Nghiên cứu sử dụng tư liệu viễn thám quang học và radar trong giám sát rừng ngập mặn ven biển ở một số tỉnh phía bắc Việt Nam
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.79 MB, 339 trang )
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT ;00
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
NGUYỄN TRỌNG CƯƠNG
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM QUANG HỌC
VÀ RADAR TRONG GIÁM SÁT RỪNG NGẬP MẶN VEN BIỂN Ở
MỘT SỐ TỈNH PHÍA BẮC VIỆT NAM
LUẬN ÁN TIẾN SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG
HÀ NỘI, 2022
i
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
NGUYỄN TRỌNG CƯƠNG
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM QUANG HỌC
VÀ RADAR TRONG GIÁM SÁT RỪNG NGẬP MẶN VEN BIỂN
Ở MỘT SỐ TỈNH PHÍA BẮC VIỆT NAM
Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên rừng
Mã số:
9620211
LUẬN ÁN TIẾN SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG
Người hướng dẫn khoa học:
Hướng dẫn 1: PGS.TS Trần Quang Bảo
Hướng dẫn 2: PGS.TS Nguyễn Hải Hoà
HÀ NỘI, 2022
ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận án tiến sĩ Lâm nghiệp “Nghiên cứu sử dụng tư
liệu viễn thám quang học và Radar trong giám sát rừng ngập mặn ven biển
ở một số tỉnh phía Bắc Việt Nam” chuyên ngành: Quản lý tài ngun rừng,
mã số 9620211 là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nêu trong
Luận án là hoàn toàn trung thực, khách quan và chưa từng được cơng bố trong
bất kỳ cơng trình nghiên cứu nào của các tác giả khác. Tôi xin chịu trách nhiệm
trước Hội đồng bảo vệ Luận án Tiến sĩ về lời cam đoan của mình
Hà nội, tháng 05 năm 2022
Tác giả luận án
Nguyễn Trọng Cương
i
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện Luận án tiến sĩ, tác giả đã gpặ khơng ít khó khăn
nhưng với sự nỗ lực của bản thân, sự động viên, giúp đỡ tận tình của các Thầy,
Cơ giáo, các đồng nghiệp và gia đình, đến nay Luận án đã hồn thành nội dung
nghiên cứu theo mục tiêu đặt ra
Trước hết, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến hai thầy hướng dẫn
khoa học là PGS.TS Trần Quang Bảo và PGS.TS Nguyễn Hải Hòa đã định
hướng, hỗ trợ, động viên và cung cấp những cơ sở lý luận và thực tiễn quan
trọng để tác giả hoàn thành Luận án
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến các quý thầy, cô, các chuyên gia:
GS.TS Vương Văn Quỳnh, PGS.TS Phùng Văn Khoa, PGS.TS Đồng Thanh
Hải, TS Phạm Văn Duẩn, TS Đỗ Quý Mạnh, TS Lê Phú Tuấn, TS Vũ Văn
Trường, ThS Phạm Ngọc Hải đã giúp đỡ, định hướng và cung cấp nhiều tài liệu
có giá trị khoa học và thực tiễn
Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp và cá
nhân NGND. GS.TS Trần Văn Chứ, Hiệu trưởng, Phòng Đào tạo Sau đại học,
Phòng Hành chính tổng hợp đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả
thực hiện luận án. Tác giả xin cảm ơn Viện Sinh thái rừng và Môi trường đã hỗ
trợ và cung cấp các số liệu để tác giả hồn thành luận án
Cuối cùng, xin bày tỏ lịng kính trọng và biết ơn tới tồn thể gia đình và
những người thân đã luôn động viên và tạo điều kiện thuận lợi về vật chất, tinh
thần cho tôi trong suốt thời gian qua
Trân trọng!
Hà nội, tháng 5 năm 2022
Tác giả luận án
Nguyễn Trọng Cương
ii
CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết
tắt
Nghĩa tiếng Anh
Nghĩa tiếng Việt
Thiết bị đo phổ phản xạ và bức xạ nhiệt tiên
tiến
Kênh ảnh có bước sóng nhìn thấy từ 450-510
nm
Advanced Spaceborne Thermal
Emission and ReflectanceRadiometer
Bộ NN
và PTNT
Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn
CMRI
Chỉ số rừng ngập mặn kết hợp
Ministry of Agriculture and Food
Industry
Combine Mangrove Recognition
Index
ASTER
BLUE
ĐBSCL
DEM
Đường kính thân cây tại vị trí cách mặt đất
1,3m
Đồng bằng sơng Cửu Long
Mơ hình số độ cao
DNVI
Chỉ số Thảm thực vật Bình thường Phân biệt
FAO
Tổ chức nông lương liên hợp quốc
GIS
GLMC
GPS
Hệ thống thông tin địa lý
Ma trận mức độ đồng xuất hiện màu xám
Hệ thống định vị tồn cầu
Kênh ảnh có bước sóng nhìn thấy từ 500-575
nm
Chiều cao từ mặt đất đến đỉnh sinh trưởng
Vệ tinh độ phân giải siêu cao IKONOS của
Hoa Kỳ
Chương trình quan trắc trái đất bằng vệ tinh
của Hoa Kỳ
Chỉ số rừng ngập mặn MFI
Chỉ số rừng ngập mặn MI
Mẫu Khóa ảnh
Phân loại xác suất cực đại
Chỉ số xác suất thực vật rừng ngập mặn
D1.3
GREEN
Hvn
IKONOS
LANDS
AT
MFI
MI
MKA
MLC
MPVI
MRI
MVI
Chỉ số phân tích rừng ngập mặn
Chỉ số thực vật rừng ngập mặn
NASA
Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc tế
NDVI
NDWVI
NIR
OTC
PAC
QUICKB
IRD
RADAR
Chỉ số thực vật khác biệt chuẩn hóa
Chỉ số thảm thực vật đất ngập nước
Kênh ảnh có bước sóng cận hồng ngoại
Ơ tiêu chuẩn
Phân tích thành phần chính
Mekong Delta
Digital Elavation Model
Discriminant Normalized Vegetation
Index
Food and Agriculture Organization
of the United Nations
Geographic Information System
Grey Level Co Occurrence Matrix
Global Positioning System
Mangrove Forest Index
Mangrove Index
Maxximum Likelihood Classification
Mangrove Probability Vegetation
Index
Mangrove Recognition Index
Mangrove Vegetation Index
National Aeronautics and Space
Administration
Normalized Difference Vegetation
Index
Normalized Difference Wetland
Vegetation Index
Near Infrared Reflectance
Principal Component Analysis
Ảnh vệ tinh độ phân giải siêu cao của Hoa Kỳ
Viễn thám siêu cao tần hoặc hệ thống chụp
ảnh sử dụng sóng điện từ trường siêu cao tần
iii
Radio Detection and Ranging
Từ viết
tắt
RED
RF
RGB
RNM
RoF
SAR
SAVI
Sentinel
SPOT
SRTM
SVM
SWIR
UAV
Nghĩa tiếng Anh
Nghĩa tiếng Việt
Kênh ảnh có bước sóng nhìn thấy từ 640 –
760 nm
Thuật tốn Rừng ngẫu nhiên
Tổ hợp màu Đỏ Xanh Lam
Rừng ngập mặn
Rừng luân phiên
Radar độ mở tổng hợp
Chỉ số thực vật có hiệu chỉnh L
Vệ tinh quan sát trái đất thuộc Chương trình
Copernicus của Cơ quan Không gian Châu
Âu
Vệ tinh độ phân giải cao của Pháp
Chương trình thành lập mơ hình số độ cao
bằng bay quét Radar trên tàu con thoi của
Hoa Kỳ
Thuật toán máy vector hỗ trợ
Kênh ảnh có bước sóng ngắn hồng ngoại
Thiết bị bay không người lái
iv
Random Forest
Red: Green:Blue
Mangroves
Rotation Forest
Synthetic Aperture Radar
Soil Adjusted Vegetation Index
Shuttle Radar Topography Mission
Support Vector Machine
Short Wavelength Infrared
Unmanned Aerial Vehicle
MỤC LỤC
CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................... iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ ..........................................................................x
TRANG THƠNG TIN VỀ NHỮNG ĐĨNG GĨP MỚI CỦA LUẬN ÁN ....... xii
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .........................................5
1.1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ PHÂN BỐ VÀ HIỆN TRẠNG RỪNG NGẬP MẶN ......5
1.1.1. Nghiên cứu phân bố và hiện trạng rừng ngập mặn trên thế giới .......................... 5
1.1.2. Phân bố và hiện trạng RNM tại Việt Nam ............................................................. 7
1.2. NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC RỪNG NGẬP MẶN ........................................9
1.2.1. Đặc điểm sinh thái của hệ sinh thái ngập mặn và rừng ngập mặn trên thế giới ... 9
1.2.2. Đặc điểm sinh thái của rừng ngập mặn Việt Nam. .............................................. 10
1.3. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ ĐẶC ĐIỂM QUANG PHỔ CỦA RỪNG NGẬP MẶN
TRÊN CÁC TƯ LIỆU VIỄN THÁM ................................................................................14
1.3.1. Đặc điểm quang phổ của Rừng ngập mặn trên các dữ liệu viễn thám quang học
........................................................................................................................................ 14
1.3.2. Tổng quan nghiên cứu về đặc điểm phản xạ của rừng ngập mặn trong dữ liệu
Radar .............................................................................................................................. 19
1.4. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ SỬ DỤNG CÁC TƯ LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ THÀNH LẬP
RỪNG NGẬP MẶN.......................................................................................................21
1.4.1. Sử dụng ảnh máy bay trong thành lập bản đồ rừng ngập mặn ........................... 21
1.4.2. Sử dụng tư liệu viễn thám có độ phân giải trung bình ......................................... 22
1.4.3. Sử dụng ảnh tư liệu viễn thám có độ phân giải cao ............................................. 25
1.5. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CHỈ SỐ PHÂN LOẠI RỪNG NGẬP MẶN 26
1.5.1. Tổng quan về phương pháp phân loại rừng ngập mặn ........................................ 26
1.5.2. Các chỉ số sử dụng trong nghiên cứu thành lập bản đồ Rừng ngập mặn ............ 28
1.6. TỔNG QUAN VỀ KẾT HỢP TƯ LIỆU ẢNH QUANG HỌC VÀ ẢNH RADAR TRONG
GIÁM SÁT RỪNG NGẬP MẶN .....................................................................................33
ĐÁNH GIÁ CHUNG ...................................................................................................... 35
CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU .............................37
2.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KHU VỰC VEN BIỂN PHÍA BẮC ....................................37
2.1.1. Khu vực 1: Ven biển Đơng Bắc ............................................................................ 37
v
2.1.2. Khu vực 2: Ven biển đồng bằng sông Hồng ........................................................ 38
2.2. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU .......................40
2.2.1. Đặc điểm cơ bản về tự nhiên, kinh tế xã hội của tỉnh Quảng Ninh ..................... 40
2.2.2. Đặc điểm cơ bản về tự nhiên, kinh tế xã hội của tỉnh Thái Bình ........................ 42
2.2.3. Đặc điểm cơ bản về tự nhiên, kinh tế xã hội của Thành phố Hải Phòng ........... 43
CHƯƠNG 3: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU .............................................................................................45
3.1. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .....................................................................................45
3.2. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ..................................................................................45
3.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU .......................................................................................45
3.3.1. Khu vực nghiên cứu ............................................................................................. 45
3.3.2. Thời gian nghiên cứu ........................................................................................... 45
3.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .....................................................................................46
3.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................................................................47
3.5.1. Cơ sở phương pháp luận ...................................................................................... 47
3.5.2. Phương pháp nghiên cứu đặc điểm phân bố và sinh thái của rừng ngập mặn các
tỉnh phía Bắc .................................................................................................................. 48
3.5.3. Phương pháp lựa chọn tư liệu ảnh vệ tinh thích hợp để phân loại rừng ngập mặn
khu vực phía Bắc ............................................................................................................ 48
3.5.4. Phương pháp phân loại rừng ngập mặn các tỉnh ven biển phía Bắc .................. 54
3.5.5. Phương pháp phân loại rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu từ các tư liệu viễn
thám ................................................................................................................................ 56
3.5.6. Phương pháp đánh giá biến động rừng ngập mặn một số tỉnh ven biển phía bắc
giai đoạn 2016 – 2020 ................................................................................................... 59
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.............................61
4.1. ĐẶC ĐIỂM HIỆN TRẠNG CỦA RỪNG NGẬP MẶN KHU VỰC PHÍA BẮC ...............61
4.1.1. Phân bố rừng ngập mặn các tỉnh ven biển phía Bắc ........................................... 61
4.1.2. Đặc điểm sinh thái của rừng ngập mặn các tỉnh ven biển miền Bắc.................. 62
4.2. LỰA CHỌN TƯ LIỆU VIỄN THÁM THÍCH HỢP ĐỂ PHÂN LOẠI RỪNG NGẬP MẶN
VEN BIỂN CÁC TỈNH PHÍA BẮC .................................................................................64
4.2.1. Đặc điểm phản xạ của rừng ngập mặn và các trạng thái lớp phủ khu vực nghiên
cứu trên các tư liệu viễn thám ........................................................................................ 64
4.2.2. Đánh giá khả năng giám sát rừng ngập mặn của các tư liệu ảnh ....................... 68
4.2.3. Thảo luận và lựa chọn tư liệu ảnh viễn thám phù hợp để phân loại rừng ngập mặn
cho các tỉnh ven biển phía Bắc ...................................................................................... 70
vi
4.3. KẾT QUẢ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI RỪNG NGẬP MẶN CÁC TỈNH
VEN BIỂN PHÍA BẮC ..................................................................................................74
4.3.1. Lựa chọn phương pháp tổ hợp ảnh để phân loại rừng ngập mặn ....................... 74
4.3.2. Lựa chọn phương pháp phân loại rừng ngập mặn ............................................. 79
4.3.3. Kết hợp các loại tư liệu quang học và radar để phân loại rừng ngập mặn ........ 80
4.4. PHÂN LOẠI RỪNG NGẬP MẶN KHU VỰC NGHIÊN CỨU TỪ CÁC TƯ LIỆU VIỄN
THÁM .........................................................................................................................80
4.4.1.. Kiểm tra phân bố các giá trị chỉ số với từng trạng thái lớp phủ ........................ 80
4.4.2. Tính các giá trị của chỉ số đối với từng trạng thái trên các tư liệu ảnh .............. 83
4.4.3. Thành lập ngưỡng phân loại rừng ngập mặn từ các chỉ số thực vật ................... 86
4.4.3. Phân loại rừng ngập mặn từ các ngưỡng chỉ số cho một số tỉnh ven biển phía Bắc
........................................................................................................................................ 93
4.5. ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG RỪNG NGẬP MẶN MỘT SỐ TỈNH VEN BIỂN PHÍA BẮC GIAI
ĐOẠN 2016 – 2020 ...................................................................................................100
4.5.1. Biến động diện tích rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu từ các tư liệu viễn thám
và khi kết hợp hai tư liệu với nhau ............................................................................... 101
4.5.2. Kết quả xác định các vị trí biến động trên ảnh ở khu vực phân bố rừng ngập mặn
...................................................................................................................................... 102
4.6. XÂY DỰNG HƯỚNG DẪN KỸ THUẬT ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG RỪNG NGẬP MẶN
CHO CÁC TỈNH PHÍA BẮC TỰ ĐỘNG TRÊN GEE ....................................................119
4.6.1. Chuẩn bị cơ sở dữ liệu ....................................................................................... 120
4.6.2. Phân loại và đánh giá biến động rừng ngập mặn ............................................. 120
KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ .................................................................131
DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 134
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................135
PHẦN PHỤ LỤC...................................................................................................145
vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Biến động diện tích rừng ngập măn thế giới từ năm 1980 – 2005 ........................ 6
Bảng 1.2: Diện tích rừng ngâp mặn tại Việt Nam giai đoạn 1943 – 2015............................. 8
Bảng 1.3: Các đặc tính của tín hiệu phản xạ ngược phụ thuộc vào các thành phần kết cấu
rừng ngập mặn, sinh khối và đặc điểm lâm phần ................................................................ 20
Bảng 1.4: Các chỉ số lập bản đồ rừng ngập mặn hiện có dùng để tách rừng ngập mặn khỏi
các pixel không phải là rừng ngập mặn. .............................................................................. 29
Bảng 2.1: Đặc điểm tự nhiên vùng ven biển Đông Bắc....................................................... 38
Bảng 2.2: Đặc điểm tự nhiên vùng ven biển Đồng bằng Bắc Bộ ........................................ 39
Bảng 3.1. Mô tả các trạng thái sử dụng đất ......................................................................... 51
Bảng 3.2. Các điểm mẫu và điểm kiểm chứng các trạng thái lớp phủ ................................ 51
Bảng 4.1. Diện tích rừng ngập mặn năm giai đoạn 2020 theo thống kê .............................. 61
Bảng 4.2: Số ảnh, chu kỳ lặp ảnh tại một vị trí khi sử dụng ảnh Landsat8, Sentinel-2,
Sentinel-1 và kết hợp chúng với nhau trong điều kiện lý thuyết ......................................... 68
Bảng 4.3: Số ảnh, chu kỳ lặp ảnh tại một vị trí khi sử dụng các tư liệu ảnh và kết hợp các tư
liệu này với nhau trong điều kiện thực tế ............................................................................ 70
Bảng 4.4: Các đặc điểm của ảnh Landsat-8 và Sentinel-2................................................... 72
Bảng 4.5: Biến động giá trị chỉ số NDVI giữa các cảnh ảnh Sentinel-2 trung bình năm giai
đoạn 2018-2020 ................................................................................................................... 76
Bảng 4.6: Biến động giá trị VH giữa các cảnh ảnh Sentinel-1 trung bình năm giai đoạn 20182020 ..................................................................................................................................... 77
Bảng 4.7: Hệ số biến động giữa ảnh đơn thời gian và ảnh trung bình theo từng khoảng thời
gian....................................................................................................................................... 78
Bảng 4.8: Giá trị các trung bình, nhỏ nhất và lớn nhất của chỉ số CMRI của các trạng thái
lớp phủ ở các khu vực .......................................................................................................... 83
Bảng 4.9: Giá trị các trung bình, nhỏ nhất và lớn nhất của chỉ số MFI của các trạng thái lớp
phủ ở các khu vực ................................................................................................................ 84
Bảng 4.10: Giá trị các trung bình, nhỏ nhất và lớn nhất của chỉ số MVI của các trạng thái
lớp phủ ở các khu vực .......................................................................................................... 85
Bảng 4.11: Giá trị các trung bình, nhỏ nhất và lớn nhất của kênh VH của các trạng thái lớp
phủ ở các khu vực ................................................................................................................ 85
viii
Bảng 4.12: Ngưỡng phân loại các trạng thái của các khu vực nghiên cứu .......................... 87
Bảng 4.13: Kết quả tính toán ma trận nhầm lẫn về sử dụng đất và che phủ đất tại 3 khu vực
nghiên cứu bằng các chỉ trên các tư liệu ảnh ....................................................................... 88
Bảng 4.14: Ma trận phân loại và kết quả hệ số Kappa trên ảnh Sentinel-2 và Sentinel-1 khu
vực Bàng La, Đại Hợp ......................................................................................................... 89
Bảng 4.15: Ma trận phân loại và kết quả hệ số Kappa trên ảnh Sentinel-2 và Sentinel-1 khu
vực Quảng Yên, tỉnh Quảng Ninh. ...................................................................................... 90
Bảng 4.16: Ma trận phân loại và kết quả hệ số Kappa trên ảnh Sentinel-2 và Sentinel-1 khu
vực Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh. .......................................................................................... 91
Bảng 4.17: Diện tích rừng ngập mặn từ ảnh Sentinel-2 và Sentinel-1 các khu vực nghiên cứu
mẫu (ha) ............................................................................................................................... 93
Bảng 4.18: Diện tích rừng ngập mặn tính đến tháng 12 năm 2020 các tỉnh theo các chỉ số
trên hai tư liệu ảnh ............................................................................................................. 100
Bảng 4.19: Diện tích rừng ngập mặn năm 2016 và năm 2020 trên hai tư liệu ảnh và khi kết
hợp hai tư liệu .................................................................................................................... 101
Bảng 4.20: Kết quả biến động diện tích rừng ngập mặn giai đoạn 2016-2020 bằng ảnh
Sentinel-2 ở khu vực nghiên cứu ....................................................................................... 107
Bảng 4.21: Kết quả biến động diện tích rừng ngập mặn giai đoạn 2016-2020 bằng ảnh
Sentinel-1 ở các khu vực.................................................................................................... 111
Bảng 4.22: Kết quả biến động diện tích rừng ngập mặn giai đoạn 2016-2020 khi kết hợp hai
tư liệu Sentinel-1 và Sentinel-2 với nhau ở các khu vực ................................................... 115
Bảng 4.23: Biến động diện tích rừng ngập mặn các quận, huyện của khu vực nghiên cứu giai
đoạn 2016 - 2020 ............................................................................................................... 116
ix
DANH MỤC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ
Hình 1.1: Phân bố rừng ngập mặn trên thế giới và sự đa dạng của các lồi cây ................... 5
Hình 1.2: Biến động diện tích rừng ngập mặn trên thế giới. ................................................. 6
Hình 1.3: Các thành phần chính của điểm ảnh trong dữ liệu viễn thám của rừng ngập mặn
............................................................................................................................................. 14
Hình 1.4: Mơ phỏng ảnh hưởng của nước thủy triều đến phản xạ quang phổ..................... 16
Hình 1.5: Tỉ lệ phản xạ của các trạng thái khác nhau trên ảnh Landsat-8 ........................... 17
Hình 1.6: Tỷ lệ phản xạ của rừng ngập mặn và thảm thực vật trên cạn (A); rừng ngập mặn
với thực vật trên cạn rậm rạp và thưa thớt (B) trên ảnh Sentinel-2 ..................................... 17
Hình 1.7: Sự khác biệt về phản xạ của các lớp thảm thực vật khác nhau với sóng radar .... 19
Hình 3.1: Các cảnh ảnh Landsat-8 (a) và ảnh Sentinel-2 (b) khu vực nghiên cứu .............. 50
Hình 3.2.:Tạo điểm mẫu trên bản đồ kiểm kê và kiểm tra các điểm mẫu trong khu vực có
phân bố rừng ngập mặn trên QGIS 3.18 .............................................................................. 52
Hình 3.3: Sơ đồ tóm tắt q trình nghiên cứu ...................................................................... 60
Hình 4.1: Phân bố rừng ngập mặn các tỉnh ven biển phía Bắc ............................................ 61
Hình 4.2: Một số hình ảnh về rừng ngập mặn tại vùng ven biển Đơng Bắc........................ 63
Hình 4.3: Một số hình ảnh về rừng ngập mặn tại vùng Đồng bằng Bắc Bộ ........................ 64
Hình 4.4: Đồ thị phản xạ của các trạng thái lớp phủ trên ảnh Sentinel-2 năm 2020 ........... 65
Hình 4.5: Đồ thị phản xạ của các trạng thái lớp phủ trên ảnh Landsat-8 ............................ 66
Hình 4.6: Giá trị phản xạ kênh VV và VH các trạng thái trên ảnh Sentinel-1 .................... 67
Hình 4.7: Ảnh Sentinel-2 có mây chụp ngày 31/10/2020 và ảnh rất ít mây chụp ngày
11/12/2020 khu vực ven biển Quảng Ninh .......................................................................... 69
Hình 4.8: Kết quả kiểm tra phân phối của các chỉ số đối với rừng ngập mặn ..................... 81
Hình 4.9: Kết quả kiểm tra phân phối của các chỉ số với đối tượng lớp phủ mặt nước ...... 82
Hình 4.10: Kết quả kiểm tra phân phối của các chỉ số với đối tượng khác ......................... 82
Hình 4.11: Các kiểu rừng ngập mặn được phân loại từ Sentinel-1 (10mx10m) so với
PlanetScope (3mx3m): Bàng La-Đại Hợp (a); Quảng Yên (b,c) và Tiên Yên (d,e) ........... 95
Hình 4.12: Bản đồ phân loại rừng ngập mặn bằng giá trị VH trên ảnh Sentinel-1 của tỉnh
Quảng Ninh (a), Thành phố Hải Phịng (b) và tỉnh Thái Bình (c) ....................................... 97
Hình 4.13: Bản đồ phân loại rừng ngập mặn bằng Chỉ số CMRI trên ảnh Sentinel-2 của tỉnh
Quảng Ninh (a), Thành phố Hải Phịng (b) và tỉnh Thái Bình (c) ....................................... 99
Hình 4.14: Biến động diện tích các khu vực từ các phương pháp khác nhau .................... 101
x
Hình 4.15: Hình ảnh giải đốn khu vực biến động rừng ngập mặn năm 2020 so với 2016 trên
ảnh Sentinel-2 .................................................................................................................... 103
Hình 4.16: Bản đồ biến động rừng ngập mặn tỉnh Thái Bình giai đoạn 2016-2020 trên ảnh
Sentinel-2 ........................................................................................................................... 104
Hình 4.17: Bản đồ biến động rừng ngập mặn TP Hải Phịng giai đoạn 2016-2020 trên ảnh
Sentinel-2 ........................................................................................................................... 105
Hình 4.18: Bản đồ biến động rừng ngập mặn Tỉnh Quảng Ninh giai đoạn 2016-2020 trên
ảnh Sentinel-2 .................................................................................................................... 106
Hình 4.19: Hình ảnh giải đoán khu vực biến động rừng ngập mặn năm 2020 so với 2016 trên
ảnh Sentinel-1 .................................................................................................................... 107
Hình 4.20: Bản đồ biến động rừng ngập mặn tỉnh Thái Bình giai đoạn 2016-2020 trên ảnh
Sentinel-1 ........................................................................................................................... 108
Hình 4.21: Bản đồ biến động rừng ngập mặn TP Hải Phòng giai đoạn 2016-2020 trên ảnh
Sentinel-1 ........................................................................................................................... 109
Hình 4.22: Bản đồ biến động rừng ngập mặn tỉnh Quảng Ninh giai đoạn 2016-2020 trên ảnh
Sentinel-1 ........................................................................................................................... 110
Hình 4.23: Bản đồ biến động rừng ngập mặn tỉnh Thái Bình giai đoạn 2016-2020 khi kết
hợp ảnh Sentinel-1 và ảnh Sentinel-2 ................................................................................ 112
Hình 4.24: Bản đồ biến động rừng ngập mặn TP Hải Phòng giai đoạn 2016-2020 khi kết hợp
ảnh Sentinel-1 và ảnh Sentinel-2 ....................................................................................... 113
Hình 4.25: Bản đồ biến động rừng ngập mặn tỉnh Quảng Ninh giai đoạn 2016-2020 khi kết
hợp ảnh Sentinel-1 và ảnh Sentinel-2 ................................................................................ 114
Hình 4.26: Các vực mất rừng tại xã Thụy Trường, Thụy Xuân huyện Thái Thụy, tỉnh Thái
Bình .................................................................................................................................... 118
Hình 4.27: Các vực có rừng mới tại xã Thụy Hải, huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình ....... 119
xi
TRANG THƠNG TIN VỀ NHỮNG ĐĨNG GĨP MỚI CỦA LUẬN ÁN
I. THÔNG TIN CHUNG
- Tên đề tài luận án và cơ sở đào tạo:
+ Tên Đề tài Luận án: Nghiên cứu sử dụng tư liệu viễn thám quang học và
radar trong giám sát rừng ngập mặn ven biển ở một số tỉnh phía bắc Việt Nam
+ Tên cơ sở đào tạo: Trường Đại học Lâm nghiệp
- Nghiên cứu sinh:
+ Họ và tên NCS: Nguyễn Trọng Cương
+ Khóa đào tạo: 2015 – 2019
+ Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên rừng; Mã số: 9620211
- Người hướng dẫn khoa học:
+ Hướng dẫn 1: PGS.TS Trần Quang Bảo
+ Hướng dẫn 2: PGS.TS Nguyễn Hải Hịa
II. NHỮNG ĐĨNG GĨP MỚI CỦA LUẬN ÁN
- Về học thuật:
Rừng ngập mặn vốn là hệ sinh thái chịu nhiều tác động và dễ bị tổn thương
nhất là trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Việc quản lý, giám sát và cập nhật diễn biến
rừng ngập mặn là họat động cần được triển khai hàng năm. Kết quả của luận án cho
phép đưa ra các phương pháp cập nhật, theo dõi biến động rừng ngập mặn tự động
trên nền tảng cơng nghệ mới chính xác và kịp thời. Ứng dụng Hướng dẫn các bước
đánh giá biến động rừng ngập mặn tự động cho phép các nhà quản lý, nhà khoa học
có thể kiểm tra nhanh chóng diện tích và sự biến động rừng ngập mặn ở một khu vực
bất kỳ trong các khoảng thời gian khác nhau bằng cách kết hợp cả hai loại tư liệu
quang học và Radar.
- Về lý luận:
Luận án là cơng trình nghiên cứu kỹ lưỡng về đặc điểm quang phổ của rừng
ngập mặn trong các tư liệu viễn thám trung bình, về khả năng giám sát rừng ngập
mặn của các tư liệu ảnh Landsat-8, Sentinel-1, Sentinel-2; Lựa chọn tư liệu phù hợp
để phân loại rừng ngập mặn; Phương pháp phân loại rừng ngập mặn từ các ngưỡng
chỉ số; Kết hợp các tư liệu Quang học và Radar để giám sát rừng ngập mặn.
xii
Thông qua kết quả của luận án, khẳng định khả năng sử dụng ảnh vệ tinh
Sentinel-1 và Sentinel-2 và kết hợp hai tư liệu ảnh này trong việc xác định biến động
rừng ngập mặn cho một số tỉnh ven biển phía bắc nói riêng và cả nước nói chung,
Luận án một lần nữa khẳng định việc sử dụng chỉ số rừng ngập mặn kết hợp CMRI
và giá trị tán xạ ngược VH để phân loại và giám sát rừng ngập mặn là hồn tồn phù
hợp và có độ chính xác cao. Luận án cung cấp cơ sở lý luận cho việc áp dụng các
ngưỡng chỉ số rừng ngập mặn trên nền tảng công nghệ Google Earth Engine để phân
loại và giám sát rừng ngập mặn có thể được sử dụng để tham khảo cho các nghiên
cứu về sau.
- Những điểm mới rút ra từ kết quả nghiên cứu của Luận án
(1) Xây dựng được bộ ngưỡng phân loại rừng ngập mặn cho một số tỉnh phía
Bắc từ chỉ số rừng ngập mặn kết hợp CMRI cho ảnh Sentinel-2 và giá trị tán xạ ngược
VH cho ảnh Sentinel-1 đối với một số tỉnh ven biển phía bắc
(2) Kết hợp hai tư liệu viễn thám quang học Sentinel-2 và Radar Sentinel-1 để
giám sát biến động rừng ngập mặn cho 2 tỉnh Quảng Ninh, Hải Phịng và Thái Bình
giai đoạn 2016 – 2020 hoàn toàn tự động trên nền tảng Google Earth Engine.
(3) Xây dựng được Hướng dẫn kỹ thuật kết hợp hai ảnh Sentinel-1 và Sentinel2 trên nền tảng Google Earth Engine cho phép phân loại tự động và giám sát biến
động rừng ngập mặn cho các tỉnh phía bắc.
