Nghiên cứu biến động lớp phủ rừng trong quá trình phát triển kinh tế xã hội tỉnh hòa bình với sự trợ giúp của công nghệ viễn thám và GIS

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

NGUYỄN THỊ THÚY HẠNH

NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG
TRONG QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI
TỈNH HỊA BÌNH VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA CƠNG NGHỆ
VIỄN THÁM VÀ GIS

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ

HÀ NỘI, 2016


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

NGUYỄN THỊ THÚY HẠNH

NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG
TRONG QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI
TỈNH HỊA BÌNH VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA CƠNG NGHỆ
VIỄN THÁM VÀ GIS
CHUYÊN NGÀNH: BẢN ĐỒ, VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ
Mã số: 62 44 02 14

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS.Nguyễn Ngọc Thạch

2. TS. Trần Vân Anh
HÀ NỘI - 2016

2


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai cơng bố trong bất kỳ
cơng trình nào khác.
Tác giả luận án

Nguyễn Thị Thúy Hạnh

Nguyễn Thị Thúy Hạnh

iii


LỜI CẢM ƠN
Sau nhiều năm học tập và nghiên cứu tại trƣờng Đại học Khoa học Tự
nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, đến nay luận án đã đƣợc hoàn thành.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn Đại học Quốc gia Hà Nội, trƣờng Đại học Khoa
học Tự nhiên đã quan tâm, giúp đỡ nghiên cứu sinh trong suốt quá trình đào tạo.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, các thày cô giáo, các cán bộ Khoa
Địa lý, Bộ môn Bản Đồ-Viễn thám và GIS đã trực tiếp giảng dạy, trao đổi và đóng góp
nhiều ý kiến quý báu cũng nhƣ động viên tinh thần để tác giả hoàn thành luận án.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban Lãnh đạo trƣờng Đại học Tài nguyên và
Môi trƣờng Hà Nội, Ban lãnh đạo khoa Trắc địa - Bản đồ - nơi tác giả đang công
tác cùng toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè đã tạo điều kiện giúp đỡ, chia sẻ cơng

việc để tác giả có thể hoàn thành luận án này.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Ngọc Thạch và
TS.Trần Vân Anh đã tận tình hƣớng dẫn trong suốt quá trình nghiên cứu và động
viên, tạo điều kiện giúp đỡ để nghiên cứu sinh hoàn thành luận án.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS. Đinh Thị Bảo Hoa, PGS.TS. Phạm
Văn Cự, TS. Hoàng Thị Thu Hƣơng - Khoa Địa lý- Trƣờng Đại học Khoa học Tự
nhiên và TS.Vũ Kim Chi - Viện Việt Nam học và Khoa học phát triển - Đại học
Quốc Gia Hà Nội và nhiều Nhà khoa học khác - những ngƣời tiên phong trong
nghiên cứu lớp phủ, biến động lớp phủ để đến hôm nay tác giả đƣợc kế thừa và
tiếp tục phát triển hƣớng nghiên cứu, đặc biệt là những gợi ý từ các khóa luận,
luận án đã góp phần bổ sung, hoàn thiện luận án này.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các nhà khoa học thuộc các cơ quan: Viện
Địa lý, Viện Công nghệ Vũ trụ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam;
Đại học Sƣ phạm Hà Nội; Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội, Đại học Lâm nghiệp,…
đã đóng góp ý kiến từ nhiều khía cạnh để luận án trở nên hồn thiện hơn.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới Sở Tài ngun và Mơi trƣờng Hịa Bình, Cục
Thống kê Hịa Bình, Trung tâm Viễn thám Địa chất – Liên đoàn Bản đồ Địa chất
miền Bắc, …đã cung cấp tƣ liệu cho luận án.
Cuối cùng nhƣng không kém phần quan trọng, tác giả xin bày tỏ lịng biết
ơn tới gia đình, đặc biệt là ngƣời bạn đời đã luôn luôn sát cánh, chia sẻ và động
viên tinh thần trong suốt nhiều năm tác giả thực hiện luận án.
Hà nội, ngày 10 tháng 7 năm 2016
Tác giả

Nguyễn Thị Thúy Hạnh

iv


MỤC LỤC

MỤC LỤC ................................................................................................................ v
DANH MỤC HÌNH .............................................................................................. viii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................... 1
2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ......................................................................... 2
3. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 3
4. Điểm mới của luận án .......................................................................................... 3
5. Luận điểm bảo vệ ................................................................................................. 3
6. Cơ sở tài liệu thực hiện đề tài ............................................................................... 3
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .............................................................................. 4
8. Cấu trúc của luận án ............................................................................................. 5
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU LỚP PHỦ
VÀ LỚP PHỦ RỪNG .............................................................................................. 6
1.1. Tổng quan các cơng trình nghiên cứu có liên quan .......................................... 6
1.1.1. Tổng quan tình hình sử dụng tƣ liệu viễn thám nghiên cứu lớp phủ và lớp
phủ rừng trên thế giới ............................................................................................... 6
1.1.2. Tình hình nghiên cứu lớp phủ và lớp phủ rừng tại Việt Nam ...................... 11
1.1.3. Các cơng trình nghiên cứu liên quan đến lớp phủ và lớp phủ rừng tại Hịa Bình.. 13
1.2. Cơ sở lý luận nghiên cứu lớp phủ rừng ........................................................... 17
1.2.1. Khái niệm lớp phủ rừng và hệ thống phân loại lớp phủ............................... 17
1.2.2. Các phƣơng pháp chiết tách thông tin từ ảnh viễn thám .............................. 21
1.2.3. Các phƣơng pháp nghiên cứu biến động bằng viễn thám và GIS ................ 23
1.2.4. Các mơ hình nghiên cứu biến động .............................................................. 27
1.3. Quan điểm, phƣơng pháp và quy trình nghiên cứu ......................................... 35
1.3.1. Quan điểm nghiên cứu ................................................................................. 35
1.3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................. 36
1.3.3. Quy trình nghiên cứu.................................................................................... 38
CHƢƠNG 2: HIỆN TRẠNG LỚP PHỦ RỪNG TỈNH HỊA BÌNH QUA CÁC
GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN KINH TẾ - XÃ HỘI ................................................ 40
2.1. Các nhân tố ảnh hƣởng đến lớp phủ rừng ....................................................... 40

2.1.1. Vị trí địa lý ................................................................................................... 40
2.1.2. Điều kiện tự nhiên ........................................................................................ 41
v


2.1.3. Điều kiện kinh tế xã hội ............................................................................... 49
2.2. Tích hợp viễn thám và GIS nghiên cứu hiện trạng lớp phủ rừng qua các
giai đoạn ................................................................................................................. 67
2.2.1. Nghiên cứu thay đổi về trạng thái lớp phủ rừng ....................................... 68
2.2.2. Nghiên cứu phân bố không gian và biến động lớp phủ rừng ....................... 74
CHƢƠNG 3. ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG TỈNH HỊA BÌNH VÀ
ĐỀ XUẤT ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN-BẢO VỆ ........................................... 87
3.1. Đặc điểm và xu hƣớng biến động ................................................................... 87
3.2. Phân tích mối quan hệ giữa biến động lớp phủ rừng và các yếu tố địa lý tự
nhiên, kinh tế xã hội ............................................................................................. 91
3.2.1. Kết quả phân tích mất rừng và suy thoái rừng ............................................. 97
3.2.2. Kết quả phân tích tái sinh rừng tự nhiên .................................................... 103
3.2.3. Kết quả phân tích mở rộng rừng trồng ....................................................... 108
3.3. Kiểm chứng và thảo luận về các yếu tố gây biến động lớp phủ rừng qua hai
giai đoạn nghiên cứu ............................................................................................ 113
3.3.1. Các yếu tố tác động trực tiếp đến biến động lớp phủ rừng qua hai giai đoạn
nghiên cứu ............................................................................................................ 113
3.3.2. Kết quả điều tra tại các điểm chìa khóa.......................................................... 114
3.3.3. Biến động lớp phủ rừng và chính sách phát triển kinh tế xã hội ........... 120
3.4. Dự báo biến động lớp phủ rừng và định hƣớng phát triển-bảo vệ lớp phủ
rừng đến năm 2020 .............................................................................................. 123
3.4.1. Dự báo biến động lớp phủ rừng đến năm 2020 ....................................... 123
3.4.2. Định hƣớng phát triển và bảo vệ lớp phủ rừng tỉnh Hịa Bình đến năm 2020 .. 128
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 135
DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ .............................. 137

LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ............................................................................ 137
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 139
PHỤ LỤC ............................................................................................................. 151
Phụ lục 1: Tƣ liệu sử dụng ................................................................................... 151
Phụ lục 2: Mã hóa các biến giải thích .................................................................. 184
Phụ lục 3: Bản đồ tƣơng ứng với các biến giải thích ........................................... 185
Phụ lục 4: Kết quả chạy mơ hình hồi quy ............................................................ 186
vi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1. Những lớp đối tƣợng nghiên cứu trong luận án.................................... 21
Bảng 2. 1. Số liệu thống kê mật độ dân số tỉnh Hịa Bình....................................50
Bảng 2. 2. Tăng trƣởng kinh tế tỉnh Hịa Bình………………………………….54
Bảng 2. 3. Cơ cấu giá trị sản xuất công nghiệp phân theo ngành…………….....55
Bảng 2. 4. Một số chỉ số về tăng trƣởng kinh tế ngành nông nghiệp…………...57
Bảng 2. 5. Kết quả thực hiện một số chỉ số phát triển ngành lâm nghiệp……….58
Bảng 2. 6. Số lƣợng trƣờng học trong các huyện ................................................... 62
Bảng 2. 7. Số lƣợng học sinh và giáo viên trong các huyện .................................. 62
Bảng 2. 8. Thay đổi sử dụng đất qua các năm ....................................................... 63
Bảng 2. 9. Chỉ số NDVI và biến động chỉ số NDVI .............................................. 70
Bảng 2. 10. Thống kê diện tích các loại lớp phủ .................................................... 77
Bảng 2. 11. Độ chính xác kết quả phân loại năm 1994 .......................................... 82
Bảng 2. 12. Độ chính xác kết quả phân loại năm 2005 .......................................... 82
Bảng 2. 13. Độ chính xác kết quả phân loại năm 2015 .......................................... 82
Bảng 3. 1. Gộp nhóm các loại biến động…………………………………..........92
Bảng 3. 2. Các biến phụ thuộc ............................................................................... 95
Bảng 3. 3. Các biến độc lập .................................................................................... 95
Bảng 3. 4. Mơ hình mất rừng và suy thoái rừng 1994-2005 .................................. 97
Bảng 3. 5. So sánh bản đồ xác suất mất rừng và suy thoái rừng với bản đồ biến

động thực tế ............................................................................................................ 99
Bảng 3. 6. Mơ hình mất rừng và suy thối rừng giai đoạn 2005-2015 ................ 100
Bảng 3. 7. Mơ hình tái sinh rừng tự nhiên giai đoạn 1994-2005 ......................... 103
Bảng 3. 1. So sánh bản đồ xác suất tái sinh rừng tự nhiên và bản đồ tái sinh rừng
thực tế………………………………………………………………………….108
Bảng 3. 9. Mơ hình tái sinh rừng tự nhiên giai đoạn 2005-2015 ......................... 106
Bảng 3. 10. Mơ hình mở rộng rừng trồng giai đoạn 1994-2005 .......................... 108
Bảng 3. 11. So sánh bản đồ xác suất mở rộng rừng trồng với BĐBĐ thực tế ..... 110
Bảng 3. 12. Mơ hình mở rộng rừng trồng giai đoạn 2005-2015 .......................... 110

vii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1. Phân tích vector biến động…………………………………………..25
Hình 1. 2. Nguyên tắc của kỹ thuật trừ ảnh............................................................ 25
Hình 1. 3. Diện tích dƣới đƣờng cong ROC .......................................................... 35
Hình 2. 1. Bản đồ hành chính tỉnh Hịa Bình......................................................... 40
Hình 2. 2. Mơ hình số độ cao tỉnh Hịa Bình ......................................................... 42
Hình 2. 3. Ảnh vệ tinh Landsat TM band 5, band 7 và tổ hợp band 432 ............... 42
Hình 2. 4. Bản đồ địa mạo tỉnh Hịa Bình ............................................................. 43
Hình 2. 1. Bản đồ sinh khí hậu tỉnh Hịa Bình......................................................47
Hình 2. 6. Mạng lƣới sơng suối tỉnh Hịa Bình ...................................................... 46
Hình 2. 7. Bản đồ thổ nhƣỡng tỉnh Hịa Bình ........................................................ 48
Hình 2. 2. Cơ cấu lao động theo ngành kinh tế năm 1994, 2001 và 2011……….56
Hình 2. 9. Cơ cấu các ngành kinh tế năm 1994, 2000, 2010 và 2014 .................... 54
Hình 2. 10. Hệ thống đƣờng giao thơng tỉnh Hịa Bình ......................................... 60
Hình 2. 3. Phƣơng pháp trƣớc phân loại nghiên cứu biến động trạng thái lớp
phủ rừng………………………………………………………………...............71
Hình 2. 12. Ảnh NDVI qua các năm ...................................................................... 69

Hình 2. 13. Histogram ảnh NDVI 1994-2005 (trái) và 2005-2015 (phải) .......... 70
Hình 2. 14. Biểu đồ biến động trạng thái lớp phủ 1994-2005-2015 ...................... 71
Hình 2. 15. Biến động chỉ số NDVI giai đoạn 1994 - 2005 ................................... 72
Hình 2. 16. Biến động chỉ số NDVI giai đoạn 2005 - 2015 ................................... 73
Hình 2. 17. Nghiên cứu biến động lớp phủ rừng theo phƣơng pháp sau phân loại .... 74
Hình 2. 18. Biểu đồ phân bố các pixel trong không gian phổ ................................ 75
Hình 2. 19. Kết quả phân loại ảnh .......................................................................... 76
Hình 2. 20. Biểu đồ cơ cấu diện tích các loại lớp phủ ........................................... 76
Hình 2. 21. Ảnh phân loại sau khi gộp nhóm......................................................... 78
Hình 2. 22. Biến động lớp phủ rừng tại khu Bảo tồn Phu Canh ............................ 78
Hình 2. 23. Biến động lớp phủ rừng tại khu vực lịng hồ sơng Đà ........................ 79
Hình 2. 24. Biến động lớp phủ rừng tại khu bảo tồn Thƣợng Tiến ....................... 79
Hình 2. 25. Biến động lớp phủ rừng tại khu vực Lạc Thủy ................................... 80
viii


Hình 2. 26. Biến động lớp phủ rừng tại khu vực Lƣơng Sơn ................................ 80
Hình 2. 27. Phân bố khơng gian lớp phủ rừng năm 1994 ...................................... 83
Hình 2. 28. Phân bố không gian lớp phủ rừng năm 2005 ...................................... 84
Hình 2. 29. Phân bố khơng gian lớp phủ rừng năm 2015 ...................................... 85
Hình 3. 1. Diện tích biến động theo khoảng cách đến đƣờng giao thơng chính giai
đoạn 1994-2005 …………………………………………………………………87
Hình 3. 2. Diện tích biến động theo khoảng cách đến đƣờng giao thơng phụ giai
đoạn 1994-2005 ...................................................................................................... 87
Hình 3. 3. Diện tích biến động theo khoảng cách đến sơng suối lớn giai
đoạn 1994-2005 .................................................................................................... 88
Hình 3. 4. Diện tích biến động theo khoảng cách đến sông suối nhỏ giai
đoạn 1994-2005 .................................................................................................... 88
Hình 3. 5. Diện tích biến động theo độ cao địa hình giai đoạn 1994-2005 ........... 88
Hình 3. 6. Diện tích biến động theo độ dốc giai đoạn 1994-2005 ......................... 89

Hình 3. 7. Diện tích biến động theo khoảng cách đến đƣờng giao thơng chính giai
đoạn 2005-2015 ...................................................................................................... 89
Hình 3. 8. Diện tích biến động theo khoảng cách đến đƣờng giao thơng phụ giai
đoạn 2005-2015 ...................................................................................................... 89
Hình 3. 9. Diện tích biến động theo khoảng cách đến sơng suối lớn giai
đoạn 2005-2015 .................................................................................................... 90
Hình 3. 10. Diện tích biến động theo khoảng cách đến sông suối nhỏ giai
đoạn 2005-2015 .................................................................................................... 90
Hình 3. 11. Diện tích biến động theo độ cao địa hình giai đoạn 2005-2015 ......... 90
Hình 3. 12. Diện tích biến động theo độ dốc giai đoạn 2005-2015 ....................... 91
Hình 3. 13 Bản đồ biến động LPR ......................................................................... 93
Hình 3. 14. Bản đồ biến động LPR ........................................................................ 94
Hình 3. 15. Sơ đồ các bƣớc phân tích mối quan hệ giữa biến động lớp phủ rừng và
các yếu tố địa lý ...................................................................................................... 96
Hình 3. 16. Xác suất mất rừng và suy thối rừng giai đoạn 1994-2005 ................ 98
Hình 3. 17. Đƣờng cong ROC kiểm chứng mơ hình mất rừng và suy thối rừng ..... 99
Hình 3. 18. Xác suất mất rừng và suy thoái rừng giai đoạn 2005-2015 ............. 102
Hình 3. 19. Xác suất tái sinh rừng tự nhiên giai đoạn 1994 - 2005 ..................... 104
ix


Hình 3. 20. Đƣờng cong ROC kiểm chứng mơ hình tái sinh rừng tự nhiên ........ 105
Hình 3. 21. Xác suất tái sinh rừng tự nhiên giai đoạn 2005-2015 ....................... 107
Hình 3. 22. Xác suất mở rộng rừng trồng giai đoạn 1994-2005 .......................... 109
Hình 3. 23. Đƣờng cong ROC kiểm chứng mơ hình mở rộng rừng trồng ........... 110
Hình 3. 24. Xác suất mở rộng rừng trồng giai đoạn 2005-2015 .......................... 112
Hình 3. 25. Vị trí các xã và các hộ gia đình đƣợc phỏng vấn .............................. 115
Hình 3. 26. Vị trí các xã và các hộ gia đình đƣợc phỏng vấn ở Huyện Đà Bắc .. 115
Hình 3. 27. Rừng keo đƣợc trồng tại thơn Rổng Vịng, xã Lâm Sơn, H. Lƣơng Sơn 116
Hình 3. 28. Ngơi nhà đƣợc xây dựng khang trang bằng tiền thu nhập từ trồng rừng

tại thơn Rổng Vịng, xã Lâm Sơn, H. Lƣơng Sơn ................................................ 116
Hình 3. 29. Ngơi nhà của ngƣời Kinh ở thơn Bình Tiến, xã Dân Hạ, H. Kỳ Sơn 117
Hình 3. 30. Bên trong một ngôi nhà của ngƣời Dao tại xã Hiền Lƣơng, Đà Bắc 118
Hình 3. 31. Cơ cấu số hộ gia đình theo nguồn thu nhập chính của mỗi nhóm .... 119
Hình 3. 32. Những ngơi nhà của ngƣời Tày, xã Tân Minh, H. Đà Bắc ............... 120
Hình 3. 33. Những đống củi đƣợc các hộ gia đình ngƣời Tày, xã Tân Minh ...... 120
Hình 3. 34. Bản đồ dự báo xác suất mất rừng và suy thối rừng đến năm 2020 . 125
Hình 3. 35. Bản đồ dự báo xác suất tái sinh rừng tự nhiên đến năm 2020 .......... 126
Hình 3. 36. Bản đồ dự báo xác suất mở rộng rừng trồng đến năm 2020 ............. 127
Hình 3. 2. Bản đồ phân vùng địa lý tự nhiên…………………………………131

x


DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
BTTN: Bảo tồn Thiên nhiên
DEM: Digital Elevation Model
DNs: Digital numbers
FAO: Food and Agriculture Organisation
GPS: Global positioning system
KT-XH: Kinh tế-xã hội
Landsat MSS: Landsat Multi-Spectral Scanner
Landsat TM: Landsat Thematic Mapper
Landsat OLI: Operational Land Imager
LBCS: Land – Based Classification Standard
LCML: Land Cover Meta Language
LPĐ: Lớp phủ đất
LPR: Lớp phủ rừng
MLC: Xác suất cực đại
MLR: Multiple Logistic Regressions

NDVI: Normalized Difference Vegetation Index
NSX: Nhà sản xuất
NSD: Ngƣời sử dụng
SPSS: Statistical Product and Services Solutions
PLA: Phân loại ảnh
SDĐ: Sử dụng đất
TNMT: Tài nguyên môi trƣờng
TT-BTNMT: Thông tƣ Bộ Tài nguyên Môi trƣờng
USGS: United State Geological Survey
VQG: Vƣờn Quốc gia

xi


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Biến động lớp phủ rừng là hợp phần chủ yếu của biến đổi tồn cầu nhƣ góp
phần làm biến đổi khí hậu, tác động đến đa dạng sinh học và chất lƣợng nƣớc, làm
gia tăng thối hóa đất đai,… và đang trở thành thách thức lớn nhất đối với phát
triển bền vững, đặc biệt là với các nƣớc đang phát triển trƣớc bối cảnh tồn cầu
hóa nền kinh tế [91, 103].
Thơng tin về lớp phủ rừng, biến động lớp phủ rừng rất cần thiết đối với
công tác quy hoạch, quản lý và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ
môi trƣờng chẳng hạn nhƣ bản đồ lớp phủ rừng là dữ liệu đầu vào quan trọng
đối với nhiều mơ hình nơng nghiệp, địa chất, thủy văn và sinh thái, ... Trong
nhiều trƣờng hợp, nhiệm vụ nghiên cứu biến động lớp phủ rừng diễn ra trên quy
mô lớn lại yêu cầu nhanh chóng có kết quả. Mặt khác, lớp phủ rừng và biến
động lớp phủ rừng lại liên quan trực tiếp đến hoạt động kinh tế xã hội của con
ngƣời. Các hoạt động này rất đa dạng và thƣờng xuyên biến đổi theo thời gian
và khơng gian địa lý. Vì vậy, tƣ liệu viễn thám là công cụ đắc lực trợ giúp cho

nhiệm vụ này. Ảnh vệ tinh đa phổ và đa thời gian cho phép quan sát, cập nhật
thông tin, thậm chí chiết tách các đại lƣợng vật lý, những thơng tin liên tục biến
đổi (sinh khối, sự tăng trƣởng của thực vật, …) cũng nhƣ các thơng tin ít biến
đổi (địa mạo, địa chất, địa hình, …) thơng qua các ảnh chỉ số. Biến động lớp phủ
rừng là chỉ báo của biến đổi kinh tế xã hội, ngƣợc lại biến đổi kinh tế xã hội sẽ
gây ra biến động lớp phủ rừng. Vì vậy nghiên cứu biến động lớp phủ rừng là
chìa khóa để phân tích rõ hơn các biến động về kinh tế xã hội, đồng thời cảnh
báo các xu hƣớng sử dụng tài nguyên không bền vững.
Biến động lớp phủ rừng đã đƣợc các nhà khoa học nghiên cứu từ nhiều thập
kỷ trƣớc. Các mơ hình mơ phỏng và dự báo biến động không ngừng đƣợc phát
triển và hồn thiện. Mơ hình biến động lớp phủ rừng là cơng cụ hỗ trợ phân tích
các ngun nhân và hậu quả của động thái sử dụng đất, phục vụ quy hoạch đất đai
và ra quyết định. Các nghiên cứu trên thế giới đã dịch chuyển từ tập trung vào việc
xác định biến động lớp phủ rừng tới nâng cao sự hiểu biết về động lực của sự thay
đổi cảnh quan với mơ hình sử dụng đất hiện tại để dự báo biến động trong tƣơng
lai. Các nghiên cứu này đã và đang đƣợc thực hiện dƣới sự hỗ trợ của các chƣơng
trình biến đổi mơi trƣờng tồn cầu ở quy mơ quốc tế và quốc gia nhƣ các chƣơng
trình Sử dụng đất và lớp phủ đất, Dự án đất đai tồn cầu và các Chƣơng trình
nghiên cứu biến đổi khí hậu của Mỹ. Tuy nhiên nội dung nghiên cứu biến động
lớp phủ rừng gắn với quá trình phát triển kinh tế xã hội còn ở mức khiêm tốn.
1


Lớp phủ rừng tỉnh Hịa Bình bị tàn phá cạn kiệt vào đầu những năm 90, độ che
phủ chỉ đạt 28% trong khi độ che phủ rừng thích hợp ở khu vực miền núi nƣớc ta phải
khoảng 70% -80% [17]. Từ đó đến nay, diện tích rừng tái sinh tự nhiên và rừng trồng
tăng đáng kể [79]; đây là kết quả của sự thay đổi trong chính sách, các chƣơng trình trồng
cây gây rừng đƣợc phát động: Sắc lệnh 327 (năm 1992) và các chƣơng trình khác nhƣ
Luật đất đai năm 1993 (đã thực hiện giao đất giao rừng tới hộ gia đình, gắn lợi ích của
các cá nhân với trách nhiệm bảo vệ và trồng rừng) [46, 135], Chƣơng trình 5 triệu ha

rừng (bắt đầu từ năm 1998)…Tiếp theo, trong bối cảnh cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất
nƣớc và hội nhập kinh tế những năm 2000, Hịa Bình thu hút ngày càng nhiều dự án đầu
tƣ phát triển cơng nghiệp và dịch vụ, điển hình là khai thác vật liệu xây dựng và dịch vụ
du lịch. Phát triển kinh tế một mặt góp phần nâng cao đời sống ngƣời dân nhƣng mặt
khác sẽ ảnh hƣởng đến lớp phủ rừng theo cả hai khía cạnh tích cực và tiêu cực. Vì vậy
cần phải có những nghiên cứu sâu và cụ thể về biến động lớp phủ rừng và các nguyên
nhân gây nên biến động đó để thiết lập cơ sở khoa học cho chiến lƣợc sử dụng hợp lý tài
ngun và bảo vệ mơi trƣờng tại Hịa Bình.
Đó là những lý do tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu biến động lớp phủ
rừng trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Hịa Bình với sự trợ giúp
của công nghệ viễn thám và GIS”.
2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá biến động lớp phủ rừng tỉnh Hịa Bình giai đoạn 1994- 2005 và
2005-2015 bằng công nghệ viễn thám và GIS, xác lập mối quan hệ giữa biến động
lớp phủ rừng với các yếu tố kinh tế xã hội qua các giai đoạn nghiên cứu.
2.2. Nội dung nghiên cứu
Để đạt đƣợc mục tiêu trên, đề tài cần nghiên cứu các nội dung chính sau:
- Hệ thống hóa các cơ sở lý luận về nghiên cứu lớp phủ rừng, nghiên cứu
biến động.
- Xây dựng cơ sở lý luận và phƣơng pháp nghiên cứu biến động lớp phủ
rừng tỉnh Hịa Bình bằng tƣ liệu viễn thám và cơng cụ phân tích khơng gian trong
hệ thống thông tin địa lý - GIS.
- Nghiên cứu điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội và những ảnh hƣởng đến
đặc điểm lớp phủ rừng tỉnh Hịa Bình.
- Xác định hiện trạng, biến động lớp phủ rừng và nguyên nhân gây biến
động lớp phủ rừng qua các giai đoạn nghiên cứu. Dự báo xu hƣớng biến động lớp
phủ rừng đến năm 2020 và định hƣớng các giải pháp bảo vệ - phát triển bền vững
lớp phủ rừng tỉnh Hịa Bình.
2

3. Phạm vi nghiên cứu
3.1. Phạm vi không gian
Khu vực lựa chọn nghiên cứu là toàn bộ lãnh thổ tỉnh Hịa Bình theo ranh
giới hành chính năm 2008, có vị trí địa lý từ 20°19' đến 21°08' vĩ độ Bắc và từ
104°48' đến 105°40' kinh độ Đông.
3.2. Phạm vi khoa học
Với mục tiêu và nội dung đã đặt ra, đề tài giới hạn phạm vi nghiên cứu
trong những vấn đề chủ yếu sau:
- Nghiên cứu phân bố không gian của lớp phủ rừng tại các thời điểm 1994,
2005 và 2015, biến động lớp phủ rừng giai đoạn 1994 – 2005 và 2005 – 2015.
- Phân tích mối quan hệ giữa các yếu tố kinh tế xã hội với biến động lớp
phủ rừng, dự báo biến động và đề xuất định hƣớng giải pháp phát triển - bảo vệ
lớp phủ rừng bền vững đến năm 2020.
4. Điểm mới của luận án
- Đã làm rõ hiện trạng và quy mô lớp phủ rừng tỉnh Hịa Bình giai đoạn
1994 - 2005 và 2005 - 2015 trên cơ sở tích hợp phân tích ảnh viễn thám
Landsat đa thời gian và hệ thông tin địa lý.
- Đã làm rõ tính đặc thù của kiểu biến động lớp phủ rừng theo ba nhóm:
mất rừng và suy thoái rừng, tái sinh rừng tự nhiên và mở rộng rừng trồng trong
mối quan hệ với các yếu tố kinh tế - xã hội và yếu tố tự nhiên theo khả năng
tiếp cận đối tƣợng.
5. Luận điểm bảo vệ
Luận điểm 1: Tích hợp tƣ liệu ảnh Landsat và GIS cho phép xác định
hiện trạng lớp phủ rừng, quy mô và kiểu biến động đặc trƣng của lớp phủ rừng
tỉnh Hòa Bình.
Luận điểm 2: Kết quả phân tích biến động lớp phủ rừng trong quá trình
phát triển kinh tế xã hội là cơ sở cho định hƣớng phát triển và bảo vệ rừng bền
vững tỉnh Hịa Bình.

6. Cơ sở tài liệu thực hiện đề tài
Luận án đƣợc thực hiện dựa trên các nguồn dữ liệu chủ yếu sau:
Ảnh vệ tinh Landsat năm 1994, 2005 và 2015 tồn lãnh thổ tỉnh Hịa Bình là
tƣ liệu chính để chiết tách thơng tin, thành lập bản đồ biến động lớp phủ rừng. Ngoài
ra, luận án cịn sử dụng ảnh hàng khơng năm 1993, 2005 và 2014 do Liên đoàn Bản
đồ Địa chất Miền Bắc cung cấp để lấy mẫu và kiểm chứng kết quả phân loại.
3


Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2005, bản đồ hiện trạng rừng năm 1993
và 2015 đƣợc sử dụng để lấy mẫu phân loại, đánh giá độ chính xác phân loại ảnh.
Bên cạnh đó, nghiên cứu này cịn sử dụng bản đồ địa hình, bản đồ địa mạo, bản đồ
sinh khí hậu, bản đồ thổ nhƣỡng để khai thác thông tin về các biến tự nhiên. Các
bản đồ này do Sở Tài ngun và Mơi trƣờng tỉnh Hịa Bình cung cấp.
Các phần mềm chuyên dụng bản đồ, viễn thám và GIS: Envi, ArcGIS,
MapInfor, các phần mềm văn phòng: Word, Excel, phần mềm phân tích thống
kê SPSS.
Các cơng trình khoa học trên thế giới và trong nƣớc mang tính lý luận về
lớp phủ rừng và các tác nhân gây biến động lớp phủ rừng. Các đề tài khoa học,
luận án và các cơng trình nghiên cứu khác có liên quan, bổ sung kiến thức lý luận
và thực tiễn cho đề tài.
Số liệu thống kê, điều tra, văn bản, báo cáo kinh tế xã hội, niên giám thống
kê tỉnh Hịa Bình và các nghiên cứu đã công bố trong giai đoạn 1994-2015.
Kết quả nghiên cứu và điều tra thực địa tại tỉnh Hịa Bình của tác giả dƣới
sự hƣớng dẫn của các thày cô giáo Khoa Địa lý, Trƣờng ĐHKHTN – ĐHQGHN
trong suốt thời gian thực hiện luận án.
Tất cả các nguồn tƣ liệu sử dụng đều đƣợc sự đồng ý của ngƣời cung cấp,
tài liệu tham khảo đƣợc trích dẫn đầy đủ.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học:

- Kết quả nghiên cứu của luận án đã góp phần làm phong phú thêm cơ sở
khoa học nghiên cứu biến động lớp phủ rừng thông qua việc tích hợp hai phƣơng
pháp: (i) trƣớc phân loại theo hiệu NDVI xác định biến động về trạng thái lớp phủ
rừng và (ii) sau phân loại dựa trên thông tin lớp phủ rừng đƣợc chiết tách theo
thuật toán phân loại xác suất cực đại phù hợp cho khu vực nghiên cứu.
- Kết quả nghiên cứu đã lƣợng hóa đƣợc mối quan hệ giữa biến động lớp
phủ rừng với các yếu tố địa lý thơng qua mơ hình hồi quy logistic bội: xác định
đƣợc yếu tố có tƣơng tác thuận và yếu tố tƣơng tác nghịch cũng nhƣ trọng số của
từng yếu tố đối với biến động lớp phủ rừng. Kết quả điều tra nơng hộ tại các điểm
chìa khóa và kết quả kiểm chứng bằng đƣờng cong ROC đã khẳng định đƣợc độ
tin cậy của phƣơng pháp.
- Ý nghĩa thực tiễn: hiện nay Hịa Bình đang thực hiện Nghị quyết
số 35/2012/NQ - HĐND về quy hoạch xây dựng vùng đến năm 2020 và Quy
4


hoạch tổng thể phát triển kinh tế-xã hội đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030,
các dữ liệu và thông tin về biến động lớp phủ rừng, đề xuất định hƣớng giải pháp
phát triển - bảo vệ lớp phủ rừng là các thông số, thông tin cần thiết phục vụ cho
q trình điều chỉnh các chỉ tiêu, quy mơ các dự án thành phần hƣớng tới sự phát
triển bền vững của tỉnh.
8. Cấu trúc của luận án
Ngoài phần mở đầu và kết luận, cấu trúc luận án gồm 3 chƣơng:
Chƣơng 1: Cơ sở lý luận và phƣơng pháp nghiên cứu lớp phủ và lớp phủ rừng
Chƣơng 2: Hiện trạng lớp phủ rừng tỉnh Hịa Bình qua các giai đoạn phát
triển kinh tế - xã hội
Chƣơng 3: Đánh giá biến động lớp phủ rừng tỉnh Hồ Bình và đề xuất định
hƣớng phát triển, bảo vệ

5

CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
LỚP PHỦ VÀ LỚP PHỦ RỪNG
Chƣơng này trình bày tổng quan về các cơng trình nghiên cứu liên quan, lý
luận về lớp phủ rừng, các hệ thống phân loại lớp phủ, phân tích các phƣơng pháp
nghiên cứu và hình thành hƣớng tiếp cận phù hợp cho nghiên cứu biến động lớp
phủ rừng tỉnh Hịa Bình.
1.1. Tổng quan các cơng trình nghiên cứu có liên quan
1.1.1. Tổng quan tình hình sử dụng tư liệu viễn thám nghiên cứu lớp phủ và lớp
phủ rừng trên thế giới
Hoạt động nghiên cứu lớp phủ và lớp phủ rừng bắt đầu từ những năm 50
của thế kỷ 20 nhƣng chỉ thực sự phát triển mạnh mẽ từ khi có tƣ liệu viễn thám và
cơng cụ GIS – thập kỷ 70. Các cơng trình nghiên cứu trên thế giới chủ yếu tập
trung vào 2 nhóm: Nghiên cứu thành lập bản đồ lớp phủ và lớp phủ rừng và
Nghiên cứu mối quan hệ giữa biến động lớp phủ và lớp phủ rừng với con ngƣời và
môi trƣờng.
1.1.1.1. Nghiên cứu thành lập bản đồ lớp phủ và lớp phủ rừng
Các loại tƣ liệu ảnh viễn thám sử dụng để xác định biến động lớp phủ và
lớp phủ rừng rất đa dạng, khả năng ứng dụng của mỗi loại ảnh vệ tinh tùy thuộc
vào quy mô và tỉ lệ nghiên cứu. Ảnh viễn thám có tiềm năng lớn trong việc phân
loại lớp phủ, dự báo các thông số của rừng nhƣ chiều cao, sinh khối,… . Mức độ
cung cấp thông tin phụ thuộc chủ yếu vào độ phân giải khơng gian, có thể chia độ
phân giải khơng gian một cách tƣơng đối thành 3 cấp nhƣ sau: độ phân giải không
gian thấp (trên 30 m), độ phân giải không gian trung bình (2-30 m) và độ phân giải
cao (dƣới 2 m).
1. Các nghiên cứu sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh độ phân giải thấp
Các bộ cảm độ phân giải thấp nhƣ MODIS, NOAA-AVHRR có khả năng
thu nhận thơng tin bề mặt trên diện rộng; vì vậy, dữ liệu này đƣợc sử dụng trong
nhiều năm trƣớc đây để nghiên cứu lớp phủ rừng trên quy mơ tồn cầu hoặc lục

địa. Giri và nnk (2003) phân tích dữ liệu AVHRR đa thời gian để thành lập bản đồ
lớp phủ nhằm phát hiện các khu vực trải qua nhiều biến động về lớp phủ lục địa
Đông Nam Á [71]. Bộ dữ liệu toàn cầu từ AVHRR những năm 1990 đã trợ giúp
cho nhiều nghiên cứu biến động LPĐ/SDĐ trên quy mô lớn.
Vệ tinh viễn thám thế hệ mới hơn - MODIS đã làm cho phƣơng pháp tiếp
cận cũng nhƣ sản phẩm của các nghiên cứu LPĐ và LPR tăng nhanh đáng kể, điển
hình là bộ sản phẩm 5 loại lớp phủ gần đây của Friedl và nnk (2010) [69] và các
chỉ số thực vật nhƣ chỉ số diện tích lá-LAI [51]. Thời gian qua, đã có nhiều cơng
6


trình nghiên cứu quan trọng ra đời dựa trên ảnh MODIS và các sản phẩm của nó
chẳng hạn nhƣ Maselli và nhóm nghiên cứu (2009) đã bổ sung cho bản đồ lớp phủ
của FAO các thông tin về năng suất cây trồng và vật hậu học nhờ chỉ số NDVI
chiết tách từ ảnh MODIS [98]. Coops và nnk (2009) đã khám phá ra sức mạnh dự
báo tƣơng đối của các chỉ báo môi trƣờng nhƣ tƣơng quan giữa lớp phủ và năng
suất từ dữ liệu MODIS [54]. Sản phẩm đa thời gian của ảnh MODIS về thảm thực
vật: NDVI, LAI cho phép mơ hình hóa về sự phân bố các lồi [45].
Taohong và Kunihiko đã phân tích chuỗi đa thời gian ảnh MODIS để loại
trừ nhiễu ngẫu nhiên do mây và tuyết gây ra, sau đó sử dụng phân loại cây quyết
định dựa trên đặc điểm vật hậu học của thực vật chiết tách từ sản phẩm MODIS
EVI, nhiệt độ bề mặt và điều kiện địa hình để lập bản đồ lớp phủ rừng năm 2000
và 2010 ở vùng núi Daxing, Trung Quốc; tiếp theo tác giả sử dụng kỹ thuật phân
tích thống kê để xác định biến động rừng [84]. Ono và cộng sự đã phân tích chỉ số
bóng và mối quan hệ giữa chỉ số bóng với độ cao của tán rừng ở quy mơ tồn cầu.
Trƣớc hết, dữ liệu phản xạ bề mặt Terra MODIS (MOD09CMG) đƣợc thu nhận
hằng ngày, chỉ số bóng SI và chỉ số thực vật NDVI đƣợc dự đốn cho quy mơ tồn
cầu. Sau đó từ bộ dữ liệu độ cao tán rừng kế thừa từ nghiên cứu của Simard cùng
các cộng sự (2011) và thông tin điều tra về mối quan hệ giữa độ cao tán rừng, chỉ
số bóng và chỉ số thực vật dựa trên 17 loại lớp phủ, nghiên cứu này đã chỉ ra rằng

giữa chỉ số bóng và độ cao tán rừng có tồn tại mối quan hệ tuyến tính [114].
2. Các nghiên cứu sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh độ phân giải trung bình
Các nhà khoa học có nhiều lựa chọn khi sử dụng tƣ liệu độ phân giải trung
bình trong nghiên cứu LPĐ và LPR, điển hình là Landsat, SPOT và IRS. Có thể
nói Landsat là một trong những dữ liệu độ phân giải trung bình đƣợc sử dụng sớm
nhất và rộng rãi nhất. Đến nay đã có 8 thế hệ vệ tinh Landsat đƣợc phóng mang
các bộ cảm với thông số không ngừng đƣợc cải thiện. Tƣ liệu Landsat đặc biệt phù
hợp với các nghiên cứu biến động lớp phủ rừng dài kỳ ở quy mơ quốc gia hoặc
vùng lãnh thổ. Ví dụ, bộ dữ liệu Landsat TM/ETM+ 20 năm liên tục đƣợc sử dụng
để giám sát biến động lớp phủ rừng ở Oregon [131]. Tƣ liệu Landsat kết hợp với
dữ liệu bổ trợ cho phép nâng cao độ chính xác phân loại ảnh và có thể thành lập
bản đồ lớp phủ rừng chi tiết hơn. Dự án nghiên cứu Đặc trƣng hóa cảnh quan Bắc
Mỹ (North American Landscape Characterization- NALC) của NASA sử dụng bộ
dữ liệu Landsat MSS đa thời gian để theo dõi biến động lớp phủ qua hai thập kỷ
1972-1992 và giới thiệu mơ hình hai bƣớc để đánh giá kết quả phân loại, cung cấp
một bộ dữ liệu vệ tinh tiêu chuẩn hỗ trợ cho hoạt động nghiên cứu biến động lớp
phủ rừng. Kết quả đã chỉ ra kỹ thuật sau phân loại trên bộ dữ liệu bổ trợ là hƣớng
7


tiếp cận đem lại hiệu quả kinh tế cao trong chiết tách thông tin lớp phủ phục vụ
điều tra phát thải cacbon của rừng [152]. Một số nghiên cứu khác sử dụng dữ liệu
địa hình đã cho phép cải thiện độ chính xác phân loại ảnh, điển hình là Franklin
(1987) đã cơng bố độ chính xác phân loại ảnh Landsat MSS tăng từ 58 lên 79 %
khi kết hợp DEM [68]. Cibula và Nyquist (1987) sử dụng biến độ dốc và hƣớng
phơi sƣờn để cải thiện độ chính xác phân loại ảnh Landsat MSS [49]. Ngồi ra,
DEM cũng đƣợc tích hợp vào tƣ liệu siêu cao tần để phân biệt cấu trúc bề mặt,
nghiên cứu rừng và giám sát tuyết [73]. Li và nnk (2011) đã thành công trong việc
sử dụng ảnh Landsat TM kết hợp với dữ liệu độ cao, độ dốc để nâng cao độ chính
xác phân loại ảnh (độ chính xác tồn cục tăng 7.66%) [93]. Bên cạnh việc tích hợp

DEM, chỉ số NDVI cũng đƣợc nhiều nhà khoa học trên thế giới sử dụng để khử
ảnh hƣởng của yếu tố địa hình, tuy nhiên nếu chỉ sử dụng NDVI thì hiệu quả đạt
đƣợc cũng khơng cao, Eiumnoh và Shrestha (2000) đã phát hiện việc tích hợp cả
DEM và NDVI trong quá trình phân loại ảnh cải thiện độ chính xác từ 10-20%
[59]. Kanungo và Sarkar (2011) đã kết hợp DEM và NDVI với ảnh IRS-LISS-III
để thành lập bản đồ lớp phủ và lớp phủ rừng phục vụ nghiên cứu sạt lở đất ở
Darjeeling (Ấn Độ). Kết quả cho thấy độ chính xác tồn cục đạt tới 91% và độ
chính xác nhà sản xuất của hầu hết các lớp đều đạt trên 90% [78]. Alsaaideh và
nnk (2013) đã tách riêng đƣợc rừng ngập mặn ra khỏi các loại thực phủ khác ở một
số đảo phía Nam Nhật Bản thơng qua tích hợp chỉ số NDWI, NDVI, tỉ số kênh
5/4 và kênh 5 của ảnh Landsat ETM+ với thơng tin địa hình, độ chính xác tồn cục
tăng từ 89.3% lên 93.6% [42].
3. Các nghiên cứu sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh độ phân giải cao
Ảnh độ phân giải cao đƣợc sử dụng để thành lập bản đồ lớp phủ rừng chi tiết hơn
ở quy mô nhỏ, kiểm chứng kết quả phân loại các ảnh vệ tinh khác hoặc hiện chỉnh bản
đồ lớp phủ cũ; chẳng hạn nhƣ Wikantika và cộng sự (2007) đã sử dụng ảnh IKONOS
và QuickBird để phát hiện biến động lớp phủ sau một trận sóng thần [150]. Pacifici và
cộng sự (2009) đã sử dụng kênh pan độ phân giải siêu cao của QuickBird và
WorldView-1 để phân loại sử dụng đất thành 4 loại đô thị khác nhau [116]. Coops và
nnk (2006) đã đánh giá khả năng ứng dụng ảnh QuickBird đa phổ trong theo dõi thiệt
hại rừng do bọ cánh cứng gây ra; kết quả cho thấy tƣ liệu QuickBird đặc biệt hữu ích
trong phát hiện tán rừng có đốm đỏ do sâu bệnh gây ra [53].
1.1.1.2. Nghiên cứu mối quan hệ giữa biến động lớp phủ và lớp phủ rừng
với con người và môi trường
Thời kỳ đầu xuất hiện các nghiên cứu về mối quan hệ giữa rừng với những
diễn thế trong cảnh quan nông nghiệp. Turner và nnk (1988) và Pan và nnk (2001)
8


đã kết hợp ảnh hàng không cũ và các số liệu đo đạc cảnh quan để miêu tả về biến

động lớp phủ dƣới sự hỗ trợ của công cụ GIS [117, 138]. Sau đó là những nghiên
cứu liên kết mơ hình khơng gian của biến động rừng với các tác nhân gây nên biến
đổi LPĐ, đặc biệt là động thái SDĐ [117]. Turner và Ruscher (1988) đã tích hợp
dữ liệu ảnh hàng không và GIS để dự báo phân bố của đàn gia súc- phản ánh mơ
hình SDĐ tại địa phƣơng và các yếu tố môi trƣờng. Bằng phƣơng pháp thống kê,
Pan và nnk (2001) đã phát hiện mơ hình biến động LPĐ/SDĐ từ ảnh hàng khơng
và các mơ hình có liên quan với cấu trúc vật lý bên trong của các yếu tố cảnh quan
[117]. Pascarella cùng nnk (2000) sử dụng ảnh hàng không để nghiên cứu về sự
thay đổi trong phân bố và thành phần hệ địa sinh thái rừng [120]. McGrath và nnk
(2001) sử dụng dữ liệu từ 39 nghiên cứu về động thái dinh dƣỡng trong rừng tự
nhiên và đất lâm nghiệp để kiểm tra giả thuyết liên quan đến những tác động của
biến đổi LPĐ/SDĐ lên tính chất của đất [101].
Kiage và nnk (2007) đã tìm ra mối quan hệ giữa biến động LPĐ với dân số
và số lƣợng vật nuôi tại lƣu vực Kenya [80], đồng thời nghiên cứu này cịn phát
hiện đƣợc thối hóa đất đai do mất rừng qua dấu hiệu lƣợng phù sa và độ đục của
nƣớc hồ gia tăng. Nhiều nghiên cứu về ảnh hƣởng của biến đổi LPĐ/SDĐ hiện
nay tập trung vào lƣu vực trên quy mô lớn; bằng phân tích dữ liệu dịng chảy và
bản đồ mất rừng, Rodriguez và cộng sự (2010) đã phát hiện những dấu hiệu thay
đổi mơ hình thủy văn do ảnh hƣởng của SDĐ tại lƣu vực sông Amazon rộng 33
000 km2 [128]. Amundson và nnk (2003) xác định sự thay đổi tính chất của thổ
nhƣỡng từ dữ liệu lớp phủ của Mỹ [39].
Với các nghiên cứu ở quy mơ lớn: tồn cầu và lục địa, Lambin và Ehrlich
(1995) đã phân tích dữ liệu đa thời gian AVHRR: tích hợp thơng tin nhiệt độ bề
mặt và chỉ số thực vật để phát hiện sự gia tăng tính phân lập các quần xã thực vật ở
quy mô lục địa [87]. Dài kỳ hơn là các nghiên cứu biến động LPĐ trải qua hàng
thế kỷ, khi đó rất cần thiết phải tính đến tác động môi trƣờng chẳng hạn nhƣ sự rối
loạn gây ra cho nhân loại từ những thay đổi cảnh quan [56]. Các nghiên cứu dài kỳ
này dựa trên tƣ liệu cũ từ nhiều nguồn khác nhau, chẳng hạn nhƣ, dựa trên bản đồ
địa hình năm 1898, Korytny và nnk (2003) đã chỉ ra những biến đổi trong mạng
thủy văn và cƣờng độ xói mịn là hậu quả của sản xuất nơng nghiệp trong thế kỷ

20 [83]. Longfield và Macklin (1999) đã đánh giá ảnh hƣởng của biến đổi SDĐ
trên quy mô lớn đến lũ lụt và bồi tụ phù sa tại vùng York nƣớc Anh từ những số
liệu quan trắc về ngập lụt năm 1878 [95]. Từ bản đồ lớp phủ năm 1883 và dữ liệu
về khí hậu năm 1915 đến nay, Cuo và nnk (2009) đã tìm ra ảnh hƣởng của biến
động lớp phủ, khí hậu và nhiệt độ đến dịng chảy tại các độ cao khác nhau ở lƣu
9


vực Puget Sound của Mỹ [55]. Trên cơ sở một nguồn tƣ liệu cũ giá trị khác là dữ
liệu về thực vật và cảnh quan, Foster và nnk (1998) đã đánh giá sự biến đổi thực
vật rừng và SDĐ ở New England qua hơn 3 thế kỷ [67]. Schulte và nnk (2007) đã
sử dụng tổ hợp dữ liệu thực vật, cảnh quan, tài liệu kiểm kê rừng và dữ liệu lớp
phủ để định lƣợng ảnh hƣởng cấp khu vực của một thế kỷ SDĐ tại Great LakesMỹ [132].
Gomarasca và nnk (1993) đã số hóa bản đồ chuyên đề từ năm 1888 đến
1990 và so sánh với bản đồ lớp phủ thành lập từ ảnh vệ tinh thời điểm hiện tại để
nghiên cứu biến đổi LPĐ/SDĐ xảy ra trên các khu vực có tốc độ phát triển nhanh
về nơng nghiệp, dân cƣ, công nghiệp ở Milan, Italy [72]. Fisher và nnk (2006) đã
tái tạo lại lớp phủ trong vòng 350 năm tại khu vực Trung Đại Tây Dƣơng nƣớc Mỹ
bằng việc sử dụng ảnh vệ tinh, ảnh hàng không, bản đồ cũ và các dữ liệu kinh tế
xã hội. Để dự báo ảnh hƣởng của biến đổi LPĐ/SDĐ, các tác giả này đã thu thập
dữ liệu cũ từ năm 1660-1850 về dân số, sản lƣợng nông nghiệp, thống kê lao động
và xuất khẩu sản phẩm trồng trọt đồng thời phân tích dữ liệu nƣớc- hóa học từ
giữa thế kỷ 20, sau đó tích hợp nhiều bộ dữ liệu này vào mơ hình ảnh hƣởng hóasinh-địa [65]. Vanacker (2002) phát hiện biến động lớp phủ rừng có liên quan đến
loại đá gốc ở Austro Ecuatoriano [144] trong khi Szillassi và nnk (2010) chỉ ra có
mối tƣơng quan giữa biến động lớp phủ rừng với thổ nhƣỡng ở lƣu vực sông
Balaton- Hungary [137].
Munroe và nnk (2001) đã chỉ ra trồng rừng và mất rừng ở Honduras (Mỹ)
có liên quan đến khả năng tiếp cận: rừng ngun sinh chỉ cịn lại ở nơi có độ dốc
lớn, địa hình cao, xa khu dân cƣ và xa đƣờng giao thông [110]. Kết quả tƣơng tự
với nghiên cứu này, Etter và nnk (2006) và Castella và nnk (2005) phát hiện biến

động lớp phủ rừng có liên quan đến khoảng cách đến đƣờng giao thông [47, 60],
trong khi Van Dessel và nnk (2008) và Koning (2000) lại chứng minh tồn tại mối
quan hệ giữa trồng rừng, mất rừng với khoảng cách đến các thôn bản ở lƣu vực hồ
Balaton [82, 142]. Kết quả nghiên cứu bốn trƣờng hợp ở Bolivia của Sébastien
Boillat và nnk (2015) chỉ ra trong đó có ba trƣờng hợp mất rừng tỉ lệ thuận với khả
năng tiếp cận trƣớc bối cảnh mở rộng cây công nghiệp trong khi tại tỉnh Luang
Prabang (Lào), lớp phủ rừng lại có xu hƣớng gia tăng tại khu vực có khả năng tiếp
cận cao do chính sách thâm canh và quy hoạch đất đai [43].
Biến đổi lớp phủ rừng (trong đó hoạt động của con ngƣời đóng vai trị quan
trọng) đã tác động đáng kể đến các hệ sinh thái, tới môi trƣờng ở quy mô địa
phƣơng, khu vực và trên phạm vi tồn cầu, do đó ảnh hƣởng lớn đến biến đổi khí
hậu tồn cầu một cách trực tiếp hoặc gián tiếp [66]. Các nghiên cứu thuộc nhóm
10


này đã phát hiện biến đổi toàn cầu thƣờng bao gồm một chuỗi những biến đổi
trong các khu vực, và ngày càng nhiều mơ hình khác nhau đƣợc tái tạo để phản
ánh sự thay đổi phức tạp này, mặt khác những biến đổi này sẽ mở rộng sang nhiều
khu vực và dần dần đến quy mơ tồn cầu. Do có sự khác biệt lớn trong đặc tính vật
lý, hóa học, sinh học của bề mặt đất giữa các khu vực trên trái đất nên tác động
của biến động lớp phủ rừng lên các hệ thống khí hậu từng khu vực cũng khác nhau
rất nhiều.
Nói tóm lại, dữ liệu thực vật và cảnh quan sử dụng trong các nghiên cứu về
biến động LPĐ/LPR đã giúp các nhà khoa học phát hiện ra biến đổi môi trƣờng
không chỉ xảy ra từ vài thập kỷ trƣớc mà còn từ vài thế kỷ, các kết quả nghiên cứu
này đã chỉ ra ảnh hƣởng của SDĐ thực tế dài hơn và mối quan hệ môi trƣờng-thảm
thực vật diễn ra ở phạm vi địa lý rộng lớn. Vì vậy, biến động LPR nên đƣợc coi là
thành phần chủ yếu của biến đổi toàn cầu, việc kết hợp bản đồ cũ, số liệu đo đạc
và GIS với viễn thám cho phép tái cấu trúc biến đổi LPĐ/SDĐ dài kỳ hàng thập kỷ
hoặc hàng thế kỷ để từ đó có thể đánh giá tác động mơi trƣờng. Bên cạnh đó, GIS

giúp tích hợp dữ liệu SDĐ nhiều thời điểm khác nhau và có khả năng mơ hình hóa
các bộ dữ liệu bổ sung: đất, dân số để dự báo ảnh hƣởng của biến đổi LPĐ/LPR.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu lớp phủ và lớp phủ rừng tại Việt Nam
Công nghệ viễn thám và GIS ra đời đã thúc đẩy hoạt động nghiên cứu lớp
phủ và lớp phủ rừng tại Việt Nam phát triển thơng qua các chƣơng trình, dự án và
đề tài các cấp nhƣ chƣơng trình InterCosmos (1979-1984), Chƣơng trình phát triển
Liên hợp quốc (UNDP), Chƣơng trình viễn thám khu vực. Ngoài ra, việc ứng dụng
viễn thám và GIS cịn đƣợc triển khai theo các ngành, điển hình là ngành lâm
nghiệp đã sử dụng ảnh SPOT và Landsat để theo dõi chƣơng trình trồng mới 5
triệu ha rừng và kiểm kê rừng định kỳ 5 năm. Viện điều tra quy hoạch rừng đã sử
dụng tƣ liệu viễn thám để lập bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng với nhiều tỉ lệ khác
nhau, từ tỉ lệ nhỏ 1: 1 000 000 (ảnh NOAA AVHRR và MODIS), 1: 250 000 (ảnh
Landsat), đến tỉ lệ trung bình 1: 50 000 và 1: 25 000 (ảnh SPOT và ASTER); bản
đồ các kiểu rừng ở Việt Nam tỉ lệ 1: 250 000 đã đƣợc thành lập từ dữ liệu Landsat
TM và MSS. Hiện nay, Việt Nam đang thu nhận dữ liệu NOAA AVHRR và
MODIS phục vụ dự báo cháy rừng trên toàn quốc.
Cục Viễn thám Quốc gia, Cục Bảo vệ Môi trƣờng và một số cơ quan khác đã
ứng dụng ảnh vệ tinh đa thời gian để thành lập các bản đồ rừng ngập mặn tỉ lệ 1: 100
000 phủ trùm toàn dải ven biển và tỉ lệ lớn hơn cho từng vùng, đồng thời giám sát
biến động rừng ngập mặn. Đề tài của Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp đã chỉ
ra xu hƣớng biến đổi rừng ở lƣu vực Srepok, Tây Nguyên là phá rừng để mở rộng
11


diện tích đất canh tác nơng nghiệp. Viện Địa lý và Cục Bảo vệ Môi trƣờng đã sử dụng
ảnh MODIS để thành lập bản đồ phân bố rừng và thảm thực vật tỉ lệ 1: 500 000 ở
Đông Nam Bộ và Tây Nguyên.
Trong giai đoạn 1990 - 2000, nƣớc ta đã thu hút đƣợc nhiều dự án quốc tế
nghiên cứu về biến động lớp phủ rừng và thành lập bản đồ hiện trạng rừng với
mục đích nâng cao năng lực quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trƣờng bằng tƣ liệu

viễn thám và công cụ GIS. Đối với khối đào tạo, nhiều luận văn thạc sĩ, khóa luận
tốt nghiệp và luận án tiến sĩ nghiên cứu về biến động lớp phủ rừng có giá trị đóng
góp về mặt khoa học đã đƣợc bảo vệ thành công.
Sự kiện Việt Nam phóng thành cơng vệ tinh quan sát tài ngun thiên
nhiên, môi trƣờng và thiên tai đầu tiên - vệ tinh VnRedsat-1A đã đánh dấu một
mốc son trong lịch sử phát triển của khoa học viễn thám nƣớc ta, từ nay Việt Nam
hoàn toàn chủ động đƣợc nguồn dữ liệu phục vụ giám sát tài ngun mơi trƣờng
nói chung và nghiên cứu biến động lớp phủ rừng nói riêng.
Nhìn chung, các nghiên cứu trong nƣớc chủ yếu tập trung vào thành lập bản
đồ LPĐ và LPR, chỉ có một số ít các cơng trình đề cập đến mối quan hệ giữa lớp
phủ rừng với con ngƣời và mơi trƣờng, điển hình là Meyfroidt và Lambin (2008)
cho biết tại Việt Nam, mật độ dân số nông thôn cao sẽ ảnh hƣởng tiêu cực đến lớp phủ
rừng tự nhiên và rừng trồng vì dân số tăng dẫn đến nhu cầu lƣơng thực lớn, cần phải
mở rộng diện tích đất trồng cây lƣơng thực, gây áp lực lớn lên rừng tự nhiên và giảm
quỹ đất cho trồng rừng, bên cạnh đó nhu cầu về củi đốt và gỗ làm nhà cũng tăng lên
[104]. Mặt khác, kết quả nghiên cứu của Meyfroidt và Lambin (2008) cũng nhƣ của
Müller và Zeller (2002) chỉ ra lớp phủ rừng của Việt Nam tăng đồng biến với dân số
vào thập kỷ cuối của thế kỷ 20 [104, 108] do áp dụng công nghệ mới nhƣ đổi mới
giống cây trồng, vật ni, thay đổi sinh kế, chính sách. Phạm Văn cự và nnk : nghiên
cứu sự chuyển đổi đất nông nghiệp sang đất xây dựng ở thành phố Hà Nội bằng tƣ
liệu Landsat (1993, 2000 và 2007). Kết quả cho thấy 1/3 diện tích đất nơng nghiệp
đã bị chuyển thành đất xây dựng, các mảnh đất nơng nghiệp có xu hƣớng ngày
càng bị xé nhỏ và có hình dạng bất thƣờng. Chuyện mất đất, các thửa đất đất nông
nghiệp bị xé vụn với cạnh của nó khơng theo quy tắc liên quan đến sự chuyển đổi
từ nông nghiệp sang đô thị. Xu hƣớng của sự chuyển đổi đó tƣơng ứng với mơ
hình phát triển đơ thị ở Hà Nội [121]. Vũ Kim Chi và nnk (2013) nghiên cứu biến đổi
sử dụng đất lƣu vực Suổi Muội bằng tƣ liệu Landsat và Spot qua hơn 40 năm. Kết quả
của việc áp dụng mơ hình hồi quy logistic đã phát hiện ra mối liên hệ giữa biến đổi sử
dụng đất với các đặc điểm tự nhiên (độ dốc, địa hình, loại đất) và các đặc trƣng văn
12

hóa của các dân tộc khác nhau. Sự kết hợp giữa nhiều phƣơng pháp nghiên cứu và
tiếp cận theo hƣớng đa ngành: phân tích thống kê khơng gian, thơng tin phỏng vấn hộ
gia đình, phỏng vấn các nhân vật điển hình …cho phép phát hiện và kiểm chứng các
nhân tố gây biến đổi lớp phủ rừng, sử dụng đất ở khu vực Tây Bắc [146].
1.1.3. Các cơng trình nghiên cứu liên quan đến lớp phủ và lớp phủ rừng tại Hịa Bình
Do tỉnh Hịa Bình có vị trí quan trọng trong chiến lƣợc phát triển kinh tế xã
hội với nền văn hóa Hịa Bình độc đáo và nguồn tài ngun thiên nhiên phong phú
nên đã thu hút đƣợc sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Các nghiên cứu trƣớc
đây thực hiện ở nhiều quy mô: cấp vùng, cấp tỉnh hoặc cấp huyện, xã và đề cập
đến nhiều vấn đề khác nhau: quy hoạch môi trƣờng, SDĐ, sạt lở đất, tài ngun
rừng, dịng chảy sơng Đà, phát triển kinh tế, du lịch và văn hóa các dân tộc…. là
tiền đề lý luận cũng nhƣ cơ sở dữ liệu quan trọng cho luận án. Nhìn chung, các
nghiên cứu này có thể phân chia một cách tƣơng đối theo các lĩnh vực sau:
1.1.3.1. Các nghiên cứu về tai biến thiên nhiên, địa chất, địa mạo
Các tác giả nhƣ Nguyễn Ngọc Thạch, Nguyễn Quang Mỹ, Đào Đình Bắc,
Nguyễn Vi Dân đã có nhiều nghiên cứu cấp vùng Tây Bắc trong đó có Hịa Bình
[1, 6, 18, 19, 28, 29], các nghiên cứu này đã đề cập đến một số loại hình tai biến
thiên nhiên thƣờng xảy ra ở đây nhƣ sạt lở đất, lũ quét, lũ ống. Điều quan trọng
nhất là các tác giả đã mô tả những dấu hiệu để nhận biết các loại hình tai biến này,
đánh giá mức độ nguy hiểm và dự báo sớm để giảm thiểu thiệt hại cho ngƣời dân
địa phƣơng. Trong đó, Nguyễn Ngọc Thạch là tác giả có nhiều cơng trình nghiên
cứu ở các giai đoạn khác nhau với chủ đề phong phú và đa dạng nhƣ tai biến thiên
nhiên, dự báo khoáng sản, địa mạo, quy hoạch môi trƣờng,…[24-26, 28, 29]. Đối
với các nghiên cứu thuộc nhóm này, bản đồ lớp phủ là dữ liệu đầu vào quan trọng
không thể thiếu của các mô hình đánh giá tổng hợp.
1.1.3.2. Các nghiên cứu về dịng chảy sông Đà cũng như vấn đề tài nguyên môi
trường khi Nhà máy thủy điện đi vào hoạt động
Chu Văn Ngợi và nnk đã đánh giá xu thế bồi tụ- xói lở dựa trên cơ sở: phân

tích ảnh viễn thám qua các thời kỳ (1986, 2000 và 2010), tổng hợp các kết quả
nghiên cứu đánh giá sự biến động lòng sơng Đà, các q trình bồi tụ- xói lở, khảo
sát thực địa, nghiên cứu tại hiện trƣờng về đặc điểm bồi tụ- xói lở và các đặc điểm
đứt gẫy hoạt động. Kết quả đã khẳng định: bối cảnh địa chất và hoạt động của đập
thủy điện Hịa Bình là các yếu tố cơ bản chi phối quá trình bồi tụ và xói lở, xu thế

13


xói lở gia tăng và trở thành nguy cơ đe dọa các khu dân cƣ, các cơng trình văn hóa
và lịch sử có giá trị [21].
Nguyễn Thọ Sáo và cộng sự đã tổng quan tình hình dịng chảy hạ lƣu sơng Đà
từ khi nhà máy thủy điện Hịa Bình đi vào hoạt động, cũng nhƣ tình trạng xói lở đoạn
sơng này [22]. Ngồi ra cịn phải kể đến đề tài “Nghiên cứu cơ sở khoa học điều hành
hệ thống hồ chứa thƣợng nguồn sông Hồng phục vụ phát điện và cấp nƣớc chống hạn
hạ du”, tác giả Nguyễn Hữu Khải và nnk đã áp dụng mơ hình HEC - RESSIM để diễn
tốn vận hành hệ thống hồ chứa Hịa Bình – Tuyên Quang theo các kịch bản cấp nƣớc
và mô hình MIKE 11 để diễn tốn tiếp dịng chảy về hạ lƣu [15].
1.1.3.3. Các nghiên cứu về tài nguyên, môi trường, lớp phủ
Bộ dữ liệu điều tra cơ bản tỉnh Hịa Bình về tài ngun thiên nhiên, kinh tế
xã hội đã sớm đƣợc xây dựng và hoàn thiện (1994-1995) [8, 11], bên cạnh đó là
các nghiên cứu dự báo biến động môi trƣờng gây ra do hoạt động của thủy điện
sông Đà và định hƣớng phát triển kinh tế xã hội [14]. Đề tài “Nghiên cứu cơ sở
khoa học xây dựng bản đồ hiện trạng môi trƣờng thành phần và ứng dụng để xây
dựng bản đồ hiện trạng môi trƣờng đất, nƣớc tỉnh Hồ Bình” của Phạm Ngọc Hồ
và nnk đã thiết lập các công thức đánh giá chất lƣợng môi trƣờng theo chỉ tiêu
riêng lẻ và tổng hợp, mô hình hố các chỉ số đặc trƣng cho chất lƣợng mơi trƣờng,
thiết lập quy trình thành lập bản đồ hiện trạng môi trƣờng thành phần và tổng hợp,
đánh giá hiện trạng mơi trƣờng đất và nƣớc tỉnh Hồ Bình theo chỉ số tƣơng đối và
tổng hợp dựa trên số liệu điều tra khảo sát, đo đạc thực địa trên phạm vi tỉnh Hồ

Bình vào mùa mƣa và mùa khơ năm 2005, xây dựng bản đồ hiện trạng môi trƣờng
đất, nƣớc tỉnh Hồ Bình năm 2005 [12].
Lớp phủ rừng của tỉnh là đối tƣợng thu hút đƣợc nhiều sự quan tâm,
Clement đã đánh giá tính hiệu quả của chính sách trồng cây gây rừng ở Việt Nam
thơng qua phân tích ảnh hƣởng của 2 chƣơng trình: trồng 5 triệu ha rừng và giao
đất giao rừng, trong đó có Hịa Bình [50]. Nghiên cứu tập trung vào ảnh hƣởng của
các chính sách này đến quản lý và SDĐ, đồng thời phát triển khung lý thuyết Phát
triển và phân tích thể chế của Ostrom nhằm điều chỉnh lý thuyết này cho phù hợp
hơn đối với phân tích chính sách trồng rừng tại Việt Nam. Khung lý thuyết này
đƣợc áp dụng ở nhiều quy mô không gian: cấp xã, cấp tỉnh và cấp vùng Tây Bắc,
trong đó đề cao mối liên hệ giữa các cấp. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, ở quy
mơ vùng lãnh thổ thì chƣơng trình 5 triệu ha rừng khơng thành cơng đối với các hộ
gia đình làm lâm nghiệp, chính sách giao đất rừng tới hộ gia đình có ảnh hƣởng
khơng đáng kể tới sự phục hồi của rừng, chính sách phát triển kinh tế cá thể đƣợc

14