Hình 3.7 Ảnh NDVI tổ hợp tháng
Sau khi tạo được các ảnh NDVI theo tháng, tiến hành ghép tất cả các ảnh NDVI theo tháng thành ảnh NDVI của năm với các kênh ảnh là các ảnh NDVI theo tháng để phục vụ cho bước phân loại các đối tượng thành lập bản đồ lớp phủ sau này.
3.2.4. Phân loại ảnh MODIS thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất
Bản đồ hiện trạng sử dụng đất là cái nhìn khách quan về bề mặt lớp phủ tại một thời điểm nghiên cứu và do vậy việc đo chụp ảnh từ vệ tinh hoặc máy bay thường cung cấp thông tin về bản đồ lớp phủ. Mặt khác, bản đồ phân loại sử dụng đất cịn mang thơng tin các loại hình sử dụng đất (với các trạng thái sử dụng quỹ đất theo thời gian) của vùng nghiên cứu gắn liền với hoạt động của con người và thường được quy định bởi cơ quan quản lý tương ứng. Do bộ dữ liệu MODIS được đo chụp suốt cả năm 2010 và 2014 – qua các chu trình trạng thái sử dụng quỹ đất (theo các mùa vụ) nên việc khai thác sử dụng bộ ảnh MODIS chuỗi thời gian có khả năng lập bản đồ lớp phủ qua nhiều thời kỳ - nghĩa là góp phần phân loại sử dụng đất và nghiên cứu mùa vụ cây trồng.
Theo nhiệm vụ của luận văn, việc phân loại sử dụng đất vùng ĐBSH sẽ dựa trên hệ thống chú dẫn bản đồ sử dụng đất nông nghiệp. Hệ thống phân loại sử dụng đất năm 2010 và năm 2014 sẽ bao gồm 6 loại hình:
o Đất trồng lúa; o Đất trồng màu; o Đất rừng; o Đất thổ cư và đất chuyên dùng; o Mặt nước; o Đất chưa sử dụng.
Chỉ số thực vật NDVI cho thấy các dạng lớp phủ khác nhau thay đổi theo thời gian (ví dụ như thời vụ) có thể phân biệt rõ ràng trên đồ thị chuỗi thời gian trong năm. Đặc tính này đã được khai thác áp dụng tại nhiều nước trên thế giới do quá trình phát triển thực vật phụ thuộc vào chu kỳ khí hậu trong năm và theo mùa vụ do tập quán canh tác của con người. Và như vậy, có thể sử dụng dữ liệu chỉ số thực vật theo chuỗi thời gian để phân loại và lập bản đồ lớp phủ / sử dụng đất nông nghiệp vùng Đồng bằng sơng Hồng.
Dữ liệu NDVI đã được tính tổ hợp đối với từng tháng trong năm là dữ liệu đa kênh theo thời gian và có thể sử dụng nguyên lý đa phổ để xử lý và phân loại. Ở đây
“kênh phổ” có ý nghĩa khác, đó là giá trị NDVI đối với 1 tháng nào đó trong năm.
Như vậy, có thể sử dụng các phương pháp phân loại “đa phổ” thơng thường (có
kiểm định hoặc khơng có kiểm định) hoặc các phương pháp phân loại đặc biệt như phân loại theo đường cong phổ. Trong nghiên cứu này, học viên đã chọn phương pháp phân loại theo đường cong phổ áp dụng cho dữ liệu NDVI đa thời gian để phân loại lập bản đồ lớp phủ của khu vực Đồng bằng sông Hồng.
Mỗi một đối tượng lớp phủ được đặc trưng bởi đường cong biến động chỉ số NDVI theo thời gian (các tháng trong năm) khác nhau. Ví dụ vùng đất trồng chuyên lúa 2 vụ sẽ có mẫu đường cong NDVI với 2 đỉnh cao vào khoảng thời gian giữa 2 vụ (Hình 3.9a), cịn vùng đất trồng rừng có mẫu đường cong NDVI tương đối cao và ổn định quanh năm (Hình 3.9c).
(a) (b)
(e) (f)
Hình 3.9 Biến động chỉ số thực vật NDVI theo tháng trong năm 2014 đối với các loại hình sử dụng đất: (a) Đất trồng lúa, (b) Đất trồng màu, (c) Đất rừng, (d) Đất
mặt nước, (e) Đất thổ cư và chuyên dùng, (f) Đất chưa sử dụng
Hình 3.9a cho thấy khu vực thâm canh chuyên trồng lúa có dạng đường cong NDVI đa thời gian với 2 cực đại, đặc trưng cho 2 vụ lúa (vụ chiêm xuân và vụ mùa) của Đồng bằng sông Hồng, các cực tiểu tương ứng với thời gian thu hoạch và để trống đất trồng lúa. Biên độ dao động tương đối lớn, khoảng 0,4. Theo đó, thời gian sinh trưởng tốt của lúa trưởng thành (phủ kín bề mặt ruộng) là khoảng 2 – 3 tháng cộng với thời gian chuẩn bị, lúa non và thu hoạch thì phù hợp với chu kỳ 4 – 5 tháng một vụ lúa của Đồng bằng sông Hồng.
Đối với đất chuyên trồng màu, do thời gian sinh trưởng ngắn kết hợp với việc canh tác xen kẽ nên đường cong NDVI theo tháng cũng tương đối cao và ổn định quanh năm (Hình 3.9b).
Đối với đất rừng, giá trị NDVI tương đối cao và ổn định quanh năm, điều đó là phù hợp với đặc tính rừng cây thường xanh nhiệt đới (Hình 3.9c).
Hình 3.9e cho thấy đất thổ cư và chuyên dùng (thành phố và nông thôn) do thường kèm với cây cối mọc quanh nhà hoặc vườn với cây thường xanh nên có giá trị NDVI tương đối ổn định, cao hơn so với đất mặt nước (Hình 3.9d).
Đối với vùng đất mặt nước, giá trị NDVI thấp nhất so với các loại hình sử dụng đất cịn lại (Hình 3.9e). Đất mặt nước gồm các thủy vực cung cấp nước cho
tưới tiêu (sông, hồ, …) và các khu ni trồng thủy sản nên giá trị trung bình NDVI vẫn tương đối lớn (0,17), không xuất hiện giá trị âm, do sự có mặt của thực vật trong các ao nuôi trồng thủy sản.
Đất chưa sử dụng (Hình 3.9f) trên thực tế bao gồm các khu đất trống và các khu vực bị bao phủ bởi bụi cây, trảng cỏ lúp xúp (ven rừng, ven sông,…) với giá trị NDVI tương ứng với 2 khu vực này rất khác nhau. Đất trống có giá trị NDVI trung bình rất nhỏ, gần tương tự với đất mặt nước, trong khi đất bụi cây, trảng cỏ lại có giá trị NDVI trung bình vẫn tương đối cao, xấp xỉ của đất chuyên màu. Do vậy, việc phân loại đất chưa sử dụng tương đối khó khăn và dễ lẫn so với các loại hình sử dụng đất nói trên. Do hạn chế về thời gian, trong đề tài này học viên chưa thực hiện phân tách được loại hình sử dụng đất là đất trống (dễ lẫn với đất mặt nước và đất thổ cư, chuyên dùng) và mới tập trung phân tách được lớp đất bụi cây, trảng cỏ. Do đó, đường cong NDVI trung bình của lớp đất chưa sử dụng nói chung cịn tương đối cao. Tuy nhiên, do trên thực tế loại đất trống, chủ yếu là đất cồn cát, bãi cát ven sông, biển hay đất đồi núi trơ sỏi đá, chiếm diện tích nhỏ trong khu vực Đồng bằng sơng Hồng nên có thể nói kết quả phân loại sử dụng đất khu vực nghiên cứu vẫn đạt được mục tiêu đã đặt ra.
3.2.5. Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất vùng đồng bằng sông Hồng năm 2010 và năm 2014 năm 2010 và năm 2014
Đặc tính và diễn biến của các chỉ số thực vật gắn liền với sự phân bố không gian và biến động của các loại hình sử dụng đất theo chu kỳ sinh trưởng hoặc hoạt động thời vụ trong vùng ĐBSH.
Ảnh NDVI tổ hợp tháng được phân loại trên phần mềm ENVI theo phương pháp phân loại có kiểm định sử dụng thuật tốn Maximum Likehood. Độ chính xác phân loại phụ thuộc rất nhiều vào cơng việc lấy mẫu vì vậy khâu lấy mẫu phân loại địi hỏi phải rất tỉ mỉ, chính xác và và được hỗ trợ bởi nhiều nguồn dữ liệu (bản đồ hiện trạng sử dụng đất các tỉnh vùng đồng bằng sông Hồng năm 2010,...). Sau khi đã lấy được tập mẫu chuẩn, ảnh NDVI tổ hợp tháng đã được tiến hành phân loại. Để
kiểm tra độ chính xác ảnh phân loại học viên đã so sánh kết quả phân loại với dữ liệu đáng tin cậy, các vị trí mẫu được lấy để đánh giá độ chính xác được lấy từ các bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm gần nhất, do độ phân giải không gian của ảnh MODIS là 250m nên chỉ những mẫu nằm giữa 1 vùng lớp phủ có diện tích lớn (trên 100ha) mới được chọn, kết quả thu được thể hiện ở chỉ số kappa và Overall Accuracy.
Bảng 3.1 Ma trận đánh giá độ chính xác phân loại năm 2010
Từ dữ liệu ảnh đã phân loại các lớp phủ trên phần mềm ENVI của 2 năm 2010 và năm 2014, tiến hành chuyển sang phần mềm ArcGIS để biên tập, chuẩn hóa dữ liệu, tính diện tích các loại hình sử dụng đất, thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2010, 2014 và bản đồ biến động đất trồng lúa và đất trồng màu giai đoạn 2010 - 2014. (xem hình kết quả - phụ lục 27 – 28 – 29)
3.3. Phân tích hiện trạng sử dụng đất vùng đồng bằng sông Hồng năm 2010 và năm 2014 2010 và năm 2014
Các tính tốn thống kê diện tích các loại hình sử dụng đất cho toàn vùng Đồng bằng sông Hồng và cho từng tỉnh theo ranh giới hành chính trong vùng (10 tỉnh) được thực hiện dựa trên ảnh kết quả phân loại lớp phủ năm 2010 và năm 2014. Để thực hiện tính tốn thống kê diện tích các loại hình sử dụng đất đối với từng tỉnh, trước hết cần cắt ảnh phân loại sử dụng đất tồn vùng Đồng bằng sơng Hồng theo ranh giới hành chính các tỉnh. Tiếp theo, ảnh phân loại được chồng lên lớp ranh giới hành chính tỉnh để thống kê diện tích các loại đất đối với từng địa phương.
3.3.1. Phân tích hiện trạng sử dụng đất vùng đồng bằng sông Hồng năm 2010 2010
Bảng 3.3 Thống kê loại hình sử dụng đất vùng Đồng bằng sơng Hồng năm 2010
STT Loại hình sử dụng Diện tích (ha) Phần trăm %
1 Đất trồng lúa 930.260,926 61,95 2 Đất trồng màu 325.170,325 21,65 3 Rừng 76.101,866 5,07 4 Đất thổ cư và đất chuyên dùng 64.982,547 4,33 5 Đất chưa sử dụng 1.996,326 0,13 6 Mặt nước 74.534,858 4,96 7 Khơng có dữ liệu 28.612,310 1,91
Tổng 1.501.659,157 100
Hình 3.10 Biểu đồ thống kê phân bố các loại hình sử dụng đất vùng Đồng bằng Sơng Hồng năm 2010
Dựa vào các số liệu thống kê cho thấy đất trồng lúa là loại chiếm diện tích lớn nhất khu vực đồng bằng sơng Hồng, với diện tích là 930.260,926 ha (chiếm 61,95 %), do đất trồng lúa chiếm đa số phân bố đều trên toàn khu vực cộng với tư liệu ảnh MODIS có độ phân giải khơng gian trung bình (250m) nên so với thực tế có thể lớp phủ đất trồng lúa có lẫn với các khu dân cư nhỏ nằm rải rác ở khu vực nơng thơn, ước tính có khoảng 10% đất thổ cư lẫn vào đất trồng lúa. Đất trồng màu là loại lớp phủ chiếm diện tích lớn thứ 2 ở khu vực với diện tích 325.170,325 ha (chiếm 21,65%), tiếp theo là đến nhóm lớp phủ rừng với 76.101,866 ha (chiếm 5.07%), đất mặt nước (bao gồm sông hồ và đất nuôi trồng thủy sản) với 74.534,858 ha (chiếm 4,96%), đất thổ cư và chuyên dùng 64.982,547 (4,33%) và đất chưa sử dụng 1.996,326 ha (0.13%).
Thống kê sử dụng đất đất trồng lúa và đất trồng màu năm 2010 từ kết quả phân loại ảnh MODIS theo 10 tỉnh vùng ĐBSH được thể hiện trong Bảng 3.6. Các
số liệu cho thấy TP. Hà Nội có diện tích đất trồng lúa lớn nhất với 163.210,432 ha, Thái Bình là 140.142,838 ha, Nam Định là 133.168,302 ha, tỉnh Hà Nam và Vĩnh Phúc có diện tích đất trồng lúa ít nhất tương ứng là 60.480,032 ha và 41.353,770 ha, sự chênh lệch nhau này chủ yếu là do diện tích và điều kiện tự nhiên của các tỉnh. Về loại đất trồng màu, TP. Hà Nội vẫn xếp đầu trong danh sách các tỉnh có diện tích đất trồng màu lớn nhất với diện tích: 116.279,987 ha, tỉnh Vĩnh Phúc xếp thứ 2 với diện tích 52.365,091 ha, Bắc Ninh có diện tích đất trồng màu nhỏ nhất 7.730,337 ha.
Bảng 3.4. Thống kê diện tích đất trồng lúa và đất trồng màu 10 tỉnh đồng bằng sông Hồng năm 2010
Tỉnh – Thành phố Đất trồng lúa (ha) Đất trồng màu (ha)
Hà Nội 163.210,432 116.279,987 Thái Bình 140.142,838 9.867,944 Nam Định 133.168,302 8.030,354 Hải Dương 114.832,315 36.102,075 Ninh Bình 72.135,235 32.163,336 Hải Phòng 71.428,462 24.027,473 Hưng Yên 67.885,831 20.500,767 Bắc Ninh 65.040,394 7.730,337 Hà Nam 60.480,032 16.979,037 Vĩnh Phúc 41.353,770 52.365,091
Hình 3.11 Cơ cấu sử dụng đất của 10 tỉnh vùng Đồng bằng Sông Hồng năm 2010
3.3.2. Phân tích hiện trạng sử dụng đất vùng đồng bằng sơng Hồng năm 2014 2014
Bảng 3.5 Thống kê loại hình sử dụng đất vùng Đồng bằng sơng Hồng năm 2014
STT Loại hình sử dụng Diện tích (ha) Phần trăm % 1 Đất trồng lúa 898.046,026 59,80 2 Đất trồng màu 334.062,560 22,25 3 Rừng 79.579,337 5,30 4 Đất thổ cư và đất chuyên dùng 103.615,742 6,90 5 Đất chưa sử dụng 1.105,492 0,07 6 Mặt nước 56.637,691 3,77 7 Khơng có dữ liệu 28.612,310 1,91 Tổng 1.501.659,157 100
Hình 3.12 Biểu đồ thống kê phân bố các loại hình sử dụng đất vùng Đồng bằng Sơng Hồng năm 2014
Thống kê sử dụng đất đất trồng lúa và đất trồng màu năm 2014 từ kết quả phân loại ảnh MODIS theo 10 tỉnh vùng ĐBSH được thể hiện trong Bảng 3.8. Các số liệu cho thấy TP. Hà Nội có diện tích đất trồng lúa lớn nhất với 160.199,838 ha, Thái Bình là 137.801,207 ha, Nam Định là 133.100,724 ha, tỉnh Hà Nam và Vĩnh Phúc có diện tích đất trồng lúa ít nhất tương ứng là 52.987,228 ha và 35.031,750 ha, Về loại đất trồng màu, TP. Hà Nội vẫn xếp đầu trong danh sách các tỉnh có diện tích đất trồng màu lớn nhất với diện tích: 109.634,249 ha, tỉnh Vĩnh Phúc xếp thứ 2 với diện tích 57.598,418 ha, Nam Định có diện tích đất trồng màu nhỏ nhất 8.668,933 ha.
Bảng 3.6. Thống kê diện tích đất trồng lúa và đất trồng màu 10 tỉnh đồng bằng sông Hồng năm 2014
Tỉnh – Thành phố Đất trồng lúa (ha) Đất trồng màu (ha)
Thái Bình 137.801,207 12.176,044 Nam Định 133.100,724 8.668,933 Hải Dương 110.780,173 32.243,651 Ninh Bình 69.328,420 34.222,551 Hải Phịng 70.612,112 24.449,670 Hưng Yên 66.136,704 19.908,213 Bắc Ninh 61.059,248 10.842,845 Hà Nam 52.987,228 23.507,442 Vĩnh Phúc 35.031,750 57.598,418
Hình 3.13 Cơ cấu sử dụng đất của 10 tỉnh vùng Đồng bằng Sông Hồng năm 2014
3.4. Đánh giá biến động sử dụng đất vùng đồng bằng sông Hồng giai đoạn 2010 - 2014
Từ 2 bản đồ hiện trạng sử dụng đất ở 2 thời điểm 2010 và 2014, tiến hành thành lập bản đồ biến động sử dụng đất trồng lúa và đất trồng màu giai đoạn 2010 – 2014 (xem bản đồ kết quả - phụ lục 29).
Bảng 3.7 Thống kê biến động sử dụng đất vùng Đồng bằng sông Hồng giai đoạn 2010 - 2014 2014 2010 Đất trồng lúa Đất trồng màu Rừng Đất thổ cư và CD Đất chưa SDD Mặt nước Tổng Đất trồng lúa 773952 138310 145 17044 48 955 930260 Đất trồng màu 115132 183528 11092 14162 16 1256 325170 Rừng 178 7164 68213 306 279 140 76101 Đất thổ cư và chuyên dùng 112 103 216 63339 83 644 64982 Đất chưa sử dụng 162 231 273 452 663 215 1996 Mặt nước 8962 4830 0 7314 16 53429 74534 Tổng 898046 334062 79579 103615 1105 56637
Dựa vào ma trận biến động có thể thấy được biến động của các loại hình sử dụng đất trong giai đoạn 2010 – 2014. Các phần tử trên đường chéo chính là giá trị diện tích khơng biến động của của các loại hình sử dụng đất, cịn các phần tử trên đường chéo phụ là giá trị biến động giữa 2 thời kỳ.
3.4.1. Đất trồng lúa
Diện tích đất trồng lúa năm 2010 là 930.260 ha, giảm so với năm 2014 (898.046 ha) là 32.214 ha (trong đó: giảm 156.760 ha, tăng 124.546 ha)
- Diện tích đất trồng lúa giảm 156.760 ha do chuyển sang các loại đất: + Đất trồng màu: 138.310 ha
+ Đất rừng: 145 ha
+ Đất thổ cư và chuyên dùng: 17.044 ha + Đất chưa sử dụng: 48 ha
+ Đất mặt nước: 955 ha
- Diện tích đất trồng lúa tăng: 124.546 ha, do chuyển từ các loại đất sau sang: + Đất trồng màu: 115.132 ha
+ Đất rừng: 178 ha
+ Đất thổ cư và chuyên dùng: 112 ha + Đất chưa sử dụng: 162 ha
+ Đất mặt nước: 8.962 ha
Dựa vào các số liệu trên, có thể nhận thấy phần lớn diện tích đất trồng lúa đã chuyển sang đất trồng màu (23.178ha) và đất thổ cư, chuyên dùng (16.932ha). Nguyên nhân giảm chủ yếu do chuyển từ đất trồng lúa kém hiệu quả sang các loại đất nông nghiệp khác, như: đất trồng rau, màu, nuôi trồng thủy sản, và các loại đất phi nơng nghiệp (cơng trình cơng cộng, phát triển đơ thị và các khu dân cư nông thôn, hoặc đất sản xuất, kinh doanh).
3.4.2. Đất trồng màu
Diện tích đất trồng màu năm 2010 là 325.170 ha, tăng so với năm 2014 (334.062 ha) là 8.892 ha (trong đó: giảm 141.746 ha, tăng 150.638 ha).
- Diện tích đất trồng màu giảm: 141.746 ha, do chuyển sang các loại đất: