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 thịi, 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 trị 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 mịn; nhóm kiểu địa h ìn h nguồn gốíc bóc mịn tống hợp (địa hình bề m ặ t s a n bằng, địa h ìn h sườn bóc mịn tổng hợp sườn trọn g lực), địa h ình karst; nhóm kiêu địa h ìn h dịng 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 thịi 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 mịn tống hợp dốc