1.2. Cơ sở thực tiễn về đánh giá tiềm năng đất đai và sử dụng đất bền vững
1.3.3. Một số nghiên cứu ứng dụng khoa học công nghệ phát triển các loại cây trồng đặc sản trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn
Trong 4 năm qua, tỉnh Bắc Kạn đã triển khai thực hiện 62 đề tài, dự án khoa học; trong đó có 34 đề tài thuộc lĩnh vực nông - lâm nghiệp, chiếm 54,8%, góp phần đƣa tiến bộ khoa học kỹ thuật vào sản xuất, đem lại hiệu quả kinh tế, nâng cao thu nhập cho người dân. Nổi bật là các đề tài, dự án phát triển các loại cây trồng đặc sản của địa phương như: hồng không hạt, khoai môn Bắc Kạn, chè Shan tuyết... Cụ thể:
Dự án “Ứng dụng khoa học công nghệ phát triển giống hồng không hạt tại Bắc Kạn” do Trung tâm ứng dụng Tiến bộ Khoa học Công nghệ Bắc Kạn thực hiện trong 3 năm qua, với tổng kinh phí đầu tư gần 3 tỷ đồng đã xây dựng được các vườn ươm sản xuất cây giống bằng phương pháp ghép, hàng năm cung cấp khoảng
20.000 cây giống đảm bảo chất lƣợng, phục vụ cho nhu cầu mở rộng diện tích trồng cây hồng không hạt của đồng bào địa phương; đồng thời xây đựng được 30 ha mô hình thâm canh hồng theo hướng sản xuất hàng hóa.
Đề tài “Nghiên cứu, tuyển chọn cây đầu dòng và xây dựng mô hình thâm canh hồng không hạt ở Bắc Kạn” do Viện Nghiên cứu Rau quả thuộc Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam chủ trì, đã hoàn thiện quy trình thâm canh hồng trên đất đồi núi và quy trình cải tạo phục tráng giống hồng địa phương, xây dựng mô hình ghép cải tạo diện tích 0,5 ha tại xã Bành Trạch và trồng mới 3 ha tại xã Thƣợng Giáo, huyện Ba Bể. Đến nay, đã tuyển chọn đƣợc 44 cây hồng không hạt đầu dòng có năng suất cao, chất lượng tốt phục vụ cho chương trình phát triển 1.000 ha hồng của tỉnh đến năm 2015. Cục Sở hữu trí tuệ - Bộ Khoa học và Công nghệ cũng đã cấp Giấy chứng nhận Đăng ký chỉ dẫn địa lý hồng không hạt Bắc Kạn. Đây là điều kiện thuận lợi để hồng không hạt Bắc Kạn khẳng định thương hiệu, chất lượng, tạo lập và mở rộng thị trường tiêu thụ (Hoàng Nam, 2015) [123].
Đề tài “Ứng dụng công nghệ nuôi cấy invitro nhân giống khoai môn Bắc Kạn” đã xây dựng đƣợc quy trình nhân nhanh giống khoai môn, quy trình kỹ thuật trồng khoai môn từ phương pháp nuôi cấy invitro; hệ số nhân giống gấp 3 - 4 lần phương pháp thông thường. Chương trình đã xây dựng mô hình sản xuất giống khoai môn từ cây giống invitro với diện tích 2.000 m2, năng suất 6,63 tấn/ha. Trên cơ sở kết quả của đề tài này, Dự án “ứng dụng khoa học và công nghệ trong sản xuất, sơ chế khoai môn hàng hoá tại tỉnh Bắc Kạn” đã xây dựng đƣợc 4 ha mô hình sản xuất củ giống, 60 ha mô hình thâm canh; dây chuyền sơ chế khoai môn đã đƣợc vận hành thử nghiệm thành công, đang trong quá trình đƣa vào sản xuất hàng loạt.
Trong những năm gần đây, cùng với hồng không hạt, cây quýt cũng trở thành cây đặc sản mang lại hiệu quả kinh tế cao cho người dân địa phương. Dự án “Quy hoạch và xây dựng vùng sản xuất tập trung cam, quýt, đào, lê tại tỉnh Bắc Kạn” đã xây dựng đƣợc 25 ha trồng cam, quýt tại 2 huyện Bạch Thông và Chợ Đồn, 1 ha giống mới tại xã Rã Bản - huyện Chợ Đồn, 15 ha trồng đào, lê tại Ngân Sơn; Quy hoạch vùng trồng cam, quýt tại Bạch Thông và Chợ Đồn với diện tích 1.500 ha, vùng trồng đào, lê tại Ngân Sơn với diện tích 350 ha. Những kết quả bước đầu này là cơ sở để tỉnh tiếp tục xây dựng các vùng trồng tập trung theo hướng sản xuất hàng hóa (Hoàng Nam, 2015) [123].
Dự án “Xây dựng mô hình thâm canh cam, quýt tại huyện Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn” đã xây dựng được mô hình 20 ha trồng quýt, cây sinh trưởng tốt. Trong
những năm qua, nhờ áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật, bước đầu đã hình thành vùng sản xuất hàng hóa đối với cây cam quýt. Trong năm 2011, toàn tỉnh đã có 1.000 ha cây cam, quýt, cho thu hoạch trên 2.000 tấn quả, mang lại thu nhập trên 50 triệu đồng/năm cho nhiều hộ dân.
Đối với cây chè, trong những năm qua, tỉnh Bắc Kạn đã triển khai một số đề tài, dự án có giá trị thực tiễn cao nhƣ: Xây dựng mô hình ứng dụng và chuyển giao công nghệ nhân giống, trồng mới thâm canh cải tạo nương chè già cỗi và chế biến chè tại các xã vùng thấp huyện Chợ Mới tỉnh Bắc Kạn; Xây dựng mô hình trồng, thâm canh chè Shan tuyết theo hướng tập trung tại huyện Chợ Đồn tỉnh Bắc Kạn (thuộc Chương trình Nông thôn mới). Kết quả là: Các dự án đã giúp cải tạo được 15 ha diện tích trồng chè với các giống chè địa phương; Xây dựng 10 ha mô hình trồng chè Shan tuyết theo hình thức tập trung tạo vùng nguyên liệu sản xuất. Thông qua các chương trình, đề tài, dự án, từ khâu tuyển chọn cây đầu dòng, xây dựng mô hình trồng chè Shan tuyết bằng giâm cành, xây dựng vườn ươm giống tại chỗ đến việc chuyển giao công nghệ, hướng dẫn bà con nông dân kỹ thuật chăm sóc, thu hái và chế biến chè, diện tích trồng chè Shan tuyết của tỉnh đã tăng lên đáng kể. Năm 2006, toàn tỉnh có khoảng 700 ha chè Shan tuyết, đến năm 2009, đã tăng lên 1.244 ha; đến nay, sản phẩm chè Thiên Phúc - chè Shan tuyết trồng tại xã Bằng Phúc, huyện Chợ Đồn đã được nhiều nơi biết đến, bước đầu tạo dựng được thị trường tiêu thụ ổn định (Hoàng Nam, 2015) [123].
1.3.4. Một số nghiên cứu ứng dụng bài toán tối ưu trong sử dụng đất bền vững 1.3.4.1. Khái quát về bài toán tối ưu
Tối ưu hóa là một trong những lĩnh vực kinh điển của toán học có ảnh hưởng đến hầu hết các lĩnh vực khoa học - công nghệ và kinh tế - xã hội. Trong thực tế, việc tìm giải pháp tối ƣu cho một vấn đề nào đó chiếm một vai trò hết sức quan trọng. Phương án tối ưu là phương án hợp lý nhất, tốt nhất, tiết kiệm chi phí, tài nguyên, nguồn lực mà lại cho hiệu quả cao (Nguyễn Hải Thanh, 2006) [68].
Một phương án tối ưu là một phương án khả thi và tốt nhất, tức là phương án làm cho hàm mục tiêu đạt kết quả min (max) và phải thỏa mãn các điều kiện yêu cầu của bài toán (thỏa mãn các điều kiện ràng buộc).
Có thể khái quát mô hình (bài toán) tối ƣu tổng quát nhƣ sau:
F (X) €Max (Min) với X &D đƣợc gọi là miền ràng buộc.
F ở đây có thể là một hàm vô hướng hay hàm véc tơ, tuyến tính hay phi tuyến. Trong trường hợp F là hàm vô hướng thì ta có mô hình quy hoạch (tối ưu) đơn mục tiêu, còn nếu F là véc tơ thì có mô hình quy hoạch (tối ƣu) đa mục tiêu. X có thể là một biến đơn lẻ hay một tập hợp nhiều biến tạo thành một vectơ hay thậm chí là một hàm của nhiều biến khác. Biến có thể nhận các giá trị liên tục hay rời rạc.
D là miền ràng buộc của X, thường được biểu diễn bởi các đẳng thức, bất đẳng thức và được gọi là miền phương án khả thi hay phương án chấp nhận được (Bùi Thế Tâm, Bùi Minh Trí, 1996) [90].
Hiện nay có 2 cách tiếp cận trong tối ƣu hóa:
(1) Mô hình tối ƣu hóa một mục tiêu (single-objective optimization) và (2) Mô hình tối ƣu hóa đa mục tiêu (Multi - objective optimization)
* Tối ưu hóa một mục tiêu
Tối ƣu hóa một mục tiêu quan trọng nhất và biến đổi mục tiêu còn lại thành hệ ràng buộc. Cách tiếp cận này đôi khi không nhận đƣợc lời giải khả thi (Burke và Kendall, 2005) [120].
* Mô hình tối ưu hóa đa mục tiêu (Multi-Ojbjective Optimization - MOP) Trong các bài toán kỹ thuật, công nghệ, quản lý kinh tế, nông nghiệp ...
thông thường chúng ta thường phải xem xét đồng thời một lúc nhiều mục tiêu. Các mục tiêu này thường là khác về thứ nguyên, tức là chúng được đo bởi các đơn vị khác nhau. Những tình huống nhƣ vậy tạo ra các bài toán đa mục tiêu. Do vậy, người ra quyết định lúc này cần phải tối ưu hoá không phải là chỉ một mục tiêu nào đó, mà là đồng thời tất cả các mục tiêu đã đặt ra tùy theo tình huống thực tế.
1.3.4.2. Một số ứng dụng của bài toán tối ưu trong sử dụng đất
Việc ứng dụng bài toán tối ƣu trong các lĩnh vực toán học, khoa học, quản lý nói chung và ngành quản lý đất đai nói riêng đã đƣợc các nhà khoa học vận dụng thử nghiệm trên cả lý thuyết và thực tiễn. Đối với ngành quản lý đất đai, mục tiêu của ứng dụng bài toán tối ưu là tìm ra được phương án sử dụng đất hiệu quả và bền vững. Mô hình bài toán tối ƣu đã đƣợc ứng dụng trong 3 khía cạnh: quy hoạch sử dụng đất, đánh giá hiệu quả sử dụng đất và xác định cơ cấu cây trồng hợp lý.
a. Ứng dụng bài toán tối ƣu trong quy hoạch sử dụng đất
Sử dụng mô hình toán tối ưu đa mục tiêu để xác định các phương án bố trí sử dụng đất đai đạt mục tiêu phát triển bền vững làm cơ sở hiệu quả cho quy hoạch sử dụng đất đai đƣợc ứng dụng nhiều ở Việt Nam.
Nhóm nghiên cứu Lê Quang Trí, Phạm Văn Tài và Phạm Thanh Vũ tại ĐH Cần Thơ) [91] đã sử dụng bài toán tối ƣu để thực hiện đề tài nghiên cứu: “Tối ưu hóa trong việc lựa chọn các mô hình sử dụng đất nông nghiệp bền vững cấp huyện, nghiên cứu cụ thể huyện Trà Ôn, tỉnh Vĩnh Long”. Sử dụng mô hình toán tối ƣu theo phương pháp thỏa dụng mờ đã xác định phương án bố trí sử dụng đất hợp lý cơ bản đáp ứng mục tiêu phát triển bền vững cho 05 mục tiêu về hiệu quả lợi nhuận, hiệu quả yêu cầu lao động, hiệu quả động vốn, mức thích hợp đất đai và hiệu quả môi trường. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra:
- Phương pháp thỏa dụng mờ có quan hệ mật thiết với phương pháp đánh giá thích hợp đất đai định tính tự nhiên. Kết quả phân hạng thích hợp đất đai và kết quả phân vùng thích hợp đất đai tự nhiên là cơ sở để tiến hành phương pháp sử dụng mô hình toán tối ƣu.
- Sử dụng mô hình toán tối ưu đa mục tiêu theo phương pháp thỏa dụng mờ là phương pháp tối ưu hiệu quả để xác định các phương án bố trí sử dụng đất đai đạt mục tiêu phát triển bền vững làm cơ sở hiệu quả cho quy hoạch sử dụng đất đai. Để đưa ra các phương án tối ưu hóa lựa chọn sử dụng đất đai phù hợp thực tiễn và mang tính bền vững thì cần phải xác định các dữ liệu đầu vào cho mô hình toán một cách đầy đủ, chính xác.
Một số nghiên cứu khác về ứng dụng bài toán tối ƣu làm cơ sở cho quy hoạch sử dụng đất cũng đƣợc triển khai ứng dụng nhƣ nghiên cứu của Nguyễn Hữu Kiệt và c.s (2014) [36] trong “Đánh giá thích hợp đất đai kết hợp ứng dụng phương pháp toán tối ưu làm cơ sở cho quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp tại huyện Cờ Đỏ, TP. Cần Thơ” cho thấy sự kết hợp giữa đánh giá thích hợp đất đai tự nhiên với phương pháp tối ưu trên địa bàn huyện, đã tìm ra các kiểu sử dụng đất nông nghiệp với lợi nhuận tối ƣu nhƣng vẫn đáp ứng trên các ràng buộc tài nguyên để đáp ứng cho quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp. Việc ứng dụng mô hình bài toán quy hoạch tuyến tính LP (linear programming) trên các kiểu sử dụng đất chính mà nhóm tác giả đã sử dụng cho ra được lời giải tối ưu, từ đó là cơ sở đề xuất phương án sử dụng
đất theo hướng hiệu quả, tiết kiệm, đáp ứng cho yêu cầu phát triển chung của huyện.
Qua nghiên cứu có thể thấy khi ứng dụng bài toán LP thì các yếu tố ràng buộc về điều kiện kinh tế, xã hội luôn luôn thay đổi. Vì vậy, cần có những kịch bản và kết quả quy hoạch tương ứng với kịch bản đó để làm căn cứ quyết định lựa chọn thích hợp hơn trong tương lai. Tuy nhiên, để có thể quy hoạch một cách chi tiết cụ thể thì cần xây dựng mô hình bài toán tối ƣu ở cấp xã để làm cơ sở bố trí các loại cây trồng đến mức độ giải thửa. Và đối với các bài toán quy hoạch tuyến tính này nên ứng dụng Module Solver (Đây là một công cụ cao cấp của Microsoft Excel dùng để giải bài toán quy hoạch tuyến tính, bản Solver có thể giải đƣợc bài toán đến 200 biến trong Excel 2003).
Ngoài ra, kỹ thuật tối ƣu hóa đa mục tiêu còn đƣợc tích hợp cùng với GIS để hỗ trợ quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp (Lê Cảnh Định (2011) [19]. Với luận án
“Tích hợp GIS và kỹ thuật tối ưu hóa đa mục tiêu mờ để hỗ trợ quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp” (Lê Cảnh Định, 2011) [19]. Tác giả đã kết hợp giữa mô hình tối ƣu đa mục tiêu tuyến tính (MOLP), GIS và các mô hình xử lý không gian cũng nhƣ tri thức không gian tạo nên mô hình bố trí không gian sử dụng đất phù hợp với đặc thù ở Việt Nam. Mô hình có thể trả lời đầy đủ câu hỏi bố trí mỗi loại đất với diện tích bao nhiêu và bố trí ở đâu?. Đây là công cụ thực sự hữu ích cho những người làm công tác quy hoạch, nhà quản lý và hoạch định chính sách sử dụng đất nông nghiệp cũng nhƣ quản lý tài nguyên đất đai.
b. Ứng dụng trong đánh giá hiệu quả sử dụng đất
Sử dụng bài toán tối ƣu đƣợc ứng dụng nhiều trong đánh giá hiệu quả sử dụng đất, như các nghiên cứu của Nguyễn Hải Thanh trong các trường hợp sau:
Trường hợp 1: “Mô hình tối ưu tuyến tính một mục tiêu giải bài toán quy hoạch sử dụng đất trên địa bàn xã Đông Dư, huyện Gia Lâm, tỉnh Hà Nội”
(Nguyễn Hải Thanh, 2006) [68]. Đây là bài toán tối ƣu một mục tiêu với mục tiêu cần cực đại hoá là hiệu quả kinh tế.
Để thiết lập mô hình, trước hết chọn các biến quyết định. Dựa vào kết quả các dữ liệu đã thu đƣợc, chọn các biến quyết định nhƣ sau: xj với j = 1, 2, …, 18 là diện tích các loại cây trồng (theo thứ tự là: Lúa Xuân, lúa Mùa, ngô Xuân, ngô Đông, ngô bao tử đông, Lạc Xuân, đậu xanh Xuân, đậu tương Đông đất chuyên màu, đậu tương Đông đất ba vụ, dưa chuột Xuân, dưa chuột bao tử, mướp đắng
xuân, rau mùi tàu, rau gia vị, đậu cô ve Đông, ớt Xuân, cà chua Xuân, cà chua Đông), x19 là diện tích ao hồ thả cá ao cá, xj với j = 20, …, 24 là số đầu vật nuôi trong năm (trâu, bò, lợn, gia cầm). x24 là số công lao động thuê ngoài, x25 là lƣợng tiền vốn vay ngân hàng. Tác giả có bài toán tối ƣu tuyến tính một mục tiêu (hiệu quả kinh tế) với 33 ràng buộc. Bằng phần mềm thương phẩm thích hợp có sẵn Lingo hoặc sử dụng Solver của Excel có thể tìm ra được phương án tối ưu của bài toán.
Trường hợp thứ 2:
Mô hình quy hoạch tuyến tính đa mục tiêu giải quyết vấn đề đánh giá hiệu quả sử dụng đất và lao động trên địa bàn xã Trâu Quỳ, huyện Gia Lâm, tỉnh Hà Nội)
Để quy hoạch sử dụng đất, đồng thời đảm bảo đạt hiệu quả môi trường, cần xem xét năm mục tiêu sau:
i) Tổng lợi nhuận, ii) Hiệu quả sử dụng vốn, iii) Giá trị ngày công lao động, iv) Số công lao động, vi) Hiệu quả môi trường.
Để giải bài toán đa mục tiêu trên, trước hết phải chọn các biến quyết định.
Dựa vào cơ cấu cây trồng của xã sẽ lựa chọn các biến sau:
x1: Diện tích trồng Lúa Xuân (ha), x2 : Diện tích trồng Lúa mùa (ha), x3 : Diện tích trồng ngô (ha), x4 : Diện tích trồng đậu tương (ha), x5 : Diện tích trồng khoai tây (ha), x6 : Diện tích trồng rau (ha), x7: Diện tích trồng mùi (ha), x8 : Diện tích trồng táo (ha), x9: Diện tích trồng nhãn (ha), x10: Diện tích trồng xoài (ha).
5 mục tiêu cần cực đại hóa là: i) Tổng lợi nhuận (z1), ii) Hiệu quả sử dụng vốn (z2), iii) Giá trị ngày công lao động (z3), iv) Số công lao động (z4), vi) Hiệu quả môi trường (z5).
Tác giả đã ứng dụng phần mềm MULTIOPT để chạy bài toán tối ƣu sau đó so sánh với thực tế sử dụng đất canh tác xã Trâu Quỳ. Kết quả tại bảng 1.5
Ngoài các ứng dụng trên, còn có một số nghiên cứu ứng dụng các mô hình bài toán tối ƣu trong việc giải quyết các vấn đề thực tế nhƣ: “Ứng dụng mô hình toán học nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng đất cho nông hộ trên địa bàn huyện Trùng Khánh, tỉnh Cao Bằng” của Nguyễn Tuấn Anh (Nguyễn Tuấn Anh, 2004) [1]. Việc ứng dụng mô hình bài toán quy hoạch tuyến tính ngẫu nhiên đa mục tiêu trên các Loại sử dụng đất chính cho các nông hộ đã cho lời giải tối ƣu, từ đó giúp tác giả đề xuất phương án sử dụng đất theo hướng hiệu quả, tiết kiệm, đáp ứng cho yêu cầu phát triển chung của cả huyện cũng nhƣ của các nông hộ.