Ứng dụng công nghệ gis thành lập bản đồ thích nghi đất đai cho cây lúa tỉnh thái bình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT NGUYỄN THỊ NĂM ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ THÍCH NGHI ĐẤT ĐAI CHO CÂY LÚA TỈNH THÁI BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT NGUYỄN THỊ NĂM ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS THÀNH LẬP BẢN ĐỒ THÍCH NGHI ĐẤT ĐAI CHO CÂY LÚA TỈNH THÁI BÌNH Ngành: Bản đồ viễn thám hệ thông tin địa lý Mã số : 60 44 02 14 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LƯU THẾ ANH HÀ NỘI - 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực không trùng lặp với đề tài khác Hà Nội, tháng 04 năm 2015 Học viên Nguyễn Thị Năm ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU PHẠM VI VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KẾT QUẢ VÀ Ý NGHĨA CỦA LUẬN VĂN 5.1 Kết luận văn 5.2 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn CẤU TRÚC LUẬN VĂN CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN NGHIÊN CỨU 1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG 1.1.1 Bối cảnh đời công tác đánh giá đất đai 1.1.2 Một số khái niệm đánh giá đất đai 1.1.3 Các nguyên tắc trình tự đánh giá thích nghi đất đai trồng 1.1.4 Các phương pháp đánh giá thích nghi đất đai trồng 1.2 TỔNG QUAN CƠNG TÁC ĐÁNH GIÁ THÍCH NGHI ĐẤT ĐAI CHO CÂY TRỒNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 20 1.2.1 Trên giới 20 1.2.2 Ở Việt Nam 22 1.3 CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG CỦA GIS TRONG ĐÁNH GIÁ VÀ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ THÍCH NGHI ĐẤT ĐAI CHO CÂY TRỒNG 27 1.3.1 Cấu trúc chức GIS 27 1.3.2 Vai trò GIS đánh giá thành lập đồ thích nghi đất đai cho trồng 29 1.3.3 Quy trình ưng dụng phần mềm ArcGIS đánh giá đất đai 30 iii CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI VÀ TÌNH HÌNH SẢN XUẤT LÚA Ở TỈNH THÁI BÌNH 32 2.1 CÁC ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN CỦA TỈNH THÁI BÌNH 32 2.1.1 Vị trí địa lý 32 2.1.2 Đặc điểm địa hình địa mạo 32 2.1.3 Đặc điểm khí hậu 35 2.1.4 Đặc điểm thủy văn 38 2.1.5 Thảm thực vật 39 2.1.5 Đặc điểm tài nguyên đất 39 2.2 TÌNH HÌNH KINH TẾ - XÃ HỘI TỈNH THÁI BÌNH 47 2.2.1 Dân số lao động 47 2.2.2 Đặc điểm sở hạ tầng xã hội 48 2.2.3 Đặc điểm tốc độ tăng trưởng ngành kinh tế 50 2.3 TÌNH HÌNH CANH TÁC LÚA TỈNH THÁI BÌNH 52 2.3.1 Hiện trạng sử dụng đất tỉnh Thái Bình 52 2.3.2 Diện tích sản lượng lúa tỉnh Thái Bình năm qua 53 CHƯƠNG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ THÍCH NGHI ĐẤT ĐAI CHO CÂY LÚA TỈNH THÁI BÌNH BẰNG CÔNG NGHỆ GIS 56 3.1 ĐẶC ĐIỂM SINH LÝ VÀ SINH THÁI CỦA CÂY LÚA 56 3.1.1 Các vùng sinh thái thích nghi cho lúa 56 3.1.2 Yêu cầu nhiệt độ lúa 56 3.1.3 Yêu cầu độ dài ngày 57 3.1.4 Yêu cầu nước 57 3.1.5 Yêu cầu với lượng mặt trời 59 3.1.6 Yêu cầu đất đai 59 3.2 MÔ TẢ DỮ LIỆU SỬ DỤNG 60 iv 3.3 QUÁ TRÌNH THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ THÍCH NGHI ĐẤT ĐAI CHO CÂY LÚA TỈNH THÁI BÌNH 62 3.3.1 Sơ đồ trình thử nghiệm 62 3.3.2 Thiết bị sử dụng trình thử nghiệm 62 3.3.3 Chuẩn hóa liệu đồ thành phần 63 3.3.4 Thành lập đồ đơn vị đất đai 65 3.3.5 Xác định trọng số thang điểm cho tiêu 69 3.4.6 Thành lập đồ thích nghi đất đai 73 3.5 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 75 3.6 KIẾN NGHỊ MỘT SỐ GIẢI PHÁP CHO CANH TÁC LÚA BỀN VỮNG TỈNH THÁI BÌNH 76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 Kết luận 78 Kiến nghị 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Quy trình tích hợp ALES - GIS đánh giá mức độ thích nghi đơn vị đất đai 15 Hình 1.2 Các thành phần GIS 27 Hình 1.3 Sơ đồ ứng dụng công nghệ GIS với phần mềm ArcGIS đánh giá đất đai cho trồng 31 Hình 2.1 Bản đồ hành tỉnh Thái Bình 34 Hình 2.2 Bản đồ lượng mưa trung bình năm tỉnh Thái Bình (Nguồn : Viện Địa Lý-Viện Hàn Lâm Khoa Học công nghệ Việt Nam) 37 Hình 2.3 Bản đồ đất tỉnh Thái Bình (Nguồn : Viện Địa Lý-Viện Hàn Lâm Khoa Học công nghệ Việt Nam) 45 Hình 2.4 Dân số trung bình phân theo giới tính tỉnh Thái Bình qua năm48 Hình 2.5 Bản đồ trạng sửdụng đất tỉnh Thái Bình(Nguồn :Trung tâm Điều tra đánh giá tài nguyên đất - Tổng cục Quản lý đất đai) 55 Hình 3.1 Các giai đoạn sinh trưởng lúa nhu cầu nước 58 Hình 3.2 Sơ đồ ứng dụng cơng nghệ GIS với phần mềm ArcGIS đánh giá thích nghi đất đai lúa 62 Hình 3.3 Mơ hình chồng xếp đồ thành phần để xây dựng đồ đơn vị đất đai 66 Hình 3.4 Mơ phép phân tích tổng giá trị điểm LMU 73 vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Phân loại đất tỉnh Thái Bình tỷ lệ 1:50.000 40 Bảng 2.2 Dân số mật độ dân số phân theo huyện/thành phố tỉnh Thái Bình năm 2013 47 Bảng 2.3 Số trường, phòng học, giáo viên học sinh tỉnh Thái Bình qua giai đoạn từ 2009 - 2014 49 Bảng 2.4 Hiện trạng sử dụng đất tỉnh Thái Bình năm 2013 52 Bảng 2.5 Diện tích, suất sản lượng lúa Thái Bình từ 2009 - 2013 54 Bảng 3.1 Đánh giá tiêu thích nghi cho lúa 60 Bảng 3.2 Tổng hợp đơn vị đất đai tỉnh Thái Bình 67 Bảng 3.3 Ma trận so sánh mức độ quan trọng tiêu theo ý kiến chuyên gia 69 Bảng 3.4 Ma trận so sánh nhân tố 70 Bảng 3.5 Ma trận sau chuẩn hóa trọng số tiêu 70 Bảng 3.6 Trọng số tiêu 71 Bảng 3.7 Phân bố điểm cho giá trị tiêu trọng số tiêu 72 Bảng 3.8 Bảng phân bố điểm cho mức độ thích nghi 74 Bảng 3.9 Tổng hợp diện tích cấp thích nghi lúa 74 vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ALES : Hệ thống đánh giá đất đai tự động (Automated Land Evaluation System) CSDL : Cơ sở liệu FAO : Tổ chức nông lương Liên Hợp quốc (Food and Agriculture Orangization) GIS : Hệ thống thông tin địa lý (Geographical Information System) LMU : Đơn vị đồ đất đai (Land Mapping Unit) LUT : Loại hình sử dụng đất (Land Utilization Types) LUR : Yêu cầu sử dụng đất (Land Use Requirements) LC : Đặc trưng đất đai (Land Characteristics) LQ : Chất lượng đất đai (Land Qualities) N : Khơng thích nghi (Not Suitable) S1 : Rất thích nghi (Highly Suitable) S2 : Thích nghi trung bình (Moderately Suitable) S3 : Kém thích nghi (Marginally Suitable) MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Tất nước giới, dù trình độ phát triển khơng giống phải quan tâm tới việc quản lý, bảo tồn, khai thác sử dụng hợp lý dạng tài nguyên thiên nhiên, định hướng thay đổi công nghệ tổ chức thực nhằm đảm bảo cho phát triển nông nghiệp theo hướng bền vững [1] Sự phát triển nơng nghiệp bền vững có hệ vô quan trọng bảo vệ tài nguyên đất, nước, tài nguyên rừng,… không làm huỷ hoại mơi trường mà cịn hồi phục lại cảnh quan thiên nhiên vốn có tự nhiên, làm tăng sức khoẻ, kéo dài tuổi thọ người, thúc đẩy kinh tế - xã hội nước phát triển đồng thời phù hợp với xu chung thời đại Lịch sử cho thấy, hậu nói thảm hoạ việc khai thác, sử dụng tài nguyên đất cách thiếu hiểu biết, không phù hợp với điều kiện sinh thái tự nhiên vốn có vùng gây xói mịn, rửa trơi, thối hóa đất, làm ô nhiễm đất, suy giảm tài nguyên rừng, ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm dẫn tới làm giảm suất trồng, giảm diện tích đất nơng nghiệp Hiện nay, nước ta thực q trình cơng nghiệp hố - đại hố nơng thơn nhằm thúc đẩy kinh tế khu vực nông thôn phát triển Nền kinh tế nơng nghiệp có chuyển dịch sang sản xuất hàng hoá nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu thụ nước hướng tới xuất Vì vậy, cơng tác đánh giá thích nghi đất đai loại trồng có vai trị quan trọng việc sử dụng hợp lý tài nguyên đất, đảm bảo phát triển nông nghiệp bền vững Kết đánh giá giúp cho địa phương có sở khoa học bố trí 68 19 20 21 22 23 24 Pe Pe Pe Pe Pe Pe 1 1 1 2 2 2 2 2,050.46 155.75 2,112.54 1,011.68 2,066.75 783.29 45 46 47 48 49 50 S S S S S S 1 1 1 1 3 2 1 1 2 2 476.27 998.45 1,839.73 1,624.03 5,241.33 4,786.01 25 Pe 1 389.20 51 S 1 1,439.06 26 Pe Tổng diện tích đơn vị đất 805.25 52 S 4 861.50 122242.76 Ghi chú: - Địa hình tương đối (ĐHTĐ):cao (1),trung bình (2), thấp (3);trũng (4) - Thành phần giới (TPCG): thịt trung bình (1), thịt nhe (2), cát pha (3), cát (4); - Lượng mưa: > 1.600 (1), 1550 - 1.600 (2), < 1.550 (3) - Đất chuyên dùng: 14.425,26 - Đất thổ cư: 10,944 - Thủy hệ: 6,220 69 3.3.5 Xác định trọng số thang điểm cho tiêu Như nói trên, đánh giá đất đai cần phải đưa tiêu đánh giá đơn vị đo, đồng thời xác định giá trị điểm cho giá trị tiêu thuộc bậc thích nghi S1, S2, S3 N Sau đó, xác định trọng số cho tiêu lựa chọn Tiến hành tính trọng số phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia nghiên cứu trồng nông nghiệp số nghiên cứu trước công bố áp dụng phương pháp phân tích thứ bậc AHP (Analytic Hierarchy Process) Phương pháp tính trọng số bao gồm bước sau: - Bước 1: So sánh cặp đôi dùng để xác định tầm quan trọng tương đối cặp tiêu tổng hợp lại thành ma trận gồm n hàng n cột (n số tiêu) Phần tử aij thể mức độ quan trọng tương đối tiêu i so với j tính theo tỷ lệ k (giá trị k dao động từ - 9), ngược lại tiêu j so với i 1/k Ma trận ma trận đối xứng nên cần xác định so sánh bên đường chéo, bên lại đường chéo lấp đầy cách sử dụng công thức aij = = Ma trận so sánh pk tiêu A1, A2, A3, An (Bảng 3.3) Bảng 3.3 Ma trận so sánh mức độ quan trọng tiêu theo ý kiến chuyên gia A1 A2 A3 An A1 a12 a13 a1n A2 1/ a12 a23 a2n A3 1/ a13 1/ a23 a3n An 1/ a1n 1/ a2n 1/ a3n 70 - Bước 2: Chuẩn hóa ma trận, tính tổng hàng cột ma trận theo Bảng 3.4 Bảng 3.4 Ma trận so sánh nhân tố A1 A2 A3 An A1 a12 a13 a1n A2 1/ a12 a23 a2n A3 1/ a13 1/ a23 a3n An 1/ a1n 1/ a2n 1/ a3n Đặt I1 = , I2= , I3 = , , In = Xác định trọng số cách tính tỷ lệ thành phần theo hàng cột: Trị số quán: pij = aij/Ik (k=1, 2, 3, , n) Trọng số: Wk = Trong đó: tổng hàng, n: tổng tiêu Từ đó, tính ma trận sau chuẩn hóa trọng số tiêu thành phần Bảng 3.5 Ma trận sau chuẩn hóa trọng số tiêu A1 A2 A3 An Trọng số A1 P11 P12 P13 P1n W1 A2 P21 P22 P23 P2n W2 71 A3 P31 P32 P33 P3n W3 W4 An Pn1 Pn2 Pn3 Pnn Wn 1 1 Sau áp dụng cách tính cho tiêu đánh giá đất tỉnh Thái Bình, đề tài thu kêt tính trọng số tiêu lựa chọn phục vụ đánh giá thích nghi đất đai cho lúa điểm phân bố cho tiêu trình bày Bảng 3.6 Trong đó, trọng số tiêu giao động từ 0,123 đến 0,369 Bảng 3.6 Trọng số tiêu STT Chỉ tiêu Trọng số Loại đất 0,369 Tầng dày 0,123 Thành phần giới 0,185 Địa hình tương đối 0,185 Lượng mưa 0,138 Tổng 1,00 72 Bảng 3.7 Phân bố điểm cho giá trị tiêu trọng số tiêu Mức độ thích hợp STT Chỉ tiêu Trọng số Wi S1 S2 S3 N Giá trị Điểm Mj Giá trị Điểm Mj Giá trị Điểm Mj Giá trị Điểm Mj C 1,5 Loaị đất 0,369 Pe, Pg, Pf 10 Pc, S M Độ dày tầng đất 0,123 > 50 10 50 - 30 1.600 10 1.550 1.600