Luận văn Thạc sĩ Lâm nghiệp: Nghiên cứu xây dựng mô hình giám sát mất rừng và suy thoái rừng tỉnh Điện Biên bằng công nghệ địa không gian

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:125

Thêm vào BST

Báo xấu

32
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng công nghệ địa không gian trong giám sát mất rừng, suy thoái rừng tại Việt Nam. Để hiểu rõ hơn mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết của luận văn này!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Lâm nghiệp: Nghiên cứu xây dựng mô hình giám sát mất rừng và suy thoái rừng tỉnh Điện Biên bằng công nghệ địa không gian

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP CHỬ BÁ HUY NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT MẤT RỪNG VÀ SUY THOÁI RỪNG TỈNH ĐIỆN BIÊN BẰNG CÔNG NGHỆ ĐỊA KHÔNG GIAN LUẬN VĂN THẠC SĨ LÂM NGHIỆP Hà Nội, 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP CHỬ BÁ HUY NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT MẤT RỪNG VÀ SUY THOÁI RỪNG TỈNH ĐIỆN BIÊN BẰNG CÔNG NGHỆ ĐỊA KHÔNG GIAN CHUYÊN NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG MÃ SỐ: 60.62.02.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ LÂM NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. PHÙNG VĂN KHOA
i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Những số liệu trong các bảng, biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá đƣợc thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo. Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng nhƣ số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc. Nếu nội dung nghiên cứu của tôi trùng lặp với bất kỳ công trình nghiên cứu nào đã công bố, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và tuân thủ kết luận đánh giá luận văn của Hội đồng khoa học./. Hà Nội, ngày 29 tháng 5 năm 2017 Ngƣời cam đoan Chử Bá Huy
ii LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy, cô giáo Trƣờng Đại học Lâm nghiệp đã dạy và giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Phùng Văn Khoa - Trƣởng khoa Quản lý tài nguyên rừng và môi trƣờng đã hƣớng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện, giúp đỡ trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận văn. Xin gửi tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp lòng biết ơn chân thành đã tạo điều kiện trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Mặc dù bản thân đã cố gắng trong quá trình thực hiện nghiên cứu nhƣng do thời gian và trình độ có hạn nên chắc chắn luận văn này còn nhiều thiếu sót và hạn chế. Kính mong nhận đƣợc sự góp ý của thầy cô và các bạn./. Hà Nội, ngày 29 tháng 5 năm 2017 Học viên Chử Bá Huy
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii MỤC LỤC ........................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................ v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .......................................................... vi ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................. 3 1.1. CÁC KHÁI NIỆM VỀ RỪNG .................................................................. 3 1.2. PHÂN LOẠI RỪNG .................................................................................. 4 1.3. CÁC CHỈ SỐ THỰC VẬT NDVI VÀ NBR ............................................. 6 1.4. CÁC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊA KHÔNG GIAN GIÁM SÁT MẤT RỪNG VÀ SUY THOÁI RỪNG ....................................... 9 CHƢƠNG 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................................................ 17 2.1. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .................................................................... 17 2.2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ......................................... 17 2.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................................................................... 17 2.4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................ 18 CHƢƠNG 3 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI TỈNH ĐIỆN BIÊN................................................................................................................ 24 3.1. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN .......................................................................... 24 3.2. ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - XÃ HỘI ............................................................ 30 CHƢƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................... 39 4.1. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM HIỆN TRẠNG RỪNG TỈNH ĐIỆN BIÊN ..................................................................................................... 39
iv 4.1.1. Đặc điểm về diện tích rừng ................................................................... 39 4.1.2. Đặc điểm về trữ lƣợng rừng .................................................................. 48 4.1.3. Đặc điểm tài nguyên rừng ..................................................................... 52 4.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH KỸ THUẬT GIÁM SÁT MẤT RỪNG VÀ SUY THOÁI RỪNG BẰNG CÔNG NGHỆ ĐỊA KHÔNG GIAN ....................................................................................... 58 4.2.1. Kết quả thu thập dữ liệu ........................................................................ 58 4.2.2. Kết quả xử lý dữ liệu ............................................................................. 61 4.2.3. Xác định ngƣỡng mất rừng, suy thoái rừng tỉnh Điện Biên bằng các chỉ số dNDVI và dNBR ........................................................................................ 65 4.2.4. Xác định thời gian phát hiện biến động khi sử dụng cộng nghệ địa không gian ................................................................................................. 66 4.2.5. Mức độ chính xác về diện tích biến động khi sử dụng cộng nghệ địa không gian ................................................................................................. 67 4.3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH NGUYÊN NHÂN MẤT RỪNG, SUY THOÁI RỪNG TỈNH ĐIỆN BIÊN ....................................................... 70 4.3.1. Nguyên nhân trực tiếp ........................................................................... 70 4.3.2. Nguyên nhân gián tiếp .......................................................................... 72 4.4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG ....................................................... 76 KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ....................................................... 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 86 PHỤ LỤC ........................................................................................................ 90
v DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang Phân loại NDVI theo chất lƣợng thực vật trong lớp phủ 1.1 6 bề mặt 1.2 Khoá phân loại rừng theo giá trị NDVI ảnh Landsat 7 1.3 Giá trị biến động NBR theo mức nguy hiểm cháy 8 3.1 Hiện trạng dân số tỉnh Điện Biên giai đoạn 2012-2015 31 4.1 Số liệu diễn biến tài nguyên rừng 2007-2016 39 4.2 Hiện trạng các loại đất loại rừng tỉnh Điện Biên 41 4.3 Diện tích các loại đất, loại rừng theo chức năng rừng 45 4.4 Diện tích rừng và đất lâm nghiệp theo chủ quản lý 47 4.5 Chỉ tiêu bình quân của các trạng thái rừng tre nứa tự nhiên 49 Diện tích các trạng thái đất không có rừng QH cho lâm 4.6 57 nghiệp 4.7 Ảnh viễn thám Landsat đƣợc sử dụng trong đề tài 60 4.8 Các giá trị thống kê tại các vị trí suy thoái rừng 61 4.9 Các giá trị thống kê tại các vị trí mất rừng 63 Ngƣỡng phát hiện mất rừng, suy thoái rừng theo các chỉ 4.10 66 số dNDVI và dNBR Tổng hợp thời gian phát hiện biến động bằng công nghệ 4.11 66 địa không gian Mức độc chính xác phát hiện diện tích biến động khi sử 4.12 69 dụng công nghệ địa không gian
vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ TT Tên hình Trang 3.1 Vị trí địa lý tỉnh Điện Biên 25 4.1 Tỷ lệ che phủ rừng giai đoạn 2007-2016 40 4.2 Diện tích rừng tự nhiên và rừng trồng giai đoạn 2007-2016 41 4.3 Tỷ lệ che phủ rừng tỉnh Điện Biên đến hết ngày 31/12/2016 42 4.4 Diện tích đất quy hoạch lâm nghiệp theo cấp huyện 43 4.5 Diện tích đất có rừng theo cấp huyện 44 4.6 Diện tích đất trong và ngoài quy hoạch lâm nghiệp 46 4.7 Tỷ lệ diện tích rừng và đất lâm nghiệp theo chủ quản lý 48 4.8 Biểu đồ so sánh trữ lƣợng gỗ rừng tự nhiên và rừng trồng 50 4.9 Biểu đồ so sánh trữ lƣợng tre nứa rừng tự nhiên và rừng trồng 51 4.10 Biểu đồ so sánh trữ lƣợng gỗ theo chức năng 52 4.11 Biểu đồ so sánh trữ lƣợng tre nứa theo chức năng 52 4.12 Vị trí thu thập dữ liệu biến động 59 Phân bố giá trị các chỉ số NDVI(trƣớc), NDVI(sau) và 4.13 62 dNDVI tại các vị trí suy thoái rừng Phân bố giá trị các chỉ số NBR(trƣớc), NBR(sau) và dNBR 4.14 63 tại các vị trí suy thoái rừng Phân bố giá trị các chỉ số NDVI(trƣớc), NDVI(sau) và 4.15 64 dNDVI tại các vị trí mất rừng Phân bố giá trị các chỉ số NBR(trƣớc), NBR(sau) và dNBR 4.16 65 tại các vị trí mất rừng Tỷ lệ về thời gian phát hiện các biến động bằng công nghệ 4.17 67 địa không gian 4.18 Ảnh tại một số vị trí trƣớc và sau khi biến động 68
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, con ngƣời đang phải đƣơng đầu với những vấn đề về suy thoái của nguồn lợi tự nhiên và môi trƣờng do các hoạt động khai thác, sử dụng không hợp lý. Phát triển kinh tế gắn với bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng phục vụ phát triển bền vững đang là vấn đề hết sức cấp thiết đƣợc các nhà quản lý đặt ra. Để làm tốt điều này, công tác theo dõi và đánh giá biến động rừng là một trong những nhiệm vụ quan trọng hàng đầu. Mặc dù hàng năm đều có các báo cáo về hiện trạng và tình hình biến động rừng, nhƣng hầu hết các báo cáo này chủ yếu dựa trên việc đo vẽ, thành lập bản đồ rừng bằng phƣơng pháp truyền thống, đó là một công việc phức tạp, mất nhiều công sức và đòi hỏi nhiều thời gian. Khi sử dụng các tài liệu thống kê và các tƣ liệu bản đồ không phải bao giờ cũng có thể khai thác những thông tin kịp thời nhất. Thời gian tổng hợp số liệu và thành lập bản đồ cho khu vực nghiên cứu càng kéo dài thì thông tin trên bản đồ càng không chính xác. Trong khi đó bản đồ đòi hỏi nhanh về thời gian, chính xác về loại hình, cập nhật về thông tin. Do đó, cần phải có phƣơng pháp mới, nhằm khắc phục những nhƣợc điểm của phƣơng pháp truyền thống. Tƣ liệu viễn thám với những ƣu việt là tính cập nhật và đồng bộ về thông tin, tính khái quát hóa tự nhiên các đối tƣợng và khả năng phủ trùm rộng (một tấm ảnh chụp từ vệ tinh Landsat TM phủ trùm diện tích 32.400 km2, một tấm ảnh chụp từ vệ tinh SPOT phủ trùm diện tích 3.600 km2) và đã phủ trùm khắp mọi nơi trên Trái đất, cùng với sự phát triển mạnh về công nghệ nhƣ cung cấp thông tin ngày càng nhanh chóng, chính xác hơn, đã đem lại giá trị đích thực của phƣơng pháp bản đồ trong nghiên cứu mối quan hệ và tác động qua lại của các đối tƣợng, các hiện tƣợng, nhƣ các đối tƣợng biến
2 động thảm thực vật, tài nguyên rừng,... đem lại khả năng thực tiễn cho xu hƣớng thành lập bản đồ theo quan điểm đồng bộ, hệ thống. Thực tiễn công tác quản lý tài nguyên rừng ở nƣớc ta nói chung cho thấy việc xây dựng mô hình giám sát và đánh giá diễn biến tài nguyên rừng bằng công nghệ địa không gian là một yêu cầu hiện hữu và cấp bách. Công nghệ này cho phép cập nhật và đánh giá sự thay đổi về diện tích, hiện trạng, khoanh vùng sâu bệnh, dịch hại, xác định vùng ngập lụt và vùng chịu tác động của gió bão, dự báo biến động trong tƣơng lai... một cách khoa học, minh bạch và tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, cơ sở lý luận và thực tiễn của vấn đề này vẫn chƣa đƣợc làm sáng tỏ, chƣa xác định đƣợc mô hình cụ thể để ứng dụng, chƣa xây dựng quy trình và phƣơng pháp tổ chức thực hiện. Cấu trúc và những đặc trƣng cơ bản của cơ sở dữ liệu địa không gian ở địa phƣơng. Làm sao để phát huy đƣợc sự tham gia của các bộ và ngƣời dân cấp làng xã tham gia vào theo dõi và đánh giá diễn biến tài nguyên... Các kỹ thuật xử lý và phân tích diễn biến rừng bằng công nghệ địa không gian vẫn chƣa đƣợc hệ thống hóa một cách khoa học, thiếu các phƣơng án lựa chọn cho từng đối tƣợng vùng/tiểu vùng sinh thái và thiếu các mô hình ứng dụng tối ƣu. Để góp phần giải quyết những tồn tại hiện nay đồng thời đƣa công tác giám sát diễn biến tài nguyên rừng ở nƣớc ta phát triển, đáp ứng nhu cầu cung cấp thông tin minh bạch và có độ tin cậy cao. Từ những lý do nêu trên học viên đã chọn đề tài: “Nghiên cứu xây dựng mô hình giám sát mất rừng và suy thoái rừng tỉnh Điện Biên bằng công nghệ địa không gian”.
3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. CÁC KHÁI NIỆM VỀ RỪNG Năm 1930, Morozov đƣa ra khái niệm: Rừng là một tổng thể cây gỗ, có mối liên hệ lẫn nhau, nó chiếm một phạm vi không gian nhất định ở mặt đất và trong khí quyển. Rừng chiếm phần lớn bề mặt Trái Đất và là một bộ phận của cảnh quan địa lý. Năm 1952, M.E. Tcachenco phát biểu: Rừng là một bộ phận của cảnh quan địa lý, trong đó bao gồm một tổng thể các cây gỗ, cây bụi, cây cỏ, động vật và vi sinh vật. Trong quá trình phát triển của mình chúng có mối quan hệ sinh học và ảnh hƣởng lẫn nhau và với hoàn cảnh bên ngoài. Luật Bảo vệ phát triển rừng năm 2004 quy định: Rừng là một hệ sinh thái bao gồm quần thể thực vật rừng, động vật rừng, vi sinh vật rừng, đất rừng và các yếu tố môi trƣờng khác, trong đó cây gỗ, tre nứa hoặc hệ thực vật đặc trƣng là thành phần chính có độ che phủ của tán rừng từ 0,1 trở lên. Rừng gồm rừng trồng và rừng tự nhiên trên đất rừng sản xuất, đất rừng phòng hộ, đất rừng đặc dụng. Thông tƣ số 34/2009/TT-PTNT ngày 10 tháng 6 năm 2009 của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn quy định một đối tƣợng đƣợc xác định là rừng nếu đạt đƣợc cả 3 tiêu chí sau: - Là một hệ sinh thái, trong đó thành phần chính là các loài cây lâu năm thân gỗ, cau dừa có chiều cao vút ngọn từ 5,0 mét trở lên (trừ rừng mới trồng và một số loài cây rừng ngập mặn ven biển), tre nứa,…có khả năng cung cấp gỗ, lâm sản ngoài gỗ và các giá trị trực tiếp và gián tiếp khác nhƣ bảo tồn đa dạng sinh học, bảo vệ môi trƣờng và cảnh quan. Rừng mới trồng các loài cây thân gỗ và rừng mới tái sinh sau khai thác rừng trồng có chiều cao trung bình
4 trên 1,5 m đối với loài cây sinh trƣởng chậm, trên 3,0 m đối với loài cây sinh trƣởng nhanh và mật độ từ 1.000 cây/ha trở lên đƣợc coi là rừng. Các hệ sinh thái nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản có rải rác một số cây lâu năm là cây thân gỗ, tre nứa, cau dừa,… không đƣợc coi là rừng. - Độ tàn che của tán cây là thành phần chính của rừng phải từ 0,1 trở lên. - Diện tích liền khoảnh tối thiểu từ 0,5 ha trở lên, nếu là dải cây rừng phải có chiều rộng tối thiểu 20 mét và có từ 3 hàng cây trở lên. Cây rừng trên các diện tích tập trung dƣới 0,5 ha hoặc dải rừng hẹp dƣới 20 mét đƣợc gọi là cây phân tán. 1.2. PHÂN LOẠI RỪNG a) Phân loại trạng thái rừng theo hiện trạng Theo quan điểm phân loại của Loeschau rừng Việt Nam đã đƣợc phân loại theo hiện trạng gồm 4 loại rừng: - Loại I: Đất trống đồi núi trọc, chƣa có rừng hoặc đã mất rừng do khai thác quá mức, cháy rừng hoặc các nguyên nhân khác. Trên đất này chỉ có thảm cỏ, cây bụi, cây gỗ tái sinh từ hạt hoặc chồi có chiều cao bằng chiều cao thảm cỏ hoạc chiều cao thảm cây bụi. - Loại II: Rừng phục hồi, cây tiên phong có đƣờng kính nhỏ. Là rừng non, rừng sào phục hồi tự nhiên sau khi mất rừng do cháy hoặc do làm nƣơng rẫy, trữ lƣợng rừng chƣa đáng kể. - Loại III: Rừng tự nhiên đã bị tác động tại các mức độ khác nhau, chúng trong giai đoạn phân hóa (hoặc đang phục hồi hoặc đang thoái hóa). - Loại IV: Rừng nguyên sinh và rừng thứ sinh giàu phục hồi hoàn toàn. b) Phân loại rừng theo nhân tố sinh thái phát sinh Căn cứ vào quan điểm sinh thái phát sinh quần thể thực vật để phân loại, Thái Văn Trừng đã phân loại thảm thực vật rừng Việt Nam thành 14 kiểu rừng nhƣ sau:
5 - Các kiểu rừng kín vùng thấp gồm: Kiểu rừng kín thƣờng xanh mƣa ẩm nhiệt đới; Kiểu rừng kín nửa rụng lá, ẩm nhiệt đới, Kiểu rừng kín rụng lá, hơi ẩm nhiệt đới, Kiểu rừng kín lá cứng hơi khô nhiệt đới. - Các kiểu rừng thƣa: Kiểu rừng thƣa cây lá rộng hơi khô nhiệt đới; Kiểu rừng thƣa cây lá kim hơi khô nhiệt đới; Kiểu rừng thƣa cây lá kim hơi khô á nhiệt đới núi thấp. - Các kiểu trảng, chuông: Kiểu trảng cây to, cây bụi, cây cỏ cao khô nhiệt đới; Kiểu truông bụi gai hạn nhiệt đới. - Các kiểu rừng kín vùng cao: Kiểu rừng kín thƣờng xanh mƣa ẩm á nhiệt đới núi thấp;, Kiểu rừng kín hỗn hợp cây lá rộng; lá kim ẩm á nhiệt đới núi thấp; Kiểu rừng kín cây lá kim ôn đới ẩm núi vừa. - Các kiểu quần hệ khô lạnh vùng cao: Kiểu quần hệ khô lạnh vùng cao, Kiểu quần hệ lạnh vùng cao. c) Phân loại rừng theo theo thông tƣ số 34/2009/TT-PTNT - Phân loại rừng theo mục đích sử dụng: Rừng phòng hộ, rừng đặc dụng, rừng sản xuất. - Phân loại rừng theo nguồn gốc hình thành: Rừng tự nhiên, rừng trồng. - Phân loại rừng theo điều kiện lập địa: Rừng núi đất, rừng núi đá, rừng ngập nƣớc, rừng trên đất cát. - Phân loại rừng theo loài cây: Rừng gỗ, rừng tre nứa, rừng cau dừa, rừng hỗn giao gỗ và tre nứa. - Phân loại rừng theo trữ lƣợng: Đối với rừng gỗ (Rừng rất giàu, rừng giàu, rừng trung bình, rừng nghèo, rừng chƣa có trữ lƣợng). Đối với rừng tre nứa (Rừng đƣợc phân theo loài cây, cấp đƣờng kính và cấp mật độ). - Đất chƣa có rừng: Đất có rừng trồng chƣa thành rừng, Đất trống có cây gỗ tái sinh, Đất trống không có cây gỗ tái sinh, Núi đá không cây.
6 1.3. CÁC CHỈ SỐ THỰC VẬT NDVI VÀ NBR a) Chỉ số NDVI (Nomarlized Difference Vegetation Index - chỉ số khác biệt thực vật chuẩn hóa) NDVI là tỷ lệ khác biệt giữa bƣớc sóng nhìn thấy (màu đỏ) và bƣớc sóng cận hồng ngoại (NIR) đối với tổng các bƣớc sóng đó nhằm đƣa ra một chỉ số về mật độ và độ dày của bề mặt thảm thực vật. * Chỉ số thực vật NDVI được tính toán theo công thức: ( – ) NDVI = ( ) Trong đó: - NIR (Near Infrared) giá trị điểm ảnh kênh cận hồng ngoại - RED là giá trị điểm ảnh trên kênh đỏ Đồi với Landsat 8: NIR = Band 5, RED= Band 4 NDVI nhận giá trị từ -1 đến +1, giá trị NDVI thấp cho thấy khu vực đó độ phủ thực vật thấp, giá trị NDVI cao cho thấy khu vực đó có độ phủ thực vật tốt, giá trị NDVI có giá trị âm cho thấy ở đó không có thực vật. Theo bảng phân loại lớp phủ thực vật của USGS (Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ), chỉ số NDVI tƣơng ứng với các loại đối tƣợng lớp thực vật sau: Bảng 1.1. Phân loại NDVI theo chất lƣợng thực vật trong lớp phủ bề mặt Giá trị NDVI Lớp phủ mặt đất 0.6 Rừng nhiệt đới (Nguồn: USGS)
7 Theo kết quả nghiên cứu của Viện Sinh thái rừng và Môi trƣờng - Trƣờng Đại học Lâm nghiệp, bộ khoá phân loại dựa vào chỉ số NDVI trên ảnh Lansat nhƣ sau: Bảng 1.2. Khoá phân loại rừng theo giá trị NDVI ảnh Landsat Ngƣỡng NDVI Đối tƣợng Cự tiểu Cực đại Đất không có rừng -1 0,299 Rừng chƣa có trữ lƣợng (IIa, IIb) 0,299 0,469 Rừng tự nhiên bị tác động, rừng chƣa có trữ lƣợng hoàn toàn và rừng nguyên sinh 0,469 1 (IIIa1, IIIa2, IV) (Nguồn: Viện Sinh thái rừng và Môi trường - Trường ĐH Lâm nghiệp) Chỉ số thực vật đƣợc dùng rất rộng rãi để xác định mật độ phân bố của thảm thực vật, đánh giá trạng thái sinh trƣởng và phát triển của cây trồng ... Bên cạnh đó NDVI còn thể hiện đƣợc các nhóm thực vật khác nhau thông qua giá trị của chỉ số này trên từng nhóm loài thực vật. Một số công trình của Simone R. Freitas (2005), Vƣơng Văn Quỳnh (2009), Nguyễn Trƣờng Sơn (2009) đã ứng dụng chỉ số thực vật NDVI trong nghiên cứu về rừng, lớp phủ thực vật và đã đạt đƣợc những kết quả nhất định. * Xác định biến động NDVI là: dNDVI = NDVI(trƣớc) - NDVI(sau) Trong đó: - NDVI(trƣớc) là giá trị NDVI ở thời điểm trƣớc biến động - NDVI(sau) là giá trị NDVI ở thời điểm sau biến động b) Chỉ số NBR (Normalized Burn Ratio - Chỉ số than cháy) * Chỉ số thực vật NBR được tính toán theo công thức:
8 ( ) NBR = ( ) Trong đó: - NIR (Near Infrared) là giá trị điểm ảnh trên kênh cận hồng ngoại - SWIR 2 là giá trị điểm ảnh trên kênh sóng ngắn hồng ngoại Đồi với Landsat 8: NIR = Band 5, SWIR 2 = Band 7 * Xác định giá trị biến động của NBR là: dNBR = NBR(trƣớc) - NBR(sau) Trong đó: - NBR(trƣớc) là giá trị NBR ở thời điểm trƣớc biến động - NBR (sau) là giá trị NBR ở thời điểm sau biến động Bảng 1. 1. Giá trị biến động NBR theo mức nguy hiểm cháy dNBR Burn Severity < -0.25 High post-fire regrowth (tái sinh cao sau lửa) -0.25 to -0.1 Low post-fire regrowth (Tái sinh sau lửa thấp) -0.1 to +0.1 Unburned (Không bị cháy) 0.1 to 0.27 Low-severity burn (Mức độ cháy thấp) 0.27 to 0.44 Moderate-low severity burn (Mức độ cháy trung bình thấp) 0.44 to 0.66 Moderate-high severity burn (Mức độ cháy trung bình cao) > 0.66 High-severity burn (Mức độ cháy cao) (Nguồn: USGS) Chỉ số NBR yêu cầu một băng tần hồng ngoại ngắn, do đó việc triển khai của nó chỉ giới hạn ở những ảnh có dải sóng ngắn (ví dụ Landsat, MODIS). Ngoài ra, kỹ thuật dNBR rất nhạy với điều kiện độ ẩm thực vật,
9 thực vật, đất trƣớc và sau lửa. Nếu trong thời gian giữa hai lần chụp ảnh mà có mƣa ảnh hƣởng đến kết quả nghiên cứu. Do vậy đề tài đã lựa chọn thời điểm nghiên cứu chủ yếu là mùa khô. Đặc điểm của các biến động về diện tích rừng tại tỉnh Điện Biên chủ yếu do cháy rừng hoặc phá rừng để làm nƣơng (sau khi phá rừng ngƣời dân đốt để lấy đất canh tác). 1.4. CÁC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊA KHÔNG GIAN GIÁM SÁT MẤT RỪNG VÀ SUY THOÁI RỪNG 1.4.1. Trên thế giới Trên thế giới, công nghệ không gian địa lý đƣợc sử dụng rất sớm để giám sát tài nguyên rừng. Từ đầu thế kỷ 20 ảnh hàng không bắt đầu đƣợc áp dụng để khoanh vẽ các trạng thái rừng. Ảnh hàng không thƣờng đƣợc lƣu trên giấy ảnh hoặc ảnh số. Từ những thử nghiệm lẻ tẻ về ứng dụng ảnh hàng không trong lâm nghiệp vào thời gian đầu, đã có nhiều tác giả sử dụng thành công ảnh hàng không để xây dựng bản đồ tài nguyên rừng tại các nƣớc nhƣ Canada, Mỹ và Anh. Ảnh hàng không thƣờng đƣợc giải đoán bằng mắt với sự hỗ trợ của các thiết bị quang học nhƣ kính lúp, kính lập thể, máy tổng hợp màu v.v... để xác định đối tƣợng. Ƣu điểm của việc sử dụng ảnh hàng không so với điều tra mặt đất là: cung cấp một bức tranh toàn cảnh về phân bố của rừng trên một diện tích rộng; lƣu giữ đƣợc những biến đổi về động thái của rừng theo thời gian; ảnh hàng không có thể chụp với bƣớc sóng từ tia cực tím đến hồng ngoại gần (0.3m – 0.9m), vì vậy có thể phản ánh những thông tin mà mắt thƣờng không thấy đƣợc. Nhƣợc điểm của ảnh hàng không là rất khó chụp, lƣu giữ, hiệu chỉnh và giải đoán. Ngoài ra việc giải đoán bằng mắt là rất chủ quan phụ thuộc vào trình độ, kinh nghiệm ngƣời giải đoán, kết quả không đồng nhất, thời gian thực hiện lâu và tốn kém nhiều nhân lực. Ở Việt nam, công nghệ giải đoán bằng mắt cũng đã và đang đƣợc áp dụng đối với ảnh vệ tinh trong phân loại rừng và đã bộc lộ nhiều tồn tại.
10 Trong vòng khoảng 35 năm trở lại đây, ảnh vệ tinh với phƣơng pháp xử lý số đã đƣợc sử dụng rộng rãi và dần thay thế ảnh hàng không trong xây dựng các bản đồ tài nguyên rừng phục vụ công tác điều tra và kiểm kê rừng (Lambin và các cộng sự, 2001). Phƣơng pháp xử lý số có ƣu điểm nổi bật là thời gian xử lý ngắn, việc phân loại các đối tƣợng đƣợc tiến hành nhanh chóng trên phạm vi rộng mà không tốn công đi thực địa, công việc đƣợc thực hiện dựa vào cấp độ xám của các pixel, nên kết quả thu đƣợc khách quan không phụ thuộc vào chủ quan của nguời giải đoán. Tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng, ảnh vệ tinh cho phép xây dựng các bản đồ tài nguyên rừng với quy mô và tỷ lệ khác nhau một cách nhanh chóng, hoặc đánh giá đƣợc biến động của hiện trạng rừng ở hiện tại so sánh với các thời điểm trong quá khứ. Với những ƣu điểm nhƣ vậy, đã có nhiều chuyên gia và các nhà nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh để khoanh vẽ lớp phủ thực vật trên bề mặt trái đất từ quy mô nhỏ đến toàn cầu (Yichun et al., 2008). Hiện nay, trên thế giới có nhiều vệ tinh cung cấp ảnh có độ phân giải không gian, phân giải phổ, số lƣợng kênh phổ và chu kỳ bay chụp khác nhau, từ các ảnh đa phổ (multispectral sensors) tới ảnh siêu phổ (hyperspectral), bƣớc sóng biến động từ nhìn thấy tới sóng siêu cao tần, độ phân giải không gian từ dƣới 1m tới vài km, chu kỳ bay chụp có thể từ hàng ngày tới hàng tuần hoặc hàng tháng. Navulur (2006) đã phân nhóm các loại ảnh vệ tinh theo độ phân giải không gian nhƣ sau: (i) ảnh có độ phân giải thấp: lớn hơn 30m, (ii) ảnh có độ phân giải trung bình: 10m - 30m; (iii) ảnh có độ phân giải cao: 2 – 10 m; (iv) ảnh có độ phân giải rất cao: nhỏ hơn 2m. Mỗi loại ảnh vệ tinh khác nhau lại có đặc điểm về độ phân giải không gian, bƣớc sóng, chu kỳ bay chụp, giá thành khác nhau. Vì vậy, lựa chọn ảnh vệ tinh thích hợp trong xây dựng bản đồ phân loại rừng là cần thiết. ngƣời ta thƣờng dựa vào những căn cứ sau: (i) mục tiêu của bản đồ, (ii) giá thành của ảnh, (iii) điều kiện khí
11 quyển, (iv) những yêu cầu kỹ thuật trong việc giải đoán ảnh. Trong xây dựng các bản đồ phân loại rừng, nhƣng loại ảnh viễn thám đƣợc sử dụng phổ biến gồm Landsat TM và ETM+, SPOT, MODIS, NOAA-AVHRR, IKONOS và QuickBird. Andrea S. Laliberte và cộng sự (2004), đã thành lập bản đồ xâm lấn của cây bụi ở phía Nam New Mexico từ năm 1937 đến năm 2003. Tác giả đã phân vùng ảnh và phân loại đối tƣợng trên 11 ảnh hàng không chụp từ năm 1937 đến 1996 và ảnh QuickBird chụp năm 2013 để theo dõi những thay đổi thảm thực vật theo thời gian. Kết quả nghiên cứu cho thấy độ che phủ của cây bụi tăng từ 0,9% năm 1937 lên 13,1% năm 2003, trong khi đó thảm cỏ giảm từ 18,5% xuống còn 1,9%. Kết quả nghiên cứu cũng đã xác định việc ứng dụng phân loại dựa trên đối tƣợng có nhiều ƣu điểm hơn so với phƣơng pháp phân loại dựa trên pixel để tách lớp phủ của cây bụi trên ảnh vệ tinh có độ phân giải cao. Yang Jiang và Yan Li, (2013), đã ứng dụng phƣơng pháp phân loại định hƣớng đối tƣợng để thành lập bản đồ lớp phủ rừng khu vực Hàng Châu năm 2000, 2005, 2010 từ ảnh Landsat TM/ETM+ với mục đích nghiên cứu, phân tích sự phân bố và biến động rừng ở Hàng Châu. Nghiên cứu này đã thống kê và phân tích động thái của rừng từ đó cung cấp cơ sở ra quyết định cho việc bảo vệ rừng của chính quyền địa phƣơng. Charlie Navanugraha (1996), đã tiến hành nghiên cứu sự thay đổi tại ba tiểu lƣu vực của hệ thống sông Chiangmai với tổng diện tích 6.692 km2, tại điểm nghiên cứu này các nhà khoa học đã sử dụng các ảnh viễn thám LandSat tại các thời kỳ từ năm 1985 đến năm 1990 và từ năm 1990 đến năm 1995 với mục tiêu tìm hiểu và đánh giá sự thay đổi sử dụng đất trong các diện tích rừng nhiệt đới cũng nhƣ dự báo xu hƣớng thay đổi của sử dụng đất trong tƣơng lai. Các tác giả đã chỉ ra rằng trong quá trình nghiên cứu sự thay đổi cần thiết phải