Nghiên cứu, ứng dụng mô hình tích hợp markok CA và GIS để dự báo biến động sử dụng đất tại tỉnh phú thọ

NGUYỄN KHÁNH TOÀN NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TÍCH HỢP MARKOV-CA VÀ GIS ĐỂ DỰ BÁO BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT TỈNH PHÚ THỌ LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI Hà Nội, 2018... NGUYỄN KHÁNH TO

NGUYỄN KHÁNH TOÀN

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TÍCH HỢP

MARKOV-CA VÀ GIS ĐỂ DỰ BÁO BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG

ĐẤT TỈNH PHÚ THỌ

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

Hà Nội, 2018

NGUYỄN KHÁNH TOÀN

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TÍCH HỢP

MARKOV-CA VÀ GIS ĐỂ DỰ BÁO BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG

ĐẤT TỈNH PHÚ THỌ

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

Chuyên ngành: Quản lý đất đai

Mã số: 8850103

NGƯỜI HƯỚNG DẪN : PGS.TS NGUYỄN AN THỊNH

Hà Nội, 2018

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn chính: PGS.TS Nguyễn An Thịnh

Cán bộ chấm phản biện 1: TS Nguyễn Thị Khuy

Cán bộ chấm phản biện 2: TS Nguyễn Tiến Cường

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Ngày 16 tháng 9 năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực, của tôi, không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ và pháp luật Việt Nam Nếu sai, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Tác giả Luận văn

LỜI CẢM ƠN

Được sự nhất trí của trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội,

Khoa Quản lý đất đai, tôi đã tiến hành làm luận văn “Nghiên cứu, ứng dụng

mô hình tích hợp Markok- CA và GIS để dự báo biến động sử dụng đất tại tỉnh Phú Thọ” Trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn ngoài sự cố

gắng và nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo, cùng gia đình và bạn bè

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Ban Chủ nhiệm Khoa Quản

lý đất đai trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội cùng toàn thể các thầy cô giáo đã dạy dỗ, quan tâm và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và rèn luyện tại trường thời gian qua

Đặc biệt để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, tôi nhận được sự quan tâm của giáo viên hướng dẫn PGS.TS Nguyễn An Thịnh Thầy đã tận tâm hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Học viên

Nguyễn Khánh Toàn

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

THÔNG TIN LUẬN VĂN

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Cơ sở lý luận về sử dụng đất 4

1.1.1 Sử dụng đất 4

1.1.2 Cơ sở khoa học về biến động sử dụng đất và lớp phủ 7

1.1.3 Sử dụng đất, biến động sử dụng đất trên thế giới và Việt Nam 12

1.2 Mô hình hóa Markov-CA trong dự báo biến động sử dụng đất 20

1.2.1 Khái niệm mô hình, mô hình hóa và mô hình hóa không gian 20

1.2.2 Mô hình hóa biến động sử dụng đất 21

1.2.3 Khái niệm và ứng dụng chuỗi Markov 22

1.2.4 Mạng tự động (Cellular Automata - CA) 24

1.3 Tổng quan các công trình nghiên cứu 26

1.3.1 Trên thế giới 26

1.3.2 Tại Việt Nam 31

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34

2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 34

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 34

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 34

2.2 Nội dung nghiên cứu 34

2.3 Phương pháp nghiên cứu 34

2.3.1 Phương pháp phân tích và tổng quan tài liệu 34

2.3.2 Phương pháp khảo sát thực địa 35

2.3.4 Phương pháp phân tích, mô hình hóa không gian Markov - CA 36

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 41

3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sử dụng đất tỉnh Phú Thọ 41

3.1.1 Nguồn lực tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên 41

3.1.2 Nguồn lực kinh tế - xã hội 50

3.1.3 Đánh giá điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội 57

3.2 Đánh giá hiện trạng sử dụng đất giai đoạn 2005 – 2015 trên cơ sở tư liệu ảnh viễn thám 60

3.2.1 Xây dựng bản đồ lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2005, 2010, 2015 60

3.2.2 Đánh giá hiện trạng sử dụng đất giai đoạn 2005 - 2015 65

3.3 Dự báo biến động sử dụng đất tỉnh Phú Thọ đến năm 2020 - 2025 72

3.3.1 Quy trình nghiên cứu 72

3.3.2 Phân cấp thích hợp 74

3.3.3 Xây dựng ma trận chuyển dịch dựa vào chuỗi Markov 85

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined.

THÔNG TIN LUẬN VĂN

Họ và tên học viên: Nguyễn Khánh Toàn

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn An thịnh

Tên đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng mô hình tích hợp Markov – CA và GIS để dự báo biến động sử dụng đất tại tỉnh Phú Thọ

Thông tin luận văn:

- Tổng quan tài liệu và xây dựng cơ sở lý luận về ứng dụng mô hình Markov - CA trong dự báo xu hướng biến động sử dụng đất

- Đánh giá các nhân tố ảnh hưởng tới biến động sử dụng đất tỉnh Phú Thọ

- Đánh giá hiện trạng sử dụng đất tỉnh Phú Thọ giai đoạn 2005 - 2015 trên cơ sở tư liệu ảnh viễn thám

- Dự báo biến động sử dụng đất tỉnh Phú Thọ đến năm 2025 trên cơ sở

mô hình Markov - CA và GIS

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

FAO Tổ chức lương thực và nông nghiệp Liên Hợp Quốc LUCC Biến động sử dụng đất và lớp phủ

TCT Mốc thời gian cận trên của quá trình đánh giá

TCD Mốc thời gian cận dưới của quá trình đánh giá

CA Cellular Automata - Mạng tự động

MCE Multi Criteria Evaluation - Đánh giá đa chỉ tiêu

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tỉ lệ % đất tự nhiên và đất nông nghiệp trên toàn thế giới 13

Bảng 1.2 Biến động diện tích đất nông nghiệp toàn quốc 17

Bảng 1.3 Biến động diện tích đất 2015 18

Bảng 3.1 Đặc trưng hình thái sông trên địa bàn tỉnh Phú Thọ 45

Bảng 3.2 Hiện trạng sủ dụng đất tỉnh Phú Thọ ( tính đến 31/12/2016) 46

Bảng 3.3 Hiện trạng rừng theo chức năng sử dụng 48

Bảng 3.4 Sản lượng khai thác một số loại tài nguyên trên địa bàn tỉnh Phú Thọ 50

Bảng 3.5 Diện tích, dân số và mật độ dân số các huyện năm 2016 51

Bảng 3.6 Đóng góp của các khu vực kinh tế vào GDP của toàn tỉnh qua các năm 55

Bảng 3.7 Hệ thống chú giải của ảnh lớp phủ mặt đất 61

Bảng 3.8 Hệ thống mẫu giải đoán ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu 63

Bảng 3.9 Bảng biến động diện tích đất đai tỉnh Phú Thọ 72

Bảng 3.10 Diện tích các loại hình sử dụng đất tỉnh Phú Thọ các năm 2005, 2010, 2015, 2020, 2025 (đơn vị: ha) 93

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Bình quân diện tích đất canh tác trên đầu người 14

Hình 2.1 Mô hình chuỗi Markov 36

Hình 2.2 Giao diện phần mềm Idrisi Selva 39

Hình 2.3 Module MARKOV trên Idrisi Selva 39

Hình 2.4 Module MARKOV - CA trên Idrisi Selva 40

Hình 3.1 Bản đồ tỉnh Phú Thọ 41

Hình 3.2 Ảnh LandSat khu vực tỉnh Phú Thọ năm 2005, 2010, 2015 62

Hình 3.3 Quá trình chọn mẫu và phân loại ảnh vệ tinh tỉnh Phú Thọ 64

Hình 3.4 Bản đồ lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2005, 2010 và 2015 65

Hình 3.5 Biểu đồ tỷ lệ các lớp đối tượng sử dụng đất năm 2005 66

Hình 3.6 Bản đồ lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2005 67

Hình 3.7 Biểu đồ tỷ lệ các lớp đối tượng sử dụng đất năm 2010 68

Hình 3.8 Bản đồ lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2010 69

Hình 3.9 Biểu đồ tỷ lệ các lớp đối tượng sử dụng đất năm 2015 70

Hình 3.10 Bản đồ lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2015 71

Hình 3.11 Quy trình dự báo biến đổi lớp phủ mặt đất khu vực nghiên cứu 73

Hình 3.12 Quy trình phân cấp thích hợp 75

Hình 3.13 Ảnh phân ngưỡng thích hợp của rừng kín với các loại hình lớp phủ 76

Hình 3.14 Ảnh phân ngưỡng thích hợp của rừng trung bình với các loại hình lớp phủ 76

Hình 3.15 Ảnh phân ngưỡng thích hợp của rừng thưa với các loại hình lớp phủ 77

Hình 3.16 Ảnh phân ngưỡng thích hợp của cây bụi với các loại hình lớp phủ 78

Hình 3.17 Ảnh phân ngưỡng thích hợp của đất xây dựng với các loại hình lớp phủ 78

Hình 3.18 Ảnh phân ngưỡng mức độ thích hợp của đất xd với độ dốc 79

Hình 3.19 Ảnh phân ngưỡng thích hợp của đất trống với các loại hình lớp phủ 80

Hình 3.20 Ảnh phân ngưỡng thích hợp của mặt nước với các loại hình lớp phủ 80

Hình 3.21 Ảnh phân cấp thích hợp cho đất xây dựng 82

Hình 3.22 Ảnh phân cấp thích hợp cho rừng kín 82

Hình 3.23 Ảnh phân cấp thích hợp cho rừng trung bình 83

Hình 3.24 Ảnh phân cấp thích hợp cho rừng thưa 83

Hình 3.25 Ảnh phân cấp thích hợp cho cây bụi 84

Hình 3.26 Ảnh phân cấp thích hợp cho đất trống 84

Hình 3.27 Ảnh phân cấp thích hợp cho mặt nước 85

Hình 3.28 Mô hình Markov trong Idrisi 85

Hình 3.29 Ma trận chuyển dịch diện tích giữa các lớp đối tượng 86

Hình 3.30 Ma trận chuyển dịch xác suất giữa các lớp 87

Hình 3.31 Tập các hình ảnh xác suất có điều kiện 87

Hình 3.32 Mô hình hóa biến đổi lớp phủ mặt đất dựa vào CA_Markov 88

Hình 3.33 Kết quả mô hình hóa biến đổi sử dụng đất tỉnh Phú Thọ đến năm 2015 89

Hình 3.34 Kiểm chứng kết quả mô hình hóa và bản đồ lớp phủ năm 2015 90

Hình 3.35 Kết quả kiểm chứng kết quả mô hình hóa và bản đồ lớp phủ năm 2015 90

Hình 3.36 Kết quả dự báo lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2020 91

Hình 3.37 Kết quả dự báo lớp phủ mặt đất tỉnh Phú Thọ năm 2025 92

Hình 3.38 Biểu đồ thể hiện diện tích các loại hình sử dụng đất tỉnh Phú Thọ các năm 2005, 2010, 2015, 2020, 2025 93

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Biến động sử dụng đất được công nhận là một trong những động lực quan trọng gây thay đổi môi trường toàn cầu hiện nay Dưới sức ép của công nghiệp hóa, đô thị hóa và sự gia tăng dân số, những biến động trong sử dụng đất như chuyển đất rừng tự nhiên thành đất sản xuất nông nghiệp, một phần đất nông nghiệp lại được dùng để xây dựng khu dân cư, mở rộng đô thị diễn

ra nhanh chóng và rộng khắp.Việc nghiên cứu thực trạng và dự báo xu thế biến động sử dụng đất đóng vai trò quan trọng trong đề xuất các định hướng cho phát triển kinh tế xã hội và bảo vệ môi trường Nhiều cách tiếp cận mô hình mô phỏng sự biến động sử dụng đất chẳng hạn các mô hình toán, mô hình Markov - CA, mô hình đa tác tử, Mô hình hóa dựa trên phương pháp chuỗi Markov được kết hợp với Cellular Automata (CA) bởi tính linh hoạt của nó, được ứng dụng trong các nghiên cứu biến động sử dụng đất phục vụ nhu cầu thực tiễn

Phú Thọ là tỉnh trung du miền núi phía Bắc Việt Nam, có địa hình dốc, được chia thành nhiều khu vực đặc thù Vùng núi cao phía tây và phía nam của Phú Thọ, tuy gặp một số khó khăn về việc đi lại, giao lưu song ở vùng này lại có nhiều tiềm năng phát triển lâm nghiệp, khai thác khoáng sản và phát triển kinh tế trang trại Vùng gò, đồi thấp bị chia cắt nhiều, xen kẽ là đồng ruộng và dải đồng bằng ven sông Hồng, hữu Lô, tả Đáy, thuận lợi cho việc trồng các loại cây công nghiệp, phát triển cây lương thực và chăn nuôi Định hướng sử dụng đất hợp lý, dựa trên khai thác thế mạnh tự nhiên và kinh

tế xã hội, đảm bảo hiệu quả kinh tế cao và tính bền vững trong sử dụng đất Nghiên cứu xu thế biến động sử dụng đất nhằm đưa ra các định hướng sử

dụng một cách có hiệu quả và hợp lý trong tương lai là một vấn đề cấp thiết cần được giải quyết tại tỉnh Phú Thọ

Xuất phát từ thực tế trên, đề tài luận văn thạc sỹ : “Nghiên cứu, ứng dụng mô hình tích hợp Markov – CA và GIS để dự báo biến động sử dụng đất tại tỉnh Phú Thọ” đã được lựa chọn nghiên cứu và hoàn thành

2 Mục tiêu và nhiệm vụ

a Mục tiêu

Dự báo được xu thế biến động sử dụng đất tỉnh Phú Thọ có căn cứ khoa học dựa trên kết hợp các kỹ thuật viễn thám, GIS và mô hình hóa Markov - CA

b Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

Để đạt được mục tiêu nêu trên, các nhiệm vụ cụ thể sau cần được giải quyết:

- Tổng quan tài liệu và xây dựng cơ sở lý luận về ứng dụng mô hình Markov - CA trong dự báo xu hướng biến động sử dụng đất

- Phân tích các nhân tố ảnh hưởng tới biến động sử dụng đất tỉnh Phú Thọ

- Phân tích hiện trạng sử dụng đất tỉnh Phú Thọ giai đoạn 2005 - 2015 trên cơ sở tư liệu ảnh viễn thám

- Dự báo biến động sử dụng đất tỉnh Phú Thọ đến năm 2025 trên cơ sở

mô hình Markov - CA và GIS

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

• Ý nghĩa khoa học

- Kết quả nghiên cứu của đề tài đóng góp vào hệ thống tri thức khoa học

về tích hợp đa mô hình trong mô phỏng biến động sử dụng đất tại một khu vực cụ thể

• Ý nghĩa thực tiễn

- Kết quả nghiên cứu của đề tài cung cấp cơ sở khoa học cho các nhà quản

lý ra quyết định quy hoạch, sử dụng đất tại tỉnh Phú Thọ Các yếu tố tự nhiên, kinh tế xã hội có ảnh hưởng đến biến động sử dụng đất mà đề tài xác định được

sẽ là cơ sở khoa học để cân nhắc giữa lợi ích kinh tế và bảo vệ môi trường khi chuyển đổi mục đích sử dụng đất trong điều kiện cụ thể ở tỉnh Phú Thọ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Theo Đào Châu Thu và Nguyễn Khang (1998), có nhiều kiểu sử dụng đất bao gồm: sử dụng trên cơ sở sản xuất trực tiếp (cây trồng, đồng cỏ, gỗ rừng), sử dụng trên cơ sở sản xuất gián tiếp (chăn nuôi), sử dụng đất vì mục đích bảo vệ

và theo các chức năng đặc biệt như đường xá, dân cư, công nghiệp

Con người sử dụng đất nghĩa là tạo thêm tính năng cho đất đồng thời cũng thay đổi chức năng của đất và môi trường Vì vậy việc sử dụng đất phải được dựa trên những cơ sở khoa học và cân nhắc tới sự bền vững

Quản lý sử dụng đất là quá trình quản lý sử dụng và phát triển đất đai trong không gian theo định hướng và sự điều phối của chính sách đất đai hiện tại

b Nghiên cứu quản lý sử dụng đất đồi núi Việt Nam

Đất đồi núi chiếm 3/4 diện tích tự nhiên của Việt Nam, là nơi sinh sống của đại đa số các dân tộc, đồng thời cũng là nơi đóng vai trò chính trong việc gìn giữ cân bằng sinh thái Theo Nguyễn Văn Toàn (2010), Việt Nam có khoảng 24,1 triệu ha đất đồi núi, trong đó có 10,37 triệu ha có độ dốc >25ochiếm 43% diện tích đất đồi núi Đất có độ dốc từ 15 – 25o có 5,35 triệu ha thích hợp cho trồng cây lâu năm theo phương pháp nông lâm kết hợp Diện

tích đất có độ dốc dưới 15o là 8,2 triệu ha, phần lớn đã được khai thác sử dụng cho sản xuất nông nghiệp

Mặc dù diện tích đất đồi núi chiếm tỷ lệ lớn nhưng lại phải đối mặt với nhiều thách thức trong quá trình sử dụng Theo Trần Đức Viên và Phạm Chí Thành (1996), khó khăn, hạn chế lớn nhất cho việc phát triển nông nghiệp trên vùng đất dốc là địa hình chia cắt mạnh, có nhiều núi cao, suối sâu, đèo dốc hiểm trở, độ dốc lớn với nhiều tiểu vùng sinh thái khác biệt, gây ra nhiều trở ngại như xói mòn, thoái hóa, hạn hán… Nhóm nghiên cứu của Viện Thổ nhưỡng Nông hóa đã xác định được trong 24,8 triệu ha đất dốc thì không có đơn vị đất đai nào rất thích hợp với sản xuất nông nghiệp (độ phì cấp 1), có 13,4% diện tích có độ phì nhiêu khá (cấp 2) thích hợp với sản xuất nông nghiệp, phân bố chủ yếu ở vùng Đông Bắc Bộ, Tây Bắc Bộ, Duyên hải Bắc Trung Bộ Đất có độ phì nhiêu trung bình (cấp 3) chiếm 6,5%, đất có độ phì nhiêu kém do tầng đất mỏng (cấp 4) chiếm 3,7%, đất có độ phì nhiêu kém do

độ dốc cao, nguy cơ xói mòn lớn (cấp 5) khoảng 8,3% Còn lại là đất có độ phì nhiêu rất kém do độ dốc cao và nguy cơ xói mòn rất lớn, tầng đất rất mỏng và nhiều yếu tố hạn chế chiếm 68,1% diện tích đất dốc của 7 vùng sinh thái (Bùi Huy Hiền và cs., 2001)

Để sử dụng đất đồi núi hiệu quả và bền vững, ngay từ những năm 1960 các cơ quan quản lý và nghiên cứu khoa học như Vụ Quản lý ruộng đất, Viện Thổ nhưỡng Nông hóa và các nhà khoa học như Nguyễn Trọng Hà (1962); Bùi Quang Toản (1965); Bùi Mạnh và Nguyễn Xuân Cát (1970); Chu Đình Hoàng (1976); Thái Phiên (1999) đã nghiên cứu các biện pháp chống xói mòn

và sử dụng đất hợp lý (dẫn theo Lê Thị Giang, 2012) Các công trình nghiên cứu đáng chú ý có thể kể đến nghiên cứu về đất trống đồi núi trọc của tỉnh Tuyên Quang (Nguyễn Đình Bồng, 1995); Kết quả nghiên cứu cải tạo, sử dụng

và bảo vệ đất dốc trong sản xuất nông lâm nghiệp (Bùi Huy Hiền và nnk,

2001); Nghiên cứu về các yếu tố hạn chế năng suất cây trồng trên đất dốc và biện pháp khắc phục (Hà Đình Tuấn và nnk, 2001); Đất gò đồi Đông Bắc – Nghiên cứu hiện trạng và định hướng sử dụng (Nguyễn Văn Toàn, 2007) Trong những năm gần đây, nhiều cơ quan nghiên cứu trong nước và quốc tế đã phối hợp thực hiện những chương trình nghiên cứu về canh tác bền vững trên đất dốc Một số dự án tiêu biểu bao gồm: Dự án nghiên cứu Hệ thống Nông nghiệp vùng núi phía Bắc Việt Nam do Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam (VASI), Viện Khoa học Kỹ thuật Nông lâm nghiệp miền núi phía Bắc (NOMAFSI), Trung tâm Hợp tác quốc tế về Nghiên cứu nông nghiệp vì sự phát triển của Cộng hoà Pháp (CIRAD) cùng Viện Nghiên cứu Lúa quốc tế (IRRI) thực hiện Kết quả nghiên cứu sử dụng thảm che phủ tại một số tỉnh miền núi như Bắc Kạn, Yên Bái đã làm tăng năng suất cây trồng, giảm thiểu xói mòn, tăng độ ẩm đất Ở các ô có che phủ, mức độ xói mòn đất giảm từ 73% đến 94% so với các ô không có che phủ Ngoài ra thảm che phủ còn có tác dụng khống chế cỏ dại, cải thiện độ phì của đất, tăng cường hoạt tính sinh học đất (Hà Đình Tuấn và Lê Quốc Doanh, 2007)

Tóm lại, đất đồi núi Việt Nam có tiềm năng khá lớn để phát triển nông nghiệp Tuy nhiên để đạt được mục tiêu sử dụng đất bền vững thì công tác quản lý sử dụng đất phải đảm bảo các vấn đề sau:

- Phải bảo vệ được nguồn tài nguyên rừng, đảm bảo độ che phủ thích hợp đối với từng vùng sinh thái để hạn chế suy thoái đất

- Đẩy mạnh các mô hình sản xuất nông nghiệp tiên tiến, sử dụng các kỹ thuật canh tác tiến bộ, phù hợp

- Sử dụng giống cây trồng thích hợp với điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng đối với từng vùng Phát triển chăn nuôi đại gia súc tại các vùng trọng điểm

- Mở rộng hệ thống trồng trọt, chăn nuôi phải đi kèm với các cơ sở chế biến sau thu hoạch để giảm thiểu việc vận chuyển nguyên liệu thô, đảm bảo đầu ra cho sản phẩm nông nghiệp

- Từng bước cải thiện cơ sở hạ tầng vùng núi, hoàn thành công tác giao đất giao rừng, phát triển văn hóa xã hội khu vực đồi núi

1.1.2 Cơ sở khoa học về biến động sử dụng đất và lớp phủ

a Khái niệm biến động sử dụng đất và lớp phủ

Sử dụng đất và lớp phủ là hai thành phần liên kết với nhau, nhưng trong một thời gian dài đã được nghiên cứu một cách tách biệt Lớp phủ là trạng thái tự nhiên của bề mặt đất, là mối quan tâm chủ yếu của các nhà khoa học tự nhiên, còn sử dụng đất là hoạt động của con người, mối quan tâm chủ yếu của các nhà khoa học xã hội (Meyer and Turner, 1994)

Lớp phủ được định nghĩa là bề mặt tự nhiên trên bề mặt đất bao gồm nước, thực vật, đất trống và các công trình nhân sinh Sử dụng đất là hoạt động có mục đích của con người thực hiện trên lớp phủ (IGBP, 1997)

Điều đó có nghĩa là lớp phủ bề mặt có thể quan sát được ở những khoảng cách và bằng tư liệu khác nhau như quan sát bằng mắt, từ ảnh hàng không hay bởi bộ cảm biến vệ tinh (Ellis, 2010)

Trái ngược với lớp phủ, sử dụng đất không dễ dàng quan sát được trong nhiều trường hợp, do vậy để xác định được đó là loại hình sử dụng đất nào cần phải bổ sung các thông tin Ví dụ, để xác định đất trồng cỏ quan sát được

có phải sử dụng cho mục đích chăn thả gia súc hay đồng cỏ tự nhiên thì người nông dân có thể cung cấp thông tin, sự có mặt của họ cùng với đàn gia súc sẽ quyết định đó là loại đất gì Hay những khu vực mà lớp phủ là cây bụi, thân

gỗ có thể là những khu vực cây bụi tự nhiên, có thể là rừng phục hồi, cũng có thể là rừng trồng để lấy gỗ, hay rừng cao su để sản xuất, hay khu vực đất nông nghiệp đang trong thời gian hoang hóa, hay là đồn điền chè, cà phê

Theo Từ điển Khoa học trái đất "Biến động sử dụng đất và lớp phủ (LUCC), được biết như biến động đất đai, đây là một thuật ngữ chung chỉ những thay đổi bề mặt lãnh thổ trái đất xảy ra do tác động của con người” (dẫn theo Ellis, 2010) Sherbinin (2002) cho rằng, biến động sử dụng đất là nguyên nhân dẫn tới biến động lớp phủ, điều đó có nghĩa là biến động lớp phủ chính là hệ quả của biến động sử dụng đất

Biến động sử dụng đất là sự thay đổi trạng thái tự nhiên của lớp phủ bề mặt đất gây ra bởi hành động của con người, là một hiện tượng phổ biến liên quan đến tăng trưởng dân số, phát triển thị trường, đổi mới công nghệ, kỹ thuật và sự thay đổi thể chế, chính sách Biến động sử dụng đất có thể gây hậu quả khác nhau đối với tài nguyên thiên nhiên như sự thay đổi thảm thực vật, biến đổi trong đặc tính vật lý của đất, trong quần thể động, thực vật và tác

động đến các yếu tố hình thành khí hậu (Turner, 1995; Lambin, 1999;

Aylward, 2000 dẫn theo Muller, 2004)

Muller (2003) chia biến động sử dụng đất thành 2 nhóm Nhóm thứ nhất

là sự thay đổi từ loại hình sử dụng đất hiện tại sang loại hình sử dụng đất khác Nhóm thứ hai là sự thay đổi về cường độ sử dụng đất trong cùng một loại hình sử dụng đất

Biến động sử dụng đất và lớp phủ đã xuất hiện từ lâu trong lịch sử, là hệ quả từ các hoạt động trực tiếp và gián tiếp của con người nhằm đảm bảo nhu cầu thiết yếu Ban đầu có thể chỉ là các hoạt động đốt rừng để khai hoang mở rộng đất nông nghiệp, dẫn đến sự suy giảm rừng và thay đổi bề mặt trên trái đất Gần đây, công nghiệp hóa đã làm gia tăng sự tập trung dân cư trong các

đô thị và giảm dân cư nông thôn, kéo theo đó là khai thác quá tải trên khu vực đất màu mỡ và bỏ hoang các khu vực đất không thích hợp Tất cả những nguyên nhân và hệ quả của các biến động này đều có thể nhìn thấy ở mọi nơi trên thế giới

b Những yếu tố ảnh hưởng đến biến động sử dụng đất và lớp phủ

Biến động sử dụng đất và lớp phủ được quyết định bởi sự tương tác theo thời gian giữa yếu tố tự nhiên như địa hình, khí hậu, thổ nhưỡng và yếu tố con người như dân số, trình độ công nghệ, điều kiện kinh tế, chiến lược sử dụng đất, xã hội Mức độ, quy mô và các yếu tố ảnh hưởng đến sự biến động sử dụng đất khác nhau đối với từng khu vực Briassoulis (2002) chia các yếu tố ảnh hưởng đến biến động sử dụng đất thành 2 nhóm: Nhóm các yếu tố tự nhiên và nhóm các yếu tố kinh tế - xã hội

• Nhóm các yếu tố tự nhiên

Các yếu tố tự nhiên như vị trí địa lý, địa hình, khí hậu, thổ nhưỡng, và các quá trình tự nhiên có tác động trực tiếp đến biến động sử dụng đất hoặc tương tác với các quá trình ra quyết định của con người dẫn đến biến động sử dụng đất

- Vị trí địa lý: Vị trí địa lý của một khu vực tạo nên sự khác biệt về điều

kiện tự nhiên như địa hình, khí hậu, đất đai sẽ là yếu tố quyết định đến khả năng, hiệu quả của việc sử dụng đất Những khu vực có vị trí thuận lợi cho sản xuất, xây dựng nhà ở và các công trình thì biến động sử dụng đất diễn ra mạnh hơn

- Khí hậu: Khí hậu tác động trực tiếp đến sản xuất nông nghiệp và điều

kiện sống của con người Khí hậu còn là một trong các nhân tố liên quan đến

sự hình thành đất và hệ sinh thái vì thế nó ảnh hưởng đến sử dụng đất và biến động trong sử dụng đất Khí hậu có ảnh hưởng rất lớn đến sự phân bố và phát triển nông lâm nghiệp Việc chuyển đổi từ đất trồng cây hàng năm hoặc đất ven biển sang nuôi trồng thủy sản thì ngoài các lý do về nhu cầu của thị trường và giá cả, nếu điều kiện khí hậu thuận lợi sẽ thúc đẩy người dân chuyển đổi và ngược lại Biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến biến động sử dụng đất theo nhiều cách khác nhau Các hiện tượng như nước biển dâng, lũ lụt,

hạn hán, sự thay đổi về nhiệt độ và độ ẩm ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường sinh thái và sản xuất nông nghiệp Vì vậy, những thay đổi trong sử dụng đất dường như là một cơ chế phản hồi thích nghi mà người nông dân sử dụng để giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu

- Địa hình và thổ nhưỡng: Địa hình và thổ nhưỡng có ảnh hưởng rất lớn

đến việc chuyển đổi sử dụng đất trong nội bộ đất nông nghiệp hoặc từ đất nông nghiệp sang đất phi nông nghiệp Những khu vực núi cao, độ dốc lớn biến động sử dụng đất, lớp phủ ít xảy ra Những nơi có địa hình thuận lợi, đất đai màu mỡ thì kinh tế phát triển, nhu cầu đất đai cho các ngành tăng cao do vậy biến động sử dụng đất, lớp phủ xảy ra với tần suất cao hơn

- Thủy văn: Yếu tố thủy văn được đặc trưng bởi sự phân bố của hệ thống

sông ngòi, ao, hồ ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng cung cấp nước cho các yêu cầu sử dụng đất Vì vậy ở những khu vực gần nguồn nước biến động sử dụng đất và lớp phủ diễn ra mạnh hơn

- Ngoài ra các tai biến thiên nhiên như cháy rừng, sâu bệnh, trượt lở đất cũng tác động đến biến động sử dụng đất

• Nhóm các yếu tố kinh tế - xã hội

Các yếu tố kinh tế - xã hội có ảnh hưởng trực tiếp đến biến động sử dụng đất bao gồm dân số, công nghệ, chính sách kinh tế, thể chế và văn hóa Sự ảnh hưởng của mỗi yếu tố thay đổi khác nhau theo từng khu vực và từng quốc gia

- Dân số: Biến động dân số không chỉ bao gồm những thay đổi về tỷ lệ

tăng dân số, mật độ dân số mà còn là sự thay đổi trong cấu trúc của hộ gia đình, di cư và sự gia tăng số hộ Dân số tăng dẫn đến việc chuyển đổi đất rừng thành đất sản xuất nông nghiệp, xây dựng các khu dân cư Mặc dù tỷ lệ tăng dân số hiện nay giảm nhưng dân số và nhu cầu về thực phẩm cũng như các dịch vụ khác vẫn đang gia tăng

- Di cư: là yếu tố nhân khẩu học quan trọng nhất gây ra những thay đổi

sử dụng đất nhanh chóng và tương tác với các chính sách của chính phủ, hội nhập kinh tế và toàn cầu hóa Mở rộng di cư cũng có thể dẫn đến nạn phá rừng và xói mòn đất Vì vậy di cư được coi là nguyên nhân làm thay đổi cảnh quan và sử dụng đất

- Các yếu tố kinh tế và công nghệ: Sự phát triển kinh tế làm cho các đô

thị ngày càng được mở rộng, đất đai thay đổi về giá trị, chuyển đổi sử dụng đất ngày càng nhiều Thêm vào đó, yếu tố kinh tế và công nghệ còn ảnh hưởng đến việc ra quyết định sử dụng đất bằng những thay đổi trong chính sách về giá, thuế và trợ cấp đầu vào, thay đổi các chi phí sản xuất, vận chuyển, nguồn vốn, tiếp cận tín dụng, thương mại và công nghệ Nếu người nông dân tiếp cận tốt hơn với tín dụng và thị trường (do xây dựng đường bộ

và thay đổi cơ sở hạ tầng khác), kết hợp với cải tiến công nghệ trong nông nghiệp và quyền sử dụng đất có thể khuyến khích chuyển đổi từ đất rừng sang đất canh tác hoặc ngược Trong nhiều trường hợp, khí hậu, công nghệ và kinh

tế là yếu tố quyết định đến biến động sử dụng đất

- Các yếu tố thể chế và chính sách: Thay đổi sử dụng đất bị ảnh hưởng

trực tiếp bởi các tổ chức chính trị, pháp lý, kinh tế hoặc tương tác với các quyết định của người sử dụng đất Tiếp cận đất đai, lao động, vốn và công nghệ được cấu trúc bởi chính sách, thể chế của nhà nước và các địa phương Chính sách khai hoang của nhà nước có ảnh hưởng rất lớn, làm diện tích đất nông nghiệp tăng lên đáng kể Hay những chính sách khuyến khích trồng rừng, bảo vệ rừng của nhà nước cũng làm cho diện tích rừng được tăng lên

- Các yếu tố văn hóa: Những động cơ, thái độ, niềm tin và nhận thức cá

nhân của người quản lý và sử dụng đất đôi khi ảnh hưởng rất sâu sắc đến quyết định sử dụng đất Tất cả những hậu quả sinh thái không lường trước được phụ thuộc vào kiến thức, thông tin và các kỹ năng quản lý của người sử

dụng đất như trường hợp dân tộc thiểu số ở vùng cao Ngoài ra, các yếu tố văn hóa có thể ảnh hưởng đến hành vi do đó nó trở thành tác nhân quan trọng của việc chuyển đổi sử dụng đất

c Ý nghĩa thực tiễn việc đánh giá tình hình biến động sử dụng đất

Đánh giá tình hình biến động sử dụng đất và lớp phủ có ý nghĩa rất lớn trong sử dụng đất:

- Là cơ sở khai thác tài nguyên đất đai phục vụ phát triển kinh tế - xã hội

có hiệu quả và bảo vệ môi trường sinh thái

- Mặc khác khi đánh giá biến động sử dụng đất cho ta biết nhu cầu sử dụng đất giữa các ngành kinh tế - xã hội, an ninh quốc phòng Dựa vào vị trí địa lý, diện tích tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên của khu vực nghiên cứu, từ

đó biết được sự phân bố các ngành, các lĩnh vực kinh tế và biết được những điều kiện thuận lợi, khó khăn đối với nền kinh tế xã hội và biết được đất đai biến động theo chiều hướng tích cực hay tiêu cực, để từ đó đưa ra những phương hướng phát triển đúng đắn cho nền kinh tế và các phương pháp sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên đất, bảo vệ mội trường sinh thái

Do đó đánh giá biến động sử dụng đất có ý nghĩa hết sức quan trọng là tiền đề, cơ sở đầu tư và thu hút nguồn vốn đầu tư từ bên ngoài, để phát triển đúng hướng, ổn định trên tất cả mọi lĩnh vực kinh tế - xã hội và sử dụng hợp

lý nguồn tài nguyên quý giá của quốc gia

1.1.3 Sử dụng đất, biến động sử dụng đất trên thế giới và Việt Nam

a Sử dụng đất, biến động sử dụng đất trên thế giới

* Quỹ đất nông nghiệp trên thế giới

Tài nguyên đất trên toàn cầu có 13.021,15 triệu ha, trong đó đất nông nghiệp là 4.932,4 triệu ha chiếm 37,6% Tuy nhiên diện tích đất canh tác chỉ

chiếm khoảng 10,9% tổng diện tích đất (FAO, 2007) Theo Eswaran et al

(1999), có 11 đến 12% diện tích đất thích hợp cho sản xuất lương thực và sợi,

24% được sử dụng cho chăn thả gia súc, rừng chiếm khoảng 31% và 33% còn lại có nhiều hạn chế đối với hầu hết các mục đích sử dụng

Bảng 1.1 Tỉ lệ % đất tự nhiên và đất nông nghiệp trên toàn thế giới

Các Châu lục Ðất tự nhiên Ðất nông nghiệp Châu Á

Kết quả phân tích của World Bank (2012) cho thấy, diện tích đất canh tác trên đầu người trung bình của thế giới năm 2009 là 0,2 ha Khu vực Đông Nam Á tính trung bình từ 2007 - 2011 như sau: Indonesia 0,1ha; Malaysia 0,06 ha; Philippin 0,06 ha; Thái Lan 0,42 ha; Lào 0,22 ha; Campuchia 0,28 ha; Myanmar 0,23 ha; Việt Nam 0,07 ha Trong khi đó Brazil 0,32 ha; Canada 1,34 ha; Ấn Độ 0,13 ha; Trung Quốc 0,08 ha

Bình quân diện tích đất canh tác trên đầu người của thế giới trong giai đoạn năm 2002 - 2010 được thể hiện trên Hình 1.1 Theo đó, diện tích đất canh tác bình quân giảm dần từ 0,22 ha/người vào năm 2002 xuống còn 0,20 ha/người vào năm 2010

Hình 1.1 Bình quân diện tích đất canh tác trên đầu người

(Nguồn: World Bank 2012)

Tuy nhiên, đất sản xuất nông nghiệp có tưới khá hạn chế chỉ chiếm 25% diện tích đất canh tác, 75% diện tích còn lại canh tác nhờ nước trời Theo ước tính của FAO (2012), ở khu vực Bắc Phi tiềm năng mở rộng đất canh tác chủ động nguồn nước tưới khoảng 2 triệu ha Khu vực Nam Á diện tích đất canh tác chủ động tăng từ 76 triệu ha lên 99 triệu ha trong 20 năm kể từ 1990 đến

2010 Các khu vực khác sự gia tăng diện tích đất được tưới đều thấp

Trong đất nông nghiệp, đất đồi núi chiếm khoảng 65,9% và có khoảng

544 triệu ha đất canh tác mất khả năng sản xuất Các vùng đồi núi trên thế giới có độ dốc trên 100 chiếm 50 - 60% đất nông nghiệp (Nguyễn Công Vinh

và Mai Thị Lan Anh, 2011)

Đất đồi núi thường bị chua, vì vậy rất khó khăn để tạo ra một nền nông nghiệp bền vững trên loại đất này (Uexkull and Bosshart, 1989)

Ở châu Á, diện tích đất sử dụng cho mục đích nông nghiệp chiếm 52,8% tổng diện tích tự nhiên Mặc dù chiếm 60% dân số thế giới nhưng diện tích đất nông nghiệp ở châu Á chỉ chiếm 33,4% diện tích đất nông nghiệp toàn cầu

(FAO, 2007) Tiềm năng đất trồng trọt nhờ nước trời nhìn chung là khá lớn, khoảng 407 triệu ha, trong đó xấp xỉ 282 triệu ha đang trồng trọt và có khoảng

100 triệu ha nằm trong vùng nhiệt đới ẩm của Đông Nam Á (Nguyễn Công Vinh và Mai Thị Lan Anh, 2011) Phần lớn những diện tích này là đất dốc, chua nhiệt đới, loại đất này trước đây vốn được rừng tự nhiên bao phủ đến nay do hoạt động của con người nên rừng đã bị tàn phá và thảm thực vật đã chuyển thành cây bụi và cỏ

* Biến động sử dụng đất trên thế giới

Trong những năm qua, tình hình sử dụng đất trên thế giới có nhiều thay đổi Quá trình đô thị hóa, sự gia tăng dân số, các công ước bảo vệ rừng, bảo tồn các nguồn tài nguyên thiên nhiên đã làm thay đổi sử dụng đất và lớp phủ

bề mặt Nhiều nơi biến động sử dụng đất xảy ra theo chiều hướng tích cực nhưng có nhiều khu vực thì tình hình ngược lại

 Đất rừng: Trong giai đoạn 1990 – 2005, trung bình hàng năm diện tích rừng bị mất là 13,0 triệu ha, do chuyển sang đất sản xuất nông nghiệp 9,8 triệu ha, chuyển sang đất đồng cỏ 3,0 triệu ha, chuyển sang đất đô thị 0,2 triệu

ha Đồng thời do sự mở rộng rừng tự nhiên và trồng rừng, diện tích rừng tăng 5,7 triệu ha, trong đó chuyển đổi từ đất sản xuất nông nghiệp là 4,3 triệu ha và

từ đất đồng cỏ là 1,4 triệu ha

Sự chuyển đổi giữa đất mặt nước và đất hoặc rừng trong một số trường hợp gây hậu quả nghiêm trọng đến môi trường sinh thái của khu vực ví dụ như chuyển đổi rừng ngập mặn để nuôi trồng thủy sản, khai thác mỏ hoặc công trình, xây dựng đập thuỷ điện Tuy nhiên xét ở cấp độ toàn cầu thì ảnh hưởng đó không đáng kể

Như vậy, tính trung bình mỗi năm trên toàn cầu, diện tích rừng mất đi là 7,3 triệu ha Nguyên nhân chủ yếu là do mở rộng sản xuất nông nghiệp, tăng diện tích đồng cỏ và đất đô thị

 Đất sản xuất nông nghiệp: Trong giai đoạn 1995 - 2005 đất nông nghiệp mở rộng 2,9 triệu ha mỗi năm Hàng năm đất sản xuất nông nghiệp tăng lên 10,8 triệu ha do chuyển từ đất rừng sang 9,8 triệu ha và chuyển từ đất đồng cỏ sang 1,0 triệu ha

Đồng thời đất sản xuất nông nghiệp giảm 7,9 triệu ha do chuyển sang đất

đô thị 1,6 triệu ha, chuyển sang đất rừng 4,3 triệu ha và chuyển sang đất đồng

Theo ước tính, việc mở rộng đô thị có đến 80% xảy ra trên đất nông nghiệp, 10% trên đất rừng và 10% trên đất đồng cỏ Sự chuyển đổi từ các loại đất khác sang đất đô thị không đáng kể

b Sử dụng đất và biến động sử dụng đất ở Việt Nam

* Quỹ đất Việt Nam

Tổng diện tích tự nhiên của cả nước là 33.123.077 ha, trong đó 31.000.035 ha đất đã được sử dụng vào các mục đích nông nghiệp và phi nông nghiệp, chiếm 93,59% tổng diện tích tự nhiên; còn 2.123.042 ha đất chưa được sử dụng vào các mục đích, chiếm 6,41% tổng diện tích tự nhiên Trong đó, nhóm đất nông nghiệp có diện tích là 27.302.206 ha, chiếm 82,43% tổng diện tích tự nhiên và chiếm 87,07% tổng diện tích đất đã sử dụng; nhóm đất phi nông nghiệp có diện tích là 3.697.829 ha, chiếm 11,16% tổng diện tích tự nhiên và chiếm 11,93% tổng diện tích đất đã sử dụng; nhóm đất chưa sử dụng có diện tích là 2.123.042 ha, chiếm 6,41 % tổng diện tích tự nhiên cả nước (Bộ Tài nguyên và Môi trường, năm 2017)

* Biến động sử dụng đất tại Việt Nam

Theo báo cáo thống kê diện tích đất đai năm 2015 của các địa phương, tổng diện đất tích tự nhiên của cả nước là 33.123.077 ha, tăng so với số liệu kiểm kê đất đai năm 2014 là 21 ha Trong đó, có 11/63 tỉnh, thành phố có diện tích tự nhiên thay đổi so với số liệu năm 2014 do có sự điều chỉnh địa giới hành chính cho đúng theo bản đồ địa giới 364/CT

Biến động diện tích đất nông nghiệp toàn quốc được thể hiện ở Bảng 1.2:

Bảng 1.2 Biến động diện tích đất nông nghiệp toàn quốc

năm 2015 với năm

Diện tích nhóm đất nông nghiệp của cả nước tăng 21.166 ha

Diện tích đất sản xuất nông nghiệp tăng 24.725 ha, trong đó, diện tích đất trồng cây lâu năm tăng 29.471 ha và diện tích đất trồng cây hàng năm giảm 4.746 ha

Diện tích đất trồng cây lâu năm cả nước tăng 29.471 ha chủ yếu do hiện nay việc trồng các loại cây lâu năm (đặc biệt là keo lá tràm) đem lại thu nhập kinh tế cao, ổn định đời sống nên người dân sử dụng đất đồi, đất rừng, chuyển

từ cây hàng năm hiệu quả thấp sang để trồng cây lâu năm

Đất trồng cây hàng năm có diện tích đất lúa giảm 3.230 ha và có sự biến động ở hầu hết các tỉnh Diện tích đất trồng lúa giảm là do nhiều diện tích đất

trồng lúa kém hiệu quả, năng suất thấp đã được chuyển qua đất trồng cây lâu năm, cây hàng năm…; mặt khác quá trình đô thị hóa, phát triển nhanh các công trình công cộng, trụ sở cơ quan, các công trình sự nghiệp cũng làm giảm diện tích đất lúa chuyển sang loại đất khác Một số tỉnh có diện tích đất trồng lúa tăng là do chuyển từ đất trồng cây hàng năm khác, đất trồng cây lâu năm, đất lâm nghiệp và đất nuôi trồng thủy sản sang trồng lúa

Diện tích đất lâm nghiệp của cả nước giảm 4.027 ha, trong đó giảm chủ yếu ở đất rừng sản xuất (6.023 ha), đất rừng phòng hộ tăng (46 ha), đất rừng đặc dụng tăng (1.949 ha) Giảm diện tích đất lâm nghiệp chủ yếu do đất lâm nghiệp chuyển sang các loại: đất trồng cây lâu năm, đất sản xuất kinh doanh, đất có mục đích công cộng, đất giao thông,…Một số tỉnh tăng diện tích đất lâm nghiệp do việc trồng rừng đem lại giá trị kinh tế lớn nên các địa phuơng đẩy mạnh phong trào trồng rừng, phát triển kinh tế vườn

Diện tích đất phi nông nghiệp tăng 14.239 ha

Diện tích đất phi nông nghiệp tăng chủ yếu là đất chuyên dùng (10.664 ha), đất ở (3.317 ha) Hiện nay, tốc độ đô thị hóa diễn ra rất nhanh cùng với việc xây dựng mới các cụm công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, hình thành các khu du lịch, các khu vui chơi giải trí, phát triển hạ tầng giao thông, thủy lợi…

đã làm cho diện tích đất chuyên dùng tăng rất lớn để đảm bảo cho mục tiêu phát triển kinh tế, xã hội; mặt khác do chuyển từ đất nông nghiệp, đất chưa sử dụng và các loại đất phi nông nghiệp khác sang xây dựng các công trình như giao thông, thủy lợi, cơ sở giáo dục – đào tạo và đất sản xuất kinh doanh phi nông nghiệp, đất ở…

Diện tích đất chưa sử dụng giảm 35.384 ha

Trong đó, đất đồi núi chưa sử dụng giảm 34.139 ha, đất bằng chưa sử dụng giảm 1.272 ha, đất núi đá không có rừng cây tăng 27 ha Diện tích đất chưa sử dụng giảm do đưa vào sử dụng cho các mục đích nông nghiệp, phi nông nghiệp phù hợp với nhu cầu phát triển kinh tế – xã hội, với điều kiện thực tế của từng địa phương

Tình hình quản lý, sử dụng đất có những chuyển biến tích cực

Diện tích và cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp có sự chuyển dịch theo hướng tăng diện tích đất cây trồng có giá trị, thích ứng với biến đổi khí hậu đặc biệt là sau đợt hạn hán ở Miền Trung, Tây Nguyên và hạn hán xâm nhập mặn ở Đồng bằng sông Cửu Long

Đối với đất phi nông nghiệp đặt biệt là đất ở và đất sản xuất kinh doanh phi nông nghiệp biến động tăng, chủ yếu do xây dựng các công trình công cộng, hình thành các cơ sở sản xuất kinh doanh, khu dân cư trong đô thị, các tuyến dân cư nông thôn do nhu cầu tăng dân số

Đất chưa sử dụng tiếp tục được đưa vào sử dụng cho mục đích nông nghiệp, trồng rừng, khoanh nuôi rừng với quy mô khác nhau, đất chưa sử dụng là đất bãi bồi ven biển, đã được khai thác để đưa vào sử dụng, trong

những năm tới những vùng đất bãi bồi ven biển cũng phải được quy hoạch, trồng rừng lấn biển, góp phần phát triển sản xuất nông, lâm nghiệp, tạo thêm công ăn việc làm, thu nhập cho nông dân và cải thiện môi trường sinh thái ở các địa phương

Dự án tổng thể đo đạc, đăng ký cấp giấy chứng nhận, lập hồ sơ địa chính và xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý đất đai được các địa phương tích cực thực hiện Tuy nhiên, vẫn còn những bất cập, hạn chế như công tác quản lý nhà nước về đất đai trên địa bàn tỉnh vẫn còn những hạn chế, chưa phát huy được tiềm năng đất đai, hiệu quả sử dụng đất chưa cao; tình trạng giao đất, cho thuê đất nhưng chưa đưa vào sử dụng quá thời hạn quy định còn nhiều và phổ biến

ở nhiều địa phương, ở mọi loại đối tượng sử dụng đất; công tác lập, cập nhật, chỉnh lý bổ sung hồ sơ địa chính, biến động đất đai, kiểm tra, phát hiện, xử lý những vi phạm về đất đai, giải quyết tranh chấp đất đai chưa kịp thời; diện tích đất trồng lúa nước còn manh mún, chậm hình thành các mô hình phát triển vùng chuyên canh, các cánh đồng mẫu lớn…

1.2 Mô hình hóa Markov-CA trong dự báo biến động sử dụng đất

Mô hình xây dựng với phương pháp Cellular Automata – Markov trong nghiên cứu sự biến động hiện trạng sử dụng đất qua các giai đoạn khác nhau tại khu vực nghiên cứu, qua đó dự báo biến động trong tương lai

1.2.1 Khái niệm mô hình, mô hình hóa và mô hình hóa không gian

- Mô hình: Theo nghĩa hẹp là mẫu, khuôn, tiêu chuẩn Dựa vào đó để chế tạo ra sản phẩm hàng loạt Mô hình còn được hiểu là thiết bị, cơ cấu tái hiện hay bắt chước cấu tạo và hoạt động của cơ cấu khác (của nguyên mẫu hay cái được mô hình hóa) vì mục đích khoa học và sản xuất.Theo nghĩa rộng, mô hình là hình ảnh (hình tượng, sơ đồ, sự mô tả, ) ước lệ của một khách thể (hay mộ hệ thống các khách thể, các quá trình hoặc hiện tượng) Khái niệm

mô hình được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực: triết học, kinh tế học, toán học, ngôn ngữ học và các khoa học khác

- Mô hình hóa: Theo Từ điển bách khoa toàn thư Việt Nam (Tập II, 2002), mô hình hóa là sự tái hiện những đặc trưng của một khách thể nào đó dựa trên khách thể khác tương tự được xây dựng lên để phục vụ cho việc nghiên cứu nó; khách thể khác ấy gọi là mô hình Ngày nay, các loại mô hình

đã và đang đóng một vai trò quan trọng các lĩnh vực nghiên cứu khoa học Chúng là những công cụ hữu dụng giúp các nhà khoa học thu thập thông tin,

dữ liệu cũng như nghiên cứu các vấn đề mà không nhất thiết phải tiến hành các thí nghiệm trên thực địa Có thể nói, phương pháp Mô hình hóa đang ngày càng trở nên phổ biến và trở thành một trong những phương pháp thiết yếu trong công tác nghiên cứu khoa học Nắm chắc và thực hiện có hiệu quả phương pháp mô hình hóa sẽ giúp nâng cao chất lượng của công tác nghiên cứu một cách đáng kể

- Mô hình hóa không gian là quá trình mô hình hóa sử dụng những thông tin không gian làm dữ liệu đầu vào Thông qua thuộc tính của các dạng dữ liệu, khái quát hóa và mô phỏng thế giới thực dựa trên các hàm toán cụ thể Với lợi thế về mô phỏng thông tin không gian, kết quả của quá trình mô hình hóa sẽ cho hình ảnh trực quan cũng như quy luật vận động, thay đổi của một đối tượng nhất định trong thực tế

1.2.2 Mô hình hóa biến động sử dụng đất

Một phương pháp điển hình trong việc nghiên cứu biến động sử dụng đất

là phương pháp mạng tự động đang được dùng rất nhiều trong những nghiên cứu gần đây Nó được phát minh bởi Von Neumann vào năm 1996 và lần đầu tiên được sử dụng bởi Tobler năm 1979

Một phương pháp khác là chuỗi Markov do nhà toán học Markov phát minh vào năm 1907 và được áp dụng vào nghiên cứu biến đổi không gian đô thị đầu những năm 90 của thế kỷ XX

1.2.3 Khái niệm và ứng dụng chuỗi Markov

a Khái nhiệm

Chuỗi Markov: Trong toán học, một chuỗi Markov đặt theo tên nhà toán học người Nga Andrei Andreyevich Markov, là một quá trình ngẫu nhiên theo thời gian với tính chất Markov

Xích Markov là một dãy X1, X2, X3, gồm các biến ngẫu nhiên Tập tất

cả các giá trị có thể có của các biến này được gọi là không gian trạng thái S, giá trị của Xn là trạng thái của quá trình (hệ) tại thời điểm n

Nếu việc xác định (dự đoán) phân bố xác suất có điều kiện của Xn+1 khi cho biết các trạng thái quá khứ là một hàm chỉ phụ thuộc Xn thì:

ở thời điểm đó là gì) Các loại xích Markov hữu hạn rời rạc này còn có thể được biểu diễn bằng đồ thị có hướng, trong đó các cung được gắn nhãn bằng

xác suất chuyển từ trạng thái tại đỉnh (vertex) đầu sang trạng thái tại đỉnh cuối của cung đó

Các xích Markov có liên quan tới chuyển động Brown và Tổng hợp ergodic, hai chủ đề quan trọng của vật lý trong những năm đầu của thế kỷ 20, nhưng Markov có vẻ phải tham gia vào quá trình phát triển của toán học, còn gọi là sự mở rộng của luật số lớn cho các sự kiện độc lập

b Ứng dụng của Markov

Các hệ thống Markovian xuất hiện nhiều trong vật lí, đặc biệt là cơ học thống kê, bất cứ khi nào xác suất được dùng để biểu diễn các chi tiết chưa được biết hay chưa được mô hình hóa của một hệ thống, nếu nó có thể giả định rằng thời gian là bất biến và không có mối liên hệ trong quá khứ cần nghĩ đến mà không bao gồm sự miêu tả trạng thái Xích Markov có thể dùng

để mô hình hóa nhiều quá trình trong lí thuyết hàng đợi và thống kê Bài báo nổi tiếng của Claude Shannon năm 1948 “A mathematical theory of communication”, là một bước trong việc tạo ra lãnh vực lí thuyết thông tin,

mở ra bằng cách giới thiệu khái niệm của entropy thông qua mô hình hóa Markov của ngôn ngữ tiếng Anh Mỗi mô hình đã lý tưởng hóa có thể nắm bắt được nhiều hệ thống được thống kê điều đặn Thậm chí không cần miêu tả đầy đủ cấu trúc, giống như là những mô hình tín hiệu, hiệu quả trong việc giải

mã dữ liệu thông qua kỹ thuật viết code entropy Nó cũng hiệu quả trong việc ước lượng trạng thái và xác định mẫu Hệ thống điện thoại di động trên thế giới dùng giải thuật Viterbi để sửa lỗi, trong khi các mô hình Markov ẩn (với xác suất chuyển đổi Markov ban đầu là không được biết và phải được ước lượng từ dữ liệu) được dùng rất nhiều trong nhận dạng tiếng nói và trong tin sinh học, chẳng hạn để mã hóa vùng/dự đoán gene

Trong ngành quản lý đất đai: người ta còn ứng dụng GIS, RS và chuỗi Markov vào phân tích sự thay đổi sử dụng đất, từ đó dự báo được tình hình sử dụng đất trong giai đoạn kế tiếp

Ngoài ra Chuỗi Markov có rất nhiều ứng dụng như: Các hệ thống Markov xuất hiện nhiều trong vật lí, đặc biệt là cơ học thống kê Chuỗi Markov có thể dùng để mô hình hóa nhiều quá trình trong lí thuyết hàng đợi

và thống kê PageRank của một trang web dùng bởi Google được định nghĩa bằng một chuỗi Markov Chuỗi Markov cũng có nhiều ứng dụng trong mô hình sinh học, đặc biệt là trong tiến trình dân số Một ứng dụng của chuỗi Markov gần đây là ở thống kê địa chất Chuỗi Markov cũng có thể ứng dụng trong nhiều trò game Trong ngành quản lý đất đai: người ta còn ứng dụng GIS, RS và chuỗi Markov vào phân tích sự thay đổi sử dụng đất, là ứng dụng

mà đề tài nghiên cứu đáng hướng đến

1.2.4 Mạng tự động (Cellular Automata - CA)

a Khái niệm

Von Neumann and Ulam là những người đầu tiên đưa ra khái niệm về mạng tự động vào năm 1940 trong lĩnh vực khoa học máy tính Hiện nay, khái niệm này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học như Vật

lý, Toán học, GIS, Viễn thám,…

Việc tích hợp mạng tự động và GIS đã tạo nên khả năng ứng dụng lớn và rộng rãi hơn, do khắc phục được các hạn chế trong việc mô hình hóa sự thay đổi cảnh quan theo thời gian của công nghệ GIS Các hạn chế đó là: hạn chế khả năng đưa ra các mô hình đọng lực không gian, hạn chế trong tích hợp chiều thời gian vào các mô hình Mạng tự động có thể cung cấp động cơ phân tích, nhằm cung cấp một khung mềm dẻo cho việc lập trình và chạy mô hình động lực không gian khi được tích hợp với GIS

Mạng tự động bao gồm 5 nhân tố chính:

- Không gian Raster (Cell Space): được tạo nên bởi một tập hợp các raster đơn lẻ

- Tình trạng Cell (Cell States): Tình trạng của một cell có thể thêt hiện gia strị không gian như các loại hình sử dụng đất khác nhau

- Bước thời gian (Time steps): Một mạng tự động sẽ tham gia vào tần suất xuất hiện với các bước thời gian khác nhau Tại mỗi bước thời gian, các cell sẽ được cập nhật gía trị dựa trên các quy luật chuyển tiếp

- Quy luật chuyển tiếp (Transition rules): Quy luật là cốt lõi của mạng tự động Một quy luật chuyển tiếp thường quy định tình trạng của cell trước và sau khi được cập nhật dựa trên điều kiện của tình trạng của các cell xung quanh

- Cell xung quanh: Mỗi cell có 2 cell xung quanh – mạng tự động 1 chiều Với mạng tự động 2 chiều, có 2 cách thức để định nghĩa các cell xung quanh Von Eumann cho rằng có 4 cell xung quanh, còn Moore cho rằng có 8 cell xung quanh

b Ứng dụng của mạng tự động trong đánh giá biến động sử dụng đất

Một mô hình thường là kết quả của việc tìm hiểu mối quan hệ phức tạp trên thực tế Một mô hình thường là kết quả kiểm chứng mối quan hệ giữa hai hoặc nhiều hơn dãy số liệu Mô hình còn được dùng để tìm hiểu và lý giải tại sao và bằng cách nào những dữ liệu đó tương tác với nhau hoặc lý giải cách thức các mối quan hệ nhằm góp phần hiểu rõ hơn thế giới thực và các hệ thống nhỏ hơn nằm trong khu vực

Hiện trạng sử dụng đất phụ thuộc vào 3 nhân tố chính: Chất lượng và đặc điểm thổ nhưỡng; Tác động của ác loại hình trên hoạt động sử dụng đất xung quanh; Nhu cầu sử dụng đất đối với một hoạt động kinh tế-xã hội cụ thể Với việc ứng dụng mạng tự động trong mô hình hóa biến động sử dụng đất có một số khó khăn: i) Mỗi raster trong mạng đều không có thuộc tính

Tất cả các cell đều có giá trị như nhau và chúng được gán thuộc tính bởi các cell nằm xung quanh Số lượng cell xung quanh phụ thuộc vào mạng tự động

là 1 hay 2 chiều ii) Trong một mạng tự động truyền thống, bất cứ một cell nào cũng đều phải trả qua quá trình chuyển đổi thông qua quy luật chuyển tiếp Vì vậy, giá trị của cell là tự nhiên, trong khi đó, đối với hiện trạng sử dụng đất, giá trị của một cell được quy định cụ thể

Do các mô hình là kết quả của quá trình khái quát thế giới thật, vì vậy khi

mô hình hóa cần phải giới hạn một số điều kiện biên Một cách tổng quát, có thể định nghĩa hiện trạng sử dụng đất như một hàm số của nhiều biến như sau:

Trong đó: Δ L: tổng thay đổi của các loại hình sử dụng đất

L1, L2,…: thay đổi của các loại hình sử dụng đất tương ứng

Một điều cần lưu ý là những thay đổi về hiện trạng sử dụng đất không chỉ là thay đổi vô hướng,nó gồm những giái trị kèm theo đổi Về mặt lý thuyết, mỗi loại hình sử dụng đất thay đổi có thể biểu thị bằng một hàm số của nhiều biến số khác nhau

Trong đó:

L1: sự thay đổi của loại hình sử dụng đất thứ 1

X1,X2, : các nhân tố (tỷ lệ gia tăng dân số, chính sách, )

Những nhân tố nêu trên không chỉ có tác động tới loại hình sử dụng đất đang đánh giá mà còn ảnh hưởng tới các loại hình sử dụng đất khác

1.3 Tổng quan các công trình nghiên cứu

1.3.1 Trên thế giới

Hiện nay trên thới giới đặc biệt là nước đang phát triển, việc đánh giá biến động hiện trạng sử dụng đất, hiện trạng rừng và diễn biến tài nguyên thiên nhiên được tiến hành thường xuyên trên cơ sở sử dụng phương pháp

truyền thống trên bản đồ giấy dựa vào các số liệu thống kê ngoài thực địa Gần đây công việc này đã được hiện đại hóa, đã ứng dụng công nghệ thông tin trong đánh giá biến động Và đặc biệt là ứng dụng Hệ thống thông tin Địa

lý (GIS) hoặc kết hợp với công nghệ Viễn thám hoặc kết hợp với chuỗi Makov đã đem lại hiệu quả hết sức to lớn

Trong thời gian đầu, những nghiên cứu về biến động sử dụng đất chỉ đơn giản là phát hiện những thay đổi sử dụng đất ở những khu vực cụ thể bằng kỹ thuật viễn thám và GIS Song song với việc xác định được biến động sử dụng đất và lớp phủ, các nhà khoa học đã nhận ra rằng biến động sử dụng đất và lớp phủ là nhân tố quan trọng thúc đẩy sự biến đổi môi trường Vì vậy những nghiên cứu về biến động sử dụng dụng đất/lớp phủ lúc này tập trung phân tích những nguyên nhân, động lực thúc đẩy và ảnh hưởng của biến động sử dụng đất đến các vấn đề kinh tế, xã hội và môi trường sinh thái

Trước tiên phải kể đến dự án quốc tế về nghiên cứu biến động sử dụng đất và lớp phủ (LUCC – Land use and Cover Change) được thực hiện và điều hành bởi nhiều trường đại học và các viện nghiên cứu như Đại học Clark, Mỹ (1994-1996), Viện Cartografic de Catalunya, Tây Ban Nha (1997-1999) và Đại học Công giáo Louvain, Bỉ (2000- 2005) Mục tiêu của dự án là tăng cường sự hiểu biết về những tác động của con người và động thái sinh lý của biến động đất đai đến những thay đổi về độ che phủ đất Dự án cũng nghiên cứu phát triển các mô hình toàn cầu để cải thiện năng lực dự đoán biến động

sử dụng đất và lớp phủ ở những khu vực nhạy cảm

Đáng chú ý là công trình nghiên cứu về hiện tại, xu hướng và tương lai của biến động sử dụng đất dưới tác động của chính sách được thực hiện bởi các tác giả thuộc Trung tâm thí nghiệm trọng điểm về sử dụng đất, Cục Điều tra và Quy hoạch đất đai, Bộ Tài nguyên và Đất đai Trung Quốc Nghiên cứu

đã sử dụng phương pháp ngoại suy tuyến tính và mạng nơ – ron thần kinh để

chỉ ra rằng, không thể giữ được mục tiêu 0,12 tỷ ha đất canh tác trong tương lai nếu sử dụng các phương thức phát triển kinh tế trong giai đoạn 1996 –

2008 Kết quả nghiên cứu cũng khẳng định việc thực hiện pháp luật và các quy định về bảo tồn đất canh tác ảnh hưởng đáng kể đến biến động sử dụng đất

Hiện nay, trên thế giới một số nhà khoa học sử dụng mô hình không gian

để xác định nguyên nhân và ảnh hưởng của biến động sử dụng đất, lớp phủ đến vấn đề xã hội và môi trường như Irwin and Geoghegan (2001); Mertens

and Lambin (1997); White and Engelen (2000); White (1997); Wu and

Webster (1998); Veldkamp and Fresco (1996a)

Các biến của mô hình gồm dữ liệu thống kê (dân số, tăng trưởng kinh tế ), bản đồ đất, bản đồ sử dụng đất, lớp phủ và các dữ liệu thu thập từ điều tra phỏng vấn hộ gia đình hay các nhà quản lý Dữ liệu được đưa vào mô hình bằng kỹ thuật GIS và các kỹ thuật máy tính khác

Mô hình không gian sẽ xác định được quá trình biến động sử dụng đất, lớp phủ và tác động của chúng có thể được sử dụng để thiết lập mối quan hệ nhân quả của biến động sử dụng đất trong quá khứ Vì vậy mô hình là công cụ hữu ích cho người quản lý đất đai và hoạch định chính sách, cung cấp dự báo những thay đổi sử dụng đất trong tương lai Mô hình biến động sử dụng đất

và lớp phủ phụ thuộc vào chính trị, kinh tế, môi trường

Sau đó, những thay đổi trong sử dụng đất được sử dụng để khám phá tác động của chính sách và các yếu tố khác Bằng cách sử dụng công cụ phân tích kịch bản mô hình sẽ đưa ra những hướng dẫn trong hoạch định chính sách và quản lý đất đai đối với các quyết định của nhà quản lý

Phương pháp phân tích thống kê không gian cho phép xác định mối tương quan giữa biến động sử dụng đất với các yếu tố địa lý tự nhiên và kinh

tế xã hội Tùy thuộc vào đối tượng địa lý và cơ sở dữ liệu mà ta có thể sử