Ứng dụng công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong đánh giá hiện trạng thảm cỏ biển ở vùng đất ngập nước xã Hương Phong, huyện Hương Trà, tỉnh Thừa Thiên Huế

TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 65, 2011<br /> <br /> ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ<br /> (GIS) TRONG ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG THẢM CỎ BIỂN<br /> Ở VÙNG ĐẤT NGẬP NƯỚC XÃ HƯƠNG PHONG, HUYỆN HƯƠNG TRÀ,<br /> TỈNH THỪA THIÊN HUẾ<br /> Hoàng Công Tín, Tôn Thất Pháp, Nguyễn Quang Tuấn<br /> Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế<br /> Tống Phước Hoàng Sơn<br /> Viện Hải dương học Nha Trang<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Hiện trạng thảm cỏ biển ở vùng đất ngập nước xã Hương Phong gồm có 3 loài thuộc 3<br /> chi, 3 họ, 1 ngành. Cỏ Hẹ (Halodule pinifolia) là loài ưu thế nhất ở khu vực được thể hiện qua<br /> các chỉ tiêu như độ bao phủ của cỏ trung bình đạt 35,75%, mật độ thân trung bình 1.906<br /> thân/m2 và sinh khối trung bình đạt 1.361 g tươi/m2. Mật độ cỏ biển có mối tương quan chặt chẽ<br /> với sinh khối. Loài Halodule pinifolia phân bố đặc trưng ở độ mặn từ 15 - 19% và Ruppia<br /> maritima ở độ mặn từ 10 - 15%.<br /> Ngoài ra, dưới sự hỗ trợ của tư liệu ảnh viễn thám và công nghệ GIS bản đồ phân bố<br /> thảm cỏ biển ở vùng ĐNN xã Hương Phong lần đầu tiên được xây dựng. Diện tích phân bố cỏ<br /> biển ở vùng đất ngập nước xã Hương Phong được ước tính 76,79 ha và tập trung ở 3 khu vực<br /> chính: Vân Quốc Đông 27,5 ha, Cồn Sáo có diện tích 17,57 ha và Cồn Tè 31,72 ha. Đây được<br /> xem là nguồn thông tin có ý nghĩa thiết thực phục vụ cho quản lý, định hướng sử dụng hợp lý và<br /> phát triển bền vững tài nguyên vùng đất ngập nước xã Hương Phong nói riêng và vùng đầm phá<br /> ven biển Thừa Thiên Huế nói chung.<br /> Từ khóa: Thảm cỏ biển, đất ngập nước, viễn thám và GIS.<br /> <br /> 1. Đặt vấn đề<br /> Đầm phá Tam Giang-Cầu Hai (TG-CH) ở Thừa Thiên Huế có diện tích hơn<br /> 21.600 ha, là một trong những vùng đất ngập nước (ĐNN) ven bờ tiêu biểu ở Việt Nam<br /> (T.T. Pháp & nnk., 2009). Trong đó, vùng ĐNN thuộc địa bàn xã Hương Phong, huyện<br /> Hương Trà có hệ tọa độ địa lý từ 16°32'41,04" - 16°35'6,27" vĩ Bắc và 107°34'30,06" 107°37'45,52" kinh Đông. Đây là khu vực có sự đa dạng sinh cảnh như rừng ngập mặn,<br /> thảm cỏ biển, hệ sinh thái nông nghiệp truyền thống của địa phương. Tuy nhiên, những<br /> hoạt động canh tác sản xuất nông nghiệp, khai thác và nuôi trồng thuỷ sản (NTTS) của<br /> cộng đồng địa phương ở vùng ĐNN thuộc xã Hương Phong đang có những dấu hiệu<br /> 231<br /> <br /> ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và nguồn lợi đầm phá. Ngoài ra, đây còn là vùng dễ<br /> tổn thương do phải đối mặt trực tiếp với những tác động thiên tai hằng năm có xu hướng<br /> gia tăng cường độ và sự phức tạp mà do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu gây nên.<br /> Xuất phát từ thực tế trên, việc đánh giá hiện trạng các thảm cỏ biển ở vùng ĐNN<br /> xã Hương Phong nhằm hiểu được đặc điểm phân bố và mật độ thảm cỏ biển sẽ góp<br /> phần xây dựng luận cứ khoa học cho bảo tồn và sử dụng hợp lý tài nguyên ĐNN xã<br /> Hương Phong.<br /> 2. Tư liệu và phương pháp nghiên cứu<br /> 2.1. Tư liệu nghiên cứu<br /> Máy định vị toàn cầu (GPS) Garmin iQueTM 3600, 76CS, máy chụp ảnh dưới<br /> nước SeaLife, thước dây địa chính, khung định lượng 0,5 x 0,5 m, máy đo độ muối<br /> Atago cầm tay.<br /> - Các lớp cơ sở dữ liệu GIS tỉnh Thừa Thiên Huế (TT-H) được sử dụng để làm<br /> bản đồ nền trong xây dựng bản đồ phân bố. i). Bản đồ hành chính xã; ii). Bản đồ hiện<br /> trạng sử dụng đất (thành lập từ tư liệu ảnh).<br /> Thu thập các ảnh<br /> vệ tinh từ nhiều nguồn<br /> khác nhau, thời gian chụp<br /> vùng ĐNN ven biển thuộc<br /> hệ đầm phá TG-CH, TT-H<br /> khác nhau, cụ thể:<br /> + 2 ảnh LANDSAT<br /> TM chụp khu vực TT-H<br /> ngày 17 tháng II năm 1989<br /> phủ với độ phân giải 30 m<br /> (ảnh đa phổ).<br /> + Ảnh ALOS được<br /> cung cấp bởi dự án “Sử<br /> dụng ảnh ALOS trong<br /> quan trắc và giám sát tình<br /> Hình 1. Phạm vi phủ ảnh viễn thám ALOS-AVNIR2 (10m) ở<br /> trạng sức khỏe rạn san hô<br /> vùng ĐNN xã Hương Phong, huyện Hương Trà, tỉnh TT. Huế<br /> vùng biển Việt Nam” gồm<br /> ảnh AVNIR2 độ phân giải<br /> 10 m (chụp ngày 7 tháng 10 năm 2007 và ảnh AVNIR 2 chụp ngày 28 tháng 5 năm<br /> 2008) (hình 1).<br /> Các phần mềm ENVI 4.4 và MapInfo 8.0 được sử dụng trong phân tích ảnh viễn<br /> thám và xây dựng bản đồ số GIS.<br /> 232<br /> <br /> 2.2. Phương pháp nghiên cứu<br /> Các phương pháp nghiên cứu thực địa truyền thống và ứng dụng công nghệ viễn<br /> thám, GIS đã được kết hợp sử dụng trong nghiên cứu hệ sinh thái ĐNN ven biển như<br /> sau:<br /> Phương pháp khảo sát thực địa đánh giá hiện trạng thảm cỏ biển theo hệ thống<br /> tuyến (transect) và đánh giá độ phủ cỏ biển theo phương pháp ô tiêu chuẩn (ÔTC) của<br /> English S. & nnk. (1994), Margarita T. dela C. (2003) và Short F.T. & nnk. (2006). Phân<br /> tích mẫu và định loại tên loài theo phương pháp so sánh hình thái dựa trên các tài liệu<br /> của P.H. Hộ (2001), N.V. Tiến (2001). Xác định các yếu tố sinh thái như độ mặn (bằng<br /> máy Atago cầm tay); độ trong, độ sâu (bằng đĩa Secchi) và nhiệt độ (bằng nhiệt kế).<br /> Phương pháp điểm chìa khóa phục vụ giải đoán ảnh viễn thám và xây dựng bản<br /> đồ phân bố cỏ biển gồm 39 điểm khảo sát vật liệu nền đáy ở các độ sâu khác nhau (sử<br /> dụng trong phân lập ảnh) như nền cát, rong và cỏ biển ở vùng ĐNN xã Hương Phong<br /> phục vụ tính chỉ số bất biến theo độ sâu của từng cặp băng (bands) trong giải đoán ảnh.<br /> Phương pháp giải đoán ảnh viễn thám và GIS trong xây dựng bản đồ thảm cỏ<br /> biển dựa trên nguyên lý tính toán chỉ số bất biến theo độ sâu (T.P.H Sơn, 2007) quy<br /> trình giải đoán được tiến hành theo các kỹ thuật như i). Nắn chỉnh hình học nhằm đưa<br /> dữ liệu ảnh vệ tinh ALOS-AVNIR2 về tọa độ địa lý thực tế của khu vực ảnh bao phủ; ii).<br /> Hiệu chỉnh bức xạ nhằm chuyển ảnh từ giá trị số (Digital Number-DN) trên ảnh sang<br /> bức xạ phổ; iii). Hiệu chỉnh khí quyển và hiệu chỉnh cột nước nhằm chuyển đổi phổ<br /> phản xạ bề mặt về phản xạ nền đáy; iv). Tính chỉ số bất biến theo độ sâu (Xây dựng<br /> quan hệ tuyến tính (logarit) giữa phổ phản xạ bề mặt của băng thứ i và băng thứ j theo<br /> các điểm nền đáy cát là cơ sở của phép tính chỉ số bất biến theo độ sâu (Depth<br /> Invariance Index-D.I.I)) và v) Phân lập ảnh dựa vào 6 băng D.I.I.<br /> Chuyển dữ liệu ảnh phân lập về cỏ biển (dạng bitmap) sang dạng vector (GIS),<br /> kỹ thuật chồng các lớp thông tin với bản đồ nền, xây dựng bản đồ chuyên đề về hiện<br /> trạng thảm cỏ biển ở địa bàn nghiên cứu.<br /> 3. Kết quả và thảo luận<br /> 3.1. Cấu trúc thành phần loài cỏ biển ở vùng ĐNN xã Hương Phong<br /> Qua khảo sát đã xác định được 3 loài cỏ biển thuộc 3 chi và 3 họ hiện có ở vùng<br /> ĐNN xã Hương Phong. Trong đó, các họ Thuỷ thảo (Hydrocharitaceae), họ Hải kiều<br /> (Cymodoceaceae) và Xuyên màn (Ruppiaceae) mỗi họ có 1 loài (bảng 1).<br /> Các loài Halophila beccarii, Halodule pinifolia và Ruppia maritima đã phát hiện<br /> ở địa bàn nghiên cứu đều có nguồn gốc biển, chỉ gặp 1 loài đi kèm có nguồn gốc nước<br /> ngọt là Hydrilla verticillata trong các ao nuôi trồng thủy sản. Cỏ Hẹ (Halodule pinifolia)<br /> là loài ưu thế nhất.<br /> 233<br /> <br /> Bảng 1. Danh lục các loài cỏ biển ở vùng ĐNN xã Hương Phong (sắp xếp theo Brummit,1992)<br /> <br /> STT<br /> <br /> 1<br /> <br /> Tên Việt Nam<br /> Ngành Ngọc lan<br /> <br /> MAGNOLIOPHYTA<br /> <br /> Lớp Hành<br /> <br /> LILIOPSIDA<br /> <br /> Bộ Hydrocharitales<br /> <br /> HYDROCHARITALES<br /> <br /> Họ Thuỷ thảo<br /> <br /> HYRDROCHARITACEAE<br /> <br /> Cỏ Nàn nàn<br /> 2<br /> <br /> Họ Hải kiều<br /> Cỏ Hẹ, Hẹ tròn, Rong hẹ<br /> <br /> 3<br /> <br /> Tên khoa học<br /> <br /> Họ Xuyên màn<br /> Rong kim biển, cỏ Kim<br /> <br /> Halophila beccarii Ascherson.<br /> CYMODOCEACEAE<br /> Halodule pinifolia (Miki) den Hartog.<br /> RUPPIACEAE<br /> Ruppia maritima L.<br /> <br /> 3.2. Hiện trạng độ phủ, mật độ và sinh khối cỏ biển<br /> 3.2.1. Độ phủ của cỏ biển<br /> <br /> (ÔTC)<br /> V QĐ14<br /> <br /> Vân Quốc Đông<br /> <br /> V QĐ12<br /> V QĐ10<br /> V Q Đ8<br /> V Q Đ6<br /> <br /> Độ bao phủ TB<br /> 29,19%<br /> <br /> V Q Đ4<br /> V Q Đ2<br /> C S13<br /> C S 11<br /> <br /> Cồn Sáo<br /> <br /> Độ phủ của thảm cỏ biển được<br /> quyết định bởi loài cỏ Hẹ (Halodule<br /> pinifolia). Tính chung cho khu vực<br /> nghiên cứu độ phủ của cỏ Hẹ có giá trị<br /> trung bình đạt 35,75%. Trong đó, khu<br /> vực Vân Quốc Đông có độ phủ thấp<br /> nhất (29,19%), khu vực Cồn Sáo có<br /> độ phủ 32,89% và có độ phủ cao nhất<br /> ở khu vực Cồn Tè (49,62%) (hình 2).<br /> 3.2.2. Mật độ của cỏ biển<br /> <br /> C S9<br /> C S7<br /> <br /> Độ bao phủ TB<br /> 32,89%<br /> <br /> C S5<br /> C S3<br /> <br /> Ở địa bàn nghiên cứu mật độ<br /> thân đứng của quần thể cỏ Hẹ khác<br /> Độ bao phủ TB<br /> nhau giữa các khu vực, giá trị trung<br /> 49,62%<br /> bình mật độ thân đạt 1.906 thân/m2. Ở<br /> khu vực Cồn Tè có mật độ cỏ biển cao Hình 2. Tỷ lệ % độ bao phủ của cỏ Hẹ tại các ÔTC<br /> nhất trong toàn lãnh thổ nghiên cứu có nghiên0cứu10và giữa<br /> 20<br /> 30<br /> 60<br /> 70 vùng<br /> 80 nghiên<br /> 90<br /> 100<br /> các 40khu 50vực trong<br /> 2<br /> Độ bao phủ (%)<br /> giá trị trung bình đạt 2.521 thân/m .<br /> cứu (tháng IV-VI/2008)<br /> Tiếp đến là Vân Quốc Đông có mật độ<br /> trung bình đạt 1.616 thân/m2 và thấp nhất là khu vực Cồn Sáo chỉ có 1.435 thân/m2.<br /> CS1<br /> <br /> Cồn Tè<br /> <br /> CT9<br /> CT7<br /> CT5<br /> CT3<br /> <br /> CT 1<br /> <br /> 3.2.3. Sinh khối cỏ biển<br /> Chiều dài trung bình của thân đứng và lá cỏ Hẹ (Halodule pinifolia) đạt 21,02<br /> 234<br /> <br /> cm. Giữa các khu vực nghiên cứu giá trị trung bình về sinh khối tươi không có sự chênh<br /> lệch cao, giá trị trung bình cho toàn lãnh thổ nghiên cứu đạt 1.361 g/m2.<br /> Xét mối tương quan giữa mật độ thân đứng và chiều dài thân đến sinh khối tươi<br /> của cỏ biển cho thấy, giữa sinh khối tươi của cỏ biển và chiều dài thân cỏ biển có tương<br /> quan thuận với nhau ở mức độ trung bình (r = 0,533). Trong khi đó, giữa mật độ thân<br /> đứng và sinh khối tươi của cỏ biển có sự tương quan khá chặt (r = 0,716). Hay nói cách<br /> khác, mật độ thân đứng của cỏ biển ở vùng ĐNN xã Hương Phong được xem là yếu tố<br /> quyết định sinh khối tươi của khu vực.<br /> 3.3. Đặc điểm phân bố của cỏ biển theo các điều kiện sinh thái<br /> 3.3.1. Sự phân bố của cỏ biển theo độ mặn<br /> Sự phân bố của các loài cỏ biển ở vùng ĐNN phụ thuộc khá rõ vào độ mặn và có<br /> thể phân làm 2 vùng đặc trưng như sau: Vùng ngoài đê ngăn mặn có độ mặn từ 15 –<br /> 19% thành phần loài cỏ biển chủ yếu gồm 2 loài là loài cỏ Hẹ và loài cỏ Nàn nàn. Ở<br /> vùng NTTS cao triều có độ mặn từ 10 – 15% gặp cỏ Nàn nàn (Halophila beccarii) và cỏ<br /> Kim (Ruppia maritima), trong đó, cỏ Kim là loài tiêu biểu cho vùng.<br /> 3.3.2. Sự phân bố của cỏ biển theo độ sâu<br /> Cỏ Hẹ phân bố ở độ sâu từ 0,25 - 0,8 m khi triều cao, ở độ sâu trên 0,85 m,<br /> không có cỏ Hẹ phân bố. Như vậy, kết quả nghiên cứu cho thấy, cỏ phát triển tốt ở độ<br /> sâu từ 0,25 - 0,55 m và chiều dài trung bình của thân đứng đạt từ 18 - 36 cm và sinh<br /> khối tươi đạt từ 1.040 - 1.480 g/m2 (hình 3).<br /> Ở khu vực Vân Quốc Đông, cỏ Hẹ phát triển tạo thành thảm ở cồn Sậy cách bờ<br /> khoảng 200 m ứng với độ sâu từ 0,4 - 0,8 m. Khu vực Cồn Tè, với địa hình là một bãi<br /> triều rộng và thoải từ trong bờ ra đến phá khoảng 500 m, độ sâu trung bình từ 0,2 - 0,5m<br /> là địa hình khá thuận lợi cho sự phân bố của cỏ biển.<br /> 3.4. Ứng dụng viễn thám và GIS trong giải đoán sự phân bố thảm cỏ biển<br /> Cỏ Hẹ phân bố ở độ sâu từ 0,25 - 0,8 m khi triều cao, ở độ sâu trên 0,85 m,<br /> không có cỏ Hẹ phân bố. Như vậy, kết quả nghiên cứu cho thấy cỏ phát triển tốt ở độ<br /> sâu từ 0,25 - 0,55 m và chiều dài trung bình của thân đứng đạt từ 18 - 36 cm và sinh<br /> khối tươi đạt từ 1.040 - 1.480 g/m2 (hình 3).<br /> Ở khu vực Vân Quốc Đông, cỏ Hẹ phát triển tạo thành thảm ở cồn Sậy cách bờ<br /> khoảng 200 m ứng với độ sâu từ 0,4 - 0,8 m. Khu vực Cồn Tè, với địa hình là một bãi<br /> triều rộng và thoải từ trong bờ ra đến phá khoảng 500 m, độ sâu trung bình từ 0,2 - 0,5<br /> m là địa hình khá thuận lợi cho sự phân bố của cỏ biển.<br /> <br /> 235<br /> <br />