CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. TỔNG QUAN VỀ LỚP PHỦ MẶT ĐẤT 1. Khái niệm về lớp phủ Lớp phủ mặt đất là lớp phủ vật chất quan sát được khi nhìn từ mặt đất hoặc thông qua vệ tinh viễn thám, bao gồm thực vật (mọc tự nhiên hoặc do con người trồng), nước, băng, đá, các dải cát và các cơ sở do con người xây dựng (nhà cửa, đường sá, cầu cống).
nằm bao phủ trên mặt đất. Từ đó có thể thấy rằng, lớp phủ mặt đất là trạng thái vật chất của bề mặt trái đất, là sự kết hợp của nhiều thành phần như thực phủ, thổ nhưỡng, đá gốc và mặt nước chịu sự tác động của các nhân tố tự nhiên như nắng, gió, mưa bão và nhân tạo như khai thác đất để trồng trọt, xây dựng nhà cửa, công trình phục vụ cuộc sống của con người (Vũ, 2010). Lớp phủ mặt đất rất phong phú và đa dạng, về tổng thể lớp phủ mặt đất chia ra thành hai nhóm chính là mặt nước và mặt đất. Nhóm mặt nước: Bao gồm có nước lục địa (sông suối, kênh mương, ao hồ tự nhiên và nhân tạo) và nước đại dương.
Nhóm mặt đất: Bao gồm đất không có thực phủ và đất có thực phủ. Trong đó, đất không có thực phủ tự nhiên là đất không có tác động do con người (đất trống, bãi đá, cồn cát.), đất có thực phủ nhân tạo là đất bao gồm các công trình do con người xây dựng (dân cư đô thị, nông thôn, mạng lưới giao thông, khu công nghiệp, thương mại và các đối tượng đất chuyên dụng khác…), đất có thực phủ (do tự nhiên hoặc nhân tạo) gồm: cây cỏ, cây bụi, rừng, đất canh tác đang có cây sinh trưởng. Thực tế mỗi khu vực khác nhau trên trái đất sẽ có loại hình lớp phủ mặt đất đặc trưng và đều chịu sự tác động hoặc do tự nhiên hoặc do con người. Sự tác động trực tiếp hay gián tiếp này đã làm cho lớp phủ mặt đất thay đổi.
Lớp phủ mặt đất có thực phủ là thảm thực vật rừng giữ vai trò quan trọng trong điều tiết nguồn nước, 6 hạn chế lũ lụt, xói mòn đất, hạn hán,. Sự thay đổi lớp thực phủ này có thể làm đảo lộn các hệ sinh thái mẫu chuẩn cũng như làm mất đi các loài động, thực vật quý hiếm. Bên cạnh đó, tốc độ phát triển các khu công nghiệp và các hoạt động nông nghiệp không hợp lý cũng là một trong những nguyên nhân gây biến đổi lớp phủ mặt đất. Như vậy, có thể nói lớp phủ mặt đất có quan hệ mật thiết với các hoạt động kinh tế xã hội, tài nguyên thiên nhiên và môi trường sống của con người trong sự phát triển bền vững.
Qua đó, giúp cho mọi người thấy rõ hơn những tác động tích cực và tiêu cực của con người đối với môi trường, cũng như những ảnh hưởng của môi trường đối với cuộc sống con người. Mối quan hệ giữa lớp phủ và các yếu tố môi trường 1. Mối quan hệ giữa thực vật và nước Nước là một nhân tố sinh thái có tính sinh tồn đối với thực vật nói riêng và tất cả các sinh vật sống nói chung. Trong các môi trường, nước có thể tồn tại ở dạng rắn, lỏng, hoặc dạng khí (hơi).
Đối với thực vật, nước ở dạng lỏng và dạng hơi (khí) có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Chiếm tỷ lệ khá lớn trong thực vật, nước là thành phần cấu tạo của protein và axit nucleic, nước cần thiết cho tất cả các tế bào sống. Trong thực vật có chứa đến 60-80% trọng lượng là nước. Nước có chứa trong tế bào sống và tế bào chết của cây.
Nước trực tiếp tham gia vào quá trình trao đổi chất và cung cấp cho quá trình thoát hơi nước nhằm hạ nhiệt độ lá cây xuống và làm cho cây có tư thế riêng. Tham gia trong qua trình nảy mầm, sinh trưởng của cây con. Lượng mưa là một trong số các nhân tố tự nhiên ảnh hưởng tới sự phân bố của thực vật, điển hình là các kiểu rừng. Trong đó, + Rừng mưa nửa thường xanh (nửa rụng lá) phân bố ở những nơi có lượng mưa khoảng từ 1.720 mm/năm với 5 tháng khô, mỗi tháng không dưới 100mm nhưng trên 25mm.
7 + Rừng mưa thường xanh phân bố ở những nơi có lượng mưa hàng năm vào khoảng 1.500mm với 3 tháng khô, không có tháng hạn, tháng kiệt. Cùng với nhiệt độ, nước ảnh hưởng đến phân bố của thực vật trên trái đất, tạo thành Phức hệ nhiệt ẩm. Chế độ khô ẩm là một phức hệ gồm: Lượng mưa (Pm/năm), Chỉ số khô hạn (X) và độ ẩm tương đối của không khí trung bình thấp nhất (W%). Nó quyết định hình thành kiểu thảm thực vật khí hậu nguyên sinh (Thái, 1970).
Chỉ số khô hạn X: X = S.D S - số tháng khô: Ps ≤ 2t, với t là nhiệt độ trung bình của tháng đó. Thông thường nhiệt độ trung bình ở Việt Nam gần bằng 250C nên giới hạn lượng mưa của tháng được coi là khô khi Ps ≤ 50 mm. A - số tháng hạn: Pa ≤ t, hoặc Pa ≤ 25 mm D - số tháng kiệt (Pd): lượng mưa < 5 mm. Sự biến đổi của chế độ ẩm từ mưa ẩm đến hạn kéo theo các thay đổi trong thành phần loài cây: từ cây gỗ lớn đến trảng cỏ và thảo nguyên.
Ở vùng thấp Việt Nam, do chế độ ẩm khác nhau đã xuất hiện các kiểu lớp phủ thực vật khác nhau, do đó đã xuất hiện các kiểu lớp phủ thực vật rừng khác nhau: (1) rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới, (2) rừng kín nửa rụng lá ẩm nhiệt đới, (3) rừng kín rụng lá hơi ẩm nhiệt đới, (4) trảng cây gỗ, cây bụi, cỏ cao khô nhiệt đới,… (Thái, 1978). Nói chung trong nông-lâm nghiệp, khi đánh giá chế độ nước của một địa phương, các chỉ tiêu sau thường được sử dụng: + Lượng mưa trung bình năm (mm). + Lượng mưa trong mùa sinh trưởng (mm). + Độ ẩm tương đối và tuyệt đối của không khí và đất (%).
+ Lượng bốc hơi tiềm năng và bốc hơi thực tế (mm). + Tính biến động của mưa rơi theo mùa và năm. 8 Nhu cầu và yêu cầu nước đối với thực vật Yêu cầu nước của thực vật là khả năng thoả mãn nhu cầu nước cho cây trong những điều kiện môi trường khác nhau. Dựa vào nhu cầu và yêu cầu nước của cây mà người ta phân chia thực vật thành ba nhóm: - Thực vật chịu hạn là những loài có thể sống được trong điều kiện khô hạn.
Ví dụ các loài thuộc chi Bạch đàn (Eucalyptus), Phi lao (Casuarina equisetifolia), Keo lá tràm (Acacia auriculiformic) là những loài có khả năng chịu hạn cao. Chúng có thể sống được ở các vùng khô hạn ven biển và trên các đồi núi trọc. - Thực vật ưa ẩm là những loài chỉ sinh trưởng và phát triển trong điều kiện thường xuyên ẩm ướt. Ví dụ như các loài cây ngập nước: Sú, Vẹt, Đước, Bần chua,.
- Thực vật trung sinh/trung tính là những loài có yêu cầu trung bình về nước, phần lớn cây rừng là các loài cây trung sinh. Chúng chỉ có cho năng suất cao trong điều kiện đất thoát nước, đủ ẩm. Mối quan hệ giữa thực vật và nhiệt độ Tác động của nhiệt độ đến thực vật Nguồn nhiệt cung cấp cho bề mặt trái đất gồm: Bức xạ nhiệt mặt trời Phản xạ từ các vật thể bề mặt Nhiệt giải phóng từ các quá trình hô hấp Sóng điện từ,… Nhiệt độ có ảnh hưởng trực tiếp quyết định tới cường độ và các quá trình sinh lý, sinh hóa của cây như: Quang hợp, hô hấp, thoát hơi nước, hấp thụ các chất dinh dưỡng,… 9 Đối với những cây tái sinh, những cây ở giai đoạn còn nhỏ, chúng rất mẫn cảm với nhân tố nhiệt độ, đặc biệt là nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp. Nhiệt độ quá cao sẽ làm cho các tế bào bị bỏng trong khi nhiệt độ quá thấp có thể làm cho các tế bào bị vỡ (sương muối) → rất được quan tâm trong giai đoạn vườn ươm.
Nhiệt độ ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển: Ra lộc non, sinh trưởng chiều cao và đường kính, ra hoa, kết quả,… Tác động của thực vật đến nhiệt độ bề mặt. Thực vật có ảnh hưởng đến chế độ nhiệt của không khí và đất thông qua một số quá trình sau: + Ngăn cản bức xạ trực tiếp + Giảm bức xạ nhiệt từ mặt đất phát ra, + Hấp thu và phản xạ bức xạ qua hệ thống tán lá, + Thoát hơi nước qua hệ thống lá, + Tích tụ và thu nước từ các lớp đất sâu. Thực vật giúp giảm biên độ biến động nhiệt độ ngày đêm và cả năm. Lúc giữa trưa hè nhiệt độ ngoài đất trống có thể cao hơn nhiệt độ trong rừng từ 5-100C.
Ban đêm, rừng có khả năng bảo vệ mặt đất khỏi sự phát xạ nhiệt, nên không khí trong rừng ẩm hơn ngoài đất trống 2-50C. Về mùa đông chênh lệch nhiệt độ trong rừng và ngoài đất trống ít hơn, nhiệt độ trong rừng ẩm hơn đất trống 2-50C. TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM 1. Định nghĩa Viễn thám được định nghĩa như một khoa học nghiên cứu các phương pháp thu nhận, đo lường và phân tích thông tin của đối tượng (vật thể) mà không có những tiếp xúc trực tiếp của chúng.
Từ đó cho thấy viễn thám là khoa học nghiên cứu các phương pháp thu nhận, đo lường và phân tích thông tin của vật thể quan sát mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng. 10 Do các tính chất của vật thể (nhà, đất, cây, nước…) có thể được xác định thông qua năng lượng bức xạ hay phản xạ từ vật thể nên viễn thám là một công nghệ nhằm xác định và nhận biết đối tượng hoặc các điều kiện môi trường thông qua những đặc trưng riêng về sự phản xạ và bức xạ (Lê, 2015). Nguyên lý hoạt động Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu về đặc tính của đối tượng. Ảnh viễn thám sẽ cung cấp thông tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng đã xác định.
Đo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh viễn thám, cho phép tách thông tin hữu ích về từng loại lớp phủ mặt đất khác nhau do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể (Lê, 2015). Một thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ từ vật thể được gọi là bộ cảm biến (theo từng bước sóng cụ thể), nó có thể là các máy chụp ảnh hoặc máy quét.