Ứng dụng GIS và phân tích đa tiêu chí trong đánh giá tổng hợp thoái hóa tiềm năng ở khu vực miền núi tỉnh Thừa Thiên Huế

Mục đích của bài viết này thông qua ứng dụng GIS và phân tích đa tiêu chí nhằm tiến hành đánh giá thoái hóa đất và thành lập bản đồ thoái hóa đất tiềm năng với tỉ lệ 1/50.000, góp phần xây dựng cơ sở khoa học sử dụng hợp lý tài nguyên đất trên cơ sở đánh giá tổng hợp thoái hóa đất tiềm năng, cung cấp cơ sở khoa học cho các giải pháp sử dụng hợp lý lớp phủ thổ nhưỡng phục vụ phát triển nông lâm nghiệp bền vững khu vực miền núi tỉnh Thừa Thiên Huế. Mời các bạn cung tham khảo!

ỨNG DỤNG GIS VÀ PHÂN TÍCH ĐA TIÊU CHÍ TRONG ĐÁNH GIÁ TỔNG HỢP THỐI HĨA TIỀM NĂNG Ở KHU VỰC MIỀN NÚI TỈNH THỪA THIÊN HUẾ Nguyễn Ngọc Đàn1, Nguyễn Hoàng Sơn 2, Phan Anh Hằng3 Khoa Địa lý, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế 2Viện Đào tạo mở Công nghệ thông tin, 3Đại học Huế Khoa địa lí, trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Tóm tắt: Mục đích báo thơng qua ứng dụng GIS phân tích đa tiêu chí nhằm tiến hành đánh giá thối hóa đất thành lập đồ thối hóa đất tiềm với tỉ lệ 1/50.000, góp phần xây dựng sở khoa học sử dụng hợp lý tài nguyên đất sở đánh giá tổng hợp thối hóa đất tiềm năng, cung cấp sở khoa học cho giải pháp sử dụng hợp lý lớp phủ thổ nhưỡng phục vụ phát triển nông lâm nghiệp bền vững khu vực miền núi tỉnh Thừa Thiên Huế Kết quả: Đất thối hóa nhẹ (TTH1) có 120130.57 ha, chiếm 33.47% diện tích tự nhiên, phân bố tập trung nhiều phía đơng khu vực nghiên cứu; thối hóa trung bình (TTH2) có 88605.81 ha, chiếm 36.96 % DTTN, phân bố rải rác khu vực nghiên cứu; thối hóa mạnh (TTH3) có 17459.49 ha, chiếm 36.96 % DTTN, tập trung nhiều phía tây khu vực nghiên cứu Kết nghiên cứu thể đồ khẳng định đa số diện tích đất khu vực nghiên cứu mức thối hóa trung bình thối hóa nặng Đánh giá cho thấy cần thiết phải tiến hành nhanh chóng biện pháp nhằm ngăn ngừa giảm thiểu thối hóa đất Từ khóa: Thối hóa tiềm năng, miền núi tỉnh Thừa Thiên Huế, GIS, MCE ĐẶT VẤN ĐỀ Thối hóa đất trở thành vấn đề toàn cầu Các nghiên cứu từ sớm nhiều tác giả giới Việt Nam xác định rõ thối hóa đất kết thối hóa tiềm đất thối hóa đất Phần lớn diện tích miền núi tỉnh Thừa Thiên Huế có độ dốc lớn >150; TPCG chủ yếu cát pha, thịt nhẹ, thịt trung bình; độ dày tầng đất mỏng nên q trình thối hóa phổ biến xói mịn; sạt lở, trượt lở đất đá vào mùa mưa lũ Ở khu vực miền núi Thừa Thiên Huế nay, tai biến thiên nhiên (như lũ quét, lũ bùn đám trượt lở đất) thường xuyên xảy ra, làm cho đất ngày thoái hóa khả sản xuất Diện tích đát xói mịn trơ sỏi đá đồi núi trọc ngày gia tăng Các q trình phát sinh thối hóa đất đa dạng phức tạp: q trình bồi lấp, trình feralit - laterit, trình mùn hóa, xói mịn - rửa trơi bạc màu, q trình trượt lở, sập lở nguyên nhân làm cho đất bị bào mịn thối hóa Do đó, việc “Nghiên cứu tổng hợp thối hóa tiềm đất khu vực miền núi tỉnh Thừa Thiên Huế” nhằm xác định mức độ tiềm thối hóa làm sở đề xuát giải pháp nhằm ngăn ngừa giảm thiểu thối hóa đất việc làm có ý nghĩa khoa học thực tiễn to lớn I NGUỒN SỐ LIỆU Nguồn số liệu để xây dựng báo bao gồm: đồ địa chất tỉnh Thừa Thiên Huế tỉ lệ 1/100.000 Viện Thiết kế Quy hoạch Nông nghiệp cung cấp [1,3]; (2) Mơ hình độ cao kỹ thuật số SRTM DEM, độ phân giải không gian 90m srtm.csi.cgiar.org/ SELMENT/ inputCoord.asp, từ đồ DEM thu thập liệu địa hình, độ dốc địa hình; (3) Sử dụng số liệu quan trắc từ năm 1990 - 2015 trạm khí tượng thủy văn tỉnh Thừa Thiên Tác giả liên hệ - ĐT: 01223322866 Email: trantuyet.iesd@gmail.com Huế để tính tốn tỷ số lượng mưa trung bình tháng với lượng bốc tiềm (4) Nhóm tác giả cịn thu thập số liệu liên quan kinh tế xã hội đồ mật độ dân số, số liệu thu nhập bình quân trạng khai thác điểm mỏ quặng huyện thuộc khu vực nghiên cứu [2] II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp điều tra thu thập thông tin Phương pháp điều tra thu thập thứ cấp: thu thập xử lý nguồn số liệu tài liệu có sẵn khu vực nghiên cứu bao gồm: số liệu nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm, lượng bốc hơi, chế độ gió ; nguồn số liệu điều kiên tự nhiên, tình hình sử dụng đất trạng sử dụng đất nông nghiệp; Số liệu điều kiện kinh tế - xã hội; Các nguồn số liệu liên quan đến loại hình thối hóa đất Phương pháp điều tra thu thập thứ cấp: điều tra loại hình thối hóa đất ngồi thực địa khu vực vùng nghiên cứu 2.2 Phương pháp phân tích đa tiêu chí (MCE) Bước 1: Xác định mức độ quan trọng yếu tố: Phân tích thứ bậc (AHP-Analytical Hierarchy Process) đưa định, xếp thứ tự tiêu xem xét nhờ vào người định đưa định hợp lý (Saaty, T.L, 1980; Saaty, R.W, 1987; Saaty and Vargas, 2001) [4] Dựa vào kinh nghiệm, hiểu biết chuyên gia, trị số so sánh yếu tố gán theo thang điểm so sánh mức độ ưu tiên Saaty (1980) ， (bảng 1) Bảng Thang điểm so sánh mức độ quan trọng yếu tố Nhân tố i so với nhân tố Giá trị lượng hóa j Quan trọng Quan trọng Quan trọng nhiều Rất quan trọng Vô quan trọng Các giá trị trụng gian 2，4，6，8 Bước 2: So sánh cặp thành phần, chóp sơ đồ thứ bậc, chọn tiêu chuẩn, thực so sánh cặp thành phần bậc theo tiêu chuẩn chọn Bước 3: Chuẩn hóa ma trận: Chuẩn hóa ma trận mức độ quan trọng tiêu cách lấy giá trị ô chia cho giá trị tổng cột Tính trọng số trung bình (Wi), tính cách lấy tổng trọng số yếu tố Xi so với Xj sau chuẩn hóa chia cho n Để xác định độ tin cậy trọng số (Wi) cần tính số quán CR (Consistency ratio), CR 700 > 250 Đồi núi, độ dốc lớn Đá mẹ, vỏ phong hóa , thổ nhưỡng Độ dài Mật độ Đá mẹ/ mùa sông mẫu khô suối chất (tháng (km/ ) km2) ≤2 < 0.5 – 0.5-1.0 ≥4 > 1.0 Vỏ phong hóa Xói mịn tiềm Tầng Mức độ Mức dày đất xói độ (cm) mịn(tấn/h thối a/năm) hóa Phù sa, Feralit-Sialit > 100 dốc tụ bồi tụ dày phiến Feralit, Sialit sét, đá trung bình granit đến dày 50 100 Đá cát Alit, Feralit kết hóa, Sialit mỏng - TB < 50 < 100 Nhẹ 100 - 500 Trung bình > 500 nặng 3.1.2 Chỉ tiêu nhân tố kinh tế xã hội Bảng Phân cấp tiêu nhân tố kinh tế xã hội cho đánh giá thối hóa đất tiềm Thứ tự Mật độ dân số Thu nhập bình quân Khoảng cách đến điểm khai thác mỏ quặng (km) Mức độ thối hóa (người/km2) (triệu đồng/ tháng) < 300 10 Nhẹ < 300 - 600 3-5 - 10 Trung bình > 600 >5 2km/km2 hóa C12 tiềm Địa hình 0.27 Độ cao địa hình C32 0-1500m Tỉ trọng 0.41 0.59 0.58 khu vực nghiên cứu địa mạo Đá mẹ, vỏ phong hóa , thổ nhưỡng Xói mịn tiềm Nhân tố kinh tế xã hội Độ dốc C21 Dạng địa hình C22 Đá mẹ C31 0.23 0.16 0.11 0.19 0.42 0.18 Độ dày đất C33 0-60 Đồng bằng-đồi núi Loại đá mẹ/mẫu chất Loại hình vỏ phong hóa 0->100mm Mức độ xói mịnC 41 00->500 tấn/ha 0.16 Vỏ phong hóa C32 Khoảng cách điểm 0->15km khai thác mỏ quặng C51 Mật độ dân số C52 32050-455230 người Thu nhập bình quân 25tr500-6tr đồng C53 0.42 0.21 0.49 0.26 0.25 3.2 Xác định giá trị thối hóa Si 3.2.1 Xác định điểm tiêu i (Xi%) Xác định điểm Xi địa bàn nghiên cứu dựa nguyên tắc cho tổng điểm Xi tiêu phải 100% (để tổng giá trị Si tiêu trọng số tiêu ấy) xác định theo thứ tự tăng dần mức quan trọng Kết cho thấy giá trị 10%, 20%, 30%, 40% phù hợp với tiêu cho kết thể khác biệt giá trị Si bước sau 3.2.2 Tính giá trị thối hóa Si Giá trị thối hóa Si tính theo cơng thức Si = Wi * Xi Kết tính tốn cho địa bàn nghiên cứu, cho kết Xi Si sau: Bảng Điểm tiêu giá trị Si khu vực nghiên cứu Tầng tiêu A Tầng tiêu B Phân mức (%) Xi (%) Si 10 0.41 0.041 20 0.082 Khơ hạn 30 0.123 40 0.164 Khí hậu, thủy văn 10 0.59 0.059 20 0.118 Mật độ mạng lưới sông 30 0.177 40 0.236 10 0.58 0.058 20 0.116 Độ cao địa hình 30 0.174 40 0.232 10 0.19 0.019 Địa hình địa 20 0.038 mạo Độ dốc 30 0.057 40 0.076 10 0.42 0.042 20 0.084 Dạng địa hình 30 0.126 Đá mẹ/ mẫu chất Đá mẹ, vỏ phong hóa, thổ nhưỡng Vỏ phong hóa Độ dày đất Xói mịn tiềm Mức độ xói mịn Khoảng cách điểm khai thác mỏ quặng Nhân tố kinh tế xã hội Mật độ dân số Thu nhập bình quân 40 10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40 0.18 0.42 0.21 0.16 0.49 0.26 0.25 0.168 0.018 0.036 0.054 0.072 0.042 0.084 0.126 0.168 0.021 0.042 0.063 0.084 0.016 0.032 0.048 0.064 0.049 0.098 0.147 0.196 0.026 0.052 0.078 0.104 0.025 0.05 0.075 0.1 3.3 Xử lý số liệu 3.3.1 Nhập tường giá trị thối hóa Si Sử dụng thuật toán phần mềm ArcGIS (Select By Attibutes, Field Calculator) để đánh giá trị hóa Si đến kiểu vùng sinh thái cho lớp đồ loại hình thối hóa Ví dụ: Một khoanh đất lớp đồ độ dốc đồ có độ dốc từ - 80 theo bảng gán giá trị thối hóa Si 0.019 Sử dụng công cụ Polygon to Raster phần mềm ArcGIS để chuyển cấu trúc véc tơ 10 lớp đồ loại hình thối hóa sang cấu trúc dự liệu Raster theo trường thơng tin thuộc tính giá trị thối hóa Si để thu 10 lớp đồ Si Bản đồ có tỷ lệ 1/100.000 3.3.2 Chồng xếp phân cấp thối hóa a) Chồng xếp đồ: Chồng xếp toán học 10 lớp đồ thành phần Si công nghệ GIS Công thức chồng xếp sau: Tổng giá trị Thối hóa tiềm S = Si Khô hạn + Si Mật độ mạng lưới sơng + Si Độ cao địa hình + Si Độ dốc + Si Dạng địa hình + Si Đá mẹ/ mẫu chất + Si Vỏ phong hóa + Si Mức độ xói mịn + Si Khoảng cách điểm khai thác mỏ quặng + Si Mật độ dân số + Si Thu nhập bình quân Kết chồng xếp thu đồ tổng hợp thối hóa tiềm S b) Phân cấp thối hóa Kết chồng xếp thu đồ tổng hợp thối hóa tiềm S Kết cho thấy cấp thối hóa S có giá trị pixcel nhỏ 0,416; giá trị trung bình 1,24 giá trị lớn 1,66 Sử dụng thuật toán phân cấp (Reclassify) ArcGIS kết hợp với Excel để phân mức tổng giá trị thoái hóa S thành mức: Khơng thối hóa thối hóa yếu (TN): 250, xâm nhập mặn ven biển Đối với khu vực biện pháp cần thực bảo vệ rừng tự nhiên, nâng cao độ che phủ rừng, nghiêm cấm khai thác chặt phá rừng đầu nguồn khuyến khích tăng cường trồng mở rộng diện tích rừng phịng hộ Hình Bản đồ thối hóa tiềm khu vực nghiên cứu Cấp thối hóa Hình Quy mơ thối hóa tiềm khu vực nghiên cứu phân theo huyện Bảng Đặc điểm, q trình thối hóa khả phục hồi đất thối hóa Đặc điểm xuất Q trình thối hóa Khả hồi phục sử dụng Sử dụng phương Địa hình đồng bằng, đất Rửa trơi bạc màu yếu; Nhẹ thức nôn nghiệp bằng, độ dốc < 80 vỏ phong xâm thực ngang, bồi lấp, (TN1) nông lâm nghiệp để hóa tích tụ dày ngập úng, glay hóa hồi phục Địa hình núi dốc, độ cao 300 Rửa trôi sườn la - 700m, độ dốc 80 - 250；mùa terit, hình thành kết von Có thể thông qua Trung khô không mãnh liệt, mưa đá ong, đất bạc màu, phương thức nơng bình nhiều khơng tập mặn hóa; bóc mịn tổng lâm kết hợp để hồi (TN2) trung, phong hóa Feralit ， hợp trung bình; sườn phục Sialit trung bình đến dày dốc có độ dốc từ - 250 Rất khó hồi phục; bảo Địa hình núi dốc, dộ cao Xói mịn mạnh, trượt vệ thực vật tự nhiên, Nặng địa hình > 700m, độ dốc > lở đổ lở sườn tăng cường trồng (TN3) 250, xói mịn mạnh, rửa trơi dốc dốc đứng, xói rừng phịng hộ mạnh mòn trơ sỏi đá khai thác hợp lý Nhìn chung, khu vực nghiên cứu đại phận thối hóa tiềm thối hóa trung bình thối hóa nặng, cấp chiếm 60% tổng diện tích tự nhiên Cụ thể, thối hóa tiềm cấp phân bố bảng đây: Bảng Quy mơ tiềm thối hóa đất huyện trongkhu vực nghiên cứu Cấp thối hóa Đơn vị Sơng hồ Tổng diện hành TN1 (héc ta) TN2（héc ta） TN3（héc ta） （héc ta） tích Phong Điền 41294.03 18940.18 32305.07 3433.5 95972.78 Phú Lộc 28843.47 10522.87 19961.28 12639.98 71967.6 Nam Đông 16000.06 17843.96 32820.65 726.11 67390.78 A Lưới 33993.01 41298.8 47569.73 659.9 123521.44 Tổng 120130.57 88605.81 132656.73 17459.49 358852.6 33.47 24.69 36.96 100 Tỉ lệ（%） 4.86 KIẾN NGHỊ, GIẢI PHÁP Trên quan điểm sinh thái học môi trường, đất vật thể sống tuân theo quy luật: Phát sinh => phát triển => già cỗi => thối hố, đặc biệt thối hóa xảy [7,8] Do đặc điểm phát sinh nên khả phục hồi sử dụng cấp thối hóa tiềm đất khu vực miền núi tỉnh Thừa Thiên Huế khác Đối với vùng có cấp độ thối hóa tiềm mạnh, phân bố huyện Nam Đơng, A Lưới, Phú Lộc… thối hóa đất chủ yếu q trình trượt lở, đổ lở sườn dốc đứng, có độ dốc lớn độ cao lớn nên khả phục hồi khó Các khu vực cần nghiêm ngặt bảo vệ rừng đầu nguồn, nghiêm cấm chặt phá rừng, tăng cường trồng rừng phòng hộ Đối với vùng có cấp độ thối hóa tiềm trung bình, phân bố huyện Phong Điền, Quảng Điền, Nam Đông, Phú Lộc… Do tiềm thối hóa chủ yếu khả rửa trôi bề mặt sườn tích tụ deluvi - proluvi vùng trũng, chân sườn… nên phục hồi áp dụng biện pháp nơng lâm kết hợp theo mơ hình cụ thể RVAC, VAC Các vùng có cấp độ tiềm thối hóa đất yếu, thuộc huyện Phú Lộc, Quảng Điền… phần lớn xảy khu vực đồng ven biển phía Đơng nơi có địa hình phẳng, tích tụ loại đất glây, đất phù sa đất xám glây Tiềm thối hóa đất chủ yếu rửa trôi bạc màu yếu, bồi lấp, ngập úng, glây hóa… TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Xuân Bao nnk, Bản đồ địa chất thừa Thiên Huế tỉ lệ 1/150.000 Nguyễn Văn Cư nnk (2003), Điều tra tổng hợp có định hướng điều kiện tự nhiên tài nguyên thiên nhiên huyện tỉnh Thừa Thiên Huế (Huyện Phong Điền, huyện Hương Trà, huyện Quảng Điền), Báo cáo kết nghiên cứu đề tài Khoa học Công nghệ cấp Tỉnh, Huế Viện Quy hoạch Thiết kế Nông nghiệp (1975), Bản đồ thổ nhưỡng khu vực Bình - Trị - Thiên tỷ lệ 1/100.000 Saaty, T L., 1980 The Analytic Hierarchy Process, McGraw Hill International Book Company, NewYork Lê Huy Bá, Môi trường Tài nguyên Đất Việt Nam, Nxb Giáo dục Việt Nam, 2009 Đỗ Minh Ngọc, Đặng Thị Thùy Đỗ Minh Đức (2016.) Ứng dụng GIS phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) thành lập đồ nguy trượt lở huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang, Việt Nam Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Nguyễn Anh Hoành, Nghiên cứu tổng hợp địa lý phát sinh thối hóa đất phục vụ mục đích sử dụng hợp lý tài ngun đất phịng tránh thiên tai khu vực Bình - Trị - Thiên Nguyễn Đình Kỳ nnk, Nghiên cứu xây dựng tiêu chí đánh giá tiềm thối hóa đất phục vụ cho thành lập đồ thối hóa tiềm vùng Quảng Bình – Quảng Trị Thừa Thiên Huế  ... đặc biệt thối hóa xảy [7,8] Do đặc điểm phát sinh nên khả phục hồi sử dụng cấp thối hóa tiềm đất khu vực miền núi tỉnh Thừa Thiên Huế khác Đối với vùng có cấp độ thối hóa tiềm mạnh, phân bố huyện... xếp thu đồ tổng hợp thối hóa tiềm S b) Phân cấp thối hóa Kết chồng xếp thu đồ tổng hợp thối hóa tiềm S Kết cho thấy cấp thối hóa S có giá trị pixcel nhỏ 0,416; giá trị trung bình 1,24 giá trị lớn... thối hóa tiềm khu vực nghiên cứu Cấp thối hóa Hình Quy mơ thối hóa tiềm khu vực nghiên cứu phân theo huyện Bảng Đặc điểm, trình thối hóa khả phục hồi đất thối hóa Đặc điểm xuất Q trình thối hóa