ứng dụng viễn thám và gis trong nghiên cứu sự phát triển của ruộng bậc thang huyện sa pa trong bối cảnh biến đổi khí hậu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN





LÊ TÚ ANH






ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG
NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN CỦA RUỘNG BẬC THANG TẠI
HUYỆN SA PA, TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU






LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2013


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
&



LÊ TÚ ANH





ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG
NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN CỦA RUỘNG BẬC THANG TẠI
HUYỆN SA PA, TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

Chuyên ngành: Bản đồ, Viễn thám và GIS
Mã số: 60440214

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. VŨ KIM CHI














Hà Nội – 2013


LỜI CẢM ƠN
Luận văn đƣợc thực hiện tại Khoa Địa lý, Trƣờng Đại học Khoa học Tự
nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Vũ
Kim chi, ngƣời thầy đã hƣớng dẫn, giúp đỡ và đóng góp những ý kiến quý báu cho
tác giả trong suốt quá trình lựa chọn và thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo tại Khoa Địa lý, trƣờng ĐHKHTN
đã tận tâm giảng dạy, truyền thụ những kiến thức quý báu, nền tảng để tác giả thực
hiện luận văn. Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo và đồng nghiệp tại Ban

quản lý các dự án, Cục Đo đạc và Bản đồ, Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng đã quan
tâm giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả học tập và hoàn thành luận văn này.
Cuối cùng, Tác giả rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến quý báu của các
nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 12 tháng 12 năm 2013
Tác giả luận văn


Lê Tú Anh









1

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 4
CHƢƠNG 1 -CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU RUỘNG
BẬC THANG 9
1.1 Tổng quan các công trình nghiên cứu ruộng bậc thang 9
1.1.1 Các công trình nghiên cứu ở ngoài nƣớc 9
1.1.2 Các công trình nghiên cứu trong nƣớc và khu vực nghiên cứu 11

1.2 Sự phát triển của ruộng bậc thang trong bối cảnh biến đổi khí hậu 13
1.2.1 Một số biểu hiện chính của BĐKH tại tỉnh Lào Cai và Miền núi phía bắc 13
1.2.2 Tác động của BĐKH tới ngành trồng trọt ở miền núi phía bắc 16
1.3 Ứng dụng Viễn thám trong nghiên cứu ruộng bậc thang 18
1.3.1 Hệ thống viễn thám 18
1.3.2 Sai số của ảnh viễn thám và phƣơng pháp xử lý 22
1.3.3 Tƣ liệu viễn thám và GIS trong xác định biến đổi của ruộng bậc thang 24
CHƢƠNG 2 -ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ VÀ HIỆN TRẠNG CANH TÁC RUỘNG BẬC
THANG TẠI HUYỆN SAPA 25
2.1 Điều kiện tự nhiên 25
2.1.1 Vị trí địa lý 25
2.1.2 Địa chất - địa mạo - địa hình 26
2.1.3 Khí hậu - thuỷ văn 27
2.1.4 Thổ nhƣỡng và thảm thực vật 33
2.1.5 Biến đổi khí hậu tại Sa Pa 36
2.2 Điều kiện kinh tế xã hội 38
2.2.1 Cơ sở hạ tầng 38
2.2.2 Dân số - dân tộc 40
2.2.3 Lao động - việc làm 40
2.2.4 Hiện trạng canh tác ruộng bậc thang 42
2.2.5 Phƣơng thức canh tác ruộng bậc thang ở Sa Pa 44
2.3 Các nhân tố tác động tới sự phát triển của ruộng bậc thang 47
2.3.1 Tác động của điều kiện tự nhiên, phƣơng thức canh tác 47
2.3.2 Tác động của chính sách 49
2.3.3 Tác động và hậu quả của biến đổi khí hậu 53
CHƢƠNG 3 -ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG
NGHIÊN CỨU RUỘNG BẬC THANG TẠI HUYỆN SAPA 54
3.1 Thành lập bản đồ hiện trạng ruộng bậc thang khu vực huyện Sa Pa 54
3.1.1 Tƣ liệu sử dụng 54
3.1.2 Quy trình thành lập 55

3.1.3 Xây dựng khóa giải đoán và kết quả đạt đƣợc 58
3.2 Phân tích sự biến đổi của ruộng bậc thang theo các giai đoạn 60
3.2.1 Sự biến đổi của ruộng bậc thang 60
3.2.2 Nguyên nhân biến đổi 61
3.2.3 Tác động của biến đổi khí hậu tới ruộng bậc thang 64
3.3 Định hƣớng khai thác, sử dụng hợp lý và bảo tồn ruộng bậc thang 65
2

3.3.1 Chính sách, chiến lƣợc lồng ghép 66
3.3.2 Những sáng kiến nhằm ứng phó với BĐKH của ngƣời dân 66
KẾT LUẬN 68
KIẾN NGHỊ 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined.


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Xu hƣớng tăng nhiệt độ tại Lào Cai 15
Hình 1.2: Phối lƣợng mƣa trung bình tháng tại trạm Phố Ràng từ 1980-2010 15
Hình 1.3: Diện tích đất nông nghiệp bị mất do hạn hán ở vùng núi phía Bắc từ năm
1980 đến 1998 16
Hình 1.4: Hệ thống thu nhận thông tin viễn thám 19
Hình 1.5. Sơ đồ hệ thống thu nhận ảnh dạng “khung” 21
Hình 1.6. Méo hình do các nguyên tố định hƣớng ngoài 23
Hình 2.1: Bản đồ vị trí huyện Sapa 25
Hình 2.2: Địa mạo, địa hình huyện Sa Pa 26
Hình 2.3: Nhiệt độ trung bình tháng tại Sa Pa giai đoạn 1980-2011 28
Hình 2.4: Xu hƣớng nhiệt độ trung bình hàng năm ở Sa Pa 29
Hình 2.5: Lƣợng mƣa trung bình tháng tại Sapa giai đoạn 1980-2011 30
Hình 2.6: Xu hƣớng lƣợng mƣa hàng năm ở Sa Pa 30
Hình 2.7: Hệ thống sông suối ở huyện Sa Pa 33

Hình 2.8: Các nhóm đất chính tại huyện Sa Pa 34
Hình 2.9: Diện tích đất lâm nghiệp từ năm 2000 – 2010 35
Hình 2.10: Phân bố dân số, dân tộc tại huyện Sa Pa 40
Hình 2.11: Cơ cấu lao động năm 2011 41
Hình 2.12: Tỷ lệ hộ nghèo tại Huyện Sa Pa 42
Hình 2.13: Sản lƣợng lúa nƣớc cả năm 42
Hình 2.14: Diện tích lúa nƣớc từ năm 1990 - 2013 43
Hình 3.1: Ảnh Landsat năm 1993, 1999 khu vực huyện Sapa 54
Hình 3.2: Ảnh Landsat năm 2007, 2013 khu vực huyện Sapa 54
Hình 3.3: Quy trình nắn ảnh 55
Hình 3.4: Các thông số trích điểm 56
Hình 3.5: Ảnh kết quả sau khi nắn chỉnh 57
Hình 3.6: Ảnh sau khi nắn chỉnh 58
Hình 3.7: Kết quả giải đoán ảnh 60

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Hiện tƣợng thời tiết bất thƣờng tại Sa Pa 36
Bảng 2.2: Cơ cấu kinh tế huyện Sa Pa giai đoạn 1995 – 2010 (%) 41
Bảng 2.3: Tác động của điều kiện tự nhiên và phƣơng thức canh tác đến RBT 47
Bảng 2.4: Chính sách nông nghiệp và các tác động đến ruộng bậc thang 51
Bảng 2.5: Hậu quả do hiện tƣợng thời tiết bất thƣờng gây ra 53
Bảng 3.1: Diện tích RBT theo thống kê và giải đoán ảnh (ha) 61
3


DANH MỤC HỘP
Hộp 1.1: Nhận định chung về tình hình BĐKH ở các tỉnh MNPB 14
Hộp 2.1: Ruộng bậc thang làm giảm tỷ lệ nghèo, chấm dứt cảnh di cƣ tự do và bảo
vệ rừng 44
Hộp 2.2: Kinh nghiệm trồng lúa nƣớc trên ruộng bậc thang 46

Hộp 3.1: Chuyển đổi từ trồng lúa, cây ngắn ngày khác sang sản xuất rau 64


TỪ VIẾT TẮT
RBT
Ruộng bậc thang
BĐKH
Biến đổi khí hậu
MNPB
Miền núi phía bắc
GIS
Hệ thống thông tin địa lý




4

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Ở Việt Nam, cƣ dân, dân tộc sinh sống tại các vùng cao đã hình thành
phƣơng thức canh tác ruộng bậc thang. Đây là những tri thức có từ lâu đời của dân
cƣ bản địa sinh sống dựa trên địa hình đồi núi dốc để tạo ra các thửa ruộng dƣới
dạng phân cấp bậc thang. Phƣơng thức này vừa đảm bảo đƣợc đời sống vừa bảo vệ
môi trƣờng.
Ruộng bậc thang ở Sa Pa không chỉ là thành tựu về kinh tế mà còn là thành
tựu cả về mặt văn hóa và tri thức dân gian. Ngƣời Mông, ngƣời Dao, ngƣời Giáy đã
phát huy tính sáng tạo của mình trong việc canh tác trên đất dốc, họ đã trồng đƣợc
lúa nƣớc ở vùng cao. Năng suất trồng lúa nƣớc trên các ruộng bậc thang cao gấp 4

lần so với năng suất trồng lúa nƣơng trên đất dốc. Từ khi phát triển ruộng bậc thang
ở đây, việc du canh, du cƣ đốt nƣơng làm rẫy đã bị xóa bỏ từ năm 1998. Ngƣời dân
tộc vùng cao nơi đây đã định canh, định cƣ và đến nay không những đủ thóc gạo để
ăn mà còn có thể đem bán. Tỷ lệ nghèo đói cũng nhờ đó mà đƣợc giảm mạnh.
Ruộng bậc thang còn có vai trò quan trọng trong bảo vệ môi trƣờng và phát
triển rừng. Phƣơng thức canh tác ruộng bậc thang có tác dụng làm giảm độ chua của
đất feralit do thƣờng xuyên đƣợc thay nƣớc mới và cung cấp các khoáng chất qua
phân bón. Mặt khác, muốn phát triển ruộng bậc thang phải đồng thời phát triển
thảm rừng đầu nguồn để điều tiết dòng chảy mặt, chống xói mòn và khô hạn. Do
vậy, ruộng bậc thang có tác dụng giữ nƣớc, giảm xói mòn đất, cải thiện độ phì và
khi lúa lên xanh sẽ tạo thành thảm phủ thực vật để giữ ẩm và khoáng chất.
Hơn nữa, ruộng bậc thang Sa Pa đang tạo nên một sản phẩm du lịch độc đáo
cho Việt Nam. Mạng thông tin điện tử du lịch quốc tế Touropia đã xếp hạng ruộng
bậc thang Sa Pa, Việt Nam nằm trong top 11 ruộng bậc thang đẹp nhất thế giới vào
cuối tháng 12/2013. Ngày 02/11/2013, tại lễ kỷ niệm 110 năm du lịch Sa Pa, Tổ
chức Kỷ lục Việt Nam (VietKings) đã trao chứng nhận kỷ lục Việt Nam cho hai
danh thắng của huyện Sa Pa là đèo Ô Quy Hồ và ruộng bậc thang ở thôn Vù Lùng
Sung. Ruộng bậc thang ở thôn Vù Lùng Sung, xã Trung Trải, huyện Sa Pa có 121
bậc với trên 100 năm tuổi đƣợc công nhận là ruộng bậc thang có nhiều bậc nhất và
đẹp nhất ở Sa Pa. Trƣớc đó, năm 2009, tạp chí du lịch Travel and Leisure (Mỹ)
5

cũng bình chọn ruộng bậc thang Sa Pa là một trong 7 ruộng bậc thang kỳ vĩ nhất
châu Á và thế giới.
Những năm gần đây, các tác động nặng nề của biến đổi khí hậu đã ảnh
hƣởng mạnh tới sản xuất nông nghiệp trên toàn thế giới, trong đó có Việt Nam. Các
hiện tƣợng thời tiết bất thƣờng và cực đoan đã đƣợc ghi nhận tại Sa Pa và gây nên
những thiệt hại trực tiếp tới nông nghiệp và ngƣời nghèo tại đây. Biến đổi khí hậu
với tần suất xuất hiện ngày càng nhiều sẽ tiếp tục gây thiệt hại nặng nề và trực tiếp
đến nguồn nƣớc, gây nên lũ quét và sạt lở đất tại các ruộng bậc thang. Vì vậy, cần

thiết phải có những biện pháp, những nghiên cứu nhằm bảo vệ và phát triển ruộng
bậc thang khu vực này.
Công nghệ viễn thám và GIS đã đƣợc các nƣớc trên thế giới áp dụng triệt để
trong ứng phó với biến đổi khí hậu, giám sát tài nguyên và biến đổi sử dụng đất .
Với những ƣu điểm của công nghệ này nhƣ sử dụng ảnh viễn thám chứa đựng hàm
lƣợng thông tin lớn, đƣợc thu nhận trên nhiều dải sóng là nguồn dữ liệu phong phú
và trực quan giúp cho các nghiên cứu về bề mặt và các quá trình tự nhiên trên mặt
đất một cách hiệu quả.
Nghiên cứu sự biến đổi của ruộng bậc thang bằng công nghệ viễn thám sẽ
giúp các nhà khoa học xác định đƣợc nguyên nhân cũng nhƣ xu hƣớng biến đổi. Từ
đó làm cơ sở cho các nhà quản lý vạch ra chính sách bảo tồn, phát triển ruộng bậc
thang nhằm góp phần vào mục tiêu phát triển bền vững. Vì vậy, Đề tài “Ứng dụng
Viễn thám và GIS trong nghiên cứu sự phát triển của ruộng bậc thang tại
huyện Sa Pa trong bối cảnh biến đổi khí hậu” đã đƣợc lựa chọn nghiên cứu.
2. Quan điểm nghiên cứu
 Quan điểm hệ thống và tổng hợp:
Hệ thống là một phức hợp các yếu tố tác động lẫn nhau và tác động tới môi
trƣờng bên ngoài hệ thống thông qua dòng vật chất và năng lƣợng. Một hệ thống bất
kỳ nào cũng là bộ phận của một hệ thống cấp cao hơn. Giữa các hệ thống đó tồn tại
một mối quan hệ tƣơng tác lẫn nhau. Mỗi hệ thống có tính hoàn chỉnh về cấu trúc
và thống nhất về chức năng thông qua dòng vật chất và năng lƣợng.
Ruộng bậc thang khu vực huyện Sa Pa nhƣ là một địa hệ thống hoàn chỉnh,
đƣợc hình thành từ mối tác động tƣơng hỗ giữa các hợp phần tự nhiên (địa chất, địa
hình, khí hậu, thuỷ văn, sinh vật), các hợp phần kinh tế xã hội (các dạng khai thác
6

sử dụng tài nguyên, lao động, dân tộc ). Khi tác động vào một phần nào đó của hệ
thống thì các hợp phần khác cũng thay đổi theo, dẫn đến những biến đổi của cả hệ
thống. Khi một hợp phần trong hệ thống có những biến đổi (những biến đổi về khí
hậu) cũng sẽ tác động lên các hợp phần khác trong hệ thống đó dẫn đến sự thay đổi,

biến đổi của cả hệ thống.
 Quan điểm lịch sử:
Mỗi một đơn vị lãnh thổ bất kì đều phải trải qua các quá trình hình thành,
phát triển, và tiến hoá theo thời gian. Nhƣ vậy, việc xem xét và nhìn nhận lãnh thổ
trên quan điểm lịch sử giúp ta có cái nhìn đầy đủ về mọi phƣơng diện của lãnh thổ
trong quá khứ và dự đoán, định hƣớng phát triển của lãnh thổ trong tƣơng lai. Đồng
thời, từ đó có thể lựa chọn phƣơng thức thích hợp nhất cho việc sử dụng hợp lý tài
nguyên và bảo vệ môi trƣờng.
Để có hệ thống tƣơng đối hoàn chỉnh nhƣ hôm nay, ruộng bậc thang ở Sa Pa
đã trải qua lịch sử hình thành trên 100 năm. Đó là sự đúc rút, trải nghiệm và sáng
tạo của ngƣời dân tộc H’Mông, Dao, Giáy trong cải tạo đất dốc để trồng lúa. Sự
biến đổi về diện tích, phân bố đất trồng lúa có thể đƣợc quan sát và thấy đƣợc
những biến đổi đó thông qua hệ thống ảnh vệ tinh đƣợc thu thập từ năm 1993 tới
nay. Hệ thống ảnh vệ tinh này sẽ giúp chúng ta có cái nhìn tổng quát về mặt không
gian và thời gian đối với sự thay đổi của ruộng bậc thang khu vực này.
 Quan điểm phát triển bền vững:
Một trong những định nghĩa đƣợc biết đến nhiều nhất về phát triển bền vững
là: “Phát triển bền vững là sự phát triển đáp ứng các nhu cầu hiện tại mà không làm
tổn hại khả năng đáp ứng nhu cầu của thế hệ trong tƣơng lai” (Hội nghị thế giới về
môi trƣờng và phát triển, WCED, 1978). Đối với bất kể vùng lãnh thổ nào khi khai
thác tiềm năng phục vụ phát triển kinh tế xã hội, nguyên tắc phát triển bền vững
phải đƣợc đặt lên hàng đầu. Sự kết hợp hài hoà giữa phát triển kinh tế, phát triển xã
hội và bảo vệ môi trƣờng là mục tiêu của phát triển bền vững. Nghiên cứu sự thay
đổi về quy mô và chức năng của ruộng bậc thang ở huyện Sa Pa không chỉ xác định
sự biến đổi trong quá khứ mà nhằm tới mục đích quan trọng là sử dụng hợp lý, phục
vụ bảo tồn và phát triển bền vững.
3. Mục tiêu và nhiệm vụ
Mục tiêu: Đề tài tập trung nghiên cứu sự biến đổi của ruộng bậc thang trong
bối cảnh biến đổi khí hậu bằng công nghệ Viễn thám và GIS nhằm đƣa ra cơ sở
7

khoa học phục vụ công tác định hƣớng sử dụng hợp lý, bảo tồn và phát triển bền
vững ruộng bậc thang ở vùng cao nói chung và huyện Sapa nói riêng.
Nhiệm vụ: Để thực hiện các mục tiêu trên, các nhiệm vụ đề ra bao gồm:
1. Thu thập cơ sở dữ liệu và tổng quan tài liệu liên quan đến hƣớng nghiên cứu
của đề tài.
2. Tổng hợp cơ sở lý luận nghiên cứu về ruộng bậc thang trên địa hình đất dốc
miền núi Việt Nam.
3. Phân tích biến đổi ruộng bậc thang trên cơ sở tƣ liệu ảnh viễn thám và bản đồ
của các năm 1993, 1999, 2009 và 2013.
4. Phân tích tác động của các yếu tố tự nhiên, thành phần dân tộc và các chính
sách phát triển ảnh hƣởng đến xu thế phát triển ruộng bậc thang trong bối
cảnh biến đổi khí hậu.
5. Đề xuất một số giải pháp sử dụng hợp lý, bảo tồn và phát triển bền vững
ruộng bậc thang.
4. Phạm vi nghiên cứu: Luận văn tập trung nghiên cứu sự biến đổi của ruộng
bậc thang trong khu vực huyện Sa Pa.
5. Phƣơng pháp và các bƣớc nghiên cứu
Phƣơng pháp nghiên cứu: Luận văn sử dụng các phƣơng pháp nghiên cứu
sau: 1) Phƣơng pháp thu thập số liệu, 2) Phƣơng pháp thống kê và phân tích tài liệu,
3) Phƣơng pháp bản đồ viễn thám và GIS, 4) Phƣơng pháp khảo sát, điều tra tổng
hợp, 5) Phƣơng pháp chuyên gia.
Các bƣớc nghiên cứu: Quy trình nghiên cứu vai trò của các yếu tố tự nhiên
và xã hội đến quá trình biến đổi ruộng bậc thang huyện Sa Pa, tỉnh Lào Cai bao gồm
các bƣớc sau:
- Bƣớc 1: Xác định mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu: Nêu lên mục tiêu và
nhiệm vụ nghiên cứu chính của đề tài từ đó đề xuất phƣơng pháp và kế hoạch thực
hiện hợp lý.
- Bƣớc 2: Điều tra phân tích và tổng hợp tài liệu: thu thập các tài liệu liên
quan đến hƣớng nghiên cứu của đề tài. Trên cơ sở các tài liệu thu thập đƣợc, tổng

quan tài liệu kết hợp khảo sát thực địa để nắm rõ vấn đề nghiên cứu và khu vực
nghiên cứu.
- Bƣớc 3: Phân tích hiện trạng canh tác ruộng bậc thang: thành lập bản đồ
hiện trạng ruộng bậc thang sau khi nắn chỉnh ảnh vệ tinh và số hoá, kết hợp phân
8

tích các nhân tố tác động đến các thời kỳ phát triển của ruộng bậc thang để làm rõ
quá trình hình thành và xu thế mở rộng ruộng bậc thang.
- Bƣớc 4: Phân tích sự thay đổi quy mô và đặc tính đa chức năng của ruộng
bậc thang: sau khi đã có hiện trạng phát triển ruộng bậc thang từng năm, có thể rút
ra quá trình thay đổi phƣơng thức sử dụng đất từng giai đoạn. Phân tích sự thay đổi
quy mô cũng cho thấy sự thay đổi chức năng khi vai trò của ruộng bậc thang ngày
càng rõ rệt và quan trọng trong đời sống của cƣ dân miền núi.
- Bƣớc 5: Đề xuất các biện pháp và định hƣớng sử dụng hợp lý, bảo tồn,
phát triển bền vững ruộng bậc thang.

6. Kết quả và nghĩa của đề tài
Kết quả đạt đƣợc:
1. Thành lập bình đồ ảnh các năm 1993, 1999, 2003, 2013 khu vực huyện Sa Pa
trên cơ sở nắn chỉnh ảnh vệ tinh thu thập đƣợc bằng phần mềm Envi.
2. Thành lập các bản đồ: hiện trạng phân bố ruộng bậc thang năm 1993, 1999,
2003, 2013 dựa trên giải đoán ảnh vệ tinh, và các bản đồ biến động giữa các
năm này.
3. Kết quả phân tích đặc điểm sự thay đổi quy mô và đặc tính đa chức năng của
ruộng bậc thang huyện Sapa.
4. Đề xuất các giải pháp và định hƣớng sử dụng hợp lý, bảo tồn, phát triển bền
vững ruộng bậc thang của khu vực Tây Bắc nói chung và huyện Sa Pa nói
riêng.
Ý nghĩa:
Ý nghĩa khoa học: Kết quả của luận văn góp phần làm sáng tỏ vấn đề lý luận

nghiên cứu sự thay đổi quy mô, chức năng và các xu thế phát triển của ruộng bậc
thang khu vực miền núi.
Ý nghĩa thực tiễn: Xây dựng cơ sở dữ liệu về sự biến động và xu thế phát
triển ruộng bậc thang là một trong những công việc quan trọng cho công tác định
hƣớng sử dụng hợp lý, bảo tồn và phát triển bền vững ở khu vực miền núi.

9

CHƢƠNG 1 - CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU RUỘNG BẬC THANG
1.1 Tổng quan các công trình nghiên cứu ruộng bậc thang
1.1.1 Các công trình nghiên cứu ở ngoài nƣớc
Các công trình nghiên cứu về ruộng bậc thang thƣờng gắn với hƣớng nghiên
cứu văn hoá cộng đồng hay các quá trình động lực xảy ra trong tự nhiên. Tuy nhiên,
cùng với việc ngày càng nhiều ruộng bậc thang đƣợc ghi danh vào Di sản văn hoá
thế giới, với những giá trị cả về vật chất và tinh thần đem lại cho con ngƣời, ruộng
bậc thang là đề tài thú vị cho các nhà khoa học tìm hiểu và nghiên cứu, nhất là trong
lĩnh vực nông nghiệp.
Naoki Iiyama và nnk [13] trong công trình nghiên cứu đánh giá các khía
cạnh sinh thái và xã hội của cảnh quan nông thôn có ruộng bậc thang ở huyện
Ogaha, tây nam Nhật Bản đã cho thấy điều kiện kinh tế xã hội vùng nông thôn Nhật
Bản đƣợc cải thiện kể từ những năm 1960 dẫn đến sự gia tăng các cảnh quan nhân
tạo và làm suy giảm độ phong phú loài. Do đó, để bảo tồn đa dạng sinh học ở các
vùng nông thôn, cảnh quan nông nghiệp cần phải đƣợc bảo tồn, đặc biệt là ruộng
bậc thang ở khu vực đất dốc. Vấn đề đặt ra là những cảnh quan phù hợp hệ sinh thái
tự nhiên không phải luôn luôn thích hợp với nhu cầu của ngƣời dân địa phƣơng
hoặc chủ sở hữu đất đai. Kết quả nghiên cứu cho thấy, trƣớc khi thực hiện các biện
pháp bảo tồn cụ thể, việc quản lý cảnh quan khu vực phải xem xét cả hai phƣơng
pháp tiếp cận sinh thái và xã hội.
Trong công trình nghiên cứu mối quan hệ giữa biến đổi sử dụng đất và hệ

thống thủy lợi trong cảnh quan nông nghiệp chứa ruộng bậc thang, Tomohiro
Ichinose và nnk [14] đã phân tích những thay đổi trong sử dụng đất giai đoạn 1963
– 2000 ở phía bắc đảo Awaji và miền trung Nhật Bản dựa trên tƣ liệu bản đồ địa
hình và ảnh vệ tinh. Nghiên cứu cũng so sánh sự thay đổi giữa hai hệ thống thủy lợi
khác nhau: khu vực tazu (do cộng đồng sở hữu) và khu vực do tƣ nhân quản lý. Kết
quả phân tích cho thấy, trong khu vực tazu, gần 40% diện tích ruộng bậc thang
trƣớc đây đã trở thành đất đô thị và đồng cỏ, gần 20% diện tích trồng lúa trở thành
nƣơng rẫy vào năm 2000. Ngƣợc lại, 30,6% diện tích trồng lúa trƣớc kia giờ là
nƣơng rẫy trong khu vực quản lý của tƣ nhân, khoảng một nửa diện tích đồng ruộng
đã biến thành đồng cỏ (26,3%) và đất đô thị (24,0%), 18,6% đƣợc thay thế bằng đất
trồng cây vào năm 2000. Nhƣ vậy, trong khu vực tazu, có ít diện tích trồng trọt bị
10

bỏ hoang. Những kết quả này cho thấy hệ thống thủy lợi có thể ảnh hƣởng đến mô
hình thay đổi sử dụng đất canh tác ruộng bậc thang.
Nghiên cứu gần đây của Baoshan Cui và nnk [15] về đặc điểm phân bố các
chất dinh dƣỡng đất ở ruộng bậc thang Hani vùng Tây Nam, Trung Quốc cho thấy
ruộng bậc thang Hani ảnh hƣởng rất nhiều đến cảnh quan khu vực miền núi Tây
Nam, Trung Quốc. Kết quả phân tích tƣơng quan các thông số chất dinh dƣỡng
trong đất đã đánh giá tác động của yếu tố môi trƣờng lên các chất dinh dƣỡng đất,
cũng nhƣ các mối quan hệ giữa các thông số chất dinh dƣỡng đất và độ cao, hƣớng
sƣờn, độ dốc và khoảng cách đối với các khu dân cƣ. Kết quả cho thấy các chất Kali
(AK) và phốt pho (AP) thấp trong thời gian bỏ hoang, ngƣợc lại chất hữu cơ (OM)
lại cao hơn trong thời kì hoang hoá; còn tổng Nitơ (TN), tổng Kali (TK) và tổng
phốt pho (TP) ít có sự thay đổi trong cả hai thời kỳ. Phân tích tƣơng quan còn cho
thấy chất dinh dƣỡng đất AK, TP, TN và OM có mối tƣơng quan đặc biệt tiêu cực
với khoảng cách đến các làng, trong khi AP và TK chỉ hiển thị một biến động nhẹ.
Một nghiên cứu tƣơng tự của Nobuhiro Oyanagi và Makoto Nakata [16] về
vấn đề tính năng động của các ion hòa tan trong đất canh tác ruộng bậc thang bị
hoang hoá trên đảo Sado, Nhật Bản, đã điều tra thổ nhƣỡng và phân tích hóa học

nƣớc trong đất canh tác ruộng lúa bậc thang bỏ hoang và đất trồng cây lá rộng rụng
lá trên cùng một độ dốc ở đảo Sado, Nhật Bản. Kết quả cho thấy nồng độ Carbon
hữu cơ trong đất dƣới chân sƣờn lớn hơn nồng đồ đo đƣợc ở lƣng chừng. Nồng độ
cao các cation cơ sở và độ pH gần nhƣ trung tính của đất tƣơng ứng với nồng độ
cation trao đổi cao và độ bão hòa trong đất.
Một số công trình nghiên cứu cụ thể về ruộng bậc thang của ngƣời Ifugao,
Philippine nhƣ nghiên cứu của Gabriel Casal [17] về vấn đề con ngƣời và nghệ
thuật thông qua phân tích điểm đặc biệt về địa hình cƣ trú, hoạt động kinh tế truyền
thống cũng nhƣ những nghi lễ tín ngƣỡng diễn ra trong năm liên quan đến sự sinh
trƣởng của cây lúa của tộc ngƣời Ifugao. Công trình nghiên cứu về nền kinh tế
Ifugao của Barton, R. F [18] cũng đề cập đến văn hóa lúa gạo ngƣời Ifugao thông
qua phân tích đặc điểm kinh tế, tập quán canh tác trồng trọt. Ngƣời Ifugao đã thiết
lập nên một xã hội vững chắc dựa trên nền tảng là văn hóa lúa nƣớc.
Ngoài ra, gần đây có một số công trình khác đề cập tới các khía cạnh của
ruộng bậc thang nhƣ nghiên cứu về cơ chế dòng chảy trong ruộng bậc thang và mô
phỏng bằng mô hình R.T (revised tank model) của Rong-Song Chen và Kuo-Hsien
11

Yang [19] nghiên cứu của Dijk và Bruijnzeel [20] về vấn đề xói mòn ruộng bậc
thang và thiết lập mô hình vận chuyển trầm tích nhằm hạn chế sạt lở trên những bậc
ruộng vùng đất dốc.
Trên cơ sở những tài liệu khoa học của một số học giả nƣớc ngoài về loại
hình canh tác ruộng bậc thang trên thế giới và so sánh với ruộng bậc thang ở Việt
Nam, đây là loại hình canh tác độc đáo có nhiều nét tƣơng đồng ở khu vực Đông
Nam Á. Ruộng bậc thang không chỉ là một hoạt động nông nghiệp truyền thống
nhằm nuôi sống con ngƣời mà xoay quanh loại hình này còn có nhiều yếu tố văn
hóa, xã hội, tôn giáo, tín ngƣỡng liên quan. Việc tìm hiểu sâu sắc hoạt động kinh tế
mang tính phổ biến nhƣng lại rất đặc thù của một số tộc ngƣời sống trên các vùng
đất dốc ở khu vực Đông Nam Á là một vấn đề khoa học thật lý thú.
1.1.2 Các công trình nghiên cứu trong nƣớc và khu vực nghiên cứu

Donovan và nnk [12] trong nghiên cứu “Các xu hƣớng phát triển ở vùng núi
miền Bắc Việt Nam” đã xác định bảy khó khăn chính mà ngƣời dân ở miền núi gặp
phải, bao gồm: những hạn chế về mặt tự nhiên (độ dốc và địa hình chia cắt lớn, đất
chua và độ phì kém, khí hậu khắc nghiệt, những khó khăn về mặt tiếp cận); môi
trƣờng suy thoái (nạn phá rừng, xói mòn, lũ lụt); những hạn chế về cơ sở hạ tầng
(mạng lƣới giao thông và thông tin chƣa phát triển); những hạn chế về kinh tế (nền
nông nghiệp tự túc, thiếu vốn và khả năng tiếp cận với thị trƣờng kém); áp lực dân
số cao (tỷ lệ tăng dân số cao, đất đai manh mún, di cƣ, tỷ lệ thất nghiệp cao); những
hạn chế về mặt văn hoá (trình độ nhận thức kém, đa dạng ngôn ngữ, bất đồng giữa
các nhóm dân tộc); những hạn chế về tri thức (thiếu kiến thức khoa học về miền núi,
giữ cách nghĩ là một kế hoạch phát triển duy nhất có thể áp dụng cho tất cả các khu
vực miền núi). Vì vậy, một số tác giả đã dự đoán tỷ lệ nghèo đói sẽ tăng ở miền núi
là kết quả của vòng luẩn quẩn: dân số tăng, suy thoái môi trƣờng, nghèo đói gia
tăng và sự tụt hậu của các dân tộc thiểu số (Kerklievt và Porter [21], Rambo và
nnk[22] , Lê Trọng Cúc và Rambo [23] , Alther và nnk [1].
Công trình nghiên cứu xói mòn đất và tai biến thiên nhiên ở Tây Bắc của Vũ
Văn Phái và Nguyễn Quang Mỹ

[2] đã chỉ ra tầm quan trọng của canh tác ruộng bậc
thang trên đất dốc và vai trò quan trọng của nó đối với việc giảm thiểu xói mòn đất
khu vực Tây Bắc. Đất dốc chiếm trên 80% diện tích ở Tây Bắc Việt Nam, trong đó
chỉ có 7 - 8% diện tích là có rừng. Thêm vào đó, lƣợng mƣa hàng năm khá cao
(2000 - 2500mm) và 90% của nó lại tập trung vào mùa mƣa. Vì vậy, cƣờng độ xói
12

mòn đất rất cao làm mất khoảng 200 - 300 tấn/ha/năm gây ra sự thoái hóa và laterit
hóa. Đất mất khả năng canh tác. Lớp phủ thực vật và rừng giữ vai trò quan trọng
nhất cho sự phát triển bền vững của các nhà máy thuỷ điện và hồ chứa, giảm thiểu
quá trình bồi lắng đáy hồ chứa và hạn chế cao nhất khả năng xói mòn đất, trƣợt đất,
dòng bùn và lũ quét. Vì vậy, để giảm thiểu tai biến thiên nhiên ở khu vực, cần phải

tái sinh rừng và làm ruộng bậc thang trên đất dốc.
Mã A Lềnh [3] trong công trình nghiên cứu về văn hoá dân gian H’mông đã
đề cập tới tập quán và phƣơng thức làm ruộng bậc thang gắn liền với văn hóa của
ngƣời H’mông. Ngƣời H’mông trƣớc đây phần lớn không biết chữ nhƣng khả năng
quan sát địa thế để cắm cây, đặt mốc lấy mặt bằng và tạo hình cho những thửa
ruộng thì rất giỏi. Trƣớc kia, ngƣời H’mông đƣợc coi là đi tiên phong và cũng là
dân tộc làm ruộng bậc thang giỏi nhất. Tuy nhiên, hiện nay nhờ biện pháp tuyên
truyền cách thức canh tác mà dân tộc nào cũng có thể làm ruộng bậc thang với hình
thức không khác nhau nhiều. Nhƣng cũng không thể phủ nhận những đóng góp của
ngƣời H’mông trong việc khai thác và sử dụng hiệu quả đất trồng trọt ở miền núi.
Công trình nghiên cứu gần đây của Schmitter và nnk [24] về tác động của
lớp trầm tích đến biến đổi không gian của các cánh đồng lúa vùng Tây Bắc Việt
Nam đã đánh giá tác động của nhiều cách tạo ra lớp trầm tích (lũ lụt, thủy lợi và
nƣớc) đến sự thay đổi không gian của đất trồng trọt ruộng bậc thang khu vực nhiệt
đới miền núi Tây Bắc Việt Nam. Kết quả nghiên cứu cho thấy những biến đổi và sự
màu mỡ của đất trồng lúa phụ thuộc vào sự cân bằng của các nguồn trầm tích khác
nhau, do đó có thể tận dụng sự màu mỡ của đất dọc theo sƣờn của ruộng bậc thang
ở khu vực nhiệt đới miền núi.
Đối với tỉnh Lào Cai nói chung và huyện Sa Pa nói riêng thì gần đây có một
số công trình nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nƣớc về các mặt kinh tế, xã
hội, văn hoá của ruộng bậc thang. Trong công trình ruộng bậc thang ở vùng cao tỉnh
Lào Cai nhìn từ góc độ địa lý, Đào Đình Bắc và nnk [4] đã chỉ ra ba yếu tố chính
tác động đến ruộng bậc thang là điều kiện tự nhiên, yếu tố dân tộc và các chính sách
của nhà nƣớc. Nghiên cứu vấn đề theo quan điểm địa mạo cho thấy các điều kiện
thạch học và địa mạo phù hợp với việc canh tác ruộng bậc thang. Theo đó, về mặt
thạch học, những triền ruộng bậc thang lớn chỉ có thể xây dựng trên những khối núi
magma xâm nhập hoặc phun trào; về mặt địa mạo, hai loại sƣờn thuận lợi cho canh
tác ruộng bậc thang là sƣờn bào mòn – xâm thực và sƣờn rửa trôi – tích tụ deluvi.
13

Để phát triển hình thức canh tác lúa nƣớc trên ruộng bậc thang phải thay đổi các quá
trình tác động cơ bản lên sƣờn dốc. Vì vậy, cần thiết nghiên cứu vấn đề này theo
quan điểm địa mạo để đề xuất các giải pháp tốt nhất cho việc lựa chọn địa hình khu
vực canh tác, đồng thời chỉ ra các nguy cơ nguy hiểm có thể gây ra bởi những tác
động này.
Công trình nghiên cứu của Nguyễn An Thịnh [5] ở huyện miền núi cao Sa
Pa, tỉnh Lào Cai đã làm rõ đặc điểm biến đổi cảnh quan khu vực này trong lịch sử
qua các thời kỳ biến động và phát triển ruộng bậc thang. Nghiên cứu đã phân tích
các chính sách tác động qua từng thời kỳ chuyển đổi phƣơng thức canh tác của các
nhóm dân tộc thiểu số huyện Sa Pa. Kết quả đã chỉ ra và đề xuất hƣớng phát triển
bền vững cảnh quan khu vực nghiên cứu nói riêng và khu vực miền núi phía Bắc
nói chung.
Yuzuru Isoda và nnk [25] nghiên cứu sự phát triển ruộng bậc thang với mục
tiêu nhằm xác định vị trí, kích thƣớc và các thời kỳ phát triển của ruộng bậc thang
trong vòng 34 năm (1973 – 2007) thực hiện ở xã Lao Chải, huyện Sa Pa, tỉnh Lào
Cai. Kết quả phân tích ảnh viễn thám kết hợp khảo sát điều tra thực địa cho thấy
diện tích ruộng bậc thang tăng gấp đôi kể từ năm 1973, trong giai đoạn 1993 – 2007
phát triển mạnh hơn so với giai đoạn trƣớc đó. Nghiên cứu bƣớc đầu chỉ ra đƣợc vị
trí cũng nhƣ quy mô ruộng bậc thang trong giai đoạn nghiên cứu. Tuy nhiên, kết
quả nghiên cứu chỉ dựa trên phƣơng pháp xác định sử dụng đất trong quá khứ mà
không có dữ liệu nền trong quá khứ.
1.2 Sự phát triển của ruộng bậc thang trong bối cảnh biến đổi khí hậu
1.2.1 Một số biểu hiện chính của BĐKH tại tỉnh Lào Cai và Miền núi phía bắc
Biến đổi khí hậu không đồng nghĩa với thiên tai. Đó là 2 hiện tƣợng tự nhiên
song hành nhƣng có quan hệ chặt chẽ với nhau; bởi trong nhiều trƣờng hợp, thiên
tai là hệ quả trực tiếp của biến đổi khí hậu. Ở khu vực miền núi phía Bắc, biến đổi
khí hậu đƣợc thể hiện qua hiện tƣợng nhiệt độ tăng và các hiện tƣợng thời tiết cực
đoan nhƣ sự thay đổi cực nhiệt độ, nắng nóng kéo dài hơn, rét đậm kéo dài hơn,
mƣa lớn tập trung hơn nhƣng cũng có những đợt khô hạn kéo dài hơn. Mƣa lớn tập
trung dễ dẫn đến lũ lụt, lũ ống/lũ quét. Hiện tƣợng núi lở hay sạt lở đất có nguyên

nhân sâu xa từ tính chất thiếu ổn định của cấu trúc địa chất, nhƣng mƣa lớn tập
trung thƣờng thúc đẩy quá trình diễn ra nhanh hơn. Điều đó đa đƣợc chứng minh
qua các sự kiện sạt lở đất ở xã Phìn Ngan (huyện Bát Xát, tỉnh Lào Cai) tháng 9
14

năm 2004 hay ở xã Chế Cu Nha (huyện Mù Cang Chải, tỉnh Yên Bái) tháng 10 năm
2010. Cực nhiệt độ thay đổi mà biểu hiện cụ thể là các đợt rét đậm/rét hại kéo dài
liên tiếp xảy ra trong các năm 2008 và 2010 thực sự đa trở thành thảm họa thiên tai
với hàng vạn con trâu bò bị chết, hàng ngàn héc-ta lúa và hoa màu bị mất trắng.

Nghiên cứu Oxfam Geat Britain [26] ở tỉnh Lào cai cho biết lũ quét là loại
thiên tai nguy hiểm nhất, tiếp đến là rét đậm, rét hại và sạt lở đất (Oxfarm Great
Britain in Vietnam, 2008). Nghiên cứu đã đề cập cụ thể đến đợt rét đậm rét hại kéo
dài từ 15/1 đến 21/2/2008 với nhiệt độ trung bình ở Sapa giao động trong khoảng từ
0.7 đến 1.7
0
C, có những ngày nhiệt độ xuống đến 0.5
0
C, kèm theo tuyết rơi và nƣớc
đống băng. Đặc biệt miền núi phía Bắc vừa hứng chịu đợt rét đậm rét hại vào năm
2010, nhiệt độ xuống thấp dƣới -4
0
C (Joint Advocacy Networking Initiative in
Vietnam [27] (JANI, 2011).
Theo Khung biến đổi khí hậu 2012 -2020 do Sở tài nguyên – Môi trƣờng tỉnh
Lào Cai công bố vào tháng 12/2011 đã cho thấy biểu hiện của biến đổi khí hậu rõ
nét tại Lào Cai:
a) Nhiệt độ:
Nhiệt độ ở các trạm Bắc Hà, SaPa, Phố Ràng có xu hƣớng tăng lên ở cả mùa
đông, mùa hè và cả năm, đặc biệt nhiệt độ tăng mạnh nhất vào mùa đông. Trong

giai đoạn từ 1980 đến 2006 tại trạm Bắc Hà nhiệt độ trung bình năm tăng khoảng
0,6
0
C, SaPa tăng 0,2
0
C, Phố Ràng tăng 0,4
0
C; tại Bắc Hà nhiệt độ trung bình mùa
hè tăng 0,4
0
C, đặc biệt vào mùa đông nhiệt độ trung bình tăng 1,0
0
C.
Hộp 1.1: Nhận định chung về tình hình BĐKH ở các tỉnh MNPB
Từ năm 1951 đến năm 2000, nhiệt độ trung bình năm ở Việt Nam đã tăng lên 0.7
0
C.
Nhiệt độ trung bình năm từ 1961 đến 2000 cao hơn trung bình năm từ 1931 đến 1960.
Số đợt không khí lạnh ảnh hƣởng tới Việt Nam giảm đi rõ rệt trong thời gian từ 1990
đến 2010 Năm 1994 và năm 2007 chỉ có 15-16 đợt không khí lạnh bằng 56% trung
bình nhiều năm. Biểu hiện dị thƣờng gần đây nhất về khí hậu trong bối cảnh BĐKH
toàn cầu là đợt không khí lạnh gây rét đậm, rét hại kéo dài 38 ngày trong tháng 1 và 2
năm 2008.
Nguồn: Chƣơng trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu (NTP-RCC 2008)
15




Hình 1.1: Xu hƣớng tăng nhiệt độ tại Lào Cai

Nguồn [6]
b) Lượng mưa:
Lƣợng mƣa trung bình năm của tỉnh Lào Cai có xu hƣớng giảm. Tuy nhiên,
lƣợng mƣa không giảm đều ở tất cả các tháng mà có xu hƣớng tăng vào mùa mƣa
và giảm vào tháng I, II, III trong mùa khô. Lƣợng mƣa trung bình hàng năm từ
1.500 đến 3.000 mm, phân bố không đồng đều theo không gian và thời gian. Về
thời gian, mƣa tập trung chủ yếu từ tháng V đến tháng X, chiếm 76 % tổng lƣợng
mƣa của cả năm. Lƣợng mƣa ở miền núi của Lào Cai thƣờng lớn hơn so với khu
vực đồng bằng và trung du. Lƣợng mƣa bình quân cả năm tại trạm Bắc Hà là
1.666mm, tại trạm Phố Ràng là 1606 mm trong khi đó lƣợng mƣa bình quân cả năm
của vùng núi tại trạm SaPa là 2.729 mm.

Hình 1.2: Phối lƣợng mƣa trung bình tháng tại trạm Phố Ràng từ 1980-2010
Nguồn [6]
c) Biểu hiện của các hiện tượng khí hậu cực đoan
Trong những năm qua dƣới tác động của BĐKH trên địa bàn tỉnh các hiện
tƣợng thời tiết cực đoan và thiên tai nhƣ lốc xoáy, lũ lụt, lở đất, lũ quét, rét đậm rét
hại kéo dài, cháy rừng quy mô lớn…, có xu hƣớng gia tăng cả về tần số và cƣờng
độ. Đây là mối đe doạ thƣờng xuyên, trƣớc mắt và lâu dài đối với tất cả các lĩnh
vực, các vùng và các cộng đồng.
16


1.2.2 Tác động của BĐKH tới ngành trồng trọt ở miền núi phía bắc
Sản xuất trồng trọt đóng vai trò quan trọng trong đời sống của đồng bào dân
tộc thiểu số vùng núi phía Bắc. Biến đổi khí hậu tác động đến sản xuất của ngành
trồng trọt ở miền núi phía Bắc thông qua một số khía cạnh sau:
Một số biểu hiện của BĐKH làm mất diện tích đất canh tác. Miền núi
phía Bắc vốn đƣợc đặc trƣng bởi địa hình phức tạp và có ít diện tích đất canh tác.
Một số biểu hiện của biến đổi khí hậu nhƣ sạt lở đất, lũ quét làm mất diện tích đất

canh tác làm hạn chế nguồn vốn sinh kế cho ngƣời dân, đặc biệt là ngƣời nghèo.
Hạn hán, rét đậm rét hại làm giảm hoặc phá hủy các diện tích đa đƣợc gieo trồng từ
đó giảm sản lƣợng lƣơng thực sản xuất đƣợc. Kết quả nghiên cứu ở miền núi phía
Bắc cho thấy diện tích đất nông nghiệp mất vào vụ đông xuân và hè thu hàng năm
do hạn hán giao động trong khoảng từ 25 đến 9050 ha

Hình 1.3: Diện tích đất nông nghiệp bị mất do hạn hán ở vùng núi phía Bắc từ
năm 1980 đến 1998
Nguồn:[28]
Theo báo cáo của Ủy ban Nhân dân tỉnh Hà Giang (2011), năm 2011 hạn hán
kéo dài trên địa bàn tỉnh cho nên diện tích gieo trồng chỉ đạt 93% so với kế hoạch,
toàn tỉnh có 1,820 ha lúa bị hạn trong đó có khoảng 120 ha lúa phải gieo cấy lại,
diện tích mất trắng lên đến 20ha. Tác động của biến đổi khí hậu làm mất diện tích
đất canh tác, một số hoạt động của con ngƣời còn góp phần làm trầm trọng hơn tác
động của biến đổi khí hậu. Hoạt động khai khoáng ở xã Tùng Bá, huyện Vị Xuyên
là một ví dụ điển hình.
17

 Rét đậm rét hại cũng làm thiệt hại lớn đến sản xuất lúa. Đợt rét đậm rét
hại vào năm 2008 ở miền núi phía Bắc đa phá hủy khoảng 100.000 ha lúa, ƣớc tính
tổng thiệt hại do đợt rét này lên đến 30 triệu đô la (Oxfam International in Vietnam.,
2008 [20]). Riêng ở tỉnh Lào Cai đợt rét đậm này đã gây thiệt hại hơn 84 tấn lúa
giống do ngƣời dân phải gieo trồng lại sau khi đợt rét đậm đi qua. Không những chỉ
tác động đến sản xuất lúa, các hiện tƣợng thời tiết cực đoan còn ảnh hƣởng trực tiếp
đến sản xuất lâm nghiệp, cây ăn quả và hoa màu trong vƣờn. Kết quả nghiên cứu ở
Bắc Kạn cho thấy lũ quét và lụt đa ảnh hƣởng trực tiếp đến cây lƣơng thực, hoa
màu, cây ăn quả và cây lâm nghiệp làm mất diện tích đất canh tác và giảm năng suất
(Center for Sustainable Rural Development., 2009 [29]).
Không những làm mất diện tích đất canh tác, biến đổi khí hậu làm suy
thoái đất từ đó làm thay đổi hình thức sử dụng đất dẫn đến thay đổi phân bố cây

trồng (Nyong [30], 2008) và giảm năng suất. Sự thay đổi phân bố cây trồng nhiều
khi không đƣợc theo kịp bởi ngƣời dân hay các chính sách hỗ trợ của chính phủ.
Nhiệt độ tăng làm thay đổi quá trình sinh trƣởng của cây trồng, thời
vụ cũng nhƣ sự phân bố cây trồng (Adejuwon [31], 2004), từ đó làm giảm năng
suất và chất lƣợng cây trồng, đặc biệt là các loại cây cung cấp lƣơng thực cho con
ngƣời. Nhiệt độ tăng làm giảm nguồn nƣớc tự nhiên cung cấp cho cây trồng từ có
ảnh hƣởng đến diện tích đất có thể canh tác và chất lƣợng của cây trồng. Đặc biệt,
do tính chất địa hình, giảm nguồn nƣớc tự nhiên do nhiệt độ tăng ở vùng núi phía
Bắc nghiêm trọng hơn so với các nơi khác.
Tăng lƣợng mƣa (ví dụ nhƣ mức độ, thời gian và tính thay đổi) gây
ngập úng cho nhiều vùng đồi dào nƣớc. Kết quả nghiên cứu ở tỉnh Lào Cai và
Bắc Kạn cho thấy ngập úng đa gây tác động không nhỏ đến sản xuất trồng trọt.
Nhìn chung, sinh vật gây ra dịch bệnh và các loại sâu hại phát triển tốt
hơn khi nhiệt độ cao trong điều kiện cung cấp nƣớc tối ƣu. Vì vậy sự ấm lên
toàn cầu có khả năng mở rộng sự phân bố các loại dịch bệnh và sâu hại trên cây
trồng. Khí hậu đang có khuynh hƣớng ấm hơn vào mùa đông có thể cho phép thời
kỳ trứng của côn trùng vƣợt qua mùa đông và kết quả gây nên dịch bệnh trong suốt
mùa vụ gieo trồng. Kết quả thảo luận nhóm trong nghiên cứu đánh giá nhu cầu
giảm thiểu và thích ứng với biến đổi khí hậu ở Bắc Kạn cho thấy dịch bệnh cây
trồng đƣợc xác định là một trong những hậu quả do tác động của biến đổi khí hậu
gây nên (Center for Sustainable Rural Development., 2009 [23]). Biến đổi khí hậu
18

thông qua nhiệt độ tăng và các hiện tƣợng thời tiết cực đoan đa ảnh hƣởng một cách
tổng hợp đến năng suất và chất lƣợng cây trồng. Kết quả nghiên cứu ở Bắc Kạn cho
thấy tác động của biến đổi khí hậu có thể làm giảm từ 30 đến 100% năng suất của
cây trồng (Center for Sustainable Rural Development., 2009 [23]), từ đó gây mất an
ninh lƣơng thực và nghèo đói cho ngƣời dân.
1.3 Ứng dụng Viễn thám trong nghiên cứu ruộng bậc thang
Công nghệ viễn thám là một phần của công nghệ vũ trụ, tuy mới phát triển

nhƣng đã nhanh chóng đƣợc áp dụng trong nhiều lĩnh vực và đƣợc phổ biến rộng rãi
ở các nƣớc phát triển. Công nghệ viễn thám đã trở thành phƣơng tiện chủ đạo cho
công tác giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng ở cấp độ từng nƣớc, từng
khu vực và trong phạm vi toàn cầu.
Viễn thám có vai trò quan trọng trong nghiên cứu liên quan đến tài nguyên
thiên nhiên nhƣ lớp phủ thực vật, tài nguyên đất và tài nguyên nƣớc. Ƣu điểm của
phƣơng pháp này là sử dụng tƣ liệu ảnh vệ tinh trong thành lập các loại bản đồ
chuyên đề. Khả năng đem lại các thông tin cần thiết ở những vùng khó có thể sử
dụng các phƣơng pháp truyền thống là rất cao và hữu ích. Tuy nhiên ngoài những
thuận lợi thì có không ít khó khăn khi thành lập bản đồ ở miền núi nhƣ bóng địa
hình, bóng mây, sƣơng mù,
Dữ liệu viễn thám mang lại thông tin phong phú về hiện trạng lớp phủ và có
nhiều cách chiết xuất thông tin từ ảnh viễn thám không chỉ theo không gian mà cả
thời gian. Tiếp cận theo không gian của từng pixel nhằm phân loại các đối tƣợng
bằng phƣơng pháp phân loại có kiểm định. Tiếp cận theo thời gian để đánh giá biến
động lớp phủ từ các ảnh viễn thám theo các năm. GIS có khả năng phân tích không
gian, sử dụng để phân tích biến động lớp phủ nhờ việc chồng xếp các bản đồ hiện
trạng và tính toán biến động qua các năm khác nhau.
1.3.1 Hệ thống viễn thám
Thuật ngữ viễn thám (Remote sensing) - điều tra từ xa, xuất hiện từ năm
1960 do một nhà địa lý ngƣời Mỹ là E. Pruit đặt ra (Thomas, 1999). Kỹ thuật viễn
thám là một kỹ thuật đa ngành, nó liên kết nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật khác
nhau trong các công đoạn khác nhau nhƣ: 1)Thu nhận thông tin, 2) Tiền xử lý thông
tin, 3) Phân tích và giải đoán thông tin, 4) Đƣa ra các sản phẩm dƣới dạng bản đồ
chuyên đề và tổng hợp.
19

Vì vậy có thể định nghĩa Viễn thám là sự thu nhận và phân tích thông tin về
đối tƣợng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tƣợng nghiên cứu. Bằng các
công cụ kỹ thuật, viễn thám có thể thu nhận các thông tin, dữ kiện của các vật thể,

các hiện tƣợng tự nhiên hoặc một vùng lãnh thổ nào đó ở một khoảng cách nhất
định.

Hình 1.4: Hệ thống thu nhận thông tin viễn thám
Hệ thống viễn thám sử dụng bức xạ điện từ thông qua bốn phần cơ bản là
nguồn (Source), tƣơng tác với bề mặt trái đất (Interactions with the Earth's surface),
tƣơng tác với khí quyển (Interaction with the atmosphere) và hệ thống cảm biến
(sensor).
Nguồn của bức xạ điện từ có thể là nguồn tự nhiên của bức xạ điện từ là ánh
sáng Mặt trời (nguồn 1) hoặc bức xạ nhiệt của quả đất bị đốt nóng (nguồn 2) hoặc
do con ngƣời tạo ra nhƣ sóng rađar.
Khi năng lƣợng điện từ chiếu tới vật thể, một phần năng lƣợng điện từ bị vật
thể hấp thụ, một phần bị phản xạ và một phần sau đó bị bức xạ. Cƣờng độ và các
đặc trƣng của bức xạ hay phản xạ phụ thuộc vào các đặc trƣng bề mặt của các đối
tƣợng khác nhau trên mặt đất. Năng lƣợng điện từ truyền qua môi trƣờng khí quyển.
Khi đi qua khí quyển, một phần năng lƣợng điện từ sẽ bị hấp thụ, bị biến đổi và tán
xạ. Bức xạ điện từ phản xạ từ bề mặt trái đất sau khi đi qua khí quyển đƣợc ghi nhờ
bộ cảm biến nhƣ máy đo bức xạ hoặc máy chụp ảnh. Năng lƣợng điện từ này đi vào
hệ thống sensor sẽ đƣợc đo đạc và biến đổi thành tín hiệu điện dạng phổ ghi lên
băng từ.
20

Hệ thống viễn thám sử dụng quang phổ của ánh sáng tự nhiên đƣợc gọi là hệ
thống viễn thám bị động nhƣ hệ thống Landsat, hệ thống SPOT Hệ thống viễn
thám sử dụng nguồn năng lƣợng do con ngƣời tạo ra và thu nhận đƣợc gọi là hệ
thống viễn thám chủ động nhƣ hệ thống viễn thám Radar. Ngoài ra, ngƣời ta cũng
có thể phân loại hệ thống viễn thám theo bƣớc sóng.
Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại: Sử dụng nguồn năng
lƣợng là ánh sáng mặt trời, mặt trời sẽ cung cấp một bức xạ có bƣớc sóng ƣu thế là
5m. Tƣ liệu viễn thám thu nhận đƣợc trong dải sóng nhìn thấy phụ thuộc chủ yếu

vào sự phản xạ từ bề mặt vật thể và bề mặt trái đất. Do vậy các thông tin về vật thể
có thể đƣợc xác định từ các phổ phản xạ.
Viễn thám hồng ngoại nhiệt: Sử dụng bức xạ nhiệt do chính vật thể sản sinh
ra. Mỗi vật thể trong nhiệt độ bình thƣờng đều tự phát ra một bức xạ có đỉnh tại
bƣớc sóng 10m.
Viễn thám siêu cao tần: Sử dụng hai loại kỹ thuật chủ động (máy phát thu
đƣợc bức xạ, tán xạ hay phản xạ từ vật thể) và bị động (thu bắt tín hiệu bức xạ do
chính vật thể phát ra đƣợc ghi lại).
a) Hệ thống chụp ảnh Viễn thám
Hệ thống khung (Hệ thống toàn cảnh): Hệ thống khung ghi nhận tức thời
hình ảnh của một vùng hay tạo một “khung” lên địa hình. Máy chụp ảnh và các ống
thu ảnh (vidicon) là các ví dụ thông dụng của hệ thống nhƣ vậy.
Mắt ngƣời cũng có thể coi là “hệ thống khung”. Một máy ảnh sử dụng các hệ
thống ống kính để tạo nên hình ảnh của một ảnh tại mặt phẳng tiêu cự (focal plane),
ở đó hình ảnh là rõ nét nhất. Cửa sổ sáng đƣợc mở ở những khoảng cách đƣợc lựa
chọn, cho phép ánh sáng đi vào máy ảnh và khi đó hình ảnh đƣợc ghi lại trên phim.
Ống thu ảnh (Vidicon) là một dạng của máy chụp ảnh vô tuyến mà nó ghi lại hình
ảnh trên một bề mặt nạp cảm ứng điện từ. Một chùm tia điện tử quét lên bề mặt để
thăm dò các mẫu của các lƣợng nạp khác nhau tạo nên hình ảnh, các tia điện tử
cung cấp các tín hiệu mà nó có thể truyền và ghi lại trên băng từ hoặc hiện hình ảnh
lên phim.
21


Hình 1.5. Sơ đồ hệ thống thu nhận ảnh dạng “khung”
Hiệu quả của hệ thống khung và ống thu ảnh là tạo hình ảnh có độ phủ về
phía trƣớc (forward overlap). Phần có độ phủ có thể nhìn hình ảnh ba chiều nhờ
dùng kính lập thể. Phim chỉ nhạy cảm với vùng cực tím, nhìn thấy và hồng ngoại
phản xạ(0.3 – 0.9m). Một dải cảm ứng của các ống thu ảnh đặc biệt kéo dài tới
băng nhiệt của vùng hồng ngoại. Hệ thống khung có thể tạo hình ảnh liên tục cho

một vùng rộng, bởi vì thế hệ thống này có một sự phân bố dày đặc của các detector
ở mặt phẳng tiêu cự, nhƣ con mắt có một mạng lƣới các tế bào hình que và hình
nón. Nhũ tƣơng của phim chụp ảnh bao gồm các hạt nhỏ xíu của muối bạc. Bề mặt
của vidicon cũng đƣợc phủ một lớp photpho rất nhạy cảm với ánh sáng.
b) Hệ thống quét (Scanning system)
Các hệ thống quét sử dụng các tế bào quang điện (detector) với trƣờng nhìn
hẹp mà trƣờng nhìn này đƣợc quét dọc địa hình để tạo ra hình ảnh khi các phần tử
của năng lƣợng điện từ phát ra hoặc phản xạ từ địa hình đột ngột gặp các detector
và các tín hiệu điện tử đƣợc khuếch đại và ghi lại trên băng từ, sau đó tạo nên hình
ảnh. Tất cà các hệ thống quét theo trƣờng nhìn của detector dọc theo địa hình theo
các đƣờng song song. Có bốn kiểu quét phổ biến là: quét dọc, quét ngang, quét
vòng cung và quét bên.
c) Hệ thống đa phổ
Hệ thống “khung” và quét đã đƣợc mô tả ở trên nhằm ghi hình ảnh ở một
band phổ đơn điệu. Đối với nhiều ứng dụng của viễn thám, cần thiết phải ghi lại các
22

hình ảnh với các ảnh đa phổ, các ảnh đa phổ đƣợc thu ở nhiều band phổ. Các ảnh đa
phổ có thể đƣợc ghi nhận với nhiều phƣơng diện khác nhau. Máy chụp ảnh, hay các
vidicon có thể đƣợc ghép nối và chụp ảnh cùng một vùng. Các cửa đóng mở cũng
đƣợc ghép nối và điều khiển để đóng mở cùng một lúc. Các filter lọc truyền các
band lựa chọn của năng lƣợng đƣợc dùng để thu nhận các bức ảnh đen trắng. Một
nhóm điển hình của các máy ảnh đa phổ là ghi nhận ảnh ở 3 band phổ nhìn thấy là
Blue: 0.4 – 0.5m; Green: 0.5 – 0.6m; Red: 0.6 – 0.7m và 1 band hồng ngoại
phản xạ: 0.7 – 0.8m.
Nhƣ vậy máy chụp ảnh đa phổ với 4 ống kính, 4 cửa đóng mở, cung cấp 4
ảnh của một khu vực trên 4 phim khác nhau. Bất kỳ 3 phim dƣơng bản đen trắng
nào của máy chụp ảnh đa phổ cũng có thể ghi lại và chiếu thành các màu cộng cơ
bản ban đầu (Blue, Green và Red) để tạo nên ảnh màu tổng hợp.
Hệ thống Thematic Mapper của vệ tinh Landsat với máy quét đa phổ đã ghi

lại hình ảnh ở 7 band: 3 band nhìn thấy, 3 band hồng ngoại phản xạ và 1 band hồng
ngoại nhiệt. Vệ tinh SPOT sử dụng hệ thống đa phổ quét dọc với độ phân giải cao.
Vệ tinh Ikonos ghi nhận hình ảnh với 3 band phổ.
1.3.2 Sai số của ảnh viễn thám và phƣơng pháp xử lý
Ảnh viễn thám có hai loại sai số đó là sai số về phổ và sai số hình học:
a) Sai số về phổ (radiometric error)
Liên quan đến độ sáng của các pixel. Sai số về phổ xuất phát từ các nguyên
nhân: 1) Do ảnh hƣởng của bầu khí quyển nhƣ hấp thụ năng lƣợng, tán xạ năng
lƣợng (hiệu ứng Rayleigh, hiệu ứng Mie); 2) Do lỗi của đầu thu. Việc hiệu chỉnh
các sai số về phổ thƣờng đƣợc làm bởi nhà cung cấp ảnh, ở giai đoạn tiền xử lý (pre
- processing).
b) Sai số về hình học (geometric error)
Sai số về hình học làm méo ảnh viễn thám có thể đƣợc chia làm hai nhóm là
sai số méo hình hình học của chính hệ thống Sensor và sai số méo hình do ảnh
hƣởng của các yếu tố bên ngoài hệ thống.
Sai số méo hình hình học của hệ thống Sensor: Sai số hệ thống này phát sinh
chủ yếu là do có sự thay đổi trong hoạt động của Sensor nhƣ các méo hình quang
học của Sensor, sự thay đổi tốc độ quét tuyến tính và sự lặp lại của các đƣờng quét,