Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng quy trình giám sát biến động thoái hóa đất bằng công nghệ viễn thám và GIS

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:237

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án "Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng quy trình giám sát biến động thoái hóa đất bằng công nghệ viễn thám và GIS" với mục tiêu ứng dụng ảnh viễn thám độ phân giải cao, GIS và phương pháp đánh giá đa tiêu chí (MCE-AHP) trong thành lập bản đồ thoái hóa đất; xác lập được cơ sở khoa học và xây dựng được quy trình giám sát biến động thoái hóa đất từ viễn thám và công nghệ GIS.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng quy trình giám sát biến động thoái hóa đất bằng công nghệ viễn thám và GIS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO - BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ NGUYỄN ANH TUẤN NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG QUY TRÌNH GIÁM SÁT BIẾN ĐỘNG THOÁI HÓA ĐẤT BẰNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, năm 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO - BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ NGUYỄN ANH TUẤN NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG QUY TRÌNH GIÁM SÁT BIẾN ĐỘNG THOÁI HÓA ĐẤT BẰNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS Ngành đào tạo: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ Mã số : 9.52.05.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. TS. LÊ ANH DŨNG 2. TS. NGUYỄN QUỐC KHÁNH Hà Nội, năm 2023
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này là nghiên cứu của riêng tôi. Các tài liệu, dữ liệu được sử dụng trong luận án có nguồn dẫn rõ ràng, các kết quả nghiên cứu là quá trình lao động trung thực của tôi. Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Tác giả luận án Nguyễn Anh Tuấn
ii LỜI CẢM ƠN Luận án được hoàn thành tại Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ dưới sự hướng dẫn nghiêm túc, tâm huyết của TS. Lê Anh Dũng và TS. Nguyễn Quốc Khánh. Trước hết, với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, NCS xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới TS. Lê Anh Dũng và TS. Nguyễn Quốc Khánh - những người Thầy đã dành cho NCS sự quan tâm, hướng dẫn tận tình và những định hướng khoa học hiệu quả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Trong quá trình thực hiện luận án, NCS đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình và có hiệu quả của Ban Lãnh đạo và các phòng thuộc Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ. Ngoài ra, NCS còn nhận được những lời góp ý quý báu của các nhà khoa học ở trong và ngoài Viện. NCS xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các nhà khoa học, thầy cô, đồng nghiệp, gia đình và bạn bè đã giành cho NCS sự quan tâm, động viên, giúp đỡ và góp ý quý báu trong suốt thời gian thực hiện luận án này. Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Tác giả luận án Nguyễn Anh Tuấn
iii MỤC LỤC MỤC LỤC ........................................................................................................ iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................... vi DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................. viii DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................. x MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của luận án ......................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................. 4 3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 4 4. Đối tượng và phạm vi................................................................................ 4 5. Phương pháp nghiên cứu........................................................................... 5 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .................................................................. 6 7. Luận điểm bảo vệ ...................................................................................... 6 8. Kết cấu của luận án ................................................................................... 6 9. Những đóng góp mới của luận án ............................................................. 7 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................ 8 1.1. Các vấn đề cơ bản về thoái hóa đất ........................................................ 8 1.1.1. Tài nguyên đất................................................................................. 8 1.1.2. Thoái hóa đất ................................................................................. 10 1.1.3. Hiện trạng và xu thế thoái hóa đất ở Việt Nam ............................ 13 1.2. Đặc điểm một số công nghệ sử dụng trong luận án ............................. 18 1.2.1. Công nghệ viễn thám .................................................................... 18 1.2.2. Công nghệ GIS .............................................................................. 20 1.2.3. Phương pháp đánh giá đa tiêu chí ................................................. 21 1.2.4. Khả năng ứng dụng viễn thám, GIS và phương pháp đánh giá đa tiêu chí MCE-AHP trong giám sát biến động thoái hóa đất ........................... 24 1.3. Các phương pháp xác định thoái hóa đất ............................................. 26
iv 1.4. Tình hình nghiên cứu thoái hóa đất và giám sát biến động thoái hóa đất bằng viễn thám và GIS .................................................................................... 31 1.4.1. Trên thế giới .................................................................................. 31 1.4.2. Ở Việt Nam ................................................................................... 37 Tiểu kết Chương 1....................................................................................... 43 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM, GIS VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐA TIÊU CHÍ MCE-AHP TRONG GIÁM SÁT BIẾN ĐỘNG THOÁI HÓA ĐẤT ............................... 45 2.1. Cơ sở khoa học ứng dụng thông tin từ dữ liệu viễn thám phục vụ xây dựng bản đồ thoái hóa đất chuyên đề .............................................................. 45 2.1.1. Lựa chọn dữ liệu viễn thám .......................................................... 45 2.1.2. Giải đoán lớp phủ đất từ dữ liệu viễn thám .................................. 48 2.1.3. Tính toán chỉ số NDVI từ dữ liệu viễn thám ................................ 51 2.1.4. Ứng dụng viễn thám để chiết tách thông tin phục vụ xác định lớp dữ liệu hệ số C ................................................................................................. 53 2.1.5. Ứng dụng viễn thám để chiết tách thông tin phục vụ xác định lớp dữ liệu hệ số P ................................................................................................. 56 2.2. Cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ GIS và phương pháp đánh giá đa tiêu chí MCE-AHP trong giám sát biến động thoái hóa đất ........................... 59 2.2.1. Quy trình thành lập bản đồ đất bị suy giảm độ phì ....................... 60 2.2.2. Quy trình thành lập bản đồ đất bị xói mòn do mưa ...................... 65 2.2.3. Quy trình thành lập bản đồ đất bị khô hạn.................................... 70 2.2.4. Quy trình thành lập bản đồ đất bị kết von, đá ong hóa ................. 72 2.2.5. Quy trình thành lập bản đồ đất bị mặn hóa, phèn hóa .................. 76 2.2.6. Quy trình thành lập bản đồ thoái hóa đất tổng hợp ...................... 80 2.2.7. Quy trình giám sát biến động thoái hóa đất bằng công nghệ viễn thám, GIS và phương pháp đánh giá đa tiêu chí MCE - AHP ........................ 84 Tiểu kết Chương 2....................................................................................... 86
v CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG QUY TRÌNH GIÁM SÁT BIẾN ĐỘNG THOÁI HÓA ĐẤT TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ UÔNG BÍ, TỈNH QUẢNG NINH .................................................................. 87 3.1. Khu vực nghiên cứu ............................................................................. 87 3.1.1. Điều kiện tự nhiên ......................................................................... 87 3.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội .............................................................. 93 3.1.3. Đặc điểm thoái hóa đất khu vực nghiên cứu................................. 94 3.1.4. Biến động sử dụng đất trên địa bàn .............................................. 95 3.2. Dữ liệu sử dụng .................................................................................... 99 3.3. Xử lý phân tích ảnh vệ tinh .................................................................. 99 3.3.1. Tính toán chỉ số NDVI ................................................................ 101 3.3.2. Thành lập bản đồ lớp phủ đất...................................................... 101 3.4. Giám sát biến động thoái hóa đất TP Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh ..... 106 3.4.1. Xây dựng bản đồ đất bị suy giảm độ phì .................................... 106 3.4.2. Xây dựng bản đồ đất bị xói mòn do mưa.................................... 112 3.4.3. Xây dựng bản đồ đất bị khô hạn ................................................. 120 3.4.4. Xây dựng bản đồ đất bị kết von, đá ong hóa .............................. 127 3.4.5. Xây dựng bản đồ đất bị mặn hóa, phèn hóa................................ 130 3.4.6. Xây dựng bản đồ thoái hóa đất tổng hợp .................................... 137 3.4.7. Xây dựng bản đồ biến động thoái hóa đất .................................. 142 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................... 146 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN .................................................................................. 148 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 149 PHỤ LỤC ...................................................................................................... 157
vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AHP Analytic Hierachy Process Đánh giá thứ bậc BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường CSDL Cơ sở dữ liệu DEM Digital Elevation Model Mô hình số độ cao ĐHĐT Định hướng đối tượng Food and Agriculture Tổ chức Nông lương Liên hợp FAO Organization quốc GDP Gross Domestic Product Tổng sản phẩm quốc nội Geographical Information GIS Hệ thống thông tin địa lý System GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu Ground Sampling GSD Độ phân giải mặt đất Distance International Society of ISSS Hội Khoa học đất quốc tế Soil Science Land Degradation LADA Đánh giá thoái hóa đất khô cằn Assessment in Drylands Phương pháp phân tích đa tiêu MCE Multi-criteria Evaluation chí NCS Nghiên cứu sinh NĐ Nghị định Normalize Difference Chỉ số độ mặn khác biệt chuẩn NDSI Salinity Index hóa Normalized Difference Chỉ số thực vật khác biệt chuẩn NDVI Vegetation Index hóa
vii Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt PLHĐT Phân loại hướng đối tượng Sai số bình phương tối thiểu PLSR Partial Least Square Error một phần Revised Universal Soil Phương trình mất đất phổ dụng RUSLE Loss Equation cải tiến Soil Adjusted Vegetation Chỉ số thực vật có tính đến ảnh SAVI Index hưởng của đất SI Soil Index Chỉ số đất TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TP Thành phố TPCG Thành phần cơ giới TSMT Tổng số muối tan UBND Ủy ban nhân dân United Nations Chương trình Phát triển Liên UNDP Development Programme hợp quốc United Nations Chương trình Môi trường Liên UNEP Environment Programme hợp quốc United Nations Tổ chức Giáo dục, Khoa học và UNESCO Educational Scientific and Văn hóa Liên hợp quốc Cultural Organization WB World Bank Ngân hàng thế giới World Meteological WMO Tổ chức Khí tượng thế giới Organization XNM Xâm nhập mặn
viii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Phản xạ phổ của một số đối tượng chính ........................................ 20 Hình 1.2. Các thành phần của GIS .................................................................. 21 Hình 1.3. Thang điểm so sánh mức độ quan trọng của các yếu tố ................. 23 Hình 1.4. AHP - GDM trong xác định trọng số .............................................. 24 Hình 2.1. Quy trình thành lập bản đồ đất bị suy giảm độ phì ......................... 64 Hình 2.2. Quy trình thành lập bản đồ đất bị xói mòn do mưa ........................ 66 Hình 2.3. Quy trình thành lập bản đồ đất bị khô hạn ...................................... 72 Hình 2.4. Quy trình thành lập bản đồ đất bị kết von, đá ong hóa ................... 76 Hình 2.5. Quy trình thành lập bản đồ đất bị mặn hóa ..................................... 78 Hình 2.6. Quy trình thành lập bản đồ đất bị phèn hóa .................................... 80 Hình 2.7. Quy trình giám sát biến động thoái hóa đất bằng công nghệ viễn thám, GIS và phương pháp đánh giá đa tiêu chí MCE-AHP .................................... 85 Hình 3.1. Khu vực nghiên cứu ........................................................................ 88 Hình 3.2. Mô hình số độ cao khu vực nghiên cứu .......................................... 89 Hình 3.3. Bản đồ độ dốc khu vực nghiên cứu................................................. 90 Hình 3.4. Ảnh VnRedsat-1 khu vực nghiên cứu ........................................... 100 Hình 3.5. Lớp dữ liệu NDVI - TP Uông Bí năm 2017 (trái) và 2018 (phải) 101 Hình 3.6. Kết quả phân mảnh ảnh cấp 1 ....................................................... 103 Hình 3.7. Bản đồ lớp phủ bề mặt TP Uông Bí năm 2017 ............................. 104 Hình 3.8. Bản đồ lớp phủ bề mặt TP Uông Bí năm 2018 ............................. 105 Hình 3.9. Bản đồ đất bị suy giảm độ phì TP Uông Bí năm 2017 ................. 110 Hình 3.10. Bản đồ đất bị suy giảm độ phì TP Uông Bí năm 2018 ............... 111 Hình 3.11. Lớp dữ liệu hệ số R - TP Uông Bí năm 2017 (trái) và 2018 (phải) ...112 Hình 3.12. Lớp dữ liệu hệ số K - TP Uông Bí năm 2017 (trái) và 2018 (phải) ...113 Hình 3.13. Lớp dữ liệu hệ số LS - TP Uông Bí năm 2017 (trái) và 2018 (phải)....113 Hình 3.14. Lớp dữ liệu hệ số C - TP Uông Bí năm 2017 (trái) và 2018 (phải) ...114
ix Hình 3.15. Lớp dữ liệu hệ số P - TP Uông Bí năm 2017 (trái) và 2018 (phải) ....115 Hình 3.16. Bản đồ đất bị xói mòn do mưa TP Uông Bí năm 2017 .............. 116 Hình 3.17. Bản đồ đất bị xói mòn do mưa TP Uông Bí năm 2018 .............. 118 Hình 3.18. Lớp điểm 6 trạm khí tượng ......................................................... 123 Hình 3.19. Lớp điểm mẫu điều tra khô hạn .................................................. 124 Hình 3.20. Bản đồ đất bị khô hạn TP Uông Bí năm 2017 ............................ 125 Hình 3.21. Bản đồ đất bị khô hạn TP Uông Bí năm 2018 ............................ 126 Hình 3.22. Bản đồ đất bị kết von, đá ong hóa TP Uông Bí năm 2017 ......... 128 Hình 3.23. Bản đồ đất bị kết von, đá ong hóa TP Uông Bí năm 2018 ......... 129 Hình 3.24. Bản đồ đất bị mặn hóa TP Uông Bí năm 2017 ........................... 133 Hình 3.25. Bản đồ đất bị mặn hóa TP Uông Bí năm 2018 ........................... 134 Hình 3.26. Bản đồ đất bị phèn hóa TP Uông Bí năm 2017 .......................... 135 Hình 3.27. Bản đồ đất bị phèn hóa TP Uông Bí năm 2018 .......................... 136 Hình 3.28. Bản đồ thoái hóa đất TP Uông Bí năm 2017 .............................. 139 Hình 3.29. Bản đồ thoái hóa đất TP Uông Bí năm 2018 .............................. 140 Hình 3.30. Bản đồ biến động thoái hóa đất TP Uông Bí giai đoạn 2017-2018 ...143
x DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Khả năng ứng dụng viễn thám, GIS và MCE trong việc thành lập các bản đồ thoái hóa đất chuyên đề ....................................................................... 25 Bảng 2.1. Quan hệ giữa tỉ lệ bản đồ và kích cỡ pixel thực địa ....................... 46 Bảng 2.2. Một số loại vệ tinh thường dùng..................................................... 47 Bảng 2.3. Các lớp phân loại từ ảnh vệ tinh VNRedSat-1 cấp 1 và cấp 2 ....... 51 Bảng 2.4. Các chỉ số thực vật thường dùng .................................................... 52 Bảng 2.5. Bảng tra C theo Hội khoa học đất quốc tế ...................................... 55 Bảng 2.6. Bảng phân cấp hệ số P theo độ dốc và chiều dài sườn dốc ............ 57 Bảng 2.7. Hệ số P cho từng loại sử dụng đất .................................................. 58 Bảng 2.8. Ma trận so sánh cặp đôi tổng hợp suy giảm độ phì ........................ 62 Bảng 2.9. Bảng giá trị Si ................................................................................. 62 Bảng 2.10. Phân cấp tổng giá trị suy giảm độ phì SSg .................................... 64 Bảng 2.11. Phân cấp đánh giá đất bị khô hạn ................................................. 71 Bảng 2.12. Phân mức đánh giá đất bị kết von................................................. 73 Bảng 2.13. Bảng phân cấp các chỉ tiêu kết von .............................................. 74 Bảng 2.14. Bảng phân cấp kết von.................................................................. 74 Bảng 2.15. Phân mức đánh giá đất bị mặn hoá ............................................... 77 Bảng 2.16. Phân mức đánh giá đất bị phèn hóa .............................................. 79 Bảng 2.17. Ma trận so sánh cặp đôi giữa các chỉ tiêu thoái hóa trung du - miền núi ................................................................................................ 81 Bảng 2.18. Ma trận so sánh cặp đôi giữa các chỉ tiêu thoái hóa đồng bằng ... 81 Bảng 2.19. Ma trận so sánh cặp đôi giữa các chỉ tiêu thoái hóa vùng ven biển .....81 Bảng 2.20. Giá trị thoái hóa Si ........................................................................ 82 Bảng 2.21. Phân cấp tổng giá trị thoái hóa STh ............................................... 84 Bảng 3.1. Các nhóm đất chính trên địa bàn thành phố Uông Bí .................... 91 Bảng 3.2. Biến động sử dụng đất thời kỳ 2015-2016 ..................................... 98
