Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và gis xây dựng bản đồ nhiệt độ thấp phục vụ phát triển cây cao su tại tỉnh sơn la

LỜI CẢM ƠN
Trước hết cho phép em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến tồn
thể các thầy cơ giáo trong bộ môn Quản lý môi trường, các thầy cô giáo và
các bạn trong khoa Quản lý tài nguyên rừng và môi trường – Trường Đại học
Lâm Nghiệp đã hết lòng dạy dỗ, chỉ bảo, tạo điều kiện tốt cho em trong suốt
quá trình học tập, rèn luyện tại trường cũng như trong thời gian thực hiện
khóa luận tốt nghiệp này.
Và đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc về sự giúp đỡ vô cùng
to lớn của TS Dương Văn Khảm, người đã tận tình hướng dẫn trực tiếp em
trong quá trình thực hiện luận văn. Em xin cảm ơn sự giúp đỡ, động viên quý
báu của các cán bộ Trung tâm Nghiên cứu khí tượng Nơng nghiệp – Viện
khoa học khí tượng Thủy văn và Môi trường.
Mặc dù đã nhận được nhiều sự giúp đỡ quý báu và bản thân cũng đã rất
cố gắng nhưng khóa luận chắc chắn khơng thể tránh khỏi những sai sót. Em
rất mong nhận được sự chỉ dẫn đóng góp nhiều hơn từ phía các thầy cơ giáo
cũng như các bạn đọc để hồn thiện khóa luận được tốt hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 13 tháng 5 năm 2011

Nguyễn Minh Tuấn

1


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
ĐẶT VẤN ĐỀ

Chƣơng 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................... 1
1.1. Đặc điểm sinh lý, sinh thái của cây cao su...................................................... 1
1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ thấp đến cây cao su ................................................ 2
1.3. Một số nghiên cứu ứng dụng công nghệ viến thám và GIS để xây dựng bản
đồ nhiệt độ thấp đối với cây trồng trên thế giới và Việt Nam .............................. 4
Chƣơng 2:MỤC TIÊU – ĐỐI TƢỢNG – NỘI DUNG- PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ...................................................................................................12
2.1. Mục tiêu nghiên cứu......................................................................................12
2.2. Địa điểm nghiên cứu .....................................................................................12
2.3. Phạm vi chuyên môn .....................................................................................12
2.4. Nội dung nghiên cứu .....................................................................................12
2.5. Phương pháp nghiên cứu...............................................................................13
2.5.1. Số liệu được sử dụng trong đề tài ..............................................................13
2.5.2. Phương pháp thu thập và kế thừa số liệu ...................................................13
2.5.3. Phương pháp điều tra khảo sát, đo đạc thực địa ........................................13
2.5.4. Phương pháp thống kê trong khí hậu .........................................................13
2.5.4.1. Phương pháp tính tần suất sự kiện ..........................................................13
2.5.4.2. Phương pháp xác định ngày bắt đầu, kết thúc ngưỡng nhiệt độ hại .......15
2.6. Công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) ứng dụng trong lĩnh
vực nghiên cứu .....................................................................................................16
2.6.1. Khái quát chung về GIS (Hệ thống thông tin địa lý)..................................16
2.6.2. Khái quát chung về viễn thám( remote sensing) ......................................20
2


2.6.3. Liên kết tư liệu trong viễn thám và hệ thống thông tin địa lý ....................25
2.6.4.Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong xây dựng bản đồ ngưỡng
nhiệt độ thấp hại ảnh hưởng đến sự phát triển của cây cao su .............................26
Chƣơng 3: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN – KINH TẾ - XÃ HỘI CỦA KHU
VỰC NGHIÊN CỨU .........................................................................................27

3.1. Điều kiện tự nhiên .........................................................................................27
3.1.1. Vị trí địa lý .................................................................................................27
3.1.2. Đặc điểm địa hình, thổ nhưỡng ..................................................................28
3.1.3. Khí hậu .......................................................................................................29
3.1.4. Thuỷ văn.....................................................................................................29
3.2. Hiện trạng kinh tế - xã hội.............................................................................30
3.2.1. Tình hình phát triển kinh tế ........................................................................30
3.2.2. Dân số và lao động .....................................................................................30
3.3. Thực trạng phát triển các ngành sản xuất của tỉnh Sơn La ...........................31
3.3.1. Trồng trọt....................................................................................................31
3.3.2. Về chăn nuôi, thuỷ sản ...............................................................................31
3.3.3. Lâm nghiệp.................................................................................................32
3.4. Hiện trạng sử dụng đất ..................................................................................32
Chƣơng 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................34
4.1. Thực trạng sản xuất cây cao su tại tỉnh Sơn La ............................................34
4.2. Tần suất xuất hiện ngưỡng nhiệt độ gây hại cho cây cao su tại tỉnh Sơn La 36
4.3. Đánh giá ngày bắt đầu và kết thúc ngưỡng nhiệt độ thấp gây hại cho cây cao
su ..........................................................................................................................38
4.4. Xây dựng bản đồ ngưỡng nhiệt độ thấp gây hại cho cây cao su tại tỉnh Sơn
La ..........................................................................................................................40
4.4.1. Xây dựng bản đồ tần suất xuất hiện ngưỡng nhiệt độ <100C trong các
tháng mùa đông ....................................................................................................40
4.4.2.Xây dựng bản đồ ngày bắt đầu, kết thúc ngưỡng nhiệt độ <100C ..............49

3


4.5. Một số biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả năng suất cho cây cao su tại tỉnh
Sơn La ..................................................................................................................52
Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ................................................54

5.1. Kết luận .........................................................................................................54
5.2.Những hạn chế ...............................................................................................56
5.3. Khuyến nghị ..................................................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

4


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
IFOV

Instantaneous field of view - Trường nhìn khơng đổi

ASCII

Khn dạng chuẩn chuyển đổi thơng tin

CGIS

Canada Geographic Information System – Cơ quan Hệ
thống thông tin địa lý Canada

DEM

Digital Elevation Model - Mơ hình số độ cao

GIS

Geographic Information System - Hệ thống thông tin

địa lý

LST

Land surface temperature - Nhiệt độ lớp phủ bề mặt

MODIS

Máy quét ảnh phổ độ phân giải trung bình

NDVI

Normalized Difference Vegetation Index - Chỉ số thực
vật chuẩn hóa

RS

Remote sensing - Viễn thám

5


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Mức độ tổn thương do giá lạnh của rau và hoa quả ở Mỹ ................. 5
Bảng 1.2 : Nhiệt độ lạnh tối đa đối với cây ăn quả và cây rau ở Mỹ ................. 5
Bảng 1.3: Nhiệt độ khơng khí (°C) theo hướng nhiệt độ bầu ướt Tw = 0 °C
theo các mức nhiệt độ điểm sương và độ cao.................................................. 6
Bảng 2.1. Các kênh phổ và các ứng dụng cơ bản của đầu đo MODIS .......... 23
Bảng 3.1: Hiện trạng sử dụng đất ................................................................. 32
Bảng 4.1: Tần suất xuất hiện ngưỡng nhiệt độ hại <100C đối với cây ........... 37

cao su tại một số khu vực thuộc tỉnh Sơn La ................................................ 37
Bảng 4.2. Ngày bắt đầu và kết thúc của cấp nhiệt độ < 10 0C ........................ 40
Bảng 4.3. Hệ số ai của thuật toán LST .......................................................... 41

6


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Mơ hình xây dựng bản đồ giám sát sương muối bằng số liệu viễn
thám và số liệu khí tượng ............................................................................... 7
Hình 1.2. Bản đồ giám sát sương muối ảnh hưởng đến cây trồng mùa đông
cho từng tháng ở Châu âu ............................................................................... 8
Hình 1.3. Bản đồ nguy cơ sương muối tháng 3 của Hy Lạp ............................ 9
Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc kiểu dữ liệu BIP, BIL và BSQ ............................... 22
Hình 2.2. Sơ đồ khối của dữ liệu ảnh MODIS .............................................. 23
Hình 2.3: Quy trình thành lập bản đồ ngưỡng nhiệt độ thấp hại ảnh hưởng đến
sự phát triển sản xuất cây cao su tại tỉnh Sơn La .......................................... 26
Hình 3.1: Vị trí khu vực nghiên cứu ............................................................. 27
Hình 4.1: Hiện trạng sản xuất cao su tại đội cao su Mường Bon – Sơn La ..... 35
Hình 4.2: Sơ đồ tính tốn LST từ ảnh MODIS ............................................. 42
Hình 4.3. Quy trình thành lập bản đồ về tần suất xuất hiện ........................... 43
ngưỡng nhiệt độ <100C ................................................................................ 43
Hình 4.4: Bản đồ tần suất xuất hiện nhiệt độ tối thấp nhỏ hơn 100C trong
tháng 1 của tỉnh Sơn La ................................................................................ 44
Hình 4.5: Bản đồ tần suất xuất hiện nhiệt độ tối thấp nhỏ hơn 10 0C trong
tháng 2 của tỉnh Sơn La ................................................................................ 45
Hình 4.6: Bản đồ tần suất xuất hiện nhiệt độ tối thấp nhỏ hơn 10 0C trong
tháng 3 của tỉnh Sơn La ................................................................................ 46
Hình 4.7: Bản đồ tần suất xuất hiện nhiệt độ tối thấp nhỏ hơn 100C trong
tháng 11 của tỉnh Sơn La .............................................................................. 47

Hình 4.8: Bản đồ tần suất xuất hiện nhiệt độ tối thấp nhỏ hơn 10 0C trong
tháng 12 của tỉnh Sơn La .............................................................................. 48
Hình 4.9: Quy trình thành lập bản đồ chuyên đề ngày bắt đầu, kết thúc
ngưỡng nhiệt độ hại đối với cây cao su......................................................... 49
Hình 4.10: Bản đồ ngày bắt đầu xuất hiện nhiệt độ thấp dưới 100C với suất
bảo đảm 20% của tỉnh Sơn La ...................................................................... 50
7


Hình 4.11: Bản đồ ngày kết thúc nhiệt độ thấp dưới 100C với suất bảo đảm
80% của tỉnh Sơn La .................................................................................... 51

8


TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ MƠI TRƢỜNG
-------------------TĨM TẮT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
Tên khóa luận
“Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS xây dựng bản
đồ nhiệt độ thấp phục vụ phát triển cây Cao su tại tỉnh Sơn La”
2. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Tuấn
3. Giáo viên hƣớng dẫn: TS. Dương Văn Khảm
4. Mục tiêu nghiên cứu:
- Xây dựng được bản đồ xác định vùng nhiệt độ khơng an tồn cho cây
cao su ở tỉnh Sơn La.
- Đề xuất các vùng an tồn để trồng cao su, từ đó làm cơ sở cho quy
hoạch và phát triển hiệu quả cây cao su tại tỉnh Sơn La.
5. Nội dung nghiên cứu:
- Thu thập và xử lý số liệu nhiệt độ tối thấp và ảnh viễn thám nhằm

phục vụ nghiên cứu và xây dựng bản đồ nhiệt độ thấp.
- Điều tra khảo sát, quan trắc bổ sung số liệu khí tượng - khí hậu phục
vụ giải đoán ảnh viễn thám hỗ trợ xây dựng bản đồ.
- Tìm hiểu thực trạng phát triển sản xuất cây cao su tại tỉnh Sơn La.
- Nghiên cứu xác định 4 mức khắc nghiệt (nhẹ, trung bình, nặng, rất
nặng) của nhiệt độ tối thấp đối với cây cao su theo các đai cao: nhỏ hơn 300
m, 300-600 m, 600-800m và trên 800m của tỉnh Sơn La.
- Xây dựng bản đồ chuyên đề mức độ khắc nghiệt của nhiệt độ tối thấp
đối với cây cao su ở tỉnh Sơn La theo công nghệ viễn thám và GIS.
- Đề xuất vùng an toàn phục vụ quy hoạch phát triển sản xuất cao su tại
tỉnh Sơn La.
6. Kết quả đạt đƣợc:
- Đánh giá thực trạng sản xuất cây cao su tại tỉnh Sơn La.
9


- Đánh giá tần suất xuất hiện ngưỡng nhiệt độ hại cây cao su tại tỉnh
Sơn La.
- Đánh giá ngày bắt đầu và kết thúc ngưỡng nhiệt độ hại cây cao su tại
tỉnh Sơn La.
- Xây dựng bản đồ chuyên đề về tần suất xuất hiện và ngày bắt đầu, kết
thúc ngưỡng nhiệt độ hại đối với cây cao su tại tỉnh Sơn La.
- Đề xuất vùng an toàn phục vụ quy hoạch phát triển sản xuất cao su tại
tỉnh Sơn La.
Hà Nội, ngày 13 tháng 05 năm 2011
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Minh Tuấn

10

ĐẶT VẤN ĐỀ
Cao su là một lồi cây có lịch sử gắn bó với mảnh đất Việt Nam từ lâu,
và đã phát triển mạnh ở phía Nam, đem lại nhiều lợi ích kinh tế cho người dân
nơi đây.
Thực tế đã chứng minh, cao su là lồi cây dễ thích nghi, phát triển tốt
trên những vùng đất khó khăn, nghèo kiệt, những vùng rừng tạp cho kinh tế
thấp… Vì thế, trồng cây cao su không chỉ giúp tận dụng được những diện tích
đất cằn cỗi mà cịn giải quyết cơng ăn việc làm cho nhiều người thơng qua
việc trồng, chăm sóc, khai thác, chế biến các sản phẩm từ cây cao su.
Bên cạnh đó, mủ cao su cịn được ví như “vàng trắng”. Bởi lẽ, từ nhiều
năm nay, việc khai thác và chế biến các sản phẩm từ mủ cao su đã trở thành
một nghề mang lại nguồn thu nhập lớn cho nhiều quốc gia trên thế giới, trong
đó có Việt Nam. Khơng chỉ mủ cao su mang lại lợi ích kinh tế mà gỗ của
chúng sau thời kỳ khai thác mủ cũng đem lại giá trị kinh tế không nhỏ.
Qua những lợi ích kinh tế to lớn trong việc trồng, khai thác và chế biến
các sản phẩm từ cây cao su, hiện nay cao su đang được đầu tư phát triển tại
các tỉnh vùng núi phía Bắc như Lào Cai, Hà Giang, Sơn La,… Tuy nhiên, với
đặc điểm sinh lý của loài cây này là sinh trưởng và phát triển tốt ở vùng nhiệt
đới ẩm, có nhiệt độ trung bình từ 22oC đến 30oC (tốt nhất ở 26oC đến 28oC),
cần mưa nhiều (tốt nhất là 2000 mm/năm) nhưng không chịu được sự úng
nước và gió to, đặc biệt là nhiệt độ thấp và sương muối. Cây cao su có thể
chịu được nắng hạn khoảng 4 đến 5 tháng, tuy nhiên năng suất mủ sẽ giảm.
Chính vì vậy mà việc đưa cây cao su lên vùng Tây Bắc quả thật là một thách
thức khơng nhỏ. Ngun nhân chính do đặc điểm thời tiết của vùng Tây Bắc
là cận nhiệt đới nên vào mùa đông nhiệt độ của khu vực này giảm mạnh
(thậm chí dưới 0oC) điều đó làm ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của
cây cao su. Chính vì vậy việc xác định những khu vực có nhiệt độ an toàn cho

11

sự sinh trưởng và phát triển đối với loài cây này ở Tây Bắc là hết sức quan
trọng.
Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ tin học cùng sự ra đời của
công nghệ viễn thám và GIS, việc thành lập bản đồ phân vùng nhiệt độ an
toàn đối với cây cao su trở nên chính xác và khách quan hơn rất nhiều. Đồng
thời công nghệ này cũng cho phép người sử dụng lưu trữ, xử lý và cập nhật
dữ liệu một cách dễ dàng và có thể kết hợp với các thông tin khác tạo cơ sở
cho việc nghiên cứu nhiều lĩnh vực khác nhau.
Sơn La là một trong những tỉnh thuộc vùng Tây Bắc đang thực hiện
việc trồng cây cao su và cũng đang gặp nhiều khó khăn trong canh tác sản
xuất do sự khắc nhiệt của thời tiết, gây ảnh hưởng không nhỏ tới sinh trưởng
phát triển và hiệu quả kinh tế của cây cao su. Vì vậy, việc xác định các
ngưỡng nhiệt độ an toàn trong năm tại Sơn La, đặc biệt là nhiệt độ thấp đang
trở thành vấn đề hết sức cần thiết nhằm phục vụ cho việc trồng và chăm sóc
hiệu quả cây cao su tại khu vực này.
Từ những lý do nêu trên, tôi đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng
công nghệ viễn thám và GIS xây dựng bản đồ nhiệt độ thấp phục vụ phát
triển cây Cao su tại tỉnh Sơn La”.

12


Chƣơng 1:
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Đặc điểm sinh lý, sinh thái của cây cao su
Cao su (Hevea Brasicusiliensis) là một lồi cây thân gỗ thuộc họ Đại
kích (Euphorbiaceae), có nguồn gốc vùng rừng mưa Amazon. Cây phát triển
tốt ở vùng nhiệt đới ẩm, có nhiệt độ trung bình từ 220C – 300C (tốt nhất ở

260C – 280C).
Đặc điểm hình thái của cây cao su: Thân có vỏ nhẵn, màu nâu nhạt. Lá
dạng kép, mỗi năm rụng lá một lần. Hoa thuộc loại hoa đơn, hoa đực bao
quanh hoa cái nhưng thường thụ phấn chéo, vì hoa đực chín sớm hơn hoa cái.
Quả nang có 3 mảnh vỏ ghép thành 3 buồng, mỗi nang một hạt hình bầu dục
hay hình cầu, đường kính 2cm, có hàm lượng dầu đáng kể được dùng kỹ nghệ
pha sơn. Thơng thường cây có chiều cao khoảng 20m, rễ ăn rất sâu để giữ
vững thân cây, hấp thu chất bổ dưỡng và chống lại sự khô hạn. Những cây
cao su trên 6 tháng tuổi có khả năng chịu hạn tốt trong khoảng 4 – 5 tháng.
Cây cao su chỉ có thể sinh trưởng bằng hạt nên người ta nhân giống cao
su bằng cách gieo hạt trong các bầu đất, sau đó đem các cây non đạt yêu cầu
đi trồng. Khi cây được 5 tuổi thì có thể khai thác mủ. Q trình khác thác sẽ
kéo dài trong vài ba chục năm. Mỗi năm, cao su chỉ thu hoạch 9 tháng, 3
tháng cịn lại khơng thu hoạch vì đây là thời gian cây rụng lá, nếu thu hoạch
vào những tháng này, cây sẽ chết. Ngoài ra, cao su cịn là một lồi cây độc,
chất mủ của cây có thể gây độc cho những người khai thác và làm giảm tuổi
thọ của họ từ 3 đến 5 năm nếu làm việc trong khoảng thời gian dài. Khơng chỉ
thế, cây cao su cịn độc trong việc trao đổi khí cả ban ngày và ban đêm. Vì
vậy, khơng nên xây dựng nhà ở trong rừng trồng cao su, khả năng hiếm khí
xảy ra rất cao.[2]
Điều kiện mơi trường thích hợp cho sinh trưởng của cây cao su là:
+ Đất đai: Cây cao su có thể sống trên hầu hết các loại đất khác nhau ở
vùng nhiệt đới ẩm. Tuy nhiên, bình độ lý tưởng được khuyến cáo để trồng cao
1


su là ở vùng xích đạo, trong đó có Việt Nam. Cao su có thể được trồng ở độ
cao 500 – 600 m.
+ Độ dốc: Cao su thường được trồng trên nền đất có độ dốc nhỏ hơn
8%. Với độ dốc 8 - 30% có thể trồng được nhưng chú ý đến các biện pháp

chống xói mịn.
+ Độ sâu tầng đất: độ sâu lý tưởng cho trồng cây cao su là 2m, tuy
nhiên trong thực tế nếu độ sâu tầng đất từ 0,8 - 2m vẫn có thể trồng được, độ
pH trong đất thích hợp cho cây cao su là 4,5 - 5,5.
+ Nhiệt độ: Cao su là cây trồng nhiệt đới điển hình nên sinh trưởng tốt
trong khoảng nhiệt độ 22 – 300C và khoảng nhiệt độ thích hợp nhất là 26 –
280C. Ở nhiệt độ này, khơng khí sẽ mát dịu vào buổi sáng sớm (1 giờ – 5 giờ),
giúp cây sản xuất mủ cao nhất.
+ Lượng mưa, ẩm độ và tốc độ gió: Cây cao su thường được trồng trong
những vùng có lượng mưa trong khoảng 1500- 2500 mm/năm, số ngày mưa
thích hợp là trên 150 ngày/năm. Ẩm độ khơng khí trung bình thích hợp cho sự
sinh trưởng và phát triển của cây cao su là khoảng 80%. Tốc độ gió thích hợp
<1 m/s.[2]
Từ các đặc điểm trên của cây cao su, cho thấy khu vực Tây Bắc nói
chung và khu vực tỉnh Sơn La nói riêng là một trong những nơi có điều kiện
khí tượng, khí hậu thích hợp cho việc phát triển cây cao su. Tuy nhiên, Tây
Bắc là khu vực thường xuyên xuất hiện sương muối và rét đậm vào mùa đông
gây ảnh hưởng không nhỏ tới sinh trưởng và phát triển của cây cao su. Do đó
cần có những điều tra, nghiên cứu cụ thể về nhiệt độ thấp tại khu vực này phục
vụ công tác quy hoạch và phát triển hợp lý cây cao su tại khu vực nghiên cứu.
1.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ thấp đến cây cao su
Nhiệt độ được coi là yếu tố hết sức quan trọng trong quá trình sinh
trưởng và phát triển của cây cao su. Nếu nhiệt độ lớn hơn 30 0C, sẽ gây ra hiện
tượng mủ chảy dai trong khai thác, làm giảm năng suất mủ. Nhiệt độ cao hơn
400C, gây ra hiện tượng khô vỏ gốc cây và dẫn đến chết cây.
2


Đặc biệt, nhiệt độ thấp vào mùa đông là yếu tố khống chế quan trọng
nhất, gây tác động tiêu cực đến sinh trưởng, phát triển và giảm sản lượng của

mủ cao su, thậm chí ảnh hưởng đến sự sống cịn của vườn cao su trong giai
đoạn cây con và kiến thiết cơ bản. Trong các giai đoạn phát triển khác nhau,
tác động của nhiệt độ thấp tới cây cao su cũng khác nhau, thiệt hại do lạnh
theo các mức từ nặng tới nhẹ qua các giai đoạn như sau: cây chưa phân cành
> cây đã phân cành > cây đang khai thác.
Theo nhiều nghiên cứu cho thấy: Nếu nhiệt độ thấp hơn 180C, sẽ ảnh
hưởng đến sức nảy mầm của hạt, tốc độ sinh trưởng của cây bị chậm lại. Nhiệt
độ thấp hơn 100C, hạt mất sức nảy mầm hoàn toàn, nếu nhiệt độ này kéo dài cây
bị rối loạn hoạt động trao đổi chất và chết. Nhiệt độ thấp hơn 5oC, cây sẽ bị nứt
vỏ, chảy mủ hàng loạt, đỉnh sinh trưởng bị khô và cây chết.
Thực tế cho thấy, tại vùng Xishuangbanna (Vân Nam, Trung Quốc) vào
mùa đông 1973 - 1974 với nhiệt độ tối thấp 1,9oC có đến 67,5% diện tích cao su
bị hại do lạnh và sương muối ở các cấp độ hại khác nhau, với nhiệt độ tối thấp
1,9 - 3,7oC (mùa đông 1999 – 2000) tỉ lệ diện tích cao su bị hại là 36,2%.
Ở Việt Nam, cây cao su được phát triển trồng tại khu vực miền núi phía
Bắc từ năm 2007. Trong 4 năm qua, tổng diện tích cao su đã trồng phải trải qua
hai đợt rét đậm rét hại kéo dài mang tính lịch sử, gây thiệt hại đáng kể cho sản
xuất nơng nghiệp nói chung, trong đó có cao su ở miền núi phía Bắc. Đặc biệt
đợt rét năm 2010 - 2011 xảy ra khi cao su ở khu vực này đã trồng ở quy mô
lớn, địa bàn rộng, trên nhiều tiểu vùng sinh thái, với nhiều loại giống, nhiều
thời vụ trồng và chế độ canh tác khác nhau nên có điều kiện đánh giá đầy đủ,
tồn diện và cụ thể hơn.
Theo thống kê, hậu quả của đợt rét đậm, rét hại năm 2010 – 2011, vùng
Tây Bắc có cường độ rét thấp hơn, đồng thời nhiều diện tích cao su đã trồng từ
các năm trước nên mức thiệt hại ít. Bình qn tồn vùng diện tích bị hại
khoảng 5,1% trong đó Sơn La bị hại 76 ha, Điện Biên bị hại 522 ha và Lai
Châu bị hại là 153,9 ha.
3

Khác hẳn với Tây Bắc, vùng Đơng Bắc có cường độ rét đậm, rét hại cao
hơn, đồng thời phần lớn cao su mới trồng, nên mức độ thiệt hại rất lớn, diện
tích bị hại khoảng 80,7%. Hà Giang bị thiệt hại nặng nhất với tổng diện tích là
1.159 ha (97% diện tích) trong đó có 883 ha (76% diện tích) bị chết trên 2/3 số
cây, 235 ha có bị chết từ 40% đến 70% số cây. Yên Bái bị thiệt hại 360 ha
(60% diện tích), chủ yếu cây bị chết đỉnh sinh trưởng. Phú Thọ tồn bộ diện
tích 110 ha đều bị ảnh hưởng nặng của rét, trong đó 78 ha (70,8%) cây rụng lá
có khả năng phục hồi, trên 4 ha (3,9%) cây chết nửa thân, 28 ha (25,3% diện
tích) chết hồn tồn. Lào Cai bị thiệt hại 25 ha (19% diện tích) trong đó 5 ha có
100% cây bị chết, 20 ha có 80% số cây bị chết thân.[25]
Qua các số liệu trên ta thấy, nhiệt độ thấp ảnh hưởng rất lớn tới sự sinh
trưởng và phát triển của cây cao su, đặc biệt là những cây con trong giai đoạn
ươm và kiến thiết cơ bản, gây ra thiệt hại to lớn về mặt kinh tế cho các cơ sở
trồng cao su. Do đó, việc đánh giá phân vùng yếu tố nhiệt độ nhằm quy hoạch
và phát triển hợp lý cây cao su là vấn đề hết sức cần thiết. Ngoài ra, với việc
xác định được các ngưỡng nhiệt độ có hại sẽ có những giải pháp kỹ thuật ứng
phó kịp thời đảm bảo tốt cho sự sinh trưởng của cây cao su, đặc biệt là đối với
diện tích cao su đã được trồng tại khu vực miền núi phía Bắc nước ta.
1.3. Một số nghiên cứu ứng dụng công nghệ viến thám và GIS để xây dựng
bản đồ nhiệt độ thấp đối với cây trồng trên thế giới và Việt Nam
Ở trên thế giới có rất nhiều cơng trình nghiên cứu về nhiệt độ thấp giá
lạnh, sương muối, sương giá, như: Nga, Trung Quốc, Mỹ, Brazil, …… Cụ thể
ở Mỹ: Các tác giả đã đưa ra mức độ tổn thương do giá lạnh của các loại rau và
hoa quả (bảng 1.1).

4


Bảng 1.1. Mức độ tổn thƣơng do giá lạnh của rau và hoa quả ở Mỹ
Nhóm cây dễ bị tổn thƣơng

Nhóm chịu ảnh hƣởng
mức trung bình

Nhóm ít bị ảnh hƣởng

1. Cây ăn quả (Mơ, bơ, chuối, 1. Cây ăn quả (táo tây, nho, 1.Cây ăn quả: Chà là
chanh vàng, đào, mận, các loại cam, lê, bưởi chùm)
quả quả mọng trừ việt quấtviệt
quất)
2. Cây rau (Măng tây, dưa 2. Cây rau (lơ xanh, cà rốt, 2. Cây rau (cây cải, bắp
chuột, cà dái dê, ớt, cà chua, súp lơ, cần tây, hành tây,

cải, su hào, củ cải vàng,

khoai tây, các cây họ đậu, các mùi tây, việt quất, đậu Hà

cây diếp củ, củ cải

cây họ bí)

đường

lan, củ cải làm xalat, Rau
bina, bí đỏ

Năm 1957, Whiteman, tác giả người Mỹ đã xác định ngưỡng nhiệt độ
lạnh tối đa đối với các cây ăn quả và cây rau ở Mỹ (bảng 1.2).
Bảng 1.2 : Nhiệt độ lạnh tối đa đối với cây ăn quả và cây rau ở Mỹ
Tên cây trồng

Nhiệt độ (oC)

1. Các cây ăn quả lâu năm (anh đào, táo tây và táo ta, mơ,

(-1.0) đến (-3.0)

na, lê, đào, cam, chanh, quýt, mận, lựu, vú sữa, trứng gà,
chuối, khế, nho, na, chà là, dừa, nho, táo dại, dâu tây, cây
trứng gà (lê ki na), xồi; sung, ơ liu)
2. Cây rau, hoa (măng tây, các cây rau họ đậu, củ cải đường

(-1.5) đến (-3.0)

cụm, cải bắp, củ cải đường ngọn, cà rốt, súp lơ, cần tây, rau
diếp, ớt, cải xoăn, dưa chuột, tỏi tây, thì là, xu hào, các cây
họ bí, dưa, hành, đu đủ, tiêu, dứa, chuối lá, khoai tây sớm,
đậu Hà Lan)
3. Các cây lương thực: ngô, khoai sọ;

(-1.0) đến (-2.0)

4. Cây dược liệu (Atisơ, lá thơm, đại hồng, mộc qua…)

(-1.5) đến (-3.0)

Nguồn: Whiteman, 1957, báo cáo của trường đại học California (Hoa Kỳ)

5

Bảng 1.3: Nhiệt độ khơng khí (°C) theo hƣớng nhiệt độ bầu ƣớt Tw = 0 °C
theo các mức nhiệt độ điểm sƣơng và độ cao
Nhiệt độ điểm sƣơng

Độ cao

(°C)

0m

500 m

1000 m

1500 m

0

0.0

0.0

0.0

0.0

-2

1.2

1.3

1.4

1.5

-4

2.3

2.5

2.6

2.8

-6

3.3

3.5

3.7

3.9

-8

4.1

4.4

4.6

4.9

-10

4.8

5.1

5.4

5.8

-12

5.4

5.8

6.1

6.5

-14

6.0

6.3

6.7

7.1

-16

6.4

6.8

7.2

7.7

-18

6.8

7.2

7.7

8.1

Đã có nhiều nghiên cứu trên thế giới được tiến hành sử dụng công nghệ
GIS và dữ liệu viễn thám để theo dõi trạng thái sinh trưởng phát triển cây
trồng, đánh giá tác hại của thiên tai như: hán, ngập lụt, nhiệt độ thấp, sương

muối, sương giá…ảnh hưởng đến đời sống cây trồng. Các nghiên cứu ở Nhật
Bản (Kurosu et al., 1995), Trung Quốc (Shao et al., 2001, Li et al., 2003,
Bingbai et al..., 2005); Sri Lan ka (Frei et al., 1999); Ấn Độ (Choudhury and
Chakraborty, 2006);...cho kết quả trình bày theo các hướng, bao gồm: phân
tích dữ liệu viễn thám là hàm của các thông số sinh lý của cây trồng và thay
đổi theo thời gian của chúng, giải thích các quan sát bằng các mơ hình lý
thuyết, xác định các thuật toán phân loại, phát triển hoặc ứng dụng các
phương pháp phân loại, xác định các thông số sinh lý của cây trồng và kết
hợp với các mơ hình tăng trưởng để giám sát trạng thái sinh trưởng, phát
triển, hình thành năng suất và giám sát các yếu tố khí tượng bất lợi như:
6


sương muối, sương giá, hạn hán...đến sinh trưởng phát triển của cây trồng bởi
các modul phần mềm, sau đó tích hợp trong GIS để xây dựng các bản đồ
chuyên đề.

Hình 1.1. Mơ hình xây dựng bản đồ giám sát sƣơng muối bằng số liệu
viễn thám và số liệu khí tƣợng
Các nước liên minh Châu âu EU đã xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu
giám sát cây trồng (procedures and data storage are part of the Crop Growth
Monitoring System (CGMS)) trong đó đã sử dụng các số liệu khí tượng để
xây dựng bản đồ sương muối ảnh hưởng đến các cây trồng mùa đơng cho
từng tháng trên tồn lãnh thổ.

7


DECEMBER 2002

JANUARY 2003

FEBRUARY 2003

POLAND - Western

35

mm

MARCH
2003

snow

rain

30

25

APRIL 2003
40

20

T max

°C

T min

30

15
20

10
10

5
0

0
1-Jan

Frost kill risk

-10

1-Feb

1-Mar

1-Apr

1-May

-20

-30
1-Jan

1-Mar

1-May

Hình 1.2. Bản đồ giám sát sƣơng muối ảnh hƣởng đến cây trồng mùa
đông cho từng tháng ở Châu âu
C.Domenikiotis, M.Spiliotopoulos, E.Kanelou and N.R.Dalezios thuộc
trường đại học Thessaly Volos của Hy Lạp đã sử dụng số liệu ảnh vệ tinh
NOAA/AVHRR để xây dựng bản đồ nguy cơ sương muối, trong đó đã tìm
được mối liên hệ giữa nhiệt độ thấp sinh ra sương muối với các tổ hợp phát xạ
khác nhau của các kênh nhiệt hồng ngoại, từ đó xây dựng được bản đồ phân
bố khơng gian trên tồn lãnh thổ.

8


Frost risk map
(March - temperature threshold -1o C)

Hình 1.3. Bản đồ nguy cơ sƣơng muối tháng 3 của Hy Lạp
Ngoài ra rất nhiều các nước khác trên thế giới tuy đã sử dụng các số liệu
và các công cụ khác nhau, nhưng các số liệu khí tượng bề mặt, số liệu viễn
thám và công cụ xây dựng bản đồ GIS vẫn là những số liệu và công cụ chủ đạo
trong việc xây dựng các bản đồ nguy cơ nhiệt đọ thấp, sương muối...
Từ những kết quả ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám các nhà khoa
học trên thế giới đều có chung đánh giá như sau: sử dụng cơng nghệ GIS và
viễn thám đã mang lại những hiệu quả rất rõ rệt đối với nền kinh tế xã hội. Đối

với nơng nghiệp nó mang lại hiệu quả kinh tế ở những điểm sau:
+ Nâng cao độ chính xác khi thành lập các bản đồ. Ứng dụng viễn thám
và GIS có thể nâng cao hiệu quả từ 140 - 190% so với các công nghệ khác.
Thông tin viễn thám và GIS rất phong phú thậm chí nó cịn cung cấp các thơng
tin dưới dạng lập thể (khơng gian) vì vậy cho phép xác định chính xác và chi
tiết đối tượng nghiên cứu.
9


+ Tiết kiệm được thời gian, việc ứng dụng viễn thám và GIS trong
nghiệp vụ có thể tiết kiệm được thời gian từ 4 – 10 lần so với công nghệ truyền
thống hiện nay.
+ Tiết kiệm được kinh phí từ 70 - 80% so với các phương pháp hiện nay.
+ Ở Mỹ dùng viễn thám và GIS để dự báo năng suất tiểu mạch làm lợi
0,4 tỷ USD năm, phòng chống tác hại của thiên tai và sâu bệnh làm lợi 750
triệu USD.
+ Tại Trung Quốc dùng viễn thám và GIS để dự báo năng suất tiểu
mạch làm lợi 2 tỷ nhân dân tệ/năm… Dùng số liệu viễn thám trong việc điều
tra sử dụng đất chi phí là 0,04 tệ/km2 trong khi đó phương pháp truyền thống
chi phí là 1 tệ/km2.
Ở châu Á ngoài việc ứng dụng viễn thám để xem xét các quá trình tự
nhiên xảy ra trên bề mặt trái đất có liên quan đến nơng nghiệp, người ta còn
áp dụng viễn thám và GIS trong các nghiên cứu:
+ Quan hệ giữa phổ của bước sóng cận hồng ngoại IR với thực vật.
+ Chỉ số chuẩn hoá thực vật (NDVI) và nhiệt độ ban ngày, trong đó có
nghiên cứu mối quan hệ giữa NDVI với nhiệt độ bề mặt đất để xác định mức
độ khắc nghiệt của thời tiết đối với cây trồng, như: nắng nóng, rét hại, rét
đậm, sương giá, sương muối...
+ Ấn Độ đã sử dụng viễn thám trong đánh giá diện tích cây trồng.
+ Nhật Bản ứng dụng công nghệ viễn thám để xây dựng bản đồ cây

trồng, bản đồ năng suất và dự báo năng suất cây trồng.
+ Trung Quốc đã rất thành công trong việc sử dụng viễn thám và GIS
để đánh giá năng suất, sản lượng và trạng thái phát triển của các cây trồng, và
giám sát hạn hán, lũ lụt, sương giá, sương muối...
+ Thái Lan sử dụng số liệu viễn thám để giám sát mùa màng, đánh giá
trạng thái sinh trưởng phát triển của cây trồng và giám sát thiên tai.
+ Các nước trong khu vực gió mùa đã áp dụng viễn thám để phân loại
lớp phủ thực vật và mùa sinh trưởng.
10


+ Những ứng dụng viễn thám trong đánh giá điều kiện sinh trưởng và
sự hình thành năng suất cây trồng đã được nghiên cứu thử nghiệm ở Ấn Độ,
Nhật Bản. Các nước này đã dùng số liệu viễn thám trong mơ hình Xích
macốp để dự báo năng suất cây trồng.
+ Áp dụng chỉ số thực vật để giám sát hạn hán ở Nhật Bản, Thái Lan,
Ấn Độ cho kết quả chính xác 90 - 95% so với thực tế.
+ Nghiên cứu mối quan hệ giữa NDVI với các tham số khí hậu ở vùng
ơn đới khơ hạn.
+ Dự báo mùa sinh trưởng, biến đổi khí hậu thơng qua chỉ số NDVI.
+ Đánh giá thực trạng rừng qua số liệu viễn thám.
Có thể nói, việc ứng dụng cơng nghệ viễn thám và GIS trong sản xuất
nông lâm nghiệp đem lại rất hiệu quả trong việc giám sát sự sinh trưởng và
phát triển của cây trồng. Không chỉ thế việc ứng dụng cơng nghệ này cịn giúp
hạn chế những thiệt hại khơng đáng có về nhiều mặt cho người sản xuất. Đây
có thể được coi là một hướng đi mới tiến bộ trong sản xuất nông lâm nghiệp.
Ở Việt Nam, hiện nay việc ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS vào nông
nghiệp đang được nghiên cứu phát triển. Các đề tài ứng dụng công nghệ viễn
thám và GIS đã được nghiên cứu như: “Ứng dụng công nghệ viễn thám và
GIS xây dựng bản đồ trồng lúa và đánh giá diện tích đất trồng lúa vùng đồng

