Xây dựng bản đồ đơn vị đất đai bằng kỹ thuật GIS phục vụ cho đánh giá đất nông nghiệp huyện phổ yên tỉnh thái nguyên

Thạc sĩ, tiến sĩ, cao học, tự nhiên, kinh tế, nông nghiệp

1. mở đầu 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Đất đai vừa là sản phẩm của tự nhiên, vừa là sản phẩm của lao động, là nhân tố đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc quyết định sự tồn tại và phát triển xã hội loài ngời. Đánh giá đất đai là một nội dung nghiên cứu không thể thiếu đợc trong chơng trình phát triển một nền nông nghiệp bền vững và có hiệu quả. Trong sản xuất nông nghiệp bền vững theo quan điểm sinh thái và phát triển lâu bền thì công tác đánh giá đất đai mang tính nền tảng cho các hớng quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp hợp lý. Theo qui trình đánh giá đất đai của FAO thì việc xây dựng bản đồ đơn vị đất đai là một trong những nội dung có ý nghĩa rất quan trọng làm cơ sở để so sánh với các yêu cầu sử dụng đất của từng loại hình sử dụng đất (LUT). Với công nghệ thông tin đã và đang không ngừng phát triển mạnh mẽ, thâm nhập hầu hết các ngành khoa học, các hoạt động thực tiễn và quản lý trong mọi lĩnh vực. Việc áp dụng công nghệ thông tin và hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã trở thành nhu cầu thiết yếu trong công tác nghiên cứu khoa học, đào tạo và quản lý, bao gồm quản lý Nhà nớc, quản lý kinh doanh và hầu hết các lĩnh vực quản lý các hệ thống tài nguyên thiên nhiên, trong đó có quản lý đất đai, môi trờng là những lĩnh vực đang đợc u tiên hàng đầu. Sự ra đời của hệ thống thông tin địa lý là một bớc tiến hết sức to lớn trên con đờng đa các ý tởng, kết quả nghiên cứu địa lý và cách tiếp cận hệ thống theo quan điểm của địa lý học hiện đại vào cuộc sống. Ngày nay, GIS đã đợc ứng dụng ở rất nhiều lĩnh vực khác nhau: thành lập bản đồ, phân tích dữ - 1 - liệu không gian, đánh giá tài nguyên đất, xây dựng, quy hoạch đô thị và nông thôn Phổ Yên là huyện nằm ở phía Nam của tỉnh Thái Nguyên với tổng diện tích đất tự nhiên là 25.667,63 ha. Đây là một huyện có vị trí quan trọng trong việc phát triển kinh tế, xã hội của tỉnh Thái Nguyên. Để hội nhập với xu hớng phát triển kinh tế chung của tỉnh và của khu vực, Phổ Yên cần phải có định hớng cụ thể trong phát triển kinh tế - xã hội toàn diện, ổn định và vững chắc từ nay đến năm 2010 nhằm tạo đà cho những năm tiếp theo. Việc ứng dụng công nghệ GIS vào lĩnh vực đánh giá tiềm năng đất đai làm cơ sở cho sử dụng đất một cách hiệu quả và lâu bền, xây dựng một ngành nông nghiệp đa canh đang là nhu cầu bức thiết trong phát triển nông nghiệp nông thôn ở nớc ta nói chung và ở huyện Phổ Yên nói riêng. Xuất phát từ thực tiễn đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: Xây dựng bản đồ đơn vị đất đai bằng kỹ thuật GIS phục vụ cho đánh giá đất nông nghiệp huyện Phổ Yên - tỉnh Thái Nguyên. 1.2. Mục đích của đề tài - Nghiên cứu, thu thập các số liệu về đặc điểm và tính chất đất đai của huyện Phổ Yên, xác định các chỉ tiêu phân cấp cho bản đồ đơn vị đất đai phục vụ cho mục tiêu đánh giá đất trong nông nghiệp của huyện. - Khai thác khả năng ứng dụng của GIS để xây dựng bản đồ đơn vị đất đai của huyện Phổ Yên, tỉnh Thái Nguyên. - 2 - 2. Tổng quan tài liệu 2.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu và đánh giá đất trên thế giới 2.1.1. Sự cần thiết phải đánh giá đất Đất đai đóng vai trò quyết định cho sự tồn tại và phát triển của xã hội loài ngời, nó là cơ sở tự nhiên và là tiền đề cho mọi quá trình sản xuất. Theo học thuyết sinh thái học cảnh quan (Landscape Ecology) đất đai đợc coi là vật mang (Carrier) của hệ sinh thái (Ecosystems). Đánh giá đất đai theo quan điểm sinh thái xuất phát từ quan điểm phát triển nông nghiệp bền vững. Nông nghiệp bền vững là một hệ thống sản xuất có chọn lọc, đa dạng nhng cân bằng về sinh thái một cách tự nhiên, trong đó các yếu tố tác động một cách tơng hỗ cùng tồn tại và phát triển, đem lại hiệu quả kinh tế cao, môi trờng trong lành, sản phẩm an toàn và đợc thị trờng chấp nhận [6, 19]. Hiện nay trên thế giới có khoảng 3,3 tỷ ha đất nông nghiệp, trong đó đã khai thác đợc 1,5 tỷ ha, còn lại đa phần là đất xấu, sản xuất nông nghiệp gặp nhiều khó khăn [4]. Mặt khác, hàng năm có khoảng 6 - 7 triệu ha đất nông nghiệp bị loại bỏ do xói mòn và thoái hoá. Để giải quyết đợc nhu cầu về lơng thực không ngừng gia tăng con ngời phải tiến hành thâm canh tăng vụ, tăng năng suất cây trồng và mở rộng diện tích đất nông nghiệp [25]. Bên cạnh đó, việc ngăn chặn đợc những suy thoái về tài nguyên đất đai gây ra do sự thiếu hiểu biết của con ngời và hớng tới việc sử dụng và quản lý đất một cách có hiệu quả trong tơng lai thì công tác nghiên cứu về đánh giá đất là rất quan trọng và cần thiết. Hiện nay công tác đánh giá đất đai đợc thực hiện trên nhiều quốc gia và trở thành một khâu trọng yếu trong hoạt động quản lý tài nguyên đất đai và quy hoạch sử dụng đất (FAO, 1994). Đánh giá đất đai là một nội dung nghiên - 3 - cứu không thể thiếu đợc cho hớng phát triển một nền nông nghiệp bền vững và có hiệu quả vì đất đai là t liệu cơ bản nhất giúp cho ngời sử dụng đất có những hiểu biết khoa học về tiềm năng sản xuất của đất đai, những khó khăn và hạn chế trong sử dụng đất đồng thời nắm đợc những phơng thức sử dụng đất thích hợp cho mình [27]. Theo Dent D. và Young T. [42] về cơ bản thì đánh giá đất không có gì xa lạ, vì từ xa xa ngời nông dân đã biết tự quyết định đợc việc trồng loại cây gì là tốt nhất đối với mảnh đất mà họ có. Hoặc trong quá trình tìm nơi định c, họ đã biết đợc những vùng đất đai có thích hợp với những cây họ định trồng hay mùa vụ nào là thích hợp với cây trồng của họ. Để có đợc những kiến thức đó, ngời nông dân đã trải qua và tích luỹ những kinh nghiệm truyền lại từ nhiều đời và tất nhiên những kinh nghiệm cũng đợc rút ra từ không ít những thất bại. Việc đánh giá đất đai trên quan điểm sinh thái và phát triển lâu bền cần đợc hiểu nh sau: "Một vạt đất đợc xác định về mặt địa lý là một diện tích bề mặt của trái đất với những thuộc tính tơng đối ổn định hoặc thay đổi có tính chất chu kỳ có thể dự đoán đợc của sinh quyển bên trên, bên trong và bên dới nó nh: không khí, đất, điều kiện địa chất, thuỷ văn, thực vật, động vật c trú, những hoạt động hiện nay và trớc đây của con ngời, ở chừng mực mà những thuộc tính này có ảnh hởng tới việc sử dụng vạt đất đó của con ngời ở hiện tại và trong tơng lai (Christian và Stewart - 1968; Brinkman và Smyth - 1973) [35]. 