Kỹ Thuật - Công Nghệ - Báo cáo khoa học, luận văn tiến sĩ, luận văn thạc sĩ, nghiên cứu - Nông - Lâm - Ngư 1 SAM Paper Series 16 (2002) MÙ hÏnh ho· c·c thay đổi sử dụng đất tại huyện Chợ Đồn vớ i phươ ng ph·p CLUE-S Vũ NguyÍn a , Jean-Christophe Castella b , Peter H. Verburg c a Viện Khoa học Kỹ thuật NÙng nghiệp Việt Nam (VASỤ), Thanh TrÏ, H‡ Nội, Việ t Nam b Viện NghiÍn cứu vÏ sự Ph·t triển (Ụ RD), 213 rue Lafayette, 75480 Paris Cedex 10, France, v‡ Viện NghiÍn cứu L˙a Quốc tế (IRRI), DAPO 7777, Metro Manila, Philippines c PhÚng Thổ nhưỡng v‡ địa chất, Khoa khoa học mÙi trường, Trường Đại học Wageningen, H‡ Lan TÛm tắt Chợ Đồn l‡ một huyện của tỉnh Bắc Kạn, thuộc lưu vực SÙng Hồng. PhÌa Bắc gi·p hồ Ba Bể huyện Ba Bể , phÌa nam gi·p huyện Định Ho· tỉnh Th·i NguyÍn, PhÌa đÙng gi·p huyện Bạch ThÙng, Phia t‚y gi·p huyệ n Na Hang - ChiÍm Ho· tỉnh TuyÍn Quang. To‡n bộ huyện cÛ 21 x„ v‡ 1 thị trấn. D‚n số l‡ 46224 người, chủ yế u l‡ người d‚n tộc T‡y (75), Dao (11) v‡ người Kinh (9). Tổng diện tÌch to‡n huyện l‡ 91590 ha, trong đÛ đất d‡nh cho nÙng nghiệp l‡ 239 ha, phần lớn d‚n số sống dựa ho‡n to‡n v‡o nÙng nghiệ p. Sự tăng d‚n số g‚y ra những ·p lực đối với sử dụng đất v‡ nguồn t‡i nguyÍn thiÍn nhiÍn. Do chỉ cÛ qu· Ìt đấ t nÙng nghiệp nÍn diện tÌch đất dốc đang chuyển đổi sang đất nÙng nghiệp để sản xuất lương thực đ·p ứ ng nhu cầu ng‡y c‡ng tăng. Điều n‡y liÍn quan đến việc bền vững l‚u d‡i của nguồn t‡i nguyÍn thiÍn nhiÍn. Để bả o vệ hệ thống n‡y, chÌnh phủ đ„ cấm việc ph· rừng l‡m nương. Trong thập kỷ vừa qua, nÙng thÙn Việt Nam đ „ cÛ nhiều thay đổi, một trong những thay đổi lớn nhất l‡ giao đất cho từng hộ nÙng d‚n, điều n‡y cÛ nghĩ a l‡ người d‚n cÛ tr·ch nhiệm trÍn mảnh đất của mÏnh, v‡ việc thay đổi sử dụng đất sẽ diễn ra như thế n‡o thÏ người lập kế hoạch rất khÛ dự b·o được. Việc ·p dụng mÙ hÏnh ho· để mÙ phỏng v‡ dự b·o qu· trÏnh sử dụng đất CLUE-S (the Conversion of Land use and its Effects at Small regional extent) cho huyện Chợ Đồn, tỉ nh Bắc Kạn l‡ một cÙng cụ hỗ trợ đặc biệt cho c·c cấp quản l˝, nÛ gi˙p Ìch cho c·c nh‡ lập chÌnh s·ch v‡ lập kế hoạch sử dụng đất cÛ thể thấy được những v˘ng ổn định v‡ những v˘ng dễ thay đổi trong sử dụng đất do c·c định hướng kh·c nhau. C·c thÙng tin khoa học đưa ra từ mÙ hÏnh cÛ thể được xem như l‡ cÙng cụ để đ ·nh gi· c·c chÌnh s·ch sẽ đề ra. 1. Đặt vấn đề Dự b·o l‡ cÙng việc cần phả i l‡m trong c·c hoạt động nghiÍn cứu cũng như quản l˝. Dự b·o chÌnh x·c thÏ c·c chÌnh s·ch đề ra mới đ·p ứng được yÍu cầu đÚi hỏi của thực tế . Việc chuyển đổi sử dụng đất l‡ vấn đề m‡ c·c nh‡ nghiÍn cứu cũng như c·c nh‡ quả n l˝ đều rất quan t‚m. Hệ thống sử dụng đấ t rất phức tạp v‡ cÛ mối liÍn hệ chặt chẽ vớ i hệ thống x„ hội v‡ hệ sinh th·i. Sử dụng đấ t khÙng chỉ nÛi đến lớp đất v‡ sinh khố i trÍn mặt đất m‡ cÚn bao h‡m cả mục đ Ìch khai th·c mặt đất của con người. Việc thay đổi sử dụng đất khÙng phải l˙c n‡o cũng đem lạ i lợi Ìch cho cuộc sống con người. Đốt rừ ng v‡ sự Ù xy ho· c·c chất hữu cơ trong đất dẫn đến hiệu ứng nh‡ kÌnh v‡ do đÛ l‡m thay đổ i khÌ hậu to‡n cầu. Trồng trọt th‚m canh trÍn đất dốc dẫn đến tho·i ho· đất, giảm khả năng sử dụng đất dốc cho sản xuất lươ ng thực trong khi Ù nhiễm mÙi trườ ng khÙng kiểm so·t được. Để tr·nh hậu quả như vậy của thay đổi sử dụng đất, tiếp cận một c·ch hệ thống đ„ được ·p dụng. Kế hoạch sử dụng đất l‡ mộ t qu· trÏnh m‡ con người dự định thay đổi sử dụng đất dựa trÍn c·c mục tiÍu đề ra kết hợ p với c·c chức năng của hệ thống sử dụng đấ t hiện tại. Hệ thố ng NÙng nghiệ p Miền n˙i MÙ hÏnh ho· c·c thay đổi sử dụng đất tại huyện Chợ Đồn2 2. Phương ph·p nghiÍn cứu Trong b‡i n‡y, sử dụng đất thay đổi nghĩ a l‡ sự thay thế loại sử dụng đất n‡y bằng loại sử dụng đất kh·c. Sử dụng đất thay đổ i nÛi chung được coi l‡ do ảnh hưởng trực tiế p v‡ gi·n tiếp của nhiều yếu tố, những yếu tố n‡y được chia l‡m hai loại: Loại ảnh hưởng trực tiếp tới tỷ lệ v‡ số lượng sử dụng đất (VD: Rừng bị chặt để l‡m nÙng nghiệp do tăng d‚n số). Loại x·c định việc ph‚n bổ sử dụng đấ t (VD: Đất ph˘ hợp với trồng l˙a nước). Để thấy rı mối quan hệ tương hỗ giữa thay đổi sử dụng đất v‡ c·c yếu tố ảnh hưở ng, CLUE sử dụng phương ph·p truyền thống, đÛ l‡ sử dụng ph‚n tÌch tươ ng quan v‡ h‡m hồi quy, nhờ phương ph·p n‡y, hệ thố ng phức tạp với nhiều mối quan hệ qua lại, kế t hợp với sự phụ thuộc v‡o cấp độ rấ t khÛ mÙ tả một c·ch tổng qu·t nhưng cÛ thể lượ ng ho· đượ c. Sử dụng đất bị r‡ng buộc bởi c·c yếu tố mÙi trường như l‡ tÌnh chất đất, khÌ hậu v‡ đị a hÏnh, trong khi đÛ nh‚n tố con người x·c định vị trÌ sử dụng đất: ở đ‚u?, để l‡m gÏ? t ừ đÛ m‡ quy mÙ, phạm vi sử dụng đất ở mộ t nơi n‡o đÛ bị thay đổi. Để x·c định đượ c c·c yếu tố giải thÌch cơ cấu sử dụng đấ t, ch˙ng ta thiết lập một bộ số liệu gồm c·c tất cả c·c yếu tố m‡ được cho l‡ cÛ ảnh hưởng đế n việc sử dụng đất. Hầu hết c·c số liệu đượ c tổng hợp từ c·c điều tra ở cấp thÙn bản kế t hợp với c·c số liệu thống kÍ của huyệ n nÙng nghiệp năm 1998 theo địa giớ i h‡nh chÌnh x„, c·c số liệu về l˝-sinh học cÛ từ c·c bản đồ từ một số nghiÍn cứu kh·c, c·c số liệ u khÌ hậu cÛ được từ c·c trạm khÌ tượ ng. RiÍng bản đồ sử dụng đất được giải đo·n t ừ ảnh vệ tinh năm 1998. Để cÛ thể sử dụng được h‡m hồi quy, việ c trước tiÍn l‡ phải tạo một bộ số liệu ph˘ hợ p. Tất cả c·c bản đồ v‡ số liệu được chuyể n sang cấp Ù lưới cÛ kÌch thướ c l‡ 250 x 250 mÈt, tức l‡ trÍn mỗi Ù của huyện sẽ chứa đủ thÙng tin: loại sử dụng đất, mật độ d‚n số, độ cao, độ dốc,khả năng tiếp cậnÖBiến phụ thuộc trong ph‚n tÌch l‡ c·c loại sử dụng đấ t kh·c nhau. Khi ·p dụng CLUE ở phạm vi lớn như cấ p quốc gia với độ ph‚n giải lớn (kÌch thướ c Ù lưới lớn) v‡ ở cấp n‡y, sử dụng đất đượ c biểu thị bằng phần trăm của mỗi loại sử dụng đất trong mỗi Ù, chẳng hạn 30 đấ t trồng trọt, 40 cỏ v‡ 30 rừ ng. Khi ·p dụng CLUE ở phạm vi nhỏ, c·c loại sử dụng đất dựa trÍn bản đồ sử dụng đất hoặc đượ c giải đo·n từ ảnh vệ tinh sẽ được biểu thị bằng loại sử dụng đất chiếm lớn nhấ t trong một Ù v‡ được coi l‡ đồng nhất trong Ù đ Û. VÏ vậy khi chuyển sang dạng Ù lưới thÏ chỉ cÛ một loại sử dụng đất trong một Ù. Do đ Û biến phụ thuộc được biểu thị bằng số 1 (cÛ) hoặc số 0 (khÙng cÛ) trong mỗi Ù lướ i. Do sự kh·c nhau trong biểu diễn số liệ u v‡ tÌnh chất của c·c cấp ·p dụng nÍn đối với huyệ n Chợ Đồn, ·p dụ ng CLUE-S (the Conversion of Land use and its Effects at Small regional extent) l‡ thÌch hợp. Như vậy CLUE-S đượ c ·p dụng cho cấp v˘ng với độ ph‚n giả i cao, nÛ bao gồm mộ t mÙ hÏnh khÙng gian v‡ phi khÙng gian, cấp v˘ng ·p dụ ng trong mÙ hÏnh n‡y l‡ cấp huyện, rồi đến cấp Ù lướ i.. C·c th‡nh phần chÌnh của CLUE-S được biể u diễn trong hÏnh 1. 2.1. C·c yếu tố trong mÙ hÏnh X·c suất. Do c·c biến phụ thuộ c trong mÙ hÏnh l‡ nhị nguyÍn nÍn mÙ hÏnh thố ng kÍ trong CLUE-S dựa trÍn ph‚n tÌch h‡m hồ i quy logistic để x·c định v‡ lượng ho· đượ c c·c nh‚n tố ảnh hưởng đến sự xuất hiện củ a c·c loại sử dụng đất. C·c ph‚n tÌch đượ c thực hiện đối với sử dụng đất hiện tạ i cho từng loại sử dụng đất riÍng biệt. C·c hệ số của h‡m hồi quy được d˘ng để tÌnh x·c suấ t của mỗi Ù d‡nh cho từng loại sử dụng đấ t trong năm ph‚n tÌch. Khu vực được bảo vệ. Th‡nh phần n‡y chỉ ra những Ù n‡o được đư a v‡o tÌnh to·n trong mÙ hÏnh thay đổi sử dụng đất. Tất cả nhữ ng Ù khÙng được đư a v‡o trong tÌnh to·n l‡ vÏ ch˙ng được coi l‡ sử dụng đất ổn định. Phầ n n‡y được d˘ng để x·c định nhữ ng Ù n‡o thuộc v‡o v˘ng được bảo tồn, v˘ng m‡ đượ c giả thiết l‡ khÙng cÛ thay đổi gÏ về sử dụng đất trong thời gian mÙ phỏng. Nhu cầu. Ch˙ng ta đang nghiÍn cứu sự thay đổi sử dụng đất nÍn yếu tố thời gian cũng được đưa v‡o mÙ hÏnh. Ịếu tố n‡y đượ c xem v‡o như l‡ sự thay đổi sử dụng đấ t theo nhu cầu. Phần n‡y sẽ x·c định mỗi loại sử dụng đất cần thiết cho mỗi năm ở cấp v˘ng (cấ p huyện) m‡ khÙng cần ch˙ ˝ đến yếu tố khÙng gian. Ịếu tố phi khÙng gian n‡y cÛ thể x·c định bằng một mÙ hÏnh kinh tế, c·c đị nh hướng cho tương lai hoặc chỉ suy luận tuyế n tÌnh đơn giản về sự tăng diện tÌch sử dụng đất. MÙ hÏnh ho· c·c thay đổi sử dụng đất tại huyện Chợ Đồn3 HÏnh1. Những th‡nh phầ n chÌnh trong mÙ hÏnh CLUE-S Sự ổn định. Sự ổn định chỉ ra một loại sử dụng đất n‡o đÛ dễ thay đổi như thế n‡o. Th‡nh phần n‡y cung cấp cho ta độ co d„n của chuyển đổi. NÛi c·ch kh·c, sự chuyển đổi của một loại đất n‡o đÛ sang loại sử dụng đất kh·c l‡ dễ hay khÛ. Gi· trị của độ ổn định cÛ thể thay đổi từ 0 đến 1. Với số 0 tức l‡ loại sử dụng đất dễ thay đổi nhất, số 1 l‡ loại đất ổn định nhất. Ịếu tố ổn định l‡ yế u tố phi khÙng gian được x·c định cho mỗ i loại sử dụng đất ở cấ p v˘ng. Nh‚n tố ổn định n‡y rất khÛ tham số ho· được, do đÛ ch˙ng cần được suy luận dự a v‡o qu· khứ hoặc kết hợp với c·c kiến thứ c chuyÍn gia. Ma trận đổi. Ma trận n‡y chỉ ra sự chuyển đổi sử dụng đất n‡o l‡ được phÈp. Đ ‚y l‡ ma trận y x y, trong đÛ y l‡ số c·c loại sử dụng đất. Trong ma trận: h‡ng biểu thị c·c loại sử dụng đất hiện tại; cột biểu thị loại sử dụng đất cÛ thể được chuyển sang trong tươ ng lai; gi· trị 1 chỉ ra rằng sự chuyển đổi l‡ đượ c phÈp, gi· trị 0 tức l‡ khÙng đượ c phÈp. Trong ma trận n‡y cũng cÛ thể chỉ ra thờ i gian tối thiểu hoặc tối đa một loại sử dụ ng n‡o đÛ cần phải ổn định trước khi thay đổ i. Thời gian tối thiểu được chỉ ra bằng số 100 + thời gian, thời gian tối đa được chỉ ra bằ ng số ñ100 ñ thời gian. ở bước đầu tiÍn củ a mÙ hÏnh, c·c loại sử dụng đất được giả sử rằng đ„ tồn tại ở vị trÌ của ch˙ng được 5 năm rồi. 2.2. C·c bước ph‚n bổ sử dụng đấ t trong CLUE-S. Khi chạy mÙ hÏnh CLUE-S, c·c loại sử dụng đất kh·c nhau sẽ được ph‚n bổ v‡o c·c Ù kh·c nhau của v˘ng mÙ phỏng. Quy tắ c ph‚n bổ đất lần lượt theo những bước sau đ ‚y: 1. Tất cả c·c Ù được phÈp thay đổi đượ c x·c định (diện tÌch bảo tồn v‡ loại sử dụng đất ổn định bị loạ i ra). 2. Với mỗi Ù cÚn lại, x·c suất to‡n bộ đượ c tÌnh theo kết quả h‡m hồi quy, độ ổn định v‡ nh‚n tố lặp. Nh‚n tố lặp cÛ thể l‡m thay đổi x·c suất to‡n bộ nếu loại sử dụng đất đ„ được ph‚n bổ khÙng đ·p ứng được nhu cầ u. 3. Ph‚n bổ đầu tiÍn được tiến h‡nh vớ i gi· trị như nhau của biến lặp bằ ng c·ch ph‚n bổ loại sử dụng đất cÛ x·c suất cao nhấ t cho mỗ i Ù. 4. Tất cả c·c loại sử dụng đất đ„ đượ c ph‚n bổ sẽ được so s·nh với nhu cầu. Nế u diện tÌch đ„ được ph‚n bổ nhỏ hơn diệ n tÌch nhu cầu, gi· trị của biến lặp đượ c tă ng lÍn. 5. Bước 2 v‡ bước 5 được lặp lạ i khi nhu cầu chưa được thoả m„n. Khi sự ph‚n bổ bằng nhua cầu thÏ sự ph‚n bổ cuối c˘ng được ghi lại v‡ sự tÌnh to·n được tiếp tụ c cho năm tiế p theo. To‡n bộ thủ tục ph‚n bổ đất đượ c cho trong hÏnh 2. Bảo v ệ ổn địnhNhu cầu Cấp Ù lướ i, khÙng gian Cấp huyện, phi khÙng gian MÙ hÏnh ho· c·c thay đổi sử dụng đất tại huyện Chợ Đồn4 HÏnh 2. Thủ tục ph‚n bổ đất củ a CLUE-S 2.3. Phương ph·p thống kÍ Một phần quan trọng củ a mÙ hÏnh CLUE-S l‡ tÌnh h‡m hồi quy logistic. Dạng h‡m n‡y được sử dụng khi biến phụ thuộc l‡ nhị ph‚n (0 hoặc 1) v‡ biến độc lập l‡ liÍn tục hoặ c ph‚n loại. Mỗi loại sử dụng đất (biến phụ thuộc) trong CLUE-S cÛ gi· trị 0 hoặc 1 chỉ ra sự cÛ hay khÙng cÛ loại sử dụng đấ t trong mỗi Ù. H‡m logistic cÛ dạng như sau: Log(Pi 1-Pi ) = β 0 + β1X1i + β2X2i +...+ βnXni Trong đÛ Pi l‡ x·c suất của Ù để xuất hiệ n loại sử dụng đất đang xÈt v‡ X l‡ c·c nh‚n t ố ảnh hưởng. Phương ph·p hồi quy từng bướ c cho phÈp chọn những nh‚n tố cÛ liÍn quan trong tập hợp vÙ số c·c nh‚n tố đ„ được giả sử l‡ cÛ liÍn quan đến cơ cấu sử dụng đấ t. C·c hệ số của h‡m hồi quy được đưa ra trự c tiếp từ mÙ hÏnh. Trong mÙ hÏnh hồ i quy logistic bội n‡y, chỉ những biến cÛ ˝ nghĩ a nhất trong tập hợp những biến độc lập mới được đưa v‡o mÙ hÏnh để l‡m giảm sự cộ ng tuyến. Sự cộng tuyến l‡ sự tương quan giữ a c·c biến độc lập, c·c nh‚n tố ảnh hưởng. Sự tương quan n‡y được giả sử l‡ bằng 0 như ng vẫn xuất hiện khi c·c biến cÛ liÍn quan vớ i nhau được sử dụng, chẳng hạ n fluvisol v‡ khoảng c·ch tới sÙng suối. Tuy nhiÍn vẫ n khÙng thể loại hết sự cộng tuyến củ a mÙ hÏnh theo c·ch n‡y. Sự ph˘ hợp của mÙ hÏnh tuyến tÌnh bộ i cÛ thể mÙ tả bằng tỷ lệ giải thÌch của phươ ng sai (R 2 ). Gi· trị R2 n‡y nÛi lÍn đường hồ i quy giải thÌch số liệu nhiề u hay Ìt. C·ch ph˘ hợp để đ·nh gi· h‡m hồi quy logistic l‡ sử dụng ROC (Relative Operating Characteristics), đ‚y l‡ phương ph·p mÙ tả mối quan hệ giữa dự b·o đ˙ng v‡ sai đối vớ i những gi· trị cut-off kh·c nhau của x·c suấ t. Gi· trị cut-off trong mÙ hÏnh được mặc đị nh l‡ 0.5, nghĩa l‡ với c·c gi· trị nhỏ hơ n 0.5 thÏ loại sử dụng đất đÛ được coi l‡ khÙng xuấ t hiện, vÏ vậy nếu gi· trị cut-off c‡ng nhỏ thÏ diện tÌch của loại sử dụng đất được dự b·o c‡ng nhiều. MÙ hÏnh l˝ tưởng nhất đưa ra đường cong. cÛ diện tÌch dưới đườ ng cong l‡ lớn nhấ t. Diện tÌch dưới đường cong thay đổi từ 0.5 tới 1.0, nếu mÙ hÏnh dự b·o sự xuất hiện củ a một loại sử dụng đất n‡o đÛ khÙng tốt hơ n xuất hiện ngẫu nhiÍn thÏ diện tÌch dưới đường cong sẽ l‡ 0.5, chÌnh l‡ đườ ng chÈo trong đồ thị. 2.4. Số liệu C·c th‡nh phần kh·c nhau của mÙ hÏnh đ Úi hỏi c·c số liệu đầu v‡o kh·c nhau, do đÛ cầ n phải chuẩn bị một bộ số liệu ph˘ hợ p. Phương ph·p lựa chọn số liệu được chỉ ra trong hÏnh 3. Nhu cầu Độ ổn định Cấp huyệ n, phi khÙng gian Cấp Ù lướ i, khÙng gian Nh‚n tố lặp X·c suất DT bảo tồnX·c suất tổ ng VÚng lặ p Ph‚n bổ sử dụng đất Đườngcong ROC HÏnh 3. Đường cong ROC cho ìC‚y bụiî, diệ n tÌch dưới đường cong (AOC) l‡ 0.875 MÙ hÏnh ho· c·c thay đổi sử dụng đất tại huyện Chợ Đồn5 HÏnh 4. Những số liệu cần cho mÙ hÏnh CLUE-S 3. ¡p dụng cho huyện Chợ Đồn Một bản đồ sử dụng đất năm 1998 được sử dụng để tạo th‡nh số liệu biểu diễn c·c loạ i sử dụng đất. C·c biến độc lập bao gồ m c·c số liệu sinh học - địa chất, kinh tế - x„ hộ i, khả năng tiếp cận v‡ khÌ hậ u. Sự lựa chọn số liệu để đưa v‡o mÙ hÏnh phụ thuộc v‡o những nh‚n tố m‡ đượ c coi l‡ quan trọng. Đối với miền n˙i phÌa bắc Việ t Nam thÏ những vấn đề sau đ‚y thường đượ c nghĩ tới: C·c hạn chế về địa chất (Độ cao, độ dốc, đất nghËo axÌt, ph‚n bố mưa khÙng đồng đều,...) MÙi trường (Tho·i ho· đất, khÌ hậu bị chia th‡nh c·c tiểu v˘ng kh·c nhau nhiều,...) Cơ sở hạ tầng kÈm (Hệ thố ng thÙng tin v‡ giao thÙng chưa ph·t triển) Kinh tế (Chỉ dựa v‡o nÙng nghiệp, thị trường nghËo n‡n) ·p lực d‚n số (Tỷ lệ sinh cao, thất nghiệ p nhiều) TrÏnh độ văn ho· (TrÏnh độ gi·o dụ c thấp, nhiều d‚n tộ c kh·c nhau) Những vấn đề n‡y cũng sẽ ảnh hưởng tớ i việc sử dụng đất, c·c biến độc lập được lự a chọn để đưa v‡o h‡m hồ i quy do ch˙ng cÛ liÍn quan tới c·c hạn chế trÍn, cũng như ch˙ng được coi l‡ những nh‚n tố quan trọ ng cÛ thể ảnh hưởng tới sự thay đổi sử dụng đất. 3.1. Chuẩn bị số liệu Số liệu chủ yếu đượ c l‡m trong ArcView. Trước hết c·c số liệu kinh tế x„ hội đượ c nhập v‡o bản đồ h‡nh chÌnh (cấp thÙn bả n hoặc x„), c·c yếu tố địa chất, khÌ hậu, đị a l˝, khả năng tiếp cận,... l‡ c·c bản đồ cÛ sẵn từ c·c nghiÍn cứu kh·c, tiếp theo to‡n bộ bản đồ được chuyển sang dạng raster (Ù lưới) vớ i kÌch thước định trước. KÌch thước Ù ở đ‚y được định l‡ 250 x 250 mÈt. Sau đÛ tất cả c·c biến được xuất ra ASCII files, dạ ng n‡y cÛ thể nhập v‡o SPSS để ph‚n tÌch thống kÍ. Số liệu kế hoạ ch Số liệu thố ng kÍ Số liệu kế hoạch M´ h◊nh ph∏t tri”n Quy tắc quyết đị nh v‡ kiến thứ c chuyÍn gia Nhu cầu Độ ổn định Cấp huyệ n, phi khÙng gian X·c suất Bảo vệ Cấp Ù lưới, khÙng gian Bản đồ sử dụng đấ t số liệ u khÙng gian Số liệ u khÙng gian Hồ i quy ChÌnh s·ch MÙ hÏnh ho· c·c thay đổi sử dụng đất tại huyện Chợ Đồn6 Bảng 1. C·c biến, loại biến, đơn vị v‡ c·c lớp trong bộ số liệu được sử dụ ng cho mÙ hÏnh CLUE-S huyện Chợ Đồn Biến Loại Đơn vị Lớp Biến phụ thuộc Sử dụng đất Nhị ph‚n 0 - 1 L˙a nướ c Nươ ng Vườn tạp Đồng cỏ Rừ ng C‚y bụ i Khu d‚n cư Biến độc lập Đất, địa chất, đị a hÏnh Loại đất Nhị ph‚n 0 - 1 Cambisols Leptosols Fluvisols Regosols TÌnh chất địa chất Nhị ph‚n 0 - 1 Schist Sandstone Granite Limestone Tho·i ho· đất Nhị ph‚n 0 - 1 KhÙng Nhẹ Kh· Độ cao Rời rạc mÈt Độ dốc Lớp 0 - 1 KhÙng Ìt Trung bÏnh Kh· Kinh tế x„ hội D‚n số Rời rạc D‚n số thÙn Mật độ d‚n số Rời rạc D‚n số trung bÏnh ha Tỷ lệ nghËo đÛi Rời rạc hộ thÙn Tỷ lệ m˘ chữ Rời rạc ngườ i x„ Phần trăm người Dao Rời rạc hộ thÙn Vũ NguyÍn\ Jean-Christophe Castella\ Peter H. Verburg7 Phần trăm người T‡y Rời rạc hộ thÙn Phần trăm người Kinh Rời rạc hộ thÙn Số tr‚u bÚ Rời rạc Số tr‚u bÚ thÙn Mật độ tr‚u bÚ Rời rạc Số tr‚u bÚ ha Số lợn nuÙi Rời rạc Số lợ n nuÙi thÙn Mật độ lợn Rời rạc Số lợ n nuÙi ha CÛ điện lưới Nhị ph‚n 0 - 1 Gi‡u cÛ Rời rạc Số lượng tivi,đ‡i thÙn Khả năng tiếp cận Khoảng c·ch tới sÙng LiÍn tục mÈt Thời gian tới c·c chợ, y tế , trường, uỷ ban LiÍn tục ph˙t Thời gian tới thị trấn, thị x„ LiÍn tục ph˙t Số lượng gi·o viÍn, b·c sĩ trong v˘ng Rời rạc người KhÌ hậu Số th·ng khÙ Nhị ph‚n 0 - 1 3 th·ng 4 th·ng Số th·ng lạnh Nhị ph‚n 0 - 1 0 th·ng 1 th·ng 3.2. MÙ tả số liệ u: C·c biến phụ thuộc : Bản đồ sử dụng đất của dự ·n SAM đượ c giải đo·n từ ảnh năm 1998 dưới dạ ng vector gồm cÛ 7 loại sử dụng đất: L˙a nướ c, nương, đất vườn tạp, c‚y bụi, đồng cỏ, rừ ng v‡ khu d‚n cư. C·c biến độc lậ p: Tho·i ho· đất: Từ một số tÌnh chất như l‡ xÛi mÚn v‡ c·c mức độ tho·i ho· đấ t kh·c nhau, sau khi c‚n đối lại, nguy cơ tho·i ho· đất được ph‚n loại th‡nh 3 loại cho đơn giả n hơn: KhÙng tho·i ho· đấ t, Ìt tho·i ho· v‡ tho·i ho· trung bÏnh. D‚n số: Số d‚n trong một thÙn. Mật độ d‚n số v‡ mật độ gia s˙c (tr‚u bÚ v‡ lợn): Mật độ d‚n số bằng tổng số d‚n trong thÙn chia cho diện tÌch thÙn. Đối vớ i gia s˙c cũng l‡m tương tự. Tỷ lệ nghËo đÛi: Nếu trong 1 hộ m‡ thu nhậ p Ìt hơn 15 kg thÛc người th·ng thÏ ...
Trang 1SAM Paper Series 16 (2002)
Mô hình hoá các thay đổi sử dụng đất tại huyện Chợ Đồn với
phương pháp CLUE-S
Vũ Nguyêna, Jean-Christophe Castellab, Peter H Verburgc
a Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam (VASỤ), Thanh Trì, Hà Nội, Việt Nam
b Viện Nghiên cứu vì sự Phát triển (ỤRD), 213 rue Lafayette, 75480 Paris Cedex 10, France, và
Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI), DAPO 7777, Metro Manila, Philippines
c Phòng Thổ nhưỡng và địa chất, Khoa khoa học môi trường, Trường Đại học Wageningen, Hà Lan
Tóm tắt
Chợ Đồn là một huyện của tỉnh Bắc Kạn, thuộc lưu vực Sông Hồng Phía Bắc giáp hồ Ba Bể huyện Ba Bể, phía nam giáp huyện Định Hoá tỉnh Thái Nguyên, Phía đông giáp huyện Bạch Thông, Phia tây giáp huyện Na Hang - Chiêm Hoá tỉnh Tuyên Quang Toàn bộ huyện có 21 xã và 1 thị trấn Dân số là 46224 người, chủ yếu
là người dân tộc Tày (75%), Dao (11%) và người Kinh (9%) Tổng diện tích toàn huyện là 91590 ha, trong
đó đất dành cho nông nghiệp là 239 ha, phần lớn dân số sống dựa hoàn toàn vào nông nghiệp
Sự tăng dân số gây ra những áp lực đối với sử dụng đất và nguồn tài nguyên thiên nhiên Do chỉ có quá ít đất nông nghiệp nên diện tích đất dốc đang chuyển đổi sang đất nông nghiệp để sản xuất lương thực đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng Điều này liên quan đến việc bền vững lâu dài của nguồn tài nguyên thiên nhiên Để bảo
vệ hệ thống này, chính phủ đã cấm việc phá rừng làm nương Trong thập kỷ vừa qua, nông thôn Việt Nam đã
có nhiều thay đổi, một trong những thay đổi lớn nhất là giao đất cho từng hộ nông dân, điều này có nghĩa là người dân có trách nhiệm trên mảnh đất của mình, và việc thay đổi sử dụng đất sẽ diễn ra như thế nào thì người lập kế hoạch rất khó dự báo được Việc áp dụng mô hình hoá để mô phỏng và dự báo quá trình sử dụng đất CLUE-S (the Conversion of Land use and its Effects at Small regional extent) cho huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn là một công cụ hỗ trợ đặc biệt cho các cấp quản lý, nó giúp ích cho các nhà lập chính sách và lập kế hoạch sử dụng đất có thể thấy được những vùng ổn định và những vùng dễ thay đổi trong sử dụng đất do các định hướng khác nhau Các thông tin khoa học đưa ra từ mô hình có thể được xem như là công cụ để đánh giá các chính sách sẽ đề ra
1 Đặt vấn đề
Dự báo là công việc cần phải làm trong các
hoạt động nghiên cứu cũng như quản lý Dự
báo chính xác thì các chính sách đề ra mới
đáp ứng được yêu cầu đòi hỏi của thực tế
Việc chuyển đổi sử dụng đất là vấn đề mà
các nhà nghiên cứu cũng như các nhà quản
lý đều rất quan tâm Hệ thống sử dụng đất
rất phức tạp và có mối liên hệ chặt chẽ với
hệ thống xã hội và hệ sinh thái Sử dụng đất
không chỉ nói đến lớp đất và sinh khối trên
mặt đất mà còn bao hàm cả mục đích khai
thác mặt đất của con người Việc thay đổi sử
dụng đất không phải lúc nào cũng đem lại
lợi ích cho cuộc sống con người Đốt rừng
và sự ô xy hoá các chất hữu cơ trong đất dẫn đến hiệu ứng nhà kính và do đó làm thay đổi khí hậu toàn cầu Trồng trọt thâm canh trên đất dốc dẫn đến thoái hoá đất, giảm khả năng sử dụng đất dốc cho sản xuất lương thực trong khi ô nhiễm môi trường không kiểm soát được
Để tránh hậu quả như vậy của thay đổi sử dụng đất, tiếp cận một cách hệ thống đã được áp dụng Kế hoạch sử dụng đất là một quá trình mà con người dự định thay đổi sử dụng đất dựa trên các mục tiêu đề ra kết hợp với các chức năng của hệ thống sử dụng đất hiện tại
Hệ thống Nông nghiệp Miền núi
Trang 22 Phương pháp nghiên cứu
Trong bài này, sử dụng đất thay đổi nghĩa là
sự thay thế loại sử dụng đất này bằng loại sử
dụng đất khác Sử dụng đất thay đổi nói
chung được coi là do ảnh hưởng trực tiếp và
gián tiếp của nhiều yếu tố, những yếu tố này
được chia làm hai loại:
• Loại ảnh hưởng trực tiếp tới tỷ lệ và số
lượng sử dụng đất (VD: Rừng bị chặt để
làm nông nghiệp do tăng dân số)
• Loại xác định việc phân bổ sử dụng đất
(VD: Đất phù hợp với trồng lúa nước)
Để thấy rõ mối quan hệ tương hỗ giữa thay
đổi sử dụng đất và các yếu tố ảnh hưởng,
CLUE sử dụng phương pháp truyền thống,
đó là sử dụng phân tích tương quan và hàm
hồi quy, nhờ phương pháp này, hệ thống
phức tạp với nhiều mối quan hệ qua lại, kết
hợp với sự phụ thuộc vào cấp độ rất khó mô
tả một cách tổng quát nhưng có thể lượng
hoá được
Sử dụng đất bị ràng buộc bởi các yếu tố môi
trường như là tính chất đất, khí hậu và địa
hình, trong khi đó nhân tố con người xác
định vị trí sử dụng đất: ở đâu?, để làm gì? từ
đó mà quy mô, phạm vi sử dụng đất ở một
nơi nào đó bị thay đổi Để xác định được các
yếu tố giải thích cơ cấu sử dụng đất, chúng
ta thiết lập một bộ số liệu gồm các tất cả các
yếu tố mà được cho là có ảnh hưởng đến
việc sử dụng đất Hầu hết các số liệu được
tổng hợp từ các điều tra ở cấp thôn bản kết
hợp với các số liệu thống kê của huyện nông
nghiệp năm 1998 theo địa giới hành chính
xã, các số liệu về lý-sinh học có từ các bản
đồ từ một số nghiên cứu khác, các số liệu
khí hậu có được từ các trạm khí tượng
Riêng bản đồ sử dụng đất được giải đoán từ
ảnh vệ tinh năm 1998
Để có thể sử dụng được hàm hồi quy, việc
trước tiên là phải tạo một bộ số liệu phù hợp
Tất cả các bản đồ và số liệu được chuyển
sang cấp ô lưới có kích thước là 250 x 250
mét, tức là trên mỗi ô của huyện sẽ chứa đủ
thông tin: loại sử dụng đất, mật độ dân số,
độ cao, độ dốc,khả năng tiếp cận…Biến phụ
thuộc trong phân tích là các loại sử dụng đất
khác nhau
Khi áp dụng CLUE ở phạm vi lớn như cấp
quốc gia với độ phân giải lớn (kích thước ô
lưới lớn) và ở cấp này, sử dụng đất được
biểu thị bằng phần trăm của mỗi loại sử
dụng đất trong mỗi ô, chẳng hạn 30% đất
trồng trọt, 40% cỏ và 30% rừng Khi áp
dụng CLUE ở phạm vi nhỏ, các loại sử dụng đất dựa trên bản đồ sử dụng đất hoặc được giải đoán từ ảnh vệ tinh sẽ được biểu thị bằng loại sử dụng đất chiếm lớn nhất trong một ô và được coi là đồng nhất trong ô đó
Vì vậy khi chuyển sang dạng ô lưới thì chỉ
có một loại sử dụng đất trong một ô Do đó biến phụ thuộc được biểu thị bằng số 1 (có) hoặc số 0 (không có) trong mỗi ô lưới Do
sự khác nhau trong biểu diễn số liệu và tính chất của các cấp áp dụng nên đối với huyện Chợ Đồn, áp dụng CLUE-S (the Conversion
of Land use and its Effects at Small regional extent) là thích hợp Như vậy CLUE-S được
áp dụng cho cấp vùng với độ phân giải cao,
nó bao gồm một mô hình không gian và phi không gian, cấp vùng áp dụng trong mô hình này là cấp huyện, rồi đến cấp ô lưới Các thành phần chính của CLUE-S được biểu diễn trong hình 1
2.1 Các yếu tố trong mô hình Xác suất Do các biến phụ thuộc trong mô
hình là nhị nguyên nên mô hình thống kê trong CLUE-S dựa trên phân tích hàm hồi quy logistic để xác định và lượng hoá được các nhân tố ảnh hưởng đến sự xuất hiện của các loại sử dụng đất Các phân tích được thực hiện đối với sử dụng đất hiện tại cho từng loại sử dụng đất riêng biệt Các hệ số của hàm hồi quy được dùng để tính xác suất của mỗi ô dành cho từng loại sử dụng đất trong năm phân tích
Khu vực được bảo vệ Thành phần này chỉ ra
những ô nào được đưa vào tính toán trong
mô hình thay đổi sử dụng đất Tất cả những
ô không được đưa vào trong tính toán là vì chúng được coi là sử dụng đất ổn định Phần này được dùng để xác định những ô nào thuộc vào vùng được bảo tồn, vùng mà được giả thiết là không có thay đổi gì về sử dụng đất trong thời gian mô phỏng
Nhu cầu Chúng ta đang nghiên cứu sự thay
đổi sử dụng đất nên yếu tố thời gian cũng được đưa vào mô hình Ịếu tố này được xem vào như là sự thay đổi sử dụng đất theo nhu cầu Phần này sẽ xác định mỗi loại sử dụng đất cần thiết cho mỗi năm ở cấp vùng (cấp huyện) mà không cần chú ý đến yếu tố không gian Ịếu tố phi không gian này có thể xác định bằng một mô hình kinh tế, các định hướng cho tương lai hoặc chỉ suy luận tuyến tính đơn giản về sự tăng diện tích sử dụng đất
Trang 3Mô hình hoá các thay đổi sử dụng đất tại huyện Chợ Đồn 3
Hình1 Những thành phần chính trong mô hình CLUE-S
Sự ổn định Sự ổn định chỉ ra một loại sử
dụng đất nào đó dễ thay đổi như thế nào
Thành phần này cung cấp cho ta độ co dãn
của chuyển đổi Nói cách khác, sự chuyển
đổi của một loại đất nào đó sang loại sử
dụng đất khác là dễ hay khó Giá trị của độ
ổn định có thể thay đổi từ 0 đến 1 Với số 0
tức là loại sử dụng đất dễ thay đổi nhất, số 1
là loại đất ổn định nhất Ịếu tố ổn định là yếu
tố phi không gian được xác định cho mỗi
loại sử dụng đất ở cấp vùng
Nhân tố ổn định này rất khó tham số hoá
được, do đó chúng cần được suy luận dựa
vào quá khứ hoặc kết hợp với các kiến thức
chuyên gia
Ma trận đổi Ma trận này chỉ ra sự chuyển
đổi sử dụng đất nào là được phép Đây là ma
trận y x y, trong đó y là số các loại sử dụng
đất Trong ma trận: hàng biểu thị các loại sử
dụng đất hiện tại; cột biểu thị loại sử dụng
đất có thể được chuyển sang trong tương lai;
giá trị 1 chỉ ra rằng sự chuyển đổi là được
phép, giá trị 0 tức là không được phép
Trong ma trận này cũng có thể chỉ ra thời
gian tối thiểu hoặc tối đa một loại sử dụng
nào đó cần phải ổn định trước khi thay đổi
Thời gian tối thiểu được chỉ ra bằng số 100
+ thời gian, thời gian tối đa được chỉ ra bằng
số –100 – thời gian ở bước đầu tiên của mô
hình, các loại sử dụng đất được giả sử rằng
đã tồn tại ở vị trí của chúng được 5 năm rồi
2.2 Các bước phân bổ sử dụng đất trong CLUE-S.
Khi chạy mô hình CLUE-S, các loại sử dụng đất khác nhau sẽ được phân bổ vào các ô khác nhau của vùng mô phỏng Quy tắc phân bổ đất lần lượt theo những bước sau đây:
1 Tất cả các ô được phép thay đổi được xác định (diện tích bảo tồn và loại sử dụng đất ổn định bị loại ra)
2 Với mỗi ô còn lại, xác suất toàn bộ được tính theo kết quả hàm hồi quy, độ ổn định và nhân tố lặp Nhân tố lặp có thể làm thay đổi xác suất toàn bộ nếu loại sử dụng đất đã được phân bổ không đáp ứng được nhu cầu
3 Phân bổ đầu tiên được tiến hành với giá trị như nhau của biến lặp bằng cách phân
bổ loại sử dụng đất có xác suất cao nhất cho mỗi ô
4 Tất cả các loại sử dụng đất đã được phân
bổ sẽ được so sánh với nhu cầu Nếu diện tích đã được phân bổ nhỏ hơn diện tích nhu cầu, giá trị của biến lặp được tăng lên
5 Bước 2 và bước 5 được lặp lại khi nhu cầu chưa được thoả mãn Khi sự phân bổ bằng nhua cầu thì sự phân bổ cuối cùng được ghi lại và sự tính toán được tiếp tục cho năm tiếp theo
Toàn bộ thủ tục phân bổ đất được cho trong hình 2
Bảo vệ
ổn định Nhu cầu
Cấp ô lưới, không gian Cấp huyện, phi không gian
Trang 4Hình 2 Thủ tục phân bổ đất của CLUE-S
2.3 Phương pháp thống kê
Một phần quan trọng của mô hình CLUE-S
là tính hàm hồi quy logistic Dạng hàm này
được sử dụng khi biến phụ thuộc là nhị phân
(0 hoặc 1) và biến độc lập là liên tục hoặc
phân loại Mỗi loại sử dụng đất (biến phụ
thuộc) trong CLUE-S có giá trị 0 hoặc 1 chỉ
ra sự có hay không có loại sử dụng đất trong
mỗi ô Hàm logistic có dạng như sau:
Log(P i / 1-P i ) = β 0 + β 1 X 1i + β 2 X 2i + + β n X ni
Trong đó Pi là xác suất của ô để xuất hiện
loại sử dụng đất đang xét và X là các nhân tố
ảnh hưởng Phương pháp hồi quy từng bước
cho phép chọn những nhân tố có liên quan
trong tập hợp vô số các nhân tố đã được giả
sử là có liên quan đến cơ cấu sử dụng đất
Các hệ số của hàm hồi quy được đưa ra trực
tiếp từ mô hình Trong mô hình hồi quy
logistic bội này, chỉ những biến có ý nghĩa
nhất trong tập hợp những biến độc lập mới
được đưa vào mô hình để làm giảm sự cộng
tuyến Sự cộng tuyến là sự tương quan giữa
các biến độc lập, các nhân tố ảnh hưởng Sự
tương quan này được giả sử là bằng 0 nhưng
vẫn xuất hiện khi các biến có liên quan với
nhau được sử dụng, chẳng hạn fluvisol và
khoảng cách tới sông suối Tuy nhiên vẫn
không thể loại hết sự cộng tuyến của mô
hình theo cách này
Sự phù hợp của mô hình tuyến tính bội có
thể mô tả bằng tỷ lệ giải thích của phương
sai (R2) Giá trị R2 này nói lên đường hồi
quy giải thích số liệu nhiều hay ít Cách phù
hợp để đánh giá hàm hồi quy logistic là sử
dụng ROC (Relative Operating
Characteristics), đây là phương pháp mô tả
mối quan hệ giữa dự báo đúng và sai đối với
những giá trị cut-off khác nhau của xác suất
Giá trị cut-off trong mô hình được mặc định
là 0.5, nghĩa là với các giá trị nhỏ hơn 0.5 thì loại sử dụng đất đó được coi là không xuất hiện, vì vậy nếu giá trị cut-off càng nhỏ thì diện tích của loại sử dụng đất được dự báo càng nhiều Mô hình lý tưởng nhất đưa ra
đường cong có diện tích dưới đường cong
là lớn nhất
Diện tích dưới đường cong thay đổi từ 0.5 tới 1.0, nếu mô hình dự báo sự xuất hiện của một loại sử dụng đất nào đó không tốt hơn xuất hiện ngẫu nhiên thì diện tích dưới đường cong sẽ là 0.5, chính là đường chéo trong đồ thị
2.4 Số liệu
Các thành phần khác nhau của mô hình đòi hỏi các số liệu đầu vào khác nhau, do đó cần phải chuẩn bị một bộ số liệu phù hợp Phương pháp lựa chọn số liệu được chỉ ra trong hình 3
phi không gian
Cấp ô lưới, không gian
Nhân tố lặp
Xác suất Xác suất tổng DT bảo tồn
Vòng lặp
Phân bổ sử dụng đất
Đườngcong ROC
Hình 3 Đường cong ROC cho “Cây bụi”, diện tích dưới đường cong (AOC) là 0.875
Trang 5Mô hình hoá các thay đổi sử dụng đất tại huyện Chợ Đồn 5
Hình 4 Những số liệu cần cho mô hình CLUE-S
3 Áp dụng cho huyện Chợ Đồn
Một bản đồ sử dụng đất năm 1998 được sử
dụng để tạo thành số liệu biểu diễn các loại
sử dụng đất Các biến độc lập bao gồm các
số liệu sinh học - địa chất, kinh tế - xã hội,
khả năng tiếp cận và khí hậu
Sự lựa chọn số liệu để đưa vào mô hình phụ
thuộc vào những nhân tố mà được coi là
quan trọng Đối với miền núi phía bắc Việt
Nam thì những vấn đề sau đây thường được
nghĩ tới:
• Các hạn chế về địa chất (Độ cao, độ dốc,
đất nghèo axít, phân bố mưa không đồng
đều, )
• Môi trường (Thoái hoá đất, khí hậu bị
chia thành các tiểu vùng khác nhau
nhiều, )
• Cơ sở hạ tầng kém (Hệ thống thông tin
và giao thông chưa phát triển)
• Kinh tế (Chỉ dựa vào nông nghiệp, thị
trường nghèo nàn)
• áp lực dân số (Tỷ lệ sinh cao, thất nghiệp
nhiều)
• Trình độ văn hoá (Trình độ giáo dục thấp, nhiều dân tộc khác nhau)
Những vấn đề này cũng sẽ ảnh hưởng tới việc sử dụng đất, các biến độc lập được lựa chọn để đưa vào hàm hồi quy do chúng có liên quan tới các hạn chế trên, cũng như chúng được coi là những nhân tố quan trọng
có thể ảnh hưởng tới sự thay đổi sử dụng đất
3.1 Chuẩn bị số liệu
Số liệu chủ yếu được làm trong ArcView Trước hết các số liệu kinh tế xã hội được nhập vào bản đồ hành chính (cấp thôn bản hoặc xã), các yếu tố địa chất, khí hậu, địa lý, khả năng tiếp cận, là các bản đồ có sẵn từ các nghiên cứu khác, tiếp theo toàn bộ bản
đồ được chuyển sang dạng raster (ô lưới) với kích thước định trước Kích thước ô ở đây được định là 250 x 250 mét Sau đó tất cả các biến được xuất ra ASCII files, dạng này
có thể nhập vào SPSS để phân tích thống kê
Số liệu kế hoạch
Số liệu thống kê
Số liệu kế hoạch
M« h×nh ph¸t triÓn
Quy tắc quyết định và kiến thức chuyên gia
phi không gian
Xác suất Bảo vệ Cấp ô lưới, không gian
Bản đồ sử dụng đất
số liệu không gian
Số liệu không gian
Hồi quy
Chính sách
Trang 6Bảng 1 Các biến, loại biến, đơn vị và các lớp trong bộ số liệu được sử dụng cho mô hình CLUE-S
huyện Chợ Đồn
Biến phụ thuộc
Lúa nước Nương Vườn tạp Đồng cỏ Rừng Cây bụi Khu dân cư
Biến độc lập
Đất, địa chất, địa hình
Cambisols Leptosols Fluvisols Regosols
Tính chất địa chất Nhị phân 0 - 1
Schist Sandstone Granite Limestone
Không Nhẹ Khá
Không ít Trung bình Khá
Kinh tế xã hội
Mật độ dân số Rời rạc Dân số trung bình / ha
Tỷ lệ nghèo đói Rời rạc % hộ / thôn
Phần trăm người Dao Rời rạc % hộ / thôn
Trang 7Vũ Nguyên\ Jean-Christophe Castella\ Peter H Verburg 7
Phần trăm người Tày Rời rạc % hộ / thôn
Phần trăm người Kinh Rời rạc % hộ / thôn
Mật độ trâu bò Rời rạc Số trâu bò / ha
Số lợn nuôi Rời rạc Số lợn nuôi / thôn
Khả năng tiếp cận
Khoảng cách tới sông Liên tục mét
Thời gian tới các chợ, y tế,
Thời gian tới thị trấn, thị xã Liên tục phút
Số lượng giáo viên, bác sĩ trong
Khí hậu
3.2 Mô tả số liệu:
Các biến phụ thuộc:
Bản đồ sử dụng đất của dự án SAM được
giải đoán từ ảnh năm 1998 dưới dạng vector
gồm có 7 loại sử dụng đất: Lúa nước,
nương, đất vườn tạp, cây bụi, đồng cỏ, rừng
và khu dân cư
Các biến độc lập:
Thoái hoá đất: Từ một số tính chất như là
xói mòn và các mức độ thoái hoá đất khác
nhau, sau khi cân đối lại, nguy cơ thoái hoá
đất được phân loại thành 3 loại cho đơn giản
hơn: Không thoái hoá đất, ít thoái hoá và
thoái hoá trung bình
Dân số: Số dân trong một thôn.
Mật độ dân số và mật độ gia súc (trâu bò và
lợn): Mật độ dân số bằng tổng số dân trong
thôn chia cho diện tích thôn Đối với gia súc
cũng làm tương tự
Tỷ lệ nghèo đói: Nếu trong 1 hộ mà thu nhập
ít hơn 15 kg thóc / người / tháng thì hộ đó
được coi là nghèo (tiêu chuẩn hộ nghèo năm
1998) Tỷ lệ nghèo đói tức là % số hộ nghèo
trong thôn
Tỷ lệ mù chữ: % người trong xã dưới 35 tuổi
không biết chữ
Phần trăm dân tộc Tày, Kinh, Dao: Là % số
hộ là người Tày, Kinh hoặc Dao có trong
thôn
Khoảng cách tới sông suối: Khoảng cách từ
mỗi ô tới sông hoặc suối được tính toán từ bản đồ, đơn vị là mét
Thời gian tới các chợ, y tế, trường, uỷ ban:
Thời gian trung bình đi tới các chợ, trạm y
tế, trường học gần nhất và bằng phương tiện nhanh nhất (Kết quả từ nghiên cứu khả năng tiếp cận)
Thời gian tới thị trấn, thị xã: Thời gian
trung bình đi tới thị trấn, thị xã hoặc sang huyện thị trấn của huyện khác (Kết quả từ nghiên cứu khả năng tiếp cận)
Số lượng giáo viên, bác sĩ trong vùng: Số
lượng giáo viên hoặc bác sĩ có thể tìm thấy được trong vòng 60 phút (Kết quả từ nghiên cứu khả năng tiếp cận)
Các loại đất: có 12 loại đất trong bản đồ đất
được làm từ ảnh vệ tinh và phân tích mẫu đất cho toàn tỉnh Bắc Kạn Để giảm số biến,
sự phân lớp đã được làm lại dựa trên tên chính của loại đất (4 loại): cambisol, leptosol, fluvisol, regosol
Các loại biến về địa chất: có 40 loại trong
bản đồ địa chất, sự phân lớp lại dựa trên tên của 4 loại chính: schist, sandstone, granite, limestone
Độ cao: có sẵn trong bản đồ độ cao với độ
phân giải là 24 x 24 mét nhưng trong mô hình này được chuyển thành 250 x 250 mét
Độ dốc: có sẵn trong bản đồ độ dốc với độ
phân giải là 24 x 24 mét nhưng trong mô hình này được chuyển thành 250 x 250 mét
Trang 8Các yếu tố khí hậu: Số liệu lượng mưa và
nhiệt độ trung bình theo tháng được thu thập
trong 25 năm (nguồn từ LUPAS) Tháng
khô là những tháng có lượng mưa ít hơn 50
mm Tháng lạnh là tháng có nhiệt độ thấp
hơn 120C
3.3 Các kịch bản
Hai kịch bản đã được đưa ra dựa trên định
hướng phát triển của tỉnh và huyện
Kịch bản 1: Đảm bảo cung cấp đủ lương
thực cho dân số ngày càng tăng của huyện
Từ dân số 1998 của huyện Chợ Đồn, tính
theo tỷ lệ tăng dân số toàn tỉnh sẽ có số dân
dự báo trong huyện theo từng năm Do đó
nhu cầu diện tích đất dành cho lương thực
cũng phải tăng Với tỷ lệ rừng hiện tại che phủ 45%, theo định hướng phát triển đến năm 2010, tỷ lệ này phải đạt 60%, từ đó tính được diện tích rừng phải tăng từng năm Diện tích rừng được giả thiết là phát triển từ cây bụi Còn diện tích trồng lúa có thể tăng lên từ nương Nếu yếu tố kỹ thuật được đưa vào, tức là năng suất lúa sẽ tăng lên thì diện tích trồng lương thực có thể tăng không nhiều (bảng 2)
Kịch bản 2: Với nhu cầu và định hướng phát
triển rừng như trên nhưng đồng thời tăng diện tích đồng cỏ để phát triển chăn nuôi trâu bò nhằm tăng sản lượng thịt, cải thiện đời sống hoặc tăng thu nhập cho nông dân (bảng 3)
Bảng 2 Kịch bản 1: Đảm bảo đủ lương thực và mục tiêu trồng rừng
Trang 9Vũ Nguyên\ Jean-Christophe Castella\ Peter H Verburg 9
Bảng 3 Kịch bản 2: Đảm bảo đủ lương thực và mục tiêu trồng rừng, đồng thời phát triển đồng cỏ
để chăn nuôi bò.
Vùng được bảo tồn
Đối với 2 kịch bản ở trên, diện tích cần bảo
tồn được xác định, diện tích này sẽ không
thay đổi trong quá trình chạy CLUE-S vì nó
được coi là không chuyển từ loại sử dụng
đất này sang loại sử dụng đất khác Chẳng
hạn khi chính phủ đã cấm phá rừng thì trong
các kịch bản đưa ra rừng sẽ là khu vực
không thể chuyển sang loại sử dụng đất
khác.Trong huyện Chợ Đồn thì diện tích
rừng được coi là khu vực được bảo tồn
Khoảng thời gian mô phỏng trong mô
hình
Trong mô hình, thời gian để mô phỏng được
đặt là 12 năm, từ 1998 đến 2010 bởi vì trong
các mục tiêu phấn đấu, các nhà lập chính
sách thường lấy năm 2010 làm điểm kết thúc
một giai đoạn Như vậy với mỗi kịch bản, ta
có thể đưa ra 12 bản đồ dự báo của từng năm
một, từ 1999 đến 2010
Chỉ số ổn định (khả năng chuyển đổi)
Các quy tắc quyết định ảnh hưởng đến chỉ số
ổn định của các loại sử dụng đất khác nhau
Do đó chỉ số ổn định này nói lên việc chuyển các loại sử dụng đất sang các loại khác là dễ hay khó Trong mô hình, chỉ số
ổn định đã được đặt như sau, có tham khảo kiến thức chuyên gia ở tỉnh Bắc Kạn:
Theo ý kiến của cán bộ địa phương, cỏ có 2 loại: loại cỏ trên đất cằn, không thể mọc được các loại cây khác mà chỉ mọc được cỏ may thì khá ổn định, chỉ số có thể lên đến 0.4 vì khó cải tạo để chuyển sang loại sử dụng đất khác, còn loại cỏ mọc sau nương (nương bị bỏ hoá) thì không ổn định, chúng
dễ dàng phát triển thành một trong các loại sau: nương, cây bụi - rừng, vườn tạp hoặc
Trang 10khu dân cư, chỉ số ổn định khoảng 0.1
nhưng trong bản đồ sử dụng đất từ giải đoán
ảnh thì không thể phân biệt 2 loại cỏ này, do
đó chỉ số ổn định được lấy trung bình là
0.25 Cây bụi cũng không ổn định mặc dù
cũng ổn định hơn cỏ (chỉ số ổn định = 0.2),
nó dễ dàng chuyển thành nương, cỏ hoặc
rừng Ngược lại, rừng cũng dễ dàng bị suy
thoái thành cây bụi Lúa nước chỉ sống được
ở ruộng, không thể sống được ở nơi nào
khác, khi đất đã trồng được lúa nước thì do
mục tiêu đảm bảo lương thực nên không thể
chuyển sang trồng loại cây khác (chỉ số ổn
định = 1) Tương tự đối với khu dân cư
Tiêu chuẩn hội tụ
Tiêu chuẩn hôị tụ chỉ độ lệch tối đa cho
phép giữa sự thay đổi của nhu cầu và sự thay
đổi của phân bổ dử dụng đất hiện tại theo
phần trăm Đặt chỉ số này sẽ làm tăng tốc
đội hội tụ của mô hình mô phỏng Giá trị
này trong mô hình được mặc định là 0.35%
nhưng cũng có thể tăng hay giảm tuỳ thuộc
vào từng mô hình Đối với Chợ Đồn, chỉ số
này chỉ là 0.2
3.4 Kết quả từ phân tích thống kê
Hàm hồi quy đã được chạy nhiều lần cho các
mẫu ngẫu nhiên của toàn bộ bộ số liệu để
khảo sát sự ổn định của mô hình Sau một
vài hàm hồi quy trên các mẫu ngẫu nhiên
khác nhau, kết quả có vẻ không ổn định, các
biến khác nhau với các hệ số của hàm hồi
quy khác nhau xuất hiện trên cùng một loại
sử dụng đất Để tăng độ ổn định của mô
hình, một vài biện pháp đã được áp dụng
1 Một số biến đã bị loại ra khỏi mô hình,
những biến này là những biến có độ biến
động nhỏ trong huyện và không giải
thích rõ trong hàm hồi quy của các loại
sử dụng đất
2 Giảm các xác suất tiêu chuẩn đưa vào và
đưa ra của các biến trong hồi quy từng
bước để giảm sự cộng tuyến Điều này
làm tăng độ ổn định của mô hình Xác
suất đưa vào và đưa ra khỏi mô hình ở
đây lần lượt là p = 0.01 và p = 0.02
3 Các kích thước mẫu khác nhau cũng
được phân tích để xét xem kích thước
mẫu có ảnh hưởng đến độ ổn định của
mô hình hay không Mẫu càng nhỏ thì
biểu diễn bộ số liệu càng kém Một vài
loại sử dụng đất chỉ xuất hiện ở một số ít
ô, để đảm bảo những loại sử dụng đất
này đủ để biểu diễn bộ số liệu thì ít nhất phải có 75 ô Loại sử dụng đất có số ô ít nhất là khu dân cư, chỉ có 124 ô, do đó mẫu ngẫu nhiên là 60% đã được chọn
Để cho mô hình gọn hơn, chỉ giữ lại những biến có ảnh hưởng rõ ràng đến dử dụng đất, những biến có hệ số hàm hồi quy nhỏ hơn hoặc bằng 0.0001 bị xoá khỏi mô hình Nhưng nếu ROC giảm lớn hơn hoặc bằng 0.01 do xoá biến thì biến đó được giữ lại trong mô hình
Hàm hồi quy được đánh giá bằng sự phù hợp theo trung bình của phương pháp ROC
Sự phù hợp này được chỉ bằng giá trị giữa 0.5 và 1, số 1 là chỉ số phù hợp nhất Đối với
bộ số liệu của huyện Chợ Đồn, ROC được tính từ 0.635 cho rừng tới 0.85 cho lúa nước Giá trị thấp của ROC có nhiều nguyên nhân:
Độ chính xác khi giải đoán từ ảnh, các yếu
tố ảnh hưởng đưa vào mô hình đã đủ chưa,
sự phân lớp các yếu tố ảnh hưởng đã hợp lý chưa,
Để chỉ sự quan trọng của các yếu tố ảnh hưởng tới các loại sử dụng đất, exp(B) đã được tính để chỉ ra rằng xác suất của một loại sử dụng đất nào đó trong một ô là tăng (lớn hơn 1) hay giảm (nhỏ hơn 1) khi tăng biến độc lập
Một nhược điểm của exp(B) là nó được biểu diễn trên 1 đơn vị tăng của biến độc lập Do
đó tăng 1 trong biến nhị phân thì luôn có vẻ như là có ảnh hưởng lớn hơn khi tăng 1 từ B của biến liên tục hoặc rời rạc vì các biến này luôn có khoảng rộng hơn về giá trị
Các nhân tố có tương quan nghịch sẽ làm giảm xác suất của một loại sử dụng đất nào
đó sẽ có exp(B) giữa 0 và 1 trong khi exp(B) của nhân tố có tương quan thuận sẽ làm tăng xác suất của của loại sử dụng đất nào đó sẽ
có giá trị của exp(B) lớn hơn 1 Do đó để so sánh exp(B) của nhân tố có ảnh hưởng tích cực với nhân tố có ảnh hưởng tiêu cực, ta dùng đại lượng so sánh sau đây:
exp(B*khoảng giá trị) = đại lượng
so sánh (với B > 1) -1 / exp(B*khoảng giá trị) = đại lượng so sánh (với B < 1)
Kết quả từ hàm hồi quy được cho trong bảng: