Tổng quan luận án

Biến động lớp phủ rừng là một hợp phần trọng yếu trong các nghiên cứu về biến đổi môi trường toàn cầu, tác động trực tiếp đến biến đổi khí hậu, suy giảm đa dạng sinh học, chất lượng nguồn nước và gia tăng thoái hóa đất đai. Nghiên cứu biến động lớp phủ rừng đóng vai trò là chỉ báo phản ánh các quá trình chuyển dịch kinh tế - xã hội, đồng thời cung cấp thông tin phục vụ quy hoạch và quản lý bền vững tài nguyên thiên nhiên.

Tại tỉnh Hòa Bình, lớp phủ rừng từng bị suy thoái nghiêm trọng vào đầu thập niên 1990 với độ che phủ giảm xuống mức 28%, trong khi độ che phủ rừng thích hợp đối với khu vực miền núi được xác định từ 70% đến 80%. Kể từ sau năm 1994, diện tích rừng tự nhiên tái sinh và rừng trồng trên địa bàn tỉnh có xu hướng gia tăng nhờ các chính sách lâm nghiệp và chương trình phục hồi rừng (như Quyết định/Sắc lệnh 327 năm 1992, Luật Đất đai năm 1993 về giao đất giao rừng, Chương trình 5 triệu ha rừng năm 1998). Bước sang thập niên 2000, quá trình công nghiệp hóa, đô thị hóa, khai thác khoáng sản - vật liệu xây dựng và phát triển du lịch tiếp tục tạo ra những tác động đan xen lên tài nguyên rừng. Khoảng trống nghiên cứu được tác giả xác định là: Tại Hòa Bình chưa có công trình nào đánh giá biến động lớp phủ rừng trên toàn bộ phạm vi tỉnh có tích hợp đồng thời các yếu tố tự nhiên và kinh tế - xã hội thông qua mô hình toán học định lượng không gian trong giai đoạn phát triển kinh tế và hội nhập.

Mục tiêu nghiên cứu tổng quát của luận án là: Đánh giá biến động lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình giai đoạn 1994-2005 và 2005-2015 bằng công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS), đồng thời xác lập mối quan hệ giữa biến động lớp phủ rừng với các yếu tố kinh tế - xã hội qua các giai đoạn nghiên cứu.

Nội dung nghiên cứu cụ thể được phân định thành 4 nội dung chính:

  1. Hệ thống hóa các cơ sở lý luận về nghiên cứu lớp phủ rừng và nghiên cứu biến động.
  2. Xây dựng cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu biến động lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình bằng tư liệu viễn thám và công cụ phân tích không gian GIS.
  3. Nghiên cứu điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội và những ảnh hưởng đến đặc điểm lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình.
  4. Xác định hiện trạng, biến động lớp phủ rừng và nguyên nhân gây biến động qua các giai đoạn nghiên cứu; dự báo xu hướng biến động đến năm 2020 và định hướng các giải pháp bảo vệ - phát triển bền vững.

Giả thuyết nghiên cứu trong mô hình định lượng được thiết lập theo kiểm định thống kê:

  • Giả thiết không ($H_0$): Không có mối quan hệ giữa biến động lớp phủ rừng và các yếu tố tự nhiên, kinh tế - xã hội ($\beta_1 = \beta_2 = \dots = \beta_n = 0$).
  • Giả thiết loại trừ ($H_a$): Tồn tại mối quan hệ giữa biến động lớp phủ rừng và các yếu tố tự nhiên, kinh tế - xã hội ($\beta_i \neq 0$). Mức ý nghĩa thống kê được chọn là $\text{sig} = 0{,}05$ để bác bỏ giả thuyết $H_0$.

Đối tượng nghiên cứu của luận án là lớp phủ rừng và các yếu tố tự nhiên, kinh tế - xã hội tác động đến biến động lớp phủ rừng. Phạm vi không gian bao quát toàn bộ lãnh thổ tỉnh Hòa Bình theo ranh giới hành chính năm 2008 (tọa độ địa lý từ 20°19' đến 21°08' vĩ độ Bắc và từ 104°48' đến 105°40' kinh độ Đông, tổng diện tích tự nhiên khoảng 4.600 km²). Phạm vi thời gian nghiên cứu tập trung vào 3 mốc thời điểm năm 1994, 2005 và 2015, phân tích biến động qua 2 giai đoạn (1994-2005 và 2005-2015) và xây dựng bản đồ dự báo đến năm 2020.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu trong luận án được phân tích có hệ thống theo ba cấp độ địa lý:

1. Các nghiên cứu trên thế giới:

  • Ứng dụng tư liệu viễn thám trong thành lập bản đồ lớp phủ: Sử dụng dữ liệu độ phân giải thấp (MODIS, NOAA-AVHRR) để nghiên cứu lớp phủ quy mô lục địa và toàn cầu (Giri và cộng sự, 2003; Friedl và cộng sự, 2010; Maselli và cộng sự, 2009; Coops và cộng sự, 2009; Taohong và Kunihiko; Ono và cộng sự; Simard và cộng sự, 2011). Sử dụng tư liệu độ phân giải trung bình (Landsat, SPOT, IRS) kết hợp mô hình số độ cao DEM và chỉ số thực vật NDVI để nâng cao độ chính xác phân loại (Franklin, 1987; Cibula và Nyquist, 1987; Li và cộng sự, 2011; Eiumnoh và Shrestha, 2000; Kanungo và Sarkar, 2011; Alsaaideh và cộng sự, 2013; dự án NALC giai đoạn 1972-1992). Ảnh độ phân giải cao (IKONOS, QuickBird, WorldView-1) được sử dụng đánh giá chi tiết ở quy mô nhỏ và phát hiện suy thoái cục bộ (Wikantika và cộng sự, 2007; Pacifici và cộng sự, 2009; Coops và cộng sự, 2006).
  • Nghiên cứu mối quan hệ giữa biến động lớp phủ với con người và môi trường: Turner và cộng sự (1988), Pan và cộng sự (2001), Pascarella và cộng sự (2000), McGrath và cộng sự (2001), Kiage và cộng sự (2007), Rodriguez và cộng sự (2010), Lambin và Ehrlich (1995), Korytny và cộng sự (2003), Longfield và Macklin (1999), Cuo và cộng sự (2009), Foster và cộng sự (1998), Schulte và cộng sự (2007), Gomarasca và cộng sự (1993), Fisher và cộng sự (2006). Các nghiên cứu nhấn mạnh vai trò của khả năng tiếp cận (khoảng cách đến đường giao thông, khoảng cách đến khu dân cư) đối với mất rừng và tái sinh rừng như công trình của Munroe và cộng sự (2001), Etter và cộng sự (2006), Castella và cộng sự (2005), Van Dessel và cộng sự (2008), Koning (2000), Sébastien Boillat và cộng sự (2015).

2. Các nghiên cứu tại Việt Nam: Ứng dụng viễn thám và GIS được triển khai qua các chương trình như InterCosmos (1979-1984), dự án của UNDP, Viện Điều tra Quy hoạch Rừng (sử dụng ảnh NOAA, MODIS, Landsat, SPOT), Cục Viễn thám Quốc gia, Viện Địa lý. Về khía cạnh phân tích động lực kinh tế - xã hội: Meyfroidt và Lambin (2008), Müller và Zeller (2002) chỉ ra tác động hai chiều của mật độ dân số và đổi mới chính sách đến lớp phủ rừng; Phạm Văn Cự và cộng sự (1993, 2000, 2007) phân tích chuyển đổi đất nông nghiệp sang đô thị tại Hà Nội; Vũ Kim Chi và cộng sự (2013) áp dụng hồi quy logistic phân tích biến đổi sử dụng đất lưu vực Suối Muội kết hợp đặc trưng dân tộc học và phỏng vấn nông hộ.

3. Các công trình nghiên cứu tại khu vực Hòa Bình:

  • Tai biến thiên nhiên, địa chất, địa mạo: Nguyễn Ngọc Thạch, Nguyễn Quang Mỹ, Đào Đình Bắc, Nguyễn Vi Dân (1994-2010) nghiên cứu trượt lở đất, lũ quét vùng Tây Bắc và Hòa Bình.
  • Thủy văn lòng hồ và sông Đà: Chu Văn Ngợi và cộng sự (1986, 2000, 2010), Nguyễn Thọ Sáo và cộng sự, Nguyễn Hữu Khải và cộng sự (mô hình HEC-RESSIM và MIKE 11).
  • Tài nguyên, môi trường và lớp phủ: Phạm Ngọc Hồ và cộng sự (2005) lập bản đồ môi trường đất và nước; Clement (2010) đánh giá chính sách giao đất giao rừng và Chương trình 5 triệu ha rừng; Lại Anh Khôi, Trần Tuấn Ngọc (ảnh radar tính sinh khối), Dương Tiến Đức (ảnh Landsat và SPOT vùng phòng hộ sông Đà các năm 2002, 2005, 2007).
  • Cảnh quan, sinh kế và tổ chức lãnh thổ: Nguyễn Khanh Vân và cộng sự, Trương Quang Hải và cộng sự (lâm sản ngoài gỗ tại Lương Sơn), Lê Thị Thanh Tâm, Nguyễn Thanh Lâm và cộng sự (thay đổi hệ thống canh tác tại Bản Tất, huyện Đà Bắc giai đoạn 1988-2005).

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết: Các nghiên cứu trước tại Hòa Bình chủ yếu tiếp cận theo các hợp phần đơn lẻ, phục vụ lập bản đồ hiện trạng hoặc đánh giá tác động ở phạm vi vi mô (cấp xã, lưu vực nhỏ), chưa lượng hóa được mối quan hệ không gian đa biến giữa các kiểu biến động rừng đặc trưng với hệ thống yếu tố kinh tế - xã hội và khả năng tiếp cận trên toàn tỉnh bằng mô hình toán thống kê thực nghiệm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên các quan điểm khoa học: quan điểm hệ thống và tổng hợp, quan điểm lãnh thổ và quan điểm phát triển bền vững.

Khái niệm rừng được tham chiếu theo định nghĩa của FAO (2000) và Thông tư số 34/2009/TT-BNNPTNT của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Hệ thống phân loại lớp phủ trong luận án được xây dựng dựa trên sự kế thừa và hiệu chỉnh từ hệ thống phân loại 4 cấp của Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS - Anderson và cộng sự, 1976), lựa chọn cấp I để giải đoán trên tư liệu Landsat độ phân giải 30 m, tương ứng với tỷ lệ bản đồ 1:100.000, gồm 6 lớp đối tượng.

STT Lớp đối tượng Đặc điểm nhận biết và mô tả
1 Rừng tự nhiên Bao gồm rừng gỗ tự nhiên núi đất, núi đá, rừng tái sinh có độ tàn che $\ge 0{,}1$
2 Rừng trồng Rừng nhân tạo (keo, bạch đàn, luồng, bồ đề...) đã khép tán hoặc chưa khép tán
3 Đất cây bụi và trảng cỏ Đất trống có cây bụi, cỏ tái sinh, nương rẫy bỏ hoang chưa hình thành rừng
4 Đất nông nghiệp Đất trồng lúa nước, hoa màu, cây hàng năm và cây công nghiệp ngắn ngày
5 Mặt nước Sông Đà, hệ thống sông suối, hồ thủy điện Hòa Bình và ao hồ chứa nước
6 Đất khác Đất khu dân cư, đất xây dựng, đất chuyên dùng, bãi cát và đất trống đồi trọc trơ sỏi đá

Phương pháp nghiên cứu thực tế:

  • Phương pháp xử lý ảnh viễn thám và GIS:
    • Trước phân loại: Tính toán chỉ số khác biệt thực vật chuẩn hóa $NDVI = \frac{NIR - RED}{NIR + RED}$ trên ảnh đa thời gian và thực hiện kỹ thuật trừ ảnh NDVI ($\Delta NDVI = NDVI_{t2} - NDVI_{t1}$) để nhận diện các vùng có biến động trạng thái sinh khối thực vật.
    • Sau phân loại: Ứng dụng thuật toán phân loại có kiểm định xác suất cực đại (Maximum Likelihood Classification - MLC) trên các kênh phổ Landsat để chiết tách 6 lớp phủ tại 3 thời điểm (1994, 2005, 2015). Đánh giá độ chính xác qua ma trận sai số (Error Matrix), tính toán độ chính xác toàn cục (Overall Accuracy) và hệ số Kappa. Chồng xếp các lớp dữ liệu trong phần mềm ArcGIS để trích xuất bản đồ biến động lớp phủ rừng theo 3 nhóm biến động chính: (1) Mất rừng và suy thoái rừng; (2) Tái sinh rừng tự nhiên; (3) Mở rộng rừng trồng.
  • Mô hình Hồi quy Logistic Bội (Multiple Logistic Regression - MLR): Áp dụng mô hình hồi quy quy nạp với đơn vị quan sát là pixel ($30 \text{ m} \times 30 \text{ m}$). Biến phụ thuộc ($Y$) là biến nhị phân ($Y = 1$: có xảy ra biến động; $Y = 0$: không xảy ra biến động). Hàm xác suất xảy ra biến động $P$ có dạng: $$P(Y=1) = \frac{1}{1 + e^{-(\beta_0 + \beta_1 X_1 + \beta_2 X_2 + \dots + \beta_n X_n)}}$$ Trong đó, $\beta_0$ là hệ số tự do, $\beta_i$ là hệ số hồi quy của biến giải thích $X_i$. Ý nghĩa và trọng số của các biến được đánh giá qua đại lượng thống kê Wald ($\chi^2$) với mức ý nghĩa $p < 0{,}05$. Kiểm tra đa cộng tuyến giữa các biến độc lập đảm bảo hệ số tương quan cặp $r < 0{,}7$.
  • Kiểm chứng mô hình bằng đường cong ROC (Receiver Operating Characteristic): Độ chính xác và năng lực dự báo của mô hình được đánh giá qua diện tích dưới đường cong ROC (AUC - Area Under Curve), trong đó trục tung là độ nhạy (tần suất biến động thực tế) và trục hoành là 1 - độ đặc hiệu (tần suất biến động theo mô hình). Thang đo AUC: $0{,}8 - 0{,}9$ đạt mức tốt; $0{,}6 - 0{,}7$ đạt mức khá; $0{,}5 - 0{,}6$ không có giá trị phân biệt.
  • Phương pháp khảo sát thực địa và điều tra xã hội học: Khảo sát thực địa dọc các tuyến giao thông chính (Quốc lộ 6, Tỉnh lộ 433, Quốc lộ ATK, Quốc lộ 21, Quốc lộ 12B) thu thập 269 điểm tọa độ GPS (tháng 6/2013, tháng 8/2014 và tháng 3/2015) kèm mô tả lớp phủ và hình ảnh. Phỏng vấn bảng hỏi đối với 70 hộ gia đình tại các điểm chìa khóa thuộc 3 huyện đại diện cho các xu hướng biến động: Lương Sơn, Kỳ Sơn và Đà Bắc.
  • Nguồn tư liệu và phần mềm sử dụng:
    • Dữ liệu viễn thám: Ảnh vệ tinh Landsat TM, Landsat ETM+, Landsat 8 OLI các năm 1994, 2005, 2015; ảnh hàng không các năm 1993, 2005, 2014 từ Liên đoàn Bản đồ Địa chất Miền Bắc.
    • Dữ liệu bản đồ chuyên đề: Bản đồ địa hình, bản đồ địa mạo, sinh khí hậu, thổ nhưỡng, bản đồ hiện trạng rừng (1993, 2015) và hiện trạng sử dụng đất (2005) do Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hòa Bình cung cấp.
    • Dữ liệu phi không gian: Niên giám thống kê tỉnh Hòa Bình giai đoạn 1994-2015.
    • Phần mềm: ENVI, ArcGIS, MapInfo, SPSS, Microsoft Office.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu lớp phủ và lớp phủ rừng

Chương này tập trung hệ thống hóa cơ sở lý luận về lớp phủ đất (LPĐ) và lớp phủ rừng (LPR), phân biệt rõ bản chất giữa bản đồ lớp phủ (dựa trên thuộc tính vật lý bề mặt do bộ cảm viễn thám ghi nhận) và bản đồ sử dụng đất (phản ánh mục đích kinh tế - pháp lý của con người). Luận án phân tích ưu nhược điểm của các hệ thống phân loại quốc tế và trong nước (USGS, UNESCO, FAO-LCML, LBCS, Thông tư 08/2007/TT-BTNMT), từ đó chứng minh tính thích hợp của việc áp dụng hệ thống USGS cấp I cho dữ liệu Landsat tại Hòa Bình.

Luận án phân loại và đánh giá các mô hình nghiên cứu biến động: mô hình không gian và phi không gian (Evans và cộng sự, 2001); mô hình tĩnh và mô hình động; mô hình miêu tả và mô hình hoạch định; mô hình diễn dịch (dựa trên lý thuyết kinh tế như Von Thünen, Angelsen 1999, Walker 2004) và mô hình quy nạp (dựa trên phân tích thống kê không gian); mô hình đại diện tác nhân (agent-based) và đại diện pixel; các mô hình toàn cầu (IAMs, IMPACT, GTAP, EURURALIS). Từ đó, luận án thiết lập khung quy trình nghiên cứu tích hợp: Chiết tách lớp phủ $\rightarrow$ Đánh giá biến động bằng hiệu số NDVI và ma trận chuyển đổi sau phân loại $\rightarrow$ Phân tích không gian bằng mô hình hồi quy logistic bội đa biến $\rightarrow$ Kiểm chứng ROC và điều tra nông hộ $\rightarrow$ Dự báo không gian đến năm 2020.

+-----------------------------------------------------------------------------+
|                            QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU                             |
|                                                                             |
|  [Tư liệu Landsat 1994, 2005, 2015]  [Bản đồ chuyên đề & Thống kê KT-XH]    |
|     [Xử lý số & Hiệu chỉnh ảnh]             [Số hóa & Chuẩn hóa GIS]        |
|          [Mô hình Hồi quy Logistic Bội (SPSS & ArcGIS)]                      |
|     [Kiểm chứng ROC & Khảo sát 70 hộ thực địa tại điểm chìa khóa]           |
|     [Bản đồ Dự báo xác suất 2020 & Đề xuất định hướng bảo vệ, phát triển]   |
+-----------------------------------------------------------------------------+

Chương 2: Hiện trạng lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình qua các giai đoạn phát triển kinh tế - xã hội

Chương 2 trình bày các đặc điểm tự nhiên và kinh tế - xã hội của tỉnh Hòa Bình: địa hình núi trung bình và núi thấp phân cắt mạnh, hệ thống sông Đà và mạng lưới sông suối dày đặc, các vùng sinh khí hậu đặc trưng, quá trình gia tăng mật độ dân số, chuyển dịch cơ cấu kinh tế (tăng tỷ trọng công nghiệp xây dựng và dịch vụ, giảm nông lâm nghiệp) và phát triển giao thông.

Áp dụng phương pháp phân loại giám sát xác suất cực đại (MLC) trên ảnh Landsat, kết quả phân loại đạt độ chính xác kiểm chứng cao qua các năm:

  • Năm 1994: Độ chính xác toàn cục đạt trên 85%, hệ số Kappa đạt yêu cầu thống kê.
  • Năm 2005: Độ chính xác toàn cục và độ chính xác của người sản xuất/người sử dụng đối với các lớp rừng đều đạt trên 85%.
  • Năm 2015: Độ chính xác toàn cục được kiểm chứng khớp với dữ liệu ảnh hàng không 2014 và kiểm chứng thực địa.

Kết quả trích xuất diện tích cho thấy sự thay đổi rõ nét của các lớp phủ:

  1. Rừng tự nhiên: Năm 1994 đạt diện tích thấp nhất do lịch sử khai thác và canh tác nương rẫy trước đó; đến giai đoạn 2005 và 2015 có sự phục hồi đáng kể nhờ chính sách khoanh nuôi, bảo vệ và đóng cửa rừng tự nhiên, tập trung chủ yếu ở các khu bảo tồn thiên nhiên (Phu Canh, Thượng Tiến, Hang Kia - Bát Độ) và vùng núi cao huyện Đà Bắc, Mai Châu.
  2. Rừng trồng: Tăng trưởng liên tục và mạnh mẽ nhất trong cả hai giai đoạn 1994-2005 và 2005-2015, phân bố tập trung tại các huyện có điều kiện giao thông thuận lợi và địa hình đồi thấp như Lương Sơn, Kỳ Sơn, Lạc Thủy, Yên Thủy.
  3. Đất cây bụi, trảng cỏ và đất nông nghiệp: Diện tích đất cây bụi giảm dần tương ứng với sự gia tăng của rừng trồng và rừng tái sinh; đất nông nghiệp duy trì ổn định tại các thung lũng, ven sông suối và có sự chuyển đổi cục bộ sang đất chuyên dùng, đất công nghiệp tại vùng ven đô thị.
Lớp phủ đất Năm 1994 Năm 2005 Năm 2015
Rừng tự nhiên Diện tích thấp, phân mảnh Tăng nhẹ do tái sinh Phục hồi tại khu bảo tồn, vùng cao
Rừng trồng Quy mô nhỏ, phân tán Tăng nhanh (Chương trình 327, 5 triệu ha) Mở rộng mạnh, thành vùng nguyên liệu
Đất cây bụi, trảng cỏ Tỷ trọng lớn (đất trống) Giảm do trồng rừng, tái sinh Tiếp tục giảm
Đất nông nghiệp Phân bố ven sông suối, thung lũng Ổn định, thâm canh Chuyển đổi một phần sang phi nông nghiệp
Mặt nước Ổn định lòng hồ sông Đà Ổn định Ổn định
Đất khác (xây dựng, trơ đá) Tỷ trọng nhỏ Mở rộng ven đô thị, đường giao thông Tăng do công nghiệp, đô thị hóa

Chương 3: Đánh giá biến động lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình và đề xuất định hướng phát triển-bảo vệ

Chương 3 trình bày các kết quả phân tích định lượng không gian về mối quan hệ giữa biến động lớp phủ rừng và các biến giải thích (địa hình, cự ly tiếp cận, kinh tế - xã hội) thông qua 6 phương trình hồi quy logistic bội cho 3 kiểu biến động qua 2 giai đoạn:

Kiểu biến động Giai đoạn 1994 - 2005 Giai đoạn 2005 - 2015
Mất rừng và suy thoái rừng - Gắn chặt với khoảng cách đến đường giao thông chính, phụ và sông suối nhỏ.
- Xảy ra ở độ cao thấp và độ dốc thoải do mở rộng nương rẫy, khai thác gỗ củi.
- Thống kê Wald xác nhận khả năng tiếp cận là tác nhân chính.		 - Chuyển dịch sang gắn liền với mở rộng đất công nghiệp, khai thác khoáng sản, du lịch.
- Vùng nguy cơ tập trung ven các đô thị mở rộng, khu vực đồi thấp huyện Lương Sơn, Kỳ Sơn.
Tái sinh rừng tự nhiên - Xác suất cao ở độ cao lớn, độ dốc cao, xa khu dân cư và xa mạng lưới giao thông.
- Tương quan thuận với địa hình hiểm trở (vùng đệm và vùng lõi các khu bảo tồn).		 - Tiếp tục duy trì ở vùng cao khó tiếp cận (Đà Bắc, Mai Châu).
- Tác động tích cực từ chính sách khoanh nuôi bảo vệ nghiêm ngặt của chính quyền địa phương.
Mở rộng rừng trồng - Tỷ lệ thuận với cự ly gần đường giao thông, gần khu dân cư, độ dốc trung bình và thấp.
- Thúc đẩy bởi chính sách giao đất giao rừng và hỗ trợ cây giống.		 - Mở rộng mạnh mẽ do hiệu quả kinh tế từ thị trường gỗ nguyên liệu keo, luồng.
- Tương quan chặt với mật độ lao động nông nghiệp và thu nhập kinh tế hộ.

Kết quả kiểm chứng mô hình bằng đường cong ROC cho thấy các mô hình hồi quy đều có giá trị AUC dao động từ $0{,}75$ đến trên $0{,}85$, chứng minh độ tin cậy và khả năng dự báo cao của mô hình đối với các hiện tượng biến động không gian.

Kết quả điều tra 70 hộ gia đình tại 3 huyện chìa khóa (Lương Sơn, Kỳ Sơn, Đà Bắc) đã xác nhận các phát hiện từ mô hình viễn thám:

  • Tại Lương Sơn và Kỳ Sơn: Kinh tế hộ chuyển biến rõ nét nhờ trồng rừng sản xuất (chủ yếu là cây keo lai). Thu nhập từ rừng trồng đóng góp lớn vào kinh tế gia đình, giúp cải thiện nhà ở và đời sống, tạo động lực cho người dân tích cực chuyển đổi đất nương đồi thoái hóa sang trồng rừng.
  • Tại Đà Bắc: Địa hình chia cắt hiểm trở, người dân (chủ yếu là đồng bào Tày, Dao) vẫn dựa một phần vào lâm sản ngoài gỗ và củi đun, rừng tự nhiên được bảo vệ tốt hơn ở các sườn núi cao do hạn chế về khả năng tiếp cận.

Dựa trên kết quả mô hình hồi quy, luận án xây dựng bản đồ dự báo không gian xác suất biến động lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình đến năm 2020:

  • Dự báo nguy cơ mất rừng và suy thoái rừng tập trung ở khu vực ven các trục giao thông mới mở, khu vực phát triển công nghiệp - vật liệu xây dựng.
  • Dự báo tiềm năng tái sinh rừng tự nhiên tập trung tại các vùng núi cao thuộc cánh cung sông Đà, huyện Mai Châu, Đà Bắc và vùng lõi các khu bảo tồn thiên nhiên.
  • Dự báo xu hướng mở rộng rừng trồng tiếp tục phát triển tại các huyện trung du và đồi thấp.

Từ đó, luận án đề xuất định hướng phát triển và bảo vệ lớp phủ rừng đến năm 2020 theo phân vùng chức năng địa lý: Phân định rõ vùng bảo vệ nghiêm ngặt rừng đặc dụng đầu nguồn; vùng khoanh nuôi tái sinh tự nhiên; vùng phát triển rừng sản xuất tập trung gắn với chế biến gỗ; tăng cường quản lý quy hoạch đất lâm nghiệp khi triển khai các dự án công nghiệp, khai khoáng và hạ tầng du lịch.

Kết quả và những đóng góp mới

1. Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học:

  • Thiết lập quy trình công nghệ tích hợp giữa phân tích trước phân loại (hiệu số chỉ số NDVI) và sau phân loại (phân loại giám sát MLC trên ảnh Landsat đa thời gian) nhằm chiết tách chính xác cả biến động về trạng thái sinh khối lẫn cấu trúc không gian lớp phủ rừng ở quy mô cấp tỉnh.
  • Lượng hóa thành công mối quan hệ không gian đa biến giữa 3 kiểu biến động lớp phủ rừng đặc thù (mất rừng/suy thoái, tái sinh tự nhiên, mở rộng rừng trồng) với các yếu tố tự nhiên (địa hình, độ cao, độ dốc) và kinh tế - xã hội (khả năng tiếp cận giao thông, mạng lưới thủy văn, mật độ dân cư, sinh kế) thông qua mô hình hồi quy logistic bội. Ứng dụng thành công kỹ thuật đường cong ROC để kiểm chứng độ tin cậy của các mô hình dự báo không gian địa lý.

2. Đóng góp mới về mặt thực tiễn:

  • Cung cấp bộ cơ sở dữ liệu số và hệ thống bản đồ hiện trạng, bản đồ biến động lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình qua hơn hai thập kỷ (1994, 2005, 2015), phản ánh trung thực tác động của các chính sách kinh tế - xã hội qua các thời kỳ.
  • Xây dựng bản đồ dự báo xác suất biến động lớp phủ rừng đến năm 2020, cung cấp luận cứ khoa học trực tiếp phục vụ việc rà soát, điều chỉnh Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Hòa Bình đến năm 2020, tầm nhìn 2030 và thực hiện Nghị quyết số 35/2012/NQ-HĐND về quy hoạch xây dựng vùng tỉnh Hòa Bình.
  • Đề xuất các giải pháp quản lý, phân vùng bảo vệ và phát triển rừng phù hợp với điều kiện địa mạo, sinh thái và sinh kế dân cư tại từng tiểu vùng huyện/thị.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của luận án: Nghiên cứu sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh Landsat có độ phân giải không gian trung bình ($30 \text{ m} \times 30 \text{ m}$), do đó hệ thống phân loại mới chỉ dừng lại ở Cấp I theo chuẩn USGS (gồm 6 lớp tổng quát), chưa thể bóc tách chi tiết các trạng thái rừng theo trữ lượng (rừng giàu, trung bình, nghèo) hay chi tiết từng loài cây lâm nghiệp. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong ranh giới hành chính tỉnh Hòa Bình năm 2008. Số lượng mẫu điều tra xã hội học dừng lại ở 70 hộ tại 3 điểm chìa khóa.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo: Ứng dụng các nguồn dữ liệu viễn thám độ phân giải cao và siêu cao (như VNREDSat-1A, SPOT thế hệ mới, ảnh vệ tinh Radar Sentinel/SAR) kết hợp dữ liệu độ cao LiDAR để giám sát sinh khối và cấu trúc tán rừng đa tầng; mở rộng quy mô điều tra nông hộ và tích hợp mô hình mô phỏng dựa trên tác nhân (Agent-Based Models - ABM) nhằm phân tích sâu hơn hành vi ra quyết định sử dụng đất của người dân trong bối cảnh thị trường biến động.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Chuyên ngành Bản đồ, Viễn thám, Hệ thông tin Địa lý (GIS), Địa lý học, Lâm nghiệp và Quản lý Tài nguyên Môi trường. Phần đáng tham khảo nhất là phương pháp luận tích hợp giữa phân tích ảnh viễn thám đa thời gian với mô hình hồi quy logistic bội và kỹ thuật kiểm chứng ROC trong phần mềm thống kê kết hợp GIS.
  • Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Chi cục Kiểm lâm, Sở Kế hoạch và Đầu tư tỉnh Hòa Bình và các tỉnh miền núi phía Bắc. Bản đồ dự báo xác suất và các phân tích về mối quan hệ giữa khả năng tiếp cận giao thông với suy thoái/mở rộng rừng là cơ sở trực tiếp cho công tác quy hoạch mạng lưới giao thông, cấp phép khai khoáng và giao đất giao rừng bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án sử dụng loại tư liệu viễn thám nào làm nguồn dữ liệu chính để chiết tách thông tin lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình?
Luận án sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh Landsat đa thời gian (Landsat TM, Landsat ETM+, Landsat 8 OLI) tại 3 mốc thời điểm năm 1994, 2005 và 2015 phủ trùm toàn bộ diện tích tỉnh Hòa Bình, kết hợp với ảnh hàng không các năm 1993, 2005 và 2014 để lấy mẫu và kiểm chứng độ chính xác.

2. Ba kiểu biến động lớp phủ rừng chính được luận án phân tích trong mô hình định lượng là gì?
Ba kiểu biến động đặc trưng được luận án mô hình hóa độc lập gồm: (1) Mất rừng và suy thoái rừng; (2) Tái sinh rừng tự nhiên; (3) Mở rộng rừng trồng.

3. Phương pháp toán thống kê nào được sử dụng để lượng hóa các yếu tố tác động đến biến động rừng và công cụ nào dùng để kiểm chứng mô hình?
Luận án sử dụng mô hình Hồi quy Logistic Bội (Multiple Logistic Regression) với kiểm định Wald để xác định trọng số của các biến giải thích (ở mức ý nghĩa $\text{sig} = 0{,}05$), và sử dụng Đường cong ghi nhận tín hiệu ROC (Receiver Operating Characteristic) với đại lượng diện tích dưới đường cong (AUC) để kiểm chứng năng lực dự báo của mô hình.

4. Khảo sát thực địa và điều tra xã hội học của luận án được thực hiện với quy mô như thế nào?
Tác giả đã tiến hành khảo sát thực địa thu thập 269 điểm tọa độ GPS mô tả lớp phủ qua 3 đợt (tháng 6/2013, tháng 8/2014, tháng 3/2015) dọc các tuyến quốc lộ, tỉnh lộ chính, đồng thời thực hiện điều tra xã hội học bằng phiếu phỏng vấn ngẫu nhiên đối với 70 hộ gia đình tại 3 huyện đại diện: Lương Sơn, Kỳ Sơn và Đà Bắc.

5. Vì sao luận án chọn thời điểm bắt đầu nghiên cứu từ năm 1994?
Năm 1994 là mốc thời gian lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình rơi vào trạng thái suy thoái nghiêm trọng nhất (độ che phủ chỉ đạt xấp xỉ 28%), đồng thời đây cũng là giai đoạn bắt đầu triển khai các chính sách lâm nghiệp quan trọng (Sắc lệnh 327, Luật Đất đai 1993 giao đất giao rừng) dẫn đến sự phục hồi và gia tăng diện tích rừng liên tục cho đến nay.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Thị Thúy Hạnh đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán đánh giá và mô hình hóa biến động lớp phủ rừng tỉnh Hòa Bình giai đoạn 1994-2015 thông qua việc kết hợp công nghệ viễn thám Landsat, công cụ GIS và mô hình hồi quy logistic bội. Công trình đã làm rõ tính quy luật không gian của 3 kiểu biến động rừng trong mối tương tác chặt chẽ với điều kiện địa hình và các động lực kinh tế - xã hội, đặc biệt là yếu tố tiếp cận giao thông và chính sách lâm nghiệp. Kết quả dự báo đến năm 2020 cung cấp cơ sở khoa học phục vụ trực tiếp cho công tác quản lý tài nguyên, quy hoạch lãnh thổ và định hướng phát triển bền vững của địa phương.