0152 tích hợp mô hình aquacrop và ảnh viễn thám modis trong xác định cơ cấu mùa vụ và năng suất lúa trên các vùng đất đồng bằng sông cửu long luận văn tốt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNGĐẠIHỌCCẦNT HƠ TRẦNTHỊHIỀN TÍCH HỢP MƠ HÌNH AQUACROP VÀ ẢNHVIỄNTHÁMMODISTRONGXÁCĐỊNHC ƠCẤUMÙA VỤ VÀ NĂNGSUẤTLÚA TRÊNCÁCVÙNGĐẤTĐỒNGB ẰNGSÔNGCỬULONG LUẬN ÁN TIẾN SĨNGÀNHKHOAHỌCĐẤ TMÃNGÀNH:62620103 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNGĐẠIHỌCCẦNT HƠ TRẦNTHỊHIỀN TÍCH HỢP MƠ HÌNH AQUACROP VÀ ẢNHVIỄNTHÁMMODISTRONGXÁCĐỊNHC ƠCẤUMÙA VỤ VÀ NĂNGSUẤTLÚA TRÊNCÁCVÙNGĐẤTĐỒNGB ẰNGSÔNGCỬULONG LUẬN ÁN TIẾN SĨNGÀNHKHOAHỌCĐẤ TMÃNGÀNH:62620103 CÁN BỘ HƯỚNG DẪNPGs.Ts.VÕQUANGMI NH Lờicảmtạ Để hồn thành luận án tơi nhận hướng dẫn, quan tâm,giúp đỡ nhiệt tình từ quý Thầy Cô, bạn bè người thân Tôi xin gửi lời cảmơn chânthànhđến: Thầy hướng dẫn khoa học tận tình bảo, hướng dẫn, động viên vàtạo điều kiện tốt cho tơi q trình học tập nghiên cứu tạitrường Q Thầy Cơ giảng dạy lớp Nghiên cứu sinh Khoa học đất năm 2013 đãnhiệt tình hướng dẫn, giảng dạy truyền đạt kiến thức, kinh nghiệmq báuđểtơi hồnthànhchươngtrình học Q Thầy Cơ anh, chị Bộ Môn Khoa học đất - Khoa Nôngnghiệp Sinh học ứng dụng Bộ môn Tài nguyên Đất đai - Khoa Môitrường Tàinguyên Thiênnhiên quan tâm,hỗ trợt ô i t r o n g q u t r ì n h họctập Tập thể lớp cao học Khoa học đất Khóa 20, Quản lý đất đai Khóa 18, 19,20đãhỗ trợtơi trongqtrìnhđiều trakhảosátthựctế Chi cục Quản lý đất đai, Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Bến Tre đãtạođiềukiệnthuậnlợichotơiđược họctậptạiTrườngvà hồn thànhluận án Xinchân thành cảmơn: Bangiámhiệu TrườngĐạihọcCầnThơ; BanChủnhiệmKhoaNơngnghiệpvàSinhhọc Ứngdụng;BanChủ nhiệmvàq thầy cơKhoaSauĐạihọc; Các Phịng Ban chức khác Trường Đại học Cần Thơ;Đãtạođiều kiệntốt cho côngtác đàotạonghiêncứu sinh Saucùng xin chânthành cảm ơn sâu sắcđến gia đìnhv n g i t h â n đãgiúpđỡ,độngviêntơitrongsuốtqtrìnhhọctậpvàtạođiềukiệntốtnhấtđểtơihồnthànhluậnán Chânthành cảmơn! TrầnThịHiền TĨMTẮT Câyl ú a t l â u đ ã đ ợ c c o i l c â y t r n g c h ủ l ự c c ủ a Đ n g B ằ n g S n g CửuLong(ĐBSCL).Trongnhữngnămgầnđây,dotácđộngcủabiếnđổikhíhậu tình hình sản xuất lúa có nhiều biếnđộng.Sử dụng cơng nghệv i ễ n t h m vàhệthống thông tinđịalýGIS tronggiám sátcâytrồng cung cấpn h i ề u thông tin quan trọng cho việc phát triển sản xuất Bên cạnh đó, suất đượcmơphỏngdựatrênmơhìnhAquaCrop góp phần vào việc xây dựng chínhsách đảm bảo an ninh lương thực Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám,GIS kết hợp với mô hình AquaCrop để (1) Theo dõi biến động diện tích canhtác cấu mùa vụ lúa vùng đất khác nhau, khu vực ĐBSCL; (2) Xâydựng phương pháp ước đoán suất, sản lượng lúa vùng đất khácnhau dựa trênsựtíchhợp mơhìnhAquaCropvà ảnhviễnthámMODIS Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ viễn thám thơng qua phân tíchbiến động giá trị khác biệt thực vật (NDVI) ảnh MODIS từ năm 2000 đến2013, khảo sát 204 điểm vùng trồng lúa để theo dõi phân bố đánhgiá biến động cấu mùa vụ xác định khoảng biến động giá trị NDVI củatừng mùavụ tiểuvùng sinh thái ĐBSCL.Mơ hìnhm p h ỏ n g n ă n g suất AquaCrop sử dụng đểmô suất tại2 điểm thuộcv ù n g đất phèn đất phù sa,đồng thời tiến hànhhiệu chỉnhvà kiểm địnhm hình cho phù hợp với suất thực tế Kết hiệu chỉnh sử dụng đểmơ suất vị trí cịn lại nhằm phục vụ xây dựng đồ năngsuất lúa Phương pháp ước đoán suất, sản lượng lúa xây dựng dựatrên tích hợp mơ hình AquaCrop ảnh viễn thám MODIS thông qua việcxây dựng đồ khoanh đất (mỗikhoanh đất có liệu đầuv o m hình) vàbảnđồnăngsuấtlúa Kết nghiên cứu xây dựng thang biến động giá trị NDVI chocác kiểu sử dụng điển hình cấu mùa vụ chính, xác định nhómcơcấumùavụchínhởĐBSCLtừnăm2000đến2013,sựphânbốcơcấumùavụchiathành3khuvựcchính(1)-khu vực đầu nguồn sơng Cửu Long chịuảnh hưởng mạnh lũ; (2) -k h u v ự c g i ữ a s ô n g C u L o n g c h ị u ả n h h n g lũ với so với khu vực đầu nguồn; (3)k h u v ự c c h ị u ả n h hưởng triều biển Đông biển Tây chịu tác động xâm nhập mặn vàthiếu nước vào mùa khô Kết đánh giá cho thấy độ tin cậy cao với độchính xác toàn cục 84,5% số kappa 0,78 Đã xây dựng phươngpháp tích hợp mơ hình AquaCrop ảnh viễn thám MODIS để ước đoán năngsuất, sản lượng lúa liệu trồng thời gian xuốnggiống, thời gian sinh trưởng, độ phủ tán giải đoán từ ảnh MODIS Kếtquảứ n g d ụ n g t i t ỉ n h A n G i a n g đ ã x â y d ự n g b ả n đ n ă n g s u ấ t l ú a c ácvụ Đông Xuân 2012 – 2013, Hè Thu 2013 Thu Đơng 2013 Kết tính tươngquannăngsuấtdựđốntrungbìnhtheotừnghuyệnvớisốliệuthốngkêchothấy hệ số tương quan cao đạt mức ý nghĩa 5% kết dự đốn năngsuất trung bình vụ Đơng Xn, 1% cho kết dự đốn suất trung bìnhvụ HèThu,ThuĐơng SUMMARY Rice has long been considered a staple crop of Mekong River Delta(MRD) In recent years, under the impact of climate change on the productionof rice ismorevolatile Using remote sensing technology andgeographicinformation system GIS in crop monitoring provides important information forthe development of production Besides, the rice yield is simulated base on theAquaCropmodelhascontributedtopolicydevelopmenttoensurefoodsecurity.Thiss tudyhadapplicationremotesensing,GIScombinedwithAquaCropm o d e l t o ( ) M o n i t o r t h e c h a n g e s o f a c r e a g e a n d r i c e c r o p i n differentareas, theMekongDelta; (2)Determinethemethodsofyieldestimates,riceproductionindifferentareasbased onthecombinationofAquaCropmodelandMODISimage Research has used remote sensing (through analysis the changes of TheNormalized Difference Vegetation Index - NDVI) of MODIS images from2000 to 2013, the survey of 204 sites in the rice-growing areas, to monitor thedistribution and evaluate the fluctuations ofrice crop identified the rules ofNDVI variation of ecological subregion Mekong Delta AquaCrop model wasused to simulate yield at sites of acid sulphate soils and alluvial soils, thencalibration the input parameters and testing models to suit the actual yield.Calibration results are used to simulate yield in the other sites to serve themappingyield.Yield andproductionestimates methodisbasedonthecombination of AquaCrop model and MODIS image through creating landunitsmaps (each unit has the same inputdata model)and theyield map The result have determined the rules of NDVI variation for generalizedland use and the main rice crop, determined main groups of rice crop in theDelta from 2000 to 2013, the distribution of rice crop is divided into mainareas:(1)TheupstreamMRDregionisstronglyinfluencedbytheflood;(2) – the middle MRD region affected by floods, but with less than the upperregion; (3) the downstream MRD region affected by the East Sea and the WestSea tides are affected by salinization and water shortages in the dry season.Evaluation results showed high reliability with the total accuracy index is84.5% and kappa is 0.78 It has developed methods combination of AquaCropmodel and MODIS image to estimate yield and productivity rice, while cropcharacteristicsinputdataastimesowing,growingtime,canopycoverisdetermi ned from MODIS This method is applied in An Giang province, it hascreated the yield map of Winter Spring 2012 - 2013, Summer Autumn 2013andAutumnWinter2013.Calculationresultsshowedaclosecorrelationbetwe en predicted and statistics yield of rice by district (reached significancelevel of 5% in Winter Spring, 1% in Summer Autumn 2013 and AutumnWinter2013 CONGHÕAXÃHOICHÚNGHÍAVIETNAM Doclap—Tmdo—Hanhphúc LÕICAMDOAN cúatơi ket q cúanghiêncúunày chira diroc dung cho batcúturn áncúngcapnàokhác Cán bô hu* s dàn Cân ho,ngàyt*tháng nãm2 Tácgiãluànán TrânThiHien VõQuangMinh iV MỤC LỤC TÓMLƯỢC i SUMMARY iii DANHSÁCHBẢNG viii DANH SÁCHHÌNH x DANHMỤCCÁCCHỮVIẾTTẮT .xvi Chương1:GIỚITHIỆU 1.1 Tính cấpthiết củađềtài .1 1.2 Mục tiêu đềtài 1.3 Nộidungnghiêncứu .2 1.4 Đốitượngvà phạmvinghiêncứu 1.5 Ýnghĩacủa luận án .3 1.6 Nhữngđiểmmới luậnán CHƯƠNG2:TỔNGQUAN TÀI LIỆU 2.1 TổngquanvềĐồngbằngsôngCửaLong 2.1.1 Vịtríđịalý điềukiệntựnhiên 2.1.2 Phânbốvà đặc tínhcác nhómđấtchính .6 2.1.3 Sơ lược vềtìnhhìnhsảnxuấtlúa .11 2.2 Giớithiệukháiquátvềviễnthámvàứng dụngtrongxâydựngbản đồnôngnghiệp 14 2.2.1 Địnhnghĩaviễnthám 14 2.2.2 Mộtsốđặc trưngchínhcủa hệ thốngchụpảnh vệtinhMODIS 15 2.2.3 Ảnhchỉsốthực vậtvà phươngpháp tính 15 2.2.4 Phươngpháplựa chọntưliệuảnh vệ tinhtrongxâydựngbảnđồnôngng hiệp 19 2.2.5 Sửd ụ n g t l i ệ u ả n h v i ễ n t h m đ a t h i g i a n t r o n g g i m s t c â y l n g thực 21 2.2.6 Ưuđiểmvànhượcđiểmcủaviễnthámcholậpbảnđồmùavụcâytrồngởđịa phương,năngsuất,vàthayđổitronghệ thốngnơngnghiệpcótưới 38 2.3 Mơ hình hóa 39 2.3.1 Mơhìnhvà mơphỏng 39 2.3.2 Cácloạimơhìnhnơngnghiệp 40 2.3.3 Mơhìnhnước– Tăngtrưởngcâytrồng 41 2.4 Tíchhợpmơ hình vàviễn thám 45 Chương3.PHƯƠNGTIỆNVÀ PHƯƠNGPHÁP 59 3.1 Địađiểmvàthờigiannghiêncứu 59 3.2 Dữliệu .59 3.3 Phươngpháp thực 59 3.3.1 Phươngpháptheodõi trạng vàbiếnđộng mùavụ lúa,tiến độxuốnggiống,xácđịnhdiệntíchtrên cácvùngđấtkhácnhau khuvực ĐBSCL 60 3.3.2 SửdụngmơhìnhA q u a C r o p đểm ô năngsuấtlúatrê ncác v ù n g đấtkhác 67 3.3.3 TíchhợpmơhìnhAquacropvàviễnthámxâydựng bảnđồnăng suấtvàtínhtốnsảnlượnglúa .71 Chương4: KẾTQUẢTHẢOLUẬN .75 4.1 Sửdụngảnhviễnthámtrongtheodõibiếnđộngdiệntíchcanhtáccơcấumùavụ lúatrêncác vùngđấtvàsinhtháikhácnhau ĐBSCL 75 4.1.1 Kết quảthu thập dữliệu 75 4.1.2 PhântíchsựbiếnđộnggiátrịNDVIcủacácđốitượngsửdụngđấtv mù avụlúa 76 4.1.3 Sựphânbốcơcấumùavụtừnăm 2000đếnnăm2013trêncácvùng đấtvàsinhtháiĐBSCL .95 4.1.4 Đánh giá biến động cấu mùa vụ lúa từ năm 2000 – 2013 vùngđấtvàsinhtháiĐBSCL 114 4.1.5 Đánhgiáđộtincậy kếtquảgiảiđoán 134 4.2 Tích hợp mơ hình AquaCrop ảnh viễn thám ước đoán suất,sản lượnglúa 137 4.2.1 Xây dựng phương pháp ước đoán suất, sản lượng lúa vùngđấtkhácnhautrêncơsởsửdụngảnhviễnthámMODISvàmơh ì n h AquaCrop 137 4.2.2 Ứng dụng mơ hình AquaCrop ảnh viễn thám MODIS mô phỏngnăngsuấtlúatrên vùngđất tỉnhAnGiang 141 Chương 5:KẾT LUẬNVÀKIẾNNGHỊ 174 5.1 Kếtluận 174 5.2 Kiếnnghị 175