Nghiên cứu sử dụng Viễn thám (RS) và Hệ thống thông tin địa lý (GIS) để đánh giá xói mòn đất huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.62 MB, 157 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VIỄN THÁM (RS) VÀ HỆ THỐNG
Chuyên ngành: và
: 62 62 15 05
2012
i
Tôi xin cam đoan luận án “
" là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những số liệu, kết quả
nghiên cứu nêu trong luận án này là trung thực, khách quan và chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận án
này đã được cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận án đều được chỉ rõ
nguồn gốc.
ii
lãnh
-
-u.
- -
t, khoa Tài
trong quá trình thu
gian tôi
,
iii
Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục các chữ viết tắt vi
Danh mục các bảng vii
Danh mục hình viii
Danh mục biểu đồ ix
1
1 Tính cấp thiết của đề tài 1
2 Mục tiêu đề tài 2
3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3
4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3
5 Những đóng góp mới của luận án 3
4
1.1 Cơ sở lý luận của đề tài 4
1.1.1 Cơ sở lý luận về vùng đất gò đồi 4
1.1.2 Cơ sở lý luận về xói mòn đất 7
1.2 Tình hình nghiên cứu xói mòn đất 32
1.2.1 Nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới 32
1.2.2 Nghiên cứu xói mòn đất ở Việt Nam 35
1.3 Tình hình ứng dụng của viễn thám và GIS 40
1.3.1 Tình hình ứng dụng RS và GIS trên thế giới 40
1.3.2 Tình hình ứng dụng RS và GIS ở Việt Nam 42
46
2.1 Vật liệu nghiên cứu 46
iv
2.1.1 Dữ liệu phi không gian 46
2.1.2 Dữ liệu không gian 46
2.2 Nội dung nghiên cứu 47
2.2.1 Điều tra, đánh giá điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội của
huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ 47
2.2.2 Sử dụng viễn thám và GIS đánh giá xói mòn đất huyện Tam
Nông tỉnh Phú Thọ 47
2.2.3 Xây dựng mô hình thực nghiệm 47
2.2.4 Đề xuất một số mô hình chống xói mòn bảo vệ đất dốc huyện
Tam Nông tỉnh Phú Thọ 47
2.3 Phương pháp nghiên cứu 47
2.3.1 Phương pháp điều tra, thu thập số liệu 47
2.3.2 Phương pháp đánh giá xói mòn đất 48
2.3.3 Phương pháp bố trí thực nghiệm 52
2.3.4 Phương pháp kiểm chứng 55
2.3.5 Phương pháp dự báo, đánh giá 55
56
3.1 Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội huyện Tam Nông 56
3.1.1 Điều kiện tự nhiên 56
3.1.2 Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội 64
3.1.3 Hiện trạng sử dụng đất 68
3.1.4 Đánh giá chung về những thuận lợi, khó khăn của huyện Tam Nông 70
3.2 Thành lập bản đồ xói mòn huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ 72
3.2.1 Chuẩn hoá cơ sở dữ liệu bản đồ 72
3.2.2 Bản đồ hệ số xói mòn do mưa (R) 73
3.2.3 Bản đồ hệ số kháng xói đất (K) 77
3.2.4 Bản đồ hệ số ảnh hưởng của địa hình đến xói mòn đất (LS) 79
v
3.2.5 Bản đồ hệ số ảnh hưởng của lớp phủ thực vật đến xói mòn đất (C) 86
3.2.6 Bản đồ hệ số ảnh hưởng của biện pháp canh tác đến xói mòn
đất (P) 94
3.2.7 Xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng và bản đồ xói mòn đất 96
3.3 Xây dựng mô hình thực nghiệm 102
3.3.1 Bố trí thực nghiệm 102
3.3.2 Kết quả đo và tính toán xói mòn đất 103
3.4 Đề xuất một số mô hình chống xói mòn hiệu quả trên địa bàn
huyện Tam Nông 107
3.4.1 Mô hình canh tác chuyên màu và cây công nghiệp ngắn ngày 108
3.4.2 Mô hình canh tác trồng cây ăn quả dài ngày trồng xen với các
loại cây ăn quả ngắn ngày – cây hoa màu 111
3.4.3 Mô hình nông lâm kết hợp 113
- 116
1 Kết luận 116
2 Kiến nghị 118
Danh mục các công trình đã công bố có liên quan đến luận án 119
Tài liệu tham khảo 120
Phần phụ lục 131
vi
AEZ
Vùng sinh thái nông nghiệp
C
Hệ số xói mòn do ảnh hưởng của lớp phủ thực vật
CSDL
Cơ sở dữ liệu
DEM
Mô hình số địa hình
GIS
Hệ thống thông tin địa lý
GPS
Hệ thống định vị toàn cầu
ICRAF
Tổ chức nông lâm nghiệp thế giới
K
Hệ số xói mòn do đất
KHTN
Khoa học tự nhiên
L
Hệ số xói mòn do chiều dài sườn dốc
MUSLE/RUSLE
Phương trình mất đất phổ dụng biến đổi
NDVI
Chỉ số khác biệt thực vật
P
Hệ số xói mòn do ảnh hưởng của các biện pháp canh tác
R
Hệ số xói mòn do nước
RS
Viễn thám
S
Hệ số xói mòn do độ dốc
SALT
Kỹ thuật sử dụng đất nông nghiệp trên đất dốc
SWAT
Mô hình đánh giá đất và nước
USLE
Phương trình mất đất phổ dụng
WEPP
Mô hình dự báo xói mòn đất do nước
vii
STT
Tên bảng
Trang
2.1 Bảng tra hệ số P 51
3.1 Yếu tố lượng mưa tỉnh Phú Thọ 58
3.2 Bảng phân loại đất đồi huyện Tam Nông 60
3.3 Thống kê diện tích các loại đất đồi theo đơn vị hành chính huyện
Tam Nông tỉnh Phú Thọ 62
3.4 Quy mô và tốc độ tăng giá trị sản xuất 2006 - 2010 65
3.5 Thực trạng phát triển dân số huyện Tam Nông 66
3.6 Lượng mưa trung bình năm của các trạm khí tượng 75
3.7 Diện tích các cấp độ dốc vùng gò đồi huyện Tam Nông 80
3.8 Kết quả tính toán hệ số LS 84
3.9 Tọa độ các điểm khống chế ảnh 88
3.10 Kết quả tính toán hệ số xói mòn P 96
3.11 Mức độ xói mòn đất do mưa huyện Tam Nông (TCVN 5299:2009) 97
3.12 Diện tích theo mức độ xói mòn các cấp độ dốc 97
3.13 Thống kê diện tích các loại đất theo mức độ xói mòn 98
3.14 Thống kê diện tích theo mức độ xói mòn các xã huyện Tam
Nông tỉnh Phú Thọ 99
3.15 Kết quả xói mòn đất trung bình năm 2008 xã Hương Nộn 104
3.16 Kết quả xói mòn đất năm 2009, 2010 xã Hương Nộn 104
3.17 Kết quả xói mòn đất năm 2009, 2010 thị trấn Hưng Hóa 105
3.18 Kết quả xói mòn đất năm 2009, 2010 xã Dị Nậu 105
3.19 Hệ số xói mòn đất tại các điểm thực nghiệm 106
3.20 So sánh kết quả đo xói mòn trung bình các năm với mô hình 106
viii
STT
Tên hình
Trang
2.1 Sử dụng mô hình RUSLE tính toán xói mòn bằng GIS 48
2.2 Bảng tra toán đồ hệ số K của Wischmeier và Smith 50
2.3 Bể thực nghiệm khu vực nghiên cứu 53
3.1 Vị trí địa lý huyện Tam Nông 57
3.2 Bản đồ đất vùng gò đồi huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ 63
3.3 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2008 huyện Tam Nông 69
3.4 Các bước tính toán hệ số R 74
3.5 Bản đồ hệ số R vùng gò đồi huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ 76
3.6 Các bước thành lập bản đồ hệ số K 77
3.7 Bản đồ hệ số K vùng gò đồi huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ 78
3.8 Quy trình thành lập bản đồ hệ số LS 79
3.9 Mô hình số độ cao DEM vùng gò đồi huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ 81
3.10 Bản đồ độ dốc vùng gò đồi huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ 82
3.11 Xây dựng bản đồ hướng dòng chảy (Flow direction) trong GIS 83
3.12 Xây dựng bản đồ dòng chảy tích lũy (Flow Accumulation) trong GIS 83
3.13 Bản đồ hệ số LS vùng gò đồi huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ 85
3.14 Quy trình thành lập bản đồ hệ số C 87
3.15 Sai số hiệu chỉnh hình học ảnh 89
3.16 Ảnh vệ tinh Spot 5 huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ 91
3.17 Bản đồ chỉ số thực vật (NDVI) vùng gò đồi huyện Tam Nông 92
3.18 Bản đồ hệ số C vùng gò đồi huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ 93
3.19 Quy trình thành lập bản đồ hệ số P 94
3.20 Bản đồ hệ số P vùng gò đồi huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ 95
3.21 Bản đồ xói mòn tiềm năng vùng gò đồi huyện Tam Nông 100
ix
3.22 Bản đồ xói mòn đất vùng gò đồi huyện Tam Nông 101
3.23 Bố trí thực nghiệm xã Hương Nộn 102
3.24 Bố trí khu thực nghiệm tại xã Dị Nậu 103
3.25 Bố trí khu thực nghiệm tại thị trấn Hưng Hóa 103
3.26 Một số mô hình canh tác trồng màu huyện Tam Nông 108
3.27 Che phủ đất bằng thảm bện hữu cơ 109
3.28 Hiệu quả chống xói mòn và rửa trôi đất của mô hình canh tác phủ
thảm bện hữu cơ so với không phủ thảm 110
3.29 Mô hình canh tác phủ thảm bện hữu cơ giảm cỏ dại so với không phủ 110
3.30 Mô hình dứa trồng xen với cây ăn quả dài ngày hồng, vải 112
3.31 Mô hình nông lâm kết hợp trồng theo tuần tự 114
3.32 Mô hình nông lâm kết hợp trồng theo băng 115
STT
Tên biểu đồ
Trang
3.1 Diện tích, cơ cấu các loại đất chính năm 2010 68
3.2 Năng suất ngô của thực nghiệm che phủ đất bằng thảm bện hữu cơ 111
1
1
Xói mòn từ lâu đã được coi là nguyên nhân gây thoái hóa tài nguyên
đất nghiêm trọng. Vấn đề bảo vệ đất và chống xói mòn đã được các nhà triết
học cổ đại đề cập đến. Platon (427-347 trước Công nguyên) đã nêu ra được
mối quan liên quan giữa lũ lụt và xói mòn đất với việc tàn phá rừng. Những
công trình nghiên cứu đầu tiên về xói mòn đất được Volni nhà khoa học
người Đức tiến hành từ năm 1877-1895, kết quả cho thấy các nhân tố ảnh
hưởng đến sự xói mòn đất. Sau đó, các nghiên cứu khác về xói mòn đất được
triển khai mạnh mẽ ở Mỹ và một số nước khác trên thế Giới (Hudson, 1981)
[7]. Vì vậy, cùng với thoái hóa đất, xói mòn tồn tại trong suốt quá trình khai
thác và sử dụng đất. Có thể nói rằng: xói mòn là nguyên nhân hàng đầu gây
thoái hóa tài nguyên đất ở miền núi.
