Ứng dụng Viễn thám và GIS trong nghiên cứu sự phát triển của ruộng bậc thang huyện Sa Pa trong bối cảnh biến đổi khí hậu Lê Tú Anh Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý; Mã số 60 44 02 14 Người hướng dẫn: TS. Vũ Kim Chi Năm bảo vệ: 2013 Abstract. Thu thập cơ sở dữ liệu và tổng quan tài liệu liên quan đến hướng nghiên cứu của đề tài. Tổng hợp cơ sở lý luận nghiên cứu về ruộng bậc thang trên địa hình đất dốc miền núi Việt Nam. Phân tích biến đổi ruộng bậc thang trên cơ sở tư liệu ảnh viễn thám và bản đồ của các năm 1993, 1999, 2009 và 2013. Phân tích tác động của các yếu tố tự nhiên, thành phần dân tộc và các chính sách phát triển ảnh hưởng đến xu thế phát triển ruộng bậc thang trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Đề xuất một số giải pháp sử dụng hợp lý, bảo tồn và phát triển bền vững ruộng bậc thang Keywords. Viễn thám; GIS; Bản đồ; Ruộng bậc thang; Biến đổi khí hậu; Sa Pa. Content MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ở Việt Nam, cư dân, dân tộc sinh sống tại các vùng cao đã hình thành phương thức canh tác ruộng bậc thang. Đây là những tri thức có từ lâu đời của dân cư bản địa sinh sống dựa trên địa hình đồi núi dốc để tạo ra các thửa ruộng dưới dạng phân cấp bậc thang. Phương thức này vừa đảm bảo được đời sống vừa bảo vệ môi trường. Ruộng bậc thang ở Sa Pa không chỉ là thành tựu về kinh tế mà còn là thành tựu cả về mặt văn hóa và tri thức dân gian. Người Mông, người Dao, người Giáy đã phát huy tính sáng tạo của mình trong việc canh tác trên đất dốc, họ đã trồng được lúa nước ở vùng cao. Năng suất trồng lúa nước trên các ruộng bậc thang cao gấp 4 lần so với năng suất trồng lúa nương trên đất dốc. Từ khi phát triển ruộng bậc thang ở đây, việc du canh, du cư đốt nương làm rẫy đã bị xóa bỏ từ năm 1998. Người dân tộc vùng cao nơi đây đã định canh, định cư và đến nay không những đủ thóc gạo để ăn mà còn có thể đem bán. Tỷ lệ nghèo đói cũng nhờ đó mà được giảm mạnh. Ruộng bậc thang còn có vai trò quan trọng trong bảo vệ môi trường và phát triển rừng. Phương thức canh tác ruộng bậc thang có tác dụng làm giảm độ chua của đất feralit do thường xuyên được thay nước mới và cung cấp các khoáng chất qua phân bón. Mặt khác, muốn phát triển ruộng bậc thang phải đồng thời phát triển thảm rừng đầu nguồn để điều tiết dòng chảy mặt, chống xói mòn và khô hạn. Do vậy, ruộng bậc thang có tác dụng giữ nước, giảm xói mòn đất, cải thiện độ phì và khi lúa lên xanh sẽ tạo thành thảm phủ thực vật để giữ ẩm và khoáng chất. Hơn nữa, ruộng bậc thang Sa Pa đang tạo nên một sản phẩm du lịch độc đáo cho Việt Nam. Mạng thông tin điện tử du lịch quốc tế Touropia đã xếp hạng ruộng bậc thang Sa Pa, Việt Nam nằm trong top 11 ruộng bậc thang đẹp nhất thế giới vào cuối tháng 12/2013. Ngày 02/11/2013, tại lễ kỷ niệm 110 năm du lịch Sa Pa, Tổ chức Kỷ lục Việt Nam (VietKings) đã trao chứng nhận kỷ lục Việt Nam cho hai danh thắng của huyện Sa Pa là đèo Ô Quy Hồ và ruộng bậc thang ở thôn Vù Lùng Sung. Ruộng bậc thang ở thôn Vù Lùng Sung, xã Trung Trải, huyện Sa Pa có 121 bậc với trên 100 năm tuổi được công nhận là ruộng bậc thang có nhiều bậc nhất và đẹp nhất ở Sa Pa. Trước đó, năm 2009, tạp chí du lịch Travel and Leisure (Mỹ) cũng bình chọn ruộng bậc thang Sa Pa là một trong 7 ruộng bậc thang kỳ vĩ nhất châu Á và thế giới. Những năm gần đây, các tác động nặng nề của biến đổi khí hậu đã ảnh hưởng mạnh tới sản xuất nông nghiệp trên toàn thế giới, trong đó có Việt Nam. Các hiện tượng thời tiết bất thường và cực đoan đã được ghi nhận tại Sa Pa và gây nên những thiệt hại trực tiếp tới nông nghiệp và người nghèo tại đây. Biến đổi khí hậu với tần suất xuất hiện ngày càng nhiều sẽ tiếp tục gây thiệt hại nặng nề và trực tiếp đến nguồn nước, gây nên lũ quét và sạt lở đất tại các ruộng bậc thang. Vì vậy, cần thiết phải có những biện pháp, những nghiên cứu nhằm bảo vệ và phát triển ruộng bậc thang khu vực này. Công nghệ viễn thám và GIS đã được các nước trên thế giới áp dụng triệt để trong ứng phó với biến đổi khí hậu, giám sát tài nguyên và biến đổi sử dụng đất . Với những ưu điểm của công nghệ này như sử dụng ảnh viễn thám chứa đựng hàm lượng thông tin lớn, được thu nhận trên nhiều dải sóng là nguồn dữ liệu phong phú và trực quan giúp cho các nghiên cứu về bề mặt và các quá trình tự nhiên trên mặt đất một cách hiệu quả. Nghiên cứu sự biến đổi của ruộng bậc thang bằng công nghệ viễn thám sẽ giúp các nhà khoa học xác định được nguyên nhân cũng như xu hướng biến đổi. Từ đó làm cơ sở cho các nhà quản lý vạch ra chính sách bảo tồn, phát triển ruộng bậc thang nhằm góp phần vào mục tiêu phát triển bền vững. Vì vậy, Đề tài “Ứng dụng Viễn thám và GIS trong nghiên cứu sự phát triển của ruộng bậc thang tại huyện Sa Pa trong bối cảnh biến đổi khí hậu” đã được lựa chọn nghiên cứu. 2. Quan điểm nghiên cứu  Quan điểm hệ thống và tổng hợp: Hệ thống là một phức hợp các yếu tố tác động lẫn nhau và tác động tới môi trường bên ngoài hệ thống thông qua dòng vật chất và năng lượng. Một hệ thống bất kỳ nào cũng là bộ phận của một hệ thống cấp cao hơn. Giữa các hệ thống đó tồn tại một mối quan hệ tương tác lẫn nhau. Mỗi hệ thống có tính hoàn chỉnh về cấu trúc và thống nhất về chức năng thông qua dòng vật chất và năng lượng. Ruộng bậc thang khu vực huyện Sa Pa như là một địa hệ thống hoàn chỉnh, được hình thành từ mối tác động tương hỗ giữa các hợp phần tự nhiên (địa chất, địa hình, khí hậu, thuỷ văn, sinh vật), các hợp phần kinh tế xã hội (các dạng khai thác sử dụng tài nguyên, lao động, dân tộc ). Khi tác động vào một phần nào đó của hệ thống thì các hợp phần khác cũng thay đổi theo, dẫn đến những biến đổi của cả hệ thống. Khi một hợp phần trong hệ thống có những biến đổi (những biến đổi về khí hậu) cũng sẽ tác động lên các hợp phần khác trong hệ thống đó dẫn đến sự thay đổi, biến đổi của cả hệ thống.  Quan điểm lịch sử: Mỗi một đơn vị lãnh thổ bất kì đều phải trải qua các quá trình hình thành, phát triển, và tiến hoá theo thời gian. Như vậy, việc xem xét và nhìn nhận lãnh thổ trên quan điểm lịch sử giúp ta có cái nhìn đầy đủ về mọi phương diện của lãnh thổ trong quá khứ và dự đoán, định hướng phát triển của lãnh thổ trong tương lai. Đồng thời, từ đó có thể lựa chọn phương thức thích hợp nhất cho việc sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo vệ môi trường. Để có hệ thống tương đối hoàn chỉnh như hôm nay, ruộng bậc thang ở Sa Pa đã trải qua lịch sử hình thành trên 100 năm. Đó là sự đúc rút, trải nghiệm và sáng tạo của người dân tộc H’Mông, Dao, Giáy trong cải tạo đất dốc để trồng lúa. Sự biến đổi về diện tích, phân bố đất trồng lúa có thể được quan sát và thấy được những biến đổi đó thông qua hệ thống ảnh vệ tinh được thu thập từ năm 1993 tới nay. Hệ thống ảnh vệ tinh này sẽ giúp chúng ta có cái nhìn tổng quát về mặt không gian và thời gian đối với sự thay đổi của ruộng bậc thang khu vực này.  Quan điểm phát triển bền vững: Một trong những định nghĩa được biết đến nhiều nhất về phát triển bền vững là: “Phát triển bền vững là sự phát triển đáp ứng các nhu cầu hiện tại mà không làm tổn hại khả năng đáp ứng nhu cầu của thế hệ trong tương lai” (Hội nghị thế giới về môi trường và phát triển, WCED, 1978). Đối với bất kể vùng lãnh thổ nào khi khai thác tiềm năng phục vụ phát triển kinh tế xã hội, nguyên tắc phát triển bền vững phải được đặt lên hàng đầu. Sự kết hợp hài hoà giữa phát triển kinh tế, phát triển xã hội và bảo vệ môi trường là mục tiêu của phát triển bền vững. Nghiên cứu sự thay đổi về quy mô và chức năng của ruộng bậc thang ở huyện Sa Pa không chỉ xác định sự biến đổi trong quá khứ mà nhằm tới mục đích quan trọng là sử dụng hợp lý, phục vụ bảo tồn và phát triển bền vững. 3. Mục tiêu và nhiệm vụ Mục tiêu: Đề tài tập trung nghiên cứu sự biến đổi của ruộng bậc thang trong bối cảnh biến đổi khí hậu bằng công nghệ Viễn thám và GIS nhằm đưa ra cơ sở khoa học phục vụ công tác định hướng sử dụng hợp lý, bảo tồn và phát triển bền vững ruộng bậc thang ở vùng cao nói chung và huyện Sapa nói riêng. Nhiệm vụ: Để thực hiện các mục tiêu trên, các nhiệm vụ đề ra bao gồm: 1. Thu thập cơ sở dữ liệu và tổng quan tài liệu liên quan đến hướng nghiên cứu của đề tài. 2. Tổng hợp cơ sở lý luận nghiên cứu về ruộng bậc thang trên địa hình đất dốc miền núi Việt Nam. 3. Phân tích biến đổi ruộng bậc thang trên cơ sở tư liệu ảnh viễn thám và bản đồ của các năm 1993, 1999, 2009 và 2013. 4. Phân tích tác động của các yếu tố tự nhiên, thành phần dân tộc và các chính sách phát triển ảnh hưởng đến xu thế phát triển ruộng bậc thang trong bối cảnh biến đổi khí hậu. 5. Đề xuất một số giải pháp sử dụng hợp lý, bảo tồn và phát triển bền vững ruộng bậc thang. 4. Phạm vi nghiên cứu: Luận văn tập trung nghiên cứu sự biến đổi của ruộng bậc thang trong khu vực huyện Sa Pa. 5. Phương pháp và các bước nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu: Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau: 1) Phương pháp thu thập số liệu, 2) Phương pháp thống kê và phân tích tài liệu, 3) Phương pháp bản đồ viễn thám và GIS, 4) Phương pháp khảo sát, điều tra tổng hợp, 5) Phương pháp chuyên gia. Các bước nghiên cứu: Quy trình nghiên cứu vai trò của các yếu tố tự nhiên và xã hội đến quá trình biến đổi ruộng bậc thang huyện Sa Pa, tỉnh Lào Cai bao gồm các bước sau: - Bước 1: Xác định mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu: Nêu lên mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu chính của đề tài từ đó đề xuất phương pháp và kế hoạch thực hiện hợp lý. - Bước 2: Điều tra phân tích và tổng hợp tài liệu: thu thập các tài liệu liên quan đến hướng nghiên cứu của đề tài. Trên cơ sở các tài liệu thu thập được, tổng quan tài liệu kết hợp khảo sát thực địa để nắm rõ vấn đề nghiên cứu và khu vực nghiên cứu. - Bước 3: Phân tích hiện trạng canh tác ruộng bậc thang: thành lập bản đồ hiện trạng ruộng bậc thang sau khi nắn chỉnh ảnh vệ tinh và số hoá, kết hợp phân tích các nhân tố tác động đến các thời kỳ phát triển của ruộng bậc thang để làm rõ quá trình hình thành và xu thế mở rộng ruộng bậc thang. - Bước 4: Phân tích sự thay đổi quy mô và đặc tính đa chức năng của ruộng bậc thang: sau khi đã có hiện trạng phát triển ruộng bậc thang từng năm, có thể rút ra quá trình thay đổi phương thức sử dụng đất từng giai đoạn. Phân tích sự thay đổi quy mô cũng cho thấy sự thay đổi chức năng khi vai trò của ruộng bậc thang ngày càng rõ rệt và quan trọng trong đời sống của cư dân miền núi. - Bước 5: Đề xuất các biện pháp và định hướng sử dụng hợp lý, bảo tồn, phát triển bền vững ruộng bậc thang. 6. Kết quả và nghĩa của đề tài Kết quả đạt được: 1. Thành lập bình đồ ảnh các năm 1993, 1999, 2003, 2013 khu vực huyện Sa Pa trên cơ sở nắn chỉnh ảnh vệ tinh thu thập được bằng phần mềm Envi. 2. Thành lập các bản đồ: hiện trạng phân bố ruộng bậc thang năm 1993, 1999, 2003, 2013 dựa trên giải đoán ảnh vệ tinh, và các bản đồ biến động giữa các năm này. 3. Kết quả phân tích đặc điểm sự thay đổi quy mô và đặc tính đa chức năng của ruộng bậc thang huyện Sapa. 4. Đề xuất các giải pháp và định hướng sử dụng hợp lý, bảo tồn, phát triển bền vững ruộng bậc thang của khu vực Tây Bắc nói chung và huyện Sa Pa nói riêng. Ý nghĩa: Ý nghĩa khoa học: Kết quả của luận văn góp phần làm sáng tỏ vấn đề lý luận nghiên cứu sự thay đổi quy mô, chức năng và các xu thế phát triển của ruộng bậc thang khu vực miền núi. Ý nghĩa thực tiễn: Xây dựng cơ sở dữ liệu về sự biến động và xu thế phát triển ruộng bậc thang là một trong những công việc quan trọng cho công tác định hướng sử dụng hợp lý, bảo tồn và phát triển bền vững ở khu vực miền núi. Reference TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt 1. Đào Đình Bắc và nnk. (2001), “Ruộng bậc thang ở vùng cao tỉnh Lào Cai nhìn từ góc độ địa lý”, Tạp chí Địa chính, (12), tr. 20-23. 2. Mã A Lềnh (2009), ”Ghi chép về văn hoá dân gian H’mông”: NXB Văn hoá Thông tin, Hà Nội. 3. Vũ Văn Phái, Nguyễn Quang Mỹ (1998), “Xói mòn đất và tai biến thiên nhiên ở Tây Bắc”. 4. Nguyễn An Thịnh (2008), “Đặc điểm biến đổi cảnh quan trong lịch sử và hướng phát triển bền vững ở huyện miền núi cao Sa Pa, tỉnh Lào Cai”, Khoa học phát triển: lý luận và thực tiễn ở Việt Nam, tr. 305-319. 5. Nhóm công tác biến đổi khí hậu (CCWG) và nhóm công tác dân tộc thiểu số (EMWG) (10/2011). ” Biến đổi khí hậu: tác động, khả năng ứng phó, và một số vấn đề về chính sách – nghiên cứu trường hợp đồng bào các dân tộc thiểu số vùng núi phía bắc”. 6. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Lào Cai (12/2011), ”Kế hoạch hành động của tỉnh Lào Cai triển khai thực hiện Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu”. 7. Sở TNMT tỉnh Lào Cai (12/2011), ”Kế hoạch hành động của tỉnh Lào Cai triển khai thực hiện Chương trình mục tiêu quốc gia về ứng phó với biến đổi khí hậu”. 8. UBND huyện Sa Pa (2010), ”Niên giám thống kê huyện Sa Pa năm 2010” 9. UBND huyện Sa Pa (2005), ”Tình hình kinh tế - xã hội huyện Sa Pa giai đoạn 2000 – 2005”. 10. UBND huyện Sa Pa (2010), ”Tình hình kinh tế - xã hội huyện Sa Pa giai đoạn 2005 – 2010”. Tài liệu tiếng anh 11. Adejuwon S (2004) Impacts of climate variability and climate change on crop yield in Nigeria, 20-21. 12. Alther C. và nnk. (2002), “Ảnh hưởng của khả năng tiếp cận đến sự lựa chọn sinh kế đối với các nông hộ ở miền núi phía Bắc Việt Nam”, Đổi mới ở vùng miền núi. Chuyển đổi sử dụng đất và chiến lược sản xuất của nông dân tỉnh Bắc Kạn, Việt Nam (J.C. Castella và Đặng Đình Quang chủ biên), NXB Nông Nghiệp, Hà Nội. 13. Barton, R. F. (1922), Ifugao Economics, University of California Publications in American Archeology and Ethnology, Vol. 15, No. 5, pp. 385-446. 14. Casal, G. et al (1981), The Ifugao: A mountain People of Philippine, - The People and Art of the Philippines, Museum of Cultural History at the University of California, Los Angeles. 15. Center for Sustainable Rural Development. (2009) Need assessment on climate change mitigation and adaptation, a study in Backan province, pp. 54. Ha noi. 16. Chen, R. S. and K. H. Yang (2011), Terraced paddy field rainfall-runoff mechanism and simulation using a revised tank model, Paddy and Water Environment, Volume 9, Number 2, pp. 237-247. 17. Cui, B. , H. Zhao, X. Li, K. Zhang, H. Ren, J. Bai (2010), Temporal and spatial distributions of soil nutrients in Hani terraced paddy fields, Southwestern China, Original Research Article Procedia Environmental Sciences, Vol. 2, pp. 1032-1042. 18. Dijk, A. I. J. M. , L. A. Bruijnzeel (2003), Terrace erosion and sediment transport model: a new tool for soil conservation planning in bench-terraced steeplands Original Research Article, Environmental Modelling & Software, Volume 18, Issues 8-9, pp. 839-850. 19. Donovan và nnk. (1997) “Các xu hướng phát triển ở vùng núi miền Bắc Việt Nam”, Tập 1: Tổng quan và phân tích, NXB Chính trị quốc gia, Hà Nội. 20. FAO - UNJP/VIE/037/UNJ (2011) “Strengthening Capacities to Enhance Coordinated and Integrated Disaster Risk Reduction Actions and Adaptation to Climate Change in Agriculture in the Northern Mountain Regions of Viet Nam” 21. Ichinose, T. , I. G. A. A. R. Asmiwyati, M. Kataoka and N. H. S. Arifin (2007), Land- use change and irrigation systems in the agricultural landscape of terraced paddy fields in Awaji Island, central Japan, Landscape and Ecological Engineering, Volume 3, Number 2, pp. 171-177. 22. Iiyama, N. , M. Kamada, N. Nakagoshi (2005), Ecological and social evaluation of landscape in a rural area with terraced paddies in southwestern Japan, Landscape and Urban Planning, Vol. 73, Issue 1, pp. 60-71. 23. Isoda, Y. , N. H. Ngu, T. Kanda, D. C. Kim (2010), Development of Terraced Paddy Fields in Northern Vietnam: identification of changes using remote sensing, Japan- Korea-China Joint Conference on Geography, Sendai. 24. Joint Advocacy Networking Initiative in Vietnam (JANI). (2011) Good practices and lesson learnt on CBDRR in upland areas in Vietnam, pp. 58. Ha noi. 25. Kerklievt and Porter, 1995, Vietnam’s rural transformation. Westview press, Boulder, Col. (USA). 26. Lau BN (2000) ENSO effects on drought and inundation in agricultural production in Vietnam National consultation workshop on understanding extreme climate events in Hanoi, Vietnam 15-16 May 2000. 27. Le Trong Cuc and Rambo (2001), Bright Peaks, Dark Valley: A Comparative Analysis of Environmental and Social Conditions and Development Trends in five Communities in Vietnam’s Northern Mountain Region. National Publishing House, Ha Noi, Vietnam. 28. Nyong A (2008) Climate Change, Agriculture and Trade: Implications for Sustainable Development. Barcelona: ICTSD. 29. Oxfarm Great Britain in Vietnam. (2008) Baseline Surveys in Ninh Thuan and Lao Cai Provinces, pp. 89. Hanoi. 30. Oyanagi, N. and M. Nakata (2010), Dynamics of dissolved ions in the soil of abandoned terraced paddy fields in Sado Island, Japan, Paddy and Water Environment, Volume 8, Number 2, pp. 121-129. 31. Rambo et al. (1995), The Challenges of Highland development in Vietnam. CRES, East – West Center, Honolulu, Hawaii, USA