Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ với đề tài "Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học phân vùng ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước dựa trên phương pháp phân vùng cảnh quan và ứng dụng công nghệ viễn thám, GIS" được nghiên cứu sinh Nguyễn Thanh Thuỷ thực hiện tại Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ (Bộ Tài nguyên và Môi trường), dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Lê Anh Dũng và PGS. Trần Quốc Bình. Công trình thuộc ngành Kỹ thuật Trắc địa Bản đồ (mã số: 9.03), được hoàn thành và bảo vệ năm 2023. Các kết quả nghiên cứu kế thừa và phát triển từ đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ Tài nguyên và Môi trường mã số TNMT.01 do chính tác giả làm chủ nhiệm trong giai đoạn 12/2016–03/2022.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Đất ngập nước tại Việt Nam chiếm diện tích khoảng 12 triệu ha, đóng vai trò như một phần cơ sở hạ tầng tự nhiên thiết yếu trong việc bảo tồn nguồn gen sinh học, duy trì chế độ thủy văn, kiểm soát ô nhiễm và phát triển kinh tế - xã hội. Tuy nhiên, các hệ sinh thái này đang suy thoái nghiêm trọng do áp lực từ việc chuyển đổi mục đích sử dụng đất, khai thác hủy diệt, ô nhiễm nguồn nước và biến đổi khí hậu.

Về mặt thể chế và pháp lý, dù Luật Quy hoạch 2017, Luật Bảo vệ môi trường 2020, Nghị định số 37/2019/NĐ-CP và Nghị định số 66/2019/NĐ-CP đã quy định yêu cầu đánh giá, bảo tồn các vùng đất ngập nước quan trọng, hệ thống văn bản pháp luật hiện hành vẫn chưa ban hành quy trình kỹ thuật cũng như tiêu chí định lượng phục vụ công tác thành lập bản đồ hệ sinh thái đất ngập nước và phân loại mức độ ưu tiên đầu tư bảo vệ, phục hồi.

Về mặt khoa học, phần lớn các chương trình điều tra, thành lập bản đồ đất ngập nước trước đây ở Việt Nam chỉ dựa đơn thuần vào hiện trạng lớp nước mặt và lớp phủ bề mặt tại thời điểm quan trắc. Cách tiếp cận này bỏ qua quy luật phát sinh và các yếu tố nền tảng cấu thành như địa chất, địa mạo, thổ nhưỡng, khí hậu và thủy văn. Do đó, việc ứng dụng lý luận phân tích cảnh quan kết hợp công nghệ viễn thám, GIS và mô hình ra quyết định đa tiêu chí nhằm xác lập cơ sở khoa học cho phân vùng ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước là một đòi hỏi cấp bách từ thực tiễn quản lý.

Mục tiêu và các luận điểm bảo vệ

  • Mục tiêu nghiên cứu: Xác lập được cơ sở khoa học phân vùng ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước dựa trên tiếp cận cảnh quan, ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS.
  • Luận điểm bảo vệ số 1: Phân tích cảnh quan, công nghệ viễn thám, GIS cung cấp cách thức, công cụ xây dựng, xử lý, phân tích, không gian hóa dữ liệu đầu vào một cách hiệu quả để xác định ranh giới, phân vùng ưu tiên bảo vệ, phục hồi các hệ sinh thái đất ngập nước.
  • Luận điểm bảo vệ số 2: Bộ tiêu chí đề xuất và phương pháp kết hợp AHP-TOPSIS cho phép đánh giá, xếp hạng ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước một cách đáng tin cậy.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Các hệ sinh thái đất ngập nước; công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong nghiên cứu hệ sinh thái đất ngập nước.
  • Phạm vi khoa học: Hệ sinh thái đất ngập nước nội địa và ven biển; lý luận phân tích cảnh quan địa lý; các phương pháp phân tích quyết định đa tiêu chí (MCDA).
  • Phạm vi không gian: Áp dụng trên phạm vi toàn quốc về mặt phương pháp luận; khu vực thực nghiệm cụ thể là vùng đất ngập nước nội địa Đồng Tháp Mười (tổng diện tích tự nhiên khoảng 671.000 ha thuộc ba tỉnh Long An, Tiền Giang, Đồng Tháp), tập trung đánh giá 08 khu vực trọng điểm:
    1. Vườn quốc gia Tràm Chim (Đồng Tháp)
    2. Khu bảo tồn đất ngập nước Láng Sen (Long An)
    3. Khu bảo tồn sinh thái Đồng Tháp Mười (Tiền Giang)
    4. Khu di tích Xẻo Quýt (Đồng Tháp)
    5. Khu du lịch sinh thái Gáo Giồng (Đồng Tháp)
    6. Khu bảo tồn Cây dược liệu Đồng Tháp Mười (Long An)
    7. Làng nổi Tân Lập (Long An)
    8. Khu sinh thái Đồng Sen Gò Tháp (Đồng Tháp)
  • Phạm vi thời gian: Thu thập, phân tích và chuẩn hóa chuỗi dữ liệu trong giai đoạn 2010–2018 (mốc đánh giá thực nghiệm năm 2018).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu quốc tế

  • Ứng dụng viễn thám và GIS trong đánh giá đất ngập nước: Sarkar và cộng sự (2016) sử dụng kỹ thuật phân cụm dữ liệu mờ (FCM) trên ảnh vệ tinh đa thời gian để phát hiện biến động sử dụng đất, kết hợp mô hình AHP và GIS nhằm nội suy bản đồ rủi ro cho khu đất ngập nước Ramsar Đông Kolkata (EKWA). Ji và cộng sự (2015) khai thác ảnh viễn thám phân loại cấu trúc cảnh quan tự động bằng GIS. Yang (2007) tổng kết việc sử dụng các tư liệu viễn thám độ phân giải cao và trung bình (Landsat MSS, TM, ETM+, SPOT HRV, Quickbird) để trích xuất nồng độ diệp lục a (Chl-a), độ đục (TSS), chất hữu cơ hòa tan và độ ẩm bề mặt nhằm đánh giá sức khỏe sinh thái ven bờ.
  • Phân tích cảnh quan trong bảo tồn sinh thái: Hướng dẫn của Cơ quan Sinh thái bang Washington (1993, 2005) xác định phân tích cảnh quan là một trong bốn bước quản lý tổng hợp đất ngập nước nhằm nhận diện không gian diễn ra các quá trình tự nhiên. Tudor (2014) thuộc Cơ quan Tự nhiên Anh Quốc thiết lập khung đánh giá cảnh quan đa quy mô (tỷ lệ 1:250.000, 1:50.000, 1:10.000) dựa trên ba nhóm nhân tố: tự nhiên, văn hóa - xã hội và các giá trị cảm nhận. Viện Luật Môi trường Hoa Kỳ - ELI (2014) thống kê 115 công cụ ưu tiên cảnh quan trong 30 chương trình quản lý lưu vực, chuẩn hóa quy trình 8 bước lựa chọn không gian phục hồi.
  • Bộ tiêu chí đánh giá và xếp hạng ưu tiên: Ủy hội sông Mê Kông - MRC (2009) đưa ra 11 tiêu chí đánh giá các vùng đất ngập nước quan trọng tầm quốc gia. Zhang và cộng sự (2011) ứng dụng mô hình AHP phân cấp độ ổn định của hệ sinh thái đất ngập nước thành 5 mức dựa trên các tiêu chí khử nhiễm, nguồn cung cấp nước và cấu trúc mảng cảnh quan. Jiang và cộng sự (2015) thiết lập chỉ số tai biến đất ngập nước (WHI - thông qua TVDI, LST, EVI) và chỉ số dễ bị tổn thương (WVI - thông qua diện tích AI, độ phân mảnh cảnh quan LFI, số chiều fractal FRAC, bảo tồn nước WC, sinh cảnh HSI và năng suất sơ cấp NPP). Malekmohammadi và Blouchi (2014) tích hợp GIS và MCDA đánh giá rủi ro sinh thái tại vùng đất ngập nước Shadegan (Iran). Công ước Ramsar (2009, 2010) ban hành 9 tiêu chí xác lập khu bảo tồn quốc tế thuộc hai nhóm: tính đại diện sinh thái và tính bảo tồn loài.

Các hướng nghiên cứu trong nước

  • Thành lập bản đồ hiện trạng và biến động đất ngập nước: Nguyễn Thị Thu Hiền (2008), Lê Văn Trung (2013) sử dụng ảnh vệ tinh và các chỉ số phổ để theo dõi biến động đất ngập nước. Nguyễn Thị Kim Phượng (2010), Nguyễn Đình Dương (2013) hoàn thiện quy trình thành lập bản đồ đất ngập nước từ ảnh hàng không và ảnh vệ tinh. Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ (2005, 2008) chủ trì thành lập 23 bản đồ chuyên đề đất ngập nước Đồng Tháp Mười, bán đảo Cà Mau và Tứ giác Long Xuyên; Nguyễn Thanh Thuỷ và cs (2014) kết hợp ảnh SPOT5, Quickbird, ASTER thành lập bản đồ phân loại đất ngập nước dải ven biển tỷ lệ 1:100.000 và 1:25.000. Các tác giả Đỗ Công Thung, Chu Văn Thuộc (2009, 2012) lập bản đồ phân bố các hệ sinh thái rạn san hô, thảm cỏ biển, bãi triều ven bờ.
  • Ứng dụng tiếp cận cảnh quan: Vũ Tự Lập (1976), Nguyễn Cao Vần (1988), Phan Kế Lộc (1985) đặt nền móng lý luận cảnh quan tại Việt Nam. Nguyễn Đình Hòe (2005) đánh giá tiềm năng cảnh quan Mũi Cà Mau; Phạm Hoàng Hải (2009) ứng dụng sinh thái cảnh quan phục vụ quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên tỉnh Ninh Bình; Đặng Văn Bào (2006) nghiên cứu cảnh quan vùng ven biển Thái Bình; Lê Trình (2006) phân vùng sinh thái nuôi trồng thủy sản tỉnh Đồng Tháp trên cơ sở 6 yếu tố tự nhiên.
  • Xây dựng bộ chỉ thị và tiêu chí đánh giá suy thoái: Đề tài cấp Bộ do Viện Địa lý chủ trì (2011) xây dựng tiêu chí định lượng cho các hệ sinh thái rừng trên núi đá vôi, núi cao và hồ lớn; Nguyễn Chu Hồi (2008) xây dựng bộ 20 chỉ tiêu suy thoái cho rạn san hô, thảm cỏ biển, rừng ngập mặn; Đỗ Thị Thu Hương (2016) nghiên cứu bộ chỉ thị áp lực - hiện trạng - đáp ứng (DPSIR) cho Vườn quốc gia Xuân Thủy gồm 76 chỉ thị (19 chỉ thị cốt lõi); Phạm Thị Ngọc Lan và Hồ Thanh Hải (2011) đề xuất 32 chỉ thị cốt lõi và 6 chỉ thị mở rộng đánh giá môi trường nước vùng hạ lưu sông Trà Khúc; Nguyễn Kỳ Phùng (2015) lượng hóa tác động của biến đổi khí hậu lên tài nguyên nước An Giang và Bạc Liêu.

Khoảng trống nghiên cứu luận án giải quyết

  1. Các công trình trong nước chủ yếu tiếp cận việc phân loại đất ngập nước dựa trên ranh giới thực phủ hoặc mực nước tại một vài thời điểm ngập, chưa khai thác bản chất phát sinh của địa tổng thể cảnh quan (sự kết hợp giữa nền địa chất, địa mạo, sinh khí hậu, thổ nhưỡng và thủy văn) để vạch ranh giới ổn định cho các hệ sinh thái.
  2. Phần lớn các bộ tiêu chí hiện có chỉ tập trung phân tích hiện trạng suy thoái hoặc đánh giá độ nhạy cảm riêng lẻ cho các hệ sinh thái ven biển, chưa có hệ thống mục tiêu và tiêu chí định lượng toàn diện cho hệ sinh thái đất ngập nước nội địa theo cách tiếp cận dịch vụ hệ sinh thái.
  3. Chưa có quy trình công nghệ kết hợp đồng bộ giữa phân tích không gian (GIS, viễn thám) với các mô hình toán đa tiêu chí lai ghép (AHP kết hợp TOPSIS) nhằm lượng hóa và xếp hạng khách quan mức độ ưu tiên bảo vệ và phục hồi cho từng vùng sinh thái cụ thể.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và các khái niệm cốt lõi

  • Hệ sinh thái và hệ sinh thái đất ngập nước: Luận án vận dụng định nghĩa theo Luật Đa dạng sinh học 2008 và Nghị định số 66/2019/NĐ-CP, xác định hệ sinh thái đất ngập nước là một thể thống nhất gồm quần xã sinh vật và các yếu tố phi sinh vật tác động qua lại trong một vùng đất ngập nước nhất định.
  • Cảnh quan và phân vùng cảnh quan: Vận dụng lý thuyết địa tổng thể của Armand, Isachenko và trường phái cảnh quan học Việt Nam (Nguyễn Cao Vần, Nguyễn Tất Tố). Cảnh quan được xem là đơn vị cơ sở có sự đồng nhất tương đối về cấu trúc thẳng đứng (địa chất, địa mạo, khí hậu, thủy văn, thổ nhưỡng, sinh vật) và cấu trúc ngang, đóng vai trò khung tự nhiên để khoanh vẽ ranh giới các hệ sinh thái đất ngập nước.
  • Phân vùng ưu tiên bảo vệ và phục hồi:
    • Ưu tiên bảo vệ: Xác định ranh giới và thứ bậc ưu tiên của các hệ sinh thái đất ngập nước có giá trị cung cấp dịch vụ cao trước nguy cơ chịu tác động từ các áp lực rủi ro nhân sinh và thiên tai.
    • Ưu tiên phục hồi: Xác định ranh giới và thứ bậc ưu tiên của các hệ sinh thái đã bị suy thoái các đặc tính lý, hóa, sinh học cần can thiệp để hoàn trả chức năng ban đầu.
  • Khung dịch vụ hệ sinh thái: Dựa trên phân loại của Công ước Ramsar và Ủy hội sông Mê Kông, chia làm 4 nhóm chức năng chính: Cung cấp (lương thực, nước ngọt, nguồn gen); Điều hòa (thủy văn, chống xói mòn, kiểm soát ô nhiễm, khí hậu, giảm tai biến); Văn hóa (du lịch, giải trí, nghiên cứu khoa học, giáo dục); Hỗ trợ (môi trường sống, bãi đẻ giống loài, lưu trữ carbon, hình thành thổ nhưỡng).
  • Cấu trúc 03 loại tiêu chí đánh giá: Luận án đề xuất đánh giá thông qua 3 thành phần định lượng: (1) Khả năng cung cấp dịch vụ (KN), (2) Áp lực rủi ro tác động (AL), và (3) Tình trạng suy thoái thực tế (ST).
Ký hiệu nhóm Nhóm mục tiêu dịch vụ Ký hiệu mục tiêu Mục tiêu cụ thể trong đánh giá ưu tiên bảo vệ, phục hồi
CC Dịch vụ Cung cấp CC1 Bảo vệ, phục hồi dịch vụ cung cấp lương thực, thực phẩm, nguyên nhiên vật liệu, năng lượng
CC2 Bảo vệ, phục hồi dịch vụ cung cấp nước ngọt
CC3 Bảo vệ, phục hồi dịch vụ cung cấp vật liệu di truyền
ĐH Dịch vụ Điều hòa ĐH1 Bảo vệ, phục hồi chế độ thuỷ văn
ĐH2 Bảo vệ, phục hồi khả năng chống xói mòn đất
ĐH3 Bảo vệ, phục hồi khả năng kiểm soát ô nhiễm
ĐH4 Bảo vệ, phục hồi khả năng điều hoà khí hậu
ĐH5 Bảo vệ, phục hồi khả năng giảm thiểu tai biến
VH Dịch vụ Văn hóa VH1 Bảo vệ, phục hồi dịch vụ du lịch và giải trí
VH2 Bảo vệ, phục hồi dịch vụ giá trị phục vụ khoa học và giáo dục
HT Dịch vụ Hỗ trợ HT1 Bảo vệ, phục hồi dịch vụ cung cấp bãi đẻ trứng, vườn ươm, môi trường sống
HT2 Bảo vệ, phục hồi thành tạo thổ nhưỡng, vận chuyển trầm tích và thu nhận chất dinh dưỡng
HT3 Bảo vệ, phục hồi dịch vụ lưu trữ, tích tụ carbon