xi Bảng 3.3. Bảng thông tin dữ liệu ảnh vệ tinh VnRedsat-1 được sử dụng ...... 99 Bảng 3.4. Chi tiết các cảnh ảnh VnRedsat-1................................................. 100 Bảng 3.5. Thông số phân mảnh ảnh vệ tinh VNREDSat-1 cấp 1 ................. 101 Bảng 3.6. Thông tin về khóa giải đoán ảnh vệ tinh VnRedsat-1 .................. 102 Bảng 3.7. Ma trận so sánh cặp đôi các chỉ tiêu ............................................. 107 Bảng 3.8. Ma trận so sánh cặp đôi nhóm chỉ tiêu vật lý ............................... 107 Bảng 3.9. Ma trận so sánh cặp đôi các chỉ tiêu về tính chất hóa học ........... 107 Bảng 3.10. Ma trận so sánh cặp đôi các chỉ tiêu trong NPK ........................ 108 Bảng 3.11. Giá trị Si của các chỉ tiêu trong NPK ......................................... 108 Bảng 3.12. Giá trị Si của các chỉ tiêu tổng hợp độ phì ................................. 109 Bảng 3.13. Kết quả thống kê diện tích xói mòn năm 2017........................... 117 Bảng 3.14. Kết quả thống kê xói mòn năm 2018.......................................... 119 Bảng 3.15. Bảng kết quả thể hiện tổng số tháng bị khô hạn của từng trạm đo ....121 Bảng 3.16. Phân cấp đánh giá đất bị khô hạn theo chỉ số khô hạn và số tháng khô hạn .......................................................................................................... 122 Bảng 3.17. Mức độ khô hạn của 6 trạm đo ................................................... 122 Bảng 3.18. Ma trận so sánh cặp đôi đối với các khu vực ven biển............... 137 Bảng 3.19. Ma trận so sánh cặp đôi đối với các khu vực trung du - miền núi .....137 Bảng 3.20. Ma trận so sánh cặp đôi đối với khu vực đồng bằng .................. 138 Bảng 3.21. Thống kê diện tích đất theo các cấp thoái hóa............................ 141 Bảng 3.22. Thống kê mức độ biến động thoái hóa đất tổng hợp theo mục đích sử dụng thành phố Uông Bí giai đoạn tháng 3/2017 - tháng 9/2018 ............ 144
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Đất đai là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá của mỗi quốc gia. Việt Nam cũng như các quốc gia nhiệt đới khác, tài nguyên đất luôn chịu tác động mạnh mẽ của khí hậu, đặc biệt trong bối cảnh gia tăng của các hình thái thời tiết cực đoan. Trong chiến lược phát triển bền vững, mục tiêu quản lý, sử dụng đất bền vững luôn được đặt lên hàng đầu. Có thể nói, tài nguyên đất đai là tài nguyên không tái tạo, được ưu tiên bảo vệ và sử dụng theo kế hoạch, quy hoạch do nhà nước quản lý. Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 43/2010/QĐ- TTg ngày 02 tháng 6 năm 2010 về việc ban hành Hệ thống chỉ tiêu thống kê quốc gia. Trong nội dung Quyết định, thoái hóa đất là một trong các chỉ tiêu thuộc hệ thống chỉ tiêu thống kê Quốc gia và Bộ Tài nguyên và Môi trường, Ủy ban nhân dân cấp tỉnh được giao nhiệm vụ báo cáo kết quả. Thoái hóa đất là khái niệm chung để chỉ đất bị thay đổi những đặc tính và tính chất vốn có ban đầu (theo chiều hướng xấu) do sự tác động của điều kiện tự nhiên và con người. Các loại hình thoái hóa đất như: Xói mòn đất do mưa, Suy giảm độ phì, Mặn hóa, Phèn hóa, Sa mạc hóa, Kết von, Bạc màu, Ngập úng, Lũ quét, Trượt và sạt lở, Ô nhiễm… Mỗi loại hình thoái hóa đều đã được nhiều nghiên cứu và đưa ra được mô hình đánh giá, từ chỉ tiêu, tiêu chí, chỉ thị và ngưỡng đánh giá. Từ các mô hình thực nghiệm đến các mô hình lý thuyết đã được đưa ra nhằm định lượng được mức độ thoái hóa theo các chỉ thị của các loại hình, thông qua bản đồ để biểu thị các ngưỡng thoái hóa đất như thoái hóa mạnh, thoái hóa trung bình, thoái hóa yếu hay không thoái hóa. Từ các loại hình thoái hóa đất chúng ta có thể xây dựng được bản đồ thoái hóa đất tổng hợp. Đây là tài liệu quan trọng trong công tác quản lý của mỗi cấp địa phương về nguồn tài nguyên không tái tạo vô cùng quan trọng của quốc gia.
2 Dữ liệu và công nghệ viễn thám đã được đánh giá như một phương pháp hiện đại, hiệu quả trong chiết xuất thông tin về đối tượng, quá trình biến động trên bề mặt đất, trong đó có các loại hình thoái hóa đất với các chỉ tiêu, chỉ thị trong các mô hình thoái hóa đất. Việt Nam đã phóng thành công vệ tinh VNRedSat-1 cung cấp ảnh vệ tinh có độ phân giải cao và chủ động trên lãnh thổ Việt Nam tạo thuận lợi cho các nhiệm vụ điều tra cơ bản về đất đai, trong đó có nhiệm vụ giám sát biến động thoái hóa đất. Chiết tách thông tin từ dữ liệu viễn thám thông qua giải đoán, các kênh phổ, ảnh chỉ số, dựa trên pixel ảnh hay cấu trúc ảnh… là thế mạnh của viễn thám, hỗ trợ nhiều thông tin quan trọng mà các phương pháp truyền thống khó có thể thu nhận được. Đó là vấn đề cần được nghiên cứu nhằm đề xuất được giải pháp trong nâng cao tối đa khả năng ứng dụng dữ liệu, công nghệ viễn thám trong lượng hóa các loại hình thoái hóa đất phục vụ giám sát thoái hóa đất. Từ trước đến nay, việc đánh giá thoái hóa đất chủ yếu là xác định mức độ thoái hóa tại một thời điểm mà chưa có quy trình để giám sát sự biến động thoái hóa đất giữa các thời kỳ (thoái hóa tăng nhanh hay chậm, giảm nhanh hay chậm hoặc không thay đổi mức độ thoái hóa) nhằm xác định phạm vi, quy mô, mức độ và sự thay đổi theo thời gian về mức độ thoái hóa đất. Nhận diện được biến động thoái hóa đất có thể luận giải được xu thế bảo tồn tài nguyên đất của địa phương. Sự biến động theo chiều hướng tốt lên nếu hạn chế được các tác động tiêu cực của tự nhiên, cải thiện các tác động có hại của con người. Sự biến động về thoái hóa đất theo chiều hướng xấu đi nếu chúng ta không có biện pháp bảo vệ đất tốt hơn hoặc gia tăng của tác động xấu từ tự nhiên… Việc xây dựng một công cụ (hay quy trình) có thể giám sát biến động thoái hóa đất là cần thiết cho các cơ quan quản lý trong việc quản lý và bảo vệ nguồn tài nguyên đất đai. Thực tiễn luôn thay đổi, nhiều hoạt động trên đất xảy ra ngoài kiểm soát của chính quyền địa phương. Nhiều chỉ tiêu không có trong thống kê và đặc biệt là
3 chỉ khi kiểm kê định kỳ diễn ra thì mới có được số liệu cuối cùng. Bên cạnh đó, việc quản lý và theo dõi biến động thoái hóa đất không có công cụ rõ ràng. Đây chính là những tồn tại trong quản lý sử dụng đất ở nước ta hiện nay. Phát hiện nhanh và có biện pháp xử lý kịp thời là những mục tiêu quan trọng của công tác quản lý hiện nay. Việc giám sát biến động thoái hóa đất cần đến dữ liệu thoái hóa giữa các thời điểm có thể kết hợp với việc ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để giám sát được quy mô, loại hình, mức độ và phân bố của sự biến động thoái hóa đất. Tuy nhiên đây là vấn đề quan trọng có tính khoa học và công nghệ mà chưa có nghiên cứu nào đề cập. Trong nước cũng đã có nhiều đề tài, dự án, công trình nghiên cứu về sử dụng công nghệ viễn thám và GIS trong điều tra, đánh giá, phân loại sử dụng đất, lớp phủ, biến động sử dụng đất. Tuy nhiên, chưa có một nghiên cứu nào về giám sát biến động thoái hóa đất một cách đồng bộ bằng công nghệ hiện đại. Với nghiên cứu này, NCS sẽ nghiên cứu đề xuất quy trình và phương pháp giám sát biến động thoái hóa đất bằng công nghệ viễn thám và GIS. Kết quả về biến động các loại hình thoái hóa, bản đồ kết quả của nghiên cứu sẽ cho phép công bố trực quan về quy mô, loại hình, mức độ và phân bố của sự biến động thoái hóa đất. Đây là bản đồ vô cùng quan trọng đối với công tác quản lý và định hướng sử dụng đất trong tương lai của mỗi cấp địa phương. Khu vực nghiên cứu được chọn sẽ là khu vực có nhiều loại hình thoái hóa đất. Ngoài ra, dữ liệu về khu vực nghiên cứu có sẵn cũng là một lợi thế để làm tăng độ chính xác của kết quả tính toán. Theo nghiên cứu sơ bộ, khu vực TP. Uông Bí thuộc tỉnh Quảng Ninh có các loại hình thoái hóa đất khá đa dạng, dữ liệu phục vụ nghiên cứu tương đối đầy đủ; do đó, TP. Uông Bí được chọn để ứng dụng và triển khai mô hình giám sát biến động thoái hóa đất. Từ những cơ sở trên, đề tài luận án “Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng quy trình giám sát biến
4 động thoái hóa đất bằng công nghệ viễn thám và GIS” có tính khoa học, thực tiễn và thời sự cao. Luận án được thực hiện trong thời gian NCS được tham gia thực hiện đề tài khoa học công nghệ cấp Nhà nước mã số BĐKH.10/16-20 “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hiện đại trong xây dựng mô hình quản lý biến động tài nguyên, hoàn thiện công cụ quản lý và nâng cao năng lực giám sát biến động sử dụng đất” do TS. Nguyễn Phi Sơn (Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ) làm chủ nhiệm. Đề tài đã kết thúc năm 2020. Trong luận án, nghiên cứu sinh đã kế thừa một phần cơ sở lý luận và dữ liệu quan trắc, đo đạc thực địa được thực hiện trong đề tài BĐKH.10/16-20. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Ứng dụng ảnh viễn thám độ phân giải cao, GIS và phương pháp đánh giá đa tiêu chí (MCE-AHP) trong thành lập bản đồ thoái hóa đất. - Xác lập được cơ sở khoa học và xây dựng được quy trình giám sát biến động thoái hóa đất từ viễn thám và công nghệ GIS. 3. Nội dung nghiên cứu Nội dung 1: Tổng quan các vấn đề về thoái hóa đất và biến động thoái hóa đất. Nội dung 2: Ứng dụng công nghệ viễn thám, GIS và phương pháp đánh giá đa tiêu chí (MCE-AHP) trong giám sát biến động thoái hóa đất. Nội dung 3: Thực nghiệm giám sát biến động thoái hóa đất tại thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh. 4. Đối tượng và phạm vi 4.1. Đối tượng nghiên cứu Các loại hình thoái hóa đất và biến động thoái hóa đất. 4.2. Phạm vi nghiên cứu - Phạm vi khoa học: nghiên cứu ứng dụng viễn thám và GIS để xác định các loại hình thoái hóa đất và giám sát biến động thoái hóa đất.
5 - Phạm vi không gian: thành phố Uông Bí (tỉnh Quảng Ninh). - Phạm vi thời gian: giai đoạn tháng 3/2017 - tháng 9/2018. 5. Phương pháp nghiên cứu 5.1. Phương pháp điều tra, thu thập, phân tích, tổng hợp thông tin tài liệu: được sử dụng để điều tra, thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu về các nghiên cứu trong nước và trên thế giới, tài liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, dữ liệu ảnh, dữ liệu bản đồ, số liệu, dữ liệu điều tra… có liên quan đến nội dung của luận án. 5.2. Phương pháp chuyên gia: được sử dụng trong việc trao đổi thông tin với các chuyên gia, các nhà khoa học về lĩnh vực nghiên cứu; xác định mức độ quan trọng của các tiêu chí theo cặp đôi so sánh thông qua bảng hỏi. Phương pháp chuyên gia được sử dụng khi xây dựng bản đồ độ phì đất, bản đồ thoái hóa đất. 5.3. Phương pháp thống kê: được sử dụng trong xây dựng các công cụ thống kê hồi quy các thành phần thoái hóa đất; tổng hợp diện tích đất thoái hóa theo loại hình thoái hóa; phân tích biến động thoái hóa đất. 5.4. Phương pháp viễn thám: được sử dụng trong phân loại, chiết tách và thu nhận thông tin về lớp phủ đất và thông tin về thảm phủ, phục vụ việc xây dựng dữ liệu đầu vào để tính toán hệ số C (hệ số lớp phủ thực vật và quản lý đất) và hệ số P (hệ số do áp dụng các biện pháp canh tác bảo vệ đất) phục vụ xây dựng bản đồ xói mòn đất do mưa. 5.5. Phương pháp bản đồ: được sử dụng trong xây dựng các bản đồ thoái hóa đất thành phần, bản đồ thoái hóa đất tổng hợp và bản đồ biến động thoái hóa đất. 5.6. Phương pháp phân tích không gian: được sử dụng trong quá trình chồng xếp các bản đồ chuyên đề để tạo bản đồ thoái hóa đất; chồng xếp các bản đồ thoái hóa đất ở các thời kỳ để tạo bản đồ biến động thoái hóa đất với sự hỗ
6 trợ phần mềm hệ thống thông tin địa lý (GIS); Sử dụng mô hình hồi quy không gian trong xây dựng các bản đồ thoái hóa đất thành phần phục vụ thành lập bản đồ thoái hóa đất tổng hợp, giám sát biến động thoái hóa đất. 5.7. Phương pháp đánh giá đa tiêu chí MCE: được sử dụng để đánh giá, xếp hạng thứ bậc ưu tiên của các yếu tố khi thành lập các bản đồ thoái hóa đất chuyên đề, bản đồ thoái hóa đất thành phần và bản đồ biến động thoái hóa đất. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 6.1. Ý nghĩa khoa học: góp phần bổ sung cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu xây dựng bản đồ thoái hóa đất và bản đồ biến động thoái hóa đất. Làm phong phú thêm hướng nghiên cứu của địa lý học ứng dụng quản lý tài nguyên đất. 6.2. Ý nghĩa thực tiễn: kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học để địa phương tham khảo trong việc lập quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất, xây dựng biện pháp bảo tồn đất đối với các khu vực có mức độ biến động thoái hóa tăng nhanh. 7. Luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: Ảnh vệ tinh VNRedSat-1 chiết xuất được một số thông tin đầu vào phục vụ thành lập bản đồ thoái hóa đất do xói mòn. Luận điểm 2: Ứng dụng GIS và phương pháp đánh giá đa tiêu chí MCE- AHP giám sát được biến động về diện tích, mức độ, phân bố không gian và xu hướng của thoái hóa đất. 8. Kết cấu của luận án Luận án, ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục, gồm 3 chương: Chương 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. Chương 2. Cơ sở lý thuyết ứng dụng công nghệ viễn thám, GIS và phương pháp đánh giá đa tiêu chí MCE - AHP trong giám sát biến động thoái hoá đất.
7 Chương 3. Nghiên cứu thử nghiệm ứng dụng quy trình giám sát biến động thoái hóa đất trên địa bàn thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh. 9. Những đóng góp mới của luận án - Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và ảnh VNRedSat-1 trong phân loại, chiết tách thông tin phục vụ việc thành lập bản đồ đất bị xói mòn do mưa. - Xây dựng được quy trình giám sát biến động thoái hóa đất, bản đồ biến động thoái hóa đất biểu thị phạm vi, quy mô, mức độ và sự thay đổi theo thời gian về mức độ thoái hóa đất bằng công nghệ viễn thám, GIS và phương pháp đánh giá đa tiêu chí MCE-AHP.