- ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ CHUỖI MARKOV TRONG ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG VÀ DỰ BÁO NHU CẦU SỬ DỤNG ĐẤT ĐAI. - Biến động đất đai, chuỗi Markov, dự báo nhu cầu đất đai, hệ thống thông tin địa lý, sử dụng đất đai. - Nghiên cứu được thực hiện nhằm ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) và các thuật toán để đánh giá biến động sử dụng đất đai, dự báo nhu cầu đất đai cho phát triển kinh tế-xã hội, nghiên cứu điển hình tại thành phố Cà Mau, tỉnh Cà Mau. - Phương pháp GIS và chuỗi Markov được sử dụng chính trong nghiên cứu này. - Kết quả cho thấy, biến động đất đai giai đoạn 2005-2015 lên đến 54,2% diện tích tự nhiên. - Nhu cầu đất đai theo dự báo của chuỗi Markov cho thấy, diện tích đất sản xuất nông nghiệp sẽ giảm để chuyển sang đất ở, đất chuyên dùng và nuôi trồng thủy sản. - Nghiên cứu đã chứng minh khả năng hỗ trợ của công nghệ GIS và chuỗi Markov trong việc ra quyết định, quy hoạch sử dụng bền vững tài nguyên đất đai.. - Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý và chuỗi Markov trong đánh giá biến động và dự báo nhu cầu sử dụng đất đai. - Biến động sử dụng đất là một trong những nguyên nhân chính làm biến đổi môi trường toàn cầu, tác động trực tiếp đến sự phát triển bền vững (Lambin et al., 2001), bao gồm việc chuyển từ đất rừng tự nhiên thành đất sản xuất nông nghiệp, một. - Do đó việc xác định được xu hướng biến động, các nguyên nhân và dự báo sự thay đổi sử dụng đất trong tương lai có vai trò rất quan trọng (Muhammad et al., 2011). - Nhiều nghiên cứu về biến động sử dụng đất thông qua ứng dụng công nghệ và các mô hình toán học đã được. - Trong đó, thành phố Cà Mau được chọn làm điển hình để đánh giá biến động, dự báo xu hướng thay đổi sử dụng đất. - Quá trình đô thị hóa và chuyển đổi cơ cấu nông nghiệp trước và sau năm 2010 diễn ra mạnh mẽ dẫn đến tình hình sử dụng đất của thành phố có nhiều thay đổi. - Việc đánh giá và dự báo biến động đất đai cho thành phố Cà Mau là cần thiết nhằm hỗ trợ công tác định hướng, điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất một cách hợp lý. - Các báo cáo thuyết minh, số liệu diện tích và bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm và 2015 trên cơ sở kiểm kê đất đai định kỳ của thành phố Cà Mau được thu thập tại Phòng Tài nguyên và Môi trường thành phố Cà Mau;. - quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất. - các chính sách sử dụng đất của địa phương giai đoạn 2005-2015 được thu thập tại Văn phòng Ủy ban nhân dân và Phòng Tài nguyên và Môi trường thành phố Cà Mau;. - 2.2 Phương pháp bản đồ và đánh giá biến động đất đai. - Thành phố Cà Mau có các mục đích sử dụng chính là đất nông nghiệp gồm đất nuôi trồng thủy sản, đất trồng lúa và đất trồng cây lâu năm kết hợp với đất ở. - Đất phi nông nghiệp gồm đất ở, đất chuyên dùng, và một số đất khác có diện tích nhỏ như đất nghĩa trang, nghĩa địa, nhà tang lễ, nhà mai táng, đất tôn giáo, tín ngưỡng… đối với đất sông ngòi tuy chiếm diện tích lớn nhưng biến động sử dụng đất rất thấp. - Do đó, 4 nhóm sử dụng đất chính, gồm:. - Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm và 2015 có sự khác biệt về cách xác định loại đất.. - Cụ thể, một phần diện tích đất có hiện trạng sử dụng là “tôm luân canh với lúa”, tuy nhiên kiểm kê năm 2010 xác định là đất sản xuất nông nghiệp (SXN);. - 2.2.2 Đánh giá biến động sử dụng đất. - Biến động sử dụng đất được xác định thông qua công nghệ GIS với ứng dụng của phần mềm Qgis.. - Hình 1: Phương pháp lập bản đồ biến động sử dụng đất. - Qua bản đồ biến động sử dụng đất được thành lập, dữ liệu biến động được truy xuất phục vụ đánh giá biến động sử dụng đất tại từng thời điểm thông qua ma trận biến động được trình bảy ở Bảng 1.. - Bảng 1: Ma trận biến động diện tích các loại hình sử dụng đất giai đoạn t 1 -t 2. - Loại đất P 1 P 2 P 3 P 4 Diện tích tại t 1. - Diện tích tại t 2. - V: là