Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Tài nguyên rừng giữ vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường sinh thái, phòng chống thiên tai và cung cấp nguồn lâm sản gỗ cũng như phi gỗ phục vụ phát triển kinh tế. Tuy nhiên, trước áp lực suy giảm về diện tích và chất lượng rừng, công tác quản lý, theo dõi diễn biến tài nguyên rừng đặt ra yêu cầu phải chuyển đổi từ phương thức quản lý hồ sơ giấy tờ truyền thống sang các công cụ công nghệ thông tin hiện đại. Từ năm 2013, Tổng cục Lâm nghiệp đã phối hợp với các chuyên gia Phần Lan phát triển Hệ thống thông tin theo dõi diễn biến rừng (FRMS - Forest Resources Monitoring System) nhằm chuẩn hóa cơ sở dữ liệu số, theo dõi biến động rừng và đất lâm nghiệp trên phạm vi toàn quốc.

Tại cấp cơ sở, việc triển khai phần mềm FRMS đòi hỏi cán bộ lâm nghiệp và kiểm lâm địa bàn phải nắm vững quy trình kỹ thuật từ điều tra ngoại nghiệp, định vị ranh giới lô rừng đến nhập liệu và đồng bộ hóa cơ sở dữ liệu. Nhằm kiểm chứng và làm rõ quy trình ứng dụng công nghệ này trong thực tiễn quản lý lâm nghiệp địa phương, đề tài khóa luận "Tìm hiểu và thực hiện các bước ứng dụng phần mềm FRMS cập nhật diễn biến tài nguyên rừng tại xã Hóa Trung, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên" đã được thực hiện với các nhiệm vụ cụ thể sau:

  1. Khái quát về công tác ứng dụng công nghệ thông tin, đặc biệt là phần mềm FRMS tại địa bàn nghiên cứu.
  2. Tìm hiểu và thực hiện các bước ứng dụng công nghệ thông tin, truy cập và cập nhật diễn biến tài nguyên rừng tại xã Hóa Trung, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên.
  3. Tham gia đo đạc thực tế, xây dựng bản đồ và hồ sơ diễn biến tài nguyên rừng tại xã Hóa Trung, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên.
  4. Rút ra những bài học kinh nghiệm trong quá trình ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) và phần mềm chuyên ngành vào công tác cập nhật diễn biến tài nguyên rừng và đất lâm nghiệp.
  • Đối tượng nghiên cứu: Quy trình các bước thực hiện cập nhật diễn biến tài nguyên rừng bằng phần mềm FRMS và các thiết bị đo đạc phụ trợ.
  • Phạm vi không gian: Toàn bộ diện tích rừng và đất lâm nghiệp thuộc địa bàn xã Hóa Trung, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên (tập trung khảo sát chi tiết tại Tiểu khu 182).
  • Phạm vi thời gian: Đề tài thực hiện trong giai đoạn thực tập từ ngày 02/02/2019 đến ngày 15/05/2019; theo dõi số liệu diễn biến rừng phát sinh từ tháng 12/2018 đến tháng 5/2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận dựa trên hệ thống cơ sở pháp lý, quy chuẩn phân loại lâm nghiệp của Việt Nam và nền tảng công nghệ thông tin địa lý chuyên ngành:

  • Cơ sở pháp lý:

    • Thông tư số 34/2009/TT-BNNPTNT ngày 10/6/2009 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn về tiêu chí xác định và phân loại rừng (phân loại theo mục đích sử dụng, nguồn gốc hình thành, điều kiện lập địa, loài cây và trữ lượng).
    • Quyết định số 689/QĐ-TCLN-KL ngày 23/12/2013 của Tổng cục Lâm nghiệp hướng dẫn xây dựng, biên tập bản đồ điều tra, kiểm kê rừng trên phần mềm MapInfo trên nền hệ quy chiếu VN-2000.
    • Quyết định số 4539/QĐ-BNN-TCLN của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn về việc ban hành chính thức việc sử dụng phần mềm cập nhật diễn biến rừng.
    • Quyết định số 589/QĐ-BNN-TCLN ngày 29/02/2016 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn ban hành tạm thời phần mềm và quy định sử dụng phần mềm theo dõi diễn biến rừng và đất lâm nghiệp.

  • Khung lý thuyết và công cụ kỹ thuật:

    • Khái niệm và cấu trúc Hệ thống thông tin địa lý (GIS) gồm 5 thành phần: phần cứng, phần mềm, dữ liệu không gian/thuộc tính, chính sách quản lý và con người; vận hành qua 5 chức năng: thu thập, thao tác, quản lý, truy vấn/phân tích và hiển thị dữ liệu.
    • Các phần mềm GIS và viễn thám liên quan: MapInfo, QGIS, ArcGIS, ENVI, MicroStation.
    • Phần mềm FRMS: Hệ thống chuyên ngành hỗ trợ theo dõi biến động trạng thái lô rừng, đồng bộ hóa dữ liệu về máy chủ trung tâm của Tổng cục Lâm nghiệp, phục vụ quản lý nhà nước và chi trả dịch vụ môi trường rừng.
    • Ứng dụng định vị Geosurvey cài đặt trên điện thoại thông minh, hỗ trợ thu thập tọa độ và ranh giới theo hệ tọa độ VN-2000 kinh tuyến trục Thái Nguyên.

  • Phương pháp nghiên cứu:

    • Phương pháp điều tra ngoại nghiệp: Chuẩn bị bản đồ địa hình hệ VN-2000 tỷ lệ 1/10.000; phối hợp cùng tổ công tác, cán bộ kiểm lâm và các chủ rừng giáp ranh đi khép vòng chu vi từng lô rừng; sử dụng ứng dụng Geosurvey trên điện thoại thông minh để ghi nhận tọa độ ranh giới; đánh dấu sơn đỏ trên vật liệu bền vững (đá tảng, gốc cây lớn, cọc mốc); điều tra chỉ tiêu loài cây, năm trồng, mật độ, đường kính, chiều cao và trữ lượng.
    • Phương pháp xử lý nội nghiệp: Trích xuất tệp dữ liệu không gian từ thiết bị di động sang máy tính; nhập dữ liệu vào phần mềm FRMS; phân loại trạng thái, gán thuộc tính hành chính và loại diễn biến; sử dụng công cụ báo cáo trong FRMS để trích xuất số liệu thống kê và biên tập bản đồ hiện trạng.

  • Nguồn dữ liệu:

    • Dữ liệu thứ cấp: Số liệu thống kê diện tích đất lâm nghiệp, hồ sơ kiểm kê rừng do Hạt Kiểm lâm huyện Đồng Hỷ và UBND xã Hóa Trung cung cấp (năm 2019).
    • Dữ liệu sơ cấp: Số liệu đo đạc thực tế 15 lô có diễn biến rừng tại Tiểu khu 182 xã Hóa Trung.

Nội dung chính theo từng phần

Phần 1: Mở đầu

Tác giả trình bày tính cấp thiết của việc áp dụng phần mềm FRMS thay thế cho phương pháp quản lý hồ sơ giấy truyền thống. Nội dung xác lập mục tiêu nghiên cứu, đối tượng, phạm vi không gian, thời gian và ý nghĩa khoa học - thực tiễn của đề tài đối với công tác đào tạo kỹ sư Quản lý tài nguyên rừng.

Phần 2: Tổng quan khu vực nghiên cứu và cơ sở ứng dụng công nghệ

Phần này hệ thống hóa các đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội của xã Hóa Trung và cơ sở khoa học của công nghệ GIS trong lâm nghiệp:

  • Điều kiện tự nhiên: Xã Hóa Trung có diện tích tự nhiên 13,66 km², dân số 8.881 người (năm 1999), mật độ 650 người/km²; có Quốc lộ 1B và Quốc lộ 17 chạy qua; địa hình chuyển tiếp vùng đồi núi; khí hậu nhiệt đới gió mùa với nhiệt độ trung bình 22°C, độ ẩm trung bình 82%, lượng mưa bình quân 2.097 mm/năm (mùa mưa chiếm 91,6%).
  • Bối cảnh kinh tế - xã hội: Cơ cấu giá trị sản xuất công nghiệp - xây dựng chiếm 50,63%, dịch vụ chiếm 29,49%, nông - lâm - thủy sản chiếm 19,88% (năm 2016). Diện tích đất rừng sản xuất toàn huyện Đồng Hỷ là 18.809,39 ha (chiếm 41,39%), đất rừng phòng hộ là 5.143,55 ha (chiếm 11,93%).
  • Cơ sở pháp lý và công nghệ: Hệ thống hóa 5 chức năng của GIS; giới thiệu các phần mềm GIS (QGIS, MapInfo, ArcGIS, ENVI, MicroStation); phân tích vai trò của phần mềm FRMS trong việc chuẩn hóa dữ liệu lô rừng (diện tích tối thiểu 0,1 ha, làm tròn hai chữ số thập phân) và cơ chế phân quyền báo cáo từ cấp xã, huyện, tỉnh đến trung ương.

Phần 3: Nội dung và phương pháp thực hiện

Trình bày chi tiết quy trình kỹ thuật 3 bước trong cập nhật diễn biến tài nguyên rừng:

  1. Bước 1 - Chuẩn bị: Điều tra sơ bộ, thu thập bản đồ địa hình VN-2000, chuẩn bị dụng cụ đo đạc, họp thôn và thông báo kế hoạch tới các chủ rừng.
  2. Bước 2 - Xác định đặc điểm rừng: Xác định ranh giới hành chính, tiểu khu, khoảnh, lô; áp dụng bảng tiêu chuẩn phân loại trạng thái rừng theo Thông tư 34/2009/TT-BNNPTNT; sử dụng ứng dụng Geosurvey trên điện thoại thông minh thu thập đường bao khép kín lô rừng; đo đếm chỉ tiêu lâm sinh (loài cây, mật độ, đường kính, chiều cao).
  3. Bước 3 - Xử lý nội nghiệp và cập nhật trên FRMS: Chuyển đổi dữ liệu tọa độ vào máy tính, chỉnh sửa lớp bản đồ, chọn lô rừng trên thanh công cụ, truy cập tab "Hành chính" và tab "Diễn biến", chọn loại nguyên nhân biến động (khai thác trắng, trồng mới), nhập thời gian biến động, xác nhận lưu dữ liệu và kết xuất báo cáo thống kê.

Phần 4: Kết quả

Nội dung chương tập trung vào kết quả thống kê hiện trạng rừng xã Hóa Trung và thực hành cập nhật các lô rừng có biến động:

  • Hiện trạng tài nguyên rừng xã Hóa Trung:
    • Tổng diện tích đất lâm nghiệp: 495,00 ha (diện tích có rừng trong quy hoạch sản xuất là 407,49 ha; đất chưa có rừng quy hoạch lâm nghiệp là 87,23 ha).
    • Toàn bộ 407,49 ha rừng đều là rừng trồng sản xuất (không có rừng tự nhiên giàu/trung bình, không có rừng phòng hộ hay đặc dụng). Diện tích rừng tự nhiên thứ sinh/phục hồi ghi nhận phân tán là 39,69 ha thuộc trạng thái rừng gỗ lá rộng thường xanh.
    • Phân loại đất chưa có rừng quy hoạch lâm nghiệp (87,23 ha) gồm: đất có rừng trồng chưa thành rừng (22,98 ha), đất trống không có cây gỗ tái sinh (3,20 ha), đất có cây nông nghiệp (14,95 ha), đất khác trong lâm nghiệp (46,10 ha).
Nhóm đất và trạng thái rừng Mã phân loại Diện tích trong quy hoạch (ha) Diện tích ngoài quy hoạch (ha) Tổng diện tích (ha)
Tổng diện tích rừng và đất lâm nghiệp - 495,00 0,00 495,00
1. Đất có rừng phân theo nguồn gốc 1100 407,49 0,00 407,49
- Rừng tự nhiên (rừng thứ sinh phục hồi) 1110 39,69 0,00 39,69
- Rừng trồng mới trên đất chưa có rừng 1121 368,80 0,00 368,80
2. Đất có rừng phân theo điều kiện lập địa 1200 407,49 0,00 407,49
- Rừng trên núi đất 1210 407,49 0,00 407,49
3. Đất có rừng phân theo trữ lượng 1400 39,69 0,00 39,69
- Rừng phục hồi 1450 39,69 0,00 39,69
4. Đất chưa có rừng quy hoạch cho lâm nghiệp 2000 87,23 0,00 87,23
- Đất có rừng trồng chưa thành rừng 2010 22,98 0,00 22,98
- Đất trống không có cây gỗ tái sinh 2030 3,20 0,00 3,20
- Đất có cây nông nghiệp 2050 14,95 0,00 14,95
- Đất khác trong lâm nghiệp 2060 46,10 0,00 46,10

  • Đánh giá tài nguyên rừng theo loài cây và cấp tuổi:

    • Cây trồng chính trên toàn bộ diện tích rừng trồng là loài Keo.
    • Tổng diện tích rừng trồng Keo là 391,45 ha, bao gồm 368,47 ha đã thành rừng và 22,98 ha chưa thành rừng.
    • Phân bố diện tích đã thành rừng theo cấp tuổi: Cấp tuổi 1 và 2 là 0,00 ha; Cấp tuổi 3 đạt 26,41 ha; Cấp tuổi 4 đạt 336,15 ha; Cấp tuổi 5 đạt 5,91 ha.

  • Kết quả cập nhật 15 lô đất có diễn biến tài nguyên rừng tại Tiểu khu 182: Giai đoạn 12/2018 - 05/2019 ghi nhận 15 lô đất có biến động thuộc 2 loại diễn biến: khai thác trắng (năm 2018) và trồng lại rừng (năm 2019).

TT Địa điểm Chủ quản lý Tiểu khu Khoảnh Lô Trạng thái trước cập nhật Diện tích (ha)
1 Hóa Trung Bùi Thị Giấy 182 4 462 Đất chưa có rừng 0,10
2 Hóa Trung Trần Bá Sỹ 182 7 58 Đất chưa có rừng 0,23
3 Hóa Trung Trần Văn Quang 182 6 480 Đất chưa có rừng 0,19
4 Hóa Trung Nguyễn Ngọc Đông 182 3 75 Đất chưa có rừng 0,11
5 Hóa Trung Trần Thị Lục 182 6 441 Đất chưa có rừng 0,03
6 Hóa Trung Phạm Văn Tình 182 4 444 Đất chưa có rừng 0,25
7 Hóa Trung Nông Quang Đô 182 4 372 Đất chưa có rừng 0,17
8 Hóa Trung Bùi Văn Quỳnh 182 4 409 Đất chưa có rừng 0,30
9 Hóa Trung Nông Văn Phố 182 4 238 Đất chưa có rừng 0,09
10 Hóa Trung Nguyễn Đình Bình 182 4 486 Đất chưa có rừng 0,14
11 Hóa Trung Nguyễn Hữu Thống 182 4 363 Đất chưa có rừng 0,07
12 Hóa Trung Tô Đức Trung 182 6 500 Đất chưa có rừng 0,05
13 Hóa Trung Hoàng Văn Đăng 182 6 455 Đất chưa có rừng 0,03
14 Hóa Trung Phạm Thị Hóa 182 5 210 Đất chưa có rừng 0,16
15 Hóa Trung Nguyễn Thị Vĩnh 182 5 282 Đất chưa có rừng 0,07

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả chính:

    • Hoàn thành việc điều tra, thống kê và số hóa toàn bộ 495,00 ha đất lâm nghiệp tại xã Hóa Trung, xác định cơ cấu 100% diện tích rừng thành rừng là rừng trồng sản xuất với cây trồng chủ lực là loài Keo (368,47 ha đã thành rừng, phần lớn tập trung ở cấp tuổi 4 với 336,15 ha).
    • Ứng dụng thành công quy trình phối hợp giữa phần mềm định vị di động Geosurvey và phần mềm FRMS để đo vẽ, nhập liệu và cập nhật biến động không gian - thuộc tính cho 15 lô rừng có biến động khai thác và trồng lại tại Tiểu khu 182 với diện tích từ 0,03 ha đến 0,30 ha.
    • Chuẩn hóa cơ sở dữ liệu số về ranh giới, trạng thái và chủ quản lý của các lô rừng, phục vụ trích xuất báo cáo thống kê theo đúng quy định của Cục Kiểm lâm và Tổng cục Lâm nghiệp.

  • Đóng góp và ý nghĩa của đề tài:

    • Về mặt học tập: Củng cố và liên kết các khối kiến thức chuyên ngành lâm sinh, điều tra rừng, trắc địa - đo đạc bản đồ, thống kê lâm nghiệp và tin học ứng dụng; rèn luyện kỹ năng thực hành thiết bị GPS và phần mềm chuyên ngành FRMS.
    • Về mặt thực tiễn: Cung cấp quy trình cập nhật thực tế từ bước đo đạc di động đến xử lý phần mềm FRMS; hỗ trợ chính quyền xã Hóa Trung và Hạt Kiểm lâm huyện Đồng Hỷ chuẩn hóa dữ liệu rừng, phục vụ công tác quy hoạch, quản lý bảo vệ rừng và thực thi chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng tại địa phương.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:

    • Phạm vi thực nghiệm thực tế mới tập trung tại một đơn vị hành chính cấp xã (xã Hóa Trung) và giới hạn trong phạm vi Tiểu khu 182.
    • Thời gian theo dõi diễn biến ngắn (từ tháng 12/2018 đến tháng 5/2019) nên mới chỉ ghi nhận và thực hành trên 2 dạng diễn biến chính là khai thác trắng và trồng lại rừng; chưa có điều kiện khảo sát các dạng diễn biến phức tạp khác như cháy rừng, chuyển đổi mục đích sử dụng đất hay sâu bệnh hại.
    • Việc sử dụng máy điện thoại thông minh cài ứng dụng Geosurvey phụ thuộc vào độ ổn định của tín hiệu vệ tinh và điều kiện địa hình tán rừng, dễ dẫn đến sai số tọa độ nếu không di chuyển đúng tốc độ hoặc điều kiện thời tiết xấu.

  • Hướng nghiên cứu tiếp:

    • Mở rộng phạm vi ứng dụng quy trình cập nhật diễn biến rừng bằng phần mềm FRMS ra toàn bộ các xã thuộc huyện Đồng Hỷ.
    • Kết hợp sử dụng thiết bị định vị GPS chuyên dụng độ chính xác cao hoặc tích hợp giải đoán ảnh viễn thám độ phân giải cao để tự động hóa việc phát hiện các điểm biến động rừng trước khi kiểm tra thực địa.
    • Nghiên cứu cập nhật các loại hình diễn biến rừng khác (cháy rừng, sâu bệnh hại, sạt lở đất) nhằm hoàn thiện quy trình quản lý rủi ro tài nguyên rừng trên hệ thống phần mềm.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng tham khảo: Sinh viên các ngành Quản lý tài nguyên rừng, Lâm học, Quản lý đất đai; học viên cao học chuyên ngành lâm nghiệp; cán bộ kiểm lâm địa bàn phụ trách công tác theo dõi diễn biến rừng cấp xã, huyện.
  • Nội dung giá trị: Khóa luận cung cấp tài liệu hướng dẫn từng bước thao tác thực tế trên phần mềm FRMS và ứng dụng Geosurvey; quy trình phối hợp với chủ rừng ngoài thực địa để giải quyết tranh chấp ranh giới; hệ thống bảng phân loại trạng thái rừng và số liệu hiện trạng rừng trồng Keo tại huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên.

Câu hỏi thường gặp

1. Mục đích chính của phần mềm FRMS được tác giả nêu trong khóa luận là gì?
Phần mềm FRMS (phát triển từ dự án hợp tác giữa Tổng cục Lâm nghiệp và Phần Lan) được xây dựng nhằm lưu trữ dữ liệu rừng, theo dõi chi tiết biến động rừng và đất lâm nghiệp, đồng bộ hóa dữ liệu từ cấp cơ sở lên máy chủ trung tâm, kết xuất báo cáo và bản đồ hiện trạng rừng phục vụ công tác quản lý nhà nước, chỉ đạo điều hành và chi trả dịch vụ môi trường rừng.

2. Công cụ nào được tác giả sử dụng để đo đạc diện tích các lô rừng có diễn biến ngoài thực địa?
Tác giả sử dụng điện thoại thông minh có cài đặt ứng dụng định vị Geosurvey, thiết lập hệ tọa độ VN-2000 kinh tuyến trục Thái Nguyên, di chuyển khép kín theo đường ranh giới lô rừng với tốc độ vừa phải để ghi nhận tọa độ, sau đó xuất tệp dữ liệu gửi qua email để mở và xử lý trên máy tính.

3. Cơ cấu diện tích rừng và đất lâm nghiệp tại xã Hóa Trung có đặc điểm gì nổi bật?
Tổng diện tích rừng và đất lâm nghiệp của xã là 495,00 ha, trong đó 407,49 ha là đất có rừng thuộc quy hoạch rừng sản xuất và 87,23 ha là đất chưa có rừng. Toàn bộ diện tích đã thành rừng (368,47 ha) đều là rừng trồng cây Keo (chủ yếu ở cấp tuổi 4 với 336,15 ha), trên địa bàn không có diện tích rừng phòng hộ hay rừng tự nhiên giàu/trung bình.

4. Khi đo đạc ranh giới lô rừng ngoài thực địa, tác giả lưu ý nguyên tắc quan trọng nào để tránh tranh chấp?
Khi tiến hành đo đạc chu vi lô rừng bằng thiết bị định vị, bắt buộc phải có sự tham gia của chủ rừng và các chủ rừng thuộc các lô giáp ranh đi cùng; đồng thời tiến hành đánh dấu điểm đo bằng sơn đỏ trên các vật liệu bền vững (đá tảng, gốc cây lớn hoặc cọc gỗ) để xác định rõ ranh giới pháp lý ngoài thực địa.

5. Trong giai đoạn nghiên cứu, tác giả đã cập nhật bao nhiêu lô rừng có biến động tại xã Hóa Trung?
Tác giả đã tiến hành cập nhật biến động cho 15 lô đất chưa có rừng tại Tiểu khu 182 (thuộc các khoảnh 3, 4, 5, 6, 7) với diện tích dao động từ 0,03 ha đến 0,30 ha, liên quan đến 2 loại hình diễn biến là khai thác trắng (năm 2018) và trồng lại rừng (năm 2019).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Văn Phần đã hệ thống hóa cơ sở pháp lý và quy trình kỹ thuật ứng dụng phần mềm FRMS kết hợp thiết bị di động trong công tác theo dõi diễn biến rừng tại cấp xã. Đề tài đã thu thập, đánh giá chi tiết 495,00 ha đất lâm nghiệp xã Hóa Trung và thực hiện cập nhật thành công biến động không gian, thuộc tính cho 15 lô rừng tại Tiểu khu 182. Kết quả nghiên cứu thể hiện khả năng ứng dụng hiệu quả của công nghệ thông tin địa lý vào quản lý lâm nghiệp thực tiễn, cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị kỹ thuật cho cán bộ chuyên môn và sinh viên chuyên ngành Quản lý tài nguyên rừng.