Phương pháp nghiên cứu thực tế

  • Phương pháp thu thập, tổng hợp tài liệu: Thu thập dữ liệu thứ cấp về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, biến động diện tích, số liệu quan trắc khí tượng thủy văn, số lượng khách và doanh thu du lịch, số liệu diễn biến loài chỉ thị từ các báo cáo chuyên ngành.
  • Phương pháp chuyên gia và điều tra, phỏng vấn: Thiết kế phiếu điều tra phỏng vấn sâu người dân địa phương, cán bộ quản lý khu bảo tồn và các nhà khoa học; tổ chức hội thảo lấy ý kiến chuyên gia để lựa chọn mục tiêu, sàng lọc tiêu chí và xác định tầm quan trọng tương đối giữa các cặp tiêu chí.
  • Phương pháp phân tích đa tiêu chí lai ghép (AHP - TOPSIS):
    • Phương pháp AHP (Analytic Hierarchy Process): Sử dụng thang đo so sánh cặp 9 bậc của Saaty để tính toán vector trọng số cho các tiêu chí; kiểm tra tính logic qua tỷ số nhất quán $CR = \frac{CI}{RI}$ (chỉ chấp nhận ma trận có $CR < 0,1$).
    • Phương pháp TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution): Sử dụng các trọng số xác lập từ AHP, chuẩn hóa ma trận quyết định, xác định véc-tơ giải pháp lý tưởng dương ($A^+$) và véc-tơ giải pháp lý tưởng âm ($A^-$); tính toán khoảng cách hình học Euclide từ mỗi khu vực sinh thái đến hai điểm lý tưởng để xếp hạng hệ số tương đối ($C_i$).
  • Phương pháp phân tích không gian GIS: Sử dụng phần mềm ArcGIS Pro 3 thực hiện xử lý chuẩn hóa dữ liệu hình học (topology), gộp các phân mảnh nhỏ bằng công cụ Eliminate Polygon Part, nội suy dữ liệu không gian, xây dựng các lớp đệm raster khoảng cách tới nguồn gây ô nhiễm (đường giao thông, khu dân cư, cơ sở chăn nuôi, nhà máy công nghiệp), thành lập bản đồ nhạy cảm cháy rừng và ranh giới xâm nhập mặn.
  • Phương pháp viễn thám: Sử dụng phần mềm ENVI xử lý lỗi đầu thu ảnh bằng công cụ Tool Landsat_gapfill, nắn chỉnh hình học, ghép cắt cảnh ảnh, chuyển đổi hệ quy chiếu từ WGS-84 sang VN-2000; giải đoán lớp phủ và tính toán các chỉ số phổ: NDVI (chỉ số thực vật), EVI (thực vật tăng cường), NDWI/MNDWI (chỉ số nước), TVDI (chỉ số nhiệt độ - thực vật khô hạn), LST (nhiệt độ bề mặt).
  • Phương pháp đối sánh và bản đồ: Kiểm chứng đối soát giữa kết quả phân tích trong phòng với các tọa độ khảo sát thực tế tại thực địa; ứng dụng các quy tắc biên tập bản đồ chuyên đề để xuất bản bản đồ phân vùng ưu tiên tỷ lệ 1:100.000.

Nguồn tư liệu và dữ liệu sử dụng

  • Tư liệu ảnh vệ tinh: Chuỗi ảnh Landsat (ETM+, OLI/TIRS) đa thời kỳ chụp tháng 4/2010 (mùa khô) và tháng 11/2018 (mùa mưa ngập); ảnh SPOT và MODIS bổ trợ.
  • Dữ liệu bản đồ nền và chuyên đề: Bản đồ địa chất, bản đồ địa mạo, bản đồ mạng lưới thủy văn, bản đồ thổ nhưỡng, bản đồ sinh khí hậu và bản đồ hiện trạng sử dụng đất khu vực Đồng Tháp Mười năm 2018.
  • Dữ liệu trắc trạm khí tượng thủy văn: Chuỗi số liệu đo đạc tại các trạm quan trắc Mộc Hóa, Mỹ Tho, Cao Lãnh.
  • Dữ liệu môi trường và đa dạng sinh học: Dữ liệu quan trắc chất lượng nước mặt mặt đợt tháng 11/2018 (pH, DO, COD, TSS); dữ liệu kiểm kê quần thể sếu đầu đỏ (Grus antigone sharpii) tại Vườn quốc gia Tràm Chim (2000–2018); thống kê điểm cháy vệ tinh giai đoạn 2000–2018; số liệu doanh thu và khách du lịch năm 2018.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa các định nghĩa khoa học và cơ sở pháp lý liên quan đến đất ngập nước tại Việt Nam và trên thế giới. Tác giả phân tích cụ thể 4 nhóm chức năng dịch vụ của đất ngập nước:

  1. Dịch vụ cung cấp: Nguồn lương thực (lúa nước), thủy sản nước ngọt, dược liệu và trữ lượng nước ngọt.
  2. Dịch vụ điều hòa: Khả năng tích trữ lũ mùa nước nổi, nạp và bổ cập nước ngầm, hấp thụ chất ô nhiễm tự nhiên và điều hòa vi khí hậu vùng lòng chảo.
  3. Dịch vụ văn hóa: Giá trị gắn liền với văn minh lúa nước, biểu tượng sinh thái (hoa Sen, Sếu đầu đỏ), tiềm năng phát triển du lịch sinh thái và môi trường nghiên cứu khoa học.
  4. Dịch vụ hỗ trợ: Vườn ươm giống, bãi đẻ thủy sản, bồn lắng đọng trầm tích phù sa và bể hấp thụ lưu trữ carbon.

Đồng thời, chương này chỉ ra 6 tác nhân chính gây suy thoái đất ngập nước Việt Nam: khai thác quá mức, chia cắt sinh cảnh do đê bao khép kín sản xuất nông nghiệp thâm canh, xâm nhập mặn do biến đổi khí hậu, cháy rừng tràm vào mùa khô, ô nhiễm hóa chất phân bón bảo vệ thực vật và sinh vật ngoại lai xâm hại (cây Mai dương, ốc bươu vàng). Phân tích tổng quan văn bản pháp luật khẳng định Luật Đa dạng sinh học 2008, Luật Quy hoạch 2017 và Nghị định 66/2019/NĐ-CP đã đặt ra khung chính sách nhưng đang thiếu công cụ kỹ thuật và bộ tiêu chuẩn thực thi cụ thể trong phân vùng ưu tiên đầu tư bảo tồn đất ngập nước.

Chương 2: Xác lập cơ sở khoa học ứng dụng phân tích cảnh quan, công nghệ viễn thám, GIS, đánh giá đa tiêu chí phân vùng ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước

Chương 2 là phần đóng góp cốt lõi về mặt phương pháp luận của luận án, xây dựng quy trình kỹ thuật 8 giai đoạn thống nhất:

  1. Thu thập dữ liệu thứ cấp, bản đồ chuyên đề, ảnh vệ tinh và khảo sát thực địa.
  2. Xác định mục tiêu ưu tiên bảo vệ và phục hồi dựa trên khung 13 mục tiêu chuẩn hóa.
  3. Xác định ranh giới các hệ sinh thái đất ngập nước bằng cách tiếp cận cảnh quan: Chồng xếp các bản đồ thành phần tự nhiên (địa mạo, thổ nhưỡng, thủy văn, sinh khí hậu, thảm thực vật) trong môi trường ArcGIS Pro để tạo lập các đơn vị cảnh quan, sau đó ánh xạ với bảng phân loại hệ sinh thái đất ngập nước.
  4. Lựa chọn bộ tiêu chí, chỉ tiêu đánh giá dựa trên 6 nguyên tắc (tính chính sách, tính sinh thái, cơ sở khoa học, khả năng trích xuất dữ liệu, tính đại diện, tính linh hoạt).
  5. Xây dựng cơ sở dữ liệu không gian cho từng chỉ tiêu bằng viễn thám và GIS theo 3 nhóm: Khả năng cung cấp dịch vụ (KN), Áp lực rủi ro (AL), và Tình trạng suy thoái (ST).
  6. Xác định trọng số các chỉ tiêu bằng mô hình so sánh cặp AHP của Saaty, kiểm tra độ nhất quán ma trận ($CR < 0,1$).
  7. Thiết lập ma trận quyết định và xếp hạng các hệ sinh thái bằng phương pháp khoảng cách TOPSIS đối với giải pháp lý tưởng âm và lý tưởng dương.
  8. Tích hợp kết quả TOPSIS vào dữ liệu không gian GIS để biên tập, thành lập bản đồ phân vùng ưu tiên bảo vệ và ưu tiên phục hồi.

Chương này cũng lượng hóa chi tiết phương pháp trích xuất các chỉ tiêu qua ảnh vệ tinh: Đánh giá độ khô hạn qua TVDI kết hợp giữa nhiệt độ bề mặt (LST) và chỉ số NDVI; xác định diện tích ngập nước bằng ngưỡng phản xạ MNDWI; đánh giá mức độ suy thoái chất lượng nước mặt qua nồng độ chất lơ lửng (TSS) và diệp lục a.

Chương 3: Thực nghiệm phân vùng ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước khu vực Đồng Tháp Mười

Chương 3 tiến hành thử nghiệm toàn bộ khung phương pháp luận đã đề xuất tại vùng Đồng Tháp Mười (diện tích tự nhiên 671.000 ha):

  • Xử lý dữ liệu ảnh và chuẩn hóa GIS: Xử lý các cặp ảnh Landsat mùa khô (4/2010) và mùa ngập (11/2018) qua thuật toán gapfill trong ENVI, chuyển đổi về tọa độ phẳng VN-2000. Lớp dữ liệu thành phần tự nhiên được kiểm tra topology và gộp vùng phân tán bằng Eliminate Polygon Part trong ArcGIS Pro 3.
  • Kết quả phân loại cảnh quan và ranh giới hệ sinh thái: Quá trình chồng xếp 5 thành phần cảnh quan và liên kết ánh xạ đã phân định được 03 hệ sinh thái đất ngập nước tự nhiên (hệ sinh thái rừng tràm ngập nước chua phèn, hệ sinh thái đồng cỏ ngập nước theo mùa, hệ sinh thái sông ngòi kênh rạch) và 04 hệ sinh thái đất ngập nước nhân tạo (hệ sinh thái đất trồng lúa nước, hệ sinh thái đất trồng hoa màu/cây công nghiệp ngắn ngày, hệ sinh thái vùng nuôi trồng thủy sản, hệ sinh thái hồ chứa/kênh mương nhân tạo). Ranh giới được thể hiện chi tiết trên Bản đồ hệ sinh thái đất ngập nước tỷ lệ 1:100.000 khu vực Đồng Tháp Mười năm 2018.
  • Lựa chọn chỉ tiêu thực nghiệm: Trên cơ sở dữ liệu sẵn có tại khu vực, luận án chọn lọc 11 chỉ tiêu đánh giá ưu tiên bảo vệ (gồm: diện tích hệ sinh thái, độ phong phú loài thực vật, số loài chim nước quý hiếm, lượng khách du lịch, doanh thu du lịch, khoảng cách tới đường giao thông, khoảng cách tới khu dân cư, khoảng cách tới khu công nghiệp, khoảng cách tới vùng chăn nuôi, tần suất cháy rừng, diện tích nguy cơ xâm nhập mặn) và 03 chỉ tiêu đánh giá ưu tiên phục hồi (mức độ suy giảm diện tích đồng cỏ năng/rừng tràm, mức độ suy thoái chất lượng nước mặt COD/TSS, tỷ lệ suy giảm quần thể loài chỉ thị Sếu đầu đỏ).
  • Kết quả tính toán đa tiêu chí AHP - TOPSIS: Toàn bộ ma trận so sánh cặp AHP đều đạt tỷ số nhất quán $CR < 0,08$ (đáp ứng điều kiện nhỏ hơn 0,1). Quá trình tính toán khoảng cách Euclide tới giải pháp lý tưởng dương ($A^+$) và lý tưởng âm ($A^-$) trong TOPSIS đã xếp hạng thứ tự ưu tiên cho 08 khu vực đất ngập nước Đồng Tháp Mười.
STT Tên khu vực đất ngập nước Hạng ưu tiên bảo vệ Hạng ưu tiên phục hồi Ghi chú vị trí hành chính
1 Vườn quốc gia Tràm Chim 1 1 Tỉnh Đồng Tháp (Khu Ramsar số 2000)
2 Khu bảo tồn đất ngập nước Láng Sen 2 2 Tỉnh Long An (Khu Ramsar số 2227)
3 Khu bảo tồn sinh thái Đồng Tháp Mười 3 4 Tỉnh Tiền Giang
4 Khu du lịch sinh thái Gáo Giồng 4 3 Tỉnh Đồng Tháp
5 Khu di tích Xẻo Quýt 5 5 Tỉnh Đồng Tháp
6 Khu bảo tồn Cây dược liệu Đồng Tháp Mười 6 6 Tỉnh Long An
7 Làng nổi Tân Lập 7 7 Tỉnh Long An
8 Khu sinh thái Đồng Sen Gò Tháp 8 8 Tỉnh Đồng Tháp
  • Thành lập bản đồ phân vùng: Luận án biên tập và xuất bản Bản đồ phân vùng ưu tiên bảo vệ và Bản đồ phân vùng ưu tiên phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước tỷ lệ 1:100.000 khu vực Đồng Tháp Mười.
  • Kiểm chứng: Kết quả phân hạng được đối chiếu chéo với danh mục vùng bảo vệ nghiêm ngặt trong Quy hoạch bảo tồn đa dạng sinh học tỉnh Đồng Tháp đến năm 2020 và khảo sát thực địa; mức độ trùng khớp cao giữa thứ tự mô hình và hiện trạng quản lý thực tế khẳng định độ tin cậy của thuật toán.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận khoa học

  1. Xác lập quy trình công nghệ tích hợp: Đề xuất một quy trình khoa học hoàn chỉnh kết hợp giữa lý luận phân tích cảnh quan địa lý, kỹ thuật chiết xuất thông tin từ viễn thám đa thời gian, phân tích không gian GIS và kỹ thuật ra quyết định đa tiêu chí lai ghép (AHP - TOPSIS) nhằm xác định ranh giới và phân hạng mức độ ưu tiên bảo vệ, phục hồi đất ngập nước.
  2. Khung phân loại mục tiêu và tiêu chí toàn diện: Xây dựng hệ thống 13 mục tiêu bảo vệ, phục hồi đất ngập nước phân theo 4 nhóm dịch vụ hệ sinh thái (Cung cấp, Điều hòa, Văn hóa, Hỗ trợ) và chuẩn hóa cấu trúc đánh giá 3 chiều: Khả năng cung cấp (KN) – Áp lực rủi ro (AL) – Mức độ suy thoái (ST).
  3. Hoàn thiện phương pháp xếp hạng không gian: Khắc phục nhược điểm chủ quan của phương pháp AHP thuần túy và hạn chế thiếu phân cấp không gian của phương pháp TOPSIS thông thường bằng cách tích hợp trọng số AHP vào thuật toán khoảng cách lý tưởng TOPSIS đa thuộc tính, gán kết quả trực tiếp lên từng thực thể không gian của bản đồ số.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  1. Xác định phân bố hệ sinh thái Đồng Tháp Mười: Phân định có cơ sở khoa học ranh giới và diện tích của 03 hệ sinh thái đất ngập nước tự nhiên và 04 hệ sinh thái đất ngập nước nhân tạo tại vùng lòng chảo Đồng Tháp Mười.
  2. Lượng hóa thứ bậc bảo vệ và phục hồi cho 08 vùng trọng điểm: Cung cấp bộ số liệu đánh giá chi tiết với 11 chỉ tiêu ưu tiên bảo vệ và 03 chỉ tiêu ưu tiên phục hồi. Kết quả xếp hạng chỉ rõ Vườn quốc gia Tràm Chim và Khu bảo tồn đất ngập nước Láng Sen là hai khu vực giữ vị trí ưu tiên cao nhất ở cả hai phương diện bảo vệ và phục hồi.
  3. Sản phẩm bản đồ số chuyên đề: Thành lập hệ thống bản đồ tỷ lệ 1:100.000 về sinh thái cảnh quan, phân vùng ưu tiên bảo vệ và phân vùng ưu tiên phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước Đồng Tháp Mười.
  4. Cung cấp cơ sở cho quản lý nhà nước: Kết quả nghiên cứu là tài liệu kỹ thuật trực tiếp phục vụ triển khai Nghị định 66/2019/NĐ-CP, hỗ trợ Bộ Tài nguyên và Môi trường và Ủy ban nhân dân các tỉnh Đồng Tháp, Long An, Tiền Giang xây dựng quy hoạch không gian bảo tồn đa dạng sinh học và lập kế hoạch phân bổ ngân sách đầu tư công theo thứ bậc ưu tiên.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án

  • Do giới hạn về nguồn số liệu định lượng và phương pháp đo đạc thực tế, luận án chưa đưa vào tính toán một số dịch vụ hệ sinh thái vô hình hoặc khó lượng hóa như: giá trị tinh thần, giá trị cảm hứng văn hóa, dịch vụ kiểm soát sâu bệnh tự nhiên và dịch vụ thụ phấn sinh học.
  • Phạm vi thực nghiệm mới triển khai đối với hệ sinh thái đất ngập nước nội địa tại một vùng sinh thái điển hình (Đồng Tháp Mười), chưa mở rộng kiểm nghiệm trên các kiểu hệ sinh thái đất ngập nước ven biển (rừng ngập mặn, đầm phá triều, rạn san hô, cửa sông) vốn chịu ảnh hưởng phức tạp của các yếu tố hải văn và động lực sóng.
  • Chuỗi thời gian thực nghiệm tập trung trong giai đoạn 2010–2018; một số chỉ tiêu môi trường nước mặt và thống kê du lịch chỉ phản ánh lát cắt thời gian năm 2018, chưa phản ánh liên tục biến động sau năm 2018.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Mở rộng ứng dụng quy trình phân tích cảnh quan và mô hình AHP-TOPSIS để phân vùng ưu tiên bảo vệ, phục hồi cho các hệ sinh thái đất ngập nước ven biển miền Trung và dải rừng ngập mặn bán đảo Cà Mau.
  • Nghiên cứu tích hợp các dữ liệu viễn thám siêu phổ (hyperspectral) và ảnh viễn thám radar độ mở tổng hợp (SAR, PALSAR) nhằm nâng cao độ chính xác trong phân tách các kiểu thảm thực vật đất ngập nước đặc thù.
  • Bổ sung chuỗi số liệu quan trắc môi trường và diễn biến dòng chảy thượng nguồn sông Mê Kông sau năm 2018 để mô phỏng sự dịch chuyển không gian ưu tiên theo các kịch bản biến đổi khí hậu cực đoan.

Giá trị tham khảo

  • Đối với các nhà khoa học, giảng viên và nghiên cứu sinh: Công trình là tài liệu tham khảo chuyên khảo trong các ngành Kỹ thuật Trắc địa Bản đồ, Bản đồ học và Viễn thám, Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS), Quản lý Tài nguyên Môi trường và Sinh thái học Cảnh quan. Phần quy trình chuẩn hóa cấu trúc liên kết topology trên ArcGIS Pro 3, kỹ thuật xử lý ảnh vệ tinh đa phổ trên ENVI và mô hình toán AHP-TOPSIS có thể được ứng dụng trực tiếp cho các nghiên cứu phân vùng sinh thái tương tự.
  • Đối với cơ quan hoạch định chính sách: Cục Bảo tồn thiên nhiên và Đa dạng sinh học, Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ (Bộ Tài nguyên và Môi trường) có thể sử dụng bộ tiêu chí và quy trình công nghệ của luận án để xây dựng thông tư, hướng dẫn kỹ thuật thành lập bản đồ hệ sinh thái đất ngập nước cấp tỉnh và lưu vực.
  • Đối với các cơ quan quản lý địa phương: Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn các tỉnh Đồng Tháp, Long An, Tiền Giang, cùng ban quản lý Vườn quốc gia Tràm Chim, Khu bảo tồn Láng Sen có thể khai thác trực tiếp bản đồ phân vùng và danh mục thứ tự ưu tiên để xây dựng dự án đầu tư bảo vệ môi trường, thiết lập các vùng đệm sinh thái và điều tiết mực nước bảo tồn phù hợp với từng mùa sinh cảnh.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án giải quyết vấn đề ranh giới hệ sinh thái đất ngập nước khác biệt như thế nào so với các nghiên cứu trước đây?

Các nghiên cứu trước đây thường khoanh ranh giới dựa vào việc giải đoán đường mực nước hoặc lớp phủ thực bì tạm thời trên ảnh vệ tinh, dẫn đến ranh giới biến động bất thường theo mùa. Luận án giải quyết vấn đề này bằng cách tiếp cận cảnh quan địa lý: chồng xếp 5 hợp phần tự nhiên bền vững gồm địa mạo, thổ nhưỡng, mạng lưới thủy văn, sinh khí hậu và thảm thực vật để hình thành các đơn vị cảnh quan đồng nhất, sau đó mới ánh xạ với các kiểu hệ sinh thái đất ngập nước. Cách tiếp cận này tạo ra ranh giới có bản chất phát sinh học, ổn định và phản ánh chính xác cấu trúc sinh thái của vùng đất ngập nước.

2. Vì sao luận án lại kết hợp hai phương pháp AHP và TOPSIS thay vì chỉ sử dụng một phương pháp?

Mỗi phương pháp phân tích quyết định đa tiêu chí đều có ưu điểm và hạn chế riêng. Phương pháp AHP mạnh trong việc cấu trúc hóa vấn đề phân cấp và phân rã các tiêu chí định tính thông qua ma trận so sánh cặp để tính trọng số có kiểm tra tính nhất quán ($CR < 0,1$), nhưng nếu dùng AHP để chấm điểm xếp hạng nhiều đối tượng không gian sẽ dễ dẫn đến hiện tượng đảo ngược thứ bậc (rank reversal) khi thêm hoặc bớt đối tượng. Ngược lại, phương pháp TOPSIS xếp hạng đối tượng dựa trên khái niệm khoảng cách hình học Euclide tới lời giải lý tưởng dương ($A^+$) và lời giải lý tưởng âm ($A^-$), đảm bảo tính toán khách quan và không giới hạn số lượng đối tượng không gian, nhưng lại không tự sinh ra trọng số. Việc kết hợp AHP để xác định véc-tơ trọng số và TOPSIS để tính toán khoảng cách xếp hạng đã tận dụng được thế mạnh bổ trợ của cả hai phương pháp.

3. Vùng Đồng Tháp Mười có bao nhiêu hệ sinh thái đất ngập nước được xác lập trong luận án?

Luận án xác định được 07 kiểu hệ sinh thái đất ngập nước tại Đồng Tháp Mười, bao gồm 03 hệ sinh thái tự nhiên và 04 hệ sinh thái nhân tạo:

  • 03 hệ sinh thái tự nhiên: Hệ sinh thái rừng tràm ngập nước chua phèn; hệ sinh thái đồng cỏ ngập nước theo mùa (cỏ năng, mồm mốc, lúa ma); hệ sinh thái sông ngòi kênh rạch tự nhiên.
  • 04 hệ sinh thái nhân tạo: Hệ sinh thái đất trồng lúa nước; hệ sinh thái đất trồng hoa màu và cây công nghiệp ngắn ngày; hệ sinh thái vùng nuôi trồng thủy sản; hệ sinh thái hồ chứa và kênh mương thủy lợi nhân tạo.

4. Thứ tự ưu tiên bảo vệ và phục hồi của 08 khu bảo tồn tại Đồng Tháp Mười được xếp hạng ra sao?

Căn cứ vào kết quả tính toán khoảng cách TOPSIS đối với 11 chỉ tiêu bảo vệ và 03 chỉ tiêu phục hồi:

  • Ưu tiên bảo vệ: Đứng đầu là Vườn quốc gia Tràm Chim (Hạng 1), tiếp theo là Khu bảo tồn đất ngập nước Láng Sen (Hạng 2), Khu bảo tồn sinh thái Đồng Tháp Mười (Hạng 3), Khu du lịch sinh thái Gáo Giồng (Hạng 4), Khu di tích Xẻo Quýt (Hạng 5), Khu bảo tồn Cây dược liệu Đồng Tháp Mười (Hạng 6), Làng nổi Tân Lập (Hạng 7) và Khu sinh thái Đồng Sen Gò Tháp (Hạng 8).
  • Ưu tiên phục hồi: Tràm Chim và Láng Sen tiếp tục giữ vị trí Hạng 1 và Hạng 2 do đây là hai vùng lõi đa dạng sinh học nhưng chịu áp lực suy giảm quần thể loài chỉ thị (Sếu đầu đỏ) và biến đổi chất lượng nước nghiêm trọng nhất; tiếp theo là Gáo Giồng (Hạng 3), Khu bảo tồn sinh thái Đồng Tháp Mười (Hạng 4), Xẻo Quýt (Hạng 5), Khu bảo tồn Cây dược liệu (Hạng 6), Tân Lập (Hạng 7) và Gò Tháp (Hạng 8).

5. Dữ liệu viễn thám và chỉ số phổ nào được tác giả sử dụng để định lượng áp lực khô hạn và suy thoái nước?

Để định lượng áp lực khô hạn và rủi ro cháy rừng tràm, luận án sử dụng chỉ số nhiệt độ - thực vật khô hạn (TVDI), được xây dựng từ mối quan hệ tương quan không gian giữa chỉ số thực vật tăng cường (EVI/NDVI) và nhiệt độ bề mặt đất (LST) trích xuất từ kênh hồng ngoại nhiệt (TIRS) của vệ tinh Landsat. Để đánh giá hiện trạng và suy thoái chất lượng nước mặt, luận án tính toán chỉ số nước khác biệt chuẩn hóa hiệu chỉnh (MNDWI) nhằm bóc tách ranh giới ngập lũ, đồng thời giải đoán nồng độ chất rắn lơ lửng (TSS) và hàm lượng chất diệp lục tán lá/mặt nước (Chl-a, CCC) từ các dải phổ phản xạ quang học.


Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Thanh Thuỷ đã hoàn thành mục tiêu nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học và quy trình công nghệ tích hợp lý luận phân tích cảnh quan, công nghệ viễn thám, GIS và mô hình đa tiêu chí lai AHP-TOPSIS phục vụ phân vùng ưu tiên bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái đất ngập nước. Khung 13 mục tiêu và cấu trúc tiêu chí 3 thành phần (Khả năng cung cấp – Áp lực rủi ro – Mức độ suy thoái) giải quyết khoảng trống phương pháp luận trong việc lượng hóa giá trị dịch vụ hệ sinh thái đất ngập nước nội địa tại Việt Nam. Kết quả thực nghiệm tại 08 khu vực trọng điểm vùng Đồng Tháp Mười đã phân định ranh giới 07 hệ sinh thái tự nhiên và nhân tạo, thiết lập bản đồ chuyên đề tỷ lệ 1:100.000 và cung cấp luận cứ định lượng hỗ trợ các nhà quản lý hoạch định chính sách đầu tư bảo tồn đa dạng sinh học theo thứ bậc ưu tiên khoa học.