Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Lúa là loại cây lương thực chủ yếu thứ hai trên thế giới, được canh tác không chỉ ở các nước Châu Á mà còn được trồng ở nhiều nước khác trên thế giới. Từ vấn đề lương thực, lúa gạo được coi là mặt hàng thiết yếu của người dân nên nó liên quan mật thiết đến các vấn đề quan trọng khác của nền kinh tế - xã hội. Để khống chế và cân bằng giữa nhu cầu lương thực và sản lượng lúa cung cấp, cần có một chương trình theo dõi lúa hiệu quả ở cấp vùng, quốc gia và toàn cầu (Dương Văn Khảm, 2007). Trong bối cảnh hội nhập toàn cầu, nhất là khi nước ta đã gia nhập Tổ chức Thương mại Thế giới (WTO) và với tiềm lực của một nước xuất khẩu gạo đứng hàng thứ 2 - 3 trên thế giới thì những thông tin dự báo về năng suất cây trồng càng trở nên cấp thiết.
Cây lúa từ lâu đã được coi là cây trồng chủ lực của nông dân Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL). ĐBSCL với 6 tiểu vùng sinh thái là Đồng Tháp Mười (ĐTM); Tứ giác Long Xuyên (TGLX); Phù sa giữa sông Tiền, sông Hậu; Tây sông Hậu; Ven biển Nam bộ; Bán đảo Cà Mau (BĐCM). Từng tiểu vùng có điều kiện tự nhiên về đất đai, thời tiết, khí tượng thủy văn, hệ canh tác, kỹ thuật, tập quán canh tác khác nhau do vậy mùa vụ canh tác lúa cũng mang tính đặc thù của từng tiểu vùng (Nguyễn Ngọc Đệ, 2009). Hiện nay, cơ cấu mùa vụ lúa ở ĐBSCL rất phức tạp khiến cho công tác điều tra, thống kê, theo dõi thời vụ xuống giống cũng như lập bản đồ hiện trạng vùng trồng lúa trở nên khó khăn.
Công tác theo dõi thời vụ xuống giống chủ yếu dựa vào điều tra, báo cáo định kỳ. Điều này không đảm bảo độ chính xác và đòi hỏi nhiều thời gian và kinh phí. Do đó, cần có biện pháp tích cực hơn nhằm theo dõi sự thay đổi cơ cấu mùa vụ làm cơ sở đánh giá nhanh tình hình sản xuất, dự báo, quản lý cơ cấu mùa vụ, cây trồng một cách khoa học phù hợp với điều kiện thực tế của từng địa phương và nhằm cung cấp thông tin kịp thời nhu cầu ra quyết định, hoạch định chính sách. Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh và mạnh của công nghệ vũ trụ, rất nhiều nước trên thế giới đã ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu nông nghiệp đặc biệt là trong việc giám sát và dự báo năng suất cây trồng.
Việc nghiên cứu sử dụng dữ liệu viễn thám miễn phí hoặc với giá rẻ để điều tra cơ cấu mùa vụ và hiện trạng sử dụng đất thành công sẽ góp phần tiết kiệm được chi phí, nguồn nhân lực và thời gian trong công tác điều tra. Ảnh vệ tinh MODIS có độ phân giải thời gian cao và sử dụng miễn phí là một trong những lựa chọn cho thấy có khả năng đáp ứng được nhu cầu về theo dõi tiến độ phát triển cây lúa, xác định cơ cấu mùa vụ trên diện rộng cả khu 1 vực ĐBSCL. Đồng thời với sự phát triển của công nghệ vi tính hiện nay đã tạo thuận lợi cho việc tạo dựng và mô phỏng mô hình phức tạp của môi trường bao quanh. Trong số các mô hình mô phỏng năng suất AquaCrop là một mô hình mô phỏng năng suất cây trồng đáp ứng với nước, một mô hình đơn giản có thể ứng dụng trên phạm vi lớn.
Việc nghiên cứu sử dụng công nghệ theo dõi cơ cấu mùa vụ, mô hình dự đoán năng suất, sản lượng lúa sẽ góp phần tiết kiệm được chi phí và nguồn nhân lực. Do vậy, đề tài “Tích hợp mô hình AquaCrop và ảnh viễn thám MODIS trong xác định cơ cấu mùa vụ và năng suất lúa trên các vùng đất Đồng Bằng Sông Cửu Long” được thực hiện.2 Mục tiêu đề tài Mục tiêu chung: Phát triển một chương trình giám sát canh tác lúa một cách hiệu quả cho ĐBSCL qua việc theo dõi cơ cấu mùa vụ, dự đoán năng suất, sản lượng lúa. Mục tiêu cụ thể: - Theo dõi biến động diện tích canh tác và sự phân bố cơ cấu mùa vụ lúa trên các vùng đất khác nhau, khu vực ĐBSCL cụ thể: + Theo dõi và đánh giá sự phân bố, biến động cơ cấu mùa vụ vùng đất khác nhau khu vực ĐBSCL từ năm 2000 – 2013; + Xác định khoảng biến động giá trị khác biệt thực vật theo từng vùng đất khác nhau khu vực ĐBSCL; - Xây dựng phương pháp ước đoán năng suất, sản lượng lúa trên các vùng đất khác nhau, khu vực ĐBSCL trên cơ sở sử dụng ảnh viễn thám, GIS (Hệ thống thông tin địa lý) và mô hình mô phỏng năng suất, cụ thể: + Mô phỏng năng suất lúa trên các vùng đất khác nhau; + Xây dựng bản đồ năng suất và dự đoán sản lượng lúa.3 Nội dung nghiên cứu Những nội dung nghiên cứu gồm: - Sử dụng ảnh viễn thám MODIS theo dõi biến động chỉ số khác biệt thực vật và xác định các cơ cấu mùa vụ điển hình ở ĐBSCL; - Đánh giá biến động diện tích canh tác cơ cấu mùa vụ lúa trên các vùng đất khác nhau, khu vực ĐBSCL từ năm 2000 – 2013; - Xây dựng phương pháp ước đoán năng suất, sản lượng lúa dựa trên sự tích hợp mô hình AquaCrop và ảnh viễn thám MODIS; 2 Ứng dụng mô hình AquaCrop và ảnh viễn thám MODIS trong mô phỏng năng suất lúa trên các vùng đất tỉnh An Giang các vụ Đông Xuân 2012 - 2013, Hè Thu 2013, Thu Đông 2013.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đề tài được thực hiện trên các vùng canh tác lúa khu vực ĐBSCL cụ thể: - Theo dõi biến động cơ cấu mùa vụ tại các vùng đất thuộc 6 tiểu vùng sinh thái khu vực ĐBSCL, thời gian: Từ năm 2000 đến 2013. - Mô phỏng năng suất lúa tại 2 vị trí thuộc nhóm đất phèn và đất phù sa (1) Xã Lương An Trà, huyện Tri Tôn, tỉnh An Giang; (2) Xã Định Thành, huyện Thoại Sơn, tỉnh An Giang; (Thời gian: Vụ Đông Xuân 2012 -2013, vụ Hè Thu 2013, vụ Thu Đông 2013).
- Xây dựng bản đồ năng suất lúa tỉnh An Giang; Thời gian: Vụ Đông Xuân 2012 - 2013, vụ Hè Thu 2013, vụ Thu Đông 2013.5 Ý nghĩa của luận án Ý nghĩa khoa học Luận án đã cung cấp thông tin về phân bố và biến động cơ cấu mùa vụ lúa, làm cơ sở đánh giá nhanh tình hình sản xuất, dự báo, quản lý cơ cấu mùa vụ, cây trồng một cách khoa học phù hợp với điều kiện thực tế của từng địa phương nhằm đáp ứng kịp thời nhu cầu ra quyết định, hoạch định chính sách của các nhà quản lý và quy hoạch. Đồng thời, cũng đã phát triển phương pháp tích hợp mô hình toán học và ảnh viễn thám để xây dựng bản đồ năng suất, tính toán sản lượng lúa trên vùng đất trên các vùng đất khác nhau. Ý nghĩa thực tế Luận án đã đánh giá được biến động cơ cấu mùa vụ ở các vùng đất khác nhau trên cơ sở sử dụng công nghệ viễn thám và GIS một cách tiết kiệm và nhanh chóng, đồng thời đánh giá được các tác động của điều kiện tự nhiên đến sự phân bố và thay đổi mùa vụ lúa trên từng vùng đất khác nhau. Xây dựng được bản đồ năng suất và dự đoán sản lượng góp phần quan trọng trong hỗ trợ ra quyết định sản xuất nông nghiệp.6 Những điểm mới của luận án - Xây dựng thang biến động giá trị khác biệt thực vật (NDVI) trên các vùng đất khác nhau khu vực ĐBSCL; 3 - Ứng dụng viễn thám và GIS trong theo dõi sự phân bố và biến động cơ cấu mùa vụ trên các vùng đất khác nhau.
Xác định các yếu tố chính ảnh hưởng đến sự phân bố và thay đổi mùa vụ lúa; - Xây dựng phương pháp tích hợp mô hình AquaCrop và ảnh viễn thám MODIS trong xây dựng bản đồ năng suất và tính toán sản lượng lúa. 4 Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan về Đồng bằng sông Cửu Long 2.1 Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên Đồng Bằng Sông Cửu Long nằm ở vùng cực Nam của nước Việt Nam, nằm trong vùng từ 8030’-110 vĩ độ Bắc và từ 104030’-1070 kinh độ Đông (Lê Sâm, 1996). ĐBSCL có vị trí như một bán đảo với 3 mặt Đông, Nam và Tây Nam giáp biển, có đường bở biển dài 700 km, phía Tây có đường biên giới giáp với Campuchia và phía Bắc giáp với vùng kinh tế Đông Nam Bộ - vùng kinh tế lớn nhất của Việt Nam hiện nay. ĐBSCL nằm trên địa hình tương đối bằng phẳng, mạng lưới sông ngòi, kênh rạch dày đặc rất thuận lợi cho giao thông thủy.
ĐBSCL có 13 đơn vị hành chính bao gồm: 1 thành phố trực thuộc trung ương (Thành phố Cần Thơ) và 12 tỉnh (Long An, Đồng Tháp, An Giang, Tiền Giang, Bến Tre, Vĩnh Long, Trà Vinh, Hậu Giang, Kiên Giang, Sóc Trăng, Bạc Liêu và Cà Mau). Xét về diện tích và ưu thế phát triển, ĐBSCL có diện tích tự nhiên gần 4 triệu ha, trong đó đất nông nghiệp 2,6 triệu ha; đất lâm nghiệp 253.000 ha; bãi bồi, ven sông, ven biển, đầm lầy 160. Đây là vùng đồng bằng lớn nhất nước ta và là đồng bằng lớn của Đông Nam Á và Châu Á. So với các vùng khác trên cả nước, ĐBSCL có ưu thế hơn hẳn để phát triển một nền nông nghiệp có tỷ suất hàng hóa cao theo hướng sinh thái đa dạng, phong phú về lương thực, cây ăn trái, chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản và cả nghề rừng.
Theo Bùi Bá Bổng (2001), phù sa bồi đắp với trầm tích biển qua các thời kỳ mực nước biển thay đổi và nguồn vật liệu hữu cơ từ rừng và rừng ngập mặn đã hình thành một đồng bằng phù sa phì nhiêu xen lẫn với các vùng nhiễm mặn. Đất phù sa chiếm 1,2 triệu ha, đất phèn 1,6 triệu ha, đất mặn 0,75 triệu ha, đất than bùn 0,35 triệu ha. Diện tích đất nông nghiệp là 2,4 triệu ha với cây trồng chính là lúa, cây ăn trái, bắp, đậu, mía, khóm, rừng tràm 120.000 ha chiếm 60% diện tích rừng của đồng bằng. Một nhận định khác của Nguyễn Văn Bộ (2001), ĐBSCL là đồng bằng rất trẻ, đang phát triển về các cửa sông Đồng Nai, Vàm Cỏ, sông Tiền, sông Hậu và mạnh nhất là ở mũi Cà Mau (60-80 m/năm), độ cao trung bình 2 m.
Có thể chia thành các vùng sau: Vùng ngập úng sâu từ Long Xuyên, Cao Lãnh đi về phía Campuchia; vùng ngập vừa bao gồm vùng đất của Tân An, Mỹ Tho, Gò Công, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng. Ngoài ra, phía Đông Bắc có vùng phèn Đồng Tháp Mười ngập nước.