Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Thành phố Hồ Chí Minh là đô thị đặc biệt, trung tâm kinh tế, văn hóa và giáo dục lớn nhất cả nước với quy mô dân số đạt xấp xỉ 9 triệu người. Theo niên giám thống kê năm 2020, 85% dân số sinh sống tại khu vực đô thị với mật độ phân bố không đồng đều; các quận trung tâm như Quận 3, 4, 5, 10, 11 có mật độ vượt mức 40.000 người/km², tạo áp lực gay gắt lên cơ sở hạ tầng và môi trường sống. Quá trình đô thị hóa và tập trung công nghiệp, giao thông dẫn đến tình trạng ô nhiễm không khí nghiêm trọng: nồng độ bụi trung bình trong mùa khô đạt 4,5 mg/m³ và mùa mưa đạt 2,1 mg/m³ (vượt quy chuẩn vệ sinh từ 4 đến 9 lần); nồng độ chì tại các trạm quan trắc ven đường vượt ngưỡng 1 µg/m³ theo khuyến cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO); tiếng ồn giao thông dao động từ 77 đến 80 dBA.

Bên cạnh đó, công tác quản lý và phát triển cây xanh đô thị đối mặt với nhiều bất cập: việc thi công các công trình ngầm cắt đứt hệ thống rễ; việc chặt mé cành nhánh trên không chưa đúng quy trình kỹ thuật; cây già cỗi, sâu bệnh, ký sinh phát triển; sự cố gãy đổ trong mùa mưa bão; nguồn kinh phí và nhân lực chăm sóc định kỳ còn hạn chế. Đặc biệt, các cơ quan chức năng thiếu cơ sở dữ liệu số hóa đồng bộ để theo dõi động thái mảng xanh theo không gian và thời gian.

Trước thực trạng đó, khóa luận xác định 2 mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

  1. Phân tích các thành phần lớp che phủ (Cỏ/Thân thảo, Cây/Cây bụi, Đất/Đất trống, Nước, Nhà, Đường, Khác) và sự tương tác với mảng xanh đô thị giữa năm 2012 và năm 2022.
  2. Đánh giá sự thay đổi hiện trạng mảng xanh của đô thị thành phố Hồ Chí Minh làm cơ sở đề xuất biện pháp quản lý, phát triển hệ thống cây xanh đô thị được tốt hơn.
  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống mảng xanh hiện hữu cùng các lớp che phủ bề mặt (nhà, công trình, đường sá, đất trống, kênh rạch) được nhận diện trên ảnh vệ tinh.
  • Phạm vi không gian: Khu vực nội thành cũ của Thành phố Hồ Chí Minh gồm 13 quận (Quận 1, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 11, Gò Vấp, Tân Bình, Tân Phú, Bình Thạnh, Phú Nhuận) với tổng diện tích 346,56 km².
  • Phạm vi thời gian: Giai đoạn đánh giá biến động kéo dài 10 năm (2012 - 2022); thời gian thu thập và xử lý số liệu của khóa luận được thực hiện từ tháng 09/2022 đến tháng 03/2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận vận dụng lý thuyết sinh thái học đô thị và chức năng sinh thái - môi trường của cây xanh (nghiên cứu của Lansigan năm 1973 chỉ ra quá trình hình thành 1 tấn gỗ rừng hấp thụ 1,5 tấn CO₂ và giải phóng 1 tấn O₂; năng lực lọc bụi đạt 50 - 70 tấn/ha/năm; hàng rào cây xanh giúp giảm 85% lượng chì phát tán). Về mặt pháp lý và quy chuẩn, nghiên cứu đối chiếu thực trạng với Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 9257:2012 (Quy hoạch cây xanh sử dụng công cộng trong các đô thị - Tiêu chuẩn thiết kế).

Về phương pháp thực hiện, tác giả ứng dụng công cụ viễn thám mở i-Tree Canopy (thuộc bộ công cụ i-Tree do Viện Davey và Cục Kiểm lâm Hoa Kỳ - USDA Forest Service phát triển) kết hợp không ảnh lịch sử trên Google Earth Pro. Quy trình kỹ thuật bao gồm:

  • Phân loại lớp che phủ: Thiết lập 7 lớp che phủ mặt đất gồm Cỏ/Thân thảo (H), Nhà - không thấm nước (IB), Khác - không thấm nước (IO), Đường - không thấm nước (IR), Đất/Đất trống (S), Cây/Cây bụi (T), và Nước (W).
  • Phương pháp lấy mẫu: Áp dụng thuật toán tạo điểm ngẫu nhiên (random sampling) trên toàn bộ ranh giới nghiên cứu với dung lượng mẫu khảo sát là 5.005 điểm ($N = 5.005$). Người nghiên cứu tiến hành giải đoán trực quan từng điểm trên giao diện ảnh vệ tinh năm 2022, xuất tệp dữ liệu định dạng .kmz để đối soát lịch sử trên Google Earth Pro năm 2012 và cập nhật lại thuộc tính vào tệp .itrenpy.
  • Phương pháp thống kê: Tỷ lệ che phủ được tính bằng $p = n/N$ (với $n$ là số điểm của lớp phủ). Sai số chuẩn của tỷ lệ che phủ được tính theo công thức: $$SE = \sqrt{\frac{p(1-p)}{N}}$$ Khoảng tin cậy 95% được xác định thông qua biên độ: $p \pm (1,96 \times SE)$.
  • Mô hình định lượng kinh tế - sinh thái: Do tính tương đồng nhất định về khí hậu cận nhiệt đới/nhiệt đới, các hệ số tính toán dịch vụ sinh thái và lợi ích thủy văn trong i-Tree Canopy được tham chiếu theo dữ liệu thực nghiệm tại bang Florida (Hoa Kỳ). Giá trị tín chỉ carbon được thiết lập ở mức 5 USD cho mỗi tấn CO₂ tương đương. Dữ liệu sau đó được tổng hợp và phân tích bằng Microsoft Excel.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mở đầu

Chương này trình bày tính cấp thiết của việc bảo tồn và phát triển mảng xanh trong bối cảnh Thành phố Hồ Chí Minh đang đối mặt với quá trình đô thị hóa cơ học cao và ô nhiễm môi trường. Tác giả chỉ ra các rào cản trong công tác quản lý cây xanh đô thị hiện nay như xung đột hạ tầng kỹ thuật ngầm và nổi, thiếu hụt dữ liệu giám sát định kỳ. Từ đó, xác định rõ 2 mục tiêu nghiên cứu, phạm vi đối tượng là 7 lớp phủ bề mặt trên diện tích 346,56 km² thuộc 13 quận nội thành cũ trong giai đoạn 10 năm (2012 - 2022).

Chương 2: Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu

Chương 2 tổng hợp điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của địa bàn nghiên cứu (tọa độ 10°10' - 10°38' Bắc, 106°22' - 106°54' Đông; địa hình đồng bằng thấp; chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa với lượng mưa trung bình 1.718 mm/năm). Tác giả phân tích sâu về đặc điểm sinh thái đô thị, vai trò điều hòa vi khí hậu, lọc bụi và hấp thụ khí độc của thảm thực vật. Đồng thời, chương này giới thiệu cấu trúc bộ công cụ i-Tree và lược khảo các công trình nghiên cứu tiền nhiệm trong và ngoài nước:

  • Nghiên cứu của Callum Andrew và Duncan Slater tại Vương quốc Anh về quản lý cây xanh vườn tư nhân bằng i-Tree Eco.
  • Nghiên cứu của Emily Riondato và Francesco Pilla tại Dublin (Ireland) về đánh giá hiệu quả lọc không khí của cây xanh.
  • Đề án STRATUM thí điểm tại thành phố Minneapolis (Hoa Kỳ), chứng minh tỷ suất lợi ích/chi phí của cây xanh đường phố đạt 1,59 USD trên mỗi 1 USD chi tiêu quản lý.
  • Nghiên cứu của Mostafizur Rahman và Nowshin Nawar tại Dhaka (Bangladesh) ghi nhận thảm thực vật suy giảm 56% trong 30 năm qua viễn thám và chỉ số NDVI.
  • Nghiên cứu của C40 Cities tại Lima (Peru) về mô hình không gian xanh chi phí thấp; nghiên cứu của Jiadi Yin và Ping Fu tại Hàng Châu (Trung Quốc) về sự biến đổi không gian xanh tương tác với chuyển đổi mục đích sử dụng đất đô thị.

Chương 3: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 3 chi tiết hóa quy trình thực nghiệm gồm 6 bước trên giao diện phần mềm i-Tree Canopy:

  1. Nhập tệp ranh giới nội thành 13 quận.
  2. Thiết lập danh mục 7 lớp che phủ mặt đất.
  3. Cấu hình tham số mô hình (chọn bang Florida, hệ đo lường Metric, đơn giá 5 USD/tấn CO₂e).
  4. Thiết lập và định danh 5.005 điểm ngẫu nhiên.
  5. Xuất báo cáo dữ liệu định dạng .itrenpy và .kmz.
  6. Liên kết Google Earth Pro để giải đoán hồi quy trạng thái bề mặt năm 2012.

Chương này cũng phân tích các hạn chế nội tại của phương pháp: độ chính xác phụ thuộc vào kỹ năng nhận diện của người giải đoán ảnh; chất lượng và độ phân giải của ảnh Google Earth; việc ước lượng sinh thái mang tính tham khảo do không đo đạc trực tiếp các chỉ số trắc học thân cây tại hiện trường.

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Chương 4 công bố toàn bộ dữ liệu thống kê không gian và giá trị kinh tế - sinh thái qua hai thời điểm 2012 và 2022:

Lớp che phủ Số điểm 2012 Diện tích 2012 (km²) Tỷ lệ 2012 (%) Số điểm 2022 Diện tích 2022 (km²) Tỷ lệ 2022 (%) Biến động diện tích (km²)
Cỏ/Thân thảo (H) 457 31,64 ± 1,41 9,13 441 30,54 ± 1,39 8,81 -1,10
Nhà (IB) 1.939 134,26 ± 2,44 38,74 2.260 156,49 ± 2,44 45,15 +22,23
Khác (IO) 190 13,16 ± 2,39 3,80 218 15,10 ± 1,00 4,36 +1,94
Đường (IR) 686 47,50 ± 1,68 13,71 687 47,50 ± 1,69 13,73 0,00
Đất/Đất trống (S) 923 63,91 ± 1,90 18,44 488 33,79 ± 1,45 9,75 -30,12
Cây/Cây bụi (T) 676 46,81 ± 1,67 13,51 777 53,80 ± 1,77 15,52 +6,99
Nước (W) 134 9,28 ± 0,79 2,68 134 9,28 ± 0,79 2,68 0,00
Tổng cộng 5.005 346,56 100,00 5.005 346,56 100,00 -

Về giá trị kinh tế và sinh thái:

  • Năm 2012: Cây xanh tích lũy 359,71 ± 12,87 kt Carbon (tương đương 1.318,95 kt CO₂e, trị giá 6.594.750 USD); hấp thụ hàng năm 22,23 ± 0,79 kt Carbon (81,52 kt CO₂e, trị giá 407.589 USD). Loại bỏ 504,32 tấn khí ô nhiễm/năm (trị giá 424.932 USD, trong đó lọc bụi mịn PM2.5 là 16,58 tấn trị giá 221.776 USD; PM10 là 108,99 tấn trị giá 78.823 USD; O₃ là 326,4 tấn trị giá 121.329 USD). Lợi ích chặn dòng chảy mặt đạt 2,05 triệu lít (trị giá 4.832 USD).
  • Năm 2022: Cây xanh tích lũy 413,54 ± 13,63 kt Carbon (tương đương 1.516,32 kt CO₂e, trị giá 7.581.600 USD); hấp thụ hàng năm 25,56 ± 0,84 kt Carbon (93,72 kt CO₂e, trị giá 468.600 USD). Loại bỏ 579,67 tấn khí ô nhiễm/năm (trị giá 488.105 USD, gồm 19,06 tấn PM2.5 trị giá 254.405 USD; 125,27 tấn PM10 trị giá 90.991 USD; 375,17 tấn O₃ trị giá 139.489 USD). Lợi ích chặn dòng chảy mặt tăng lên 2,35 triệu lít (trị giá 5.554 USD).

Tác giả thảo luận nguyên nhân biến động: Đất trống giảm mạnh 48% (mất 30,12 km²) do bị chuyển đổi thành nhà ở và công trình xây dựng (diện tích nhà tăng 22,23 km²). Mảng cây xanh tăng 6,99 km² nhờ quá trình sinh trưởng tự nhiên của thảm thực vật cũ, hoạt động trồng mới và chính sách quy hoạch mảng xanh; tuy nhiên diện tích cỏ giảm 1,10 km² do khô hạn và mất đất nông nghiệp. Đối chiếu TCVN 9257:2012 cho thấy mảng xanh nội thành TP.HCM vẫn chưa đáp ứng các chỉ tiêu quy chuẩn: đất cây xanh công cộng chỉ tiêu 12 - 15 m²/người, công viên 7 - 9 m²/người, vườn hoa 3 - 3,6 m²/người, và cây xanh đường phố 1,7 - 2,0 m²/người đều chưa đạt mức chuẩn.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Chương cuối tóm tắt lại các biến động cấu trúc bề mặt đô thị và giá trị kinh tế của mảng xanh. Tác giả đưa ra 12 nhóm kiến nghị cụ thể: tuyên truyền nâng cao ý thức cộng đồng; gây quỹ trồng cây; quy hoạch mảng xanh công cộng theo phân vùng sinh thái; thiết kế cây xanh đường phố đảm bảo hành lang an toàn giao thông; bổ sung mảng xanh lớn ở vùng ven nhằm bù đắp cho khu vực nội thành cũ; bảo tồn cây cổ thụ và hệ thống mặt nước; dẫn nhập các loài cây có khả năng thích ứng cao với biến đổi khí hậu; ban hành quy chế phối hợp bảo vệ cây xanh trong thi công công trình và quản lý hành lang an toàn lưới điện.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận cung cấp các kết quả định lượng cụ thể:

  • Xác định sự dịch chuyển cơ cấu lớp phủ mặt đất nội thành TP.HCM qua 10 năm: diện tích xây dựng (lớp Nhà - IB) tăng từ 134,26 km² lên 156,49 km² (tăng 22,23 km²); quỹ Đất trống (S) giảm từ 63,91 km² xuống 33,79 km² (giảm 30,12 km², tương ứng giảm 48%).
  • Ghi nhận sự tăng trưởng của lớp Cây/Cây bụi (T) từ 46,81 km² (13,51%) lên 53,80 km² (15,52%), tăng thêm 6,99 km²; trong khi lớp Cỏ/Thân thảo (H) suy giảm nhẹ từ 31,64 km² xuống 30,54 km² (giảm 1,10 km²).
  • Lượng hóa các dịch vụ hệ sinh thái năm 2022: mảng xanh lưu trữ bể carbon đạt 413,54 kt C (1.516,32 kt CO₂e, quy đổi đạt 7.581.600 USD); năng lực hấp thụ hàng năm đạt 25,56 kt C (93,72 kt CO₂e, trị giá 468.600 USD); lọc bỏ 579,67 tấn chất ô nhiễm khí quyển (trị giá 488.105 USD); giảm thiểu 2,35 triệu lít nước chảy tràn bề mặt (trị giá 5.554 USD).

