DSpace at VNU: Mô hình tích hợp ALES-GIS trong đánh giá cảnh quan phục vụ phát triển cây trồng nông, lâm nghiệp huyện Sa Pa - tỉnh Lào Cai

TAP CHÍ KHOA HỌC ĐHQGHN, KHTN &CN, T.xx, sỏ'4, 2004 M Ơ H ÌN H T ÍC H H Ợ P A L E S -G IS t r o n g đ n h g iá c a n h q u a n P H Ụ C V Ụ P H Á T T R IỂ N CÂY T R N G N Ô N G , LÂM N G H IỆ P H U Y Ệ N SA PA - T ỈN H LÀO CAI N g u y ể n Cao H u ầ n , N g u y ề n A n T h ịn h , P h m Q u a n g T u â n Khoa Địa lý, Trường Đ ại học K hoa học T ự n h iên , Đ H Q G H N ội Đ ặt vấn đề Mục tiêu đ n h giá thích nghi sinh th i xác định mức độ th u ậ n lợi địa tổng thê (đơn vị c ản h quan, đơn vị sinh th i cảnh, đơn vị đ ấ t đai ) cho đôi tượng quy hoạch phát triển Đôi với đơn vị cảnh quan, đ n h giá thích nghi có th ê thực theo phương p h p tru n g b ìn h cộng (M ukhina, 1972; N C H uần, 1992, 2001), ph n g p h p trang binh nhàn (Arm and, 1983), phương p h p p h â n tích n h â n t ố (S erbenhiuk X.N, 1972; N C.Huắn, N.A.Thịnh, N.T.Các, 2003), phư ơng p h p đ n h g iá đ ấ t đ a i theo FAO (FAO, 1976; T.A.Phong, 1993) phư ơng p h p đ n h giá đ ấ t đ a i tự động A L E S (Rossiter, 2000; T.A.Phong, 2001) Bài báo trìn h bày mơ h ìn h tích hợp Hệ th ô ng đ n h giá đ ấ t đai tự động (ALES) Hệ thông tin địa lý (GIS) đ n h giá thích nghi dựa trê n k ế thừ a kỹ th u ậ t đ n h giá c ả n h qu an tru y ề n thông kỹ th u ậ t GIS đại cho k ế t đ n h giá có độ ch ín h xác cao dễ d n g lự a chọn phương n t h í c h hợp C ấ u t r ú c m h ì n h t í c h h ợ p A L E S -G IS t r o n g đ n h g iá t h í c h n g h i s i n h t h i c ủ a cảnh quan 1.1 Vị tr í c h ứ c n ă n g củ a A L E S tr o n g đ n h g iá th íc h n g h i Phương p h p đ n h giá đ ấ t đai FAO đề x u ấ t (1976) phương ph áp đán h giá có ưu thế, áp d ụ n g th n h công ỏ nhiều quốc gia đan g p h t triể n phục vụ cho quy hoạch sử dụng đ ấ t đai tro n g nhiều năm qua Tuy nhiên, dựa vào phương p h áp này, cách tính tốn th ủ cơng bước xây dựng bảng thích nghi bước đ n h giá tổng hợp có tín h chất lặp lặp lại, đòi hỏi nhiều thời gian (n h ấ t đôi với đ n h giá đ ấ t đai quy mô lớn n hư vùng quốc gia) dễ xảy sai sót Ngồi ra, việc sử dụng b ả n g thích nghi khơng th ể trìn h bày t ấ t môi q u a n hệ tương tác đặc trư n g đ ấ t đai Do vậy, mơ h ìn h ALES dược xây dựng với mục đích cung câp k h ả n ă n g tự động hoá tron g đ n h giá đ ấ t đai, th a k ế p h t triể n từ phương ph áp đ n h giá đ ấ t đai FAO ALES khắc phục n h ng h n chế phương pháp FAO, áp dụ n g với quy mơ lã n h thơ hay loại hình sử d ụ n g đất, với điều kiện chuyên gia đ n h giá phải xây dựng mơ h ìn h đ n h giá sở liệu cho trường hợp cụ thể Hơn nữa, định ALES cung cấp k đán h giá linh h o t so với việc xây dựng b ản g thích nghi Theo R ossiter D.G (2000), ALES (Automaticed L a n d E valu ation System) chương tr ìn h ứng d ụn g m áy tín h cho phép n h đ n h giá đ ấ t xây dựng mơ h ình theo hệ 43 Nguyen Cao Huẩn, Ncuyẻn An Thịnh, Phạm Quang Tuấn 44 chuyên gia đê đ n h giá k h ả năn g thích nghi đ ấ t đai tự động theo phương p h p FAO Đối với nước đ ang p h t triển, mục đích ứng d ụ n g ALES cho phép sứ dụng số liệu đ ấ t đai tạ i tỷ lệ nghiên cứu, òũng nh dễ d n g tra o đổi liệu qua máy tính với sở liệu đ ấ t đai quốc gia sở lưu trữ sô' liệu đ ấ t đai cấp huyện Đôi với nước p h t triển, ALES ứng d ụn g để địn h giá đ ấ t nông lưu trữ k ế t qu ả điều tr a k hảo s t đ ấ t đai Ưu t h ế nưốc p h t triể n có sở liệu đ ấ t đai tốt, nên r ấ t th u ậ n lợi thực công việc n h ập, xử lý, x u ấ t ALES đưa vào chương trìn h tín h to n chi tiế t tro ng đ n h giá đ ấ t đai tỉn h nghiệp, liệu Trong đ n h giá cản h quan, ALES xem hệ thô ng hỗ trợ định với trợ giúp m áy tín h, cơng cụ m ạnh cho ứng dụng đ n h giá thích nghi cản h q u a n m ặ t tự nhiên Đồng thòi, nguồn thơng tin tự nhiên có th ể liên kết với th ôn g tin kinh t ế đê đưa đến phương p h áp đ n h giá cảnh q u a n tổng hợp - đ n h giá k in h t ế sinh th cảnh q u a n (N C H uần, 2002) phục vụ cho công tác quy hoạch sử d ụ n g hợp lý tài nguyên vả bảo vệ th iê n nhiên 1.2 P h n g th ứ c d n h g iá th íc h n g h i c ả n h q u a n trê n n ê n A L E S Đ ánh giá thích nghi trôn ALES thực b ằn g cách xây dựng đ ịn h (decision tree) Thực chất, giải pháp suy lu ậ n đa cấp vối số liệu p hân loại, thực theo cách thức “yêu cầu-đáp ứng” để đưa đến k ế t đ n h giá cuối Theo cách thức này, ALES sẻ đ ặ t câu hỏi giá trị đặc trư n g c ả n h q u a n liên quan theo thứ tự có đủ thơ n g tin để xác định tín h thích hợp đơn vị c ả n h q u a n đơi với loại h ì n h s d ụ n g đ ấ t T rong ALES, c â y q u y ế t đ ị n h s d ụ n g VỚI m ụ c đích: (1) P h â n loại tiêu đưa vào đ n h giá sở liệu đặc tín h c ả n h quan; (2) Xác định c ản h q u a n không thích nghi đối vói trồng; (3) P h â n cấp mức độ thích nghi cảnh qu an đôi với trồng Các q u y ế t định xây dựng c h uy ên gia lập mơ hình đánh giá, xem xét chi tiết tính tốn kết đánh giá sử dụng liệu châ't lượng c ản h q u a n đổi với đơn vị cảnh qu an đ n h giá Cây q u y ế t định có nhiều ưu điểm, đặc biệt cho phép người xây dựng mơ h ìn h đ n h giá người sử d ụ n g trìn h bày rõ rà n g bước đ n h giá trìn h sử dụng đê đ t tới định Tuy vậy, cần phải dựa trê n suy lu ậ n logic chuyên gia đê kiểm nghiệm xem tiến t r ì n h đ t tối định ALES đ ú ng đắn đến mức độ n hư th ê Xây dựng địn h giai đoạn q u a n trọng n h ấ t, định tín h xác kết đ án h giá Do đó, định cấp thích nghi cần có th a m gia ý kiến n h chuyên môn 1.3 H a n chê c ủ a A L E S cầ n th iế t tíc h hợp A L E S -G IS H ạn chê ALES không th ê biếu diễn liệu không gian b ằn g b ả n đồ, tro n g đó, hệ thơng tin địa lý lại hệ thông lý tương p h â n tích khơng gian biểu th ị kết đán h giá thích nghi bơi ALES dạng lớp liệu Do đó, tích hợp hệ thông Tạp chi Khoa học ĐHQỌHN KH TN & C N XV Sơ'4 2004 Mó hình lích hợp Alcs-Gis đánh ụiá 45 đ n h giá đ ấ t đai tự động (ALES) hệ thơng tin địa lý (GIS) có thê cho đặc trư n g vê cảnh quan k h u vực nghiên cứu th u từ p h â n tích đồ hay p h â n tích GIS, thơng qua liên kết với m ột sỏ p hẩn mềm GIS n hư Maplnfo, Arclnfo hay Idrisi, đồng thời đảm bảo thực h i ệ n đ n h g iá t h íc h n g h i s i n h t h i b i ể u t h ị t r ự c q u a n k ế t q u ả đ n h g iá t r ê n b ả n đồ Mô h ì n h tích họp có chức ưu thê so với nh iều mơ hìn h đ n h giá thích nghi sử d ụ n g cho k ê t q u đ n g tin cậy 1.4 C ấu tr ú c m h ìn h tíc h hợp A L E S -G IS Cấu trú c mơ h ìn h đ n h giá thích nghi cảnh q u a n trê n n ền ALES-GIS bao gồm phận: (a) Dừ liệu đầu vào nh u cầu sinh th i trồn g b ả n đồ cản h q uan liên kết với ma tr ậ n thuộc tín h cảnh qu an k h u vực nghiên cứu; (b) N hập, xử lý đ n h giá, x u ấ t dừ liệu nhờ ALES-GIS tương tác với chuyên gia đánh giá thông qua modul Ales+->Xbase ALES; (c) Dữ liệu đ ầ u ma tr ậ n thích nghi liên kết với b ả n đồ đ án h giá tổng hợp (bản đồ đ án h giá thích nghi) (hình 1) H ì n h C ấ u trú c chức n ă n g củ a mơ h ì n h tích hợp A L E S -G IS t ro n g đ n h giá th íc h ng hi s in h t h i c ủ a c ả n h qu an Ư n g d ụ n g m h ì n h t í c h h ợ p A L E S -G IS đ n h g iá t h í c h n g h i c ả n h q u a n đ ố i với tr n g n ô n g , lâ m n g h iệ p h u y ệ n Sa P a 2.1 Q u y tr ìn h đ n h g iá th íc h n g h ỉ với s ự th a m g ia c ủ a A L E S -G IS N hững trồ ng nơng-lâm nghiệp có hiệu kin h t ế sinh th i cao tạ i huyện Sa Pa, tín h Lào Cai lựa chọn đưa vào đ n h giá ă n qu ả công nghiệp dài ngày Tạp chi Khoa học D H Q G IIN K in N & CN T.xx Số4 2004 Nguyễn Cao Huần, Nguyồn An Thịnh, Phạm Quang Tuấn 46 nhiệt đới (Lê - Pyrưs c o m m u n is, Chè - Cam ellia sinensis), lâm nghiệp thuốc (Tông sủ - A ln u s nep a n en sis, Thảo - A m o m u m tsaoko) u nh iệt đới (Su su - Sechium edule) Quy trìn h ứng dụng mơ hình tích hợp ALES-GIS tro ng đ n h giá thích nghi sinh th i đơn vị cảnh q uan huyện Sa Pa đổi với n h ữ n g trồn g nêu bao gồm giai đoạn với 11 bước (hình 2): G iai đoạn A gồm bước 1, 2, 3, 4, 5, thực n hữ n g bước đầu đ n h giá cảnh q uan tru y ề n thông, từ xác định mục tiêu, quy mô tỷ lệ đ n h giá, đôi tượng nhu cầu sinh th i trồ ng đưa vào đ n h giá (bước đến 4) đến thông kê đặc điểm đơn vị cảnh q u a n đ n h giá riêng tiêu (bước 5, 6) Giai đoạn B gồm bước 7, 8, 9, 10, 11 thực với trợ giúp ALES-GIS, thực c hất giai đoạn đ án h giá định trê n sở tri thức chuyên gia Các bước đ n h giá thực từ n h ậ p liệu (đưa đặc trư n g cảnh quan vào ALES), xây dựng định trê n ALES, đ n h giá trê n sở liệu mơ hình xây dựng (bước xử lý liệu ALES), k ế t x u ấ t trìn h diễn kết trê n đồ (GIS th a m gia vào bước này) kiểm nghiệm thực tế Bước v bước liên hệ vối n h au thông qua modul AlesXbase ALES Tri thức chuyên gia th a m gia vào trìn h xây dựng mơ h ìn h đ n h giá (liên hệ bước với bước 8) đưa k ế t đ n h giá cho cộng đồng địa phương kiếm tra tín h đắn kết đ n h giá (bưốc 11) (1) Xác định mục tiêu đánh giá ỉ (3 )' X c đ ịn h đ ổ i tư ợng c â y trố n g d n h g iá (2) Xác định quy mò tỷ lệ dánh giá •I 1" (4) Xác định nhu cẩu sinh thái trống (5) T h ô n g k ê dặc d i ém cá c dơn vị c n h qu an ĩ (6) L ụ a ch ọ n v p h â n c ấ p th íc h n g h i c ác c h i tié u d n h g iá (d n h g iá riê n g ) : : Ales Xbas< Ợ ) Đư a d ặ c trư ng n h (8) Xây dựng định q u a n o A L E S ị - ĩ - r? r, H '" ĩ -(9) Máy tính xử lý đánh giá (1 ) K iể m tra t h ụ t lâ y ỷ k iế n dịa p h u ũ ìig té, - m— , m ppn Ẹặ— I -(10) Kết xuất trình diễn kết Hình Quy trình ứng dụng mơ hình tích hợp ALES-GIS đánh giá thích nghi sinh thái đơn vị cảnh quan đôi với trồng nông - lâm nghiệp huyện Sa Pa, tính Lào Cai Tạp chí Khoa học Đ tìQ G HN K IỈT N CN T.xx Số4 2004 Mỏ hình lích hợp Alcs-Gis tronu đánh íiiá 47 T ro n g quv trìn h đ n h giá nêu h ìn h 2, nhiệm vụ ALES-G IS mức độ thích hợp đôi với trồ n g m ặt tự nhiên mà khơng tín h đến điều kiện kinh t ế th ê k ế t q u ả trê n b ả n đồ đ n h giá ALES đóng vai trò th iế t k ế k h u n g giúp chuyên gia xây dựng mơ h ìn h đ n h giá không cung cấp nguồn thông tin ch uy ên gia Cây định quy trìn h đ n h giá n y tậ p tru n g vào n h â n tố sinh th i h n ch ế đơì với trồng đ n h giá Nếu đơn vị cảnh q u an đ n h giá khơng thích nghi đưa vào p hân loại tự động mức độ “N” Đôi với đơn vị cản h qu an khác không mức “N”, đ n h giá thích nghi sin h th i có th ê sử d ụ ng đê p h â n chia mức độ thích hợp dựa vào điều kiện sinh th i theo cấp: r ấ t thích nghi (Sl), thích nghi (S2) thích nghi (S3), sau phân h n g theo mức độ thích nghi phục vụ cho bước đ n h giá 2.2 D ặc đ iế m cấ u tr ú c c ả n h q u a n h u y ên S a Pa H uyện Sa Pa n ằm trụ c kinh t ế xã hội Lào Cai - Sa Pa có diện tích tự nhiên 678,60 kmr, gồm 17 xã thị tr ấ n Sa Pa Điều kiện tự nhiên lã n h thổ Sa Pa đa dạng, phức tạp, p h â n hoá th n h kiểu cảnh q u a n đặc trư n g n ền tả n g v ậ t c h ấ t rắ n -dinh dưỡng, điểu kiện n h iệ t ẩm lớp phủ thực vật N hìn chung, v ù n g sinh th i núi cao đặc th ù có điều kiện tự n hiên tương đôi th u ậ n lợi cho p h t triể n n h iề u loại trồng nông, lâm nghiệp n h iệ t đới: (1) N ề n tả n g vật chất rắn - d in h dưdng: Sa Pa n ằm hoàn toàn đới F anxipang với dãy núi địa lũy Hoàng Liên Sơn kiểu phức nếp lồi với hai cánh cấu tạo đá hiến ch ất Proterozoi, Paleozoi diện tích lớn đá xâm n h ậ p m acm a ax it g n it phức hệ Pò Sen, Yẽ Yên Sun T rên địa chất, địa h ìn h đặc trư n g nhóm kiểu địa hình sườn kiến tạo kiến trú c bóc mòn; nhóm kiểu địa h ìn h nguồn gốíc bóc mòn tống hợp (địa hình bề m ặ t s a n bằng, địa h ìn h sườn bóc mòn tổng hợp sườn trọn g lực), địa h ình karst; nhóm kiêu địa h ìn h dòng chảy (địa hình bãi bồi, bề m ặ t tích tụ hỗn hợp aluvi-deluviproluvi đại bê m ặ t tích tụ coluvi-deluvi) Thổ nhưỡng p h â n hoá th n h nhóm đ ất chính: đ ấ t m ùn thô núi cao (HT), đ ấ t m ùn alit (HA), đ ấ t m ù n đỏ vàng (FH), đ ấ t đỏ vàng n hiệt đới (F), đ ấ t phù sa sông suốỉ (Ps) đ ấ t dốc tụ (D) (2) N ền tá n g n h iệt âm : N ét đặc sắc khí h ậ u Sa Pa lả p h â n hoá đa d ạn g theo đai cao, h ìn h th n h bơn kiêu khí hậu: kiểu khí hậu m ù a hè m t - ấm, m ù a đông rét - ẩm (đai cao 700-1600m); kiểu khí h ậ u m ùa hè m át - ẩm, m ù a đông ré t - ẩ m (1600-2400m); kiểu kh í h ậ u m ù a hè m t - ẩm, m ùa đông rấ t rét (2400-2800m); kiểu khí h ậ u m ù a hè lạn h - ẩm, m ù a đông r ấ t ré t - r ấ t ẩm (>2800m) (3) Lớp p h ủ thự c vật: th m thực vật nguyên sin h th ứ sin h n h â n tác p h â n hoá theo đai cao, với kiểu rừ n g kín n h iệ t đới mưa m ùa thường x a n h rộng ưu thê họ Fabaceae, Lauraceae, R ubiaceae, Theaceae, Lam iaceae, Zingiberaceae, Cyperaceae, Poaceae; kiểu rừng hỗn giao rộng - kim ẩm n h iệ t đới ưu t h ế họ Fabaceae, L auraceae, Theaceae, Magnoliaceae', kiêu tr ả n g bụi th ứ sinh ưu thê họ M oraceae, Theaceae; kiểu rừ ng tre nứa th u ầ n loại hỗn giao gổ - tre nứa; kiểu trả n g cỏ th ứ sin h ưu th ê cỏ tra n h , lau lách, chít (đai cao 700-1600m); kiểu rừ ng kín n h iệ t đới m ưa m ù a thường x a n h rộng - kim hỗn giao ưu t h ế họ Fabaceae, Lauraceae, M agnoliaceae (đai cao 1600-2400m); kiêu Lap chi Khoa học ĐHQGHN KIII /V CN r.xx Sổ4 2004 Nguyễn Cao Huán, Nguyễn An Thịnh, Phạm Quant* Tuấn 48 rừng gỗ lùn ưu t h ế Đỗ quyên cRhododendron fleuryi) (đai cao 2400-2800m); kiêu rừ n g kim ưu th ê Dẻ tụng, T h iết sam (Tsuga y u n n a n en sis) (đai cao >2800m) T h ả m thực vật th ứ sin h nuôi trồng nhân tạo chủ yếu lúa nương hoa m u trê n nương rẫy; lúa nưốc trê n ruộng bậc thang; trồng dài ngày nhiệt đối; rừ n g trồn g với ưu hợp T hảo (A m om um tsaoko), S a m u (C u n n in g lanceolata), Tông sủ (A lnus nepalnensis), Bồ đề (Styra x to n k in e n sis) Sự p h ân hoá tổng hợp điều kiện tự nhiên hu yện Sa Pa th ê h iện trê n b ả n đồ cảnh qu a n tý lệ 1:50.000 với đơn vị sở dạng cảnh quan T ấ t tư liệu b ản đồ cảnh quan xây dựng với đặc tín h từ ng đơn vị sỏ p h â n chia n h ữ n g liệu đầu vào quan trọng cho đ n h giá thích nghi sinh th i trồng 2.3 K ết q u đ n h g iá th íc h n g h i s in h th ả i củ a cá c d n vị c ả n h q u a n h u y ệ n S a Pa dôi với cày trồ n g Lựa chọn chí tiêu đưa vào đ n h g iá thích nghi sin h thái K ết hợp p h â n tích mơi q u an hệ hữu trồng lựa chọn (Lê, Chè, Tông q u sủ, Thảo quả, Su su) điều kiện sinh th i với đặc trư n g đơn vị cản h quan, lựa chọn 17 chì tiêu đáp ứng nh u cầu sinh th trồng cho đ n h giá thích nghi, bao gồm: (1) N h ó m chí tiêu n h iệt - âm thời tiết cực đoan: n h iệ t ẩm: lượng mưa tru n g b ình n ăm (r), n h iệ t độ tr u n g bình năm (t), tổng nh iệt năm (tt); n h â n tơ thòi tiế t cực đoan: sơ' ngày có sương mi n ă m (f) (2) N hóm chí tiêu lý d in h dường đất: nhóm tiêu đáp ứng điều kiện p h t triể n rễ trồng: loại đ ấ t (p), tầ n g dày đ ấ t (d), th n h p h ần giới (te), độ đá lẫn tầ n g m ặ t (sm), mức độ tiêu th o t nước (ir); tiêu th u ậ n lợi cho xây dựng đồng ruộng: độ dốc (s); tiêu độ độc đ ấ t đổì với trồng: độ pH đ ấ t (ph); tiêu din h dưỡng đất: N tổng số (n), K tổng sô' (k), p tổng sô" (po), độ m ùn (om) S() lượng tiêu lựa chọn đưa vào đ n h giá phụ thuộc vào đặc tính sinh thái loại trồng: 11 tiêu đôi với Lê, Chè - 13 tiêu, Tông sủ - tiêu, Thảo - 12 tiêu, Su su - 14 tiêu Đ ánh giá riêng dược tiến h n h b ằn g cách xây dựng g ch u ẩn đ n h giá t h n h ph ần theo từ ng cấp thích nghi trê n sở n h u cầu sinh th i trồ ng đặc tín h đơn vị cảnh quan Tiến h n h xây dự ng đ ịn h A L E S D ựa trê n kết đ n h giá riêng đôi với trồng, quvết định sè cho mức độ từ r ấ t thích nghi (Sl), thích nghi (S2), thích nghi (S3) đến khơng thích nghi (N) Tổng hợp kết q uả đán h giá trê n ALES-GIS cho k h u vực ngh iên cửu, xác định h ạn g thích nghi đơi với Lê 24665,1 (chiếm 36,35% tông diện tích), Chè 5234,0 (7,71%), Tống sủ 19882,7 h a (29,3%), Thảo 23133,3 (65,91%), Su su 4832,2 (7,12%) (bảng 1) Tạp chí Khoa học D IIQ G I/N K I U N & CN T.xx So 2004 Mơ hình lích hợp Alcs-Gis imim đánh liiá 49 B ảng Kết đánh giá mức độ thích nghi sinh thái cảnh quan huyện Sa Pa đôi với trồng nông - lâm nghiệp (đơn vị: ha) D iê n t í c h t h í c h n g h i (h a ) C â y t r n g đ n h g iá Lê Chè T ố n g q u sủ Thảo S u su SI 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 S2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 S3 24665,1 5234,0 19882,7 23133,3 4832,2 N 43194,9 62626,0 47977,3 44726,7 63027,8 T ổ n g d iệ n tíc h đ n h g iá : 67860,0 (h a ) Mơ hình tích hợp ALES-GIS cho kết đ n h giá thích nghi k h hợp lý với thực tiễn Do đặc th ù điều kiện tự nhiên vùng núi cao với n h ữ n g điều kiện h n chê khí hậu, địa hình thơ nhưõng, k ết đ n h giá cho th ấ y k h u vực nghiên cứu đơn vị cản h quan mức độ rấ t thích nghi (Sl) thích nghi (S2) Diện tích thích nghi (S3) khơng thích nghi (N) khác n h a u đơi với lồi trồng: - Đỏi với Lê: mức độ thích nghi p h â n bô" tậ p tru n g trê n d ạn g cảnh q u an sườn bóc mòn tống hợp dốc