Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ địa lý của nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Thúy Hằng, chuyên ngành Sử dụng và bảo vệ tài nguyên môi trường (mã số 62 85 15 01), được bảo vệ năm 2012 tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Trương Quang Hải và TS. Phạm Văn Cự. Luận án mang tiêu đề: "Nghiên cứu cấu trúc cảnh quan phục vụ tổ chức không gian sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo vệ môi trường tỉnh Ninh Bình với sự trợ giúp của công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý".

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Theo tác giả, tổ chức không gian sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo vệ môi trường là vấn đề khoa học mang tính liên ngành, trong đó cảnh quan học giữ vai trò cơ sở. Tại tỉnh Ninh Bình—địa bàn nằm ở rìa phía nam châu thổ sông Hồng—quá trình phát triển kinh tế giai đoạn 2006–2009 đạt tốc độ tăng trưởng GDP bình quân 17%/năm (đứng thứ hai khu vực đồng bằng sông Hồng, chỉ sau Hà Nội). Kéo theo đó là sự biến đổi cơ cấu kinh tế mạnh mẽ: tỷ trọng GDP nông lâm thủy sản giảm từ 22,43% xuống 17,93% để nhường chỗ cho công nghiệp và dịch vụ. Sự biến đổi nhanh chóng này đặt ra nguy cơ suy thoái môi trường, cạn kiệt tài nguyên có thể phục hồi và làm nảy sinh mâu thuẫn giữa phát triển kinh tế nhanh với phát triển bền vững trong bối cảnh trình độ quản lý và khoa học kỹ thuật địa phương còn hạn chế.

Về mặt học thuật, công tác nghiên cứu cảnh quan tại Việt Nam tuy tiếp thu lý luận địa tổng thể của trường phái Xô viết và sinh thái cảnh quan phương Tây, nhưng việc ứng dụng công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS) phần lớn mới dừng lại ở từng hợp phần đơn lẻ (như địa mạo, thổ nhưỡng, hiện trạng sử dụng đất hay độ che phủ rừng). Khoảng trống nghiên cứu đặt ra là thiếu vắng một quy trình đồng bộ ứng dụng viễn thám và GIS để nghiên cứu toàn diện cấu trúc cảnh quan (cấu trúc đứng, cấu trúc ngang và biến đổi theo thời gian) ở quy mô cấp tỉnh, phục vụ trực tiếp cho việc hoạch định các không gian chức năng phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường.

Mục tiêu, nhiệm vụ và các luận điểm bảo vệ

  • Mục tiêu nghiên cứu: Xây dựng luận cứ khoa học phục vụ tổ chức không gian sử dụng hợp lý tài nguyên phát triển nông lâm ngư nghiệp, du lịch và bảo vệ môi trường tỉnh Ninh Bình, trên cơ sở nghiên cứu cấu trúc cảnh quan với sự trợ giúp của công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý.
  • Nhiệm vụ nghiên cứu (gồm 6 nhiệm vụ):
    1. Tổng quan tài liệu về lý luận và phương pháp nghiên cứu, đánh giá cảnh quan phục vụ tổ chức không gian sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo vệ môi trường.
    2. Xây dựng hướng tiếp cận nghiên cứu cảnh quan trên cơ sở ứng dụng công nghệ viễn thám và hệ thông tin địa lý.
    3. Nghiên cứu đặc điểm và sự phân hóa các hợp phần thành tạo cấu trúc cảnh quan, làm rõ tính đặc thù trong phân hóa cảnh quan lãnh thổ nghiên cứu.
    4. Phân loại, phân vùng và đánh giá tiềm năng sinh thái của cảnh quan cho tổ chức lãnh thổ.
    5. Nghiên cứu sự biến đổi của cảnh quan để xác định động lực cảnh quan của lãnh thổ Ninh Bình.
    6. Đề xuất định hướng tổ chức không gian sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo vệ môi trường tỉnh Ninh Bình.
  • Các luận điểm bảo vệ:
    • Luận điểm 1: Nằm ở phía đông nam châu thổ sông Hồng, lãnh thổ Ninh Bình có cấu trúc cảnh quan phân hóa phức tạp, gồm phụ lớp cảnh quan núi thấp và phụ lớp cảnh quan đồng bằng thấp, 2 kiểu cảnh quan, 3 phụ kiểu cảnh quan, 6 hạng cảnh quan và 48 loại cảnh quan. Sự biến đổi cảnh quan khu vực nghiên cứu là hệ quả tác động của nhiều nhân tố tự nhiên và nhân sinh, trong đó tương tác sông biển tạo ra địa hình đồng bằng ven biển và hoạt động của con người làm thay đổi lớp phủ thực vật là những nhân tố chủ yếu.
    • Luận điểm 2: Phân tích không gian cho phép đánh giá cảnh quan dựa trên quan hệ cấu trúc đứng/cấu trúc ngang với sự biến đổi trong không gian-thời gian của cảnh quan là cơ sở khoa học cho tổ chức không gian lãnh thổ Ninh Bình, gồm không gian ưu tiên phát triển nông nghiệp, không gian ưu tiên phát triển du lịch, không gian khai thác khoáng sản, không gian ưu tiên phòng hộ và bảo tồn, không gian bảo vệ và quản lý môi trường cùng mạng lưới không gian đô thị - công nghiệp và tuyến trục phát triển kinh tế.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Phạm vi không gian: Toàn bộ ranh giới hành chính tỉnh Ninh Bình, nằm trong tọa độ từ 105°32' đến 106°10' kinh độ Đông và từ 19°56'27" đến 20°26'49" vĩ độ Bắc.
  • Phạm vi khoa học: Cấu trúc cảnh quan (cấu trúc đứng, cấu trúc ngang và biến động theo thời gian) gắn với đánh giá thích nghi sinh thái và tổ chức không gian chức năng thông qua viễn thám và GIS.
  • Phạm vi thời gian: Luận án tập trung phân tích hiện trạng cảnh quan năm 2009, đánh giá chuỗi biến đổi cảnh quan giai đoạn 1992–2009, cập nhật số liệu kinh tế - xã hội đến năm 2011 và đề xuất định hướng tổ chức không gian đến năm 2020.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trên thế giới

Tác giả hệ thống hóa lịch sử phát triển cảnh quan học qua các giai đoạn và trường phái lý luận:

  1. Trường phái Đông Âu và Liên Xô cũ: Khởi nguồn từ quan niệm thể tổng hợp địa lý tự nhiên của Humboldt (1807) và Dokuchaev (1897) về mối quan hệ nhân quả giữa các hợp phần vô cơ và hữu cơ. Các học giả Xô viết như Berg (1913), Sukachev (1942 với khái niệm sinh địa quần lạc), Solntsev, Grigoriev, Gvozdetsky, Armand và Isachenko (1971) đã xây dựng hệ thống phân loại cảnh quan phát sinh chặt chẽ dựa trên các quy luật địa đới và phi địa đới. Về sau, Milkov (1973, 1997) mở rộng sang nghiên cứu cảnh quan nhân sinh, và Gorshkov (2001) phát triển địa sinh thái (geoecology).
  2. Trường phái Tây Âu và Bắc Mỹ: Bắt đầu từ Carl Troll (1939) với việc ứng dụng ảnh hàng không và xác lập thuật ngữ sinh thái cảnh quan (landscape ecology). Carl Sauer (1963) của trường phái địa lý văn hóa Berkeley đề xuất khái niệm cảnh quan văn hóa (cultural landscape). Từ những năm 1980, sinh thái cảnh quan phát triển mạnh tại Bắc Mỹ và Tây Âu với sự ra đời của Hiệp hội Sinh thái Cảnh quan Quốc tế (IALE, 1982), gắn liền các công trình của Forman và Godron (1986), Turner (1989, 1998, 2005), McGarigal và Marks (1995, 2002 với công cụ phần mềm FRAGSTATS). Hướng nghiên cứu này tập trung vào cấu trúc không gian (mảng - hành lang - nền), tính bất đồng nhất và phân tích định lượng bằng các chỉ số trắc lượng hình thái.
  3. Xu hướng liên ngành và ứng dụng: Khái niệm chức năng cảnh quan được De Groot (1992) xem như năng lực cung cấp hàng hóa và dịch vụ môi trường phục vụ con người. Zonneveld (1975) phát triển đơn vị đất đai, trong khi Naveh (1995, 2001), Antrop (1997, 2000, 2006) và Tress (2003, 2005 với phương pháp Wageningen DELTA) thúc đẩy cách tiếp cận liên ngành và xuyên ngành giữa tự nhiên, kinh tế và xã hội phục vụ phát triển bền vững.

Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam và Ninh Bình

  • Tại Việt Nam: Nghiên cứu cảnh quan ban đầu chịu ảnh hưởng từ trường phái Xô viết qua công trình nghiên cứu địa cảnh học miền Bắc của Vũ Tự Lập (1976). Tiếp đó là các nghiên cứu phân kiểu, phân loại và lập bản đồ cảnh quan của Trương Quang Hải (1991, 2008), Viện Địa lý (1993), Nguyễn Ngọc Khánh, Nguyễn Cao Huấn và Phạm Hoàng Hải (1996). Ứng dụng cảnh quan phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo vệ môi trường được thể hiện qua các công trình của Phạm Hoàng Hải (1988, 1992, 2006, 2008), Nguyễn Thế Thôn (1993), Nguyễn Cao Huấn (2001, 2005 về đánh giá kinh tế sinh thái), Lê Văn Thăng (1995), Phạm Quang Tuấn (2003) và Nguyễn An Thịnh (2007, 2008). Ứng dụng viễn thám và GIS được phát triển cho từng hợp phần như địa thủy hình thái (Nguyễn Ngọc Thạch, 1993), rừng (Lại Huy Phương, 1995; Trương Thị Hòa Bình, 2002), địa mạo (Phạm Văn Cự, 1996), sử dụng đất (Nguyễn Thị Cẩm Vân, 2000; Đinh Thị Bảo Hoa), biến động thảm thực vật (Vũ Anh Tuân, 2004).
  • Tại Ninh Bình: Các công trình nghiên cứu thành phần gồm có: địa chất tỷ lệ 1:200.000 của Nguyễn Đức Tam (1975), Đinh Minh Mộng (1977), Hoàng Ngọc Kỷ (1999); địa mạo của Đỗ Tuyết (1975, 1983) và Vũ Quang Lân (2001); thổ nhưỡng theo FAO-UNESCO của Đại học Nông nghiệp I Hà Nội (2000); thảm thực vật Cúc Phương, Vân Long, Hoa Lư và ven biển Kim Sơn của Thái Văn Trừng (1970, 1978, 1997), Nguyễn Hữu Tứ (1998, 2006). Về tổ chức lãnh thổ và quy hoạch, có các nghiên cứu của Trương Quang Hải (2008) về tài nguyên karst phục vụ phát triển bền vững, nghiên cứu hang động du lịch (UBND tỉnh Ninh Bình, 2006), các đề tài đánh giá điều kiện tự nhiên phục vụ sống chung với lũ ở Gia Viễn - Nho Quan của Nguyễn Ngọc Trường (2000, 2003).

Khoảng trống luận án giải quyết

Dù dữ liệu từng hợp phần tại Ninh Bình tương đối phong phú, song các công trình trước đây chưa giải quyết mối quan hệ tương hỗ giữa cấu trúc đứng và cấu trúc ngang trong một mô hình tích hợp; chưa định lượng hóa độ phân mảnh và tính kết nối của cảnh quan bằng trắc lượng hình thái; và chưa xây dựng bản đồ biến động cảnh quan qua chuỗi ảnh vệ tinh đa thời gian để làm cơ sở cho phân vùng tổ chức không gian lãnh thổ cấp tỉnh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và khái niệm sử dụng

Luận án tiếp cận cấu trúc cảnh quan theo ba chiều tương tác:

  1. Cấu trúc đứng: Phản ánh mối quan hệ phát sinh và tương tác tương hỗ giữa các quyển thành phần (thạch quyển, thổ quyển, thủy quyển, khí quyển, sinh quyển). Sự biến đổi trong cấu trúc đứng dẫn đến sự biến đổi chức năng sinh thái của cảnh quan.
  2. Cấu trúc ngang: Phản ánh quy luật sắp xếp, phân bố không gian và mức độ liên kết giữa các đơn vị phân loại cảnh quan. Cấu trúc ngang được nhận diện qua hệ thống phân loại cảnh quan và phân tích định lượng bằng các chỉ số trắc lượng hình thái (landscape metrics).
  3. Động lực cảnh quan theo thời gian: Phân tích trạng thái thay đổi của các đơn vị cảnh quan giữa hai mốc thời gian (1992 và 2009) để xác định xu thế diễn thế dưới tác động của quá trình tự nhiên (bồi lắng ven biển) và hoạt động nhân sinh (canh tác, trồng rừng, đô thị hóa, chuyển đổi thủy sản).
  4. Tổ chức không gian lãnh thổ: Dựa trên quan điểm phân vùng chức năng và lý thuyết trung tâm - ngoại vi, sắp xếp các hoạt động kinh tế - xã hội phù hợp với tiềm năng thích nghi sinh thái của từng đơn vị cảnh quan và giảm thiểu rủi ro tai biến môi trường.

Phương pháp nghiên cứu

Luận án kết hợp đồng bộ các phương pháp nghiên cứu truyền thống và công nghệ địa không gian:

  • Phương pháp viễn thám: Xử lý và giải đoán ảnh vệ tinh đa phổ, đa thời gian để thành lập bản đồ lớp phủ thực vật và bản đồ cảnh quan:
    • Ảnh Landsat TM năm 1992 và 1993 (độ phân giải 30 m).
    • Ảnh Landsat ETM+ năm 2001 (độ phân giải 30 m, kênh toàn sắc 15 m).
    • Ảnh SPOT 4 năm 2009 (độ phân giải 20 m, kênh toàn sắc 10 m).
    • Ảnh nhiệt và địa hình ASTER.
  • Phương pháp Hệ thống thông tin địa lý (GIS): Sử dụng các phép toán phân tích không gian (chồng lớp, phân tích vùng đệm, lọc không gian, phân tích lân cận) để tích hợp các bản đồ đơn tính (địa chất, địa mạo, khí hậu, thổ nhưỡng, lớp phủ) thành bản đồ cảnh quan; xây dựng ma trận chuyển dịch không gian (bảng chéo biến động) giữa năm 1992 và 2009.
  • Phương pháp trắc lượng cảnh quan (Landscape Metrics): Sử dụng phần mềm FRAGSTATS để định lượng hóa cấu trúc ngang của cảnh quan thông qua các chỉ số:
    • Mật độ mảng ($PD$ - Patch Density).
    • Khoảng cách lân cận gần nhất trung bình ($ENN_MN$ - Mean Euclidean Nearest-Neighbor Distance).
    • Chỉ số kết nối ($CONNECT$ - Connectance Index).
    • Chỉ số chia cắt ($DIVISION$ - Landscape Division Index).
    • Chỉ số phân tách ($SPLIT$ - Splitting Index).
  • Phương pháp đánh giá thích nghi sinh thái: Áp dụng phương pháp nhân điểm các chỉ tiêu thành phần (dựa trên nguyên tắc hạn chế sinh thái của FAO và trường phái đánh giá đất đai):

$$\text{Điểm tổng hợp} = \prod_{i=1}^{n} X_i$$

Trong đó $X_i$ là điểm đánh giá của từng chỉ tiêu tự nhiên (nhiệt độ, lượng mưa, độ dốc, tầng dày, loại đất, chế độ nước, lớp phủ). Kết quả phân thành 4 hạng thích nghi: $S1$ (rất thích nghi), $S2$ (thích nghi trung bình), $S3$ (kém thích nghi), $N$ (không thích nghi).

  • Phương pháp khảo sát thực địa: Tiến hành điều tra trên các tuyến khảo sát thực địa chính (Cúc Phương - Nho Quan, Gia Viễn - Vân Long, Hoa Lư - Tam Điệp, Yên Khánh - Kim Sơn) để đối chiếu mẫu giải đoán ảnh và kiểm chứng thực tế phẫu diện đất.

Nguồn tư liệu và cơ sở dữ liệu

  • Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:50.000 và bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000 tờ Ninh Bình (F-48-XXXIV) và Nam Định (F-48-XXXV).
  • Bản đồ nông hóa thổ nhưỡng tỉnh Ninh Bình theo hệ thống phân loại FAO-UNESCO năm 2000.
  • Dữ liệu thống kê kinh tế - xã hội, báo cáo quy hoạch giai đoạn 2000–2011 từ Cục Thống kê, Sở Kế hoạch và Đầu tư, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Ninh Bình.
  • Tư liệu kế thừa từ các chương trình, dự án khoa học: Đề tài QGTD 04.07 (ĐHQGHN), dự án Asia Proeco/E3P Diagnostic (EU tài trợ), đề tài Nghị định thư Việt - Bỉ, dự án ChATSEA (SSHRC Canada), dự án 09-P03-Vie (Việt Nam - Đan Mạch) và dự án ASBIOM-Delta (AUF).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu cấu trúc cảnh quan phục vụ tổ chức không gian sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo vệ môi trường

Chương 1 thiết lập khung phương pháp luận cho toàn bộ công trình. Tác giả luận giải việc dung hòa hai trường phái cảnh quan học lớn trên thế giới: kế thừa quan điểm hệ thống - phát sinh của địa lý học tự nhiên Xô viết trong việc phân chia các cấp vị cảnh quan theo cấu trúc đứng, đồng thời tích hợp quan điểm sinh thái cảnh quan Bắc Mỹ trong việc lượng hóa cấu trúc ngang bằng công nghệ GIS và phần mềm trắc lượng.

Tác giả đề xuất quy trình công nghệ gồm 5 bước logic:

  1. Chuẩn hóa và xây dựng cơ sở dữ liệu các hợp phần tự nhiên và kinh tế - xã hội.
  2. Phân tích cấu trúc đứng và cấu trúc ngang, thành lập bản đồ cảnh quan thời điểm 2009 (tỷ lệ 1:100.000).
  3. Đánh giá trắc lượng hình thái cảnh quan bằng FRAGSTATS và phân tích lát cắt cảnh quan.
  4. Thành lập bản đồ biến động cảnh quan giai đoạn 1992–2009 thông qua phân tích chuỗi ảnh viễn thám.
  5. Đánh giá thích nghi sinh thái cảnh quan cho các loại hình sử dụng đất chính, kết hợp dự báo tai biến và phân tích khung kinh tế - xã hội để thành lập bản đồ tổ chức không gian sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo vệ môi trường.

Chương 2: Phân tích cấu trúc cảnh quan tỉnh Ninh Bình

1. Cấu trúc đứng cảnh quan

Luận án phân tích chi tiết 5 hợp phần tự nhiên thành tạo nên cấu trúc đứng của lãnh thổ Ninh Bình:

  • Địa chất và địa mạo: Phân hóa thành các khối núi đá vôi karst dạng tháp, dạng nón trias (Cúc Phương, Tràng An, Tam Điệp), đồi đầm lục nguyên bở rời, vùng trũng đầm lầy trũng nội địa (Gia Viễn, Nho Quan) và đồng bằng châu thổ - ven biển tích tụ hiện đại (Yên Khánh, Kim Sơn).
  • Khí hậu và thủy văn: Khí hậu nhiệt đới gió mùa có mùa đông lạnh, lượng mưa trung bình năm biến thiên từ 1.800 mm đến trên 2.000 mm. Mạng lưới thủy văn chịu sự chi phối của sông Đáy, sông Hoàng Long, sông Vạc và chế độ bán nhật triều vịnh Bắc Bộ. Vùng phân hóa rõ rệt về nguy cơ ngập úng mùa lũ tại lưu vực sông Hoàng Long.
  • Thổ nhưỡng: Theo phân loại FAO-UNESCO (năm 2000), toàn tỉnh có 7 nhóm đất chính, phản ánh rõ nét sự chuyển tiếp từ núi đồi sang đồng bằng và ven biển:
Nhóm đất chính (FAO-UNESCO) Tên đất theo Việt Nam Diện tích (ha) Tỷ lệ (%)
Fluvisols Đất phù sa 42.062,71 29,91
Cambic Fluvisols Đất phù sa có đốm rỉ 13.582,43 9,66
Dystric Fluvisols Đất phù sa chua 10.389,35 7,39
Gleyic Fluvisols Đất phù sa glây 7.494,12 5,33
Salic Fluvisols Đất mặn (ven biển Kim Sơn) 7.331,10 5,21
Gleysols Đất glây đọng nước 6.130,99 4,36
Luvisols Đất đen 5.116,54 3,64
Histosols Đất than bùn 60,93 0,04
Các loại đất khác và núi đá Đất feralit trên đá vôi, đất đồi núi Còn lại Còn lại
  • Thảm thực vật và hoạt động nhân sinh: Thảm thực vật tự nhiên gồm rừng kín thường xanh mưa mùa nhiệt đới trên núi đá vôi (Cúc Phương), thảm thực vật ngập nước ngọt (Vân Long), rừng ngập mặn và rừng phi lao phòng hộ ven biển Kim Sơn. Thảm thực vật nhân tác chiếm ưu thế ở đồng bằng với hệ thống lúa nước hai vụ, hoa màu chuyên canh và các vùng đầm nuôi trồng thủy sản.

2. Cấu trúc ngang cảnh quan

Hệ thống phân loại cảnh quan tỉnh Ninh Bình được tác giả xây dựng theo nguyên tắc phát sinh kết hợp cấu trúc hình thái gồm 6 cấp: Lớp cảnh quan $\rightarrow$ Phụ lớp cảnh quan $\rightarrow$ Kiểu cảnh quan $\rightarrow$ Phụ kiểu cảnh quan $\rightarrow$ Hạng cảnh quan $\rightarrow$ Loại cảnh quan.

Kết quả phân loại toàn tỉnh xác định được:

  • 2 phụ lớp cảnh quan: Phụ lớp cảnh quan núi thấp và Phụ lớp cảnh quan đồng bằng thấp.
  • 2 kiểu cảnh quan: Kiểu cảnh quan rừng nhiệt đới gió mùa và Kiểu cảnh quan nông nghiệp đồng bằng.
  • 3 phụ kiểu cảnh quan: Phụ kiểu rừng kín thường xanh, Phụ kiểu cây trồng cạn và Phụ kiểu lúa nước/thủy sản.
  • 6 hạng cảnh quan.
  • 48 loại cảnh quan (đơn vị cơ sở để đánh giá thích nghi).

Để minh họa không gian, luận án thiết lập 2 tuyến lát cắt cảnh quan chính: tuyến Cúc Phương - Hoa Lư - Kim Sơn (thể hiện quy luật chuyển tiếp từ núi karst nội địa qua đồng bằng trũng đến bãi bồi ven biển) và tuyến Cúc Phương - Vân Long (thể hiện sự tiếp xúc giữa karst ngập nước và đồng bằng đầm lầy).

Phân tích trắc lượng cấu trúc ngang bằng phần mềm FRAGSTATS cho thấy: các mảng cảnh quan tự nhiên vùng núi đá vôi có diện tích lớn, chỉ số phân tách ($SPLIT$) thấp và tính kết nối ($CONNECT$) cao; ngược lại, các mảng cảnh quan nông nghiệp đồng bằng và vùng đồi bán sơn địa bị chia cắt mạnh do hệ thống đê điều, kênh rạch và tác động phân mảnh của mạng lưới giao thông, khu dân cư ($PD$ cao, $DIVISION$ tiệm cận 1). Dựa trên sự tương đồng về cấu trúc ngang và nguồn gốc phát sinh, lãnh thổ được phân chia thành các vùng cảnh quan đặc trưng làm khung cho tổ chức không gian.

Chương 3: Phân tích sự biến đổi và đánh giá cảnh quan phục vụ tổ chức không gian sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo vệ môi trường lãnh thổ tỉnh Ninh Bình

1. Biến đổi cảnh quan giai đoạn 1992–2009

So sánh bản đồ cảnh quan năm 1992 và 2009 thông qua ma trận biến động (bảng chéo chuyển dịch) cho thấy:

  • Khu vực núi thấp: Tổng diện tích biến động giữa các trạng thái đạt 4.606,87 ha. Xu hướng chủ đạo là sự phục hồi của thảm thực vật cây bụi sang rừng tái sinh và rừng trồng nhờ chính sách giao đất khoán rừng và bảo tồn vườn quốc gia Cúc Phương.
  • Khu vực đồng bằng: Biến đổi diễn ra phức tạp dưới tác động trực tiếp của con người. Diện tích đất trồng lúa nước kém hiệu quả ở vùng trũng Gia Viễn, Nho Quan chuyển dịch mạnh sang mô hình lúa - cá hoặc đầm chuyên nuôi thủy sản; vùng cửa sông ven biển Kim Sơn mở rộng nhanh diện tích đầm tôm bán thâm canh và quảng canh cải tiến ra phía biển nhờ quá trình bồi tụ phù sa và đắp đê lấn biển. Đất đồi feralit vùng Tam Điệp chuyển sang trồng dứa, chè và cây ăn quả công nghiệp. Đồng thời, đất nông nghiệp quanh thành phố Ninh Bình và các trục giao thông bị thu hẹp do mở rộng đô thị và phát triển cụm công nghiệp.

2. Đánh giá thích nghi sinh thái cảnh quan cho nông - lâm nghiệp

Luận án tiến hành đánh giá 48 loại cảnh quan đối với 7 loại hình sử dụng đất và cây trồng chỉ thị tiêu biểu: trồng mía, dứa, na, chuyên lúa, cỏ voi, trồng rừng và tái sinh rừng.

Loại hình cây trồng / sử dụng Các chỉ tiêu đánh giá chính Kết quả phân hạng thích nghi tiêu biểu
Trồng mía Nhiệt độ, lượng mưa, độ dài mùa lạnh (2–3 tháng), loại đất ($PbhD, Pk, Btp$), độ dốc ($<8^\circ$), tầng dày ($>50$ cm), thoát nước tốt Thích nghi cao ($S1$) trên đất phù sa cổ lượn sóng vùng đồi Nho Quan, Tam Điệp
Trồng dứa Nhiệt độ ($23\text{--}24^\circ\text{C}$), mùa khô (2–3 tháng), loại đất ($Fv, D, Fp$), độ dốc ($3\text{--}8^\circ$), thoát nước tốt Thích nghi cao ($S1$) tại các đồi đất feralit nông trường Đồng Giao (Tam Điệp)
Trồng na Nhiệt độ, đất phát triển trên đá vôi ($D, Fv$), tầng đất mỏng, độ dốc sườn núi thấp ($8\text{--}15^\circ$), thoát nước nhanh Thích nghi trung bình đến cao ($S1, S2$) tại vùng đồi núi đá vôi giáp ranh Hoa Lư, Tam Điệp
Chuyên lúa Đất phù sa ($Fluvisols$), địa hình bằng phẳng ($0\text{--}3^\circ$), nguồn nước chủ động, chế độ ngập phù hợp Phân bố tập trung ($S1$) ở đồng bằng Yên Khánh, Yên Mô, Kim Sơn
Cỏ voi (chăn nuôi) Đất bãi bồi, đất đồi thấp ($Fv, Fs, Pk$), tầng đất dày ($>50$ cm), khả năng thoát nước tốt Thích nghi tốt ($S1, S2$) dọc hành lang sông Đáy, sông Hoàng Long và Nho Quan
Trồng rừng & Tái sinh rừng Vùng núi cao, đồi dốc ($>15^\circ$), tầng đất trung bình đến mỏng, đất feralit núi Thích nghi cao ($S1$) tại dải núi cao Cúc Phương, Kỳ Phú và đồi núi Gia Viễn

3. Hiện trạng công nghiệp, tai biến và định hướng tổ chức không gian

Luận án thống kê hiện trạng các khu - cụm công nghiệp tập trung trên địa bàn tỉnh:

Khu công nghiệp Địa giới hành chính Diện tích / Tình trạng Lĩnh vực hoạt động chủ yếu
Khánh Phú Yên Khánh & TP. Ninh Bình Lấp đầy 79,7% Đạm (56 vạn tấn/năm), than sàng tuyển, bốc dỡ cảng sông, đóng tàu
Tam Điệp Phường Tây Sơn, TX. Tam Điệp Lấp đầy 75,3% Chế biến nông sản, may mặc, giày da, cơ khí chế tạo, vật liệu xây dựng
Gián Khẩu Gia Trấn, Gia Tân, Gia Viễn Hoàn thiện GĐ 1 Cơ khí lắp ráp ô tô, điện tử, vật liệu xây dựng cao cấp
Khánh Cư Khánh Cư, Khánh Hải, Yên Khánh 170 ha (đang xây dựng) Cơ khí chế tạo, phụ tùng vận tải, sửa chữa đóng tàu
Xích Thổ Xã Xích Thổ, Nho Quan 300 ha (vùng khó khăn) Vật liệu xây dựng, chế biến lâm sản, phụ gia công nghiệp
Phúc Sơn Ninh Sơn, Ninh Phúc, TP. Ninh Bình Đang hoàn thiện hạ tầng Công nghiệp sạch: may mặc, lắp ráp điện tử, phần mềm
Sơn Hà Sơn Hà, Quảng Lạc, Nho Quan Đang quy hoạch Chế biến nông sản, thực phẩm, thức ăn gia súc

Trên cơ sở đánh giá tổng hợp cấu trúc cảnh quan, tiềm năng sinh thái và các nguy cơ tai biến môi trường (ngập lụt lưu vực sông Hoàng Long, bão và nước dâng ven biển Kim Sơn, ô nhiễm bụi khí thải từ các nhà máy xi măng nhiệt điện), tác giả đề xuất định hướng tổ chức không gian lãnh thổ tỉnh Ninh Bình thành 6 phân vùng không gian chức năng ưu tiên đến năm 2020:

  1. Không gian ưu tiên phát triển nông nghiệp: Vùng lúa cao sản chất lượng cao tại Yên Khánh, Yên Mô; vùng lúa - cá - thủy sản nước ngọt tại đồng bằng trũng Gia Viễn, Nho Quan; vùng trồng cây ăn quả, cây công nghiệp (dứa, mía, chè) tại dải bán sơn địa Tam Điệp, Nho Quan; vùng nuôi trồng thủy sản nước lợ và mặn tại bãi bồi ven biển Kim Sơn.
  2. Không gian ưu tiên phát triển du lịch: Trục du lịch sinh thái - văn hóa - tâm linh quốc gia: quần thể danh thắng Tràng An - Cố đô Hoa Lư - chùa Bái Đính; Vườn quốc gia Cúc Phương; Khu bảo tồn đất ngập nước Vân Long; du lịch suối khoáng Kênh Gà; du lịch biển Kim Sơn.
  3. Không gian khai thác và chế biến khoáng sản: Quy hoạch ranh giới khai thác đá vôi làm xi măng và sét công nghiệp tại dải Tam Điệp, Yên Thắng, Gia Thanh nhằm hạn chế xâm hại diện tích cảnh quan tự nhiên và di sản văn hóa.
  4. Không gian mạng lưới đô thị, khu công nghiệp và tuyến trục phát triển kinh tế: Phát triển thành phố Ninh Bình thành đô thị dịch vụ du lịch (hướng tới hợp nhất không gian đô thị Hoa Lư); thị xã Tam Điệp là đô thị công nghiệp - dịch vụ; hình thành các cực tăng trưởng dọc Quốc lộ 1A, Quốc lộ 10, Quốc lộ 12B và tuyến đường cao tốc Bắc - Nam.
  5. Không gian ưu tiên phòng hộ và bảo tồn: Bảo tồn nguyên vẹn hệ sinh thái rừng đặc dụng Cúc Phương; bảo tồn khu đất ngập nước Vân Long; duy trì vành đai rừng ngập mặn chắn sóng ven biển Kim Sơn và dải rừng phòng hộ đầu nguồn sông Hoàng Long.
  6. Không gian ưu tiên bảo vệ và quản lý môi trường: Thiết lập các vành đai đệm sinh thái xung quanh các khu công nghiệp tập trung (Khánh Phú, Gián Khẩu); vùng kiểm soát nghiêm ngặt chất lượng nước sông Đáy, sông Vạc; vùng giám sát đặc biệt tai biến ngập lũ chậm tại Gia Viễn và xói lở bồi tụ bờ biển Kim Sơn.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

  • Luận án làm rõ quy luật phân hóa lãnh thổ và mối quan hệ phát sinh giữa các hợp phần tự nhiên với hoạt động nhân sinh trên dải đất chuyển tiếp giữa đồng bằng châu thổ sông Hồng và khối karst Bắc Trung Bộ.
  • Xây dựng và thực nghiệm thành công hướng tiếp cận nghiên cứu cảnh quan quy mô cấp tỉnh thông qua việc kết hợp các chỉ số trắc lượng hình thái ($Landscape\ Metrics$ qua $FRAGSTATS$) với các công cụ phân tích không gian của GIS và viễn thám đa thời gian.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  • Phân loại chi tiết và thành lập hệ thống bản đồ cảnh quan tỉnh Ninh Bình tỷ lệ 1:100.000 cho hai thời điểm năm 1992 và năm 2009.
  • Lập bản đồ biến đổi cảnh quan tỷ lệ 1:100.000 giai đoạn 1992–2009, định lượng chính xác sự chuyển dịch giữa các trạng thái cảnh quan trên địa bàn toàn tỉnh.
  • Cung cấp cơ sở khoa học và bản đồ phân vùng định hướng tổ chức không gian sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường tỉnh Ninh Bình đến năm 2020, làm tài liệu tham khảo cho các cơ quan quản lý nhà nước địa phương trong công tác lập quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Cần kiểm soát chặt chẽ ranh giới khai thác khoáng sản phục vụ sản xuất vật liệu xây dựng tại vùng đồi núi đá vôi Tam Điệp và Gia Viễn để không phá vỡ cảnh quan tổng thể và các giá trị du lịch sinh thái.
  • Trong tổ chức nông nghiệp, cần duy trì các vùng thoát lũ tự nhiên tại vùng đất trũng Gia Viễn và Nho Quan theo mô hình kinh tế "sống chung với lũ" (chuyển vụ, nuôi thủy sản nước ngọt) thay vì đắp đê bao triệt để làm gia tăng nguy cơ ngập úng hạ lưu.
  • Xây dựng mạng lưới quan trắc môi trường đồng bộ tại các khu công nghiệp trọng điểm (Khánh Phú, Gián Khẩu) và giám sát chặt chẽ chất lượng nguồn nước lưu vực sông Đáy trước khi xả ra biển.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Do giới hạn quy mô nghiên cứu cấp tỉnh ở tỷ lệ 1:100.000, việc phân tích cảnh quan mới dừng lại ở cấp vị loại cảnh quan, chưa thể đi sâu vào các cấp phân vị chi tiết hơn (như dạng cảnh quan hay vi cảnh quan) cho từng tiểu khu vực đặc thù. Đánh giá thích nghi sinh thái cảnh quan chủ yếu tập trung vào 7 loại hình cây trồng nông lâm nghiệp chủ đạo, chưa bao quát toàn bộ các đối tượng cây con đặc sản của tỉnh.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Cần tiếp tục cập nhật chuỗi dữ liệu ảnh vệ tinh có độ phân giải không gian cao hơn sau năm 2011; ứng dụng các mô hình dự báo không gian (như mô hình Markov - Cellular Automata) để mô phỏng các kịch bản biến động cảnh quan dưới tác động của biến đổi khí hậu, nước biển dâng và quá trình đô thị hóa trong giai đoạn tiếp theo.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng sử dụng: Luận án là tài liệu tham khảo chuyên khảo cho nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên các ngành Địa lý tự nhiên, Quản lý tài nguyên môi trường, Sinh thái học, Quy hoạch đô thị và nông thôn. Luận án cũng hỗ trợ các chuyên gia quy hoạch tại Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Kế hoạch và Đầu tư, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Ninh Bình và các địa phương có điều kiện tự nhiên tương đồng ở dải chuyển tiếp Bắc Bộ.
  • Nội dung giá trị nhất:
    • Khung quy trình tích hợp giữa phương pháp phân loại cảnh quan truyền thống với phần mềm trắc lượng hình thái FRAGSTATS và GIS.
    • Phương pháp thiết lập ma trận biến động cảnh quan giai đoạn 1992–2009 dựa trên giải đoán chuỗi ảnh Landsat và SPOT.
    • Bộ tiêu chí và thang điểm nhân thành phần đánh giá thích nghi sinh thái nông lâm nghiệp ở quy mô cấp tỉnh.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống phân loại cảnh quan tỉnh Ninh Bình trong luận án được xác lập theo những cấp phân vị nào và kết quả cụ thể ra sao?
Luận án áp dụng hệ thống phân vị gồm 6 cấp: Lớp, Phụ lớp, Kiểu, Phụ kiểu, Hạng và Loại cảnh quan. Kết quả đã xác lập trên địa bàn tỉnh Ninh Bình gồm 2 phụ lớp (phụ lớp núi thấp và phụ lớp đồng bằng thấp), 2 kiểu cảnh quan, 3 phụ kiểu cảnh quan, 6 hạng cảnh quan và 48 loại cảnh quan. Đơn vị cơ sở được dùng để đánh giá tiềm năng và mức độ thích nghi sinh thái là loại cảnh quan.

2. Tác giả đã sử dụng những tư liệu viễn thám và chỉ số trắc lượng hình thái nào để lượng hóa cấu trúc ngang của cảnh quan?
Tác giả đã sử dụng chuỗi ảnh vệ tinh Landsat TM (năm 1992, 1993), Landsat ETM+ (năm 2001), ảnh SPOT 4 (năm 2009) và ảnh ASTER. Để lượng hóa cấu trúc ngang, tác giả sử dụng phần mềm FRAGSTATS tính toán 5 chỉ số hình thái cốt lõi: Mật độ mảng ($PD$), Khoảng cách lân cận gần nhất trung bình ($ENN_MN$), Chỉ số kết nối ($CONNECT$), Chỉ số chia cắt ($DIVISION$) và Chỉ số phân tách ($SPLIT$).

3. Phương pháp đánh giá thích nghi sinh thái cảnh quan trong luận án được thực hiện như thế nào và cho những đối tượng cây trồng nào?
Luận án sử dụng phương pháp nhân các điểm thành phần đối với 8 chỉ tiêu sinh thái tự nhiên: nhiệt độ trung bình năm, lượng mưa trung bình năm, độ dài mùa khô, độ dài mùa lạnh, loại đất, độ dốc, độ dày tầng đất và chế độ thoát nước. Đánh giá được thực hiện cho 7 loại hình sử dụng: mía, dứa, na, chuyên lúa, cỏ voi, trồng rừng và tái sinh rừng; kết quả chia thành 4 hạng thích nghi ($S1$: rất thích nghi, $S2$: thích nghi trung bình, $S3$: kém thích nghi, $N$: không thích nghi).

4. Luận án đề xuất phân chia lãnh thổ tỉnh Ninh Bình thành những không gian chức năng chính nào?
Luận án đề xuất 6 phân vùng không gian chức năng ưu tiên đến năm 2020: (1) Không gian ưu tiên phát triển nông nghiệp; (2) Không gian ưu tiên phát triển du lịch; (3) Không gian khai thác và chế biến khoáng sản; (4) Tổ chức mạng lưới không gian đô thị, khu công nghiệp và tuyến trục phát triển kinh tế; (5) Không gian ưu tiên phòng hộ và bảo tồn; (6) Không gian ưu tiên bảo vệ và quản lý môi trường.

5. Cơ sở dữ liệu nền nào được tác giả sử dụng để phân tích các hợp phần cấu trúc đứng của tỉnh Ninh Bình?
Cơ sở dữ liệu nền gồm bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000 của Nguyễn Đức Tam và cộng sự; bản đồ địa mạo 1:200.000 của Đỗ Tuyết; bản đồ đất theo chuẩn FAO-UNESCO (năm 2000) với 7 nhóm đất chính (Fluvisols, Cambic Fluvisols, Dystric Fluvisols, Gleyic Fluvisols, Salic Fluvisols, Gleysols, Luvisols, Histosols); số liệu khí tượng thủy văn chuẩn hóa của Tổng cục Khí tượng Thủy văn và tư liệu điều tra thực vật Vườn quốc gia Cúc Phương, đất ngập nước Vân Long.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của Nguyễn Thị Thúy Hằng là công trình nghiên cứu địa lý ứng dụng hoàn chỉnh về cấu trúc và động lực cảnh quan tỉnh Ninh Bình trong giai đoạn biến đổi kinh tế - xã hội nhanh 1992–2009. Bằng việc kết hợp lý luận cảnh quan học tổng hợp với công nghệ viễn thám, GIS và công cụ trắc lượng FRAGSTATS, tác giả đã định lượng hóa cấu trúc ngang và biến động không gian của 48 loại cảnh quan thuộc 2 phụ lớp núi thấp và đồng bằng thấp. Kết quả đánh giá thích nghi sinh thái nông lâm nghiệp và hệ thống bản đồ phân vùng chức năng tỷ lệ 1:100.000 cung cấp luận cứ khoa học trực tiếp phục vụ quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên, phát triển du lịch và bảo vệ môi trường tỉnh Ninh Bình đến năm 2020.