Các Chỉ Số Độ Đo Sử Dụng Để Phân Tích Cảnh Quan Tỉnh Lạng Sơn

Các độ đo cảnh quan được phân thành 5 lớp là: (i) lớp độ đo độ phong phú;

(ii) lớp độ đo độ đa dạng; (iii) lớp độ đo độ ưu thế; (iv) lớp độ đo độ đều; (v) lớp độ đo độ đồng nhất, bất đồng nhất. Các độ đo cảnh quan được sử dụng trong quy hoạch không gian, quy hoạch cảnh quan, thiết kế các mạng lưới sinh thái và khu bảo tồn thiên nhiên, lựa chọn các khu vực cần được bảo vệ, đánh giá cảnh quan, đánh giá tác động môi trường chiến lược trong quy hoạch cảnh quan,...

Các độ đo cảnh quan giúp khai thác các hiểu biết về sinh thái trong mối quan hệ cấu trúc và chức năng của cảnh quan. Cấu trúc, chức năng và biến đổi là ba đặc trưng chính về sinh thái của cảnh quan. Theo đó, cấu trúc hình thái của cảnh quan tác động mạnh tới các quá trình và tính chất của sinh thái. Điều này chi phối tới sự phong phú và đa dạng của cấu trúc không gian, tác động tới quá trình quy hoạch và quản lý của cảnh quan. Sự thay đổi về cấu trúc cũng tạo điều kiện cho sự thay đổi về chức năng của cảnh quan. Do đó, cần có những hiểu biết, xác định nhu cầu quy hoạch và quản lý những thay đổi này thông qua việc xác định mối tương tác đầy biến động của cấu trúc và chức năng. Quá trình nghiên cứu các thành phần cơ bản của cảnh quan là tiền đề để xác định chức năng cảnh quan. Thông qua đó, các giải pháp không gian trên cơ sở điều kiện sinh thái được tiến hành dự báo.

Quá trình phân mảnh môi trường sống hay bất đồng nhất của cảnh quan thể hiện quá trình biến đổi về cấu trúc và chức năng. Những thay đổi được đề cập theo ba hướng chính: (i) sự biến mất của môi trường sống nguyên bản; (ii) giảm kích thước của các mảnh rời rạc; (iii) tăng tính tập trung của các mảnh rời rạc. Quá trình định lượng những thay đổi có thể xác định thông qua các chỉ số cảnh quan. Cấu trúc của cảnh quan thường được xác định thông qua hai yếu tố: (i) thành phần cấu tạo (composition) và (ii) hình thể, hình dạng (configuration). Đối với thành phần cấu tạo, các độ đo này mang đặc trưng phi không gian, không phản ánh được hình dạng và vị trí của mảnh rời rạc (tỷ lệ, độ ưu thế, độ đa dạng). Đối với hình dạng, các độ đo này mang đặc trưng không gian của các mảnh rời rạc có liên quan tới hình thể hay sự phân bố không gian của chúng.

Các độ đo cảnh quan là công cụ hữu dụng và cần thiết để ứng dụng các nguyên lý STCQ vào trong hoạt động quy hoạch. Đây là những công cụ quy hoạch sinh thái cơ bản, hỗ trợ đắc lực cho quá trình định lượng sự sắp xếp các thành phần cấu trúc của cảnh quan theo cả không gian và thời gian.

Độ đo cảnh quan về thành phần cấu tạo thường dùng: độ giàu mảnh (PR), tỷ lệ % diện tích (CAP), số lượng mảnh (NP), mật độ mảnh rời rạc (PD), kích thước

mảnh trung bình (MPS). Các chỉ số PR và CAP giúp xác định mức độ đơn giản hóa (suy giảm tính đa dạng, tăng tính đồng nhất) về mặt sinh thái của cảnh quan. Các chỉ số NP, PD và MPS cho phép xác định mức độ phân mảnh của quá trình sinh thái (giảm tính kết nối, tăng tính tập trung, gia tăng diện tính biên của các mảnh). Độ đo cảnh quan về hình thái thường dùng: tỷ số chu vi và diện tích (SHAPE), tương phản về biên (TECI), chỉ số lân cận trung bình (MPI). Các độ đo này giúp xác định sự mở rộng bất thường của các hiện tượng có tính xáo trộn bên trong cảnh quan (cháy rừng, dịch bệnh,...).

Để thực hiện đánh giá theo hình thái (độ đo cảnh quan), hiện nay trên thế giới chủ yếu sử dụng gói phần mềm Fragstats. Đây là một chương trình phần mềm máy tính được thiết kế để tính toán nhiều loại số liệu cảnh quan khác nhau cho các mẫu bản đồ phân loại. Phần mềm gốc (version 2) được phát hành trong phạm vi rộng trong năm 1995 cùng với việc xuất bản Báo cáo kỹ thuật chung của Dịch vụ lâm nghiệp USDA (McGarigal và Marks 1995). Kể từ đó, hàng trăm chuyên gia đã sử dụng Fragstats. Do sự phổ biến của nó, chương trình đã được cải tiến lại hoàn toàn vào năm 2002 (phiên bản 3). Gần đây, chương trình đã được nâng cấp để phù hợp với ArcGIS.10 (version 3.4). Bản phát hành mới nhất (version 4) phản ánh việc cải tiến phần mềm, với kiến trúc được thiết kế lại hoàn toàn nhằm hỗ trợ bổ sung các số liệu các cấp độ. Bản phát hành hiện tại của phiên bản 4 (version 4.2) về cơ bản có chức năng tương tự như phiên bản 3, nhưng với giao diện người dùng mới phản ánh thiết kế lại kiến trúc mô hình, hỗ trợ các định dạng hình ảnh bổ sung và nhiều phương pháp lấy mẫu để phân tích phụ hình ảnh địa hình [43,44].

Trong luận án này NCS sử dụng gói phần mềm Fragstats xác định một số độ đo của các đơn vị cảnh quan nhằm đánh giá hình thái cảnh quan để làm cơ sở đưa ra các khuyến nghị về sử dụng hợp lý cảnh quan khu vực nghiên cứu.

Bảng 1.1. Các chỉ số độ đo sử dụng để phân tích cảnh quan tỉnh Lạng Sơn

Các chỉ số độ đo

Công thức

Đặc trưng

Chỉ số mảnh lớn nhất (LPI)

maxn a 

LPI j1 ij (100) A

LPI : là chỉ số mảnh rời rạc lớn nhất (%)

aij : là kích thước mảnh rời rạc lớn nhất (ha)

A : là tổng diện tích cảnh quan (ha)

Thể hiện tỷ lệ diện tích mảnh rời rạc lớn nhất so với diện tích cảnh quan.

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 137 trang tài liệu này.

Đặc trưng: 0% < LPI ≤ 100%.
Diện tích mảnh trung bình (AREA_MN)	AREA_MN  a  1 ij  10, 000   AREA_MN: bằng diện tích (m2) của mảnh, chia cho 10.000 (quy ra ha). aij : diện tích (m2) của mảnh ij. Đơn vị: ha AREA_MN > 0, không giới hạn.	Diện tích trung bình của mỗi mảnh bao gồm một bức tranh cảnh quan có lẽ là phần thông tin hữu ích và quan trọng nhất có trong cảnh quan. Thông tin này không chỉ là cơ sở cho nhiều chỉ số về diện tích, lớp và cảnh quan, mà diện tích trung bình mảnh còn có rất nhiều tiện ích sinh thái theo đúng nghĩa của nó.
Tỷ lệ chu vi - diện tích trung bình (PARA_MN)	PARA_MN pij aij PARA bằng tỷ lệ giữa chu vi mảnh (m) trên diện tích (m2) pij : chu vi (m) của mảnh ij. aij : diện tích (m2) của mảnh ij. Đơn vị: không có Phạm vi PARA > 0, không giới hạn.	Tỷ lệ chu vi - diện tích là một phép đo đơn giản về độ phức tạp của hình dạng cảnh quan, nhưng không có tiêu chuẩn hóa thành hình dạng Euclid đơn giản. Một vấn đề với số liệu này như một chỉ số hình dạng là nó thay đổi theo kích thước của mảnh. Ví dụ, giữ hình dạng không đổi, sự gia tăng kích thước mảnh sẽ làm giảm tỷ lệ chu vi - diện tích.
Chỉ số hình dạng trung bình (SHAPE_MN)	 0.25P  SHAPE_MN ij aij   SHAPE bằng chu vi mảnh (m) chia cho căn bậc hai của diện tích mảnh (m2). Đơn vị: không có	Phạm vi: SHAPE ≥ 1, không giới hạn. SHAPE = 1 khi mảnh là hình tròn (vectơ) hoặc hình vuông (raster) và tăng không giới hạn khi hình dạng mảnh trở nên không đều hơn.
Tổng diện tích lõi (TCA)	TCA a  1 n ij  10, 000  j1  TCA: là tổng diện tích lõi của một kiểu lớp phủ hoặc toàn bộ cảnh quan (ha) aij : là diện tích vùng lõi của mảnh rời rạc thứ I thuộc kiểu lớp phủ j dựa trên độ sâu biên lý thuyết (ha).	Đặc trưng: TCA ≥ 0.
Mật độ mảnh rời rạc (PD)	PD ni(10, 000)(100) A PD : là mật độ mảnh rời rạc	Mật độ mảnh có cùng một tiện ích cơ bản như số lượng mảnh như một chỉ mục, ngoại trừ việc nó thể hiện số lượng mảnh trên cơ sở mỗi đơn vị diện tích để tạo điều kiện so sánh

ni : số lượng mảnh trong bối cảnh của loại mảnh (lớp) i.

A : tổng diện tích cảnh quan (m2). Đơn vị: Số lượng trên 100ha

Phạm vi: PD> 0, bị giới hạn bởi kích thước ô.

giữa các cảnh quan có kích thước khác nhau. Nếu tổng diện tích cảnh quan được giữ không đổi, thì mật độ mảnh và số lượng mảnh sẽ truyền tải cùng một thông tin. Giống như số lượng mảnh, mật độ mảnh thường có giá trị diễn giải hạn chế bởi vì nó không truyền tải thông tin về kích thước và sự phân bố không gian của các mảnh.

Chỉ số liên kết mảnh (COHESION)

n n p* 

ij 1 1

COHESION 1i1 j1 1 (100)

nnp* a* Z

ij j 

i1 j1 

pij = chu vi của mảnh ij về số lượng bề mặt ô.

aij = diện tích của mảnh ij về số lượng ô. A = tổng số ô trong khung cảnh.

Đơn vị: không có

Phạm vi: 0 ≤ COHESION <100.

Chỉ số liên kết mảnh đo lường mức độ kết nối vật lý của loại mảnh tương ứng. Dưới ngưỡng thấm màu, sự gắn kết của các mảnh nhạy cảm với sự tập hợp của lớp tiêu điểm. Sự gắn kết của mảnh tăng lên khi loại mảnh trở nên đông tụ hơn hoặc tổng hợp hơn trong phân phối của nó; do đó kết nối vật lý nhiều hơn. Trên ngưỡng thấm đẫm, tính gắn kết của mảnh dường như không nhạy cảm với cấu hình mảnh.

Chỉ số hình dạng cảnh quan (LSI)

0.25ek LSI k 1

Đặc trưng: LSI ≥ 1

Giá trị LSI cao chỉ thị cảnh quan chứa nhiều mảnh rời rạc có hình dạng không đều, tổng chiều dài đường biên trong cảnh quan cao, các mảnh rời rạc phân bố rải rác.

Chỉ số hình dạng cảnh quan (LSI) cung cấp một thước đo đơn giản về tổng hợp hoặc cụm lớp và do đó, rất giống với chỉ số tổng hợp. Sự khác biệt nằm ở việc liệu tổng hợp có được đo thông qua các bề mặt cạnh (hoặc chu vi) lớp (như trong LSI) hay không.

