Ứng dụng mô hình phân tích không gian trong đánh giá độ nhạy cảm xói mòn cảnh quan tại xã Ngũ Chỉ Sơn, thị xã Sa Pa, tỉnh Lào Cai

Bài viết Ứng dụng mô hình phân tích không gian trong đánh giá độ nhạy cảm xói mòn cảnh quan tại xã Ngũ Chỉ Sơn, thị xã Sa Pa, tỉnh Lào Cai trình bày kết quả ứng dụng mô hình phân tích không gian trong đánh giá mức độ nhạy cảm xói mòn cảnh quan tại xã Ngũ Chỉ Sơn, thị xã Sa Pa, tỉnh Lào Cai. Phương pháp chủ đạo là ứng dụng mô hình phân tích không gian GIS để thành lập bản đồ cấu trúc cảnh quan.

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC TRÁI ĐẤT, MỎ, MÔI TRƯỜNG BỀN VỮNG LẦN THỨ V Doi: 10.15625/vap.2022.0157 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH PHÂN TÍCH KHƠNG GIAN TRONG ĐÁNH GIÁ ĐỘ NHẠY CẢM XĨI MỊN CẢNH QUAN TẠI XÃ NGŨ CHỈ SƠN, THỊ XÃ SA PA, TỈNH LÀO CAI Kiều Quốc Lập *, Ngô Văn Giới, Mai Xuân Thiện 0F Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên, Tân Thịnh, thành phố Thái Nguyên, Thái Nguyên TÓM TẮT Bài báo trình bày kết ứng dụng mơ hình phân tích khơng gian đánh giá mức độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan xã Ngũ Chỉ Sơn, thị xã Sa Pa, tỉnh Lào Cai Phương pháp chủ đạo ứng dụng mơ hình phân tích khơng gian GIS để thành lập đồ cấu trúc cảnh quan Dựa vào đồ cấu trúc đơn vị cảnh quan, xây dựng mơ hình đánh giá độ xói mịn cảnh quan từ nhân tố xói mịn bao gồm lượng mưa, địa hình, độ dày tầng đất, thành phần giới, lớp phủ thực vật biện pháp canh tác Các thuật toán sử dụng bao gồm chồng xếp không gian, nội suy không gian, phân loại thuộc tính số trung bình cộng Kết nghiên cứu rõ mức độ nhạy cảm xói mòn đơn vị cảnh quan, phân cấp mức độ nhạy cảm xói mịn thành cấp: thấp, thấp, trung bình, cao cao Trong mức độ xói mịn cao cao chiếm 31,25 % diện tích khu vực nghiên cứu Kết đánh giá phân cấp mức độ xói mịn cảnh quan sở để đưa định hướng sử dụng hợp lý tài nguyên bảo vệ môi trường khu vực nghiên cứu Từ khóa: Độ nhạy cảm, xói mịn, cảnh quan, phân tích khơng gian, Ngũ Chỉ Sơn MỞ ĐẦU Độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan tổng hợp mức độ nhạy cảm xói mịn hợp phần cảnh quan tác động nhân tố tự nhiên, địa hình, lượng mưa, thảm thực vật, lũ, xói mịn đất [10] Đơn vị cảnh quan - dạng cảnh quan đơn vị sở để đánh giá độ nhạy cảm cảm xói mịn cảnh quan Trong đó, mức độ nhạy cảm xói mịn đơn vị cảnh quan dựa vào mức độ xói mịn đất, mức độ xói mịn yếu tố địa hình, mức độ xói mịn lượng mưa, mức độ xói mịn địa hình, mức độ xói mịn lớp phủ thực vật, mức độ xói mịn phương thức canh tác người Độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan coi số quan trọng nghiên cứu, đánh giá sinh thái cảnh quan miền núi, nhằm phản ánh mức độ bền vững khai thác sử dụng lãnh thổ Tổng quan cơng trình nghiên cứu có liên quan đến lĩnh vực cảnh quan miền núi, không nhiều nghiên cứu đề cập đến độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan Tổng quan cơng trình nghiên cứu cảnh quan miền núi, có nghiên cứu số xói mịn góc độ số cảnh quan Đa phần nghiên cứu tập trung vào số xói mịn đất, điển hình nghiên cứu xói mịn đất theo phương trình đất phổ dụng Wiscehmeir Smith phân tích yếu tố tác động đến xói mịn cảnh quan địa hình, địa mạo, lượng mưa, thảm thực vật [8] Ngày nay, việc áp dụng công nghệ viễn thám hệ thống thông tin địa lý (GIS) nghiên cứu cảnh quan trở nên phổ biến Các nghiên cứu đánh giá số cảnh quan miền núi ảnh viễn thám GIS tiếp cập với hướng nghiên cứu định lượng, mô tả, so sánh không gian nghiên cứu trực quan hệ thống đồ Một số nghiên cứu tiêu biểu theo hướng ứng dụng viễn thám GIS phân tích cảnh quan miền núi phải kể đến nghiên cứu đánh giá số xói mịn đất * Tác giả liên hệ, địa email: lapkq@tnus.edu.vn 26 Ứng dụng mơ hình phân tích khơng gian đánh giá độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan … cảnh quan Kart ảnh vệ tinh Landsat ETM phần mềm ArcGIS [1]; Phân loại giám sát cảnh quan miền núi ảnh vệ tinh mô hình DEM [2]; Tích hợp viễn thám, GIS liệu lượng mưa phân tích số xói mịn đất theo cảnh quan lưu vực [3] Công nghệ GIS cho phép mô kết nghiên cứu, hiển thị số cảnh quan không gian trực quan, khắc phục hạn chế mô không gian nghiên cứu Tuy nhiên, chưa có mơ hình nghiên cứu tổng hợp chun đánh giá độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan sở xác định tổng hợp nhân tố tác động Ở Việt Nam, nghiên cứu cảnh quan nói chung nghiên cứu số xói mịn cảnh quan cịn nhiều hạn chế, chưa có nghiên cứu cụ thể xác lập số xói mịn cảnh quan Xuất phát từ vấn đề nêu trên, nghiên cứu sử dụng công nghệ địa không gian đánh giá độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan khu vực miền núi xã Ngũ Chỉ Sơn, thị xã Sa Pa, tỉnh Lào Cai Chức phân tích khơng gian GIS cho phép phân tích đặc điểm cấu trúc khơng gian đơn vị cảnh quan, đồng thời đánh giá tổng hợp số độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan thông qua số phân cấp từ liệu đầu vào Nghiên cứu khắc phục hạn chế mô tả không gian cảnh quan miền núi, số xói mịn cảnh quan tiếp cận quan điểm tổng hợp Kết nghiên cứu sở để định hướng không gian sử dụng hợp lý tài nguyên bảo vệ môi trường khu vực miền núi Việt Nam DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Dữ liệu nghiên cứu Nghiên cứu sử dụng liệu từ nhiều nguồn khác nhau: Dữ liệu điều tra khảo sát, liệu thống kê, liệu quan trắc, ảnh viễn thám liệu từ nghiên cứu có liên quan Trong đó, liệu độ dốc xây dựng mơ hình số độ cao (DEM) liệu đồ địa hình thị xã Sa Pa tỷ lệ 1:25.000 Dữ liệu lớp phủ thực vật dựa ảnh vệ tinh Sentinal Dữ liệu lượng mưa thu thập từ liệu trạm quan trắc khí tượng thủy văn thị xã Sa Pa khoảng thời gian 60 năm (1960-2020) Ngoài ra, nghiên cứu sử dụng liệu quan trắc lượng mưa điểm đo mưa địa bàn nghiên cứu giai đoạn 2017-2022 Dữ liệu trạng sử dụng đất, đặc điểm mẫu chất, loại đất, tầng dày, thành phần giới nhóm nghiên cứu khảo sát và phân tích 32 phẫu diễn đất đại diện cho dạng cảnh quan bao phủ toàn khu vực nghiên cứu 2.2 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập liệu thống kê: Gồm liệu điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, trạng sử dụng đất, trạng rừng; liệu thống kê lượng mưa, tượng thời tiết cực đoan khu vực nghiên cứu - Phương pháp phân tích khơng gian GIS: Là phương pháp chủ đạo ứng dụng phân tích, thành lập đồ đơn vị cảnh có độ dày (cm) phân loại theo cấp (< 10; 10-30; 30-50; 50-70; 70-100 > 100 cm) thành phần giới từ cát đến thịt nặng [8] Độ dày tầng đất thành phần giới hai số lựa chọn để xác định độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan Đặc điểm thảm thực vật mô tả theo trạng thực tế dựa kết phân tích đồ số thảm thực vật 3.2 Kết đánh giá mức độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan khu vực nghiên cứu Ứng dụng mơ hình phân tích khơng gian cho kết đánh giá phân cấp độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan xã Ngũ Chỉ Sơn thể đồ đánh giá (Hình 3) Kết phân tích cho thấy dạng cảnh quan thung lũng bãi bồi có địa hình thấp, độ dốc nhỏ (diện 2); cảnh quan rừng nguyên sinh (diện 3) có độ nhạy cảm thấp Kết tương đồng với kết nghiên cứu tác động địa hình, địa mạo tới cảnh quan khu vực miền núi nghiên cứu tác động độ che phủ rừng tới mức độ xói mịn đất Diện tích khu vực có mức độ nhạy cảm thấp 744,28 ha, chiếm 9,25 % diện tích So sánh với diện tích mức độ xói mịn đất mức độ thấp khu vực diện tích giảm 912,4 [5] Điều cho thấy việc đánh giá tổng hợp yếu tố xói mịn cảnh quan giới hạn phù hợp với số xói mịn cảnh quan thực tế Dạng cảnh quan mức độ xói mịn thấp có diện tích 1.885,00 ha, chiếm 33,41 % (Bảng 2) Dạng cảnh quan chủ yếu phân bố nơi có địa hình dạng sườn tích Deluvi (diện 4A, 4B, 4C), có độ dốc < 10o, tầng đất dày từ 70-100 cm, lượng mưa trung bình năm 1500 mm Một số khu vực có độ dốc > 10o (diện 6A, 7C) có mức Hình Bản đồ mức độ nhạy cảm xói mịn độ xói mịn thấp có thảm thực vật cảnh quan xã Ngũ Chỉ Sơn rừng thứ sinh rừng trồng Các dạng cảnh quan nhân tác (diện 5A, 5B) có mức độ xói mịn thấp ngun nhân chủ yếu đặc điểm canh tác đất dốc hình thức ruộng bậc thang, đặc điểm mẫu chất đá phiến sét Ứng dụng mơ hình phân tích khơng gian đánh giá độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan … Bảng Kết phân cấp mức độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan xã Ngũ Chỉ Sơn Cấp độ nhạy cảm Rất thấp Thấp Trung bình Cao Rất cao Tổng Diện tích (ha) 744,82 1.885,00 2.906,01 2.075,84 440,45 8052,125 Tỷ lệ (%) 9,25 23,41 36,09 25,78 5,47 100,0 Diện cảnh quan phân bố (1); (2); (3) (4A); (4B); (4C); (5A); (5B); (6A); (7C) (5C); (5D); (6C); (7A); (7B); (8A) (6B); (8B); (8C) (9) 20 Độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan mức độ trung bình có diện tích lớn nhất, 2.906,01 ha, chiếm 36 % diện tích Dạng cảnh quan sườn bào mịn rửa trơi đá granit (diện 5C, 5D), sườn xâm thực đá vôi (diện 6C, 7A, 7B), độ dốc dao động từ 10o-20o, lượng mưa trung bình năm từ 1500-2000 mm Đặc biệt có diện cảnh quan 8A có độ dốc lớn, độ dày tầng đất từ 3050 cm, lượng mưa trung bình năm 2000 mm, có mức độ xói mịn trung bình Ngun nhân chủ yếu diện tích rừng trồng độ che phủ thực vật cao Điều đề cập đến số nghiên cứu tác động lớp phủ thực vật đến mức độ xói mịn cảnh quan [7] Cảnh quan sườn trọng lực có địa hình cao, độ dốc lớn, thực vật chủ yếu bụi, (diện 8B 8C) có mức độ nhạy cảm xói mịn cao Đặc biệt có diện cảnh quan 6B có độ dốc trung bình, tầng đất dày mức độ xói mịn cao Ngun nhân chủ yếu thảm cỏ bụi, khả chống lại xói mịn Diện tích cảnh quan mức độ xói mịn cao lớn, chiếm 25,78 % diện tích So sánh với kết nghiên cứu trước xói mịn đất, diện tích có xu hướng tăng cao [8] Kết phản ánh biến đổi cảnh quan khu vực miền núi theo thời gian tác động yếu tố người, chủ yếu giảm diện tích rừng [12] Điều đặt nhiều thách thức khai thác sử dụng bền vững cảnh quan miền núi Diện tích cảnh quan có mức độ xói mịn cao 440,45 ha, chiếm 5,47 % diện tích, thuộc diện cảnh quan số 9, phân bố sườn trọng lực, có độ dốc lớn Phần lớn diện tích cảnh quan có độ xói mịn cao đất trống, núi đá vơi, khơng thích hợp cho hoạt động người Như vậy, so với việc đánh giá xói mịn cảnh quan theo phương trình đất phổ dụng dựa vào hệ số xói mịn nhân tố, phương pháp ứng dụng mơ hình phân tích khơng gian mang tính phổ qt, tiếp cận theo hướng tổng hợp định lượng Mơ hình phân tích khơng gian kế thừa phương pháp đánh giá truyền thống phương pháp trung bình cộng, sử dụng số cân cảnh quan, kết hợp với cơng nghệ phân tích khơng gian GIS [11] Kết đánh giá mức độ xói mịn cảnh quan xã Ngũ Chỉ Sơn hoàn toàn phù hợp với trạng xói mịn cảnh quan thực tế 3.3 Định hướng sử dụng hợp lý tài nguyên bảo vệ môi trường khu vực nghiên cứu Căn vào kết đánh giá độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan, nghiên cứu đề xuất số định hướng sử dụng hợp lý tài nguyên bảo vệ môi trường xã Ngũ Chỉ Sơn sau: (1) Đối với khu vực cảnh quan có độ nhạy cảm xói mịn thấp thấp: Có địa hình tương đối phẳng nên sử dụng canh tác lúa, trồng hoa màu ăn Ngồi ra, khai thác phát triển khu dân cư, nhiên cần thực biện pháp phịng tránh lũ qt Dạng cảnh quan sườn tích Deluvi nên trồng ngắn ngày, dược liệu hoa màu Đối với dạng cảnh quan rừng nguyên sinh thuộc khu vực phía Bắc Vườn Quốc gia Hồng Liên cần phải có biện pháp bảo vệ nghiêm ngặt, tránh ảnh hưởng đến dạng cảnh quan phía thấp 32 Ứng dụng mơ hình phân tích khơng gian đánh giá độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan … (2) Đối với khu vực cảnh quan có mức độ nhạy cảm trung bình: Chiếm diện tích lớn nhất, tầng đất dày, độ dốc lớn, phù hợp phát triển mơ hình nơng lâm kết hợp, trồng rừng theo băng Phương thức canh tác loại nơng nghiệp theo đường bình độ tận dụng tiềm dạng cảnh quan bảo vệ tính bền vững mơi trường Dạng cảnh quan nên trồng rừng bảo vệ đất, canh tác theo băng dạng ruộng bậc thang để giảm khả di chuyển đất đá sườn, tránh gây hậu cho khu dân cư phía (3) Đối với khu vực cảnh quan có mức độ nhạy cảm cao cao: Diện tích lớn, phát triển loại hình trồng rừng kết hợp rừng trồng dược liệu Tuy nhiên, phải đặc biệt ý đến thảm thực vật nhân tác điều kiện sinh thái trồng tầng Ngoài ra, cần ý biện pháp khoanh nuôi rừng núi đá, kết hợp phát triển ăn dược liệu tán rừng Diện tích cảnh quan có mức độ nhạy cảm cao khơng lớn, chủ yếu đất trống núi đá Dạng cảnh quan nên định hướng cho việc phát triển thảm thực vật tự nhiên, kết hợp trồng rừng đầu nguồn, hạn chế tác nhân gây xói mịn KẾT LUẬN Ngũ Chỉ Sơn xã miền núi điển hình Việt Nam, điều kiện tự nhiên tương đối phức tạp, chưa có định hướng khai thác lãnh thổ theo đơn vị cảnh quan Nghiên cứu ứng dụng mơ hình phân tích khơng gian đánh giá độ nhạy cảm xói mòn cảnh quan xã Ngũ Chỉ Sơn mức độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan theo diện cảnh quan Đây hướng nghiên cứu tiếp cận đánh giá tổng hợp cảnh quan dựa mơ hình phân tích khơng gian GIS Kết nghiên cứu phân cấp độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan, thể đồ đánh giá với mức độ khác nhau, mức độ xói mịn cao cao chiếm 31,25 % diện tích Kết đánh giá sở để định hướng khai thác dạng cảnh quan phù hợp với mục đích sử dụng nhằm khai thác bền vững tài nguyên môi trường Nghiên cứu áp dụng cho phạm vi xã miền núi, mở rộng phạm vi nghiên cứu tỉ lệ lớn cho khu vực miền núi Việt Nam Lời cảm ơn Tập thể tác giả xin cảm ơn UBND thị xã Sa Pa, UBND xã Ngũ Chỉ Sơn Chủ nhiệm đề tài ĐH2021-TN06-02 cung cấp liệu, tài liệu cho nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO Alexakis D, Hadjimitsis D.G (2013) Integrated use of remote sensing, GIS and precipitation data for the assessment of soil erosion rate in the catchment area of “Yialias” in Cyprus, Atmospheric Research, 131, pp 108-124 Andreani L, Stanek K, Gloaguen R, Krentz O, Dominguez L (2014) DEM-Based Analysis of Interactions between Tectonics and Landscapes in the Ore Mountains and Eger Rift (East Germany and NW Czech Republic), Remote Sensing, 6(9), pp 7971–8001 Bannari R (2018) Frost for the trees: Did climate increase erosion in unglaciated landscapes during the late Pleistocene, Science Advances, 1(10), pp 248-260 Borrelli P, Panagos P (2020) An indicator to reflect the mitigating effect of Common Agricultural Policy on soil erosion, Land Use Policy, 92, 104467 Cao Việt Hà, Nguyễn Văn Quảng (2016) Tình hình quản lý sử dụng đất nông lâm nghiệp tỉnh Lào Cai, Tạp chí Khoa học đất, số 48, tr 110-115 33 Ứng dụng mơ hình phân tích khơng gian đánh giá độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan … Nguyễn Cao Huần (2005) Đánh giá cảnh quan theo tiếp cận kinh tế sinh thái Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội Kiều Quốc Lập (2018) Đánh giá độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan phục vụ định hướng sử dụng hợp lý tài nguyên môi trường xã Bản Lầu, thị xã Mường Khương, tỉnh Lào Cai, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Đại học Thái Nguyên, số 166(6), tr 83-88 Ngô Thanh Sơn, Trần Trọng Phương (2021) Tổng quan ứng dụng công cụ đánh giá tài nguyên đất nước (SWAT) Việt Nam: thách thức triển vọng tương lai, Tạp chí Khoa học Nơng nghiệp Việt Nam, số 19(12), tr 1693-1705 Steiniger S and Hay G.J (2009) Free and Open Source Geographic Information Tools for Landscape Ecology, Ecological Informatics, 4(4), pp 183-195 10 Thomas M.F (2001) Landscape sensitivity in time and space: an introduction, Catenna, 42(24), pp 83-98 11 Turner M.G and Gardner R.H (1991) Quantitative Methods in Landscape Ecology, SpringerVerlag, New York 12 Ủy ban nhân dân thị xã Sa Pa (2022) Báo cáo trạng sử dụng đất thị xã Sa Pa năm 2021, Sa Pa, Lào Cai APPLICATION OF SPATIAL ANALYSIS MODEL IN ASSESSMENT OF LANDSCAPE EROSION SENSITIVITY IN NGU CHI SON COMMUNE, SA PA TOWN, LAO CAI PROVINCE Kieu Quoc Lap *, Ngo Van Gioi, Mai Xuan Thien 1F Thai Nguyen University of Sciences, Tan Thinh, Thai Nguyen City, Thai Nguyen ABSTRACT This paper presents the results of applying a spatial analysis model in assessing the sensitivity of landscape erosion in Ngu Chi Son commune, Sa Pa district, Lao Cai province The main method is to apply the GIS spatial analysis model to create a landscape structure map Based on the map of landscape unit structure, a model is built to evaluate landscape erosion from various erosion factors such as rainfall, topography, soil thickness, mechanical composition, vegetation cover, and farming practices The algorithms used include spatial superposition, spatial interpolation, attribute classification, and average index The research results show that the erosion sensitivity levels of each landscape unit could be hierarchized into levels: very low, low, medium, high, and very high Areas with high and very high erosion levels account for 31.25% of the total study area The results of the assessment and classification of landscape erosion could serve as the basis for the rational use of resources and environmental protection in the study area Keywords: Sensitivity, erosion, landscape, spatial analysis, Ngu Chi Son * Corresponding author, email address: lapkq@tnus.edu.vn 34 ... phân tích khơng gian đánh giá độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan xã Ngũ Chỉ Sơn mức độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan theo diện cảnh quan Đây hướng nghiên cứu tiếp cận đánh giá tổng hợp cảnh quan dựa mơ hình. .. tích khơng gian cho kết đánh giá phân cấp độ nhạy cảm xói mòn cảnh quan xã Ngũ Chỉ Sơn thể đồ đánh giá (Hình 3) Kết phân tích cho thấy dạng cảnh quan thung lũng bãi bồi có địa hình thấp, độ dốc nhỏ... hình thức ruộng bậc thang, đặc điểm mẫu chất đá phiến sét Ứng dụng mơ hình phân tích khơng gian đánh giá độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan … Bảng Kết phân cấp mức độ nhạy cảm xói mịn cảnh quan xã