ỨNG DỤNG MƠ HÌNH CHUỖI MARKOV TRONG DỰ BÁO DIỄN BIẾN RỪNG TỰ NHIÊN LÁ RỘNG THƯỜNG XANH Ở BẮC TRUNG BỘ -VIỆT NAM

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/331701647 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH CHUỖI MARKOV TRONG DỰ BÁO DIỄN BIẾN RỪNG TỰ NHIÊN LÁ RỘNG THƯỜNG XANH Ở BẮC TRUNG BỘ -VIỆT NAM Article · August 2017 CITATIONS READS 1,091 authors, including: Quy Khuc Bao Quang Tran Vietnam National University, Hanoi Vietnam National University of Forestry 56 PUBLICATIONS   406 CITATIONS    114 PUBLICATIONS   250 CITATIONS    SEE PROFILE Some of the authors of this publication are also working on these related projects: DoanhLe's Book View project Environmental Economics View project All content following this page was uploaded by Bao Quang Tran on 13 March 2019 The user has requested enhancement of the downloaded file SEE PROFILE KHOA HỌ C CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG MƠ HÌNH CHUỖI MARKOV TRONG DỰ BÁO DIỄN BIẾN RỪNG TỰ NHIÊN LÁ RỘNG THƯỜNG XANH Ở BẮC TRUNG BỘ - VIỆT NAM Khúc Vă n Quý1, Trầ n Quang Bả o2, Phạm Vă n Đ iể n2, Võ Đ ại Hả i3 Nông Ngọ c Duy1, Trầ n Thị Thu Hà4, Hà Thị Mừng3, Ngô Ngọ c Tuyên5 TÓM TẮ T Đ ã kiể m nghiệ m độ tin cậ y xác củ a phươ ng pháp mơ hình chuỗ i Markov (MCM) dự báo diễ n biế n rừng thườ ng xanh Việ t Nam vớ i việ c sử dụ ng số liệ u tài nguyên rừng tạ i hai tỉnh Nghệ An Quả ng Bình giai đoạ n 1990-2010 Kế t chứng minh MCM mộ t cơng cụ tin cậ y phụ c vụ tố t cho công tác dự báo diễ n biế n rừng ngắ n hạ n Việ t Nam Cụ thể , MCM cho độ xác cao việ c xác định diễ n biế n rừng so vớ i thực tế >93% đố i vớ i tỉnh Nghệ An >70% đố i vớ i tỉnh Quả ng Bình giai đoạ n 10 nă m dự báo Mơ hình cũ ng dự báo rừng thườ ng xanh tạ i hai tỉnh đạ t ngưỡ ng ổ n định vào nă m 2300 Khi tổ ng diệ n tích rừng thườ ng xanh tạ i hai địa điể m nghiên cứu có tỷ lệ khác so vớ i tổ ng diệ n tích tự nhiên củ a tồn tỉnh Tạ i Nghệ An, rừng giàu, rừng trung bình rừng nghèo chiế m 3,72%, 12,09% 8,49% diệ n tích tồn tỉnh; số liệ u tạ i Quả ng Bình lầ n lượ t 0,68%, 8,69% 14,67% Dựa kế t nghiên cứu, đưa mộ t số khuyế n nghị quan trọ ng cho việ c sử dụ ng có hiệ u cơng cụ MCM cơng tác dự báo tài nguyên rừng nướ c ta Từ khóa: Diễ n biế n rừ ng, mơ hình chuỗ i Markov (MCM), rừ ng tự nhiên rộ ng thườ ng xanh, rừ ng trạ ng thái ổ n đị nh Đ Ặ T VẤ N Đ Ề Đ ề án tái cấ u ngành lâm nghiệ p đượ c Bộ Nông nghiệ p Phát triể n nông thôn phê duyệ t theo Quyế t định số 1565/QĐ -BNN-TCLN phươ ng thức phươ ng pháp dự báo diễ n biế n rừng đượ c đặ t để góp phầ n vào việ c n lý có hiệ u tài nguyên rừng quý giá thực hiệ n đề án tái cấ u nói ngày 8/7/2013 Đ ây đề án lớ n vớ i mụ c tiêu cố t Tài nguyên rừng nướ c ta rấ t phong phú lõi nâng cao giá trị sả n xuấ t lâm nghiệ p bả o chủ ng loài đa ng hệ sinh thái Trong số tồ n có hiệ u giá trị sinh thái môi trườ ng từ kiể u rừng Việ t Nam rừng tự nhiên rộ ng rừng (BNN PTNT, 2013) Theo đề án này, công thườ ng xanh (sau gọ i tắ t rừng thườ ng xanh) tác n lý ngành lâm nghiệ p đượ c nâng lên mộ t có trữ lượ ng bon lớ n nhấ t phân bố rộ ng tầ m mớ i Do đó, yêu cầ u đổ i mớ i mạ nh mẽ khắ p nướ c (Lan et al., 2006) Đ ây loạ i rừng ưu tiên cầ n đượ c bả o vệ phát triể n Trường Đại học Colorado State, Hoa Kỳ Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên, Việt Nam Đại học Hùng Vương, Việt Nam trình thực hiệ n dự án giả m phát thả i từ mấ t rừng suy thoái rừng (dự án REDD+) cũ ng chươ ng trình tái cấ u ngành lâm nghiệ p Việ t Nam Tuy nhiên, hiệ n trạ ng suy gi m v tr l ng Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - THáNG 7/2017 KHOA HỌ C CÔNG NGHỆ chấ t lượ ng củ a rừng thườ ng xanh mức rừng trạ ng thái ổ n định củ a rừng thườ ng xanh cao Chiề u hướ ng mức độ thay đổ i củ a loạ i tươ ng lai rừng chưa đượ c dự báo chi tiế t Do đó, việ c dự báo xác diễ n biế n loạ i rừng làm că n xây dựng kịch bả n trồ ng rừng phụ c hồ i rừng bố i nh hiệ n rấ t cầ n thiế t có ý nghĩa PHƯƠ NG PHÁP Trong phầ n này, trình bày sở lý thuyế t, mơ hình thực nghiệ m, thủ tụ c thực hiệ n mơ hình Markov, nguồ n liệ u phươ ng pháp tính số liệ u tạ i địa điể m nghiên cứu Trên giớ i có nhiề u phươ ng pháp dự báo đượ c ứng dụ ng lĩnh vực lâm nghiệ p, nhiên số phươ ng pháp đượ c sử dụ ng cho dự báo diễ n biế n rừng Việ t Nam vẫ n cịn ỏ i mớ i đượ c quan tâm nă m gầ n thử nghiệ m mơ hình APM (Area Production Model – mơ hình trình bày diệ n tích) để phụ c vụ cho công tác dự báo củ a ngành (Đ iể n Thắ ng, P.N, 2013; Thoạ i, 2013) Tuy nhiên, nguồ n liệ u đầ u vào mơ hình APM có nhiề u biế n riêng biệ t, khơng kế thừa đượ c hiệ u từ chươ ng trình điề u tra tài nguyên rừng hiệ n nên cầ n kinh phí lớ n để điề u tra xây dựng liệ u chuẩ n Trên thực tế việ c triể n khai ứng dụ ng mơ hình APM giai đoạ n sơ khai hạ n chế Do 2.1 Mơ hình chuỗ i Markov Chuỗ i Markov hay cịn gọ i lý thuyế t chuỗ i Markov đượ c nhà khoa họ c ngườ i Nga Andrey Markov giớ i thiệ u lầ n đầ u tiên vào nă m 1907 Lý thuyế t sau đượ c phát triể n hoàn thiệ n bở i nhiề u nhà toán họ c Kolmogorov, Feller Cho đế n thậ p niên 60 củ a kỷ XX, phươ ng pháp chuỗ i Markov đượ c sử dụ ng rộ ng rãi ngành khoa họ c bả n khoa họ c ứng dụ ng (Kulkarni, 2011; Voskoglou, 2016) Trong lĩnh vực lâm nghiệ p, mơ hình chuỗ i Markov đượ c nhiề u nhà nghiên cứu áp dụ ng để dự báo diễ n rừng hoặ c thả m thực vậ t (Logofet Lesnaya, 2000; Samuels, 2001) đó, nghiên cứu, xây dựng tìm mơ hình dự Theo Kulkarni (2011) chuỗ i Markov dự báo báo mớ i đáp ứng đượ c tiêu chí: độ xác kiệ n tươ ng lai thực chấ t việ c tính giá trị cao hơ n, tiế t kiệ m hơ n thuậ n tiệ n hơ n để bổ xác suấ t kỳ vọ ng củ a kiệ n ngẫ u nhiên dựa sung vào ngân hàng lựa chọ n mô hình dự báo vào ma trậ n xác suấ t củ a chuỗ i kiệ n ngẫ u diễ n biế n rừng nói chung rừng thườ ng xanh nói nhiên khứ Trong nghiên cứu này, công riêng nhu cầ u củ a thực tiễ n có ý nghĩa rấ t thức tính giá trị xác suấ t kỳ vọ ng rừng đượ c biể u thiế t thực Nghiên cứu nhằ m đánh giá độ tin diễ n dướ i ng ma trậ n (2.1) sau: cậ y xác củ a mơ hình Markov dự báo diễ n biế n rừng thườ ng xanh, góp phầ n i thiệ n công tác dự báo diễ n biế n tài nguyên rừng Việ t Nam Mụ c tiêu cụ thể bao gồ m: (1) xây dựng ma trậ n Markov rừng thườ ng xanh tạ i hai tỉnh Nghệ An Quả ng Bình, (2) kiể m định độ tin cậ y củ a phươ ng pháp (3) dự báo diễ n biế n Trong đó, Pt+1 ma trậ n xác suấ t kỳ vọ ng giai đoạ n t+1 P0 ma trậ n xác suấ t chuyể n ti p Nông nghiệp phát triển nông thôn - KỲ - TH¸NG 7/2017 KHOA HỌ C CƠNG NGHỆ (transition probability matrix), ma trậ n cịn có đoạ n dự báo Công thức biể u diễ n dướ i ng thể đượ c biể u diễ n dướ i công thức: ma trậ n (2.3) sau: = | = ), P( = 1, , , N Ma trậ n xác suấ t chuyể n tiế p thỏ a mãn hai điề u kiệ n: (i) giá trị xác suấ t lớ n hơ n hoặ c bằ ng (ii) tổ ng giá trị xác suấ t từ đế n N bằ ng Nế u giá trị xác suấ t mang giá trị lớ n hơ n 0, ma trậ n P0 trở thành ma trậ n thườ ng (regular matrix) theo tính chấ t củ a ma trậ n ma trậ n đạ t trạ ng Trong đó, ma trậ n ma trậ n xác suấ t củ a thái ổ n định (giá trị kỳ vọ ng xác suấ t khơng thay rừng ổ n định có xác suấ t không thay đổ i theo đổ i theo thờ i gian) tính tốn đượ c Đ ây thờ i gian P0 ma trậ n xác suấ t chuyể n tiế p mộ t tính chấ t thú vị củ a ma trậ n thườ ng cho phép đượ c mặ c định dự báo đượ c diễ n biế n rừng đạ t trạ ng thái ổ n định tươ ng lai Cuố i cùng, Ft ma trậ n trạ ng thái (state matrix) giai đoạ n t Trong nghiên cứu mơ hình chuỗ i Markov đượ c sử dụ ng để dự báo xác suấ t loạ i rừng đượ c biể u diễ n dướ i ng ma trậ n sau: 2.2 Thủ tụ c thực hiệ n mơ hình Markov cho dự báo diễ n biế n rừng thường xanh Ứ ng dụ ng mơ hình Markov dự báo diễ n biế n rừng thườ ng xanh tạ i tỉnh Nghệ An Quả ng Bình đượ c thực hiệ n theo bướ c sau: Bướ c 1: Lậ p bả n đồ thay đổ i loạ i đấ t Nghiên cứu kế thừa số liệ u GIS hiệ n trạ ng sử dụ ng đấ t tạ i hai tỉnh Nghệ An Quả ng Bình củ a Chươ ng trình điề u tra, theo dõi diễ n biế n rừng toàn quố c từ nă m 1990 đế n 2010 Bướ c 2: Xây dự ng ma trậ n xác suấ t chuyể n tiế p P0 ma trậ n trạ ng thái Ft Trong bướ c này, số Trong đó: rg ký hiệ u củ a rừng thườ ng xanh liệ u cầ n đượ c tính tốn chuyể n đổ i từ ng giàu, rtb rừng thườ ng xanh trung bình, rng diệ n tích củ a mỗ i loạ i hình sử dụ ng đấ t, rừng thườ ng xanh nghèo, rk rừng khác hoặ c có loạ i rừng sang ng ma trậ n Công thức khơng có rừng Prg P’rg ví dụ củ a xác suấ t chi tiế t đượ c thể hiệ n tạ i bả ng củ a loạ i rừng thườ ng xanh giàu tạ i tươ ng lai thờ i điể m ban đầ u củ a dự báo Trong trườ ng hợ p Bả ng Chuyể n đổ i hiệ n trạ ng rừng sang ma trậ n trạ ng thái rừng đặ c biệ t, mơ hình chuỗ i Markov đượ c sử dụ ng để dự báo trạ ng thái rừng ổ n định tươ ng lai Cơng thức tính: Ma trậ n trạ ng thái xác suấ t ổ n định = Ma trậ n xác suấ t chuyể n tiế p P0 * Xác suấ t rừng tạ i thờ i điể m gầ n nh t tr c giai Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - THáNG 7/2017 KHOA HỌ C CÔNG NGHỆ định phụ thuộ c vào độ lớ n củ a độ xác r thờ i điể m trạ ng thái rừng mớ i nhấ t đượ c xem xét Bướ c 5: Dự báo diệ n tích rừ ng tạ i trạ ng thái ổ n đị nh Trong bướ c này, nghiên cứu giả định xác suấ t chuyể n tiế p loạ i rừng không thay đổ i theo thờ i gian ma trậ n xác suấ t củ a rừng Bả ng Chuyể n đổ i hiệ n trạ ng rừng sang ma trậ n xác suấ t chuyể n tiế p loạ i rừng thườ ng xanh đượ c đưa ng ma trậ n bình thườ ng Diệ n tích rừng tạ i trạ ng thái ổ n định đượ c tính theo cơng thức (2.3), sau ma trậ n xác suấ t ổ n định ma trậ n đượ c xác định Xác suấ t rừng đượ c chuyể n đổ i sang diệ n tích rừng tạ i trạ ng thái ổ n định theo bả ng Bả ng Chuyể n đổ i ma trậ n xác suấ t sang diệ n tích rừng trạ ng thái ổ n định Bướ c 3: Chạ y thử nghiệ m mơ hình dự báo thay đổ i loạ i đấ t sử dụ ng chuỗ i Markov Trong bướ c này, giá trị xác suấ t kỳ vọ ng củ a diễ n biế n rừng đượ c xác định bằ ng tích củ a ma trậ n xác suấ t chuyể n tiế p ma trậ n trạ ng thái rừng Bướ c 4: Đ ánh giá độ tin cậ y củ a mơ hình chuỗ i Markov Trong bướ c này, mơ hình đượ c đánh