Chỉ số đa dạng của Shannon (SHDI)

SHDI Piln Pi

i1

SHDI : là chỉ số đa dạng Shannon-Weaver

Giá trị SHDI = 0 biểu thị không có sự đa dạng trong cảnh quan. Điều này xảy ra trong trường hợp cảnh

quan chỉ có một mảnh rời rạc hoặc

Pi : là xác suất bắt gặp các mảnh rời rạc thuộc kiểu lớp phủ i trong cảnh quan (%)

m : là tổng số kiểu lớp phủ có trong cảnh quan

Đặc trưng: 0 ≤ SHDI < lnm.

chỉ có một kiểu lớp phủ duy nhất. Giá trị SHDI cao chỉ thị cảnh quan có nhiều mảnh rời rạc có bản chất cấu tạo khác nhau, hoặc phân bố tỷ lệ về diện tích giữa các kiểu mảnh rời rạc hợp lý.

1.6. Các bước nghiên cứu

Trên cơ sở mục tiêu và các phương pháp nghiên cứu đã lựa chọn, quy trình nghiên cứu cảnh quan tỉnh Lạng Sơn gồm các bước chính sau:

Bước 1

Xác định mục tiêu, nhiệm vụ, quan điểm tiếp cận nghiên cứu

Thu thập tư liệu, dữ liệu Khảo sát thực địa

Bước 2

Tổng luận tài liệu, xác lập cơ sở

lý luận

Lựa chọn, phân tích các nhân tố thành tạo CQ: tập trung vào 3 nhân tố chính (DEM, thổ nhưỡng, lớp phủ thực vật)

Biên tập các bản đồ hợp phần CQ (tỉ lệ: 1:100.000)

Xác định yêu cầu phân loại và lựa chọn quy mô phân loại CQ

Bước 3

Phân tích đa biến để xây dựng cấp loại trong CQ

Thành lập bản đồ CQ và định danh đơn vị (tỉ lệ 1:100.000)

Phân tích đặc điểm các đơn vị CQ

Bước 4

Tính toán và phân tích độ đo CQ

Bước 5

Phân tích cấu trúc đa bậc CQ từ kết quả tính toán độ đo

Bước 6

Xây dựng bản đồ định hướng sử dụng hợp lý các đơn vị CQ

Đề xuất sử dụng hợp lý các đơn vị CQ

Hình 1.10. Sơ đồ quy trình nghiên cứu đề tài

TIỂU KẾT CHƯƠNG 1

1) Có nhiều quan niệm khác nhau về cảnh quan trên thế giới. Luận án tiếp cận quan niệm cảnh quan theo Công ước cảnh quan châu Âu.

2) Nghiên cứu nhiều hướng nghiên cứu cảnh quan khác nhau trên thế giới và khu vực, luận án kế thừa theo hướng nghiên cứu kết hợp giữa phân loại và mô tả cảnh quan, theo phương pháp kết hợp nghiên cứu cảnh quan của nhà khoa học M.Antrop (Bỉ) và Zotano (Tây Ban Nha). Lãnh thổ Lạng Sơn chưa có nhiều nghiên cứu sâu về cảnh quan theo cách tiếp cận này. Nên lựa chọn của nghiên cứu sinh đóng góp cơ sở khoa học và có tính thực tiễn.

3) Trong quá trình xây dựng các hệ thống phân loại cảnh quan ở Việt Nam trong nhiều thập kỷ qua, nhiều hệ thống phân loại đã được một số nhà địa lý Việt Nam tiếp nhận một cách có hệ thống và ứng dụng phổ biến. Sự phát triển của các quy ước quốc tế đa dạng về cảnh quan dẫn đến nhu cầu phân loại cảnh quan ngày càng tăng ở tất cả các quốc gia. Nên luận án chọn hướng nghiên cứu cảnh quan đa bậc, sử dụng phương pháp kết hợp cả phương pháp tổng thể và phương pháp tham số.

4) Trong đánh giá cảnh quan, luận án giới hạn thực hiện đánh giá theo hình thái (độ đo cảnh quan), sử dụng gói phần mềm Fragstats xác định một số độ đo của các đơn vị cảnh quan nhằm đánh giá hình thái cảnh quan để làm cơ sở đưa ra các khuyến nghị về sử dụng hợp lý cảnh quan khu vực nghiên cứu.

CHƯƠNG 2

ĐẶC ĐIỂM CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH TÍNH ĐA BẬC CẢNH QUAN TRÊN LÃNH THỔ TỈNH LẠNG SƠN

Lạng Sơn là một tỉnh miền núi (>80% địa hình núi) có diện tích 8310,18 km2, vị trí nằm ở tuyến đầu Đông Bắc, nơi tiếp nhận những ảnh hưởng của không khí cực đới đến Việt Nam, đồng thời khá xa biển nên sự kết hợp giữa các yếu tố vị trí địa lý

- địa hình - hoàn lưu tạo nên tính phân bậc đa chiều trong cảnh quan tỉnh Lạng Sơn.

2.1. Vị trí địa lý và vai trò trong phân bậc cảnh quan

Lãnh thổ tỉnh Lạng Sơn có tọa độ địa lý từ 21019’00” đến 22027’30” vĩ Bắc và 106006’07” đến 107021’45” kinh Đông. Là tỉnh địa đầu phía bắc, tỉnh Lạng Sơn phía bắc giáp tỉnh Cao Bằng, phía đông giáp tỉnh Quảng Tây (Trung Quốc) và tỉnh Quảng Ninh, phía tây giáp tỉnh Bắc Kạn và tỉnh Thái Nguyên; phía nam giáp tỉnh Bắc Giang.

Với vị trí lãnh thổ, Lạng Sơn nằm ngay bên rìa địa khối Vòm sông Chảy, làm cho địa hình núi chiếm ưu thế, song độ cao đã giảm nên chủ yếu là đồi núi thấp tương đối cổ, bị xâm thực xói mòn mạnh mẽ từ đại Cổ sinh đại đến nay, hình thành các bậc địa hình đồi núi xen thung lũng tương đối rộng và không quá sâu về mức chia cắt sâu.

Vị trí của lãnh thổ Lạng Sơn cũng là phần “mở xòe” của nan quạt trong hệ núi Đông Bắc Việt Nam, làm thành địa bàn tiếp xúc đầu tiên với không khí lạnh vào mùa đông, khiến cho nền nhiệt mùa đông của Lạng Sơn giảm thấp so với các tỉnh khác. Thêm vào đó, địa hình núi xòe nan quạt phía đông bắc đã phần nào làm giảm tác động của biển vào đến lãnh thổ Lạng Sơn, gây nên sự phân bậc trong chế độ mưa ẩm. Tính chất này của địa hình làm cho việc lưu chuyển vật liệu trong tự nhiên (trong cảnh quan theo dòng chảy) tỉnh Lạng Sơn theo hướng bắc - nam thuận lợi hơn so với chiều đông - tây, cũng gây nên tính phân bậc trong liên kết giao thương giữa Lạng Sơn và các tỉnh bạn có sự khác biệt theo hai chiều bắc - nam và đông - tây.

Những đặc điểm nổi trội đó của vị trí lãnh thổ tỉnh Lạng Sơn tác động đến phân bậc trong thiên nhiên nói chung và trong hệ thống cảnh quan nói riêng.

2.2. Tính phân bậc trong các yếu tố nền vật chất vô cơ

Nền vật chất vô cơ còn được nhiều nhà địa lý gọi là nền rắn của cảnh quan được hình thành từ hai nhóm yếu tố cơ bản, đó là: (1) Cấu trúc và niên đại địa chất (nhóm yếu tố nội sinh) và (2) Hình thái và tuổi địa hình (nhóm yếu tố ngoại sinh). Các yếu tố nền vật chất vô cơ của lãnh thổ Lạng Sơn có sự phân bậc được thể hiện như sau [60,61,62]: