1 4 1 Về giám sát sự thay đổi rừng (mất, suy thoái rừng, có thêm rừng mới)
Tổng quan vấn đề nghiên cứu đã giúp cho việc nhận thức đúng đắn và toàn diện về vườn quốc gia, rừng, mất rừng, suy thoái rừng, thêm rừng và các nguyên nhân gây MR, STR và TR Theo đó, việc phát hiện và nhận biết các nguyên nhân không chỉ bằng cơ quan, tổ chức có thẩm quyền mà có sự góp sức rất lớn từ ứng dụng tư liệu viễn thám và công nghệ địa không gian Tuy nhiên, ứng dụng công nghệ địa không gian không những phục thuộc vào từng quốc gia, vùng lãnh thổ, từng vùng, từng địa phương riêng biệt mà chúng còn phục thuộc vào yếu tố điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khác nhau Quốc gia
có nền khoa học công nghệ phát triển, việc ứng dụng cộng nghệ địa không gian có khả năng phát triển dễ dàng hơn Ở tại Lào, ứng dụng cộng nghệ địa không gian còn rất khiêm tốn, nhất là trong quản lý tài nguyên rừng Để duy trì, khai thác, quản lý bền vững nguồn tài nguyên rừng, chúng ta phải dựa trên các đặc trưng nguồn tài nguyên, trình độ khoa học công nghệ và điều kiện riêng của từng quốc gia, vùng lãnh thổ, từng địa phương đó
1 4 2 Về thành tựu nghiên cứu ứng dụng tư liệu ảnh viễn thám và côngnghệ địa không gia trong quản lý tài nguyên rừng nghệ địa không gia trong quản lý tài nguyên rừng
Tổng quan vấn đề nghiên cứu đã giúp cho việc nhận biết đúng đắn các phương pháp được các nhà nghiên cứu ứng dụng công nghệ địa không gian trong quản lý tài nguyên rừng, các kết quả đối với từng phương pháp đó và một số đề xuất giải pháp nhằm ngăn chặn, hạn chế biến động, các nguyên nhân tạo động lực thúc đẩy MT, STR và khu vực thêm rừng mới nhằm quản lý bền vững nguồn tài nguyên rừng Những giải pháp được đề xuất của các nhà nghiên cứu nổi bật có thể tóm tắt như sau:
- Giải pháp ứng dụng tư liệu viễn thám và công nghệ địa không gian trong quản lý tài nguyên rừng bằng kỹ thuật so sánh sau phân loại
- Giải pháp ứng dụng tư liệu viễn thám và công nghệ địa không gian trong quản lý tài nguyên rừng bằng thuật toán cho một số chỉ số viễn thám (NDVI; NBR; SAVI; ARVI; IRSI) theo các công thức tính toán khác nhau - Giải pháp kết hợp giữa điều tra thực tế và ứng dụng công nghệ địa không gian trong quản lý tài nguyên rừng
1 4 3 Về những tồn tại nghiên cứu trước đây
Mặc dù đã đạt được nhiều thành tựu, nhưng các nghiên cứu về ứng dụng công nghệ địa không gian trong quản lý tài nguyên rừng vẫn còn những tồn tại và chưa thể bao quát cho mọi khu rừng ở cấp độ quốc gia, vùng lãnh thổ, các vườn quốc gia và các địa phương khác nhau, trong đó có Vườn Quốc gia Nam Ka Đinh, tỉnh Bolikhamsay
Ứng dụng công nghệ chưa thể bao quát và khai thác tối đa các lợi thế của hệ thống công nghệ địa không gian mang lại, hệ thống các tư liệu ảnh viễn thám, các nghiên cứu mới chỉ tập trung sử dụng một số công nghệ viễn thám, phần mềm GIS và một số tư liệu ảnh viễn thám, chỉ số viễn thám thông dụng như: Ảnh Landsats; ảnh SPOT; ảnh MODIS; ảnh Sentinel 2 và một số chỉ số viễn thám như: NDVI, NBR mà chưa dùng một số chỉ số viễn thám khác như chỉ số thực vật kháng khí quyển (ARVI)
Đối với những nghiên cứu ở Lào, có thể tóm tắt một số tồn tại chính về ứng dụng công nghệ địa không gian trong quản lý tài nguyên rừng nói chung và ở VQGNKĐ nói riêng như sau:
- Còn ít/chưa ứng dụng công nghệ địa không gian trong xác định đặc trưng và biến động (MR, STR và TR) nguồn tài nguyên rừng theo thời gian
- Chưa xác định được tác nhân chính gây ra biến động tài nguyên rừng; - Chưa phân loại và phân tích được nguyên nhân gây tác nhân chính gây ra MT, STR và TR;