Để giảm thiểu xói mòn ở miền núi, hai vấn đề cần được song song
nghiên cứu là: bản thân quá trình xói mòn (xói mòn do điều kiện tự nhiên gây
ra), nguyên nhân và các yếu tố ảnh hưởng đến nó và xói mòn do các hoạt
động của con người. Các nghiên cứu về xói mòn đất là cơ sở khoa học giúp
các nhà hoạch định chính sách, các nhà quy hoạch sử dụng đất đưa ra các
chính sách đất đai phù hợp giúp cho việc quản lý đất đai đạt hiệu quả hơn,
nâng cao mức sống cho người dân. Đồng thời tìm ra biện pháp giải quyết
phòng chống xói mòn đất, nhằm mục đích sử dụng đất ngày càng đem lại hiệu
quả cao hơn về cả kinh tế, xã hội và môi trường.
Tam Nông là một huyện nằm ở phía Đông Nam tỉnh Phú Thọ, là cửa
ngõ giữa miền núi và vùng đồng bằng. Vị trí địa lý của huyện Tam Nông bộc
lộ những mặt hạn chế, đó là huyện thuộc vùng bán sơn địa với địa hình rất
phức tạp bao gồm: núi, đồi, ruộng và hệ thống sông ngòi, hồ đầm rất phong
2
phú. Vì vậy rất khó khăn cho việc đầu tư thâm canh và áp dụng các tiến bộ
khoa học kỹ thuật để cải tạo đất và sử dụng đất đạt hiệu quả cao.
Trong những năm qua việc sử dụng đất không hợp lý đã làm cho nguồn
tài nguyên đất đồi núi ở Tam Nông đã có dấu hiệu bị xói mòn, rửa trôi, suy
giảm về chất lượng. Có nhiều nguyên nhân tác động đến quá trình xói mòn đất
ở Tam Nông như khí hậu, thời tiết, địa hình, địa chất, thuỷ văn, các hoạt động
sản xuất của con người Tuy nhiên các nhân tố này không diễn ra một cách độc
lập, mà chúng tương tác lẫn nhau. Do đó, nghiên cứu bản chất quá trình xói
mòn đất và các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất, từ đó xây dựng một cơ sở
dữ liệu về xói mòn đất giúp cho địa phương có những định hướng đúng trong
công tác bảo vệ đất dốc, chống xói mòn đất là một vấn đề cấp thiết.
Có nhiều phương pháp khác nhau cũng như nhiều cách tiếp cận khác
nhau có thể lựa chọn để nghiên cứu xói mòn đất. Trong các phương pháp
nghiên cứu, phương pháp viễn thám (RS) là phương pháp hiện đại, và hệ
thống thông tin địa lý (GIS) là công cụ mạnh có thể giải quyết các bài toán vĩ
mô trong thời gian ngắn. Tuy nhiên, hiện nay chưa có các nghiên cứu một
cách toàn diện để khẳng định tính đúng đắn của phương pháp RS và GIS
trong nghiên cứu xói mòn đất so với phương pháp truyền thống.
Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài:
là rất cấp thiết và được lựa chọn để thực hiện.
2
- Xác định các hệ số xói mòn đất, mức độ xói mòn đất huyện Tam
Nông tỉnh Phú Thọ bằng công nghệ RS và GIS theo phương trình mất đất phổ
dụng biến đổi RUSLE.
- Từ kết quả nghiên cứu, đánh giá khả năng ứng dụng phương pháp RS
và GIS trong nghiên cứu xói mòn và đề xuất một số biện pháp bảo vệ đất
chống xói mòn có hiệu quả trên địa bàn huyện.
3
3
3.1 Ý nghĩa khoa học
Khẳng định khả năng ứng dụng công nghệ Viễn thám và Hệ thống
thông tin địa lý đánh giá và tính toán xói mòn đất của một huyện trung du
miền núi Việt Nam.
3.2 Ý nghĩa thực tiễn
- Đã đánh giá xói mòn đất, xói mòn tiềm năng theo phương trình mất
đất phổ dụng biến đổi (RUSLE) huyện Tam Nông. Góp phần cung cấp thông
tin tư liệu bản đồ, số liệu thuộc tính về điều kiện tự nhiên khu vực.
- Góp phần giúp cho các nhà khoa học nông, lâm nghiệp sử dụng các
mô hình phòng chống xói mòn một cách có hiệu quả.
4
- Đối tượng nghiên cứu: Đất gò đồi huyện Tam Nông - tỉnh Phú Thọ.
- Phạm vi nghiên cứu:
+ Về không gian: Đất gò đồi huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ, được
phân bố trên 18/20 xã, thị trấn theo ranh giới hành chính được xác định trên
bản đồ địa giới hành chính và bản đồ đất.
+ Về thời gian: Đề tài được thực hiện từ tháng 12/2006 đến tháng
12/2011.
5
Đã xác định được các hệ số xói mòn đất theo phương trình mất đất phổ
dụng cho vùng đất gò đồi huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ.
4
C 1
1.1
1.1.1 Cơ sở lý luận về vùng đất gò đồi
Đất vùng gò đồi được hình thành do tác động đồng thời của các yếu tố tự
nhiên như sinh vật, khí hậu, địa hình, đá mẹ, thời gian và con người. Dưới tác
động của các yếu tố trên, đất vùng gò đồi đã được hình thành, phát triển và có
những đặc điểm cũng như mục đích sử dụng đất khác nhau (Nguyễn Thế Đặng
và cộng sự, 2003) [5]. Cho đến nay khái niệm về vùng đất đồi vẫn còn khác
nhau rất nhiều mặc dù những thuật ngữ như đồi, vùng đồi và trung du được sử
dụng khá phổ biến trong sản xuất nông lâm nghiệp và các lĩnh vực khác.
Vũ Tự Lập (1999) [10] cho rằng vùng đồi là vùng có độ cao tuyệt đối
so với mực nước biển < 500 m. Trong ấn phẩm “Thuyết minh bản đồ địa mạo
Việt Nam tỷ lệ 1/500.000, 1984” đưa ra định nghĩa vùng đồi là vùng có độ
cao từ 10 – 300 m phát triển thành dải ở rìa vùng núi, chúng phát triển trên
các cấu trúc rất khác nhau và bị phân cắt từ mức yếu đến trung bình (dẫn theo
Vũ Tự Lập, 1999) [10].
Theo quan điểm của Trần Đình Lý (2006) [13] có thể lấy giới hạn độ
cao tuyệt đối của vùng đồi từ 15 m, nơi địa hình bắt đầu bị chia cắt mạnh còn
giới hạn trên có thể đến 300 m so với mặt nước biển. Lê Quý An (1995) [1] thì
cho rằng giới hạn thấp nhất của vùng đồi là 25 m và giới hạn ở độ cao không được
đề cập mà chỉ nói đến giới hạn của độ dốc phải nhỏ hơn 25
0
.
Trong ấn phẩm “Những loại đất chính miền Bắc Việt Nam”, Vũ Ngọc
Tuyên và cộng sự (1996) [46] cho rằng vùng Trung du bao gồm những loại
đất phân bố ở độ cao từ 25 m đến 200 m . Để xác định vùng đất đồi thì độ cao
5
tương đối hoặc độ cao chia cắt sâu có ý nghĩa quyết định. Tuy nhiên về vấn
đề này cũng có nhiều cách phân chia khác nhau: nhà địa mạo Nga Spiridonov
cho rằng dạng địa hình đồi có độ cao tương đối (chia cắt sâu) khoảng 10m-
100 m và độ dốc 3
0
-8
0
(dẫn theo Trần Đình Lý (2006) [13]) nhưng theo Vũ
Tự Lập (1999) [10] là 25-250 m và độ dốc 8-15 độ.
Kết quả nghiên cứu của Đặng Ngọc Dinh và cộng sự (1998) [3] và
Viện Nghiên cứu Chiến lược và Chính sách Khoa học & Công nghệ (2002)
[49] về vùng gò đồi Bắc Trung bộ thì gò đồi được hiểu là vùng lãnh thổ kẹp
giữa núi và đồng bằng hoặc những vùng đất cao xen với đồng bằng, có độ cao
từ 20-300 m so với mặt biển. Vì có vị trí trung gian chuyển tiếp giữa núi và
đồng bằng nên có nơi gọi là vùng trung du, vùng bán sơn địa. Về hình thái bề
ngoài đó là những vùng đất cao lúp xúp, có độ cao sàn sàn gần bằng nhau, đỉnh
thường bằng phẳng, sườn lồi hay thoai thoải, ở chân thường là các thung lũng
phân cách.
1.1.1.
- : Đây là quá trình hình
thành đất điển hình của vùng gò đồi nước ta trong điều kiện khí hậu nhiệt đới
nóng ẩm. Quá trình tích lũy tương đối sắt, nhôm trong đất gắn liền với sự rửa
trôi các cation kiềm thổ (Ca
2+
, Mg
2+
…) và silic làm cho đất có màu đỏ vàng là
chủ đạo, rất chua, chủ yếu thuộc nhóm đất Acrisols, Ferrasols. Các loại đất
này chiếm tỷ lệ lớn ở vùng gò đồi nước ta và hình thành trên các loại đá mẹ
khác nhau nên độ đậm nhạt của màu sắc, độ dày và đặc tính lý hóa học rất
khác nhau.
- Quá trình này
thường xảy ra ở vùng gò đồi thấp, nơi có mực nước ngầm thay đổi theo mùa
mưa/khô xen kẽ. Vào mùa mưa, nước ngầm chứa nhiều muối sắt dễ tan phân
bố trong các mao quản. Đến mùa khô, khi lớp đất trên mặt khô hạn, nước
6
ngầm từ dưới di chuyển lên phía trên Fe
2+
sẽ oxy hóa thành Fe
3+
tích lũy trong
đất ở dạng khan (Fe
2
O
3
) hoặc ngậm nước (Fe
2
O
3
.nH
2
O) để dần dần tạo kết
von sắt và đá ong. Quá trình tích lũy tuyệt đối sắt nhôm là quá trình thoái hóa
đất nghiêm trọng như đá ong hóa, kết von gây khó khăn hoặc mất khả năng
trồng trọt.
- Dưới tác động của các
thảm thực vật, sau chu kỳ sinh trưởng của các loại cây trồng, sinh khối mà
chúng trả lại cho đất sẽ được phân giải và tổng hợp thành chất hữu cơ mới của
đất, đó là các hợp chất hữu cơ cao phân tử màu đen thường gọi là mùn. Quá
trình này xảy ra ở vùng gò đồi dưới các thảm thực vật khác nhau, tạo độ phì
cho đất. Chính vì vậy, ở những nơi còn giữ được nhiều rừng và thảm cỏ tự
nhiên, độ phì của đất sẽ cao hơn.
- Đất nghèo khoáng sét, chất hữu cơ cũng như
các nguyên tố vô cơ do xói mòn hoặc rửa trôi theo chiều sâu phẫu diện và bề
mặt làm cho lớp đất mặt trở nên bạc trắng, mất kết cấu, nghèo chất hữu cơ,
chất dinh dưỡng và sắt. Quá trình này không những chỉ xảy ra ở vùng gò đồi
đã được khai phá từ lâu nhưng không được bảo vệ, cây trồng phát triển kém
mà còn xảy ra ngay trên những chân đất có quá trình canh tác không hợp lý.
- Quá trình chua hóa: Các cation kiềm và kiềm thổ như Na
+
, K
+
, Ca
2+
,
Mg
2+
trong đất dần dần mất đi do quá trình rửa trôi, xói mòn, cây hút chất
dinh dưỡng nên đất chỉ còn lại các cation gây chua (H
+
, Al
3+
) và các gốc axit.
Quá trình này xảy ra mạnh ở vùng gò đồi khi rừng bị khai phá làm nương rẫy
hoặc độc canh liên tục.
- Trên các sườn đồi, dốc, nhất là các
vùng rừng và nơi thảm thực vật bị phá hoại, vào mùa mưa đất bị rửa trôi, xói
mòn làm cho lớp đất mặt bị mỏng dần, nhiều nơi trơ lớp sỏi, đá gọi là đất xói
mòn trơ sỏi đá. Những đất này hầu như không còn khả năng sản xuất ngay
cả trồng rừng.
7
- : Quá trình
rửa trôi, xói mòn đất gò đồi hoặc sản phẩm phù sa ven suối lắng đọng lại ở
các thung lũng. Thung lũng là nơi dân cư đông đúc, trọng điểm sản xuất nông
nghiệp canh tác lúa nước trên đất bằng và cây trồng cạn trên đất dốc. Đây là
vùng đất rất quan trọng đối với sản xuất lương thực, thâm canh, tăng năng
suất để hạn chế tình trạng phá rừng làm nương rẫy.
- Các quá trình khác: Ở vùng gò đồi, các quá trình lở đất thường xảy ra
vào mùa mưa, bão. Ở địa hình dốc, khi nước trong đất bão hòa thấm xuống
sâu, tiếp xúc với lớp đất đá có độ thấm và giữ nước kém hơn dễ sinh ra các bề
mặt trượt làm cho lớp đất đá bên trên trượt xuống thấp. Việc xẻ núi làm
đường giao thông vùng gò đồi đã tạo điều kiện gây ra hiện tượng trượt, lở đất.
1.1.2 Cơ sở lý luận về xói mòn đất
1.1.2.1
Xói mòn là một cụm từ Latinh “erosion” thể hiện sự ăn mòn dần. Theo
định nghĩa của Từ điển Bách khoa Toàn thư Việt Nam [95] thì xói mòn đất được
hiểu là “Quá trình các tác nhân khí hậu (mưa, gió), đôi khi cả con người (các
hoạt động chặt phá rừng để lấy đất canh tác, phát triển cơ sở hạ tầng như xây
nhà, làm đường, v.v.) tác động lên mặt đất làm cho lớp mặt của đất, keo mùn,
những tầng đất tơi xốp, các vụn đất và đá sét bị mất đi hoặc trôi theo sườn dốc”.
Viện sĩ L. I. Paraxolop (dẫn theo Zakharov, 1981) [52] cho rằng “Xói
mòn đất cần phải hiểu là những hiện tượng phá hủy và cuốn trôi theo đất cũng
như các quặng xốp bằng dòng nước và gió thể hiện dưới nhiều hình thức và
rất phổ biến”.
Husdson (1981) [7] coi xói mòn là quá trình san bằng, trong đó các hạt
đất hay đá cứng bị nhào lộn, rửa trôi và di chuyển dưới tác dụng của trọng
lực, gió và nước là động lực chính của quá trình này.
8
Khi nghiên cứu về tác nhân của lớp phủ thực vật thì Nguyễn Quang Mỹ
(2005) [17] cho rằng, xói mòn đất là một quá trình phá hủy lớp thổ nhưỡng
(bao gồm cả phá hủy thành phần cơ giới, lý và hóa tính, chất dinh
dưỡng,…của đất) dưới tác động của các nhân tố tự nhiên và nhân tạo, làm
giảm độ phì nhiêu của đất, gây ra bạc màu, thoái hóa đất, laterit hóa, trơ sỏi
đá… ảnh hưởng trực tiếp đến sự sống và phát triển của thảm thực vật rừng,
thảm cây trồng khác.
1.1.2.2
Trong quá trình nghiên cứu xói mòn đất, người ta đi đến một số khái
niệm sau:
- : xảy ra do tác động của lực
tự nhiên lên mặt đất.
- Hoạt động sản xuất nông nghiệp và một số hoạt
động của con người đã làm mất cân bằng tự nhiên (giữa đất, thảm thực vật và
các yếu tố khí hậu). Khi sự cân bằng tự nhiên bị phá vỡ thì sẽ xảy ra xói mòn
mặt đất với tốc độ rất nhanh, nhanh hơn quá trình hình thành đất. Loại xói
mòn này gọi là xói mòn gia tốc. Xói mòn gia tốc làm bề mặt đất bị bào mòn
nghiêm trọng và làm giảm sút độ phì của đất.
Căn cứ vào tác nhân gây ra xói mòn, người ta phân ra xói mòn đất
thành 5 dạng: xói mòn do nước, do gió, do trọng lực, do tuyết tan và do dòng
bùn đá.
a/ Xói mòn do nước: Xói mòn này được phân thành xói mòn bề mặt và
xói mòn dạng tuyến tạo thành rãnh xói. Sự rửa trôi đất là do mưa khi rơi
xuống sinh ra mạng lưới dòng chảy ở các liên sườn nghiêng. Tuy nhiên dạng
dòng chảy này chỉ mang tính tạm thời. Lượng dòng chảy mặt và lượng xói
mòn được xác định bằng cách kết hợp nhiều nhân tố tự nhiên và xã hội.
Lượng dòng chảy mặt vừa là tác nhân gây xói mòn, vừa là động lực chính
9
vận chuyển bùn cát trên bề mặt lưu vực và các rãnh xói. Trong quá trình
chuyển tải bùn cát do mưa gây xói sẽ xuất hiện quá trình sa lắng các hạt đất
khi mà lưu lượng bùn cát vượt quá sức tải của dòng nước trên bề mặt lưu vực
và rãnh. Đây chính là quá trình cơ bản của xói mòn bề mặt lưu vực. Xói mòn
dạng tuyến tạo thành rãnh xói phát sinh bởi những dòng nước tập trung vào
địa hình võng, trũng. Dòng chảy ở đây có tốc độ lớn, sức tàn phá mạnh do đó
theo thời gian tạo thành hệ thống rãnh xói.
+ Theo Bennett (1993) [59] có 4 loại dạng xói mòn do nước như sau:
- Xói mòn : ở dạng xói mòn này quá trình rửa trôi các hạt
đất xảy ra đồng đều trên bề mặt khu vực đất dốc. Để có thể rửa trôi các hạt đất
lượng mưa cần phải có đủ để tạo dòng chảy bề mặt. Theo Bennett điều này rất
khó xác định nhưng lại là dạng xói mòn xảy ra phổ biến nhất.
- Xói mòn rãnh: dạng xói mòn này thực chất là giai đoạn tiếp theo
của xói mòn dạng phẳng, lượng đất mất cũng lớn tương tự như xói mòn dạng
phẳng, dạng xói mòn này rất dễ nhận ra do hình thái của bề mặt bị xói mòn.
- Xói mòn : dạng xói mòn này gặp ở các khu vực tập
trung dòng chảy bề mặt, tạo nên xói mòn dạng tuyến tính.
- : Tác động của mưa gây ra xói
mòn 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.
b/ Xói mòn do gió: Xói mòn này có thể xuất hiện ở bất cứ dạng địa
hình nào. Gió mang sản phẩm xói mòn theo những hướng khác nhau. Tuy
nhiên, mức độ phá hủy đất phụ thuộc vào địa hình khu vực và loại đất.
c/ Xói mòn trọng lực: Xói mòn này xuất hiện do tác động kết hợp giữa
trọng lực của đất đá trên sườn dốc và dòng chảy tràn. Mặc dù mang tính địa
phương nhưng nó có thể mang đến thảm họa khủng khiếp.
d/ Xói mòn dòng bùn đá: Là một loại lũ quét đi qua các vùng đất đá bở
10
rời và địa hình thuận lợi cho việc tập trung nước và chất rắn.
e/ Xói mòn do tuyết tan, băng tan: Xói mòn mạnh hay yếu là phụ thuộc
vào yếu tố cường độ mưa và lượng mưa, độ dốc, chiều dài sườn, hướng phơi
của địa hình, địa hình bề mặt, đặc điểm của lớp phủ thổ nhưỡng và thảm thực
vật, tình trạng sử dụng đất, kỹ thuật trồng trọt, phương pháp tổ chức sản xuất
và các yếu tố xã hội.
1.1.2.3
Theo các nhà nghiên cứu xói mòn đất Wischmeier và Smith (1958)
[90], Murty (1982) [83] đều cho rằng quá trình xói mòn xảy ra theo 3 pha:
-
Quá trình xói mòn chỉ xảy ra khi các vật liệu thành tạo đất bị tách ra
khỏi bề mặt đất, khi đó phải có một lực tác động nhất định lên các vật liệu,
lực tác động đó do nhiều nguyên nhân: do các hạt mưa, do dòng chảy. Ở đây
chúng ta đề cập đến nguyên nhân gây ra pha tách đất là do mưa, sự va đập của
hạt mưa.
Những yếu tố của mưa gây ra xói mòn đất bao gồm: lượng mưa, cường
độ mưa, kích thước hạt mưa và tốc độ rơi của hạt mưa. Các nghiên cứu của
Ellison, Wischmeier và các tác giả khác cho thấy yếu tố lượng mưa ít ảnh hưởng
lớn đến xói mòn. Yếu tố ảnh hưởng và quan hệ chặt chẽ tới quá trình xảy ra xói
mòn là cường độ mưa, vận tốc rơi của hạt mưa và kích thước hạt mưa.
-
Khi các vật liệu bị tách ra khỏi bề mặt chúng sẽ được các dòng chảy
vận chuyển đi, khi không có dòng chảy thì các vật liệu không bị vận chuyển
đi hay nói cách khác quá trình xói mòn không xảy ra.
-
Quá trình lắng đọng là pha cuối cùng của hiện tượng xói mòn. Khi tốc
độ dòng chảy giảm đi (có thể do độ dốc địa hình giảm hoặc có thể do lượng
11
nước bị thấm đáng kể hoặc do dòng chảy bị cạn) không đủ năng lượng để vận
chuyển các vật chất thì quá trình lắng đọng bắt đầu xảy ra.
1.1.2.4
Zakharov (1981) [52] cho rằng, các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hình
thành và mức độ xói mòn chia ra làm hai nhóm: 1) Nhóm các yếu tố lịch sử tự
nhiên hay là nhóm các yếu tố thiên nhiên; 2) nhóm các yếu tố kinh tế - xã hội,
liên quan đến quá trình hoạt động sản xuất của con người. Trong giai đoạn
trước thời kỳ lịch sử thì sự phát triển của xói mòn chỉ được xác định bằng
những yếu tố lịch sử tự nhiên. Cùng với mức độ gia tăng hoạt động sản xuất
của con người và khai khẩn các lãnh thổ đất đai thì xói mòn đã tăng một cách
đáng kể, đồng thời nó trở nên phụ thuộc chủ yếu vào phương pháp sử dụng
đất đai. Xói mòn hiện tại thường là do sự kết hợp của hai nhóm yếu tố gây ra.
Các yếu tố thiên nhiên tạo ra các điều kiện cho xói mòn xuất hiện, còn hoạt
động sản xuất một cách không khoa học của con người là nguyên nhân chính
gây ra xói mòn. Các yếu tố lịch sử tự nhiên quan trọng nhất bao gồm: khí hậu,
địa hình, đất đai, thực vật.
Các nghiên cứu khác đều cho thấy sự phá hủy và vận chuyển đất mạnh
hay yếu tùy thuộc vào ảnh hưởng của tập hợp các yếu tố; trong đó, chủ yếu là:
khí hậu, thổ nhưỡng, địa hình, thực vật, các biện pháp canh tác và bảo vệ đất.
a/ Yếu tố khí hậu
Theo Wischmeier và Smith (1958) [90], Hudson (1981) [7], trong các
yếu tố khí hậu (gồm: mưa, độ ẩm, bức xạ mặt trời ) thì mưa (bao gồm cả
tuyết) là yếu tố quan trọng hơn cả đối với xói mòn đất do nước. Mưa vừa là
tác nhân phá hủy đất vừa là nguồn tạo ra dòng chảy trên mặt lớn. Nói cách
khác, mưa là nguyên nhân gây ra hai pha đầu của quá trình xói mòn đất.
Nước mưa giữ vai trò chủ yếu trong các yếu tố khí hậu tác động trực
tiếp đến xói mòn. Nước mưa tạo ra dòng chảy trên bề mặt hoặc dòng chảy
12
trên các sườn dốc. Các yếu tố khí hậu khác (nhiệt độ, độ ẩm không khí, gió)
chỉ ảnh hưởng gián tiếp đến xói mòn.
Nếu chỉ là mưa phùn thì ngay cả khi tổng lượng mưa rất lớn cũng
không thấy hiện tượng bào mòn đất hoặc bào mòn đất không đáng kể, bởi đất
đã từ từ hấp thụ toàn bộ nước rơi xuống mặt đất và chỉ khi mưa quá kéo dài
đất đã bão hòa nước thì mới có khả năng xuất hiện dòng chảy trên bề mặt và
xuất hiện xói mòn. Hiện tượng gia tăng xói mòn khi mưa rào mạnh còn liên
quan đến sự tăng kích thước hạt mưa. Hạt mưa càng lớn thì sức phá hủy các
cục đất càng mạnh và làm đất chặt, giảm khả năng ngấm nước của đất đai; hạt
mưa càng lớn thì khả năng ngấm nước của đất càng yếu. Theo Abramop (dẫn
theo Zakharov (1981) [52]), nếu kích thước của hạt mưa tăng từ 0,5 mm tới
(1,5 – 1,8) mm thì khả năng ngấm nước của đất giảm xuống 2,1 lần; còn kích
thước của hạt mưa được tăng từ 2,4 – 2,9 mm thì khả năng ngấm nước đó sẽ
giảm xuống 3,6 lần.
b/ Đặc tính, tính chất đất
Theo Zakharov (1981) [52] những tính chất vật lý của đất bao gồm: kết
cấu, thành phần cơ giới, hàm lượng chất hữu cơ, độ ẩm và cấu tạo địa chất đất
đều có ảnh hưởng đến xói mòn đất; những đặc tính hóa học của đất cũng ảnh
hưởng tới xói mòn đất ở một mức độ nhất định.
- Thành phần cơ giới đất giữ một vai trò to lớn
trong các đặc tính của đất. Đất có thành phần cơ giới nặng (phần trăm tỷ lệ sét
cao) và đất có hàm lượng hữu cơ cao thì xói mòn thấp. Hàm lượng sét càng
cao thì tính kháng xói của đất càng lớn. Khả năng phân tán của đất càng giảm
tức là tính bền vững của các hạt kết càng cao nếu hàm lượng Các bon tổng số
(C%) càng lớn hay tỷ lệ sét càng tăng. Để chống lại xói mòn tốt, đất cần có
cấu trúc tốt, thành phần cơ giới nặng có độ kết dính cao.
- : Kết cấu của đất cũng là yếu tố quan trọng xác định
13
các quá trình xói mòn; đất mà thành phần hạt của nó có kết cấu bền thì đất đó
khó bị rửa trôi. Các cấu trúc lớn có độ bền cao được hình thành trong những
đất có hàm lượng chất hữu cơ và hàm lượng các hạt bùn cao, trong thành
phần hấp phụ của chúng chứa cation canxi; nếu trong thành phần hấp phụ,
lượng canxi được tăng lên thì khả năng chống xói mòn của đất cũng gia tăng.
Độ bền của kết cấu sẽ giảm đi rất nhiều và chúng dễ dàng bị nước phá hủy
nếu như thành phần hấp phụ của đất chứa toàn natri. Đất càng bị chua thì khả
năng bị xói mòn càng cao.
- Nhờ hợp chất hữu cơ mà những hạt kết đất được hình thành,
tính liên kết giữa chúng cao nên tính bền vững trong nước tăng lên. Từ đó, chất
mùn là một yếu tố quan trọng trong quá trình hình thành và bảo vệ kết cấu bền
của đất. Nghiên cứu của V. B. Guxac (dẫn theo Zakharov, 1981) [52] cho thấy:
trên bề mặt, hàm lượng mùn rất cao thì tính rửa trôi đất nhỏ bằng 2,4 lần so với
diện tích bề mặt tương tự nhưng có hàm lượng mùn rất thấp.
- : Độ ẩm của đất tăng thì sự rửa trôi cũng tăng nhưng ở mức độ
yếu hơn so với sự gia tăng dòng chảy. Nghiên cứu của Zakharov và cộng sự
(Zakharov, 1981) [52] cho thấy: nếu độ ẩm của lớp đất 10 cm thay đổi từ 16,8
– 35,5%, mức độ mưa 2 mm/phút trên đất dốc nghiêng 10
0
(đất sét pha trung
bình cacbonat) thì sự rửa trôi tăng 1,43 lần, còn dòng chảy tăng lên gấp 2 lần và
chiếm 84,3% lượng nước mưa rơi xuống mặt dốc; nếu độ ẩm của đất là 16,8%
thì lượng nước mưa chảy mất chỉ chiếm 41,8% tổng lượng nước mưa rơi.
- Xói mòn nước xuất hiện trên những đất được hình
thành tại các khoáng sét có độ ngấm nước không cao lại dễ bị rửa trôi (như
hoàng thổ). Trên các loại cát phong tích và bồi tích cổ có khả năng ngấm
nước cao, xói mòn phát triển rất yếu. Về vấn đề này, N. I. Xuxo (dẫn theo
Zakharov, 1981) [52] khẳng định: mặc dù địa hình là yếu tố chủ yếu gây xói
mòn nhưng trong các loại trạng thái của nó, xói mòn cũng thể hiện sự tác
động của cấu tạo địa chất khu vực.
14
c/ Thực vật
Theo Zakharov (1981) [52] thì tất cả các loại thực vật đều là yếu tố
chống xói mòn rất mạnh; mức độ tác dụng của thảm thực vật phụ thuộc vào
loại và trạng thái thực vật, thực vật càng tốt và độ dày của nó càng cao thì vai
trò bảo vệ đất và giữ nước của nó càng lớn; cây nông nghiệp có khả năng giữ
tới 11% lượng nước mưa, còn cây lấy gỗ có khả năng giữ 30%; xói mòn
mạnh nhất tại các khu vực dốc, không có thực vật và ở những cánh đồng cày để
hoang; cỏ lâu năm, đồng cỏ đặc biệt là hỗn hợp cây họ đậu – hòa thảo có khả
năng bảo vệ đất chống xói mòn rất cao.
Cây cối có ý nghĩa lớn trong việc bảo vệ đất khỏi xói mòn do gió, người
ta xếp loại thực vật theo mức độ giảm dần chống xói mòn như sau:
- Các băng bảo vệ có cây gỗ - bụi (tự nhiên và nhân tạo);
- Cỏ tự nhiên - đồng cỏ;
- Vườn cây ăn quả trồng theo hàng;
- Cây nông nghiệp: Hỗn hợp đậu, cỏ, hòa thảo, cây ngũ cốc, cây họ
đậu, cây màu nói chung.
Một số nhà khoa học cho rằng cây màu trồng trên đất dốc có thể làm
tăng mức độ xói mòn.
Rừng và cây cỏ thường xuyên chịu sự tác động của con người, nếu như
ta bảo vệ và phát triển nó lên thì có thể làm giảm hoặc chặn đứng hoàn toàn
được xói mòn và ngược lại, nếu như ta phá hủy thực vật đi thì sẽ dẫn tới sự
xuất hiện xói mòn. Thực vật có vai trò quan trọng trong bảo vệ đất và nước
(chống xói mòn đất) theo các hướng sau:
- Giữ lại một phần nước mưa trên tán lá làm giảm động năng của hạt
mưa và làm giảm dòng chảy trên bề mặt.
- Vận chuyển độ ẩm từ đất phát tán vào không khí.
- Che phủ mặt đất tránh sự tác động trực tiếp của hạt mưa và của dòng chảy.
15
- Rễ thực vật giữ chặt đất, chống rửa trôi.
- Thực vật làm cải thiện hàm lượng chất hữu cơ, cải thiện chế độ khí,
chế độ nước, làm tăng độ phì của đất.
- Thực vật làm giảm dòng chảy.
Như vậy thực vật là một nhân tố rất quan trọng trong việc sử dụng đất
và bảo vệ đất.
d/ Địa hình
Xói mòn đất phụ thuộc vào độ dốc và độ dài sườn dốc bởi chúng ảnh
hưởng đến tốc độ và khối lượng dòng chảy. Theo Zakharov (1981) [52] , quá
trình xói mòn bắt đầu phát triển ở độ nghiêng của dốc 0,5 – 2
0
. Độ nghiêng
của dốc tăng lên, tốc độ chảy của dòng chảy cũng tăng lên, mức độ xói mòn
cũng tăng lên. Trên các dốc có độ nghiêng từ 6-10
0
thì xói mòn xuất hiện ở
trạng thái đầy đủ nhất.
e/ Sử dụng đất
Lịch sử canh tác cho thấy rằng, xói mòn hiện tại xuất hiện là do kết quả
con người sử dụng đất đai một cách không khoa học. Bennet và Loudecmin
(dẫn theo Zakharov (1981) [52] cho rằng, xói mòn đất cùng với tuổi canh tác,
xói mòn bắt đầu khi mà mưa rào rơi trên những luống cày đầu tiên được xới
lên bằng những công cụ rất thô sơ của thời kỳ tiền lịch sử. Kỹ thuật canh tác
giữ một vai trò đáng kể trong việc phát triển xói mòn. Đất bị cày từ năm này
qua năm khác ở độ sâu 9-l1 cm sẽ hình thành lớp đệm. Nước ngấm từ bề mặt
xuống dễ dàng chảy theo lớp đệm này, rửa trôi lớp đất xốp phía trên, làm mất
kết cấu lớp đất canh tác và từ đó đất dễ bị nước và gió cuốn đi.
1.1.2.5
Theo các nghiên cứu về xói mòn của các nhà khoa học thì tùy theo từng
đều kiện và yêu cầu đặt ra mà có các phương pháp nghiên cứu khác nhau.
Có 2 phương pháp cơ bản để đánh giá xác định xói mòn, đó là: Định
