316
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG
DIỆN TÍCH RỪNG TẠI TỈNH ĐẮK LẮK TRONG
GIAI ĐOẠN 2017-2020 TRÊN NỀN TẢNG GOOGLE EARTH ENGINE
Nguyễn Trọng Nhất Duy1, Nguyễn Lê Tấn Đạt1*
1. Khoa Khoa học Quản lý, Trường Đại học Thủ Dầu Một
* Liên hệ email: datnlt@tdmu.edu.vn
TÓM TẮT
Với mục tiêu ứng dụng công nghệ viễn thám đánh giá biến động diện tích rừng tại tỉnh Đắk Lắk
dựa trên cơ sở dữ liệu từ vệ tinh Landsat 8 cùng chỉ số thực vật khác biệt chuẩn (NDVI) để xây dựng
bản đồ biến động rừng, từ đó thu được kết quả phục vụ trong việc đánh giá thực trạng rừng và hiệu
quả công tác quản lý rừng của mỗi địa phương trên địa bàn tỉnh Đắk Lắk giai đoạn 2017 – 2020.
Qua quá trình xử lý dữ liệu trên nền tảng GEE và biên tập bản đồ bằng Qgis thu được thành quả như
sau: (i) Diện tích rừng giàu năm 2020 là 334.495,99 ha bị suy giảm nghiêm trọng 260.242,12 ha so
với năm 2017, (ii) Diện tích rừng trung bình là 564.120,19 ha, tăng 109393.9 ha, (iii) Diện tích rừng
nghèo là 369.925,4 ha, tăng 139053.59 ha, (iiii) Diện tích vùng không có rừng là 44.615,91 ha, tăng
11.789,77 ha. Kết quả nghiên cứu là tài liệu giúp uỷ ban nhân dân tỉnh Đắk Lắk có những chính sách
và hành động thiết thực hơn trong quản lý rừng.
Từ khoá: Biến động rừng, GEE, tỉnh Đắk Lắk.
1.GIỚI THIỆU
Đất rừng là loại đất vô cùng quan trọng với bất kỳ quốc gia nào trên thế giới, tại Việt Nam đất
rừng chiếm đến ¾ diện tích đất cả nước, có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển kinh tế, môi
trường, lẫn chính trị. Sự phân bố rộng lớn của đất rừng đã và đang thể hiện vai trò thiết yếu với điều
kiện tự nhiên của nước ta và hơn hết nó còn là yếu tố quan trọng trong việc phát triển kinh tế cũng
như môi trường lẫn chính trị. Hiện nay sự suy giảm diện tích rừng ngày càng nghiêm trọng ở nước
ta, chỉ trong giai đoạn từ năm 2011 đến năm 2023, diện tích rừng bị thiệt hại ước tính lên đến hơn
22.800 ha. Trong đó, rừng bị cháy khoảng 13.700ha, còn lại do bị chặt phá trái phép, bình quân mỗi
năm nước ta suy giảm khoảng 2.500ha rừng [1]. Diện tích rừng bị mất hàng năm đã làm tình hình
biến đổi khí hậu ngày càng diễn ra theo chiều hướng tiêu cực và đầy phức tạp với các thiên tai như
mưa lũ, hạn hán, sạt lở đất... trực tiếp đe doạ đến môi trường sống của toàn người dân cả nước. Chính
vì có sức ảnh hưởng lớn và sự suy giảm nghiêm trọng qua từng năm đã khiến cho diện tích đất trồng
rừng trở thành chủ đề được quan tâm nhất trong nhiều năm gần đây. Do đó các bài nghiên cứu về vấn
đề đánh giá sự tăng giảm diện tích rừng qua từng giai đoạn tại các khu vực trên cả nước là cần thiết.
Đó sẽ là cơ sở để đưa ra những giải pháp thiết thực, từ đó thúc đẩy quá trình khôi phục, bảo tồn rừng
giúp sự phát triển của nước ta được bền vững.
Đắk Lắk là tỉnh nằm ở vị trí trung tâm vùng Tây Nguyên, có vị trí chiến lược quan trọng trên
nhiều lĩnh vực, như kinh tế, văn hóa, quốc phòng - an ninh,... đối với khu vực và trên cả nước. Trong
giai đoạn năm 2019, khi Tây Nguyên là trọng điểm của nạn chặt phá rừng thì tỉnh Đắk Lắk là là tỉnh
có diện tích rừng giảm nhiều nhất (diện tích giảm 11.419 ha). Chất lượng rừng của vùng này cũng trở
nên suy thoái khi mà tỷ lệ rừng trung bình và rừng giàu còn rất thấp, chỉ chiếm khoảng 18,4% (tương
ứng 0,403 triệu ha), còn lại 81,6% là rừng nghèo, rừng phục hồi (1,788 triệu ha)... [2]
Biến động diện tích rừng dù là vấn đề nghiêm trọng gây ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống con
người nhưng các nghiên cứu quan tâm đến vấn đề này chưa được chú trọng và đặc biệt là ứng dụng
công nghệ viễn thám phục vụ xử lý dữ liệu biến động lại càng ít ỏi. Cho đến thời điểm hiện tại, các
nghiên cứu về biến động rừng bằng nền tảng GEE vẫn còn rất ít tại Việt Nam mặc dù tính ứng dụng
317
rất cao. Là công cụ xử lý dựa trên nền tảng điện toán đám mây vô cùng hữu ích khi có thể ứng dụng
viễn thám trong thu thập ảnh vệ tinh và đồng thời lưu trữ số lượng lớn dữ liệu cũng như sự nhanh
chóng trong nhập và xử lý dữ liệu. Việc ứng dụng nền tảng GEE vào công tác quản lý biến động đất
rừng sẽ giảm bớt rất nhiều các gánh nặng công sức và chi phí hàng năm mà vẫn mang hiệu quả cao.
Xuất phát từ những lý do trên, đề tài “Ứng Dụng Công Nghệ Viễn Thám Đánh Giá Biến Động Diện
Tích Rừng Tại Tỉnh Đắk Lắk Trong Giai Đoạn 2017-2020 Trên Nền Tảng Google Earth Engine” đã
được thực hiện.
2.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Phương pháp thu thập số liệu
Trong đề tài nghiên cứu sử dụng phương pháp thu thập số liệu, đây là phương pháp thu thập tất
cả những số liệu, tài liệu, thông tin có liên quan đến đề tài nghiên cứu, sau đó sẽ tiến hành các thao
tác xử lý dữ liệu và đánh giá các số liệu, thông tin thu thập được.
Tất cả quy trình thu thập dữ liệu được thực hiện trực tiếp trên Google Earth Engine thông qua
sử dụng các câu lệnh lọc dữ liệu. Bên cạnh đó các số liệu thứ cấp cùng nhiều thông tin liên quan đến
đề tài nghiên cứu đều được thu thập từ các trang website chính thống của các tổ chức chính phủ, cơ
quan ban ngành như Sở Tài nguyên môi trường, Uỷ ban nhân dân tỉnh Đắk Lắk, Trung tâm quan trắc
Môi trường,… và nhiều bài báo khoa học, luận văn.
2.2. Phương pháp so sánh
Đối với phương pháp này thực hiện so sánh kết quả dữ liệu biến động diện tích rừng khi sử
dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 theo không gian và thời gian. Về không gian là từng huyện trong phạm
vi tỉnh Đắk Lắk và thời gian cố định gian đoạn năm 2017 – 2020.
Kết quả dữ liệu diện tích rừng thu được từ ảnh vệ tinh Landsat8 theo không gian và thời gian
sẽ so sánh sự tăng giảm của năm 2017 với năm 2020, từ đó đưa ra những phân tích, đánh giá và kết
luận về sự tăng giảm diện tích rừng đồng thời đưa ra những giải pháp thiết thực nhằm giảm thiểu nếu
tình trạng diễn ra xấu.
2.3. Phương pháp phân tích dữ liệu
Trong đề tài sử dụng ảnh Landsat 8 Collection 2 Tier 1 TOA Reflectance để phân tích, đánh
giá biến động diện tích rừng trong thời gian nghiên cứu từ năm 2017 đến năm 2020. Sau khi sử dụng
các công thức và thao tác để có được dữ liệu cần thiết, các dữ liệu sẽ được xây dựng thành bản đồ
biến động diện tích rừng tại tỉnh Đắk Lắk. Sau khi xử lý dữ liệu trên nền tảng Google Earth Engine
sẽ thành lập bản đồ trên phần mềm QGIS và tạo biểu đồ trong qua phần mềm Excel.
● Giải đoán ảnh bằng chỉ số NDVI
Để tiến hành giải đoán ảnh bằng chỉ số NDVI đầu tiên cần thu thập dữ liệu diện tích rừng từ
ảnh Landsat 8 Collection 2 Tier 1 TOA Reflectance của khu vực tỉnh Đắk Lắk và file zip sau khi cắt
ranh giới khu vực từ Qgis sẽ được đưa vào GEE dưới dạng FeatureCollection. Sử dụng hàm
collection.clip () để đặt khu vực tỉnh Đắk Lắk đã được thêm vào bản đồ để phân tích biến động. Để
xử lý dữ liệu theo đúng thời gian nghiên cứu, sử dụng công cụ.Date () với khoảng thời gian cụ thể từ
01-01-2017 đến 31-12-2020. Trong nghiên cứu này sử dụng chỉ số khác biệt thực vật NDVI
(Normalized Difference Vegetation Index). Chỉ số NDVI được xác định dựa trên sự phản xạ khác
nhau của thực vật ở dải sóng đỏ và cận hồng ngoại, thể hiện qua công thức sau:
NDVI=(Nir+ Red ) / (Nir- Red)
Giá trị chỉ số NDVI nằm trong khoảng từ -1 đến 1, trong đó NDVI thấp thể hiện những khu vực
có độ che phủ thực vật thấp. Giá trị NDVI cao đại diện cho những khu vực có độ che phủ thực vật
cao, còn giá trị NDVI âm thể hiện các khu vực đất ẩm và mặt nước. Dùng lệnh
“normalizedDifference()” để tính chỉ số thực vật NDVI.
318
● Phân ngưỡng NDVI
Đối với nghiên cứu này giá trị NDVI từ khoảng -1 từ > 0,2 là không rừng, từ 0.2 và từ > 0,4
rừng nghèo, từ 0.4 > 1 là rừng giàu. Trong đó, chỉ số thực vật NDVI được tính toán và phân ngưỡng
giá trị
Bảng 1. Bảng phân ngưỡng giá trị NDVI
Hiện trạng rừng
Loại lớp phủ
Giá trị NDVI
1
Không có rừng
-1<=NDVI< 0.2
2
Rừng nghèo
0.2<=NDVI<0.4
3
Rừng giàu
0.4<=NDVI<1
2.4. Phương pháp GIS
Trong đề tài nghiên cứu này sử dụng ảnh viễn thám của vệ tinh Landsat8 “Landsat 8 Collection
2 Tier 1 TOA Reflectance” để lọc dữ liệu và phân tích diện tích rừng. Quá trình tìm kiếm ảnh vệ tinh,
lọc ảnh và xử lý ảnh được thực hiện trên nền tảng Google Earth Engine. Kết quả sau khi phân tích từ
dữ liệu ảnh vệ tinh sẽ được tính toán bằng các công thức để xây dựng các bản đồ thể hiện diện tích
rừng khu vực Đắk Lắk và chồng xếp bản đồ để phân tích biến động diện tích trong giai đoạn nghiên
cứu từ đó đưa ra các đánh giá biến động.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Hiện trạng rừng Đắk Lắk giai đoạn 2017 – 2020
Sự biến động diện tích rừng tại tỉnh Đắk Lắk giai đoạn 2017-2020 được thu thập và phân tích
dữ liệu từ vệ tinh Landsat8. Là tỉnh có sự phát triển kinh tế mạnh mẽ nhất vùng Tây Nguyên với quy
mô GRDP luôn đứng đầu cùng hàng loạt các dự án có vốn đầu tư lớn liên tục được đầu tư đã kéo theo
hệ quả là diện tích rừng suy giảm mạnh theo thời gian. Dựa vào thông tư số 34/2009/TT-BNNPTNT
của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn: “Quy định tiêu chí xác định và phân loại rừng” bài
nghiên cứu này phân chia tình trạng diện tích rừng thành 4 loại chính:
+ Rừng giàu: Là nơi có trữ lượng cây đứng từ 201– 300 m³/ha
+ Rừng trung bình: Là nơi có trữ lượng cây đứng từ 101 – 200 m³/ha;
+ Rừng nghèo: Là nơi có trữ lượng cây đứng từ 10 đến 100 m³/ha;
+ Vùng không có rừng: Là những khu vực mặt nước, đất trống, đất xây dựng có trữ lượng cây
đứng dưới 10 m3/ha.
Dựa trên sự phân chia về tình trạng diện tích rừng cùng với các dữ liệu về độ che phủ rừng tại
tỉnh Đắk Lắk sau khi xử lý trên GEE cho ra kết quả như sau:
Diện tích rừng năm 2017 của tỉnh Đắk Lắk
319
Hình 1. Bản đồ hiện trạng diện tích rừng năm 2017
Biểu đồ 1. Biểu đồ tỷ lệ rừng năm 2017
Diện tích rừng chiếm phổ biến nhất năm 2017 là rừng giàu với tổng diện tích rừng giàu là
594.738,11 ha (chiếm 45.3%) và phân bố chủ yếu ở các huyện phía Nam như: Krông Bông
(103.633,11 ha) , huyện Lắk (96.756,72 ha) và huyện M’Đrắk (92.335,17 ha).
Diện tích rừng trung bình có diện tích khá lớn với 454.726,29 ha (chiếm 34.6%) phân bố đều
trên khắp các huyện và tập trung nhiều tại các huyện Buôn Đôn (90.263,34 ha), huyện Ea H’leo
(71.267,36 ha) và huyện Ea Kar (34.957,47 ha).
Rừng nghèo có tổng diện tích 230.871,81 ha (chiếm 17.6%) phân bố hầu hết ở khu vực huyện
Ea Súp (115.497,21 ha). Là nơi có vị trí địa lý đắc địa giữa các khu vực kinh tế-tiềm năng của miền
trung, huyện Ea Súp đang phát triển với nhiều tiềm năng trong lĩnh vực bất động sản với sự tập trung
chủ yếu là khu đô thị mới, khu công nghiệp và khu du lịch, từ đó dẫn đến hệ quả là rừng bị suy giảm
mạnh chỉ còn ở mức rừng nghèo.
Đối với những vùng không có rừng chủ yếu là các khu vực sông, suối, ao, hồ nên không có
rừng ở đó. Diện tích tổng là 32.826,14 ha.
Diện tích rừng năm 2020 của tỉnh Đắk Lắk
320
Hình 2. Bản đồ hiện trạng diện tích rừng năm 2020
Biểu đồ 2. Biểu đồ tỷ lệ rừng năm 2020
Trong vòng 3 năm từ 2017 đến 2020, diện tích rừng trên địa bàn tỉnh Đắk Lắk có nhiều thay
đổi lớn. Rõ ràng nhất có thể thấy (Biểu đồ 1 và Biểu đồ 2) là sự suy giảm mạnh của rừng giàu và sự
gia tăng mạnh của rừng trung bình và rừng nghèo.
Rừng giàu năm 2020 chỉ còn 334,495.99 ha (chiếm 25.5%) giảm 260.242,12 ha trong 3 năm.
Suy giảm nhiều nhất diễn ra ở các huyện vùng trung tâm như huyện Cư M’gar (suy giảm mạnh từ
38.935,94 ha xuống còn 11.106,38 ha), huyện Krông Búk (suy giảm từ 11.496,03 ha xuống còn
2.774,12 ha), huyện Krông Pắc (giảm từ 31.851,38 ha xuống chỉ còn 9.558,20 ha), huyện Cư Kuin
(giảm từ 14.937,92 ha xuống còn 3.264,07 ha), thị xã Buôn Hồ (giảm từ 11.496,03 ha xuống còn
2.774,12 ha ) và thành phố Buôn Ma Thuột ( giảm từ 14.471,83 ha xuống chỉ còn 3.759,54 ha).
Rừng trung bình gia tăng mạnh, cụ thể: Tăng từ 454.726,29 ha lên 564.120,19 ha (chiếm 43%) và
tăng tại những khu vực huyện suy thoái rừng giàu. Nguyên nhân của sự gia tăng mạnh mẽ của rừng trung
bình là vì sự suy giảm của rừng giàu tại các huyện, sự thiếu ý thức kèm theo những vụ chặt phá, lấn chiếm
đất rừng của các hộ dân đã khiến phần lớn diện tích rừng giàu bị suy giảm nghiêm trọng.
Rừng nghèo tăng khá nhiều từ 230.871,81 ha lên đến 369.925,40 ha, tăng chủ yếu ở khu vực
huyện Buôn Đôn (tăng từ 37.088,14 ha lên đến 90.069,22 ha)