Về mặt đóng góp học thuật và thực tiễn do tác giả tự nêu: Đề tài xây dựng một quy trình kỹ thuật hoàn chỉnh trong việc ứng dụng công nghệ viễn thám miễn phí (i-Tree Canopy và Google Earth Pro) để giám sát mảng xanh đô thị với độ tin cậy thống kê cao (mẫu 5.005 điểm); lượng hóa giá trị môi trường của mảng xanh thành các chỉ số kinh tế cụ thể, cung cấp luận cứ khoa học thực chứng hỗ trợ Trung tâm Quản lý Cây xanh và các cơ quan quản lý đô thị Thành phố Hồ Chí Minh xây dựng kế hoạch duy tu, phát triển không gian xanh bền vững.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận nêu rõ các hạn chế kỹ thuật:

  • Độ chính xác của kết quả phân loại phụ thuộc vào khả năng nhận diện trực quan của người giải đoán; việc phân biệt một số lớp phủ trên ảnh vệ tinh gặp khó khăn tại các khu vực có độ phân giải ảnh Google Earth thấp hoặc bị ảnh hưởng bởi góc chụp và tán che khuất (như bóng cây che lấp mặt đường hoặc phương tiện giao thông).
  • Việc tính toán giá trị kinh tế và sinh thái phải sử dụng bộ tham số ngoại suy từ bang Florida (Mỹ) do phần mềm i-Tree Canopy chưa có cơ sở dữ liệu định mức riêng cho các loài cây đô thị tại Việt Nam.
  • Các chỉ số thủy văn quan trọng như khả năng bay hơi (E), chống xói mòn (I), thoát hơi nước (T), khả năng bốc thoát hơi nước tiềm năng (PE, PET) mới chỉ dừng ở mức tính toán thể tích, chưa thể quy đổi ra giá trị hiện kim do hạn chế của phiên bản phần mềm.

Về hướng nghiên cứu tiếp: Cần kết hợp công cụ điều tra trắc học chuyên sâu tại hiện trường (như i-Tree Eco) để thu thập thông tin về cấu trúc tán lá, đường kính thân, sức khỏe cá thể cây; đồng thời xây dựng hệ số kinh tế môi trường đặc thù cho các đô thị Việt Nam.

Giá trị tham khảo

Khóa luận có giá trị tham khảo thiết thực đối với:

  • Sinh viên, học viên và nghiên cứu viên các ngành Lâm nghiệp đô thị, Quản lý tài nguyên rừng, Khoa học môi trường, Quy hoạch và Quản lý đô thị: có thể tham khảo quy trình phân loại ngẫu nhiên 6 bước và phương pháp xác định sai số chuẩn, khoảng tin cậy 95% trong giải đoán ảnh viễn thám.
  • Cán bộ kỹ thuật tại Trung tâm Quản lý Hạ tầng kỹ thuật, Công ty Công viên Cây xanh, Sở Xây dựng và Sở Tài nguyên và Môi trường: tham khảo phương pháp tiếp cận kinh tế môi trường để lượng hóa giá trị kinh tế của hệ thống công viên cây xanh, phục vụ việc lập dự toán, kêu gọi vốn đầu tư hoặc xây dựng chính sách quản lý mảng xanh đô thị thích ứng với biến đổi khí hậu.

Câu hỏi thường gặp

1. Phạm vi không gian và quy mô lấy mẫu của khóa luận được thiết lập như thế nào?
Nghiên cứu được thực hiện trên toàn bộ địa bàn 13 quận nội thành cũ của Thành phố Hồ Chí Minh (gồm Quận 1, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 11, Gò Vấp, Tân Bình, Tân Phú, Bình Thạnh, Phú Nhuận) với tổng diện tích 346,56 km². Quy mô mẫu khảo sát gồm 5.005 điểm được phân bố ngẫu nhiên thông qua thuật toán của phần mềm i-Tree Canopy.

2. Biến động diện tích mảng xanh tại khu vực nghiên cứu trong 10 năm (2012 - 2022) diễn ra ra sao?
Trong giai đoạn 2012 - 2022, diện tích lớp Cây/Cây bụi tăng thêm 6,99 km² (từ 46,81 km² lên 53,80 km², nâng tỷ lệ che phủ từ 13,51% lên 15,52%). Ngược lại, lớp Cỏ/Thân thảo giảm 1,10 km² (từ 31,64 km² xuống 30,54 km², tương ứng tỷ lệ giảm từ 9,13% xuống 8,81%).

3. Lớp che phủ nào ghi nhận sự thay đổi diện tích lớn nhất và nguyên nhân do đâu?
Lớp Đất/Đất trống có mức suy giảm mạnh nhất khi giảm 30,12 km² (tương đương giảm 48%, từ 63,91 km² năm 2012 xuống còn 33,79 km² năm 2022). Nguyên nhân chủ yếu do tốc độ đô thị hóa nhanh chóng, diện tích đất trống bị chuyển đổi để xây dựng nhà ở, công trình thương mại, hạ tầng kỹ thuật (khiến lớp Nhà tăng 22,23 km²).

4. Khả năng loại bỏ bụi mịn và hấp thụ khí nhà kính của cây xanh năm 2022 mang lại giá trị kinh tế bao nhiêu?
Theo tính toán từ mô hình, năm 2022 mảng cây xanh loại bỏ 19,06 tấn bụi mịn PM2.5 (giá trị tương đương 254.405 USD) và 125,27 tấn bụi PM10 (trị giá 90.991 USD). Về khí nhà kính, cây xanh hấp thụ 25,56 kt Carbon/năm (tương đương 93,72 kt CO₂e, quy đổi đạt 468.600 USD) và lưu trữ tổng cộng 413,54 kt Carbon trong sinh khối (trị giá 7.581.600 USD).

5. Kết quả khảo sát năm 2022 khi đối chiếu với tiêu chuẩn TCVN 9257:2012 phản ánh thực trạng gì?
Sau 10 năm, dù diện tích cây xanh có tăng nhưng hệ thống mảng xanh nội thành Thành phố Hồ Chí Minh vẫn chưa đáp ứng các chỉ tiêu theo TCVN 9257:2012: chỉ tiêu đất cây xanh sử dụng công cộng (12 - 15 m²/người), đất công viên (7 - 9 m²/người), vườn hoa thảm thực vật (3 - 3,6 m²/người) và cây xanh đường phố (1,7 - 2,0 m²/người) đều ở mức rất khiêm tốn và chưa đạt chuẩn.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Xuân Trường đã ứng dụng thành công công cụ i-Tree Canopy kết hợp ảnh vệ tinh Google Earth Pro để phân tích biến động 7 lớp che phủ mặt đất tại 13 quận nội thành Thành phố Hồ Chí Minh giai đoạn 2012 - 2022. Dữ liệu nghiên cứu phản ánh tốc độ đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ làm suy giảm 48% diện tích đất trống, đồng thời khẳng định mảng cây xanh có xu hướng mở rộng (tăng 6,99 km²) mang lại giá trị kinh tế - sinh thái đáng kể với hơn 7,5 triệu USD giá trị lưu trữ carbon và gần 1 triệu USD dịch vụ môi trường hàng năm. Công trình cung cấp hệ thống số liệu định lượng tin cậy và đề xuất 12 nhóm giải pháp quy hoạch, kỹ thuật thiết thực nhằm phục vụ công tác quản lý và phát triển không gian xanh đô thị bền vững.