THEO DÕI HIỆN TRẠNG TRÀ LÚA PHỤC VỤ CẢNH BÁO DỊCH HẠI LÚA TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS

- THEO DÕI HIỆN TRẠNG TRÀ LÚA PHỤC VỤ CẢNH BÁO DỊCH HẠI LÚA TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS Trần Thị Hiền 1 , Võ Quang Minh 2 , Huỳnh Thị Thu Hương 2 , Trần Thanh Dân 2 , Hồ Văn Chiến 3 , Nguyễn Hữu An 4 và Nguyễn Phước Thành 4.
- Công nghệ ảnh viễn thám MODIS (Moderate Resolution Spectroradiometer) đa phổ với nhiều mức độ phân giải không gian và thời gian khác nhau và có độ phủ lớn thích hợp cho việc theo dõi biến động thông tin trên bề mặt trái đất ở phạm vi lớn.
- Dựa vào đặc điểm ảnh (giá trị chỉ số khác biệt thực vật NDVI) có mối quan hệ với sự thay đổi của hiện trạng sinh trưởng của cây lúa theo không gian và thời gian giúp xác định thời gian xuống giống, biến động không gian hiện trạng trà lúa và cơ cấu mùa vụ các vùng trồng lúa (trường hợp nghiên cứu ở tỉnh An Giang năm .
- Bên cạnh đó, hệ thống bản đồ cảnh báo dịch hại được xây dựng dựa trên mối tương quan giữa hiện trạng trà lúa và các loại dịch hại, côn trùng tấn công.
- Kết quả cho thấy có thể sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải thấp đa thời gian MODIS-MOD09Q1 để xây dựng bản đồ hiện trạng trà lúa.
- Nó có mối liên hệ chặt chẽ giữa chỉ số khác biệt thực vật với các giai đoạn tăng trưởng của cây.
- Đồng thời qua kết quả kiểm tra, đối chiếu cho thấy kết quả giải đoán có độ chính xác cao với độ tin cậy R 2 =0,83.
- Do đó, có thể ứng dụng ảnh MODIS độ phân giải thấp này để xác định hiện trạng trà lúa dựa trên mối tương quan giữa chỉ số NDVI và các giai đoạn phát triển của cây lúa..
- Hiện nay, cơ cấu mùa vụ lúa ở đồng bằng sông Cửu Long (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, các báo cáo định kỳ.
- Trong khi đó dịch hại trên lúa có liên quan đến thời vụ xuống giống, loại giống, giai đoạn sinh trưởng của cây lúa, đặc biệt ở giai đoạn trước 20 ngày tuổi.
- Do đó, việc theo dõi được diện tích gieo trồng của các giống lúa và trà lúa ở từng thời điểm của từng địa phương sẽ giúp cho các nhà quản lý nông nghiệp đặc biệt ngành Bảo vệ thực vật dễ dàng quản lý chỉ đạo sản xuất và dự báo sớm tình hình dịch hại trên lúa ở từng cấp quản lý, cũng như theo dõi tiến trình áp dụng các biện pháp quản lý, bảo vệ cây trồng ở từng địa phương..
- Kết quả có thể giải đoán, theo dõi xác định được thời điểm và tiến độ xuống giống ở các địa phương sẽ đánh giá được hiện trạng canh tác lúa và dự đoán những vùng có nguy cơ dịch hại làm cơ sở đề xuất các giải pháp phù hợp với từng trà lúa ở từng vùng khác nhau..
- Nghiên cứu chủ yếu sử dụng ảnh viễn thám MODIS kết hợp kỹ thuật GIS để theo dõi tiến độ xuống lúa và hiện trạng trà lúa.
- Kết quả được so sánh kiểm chứng với các dữ liệu điều tra hiện trạng và tình hình dịch hại lúa trên toàn vùng của Trung Tâm Bảo vệ thực vật Phía Nam..
- 3.1 Tạo ảnh chỉ số thực vật.
- Chỉ số khác biệt thực vật (NDVI) được trung bình hoá trong một chuỗi số liệu theo thời gian sẽ là công cụ cơ bản để giám sát sự thay đổi trạng thái lớp phủ thực vật, trên cơ sở đó biết được tác động của thời tiết, khí hậu đến sinh quyển.
- 3.2 Mối quan hệ giữa giá trị NDVI và giai đoạn phát triển của cây lúa.
- Dựa trên kết quả nghiên cứu của B.R.
- 3.3 Theo dõi tiến độ xuống giống và thành lập bản đồ phân bố thời vụ canh tác.
- Từ kết quả xử lý, kết hợp khảo sát thực tế, thống kê chỉ số NDVI theo thời gian của toàn vùng ĐBSCL, đối chiếu với hiện trạng sinh trưởng của cây lúa thực tế tìm ra mối quan hệ giữa chỉ số.
- NDVI với hiện trạng các trà lúa.
- Trên cơ sở lý thuyết chỉ số NDVI của vùng lúa ở ĐBSCL có giá trị thấp vào đầu vụ, tăng dần và đạt cao nhất vào lúc cây lúa ở giai đoạn sau khi đẻ nhánh, giảm khi cây lúa bắt đầu chín và thấp nhất vào cuối vụ (Hình 1)..
- Hình 1: Sự biến đổi của chỉ số khác biệt thực vật ở các giai đoạn phát triển của cây lúa vụ Đông xuân - Hè Thu (Trần Thị Hiền và Võ Quang Minh, 2010).
- 3.4 Dự đoán sự xuất hiện của dịch hại Từ kết quả xác định hiện trạng các trà lúa ở từng thời điểm khảo sát và dựa vào khả năng xuất hiện và tấn công của các loại dịch hại tương ứng ở.
- từng trà lúa khác nhau, bản đồ dự đoán sự xuất hiện của các loại dịch hại được thành lập, trên cơ sở sử dụng kỹ thuật GIS.
- Kết quả dự đoán cũng được so sánh với các số liệu báo cáo của cơ quan chuyên ngành..
- 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Giải đoán ảnh NDVI đa thời gian Mỗi ảnh NDVI cho phép ta giám sát sự thay đổi trạng thái lớp phủ thực vật, thể hiện qua sự khác biệt của chỉ số NDVI ở một thời điểm nhất định, thể hiện mức độ đậm nhạt tương tứng với các giá trị NDVI như ở Hình 2.
- Qua phân tích ảnh NDVI năm 2008, một vài nơi sắc độ ảnh ổn định (sáng hoặc tối) quanh năm, còn lại đều biến động theo thời gian.
- Trong 6 tháng cuối năm 2008 một phần bán đảo Cà Mau và ven biển, giá trị NDVI sắc độ ảnh có xu hướng đậm dần theo thời gian (NDVI giảm dần).
- Kết quả phân tích các ảnh năm 2009 cũng cho thấy có sự biến động tương tự..
- 4.2 Phân tích sự biến đổi giá trị NDVI Thông thường, nếu chỉ số NDVI đạt giá trị cao (từ là những vùng có thực vật phát triển tốt lúa đang ở giai đoạn đẻ nhánh, đòng hoặc trổ, hoặc vùng cây công nghiệp, cây ăn trái, rừng.
- Các đối tượng có giá trị NDVI dao động không cao theo thời gian sẽ được phân tách thành một đối tượng riêng.
- Đối với vùng canh tác lúa ở ĐBSCL, biểu đồ biến động NDVI theo dạng hình sin, giá trị đạt cực đại vào khoảng 0,8-1,0 tương ứng với giai đoạn cây phát triển tốt nhất và giảm xuống vào khoảng 0–0,4 khi kết thúc mùa vụ, sau đó giá trị này lại tiếp tục gia tăng theo quy luật trên khi bắt đầu một vụ mùa mới..
- Hình 3: Ảnh chỉ số NDVI Thời gian xuống giống.
- Dựa vào biểu đồ biến động theo thời gian của giá trị NDVI ở những vùng trồng lúa để xác định được thời điểm xuống giống của từng mùa vụ Hình 4, Hình 5..
- Ghi chú: thể hiện khoảng thời gian xuống giống Hình 4: Sự biến động theo thời gian của những.
- Hình 5: Sự biến động theo thời gian của những vùng lúa 3 vụ (ĐX muộn–HT–TĐ).
- Kết quả phân tích cho thấy thời gian xuống giống cụ thể của từng mùa vụ lúa ở ĐBSCL như sau:.
- Vụ Đông Xuân: Thời gian xuống giống tập trung từ 15/10 đến 22/10.
- Ngày xuống giống tập trung cao nhất vào các đợt: Đợt 1: Từ 15/10 đến 22/10 tập trung ở huyện Trần Văn Thời (Cà Mau), Phước Long (Bạc Liêu), Mỹ Xuyên (Sóc Trăng), An Biên, Châu Thành, Cà Mau (Kiên Giang) và rãi rác ở một số tỉnh.
- Vụ Xuân Hè: Xuống giống vào nửa đầu tháng ba, tập trung chủ yếu từ ở Cần Thơ, Hậu Giang, các huyện Sa Đéc, Thạnh Hưng, Châu Thành, Tháp Mười tỉnh Đồng Tháp, huyện Cai Lậy tỉnh Tiền Giang..
- Vụ Hè Thu: Năm 2008 diện tích xuống giống cao trong khoảng thời gian từ 5/3 đến 16/6.
- Tuy nhiên, không phải diện tích xuống giống của cả đồng bằng đều cao trong khoảng thời gian này mà nó chỉ tập trung vào một số ngày cụ thể.
- Tập trung xuống giống với diện tích cao từ 6/4- 13/4 tại các tỉnh Kiên Giang, An Giang, Đồng Tháp, và các huyện Vĩnh Hưng, Mộc Hóa, Tân Thạnh tỉnh Long An.
- Đợt 3: Từ 8/5-15/5 thời gian này xuống giống tương đối tập trung ở các tỉnh Long An, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau và Kiên Giang.
- Và từ 24/5-31/5 là vụ Hè Thu muộn chỉ xuống giống ở vùng đã canh tác vụ Xuân Hè..
- Vụ Thu Đông: Thời điểm xuống giống năm 2008 tương đối tập trung hơn năm 2009.
- Năm 2008 từ ngày 9 đến 16 tháng 6 và 27/7 đến 20/9 trong đó từ ngày 4 đến 11 tháng 8 diện tích xuống giống tương đối thấp.
- Năm 2009 xuống giống rãi rác không phân biệt rõ với vụ Hè Thu tập trung vào các ngày 2/6 – 9/6.
- Vụ Mùa: Thời gian cấy vào khoảng từ tháng 8 đến giữa tháng 9 (Mạ được gieo sạ từ tháng 6, tháng 7).
- Đây là vụ lúa tương đối phức tạp vì có nơi xuống giống (sạ, cấy) bằng giống lúa mùa địa phương.
- Bảng 3: Kết quả giải đoán diện tích xuống giống lúa (ha) ở các tỉnh tháng 5, 6 năm 2009.
- Hình 6: Bản đồ thời gian xuống giống trong.
- tháng 5 năm 2009 Hình 7: Bản đồ thời gian xuống giống trong tháng 6 năm 2009.
- Đánh giá độ tin cậy: Kết quả giải đoán đã đươc thống kê so sánh với các số liệu báo cáo của địa phương thấy kết quả giải đoán có độ tin cậy khá cao (R có thể đề nghị được sử dụng trong theo dõi hiện trạng các trà lúa và cơ cấu mùa vụ (Hình 8)..
- Hình 8: Sự tương quan giữa diện tích mạ theo số liệu thống kê và số liệu giải đoán 4.4 Hiện trạng trà lúa và cảnh báo dịch hại trên lúa giải đoán từ ảnh MODIS NDVI.
- Khái niệm trà lúa có thể hiểu là vùng canh tác lúa mà tại đó cây lúa có cùng thời gian sinh trưởng và đồng nhất về thời gian gieo sạ ở một quy mô nhất định.
- Hiện trạng trà lúa phản ánh được tình hình xuống giống và có thể dự báo được khả năng dịch bệnh trên ruộng lúa theo từng trà lúa.
- Bản đồ trà lúa tỉnh An Giang cũng được xây dựng định kỳ 8 ngày/lần tương ứng với chu kỳ chụp ảnh của vệ tinh MODIS.
- vị bản đồ tương ứng 5 giai đoạn sinh trưởng của lúa (Bảng 4)..
- Bảng 4: Các giai đoạn sinh trưởng của lúa tương ứng với số ngày sau khi sạ (NSKS).
- STT Giai đoạn Số ngày tuổi.
- Hiện trạng các trà lúa được giải đoán xác định dựa trên các thời điểm xuống giống vụ lúa.
- Các bản đồ kết quả trà lúa bên dưới được phân tách từ ảnh MODIS NDVI theo từng thời điểm quan sát..
- Các trà lúa được xây dựng dựa trên chỉ số NDVI, tiến độ xuống giống của vụ, các số liệu điều tra thống kê và kết quả đi khảo sát thực địa, định vị GPS.
- Kết quả phân tách được 5 trà lúa, bao gồm:.
- Nhận thấy các trà lúa luôn hiện diện ở từng thời điểm quan sát.
- Các trà lúa sau giải đoán được tính toán độ tin cậy, kết quả cho thấy: Diện tích giải đoán và số liệu thống kê có mối tương quan chặt với nhau với hệ số R 2 =0,8 (Hình 9) đồng thời hệ số tương quan của các trà lúa tương đối cao với R = 0,88 ở giai đoạn trổ chín.
- R = 0,82 ở giai đoạn đòng trổ.
- Diện tích thống kê (ngàn ha).
- Diện tích giải đoán (ngàn ha).
- giai đoạn đẻ nhánh.
- Tuy nhiên, giai đoạn mạ và thu hoạch có tương quan thấp với hệ số R lần lược là 0,53 và 0,47 (Bảng 3).
- Nguyên nhân là do chưa phân tách được cụ thể diện tích xuống khi giải đoán, có sự nhầm lẫn khi phân loại trên ảnh NDVI,… Do đó, kết quả cảnh báo dịch hại có độ tin cậy cao đối với trà lúa ở giai đoạn đoạn đòng trổ và chín, kế đến là giai đoạn đẻ nhánh.
- Tương quan diện tích các trà lúa giải đoán với số liệu điều tra khác nhau theo giai đoạn sinh tưởng của các trà lúa và mùa vụ canh tác..
- Hình 10: Kết quả phân tách trà lúa từ ảnh MODIS vụ Đông Xuân 2012-2013.
- Bảng 3: Tương quan diện tích các trà lúa giải đoán so với số liệu điều tra Diện tích theo kết quả.
- giải đoán (ha).
- Diện tích theo số liệu điều tra (ha).
- Hệ thống cảnh báo dịch hại được xây dựng dựa trên loạt bản đồ hiện trạng trà lúa và các loại dịch hại gây hại thường xuyên trên các trà lúa đó.
- Do vậy, tương ứng với một trà lúa sẽ có vài loại.
- dịch hại chủ đạo có khả năng xuất hiện cao (Bảng 4).
- Kết quả dự báo dịch hại lúa được trình bày ở Hình 11..
- Bảng 4: Các loại dịch hại chính theo từng trà lúa (Nguồn: Chi cục BVTV AG, 2012).
- Hình 11: Hệ thống các bản đồ cảnh báo dịch hại được xây dựng dựa trên trà lúa trong vụ Đông Xuân 2012-2013 tỉnh An Giang.
- Từ bản đồ phân tách trà lúa (Hình 10) và bản đồ cảnh báo dịch hại (Hình 11) cho thấy vụ Đông Xuân năm các loại dịch hại được cảnh báo vào một số ngày như sau:.
- Ngày trên địa bàn tỉnh An Giang phần lớn là đất trống, một số nơi ở các huyện Phú Tân, Chợ Mới, xã Ô Long Vĩ huyện Chợ Mới được cảnh báo các loại dịch hại sâu cuốn lá, đạo ôn cổ bông, nhện gié, chuột do các trà lúa ở giai đoạn trổ chín.
- Các trà lúa ở các xã khu vực phía Bắc huyện Châu Phú đang ở giai đoạn thu hoạch do đó các loại dịch hại như: Đạo ôn cổ bông, vàng lá, nhện gié được cảnh báo..
- Ngày 1/1/2013 diện tích đất trống vẫn còn ở một vài xã của huyện Chợ Mới, Châu Phú còn lại hầu hết các trà lúa trên địa bàn tỉnh An Giang đã xuống giống và đang ở giai đoạn mạ, đây là điều kiện tốt cho ốc bưu vàng và chuột tấn công.
- Một số trà lúa ở huyện Tri Tôn đã chuyển sang giai đoạn đẻ nhánh do đó các loại dịch hại như sâu cuốn lá, đạo ôn, chuột được cảnh báo..
- Ngày 2/2/2013 các loài dịch hại sâu cuốn lá, đạo ôn, nhện gié, vàng lá được cảnh báo tập trung ở các trà lúa đang ở giai đoạn đồng trổ của huyện Thoại Sơn, Tri Tôn.
- Phần lớn các trà lúa ở các huyện An Phú, Tân Châu, Tịnh Biên, Châu Thành đang ở giai đoạn mạ và một số đã chuyển sang giai đoạn đẻ nhánh do đó dịch ốc bưu vàng và chuột được cảnh báo cho các trà lúa ở giai đoạn mạ.
- dịch sâu cuốn lá, đạo ôn, chuột được cảnh báo cho các trà lúa ở giai đoạn đẻ nhánh..
- Ngày 6/3/2013 đa số các trà lúa trên địa bàn tỉnh An Giang ở giai đoạn trổ chín và loại dịch hại sâu cuốn lá, đạo ôn cổ bông, nhện gié và chuột được cảnh báo trên toàn khu vực..
- Nghiên cứu đã xây dựng hoàn chỉnh phương pháp sử dụng ảnh viễn thám MODIS trong xây dựng bản đồ theo dõi tiến độ xuống giống lúa phục vụ quản lý thời vụ và bản đồ cảnh báo dịch hại định kỳ 8 ngày/lần phục vụ công tác bảo vệ thực vật trên cây lúa..
- Kết quả đánh giá độ tin cậy của bản đồ thông qua việc đối chiếu với dữ liệu khảo sát thực tế và dữ liệu báo cáo thống kê từ các cộng tác viên địa phương cho thấy có sự tương quan khá cao giữa kết quả giải đoán với dữ liệu báo cáo thực địa..
- Sử dụng công nghệ viễn thám và GIS trong dõi thời gian xuống giống bằng cách tính toán sự biến động của chỉ số thực vật NDVI đa thời gian là rất hiệu quả, khách quan, phản ánh trung thực diễn biến về hiện trạng các trà lúa và cơ cấu mùa vụ mà không phụ thuộc vào tính chủ quan của con người..
- Từ kết quả này có thể xây dựng được hệ thống cảnh báo dịch lúa.
- Ảnh viễn thám Modis trong theo dõi tiến độ xuống giống trên vùng đất trồng lúa ở ĐBSCL