2.5.1. Ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá biến động đất đai trên thế giới Trong thời gian đầu, những nghiên cứu về biến động sử dụng đất chỉ đơn giản là phát hiện những thay đổi sử dụng đất ở những khu vực cụ thể bằng kỹ thuật viễn thám và GIS. Với việc phóng vệ tinh Tài nguyên Trái đất thứ nhất (ERTS-1) vào năm 1972 (sau đổi tên là Landsat 1), nước Mỹ đã khởi đầu công nghệ giám sát môi trường và nghiên cứu các hệ sinh thái từ vũ trụ. Từ đó, viễn thám đã trở thành phương tiện chủ đạo cho công tác giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường ở nhiều cấp độ quốc gia, khu vực và toàn cầu. Đó là khoa học thu nhận, xử lý và suy giải các hình ảnh thu nhận từ khoảng không của trái đất để nhận biết các thông tin về các đối tượng trên bề mặt trái đất mà không cần tiếp xúc chúng.
Song song với việc xác định biến động sử dụng đất, các nhà khoa học đã nhận ra rằng biến động sử dụng đất là nhân tố quan trọng thúc đẩy sự biến đổi môi trường. Vì vậy những nghiên cứu về biến động sử dụng đất lúc này tập trung phân tích những nguyên nhân, động lực thúc đẩy và ảnh hưởng của biến động sử dụng đất đến các vấn đề kinh tế, xã hội và môi trường sinh thái.
Trước tiên phải kể đến dự án quốc tế về nghiên cứu biến động sử dụng đất và lớp phủ (LUCC - Land use and Cover Change) được thực hiện và điều hành bởi nhiều trường đại học và các viện nghiên cứu như Đại học Clark, Mỹ (1994- 1996), Viện Cartografic de Catalunya, Tây Ban Nha (1997-1999) và Đại học Công giáo Louvain, Bỉ (2000-2005). Mục tiêu của dự án là tăng cường sự hiểu biết về những tác động của con người và động thái sinh lý của biến động đất đai đến những thay đổi về độ che phủ đất.
Bản đồ hiện trạng thực vật từ ảnh viễn thám cung cấp thông tin xác thực dựa trên quan trắc mối quan hệ của lớp thực vật và các yếu tố khí hậu. Loại bản đồ này là cơ sở cho nghiên cứu lớp phủ và sử dụng đất. Lý do thứ nhất, nó thể hiện hiện trạng phân bố không gian của lớp phủ/sử dụng đất ở vùng được chụp ảnh. Thứ hai, việc chụp lặp lại cho phép nghiên cứu biến động theo thời gian.
Theo dõi biến động lớp phủ thực vật đã trở thành một ứng dụng quan trọng và được nghiên cứu nhiều trong kỹ thuật viễn thám.
Tại Trung Quốc, một nghiên cứu về vấn đề này đã sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh Landsat xác định được biến động sử dụng đất tại thành phố Daqing tỉnh Heilongjiang, từ năm 1997 đến 2007. Kết quả nghiên cứu cho thấy, đất xây dựng, đất nông nghiệp và đất chưa sử dụng tăng lên gấp đôi trong khi các vùng đất ngập nước giảm đi 60%. Nguyên nhân dẫn đến thay đổi sử dụng đất ở khu vực nghiên cứu là quản lý đất đai, dân số và các chính sách kinh tế xã hội (Yu et al., 2011).
Tại Ấn Độ, đã có những nghiên cứu nhằm xác định nguyên nhân cũng như ảnh hưởng của biến động sử dụng đất như Mohanty (2007), Suzanchi and kaur (2011) ... Đầu tiên có thể kể đến công trình nghiên cứu về mối quan hệ giữa tăng trưởng dân số và biến động sử dụng đất của Mohanty (2007). Từ số liệu thống kê, tư liệu bản đồ và viễn thám tác giả xác định trong vòng 50 năm, từ 1950 đến 2000, mặc dù mức độ tăng dân số đã chậm lại nhưng những tác động tiêu cực của nó đến sử dụng đất vẫn gia tăng. Đất phi nông nghiệp tăng quá nhanh, các vùng hoang hóa bị mở rộng.
Trong một nghiên cứu khác được tiến hành bởi Suzanchi and Kaur (2011), tại khu vực thủ đô của Ấn Độ. Bằng tư liệu viễn thám và phân tích không gian trong GIS, kết quả nghiên cứu đã xác định, đất sản xuất nông nghiệp tăng 67,4%
từ năm 1989 đến 1998 nhưng từ năm 1998 đến 2006 chỉ tăng 5,7%. Đất xây dựng tăng chủ yếu là do gia tăng dân số đô thị. Các tác giả cho rằng biến động sử dụng đất chịu ảnh hưởng của yếu tố kinh tế xã hội và những thay đổi trong sử dụng đất nông nghiệp phụ thuộc vào chi phí lợi ích trong sản xuất nông nghiệp.
Ngoài ra, có rất nhiều công trình nghiên cứu về biến động sử dụng đất đã được thực hiện thành công tại nhiều quốc gia và các hệ sinh thái khác nhau trên thế giới như Argentina, Canada, Mỹ, Úc, Kenya, Thái Lan hoặc ở Madagascar...
Để giải thích được nguyên nhân cũng như đánh giá được ảnh hưởng của biến động sử dụng đất nhiều nghiên cứu đã sử dụng phương pháp mô hình hóa.
Trong đó các nhà khoa học tự nhiên và địa lý đã dẫn đầu trong việc phát triển các mô hình không gian tường minh (spatially explicit models) để nghiên cứu biến động sử dụng đất. Tùy thuộc vào đối tượng địa lý và cơ sở dữ liệu mà ta có thể sử dụng các thuật toán và phương pháp thống kê không gian khác nhau: định lượng (xác định tuyệt đối bằng các chỉ số) hay bán định lượng (xác định tương đối thông qua phân cấp theo thứ bậc cao thấp).
2.5.2. Ứng dụng viễn thám và GIS đánh giá biến động đất đai tại Việt Nam
Trong những năm vừa qua Việt Nam ngày càng chịu ảnh hưởng nặng nề bởi biến đổi khí hậu, hàng năm chịu nhiều ảnh hưởng của thiên tai, bão lũ; ảnh hưởng đến đời sống và hoạt động sản xuất nông nghiệp của nhân dân. Trước tình hình đó công tác dự báo và quản lý thiên tai đóng vai trò quan trọng trong giảm thiểu thiệt hại. Và hiện tại vệ tinh của Việt Nam mới đáp ứng phần nào nhu cầu phục vụ phát triển kinh tế, thương mại. Bởi vậy, ngành nông nghiệp đã và đang tiếp cận nhiều với các công nghệ phân tích ảnh viễn thám. Đến nay, từ những ảnh viễn thám do nước ngoài và Việt Nam cung cấp kết hợp với công nghệ GIS đã ứng dụng vào công tác theo dõi, quản lý, bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên và môi trường, đặc biệt là tài nguyên rừng.
Từ năm 1979 ảnh vệ tinh được bắt đầu sử dụng trong việc xây dựng bản đồ hiện trạng rừng và trở thành một công cụ quan trọng trong điều tra quy hoạch và thiết kế kinh doanh rừng. Ảnh vệ tinh Landsat TM được sử dụng rất nhiều trong xây dựng các bản đồ rừng cấp vùng và toàn quốc (1985 -1990). Trong Chương trình “Điều tra, đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc, giai đoạn 1991-1995”, nghiên cứu biến động rừng ngập mặn trong 20 năm ở Minh Hải, dự án Mê Công “Theo dõi, đánh giá biến động lớp phủ rừng” (Forest Cover Monitoring).
Ảnh vệ tinh Landsat ETM+ được sử dụng trong Chương trình “Điều tra, đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc, giai đoạn 2001-2005”
để lập bản đồ rừng và sử dụng đất cho 64 tỉnh, thành phố hoàn toàn bằng công nghệ xử lý ảnh số.
Ảnh vệ tinh SPOT được sử dụng trong các Chương trình “Điều tra, đánh giá và theo dõi diễn biến tài nguyên rừng toàn quốc, giai đoạn 1996-2000” để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng và sử dụng đất cấp tỉnh tỷ lệ 1:100.000, dự án phục
hồi rừng ngập mặn Cà Mau, dự án “Phát triển hệ thống thông tin rừng nhiệt đới - Information System Development Project for Tropical Forests”.
Ảnh vệ tinh độ phân giải cao Quickbird (độ phân giải không gian 0,61m), SPOT5 (độ phân giải 2,5m) được sử dụng trong việc xây dựng bản đồ hiện trạng rừng và sử dụng đất tỷ lệ 1:10.000 cho 2 lâm trường M’drac và Nam Nung (2004-2005), các xã vùng đệm thuộc dự án Bảo vệ và Phát triển những vùng đất ngập nước ven biển miền Nam Việt Nam do WB tài trợ (2005).
Năm 2013 - 2014, đã ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS lập bản đồ hiện trạng nuôi trồng thủy sản miền Bắc nước ta và đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến nuôi trồng thủy sản.
Cho đến nay, ảnh viễn thám đã được nhiều cơ quan ở nước ta sử dụng để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất phủ trùm các vùng lãnh thổ khác nhau, từ khu vực nhỏ đến tỉnh, vùng và toàn quốc. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất của các vùng như Tây Nguyên, Đồng bằng sông Cửu Long, Đồng bằng sông Hồng,…
được thành lập trong khuôn khổ các chương trình điều tra tổng hợp, đều đã sử dụng ảnh vệ tinh như một nguồn tài liệu chính. Những bản đồ này được thành lập trong những năm 1989, 1990 và do các cơ quan nghiên cứu khoa học và điều tra cơ bản thực hiện. Bản đồ được thành lập chủ yếu ở tỉ lệ 1: 250 000.
Bên cạnh đó Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn cũng đã lập báo cáo kỹ thuật đánh giá khả năng ứng dụng của tư liệu vệ tinh VNREDSat - 1 trong các lĩnh vực nông nghiệp, lâm nghiệp, quản lý tài nguyên thiên nhiên và cảnh báo thiên tai.
Năm 2011, Ngô Thế Ân đã nghiên cứu ứng dụng mô hình tác tố (Agent – based) nhằm mô phỏng tác động của chính sách đến biến động sử dụng đất tại bản Bình Sơn, xã Tà Cạ, huyện Kỳ Sơn, tỉnh Nghệ An. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng mô hình tác tố phù hợp cho việc mô phỏng tác động của chính sách đến biến động sử dụng đất.
Để đánh giá tác động của các yếu tố tự nhiên và kinh tế, xã hội đến biến động sử dụng đất lưu vực Suối Muội, huyện Thuận Châu, tỉnh Sơn La, tác giả Vũ Kim Chi (2009), đã sử dụng dữ liệu ảnh máy bay kết hợp với phân tích thống kê.
Kết quả nghiên cứu cho thấy, tại lưu vực Suối Muội yếu tố ảnh hưởng đến biến động sử dụng đất là độ cao, đá gốc, khoảng cách đến quốc lộ 6, khoảng cách đến
khu dân cư và dân tộc. Một công trình nghiên cứu khác về biến động sử dụng đất và mối quan hệ với lao động công nghiệp – tiểu thủ công nghiệp huyện Chương Mỹ, thành phố Hà Nội bằng phương pháp thống kê không gian được thực hiện bởi Đinh Thị Bảo Hoa và Phú Thị Hồng (2013).
Một số ứng dụng của viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động đất đai ở nước ta:
+ Nghiên cứu biến động và đề xuất giải pháp quản lý sử dụng đất hợp lý huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh (Nguyễn Thị Thu Hiền, 2015).
+ Ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám trong quy hoạch sử dụng đất rừng tại thượng nguồn lưu vực sông Cả, tỉnh Nghệ An (Phạm Tiến Đạt và cs, 2009).
+ Nghiên cứu sử dụng viễn thám (RS) và hệ thống thông tin địa lý (GIS) để đánh giá xói mòn đất huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ (Trần Quốc Vinh, 2012).
+ Ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2010 huyện Hưng Nguyên, tỉnh Nghệ An tỷ lệ 1:25000 (Phan Sỹ Việt, 2012).
+ Ứng dụng tư liệu viễn thám và hệ thông tin địa lý GIS lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỷ lệ 1:10.000 huyện Lương Tài, tỉnh Bắc Ninh (Mai Văn Thanh, 2012).
Như vậy, viễn thám và GIS đã và đang được ứng dụng ngày càng nhiều trong hầu hết tất cả các lĩnh vực về quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên của Việt Nam, đặc biệt trong nghiên cứu biến động đất đai. Trong thời gian tới, viễn thám và GIS sẽ là một công cụ chủ đạo giám sát nguồn tài nguyên trong công cuộc hiện đại hoá nước nhà.