giá thơng qua độ xác kế t dự báo củ a mơ hình số liệ u diễ n biế n rừng thực tế giai đoạ n: 1990-1995, 1995-2000 20002005 Đ ộ xác củ a mơ hình (r) đượ c tính theo 3.1 Mơ hình dự báo sử dụ ng chuỗ i Markov tỉnh Nghệ An Quả ng Bình Sử dụ ng cơng thức tính tạ i bả ng để xác định xác suấ t củ a loạ i rừng loạ i hình sử công thức (2.4) sau đây: r= KẾ T QUẢ NGHIÊN CỨU )*100 (2.4) Trong đó, Pm xác suấ t kỳ vọ ng củ a trạ ng thái rừng thườ ng xanh mơ hình Markov Pr xác suấ t rừng thực tế Trong thực tế vậ n dụ ng quy tắ c phổ biế n “rule of thumb” nế u độ xác củ a mơ hình dự báo >70% mơ hình đượ c chấ p nhậ n đưa vào sử dụ ng tạ i bướ c Việ c dụ ng đấ t sau lậ p bả ng ma trậ n xác suấ t củ a loạ i rừng sử dụ ng công thức (2.3) để dự báo xác suấ t loạ i rừng Chi tiế t kế t tính xác suấ t rừng giai đoạ n, xác suấ t rừng tạ i nă m hiệ n tạ i xác suấ t kỳ vọ ng loạ i rừng tạ i tỉnh Nghệ An Quả ng Bình đượ c thể hiệ n tạ i bả ng lựa chọ n liệ u khoả ng thờ i gian cho mơ hình Markov để xác định trạ ng thỏi rng n Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - THáNG 7/2017 KHOA H C CÔNG NGHỆ Bả ng Ma trậ n xác suấ t chuyể n tiế p, ma trậ n xác suấ t trạ ng thái ma trậ n xác suấ t kỳ vọ ng củ a loạ i rừng dự báo tạ i tỉnh Nghệ An Xác suấ t rừng hiệ n tạ i (Po) xác xuấ t Ma trậ n xác suấ t củ a loạ i rừng Hạ ng rừng đượ c dự báo tạ i thờ i gian khác mụ c rg 19901995 19952000 20002005 20052010 rtb rng rk or 1995 2000 2005 2010 2015 0,8009 0,0168 0,0165 0,0172 0,0032 0,0476 0,0457 0,0445 0,0438 0,0434 0,0634 0,7262 0,0422 0,0318 0,0075 0,0776 0,0732 0,0706 0,0690 0,0681 0,0682 0,1402 0,6318 0,0531 0,0188 0,0988 0,0965 0,0955 0,0951 0,0951 0,0412 0,0638 0,1470 0,6968 0,0900 0,1565 0,1862 0,2044 0,2154 0,2222 0,0264 0,0530 0,1625 0,2011 0,8804 0,6195 0,5983 0,5850 0,5766 0,5712 0,8171 0,0156 0,0078 0,0039 0,0006 0,0418 0,0373 0,0337 0,0308 0,1067 0,7817 0,0375 0,0124 0,0041 0,074 0,0711 0,0689 0,0671 0,0470 0,1031 0,7653 0,0669 0,0107 0,1028 0,1089 0,1146 0,1195 0,0149 0,0520 0,1109 0,6399 0,1625 0,2165 0,2462 0,2611 0,2686 0,0143 0,0476 0,0786 0,2770 0,8220 0,5648 0,5365 0,5217 0,5139 0,8831 0,0197 0,0114 0,0031 0,0002 0,0404 0,0392 0,0382 0,0695 0,9150 0,0408 0,0114 0,0020 0,0784 0,0824 0,0860 0,0152 0,0248 0,8660 0,0183 0,0054 0,0985 0,0952 0,0926 0,0295 0,0316 0,0360 0,8000 0,1061 0,2404 0,2571 0,2686 0,0027 0,0088 0,0458 0,1672 0,8863 0,5423 0,5262 0,5145 0,8534 0,0099 0,0040 0,0030 0,0003 0,0365 0,0332 0,0709 0,7782 0,0177 0,0056 0,0020 0,0681 0,0599 0,0476 0,1203 0,7827 0,0322 0,0138 0,1037 0,1067 0,0167 0,0502 0,0830 0,7759 0,1028 0,2550 0,2657 0,0114 0,0414 0,1126 0,1832 0,8811 0,5367 0,5346 Nguồ n: tính tốn số liệ u Bả ng Ma trậ n xác suấ t chuyể n tiế p, ma trậ n xác suấ t trạ ng thái ma trậ n xác suấ t kỳ vọ ng củ a loạ i rừng dự báo tạ i tỉnh Quả ng Bình Hạ ng mụ c Ma trậ n xác suấ t củ a loạ i rừng Xác suấ t rừng hiệ n tạ i (Po) xác xuấ t rừng đượ c dự báo tạ i thờ i gian khác rg rtb rng rk or 1995 2000 2005 2010 2015 0,8965 0,0235 0,0156 0,0020 0,0066 0,1077 0,1048 0,1021 0,0996 0,0972 0,0666 0,8607 0,0691 0,0140 0,0194 0,1757 0,1746 0,1733 0,1719 0,1704 0,0181 0,0453 0,7075 0,0102 0,0209 0,0770 0,0748 0,0730 0,0715 0,0702 0,0089 0,0342 0,0948 0,9284 0,0914 0,2700 0,2987 0,3230 0,3436 0,3612 0,0100 0,0363 0,1129 0,0455 0,8616 0,3696 0,3469 0,3283 0,3131 0,3007 1995- 0,8284 0,0189 0,0053 0,0014 0,0048 0,0951 0,0848 0,0766 0,0699 2000 0,152 0,9225 0,0673 0,0109 0,0216 0,1946 0,2095 0,2215 0,2311 19901995 Nông nghiệp phát triển nông thôn - KỲ - TH¸NG 7/2017 KHOA HỌ C CƠNG NGHỆ 20002005 20052010 0,0029 0,0138 0,7838 0,0207 0,0181 0,0754 0,0743 0,0736 0,0731 0,0043 0,0218 0,0752 0,8922 0,1123 0,2925 0,3097 0,3229 0,3331 0,0124 0,023 0,0684 0,0749 0,8432 0,3425 0,3214 0,3052 0,2926 0,6434 0,0046 0,0007 0,0011 0,0008 0,0627 0,0419 0,0286 0,2977 0,8467 0,0104 0,0057 0,0045 0,1970 0,1896 0,1773 0,0033 0,0506 0,8191 0,0028 0,0009 0,0731 0,0712 0,0694 0,0094 0,0487 0,0453 0,8746 0,1749 0,3295 0,3607 0,3872 0,0461 0,0493 0,1244 0,1158 0,8188 0,3376 0,3363 0,3373 0,6421 0,0038 0,0065 0,0014 0,002 0,0427 0,0298 0,2681 0,8327 0,0257 0,0110 0,0149 0,1914 0,1818 0,0539 0,0704 0,7455 0,0437 0,0281 0,0956 0,1117 0,0211 0,0711 0,2021 0,9039 0,1519 0,3792 0,4207 0,0149 0,0219 0,0201 0,0400 0,8032 0,2911 0,2557 Nguồ n: tính tốn số liệ u 3.2 Đ ộ tin cậ y củ a mơ hình dự báo sử dụ ng để đánh giá độ xác củ a mơ hình trướ c sử chuỗ i Markov hai tỉnh Nghệ An Quả ng dụ ng thức Kế t chi tiế t đánh giá mơ Bình hình Markov vớ i nhóm số liệ u tạ i tỉnh Nghệ An Sử dụ ng phươ ng pháp so sánh độ xác Quả ng Bình đượ c trình bày tạ i bả ng kế t mơ hình vớ i số liệ u thực tế diễ n Bả ng Đ ộ xác xác suấ t củ a mơ hình dự báo xác suấ t thực tế tính theo khoả ng thời gian bắ t đầ u số giai đoạ n Giai đoạ n bắ t đầ u tính 1990-1995 1995-2000 2000-2005 Tỉnh Nghệ An Tỉnh Quả ng Bình Hạ ng Đ ộ Đ ộ Đ ộ Đ ộ Đ ộ Đ ộ mụ c xác giai xác giai xác giai xác giai xác giai xác giai đoạ n (%) đoạ n (%) đoạ n (%) đoạ n (%) đoạ n (%) đoạ n (%) Rtx 94,65 92,13 90,98 92,85 82,57 65,96 Tấ t 92,41 90,29 89,53 95,03 88,58 76,10 Rtx 90,70 93,64 88,75 70,74 Tấ t 93,73 95,14 90,96 78,03 Rtx 88,95 87,76 Tấ t 92,81 88,94 Nguồ n: tính tốn số liệ u Bả ng cho thấ y, độ xác củ a mơ hình Đ ố i vớ i hai giai đoạ n, độ xác củ a mơ Markov tạ i tỉnh Nghệ An đạ t > 89% vớ i giai đoạ n hình đố i vớ i rừng thườ ng xanh tấ t loạ i dự báo vớ i rừng thườ ng xanh (Rtx) vớ i tấ t hình sử dụ ng đấ t lầ n lượ t 93,64% 95,14% loạ i hình sử dụ ng đấ t giai đoạ n 1995-2000 cao hơ n độ xác 92,13% 90,29% giai đoạ n 1990-1995 Đ ố i Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - TH¸NG 7/2017 KHOA HỌ C CƠNG NGHỆ vớ i giai đoạ n, độ xác củ a mơ hình 90,70% Đ ố i vớ i hai giai đoạ n, độ xác lầ n lượ t 93,73% giai đoạ n 1995-2000 cũ ng cao 88,75% 90,96% 70,74% 78,03% Đ ố i vớ i hơ n độ xác 88,95% 92,81% giai đoạ n giai đoạ n, tỷ lệ độ xác củ a mơ hình 87,76% 1990-1995 Như vậ y, liệ u giai đoạ n 1990-1995 88,94% Do đó, liệ u giai đoạ n 2000-2005 cho cho kế t độ xác mơ hình dự báo kế t độ xác mơ hình dự báo cao cao nhấ t (93,64% 95,14%) so vớ i thờ i gian tạ i nhấ t so vớ i thờ i điể m ban đầ u gầ n nhấ t đượ c dự thờ i điể m ban đầ u dự báo đượ c sử dụ ng cho báo đượ c sử dụ ng cho dự báo diễ n biế n rừng dự báo diễ n biế n rừng tỉnh Nghệ An Đ ố i vớ i tỉnh tỉnh Quả ng Bình Quả ng Bình, độ xác củ a mơ hình Markov giả m theo độ lớ n thờ i gian dự báo Cụ thể , độ xác đạ t cao nhấ t tạ i giai đoạ n 92,85% 95,03%) thấ p nhấ t tạ i giai đoạ n (65,96% 76,10%) vớ i rừng thườ ng xanh vớ i tấ t loạ i hình đấ t đai 3.3 Diễ n biế n rừng thường xanh diệ n tích rừng thường xanh tạ i trạng thái ổ n định Sử dụ ng công thức từ bả ng mô hình Markov để xác định xác suấ t ổ n định củ a loạ i rừng tươ ng lai Chi tiế t kế t dự báo diễ n biế n rừng ổ n định đượ c thể hiệ n tạ i bả ng Bả ng Tỷ lệ diệ n tích loạ i rừng thường xanh tạ i thời điểm ban đầ u tạ i trạ ng thái ổ n định tạ i Nghệ An Quả ng Bình Nghệ An Hạ ng mụ c Quả ng Bình Tban đầ u Diệ n Tổ n định Diệ n Tban đầ u Diệ n Tổ n định Diệ n (%) tích (ha) (%) tích (ha) (%) tích (ha) (%) tích (ha) Rừng giàu 4,04 66.698 3,72 61.453 4,27 34.276 0,68 5.486 Rừng TB 7,84 129.550 12,09 199.669 19,14 153.784 8,69 69.820 Rừng nghèo 9,85 162.802 8,49 140.200 9,56 76.794 14,68 117.905 Tổ ng 21,73 359.050 24,30 401.322 32,97 264.854 24,05 193.211 Nguồ n: tính toán số liệ u Bả ng cho thấ y diệ n tích rừng thườ ng xanh 8,69% rừng nghèo tă ng từ 9,56% lên 14,68% trạ ng thái ổ n định tạ i tỉnh Nghệ An có xu hướ ng Bên cạ nh mơ hình cho biế t thờ i gian mà tỷ lệ tă ng tỉnh Quả ng Bình có xu hướ ng xác suấ t rừng kỳ vọ ng đạ t xấ p xỷ tỷ lệ xác suấ t giả m so vớ i diệ n tích rừng ban đầ u Cụ thể vớ i rừng ổ n định đượ c xác định theo công thức 2.3 loạ i rừng, tạ i tỉnh Nghệ An diệ n tích rừng xả y vào khoả ng nă m 2300 thườ ng xanh loạ i giàu có xu giả m từ 4,04% Hay nói cách khác rừng đượ c dự báo đạ t xuố ng 3,72%, rừng trung bình tă ng từ 7,84% lên đế n trạ ng thái ổ n định vào nă m 2300 Đ ố i vớ i tỉnh 12,09% rừng nghèo giả m từ 9,85% xuố ng 8,49% Nghệ An, rừng đạ t trạ ng thái ổ n định rừng đó, đố i vớ i tỉnh Quả ng Bình, rừng loạ i giàu mức 61.453 tươ ng ứng vớ i 3,72% giàu cũ ng có xu hướ ng giả m từ 4,27% xuố ng tổ ng diệ n tích tự nhiên củ a tỉnh, rừng trung bình 0,68%, rừng trung bình giả m từ 19,14% xuố ng (199.669 ha, 12,09%), rừng nghèo (140.200 ha, N«ng nghiệp phát triển nông thôn - K - TH¸NG 7/2017 KHOA HỌ C CƠNG NGHỆ 8,49%), rừng khác (42.160 ha, 28,85%) không (117.905 ha, 14,68%) Chi tiế t diễ n biế n loạ i phả i rừng (38.490 ha, 46,86%) Đ ố i vớ i tỉnh Quả ng rừng theo thờ i gian đế n rừng đạ t trạ ng thái ổ n Bình, rừng giàu mức (5.486 ha, 0,68%), rừng định tạ i hình trung bình (69.820 ha, 8,69%) rừng nghèo Hình 1&2 Diễ n biế n xác suấ t rừng thường xanh dự báo theo thời gian tạ i tỉnh Nghệ An Quả ng Bình tố t nhấ t ứng dụ ng xác suấ t đầ u vào (ma trậ n THẢ O LUẬ N Mơ hình Markov cho thấ y diễ n biế n rừng khác xác suấ t chuyể n tiế p) củ a giai đoạ n 2000-2005 tạ i hai tỉnh nướ c ta Tạ i tỉnh Nghệ An, tổ ng Trong công tác dự báo diễ n biế n rừng, hiệ n diệ n tích rừng thườ ng xanh có xu hướ ng tă ng, ngườ i ta thườ ng sử dụ ng hai cách (1) sử dụ ng loạ i rừng giàu có xu giả m, rừng trung phầ n mề m dự báo thươ ng mạ i hoặ c (2) tự xây bình tă ng rừng nghèo giả m Ngượ c lạ i, tạ i tỉnh dựng mơ hình dự báo thông qua hồ i quy đa biế n Quả ng Bình, tổ ng diệ n tích rừng thườ ng xanh có Các phầ n mề m dự báo thươ ng mạ i thườ ng xu hướ ng giả m, rừng loạ i giàu giả m, đắ t đỏ đố i tượ ng dự báo hạ n chế diệ n rừng trung bình giả m rừng nghèo tă ng tích (Bả ng 8) Đ ố i vớ i mơ hình dự báo tự xây dựng độ Đ ộ xác củ a mơ hình dự báo rấ t cao xác củ a mơ hình phụ thuộ c lớ n vào việ c đố i vớ i liệ u tỉnh Nghệ An (>93%), cao hơ n đố i lựa chọ n mơ hình, phươ ng pháp thu thậ p vớ i tỉnh Quả ng Bình (>70%) Nguyên nhân củ a kế t xử lý số liệ u đầ u vào Dù phầ n mề m hay mô độ biế n độ ng củ a rừng tạ i tỉnh hình tự xây dựng thườ ng địi hỏ i chi phí đáng kể , Quả ng Bình lớ n hơ n tạ i tỉnh Nghệ An (Bả ng 7) khơng phả i lúc cũ ng có đượ c Hay nói cách khác, xác suấ t củ a trạ ng thái rừng tạ i liệ u mong muố n Phươ ng pháp Markov có lợ i tỉnh Nghệ An thay đổ i hơ n tạ i tỉnh Quả ng Bình khía cạ nh hiệ u -chi phí, phươ ng pháp Mơ hình Markov cho kế t tố t nhấ t ứng kế thừa số liệ u GIS từ chươ ng trình dụ ng xác suấ t đầ u vào (ma trậ n xác suấ t chuyể n điề u tra, theo dõi diễ n biế n rừng toàn quố c tiế p) củ a giai đoạ n 1995-2000 Trong đó, tạ i Hơ n nữa, mộ t lợ i khác Markov có tỉnh Quả ng Bình, mơ hình Markov cho kế t thể áp dụ ng để dự báo tài nguyên rừng cấ p vĩ mô tỉnh, vùng ton qu c Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - THáNG 7/2017 KHOA H C CÔNG NGHỆ Hạ n chế củ a phươ ng pháp thờ i gian dự Mơ hình chuỗ i Markov kiể m nghiệ m báo ngắ n Bả n chấ t củ a phươ ng pháp Markov đánh giá qua số liệ u tạ i tỉnh Nghệ An dựa vào xác suấ t củ a kiệ n Đ ộ biế n độ ng tài Quả ng Bình khả nă ng dự báo diễ n biế n tài nguyên rừng lớ n mức độ xác củ a ngun rừng tươ ng lai Kế t cho thấ y mơ hình Markov giả m ngượ c lạ i Trong độ xác củ a mơ hình đạ t mức cao, độ thực tế , vùng Tây Bắ c, Bắ c Trung , Tây Nguyên xác so vớ i thực tế >93% >70% tạ i hai tỉnh nơ i có biế n độ ng lớ n diệ n tích trữ khoả ng thờ i gian giai đoạ n dự báo, tươ ng ứng lượ ng rừng nên nế u sử dụ ng mơ hình Markov độ vớ i 10 nă m Kế t sử dụ ng mô hình chuỗ i xác bị giả m đáng kể Theo kế t tính Markov vớ i bả ng ma trậ n xác suấ t tố t nhấ t toán phầ n kế t nghiên cứu, để đả m bả o độ trạ ng thái rừng (ma trậ n trạ ng thái) đượ c tính vào xác cao dự báo, thờ i gian lý tưở ng áp nă m 2010 rừng thườ ng xanh có xu hướ ng tă ng dụ ng mơ hình nên khoả ng 10 nă m Hạ n chế tạ i tỉnh Nghệ An có xu giả m tạ i tỉnh Quả ng thứ hai mơ hình Markov khơng biể u diễ n Bình rừng đạ t tớ i trạ ng thái ổ n định vào đượ c trực quan không gian nên ngườ i sử khoả ng nă m 2300 dụ ng không biế t đượ c vị trí trạ ng thái rừng đượ c Kế t nghiên cứu chứng minh rằ ng, mơ hình dự báo Hiệ n nay, phầ n mề m Land Markov đả m bả o độ xác, tiế t kiệ m thuậ n Change Modeler (https://clarklabs.org/) tích hợ p tiệ n đủ độ tin cậ y để phụ c vụ cho công phươ ng pháp Markov ArcGIS để trực quan hóa tác dự báo tài nguyên rừng ngắ n hạ n tạ i kế t dự báo Tuy nhiên, phầ n mề m nướ c ta Trong thực tế , để tă ng độ hiệ u , mô thươ ng mạ i số liệ u diệ n tích u cầ u đầ u vào hình Markov nên đượ c sử dụ ng tạ i địa cũ ng nhỏ , dự báo cho mộ t vùng phươ ng có biế n độ ng tài nguyên rừng hoặ c quố c gia mộ t lầ n chạ y phầ n mề m nướ c ta Muố n dự báo thờ i gian rừng đạ t trạ ng Đ iể m mạ nh cũ ng hạ n chế củ a phươ ng thái ổ n định cầ n xử lý số liệ u gố c để tạ o ma pháp Markov khả nă ng dự báo rừng đạ t trạ ng trậ n xác suấ t bình thườ ng trướ c thực hiệ n dự thái ổ n định (steady state) Đ ể sử dụ ng báo Bên cạ nh để ứng dụ ng tố t hơ n mơ hình đượ c, Markov cầ n hộ i tụ nhấ t hai điề u kiệ n (1) chuỗ i Markov dự báo diễ n biế n rừng, hướ ng xác suấ t kiệ n xả y tươ ng lai khứ nghiên cứu sắ p tớ i cầ n tậ p trung vào nộ i dung (1) không đổ i, (2) ma trậ n xác suấ t phả i thỏ a mãn kiể m định, đánh giá độ xác củ a mơ hình, (2) ma trậ n thườ ng (regular matrix) Trong thực tế , xác định khoả ng thờ i gian tố i ưu để áp dụ ng mô việ c thỏ a mãn điề u kiệ n nêu rấ t hiế m, hình Markov thơng qua việ c tă ng số lượ ng dung nế u chấ p nhậ n chấ t lượ ng dự báo mức mẫ u (tỉnh) khoả ng thờ i gian diễ n biế n rừng độ vừa phả i sử dụ ng chuỗ i Markov để dự báo thờ i gian rừng tiế n tớ i trạ ng thái ổ n định KẾ T LUẬ N TÀI LIỆ U THAM KHẢ O Bộ Nông nghiệ p PTNT, 2013 Quyế t định số 1565 QĐ -BNN-TCLN ngày 08 tháng 07 nă m 2013 củ a Bộ Nông nghiệ p Phát triể n nụng thụn Nông nghiệp phát triển nông thôn - KỲ - TH¸NG 7/2017 KHOA HỌ C CÔNG NGHỆ phê duyệ t Đ ề án tái cấ u ngành lâm nghiêp, 14 trang Logofet, D O., Lesnaya, E V., 2000 The mathematics of Markov models: what Markov chains Đ iể n, P V., Thắ ng, P N., 2013 Báo cáo nhiệ m vụ tư vấ n nâng cấ p sở liệ u phụ c vụ cho dự báo ngành lâm nghiệ p, Báo cáo 28 trang Kulkarni, V G., 2011 Introduction to Modeling can really predict in forest successions Ecological Modelling 126, 285-298 Samuels, C L., 2001 Markov set-chains as models of plant succession and Analysis of Stochastic Systems Book 323 pages Thoạ i, T Q., 2013 Bướ c đầ u áp dụ ng mô Lan, P N., Hồ ng, P N., Hùng, T V., Thìn, N hình APM dự báo lâm nghiệ p: Trườ ng hợ p N., Chấ n, L T., 2006 Cẩ m nang ngành lâm nghiệ p: nghiên cứu thí điể m huyệ n Tiên Yên, tỉnh Quả ng Hệ sinh thái rừng tự nhiên Việ t Nam, sách 102 Ninh Tạ p chí Khoa họ c cơng nghệ , Trườ ng Đ i trang họ c Lâm nghiệ p Việ t Nam Voskoglou, M G., 2016 Applications of Finite Markov Chain Models to Management APPLYING THE MARKOV CHAIN MODEL APPROACH IN FORECASTING CHANGES IN EVERGREEN FORESTS IN NORTH CENTRE OF VIETNAM Khuc Van Quy, Tran Quang Bao, Pham Van Dien, Vo Dai Hai, Nong Ngoc Duy, Tran Thi Thu Ha, Ha Thi Mung, Ngo Ngoc Tuyen Summary This study examined the reliability and accuracy of the Markov chain model (MCM) approach in forecasting changes in the areas of evergreen forests in Vietnam by using forest database in Nghe An and Quang Binh provinces during 1990-2010 The empirical results showed that MCM is a reliable tool that can be used to forecast changes in the forest areas of Vietnam in the short run MCM particularly showed very high levels of accuracy in predicting changes in the evergreen forests in Nghe An (>93%) and Quang Binh (>70%) in the period of 10 years The model informed that evergreen forests in these two provinces would achieve steady-state statuses by 2300 At that time, total areas of evergreen forests between these two provinces, however, would reach different shares Rich forest, medium forest and poor forest in Nghe An would respectively account for 3.72%, 12.09% and 8.49% of total area of the province, while the shares of these corresponding areas in Quang Binh would be 0.68%, 8.69% and 14.67% respectively The findings eventually led us to some important recommendations in order to use the MCM method effectively and efficiently in forecasting changes in the areas of forests in Vietnam Keywords: Forest changes, Markov chain model (MCM), natural broad-leaved evergreen forests, steady- state forests Người phả n biệ n: TS Phạm Mạ nh Cường Ngày nhậ n bài: 13/12/2016 Ngày thông qua phả n biện: 16/01/2017 10 Nông nghiệp phát triển nông thôn - KỲ - TH¸NG 7/2017 KHOA HỌ C CƠNG NGHỆ Ngy t ng: 23/01/2017 Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - THáNG 7/2017 View publication stats 11