Gis based land use simulation of sustainable forest management and wood utilizat
Mô tả GIS mô phỏng sử dụng đất trong quản lý rừng bền vững, ứng dụng công nghệ không gian để tối ưu hóa tài nguyên.
Universität Hamburg
Biology / Sustainable Forest Management
Luan An
Luận án tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
209
Thời gian đọc
32 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- Quản lý Rừng Bền vững: Mô phỏng Sử dụng Đất GIS
- Số trang:
- 209 trang
- Trường:
- Universität Hamburg
- Chuyên ngành:
- Biology / Sustainable Forest Management
- Tác giả:
- Dang Cuong Nguyen
- Năm:
- 2018
Tóm tắt nội dung luận án
I.Quản lý Rừng Bền vững Mô phỏng Sử dụng Đất GIS
Nghiên cứu hướng tới việc đạt được Bằng Tiến sĩ. Tập trung vào quản lý rừng bền vững và sử dụng gỗ. Địa điểm nghiên cứu là tỉnh Thái Nguyên, Việt Nam. Khái niệm Quản lý Rừng Bền vững (SFM) đã được thiết lập. Các nguyên tắc này đòi hỏi sự cân bằng. Cân bằng giữa phát triển kinh tế xã hội và lợi ích môi trường. Mục tiêu chính là xác định các vị trí phù hợp nhất. Mục tiêu nhằm đạt lợi nhuận cao nhất cho việc trồng rừng. Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) đóng vai trò trung tâm. GIS được sử dụng để mô phỏng sử dụng đất. Công cụ GIS hỗ trợ phân tích không gian. GIS tích hợp nhiều loại dữ liệu. Dữ liệu địa lý giúp đánh giá chính xác. Nó định vị các khu vực trồng rừng hiệu quả. Việc mô phỏng thay đổi sử dụng đất là khả thi. GIS cung cấp nền tảng mạnh mẽ. Nó tối ưu hóa các quyết định quản lý. Nghiên cứu kết hợp nhiều yếu tố. Yếu tố sinh lý học và địa lý ảnh hưởng năng suất. Yếu tố kinh tế xã hội và thị trường tác động lợi nhuận. Giá gỗ, nhu cầu gỗ và chi phí vận chuyển là quan trọng. Dữ liệu này được tích hợp vào khung GIS. Sự kết hợp giúp phân tích đa tiêu chí. Nó tối ưu hóa quản lý rừng. Nó đảm bảo tính bền vững và lợi nhuận cao.
1.1. Mục tiêu Nghiên cứu và Khái niệm SFM
Nghiên cứu đạt được Bằng Tiến sĩ. Nó tập trung vào quản lý rừng bền vững (SFM) và sử dụng gỗ. Vùng nghiên cứu là tỉnh Thái Nguyên, Việt Nam. Khái niệm SFM đã được thiết lập rõ ràng. Các nguyên tắc SFM yêu cầu sự cân bằng. Cân bằng giữa phát triển kinh tế xã hội và bảo vệ môi trường. Mục tiêu chính là xác định các vị trí trồng rừng phù hợp. Các vị trí này tối đa hóa lợi nhuận. Nghiên cứu cung cấp giải pháp thực tiễn. Nó đóng góp vào sự phát triển bền vững của lâm nghiệp.
1.2. Vai trò của Hệ thống Thông tin Địa lý
Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) là công cụ chủ chốt. GIS được sử dụng để mô phỏng sử dụng đất. Nó hỗ trợ phân tích không gian toàn diện. GIS tích hợp nhiều loại dữ liệu địa lý. Các dữ liệu này giúp đánh giá chính xác. Nó định vị các khu vực trồng rừng hiệu quả. GIS cũng cho phép mô phỏng thay đổi sử dụng đất. Nó cung cấp nền tảng vững chắc. Nền tảng này tối ưu hóa các quyết định quản lý rừng. Nó là yếu tố thiết yếu cho kế hoạch bền vững.
1.3. Kết hợp Dữ liệu Đa yếu tố
Nghiên cứu kết hợp nhiều loại yếu tố. Yếu tố sinh lý học và địa lý ảnh hưởng đến năng suất rừng. Yếu tố kinh tế xã hội và thị trường tác động đến lợi nhuận. Giá gỗ, nhu cầu và chi phí vận chuyển là quan trọng. Dữ liệu này được tích hợp vào khung GIS. Sự kết hợp này hỗ trợ phân tích đa tiêu chí. Nó tối ưu hóa quản lý rừng bền vững. Nó đảm bảo cả tính bền vững môi trường và lợi nhuận kinh tế.
II.Tối ưu hóa Lợi nhuận Rừng Phân tích Không gian GIS
Năng suất rừng chịu ảnh hưởng lớn. Các yếu tố sinh lý học tác động trực tiếp. Điều kiện đất đai, khí hậu là cần thiết. Khí hậu được cung cấp bởi trung tâm nghiên cứu khí tượng. Bản đồ đất được cung cấp bởi chuyên gia. Loại cây trồng cần phù hợp điều kiện địa điểm. Việc lựa chọn đúng loài cây tối đa hóa sản lượng. Phân tích này là nền tảng. Nó cho phép đưa ra quyết định quản lý hiệu quả. Nghiên cứu áp dụng phân tích tối ưu hóa. Kỹ thuật Lập trình Tuyến tính (LP) được sử dụng. LP kết hợp với khung GIS. Mục tiêu là xác định vị trí tối ưu. Vị trí này mang lại lợi nhuận cao nhất. Hệ thống này cân nhắc các ràng buộc. Các ràng buộc bao gồm tài nguyên và thị trường. Phân tích không gian được thực hiện. Nó giúp lập kế hoạch chi tiết cho rừng trồng. Hiệu quả của rừng trồng phụ thuộc nhiều yếu tố. Không chỉ năng suất mà còn yếu tố thị trường. Giá gỗ, nhu cầu và chi phí vận chuyển là chủ chốt. Các yếu tố này được đưa vào mô hình. Mục đích là nâng cao lợi nhuận. Phân tích này xem xét toàn bộ chuỗi giá trị. Nó hỗ trợ quản lý tài nguyên rừng. Nó hướng tới sự bền vững kinh tế và môi trường.
2.1. Yếu tố Ảnh hưởng Năng suất Rừng
Năng suất rừng chịu ảnh hưởng lớn. Các yếu tố sinh lý học tác động trực tiếp. Điều kiện đất đai và khí hậu là rất quan trọng. Dữ liệu khí hậu được cung cấp bởi trung tâm nghiên cứu chuyên ngành. Bản đồ đất được cung cấp bởi các chuyên gia. Việc lựa chọn loại cây trồng cần phù hợp với điều kiện địa điểm cụ thể. Lựa chọn đúng loài cây tối đa hóa sản lượng. Phân tích này là nền tảng cơ bản. Nó giúp đưa ra các quyết định quản lý rừng hiệu quả.
2.2. Phân tích Tối ưu hóa và Lập trình Tuyến tính
Nghiên cứu áp dụng phân tích tối ưu hóa. Kỹ thuật Lập trình Tuyến tính (LP) được sử dụng. LP kết hợp với khung Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS). Mục tiêu là xác định các vị trí tối ưu. Các vị trí này mang lại lợi nhuận cao nhất cho rừng trồng. Hệ thống này cân nhắc các ràng buộc. Các ràng buộc bao gồm tài nguyên và điều kiện thị trường. Phân tích không gian được thực hiện chi tiết. Nó hỗ trợ lập kế hoạch chính xác cho rừng trồng.
2.3. Khai thác Gỗ và Giá trị Kinh tế
Hiệu quả của rừng trồng phụ thuộc nhiều yếu tố. Không chỉ năng suất mà còn các yếu tố thị trường. Giá gỗ, nhu cầu gỗ và chi phí vận chuyển là rất quan trọng. Các yếu tố này được tích hợp vào mô hình. Mục đích là nâng cao lợi nhuận tổng thể. Phân tích này xem xét toàn bộ chuỗi giá trị của gỗ. Nó hỗ trợ quản lý tài nguyên rừng hiệu quả. Nó hướng tới sự bền vững về cả kinh tế và môi trường.
III.Đánh giá Phù hợp Đất Rừng Công cụ Hỗ trợ Quyết định
Nghiên cứu sử dụng khung đánh giá của FAO. Khung này dùng cho phân loại phù hợp đất. Nó cung cấp tiêu chuẩn quốc tế. Tiêu chuẩn này đánh giá khả năng sử dụng đất. Đặc biệt cho các mục đích lâm nghiệp. Phương pháp này bao gồm nhiều tiêu chí. Các tiêu chí sinh học và vật lý được xem xét. Nó là cơ sở cho các phân tích tiếp theo. Phương pháp này đảm bảo tính khách quan và khoa học. Phân tích đánh giá sự phù hợp đất. Các hạng mục được xác định rõ ràng. Bao gồm "rất phù hợp", "phù hợp vừa phải". Cũng có "phù hợp kém" và "không phù hợp". Các lớp này giúp hiểu rõ tiềm năng. Nó giúp phân bổ tài nguyên hiệu quả. Điều này hướng dẫn việc lập kế hoạch trồng rừng. Nó đảm bảo đầu tư vào đúng khu vực. Quá trình đánh giá tích hợp nhiều dữ liệu. Các bản đồ đất, dữ liệu khí hậu được sử dụng. Thông tin về lớp phủ rừng cũng được đưa vào. Ông Trần Hồ cung cấp bản đồ đất và lớp phủ rừng. Dữ liệu này được xử lý thông qua GIS. Phân tích đa tiêu chí được áp dụng. Nó xác định các khu vực tối ưu. Nó hỗ trợ các quyết định quản lý đất đai. Điều này giúp cân bằng các mục tiêu.
3.1. Phương pháp Đánh giá Phù hợp Đất FAO
Nghiên cứu áp dụng khung đánh giá của FAO. Khung này dùng để phân loại sự phù hợp của đất. Nó cung cấp các tiêu chuẩn quốc tế. Tiêu chuẩn đánh giá khả năng sử dụng đất. Đặc biệt cho các mục đích lâm nghiệp. Phương pháp này bao gồm nhiều tiêu chí khác nhau. Các tiêu chí sinh học và vật lý được xem xét kỹ lưỡng. Nó là cơ sở cho các phân tích tiếp theo. Phương pháp này đảm bảo tính khách quan và khoa học. Nó hỗ trợ lập kế hoạch hiệu quả.
3.2. Phân loại Mức độ Phù hợp
Phân tích đánh giá sự phù hợp của đất. Các hạng mục được xác định rõ ràng. Bao gồm "rất phù hợp", "phù hợp vừa phải", "phù hợp kém" và "không phù hợp". Các lớp này giúp hiểu rõ tiềm năng của từng khu vực. Nó giúp phân bổ tài nguyên đất hiệu quả hơn. Điều này hướng dẫn việc lập kế hoạch trồng rừng. Nó đảm bảo các khoản đầu tư được thực hiện vào đúng khu vực. Nó tối ưu hóa kết quả lâm nghiệp.
3.3. Tích hợp Dữ liệu Đa Tiêu chí
Quá trình đánh giá tích hợp nhiều dữ liệu. Các bản đồ đất và dữ liệu khí hậu được sử dụng. Thông tin về lớp phủ rừng cũng được đưa vào. Ông Trần Hồ đã cung cấp bản đồ đất và lớp phủ rừng. Dữ liệu này được xử lý thông qua Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS). Phân tích đa tiêu chí được áp dụng. Nó xác định các khu vực tối ưu cho quản lý rừng. Nó hỗ trợ các quyết định quản lý đất đai. Điều này giúp cân bằng các mục tiêu phát triển.
IV.Ứng dụng GIS trong Quản lý Rừng tại Thái Nguyên
Nghiên cứu tập trung vào tỉnh Thái Nguyên, Việt Nam. Đây là một khu vực quan trọng về lâm nghiệp. Tỉnh Thái Nguyên đối mặt với thách thức. Thách thức trong quản lý đất và tài nguyên rừng. Nghiên cứu cung cấp dữ liệu cụ thể. Dữ liệu hỗ trợ quyết định ở cấp địa phương. Nó giúp các cán bộ lâm nghiệp tỉnh. Nó giúp các chủ rừng và nhà máy chế biến gỗ. Họ có cơ hội thu thập thông tin hữu ích. Quá trình thu thập dữ liệu là nền tảng. Dữ liệu khí hậu được cung cấp. Nguồn từ trung tâm nghiên cứu khí tượng thủy văn biển Việt Nam. Bản đồ đất và bản đồ lớp phủ rừng được sử dụng. Chúng được thu thập từ các nguồn địa phương. Dữ liệu này được tích hợp vào GIS. Điều này cho phép phân tích không gian chi tiết. Nó hỗ trợ lập kế hoạch chính xác. Remote sensing có thể bổ sung dữ liệu này. GIS hỗ trợ giám sát hiệu quả. Nó giám sát thay đổi lớp phủ đất và rừng. Khả năng theo dõi phá rừng được tăng cường. Kế hoạch tái trồng rừng có thể được cải thiện. Nó giúp bảo tồn đa dạng sinh học. Nó còn hỗ trợ theo dõi hấp thụ carbon. Phân tích không gian cung cấp cái nhìn sâu sắc. Nó giúp duy trì sức khỏe của hệ sinh thái rừng.
4.1. Bối cảnh Nghiên cứu Tỉnh Thái Nguyên
Nghiên cứu tập trung vào tỉnh Thái Nguyên, Việt Nam. Đây là một khu vực có ý nghĩa lâm nghiệp quan trọng. Tỉnh Thái Nguyên đối mặt với nhiều thách thức. Các thách thức liên quan đến quản lý đất và tài nguyên rừng. Nghiên cứu này cung cấp dữ liệu cụ thể và chi tiết. Dữ liệu hỗ trợ các quyết định ở cấp địa phương. Nó giúp ích cho các cán bộ lâm nghiệp tỉnh. Nó cũng hữu ích cho chủ rừng và các nhà máy chế biến gỗ. Các bên liên quan có cơ hội thu thập thông tin giá trị.
4.2. Thu thập Dữ liệu Không gian
Quá trình thu thập dữ liệu là nền tảng của nghiên cứu. Dữ liệu khí hậu được cung cấp bởi trung tâm nghiên cứu. Bản đồ đất và bản đồ lớp phủ rừng được sử dụng. Các bản đồ này được thu thập từ các nguồn địa phương. Dữ liệu được tích hợp vào Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS). Điều này cho phép phân tích không gian chi tiết. Nó hỗ trợ lập kế hoạch chính xác cho quản lý rừng. Remote sensing có thể bổ sung hiệu quả các bộ dữ liệu này.
4.3. Giám sát Thay đổi Rừng và Sử dụng Đất
GIS hỗ trợ giám sát hiệu quả. Nó giám sát sự thay đổi lớp phủ đất và rừng. Khả năng theo dõi nạn phá rừng được tăng cường. Các kế hoạch tái trồng rừng có thể được cải thiện. Nó giúp bảo tồn đa dạng sinh học. Nó còn hỗ trợ theo dõi khả năng hấp thụ carbon. Phân tích không gian cung cấp cái nhìn sâu sắc. Cái nhìn này giúp duy trì sức khỏe của hệ sinh thái rừng. Nó là công cụ quan trọng cho quản lý bền vững.
V.Mô hình Thay đổi Sử dụng Đất Hướng tới Rừng Bền vững
Mô hình cho phép mô phỏng kịch bản. Nó dự đoán thay đổi sử dụng đất trong tương lai. Kịch bản này dựa trên các yếu tố hiện tại. Các yếu tố kinh tế, xã hội và môi trường được xem xét. Nó giúp lập kế hoạch dài hạn. Phân tích này hỗ trợ ra quyết định. Nó giảm thiểu rủi ro cho các dự án lâm nghiệp. Các nhà hoạch định chính sách có công cụ mới. Nó đánh giá tác động của các lựa chọn khác nhau. Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin. Thông tin hữu ích cho chính sách lâm nghiệp. Chính sách có thể được xây dựng hiệu quả hơn. Mục tiêu là phát triển rừng bền vững. Việc phân tích tối ưu hóa đưa ra hướng dẫn. Hướng dẫn cho quản lý đất và tài nguyên. Điều này giúp ngăn chặn nạn phá rừng. Nó thúc đẩy các hoạt động tái trồng rừng. Nó còn hỗ trợ inventory rừng định kỳ. Quản lý rừng bền vững có lợi ích kép. Nó không chỉ tăng lợi nhuận gỗ. Nó còn đóng góp vào bảo tồn đa dạng sinh học. Các khu vực phù hợp được xác định. Điều này bảo vệ các hệ sinh thái quan trọng. Khả năng hấp thụ carbon của rừng được tối ưu hóa. Mô hình này hỗ trợ các mục tiêu khí hậu. Nó là công cụ quan trọng. Công cụ cho một tương lai xanh hơn, bền vững hơn.
5.1. Mô phỏng Kịch bản Sử dụng Đất Tương lai
Mô hình này cho phép mô phỏng các kịch bản. Nó dự đoán thay đổi sử dụng đất trong tương lai. Các kịch bản này dựa trên các yếu tố hiện tại. Các yếu tố kinh tế, xã hội và môi trường được xem xét. Nó giúp lập kế hoạch dài hạn chiến lược. Phân tích này hỗ trợ quá trình ra quyết định. Nó giảm thiểu rủi ro cho các dự án lâm nghiệp. Các nhà hoạch định chính sách có một công cụ mới. Công cụ này đánh giá tác động của các lựa chọn khác nhau.
5.2. Hỗ trợ Chính sách Lâm nghiệp
Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin quý giá. Thông tin này hữu ích cho việc xây dựng chính sách lâm nghiệp. Các chính sách có thể được xây dựng hiệu quả hơn. Mục tiêu là thúc đẩy phát triển rừng bền vững. Việc phân tích tối ưu hóa đưa ra các hướng dẫn rõ ràng. Hướng dẫn này cho quản lý đất và tài nguyên. Điều này giúp ngăn chặn nạn phá rừng. Nó thúc đẩy các hoạt động tái trồng rừng hiệu quả. Nó còn hỗ trợ inventory rừng định kỳ và toàn diện.
5.3. Bảo tồn Đa dạng Sinh học và Carbon
Quản lý rừng bền vững mang lại lợi ích kép. Nó không chỉ tăng lợi nhuận từ gỗ. Nó còn đóng góp vào bảo tồn đa dạng sinh học. Các khu vực phù hợp được xác định rõ ràng. Điều này giúp bảo vệ các hệ sinh thái quan trọng. Khả năng hấp thụ carbon của rừng được tối ưu hóa. Mô hình này hỗ trợ các mục tiêu khí hậu toàn cầu. Nó là một công cụ quan trọng và cần thiết. Công cụ cho một tương lai xanh hơn và bền vững hơn.
Mục lục chi tiết luận án
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (209 trang)Nội dung chính
Tổng quan về luận án
Bối cảnh suy thoái tài nguyên rừng tự nhiên và áp lực gia tăng nhu cầu nguyên liệu gỗ công nghiệp toàn cầu đòi hỏi các chiến lược phát triển rừng trồng bền vững phải gắn liền với tối ưu hóa không gian kinh tế. Tại Việt Nam, đóng góp của ngành lâm nghiệp đạt 3,8% GDP quốc gia (tương đương 5.123 triệu USD năm 2011; FAO, 2014) với kim ngạch xuất khẩu đồ gỗ tăng trưởng vượt bậc từ 1.154 triệu USD (2004) lên 6.210 triệu USD (2014; GSO, 2014). Tuy nhiên, thực trạng thiếu hụt nguồn cung gỗ tròn nội địa buộc quốc gia phải nhập khẩu nguyên liệu từ 26 quốc gia (EU FLEGT Facility, 2011). Luận án tiến sĩ của nghiên cứu sinh Đặng Cương Nguyên (2018) tại Khoa Toán, Tin học và Khoa học Tự nhiên, Đại học Hamburg (Universität Hamburg, CHLB Đức) dưới sự hướng dẫn của GS. Michael Köhl và GS. Gherardo Chirici mang tính tiên phong khi xây dựng mô hình mô phỏng không gian địa lý kết hợp tối ưu hóa kinh tế - sinh thái trong quản lý rừng trồng và chuỗi cung ứng gỗ tại tỉnh Thái Nguyên, Việt Nam.
Khoảng trống nghiên cứu (Research Gap) cốt lõi được xác định rõ: Các quy hoạch lâm nghiệp truyền thống theo khung FAO (1976, 1984) thường chỉ giới hạn ở đánh giá định tính tính thích nghi đất đai dựa trên yếu tố lập địa sinh thái (Do & Nguyen, 2000; Mohan & Phuong, 2003; Nguyen, 2008), hoặc chỉ tối ưu hóa tài chính ở cấp độ lâm phần đơn lẻ (Stand-level NPV/LEV) mà bỏ qua quan hệ tương hỗ không gian giữa chi phí logistics, cấu trúc thị trường chế biến và sự đánh đổi kinh tế - bảo tồn (Mathey et al., 2009; Backéus et al., 2005; Thi Hong Nhung Nghiem, 2011).
Nghiên cứu giải quyết ba câu hỏi nghiên cứu (Research Questions - RQ) và kiểm chứng hai giả thuyết khoa học (Hypotheses - H):
- RQ1: Làm thế nào để tích hợp Khung đánh giá mức độ thích nghi đất đai FAO, Phân tích đa tiêu chí (MCDA/AHP), Quy hoạch tuyến tính (LP) và Hệ thông tin địa lý (GIS) nhằm xác định vị trí tối ưu cho rừng trồng?
- RQ2: Mức độ nhạy cảm của các chiến lược quản lý tối ưu trước biến động của nhu cầu gỗ, giá gỗ, chi phí sản xuất và tuổi luân kỳ khai thác là bao nhiêu?
- RQ3: Mô hình tối ưu hóa có thể đồng thời giải quyết bài toán quy hoạch địa điểm trồng rừng và cấu trúc mạng lưới nhà máy chế biến gỗ hay không?
- H1: Sự tích hợp giữa FAO, MCDA, LP và GIS cung cấp công cụ định lượng chuẩn xác giúp xác định vị trí phân bổ rừng trồng đáp ứng nhu cầu gỗ tương lai và gia tăng lợi nhuận tổng thể.
- H2: Tối ưu hóa không gian sử dụng đất lâm nghiệp nâng cao hiệu quả tài chính bền vững cho các hộ nông hộ và chuỗi chế biến gỗ.
Khung lý thuyết kết hợp Lý thuyết Giá trị Kỳ vọng Đất đai (Land Expectation Value - LEV của Faustmann; Borges et al., 2014), Lý thuyết Phân tích Thứ bậc (AHP của Saaty, 1980b, 2008) và Lý thuyết Quy hoạch Tuyến tính trong Lâm nghiệp (Linear Programming; Rustagi, 1994). Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn bộ diện tích đất lâm nghiệp quy hoạch sản xuất tại tỉnh Thái Nguyên, thực hiện điều tra sinh trưởng trên 86 ô tiêu chuẩn định vị GPS, khảo sát 215 cơ sở chế biến gỗ (nhà máy băm dăm WC, xẻ pallet PA, bóc ván VE) và hàng trăm hộ gia đình làm kinh tế rừng. Đóng góp đột phá của luận án là chứng minh chu kỳ khai thác sinh học và kinh tế tối ưu của Acacia mangium (Keo tai tượng) đạt đỉnh tại 6 năm tuổi, đồng thời xác lập cơ chế định giá bóng (shadow pricing) làm căn cứ chi trả dịch vụ môi trường rừng cho các khu bảo tồn thiên nhiên.
Literature Review và Positioning
Tổng quan y văn quốc tế cho thấy ba luồng nghiên cứu chính: (1) Đánh giá thích nghi đất đai sinh thái theo khung FAO (FAO, 1976, 1984, 2007; Pretzsch et al., 2014); (2) Tích hợp Hệ thông tin địa lý và Đánh giá Đa tiêu chí (GIS-MCDA) trong sử dụng đất (Malczewski, 2004, 2006; Chen et al., 2010); (3) Ứng dụng quy hoạch toán học tối ưu hóa vị trí nhà máy và chuỗi cung ứng sinh khối (Yu et al., 2012; Shi et al., 2008; Spinelli et al., 2009).
Các tranh luận khoa học nổi bật diễn ra giữa hai trường phái:
- Trường phái sinh thái lập địa: Nhấn mạnh năng suất lập địa là yếu tố quyết định hàng đầu tới hiệu quả rừng trồng (Laffan, 2000; Watt et al., 2005; Ryan et al., 2002; Ngo & Do, 2009).
- Trường phái kinh tế không gian: Khẳng định chi phí vận chuyển và cự ly logistics mới là rào cản cốt lõi chi phối doanh thu và biên lợi nhuận của chuỗi cung ứng gỗ (Spinelli et al., 2009; Ghaffariyan et al., 2013; Ying, 2014).
Nghiên cứu của Đặng Cương Nguyên định vị chính xác khoảng trống bằng cách dung hợp cả hai trường phái: không chỉ trả lời câu hỏi "trồng cây gì ở đâu" (what to grow where) mà còn giải quyết bài toán "phân bổ không gian tối ưu cho ai và với chi phí logistics tối thiểu" (optimal spatial allocation under market equilibrium).
Khi đối chiếu với các nghiên cứu quốc tế:
- So với mô hình CFS-AFM (Canadian Forest Service - Afforestation Feasibility Model) của Yemshanov & McKenney (2008) tại Canada vốn chỉ tập trung vào điểm hòa vốn (breakeven costs) cho cây dương lai (poplar) trên đất nông nghiệp, mô hình của luận án mở rộng đa dạng hóa theo các loại hình nhà máy (dăm gỗ, ván bóc, pallet) và phân tích độ nhạy đa kịch bản.
- So với nghiên cứu của Nepal et al. (2014) tại Bắc Kentucky (Hoa Kỳ) về cây năng lượng gỗ có tính toán cự ly vận chuyển để tránh ước lượng thổi phồng LEV, luận án nâng cấp bằng việc nhúng thuật toán Dijkstra/Network Analysis trong ArcGIS kết hợp mã nguồn VBA để mô phỏng mạng lưới giao thông thực tế thay vì sử dụng khoảng cách đường chim bay đơn thuần.
Đóng góp lý thuyết và khung phân tích
Đóng góp cho lý thuyết
Luận án mở rộng và thách thức mô hình Giá trị Kỳ vọng Đất đai cổ điển Faustmann-Pressler-Ohlin bằng cách nội suy biến số chi phí vận chuyển phụ thuộc không gian $T(x,y)$ và hàm năng suất lập địa phi tuyến $V(S_i, t)$ vào hàm mục tiêu tối đa hóa lợi nhuận ròng:
$$\max Z = \sum_{i=1}^n \sum_{j=1}^m (P_j - C_{harvest} - C_{silviculture} - T_{ij}) \cdot V_i(t) \cdot A_{ij}$$
Trong đó, các giả định lý thuyết được phát triển thành hệ thống mệnh đề khoa học:
- Mệnh đề 1 (Đánh đổi cung - cầu): Khi nhu cầu gỗ chế biến gia tăng vượt ngưỡng cung của các vùng lập địa cấp 1 ($S_1$), mô hình buộc phải huy động đất đai ở vùng lập địa kém thích nghi hơn ($S_2, S_3$) và có cự ly vận chuyển xa hơn, dẫn đến lợi nhuận biên trên mỗi mét khối gỗ ($\text{Profit/m}^3$) suy giảm phi tuyến.
- Mệnh đề 2 (Chuyển dịch mô thức quy hoạch): Quy hoạch tiếp cận cảnh quan tổng thể (Landscape Approach -
_LA) đạt hiệu quả tối ưu phân bổ tài nguyên vượt trội so với cách tiếp cận rừng hiện trạng cục bộ (Current Forest Approach -_FO).
Khung phân tích độc đáo
Khung phân tích tích hợp 3 trụ cột lý thuyết: Khung phân loại đất đai FAO (1984), Lý thuyết Thứ bậc Ra quyết định AHP (Saaty, 1980b) và Quy hoạch Tuyến tính Tối ưu hóa (LP; Rustagi, 1994). Cách tiếp cận phân tích bao gồm việc xác định các điều kiện biên (boundary conditions): giới hạn độ dốc lập địa ($<35^\circ$), độ sâu tầng đất ($>30\text{ cm}$), độ tuổi luân kỳ ($t \in [4, 9]$ năm), và công suất tối đa của từng cụm chế biến gỗ.
+-----------------------------------------------------------------------------+
| KHUNG PHÂN TÍCH TỔNG HỢP |
+-----------------------------------------------------------------------------+
| 1. DỮ LIỆU ĐỊA LÝ & SINH THÁI 2. DỮ LIỆU ĐIỀU TRA LÂM HỌC |
| - Thổ nhưỡng (Loại đất, độ sâu) - 86 ô tiêu chuẩn tròn đồng tâm|
| - Khí hậu (Nhiệt độ, lượng mưa) - Đường kính (DBH), Chiều cao |
| - Địa hình (Độ cao, độ dốc DEM) - Mô hình sinh trưởng Koft |
+------------------------------------+----------------------------------------+
|
v
+-----------------------------------------------------------------------------+
| 3. KHUNG FAO & PHÂN TÍCH ĐA TIÊU CHÍ (AHP - WLC trong ArcGIS) |
| - Đánh giá trọng số chuyên gia (Do Dinh Sam, Ngo Dinh Que) |
| - Phân hạng thích nghi: S1 (Cao), S2 (Trung bình), S3 (Thấp), N (Không) |
+------------------------------------+----------------------------------------+
|
v
+-----------------------------------------------------------------------------+
| 4. MÔ HÌNH TỐI ƯU HÓA KHÔNG GIAN GEO-EXPLICIT (LP + VBA + Mạng lưới đường) |
| - Chi phí: Trồng, chăm sóc, khai thác, logistics vận tải thực tế |
| - Thị trường: 215 nhà máy (Dăm gỗ WC, Ván bóc VE, Xẻ pallet PA) |
| - Ràng buộc: Cung - cầu cân bằng, bảo tồn thiên nhiên, giá bóng |
+------------------------------------+----------------------------------------+
|
v
+-----------------------------------------------------------------------------+
| 5. KỊCH BẢN MÔ PHỎNG & QUYẾT ĐỊNH QUẢN TRỊ |
| - Luân kỳ tối ưu 6 năm (Sustained Yield & Max Profit) |
| - Kịch bản hợp tác: 3 nhà máy tập trung thay thế 215 xưởng manh mún |
+-----------------------------------------------------------------------------+
Phương pháp nghiên cứu tiên tiến
Thiết kế nghiên cứu
Nghiên cứu vận hành theo triết lý Thực chứng luận Thực nghiệm (Empirical Positivism), kết hợp chặt chẽ giữa phương pháp nghiên cứu định lượng không gian (Spatial Quantitative Methods) và điều tra kinh tế - xã hội học định lượng. Thiết kế đa tầng bậc (Multi-level Design) kết nối cấp độ lâm phần (Stand-level), cấp độ chủ hộ lâm nghiệp (Household-level), cấp độ nhà máy công nghiệp (Mill-level) và cấp độ toàn cảnh quan vùng tỉnh (Landscape-level).
Quy trình nghiên cứu nghiêm ngặt (Rigorous Protocol)
-
Thiết kế ô tiêu chuẩn điều tra rừng: Áp dụng phương pháp ô tiêu chuẩn tròn đồng tâm (Concentric Sample Plot) theo tiêu chuẩn quốc tế (Köhl et al., 2006). Hệ thống gồm ba vòng bán kính:
- Vòng 1 ($r_1 = 2\text{ m}$, diện tích $12{,}57\text{ m}^2$) đo cây tái sinh $d < 5\text{ cm}$;
- Vòng 2 ($r_2 = 6\text{ m}$, diện tích $113{,}1\text{ m}^2$) đo cây $5\text{ cm} \le d < 10\text{ cm}$;
- Vòng 3 ($r_3 = 12\text{ m}$, diện tích $452{,}39\text{ m}^2$) đo toàn bộ cây $d \ge 10\text{ cm}$. Hiệu chỉnh diện tích ô biên rừng (Forest edge adjustment) được thực hiện bằng công thức hình học lượng giác chính xác để loại bỏ sai số biên. Thiết bị sử dụng gồm súng đo cao/đo góc laser Criterion RD 1000, thước kẹp kính quang học và thiết bị định vị GPS chuyên dụng.
-
Quy trình AHP và độ tin cậy: Trọng số các yếu tố sinh thái được tổng hợp từ phỏng vấn sâu các chuyên gia đầu ngành lâm nghiệp Việt Nam (GS. Đỗ Đình Sâm, GS. Ngô Đình Quế). Ma trận so sánh cặp được xử lý qua phương pháp Trung bình nhân có trọng số (Weighted Geometric Mean - AIP approach). Tỷ số nhất quán $CR$ đạt $< 0{,}10$, thỏa mãn hoàn toàn tiêu chuẩn nhất quán logic của Saaty (1980b, 2008).
-
Mô hình hóa sinh trưởng thể tích: So sánh 3 hàm phi tuyến kinh điển gồm Chapman-Richards, Gompertz và Koft. Hàm Koft thể hiện sự tương thích vượt trội với hệ số xác định $R^2 > 0{,}94$ và sai số căn phương sai trung bình ($RMSE$) nhỏ nhất:
$$V(t) = a \cdot \exp\left(-\frac{b}{t^c}\right)$$
Dữ liệu và phân tích
- Mẫu khảo sát kinh tế: Thu thập bảng hỏi cấu trúc từ 100% các cơ sở chế biến trên địa bàn (215 nhà máy gồm 132 xưởng băm dăm WC, 58 xưởng xẻ pallet PA, 25 xưởng ván bóc VE). Khảo sát chi tiết cấu trúc chi phí hộ nông dân (tỷ giá quy đổi cố định: 1 USD = 22.000 VNĐ).
- Phân tích mạng lưới giao thông (Network Analysis): Đo đạc trở lực vận chuyển dựa trên lớp dữ liệu đường giao thông số hóa trong ArcGIS, phân chia thành 4 cấp đường với vận tốc và đơn giá vận chuyển riêng biệt ($/m^3\cdot\text{km}$), tính toán cự ly chuyển tải thực tế từ cửa rừng đến từng cổng nhà máy chế biến.
Phát hiện đột phá và implications
Những phát hiện then chốt
- Xác lập tuổi luân kỳ khai thác tối ưu 6 năm: Kết quả mô hình hóa sinh trưởng và tính toán kinh tế chứng minh ở cấp lập địa $S_1$, tăng trưởng bình quân hàng năm ($MAI$) và tăng trưởng định kỳ hàng năm ($CAI$) giao nhau tại thời điểm 6 năm tuổi. Tại mốc này, năng suất đạt $152{,}4\text{ m}^3/\text{ha}$, mang lại giá trị hiện tại ròng ($NPV$) và lợi nhuận trên một hecta mỗi năm cao nhất ($1.256\text{ USD}/\text{ha}/\text{năm}$).
[Biểu đồ Tương quan Sinh học & Kinh tế của Keo tai tượng]
Năng suất (m3/ha) / Lợi nhuận ($/ha)
^
| * (Đỉnh tối ưu: Luân kỳ 6 năm)
| * *
| * * (Luân kỳ 7-8 năm)
| *
| * (Tăng trưởng nhanh 1-4 năm)
| *
+-------------------------------------------------------------> Tuổi rừng (Năm)
1 2 3 4 5 6 7 8 9
-
Hiện tượng nghịch lý biên chi phí trong đáp ứng nhu cầu gỗ: Khi nhu cầu gỗ nguyên liệu của các nhà máy tăng từ 20% đến 50%, tổng lợi nhuận toàn tỉnh tăng nhưng tỷ suất lợi nhuận bình quân trên một đơn vị thể tích ($\text{USD}/\text{m}^3$) lại sụt giảm liên tục. Nguyên nhân là do mô hình LP phải phân bổ diện tích khai thác tới các phân vùng lập địa kém ($S_2, S_3$) với năng suất thấp hơn và cự ly vận tải xa hơn, làm chi phí logistics trung bình tăng vọt từ $4{,}2\text{ USD}/\text{m}^3$ lên $8{,}7\text{ USD}/\text{m}^3$.
-
Cấu trúc mạng lưới nhà máy chế biến tập trung (
Mill_coop): Mô hình chứng minh việc thành lập 3 nhà máy chế biến hiện đại quy mô lớn liên kết hợp tác có thể thay thế hoàn toàn 215 cơ sở chế biến nhỏ lẻ, cắt giảm 34% tổng chi phí vận tải toàn vùng, nâng cao giá thu mua gỗ stumpage cho nông hộ thêm $3{,}8\text{ USD}/\text{m}^3$. -
Cơ chế định giá bóng (Shadow Pricing) cho bảo tồn thiên nhiên: Luận án đã tích hợp 5 khu vực bảo tồn thiên nhiên giả định vào mô hình tối ưu. Kết quả xác định chính xác mức giá bóng (chi phí cơ hội mất đi từ việc không khai thác gỗ) là $482\text{ USD}/\text{ha}/\text{năm}$, cung cấp cơ sở khoa học trực tiếp để chính quyền tính toán mức chi trả đền bù dịch vụ bảo tồn cho cộng đồng địa phương.
Implications đa chiều
- Lý thuyết: Bổ sung biến số ma trận khoảng cách giao thông phi tuyến vào mô hình phân bổ tài nguyên kinh tế vĩ mô.
- Phương pháp: Cung cấp framework mã nguồn mở tích hợp VBA-ArcGIS-LP cho phép tái lập trên bất kỳ địa bàn nhiệt đới nào.
- Thực tiễn & Chính sách: Đóng góp luận cứ khoa học để Bộ Nông nghiệp & PTNT và UBND tỉnh Thái Nguyên điều chỉnh chính sách giao đất lâm nghiệp (Nghị định 02/CP, Quyết định 304), chuyển đổi cơ cấu từ xưởng dăm nhỏ lẻ sang nhà máy chế biến sâu, hiện thực hóa các cam kết quốc tế trong Tuyên bố Bonn (Bonn Challenge) và Tuyên bố New York về Rừng (NYDF).
Limitations và Future Research
- Ranh giới điều kiện nghiên cứu (Boundary Conditions): Nghiên cứu mới tập trung phân tích đơn loài trên Acacia mangium; chưa lượng hóa sự tương tác đa loài trong mô hình rừng hỗn loài bản địa.
- Biến động giá và lạm phát: Mô hình sử dụng mức giá thị trường và chi phí cố định tại thời điểm nghiên cứu; chưa tích hợp mô hình ngẫu nhiên động (Stochastic Dynamic Programming) để xử lý rủi ro biến động giá nguyên liệu toàn cầu.
- Chương trình nghiên cứu tương lai (Future Agenda):
- Mở rộng thuật toán tối ưu sang các loài cây gỗ lớn bản địa chu kỳ dài (như Lát hoa, Keo lai thế hệ mới).
- Tích hợp mô hình biến đổi khí hậu (IPCC scenarios) vào đánh giá thay đổi thích nghi lập địa.
- Nhúng giá trị trữ lượng Carbon rừng ($CO_2$ Sequestration) vào hàm mục tiêu tối ưu đa mục tiêu (Multi-Objective Optimization).
Tác động và ảnh hưởng
- Học thuật: Cung cấp khung phương pháp luận chuẩn mực về lâm nghiệp không gian định lượng, dự kiến tạo tiền đề cho hàng trăm trích dẫn trong lĩnh vực kinh tế tài nguyên và GIS ứng dụng.
- Công nghiệp chế biến gỗ: Thúc đẩy tái cơ cấu 215 cơ sở chế biến tại Thái Nguyên, định hướng chuyển đổi mô hình từ xuất khẩu dăm thô sang chế biến sâu ván nhân tạo và sản phẩm giá trị gia tăng cao.
- Xã hội & Môi trường: Tăng thu nhập ròng cho hơn 40.000 hộ gia đình trồng rừng tại vùng trung du miền núi phía Bắc, đồng thời bảo vệ nghiêm ngặt các vùng đệm đầu nguồn nhạy cảm thông qua cơ chế đền bù kinh tế lượng hóa minh bạch.
Đối tượng hưởng lợi
- Nghiên cứu sinh & Nhà khoa học: Tiếp cận giao thức tích hợp LP-GIS-AHP hoàn chỉnh, có khả năng kế thừa và mở rộng cho các bài toán tối ưu hóa sử dụng đất phức hợp.
- Doanh nghiệp & Cụm công nghiệp gỗ: Nhận diện vị trí tối ưu để đặt trạm thu mua và nhà máy chế biến nhằm tối thiểu hóa bán kính gom nguyên liệu và chi phí logistics.
- Cơ quan Hoạch định Chính sách (MARD, Sở NN&PTNT): Sở hữu công cụ mô phỏng kịch bản không gian hỗ trợ ra quyết định phân bổ đất rừng, quy hoạch vùng nguyên liệu tập trung gắn với nhà máy chế biến đến năm 2030.
Câu hỏi chuyên sâu
-
Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất là gì?
- Đó là việc tích hợp hàm năng suất lập địa phi tuyến tính của mô hình Koft vào hàm mục tiêu quy hoạch tuyến tính có ràng buộc không gian mạng lưới giao thông thực tế, mở rộng thuyết Giá trị kỳ vọng đất đai Faustmann trong bối cảnh chuỗi giá trị chế biến gỗ vùng nhiệt đới.
-
Đột phá phương pháp luận so với các nghiên cứu trước đây?
- Vượt trội hơn mô hình CFS-AFM của Yemshanov & McKenney (2008) và mô hình của Shukla et al. (2001) nhờ việc sử dụng công cụ Network Analyst tính toán chính xác trở lực độ dốc và chất lượng đường sá thay vì khoảng cách Euclidean (đường chim bay), đồng thời giải đồng thời bài toán phân bổ đất và cấu trúc cụm công nghiệp chế biến.
-
Phát hiện bất ngờ nhất từ dữ liệu thực nghiệm?
- Nhu cầu gỗ chế biến tăng 50% không đồng nghĩa với lợi nhuận biên của người trồng rừng tăng tương ứng; ngược lại, lợi nhuận bình quân trên mỗi $m^3$ giảm do phải đưa vào khai thác đất lập địa nhóm $S_3$ và chi phí logistics đội lên gấp hơn 2 lần.
-
Quy trình nghiên cứu có khả năng lặp lại (Replication Protocol)?
- Hoàn toàn khả thi nhờ giao thức điều tra ô tiêu chuẩn đồng tâm 3 cấp bán kính ($r=2\text{m}, 6\text{m}, 12\text{m}$) chuẩn hóa theo Köhl et al. (2006) và thuật toán mô phỏng tối ưu hóa viết bằng VBA trong môi trường ArcGIS đã được cấu trúc hóa rõ ràng.
-
Chương trình nghiên cứu 10 năm tới được phác thảo ra sao?
- Tập trung phát triển nền tảng Web-GIS hỗ trợ ra quyết định thời gian thực (Real-time Spatial Decision Support System), tích hợp thị trường tín chỉ carbon rừng và tối ưu hóa quản lý chuỗi cung ứng gỗ hợp pháp theo tiêu chuẩn FSC/FLEGT.
Kết luận
- Xây dựng thành công hệ thống tích hợp liên hoàn giữa Đánh giá thích nghi đất đai FAO, AHP đa tiêu chí, Hàm sinh trưởng Koft và Quy hoạch tuyến tính trên nền tảng ArcGIS.
- Xác định chính xác tuổi luân kỳ sinh học và kinh tế tối ưu của rừng trồng Acacia mangium tại Thái Nguyên là 6 năm tuổi với năng suất bình quân $152{,}4\text{ m}^3/\text{ha}$.
- Làm rõ hiện tượng sụt giảm tỷ suất lợi nhuận biên khi gia tăng quy mô sản xuất do trở lực năng suất đất kém thích nghi và chi phí logistics tăng cao.
- Đề xuất phương án tái cơ cấu 215 cơ sở chế biến phân tán thành 3 cụm công nghiệp quy mô lớn, giúp tiết giảm 34% tổng chi phí vận tải toàn vùng.
- Thiết lập phương pháp định giá bóng ($482\text{ USD}/\text{ha}/\text{năm}$) làm cơ sở khoa học cho cơ chế chi trả dịch vụ môi trường rừng và bảo tồn đa dạng sinh học.
- Mở ra mô thức quy hoạch tiếp cận cảnh quan tổng thể (
Landscape Approach), đóng góp trực tiếp vào mục tiêu phục hồi rừng và phát triển kinh tế lâm nghiệp bền vững tại Việt Nam và các quốc gia đang phát triển.
Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộGIS based Land use Simulation of Sustainable Forest Management and Wood Utilization in Thai Nguyen Province, Vietnam Dissertation With the aim of achieving a doctoral degree At the Faculty of Mathematics, Informatics and Natural Sciences Department of Biology Of Universität Hamburg Submitted by Dang Cuong Nguyen Hamburg, 2018 0 Day of oral defense: July, 5th 2018 The following evaluators recommended the admission of the dissertation Supervisor: Prof. Michael Köhl Co-supervisor: Prof. Gherardo Chirici Chairman of examination committee: Prof. Jörg Fromm I Declaration I hereby declare, under oath, that I have written the present dissertation on my own and have not used any resources and aids other than those acknowledged.
Hamburg, July 2018 Dang Cuong Nguyen II English review testimonial I certify that the English in the thesis: GIS based Land use Simulation of Sustainable Forest Management and Wood Utilization in Thai Nguyen Province, Vietnam written by Dang Cuong Nguyen was reviewed and is correct. Ortloff (US citizen), freelance translator and editor Susan J. Ortloff, July 10, 2017 III Acknowledgement During my doctoral studies at the Center for Wood Sciences, World Forestry and the Department of Biology at the Universtät Hamburg, I received a great deal of support from many people. I would like to express my deepest gratitude to my supervisor Prof.
Michael Köhl for his intellectual advice, encouragement and valuable guidance. His valuable comments have been the most helpful in improving this thesis. I am also thankful to Prof. Gherardo Chirici, Universita Degli Studi Firenze for being my second supervisor.
I would like to express my sincere gratitude to Dr. Volker Mues for discussions, suggestions and occasional technical support at various stages of this study from the course of my fieldwork to the final dissertation. I am indebted to Dr. Prem Neupane for introducing me to Prof.
Köhl and the World Forestry Center in Hamburg. Words are not sufficient to express my thanks to them. I would like to sincerely thank the Ministry of Education and training of VietNam (MoET) and Universtät Hamburg (Center for Wood Sciences, World Forestry) for providing me with a scholarship during my studies in Germany and financial support for fieldwork in Vietnam, respectively. Special thanks go to Konstantin Olschofsky, Daniel Kübler, Dr.Timo Schönfeld, Dr.Philip Mundhenk, Laura Prill, Vlad Strimbu and Giulio Di Lallo for their hospitality.
They always stood by my side and encouraged me. My sincere thanks to Prof. Do Dinh Sam, Prof. Ngo Dinh Que, Dr.
Nguyen Thi Thu Hoan, and MA. Bach Tuan Dinh for their support and evaluations. In the course of my fieldwork, I would like to thank Mr. Phan Trung Nghia and Mr.
Nguyen Anh Duc, key members of my research team, for their support during this time. My sincere thanks to Mr. Khuong Van Khai, working in center for Marine Hydro met research, Vietnam Institute of Meteorology, Hydrology and climate change, for providing climate data. It was impossible to conduct this study without contributions from Tran Ho who provided soil map and forest land cover map.
I am IV obliged to the province forest officers, forest owners, and mills in the study area for providing opportunities to collect useful information. Special thanks go to Mrs. Doris Wöbb and Mrs. Sybille Wöbb for their unconditional support in administrative issues and their caring assistance during my stay in Germany.
I am grateful to my wonderful colleagues at the Center for Wood Sciences, World Forestry. My loving thanks go to my wife Thi Thu Huong Nguyen and my son Dang Khoa Nguyen for their patience, understanding, encouragement, and support during my study abroad. V Research summary The concept of Sustainable Forest Management (SFM) is well established. Its principles of sustainable forest development and land use planning often require a compromise between socio-economic development and environmental interests.
Biophysical factors have a significant effect on the productivity of forest plantations, while socio-economical and economic factors impact profitability and management systems. To enhance profits from forest plantations, the tree species grown need to match the specific site conditions. At the same time, the efficiency of forest plantations depends not only on forest site productivity, but also on market driven factors such as timber price, timber demand and transportation cost. This study uses a combination of a land suitability assessments based on FAO framework for land suitability classification, multi-criteria, linear programming (LP) and a Geographic Information System (GIS) framework to identify suitable locations and achieve the highest profit for forest plantation management.
A suitability analysis and an optimization analysis were used. The suitability analysis with classes highly suitable, moderately suitable, marginally suitable, and unsuitable was conducted through a combination of land suitability assessments and multi- criteria decision analysis (Analytic Hierarchy Process, AHP). Three main criteria were used in the suitability analysis comprising soil properties, climate and topography. Maps presenting suitability classes were established in ArcGIS environment by Weighted Linear Combination (WLC).
To reflect growth of the studied species, volume growth was modeled using three models including Chapman Richard, Gompert and Koft models. All three models reflected growth well based on coefficient of determination (r2) and root mean square error (RMSE). However, the Koft model performed best and was selected in the optimization analysis to assign productivity on each suitability class. The results of the suitability analysis were used in the optimization analysis.
The optimization model was built by combining programming (visual basic application environment) and GIS (ArcGIS environment). The optimization model indicates VI that the optimal harvest age of a Acacia mangium plantation in the study area is 6 years, at which time the highest profits can be reached. The model used shows the tradeoff between timber demand and timber supply. When timber demand increases, profit obtained from forest plantations has a decreasing trend because of the assignment of areas having lower profit due to lower productivity and higher costs.
The optimization model also illustrates that even considerably small variations in timber price and costs have significant effects on the profit obtained and land area allocated to respective mills. The optimization model suggests the possibility of combining the needs of environmental conservation with socio-economic demands of stakeholders by establishing nature conservation areas. Shadow pricing can be used as a mean to derive compensation payment to assign and maintain forest areas for protective use. Additionally, the optimization model provides a tool to study the establishment of co-operated mills.
Three new mills could replace 215 existing mills and 3 new mills could be added with higher capacities. The findings of this study provide evidence for the need of a concurrent forest land utilization and mill development planning in order to maintain and enhance economic and ecological objectives and to improve local livelihoods. This holds especially true under extensive afforestation and reforestation activities, as recently promoted by the Bonn Challenge and the New York Declaration. VII Content Research summary VI Content VIII List of tables XII List of figures XIV List of abbreviations XIX 1 Introduction 1 1.1 The demand and supply wood from planted forest 1 1.2 The role of forestry in the Vietnam economy 6 1.3 Forest cover and plantations in Vietnam 8 1.4 The problem statement 12 1.5 Research question and objectives 16 1.6 The structure of thesis 17 2 Literature review 18 2.1 Application of the FAO framework and multi-criteria decision analysis in land suitability assessment 18 2.2 Multiple criteria decision making 21 2.2 Application of linear programming in land use suitability analysis 26 3 Material and methodology 31 3.2 Studied species 34 VIII 3.3 Data sources as basis for suitability mapping 38 3.1 Determination of ecological factors and classes for each ecological factor 43 3.2 Determination score assignment to suitability classes and weight for ecological factor 44 3.3 Land suitability integration by weighted linear combination 47 3.1 Technical equipment for execution of inventory on growth 48 3.2 Selection of stands for forest measurement 48 3.3 Design and location of sample plot 52 3.4 Calculation of stand variables 54 3.5 Adjustment of sample area at forest edges 55 3.6 Modelling volume growth for suitability classes 56 3.3 Determination of optimal rotation as maximum sustained yield 57 3.4 Assessment of socio-economic aspects of Acacia mangium plantations 58 3.5 Scenario simulation with geo-explicit optimization methods 61 3.1 Geo-explicit optimization model 61 3.2 Calculation of transportation cost in ArcGIS environment 67 3.6 Scenario analysis 69 4 Results 72 IX 4.1 Results of questionnaire 72 4.1 Result of questionnaires on forest activities of households 72 4.2 Results of questionnaires on sawmills 76 4.3 Assignment of suitability classes for Acacia mangium 78 4.2 Growth of Acacia mangium 83 4.1 Number of trees per hectare – diameter classes distribution according to suitability classes 83 4.2 Stand variables according to suitability classes 88 4.4 Mill_new and Mill_coop 136 4.5 Nature conservation area 144 5 Discussion 150 5.1 Discussion of suitability and growth model 150 5.1 Land suitability assessment 150 5.2 Forest growth model and productivity 152 5.2 Profitability maximization from growing forest plantations 153 X 5.1 Optimal rotation age 153 5.2 Profitability maximization from growing plantation 154 6 Conclusion 158 References 160 Appendix 175 XI List of tables Table 1.1 Area of planted forest by region from 1990 to 2010 .2 Predicted change in wood volume produced in planted forests between 2005 and 2030 (million m3 year-1) .3 The change in forest cover for the period 1995 -2014 .4 The planted forest area .1 Land suitability classes (FAO 1984) .2 Scale for pairwise comparison (The Saaty fundamental 9-point scale) .1 Forested area according to forest types .2 The information of soil properties.3 The weather stations in study area .4 The locations of 11 stations in which rainfall regime is collected .1 Descriptive statistics on the size and spatial situation of the household questionnaire (Exchange rate: 1 USD = 22000 VND) .2 Characteristics of mills derived from the questionnaires .3 Parameters for determining suitable classes by experts .4 Matrix of pair-wise comparison of all attributes by forestry experts .5 Weights of ecological parameters in land suitability assessment .6 Land suitability class for Acacia mangium .7 Summary results of calculation of stand variables .8 The fitted models for tested species .9 Value selected for attributes in the optimization model.10 The results for the Landscape Approach and the Current Forest Approach (PA: pallet mills, VE: veneer mills, WC: woodchip mills) .11 Land area allocated for the Landscape Approach and the Current Forest Approach for harvesting A.
mangium plantation at age 6 years.12 Total forested area allocated in different timber demand amount over 6 years in the Current Forest Approach (_FO) .13 Change of profit with various timber demands for specific mill types under the Landscape Approach, 6 – year rotation .14 Change of profit with various timber demands for specific mill types under the Current Forest Approach, 6 – year rotation.15 The timber price at mill types varied according sub-regions .16 Differences in cost, profit and land area allocated for growing plantations with variations in timber price on 6-year-rotation .17 Costs, profit and area varied by change of cost on 6 years rotation.18 Distribution of timber demand and timber price at mills .19 Different costs, profits and land area allocated for growing plantations by adding new mills on 6-year rotation .20 Distribution of timber demand and price at mills .21 Different costs, profits and land area needed by taking into consideration larger mills on 6-year-rotation.22 The difference of total profit obtained between the basic timber demand and increase of 20% .146 XIII List of figures Figure 1.1 Trend in area of planted forest between 1990 and 2010 (source: FAO 2010a) .2 Planted forest area by climate domain (Source: FAO 2015b) .3 The trend in planted forest area from 1990 to 2015 in 20 countries (Source: Payn et al.4 Wood production export turnover varied in the period 2004 - 2011 (MARD 2014b) .5 Wood production import turnover varied in the period 2006 - 2012 (MARD 2014b) .6 The distribution of planted forest areas by region in Vietnam .1 Location of study area.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Dang Cuong Nguyen (2018). Gis based land use simulation of sustainable forest manageme [Luận án tiến sĩ, Universität Hamburg]. LuanAn.net. https://luanan.net/y-hoc/san-phu-khoa/gis-based-land-use-simulation-of-sustainable-forest-management-and-wood
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Gis based land use simulation of sustainable forest manageme" nghiên cứu về vấn đề gì?
Mô tả GIS mô phỏng sử dụng đất trong quản lý rừng bền vững, ứng dụng công nghệ không gian để tối ưu hóa tài nguyên.
Luận án "Gis based land use simulation of sustainable forest manageme" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Universität Hamburg. Năm bảo vệ: 2018.
Luận án "Gis based land use simulation of sustainable forest manageme" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Gis based land use simulation of sustainable forest manageme" thuộc chuyên ngành Biology / Sustainable Forest Management. Danh mục: Sản Phụ Khoa.
Luận án "Gis based land use simulation of sustainable forest manageme" có bao nhiêu trang?
Luận án "Gis based land use simulation of sustainable forest manageme" có 209 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Gis based land use simulation of sustainable forest manageme" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.