Ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý (gis) phục vụ nghiên cứu biến động diện tích rừng ngập mặn khu vực huyện duyên hải tỉnh trà vinh, huyện long phú tỉnh sóc trăng

Với những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài luận văn thạc sĩ là : “Ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý GIS phục vụ nghiên cứu biến động diện tích rừng ngập mặn khu vực huyện Duyên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

ĐINH NGỌC TRÍ

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) PHỤC

VỤ NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG DIỆN TÍCH RỪNG NGẬP MẶN KHU VỰC HUYỆN DUYÊN HẢI TỈNH TRÀ VINH, HUYỆN LONG PHÚ

TỈNH SÓC TRĂNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà nội - 2011

ĐINH NGỌC TRÍ

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) PHỤC

VỤ NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG DIỆN TÍCH RỪNG NGẬP MẶN KHU VỰC HUYỆN DUYÊN HẢI TỈNH TRÀ VINH, HUYỆN LONG PHÚ

TỈNH SÓC TRĂNG

Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và hệ thống thông tin địa lý

Mã số: 60.44.76

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:

TS Nguyễn Xuân Lâm

Hà nội - 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả nghiên cứu và thực nghiệm được đưa ra trong luận văn là hoàn toàn trung thực do tôi trực tiếp thực hiện và chưa được ai công bố trong công trình nào

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Đinh Ngọc Trí

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài: 1

2 Mục tiêu của đề tài: 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 2

3.1 Đối tượng nghiên cứu: 2

3.2 Phạm vi nghiên cứu: 2

4 Nội dung nghiên cứu: 2

5 Phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng 3

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn 3

7 Cấu trúc của luận văn 3

8 Điều kiện thực hiện luận văn 4

CHƯƠNG 1: MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG 6

1.1 Tổng quan về rừng ngập mặn 6

1.1.1 Những khái niệm cơ bản về rừng ngập mặn 6

1.1.2 Vai trò và tiềm năng của rừng ngập mặn trong nền kinh tế 11

1.1.3 Các hình thái biến động của rừng ngập mặn 12

1.1.4 Những nguyên nhân làm biến đổi rừng ngập mặn và hậu quả 13

1.1.5 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu biến động 17

1.1.6 Thực trạng rừng ngập mặn của Việt Nam 20

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG RỪNG NGẬP MẶN 22

2.1 Cơ sở lý thuyết của viễn thám 22

2.1.1 Khái niệm về viễn thám và tư liệu ảnh viễn thám 23

2.1.2 Nguyên lý chung của viễn thám 23

2.1.3 Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên trên ảnh viễn thám 26

2.1.4 Giới thiệu tư liệu ảnh viễn thám SPOT 28

2.1.5 Các phép xử lý ảnh 32

2.1.6 Các phép phân tích ảnh 38

2.1.7 Phân loại ảnh số 40

2.1.8 Một số phần mềm xử lý ảnh viễn thám 44

2.2 Hệ thông tin địa lý 47

2.2.1 Cơ sở khoa học của hệ thông tin địa lý 47

2.2.2 Nguyên tắc làm việc của GIS 49

2.3 Kết hợp viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động rừng ngập mặn 51

2.3.1 Phương pháp phân tích sau phân loại 51

2.3.2 Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp kết hợp 52

2.3.4 So sánh các phương pháp thành lập bản đồ biến động 53

2.4 Qui trình thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn bằng tư liệu ảnh viễn thám đa thời gian 54

2.4.1.Mục đích ý nghĩa 54

2.4.2 Quy trình thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn bằng tư liệu ảnh viễn thám đa thời gian bằng phương pháp kết hợp 54

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG RỪNG NGẬP MẶN BẰNG TƯ LIỆU ẢNH VIỄN THÁM ĐA THỜI GIAN 58

3.1 Đặc điểm tự nhiên khu vực nghiên cứu 58

3.1.1 Khái quát chung về vùng nghiên cứu 58

3.1.2 Đặc điểm địa hình 59

3.1.3 Đặc điểm khí hậu 59

3.1.4 Đặc điểm thủy văn 60

3.2 Đặc điểm về kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu 60

3.2.1 Đặc điểm kinh tế 60

3.2.2 Đặc điểm xã hội 60

3.3 Thực nghiệm thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn khu vực huyện Long Phú tỉnh Sóc Trăng và huyện Duyên Hải tỉnh Trà Vinh 61

3.3.1 Thu thập dữ liệu 61

3.3.2 Thành lập bản đồ nền 62

3.3.3 Thành lập bình đồ ảnh cho các thời kỳ 62

3.3.4 Lựa chọn các kênh phổ thích hợp cho việc giải đoán rừng ngập mặn 69

3.3.5 Phân loại ảnh số 71

3.3.6 Đánh giá độ chính xác kết quả sau phân loại 74

3.3.7 Một số kỹ thuật sau phân loại 75

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

CNES Trung tâm nghiên cứu không gian quốc gia

(Centre National d'Etudes Spatiales ) HRG Ảnh độ phân giải cao (High Resolution Geometric)

LANDSAT Vệ tinh tài nguyên của Mỹ

ENVISAT Vệ tinh của Châu Âu

RGB Tổ hợp màu Đỏ - Xanh lục – Chàm

SPOT Hệ thống vệ tinh quan trắc Trái Đất của Pháp

(Système Pour l’Observation de la Terre) ENVI Phần mềm xử lý ảnh viễn thám của hãng Research System Inc,

Mỹ (The Enviroment for isualizing) ERDAS Phần mềm xử lý ảnh viễn thám của hãng Leica, Mỹ

PRODIGEO Phần mềm xử lý ảnh viễn thám của EADS

hô 16

Hình 1.3: Sơ đồ các bước nghiên cứu 18

Hình 1.4: Nguyên tắc nghiên cứu biến động trong GIS 19

Hình 2.1: Dải sóng điện từ và đường cong phổ phản xạ 22

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý thu nhận hình ảnh của viễn thám quang học 24

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý thu nhận hình ảnh của viễn thám siêu cao tần 25

Hình 2.4: Xác định độ phân giải ảnh SAR 26

Hình 2.5: Khả năng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên 27

Hình 2.6: Thời gian phóng vệ tinh SPOT 29

Hình 2.7: Các loại sản phẩm ảnh vệ tinh SPOT 30

Hình 2.8: Nguyên lý tạo ảnh 2,5m 31

Hình 2.9: Nguyên lý thu ảnh lập thể SPOT 5 32

Hình 2.10: Vị trí tương hỗ giữa các véc-tơ 34

Hình 2.11 : Quan hệ hình học điểm thực địa và điểm ảnh vệ tinh tại thời điểm t 35

Hình 2.12: Nguyên lý mô hình RPC 37

Hình 2.13: Luật trộn màu 39

Hình 2.14: Không gian màu RGB 39

Hình 2.15: Đặc tính phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên và các kênh phổ của ảnh SPOT và Landsat 41

Hình 2.16: Các module của hệ thống xử lý ảnh PRODIGEO 44

Hình 2.17: Cấu trúc hệ thông tin địa lý (GIS) 48

Hình 2.18: Các hợp phần của GIS 51

Hình 2.19: Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp phân tích sau phân loại 52

Hình 2.20: Sơ đồ qui trình công nghệ thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn bằng tư liệu ảnh viễn thám đa thời gian 55

Hình 3.1: Bản đồ địa hình tỷ lệ 1/25 000 62

Hình 3.2: Quy trình nắn ảnh trên hệ thống PRODIGEO 63

Hình 3.3: Các định dạng lưu trữ dữ liệu ảnh viễn thám 64

Hình 3.4: Mô hình hóa ảnh trên hệ thống PRODIGEO 65

Hình 3.5: Nắn ảnh trên hệ thống PRODIGEO 65

Hình 3.8: Bình đồ ảnh vệ tinh SPOT 5 khu vực Long Phú, Duyên Hải năm 2009 69

Hình 3.9: Kết hợp kênh toàn sắc với kênh cận hồng ngoại 70

Hình 3.10: Kết quả phân loại ảnh 2009 75

Hình 3.11: Hiện trạng rừng ngập mặn khu vực Long Phú, Duyên Hải năm 1995 77

Hình 3.12: Hiện trạng rừng ngập mặn khu vực Long Phú, Duyên Hải năm 2005 78

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Rừng ngập mặn là một hệ sinh thái quan trọng của dải ven biển, không những mang lại lợi ích thiết thực đối với đời sống hàng ngày cho con người mà rừng ngập mặn còn đóng góp vai trò quan trọng trong điều hòa khí hậu, hạn chế ô nhiễm, xâm mặn, chống lại sự phá hủy của sóng đối với các công trình ven biển và tăng khả năng bồi tụ

Qua nhiều năm, sự thay đổi của đường bờ biển do bồi tụ xói mòn, hiện tượng chặt phá rừng ngập mặn để lấy củi, than, chuyển đổi mục đích canh tác như nuôi trồng thủy sản dẫn đến sự thay đổi về diện tích đất canh tác, hệ sinh thái ven bờ mà đặc biệt là rừng ngập mặn

Sự biến động rừng ngập mặn và các đối tượng khác diễn ra hết sức phức tạp

về hình thái, quy mô cũng như địa điểm Điều này khiến cho việc thực hiện theo các phương pháp đo đạc ở ngoài thực địa thực sự là một công việc vô cùng khó khăn, tốn kém và không hiệu quả Phương pháp viễn thám và hệ thông tin địa lý có khả năng đưa ra các thông tin nhanh chóng, kịp thời, đồng nhất trong một khoảng thời gian trên một khu vực rộng lớn Tuy nhiên đối với từng khu vực với điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội cụ thể thì vẫn cần thiết phải xây dựng phương pháp xử lý dữ liệu phù hợp Mặt khác, để nghiên cứu mối quan hệ giữa việc nuôi trồng thủy sản và tác động của nó đến lớp phủ rừng ngập mặn thì cần thiết phải xây dựng một cơ sở khoa học cho việc phân tích mối quan hệ này trong không gian và thời gian

Ở Việt Nam đã có khá đầy đủ các loại tư liệu viễn thám Từ loại ảnh vệ tinh

có độ phân giải trung bình như ảnh Landsat đến các loại ảnh vệ tinh SPOT 5 có độ phân giải cao phủ trùm lãnh thổ Việt Nam được thu nhận ở các thời kỳ khác nhau Với các loại ảnh này, kết hợp với một số tài liệu khác hoàn toàn có thể thành lập được hệ thống bản đồ biến động rừng ngập mặn cho toàn dải ven biển Đây chính là lợi thế to lớn của phương pháp và tư liệu viễn thám cần được khai thác để làm sao sớm có được các thông tin đầy đủ về thực trạng rừng ngập mặn ở Việt Nam, để đưa

ra các giải pháp phòng chống, cải tạo và khai thác hữu hiệu nhất

Với những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài luận văn thạc sĩ là : “Ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS) phục vụ nghiên cứu biến động diện tích rừng ngập mặn khu vực huyện Duyên Hải tỉnh Trà Vinh, huyện Long Phú tỉnh Sóc Trăng”

Do không đi sâu nghiên cứu đặc điểm sinh hóa cũng như đo đạc về trắc lượng, sinh khối nên luận văn chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu biến động về vị trí, diện tích rừng ngập mặn qua các thời kỳ

Để thực hiện được các mục tiêu trên, luận văn phải thực hiện những công việc sau:

Tổng quan về tình hình nghiên cứu Thu thập, chuẩn bị tư liệu

Thành lập bản đồ hiện trạng rừng ngập mặn Tiến hành đánh giá biến động

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

3.1 Đối tượng nghiên cứu:

Ảnh vệ tinh được sử dụng để nghiên cứu là ảnh vệ tinh SPOT 3, SPOT 5 và

có độ phân giải 10m và 2.5m chụp ở các thời kỳ khác nhau

3.2 Phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu và thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn tỷ lệ 1/25 000 tại khu vực ven biển miền Nam thuộc tỉnh Trà Vinh và Sóc Trăng

4 Nội dung nghiên cứu:

Luận văn đi sâu vào đề cập các phương pháp xử lý ảnh viễn thám để tìm kiếm lớp phủ rừng ngập mặn và tích hợp các thông tin này với các thông tin kinh tế

xã hội khác trong môi trường hệ thông tin địa lý từ đó đưa ra các phân tích và nhận xét quá trình biến động

Luận văn không đề cập đến các mối quan hệ tự nhiên khác cũng như mối quan hệ kinh tế xã hội ảnh hưởng đến biến động rừng ngập mặn

Xây dựng quy trình công nghệ thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn bằng tư liệu ảnh viễn thám đa thời gian

Ứng dụng tư liệu ảnh viễn thám đa thời gian để thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn tỷ lệ 1/ 25 000 tại khu vực ven biển tỉnh Trà Vinh, Sóc Trăng

5 Phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng

Trong khuôn khổ nghiên cứu của luận văn, tác giả tập trung chủ yếu vào việc nghiên cứu một số giải pháp kỹ thuật xử lý ảnh số và nguyên lý, phương pháp xác định rừng ngập mặn bằng tư liệu viễn thám

Phương pháp nghiên cứu đã được áp dụng như sau:

Thu thập tư liệu, tài liệu phục vụ cho công việc nghiên cứu Mỗi thông tin thu thập cần phải phân tích, chọn lọc để đưa ra những thông tin chính phục vụ cho công tác nghiên cứu Những thông tin này được hệ thống hóa để từ đó ta có thể so sánh, phân tích, xử lý và chọn lọc các số liệu, tư liệu phù hợp

Trên cơ sở các tư tài liệu thu thập được, tiến hành nghiên cứu tổng quan về biến động rừng ngập mặn như sự mở rộng, mất đi phần diện tích và nguyên lý, phương pháp xác định rừng ngập mặn bằng tư liệu viễn thám

Nghiên cứu cơ sở khoa học để xử lý ảnh và áp dụng phương pháp xử lý ảnh

số từ tư liệu viễn thám để tăng cường chất lượng hình ảnh nắn chỉnh, thành lập bình

đồ ảnh Sau khi đã chiết xuất được tối đa các thông tin về lớp phủ bề mặt vùng ven biển từ ảnh viễn thám kết hợp với các tài liệu khác, sẽ tiến hành xác định rừng ngập mặn ở các thời kỳ khác nhau trên ảnh viễn thám, áp dụng phương pháp bản đồ để thành lập bản đồ hiện trạng rừng ngập mặn ở ba thời kỳ 1995-2005, 2005-2009 và 1995-2009 Tiến hành chồng xếp lần lượt bản đồ hiện trạng của ba thời kỳ để thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn và tính toán số liệu biến động cho từng giai đoạn

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

a Kết quả của luận văn chỉ ra phương pháp thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn bằng tư liệu ảnh viễn thám đa thời gian là một phương pháp nhanh chóng

và hiệu quả hơn phương pháp truyền thống

b Có thể đề xuất để thành lập hệ thống bản đồ biến động rừng ngập mặn bằng

tư liệu ảnh viễn thám đa thời gian ở phạm vi cấp tỉnh, cấp vùng đến cả nước Nhằm phục vụ trực tiếp cho việc lập quy hoạch khai thác, sử dụng và bảo vệ vùng đới bờ, đồng thời phục vụ công tác phòng chống thiên tai

7 Cấu trúc của luận văn

Toàn bộ nội dung của luận văn được trình bày như sau:

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

ngập mặn trên cơ sở ứng dụng ảnh viễn thám

CHƯƠNG 3: Thực nghiệm thành lập bản đồ biến động rừng ngập mặn bằng

tư liệu viễn thám đa thời gian

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

8 Điều kiện thực hiện luận văn

Các tài liệu: ảnh vệ tinh SPOT 3 chụp năm 1995; ảnh vệ tinh SPOT 5 chụp ở

Xin chân thành cảm ơn Trung tâm Viễn Thám Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường, nơi đã tạo điều kiện cho tác giả có được thời gian và tư liệu để nghiên cứu, Ban giám hiệu Trường Đại học Mỏ - Địa Chất, phòng Đại học và Sau Đại học, khoa Trắc Địa, Bộ môn Đo ảnh Viễn thám, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp

đỡ nhiều mặt trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để tác giả hoàn thành luận văn này

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn các tập thể, các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp đã hết sức quan tâm, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp Do thời gian nghiên cứu có hạn nên luận văn không thể tránh được những thiếu sót, rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

nhiệt đới có khí hậu nóng ẩm, trên vùng đất lầy ngập nước mặn nhưng rất nhạy cảm với các tác động của con người và thiên nhiên

Rừng ngập mặn không những cung cấp các lâm hải sản có giá trị như gỗ, than củi, tanin, thức ăn, nước uống mà còn là nơi sống và ương giống của nhiều loại hải sản, chim nước, chim di cư và một số động vật có ý nghĩa kinh tế lớn như khỉ, lợn rừng, cá sấu, kỳ đà, chồn, trăn

Rừng ngập mặn có tác dụng to lớn trong việc bảo vệ đường bờ biển, bờ sông, điều hòa khí hậu, hạn chế xói lở, mở rộng diện tích lục địa, hạn chế sự xâm nhập mặn, ngăn cản các chất thải rắn trôi ra biển, bảo vệ đê điều đồng ruộng, nơi sống của người dân ven biển trước sự tàn phá của gió mùa, bão, nước biển dâng

Tuy nhiên thảm thực vật rừng ngập mặn ở Việt Nam bị suy thoái nghiêm trọng Cuộc chiến tranh hóa học của Mỹ (1962-1971) đã phá hủy nhiều khu rừng ngập mặn ven biển Nam Bộ, nới có rừng tốt nhất, nhiều loài cây nhất ở Việt Nam Sau chiến tranh, do sức ép về dân số và kinh tế, rừng ngập mặn tiếp tục bị suy giảm mạnh về diện tích, cấu trúc và chất lượng

Tình trạng khai thác bừa bãi, phá rừng lấy đất xây dựng đô thị, cảng, sản xuất nông nghiệp, làm ruộng muối, đặc biệt là việc phá rừng, kể cả rừng phòng hộ ven biển, làm đầm nuôi tôm quảng canh thô sơ đã và đang là một hiểm họa to lớn đối với tài nguyên thiên nhiên và môi trường

Hậu quả của các tác động trên đã làm cho diện tích đất thoái hóa ngày càng tăng, khí hậu đang diễn biến theo chiều hướng xấu đi rõ rệt, nước mặn lấn sâu vào nội địa làm giảm năng suất cây trồng nông nghiệp; nguồn giống tôm , cua, cá giảm, nhiều loài hải sản mất đi nơi sống, hiện tượng xói lở bờ sông, bờ biển diễn ra hàng ngày, gió bão phá hoại đê điều, đồng ruộng và nhà cửa; đời sống của người dân ven biển bị đe dọa

Có tình trạng nêu trên, một phần vì lợi nhuận hoặc mục tiêu kinh tế trước mắt, nhưng một nguyên nhân cơ bản là do các cán bộ quản lý, nhân dân vùng ven

biển chưa hiểu hết tầm quan trọng của rừng ngập mặn và hậu quả nghiêm trọng của việc mất rừng đối với tài nguyên thiên nhiên và con người

1.1.1.1 Điều kiện sinh thái

Sự tồn tại của quần xã cây ngập mặn thụ thuộc vào bảy nhân tố, trong đó yếu

tố địa mạo được coi là quan trọng nhất, tác động trực tiếp tới rừng ngập mặn Bảy nhân tố đó bao gồm: khí hậu, nền bùn, che chắn bảo vệ, nước mặn, biên độ triều, các dòng hải lưu và bờ biển nông Trong đó:

Lượng mưa cũng là nhân tố quan trọng trong vai trò cung cấp nước ngọt cho quá trình sinh trưởng của cây ngập mặn Trong cùng một điều kiện nhiệt độ, lượng mưa càng cao thì số lượng các loài ngập mặn càng nhiều, kích thước cây cũng lớn hơn Với lượng mưa <1000mm/năm như ở vùng cửa sông ven biển Khánh Hòa, các vùng ven biển miền Trung thì thảm thực vật ngập mặn rất nghèo nàn

Ngoài ra, gió cũng là một nhân tố tác động tới sự phân bố của thực vật ngập mặn thông qua sự ảnh hưởng tốc độ thoát hơi nước, nhiệt độ nước, gió mùa và xói

lở bờ, đặc biệt gió bão thường xuyên vùng nhiệt đới

+ Nước mặn:

+ Biên độ triều:

Trên thực tế biên độ triều càng rộng thì thành phần quần xã rừng ngập mặn càng phong phú Thông thường biên độ triều đi đôi với địa hình khu vực tạo điều kiện cho rừng ngập mặn phát triển mở rộng theo chiều ngang Nhân tố này không ảnh hưởng trực tiếp về mặt sinh lý nhưng nó đóng vai trò quan trọng về mặt phân

1.1.1.2 Đặc điểm thích nghi:

Do sống trong điều kiện khắc nghiệt, môi trường sống luôn luôn biến động

nên các phần của của cây ngập mặn đều có những biến đổi thích nghi

Đặc biệt hệ rễ thể hiện sự tiến hóa hoàn hảo, phù hợp với điều kiện môi trường Trong môi trường đất ngập nước yếm khí và thể nền nhão là hai khó khăn lớn tác động đến cây ngập mặn, do đó khả năng chống đỡ về mặt cơ học kém Hệ thống rễ của nhiều loài thể hiện đặc tính thích nghi làm hạn chế những khó khăn này Hầu hết các hệ thống rễ các cây ngập mặn bao gồm các rễ nhỏ phát triển theo

chiều ngang sau đó mới mọc ra các rễ dinh dưỡng và lông hút Hệ rễ thường mọc nông, độ sâu không quá 2m, mặc dù vậy tỷ lệ sinh khối phần dưới đất so với phần trên mặt đất ở cây ngập mặn cao hơn các loài cây khác Hệ rễ các cây ngập mặn phát triển rất đa dạng và phong phú phù hợp với đặc điểm thích nghi riêng của từng

loài đối với môi trường

Rễ thở (rễ hô hấp): là loại rễ mọc ngược lên từ hệ thống rễ cáp ngầm Rễ hô hấp có số lượng lỗ vỏ lớn, chẳng hạn ở chi Avicennia (mắm) trung bình 14-16 lỗ vỏ/cm2 , chi Sonneratia (bần) 9-11 lỗ vỏ/cm2

Rễ đầu gối: phần rễ biến dạng của rễ ngầm, phình lên và trồi lên mặt đất, sau

đó lại đâm xuống dưới Từ các phần nhô này lại mọc ra các rễ dinh dưỡng đâm sâu xuống đất, như các loài ở chi Bruguiera (vẹt)

Rễ chống: rễ này xuất phát từ thân và đâm xuống đất như ở Rhizophora (đước), đôi khi cũng gặp ở Kandelia candel (trang) Ngoài tác dụng làm giá đỡ cho cây, rễ chống còn có chức năng thu nhận và dự trữ không khí

Rễ không khí: là loại rễ mọc từ thân hoặc cành thấp rồi đâm xuống phía dưới nhưng thường không tiếp xúc với đất, chẳng hạn như ở Rhizophena (đước) Avicennia (mắm)

Rễ ốp: rễ này mọc ra từ thân nhưng tạo nên những bản mỏng sát gốc, giống như gốc bạnh ra

Bạnh gốc: ở gốc thân của Kandelia candel (trang) và các loài thuộc chi Bruguiera (vẹt) hình thành những bạnh gốc Bạnh gốc có nhiều lỗ vỏ hoặc vỏ nứt dọc, lớp ngoài mềm có tác dụng thu nhận không khí, phía dưới bạnh gốc mọc ra nhiều rễ bên, làm nhiệm vụ dinh dưỡng

Các công trình nghiên cứu đều thống nhất cho rằng cấu trúc các loại rễ này thích nghi với việc cung cấp không khí cho các bộ phận rễ dưới mặt đất , đồng thời cũng là những cái “neo” bám chắc vào đất với chức năng nâng đỡ

Việc xây dựng các đầm nuôi tôm bằng cách quây kín một mảnh rừng ngập mặn rồi không cho nước triều ra vào thương xuyên đã gây ra hậu quả nghiêm trọng

là hệ rễ bị phá hủy, cây sẽ chết đứng, khô một cách nhanh chóng trên một vùng rộng lớn như ở Đồng Rui, Tiên Yên (Quảng Ninh)

Các loài cây ngập mặn thường là loài cây ưa sáng, tán hình nón khi còn non, phân cành sát gốc Khi mọc riêng lẻ cây phân nhánh nhiều, nhưng khi cây mọc

Trừ một số loài thuộc chi Sonneratia (bần) và Excoecaria (giá) có lá rụng nhiều vào mùa đông ở miền Bắc, hoặc khi thời tiết bất lợi, còn lại phần lớn là cây thường xanh, lá dày, nhẵn bóng, có lớp sáp mỏng ở cả hai mặt và lá thường dòn Biểu bì hầu hết các loài đều có lớp cutin dầy, các tế bào biểu bì trên thường lớn hơn

tế bào biểu bì dưới Lỗ khí chỉ phân bố ở mặt dưới lá, trừ các loài mọng nước và cây một lá mầm Số lượng lỗ khí trên đơn vị diện tích tương đối lớn (115-205 lỗ khí/mm2 ), thay đổi theo điều kiện môi trường và vị trí của lá

Một số loài thuộc chi Avicennia (mắm), Aegiceras (sú), Acanthus (ô rô) có tuyến tiết muối ở trên mặt lá Tuyến tiết muối có cả ở mặt trên và mặt dưới lá, nhưng thường ở mặt trên nhiều hơn mặt dưới Hầu hết các loài cây ngập mặn đều có tuyến tiết chất nhầy, tế bào chứa tanin Nhiều loài có mô cứng dị hình, nhất là ở Rhizophora (đước) Các tế bào mô cứng thường tập trung bao bọc các gân lá, làm tăng độ cứng cho lá Lá còn non thì tương đối mỏng, nhưng lá càng già càng dầy lên Đặc điểm này phù hợp với chức năng tích lũy muối thừa để thải ra ngoài khi lá rụng xuống

Sự tiết muối được thực hiện bằng tuyến tiết muối trên lá của các cây trong các chi Avicenia (mắm), Sonneratia (bần), Aericeras (sú), … và cũng có thể tiết qua mụn cóc Nồng độ muối trong các mô của cây tăng theo tỷ lệ với nồng độ muối của môi trường Các loài cây tiết muối có nồng độ muối trong lá đạt tới mức tương đương nồng độ của nước biển Khi nồng độ muối trong không bào quá cao, muối được đưa dần ra tế bào thu góp của tuyến tiết muối và tiết ra ngoài Nồng độ muối trong môi trường càng cao thì nồng độ muối trong lá càng đậm đặc, tuyến tiết muối càng hoạt động mạnh Sự tiết muối này còn chịu ảnh hưởng vào nhịp điệu thời gian trong ngày

Thực vật ngập mặn còn phát triển một cơ chế hữu hiệu nữa giúp chúng có thể tồn tại trong môi trường ngập mặn đó là cơ chế cản muối Cơ chế được thực hiện thông qua hệ thống vi lọc ở rễ, qua đó nước được hút vào và muối bị giữ lại

Giống như các cây chịu mặn khác, các loài cây ngập mặn chứa một lượng muối cao trong các mô cơ thể Các loài cây tích muối thường tích các Ion Cl- và Na+trong vỏ, thân rễ và lá già Thường những lá tích muối nhìn chung đều mọng nước trước khi rụng xuống, bằng cách này lượng muối thừa được chuyển ra khỏi các mô trao đổi chất Clough (1984) cho rằng nồng độ muối cao trong cây ngập mặn giúp cho việc giữ áp xuất thấm lọc của tế bào thấp hơn thế năng nước của đất, nhờ đó mà trong môi trường độ mặn cao, cây ngập mặn vẫn có thể lấy được nước từ môi trường ngoài do khả năng cân bằng nước dương

Môi trường rừng ngập mặn được mô tả là “hạn sinh lý” hoặc “khô sinh lý” mặc dù xung quanh rất nhiều nước, nhưng do nước này là nước mặn hơn so với lượng nước chứa trong tế bào do đó nước đi vào cơ thể ngược với hướng áp xuất thấm lọc Quá trình này yêu cầu chi phí năng lượng đáng kể, năng lượng trao đổi chất để làm giảm độ mặn Giá trị áp xuất thẩm thấu của tế bào phụ thuộc nhiều vào

độ mặn môi trường Độ mặn môi trường càng cao thì giá trị này càng nhỏ, cây muốn giữ được cân bằng nước dương càng phải tích lũy nhiều muối để có giá trị áp xuất thẩm thấu dịch tế bào nhỏ hơn giá trị áp xuất thẩm thấu của môi trường Khả năng thay đổi thế năng nước tương ứng với sự thay đổi độ mặn của môi trường là một trong những đặc điểm sinh lý thích nghi giúp cây sống được nơi có độ mặn cao

1.1.2 Vai trò và tiềm năng của rừng ngập mặn trong nền kinh tế

1.1.2.1 Vai trò và tiềm năng của rừng ngập mặn

Rừng ngập mặn là hệ sinh thái quan trọng, có năng suất cao ở vùng cửa sông ven biển nhiệt đới nhưng rất nhạy cảm với tác động của con người và thiên nhiên

Từ rừng ngập mặn con người có thể khai thác nhằm tạo ra các sản phẩm nông lâm nghiệp, nghư nghiệp Ngoài ra rừng ngập mặn còn là nơi giải trí, du lịch sinh thái và nghiên cứu khoa học Nhiều công trình nghiên cứu khoa học về bảo tồn gen, thích nghi, đấu tranh sinh tồn, diễn thế và chu trình vật chất được nghiên cứu tại khu hệ rừng ngập mặn đã mang lại những kết quả quý giácho khoa học Bên cạnh đó rừng ngập mặn còn là địa điểm để tuyên truyền về nguồn lợi, sự cân bằng sinh thái và bảo tồn thiên nhiên

1.1.2.2 Vai trò của rừng ngập mặn đối với tài nguyên thiên nhiên

Bản thân rừng ngập mặn đã là tài nguyên thiên nhiên có khả năng tái tạo, hơn nữa nó là quần tụ của bao loài sinh vật khác Nhiều loại động vật quý hiếm đã được tìm thấy ở rừng ngập mặn như gấu ăn cua, hổ (Ấn Độ), báo đốm (Nam Mỹ),

dàng nhận biết rằng nơi ở trong rừng ngập mặn phân hóa mạnh mẽ: trên không, mặt đất, trong nước với các dạng đáy cứng, đáy mềm, hang trong đất, những không gian trật hẹp trên vòm cây, bộ rễ Điều kiện sống rừng ngập mặn biến đổi thường xuyên phù hợp với các hoạt động có nhịp điệu của dòng nước ngọt và thủy triều Sinh vật sống trong rừng ngập mặn không những có số lượng loài đông mà trong nội bộ mỗi loài còn có những biến dị phong phú, dễ thích nghi với những nơi ở khác nhau, nguồn sống khác nhau và điều kiện sống luôn thay đổi Do đó rừng ngập mặn là nơi lưu trú nguồn gen có giá trị không những cho các hệ sinh thái trên cạn mà còn cho

cả vùng ven bờ biển

1.1.2.4 Duy trì nguồn lợi thủy sản tiềm tàng cho sự phát triển nghư nghiệp

Các loài tôm sú, tôm he, tôm rảo, thường sống trong vùng nhiệt đới cửa sông ven biển Đời sống của chúng gắn với môi trường rừng ngập mặn, ngoài ra còn

có nhiều loài hải sản khác như cá, sò, cũng là nguồn lợi kinh tế cao của cư dân ven biển

1.1.2.5 Mở rộng diện tích đất bồi, hạn chế xói lở

Nhìn trung sự phát triển của rừng ngập mặn và mở rộng diện tích đất bồi là hai quá trình luôn song song với nhau Các dải rừng ngập mặn đều có thể thấy trên đất bùn mềm, đất sét pha cát, cát và có thể ngay trên những vỉa san hô (Snedaker,

1978, 1982) Ở những vùng đất mới có độ mặn cao chúng ta dễ dàng tìm thấy các thực vật thuộc chi mắm, bần ổi, tại các vùng cửa sông có độ mặn thấp hơn thường là bần chua Rễ cây ngập mặn mọc dày đặc có tác dụng làm cho trầm tích bồi tụ nhanh hơn, ngăn chặn có hiệu quả hoạt động của sóng đồng thời là vật cản để trầm tích lắng đọng Ngoài ra rừng ngập mặn có tác dụng hạn chế xói lở và quá trình xâm thực bời biển

1.1.3 Các hình thái biến động của rừng ngập mặn

1.1.3.1 Khái niệm chung về biến động

Cụm từ biến động (change) được nhắc đến ở mọi nơi, mọi lúc ví dụ như:

biến động thị trường, biến động giá cả, biến động dân số, Như vậy, biến động

được hiểu là sự biến đổi, thay đổi, thay thế trạng thái này bằng một trạng thái khác liên tục của sự vật Sau khi biến động sẽ có sự thay đổi về lượng và chất Biến động luôn tồn tại trong môi trường tự nhiên cũng như môi trường xã hội

1.1.3.2 Rừng ngập mặn được mở rộng

Là những khu vực rừng được mở rộng ra phía ngoài đường bờ biển, có các trầm tích do các dòng chảy đưa đến và được tích tụ qua nhiều năm, tạo ra ở đây các vùng đất mới hình thành một cách ổn định có thể cao hơn hoặc thấp hơn mực nước khi triều cường Khi đó đường bờ biển được bồi tụ dẫn đến đất bãi mở rộng ra và cây ngập mặn phát triển trên vùng đất đó do tác động của con người (trồng trọt)

hoặc phát triển tự nhiên được gọi là rừng ngập mặn được mở rộng

1.1.3.3 Rừng ngập mặn bị xâm lấn

Là những khu vực rừng ngập mặn bị mất đi do nhiều nguyên nhân khác nhau

mà phần đất này đã bị lún sụt, sạt lở hoặc trôi ra biển, … khi đó rừng ngập mặn sẽ

bị mất đi Mặt khác cũng có thể do điều kiện sống của cây ngập mặn bị thay đổi dẫn đến sự suy thoái hàng loạt làm mất đi diện tích rừng trên diện rộng

1.1.3.4 Rừng ngập mặn được mở rộng, xâm lấn xen kẽ nhau

Là những khu vực rừng ngập mặn được mở rộng và bị xâm lấn xen kẽ nhau theo các giai đoạn khác nhau

1.1.4 Những nguyên nhân làm biến đổi rừng ngập mặn và hậu quả

1.1.4.1 Chiến tranh

Ở Việt Nam, rừng ngập mặn là những căn cứ quan trọng trong hai cuộc kháng chiến chống thực dân Pháp và đế quốc Mỹ Chính vì thế mà quân đội Mỹ đã dùng bom đạn, chất độc hóa học, chất diệt cỏ, chất làm rụng lá với hàm lượng cao

để huỷ diệt rừng, hòng phá vỡ các căn cứ kháng chiến Ngoài những tổn thất về lực lượng hiện tại, các loại chất độc hóa học này còn để lại những di chứng về sau mà cho đến bây giờ dân tộc ta vẫn chưa khắc phục xong Còn đối với môi trường thì không thể đánh giá hết được những tổn thương vô cùng to lớn mà cuộc chiến tranh hóa học đã gây ra

A B

Hình 1.1: A Rừng ngập mặn bị huỷ diệt do chất độc hóa học của Mỹ thời kỳ

1962-1971 và B Khai thác rừng ngập mặn quá mức ở Cà Mau

1.1.4.2 Khai thác quá mức

Sau chiến tranh, nhân dân ven biển trở về quê cũ cùng với sự di cư ồ ạt từ nhiều nơi khác đến vùng rừng ngập mặn nên nhu cầu về xây dựng, đất canh tác cùng rất nhiều những nhu cầu cuộc sống khác đã làm kiệt quệ tài nguyên rừng ngập mặn Đặc biệt là chặt phá rừng ngập mặn đốt làm than củi kể cả những khu rừng mới trồng lại sau chiến tranh

1.1.4.3 Phá rừng ngập mặn làm đầm nuôi tôn quảng canh

Do giá trị kinh tế về tôm xuất khẩu rất lớn trong khi sản lượng đánh bắt giảm sút vào những năm cuối thập kỷ 80 và đầu thập kỷ 90, ở hầu hết các vùng ven biển, cửa sông nước ta, nhân dân đã phá những khu rừng ngập mặn như Cà Mau, sóc Trăng và kể cả những khu rừng phòng hộ tự nhiên hoặc trồng để làm đầm nuôi tôm quảng canh thô sơ Ở nhiều địa phương rừng ngập mặn đã biến mất để lại các đầm tôm và đất hoang hóa

Việc phá rừng làm đầm nuôi tôm theo lối quảng canh thô sơ đã gây ra những hậu quả nghiêm trọng như: làm biến đổi tính chất lý hóa của đất, biến động lượng sinh vật trên các bãi triều, đẩy mạnh sự xâm nhập của nước mặn, thúc đẩy nhanh quá trình xói lở ven biển cửa sông, làm tăng ô nhiễm nguồin nước …

1.1.4.4 Phá rừng ngập mặn mở rộng đất nông nghiệp và đất nuôi trồng thủy sản

Do dân số tăng quá nhanh, thiếu lương thực nên nhiều địa phương đã phá rừng ngập mặn để quai đê lấn biển Phong trào quai đê lấn biển mở rộng đất canh tác nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản ở các địa phương ven biển được bắt đầu vào những năm 60 của thế kỷ trước Đê biển được đắp ở ngoài các cồn cát, điều đó đã

làm trái với quy luật tiến hóa các cồn cát và trầm tích Hệ sinh thái phái trong đê nhanh chóng bị suy thoái, đồng thời cũng ở đó không được tích tụ trầm tích đã tạo nên các vùng đất trũng, gây úng lụt cục bộ Mặt khác việc đắp đê sông làm gia tăng lượng phù sa đổ ra biển làm ảnh hưởng đến chất lượng đất và chất lượng cây trồng Ngoài ra nhiều đầm tôm cũng bị thoái hóa nhanh chóng do không phù hợp với đất rừng ngập mặn Đây cũng là vấn đề đặt ra đòi hỏi phải có những giải pháp cụ thể để hạn chế việc rừng ngập mặn đang ngày càng suy thoái

1.1.4.5 Phá rừng ngập mặn làm đồng muối

Nghề làm muối đã hình thành lâu đời ở các vùng ven biển nước mặn và mặn

lợ Tuy nhiên do sức ép về dân số và việc làm nên nhân dân một số nơi đã phá rừng ngập mặn để làm ruộng muối như ở Thủy Nguyên, Kiến Thụy (Hải Phòng), Vĩnh Châu (Sóc Trăng) Sử dụng rừng ngập mặn làm ruộng muối cũng là một việc làm ít hiệu quả kinh tế vì chỉ có vùng đất cát thô, bốc hơi nước nhanh mới cho sản lượng muối cao Theo điều tra thực tế thì diện tích đồng muối huyện Giao Thủy vào khoảng 51,5 ha Tuy nhiên, vùng biển này có lượng phù sa nhiều nên chất lượng muối không cao Điều này giải thích tại sao một số cơ sở làm muối ở đây đã bị thất bại, bỏ đất hoang

1.1.4.6 Khai thác khoáng sản

Ở Quảng Ninh có nhiều mỏ than lộ thiên sát ven biển hoặc cửa sông nước mặn như Hà Tu, Cẩm Phả, Mông Dương, … Khi khai thác các xí nghiệp than đã đổ phế thải xuống sông , biển lấp các bãi lầy có cây ngập mặn sinh trưởng Việc xây dựng một số cangr than ở Uông Bí, Cửa Ông đã phá hủy nhiều khu rừng ngập mặn, rạn san hô, nơi có nhiều động vật và hải sản ở vùng ven bờ và vùng biển nông

Hình 1.2: A Đổ chất thải do khai thác than ở Quảng Ninh đã phá hủy các dải rừng ngập mặn và B Xây dựng cảng than ở Quảng Ninh, bụi đã làm chết cây ngập

mặn và san hô

1.1.4.7 Đô thị hóa

Trong những năm gần đây, việc sử dụng rừng ngập mặn để mở mang đô thị, khu công nghiệp, cảng sông biển, … đã góp phần thu hẹp diện thích rừng ngập mặn Điển hình nhất là thị trấn Năm Căn tỉnh Cà Mau Chỉ sau hơn 10 năm, từ khi thị trấn chuyển đến địa điểm mới, dân số đã tăng hơn 10 lần Khu dân cư, xí nghiệp mở rộng đã phá những khu rừng mắm, rừng đước Cũng như vậy, ở Quảng Ninh, các vùng lân cận khu vực thành phố Hạ Long đã phá hủy các dải rừng ở cọc 3, cọc 5, cọc 8 và khu vực gần Bãi Cháy

Ngoài tác hại là phá hủy nguồn tài nguyên giàu về động thực vật và hệ sinh thái rừng ngập mặn, việc xây dựng đô thị, nhà máy, cảng, đắp đê, … còn gây ra nhiều tác động đến môi trường như chất thải rắn trong sinh hoạt, rác thải công nghiệp, … gây thay đổi dòng chảy, ô nhiễm môi trường

1.1.4.8 Ô nhiễm môi trường

Biển là một chỉnh thể liên tục về mặt không gian Các chất ô nhiễm môi trường nước biển do sóng và các dòng hải lưu có thể được vận chuyển bất cứ đâu trong một môi trường liên tục như vậy Do đó vấn đề ô nhiễm không còn là vấn đề của một đơn vị hành chính mà là của cả một khu vực rộng lớn Thậm chí còn là vấn

đề của cả quốc gia và quốc tế

1.1.4.9 Thiếu biện pháp, phương tiện truyền thông, giáo dục

Nhà nước và địa phương chưa có kế hoạch và nếu có thì mới chỉ thực hiện một cách hình thức, thiếu kiểm tra, giám sát Chưa có chủ trương cụ thể trong việc tuyên truyền giáo dục cho các tổ chức, đoàn thể và nhân dân về vai trò to lớn của rừng ngập mặn và hệ sinh thái ven biển

1.1.5 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu biến động

1.1.5.1 Một số vấn đề về nghiên cứu biến động rừng ngập mặn

Rừng ngập mặn sống trong môi trường hết sức khó khăn là ngập mặn, thiếu không khí và đất không ổn định Khác với các quần xã sinh vật nội địa, các diễn thế xảy ra theo hai hướng tiến hóa và thoái hóa trong các điều kiện môi trường khác nhau, đối với quần xã thực vật ngập mặn, các diễn thế này nhiều khi cùng tồn tại, xảy ra trên cùng một địa điểm, nối tiếp nhau Bên cạnh đó, dưới sự tác động của dòng chảy, sự bồi tụ, xói lở nên quy mô, sự phân bố của thảm thực vật ngập mặn cũng biến động nhanh chóng

Do nhu cầu phát triển kinh tế, nhiều khu rừng ngập mặn đã và đang bị con người cải tạo thành các đầm nuôi trồng thủy sản Việc hình thành các đầm nuôi trồng thủy sản khiến cho các loài thực vật ngập mặn giảm khả năng phát tán các cây con Việc giữ nước lâu trong đầm cũng hạn chế khả năng phát triển của cây ngập mặn Ban đầu các đầm nuôi trồng thủy sản còn mang tính quảng canh, nhưng càng

về sau chúng càng được cải tạo, thu dọn để tiện việc chăm sóc, sự tác động này khiến cho rừng ngập mặn ngày càng bị suy giảm nhanh chóng

Sử dụng tư liệu viễn thám và kết hợp GIS để nghiên cứu biến động lớp phủ rừng ngập mặn là một trong những phương pháp hiệu quả, nhanh chóng nhưng cũng đặt ra không ít vấn đề cần giải quyết Phản xạ phổ ghi nhận được trong tư liệu viễn thám nhiều khi không phải là phản xạ phổ trực tiếp của một đối tượng nào đó mà chính là tổng giá trị phản xạ của tất các đối tượng trong một đơn vị diện tích tương ứng với một pixel trên ảnh Đối với đối tượng là rừng ngập mặn thì còn có sự ảnh hưởng của chất đáy, nước, thực vật, tùy theo điều kiện ngập triều

1.1.5.2 Phương pháp luận

Để theo dõi, phân tích biến động rừng ngập mặn phải nắm được các đặc điểm cơ bản ảnh hưởng đến biến động rừng ngập mặn (các tác nhân gây biến động, ảnh hưởng của các biến động) Các thể hiện trên tư liệu viễn thám của các đối tượng

đã bị thay đổi thuộc tính, sự thay đổi này thể hiện ở ba thời điểm Từ đó phân tích mối quan hệ giữa thuộc tính của các đối tượng theo không gian và thời gian Do đó, phương pháp luận nghiên cứu dùng trong luận văn dựa trên các yếu tố sau:

Nuôi trồng thủy sản kết hợp với rừng ngập mặn làm cho rừng ngập mặn sẽ

có xu thế không thích nghi với điều kiện ngập nước thường xuyên dẫn đến không phát triển, thậm chí suy giảm và chết đi Bên cạnh đó, để tiện cho việc chăm sóc, người nuôi trồng thủy sản thường xuyên chặt bỏ các loại cây ngập mặn trong đầm

Sơ đồ nghiên cứu biến động

Hình 1.3: Sơ đồ các bước nghiên cứu

1.1.5.3 Phương pháp nghiên cứu biến động trong GIS

Có thể biểu thị nghiên cứu biến động bằng GIS như sau: cùng một đối tượng trên mặt đất phản ánh trên hai lớp thông tin khác nhau sẽ cho một giá trị như nhau,

GIẢI THÍCH

NUÔI TRỒNG THUỶSẢN

nếu ta chồng xếp hai lớp thông tin đó thì phần diện tích trùng nhau của đối tượng sẽ được gán giá trị cũ, còn các giá trị khác sẽ là các giá trị khác của các lớp thông tin biến động, tùy theo phép toán sử dụng trên lớp thông tin về chúng mà kết quả sẽ thể hiện sự tăng hoặc giảm về mặt diện tích của đối tượng

Hình 1.4: Nguyên tắc nghiên cứu biến động trong GIS

Trong đó: T1 - thời gian T1 T2 - thời gian T2

A, C – đơn vị không biến động

B – đơn vị biến động mới hình thành

Các dữ liệu ảnh đã có tọa độ sẽ được chuyển vào môi trường GIS cùng với các dữ liệu phụ trợ khác Kết quả giải đoán từng thời điểm sẽ được phân tích bằng phương pháp tính bảng chéo (crossing table) để tính ra biến động Đặc biệt phương pháp phân tích bảng chéo sẽ cho phép đánh giá sự chuyển đổi của dạng sử đất này sang dạng sử dụng đất khác Tích hợp các thông tin viễn thám với các thông tin kinh tế xã hội khác sẽ giúp cho việc đánh giá mối liên quan giữa biến động rừng ngập mặn với các yếu tố kinh tế xã hội mà ta quan tâm

1.1.5.4 Phương pháp viễn thám

Việc giải đoán hiện trạng lớp phủ thực vật ngập mặn được tiến hành dựa vào các đặc trưng đa phổ của thực vật ngập mặn và các đối tượng sử dụng đất được ghi nhận bởi vệ tinh Phương pháp chủ đạo được sử dụng trong luận văn là phương pháp phân loại ảnh viễn thám kết hợp với bằng mắt và các dữ kiện trợ giúp liên quan đến điều kiện phân bố lớp phủ thực vật ngập mặn như địa hình, hiện trạng sử dụng đất, được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu và có thể hiển thị đồng thời với ảnh

vệ tinh

kết hợp với các dữ liệu bổ trợ để xây dựng các mẫu giải đoán Vấn đề này sẽ được trình bày ở phần sau

1.1.6 Thực trạng rừng ngập mặn của Việt Nam

Theo giáo sư Phan Nguyên Hồng thì rừng ngập mặn ở Việt Nam có khoảng hơn 50 loài cây, phân bố không giống nhau ở các khu vực ven biển, có 4 khu vực chủ yếu sau:

1.1.6.1 Khu vực ven biển Đông Bắc từ Móng Cái (Quảng Ninh) đến Đồ Sơn (Hải Phòng)

Rừng ngập mặn phát triển nhờ các đảo che chắn ở phía ngoài, các loài cây chủ yếu là đước, vẹt, vẹt dìa, sú nấm Do có mùa Đông lạnh nên cây chỉ cao từ 1,5 đến 7m

1.1.6.2 Khu vực ven biển đồng bằng Bắc Bộ từ Đồ Sơn đến cửa Lạch Trường (Thanh Hoá)

Tuy có các bãi bồi rộng, giàu phù sa nhưng ở đây bãi biển trống trải, không

có các đảo che chắn gió nên chỉ có một ít rừng ngập mặn trong các cửa sông với các loài ưa nước lợ như bần, vẹt dìa, sú, ô rô Bần có kích thước khá lớn, cao từ 8 đến 12m, đường kính từ 15 đến 25cm

1.1.6.3 Khu vực ven biển miền Trung: kéo dài từ của Lạch Trường đến Vũng Tàu

Khu vực này có bãi bồi hẹp, ít phù sa do bờ biển dốc, nhiều gió bão nên chỉ

có những dải rừng hẹp ở phía trong các cửa sông, chủ yếu là các cây nhỏ, cây bụi như đước, dưng, vẹt , sú, mấm

1.1.6.4 Khu vực Nam Bộ từ Vũng Tàu đến Hà Tiên

Nơi đây có nhiều bãi bồi rộng, giàu phù sa do hệ thống sông Đồng Nai, Cửu Long cung cấp, ít gió bão nên rừng ngập mặn phát triển tốt, đặc biệt là ở Cà Mau rừng có nhiều loài cây như đước, dưng, vẹt, dà, mấm, dừa nước Rừng ngập mặn ở các tỉnh Long An, Bến Tre, Trà Vinh Kiên Giang và Cà Mau và huyện Cần Giờ (thành phố Hồ Chí Minh) Riêng tỉnh Bến Tre, các rừng ngập mặn ở huyện Bình

Đại, Thạch Phú, sau thời gian chiến tranh, đến nay phần lớn là rừng trồng mới nên mang tính chất của rừng phòng hộ môi trường hơn là kinh tế, còn ở rừng ngập mặn

Ba Tri có sân chim Mỹ Hòa, khá phong phú về giống loài động vật và thực vật: về thực vật có 59 loài, trong đó có 39 loài thực vật trồng và 20 loài hoang dại, tất cả thuộc 33 họ (Nguyễn Thị Ngọc Ẩn, 1996), và 84 loài chim thuộc 35 họ (Trần Thanh Tòng, 1996)

Tuy nhiên, hiện nay rừng ngập mặn bị tàn phá nhiều để lấy đất làm đầm nuôi tôm hoặc lấy gỗ, củi Rừng đã và đang suy thoái nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp tới con người khi có thiên tai hoặc khí hậu thay đổi

Kết quả khảo sát ở những quốc gia có sóng thần cho thấy các dải rừng ngập mặn có thể làm giảm cường độ của sóng thần từ 50% đến 90% nên các làng mạc sau rừng ngập mặn là ít bị ảnh hưởng

Việt Nam có chiều dài đường bờ biển khoảng 3.200km nhưng tỷ lệ rừng ngập mặn lại không tương xứng, có su hướng giảm dần cả về diện tích và chất lượng Theo thống kê của Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, năm 1943 nước ta

có hơn 408.500 ha rừng ngập mặn nhưng đến tháng 12 năm 2006 chỉ còn 209.740

ha Hiện trong số 65.963 ha đất có rừng ngập mặn phòng hộ trước đê có khoảng 32.870 ha rừng bị suy thoái, không bảo đảm được chức năng phong hộ Trong số 209.740 ha đất có rừng, diện tích rừng trồng chỉ vào khoảng 152.000 ha (chiếm 72.5% tổng diện tích đất có rừng ngập mặn của cả nước) Chất lượng rừng kém cả

về mật độ, chiều cao, đường kính, thành phần loài và trữ lượng rừng Do đó, giá trị phòng hộ và kinh tế rất thấp Điều này dẫn đến nạn xói lở đường bờ biển

xạ hoặc bức xạ của sóng điện từ sẽ có những đặc trưng riêng

Tất cả các vật thể đều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện từ bằng các cách thức khác nhau và được gọi là đặc trưng phổ Đặc trưng phổ sẽ được phân tích theo nhiều cách khác nhau để nhận dạng ra đối tượng trên bề mặt đất, nó

sẽ cho phép giải thích được mối quan hệ giữa đặc trưng phổ và sắc, tông mầu trên ảnh tổ hợp mầu để giải đoán đối tượng Đặc trưng phổ của các đối tượng này có thể được biểu diễn như hình 5

Hình 2.1: Dải sóng điện từ và đường cong phổ phản xạ

Dải phổ sử dụng trong viễn thám bắt đầu từ vùng cực tím (0.3-0.4 µm), vùng ánh sáng nhìn thấy (0.4-0.7 µm), đến vùng gần sóng ngắn và hồng ngoại nhiệt

Trong viễn thám, thành phần năng lượng phổ phản xạ là rất quan trọng và viễn thám nghiên cứu sự khác nhau của năng lượng phản xạ để phân biệt các đối tượng Ta đã biết:

ER(λ) = EI(λ) - [EA(λ) + ET(λ)]

Trong đó: EI - năng lượng tới mặt đất

ER - năng lượng phản xạ

EA - năng lượng hấp thụ

ET - năng lượng truyền qua

Figure Source: http://observe.ivv.nasa.gov/nasa/education/reference/reflect/ir.html Hångngo¹ i gÇn Hång ngo¹ i trung

d¶I sãng

§ Êt kh«

§ Êt - í t Thùc vËt

Ph¶n x¹ (%)

N- í c

0,8 1,2 1,6 2,0 2,4

Công thức này nói nên rằng năng lượng phản xạ bằng năng lượng chiếu xuống một đối tượng sau khi đã bị suy giảm bởi việc truyền qua hoặc hấp thụ bởi đối tượng

2.1.1 Khái niệm về viễn thám và tư liệu ảnh viễn thám

Theo nghĩa rộng, viễn thám là môn khoa học nghiên cứu về đo đạc, thu thập thông tin về một đối tượng, sự vật bằng cánh sử dụng thiết bị đo qua tác động một cách gián tiếp, ví dụ như qua các bước sóng ánh sáng với đối tượng nghiên cứu

Viễn thám không chỉ tìm hiểu bề mặt của trái đất hay các hành tinh mà còn

có thể thăm dò được cả trong các lớp sâu bên trong của trái đất Trên trái đất, người

ta có thể sử dụng máy bay dân dụng, chuyên dụng hay các vệ tinh nhân tạo để thu phát các ảnh viễn thám

Viễn thám được định nghĩa như một khoa học và công nghệ mà nhờ nó các tính chất của vật thể quan sát được, xác định, đo đạc hoặc phân tích mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng

Ảnh quang học: là loại ảnh được tạo ra bởi việc thu nhận các bước sóng ánh sáng nhìn thấy (bước sóng 0.4µm - 0.76µm)

Ảnh hồng ngoại: là loại ảnh được tạo ra bởi việc thu nhận các bước sóng hồng ngoại phát ra từ vật thể (bước sóng 8µm - 14µm)

Ảnh rada: là loại ảnh được tạo ra bởi việc thu nhận các bước sóng trong dải sóng siêu cao tần (bước sóng lớn bơn 2cm)

Ngoài ra ảnh thu được bằng sóng địa chấn cũng là một loại ảnh viễn thám

Ảnh viễn thám đa thời gian là một hệ thống tư liệu ảnh viễn thám ghi nhận

cùng một đối tượng trên bề mặt trái đất ở nhiều thời điểm khác nhau trên các chu kỳ quan trắc khác nhau của máy thu ảnh viễn thám

2.1.2 Nguyên lý chung của viễn thám

Bộ cảm viễn thám: Bộ cảm viễn thám là các thiết bị tạo ra ảnh về sự phân bố năng lượng phản xạ hay phát xạ của các vật thể từ mặt đất theo những phần nhất định của quang phổ điện từ

Việc phân loại các bộ cảm dựa theo dải sóng thu nhận, chức năng hoạt động

và cũng có thể phân loại theo kết cấu Bộ cảm được chia ra là bộ cảm chủ động và

bộ cảm bị động

Bộ cảm bị động thu nhận bức xạ do vật thể phản xạ hoặc phát ra từ nguồn năng lượng phát tự nhiên là mặt trời Bộ cảm chủ động thu nhận năng lượng do vật thể phản xạ từ một nguồn cung cấp năng lượng nhân tạo

những ví dụ về bộ cảm

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý thu nhận hình ảnh của viễn thám quang học

Phương tiện được sử dụng để mang các bộ cảm được gọi là vật mang Máy bay hoặc vệ tinh là những ví dụ về vật mang

Các tính chất của vật thể có thể xác định được thông qua các năng lượng bức

xạ hoặc phản xạ từ vật thể Viễn thám là một công nghệ nhằm xác định và nhận biết đối tượng hoặc các điều kiện môi trường thông qua những đặc trưng riêng về phản

xạ và bức xạ

Tín hiệu điện từ thu nhận từ đối tượng nghiên cứu mang theo các thông tin

về đối tượng Viễn thám thu nhận, xử lý các thông tin này, từ các thông tin phổ ta

có thể nhận biết, xác định được các đối tượng nghiên cứu

Bức xạ mặt trời

2.1.2.2 Nguyên lý chung của viễn thám siêu cao tần

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý thu nhận hình ảnh của viễn thám siêu cao tần

Tín hiêụ phản hồi của sóng rada thu lại bởi anten là một hàm tương quan nhiều yếu tố khác nhau và được biểu diễn theo công thức

Trong đó: Pr: là năng lượng thu được (tín hiệu rada phản hồi)

Pt: là năng lượng sóng truyền đi G: anten thu được

λ: bước sóng Rs: khoảng cách tầm xiên σ: là tín hiệu phản hồi hữu ích từ bề mặt, còn gọi là mặt cắt rada

và nó phụ thuộc vào góc tới, độ gồ ghề của bề mặt, hằng số điện môi, bước sóng và phân cực

Góc tới của chùm sóng rada phụ thuộc vào góc hạ, hướng của địa hình Độ

gồ ghề của địa hình cũng là hàm số của bước sóng và địa hình cục bộ

σ π

λ

4 3

2 2

) 4

t r

R

G P

P =

Hình 2.4: Xác định độ phân giải ảnh SAR

Dựa vào việc chuyển động của thiết bị bay và công nghệ xử lý dữ liệu sóng phản hồi, áp dụng thuật dịch chuyển DOPPLER bằng cách phân ra các khoảng tần

số khác nhau của tín hiệu anten tạo ra cho hệ rada tổng hợp

Độ rộng của chùm xung được tách ra làm 3 phần khác nhau về tần số: phần trước thiết bị bay chùm xung sẽ có tần số cao hơn, phần sau của thiết bị bay sẽ có tần số thấp hơn và ở giữa sẽ không có thay đổi

Khoảng hẹp ở giữa được tạo nên không có sự thay đổi về tần số sẽ sử dụng

để tính độ phân giải phương vị của rada tổng hợp

Vì có sự khác biệt rất lớn về góc tới, đồng thời với việc thu nhận ảnh theo từng vệt ảnh, do đó độ phân giải của ảnh sẽ không giống nhau trên từng pixel Hơn nữa để tạo thành SAR thì cần phải kết nối những vệt ảnh đơn lẻ thành một tấm ảnh duy nhất Như vậy ảnh SAR sẽ được xử lý nén ngang và nén dọc để được những pixel dạng thông thường

2.1.3 Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên trên ảnh viễn thám

Các đối tượng tự nhiên của bề mặt Trái đất, có thể chia thành 3 nhóm chính: Nhóm lớp phủ thực vật

Nhóm thổ nhưỡng

Nhóm đối tượng nước

Trong thực tế ít khi tồn tại những đối tượng đồng nhất mà thường là hỗn hợp các đối tượng, chính vì vậy phổ phản xạ của các đối tượng thu nhận được trên các

tư liệu viễn thám thường có sự thay đổi nhất định so với phổ phản xạ của chúng trong điều kiện lý tưởng (thuần nhất chỉ có một đối tượng) Hơn nữa do các bộ cảm viễn thám được chế tạo để thu nhận phản xạ phổ ở các dải sóng khác nhau, nên thông tin nhận được của cùng một đối tượng trên các loại tư liệu viễn thám cũng khác nhau

Hình 2.5: Khả năng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên

Vì vậy khi nghiên cứu phổ phản xạ của các đối tượng cần làm rõ hai vấn đề:

Cơ chế phản xạ phổ của các nhóm đối tượng

Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng thu nhận được trên một loại tư liệu ảnh viễn thám cụ thể

2.1.3.1 Đặc trưng phản xạ phổ của lớp phủ thực vật

Bức xạ mặt trời khi tới bề mặt lá cây, vùng sóng đỏ và chàm bị chất diệp lục hấp thụ phục vụ cho quá trình quang hợp, vùng sóng lục và vùng sóng hồng ngoại

sẽ phản xạ khi gặp chất diệp lục của lá

Sự khác nhau về đặc trưng phản xạ của thực vật phụ thuộc vào các yếu tố cấu tạo trong và ngoài của cây (hàm lượng sắc tố diệp lục, cấu tạo mô bì, thành phần và cấu tạo biểu bì, hình thái lá ), thời kỳ sinh trưởng (tuổi cây, giai đoạn sinh trưởng ) và các tác động ngoại cảnh (điều kiện sinh trưởng, điều kiện chiếu sáng, thời tiết, vị trí địa lý ) Tuy vậy đặc trưng phản xạ phổ của lớp phủ thực vật vẫn mang những đặc điểm chung: phản xạ mạnh ở vùng sóng cận hồng ngoại (λ > 0,720µm), hấp thụ mạnh ở vùng sóng đỏ (0,680 ≤ λ ≤ 0,720µm)

MANAGE

trên bề mặt và phần năng lượng phản xạ sau khi tán xạ bởi các vật chất lơ lửng trong nước Vì vậy năng lượng phản xạ của các loại nước khác nhau là khác nhau, đặc biệt là nước trong và nước đục Nhìn chung khả năng phản xạ của nước là thấp

và giảm dần theo chiều tăng của bước sóng Bức xạ mặt trời hầu như bị hấp thụ hoàn toàn ở sóng hồng ngoại và cận hồng ngoại Nước đục phản xạ mạnh hơn nước sạch, đặc biệt ở vùng sóng đỏ Việc sử dụng các ảnh thu nhận trong bước sóng dài cho ta khả năng giải đoán thủy văn, ao hồ

Khả năng phản xạ phổ của nước cũng thay đổi theo bước sóng của bức xạ chiếu tới và thành phần vật chất có trong nước Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào bề mặt và trạng thái của nước Trên kênh hồng ngoại và cận hồng ngoại đường bờ nước được phát hiện rất dễ dàng

2.1.3.3 Đặc trưng phản xạ phổ của thổ nhưỡng

Thổ nhưỡng là nền của lớp phủ thực vật, cùng với lớp phủ thực vật tạo thành một thể thống nhất trong cảnh quan tự nhiên Một phần bức xạ mặt trời chiếu tới mặt đất sẽ phản xạ ngay trên bề mặt, phần còn lại sẽ bị hấp thụ, trong đó một phần sau khi tán xạ gặp các hạt nhỏ và bị phản xạ trở lại

Đường biểu diễn đặc trưng các phản xạ phổ của lớp phủ thổ nhưỡng có dạng tăng dần từ vùng tử ngoại đến hồng ngoại một cách đơn điệu Khả năng phản xạ phổ phụ thuộc chủ yếu vào bản chất hóa lý của đất, hàm lượng hữu cơ, độ ẩm, trạng thái bề mặt, thành phần cơ giới của đất

2.1.4 Giới thiệu tư liệu ảnh viễn thám SPOT

Hệ thống vệ tinh viễn thám SPOT do Trung tâm Nghiên cứu Không gian (Centre National d’Etudes Spatiales - CNES) của Pháp chế tạo và phát triển Vệ tinh đầu tiên SPOT 1 được phóng lên quỹ đạo năm 1986, tiếp theo là SPOT 2, SPOT 3, SPOT 4 và SPOT 5 lần lượt vào các năm 1990, 1993, 1998 và 2002

Hình 2.6: Thời gian phóng vệ tinh SPOT

Các thế hệ vệ tinh SPOT 1, 2, 3 có đầu thu HRV với kênh toàn sắc độ phân giải 10m; ba kênh đa phổ có độ phân giải 20m Mỗi cảnh có độ bao phủ mặt đất là

60 km x 60km Vệ tinh SPOT 4 với kênh toàn sắc độ phân giải 10m; ba kênh đa phổ của HRVIR tương đương với 3 kênh phổ truyền thống của HRV có độ phân giải 20m và đầu thu ảnh kênh thực vật (Vegetation Instrument)

Hình 2.7: Các loại sản phẩm ảnh vệ tinh SPOT

Ảnh SPOT 4 toàn sắc có độ phân giải 10m với dải phổ từ 0.61µm đến 0.68µm, đây cũng chính là dải phổ của band B2 (Red) Ảnh đa phổ SPOT 4 gồm 4 band ảnh là B1:Green, B2:Red, B3:Near Infrared và B4: Shor-wave Infrared có độ phân giải 20m