Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh 43 Optimizing the planning of crop transformation to adapt to climate change in Ninh Phuoc district, Ninh Thuan province Thuy M Ngo1∗, Triet M Le1, & Loi K Nguye[.]
43 Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh Optimizing the planning of crop transformation to adapt to climate change in Ninh Phuoc district, Ninh Thuan province Thuy M Ngo1∗ , Triet M Le1 , & Loi K Nguyen2 Faculty of Land and Real Estate Management, Nong Lam University, Ho Chi Minh City, Vietnam Faculty of Environment and Natural Resources, Nong Lam University, Ho Chi Minh City, Vietnam ARTICLE INFO ABSTRACT Research Paper Optimizing agricultural land use plans to suit natural conditions, economic development, and environmental protection, especially adaptation to climate change has scientific and practical significance In this paper, we proposed an optimal crop structure transformation plan according to economic, social and environmental objectives based on using a multi-objective linear planning model and GIS technology The multi-objective linear planning model supported the determination of the optimal land used structure and GIS technology, assisting the planner in the spatial arrangement of land use This study was carried out in Ninh Phuoc district, Ninh Thuan province The results obtained imply high practical significance and could expand the research scale for the whole Ninh Thuan province and other localities with similar conditions Received: December 31, 2021 Revised: March 21, 2022 Accepted: March 31, 2022 Keywords Climate change Crop transformation Linear programming Ninh Thuan province Optimization Corresponding authors Ngo Minh Thuy Email: ngominhthuy@hcmuaf.edu.vn Cited as: Ngo, T M., Le, T M., & Nguyen, L K (2022) Optimizing the planning of crop transformation to adapt to climate change in Ninh Phuoc district, Ninh Thuan province The Journal of Agriculture and Development 21(4), 43-55 www.jad.hcmuaf.edu.vn Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển 21(4) 44 Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh Tối ưu hóa phương án chuyển đổi cấu trồng thích ứng với biến đổi khí hậu địa bàn huyện Ninh Phước, tỉnh Ninh Thuận Ngô Minh Thụy1∗ , Lê Mộng Triết1 & Nguyễn Kim Lợi2 Khoa Quản Lý Đất Đai Bất Động Sản, Trường Đại Học Nơng Lâm TP.HCM, TP Hồ Chí Minh Khoa Môi Trường Tài Nguyên, Trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM, TP Hồ Chí Minh THƠNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Bài báo khoa học Tối ưu hóa phương án sử dụng đất nông nghiệp để phù hợp với điều kiện tự nhiên, phát triển kinh tế, bảo vệ mơi trường đặc biệt thích ứng với biến đổi khí hậu có ý nghĩa khoa học thực tiễn Trong báo này, đề xuất phương án chuyển đổi cấu trồng tối ưu theo mục tiêu kinh tế, xã hội, môi trường sở sử dụng mơ hình quy hoạch tuyến tính đa mục tiêu cơng nghệ GIS Mơ hình quy hoạch tuyến tính đa mục tiêu hỗ trợ xác định cấu sử dụng đất tối ưu công nghệ GIS hỗ trợ nhà quy hoạch bố trí khơng gian sử dụng đất Nghiên cứu thực địa bàn huyện Ninh Phước, tỉnh Ninh Thuận, kết đạt có ý nghĩa thực tiễn cao mở rộng quy mơ nghiên cứu cho tồn tỉnh Ninh Thuận địa phương khác có điều kiện tương tự Ngày nhận: 31/12/2021 Ngày chỉnh sửa: 21/03/2022 Ngày chấp nhận: 31/03/2022 Từ khóa Biến đổi khí hậu Chuyển đổi cấu trồng Quy hoạch tuyến tính Tỉnh Ninh Thuận Tối ưu hóa ∗ Tác giả liên hệ Ngô Minh Thụy Email: ngominhthuy@hcmuaf.edu.vn Đặt Vấn Đề Sự xung đột mục tiêu khai thác sử dụng tài nguyên đất, tài nguyên nước vào phát triển kinh tế - xã hội ngày gia tăng, tạo cạnh tranh gay gắt mục đích sử dụng đất (Zeng & ctv., 2010) Ngoài ra, với tác động biến đổi khí hậu làm cho điều kiện tự nhiên thay đổi đặc biệt tài nguyên nước điều ảnh hưởng trực tiếp đến bố trí cấu trồng Vì vậy, việc tối ưu hóa phương án chuyển đổi cấu trồng đảm bảo sử dụng hợp lý tài nguyên đất, tài nguyên nước tối ưu mục tiêu kinh tế, xã hội, mơi trường, thích ứng với biến đổi khí hậu có ý nghĩa quan trọng, đặc biệt vùng có điều kiện khơ hạn Việc xác định trồng phù hợp phải dựa Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển 21(4) sở khả thích nghi đất đai, chi phí đầu tư hiệu sản xuất hệ thống sử dụng đất Các nghiên cứu có liên quan như: (1) nghiên cứu xác định quỹ đất có khả phát triển Japotra tỉnh Ninh Thuận; (2) nghiên cứu sử dụng hợp lý đất vùng bán khô hạn cho sản xuất nông nghiệp địa bàn tỉnh Ninh Thuận; (3) nghiên cứu sử dụng hợp lý đất gị đồi cho phát triển nơng nghiệp tỉnh Ninh Thuận Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào đánh giá thích nghi điều kiện tự nhiên chưa sâu nghiên cứu đánh giá tổng hợp ba tiêu chí điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội mơi trường (đánh giá thích nghi đất đai bền vững) Vì vậy, mặt khoa học thực tiễn, cần phải đánh giá tổng hợp tiêu chí kinh tế, xã hội mơi trường (Briassoulis, 2020) www.jad.hcmuaf.edu.vn Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh Hơn nữa, xác định cấu trồng tối ưu bố trí trồng cho vùng đất cụ thể vấn đề cấn phải giải để đảm bảo mục tiêu kinh tế, xã hội, mơi trường Vì vậy, tốn bố trí sử dụng đất cho trồng (diện tích vị trí) tốn quy hoạch tuyến tính đa mục tiêu Đến nay, giới có nhiều nghiên cứu tối ưu xác định cấu trồng phát triển hệ thống phân bố không gian dựa công nghệ GIS CA (cellular automata) (Guan & ctv., 2011) Trong lĩnh vực quy hoạch sử dụng đất nơng nghiệp mơ hình quy hoạch tuyến tính đa mục tiêu tương tác thỏa hiệp mờ (FMOLP Fuzzy multi - objective linear programming) xác định phương án bố trí trồng nhằm đảm bảo mục tiêu đề tốn quy hoạch khơng có phương án bố trí khơng gian; hệ thống AEZWIN thiết kế cho quy hoạch vùng sinh thái nông nghiệp LADSS cho quy hoạch trang trại sử dụng thuật toán tế bào lý tưởng để bố trí khơng gian sử dụng đất nên không kế thừa trạng, gây xáo trộn sử dụng đất khơng đáp ứng yêu cầu đặc thù Việt Nam (Fischer & ctv.,1998) Do đó, nghiên cứu xây dựng hệ thống tích hợp mơ hình tối ưu đa mục tiêu để xác định cấu sử dụng đất mô hình xử lý khơng gian (kết hợp kỹ thuật GIS CA) để bố trí khơng gian sử dụng đất phù hợp với điều kiện Việt Nam cần thiết (Charif & ctv., 2017) Trong phạm vi nghiên cứu này, chúng tơi đề xuất giải tốn đề tối ưu hóa phương án chuyển đổi cấu trồng để giải tồn mà nghiên cứu nêu chưa giải được: (1) đánh giá thích nghi đất đai; (2) xác định cấu sử dụng đất tối ưu theo hướng sử dụng đất bền vững (3) bố trí khơng gian cho phương án sử dụng đất chọn Phương Pháp Nghiên Cứu 2.1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp Phương pháp sử dụng để thu thập thông tin khoa học sở nghiên cứu tài liệu, số liệu làm sở cho bước xử lý liệu có để rút kết luận khoa học cần thiết Những tài liệu, liệu cần thu thập gồm tài liệu, số liệu khí tượng, thủy văn; tài liệu tài nguyên đất, địa chất, địa mạo; tài liệu kinh tế - xã hội; tài liệu trạng sử dụng đất, trạng cấu trồng, số liệu thống kê diện tích, suất, sản lượng trồng, www.jad.hcmuaf.edu.vn 45 đồ trạng sử dụng đất năm 2015 2020 2.2 Phương pháp điều tra nhanh nơng thơn có tham gia người dân Điều tra theo đặc trưng địa hình: vùng cao, trung bình, vùng thấp để điều tra mơ hình canh tác nông hộ, suất đầu tư, phương thức đầu tư, hiệu sử dụng đất loại trồng tiêu biểu (Pham, 2017) Việc điều tra thực địa bàn xã thuộc vùng nghiên cứu xã Phước Vinh, Phước Hậu, Phước Sơn, An Hải Phước Hải; xã điều tra 30 nông hộ theo mẫu phiếu có câu hỏi in sẵn 2.3 Phương pháp đồ công nghệ GIS Nghiên cứu sử dụng phần mềm GIS để xây dựng đồ đơn tính đồ địa hình, đồ thổ nhưỡng, tài nguyên nước, sử dụng chức phân tích khơng gian cơng nghệ thơng tin địa lý để đánh giá đất đai, xác định vùng đất thích hợp cho loại trồng (Hình 1) Ngồi ra, phương pháp đồ cơng nghệ GIS sử dụng để thực nội dung đề xuất phương án quy hoạch chuyển đổi cấu trồng 2.4 Phương pháp đánh giá đất đai theo FAO kết hợp đánh giá tài nguyên nước Áp dụng phương pháp đánh giá đất đai FAO (FAO, 2004) theo điều kiện tiêu chuẩn cụ thể địa bàn tỉnh Ninh Thuận, ứng dụng công nghệ thông địa lý để xây dựng đồ đơn vị đất đai (LMU) cách chồng xếp đồ đơn tính: thổ nhưỡng, thành phần giới, đánh giá tài nguyên nước, độ dốc, độ cao, Trên sở đó, nghiên cứu tiến hành đánh giá khả thích nghi loại trồng đơn vị đất đai theo mức thích nghi: (1) S1: thích nghi; (2) S2: thích nghi; (3) S3: thích nghi; (4) N: khơng thích nghi Ngồi để đánh giá khả thich nghi đất đai toàn diện hơn, nghiên cứu cịn sử dụng mơ hình tốn thủy văn (mơ hình SWAT, WEAP) để đánh giá tài ngun nước, tính tốn cân nước thời điểm trạng đến năm 2020, 2030 Kết tính tốn cân nước yêu cầu sử dụng nước trồng sở để phân bố trồng hợp lý vùng đất cụ thể Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển 21(4) 46 Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh Hình Phương pháp mơ hình tốn thủy văn GIS đánh giá đất đai 25.652,02 chiếm 74,93% tổng diện tích tự nhiên (NTDS, 2021) Cây trồng chủ lực địa Bài tốn sử dụng đất thơng thường xây bàn huyện Ninh Phước lúa, nho dựng mơ hình tốn quy hoạch tuyến ngơ ngồi cịn có 02 loại trồng tiềm tính theo mục tiêu cụ thể Việc lựa chọn thuốc táo Hiệu kinh tế mục tiêu, biến ràng buộc tùy thuộc vụ sản xuất, số kinh tế tính tốn vào u cầu thực tế địa bàn nghiên cứu Mô Bảng Bảng hình tốn phát biểu sau: Tổng hợp số tài Bảng n P Bảng cho thấy mơ hình ln canh lúa màu cho Hàm mục tiêu: Z = ci Xi −→ M ax(min) hiệu sử dụng vốn (2,61) cao mơ hình vụ i=1 lúa (2,42) tạo thu nhập ngày công lao Các n ràng buộc: động gia đình cao (239 ngàn đồng/ngày P a X (≤, =≥) b ; i = 1, m i i i so với 228 ngàn đồng/ngày) Tương tự mơ hình i=1 canh tác luân canh lúa + vụ màu hiệu Xi ≥ 0; i = 1, n so với mơ hình lúa Hiệu kinh tế Trong đó: X biến số, diện tích loại đất mơ hình trồng ăn đo lường thơng (cây trồng), giá trị biến