Ứng dụng công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong đánh giá hiện trạng thảm cỏ biển ở vùng đất ngập nước xã hương phong, huyện hương trà, tỉnh thừa thiên huế

TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 65, 2011 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) TRONG ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG THẢM CỎ BIỂN Ở VÙNG ĐẤT NGẬP NƯỚC XÃ HƯƠNG PHONG, HUYỆN HƯƠNG TRÀ, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ Hồng Cơng Tín, Tôn Thất Pháp, Nguyễn Quang Tuấn Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Tống Phước Hoàng Sơn Viện Hải dương học Nha Trang TÓM TẮT Hiện trạng thảm cỏ biển vùng đất ngập nước xã Hương Phong gồm có lồi thuộc chi, họ, ngành Cỏ Hẹ (Halodule pinifolia) loài ưu khu vực thể qua tiêu độ bao phủ cỏ trung bình đạt 35,75%, mật độ thân trung bình 1.906 thân/m2 sinh khối trung bình đạt 1.361 g tươi/m2 Mật độ cỏ biển có mối tương quan chặt chẽ với sinh khối Loài Halodule pinifolia phân bố đặc trưng độ mặn từ 15 - 19% Ruppia maritima độ mặn từ 10 - 15% Ngoài ra, hỗ trợ tư liệu ảnh viễn thám công nghệ GIS đồ phân bố thảm cỏ biển vùng ĐNN xã Hương Phong lần xây dựng Diện tích phân bố cỏ biển vùng đất ngập nước xã Hương Phong ước tính 76,79 tập trung khu vực chính: Vân Quốc Đơng 27,5 ha, Cồn Sáo có diện tích 17,57 Cồn Tè 31,72 Đây xem nguồn thơng tin có ý nghĩa thiết thực phục vụ cho quản lý, định hướng sử dụng hợp lý phát triển bền vững tài nguyên vùng đất ngập nước xã Hương Phong nói riêng vùng đầm phá ven biển Thừa Thiên Huế nói chung Từ khóa: Thảm cỏ biển, đất ngập nước, viễn thám GIS Đặt vấn đề Đầm phá Tam Giang-Cầu Hai (TG-CH) Thừa Thiên Huế có diện tích 21.600 ha, vùng đất ngập nước (ĐNN) ven bờ tiêu biểu Việt Nam (T.T Pháp & nnk., 2009) Trong đó, vùng ĐNN thuộc địa bàn xã Hương Phong, huyện Hương Trà có hệ tọa độ địa lý từ 16°32'41,04" - 16°35'6,27" vĩ Bắc 107°34'30,06" 107°37'45,52" kinh Đơng Đây khu vực có đa dạng sinh cảnh rừng ngập mặn, thảm cỏ biển, hệ sinh thái nông nghiệp truyền thống địa phương Tuy nhiên, hoạt động canh tác sản xuất nông nghiệp, khai thác nuôi trồng thuỷ sản (NTTS) cộng đồng địa phương vùng ĐNN thuộc xã Hương Phong có dấu hiệu 231 ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường nguồn lợi đầm phá Ngồi ra, cịn vùng dễ tổn thương phải đối mặt trực tiếp với tác động thiên tai năm có xu hướng gia tăng cường độ phức tạp mà ảnh hưởng biến đổi khí hậu gây nên Xuất phát từ thực tế trên, việc đánh giá trạng thảm cỏ biển vùng ĐNN xã Hương Phong nhằm hiểu đặc điểm phân bố mật độ thảm cỏ biển góp phần xây dựng luận khoa học cho bảo tồn sử dụng hợp lý tài nguyên ĐNN xã Hương Phong Tư liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Tư liệu nghiên cứu Máy định vị toàn cầu (GPS) Garmin iQueTM 3600, 76CS, máy chụp ảnh nước SeaLife, thước dây địa chính, khung định lượng 0,5 x 0,5 m, máy đo độ muối Atago cầm tay - Các lớp sở liệu GIS tỉnh Thừa Thiên Huế (TT-H) sử dụng để làm đồ xây dựng đồ phân bố i) Bản đồ hành xã; ii) Bản đồ trạng sử dụng đất (thành lập từ tư liệu ảnh) Thu thập ảnh vệ tinh từ nhiều nguồn khác nhau, thời gian chụp vùng ĐNN ven biển thuộc hệ đầm phá TG-CH, TT-H khác nhau, cụ thể: + ảnh LANDSAT TM chụp khu vực TT-H ngày 17 tháng II năm 1989 phủ với độ phân giải 30 m (ảnh đa phổ) + Ảnh ALOS cung cấp dự án “Sử dụng ảnh ALOS quan trắc giám sát tình Hình Phạm vi phủ ảnh viễn thám ALOS-AVNIR2 (10m) trạng sức khỏe rạn san hô vùng ĐNN xã Hương Phong, huyện Hương Trà, tỉnh TT Huế vùng biển Việt Nam” gồm ảnh AVNIR2 độ phân giải 10 m (chụp ngày tháng 10 năm 2007 ảnh AVNIR chụp ngày 28 tháng năm 2008) (hình 1) Các phần mềm ENVI 4.4 MapInfo 8.0 sử dụng phân tích ảnh viễn thám xây dựng đồ số GIS 232 2.2 Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu thực địa truyền thống ứng dụng công nghệ viễn thám, GIS kết hợp sử dụng nghiên cứu hệ sinh thái ĐNN ven biển sau: Phương pháp khảo sát thực địa đánh giá trạng thảm cỏ biển theo hệ thống tuyến (transect) đánh giá độ phủ cỏ biển theo phương pháp tiêu chuẩn (ƠTC) English S & nnk (1994), Margarita T dela C (2003) Short F.T & nnk (2006) Phân tích mẫu định loại tên lồi theo phương pháp so sánh hình thái dựa tài liệu P.H Hộ (2001), N.V Tiến (2001) Xác định yếu tố sinh thái độ mặn (bằng máy Atago cầm tay); độ trong, độ sâu (bằng đĩa Secchi) nhiệt độ (bằng nhiệt kế) Phương pháp điểm chìa khóa phục vụ giải đốn ảnh viễn thám xây dựng đồ phân bố cỏ biển gồm 39 điểm khảo sát vật liệu đáy độ sâu khác (sử dụng phân lập ảnh) cát, rong cỏ biển vùng ĐNN xã Hương Phong phục vụ tính số bất biến theo độ sâu cặp băng (bands) giải đoán ảnh Phương pháp giải đoán ảnh viễn thám GIS xây dựng đồ thảm cỏ biển dựa ngun lý tính tốn số bất biến theo độ sâu (T.P.H Sơn, 2007) quy trình giải đốn tiến hành theo kỹ thuật i) Nắn chỉnh hình học nhằm đưa liệu ảnh vệ tinh ALOS-AVNIR2 tọa độ địa lý thực tế khu vực ảnh bao phủ; ii) Hiệu chỉnh xạ nhằm chuyển ảnh từ giá trị số (Digital Number-DN) ảnh sang xạ phổ; iii) Hiệu chỉnh khí hiệu chỉnh cột nước nhằm chuyển đổi phổ phản xạ bề mặt phản xạ đáy; iv) Tính số bất biến theo độ sâu (Xây dựng quan hệ tuyến tính (logarit) phổ phản xạ bề mặt băng thứ i băng thứ j theo điểm đáy cát sở phép tính số bất biến theo độ sâu (Depth Invariance Index-D.I.I)) v) Phân lập ảnh dựa vào băng D.I.I Chuyển liệu ảnh phân lập cỏ biển (dạng bitmap) sang dạng vector (GIS), kỹ thuật chồng lớp thông tin với đồ nền, xây dựng đồ chuyên đề trạng thảm cỏ biển địa bàn nghiên cứu Kết thảo luận 3.1 Cấu trúc thành phần loài cỏ biển vùng ĐNN xã Hương Phong Qua khảo sát xác định loài cỏ biển thuộc chi họ có vùng ĐNN xã Hương Phong Trong đó, họ Thuỷ thảo (Hydrocharitaceae), họ Hải kiều (Cymodoceaceae) Xuyên (Ruppiaceae) họ có lồi (bảng 1) Các lồi Halophila beccarii, Halodule pinifolia Ruppia maritima phát địa bàn nghiên cứu có nguồn gốc biển, gặp lồi kèm có nguồn gốc nước Hydrilla verticillata ao nuôi trồng thủy sản Cỏ Hẹ (Halodule pinifolia) loài ưu 233 Bảng Danh lục loài cỏ biển vùng ĐNN xã Hương Phong (sắp xếp theo Brummit,1992) STT Tên Việt Nam Ngành Ngọc lan MAGNOLIOPHYTA Lớp Hành LILIOPSIDA Bộ Hydrocharitales HYDROCHARITALES Họ Thuỷ thảo HYRDROCHARITACEAE Cỏ Nàn nàn Họ Hải kiều Cỏ Hẹ, Hẹ tròn, Rong hẹ Tên khoa học Họ Xuyên Rong kim biển, cỏ Kim Halophila beccarii Ascherson CYMODOCEACEAE Halodule pinifolia (Miki) den Hartog RUPPIACEAE Ruppia maritima L 3.2 Hiện trạng độ phủ, mật độ sinh khối cỏ biển 3.2.1 Độ phủ cỏ biển (ƠTC) V QĐ14 Vân Quốc Đơng V QĐ12 V QĐ10 V Q Đ8 V Q Đ6 Độ bao phủ TB 29,19% V Q Đ4 V Q Đ2 C S13 C S 11 Cồn Sáo Độ phủ thảm cỏ biển định loài cỏ Hẹ (Halodule pinifolia) Tính chung cho khu vực nghiên cứu độ phủ cỏ Hẹ có giá trị trung bình đạt 35,75% Trong đó, khu vực Vân Quốc Đơng có độ phủ thấp (29,19%), khu vực Cồn Sáo có độ phủ 32,89% có độ phủ cao khu vực Cồn Tè (49,62%) (hình 2) 3.2.2 Mật độ cỏ biển C S9 C S7 Độ bao phủ TB 32,89% C S5 C S3 Ở địa bàn nghiên cứu mật độ thân đứng quần thể cỏ Hẹ khác Độ bao phủ TB khu vực, giá trị trung 49,62% bình mật độ thân đạt 1.906 thân/m2 Ở khu vực Cồn Tè có mật độ cỏ biển cao Hình Tỷ lệ % độ bao phủ cỏ Hẹ ƠTC tồn lãnh thổ nghiên cứu có nghiên0cứu10và 20 30 60 70 vùng 80 nghiên 90 100 40khu 50vực Độ bao phủ (%) giá trị trung bình đạt 2.521 thân/m cứu (tháng IV-VI/2008) Tiếp đến Vân Quốc Đơng có mật độ trung bình đạt 1.616 thân/m2 thấp khu vực Cồn Sáo có 1.435 thân/m2 CS1 Cồn Tè CT9 CT7 CT5 CT3 CT 3.2.3 Sinh khối cỏ biển Chiều dài trung bình thân đứng cỏ Hẹ (Halodule pinifolia) đạt 21,02 234 cm Giữa khu vực nghiên cứu giá trị trung bình sinh khối tươi khơng có chênh lệch cao, giá trị trung bình cho tồn lãnh thổ nghiên cứu đạt 1.361 g/m2 Xét mối tương quan mật độ thân đứng chiều dài thân đến sinh khối tươi cỏ biển cho thấy, sinh khối tươi cỏ biển chiều dài thân cỏ biển có tương quan thuận với mức độ trung bình (r = 0,533) Trong đó, mật độ thân đứng sinh khối tươi cỏ biển có tương quan chặt (r = 0,716) Hay nói cách khác, mật độ thân đứng cỏ biển vùng ĐNN xã Hương Phong xem yếu tố định sinh khối tươi khu vực 3.3 Đặc điểm phân bố cỏ biển theo điều kiện sinh thái 3.3.1 Sự phân bố cỏ biển theo độ mặn Sự phân bố loài cỏ biển vùng ĐNN phụ thuộc rõ vào độ mặn phân làm vùng đặc trưng sau: Vùng ngồi đê ngăn mặn có độ mặn từ 15 – 19% thành phần loài cỏ biển chủ yếu gồm loài loài cỏ Hẹ loài cỏ Nàn nàn Ở vùng NTTS cao triều có độ mặn từ 10 – 15% gặp cỏ Nàn nàn (Halophila beccarii) cỏ Kim (Ruppia maritima), đó, cỏ Kim loài tiêu biểu cho vùng 3.3.2 Sự phân bố cỏ biển theo độ sâu Cỏ Hẹ phân bố độ sâu từ 0,25 - 0,8 m triều cao, độ sâu 0,85 m, khơng có cỏ Hẹ phân bố Như vậy, kết nghiên cứu cho thấy, cỏ phát triển tốt độ sâu từ 0,25 - 0,55 m chiều dài trung bình thân đứng đạt từ 18 - 36 cm sinh khối tươi đạt từ 1.040 - 1.480 g/m2 (hình 3) Ở khu vực Vân Quốc Đông, cỏ Hẹ phát triển tạo thành thảm cồn Sậy cách bờ khoảng 200 m ứng với độ sâu từ 0,4 - 0,8 m Khu vực Cồn Tè, với địa hình bãi triều rộng thoải từ bờ đến phá khoảng 500 m, độ sâu trung bình từ 0,2 - 0,5m địa hình thuận lợi cho phân bố cỏ biển 3.4 Ứng dụng viễn thám GIS giải đoán phân bố thảm cỏ biển Cỏ Hẹ phân bố độ sâu từ 0,25 - 0,8 m triều cao, độ sâu 0,85 m, cỏ Hẹ phân bố Như vậy, kết nghiên cứu cho thấy cỏ phát triển tốt độ sâu từ 0,25 - 0,55 m chiều dài trung bình thân đứng đạt từ 18 - 36 cm sinh khối tươi đạt từ 1.040 - 1.480 g/m2 (hình 3) Ở khu vực Vân Quốc Đông, cỏ Hẹ phát triển tạo thành thảm cồn Sậy cách bờ khoảng 200 m ứng với độ sâu từ 0,4 - 0,8 m Khu vực Cồn Tè, với địa hình bãi triều rộng thoải từ bờ đến phá khoảng 500 m, độ sâu trung bình từ 0,2 - 0,5 m địa hình thuận lợi cho phân bố cỏ biển 235 Chiều dài t hân đứng TB (cm) 1.8 Độ sâu (m) 35 1.6 30 1.4 1.2 25 20 0.8 15 Độ sâu (m) Chiều dài thân đứng TB (cm) 40 0.6 CS17 VQĐ10 VQĐ12 VQĐ6 VQĐ4 CS10 VQĐ17 CS11 VQĐ16 CS19 CS7 VQĐ9 VQĐ7 CS16 0.2 CS13 0.4 CS1 10 Điểm ÔTC Độ sâu (m) P (kg)/1m^2 Sinh khối tươi (g/m 2) 3,000 1.8 1.6 1.4 2,000 1.2 1,500 0.8 1,000 Độ sâu (m) Sinh khối tươi (g/m2) 2,500 0.6 0.4 500 0.2 CS17 VQĐ10 VQĐ12 VQĐ6 VQĐ4 CS10 VQĐ17 CS11 VQĐ16 CS19 CS7 VQĐ9 VQĐ7 CS16 CS13 CS1 - Điểm ÔTC 5,000 1.8 Độ sâu (m) Số thân/ 1m^2 4,500 1.6 4,000 1.4 1.2 3,000 2,500 0.8 2,000 Độ sâu (m) Số thân đứng/m2 3,500 0.6 1,500 1,000 0.4 500 0.2 CS17 VQĐ10 VQĐ12 VQĐ6 VQĐ4 CS10 VQĐ17 CS11 VQĐ16 CS19 CS7 VQĐ9 VQĐ7 CS16 CS13 CS1 Điểm ƠTC Hình Sự phân bố chiều dài thân đứng (a), mật độ thân đứng (b) sinh khối tươi (c) cỏ Hẹ theo độ sâu địa bàn nghiên cứu Dựa vào nguồn ảnh ALOS 28/V/2008 thực tiến trình giải đoán, đồ trạng phân bố hệ sinh thái cỏ biển vùng ĐNN xã Hương Phong năm 2008 xây dựng với tỷ lệ 1/5.000 (hình 4) 236 Hình Bản đồ trạng phân bố thảm cỏ biển vùng ĐNN xã Hương Phong, huyện Hương Trà, tỉnh Thừa Thiên Huế (tháng năm 2008) Kết cho thấy, diện tích phân bố hệ sinh thái cỏ biển vùng ĐNN xã Hương Phong ước tính 76,79 Trong đó, tập trung khu vực sau: Khu vực Vân Quốc Đơng có diện tích cỏ biển 27,5 ha, phân bố chủ yếu vùng Cồn Sậy dọc ven bờ ao NTTS Cỏ phát triển tốt thành thảm với sinh khối tươi trung bình khu vực đạt 633,3 g/m2, nơi cao đạt 2.800 g/m2 Khu vực Cồn Sáo có diện tích cỏ biển 17,57 ha, phân bố tập trung quanh cồn Sáo, cồn Miễu ao NTTS thuộc xóm Bàu Ham, thơn Thuận Hịa B Sinh khối tươi trung bình cho tồn khu vực đạt 718,8 g/m2 Khu vực Cồn Tè có diện tích cỏ biển 31,72 ha, phân bố tập trung xung quanh cồn Tè bên đê ngăn mặn phá Đây bãi triều phẳng rộng thích hợp cho phân bố cỏ biển Sinh khối cỏ tươi trung bình đạt 928 g/m2 Kết luận kiến nghị 4.1 Kết luận - Xác định loài cỏ biển thuộc chi, họ, ngành vùng đất ngập nước thuộc xã Hương Phong, huyện Hương Trà, tỉnh Thừa Thiên Huế Qua kết quan trắc tồn ƠTC cho thấy, độ bao phủ trung bình cỏ đạt 35,75%, mật độ thân trung bình 1.906 thân/m2 sinh khối trung bình đạt 1.361g tươi/m2 Mật độ cỏ biển có mối tương quan chặt chẽ với sinh khối Loài cỏ Hẹ (Halodule pinifolia) phân bố 237 ... Hình Bản đồ trạng phân bố thảm cỏ biển vùng ĐNN xã Hương Phong, huyện Hương Trà, tỉnh Thừa Thiên Huế (tháng năm 2008) Kết cho thấy, diện tích phân bố hệ sinh thái cỏ biển vùng ĐNN xã Hương Phong... Xác định loài cỏ biển thuộc chi, họ, ngành vùng đất ngập nước thuộc xã Hương Phong, huyện Hương Trà, tỉnh Thừa Thiên Huế Qua kết quan trắc tồn ƠTC cho thấy, độ bao phủ trung bình cỏ đạt 35,75%,... sử dụng phân tích ảnh viễn thám xây dựng đồ số GIS 232 2.2 Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu thực địa truyền thống ứng dụng công nghệ viễn thám, GIS kết hợp sử dụng nghiên cứu hệ