Tài liệu ứng dụng gis và viễn thám xây dựng bản đồ phân vùng các dịch vụ hệ sinh thái nông nghiệp ở huyện trảng bom, đồng nai

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HẢI ĐĂNG ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG CÁC DỊCH VỤ HỆ SINH THÁI NÔNG NGHIỆP Ở HUYỆN TRẢNG BOM, ĐỒNG NAI Chuyên Ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường Mã số: 8850101 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 9 năm 2020 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Nguyễn Hoàng Anh PGS. TS. Võ Lê Phú Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. Lâm Đạo Nguyên Cán bộ chấm nhận xét 2 : PGS. TS. Trần Thị Vân Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 09 tháng 9 năm 2020 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. PGS.TS. Lê Văn Trung - Chủ tịch 2. TS. Lâm Đạo Nguyên - Phản biện 3. PGS.TS. Trần Thị Vân - Phản biện 4. TS. Phạm Thị Mai Thy - Ủy viên 5. ThS. Lưu Đình Hiệp - Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Hải Đăng MSHV:1870453 Ngày, tháng, năm sinh: 12/02/1995 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường Mã số : 8850101 I. TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG CÁC DỊCH VỤ HỆ SINH THÁI NÔNG NGHIỆP Ở HUYỆN TRẢNG BOM, ĐỒNG NAI II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Luận văn thực hiện đánh giá các chức năng phục vụ của hệ sinh thái nông nghiệp và xây dựng bản đồ phân vùng các dịch vụ hệ sinh thái nông nghiệp tại huyện Trảng Bom, tỉnh Đồng Nai thông qua các nội dung sau: 1. Phân tích và đánh giá các dịch vụ hệ sinh thái nông nghiệp tại huyện Trảng Bom, tỉnh Đồng Nai bao gồm các nội dung sau: Xác định các giá trị (không bao gồm giá trị kinh tế) dịch vụ của HST; Đánh giá và xác định vai trò của HST nông nghiệp; đặc trưng của hệ sinh thái nông nghiệp tại khu vực nghiên cứu, bao gồm: đặc trưng khí hậu (khí tượng – thủy văn); đặc trưng thổ nhưỡng; đặc trưng về loài; và các điều kiện sinh trưởng 2. Phân tích và xây dựng bản đồ sử dụng đất và diễn biến sử dụng đất qua các năm. 3. Đánh giá các tác động đến sự thay đổi dịch vụ HST trên địa bàn huyện thông qua thay đổi sử dụng đất. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (ghi theo QĐ giao đề tài) 24/2/2020 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (ghi theo QĐ giao đề tài) 24/8/2020 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Nguyễn Hoàng Anh và PGS.TS. Võ Lê Phú Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 2020 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) TS. Nguyễn Hoàng Anh CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) PGS.TS Võ Lê Phú TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN (Họ tên và chữ ký LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tác giả xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến giáo viên hướng dẫn đề tài là TS. Nguyễn Hoàng Anh và PGS. TS. Võ Lê Phú. Sự hướng dẫn, chỉ bảo và góp ý tận tình của Thầy, Cô trong suốt quá trình thực hiện đã giúp tôi mở rộng vốn kiến thức, tiếp cận được thực tế, có tư duy đúng đắn hơn về vấn đề của đề tài để có thể hoàn thành tốt Luận văn này. Xin gửi lời trân trọng cảm ơn đến quý Thầy, Cô ở khoa Môi trường và Tài nguyên – Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm trong suốt những năm học tập thời gian qua. Tác giả cũng gửi lời cảm ơn đến tập thể các Anh, Chị của Phòng Tin học môi trường – Viện Tài nguyên và Môi trường đã hỗ trợ, giúp đỡ, cung cấp những thông tin, các tài liệu, kinh nghiệm quý báu cũng như tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành tốt luận văn. Đặc biệt, tác giả trân trọng cảm ơn lãnh đạo Trạm khuyến nông huyện Trảng Bom và cán bộ khuyến nông các xã đã nhiệt tình hỗ trợ trong quá trình khảo sát, phỏng vấn cũng như cung cấp nguồn tài liệu và thông tin về nông nghiệp của huyện để tác giả thực hiện luận văn này. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, người thân cùng bạn bè là chỗ dựa tinh thần, hỗ trợ, khuyến khích tác giả trong suốt quá trình học tập và trong thời gian thực hiện đề tài luận văn này. Xin chân thành cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 08 năm 2020 i TÓM TẮT Huyện Trảng Bom là một huyện có hệ sinh thái nông nghiệp phong phú, đa dạng của tỉnh Đồng Nai. Tuy nhiên, do tác động từ nhiều yếu tố đặc biệt là nhu cầu phát triển kinh tế nên cơ cấu cây trồng trên địa bàn huyện đã có những sự thay đổi mạnh mẽ trong vài năm gần đây. Sự chuyển đổi giữa các loại cây trồng không theo một quy hoạch cụ thể không chỉ ảnh hưởng đến các yếu tố kinh tế mà còn tác động đến sinh thái tự nhiên thông qua sự thay đổi của các dịch vụ hệ sinh thái mà cây trồng cung cấp cho con người. Mục tiêu của đề tài Luận văn này là thành lập các bản đồ phân vùng các dịch vụ hệ sinh thái nông nghiệp của huyện Trảng Bom nhằm thể hiện sự phân vùng dịch vụ hệ sinh thái nông nghiệp của huyện và đánh giá về sự thay đổi của các dịch vụ này qua các năm. Nguồn dữ liệu sử dụng cho đề tài nghiên cứu là ảnh viễn thám Sentinel-2A vào các thời điểm tháng 12/2015 và tháng 12/2019, cùng với các bản đồ GIS về địa hình và thổ nhưỡng. Các phương pháp chính được áp dụng là phương pháp viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) kết hợp cùng phương pháp phân tích thứ bậc AHP. Kết quả đã xây dựng được bộ bản đồ phân bố các nhóm thực vật trích xuất từ ảnh viễn thám. Tiếp theo, bộ bản đồ này kết hợp cùng các bản đồ nền khác được tích hợp dựa trên điểm trọng số của các dịch vụ hệ sinh thái xác định từ phương pháp phân tích thứ bậc AHP để thành lập bản đồ phân vùng dịch vụ hệ sinh thái nông nghiệp bằng phương pháp GIS. Tổng cộng 16 bản đồ cho 3 nhóm dịch vụ được thành lập bao gồm dịch vụ cung cấp, dịch vụ điều tiết và dịch vụ hỗ trợ, mỗi dịch vụ của hệ sinh thái bao gồm hai bản đồ: bản đồ phân vùng dịch vụ của năm 2015 và năm 2019 và các bản đồ đánh giá sự thay đổi của các dịch vụ theo thời gian. Sự thay đổi cơ cấu cây trồng chuyển từ nhóm cây lâu năm sang nhóm cây hàng năm dẫn đến sự biến động theo xu hướng tích cực đối với các dịch vụ cung cấp theo thời gian từ trồng đến thu hoạch, dịch vụ điều tiết và dịch vụ hỗ trợ và theo xu hướng tiêu cực ở dịch vụ cung cấp thực phẩm theo tần suất thu hoạch, dịch vụ cung cấp thực phẩm theo độ dài thời gian cung cấp dịch vụ và dịch vụ cung cấp gỗ. Kết quả phân vùng cung cấp bức tranh trực quan về sự phân bố các dịch vụ hệ sinh thái và thể hiện được sự thay đổi trong loại hình canh tác sẽ dẫn đến sự thay đổi về mặt dịch vụ hệ sinh thái của vùng. ii ABSTRACT Trang Bom, a district of Dong Nai province, has a rich and diverse agricultural ecosystem. Because of the impact of many factors, especially the demand of economic development, the crop structure in the region has undergone strong changes in recent years. A transition between crops that not following a specific plan not only affects economic factors, but also affects the natural ecology through a change in the ecosystem services that plants provide to humans. The objective of this thesis is to establish zoning maps of agro-ecosystem services of Trang Bom district which showing the district's agricultural ecosystem service zonation and to evaluate the changes of these services in recent years. The data used for this research is the remote sensing images Sentinel-2A in December 2015 and December 2019, along with GIS maps of topography and pedology. The main methods applied are remote sensing and geographic information system (GIS) in combination with AHP analysis method. As a result, a set of maps of plant groups extracted from remote sensing images have been created. This set of maps were then integrated with elevation data and pedology data to build the ecosystem services maps using the AHP hierarchical analysis method. A total of 16 maps for 3 service groups were established, including provisioning services, regulation services and supporting services, each of the ecosystem services includes two maps: service zoning map of 2015 and 2019 and maps of assessing service changes over time. The change in crop structure from perennial to annual leads to a positive trend variation in food provisioning service by the time from planting to harvest, regulation service and supporting services and the negative trends in food provisioning service by the frequency of harvest, food provisioning service by the plant duration and timber provisioning services. Zoning results provide a visualization of the distribution of ecosystem services and show changes in the type of farming that will lead to a change in the area's ecosystem services. iii LỜI CAM ĐOAN Học viên cam đoan mọi kết quả của đề tài: “Ứng dụng GIS và viễn thám xây dựng bản đồ phân vùng các dịch vụ hệ sinh thái nông nghiệp ở Huyện Trảng Bom, Đồng Nai” là sản phẩm nghiên cứu do bản thân cá nhân học viên thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Hoàng Anh và PGS.TS. Võ Lê Phú. Ngoại trừ những nội dung đã được trích dẫn, các số liệu, những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn này trung thực và chưa từng được công bố dưới bất kỳ hình thức nào. Học viên xin chịu trách nhiệm về các thông tin, dữ liệu và kết quả của đề tài Luận văn này. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 08 năm 2020 iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. i TÓM TẮT....................................................................................................................... ii LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... iv MỤC LỤC .......................................................................................................................v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................................... viii DANH MỤC HÌNH ...................................................................................................... ix DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... xi CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ..............................................................................................1 Tính cấp thiết ........................................................................................................1 Mục tiêu nghiên cứu .............................................................................................2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................3 Nội dung nghiên cứu ............................................................................................3 Phương pháp thực hiện .........................................................................................4 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài ...................................................................4 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................................6 Tổng quan về hệ sinh thái và dịch vụ hệ sinh thái ...............................................6 2.1.1. Hệ sinh thái và dịch vụ hệ sinh thái ...................................................................6 2.1.2. Hệ sinh thái nông nghiệp và dịch vụ hệ sinh thái nông nghiệp .........................7 Các nghiên cứu về lập bản đồ phân vùng dịch vụ hệ sinh thái ............................9 2.2.1. Nghiên cứu trên thế giới ....................................................................................9 2.2.1.1. Nghiên cứu về lập bản đồ phân vùng dịch vụ hệ sinh thái .............................9 2.2.1.2. Nghiên cứu về lập bản đồ phân vùng dịch vụ hệ sinh thái nông nghiệp ......11 2.2.2. Nghiên cứu ở Việt Nam ...................................................................................13 2.2.2.1. Nghiên cứu về lập bản đồ dịch vụ hệ sinh thái.............................................13 2.2.2.2. . Nghiên cứu về lập bản đồ dịch vụ hệ sinh thái nông nghiệp ......................14 Tổng quan huyện Trảng Bom .............................................................................16 2.3.1. Điều kiện tự nhiên ............................................................................................16 2.3.1.1. Vị trí địa lý ....................................................................................................16 2.3.1.2. Khí hậu và thời tiết .......................................................................................17 2.3.1.3. Địa hình, thổ nhưỡng ....................................................................................17 2.3.2. Điều kiện kinh tế xã hội ...................................................................................22 2.3.3. Hoạt động phát triển nông nghiệp tại huyện Trảng Bom ................................24 2.3.3.1. Hiện trạng sử dụng đất..................................................................................24 v 2.3.3.2. Diện tích các loại cây trồng ..........................................................................25 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......27 Tổng quan tài liệu ...............................................................................................27 Khảo sát, điều tra thực địa và thu thập thông tin, số liệu ...................................28 Phân tích đặc điểm cây trồng huyện Trảng Bom ...............................................32 3.3.1. Phân tích sự phân vùng phân bố cây trồng tương ứng với điều kiện địa hình 32 3.3.2. Phân tích sự tương quan giữa phân bố cây trồng với điều kiện thổ nhưỡng ...37 Phân tích sự cung cấp dịch vụ hệ sinh thái của từng loại cây trồng ...................44 3.4.1. Cơ sở lý thuyết phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) ..................................44 3.4.2. Áp dụng AHP xây dựng sự phân cấp và giá trị trọng số cho DVHST của từng loại cây trồng .................................................................................................................49 3.4.2.1. Xác định trọng số của các loại cây theo dịch vụ cung cấp ...........................49 3.4.2.2. Xác định trọng số của từng loại cây theo dịch vụ điều tiết ..........................53 3.4.2.3. Xác định trọng số của từng loại cây theo dịch vụ hỗ trợ ..............................56 Xây dựng bản đồ phân vùng dịch vụ hệ sinh thái nông nghiệp .........................61 3.5.1. Lý thuyết về viễn thám và GIS ........................................................................61 3.5.1.1. Viễn thám .....................................................................................................61 3.5.1.2. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) ....................................................................63 3.5.2. Ứng dụng viễn thám nhận diện các loại cây trồng ..........................................65 3.5.3. Ứng dụng GIS xây dựng bản đồ phân vùng dịch vụ hệ sinh thái ....................73 CHƯƠNG 4. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ XU HƯỚNG PHÂN VÙNG DỊCH VỤ CÁC HỆ SINH THÁI NÔNG NGHIỆP TẠI HUYỆN TRẢNG BOM .................76 Diễn biến phân bố các loại cây trồng ở huyện Trảng Bom giai đoạn 2015 - 2019 76 Bản đồ phân vùng dịch vụ hệ sinh thái nông nghiệp huyện Trảng Bom ...........81 4.2.1. Bản đồ phân vùng dịch vụ cung cấp thực phẩm ..............................................81 4.2.1.1. Bản đồ phân vùng dịch vụ cung cấp thực phẩm phân cấp theo thời gian từ lúc trồng đến lúc thu hoạch .................................................................................................81 4.2.1.2. Bản đồ phân vùng dịch vụ cung cấp thực phẩm phân cấp theo tần suất thu hoạch 86 4.2.1.3. Bản đồ phân vùng dịch vụ cung cấp thực phẩm phân cấp theo thời gian cung cấp dịch vụ .....................................................................................................................90 4.2.2. Bản đồ phân vùng dịch vụ cung cấp gỗ ...........................................................94 4.2.3. Bản đồ phân vùng dịch vụ điều tiết .................................................................98 4.2.4. Bản đồ phân vùng dịch vụ hỗ trợ ...................................................................102 vi CHƯƠNG 5. TÁC ĐỘNG CỦA VIỆC THAY ĐỔI SỬ DỤNG ĐẤT ĐẾN DỊCH VỤ HỆ SINH THÁI NÔNG NGHIỆP VÀ ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP QUẢN LÝ 107 Đánh giá các tác động đến sự thay đổi dịch vụ hệ sinh thái nông nghiệp thông qua thay đổi sử dụng đất ..............................................................................................107 Đề xuất giải pháp quản lý .................................................................................122 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ..............................................................................123 Kết luận........................................................................................................................123 Khuyến nghị ................................................................................................................124 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................126 PHỤ LỤC ....................................................................................................................132 vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT AHP : Phương pháp phân tích thứ bậc ĐDSH : Đa dạng sinh học DTTN : Diện tích tự nhiên DVHST : Dịch vụ hệ sinh thái GIS : Hệ thống thông tin địa lý HST : Hệ sinh thái UBND : Ủy ban nhân dân viii DANH MỤC HÌNH Hình 1. 1. Khu vực nghiên cứu .......................................................................................3 Hình 2. 1: Bản đồ hành chính huyện Trảng Bom ..........................................................16 Hình 2.2: Bản đồ phân vùng địa hình huyện Trảng Bom..............................................18 Hình 2. 3: Bản đồ thổ nhưỡng huyện Trảng Bom .........................................................20 Hình 3.1. Sơ đồ cách tiếp cận nghiên cứu .....................................................................27 Hình 3.2: Sơ đồ tiến trình thực hiện phương pháp khảo sát, điều tra thực địa..............29 Hình 3.3: Bản đồ điểm lấy mẫu khảo sát thực địa tại huyện Trảng Bom .....................30 Hình 3.4: Quy trình phân tích sự cung cấp dịch vụ HST của các loại cây trồng ..........49 Hình 3.5: Quy trình xử lý ảnh viễn thám tạo bản đồ phân bố cây trồng .......................66 Hình 3.6: Sơ đồ quy trình tích hợp dữ liệu để thành lập bản đồ DVHST nông nghiệp năm 2015 và 2019..........................................................................................................74 Hình 4.1: Bản đồ phân bố cây trồng huyện Trảng Bom năm 2015 ...............................76 Hình 4.2: Bản đồ phân bố cây trồng huyện Trảng Bom năm 2019 ...............................77 Hình 4.3: Tỷ lệ diện tích các loại cây trồng năm 2015 .................................................80 Hình 4.4: Tỷ lệ diện tích các loại cây trồng năm 2019 .................................................80 Hình 4.5: Tỷ lệ mức điểm dịch vụ cung cấp thực phẩm phân cấp theo thời gian từ lúc trồng đến lúc thu hoạch năm 2015 và năm 2019 ...........................................................83 Hình 4.6: Bản đồ phân vùng dịch vụ cung cấp thực phẩm theo thời gian từ lúc trồng đến lúc thu hoạch năm 2015 .................................................................................................84 Hình 4.7: Bản đồ phân vùng dịch vụ cung cấp thực phẩm theo thời gian từ lúc trồng đến lúc thu hoạch năm 2019 .................................................................................................85 Hình 4.8: Tỷ lệ mức điểm dịch vụ cung cấp thực phẩm phân cấp theo tần suất thu hoạch năm 2015 và năm 2019 ..................................................................................................87 Hình 4.9: Bản đồ phân vùng dịch vụ cung cấp thực phẩm theo tần suất thu hoạch năm 2015 ...............................................................................................................................88 Hình 4.10: Bản đồ phân vùng dịch vụ cung cấp thực phẩm theo tần suất thu hoạch năm 2019 ...............................................................................................................................89 Hình 4.11: Tỷ lệ mức điểm dịch vụ cung cấp thực phẩm phân cấp theo thời gian cung cấp dịch vụ năm 2015 và năm 2019 ..............................................................................91 Hình 4.12: Bản đồ phân vùng dịch vụ cung cấp theo thời gian cung cấp dịch vụ năm 2015 ...............................................................................................................................92 Hình 4.13: Bản đồ phân vùng dịch vụ cung cấp theo thời gian cung cấp dịch vụ năm 2019 ...............................................................................................................................93 Hình 4.14: Tỷ lệ mức điểm dịch vụ cung cấp gỗ năm 2015 và năm 2019 ....................95 Hình 4.15: Bản đồ phân vùng dịch vụ cung cấp gỗ năm 2015......................................96 Hình 4.16: Bản đồ phân vùng dịch vụ cung cấp gỗ năm 2019......................................97 Hình 4.17: Tỷ lệ mức điểm dịch vụ điều tiết năm 2015 và năm 2019 ..........................99 Hình 4.18: Bản đồ phân vùng dịch vụ điều tiết 2015 ..................................................100 Hình 4.19: Bản đồ phân vùng dịch vụ điều tiết 2019 ..................................................101 Hình 4.20: Tỷ lệ mức điểm dịch vụ hỗ trợ năm 2015 và năm 2019 ...........................103 ix Hình 4.21: Bản đồ phân vùng dịch vụ hỗ trợ 2015 ....................................................104 Hình 4.22: Bản đồ phân vùng dịch vụ hỗ trợ 2019 .....................................................105 Hình 5.1: Mức biến động (%) của các DVHST nông nghiệp giai đoạn 2015-2019 ...108 Hình 5.2: Bản đồ biến động dịch vụ cung cấp thực phẩm theo thời gian từ lúc trồng đến lúc thu hoạch giai đoạn 2015-2019 .............................................................................110 Hình 5.3: Bản đồ biến động dịch vụ cung cấp thực phẩm theo tần suất thu hoạch giai đoạn 2015-2019 ...........................................................................................................112 Hình 5.4: Bản đồ biến động dịch vụ cung cấp thực phẩm theo thời gian cung cấp dịch vụ giai đoạn 2015-2019 ...............................................................................................114 Hình 5.5: Bản đồ biến động dịch vụ cung cấp gỗ giai đoạn 2015-2019 .....................116 Hình 5.6: Bản đồ biến động dịch vụ điều tiết giai đoạn 2015-2019 ...........................118 Hình 5.7: Bản đồ biến động dịch vụ hỗ trợ giai đoạn 2015-2019 ...............................120 x DANH MỤC BẢNG Bảng 2. 1: Bảng thống kê dân số các xã của huyện Trảng Bom năm 2015 ..................22 Bảng 2. 2: Diện tích các loại đất huyện Trảng Bom năm 2018 và năm 2020 ...............25 Bảng 2. 3: Diện tích các loại cây trồng ở huyện Trảng Bom ........................................26 Bảng 3.1: Tổng hợp phân tích sự phân vùng phân bố cây trồng theo địa hình .............36 Bảng 3.2: Tổng hợp phân tích sự tương quan của phân bố cây trồng với điều kiện thổ nhưỡng ...........................................................................................................................44 Bảng 3.3: Ma trận so sánh cặp.......................................................................................46 Bảng 3.4: Phân loại tầm quan trọng tương đối theo Saaty ............................................46 Bảng 3.5: Ma trận trọng số P .........................................................................................47 Bảng 3.6: Phân loại chỉ số ngẫu nhiên ..........................................................................48 Bảng 3.7: Bảng tổng hợp đặc điểm sinh trưởng của các loại cây trồng ........................52 Bảng 3.8: Phân tích sự cung cấp DVHST của từng loại cây trồng ...............................53 Bảng 3.9: Tổng hợp đặc điểm hình thái các nhóm cây ở huyện Trảng Bom ................59 Bảng 3.10: Tổng hợp trọng số của các nhóm cây theo dịch vụ cung cấp, điều tiết và hỗ trợ ...................................................................................................................................60 Bảng 3.11: Đặc điểm về dữ liệu ảnh của Sentinel-2 .....................................................62 Bảng 3.12: Kiểm tra vùng mẫu dựa vào ảnh Sentinel 2 và Google Earth.....................71 Bảng 4.1: Ma trận sai số ảnh phân loại năm 2015 ........................................................78 Bảng 4.2: Ma trận sai số ảnh phân loại năm 2019 ........................................................78 Bảng 4. 3: Tổng hợp diện tích các loại cây trồng năm 2015 và 2019 ...........................79 Bảng 4.4: Tổng hợp diện tích các mức cung cấp theo từng loại dịch vụ hệ sinh thái nông nghiệp năm 2015 và 2019............................................................................................106 Bảng 5.1: Tổng hợp diện tích các mức biến động theo từng dịch vụ hệ sinh thái nông nghiệp giai đoạn 2015-2019 ........................................................................................107 xi CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Hệ sinh thái (HST) nông nghiệp được hình thành và chi phối bởi hoạt động của con người và có vai trò to lớn đối với cuộc sống của con người. Hệ sinh thái nông nghiệp cung cấp nguồn lương thực, năng lượng cho đời sống của con người, cũng như khả năng giúp cân bằng vật chất, giảm ô nhiễm, ổn định nhiệt, giúp hài hoà mối quan hệ giữa sinh thái và phát triển kinh tế. Dịch vụ hệ sinh thái (DVHST) là các lợi ích mà HST mang lại cho con người và để khai thác các lợi ích đó, con người đã đưa ra các sự lựa chọn hay quyết định về quản lý liên quan đến các HST. Do đó, các quyết định hay sự lựa chọn về quản lý thường làm thay đổi chức năng và dịch vụ mà HST cung cấp. Chính vì vậy khi đưa ra quyết định liên quan đến hệ sinh thái nói chung và hệ sinh thái nông nghiệp nói riêng chúng ta cần phải nhìn nhận và đánh giá một cách toàn diện và xem xét hệ sinh thái với vai trò là một dạng tài nguyên. Do đặc thù không gian của các dịch vụ hệ sinh thái, việc lập bản đồ thể hiện sự phân bố và thay đổi của DVHST theo thời gian sẽ giúp chúng ta có thể tổng hợp các thông tin phức tạp và hiển thị các thông tin này một cách có hệ thống. Tại Việt Nam, các nghiên cứu theo hướng đánh giá dịch vụ HST đặc biệt là HST nông nghiệp sử dụng công cụ viễn thám và GIS vẫn chưa được thực hiện phổ biến. Chính vì thế mà ở Việt Nam đang rất cần những nghiên cứu theo hướng đánh giá biến động về sử dụng dịch vụ HST và lựa chọn công cụ quản lý hiệu quả để thuyết phục mọi người quan tâm hơn đến chức năng của chúng, nhận biết giá trị của chúng dễ dàng hơn và cũng nhằm tạo ra một cơ sở khoa học đánh giá toàn diện giá trị của HST, đóng góp tốt hơn cho công tác quản lý tài nguyên và môi trường. Huyện Trảng Bom là một huyện thuộc tỉnh Đồng Nai có điều kiện thuận lợi cả về tự nhiên lẫn xã hội để phát triển nền nông nghiệp tập trung theo hướng công nghiệp hóa hiện đại hóa. Cùng với xu hướng phát triển nông nghiệp và tình hình kinh tế-xã hội, 1 trong những năm qua trên địa bàn huyện đã có các sự thay đổi mạnh mẽ về cơ cấu cây trồng. Tuy nhiên quyết định thay đổi các loại cây trồng của người dân thường chỉ xem xét đến yếu tố lợi ích kinh tế mà chưa xét đến yếu tố sinh thái tự nhiên, gây nên tình trạng thay đổi ồ ạt dẫn đến dư thừa nguồn cung thị trường, tốn kém chi phí đầu tư ban đầu và ảnh hường đến môi trường tự nhiên, đặc biệt là các lợi ích mà hệ sinh thái mang lại thông qua các loại cây trồng. Các dịch vụ hệ sinh thái khi bị thay đổi sẽ dẫn đến những tác động và có thể gây hạn chế ảnh hưởng đến hệ sinh thái tự nhiên. Do đó, cần phải có sự cân nhắc cả về mặt kinh tế lẫn môi trường khi thay đổi một loại cây trồng nào đó, đặt cây trồng trong mối quan hệ giữa chúng với môi trường và giữa chúng với nhau để có những quyết định hợp lý và hài hòa hơn, góp phần tạo nên sự phát triển bền vững của nền nông nghiệp. Trên cơ sở này đề tài nghiên cứu “Ứng dụng GIS và viễn thám xây dựng bản đồ phân vùng các dịch vụ hệ sinh thái nông nghiệp ở huyện Trảng Bom, Đồng Nai” được đề xuất thực hiện. Các kết quả tính toán được thể hiện trực quan trên bản đồ sẽ giúp các nhà quản lý và người dân có cái nhìn toàn diện hơn nhằm đưa ra những quy hoạch quản lý và quyết định thay đổi tốt hơn. Đề tài luận văn này là một chuyên đề và là sản phẩm đào tạo từ đề tài nghiên cứu “Xây dựng mô hình mô phỏng “Liều – Đáp ứng” giữa thuốc bảo vệ thực vật và sự lan truyền dịch bệnh trên cây hồ tiêu phục vụ cho việc phát triển các giải pháp sản xuất và canh tác sạch hơn trong sản xuất nông nghiệp”, mã số B2019-24-02/HĐKHCN, do TS. Nguyễn Hoàng Anh chủ trì thực hiện từ năm 2019. Do vậy, luận văn được hỗ trợ dữ liệu từ đề tài này trong quá trình thực hiện. Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá các chức năng phục vụ của hệ sinh thái nông nghiệp và xây dựng bản đồ phân vùng các dịch vụ hệ sinh thái nông nghiệp tại huyện Trảng Bom, tỉnh Đồng Nai. 2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: hệ sinh thái nông nghiệp (hệ sinh thái thực vật) và các giá trị dịch vụ do hệ sinh thái nông nghiệp cung cấp. Phạm vi nghiên cứu: huyện Trảng Bom, tỉnh Đồng Nai Giới hạn đề tài: Đề tài chỉ tập trung vào phân tích cây trồng và điều kiện sinh thái tự nhiên của chúng, không xét đến yếu tố kinh tế như giá tiền, công lao động, vật tư nông nghiệp,… Hình 1. 1. Khu vực nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Để đạt được mục tiêu nêu trên, các nội dung sau đã được thực hiện: 3 - Phân tích và đánh giá các dịch vụ hệ sinh thái nông nghiệp tại huyện Trảng Bom, tỉnh Đồng Nai bao gồm các nội dung sau:  Xác định các giá trị dịch vụ (không bao gồm giá trị kinh tế) của HST;  Đánh giá và xác định vai trò của HST nông nghiệp; đặc trưng của hệ sinh thái nông nghiệp tại khu vực nghiên cứu, bao gồm: đặc trưng khí hậu (khí tượng – thủy văn); đặc trưng thổ nhưỡng; đặc trưng về loài; và các điều kiện sinh trưởng. - Phân tích và xây dựng bản đồ sử dụng đất và diễn biến sử dụng đất qua các năm. - Đánh giá các tác động đến sự thay đổi dịch vụ HST trên địa bàn huyện thông qua thay đổi sử dụng đất. Phương pháp thực hiện Để thực hiện các nội dung trên, các phương pháp sau đã được áp dụng: – Phương pháp tổng quan tài liệu. – Phương pháp khảo sát, điều tra thực địa, phỏng vấn và thu thập thông tin, số liệu. – Phương pháp phân tích, thống kê và xử lý số liệu. – Phương pháp xây dựng bản đồ bằng GIS và viễn thám. Phương pháp luận và các phương pháp, kỹ thuật áp dụng trong quá trình thực hiện đề tài Luận văn sẽ được trình bày chi tiết trong Chương 3. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài Tính khoa học: nghiên cứu lập bản đồ phân vùng dịch vụ hệ sinh thái nông nghiệp đang là một trong những vấn đề được quan tâm trong hướng nghiên cứu về DVHST nói chung và DVHST nông nghiệp nói riêng. Trên cơ sở áp dụng phương pháp viễn thám và GIS kết hợp phương pháp AHP, đề tài đã thành lập các bản đồ thể hiện sự phân bố và thay đổi của DVHST theo thời gian, giúp tổng hợp và hiển thị các thông tin phức tạp 4 của một hệ sinh thái một cách có hệ thống, cung cấp cái nhìn trực quan về vấn đề DVHST. Nghiên cứu cũng là cơ sở khoa học cho việc xác định và thể hiện sự phân bố dịch vụ HSTNN, là căn cứ định hướng quản lý, quy hoạch và phát triển đối với ngành nông nghiệp. Tính thực tiễn: Các bản đồ thể hiện sự phân bố và thay đổi của DVHST theo thời gian giúp tổng hợp và hiển thị các thông tin phức tạp một cách có hệ thống, giúp đánh giá tính hợp lý và lựa chọn loại hình cây trồng phù hợp nhất để đạt được sự cung cấp các dịch vụ hệ sinh thái nông nghiệp cao nhất, góp phần trong việc định hướng quản lý phát triển nền kinh tế của huyện theo hướng phát triển nông nghiệp bền vững, gắn với bảo vệ môi trường. Kết quả phân vùng DVHST nông nghiệp ở huyện Trảng Bom là một trong những nguồn tài liệu tham khảo cho các quy hoạch nông nghiệp cũng như các chính sách khuyến nông để vừa ổn định và phát triển đời sống kinh tế người dân vừa đảm bảo phát huy khả năng cung cấp các dịch vụ của hệ sinh thái. Phương pháp luận và sản phẩm của đề tài cũng là nguồn tham khảo hữu ích cho cho nghiên cứu về dịch vụ hệ sinh thái nông nghiệp ở Trảng Bom cũng như các khu vực khác. 5 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Tổng quan về hệ sinh thái và dịch vụ hệ sinh thái 2.1.1. Hệ sinh thái và dịch vụ hệ sinh thái Hệ sinh thái là hệ thống các quần thể sinh vật sống chung với nhau và phát triển trong cùng một môi trường nhất định, các quần thể sinh vật sống chung trong môi trường đó sẽ có quan hệ tương tác với nhau và cả với môi trường mà chúng sống trong đó (Tansley, 1935). Hệ sinh thái sẽ gồm có hai thành phần chính là vô sinh và hữu sinh luôn có sự trao đổi chất, thông tin, năng lượng… với nhau. Các quá trình tổng hợp và phân hủy vật chất hữu cơ và năng lượng luôn diễn ra liên tục trong hệ sinh thái. Dịch vụ hệ sinh thái (DVHST) là các lợi ích mà HST mang lại cho con người (Daily, 1997). Các DVHST được chia làm các nhóm: Dịch vụ cung cấp, dịch vụ hỗ trợ, dịch vụ điều tiết và dịch vụ văn hóa (Millennium Ecosystem Assessment, 2005). Dịch vụ cung cấp là những sản phẩm thu được từ các hệ sinh thái, bao gồm dịch vụ cung cấp thực phẩm (sản phẩm có nguồn gốc từ thực vật, động vật, và vi khuẩn...) và dịch vụ cung cấp nhiên liệu (gỗ, sợi, nhiên liệu sinh học). Dịch vụ điều tiết là những lợi ích thu được từ sự điều tiết các quá trình của hệ sinh thái, bao gồm điều hòa khí hậu; điều tiết nước giúp hạn chế cường độ dòng chảy, lũ lụt và làm giàu tầng nước ngầm thông qua lớp thực vật che phủ đất; chống xói mòn thông qua khả năng giữ đất và chống sạt lở của thảm thực vật, lọc nước và xử lý chất thải thông qua các quá trình dưới đất. Dịch vụ văn hóa là những lợi ích phi vật chất mà mọi người có được từ hệ sinh thái thông qua làm giàu tinh thần, phát triển nhận thức, giải trí và thẩm mỹ. Dịch vụ hỗ trợ là những dịch vụ cần thiết cho việc sản xuất tất cả các dịch vụ hệ sinh thái khác. Chúng khác với dịch vụ cung cấp, điều tiết và dịch vụ văn hóa ở chỗ tác động của chúng thường là gián tiếp hoặc xảy ra trong thời gian dài trong khi những thay đổi của các loại dịch vụ khác có tác động tương đối trực tiếp và ngắn hạn. Các dịch vụ 6