Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đất đai là nguồn tài nguyên quốc gia quý giá, là tư liệu sản xuất đặc biệt không thể thay thế và là địa bàn phân bố dân cư, phát triển các hoạt động kinh tế, xã hội, an ninh và quốc phòng. Trong sản xuất nông, lâm nghiệp, việc nắm bắt đặc tính đất đai để bố trí cây trồng phù hợp giữ vai trò then chốt nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng đất và bảo đảm tính bền vững của môi trường sinh thái.

Xã Quảng Khê nằm ở phía Tây Nam huyện Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn, là trung tâm cụm xã cách trung tâm huyện 28 km, có tuyến Quốc lộ 279 chạy qua cùng hệ thống đường tỉnh lộ. Địa bàn xã có địa hình đồi núi cao, bị chia cắt mạnh bởi các dãy núi đá vôi xen kẽ thung lũng và ruộng bậc thang hẹp, thuộc lưu vực vùng đệm Vườn quốc gia Ba Bể. Hoạt động kinh tế của xã chủ yếu dựa vào sản xuất nông - lâm nghiệp (chiếm 80 - 90% cơ cấu kinh tế). Trước sức ép của quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và nhu cầu chuyển dịch cơ cấu cây trồng, địa phương cần có cơ sở khoa học để đánh giá chính xác tiềm năng đất đai, từ đó quy hoạch các vùng sản xuất hàng hóa có giá trị kinh tế cao, trong đó cây dưa hấu (Citrullus lanatus) là đối tượng cây trồng cạn ngắn ngày có tiềm năng phát triển.

Đề tài khóa luận tập trung giải quyết các mục tiêu nghiên cứu cụ thể sau:

  1. Đánh giá các điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của xã Quảng Khê.
  2. Đánh giá hiện trạng sử dụng các loại đất của xã Quảng Khê năm 2015.
  3. Xác định mức độ thích hợp của đất đai đối với cây dưa hấu.
  4. Thành lập bản đồ phân vùng thích nghi tự nhiên cây dưa hấu trong phạm vi khu vực nghiên cứu.
  5. Đưa ra giải pháp sử dụng đất nông nghiệp có hiệu quả cao hơn.
  6. Đề xuất phương án quy hoạch phát triển vùng trồng dưa hấu trên địa bàn xã Quảng Khê.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Các yếu tố điều kiện tự nhiên ảnh hưởng đến sinh trưởng cây trồng (độ ẩm, độ dốc, thành phần cơ giới, độ sâu tầng canh tác, chế độ tưới, thổ nhưỡng, độ pH, lượng mưa) và quy trình tích hợp Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) với Hệ thống Đánh giá Đất tự động (ALES) trong phân hạng thích nghi đất đai.
  • Phạm vi không gian: Toàn bộ ranh giới hành chính xã Quảng Khê, huyện Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn (tổng diện tích tự nhiên 5.448,20 ha; diện tích đưa vào đánh giá bản đồ chuyên đề thổ nhưỡng là 5.435,19 ha).
  • Phạm vi thời gian: Nghiên cứu và thu thập số liệu thực địa được tiến hành từ ngày 20/01/2016 đến ngày 20/05/2016 tại Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Kạn và địa bàn xã Quảng Khê.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên khung lý thuyết và phương pháp đánh giá đất đai theo tiêu chuẩn quốc tế kết hợp công nghệ xử lý thông tin không gian:

