Tài liệu Tích hợp mô hình aquacrop và ảnh viễn thám modis trong xác định cơ cấu mùa vụ và năng suất lúa trên các vùng đất đồng bằng sông cửu long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRẦN THỊ HIỀN TÍCH HỢP MÔ HÌNH AQUACROP VÀ ẢNH VIỄN THÁM MODIS TRONG XÁC ĐỊNH CƠ CẤU MÙA VỤ VÀ NĂNG SUẤT LÚA TRÊN CÁC VÙNG ĐẤT ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC ĐẤT MÃ NGÀNH: 62 62 01 03 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRẦN THỊ HIỀN TÍCH HỢP MÔ HÌNH AQUACROP VÀ ẢNH VIỄN THÁM MODIS TRONG XÁC ĐỊNH CƠ CẤU MÙA VỤ VÀ NĂNG SUẤT LÚA TRÊN CÁC VÙNG ĐẤT ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC ĐẤT MÃ NGÀNH: 62 62 01 03 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGs.Ts. VÕ QUANG MINH 2017 Lời cảm tạ Để hoàn thành luận án này tôi đã nhận được sự hướng dẫn, quan tâm, giúp đỡ nhiệt tình từ quý Thầy Cô, bạn bè và người thân. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: Thầy hướng dẫn khoa học đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường. Quí Thầy Cô giảng dạy lớp Nghiên cứu sinh Khoa học đất năm 2013 đã nhiệt tình hướng dẫn, giảng dạy và truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu để tôi hoàn thành chương trình học. Quí Thầy Cô và các anh, chị trong Bộ Môn Khoa học đất - Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng và Bộ môn Tài nguyên Đất đai - Khoa Môi trường và Tài nguyên Thiên nhiên luôn quan tâm, hỗ trợ tôi trong quá trình học tập. Tập thể lớp cao học Khoa học đất Khóa 20, Quản lý đất đai Khóa 18, 19, 20 đã hỗ trợ tôi trong quá trình điều tra khảo sát thực tế. Chi cục Quản lý đất đai, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bến Tre đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được học tập tại Trường và hoàn thành luận án. Xin chân thành cảm ơn: Ban giám hiệu Trường Đại học Cần Thơ; Ban Chủ nhiệm Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng; Ban Chủ nhiệm và quý thầy cô Khoa Sau Đại học; Các Phòng Ban chức năng khác của Trường Đại học Cần Thơ; Đã tạo điều kiện tốt cho công tác đào tạo nghiên cứu sinh. Sau cùng tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến gia đình và người thân đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận án. Chân thành cảm ơn! Trần Thị Hiền TÓM TẮT Cây lúa từ lâu đã được coi là cây trồng chủ lực của Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL). Trong những năm gần đây, do tác động của biến đổi khí hậu tình hình sản xuất lúa có nhiều biến động. Sử dụng công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý GIS trong giám sát cây trồng cung cấp nhiều thông tin quan trọng cho việc phát triển sản xuất. Bên cạnh đó, năng suất được mô phỏng dựa trên mô hình AquaCrop đã góp phần vào việc xây dựng chính sách đảm bảo an ninh lương thực. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám, GIS kết hợp với mô hình AquaCrop để (1) Theo dõi biến động diện tích canh tác cơ cấu mùa vụ lúa trên các vùng đất khác nhau, khu vực ĐBSCL; (2) Xây dựng phương pháp ước đoán năng suất, sản lượng lúa trên các vùng đất khác nhau dựa trên sự tích hợp mô hình AquaCrop và ảnh viễn thám MODIS. Nghiên cứu đã ứng dụng công nghệ viễn thám thông qua sự phân tích biến động giá trị khác biệt thực vật (NDVI) của ảnh MODIS từ năm 2000 đến 2013, khảo sát 204 điểm tại các vùng trồng lúa để theo dõi sự phân bố và đánh giá biến động cơ cấu mùa vụ và xác định khoảng biến động giá trị NDVI của từng mùa vụ trên các tiểu vùng sinh thái ĐBSCL. Mô hình mô phỏng năng suất AquaCrop được sử dụng để mô phỏng năng suất tại 2 điểm thuộc vùng đất phèn và đất phù sa, đồng thời đã tiến hành hiệu chỉnh và kiểm định mô hình cho phù hợp với năng suất thực tế. Kết quả hiệu chỉnh được sử dụng để mô phỏng năng suất tại các vị trí còn lại nhằm phục vụ xây dựng bản đồ năng suất lúa. Phương pháp ước đoán năng suất, sản lượng lúa được xây dựng dựa trên sự tích hợp mô hình AquaCrop và