Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng quy trình giám sát biến động thoái hóa đất bằng công nghệ viễn thám và GIS
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (12.07 MB, 238 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO - BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ
NGUYỄN ANH TUẤN
NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG QUY TRÌNH
GIÁM SÁT BIẾN ĐỘNG THỐI HĨA ĐẤT BẰNG CƠNG
NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội, năm 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO - BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ
NGUYỄN ANH TUẤN
NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG QUY TRÌNH
GIÁM SÁT BIẾN ĐỘNG THỐI HĨA ĐẤT BẰNG CƠNG
NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS
Ngành đào tạo: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ
Mã số : 9.52.05.03
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. TS. LÊ ANH DŨNG
2. TS. NGUYỄN QUỐC KHÁNH
Hà Nội, năm 2023
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án này là nghiên cứu của riêng tôi. Các tài liệu, dữ
liệu được sử dụng trong luận án có nguồn dẫn rõ ràng, các kết quả nghiên cứu là
quá trình lao động trung thực của tôi.
Hà Nội, ngày tháng năm 2023
Tác giả luận án
Nguyễn Anh Tuấn
ii
LỜI CẢM ƠN
Luận án được hoàn thành tại Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ dưới sự hướng
dẫn nghiêm túc, tâm huyết của TS. Lê Anh Dũng và TS. Nguyễn Quốc Khánh. Trước
hết, với lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc, NCS xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất
tới TS. Lê Anh Dũng và TS. Nguyễn Quốc Khánh - những người Thầy đã dành cho
NCS sự quan tâm, hướng dẫn tận tình và những định hướng khoa học hiệu quả trong
suốt q trình nghiên cứu và hồn thành luận án.
Trong quá trình thực hiện luận án, NCS đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình và
có hiệu quả của Ban Lãnh đạo và các phòng thuộc Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ.
Ngồi ra, NCS cịn nhận được những lời góp ý quý báu của các nhà khoa học ở trong
và ngoài Viện. NCS xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các nhà khoa học, thầy
cơ, đồng nghiệp, gia đình và bạn bè đã giành cho NCS sự quan tâm, động viên, giúp
đỡ và góp ý quý báu trong suốt thời gian thực hiện luận án này.
Hà Nội, ngày
tháng
năm 2023
Tác giả luận án
Nguyễn Anh Tuấn
iii
MỤC LỤC
MỤC LỤC........................................................................................................ iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT...........................................................................vi
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ.....................................................................viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU................................................................................. x
MỞ ĐẦU............................................................................................................1
1.
Tính cấp thiết của luận án............................................................................. 1
2.
Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................... 4
3.
Nội dung nghiên cứu....................................................................................4
4.
Đối tượng và phạm vi...................................................................................4
5.
Phương pháp nghiên cứu..............................................................................5
6.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.......................................................................6
7.
Luận điểm bảo vệ........................................................................................ 6
8.
Kết cấu của luận án......................................................................................6
9.
Những đóng góp mới của luận án..................................................................7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................. 8
1.1. Các vấn đề cơ bản về thối hóa đất................................................................8
1.1.1. Tài ngun đất...........................................................................................8
1.1.2. Thối hóa đất...........................................................................................10
1.1.3. Hiện trạng và xu thế thối hóa đất ở Việt Nam...........................................13
1.2. Đặc điểm một số công nghệ sử dụng trong luận án.......................................18
1.2.1. Công nghệ viễn thám...............................................................................18
1.2.2. Công nghệ GIS........................................................................................20
1.2.3. Phương pháp đánh giá đa tiêu chí..............................................................21
1.2.4. Khả năng ứng dụng viễn thám, GIS và phương pháp đánh giá đa tiêu chí
MCE-AHP trong giám sát biến động thối hóa đất...............................................24
1.3. Các phương pháp xác định thối hóa đất......................................................26
iv
1.4. Tình hình nghiên cứu thối hóa đất và giám sát biến động thối hóa đất bằng
viễn thám và GIS...............................................................................................31
1.4.1. Trên thế giới............................................................................................31
1.4.2. Ở Việt Nam.............................................................................................37
Tiểu kết Chương 1.............................................................................................43
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM,
GIS VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐA TIÊU CHÍ MCE-AHP TRONG GIÁM
SÁT BIẾN ĐỘNG THỐI HĨA ĐẤT..............................................................45
2.1. Cơ sở khoa học ứng dụng thông tin từ dữ liệu viễn thám phục vụ xây dựng bản
đồ thối hóa đất chun đề..................................................................................45
2.1.1. Lựa chọn dữ liệu viễn thám...................................................................... 45
2.1.2. Giải đoán lớp phủ đất từ dữ liệu viễn thám.................................................48
2.1.3. Tính tốn chỉ số NDVI từ dữ liệu viễn thám...............................................51
2.1.4. Ứng dụng viễn thám để chiết tách thông tin phục vụ xác định lớp dữ liệu hệ số
C………...........................................................................................................53
2.1.5. Ứng dụng viễn thám để chiết tách thông tin phục vụ xác định lớp dữ liệu hệ số
P…………....................................................................................................... 56
2.2. Cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ GIS và phương pháp đánh giá đa tiêu chí
MCE-AHP trong giám sát biến động thối hóa đất...............................................59
2.2.1. Quy trình thành lập bản đồ đất bị suy giảm độ phì......................................60
2.2.2. Quy trình thành lập bản đồ đất bị xói mịn do mưa..................................... 65
2.2.3. Quy trình thành lập bản đồ đất bị khơ hạn..................................................70
2.2.4. Quy trình thành lập bản đồ đất bị kết von, đá ong hóa.................................72
2.2.5. Quy trình thành lập bản đồ đất bị mặn hóa, phèn hóa..................................76
2.2.6. Quy trình thành lập bản đồ thối hóa đất tổng hợp......................................80
2.2.7. Quy trình giám sát biến động thối hóa đất bằng cơng nghệ viễn thám, GIS và
phương pháp đánh giá đa tiêu chí MCE - AHP.................................................... 84
Tiểu kết Chương 2.............................................................................................86
v
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG QUY TRÌNH GIÁM
SÁT BIẾN ĐỘNG THỐI HĨA ĐẤT TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ NG
BÍ, TỈNH QUẢNG NINH..................................................................................87
3.1. Khu vực nghiên cứu...................................................................................87
3.1.1. Điều kiện tự nhiên................................................................................... 87
3.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội..........................................................................93
3.1.3. Đặc điểm thối hóa đất khu vực nghiên cứu...............................................94
3.1.4. Biến động sử dụng đất trên địa bàn............................................................95
3.2. Dữ liệu sử dụng......................................................................................... 99
3.3. Xử lý phân tích ảnh vệ tinh.........................................................................99
3.3.1. Tính tốn chỉ số NDVI...........................................................................101
