Loại đất Cơ cấu (%) Giai đoạn năm 1973-1988
Đất nông nghiệp 11 Tăng 4 %
Đất đồng cỏ, chăn thả 24 Giảm 0,3 %
Đất rừng và rừng 31 Giảm 3,5 %
Đất khác 34 Tăng 2,3 %
Nguồn: Lê Thị Thanh Mai (2013) Trong bảng 2.1, diện tích 34% đất khác bao gồm: đất có khả năng nông nghiệp, đất xây dựng, đất chứa thải ... Đất có khả năng nông nghiệp 3.200 triệu ha, hơn gấp đôi mức đã sử dụng (1.475 triệu ha); trong đó tỷ lệ đưa vào sử dụng ở các nước phát triển là 70%; ở các nước đang phát triển chỉ có 30%.
Theo Eswaran et al. (1999), có 11% diện tích đất thích hợp mục đích nông nghiệp, 24% được sử dụng cho chăn thả gia súc, rừng chiếm khoảng 31% và 34% còn lại có nhiều hạn chế đối với hầu hết các mục đích sử dụng.
Diện tích đất thế giới hiện nay: 20% ở vùng quá lạnh, 20% ở vùng quá khô, 20% ở vùng quá dốc, 10% có tầng đất mỏng, 10% ở vùng trồng trọt được, 20% có thể làm đồng cỏ, đất trồng trọt chiếm tỉ lệ thấp, trong đó, đất có năng suất cao (14%), trung bình (28%) và thấp (58%) (nguồn FAO-UNESCO, 1990).
Như vậy, đất trên thế giới phân bố không đều, đất xấu nhiều, đất tốt ít. FAO ước lượng rằng (Yudelman, 1994; trong FAO, 1993), đất nông nghiệp có thể mở rộng được khoảng 90 triệu ha vào năm 2010, diện tích thu hoạch có tăng lên đến 124 triệu ha do việc thâm canh tăng vụ cây trồng. Các vùng đất có khả năng tưới trong các quốc gia đang phát triển đang được mở rộng tăng thêm khoảng 23,5 triệu ha so với hiện tại là 186 triệu ha.
Cuốn sách "Con người và Thiên nhiên " của George Perkins Marsh, được viết vào năm 1864, là một trong những người đầu tiên thảo luận rộng rãi để nhận ra tác hại của loài người vào thiên nhiên. Kể từ đó, các nhà khoa học mở rộng nghiên cứu và các bài báo cáo tích hợp đồ sộ của IPCC, UNEP và tài liệu WRI về biến động sử dụng đất do tác động của con người. Richards (1990) đã tổng kết tính toán khác nhau để ước tính rằng hơn 300 năm qua, chúng ta đã mất khoảng 20 % diện tích rừng và đất rừng, 1% đồng cỏ, trong khi các khu vực đất trồng trọt tăng 466 %. Hiện nay, đất canh tác chiếm khoảng 15 triệu km2 của bề mặt trái
đất, tương ứng với diện tích canh tác của Nam Mỹ, trong khi đồng cỏ chỉ khoảng 34 triệu km2 (Goldewijk et al., 2004).
2.1.5.2. Tình hình sử dụng đất và biến động sử dụng đất ở Việt Nam
Theo số liệu kiểm kê đất đai năm 2010, tổng diện tích đất đai của cả nước là 33.095,7 nghìn ha, trong đó diện tích đất nông nghiệp là 26.226,4 nghìn ha chiếm 79,24% tổng diện tích tự nhiên, đất phi nông nghiệp 3.705,0ha chiếm 11,20% tổng diện tích tự nhiên, đất chưa sử dụng 3.164,3 nghìn ha chiếm 9,56% tổng diện tích tự nhiên (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2010).
Theo số liệu kiểm kê tổng diện tích đất đai năm 2018 của cả nước biến động là 33.123,6 nghìn ha (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2018), trong đó:
- Diện tích đất nông nghiệp là 27.268,6 nghìn ha chiếm 82,32% tổng diện tích tự nhiên, tăng 1.042,2 nghìn ha (gấp 1,04 lần) so với năm 2010. Trong đó, lượng tăng chủ yếu ở loại đất trồng cây lâu năm (tăng 850,2 nghìn ha).
- Diện tích đất phi nông nghiệp 3.749,7 nghìn ha chiếm 10,50% tổng diện tích tự nhiên, tăng 44,7 nghìn ha so với năm 2010. Trung bình mỗi năm, diện tích đất phi nông nghiệp gia tăng thêm khoảng 5,59 nghìn ha.
Bảng 2.2. Biến động sử dụng đất giai đoạn 2010-2018 trên cả nƣớc
TT Chỉ tiêu Diện tích (nghìn ha) Biến động
(nghìn ha)
Năm 2010(1) Năm 2018(2)
CẢ NƢỚC 33095,7 33123,6 27,9
I Đất nông nghiệp 26226,4 27268,6 1042,2
1 Đất sản xuất nông nghiệp 10126,1 11508,0 1381,9
Đất trồng cây hàng năm 6437,6 6969,3 531,7
- Đất trồng lúa 4120,2 4126,4 6,2
- Đất cỏ dùng vào chăn nuôi 44,4 0,0 -44,4
- Đất trồng cây hàng năm khác 2273,0 2842,9 569,9
Đất trồng cây lâu năm 3688,5 4538,7 850,2
2 Đất lâm nghiệp 15366,5 14910,5 -456,0 Đất rừng sản xuất 7431,9 7479,4 47,5 Đất rừng phòng hộ 5795,5 5239,0 -556,5 Đất rừng đặc dụng 2139,1 2192,1 53,0 3 Đất nuôi trồng thủy sản 689,8 796,1 106,3 4 Đất làm muối 17,9 17,2 -0,7
5 Đất nông nghiệp khác 26,1 36,8 10,7
II Đất phi nông nghiệp 3705,0 3749,7 44,7
1 Đất ở 683,9 714,9 31,3
Đất ở đô thị 133,7 158,9 25,2
Đất ở nông thôn 550,2 556,0 5,8
2 Đất chuyên dùng 1823,8 1874,3 50,5
Đất trụ sở cơ quan, công trình sự nghiệp 19,2 95,6 76,4
Đất quốc phòng, an ninh 337,9 297,6 -40,3
Đất sản xuất, kinh doanh phi nông nghiệp 260,1 274,5 14,4
Đất có mục đích công cộng 1206,6 1206,6 0
3 Đất tôn giáo, tín ngưỡng 14,7 18,6 3,9
4 Đất nghĩa trang, nghĩa địa 101,1 103,9 2,8
5 Đất sông suối và mặt nước chuyên dùng 1077,5 986,7 -91,2
6 Đất phi nông nghiệp khác 4,0 51,3 47,3
III Đất chƣa sử dụng 3164,3 2105,3 -1059,0
1 Đất bằng chưa sử dụng 237,7 213,9 -23,8
2 Đất đồi núi chưa sử dụng 2632,7 1722,8 -909,9
3 Núi đá không có rừng cây 293,9 168,6 -125,3
(1) Theo Quyết định số 2282/QĐ-BTNMT ngày 08 tháng 12 năm 2011 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường.
(2) Theo Quyết định số 3873/QĐ-BTNMT ngày 25 tháng 12 năm 2018 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường.
- Đất chưa sử dụng 2.105,3 nghìn ha chiếm 6,36% tổng diện tích tự nhiên, giảm 1.059,0 nghìn ha so với năm 2010. Đất chưa sử dụng có xu hướng giảm mạnh trong những năm qua (bình quân mỗi năm giảm 263,17 nghìn ha), chủ yếu đưa vào mục đích lâm nghiệp cho khoanh nuôi phục hồi rừng và trồng rừng.
Số liệu thống kê (bảng 2.2) cho thấy có sự suy giảm đáng kể về diện tích nhóm đất lâm nghiệp và đất chưa sử dụng. Sự suy giảm này là do một phần diện tích đất lâm nghiệp và đất chưa sử dụng ở các tỉnh, thành phố đã được chuyển sang sử dụng cho các mục đích phi nông nghiệp và mục đích khác như: xây dựng các công trình công nghiệp, công trình thủy lợi, giao thông, nhà ở, các công trình hạ tầng xã hội... Nhóm đất trồng cây hàng năm khác và trồng cây lâu năm lại tăng đáng kể, do có sự thay đổi về chuyển đổi cơ cấu cây trồng, từ trồng cây cho
hiệu quả, năng suất thấp sang trồng cây có hiệu quả, năng suất cao.
Bảng 2.3. Biến động sử dụng đất giai đoạn 2010-2018 của thành phố Hà Nội
TT Chỉ tiêu Diện tích (ha) Biến động
(ha)
Năm 2010(3) Năm 2018(4)
THÀNH PHỐ HÀ NỘI 332889,0 335859,0 2970,0
1 Đất nông nghiệp 188601,1 196009,0 7407,9
2 Đất phi nông nghiệp 134947,4 133838,0 -1109,4
3 Đất chưa sử dụng 9340,5 6012,0 -3328,5
(3) Theo Niên giám thống kê Hà Nội năm 2010 của Cục Thống kê thành phố Hà Nội. (4) Theo Niên giám thống kê Hà Nội năm 2018 của Cục Thống kê thành phố Hà Nội.
Thành phố Hà Nội cũng là một trong những địa bàn có sự biến động sử dụng đất theo hướng nhóm đất nông nghiệp tăng lên. Cụ thể, tổng diện tích tự nhiên của thành phố Hà Nội giai đoạn 2010 – 2018 tăng 2.970,0 ha trong đó: nhóm đất nông nghiệp tăng 7.407,9 ha, nhóm đất phi nông nghiệp giảm 1.109,4 ha, nhóm đất chưa sử dụng giảm 3.328,5 ha (bảng 2.3).
Một xu thế phát triển trong tương lai đó là xu hướng gia tăng mạnh nhu cầu về quỹ đất phục vụ cho mục đích phi nông nghiệp, đặc biệt là áp lực tăng cầu về diện tích đất chuyên dùng phục vụ cho mục đích phát triển kinh tế - xã hội. Khi diện tích đất chưa sử dụng đã được tận dụng, thì để có được quỹ đất phục vụ cho các mục đích phi nông nghiệp, sản xuất, kinh doanh chỉ có thể chuyển một phần từ quỹ đất nông nghiệp. Điều này sẽ ảnh hưởng đáng kể tới sản lượng sản xuất trong khu vực nông nghiệp, làm thay đổi về cơ cấu lao động tại các vùng, địa phương. Mà cần lưu ý đến sự gia tăng này không đồng đều, nhất là ở các khu vực đô thị, thành phố lớn đất phi nông nghiệp dẫn tới sự mất cân bằng sinh thái, gây ra nhiều hiện tượng thời tiết cực đoan, ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí...
Vì vậy, việc nghiên cứu đánh giá biến động đất đai là rất cần thiết để có thể đưa ra đề xuất quy hoạch sử dụng đất trong vùng, địa phương một cách hiệu quả.
2.2. KHÁI QUÁT VỀ VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 2.2.1. Khái quát về viễn thám 2.2.1. Khái quát về viễn thám
2.2.1.1. Khái niệm cơ bản về viễn thám
Viễn thám được hiểu là một khoa học và nghệ thuật để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông qua việc phân tích tài
liệu thu nhận được bằng các phương tiện. Những phương tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu. (Nguyễn Khắc Thời và cs., 2012).
Sóng điện từ hoặc được phản xạ hoặc được bức xạ từ vật thể thường là nguồn tài liệu chủ yếu trong viễn thám. Những năng lượng từ trường, trọng trường cũng có thể được sử dụng.
Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể được gọi là bộ cảm.
Phương tiện dùng để mang các bộ cảm được gọi là vật mang, gồm khí cầu, máy bay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ.
Sự phát triển của viễn thám gắn liền với sự phát triển của phương pháp chụp ảnh và thu nhận thông tin các đối tượng trên mặt đất. Từ năm 1858 người ta đã bắt đầu sử dụng khinh khí cầu để chụp ảnh nhằm mục đích thành lập bản đồ địa hình. Những bức ảnh hàng không đầu tiên chụp từ máy bay được Wilbur Wright thực hiện năm 1909 trên vùng Centocalli, Italia. Từ đó đến nay, phương pháp sử dụng ảnh hàng không là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất. Trên thế giới, việc phân tích ảnh hàng không đã góp phần đáng kể trong việc phát hiện nhiều mỏ dầu và khoáng sản trầm tích.
Vào giữa những năm 1930, người ta đã có thể chụp ảnh mầu và đồng thời thực hiện nhiều cuộc nghiên cứu nhằm tạo ra các lớp cảm quang nhạy với bức xạ gần hồng ngoại có tác dụng hữu hiệu trong việc loại bỏ ảnh hưởng tán xạ và mù của khí quyển. Từ năm 1960, sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật cho phép thu được hình ảnh ở các dải sóng khác nhau bao gồm cả dải sóng hồng ngoại và sóng cực ngắn. Sau đó sự thành công trong việc chế tạo các bộ cảm biến và các tàu vũ trụ, các vệ tinh nhân tạo đã cung cấp khả năng thu nhận hình ảnh của trái đất từ trên quỹ đạo góp phần hữu ích cho việc nghiên cứu lớp phủ thực vật, biến động sử dụng đất, cấu trúc địa mạo, nhiệt độ, gió trên bề mặt đại dương …
Viễn thám có thể phân loại làm 3 loại cơ bản theo bước sóng sử dụng: - Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại.
- Viễn thám hồng ngoại nhiệt - Viễn thám siêu cao tần
Hình 2.1. Nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám
Nguyên lý thu nhận hình ảnh trong viễn thám được minh họa như hình 2.1. Nguồn năng lượng chính sử dụng trong nhóm thứ nhất là bức xạ mặt trời. Mặt trời cung cấp một bức xạ có bước sóng ưu thế 500m. Tư liệu viễn thám thu được trong dải sóng nhìn thấy phụ thuộc chủ yếu vào sự phản xạ từ bề mặt vật thể và bề mặt trái đất. Vì vậy, các thông tin về vật thể có thể được xác định từ các phổ phản xạ. Tuy nhiên, radar sử dụng tia laser là trường hợp ngoại lệ không sử dụng năng lượng mặt trời. Nguồn năng lượng sử dụng trong nhóm thứ hai là bức xạ nhiệt do chính vật thể sản sinh ra. Mỗi vật thể trong nhiệt độ bình thường đều phát ra một bức xạ có đỉnh tại bước sóng 10.000m.
Trong viễn thám siêu cao tần người ta thường sử dụng hai loại kỹ thuật chủ động và bị động. Trong viễn thám siêu cao tần bị động thì bức xạ siêu cao tần do chính vật thể phát ra được ghi lại, còn trong viễn thám siêu cao tần chủ động lại thu những bức xạ tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể.
2.2.1.2. Vệ tinh viễn thám và tư liệu sử dụng trong viễn thám
a. Vệ tinh Landsat
Vệ tinh Landsat là vệ tinh tài nguyên trong Chương trình Quan sát Trái Đất (hay chương trình Landsat) của Hoa Kỳ được phóng lên quỹ đạo lần đầu tiên vào năm 1972, cho đến nay đã có 8 thế hệ vệ tinh Landsat được phóng lên quỹ đạo. Nhưng chỉ còn 2 vệ tinh còn hoạt động là Landsat-7 và Landsat-8. Độ cao bay 705 km, góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo 98°, quỹ đạo đồng bộ mặt trời, chu kỳ lặp 16 ngày, bề rộng tuyến chụp 185 km. Rừng Nước Cỏ Đất Đường Nhà Vệ tinh Mặt trời Hấp thụ mặt trời Bức xạ mặt trời Khí quyển
Các vệ tinh Landsat thế hệ trước (Landsat 1-5) gồm có hệ thống thiết bị quét đa phổ MSS và hệ thống quét dành cho làm bản đồ chuyên đề TM. MSS là bộ cảm quang học được thiết kế để thu nhận bức xạ phổ từ ánh sáng mặt trời chiếu xuống bề mặt trái đất theo 4 kênh phổ khác nhau, được tích hợp bởi hệ thống quang học và bộ cảm. TM là phiên bản nâng cấp của thiết bị quan trắc được dùng trong hệ thống quét đa phổ MSS. Nó dùng để quan trắc bề mặt trái đất theo 7 kênh phổ có phạm vi từ dải sóng nhìn thấy đến vùng hồng ngoại nhiệt.
Vệ tinh Landsat 7, phóng lên ngày 15 tháng 4 năm 1999, là vệ tinh nhân tạo thứ 7 của chương trình Landsat. Mục đích chính của Landsat 7 là cập nhật những hình ảnh vệ tinh mới nhất so với những ảnh đã được thu thập từ các vệ tinh trước đó, và có thể chụp những ảnh không mây.
Vệ tinh Landsat 7 được trang bị thêm với bộ bản đồ chuyên đề nâng cấp ETM+ được kế thừa từ bộ TM. Các kênh quan trắc chủ yếu tương tự như như bộ TM, và kênh mới được thêm vào là kênh đen trắng (kênh 8) có độ phân giải là 15 m.
Bảng 2.4. Đặc trƣng bộ cảm (ETM+) của Landsat 7
Vệ tinh Kênh Phổ màu Bƣớc sóng
(µm) Độ phân giải(m) Landsat 7 (Bộ cảm ETM+)
Kênh 1 Lam –Blue 0.45-0.52 30
Kênh 2 Lục – Green 0.52-0.60 30
Kênh 3 Đỏ - Red 0.63-0.69 30
Kênh 4 Cận hồng ngoại– Near IR 0.77-0.90 30
Kênh 5 Hồng ngoại sóng ngắn– SWIR 1.55-1.75 30
Kênh 6 Hồng ngoại nhiệt – Thermal IR 10.40-12.50 60 (30)
Kênh 7 Hồng ngoại sóng ngắn – SWIR 2.09-2.35 30
Kênh 8 Đen trắng - Panchromatic 0.52-0.90 15
Nguồn: Trần Quốc Vinh (2016) Thiết bị ETM+ quét 8 băng phổ cho hình ảnh độ phân giải cao về bề mặt trái đất, có độ phân giải là 30m đối với ảnh đa phổ TM, và 15 m đối với ảnh toàn sắc. Đặc trưng bộ cảm (ETM+) của vệ tinh Landsat 7 được thể hiện trong bảng 2.4.
Vệ tinh thế hệ thứ 8 – Landsat 8 (hình 2.2) đã được Mỹ phóng thành công lên quỹ đạo vào ngày 11/02/2013 với tên gọi gốc Landsat Data Continuity Mission (LDCM). Đây là dự án hợp tác giữa NASA và cơ quan Đo đạc Địa chất
Mỹ. Vệ tinh Landsat cung cấp các ảnh có độ phân giải trung bình (từ 15 – 100 mét), phủ kín ở các vùng cực cũng như những vùng địa hình khác nhau trên trái đất. Nhiệm vụ của Landsat 8 là cung cấp những thông tin quan trọng trong nhiều lĩnh vực như quản lý năng lượng và nước, theo dõi rừng, giám sát tài nguyên môi trường, quy hoạch đô thị, khắc phục thảm họa và lĩnh vực nông nghiệp.
Vệ tinh Landsat 8 (LDCM) mang theo 2 bộ cảm: OLI (Operational Land Imager) và TIRS (Thermal Infrared Sensor). Những bộ cảm này được thiết kế để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy cao hơn so với các bộ cảm Landsat thế hệ trước. Vệ tinh Landsat 8 thu nhận ảnh với tổng số 11 kênh phổ, bao gồm 9 kênh sóng ngắn và 2 kênh nhiệt sóng dài. Đặc trưng của hai bộ cảm này được thể hiện chi tiểt trong bảng 2.5.
Hình 2.2. Vệ tinh Landsat 8