Ứng Dụng Công Nghệ GIS và Viễn Thám Xác Định Yếu Tố Nhạy Cảm Tác Động Tới Sự Phân Bố Của Thực Vật Quý Hiếm Tại Vườn Quốc Gia Ba Bể

• Tác giả: Lô Thị Hòa
• Người hướng dẫn: TS. Hoàng Văn Hùng
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• Đề tài: Ứng Dụng Công Nghệ GIS và Viễn Thám Trong Nghiên Cứu Phân Bố Thực Vật Quý Hiếm Tại Vườn Quốc Gia Ba Bể
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CẢM ƠN
• 1. PHẦN 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
• 1.1.1. Mục tiêu tổng quát
• 1.1.2. Mục tiêu cụ thể
• 1.1.3. Yêu cầu của đề tài
• 1.2. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
• 1.2.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học
• 1.2.2. Ý nghĩa trong thực tiễn
• 2. PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Tổng quan về đa dạng sinh học
• 2.1.1. Khái niệm đa dạng sinh học
• 2.1.2. Giá trị của đa dạng sinh học
• 2.2. Tổng quan về GIS - Geographic Infomation System
• 2.2.1. Khái niệm về GIS
• 2.2.2. Các thành phần của GIS
• 2.2.3. Các nhiệm vụ của GIS
• 2.2.4. Các công nghệ liên quan đến GIS
• 2.3. Tổng quan về viễn thám
• 2.3.1. Khái niệm về viễn thám
• 2.3.2. Các phần tử của hệ thống viễn thám
• 2.3.3. Ưu điểm của công nghệ viễn thám
• 2.3.4. Các ảnh vệ tinh quan sát Trái đất
• 2.3.5. Hiệu quả ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám
• 2.3.6. Giới thiệu về các phần mềm sử dụng
• 2.3.6.1. Phần mềm ArcGIS 10
• 2.3.7. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về GIS - RS
• 2.3.7.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 2.3.7.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 3. PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 3.1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 3.2. Địa điểm và thời gian tiến hành
• 3.2.1. Địa điểm nghiên cứu
• 3.2.2. Thời gian tiến hành
• 3.3. Nội dung nghiên cứu
• 3.3.1. Điều tra cơ bản
• 3.3.2. Xây dựng quy trình thành lập bản đồ phân vùng bảo tồn đa dạng sinh học theo mức độ nhạy cảm
• 3.3.3. Các chỉ tiêu theo dõi và xác định các yếu tố tác động tới sự phân bố của loài
• 3.3.4. Ứng dụng phần mềm ArcGIS xây dựng CSDL phân vùng bảo tồn theo mức độ thích nghi
• 3.4. Phương pháp nghiên cứu
• 3.4.1. Phương pháp thu thập số liệu
• 3.4.2. Phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ
• 3.4.3. Phương pháp xử lý số liệu
• 3.4.4. Phương pháp lập ô tiêu chuẩn
• 3.4.5. Phương pháp tổng hợp
• 3.4.6. Phương pháp điều tra thực địa
• 3.4.7. Phương pháp kết hợp ứng dụng tư liệu viễn thám và GIS
• 4. PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Tổng quan về phạm vi nghiên cứu
• 4.1.1. Khái quát chung về Vườn Quốc gia Ba Bể
• 4.1.2. Điều kiện tự nhiên
• 4.1.3. Đặc điểm dân sinh kinh tế xã hội môi trường
• 4.2. Xây dựng quy trình thành lập bản đồ phân vùng bảo tồn đa dạng sinh học theo mức độ nhạy cảm
• 4.2.1. Kết quả thu thập, xử lý cơ sở dữ liệu đầu vào và xây dựng bản đồ chuyên đề
• 4.2.2. Kết quả điều tra xây dựng CSDL thuộc tính
• 4.2.3. Kết quả điều tra thống kê số lượng Nghiến, Đinh và Trai Lý theo ÔTC
• 4.2.4. Thống kê thành phần thực vật sống cùng Nghiến, Đinh và Trai Lý
• 4.3. Nghiên cứu đặc điểm hình thái, đặc tính sinh vật học và đặc tính sinh thái học của một số loài thực vật quý hiếm (cây Nghiến, cây Đinh, cây Trai Lý)
• 4.3.1. Kết quả nghiên cứu về đặc điểm sinh vật học cây Nghiến
• 4.3.2. Kết quả nghiên cứu về đặc điểm sinh vật học cây Đinh
• 4.3.3. Kết quả nghiên cứu về đặc điểm sinh vật học cây Trai Lý
• 4.4. Phân bố địa lý và giá trị
• 4.5. Kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu xác định các vùng thích nghi đối với cây Nghiến, Đinh và Trai Lý
• 4.6. Kết quả tổng hợp các yếu tố tác động tới cây Nghiến, Đinh, Trai Lý căn cứ theo CSDL không gian và thông tin thuộc tính theo các ÔTC
• 4.7. Đề xuất một số giải pháp bảo tồn thực vật quý hiếm cũng như cây Nghiến, Đinh và Trai Lý tại Vườn Quốc gia Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn
• 4.7.1. Biện pháp quản lý
• 4.7.2. Biện pháp kỹ thuật
• 4.7.3. Biện pháp giáo dục
• 4.7.4. Biện pháp về quy hoạch bảo tồn
• 5. PHẦN 5: KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Ứng Dụng GIS Viễn Thám Nghiên Cứu Thực Vật Quý

Bài viết này tập trung vào việc ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám trong nghiên cứu phân bố thực vật quý hiếm, đặc biệt tại Vườn quốc gia Ba Bể. GIS cung cấp công cụ mạnh mẽ để quản lý, phân tích không gian và thành lập bản đồ. Viễn thám, với khả năng thu thập dữ liệu từ xa, hỗ trợ theo dõi và đánh giá hiện trạng thực vật một cách hiệu quả. Sự kết hợp này tạo ra bước ngoặt trong công tác bảo tồn đa dạng sinh học và quản lý tài nguyên thiên nhiên. Nghiên cứu này nhằm mục đích phục vụ công tác quản lý, bảo tồn và sử dụng hợp lý tài nguyên rừng cho ban quản lý Vườn Quốc gia Ba Bể và chính quyền địa phương.

1.1. Giới thiệu Về Vườn Quốc Gia Ba Bể và Đa Dạng Sinh Học

Vườn quốc gia Ba Bể là khu bảo tồn giàu đa dạng sinh học của vùng Đông Bắc Việt Nam. Nơi đây có hệ thống động, thực vật phong phú với những nguồn gen quý hiếm. Tính độc đáo của các nguồn tài nguyên tại khu bảo tồn này đã thu hút được sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước, có ý nghĩa quan trọng trong việc khám phá và đánh giá các nguồn tài nguyên có giá trị quốc gia và quốc tế (Hoàng Văn Hùng, 2012)[5].

1.2. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Phân Bố Thực Vật Quý Hiếm

Nghiên cứu phân bố thực vật quý hiếm có vai trò quan trọng trong công tác bảo tồn đa dạng sinh học. Việc xác định các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân bố của các loài này giúp đưa ra các biện pháp quản lý và bảo vệ hiệu quả hơn. Theo dõi và phân tích đánh giá tác động của môi trường sống xung quanh tới sự sinh trưởng và phát triển của những loài mà thế giới công nhận là các nguồn gen quý đã và đang là mối quan tâm của các nhà khoa học, các tổ chức bảo tồn trong và ngoài nước.

II. Thách Thức Trong Nghiên Cứu Phân Bố Thực Vật Quý Hiếm Bằng GIS

Mặc dù GIS và viễn thám mang lại nhiều lợi ích, việc ứng dụng chúng trong nghiên cứu phân bố thực vật quý hiếm cũng đối mặt với nhiều thách thức. Dữ liệu đầu vào có thể không đầy đủ hoặc không chính xác. Việc xử lý và phân tích dữ liệu viễn thám đòi hỏi kiến thức chuyên môn sâu rộng. Ngoài ra, sự thay đổi của môi trường và tác động của con người cũng gây khó khăn cho việc dự đoán và mô hình hóa phân bố thực vật. Cần có phương pháp tiếp cận toàn diện và liên tục cập nhật dữ liệu để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của nghiên cứu.

2.1. Khó Khăn Trong Thu Thập và Xử Lý Dữ Liệu GIS Viễn Thám

Việc thu thập dữ liệu GIS và viễn thám chất lượng cao đòi hỏi chi phí lớn và nguồn lực đáng kể. Dữ liệu viễn thám có thể bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết và độ phân giải của ảnh. Xử lý dữ liệu viễn thám cần các thuật toán phức tạp và phần mềm chuyên dụng như ENVI, ArcGIS, QGIS, Google Earth Engine.

2.2. Vấn Đề Độ Chính Xác và Sai Số Trong Phân Tích GIS

Độ chính xác của kết quả phân tích GIS phụ thuộc vào độ chính xác của dữ liệu đầu vào và phương pháp phân tích. Sai số có thể phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm sai số vị trí, sai số thuộc tính và sai số mô hình. Cần thực hiện kiểm định thực địa và đánh giá độ tin cậy của kết quả để đảm bảo tính chính xác.

2.3. Tác Động Của Biến Đổi Khí Hậu Đến Phân Bố Thực Vật

Biến đổi khí hậu gây ra những thay đổi lớn trong môi trường sống của thực vật, ảnh hưởng đến sự phân bố và khả năng sinh tồn của các loài. Cần xem xét các kịch bản biến đổi khí hậu và đánh giá rủi ro để đưa ra các giải pháp bảo tồn phù hợp.

III. Phương Pháp Ứng Dụng GIS Viễn Thám Nghiên Cứu Thực Vật

Nghiên cứu này sử dụng kết hợp GIS và viễn thám để xác định các yếu tố nhạy cảm tác động đến sự phân bố của một số loài thực vật quý hiếm tại Vườn quốc gia Ba Bể. Quy trình bao gồm thu thập dữ liệu, xử lý ảnh viễn thám, xây dựng cơ sở dữ liệu GIS, phân tích không gian và mô hình hóa phân bố. Các yếu tố như độ cao, độ dốc, hướng phơi, lượng mưa, loại đất và độ che phủ thực vật được xem xét để xác định các vùng thích nghi cho từng loài.

3.1. Thu Thập Dữ Liệu GIS và Viễn Thám Đa Nguồn

Dữ liệu được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm ảnh vệ tinh, bản đồ địa hình, dữ liệu khí hậu, dữ liệu thổ nhưỡng và kết quả điều tra thực địa. Ảnh vệ tinh được sử dụng để xác định độ che phủ thực vật và các đặc điểm sinh thái khác. Bản đồ địa hình cung cấp thông tin về độ cao, độ dốc và hướng phơi. Dữ liệu khí hậu và thổ nhưỡng được sử dụng để đánh giá các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phân bố thực vật.

3.2. Xây Dựng Cơ Sở Dữ Liệu GIS và Phân Tích Không Gian

Dữ liệu được tích hợp vào cơ sở dữ liệu GIS để thực hiện phân tích không gian. Các công cụ GIS được sử dụng để tạo bản đồ phân bố thực vật, xác định các vùng thích nghi và đánh giá tác động của các yếu tố môi trường. Các thuật toán phân loại ảnh và mô hình hóa không gian được sử dụng để dự đoán phân bố thực vật trong tương lai.

3.3. Sử Dụng Các Chỉ Số Thực Vật Từ Ảnh Viễn Thám

Các chỉ số thực vật như NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) được tính toán từ ảnh viễn thám để đánh giá sức khỏe và độ che phủ của thực vật. Các chỉ số thực vật này được sử dụng để phân loại các loại thực vật khác nhau và theo dõi sự thay đổi của thực vật theo thời gian.

IV. Ứng Dụng GIS Viễn Thám Đánh Giá Phân Bố Thực Vật Quý Hiếm

Kết quả nghiên cứu cho thấy GIS và viễn thám là công cụ hiệu quả để đánh giá phân bố thực vật quý hiếm tại Vườn quốc gia Ba Bể. Bản đồ phân bố thực vật được xây dựng cho thấy các vùng có mật độ thực vật quý hiếm cao và các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phân bố của chúng. Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp bảo tồn và quản lý tài nguyên dựa trên kết quả phân tích GIS và viễn thám.

4.1. Xác Định Vùng Phân Bố Của Cây Nghiến Đinh Trai Lý

Nghiên cứu tập trung vào việc xác định vùng phân bố của các loài cây Nghiến, Đinh, Trai Lý tại Vườn quốc gia Ba Bể. Các yếu tố như độ cao, độ dốc, hướng phơi và loại đất được sử dụng để xây dựng mô hình phân bố cho từng loài.

4.2. Đánh Giá Tác Động Của Các Yếu Tố Môi Trường

Nghiên cứu đánh giá tác động của các yếu tố môi trường như khí hậu, thổ nhưỡng và địa hình đến sự phân bố của các loài thực vật quý hiếm. Các yếu tố này được sử dụng để xác định các vùng thích nghi và đánh giá rủi ro đối với sự sinh tồn của các loài.

4.3. Xây Dựng Bản Đồ Phân Vùng Bảo Tồn Thực Vật

Kết quả nghiên cứu được sử dụng để xây dựng bản đồ phân vùng bảo tồn thực vật tại Vườn quốc gia Ba Bể. Bản đồ này xác định các vùng cần được ưu tiên bảo tồn và các biện pháp quản lý phù hợp cho từng vùng.

V. Giải Pháp Bảo Tồn Thực Vật Quý Hiếm Dựa Trên GIS Viễn Thám

Dựa trên kết quả nghiên cứu, một số giải pháp bảo tồn thực vật quý hiếm được đề xuất. Các giải pháp này bao gồm tăng cường quản lý và bảo vệ các vùng có mật độ thực vật quý hiếm cao, phục hồi các vùng bị suy thoái, nâng cao nhận thức cộng đồng về giá trị của đa dạng sinh học và thúc đẩy phát triển du lịch sinh thái bền vững. GIS và viễn thám có thể được sử dụng để theo dõi hiệu quả của các giải pháp bảo tồn và điều chỉnh các biện pháp quản lý khi cần thiết.

5.1. Quản Lý và Bảo Vệ Các Vùng Phân Bố Quan Trọng

Cần tăng cường quản lý và bảo vệ các vùng có mật độ thực vật quý hiếm cao. Các biện pháp quản lý có thể bao gồm kiểm soát khai thác gỗ, ngăn chặn phá rừng và bảo vệ môi trường sống của thực vật.

5.2. Phục Hồi Các Hệ Sinh Thái Bị Suy Thoái

Cần phục hồi các hệ sinh thái bị suy thoái để tạo điều kiện cho thực vật quý hiếm phục hồi và phát triển. Các biện pháp phục hồi có thể bao gồm trồng lại rừng, cải tạo đất và kiểm soát xói mòn.

5.3. Nâng Cao Nhận Thức Cộng Đồng Về Bảo Tồn

Cần nâng cao nhận thức cộng đồng về giá trị của đa dạng sinh học và tầm quan trọng của việc bảo tồn thực vật quý hiếm. Các hoạt động giáo dục và tuyên truyền có thể giúp người dân hiểu rõ hơn về vai trò của thực vật trong hệ sinh thái và khuyến khích họ tham gia vào các hoạt động bảo tồn.

VI. Triển Vọng Ứng Dụng GIS Viễn Thám Trong Bảo Tồn Thực Vật

Ứng dụng GIS và viễn thám trong bảo tồn thực vật có nhiều triển vọng trong tương lai. Sự phát triển của công nghệ viễn thám và GIS sẽ cung cấp dữ liệu chính xác hơn và các công cụ phân tích mạnh mẽ hơn. Việc tích hợp học máy và deep learning vào phân tích GIS và viễn thám sẽ giúp tự động hóa quy trình và cải thiện độ chính xác của kết quả. Nghiên cứu này là tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo về bảo tồn đa dạng sinh học và quản lý tài nguyên bền vững.

6.1. Phát Triển Các Thuật Toán Phân Loại Ảnh Tự Động

Phát triển các thuật toán phân loại ảnh tự động dựa trên học máy và deep learning có thể giúp tự động hóa quy trình phân loại thực vật và cải thiện độ chính xác của kết quả.

6.2. Xây Dựng Mô Hình Dự Báo Phân Bố Thực Vật

Xây dựng mô hình dự báo phân bố thực vật dựa trên các yếu tố môi trường và kịch bản biến đổi khí hậu có thể giúp dự đoán sự thay đổi của phân bố thực vật trong tương lai và đưa ra các biện pháp bảo tồn chủ động.

6.3. Ứng Dụng GIS Trong Quản Lý Rừng Bền Vững

GIS có thể được ứng dụng trong quản lý rừng bền vững để theo dõi sự thay đổi của thực vật, đánh giá tác động của các hoạt động khai thác gỗ và lập kế hoạch bảo tồn.