Hà nội, tháng 5 năm 2022
Tập thể người hướng dẫn
Hướng dẫn 1
Hướng dẫn 2
PGS.TS Trần Quang Bảo
PGS.TS Nguyễn Hải Hòa
xiii
Nghiên cứu sinh
Nguyễn Trọng Cương
MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài:
Rừng ngập mặn là vùng đất ngập nước thủy triều với sự tập hợp đa dạng của
cây cối và bụi rậm và nằm ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới giữa vĩ độ khoảng
30 độ Nắc và 30 độ Nam, Lee và Yeh (2009) [83]. Rừng ngập mặn là tài nguyên quý
giá về nhiều mặt như làm chậm dòng chảy và phát tán rộng nước triều, làm giảm
mạnh độ cao của sóng khi triều cường, bảo vệ đê biển, hạn chế xâm nhập mặn và bảo
vệ nước ngầm. Ngoài ra. RNM còn là nơi bảo vệ đa dạng sinh học, bảo vệ các động
vật khi nước triều dâng và sóng lớn …Bên cạnh đó, chúng cung cấp một loạt các dịch
vụ hệ sinh thái cũng như môi trường sống cho nhiều loài thủy sản biển, lọc nước, ổn
định bờ biển, đa dạng sinh học, Abdul Aziz và cộng sự (2015) [19], Giri và cộng sự
(2015) [53], Rahman và cộng sự (2013) [96]. Rừng ngập mặn cung cấp một số dịch
vụ hệ sinh thái và bảo vệ khu vực ven biển cho các đường bờ biển nhiệt đới và cận
nhiệt đới trên thế giới, Veettil và cộng sự (2018) [118]. Nhưng rừng ngập mặn ven
biển nhiệt đới và bán nhiệt đới nằm trong số các hệ sinh thái bị đe doạ và dễ bị tổn
thương nhất trên toàn thế giới, Valiela và cộng sự (2001) [116].
Ở nước ta, theo Phan Nguyên Hồng và Hoàng Thị San (1993) [137] thống kê
của Maurand năm 1943 có khoảng 400.000 ha rừng ngập mặn và chủ yếu là ở Nam
bộ (có 250.000 ha) trong đó vùng Rừng Sát (40.000 ha), Cà Mau (150.000 ha), miền
Trung và miền Bắc là (40.000 ha) và các nơi khác (20.000 ha). Tuy nhiên, con số số
này giảm đi còn 286.400 ha vào năm 1975, Phan Nguyên Hồng và Hoàng Thị San
(1993) [137] và chỉ còn 156.608 ha (giảm còn 39,1% so với năm 1943) vào năm 2000,
Phạm Thu Thuỷ và cộng sự (2019) [16]. Hội thảo về Thực trạng rừng ngập mặn Việt
Nam tổ chức tại TP Đà Nẵng vào tháng 3/2012 đã nhận định: Có đến 80% diện tích
rừng ngập mặn của Việt Nam đã bị biến mặt trong nửa thế kỷ qua. Nguyên nhân chủ
yếu là do ảnh hưởng của sự phát triển kinh tế, cơng nghiệp hóa và phong trào ni
tơm. Trước thực trạng trên, Chính phủ đã đã có nhiều giải pháp nhằm bảo vệ, khơi
phục lại rừng ngập mặn. Việc bảo vệ và khôi phục rừng ngập mặn không chỉ phục vụ
mục tiêu phát triển bền vững, bảo tồn và phát triển nguồn gen mà đặc biệt là ứng phó
với biến đổi khí hậu đang ảnh hưởng ngày càng mạnh mẽ đến đất nước chúng ta. Do
vậy yêu cầu về giám sát, phục hồi và bảo vệ rừng ngập mặn là hết sức bức thiết.
Viễn thám đã được chứng minh là rất cần thiết trong việc theo dõi và lập bản đồ
các hệ sinh thái rừng ngập mặn vốn bị đe dọa cao. Nhiều nghiên cứu về chủ đề này
đã được thực hiện trên thế giới. Giám sát rừng ngập mặn tại chỗ là một nhiệm vụ đầy
thách thức, bởi vì những hệ sinh thái này khó tiếp cận, việc khảo sát có thể tốn kém
và mất thời gian, nhưng giám sát tại chỗ vẫn được coi là một nguồn thông tin quan
trọng, Moritz Zimmermann và cộng sự (2001) [87]. Dữ liệu cảm biến từ xa cung cấp
một nguồn thông tin bổ sung, chúng ngày càng được sử dụng nhiều hơn, Kuenzer và
1
cộng sự (2011) [81], các vệ tinh quan sát trái đát là công cụ viễn thám tuyệt vời để
giám sát rừng ngập mặn, Cárdenas và cộng sự (2017) [33].
Ngày nay, hơn 300 vệ tinh quan sát trái đất từ hơn 15 quốc gia đang hoạt động,
Cárdenas và cộng sự (2017) [33]. Trong khi nhiều nhà khai thác cung cấp dữ liệu
thương mại, một số dữ liệu lại cung cấp miễn phí. Về nguồn tư liệu viễn thám, có thể
nói sự phát triển của các cơng trình nghiên cứu về giám sát rừng ngập mặn gắn liền
với lịch sử phát triển của ảnh viễn thám. Các phương pháp truyền thống về đất ngập
nước ven biển để giám sát và lập bản đồ thường tốn nhiều thời gian, công sức và tốn
kém chi phí đồng thời họ thường khơng phát hiện ra những thay đổi trên các vùng
rộng lớn ven biển, Ghosh và cộng sự (2016) [50]. Trong những năm gần đây, với sự
tiến bộ của công nghệ viễn thám đã hỗ trợ rất nhiều trong công tác điều tra, giám sát
tài nguyên rừng nói chung và rừng ngập mặn nói riêng. Trong đó, những nghiên cứu
sử dụng tư liệu viễn thám quang học trong điều tra, giám sát, đánh giá hiện trạng rừng
được dụng rộng rãi. Tuy nhiên, do đặc điểm của hệ thống chụp ảnh quang học và
cận hồng ngoại phụ thuộc vào nguồn năng lượng mặt trời nên ảnh quang học chịu
nhiều ảnh hưởng của thời tiết, trên ảnh thường có nhiều mây, mù làm ảnh hưởng rất
lớn đến chất lượng thông tin trên ảnh. Đây là một trong những hạn chế cơ bản của
ảnh quang học, nhất là đối với những nước nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa như
Việt Nam. Một hạn chế cơ bản khác của ảnh vệ tinh quang học là chỉ cung cấp các
thơng tin về đặc tính phản xạ và hấp thụ của các đối tượng trên bề mặt trong vùng
sóng nhìn thấy do đó trên ảnh thường thiếu các thơng tin về cấu trúc và độ gồ ghề
của bề mặt nghiên cứu
Khác với ảnh quang học, do được chụp ở vùng sóng micro có bước sóng dài
hơn (cỡ cm), do đó ảnh vệ tinh Radar cho phép cung cấp các thông tin về độ gồ ghề,
kết cấu vật chất và đặc điểm cấu trúc của của các đối tượng trên bề mặt đất. Hơn
nữa, các sóng radar có khả năng đâm xuyên qua mây nên việc chụp ảnh radar không
phụ thuộc vào thời tiết, có thể chụp cả ban ngày lẫn ban đêm nên có tính chủ động
và khả năng thành công rất cao trong việc thu chụp ảnh. Mặc dù vậy, ảnh Radar cũng
có những nhược điểm rất cơ bản như nhiều biến dạng về hình học bao gồm co ngắn
phía trước, chồng đè, bóng, mức độ nhiễu lớn và hình ảnh các đối tượng trên ảnh
Radar nhiều khi khơng hồn tồn giống với nhận thức thơng thường của con người.
Vì vậy việc xử lý hình học, xử lý nhiễu và khai thác các thơng tin trên ảnh Radar khó
khăn hơn rất nhiều so với ảnh quang học truyền thống dẫn đến hạn chế việc ứng dụng
ảnh Radar nhất là ở Việt Nam.
Để tận dụng được các ưu thế của hai loại tư liệu, đồng thời hạn chế các yếu
điểm của hai tư liệu viễn thám mở để giải quyết vấn đề giám sát rừng ngập mặn ven
biển ở khu vực phía Bắc vốn có nhiều đặc trưng, nghiên cứu sinh thực hiện đề tài
“Nghiên cứu sử dụng tư liệu viễn thám quang học và radar trong giám sát rừng
ngập mặn ven biển ở một số tỉnh phía bắc Việt Nam’’. Đề tài được thực hiện nhằm
2
giải quyết các câu hỏi sau:
1). Đặc điểm của rừng ngập mặn ven biển ở khu vực phía Bắc trên các tư liệu
viễn thám trung bình có gì khác biệt so với các trạng thái lớp phủ khác?
2). Các chỉ số thực vật đã được sử dụng để phân loại rừng ngập mặn trên thế
giới có phù hợp cho việc giám sát rừng ngập mặn ở phía Bắc khơng?
3). Làm thế nào để giám sát rừng ngập mặn khu vực phía Bắc bằng cách kết
hợp được cả dữ liệu viễn thám quang học và radar cho khu vực Phía Bắc?
4). Có thể kết hợp được các cơng nghệ hiện đại để giám sát rừng ngập mặn
cho các tỉnh ven biển phía Bắc hồn tồn tự động, nhanh chóng, đảm bảo độ chính
xác và hiệu quả khơng?
2. Mục đích nghiên cứu:
- Nghiên cứu được đặc điểm quang phổ của rừng ngập mặn ở các tỉnh ven biển
phía Bắc trên các tư liệu viễn thám;
- Lực chọn được tư liệu viễn thám và phương pháp phân loại phù hợp phù hợp
đề phân loại rừng ngập mặn các tỉnh ven biển khu vực phía Bắc;
- Xác định được ngưỡng phân loại rừng ngập mặn một số tỉnh ven biển phía
Bắc
- Đánh giá được biến động về diện tích rừng ngập mặn giai đoạn 2016-2020 ở
một số tỉnh ven biển phía Bắc
- Xây dựng được hướng dẫn kỹ thuật phân loại rừng ngập mặn cho khu vực
ven biển
3. Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của luận án là toàn bộ rừng ngập mặn ven biển ở khu
vực phía Bắc thuộc các tỉnh Quảng Ninh, Thái Bình và TP Hải Phịng, sử dụng các
tư liệu viễn thám miễn phí có độ phân giải trung bình gồm tư liệu ảnh Radar Sentinel1, tư liệu ảnh quang học Sentinel-2 và ảnh Landsat-8.
4. Phạm vi nghiên cứu:
Phạm vi cấp 1: Nghiên cứ điểm để xây dựng ngưỡng phân loại rừng ngập mặn
tại các vùng đại diện gồm các huyện Tiên Yên và TX Quảng Yên, hai xã Bàng La
(quận Đồ Sơn), Đại Hợp (huyện Kiến Thuỵ) thuộc Thành phố Hải Phòng
Phạm vi cấp 2: Phân loại và đánh giá biến động tại 3 tỉnh thành gồm: tỉnh
Quảng Ninh, TP Hải Phịng và tỉnh Thái Bình
Thời gian thu thập số liệu trên các ô tiêu chuẩn được tiến hành vào năm 2019,
thời gian thu thập điểm mẫu cuối năm 2020 và nghiên cứu toàn bộ các cảnh ảnh của
năm 2016 và 2020
5. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn:
(1) Kết hợp hai tư liệu viễn thám quang học Sentinel-2 và Radar Sentinel- với
số lượng lớn các cảnh ảnh giúp hạn chế tối đa ảnh hưởng của thuỷ triều đến kết quả
phân loại rừng ngập mặn và ứng dụng được công nghệ tiên tiến cho phép giám sát
3
được rừng ngập mặn thời ở điểm hiện tại hoặc trong quá khứ với kết quả nhanh chóng
và đảm bảo độ chính xác cho phép, giúp tối đa giảm chi phí điều tra thực địa rừng
ngập mặn.
(2) Xây dựng được bộ ngưỡng phân loại rừng ngập mặn cho các tỉnh phía Bắc
từ chỉ số rừng ngập mặn kết hợp CMRI cho ảnh Sentinel-2 và giá trị tán xạ ngược
VH cho ảnh Sentinel-1 đối với một số tỉnh ven biển phía Bắc và phân loại, giám sát
biến động diện tích rừng ngập mặn các tỉnh Quảng Ninh, TP Hải Phòng và Thái Bình
giai đoạn 2016 – 2020 một cách nhanh chóng, đảm bảo độ chính xác và hồn tồn tự
động trên nền tảng Google Earth Engine.
(3) Xây dựng được Hướng dẫn kỹ thuật kết hợp hai ảnh Sentinel-1 và Sentinel2 trên nền tảng Google Earth Engine cho phép phân loại tự động và giám sát biến
động rừng ngập mặn cho các tỉnh phía bắc.
4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan nghiên cứu về Rừng ngập mặn trên thế giới và ở Việt Nam
1.1.1. Nghiên cứu phân bố rừng ngập mặn trên thế giới
Theo Hamilton và Casey (2016) [62] thống kê của FAO (2007) [42], diện tích
rừng ngập mặn trên thế giới có khoảng 152,310 km2 và rừng ngập mặn phân bố rải
rác ở 124 quốc gia trên thế giới, phần lớn là phát triển các nước ở châu Á, Chow và
Jeffrey (2018) [36]. Tuy nhiên, tác giả Alongi (2002) [22] dẫn theo Mark Spalding thì
năm 2010 thì rừng ngập mặn phân bố ở 123 quốc gia và vùng lãnh thổ trên tồn cầu
với diện tích tổng cộng 152.000 km2 kéo dài từ 32°N đến 38°S và phân bố trên vùng
ven biển Tây Bắc Thái Bình Dương và bờ biển châu Phi, rừng ngập mặn bị hạn chế
bởi khí hậu khơ cằn, Saenger (2002) [101]. Chúng che phủ đến 75% bờ biển nhiệt đới
và cận nhiệt đới (hình 1.1), Giri và cộng sự (1996) [52], Spalding (1997) [106]. Rừng
ngập mặn thường xanh râm mát thường nằm dọc theo vùng chuyển tiếp giữa đất liền
và biển trong vùng ven biển cửa sông, cửa sơng và mơi trường rạn, có đặc điểm là gió
mạnh, ngập nước khác nhau, nhiệt độ cao và đất bùn yếm khí, Lugo và Snedaker
(1974) [18], Kathiresan và Bingham (2001) [78]. Rừng ngập mặn phát triển trong
vùng xích đạo đạt được sinh khối tối đa. Những điều kiện thuận lợi này cho phép cây
cối tăng trưởng tối ưu, với tán cây đạt đến độ cao 30-40m, FAO (2007) [42],
Tomlinson (1986) [110] đồng thời, do mức nhiệt độ thấp hơn nên lượng sinh khối
giảm với độ lớn ngày càng gia tăng, Alongi (2002) [22], Blasco và cộng sự (1996)
[32]. Trong các điều kiện môi trường kém thuận lợi, rừng ngập mặn hình thành những
vùng đồi mồi bị cằn cỗi với tán cây có độ cao 1-2 m, phân bố rừng ngập mặn trên thế
giới được thể hiện trên Hình 1.1.
Nguồn: Tomlinson (1986) [110]
Hình 1.1: Phân bố rừng ngập mặn trên thế giới và sự đa dạng của các loài cây
5
Các số liệu thống kê cho thấy, rừng ngập mặn phân bố rộng nhất ở châu Á
(39%), Châu Phi (21%), Bắc và Trung Mỹ (15%), Nam Mỹ (12,6%) và Châu Đại
Dương (Úc, Papua New Guinea, New Zealand, đảo Nam Thái Bình Dương) (12,4%),
Ngơ Đình Quế và Võ Đại Hải (2012) [15]. Theo một số tác giả thì sự phân bố của
rừng ngập mặn ở khu vực giữa Malaysia và Bắc Australia được coi là trung tâm tiến
hóa của khu hệ thực vật ngập mặn, Hou (1958) [67]. Sự chuyển đổi mục đích sử dụng
đất và chuyển đổi cơ cấu canh tác đã dẫn đến mất mát rộng rãi của rừng ngập mặn.
