Luan van Điều chế rừng_ GIS

Trong đ sử dụng ảnh viễn thám Remote Sensing và công nghệ GIS kết hợp hệ thống định vị toàn cầu GPS Global Positioning System là một nhu cầu khách quan, vì điều chế rừng là tổ chức không

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN

PHẠM NGỌC TÙNG

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG ĐIỀU CHẾ RỪNG TẠI CÔNG TY LÂM NGHIỆP NAM TÂY

NGUYÊN, TỈNH ĐĂK NÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP

Buôn Ma Thuột, năm 2009

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Bảo Huy

Buôn Ma Thuột, năm 2009

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu

và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực, đƣợc đồng tác giả cho phép sử dụng và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ một công trình nào khác

Họ tên tác giả

Phạm Ngọc Tùng

Đạt được kết quả này tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS

TS Bảo Huy, người thầy đã truyền đạt những kiến thức vô cùng quý báu trong suốt thời gian học tập, và tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong thời gian thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô bộ môn Quản lý tài nguyên rừng, Trường Đại học Tây nguyên; cán bộ Xí nghiệp Khảo sát thiết kế, công ty lâm ngiệp Nam tây Nguyên đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thu thập và xử lý liệu số liệu phục vụ đề tài nghiên cứu

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN ii

LỜI CẢM ƠN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH viii

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Ngoài nước 4

1.1.1 Hệ thống thông tin địa lý 4

1.1.2 Điều chế rừng 8

1.2 Trong nước 9

1.2.1 Hệ thống thông tin địa lý: 9

1.2.2 Điều chế rừng 12

1.3 Thảo luận về vấn đề nghiên cứu 13

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG - ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU 15

2.1 Địa điểm, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 15

2.2 Đặc điểm khu vực nghiên cứu 15

2.2.1 Khu vực nghiên cứu 15

2.2.2 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu 16

2.2.3 Điều kiện kinh tế xã hội, văn hóa khu vực nghiên cứu 20

Chương 3: MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 3.1 Mục tiêu nghiên cứu 23

3.2 Nội dung nghiên cứu 23

3.3 Phương pháp nghiên cứu 23

3.3.1 Phương pháp luận trong tiếp cận nghiên cứu 23

3.3.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thể 25

Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 33

4.1 Phân loại trạng thái rừng dựa vào ảnh viễn thám 33

4.1.1 Đăng ký tọa độ và tăng cường chất lượng ảnh 33

4.1.2 Chuyển đổi ảnh 37

4.1.3 Phân loại trạng thái rừng trên ảnh 40

4.1.4 Xử lý sau phân loại trạng thái trên ảnh 44

4.2 Xây dựng mô hình cấu trúc, tăng trưởng và hồi quy đa biến quan hệ của các nhân tố điều tra lâm phần 47

4.2.1 Mô hình cấu trúc định hướng và các chỉ tiêu kỹ thuật trong khai thác và chặt nuôi dưỡng rừng 47

4.2.2 Mô hình xác định lượng tăng trưởng 56

4.2.3 Mô hình xác định giải pháp lâm sinh (GPLS) 62

4.3 Thiết lập bộ công cụ trong GIS để quản lý và tổ chức điều chế rừng 63 4.3.1 Tạo lập cơ sở dữ liệu trong GIS 64

4.3.2 Kết quả điều chế rừng được quản lý trong GIS 71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

GIS: Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System)

GPS: Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System)

NDVI: Chỉ số thực vật (Normalized Difference Vegetation Index)

PCA: Phân tích thành phần chính (Principal Component Analysis)

UNDP: Chương trình phát triển Liên Hiệp quốc (United Nation Development Programme)

UTM: Hệ lưới chiếu (Universal Transverse Mercator)

WGS 84: Hệ tọa độ thế giới xây dựng năm 1984 (World Geodetic System) WRI (World Resouce Institute): Viện Tài nguyên Thế giới

Ký hiệu

D1.3 (cm): Đường kính cây tại vị trí 1.3m

N (cây), n: Số cây, dung lượng mẫu quan sát

G (m2): Tiết diện ngang tại vị trí 1.3m

Zd (mm/5năm) Tăng trưởng đường kính trong 5 năm

Zm Lượng tăng trưởng thường xuyên hàng năm

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1 Thống kê diện tích theo trạng thái rừng Công ty LN Nam Tây Nguyên.20

ản 3 1 n t n dữ liệu ảnh vệ tinh 25

Bảng 4.1 Tổng hợp diện tích theo trạng thái kết quả giả đoán ảnh SPOT 5 44

Bảng 4.2 Kết quả kiểm tra sự thuần nhất 8 ô tiêu chuẩn đưa vào xây dựng mô hình rừn định hướng theo tiêu chuẩn  2 47

Bảng 4.3 Sắp xếp số cây theo cỡ kính 48

Bản 4 4 Đ ều chỉnh cấu trúc N/D trong khai thác chọn rừng thường xanh, trạng thái rừng giàu (IIIb, IIIa 3 ) 50

Bản 4 5 Đ ều chỉnh cấu trúc N/D trong khai thác chọn rừng thường xanh, trạng thái rừng trung bình (IIIa 2 ) 51

Bảng 4.6 Đ ều chỉnh cấu trúc N/D trong chặt nuôi dưỡng rừng thường xanh, trạng thái rừng nghèo (IIIa 1 ) 52

Bản 4 7 Đ ều chỉnh cấu trúc N/D trong chặt nuôi dưỡng rừng thường xanh, trạng thái rừng non (IIb) 53

Bản 4 8 Đ ều chỉnh cấu trúc N/D trong chặt nuôi dưỡng rừng thường xanh, trạng thái IIIa 2 hỗn giao tre nứa (IIIa 2 +L) 54

Bảng 4.9 Cự ly cấp kín t ay đổ t eo Zd 5 năm để cây ở một cấp kính dưới có thể chuyển hết lên cấp kinh trên 58

Bảng 4.10 Tính toán lượn tăn trưởng lâm phần tron 5 năm c o trạng thái rừng giàu (IIIa 3 , IIIb) 59

Bảng 4.11 Tính lượn tăn trưởng lâm phần 5 năm c o các trạng thái 60

Bảng 4.12 Kết quả mô hình mã hóa biện p áp lâm s n t eo đặc đ ểm đ ều tra lâm phần 63

Bảng 4.13 Công thức nhập các trường dữ liệu dự báo 68

Bảng 4.14 Kế hoạch giải pháp lâm sinh theo thời gian 74

Bảng 4.15 Cơ sở dữ liệu giải pháp khai thác theo thời gian 77

Bảng 4.16 Cơ sở dữ liệu giải pháp lâm sinh theo thời gian từ năm 2015 83

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

n 2 1 ản đồ khu vực nghiên cứu 16

n 2 2 ản đồ hiện trạng rừng khu vực nghiên cứu 19

n 3 1 ơ đồ tiếp cận nghiên cứu 24

Hình 3.2: Sơ đồ phương pháp phân loại trạng thái rừng dựa vào ảnh viễn thám 27 Hình 4.1: Ảnh SPOT 5 trước và sau đăn ký tọa độ UTM WGS – 84 (tổ hợp màu 3:4:2) 33

Hình 4.2: Ảnh Landsat tổ hợp màu 3:2:1 khu vực nghiên cứu 34

Hình 4.3: Ản Landsat được tăn cườn độ phân giải không gian bằng kênh toàn sắc khu vực nghiên cứu – Tổ hợp màu 3:2:1 35

Hình 4.4: Ảnh SPOT 5 thể hiện khu vực nghiên cứu – Tổ hợp màu 3:4:2 36

Hình 4.5: Ảnh NDVI SPOT 5 38

Hình 4.6: Ản NDVI Landsat độ phân giải 14.5m 39

Hình 4.7: Ảnh SPOT 5 tổ hợp màu kênh PCA 1-NDVI – Band 1(gốc) 41

Hình 4.8: Kết quả phân loại trạng thái trên ảnh SPOT 5 42

Hình 4.9: Gộp n óm, p ân tíc đa số, thiểu số ản PO 5 đã p ân loại 45

Hình 4.10: Bản đồ hiện trạng rừng trên cơ sở giả đoán ảnh SPOT 5 46

n 4 11 M n N/D định hướng theo hàm Mayer 49

Hình 4.12: So sánh cấu trúc trạng thái rừng giàu với cấu trúc định hướng 51

Hình 4.13: So sánh cấu trúc thực trạng thái IIIa 2 với cấu trúc định hướng 52

Hình 4.14: So sánh cấu trúc thực trạng thái IIIa 1 với cấu trúc định hướng 53

Hình 4.15: So sánh cấu trúc thực trạng thái IIb với cấu trúc định hướng 54

Hình 4.16: So sánh cấu trúc thực trạng thái IIIa 2 +L với cấu trúc định hướng 55

Hình 4.17: So sánh cấu trúc thực trạng thái IIIa 2 +L với cấu trúc định hướng 55

Hình 4.18: So sánh cấu trúc thực trạng thái IIIa 1 +L với cấu trúc định hướng 56

Hình 4.19: Mô hình quan hệ Zd/D theo D 1.3 57

Hình 4.20: Mô hình quan hệ Pm theo M 61

Hình 4.21: Nhập dữ liệu cho bảng CSDL trong ArcGIS 66

Hình 4.22: Trích bảng cơ sở dữ liệu phục vụ đ ều chế rừn được tạo trong ArcGIS 70

Hình 4.23: Tạo bản đồ giải pháp lâm sinh 71

Hình 4.24: Bản đồ về các giải pháp lâm sinh bắt đầu từ thờ đ ểm 2009 72

Hình 4.25: Chuyển định dạng CSDL ArcGIS sang Exel 73

Hình 4.26: Tạo cơ sở dữ liệu giải pháp khai thác 75

Hình 4.27: Bản đồ khai thác theo luân kỳ 76

Hình 4.28: Bản đồ giải pháp chặt nuôi dưỡng rừng theo thời gian 78

Hình 4.29: Bản đồ giải pháp làm giàu rừng theo thời gian 79

Hình 4.30: Bản đồ giải pháp lâm sinh ở Tiểu khu 1482 81

Hình 4.31: Bản đồ giải pháp lâm sinh từ năm 2015 82

Hình 4.32: Sơ đồ kỹ thuật phối hợp mô hình hồi quy với GIS phục vụ đ ều chế rừng 84

ĐẶT VẤN ĐỀ

Tài nguyên rừng trên toàn thế giới bị suy thoái nghiêm trọng trong thập niên 90 của thế kỷ XX, theo thống kê của FAO (2003), m i năm c 0,38 diện t ch rừng bị chuyển sang các mục đ ch sử dụng khác, có nhiều nguyên nhân khác nhau làm rừng bị suy thoái như xử lý lâm sinh không hiệu quả làm giảm sức sản xuất của rừng, quản lý khai thác không tốt làm giảm giá trị đa dạng sinh học, nhất là khai thác g , củi, thực phẩm và chăn nuôi; trong

đ nhu cầu phát triển kinh tế và sự gia tăng dân số c ý ngh a hàng đầu

Việt Nam là một trong những quốc gia không tránh khỏi thực trạng trên, diện t ch rừng bị giảm liên tục từ 1943 đến 2000, nhất là rừng tự nhiên trong giai đoạn 1980 - 1990, diện t ch rừng trồng tuy c tăng nhưng không đủ b đắp lại rừng tự nhiên bị mất Ngoài diện t ch rừng bị mất, chất lượng rừng

c ng bị suy thoái Theo thống kê năm 1943, diện tích rừng tự nhiên của Việt Nam là 14,3 triệu ha đến năm 2000 diện tích rừng giảm xuống còn 9,444 triệu

ha [7], khu vực Tây nguyên giảm 440 nghìn ha từ năm 1975 đến năm 20031.Một trong những nguyên nhân chính dẫn đến suy thoái tài nguyên rừng ở Việt Nam là quản lý và sử dụng rừng không hợp lý, các ch nh sách và động lực chưa ph hợp với nhu cầu phát triển của xã hội

Ngày nay, chúng ta quan tâm nhiều việc tổ chức quản lý rừng bền vững nhằm không ngừng phát huy với hiệu quả cao, ổn định liên tục những tác dụng và lợi ích của rừng trên các l nh vực về môi trường, kinh tế, văn hoá, xã hội trong hiện tại và tương lai Một trong những cơ sở đ ng g p vào tiến trình này là xây dựng phương án điều chế rừng khoa học, phù hợp với thực tiễn sản xuất của từng đơn vị Từ những năm 80 của thế kỷ XX chúng ta bắt đầu chú trọng vào khoa học điều chế rừng, tức là cố gắng tổ chức rừng khoa học hơn

1

eo c n bố của ộ N n n ệp và P N năm 2003

về không gian và thời gian, tránh kinh doanh rừng để làm mất rừng Hầu hết các lâm trường đều phải xây dựng phương án điều chế rừng và hàng năm đều

có các thiết kế sản xuất, hoạt động này đã đ ng g p t ch cực vào việc quản lý kinh doanh rừng ổn định hơn

Tuy nhiên với phương pháp xây dựng điều chế rừng truyền thống việc thu thập, cập nhật các thông tin, cơ sở dữ liệu chủ yếu dựa vào các quá trình điều tra, khảo sát, tổng hợp các thông tin thu thập được bằng các mẫu biểu điều tra, các bản đồ giấy thể hiện các loại đất đai, các loại rừng, hoặc sự kết hợp giữa biểu tổng hợp và bản đồ giấy để mô tả đối tượng của điều chế Công việc này đỏi hỏi phải tiêu tốn nhiều thời gian, kinh phí, nhân lực nhưng độ chính xác không cao

Hơn nữa việc lưu giữ, phục hồi, chia sẻ thông tin c ng như cập nhật dữ liệu không gian địa lýnhững biến động vềqua lại tài nguyên để quản lý và đề

ra các giải pháp là rất khó, nhất là trong giai đoạn hiện nay do nhu cầu của xã hội về áp lực dân số, đô thị hóa, nhu cầu đất sản xuất, , làm cho diện tích rừng ngày càng thu hẹp nhanh ch ng, do đ cần có những phương pháp, công nghệ có độ tin cậy để quản lý, cập nhật, xử lý, h trợ các quyết định về quản

lý tài nguyên một cách khoa học, nhanh chóng, hiệu quả và chính xác

Với sự phát triển vượt bậc của hệ thống máy tính, cùng với công nghệ thông tin đã và đang được nhiều nước trên thế giới áp dụng Một trong những công nghệ đáng quan tâm trong việc quản lý tài nguyên thiên nhiên là hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) Trong đ sử dụng ảnh viễn thám (Remote Sensing) và công nghệ GIS kết hợp hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) là một nhu cầu khách quan, vì điều chế rừng là tổ chức không gian và thời gian, n liên quan đến yếu tố địa lý và đặc điểm cấu trúc động thái rừng, vận dụng được vấn đề này

là một giải pháp hữu hiệu không chỉ cho quản lý v mô mà cả quản lý vi mô ở

cơ sở trong quản lý, phát triển rừng có khoa học, c cơ sở dữ liệu thông tin

được cập nhật giúp cho việc xác định các giải pháp kỹ thuật c ng như h trợ các quyết định nhanh ch ng, c độ tin cậy Những thuận lợi đáng kể khi sử dụng GIS như: Dễ dàng lưu giữ, bảo quản cơ sở dữ liệu; chỉnh sửa; cập nhật; tìm kiếm và có khả năng phân tích chuyên đề, phân tích không gian; dễ chia

Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS xây dựng bộ công cụ điều chế rừng

là xem xét một cách có hệ thống các vấn đề: Quan điểm, khái niệm về hệ thống thông tin địa lý (GIS); các ứng dụng của GIS trong l nh vực quản lý tài nguyên môi trường; khả năng ứng dụng ảnh viễn thám để xây dựng dữ liệu cho GIS; các nghiên cứu về điều chế rừng, khả năng áp dụng công nghệ để quản lý điều chế Trên cơ sở này luận văn tổng quan các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước theo từng chủ đề liên quan đến các vấn đề nói trên, từ đây phản ảnh được một cách chung nhất tình hình ứng dụng công nghệ GIS

và khả năng ứng dụng n vào công tác điều chế rừng

1.1 Ngoài nước

1.1.1 Hệ thống thông tin địa lý

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) được hình thành từ các ngành khoa học Địa lý, Bản đồ, Tin học và Toán học, GIS bắt đầu được xây dựng ở Canada từ những năm sáu mươi của thế kỷ XX, từ đây c nhiều khái niệm về GIS như sau:

Theo Ducker (1979) định ngh a: “GIS là trường hợp đặc biệt của hệ

thống thông tin ở đó cơ sở dữ liệu bao gồm sự quan sát các đặc trưng phân

bố không gian, các hoạt động sự kiện có thể được xác định trong khoảng không như đường, điểm, vùng” [15,16 ,18]

Burrough (1986) định ngh a: “GIS là một công cụ mạnh dùng để lưu trữ

và truy vấn, biến đổi, hiển thị dữ liệu không gian từ thế giới thực cho những mục tiêu khác nhau” [25] Aronoff (1993) định ngh a: “GIS là một hệ thống gồm các chức năng: Nhập dữ liệu , quản lý và lưu trữ dữ liệu, phân tích dữ liệu, xuất dữ liệu” [24] Cowen (1988) định ngh a rộng hơn “ GIS là một hệ thống hỗ trợ quyết định bao gồm tích hợp các dữ liệu không gian để giải quyết vấn đề về môi trường, ”[26]

Như vậy GIS là một công cụ phân tích, cải tạo thế giới thực, cho phép xác định các mối quan hệ không gian giữa các hình ảnh và đối tượng bản đồ quản lý trong hệ thống GIS không lưu giữ các bản đồ theo các kịch bản cổ truyền và c ng không lưu giữ các hình ảnh cụ thể theo một tầm nhìn cho một lãnh th địa lý, GIS lưu giữ các dữ liệu mà từ các dữ liệu đ chúng ta c thể tạo ra các bản đồ theo nhu cầu đặt ra cho các mục tiêu cụ thể Trong GIS không quản lý các hình ảnh cụ thể mà nó quản lý một cơ sở dữ liệu, thường

cơ sở dữ liệu của GIS là cơ sở dữ liệu quan hệ tập trung được tạo lập bởi các

dữ liệu không gian đi kèm theo thông tin thuộc tính của chúng

Hiện nay, trên thế giới công nghệ GIS đang được phát triển mạnh trên các l nh vực quản lý tài nguyên như:

Viện Tài nguyên Thế giới (World Resouce Institute –WRI) đã sử dụng GIS để đánh giá ảnh hưởng của phá rừng với các quốc gia và người dân trên toàn Thế giới Ứng dụng GIS để kiểm soát diện tích rừng trên toàn cầu Ngoài

ra GIS còn h trợ phân tích so sánh diện tích rừng hiện nay với diện tích rừng trong quá khứ, cho thấy xu hướng thu hẹp ngày càng nhanh của các diện tích này và tốc độ thu hẹp ở các vùng khác nhau, từ đ dự báo tốc độ mất rừng của những nơi mà biên giới rừng vẫn còn tồn tại Với phần mềm GIS, các dự báo

có thể được phân t ch dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ

Sử dụng phương trình mất đất và GIS để ước lượng phân bố không gian của x i mòn đất ở v ng lưu vực sông Gichobo, Kenya; Quản lý x i mòn đất tại lưu vực sông Masinga – Kenya; Ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu x i mòn đất lưu vực sông Romero – Philippin; Ứng dụng Viễn thám và GIS để đánh giá x i mòn đất tại lưu vực sông Bata - Ấn Độ; Ứng dụng Viễn thám và GIS trong thành lập bản đồ phân cấp x i mòn tại lưu vực Phewa – Nepan… Phương pháp được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu này đ là lồng ghép phương trình mất đất phổ dụng hoặc phương trình mất đất sửa đổi vào trong công nghệ GIS để t nh toán x i mòn đất Phương pháp này chủ yếu

tập trung nghiên cứu một số nhân tố thổ nhưỡng, thủy sa và địa hình, do đ

ưu điểm của n là ước lượng được một cách tương đối ch nh xác lượng đất bị

x i mòn của lưu vực [36]

Tại Malaysia, công nghệ GIS đã được coi như là một nhiệm vụ quan trọng cho các ngành công nghiệp liên quan đến dầu kh , quản lý thiên tai, GIS c ng rất hữu ch cho Ch nh phủ và các đồn điền lớn nhằm n lực hơn trong việc hướng tới mục tiêu thân thiện môi trường Nhiều công ty ở Malaysia đang tạo ra lợi nhuận từ các giải pháp công nghệ lập bản đồ trên máy t nh sử dụng hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và hệ thống thông tin địa lý GIS trong hoạt động như: Xác định các cây trồng ph hợp theo từng địa phương và theo m a, tối ưu h a phân b n và số lượng thuốc trừ sâu, t nh toán chính xác năng suất cho từng loại cây trồng

Dự báo ảnh hưởng ô nhiễm không kh đối với sự phát triển của thực vật: Với GIS, các nhà khoa học có thể phủ dữ liệu cho các vùng (các dữ liệu về sự tăng trưởng, phân bố loài thực vật, ) theo thời gian, tạo nên các bản đồ đánh giá sự biến đổi sinh trưởng của từng loài cây Những phân tích này rất hữu ích trong dự báo ảnh hưởng lâu dài của ô nhiễm không khí không chỉ đối với thực vật, mà còn đối với động vật và cả con người

Sự cố địa chấn: Bằng quá trình định danh địa hình, vị tr địa lý, kỹ thuật xây dựng, GIS có thể giúp dự báo thời gian và địa điểm có thể xảy ra các sự

cố như động đất, núi lửa, c ng như hậu quả có thể có

Cơ quan kiểm soát sự cố địa chấn của Portland, bang Oregon, Hoa Kỳ đã

sử dụng các phần mềm ARC/INFO, ArcView GIS và Map Objects để trợ giúp

dự báo và chuẩn bị đối phó với các sự cố

Ô nhiễm không khí: Ô nhiễm không khí có thể phát tán rất xa từ nguồn thải, gây tác hại đối với sức khoẻ và môi trường trong phạm vi toàn cầu Công nghệ GIS đã h trợ rất nhiều trong việc kiểm soát ô nhiễm không kh Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) đã sử dụng phần mềm ARC/INFO để

nghiên cứu những ảnh hưởng của ô nhiễm không kh đối với sự phát triển của cây con và hậu quả lâu dài của kh i đối với rừng

Kiểm soát ô nhiễm không khí từ khói: Đầu tiên, miền Đông nước Mỹ được phân thành các v ng khác nhau và ARC/INFO được d ng để tạo thành một lưới ô nhiễm bao phủ toàn bộ vùng này, m i ô có diện tích 20 km2 Các

dữ liệu về chất lượng không kh được thu thập từ các trạm quan trắc vùng và được lưu vào cơ sở dữ liệu Dựa vào các cơ sở dữ liệu này, với công cụ GIS, các nhà khoa học có thể tạo ra các bản đồ về phát tán NOx, mây, nhiệt độ hàng ngày, hướng gi , độ cao và khoảng cách khói từ nguồn phát thải Ngoài

ra, sử dụng GIS, các dữ liệu này còn được phân tích kết hợp với điều kiện địa hình và khí hậu của từng vùng

Ô nhiễm nước: GIS có thể được d ng để giám sát sự phân bố và định lượng những chất gây ô nhiễm nước khác nhau ở một khu vực Bộ môn Kỹ thuật Nông nghiệp của Trường Đại học Natal dùng các chỉ số xói lở đất, mức

độ Photpho, chỉ số sử dụng đất và lượng vi khuẩn E.coli, làm các thông số thành phần của mô hình chất lượng nước cho vùng châu thổ Mgeni

Bang Massachusetts – Mỹ đang sử dụng GIS trong giám sát chất lượng nước toàn bộ v ng lưu vực sông Merrimack Vị trí của m i trạm thu mẫu, bãi bồi, lò đốt rác, ao, phụ lưu đều được lưu trong GIS GIS c thể biểu diễn các đối tượng, đồng thời tìm kiếm mối quan hệ không gian giữa chất lượng nước

và các nguồn gây ô nhiễm tiềm tàng

Tràn dầu: Những tác động bất lợi của ô nhiễm, chẳng hạn tràn dầu, có thể được ước định bằng GIS Với những thông tin này, GIS có thể mô phỏng tiềm năng ô nhiễm của những địa điểm khác nhau và phát triển chiến lược ước định rủi ro

Công nghệ GIS được Hội đồng Sự cố tràn dầu Exxon Valdez sử dụng để xác định v ng ưu tiên cần bảo vệ và khôi phục những loài chịu thiệt hại

Với những ứng dụng rộng rãi, GIS đã trở thành công nghệ quan trọng

Nó tham gia vào hầu hết các l nh vực trong cuộc sống con người và ngày càng được quảng bá rộng rãi Hơn nữa với xu thế phát triển hiện nay, GIS không chỉ dừng lại ở một quốc gia đơn lẻ mà ngày càng mang tính toàn cầu hóa

1.1.2 Điều chế rừng

Khoa học về điều chế rừng đã xuất hiện từ lâu và hình thành vào cuối thế

kỷ 18 ở các nước phương tây Ở m i nước, t y theo quan điểm, g c độ kinh doanh lợi dụng rừng và trình độ kỹ thuật nên định ngh a điều chế rừng có khác nhau

Định ngh a tổng quát theo GS Rucareanu: “Điều chế rừng là khoa học

và thực tiễn về tổ chức rừng phù hợp với nhiệm vụ quản lý kinh doanh rừng”

là vấn đề cốt lõi, đồng thời với nó là các nghiên cứu sinh trưởng, tăng trưởng lâm phần; nhưng hầu hết tập trung chủ yếu nghiên cứu cho lâm phần thuần loài đều tuổi, phần lớn các nghiên cứu đều xây dựng thành các mô hình toán học chặt chẽ, có thể điểm qua một số công trình: Mayer (1952), Stevenson (1943), Schumacher & Coile (1960), Fao (1980) [31,32,34,35] Các công trình nghiên cứu về động thái cấu trúc rừng thường được nghiên cứu định vị bởi các tổ chức quốc tế như CIFOR, ITTO [28,29] Tuy nhiên các kết quả này chủ yếu để đưa ra các kết quả về năng suất, sản lượng, sinh khối của rừng mưa ITTO chủ yếu đưa ra các giải pháp quản lý công nghệ khai thác rừng

mưa, được gọi là “giảm thiểu tác động khai thác – Reduce Impact Logging

(RIL)”

Về nghiên cứu quản lý rừng bền vững (Sustainable Forest Management):

Nghiên cứu quản lý rừng bền vững đã được đề cập trong thế kỷ qua, đặt biệt

là vào giai đoạn cuối của thế kỷ, khi mà các khu rừng tự nhiên ở vùng nhiệt đới bị giảm sút nghiêm trọng Nội dung quản lý rừng bền vững bao gồm nhiều khía cạnh liên quan đến kinh tế, xã hội, kỹ thuật, môi trường, chính sách luật pháp Trong đ kh a cạnh kỹ thuật đã được xem xét chi tiết hơn để bảo đảm lập kế hoạch quản lý rừng chặt chẽ, khai thác rừng đúng lượng tăng trưởng và ổn định được sản lượng Để giải quyết được yêu cầu này đòi hỏi nghiên cứu về cấu trúc và tăng trưởng của từng kiểu rừng ở từng khu vực, mà

cụ thể được phản ảnh trong các tiêu chí chứng chỉ rừng của FSC Tuy nhiên các tổ chức chứng chỉ rừng chỉ nêu lên các tiêu chí rừng bền vững và yêu cầu thể hiện trong lập kế hoạch sử dụng, nhưng các mô hình cấu trúc, sinh trưởng, giám sát động thái và sự ổn định của rừng phải do các quốc gia, tổ chức, công

ty lập ra và được kiểm định bởi các tổ chức này

1.2 Trong nước

1.2.1 Hệ thống thông tin địa lý:

Tại Việt Nam, mặc d được biết đến từ khá sớm, nhưng mãi phải đến sau năm 2000, tức sau khi c được những kết quả đầu tiên về việc tổng kết chương trình GIS quốc gia ở Việt Nam, GIS mới thực sự được chú ý đến và bước đầu phát triển Từ đ c những quan điểm về GIS như sau:

Bảo Huy (2009) Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin và ngày càng được phát triển rộng rải GIS ngày nay là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế - xã hội, quản lý môi trường của nhiều quốc gia trên thế giới GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan ch nh phủ, các nhà quản lý, nhà nghiên cứu, các doanh nghiệp, các cá nhân, đánh giá được hiện trạng của các quá

trình, các hiện tượng tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với một nền địa lý nhất quán và của các cơ sở dữ liệu đầu vào [12]

GIS là một hệ thống quản lý thông tin dữ liệu không gian đa dạng, được phát triển dựa trên cơ sở công nghệ máy tính, phần mềm, ảnh viễn thám với mục đ ch lưu trữ, cập nhật, quản lý, hợp nhất, tổng hợp, mô hình hóa, phân

t ch và đưa ra các giải pháp ở nhiều l nh vực, cấp độ khác nhau tùy theo mục tiêu của người sử dụng [12]

Nguyễn Kim Lợi (2006), hệ thống thông tin địa lý (GIS) được định ngh a như là một hệ thống thông tin mà nó sử dụng dữ liệu đầu vào, các thao tác phân t ch, cơ sở dữ liệu đầu ra liên quan về mặt địa lý không gian (Geographically or Geospatial), nhằm h trợ việc thu nhận, lưu trữ, quản lý,

xử lý, phân tích và hiển thị các thông tin không gian từ thế giới thực để giải quyết các vấn đề tổng hợp thông tin cho các mục đ ch của con người đặt ra, chẳng hạn như: Để h trợ việc ra các quyết định cho việc quy hoạch (Planning) và quản lý sử dụng đất (Land use), tài nguyên thiên nhiên (Natural resoures), môi trường (Environment), giao thông (Transportation), dễ dàng trong việc quy hoạch phát triển đô thị và những việc lưu trữ dữ liệu hành chính [16]

Tại Việt Nam công nghệ GIS được th điểm khá sớm và đến nay được ứng dụng trong khá nhiều ngành như quy hoạch nông lâm nghiệp, quản lý rừng, lưu giữ tư liệu địa chất, đo đạc bản đồ, địa chính, quản lý đô thị, …, đã mang lại hiệu quả bước đầu cho hoạt động phát triển kinh tế - xã hội và an ninh quốc phòng của nước ta và đang c nhiều triển vọng phát triển nhanh trong thời gian sắp tới Hàng loạt chương trình, dự án GIS với sự tham gia của các trường đại học, các viện nghiên cứu, các chuyên gia trong và ngoài nước

đã được triển khai có thể kể đến như:

Dự án của Chương trình phát triển Liên Hiệp quốc (United Nation Development Programme – UNDP) ứng dụng viễn thám ở Việt Nam là nâng cao năng lực về thống kê rừng ở viện Điều tra Quy hoạch rừng vào những năm 80 Sau đ , UNDP tiếp tục tài trợ dự án thứ hai mà đối tượng chính là các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam trong vài năm Vào những năm 90, Việt Nam đã thu hút một số lớn các dự án quốc tế trong l nh vực nâng cao năng lực quản lý môi trường và tài nguyên trong đ GIS luôn là hợp phần quan trọng

Các dự án GIS đã và đang phát triển mạnh ở các tỉnh trong nhiều l nh vực khác nhau như: Dự án quản lý nước sạch ở Hà Nam, Dự án quản lý nước

ở Hoà Bình, Dự án thử nghiệm trong quản lý khách du lịch ở Động Phong Nha, Dự án tổng thể xây dựng hệ thống thông tin địa lý tỉnh Bà Rịa – V ng Tàu, Dự án quản lý đất đai ở quận Hai Bà Trưng – Hà Nội, Dự án ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý đất đai ở Lâm Đồng,

Ngoài các dự án được đầu tư theo các chương trình dự án, trong những năm gần đây các nhà khoa học Việt Nam c ng đã c những đề tài nghiên cứu ứng dụng GIS:

Bùi Quang Trung (2007) nghiên cứu tích hợp công nghệ GIS và công nghệ GPS để thành lập bản đồ địa ch nh cơ sở tỷ lệ 1/10.000 và 1/5.000; Phạm Hà Anh (2007) nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh và công nghệ GIS để khảo sát quá trình hoang mạc hóa do cát lấn [36]

Ngoài ra ở ở một số địa phương như Lào Cai, Lạng Sơn, Quảng Ninh, Bình Định, Đồng Nai, V nh Phúc c ng đã áp dụng công nghệ Viễn thám và GIS để cập nhật bản đồ hiện trạng rừng cấp xã tỷ lệ 1/25.000 theo chỉ thị số 32/2000/CT-BNN-KL về việc tổ chức theo dõi diễn biến rừng và đất lâm nghiệp trên cả nước

Đã c rất nhiều cuộc hội thảo về ứng dụng công nghệ GIS được tổ chức tại nhiều tỉnh thành trong cả nước, với mục tiêu hoàn thiện ứng dụng công nghệ này vào quản lý và phát triển trên nhiều l nh vực, nhiều ngành khác nhau

và xây dựng phương án quy hoạch lâm nghiệp cho từng cấp lãnh th , trong đ chú trọng cho các đơn vị trực tiếp kinh doanh lâm nghiệp như Liên hiệp lâm nghiệp, lâm trường Từ những năm 80 của thế kỷ XX chúng ta bắt đầu chú trọng vào khoa học điều chế rừng, tức là cố gắng tổ chức rừng khoa học hơn

về không gian và thời gian, tránh kinh doanh rừng để làm mất rừng Cho đến nay, có nhiều công trình nghiên cứu xây dựng mô hình rừng định hướng phục

vụ điều chế rừng Khởi xướng xây dựng mô hình cấu trúc “chuẩn, mẫu” có

thể kể đến các tác giả: Nguyễn Văn Trương (1983) [23] đã c nghiên cứu tỉ

mỉ về phương pháp thống kê cây đứng, cấu trúc ba chiều rừng g h n loài và

đề xuất các mô hình cấu trúc mẫu định lượng bằng toán học phục vụ công tác khai thác nuôi dưỡng rừng Theo tác giả đây là những mô hình hoàn thiện nhất trong tự nhiên và trên cơ sở điều tiết những tồn tại rất lớn mà sự ngẫu nhiên của thiên nhiên mang lại V Đình Phương (1987, 1988) [20,21] đã bắt đầu xây dựng lý thuyết về tập hợp các lâm phần thuần loại đều tuổi trong rừng h n loại khác tuổi để nghiên cứu cấu trúc định hướng; Nguyễn Ngọc Lung (1985) xây dựng mô hình cấu trúc mẫu cho rừng thường xanh dựa vào

tỷ lệ 1:3:5

Sau đ hầu hết các nghiên cứu đều đi theo hướng xây dựng cấu trúc theo

định hướng tối ưu, mẫu chuẩn Lê Minh Trung (1991) c ng vận dụng các

nguyên lý của này để xây dựng cấu trúc mẫu trên ba cấp năng suất cho rừng

tự nhiên h n loài ở cao nguyên Đăk Nông Đào Công Khanh (1996) xây dựng

mô hình cấu trúc N/D theo hàm Weibull cho rừng tự nhiên lá rộng ở Nghệ

An Bảo Huy (1993), đã xây dựng mô hình cấu trúc N/D chuẩn cho các đơn vị phân loại rừng Bằng lăng (ưu hợp, cấp năng suất, trạng thái) [10]

Nhìn chung hầu hết các nhà khoa học lâm nghiệp Việt Nam đã đi vào

hướng nghiên cứu cấu trúc “tối ưu”, tuy nhiên trong thực tế việc ứng dụng

chúng còn hạn chế vì trình độ kinh doanh, hiện trạng các khu rừng đã bị tác

động, …, khó có thể đưa về dạng “chuẩn sinh học” như mong đợi Do vậy

cần thiết phải có những mô hình cấu trúc gần với thực tế hơn, c thời gian điều tiết ngắn hơn để đáp ứng được nhu cầu kinh doanh rừng của sản xuất trong phương án điều chế rừng

1.3 Thảo luận về vấn đề nghiên cứu

Điểm qua tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý tài nguyên, điều chế rừng chúng tôi thấy rằng:

 Công nghệ GIS và viễn thám trên thế giới đã và đang được phát triển ngày càng nhanh chóng và tiện dụng hơn Chức năng của GIS

và viễn thám rất rộng và mở, có thể khai thác ở nhiều ngành, nhiều chuyên môn và khía cạnh khác nhau

 Về khoa học điều chế rừng, những nguyên lý, nguyên tắc trong quản lý rừng, sử dụng rừng bền vững c ng được phát triển, làm cơ

sở cho việc nghiên cứu vào các đối tượng cụ thể và ứng dụng

Tuy nhiên về l nh vực này, vẫn còn một số vấn đề tồn tại cần nghiên cứu, đặc biệt là trong nước:

 Về ứng dụng viễn thám và GIS đối với ngành lâm nghiệp ở trong nước hiện chủ yếu dừng lại ở giải đoán ảnh vệ tinh, máy bay để lập các bản đồ trạng thái Mặc dù đã c các nghiên cứu ứng dụng GIS ở nước ta, nhưng chủ yếu vẫn ở các trung tâm lớn với các công cụ tiên tiến (Tp Hồ chí Minh, Huế, Nghệ An, Hà Nội, ) ở các l nh vực khác nhau: Quản lý lưu vực, quản lý đất đai, kinh tế,

ô nhiễm không khí, dự báo l lụt Chưa c nhiều nghiên cứu có

tính hệ thống về việc xây dựng cơ sở dữ liệu và tổ chức điều chế rừng thông qua ảnh vệ tinh và GIS

 Trong khi đ điều chế rừng được gắn với các dữ liệu bản đồ, tài nguyên rừng theo không gian và thời gian; và như vậy hoàn toàn

có thể vận dụng GIS và viễn thám để quản lý, cập nhật và lập kế hoạch Hiện tại quản lý dữ liệu điều chế rừng ở các công ty lâm nghiệp, chủ rừng chủ yếu dựa vào các văn bản, bảng biểu, như vậy rất khó cập nhật theo thời gian và c ng kh để phân tích tài nguyên và đưa ra phương án quản lý sử dụng rừng hợp lý

 Hiện tại việc điều chế rừng khi tính toán các thông số khai thác, sử dụng rừng c ng chỉ dựa vào các chỉ tiêu đơn giản như trạng thái, trữ lượng, lượng tăng trưởng bình quân chung, nên việc áp dụng còn nhiều hạn chế, chưa c áp dụng các giải pháp điều chỉnh cấu trúc rừng, xác định luân kỳ c cơ sở khoa học, …

Với những tồn tại trong ngành lâm nghiệp như trên, với mong muốn

đ ng g p một phần việc ứng dụng công nghệ trong lâm nghiệp, chúng tôi thực hiện đề tài này nhằm xây dựng phương pháp để ứng dụng công nghệ GIS

và viễn thám vào công tác điều chế rừng

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG - ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN

CỨU 2.1 Địa điểm, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Địa điểm nghiên cứu: Công ty Lâm nghiệp Nam Tây Nguyên, xã Quảng Trực, huyện Tuy Đức, tỉnh Đăk Nông

- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

+ Tập trung nghiên cứu khả năng ứng dụng ảnh viễn thám để xác lập trạng thái rừng: Các loại ảnh được sử dụng: Landsat EMT+; SPOT 5

+ Nghiên cứu xây dựng mô hình rừng định hướng và tăng trưởng định

kỳ ở rừng thường xanh để làm cơ sở xác định các chỉ tiêu kỹ thuật trong quản

lý rừng

+ Nghiên cứu khả năng ứng dụng lồng ghép các mô hình hồi quy đa biến về cấu trúc, sản lượng rừng với hệ thống phân t ch trong GIS để xây dựng giải pháp điều chế rừng

2.2 Đặc điểm khu vực nghiên cứu

2.2.1 Khu vực nghiên cứu

Công ty Lâm nghiệp Nam Tây Nguyên nằm trên địa phận hành chính xã Quảng Trực, huyện Tuy Đức, tỉnh Đăk Nông Có tổng diện tích là 22.368,4

ha, bao gồm 23 tiểu khu, có vị trí tiếp giáp:

- Ph a đông xã Đăk R’Tih, Đăk Búk So;

- Phía tây giáp tỉnh Bình Phước;

- Phía Bắc giáp Ban Quản lý rừng phòng hộ Thác Mơ;

- Phía nam giáp tỉnh Bình Phước

Nằm ở phía Tây Nam của tỉnh Đắk Nông, cách thị xã Gia Ngh a khoảng

80 km về ph a nam theo hướng tỉnh lộ 14B và cách trung tâm huyện Tuy Đức khoảng 16 km

n 2.1: Bản đồ khu vực nghiên cứu

2.2.2 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu

 Khí hậu, thủy văn: Khu vực nghiên cứu nằm trong cao nguyên Đăk Nông với độ cao địa hình khá cao so với cao nguyên Buôn Ma Thuột nên có những đặc điểm khí hậu - thuỷ văn khá riêng biệt nhƣ lƣợng mƣa cao hơn, kh

hậu ôn hoà hơn và hệ thống sông suối không đổ về sông SêRêPôk mà chảy về tỉnh Bình Phước và sông Đồng Nai

Chế độ nhiệt: Nhiệt độ không kh trung bình năm: 22,20C; nhiệt độ không khí cao nhất tuyệt đối năm: 35,80C; nhiệt độ không khí thấp nhất tuyệt đối năm: 8,20C; biên độ ngày trung bình của nhiệt độ không khí: 11,00

C; nhiệt

độ mặt đất trung bình năm: 27,40

C; tổng nhiệt độ trung bình năm: 8400 -

85000C

Chế độ mưa: Lượng mưa trung bình năm: 2.413mm; lượng mưa ngày

lớn nhất trong năm: 106mm; số ngày mưa trung bình năm: 195,4 ngày; thời gian mưa cực đại từ tháng 6 đến tháng 8; chỉ số ẩm ướt trên 2,0 M a mưa thường đến sớm vào khoảng cuối tháng 3, kéo dài đến tháng 11, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 2 năm sau Lượng mưa rơi vào m a mưa chiếm tới 92% tổng lượng mưa Lượng mưa ở đây lớn so với vùng Tây Nguyên, kéo dài và tập trung do đ c nhiều tác động tốt sinh trưởng, phát triển rừng, tuy nhiên

c ng là một trở ngại lớn trong việc tổ chức sản xuất kinh doanh của đối tượng này

Độ ẩm, lượng bốc hơi: Độ ẩm tương đối trung bình năm: 83 ; độ ẩm

tương đối thấp nhất tuyệt đối năm: 10 ; độ ẩm tương đối thấp nhất trung bình năm: 56 ; lượng bốc hơi (Piche) trung bình năm: 926,3mm

Gió: Có hai hướng gi ch nh là Đông bắc và Tây Nam Hướng gió phổ

biến trong năm là Đông bắc, gi Tây, Tây nam đến vào tháng 5 đến tháng 10 Tốc độ gió trung bình: 1,3m/s; tốc độ gió mạnh nhất trong năm: 18-20m/s

Thủy văn: Trong khu vực có rất nhiều suối, c nước quanh năm, thuận

lợi cho sản xuất cây trồng hàng hóa, cây công nghiệp Hệ thống suối chính là suối Dayeul, Dagle, Dak R’Keh, , đây là các suối đổ về tỉnh Bình Phước và sông Đồng Nai bên dưới, do đ việc quản lý, phát triển rừng bền vững lưu vực đầu nguồn là quan trọng

 Địa hình, đất đai:

- Hầu hết có dạng địa hình cao nguyên và gò đồi, độ cao so với mặt biển cao nhất là 925m, trung bình là 850m vùng thấp nhất là 420m, đỉnh cao nguyên tương đối ít dốc; sườn cao nguyên rất dốc, chia cắt mạnh Độ dốc thay đổi từ cấp II đến cấp VI

- Địa hình thung l ng được bồi tụ: Phân bố ven các suối, khe Quá trình hình thành đất chủ đạo là quá trình bồi tụ mẫu chất phù sa, dốc tụ

- Đất đai trong khu vực nghiên cứu chủ yếu là đất feralit nâu đỏ phát triển trên đá mẹ Bazan, có tầng đất dày

 Thảm thực vật, trạng thái rừng:

Rừng tự nhiên trong khu vực chủ yếu là kiểu rừng lá rộng thường xanh mưa ẩm nhiệt đới, với các loài cây ưu thế như: Dẻ; Chò xót, Trâm, Trám trắng, Re, Sao, Dầu, Xoan, xen kẻ có những đám nhỏ rừng lồ ô, le thuần loại Khu vực phía Nam có diện diện tích rừng h n giao g tre nứa đáng kể, điều này phản ánh mức độ tác động mạnh của con người

Qua kết quả điều tra nghiên cứu cho thấy biến đổi về diện tích rừng của vùng này khá lớn, chất lượng rừng tự nhiên c ng đã giảm sút khá nhiều qua các thời kỳ khai thác ở các mức độ

Trạng thái rừng bao gồm các loại từ không có rừng cho đến các trạng thái rừng non, nghèo, trung bình và giàu Trong đ chủ yếu là trạng thái từ rừng non đến trung bình, rừng h n giao g tre nứa

n 2 2: Bản đồ hiện trạng rừng khu vực nghiên cứu

ản 2 1 ốn kê d ện tíc t eo trạn t á rừn C n ty LN Nam ây N uyên

TT Trạng thái Diện tích (ha) Ghi chú

1 Rừng t ường xanh giàu (IIIa3, IIIb) 801,69

2 Rừng t ường xanh Trung bình (IIIa 2 ) 6.492,80

3 Rừng t ường xanh nghèo (IIIa1) 5.530,15

4 Rừng t ường xanh Non (IIb) 883,68

5 Rừng trung bình hỗn giao (IIIa2+L) 2.688,18

6 Rừng nghèo hỗn giao (IIIa1+L) 2.763,54

7 Rừng tre nứa hỗn giao gỗ (L+Gỗ) 126,41

9 Đất không có rừn , đất khác 1.017,66

Tổng cộng 22.368,4

(Nguồn: Báo cáo đề án 200 của Công ty Lâm ngiệp Nam Tây Nguyên)

2.2.3 Điều kiện kinh tế xã hội, văn hóa khu vực nghiên cứu

2.2.3.1 Hoạt động điều chế rừng của công ty lâm nghiệp Nam Tây nguyên

 Khai thác: Căn cứ vào kế hoạch hàng năm trên cơ sở hiện trạng tài nguyên rừng, nhu cầu thị trường và năng lực của đơn vị, từ năm 2005 đến năm 2007 đã khai thác:

 G tròn các loại 8.057,41 m3

 Song mây 27.950 sợi

 Nứa, lồ ô 49.900 cây

Việc tổ chức khai thác theo quy định pháp luật hiện hành

 Nuôi dưỡng, làm giàu rừng rừng: Trong những năm qua công ty không áp dụng giải pháp nuôi dưỡng rừng cho các đối tượng sau khai thác hay rừng non, hoạt động chủ yếu của công ty là quản lý bảo vệ rừng tập trung trên toàn bộ diện t ch được giao

 Trồng rừng, Nông lâm kết hợp: Không c giải pháp

Như vậy các hoạt động điều chế rừng của công ty chủ yếu tập trung vào quản lý bảo vệ rừng tập trung và khai thác g lớn rừng tự nhiên, tiêu chí xác định đối tượng rừng được phép đưa vào khai thác, cường độ khai thác thực

hiện theo các văn bản Nhà nước hiện hành, sản lượng khai thác theo chỉ tiêu phân bổ của Uỷ Ban Nhân Dân tỉnh Đăk Nông

2.2.3.2 Tình hình kinh tế xã hội của của cộng đồng dân cư trong khu vực nghiên cứu

Khu vực nghiên cứu nằm trong xã Quảng Trực, toàn xã có 9 thôn với

706 hộ/3.014 khẩu, mật độ dân số là 5 người/km2, bình quân 4,2 người/hộ và

tỷ lệ tăng dân số trung bình hàng năm ở Quảng Trực là: 2 /năm (kể cả tự nhiên và cơ học)

Có 11 dân tộc khác nhau sinh sống trên địa bàn xã, những thành phần dân tộc này đều có xuất xứ, phong tục, tập quán khác nhau và c ng khác nhau về phương thức và chiến lược sử dụng đất Những thành phần dân tộc này được tạm chia thành 3 nhóm chính là: nh m người Kinh, nh m người dân tộc bản địa (M’Nông, Ê đê) nh m này tương đối nhiều chiếm khoảng 63% dân số của

xã và nhóm thứ 3 là những người dân tộc di cư tự do từ các tỉnh khác vào sinh sống (Nùng, Tày, Dao, Thái, Thổ, Hoa, Khơ Me)2

Tình hình di cư tự do:

Thôn có tỷ lệ nghèo tương đối cao là Bu lum, do cách xa trung tâm xã và ở tách biệt với các thôn khác trong xã, có 3hộ/12khẩu người đồng bào dân tộc Khơ Me di dân tự do từ các tỉnh vào sinh sống, họ thường tìm đến những vùng xa xôi hẻo lánh ngoài sự kiểm soát của chính quyền địa phương nên thiếu về cập nhật thông tin, c ng như về giao thông, đây c ng là nguyên nhân gây nên đời sống kh khăn Đồng bào di dân tự do thường phát/phá rừng làm nương rẫy gây ảnh hưởng đến môi trường sinh thái Đồng thời c ng do di cư

tự do, ch ở của họ c ng không theo sự hướng dẫn của địa phương, gây xáo trộn về quản lý đất đai như mua đất của đồng bào dân tộc thiểu số tại ch , xâm canh, tranh chấp đất đai giữa dân di cư với dân sở tại và giữa dân di cư

2

N ên ám ốn kê uyện uy Đức năm 2008

với các nông, lâm trường, Đây c ng là vấn đề, vì dân số m i ngày một tăng, kinh tế phát triển, nhu cầu cuộc sống được nâng cao, …, thì diện tích rừng sẽ bị thu hẹp dần

Kinh tế hộ

Thu nhập của hộ gia đình trong v ng chủ yếu từ hai nguồn: Nông nghiệp

và lâm sản ngoài g Thu nhập từ nông nghiệp bao gồm các sản phẩm chính

từ cây trồng hàng năm như lúa rẫy, lúa nước, sắn, ngô, , đây là nguồn thu quan trọng để bảo đảm an toàn lương thực và từ cây lâu năm như: Cà phê, điều, tiêu, cây ăn quả Thu nhập từ rừng chủ yếu là thu hái lâm sản ngoài g như: Mây, măng, tre nứa, lá cây làm thức ăn, dược liệu, ; nguồn thu này phần lớn được sử dụng trong đời sống hàng ngày của cộng đồng và một phần được bán ra thị trường

Sinh kế của các hộ gia đình gắn bó mật thiết với rừng Rừng cho đất để canh tác nương rẫy, cung cấp g và các sản phẩm ngoài g Các hộ đ i nghèo phải sử dụng các sản phẩm từ rừng để kiếm thu nhập, đồng thời đáp ứng các nhu cầu trong gia đình họ

Tình hình thị trường

Đối với các cộng đồng dân cư v ng sâu v ng xa, sản xuất chỉ mới ở mức tự cung tự cấp, thì thị trường chưa được phát triển Đầu vào cho sản xuất và sinh hoạt bao gồm các vật liệu để trồng trọt và các lương thực thực phẩm tối thiểu khác, thường người dân đến mua ở các chợ huyện Đầu ra cho các sản phẩm chủ yếu thực hiện thông qua trao đổi ngang giá các sản phẩm Các sản phẩm thu được từ rừng ngoài việc sử dụng trong gia đình, còn lại được bán ở các chợ xã, huyện để lấy tiền may mặc, mua thực phẩm khác, giống mới, phân bón, Các sản phẩm cây trồng công nghiệp còn rất t và thường được tư thương đến thu mua

Chương 3: MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU 3.1 Mục tiêu nghiên cứu

* Về lý luận: Đề tài nhằm đạt được mục tiêu sau:

Góp phần xây dựng phương pháp ứng dụng ảnh viễn thám, công nghệ GIS phối hợp với phương pháp phân t ch hồi quy đa biến để hình thành hệ thống cơ sở dữ liệu tài nguyên rừng có thể cập nhật được và đưa ra các giải pháp điều chế rừng ổn định lâu dài

* Về thực tiễn: Đề tài xác định đạt được các mục tiêu cụ thể sau:

i Xác định được khả năng ứng dụng một số loại ảnh viễn thám để phân loại trạng thái rừng

ii Thiết lập được hệ thống phối hợp giữa mô hình cấu trúc, tăng trưởng, hồi quy đa biến của các nhân tố lâm phần với hệ thống GIS phục vụ xây dựng cơ sở dữ liệu về biến đổi tài nguyên rừng và tổ chức giải pháp điều chế rừng

3.2 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, đề tài thực hiện các nội dung nghiên cứu chính sau:

i Giải đoán các loại ảnh viễn thám để phân loại rừng

ii Xây dựng mô hình cấu trúc, tăng trưởng và quan hệ đa biến của các nhân tố điều tra rừng

iii Thiết kế bộ công cụ trong GIS phục vụ quản lý cơ sở dữ liệu tài nguyên rừng và tổ chức điều chế rừng

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Phương pháp luận trong tiếp cận nghiên cứu

Điều chế rừng là tổ chức không gian và thời gian rừng, vì vậy nó bao gồm việc quản lý đối tượng (chu i điều chế, coupe tác nghiệp) và được gắn

với hệ thống thông tin địa lý; đồng thời các đặc điểm lâm phần, sản lượng rừng c ng thay đổi theo thời gian nhờ tăng trưởng và tái sinh Do vậy có khả năng phối hợp giữa các mô hình toán về cấu trúc, tăng trưởng với hệ thống quản lý dữ liệu, phân tích không gian, thời gian trong hệ thống ảnh viễn thám

và GIS để đưa ra giải pháp quản lý, điều chế rừng lâu dài

ố l ệu

t ứ cấp

ố l ệu đ ều tra n oạ

n ệp

ản đồ địa n

G ả đoán ản

và c n n ệ GIS

Bộ công cụ GIS phục vụ quản

lý tài nguyên và điều chế

Công nghệ GIS / Chồng ghép bản đồ

n 3.1: ơ đồ tiếp cận nghiên cứu

3.3.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thể

Để thực hiện từng nội dung nghiên cứu và để đạt được mục tiêu, đề tài thiết kế, vận dụng các phương pháp nghiên cứu cụ thể như sau:

3.3.2.1 Phương pháp phân loại rừng, trạng thái rừng dựa vào ảnh viễn thám

- Bản đồ địa hình tỷ lệ: 1/50.000; Phép chiếu: UTM - Zone 48; Ellipsoid: Everest 1830; Datum: Indian 1960, hệ thống thủy văn, giao thông, ranh giới khu vực, tiểu khu, khoảnh được số hóa thành các lớp theo phép chiếu UTM - Zone 48 North, Dataum: WGS - 84

- Các tài liệu về địa hình, đất đai, kh hậu, thủy văn, điều kiện kinh tế xã hội, , khu vực nghiên cứu

 Điều tra thực địa

- Xác định các điểm khống chế mặt đất GCPs (Ground Control Point) là những điểm thể hiện rõ trên ảnh và trên thực địa, tọa độ điểm khống chế được xác định bằng định vị GPS (Globle Positioning System) loại Map 60CsX, số lượng điểm khống chế 20 điểm

- Điều tra hiện trạng rừng theo lớp ảnh giải đoán: Ứng với m i trạng thái rừng điều tra 60 điểm để xác định trạng thái và 3 - 5 ô tiêu chuẩn có diện tích 900m2 (30mx30m) tương ứng với độ phân giải của ảnh Landsat ETM+), trong

đ chia thành 9 ô thứ cấp có diện tích m i ô là 100m2

(10mx10m) tương ứng với độ phân giải không gian của ảnh SPOT 5), trong m i ô thứ cấp xác định tên loài, đường kính (D1,3), chiều cao (Hvn), cự ly đến cây gần nhất, tọa độ vị

tr cây, bán k nh tán theo 4 hướng, mô tả các đặc điểm của trạng thái

Các điểm điều tra và ô tiêu chuẩn điển hình được đo đếm và thu thập tại thực địa khu vực nghiên cứu nhằm xác định quan hệ giữa dữ liệu ảnh viễn thám và đối tượng cần quan tâm (trạng thái rừng), về lý thuyết cần phải thu thập cùng thời điểm với ảnh viễn thám hoặc ít nhất là khoảng thời gian mà các đối tượng chưa c sự thay đổi Tuy nhiên, điều đ rất khó thực hiện trong nghiên cứu này, do vậy trong quá trình điều tra, khảo sát thực địa kết hợp phỏng vấn cán bộ Công ty để chọn những vùng có các trạng thái ít biến động

so với thời điểm vệ tinh thu nhận ảnh

 Phân tích dữ liệu ảnh vệ tinh:

- Dữ liệu ảnh vệ tinh thu thập được chưa đăng ký tọa độ (SPOT 5), do vậy cần phải gán tọa độ cho ảnh để đưa ảnh về cùng hệ tọa độ bản đồ

- Tổ hợp màu theo các kênh ảnh, tạo ảnh tỷ số và công nghệ tăng cường chất lượng ảnh được sử dụng thường xuyên nhằm làm rõ các đối tượng cần quan tâm và giảm ảnh hưởng của địa hình trên ảnh, cuối cùng tạo ra ảnh tổ hợp màu để đưa vào phân loại

- Giải đoán để phân loại ảnh theo 2 phương pháp c giám định và phi giám định Vùng mẫu huấn luyện được thu thập từ kết quả điều tra ngoại nghiệp, bản đồ tài nguyên rừng của đơn vị trong những năm trước Sử dụng thuật toán phân loại gần đúng nhất (Maximum LikehoodClassification)

Phân loại phi giám định được sử dụng trước khi đi thực địa và trong quá trình phân loại, sử dụng thuật toán Isodata và gán nhãn các pixel dựa trên kết quả số liệu điều tra Kết quả quá trình phân loại là sự kết hợp giữa 2 phương pháp trên

- Sử dụng dữ liệu điều tra để xác định sai số sau phân loại, sử dụng phương pháp ma trận sai số để đánh giá 2 loại ảnh viễn thám Kết quả dữ liệu ảnh nào phản ánh hiện trạng rừng tốt hơn được chuyển sang định dạng vector

để thành lập bản đồ hiện trạng rừng và cơ sở dữ liệu cho GIS

ản

NDVI

Ản ỷ số

Phân tích

t àn p ần chính (PCA)

Ản tổ ợp

đ ều tra

Dữ l ệu GIS Lựa c ọn vùn mẫu

Lựa c ọn t uật toán

Gán trạn t á t eo lớp

Bản đồ hiện trạng rừng

Xử lý sau p ân loạ

K ểm tra ản ả đoán

Chuyển đổi Raster/vector

Hình 3.2: ơ đồ p ươn p áp phân loại trạng thái rừng dựa vào ảnh viễn thám

3.3.2.2 Phương pháp xây dựng mô hình cấu trúc, tăng trưởng và hồi quy

đa biến của các nhân tố điều tra rừng

Phân tích không gian (Spatial Analysis) trong GIS dựa vào việc tổ hợp các lớp dữ liệu không gian để tạo ra một giá trị mới, c ý ngh a trong thực tiễn thông qua việc chồng ghép các lớp dữ liệu Tuy nhiên, thực tế để xác định

sự ảnh hưởng của một vấn đề cần quan tâm giải quyết thì có rất nhiều biến số ảnh hưởng, trong khi đ chúng ta chưa biết được biến nào là quan trọng để tổ chức phân t ch không gian Trong trường hợp này, mô hình cấu trúc, tăng

trưởng và hồi quy đa biến sẽ là công cụ đầu tiên, n giúp trước hết phân tích

sự ảnh hưởng tổng hợp của các nhân tố và chỉ ra nhân tố nào là quan trọng, tuy nhiên nếu dừng lại ở đây thì c ng chưa chỉ ra được vị trí, không gian và thời gian cụ thể Do đ sự phối hợp mô hình hồi quy đa biến để xây dựng các lớp dữ liệu và tiến hành phân tích không gian với các lớp này trong GIS sẽ mang lại kết quả có giá trị và logic [12]

Mục tiêu quan trọng của điều chế rừng là tổ chức sản xuất lâu dài, bảo đảm cung cấp liên tục một lượng lâm sản ổn định theo luân kỳ, chu kỳ và đúng chủng loại sản phẩm Đạt được mục tiêu này, cần phải phối trí toàn bộ tài nguyên rừng trong một đơn vị điều chế theo không gian và thời gian hợp

lý, hình thành chu i điều chế khép kín, do đ cần điều tra các chỉ tiêu lâm học của lâm phần Các nhân tố điều tra này thường có mối quan hệ với nhau và được mô phỏng bằng các dạng hàm toán thích hợp Trên cơ sở các mô hình hồi quy đa biến kết hợp với phân tích không gian trong GIS sẽ là cơ sở dữ liệu cho GIS để xây dựng bộ công cụ phục vụ điều chế rừng

Thu thập số liệu nghiên cứu cấu trúc, tăng trưởng rừng theo trạng thái:

Trên từng trạng thái rừng đặt 3 - 4 ô mẫu điển hình diện tích 900m2(30mx30m), chia làm 9 ô đơn vị 100 m2 (10mx10m) Trong các ô mẫu, điều tra các chỉ tiêu sinh thái và sinh trưởng của cây g : Loài cây, chiều cao (Hvn), đường kính ngang ngực (D1.3), tổng G, tăng trưởng đường k nh 5 năm, phẩm chất, tổng cộng đã điều tra 22 ô cho cho 6 trạng thái rừng

Phương pháp xây dựng cấu trúc định hướng:

Trong rừng chặt chọn, m i lâm phần là một đơn vị đồng nhất, sản xuất liên tục được tiến hành ngay trên một lâm phần, nên vốn sản xuất là cây cá lẻ, nhân tố biến đổi là đường kính cây Vì vậy cấu trúc vốn sản xuất chuẩn biểu hiện qua cấu trúc số cây theo cấp kính (N/D), phân bố N/D chuẩn được xem

là cấu trúc chuẩn (cấu trúc định hướng, cấu trúc mục đ ch) [11]

Để cân đối cung cầu, dẫn dắt rừng và lập kế hoạch khai thác, chặt nuôi dưỡng rừng tự nhiên, mô hình cấu trúc phân bố số cây theo cỡ kính (N/D) là đơn giản và có hiệu quả cả về kinh tế lẫn lâm sinh

Do vậy trong tiếp cận để xác định lượng chặt khai thác, nuôi dưỡng trong phương án điều chế rừng, cấu trúc N/D định hướng được sử dụng Cấu trúc này cần được lập theo kiểu rừng, điều kiện lập địa và bảo đảm để định hướng rừng có một vốn rừng ổn định để tiếp tục phát triển và kinh doanh bền vững Tuy nhiên trong giai đoạn hiện nay, mô hình này chưa phải là mô hình

"chuẩn" hoặc "tối ưu" vì đối với kinh doanh trong giai đoạn hiện tại chưa thể

thâm canh rừng tự nhiên để đạt năng suất và chất lượng cao nhất [14]

Trong quá trình thu thập số liệu điều tra để xây dựng mô hình rừng định hướng, phương pháp rút mẫu điển hình được áp dụng cho các đối tượng

là rừng giàu, trung bình Do đ có khả năng một số ô mẫu không nằm trong đối tượng đ , và nếu gộp chung để tính toán trung bình, mô phỏng cấu trúc chung sẽ gặp sai số rất lớn và không phản ảnh đúng đối tượng nghiên cứu Do vậy cần có sự kiểm tra sự thuần nhất của các số liệu này ở các ô mẫu trước khi gộp chung để t nh toán như một tổng thể Sử dụng tiêu chuẩn 2

trong trường hợp k mẫu (k : ô tiêu chuẩn) Các ô đồng nhất mới được đưa vào t nh toán mô hình rừng định hướng

Giả sử có k mẫu tương ứng với k biến độc lập (k ô mẫu) lấy giá trị từ

Z1 Zm (số cây theo m cấp kính) với xác suất Pij = P (xi=zi) với (j = 1, 2, , m cấp kính), (i = 1, 2, , k ô mẫu)

zi x1 xi xk fij=fj

1

2

fk1 fk2 fkm

f1 f2

fm

Với giải thuyết Ho: F1 = F2 = , , = Fk (Pij = Pj hay fij/ni = fj/n cho mọi i và j), hay các dãy phân bố N/D của các ô là đồng nhất

Kiểm tra giải thuyết Ho bằng tiêu chuẩn 2 được xác định như sau:

i j ij t

n f

n n f f n

Mô phỏng cấu trúc N/D định hướng: Sắp xếp phân bố N/D thực nghiệm và mô phỏng theo hàm Mayer: Tổng hợp tất cả các ô tiêu chuẩn, sắp xếp số cây theo cỡ kính và quy ra ha, với cự ly cỡ k nh được xác định ở bước trên Sử dụng hàm mô phỏng N/D phổ biến đã được thừa nhận trong mô tả

sự tồn tại của hệ số tương quan R ở mức P < 0,05

Xác định mô hình tăng trưởng thông qua quan hệ Zd – D

Trên cơ sở số liệu điều tra tăng trưởng đường k nh 5 năm của các cây

trong 22 ô tiêu chuẩn Tổng số cây đẽo vát là 121 cây để xác định Zd 5 năm

Lập quan hệ Zd/5 năm theo D1.3: Lập biểu đồ đám mây điểm và mô hình hoá quan hệ theo hàm thích hợp dựa vào phần mềm ước lượng hàm trên

đồ thị của Excel Hàm quan hệ Zd/D là một hàm c đỉnh, c ngh a khi D tăng lên thì Zd tăng, nhưng sau đ c giai đoạn đạt cực đại ứng với thời điểm đạt năng suất tối đa, sau đ thì Zd giảm xuống khi D tiếp tục tăng Vì vậy, hàm lựa chọn thăm dò mô phỏng phải là dạng Paralbol c đỉnh Hàm lựa chọn có

hệ số tương quan cao nhất và tồn tại với mức P < 0,05 Từ quan hệ này xác định Zd/5 năm bình quân theo D1.3

Xây dựng các mô hình hồi quy đa biến giữa các nhân tố lâm phần: