Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam đang trải qua tiến trình đô thị hóa mạnh mẽ với tỷ lệ đô thị hóa toàn quốc đạt khoảng 41,5% cùng 888 đô thị ghi nhận vào tháng 9/2022, kéo theo sự gia tăng dân số đô thị từ 1 đến 1,3 triệu người mỗi năm. Áp lực phát triển kinh tế và mở rộng không gian xây dựng đã tạo ra sức ép nghiêm trọng lên các hệ sinh thái tự nhiên ven biển, đặc biệt là diện tích đất lâm nghiệp và rừng ngập mặn. Thành phố Quy Nhơn, tỉnh Bình Định là đô thị loại I có tổng diện tích tự nhiên 28.606 ha, sở hữu hệ sinh thái rừng ngập mặn đặc trưng tại khu vực đầm Thị Nại với diện tích khoảng 86,21 ha. Tuy nhiên, sự bùng nổ của các khu đô thị mới, cụm công nghiệp và vùng nuôi trồng thủy sản đã làm suy giảm đáng kể diện tích cũng như chất lượng thảm thực vật ngập mặn bản địa.

Mục tiêu trọng tâm của luận văn thạc sĩ chuyên ngành Địa lí tự nhiên là ứng dụng công nghệ viễn thám đa thời gian kết hợp Hệ thống thông tin địa lý (GIS) nhằm định lượng và làm rõ quy luật biến động lớp phủ thực vật ngập mặn thành phố Quy Nhơn giai đoạn 2005 - 2022 dưới tác động của quá trình đô thị hóa. Phạm vi nghiên cứu không gian tập trung toàn diện trên địa bàn 16 phường và 5 xã của thành phố, với mốc thời gian phân tích trải dài 17 năm (thu thập dữ liệu từ 2005 đến 2022 và thực hiện phân tích chuyên sâu từ tháng 09/2022 đến tháng 06/2023). Đề tài mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc khi cung cấp hệ thống bản đồ số hóa chuẩn xác, xác lập ma trận chuyển đổi sử dụng đất và xây dựng cơ sở định lượng hỗ trợ các nhà quản lý địa phương hoạch định chính sách cân bằng giữa tăng trưởng kinh tế đô thị và bảo tồn sinh thái dải ven biển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên bốn quan điểm địa lý và sinh thái nền tảng: quan điểm lịch sử, quan điểm hệ thống, quan điểm không gian - tổng hợp và quan điểm phát triển bền vững. Quá trình phân tích tích hợp các mô hình tương quan không gian nhằm làm sáng tỏ mối liên hệ giữa các động lực nhân sinh và biến động lớp phủ mặt đất.

Về mặt lý luận, đề tài làm rõ các khái niệm cốt lõi bao gồm:

  • Thảm thực vật ngập mặn (Mangroves): Hệ sinh thái đất ngập nước chuyển tiếp đặc trưng vùng nhiệt đới ven biển, có khả năng thích nghi cao với điều kiện ngập triều định kỳ và độ mặn biến động, giữ vai trò lá chắn phòng hộ chống xói lở bờ biển.
  • Quá trình đô thị hóa: Sự biến đổi không gian kinh tế - xã hội gắn liền với gia tăng dân số đô thị, chuyển dịch cơ cấu lao động phi nông nghiệp và mở rộng quỹ đất xây dựng công trình, hạ tầng giao thông.
  • Lớp phủ mặt đất (Land Cover): Trạng thái vật thể tự nhiên và nhân tạo quan sát được trên bề mặt địa hình thông qua tư liệu ảnh hàng không hoặc vệ tinh tại một thời điểm xác định.
  • Chỉ số thực vật ngập mặn kết hợp (CMRI): Thuật toán chuẩn hóa dựa trên hiệu số giữa chỉ số thực vật khác biệt chuẩn hóa (NDVI) và chỉ số nước chênh lệch chuẩn hóa (NDWI) nhằm phân tách thảm cây ngập mặn khỏi nền nước và đất ngập triều.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu viễn thám đa thời gian chất lượng cao với độ che phủ mây dưới 3%, bao gồm ảnh SPOT-5 các năm 2005 (độ phân giải 2,5m - 10m), năm 2010 và ảnh Sentinel-2 năm 2022 (độ phân giải không gian 10m với 13 kênh phổ). Quy trình tiền xử lý được thực hiện nghiêm ngặt: hiệu chỉnh bức xạ và khí quyển bằng thuật toán ATCOR trong phần mềm CATALYST Professional, nắn chỉnh hình học chuyển về hệ tọa độ quốc gia VN2000 kinh tuyến trục khu vực (Zone 49N) với sai số vị trí kiểm soát nhỏ hơn ±0,5 pixel, đồng thời chuẩn hóa kích thước pixel về 10m bằng phương pháp nội suy song tuyến (bilinear interpolation).

Về phương pháp chọn mẫu và cỡ mẫu kiểm chứng, tác giả tiến hành khảo sát thực địa kết hợp định vị GPS tại hơn 50 điểm thực địa phân bố đại diện dọc các đầm bãi ngập mặn tại phường Nhơn Bình, Đống Đa và đầm Thị Nại trong đợt điều tra thực tế. Phương pháp phân loại dựa trên đối tượng (object-based) kết hợp giải đoán bằng mắt dựa trên mẫu khóa ảnh (tone màu, cấu trúc, hình thái) được lựa chọn vì tính ưu việt vượt trội so với phân loại theo từng pixel truyền thống, giúp loại bỏ nhiễu phản xạ từ mặt nước lợ. Toàn bộ kết quả phân loại sau đó được tích hợp vào môi trường ArcGIS để chồng xếp không gian, chiết xuất ma trận chuyển đổi qua hai giai đoạn 2005 - 2010 và 2010 - 2022.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân loại ảnh viễn thám và xử lý không gian đã làm rõ bức tranh toàn cảnh về biến động lớp phủ thực vật ngập mặn thành phố Quy Nhơn trong 17 năm:

  • Giai đoạn 2005 - 2010 chứng kiến sự suy giảm mạnh mẽ của diện tích rừng ngập mặn: Diện tích thực vật ngập mặn tự nhiên khu vực đầm Thị Nại giảm khoảng 18,5% so với tổng diện tích năm 2005 (ban đầu ghi nhận khoảng 86,21 ha). Nguyên nhân chủ yếu do hoạt động đào đắp bờ bao khoanh vùng nuôi tôm tự phát và san lấp mặt bằng xây dựng cầu đường, cảng biển.
  • Giai đoạn 2010 - 2022 ghi nhận xu hướng phục hồi cục bộ nhờ các dự án trồng rừng: Thành phố đã triển khai trồng mới thành công hơn 30 ha rừng ngập mặn tập trung chủ yếu là loài Đước đôi (Rhizophora apiculata) và Bần chua (Sonneratia alba). Mặc dù diện tích che phủ xanh tăng lên, song cấu trúc rừng chủ yếu là rừng non từ 3 đến 8 năm tuổi với chiều cao trung bình 1,5m đến 2,5m, tính phân mảnh không gian vẫn ở mức cao.
  • Không gian phân bố lớp phủ biến động phức tạp theo thổ nhưỡng và địa hình: Toàn thành phố có 785 ha đất mặn và 171 ha đất phèn tập trung tại các phường Hải Cảng, Thị Nại, Đống Đa, Nhơn Bình. Sự thu hẹp thảm thực vật diễn ra gay gắt nhất tại các dải tiếp giáp khu dân cư có độ cao địa hình từ 1,5m đến 2,5m.
  • Tốc độ mở rộng đất phi nông nghiệp lấn át các dải đệm sinh thái: Quá trình chuyển đổi từ đất rừng ngập mặn và đất ngập nước sang đất xây dựng hạ tầng kỹ thuật, cụm công nghiệp chiếm tỷ lệ chuyển dịch hơn 25% trong tổng các biến động lớp phủ được phân loại.

Thảo luận kết quả

Sự biến động tiêu cực của thảm thực vật ngập mặn tại Quy Nhơn trong giai đoạn đầu phản ánh trực tiếp quá trình chuyển dịch cơ cấu kinh tế của thành phố. Trong giai đoạn 2001 - 2005, GDP thành phố tăng trưởng từ 1.151 tỷ đồng lên 5.315 tỷ đồng, cơ cấu ngành công nghiệp - xây dựng tăng trưởng 17,94% mỗi năm, thúc đẩy việc mở rộng các khu công nghiệp Phú Tài, cụm công nghiệp Nhơn Bình (52 ha) và Nhơn Phú (50 ha). Nhu cầu mặt bằng cho các cơ sở công nghiệp và hạ tầng giao thông đô thị đã trực tiếp thu hẹp dải rừng phòng hộ ven đầm Thị Nại.

Khi đối chiếu với các nghiên cứu của Dương Thị Lợi tại Thái Bình giai đoạn 2000 - 2020 và Nguyễn Văn Sáng tại Cà Mau giai đoạn 2002 - 2016, diễn biến tại Quy Nhơn mang tính tương đồng về quy luật: rừng ngập mặn chịu tác động suy thoái mạnh trong thập niên đầu do áp lực phát triển kinh tế nuôi trồng thủy sản, sau đó dần ổn định và phục hồi nhờ các chính sách can thiệp quản lý nhà nước. Về mặt trình diễn trực quan, các chuỗi số liệu biến động này được thể hiện rõ nét qua biểu đồ cột so sánh biến động diện tích ba mốc thời gian 2005, 2010, 2022 và bản đồ chồng xếp biến động không gian hiển thị rõ các vùng chuyển đổi giữa đất ngập mặn, ao nuôi thủy sản và đất xây dựng đô thị.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả đánh giá thực trạng và dự báo xu thế, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược nhằm quản lý, bảo vệ và phát triển bền vững thảm thực vật ngập mặn thành phố Quy Nhơn:

  • Thiết lập và ranh giới hóa khu vực bảo tồn nghiêm ngặt diện tích rừng ngập mặn hiện hữu: Ủy ban nhân dân thành phố Quy Nhơn phối hợp với Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bình Định tiến hành cắm mốc ranh giới bảo vệ toàn bộ 86,21 ha rừng ngập mặn đầm Thị Nại cùng dải đệm tối thiểu 150 ha bao quanh trong giai đoạn 2024 - 2026, tuyệt đối ngăn chặn các dự án san lấp lấn đầm trái phép.
  • Triển khai chương trình phục hồi và trồng mới rừng ngập mặn ven đê: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn chủ trì phối hợp với UBND các phường Nhơn Bình, Đống Đa trồng mới tối thiểu 50 ha rừng ngập mặn thích ứng (ưu tiên cơ cấu cây Đước và cây Mắm trắng) tại các bãi bồi ven sông Hà Thanh và đầm Thị Nại từ năm 2025 đến năm 2030, hướng đến mục tiêu nâng độ che phủ dải ven bờ lên trên 35%.
  • Xây dựng hệ thống giám sát biến động lớp phủ tự động bằng công nghệ viễn thám và WebGIS: Trung tâm Công nghệ Thông tin Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bình Định chịu trách nhiệm thiết lập quy trình giải đoán ảnh viễn thám định kỳ 6 tháng một lần (sử dụng nguồn ảnh vệ tinh miễn phí Sentinel-2) với độ chính xác hình học sai số dưới ±0,5 pixel, đưa vào vận hành ổn định trong khung thời gian 2024 - 2027.
  • Kiểm soát chặt chẽ nguồn nước thải từ các cụm công nghiệp và khu đô thị mới: Ban Quản lý Khu kinh tế tỉnh Bình Định cùng Sở Xây dựng yêu cầu 100% doanh nghiệp tại các cụm công nghiệp Nhơn Bình (quy mô 52 ha) và Nhơn Phú (quy mô 50 ha) phải xử lý nước thải đạt quy chuẩn môi trường trước khi xả ra lưu vực đầm Thị Nại, giảm thiểu tối thiểu 30% lượng chất thải hữu cơ và kim loại nặng đổ ra môi trường trong giai đoạn 2024 - 2028.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là nguồn tư liệu chuyên khảo giá trị cho nhiều nhóm đối tượng với các mục đích ứng dụng cụ thể:

  • Cán bộ quản lý quy hoạch đô thị và tài nguyên môi trường: Cung cấp cơ sở dữ liệu không gian chuẩn xác về hiện trạng 28.606 ha đất tự nhiên của thành phố Quy Nhơn, hỗ trợ trực tiếp việc xây dựng quy hoạch sử dụng đất tích hợp và đánh giá môi trường chiến lược (ĐMC).
  • Các nhà nghiên cứu, chuyên gia GIS và Viễn thám: Tham khảo quy trình kỹ thuật hoàn chỉnh trong việc xử lý ảnh viễn thám đa nguồn SPOT-5 và Sentinel-2, ứng dụng chỉ số CMRI và phương pháp phân loại theo định hướng đối tượng để giải bài toán giám sát tài nguyên ven biển.
  • Giảng viên và học viên cao học, sinh viên ngành Địa lý, Lâm nghiệp, Môi trường: Tài liệu học thuật chuẩn mực thuộc mã ngành Địa lí tự nhiên (8440217), hỗ trợ giảng dạy các học phần Phân tích không gian, Địa lý sinh thái ven biển và Biến đổi khí hậu.
  • Các tổ chức phi chính phủ và cơ quan tài trợ dự án bảo tồn sinh thái: Sử dụng kết quả đánh giá thực địa và dữ liệu phân bố loài để xây dựng các đề án phục hồi hệ sinh thái ngập nước, bảo tồn đa dạng sinh học dải bờ biển dài 134 km của tỉnh Bình Định.

Câu hỏi thường gặp

Đầm Thị Nại có vai trò quan trọng như thế nào đối với hệ sinh thái thành phố Quy Nhơn?
Đầm Thị Nại là đầm phá lớn nhất tỉnh Bình Định, là nơi tiếp nhận lưu vực hạ lưu sông Kôn (lưu vực 3.080 km²) và sông Hà Thanh. Với hệ thổ nhưỡng giàu đất mặn (785 ha) và đất phèn (171 ha), nơi đây cung cấp bãi đẻ, nuôi dưỡng nguồn lợi thủy sản và đóng vai trò vùng đệm điều tiết lũ, chắn sóng cho trung tâm đô thị Quy Nhơn.

Tại sao nghiên cứu lại sử dụng chỉ số CMRI thay vì chỉ số NDVI truyền thống?
Chỉ số CMRI là sự kết hợp hiệu số giữa NDVI (nhận diện thực vật) và NDWI (nhận diện mặt nước). Tại vùng đầm lầy ngập mặn ven biển Quy Nhơn, sự ngập triều thường xuyên tạo ra độ ẩm nền rất cao làm sai lệch giá trị phản xạ phổ của NDVI đơn lẻ; CMRI giúp loại trừ phản xạ mặt nước, nâng độ chính xác phân loại lớp phủ đạt trên 85%.

Quá trình phát triển các khu công nghiệp tác động ra sao đến thảm thực vật ngập mặn?
Việc mở rộng cụm công nghiệp Nhơn Bình (52 ha), Nhơn Phú (50 ha) và khu công nghiệp Phú Tài đã chuyển đổi một phần diện tích đất đầm lầy tự nhiên thành mặt bằng sản xuất. Nguồn nước thải và trầm tích công nghiệp nếu không qua xử lý sẽ lắng đọng bùn bã, bám vào hệ rễ thở của cây ngập mặn làm suy giảm khả năng quang hợp và hô hấp.

Đặc tính sinh thái của loài cây nào phù hợp nhất để phục hồi rừng ngập mặn Quy Nhơn?
Cây Đước đôi (Rhizophora apiculata) và Cây Mắm trắng (Avicennia alba) là hai loài thích nghi tối ưu nhất. Mắm trắng đóng vai trò tiên phong cố định bãi bùn mềm ven biển, trong khi Đước đôi với hệ rễ chang chống chịu sóng gió phát triển nhanh trên nền phù sa dày, đạt chiều cao 1,5m - 2,5m chỉ sau 3 đến 5 năm trồng.

Dữ liệu ảnh SPOT và Sentinel được phối hợp xử lý như thế nào để đảm bảo tính đồng nhất?
Nghiên cứu sử dụng ảnh SPOT-5 cho các mốc năm 2005, 2010 và Sentinel-2 cho mốc năm 2022. Tất cả ảnh đều được lọc độ che phủ mây dưới 3%, hiệu chỉnh khí quyển ATCOR, đưa về cùng hệ tọa độ VN2000 và chuẩn hóa độ phân giải không gian về kích thước 10m bằng phương pháp nội suy song tuyến, đảm bảo sai số hình học dưới ±0,5 pixel.

Kết luận

  • Luận văn đã thiết lập thành công quy trình ứng dụng công nghệ viễn thám đa thời gian (SPOT-5 và Sentinel-2) kết hợp GIS để lượng hóa biến động lớp phủ thực vật ngập mặn thành phố Quy Nhơn giai đoạn 2005 - 2022.
  • Làm rõ xu hướng giảm sút rừng ngập mặn trong giai đoạn 2005 - 2010 do sức ép đô thị hóa và nuôi tôm, cùng sự phục hồi tích cực với hơn 30 ha rừng trồng mới trong giai đoạn 2010 - 2022.
  • Chứng minh tính hiệu quả vượt trội của phương pháp phân loại hướng đối tượng kết hợp chỉ số CMRI trong việc phân tách thảm thực vật ngập mặn tại các vùng đầm phá chịu ảnh hưởng thủy triều phức tạp.
  • Đóng góp luận cứ khoa học quan trọng phục vụ lập quy hoạch không gian đô thị, quản lý 28.606 ha đất tự nhiên và bảo vệ bền vững 86,21 ha rừng ngập mặn đầm Thị Nại.
  • Đề xuất lộ trình hành động giai đoạn 2024 - 2030 với các mục tiêu cụ thể về cắm mốc ranh giới, trồng mới 50 ha rừng thích ứng và vận hành hệ thống giám sát viễn thám tự động.

Quý độc giả, các nhà nghiên cứu và cơ quan quản lý quan tâm đến giải pháp quản lý tài nguyên số và bảo tồn sinh thái dải ven biển có thể khai thác chi tiết phương pháp luận và bộ dữ liệu không gian trong toàn văn công trình nghiên cứu này.