Báo cáo tốt nghiệp ngành khoa học môi trường nghiên cứu mối quan hệ giữa sinh khối và phản xạ, phục vụ chuẩn đoán nhanh

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành chương trình đào tạo đại học thì quá trình thực tập tốt
nghiệp được xem là một khâu quan trọng giúp sinh viên củng cố kiến thức
được tiếp thu trên giảng đường đại học. Và đây cũng là cơ hội để chúng em
thử sức với công việc, bớt đi những bỡ ngỡ khi chúng em ra trường.
Được sự giới thiệu của Ban giám hiệu Nhà trường, Ban chủ nhiệm Khoa Tài
nguyên và Môi trường, trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, em đã thực tập tại
Bộ môn Khoa học Đất, khoa Tài nguyên và Môi trường từ ngày 06 tháng 02 năm
2012 đến ngày 30 tháng 04 năm 2012.
Trong quá trình thực tập, để có được kết quả như ngày hôm nay, em xin
gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS TS. Nguyễn Thế Hùng là người đã
tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình thực tập cũng như thực hiện khóa luận này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô giáo Khoa Tài nguyên và Môi
trường nói chung và Bộ môn Khoa học Đất nói riêng, trường Đại học Nông Lâm
Thái Nguyên đã truyền đạt, trang bị cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu cũng
như tạo môi trường thuận lợi nhất trong bốn năm em học tập tại trường.
Em xin gửi lời cảm ơn tới anh chị, các bạn sinh viên khoa Nông học,
trường Đại học Nông lâm đã tận tình giúp đỡ em trong thời gian thực tập.
Cảm ơn gia đình, bạn bè và những người than đã động viên, giúp đỡ em trong
suốt thời gian học tập cũng như thời gian thực hiện khóa luận.
Trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp, do kinh nghiệm và kiến thức
thực tế còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót và khuyết điểm. Em rất mong
được sự tham gia đóng góp ý kiến từ phía các thầy cô giáo và các bạn để khóa
luận của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên

Đỗ Như Quỳnh


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Bộ NN&PTNT

: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn.

CNS

: Các bon – Ni tơ – Lưu huỳnh.

FAPAR

: Fraction of Absorbed Photosynthetically Active
Radiation.

FOV

: Fiel of View.

GIS

: Hệ thống thông tin địa lý.

GPS

: Hệ thống định vị toàn cầu.

LAI

: Leaf Area Index.

NDVI

: Normalized Difference Vegetation Index.

RS

: Remote Sensing.


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 3.1. Lượng đạm bón cho các công thức qua các thời kỳ...........................
Bảng 4.1. Tóm tắt thiết kế thí nghiệm và thời gian lấy mẫu...............................
Bảng 4.2. Đặc điểm hai giống ngô LVN 14 và LVN 99....................................
Bảng 4.3. Ảnh hưởng của các giống khác nhau tới sinh khối của ngô................
Bảng 4.4. Ảnh hưởng của các mức bón đạm khác nhau ở giai đoạn trước trỗ
10 ngày tới sinh khối của ngô.................................................................
Bảng 4.5. Ảnh hưởng của các loại giống khác nhau đến phản xạ tán của ngô
...............................................................................................................
Bảng 4.6. Ảnh hưởng của các mức bón đạm khác nhau đến phản xạ tán ngô
...............................................................................................................
Bảng 4.7. Phản xạ của giống ngô V1 tại hai giai đoạn phát triển.......................


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ
Trang
Hình 2.1. Thành phần của Viễn thám..................................................................
Hình 2.2. Nghiên cứu dữ liệu Viễn thám theo đa quan niệm...............................
Hình 2.3. Dải sóng quang phổ điện từ...............................................................
Hình 2.4. Phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên.............................................

Hình 2.5. Các bước tiến hành tính toán bề mặt sinh khối rừng..........................
Hình 4.1. Sinh khối của giống V1 và V2 ở giai đoạn trước trỗ 10 ngày.............
Hình 4.2. Ảnh hưởng của các mức bón đạm tới sinh khối của ngô ở giai
đoạn trước trỗ 10 ngày...........................................................................
Hình 4.3. Phản xạ của hai giống ngô V1 và V2 ở các bước sóng khác nhau
giai đoạn ngô trước trỗ 10 ngày..............................................................
Hình 4.4. Phản xạ ở các bước sóng của ngô khi bón các mức đạm khác
nhau giai đoạn trước trỗ 10 ngày............................................................
Hình 4.5. Phản xạ tại các bước sóng khác nhau của giống ngô V1 ở hai giai
đoạn phát triển........................................................................................
Hình 4.6. Hệ số tương quan (r) giữa phản xạ tán và sinh khối tươi (fw), sinh
khối khô (dw) ở giai đoạn trước trỗ 10 ngày...........................................


MỤC LỤC
Trang
Phần 1 MỞ ĐẦU................................................................................................
1.1. Đặt vấn đề................................................................................................
1.2. Mục tiêu của đề tài...................................................................................
1.3. Ý nghĩa của đề tài....................................................................................
Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU........................................................................
2.1. Tổng quan về Viễn thám..........................................................................
2.1.1. Giới thiệu chung về Viễn thám..............................................................
2.1.2. Cơ sở vật lý của Viễn thám.................................................................
2.1.3. Viễn thám và một số ứng dụng của Viễn thám....................................
2.2. Ứng dụng Viễn thám trong chuẩn đoán sinh khối thực vật.....................
2.2.1. Khái niệm cơ bản................................................................................
2.2.2. Thành phần hóa học của cây trồng tạo nên sinh khối...........................
2.2.3. Ứng dụng Viễn thám trong chuẩn đoán sinh khối................................
2.3. Cơ sở khoa học của để tài.......................................................................

2.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan trực tiếp đến đề
tài.......................................................................................................
Phần 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
...............................................................................................................
3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu..........................................................
3.1.1. Đối tượng nghiên cứu..........................................................................
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu.............................................................................
3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu...........................................................
3.3. Nội dung nghiên cứu..............................................................................
3.4. Phương pháp nghiên cứu........................................................................
3.4.1. Phương pháp thu thập tài liệu..............................................................
3.4.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng..........................................


3.4.3. Phương pháp đo phản xạ tán...............................................................
3.4.4. Phương pháp lấy mẫu cây...................................................................
3.4.5. Phương pháp tổng hợp và xử lý số liệu................................................
3.4.6. Chỉ tiêu nghiên cứu.............................................................................
Phần 4 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC........................................................................
4.1. Tóm tắt..................................................................................................
4.2. Giới thiệu chung về cây ngô...................................................................
4.2.1. Các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của ngô..................................
4.2.2. Giới thiệu về hai giống ngô LVN14 và LVN99...................................
4.3. Ảnh hưởng của các nhân tố đến sinh khối của ngô.................................
4.3.1. Ảnh hưởng của giống đến sinh khối ngô.............................................
4.3.2. Ảnh hưởng của các mức bón đạm đến sinh khối của ngô.....................
4.3. Ảnh hưởng của các nhân tố đến phản xạ của ngô...................................
4.3.1. Ảnh hưởng của các loại giống khác nhau đến phản xạ của ngô............
4.3.2. Ảnh hưởng của các mức bón đạm đến phản xạ tán của ngô.................
4.4. Phản xạ tán của ngô qua các giai đoạn sinh trưởng và phát triển khác

nhau...................................................................................................
4.5. Mối tương quan giữa sinh khối và phản xạ ở các bước sóng khác
nhau của ngô......................................................................................
Phần 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...............................................................
5.1. Kết luận.................................................................................................
5.2. Kiến nghị...............................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................


-1-

Phần 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Ô nhiễm môi trường đang là một vấn đề nóng bỏng và được quan tâm
hàng đầu trên thế giới. Cùng với ô nhiễm môi trường đất, ô nhiễm môi trường
nước…thì biến đổi khí hậu cũng được coi là vấn đề nhức nhối cần có biện
pháp phòng ngừa và giảm nhẹ những tác hại do biến đổi khí hậu gây ra. Có
rất nhiều nguyên nhân gây ra biến đổi khí hậu toàn cầu nhưng nguyên nhân
chủ yếu vẫn là sự phát triển của nền kinh tế, sự tác động của con người đã
phát thải các loại khí nhà kính như CO2, CH4, SO2; NO2… vào không khí.
Ở Việt Nam lượng khí thải từ sản xuất nông nghiệp đang tăng chóng
mặt. Theo báo cáo của Bộ NN&PTNT nếu như năm 2000, phát thải từ nông
nghiệp là 65 triệu tấn CO2, chiếm 43,1% tổng lượng phát thải của quốc gia thì
đến nay con số này đã lên tới 110 triệu tấn, tăng 45 triệu tấn. Nguyên nhân là
do việc sản xuất lương thực, thực phẩm theo phương pháp truyền thống tạo ra
nhiều khí nhà kính: bón phân quá liều lượng từ đó gây ra tỷ lệ thất thoát phân
cao, gây ô nhiễm môi trường và phát thải khí nhà kính. Qua việc tăng cường
sử dụng phân bón nitơ, tăng với tỷ lệ 1 tỷ tấn mỗi năm như hiện nay với lượng
nitơ phản ứng có sẵn trong khí quyền, nitơ ôxít (N 2O) đã trở thành loại khí

nhà kính có mức độ tác động lớn thứ ba sau carbon dioxide và methane.
Chính vì vậy, cần tính toán lượng phân bón một cách chính xác để giảm
lượng phân thất thoát. Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong cây chính là cơ
sở khoa học của việc quản lý phân bón cho cây trồng.
Hiện nay, để tính toán lượng phân bón cho cây trồng, người ta thường
dùng phương pháp phân tích hàm lượng các chất trong cây. Phương pháp này
thường cho kết quả chính xác nhưng lại phá hủy cấu trúc của cây, chi phí cao
và thời gian phân tích kéo dài. Gần đây nhiều tác giả nghiên cứu ứng dụng
phản xạ của thực vật trong việc phát hiện sớm sinh trưởng và tình trạng dinh
dưỡng đa lượng và vi lượng của cây. Các kết quả nghiên cứu đều cho thấy
phản xạ của cây trồng có liên quan mật thiết tới tình hình sinh trưởng và dinh


-2-

dưỡng của cây. Đây là một phương pháp phân tích nhanh, chi phí thấp và
không phải lấy mẫu cây trồng nên có thể xác định trực tiếp trên đồng ruộng.
Xuất phát từ thực tế trên, được sự đồng ý của Ban Giám hiệu Nhà
trường và Ban Chủ nhiệm Khoa Tài nguyên và Môi trường, dưới sự hướng
dẫn cúa thầy giáo PGS TS. Nguyễn Thế Hùng, em tiến hành thực hiện Đề
tài: “Nghiên cứu mối quan hệ giữa sinh khối và phản xạ, phục vụ chuẩn
đoán nhanh sinh khối của ngô”
1.2. Mục tiêu của đề tài
- Xác định ảnh hưởng của một số yếu tố tới sinh khối và phản xạ tán
của ngô.
- Xác định những bước sóng có phản xạ liên quan chặt chẽ với hàm
lượng N và sinh khối trong hệ thống cây trồng.
- Xây dựng phương trình tính toàn sinh khối tích lũy trong hệ thống cây
trồng.
1.3. Ý nghĩa của đề tài

- Sự thành công của đề tài sẽ mở ra hướng ứng dụng phản xạ tán trong
việc xác định sinh khối trong cây trồng từ đó đưa ra khuyến cáo bón phân hợp
lý, tránh tình trạng hướng dư thừa, góp phần giảm ô nhiễm môi trường, giúp
tiết kiệm thời gian, công sức và chi phí, kết quả thu được có độ chính xác
chính xác.
- Nâng cao kiến thức, kỹ năng và kinh nghiệm phục vụ cho thực tế
công việc.
- Giúp vận dụng và trau dồi các kiến thức đã học.


-3-

Phần 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về Viễn thám
2.1.1. Giới thiệu chung về Viễn thám
2.1.1.1. Khái niệm về Viễn thám
Viễn thám (Remote sensing) được định nghĩa như một khoa học công
nghệ mà nhờ nó các tính chất của đối tượng được quan sát được xác định, đo
đạc hoặc phân tích mà không cần tiếp xúc với chúng (Lê Văn Nghinh,2006) [11].
Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ thường là nguồn tài nguyên chủ
yếu của Viễn thám. Tuy nhiên, năng lượng như từ trường, trọng trường cũng
có thể được sử dụng.
Bộ cảm là thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ này, bộ cảm được lắp
trên các vật mang như máy bay, vệ tinh, tàu con thoi. Loại bộ cảm sử dụng
nhiều trong Viễn thám hiện nay là các loại máy chụp ảnh, ảnh quét đa phổ
quang cơ, máy quét điện từ. Các phương tiện để mang bộ cảm gọi là vật mang.
Công nghệ Viễn thám có những ưu việt sau đây :
- Độ trùm phủ không gian của tư liệu trên diện tích lớn.
- Có khả năng giám sát sự biến đổi tài nguyên, môi trường Trái Đất.

- Sử dụng dải phổ khác nhau để quan trắc đối tượng.
- Cung cấp nhanh tư liệu ảnh số có tốc độ phân giải cao và siêu cao, là
dữ liệu cơ bản cho việc thành lập và hiệu chỉnh hệ thống bản đồ quốc gia và
hệ thống cơ sở dữ liệu địa lý quốc gia.
Ở Việt Nam, Viễn thám là một ngành còn chưa phổ biến, chúng ta vẫn
thường nghe rất nhiều người hỏi Viễn thám là gì?. Nói một cách nôm na trong
“Viễn thám” có hai từ “viễn” và “thám”. “Viễn” có nghĩa là xa, từ xa, không
tiếp xúc với đối tượng. “Thám” có nghĩa là tìm hiểu, lấy thông tin về đối
tượng. Ta có thể hiểu một cách đơn giản Viễn thám là một ngành khoa học
nghiên cứu đối tượng mà không tiếp xúc trực tiếp với chúng. Trong tiếng
Anh, Viễn thám là “Remote Sensing”, thường được viết tắt là RS.


-4-

Nếu nói một cách khoa học thì chúng ta có thể dùng định nghĩa sau:“
Viễn thám là một khoa học thu nhận thông tin của bề mặt Trái Đất mà không
tiếp xúc trực tiếp với bề mặt ấy. Điều này được thực hiện nhờ vào việc quan
sát và thu nhận năng lượng phản xạ, bức xạ từ đối tượng và sau đó phân tích,
xử lý, ứng dụng những thông tin nói trên ”.
2.1.1.2. Phân loại Viễn thám
a.Phân loại theo nguồn tín hiệu
Có hai loại Viễn thám:
- Viễn thám chủ động (active sensor): nguồn tia tới là các tia phát ra từ
các thiết bị nhân tạo, thường là các thiết bị đặt trên máy bay.
- Viễn thám bị động (passive sensor): nguồn tia tới là các tia phát ra từ
mặt trời hoặc các vật chất tự nhiên khác.
b. Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo
- Vệ tinh địa tĩnh: là vệ tinh có tốc độ góc quay bằng tốc độ góc quay
của Trái Đất, nghĩa là vị trí tương đối của vệ tinh so với Trái Đất là đứng yên.

- Vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực): là vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạo
vuông góc hoặc gần vuông góc với mặt phẳng xích đạo của Trái Đất. Tốc độ
quay của vệ tinh khác hoặc với tốc độ quay của Trái Đất và được thiết kế
riêng sao cho thời gian thu ảnh trên mỗi vùng lãnh thổ của mặt đất là cùng giờ
địa phương và thời gian thu lặp lại là sự cố định vị đối với một vệ tinh.
c. Phân loại theo dải phổ điện từ
- Viễn thám quang học: Là hệ thống Viễn thám mà thiết bị có thể hoạt
động trong vùng phổ điện từ như vùng như vùng sóng nhìn thấy (Visible),
vùng cận cận hồng ngoại (Near Infrared), vùng giữa cận hồng ngoại (Middle
Infrared) và vùng cận hồng ngoại ngắn (Short Wave Infrared). Các thiết bị
cảm biến của hệ thống này rất nhạy cảm với bước sóng từ 300 – 3000nm.
- Viễn thám cận hồng ngoại: là hệ thống mà bộ cảm hoạt động trong
vùng cận hồng ngoại, hay bộ cảm biến ghi lại năng lượng tỏa ra từ mặt đất
trong dải phổ từ 3000nm đến 5000nm và 8000nm đến 14000nm. Dải sóng
ngắn hơn đề cập ở trên được sử dụng trong trường hợp quan sát đối tượng
phát nhiệt cao như cháy rừng, dải sóng dài hơn được dùng cho việc quan sát


-5-

mặt đất thông thường ở nhiệt độ thấp hơn. Vì thế Viễn thám cận hồng ngoại
nhiệt được dùng phổ biến trong quan trắc cháy, ô nhiễm nhiệt.
- Viễn thám siêu cao tần: Cảm biến của Viễn thám siêu cao tần ghi lại
các vi sóng tán xạ ngược của bước sóng trong dải phổ điện từ từ 1mm đến
1m. Hầu hết các cảm biến siêu cao tần là Viễn thám chủ động, tức là có mang
theo thiết bị phát năng lượng. Do không phụ thuộc vào năng lượng mặt trời,
hệ thống này độc lập với thời tiết và bức xạ năng lượng (Nguyễn Ngọc Thạch,
2005) [12].
2.1.1.3. Thành phần cơ bản của Viễn thám
Trong hầu hết các hệ thống Viễn thám, quá trình thu nhận tín hiệu diễn

ra bởi sự tương tác giữa bức xạ tới và đối tượng quan sát. Sơ đồ dưới đây sẽ
minh họa quá trình chụp ảnh Viễn thám, đồng thời trình bày bảy thành phần
cơ bản trong một hệ thống Viễn thám:

Hình 2.1. Thành phần của Viễn thám
Hệ thống Viễn thám thường bao gồm bảy phần tử có quan hệ chặt chẽ
với nhau (Đặng Đình Dương, 2004) [1]. Theo trình tự hoạt động của hệ
thống, chúng ta có:
- Nguồn năng lượng: Thành phần đầu tiên của một hệ thống Viễn thám
là nguồn năng lượng để chiếu sáng hay cung cấp năng lượng điện từ tới đối
tượng quan tâm. Có loại Viễn thám sử dụng năng lượng mặt trời, có loại tự


-6-

cung cấp năng lượng tới đối tượng. Thông tin Viễn thám thu thập được là dựa
vào năng lượng từ đối tượng đến thiết bị nhận, nếu không có nguồn năng
lượng chiếu sáng hay truyền tới đối tượng sẽ không có năng lượng đi từ đối
tượng đến thiết bị nhận.
- Những tia phát xạ và khí quyển: Vì năng lượng đi từ nguồn năng
lượng tới đối tượng nên sẽ phải tác động qua lại với vùng khí quyển nơi năng
lượng đi qua. Sự tương tác này có thể lặp lại ở một vị trí không gian nào đó vì
năng lượng còn phải đi theo chiều ngược lại, tức là từ đối tượng đến bộ cảm.
- Sự tương tác với đối tượng: Một khi được truyền qua không khí đến
đối tượng, năng lượng sẽ tương tác với đối tượng tuỳ thuộc vào đặc điểm của
cả đối tượng và sóng điện từ. Sự tương tác này có thể là truyền qua đối tượng,
bị đối tượng hấp thu hay bị phản xạ trở lại vào khí quyển.
- Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm: Sau khi năng lượng được phát ra
hay bị phản xạ từ đối tượng, chúng ta cần có một bộ cảm từ xa để tập hợp lại
và thu nhận sóng điện từ. Năng lượng điện từ truyền về bộ cảm mang thông

tin về đối tượng.
- Sự truyền tải, thu nhận và xử lý: Năng lượng được thu nhận bởi bộ
cảm cần phải được truyền tải, thường dưới dạng điện từ, đến một trạm tiếp
nhận - xử lý nơi dữ liệu sẽ được xử lý sang dạng ảnh. Ảnh này chính là dữ
liệu thô.
- Giải đoán và phân tích ảnh: Ảnh thô sẽ được xử lý để có thể sử dụng
được. Để lấy được thông tin về đối tượng người ta phải nhận biết được mỗi
hình ảnh trên ảnh tương ứng với đối tượng nào. Công đoạn để có thể “nhận
biết” này gọi là giải đoán ảnh. Ảnh được giải đoán bằng một hoặc kết hợp
nhiều phương pháp. Các phương pháp này là giải đoán thủ công bằng mắt,
giải đoán bằng kỹ thuật số hay các công cụ điện tử để lấy được thông tin về
các đối tượng của khu vực đã chụp ảnh.
- Ứng dụng: Đây là phần tử cuối cùng của quá trình Viễn thám, được
thực hiện khi ứng dụng thông tin mà chúng ta đã chiết được từ ảnh để hiểu rõ
hơn về đối tượng mà chúng ta quan tâm, để khám phá những thông tin mới,
kiểm nghiệm những thông tin đã có nhằm giải quyết những vấn đề cụ thể.


-7-

Như vậy, hệ thống Viễn thám bao gồm bẩy phần tử có quan hệ chặt chẽ
với nhau và hoạt động theo nguyên lý sau:
- Nguồn năng lượng chính thường sử dụng cho các bộ cảm thụ động đó
là bức xạ mặt trời (quang học), các bộ cảm chủ động tự tạo ra nguồn năng
lượng nhân tạo như sóng rada, tia laze.
- Các nguồn năng lượng này tương tác với khí quyển và tương tác với
các đối tượng được quan tâm trên bề mặt Trái Đất. Năng lượng của sóng điện
từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được thu nhận bởi bộ cảm biến được đặt
trên vật mang.
- Thông tin về năng lượng phản xạ của các vật thể được ghi nhận bởi

ảnh Viễn thám và thông qua phân tích tự động trên phần mềm hoặc giải đoán
trực tiếp dựa trên kinh nghiệm của chuyên gia.
- Cuối cùng các dữ liệu và các thông tin liên quan đến các vật thể và
các hiện tượng khác nhau trên mặt đất sẽ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
khác nhau như nông lâm nghiệp, khí tượng, môi trường, thủy sản.
2.1.1.4. Nguyên lý làm việc cơ bản của Viễn thám
Viễn thám nghiên cứu đối tượng bằng giải đoán và tách lọc thông tin từ
dữ liệu ảnh chụp hàng không, hoặc bằng việc giải đoán ảnh vệ tinh dạng số.
Các dữ liệu dưới dạng ảnh chụp và ảnh số được thu nhận dựa trên việc
ghi nhận năng tượng bức xạ (không ảnh và ảnh vệ tinh) và sóng phản hồi (ảnh
radar) phát ra từ vật thể khi khảo sát. Năng lượng phổ dưới dạng sóng điện từ,
nằm trên các dải phổ khác nhau, cùng cho thông tin về một vật thể từ nhiều
góc độ sẽ góp phần giải đoán đối tượng một cách chính xác hơn (Nguyễn
Ngọc Thạch, 2005) [12].
Nếu biết trước phổ phát xạ, phản xạ (emited/reflected) chuẩn của vật
thể trong phòng thí nghiệm, xác định bằng các máy đo phổ, ta có thể giải đoán
vật thể bằng cách phân tích đường cong phổ thu được từ ảnh vệ tinh.
Các phần mềm xử lý ảnh số được phát triển, nhằm cho ra thông tin về
phổ bức xạ của các vật thể hoặc các hiện tượng xảy ra trong giới hạn diện phủ
của ảnh. Xử lý ảnh số là kỹ nghệ làm hiển thị rõ ảnh và tách lọc thông tin từ
các dữ liệu ảnh số, dựa vào các thông tin chìa khóa về phổ bức xạ phát ra.


-8-

Hiện nay, có rất nhiều phương pháp xử lý ảnh số được thực hiện trên
các phần mềm xử lý ảnh như IDRISI, ERDAS (PC), ERDAS Imagine
(UNIX), PCI, ERMAPER, DRAGON, ENVI,ILWIS....

Hình 2.2. Nghiên cứu dữ liệu Viễn thám theo đa quan niệm

(Theo Lillesand,1986)[21]
Giải đoán, tách lọc thông tin từ dữ liệu ảnh Viễn thám được thực hiện
dựa trên các cách tiếp cận khác nhau, có thể kể đến là:
1. Đa phổ: Sử dụng nghiên cứu vật từ nhiều kênh phổ trong dải phổ từ
nhìn thấy đến sóng radar.


-9-

2. Đa nguồn dữ liệu: Dữ liệu ảnh thu nhận từ các nguồn khác nhau ở
các độ cao khác nhau, như ảnh chụp trên mặt đất, chụp trên khinh khí cầu,
chụp từ máy bay trực thăng và phản lực đến các ảnh vệ tinh có người điều
khiển hoặc tự động.
3. Đa thời gian: Dữ liệu ảnh thu nhận vào các thời gian khác nhau.
4. Đa độ phân giải: Dữ liệu ảnh có độ phân giải khác nhau về không
gian, phổ và thời gian.
5. Đa phương pháp: Xử lý ảnh bằng mắt và bằng số.
2.1.1.5. Các ngành khoa học liên quan
 Viễn thám và hệ thống thông tin địa lý GIS
Viễn thám sẽ là một phương pháp hiệu quả nhất khi nó được kết hợp
chặt chẽ với các tư liệu của các bộ môn khoa học khác, đặc biệt là khi nó được
vận dụng và kết hợp nhuần nhuyễn với kỹ thuật máy tính và hệ thông tin địa lý.
Sự kết hợp giữa ảnh chụp Viễn thám và dữ liệu số trong GIS cùng với
các công cụ phân tích kết hợp ảnh chụp và dữ liệu là rất cần thiết. Hiểu biết về
Viễn thám giúp chúng ta thực hiện được nhiều bài toán phân tích không gian
hoặc ra quyết định một cách trực quan và chính xác. Dữ liệu sử dụng cho
Viễn thám chính là các ảnh chụp về thế giới tự nhiên bằng nhiều cách khác
nhau. Tuy nhiên trong nhiều bài toán, ảnh chụp không thể thay thế được các
dữ liệu trong GIS.
Ảnh số chính là một phần của GIS, là thông tin tham chiếu cực kỳ hiệu

quả cho GIS. Công nghệ GIS ngày nay tích hợp với các tư liệu Viễn thám
bằng nhiều cách khác nhau sao cho GIS có thể hoạt động hiệu quả trong
những môi trường dữ liệu khác nhau. Chúng ta có thể sử dụng Viễn thám và
GIS để đo đạc và quan sát hay để phân tích, hiển thị và ra quyết định không
gian. Sự phong phú của dữ liệu không gian sẽ là một kết nối tốt giữa ảnh chụp
và các mô hình phân tích không gian (Lê Văn Nghinh, 2006)[11].
 GPS trong Viễn thám
Trong khoa học Viễn thám không thể không có một hệ thống định vị
chung cho Trái Đất từ vệ tinh và giám sát từ mặt đất. Hệ định vị toàn cầu GPS
(Global Positioning System) bao gồm 24 vệ tinh quay quanh Trái Đất theo
sáu quỹ đạo khác nhau, cứ bốn vệ tinh thành một nhóm quỹ đạo.


-10-

Dữ liệu đầu vào được lưu trữ trong GPS là hệ thông tin về hệ tọa độ của
các điểm khảo sát hoặc nó được gắn vào máy tính và chuyển dữ liệu mà nó
thu được vào máy tính thông qua một phần mềm chuyên dụng. Khi GPS gắn
trên các đơn vị chuyển động như xe cộ và máy bay, nó ghi nhận tọa độ của
các đường đi qua và chuyển vào máy tính.
2.1.2. Cơ sở vật lý của Viễn thám
2.1.2.1. Bức xạ điện từ
 Sóng điện từ:
Thành phần đầu tiên của một hệ thống Viễn thám là nguồn năng lượng
để chiếu vào đối tượng. Năng lượng này ở dạng sóng điện từ. Tất cả sóng điện
từ đều có một thuộc tính cơ bản và phù hợp với lý thuyết sóng.
Năng lượng ánh sáng có tính chất bức xạ tự nhiên với hai trường điện
và từ có hướng vuông góc với nhau, chuyển động tuân theo nguyên lý của
sóng điều hòa.
Khi có sự kết hợp của dao động điện trường và từ trường vuông góc với

nhau lan truyền trong không gian như sóng gọi là sóng điện từ.
Sóng điện từ có các tính chất cơ bản như sau:
- Sóng điện từ được truyền trong môi trường đồng nhất theo kiểu hình
sin với tốc độ gần bằng 3 x 108 m/s (tốc độ ánh sáng).
- Khoảng cách giữa các cực trị được gọi là bước sóng với đơn vị là độ
dài. Đây cũng chính là khoảng cách từ một điểm bất kỳ ở chu kỳ trước đến vị
trí của chính nó ở chu kỳ sau trong đồ thị hình sin.
- Số lượng các cực trị truyền qua một điểm nhất định trong thời gian
một giây được gọi là tần số (√) - đơn vị của tần số là : herzt.
 Quang phổ điện từ:
Quang phổ điện từ là dải liên tục của các tia sáng ứng với các bước
sóng khác nhau. Sự phân chia thành các dải phổ liên quan đến tính chất bức
xạ tự nhiên của các đối tượng, từ đó hình thành nên các phương pháp Viễn
thám khác nhau.


-11-

• Các dải sóng của quang phổ điện từ

Hình 2.3. Dải sóng quang phổ điện từ
Quang phổ điện từ có các dải sóng chính như sau :
- Các tia vũ trụ: là các tia sáng từ vũ trụ có bước sóng vô cùng ngắn với
ở<10-6 μm.
- Các tia gamma có ở từ 10 -6 – 10 -4 μm.
- Dải các tia x (X) có ở từ 10 -4 - 10-1 μm (hay 0,1) μm. - 0,4 μm, thường
được sử dụng trong y học. Riêng dải từ 0,3-0,4 μm gọi là vùng cực tím tạo
ảnh, có thể sử dụng trong Viễn thám tia cực tím.
- Dải tia nhìn thấy có ở từ 0,4 – 0,7 μm là dải phổ của ánh sáng trắng.
Trong dải nhìn thấy có chia nhỏ thành các dải ánh sáng đơn sắc:

* Blue (xanh lơ-lam): 0,4 - 0,5 μm
* Green (xanh lá cây – lục): 0,5 - 0,6 μm
* Red (đỏ) : 0,6 - 0,7 μm .


-12-

- Sau vùng đỏ là dải cận hồng ngoại (infrared): từ 0,7-14 μm ,trong đó
lại chia thành các vùng :
* Cận hồng ngoại phản xạ: 0,7-3 μm
* Cận hồng ngoại trung (giữa) : 3- 7 μm
* Cận hồng ngoại nhiệt (xa) : 7- 14 μm
- Vùng sóng Radar hay vi sóng (vi sóng - microwave): là các vùng có
bước sóng dài hơn nhiều so với vùng cận hồng ngoại, độ dài sóng từ 1mm đến 1m.
- Sau vùng Radar là sóng radio có bước sóng > 30 cm.
2.1.2.2. Tương tác năng lượng
 Tương tác năng lượng trong khí quyển:
Những ảnh hưởng của khí quyển dưới ánh sáng khi truyền qua nó là tán
xạ, truyền qua và hấp thụ ánh sáng của khí quyển. Những ảnh hưởng này có
nguyên nhân là tương tác cơ học của các thành phần khí quyển đối với ánh
sáng. Với bất kỳ một nguồn sáng nào, toàn bộ bức xạ cảm nhận được bằng
các thiết bị Viễn thám nhỏ bé khác trong khí quyển, khi đường kính của
chúng nhỏ hơn bước sóng của tia bức xạ. Ảnh hưởng của tán xạ Rayleigh là tỉ
lệ nghịch với mũ bậc 4 của bước sóng. Do đó khi bước sóng ngắn thì sự tán
xạ mạnh hơn so với tán xạ của tia sáng có bước sóng dài.
Bầu trời có màu xanh Blue chính là một biểu hiện rõ ràng nhất của hiện
tượng tán xạ Rayleigh, nếu không có hiện tượng tán xạ, bầu trời sẽ có màu
đen. Trong trường hợp này sự tán xạ của các tia màu xanh lơ (blue) là nổi hơn
cả so với các tia sáng khác trong dải nhìn thấy. Vào lúc buổi sáng sớm hoặc
lúc mặt trời lặn các tia mặt trời phải truyền qua một khoảng cách đường

truyền lớn hơn so với buổi trưa, khi đó sự tán xạ và hấp thụ của các sóng ngắn
là hoàn toàn chấm dứt và chúng ta chỉ nhìn thấy một phần nhỏ các tia được
tán xạ ở bước sóng dài hơn đó là các tia màu đỏ (red) và da cam (magenta).
Hiện tượng tán xạ cũng là nguyên nhân đầu tiên gây nên hiện tượng
sương mù trên ảnh vệ tinh. Tất nhiên hiện tượng sương mù sẽ làm giảm độ
nét hay độ tương phản của hình ảnh. Đối với ảnh màu, đó là hiện tượng xuất
hiện nhiều màu xanh lơ trải đều trên toàn ảnh. Để khác phục hiện tượng này,


-13-

một tấm lọc thường được đặt trước ống kính để tránh cho những tia sáng có
bước sóng ngắn truyền vào phim, tấm lọc đó gọi là lọc sương mù. Ngoài ra,
có thể có nhiều loại lọc khác như lọc tia xanh lơ (lọc Blue), lọc tia cực tím
(lọc UV).
Ngoài hiện tượng tán xạ Rayleigh còn có hiện tượng tán xạ Mie khi mà
các hạt nhỏ trong không khí có đường kính bằng bước sóng của tia sáng. Hơi
nước và khói (chúng có đường kính từ 5- 100 μm) là nguyên nhân của hiện
tượng tán xạ Mie. Hiện tượng tán xạ này ảnh hưởng đến các tia sáng có bước
sóng dài so với các tia có bước sóng ngắn ở tán xạ Rayleigh. Tuy nhiên, trong
tự nhiên thì hiện tượng tán xạ Rayleigh là phổ biến hơn cả. Trong trường hợp ở
vùng nhìn thấy, khi các tia màu lơ, lam và đỏ được tán xạ, đều nhau do sương
mù và mây thì thường xuất hiện màu trắng do ảnh hưởng của tán xạ Mie.
- Sự hấp thụ:
Ngược lại với hiện tượng tán xạ, sự hấp thụ bởi khí quyển là nguyên
nhân đều phải truyền qua một khoảng cách nào đó trong khí quyển, khoảng
cách đó gọi là khoảng cách đường truyền (Nguyễn Ngọc Thạch, 2005) [12].
- Sự tán xạ:
Sự tán xạ của khí quyển là sự lan truyền ánh sáng một cách không định
hướng gây ra bởi các phần tử nhỏ bé trong khí quyển.

Sự tán xạ Rayleigh là sự tương tác các bức xạ bởi các phần tử hoặc các
hạt dẫn đến sự giảm năng lượng của ánh sáng. Khi truyền qua khí quyển, hiện
tượng hấp thụ năng lượng xảy ra khác nhau đối với một bước sóng nhất định.
Hiện tượng hấp thụ năng lượng mặt trời của khí quyển là hơi nước, khí
cacbonic và khí ozon. Trong dải phổ, vùng dải sóng mà ở đó năng lượng hấp
thụ ít nhất và được truyền qua nhiều nhất thì gọi là các cửa sổ khí quyển
(atmotspheric windows).
- Sự truyền qua:
Ngoài phần bị hấp thụ hoặc tán xạ, năng lượng ánh sáng mặt trời có thể
được truyền qua khí quyển để đến Trái Đất. Cửa sổ khí quyển là vùng mà
năng lượng ánh sáng có thể truyền qua và đến các đối tượng trên mặt đất, nhờ
đó các máy cảm biến có thể ghi nhận được năng lượng ánh sáng.


-14-

 Tương tác với các đối tượng trên mặt đất
Khi năng lượng điện từ rơi vào một vật thể ở trên mặt đất, sẽ có 3 thành
phần năng lượng cơ bản tương tác với đối tượng, đó là: phản xạ, hấp thụ và
(hoặc) truyền qua (hình 2.6):
E I(λ) = E R(λ) + E A(λ) + E T (λ)
trong đó: E I - năng lượng rơi xuống; E R - năng lượng phản xạ;
E A - năng lượng hấp thụ;

E T - năng lượng truyền qua.

Toàn bộ các năng lượng này là hàm của một bước sóng ở nào đó.
Tỉ lệ giữa các hợp phần năng lượng phản xạ, hấp thụ và truyền qua rất
khác nhau, tùy thuộc vào các đặc điểm của đối tượng trên bề mặt, cụ thể là
thành phần vật chất và tình trạng của đối tượng. Ngoài ra tỉ lệ giữa các hợp

phần đó còn phụ thuộc vào các bước sóng khác nhau.
Như vậy, sẽ có nhiều trường hợp là hai đối tượng có cùng một đặc điểm
trong các dải phổ khác. Chính vì vậy, trong vùng nhìn thấy màu sắc của một
đối tượng chính là thể hiện sự phản xạ trội hơn cả trong một dải sóng nào đó.
Chẳng hạn màu xanh lơ của một vật chính là sự phản xạ của nó trội hơn ở
vùng sóng Blue (0,4 - 0,5 μm). Lá cây có màu xanh chàm do chúng phản xạ
mạnh dải phổ Green (0,5 - 0,6 μm). Như vậy, mắt sử dụng sự khác nhau về
cường độ năng lượng phản xạ phổ để phân biệt các đối tượng.
Trong Viễn thám, thành phần năng lượng phổ phản xạ là rất quan
trọng và Viễn thám nghiên cứu sự khác nhau đó để phân biệt các đối tượng.
Vì vậy, năng lượng phổ phản xạ thường được sử dụng để tính sự cân bằng
năng lượng:
E I(λ) = E R(λ) + [ E A(λ) + E T (λ)].
Công thức trên nói lên rằng năng lượng phản xạ thì bằng năng lượng
rơi xuống một đối tượng sau khi đã bị suy giảm do việc truyền qua hoặc hấp
thụ đối tượng. Tỉ lệ giữa các hợp phần năng lượng đó là khác nhau tuỳ thuộc
vào bước sóng.
Trong tự nhiên có các trạng thái phản xạ năng lượng ánh sáng thông
thường liên quan đến đặc điểm cấu tạo bề mặt và thành phần vật chất của
đối tượng.


-15-

2.1.2.3. Phổ phản xạ của một số đối tượng tự nhiên
Đồ thị phổ phản xạ được xây dựng với chức năng là một hàm số của giá
trị phổ phản xạ và bước sóng, được gọi là đường cong phổ phản xạ. Hình
dáng của đường cong phổ phản xạ cho biết một cách tương đối rõ ràng tính
chất phổ của một đối tượng và hình dạng đường cong phụ thuộc rất nhiều vào
việc lựa chọn các dải sóng mà ở đó thiết bị Viễn thám có thể ghi nhận được

các tín hiệu phổ.

Hình 2.4. Phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên
Hình dạng của đường cong phổ phản xạ còn phụ thuộc rất nhiều vào
tính chất của các đối tượng. Trong thực tế, các giá trị phổ của các đối tượng
khác nhau, của một nhóm đối tượng cũng rất khác nhau, song về cơ bản
chúng dao động xung quanh giá trị trung bình.
- Thực vật : Thực vật khoẻ mạnh chứa nhiều diệp lục tố (Chlorophil),
phản xạ rất mạnh ánh sáng có bước sóng từ 0,45 - 0,67μm (tương ứng với dải
sóng màu lục - Green) vì vậy ta nhìn thấy chúng có màu xanh lục. Khi diệp
lục tố giảm đi, thực vật chuyển sang có khả năng phản xạ ánh sáng màu đỏ
trội hơn. Kết quả là lá cây có màu vàng (do tổ hợp màu Green và Red) hoặc
màu đỏ hẳn (rừng ở khí hậu lạnh, hiện tượng này khá phổ biến khi mùa đông
đến), ở vùng cận hồng ngoại phản xạ (từ 0,7 -1,3 μm) thực vật có khả năng


-16-

phản xạ rất mạnh, khi sang vùng cận hồng ngoại nhiệt và vi sóng
(Microwave) một số điểm cực trị ở vùng sóng dài làm tăng khả năng hấp thụ
ánh sáng của hơi nước trong lá, khả năng phản xạ của chúng giảm đi rõ rệt và
ngược lại, khả năng hấp thụ ánh sáng lại tăng lên. Đặc biệt đối với rừng có
nhiều tầng lá, khả năng đó càng tăng lên (ví dụ rừng rậm nhiệt đới).
- Nước : nước trong chỉ phản xạ mạnh ở vùng sóng của tia xanh lơ
(Blue) và yếu dần khi sang vùng tia xanh lục (Green), triệt tiêu ở cuối dải
sóng đỏ (Red). Khi nước bị đục, khả năng phản xạ tăng lên do ảnh hưởng sự
tán xạ của các vật chất lơ lửng. Sự thay đổi về tính chất của nước (độ đục, độ
mặn, độ sâu, hàm lượng Clorophyl,...) đều ảnh hưởng đến tính chất phổ của
chúng. Nghĩa là khi tính chất nước thay đổi, hình dạng đường cong và giá trị
phổ phản xạ sẽ bị thay đổi.

- Đất khô: đường cong phổ phản xạ của đất khô tương đối đơn giản, ít
có những cực đại và cực tiểu một cách rõ ràng, lý do chính là các yếu tố ảnh
hưởng đến tính chất phổ của đất khá phức tạp và không rõ ràng như ở thực vật.
Các yếu tố ảnh hưởng đến đường cong phổ phản xạ của đất là: lượng
ẩm, cấu trúc của đất (tỉ lệ cát, bột và sét), độ nhám bề mặt, sự có mặt của các
loại oxyt kim loại, hàm lượng vật chất hữu cơ,... Các yếu tố đó làm cho đường
cong phổ phản xạ biến động rất nhiều quanh đường cong có giá trị trung bình.
Tuy nhiên quy luật chung là giá trị phổ phản xạ của đất tăng dần về phía
sóng có bước sóng dài. Các cực trị hấp thụ phổ do hơi nước cũng diễn ra ở
vùng 1,4 μm; 1,9 μm; và 2,7 μm (Lê Văn Nghinh, 2006)[10].
- Đá: đá cấu tạo khối, khô có dạng đường cong phổ phản xạ tương tự
như của đất song giá trị tuyệt đối thường cao hơn. Tuy nhiên, cũng như đối với
đất, sự biến động của giá trị phổ phản xạ phụ thuộc vào nhiều yếu tố của đá:
mức độ chứa nước, cấu trúc, cấu tạo, thành phần khoáng vật, tình trạng bề mặt.
Tóm lại
- Phổ phản xạ là thông tin quan trọng nhất mà Viễn thám thu được về
các đối tượng. Dựa vào đặc điểm phổ phản xạ (cường độ, dạng đường cong ở
các dải sóng khác nhau) có thể phân tích, so sánh và nhận diện các đối tượng
trên bề mặt. Thông tin về phổ phản xạ là thông tin đầu tiên, là tiền đề cho các
phương pháp phân tích xử ảnh trong Viễn thám, đặc biệt là xử lý số.


-17-

- Các đối tượng khác nhau trong cùng một nhóm đối tượng sẽ có dạng
đường cong phổ phản xạ chung, tương đối giống nhau, song sẽ khác nhau về
các chi tiết nhỏ trên đường cong, hoặc khác nhau về độ lớn giá trị cường độ
phản xạ. Khi tính chất của đối tượng bị thay đổi thì đường cong phổ phản xạ
cũng sẽ bị biến đổi.
2.1.3. Viễn thám và một số ứng dụng của Viễn thám

Hiện nay, Viễn thám được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành, nhiều
lĩnh vực khác nhau và dưới đây là giới thiệu những ứng dụng chính (Bảo
Huy, 2007) [5] :
- Nghiên cứu địa chất: Viễn thám từ lâu đã được ứng dụng để giải
đoán các thông tin địa chất. Dữ liệu Viễn thám được dùng cho giải đoán là
các ảnh máy bay, ảnh vệ tinh và ảnh Radar. Lĩnh vực dùng dữ liệu này có thể
kể đến là địa mạo, cấu trúc địa chất, trầm tích, khai khoáng, dầu mỏ, địa tầng,
địa chất công trình, nước ngầm và các nghiên cứu về địa chất môi trường. Dữ
liệu ảnh Radar cho phép nghiên cứu cấu trúc địa chất một cách hữu hiệu vì
ảnh Radar rất nhạy cảm với địa hình. Tổ hợp dữ liệu Viễn thám với dữ liệu
địa lý sẽ làm giàu thêm khả năng nghiên cứu các thông tin địa chất cần quan
tâm. Một số ứng dụng của Viễn thám trong địa chất có thể kể ra như sau:
* Ứng dụng trong nghiên cứu địa mạo: các dạng địa hình được thể hiện
rất rõ trên ảnh Viễn thám (địa hình kiến tạo, núi lửa, địa hình sông suối, địa
hình tam giác châu, địa hình thành tạo do cát, thành tạo do băng) và được giải
đoán một cách chính xác.
* Cấu trúc địa chất: giải đoán các bề mặt và độ dốc của tầng trầm tích,
các yếu tố uốn nếp, đứt gãy, linearment và chuyển động nâng hạ (dùng ảnh
giao thoa Radar), các rift núi lửa hiện đại, các cấu trúc vòng, tiêm nhập, bất
chỉnh hợp địa tầng, các ứng dụng trong nghiên cứu địa động lực.
* Nghiên cứu thạch học: định các đá trầm tích, macma, biến chất và
thành tạo xen kẽ khác. Nghiên cứu trật tự địa tầng và tương quan tuổi.
* Ứng dụng trong khai khoáng và khai thác dầu.
* Điều tra khảo sát nước ngầm, điều tra địa chất công trình.
- Nghiên cứu môi trường: Viễn thám là phương tiện hữu hiệu để
nghiên cứu môi trường đất liền (xói mòn, ô nhiễm), môi trường biển (đo nhiệt
độ, màu nước biển, gió sóng).


-18-

- Nghiên cứu khí hậu và quyển khí: đặc điểm tầng ozon, mây, mưa,
nhiệt độ quyển khí, dự báo bão và nghiên cứu khí hậu qua dữ liệu thu từ vệ
tinh khí tượng.
- Nghiên cứu thực vật, rừng: Viễn thám cung cấp ảnh có diện phủ toàn
cầu nghiên cứu thực vật theo ngày, mùa vụ, năm, tháng và theo giai đoạn.
Thực vật là đối tượng đầu tiên mà ảnh Viễn thám vệ tinh thu nhận được thông
tin. Trên ảnh Viễn thám chúng ta có thể tính toán sinh khối, độ trưởng thành
và sâu bệnh dựa trên chỉ số thực vật, có thể nghiên cứu cháy rừng qua các ảnh
vệ tinh.
- Nghiên cứu thủy văn: Mặt nước và các hệ thống dòng chảy được
hiển thị rất rõ trên ảnh vệ tinh và có thể khoanh vị được chúng. Dữ liệu ảnh vệ
tinh, được ghi nhận trong mùa lũ, là dữ liệu được sử dụng để tính toán diện
tích thiên tai và cho khả năng dự báo lũ lụt.
- Nghiên cứu các hành tinh khác: Các dữ liệu Viễn thám thu từ vệ
tinh cho phép nghiên cứu các vì sao và Mặt trăng. Điều này khẳng định rằng
Viễn thám là một công nghệ và có ứng dụng hết sức rộng lớn vượt ra khỏi
tầm Trái Đất.
2.2. Ứng dụng Viễn thám trong chuẩn đoán sinh khối thực vật
2.2.1. Khái niệm cơ bản
- "Sinh khối là tổng trọng lượng của sinh vật sống trong sinh quyển
hoặc số lượng sinh vật sống trên một đơn vị diện tích, thể tích vùng".
Khối lượng sinh khối trong sinh quyển ước tính là n.10 14 - 2.1016 tấn.
Trong đó, riêng ở các đại dương hiện có 1,1. 10 9 tấn sinh khối thực vật và
2,89. 1010 tấn sinh khối động vật. Phần chủ yếu của sinh khối tập trung trên
lục địa với ưu thế nghiêng về phía sinh khối thực vật.
Sinh khối của Trái Đất hiện chiếm một tỷ lệ nhỏ so với trọng lượng của
toàn bộ Trái Đất và rất bé so với thạch quyển, thuỷ quyển. Tuy nhiên, trong
thời gian địa chất lâu dài, từ khi xuất hiện vào khoảng 3 tỷ năm trước đây,
sinh khối Trái Đất đã thực hiện một chu trình biến đổi mạnh mẽ một khối

lượng lớn vật chất trên Trái Đất. Sinh khối có mặt trên hầu hết các loại đất đá
trầm tích, biến chất và các khoáng sản trầm tích của Trái Đất dưới dạng vật


-19-

chất hữu cơ. Theo tính toán của của các nhà khoa học, tổng khối lượng vật
chất hữu cơ trong toàn bộ các đá trầm tích là 3,8. 10 15 tấn. Như vậy, sinh khối
thực vật được định nghĩa: “ Sinh khối thực vật là tổng trọng lượng của thực
vật trên một đơn vị diên tích hoặc diện tích vùng ”
- NDVI được tính toán dựa trên sự khác biệt phản xạ ánh sáng cận cận
hồng ngoại và ánh sáng đỏ trên đối với thực vật. Do lá cây phản xạ mạnh với
bức xạ cận cận hồng ngoại, trong khi chlorophyl của lá cây hấp thụ mạnh ánh
sáng đỏ của bức xạ trong vùng nhìn thấy. NDVI thường được sử dụng để ước
tính năng suất sơ cấp cũng như sinh khối của thực vật, cũng như giám sát
rừng và cây trồng. Giá trị của NDVI (từ -1 đến 1) càng cao thể hiện hoạt động
quang hợp càng mạnh.
- LAI (Leaf Area Index) là tỉ số giữa diện tích bề mặt lá của tán cây với
diện tích bề mặt đất mà cây phát triển tại đó. LAI là chìa khóa cho cấu trúc
đặc trưng của thảm thực vật và có mối quan hệ chặt chẽ với hoạt động quang
hợp, sự bốc hơi nước, năng suất và điều kiện của thảm thực vật. LAI có thể
được sử dụng để ước tính sinh khối, động thái của thảm thực vật hay dự báo
mùa vụ. Chỉ số (từ 0 đến 6) càng thấp thì thảm thực vật phát triển không tốt.
- FAPAR (The Fraction of Absorbed Photosynthetically Active
Radiation – FAPAR) là phần bức xạ mặt trời được hấp thụ bởi thực vật thông
qua quá trình quang hợp. Do đó, FAPAR có mối quan hệ chặt chẽ với năng
suất và sản lượng sơ cấp thuần. Với chỉ số này điều kiện của cây trồng có thể
được đo lường. Giá trị FAPAR từ 0 đến 1 hoặc từ 0 đến 100% (Bùi Lâm Hà,
2011) [4].
- Tỷ số chỉ số thực vật RVI (ratio vegetion index)

RIV = IR/R
RVI thường dùng để xác định chỉ số diện tích lá, sinh khối khô của lá
và hàm lượng chất diệp lục trong lá. Vì vậy chỉ số RVI được dùng để đánh giá
mức độ che phủ và phân biệt các lớp thảm thực vật khác nhau nhất là những
thảm thực vật có độ che phủ cao.
2.2.2. Thành phần hóa học của cây trồng tạo nên sinh khối
Cây trồng sử dụng thức ăn từ những chất đơn giản trong không khí, đất
và phân bón. Những chất này là thức ăn cần thiết và thực tế chúng là những