Hệ thống thông tin địa lý (GIS) và Viễn thám (Remote sensing) thuộc nhóm những công nghệ phát triển nhanh nhất hiện nay. Bất cứ sự vật hiện tượng nào trên trái đất có thể bản đồ hoá thì có thể ứng dụng GIS. GIS sử dụng máy tính với những phần mềm chuyên dụng để lưu trữ, phân tích và trình diễn dữ liệu đã thu thập được về một chủ đề nào đó. Với các thông tin có sẵn liệu GIS sẽ giúp gì trong lĩnh vực nông nghiệp và phát triển nông thôn? GIS có thể được sử dụng để theo dõi sự phát triển của cỏ dại, sâu bệnh phá hoại mùa màng, thể hiện loại đất, hạn hán, lũ lụt và rất nhiều các yếu tố khác giúp quản lý quá trình sản xuất nông, lâm nghiệp và phát triển nông thôn.
Thông tin đưa vào GIS có thể lấy từ dữ liệu viễn thám (ảnh hàng không, ảnh vệ tinh), bản đồ giấy, bản đồ số hoặc các thông tin thô đo được từ GPS và các dự liệu phi không gian khác. Như trên đã trình bày, dữ liệu không gian của GIS có 2 loại chính là raster và vector. Raster sử dụng các ô để thể hiện sự vật có thực trên thế giới. Các ô này được gắn với giá trị bằng số để thể hiện sự vật thực trên thế giới. Ví dụ một ô có số 353 có thể đại diện cho đầm lầy, núi, sông hoặc bất kỳ hiện tượng vật lý nào trên trái đất mà GIS có thể mô tả được. Vectơ thể hiện thế giới bằng các điểm, đường, thẳng, vùng. Cả hai loại dữ liệu này đều có thể áp dụng được trong hệ thống nông lâm nghiệp, loại vectơ cho cái nhìn trực quan, loại raster nhìn giống như các trang Excel, tuỳ thuộc vào từng nghiên cứu mà sử dụng loại nào hay kết hợp cả 2 loại, ví dụ để phân tích địa hình, địa thế cho một cánh đồng mới thì vector phù hợp hơn, nhưng raster lại phù hợp với việc chồng xếp các lớp bản đồ, hay thể hiện sự chuyển động của côn trùng như châu chấu….
1. Ứng dụng GIS trong quy hoạch sử dụng đất:
Một trong những ứng dụng quan trọng của GIS trong sản xuất nông lâm nghiệp là quy hoạch sử dụng đất. Trong suốt 20 năm qua, các nước công nghiệp phát triển và các tổ chức quốc tế đã sử dụng kỹ thuật GIS chủ yếu trong lĩnh vực quản lý và bảo vệ môi trường. Tại Hội nghị những người sử dụng ARC/INFO (một phần mềm chuyên dụng về GIS, hiện được tích hợp trong ArcGIS của hãng ESRI) năm 1992, các nhà khoa học đã nhất trí rằng để bảo vệ môi trường một cách bền vững và hạn chế những suy thoái đang diễn ra, cần thiết phải ưu tiên đưa GIS vào ứng dụng trong lĩnh vực nghiên cứu và quy hoạch sản xuất nông lâm nghiệp, bằng cách này có thể tìm kiếm những mô hình sử dụng đất bền vững nhằm xoá đi hoặc giảm bớt những hiểm hoạ đối với môi trường tự nhiên và với loài người (như tình trạng phá rừng để canh tác, tình trạng xói mòn và suy thoái đất đai, tình trạng ô nhiễm môi trường…). Tất nhiên, mọi biện pháp và chỉ dẫn về bảo vệ môi trường sẽ không thành công trừ phi những đòi hỏi về lương thực và đất nông nghiệp được xác định và đáp ứng một cách tối ưu nhất trên từng vùng, từng quốc gia cũng như trên toàn thế giới. Do vậy tiềm năng ứng dụng GIS trong định hướng sản xuất nông lâm nghiệp đã được mở rộng và ngày càng tỏ ra hiệu quả, trở thành một công cụ hỗ trợ ra quyết định đối với các chuyên gia quy hoạch và nhà quản lý.
Ứng dụng GIS trong quy hoạch và sử dụng đất đai tuỳ thuộc vào quy mô và mức độ khác nhau. Có 4 mức độ phân tích: rất khái quát (Mega), khái quát (Macro), trung bình (Meso) và chi tiết (Micro); mỗi mức độ phân tích trong hệ thống GIS căn cứ vào quy mô diện tích của vùng nghiên cứu. Khi phân tích thông tin từ mức Mega đến mức Micro, số lượng thông tin đưa vào xử lý sẽ lớn hơn. Khả năng tổng hợp và phân tích sâu thông tin ở một vùng lãnh thổ nhỏ hoặc ngược lại, khái quát ở mức cao hơn cho vùng rộng lớn là ưu điểm của GIS. Rõ ràng là bằng ứng dụng GIS, những quy hoạch sử dụng đất đai trên vùng lãnh thổ lớn hay việc xây dựng những dự án phát triển sản xuất nông lâm nghiệp ở các khu vực nhỏ đều có thể được cung cấp một khối lượng thông tin toàn diện - tổng hợp kịp thời và theo yêu cầu; từ cơ sở dữ liệu được cung cấp việc hoạch định những bước đi cụ thể cần thiết (như điều tra bổ sung, thu thập mẫu…) nhanh chóng được xác định.
Một điều quan trọng về GIS so với bản đồ là GIS có thể thể hiện từng lớp bản đồ của vùng nghiên cứu. Không chỉ ở bề mặt mà còn cho thấy tầng đá gốc, loại đất, thảm thực vật và nhiều vấn đề khác. Nó rất hữu ích khi nghiên cứu vùng đất mới cho sản xuất nông lâm nghiệp, đỡ tốn kém tiền của của nông dân, bởi vì thay vì phải làm thí nghiệm đất tất cả số liệu về cấu trúc đất bên trong đã được lưu trữ trong máy tính.
2. Ứng dụng trong quy hoạch và quản lý sản xuất:
Trong sản xuất nông nghiệp, GIS có thể được sử dụng để dự đoán vụ mùa cho từng cây trồng. Nó có thể dự đoán bằng cách không chỉ xem xét khí hậu của vùng mà còn bằng cách theo dõi sự sinh trưởng và phát triển cây trồng, và bởi vậy sẽ dự đoán được sự thành công của mùa vụ. GIS có thể giúp tìm và thể hiện những thay đổi của cây trồng trong từng giai đoạn. Ví dụ, nếu năm trước số liệu cho thấy cây trồng A phát triển rộng và cây trồng đã thành công trong nhiều năm trước đó, những số liệu này có thể được lưu trữ. Nếu trong một vài mùa vụ cây trồng không phát triển tốt như trước, bằng cách sử dụng GIS có thể phân tích số liệu và tìm ra nguyên nhân của hiện tượng đó.
Với tính ưu việt của công nghệ GIS và viễn thám, ngành lâm nghiệp đã ứng dụng trong công tác quy hoạch và phát triển rừng, phục vụ công tác thiết kế, khai thác và trồng mới rừng. Ngoài ra người ta còn sử dụng GIS trong việc theo dõi, đánh giá diễn biến tài nguyên rừng, xác định vùng thích nghi cho cây lâm nghiệp.
Viện Điều tra Quy hoạch rừng (Việt Nam) đã ứng dụng khá thành công các công nghệ GIS, Viễn thám, GPS trong theo dõi diễn biến, đánh giá tài nguyên rừng. Ảnh vệ tinh có độ phân giải cao sau khi được giải đoán, chồng xếp, đối chiếu với bản đồ rừng đã có, những khu vực nào mâu thuẫn sẽ được xác định để kiểm chứng thực địa với GPS.
Các loại dữ liệu phi không gian bao gồm: Tài nguyên đất, khí hậu nông nghiệp, tình hình sử dụng đất nông nghiệp, hiệu quả kinh tế sử dụng đất, thuỷ lợi, tình hình sản xuất nông lâm nghiệp, số liệu thống kê nông nghiệp (năng suất, sản lượng, diện tích một số cây trồng chính..), thông tin về sâu bệnh và đặc biệt là số liệu về dân số, lao động nông thôn, kinh tế hộ…
Khuôn dạng chuẩn của dữ liệu –xBase file cho phép tổng hợp, sắp xếp tìm kiếm dữ liệu, đồng thời tương thích với cấu trúc liên hệ dữ liệu thuộc tính trong CSDL GIS và thuận lợi trong kết nối dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian.
Trong quy hoạch đánh giá phân loại đất, GIS là công cụ trợ giúp nhằm thu thập dữ liệu chuyên đề, xử lý dữ liệu địa lý, tích hợp dữ liệu để xây dựng các bản đồ đơn vị đất, mô phỏng kết quả đánh giá đất thông qua các bản đồ thích nghi cho từng loại hình sử dụng đất. Mỗi đơn vị đất là một khu vực địa lý khác biệt với các tính chất về thổ nhưỡng, địa hình, thuỷ văn khí hậu.
Để có kết quả khi thực hiện bài toán thích ứng trong môi trường GIS, thường phải tuân thủ theo qui trình phân tích đa chỉ tiêu gồm: xây dựng bộ chỉ tiêu đánh giá; lựa chọn các lớp bản đồ phục vụ xây dựng bản đồ đơn vị đất. Sau đó đánh giá và phân loại mức độ thích hợp theo ALES và đưa ra các bản đồ chuyên đề, đây chính là thông tin tổng hợp trợ giúp quá trình lập kế hoạch và ra quyết định.
Nghiên cứu khả năng thích ứng của cây trồng cần thu thập các số liệu sinh học và phi sinh học liên quan đến cây trồng được lựa chọn quy hoạch tại vùng đất đó. Các yếu tố phi sinh học gồm: số liệu đất được phân thành các mức thích nghi khác nhau, số liệu khí hậu (lượng mưa, sự phân bố mưa; nhiệt độ và tổng tích ôn theo thời gian sinh trưởng…) và các yếu tố sinh học như sâu bệnh, thời gian sinh trưởng và các yêu cầu sinh học của cây được xác định theo các mức thích ứng khác nhau.
Yếu tố kinh tế xã hội của địa phương được xem xét và đưa vào phân tích để có kết luận tổng thể về tính thích ứng của cây theo quan điểm nền nông nghiệp hàng hoá hiện nay.
 |
| Xây dựng bản đồ thích nghi bằng phần mềm Gis |
Khi đã có những bản đồ thích nghi, việc quyết định phương án quy hoạch tổng thể sẽ chuyển đến các nhà hoạch định chính sách.
3. Ứng dụng GIS trong quản lý bảo vệ thực vật:
Ở một số nơi GIS đang được ứng dụng để theo dõi sự lan tràn của cỏ dại. Với việc kết hợp ứng dụng viễn thám với GIS sẽ cung cấp một cách nhanh chóng, chính xác bản đồ cỏ dại ở các thời kỳ . Điều này là rất quan trọng đối với các nhà nông học. Họ có thể sử dụng các thông tin thu thập được để ngăn ngừa sự lan tràn của các loài cỏ dại phá hoại mùa màng.
Cỏ dại không phải là vấn đề duy nhất GIS có thể giải quyết, thực tế GIS có thể giải quyết được nhiều vấn đề khác. Nhiều dự án đã được thực hiện để theo dõi sự di chuyển của côn trùng, hoặc sâu bệnh ở Mỹ. Nó rất hữu ích như là một biện pháp phòng ngừa tích cực. Nếu một loại động vật hay côn trùng nào phá hoại đồng ruộng, với GIS nó có thể bị theo dõi và tìm ra dấu vết.
4. Ứng dụng trong công tác phòng chống cháy và bảo vệ rừng:
Trong ngành Kiểm lâm Việt Nam, công nghệ GIS đã được ứng dụng để: cảnh báo cháy rừng; phân vùng trọng điểm cháy rừng; ứng dụng ảnh viễn thám MODIS để phát hiện sớm cháy rừng.
Nhận thức được tầm quan trọng của CSDL, Cục Kiểm lâm đã thiết kế và đưa vào sử dụng “CSDL báo cáo thống kê” từ năm 1998 để sử dụng cho toàn ngành. Bản thân CSDL này không liên quan gì đến công nghệ GIS nhưng sự thành công của nó đã trả lời câu hỏi: làm thế nào để trao đổi thông tin nhanh nhất giữa người cập nhật dữ liệu và người sử dụng CSDL để phục vụ quản lý một cách hiệu quả nhất? Trang bị và đào tạo cán bộ như thế nào cho phù hợp? Vai trò người “kỹ sư trưởng” trong thiết kế, điều hành các hoạt động này như thế nào? Và “CSDL báo cáo thống kê” của ngành Kiểm lâm đã hoạt động rất tốt ở tất cả các Hạt Kiểm lâm, các Chi cục kiểm lâm tỉnh và Cục Kiểm lâm. Nhờ sự thành công của CSDL này, ngành Kiểm lâm đã tiếp tục thiết kế các cơ sở dữ liệu có gắn kết với việc sử dụng bản đồ, hay nói đúng hơn là ứng dụng công nghệ GIS để xây dựng CSDL phục vụ quản lý, bảo vệ rừng.
Trong công tác Kiểm lâm, 2 CSDL liên quan đến công nghệ GIS đang được hoạt động có hiệu quả nhiều năm nay là:
CSDL cảnh báo cháy rừng: Thực tiễn quản lý chỉ đạo công tác phòng cháy, chữa cháy rừng những năm qua, đặc biệt qua hai vụ cháy rừng lớn, tập trung ở Kiên Giang và Cà Mau tháng 3 và 4/2002 cho thấy cháy rừng vẫn xảy ra ở nhiều nơi, mức độ thiệt hại do cháy rừng gây ra rất nghiêm trọng. Lý do là khi cháy rừng xảy ra, mặc dù huy động một lực lượng rất đông để chữa cháy nhưng hiệu quả thấp vì do thiếu lực lượng thường trực chữa cháy rừng chuyên nghiệp, trang thiết bị, phương tiện chữa cháy nghèo nàn, thô sơ; việc chỉ huy, tổ chức chữa cháy còn rất lúng túng… Vấn đề đặt ra là cần dự báo trước nguy cơ xảy ra cháy rừng và phát hiện sớm các điểm cháy để có phương pháp phòng cháy, chữa cháy rừng luôn là vấn đề cấp thiết và là một trong những nhiệm vụ rất quan trọng của công tác quản lý bảo vệ rừng nói chung.
Cục Kiểm lâm đã phối hợp với Trường Đại học lâm nghiệp thiết kế và đưa vào sử dụng CSDL cảnh báo cháy rừng. Ngày 01 tháng 01 năm 2003, Đài Truyền hình Việt Nam chính thức phát sóng bản tin cảnh báo cháy rừng, đây là CSDL có sử dụng công nghệ GIS để tô mầu các khu vực rừng có các cấp cảnh báo khác nhau và được cập nhật hàng ngày các thông số khí tượng: Nhiệt độ, độ ẩm không khí và lượng mưa từ hơn 100 trạm khí tượng trong toàn quốc. Việc trao đổi thông tin hàng ngày qua hệ thông thư tín điện tử và được tính toán vào lúc 16h30’. Kết quả cảnh báo cháy rừng hàng ngày được gửi sang Đài Truyền hình Việt Nam và Đài Tiếng nói Việt Nam vào 17h để các cơ quan này kịp biên tập và phát sóng trong chương trình thời sự của Đài. Có thể nói rằng đây là CSDL được cập nhật hàng ngày.
CSDL theo dõi diễn biến rừng và đất lâm nghiệp:
Mục đích theo dõi diễn biến rừng và đất lâm nghiệp là nắm vững diện tích các loại rừng, đất lâm nghiệp hiện có được phân chia theo chức năng sử dụng rừng và loại chủ quản lý; lập bản đồ hiện trạng rừng cấp xã tỷ lệ 1/25.000 hay 1/10.000 nhằm giúp hoạch định chính sách lâm nghiệp ở địa phương và trung ương phục công tác bảo vệ và phát triển rừng.
Yêu cầu theo dõi diễn biến rừng và đất lâm nghiệp gồm:
- Cập nhật diện tích các loại rừng và đất lâm nghiệp trên cơ sở phân loại rừng và đất rừng theo Quy phạm thiết kế kinh doanh rừng QPN 6-84 ban hành kèm theo Quyết định số 682B/QLKT ngày 01/8/1984 của Bộ trưởng Bộ Lâm nghiệp (nay là Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn); Dữ liệu cơ sở ban đầu là kết quả kiểm kê rừng đã được công bố tại Quyết định 03/2001/QĐ-TTg ngày 5/1/2001 của Thủ tướng Chính phủ về việc phê duyệt kết quả tổng kiểm kê rừng toàn quốc;
- Đơn vị cơ sở theo dõi và cập nhật là lô trạng thái. Đơn vị thống kê là tiểu khu rừng, xã, huyện, tỉnh và toàn quốc;
- Số liệu thu thập ở thực địa phải được cập nhật vào cơ sở dữ liệu và bản đồ rừng cấp xã tỷ lệ 1/25.000. Một số địa phương có điều kiện thì sử dụng bản đồ cấp xã tỷ lệ 1/10.000;
- Việc theo dõi diễn biến rừng và đất lâm nghiệp cần được ứng dụng công nghệ thông tin cụ thể như: Phần mềm cơ sở dữ liệu (DBR), Phần mềm xử lý bản đồ (MapInfo, Microstation), phần mềm xử lý ảnh viễn thám (PCI, ERDAS). Các phần mềm này được quản lý, sử dụng thống nhất trong toàn quốc, bảo đảm tính tích hợp dữ liệu từ địa phương tới trung ương.
5. GIS và công tác quản lý và hoạch định chính sách:
GIS được sử dụng để cung cấp thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn cho các nhà hoạch định chính sách. Các cơ quan chính phủ dùng GIS trong quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên, trong các hoạt động quy hoạch, mô hình hoá và quan trắc. Trung tâm tích hợp dữ liệu, quản lý các cơ sở dữ liệu cơ bản trên nền GIS và có thể tích hợp vào các không gian của các cơ sở dữ liệu chuyên ngành khác là nơi cung cấp thông tin tổng hợp nhất phục vụ các nhà hoạch định chính sách.
Một cách tiếp cận mới trong nghiên cứu hoạch định chiến lược, chính sách nông nghiệp là dựa trên hệ thông tin địa lý đa cấp độ. Với mục tiêu (i) khái quát hoá tính đa dạng nông nghiệp-sinh thái và kinh tế-xã hội, (ii) tổng hợp các dữ liệu không đồng nhất (đa thời điểm, đa nguồn gốc và có độ phân giải khác nhau) trong một cơ sở kiến thức chung và (iii) xác định các vùng đồng nhất xét theo góc độ các vấn đề phát triển.
Kết quả nghiên cứu đem lại sự phân loại các vấn đề phát triển, sự phù hợp giữa giải pháp đề xuất và nơi tiếp nhận sẽ là cơ sở khoa học và khách quan hỗ trợ cho các nhà quy hoạch, quản lý ra quyết định.
Thông tin GIS cung cấp cho người sử dụng hướng thay đổi của dữ liệu trong một lãnh thổ theo thời gian, đồng thời xác định những gì có thể xảy ra khi có sự thay đổi dữ liệu đó. Dữ liệu bản đồ gắn chặt với thế giới thực và luôn được bổ sung những thông tin mới, vì thế CSDL trên nền GIS cung cấp thông tin trực quan, thuận tiện và cùng một lúc cho phép người sử dụng nhiều thông tin một cách tổng hợp để có được kết luận một cách tổng quan phù hợp với mục đích của mình.
Sản xuất nông lâm nghiệp sẽ có thể trở nên đơn giản, dễ dàng hơn với việc sử dụng GIS. Thật tuyệt vời khi trên bàn làm việc toàn bộ thông tin về nông lâm nghiệp được thể hiện trên bản đồ, các nhà hoạch định chính sách, các nhà đầu tư sẽ dễ dàng có những quyết định phù hợp và chính xác.