3.3.2. Thành lập bản đồ lớp phủ đất..................................................................101
3.4. Giám sát biến động thối hóa đất TP ng Bí, tỉnh Quảng Ninh.................106
3.4.1. Xây dựng bản đồ đất bị suy giảm độ phì..................................................106
3.4.2. Xây dựng bản đồ đất bị xói mịn do mưa................................................. 112
3.4.3. Xây dựng bản đồ đất bị khô hạn..............................................................120
3.4.4. Xây dựng bản đồ đất bị kết von, đá ong hóa.............................................127
3.4.5. Xây dựng bản đồ đất bị mặn hóa, phèn hóa..............................................130
3.4.6. Xây dựng bản đồ thối hóa đất tổng hợp..................................................137
3.4.7. Xây dựng bản đồ biến động thối hóa đất................................................ 142
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..........................................................................146
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN NGHIÊN
CỨU CỦA LUẬN ÁN....................................................................................148
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 149
PHỤ LỤC.......................................................................................................157
vi
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
AHP
Tiếng Anh
Analytic Hierachy Process
Tiếng Việt
Đánh giá thứ bậc
BTNMT
Bộ Tài nguyên và Môi trường
CSDL
Cơ sở dữ liệu
DEM
Digital Elevation Model
ĐHĐT
Mơ hình số độ cao
Định hướng đối tượng
FAO
Food and Agriculture
Organization
Tổ chức Nông lương Liên hợp
quốc
GDP
Gross Domestic Product
Tổng sản phẩm quốc nội
GIS
Geographical Information
System
Hệ thống thông tin địa lý
GPS
Global Positioning System
Hệ thống định vị toàn cầu
GSD
Ground Sampling
Distance
Độ phân giải mặt đất
ISSS
International Society of
Soil Science
Hội Khoa học đất quốc tế
LADA
Land Degradation
Assessment in Drylands
Đánh giá thối hóa đất khơ cằn
MCE
Multi-criteria Evaluation
Phương pháp phân tích đa tiêu
chí
NCS
Nghiên cứu sinh
NĐ
Nghị định
NDSI
Normalize Difference
Salinity Index
Chỉ số độ mặn khác biệt chuẩn
hóa
NDVI
Normalized Difference
Vegetation Index
Chỉ số thực vật khác biệt chuẩn
hóa
vii
Chữ viết tắt
Tiếng Anh
PLHĐT
Tiếng Việt
Phân loại hướng đối tượng
PLSR
Partial Least Square Error
Sai số bình phương tối thiểu
một phần
RUSLE
Revised Universal Soil
Loss Equation
Phương trình mất đất phổ dụng
cải tiến
SAVI
Soil Adjusted Vegetation
Index
Chỉ số thực vật có tính đến ảnh
hưởng của đất
SI
Soil Index
Chỉ số đất
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
TP
Thành phố
TPCG
Thành phần cơ giới
TSMT
Tổng số muối tan
UBND
Ủy ban nhân dân
UNDP
United Nations
Development Programme
Chương trình Phát triển Liên
hợp quốc
UNEP
United Nations
Environment Programme
Chương trình Mơi trường Liên
hợp quốc
UNESCO
United Nations Educational
Scientific and Cultural
Organization
Tổ chức Giáo dục, Khoa học và
Văn hóa Liên hợp quốc
WB
World Bank
Ngân hàng thế giới
WMO
World Meteological
Organization
Tổ chức Khí tượng thế giới
XNM
Xâm nhập mặn
viii
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Phản xạ phổ của một số đối tượng chính............................................... 20
Hình 1.2. Các thành phần của GIS...................................................................... 21
Hình 1.3. Thang điểm so sánh mức độ quan trọng của các yếu tố.......................... 23
Hình 1.4. AHP - GDM trong xác định trọng số....................................................24
Hình 2.1. Quy trình thành lập bản đồ đất bị suy giảm độ phì..................................64
Hình 2.2. Quy trình thành lập bản đồ đất bị xói mịn do mưa.................................66
Hình 2.3. Quy trình thành lập bản đồ đất bị khơ hạn............................................. 72
Hình 2.4. Quy trình thành lập bản đồ đất bị kết von, đá ong hóa............................ 76
Hình 2.5. Quy trình thành lập bản đồ đất bị mặn hóa............................................ 78
Hình 2.6. Quy trình thành lập bản đồ đất bị phèn hóa............................................80
Hình 2.7. Quy trình giám sát biến động thối hóa đất bằng cơng nghệ viễn thám, GIS
và phương pháp đánh giá đa tiêu chí MCE-AHP..................................................85
Hình 3.1. Khu vực nghiên cứu............................................................................ 88
Hình 3.2. Mơ hình số độ cao khu vực nghiên cứu.................................................89
Hình 3.3. Bản đồ độ dốc khu vực nghiên cứu.......................................................90
Hình 3.4. Ảnh VnRedsat-1 khu vực nghiên cứu................................................. 100
Hình 3.5. Lớp dữ liệu NDVI - TP ng Bí năm 2017 (trái) và 2018 (phải) 101 Hình
3.6. Kết quả phân mảnh ảnh cấp 1.....................................................................103
Hình 3.7. Bản đồ lớp phủ bề mặt TP ng Bí năm 2017.................................... 104
Hình 3.8. Bản đồ lớp phủ bề mặt TP ng Bí năm 2018.................................... 105
Hình 3.9. Bản đồ đất bị suy giảm độ phì TP ng Bí năm 2017..........................110
Hình 3.10. Bản đồ đất bị suy giảm độ phì TP ng Bí năm 2018........................111
Hình 3.11. Lớp dữ liệu hệ số R - TP ng Bí năm 2017 (trái) và 2018 (phải).......112
Hình 3.12. Lớp dữ liệu hệ số K - TP ng Bí năm 2017 (trái) và 2018 (phải).......113
Hình 3.13. Lớp dữ liệu hệ số LS - TP ng Bí năm 2017 (trái) và 2018 (phải).....113
Hình 3.14. Lớp dữ liệu hệ số C - TP ng Bí năm 2017 (trái) và 2018 (phải).......114
ix
Hình 3.15. Lớp dữ liệu hệ số P - TP ng Bí năm 2017 (trái) và 2018 (phải).......115
Hình 3.16. Bản đồ đất bị xói mịn do mưa TP ng Bí năm 2017........................116
Hình 3.17. Bản đồ đất bị xói mịn do mưa TP ng Bí năm 2018........................118
Hình 3.18. Lớp điểm 6 trạm khí tượng...............................................................123
Hình 3.19. Lớp điểm mẫu điều tra khơ hạn........................................................ 124
Hình 3.20. Bản đồ đất bị khơ hạn TP ng Bí năm 2017....................................125
Hình 3.21. Bản đồ đất bị khơ hạn TP ng Bí năm 2018....................................126
Hình 3.22. Bản đồ đất bị kết von, đá ong hóa TP ng Bí năm 2017...................128
Hình 3.23. Bản đồ đất bị kết von, đá ong hóa TP ng Bí năm 2018...................129
Hình 3.24. Bản đồ đất bị mặn hóa TP ng Bí năm 2017................................... 133
Hình 3.25. Bản đồ đất bị mặn hóa TP ng Bí năm 2018................................... 134
Hình 3.26. Bản đồ đất bị phèn hóa TP ng Bí năm 2017.................................. 135
Hình 3.27. Bản đồ đất bị phèn hóa TP ng Bí năm 2018.................................. 136
Hình 3.28. Bản đồ thối hóa đất TP ng Bí năm 2017......................................139
Hình 3.29. Bản đồ thối hóa đất TP ng Bí năm 2018......................................140
Hình 3.30. Bản đồ biến động thối hóa đất TP ng Bí giai đoạn 2017-2018.......143
x
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Khả năng ứng dụng viễn thám, GIS và MCE trong việc thành lập các bản
đồ thối hóa đất chun đề................................................................................. 25
Bảng 2.1. Quan hệ giữa tỉ lệ bản đồ và kích cỡ pixel thực địa................................ 46
Bảng 2.2. Một số loại vệ tinh thường dùng...........................................................47
Bảng 2.3. Các lớp phân loại từ ảnh vệ tinh VNRedSat-1 cấp 1 và cấp 2.................51
Bảng 2.4. Các chỉ số thực vật thường dùng..........................................................52
Bảng 2.5. Bảng tra C theo Hội khoa học đất quốc tế.............................................55
Bảng 2.6. Bảng phân cấp hệ số P theo độ dốc và chiều dài sườn dốc......................57
Bảng 2.7. Hệ số P cho từng loại sử dụng đất........................................................ 58
Bảng 2.8. Ma trận so sánh cặp đôi tổng hợp suy giảm độ phì.................................62
Bảng 2.9. Bảng giá trị Si.....................................................................................62
Bảng 2.10. Phân cấp tổng giá trị suy giảm độ phì SSg............................................64
Bảng 2.11. Phân cấp đánh giá đất bị khô hạn....................................................... 71
Bảng 2.12. Phân mức đánh giá đất bị kết von.......................................................73
Bảng 2.13. Bảng phân cấp các chỉ tiêu kết von.....................................................74
Bảng 2.14. Bảng phân cấp kết von......................................................................74
Bảng 2.15. Phân mức đánh giá đất bị mặn hố.....................................................77
Bảng 2.16. Phân mức đánh giá đất bị phèn hóa.................................................... 79
Bảng 2.17. Ma trận so sánh cặp đôi giữa các chỉ tiêu thối hóa trung du - miền núi.81
Bảng 2.18. Ma trận so sánh cặp đôi giữa các chỉ tiêu thối hóa đồng bằng..............81
Bảng 2.19. Ma trận so sánh cặp đơi giữa các chỉ tiêu thối hóa vùng ven biển.........81
Bảng 2.20. Giá trị thối hóa Si............................................................................ 82
Bảng 2.21. Phân cấp tổng giá trị thối hóa STh......................................................84
Bảng 3.1. Các nhóm đất chính trên địa bàn thành phố ng Bí.............................91
Bảng 3.2. Biến động sử dụng đất thời kỳ 2015-2016............................................ 98
xi
Bảng 3.3. Bảng thông tin dữ liệu ảnh vệ tinh VnRedsat-1 được sử dụng................99
Bảng 3.4. Chi tiết các cảnh ảnh VnRedsat-1.......................................................100
Bảng 3.5. Thông số phân mảnh ảnh vệ tinh VNREDSat-1 cấp 1......................... 101
Bảng 3.6. Thơng tin về khóa giải đốn ảnh vệ tinh VnRedsat-1...........................102
Bảng 3.7. Ma trận so sánh cặp đôi các chỉ tiêu....................................................107
Bảng 3.8. Ma trận so sánh cặp đơi nhóm chỉ tiêu vật lý.......................................107
Bảng 3.9. Ma trận so sánh cặp đơi các chỉ tiêu về tính chất hóa học..................... 107
Bảng 3.10. Ma trận so sánh cặp đôi các chỉ tiêu trong NPK.................................108
Bảng 3.11. Giá trị Si của các chỉ tiêu trong NPK................................................ 108
Bảng 3.12. Giá trị Si của các chỉ tiêu tổng hợp độ phì......................................... 109
Bảng 3.13. Kết quả thống kê diện tích xói mịn năm 2017...................................117
Bảng 3.14. Kết quả thống kê xói mịn năm 2018................................................119
Bảng 3.15. Bảng kết quả thể hiện tổng số tháng bị khô hạn của từng trạm đo........121
Bảng 3.16. Phân cấp đánh giá đất bị khô hạn theo chỉ số khô hạn và số tháng khô hạn
.......................................................................................................................122
Bảng 3.17. Mức độ khô hạn của 6 trạm đo.........................................................122
Bảng 3.18. Ma trận so sánh cặp đôi đối với các khu vực ven biển........................137
Bảng 3.19. Ma trận so sánh cặp đôi đối với các khu vực trung du - miền núi.........137
Bảng 3.20. Ma trận so sánh cặp đôi đối với khu vực đồng bằng...........................138
Bảng 3.21. Thống kê diện tích đất theo các cấp thối hóa....................................141
Bảng 3.22. Thống kê mức độ biến động thối hóa đất tổng hợp theo mục đích sử
dụng thành phố ng Bí giai đoạn tháng 3/2017 - tháng 9/2018..........................144
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Đất đai là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá của mỗi quốc gia. Việt Nam cũng
như các quốc gia nhiệt đới khác, tài nguyên đất luôn chịu tác động mạnh mẽ của khí
hậu, đặc biệt trong bối cảnh gia tăng của các hình thái thời tiết cực đoan. Trong chiến
lược phát triển bền vững, mục tiêu quản lý, sử dụng đất bền vững ln được đặt lên
hàng đầu. Có thể nói, tài nguyên đất đai là tài nguyên không tái tạo, được ưu tiên bảo
vệ và sử dụng theo kế hoạch, quy hoạch do nhà nước quản lý. Thủ tướng Chính phủ
đã ban hành Quyết định số 43/2010/QĐ- TTg ngày 02 tháng 6 năm 2010 về việc ban
hành Hệ thống chỉ tiêu thống kê quốc gia. Trong nội dung Quyết định, thoái hóa đất
là một trong các chỉ tiêu thuộc hệ thống chỉ tiêu thống kê Quốc gia và Bộ Tài nguyên
và Môi trường, Ủy ban nhân dân cấp tỉnh được giao nhiệm vụ báo cáo kết quả.
Thối hóa đất là khái niệm chung để chỉ đất bị thay đổi những đặc tính và tính
chất vốn có ban đầu (theo chiều hướng xấu) do sự tác động của điều kiện tự nhiên và
con người. Các loại hình thối hóa đất như: Xói mịn đất do mưa, Suy giảm độ phì,
Mặn hóa, Phèn hóa, Sa mạc hóa, Kết von, Bạc màu, Ngập úng, Lũ qt, Trượt và sạt
lở, Ơ nhiễm… Mỗi loại hình thối hóa đều đã được nhiều nghiên cứu và đưa ra được
mơ hình đánh giá, từ chỉ tiêu, tiêu chí, chỉ thị và ngưỡng đánh giá. Từ các mơ hình
thực nghiệm đến các mơ hình lý thuyết đã được đưa ra nhằm định lượng được mức
độ thối hóa theo các chỉ thị của các loại hình, thơng qua bản đồ để biểu thị các
ngưỡng thối hóa đất như thối hóa mạnh, thối hóa trung bình, thối hóa yếu hay
khơng thối hóa. Từ các loại hình thối hóa đất chúng ta có thể xây dựng được bản
đồ thối hóa đất tổng hợp. Đây là tài liệu quan trọng trong công tác quản lý của mỗi
cấp địa phương về nguồn tài nguyên không tái tạo vô cùng quan trọng của quốc gia.
2
Dữ liệu và công nghệ viễn thám đã được đánh giá như một phương pháp hiện
đại, hiệu quả trong chiết xuất thơng tin về đối tượng, q trình biến động trên bề mặt
đất, trong đó có các loại hình thối hóa đất với các chỉ tiêu, chỉ thị trong các mơ hình
thối hóa đất. Việt Nam đã phóng thành cơng vệ tinh VNRedSat-1 cung cấp ảnh vệ
tinh có độ phân giải cao và chủ động trên lãnh thổ Việt Nam tạo thuận lợi cho các
nhiệm vụ điều tra cơ bản về đất đai, trong đó có nhiệm vụ giám sát biến động thối
hóa đất. Chiết tách thơng tin từ dữ liệu viễn thám thơng qua giải đốn, các kênh phổ,
ảnh chỉ số, dựa trên pixel ảnh hay cấu trúc ảnh… là thế mạnh của viễn thám, hỗ trợ
nhiều thông tin quan trọng mà các phương pháp truyền thống khó có thể thu nhận
được. Đó là vấn đề cần được nghiên cứu nhằm đề xuất được giải pháp trong nâng cao
tối đa khả năng ứng dụng dữ liệu, công nghệ viễn thám trong lượng hóa các loại hình
thối hóa đất phục vụ giám sát thối hóa đất.
Từ trước đến nay, việc đánh giá thối hóa đất chủ yếu là xác định mức độ
thối hóa tại một thời điểm mà chưa có quy trình để giám sát sự biến động thối hóa
đất giữa các thời kỳ (thối hóa tăng nhanh hay chậm, giảm nhanh hay chậm hoặc
khơng thay đổi mức độ thối hóa) nhằm xác định phạm vi, quy mơ, mức độ và sự
thay đổi theo thời gian về mức độ thoái hóa đất. Nhận diện được biến động thối hóa
đất có thể luận giải được xu thế bảo tồn tài nguyên đất của địa phương. Sự biến động
theo chiều hướng tốt lên nếu hạn chế được các tác động tiêu cực của tự nhiên, cải
thiện các tác động có hại của con người. Sự biến động về thối hóa đất theo chiều
hướng xấu đi nếu chúng ta khơng có biện pháp bảo vệ đất tốt hơn hoặc gia tăng của
tác động xấu từ tự nhiên… Việc xây dựng một công cụ (hay quy trình) có thể giám
sát biến động thối hóa đất là cần thiết cho các cơ quan quản lý trong việc quản lý và
bảo vệ nguồn tài nguyên đất đai. Thực tiễn luôn thay đổi, nhiều hoạt động trên đất
xảy ra ngồi kiểm sốt của chính quyền địa phương. Nhiều chỉ tiêu khơng có trong
thống kê và đặc biệt là
3
chỉ khi kiểm kê định kỳ diễn ra thì mới có được số liệu cuối cùng. Bên cạnh đó, việc
quản lý và theo dõi biến động thối hóa đất khơng có cơng cụ rõ ràng. Đây chính là
những tồn tại trong quản lý sử dụng đất ở nước ta hiện nay. Phát hiện nhanh và có
biện pháp xử lý kịp thời là những mục tiêu quan trọng của công tác quản lý hiện nay.
Việc giám sát biến động thối hóa đất cần đến dữ liệu thối hóa giữa các thời
điểm có thể kết hợp với việc ứng dụng cơng nghệ viễn thám và GIS để giám sát được
quy mô, loại hình, mức độ và phân bố của sự biến động thối hóa đất. Tuy nhiên đây
là vấn đề quan trọng có tính khoa học và cơng nghệ mà chưa có nghiên cứu nào đề
cập. Trong nước cũng đã có nhiều đề tài, dự án, cơng trình nghiên cứu về sử dụng
công nghệ viễn thám và GIS trong điều tra, đánh giá, phân loại sử dụng đất, lớp phủ,
biến động sử dụng đất. Tuy nhiên, chưa có một nghiên cứu nào về giám sát biến
động thối hóa đất một cách đồng bộ bằng công nghệ hiện đại.
Với nghiên cứu này, NCS sẽ nghiên cứu đề xuất quy trình và phương pháp
giám sát biến động thối hóa đất bằng cơng nghệ viễn thám và GIS. Kết quả về biến
động các loại hình thối hóa, bản đồ kết quả của nghiên cứu sẽ cho phép cơng bố trực
quan về quy mơ, loại hình, mức độ và phân bố của sự biến động thoái hóa đất. Đây là
bản đồ vơ cùng quan trọng đối với công tác quản lý và định hướng sử dụng đất trong
tương lai của mỗi cấp địa phương. Khu vực nghiên cứu được chọn sẽ là khu vực có
nhiều loại hình thối hóa đất. Ngồi ra, dữ liệu về khu vực nghiên cứu có sẵn cũng là
một lợi thế để làm tăng độ chính xác của kết quả tính tốn. Theo nghiên cứu sơ bộ,
khu vực TP. ng Bí thuộc tỉnh Quảng Ninh có các loại hình thối hóa đất khá đa
dạng, dữ liệu phục vụ nghiên cứu tương đối đầy đủ; do đó, TP. ng Bí được chọn
để ứng dụng và triển khai mơ hình giám sát biến động thối hóa đất. Từ những cơ sở
trên, đề tài luận án “Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng quy trình giám sát biến
4
động thối hóa đất bằng cơng nghệ viễn thám và GIS” có tính khoa học, thực tiễn
và thời sự cao. Luận án được thực hiện trong thời gian NCS được tham gia thực hiện
đề tài khoa học công nghệ cấp Nhà nước mã số BĐKH.10/16-20 “Nghiên cứu ứng
dụng công nghệ hiện đại trong xây dựng mơ hình quản lý biến động tài ngun, hồn
thiện cơng cụ quản lý và nâng cao năng lực giám sát biến động sử dụng đất” do TS.
Nguyễn Phi Sơn (Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ) làm chủ nhiệm. Đề tài đã kết
thúc năm 2020. Trong luận án, nghiên cứu sinh đã kế thừa một phần cơ sở lý luận và
dữ liệu quan trắc, đo đạc thực địa được thực hiện trong đề tài BĐKH.10/16-20.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Ứng dụng ảnh viễn thám độ phân giải cao, GIS và phương pháp đánh giá đa
tiêu chí (MCE-AHP) trong thành lập bản đồ thối hóa đất.
- Xác lập được cơ sở khoa học và xây dựng được quy trình giám sát biến động
thối hóa đất từ viễn thám và công nghệ GIS.
3. Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Tổng quan các vấn đề về thoái hóa đất và biến động thối hóa đất.
Nội dung 2: Ứng dụng công nghệ viễn thám, GIS và phương pháp đánh giá đa
tiêu chí (MCE-AHP) trong giám sát biến động thối hóa đất.
Nội dung 3: Thực nghiệm giám sát biến động thối hóa đất tại thành phố ng
Bí, tỉnh Quảng Ninh.
4. Đối tượng và phạm vi
4.1. Đối tượng nghiên cứu
Các loại hình thối hóa đất và biến động thối hóa đất.
4.2. Phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi khoa học: nghiên cứu ứng dụng viễn thám và GIS để xác định các
loại hình thối hóa đất và giám sát biến động thối hóa đất.
5
- Phạm vi khơng gian: thành phố ng Bí (tỉnh Quảng Ninh).
- Phạm vi thời gian: giai đoạn tháng 3/2017 - tháng 9/2018.
5. Phương pháp nghiên cứu
5.1. Phương pháp điều tra, thu thập, phân tích, tổng hợp thơng tin tài liệu:
được sử dụng để điều tra, thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu về các nghiên cứu
trong nước và trên thế giới, tài liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, dữ liệu ảnh,
dữ liệu bản đồ, số liệu, dữ liệu điều tra… có liên quan đến nội dung của luận án.
5.2. Phương pháp chuyên gia: được sử dụng trong việc trao đổi thông tin
với các chuyên gia, các nhà khoa học về lĩnh vực nghiên cứu; xác định mức độ quan
trọng của các tiêu chí theo cặp đơi so sánh thơng qua bảng hỏi. Phương pháp chuyên
gia được sử dụng khi xây dựng bản đồ độ phì đất, bản đồ thối hóa đất.
5.3. Phương pháp thống kê: được sử dụng trong xây dựng các cơng cụ thống
kê hồi quy các thành phần thối hóa đất; tổng hợp diện tích đất thối hóa theo loại
hình thối hóa; phân tích biến động thối hóa đất.
5.4. Phương pháp viễn thám: được sử dụng trong phân loại, chiết tách và thu
nhận thông tin về lớp phủ đất và thông tin về thảm phủ, phục vụ việc xây dựng dữ
liệu đầu vào để tính tốn hệ số C (hệ số lớp phủ thực vật và quản lý đất) và hệ số P
(hệ số do áp dụng các biện pháp canh tác bảo vệ đất) phục vụ xây dựng bản đồ xói
mịn đất do mưa.
5.5. Phương pháp bản đồ: được sử dụng trong xây dựng các bản đồ thối
hóa đất thành phần, bản đồ thối hóa đất tổng hợp và bản đồ biến động thối hóa đất.
5.6. Phương pháp phân tích khơng gian: được sử dụng trong q trình
chồng xếp các bản đồ chuyên đề để tạo bản đồ thoái hóa đất; chồng xếp các bản đồ
thối hóa đất ở các thời kỳ để tạo bản đồ biến động thoái hóa đất với sự hỗ
6
trợ phần mềm hệ thống thông tin địa lý (GIS); Sử dụng mơ hình hồi quy khơng gian
trong xây dựng các bản đồ thối hóa đất thành phần phục vụ thành lập bản đồ thối
hóa đất tổng hợp, giám sát biến động thối hóa đất.
5.7. Phương pháp đánh giá đa tiêu chí MCE: được sử dụng để đánh giá, xếp
hạng thứ bậc ưu tiên của các yếu tố khi thành lập các bản đồ thối hóa đất chun đề,
bản đồ thối hóa đất thành phần và bản đồ biến động thối hóa đất.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
6.1. Ý nghĩa khoa học: góp phần bổ sung cơ sở lý luận và phương pháp
nghiên cứu xây dựng bản đồ thối hóa đất và bản đồ biến động thối hóa đất. Làm
phong phú thêm hướng nghiên cứu của địa lý học ứng dụng quản lý tài nguyên đất.
6.2. Ý nghĩa thực tiễn: kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học để địa phương
tham khảo trong việc lập quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất, xây dựng biện pháp bảo
tồn đất đối với các khu vực có mức độ biến động thối hóa tăng nhanh.
7. Luận điểm bảo vệ
Luận điểm 1: Ảnh vệ tinh VNRedSat-1 chiết xuất được một số thơng tin đầu
vào phục vụ thành lập bản đồ thối hóa đất do xói mịn.
Luận điểm 2: Ứng dụng GIS và phương pháp đánh giá đa tiêu chí MCE- AHP
giám sát được biến động về diện tích, mức độ, phân bố khơng gian và xu hướng của
thối hóa đất.
8. Kết cấu của luận án
Luận án, ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo và phụ
lục, gồm 3 chương:
Chương 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.
Chương 2. Cơ sở lý thuyết ứng dụng công nghệ viễn thám, GIS và phương
pháp đánh giá đa tiêu chí MCE - AHP trong giám sát biến động thoái hoá đất.
7
Chương 3. Nghiên cứu thử nghiệm ứng dụng quy trình giám sát biến động
thối hóa đất trên địa bàn thành phố ng Bí, tỉnh Quảng Ninh.
9. Những đóng góp mới của luận án
- Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và ảnh VNRedSat-1 trong phân
loại, chiết tách thông tin phục vụ việc thành lập bản đồ đất bị xói mịn do mưa.
- Xây dựng được quy trình giám sát biến động thối hóa đất, bản đồ biến động
thối hóa đất biểu thị phạm vi, quy mô, mức độ và sự thay đổi theo thời gian về mức
độ thối hóa đất bằng công nghệ viễn thám, GIS và phương pháp đánh giá đa tiêu chí
MCE-AHP.