2.1.2. Một số phơng pháp đánh giá đất đai trên thế giới Đánh giá đất đai đã đợc nghiên cứu từ lâu trên thế giới và trở thành một khâu trọng yếu trong các hoạt động đánh giá tài nguyên hay quy hoạch sử dụng đất. Công tác đánh giá đất đai có vai trò rất lớn trong việc sử dụng tài nguyên đất đai bền vững và trở thành công cụ cần thiết cho việc quy hoạch, bố - 4 - trí sử dụng đất hợp lý [21]. Hiện nay, những kết quả và thành tựu về đánh giá đất đai đã đợc ngời ta tổng kết trong phạm vi hoạt động của các tổ chức Liên hợp quốc và coi đó nh tài sản trí thức chung của nhân loại. Có thể khái quát một số phơng pháp đánh giá đất đai trên thế giới nh sau: 1 Phơng pháp đánh giá đất đai ở Liên Xô cũ Phơng pháp đánh giá đợc hình thành từ đầu những năm 50, sau đó đã đợc phát triển và hoàn thiện vào năm 1986 nhằm tiến hành đánh giá và thống kê chất lợng tài nguyên đất đai để phục vụ cho mục đích xây dựng chiến lợc quản lý và sử dụng đất cho các đơn vị hành chính và sản xuất trên lãnh thổ Liên bang Xô viết. Phơng pháp đánh giá đất ở Liên Xô cũ đợc ứng dụng theo hai hớng là đánh giá đất chung và riêng (theo hiệu suất cây trồng là ngũ cốc và cây họ đậu). Đơn vị đánh giá đất là các chủng, loại đất. Quy định đánh giá đất cho cây có tới, đất đợc tiêu úng, đất trồng cây lâu năm, đất trồng cỏ thâm canh và đồng cỏ chăn thả. Chỉ tiêu đánh giá đất là năng suất, giá thành sản phẩm (rúp/ha), mức hoàn vốn, địa tô cấp sai (phần có lãi thuần tuý) [27]. Nguyên tắc đánh giá mức độ sử dụng đất thích hợp là phân chia khả năng sử dụng đất đai trên toàn lãnh thổ theo các nhóm và các lớp thích hợp. - Nhóm đất thích hợp đợc phân theo điều kiện vùng sinh thái đất đai tự nhiên trên phạm vi vùng rộng lớn. - Lớp đất thích hợp là những vùng đợc tách ra theo sự khác biệt về loại hình thổ nhỡng nh điều kiện địa hình, mẫu chất, thành phần cơ giới và chế độ nớc. Trong cùng một lớp sẽ có sự tơng đồng về điều kiện sản xuất, khả năng ứng dụng kỹ thuật cũng nh các biện pháp cải tạo và bảo vệ đất. Việc phân hạng và đánh giá đất đai đợc thực hiện theo 3 bớc: - Đánh giá lớp phủ thổ nhỡng (so sánh các loại thổ nhỡng theo tính chất tự nhiên). - 5 - - Đánh giá khả năng sản xuất của đất đai (yếu tố đợc xem xét kết hợp với khí hậu, độ ẩm, địa hình). - Đánh giá kinh tế đất (chủ yếu đánh giá khả năng sản xuất hiện tại của đất đai). Tóm lại, phơng pháp đánh giá đất của Liên Xô cũ chủ yếu tập trung nghiên cứu các yếu tố về điều kiện tự nhiên của đất đai mà cha xem xét một cách đầy đủ đến các khía cạnh kinh tế và xã hội trong việc sử dụng đất đai. Do đó, việc xác định nhu cầu sử dụng của con ngời và xây dựng các kế hoạch sử dụng đất đai là rất khó khăn và phức tạp. 2 Phơng pháp đánh giá đất đai ở Anh ở Anh có 2 phơng pháp đánh giá đất đai đó là dựa vào sức sản xuất tiềm năng của đất hoặc dựa vào sức sản xuất thực tế của đất. Theo phơng pháp đánh giá đất đai dựa vào thống kê sức sản xuất tiềm năng của đất thì việc xác định khả năng trồng cây nông nghiệp của đất phụ thuộc vào 3 nhóm yếu tố chính là: nhóm các yếu tố tự nhiên của đất; nhóm các yếu tố đòi hỏi các biện pháp đầu t lớn mới khắc phục đợc (các công trình tới, tiêu và rửa mặn .); nhóm các yếu tố đòi hỏi ngời sử dụng đất thực hiện các biện pháp thông thờng hàng năm nh cải tạo độ chua, cung cấp chất dinh dỡng cho đất để khắc phục đất. Theo phơng pháp đánh giá đất đai dựa vào thống kê sức sản xuất thực tế của đất thì việc đánh giá đất đai căn cứ vào năng suất thực tế trên đất, lấy năng suất trung bình nhiều năm ở loại đất tốt nhất hoặc đất trung bình để so sánh với năng suất thực tế trên đất cần xác định. Tuy nhiên, khi đánh giá đất đai theo phơng pháp này còn gặp nhiều khó khăn vì năng suất của cây trồng phụ thuộc vào loại cây đợc chọn, điều kiện đất đai và khả năng đầu t của ngời sử dụng đất. - 6 - 3 Phơng pháp đánh giá đất đai ở Hoa Kỳ Khái niệm chủ yếu nêu lên trong hệ thống phân loại tiềm năng đất đai của Mỹ là khái niệm về những hạn chế, đó là những tính chất đất đai gây trở ngại cho việc sử dụng đất. Có những loại hạn chế lâu dài và những loại hạn chế tạm thời. Những hạn chế lâu dài là những hạn chế nếu chỉ tác động bằng những cải tạo nhỏ thì không giải quyết đợc. Những hạn chế tạm thời là những hạn chế có thể cải tạo bằng những biện pháp kỹ thuật và quản lý. Nghĩa là các yếu tố nào có mức độ hạn chế lớn và khả năng chi phối mạnh đến sử dụng đất là yếu tố quyết định mức độ thích hợp mà không cần tính đến những khả năng thuận lợi của các yếu tố khác có trong đất. Hệ thống đánh giá phân loại đất đai theo tiềm năng của Hoa Kỳ đợc Bộ nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA) đề xuất vào những năm 1961 và hiện nay có 2 phơng pháp đánh giá đất đai đợc ứng dụng rộng rãi đó là: - Phơng pháp tổng hợp: đánh giá đất đai đợc thực hiện dựa trên năng suất cây trồng trong nhiều năm và phân hạng đất đai tập trung chủ yếu vào cây trồng chính nh lúa mỳ để từ đó xác định mối tơng quan giữa đất đai và cây trồng trên đất nhằm đa ra những biện pháp kỹ thuật làm tăng năng suất cây trồng. - Phơng pháp yếu tố: bằng cách thống kê các yếu tố tự nhiên và kinh tế của đất đai để so sánh lợi nhuận do đất mang lại. Phơng pháp này sử dụng thang điểm tối đa là 100 điểm để làm mốc so sánh giữa các loại đất khác nhau. Nh vậy, việc phân hạng thích hợp đất đai theo phơng pháp đánh giá đất đai của Hoa Kỳ mới chỉ tập trung vào các loại cây trồng chính mà cha đa ra đợc những yêu cầu của các loại hình sử dụng đất cụ thể nào đang đợc ứng dụng trong sản xuất. Tuy nhiên phơng pháp này rất quan tâm đến những yếu tố hạn chế trong quản lý và sử dụng đất có tính đến các vấn đề về môi - 7 - trờng, đây cũng chính là điểm mạnh của phơng pháp nhằm mục đích duy trì và sử dụng đất bền vững. 4 Phơng pháp đánh giá đất đai ở ấn Độ và vùng nhiệt đới ẩm Châu Phi ở ấn độ và một số nớc nhiệt đới ẩm Châu Phi thờng áp dụng phơng pháp tham biến biểu thị mối quan hệ của các yếu tố dới dạng phơng trình toán học: Y=F(A) x F(B) x F(C) x F(X) Trong đó: Y: Biểu thị sức sản xuất của đất A: Độ dày và đặc tính tầng đất B: Thành phần cơ giới lớp mặt đất C: Độ dốc X: Các yếu tố biến động nh tới, tiêu, độ chua, hàm lợng dinh dỡng và xói mòn. Kết quả phân hạng đất theo phơng pháp này đợc thể hiện ở dạng % hoặc cho điểm. Ngoài ra còn một số phơng pháp đánh giá cho từng cây trồng cụ thể nh đối với cây lúa theo phơng pháp đánh giá đất đai ở Trung Quốc. * Nhận xét về đánh giá đất đai trên thế giới Đánh giá đất đai làm cơ sở cho công tác quy hoạch sử dụng đất đai hiệu quả và bền vững. Mỗi phơng pháp đánh giá đất đai trên thế giới đều có sự khác nhau về mức độ chi tiết, phơng thức và hệ thống phân vị, điều kiện và quan điểm. Tuy nhiên, chúng đều có những điểm giống nhau nh sau: - 8 - - Các phơng pháp đánh giá đất đai trên thế giới đều nhằm mục đích chung là hớng tới sử dụng và quản lý đất đai thích hợp, hiệu quả và lâu bền. - Hệ thống phân vị khép kín cho phép đánh giá đất từ khái quát đến chi tiết trên quy mô lãnh thổ quốc gia, vùng, các đơn vị hành chính và cơ sở sản xuất [4]. - Mỗi phơng pháp đánh giá đều có những thích ứng linh hoạt trong việc xác định các đặc tính và các yếu tố hạn chế có liên quan trong quá trình đánh giá đất đai, do đó có thể điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện của từng vùng, từng địa phơng [10]. - Đối tợng đánh giá đất đai là toàn bộ quỹ đất đai với các mục đích sử dụng khác nhau. Các phơng pháp đánh giá đều coi đất đai là một vật thể tự nhiên gồm các yếu tố thổ nhỡng, địa hình, khí hậu và động thực vật. - Việc nhấn mạnh những yếu tố hạn chế bất lợi của đất và xác định các biện pháp bảo vệ đất theo phơng pháp đánh giá đất của Mỹ là rất có ý nghĩa trong việc tăng cờng bảo vệ môi trờng sinh thái và sử dụng đất bền vững. 2.1.3. Đánh giá đất theo FAO Trớc tình hình suy thoái đất diễn ra mạnh mẽ và ngày một tăng, tổ chức FAO đã có quá trình thử nghiệm đánh giá đất tại nhiều vùng khác nhau trên thế giới và đã thu đợc những kết quả nhất định. Từ những năm 70, nhiều quốc gia trên thế giới đã cố gắng phát triển hệ thống đánh giá đất của họ nhằm có những giải pháp hợp lý trong sử dụng đất. Các nhà khoa học nghiên cứu về đánh giá đất trên thế giới nhận thấy phải có một sự nỗ lực không chỉ đơn phơng ở từng quốc gia riêng rẽ mà phải thống nhất và tiêu chuẩn hóa việc đánh giá đất trên phạm vi toàn cầu. Kết quả là ủy ban Quốc tế nghiên cứu đánh giá đất của tổ chức FAO đợc thành lập tại Rome (ý) đã phát thảo bản dự thảo về đánh giá đất lần đầu tiên vào năm 1972. - 9 - Thấy rõ đợc tầm quan trọng của công tác đánh giá và phân hạng đất đai, tổ chức FAO với sự tham gia của các chuyên gia đầu ngành đã tổng hợp kinh nghiệm ở nhiều nớc để xây dựng lên bản: Đề cơng đánh giá đất đai (FAO - 1976) [38]. Tài liệu này đợc cả thế giới quan tâm thử nghiệm, vận dụng và chấp nhận là phơng tiện tốt nhất để đánh giá tài nguyên đất đai, sau đó đã đợc sửa đổi, bổ sung vào năm 1983. Theo FAO (1976) thì đánh giá đất đai đợc định nghĩa nh sau: Đánh giá đất đai là quá trình so sánh, đối chiếu những tính chất vốn có của vạt đất, khoanh đất cần đánh giá với những tính chất đất đai mà loại yêu cầu sử dụng đất cần phải có [38]. Tiếp theo tài liệu năm 1976, hàng loạt các tài liệu hớng dẫn đánh giá đất đai cho các đối tợng cụ thể đợc ban hành nh: Đánh giá đất đai cho nền nông nghiệp nhờ nớc trời (FAO - 1983) [39]; Đánh giá đất cho nền nông nghiệp đợc tới (FAO - 1985) [40]; Đánh giá đất đai vì sự phát triển (FAO - 1986) [41]; Đánh giá đất đai cho phát triển nông thôn (FAO - 1988) [42]; Đánh giá đất cho trồng trọt đồng cỏ quảng canh (FAO - 1989) [43]; Đánh giá đất đai và phân tích hệ thống canh tác phục vụ cho quy hoạch sử dụng đất (FAO - 1994) [44]. Khi tiến hành đánh giá đất cụ thể cho các đối tợng sản xuất nông, lâm kết hợp thì đất đai đợc nhìn nhận nh là Một vạt đất xác định về mặt địa lý, là một diện tích bề mặt của trái đất với những thuộc tính tơng đối ổn định hoặc thay đổi có tính chất chu kỳ có thể dự đoán đợc của môi trờng bên trong, bên trên và bên dới nh không khí, loại đất, điều kiện địa chất, thuỷ văn, động vật và thực vật, những hoạt động trong quá khứ và hiện tại của con ngời phát triển ở chừng mực mà những thuộc tính này có ảnh hởng đáng kể đến việc sử dụng vạt đất đó trong hiện tại và tơng lai. Nh vậy, đánh giá đất đai phải đợc xem xét trên phạm vi rộng rãi bao gồm cả về không gian, thời - 10 - . nghiên cứu đề tài: Xây dựng bản đồ đơn vị đất đai bằng kỹ thuật GIS phục vụ cho đánh giá đất nông nghiệp huyện Phổ Yên - tỉnh Thái Nguyên. 1.2. Mục đích. dựng bản đồ đơn vị đất đai 2. Điều tra, tổng hợp, xây dựng các bản đồ đơn tính 3. Xây dựng bản đồ đơn vị đất đai 4. Mô tả bản đồ đơn vị đất đai Sơ đồ 2.3: