Luận văn thạc sĩ về đánh giá hạn hán và hỗ trợ sản xuất lúa cho tỉnh Bến Tre từ tư liệu viễn thám

Luận văn thạc sĩ phân tích hạn hán bằng tư liệu viễn thám, hỗ trợ sản xuất lúa tại tỉnh Bến Tre, nâng cao quản lý tài nguyên môi trường.

• Tác giả: Phan Thị Diễm Huỳnh
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Thị Vân
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM
• Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên và môi trường
• Đề tài: Đánh giá hạn hán và hỗ trợ sản xuất lúa tại Bến Tre bằng tư liệu viễn thám
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• Tính cấp thiết của đề tài
• Mục tiêu nghiên cứu
• Nội dung nghiên cứu
• Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về hạn hán
• 1.1.1. Khái niệm hạn hán
• 1.1.2. Phân loại hạn hán
• 1.1.3. Thực trạng hạn hán ở vùng ĐBSCL
• 1.2. Tình hình nghiên cứu
• 1.2.1. Trên thế giới
• 1.2.2. Tại Việt Nam
• 1.3. Tổng quan khu vực nghiên cứu
• 1.3.1. Vị trí địa lý
• 1.3.2. Đặc điểm địa hình
• 1.3.3. Khí hậu – thủy văn
• 1.3.4. Kinh tế - xã hội
• 1.3.5. Tình hình trồng lúa nước tại tỉnh Bến Tre
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Cơ sở khoa học về viễn thám
• 2.1.1. Đặc trưng phản xạ phổ của đối tượng
• 2.1.2. Cơ sở viễn thám hồng ngoại nhiệt
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Chỉ số thực vật NDVI
• 2.2.2. Nhiệt độ bề mặt đất LST
• 2.2.3. Chỉ số hạn theo chỉ thị thực vật VDI
• 2.3. Dữ liệu thực hiện
• 2.4. Quy trình thực hiện nghiên cứu và xử lý ảnh viễn thám
• 2.4.1. Quy trình thực hiện nghiên cứu
• 2.4.2. Quy trình xử lý ảnh viễn thám
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tiền xử lý ảnh
• 3.1.1. Hiệu chỉnh bức xạ
• 3.1.2. Ghép kênh và cắt ảnh
• 3.1.3. Nắn chỉnh hình học
• 3.2. Phân loại lớp phủ xác định lớp đất trồng lúa
• 3.2.1. Phân loại lớp phủ bề mặt có giám sát
• 3.2.2. Kiểm định độ chính xác của kết quả phân loại
• 3.2.3. Hiện trạng đất trồng lúa theo thời điểm ảnh
• 3.3. Xác định nhiệt độ bề mặt từ ảnh vệ tinh
• 3.3.1. Tính chỉ số thực vật NDVI
• 3.3.2. Xác định độ phát xạ bề mặt (ε)
• 3.3.3. Tính nhiệt độ bề mặt (LST)
• 3.3.4. Kiểm chứng sai số trích xuất nhiệt
• 3.3.5. Chọn ngưỡng phân loại nhiệt độ bề mặt
• 3.3.6. Hiện trạng phân bố nhiệt độ bề mặt theo các thời điểm ảnh
• 3.3.7. Nhiệt độ bề mặt trên vùng đất trồng lúa
• 3.4. Đánh giá vùng khô hạn theo chỉ số VDI
• 3.4.1. Xác định mức độ khô hạn trên tổng thể khu vực nghiên cứu
• 3.4.2. Xác định mức độ khô hạn trên vùng đất trồng lúa
• 3.4.3. Xác định mức độ khô hạn trên vùng đất trồng lúa bị mất đi
• 3.5. Đề xuất biện pháp giảm nhẹ tác động từ hạn hán
• KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Đặt vấn đề

Hạn hán là một trong những hiện tượng thời tiết cực đoan, đặc biệt ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là sản xuất lúa tại tỉnh Bến Tre. Đánh giá hạn hán từ tư liệu viễn thám là một phương pháp hiệu quả để theo dõi và quản lý tình hình hạn hán, từ đó đưa ra các biện pháp ứng phó kịp thời. Việc ứng dụng công nghệ viễn thám trong việc theo dõi hạn hán giúp cung cấp thông tin chính xác về tình trạng đất trồng lúa, hỗ trợ việc quản lý tài nguyên nước hiệu quả hơn. Theo thống kê, hạn hán đã gây thiệt hại đáng kể đến sản lượng lúa trong những năm qua, ảnh hưởng trực tiếp đến an ninh lương thực của địa phương.

1.1. Tình hình hạn hán tại Bến Tre

Bến Tre là một trong những tỉnh chịu ảnh hưởng nặng nề của hạn hán do nằm trong vùng Đồng bằng sông Cửu Long. Tình hình hạn hán diễn biến phức tạp và ngày càng nghiêm trọng, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Năm 2016, tỉnh đã ghi nhận thiệt hại lên đến 14.000 ha lúa do hạn hán, điều này cho thấy mức độ nghiêm trọng của tình trạng này. Việc sử dụng tư liệu viễn thám để đánh giá mức độ hạn hán không chỉ giúp xác định diện tích bị ảnh hưởng mà còn tạo cơ sở để lập bản đồ hạn hán, từ đó đề xuất các giải pháp ứng phó kịp thời.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng các kỹ thuật viễn thám để thu thập dữ liệu về tình trạng hạn hán và sản xuất lúa tại Bến Tre. Các chỉ số như Chỉ số điều kiện nước (WCI) và Chỉ số điều kiện nhiệt độ (TCI) được áp dụng để xác định mức độ hạn hán thông qua hình ảnh vệ tinh. Dữ liệu từ vệ tinh Landsat 8 được xử lý để xây dựng bản đồ hạn hán với các mức độ khác nhau như ẩm ướt, không khô hạn, khô hạn nhẹ, khô hạn nặng và khô hạn rất nặng. Kết quả của nghiên cứu cho thấy mối quan hệ giữa hạn hán và diện tích đất trồng lúa, từ đó đưa ra các khuyến nghị cho việc quản lý và ứng phó với hạn hán.

2.1. Kỹ thuật viễn thám

Kỹ thuật viễn thám cho phép thu thập dữ liệu từ xa, cung cấp thông tin chính xác về tình trạng môi trường và hạn hán. Các chỉ số như Chỉ số khô hạn theo chỉ thị thực vật (VDI) giúp đánh giá mức độ khô hạn của đất. Nghiên cứu sử dụng hình ảnh vệ tinh để phân tích các yếu tố liên quan đến hạn hán, từ đó xây dựng bản đồ phân vùng mức độ hạn hán. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ nâng cao hiệu quả trong việc theo dõi tình hình hạn hán mà còn hỗ trợ các nhà quản lý trong việc ra quyết định kịp thời.

III. Kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy năm 2016 là năm có mức độ hạn hán nặng nhất tại Bến Tre, với 44% diện tích tổng bị ảnh hưởng. Năm 2020, tình hình có cải thiện nhưng vẫn còn nhiều khu vực bị hạn hán nặng. Hạn hán không chỉ ảnh hưởng đến sản lượng lúa mà còn tác động đến sinh kế của người dân. Sự gia tăng nhiệt độ và mức độ hạn hán đã dẫn đến sự thu hẹp diện tích đất trồng lúa, gây ra tình trạng thiếu nước cho sản xuất nông nghiệp. Các biện pháp ứng phó cần được triển khai kịp thời để giảm thiểu tác động tiêu cực từ hạn hán.

3.1. Tác động của hạn hán đến sản xuất lúa

Nghiên cứu cho thấy hạn hán có tác động sâu rộng đến sản xuất lúa tại Bến Tre. Diện tích đất trồng lúa bị thu hẹp đáng kể do tình trạng khô hạn kéo dài, dẫn đến giảm sản lượng và thu nhập của nông dân. Mối liên hệ giữa hạn hán và sự biến động diện tích lúa được thể hiện rõ qua các chỉ số nghiên cứu. Các giải pháp như cải thiện quản lý nước và áp dụng các biện pháp canh tác bền vững cần được xem xét để đảm bảo an ninh lương thực trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

IV. Đề xuất giải pháp

Dựa trên kết quả nghiên cứu, một số giải pháp được đề xuất nhằm ứng phó với hạn hán tại Bến Tre. Trước tiên, cần nâng cao nhận thức của người dân về tình hình hạn hán và các biện pháp phòng ngừa. Thứ hai, áp dụng công nghệ viễn thám để theo dõi và dự báo tình hình hạn hán. Cuối cùng, cần xây dựng các chính sách hỗ trợ nông dân trong việc chuyển đổi cơ cấu cây trồng và cải thiện hệ thống tưới tiêu để giảm thiểu tác động từ hạn hán. Những biện pháp này không chỉ giúp bảo vệ sản xuất lúa mà còn đảm bảo sinh kế cho người dân trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

4.1. Chính sách hỗ trợ nông dân

Chính sách hỗ trợ nông dân trong việc chuyển đổi cơ cấu cây trồng và cải thiện hệ thống tưới tiêu là rất cần thiết. Cần có các chương trình đào tạo và hỗ trợ kỹ thuật để nông dân có thể áp dụng các phương pháp canh tác bền vững. Việc sử dụng tư liệu viễn thám trong quản lý nước và sản xuất nông nghiệp sẽ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu thiệt hại do hạn hán.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Theo thống kê ngành nông nghiệp, sản lượng lúa của Việt Nam đã tăng từ 39,17 triệu tấn năm 2009 lên 43,4 triệu tấn vào năm 2019, đưa mức bình quân lương thực đầu người từ 497 kg/năm lên trên 525 kg/năm. Tuy nhiên, theo đánh giá của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu, Đồng bằng sông Cửu Long với gần 4 triệu hecta diện tích tự nhiên và khoảng 2 triệu hecta đất lúa đang đối mặt với hiểm họa hạn hán và xâm nhập mặn cực kỳ nghiêm trọng. Tại tỉnh Bến Tre với tổng diện tích tự nhiên 2.360 km², đợt thiên tai lịch sử mùa khô năm 2016 đã làm hư hại gần 14.000 ha lúa, góp phần gây thất thu khoảng 800.000 tấn lúa trên toàn vùng và đẩy giá nước ngọt sinh hoạt lên mức 200.000 đồng/m³. Đến mùa khô 2019-2020, ranh mặn 4 g/l tiếp tục xâm nhập sâu từ 55 đến 110 km, gây ảnh hưởng đến 1,68 triệu ha đất tự nhiên toàn vùng đồng bằng.

Trước thực trạng đó, đề tài nghiên cứu đã tập trung đánh giá hiện trạng và diễn biến hạn hán thông qua công nghệ viễn thám tại 4 huyện trọng điểm sản xuất lúa phía đông tỉnh Bến Tre gồm Ba Tri, Bình Đại, Giồng Trôm và Thạnh Phú. Phạm vi thời gian nghiên cứu bao gồm các thời điểm mùa khô của các năm 2015, 2016 và 2020. Mục tiêu cụ thể là thành lập bản đồ phân vùng mức độ khô hạn theo chỉ số hạn thực vật, đồng thời định lượng hóa tác động của biến động nhiệt độ và hạn hán đối với sự suy giảm diện tích đất trồng lúa. Kết quả của công trình mang ý nghĩa thực tiễn to lớn, cung cấp hệ số cảnh báo khoa học và công cụ trực quan giúp chính quyền địa phương xây dựng kịch bản ứng phó, bảo vệ sinh kế cho hơn 1,2 triệu người dân địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết cân bằng bức xạ nhiệt của Trái Đất và đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên. Theo định luật Stefan-Boltzmann và định luật Kirchhoff, các vật thể trên bề mặt phát ra bức xạ nhiệt trong dải bước sóng hồng ngoại từ 8 đến 14 µm tương ứng với nhiệt độ động lực học và độ phát xạ bề mặt dao động trong khoảng từ 0,70 đến 0,95. Đồng thời, lý thuyết quang phổ thảm thực vật chỉ ra rằng diệp lục hấp thụ mạnh bức xạ ở dải sóng đỏ từ 0,6 đến 0,7 µm và phản xạ mạnh ở dải cận hồng ngoại từ 0,7 đến 1,4 µm, trong khi nước mặt và độ ẩm trong lá hấp thụ mạnh ở dải hồng ngoại sóng ngắn.

Mô hình nghiên cứu vận dụng hệ thống 6 chỉ số viễn thám chủ đạo:

• Chỉ số thực vật khác biệt chuẩn hóa để đánh giá sinh khối và sức khỏe cây lúa.
• Chỉ số khác biệt nước cải tiến nhằm tách chiết chính xác hàm lượng ẩm bề mặt.
• Nhiệt độ bề mặt đất phản ánh năng lượng bức xạ nhiệt.
• Chỉ số điều kiện nhiệt độ chuẩn hóa sự phân bố nhiệt.
• Chỉ số điều kiện nước lượng hóa tỷ lệ thiếu hụt độ ẩm.
• Chỉ số hạn theo chỉ thị thực vật tích hợp đồng thời yếu tố nhiệt độ và độ ẩm với trọng số cân bằng 0,5 cho mỗi thành phần.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được sử dụng là ảnh vệ tinh Landsat 8 OLI/TIRS dải bay 125, dòng 053 thu nhận vào các ngày 09/02/2015, 28/02/2016 và 23/02/2020 từ Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ, có độ phân giải không gian 30 m cho các kênh quang học và tái lấy mẫu 30 m cho kênh hồng ngoại nhiệt 10 với bước sóng trung tâm 10,9 µm. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm hơn 150 điểm khảo sát thực địa được chọn theo phương pháp ngẫu nhiên phân tầng đại diện cho các kiểu thảm phủ chính tại 4 huyện ven biển. Lý do lựa chọn phương pháp này nhằm đảm bảo tính đại diện thống kê và kiểm soát sai số phân loại giữa đất lúa, cây lâu năm, mặt nước và đất trống.

Quy trình phân tích dữ liệu bao gồm:

• Tiền xử lý hiệu chỉnh bức xạ và nắn chỉnh hình học chuyển về hệ tọa độ UTM chuẩn quốc tế.
• Phân loại lớp phủ có giám sát theo thuật toán xác suất cực đại để bóc tách chính xác lớp đất lúa vụ Đông Xuân, đạt độ chính xác toàn thể trên 88% và hệ số Kappa vượt 0,85.
• Trích xuất nhiệt độ bề mặt hiệu chỉnh độ phát xạ theo từng pixel dựa trên tỷ lệ thực vật tính từ chỉ số thực vật. Phương pháp này ưu việt hơn cách gán hệ số phát xạ cố định truyền thống, mang lại độ chính xác cao khi kiểm chứng với dữ liệu khí tượng.
• Tính toán chỉ số hạn thực vật và phân cấp 5 mức độ khô hạn từ ẩm ướt đến khô hạn rất nặng trên toàn bộ diện tích 4 huyện nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích không gian và thống kê chuỗi dữ liệu ảnh vệ tinh qua 3 thời điểm mùa khô đã ghi nhận 4 phát hiện quan trọng:

Thứ nhất, năm 2015 là giai đoạn có mức độ khô hạn thấp nhất trong toàn bộ chuỗi quan trắc. Diện tích thuộc nhóm không khô hạn và khô hạn nhẹ chiếm ưu thế với 45% tổng diện tích khu vực nghiên cứu. Nhiệt độ bề mặt đất lúa tại 4 huyện phân bố đồng đều, dao động phổ biến từ 26,0°C đến 28,5°C, tạo điều kiện thuận lợi cho lúa Đông Xuân sinh trưởng.

Thứ hai, năm 2016 ghi nhận đợt hạn hán lịch sử khốc liệt nhất khi diện tích vùng khô hạn nặng và rất nặng bùng nổ, chiếm tới 44% tổng diện tích tự nhiên của 4 huyện. Tại các vùng trọng điểm lúa của huyện Ba Tri và Giồng Trôm, nhiệt độ bề mặt đất tăng vọt lên mức 34,5°C đến 38,0°C, chỉ số hạn thực vật giảm mạnh xuống dưới 40, làm hư hại gần 14.000 ha lúa canh tác.

Thứ ba, vào mùa khô năm 2020, mặc dù tỷ lệ khô hạn nặng và rất nặng giảm khoảng 5,8% so với đỉnh hạn năm 2016, vùng khô hạn nhẹ đến nặng vẫn bao phủ trên 62% diện tích vùng nghiên cứu. Hiện tượng xâm nhập mặn với nồng độ 4 g/l kéo dài liên tục từ tháng 2 đến tháng 5 năm 2020 đã duy trì tình trạng thiếu nước cục bộ trên diện rộng.

Thứ tư, tại các khu vực đất trồng lúa bị suy thoái và biến mất trong giai đoạn 2015-2016 và 2016-2020, chỉ số hạn thực vật đều tụt xuống ngưỡng dưới 25, thuộc cấp khô hạn rất nặng. Nhiệt độ bề mặt trên các dải đất lúa bị bỏ hoang hoặc chuyển đổi bắt buộc cao hơn từ 2,5°C đến 4,2°C so với các chân ruộng lúa xanh đủ nước lân cận.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng hạn hán gay gắt năm 2016 và 2020 bắt nguồn từ tác động kép của hiện tượng khí hậu El Nino cực đoan và sự suy giảm nguồn nước liên quốc gia. Hiện tượng El Nino làm tổng lượng mưa mùa khô giảm từ 20% đến 50% so với trung bình nhiều năm. Đồng thời, hệ thống 6 đập thủy điện lớn tại thượng nguồn sông Mekong tích nước trong mùa kiệt đã làm lưu lượng dòng chảy đổ về Đồng bằng sông Cửu Long sụt giảm từ 10% đến 30%, tạo điều kiện cho nước mặn xâm nhập sâu vào nội đồng qua các cửa sông Hàm Luông, Cổ Chiên và Cửa Đại.

Kết quả tính toán chỉ số hạn thực vật hoàn toàn tương thích với các nghiên cứu của các chuyên gia quốc tế năm 2013 và các nghiên cứu viễn thám nhiệt tại khu vực Nam Trung Bộ năm 2016 và 2019. Mô hình tích hợp chỉ số nước cải tiến và nhiệt độ bề mặt đã khắc phục triệt để hiện tượng sai lệch khi chỉ dùng chỉ số thực vật đơn lẻ. Để phục vụ công tác quản lý trực quan, toàn bộ dữ liệu được tổng hợp thành hệ thống bản đồ phân vùng hạn hán 5 cấp độ màu sắc chi tiết từ mức ẩm ướt với chỉ số từ 70 đến 100 đến mức khô hạn rất nặng với chỉ số từ 0 đến 25, đi kèm các biểu đồ cột thể hiện tỷ lệ phần trăm biến động nhiệt độ của từng huyện theo các mốc thời gian.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm giảm thiểu tổn thất và ổn định an ninh lương thực trước bối cảnh biến đổi khí hậu, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp hành động cụ thể:

• Ứng dụng hệ thống giám sát viễn thám đa thời gian để theo dõi nhiệt độ bề mặt và độ ẩm định kỳ 8 đến 16 ngày một lần, hướng tới mục tiêu phát hiện sớm rủi ro khô hạn trước từ 15 đến 30 ngày cho 100% các xã ven biển. Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp cùng Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Bến Tre. Thời gian thực hiện: Giai đoạn 2021-2023.

• Điều chỉnh khung lịch thời vụ gieo sạ vụ lúa Đông Xuân sớm hơn từ 20 đến 30 ngày, bắt đầu từ tháng 10 hàng năm nhằm giúp cây lúa trổ bông và thu hoạch dứt điểm trước khi đỉnh hạn mặn xuất hiện vào tháng 2. Đồng thời, chuyển đổi linh hoạt từ 5.000 đến 8.000 ha đất trồng lúa kém hiệu quả sang mô hình luân canh lúa - tôm hoặc cây trồng cạn chịu hạn. Chủ thể thực hiện: Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ thực vật cùng Ủy ban nhân dân các huyện Ba Tri, Bình Đại, Thạnh Phú, Giồng Trôm. Thời gian thực hiện: Hàng năm từ năm 2021 đến 2025.

• Hiện đại hóa hệ thống thủy lợi ngăn mặn và trữ ngọt, tập trung nạo vét các tuyến kênh mương nội đồng thuộc mạng lưới 6.000 km sông rạch của tỉnh và vận hành tối ưu cống đập Ba Lai nhằm bảo đảm dung tích trữ từ 30 đến 50 triệu m³ nước ngọt phục vụ tưới tiêu khẩn cấp. Chủ thể thực hiện: Công ty Trách nhiệm hữu hạn Một thành viên Khai thác công trình thủy lợi tỉnh Bến Tre. Thời gian thực hiện: Giai đoạn 2022-2026.

• Khảo nghiệm, nhân rộng và đưa vào cơ cấu gieo trồng các giống lúa ngắn ngày có thời gian sinh trưởng dưới 90 ngày, có khả năng chịu mặn từ 3‰ đến 5‰ như OM5451, OM6976, OM9921, OM4900, nâng tỷ lệ diện tích sử dụng giống lúa chống chịu hạn mặn lên trên 85% toàn vùng phía đông. Chủ thể thực hiện: Trung tâm Khuyến nông Bến Tre phối hợp với Viện Lúa Đồng bằng sông Cửu Long. Thời gian thực hiện: Giai đoạn 2021-2024.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

• Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên, môi trường và nông nghiệp: Lãnh đạo các Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tại Bến Tre và 13 tỉnh thành Đồng bằng sông Cửu Long có thể sử dụng bản đồ phân vùng hạn và phương pháp trích xuất chỉ số để quy hoạch phân vùng sản xuất lúa, xây dựng kế hoạch điều tiết nguồn nước và ban hành chính sách hỗ trợ thiệt hại thiên tai kịp thời.

• Các nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học: Các chuyên gia thuộc khối ngành Quản lý tài nguyên, Biến đổi khí hậu, Hệ thống thông tin địa lý và Viễn thám có thể sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo chuẩn mực về thuật toán xử lý kênh nhiệt Landsat 8, phương pháp tính độ phát xạ theo chỉ số thực vật và mô hình tích hợp chỉ số hạn thực vật.

• Các tổ chức quốc tế và ban quản lý dự án biến đổi khí hậu: Các tổ chức phát triển quốc tế và các cơ quan thực hiện dự án tăng cường khả năng chống chịu khí hậu có thể khai thác các chỉ số định lượng về diện tích suy thoái đất lúa để thiết kế các gói tài trợ sinh kế và các chương trình phục hồi nông nghiệp thích ứng hạn mặn.

• Cán bộ khuyến nông cơ sở và ban quản trị hợp tác xã nông nghiệp: Cán bộ kỹ thuật tại 4 huyện ven biển có thể ứng dụng kết quả phân tích nhiệt độ và mức độ khô hạn theo từng địa bàn để hướng dẫn nông dân bố trí thời vụ gieo cấy và lựa chọn giống lúa phù hợp cho từng tiểu vùng sinh thái.

Câu hỏi thường gặp

Chỉ số hạn theo chỉ thị thực vật có ưu điểm gì vượt trội so với chỉ số thực vật thông thường trong cảnh báo hạn lúa? Trong thực tế canh tác, khi cây lúa bắt đầu thiếu nước, hàm lượng chất diệp lục trong lá chưa suy giảm ngay, khiến chỉ số thực vật vẫn duy trì ở mức cao từ 0,6 đến 0,7. Chỉ số hạn thực vật kết hợp đồng thời độ ẩm bề mặt từ chỉ số nước cải tiến và nhiệt độ bề mặt đất với tỷ trọng cân bằng 50%, giúp phát hiện sớm dấu hiệu hạn sinh lý trước khi lá lúa héo úa từ 10 đến 15 ngày.

Tại sao nghiên cứu lựa chọn ảnh vệ tinh Landsat 8 thay vì nguồn dữ liệu MODIS hay Sentinel? Dữ liệu MODIS có độ phân giải không gian từ 250 m đến 1 km, quá thô để đánh giá các thửa ruộng lúa có diện tích nhỏ hẹp tại tỉnh Bến Tre. Ảnh Landsat 8 cung cấp độ phân giải 30 m cho các kênh quang học và tái lấy mẫu 30 m cho kênh nhiệt 10 với bước sóng 10,9 µm, đảm bảo độ chi tiết không gian cao, chi phí dữ liệu hoàn toàn miễn phí từ kho lưu trữ của Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ.

Thiệt hại của đợt hạn hán lịch sử năm 2016 tại Bến Tre được luận văn chứng minh qua các con số nào? Dữ liệu xử lý ảnh ngày 28/02/2016 khẳng định diện tích khô hạn nặng và rất nặng chiếm tới 44% tổng diện tích 4 huyện nghiên cứu. Nhiệt độ bề mặt tại nhiều cánh đồng lúa tăng vượt ngưỡng 35,0°C, trực tiếp dẫn đến thiệt hại gần 14.000 ha lúa Đông Xuân của tỉnh Bến Tre và làm thất thu khoảng 800.000 tấn lúa trên toàn vùng Đồng bằng sông Cửu Long.

Vai trò của kênh hồng ngoại sóng ngắn trong việc nâng cao độ chính xác của chỉ số điều kiện nước là gì? Chỉ số nước truyền thống sử dụng kênh cận hồng ngoại thường bị nhầm lẫn giữa đất ẩm và công trình nhân tạo. Việc thay thế bằng kênh hồng ngoại sóng ngắn kênh 6 trên Landsat 8 giúp tận dụng đặc tính hấp thụ bức xạ cực mạnh của nước trong dải phổ này, loại bỏ nhiễu nền đất trống và nâng cao độ chính xác phân tách độ ẩm bề mặt lên trên 90%.

Quy trình đánh giá hạn hán bằng viễn thám trong luận văn có khả năng nhân rộng sang các tỉnh khác không? Toàn bộ thuật toán xử lý ảnh số, tính toán nhiệt độ bề mặt đất và trích xuất chỉ số hạn thực vật được chuẩn hóa trên nền tảng hệ tọa độ UTM múi 48N. Do đó, mô hình hoàn toàn có thể chuyển giao và áp dụng đồng bộ cho 12 tỉnh thành còn lại tại Đồng bằng sông Cửu Long như Trà Vinh, Sóc Trăng, Tiền Giang và Kiên Giang nhằm phục vụ giám sát hạn mặn định kỳ hàng năm.

Kết luận

• Luận văn đã ứng dụng thành công công nghệ viễn thám đa phổ Landsat 8 độ phân giải 30 m để giám sát, đánh giá định lượng hiện trạng khô hạn tại 4 huyện ven biển tỉnh Bến Tre trong các mùa khô 2015, 2016 và 2020.
• Thành lập bản đồ phân vùng mức độ khô hạn 5 cấp theo chỉ số hạn thực vật, xác định năm 2016 là đỉnh hạn lịch sử với 44% diện tích bị khô hạn nặng đến rất nặng, tương phản rõ rệt với năm 2015 khi 45% diện tích duy trì trạng thái ẩm ướt và không khô hạn.
• Định lượng mối tương quan chặt chẽ giữa sự gia tăng nhiệt độ bề mặt từ 2,5°C đến 4,2°C với sự suy giảm diện tích đất trồng lúa, khẳng định chỉ số hạn thực vật là công cụ cảnh báo sớm hiệu quả cao.
• Xây dựng hệ thống 4 giải pháp toàn diện bao gồm giám sát viễn thám định kỳ, chuyển dịch lịch thời vụ sớm từ 20 đến 30 ngày, tối ưu hóa công trình tích trữ 30 đến 50 triệu m³ nước ngọt và phổ biến giống lúa chịu mặn từ 3‰ đến 5‰.
• Mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo giai đoạn 2021-2025 thông qua việc kết hợp dữ liệu ảnh Sentinel-2 chu kỳ 5 ngày và thuật toán trí tuệ nhân tạo để tự động hóa công tác dự báo hạn mặn.

Các cơ quan quản lý nông nghiệp và tài nguyên môi trường hãy chủ động ứng dụng ngay quy trình viễn thám này vào thực tiễn quản lý nhằm bảo vệ diện tích lúa canh tác và phát triển nền nông nghiệp bền vững cho địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hạn hán nông nghiệp xảy ra khi độ ẩm trong đất không đủ để duy trì sản lƣợng nông nghiệp trung bình. Hậu quả ban đầu là làm giảm năng suất cây trồng, diện tích gieo trồng, giảm sản lƣợng mùa vụ, tăng chi phí sản xuất nông nghiệp, giảm thu nhập của lao động nông nghiệp, tăng giá thành lƣơng thực. Hạn nông nghiệp cực đoan có thể dẫn tình trạng thiếu lƣơng thực kéo dài ở một khu vực gây ra các bệnh dịch lan rộng và tử vong do đói.

Với thế mạnh nông nghiệp, Việt Nam có ƣu thế đảm bảo an ninh lƣơng thực hơn phần lớn các nƣớc đang phát triển ở châu Á. Sau 10 năm thực hiện Kết luận số 53-KL/TW ngày 5/8/2009 của Bộ Chính trị về Đề án “An ninh lƣơng thực Quốc gia đến năm 2020,” sản lƣợng lúa của cả nƣớc tăng từ 39,17 triệu tấn (năm 2009) lên 43,4 triệu tấn (năm 2019); bình quân lƣơng thực đầu ngƣời tăng từ 497 kg/năm lên trên 525 kg/năm, đƣa Việt Nam vào nhóm 6 nƣớc hàng đầu về chỉ số này và vai trò của Việt Nam trong hỗ trợ an ninh lƣơng thực cho các quốc gia khác ngày càng tăng. Tuy nhiên, trong bối cảnh phải chịu sự tác động nặng nề bởi biến đổi khí hậu, thời tiết ngày càng phức tạp và cực đoan. Nƣớc ta có khí hậu nhiệt đới gió mùa, sự biến động của các yếu tố khí hậu hàng năm rất lớn, hạn hán nghiêm trọng thƣờng xảy ra và gây tác động đáng kể lên hệ sinh thái và nông ngiệp của vùng bị ảnh hƣởng.

Theo IPCC (2007), Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là một trong ba châu thổ trên thế giới có nguy cơ chịu ảnh hƣởng cực kỳ nghiêm trọng của biến đổi khí hậu trong 30 – 50 năm tới, trong đó có hạn hán. Theo báo cáo “Tình hình hạn hán, xâm nhập mặn và các giải pháp ứng phó” của Ban chỉ đạo Trung ƣơng về phòng chống thiên tai, tính riêng năm 2015, ở khu vực Nam Trung Bộ và Tây Nguyên, đã có gần 40.000 ha lúa phải dừng sản xuất do thiếu nƣớc, 122.000 ha cây trồng bị hạn hán, thiếu nƣớc và hàng chục nghìn hộ dân bị thiếu nƣớc sinh hoạt. Trong đợt hạn hán miền Nam Việt Nam 2016, theo ƣớc tính của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Việt Nam có khoảng 160.000 ha lúa bị thiệt hại, 1 khoảng 800.000 tấn lúa đã bị mất trắng. Tỉnh Bến Tre là một trong những tỉnh bị ảnh hƣởng nặng nề nhất với gần 14.000 ha lúa bị thiệt hại.

Hạn hán thƣờng xảy ra trên diện rộng, do vậy việc quan trắc và nghiên cứu bằng các phƣơng pháp truyền thống gặp rất nhiều khó khăn, và trên thực tế không thể đặt các trạm quan trắc với mật độ dày đặc do chi phí bỏ ra là rất lớn. Hiện nay, dữ liệu viễn thám cung cấp thông tin về bề mặt Trái Đất ở các kênh phổ khác nhau và mức độ bao phủ rộng đã đƣợc sử dụng một cách hiệu quả trong quan trắc và giám sát hạn hán. Đã có rất nhiều nghiên cứu trên thế giới sử dụng tƣ liệu viễn thám hồng ngoại nhiệt trong xác định nhiệt độ và độ ẩm đất nhằm đánh giá mức độ khô hạn của bề mặt. Tƣ liệu ảnh vệ tinh luôn có sẵn và có thể đƣợc sử dụng để phát hiện sự khởi đầu, diễn biến của khô hạn cả về thời gian và cƣờng độ.

Bên cạnh đó, giám sát các điều kiện hạn hán và tình trạng độ ẩm bề mặt bằng viễn thám vệ tinh cũng đang là mối quan tâm lớn trong việc quản lý thảm họa hạn hán và cho sự phát triển bền vững của môi trƣờng sinh thái và an ninh lƣơng thực.