Luận văn ứng dụng công nghệ gis và viễn thám xác định yếu tố nhạy cảm tác động tới sự phân bố của một số loài thực vật quý hiếm tại khu vực vườn quốc gia ba bể tỉnh bắc kạn

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám để xác định yếu tố nhạy cảm ảnh hưởng đến sự phân bố 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

Mục lục chi tiết

• 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

Tóm tắt

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.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Lô Thị Hòa tập trung vào thực trạng quản lý và bảo tồn tài nguyên rừng tại tỉnh Bắc Kạn – địa phương sở hữu diện tích rừng tự nhiên lớn với tính đa dạng sinh học cao cả về thành phần loài lẫn giá trị sinh thái. Tuy nhiên, hoạt động khai thác lâm sản không hợp lý cùng tập quán phát nương làm rẫy kéo dài đã dẫn tới suy thoái nghiêm trọng môi trường sinh thái và làm mất ổn định tài nguyên rừng. Trong bối cảnh Nhà nước triển khai các chính sách giao đất, giao rừng, khoanh nuôi tái sinh và chương trình trồng 5 triệu hecta rừng nhằm phát huy tiềm năng các loài bản địa vùng trung du, miền núi, yêu cầu bảo tồn các nguồn gen quý càng trở nên cấp thiết.

Vườn Quốc gia Ba Bể (tỉnh Bắc Kạn) là vùng lõi bảo tồn đa dạng sinh học trọng điểm của vùng Đông Bắc Việt Nam, đã được công nhận là Di sản Thiên nhiên ASEAN vào năm 2004. Khu vực này sở hữu hệ sinh thái rừng nhiệt đới thường xanh trên núi đá vôi đặc trưng và hệ thống hồ tự nhiên trên núi, là nơi phân bố của nhiều loài thực vật quý hiếm có nguy cơ tuyệt chủng. Tuy vậy, công tác quản lý và theo dõi không gian sinh sống của các loài bản địa quý hiếm còn gặp nhiều rào cản do địa hình chia cắt phức tạp. Việc ứng dụng công nghệ thông tin địa lý (GIS) kết hợp tư liệu viễn thám (RS) và thiết bị định vị toàn cầu (GPS) mở ra phương thức phân tích không gian, mô hình hóa các yếu tố môi trường tác động và phân vùng nhạy cảm sinh thái, hỗ trợ trực tiếp cho Ban quản lý Vườn Quốc gia Ba Bể và chính quyền địa phương.

Mục tiêu nghiên cứu của khóa luận được xác định cụ thể như sau:

1. Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu phân vùng thích nghi bảo tồn và đề xuất giải pháp bảo tồn một số loài thực vật quý hiếm tại Vườn Quốc gia Ba Bể.
2. Mục tiêu cụ thể:
   • Mục tiêu 1: Đánh giá hiện trạng đa dạng sinh học và xác định được một số yếu tố sinh thái - môi trường tác động đến sự phân bố của một số loài thực vật quý hiếm tại Vườn Quốc gia Ba Bể.
   • Mục tiêu 2: Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS xây dựng bản đồ phân vùng bảo tồn thích nghi (theo mức độ nhạy cảm của một số yếu tố môi trường) đối với một số loài thực vật quý hiếm tại Vườn Quốc gia Ba Bể.
   • Mục tiêu 3: Đề xuất một số giải pháp bảo tồn đa dạng sinh học một số loài thực vật đặc hữu, quý hiếm tại Vườn Quốc gia Ba Bể.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Một số loài thực vật quý hiếm gồm cây Nghiến, cây Đinh, cây Trai Lý và các yếu tố nhạy cảm môi trường tác động đến sự phân bố của các loài này.
• Phạm vi không gian: Khu vực Vườn Quốc gia Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn (tọa độ địa lý: 105,36° Kinh Đông và 22,33° Vĩ Bắc; tổng diện tích tự nhiên xác định trong nghiên cứu là 7.610 ha), tập trung tại địa bàn các xã: Nam Mẫu, Nam Cường, Khang Ninh, Cao Thượng, Cao Trĩ. Nghiên cứu tập trung phân vùng đối với các loài thực vật bậc cao có mạch.
• Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai từ tháng 01 năm 2014 đến ngày 30 tháng 05 năm 2014.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của khóa luận được xây dựng dựa trên ba trụ cột: lý thuyết đa dạng sinh học, khoa học hệ thống thông tin địa lý (GIS) và kỹ thuật viễn thám (Remote Sensing - RS). Về sinh học, đề tài tiếp cận khái niệm đa dạng sinh học theo ba cấp độ: di truyền, loài và hệ sinh thái (dẫn theo Lê Trọng Cúc, 2002; Cục Bảo tồn Đa dạng Sinh học, 2009), đồng thời dựa vào danh mục thực vật rừng nguy cấp, quý, hiếm (nhóm IIA) cần bảo vệ nghiêm ngặt theo quy định của Nhà nước. Về công nghệ không gian, tác giả vận dụng lý thuyết hệ thống GIS bao gồm 5 thành phần (phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con người, đào tạo) và 5 chức năng cơ bản (thu thập/nhập số liệu, thao tác dữ liệu, quản lý dữ liệu bằng hệ quản trị cơ sở dữ liệu DBMS, hỏi đáp - phân tích không gian qua phép đệm và phân tích chồng xếp, hiển thị bản đồ). Hệ thống viễn thám được phân tích qua chuỗi 7 phần tử: nguồn năng lượng, khí quyển, tương tác bề mặt, bộ cảm biến, truyền tải/xử lý, giải đoán/phân tích và ứng dụng thực tiễn.

Công nghệ và công cụ phần mềm sử dụng trong nghiên cứu:

• Phần mềm giải đoán ảnh ENVI: Sử dụng để tiền xử lý, phân loại ảnh số và chiết xuất các lớp thông tin độ che phủ thực vật từ tư liệu vệ tinh.
• Phần mềm ArcGIS (phiên bản ArcGIS 10.1 và ArcGIS 9.3): Khai thác các ứng dụng ArcMap (biên tập, xử lý, phân tích chồng lớp, in ấn bản đồ), ArcCatalog (quản lý, thiết lập hệ tọa độ và tổ chức Geodatabase), ArcToolbox (chuyển đổi định dạng, xử lý dữ liệu raster và vector).
• Phần mềm Microsoft Excel: Nhập liệu, lập bảng thống kê định lượng và xử lý toán học các chỉ tiêu điều tra.
• Thiết bị GPS cầm tay: Định vị tọa độ các điểm kiểm chứng thực địa và vị trí ô tiêu chuẩn.

Nguồn dữ liệu đầu vào:

• Dữ liệu không gian: Ảnh vệ tinh SPOT-5 chụp tháng 4/2011 với độ phân giải không gian 2,5 m (phiên hiệu F-48-44-A, dung lượng 371 MB do Công ty viễn thám Spatial Decisions cung cấp); mô hình số độ cao DEM; bản đồ địa hình, bản đồ thủy văn, bản đồ đất và mạng lưới giao thông hiện hữu của khu vực.
• Dữ liệu thuộc tính: Báo cáo khí hậu - thủy văn, hiện trạng kinh tế - xã hội, danh mục tài nguyên động thực vật do Ban quản lý Vườn Quốc gia Ba Bể và UBND các xã địa phương cung cấp.
• Dữ liệu điều tra thực địa: Số liệu đo đếm cây tầng cao và cây tái sinh từ hệ thống các ô tiêu chuẩn.

Hệ thống phương pháp nghiên cứu:

• Phương pháp thu thập và tổng hợp số liệu: Kế thừa có chọn lọc các tài liệu quy hoạch, điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội và số liệu quản lý lâm nghiệp tại địa bàn nghiên cứu.
• Phương pháp lập ô tiêu chuẩn (ÔTC): Thiết lập 5 ô tiêu chuẩn điển hình đại diện cho các trạng thái rừng. Quy cách diện tích mỗi ô là 2.000 m² (kích thước 40 m x 50 m) áp dụng cho trạng thái rừng có tầng cây cao (đường kính ngang ngực D ≥ 6 cm), định hướng chiều dài theo đường đồng mức. Đối với địa hình dốc hiểm trở, thiết lập ô nhỏ thay thế có diện tích 100 - 200 m² cùng độ cao. Nguyên tắc bố trí thực hiện theo phân tầng độ cao: cứ chênh lệch 100 m độ cao lập 1 ô tiêu chuẩn.
• Phương pháp điều tra thực địa: Đối chiếu thực địa bằng máy định vị GPS để xác minh độ chính xác của kết quả giải đoán ảnh viễn thám và bổ sung các đặc trưng sinh cảnh không hiển thị trên tư liệu viễn thám.
• Phương pháp xử lý số liệu: Chuyển đổi dữ liệu định tính thành các mã định lượng, phân tích thống kê cấu trúc tầng tán và thành phần loài đi kèm trên Excel.
• Phương pháp phân tích không gian GIS: Xây dựng các bản đồ chuyên đề đơn yếu tố (độ dốc, hướng phơi, thổ nhưỡng, thực phủ, thủy văn), sau đó áp dụng thang phân cấp mức độ thích nghi và thực hiện thuật toán chồng xếp bản đồ đa yếu tố (overlay analysis) trên phần mềm ArcGIS để tạo lập bản đồ phân vùng nhạy cảm đối với các loài cây mục tiêu.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Phần mở đầu luận giải tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ sự suy giảm tài nguyên rừng tự nhiên tại Bắc Kạn dưới áp lực khai thác và canh tác nương rẫy. Tác giả nhấn mạnh giá trị đa dạng sinh học độc đáo của Vườn Quốc gia Ba Bể - vùng bảo tồn rừng trên núi đá vôi Đông Bắc với nhiều nguồn gen thực vật quý hiếm. Chương này xác định rõ mục tiêu tổng quát là xây dựng bản đồ phân vùng thích nghi bảo tồn và đề xuất giải pháp quản lý cho các loài Nghiến, Đinh, Trai Lý; đồng thời cụ thể hóa thành 3 nhiệm vụ nghiên cứu, 5 yêu cầu kỹ thuật và phân tích ý nghĩa khoa học, thực tiễn của việc kết hợp GIS, viễn thám vào công tác quản lý tài nguyên rừng địa phương.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Chương này tổng kết hệ thống cơ sở lý luận và tổng quan tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài:

• Khái quát lý thuyết đa dạng sinh học: Định nghĩa các cấp độ đa dạng sinh học và phân tích chi tiết các nhóm giá trị sinh thái (dịch vụ chu trình sinh học, điều tiết thủy văn rừng đầu nguồn), giá trị y dược (57% trong hơn 150 phương thuốc điều trị có nguồn gốc từ tự nhiên), giá trị nông nghiệp (côn trùng thụ phấn cho hơn 70% cây trồng chính) và giá trị xã hội - nhân văn.
• Tổng quan công nghệ GIS và viễn thám: Phân tích 5 thành phần cốt lõi của GIS, các nhiệm vụ kỹ thuật và so sánh GIS với các công nghệ liên quan như CAD, Desktop Mapping, DBMS. Đối với viễn thám, tác giả trình bày nguyên lý hoạt động qua 7 phần tử, ưu thế giám sát không gian diện rộng và lược khảo các thế hệ vệ tinh quan sát Trái Đất (Quickbird, Worldview, IKONOS, SPOT-5, Landsat, CBERS).
• Tình hình ứng dụng GIS - RS: Điểm lại các ứng dụng trên thế giới trong quản lý dầu khí, tài nguyên nước, kiểm soát khu bảo tồn (Madagascar), bảo tồn loài nguy cấp (cá hồi Coho tại Hoa Kỳ), mô hình hóa hệ sinh thái rừng (Canada, Đức) và quy hoạch đất đai. Tại Việt Nam, tác giả tổng thuật các nghiên cứu ứng dụng GIS - RS tại Ba Bể (xây dựng bản đồ trạng thái rừng, đánh giá mối tương quan rừng và hộ nghèo tại xã Khang Ninh, phân bố cây Trúc dây) và huyện Sơn Dương (Tuyên Quang), đồng thời chỉ rõ những hạn chế khách quan về định hướng chiến lược, sự thiếu hụt quy chuẩn dữ liệu và khó khăn trong cơ chế chia sẻ thông tin địa lý cấp quốc gia.

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 3 trình bày chi tiết thiết kế nghiên cứu:

• Xác định đối tượng nghiên cứu trọng tâm là các loài cây Nghiến, Đinh, Trai Lý và các nhân tố sinh thái chi phối sự phân bố của chúng.
• Giới hạn không gian tại 5 xã thuộc Vườn Quốc gia Ba Bể (Nam Mẫu, Nam Cường, Khang Ninh, Cao Thượng, Cao Trĩ) và thời gian thực hiện từ tháng 01/2014 đến 30/05/2014.
• Thiết lập quy trình nghiên cứu gồm 4 nội dung: điều tra cơ bản điều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội; quy trình thành lập bản đồ phân vùng bảo tồn đa dạng sinh học theo mức độ nhạy cảm; theo dõi chỉ tiêu giải đoán ảnh kết hợp thực địa và ứng dụng ArcGIS xây dựng cơ sở dữ liệu thích nghi.
• Quy chuẩn phương pháp lập 5 ô tiêu chuẩn (2.000 m² hoặc 100 - 200 m² trên sườn dốc hiểm trở, phân vị theo từng 100 m chênh lệch độ cao), phương pháp giải đoán ảnh SPOT-5 (2,5 m), mã hóa số liệu và kỹ thuật phân tích chồng lớp bản đồ.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Nội dung chương 4 tập trung vào các kết quả phân tích thực chứng và xây dựng bộ bản đồ chuyên đề:

• Điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội VQG Ba Bể: Vườn được thành lập theo Quyết định số 83/TTg ngày 10/11/1992 với diện tích vùng bảo vệ nghiêm ngặt 7.226 ha và hơn 300 ha mặt hồ (tổng diện tích nghiên cứu xác lập là 7.610 ha). Hồ Ba Bể nằm ở độ cao 178 m, dài 8 km, rộng 800 m, dung tích trữ 90 triệu m³ nước, độ sâu trung bình 20 - 25 m (sâu nhất 35 m), dòng chảy lưu thông 0,5 m/s. Khu vực nằm trong vùng karst Chợ Rã - Ba Bể - Chợ Đồn, độ cao địa hình biến thiên từ 150 m đến 1.200 m so với mực nước biển, có dãy núi đá vôi Givet và khối xâm nhập granit Phja Boóc, Phja Dạ. Dân số khu vực gồm 10.470 nhân khẩu (1.745 hộ) thuộc các dân tộc Tày, Kinh, Dao, H’Mông; nông nghiệp chiếm trên 70% lao động chính, trong khi đất lâm nghiệp chiếm 88,3% tổng diện tích nhưng chỉ thu hút khoảng 2% lao động sản xuất.

Nhóm chỉ tiêu khí hậu tại VQG Ba Bể	Giá trị đo đạc trung bình năm
Nhiệt độ không khí trung bình	22,3 °C (dao động từ 0,6 °C đến 39 °C)
Lượng mưa trung bình năm	13,78 mm
Độ ẩm không khí trung bình	83,3 %

• Đa dạng khu hệ sinh vật: Vườn ghi nhận 1.281 loài thực vật thuộc 162 họ, 672 chi (trong đó có 182 loài lan). Thống kê của Ban quản lý Vườn đối với hệ thực vật bậc cao có mạch ghi nhận 417 loài:

Nhóm ngành thực vật bậc cao có mạch	Số họ	Tỷ lệ họ (%)	Số chi	Tỷ lệ chi (%)	Số loài	Tỷ lệ loài (%)
Thông đất	2	1,75	2	0,66	4	0,95
Dương xỉ	12	10,52	17	5,66	26	6,23
Hạt trần	3	2,63	3	1,00	3	1,72
Hạt kín	97	85,08	278	92,66	384	92,08
Tổng cộng	114	100,00	300	100,00	417	100,00

Khu hệ động vật có 81 loài thú (22 loài trong Sách Đỏ), 322 loài chim (7 loài trong Sách Đỏ), 46 loài bò sát - lưỡng cư (15 loài trong Sách Đỏ) và 106 loài cá (11 loài trong Sách Đỏ).

• Kết quả xử lý viễn thám và xây dựng bản đồ chuyên đề:
  • Bản đồ thực phủ: Từ ảnh SPOT-5 (độ phân giải 2,5 m, chụp tháng 4/2011), phần mềm ENVI phân loại và tách lớp kết hợp ArcGIS 9.3 biên tập. Kết quả chỉ ra đất rừng già tập trung nhiều nhất tại xã Nam Cường và Nam Mẫu; đất rừng trung bình phân bố đều nhưng tập trung tại Nam Mẫu, Nam Cường, Khang Ninh và Tây Nam Cao Thượng; thảm cỏ phân bố chủ yếu ở Khang Ninh, Cao Trĩ và phía Đông Cao Thượng.
  • Bản đồ đất: Đất đỏ nâu trên đá vôi và đất vàng đỏ trên đá macma phân bố rộng nhất (Cao Trĩ, Cao Thượng, Nam Mẫu); đất nâu đỏ trên đá macma tập trung ở Khang Ninh; đất phù sa phân bố rải rác hẹp ở Cao Trĩ và Nam Cường.
  • Bản đồ độ dốc: Xác định khu vực có độ dốc và địa hình cao nhất tập trung tại Khang Ninh, Cao Trĩ và Cao Thượng (độ cao đỉnh núi vượt 1.500 m).
  • Bản đồ hướng dốc (hướng phơi sáng): Phần lớn bề mặt có hướng phơi lớn đón nhận nhiều ánh sáng mặt trời, chủ đạo là các hướng Tây, Bắc và Tây Bắc; hướng đón nhận ánh sáng ít là hướng Đông Bắc; mặt nước hồ và vùng bằng phẳng có hệ số hướng phơi bằng 1.
  • Bản đồ thủy văn: Thể hiện hệ thống lưu vực sông Năng, các khe suối đổ dồn vào hồ Ba Bể nằm trọn trên địa bàn xã Nam Mẫu.
• Quy trình thành lập bản đồ phân vùng nhạy cảm: Chồng ghép 5 lớp dữ liệu không gian gồm Hướng sáng, Thủy văn, Thực phủ, Độ dốc và Thổ nhưỡng, tích hợp với dữ liệu thuộc tính về tổ thành loài và mật độ Nghiến, Đinh, Trai Lý từ 5 ô tiêu chuẩn để xác định ranh giới vùng thích nghi bảo tồn.
• Đề xuất 4 nhóm giải pháp bảo tồn: nhóm biện pháp quản lý, nhóm biện pháp kỹ thuật lâm sinh, nhóm biện pháp giáo dục môi trường và nhóm biện pháp về quy hoạch bảo tồn không gian sinh thái.

Phần 5: Kết luận, tồn tại và kiến nghị

Chương tổng kết khẳng định sự phù hợp của việc tích hợp GIS và viễn thám trong việc xác định các yếu tố nhạy cảm môi trường đối với 3 loài cây quý hiếm. Đồng thời, tác giả chỉ ra các tồn tại về mặt dữ liệu và thời gian thực hiện, từ đó đưa ra kiến nghị hoàn thiện cơ sở dữ liệu đa dạng sinh học và tăng cường các biện pháp phối hợp quản lý liên ngành giữa Ban quản lý Vườn và các xã vùng đệm.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính của nghiên cứu:

• Xây dựng thành công cơ sở dữ liệu không gian gồm 5 bản đồ chuyên đề thành phần: bản đồ thực phủ (chiết xuất từ ảnh SPOT-5 độ phân giải 2,5 m), bản đồ đất, bản đồ độ dốc, bản đồ hướng phơi (hướng dốc) và bản đồ thủy văn khu vực Vườn Quốc gia Ba Bể.
• Thiết lập quy trình phân tích chồng lớp không gian đa chỉ tiêu trên phần mềm ArcGIS, xác lập mối quan hệ tương hỗ giữa 5 yếu tố sinh thái then chốt (độ dốc, hướng sáng, thổ nhưỡng, thủy văn, độ che phủ thực vật) với đặc tính phân bố thực tế của các loài Nghiến, Đinh và Trai Lý thông qua khảo sát 5 ô tiêu chuẩn.
• Cung cấp số liệu thống kê định lượng chi tiết về hiện trạng tài nguyên sinh vật tại Vườn Quốc gia Ba Bể: hệ thực vật bậc cao có mạch gồm 417 loài thuộc 300 chi và 114 họ; trong đó ngành Hạt kín chiếm ưu thế tuyệt đối (92,08% số loài và 85,08% số họ).
• Phản ánh thực trạng kinh tế - xã hội vùng nghiên cứu với sự mất cân đối rõ rệt: đất lâm nghiệp chiếm 88,3% diện tích tự nhiên nhưng chỉ có 2% lực lượng lao động địa phương tham gia hoạt động lâm nghiệp, trong khi hơn 70% lao động phụ thuộc vào sản xuất nông nghiệp thuần túy.

Các giải pháp đề xuất:

• Biện pháp quản lý: Tăng cường tuần tra, siết chặt quy chế bảo vệ nghiêm ngặt các tiểu khu có Nghiến, Đinh, Trai Lý; kiện toàn năng lực của đội ngũ kiểm lâm và phối hợp chặt chẽ với chính quyền 6 xã vùng đệm.
• Biện pháp kỹ thuật: Áp dụng các giải pháp lâm sinh khoanh nuôi xúc tiến tái sinh tự nhiên kết hợp trồng dặm làm giàu rừng bằng cây bản địa; thu thập hạt giống và phát triển nguồn gen cây Nghiến, Đinh, Trai Lý trong vườn ươm.
• Biện pháp giáo dục: Đẩy mạnh tuyên truyền pháp luật bảo vệ rừng, nâng cao nhận thức cộng đồng địa phương về giá trị của các loài thực vật quý hiếm nhóm IIA, từng bước hạn chế tập quán phá rừng làm nương rẫy.
• Biện pháp quy hoạch bảo tồn: Ứng dụng bản đồ phân vùng nhạy cảm sinh thái để khoanh định ranh giới các phân khu bảo vệ nghiêm ngặt, phân khu phục hồi sinh thái phù hợp với đặc tính hướng phơi và độ dốc của từng loài.

Đóng góp tự nêu của tác giả: Khóa luận đã vận dụng hiệu quả kiến thức chuyên ngành Khoa học Môi trường và công nghệ GIS - viễn thám vào giải quyết một bài toán cụ thể tại địa phương; cung cấp cơ sở dữ liệu số hóa và phương pháp luận khoa học hỗ trợ Ban quản lý Vườn Quốc gia Ba Bể trong việc tra cứu, dự báo phân bố loài và hoạch định các chiến lược quản lý, bảo tồn đa dạng sinh học có tính khả thi.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

• Thời gian tiến hành nghiên cứu ngắn (từ tháng 01/2014 đến 30/05/2014, tương đương 5 tháng), chịu sự chi phối về năng lực và nguồn lực thực hiện của một khóa luận tốt nghiệp bậc đại học.
• Mật độ ô tiêu chuẩn điều tra thực địa còn hạn chế: Toàn bộ phạm vi nghiên cứu 7.610 ha với địa hình núi đá vôi hiểm trở chỉ mới thiết lập được 5 ô tiêu chuẩn (diện tích 2.000 m² hoặc 100 - 200 m² trên sườn dốc), do đó dữ liệu định lượng về mật độ và tầng cây tái sinh chưa bao phủ được toàn diện mọi tiểu khu rừng.
• Mức độ tích hợp dữ liệu viễn thám bị giới hạn ở tư liệu ảnh SPOT-5 đơn thời điểm (tháng 4/2011), chưa thực hiện được việc giám sát chuỗi thời gian nhiều năm để đánh giá biến động thực phủ liên tục.

Hướng nghiên cứu tiếp:

• Mở rộng quy mô và tăng số lượng ô tiêu chuẩn điều tra trên nhiều độ cao và trạng thái rừng khác nhau nhằm hoàn thiện bộ dữ liệu kiểm chứng thực địa.
• Ứng dụng các nguồn ảnh vệ tinh đa thời gian và độ phân giải cao hơn để theo dõi diễn biến động thái rừng; bổ sung các biến số kinh tế - xã hội định lượng (khoảng cách đến khu dân cư, đường giao thông, áp lực chăn thả) vào mô hình phân tích không gian đa tiêu chí (MCE) nhằm nâng cao độ chính xác của bản đồ phân vùng nhạy cảm.

Giá trị tham khảo

Tài liệu này hữu ích đối với sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Tài nguyên Rừng, Lâm nghiệp, Địa lý và Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS). Khóa luận là tài liệu tham khảo thiết thực cho các đề tài nghiên cứu về ứng dụng viễn thám, GIS trong đánh giá sinh thái cảnh quan, bảo tồn đa dạng sinh học tại các hệ sinh thái rừng trên núi đá vôi vùng Đông Bắc.

Nội dung có giá trị tham khảo nổi bật bao gồm:

• Quy trình tích hợp phần mềm ENVI và ArcGIS trong việc xử lý ảnh viễn thám SPOT-5 kết hợp mô hình số độ cao DEM để trích xuất các bản đồ chuyên đề địa hình (độ dốc, hướng phơi) và thực phủ.
• Phương pháp luận thiết lập ô tiêu chuẩn điều tra thực vật rừng theo phân tầng đường đồng mức và độ dốc tại các sinh cảnh núi đá hiểm trở.
• Hệ thống dữ liệu thứ cấp chi tiết về điều kiện khí hậu, thủy văn, địa chất karst và thống kê thành phần loài thực vật bậc cao có mạch tại Vườn Quốc gia Ba Bể.

Câu hỏi thường gặp

1. Nghiên cứu tập trung vào những loài thực vật quý hiếm cụ thể nào và chúng thuộc nhóm bảo vệ nào theo quy định?
Nghiên cứu tập trung vào 3 loài thực vật thân gỗ quý hiếm gồm cây Nghiến, cây Đinh và cây Trai Lý. Các loài này thuộc nhóm IIA theo quy định của Nhà nước về danh mục thực vật rừng nguy cấp, quý, hiếm cần được quản lý và bảo vệ nghiêm ngặt.

2. Tư liệu ảnh viễn thám nào đã được sử dụng để xây dựng bản đồ thực phủ và các thông số kỹ thuật chính là gì?
Nghiên cứu sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh SPOT-5 do Công ty viễn thám Spatial Decisions cung cấp, chụp vào tháng 4/2011 trong điều kiện thời tiết quang mây. Ảnh có phiên hiệu F-48-44-A, độ phân giải không gian 2,5 m, dung lượng lưu trữ 371 MB, bao trùm toàn bộ diện tích Vườn Quốc gia Ba Bể và vùng đệm phụ cận.

3. Năm yếu tố sinh thái - môi trường nào được đưa vào quy trình chồng ghép bản đồ để xác định phân vùng nhạy cảm đối với các loài cây nghiên cứu?
Quy trình thành lập bản đồ phân vùng nhạy cảm được thực hiện qua việc chồng ghép 5 lớp dữ liệu không gian đơn yếu tố gồm: (1) Hướng sáng (hướng phơi), (2) Thủy văn, (3) Thực phủ, (4) Độ dốc và (5) Thổ nhưỡng, kết hợp với dữ liệu thuộc tính về tổ thành loài và điều kiện sinh cảnh thu thập từ 5 ô tiêu chuẩn.

4. Phương pháp thiết lập ô tiêu chuẩn (ÔTC) ngoài thực địa được quy định như thế nào về số lượng, quy cách diện tích và độ cao?
Tác giả thiết lập 5 ô tiêu chuẩn điển hình tại khu vực sinh trưởng của các loài cây mục tiêu. Diện tích mỗi ô tiêu chuẩn chuẩn hóa là 2.000 m² (kích thước 40 m x 50 m) áp dụng cho tầng cây cao có đường kính ngang ngực D ≥ 6 cm, chiều dài đặt dọc theo đường đồng mức. Ở những nơi sườn dốc hiểm trở, kích thước ô được thu nhỏ xuống 100 - 200 m² cùng độ cao; mật độ bố trí theo nguyên tắc cứ chênh lệch 100 m độ cao địa hình sẽ thiết lập 1 ô tiêu chuẩn.

5. Tỷ lệ lao động tham gia sản xuất lâm nghiệp tại Vườn Quốc gia Ba Bể được tác giả ghi nhận là bao nhiêu so với tiềm năng diện tích đất rừng?
Theo số liệu điều tra trong văn bản, diện tích đất lâm nghiệp chiếm tới 88,3% tổng diện tích đất tự nhiên của Vườn Quốc gia Ba Bể, tuy nhiên chỉ có khoảng 2% tổng số lao động địa phương tham gia vào sản xuất lâm nghiệp; trong khi đó hơn 70% lực lượng lao động tập trung vào sản xuất nông nghiệp. Tác giả đánh giá đây là sự mất cân bằng nghiêm trọng giữa tiềm năng tài nguyên rừng và cơ cấu lao động tại địa phương.

Kết luận

Khóa luận của tác giả Lô Thị Hòa đã xây dựng thành công quy trình ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám kết hợp điều tra ô tiêu chuẩn thực địa để phân tích các yếu tố nhạy cảm môi trường ảnh hưởng đến sự phân bố của cây Nghiến, Đinh và Trai Lý tại Vườn Quốc gia Ba Bể. Bộ cơ sở dữ liệu không gian gồm các bản đồ thực phủ, thổ nhưỡng, độ dốc, hướng phơi và thủy văn đã làm sáng tỏ mối liên hệ giữa điều kiện sinh cảnh với sự hiện diện của các nguồn gen thực vật quý hiếm. Mặc dù còn hạn chế về mật độ ô tiêu chuẩn do điều kiện địa hình phức tạp, đề tài đã cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn và 4 nhóm giải pháp quản lý - kỹ thuật lâm sinh quan trọng, phục vụ công tác quy hoạch và bảo tồn đa dạng sinh học tại địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Bắc Kạn là tỉnh có diện tích rừng tự nhiên lớn, mà rừng được đánh giá là một nguồn tài nguyên vô cùng phong phú và quý giá, nguồn tài nguyên này rất đa dạng cả về thành phần lẫn chủng loại, nó không những có giá trị về kinh tế mà còn có giá trị to lớn về sinh thái (Đặng Kim Vui và cs, 2013)[9]. Nhưng do khai thác không hợp lý, phát nương làm rẫy, dẫn đến tài nguyên rừng không ổn định, môi trường sinh thái suy thoái nghiêm trọng (Hoàng Văn Hùng và cs, 2013)[8]. Trong những năm gần đây Đảng và Nhà nước ta có nhiều chủ trương, chính sách giao đất giao rừng cho tập thể, các hộ gia đình khoanh nuôi bảo vệ, nhằm đẩy nhanh công tác trồng rừng phủ xanh đất trống đồi núi trọc, gần đây nhất là kế hoạch trồng 5 triệu ha rừng đã triển khai và thực hiện nhằm phát huy thế mạnh các loài cây bản địa trên các vùng trung du và miền núi (Hoàng Văn Hùng và cs, 2013)[8]. Khu vực Vườn Quốc gia Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn là khu bảo tồn rất giàu về tài nguyên đa dạng sinh học của vùng Đông Bắc Việt Nam.

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]. Kết quả của các công trình này đã góp phần đáng kể vào việc nâng cao hiệu quả công tác quản lý và bảo vệ tính đa dạng sinh học tại Vườn Quốc gia Ba Bể. Tại đây, rừng Bắc Kạn có hệ thống động, thực vật phong phú với những nguồn gen quý hiếm khác nhau, ngoài cung cấp một số loại lâm sản, gỗ…. thì đây còn là nơi bảo tồn các loại gen động, thực vật quý hiếm của các vùng núi phía Đông Bắc.

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ kỹ thuật, nhiều công trình nghiên cứu khoa học đã được mô phỏng khá rõ ràng và sinh động. Hệ thống thông tin địa lý và công nghệ viễn thám đã và đang được ứng dụng sâu rộng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là ứng dụng trong quản lý tài nguyên môi trường (Hà Văn Thuân và cs, 2010)[12]. Trong lĩnh vực đa dạng sinh học cũng vậy công nghệ GIS là một công cụ mạnh mẽ trong quản lý, phân vùng bảo tồn sự thích nghi thành lập bản đồ xác định các yếu tố nhạy cảm tác động tới sự phân bố của một số loài thực vật giúp cho người quản lý, người sử dụng dễ dàng tra cứu các thông tin về sự phân bố cũng như phát triển loài của một số loài thực vật. 2 Sự kết hợp giữa viễn thám và hệ thống thông tin địa lý có sự tham gia của GPS đã thực sự tạo lên một bước ngoặt lớn về công nghệ phân tích và xử lý thông tin, nó có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo tồn và sử dụng tài nguyên thiên nhiên.

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. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn, được sự đồng ý của ban chủ nhiệm khoa Môi trường, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo: TS. Hoàng Văn Hùng, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám xác định yếu tố nhạy cảm tác động tới sự phân bố của một số loài thực vật quý hiếm tại khu vực Vườn Quốc Gia Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn”. 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.MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.

Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu phân vùng thích nghi bảo tồn và đề xuất giải pháp bảo tồn một số loài thực vật quý hiếm tại VQG Ba Bể. Mục tiêu cụ thể: - Đánh giá hiện trạng đa dạng sinh học và xác định được một số yếu tố sinh thái - môi trường tác động đến sự phân bố của một số loài thực vật quý hiếm tại Vườn Quốc gia Ba Bể. - Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS xây dựng bản đồ phân vùng bảo tồn thích nghi (theo mức độ nhạy cảm của một số yếu tố môi trường) một số loài thực vật quý hiếm tại Vườn Quốc gia Ba Bể. - Đề xuất một số giải pháp bảo tồn đa dạng sinh học một số loài thực vật đặc hữu, quý hiếm tại Vườn quốc gia Ba Bể.Yêu cầu của đề tài.

- Đánh giá khái quát được điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội trong khu vực - Nêu được các yếu tố ảnh hưởng tới sự phân bố của một số loài thực vật quý hiếm tại Vườn Quốc gia Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn. - Số liệu phản ánh trung thực, khách quan. - Kết quả phân tích đạt được mục tiêu của đề tài. - Các giải pháp đưa ra có tính khả thi cao và phù hợp với điều kiện tại địa phương 3 1.

Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học. - Đây là cơ hội cho học viên ,sinh viên vận dụng kiến thức đã học và những hiểu biết của mình về lĩnh vực đánh giá môi trường sinh thái ,đa dạng sinh học và công nghệ thông tin vào trong thực tiễn ,đồng thời cũng là cơ hội nâng cao sự hiểu biết về việc bảo tồn đa dạng sinh học, bảo vệ môi trường và tài nguyên thiên nhiên. - Nâng cao kỹ thuật sử dụng và tích hợp các phần mềm tin học ứng dụng trong đánh giá bảo tồn đa dạng sinh học.

- Đề tài là cơ sở khoa học, tư liệu tham khảo có ý nghĩa cho sinh viên chuyên ngành môi trường và các chuyên ngành có liên quan. Ý nghĩa trong thực tiễn. - Bên cạnh những hiểu biết được nghiên cứu khoa học và học tập đề tài còn trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về tài nguyên thiên nhiên, môi trường và hệ sinh thái rừng. Hiểu rõ được tầm quan trọng của đa dạng sinh học từ đó có ý thức bảo vệ và định hướng các phương pháp bảo tồn các loài thực vật.

- Đề xuất một số giải pháp bảo tồn đa dạng sinh học một số loài đặc hữu, quý hiếm tại Vườn Quốc gia Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn. - Đây là tài liệu tham khảo cho những người có nhu cầu. 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Tổng quan về đa dạng sinh học 2.

Khái niệm đa dạng sinh học Đa dạng sinh học (Biodiversity) là sự giàu có, phong phú và đa dạng về nguyên liệu di truyền, về loài và các hệ sinh thái. Vì vậy, đa dạng sinh học bao gồm đa dạng ở mức độ trong loài là sự đa dạng, phong phú các gen trong quần thể gọi là đa dạng di truyền hay đa dạng gen, đa dạng ở mức độ loài là sự phong phú các loài gọi là đa dạng loài và sự phong phú về các hệ sinh thái gọi là đa dạng sinh thái (Lê Trọng Cúc, 2002)[4]. Giá trị của đa dạng sinh học Tính đa dạng thiên nhiên là nguồn vô tận về vẻ đẹp, về niềm cảm hứng sáng tạo, về kiến thức phong phú của nhân loại. Nó là nguồn gốc của mọi sự thịnh vượng, cung cấp cho chúng ta toàn bộ thức ăn, phần lớn các nguyên liệu, hàng hóa và dịch vụ, cung cấp nguyên liệu di truyền cần thiết cho nông nghiệp, dược học, công nghệ v.

* Đa dạng sinh học duy trì các dịch vụ sinh thái quan trọng Vai trò của các hệ sinh thái mà hàng đầu là các loài thực vật chứa diệp lục có giá trị như những sinh vật sản xuất sơ cấp, là nguồn sống của các sinh vật khác trong xích thức ăn. Thông qua quá trình quang hợp, cây xanh chuyển CO2 từ khí quyển sang Oxy cung cấp cho hô hấp của con người và động - thực vật. Phù du thực vật trong các đại dương là nguồn thức ăn cơ sở cho chuỗi thức ăn trong biển và giúp cho sự điều chỉnh chu trình khí quyển toàn cầu. Sự đa dạng các vi sinh vật, vi khuẩn cố định Nitơ khí quyển cho thực vật sử dụng, làm tăng năng suất cây trồng.

Các chất hữu cơ chết, mùn bã được tái sử dụng nhờ sự phân hủy của vô vàn các vi sinh vật, nấm và vi khuẩn phân hủy. Chế độ thủy văn trong các vùng rừng đầu nguồn được điều chỉnh bởi đa dạng sinh học ở các hệ sinh thái rừng đầu nguồn. Giá trị của đa dạng sinh học trong du lịch sinh thái là vô cùng to lớn (Cục BTĐDSH, 2009)[3]. * Đa dạng sinh học cung cấp cơ sở cho sức khỏe con người Đa dạng sinh học đóng góp vào việc bảo vệ sức khỏe cho con người.

Các cây thuốc và động vật làm thuốc truyền thống là nguồn gốc cho việc bảo vệ sức khỏe cho hơn 80% dân số thế giới. Người ta đã điều tra cho thấy rằng, 57% của hơn 150 phương thuốc điều trị có nguồn gốc từ đa dạng sinh học. Nếu đa dạng sinh học của các hệ 5 sinh thái bị suy thoái sẽ ảnh hưởng đến việc cung cấp thức ăn, chất lượng nước hay vệ sinh, làm giảm khả năng kháng bệnh và gây nguy cơ dịch bệnh (Cục BTĐDSH, 2009)[3]. * Đa dạng sinh học là nguồn cho năng suất và tính bền vững nông nghiệp Đa dạng của các vi khuẩn cố định đạm trong nông nghiệp, cung cấp cho cây trồng, đồng cỏ, rừng và các thảm thực vật khác, có giá trị ước tính khoảng 50 tỷ USD hàng năm.

Hơn 49 loại cây trồng ở Mỹ, có giá trị 30 tỷ USD phụ thuộc vào côn trùng truyền phấn, trong đó có 15% ong nhà, còn lại là côn trùng hoang dại. Ong, bướm, chim, dơi, các động vật có vú và các côn trùng khác đã thụ phấn cho hơn 70% cây trồng chủ yếu trên thế giới và 90% thực vật có hoa. Nông dân trên toàn thế giới đã chi phí khoảng 25 tỷ USD hàng năm cho thuốc bảo vệ thực vật. Các sinh vật ký sinh và thiên địch trong các hệ sinh thái trên thế giới đã cung cấp khoảng 5 đến 10 lần bảo vệ thực vật tự do.

Nếu không có các loài cây này sẽ là một thảm họa ghê gớm. Các hệ sinh thái lớn trên thế giới như rừng, savan, đồng cỏ, đất ngập nước đóng vai trò vô cùng quan trọng trong các chu trình thủy văn.