Còn ít công trình nghiên cứu và chưa đề xuất được những giải pháp ứng dụng tư liệu ảnh viễn thám và công nghệ địa không gian trong quản lý tài nguyên rừng phù hợp
1 4 4 Xác định vấn đề nghiên cứu cho đề tài luận án
Đối tượng rừng nghiên cứu của đề tài luận án là tài nguyên thuộc Vườn Quốc gia Nam Ka Đinh đã và đang bị tác động làm mất rừng, suy thái rừng và thêm rừng, nên luận án chọn hướng nghiên cứu ứng dụng tư liệu ảnh viễn thám đa thời gian bằng thuật tương đối (KB) toán tính theo chỉ ARVI, kết hợp điều tra, đánh giá hiện trạng tài nguyên tại hiện trường, phân tích các nguyên nhân làm cơ sở đề ra các giải pháp ứng dụng công nghệ địa không gian vào quản lý bền vững tài nguyên rừng khu vực nghiên cứu
Từ đất lâm nghiệp, tài nguyên rừng đã và đang bị biến động mạnh, diện tích MR và STR rừng chiếm tỷ lệ lớn cần chuyển thành rừng theo hướng ổn
định về diện tích, bền vững đa dạng di truyền, sinh khối và trữ lượng loài cây gỗ, nên cơ sở khoa học cho bền vững rừng trong luận án là những đặc điểm đất lâm nghiệp, đặc trưng của khu rừng hiện có và biến động của những đặc điểm, đặc trưng này theo không gian và theo thời gian dưới tác động của các tác nhân biến động và STR chính
Sản phẩm chính của nghiên cứu này là: nhằm xác định ranh giới, phân,
c ắ m m ố c các phân khu ch ức năng và vùng đệ m c ủa vườ n quố c gia ; phân đị nh rõ ràng di ệ n tích đất quy ho ạch cho các m ục đích khác vớ i di ện tích quy
hoạ ch cho VQGNKĐ nhằ m phát tri ển hài hoà công tác b ảo v ệ r ừng, b ảo vệ môi trường, bả o t ồn thiên nhiên và b ảo tồn các loài sinh v ật hoang dã nguy c ấ p, quý, hi ế m Đề xu ấ t quy trình hướng dẫn theo dõi, kiểm tra, giám sát tài nguyên rừng và đa dạng sinh học trong VQGNKĐ nhằm bảo tồn và ngăn chặn có hiệu quả tình trạng phá rừng, lấn chiếm, chuyển đổi mục đích sử VQGNKĐ trái phép Tuy nhiên, v ới nội dung của đề tài luận án, hướng ti ếp c ậ n chính c ủa đề tài là: Ứ ng dụng công ngh ệ đị a không gian trong qu ản lý tài nguyên r ừng t ạ i VQGNKĐ để cung c ấ p nh ững thông tin định k ỳ, thườ ng xuyên v ề : (i) M ấ t r ừng và suy thoái tài nguyên r ừng; (ii) Khu v ực thêm rừng m ới
Đề tài nghiên c ứ u này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc nhằm khắc phục các tồn tại của các nghiên cứu trước đây, góp ph ần cung cấp quy trình công nghệ đảm bảo quản lý và giám sát tài nguyên rừng đạt hiệu quả cao
Chương 2
NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU 2 1 Nội dung nghiên cứu
2 1 1 Nghiên cứu đặc điểm hiện trạng tài nguyên rừng và các yếu tố ảnhhưởng đến công tác quản lý tài nguyên rừng tại khu vực VQGNKĐ hưởng đến công tác quản lý tài nguyên rừng tại khu vực VQGNKĐ
a Đặc điểm hiện trạng tài nguyên rừng:
b Các yếu tố ảnh hưởng đến quản lý tài nguyên rừng:
c Hạ tầng ứng dụng công nghệ địa không gian trong quản lý tài nguyên rừng tại khu vực VQGNKĐ
2 1 2 Nghiên cứu ứng dụng ngưỡng chỉ số viễn thám trong phát hiện sớmmất rừng, suy thoái rừng tại khu vực VQGNKĐ mất rừng, suy thoái rừng tại khu vực VQGNKĐ
a Xây dựng bộ mẫu dữ liệu về mất rừng và suy thoái rừng: b Xác đinh ngưỡng chỉ số viễn thám
c Kiểm chứng kết quả
2 1 3 Nghiên cứu ứng dụng ngưỡng chỉ số viễn thám trong phát hiện khuvực có thêm rừng mới tại khu vực VQGNKĐ vực có thêm rừng mới tại khu vực VQGNKĐ
a Xây dựng bộ mẫu dữ liệu về khu vực có thêm rừng mới: b Xác đinh ngưỡng chỉ số viễn thám
c Kiểm chứng kết quả
2 1 4 Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp đẩy mạnh ứng dụng công nghệđịa không gian trong quản lý tài nguyên rừng tại VQGNKĐ địa không gian trong quản lý tài nguyên rừng tại VQGNKĐ
a Đề xuất quy trình ứng dụng công nghệ địa không gian trong phát hiện sớm mất rừng, suy thoái rừng và khu vực thêm rừng mới tại khu vực
VQGNKĐ
b Đề xuất một số biện pháp hỗ trợ nâng cao hiệu quả sử dụng công nghệ địa không gian trong quản lý tài nguyên rừng tại VQGNKĐ
c Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả công tác quản lý bảo vệ rừng trong khu vực nghiên cứu
2 2 Phương pháp nghiên cứu
2 2 1 Phương pháp luận
Một trong những sản phẩm quan trọng của luận án là đề xuất được các giải pháp đẩy mạnh ứng dụng công nghệ địa không gian trong quản lý tài nguyên rừng tại khu vực nghiên cứu và có thể áp dụng, nhân rộng cho các khu vực khác có điều kiện tương tự khu vực nghiên cứu
(1) Cơ sở khoa học
Cơ sở khoa học của dữ liệu ảnh viễn thám quang học là phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên, có thể phân tích và thể hiện, đặc biệt có thể phát hiện, chia tách các khu vực mất rừng với các diện tích vùng riêng biệt Dựa trên đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng, bằng các mô hình, phần mềm chuyên dụng, dữ liệu ảnh viễn thám được xử lý để xác định và chia tách với từng đối tượng Dữ liệu ảnh viễn thám đa thời gian cho phép xác định nhanh chóng biến động lớp phủ rừng nói chung và mất rừng nói riêng trong khoảng thời gian giữa các thời điểm thu ảnh Các thông tin về các đối tượng rừng sau khi chiết tách, có thể tạo ra các bản đồ hiện trạng và tính toán cụ thể diện tích tại từng thời điểm cũng như tổng hợp phân tích kết quả về phân bố và biến động
Chỉ số thực vật ARVI thể hiện chất lượng thảm thực vật màu xanh lá cây trên mặt đất, giá trị chỉ số này nằm trong khoảng -1 đến +1, giá trị càng cao thì thực vật càng dày Đối với đối tượng là rừng thì chỉ số này khá cao (khoảng 0,6 đến 1), khi giá trị này bị sụt giảm tức là thực vật bị mất đi, hay nói các khác là rừng bị mất Tương tự đối với các chỉ số thực vật khác, giá trị của chỉ số sẽ biểu diễn chất lượng thảm thực vật dưới cách này hay cách khác
Trên tư liệu ảnh viễn thám, giá trị ARVI được tính cho từng điểm ảnh, do vậy, đối với mỗi khu vực được xác định là mất rừng, suy thoái, thêm rừng đều có thể tính toán được số lượng điểm ảnh tại vùng đó, hay nói cách khác là hoàn toàn chỉ ra được diện tích rừng bị mất, suy thoái và thêm mới vì mỗi điểm ảnh đều đã có kích thước cụ thể và thông số này phụ thuộc vào tư liệu ảnh sử dụng để tính toán
Trong khuôn khổ nghiên cứu này, dựa vào cơ sở phương pháp luận nêu trên, quy trình xác định và thể hiện biến động mất rừng, suy thoái và thêm rừng đã được xây dựng Dựa vào nghiên cứu, khảo sát hiện trạng, theo dõi biến động và tác động của những quá trình biến đổi, các nhà quản lý có thể đưa ra đề xuất giải pháp quản lý, quy hoạch bảo vệ, khôi phục phục vụ phát triển bền vững
(2) Thuật ngữ chính được sử dụng trong luận án
Theo giải thích các thuật ngữ của Luật Lâm nghiệp Lào Trong luận án này, một số thuật ngữ quan trọng bao gồm: mất rừng, suy thoái rừng, khu thêm rừng mới cần được làm rõ Thông qua các thuật ngữ được sử dụng, người đọc có thể thấy được một số vấn đề nghiên cứu đã được tác giả giới hạn lại cho phù hợp với năng lực nghiên cứu của tác giả, cũng như để có cơ sở cho việc xem xét, đánh giá các kết quả của luận án
- Mất rừng: khu rừng bị chặt phá, khai thác lớp thảm thực vật rừng, để lại độ tàn che dưới 0,1 (thấp hơn ngưỡng quy định là rừng đang được áp dụng ở Lào);
- Suy thoái rừng: khu rừng bị tác động: chặt chọn, tỉa thưa, cháy rừng, chăn thả gia súc, v v, làm giảm trữ lượng và độ tàn che của rừng so với hiện trạng ban đầu, lúc chưa bị tác động;
- Khu vực có thêm rừng mới: Khu vực trồng rừng, phục hồi rừng đã đạt tiêu chuẩn thành rừng từ nơi chưa có rừng hoặc có thực vật nhưng chưa đạt đúng các tiêu chí thành rừng (theo định nghĩa rừng ở Lào)
(3) Lựa chọn công nghệ và tư liệu nghiên cứu
a) Công nghệ:
- Công nghệ địa không gian bao gồm (hệ thống định vị toàn cầu, hệ thống thông tin địa lý và viễn thám) là các công cụ được sử dụng xuyên suốt trong các nội dung của luận án Ngoài ra, luận án cũng đã sử dụng công cụ phân tích thống kê vào việc phân tích số liệu Cụ thể như sau:
- Hệ thống định vị toàn cầu (GPS): GPS đã được sử dụng trong quá trình điều tra ô tiêu chuẩn ngoài thực địa để xác định các chỉ tiêu cơ bản về cấu trú, trữ lượng rừng Các ô tiêu chuẩn điều tra được định vị tọa độ tâm của ô, sau đó tọa độ của các ô tiêu chuẩn được chuyển từ GPS vào phần mềm ArcGIS phục vụ cho việc trích xuất giá trị chỉ số viễn thám trên ảnh vệ tinh Ngoài ra, GPS cũng được sử dụng trong việc định vị tọa độ các mẫu khu rừng thêm mới, mất rừng, suy thoái rừng GPS sẽ là công cụ hữu ích cho việc kiểm chứng kết quả phát hiện các khu vực mất rừng, suy thoái rừng, khu vực thêm mới rừng từ việc ứng dụng kết quả nghiên cứu của luận án vào thực tiễn ở khu vực VQGNKĐ
- Hệ thống thông tin địa lý (GIS): ArcGIS 10 3 là phần mềm chính đã được sử dụng trong luận án Việc lấy mẫu rừng thêm mới, mất rừng, suy thoái rừng và một số thao tác khác đã được thực hiện trên phần mềm Với các dữ liệu ở dạng Raster (ảnh viễn thám) được thực hiện trên phần mềm ArcGIS Ảnh viễn thám ngay sau khi được tải về máy, sẽ được cắt theo phạm vi nghiên cứu trên phần mềm ArcGIS Các thao tác khác cũng được thực hiện trên phần mềm này như: tính toán giá trị KB, trích xuất giá trị các chỉ số viễn thám trên ảnh, phân loại file Raster theo ngưỡng để xác định các vùng mất rừng, suy thoái rừng, v v
- Viễn thám (RS) Chỉ số viễn thám ARVI và ảnh vệ tinh Sentinel 2 đã được sử dụng trong luận án Một số công việc liên quan đến ảnh vệ tinh được tác giả thực hiện trong GEE như: tính toán ảnh ARVI; lấy thông tin của các cảnh ảnh (tên cảnh ảnh, thời gian chụp, tỉ lệ mây); trích xuất giá trị ARVI theo các vùng mẫu; tải ảnh vệ tinh về máy để đưa vào phân tích trong GIS Việc đưa các giá trị Pixel trên ảnh về giá trị bằng 0 cũng đã được thực hiện trên GEE GEE là một chương trình phân tích ảnh mạnh mẽ hiện nay, mặc dù khó thực hiện hơn một số phần mềm xử lý ảnh khác do cần phải biết thao tác với mã (code), nhưng với các nội dung nghiên cứu của luận án thì việc lựa chọn GEE là phù hợp
- Planet com đã được luận án sử dụng Đây là công cụ Web cung cấp các loại ảnh vệ tinh có độ phân giải cao từ 3-5 m theo 2 hình thức thương mại và miễn phí cho một số đơn vị, cá nhân nhà nghiên cứu/giáo dục Planet cũng hỗ trợ người dùng có thể đưa các vùng theo ranh giới (ở định dạng file KML) vào để xem với 2 cửa sổ màn hình tương ứng với 2 thời điểm (ngày, tháng, năm) mà người sử dụng lựa chọn Do đó, đây là một công cụ hữu ích mà tác giả đã sử dụng để kiểm chứng các mẫu rừng không đổi, mất rừng, suy thoái rừng và thêm rừng làm cơ sở cho việc lựa chọn mẫu nghiên cứu
b) Lựa chọn dữ liệu nghiên cứu
- Sử dụng ảnh Sentinel 2 trong nghiên cứu:
Ảnh vệ tinh Sentinel 2 (độ phân giải không gian 10, 20, 60 m) được lựa chọn để nghiên cứu do đây là 2 trong số những loại ảnh quang học có độ phân giải trung bình và thấp đang được khai thác sử dụng miễn phí từ các nhà cung cấp ảnh Ảnh vệ tinh Sentinel 2 được luận án tải về từ chương trình