  1. Khung đánh giá đất đai của FAO (1976): Áp dụng hệ thống phân loại khả năng thích nghi đất đai (Land Suitability Classification) dựa trên việc đối chiếu giữa Yêu cầu sử dụng đất (LUR) của loại hình sử dụng đất (LUT) với Đặc tính/Chất lượng đất đai (LC/LQ) của từng Đơn vị bản đồ đất đai (LMU). Cấu trúc phân hạng thích nghi gồm 4 cấp: Bộ (S - Thích nghi, N - Không thích nghi), Lớp (S1 - Rất thích nghi, S2 - Thích nghi trung bình, S3 - Ít thích nghi, N1 - Không thích nghi hiện tại, N2 - Không thích nghi vĩnh viễn), Lớp phụ và Đơn vị. Đề tài vận dụng nguyên tắc yếu tố hạn chế lớn nhất (Maximum Limitation Method) kết hợp phân tích đa tiêu chuẩn (MCA) để xác định cấp thích nghi tự nhiên.
  2. Hệ thống đánh giá đất tự động ALES (Automated Land Evaluation System): Sử dụng phần mềm ALES để mô hình hóa quy tắc đánh giá đất đai bằng cây quyết định (decision tree), xử lý dữ liệu thuộc tính phân loại (độ dốc, thành phần cơ giới, tầng dày, chế độ tưới, pH, lượng mưa, loại đất) cho từng đơn vị đất đai theo hàm số thích hợp: $S_{LMU, LUT} = f_{LUT}({LC}_{LMU})$.
  3. Công nghệ Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) và phần mềm ArcGIS: Sử dụng ArcGIS để số hóa, biên tập bản đồ đơn tính, xử lý mô hình số độ cao DEM, thực hiện chức năng chồng xếp bản đồ không gian (Map Overlaying) để thành lập bản đồ đơn vị đất đai (LMU) và bản đồ phân vùng thích nghi đất đai cho cây dưa hấu.
  4. Phương pháp điều tra thu thập số liệu sơ cấp và thứ cấp:
    • Thu thập số liệu thứ cấp: Kế thừa tài liệu thống kê, báo cáo kinh tế - xã hội, bản đồ địa chính, bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2015, bản đồ thổ nhưỡng từ UBND xã Quảng Khê và Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Kạn.
    • Thu thập số liệu sơ cấp: Khảo sát trực tiếp qua bộ phiếu điều tra nông hộ ($n = 50$ phiếu) tại các hộ gia đình đang trồng dưa hấu trên địa bàn 11 thôn.
    • Phương pháp đánh giá nhanh nông thôn (RRA) và đánh giá nông thôn có sự tham gia của người dân (PRA): Phỏng vấn cán bộ địa phương và nông dân về tập quán canh tác, năng suất dưa hấu, mùa vụ, chi phí đầu tư và các khó khăn thực tế.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Tác giả trình bày tính cấp thiết của việc ứng dụng công nghệ thông tin trong quản lý và đánh giá thích nghi đất đai tại xã Quảng Khê, huyện Ba Bể. Xác định rõ mục tiêu tổng quát (đánh giá phân hạng đất trồng cây dưa hấu), 6 mục tiêu cụ thể, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài trong việc hỗ trợ định hướng chuyển đổi cơ cấu cây trồng nông nghiệp bền vững tại địa phương.

Phần 2: Tổng quan tài liệu nghiên cứu

Hệ thống hóa các khái niệm chuyên ngành: Đất đai (Land), Đơn vị bản đồ đất đai (LMU), Loại hình sử dụng đất (LUT), Yêu cầu sử dụng đất (LUR), Tính chất đất đai (LC), Yếu tố hạn chế. Trình bày chi tiết tiến trình đánh giá đất đai của FAO (1976), nguyên lý hoạt động của phần mềm ALES và cấu trúc tích hợp giữa GIS và ALES. Tổng quan tình hình ứng dụng GIS, ALES trong đánh giá đất đai tại Việt Nam (các nghiên cứu tại Đồng Nai, Đắk Lắk, Bình Phước, Lâm Đồng, sông Bé) và trên thế giới (Mỹ, Hà Lan, Tanzania, Ethiopia, Philippines, Thái Lan). Đồng thời, tổng kết đặc điểm thực vật học, giá trị dinh dưỡng, dược học, các giống dưa F1 phổ biến (Tiểu Long NP-404, Báo Long NP-900, Thành Long NP-350, Hắc Mỹ Nhân 2888...), kỹ thuật làm đất, bón phân, chế độ nước tưới và các tiêu chuẩn sinh thái của cây dưa hấu.

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Xác định đối tượng nghiên cứu là điều kiện tự nhiên (độ ẩm, độ dốc, thành phần cơ giới, độ sâu tầng canh tác, chế độ tưới) và phương pháp tích hợp GIS - ALES. Phạm vi nghiên cứu đặt tại xã Quảng Khê trong giai đoạn từ 20/01/2016 đến 20/05/2016. Quy trình nghiên cứu gồm 4 bước chính: (1) Thu thập số liệu thứ cấp và sơ cấp ($n=50$ phiếu phỏng vấn nông hộ); (2) Biên tập các bản đồ chuyên đề trên ArcGIS; (3) Thiết lập mô hình đánh giá trên ALES và chạy cây quyết định; (4) Chuyển kết quả ALES sang ArcGIS để biên tập bản đồ thích nghi đất đai.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương này tập trung trình bày các kết quả điều tra thực tế và phân tích không gian tại xã Quảng Khê:

1. Điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội

  • Địa hình, khí hậu, thủy văn: Địa hình đồi núi dốc từ Đông Bắc xuống Tây Nam, độ cao từ 400 - 1.200 m so với mực nước biển. Khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ trung bình năm 20°C, lượng mưa trung bình 800 mm/năm, độ ẩm không khí 75%. Hệ thống sông suối có độ dốc lớn, lưu lượng biến động theo mùa.
  • Dân số và lao động: Năm 2015, toàn xã có 773 hộ với 3.365 nhân khẩu (1.761 nam, 869 nữ trong độ tuổi lao động, 1.350 lao động tham gia hoạt động kinh tế) phân bố tại 11 thôn. Dân tộc Tày chiếm 76,47%, Dao chiếm 19,70%, Nùng chiếm 2,07%, Kinh chiếm 1,67%. Tỷ lệ tăng dân số tự nhiên đạt 1,10%.

Bảng 1: Dân số và lao động phân theo thôn tại xã Quảng Khê

STT Tên thôn Số hộ Nhân khẩu (người) Lao động nam Lao động nữ Lao động tham gia HĐKT
1 Pù Lùng 53 234 113 52 61
2 Tổng Chảo 55 235 121 62 59
3 Nà Lẻ 86 363 186 62 103
4 Nà Chom 88 405 205 96 162
5 Chợ Lèng 160 612 321 102 74
6 Bản Pjan 62 274 144 70 70
7 Bản Pjạc 61 278 144 74 66
8 Lèo Keo 48 193 118 52 31
9 Lủng Quang 29 119 68 37 31
10 Nà Hai 73 371 190 94 96
11 Nà Vài 58 281 151 71 80
Tổng Toàn xã 773 3.365 1.761 869 1.350

2. Hiện trạng sử dụng đất năm 2015

Tổng diện tích tự nhiên của xã là 5.448,20 ha, phân bổ theo 3 nhóm đất chính.

Bảng 2: Hiện trạng sử dụng đất xã Quảng Khê năm 2015

STT Loại đất Mã Diện tích (ha) Cơ cấu (%)
1 Nhóm đất nông nghiệp NNP 5.129,16 94,14
1.1 Đất sản xuất nông nghiệp SXN 651,57 11,96
- Đất trồng cây hàng năm (Lúa: 363,67 ha; HNK: 171,36 ha) CHN 535,03 9,82
- Đất trồng cây lâu năm CLN 116,54 2,14
1.2 Đất lâm nghiệp CDG 4.471,06 82,06
- Đất rừng sản xuất RSX 1.803,67 33,11
- Đất rừng phòng hộ RPH 1.432,44 26,29
- Đất rừng đặc dụng RDD 1.234,94 22,67
1.3 Đất nuôi trồng thủy sản NTS 6,53 0,12
2 Nhóm đất phi nông nghiệp PNN 214,35 3,93
2.1 Đất chuyên dùng CDG 101,35 1,86
2.2 Đất sông, ngòi, kênh, rạch, suối SON 83,64 1,54
2.3 Đất có mục đích công cộng CCC 38,63 0,71
2.4 Đất trụ sở cơ quan, sự nghiệp, nghĩa trang TSC/DSN/NTD 5,19 0,10
3 Nhóm đất chưa sử dụng CSD 104,69 1,92
3.1 Đất bằng chưa sử dụng BCS 93,19 1,72
3.2 Đất đồi núi chưa sử dụng DCS 10,78 0,20
Tổng Diện tích tự nhiên 5.448,20 100,00

3. Kết quả xây dựng các bản đồ đơn tính và đơn vị đất đai

Nghiên cứu tiến hành phân loại và thống kê diện tích các yếu tố tự nhiên trên phạm vi 5.435,19 ha đưa vào đánh giá chuyên đề:

Bảng 3: Tổng hợp các yếu tố tự nhiên phục vụ phân hạng thích nghi đất đai

Yếu tố chuyên đề Phân cấp / Loại đất Mã Diện tích (ha) Tỷ lệ (%)
Thổ nhưỡng Núi đá NSo 895,45 16,48
Đất đỏ vàng trên đá mácma axít So1 2.042,18 37,58
Đất mùn vàng đỏ trên đá mácma axít So5 1.270,06 23,37
Đất nâu đỏ trên đá vôi So4 922,16 16,97
Đất đỏ vàng trên đồi do trồng lúa So2 159,07 2,92
Đất phù sa ngòi suối So6 146,09 2,68
Đất đỏ vàng trên đá sét và biến chất So3 0,18 0,00
Thành phần cơ giới Thịt nhẹ (cát pha) C1 3.436,75 63,23
Thịt trung bình C2 999,67 18,39
Đá lẫn C3 745,78 13,72
Không đánh giá NC 252,99 4,66
Phân cấp độ dốc Sl1 (< 3 độ) Sl1 91,80 1,68
Sl2 (3 - 8 độ) Sl2 490,92 9,05
Sl3 (8 - 15 độ) Sl3 56,76 1,20
Sl4 (> 15 độ) Sl4 3.796,93 69,85
Không đánh giá NSL 998,76 18,37
Độ sâu tầng canh tác De1 (20 - 30 cm) De1 252,99 13,72
De2 (30 - 70 cm) De2 63,75 1,17
De3 (> 70 cm) De3 4.372,67 80,45
Không đánh giá NDe 252,19 4,63

4. Kết quả đánh giá thích nghi đất đai bằng ALES

Tích hợp 07 yếu tố tự nhiên (loại đất, thành phần cơ giới, độ dốc, độ sâu tầng canh tác, chế độ tưới, độ pH 5,5 - 6,5, lượng mưa) vào ALES. Thiết lập cây quyết định để phân hạng thích nghi tự nhiên cho cây dưa hấu. Kết quả ma trận phân hạng từ ALES được kết nối và hiển thị ngược lại trên ArcGIS để thành lập bản đồ phân vùng thích nghi đất đai cấp xã.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết toàn bộ kết quả phân hạng thích nghi đất đai của xã Quảng Khê, khẳng định tính hiệu quả của phương pháp tích hợp GIS - ALES trong việc rút ngắn thời gian và tăng độ chính xác trong phân vùng sử dụng đất nông nghiệp. Đề xuất các giải pháp kỹ thuật canh tác (chọn giống F1, làm liếp thoát nước, bón phân cân đối, luân canh) và kiến nghị các cấp chính quyền địa phương ban hành phương án quy hoạch vùng chuyên canh dưa hấu tập trung tại các đơn vị đất đai có mức thích nghi cao (S1, S2).

Kết quả và đóng góp

  • Hệ thống hóa dữ liệu không gian và thuộc tính đất đai: Khóa luận đã xây dựng được cơ sở dữ liệu số hoàn chỉnh về hiện trạng sử dụng đất năm 2015, bản đồ thổ nhưỡng, bản đồ thành phần cơ giới, bản đồ phân cấp độ dốc, bản đồ độ sâu tầng canh tác và bản đồ chế độ tưới trên nền tảng phần mềm ArcGIS cho xã Quảng Khê.
  • Xác lập mô hình tích hợp GIS và ALES: Thiết lập thành công cây quyết định và bộ tiêu chuẩn chẩn đoán thích nghi tự nhiên cho cây dưa hấu theo hướng dẫn của FAO (1976), kết hợp 07 yếu tố tự nhiên để phân chia các đơn vị đất đai (LMU) thành các cấp thích nghi cụ thể (S1, S2, S3, N).
  • Cung cấp căn cứ kỹ thuật và thực tiễn: Điều tra thực trạng sản xuất từ 50 hộ nông dân, tổng hợp quy trình kỹ thuật canh tác (thời vụ vụ sớm, vụ chính Tết, vụ hè; tiêu chuẩn làm liếp 2,5 - 3 m, bón phân DAP/Ure/KCl theo giai đoạn, kiểm soát tưới thấm và ngừng tưới 7 - 10 ngày trước thu hoạch nhằm đạt năng suất thực tế bình quân 22 tấn/ha).
  • Đóng góp phương pháp luận: Khẳng định tính khả thi của việc kết hợp mô hình ALES (xử lý cây quyết định logic) và GIS (phân tích và trực quan hóa không gian) tại cấp xã, khắc phục hạn chế xử lý thủ công trước đây và hỗ trợ đắc lực cho công tác quy hoạch sử dụng đất cấp cơ sở.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Nghiên cứu mới chỉ tập trung phân hạng thích nghi tự nhiên cho một loại cây trồng duy nhất (cây dưa hấu) tại phạm vi một xã miền núi (xã Quảng Khê). Các chỉ tiêu kinh tế (chi phí đầu vào, tổng thu nhập, giá trị hiện tại thuần NPV, tỷ số B/C) chưa được định lượng đầy đủ theo biến động thị trường nhiều năm do cỡ mẫu khảo sát còn giới hạn ($n = 50$ phiếu).
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng đánh giá phân hạng thích nghi cho nhiều loại cây trồng nông nghiệp và cây ăn quả khác (ngô, đậu tương, cam, quýt, na...); tích hợp phân tích hiệu quả kinh tế - xã hội và môi trường toàn diện theo phương pháp MCA; cập nhật dữ liệu viễn thám và ứng dụng GIS phiên bản mới để theo dõi biến động sử dụng đất định kỳ.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên, học viên ngành Quản lý đất đai, Khoa học Đất, Địa chính, Nông nghiệp và Tài nguyên Môi trường khi thực hiện đề tài về phân hạng thích nghi đất đai theo tiêu chuẩn FAO.
  • Cán bộ kỹ thuật và nhà quản lý tại Phòng Tài nguyên và Môi trường, Phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn cấp huyện, UBND cấp xã trong việc xây dựng phương án quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp và chuyển đổi cơ cấu cây trồng thích ứng với điều kiện địa phương.
  • Các phần đáng tham khảo nhất: Quy trình thiết lập cây quyết định trên phần mềm ALES, phương pháp chồng xếp lớp bản đồ trên ArcGIS để tạo đơn vị đất đai (LMU) và bảng tiêu chuẩn sinh thái cho cây dưa hấu.

Câu hỏi thường gặp

1. Tổng diện tích tự nhiên và cơ cấu các nhóm đất chính tại xã Quảng Khê năm 2015 là bao nhiêu?

Tổng diện tích tự nhiên của xã Quảng Khê là 5.448,20 ha. Trong đó: nhóm đất nông nghiệp chiếm 5.129,16 ha (94,14%, gồm đất lâm nghiệp 4.471,06 ha và đất sản xuất nông nghiệp 651,57 ha); nhóm đất phi nông nghiệp chiếm 214,35 ha (3,93%); nhóm đất chưa sử dụng chiếm 104,69 ha (1,92%).

2. Các loại đất thổ nhưỡng chính tại xã Quảng Khê gồm những loại nào và loại nào chiếm ưu thế?

Trên tổng diện tích đánh giá thổ nhưỡng 5.435,19 ha, đất đỏ vàng trên đá mácma axít (So1) chiếm diện tích lớn nhất với 2.042,18 ha (37,58%), tiếp theo là đất mùn vàng đỏ trên đá mácma axít (So5) chiếm 1.270,06 ha (23,37%), đất nâu đỏ trên đá vôi (So4) chiếm 922,16 ha (16,97%), núi đá (NSo) chiếm 895,45 ha (16,48%), đất đỏ vàng trên đồi do trồng lúa (So2) chiếm 159,07 ha (2,92%), đất phù sa ngòi suối (So6) chiếm 146,09 ha (2,68%) và đất đỏ vàng trên đá sét (So3) chiếm 0,18 ha.

3. Thành phần cơ giới và độ sâu tầng canh tác tại khu vực nghiên cứu phân bố ra sao?

Về thành phần cơ giới: Đất thịt nhẹ (cát pha) chiếm ưu thế với 3.436,75 ha (63,23%), đất thịt trung bình chiếm 999,67 ha (18,39%), đất đá lẫn chiếm 745,78 ha (13,72%), không đánh giá chiếm 252,99 ha (4,66%). Về độ sâu tầng canh tác: Tầng dày trên 70 cm (De3) chiếm 4.372,67 ha (80,45%), tầng dày 20 - 30 cm (De1) chiếm 252,99 ha (13,72%), tầng dày 30 - 70 cm (De2) chiếm 63,75 ha (1,17%).

4. Quy trình tích hợp giữa ALES và ArcGIS trong nghiên cứu được tiến hành như thế nào?

ArcGIS được dùng để biên tập các lớp bản đồ chuyên đề (thổ nhưỡng, độ dốc, tầng dày, cơ giới, chế độ tưới...) và chồng xếp tạo bản đồ đơn vị đất đai (LMU). Dữ liệu thuộc tính của LMU được nhập vào phần mềm ALES để xử lý qua cây quyết định dựa trên các yêu cầu sử dụng đất (LUR) của cây dưa hấu. Kết quả phân hạng thích nghi từ ALES sau đó được xuất ngược lại ArcGIS để gán thuộc tính và xuất bản đồ phân vùng thích nghi đất đai hoàn chỉnh.

5. Cây dưa hấu đòi hỏi những điều kiện sinh thái cơ bản nào tại địa bàn nghiên cứu?

Theo nghiên cứu, cây dưa hấu sinh trưởng tốt nhất trên đất thịt nhẹ hoặc đất cát tơi xốp, thoát nước tốt (mực nước ngầm sâu 1,5 - 2 m), độ pH từ 5,5 - 6,5, nhiệt độ thích hợp từ 20 - 30°C (tối thích 25 - 30°C), địa hình bằng phẳng hoặc độ dốc thấp (< 8 độ), không chịu được úng ngập và cần ngừng tưới nước từ 7 - 10 ngày trước khi thu hoạch để đảm bảo chất lượng trái.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Âu Thị Hoa đã giải quyết thành công bài toán đánh giá phân hạng thích nghi đất đai cho cây dưa hấu tại xã Quảng Khê, huyện Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn thông qua việc tích hợp hiệu quả công nghệ GIS và phần mềm ALES theo chuẩn phân loại FAO. Công trình cung cấp hệ thống số liệu không gian và thuộc tính chi tiết về tài nguyên đất đai, địa hình, thổ nhưỡng và hiện trạng kinh tế - xã hội cấp xã. Đây là nguồn tư liệu khoa học có giá trị thực tiễn, đóng góp trực tiếp vào công tác quy hoạch sử dụng đất và chuyển đổi cơ cấu cây trồng nông nghiệp tại địa phương.