Đánh giá nguy cơ xói mòn đất do tác động của biến đổi khí hậu khu vực các huyện bắc quang, quang bình, vị xuyên tỉnh hà giang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN VĂN ĐỨC

ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ XĨI MỊN ĐẤT DO TÁC ĐỘNG CỦA
BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC CÁC HUYỆN BẮC QUANG,
QUANG BÌNH, VỊ XUYÊN – TỈNH HÀ GIANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN VĂN ĐỨC

ĐÁNH GIÁ NGUY CƠ XĨI MỊN ĐẤT DO TÁC ĐỘNG CỦA
BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC CÁC HUYỆN BẮC QUANG,
QUANG BÌNH, VỊ XUYÊN – TỈNH HÀ GIANG

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
MÃ SỐ: 60.44.03.01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN DUY BÌNH

HÀ NỘI, NĂM 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là
trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tơi xin cam đoan rằng các thơng tin trích dẫn trong luận văn này đã được
ghi rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày 24 tháng 10 năm 2015
Tác giả luận văn

NGUYỄN VĂN ĐỨC

ii


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài, tôi đã nhận được sự quan tâm
giúp đỡ của nhiều tập thể, cá nhân trong và ngoài học viện.
Trước hết, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo của
Khoa Môi Trường, Khoa Quản lý Đất đai - Học Viện Nông nghiệp Việt Nam đã
truyền đạt cho tơi những kiến thức bổ ích và đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tơi
hồn thành luận văn này.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến thầy giáo TS. Nguyễn Duy
Bình đã dành nhiều thời gian và tâm huyết, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tơi trong
q trình thực hiện luận văn này.

Tơi xin chân thành cảm ơn Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hà Giang,
Trung tâm Tương tác Biển và Khí quyển, Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn
tỉnh Hà Giang, Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp đã tạo điều kiện, cung
cấp những số liệu cần thiết và giúp đỡ tơi trong q trình nghiên cứu tại địa bàn.
Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, bạn
bè và đồng nghiệp đã ln động viên khích lệ và giúp đỡ tơi hồn thành tốt
nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày 24 tháng 10 năm 2015
Tác giả luận văn

NGUYỄN VĂN ĐỨC

iii


MỤC LỤC
Lời cam đoan

ii

Lời cảm ơn

iii

Mục lục

iv

Danh mục bảng

vii

Danh mục hình

ix

Danh mục chữ viết tắt

xi

MỞ ĐẦU

1

1

Tính cấp thiết của đề tài

1

2

Mục tiêu nghiên cứu

2

3

Yêu cầu

2

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

3

1.1

Xói mịn đất

3

1.1.1

Khái niệm và các ngun nhân xói mịn đất

3

1.1.2

Các phương pháp ước lượng xói mịn đất

6

1.1.3

Cơng thức USLE và các yếu tố ảnh hưởng đến xói mịn đất

13

1.1.4

Tình hình nghiên cứu và hiện trạng xói mịn đất

21

1.1.5

Các nghiên cứu đánh giá tác động biến đổi khí hậu (BĐKH) đến
xói mịn đất

29

1.2

Biến đổi khí hậu

31

1.2.1

Khái niệm về biến đổi khí hậu

31

1.2.2

Các biểu hiện của biến đổi khí hậu

33

1.2.3

Kịch bản biến đổi khí hậu

37

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

46

2.1

Đối tượng nghiên cứu

46

2.2

Phạm vi nghiên cứu

46

2.3

Nội dung nghiên cứu

46

2.3.1

Đánh giá điều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu

46

2.3.2

Đánh giá các yếu tố xói mịn đất trong khu vực nghiên cứu

46

iv


2.3.3

Xây dựng dữ liệu bản đồ xói mịn đất do mưa năm 2010 và dự báo
năm 2020 với sự thay đổi lượng mưa theo kịch bản biến đổi khí hậu

46

2.3.4

Đánh giá nguy cơ xói mịn đất do biến đổi khí hậu trong khu vực

47

2.3.5

Đề xuất một số giải pháp giảm thiểu xói mịn

47

2.4

Phương pháp nghiên cứu

47

2.4.1

Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp

47

2.4.2

Phương pháp phân tích, tổng hợp dữ liệu

48

2.4.3

Phương pháp cơng thức tổng hợp xói mịn đất kết hợp GIS

48

2.4.4

Phương pháp thống kê

54

2.4.5

Phương pháp so sánh

54

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

55

3.1

Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội các huyện Bắc Quang, Quang
Bình và Vị Xuyên

55

3.1.1

Điều kiện tự nhiên

55

3.1.2

Tình hình phát triển kinh tế, xã hội

64

3.2

Đánh giá các yếu tố xói mịn đất trong khu vực nghiên cứu

68

3.2.1

Đánh giá yếu tố thổ nhưỡng

68

3.2.2

Đánh giá yếu tố lượng mưa và sự thay đổi do biến đổi khí hậu

71

3.2.3

Yếu tố địa hình

74

3.2.4

Đánh giá yếu tố che phủ

75

3.2.5

Đánh giá yếu tố sử dụng đất

77

3.3

Xây dựng dữ liệu bản đồ xói mịn đất do biến đổi lượng mưa theo
kịch bản biến đổi khí hậu

79

3.3.1

Xây dựng dữ liệu bản đồ hệ số xói mịn của đất (K)

79

3.3.2

Xây dựng dữ liệu hệ số xói mịn do mưa (R) năm 2010 và năm
2020 với sự thay đổi lượng mưa theo kịch bản biến đổi khí hậu

83

3.3.3

Xây dựng dữ liệu bản đồ hệ số LS

89

3.3.4

Xây dựng bản đồ hệ số về che phủ (C)

91

3.3.5

Xây dựng dữ liệu bản đồ hệ số P

94

v


3.3.6

Xây dựng dữ liệu bản đồ xói mịn đất năm 2010 và dự báo năm
2020 với sự thay đổi lượng mưa theo kịch bản biến đổi khí hậu

96

3.4

Đánh giá nguy cơ xói mịn đất trong khu vực nghiên cứu

100

3.4.1

Đánh giá mức độ xói mịn đất trong khu vực theo kịch bản BĐKH

100

3.4.2

Đánh giá xu hướng xói mịn đất theo kịch bản biến đổi khí hậu

104

3.5

Đề xuất biện pháp hạn chế xói mịn đất nhằm ứng phó với biến đổi
khí hậu

108

3.5.1

Các biện pháp tăng cường khả năng che phủ đất

108

3.5.2

Các biện pháp cơng trình

109

3.5.3

Các biện pháp canh tác

113

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

114

1

Kết luận

114

2

Kiến nghị

115

TÀI LIỆU THAM KHẢO

116

vi

DANH MỤC BẢNG
STT

Tên bảng

Trang

1.1

Một số cơng thức tính hệ số R

16

1.2

Giá trị trị hệ số R tại một số khu vực phía Bắc Việt Nam

16

1.3

Hệ số xói mịn của các loại đất trên địa bàn tỉnh Hà Giang

18

1.4

Giá trị hệ số C một của một số loại lớp phủ trên địa bàn tỉnh Hà

Giang

1.5

21

Tỷ lệ đất dốc bị thối hóa do ảnh hưởng của xói mịn phân theo các
vùng sinh thái ở Việt Nam

23

1.6

Lượng đất mất bình qn do xói mòn ở một số vùng đặc trưng

23

1.7

Tổng hợp mức độ xói mịn đất và diện tích khu vực nghiên cứu
năm 2008

1.8

28

Mức thay đổi lượng mưa năm (%) qua các thập kỷ của thế kỷ 21 so
với thời kỳ 1980 - 1999 ứng với kịch bản phát thải trung bình (B2)

44

3.1

Nhiệt độ trung bình năm của trạm Hà Giang và trạm Bắc Quang

58

3.2

Lượng mưa trung bình năm tại trạm Hà Giang và trạm Bắc Quang

59

3.3

Độ ẩm trung bình năm tại trạm Hà Giang và trạm Bắc Quang

59

3.4

Giờ nắng trong năm tại trạm Hà Giang và trạm Bắc Quang

60

3.5

Vận tốc gió trung bình tại trạm Hà Giang và trạm Bắc Quang

60

3.6

Thống kê diện tích một số loại đất trong khu vực nghiên cứu

61

3.7

Số lượng đàn gia súc trong khu vực nghiên cứu

66

3.8

Diện tích các loại đất khu vực nghiên cứu theo nhóm và loại đất

69

3.9

Mức tăng lượng mưa năm(%) khu vực nghiên cứu qua các thập kỷ
của thế kỷ 21 so với thời kỳ 1980 - 2000

3.10

72

Mức thay đổi lượng mưa mùa mưa và mùa khô qua các thập kỷ của
thế kỷ 21 so với thời kỳ 1980 - 1999 ứng với kịch bản phát thải

trung bình (B2) tại các trạm khí tượng trong khu vực

73

3.11

Thống kê các loại đối tượng che phủ trong khu vực

77

3.12

Diện tích các loại đất được áp dụng biện pháp canh tác trong khu vực

78

vii


3.13

Hệ số xói mịn của các loại đất trong khu vực nghiên cứu

80

3.14

Hệ số xói mịn của thảm thực vật trong khu vực nghiên cứu

91

3.15

Hệ số xói mịn của các loại hình canh tác và sử dụng đất trong khu vực

95

3.16

Mức độ xói mịn đất do mưa đến năm 2020 theo kịch bản BĐKH
khu vực nghiên cứu

3.17

100

Phân chia tỷ lệ (%) diện tích (ha) theo các cấp độ xói mịn và loại
hình canh tác trong khu vực nghiên cứu

3.18

Thống kê diện tích đất theo cấp độ xói mịn đến năm 2020 khu vực
huyện Bắc Quang.

3.19

103

Thống kê diện tích đất theo cấp độ xói mịn đến năm 2020 khu vực
huyện Quang Bình

3.20

102

104

Thống kê diện tích đất theo cấp độ xói mịn đến năm 2020 khu vực
huyện Vị Xuyên

104

3.21

So sánh thống kê số liệu xói mịn khu vực nghiên cứu tại các thời điểm 105

3.22

Thống kê số liệu xói mịn khu vực huyện Bắc Quang tại các thời điểm

3.23

Thống kê số liệu xói mịn khu vực huyện Quang Bình tại các thời điểm 107

3.24

Thống kê số liệu xói mịn khu vực huyện Vị Xuyên tại các thời điểm

viii

106
107


DANH MỤC HÌNH
STT

Tên hình

Trang

1.1

Biến đổi của nhiệt độ bề mặt Trái Đất theo thời gian

34

1.2

Xu hướng biến đổi một số khí nhà kính đến 2005

34

1.3

Kịch bản BĐKH đối với nhiệt độ cho 6 khu vực của châu Á

40

1.4

Kịch bản BĐKH đối với nhiệt độ cho khu vực Châu Á (IPCC/2007)

41

2.1

Bảng tra toán đồ hệ số K của Wischmeier và Smith (1978)

51

2.2

Q trình tính giá trị hệ số LS

52

2.3

Quy trình mơ phỏng mức độ xói mịn đất

54

3.1

Vị trí khu vực nghiên cứu

56

3.2

Mơ hình số độ cao khu vực nghiên cứu

57

3.3

Dữ liệu bản đồ thổ nhưỡng khu vực nghiên cứu

70

3.4

Diễn biến tổng lượng mưa năm tại các trạm khí tượng khu vực

72

3.5

Mơ hình số dữ liệu độ cao khu vực

74

3.6

Mơ hình số dữ liệu độ dốc khu vực

75

3.7

Dữ liệu hiện trạng lớp phủ năm 2010 khu vực nghiên cứu

76

3.8

Dữ liệu hiện trạng các biện pháp canh tác năm 2010 trong khu vực
79

nghiên cứu
3.9

Lựa chọn các đối tượng theo loại đất (a) và gán giá trị hệ số K cho
loại đất được chọn (b)

3.10

81

Bảng thuộc tính (a) và dữ liệu bản đồ hệ số K (b) của khu vực
nghiên cứu

81

3.11

Chuyển đổi dữ liệu hệ số K sang dạng Raster

82

3.12

Dữ liệu bản đồ hệ số xói mịn của đất (K) trong khu vực nghiên cứu

82

3.13

Dữ liệu bản đồ phân bố lượng mưa năm 2010 khu vực nghiên cứu

83

3.14

Xử lý dữ liệu mức tăng lượng mưa bằng phần mềm ArcGIS

84

3.15

Kết quả xử lý dữ liệu phân bố lượng mưa trung bình (a) và dữ liệu
phân bố mức tăng lượng mưa (b) trong khu vực nghiên cứu

ix

85


3.16

Xử lý tính tốn số liệu phân bố lượng mưa năm 2020 trên phần
mềm ArcGIS

86

3.17

Dữ liệu bản đồ phân bố lượng mưa năm 2020 khu vực nghiên cứu

86

3.18

Tính tốn hệ số R từ dữ liệu phân bố lượng mưa trên phần mềm
ArcGIS

88

3.19

Dữ liệu hệ số xói mịn do mưa (R) năm 2010

88

3.20

Dữ liệu hệ số xói mịn do mưa (R) năm 2020 theo kịch bản BĐKH

89

3.21

Tách riêng dữ liệu hệ số LS khu vực nghiên cứu

90

3.22

Dữ liệu hệ số LS khu vực nghiên cứu

90

3.23

Lựa chọn các đối tượng theo loại che phủ rừng (a) và gán giá trị hệ
số C cho loại che phủ rừng được chọn (b)

3.24

Bảng thuộc tính (a) và dữ liệu bản đồ hệ số C (b) của khu vực
nghiên cứu

3.25

92
92

Dữ liệu bản đồ hệ số về che phủ đất (C) trong khu vực nghiên cứu
năm 2010

93

3.26

Tách riêng dữ liệu khu vực nghiên cứu từ dữ liệu thu thập

94

3.27

Dữ liệu bản đồ hệ số P khu vực nghiên cứu năm 2010

96

3.28

Tính tốn mức độ xói mịn đất bằng phần mềm ArcGIS

97

3.29

Dữ liệu bản đồ xói mịn đất năm 2010 khu vực nghiên cứu

98

3.30

Dữ liệu bản đồ nguy cơ xói mịn đất năm 2020 theo kịch bản biến

đổi khí hậu khu vực nghiên cứu

3.31

99

Xây dựng rào chắn

110

(Nguyễn Viết Khoa và cs, 2008)

110

3.32

Bẫy đất

110

3.33

Đào rãnh theo đường đồng mức

111

3.34

Kích thước của rãnh

112

3.35

Tạo nền móng để xây dựng tường đá

112

x


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
BĐKH Biến đổi khí hậu
GIS

IPCC

Hệ thống thơng tin địa lý (Geographic
information system)
Ban liên chính phủ về Biến đổi khí hậu (The
Intergovernmental Panel on Climate Change)

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
TNMT Tài nguyên môi trường

xi


MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Hà Giang là tỉnh vùng núi cao ở địa đầu cực Bắc của Việt Nam. Đặc điểm
địa hình khu vực bị chia cắt với nhiều núi cao, vực sâu, nhiều dịng sơng có độ
dốc lớn đã gây ra rất nhiều khó khăn cho hoạt động phát triển kinh tế - xã hội của
vùng đặc biệt là hoạt động nông nghiệp.
Trên địa bàn tỉnh Hà Giang hiện nay, phần lớn dân số làm nông nghiệp.
Tuy nhiên, do những khó khăn về địa hình, khí hậu nên năng suất nông nghiệp
của tỉnh thuộc loại thấp so với năng suất trung bình trong cả nước. Cả tỉnh chỉ có
khu vực các huyện Bắc Quang, Quang Bình, Vị Xuyên có năng suất cây trồng
cao do có điều kiện ít khó khăn hơn. Do đó, sự ưu tiên tập trung tăng năng suất
cây trồng của khu vực này nhằm bổ sung cho các khu vực khác là một trong
những định hướng trong chiến lược đảm bảo an toàn lương thực cho người dân
trong tỉnh.
Bên cạnh đó, theo kịch bản biến đổi khí hậu của Việt Nam cho thấy: Tại
khu vực phía Bắc khí hậu sẽ có những thay đổi lớn, điển hình là sự tăng lên về
nhiệt độ và lượng mưa trung bình hàng năm, mùa mưa trong năm rút ngắn lại,
xuất hiện tình trạng khơ hạn kéo dài... Các trận mưa tập trung với cường độ lớn
làm tăng khả năng xói mịn của đất, chất dinh dưỡng cũng như các tính chất lý
hóa của đất bị thay đổi theo chiều hướng tiêu cực. Đây chính là một trong những
ngun nhân dẫn đến suy thối đất nơng nghiệp. Hiện tượng này càng xảy ra
mạnh mẽ đối với các khu vực có lượng mưa lớn như khu vực ba huyện trên.
Trước các vấn đề cấp bách đó, đề tài: “Đánh giá nguy cơ xói mịn đất do
tác động của biến đổi khí hậu khu vực các huyện Bắc Quang, Quang Bình, Vị
Xuyên – tỉnh Hà Giang” được xây dựng nhằm dự báo, đánh giá về nguy cơ xói
mịn đất tại các vị trí trong khu vực để từ đó đưa ra các định hướng lâu dài về sử
dụng đất bền vững trong tương lai.

1

2. Mục tiêu nghiên cứu
- Đánh giá nguy cơ xói mòn đất do sự thay đổi lượng mưa theo kịch bản
biến đổi khí hậu đến năm 2020 khu vực ba huyện Bắc Quang, Quang Bình, Vị
Xuyên – tỉnh Hà Giang.
- Đề xuất các giải pháp trong sử dụng đất nhằm hạn chế các tác động gây
nên xói mịn đất trong khu vực nghiên cứu.
3. Yêu cầu
- Thu thập các thông tin về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực
nghiên cứu.
- Thu thập các dữ liệu liên quan làm đầu vào cho q trình tính tốn và mơ
phỏng nguy cơ xói mịn đất.
- Thiết kế, xây dựng các lớp thông tin làm dữ liệu đầu vào cho q trình
tính tốn và mơ phỏng mức độ xón mịn đất.
- Sử dụng phương pháp chồng ghép dữ liệu của cơng cụ GIS để tính tốn
và mơ phỏng mức độ xói mịn đất.

2


Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Xói mịn đất
1.1.1. Khái niệm và các ngun nhân xói mịn đất
1.1.1.1. Khái niệm về xói mịn đất
Sự tồn tại của cuộc sống con người phụ thuộc rất nhiều vào lớp đất trồng
trọt để sản xuất ra lương thực, thực phẩm và các nguyên liệu sản xuất công
nghiệp phục vụ cho đời sống của con nguời. Tuy nhiên sự tồn tại của lớp đất có
khả năng canh tác này lại ln chịu những tác động mạnh mẽ của các điều kiện
tự nhiên và các hoạt động canh tác do con người có thể làm cho chúng bị thối
hóa và dần mất đi khả năng sản xuất, trong đó một trong những nguyên nhân làm
cho đất bị thối hóa mạnh nhất là do xói mịn.

Xói mịn đất là q trình làm mất lớp đất trên mặt và phá huỷ các tầng đất
bên dưới do tác động của nước mưa, băng tuyết tan hoặc do gió. Ðối với đất sản
xuất nơng nghiệp thì nước và gió là hai tác nhân quan trọng nhất gây ra xói mịn
và các tác nhân này có mức độ ảnh hưởng tăng giảm khác nhau theo các hoạt
động của con người đối với đất đai.
Hiện tượng mất đất do xói mịn mạnh hơn rất nhiều so với sự tạo thành đất
trong q trình tự nhiên, một vài cm đất có thể bị mất đi chỉ trong một vài trận
mưa giông hoặc gió lốc trong khi để có được vài cm đất đó cần phải có thời gian
hàng trăm năm, thậm chí hàng ngàn năm mới tạo ra được. Trên thế giới hầu như
khơng có quốc gia nào là khơng chịu ảnh hưởng của xói mịn, nhất là ảnh hưởng
của xói mịn do nước và do gió (Trần Văn Chính và cs., 2006).
Có nhiều quan niệm về xói mịn khác nhau. Theo các tác giả nước ngồi,
xói mịn đất là những hiện tượng phá hủy và cuốn trôi theo đất cũng như quặng
xốp bằng dịng nước và gió thể hiện dưới nhiều hình thức và rất phổ biến. R.P.C
Morgan (2005) cũng cho rằng xói mịn đất là một q trình gồm hai pha bao gồm
sự tách rời của các phần tử nhỏ từ mặt đất sau đó vận chuyển chúng dưới các tác
nhân gây xói như nước chảy và gió. Khi năng lượng khơng cịn đủ để vận chuyển
các phần tử này, pha thứ ba – quá trình bồi lắng – sẽ xảy ra.
3


Theo một trong những cách tiếp cận khác khi nghiên cứu về lớp phủ thực
vật thì xói mịn là một quá trình động lực phá hủy độ màu mỡ của đất, làm mất
trạng thái cân bằng của cả vùng bị xói mịn lẫn vùng bị bồi tụ (Nguyễn Quang
Mỹ, 2005).
Như vậy, xói mịn đất được xem xét trên quan điểm là một quá trình động
lực, bao gồm sự phá hủy các lớp đất đá, mùn và vận chuyển chúng đi xa dưới tác
động của các nhân tố gây xói như gió, nước, băng, tuyết tan hoặc hoạt động của
sinh vật bao gồm cả các yếu tố nhân sinh.
Có thể nhận thấy đối với thực tiễn sản xuất nông nghiệp không có sự thối

hóa đất nào mạnh và hiểm họa hơn xói mịn đất bởi nó liên quan đồng thời tới
các quá trình mất đất, mất chất dinh dưỡng và nước cho cây trồng đồng thời còn
gây ra các tác động xấu đến mơi trường. Do đó việc nghiên cứu xói mịn là vơ
cùng cần thiết cho mọi quốc gia, đặc biệt đối với nước ta là một nước nằm trong
vành đai nhiệt đới với 3/4 diện tích đất tự nhiên là đồi núi, thường xuyên phải
hứng chịu các hậu quả do xói mịn gây ra thì việc khống chế hiện tượng xói mịn
đất càng trở nên cực kỳ quan trọng để bảo vệ độ phì nhiêu của đất và bảo vệ mơi
trường sinh thái (Trần Văn Chính và cs., 2006).
1.1.1.2. Các ngun nhân dẫn đến xói mịn đất
Theo Giáo trình thổ nhưỡng Đại học Nơng nghiệp Hà Nội (Trần Văn
Chính và cs., 2006), các ngun nhân dẫn đến xói mịn đất bao gồm:
a, Xói mịn do nước
Kiểu xói mịn do nước gây ra do tác động của nước chảy tràn trên bề mặt
(nước mưa, băng tuyết tan hay tưới tràn). Hiện tượng xói mịn do nước gây ra
đối với đất sản xuất nông nghiệp thường mạnh nhất ở các bề mặt đất trống, sau
khi làm đất chuẩn bị gieo trồng. Ðể xảy ra xói mịn, nước cần có năng lượng để
tách các hạt đất, rồi sau đó vận chuyển chúng đi. Mưa và nước có thể tách được
các hạt đất song việc vận chuyển được chúng đi bao xa phải phụ thuộc vào
dòng chảy. Tác động của mưa gây ra xói mịn đối với đất gồm các tác động va
đập, phá vỡ, làm tách rời các hạt đất và sau đó vận chuyển các hạt đất bị phá
hủy theo các dòng chảy tràn trên mặt đất. Dòng chảy của nước có thể tạo ra các
4


rãnh xói, khe xói hoặc bị bóc theo từng lớp bao gồm kiểu xói mịn thẳng và
kiểu xói mịn phẳng.
Khi lớp đất trên bề mặt bị xói mịn thì rất khó khơi phục và những thiệt
hại của xói mịn có thể ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức sản xuất của đất. Ở
vùng nhiệt đới có những nơi xói mịn làm mất 3 cm đất mặt hàng năm. Riêng
vùng đồi núi hàng năm bình quân mất đi khoảng 2 cm điều này làm cho đất ở

đây bị thối hóa nhanh chóng. Trên những vùng đất cao, dốc, mưa lớn còn tạo
nên những dịng chảy cực đại trên sườn dốc và ngồi việc bào mịn lớp đất mặt
chúng cịn có khả năng tạo ra những dịng xói hoặc rãnh xói.
Hiện tượng xói mòn do nước xảy ra ở khắp mọi nơi trên bề mặt trái đất,
song tập trung mạnh nhất ở những vùng khí hậu nhiệt đới ẩm nơi thường có
tổng lượng mưa hàng năm lớn, tập trung theo mùa với cường độ cao kết hợp
với đất có địa hình cao và dốc đã tạo ra những dòng chảy tràn lớn trên bề mặt
đất. Trong nhiều vùng đất dốc hiện tượng nước chảy tràn trên mặt không chỉ
làm mất đi một lượng nước lớn trong mùa mưa (khoảng 50 - 60% lượng mưa
hàng năm) mà kèm theo đó là hiện tượng đất bị mất do xói mịn mạnh và đây
mới chính là thiệt hại nghiêm trọng đối với đất canh tác hơn cả vì chúng làm
cho lớp đất mặt bị bào mịn dẫn đến hậu quả là đất bị mất dần và thậm chí
khơng cịn khả năng sản xuất. Khi xói mịn xả y ra, thông thường những thành
phần hạt đất nhỏ, mịn trên cùng lớp đất mặt bị đẩy đi trước tiên và ở lớp đất này
thường tập trung độ phì nhiêu cao nhất do vậy hàm lượng các chất dinh dưỡng
bị mất đi trong đất do xói mịn cũng rất lớn.
Các dạng xói mịn do nước bao gồm xói mịn theo lớp và xói mịn theo
các khe, rãnh tạo ra các mương xói.
b, Xói mịn do gió
Kiểu xói mịn do gió là hiện tượng xói mịn gây ra bởi sức gió. Ðây là
hiện tượng xói mịn có thể xảy ra ở bất kì nơi nào khi có những điều kiện thuận
lợi sau đây:
- Ðất khô, tơi và bị tách nhỏ đến mức độ gió có thể cuốn đi;
- Mặt đất phẳng, có ít thực vật che phủ thuận lợi cho việc di chuyển của gió;
5


- Diện tích đất đủ rộng và tốc độ gió đủ mạnh để mang được các hạt đất đi.
Thông thường đất cát là loại đất rất dễ bị xói mịn do gió vì sự liên kết
giữa các hạt cát là rất nhỏ, đất lại bị khô nhanh. Ảnh hưởng của xói mịn do gió

gây ra khá phức tạp, đất bị chuyển dịch đi có thể dưới các hình thức nhảy cóc,
trườn trên bề mặt hoặc bay lơ lửng.
1.1.2. Các phương pháp ước lượng xói mịn đất
1.1.2.1. Phương pháp thực nghiệm
a, Định lượng xói mịn bằng thực nghiệm
Phương pháp đóng cọc
Trên sườn dốc bố trí cọc ở 3 vị trí đỉnh, sườn dốc và chân dốc. Điểm đặt
cọc ở chân dốc phải ở vị trí khơng bị xói mịn và khơng bồi tụ (điểm chuyển
tiếp). Sau từng thời gian nhất định, do độ sâu bị bào mòn (so với thời điểm đóng
cọc) được kết quả cọc ở đỉnh có độ sâu bào mịn là hd, cọc ở sườn là hs.Ta có độ
sâu bào mịn trung bình được tính theo cơng thức:
0,5 (hs+hd)
Hạn chế của phương pháp này là dễ mất cọc, thời gian theo dõi lâu, cọc
đóng ảnh hưởng đến dịng chảy, phương pháp xác định độ sâu bào mòn bằng mắt
thơng thường v.v... Do vậy độ chính xác của lượng đất mất xác định được là
không cao. Tuy nhiên trong thực tế vẫn có thể sử dụng được để đánh giá chung
về hiện tượng xói mịn đất.
Phương pháp phẫu diện
Phương pháp này do Zakharov đề xướng trên cơ sở các khu vực có hình
thái địa lý khác nhau, nếu khơng bị bào mịn thì sẽ có độ dầy các tầng đất tương
đối ổn định. Nếu bị xói mịn thì độ dầy tầng A sẽ bị giảm, q trình xói mịn kéo
dài thì dẫn sang tầng B và tầng C, v.v. cũng bị xói mịn.
Việc xác định mức độ xói mịn được tiến hành bằng cách so sánh các vị trí
đất chưa bị xói mịn với các vị trí bị xói mòn của cùng một loại đất trong cùng
các điều kiện đồng nhất.
Phương pháp này nói chung độ chính xác khơng cao, cần phải có kinh
nghiệm nhất định mới xác định được vị trí khơng bị xói mịn, khơng bị bồi lắng,
6

đồng thời phải xác định được thời điểm bắt đầu trồng trọt. Điều này trong thực tế
là hết sức khó khăn. Để khắc phục nhược điểm này, khi áp dụng đối với khu vực
làm đất, người ta tính từ thời điểm làm đất sau cùng và xác định độ bào mịn của
tầng đất cày.
Tuy nhiên phương pháp Zakharov có thể đánh giá tổng qt về hiện tượng
xói mịn trên khu vực nghiên cứu, từ đó xác định được phương pháp nghiên cứu
đánh giá xói mịn đất cụ thể, chính xác hơn (Hồ Kiệt, 2002).
Phương pháp đo bộ rễ thực vật
Phương pháp này được nhiều nhà khoa học Châu Âu, Châu Phi áp dụng ở
những khu vực trồng cỏ lâu năm. Cơ sở của phương pháp này là khi bị bào mòn
cổ rễ thực vật vẫn ở độ cao nhất định và như vậy cổ rễ nổi cao lên trên mặt đất.
Xác định thời điểm trồng đến thời điểm nghiên cứu ta xác định được mức độ xói
mịn trong khoảng thời gian đó và tính được lượng đất bị bào mịn hàng năm.
Thực chất độ chính xác của phương pháp này khơng cao song cũng như phương
pháp đóng cọc, cho phép đánh giá xói mịn đất ở khu vực, mặt khác để áp dụng,
khơng địi hỏi phương tiện nghiên cứu phức tạp.
Phương pháp thu hứng, thu lượng đất bị xói mịn
Phương pháp này thực hiện như sau: trên diện tích nhất định được cơ lập
khỏi sự ảnh hưởng dịng chảy và lượng đất xói mịn từ các diện tích khác (dùng
bờ, rãnh ngăn...), phía cuối ơ đất, đặt bộ phận thu đất. Sau từng khoảng thời gian,
cân lượng đất bồi lắng thu được và tính tốn sẽ có lượng đất bị xói mịn trên một
đơn vị diện tích. Có hai phương pháp như sau:
- Phương pháp thu toàn bộ: suốt cả bề rộng của khoảng nghiên cứu, đào
một đoạn rãnh, lót ni lơng, phía dưới có đóng các cọc rỗng để thốt nước. Đem
lượng đất thu được cân tồn bộ.
- Phương pháp thu một bộ phận đất bị xói mịn: Lượng nước (bao gồm cả
đất bị xói mịn) được trộn đều và dẫn đến dụng cụ phía trước (Runoff Plots:Vnotch hoặc H-flume) thành các phần bằng nhau, sao cho đại diện cho lượng nước
tồn bộ và đơn giản cho q trình tính tốn rồi đưa vào bộ phận thu hứng
nước.Lượng nước thu được để lắng, lấy phần lắng đọng và xác định khối lượng.
7

Từ đó tính tốn được lượng đất bị xói mịn trên một đơn vị diện tích trong thời
gian nghiên cứu ở khu vực.
Phương pháp xác định xói mịn bằng cách thu đất bị rửa trơi cho kết quả
chính xác, đánh giá được lượng đất mất do tất cả các dạng xói mịn nước. Tuy
nhiên nó địi hỏi thi cơng, thí nghiệm phức tạp và trang bị đắt tiền, do vậy
phương pháp này thường được sử dụng để phục vụ cho việc nghiên cứu, thiết lập
các tham số trong các phương trình hoặc các mơ hình chuẩn đốn xói mịn đất
(Nguyễn Duy Bình, 2012).
b, Chất đánh dấu
Để hiểu rõ về cách xác định xói mịn đất cần những thơng tin về sự phân
bố khơng gian và mức độ xói mịn và lắng đọng, các nhà khoa học đã đưa ra các
phương pháp như phương pháp đo từ khoáng vật và phương pháp sử dụng
nguyên tử đánh dấu:
Phương pháp đo từ khoáng vật
Phương pháp này sử dụng nguyên tử nuclit phóng xạ để ước tính sự tích
lũy hay rửa trơi của đất khi các nuclit phóng xạ hấp thụ. Dearing et al. (1986)
cũng sử dụng phương pháp này để đo từ tính vết tích sự di chuyển tầng mặt (tầng
đế cày) trên sườn dốc ở Oxfordshire (Mỹ). Cơ sở cho việc xác định vết tích này
đó là sự khác biệt từ tính của tầng mặt và tầng phụ thơng qua q trình hình
thành thổ nhưỡng được phân tích để quyết định mức độ xói mịn và lắng đọng
trên một lưu vực (Thompson và Oldfeld, 1986). Các chỉ thị từ tính của xói mịn
đất kết hợp với q trình hình thành đất được công bố và dữ liệu các chất lơ lửng
lặng đọng từ khu vực thí nghiêm trên 1 lưu vực để xác định q trình di chuyển
trầm tích, lắng đọng. Tuy nhiên sử dụng rộng rãi phương pháp này cũng gặp
nhiều khó khăn ở mức độ khơng gian do số lượng mẫu lớn, giá thành phân tích
cao và địi hỏi nhiều lao động. Hơn nữa phạm vi hạn chế của những nghiên cứu
tiên phong cần thiết phải thúc đẩy tiếp tục việc nghiên cứu về cơng nghệ từ tính
khống vật để hiểu rõ hơn về phân bố lại đất và dòng chảy bùn cát trên sườn dốc

(Dearing et al., 1986).

8


Phương pháp 137Cs
Phương pháp này đã được sử dụng ở cả các nước phát triển cũng như các
nước đang phát triển (Ritchie, 2001).137Cs là chất phóng xạ nhân tạo với chu kỳ
phân rã là 30,12 năm được tạo ra bởi sự phân rã hạt nhân. Giá trị 137Cs khi nó là
chất phóng xạ đánh dấu được hấp thụ nhanh chóng và mạnh mẽ bởi các hạt đất
min như là khoáng vật sét và hợp chất mùn (Tamura, 1964 và Bachhuber et al.,
1982). Trong hệ sinh thái nông nghiệp, sự phân phối này được thừa nhận là kết
quả trực tiếp của hiện tượng xói mịn đất, vận chuyển và phân hủy các hạt đất
xuất hiện trong suốt giai đoạn chính của sự lắng đọng ở trong bầu khí quyển tới
thời điểm lấy mẫu (Walling và Quine, 1995). Để định lượng ước tính tốc độ xói
mịn và lắng đọng từ việc đo 137Cs thì cần thiết phải thiết lập mối quan hệ giữa độ
lớn của độ lệch từ bảng kiểm kê tham chiếu và khu vực mất đất hay tăng thêm.
c, Viễn thám
Viễn thám đã và đang được sử dụng cho những nghiên cứu về xói mịn đất
thơng qua việc giải đốn ảnh vệ tinh bao gồm giải đốn những hình ảnh xói mịn
cũng như cung cấp dữ liệu cho mơ hình đầu vào. Bắt đầu từ năm 1972 với sự
khởi đầu của vệ tinh Landsat1, ảnh vệ tinh đã được phổ biến và sử dụng rộng rãi
cho cộng đồng các nhà làm khoa học. Trong suốt 30 năm, có rất nhiều nghiên
cứu đã được công bố về việc áp dụng ảnh vệ tinh trong việc đánh giá xói mịn đất
trong nhiều cách thức khác nhau, các dữ liệu vệ tinh chủ yếu được lấy từ vệ tinh
Landsat, SPORT, ASTER, ENVISAT ASAR, IKONOS, QickBird.
Hơn nữa, ngồi việc dị tìm phát hiện ra xói mịn thì dữ liệu vệ tinh cịn
được ứng dụng cho việc đánh giá ảnh hưởng xói mịn đất. Nhiều nghiên cứu đã
chỉ ra mối tương tác có ý nghĩa giữa sự tập trung các chất lắng đọng trong một
thể tích nước nhất định và phản xạ phổ trên bề mặt khí quyển được lấy từ dữ liệu

viễn thám như Landsat (Nellis et al., 1998), IRS LISS-1 (Choubey, 1998) và đa
phổ SPOT HRV (Chacontorres et al., 1992). Sự kết hợp giữa phương trình hàm
lắng đọng lơ lửng và dữ liệu viễn thám là cơ sở cho việc đánh giá những vùng có
tốc độ xói mịn nhanh.

9


1.1.2.2. Phương pháp mơ hình
a, Mơ hình cơng thức thực nghiệm/ thống kê
Công thức USLE
Sau rất nhiều năm nghiên cứu kết hợp với kinh nghiệm thực tiễn, các nhà
khoa học Weischmaier và Smith đã xác định được phương trình dự tính lượng
đất xói mịn do nước gây ra, thường được gọi là phương trình mất đất phổ dụng
có cơng thức sau:
A=R.K.L.S.C.P
Trong đó:
A - Lượng đất mất bình qn trong năm (tấn/ha/ năm);
R - Yếu tố mưa và dòng chảy;
K - Hệ số bào mòn của đất (tấn/ha/ đơn vị chỉ số xói mịn);
L - Yếu tố chiều dài của sườn dốc;
S - Yếu tố độ dốc;
C - Yếu tố che phủ và quản lý đất;
P - Yếu tố hoạt động điều tiết chống xói mịn;
Việc hiểu rõ các yếu tố này sẽ giúp cho xác định hướng khống chế xói
mịn đối với đất (Trần Văn Chính và cs., 2006). Chi tiết phương pháp xác định
giá trị các yếu tố trên được trình bày riêng trong ở mục 1.1.3.
Mơ hình MMF
Mơ hình Morgan/Morgan/Finney model (Morgan, 1986) được phát triển
nhằm dự báo lượng đất bị xói mịn hàng năm cho diện tích cỡ thửa ruộng trên

đất dốc. Mơ hình này bao gồm phần mơ phỏng q trình dịng chảy và phần mơ
phỏng q trình bồi lắng. Nó được coi là có tính chất động thái nhiều hơn so
với mơ hình USLE.
Trong mơ hình MMF, trước hết mơ hình tính tốn động năng (đơn vị J/M)
của dịng chảy với cơng thức E = R (11,9 + 8,7 log10 I) trong đó lượng mưa và
cường độ gây xói của trận mưa là dữ liệu đầu vào. Sau đó lượng hạt đất bị xói
mịn (F, kg/m2) được ước lượng theo công thức, F = K × E(0,05P) × 10-3 , trong đó
P = phần trăm lượng mưa rơi xuống tán lá và thân cành cây cối để sau đó bị bốc
10


hơi hay tạo dòng chảy theo thân cây, phụ thuộc vào loại che phủ thực vật; và hệ
số K (chỉ số đất bị tách rời) là khối lượng hạt đất bị tách rời trên đơn vị năng
lượng mưa rơi (gram/Joule).
Lưu lượng dòng chảy tràn trên mặt đất (Q) là hàm số của lượng mưa và
sức giữ ẩm đồng ruộng của đất (soil moisture capacity) tương ứng với hiện
trạng lớp phủ thực vật. Dữ liệu đầu vào của mơ hình bao gồm lượng mưa trung
bình ngày (Ro) và sức giữ ẩm đồng ruộng của đất ứng với hiện trạng lớp phủ
thực vật thực tế (Rc). Rc được tính theo cơng thức
Rc =1000* MS × BD × RD × (Et/Eo)0,5
Trong đó MS = độ ẩm đồng ruộng (%); BD = dung trọng đất (bulk
density) của tầng đất mặt (Mg/m3); RD = độ sâu tầng rễ cây hoạt động (m);
Et/Eo = tỷ lệ giữa lượng bốc thoát nước thực tế và tiềm năng.
Sau đó lưu lượng dịng chảy tràn (Q) sẽ bằng Q = R (-Rc/Ro). Khả năng
vận chuyển đất của dòng chảy (T) phụ thuộc vào lưu lượng dòng chảy tràn
(Q), độ dốc địa hình (S) và độ che phủ của cây trồng (C), theo phương trình
T = C Q2 × sin S × 10-3 (kg/m2). Cuối cùng giá trị bé nhất giữa khả năng của
dòng chảy tràn về vận chuyển đất và tách rời đất được coi như lượng đất bị
xói mịn (Morgan, 1995).
b, Mơ hình động thái trên cơ sở vật lý

Những mơ hình này dựa trên việc áp dụng định luật bảo toàn vật chất và
năng lượng. Phần lớn chúng sử dụng các phương trình vi phân về tính liên tục bảo
toàn vật chất khi vật chất biến động theo khơng gian và thời gian (Morgan, 1986).
Mơ hình EUROSEM
EUROSEM (EURopean Soil Erosion Model, Mơ hình xói mịn đất của
Châu Âu) là mơ hình dự báo xói mịn đất dựa trên mơ phỏng từng q trình vật
lý trong cơ chế xói mịn đất. Nó được thiết kế với mục đích mơ phỏng cho từng
trận mưa riêng biệt và có thể sử dụng để đánh giá tác động của các biện pháp
bảo vệ đất (Morgan, 1995).
Mơ hình KINEROS
KINEROS (KInematic EROsion Simulation Model, Mơ hình mơ phỏng
11


động học xói mịn) diễn tả tốn học các q trình tạo nên dịng chảy tràn trên
mặt đất. Mơ hình KINEROS thuộc loại mơ hình dựa trên ngun lý các q
trình vật lý, mơ phỏng q trình xói mịn đất trên diện tích lưu vực nhỏ khi có
trận mưa xẩy ra. Lượng mưa hữu hiệu được tích tụ lại trên mặt đất cho đến khi
độ sâu nước đủ lớn để tạo nên dịng chảy tràn.
Sau đó dịng chảy tràn được mơ phỏng trên cơ sở tìm nghiệm phương
trình liên tục với giả thiết xấp xỉ cơ học. Vùng địa hình được biểu thị bằng kết
nối nhiều phần tử diện tích và kênh nối. Như vậy dịng chảy được tính truyền lần
lượt theo thứ tự các diện tích và kênh dẫn phần tử cho đến cửa ra của lưu vực.
Lượng đất xói mịn được ước tính cho từng diện tích phần tử và được
tính truyền hay cho bồi lắng theo thứ tự liên kết các phần tử. KINEROS mô
phỏng lượng vận chuyển đất bị xói mịn qua q trình tách rời của giọt mưa rơi,
vận chuyển của dòng chảy tập trung. Mơ hình sử dụng phương pháp cân bằng
vật chất để tính tốn dịng bùn cát (Doe et al., 1999).
Mơ hình WEPP
Mơ hình dự án dự báo xói mịn đất do nước WEPP (Water erosion

prediction Project) được coi là một công nghệ mới về dự báo xói mịn đất.
WEPP được phát triển với mục đích thay thế cơng thức phổ cập xói mịn đất
USLE, MUSLE, và RUSLE, và tăng cường khả năng mơ phỏng và dự báo đối
với nhiều địa hình địa mạo khác nhau. Mơ hình có thể ứng dụng được cho cả
vùng đất canh tác, đồng cỏ chăn nuôi, đất rừng, đất xây dựng và đất vùng khai
thác khoáng sản. WEPP thuộc loại mơ hình dựa trên ngun lý các q trình vật
lý, mơ phỏng liên tục theo thời gian và khơng gian q trình xói mịn đất. Nó
được phát triển dựa trên nguyên lý cơ bản về mô phỏng xác suất q trình khí
tượng, lý thuyết dịng thấm, thủy văn, vật lý đất, và khoa học cây trồng, thủy
lực và động học xói mịn đất. Những điểm nổi bật của WEPP bao gồm khả năng
dự báo phân bổ lượng đất xói theo thời gian và khơng gian (tổng lượng đất bị
xói trên tồn bộ sườn dốc hay tại từng vị trí, ở mọi thời điểm theo thời gian như
từng ngày, tháng, hay trung bình năm). Đồng thời mơ hình cho phép ngoại suy
kết quả mơ hình cho rất nhiều điều kiện khác nhau. Khi ứng dụng cho một lưu
12


vực sơng thì mơ hình cịn ước tính lưu lượng dịng chảy bùn cát sinh ra từ tốn
bộ diện tích mô phỏng.
WEPP bao gồm hai phiên bản, một cho diện tích sườn dốc và một cho
tồn bộ lưu vực. Phiên bản diện tích sườn dốc được tích hợp trong phiên bản
lưu vực, nhằm tích tốn lượng đất bị xói mịn và chuyển vận trên từng sườn dốc
xuống dịng nước sơng suối.
Trong những năm gần đây, xu hướng sử dụng mô hình trên thế giới ngày
càng hướng về các mơ hình động thái quá trình vật lý (Siepel et al., 2002).
Những mơ hình này dựa trên việc giải quyết các phương trình tốn học biểu
diễn bản chất từng q trình thành phần của hiện tượng xói mịn đất, trong khi
tn thủ định luật bảo toàn vật chất và năng lượng (Morgan, 1995). Một số mơ
hình động thái vật lý bị đánh giá là quá phức tạp, với rất nhiều thông số và đòi
hỏi khối lượng lớn dữ liệu đầu vào. Tuy vậy người ta cho rằng hiện nay những

mơ hình này có thể ước tính được lượng đất xói mịn chính xác hơn trong khi
cần ít cơng sức hiệu chỉnh và kiểm chứng mơ hình hơn (Siepel et al., 2002).
Mơ hình SWAT
Mơ hình SWAT mơ phỏng dịng chảy tràn mặt đất theo phương pháp
đường cong SCS; sử dụng phương trình MUSLE để tính lượng đất bị xói mịn.
Lượng bồi lắng dựa trên ước tính về lực cắt, vận tốc dịng chảy và thành phần cơ
giới của đất. Công cụ đánh giá đất và nước SWAT được phát triển từ mơ hình
SWRRB nhưng nhằm áp dụng cho lưu vực lớn và địa hình phức tạp. Nó chia
diện tích thành các lưới ơ để có thể biểu thị được những biến động theo khơng
gian của các thơng số mơ hình. Giống như SWRRB và SPUR models, nó cũng sử
dụng cơng thức phổ cập cải tiến (Modified USLE) để tính tốn dịng bùn cát
(Doe và cộng sự, 1999).
1.1.3. Công thức USLE và các yếu tố ảnh hưởng đến xói mịn đất
Phương trình phổ cập hay tổng hợp xói mịn đất (Universal Soil Loss
Equation, USLE) là một mơ hình thực nghiệm đơn giản do Bộ nông nghiệp Mỹ
(USDA) phát triển và liên tục cải tiến từ những năm 1940, có mục đích ước tính
lượng đất xói mịn cho từng ơ ruộng mà sau này được cải tiến thành công thức
13