Lâm học TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 3 2021 31 BIẾN ĐỘNG LƯỢNG THỰC VẬT CHE PHỦ VÀ MỐI QUAN HỆ VỚI CÁC NHÂN TỐ TỰ NHIÊN XÃ HỘI TẠI YÊN CHÂU, SƠN LA Bùi Mạnh Hưng1, Nguyễn Thị Bích Phượn[.]
Lâm học BIẾN ĐỘNG LƯỢNG THỰC VẬT CHE PHỦ VÀ MỐI QUAN HỆ VỚI CÁC NHÂN TỐ TỰ NHIÊN XÃ HỘI TẠI YÊN CHÂU, SƠN LA Bùi Mạnh Hưng1, Nguyễn Thị Bích Phượng1, Nguyễn Thị Thảo1 Trường Đại học Lâm nghiệp TÓM TẮT Biến động lượng thực vật che phủ mặt đất vấn đề quan tâm giải tỉnh Nghiên cứu sử dụng ảnh Sentinel tháng 11/2016 tháng 1/2021 địa bàn huyện Yên Châu, với việc xây dựng tám nhân tố để kiểm tra mối quan hệ độ cao, độ dốc, hướng phơi, khoảng cách tới đường giao thông, khoảng cách tới khu dân cư, nhiệt độ trung bình tháng, lượng mưa trung bình năm loại đất Kết tính toán số thực vật (NDVI) cho thấy giá trị trung bình số thực vật năm 2016 cao năm 2021 0,1 Nhìn chung, lượng thực vật có địa bàn huyện bị suy giảm Tổng diện tích có số thực vật nhỏ giảm từ năm 2016 đến 2021 khoảng 55,5 Đồng thời, tổng diện tích khu vực có số thực vật mức độ thấp (NDVI từ - 0,6) có xu hướng tăng mạnh, từ khoảng 42 nghìn lên đến 69 nghìn Ngược lại, diện tích khu vực có số thực vật từ 0,6 - 0,9 lại có xu hướng giảm Kết phân tích mối tương quan NDVI với nhân tố cho thấy mức độ biến động số thực vật từ 2016 đến 2021 có quan hệ chặt với yếu tố độ dốc hướng phơi, sau đến độ cao, nhiệt độ trung bình khoảng cách đến đường Các nhân tố lượng mưa bình quân tháng loại đất gần khơng có mối quan hệ Từ khóa: ảnh Sentinel 2, biến động, lượng thực vật, nhân tố tự nhiên, Yên Châu ĐẶT VẤN ĐỀ Ở Việt Nam, rừng biến động diện tích rừng vấn đề đáng quan tâm Bởi lẽ, thời gian gần đây, nhiều khu vực địa bàn nhiều tỉnh khác xảy vụ rừng, phá rừng nghiêm trọng để lại hậu thiệt hại lớn tài sản cho đơn vị quản lý cho nhà nước Mất rừng cịn ngun nhân ảnh hưởng tới mơi trường khơng khí, sói mịn đất chất lượng nước nhiều địa phương Đặc biệt, rừng gây lên lũ lụt, sạt lở ngày trầm trọng nhiều địa phương Đồng thời, rừng, suy thoái rừng góp phần vào gây biến đổi khí hậu hiệu ứng nóng lên tồn cầu Ảnh hưởng lớn đến đời sống người, đặc biệt cộng đồng sống gần rừng Trong thời kỳ 1945 – 1975 nước khoảng triệu rừng, bình quân 100.000 năm Quá trình rừng diễn nhanh giai đoạn 1975 – 1990: 2,8 triệu ha, bình quân 140.000 ha/ năm Tuy nhiên từ năm 1990 đến nay, công tác trồng rừng chương trình dự án nhà nước đẩy mạnh phần làm cho diện tích rừng tăng lên cách đơn Tuy nhiên, rừng diễn nhiều địa phương (Đỗ Trọng Hoàn Nguyễn Hải Vân, 2017; Hương Thảo, 2010) Biến động tài nguyên rừng có suy thối tang rừng chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố tự nhiên xã hội khác Ảnh hưởng nhân tố kinh tế xã hội tới rừng, suy thoái rừng phân tích nhiều nghiên cứu nước Các yếu tố tự nhiên hạn hán, cháy rừng, nhiễm khơng khí, xói mịn đất có mối quan hệ mật thiết tới suy thối rừng Các yếu tố kinh tế xã hội canh tác nương rẫy, lấn chiếm rừng, thu gom củi, khai thác gỗ để sản xuất than góp phần lớn vào rừng suy thoái rừng, đặc biệt nước Đông Nam Á (Hồng Nhung, 2018; Hương Thảo, 2010) Một số nhân tố thu nhập bình quân, thu nhập từ rừng, nhu cầu sử dụng gỗ phát triển cơng nghiệp có ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ rừng tỉnh Điện Biên (Lã Nguyên Khang Trần Quang Bảo, 2015) Tuy nhiên, tới thời điểm phân tích ảnh hưởng nhân tố tới suy thoái rừng, rừng tang rừng chủ yếu dựa vào kết điều tra mặt đất TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 31 Lâm học vấn với dung lượng hữu hạn, điều phần làm giảm độ xác kết phân tích Sử dụng cơng nghệ viễn thám để phân tích ảnh vệ tính, ảnh mơ hình số độ cao từ phân tích mối quan hệ với nhân tố tự nhiên, xã hội nâng cao độ xác hơn, số lượng điểm mẫu lớn Huyện Yên Châu, tỉnh Sơn La huyện có tài nguyên rừng tương đối phong phú Trong năm gần đây, cơng tác quản lý bảo vệ rừng, phịng cháy chữa cháy rừng địa bàn huyện quan tâm triển khai từ huyện đến sở Song ảnh hưởng thời tiết, ý thức quản lý, ý thức bảo vệ rừng người dân, nhu cầu đời sống tăng cao, sản xuất nông nghiệp đẩy mạnh với chuyển đổi diện tích đât sử dụng nên tượng rừng, suy thoái rừng diễn phức tạp Bên cạnh đó, biện pháp bảo vệ rừng, trồng rừng, nhiều khu vực địa bàn huyện có cải thiện đáng kể cho tài nguyên rừng, đặc biệt mặt trữ lượng thực vật mặt đất Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu cụ thể địa bàn toàn huyện biến động rừng mối quan hệ chúng với nhân tố tự nhiên chưa thực (Ngọc Thuấn, 2020; UBND Yên Châu, 2018) Từ lý trên, nghiên cứu biến động rừng phân tích mối quan hệ biến động với yếu tố tự nhiên huyện Yên Châu cần thiết cho công tác quản lý bảo vệ tài nguyên rừng địa bàn Nghiên cứu tập trung chủ yếu khai thác sử dụng phần mềm Qgis (một phần mềm 4M: miễn phí, mạnh, mở mới) (Bùi Mạnh Hưng Nguyễn Thanh Thủy Vân, 2019) công nghệ viễn thám để thực tốn phân tích khơng gian đối tượng Raster huyện Yên Châu nhằm mục đích: (1) xây dựng đồ trạng số thực vật năm 2016 2021; (2) xây dựng đồ biến động lượng thực vật che phủ cho giai đoạn từ 32 11/2016-1/2021 (3) phân tích mối quan hệ biến động rừng với nhân tố tự nhiên, xã hội địa bàn làm sở cho việc quản lý tài nguyên rừng bền vững khu vực nghiên cứu PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Khu vực nghiên cứu Yên Châu huyện miền núi, biên giới tỉnh Sơn La, nằm trục Quốc lộ 6, cách Hà Nội 240 km theo hướng Tây Bắc, cách thị xã Sơn La 64 km phía Đơng, khu vực đệm Cao nguyên Nà Sản Mộc Châu, có toạ độ địa lý: 104o10’ – 104o40’ kinh độ Đông, 21o07’-21o14’ vĩ độ Bắc, phía Đơng giáp huyện Mộc Châu, phía Tây giáp huyện Mai Sơn, phía Bắc giáp huyện Bắc Yên, phía Nam tiếp giáp với nước CHDCND Lào, có 47 km đường biên giới với nước Lào (UBND Yên Châu, 2018) 2.2 Phương pháp thu thập số liệu Các số liệu điều kiện tự nhiên, dân sinh kinh tế tình hình bảo vệ, phát triển tài nguyên rừng địa bàn huyện kế thừa từ hạt Kiểm lâm huyện Các báo cáo tổng kết công tác hàng năm huyện kế thừa từ UBND nên giám thống kê tỉnh Sơn La Bản đồ kiểm kê rừng kết hợp với đồ cập nhật diễn biến tài nguyên rừng kế thừa từ Chi cục Kiểm lâm Sơn La Các lớp đồ chủ yếu sử dụng để phân tích đường giao thơng, khu dân cư, hệ thống sơng suối, vị trí nương rẫy địa bàn huyện Hệ thống ảnh vệ tinh mơ hình số độ cao sử dụng nghiên cứu bao gồm: Ảnh Sentinel tải từ trang web quan khảo sát địa chất Hoa Kỳ (USGS) mơ hình số độ cao (DEM) tải từ trang web viện Vật lý Địa cầu Đại học Alaska Fairbanks (ASF), lớp nhiệt độ, lượng mưa loại đất tải từ trang web Tổ chức Nông Lương Thế giới (FAO) cụ thể bảng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 3- 2021 Lâm học Bảng Dữ liệu ảnh Sentinel mơ hình số độ cao sử dụng nghiên cứu Độ phân giải TT Mã ảnh Loại liệu Nguồn (m) S2A_OPER_MSI_L1C_TL_SGS 20161105 Ảnh Sentinel 10 USGS L1C_T48QVJ_A028901_20210103 Ảnh Sentinel 10 USGS AP_15354_FBS_F0400_RT1 DEM 12,5 ASF AP_15354_FBS_F0410_RT1 DEM 12,5 ASF AP_15602_FBS_F0400_RT1 DEM 12,5 ASF 2.3 Phương pháp xử lý, tính tốn 2.3.1 Xử lý ảnh Sentinel tính số thực vật (NDVI) Ảnh Sentinel sau tải xử lý tính tốn số thực vật ảnh sau (Nguyễn Hải Hòa cộng sự, 2016; Nguyễn Trọng Cương cộng sự, 2016) - Bước 1: Xử lý ảnh Sentinel-2A bao gồm bước nhỏ sau: + Gộp kênh ảnh: Khi thu thập ảnh viễn thám từ vệ tinh ảnh nằm kênh phổ khác có màu đen trắng Vì vậy, để tính tốn số thực vật, nghiên cứu tiến hành tổ hợp kênh ảnh Cụ thể kênh ảnh 2, 3, gộp + Tăng cường chất lượng ảnh: Ảnh viễn thám sau tổ hợp tăng cường cho việc giải đoán ảnh tốt + Hiệu chỉnh hình học: Trước phân tích, giải đốn cần kiểm tra thơng tin hệ quy chiếu tham số địa lý ảnh Ảnh vệ tinh nắm chỉnh giảm thiểu sai số hình học qua cho độ xác cao + Cắt ảnh theo ranh giới khu vực nghiên cứu: Ảnh cắt theo khu vực nghiên cứu, cụ thể theo ranh giới huyện Yên Châu Các bước thực phần mềm Qgis 3.16 - Bước 2: Chỉ số thực vật NDVI Trong nghiên cứu, số thực vật NDVI sử dụng để xác định lượng thực vật địa bàn huyện hai thời điểm khác 2016 2021 Chỉ số thực vật hay số thực vật chuẩn hóa (NDVI - Normalized Difference Vegetation Index) đại lượng phản ánh xác số lượng thực vật điểm mặt đất Chỉ số thực vật tính tốn cho ảnh Sentinel theo cơng thức sau: (Kênh − Kênh 4) NDVI = (Kênh + Kênh 4) Trong đó: NDVI số thực vật; Kênh kênh cận hồng ngoại; Kênh kênh màu đỏ (Shivangi S Somvanshi Maya Kumari, 2020) Bảng phân loại giá trị NDVI theo loại trạng thái sử dụng bảng (Lê Thị Thu Hiền, 2013) Bảng Phân loại NDVI theo lớp phủ bề mặt Giá trị NDVI < 0,1 0,1-0,2 0,2-0,3 0,3-0,6 > 0,6 Lớp phủ bề mặt Khu vực cằn cỗi đá; cát; mặt nước; bê tông Đất đá cằn cỗi, bụi Cây bụi trảng cỏ; đất nông nghiệp để trống Trảng cỏ, trồng nông nghiệp, rừng thưa Rừng nhiệt đới 2.3.2 Xử lý mơ hình số độ cao (DEM) lớp đồ Mơ hình số độ cao khu vực nghiên cứu tải xử lý sau: Gộp DEM lại với (do huyện Yên Châu nằm rải DEM khác nhau) Sau đó, điểm trũng khơng có liệu kiểm tra lấp đầy giá trị Tiếp đó, DEM cắt theo ranh giới huyện Yên Châu Mơ hình số độ cao sau sử dụng để tính tốn độ cao cho điểm, tính độ dốc, hướng phơi cho điểm địa bàn huyện DEM sử dụng nghiên cứu có độ phân giải 12,5 m Đối với lớp đồ đường giao thông, khu dân cư… tạo buffer cho TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 33 Lâm học đối tượng với khoảng cách khác Sau đó, lớp chuyển sang dạng Raster để phân tích hồi quy tuyến tính (Alex Mandel cộng sự, 2016) 2.3.3 Phân tích hồi quy tuyến tính biến động lượng thực vật nhân tố Hiệu số giá trị số thực vật NDVI hai năm 2016 năm 2021 tính sau: ∆NDVI = NDVI2021 - NDVI2016 Sau tính độ lệch ∆, ∆ < khu vực suy thoái lượng thực vật che phủ, tức hàm lượng thực vật bị giảm hai mốc thời gian Cịn ∆ ≥ khu vực tăng lượng thực vật, nghĩa lượng thực vật xanh tăng lên mốc thời gian Sau đó, lớp ∆ sử dụng để phân tích hồi quy tuyến tính biến động lượng thực vật với nhân tố tự nhiên xã hội Phương trình hồi quy tuyến tính đa biến sau: ∆ = a0 + a1.Xi Trong đó: ∆ độ lệch giá trị số thực vật hai mốc thời gian; Xi nhân tố tự nhiên xã hội độ cao, độc dốc, hướng phơi, khoảng cách tới đường, khu dân cư, nhiệt độ, lượng mưa, loại đất KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết phân cấp lớp đồ 3.1.1 Kết số thực vật năm 2016 2021 Chỉ số thực vật tính tốn cho ảnh Sentinel năm 2016 năm 2021 Kết tính tốn phân cấp thể hình a) b) c) d) Hình Kết tính tốn phân cấp số NDVI: a) c) kết tính tốn phân cấp giá trị NDVI cho năm 2016; b) d) kết tính tốn phân cấp giá trị NDVI cho năm 2021 34 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 3- 2021 Lâm học Các giá trị đặc trưng thống kê tính tốn cho số thực thực vật hai năm thể bảng Bảng Thống kê giá trị NDVI năm Các đại lượng Năm 2016 Năm 2021 Giá trị nhỏ -0,4313 -0,2232 Giá trị lớn 0,8684 0,8125 Giá trị trung bình 0,5602 0,4620 Sai tiêu chuẩn 0,1820 0,1359 Như vậy, giá trị lớn năm 2016 cao năm 2021 0,05 Như vậy, lượng thực vật cao ghi nhận địa bàn có dấu hiệu bị suy giảm Giá trị trung bình số thực vật năm 2016 cao năm 2021 0,1 Điều cho chứng minh rằng, nhìn chung, lượng thực vật có địa bàn huyện bị suy giảm mức độ định diện rộng hơn, giá trị trung bình bị giảm Biến động dãy giá trị số thực vật năm 2016 lớn năm 2021 Điều cho thấy lượng thực vật rải phạm vi toàn huyện năm 2021 Bảng Diện tích tương ứng cấp NDVI năm Năm 2016 Năm 2021 Cấp Số lượng điểm ảnh Diện tích năm 2016 (ha) Số lượng điểm ảnh Diện tích năm 2021 (ha) Cấp (-0.8-0) 12248 122,48 6698 66,98 Cấp (0-0.3) 931954 9319,54 1127943 11279,43 Cấp (0.3-0.6) 3271971 32719,71 5812563 58125,63 Cấp (0.6-0.9) 4370372 43703,72 1639341 16393,41 Kết tính tốn diện tích theo cấp số thực vật địa bàn tồn huyện Tổng diện tích đất trống, sông hồ, nhà cửa đối tượng khơng có thực vật xanh phủ giảm từ năm 2016 đến 2021 khoảng 55,5 Đồng thời, tổng diện tích có thực vật phủ xanh mức độ thấp (từ - 0,6) có xu hướng tăng mạnh, từ khoảng 42 nghìn lên đến 69 nghìn Đây kết việc phủ xanh đất trống đồi núi trọc địa phương Là kết công tác thực dự án trồng rừng địa phương Đồng thời kết công tác bảo vệ phát triển rừng lực lượng kiểm lâm chuyên trách năm qua Tuy nhiên, điều đáng báo động khu vực có lượng thực vật cao (chỉ số thực vật từ 0,6-0,9), rừng thường có trữ lượng lớn (Nguyễn Quang Giáp, 2015; Mai Trọng Thịnh Nguyễn Hải Hòa, 2017) lại có xu hướng giảm Điều thể diện tích rừng có trữ lượng lớn bị giảm dần, rừng có dấu hiệu suy thối chất lượng Kết tương tự kết nghiên cứu nhiều tác giả nước (Nguyễn Hải Hòa cộng sự, 2016; Nguyễn Hải Hòa Nguyễn Văn Quốc, 2017) 3.1.2 Kết đồ nhân tố tự nhiên xã hội Từ việc tính tốn mơ hình số độ cao, lớp thơng tin điều kiện tự nhiên, xã hội địa bàn huyện, kết đồ nhân tố thể hình đây, bao gồm nhân tố là: độ cao, độ dốc, hướng phơi, khoảng cách tới đường giao thông, khoảng cách tới khu dân cư, nhiệt độ trung bình tháng, lượng mưa trung bình năm loại đất TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 35 Lâm học a) b) c) d) e) f) g) h) Hình Bản đồ nhân tố: a) độ cao; b) độ dốc; c) hướng phơi (tính theo độ); d) khoảng cách tới đường giao thông; e) khoảng cách tới khu dân cư; f) nhiệt độ trung bình tháng; g) lượng mưa trung bình năm; h) loại đất 36 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 3- 2021 Lâm học Kết cho thấy độ cao toàn huyện dao động từ 150 m đến 1500 m Độ dốc dao động từ đến 75 độ Do huyện miền núi, phần lớn diện tích huyện có độ dốc tương đối lớn (khoảng từ 35 độ đến 75 độ) Địa bàn huyện có đầy đủ hướng phơi đơng, tây, nam, bắc Khoảng cách đến đường giao thông tối đa đến 2200 m đến khu vực đông dân cư 4000 m Nhiệt độ trung bình tháng dao động từ 19 đến 23 độ, lượng mưa trung bình năm chạy từ 91 mm đến 113 mm Trên địa bàn huyện bao gồm loại đất Ferralsal, Cambisol, Leptosol, Luvisol Vertisol Trong 80% diện tích đết Ferralsal 3.2 Kết biến động lượng thực vật che phủ Bản đồ kết phân cấp suy thoái gia tăng lượng thực vật che phủ địa bàn toàn huyện thể hình sau Với ngưỡng chia NDVI sau: suy thối mạnh: < -0,6, trung bình: -0,4 đến -0,2, yếu: -0,2 đến Tăng lượng thực vật mạnh: > 0,6, trung bình: 0,2 - 0,4, yếu - 0,2 Hình Bản đồ mức độ suy thoái gia tăng lượng thực vật che phủ Bản đồ cho thấy phần lớn diện tích địa bàn huyện diễn tượng suy thoái lượng thực vât che phủ (diện tích có tơng màu vàng cam đỏ) Có nghĩa lượng thực vật xanh mặt đất có xu hướng giảm diện rộng Cụ thể thể bảng Bảng Biến động diện tích suy thoái tăng lượng thực vật che phủ Biến động Suy thoái lượng thực vật Tăng lượng thực vật Mức độ Mạnh Trung bình Yếu Tổng Yếu Trung bình Mạnh Tổng Diện tích (m2) 9238906,25 169108750,00 499156875,00 677504531,25 152008593,75 27500625,00 1775312,50 181284531,25 Diện tích (ha) 923,89 16910,88 49915,69 67750,45 15200,86 2750,06 177,53 18128,45 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2021 37 ... động lượng thực vật với nhân tố tự nhiên xã hội Phương trình hồi quy tuyến tính đa biến sau: ∆ = a0 + a1.Xi Trong đó: ∆ độ lệch giá trị số thực vật hai mốc thời gian; Xi nhân tố tự nhiên xã hội. .. biệt mặt trữ lượng thực vật mặt đất Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu cụ thể địa bàn toàn huyện biến động rừng mối quan hệ chúng với nhân tố tự nhiên chưa thực (Ngọc Thuấn, 2020; UBND Yên Châu, 2018)... tính biến động lượng thực vật nhân tố Hiệu số giá trị số thực vật NDVI hai năm 2016 năm 2021 tính sau: ∆NDVI = NDVI2021 - NDVI2016 Sau tính độ lệch ∆, ∆ < khu vực suy thối lượng thực vật che phủ,