ảnh viễn thám MODIS thông qua việc xây dựng bản đồ khoanh đất (mỗi khoanh đất có cùng dữ liệu đầu vào mô hình) và bản đồ năng suất lúa. Kết quả nghiên cứu đã xây dựng được thang biến động giá trị NDVI cho các kiểu sử dụng điển hình và các cơ cấu mùa vụ chính, xác định được 8 nhóm cơ cấu mùa vụ chính ở ĐBSCL từ năm 2000 đến 2013, sự phân bố cơ cấu mùa vụ chia thành 3 khu vực chính (1) - khu vực đầu nguồn sông Cửu Long chịu ảnh hưởng mạnh của lũ; (2) - khu vực giữa sông Cửu Long chịu ảnh hưởng của lũ nhưng với ít hơn so với khu vực đầu nguồn; (3) khu vực chịu ảnh hưởng của triều biển Đông và biển Tây chịu tác động của xâm nhập mặn và thiếu nước ngọt vào mùa khô. Kết quả đánh giá cho thấy độ tin cậy cao với độ chính xác toàn cục 84,5% và chỉ số kappa là 0,78. Đã xây dựng được phương pháp tích hợp mô hình AquaCrop và ảnh viễn thám MODIS để ước đoán năng suất, sản lượng lúa trong đó các dữ liệu về cây trồng như thời gian xuống giống, thời gian sinh trưởng, độ phủ tán được giải đoán từ ảnh MODIS. Kết quả ứng dụng tại tỉnh An Giang đã xây dựng bản đồ năng suất lúa các vụ Đông Xuân 2012 – 2013, Hè Thu 2013 và Thu Đông 2013. Kết quả tính tương quan năng suất dự đoán trung bình theo từng huyện với số liệu thống kê cho thấy hệ số tương quan cao đạt mức ý nghĩa 5% đối với kết quả dự đoán năng suất trung bình vụ Đông Xuân, 1% cho kết quả dự đoán năng suất trung bình vụ Hè Thu, Thu Đông. ii SUMMARY Rice has long been considered a staple crop of Mekong River Delta (MRD). In recent years, under the impact of climate change on the production of rice is more volatile. Using remote sensing technology and geographic information system GIS in crop monitoring provides important information for the development of production. Besides, the rice yield is simulated base on the AquaCrop model has contributed to policy development to ensure food security. This study had application remote sensing, GIS combined with AquaCrop model to (1) Monitor the changes of acreage and rice crop in different areas, the Mekong Delta; (2) Determine the methods of yield estimates, rice production in different areas based on the combination of AquaCrop model and MODIS image. Research has used remote sensing (through analysis the changes of The Normalized Difference Vegetation Index - NDVI) of MODIS images from 2000 to 2013, the survey of 204 sites in the rice-growing areas, to monitor the distribution and evaluate the fluctuations of rice crop identified the rules of NDVI variation of ecological subregion Mekong Delta. AquaCrop model was used to simulate yield at 2 sites of acid sulphate soils and alluvial soils, then calibration the input parameters and testing models to suit the actual yield. Calibration results are used to simulate yield in the other sites to serve the mapping yield. Yield and production estimates method is based on the combination of AquaCrop model and MODIS image through creating land units maps (each unit has the same input data model) and the yield map. The result have determined the rules of NDVI variation for generalized land use and the main rice crop, determined 8 main groups of rice crop in the Delta from 2000 to 2013, the distribution of rice crop is divided into 3 main areas: (1) - The upstream MRD region is strongly influenced by the flood; (2) – the middle MRD region affected by floods, but with less than the upper region; (3) the downstream MRD region affected by the East Sea and the West Sea tides are affected by salinization and water shortages in the dry season. Evaluation results showed high reliability with the total accuracy index is 84.5% and kappa is 0.78. It has developed methods combination of AquaCrop model and MODIS image to estimate yield and productivity rice, while crop characteristics input data as time sowing, growing time, canopy cover is determined from MODIS. This method is applied in An Giang