Ứng dụng phương pháp đa tiêu chí MCE và công nghệ viễn thám GIS để xác định độ phì và giá trị suy giảm độ phì của đất tỉnh Lạng Sơn năm 2015


Đăng lúc: 17:06:13 25/06/2016 - Đã Đọc: 912
Từ khóa Từ khóa:

Đất đai là tư liệu sản xuất cơ bản, phổ biến, quý báu nhất trong sản xuất nông nghiệp. Trong bối cảnh hiện nay, hiện tượng suy thoái đất đang là một trong những vấn đề quan trọng hàng đầu được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm. Đất đai bị suy thoái gây ra nhiều tác động tiêu cực tới môi trường, con người; suy thoái đất đai làm giảm mạnh khả năng sản xuất của đất, tác động to lớn tới nền kinh tế nông nghiệp của các quốc gia trên thế giới. Khả năng sản xuất của đất phụ thuộc vào độ phì nhiêu của đất; do đó, việc tính toán, xác định độ phì nhiêu của đất là một trong những nhiệm vụ quan trọng của ngành nông nghiệp nói chung và nghiên cứu đất đai nói riêng.

I, xây dựng bản đồ độ phì.

Độ phì nhiêu của đất là khả năng cung cấp đủ nước, oxy và chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng bảo đảm năng suất cao và không chứa các chất có hại cho cây. Độ phì nhiêu của đất đồng thời là kết quả của sự phát triển của quá trình hình thành đất cũng như quá trình trồng trọt khi sử dụng đất vào mục đích sản xuất nông nghiệp. Đây là một trong những yếu tố quan trọng quyết định năng suất cây trồng, đất có độ phì cao thì năng suất cây trồng sẽ cao và ngược lại. Độ phì nhiêu của đất được chia thành các dạng như sau: độ phì tự nhiên, độ phì tiềm tàng, độ phì hiệu lực, độ phì nhân tạo và độ phì kinh tế.

Độ phì nhiêu của đất được xác định từ nhiều yếu tố như nước (độ ẩm của đất, liên quan tới chế độ tưới tiêu), hình thái (độ dày tầng đất), tính chất vật lý (loại đất, thành phần cơ giới, dung trọng)…, và quan trọng nhất là tính chất hóa học (độ chua PHkcl, dung tích hấp thu CEC, tổng số chất hữu cơ OM%, hàm lượng N,p,k).

Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều phương pháp để tính toán độ phì nhiêu của đât. Một trong những phương pháp phổ biến và hiệu quả nhất để xác định độ phì nhiêu của đất là sử dụng phương pháp đánh giá đa tiêu chí (MCE) kết hợp với công nghệ viễn thám GIS. Cụ thể, trong khuôn khổ dự án “điều tra, đánh giá thoái hóa đất lần đầu tỉnh lạng sơn”, trung tâm viễn thám không gian trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên đã sử dụng công nghệ viễn thám và phương pháp đánh giá đa tiêu chí để xác định độ phì nhiêu của đất theo sơ đồ sau:

 

Hình 1: Sơ đồ trình tự thực hiện chính lý bản đồ đất và xây dựng bản đồ
độ phì nhiêu của đất.

Sau khi phân tích các thông tin, dữ liệu thu thập được từ quá trình khảo sát thực địa tỉnh Lạng Sơn, ta cần tính toán các chỉ số, thông số cấu thành độ phì nhiêu của đất theo phương pháp đa tiêu chí MCE bằng cách  lập ma trận so sánh cặp độ và tính toán trọng số (wi) theo bảng dưới đây:

Tiêu chuẩn cấp 1

Tiêu chuẩn cấp 2

 Trọng số toàn cục

Chỉ tiêu

W1

Chỉ tiêu

W2

 Wi=W1xW2

1. Nhóm chỉ tiêu về đất, vật lý (VL)

 

0,63

 

Loại đất

0,63

0,3969

Thành phần cơ giới

0,26

0,1638

Dung trọng

0,11

0,0693

3. Chế độ tưới (T)

0,26

 

0,26

2. Nhóm các chỉ tiêu về tính chất hoá học của đất (HH)

 

 

 

0,11

 

 

Độ chua của đất (pH)

0,02

0,0022

Dung tích hấp thu (CEC)

0,04

0,0044

Nito tổng số (N)

0,08

0,0088

Phopho tổng số (P)

0,14

0,0154

Kali tổng số (K)

0,20

0,022

Chất hữu cơ tổng số (OM)

0,47

0,0517

Bảng 1: Bảng trọng số toàn cục của các chỉ tiêu tổng hợp độ phì nhiêu.

Từ bảng trọng số toàn cục, ta có thể tiến hành tính toán giá trị độ phì Si theo công thức nhân điểm của chỉ tiêu Xi với trọng số toàn cục của chỉ tiêu Wi. (Si = Xi x Wi).

Xác định điểm của chỉ tiêu Xi theo nguyên tắc sau:

  • Xác định mức giá trị xuất hiện phổ biến nhất trong các chỉ tiêu dựa trên đặc điểm của các chỉ tiêu theo từng địa phương nghiên cứu. Theo đó, trên địa bàn tỉnh Lạng Sơn, các chỉ tiêu đều có giá trị ở ba phân mức theo đúng thang phân cấp
  • Xác định điểm Xi dựa trên nguyên tắc sao cho tổng điểm Xi của cùng một chỉ tiêu phải bằng 100% (để tổng giá trị Si của một chỉ tiêu bằng trọng số của chỉ tiêu đấy) và xác định theo thứ tự tăng dần mức quan trọng để làm rõ sự khác biệt của giá trị Si ở các bước sau.

Trong dự án “điều tra, đánh giá thoái hóa đất lần đầu tỉnh lạng sơn”, ở tất cả các chỉ tiêu, bộ giá trị 50%, 30%, 20% thỏa mãn được nguyên tắc xác định Xi và thể hiện được mối tương quan rõ nét giữa các giá trị phân mức trong các chỉ tiêu.

Từ kết quả tính toán giá trị độ phì Si, tiến hành gán giá trị độ phì Si đến từng khoanh đất theo các chỉ tiêu và tính tổng giá trị độ phì S theo công thức: 

sau đó tiến hành phân cấp giá trị độ phì cho từng chỉ tiêu theo bảng dưới đây:

STT

Mức độ độ phì

Ký hiệu

Phân cấp tổng giá trị độ phì S

1

Độ phì cao

DP1

< 0,15

2

Độ phì trung bình

DP2

≥ 0,15 -  ≤ 0,41

3

Độ phì thấp

DP3

> 0,41

 

Bảng 2: Bảng phân cấp tổng giá trị độ phì S

 Sau khi phân cấp thành công giá trị độ phì cho từng khoanh đất, tiến hành biên tập bản đồ độ phì nhiêu của đất:                                                                  

       a) Tích hợp dữ liệu theo phương pháp MCE lên bản đồ.

Sử dụng thuật toán tích hợp trong GIS để chuyển kết quả đánh giá độ phì đất theo phương pháp MCE lên bản đồ (Tích hợp file dữ liệu Excel chứa dữ liệu phân cấp độ phì lên dữ liệu thuộc tính trong bản đồ).

Căn cứ để tích hợp dữ liệu theo ký hiệu số thứ tự của các khoanh đất.

       b) Xây dựng hệ thống chú dẫn và biên tập bản đồ

            Ngoài các chú dẫn chung cho lớp nền địa hình của tỉnh, hệ thống chú dẫn của bản đồ còn thể hiện 3 cấp độ phì nhiêu của đất và được phân biệt bằng 3 màu khác nhau.

            Sử dụng phần mềm ArcGIS để chạy chuyên để cho trường thông tin phân cấp độ phì, sau đó biên tập và hoàn thiện bản đồ độ phì nhiêu của đất. Kết quả, ta thu được bản đồ độ phì nhiêu của đất như sau:

Description: C:\Users\FPTSHOP\Desktop\1.jpg

Hình 2: Ảnh bản đồ độ phì đất của tỉnh Lạng Sơn năm 2015

Kết quả tính toán độ phì nhiêu ở tỉnh Lạng Sơn cho thấy: Diện tích đất có độ phì cao là 11.172ha, chiếm 1,52% diện tích điều tra, phân bố tập trung ở khu vực đất trồng lúa nước và rừng sản xuất thuộc huyện Đình Lập và huyện Hữu Lũng. Diện tích đất có độ phì trung bình là 441.716ha, chiếm 59,93% diện tích điều tra, phân bố nhiều trên địa bàn huyện Lộc Bình 85.736,45ha, Tràng Định 77.103,54ha và Đình Lập 93.782,5ha. Diện tích đất có độ phì thấp là 284.176,03ha, chiếm 38,56% diện tích điều tra, phân bố nhiều trên địa bàn huyện Bình Gia  47.408,16ha, Hữu Lũng 18.687,63ha, Văn Quan 26.149,46ha.

Qua đây ta có thể thấy được độ phì nhiêu của đất tỉnh Lạng Sơn đa số là độ phì thấp, từ dữ liệu khảo sát thực địa, kết hợp với công nghệ viễn thám và phương pháp phân tích đa tiêu chí, ta có thể dễ dàng xác định độ phì nhiêu của đất chính xác tới từng khoanh đất.

II, Xây dựng bản đồ suy giảm độ phì.

Suy giảm độ phì là một trong những nguyên nhân chính dẫn tới hiện tượng suy thoái đất đai. Theo thời gian, độ phì nhiêu của đất tỉnh Lạng Sơn ngày càng bị suy giảm nghiêm trọng, làm cho đất đai bị thoái hóa nặng nề. Để xác định giá trị suy giảm độ phì của đất đai tỉnh Lạng Sơn, trong khuôn khổ dự án “điều tra, đánh giá thoái hóa đất lần đầu tỉnh lạng sơn”, trung tâm viễn thám không gian trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên đã sử dụng công nghệ viễn thám và phương pháp đánh giá đa tiêu chí MCE để xác định giá trị và lập bản đồ suy giảm độ phì nhiêu của đất tỉnh Lạng Sơn theo sơ đồ sau:

Hình 3: Sơ đồ trình tự thực hiện xây dựng bản đồ đất bị suy giảm độ phì 

Bản đồ đất bị suy giảm độ phì được xây dựng dựa trên kết quả so sánh của độ phì đất năm 2005 với độ phì đất năm 2015 và các chỉ tiêu sau: . Đất bị chua hoá (suy giảm pHKCl), suy giảm dung tích hấp phụ (CEC), suy giảm nitơ tổng số (N%), suy giảm hàm lượng phốt pho tổng số (P2O5%), suy giảm hàm lượng kali tổng số (K2O%), Suy giảm chất hữu cơ tổng số (OM%).

Sau khi chồng ghép, so sánh thông tin về độ phì đất năm 2005 và năm 2015, tương tự như trong xây dựng bản đồ độ phì nhiêu của đất, để xây dựng bản đồ suy giảm độ phì cầ lập ma trận so sánh cặp đôi và xác định trọng số cho các tiêu chí đánh giá suy giảm độ phì.

Bảng 3: Trọng số cho các chỉ tiêu tổng hợp suy giảm độ phì

Chỉ tiêu

Trọng số (Wi)

Suy giảm độ chua của đất (phKCl)

0,02

Suy giảm dung tích hấp phụ (CEC)

0,04

Suy giảm Nito tổng số (N)

0,08

Suy giảm Photo tổng số (P2O5)

0,14

Suy giảm Kali tổng số (K2O)

0,25

Suy giảm chất hữu cơ tổng số (OM)

0,47

Tổng

1

 
Sau đó, tính giá trị suy giảm độ phì Si theo công thức nhân điểm của chỉ tiêu Xi với trọng số của chỉ tiêu Wi. (Si = Xi x Wi). Trong mục này, bộ giá trị Xi phù hợp là 40%, 30%, 20%, 10%. Sau đó, ta tiến hành phân loại mức độ suy giảm độ phì dựa trên tổng giá trị suy giảm độ phì của từng chỉ tiêu theo công thức:

Các cấp độ suy giảm độ phì được phân loại như bảng dưới đây:

Bảng 4: Phân cấp tổng giá trị suy giảm độ phì S

STT

Mức độ suy giảm

Ký hiệu

Phân cấp tổng giá trị độ phì S

1

Không suy giảm

SgN

> 0,35

2

Suy giảm nhẹ

Sg1

> 0,25; ≤ 0,35

3

Suy giảm trung bình

Sg2

≥ 0,14; ≤ 0,25

4

Suy giảm nặng

Sg3

< 0,14

 

Cuối cùng, ta sử dụng thuật toán tích hợp trong GIS để chuyển kết quả đánh giá độ phì đất theo phương pháp MCE lên bản đồ (Tích hợp file dữ liệu Excel chứa dữ liệu phân cấp độ phì lên dữ liệu thuộc tính trong bản đồ tỉnh). Sử dụng công cụ symbology trong phần mềm ArcGIS và chạy chuyên đề cho trường thông tin chứa phân cấp suy giảm độ phì để có được lớp thông tin chuyên đề cho bản đồ.

     

Hình 4: Bản đồ suy giảm đồ phì đất tỉnh Lạng Sơn giai đoạn 2005 - 2015

Từ kết quả tổng hợp cho thấy, toàn tỉnh Lạng Sơn có 565.549,14ha đất bị suy giảm độ phì, chiếm 76,73% diện tích điều tra, trong đó:

- Diện tích đất bị suy giảm độ phì ở mức nặng là 17.511,79ha, chiếm 2,38% tổng diện tích điều tra. Phân bố chủ yếu trên địa bàn các huyện Chi Lăng (11.328,2ha), Tràng Định (4.052,38ha), Hữu Lũng (905,96ha), Văn Quan (614,43ha).

- Diện tích đất có độ phì suy giảm ở mức trung bình là 170.408,14ha, chiếm 23,12% diện tích điều tra, tập trung ở các huyện Tràng Định (37.928,9ha), Hữu Lũng (23.437,97ha), Lộc Bình (20.450,6ha), Đình Lập (21.974,04ha), Bắc Sơn (13.705,73ha), Văn Quan (13.673,83ha).

- Diện tích đất bị suy giảm độ phì ở mức nhẹ là 377.629,25ha, chiếm 51,23% tổng diện tích điều tra, tập trung chủ yếu tại các huyện Bình Gia (83.483,11ha), Lộc Bình (59.220,44ha), Văn Lãng (43.440ha), Tràng Định (41.044,95ha), Văn Quan (33.950,45ha).

Qua đây, ta có thể thấy rằng, hiện tượng suy giảm độ phì đất đang ngày càng trở nên nghiêm trọng; do đó, cần có những biện pháp hợp lý và hiệu quả để gia tăng độ phì nhiêu cho đất. Với sự phát triển của công nghệ thông tin như hiện nay, việc sử dụng công cụ viễn thám GIS trong nghiên cứu, đánh giá suy thoái đất đang ngày càng được áp dụng rộng rãi không chỉ ở Việt Nam mà còn trên toàn thế giới. Có thể khẳng định rằng, đây là một công cụ hữu hiệu trong nghiên cứu đất đai và quản lý tài nguyên môi trường.                                                          

Viết bài: GIRC

Trung tâm Địa tin học - Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên

Địa chỉ: Xã Quyết Thắng - TP. Thái Nguyên | Tel: 0904.031.103

Email: girc.tuaf@gmail.com | Website: www.girc.tuaf.edu.vn