số ≥ 0; m số qua số kinh tế trình bày Bảng ràng buộc tốn; n số biến toán; c hệ số hàm mục tiêu; a hệ số ràng Qua Bảng nhận thấy rằng, tổng lợi buộc nhuận lợi nhuận tính ngày cơng gia đình nho cao so với trồng táo Tuy Kết Quả Nghiên Cứu nhiên, trồng táo cần vốn hiệu sử dụng đồng vốn cao so với trồng nho Do đó, 3.1 Hiện trạng hiệu sử dụng đất nơng mơ hình trồng táo phù hợp với gia đình có vốn nghiệp 2.5 Phương pháp mơ hình hóa tốn học Tổng diện tích tự nhiên huyện Ninh Phước 34.233,85 ha, diện tích nơng nghiệp Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển 21(4) Tóm lại, thơng qua phân tích hiệu kinh tế mơ hình canh tác nơng nghiệp nghiên cứu lựa chọn mơ hình canh tác sau để tính www.jad.hcmuaf.edu.vn 47 Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh Bảng Hiệu kinh tế mơ hình chuyên lúa TT Chỉ tiêu Chi phí sản xuất (1.000 đồng/ha) Thu nhập (1.000 đồng/ha) Lợi nhuận (1.000 đồng/ha) Thu nhập/chi phí (BCR) Lao động gia đình Lợi nhuận/lao động gia đình (1.000 đồng/ha) ĐX 6.072 19.656 13.583 324 34 399 HT 5.755 12.037 6.281 209 40 157 Mùa 5.666 10.691 5.025 189 35 143 ĐX: Đông xuân; HT: Hè thu Bảng Hiệu kinh tế mơ hình ln canh lúa màu TT Chỉ tiêu Chi phí sản xuất (1.000 đồng/ha) Thu nhập (1.000 đồng/ha) Lợi nhuận (1.000 đồng/ha) Thu nhập/chi phí (BCR) Lao động gia đình Lợi nhuận/lao động gia đình (1.000 đồng/ha) Lúa ĐX 6.072 19.656 13.583 324 34 399 Màu HT 12.726 33.600 20.873 264 96 217 Lúa Mùa 5.666 10.691 5.025 189 35 143 ĐX: Đông xuân; HT: Hè thu Bảng Hiệu kinh tế mơ hình trồng ăn TT Chỉ tiêu Chi phí sản xuất (1.000 đồng/ha) Thu nhập (1.000 đồng/ha) Lợi nhuận (1.000 đồng/ha) Thu nhập/chi phí (BCR) Lao động gia đình Lợi nhuận/lao động gia đình (1.000 đồng/ha) Táo 39.244 109.200 69.955 278 609 114 Nho 156.95 268.750 111.800 171 930 120 toán xây dựng phương án quy hoạch sử dụng đất lượng nước thiếu tất tiểu vùng, nơng nghiệp: lúa + màu, vụ lúa + vụ màu tiểu vùng nhiều với lượng nước thiếu ăn (bao gồm táo nho) 21,13 triệu m3 nguyên nhân tiểu vùng tập trung đơng dân cư, diện tích đất sản xuất nơng 3.2 Tính tốn cân nước phục vụ quy nghiệp lớn lượng nước đến thấp Kịch hoạch sử dụng đất nông nghiệp cân nước trạng xem kịch sở để xây dựng kịch cân 3.2.1 Kết cân nước trạng 2020 nước năm 2020 Nghiên cứu sử dụng mơ hình thủy văn WEAP để tính toán cân nước cho khu vực huyện Ninh Phước sở việc phân chia tiểu lưu vực (Hình 2) lưu lượng nước đến cho tiểu lưu vực thực phần mềm SWAT Phương pháp tính tốn cân nước mơ hình WEAP thực nút cân Kết tính tốn cân nước trạng (Hình 3) cho thấy tổng lượng nước thiếu địa bàn huyện Ninh Phước 48,68 triệu m3 Xét thời gian lượng nước thiếu tập trung vào tháng từ tháng I đến tháng VI, khơng gian www.jad.hcmuaf.edu.vn 3.2.2 Kịch cân nước năm 2030 Cân nước đến năm 2020 tính tốn sở phương án quy hoạch sử dụng đất đến năm 2030 huyện Ninh Phước địa phương xây dựng Giả thiết nguồn nước đến tiểu vùng vào năm 2030 giống năm 2020 (cân nước trạng coi kịch nền) Trên sở kịch gia tăng dân số phương án quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp đến năm 2030 huyện Ninh Phước, nghiên cứu tiến hành tính tốn nhu cầu nước đến năm 2030 cho ngành Kết tính tốn cân nước theo kịch Tạp chí Nông nghiệp Phát triển 21(4) 48 Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh Hình Phân vùng cân nước huyện Ninh Phước, tỉnh Ninh Thuận Hình Biểu đồ kết tính tốn lượng nước thiếu năm 2020 2030 cho thấy tổng nhu cầu nước toàn huyện m3 tăng 33,213 triệu m3 so với trạng năm Ninh Phước theo phương án quy hoạch sử dụng 2020 Trong đó, nhu cầu nước cho nơng nghiệp đất địa phương đến năm 2030 201,951 triệu tiếp tục tăng nơng nghiệp ngành có nhu Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển 21(4) www.jad.hcmuaf.edu.vn 49 Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh Hình Kết tính tốn lượng nước thiếu năm 2030 cầu nước tăng cao 28,325 triệu m3 chiếm tỷ lệ 85,3% tổng nhu cầu tăng thêm, tổng lượng nước thiếu địa bàn huyện Ninh Phước 61,12 triệu m3 , tiểu vùng thiếu nước nhiều (Hình 4) Tất tiểu vùng có nhu cầu nước tăng, tiểu vùng tăng nhiều tiểu vùng 3.2.3 Đánh giá chung Từ sở liệu đầu vào liệu địa hình, trạng sử dụng đất, thổ nhưỡng số liệu khí tượng, thủy văn, nghiên cứu sử dụng mơ hình thủy văn để phân chia tiểu vùng cân nước xác đinh lưu lượng nước đến tiểu vùng cho vùng nghiên cứu Dựa vào lưu lượng nước đến tiểu vùng cân nước nhu cầu sử dụng nước hộ ngành nghiên cứu sử dụng phần mềm WEAP để tính tốn cân nước trạng 2020 xây dựng kịch cân nước đến năm 2030 dựa phương án quy hoạch sử dụng đất đến năm 2030 địa phương Về kịch cân nước trạng cho ta thấy tổng lượng nước đến năm 281,4 triệu m3 Tuy nhiên, lượng nước đến phân bố không tháng, tập trung chủ yếu từ tháng IX đến tháng XII, tháng www.jad.hcmuaf.edu.vn từ tháng I đến tháng V lượng nước khơng đáp ứng đủ nhu cầu nước cho sản xuất đặc biệt sản xuất nông nghiệp (lượng nước thiếu 48,68 triệu m3 ) Về kịch cân nước theo phương án quy hoạch sử dụng đất địa phương cho thấy sử dụng đất theo phương án lượng nước thiếu 61,12 triệu m3 , tăng thêm 12,44 triệu m3 so với trạng Nhu cầu sử dụng nước tăng gia tăng dân số đến năm 2030 phương án quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp xây dựng mà không xem xét đến tiềm nguồn nước Ngồi ra, cịn có số điểm khơng hợp lý việc xác định cấu sử dụng đất nông nghiệp đến năm 2030, bao gồm việc chuyển đổi cấu trồng từ đất trồng hàng năm sang đất trồng vụ lúa (tiểu vùng sông Lanh Ra), vụ lúa sang vụ lúa (tiểu vùng sông Lu) làm tăng nhu cầu sử dụng nước theo kết cân nước trạng 2020 lại thiếu nước Hơn nữa, việc chuyển đổi đất lâm nghiệp sang đất trồng lâu năm không hợp lý theo quan điểm bảo vệ môi trường Và khai thác đất chưa sử dụng tiểu vùng sông Lu tiểu vùng Nam Ninh Phước (xã An Hải xã Phước Hữu) để sử dụng vào mục đích đất trồng hàng năm làm tăng nhu cầu sử dụng nước, Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển 21(4) ... (BCR) Lao động gia đình Lợi nhuận/lao động gia đình (1. 000 đồng/ha) Táo 39.244 10 9.200 69.955 278 609 11 4 Nho 15 6.95 268.750 11 1.800 17 1 930 12 0 toán xây dựng phương án quy hoạch sử dụng đất lượng... 5.755 12 .037 6.2 81 209 40 15 7 Mùa 5.666 10 .6 91 5.025 18 9 35 14 3 ĐX: Đông xuân; HT: Hè thu Bảng Hiệu kinh tế mơ hình ln canh lúa màu TT Chỉ tiêu Chi phí sản xuất (1. 000 đồng/ha) Thu nhập (1. 000... Lúa Mùa 5.666 10 .6 91 5.025 18 9 35 14 3 ĐX: Đông xuân; HT: Hè thu Bảng Hiệu kinh tế mơ hình trồng ăn TT Chỉ tiêu Chi phí sản xuất (1. 000 đồng/ha) Thu nhập (1. 000 đồng/ha) Lợi nhuận (1. 000 đồng/ha)