Building a map of urban ecosystem services in Thu Duc City

Abstract

The process of urbanization brings numerous positive impacts on economic and social development; however, it also exerts significant effects on the natural environment. Specifically, urbanization has contributed to the disruption of many natural ecosystems, which play a vital role in filtering pollution and safeguarding the living environment. Thu Duc City serves as a case study, where rapid urbanization has led to substantial changes in its natural ecosystems. Many ecosystems have been degraded or lost, reducing their capacity to provide valuable ecosystem services such as carbon sequestration, climate regulation, and pollution mitigation. This study aims to evaluate the condition of natural ecosystems in Thu Duc City and analyze the ecosystem services they provide. The research involves the creating of an ecosystem service map system over the period from 1988 to 2023, employing the Analytic Hierarchy Process (AHP) method in combination with GIS and remote sensing technologies. The study’s findings reveal that the conversion of land use types from agricultural land to urban areas has significantly diminished the capacity of ecosystems to provide essential services. These results provide a critical foundation for urban planning and environmental conservation efforts in the region.

Mở đầu

Đô thị hóa là quá trình tất yếu đối với các quốc gia đang phát triển khi bước vào thời kỳ công nghiệp hoá – hiện đại hoá. Đô thị hoá diễn ra thúc đẩy sự tăng trưởng kinh tế và phát triển xã hội, nâng cao chất lượng sống của người dân ở khu vực đô thị và vùng ven đô. Tuy đô thị hoá đem lại những mặt tích cực về kinh tế - xã hội nhưng bên cạnh đó quá trình này cũng mang lại những mặt tiêu cực, đặc biệt là sự suy giảm hoặc mất đi các giá trị cung cấp từ hệ sinh thái tự nhiên, gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường và những lợi ích mà con người được nhận từ chính môi trường đó.

Giá trị dịch vụ hệ sinh thái đô thị đã được chú trọng và đánh giá trong hai thập kỷ qua. Khởi điểm có thể kể đến kết quả phân tích các dịch vụ hệ sinh thái đô thị được tạo ra bởi các hệ sinh thái trong khu vực đô thị của Bolund và Hunhammar 1 , bao gồm: lọc không khí, điều hòa vi khí hậu, giảm tiếng ồn, thoát nước mưa, xử lý nước thải, các giá trị giải trí và văn hóa. Kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả đã góp phần định lượng hóa việc đánh giá các dịch vụ cung cấp của hệ tự nhiên, giúp gia tăng nhận thức về các dịch vụ hệ sinh thái đô thị và hỗ trợ các nhà hoạch định và những người ra quyết định trong quá trình thực hiện quy hoạch không gian đô thị. Tiếp nối nghiên cứu theo định hướng này, các nghiên cứu về định lượng giá trị dịch vụ hệ sinh thái đô thị (DVHST) và xây dựng các dạng bản đồ DVHST đô thị đã được phát triển, chẳng hạn việc thành lập bản đồ dịch vụ hệ sinh thái đô thị về phân bố lưu trữ carbon cacbon trên mặt đất ở Thành phố Leicester 2 , sự phát triển các phương pháp định lượng các dịch vụ hệ sinh thái đô thị (làm sạch không khí, điều tiết khí hậu) và sự gây hại cho hệ sinh thái (ô nhiễm không khí liên quan đến phát thải các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi sinh học) đề xuất bởi Francesc Baro và các cộng sự 3 , tiến đến xây dựng mô hình không gian cung cấp dịch vụ hệ sinh thái đô thị của Marthe L. Derkzen và cộng sự 4 . Kết quả các nghiên cứu chỉ ra rằng các dịch vụ hệ sinh thái đô thị rất đa dạng đối với từng loại thảm thực vật và mỗi loại thảm thực vật sẽ cung cấp những dịch vụ với từng mức độ khác nhau. Các đánh giá này có thể giúp tối ưu hóa việc quản lý đô thị như không gian xanh đa chức năng thông qua đánh giá chi tiết về mặt không gian của các dịch vụ hệ sinh thái, giúp thúc đẩy vai trò của không gian xanh đô thị như một giải pháp dựa trên tự nhiên để cung cấp nhiều dịch vụ hệ sinh thái đô thịvàcải thiện môi trường tại khu đô thị 5 .

Các nghiên cứu về dịch vụ hệ sinh thái tại Việt Nam cũng đang ngày càng được chú trọng, tập trung đánh giá chủ yếu các dịch vụ hệ sinh thái tự nhiên như các hệ sinh thái ven biển 6 , 7 , 8 , 9 , hệ sinh thái tại vườn quốc gia 10 , hệ sinh thái nông nghiệp 11 … Tuy nhiên, giá trị dịch vụ của hệ sinh thái đô thị tại Việt Nam vẫn chưa được quan tâm như các quốc gia khác dù tốc độ đô thị hoá tại Việt Nam đang ngày càng tăng nhanh.

Thành phố Thủ Đức là thành phố trực thuộc thành phố Hồ Chí Minh, được thành lập vào ngày 01 tháng 01 năm 2021 dựa trên sự hợp nhất của ba quận gồm Quận 2, Quận 9 và Quận Thủ Đức. Khu vực này đang diễn ra tốc độ đô thị hoá khá nhanh, chuyển dịch cơ cấu kinh tế trở thành trung tâm kinh tế, sản xuất công nghiệp lớn và là khu vực có tốc độ tăng trưởng kinh tế đứng thứ ba của cả nước. Vốn là khu vực có nhiều loại thực vật đa dạng nhưng đến nay, diện tích thực vật của thành phố đã giảm đi rất nhiều lần và đa số diện tích hiện nay là thảm thực vật nhân tạo như cây xanh vỉa hè, thảm cỏ trong công viên…Do đó, những giá trị cung cấp của hệ sinh thái thực vật tại đây cũng có sự thay đổi rất lớn.

Nghiên cứu này tập trung phân tích vai trò và giá trị của dịch vụ mà hệ sinh thái thực vật ở thành phố Thủ Đức đem lại, trên cơ sở đó thực hiện xây dựng hệ bản đồ DVHST đô thị tại TP Thủ Đức và đánh giá sự thay đổi giá trị phục vụ của hệ sinh thái thực vật ở khu vực qua các giai đoạn. Việc đánh giá những thay đổi này là vô cùng cấp thiết để đưa ra cảnh báo kịp thời về những ảnh hưởng nghiêm trọng khi mất đi hệ sinh thái thực vật này.

Phương pháp nghiên cứu

Khu vực nghiên cứu

Thành phố Thủ Đức ( Figure 1 ) nằm ở phía đông của Thành phố Hồ Chí Minh, có diện tích 211,59 km² (trong đó Quận 9 có diện tích 114 km ² , Quận 2 có diện tích 50 km ² và Quận Thủ Đức có diện tích 47,76 km ² ).

Figure 1 . Bản đồ vị trí vùng nghiên cứu

Hệ sinh thái thực vật bản địa tại Thành phố Thủ Đức khá đa dạng và phong phú. Các hệ sinh thái đặc trưng chia theo độ cao bao gồm: Hệ sinh thái vùng bưng (có địa hình trũng thấp), hệ sinh thái vùng cao độ trung bình và hệ sinh thái vùng gò đồi. Vùng bưng tại khu vực này chia ra làm hai loại là vùng bưng phèn và vùng bưng nhiễm mặn, do đó hệ sinh thái thực vật tại đây cũng vô cùng đa dạng và phong phú với đặc trưng của hệ sinh thái đất ngập nước gồm các loài chủ yếu như Mắm ( Avicennia marina ), Đước ( Rhizophora apiculata Blume ), Bần chua ( Sonneratia caseolaris ), Bạch đàn ( Eucalyptus globulus Labill ), Keo lá tràm ( Acacia auriculiformis ), Ổi ( Psidium guajava ), Điều ( Anacardium occidentale L ), Dừa ( Cocos nucifera ), Bàng ( Terminalia catappa L ), Ráng đại ( Acrostichum aureum ), Lúa ( Oryza sativa ), Chuối ( Musa sapientum L .), Cỏ mực ( Eclipta prostrate ), Dà ( Ceriops tagal ), Niệt gió ( Wikstroemia indica C.A.Mey ), Kim vàng ( Barleria lupulina Lindl. ). Vùng trung bình là những vùng có độ cao từ 5 – 10m, khu vực này có đặc trưng hệ sinh thái là sự kết hợp giữa cả hai vùng bưng và gò đồi. Vùng gò đồi chiếm khoảng 25% diện tích tự nhiên, có cao độ trung bình 20 – 30m, khu vực cao nhất là 35m (khu đồi Long Bình). Hệ thực vật vùng gò đồi là thảm thực vật thứ sinh, gồm một số loài như: Cây họ Dầu ( Diptercarpaceae ), Nhóm cây thân gỗ (và cây họ Cau ( Arecaceae ), cây Dừa trái ( Cocos nucifera ), Tràm ( Melaleuca ), Niệt gió ( Wikstroemia indica C.A.Mey ), , Điều ( Anacardium occidentale L ), Bạch đàn ( Eucalyptus globulus Labill .), Cỏ mực ( Eclipta prostrate ), Kim vàng ( Barleria lupulina Lindl .)…

Kết quả khảo sát thực tế của nhóm tác giả cho thấy hệ sinh thái thực vật hiện tại trên địa bàn thành phố đã có nhiều sự thay đổi với thành phần hệ sinh thái bao gồm: cây xanh trên các tuyến phố, công viên, ruộng lúa và vườn cây ăn trái (trên các phường Long Bình, Long Trường và Tân Nhơn Phú A), các khu sinh thái vườn xen lẫn hệ sinh thái tự nhiên phân tán chủ yếu còn lại trên các phường Long Trường, Trường Thạnh, Long Phước... Hiện nay, thành phố Thủ Đức có 453,47 ha đất công viên như: công viên Ánh sáng Thủ Đức, Công viên khu đô thị Sala, Công viên hầm Thủ Thiêm,...và 88,03 ha đất mảng xanh hiện hữu, tương ứng chỉ tiêu đất công viên, mảng xanh công cộng đạt bình quân 5,34 m ² /người. Trong tương lai, Thành phố đề ra chỉ tiêu đến năm 2030 thì diện tích đất công viên và mảng xanh trên địa bàn đạt chỉ tiêu 7m ² /người (theo Quy chuẩn QCVN 01:2021/BXD) với dân số ước tính là 1.500.000 người, tương ứng diện tích đất công viên cây xanh là 900 1.050ha 12 .

Dữ liệu sử dụng và quy trình thực hiện

Dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat khu vực Thành phố Thủ Đức giai đoạn 1988 – 2023 được thu thập tại trang website của Trung tâm Khoa học và Quan sát Trái đất, Cục Địa chất Hoa Kỳ (USGS) ( Table 1 ). Ảnh thu được đều có độ mây che phủ dưới 1% và được sử dụng để phân loại sự phân bố các loài thực vật trên vùng nghiên cứu. Kết quả phân tích ảnh viễn thám qua các giai đoạn được thể hiện tại Figure 3 .

Table 1 Các ảnh Landsat được sử dụng trong nghiên cứu

Tiến trình thực hiện của nghiên cứu này được thể hiện tóm lược tại sơ đồ Figure 2 .

Figure 2 . Sơ đồ quy trình thực hiện

Trình tự các nội dung thực hiện để xây dựng hệ bản đồ DVHST tại TP Thủ Đức bao gồm:

Bước 1: Phân tích các dữ liệu và thông tin thu thập được kết hợp tham khảo tài liệu trong và ngoài nước để xác định các DVHST tại khu vực nghiên cứu;

Bước 2: Áp dụng phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) để xác định giá trị trọng số về mức độ cung cấp dịch vụ từ các loại thực vật;

Bước 3: Phân tích ảnh viễn thám kết hợp khảo sát thực tế để xây dựng các lớp dữ liệu về diễn biến phân bố các loại thực phủ;

Tiếp theo, GIS (sử dụng phần mềm mã nguồn mở QGIS) được ứng dụng để tích hợp dữ liệu không gian và kết quả tính toán trọng số về mức độ cung cấp dịch vụ của thực vật để xây dựng các lớp dữ liệu đơn tính về DVHST của TP Thủ Đức (thể hiện sự phân bố theo không gian), bao gồm: lớp phân bố dịch vụ cung cấp gỗ, lớp phân bố dịch vụ cung cấp dược liệu, lớp phân bố dịch vụ điều tiết và lớp phân bố mức độ hấp thụ cacbon.

Sau cùng, những lớp dữ liệu DVHST đơn tính được tích hợp để thành lập bộ bản đồ Dịch vụ HST của thành phố Thủ Đức qua các năm 1988, 2000, 2021 và 2023.

Phân tích dữ liệu xác định các dịch vụ cung cấp từ hệ thực vật tại TP Thủ Đức

Các thông tin và dữ liệu về hệ thực vật bản địa và những loài thực vật du nhập vào khu vực nghiên cứu đã được thu thập và tiến hành phân tích đánh giá nhằm xác định mức độ cung cấp dịch vụ của chúng. Trong phạm vi của nghiên cứu này, hai dịch vụ hệ sinh thái được phân tích và đánh giá bao gồm dịch vụ cung cấp và dịch vụ điều tiết. Đây là hai nhóm dịch vụ cung cấp quan trọng đối với hệ sinh thái đô thị. Kết quả phân tích và xác định các dịch vụ mà hệ sinh thái thực vật cung cấp tại Thành phố Thủ Đức được tổng hợp trong Table 2 .

Table 2 Các dịch vụ cung cấp của hệ sinh thái thực vật Thành phố Thủ Đức

Phân tích dữ liệu viễn thám phân loại lớp phủ thực vật tại TP Thủ Đức

Ảnh viễn thám được phân loại theo phương pháp Ước lượng hợp lý tối đa (Maximum Likelihood), sử dụng phần mềm Envi 5.3, sau đó thực hiện kiểm tra độ chính xác kết quả phân loại. Độ chính xác phân loại được đánh giá bằng 2 chỉ tiêu là độ chính xác tổng thể (Overall accuracy) và chỉ số thống kê Kappa nhằm đánh giá mức độ chấp nhận kết quả phân loại.

Độ chính xác kết quả giải đoán được tính như sau 13 :

Độ chính xác toàn cục = Tổng pixel phân loại đúng/ Tổng pixel được phân loại

Hệ số Kappa (k) được tính theo công thức k = A/B

Trong đó:

A: Số pixel phân loại đúng – số pixel phân loại sai.

B: tổng số pixel được phân loại.

Chỉ số Kappa (k) có giá trị từ 0 đến 1. Nếu k lớn hơn hoặc bằng 0,8 cho thấy kết quả phân loại có độ tin cậy cao, nếu k từ 0,4 đến dưới 0,8 kết quả phân loại có độ tin cậy trung bình, nếu k nhỏ hơn 0,4 kết quả phân loại có độ tin cậy thấp. Công cụ ma trận nhầm lẫn (Confusion Matrix) của phần mềm ENV 5.3 được sử dụng để tính chỉ số Kappa.

Đối với ảnh năm 1988 và 2000, các vị trí kiểm tra căn cứ theo ảnh Google Earth Pro của năm đó. Riêng năm 2021 và 2023, các vị trí kiểm tra căn cứ theo ảnh Google Earth Pro kết hợp với điều tra thực tế (các vị trí khảo sát được thể hiện trên Figure 1 ).

Ba nhóm thực vật được trích xuất bao gồm: thân gỗ, thân thảo, và thân bụi cùng với các loại hình sử dụng đất khác như nhà ở, đường giao thông, đất trống và mặt nước ( Figure 3 ). Kết quả phân loại của nghiên cứu này đều có độ chính xác lớn hơn 0.8 (độ chính xác tổng thể và chỉ số Kappa).

Phương pháp phân tích thứ bậc (AHP)

Phương pháp phân tích thứ bậc được áp dụng trong tính toán giá trọng số về mức độ cung cấp dịch vụ của mỗi loại thực vật. Phương pháp phân tích thứ bậc (AHP: Analytic Hierarchy Process) là một trong những phương pháp phân tích đa tiêu chí được đề xuất bởi Thomas L. Saaty, một nhà toán học người gốc Irắc. Phương pháp AHP giúp đánh giá sự quan trọng của mỗi thành phần thông qua quá trình so sánh giữa các cặp tiêu chí 14 .

Các bước thực hiện AHP gồm trong nghiên cứu này bao gồm 14 :

- Xác định các tiêu chí liên quan và thiết lập các thứ bậc quan trọng

- Phân hạng và so sánh các tiêu chí: Tiến hành thực hiện việc so sánh các tiêu chí về mức quan trọng của từng DVHST theo từng cặp và đánh giá mức độ quan trọng của các tiêu chí. Việc so sánh mức độ cao thấp của khả năng cung cấp dịch vụ của từng nhóm thực vật được phân cấp dựa trên nguyên tắc cho điểm. Mỗi tiêu chí của từng dịch vụ sẽ có giá trị điểm cao nhất (Max value) riêng, giá trị này được xác định dựa trên tầm quan trọng của dịch vụ đó để đánh giá và cho điểm. Giá trị cũng như số điểm đạt được của từng nhóm cây cho từng tiêu chí đều dựa vào những yêu cầu riêng của từng tiêu chí.

- Tính toán trọng số cho các tiêu chí bằng cách cộng tổng các giá trị của ma trận theo cột sau đó tính giá trị trung bình.

- Kết quả tính toán giá trị trọng số về mức độ quan trọng của từng tiêu chí được xác định mức độ nhất quán thông qua việc tính toán giá trị hệ số nhất quán (CR), là chỉ số đo lường mức độ chênh lệch hướng nhất quán. Giá trị chỉ số nhất quán CR < 0,1 được xem là chấp nhận.

Số liệu áp dụng cho việc tính toán trọng số về khả năng và mức độ cung cấp dịch vụ của từng loài thực vật được dựa trên số liệu phỏng vấn người dân bản địa (80 hộ gia đình) sinh sống lâu năm tại vùng nghiên cứu kết hợp với tham khảo các tài liệu nghiên cứu trước đây về khả năng khai thác và sử dụng của thực vật.

Kết quả và thảo luận

Các nhóm thực vật ở Thành phố Thủ Đức và khả năng cung cấp dịch vụ

Các nhóm thực vật ở Thành phố Thủ Đức và khả năng cung cấp dịch vụ

Các nhóm thực vật ở Thành phố Thủ Đức và khả năng cung cấp dịch vụ

Bản đồ phân vùng dịch vụ hệ sinh thái thực vật tại thành phố Thủ Đức

Bản đồ phân vùng dịch vụ hệ sinh thái thực vật tại thành phố Thủ Đức

Bản đồ phân vùng dịch vụ hệ sinh thái thực vật tại thành phố Thủ Đức

Bản đồ phân vùng dịch vụ hệ sinh thái thực vật tại thành phố Thủ Đức

Kết luận

Nghiên cứu đã bước đầu xác định các dịch vụ của hệ sinh thái thực vật tại thành phố Thủ Đức cùng với sự kết hợp ứng dụng các công nghệ viễn thám và GIS, các bản đồ thể hiện sự phân bố và sự phân cấp các dịch vụ hệ sinh thái và mức độ biến động của chúng tại thành phố Thủ Đức được thành lập. Việc ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám vào nghiên cứu đánh giá các dịch vụ cung cấp của hệ sinh thái thực vật giúp cung cấp kết quả trực quan và tổng thể được tổng hợp từ các nguồn thông tin đơn tính một cách nhanh chóng và hiệu quả.

Kết quả đạt được đã cung cấp một bức tranh tổng quát nhất về những giá trị của hệ sinh thái thực vật đem lại và quá trình đô thị hoá diễn ra ảnh hưởng đến giá trị này ra sao. Qua đó giúp các nhà hoạch định, quản lý tài nguyên – môi trường, quy hoạch đô thị có thể đánh giá chính xác hơn hiện trạng tại khu vực và đưa ra những điều chỉnh hợp lý trong công cuộc đô thị hoá – hiện đại hoá.

Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong thực tế trong quá trình tiến hành lên kế hoạch chọn lựa nhóm thực vật phù hợp để từ đó thực hiện quy hoạch một cách hợp lý để xây dựng nên khu đô thị cảnh quan xanh có sự phát triển về mặt kinh tế - xã hội một cách bền vững, đây cũng là xu hướng hiện nay trên thế giới.

Lời cảm ơn

Nghiên cứu này được tài trợ bởi trường Đại học Bách khoa – ĐHQG-HCM trong khuôn khổ đề tài mã số T-MTTN-2022-02

XUNG ĐỘT LỢI ÍCH

Tập thể tác giả cam đoan bài báo này là công trình nghiên cứu của tập thể tác giả, chưa được công bố ở đâu, không được sao chép từ những nghiên cứu trước đây; không có sự tranh chấp lợi ích trong nhóm tác giả.

ĐÓNG GÓP CỦA CÁC TÁC GIẢ

Tác giả Nguyễn Hoàng Anh, Nguyễn Nam Khánh, Hồ Thị Ngọc Hà thực hiện tạo ra kết quả của nghiên cứu; tác giả Nguyễn Hoàng Anh, Hồ Thị Ngọc Hà viết bản đầu tiên; tác giả Nguyễn Hoàng Anh và Đào Thị Việt Hương thực hiện các bước chỉnh sửa hoàn thiện bài viết.