2. Nghiên cứu phân bố không gian và biến động lớp phủ rừng ....................... 74 CHƢƠNG 3. ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG TỈNH HÒA BÌNH VÀ ĐỀ XUẤT ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN-BẢO VỆ ........................................... 87 3.1. Đặc điểm và xu hƣớng biến động ................................................................... 87 3.2. Phân tích mối quan hệ giữa biến động lớp phủ rừng và các yếu tố địa lý tự nhiên, kinh tế xã hội ............................................................................................. 91 3.2.1. Kết quả phân tích mất rừng và suy thoái rừng ............................................. 97 3.2.2. Kết quả phân tích tái sinh rừng tự nhiên .................................................... 103 3.2.3. Kết quả phân tích mở rộng rừng trồng ....................................................... 108 3.3. Kiểm chứng và thảo luận về các yếu tố gây biến động lớp phủ rừng qua hai giai đoạn nghiên cứu ............................................................................................ 113 3.3.1. Các yếu tố tác động trực tiếp đến biến động lớp phủ rừng qua hai giai đoạn nghiên cứu ............................................................................................................ 113 3.3.2. Kết quả điều tra tại các điểm chìa khóa.......................................................... 114 3.3.3. Biến động lớp phủ rừng và chính sách phát triển kinh tế xã hội ........... 120 3.4. Dự báo biến động lớp phủ rừng và định hƣớng phát triển-bảo vệ lớp phủ rừng đến năm 2020 .............................................................................................. 123 3.4.1. Dự báo biến động lớp phủ rừng đến năm 2020 ....................................... 123 3.4.2. Định hƣớng phát triển và bảo vệ lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình đến năm 2020 .. 128 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 135 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ .............................. 137 LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ............................................................................ 137 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 139 PHỤ LỤC ............................................................................................................. 151 Phụ lục 1: Tƣ liệu sử dụng ................................................................................... 151 Phụ lục 2: Mã hóa các biến giải thích .................................................................. 184 Phụ lục 3: Bản đồ tƣơng ứng với các biến giải thích ........................................... 185 Phụ lục 4: Kết quả chạy mô hình hồi quy ............................................................ 186 vi
DANH MỤC BẢNG Bảng 1. 1. Những lớp đối tƣợng nghiên cứu trong luận án.................................... 21 Bảng 2. 1. Số liệu thống kê mật độ dân số tỉnh Hòa Bình....................................50 Bảng 2. 2. Tăng trƣởng kinh tế tỉnh Hòa Bình………………………………….54 Bảng 2. 3. Cơ cấu giá trị sản xuất công nghiệp phân theo ngành…………….....55 Bảng 2. 4. Một số chỉ số về tăng trƣởng kinh tế ngành nông nghiệp…………...57 Bảng 2. 5. Kết quả thực hiện một số chỉ số phát triển ngành lâm nghiệp……….58 Bảng 2. 6. Số lƣợng trƣờng học trong các huyện ................................................... 62 Bảng 2. 7. Số lƣợng học sinh và giáo viên trong các huyện .................................. 62 Bảng 2. 8. Thay đổi sử dụng đất qua các năm ....................................................... 63 Bảng 2. 9. Chỉ số NDVI và biến động chỉ số NDVI .............................................. 70 Bảng 2. 10. Thống kê diện tích các loại lớp phủ .................................................... 77 Bảng 2. 11. Độ chính xác kết quả phân loại năm 1994 .......................................... 82 Bảng 2. 12. Độ chính xác kết quả phân loại năm 2005 .......................................... 82 Bảng 2. 13. Độ chính xác kết quả phân loại năm 2015 .......................................... 82 Bảng 3. 1. Gộp nhóm các loại biến động…………………………………..........92 Bảng 3. 2. Các biến phụ thuộc ............................................................................... 95 Bảng 3. 3. Các biến độc lập .................................................................................... 95 Bảng 3. 4. Mô hình mất rừng và suy thoái rừng 1994-2005 .................................. 97 Bảng 3. 5. So sánh bản đồ xác suất mất rừng và suy thoái rừng với bản đồ biến động thực tế ............................................................................................................ 99 Bảng 3. 6. Mô hình mất rừng và suy thoái rừng giai đoạn 2005-2015 ................ 100 Bảng 3. 7. Mô hình tái sinh rừng tự nhiên giai đoạn 1994-2005 ......................... 103 Bảng 3. 1. So sánh bản đồ xác suất tái sinh rừng tự nhiên và bản đồ tái sinh rừng thực tế………………………………………………………………………….108 Bảng 3. 9. Mô hình tái sinh rừng tự nhiên giai đoạn 2005-2015 ......................... 106 Bảng 3. 10. Mô hình mở rộng rừng trồng giai đoạn 1994-2005 .......................... 108 Bảng 3. 11. So sánh bản đồ xác suất mở rộng rừng trồng với BĐBĐ thực tế ..... 110 Bảng 3. 12. Mô hình mở rộng rừng trồng giai đoạn 2005-2015 .......................... 110 vii
DANH MỤC HÌNH Hình 1. 1. Phân tích vector biến động…………………………………………..25 Hình 1. 2. Nguyên tắc của kỹ thuật trừ ảnh............................................................ 25 Hình 1. 3. Diện tích dƣới đƣờng cong ROC .......................................................... 35 Hình 2. 1. Bản đồ hành chính tỉnh Hòa Bình......................................................... 40 Hình 2. 2. Mô hình số độ cao tỉnh Hòa Bình ......................................................... 42 Hình 2. 3. Ảnh vệ tinh Landsat TM band 5, band 7 và tổ hợp band 432 ............... 42 Hình 2. 4. Bản đồ địa mạo tỉnh Hòa Bình ............................................................. 43 Hình 2. 1. Bản đồ sinh khí hậu tỉnh Hòa Bình......................................................47 Hình 2. 6. Mạng lƣới sông suối tỉnh Hòa Bình ...................................................... 46 Hình 2. 7. Bản đồ thổ nhƣỡng tỉnh Hòa Bình ........................................................ 48 Hình 2. 2. Cơ cấu lao động theo ngành kinh tế năm 1994, 2001 và 2011……….56 Hình 2. 9. Cơ cấu các ngành kinh tế năm 1994, 2000, 2010 và 2014 .................... 54 Hình 2. 10. Hệ thống đƣờng giao thông tỉnh Hòa Bình ......................................... 60 Hình 2. 3. Phƣơng pháp trƣớc phân loại nghiên cứu biến động trạng thái lớp phủ rừng………………………………………………………………...............71 Hình 2. 12. Ảnh NDVI qua các năm ...................................................................... 69 Hình 2. 13. Histogram ảnh NDVI 1994-2005 (trái) và 2005-2015 (phải) .......... 70 Hình 2. 14. Biểu đồ biến động trạng thái lớp phủ 1994-2005-2015 ...................... 71 Hình 2. 15. Biến động chỉ số NDVI giai đoạn 1994 - 2005 ................................... 72 Hình 2. 16. Biến động chỉ số NDVI giai đoạn 2005 - 2015 ................................... 73 Hình 2. 17. Nghiên cứu biến động lớp phủ rừng theo phƣơng pháp sau phân loại .... 74 Hình 2. 18. Biểu đồ phân bố các pixel trong không gian phổ ................................ 75 Hình 2. 19. Kết quả phân loại ảnh .......................................................................... 76 Hình 2. 20. Biểu đồ cơ cấu diện tích các loại lớp phủ ........................................... 76 Hình 2. 21. Ảnh phân loại sau khi gộp nhóm......................................................... 78 Hình 2. 22. Biến động lớp phủ rừng tại khu Bảo tồn Phu Canh ............................ 78 Hình 2. 23. Biến động lớp phủ rừng tại khu vực lòng hồ sông Đà ........................ 79 Hình 2. 24. Biến động lớp phủ rừng tại khu bảo tồn Thƣợng Tiến ....................... 79 Hình 2. 25. Biến động lớp phủ rừng tại khu vực Lạc Thủy ................................... 80 viii
Hình 2. 26. Biến động lớp phủ rừng tại khu vực Lƣơng Sơn ................................ 80 Hình 2. 27. Phân bố không gian lớp phủ rừng năm 1994 ...................................... 83 Hình 2. 28. Phân bố không gian lớp phủ rừng năm 2005 ...................................... 84 Hình 2. 29. Phân bố không gian lớp phủ rừng năm 2015 ...................................... 85 Hình 3. 1. Diện tích biến động theo khoảng cách đến đƣờng giao thông chính giai đoạn 1994-2005 …………………………………………………………………87 Hình 3. 2. Diện tích biến động theo khoảng cách đến đƣờng giao thông phụ giai đoạn 1994-2005 ...................................................................................................... 87 Hình 3. 3. Diện tích biến động theo khoảng cách đến sông suối lớn giai đoạn 1994-2005 .................................................................................................... 88 Hình 3. 4. Diện tích biến động theo khoảng cách đến sông suối nhỏ giai đoạn 1994-2005 .................................................................................................... 88 Hình 3. 5. Diện tích biến động theo độ cao địa hình giai đoạn 1994-2005 ........... 88 Hình 3. 6. Diện tích biến động theo độ dốc giai đoạn 1994-2005 ......................... 89 Hình 3. 7. Diện tích biến động theo khoảng cách đến đƣờng giao thông chính giai đoạn 2005-2015 ...................................................................................................... 89 Hình 3. 8. Diện tích biến động theo khoảng cách đến đƣờng giao thông phụ giai đoạn 2005-2015 ...................................................................................................... 89 Hình 3. 9. Diện tích biến động theo khoảng cách đến sông suối lớn giai đoạn 2005-2015 .................................................................................................... 90 Hình 3. 10. Diện tích biến động theo khoảng cách đến sông suối nhỏ giai đoạn 2005-2015 .................................................................................................... 90 Hình 3. 11. Diện tích biến động theo độ cao địa hình giai đoạn 2005-2015 ......... 90 Hình 3. 12. Diện tích biến động theo độ dốc giai đoạn 2005-2015 ....................... 91 Hình 3. 13 Bản đồ biến động LPR ......................................................................... 93 Hình 3. 14. Bản đồ biến động LPR ........................................................................ 94 Hình 3. 15. Sơ đồ các bƣớc phân tích mối quan hệ giữa biến động lớp phủ rừng và các yếu tố địa lý ...................................................................................................... 96 Hình 3. 16. Xác suất mất rừng và suy thoái rừng giai đoạn 1994-2005 ................ 98 Hình 3. 17. Đƣờng cong ROC kiểm chứng mô hình mất rừng và suy thoái rừng ..... 99 Hình 3. 18. Xác suất mất rừng và suy thoái rừng giai đoạn 2005-2015 ............. 102 Hình 3. 19. Xác suất tái sinh rừng tự nhiên giai đoạn 1994 - 2005 ..................... 104 ix
Hình 3. 20. Đƣờng cong ROC kiểm chứng mô hình tái sinh rừng tự nhiên ........ 105 Hình 3. 21. Xác suất tái sinh rừng tự nhiên giai đoạn 2005-2015 ....................... 107 Hình 3. 22. Xác suất mở rộng rừng trồng giai đoạn 1994-2005 .......................... 109 Hình 3. 23. Đƣờng cong ROC kiểm chứng mô hình mở rộng rừng trồng ........... 110 Hình 3. 24. Xác suất mở rộng rừng trồng giai đoạn 2005-2015 .......................... 112 Hình 3. 25. Vị trí các xã và các hộ gia đình đƣợc phỏng vấn .............................. 115 Hình 3. 26. Vị trí các xã và các hộ gia đình đƣợc phỏng vấn ở Huyện Đà Bắc .. 115 Hình 3. 27. Rừng keo đƣợc trồng tại thôn Rổng Vòng, xã Lâm Sơn, H. Lƣơng Sơn 116 Hình 3. 28. Ngôi nhà đƣợc xây dựng khang trang bằng tiền thu nhập từ trồng rừng tại thôn Rổng Vòng, xã Lâm Sơn, H. Lƣơng Sơn ................................................ 116 Hình 3. 29. Ngôi nhà của ngƣời Kinh ở thôn Bình Tiến, xã Dân Hạ, H. Kỳ Sơn 117 Hình 3. 30. Bên trong một ngôi nhà của ngƣời Dao tại xã Hiền Lƣơng, Đà Bắc 118 Hình 3. 31. Cơ cấu số hộ gia đình theo nguồn thu nhập chính của mỗi nhóm .... 119 Hình 3. 32. Những ngôi nhà của ngƣời Tày, xã Tân Minh, H. Đà Bắc ............... 120 Hình 3. 33. Những đống củi đƣợc các hộ gia đình ngƣời Tày, xã Tân Minh ...... 120 Hình 3. 34. Bản đồ dự báo xác suất mất rừng và suy thoái rừng đến năm 2020 . 125 Hình 3. 35. Bản đồ dự báo xác suất tái sinh rừng tự nhiên đến năm 2020 .......... 126 Hình 3. 36. Bản đồ dự báo xác suất mở rộng rừng trồng đến năm 2020 ............. 127 Hình 3. 2. Bản đồ phân vùng địa lý tự nhiên…………………………………131 x
DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT BTTN: Bảo tồn Thiên nhiên DEM: Digital Elevation Model DNs: Digital numbers FAO: Food and Agriculture Organisation GPS: Global positioning system KT-XH: Kinh tế-xã hội Landsat MSS: Landsat Multi-Spectral Scanner Landsat TM: Landsat Thematic Mapper Landsat OLI: Operational Land Imager LBCS: Land – Based Classification Standard LCML: Land Cover Meta Language LPĐ: Lớp phủ đất LPR: Lớp phủ rừng MLC: Xác suất cực đại MLR: Multiple Logistic Regressions NDVI: Normalized Difference Vegetation Index NSX: Nhà sản xuất NSD: Ngƣời sử dụng SPSS: Statistical Product and Services Solutions PLA: Phân loại ảnh SDĐ: Sử dụng đất TNMT: Tài nguyên môi trƣờng TT-BTNMT: Thông tƣ Bộ Tài nguyên Môi trƣờng USGS: United State Geological Survey VQG: Vƣờn Quốc gia xi
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Biến động lớp phủ rừng là hợp phần chủ yếu của biến đổi toàn cầu nhƣ góp phần làm biến đổi khí hậu, tác động đến đa dạng sinh học và chất lƣợng nƣớc, làm gia tăng thoái hóa đất đai,… và đang trở thành thách thức lớn nhất đối với phát triển bền vững, đặc biệt là với các nƣớc đang phát triển trƣớc bối cảnh toàn cầu hóa nền kinh tế [91, 103]. Thông tin về lớp phủ rừng, biến động lớp phủ rừng rất cần thiết đối với công tác quy hoạch, quản lý và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trƣờng chẳng hạn nhƣ bản đồ lớp phủ rừng là dữ liệu đầu vào quan trọng đối với nhiều mô hình nông nghiệp, địa chất, thủy văn và sinh thái, ... Trong nhiều trƣờng hợp, nhiệm vụ nghiên cứu biến động lớp phủ rừng diễn ra trên quy mô lớn lại yêu cầu nhanh chóng có kết quả. Mặt khác, lớp phủ rừng và biến động lớp phủ rừng lại liên quan trực tiếp đến hoạt động kinh tế xã hội của con ngƣời. Các hoạt động này rất đa dạng và thƣờng xuyên biến đổi theo thời gian và không gian địa lý. Vì vậy, tƣ liệu viễn thám là công cụ đắc lực trợ giúp cho nhiệm vụ này. Ảnh vệ tinh đa phổ và đa thời gian cho phép quan sát, cập nhật thông tin, thậm chí chiết tách các đại lƣợng vật lý, những thông tin liên tục biến đổi (sinh khối, sự tăng trƣởng của thực vật, …) cũng nhƣ các thông tin ít biến đổi (địa mạo, địa chất, địa hình, …) thông qua các ảnh chỉ số. Biến động lớp phủ rừng là chỉ báo của biến đổi kinh tế xã hội, ngƣợc lại biến đổi kinh tế xã hội sẽ gây ra biến động lớp phủ rừng. Vì vậy nghiên cứu biến động lớp phủ rừng là chìa khóa để phân tích rõ hơn các biến động về kinh tế xã hội, đồng thời cảnh báo các xu hƣớng sử dụng tài nguyên không bền vững. Biến động lớp phủ rừng đã đƣợc các nhà khoa học nghiên cứu từ nhiều thập kỷ trƣớc. Các mô hình mô phỏng và dự báo biến động không ngừng đƣợc phát triển và hoàn thiện. Mô hình biến động lớp phủ rừng là công cụ hỗ trợ phân tích các nguyên nhân và hậu quả của động thái sử dụng đất, phục vụ quy hoạch đất đai và ra quyết định. Các nghiên cứu trên thế giới đã dịch chuyển từ tập trung vào việc xác định biến động lớp phủ rừng tới nâng cao sự hiểu biết về động lực của sự thay đổi cảnh quan với mô hình sử dụng đất hiện tại để dự báo biến động trong tƣơng lai. Các nghiên cứu này đã và đang đƣợc thực hiện dƣới sự hỗ trợ của các chƣơng trình biến đổi môi trƣờng toàn cầu ở quy mô quốc tế và quốc gia nhƣ các chƣơng trình Sử dụng đất và lớp phủ đất, Dự án đất đai toàn cầu và các Chƣơng trình nghiên cứu biến đổi khí hậu của Mỹ. Tuy nhiên nội dung nghiên cứu biến động lớp phủ rừng gắn với quá trình phát triển kinh tế xã hội còn ở mức khiêm tốn. 1
Lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình bị tàn phá cạn kiệt vào đầu những năm 90, độ che phủ chỉ đạt 28% trong khi độ che phủ rừng thích hợp ở khu vực miền núi nƣớc ta phải khoảng 70% -80% [17]. Từ đó đến nay, diện tích rừng tái sinh tự nhiên và rừng trồng tăng đáng kể [79]; đây là kết quả của sự thay đổi trong chính sách, các chƣơng trình trồng cây gây rừng đƣợc phát động: Sắc lệnh 327 (năm 1992) và các chƣơng trình khác nhƣ Luật đất đai năm 1993 (đã thực hiện giao đất giao rừng tới hộ gia đình, gắn lợi ích của các cá nhân với trách nhiệm bảo vệ và trồng rừng) [46, 135], Chƣơng trình 5 triệu ha rừng (bắt đầu từ năm 1998)…Tiếp theo, trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc và hội nhập kinh tế những năm 2000, Hòa Bình thu hút ngày càng nhiều dự án đầu tƣ phát triển công nghiệp và dịch vụ, điển hình là khai thác vật liệu xây dựng và dịch vụ du lịch. Phát triển kinh tế một mặt góp phần nâng cao đời sống ngƣời dân nhƣng mặt khác sẽ ảnh hƣởng đến lớp phủ rừng theo cả hai khía cạnh tích cực và tiêu cực. Vì vậy cần phải có những nghiên cứu sâu và cụ thể về biến động lớp phủ rừng và các nguyên nhân gây nên biến động đó để thiết lập cơ sở khoa học cho chiến lƣợc sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo vệ môi trƣờng tại Hòa Bình. Đó là những lý do tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu biến động lớp phủ rừng trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Hòa Bình với sự trợ giúp của công nghệ viễn thám và GIS”. 2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 2.1. Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá biến động lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình giai đoạn 1994- 2005 và 2005-2015 bằng công nghệ viễn thám và GIS, xác lập mối quan hệ giữa biến động lớp phủ rừng với các yếu tố kinh tế xã hội qua các giai đoạn nghiên cứu. 2.2. Nội dung nghiên cứu Để đạt đƣợc mục tiêu trên, đề tài cần nghiên cứu các nội dung chính sau: - Hệ thống hóa các cơ sở lý luận về nghiên cứu lớp phủ rừng, nghiên cứu biến động. - Xây dựng cơ sở lý luận và phƣơng pháp nghiên cứu biến động lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình bằng tƣ liệu viễn thám và công cụ phân tích không gian trong hệ thống thông tin địa lý - GIS. - Nghiên cứu điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội và những ảnh hƣởng đến đặc điểm lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình. - Xác định hiện trạng, biến động lớp phủ rừng và nguyên nhân gây biến động lớp phủ rừng qua các giai đoạn nghiên cứu. Dự báo xu hƣớng biến động lớp phủ rừng đến năm 2020 và định hƣớng các giải pháp bảo vệ - phát triển bền vững lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình. 2
3. Phạm vi nghiên cứu 3.1. Phạm vi không gian Khu vực lựa chọn nghiên cứu là toàn bộ lãnh thổ tỉnh Hòa Bình theo ranh giới hành chính năm 2008, có vị trí địa lý từ 20°19' đến 21°08' vĩ độ Bắc và từ 104°48' đến 105°40' kinh độ Đông. 3.2. Phạm vi khoa học Với mục tiêu và nội dung đã đặt ra, đề tài giới hạn phạm vi nghiên cứu trong những vấn đề chủ yếu sau: - Nghiên cứu phân bố không gian của lớp phủ rừng tại các thời điểm 1994, 2005 và 2015, biến động lớp phủ rừng giai đoạn 1994 – 2005 và 2005 – 2015. - Phân tích mối quan hệ giữa các yếu tố kinh tế xã hội với biến động lớp phủ rừng, dự báo biến động và đề xuất định hƣớng giải pháp phát triển - bảo vệ lớp phủ rừng bền vững đến năm 2020. 4. Điểm mới của luận án - Đã làm rõ hiện trạng và quy mô lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình giai đoạn 1994 - 2005 và 2005 - 2015 trên cơ sở tích hợp phân tích ảnh viễn thám Landsat đa thời gian và hệ thông tin địa lý. - Đã làm rõ tính đặc thù của kiểu biến động lớp phủ rừng theo ba nhóm: mất rừng và suy thoái rừng, tái sinh rừng tự nhiên và mở rộng rừng trồng trong mối quan hệ với các yếu tố kinh tế - xã hội và yếu tố tự nhiên theo khả năng tiếp cận đối tƣợng. 5. Luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: Tích hợp tƣ liệu ảnh Landsat và GIS cho phép xác định hiện trạng lớp phủ rừng, quy mô và kiểu biến động đặc trƣng của lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình. Luận điểm 2: Kết quả phân tích biến động lớp phủ rừng trong quá trình phát triển kinh tế xã hội là cơ sở cho định hƣớng phát triển và bảo vệ rừng bền vững tỉnh Hòa Bình. 6. Cơ sở tài liệu thực hiện đề tài Luận án đƣợc thực hiện dựa trên các nguồn dữ liệu chủ yếu sau: Ảnh vệ tinh Landsat năm 1994, 2005 và 2015 toàn lãnh thổ tỉnh Hòa Bình là tƣ liệu chính để chiết tách thông tin, thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng. Ngoài ra, luận án còn sử dụng ảnh hàng không năm 1993, 2005 và 2014 do Liên đoàn Bản đồ Địa chất Miền Bắc cung cấp để lấy mẫu và kiểm chứng kết quả phân loại. 3
Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2005, bản đồ hiện trạng rừng năm 1993 và 2015 đƣợc sử dụng để lấy mẫu phân loại, đánh giá độ chính xác phân loại ảnh. Bên cạnh đó, nghiên cứu này còn sử dụng bản đồ địa hình, bản đồ địa mạo, bản đồ sinh khí hậu, bản đồ thổ nhƣỡng để khai thác thông tin về các biến tự nhiên. Các bản đồ này do Sở Tài nguyên và Môi trƣờng tỉnh Hòa Bình cung cấp. Các phần mềm chuyên dụng bản đồ, viễn thám và GIS: Envi, ArcGIS, MapInfor, các phần mềm văn phòng: Word, Excel, phần mềm phân tích thống kê SPSS. Các công trình khoa học trên thế giới và trong nƣớc mang tính lý luận về lớp phủ rừng và các tác nhân gây biến động lớp phủ rừng. Các đề tài khoa học, luận án và các công trình nghiên cứu khác có liên quan, bổ sung kiến thức lý luận và thực tiễn cho đề tài. Số liệu thống kê, điều tra, văn bản, báo cáo kinh tế xã hội, niên giám thống kê tỉnh Hòa Bình và các nghiên cứu đã công bố trong giai đoạn 1994-2015. Kết quả nghiên cứu và điều tra thực địa tại tỉnh Hòa Bình của tác giả dƣới sự hƣớng dẫn của các thày cô giáo Khoa Địa lý, Trƣờng ĐHKHTN – ĐHQGHN trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tất cả các nguồn tƣ liệu sử dụng đều đƣợc sự đồng ý của ngƣời cung cấp, tài liệu tham khảo đƣợc trích dẫn đầy đủ. 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: - Kết quả nghiên cứu của luận án đã góp phần làm phong phú thêm cơ sở khoa học nghiên cứu biến động lớp phủ rừng thông qua việc tích hợp hai phƣơng pháp: (i) trƣớc phân loại theo hiệu NDVI xác định biến động về trạng thái lớp phủ rừng và (ii) sau phân loại dựa trên thông tin lớp phủ rừng đƣợc chiết tách theo thuật toán phân loại xác suất cực đại phù hợp cho khu vực nghiên cứu. - Kết quả nghiên cứu đã lƣợng hóa đƣợc mối quan hệ giữa biến động lớp phủ rừng với các yếu tố địa lý thông qua mô hình hồi quy logistic bội: xác định đƣợc yếu tố có tƣơng tác thuận và yếu tố tƣơng tác nghịch cũng nhƣ trọng số của từng yếu tố đối với biến động lớp phủ rừng. Kết quả điều tra nông hộ tại các điểm chìa khóa và kết quả kiểm chứng bằng đƣờng cong ROC đã khẳng định đƣợc độ tin cậy của phƣơng pháp. - Ý nghĩa thực tiễn: hiện nay Hòa Bình đang thực hiện Nghị quyết số 35/2012/NQ - HĐND về quy hoạch xây dựng vùng đến năm 2020 và Quy 4
hoạch tổng thể phát triển kinh tế-xã hội đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030, các dữ liệu và thông tin về biến động lớp phủ rừng, đề xuất định hƣớng giải pháp phát triển - bảo vệ lớp phủ rừng là các thông số, thông tin cần thiết phục vụ cho quá trình điều chỉnh các chỉ tiêu, quy mô các dự án thành phần hƣớng tới sự phát triển bền vững của tỉnh. 8. Cấu trúc của luận án Ngoài phần mở đầu và kết luận, cấu trúc luận án gồm 3 chƣơng: Chƣơng 1: Cơ sở lý luận và phƣơng pháp nghiên cứu lớp phủ và lớp phủ rừng Chƣơng 2: Hiện trạng lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình qua các giai đoạn phát triển kinh tế - xã hội Chƣơng 3: Đánh giá biến động lớp phủ rừng tỉnh Hoà Bình và đề xuất định hƣớng phát triển, bảo vệ 5
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU LỚP PHỦ VÀ LỚP PHỦ RỪNG Chƣơng này trình bày tổng quan về các công trình nghiên cứu liên quan, lý luận về lớp phủ rừng, các hệ thống phân loại lớp phủ, phân tích các phƣơng pháp nghiên cứu và hình thành hƣớng tiếp cận phù hợp cho nghiên cứu biến động lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình. 1.1. Tổng quan các công trình nghiên cứu có liên quan 1.1.1. Tổng quan tình hình sử dụng tư liệu viễn thám nghiên cứu lớp phủ và lớp phủ rừng trên thế giới Hoạt động nghiên cứu lớp phủ và lớp phủ rừng bắt đầu từ những năm 50 của thế kỷ 20 nhƣng chỉ thực sự phát triển mạnh mẽ từ khi có tƣ liệu viễn thám và công cụ GIS – thập kỷ 70. Các công trình nghiên cứu trên thế giới chủ yếu tập trung vào 2 nhóm: Nghiên cứu thành lập bản đồ lớp phủ và lớp phủ rừng và Nghiên cứu mối quan hệ giữa biến động lớp phủ và lớp phủ rừng với con ngƣời và môi trƣờng. 1.1.1.1. Nghiên cứu thành lập bản đồ lớp phủ và lớp phủ rừng Các loại tƣ liệu ảnh viễn thám sử dụng để xác định biến động lớp phủ và lớp phủ rừng rất đa dạng, khả năng ứng dụng của mỗi loại ảnh vệ tinh tùy thuộc vào quy mô và tỉ lệ nghiên cứu. Ảnh viễn thám có tiềm năng lớn trong việc phân loại lớp phủ, dự báo các thông số của rừng nhƣ chiều cao, sinh khối,… . Mức độ cung cấp thông tin phụ thuộc chủ yếu vào độ phân giải không gian, có thể chia độ phân giải không gian một cách tƣơng đối thành 3 cấp nhƣ sau: độ phân giải không gian thấp (trên 30 m), độ phân giải không gian trung bình (2-30 m) và độ phân giải cao (dƣới 2 m). 1. Các nghiên cứu sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh độ phân giải thấp Các bộ cảm độ phân giải thấp nhƣ MODIS, NOAA-AVHRR có khả năng thu nhận thông tin bề mặt trên diện rộng; vì vậy, dữ liệu này đƣợc sử dụng trong nhiều năm trƣớc đây để nghiên cứu lớp phủ rừng trên quy mô toàn cầu hoặc lục địa. Giri và nnk (2003) phân tích dữ liệu AVHRR đa thời gian để thành lập bản đồ lớp phủ nhằm phát hiện các khu vực trải qua nhiều biến động về lớp phủ lục địa Đông Nam Á [71]. Bộ dữ liệu toàn cầu từ AVHRR những năm 1990 đã trợ giúp cho nhiều nghiên cứu biến động LPĐ/SDĐ trên quy mô lớn. Vệ tinh viễn thám thế hệ mới hơn - MODIS đã làm cho phƣơng pháp tiếp cận cũng nhƣ sản phẩm của các nghiên cứu LPĐ và LPR tăng nhanh đáng kể, điển hình là bộ sản phẩm 5 loại lớp phủ gần đây của Friedl và nnk (2010) [69] và các chỉ số thực vật nhƣ chỉ số diện tích lá-LAI [51]. Thời gian qua, đã có nhiều công 6
trình nghiên cứu quan trọng ra đời dựa trên ảnh MODIS và các sản phẩm của nó chẳng hạn nhƣ Maselli và nhóm nghiên cứu (2009) đã bổ sung cho bản đồ lớp phủ của FAO các thông tin về năng suất cây trồng và vật hậu học nhờ chỉ số NDVI chiết tách từ ảnh MODIS [98]. Coops và nnk (2009) đã khám phá ra sức mạnh dự báo tƣơng đối của các chỉ báo môi trƣờng nhƣ tƣơng quan giữa lớp phủ và năng suất từ dữ liệu MODIS [54]. Sản phẩm đa thời gian của ảnh MODIS về thảm thực vật: NDVI, LAI cho phép mô hình hóa về sự phân bố các loài [45]. Taohong và Kunihiko đã phân tích chuỗi đa thời gian ảnh MODIS để loại trừ nhiễu ngẫu nhiên do mây và tuyết gây ra, sau đó sử dụng phân loại cây quyết định dựa trên đặc điểm vật hậu học của thực vật chiết tách từ sản phẩm MODIS EVI, nhiệt độ bề mặt và điều kiện địa hình để lập bản đồ lớp phủ rừng năm 2000 và 2010 ở vùng núi Daxing, Trung Quốc; tiếp theo tác giả sử dụng kỹ thuật phân tích thống kê để xác định biến động rừng [84]. Ono và cộng sự đã phân tích chỉ số bóng và mối quan hệ giữa chỉ số bóng với độ cao của tán rừng ở quy mô toàn cầu. Trƣớc hết, dữ liệu phản xạ bề mặt Terra MODIS (MOD09CMG) đƣợc thu nhận hằng ngày, chỉ số bóng SI và chỉ số thực vật NDVI đƣợc dự đoán cho quy mô toàn cầu. Sau đó từ bộ dữ liệu độ cao tán rừng kế thừa từ nghiên cứu của Simard cùng các cộng sự (2011) và thông tin điều tra về mối quan hệ giữa độ cao tán rừng, chỉ số bóng và chỉ số thực vật dựa trên 17 loại lớp phủ, nghiên cứu này đã chỉ ra rằng giữa chỉ số bóng và độ cao tán rừng có tồn tại mối quan hệ tuyến tính [114]. 2. Các nghiên cứu sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh độ phân giải trung bình Các nhà khoa học có nhiều lựa chọn khi sử dụng tƣ liệu độ phân giải trung bình trong nghiên cứu LPĐ và LPR, điển hình là Landsat, SPOT và IRS. Có thể nói Landsat là một trong những dữ liệu độ phân giải trung bình đƣợc sử dụng sớm nhất và rộng rãi nhất. Đến nay đã có 8 thế hệ vệ tinh Landsat đƣợc phóng mang các bộ cảm với thông số không ngừng đƣợc cải thiện. Tƣ liệu Landsat đặc biệt phù hợp với các nghiên cứu biến động lớp phủ rừng dài kỳ ở quy mô quốc gia hoặc vùng lãnh thổ. Ví dụ, bộ dữ liệu Landsat TM/ETM+ 20 năm liên tục đƣợc sử dụng để giám sát biến động lớp phủ rừng ở Oregon [131]. Tƣ liệu Landsat kết hợp với dữ liệu bổ trợ cho phép nâng cao độ chính xác phân loại ảnh và có thể thành lập bản đồ lớp phủ rừng chi tiết hơn. Dự án nghiên cứu Đặc trƣng hóa cảnh quan Bắc Mỹ (North American Landscape Characterization- NALC) của NASA sử dụng bộ dữ liệu Landsat MSS đa thời gian để theo dõi biến động lớp phủ qua hai thập kỷ 1972-1992 và giới thiệu mô hình hai bƣớc để đánh giá kết quả phân loại, cung cấp một bộ dữ liệu vệ tinh tiêu chuẩn hỗ trợ cho hoạt động nghiên cứu biến động lớp phủ rừng. Kết quả đã chỉ ra kỹ thuật sau phân loại trên bộ dữ liệu bổ trợ là hƣớng 7
tiếp cận đem lại hiệu quả kinh tế cao trong chiết tách thông tin lớp phủ phục vụ điều tra phát thải cacbon của rừng [152]. Một số nghiên cứu khác sử dụng dữ liệu địa hình đã cho phép cải thiện độ chính xác phân loại ảnh, điển hình là Franklin (1987) đã công bố độ chính xác phân loại ảnh Landsat MSS tăng từ 58 lên 79 % khi kết hợp DEM [68]. Cibula và Nyquist (1987) sử dụng biến độ dốc và hƣớng phơi sƣờn để cải thiện độ chính xác phân loại ảnh Landsat MSS [49]. Ngoài ra, DEM cũng đƣợc tích hợp vào tƣ liệu siêu cao tần để phân biệt cấu trúc bề mặt, nghiên cứu rừng và giám sát tuyết [73]. Li và nnk (2011) đã thành công trong việc sử dụng ảnh Landsat TM kết hợp với dữ liệu độ cao, độ dốc để nâng cao độ chính xác phân loại ảnh (độ chính xác toàn cục tăng 7.66%) [93]. Bên cạnh việc tích hợp DEM, chỉ số NDVI cũng đƣợc nhiều nhà khoa học trên thế giới sử dụng để khử ảnh hƣởng của yếu tố địa hình, tuy nhiên nếu chỉ sử dụng NDVI thì hiệu quả đạt đƣợc cũng không cao, Eiumnoh và Shrestha (2000) đã phát hiện việc tích hợp cả DEM và NDVI trong quá trình phân loại ảnh cải thiện độ chính xác từ 10-20% [59]. Kanungo và Sarkar (2011) đã kết hợp DEM và NDVI với ảnh IRS-LISS-III để thành lập bản đồ lớp phủ và lớp phủ rừng phục vụ nghiên cứu sạt lở đất ở Darjeeling (Ấn Độ). Kết quả cho thấy độ chính xác toàn cục đạt tới 91% và độ chính xác nhà sản xuất của hầu hết các lớp đều đạt trên 90% [78]. Alsaaideh và nnk (2013) đã tách riêng đƣợc rừng ngập mặn ra khỏi các loại thực phủ khác ở một số đảo phía Nam Nhật Bản thông qua tích hợp chỉ số NDWI, NDVI, tỉ số kênh 5/4 và kênh 5 của ảnh Landsat ETM+ với thông tin địa hình, độ chính xác toàn cục tăng từ 89.3% lên 93.6% [42]. 3. Các nghiên cứu sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao Ảnh độ phân giải cao đƣợc sử dụng để thành lập bản đồ lớp phủ rừng chi tiết hơn ở quy mô nhỏ, kiểm chứng kết quả phân loại các ảnh vệ tinh khác hoặc hiện chỉnh bản đồ lớp phủ cũ; chẳng hạn nhƣ Wikantika và cộng sự (2007) đã sử dụng ảnh IKONOS và QuickBird để phát hiện biến động lớp phủ sau một trận sóng thần [150]. Pacifici và cộng sự (2009) đã sử dụng kênh pan độ phân giải siêu cao của QuickBird và WorldView-1 để phân loại sử dụng đất thành 4 loại đô thị khác nhau [116]. Coops và nnk (2006) đã đánh giá khả năng ứng dụng ảnh QuickBird đa phổ trong theo dõi thiệt hại rừng do bọ cánh cứng gây ra; kết quả cho thấy tƣ liệu QuickBird đặc biệt hữu ích trong phát hiện tán rừng có đốm đỏ do sâu bệnh gây ra [53]. 1.1.1.2. Nghiên cứu mối quan hệ giữa biến động lớp phủ và lớp phủ rừng với con người và môi trường Thời kỳ đầu xuất hiện các nghiên cứu về mối quan hệ giữa rừng với những diễn thế trong cảnh quan nông nghiệp. Turner và nnk (1988) và Pan và nnk (2001) 8
đã kết hợp ảnh hàng không cũ và các số liệu đo đạc cảnh quan để miêu tả về biến động lớp phủ dƣới sự hỗ trợ của công cụ GIS [117, 138]. Sau đó là những nghiên cứu liên kết mô hình không gian của biến động rừng với các tác nhân gây nên biến đổi LPĐ, đặc biệt là động thái SDĐ [117]. Turner và Ruscher (1988) đã tích hợp dữ liệu ảnh hàng không và GIS để dự báo phân bố của đàn gia súc- phản ánh mô hình SDĐ tại địa phƣơng và các yếu tố môi trƣờng. Bằng phƣơng pháp thống kê, Pan và nnk (2001) đã phát hiện mô hình biến động LPĐ/SDĐ từ ảnh hàng không và các mô hình có liên quan với cấu trúc vật lý bên trong của các yếu tố cảnh quan [117]. Pascarella cùng nnk (2000) sử dụng ảnh hàng không để nghiên cứu về sự thay đổi trong phân bố và thành phần hệ địa sinh thái rừng [120]. McGrath và nnk (2001) sử dụng dữ liệu từ 39 nghiên cứu về động thái dinh dƣỡng trong rừng tự nhiên và đất lâm nghiệp để kiểm tra giả thuyết liên quan đến những tác động của biến đổi LPĐ/SDĐ lên tính chất của đất [101]. Kiage và nnk (2007) đã tìm ra mối quan hệ giữa biến động LPĐ với dân số và số lƣợng vật nuôi tại lƣu vực Kenya [80], đồng thời nghiên cứu này còn phát hiện đƣợc thoái hóa đất đai do mất rừng qua dấu hiệu lƣợng phù sa và độ đục của nƣớc hồ gia tăng. Nhiều nghiên cứu về ảnh hƣởng của biến đổi LPĐ/SDĐ hiện nay tập trung vào lƣu vực trên quy mô lớn; bằng phân tích dữ liệu dòng chảy và bản đồ mất rừng, Rodriguez và cộng sự (2010) đã phát hiện những dấu hiệu thay đổi mô hình thủy văn do ảnh hƣởng của SDĐ tại lƣu vực sông Amazon rộng 33 000 km2 [128]. Amundson và nnk (2003) xác định sự thay đổi tính chất của thổ nhƣỡng từ dữ liệu lớp phủ của Mỹ [39]. Với các nghiên cứu ở quy mô lớn: toàn cầu và lục địa, Lambin và Ehrlich (1995) đã phân tích dữ liệu đa thời gian AVHRR: tích hợp thông tin nhiệt độ bề mặt và chỉ số thực vật để phát hiện sự gia tăng tính phân lập các quần xã thực vật ở quy mô lục địa [87]. Dài kỳ hơn là các nghiên cứu biến động LPĐ trải qua hàng thế kỷ, khi đó rất cần thiết phải tính đến tác động môi trƣờng chẳng hạn nhƣ sự rối loạn gây ra cho nhân loại từ những thay đổi cảnh quan [56]. Các nghiên cứu dài kỳ này dựa trên tƣ liệu cũ từ nhiều nguồn khác nhau, chẳng hạn nhƣ, dựa trên bản đồ địa hình năm 1898, Korytny và nnk (2003) đã chỉ ra những biến đổi trong mạng thủy văn và cƣờng độ xói mòn là hậu quả của sản xuất nông nghiệp trong thế kỷ 20 [83]. Longfield và Macklin (1999) đã đánh giá ảnh hƣởng của biến đổi SDĐ trên quy mô lớn đến lũ lụt và bồi tụ phù sa tại vùng York nƣớc Anh từ những số liệu quan trắc về ngập lụt năm 1878 [95]. Từ bản đồ lớp phủ năm 1883 và dữ liệu về khí hậu năm 1915 đến nay, Cuo và nnk (2009) đã tìm ra ảnh hƣởng của biến động lớp phủ, khí hậu và nhiệt độ đến dòng chảy tại các độ cao khác nhau ở lƣu 9