bằng sông Hồng”, “ Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để xây dựng bản
đồ sinh khí hậu nơng nghiệp vùng Nam Trung Bộ”, “ Ứng dụng cơng nghệ
viễn thám và GIS trong khí tượng thủy văn”.... Tuy nhiên, việc ứng dụng công
nghệ mới này vào xây dựng bản đồ phân vùng các yếu tố khí tượng ảnh hưởng
đến sinh trưởng và phát triển của cây trồng thì vẫn cịn hạn chế. Vì vậy, khóa
luận lựa chọn đề tài : “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS
xây dựng bản đồ nhiệt độ thấp phục vụ phát triển cây cao su tại tỉnh Sơn
La” nhằm tìm hiểu thêm về cơng nghệ viễn thám và GIS, và ứng dụng vào
thực tiễn trong việc phát triển các ngành nông lâm nghiệp của Việt Nam.

11


Chƣơng 2:
MỤC TIÊU – ĐỐI TƢỢNG – NỘI DUNG
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài được thực hiện nhằm các mục tiêu sau:
- Xây dựng được bản đồ xác định vùng nhiệt độ khơng an tồn cho cây
cao su ở tỉnh Sơn La.
- Đề xuất các vùng an tồn để trồng cao su, từ đó làm cơ sở cho quy
hoạch và phát triển hiệu quả cây cao su tại tỉnh Sơn La.
2.2. Địa điểm nghiên cứu
Địa bàn tỉnh Sơn La
2.3. Phạm vi chuyên môn
Đề tài tiến hành nghiên cứu xây dựng bản đồ nhiệt độ thấp phục vụ quy
hoạch phát triển cây cao su tại khu vực nghiên cứu.
2.4. Nội dung nghiên cứu
Để đạt được các mục tiêu đã nêu, nội dung nghiên cứu của khóa luận
tập trung vào các vấn đề chính sau:

- Thu thập và xử lý số liệu nhiệt độ tối thấp và ảnh viễn thám nhằm
phục vụ nghiên cứu và xây dựng bản đồ nhiệt độ thấp.
- Điều tra khảo sát, quan trắc bổ sung số liệu khí tượng - khí hậu phục
vụ giải đoán ảnh viễn thám hỗ trợ xây dựng bản đồ.
- Tìm hiểu thực trạng phát triển sản xuất cây cao su tại tỉnh Sơn La.
- Nghiên cứu xác định 4 mức khắc nghiệt (nhẹ, trung bình, nặng, rất
nặng) của nhiệt độ tối thấp đối với cây cao su theo các đai cao: nhỏ hơn 300
m, 300-600 m, 600-800m và trên 800m của tỉnh Sơn La.
- Xây dựng bản đồ chuyên đề mức độ khắc nghiệt của nhiệt độ tối thấp
đối với cây cao su ở tỉnh Sơn La theo công nghệ viễn thám và GIS.
- Đề xuất vùng an toàn phục vụ quy hoạch phát triển sản xuất cao su tại
tỉnh Sơn La.
12


2.5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Để có thể giải quyết những nội dung đã nêu ở trên, đề tài đã sử dụng
các loại số liệu, phương pháp nghiên cứu sau:
2.5.1. Số liệu đƣợc sử dụng trong đề tài
- Số liệu khí hậu: thống kê nhiệt độ hàng năm, thống kê nhiệt độ trung
bình năm,...
- Số liểu ảnh viễn thám: MODIS
2.5.2. Phƣơng pháp thu thập và kế thừa số liệu
Thu thập và xử lý những thơng tin có liên quan đến nội dung nghiên
cứu của đề tài: các dạng tài liệu, bản đồ, số liệu thống kê, báo cáo khoa học…
làm cơ sở cho việc xây dựng dữ liệu. Các thông tin này được thu thập từ các
cơ quan chuyên môn và các phòng chức năng trên địa bàn tỉnh. Các báo cáo
khoa học liên quan thu thập được từ nhiều nguồn khác nhau.
2.5.3. Phƣơng pháp điều tra khảo sát, đo đạc thực địa
Điều tra, khảo sát bổ sung số liệu nhằm cung cấp các dữ liệu còn thiếu,

hiệu chỉnh và kiểm tra độ chính xác của dữ liệu.
2.5.4. Phƣơng pháp thống kê trong khí hậu
2.5.4.1. Phƣơng pháp tính tần suất sự kiện
Khi tiến hành phép thử, hiện tượng có thể xuất hiện cũng có thể khơng
xuất hiện. Để đo độ chắc chắn của sự kiện “hiện tượng xuất hiện” hay “hiện
tượng không xuất hiện” trong lần thử người ta sử dụng khái niệm “xác suất sự
kiện”. Xác suất của sự kiện A nào đó nằm trong khoảng từ 0 đến 1:
0 ≤P(A)≤1
Sự kiện có xác suất xuất hiện bằng 0 ứng với sự kiện bất khả V cịn sự
kiện có xác suất xuất hiện bằng 1 ứng với sự kiện chắc chắn U, tức P(V)=0,
P(U)=1.
Theo định nghĩa cổ điển, xác suất của sự kiện A là tỷ số giữa số kết cục
thuận lợi cho A so với tổng số kết cục đồng khả năng. Tuy nhiên, định nghĩa
này chỉ áp dụng được khi số kết cục đồng khả năng là hữu hạn. Để tính được
xác suất của sự kiện cho một phép thử lớn, người ta đưa vào định nghĩa xác
13