Người ta ước tính khoảng 20% diện tích rừng ngập mặn đã bị mất trong khoảng thời
gian từ năm 1980 – 2005 (FAO, 2007 ) mặc dù tỷ lệ mất mát chậm lại trong những
năm gần đây. Khoảng 1850 km 2 đã bị mất hàng năm vào những năm 1980 tương
đương 1,4% tổng diện tích và giảm xuống cịn 1.185km 2 /năm (0,72%) vào những
năm 1990. Từ năm 2000 đến năm 2005, thiệt hại 1020 km
2
/năm (0,66%), FAO
(2007) [42].
Bảng 1.1. Biến động diện tích rừng ngập măn thế giới từ năm 1980 – 2005
TT
Khu vực
1990
Biến động
hằng năm 1980
- 1990
2000
Biến động hằng
năm 1999 - 2005
2005
Biến động hằng
năm 2000 - 2005
Năm
1000ha
1000ha
1000ha
%
1000ha
1000ha
%
1000ha
1000ha
%
Châu Phi
3243
1997
3670
3428
-24
-0,68
3218
-21
-0,63
3160
-12
-0,63
Châu Á
6048
2002
7769
6741
-103
-1,41
6163
-58
-0,89
5858
-61
-1,01
2358
2000
2951
2592
-36
-1,29
2352
-24
-0,97
2263
-18
-0,77
2019
2003
2181
2090
-9
-0,42
2012
-8
-0,38
1972
-8
-0,39
2038
1992
2222
2073
-15
-0,69
1996
-8
-0,38
1978
-4
-0,18
15705
2000
18794
16925
-187
-1,04
15740
-118
-0,72
15231
-102
-0,66
2
3
Bắc và
Trung Mĩ
Châu Đại
Dương
5
1980
1000ha
1
4
Ước tính chính
xác gần đây
nhất
Nam Mỹ
Thế giới
Nguồn: Phan Thị Thanh Hương (2018) [12] .
Biến động diện tích RNM trên thế giới thể hiện trong biểu đồ hình 1.2.
Diện tích (1.000 ha)
20000
18794
16925
15740
15231
1990
2000
2005
15000
10000
5000
0
1980
Hình 1.2: Biến động diện tích rừng ngập mặn trên thế giới.
6
Nghiên cứu của tác giả Hamilton và Casey (2016) [62] cho thấy rừng ngập mặn
độ che phủ cây giảm từ 173.067 km2 năm 2000 xuống còn 167,387 km2 vào năm
2012. Nhờ ngoại suy những số liệu trước đó ước tính độ che phủ của rừng ngập mặn
là 163.925 km2 trong năm 2014. Một số nghiên cứu tiêu biểu về phân bố và hiện trạng
rừng trên thế giới như: Nghiên cứu về hiện tại và tương lai của của rừng ngập mặn
trên thế giới của, Alongi (2002) [22], tác giả chỉ ra tầm quan trọng của rừng ngập mặn
đối với con người và thiên nhiên, sự biến động của rừng ngập mặn trong 50 năm qua
trên thế giới và dự đoán trong tương lai việc phát triển nuôi trồng thủy hải sản, việc
khai thác quá mức thủy sản và rừng có tổ chức thiếu bền vững sẽ gây ra thiệt hại rất
lớn về rừng ngập mặn ven biển. Ảnh hưởng đến môi trường đặc biệt là các yếu tố thủy
văn, vấn đề ơ nhiễm và nóng lên tồn cầu, Alongi (2002) [22]. Theo Giri, tổng diện
tích rừng ngập mặn trong năm 2000 là 137.760 km 2 ở 118 quốc gia và vùng lãnh thổ
ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới trên thế giới, Giri và cộng sự (2011) [55]. Năm
2010, Spalding đã đưa ra cuốn sách bản đồ thế giới về rừng ngập mặn. Tác giả cũng
đã nghiên cứu chi tiết về hệ sinh thái rừng ngập mặn, quan hệ giữa rừng ngập mặn và
con người và cuối cùng là lập bản đồ về rừng ngập mặn trên thế giới và cho từng nước
trong các khu vực khu vực trên thế giới, Spalding (2010) [107].
1.1.2. Nghiên cứu về phân bố Rừng ngập mặn ở Việt Nam
1.1.2.1. Phân bố rừng ngập mặn
Hệ sinh thái rừng ngập mặn phân bố dọc bờ biển Việt Nam thuộc 28 tỉnh và
thành phố. Theo Phan Nguyên Hồng (2000) [11] dựa vào các yếu tố địa lý, khảo sát
thực địa và phân tích ảnh viễn thám đã chia rừng ngập mặn Việt Nam thành 4 khu
vực, và 12 tiểu khu:
Khu vực I: Ven biển Đông Bắc, từ mũi Ngọc đến mũi Đồ Sơn. Khu vực này
được chia làm 3 tiểu khu. Tiểu khu 1: từ Móng Cái đến Cửa Ơng; Tiểu khu 2: từ Cửa
Ơng đến Cửa Lục (dài khoảng 40km); Tiểu khu 3: từ Cửa Lục đến mũi Đồ Sơn (dài
khoảng 55 km).
Khu vực II: Ven biển đồng bằng Sông Hồng từ mũi Đồ Sơn đến mũi Lạch
Trường. Khu vực này được chia làm 2 tiểu khu. Tiểu khu 1: từ mũi Đồ Sơn đến cửa
sông Văn Úc; Tiểu khu 2: từ cửa sông Văn Úc đến cửa Lạch Trường, nằm trong khu
vực bồi tụ của hệ sông Hồng.
7
Khu vực III: Ven biển Trung bộ, từ mũi Lạch Trường đến mũi Vũng Tàu. Chia
làm 3 tiểu khu. Tiểu khu 1: từ Lạch Trường đến mũi Ròn; Tiểu khu 2: từ mũi Ròn
đến mũi đèo Hải Vân; Tiểu khu 3: từ mũi đèo Hải Vân đến mũi Vũng Tàu.
Khu vực IV: Ven biển Nam bộ, từ mũi Vũng Tàu đến mũi Nải – Hà Tiên, chia
4 tiểu khu. Tiểu khu 1: từ mũi Vũng Tàu đến cửa sơng Sồi Rạp (Ven biển Đông Nam
Bộ); Tiểu khu 2: từ cửa sơng Sồi Rạp đến cửa sơng Mỹ Thanh (ven biển đồng bằng
sông Cửu Long); Tiểu khu 3: từ cửa sông Mỹ Thanh đến cửa sông Bảy Háp (Tây
Nam bán đảo Cà Mau); Tiểu khu 4: từ cửa sông Bảy Háp (mũi Bà Quan) đến mũi Nải
– Hà Tiên (bờ biển phía tây bán đảo Cà Mau).
1.1.2.2. Hiện trạng rừng ngập mặn
Ở nước ta, rừng ngập mặn chỉ chiếm khoảng 1,5% tổng diện tích rừng của cả
nước (14,4 triệu ha), Phạm Thu Thuỷ và cộng sự (2019) [16]. Tuy nhiên, chúng đóng
vai trị rất quan trọng trong bảo tồn đa dạng sinh học và bảo vệ bờ biển, đặc biệt trong
giảm nhẹ các tác động và ứng phó với biến đổi khí hậu. Xét về tính đa dạng hệ thực
vật, rừng ngập mặn Việt Nam có 36 lồi cây ngập mặn thực thụ thuộc 20 chi và 14
họ và 77 loài thực vật tham gia, Phạm Thu Thuỷ và cộng sự (2019) [16]. Diện tích
rừng ngập mặn ở Việt Nam đã giảm đáng kể, từ 408.500ha năm 1943 xuống còn
155.290 ha vào năm 2000, sau 15 năm, diện tích rừng ngập mặn cả nước chỉ còn
khoảng 57.211 ha. Suy giảm rừng ngập mặn là kết quả của nhiều nguyên nhân, trong
đó có cả hậu quả của việc sử dụng chất diệt cỏ (chất độc da cam) trong thời gian chiến
tranh; chuyển đổi rừng ngập mặn sang canh tác nông nghiệp và ni trồng thủy sản;
lấn biển và đơ thị hóa, Phạm Thu Thuỷ và cộng sự (2019) [16]. Diện tích rừng ngập
mặn ở nước ta từ năm 1943 đến 2015 thể hiện ở bảng 1.2
Bảng 1.2: Diện tích rừng ngâp mặn tại Việt Nam giai đoạn 1943 – 2015
TT
1
2
3
4
5
6
7
Năm
1943
1962
1975
2000
2005
2010
2015
Diện tích rừng (ha)
408.500
290.000
286.400
155.290
63.263
96.260
57.211
Nguồn
Alongi (2002) [22]
Hong và San (1993) [66]
Hong và San (1993) [66]
Phạm Thu Thuỷ và cộng sự (2019) [16]
Bộ Nông nghiệp và PTNT (2006) [2]
Bộ Nông nghiệp và PTNT (2011) [3]
Bộ Nông nghiệp và PTNT (2016) [4]
8
Ở Việt Nam cũng đã có nhiều nghiên cứu về phân bố và hiện trạng của rừng
ngập mặn. Phan Nguyên Hồng là một trong những tác giả đi đầu trong việc nghiên
cứu các vấn đề về rừng ngập mặn tại Việt Nam. Ơng có một số nghiên cứu tiêu biểu
vào năm 1993, năm 1999, Hong và San (1993) [66], Phan Nguyên Hồng (2000) [11].
Các kết quả nghiên cứu của ông còn được kế thừa nhiều trong các nghiên cứu sau này
về sinh thái rừng ngập mặn, Hong và San (1993) [66]. Số liệu thống kê cho thấy hệ
sinh thái rừng ngập mặn trên thế giới giảm mạnh so với những năm 80 tuy nhiên do
có sự chú ý nhiều hơn của các cơ quan tổ chức vào những năm gần đây nên diện tích
rừng ngập mặn tuy chưa cao nhưng đã có xu hướng tăng lên.
Nhận xét: Trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng, đã có nhiều cơng
trình nghiên cứu cơng phu về phân bố, hiện trạng rừng ngập mặn. Mặc dù gần đây,
việc nghiên cứu về rừng ngập mặn đã được phát triển nhiều thông qua sự hỗ trợ của
các thành tựu khoa học công nghệ, nhưng các cơng trình này vẫn có giá trị khoa học
rất lớn, cung cấp các cơ sở lý luận và thực tiễn cho quá trình nghiên cứu rừng ngập
mặn.
1.2. Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc rừng ngập mặn
1.2.1. Đặc điểm sinh thái của rừng ngập mặn trên thế giới
Rừng ngập mặn là cây bụi và cây có chiều cao trung bình phát triển từ 25-30°S
đến 25-30°N và có thể sống sót trong nước biển, nước và hồ bốc hơi mặn với đến hai
lần độ mặn của nước đại dương. Một số trường hợp, thuật ngữ "mangrove " được sử
dụng cho tất cả các loài cây và bụi cây chịu đựng các điều kiện mặn; thời gian khác,
nó chỉ được sử dụng cho các loài cây thuộc họ Đước (Rhizophoraceae) hoặc các loài
thuộc chi Rhizophora. Trong số 110 loài cây ngập mặn được biết đến, có khoảng 54
lồi thuộc 20 chi từ 16 họ là nhóm rừng ngập mặn thường chỉ xảy ra trong các sinh
cảnh rừng ngập mặn.
Theo Tomlinson (1986) [110], thuật ngữ "mangrove" mô tả hệ sinh thái bãi triều
hoặc các gia đình trồng cây được áp dụng cao đang sống trong môi trường ven biển.
Hầu hết các giống cây ngập mặn điểm chung là khả năng thích ứng về hình thái học,
sinh học, sinh lý, và sinh thái cao với các điều kiện môi trường khắc nghiệt, Blasco
và cộng sự (1996) [32], Kathiresan và Bingham (2001) [78]. Các đặc tính quan trọng
nhất để đạt được khả năng thích ứng này là rễ phổi (Avicennia, Sonneratia), rễ củ
(Rhizophora, Brugueria, Ceriops), lá muối phân và các phân tử phân tán nước
9
Kathiresan và Bingham (2001) [78]. Rừng ngập mặn tạo ra các cộng đồng song song
với bờ biển. Thành phần loài và cấu trúc phụ thuộc vào dung sai sinh lý của chúng và
các tương tác cạnh tranh, Alongi (2008) [23]. Khoảng cách từ biển hoặc bờ cửa sông,
tần suất và thời gian ngập thủy triều, độ muối và thành phần của đất là các yếu tố môi
trường quan trọng, Blasco và cộng sự (1996) [32], FAO (2007) [42], Fromard và cộng
sự (2004) [43], Lugo và Snedaker (1974) [18]. Rừng ngập mặn thể hiện mức độ ổn
định sinh thái cao đối với tính bền bỉ và khả năng phục hồi của chúng Alongi (2008)
[23]. Tuy nhiên, chúng rất nhạy cảm với những thay đổi, đặc biệt trong mơi trường
thủy văn (ví dụ như thay đổi chất lượng nước) vượt xa phạm vi chịu đựng về sinh
thái; do đó các hệ sinh thái đóng vai trị là các chỉ số thay đổi trên quy mô rộng hơn,
Blasco và cộng sự (1996) [32].
1.2.2. Đặc điểm sinh thái của rừng ngập mặn Việt Nam.
1.2.2.1. Đặc điểm mơi trường sống của rừng ngập mặn
Nhìn chung hệ sinh thái RNM có mơi trường sống đặc biệt, nền đất yếu (bùn,
vật chất lơ lửng); hiếm khí; đất nhiễm phèn, mặn; nước mặn, nước lợ và nước ngọt,
độ mặn biến đổi theo mùa và biến đổi bất thường; tác động lớn từ động lực biển như:
sóng, gió, thủy triều, dòng chảy biển, Phan Nguyên Hồng (2000) [11]. Đặc điểm sinh
thái rừng ngập mặn được chia theo các khu vực như sau:
Khu vực I (ven biển Đông Bắc): Đây là vùng có đặc điểm khí hậu, thuỷ văn,
địa hình phức tạp. Đây là vùng khí hậu nhiệt đới có mùa đơng lạnh. Nhiệt độ khơng
khí trung bình các tháng trong năm biến động lớn (15 - 30o C). Lượng mưa trung bình
hàng năm 1.800 - 2.500 mm. Mùa mưa từ tháng 4-5 đến tháng 10-11 tháng khô nhất
trong năm là tháng 1. Thuỷ triều mang tính chất nhật triều đều. Chế độ thuỷ triều ở
đây lớn nhất trên toàn bờ biển Việt Nam. Mực nước thuỷ triều đạt đến 4 - 4,5 m nên
ảnh hưởng của nước triều mặn vào sâu trong đất liền tạo điều kiện cho dải rừng ngập
mặn phân bố rộng hơn. Độ mặn trung bình năm của nước biển tương đối cao (26 27,5%) và ít biến động.
Khu vực II (ven biển đồng bằng Sông Hồng): Tuy là vùng khí hậu nhiệt đới
gió mùa có mùa đông lạnh nhưng nền nhiệt độ ở đây cao hơn khu vực I. ảnh hưởng
của gió mùa Đơng Bắc yếu hơn khu vực I. Hàng năm có khoảng 2 tháng nhiệt độ
khơng khí trung bình dưới 20o C. Nhiệt độ trung bình tháng lạnh nhất trong năm
thường trên 10o C. Lượng mưa trung bình hàng năm từ 1.300 - 1.900 mm. Đây là
10