diện tích các loại đất đã chu chuyển từ thời gian t 1 sang t 2. - Bản đồ biến động SD đất giai đoạn. - 2.3 Phương pháp dự báo sử dụng đất Dựa vào ma trận biến động sử dụng đất của giai đoạn trước, hệ số biến động được xác định (Hình 2 và Bảng 2) nhằm dự báo diện tích sử dụng đất ở giai đoạn tiếp theo thông qua chuỗi Markov. - Tổng quát hóa của mô hình dự báo biến động được minh họa như sau:. - Hình 2: Ma trận biến động các loại hình sử dụng đất. - Bảng 2: Ma trận xác suất biến động sử dụng đất giai đoạn t 1 -t 2. - 44 : là xác suất thay đổi các kiểu sử dụng đất, được xác định dựa trên ma trận biến động các loại đất tại Bảng 1. - Chuỗi Markov được áp dụng để dự báo diện tích sử dụng đất thông qua công thức:. - [V 1 , V 2 , V 3 , V 4 ] 1 : diện tích các loại đất tại thời điểm năm t 1. - [V 1 , V 2 , V 3 , V 4 ] 2 : diện tích các loại đất tại thời điểm năm t 2. - 44 : xác suất của sự thay đổi các kiểu sử dụng đất giai đoạn t 1 -t 2 ở Bảng 2.. - 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Hiện trạng sử dụng đất năm 2015 Tổng diện tích đất tự nhiên của thành phố Cà Mau là 24.922,7 ha. - Cơ cấu sử dụng đất cho mục đích nông nghiệp chiếm 69% và phi nông nghiệp chiếm 31% (Hình 3). - Tỷ lệ này cho thấy sử dụng đất cho sản xuất nông nghiệp là mục đích sử dụng chính của người dân địa phương. - Trong đó, đất nuôi thủy sản chiếm diện tích lớn nhất và chiếm đến 56% diện tích tự nhiên.. - Hình 3: Hiện trạng sử dụng đất thành phố Cà Mau năm 2015. - Do đó, khả năng biến động giữa các loại đất là rất cao.. - 3.2 Biến động sử dụng đất. - Kết quả cho thấy, diện tích chuyển đổi mục đích sử dụng đất tại thành phố Cà Mau rất lớn.. - Diện tích biến động giai đoạn 2005-2010 là 10.325,19 ha (41,43% diện tích tự nhiên), giai đoạn 2010-2015 biến động 3.183,39 ha (12,78% diện tích tự nhiên), tổng biến động trong 10 năm từ lên đến 54,2% diện tích tự nhiên. - Trong đó, đất sản xuất nông nghiệp và đất nuôi thủy sản có diện tích biến động cao nhất ở cả hai giai đoạn (Hình 4).. - Tỷ lệ các kiểu sử dụng đất tại thời điểm t 1. - Ma trận xác suất thay đổi các kiểu sử dụng đất. - Hình 4: Diện tích biến động các loại đất tại thành phố Cà Mau. - Xét về tổng diện tích biến động, giai đoạn có biến động lớn hơn (gấp 3,2 lần) giai đoạn Hình 4). - Tuy nhiên, diện tích tăng hoặc giảm của từng mục đích sử dụng đất không có sự khác biệt lớn ở hai giai đoạn (Hình 5). - Kết quả này cho thấy, giai đoạn 2005-2010 có sự chuyển đổi qua lại rất lớn giữa các kiểu sử dụng đất. - Do đó, tổng diện tích đã chuyển đổi lớn. - nhưng diện tích từng loại đất ở hai giai đoạn lại khác biệt không đáng kể. - Kết quả phân tích cho thấy ứng dụng GIS vào đánh giá biến động sẽ phản ánh rõ thực trạng và phân tích chính xác hơn về sự chu chuyển đất đai thay vì chỉ so sánh tổng diện tích đất ở các mốc thời gian với nhau.. - Hình 5: Biến động diện tích đất theo mục đích sử dụng tại thành phố Cà Mau. - Chuyển đổi đất đai trong giai đoạn 2005-2015 theo hướng giảm diện tích đất sản xuất nông nghiệp và tăng diện tích của 3 loại đất còn lại (Hình 5).. - Giai đoạn 2005-2010 Giai đoạn 2010-2015 Hình 6: Bản đồ biến động sử dụng đất tại thành phố Cà Mau 3.3 Đánh giá kết quả dự báo diện tích sử. - dụng đất năm 2015. - Quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất từ năm 2005 đến 2020 đều theo hướng giảm diện tích nhóm đất nông nghiệp (sản xuất nông nghiệp và nuôi thủy sản) sang nhóm đất phi nông nghiệp (đất ở và phi nông nghiệp). - Nhìn chung, các chính sách về chuyển đổi sử dụng đất đai của thành phố Cà Mau trong giai đoạn 2005-2020 tương đồng nhau và không có sự khác biệt lớn. - Diện tích: x1.000 ha. - Áp dụng mô hình đã được xây dựng để dự báo diện tích đất tại thời điểm năm 2015 thông qua hệ số chu chuyển của giai đoạn 2005-2010. - Ma trận biến động được xác định tại Bảng 3 kết hợp với hiện trạng năm 2010 được dùng để xác định diện tích của từng loại đất năm 2015.. - Bảng 3: Ma trận xác suất biến động diện tích đất giai đoạn 2005-2010. - Kết quả dự báo diện tích đất ở là 5.135,62 ha, đất phi nông nghiệp là 2.552,23 ha, đất nuôi thủy sản là 14.085,62 ha và đất sản xuất nông nghiệp là 3.149,22 ha.. - Tuy nhiên, do hạn chế về dữ liệu trong giai đoạn nên nghiên cứu này sử dụng độ chính xác để thay thế bằng cách kiểm chứng với số liệu thực tế của năm được dự báo. - Độ chính xác này được sử dụng để kiểm định kết quả dự báo của mô hình, làm căn cứ để thực hiện dự báo cho giai đoạn tiếp theo.. - Đối chiếu với diện tích thực tế theo kiểm kê đất đai tại thành phố Cà Mau cho thấy diện tích dự báo của mô hình Markov tương đối phù hợp với diện tích thực tế (Hình 6).. - Hình 6: So sánh diện tích các loại đất năm 2015 theo dự báo và thực tế. - Kết quả này cho thấy chuỗi Markov hoàn toàn có thể ứng dụng để xây dựng mô hình dự báo biến động sử dụng đất tại thành phố Cà Mau.. - 3.4 Dự báo diện tích sử dụng đất đến năm 2020. - Để tăng cường độ tin cậy cho dự báo đến năm 2020, xác suất chu chuyển diện tích các loại đất được tính bằng cách lấy giá trị trung bình của hai giai đoạn 2005-2010 và Hình 4).. - Bảng 4: Ma trận xác suất biến động diện tích đất trung bình giai đoạn 2005-2010 và giai đoạn 2010-2015. - Kết quả dự báo đến năm 2020, diện tích đất ở là 5.794,06 ha, đất phi nông nghiệp là 3.002,66 ha, đất nuôi trồng thủy sản là 13.973,26 ha và đất sản xuất nông nghiệp là 2.152,73 ha. - So với năm 2015, diện tích đất dự báo đến năm 2020 có sự thay đổi rõ rệt.. - Kết quả dự báo có sự tương đồng về xu hướng biến động các loại đất kể từ năm 2005. - Tuy nhiên, tốc độ tăng hoặc giảm diện tích đất giai đoạn 2015-2020 chậm hơn các giai đoạn trước (Hình 7).. - Hình 7: Biểu đồ so sánh diện tích các loại đất Như vậy, đến năm 2020 thành phố Cà Mau vẫn tiếp tục có sự dịch chuyển cơ cấu sử dụng đất từ nhóm đất nông nghiệp (sản xuất nông nghiệp và nuôi thủy sản) sang nhóm đất phi nông nghiệp (đất ở và phi nông nghiệp). - Nghĩa là sẽ có 1.027,28 ha diện tích đất của người sử dụng không còn dùng để trồng trọt hoặc nuôi thủy sản. - Quy hoạch sử dụng đất năm 2020 (UBND tỉnh Cà Mau, 2013) có sự không tương đồng so với dự báo của chuỗi Markov (Hình 7). - Như vậy, kết quả phân tích cho thấy quy hoạch sử dụng đất hiện tại chưa thật sự sát với thực tế tại địa phương. - Do đó, kết quả nghiên cứu là cơ sở để xem xét điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất phù hợp hơn trong giai đoạn 2017-2020.. - Đánh giá biến động đất đai thông qua ứng dụng GIS cho kết quả chi tiết, phân tích được sự chuyển đổi qua lại giữa từng loại đất và sự tăng hoặc giảm của cùng loại đất ở các mốc thời gian khác nhau.. - Tổng diện tích biến động sử dụng đất từ năm 2005 của thành phố Cà Mau lên đến 54,2%, trong đó biến động giai đoạn 2005-2015 lớn hơn giai đoạn . - Chuỗi Markov dự báo khá chính xác diện tích biến động các loại đất. - Kết quả kiểm chứng dự báo diện tích năm 2015 không có sự khác biệt lớn so với thực tế. - Diện tích dự báo đến năm 2020 phù hợp với xu hướng thay đổi sử dụng đất các giai đoạn trước.. - Diện tích đất ở, phi nông nghiệp khác và đất nuôi thủy sản tăng. - ngược lại đất sản xuất nông nghiệp dự báo giảm diện tích.. - Có sự khác biệt lớn giữa diện tích dự báo năm 2020 và quy hoạch sử dụng đất. - Bên cạnh đó, trong nghiên cứu này, tác giả chỉ đánh giá và phân tích sự chu chuyển diện tích giữa các loại đất. - do đó, thời gian tới cần có nghiên cứu sâu hơn về tác động của các chính sách, quan điểm của các chủ thể trong việc chuyển đổi mục đích sử dụng đất.. - Nghiên cứu và dự báo biến động sử dụng đất tại thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa ứng dụng trong chuỗi Markov và GIS. - Ứng dụng chuỗi Markov và GIS trong việc đánh giá diễn biến sử dụng đất.. - Quyết định xét duyệt quy hoạch sử dụng đất đến năm 2020, kế hoạch sử dụng đất 05 năm kỳ đầu 2011-2015 thành phố Cà Mau, tỉnh Cà Mau