TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Xói mòn đất và các nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn đất
Xói mòn đất là quá trình phá hủy lớp thổ nhưỡng do tác động của các yếu tố tự nhiên và nhân tạo, gây giảm độ phì của đất và dẫn đến bạc màu, thoái hóa đất, laterit hóa, trơ sỏi đá Quá trình này ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh trưởng và phát triển của thảm thực vật, cây trồng và toàn bộ hệ sinh thái đất Bảo vệ đất chống xói mòn là điều cần thiết để duy trì độ màu mỡ và đảm bảo an ninh lương thực cho tương lai.
Xói mòn đất là hiện tượng di chuyển đất do tác động của nước mưa và gió lên bề mặt đất, gây suy thoái đất đai và giảm năng suất nông nghiệp Theo Ellison (1994), xói mòn đất có thể được xem như một hàm số phụ thuộc vào các yếu tố như loại đất, độ dốc địa hình, mật độ phủ thảm thực vật, lượng mưa và cường độ mưa Các yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và mức độ xói mòn, gây ra những hậu quả nghiêm trọng đối với môi trường và nông nghiệp Việc hiểu rõ các yếu tố này giúp xây dựng các biện pháp phòng tránh và hạn chế xói mòn đất hiệu quả.
Xói mòn được định nghĩa theo FAO (1994) là hiện tượng các phần tử mảnh của đất bị cuốn trôi do tác động của gió và nước Khi lớp bề mặt đất bị bào mòn, quá trình này gây mất đi lớp đất mặt quan trọng cho sự phát triển cây trồng và duy trì độ màu mỡ của đất Chúng ta cần hiểu rõ về xói mòn để có các biện pháp phòng chống hiệu quả, bảo vệ đất nông nghiệp và duy trì sự bền vững của môi trường.
1.1.2 Phân loại xói mòn đất
Xói mòn do nước gây ra là hiện tượng nước chảy tràn trên bề mặt đất làm mất lớp đất do năng lượng của mưa tách các hạt đất khỏi thể đất Quá trình này giúp dòng chảy vận chuyển các hạt đất đã bị tách ra đi xa, phụ thuộc vào cường độ dòng chảy và đặc điểm địa hình của khu vực Các dạng xói mòn nước bao gồm nhiều hình thức khác nhau, ảnh hưởng lớn đến sự biến đổi của cảnh quan và đất đai.
Xói mòn theo lớp là quá trình đất bị mất đi theo từng lớp không đồng đều trên các vị trí khác nhau của bề mặt địa hình Dạng xói mòn này thường tạo ra các rãnh xói nhỏ, đặc biệt rõ rệt trên những đồi trọc trồng cây hoặc bị bỏ hoang Hiểu rõ về xói mòn theo lớp giúp quản lý đất đai hiệu quả hơn, giảm thiểu thiệt hại do xói mòn gây ra.
Xói mòn theo các khe, rãnh xảy ra khi bề mặt đất tạo thành các dòng chảy tập trung tại các khe và rãnh trên sườn dốc Quá trình này hình thành các dòng xoáy và rãnh sâu trên mặt đất, gây suy giảm độ bền vững của đất và làm mất đi lớp phủ tự nhiên Xói mòn theo khe, rãnh thường diễn ra mạnh mẽ ở những vùng có điều kiện mưa lớn và địa hình dốc, ảnh hưởng tiêu cực đến sản xuất nông nghiệp và gây xói mòn đất nghiêm trọng Hiểu rõ quá trình này giúp chúng ta xây dựng các biện pháp phòng ngừa phù hợp để bảo vệ đất đai hiệu quả hơn.
3 thành các khe lớn hay nhỏ tùy thuộc vào mức xói mòn và đường cắt của dòng chảy
Xói mòn mương xói là hiện tượng đất bị xói mòn mạnh mẽ ở dạng lớp và khe, rãnh, do khối lượng nước lớn tập trung theo các khe thoát xuống chân dốc với tốc độ nhanh, gây đào khoét sâu đất nền This process làm giảm độ bền vững của đất, tăng nguy cơ sụt lún và gây ra các tác động tiêu cực đến cảnh quan và cấu trúc địa lý Hiểu rõ về xói mòn mương xói giúp đề xuất các biện pháp hạn chế và bảo vệ đất hiệu quả hơn.
Hiện tượng xói mòn do sức gió là vấn đề phổ biến, có thể xảy ra bất cứ nơi nào khi gặp điều kiện thuận lợi Sức gió mạnh và kéo dài là nguyên nhân chính gây ra quá trình xói mòn đất và bề mặt đất Hiện tượng này ảnh hưởng đáng kể đến hệ sinh thái, đất đai và canh tác nông nghiệp Để giảm thiểu tác động của gió, cần có các biện pháp bảo vệ đất, như trồng cây chắn gió hoặc xây dựng hàng rào chắn Xói mòn do gió là một vấn đề cần được quan tâm và xử lý kịp thời để bảo vệ môi trường và duy trì nguồn lực đất đai bền vững.
- Đất 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
- Diện tích đất đủ rộng và tốc độ gió đủ mạnh để mang các hạt đất đi
Đất cát dễ bị xói mòn do gió vì khả năng liên kết giữa các hạt cát rất yếu, khiến đất dễ khô nhanh và mất đi lớp phủ tự nhiên Dưới tác động của gió mạnh, đất cát có thể di chuyển theo nhiều dạng phức tạp như nhảy cóc, trườn trên bề mặt hoặc lơ lửng trong không khí Điều này gây ảnh hưởng lớn đến quá trình hình thành và cải tạo đất, làm giảm khả năng giữ nước và dinh dưỡng cho thực vật.
1.1.3 Các quá trình xói mòn đất
Các quá trình xói mòn gồm: xói lở sông suối và xói mòn,rửa trôi bề mặt
Quá trình xói lở sông suối được xác định theo công thức về động năng của dòng chảy
F=vm 2 /2 Trong đó: F: là động năng của khối nước chảy m: là khối lượng nước chảy v: vận tốc dòng chảy
Động năng của dòng chảy tỷ lệ thuận với bình phương của tốc độ dòng chảy, ảnh hưởng đến khả năng vận chuyển phù sa và vật liệu trong quá trình xói lở Khi dòng chảy tạo ra phù sa và các vật liệu do xói lở, kích thước phù sa và tốc độ dòng chảy quyết định khả năng vận chuyển theo chiều dòng chảy Nếu động năng của dòng không đủ để mang đi các bộ phận vật chất, phù sa sẽ lắng đọng xuống dòng sông, tạo thành quá trình bồi tụ, góp phần hình thành các vùng đất mới trong hệ sinh thái sông.
1.1.3.2 Xói mòn và rửa trôi bề mặt
Quá trình xói mòn do dòng chảy tạm thời xảy ra trên sườn núi trong các ngày mưa hoặc khi tuyết tan, bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố tự nhiên, trong đó địa hình đóng vai trò quan trọng nhất trong việc xác định mức độ và phạm vi xói mòn.
1.1.4 Các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất bao gồm khí hậu, địa hình, đất đai, thảm thực vật và hoạt động của con người, tất cả đều đóng vai trò quan trọng trong việc xác định mức độ và phạm vi xói mòn đất Những yếu tố này được thể hiện rõ trong hình 1.1, giúp minh họa mối liên hệ phức tạp giữa các tác nhân gây ảnh hưởng đến sự bền vững của đất đai.
Hình 1.1: Các nhân tố chính ảnh hưởng đến xói mòn đất xói mòn khí hậu con người thảm thực vật đại hình đất đai
1.1.4.1 Ảnh hưởng của các nhân tố khí hậu đến ói mòn đất
Xói mòn chủ yếu do dòng chảy bề mặt gây ra, phụ thuộc vào các yếu tố khí hậu như tổng lượng mưa, tính chất của mưa, thời gian và cường độ mưa Khi thời gian mưa kéo dài và cường độ mưa cao, quá trình xói mòn diễn ra mạnh hơn Sự xuất hiện của xói mòn còn phụ thuộc nhiều vào lượng nước trong các đợt mưa và mưa trung bình hàng tháng, hàng năm Ví dụ, lớp nước mặt trên diện tích trồng cà phê 3 năm tuổi với lượng mưa 754mm gây rửa trôi khoảng 44,0 tấn/ha, trong khi khi lượng mưa tăng lên 2501mm thì lượng rửa trôi cũng tăng đáng kể.
213 tấn/ha Như vậy, trong điều kiện như nhau, khi dòng chảy mặt tăng 4 lần sẽ làm tăng rửa trôi đất từ 5 lần[4]
Cường độ mưa có ảnh hưởng lớn nhất đến dòng chảy mặt và quá trình xói mòn đất, đặc biệt khi lượng mưa đạt từ 8-10mm trong vòng dưới 1 giờ, gây xói mòn mạnh hơn trên đất bỏ hoang Theo Nguyễn Quang Mỹ, khi cường độ mưa đạt cực đại trong nửa giờ đầu của trận mưa, tác động đến xói mòn trở nên nghiêm trọng hơn Tại Việt Nam, lượng mưa phân hóa rõ rệt theo mùa, với đỉnh vào mùa hè và thấp nhất vào mùa đông, làm nổi bật tầm quan trọng của việc bảo vệ đất và chống xói mòn trong mùa mưa Ngoài ra, các yếu tố khí hậu như gió, nhiệt độ, độ ẩm cũng ảnh hưởng đến xói mòn đất, tuy nhiên mức độ ảnh hưởng chưa rõ ràng.
1.1.4.2 Ảnh hưởng của địa hình đến ói mòn đất Địa hình cũng là nhân tố tự nhiên ảnh hưởng lớn đến xói mòn đất.Nếu xét trên diện rộng, địa hình có tác dụng làm thay đổi sự phân bố nhiệt và lượng mưa rơi xuống Sự thay đổi về độ cao kéo theo sự thay đổi về nhiệt độ,mưa, ẩm Các yếu tố địa hình như độ dốc, chiều dài sườn dốc, hình dạng
Nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới và Việt Nam
1.2.1 Nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới
Người đã quan tâm đến hiện tượng xói mòn đất từ rất sớm, với các tác giả cổ đại Hy Lạp và La Mã đề cập đến việc bảo vệ đất đai Quá trình xói mòn ngày nay thường liên quan đến hoạt động nông nghiệp, khiến nhiều người tin rằng khai thác đất cạn kiệt có thể dẫn đến sự suy thoái của các nền văn minh trong quá khứ Vì vậy, xói mòn đất luôn là một vấn đề nghiêm trọng trong quá trình phát triển của con người, cùng với thoái hóa đất.
Các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới thống nhất rằng nguyên nhân chính gây xói mòn đất toàn cầu là do yếu tố tự nhiên và hoạt động của con người Nguyên nhân con người, xuất phát từ quản lý đất kém và thường được xem là hậu quả của quá trình phát triển kinh tế, xã hội Để chống lại xói mòn đất, các giải pháp hiệu quả nhất tập trung vào can thiệp vào lớp phủ thực vật nhằm nâng cao khả năng chống xói mòn Trong khi đó, xói mòn tự nhiên diễn ra liên tục trong tự nhiên nhưng chiếm vai trò thứ yếu so với tác động của con người.
Xói mòn đất do nguyên nhân con người là một vấn đề đáng chú ý, tuy nhiên, việc phân định chính xác các nguyên nhân không phải lúc nào cũng dễ dàng hoặc cần thiết Trong quá trình lập bản đồ xói mòn, các nhà nghiên cứu thường không phân biệt rõ ràng giữa nguyên nhân tự nhiên và nguyên nhân do con người gây ra, nhằm mục đích đánh giá tổng thể và đưa ra các giải pháp phù hợp.
Khoảng 2/3 diện tích đất nông nghiệp trên thế giới đã bị suy giảm nghiêm trọng trong 50 năm qua do xói mòn, rửa trôi, sa mạc hóa, chua hóa và ô nhiễm môi trường, trong đó khoảng 40% đất nông nghiệp bị suy thoái mạnh hoặc rất mạnh Các nguyên nhân gây thoái hóa đất bao gồm mất rừng (30%), khai thác rừng quá mức (7%), chăn thả gia súc quá mức (35%), và canh tác nông nghiệp không hợp lý (28%) Tác động của các nguyên nhân này khác nhau theo từng châu lục: ở Châu Á, Châu Âu và Nam Phi, mất rừng là nguyên nhân hàng đầu, trong khi ở Châu Đại Dương và Châu Phi, chăn thả gia súc quá mức đóng vai trò chính, còn tại Bắc và Trung Mỹ, nguyên nhân chính là hoạt động nông nghiệp Mỗi năm, xói mòn và rửa trôi đất chiếm 15% trong các yếu tố gây thoái hóa đất, với nước đóng góp 55,7%, gió 28%, và mất dinh dưỡng 12% Trung bình, đất đai trên thế giới bị xói mòn từ 1,8 đến 3,4 tấn/ha/năm, và lượng dinh dưỡng bị rửa trôi hàng năm khoảng 5,4-8,4 triệu tấn, tương đương với khả năng sản sinh 30-50 triệu tấn lương thực mỗi năm.
1.2.2 Nghiên cứu xói mòn đất ở Việt Nam
Nước ta nằm trong vùng nhiệt đới ẩm, có lượng mưa trung bình từ 1800-2000mm nhưng phân bố không đều và chủ yếu tập trung vào mùa mưa từ tháng 4-10, đặc biệt là vùng duyên hải miền Trung bắt đầu và kết thúc mưa muộn hơn 2-3 tháng Lượng mưa lớn tạo ra dòng chảy mạnh, là nguyên nhân chính gây xói mòn đất ở Việt Nam Hàng năm, các con sông mang khoảng 200 triệu tấn phù sa đổ ra biển Đông.
9 tấn, người ta ước tính trung bình 1m 3 chứa 50-400g phù sa, riêng đồng bằng sông Hồng 1000g/m 3 và có khi đạt 2000g/m 3
Việt Nam có tổng diện tích đất tự nhiên đạt 33,121 triệu ha, trong đó khoảng 25 triệu ha là đất dốc, chiếm phần lớn lãnh thổ miền núi và trung du Tuy nhiên, trước những biến động của môi trường, đất đai ở nước ta đang đứng trước nguy cơ suy thoái nghiêm trọng do xói mòn và rửa trôi Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng này là hoạt động khai phá rừng để lấy gỗ và mở rộng đất canh tác, gây ảnh hưởng lớn đến độ bền vững của đất đai Từ năm 1983 đến 1994, khoảng 1,3 triệu ha rừng trên cả nước đã bị khai thác, dẫn đến xói mòn đất và làm mất đi lớp đất mặt màu mỡ, khiến đất trở nên bạc màu ngày càng nghiêm trọng Riêng các khu vực phía Bắc sông Hồng và dọc dãy Trường Sơn đã có hơn 700,000 ha đất bị bạc màu do quá trình này diễn ra.
Theo số liệu thống kê năm 2008, Việt Nam có khoảng 25 triệu ha đất dốc, tiềm ẩn nguy cơ xói mòn và rửa trôi nghiêm trọng Các nghiên cứu từ năm 1960 đến nay cho thấy khoảng 10-20% diện tích lãnh thổ bị ảnh hưởng bởi xói mòn, đặc biệt tập trung ở khu vực miền núi và trung du Việc phá hủy thảm thực vật đã dẫn đến hiện tượng sụt lở đất, làm giảm diện tích đất đồi và thu hẹp đất nông nghiệp Các kết quả quan trắc tại 14 khu vực thuộc Bắc Kạn, Phú Thọ, Thái Nguyên, Đắk Lắk cho thấy tỷ lệ mất đất lên đến 1-2% mỗi năm Nghiên cứu của Hội Khoa học đất Việt Nam tại huyện Quỳnh Nhai – Sơn La ước tính hàng năm đất bị xói mòn mất hơn 800 nghìn tấn, gây thiệt hại kinh tế hơn 15 tỷ đồng mỗi năm.
Tình trạng xói mòn và rửa trôi đất đang gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến phát triển kinh tế tại Việt Nam Ước tính, những thiệt hại do canh tác nương rẫy và mất cảnh quan trên diện tích 2,6 triệu ha đất nông nghiệp không bị thoái hóa ước tính lên tới hơn 700 triệu USD, và con số này tiếp tục gia tăng theo thời gian Tuy nhiên, tốc độ hủy hoại môi trường đất đai ngày càng gia tăng do hoạt động của con người, bất chấp những nỗ lực của các tổ chức trong và ngoài nước nhằm chống lại tình trạng này.
Công nghệ GIS
Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) ngày nay đã trở thành công cụ quan trọng trong nghiên cứu môi trường, lập dự án và ra quyết định Nhờ sự phát triển của công nghệ tin học cùng các thiết bị phần cứng và phần mềm, GIS đã nâng cao khả năng quản lý và phân tích dữ liệu địa lý một cách hiệu quả Theo ủy ban tọa độ quốc gia liên ngành về bản đồ số của Mỹ (1988), GIS là hệ thống bao gồm phần cứng, phần mềm và các thủ tục nhằm lưu trữ, quản lý, điều khiển, phân tích, mô hình hóa và hiển thị dữ liệu địa lý, phục vụ các mục đích giải quyết các vấn đề quản lý và quy hoạch phức tạp.
Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) mang lại sự thuận tiện nhờ vào sự phát triển nhanh của các kỹ thuật và ứng dụng công nghệ thông tin GIS giúp quản lý tốt hơn dữ liệu không gian liên quan tới thế giới thực, bao gồm nhiều yếu tố địa lý đa dạng Dữ liệu trong GIS được thể hiện dưới dạng các lớp dữ liệu quan hệ, giúp phân tích và xử lý thông tin địa lý một cách hiệu quả hơn Nhờ đó, GIS cải thiện khả năng phân tích dữ liệu không gian, hỗ trợ ra quyết định chính xác trong các lĩnh vực như quy hoạch đô thị, môi trường và quản lý tài nguyên.
1.3.2 Sự ra đời của GIS
Thuật ngữ GIS lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1964 trong dự án “Rehabilitation and Development Agency Program” của chính phủ Canada, nhằm phân tích kiểm kê đất đai để hỗ trợ quản lý sử dụng đất nông nghiệp Dự án CGIS, được hoàn thiện vào năm 1971, đã thiết lập nền tảng cho các hệ thống GIS hiện đại và vẫn được sử dụng đến ngày nay Trong quá trình phát triển, dự án CGIS đã đưa ra nhiều ý tưởng sáng tạo, mở đường cho các phần mềm GIS sau này Trong những năm 1960 và 1970, phát triển GIS chủ yếu diễn ra trong các cơ quan chính phủ và các phòng thí nghiệm nghiên cứu.
Năm 1964, ông Howard Fisher thành lập Phòng thí nghiệm đồ họa Máy tính Harvard, trở thành trung tâm hàng đầu về công nghệ mới trong lĩnh vực GIS Phòng thí nghiệm Harvard đã phát triển nhiều ứng dụng quan trọng cho hệ thống thông tin địa lý (GIS), trong đó có phần mềm nổi bật như SYMAP, góp phần định hình sự phát triển của công nghệ bản đồ kỹ thuật số hiện đại.
Hệ thống bản đồ đồng bộ (Synagraphic Mapping System) bao gồm các phần mềm nổi bật như CALFORM, SYMVU, GRID, POLYVRT và ODYSSEY Trong đó, ODYSSEY là mô hình đầu tiên tích hợp vector vào hệ thống GIS, mở ra kỷ nguyên mới cho các phần mềm thương mại toàn diện về quản lý dữ liệu không gian.
Năm 1969, Jack Dangermond bắt đầu sự nghiệp trong nhóm nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Harvard, tập trung vào lĩnh vực đồ họa máy tính Cùng với vợ là Laura, ông đã sáng lập công ty ESRI – một trong những hãng hàng đầu về GIS và phần mềm địa lý Trong những năm đầu hoạt động, ESRI nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường với các sản phẩm nổi bật như ArcInfo và ArcView, góp phần định hình ngành công nghệ thông tin địa lý toàn cầu.
Trong những năm 1980 và 1990, nhiều ứng dụng GIS như ArcInfo, ArcView, MapInfo, SPANS GIS, PAMAP GIS, INTERGRAPH và SMALL WORLD đã được phát triển bởi các công ty tư nhân, đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực quản lý dữ liệu bản đồ Đồng thời, các phần mềm này giúp chuyển đổi các hệ thống GIS từ máy lớn sang sử dụng trên máy tính cá nhân, mở rộng khả năng tiếp cận và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.
Hiện nay, GIS kết hợp phần cứng và phần mềm đồ họa hiện đại, có sức mạnh vượt trội trong việc hiển thị thế giới thực Các kỹ thuật 3D được sử dụng để thể hiện cảnh quan một cách chân thực và sống động Ngoài ra, hình ảnh động giúp truyền đạt sự thay đổi theo thời gian một cách dễ hiểu và trực quan, nâng cao hiệu quả trong phân tích và quản lý dữ liệu không gian.
1.3.3 Ứng dụng công nghệ GIS trong lâm nghiệp và nghiên cứu xói mòn
Trong suốt 20 năm qua, các nước công nghiệp và tổ chức quốc tế đã ứng dụng kỹ thuật GIS chủ yếu trong lĩnh vực quản lý và bảo vệ môi trường, đặc biệt là quy hoạch sử dụng đất trong sản xuất nông lâm nghiệp Tại Hội nghị những người sử dụng phần mềm ARC/INFO năm 1992, các nhà khoa học đã nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tích hợp GIS vào nghiên cứu và quy hoạch sản xuất nông lâm nghiệp nhằm xây dựng các mô hình sử dụng đất bền vững Việc này giúp giảm thiểu các hiểm họa môi trường như phá rừng để canh tác, xói mòn đất và suy thoái đất.
Ứng dụng GIS trong đánh giá mức độ xói mòn đất là một công cụ quan trọng hỗ trợ các nhà quy hoạch và quản lý trong việc xác định và giải quyết các vấn đề về môi trường Nghiên cứu của Lê Hoàng Tú (2011) đã thu thập dữ liệu về hệ số mưa, xói mòn đất, độ dốc, chiều dài sườn và thực phủ để xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng và hiện trạng lưu vực sông Đa Tam Các dữ liệu này được xử lý bằng các phương pháp nội suy không gian, truy vấn thông tin và mô hình số độ cao trong phần mềm ArcGIS nhằm phân tích chính xác các yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn đất Công cụ “Raster Calculator” trong ArcGIS giúp tính toán và lập bản đồ xói mòn tiềm năng, từ đó nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường tại khu vực.
Năm 2009, tác giả Đinh Văn Hùng với luận văn thạc sĩ khoa học
Ứng dụng viễn thám và GIS trong đánh giá xói mòn đất khu vực Yên Châu, Sơn La dựa trên dữ liệu về lượng mưa, đặc điểm lớp phủ thực vật và đặc điểm địa hình Những thông tin này được tích hợp để xây dựng cơ sở dữ liệu nhằm lập bản đồ xói mòn đất chính xác và toàn diện hơn Việc sử dụng công nghệ GIS giúp phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn đất, từ đó đề xuất các giải pháp quản lý đất đai bền vững tại huyện Yên Châu, tỉnh Sơn La.
Tạp chí Khoa học và Phát triển của Trường Đại học Nông nghiệp I Hà Nội đã công bố nghiên cứu của tác giả Trần Quốc Vinh về việc ứng dụng viễn thám và hệ thống thông tin địa lý để đánh giá xói mòn đất đồi gò huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ Nghiên cứu này đã xây dựng bản đồ xói mòn đất cho vùng đồi gò huyện Tam Nông, góp phần vào công tác quản lý và bảo vệ đất đai Kết quả nghiên cứu giúp nhận diện các khu vực dễ bị xói mòn, từ đó đề xuất các giải pháp giảm thiểu tác động của xói mòn đất đối với vùng đồi gò Việc sử dụng công nghệ viễn thám và GIS trong đánh giá xói mòn đất đã chứng minh tính hiệu quả và chính xác trong việc phân vùng và quản lý đất đai bền vững.
Dưới đây là các phương pháp viễn thám và GIS dựa trên công thức của phương trình mất đất phổ biến RUSLE, gồm có 5 bản đồ hệ số chính Các bản đồ này gồm: bản đồ hệ số che phủ đất (C), bản đồ hệ số xói mòn do mưa (R), bản đồ hệ số kháng xói của đất (K), bản đồ hệ số xói mòn của địa hình (LS), và bản đồ hệ số do biện pháp canh tác (P) Kết quả nghiên cứu sẽ giúp xác định mức độ và vị trí các khu vực có nguy cơ xói mòn đất, từ đó hỗ trợ chính quyền địa phương xây dựng các kế hoạch phòng chống xói mòn đất hiệu quả.
Năm 2012, Trương Đình Trọng cùng các cộng sự tại Đại học Khoa học, Đại học Huế đã thực hiện đánh giá khả năng xói mòn đất tại huyện Dắk Krông, tỉnh Quảng Trị bằng mô hình RMMF (Revised Morgan-Morgan-Finney) Bằng công nghệ GIS, họ đã sử dụng mô hình này để tính toán khả năng xói mòn đất dựa trên 15 thông số liên quan đến địa hình, thổ nhưỡng, khí hậu và thảm phủ Kết quả cho thấy lượng đất xói mòn dao động từ 0 đến 957 tấn/ha/năm, được phân thành 5 cấp xói mòn khác nhau Trong đó, xói mòn yếu chiếm phần lớn diện tích (47,28%), xói mòn trung bình chiếm 5,43%, còn các cấp xói mòn mạnh chiếm diện tích nhỏ, phản ánh rõ mức độ ảnh hưởng của xói mòn đất tại khu vực.
Nghiên cứu tổng quan về xói mòn và ứng dụng GIS trong xây dựng bản đồ xói mòn cho thấy rằng, việc sử dụng GIS giúp cải thiện quá trình đánh giá xói mòn một cách chính xác và hiệu quả Áp dụng công nghệ GIS không chỉ giúp phân tích dữ liệu địa lý mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc xác định các khu vực có nguy cơ xói mòn cao Nhờ đó, việc xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng trở nên dễ dàng hơn, hỗ trợ quản lý tài nguyên đất đai một cách bền vững và chính xác hơn.
MỤC TIÊU, NỘI DUNG, CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp điều tra thực địa
Đề tài đã khảo sát 413 điểm theo hệ thống lưới, với tọa độ xác định bằng máy định vị GPS cầm tay để đảm bảo độ chính xác cao Tại mỗi điểm, các đặc điểm trạng thái và các chỉ tiêu liên quan đến cường độ xói mòn được xác định nhanh chóng để phục vụ phân tích Độ tàn che, che phủ thảm tươi và thảm khô được đo bằng phương pháp mục trắc, giúp đánh giá mức độ che phủ của rừng một cách chính xác Chiều cao cây được xác định dựa trên giá trị trung bình của 5 cây gần nhất quanh điểm điều tra, theo tài liệu kỹ thuật điều tra, kiểm kê rừng của Cục kiểm lâm Kết quả điều tra đã được ghi chép rõ ràng vào mẫu biểu để thuận tiện cho phân tích và báo cáo sau này.
TT Kinh độ Vĩ độ Trạng thái
Mẫu biểu 2.1 là biểu mẫu điều tra điểm mẫu ngoài thực địa để xác định độ xốp đất Quá trình này thực hiện sau khi đã phân loại các trạng thái rừng bằng ảnh vệ tinh kết hợp với số liệu điều tra trước đó Đối với mỗi trạng thái rừng, khảo sát nhanh 5 điểm khác nhau để đo độ xốp đất mặt bằng máy cầm tay, giúp thu thập dữ liệu chính xác và nhanh chóng Giá trị trung bình của 5 điểm đo này được sử dụng để phản ánh đặc trưng độ xốp cho từng trạng thái rừng, sau đó ghi nhận kết quả vào biểu mẫu để lưu trữ và phân tích.
TT Trạng thái Vị trí Độ xốp (%)
Mẫu biểu 2.2: Điều tra nhanh độ xốp đất
Phương pháp nghiên cứu xói mòn
Xói mòn dưới các trạng thái rừng được xác định dựa trên các chỉ tiêu về cấu trúc rừng, phản ánh mức độ ảnh hưởng của rừng đối với quá trình xói mòn đất Mô hình tính lượng xói mòn của GS.TS Nguyễn Hải Tuất và PGS.TS Vương Văn Quỳnh (năm 1997) đã cung cấp các tiêu chí chính để đánh giá và dự báo mức độ xói mòn trong các loại rừng khác nhau Các chỉ tiêu này giúp xác định các yếu tố chính như độ che phủ của rừng, cấu trúc tán lá, mật độ cây, từ đó đưa ra các giải pháp phù hợp để kiểm soát xói mòn đất hiệu quả Việc hiểu rõ đặc điểm xói mòn theo từng trạng thái rừng là cơ sở quan trọng để xây dựng các biện pháp bảo vệ môi trường và duy trì hệ sinh thái rừng bền vững.
Cường độ xói mòn (d) được đo bằng millimeters mỗi năm (mm/năm) Nếu xem xét lớp đất mặt có dung trọng xấp xỉ 1,2 gam/cm³, có thể quy đổi 1 mm/năm tương đương với khoảng 12 tấn trên hectare mỗi năm Đây là chỉ số quan trọng để đánh giá mức độ sụt giảm đất hàng năm, ảnh hưởng đến nông nghiệp và môi trường.
K là chỉ số xói mòn của mưa, phản ánh khả năng gây xói mòn đất của các cơn mưa tại khu vực nghiên cứu Chỉ số này được xác định dựa trên lượng mưa trong các tháng của khu vực, giúp đánh giá mức độ xói mòn đất do tác động của mưa Việc tính toán K theo công thức cụ thể giúp hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của lượng mưa đến quá trình xói mòn đất trong khu vực.
Ri là lượng mưa tháng thứ i trong năm, tính bằng mm α là độ dốc mặt đất, tính bằng độ
TC là độ tàn che tầng cây cao,
H là chiều cao tầng cây cao, tính bằng m
CP là tỷ lệ che phủ mặt đất của lớp thảm tươi cây bụi, có giá trị lớn nhất là 1.0
TM là tỷ lệ che phủ mặt đất của lớp thảm khô, được điều tra theo có giá trị lớn nhất là 1.0
X là độ xốp lớp đất mặt, trên các địa hình dốc độ xốp X dưới rừng thường không vượt quá 0.75
Từ công thức, xác định được các đại lượng cần thu thập đó là:
- Tỷ lệ che phủ mặt đất của lớp thảm tươi (CP)
- Tỷ lệ che phủ mặt đất của lớp thảm khô(TM)
- Chiều cao tầng cây cao (H)
Các chỉ tiêu về khí hậu được xác định dựa trên phần mềm sinh khí hậu do tác giả Vương Văn Quỳnh phát triển, đảm bảo độ chính xác trong phân tích khí hậu vùng Độ dốc địa hình được xác định từ mô hình số độ cao (DEM) có độ phân giải 30m, giúp đánh giá chính xác sự phân bố của đất đai và dòng chảy nước Độ xốp đất được kế thừa từ kết quả nghiên cứu của bộ môn Đất lâm nghiệp – Khoa lâm học – Trường Đại học Lâm nghiệp, góp phần vào việc phân tích đặc trưng đất đai phù hợp với mục tiêu nghiên cứu.
Phương pháp xây dựng bản đồ bằng công nghệ GIS
2.3.3.1 Phương pháp ây dựng bản đồ hi n tr ng rừng từ ảnh v tinh
Dựa trên 413 điểm mẫu điều tra thực địa, đề tài đã xây dựng mẫu khóa giải đoán ảnh bằng cách tạo buffer với bán kính 7,5 m, tương ứng với 5 điểm ảnh (1,5 m/điểm ảnh) Mẫu buffer này được đặt tên là hethongmau.shp, gọi là "Input Signature file", đóng vai trò là hệ thống “training sample” để thực hiện giải đoán ảnh chính xác.
Tiến hành giải đoán ảnh có kiểm định (Supperviser Classification) trong ArcGIS với thuật toán Maximum Likelihood Classification trong bộ công cụ Image Classification
Kết quả giải đoán ban đầu là một bản đồ dạng raster, sau đó được chuyển đổi sang dạng vector để dễ dàng hiệu chỉnh và phân tích chính xác hơn Quá trình này giúp thống kê diện tích từng trạng thái rừng một cách rõ ràng và chính xác Thông qua dữ liệu đã xử lý, các bản đồ trung gian như chiều cao cây rừng, độ tàn che, độ che phủ thảm tươi và thảm khô được xây dựng để nâng cao độ chính xác và khả năng phân loại các đặc trưng của rừng Các bước này đóng vai trò quan trọng trong công tác quản lý, bảo vệ và lập kế hoạch phát triển rừng bền vững.
Hình 2.1 Giải đoán ảnh có kiểm định trong ArcGIS
2.3.3.2 Phương pháp ây dựng bản đồ chiều cao, tàn che, che phủ thảm tươi, che phủ thảm khô
Dựa trên dữ liệu điều tra từ 413 điểm mẫu, đề tài đã xác định giá trị trung bình của từng chỉ tiêu tương ứng với các trạng thái rừng khác nhau Những giá trị này sau đó được liên kết với các trạng thái rừng trên bản đồ hiện trạng rừng do đề tài xây dựng Sử dụng chức năng truy vấn của phần mềm ArcGIS, đề tài đã thực hiện tìm kiếm và điền các giá trị này vào các cột phù hợp cho từng trạng thái rừng, giúp tạo ra bản đồ rõ ràng và chính xác hơn về tình hình rừng hiện tại.
Hình 2.2 Chức năng truy vấn trong ArcGIS
Sau khi gán xong các giá trị vào các cột trong bảng thuộc tính của bản đồ hiện trạng rừng, tiến hành chuyển đổi bản đồ sang dạng raster cho từng chỉ tiêu bằng công cụ Feature to Raster, đảm bảo quy trình xử lý dữ liệu chính xác và tối ưu hóa phân tích không gian.
Hình 2.3 Chuyển bản đồ dạng Vector sang Raster
2.3.3.3 Phương pháp ây dựng bản đồ độ xốp Độ xốp lớp đất mặt cho các trạng thái rừng khác nhau ở khu vực núi Luốt được kế thừa từ kết quả nghiên cứu của bộ môn Đất lâm nghiệp – Khoa Lâm học – Trường Đại học Lâm Nghiệp.Cũng tương tự như bản đồ chiều cao, tàn che, che phủ… độ xốp đất cũng được gán cho các trạng thái rừng bằng chức năng truy vấn và điền thông tin Bản đồ dạng raster được chuyển đổi bằng công cụ Feature to Raster
2.3.3.4 Phương pháp ây dựng bản đồ độ dốc
Bản đồ độ dốc được xây dựng từ mô hình số độ cao (DEM) độ phân giải 30 m bằng công cụ Slope có trong phần mềm ArcGIS
Hình 2.4 Phương pháp xây dựng bản đồ độ dốc
2.3.3.5 Phương pháp ây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng
Để phân tích cường độ xói mòn dựa trên dữ liệu raster trung gian, bạn cần mở tất cả các lớp bản đồ raster liên quan bằng phần mềm ArcGIS Tiếp theo, sử dụng công cụ “Raster Calculator” trong ArcGIS để thực hiện các phép tính phù hợp Công cụ này giúp tính toán cường độ xói mòn cho từng điểm ảnh (pixel) dựa trên công thức (1), nhằm đưa ra các giá trị chính xác phản ánh mức độ xói mòn tại các vùng khác nhau Quá trình này giúp các nhà phân tích dễ dàng xác định các khu vực cần ưu tiên xử lý hoặc giám sát, nâng cao hiệu quả trong quản lý tài nguyên đất đai và môi trường.
Trong công thức (1), giá trị K được xác định theo công thức (2) và áp dụng cho toàn bộ khu vực nghiên cứu, giúp đảm bảo tính nhất quán trong phân tích Do đó, đề tài không xây dựng bản đồ chỉ số K riêng biệt, tập trung vào việc thay thế các đại lượng khác bằng các bản đồ phù hợp để nâng cao độ chính xác của dữ liệu địa lý và phân tích không gian.
+ được thay bằng dodoc.img
+ H được thay bằng docao.img
+ TC được thay bằng tanche.img
+ CP được thay bằng chephu.img
+ TM được thay bằng thammuc.img
+ X được thay bằng doxop.img
Và công thức trong Raster Calculator sẽ như sau:
(2.31*10^-6)*513.485*(“dodoc.img”)^2)/((“tanche.img”/”docao.img”+ chephu.img” + “thammuc.img”)^2 * “doxop.img”)
Phương pháp kế thừa số liệu
Ngoài số liệu điều tra mặt đất về cấu trúc rừng, loại rừng, đề tài cũng kế thừa một số tư liệu như sau:
- Mô hình số độ cao được kế thừa từ http://usgs.gov từ viện địa lý Mỹ do Viện Sinh thái rừng và Môi trường cung cấp
- Các chỉ tiêu về khí hậu được khai thác từ phần mềm sinh khí hậu của tác giả Vương Văn Quỳnh
- Số liệu về độ xốp lớp đất mặt ở các trạng thái rừng được kế thừa từ kết quả nghiên cứu của bộ môn Đất lâm nghiệp – Khoa lâm học
ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC NÚI LUỐT
Điều kiện tự nhiên
Núi Luốt, nằm trong khuôn viên Trường Đại học Lâm Nghiệp tại thị trấn Xuân Mai, huyện Chương Mỹ, TP Hà Nội, cách trung tâm Hà Đông khoảng 22km về phía Đông Nam và cách Hòa Bình khoảng 40km về phía Tây Bắc Vị trí của khu vực nghiên cứu được xác định rõ ràng, thuận tiện cho các hoạt động nghiên cứu và học tập liên quan đến lĩnh vực lâm nghiệp.
- Tọa độ địa lý: 20 0 50’30 ”vĩ độ bắc, 105 0 30’45’’ kinh độ đông
- Phía tây và tây bắc giáp xã Hòa Sơn, huyện Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình
- Phía nam giáp thị trấn Xuân Mai và quốc lộ 6
- Phía đông giáp quốc lộ 21A
- Phía bắc giáp đội 6 nông trường chè Cửu Long
Khu thực nghiệm núi Luốt nằm ở khu vực chuyển tiếp giữa đồng bằng phía đông và đồi núi phía tây, mang đặc điểm địa hình tương đối đơn giản và đồng nhất Khu vực gồm hai quả đồi liên tiếp tạo thành một dải dài với đỉnh cao nhất có độ cao 133m so với mực nước biển, trong khi đỉnh thứ hai cao 90m Độ dốc trung bình của khu nghiên cứu dao động từ 15-20 độ, trong đó chỗ dốc nhất lên tới 37,85 độ Các hướng phơi chủ yếu của khu vực là Đông Nam, Đông Bắc và Tây Bắc, ảnh hưởng đến quá trình sinh thái và sử dụng đất của khu vực.
Kết quả nghiên cứu của Bộ môn Đất Trường Đại học Lâm Nghiệp chỉ ra rằng đất ở khu vực núi Luốt có nguồn gốc đá mẹ gần như thuần nhất, chủ yếu là đá Poocfiarit Đá Poocfiarit là đá mắc ma trung tính, thành phần chính gồm Al₂O₃, FeO, MgO, CaO, NaCl, SiO₂ và Fe₂O₃ Do nằm trong điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, mưa nhiều, đá Poocfiarit rất dễ bị phong hóa, đặc biệt thể hiện rõ ở tầng C, tầng này dày và dễ bị bóp vụn Đá lộ đầu xuất hiện chủ yếu ở đỉnh và sườn đỉnh của đỉnh cao 133m, trong khi rất ít gặp ở đỉnh cao 90m.
Khu vực nghiên cứu có đặc điểm đất đồng nhất do phát triển trên cùng loại đá mẹ và dưới điều kiện địa lý tương tự Theo kết quả nghiên cứu của Bộ môn Đất trường Đại học Lâm Nghiệp, đất tại khu núi Luốt là đất Ferait nâu vàng, phát triển trên đá mẹ Poocfiarit Đất có màu sắc từ vàng nâu đến nâu vàng, tầng đất khá dày trung bình đến dày, với diện tích đất có tầng đất mỏng rất ít, tập trung chủ yếu ở các chân đồi.
Khu vực gồm hai quả đồi với sườn đông nam thấp (90m so với mực nước biển) và sườn tây nam cao (133m so với mực nước biển), có tầng đất mỏng tập trung chủ yếu ở đỉnh đồi, sườn đông bắc quả đồi thấp và sườn tây bắc quả đồi cao Đất trong khu vực khá chặt, đặc biệt là lớp đất mặt ở chân đồi và lớp đất sâu tại đỉnh yên ngựa, cho thấy điều kiện địa chất đặc trưng của vùng Kết von thật và giả phổ biến khắp nơi, với những khu có tỷ lệ kết von thật lên tới 60-70% trọng lượng đất, chứng tỏ sự tích lũy sắt trong đất khá nhiều Đá ong xuất hiện chủ yếu ở chân đồi phía tây nam và đông nam của quả đồi cao, tập trung nhiều hoặc ít tùy khu vực Hàm lượng mùn trong đất thấp, phản ánh quá trình tích lũy mùn diễn ra kém hiệu quả trong vùng này.
Những đặc điểm trên phần nào nói lên mức độ Feralit khá mạnh trong khu vực núi Luốt
Trong những năm gần đây, quá trình xói mòn và rửa trôi đất diễn ra nghiêm trọng, thể hiện qua kết cấu của phẫu diện đất với tầng A thường mỏng, chứa tỷ lệ sét cao, gây dính đất khi mưa Tầng B nằm trong khoảng từ 10-110cm, có tỷ lệ sét khoảng 25-26%, còn tầng C thường dày và chứa đá phong hóa, tạo thành tầng BC xen kẽ Đất có hàm lượng chất dinh dưỡng cao, mùn từ 2-4%, độ ẩm từ 6-9%, và mức độ đá lẫn trong đất ở mức trung bình, phản ánh đặc điểm đất đai phù hợp nhưng dễ bị xói mòn.
3.1.4 Về khí hậu thủy văn
Theo kết quả nghiên cứu của trạm thủy văn học Lâm Nghiệp từ năm
Khu vực Xuân Mai thuộc tiểu vùng khí hậu 3 của miền Bắc Việt Nam, có đặc điểm rõ rệt của hai mùa trong năm Mùa mưa kéo dài từ giữa tháng 4 đến tháng 10, trong khi mùa khô diễn ra từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau Trong giai đoạn này, lượng mưa thường ít hơn lượng bốc hơi, ảnh hưởng lớn đến khí hậu và sinh hoạt của khu vực.
Chế độ nhiệt: nhiệt độ trung bình năm là 23.9 độ C
Nhiệt độ trung bình tháng lớn nhất(tháng6) là 28,5
Nhiệt độ trung bình tháng lạnh nhất(tháng 1): 15,7 độ
Bảng 3.1 Chỉ tiêu khí hậu khu vực Xuân Mai 1996-2007
Tháng Nhiệt độ Lượng mưa Độ ẩm không khí%
(Nguồn: Phần mềm Sinh khí hậu – Vương Văn Quỳnh)
Chế độ mưa trong khu vực có lượng mưa trung bình hàng năm là 138,7mm, phân bố không đều qua các tháng trong năm Tháng 7 ghi nhận lượng mưa trung bình tháng cao nhất với 304,3mm, trong khi tháng ít mưa nhất cũng cần bổ sung để hoàn chỉnh thông tin về tháng này.
12 ( 22,2mm) Số ngày mưa trong năm 210 ngày
3.1.5 Về độ ẩm không khí
Khu vực nghiên cứu có độ ẩm không khí tương đối cao trung bình đạt 81,6%, góp phần tạo điều kiện thuận lợi cho sinh vật và hoạt động nông nghiệp Độ ẩm không khí thường biến đổi theo từng tháng, với tháng 3 có độ ẩm cao nhất trung bình 85,5%, trong khi tháng 12 có độ ẩm thấp nhất trung bình 78,4% Sự phân bố độ ẩm không khí không đều trong năm ảnh hưởng đến các hoạt động mùa vụ và phát triển của hệ sinh thái địa phương Các yếu tố khí hậu này cần được xem xét trong lập kế hoạch nông nghiệp và bảo vệ môi trường khu vực.
Khu vực nghiên cứu chịu ảnh hưởng của hai luồng gió chính: gió đông bắc hoạt động từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau và gió đông nam thổi từ tháng 4 đến tháng 6 Ngoài ra, khu vực còn chịu tác động của gió Lào, ảnh hưởng đáng kể đến khí hậu và điều kiện thời tiết trong vùng.
3.1.6 Về tình hình động-thực vật
Trước năm 1984, khu vực này chủ yếu là các loại cây bụi, cỏ tươi như sim, mua, cỏ tranh, cỏ lào và xấu hổ Sau năm 1984, Trường Lâm Nghiệp đã trồng rừng phủ xanh đất trống, đồi núi trọc bằng các loài cây như thông mã vĩ (Pinus massoniana Lamb) và keo lá tràm (Acacia auriculiformis) Đến năm 1993, Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm đã thực hiện trồng thử nghiệm nhiều loại cây, ghi nhận rừng thực nghiệm Núi Luốt có khoảng 342 loài thực vật bậc cao, đa dạng về giống và họ Thảm thực vật ở đây phong phú, gồm 7 nhóm giá trị, phát huy tốt tác dụng của rừng phòng hộ và góp phần cải thiện môi trường sinh thái Tuy nhiên, vẫn tồn tại mâu thuẫn giữa các loài thực vật liên quan đến nhu cầu dinh dưỡng và ánh sáng, ảnh hưởng đến việc phát triển cân đối của rừng.
Tài nguyên động vật: tại khu vực có 156 loài động vật có xương sống thuộc 10 bộ,60 họ và 104 giống trong đó 21 loài động vật quý hiếm
Trong nghiên cứu về tài nguyên côn trùng, đã xác định được 409 loài thuộc 87 họ và 10 bộ côn trùng, cho thấy sự đa dạng phong phú của hệ sinh thái này Bộ cánh vảy đóng vai trò quan trọng khi có tới 208 loài, 135 giống và 30 họ được phân loại rõ ràng, phản ánh mức độ đa dạng cao của nhóm này Đồng thời, trong số các loài côn trùng đã được khảo sát, có 8 loài quý hiếm cần được bảo vệ và nghiên cứu kỹ lưỡng để duy trì sự cân bằng sinh thái.
Điều kiện kinh tế xã hội
Núi Luốt nằm trong khu vực dân cư đông đúc, gồm cán bộ công chức, sinh viên, dân buôn bán và nông dân Các hộ nông dân chủ yếu sống dựa vào nông nghiệp với thu nhập còn thấp, thường xuyên vào rừng kiếm củi và chăn thả gia súc, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sự sinh trưởng của các loại cây, đặc biệt là cây bản địa Việc chăn thả gia súc tự do trong khu vực núi Luốt thường xuyên diễn ra, cùng với ý thức bảo vệ rừng của người dân còn hạn chế, dẫn đến tình trạng tự ý bẻ cành, chặt cây ở phía tây núi, gây thiệt hại cho rừng và ảnh hưởng xấu đến công tác quản lý và bảo vệ rừng tại đây.
Rừng núi Luốt là khu rừng thực nghiệm phục vụ cho quá trình học tập và nghiên cứu của sinh viên trong trường, góp phần nâng cao kiến thức về môi trường và sinh thái Hoạt động này không chỉ hỗ trợ nghiên cứu mà còn ảnh hưởng tích cực đến lâm phần, thúc đẩy bảo vệ và phát triển hệ sinh thái tự nhiên.
Vùng có vị trí gần địa bàn cư trú của người dân, chủ yếu là các hộ làm nông nghiệp, gây ra nhiều thách thức trong công tác quản lý và bảo vệ rừng Việc này đòi hỏi các chính sách phù hợp để cân bằng giữa phát triển nông nghiệp và bảo vệ rừng, đảm bảo sự bền vững của hệ sinh thái.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Đặc điểm hiện trạng rừng núi Luốt
Bản đồ hiện trạng rừng núi Luốt được xây dựng dựa trên ảnh vệ tinh Google Earth chụp ngày 27/1/2015, kết hợp với 413 điểm mẫu điều tra mặt đất sử dụng phương pháp giải đoán ảnh có kiểm định Dữ liệu thu thập được xử lý thông qua phần mềm Excel để xử lý số liệu, sau đó được tích hợp vào phần mềm ArcGIS để xây dựng bản đồ hiện trạng rừng một cách chính xác và đáng tin cậy.
Hình 4.1 Ảnh vệ tinh và ranh giới khu vực núi Luốt – ĐHLN
Kết quả phân loại được thể hiện trong hình 4.2 dưới đây:
Khu vực núi Luốt hiện có các trạng thái rừng bản địa xen lẫn với rừng hỗn giao, trong đó rừng bản địa đang dần chiếm ưu thế, góp phần bảo vệ đa dạng sinh học của khu vực Diện tích các loại rừng trẩu chiếm tỷ lệ thấp nhất chỉ 0,33 ha, tiếp theo là rừng tếch và thông với diện tích 0,34 ha, trong khi rừng cây bản địa chiếm đến 33,37 ha, phản ánh xu hướng phục hồi và phát triển của các rừng tự nhiên Một số trạng thái rừng keo, thông cũng xuất hiện nhưng diện tích còn hạn chế, cần có các biện pháp quản lý phù hợp để bảo vệ hệ sinh thái rừng núi Luốt.
Trong khu vực núi Luốt, đã có sự tăng cường trồng thêm các cây bản địa chiếm tỷ lệ khá cao, góp phần bảo vệ đa dạng sinh học Diện tích rừng thông kết hợp cây bản địa đạt 17,38ha, trong khi rừng thông thuần loài giảm còn 4,26ha Các trạng thái của diện tích núi Luốt được thể hiện rõ trong bảng dữ liệu, phản ánh tình hình phát triển và gìn giữ rừng hiệu quả.
Bảng 4.1: Diện tích các trạng thái khu vực núi Luốt
Trạng thái Diện tích(ha)
Keo + Bạch đàn 8,91 Đất trống cỏ, cây bụi 23,66 Đất khác (đường giao thông, các công trình xây dựng, trang trại, vườn quả ) 65,36
Tọa độ điểm GPS các trạng thái khác nhau của khu vực nghiên cứu được đính kèm phụ lục.
Nghiên cứu xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng
Dựa trên công thức (1), đề tài xây dựng dữ liệu trung gian gồm các loại bản đồ dạng raster như độ cao địa hình, độ dốc, chiều cao cây rừng, độ tàn che, độ phủ của thảm tươi và thảm khô, cùng với độ xốp của lớp đất mặt Chỉ tiêu về lượng mưa của khu vực núi Luốt là thống nhất và được xác định rõ trong bảng 3.1, đảm bảo tính chính xác cho các phân tích tiếp theo.
4.2.1 Độ cao địa hình Độ cao tương đối và tuyệt đối có ảnh hưởng khá phức tạp và tổng hợp tới xói mòn đất, hạn hán và lũ Trước hết nó ảnh hưởng tới điều kiện khí hậu, như gió, mưa, độ ẩm, nhiệt độ Do đó ảnh hưởng tới quá trình hình thành và đặc điểm thảm thực vật Những đai cao khác nhau sẽ hình
Các đai nhiệt, ẩm, mưa và các loại thực vật khác nhau tạo thành các vùng sinh thái đa dạng trên lãnh thổ Ở những nơi có sự chênh lệch cao về địa hình, sự khác biệt giữa các yếu tố tự nhiên càng rõ nét hơn Ảnh hưởng của độ cao đến các yếu tố tự nhiên trở nên phức tạp hơn khi có sự biến đổi cục bộ của địa hình như hướng núi hoặc hướng gió Đèo Hải Vân ở miền trung và dãy Trường Sơn là những ví dụ tiêu biểu minh chứng cho sự tác động phức tạp của địa hình đến các yếu tố khí hậu và sinh thái.
Hình 4.3: Bản đồ độ cao núi Luốt
Khu vực nghiên cứu có độ cao trung bình là 75,5m, với giá trị nhỏ nhất là 10m và lớn nhất lên đến 141m, cho thấy địa hình có độ cao khá đa dạng và tương đối lớn Nhìn trên bản đồ độ cao, có thể thấy độ cao của khu vực ảnh hưởng đáng kể đến quá trình xói mòn của núi Luốt, góp phần vào các yếu tố địa hình cần được xem xét trong các nghiên cứu về môi trường và quản lý đất đai.
4.2.2 Xây dựng bản đồ độ dốc
Độ dốc, chiều dài sườn dốc, độ cao tương đối và đặc điểm bề mặt dốc là các yếu tố địa hình ảnh hưởng lớn đến quá trình xói mòn đất và dòng chảy Nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Lung và Võ Đại Hải năm 1997 cho thấy, khi độ dốc tăng từ 10 lên 15 độ, lượng đất xói mòn tăng khoảng 52,4%, trong khi dòng chảy mặt tăng 33,5% Khi chiều dài sườn dốc tăng gấp đôi, lượng đất xói mòn xấp xỉ tăng gấp đôi, dòng chảy mặt tăng 58,1% trên đất lâm nghiệp, và xói mòn đất tăng gần 3 lần trên đất trồng cà phê.
Bề mặt dốc có dạng lồi thì lương đất xói mòn tăng từ 2-3 lần so với sờn dốc thẳng
Sườn dốc có dạng lõm ít bị xói mòn hơn, trong khi hướng phơi của sườn ảnh hưởng đáng kể đến quá trình hấp thụ nhiệt, lượng mưa, hoạt động phong hóa và xói mòn đất Chiều dài và hình thái sườn như lồi, lõm, thẳng tác động trực tiếp đến mức độ xói mòn đất Độ dốc của sườn là yếu tố quan trọng nhất, vì độ dốc lớn làm tăng cường độ dòng chảy, thúc đẩy quá trình rửa trôi và làm tăng mạnh xói mòn đất Ngoài ra, chiều dài sườn dốc càng lớn, lượng nước chảy qua càng nhiều, tốc độ và năng lượng dòng chảy càng cao, gây ra tổn thất đất nghiêm trọng hơn.
A slope map is generated from a Digital Elevation Model (DEM) using ArcGIS software Within ArcGIS's ArcToolbox, navigate to 3D Analyst Tools > Raster Surface > Slope Select the DEM file as the input raster, specify the output raster path for saving results, and execute the tool to obtain the slope map, facilitating terrain analysis and geomorphological studies.
32 measurement (option) chọn DEGREE; Trong mục z factor (option) chọn 0.3 Kết quả như sau:
Hình 4.4: Bản đồ độ dốc núi Luốt
Kết quả tính toán cho thấy, độ dốc của khu vực nghiên cứu dao động từ 0 độ đến 32,4 độ, với độ dốc trung bình là 20,6 độ Điều này cho thấy rằng diện tích có độ dốc lớn là một yếu tố bất lợi, ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng chống xói mòn đất của khu vực.
4.2.3 Chỉ số xói mòn mưa K Ảnh hưởng của nhân tố mưa tới xói mòn đất, dòng chảy tương đối phức tạp và phụ thuộc vào đặc điểm của mưa, trong đó tình hình phân bố mưa trong năm , lượng mưa và cường độ mưa giữ vai trò quan trọng Những nơi lượng mưa lớn, phân bố tập trung theo mùa thì lượng đất xói mòn và dòng chảy rất cao Số liệu nghiên cứu ở Kon Hà Nừng( tỉnh Gia Lai)[7] cho thấy lượng mưa ở đây tập trung chủ yếu vào tháng 10 và 11 chiếm 44,8% lượng mưa cả năm, lượng đất xói mòn và dòng chảy mặt ở các tháng này chiếm từ 64,1-68,6% Ở những nơi có lượng mưa thấp như Ninh Thuận, Bình Thuận thường bị khô hạn và có nguy cơ sa mạc hóa lớn
Tiềm năng gây xói mòn của mưa liên quan chặt chẽ đến cường độ của từng trận mưa, với nghiên cứu toàn cầu cho thấy rằng xói mòn tại các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới nguy hiểm hơn so với vùng ôn đới do 40% lượng mưa vượt ngưỡng gây xói mòn (25mm/h), trong khi chỉ có 5% lượng mưa vùng ôn đới vượt ngưỡng này Nghiên cứu của TS Nguyễn Trọng Hà tại Hòa Bình, Hà Nội, Thái Nguyên cho thấy cường độ mưa quá ngưỡng 25mm/h chiếm tới 40% các trận mưa Khi nước tác động lên mặt đất với lực lớn hơn khả năng chống chịu của đất, quá trình xói mòn xảy ra mạnh mẽ hơn; vật lý của xói mòn đất là quá trình biến đổi năng lượng từ thế năng thành động năng do tác động của giọt mưa và dòng chảy cuốn trôi đất.
Khi mưa lớn, các giọt nước đập mạnh xuống mặt đất tạo ra động năng lớn gây tan các hạt đất và làm chúng bắn tung lên, lan tỏa xung quanh Đặc biệt, tại các khu vực đất dốc, hạt đất bị đẩy xa hơn phía dưới dốc so với phía trên, dẫn đến quá trình liên tục phá vỡ đất, làm đất dễ bị bắn ra và phân tán rộng Hiện tượng này góp phần làm tăng xói mòn đất trên các sườn dốc, ảnh hưởng đến sự ổn định của đất và môi trường xung quanh.
34 di động xuống phía chân dốc gây ra xói mòn đất phía trên dốc và bồi tụ đất phía dưới chân dốc
Khi mưa lớn, lượng nước rơi xuống mặt đất sẽ phân thành ba phần: bốc hơi vào không trung, thấm sâu vào đất, và chảy tràn trên mặt đất Thường thì lượng nước bốc hơi là rất ít, do đó khi lượng nước thấm vào đất giảm, lượng nước chảy tràn trên mặt đất càng tăng Nước trên mặt đất chia thành hai loại: nước chảy tràn tự nhiên trên bề mặt và nước chảy thành dòng tập trung, tạo thành dòng chảy từ cao xuống thấp, đặc biệt ở những khu vực đất dốc.
Vùng nghiên cứu có diện tích hẹp, do đó lượng mưa được coi là đồng nhất trong toàn bộ khu vực Sau khi thu thập số liệu về lượng mưa trung bình từ trung tâm dự báo khí tượng thủy văn của Trường Đại Học Lâm Nghiệp, chúng tôi đã áp dụng công thức tính chỉ số xói mòn mưa theo phương pháp của Vương Văn Quỳnh (1997) để đánh giá mức độ xói mòn đất trong khu vực.
Bảng 4.2 : Bảng tính chỉ số xói mòn của mưa (K)
STT THÁNG LƯỢNG MƯA Ki
4.2.4 Một số chỉ tiêu về cấu trúc của thảm thực vật tại khu vực núi Luốt
Xói mòn đất do nước và gió, đặc biệt sau khi khai thác rừng, là những chỉ tiêu chính gây hủy hoại các chức năng của đất rừng Vai trò bảo vệ đất của thảm thực vật càng trở nên quan trọng, giúp duy trì cấu trúc đất và nâng cao độ phì nhiêu cũng như độ xốp của đất.
Các loài cây, lâm phần và các thành phần khác của rừng đều tác động đến đất với mức độ ảnh hưởng đa dạng, trong đó có những tác động có lợi giúp cải thiện chất lượng đất và tăng cường độ phì nhiêu Tuy nhiên, cũng có trường hợp các yếu tố này gây bất lợi cho đất, đặc biệt là trong một số giai đoạn thời gian nhất định, dẫn đến giảm khả năng giữ nước và suy thoái đất rừng.
Đề xuất kỹ thuật thành lập bản đồ xói mòn tiềm năng bằng công nghệ GIS và giải pháp bảo vệ đất chống xói mòn ở núi Luốt
4.3.1 Kỹ thuật thành lập bản đồ xói mòn tiềm năng bằng công nghệ GIS
Từ kết quả nghiên cứu ở trên, đề tài đề xuất biện pháp kỹ thuật xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng bằng công nghệ GIS như sau:
Để lập bản đồ xói mòn tiềm năng cho khu vực nghiên cứu theo công thức của PGS.TS Vương Văn Quỳnh, cần xây dựng các dữ liệu trung gian dạng raster như độ cao địa hình, độ dốc, chiều cao cây rừng, độ tàn che, độ che phủ của thảm tươi và thảm khô, cùng độ xốp của lớp đất mặt Sơ đồ đề xuất kỹ thuật sử dụng công nghệ GIS nhằm tập hợp và phân tích các dữ liệu này để xác định khu vực có nguy cơ xói mòn tiềm năng Việc xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng bằng công nghệ GIS giúp đánh giá chính xác các yếu tố ảnh hưởng, tối ưu hóa quy trình dự báo và đưa ra các giải pháp quản lý đất hiệu quả.
Để xây dựng bản đồ chỉ tiêu khí hậu như bản đồ lượng mưa và chỉ số K, cần thu thập dữ liệu lượng mưa hàng tháng để số hóa, tạo bản đồ đẳng trị mưa trung bình, sau đó raster hóa và nội suy để thành lập bản đồ lượng mưa trung bình năm, từ đó tính toán chỉ số K theo công thức phù hợp Trong phạm vi nghiên cứu nhỏ, không cần thiết phải xây dựng bản đồ chỉ số K Để tạo bản đồ độ dốc, ta sử dụng dữ liệu mô hình số độ cao DEM 30m từ NASA, được khai thác qua website http://usgs.gov, và trích xuất theo ranh giới nghiên cứu Sử dụng phần mềm ArcGIS, trong hộp công cụ 3D Analyst Tools\Raster Surface\Slope, chọn DEM làm Input raster, lưu kết quả, chọn đơn vị đo DEGREE, và thiết lập Z factor là 0.3 Kết quả đầu ra là bản đồ độ dốc dạng ảnh được lưu bằng thao tác File/Export Map.
Các loại bản đồ về chỉ tiêu cấu trúc thảm thực vật khu vực nghiên cứu được xây dựng dựa trên bản đồ hiện trạng khu vực và dữ liệu điều tra mặt đất Bản đồ hiện trạng rừng được tạo ra từ ảnh vệ tinh khai thác từ Google Earth, sử dụng phương pháp giải đoán ảnh có kiểm định trong phần mềm ArcGIS (Supervised Classification), kết hợp xử lý số liệu trên Excel để đảm bảo độ chính xác Sau đó, ArcGIS được sử dụng để xây dựng và lập các bản đồ hiện trạng rừng dựa trên các số liệu điều tra về các chỉ tiêu cấu trúc thảm thực vật Phương pháp nội suy các vùng trong khu vực dựa trên dữ liệu điều tra giúp hoàn chỉnh các bản đồ dạng loại phù hợp, phục vụ công tác đánh giá và quản lý rừng hiệu quả.
Xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng: từ các số liệu về : CP, TC, H,
TM, X, độ dốc và hệ số K ta tiến hành nhập các số liệu và lưu trữ số liệu
Các bản đồ chuyên đề ở dạng vector sau đó được chuyển sang dạng raster bằng công cụ Arc Toolbox > Conversion Tools > FeatureToRaster để phù hợp với bản đồ số độ cao DEM 30m Khi chuyển sang dạng raster, toàn bộ khu vực nghiên cứu được chia thành các ô vuông kích thước 30x30m, đồng bộ với dữ liệu DEM Mỗi lớp bản đồ chuyên đề raster lưu trữ toàn bộ dữ liệu của khu vực nghiên cứu, giúp dễ dàng phân tích và xử lý số liệu Tiếp theo, sử dụng công cụ Raster Calculator cùng công thức (1) để tính lượng xói mòn tại từng điểm ảnh, từ đó xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng chính xác và chi tiết.
4.3.2 Đề xuất giải pháp bảo vệ đất chống xói mòn ở núi Luốt Để nâng cao hiệu quả bảo vệ đất, chống xói mòn của rừng ở núi Luốt cần tác động vào yếu tố cấu trúc rừng đảm bảo nâng cao độ tàn che của rừng, tăng độ che phủ của lớp thảm tươi, cây bụi và thảm kh
Nâng cao độ tàn che của rừng và khả năng giữ nước của tán rừng là yếu tố quan trọng trong việc bảo vệ hệ sinh thái Việc hình thành các trạng thái rừng nhiều tầng tán giúp tăng diện tích che phủ, giữ ẩm và cân bằng sinh thái tự nhiên Đồng thời, cần tăng cường trồng bổ sung các loài cây bản địa để thay thế dần các dạng rừng trồng thuần loài, đặc biệt là rừng trồng bạch đàn, nhằm duy trì sự đa dạng sinh học và cải thiện khả năng chống chịu của rừng trước biến đổi khí hậu.
Khi chăm sóc rừng, cần chú ý xử lý cục bộ thay vì phát dọn toàn diện để bảo vệ đa tầng sinh thái; chỉ nên loại bỏ dây leo và lớp cỏ dày để giữ lại cây bụi và cây tái sinh, giúp giảm động năng của giọt nước và làm chậm quá trình rơi từ tán chính của rừng.
- Cần trồng rừng bổ sung ở khu vực đất trống
- Hạn chế việc người dân thu lượm vật rơi rụng và lớp thảm mục làm chất đốt
- Nghiêm cấm việc chăn thả gia súc trong khu vực núi Luốt
Để nâng cao công tác bảo vệ rừng tại núi Luốt, cần triển khai các biện pháp tuyên truyền giáo dục nhằm nâng cao nhận thức của người dân về việc bảo vệ rừng và nghiêm cấm việc chặt phá rừng trái phép Việc nâng cao đời sống của người dân là yếu tố quan trọng để hạn chế tình trạng vào rừng chặt phá, chăn thả gia súc tự do trong khu vực núi Luốt vẫn diễn ra phổ biến, thể hiện ý thức bảo vệ rừng còn hạn chế của người dân Hành vi tự ý bẻ cành, chặt cây ở phía tây núi Luốt ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái rừng, gây trở ngại lớn cho công tác bảo vệ rừng và duy trì sự phát triển bền vững của khu vực.
Sinh viên đi thực tập hoặc tập thể dục tại khu vực núi Luốt cần nâng cao ý thức bảo vệ rừng, tránh vứt rác thải như thuốc lá đang cháy dở, đốt diêm vứt vào khu vực rừng gây nguy hiểm Các vị trí thực nghiệm gần ngã tư nhất và ngã tư thứ hai diễn ra nhiều hoạt động thực hành, khiến lớp thảm thực vật tươi và các bụi cây thấp bị ảnh hưởng Việc duy trì ý thức bảo vệ rừng là hết sức cần thiết để bảo vệ môi trường tự nhiên và đảm bảo an toàn cho khu vực nghiên cứu và sinh hoạt của sinh viên.