province, it has created the yield map of Winter Spring 2012 - 2013, Summer Autumn 2013 and Autumn Winter 2013. Calculation results showed a close correlation between predicted and statistics yield of rice by district (reached significance level of 5% in Winter Spring, 1% in Summer Autumn 2013 and Autumn Winter 2013. iii MỤC LỤC TÓM LƯỢC ...................................................................................................i SUMMARY ................................................................................................. iii DANH SÁCH BẢNG................................................................................. viii DANH SÁCH HÌNH ..................................................................................... x DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................... xvi Chương 1: GIỚI THIỆU ............................................................................... 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................. 1 1.2 Mục tiêu đề tài ........................................................................................... 2 1.3 Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 2 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .............................................................. 3 1.5 Ý nghĩa của luận án ................................................................................... 3 1.6 Những điểm mới của luận án ..................................................................... 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ....................................................... 5 2.1 Tổng quan về Đồng bằng sông Cửa Long .................................................. 5 2.1.1 Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên............................................................ 5 2.1.2 Phân bố và đặc tính các nhóm đất chính ................................................. 6 2.1.3 Sơ lược về tình hình sản xuất lúa .......................................................... 11 2.2 Giới thiệu khái quát về viễn thám và ứng dụng trong xây dựng bản đồ nông nghiệp .............................................................................................. 14 2.2.1 Định nghĩa viễn thám ........................................................................... 14 2.2.2 Một số đặc trưng chính của hệ thống chụp ảnh vệ tinh MODIS ............ 15 2.2.3 Ảnh chỉ số thực vật và phương pháp tính .............................................. 15 2.2.4 Phương pháp lựa chọn tư liệu ảnh vệ tinh trong xây dựng bản đồ nông nghiệp ........................................................................................................... 19 2.2.5 Sử dụng tư liệu ảnh viễn thám đa thời gian trong giám sát cây lương thực ............................................................................................................... 21 2.2.6 Ưu điểm và nhược điểm của viễn thám cho lập bản đồ mùa vụ cây trồng ở địa phương, năng suất, và thay đổi trong hệ thống nông nghiệp có tưới ..... 38 2.3 Mô hình hóa ............................................................................................ 39 v 2.3.1 Mô hình và mô phỏng ........................................................................... 39 2.3.2 Các loại mô hình nông nghiệp .............................................................. 40 2.3.3 Mô hình nước – Tăng trưởng cây trồng ................................................ 41 2.4 Tích hợp mô hình và viễn thám ............................................................... 45 Chương 3. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP.................................... 59 3.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu ............................................................ 59 3.2 Dữ liệu .................................................................................................... 59 3.3 Phương pháp thực hiện ............................................................................ 59 3.3.1 Phương pháp theo dõi hiện trạng và biến động mùa vụ lúa, tiến độ xuống giống, xác định diện tích trên các vùng đất khác nhau khu vực ĐBSCL ........ 60 3.3.2 Sử dụng mô hình AquaCrop để mô phỏng năng suất lúa trên các vùng đất khác nhau ................................................................................................ 67 3.3.3 Tích hợp mô hình Aquacrop và viễn thám xây dựng bản đồ năng suất và tính toán sản lượng lúa ................................................................................. 71 Chương 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN ......................................................... 75 4.1 Sử dụng ảnh viễn thám trong theo dõi biến động diện tích canh tác cơ cấu mùa vụ lúa trên các vùng đất và sinh thái khác nhau ĐBSCL ........................ 75 4.1.1 Kết quả thu thập dữ liệu ........................................................................ 75 4.1.2 Phân tích sự biến động giá trị NDVI của các đối tượng sử dụng đất và mùa vụ lúa ..................................................................................................... 76 4.1.3 Sự phân bố cơ cấu mùa vụ từ năm 2000 đến năm 2013 trên các vùng đất và sinh thái ĐBSCL ...................................................................................... 95 4.1.4 Đánh giá biến động cơ cấu mùa vụ lúa từ năm 2000 – 2013 trên các vùng đất và sinh thái ĐBSCL ............................................................................... 114 4.1.5 Đánh giá độ tin cậy kết quả giải đoán ................................................. 134 4.2 Tích hợp mô hình AquaCrop và ảnh viễn thám trong ước đoán năng suất, sản lượng lúa ............................................................................................... 137 4.2.1 Xây dựng phương pháp ước đoán năng suất, sản lượng lúa trên các vùng đất khác nhau trên cơ sở sử dụng ảnh viễn thám MODIS và mô hình AquaCrop .................................................................................................... 137 4.2.2 Ứng dụng mô hình AquaCrop và ảnh viễn thám MODIS trong mô phỏng năng suất lúa trên các vùng đất tỉnh An Giang ............................................. 141 vi Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................ 174 5.1 Kết luận ................................................................................................. 174 5.2 Kiến nghị ............................................................................................... 175 vii Bảng 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 3.1 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 DANH SÁCH BẢNG Tên bảng Các thông số kỹ thuật của vệ tinh MODIS Các phương pháp tính toán chỉ số thực vật Tóm tắt các quy mô, phương pháp xây dựng bản đồ của các loại ảnh. Các hàm dự báo năng suất Kết quả phân tích mô hình hồi quy bậc hai giữa năng suất lúa và các chỉ số cho các vụ lúa trong năm 2008 Danh sách các thông số cây trồng bảo thủ Bảng tính ma trận sai số phân loại Các kênh phổ của đầu đo MODIS được sử dụng trong việc tính toán chỉ số thực vật Biến động giá trị NDVI của các kiểu sử dụng đất Diện tích của các cơ cấu mùa vụ từ năm 2000 đến 2013 vùng ĐBSCL Biến động giá trị NDVI của đất trồng lúa Điều kiện đất, thủy văn, địa hình các vùng sinh thái ĐBSCL Các cơ cấu mùa vụ lúa điển hình ở khu vực 1 Các cơ cấu mùa vụ lúa điển hình ở khu vực 2 Các cơ cấu mùa vụ lúa điển hình ở khu vực 3 Diện tích của các hiện trạng mùa vụ lúa từ năm 2000 đến 2013 trên vùng Tứ giác Long Xuyên Diện tích của các cơ cấu mùa vụ lúa từ năm 2000 đến 2013 trên vùng Tứ giác Long Xuyên Diện tích của các hiện trạng mùa vụ lúa từ năm 2000 đến 2013 trên vùng Đồng Tháp Mười Diện tích của các cơ cấu mùa vụ lúa từ năm 2000 đến 2013 trên vùng Đồng Tháp Mười Diện tích của các hiện trạng mùa vụ lúa từ năm 2000 đến 2013 trên vùng phèn phía Tây sông Hậu và khu vực trũng giữa sông Tiền, sông Hậu Diện tích của các cơ cấu mùa vụ lúa từ năm 2000 đến 2013 trên vùng phèn phía Tây sông Hậu và khu vực trũng giữa sông Tiền, sông Hậu Diện tích của các hiện trạng mùa vụ lúa từ năm 2000 đến 2013 trên vùng trũng phèn tây Nam sông Hậu (giáp với BĐCM) viii Trang 15 16 20 36 37 44 66 75 82 85 95 110 112 113 113 115 115 118 118 120 120 123 Bảng 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 4.22 4.23 4.24 4.25 4.26 4.27 4.28 4.29 4.30 4.31 4.32 Tên bảng Diện tích của các cơ cấu mùa vụ lúa từ năm 2000 đến 2013 trên vùng trũng phèn tây Nam sông Hậu (giáp với BĐCM) Diện tích của các hiện trạng mùa vụ lúa từ năm 2000 đến 2013 trên vùng phù sa dọc sông Tiền sông Hậu Diện tích của các cơ cấu mùa vụ từ năm 2000 đến 2013 trên vùng phù sa dọc sông Tiền sông Hậu Diện tích của các hiện trạng mùa vụ lúa từ năm 2000 đến 2013 trên vùng Ven Biển Diện tích của các cơ cấu mùa vụ từ năm 2000 đến 2013 trên vùng Ven Biển Diện tích của các hiện trạng mùa vụ lúa từ năm 2000 đến 2013 trên vùng vùng bán đảo Cà Mau Diện tích của các cơ cấu mùa vụ lúa từ năm 2000 đến 2013 trên vùng vùng bán đảo Cà Mau Kết quả ma trận sai số phân loại Tóm tắt dữ liệu đầu vào của mô hình AquaCrop Danh sách các thông số cây trồng có thể hiệu chỉnh theo đặc tính giống, môi trường và quản lý Đặc tính vật lý đất tại 2 điểm thuộc xã Lương An Trà, huyện Tri Tôn và xã xã Định Thành, huyện Thọai Sơn, tỉnh An Giang. Đặc tính cơ bản của các giống lúa chính sản xuất tại An Giang Diện tích lúa các vụ Đông Xuân 2012 -2013, Hè Thu 2013, Thu Đông 2013 tỉnh An Giang So sánh năng suất lúa mô phỏng với năng suất thống kê vụ Đông Xuân năm 2012 – 2013 tỉnh An Giang So sánh năng suất lúa mô phỏng với năng suất thống kê vụ Hè Thu năm 2013 tỉnh An Giang So sánh năng suất lúa mô phỏng với năng suất thống kê vụ Thu Đông năm 2013 tỉnh An Giang Sản lượng lúa Vụ Đông Xuân 2012 – 2013, Hè Thu 2013, Thu Đông 2013 tỉnh An Giang năm 2013 ix Trang 123 125 125 128 128 130 130 134 137 140 146 148 158 167 169 171 173 Hình 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 DANH SÁCH HÌNH Tên hình Bản đồ phân bố các loại đất ở ĐBSCL Mô phỏng chỉ số NDVI Minh họa độ phủ tán hoặc thảm thực vật (CC), CC là phần của bề mặt đất được bao phủ bởi tán cây xanh Quan sát vùng lũ và lúa mới cấy sử dụng dữ liệu VGT tổ hợp 10 ngày Sự biến động của các chỉ số thực vật (NDVI, EVI) và chỉ số nước bề mặt (LSWI) trong 1 pixel đất trồng lúa chọn làm mẫu ở Indonesia Bản đồ cơ cấu mùa vụ lúa đồng bằng Sông Cửu Long năm 2003 Sơ đồ biến động giá trị EVI và chỉ số về lịch canh tác vụ Đông Xuân (đỏ) và vụ mùa mưa (xanh) Bản đồ lịch xuống giống ở Đồng bằng sông Hồng năm 2013 Biến động chỉ số NDVI, VCI qua các năm vùng đồng bằng Sông Hồng Chỉ số NDVI, VCI 2/2004 vùng đồng bằng Sông Hồng Biến động chỉ số NDVI, VCI qua các năm vùng đồng bằng Sông Cửu Long Chỉ số NDVI, VCI tháng 9/2004 vùng đồng bằng Sông Cửu Long Sự biến đổi của chỉ số khác biệt thực vật theo các giai đoạn phát triển của cây lúa Một số thời vụ điển hình của vùng trồng lúa 2 vụ, 3 vụ Bản đồ phân bố cơ cấu mùa vụ và thời điểm xuống giống điển hình ở ĐBSCL năm 2008-2009 Đồ thị thể hiện mối tương quan giữa diện tích lúa ở giai đoạn mạ theo số liệu thống kê và số liệu giải đoán. Bản đồ thời gian xuống giống trong tháng 5 năm 2009 Minh họa về cách tính các giá trị NDVImax, AgeNDVImax, Σ NDVI Mối quan hệ giữa giá trị NDVImax và năng suất lúa Mối quan hệ giữa tổng của giá trị NDVI (ΣNDVI) và năng suất lúa Sơ đồ biểu diễn các mô hình nước ở các mức độ khác nhau x Trang 7 18 18 22 23 24 25 26 27 27 28 28 29 29 30 33 33 35 35 36 42 Hình 2.22 2.23 2.24 2.25 2.26 2.27 2.28 2.29 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 Tên hình Thành phần chính liên tục của đất – cây trồng – khí quyển của AquaCrop Hệ số căng thẳng về nước (Ks) ở các mức độ khác nhau khi lượng nước ở rễ giảm Sơ đồ tính toán cân bằng nước trong AquaCrop Sơ đồ thể hiện phương pháp ước đoán năng suất và sản lượng lúa Mô hình đánh giá năng suất dựa trên dữ liệu ảnh MODIS Mô hình hồi quy giữa sinh khối và chỉ số vật chất khác biệt bình thường (NDMI) (a); và mô hình (b) So sánh các dữ liệu sinh khối đòng hóa (BIOs) và sinh khối đo ngoài đồng (BIOm) trong vụ lúa mì mùa đông qua bốn thí nghiệm So sánh các dữ liệu năng suất đòng hóa và năng suất đo ngoài đồng trong vụ lúa mì mùa đông qua bốn thí nghiệm Sơ đồ các bước giải đoán ảnh và thành lập bản đồ Sự biến động chi số NDVI theo thời gian đối với vùng đất trồng lúa 2 vụ Bản đồ vị trí các điểm khảo sát Chọn mẫu đo lường năng suất lúa Tích họp viễn thám và mô hình Aquacrop trong mô phỏng năng suất lúa Quy trình xây dựng bản đồ năng suất lúa Quy trình xử lý ảnh Biến đổi theo thời gian của chỉ số NDVI trong vùng lúa 1 vụ Biến đổi theo thời gian của chỉ số NDVI trong vùng lúa 2 vụ Biến đổi theo thời gian của chỉ số NDVI trong vùng lúa 3 vụ Biến đổi theo thời gian của chỉ số NDVI trong vùng Tôm - Lúa Biến đổi theo thời gian của chỉ số NDVI trong vùng cây ăn trái, rừng, cây lâu năm khác Biến đổi theo thời gian của chỉ số NDVI trong vùng nuôi tôm xi Trang 43 46 47 55 56 57 57 58 60 63 65 70 72 73 76 78 78 79 80 80 81 Hình 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 4.22 4.23 4.24 4.25 4.26 4.27 4.28 4.29 4.30 Tên hình Biến đổi theo thời gian của chỉ số NDVI của đối tượng sông Các nhóm cơ cấu mùa vụ điển hình ở ĐBSCL Bản đồ phân bố cơ cấu mùa vụ lúa ở ĐBSCL năm 2010 Biến đổi của chỉ số NDVI trong vùng lúa 3 vụ (Đông Xuân – Hè Thu – Thu Đông) Biến đổi của chỉ số NDVI trong vùng lúa 3 vụ (Đông Xuân – Hè Thu – Thu Đông sớm) Biến đổi của chỉ số NDVI trong vùng lúa 3 vụ (Đông Xuân – Hè Thu muộn – Thu Đông) Biến đổi của chỉ số NDVI trong vùng lúa 3 vụ (Đông Xuân muộn – Hè Thu muộn – Thu Đông) Biến đổi của chỉ số NDVI trong vùng lúa 3 vụ (Xuân Hè – Hè Thu muộn – Thu Đông muộn) Biến đổi của chỉ số NDVI trong vùng lúa 3 vụ (Đông Xuân – Xuân Hè – Hè Thu muộn) Biến đổi của chỉ số NDVI trong vùng lúa 2 vụ (Đông Xuân – Hè Thu muộn) Biến đổi của chỉ số NDVI trong vùng lúa 2 vụ (Đông Xuân – Hè Thu sớm) Biến đổi của chỉ số NDVI trong vùng lúa 2 vụ (Đông Xuân muộn – Hè Thu sớm) Biến đổi của chỉ số NDVI trong vùng lúa 2 vụ (Hè Thu muộn – Mùa) Biến đổi của chỉ số NDVI trong vùng lúa 2 vụ (Hè Thu muộn – Thu Đông muộn) Biến đổi của chỉ số NDVI trong vùng trồng 1 vụ lúa Mùa Biến đổi của chỉ số NDVI trong vùng Tôm - Lúa Mùa Biến đổi của chỉ số NDVI trong vùng trồng lúa màu (Đông Xuân – Màu) Biến đổi của chỉ số NDVI trong vùng trồng lúa màu (Hè Thu – Màu) Biến đổi của chỉ số NDVI trong vùng trồng 1 vụ (Đông Xuân) Phân vùng sinh thái nông nghiệp ở ĐBSCL Bản đồ cơ cấu mùa vụ ĐBSCL năm 2000 Bản đồ cơ cấu mùa vụ ĐBSCL năm 2005 Bản đồ cơ cấu mùa vụ ĐBSCL năm 2010 xii Trang 81 83 84 86 86 87 87 88 88 89 89 90 91 91 92 92 93 93 94 96 97 97 98 Hình 4.31 4.32 4.33 4.34 4.35 4.36 4.37 4.38 4.39 4.40 4.41 4.42 4.43 4.44 4.45 4.46 Tên hình Bản đồ cơ cấu mùa vụ ĐBSCL năm 2013 Biến động diện tích của các hiện trạng mùa vụ lúa từ năm 2000 đến 2013 trên vùng Tứ giác Long Xuyên Biến động diện tích của các cơ cấu mùa vụ từ năm 2000 đến 2013 trên vùng Tứ giác Long Xuyên Biến động diện tích của các hiện trạng mùa vụ lúa từ năm 2000 đến 2013 trên vùng Đồng Tháp Mười. Biến động diện tích của các cơ cấu mùa vụ từ năm 2000 đến 2013 trên vùng Đồng Tháp Mười. Biến động diện tích của các hiện trạng mùa vụ lúa từ năm 2000 đến 2013 trên vùng phèn phía Tây sông Hậu và khu vực trũng giữa sông Tiền, sông Hậu Biến động diện tích các cơ cấu mùa vụ từ năm 20002013 trên vùng phèn phía Tây sông Hậu và khu vực trũng giữa sông Tiền, sông Hậu Biến động diện tích của các hiện trạng mùa vụ lúa từ năm 2000 đến 2013 trên vùng trũng phèn tây Nam sông Hậu (giáp với BĐCM) Biến động diện tích của các cơ cấu mùa vụ từ năm 2000 đến 2013 trên vùng trũng phèn tây Nam sông Hậu (giáp với BĐCM) Biến động diện tích của các hiện trạng mùa vụ lúa từ năm 2000 đến 2013 trên vùng phù sa dọc sông Tiền sông Hậu Biến động diện tích của các cơ cấu mùa vụ từ năm 2000 đến 2013 trên vùng phù sa dọc sông Tiền sông Hậu Biến động diện tích của các hiện trạng mùa vụ lúa từ năm 2000 đến 2013 trên vùng Ven Biển Sự biến động diện tích của các cơ cấu mùa vụ từ năm 2000 đến 2013 trên vùng Ven Biển Biến động diện tích của các hiện trạng mùa vụ lúa từ năm 2000 đến 2013 trên vùng bán đảo Cà Mau Biến động diện tích của các cơ cấu mùa vụ từ năm 2000 đến 2013 trên vùng vùng bán đảo Cà Mau. Biến động diện tích canh tác lúa vùng ĐBSCL từ năm 2000 đến 2013 xiii Trang 98 116 116 119 119 121 121 124 124 126 126 129 129 131 131 132 Hình 4.47 4.48 4.49 4.50 4.51 4.52 4.53 4.54 4.55 4.56 4.57 4.58 4.59 4.60 4.61 4.62 4.63 4.64 4.65 4.66 Tên hình Tương quan giữa diện tích thống kê và diện tích giải đoán vụ Đông Xuân từ ảnh MODIS từ năm 2000 đến 2013 Tương quan giữa diện tích thống kê và diện tích giải đoán vụ Hè Thu từ ảnh MODIS từ năm 2000 đến 2013 Tương quan giữa diện tích thống kê và diện tích giải đoán vụ Thu Đông/Mùa từ ảnh MODIS từ năm 2000 đến 2013 Dữ liệu đầu vào xác định môi trường cây trồng phát triển Xác định thời gian sinh trưởng và thời gian xuống giống dựa vào chỉ số NDVI Xây dựng bản đồ đơn vị đất Mô phỏng và xây dựng bản đồ năng suất lúa Nhiệt độ, mưa và bốc thoát hơi tham chiếu ET0 tỉnh An Giang năm 2012 – 2013 Độ ẩm, tốc độ gió, số giờ nắng trung bình tại tỉnh An Giang năm 2012 – 2013 Bản đồ đất và vị trí lấy mẫu đất tỉnh An Giang Bản đồ cơ cấu mùa vụ Tỉnh An Giang năm 2013 Bản đồ tiến độ xuống giống vụ Đông Xuân năm 2012 2013 tỉnh An Giang Biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa diện tích xuống giống giải đoán và diện tích thống kê vụ Đông Xuân tỉnh An Giang Bản đồ tiến độ xuống giống vụ Hè Thu năm 2013 tỉnh An Giang Biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa diện tích xuống giống giải đoán và diện tích thống kê vụ Hè Thu tỉnh An Giang Bản đồ tiến độ xuống giống vụ Thu Đông năm 2013 tỉnh An Giang Biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa diện tích xuống giống giải đoán và diện tích thống kê vụ Thu Đông tỉnh An Giang Bản đồ đơn vị đất vụ Đông Xuân năm 2012 – 2013 tỉnh An Giang Bản đồ đơn vị đất vụ Hè Thu năm 2013 tỉnh An Giang Bản đồ đơn vị đất vụ Thu Đông năm 2013 tỉnh An Giang xiv Trang 135 135 136 138 139 139 140 141 142 144 151 152 153 154 155 156 157 160 161 162 Hình 4.67 4.68 4.69 4.70 4.71 4.72 4.73 4.74 Tên hình Kết quả mô phỏng năng suất tại Định Thành, huyện Thoại Sơn tỉnh An Giang Kết quả mô phỏng năng suất tại xã Lương An Trà, huyện Tri Tôn, tỉnh An Giang Bản đồ dự đoán năng suất lúa vụ Đông Xuân năm 2012 – 2013 tỉnh An Giang Đồ thị thể hiện sự năng suất lúa trung bình của từng huyện theo kết quả dự đoán và số liệu thống kê tỉnh tỉnh An Giang vụ Đông Xuân năm 2012-2013 Bản đồ năng suất lúa vụ Hè Thu năm 2013 tỉnh An Giang Đồ thị thể hiện năng suất lúa trung bình của từng huyện theo kết quả dự đoán và số liệu thống kê tỉnh tỉnh An Giang vụ Hè Thu năm 2013 Bản đồ năng suất lúa vụ Thu Đông năm 2013 tỉnh An Giang Đồ thị thể hiện năng suất lúa trung bình của từng huyện theo kết quả dự đoán và số liệu thống kê tỉnh tỉnh An Giang vụ Thu Đông năm 2013 xv Trang 164 165 166 167 168 169 170 171 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AVHRR Advanced Very High Máy quét phân giải phổ cao Resolutin Radiometer BĐCM Bán Đảo Cà Mau ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long ĐTM Đồng Tháp Mười DN Digital Number Giá trị số DVI Difference Vegetation Index Chỉ số thực vật ERS Earth resource satellite Vệ tinh tài nguyên trái đất EVI Enhanced Vegetation Index Chỉ số nổi bật thực vật GIS Geographic Information Hệ thống thông tin địa lý System GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu IPVI Infrared Percentage Chỉ số thực vật phần trăm Vegetation Index hồng ngoại LAI Leaf Area Index Chỉ số diện tích lá MODIS Moderate-resolution Imaging Hệ thống quét ảnh đa phổ độ Spectroradiometer phân giải trung bình NDVI The Normalized Difference Chỉ số khác biệt thực vật Vegetation Index NIR Near-infrared Hồng ngoại gần NOAA The National Oceanic and Trung tâm khí tượng hải văn Atmospheric Administration quốc gia Mỹ PVI Perpendicular Vegetation Index Chỉ số thực vật vuông góc RVI The Ratio Vegetation Index Tỉ lệ chỉ số thực vật SAR SAVI SPOT TGLX TSAVI TVI UTM VCI WGS-84 Synthetic Aperture Radar the Soil Adjusted Vegetation Index Systeme Pour l’ Observation De La Terre Rada khẩu độ tổng hợp Chỉ số đất có điều chỉnh bởi thực vật Hệ thống giám sát mặt đất Tứ Giác Long Xuyên Transformed Soil Adjusted Chỉ số chuyển đổi có điều Vegetation Index chỉnh bởi thực vật Transformed Vegetation Index Chỉ số biến đổi thực vật Universal Transverse Hệ tọa độ chuyển đổi tổng Mercator hợp của Mỹ Vegetation condition index Chỉ số trạng thái thực vật World Geodetic Systerm 84 Hệ tọa độ thế giới xây dựng năm 1984 xvi Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Lúa là loại cây lương thực chủ yếu thứ hai trên thế giới, được canh tác không chỉ ở các nước Châu Á mà còn được trồng ở nhiều nước khác trên thế giới. Từ vấn đề lương thực, lúa gạo được coi là mặt hàng thiết yếu của người dân nên nó liên quan mật thiết đến các vấn đề quan trọng khác của nền kinh tế - xã hội. Để khống chế và cân bằng giữa nhu cầu lương thực và sản lượng lúa cung cấp, cần có một chương trình theo dõi lúa hiệu quả ở cấp vùng, quốc gia và toàn cầu (Dương Văn Khảm, 2007). Trong bối cảnh hội nhập toàn cầu, nhất là khi nước ta đã gia nhập Tổ chức Thương mại Thế giới (WTO) và với tiềm lực của một nước xuất khẩu gạo đứng hàng thứ 2 - 3 trên thế giới thì những thông tin dự báo về năng suất cây trồng càng trở nên cấp thiết. Cây lúa từ lâu đã được coi là cây trồng chủ lực của nông dân Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL). ĐBSCL với 6 tiểu vùng sinh thái là Đồng Tháp Mười (ĐTM); Tứ giác Long Xuyên (TGLX); Phù sa giữa sông Tiền, sông Hậu; Tây sông Hậu; Ven biển Nam bộ; Bán đảo Cà Mau (BĐCM). Từng tiểu vùng có điều kiện tự nhiên về đất đai, thời tiết, khí tượng thủy văn, hệ canh tác, kỹ thuật, tập quán canh tác khác nhau do vậy mùa vụ canh tác lúa cũng mang tính đặc thù của từng tiểu vùng (Nguyễn Ngọc Đệ, 2009). Hiện nay, cơ cấu mùa vụ lúa ở ĐBSCL rất phức tạp khiến cho công tác điều tra, thống kê, theo dõi thời vụ xuống giống cũng như lập bản đồ hiện trạng vùng trồng lúa trở nên khó khăn. Công tác theo dõi thời vụ xuống giống chủ yếu dựa vào điều tra, báo cáo định kỳ. Điều này không đảm bảo độ chính xác và đòi hỏi nhiều thời gian và kinh phí. Do đó, cần có biện pháp tích cực hơn nhằm theo dõi sự thay đổi cơ cấu mùa vụ làm cơ sở đánh giá nhanh tình hình sản xuất, dự báo, quản lý cơ cấu mùa vụ, cây trồng một cách khoa học phù hợp với điều kiện thực tế của từng địa phương và nhằm cung cấp thông tin kịp thời nhu cầu ra quyết định, hoạch định chính sách. Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh và mạnh của công nghệ vũ trụ, rất nhiều nước trên thế giới đã ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu nông nghiệp đặc biệt là trong việc giám sát và dự báo năng suất cây trồng. Việc nghiên cứu sử dụng dữ liệu viễn thám miễn phí hoặc với giá rẻ để điều tra cơ cấu mùa vụ và hiện trạng sử dụng đất thành công sẽ góp phần tiết kiệm được chi phí, nguồn nhân lực và thời gian trong công tác điều tra. Ảnh vệ tinh MODIS có độ phân giải thời gian cao và sử dụng miễn phí là một trong những lựa chọn cho thấy có khả năng đáp ứng được nhu cầu về theo dõi tiến độ phát triển cây lúa, xác định cơ cấu mùa vụ trên diện rộng cả khu 1