(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu, ứng dụng mô hình tích hợp MarkokCA và GIS để dự báo biến động sử dụng đất tại tỉnh Phú Thọ

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

NGUYỄN KHÁNH TOÀN

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TÍCH HỢP
MARKOV-CA VÀ GIS ĐỂ DỰ BÁO BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG
ĐẤT TỈNH PHÚ THỌ

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

Hà Nội, 2018


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

NGUYỄN KHÁNH TOÀN

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TÍCH HỢP
MARKOV-CA VÀ GIS ĐỂ DỰ BÁO BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG
ĐẤT TỈNH PHÚ THỌ

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI
Chuyên ngành: Quản lý đất đai
Mã số: 8850103

NGƯỜI HƯỚNG DẪN : PGS.TS. NGUYỄN AN THỊNH

Hà Nội, 2018

i

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Cán bộ hướng dẫn chính: PGS.TS. Nguyễn An Thịnh
Cán bộ chấm phản biện 1: TS. Nguyễn Thị Khuy
Cán bộ chấm phản biện 2: TS. Nguyễn Tiến Cường
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Ngày 16 tháng 9 năm 2018.


ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàn
trung thực, của tôi, không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ và
pháp luật Việt Nam. Nếu sai, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2018

Tác giả Luận văn

iii

LỜI CẢM ƠN
Được sự nhất trí của trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội,
Khoa Quản lý đất đai, tôi đã tiến hành làm luận văn “Nghiên cứu, ứng dụng
mô hình tích hợp Markok- CA và GIS để dự báo biến động sử dụng đất tại
tỉnh Phú Thọ”. Trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn ngoài sự cố
gắng và nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô
giáo, cùng gia đình và bạn bè.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Ban Chủ nhiệm Khoa Quản
lý đất đai trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội cùng toàn thể các
thầy cô giáo đã dạy dỗ, quan tâm và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá
trình học tập và rèn luyện tại trường thời gian qua.
Đặc biệt để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, tôi nhận được sự quan
tâm của giáo viên hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn An Thịnh. Thầy đã tận tâm
hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Học viên

Nguyễn Khánh Toàn


iv

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
THÔNG TIN LUẬN VĂN
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
MỞ ĐẦU...................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................... 4
1.1. Cơ sở lý luận về sử dụng đất................................................................................ 4
1.1.1. Sử dụng đất ........................................................................................................ 4
1.1.2. Cơ sở khoa học về biến động sử dụng đất và lớp phủ ................................... 7
1.1.3. Sử dụng đất, biến động sử dụng đất trên thế giới và Việt Nam ..................12
1.2. Mô hình hóa Markov-CA trong dự báo biến động sử dụng đất...................20
1.2.1. Khái niệm mô hình, mô hình hóa và mô hình hóa không gian ...................20
1.2.2. Mô hình hóa biến động sử dụng đất ..............................................................21
1.2.3. Khái niệm và ứng dụng chuỗi Markov .........................................................22
1.2.4. Mạng tự động (Cellular Automata - CA) ......................................................24
1.3. Tổng quan các công trình nghiên cứu...............................................................26
1.3.1. Trên thế giới .....................................................................................................26
1.3.2. Tại Việt Nam....................................................................................................31
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU .............................................................................................................. 34
2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu.........................................................................34
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu .....................................................................................34


v

2.1.2. Phạm vi nghiên cứu .........................................................................................34
2.2. Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................34
2.3. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................34
2.3.1. Phương pháp phân tích và tổng quan tài liệu ................................................34
2.3.2. Phương pháp khảo sát thực địa ......................................................................35
2.3.4. Phương pháp phân tích, mô hình hóa không gian Markov - CA ................36

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ..........................................................41
3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến sử dụng đất tỉnh Phú Thọ .....................................41
3.1.1. Nguồn lực tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên ..............................................41
3.1.2. Nguồn lực kinh tế - xã hội ..............................................................................50
3.1.3. Đánh giá điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội ..............................................57
3.2. Đánh giá hiện trạng sử dụng đất giai đoạn 2005 – 2015 trên cơ sở tư liệu ảnh
viễn thám.....................................................................................................................60
3.2.1. Xây dựng bản đồ lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2005, 2010, 2015 ...60
3.2.2. Đánh giá hiện trạng sử dụng đất giai đoạn 2005 - 2015 ..............................65
3.3. Dự báo biến động sử dụng đất tỉnh Phú Thọ đến năm 2020 - 2025 ..............72
3.3.1. Quy trình nghiên cứu.......................................................................................72
3.3.2. Phân cấp thích hợp ..........................................................................................74
3.3.3. Xây dựng ma trận chuyển dịch dựa vào chuỗi Markov...............................85
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...............................................................................96
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................98
PHỤ LỤC ...............................................................Error! Bookmark not defined.


vi

THÔNG TIN LUẬN VĂN
Họ và tên học viên: Nguyễn Khánh Toàn
Lớp: CH2B.QĐ

Khoá: 2B (2016 - 2018)

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn An thịnh
Tên đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng mô hình tích hợp Markov – CA và
GIS để dự báo biến động sử dụng đất tại tỉnh Phú Thọ.
Thông tin luận văn:

- Tổng quan tài liệu và xây dựng cơ sở lý luận về ứng dụng mô hình
Markov - CA trong dự báo xu hướng biến động sử dụng đất.
- Đánh giá các nhân tố ảnh hưởng tới biến động sử dụng đất tỉnh Phú Thọ.
- Đánh giá hiện trạng sử dụng đất tỉnh Phú Thọ giai đoạn 2005 - 2015
trên cơ sở tư liệu ảnh viễn thám.
- Dự báo biến động sử dụng đất tỉnh Phú Thọ đến năm 2025 trên cơ sở
mô hình Markov - CA và GIS.


vii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

FAO

Tổ chức lương thực và nông nghiệp Liên Hợp Quốc

LUCC

Biến động sử dụng đất và lớp phủ

TDB

Thời điểm dự báo

TCT

Mốc thời gian cận trên của quá trình đánh giá

TCD

Mốc thời gian cận dưới của quá trình đánh giá

CA

Cellular Automata - Mạng tự động

MCE

Multi Criteria Evaluation - Đánh giá đa chỉ tiêu


viii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Tỉ lệ % đất tự nhiên và đất nông nghiệp trên toàn thế giới ............ 13
Bảng 1.2. Biến động diện tích đất nông nghiệp toàn quốc ............................. 17
Bảng 1.3. Biến động diện tích đất 2015 .......................................................... 18
Bảng 3.1. Đặc trưng hình thái sông trên địa bàn tỉnh Phú Thọ ...................... 45
Bảng 3.2. Hiện trạng sủ dụng đất tỉnh Phú Thọ ( tính đến 31/12/2016) ......... 46
Bảng 3.3. Hiện trạng rừng theo chức năng sử dụng ....................................... 48
Bảng 3.4 Sản lượng khai thác một số loại tài nguyên trên địa bàn tỉnh Phú
Thọ................................................................................................................... 50
Bảng 3.5. Diện tích, dân số và mật độ dân số các huyện năm 2016 ............... 51
Bảng 3.6. Đóng góp của các khu vực kinh tế vào GDP của toàn tỉnh qua các
năm .................................................................................................................. 55
Bảng 3.7. Hệ thống chú giải của ảnh lớp phủ mặt đất .................................... 61
Bảng 3.8. Hệ thống mẫu giải đoán ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu .............. 63
Bảng 3.9. Bảng biến động diện tích đất đai tỉnh Phú Thọ .............................. 72
Bảng 3.10. Diện tích các loại hình sử dụng đất tỉnh Phú Thọ các năm 2005,

2010, 2015, 2020, 2025 (đơn vị: ha) ............................................................... 93


ix

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Bình quân diện tích đất canh tác trên đầu người............................. 14
Hình 2.1. Mô hình chuỗi Markov ................................................................... 36
Hình 2.2. Giao diện phần mềm Idrisi Selva .................................................... 39
Hình 2.3. Module MARKOV trên Idrisi Selva ............................................... 39
Hình 2.4. Module MARKOV - CA trên Idrisi Selva ...................................... 40
Hình 3.1. Bản đồ tỉnh Phú Thọ ....................................................................... 41
Hình 3.2. Ảnh LandSat khu vực tỉnh Phú Thọ năm 2005, 2010, 2015 .......... 62
Hình 3.3. Quá trình chọn mẫu và phân loại ảnh vệ tinh tỉnh Phú Thọ ........... 64
Hình 3.4. Bản đồ lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2005, 2010 và 2015 .... 65
Hình 3.5. Biểu đồ tỷ lệ các lớp đối tượng sử dụng đất năm 2005 .................. 66
Hình 3.6. Bản đồ lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2005 ............................ 67
Hình 3.7. Biểu đồ tỷ lệ các lớp đối tượng sử dụng đất năm 2010 .................. 68
Hình 3.8. Bản đồ lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2010 ............................ 69
Hình 3.9. Biểu đồ tỷ lệ các lớp đối tượng sử dụng đất năm 2015 .................. 70
Hình 3.10. Bản đồ lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2015 .......................... 71
Hình 3.11. Quy trình dự báo biến đổi lớp phủ mặt đất khu vực nghiên cứu .. 73
Hình 3.12. Quy trình phân cấp thích hợp ........................................................ 75
Hình 3.13. Ảnh phân ngưỡng thích hợp của rừng kín với các loại hình lớp phủ... 76
Hình 3.14. Ảnh phân ngưỡng thích hợp của rừng trung bình với các loại hình
lớp phủ ............................................................................................................. 76
Hình 3.15. Ảnh phân ngưỡng thích hợp của rừng thưa với các loại hình lớp
phủ ................................................................................................................... 77
Hình 3.16. Ảnh phân ngưỡng thích hợp của cây bụi với các loại hình lớp phủ.... 78
Hình 3.17. Ảnh phân ngưỡng thích hợp của đất xây dựng với các loại hình lớp

phủ ................................................................................................................... 78


x

Hình 3.18. Ảnh phân ngưỡng mức độ thích hợp của đất xd với độ dốc ......... 79
Hình 3.19. Ảnh phân ngưỡng thích hợp của đất trống với các loại hình lớp
phủ ................................................................................................................... 80
Hình 3.20. Ảnh phân ngưỡng thích hợp của mặt nước với các loại hình lớp
phủ ................................................................................................................... 80
Hình 3.21. Ảnh phân cấp thích hợp cho đất xây dựng.................................... 82
Hình 3.22. Ảnh phân cấp thích hợp cho rừng kín ........................................... 82
Hình 3.23. Ảnh phân cấp thích hợp cho rừng trung bình ............................... 83
Hình 3.24. Ảnh phân cấp thích hợp cho rừng thưa ......................................... 83
Hình 3.25. Ảnh phân cấp thích hợp cho cây bụi ............................................. 84
Hình 3.26. Ảnh phân cấp thích hợp cho đất trống .......................................... 84
Hình 3.27. Ảnh phân cấp thích hợp cho mặt nước ......................................... 85
Hình 3.28. Mô hình Markov trong Idrisi ........................................................ 85
Hình 3.29. Ma trận chuyển dịch diện tích giữa các lớp đối tượng ................. 86
Hình 3.30. Ma trận chuyển dịch xác suất giữa các lớp ................................... 87
Hình 3.31. Tập các hình ảnh xác suất có điều kiện......................................... 87
Hình 3.32. Mô hình hóa biến đổi lớp phủ mặt đất dựa vào CA_Markov ....... 88
Hình 3.33. Kết quả mô hình hóa biến đổi sử dụng đất tỉnh Phú Thọ đến năm
2015 ................................................................................................................. 89
Hình 3.34. Kiểm chứng kết quả mô hình hóa và bản đồ lớp phủ năm 2015 .. 90
Hình 3.35. Kết quả kiểm chứng kết quả mô hình hóa và bản đồ lớp phủ năm
2015 ................................................................................................................. 90
Hình 3.36. Kết quả dự báo lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2020 ............. 91
Hình 3.37. Kết quả dự báo lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2025 ............. 92
Hình 3.38. Biểu đồ thể hiện diện tích các loại hình sử dụng đất tỉnh Phú Thọ

các năm 2005, 2010, 2015, 2020, 2025 .......................................................... 93


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Biến động sử dụng đất được công nhận là một trong những động lực
quan trọng gây thay đổi môi trường toàn cầu hiện nay. Dưới sức ép của công
nghiệp hóa, đô thị hóa và sự gia tăng dân số, những biến động trong sử dụng
đất như chuyển đất rừng tự nhiên thành đất sản xuất nông nghiệp, một phần
đất nông nghiệp lại được dùng để xây dựng khu dân cư, mở rộng đô thị... diễn
ra nhanh chóng và rộng khắp.Việc nghiên cứu thực trạng và dự báo xu thế
biến động sử dụng đất đóng vai trò quan trọng trong đề xuất các định hướng
cho phát triển kinh tế xã hội và bảo vệ môi trường. Nhiều cách tiếp cận mô
hình mô phỏng sự biến động sử dụng đất chẳng hạn các mô hình toán, mô
hình Markov - CA, mô hình đa tác tử, ... Mô hình hóa dựa trên phương pháp
chuỗi Markov được kết hợp với Cellular Automata (CA) bởi tính linh hoạt
của nó, được ứng dụng trong các nghiên cứu biến động sử dụng đất phục vụ
nhu cầu thực tiễn.
Phú Thọ là tỉnh trung du miền núi phía Bắc Việt Nam, có địa hình dốc,
được chia thành nhiều khu vực đặc thù. Vùng núi cao phía tây và phía nam
của Phú Thọ, tuy gặp một số khó khăn về việc đi lại, giao lưu song ở vùng
này lại có nhiều tiềm năng phát triển lâm nghiệp, khai thác khoáng sản và
phát triển kinh tế trang trại. Vùng gò, đồi thấp bị chia cắt nhiều, xen kẽ là
đồng ruộng và dải đồng bằng ven sông Hồng, hữu Lô, tả Đáy, thuận lợi cho
việc trồng các loại cây công nghiệp, phát triển cây lương thực và chăn nuôi.
Định hướng sử dụng đất hợp lý, dựa trên khai thác thế mạnh tự nhiên và kinh
tế xã hội, đảm bảo hiệu quả kinh tế cao và tính bền vững trong sử dụng đất.
Nghiên cứu xu thế biến động sử dụng đất nhằm đưa ra các định hướng sử

2

dụng một cách có hiệu quả và hợp lý trong tương lai là một vấn đề cấp thiết
cần được giải quyết tại tỉnh Phú Thọ.
Xuất phát từ thực tế trên, đề tài luận văn thạc sỹ : “Nghiên cứu, ứng
dụng mô hình tích hợp Markov – CA và GIS để dự báo biến động sử dụng
đất tại tỉnh Phú Thọ” đã được lựa chọn nghiên cứu và hoàn thành.
2. Mục tiêu và nhiệm vụ
a. Mục tiêu
Dự báo được xu thế biến động sử dụng đất tỉnh Phú Thọ có căn cứ
khoa học dựa trên kết hợp các kỹ thuật viễn thám, GIS và mô hình hóa
Markov - CA.
b. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
Để đạt được mục tiêu nêu trên, các nhiệm vụ cụ thể sau cần được giải quyết:
- Tổng quan tài liệu và xây dựng cơ sở lý luận về ứng dụng mô hình
Markov - CA trong dự báo xu hướng biến động sử dụng đất.
- Phân tích các nhân tố ảnh hưởng tới biến động sử dụng đất tỉnh Phú Thọ.
- Phân tích hiện trạng sử dụng đất tỉnh Phú Thọ giai đoạn 2005 - 2015
trên cơ sở tư liệu ảnh viễn thám.
- Dự báo biến động sử dụng đất tỉnh Phú Thọ đến năm 2025 trên cơ sở
mô hình Markov - CA và GIS.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• Ý nghĩa khoa học
- Kết quả nghiên cứu của đề tài đóng góp vào hệ thống tri thức khoa học
về tích hợp đa mô hình trong mô phỏng biến động sử dụng đất tại một khu
vực cụ thể.
• Ý nghĩa thực tiễn

3

- Kết quả nghiên cứu của đề tài cung cấp cơ sở khoa học cho các nhà quản
lý ra quyết định quy hoạch, sử dụng đất tại tỉnh Phú Thọ. Các yếu tố tự nhiên,
kinh tế xã hội có ảnh hưởng đến biến động sử dụng đất mà đề tài xác định được
sẽ là cơ sở khoa học để cân nhắc giữa lợi ích kinh tế và bảo vệ môi trường khi
chuyển đổi mục đích sử dụng đất trong điều kiện cụ thể ở tỉnh Phú Thọ.


4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Cơ sở lý luận về sử dụng đất
1.1.1. Sử dụng đất
a. Sử dụng đất
Sử dụng đất là hoạt động của con người tác động vào đất đai nhằm đạt
kết quả mong muốn trong quá trình sử dụng. Theo FAO (1999), sử dụng đất
được thực hiện bởi con người bao gồm các hoạt động cải tiến môi trường tự
nhiên hoặc những vùng hoang vu vào sản xuất như đồng ruộng, đồng cỏ hoặc
xây dựng các khu dân cư. Thực chất sử dụng đất là một hệ thống các biện
pháp nhằm điều hòa mối quan hệ giữa con người với đất đai.
Theo Đào Châu Thu và Nguyễn Khang (1998), có nhiều kiểu sử dụng đất
bao gồm: sử dụng trên cơ sở sản xuất trực tiếp (cây trồng, đồng cỏ, gỗ rừng), sử
dụng trên cơ sở sản xuất gián tiếp (chăn nuôi), sử dụng đất vì mục đích bảo vệ
và theo các chức năng đặc biệt như đường xá, dân cư, công nghiệp.
Con người sử dụng đất nghĩa là tạo thêm tính năng cho đất đồng thời
cũng thay đổi chức năng của đất và môi trường. Vì vậy việc sử dụng đất phải
được dựa trên những cơ sở khoa học và cân nhắc tới sự bền vững.
Quản lý sử dụng đất là quá trình quản lý sử dụng và phát triển đất đai trong

không gian theo định hướng và sự điều phối của chính sách đất đai hiện tại
b. Nghiên cứu quản lý sử dụng đất đồi núi Việt Nam
Đất đồi núi chiếm 3/4 diện tích tự nhiên của Việt Nam, là nơi sinh sống
của đại đa số các dân tộc, đồng thời cũng là nơi đóng vai trò chính trong việc
gìn giữ cân bằng sinh thái. Theo Nguyễn Văn Toàn (2010), Việt Nam có
khoảng 24,1 triệu ha đất đồi núi, trong đó có 10,37 triệu ha có độ dốc >25o
chiếm 43% diện tích đất đồi núi. Đất có độ dốc từ 15 – 25o có 5,35 triệu ha
thích hợp cho trồng cây lâu năm theo phương pháp nông lâm kết hợp. Diện


5

tích đất có độ dốc dưới 15o là 8,2 triệu ha, phần lớn đã được khai thác sử dụng
cho sản xuất nông nghiệp.
Mặc dù diện tích đất đồi núi chiếm tỷ lệ lớn nhưng lại phải đối mặt với
nhiều thách thức trong quá trình sử dụng. Theo Trần Đức Viên và Phạm Chí
Thành (1996), khó khăn, hạn chế lớn nhất cho việc phát triển nông nghiệp
trên vùng đất dốc là địa hình chia cắt mạnh, có nhiều núi cao, suối sâu, đèo
dốc hiểm trở, độ dốc lớn với nhiều tiểu vùng sinh thái khác biệt, gây ra nhiều
trở ngại như xói mòn, thoái hóa, hạn hán… Nhóm nghiên cứu của Viện Thổ
nhưỡng Nông hóa đã xác định được trong 24,8 triệu ha đất dốc thì không có
đơn vị đất đai nào rất thích hợp với sản xuất nông nghiệp (độ phì cấp 1), có
13,4% diện tích có độ phì nhiêu khá (cấp 2) thích hợp với sản xuất nông
nghiệp, phân bố chủ yếu ở vùng Đông Bắc Bộ, Tây Bắc Bộ, Duyên hải Bắc
Trung Bộ. Đất có độ phì nhiêu trung bình (cấp 3) chiếm 6,5%, đất có độ phì
nhiêu kém do tầng đất mỏng (cấp 4) chiếm 3,7%, đất có độ phì nhiêu kém do
độ dốc cao, nguy cơ xói mòn lớn (cấp 5) khoảng 8,3%. Còn lại là đất có độ
phì nhiêu rất kém do độ dốc cao và nguy cơ xói mòn rất lớn, tầng đất rất
mỏng và nhiều yếu tố hạn chế chiếm 68,1% diện tích đất dốc của 7 vùng sinh
thái (Bùi Huy Hiền và cs., 2001).

Để sử dụng đất đồi núi hiệu quả và bền vững, ngay từ những năm 1960
các cơ quan quản lý và nghiên cứu khoa học như Vụ Quản lý ruộng đất, Viện
Thổ nhưỡng Nông hóa và các nhà khoa học như Nguyễn Trọng Hà (1962);
Bùi Quang Toản (1965); Bùi Mạnh và Nguyễn Xuân Cát (1970); Chu Đình
Hoàng (1976); Thái Phiên (1999) đã nghiên cứu các biện pháp chống xói mòn
và sử dụng đất hợp lý (dẫn theo Lê Thị Giang, 2012). Các công trình nghiên
cứu đáng chú ý có thể kể đến nghiên cứu về đất trống đồi núi trọc của tỉnh
Tuyên Quang (Nguyễn Đình Bồng, 1995); Kết quả nghiên cứu cải tạo, sử dụng
và bảo vệ đất dốc trong sản xuất nông lâm nghiệp (Bùi Huy Hiền và nnk,


6

2001); Nghiên cứu về các yếu tố hạn chế năng suất cây trồng trên đất dốc và
biện pháp khắc phục (Hà Đình Tuấn và nnk, 2001); Đất gò đồi Đông Bắc –
Nghiên cứu hiện trạng và định hướng sử dụng (Nguyễn Văn Toàn, 2007).
Trong những năm gần đây, nhiều cơ quan nghiên cứu trong nước và
quốc tế đã phối hợp thực hiện những chương trình nghiên cứu về canh tác bền
vững trên đất dốc. Một số dự án tiêu biểu bao gồm: Dự án nghiên cứu Hệ
thống Nông nghiệp vùng núi phía Bắc Việt Nam do Viện Khoa học Kỹ thuật
Nông nghiệp Việt Nam (VASI), Viện Khoa học Kỹ thuật Nông lâm nghiệp
miền núi phía Bắc (NOMAFSI), Trung tâm Hợp tác quốc tế về Nghiên cứu
nông nghiệp vì sự phát triển của Cộng hoà Pháp (CIRAD) cùng Viện Nghiên
cứu Lúa quốc tế (IRRI) thực hiện. Kết quả nghiên cứu sử dụng thảm che phủ
tại một số tỉnh miền núi như Bắc Kạn, Yên Bái đã làm tăng năng suất cây
trồng, giảm thiểu xói mòn, tăng độ ẩm đất. Ở các ô có che phủ, mức độ xói
mòn đất giảm từ 73% đến 94% so với các ô không có che phủ. Ngoài ra thảm
che phủ còn có tác dụng khống chế cỏ dại, cải thiện độ phì của đất, tăng
cường hoạt tính sinh học đất (Hà Đình Tuấn và Lê Quốc Doanh, 2007).
Tóm lại, đất đồi núi Việt Nam có tiềm năng khá lớn để phát triển nông

nghiệp. Tuy nhiên để đạt được mục tiêu sử dụng đất bền vững thì công tác
quản lý sử dụng đất phải đảm bảo các vấn đề sau:
- Phải bảo vệ được nguồn tài nguyên rừng, đảm bảo độ che phủ thích
hợp đối với từng vùng sinh thái để hạn chế suy thoái đất.
- Đẩy mạnh các mô hình sản xuất nông nghiệp tiên tiến, sử dụng các kỹ
thuật canh tác tiến bộ, phù hợp.
- Sử dụng giống cây trồng thích hợp với điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng...
đối với từng vùng. Phát triển chăn nuôi đại gia súc tại các vùng trọng điểm.


7

- Mở rộng hệ thống trồng trọt, chăn nuôi phải đi kèm với các cơ sở chế
biến sau thu hoạch để giảm thiểu việc vận chuyển nguyên liệu thô, đảm bảo
đầu ra cho sản phẩm nông nghiệp.
- Từng bước cải thiện cơ sở hạ tầng vùng núi, hoàn thành công tác giao
đất giao rừng, phát triển văn hóa xã hội khu vực đồi núi.
1.1.2. Cơ sở khoa học về biến động sử dụng đất và lớp phủ
a. Khái niệm biến động sử dụng đất và lớp phủ
Sử dụng đất và lớp phủ là hai thành phần liên kết với nhau, nhưng trong
một thời gian dài đã được nghiên cứu một cách tách biệt. Lớp phủ là trạng
thái tự nhiên của bề mặt đất, là mối quan tâm chủ yếu của các nhà khoa học tự
nhiên, còn sử dụng đất là hoạt động của con người, mối quan tâm chủ yếu của
các nhà khoa học xã hội (Meyer and Turner, 1994).
Lớp phủ được định nghĩa là bề mặt tự nhiên trên bề mặt đất bao gồm
nước, thực vật, đất trống và các công trình nhân sinh. Sử dụng đất là hoạt
động có mục đích của con người thực hiện trên lớp phủ (IGBP, 1997).
Điều đó có nghĩa là lớp phủ bề mặt có thể quan sát được ở những khoảng
cách và bằng tư liệu khác nhau như quan sát bằng mắt, từ ảnh hàng không hay
bởi bộ cảm biến vệ tinh (Ellis, 2010).

Trái ngược với lớp phủ, sử dụng đất không dễ dàng quan sát được trong
nhiều trường hợp, do vậy để xác định được đó là loại hình sử dụng đất nào
cần phải bổ sung các thông tin. Ví dụ, để xác định đất trồng cỏ quan sát được
có phải sử dụng cho mục đích chăn thả gia súc hay đồng cỏ tự nhiên thì người
nông dân có thể cung cấp thông tin, sự có mặt của họ cùng với đàn gia súc sẽ
quyết định đó là loại đất gì. Hay những khu vực mà lớp phủ là cây bụi, thân
gỗ có thể là những khu vực cây bụi tự nhiên, có thể là rừng phục hồi, cũng có
thể là rừng trồng để lấy gỗ, hay rừng cao su để sản xuất, hay khu vực đất nông
nghiệp đang trong thời gian hoang hóa, hay là đồn điền chè, cà phê...


8

Theo Từ điển Khoa học trái đất "Biến động sử dụng đất và lớp phủ
(LUCC), được biết như biến động đất đai, đây là một thuật ngữ chung chỉ
những thay đổi bề mặt lãnh thổ trái đất xảy ra do tác động của con người”
(dẫn theo Ellis, 2010). Sherbinin (2002) cho rằng, biến động sử dụng đất là
nguyên nhân dẫn tới biến động lớp phủ, điều đó có nghĩa là biến động lớp phủ
chính là hệ quả của biến động sử dụng đất.
Biến động sử dụng đất là sự thay đổi trạng thái tự nhiên của lớp phủ bề
mặt đất gây ra bởi hành động của con người, là một hiện tượng phổ biến liên
quan đến tăng trưởng dân số, phát triển thị trường, đổi mới công nghệ, kỹ
thuật và sự thay đổi thể chế, chính sách. Biến động sử dụng đất có thể gây hậu
quả khác nhau đối với tài nguyên thiên nhiên như sự thay đổi thảm thực vật,
biến đổi trong đặc tính vật lý của đất, trong quần thể động, thực vật và tác
động đến các yếu tố hình thành khí hậu (Turner, 1995; Lambin, 1999;
Aylward, 2000 dẫn theo Muller, 2004).
Muller (2003) chia biến động sử dụng đất thành 2 nhóm. Nhóm thứ nhất
là sự thay đổi từ loại hình sử dụng đất hiện tại sang loại hình sử dụng đất
khác. Nhóm thứ hai là sự thay đổi về cường độ sử dụng đất trong cùng một

loại hình sử dụng đất.
Biến động sử dụng đất và lớp phủ đã xuất hiện từ lâu trong lịch sử, là hệ
quả từ các hoạt động trực tiếp và gián tiếp của con người nhằm đảm bảo nhu
cầu thiết yếu. Ban đầu có thể chỉ là các hoạt động đốt rừng để khai hoang mở
rộng đất nông nghiệp, dẫn đến sự suy giảm rừng và thay đổi bề mặt trên trái
đất. Gần đây, công nghiệp hóa đã làm gia tăng sự tập trung dân cư trong các
đô thị và giảm dân cư nông thôn, kéo theo đó là khai thác quá tải trên khu vực
đất màu mỡ và bỏ hoang các khu vực đất không thích hợp. Tất cả những
nguyên nhân và hệ quả của các biến động này đều có thể nhìn thấy ở mọi nơi
trên thế giới.


9

b. Những yếu tố ảnh hưởng đến biến động sử dụng đất và lớp phủ
Biến động sử dụng đất và lớp phủ được quyết định bởi sự tương tác theo
thời gian giữa yếu tố tự nhiên như địa hình, khí hậu, thổ nhưỡng và yếu tố con
người như dân số, trình độ công nghệ, điều kiện kinh tế, chiến lược sử dụng
đất, xã hội .Mức độ, quy mô và các yếu tố ảnh hưởng đến sự biến động sử
dụng đất khác nhau đối với từng khu vực. Briassoulis (2002) chia các yếu tố
ảnh hưởng đến biến động sử dụng đất thành 2 nhóm: Nhóm các yếu tố tự
nhiên và nhóm các yếu tố kinh tế - xã hội.
• Nhóm các yếu tố tự nhiên
Các yếu tố tự nhiên như vị trí địa lý, địa hình, khí hậu, thổ nhưỡng,... và
các quá trình tự nhiên có tác động trực tiếp đến biến động sử dụng đất hoặc
tương tác với các quá trình ra quyết định của con người dẫn đến biến động sử
dụng đất.
- Vị trí địa lý: Vị trí địa lý của một khu vực tạo nên sự khác biệt về điều
kiện tự nhiên như địa hình, khí hậu, đất đai sẽ là yếu tố quyết định đến khả
năng, hiệu quả của việc sử dụng đất. Những khu vực có vị trí thuận lợi cho

sản xuất, xây dựng nhà ở và các công trình thì biến động sử dụng đất diễn ra
mạnh hơn.
- Khí hậu: Khí hậu tác động trực tiếp đến sản xuất nông nghiệp và điều
kiện sống của con người. Khí hậu còn là một trong các nhân tố liên quan đến
sự hình thành đất và hệ sinh thái vì thế nó ảnh hưởng đến sử dụng đất và biến
động trong sử dụng đất. Khí hậu có ảnh hưởng rất lớn đến sự phân bố và phát
triển nông lâm nghiệp. Việc chuyển đổi từ đất trồng cây hàng năm hoặc đất
ven biển sang nuôi trồng thủy sản thì ngoài các lý do về nhu cầu của thị
trường và giá cả, nếu điều kiện khí hậu thuận lợi sẽ thúc đẩy người dân
chuyển đổi và ngược lại. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến biến động sử dụng
đất theo nhiều cách khác nhau. Các hiện tượng như nước biển dâng, lũ lụt,


10

hạn hán, sự thay đổi về nhiệt độ và độ ẩm ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường
sinh thái và sản xuất nông nghiệp. Vì vậy, những thay đổi trong sử dụng đất
dường như là một cơ chế phản hồi thích nghi mà người nông dân sử dụng để
giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu .
- Địa hình và thổ nhưỡng: Địa hình và thổ nhưỡng có ảnh hưởng rất lớn
đến việc chuyển đổi sử dụng đất trong nội bộ đất nông nghiệp hoặc từ đất
nông nghiệp sang đất phi nông nghiệp. Những khu vực núi cao, độ dốc lớn
biến động sử dụng đất, lớp phủ ít xảy ra. Những nơi có địa hình thuận lợi, đất
đai màu mỡ thì kinh tế phát triển, nhu cầu đất đai cho các ngành tăng cao do
vậy biến động sử dụng đất, lớp phủ xảy ra với tần suất cao hơn.
- Thủy văn: Yếu tố thủy văn được đặc trưng bởi sự phân bố của hệ thống
sông ngòi, ao, hồ... ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng cung cấp nước cho các
yêu cầu sử dụng đất. Vì vậy ở những khu vực gần nguồn nước biến động sử
dụng đất và lớp phủ diễn ra mạnh hơn.
- Ngoài ra các tai biến thiên nhiên như cháy rừng, sâu bệnh, trượt lở

đất... cũng tác động đến biến động sử dụng đất
• Nhóm các yếu tố kinh tế - xã hội
Các yếu tố kinh tế - xã hội có ảnh hưởng trực tiếp đến biến động sử dụng
đất bao gồm dân số, công nghệ, chính sách kinh tế, thể chế và văn hóa. Sự ảnh
hưởng của mỗi yếu tố thay đổi khác nhau theo từng khu vực và từng quốc gia.
- Dân số: Biến động dân số không chỉ bao gồm những thay đổi về tỷ lệ
tăng dân số, mật độ dân số mà còn là sự thay đổi trong cấu trúc của hộ gia
đình, di cư và sự gia tăng số hộ. Dân số tăng dẫn đến việc chuyển đổi đất rừng
thành đất sản xuất nông nghiệp, xây dựng các khu dân cư. Mặc dù tỷ lệ tăng
dân số hiện nay giảm nhưng dân số và nhu cầu về thực phẩm cũng như các
dịch vụ khác vẫn đang gia tăng.


11

- Di cư: là yếu tố nhân khẩu học quan trọng nhất gây ra những thay đổi
sử dụng đất nhanh chóng và tương tác với các chính sách của chính phủ, hội
nhập kinh tế và toàn cầu hóa. Mở rộng di cư cũng có thể dẫn đến nạn phá
rừng và xói mòn đất. Vì vậy di cư được coi là nguyên nhân làm thay đổi cảnh
quan và sử dụng đất
- Các yếu tố kinh tế và công nghệ: Sự phát triển kinh tế làm cho các đô
thị ngày càng được mở rộng, đất đai thay đổi về giá trị, chuyển đổi sử dụng
đất ngày càng nhiều. Thêm vào đó, yếu tố kinh tế và công nghệ còn ảnh
hưởng đến việc ra quyết định sử dụng đất bằng những thay đổi trong chính
sách về giá, thuế và trợ cấp đầu vào, thay đổi các chi phí sản xuất, vận
chuyển, nguồn vốn, tiếp cận tín dụng, thương mại và công nghệ. Nếu người
nông dân tiếp cận tốt hơn với tín dụng và thị trường (do xây dựng đường bộ
và thay đổi cơ sở hạ tầng khác), kết hợp với cải tiến công nghệ trong nông
nghiệp và quyền sử dụng đất có thể khuyến khích chuyển đổi từ đất rừng sang
đất canh tác hoặc ngược Trong nhiều trường hợp, khí hậu, công nghệ và kinh

tế là yếu tố quyết định đến biến động sử dụng đất.
- Các yếu tố thể chế và chính sách: Thay đổi sử dụng đất bị ảnh hưởng
trực tiếp bởi các tổ chức chính trị, pháp lý, kinh tế hoặc tương tác với các
quyết định của người sử dụng đất. Tiếp cận đất đai, lao động, vốn và công
nghệ được cấu trúc bởi chính sách, thể chế của nhà nước và các địa phương.
Chính sách khai hoang của nhà nước có ảnh hưởng rất lớn, làm diện tích đất
nông nghiệp tăng lên đáng kể. Hay những chính sách khuyến khích trồng
rừng, bảo vệ rừng của nhà nước cũng làm cho diện tích rừng được tăng lên
- Các yếu tố văn hóa: Những động cơ, thái độ, niềm tin và nhận thức cá
nhân của người quản lý và sử dụng đất đôi khi ảnh hưởng rất sâu sắc đến
quyết định sử dụng đất. Tất cả những hậu quả sinh thái không lường trước
được phụ thuộc vào kiến thức, thông tin và các kỹ năng quản lý của người sử


12

dụng đất như trường hợp dân tộc thiểu số ở vùng cao. Ngoài ra, các yếu tố
văn hóa có thể ảnh hưởng đến hành vi do đó nó trở thành tác nhân quan trọng
của việc chuyển đổi sử dụng đất.
c. Ý nghĩa thực tiễn việc đánh giá tình hình biến động sử dụng đất
Đánh giá tình hình biến động sử dụng đất và lớp phủ có ý nghĩa rất lớn
trong sử dụng đất:
- Là cơ sở khai thác tài nguyên đất đai phục vụ phát triển kinh tế - xã hội
có hiệu quả và bảo vệ môi trường sinh thái.
- Mặc khác khi đánh giá biến động sử dụng đất cho ta biết nhu cầu sử
dụng đất giữa các ngành kinh tế - xã hội, an ninh quốc phòng. Dựa vào vị trí
địa lý, diện tích tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên của khu vực nghiên cứu, từ
đó biết được sự phân bố các ngành, các lĩnh vực kinh tế và biết được những
điều kiện thuận lợi, khó khăn đối với nền kinh tế xã hội và biết được đất đai
biến động theo chiều hướng tích cực hay tiêu cực, để từ đó đưa ra những

phương hướng phát triển đúng đắn cho nền kinh tế và các phương pháp sử
dụng hợp lý nguồn tài nguyên đất, bảo vệ mội trường sinh thái.
Do đó đánh giá biến động sử dụng đất có ý nghĩa hết sức quan trọng là
tiền đề, cơ sở đầu tư và thu hút nguồn vốn đầu tư từ bên ngoài, để phát triển
đúng hướng, ổn định trên tất cả mọi lĩnh vực kinh tế - xã hội và sử dụng hợp
lý nguồn tài nguyên quý giá của quốc gia.
1.1.3. Sử dụng đất, biến động sử dụng đất trên thế giới và Việt Nam
a. Sử dụng đất, biến động sử dụng đất trên thế giới
* Quỹ đất nông nghiệp trên thế giới
Tài nguyên đất trên toàn cầu có 13.021,15 triệu ha, trong đó đất nông
nghiệp là 4.932,4 triệu ha chiếm 37,6%. Tuy nhiên diện tích đất canh tác chỉ
chiếm khoảng 10,9% tổng diện tích đất (FAO, 2007). Theo Eswaran et al.
(1999), có 11 đến 12% diện tích đất thích hợp cho sản xuất lương thực và sợi,


13

24% được sử dụng cho chăn thả gia súc, rừng chiếm khoảng 31% và 33% còn
lại có nhiều hạn chế đối với hầu hết các mục đích sử dụng.
Bảng 1.1. Tỉ lệ % đất tự nhiên và đất nông nghiệp trên toàn thế giới
Các Châu lục

Ðất tự nhiên

Ðất nông nghiệp

Châu Á

29,5%

35%

Châu Mỹ

28,2%

26%

Châu Phi

20,0%

20%

Châu Âu

6,5%

13%

Châu Ðại Dương

15,8%

6%

Diện tích đất nông nghiệp trên thế giới phân bố không đều giữa các châu
lục. Theo số liệu thống kê của FAO (2007), quy mô đất nông nghiệp được
phân bố như sau: châu Mỹ chiếm 24,4%, châu Á chiếm 33,4%, châu Âu
chiếm 9,6%, châu Phi chiếm 23,7%, châu Đại Dương chiếm 8,9%.

Kết quả phân tích của World Bank (2012) cho thấy, diện tích đất canh
tác trên đầu người trung bình của thế giới năm 2009 là 0,2 ha. Khu vực Đông
Nam Á tính trung bình từ 2007 - 2011 như sau: Indonesia 0,1ha; Malaysia
0,06 ha; Philippin 0,06 ha; Thái Lan 0,42 ha; Lào 0,22 ha; Campuchia 0,28
ha; Myanmar 0,23 ha; Việt Nam 0,07 ha. Trong khi đó Brazil 0,32 ha; Canada
1,34 ha; Ấn Độ 0,13 ha; Trung Quốc 0,08 ha.
Bình quân diện tích đất canh tác trên đầu người của thế giới trong giai
đoạn năm 2002 - 2010 được thể hiện trên Hình 1.1. Theo đó, diện tích đất
canh tác bình quân giảm dần từ 0,22 ha/người vào năm 2002 xuống còn 0,20
ha/người vào năm 2010.