Ứng dụng ảnh viễn thám xây dựng bản đồ phân bố độ ẩm đất theo các trạng thái thực vật tại rừng thực nghiệm núi luốt thị trấn xuân mai, tp hà nội

LỜI CẢM ƠN Để đánh giá kết học tập, rèn luyện đào tạo trƣờng Đại Học Lâm Nghiệp Việt Nam qua khóa học 2014 – 2018 Đƣợc đồng ý Ban Giám Hiệu Nhà trƣờng, Ban Chủ Nhiệm Khoa Quản Lý Tài Nguyên Rừng & Môi Trƣờng, hƣớng dẫn nhiệt tình thầy giáo PGS.TS Nguyễn Hải Hịa Tơi thực khóa luận: “Ứng dụng ảnh viễn thám xây dựng đồ phân bố độ ẩm đất theo trạng thái thực vật rừng thực nghiệm Núi Luốt thị trấn Xuân Mai, TP Hà Nội” Sau thời gian dài thực tập, nghiên cứu đến khóa luận tơi hồn thành Ngoài nỗ lực cố gắng thân, nhận đƣợc giúp đỡ động viên nhà trƣờng, Khoa Quản Lý TNR&MT, thầy giáo hƣớng dẫn Trƣớc tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Hải Hòa ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn bảo tận tình suốt q trình nghiên cứu đề tài Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn đến thầy mơn Kỹ Thuật Mơi Trƣờng, Trung Tâm Thí Nghiệm Thực Hành tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ trình phân tích, thu thập số liệu cần thiết q trình điều tra thực địa Cuối tơi xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, gia đình ủng hộ giúp đỡ suốt thời gian học tập làm khóa luận Mặc dù khóa luận hoàn thành nhƣng thời gian lực thân nhiều hạn chế Do khơng thể tránh khỏi sai sót định, kính mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp, bổ sung từ thầy cơ, bạn bè để khóa luận đƣợc đầy đủ hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Xuân Mai, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực Lê Thị Mơ i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH viii ĐẶT VẤN ĐỀ CHƢƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan công nghệ viễn thám ArcGIS 1.1.1 Khái niệm viễn thám 1.1.2 Lịch sử đời phát triển viễn thám 1.1.3 Khái niệm GIS 1.1.4 Các chức GIS 1.2 Thảm thực vật số thực vật 10 1.2.1 Thảm thực vật 10 1.2.2 Phân loại lớp phủ thực vật 10 1.2.3 Chỉ số khác biệt thực vật NDVI 11 1.2.4 Chỉ số TVDI 11 1.3 Độ ẩm đất 13 1.4 Phần mềm thống kê R 13 1.5 Ứng dụng viễn thám đánh giá thảm thƣc vật 15 1.5.1 Trên giới 15 1.5.2 Tại Việt Nam 16 CHƢƠNG II MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 19 2.1.1 Mục tiêu chung 19 2.1.2 Mục tiêu cụ thể 19 2.1.3 Vật liệu nghiên cứu 19 ii 2.2 Phạm vi nghiên cứu 19 2.3 Nội dung nghiên cứu 20 2.3.1 Nghiên cứu trạng lớp phủ thực vật khu vực nghiên cứu 20 2.3.2 Nghiên cứu xây dựng đồ độ ẩm đất 20 2.3.3 Đánh giá mơ hình tƣơng quan yếu tố độ ẩm đến lớp phủ thực vật khu vực nghiên cứu 20 2.3.4 Đề xuất biện pháp cải thiện độ ẩm dƣới lớp phủ thực vật khu vực nghiên cứu 20 2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 21 2.4.1 Xây dựng đồ trạng lớp phủ thực vật 21 2.4.2 Xây dựng đồ độ ẩm đất theo trạng thái thực vật 23 2.4.3 Xây dựng đồ số khô hạn nhiệt độ thực vật TVDI 27 2.4.4 Xây dựng mơ hình tƣơng quan yếu tố độ ẩm đến lớp phủ thực vật khu vực nghiên cứu 31 2.4.5 Đề xuất biện pháp cải thiện độ ẩm đất khu vực nghiên cứu 33 PHẦN III ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 34 3.1 Điều kiện tự nhiên 34 3.1.1 Vị trí địa lý ranh giới 34 3.1.2 Địa hình 35 3.1.3 Địa chất thổ nhƣỡng 35 3.1.4 Khí hậu thủy văn 36 3.1.5 Động vật thực vật 37 3.2 Điều kiện kinh tế xã hội 37 3.2.1 Kinh tế xã hội 37 PHẦN IV KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LU N 41 4.1 Hiện trạng lớp phủ thực vật rừng thực nghiệm Núi Luốt năm 2018 41 4.1.1 Hiện trạng lớp phủ khu vực nghiên cứu 41 4.2 Phân cấp độ ẩm khu vực nghiên cứu 43 4.2.1 Giá trị NDVI khu vực nghiên cứu 43 iii 4.2.2 Nhiệt độ bề mặt đất 44 4.2.3 Tính tốn cạnh khơ 45 4.2.4 Chỉ số TVDI năm 2018 45 4.3 Đánh giá độ ẩm đất theo trạng thái thực vật rừng thực nghiệm núi luốt năm 2018 47 4.3.1 Đánh giá độ ẩm đất rừng Keo tai tƣợng 48 4.3.2 Đánh giá độ ẩm đất rừng hỗn giao 50 4.3.3 Đánh giá độ ẩm đất rừng thông 53 4.3.4 Đánh giá độ ẩmrừng bạch đàn 57 4.4 Đánh giá mối quan hệ độ ẩm đất theo trạng thái thảm thực vật rừng thông qua phần mềm thống kê R 59 4.4.1 Mối quan hệ độ ẩm đất theo trạng thái thực vật rừng keo tai tƣợng 59 4.4.2 Mối quan hệ độ ẩm đất theo trạng thái thực vật rừng hỗn giao 65 4.4.3 Mối quan hệ độ ẩm đất theo trạng thái thực vật rừng thông 72 4.4.4 Mối quan hệ độ ẩm đất theo trạng thái thực vật rừng bạch đàn 78 4.5 So sánh mối quan hệ tƣơng quan trạng thái thực vật 84 4.6 Đề xuất giải pháp bảo vệ, phát triển thảm thực vật rừng trì, cải thiện độ ẩm đất khu vực nghiên cứu 86 4.6.1 Nâng cao chất lƣợng quản lý rừng 86 4.6.2 Ứng dụng khoa học kỹ thuật 86 4.6.3 Giải pháp trì cải thiện độ ẩm đất rừng khu vực nghiên cứu 86 Chƣơng V KẾT LU N, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ 89 5.1 Kết Luận 89 5.2 Tồn 90 5.3 Kiến nghị 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT GIS Geographic Information System LST Land surface temperature NASA National Aeronautics and Space Administration NDVI Normalized Difference Vegetation Index Ts Temperature surface TVDI Temperature vegetation dryness index VNUF Vietnam National University of Forestry v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Giai đoạn phát triển viễn thám Bảng 2.1: Dữ liệu ảnh viễn thám 19 Bảng 2.2: Ký hiệu GPS thực địa 22 Bảng 2.3: Dụng cụ thực hành 24 Bảng 2.4: Thiết bị dụng cụ 25 Bảng 2.5: Giá trị band ảnh Landsat 28 Bảng 2.6: Giá trị hệ số K1, K2 ảnh Landsat 29 Bảng 2.7: Giá trị kênh cận hồng ngoại kênh đỏ ảnh viễn thám Landsat 30 Bảng 2.8: Phân mức ý ngh a giá trị tƣơng quan Person 33 Bảng 3.1: Báo cáo tổng kết 2017 38 Bảng 4.1: Diện tích vàc trạng thái thực vật khu vực nghiên cứu 42 Bảng 4.2: Độ xác đồ trạng 43 Bảng 4.3: So sánh độ xác ba phƣơng pháp xác định độ ẩm đất khu vực nghiên cứu 47 Bảng 4.4: Mơ hình tƣơng quan độ ẩm đất theo phƣơng pháp tủ sấy với số NDVI trạng thái thực vật rừng keo tai tƣợng 60 Bảng 4.5: Mơ hình tƣơng quan độ ẩm đất theo phƣơng pháp đốt cồnvới số NDVI trạng thái thực vật keo tai tƣợng……………………….….61 Bảng 4.6: Mơ hình tƣơng quan độ ẩm đất theo phƣơng pháp đo nhanh với số NDVI trạng thái thực vật keo tai tƣợng 62 Bảng 4.7: Đánh giá mơ hình tƣơng quan 63 Bảng 4.8: Mơ hình tƣơng quan độ ẩm đất theo phƣơng pháp tủ sấy với số NDVI trạng thái thực vật rừng hỗn giao 66 Bảng 4.9: Mơ hình tƣơng quan độ ẩm đất theo phƣơng pháp đo nhanh với số NDVI trạng thái thực vật rừng hỗn giao 67 Bảng 4.10: Mơ hình tƣơng quan độ ẩm đất theo phƣơng pháp đốt cồn với số NDVI trạng thái thực vật rừng hỗn giao 68 Bảng 4.11: Đánh giá mơ hình tƣơng quan 69 vi Bảng 4.12: Mơ hình tƣơng quan độ ẩm đất theo phƣơng pháp tủ sấy với số NDVI trạng thái thực vật rừng Thông 72 Bảng 4.13: Mơ hình tƣơng quan độ ẩm đất theo phƣơng pháp đốt cồn với số NDVI trạng thái thực vật rừng thông 73 Bảng 4.14: Mơ hình tƣơng quan độ ẩm đất theo phƣơng pháp đo nhanh với số NDVI trạng thái thực vật rừng thông 75 Bảng 4.15: Đánh giá mơ hình tƣơng quan 76 Bảng 4.16: Mô hình tƣơng quan độ ẩm đất theo phƣơng pháp tủ sấy với số NDVI trạng thái thực vật rừng Bạch đàn 78 Bảng 4.17: Mơ hình tƣơng quan độ ẩm đất theo phƣơng pháp đôt cồn với số NDVI trạng thái thực vật rừng bạch đàn 80 Bảng 4.18: Mơ hình tƣơng quan độ ẩm đất theo phƣơng pháp đo nhanh với số NDVI trạng thái thực vật rừng Bạch đàn 81 Bảng 4.19: Đánh giá mơ hình tƣơng quan 82 Bảng 4.20: Bảng so sánh mức độ tƣơng quan trạng thái thực vật 84 vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Ngun lý hoạt động viễn thám Hình 1.2: Tam giác khơng gian Ts/NDVI 12 Hình 3.1: Vị trí khu vực nghiên cứu 34 Hình 4.1: Hiện trạng lớp phủ thảm thực vật rừng vị trí điểm điều tra trạng 41 Hình 4.2: Giá trị NDVI khu vực nghiên cứu 43 Hình 4.3: Nhiệt độ mặt đất khu vực nghiên cứu 44 Hình 4.4: Giá trị TVDI khu vực nghiên cứu năm 2018 46 viii DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 2.1: Tổng quan phƣơng pháp sử dụng đề tài 21 Sơ đồ 2.2: Phƣơng pháp xây dựng đồ TVDI 27 Sơ đồ 2.3: Phƣơng pháp xây dựng đồ nhiệt bề mặt đất LST 28 ix DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 4.1: Mối tƣơng quan giá trị NDVI với nhiệt độ bề mặt 45 Biểu đồ 4.2: Phân bố độ ẩm theo phƣơng pháp tủ sấy rừng keo 48 tai tƣợng 48 Biểu đồ 4.3: Phân bố độ ẩm theo phƣơng pháp đốt cồn rừng keo 49 tai tƣợng 49 Biểu đồ 4.4: Biểu đồ phân bố giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp tủ sấy rừng hỗn giao 51 Bảng 4.5: Mơ hình tƣơng quan độ ẩm đất theo phƣơng pháp đốt cồn với số NDVI trạng thái thực vật keo tai tƣợng 61 Biểu đồ 4.6: Biểu đồ phân bố giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp đốt cồn rừng hỗn giao 52 Biểu đồ 4.7: Phân bố giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp đo nhanh rừng hỗn giao 53 Biểu đồ 4.8: Phân bố giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp tủ sấy 54 rừng thông 54 Biểu đồ 4.9: Phân bố giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp đốt cồn 55 rừng thông 55 Biểu đồ 4.10: Phân bố giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp đo nhanh rừng thông 56 Biểu đồ 4.11: Phân bố giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp tủ sấy rừng bạch đàn 57 Biểu đồ 4.12: Phân bố giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp đốt cồn rừng bạch đàn 58 Biểu đồ 4.13: Phân bố giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp đo nhanh rừng bạch đàn 59 Biểu đồ 4.14: Mối quan hệ tuyến tính giá trị độ ẩm đất theo phƣơng pháp tủ sấy với số NDVI rừng keo tai tƣợng 60 x Phụ lục 03: Tọa độ điểm điều tra thực địa làm sở thành lập đồ trạng TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 X 20.914512 20.914189 20.913576 20.913996 20.914186 20.913679 20.913908 20.912964 20.912972 20.913238 20.913094 20.912654 20.912904 20.912534 20.912093 20.912057 20.91339 20.913873 20.914071 20.913962 20.913687 Y 105.575156 105.574676 105.575071 105.575215 105.575511 105.57557 105.575886 105.575018 105.575445 105.575823 105.576168 105.576217 105.575832 105.574751 105.575126 105.574587 105.574571 105.574436 105.57405 105.573607 105.573051 TÊN Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 20.913775 20.913563 20.913807 20.913594 20.913511 20.913054 20.913071 20.912897 20.91241 20.912667 20.912024 20.912843 20.912373 20.912931 20.911742 20.911155 20.910827 20.912376 20.912847 20.913183 20.912428 20.912229 20.912417 105.573932 105.574297 105.574227 105.573529 105.573997 105.574438 105.573568 105.574025 105.573977 105.574253 105.573549 105.573185 105.572222 105.572529 105.572189 105.571729 105.571239 105.571275 105.571872 105.574025 105.570541 105.570082 105.569381 Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 20.912117 20.912277 20.912032 20.912023 20.911977 20.91191 20.911711 20.911451 20.911122 20.911164 20.910776 20.911679 20.91151 20.910649 20.910018 20.910319 20.91689 20.916462 20.916503 20.915539 20.916142 20.914678 20.914262 105.569196 105.568373 105.568784 105.567379 105.568005 105.566677 105.566142 105.566584 105.566399 105.566857 105.566932 105.567042 105.570507 105.570656 105.570547 105.570808 105.570344 105.569549 105.570144 105.570965 105.570723 105.571023 105.571174 Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 20.915166 20.914005 20.912973 20.913749 20.913604 20.913737 20.913434 20.913047 20.91339 20.913408 20.913118 20.912977 20.912803 20.913639 20.913237 20.912836 20.913324 20.914114 20.9145 20.91466 20.914691 20.913976 20.914174 105.571131 105.570776 105.570451 105.570134 105.570622 105.569462 105.569919 105.56978 105.570316 105.569262 105.570131 105.569307 105.570023 105.568729 105.56888 105.568695 105.568468 105.568105 105.56861 105.567985 105.567206 105.566669 105.567357 Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 20.9135 20.912798 20.913373 20.913784 20.913254 20.912909 20.912724 20.91317 20.91382 20.913737 20.912932 20.913433 20.912362 20.913163 20.912173 20.912542 20.91158 20.91036 20.911075 20.909535 20.910322 20.910032 20.908635 105.567446 105.567123 105.566713 105.568317 105.567918 105.568314 105.567687 105.567506 105.566012 105.565157 105.565551 105.565797 105.564633 105.565079 105.565273 105.566527 105.564685 105.564719 105.56537 105.564983 105.56552 105.566359 105.56601 Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 20.909424 20.907631 20.909313 20.908207 20.911522 20.911242 20.910443 20.911362 20.911517 20.911114 20.91083 20.910655 20.911074 20.910248 20.911164 20.911573 20.910922 20.910914 20.910264 20.910544 20.910775 20.91047 20.910088 105.565822 105.565968 105.566852 105.56536 105.569692 105.567696 105.56921 105.569152 105.568379 105.568704 105.567919 105.568773 105.569456 105.567632 105.568236 105.568838 105.56913 105.568489 105.568629 105.567745 105.570056 105.56979 105.569555 Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 20.909697 20.91022 20.910067 20.914086 20.914506 20.913409 20.913188 20.913065 20.906299 20.905864 20.905772 20.905374 20.90479 20.906117 20.905847 20.913845 20.912944 20.913065 20.911277 20.912834 20.907965 20.907969 20.90749 105.569268 105.572411 105.568149 105.571692 105.571968 105.571262 105.571566 105.571026 105.567282 105.567013 105.565804 105.566947 105.566545 105.568178 105.568501 105.567752 105.566192 105.564513 105.574265 105.576851 105.56867 105.567551 105.567834 Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Rừng Đối tƣợng khác Đối tƣợng khác Đối tƣợng khác Đối tƣợng khác Đối tƣợng khác nhà học, lô cốt, tƣờng bao nhà học, lô cốt, tƣờng bao nhà học, lô cốt, tƣờng bao nhà học, lô cốt, tƣờng bao ) nhà học, lô cốt, tƣờng bao 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 20.90669 20.906385 20.909686 20.908789 20.90837 20.907813 20.908536 20.90911 20.916474 20.916101 20.907861 20.908362 20.909435 20.909152 20.911358 20.910826 20.913819 20.915197 20.914169 20.913782 20.91444 20.914048 20.914793 105.566956 105.56669 105.568753 105.568159 105.567648 105.568237 105.569562 105.5693 105.571652 105.571712 105.566833 105.56714 105.567999 105.571188 105.572052 105.57237 105.573186 105.567967 105.575836 105.576114 105.575559 105.573224 105.571884 Đối tƣợng khác nhà học, lô cốt, tƣờng bao Đối tƣợng khác nhà học, lô cốt, tƣờng bao Đất trống Đất trống Đất trống Đất trống Đất trống Đất trống Đất trống Đất trống Đất trống Đất trống Đất trống Đất trống Đất trống Đất trống Đất trống Đất trống Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 20.915571 20.913806 20.913461 20.916499 20.916859 20.911776 20.910075 20.908357 20.909 20.909594 20.910102 20.909457 20.909745 20.908825 20.908521 20.909105 20.90688 20.906757 20.910608 20.910519 20.909686 20.909425 20.911882 105.57162 105.572167 105.571803 105.57101 105.570744 105.571361 105.569026 105.568079 105.568704 105.569737 105.571634 105.571492 105.567524 105.567533 105.569033 105.569621 105.566432 105.567608 105.568265 105.571959 105.572343 105.5705 105.57053 Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi 206 207 208 209 210 211 212 213 20.914163 20.914083 20.914018 20.914968 20.91445 20.912474 20.91247 20.915512 105.566183 105.568793 105.572618 105.572432 105.572736 105.571767 105.572927 105.572089 Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Thảm tƣơi bụi Phụ lục 04: Các hình ảnh trình điều tra thực địa Đƣờng đồi Rừng bạch đàn Rừng keo tai tƣợng Rừng hỗn giao Rừng thông Thảm tƣơi bụi Đỉnh Núi Luốt Thiết bị đo nhanh độ ẩm Mẫu đất trƣớc khô kiệt Mẫu đất khô kiệt