Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công tác quản lý, bảo vệ và phát triển rừng được Đảng và Nhà nước Việt Nam đặc biệt quan tâm, diện tích rừng cả nước đã tăng từ 33,2% năm 1999 lên 38,7% năm 2008, đặc biệt là rừng phòng hộ và rừng đặc dụng. Tuy nhiên, việc kiểm kê rừng toàn quốc chưa được thực hiện thường xuyên kể từ đợt tổng kiểm kê theo Chỉ thị 286/CT-TTg năm 1997, dẫn đến số liệu hiện trạng rừng chưa phản ánh kịp thời và chính xác. Công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong quản lý tài nguyên rừng nhằm nâng cao hiệu quả kiểm kê và giám sát.

Luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng công nghệ địa không gian để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng phục vụ công tác kiểm kê tại Ban Quản lý rừng phòng hộ Tân Phú, tỉnh Đồng Nai, với tổng diện tích quản lý khoảng 13.635 ha. Nghiên cứu thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 4 đến tháng 10 năm 2016, nhằm xây dựng bộ mẫu khóa ảnh giải đoán ảnh vệ tinh SPOT, thành lập bản đồ hiện trạng và bản đồ trữ lượng rừng, từ đó đề xuất các giải pháp quản lý tài nguyên rừng hiệu quả.

Việc ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám không chỉ giúp nâng cao độ chính xác trong kiểm kê rừng mà còn giảm thiểu thời gian và chi phí, đồng thời cung cấp dữ liệu kịp thời phục vụ hoạch định chính sách phát triển bền vững tài nguyên rừng tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai nền tảng lý thuyết chính: công nghệ viễn thám (Remote Sensing - RS) và hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS). Viễn thám được hiểu là khoa học thu thập thông tin về đối tượng trên bề mặt Trái đất mà không tiếp xúc trực tiếp, sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh đa phổ với các chỉ số thực vật như NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), RVI (Ratio Vegetation Index), DVI (Difference Vegetation Index) và LAI (Leaf Area Index). GIS là hệ thống máy tính dùng để thu nhận, lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu địa lý, hỗ trợ quản lý tài nguyên và lập bản đồ hiện trạng.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm:

  • Bản đồ hiện trạng rừng: thể hiện phân bố và trạng thái rừng tại thời điểm nghiên cứu.
  • Bản đồ trữ lượng rừng: thể hiện lượng gỗ dự trữ trong rừng theo từng trạng thái.
  • Bộ mẫu khóa ảnh (MKA): tập hợp các điểm mẫu ngoài thực địa dùng để giải đoán ảnh vệ tinh chính xác.
  • Chỉ số thực vật NDVI: chỉ số đánh giá mức độ che phủ và sức khỏe thực vật dựa trên dữ liệu phổ cận hồng ngoại và đỏ.
  • Phân loại ảnh viễn thám theo hướng đối tượng: phương pháp phân loại dựa trên đặc điểm phổ và cấu trúc không gian của các đối tượng trên ảnh.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm ảnh vệ tinh SPOT-5 với độ phân giải không gian 5m và 20m, dữ liệu GPS từ các điểm điều tra ngoài thực địa, cùng các số liệu thứ cấp về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của khu vực Ban Quản lý rừng phòng hộ Tân Phú. Cỡ mẫu điều tra ngoài thực địa gồm 184 ô điều tra với diện tích 500 m² cho rừng tự nhiên và 100 m² cho rừng trồng, được bố trí theo phương pháp điển hình và dẫn đường bằng GPS.

Phương pháp phân tích sử dụng phần mềm eCognition Developer để phân loại ảnh viễn thám theo hướng đối tượng, kết hợp các chỉ số thực vật NDVI, RVI, DVI, LAI làm cơ sở phân loại. Độ chính xác phân loại được đánh giá bằng chỉ số Kappa, với ma trận sai số được xây dựng từ các điểm kiểm chứng ngoài thực địa. Trữ lượng rừng được tính toán dựa trên các chỉ tiêu sinh trưởng cây (đường kính, chiều cao, tiết diện ngang) và hệ số hình số than, xử lý bằng phần mềm Excel và GIS để xây dựng bản đồ trữ lượng.

Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10 năm 2016, bao gồm các bước thu thập dữ liệu, điều tra thực địa, xử lý ảnh, phân loại và xây dựng bản đồ, đánh giá độ chính xác và đề xuất giải pháp quản lý.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Diện tích và trạng thái rừng: Tổng diện tích đất do Ban Quản lý rừng phòng hộ Tân Phú quản lý là 13.635,56 ha, giảm 226,64 ha so với kiểm kê năm 2011 do bàn giao đất rừng trồng cho địa phương. Rừng tự nhiên chiếm phần lớn với các trạng thái: rừng trung bình (21,09%), rừng nghèo (8,61%), rừng non phục hồi (chiếm khoảng 61,17%).

  2. Kết cấu rừng và trữ lượng:

    • Rừng trung bình có chiều cao trung bình 17 m, đường kính trung bình 26,4 cm, mật độ 433-550 cây/ha, trữ lượng 140-195,2 m³/ha.
    • Rừng nghèo có chiều cao trung bình 13,9 m, đường kính 20,4 cm, mật độ 255-295 cây/ha, trữ lượng 40-82,6 m³/ha.
    • Rừng non phục hồi có chiều cao 8-13,8 m, đường kính 7-19,4 cm, mật độ 300-468 cây/ha, trữ lượng 30-88,1 m³/ha.

  3. Độ chính xác phân loại ảnh: Chỉ số Kappa đạt mức cao, thể hiện độ chính xác phân loại trên 85%, đảm bảo tin cậy cho bản đồ hiện trạng và trữ lượng rừng.

  4. Sử dụng công nghệ GIS và viễn thám: Việc xây dựng bộ mẫu khóa ảnh và áp dụng phân loại ảnh theo hướng đối tượng giúp phân biệt chính xác các trạng thái rừng, hỗ trợ công tác kiểm kê nhanh và hiệu quả.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy công nghệ viễn thám và GIS là công cụ hữu hiệu trong việc xây dựng bản đồ hiện trạng và trữ lượng rừng, giúp giảm thiểu sai số và thời gian so với phương pháp truyền thống. Diện tích rừng trung bình và rừng non phục hồi chiếm phần lớn, phản ánh quá trình phục hồi rừng sau các tác động khai thác và chuyển đổi sử dụng đất. Một số diện tích rừng nghèo và rừng hỗn giao có mật độ cây thấp, khả năng tự phục hồi chậm, cần có biện pháp cải tạo và trồng bổ sung.

So sánh với các nghiên cứu tương tự tại Việt Nam và quốc tế, việc kết hợp chỉ số thực vật và phân loại ảnh theo hướng đối tượng đã nâng cao độ chính xác và khả năng phân biệt các trạng thái rừng khác nhau. Bản đồ trữ lượng rừng cung cấp dữ liệu quan trọng cho việc hoạch định chính sách khai thác và bảo vệ rừng bền vững.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ phân bố diện tích theo trạng thái rừng, bảng thống kê trữ lượng trung bình và bản đồ phân bố không gian các trạng thái rừng, giúp trực quan hóa kết quả nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám trong công tác kiểm kê và quản lý rừng tại Ban Quản lý rừng phòng hộ Tân Phú nhằm nâng cao độ chính xác và hiệu quả công tác, thực hiện trong giai đoạn 2023-2025.

  2. Thực hiện cải tạo và làm giàu rừng nghèo và rừng non phục hồi bằng phương pháp trồng bổ sung các loài cây bản địa có giá trị kinh tế và sinh thái, ưu tiên các khu vực có mật độ cây tái sinh thấp, tiến hành trong 5 năm tới.

  3. Xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu rừng cập nhật thường xuyên dựa trên nền tảng GIS để theo dõi diễn biến rừng, hỗ trợ ra quyết định quản lý và bảo vệ rừng hiệu quả, triển khai ngay từ năm 2023.

  4. Tăng cường công tác kiểm tra, giám sát và bảo vệ rừng tại các khu vực có nguy cơ xâm lấn và khai thác trái phép, phối hợp với chính quyền địa phương và các hộ nhận khoán, thực hiện liên tục hàng năm.

  5. Đào tạo và nâng cao năng lực cán bộ quản lý rừng về công nghệ viễn thám và GIS để đảm bảo vận hành và khai thác hiệu quả các công cụ kỹ thuật mới, tổ chức các khóa đào tạo định kỳ trong 2 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cán bộ quản lý rừng và các Ban Quản lý rừng phòng hộ: Nghiên cứu cung cấp phương pháp và công cụ kỹ thuật hiện đại giúp nâng cao hiệu quả công tác kiểm kê, quản lý và bảo vệ rừng.

  2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Lâm nghiệp, Môi trường và Địa lý: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong quản lý tài nguyên rừng, đồng thời cung cấp các chỉ số và phương pháp phân tích thực tiễn.

  3. Cơ quan hoạch định chính sách và quản lý tài nguyên thiên nhiên: Cung cấp dữ liệu và phân tích hỗ trợ xây dựng chính sách phát triển bền vững, quy hoạch sử dụng đất và bảo vệ môi trường sinh thái.

  4. Doanh nghiệp và tổ chức hoạt động trong lĩnh vực lâm nghiệp và bảo vệ môi trường: Tham khảo để áp dụng công nghệ địa không gian trong giám sát, đánh giá và quản lý tài nguyên rừng, nâng cao hiệu quả sản xuất và bảo vệ tài nguyên.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công nghệ viễn thám và GIS có ưu điểm gì trong kiểm kê rừng?
    Viễn thám và GIS giúp thu thập dữ liệu nhanh, chính xác, giảm chi phí và thời gian so với phương pháp truyền thống. Ví dụ, chỉ số NDVI giúp đánh giá sức khỏe thực vật hiệu quả trên diện rộng.

  2. Bộ mẫu khóa ảnh (MKA) được xây dựng như thế nào?
    MKA là tập hợp các điểm mẫu ngoài thực địa được xác định bằng GPS, đại diện cho các trạng thái rừng khác nhau, dùng làm cơ sở phân loại ảnh vệ tinh chính xác.

  3. Độ chính xác phân loại ảnh được đánh giá ra sao?
    Độ chính xác được đánh giá bằng chỉ số Kappa dựa trên ma trận sai số từ các điểm kiểm chứng ngoài thực địa; chỉ số Kappa càng cao chứng tỏ phân loại càng chính xác.

  4. Làm thế nào để tính trữ lượng rừng từ dữ liệu điều tra?
    Trữ lượng được tính bằng công thức M = G × H × F, trong đó G là tiết diện ngang, H là chiều cao cây, F là hệ số hình số than, sau đó quy đổi bình quân trên hecta.

  5. Giải pháp nào phù hợp để cải tạo rừng nghèo và rừng non phục hồi?
    Cần trồng bổ sung các loài cây bản địa có giá trị kinh tế và sinh thái, kết hợp khoanh nuôi bảo vệ, nhằm nâng cao mật độ cây và chất lượng rừng theo quy phạm ngành.

Kết luận

  • Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đã thành công trong việc xây dựng bản đồ hiện trạng và trữ lượng rừng tại Ban Quản lý rừng phòng hộ Tân Phú với độ chính xác cao.
  • Tổng diện tích rừng tự nhiên quản lý là khoảng 13.635 ha, trong đó rừng trung bình và rừng non phục hồi chiếm phần lớn diện tích.
  • Các trạng thái rừng nghèo và hỗn giao cần được cải tạo bằng trồng bổ sung để nâng cao giá trị phòng hộ và kinh tế.
  • Đề xuất tăng cường ứng dụng công nghệ địa không gian, xây dựng cơ sở dữ liệu cập nhật và nâng cao năng lực cán bộ quản lý.
  • Tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám trong quản lý tài nguyên rừng tại các khu vực khác, góp phần phát triển bền vững ngành lâm nghiệp.

Luận văn là cơ sở khoa học quan trọng để Ban Quản lý rừng phòng hộ Tân Phú và các đơn vị liên quan triển khai các hoạt động quản lý, bảo vệ và phát triển rừng hiệu quả trong giai đoạn tiếp theo. Đề nghị các cơ quan, tổ chức và cá nhân quan tâm áp dụng và phát triển các kết quả nghiên cứu này.