Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: Ứng dụng GIS và phương pháp phân tích thứ bậc AHP đánh giá thích nghi đất đai cây
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nội dung nghiên cứu
Điều tra điều kiện tự nhiên và các hoạt động sử dụng đất nông nghiệp
Bài viết này tổng hợp số liệu về điều kiện tự nhiên, tài nguyên môi trường, kinh tế - xã hội và sản xuất nông - lâm nghiệp tại huyện Đức Trọng.
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả sử dụng đất tại Huyện, phân tích các mô hình sử dụng đất theo nhóm và loại đất khác nhau.
Đánh giá mức độ thích hợp cây
Lựa chọn chỉ tiêu đánh giá thích nghi cho cây cà phê vối, mô tả các yêu cầu sử dụng đất của cây (tầng dày, độ dốc…)
Tính trọng số từng chỉ tiêu lựa chọn Phân cấp từng chỉ tiêu lựa chọn
Xây dựng bản đồ đơn vị đất đai
Xây dựng bản đồ thích nghi cho cây cà phê vối
Đánh giá khả năng thích hợp cho từng đơn vị đất
Định hướng, kiến nghị việc sử dụng đất trên địa bàn.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dụng phân tích AHP kết hợp GIS, dựa trên phân hạng đất đai FAO, xác định trọng số chỉ tiêu sinh thái cà phê Robusta và xây dựng bản đồ vùng thích hợp phát triển cây cà phê trên địa bàn.
Phương pháp kế thừa lấy tiêu chuẩn đánh giá thích nghi đất đai của FAO làm nền tảng để chọn lọc khung đánh giá đất đai cho nghiên cứu
Phương pháp thống kê số liệu từ các cơ quan ban ngành đối với diện tích
Nghiên cứu sử dụng phương pháp chuyên gia, thu thập ý kiến từ 6 hộ trồng cà phê vối để đánh giá mức độ quan trọng của các chỉ tiêu Mặc dù đảm bảo tính khách quan hơn so với khảo sát nhóm, phương pháp này vẫn có hạn chế về tính cá nhân hóa và độ chính xác khoa học do dựa trên kinh nghiệm thực tiễn.
Ứng dụng kỹ thuật GIS thu thập, xử lý thông tin bản đồ đơn tính, chồng lớp tạo bản đồ đơn vị đất đai So sánh nhu cầu sử dụng đất của cây trồng với các đơn vị đất đai để xây dựng bản đồ thích nghi.
Hình 3.1 Phương pháp xây dựng bản đồ thích nghi
Bài viết trình bày phương pháp AHP để xác định trọng số các chỉ tiêu (thành phần cơ giới, tầng dày, độ dốc, loại đất, khả năng tưới) đánh giá khả năng thích nghi của cây cà phê Vối Các trọng số này được sử dụng trong AHP để tính toán chỉ số thích nghi, kế thừa phân hạng đất đai (S1, S2, S3, N).
Thành phần cơ giới Độ dốc
Khả năng tưới yêu cầu sử dụng đất của cây cà phê Vối Bản đồ đơn vị đất đai
Bản đồ Khu vực thích nghi
+ Xây dựng ma trận so sánh theo cặp các chỉ tiêu: phỏng vấn chuyên gia so sánh mức độ quan trọng giữa các chỉ tiêu
+ Xác định tỷ số nhất quán
+ Tính toán chỉ số thích nghi cho cây cà phê Vối
Hình 3.2 Phương pháp tính chỉ số AHP
Quy trình thực hiện
- Thu thập dữ liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, các bản đồ đất, bản đồ
So sánh các cặp chỉ tiêu đã chọn lựa Tính trọng số Wi
Tính chỉ số nhất quán CR
Tính chỉ số thích nghi đúng Sai
Nghiên cứu xác định các nhân tố ảnh hưởng sinh trưởng cà phê Vối tại khu vực nghiên cứu, dựa trên điều tra chuyên gia và người trồng cà phê lâu năm Chỉ số thích nghi (CR) được tính toán bằng phương pháp AHP.
- Tiến hành xây dựng các bản đồ đơn tính, chồng xếp các bản đồ đơn tính để thành lập bản đồ đơn vị đất
- Mô tả yêu cầu sử dụng đất cho cây cà phê Vối
- Đối chiếu giữa yêu cầu sử dụng đất của cây cà phê Vối với các tính chất đất đai của bản đồ đơn vị đất
- Xây dựng bản đồ thích nghi cây cà phê Vối
- Đề xuất hướng sử dụng hợp lí
Hình 3.3 Phương pháp thực hiện tổng quát
Thu thập tài liệu, dữ liệu
Bản đồ đất, HTSDĐ, hệ sinh thái cây trồng…
Xây dựng bản đồ đơn tính (tầng dày, độ dốc…)
Bản đồ đơn vị đất đai
So sánh chỉ tiêu, tính Wi, chỉ số
CR, chỉ số thích nghi Phân cấp thích nghi cây trồng
Bản đồ thích nghi Kết luận, kiến nghị Yêu cầu SDĐ đất cây cà phê Vối
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Xác định trọng số của từng chỉ tiêu đánh giá theo phương pháp AHP
4.1.1 Thiết lập thứ bậc của vấn đề nghiên cứu
Nghiên cứu này áp dụng phương pháp AHP kết hợp GIS để đánh giá khả năng thích nghi của cây cà phê Vối, dựa trên mục tiêu nghiên cứu và đặc điểm cây trồng Phương pháp này kế thừa tiêu chí đánh giá của FAO, thiết lập các chỉ tiêu và phương án đánh giá khác nhau cho từng chỉ tiêu, nhằm đạt được mục tiêu nghiên cứu.
Bảng 4.1 Xác định mục tiêu nghiên cứu
Bài viết dựa trên nghiên cứu "Phân hạng đánh giá đất đai" của PGS.TS Vũ Năng Dũng và cộng sự để phân loại đất thích hợp trồng cà phê Vối Kết quả phân cấp dựa trên tiêu chí của FAO về khả năng sử dụng đất.
Phương án Đánh giá thích nghi tự nhiên đối với cây cà phê Vối Tầng dày đất Độ dốc Loại đất TP cơ giới Khả năng tưới
Bảng 4.2 Yêu cầu sử dụng đất đối với cây cà phê Vối
Chất lượng đặc điểm đất đai S1 S2 S3 N
Loại đất Fk,Fu Fn,Fs Fs, Fp, Fq,
Fa Đất khác Độ dốc 15
TPCG Thịt nặng, sét (e, g) Thịt tb (d) Thịt nhẹ
(c) Khả năng tưới Tưới mặt Tưới ngầm Tưới ngầm Không tưới
4.1.2 Xây dựng ma trận so sánh cặp chỉ tiêu phân cấp thích nghi cho từng chỉ tiêu
Sinh trưởng và phát triển của cây cà phê Vối phụ thuộc vào nhiều yếu tố Nghiên cứu tập trung vào 5 nhân tố chính: loại đất, độ dốc, tầng dày đất, thành phần cơ giới và khả năng tưới tiêu để xây dựng bản đồ thích nghi, trong khi các yếu tố khác chỉ được xem xét tham khảo Do tầm quan trọng của từng nhân tố khác nhau, việc xác định trọng số cho mỗi nhân tố là rất cần thiết.
Phương pháp phân tích thứ bậc AHP giúp xây dựng ma trận so sánh trọng số giữa các yếu tố, xác định tầm quan trọng tương đối của chúng Nghiên cứu áp dụng AHP để đánh giá sự thích nghi của cây dựa trên 6 ý kiến về tầm quan trọng của các chỉ tiêu (Bảng 4.3).
Bảng 4.3 Các thông số chỉ tiêu
Các thông số Ý kiến 1 Ý kiến 2 Ý kiến 3 Ý kiến 4 Ý kiến 5 Ý kiến 6 Giá trị riêng ma trận 11 5.1409 5.4110 5.1839 5.2766 5.1387
Chỉ số nhất quán (CI) 0.0501 0.0352 0.1027 0.0459 0.0691 0.0346 Chỉ số ngẫu nhiên (RI) 1.12 1.12 1.12 1.12 1.12 1.12
Tỷ số nhất quán (CR) 0.0447 0.0314 0.0917 0.0410 0.0617 0.0309
Tỷ số nhất quán (CR) trong bảng dữ liệu đều đạt mức chấp nhận được, lý tưởng nhất là dưới 10%; nếu vượt quá ngưỡng này cần tiến hành lại quy trình.
Bài viết tổng hợp ý kiến chuyên gia, xây dựng ma trận so sánh để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các chỉ tiêu đến cây cà phê Vối thông qua việc tính trọng số trung bình.
Bảng 4.4 Ma trận so sánh tổng hợp
Chỉ tiêu Tầng dày Độ dốc TPCG Loại đất Khả năng tưới
Bảng 4.5 Trọng số trung bình các chỉ tiêu
Chỉ tiêu Trọng số TB
Phân tích 5 chỉ tiêu ảnh hưởng đến sinh trưởng cà phê Vối cho thấy khả năng tưới quan trọng nhất (45,4%), tiếp theo là loại đất (20,4%), thành phần cơ giới (15%), độ dốc (9,98%) và tầng dày (9,11%) Việc đảm bảo tưới tiêu thích hợp rất cần thiết cho sự phát triển cây cà phê Vối.
AHP sử dụng ma trận so sánh tổng hợp để tính toán tỷ số nhất quán (CR) CR được dùng đánh giá độ chính xác của bảng ý kiến chuyên gia và độ tin cậy trọng số, như thể hiện trong Bảng 4.6.
Bảng 4.6 Các thông số theo AHP
Chỉ số nhất quán (CI) 0.009
Chỉ số ngẫu nhiên (RI) 1.12
Tỉ số nhất quán (CR) 0.008
Với hệ số nhất quán CR = 0.008 đạt yêu cầu, trọng số trung bình được xác nhận và áp dụng để tính toán chỉ số thích nghi, xây dựng bản đồ thích nghi cho cây cà phê Vối.
4.1.3 Mã hóa, phân cấp chỉ số thích nghi
Chỉ số thích nghi cây cà phê Vối (Y) được tính toán dựa trên tổng điểm của 5 chỉ tiêu: loại đất (X1), độ dốc (X2), khả năng tưới (X3), tầng dày (X4) và thành phần cơ giới (X5), mỗi chỉ tiêu được tính trọng số riêng.
Kết quả mã hóa được thể hiện ở Bảng 4.7
Bảng 4.7 Mã hóa phân cấp chỉ tiêu thích nghi
Loại đất Fk,Fu Fn,Fs Fs, Fp, Fq,
Fa Đất khác Độ dốc 15
Tưới mặt Tưới ngầm Tưới ngầm Không tưới
Nghiên cứu sử dụng ArcGIS 10.1 phân tích mã hóa chỉ tiêu, tính toán chỉ số thích nghi đất đai từ 1 đến 9, dựa trên cấu trúc phân hạng của FAO (Bảng 4.7) Chỉ số này phản ánh mức độ dao động của khả năng thích nghi.
Bảng 4.8 Phân cấp chỉ số thích nghi
Giá trị chỉ số thích nghi Hạng thích nghi
Xây dựng hệ thống bản đồ phục vụ đánh giá thích nghi cây cà phê Vối
Nghiên cứu sử dụng GIS để thu thập, xử lý dữ liệu, tạo bản đồ đơn tính về đất đai GIS giúp chồng xếp các lớp thông tin này để xây dựng bản đồ đơn vị đất đai và tích hợp trọng số đánh giá, cuối cùng tạo bản đồ thích nghi cây cà phê Vối.
Năm 2010, huyện Đức Trọng có tổng diện tích tự nhiên (DTTN) 89695,49 ha, được phân loại thành 11 đơn vị đất khác nhau Đất phù sa (4168,71 ha, 4,65% DTTN) gồm 5 loại, thích hợp với nhiều cây trồng như bắp, rau, đậu đỗ, mía, dâu, lúa nước Đất xám bạc màu chiếm 32893,24 ha (3,23% DTTN) Đất đen (4234,17 ha, 4,72% DTTN) gồm 2 loại, thích hợp với cây màu và cây công nghiệp ngắn ngày Đất đỏ vàng chiếm diện tích lớn nhất (52128,97 ha, 58,12% DTTN), phù hợp với cây công nghiệp lâu năm và hoa màu.
Bài tiểu luận nghiên cứu các loại đất: đất nâu vàng trên bazan (Fu), đất nâu trên bazan (Fn), đất nâu vàng trên andezit (Fd), đất vàng đỏ trên granite (Fa), đất đỏ vàng trên đất sét kết (Fs), đất nâu vàng trên phù sa cổ (Fp), và đất đỏ vàng biến đổi do trồng lúa nước (Fl), đều thích hợp với cây công nghiệp lâu năm và/hoặc hoa màu, ngoại trừ đất Fs chủ yếu thích hợp với hoa màu và đất Fp phù hợp với màu, rau hoa, dâu tằm Đất mùn đỏ vàng (diện tích 26270,40ha, chiếm 29,29% diện tích tự nhiên), hình thành từ andezit, granite và cát sét kết ở độ cao trên 1000m, hiện trạng là rừng thứ sinh tốt.
Bảng 4.9 Thống kê diện tích phân loại đất huyện Đức Trọng
STT Soil_ID Loại đất Diện tích Tỷ lệ
1 So01 Các đất phù sa ven sông (P, Pb) 935.27 1.04%
2 So02 Các đất phù sa ven sông (Pf, Pg) 768.38 0.86%
3 So03 Phù sa ngoài suối (Py) 2465.06 2.75%
4 So04 Các đất xám bạc màu 2893.24 3.23%
5 So05 Đất nâu thầm trên bazan (Ru) 853.30 0.95%
6 So06 Đất đen trên bazan và đất dốc tụ (Pk, Fl, D) 3380.87 3.77%
7 So07 Các đất đỏ vàng trên bazan (Fk, Fu, Fn) 21696.57 24.19%
8 So08 Đất nâu vàng trên đất phù sa cổ (Fp) 201.07 0.22%
9 So09 Đất nâu vàng trên Andezit, đỏ vàng trên đá sét (Fd, Fs) 10865.17 12.11%
10 So10 Các đất đỏ vàng trên macma axit và đá cát (Fa, Fq) 19366.16 21.60%
11 So11 Các đất mùn đỏ vàng trên núi cao 26270.40 29.29%
Đất đai huyện Đức Trọng màu mỡ, chủ yếu là đất mùn đỏ vàng trên núi cao (29,29%), đất đỏ vàng trên bazan (24,19%) và đất đỏ vàng trên macma axit/đá cát (21,60%), thích hợp trồng cây công nghiệp lâu năm như cao su, điều.
Hình 4.1 Bản đồ loại đất huyện Đức Trọng, tỉnh Lâm Đồng
4.2.2 Bản đồ độ dốc Độ dốc là góc nghiêng mặt đất so với mặt phẳng tương đương, là yếu tố đặc trưng cho địa hình vùng đồi núi Độ dốc có ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ xói mòn của đất và các hoạt động trong sản xuất Độ dốc trên địa bàn huyện Đức Trọng được chia làm 5 cấp : 15 0 chiếm tới 62,43 % tổng diện tích trên cả vùng
Hình 4.2 Bản đồ độ dốc huyện Đức Trọng, tỉnh Lâm Đồng
Tầng dày đất là một trong những yếu tố có ảnh hưởng rất lớn đến sự sinh
Tiểu luận tốt nghiệp nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống rễ cây cà phê đến khả năng chống chịu thời tiết khắc nghiệt, đảm bảo phát triển bền vững Nghiên cứu tập trung vào vai trò của rễ cây ăn sâu, bám trụ trong việc nâng cao khả năng sống sót và sinh trưởng lâu dài của cây cà phê.
Chỉ tiêu tầng dày trên địa bàn huyên Đức Trọng được chia làm 3 cấp: < 50cm;
Bảng 4.10 Thống kê diện tích theo yếu tố tầng dày
STT De_ID Tầng dày Diện tích Tỷ lệ
Huyện có tổng diện tích 89695,49 ha, trong đó hơn 66% diện tích đất có độ dày trên 100cm, rất thích hợp trồng cà phê Vối Khoảng 28,15% diện tích có độ dày 50-100cm, cũng phù hợp trồng cây này Chỉ 5,30% diện tích có độ dày đất mỏng dưới 50cm Điều này cho thấy đất đai huyện rất màu mỡ và rộng lớn, lý tưởng cho phát triển cây cà phê Vối.
Hình 4.3 Bản đồ tầng dày huyện Đức Trọng, tỉnh Lâm Đồng
4.2.4 Bản đồ thành phần cơ giới
Thành phần cơ giới đất, tỷ lệ các cấp hạt khác nhau, quyết định độ phì nhiêu và ảnh hưởng lớn đến cây trồng, chế độ canh tác Mỗi loại cây cần thành phần cơ giới khác nhau; cà phê thích hợp với đất trung bình, thoát nước tốt, thuận lợi cho sinh trưởng, phát triển.
Đất huyện được phân thành 3 loại cơ giới: thịt nhẹ (5-20% sét), thịt trung bình (20-40% sét), và thịt nặng (>40% sét).
Bảng 4.11 Thống kê diện tích theo yếu tố thành phần cơ giới
STT Co_ID Thành phần cơ giới Diện tích Tỷ lệ
Thành phần cơ giới huyện cung cấp khá đa dạng trong đó lượng trung bình chiếm số lượng khá cao 52.26 % so với các thành phần cơ giới khác
Hình 4.4 Bản đồ thành phần cơ giới huyện Đức Trọng, tỉnh Lâm Đồng
4.2.5 Bản đồ tưới Đối với loại cây trồng dài ngày thì việc tưới tiêu là một yếu tố quan trọng, có sự tác động rất lớn đến quá trình sinh trưởng, phát triển và cho năng suất của cây trồng Khả năng tưới trên địa bàn huyên Đức Trọng được chia làm 3 cấp: tưới mặt, tưới ngầm, không tưới
Bảng 4.12 Thống kê diện tích theo chỉ tiêu khả năng tưới
STT Ir_ID Khả năng tưới Diện tích Tỷ lệ
Khả năng tưới tiêu tại huyện Đức Trọng cho thấy tỷ lệ không tưới chiếm ưu thế (68,60%), tiếp theo là tưới mặt (22,40%) và tưới ngầm (9%).
Hình 4.5 Bản đồ khả năng tưới huyện Đức Trọng, tỉnh Lâm Đồng
Đánh giá thích nghi tự nhiên của cây cà phê Vối và đề xuất phát triển
4.3.1 Xây dựng bản đồ thích nghi
Bản đồ đơn vị đất đai cho cây cà phê Vối được xây dựng bằng phương pháp chồng lớp 5 bản đồ đơn tính để đánh giá khả năng thích nghi tự nhiên của cây trồng này.
Chức năng Overlay Intersect giúp chồng xếp các bản đồ đơn tính (loại đất, tầng dày, khả năng tưới, độ dốc, thành phần cơ giới), tạo đối tượng mới kế thừa 5 thuộc tính này, đáp ứng 5 tiêu chí lựa chọn.
Hình 4.6 Cửa sổ hộp thoại Intersect chồng xếp bản đồ
Bài viết trình bày phương pháp tạo bản đồ mới bằng cách hợp nhất các vùng giao nhau của đối tượng trên bản đồ đơn tính Kết quả là các đối tượng đa thuộc tính (5 thuộc tính) dùng để chồng xếp lên nhau.
Công cụ Dissolve được dùng để phân tích và tách vùng đất dựa trên đặc tính như loại đất, cơ giới, độ dốc, tầng dày và khả năng tưới, phục vụ việc thống kê và mô tả đơn vị đất đai.
Bài viết đánh giá khả năng thích nghi của cây cà phê Vối tại huyện Đức Trọng, tỉnh Lâm Đồng dựa trên các yếu tố đất đai như thành phần cơ giới, độ dốc, tầng dày, khả năng tưới Phương pháp nghiên cứu kết hợp GIS, khung đánh giá đất đai của FAO và AHP để xác định chỉ số thích nghi của mỗi đơn vị đất đai (LMU) đối với cây cà phê (LUT), xem xét mức độ quan trọng và tương tác giữa các đặc tính đất đai ảnh hưởng đến sinh trưởng cây trồng Kết quả được phân cấp theo bảng 4.1.
- Khởi động Arcmap mở bản đồ đơn vị đất đai, click chuột phải vào bản đồ mở bảng thuộc tính Open attribute table
- Chọn Option -> Add field để tạo thêm các trường thuộc tính để tính toán chỉ số thích nghi Y và phân hạng chỉ số thích nghi theo FAO
Tính chỉ số thích nghi theo AHP:
Click chuột phải vào trường điểm thích nghi, chọn File Calculator, xuất hiện
Hình 4.8 Cửa sổ tính chỉ số thích nghi theo AHP
Tính chỉ số thích nghi theo FAO:
Tương tự ta viết câu lệnh cho trường thích nghi nhằm xác định vùng thích nghi trên địa bàn nghiên cứu
Bản đồ thích nghi đất đai Đức Trọng - Lâm Đồng được xây dựng dựa trên chỉ số thích nghi đã tính toán, xác định mức độ thích hợp của đất Tiểu luận tốt nghiệp này trình bày kết quả nghiên cứu.
Hình 4.9 Bản đồ thích nghi cây cà phê Vối
4.3.2 Đánh giá thích nghi cây cà phê Vối trên địa bàn
Lựa chọn vùng không gian thích hợp cho canh tác cà phê tại Đức Trọng cần dựa trên yếu tố kinh tế - xã hội và khả năng thích nghi tự nhiên Diện tích đất trồng cà phê ở Đức Trọng gồm 201.07 ha (S1), 17011.33 ha (S2), 11295.58 ha (S3) và 61187.53 ha không thích nghi Việc chuyển đổi diện tích không thích nghi là cần thiết để phát triển bền vững.
Bảng 4.13 Diện tích thích nghi của cây cà phê Vối
STT Thích nghi Diện tích(ha) Tỷ lệ(%)
Nghiên cứu cho thấy diện tích thích hợp trồng cà phê Vối rất hạn chế: chỉ 201.07ha (0.02%) thuộc diện tích thích nghi cao (S1) tại Tam Bố và Bảo Thuận Diện tích thích nghi trung bình (S2) là 17011.33ha (18.97%), thích nghi thấp (S3) là 11295.58ha (12.59%), trong khi diện tích không thích hợp (N) lên tới 61187.53ha (68.23%).
Cà phê Vối phát triển tốt nhất trên đất đỏ vàng (Fk, Fu, Fn, Fs), độ dốc dưới 3 độ, tầng đất dày trên 100cm và thành phần cơ giới thịt nặng, sét hoặc thịt trung bình Khả năng tưới tiêu tốt là yếu tố quan trọng Tránh trồng trên đất phù sa, đất xám bạc màu và đất đen bazan (Pk, Fl).
Đức Trọng không phù hợp trồng cà phê Vối do hạn chế về tưới tiêu và địa hình dốc Cà phê Vối cần nguồn nước ổn định, đặc biệt là nước ngầm, nhất là mùa khô Vùng có nước ngầm nông hay sâu đều không lý tưởng Khó khăn trong nghiên cứu và địa hình dốc gây hạn chế xây dựng hệ thống tưới tiêu hiệu quả Cần cải thiện để tăng khả năng thích nghi.
Để đạt năng suất cà phê tối đa và tối ưu diện tích trồng, hệ thống tưới tiêu hiệu quả là yếu tố cần thiết.
Khả năng thích nghi hạn chế của cà phê Vối, với diện tích thích hợp thấp và tỷ lệ thích nghi trung bình không cao, khiến quy hoạch trồng loại cây này ở huyện gặp nhiều khó khăn hơn so với các loại cây khác.