Nghiên cứu đặc điểm tính chất đất và đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường đất dốc trên địa bàn huyện phú lương, tỉnh thái nguyên

Nghiên cứu các yếu tố tác động đến tính chất môi trường đất dốc dựa vào phân tích tương quan giữa các yếu tố tài nguyên sinh khí hậu trên địa bàn huyện phú Lương .... Nghiên cứu đặc điểm

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

-

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

- -

ÔNG Á HUÂN

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM TÍNH CHẤT ĐẤT

VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG ĐẤT DỐC TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN PHÚ LƯƠNG,

TỈNH THÁI NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

THÁI NGUYÊN - 2017

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

- -

ÔNG Á HUÂN

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM TÍNH CHẤT ĐẤT

VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG ĐẤT DỐC TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN PHÚ LƯƠNG,

TỈNH THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành: Khoa Học Môi Trường

Mã số: 60 44 03 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đàm Xuân Vận

THÁI NGUYÊN - 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là kết quả lao động, nghiên cứu của tôi dưới sự hướng

dẫn của PGS.TS Đàm Xuân Vận, các số liệu và kết quả, số liệu khảo sát thực tế

trong luận văn là trung thực Ngoài ra tôi cũng có sử dụng một số nhận xét nhận định của các tác giả và được trích dẫn trong phần tài liệu tham khảo

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2017

Tác giả

Ông Á Huân

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được bản Luận văn, tác giả đã nhận được sự chỉ bảo, giúp đỡ rất tận tình, chu đáo của PGS.TS Đàm Xuân Vận, người đã trực tiếp hướng dẫn trong suốt quá trình thực hiện Luận văn, sự giúp đỡ, động viên của các Thầy, Cô giáo trong Khoa Môi trường, Khoa Sau Đại học Nhân dịp này, cho phép tác giả được bày tỏ lòng biết

ơn chân thành và sâu sắc tới những sự giúp đỡ đó

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của tập thể thầy giáo bộ môn Công nghệ Môi trường - Khoa học Môi trường và Trái đất – trường Đại học khoa học - Đại học Thái Nguyên, đã chỉ bảo tận tình trong quá trình phân tích mẫu tại phòng phân tích để hoàn thành Luận văn

Tuy nhiên đề tài có khối lượng tính toán lớn nên còn một số tồn tại, thiếu sót Tác giả rất mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ của các thầy cô giáo cũng như những ý kiến đóng góp của bạn bè và của đồng nghiệp

Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2017

Tác giả

Ông Á Huân

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH viii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 2

2.1 Mục tiêu tổng quát 2

2.2 Mục tiêu cụ thể 2

3 Ý nghĩa của đề tài 3

3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài 3

3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 4

1.1 Cơ sở khoa học 4

1.1.1 Cơ sở lý luận 4

1.2 Nghiên cứu về tính chất đất và độ dốc trên thế giới và Việt Nam 7

1.2.1 Những nghiên cứu trên thế giới 7

1.2.2 Những nghiên cứu tại Việt Nam 14

1.2.3 Đánh giá chung 21

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.1 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 22

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 22

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 22

2.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 22

2.3 Nôi dung nghiên cứu 22

2.4 Phương pháp nghiên cứu 23

2.4.1 Phương pháp thu thập số liệu 23

2.4.2 Phương pháp chọn điểm nghiên cứu 23

2.4.3 Phương pháp phân tích các yếu tố tác động 23

2.4.4 Phương pháp lấy mẫu đất phân tích 24

2.4.5 Phương pháp so sánh và xử lý số liệu 26

2.4.6 Phương pháp ước lượng và giả thuyết nghiên cứu 28

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Đặc điểm đất dốc theo các cấp độ dốc và tầng dày tại huyện Phú Lương 29

3.1.1 Phân loại theo cấp độ dốc tại huyện Phú Lương 29

3.1.2 Phân loại theo tầng dày của đất dốc tại huyện Phú Lương 32

3.2 Nghiên cứu các yếu tố tác động đến tính chất môi trường đất dốc dựa vào phân tích tương quan giữa các yếu tố tài nguyên sinh khí hậu trên địa bàn huyện phú Lương 33

3.2.1 Tương quan giữa các yếu tố tài nguyên sinh khí hậu tại tiểu vùng 1 trên địa bàn huyện Phú Lương 33

3.2.2 Tương quan giữa các yếu tố tài nguyên sinh khí hậu tại tiểu vùng 2 trên địa bàn huyện Phú Lương 36

3.2.3 Tương quan giữa các yếu tố tài nguyên sinh khí hậu tại tiểu vùng 3 trên địa bàn huyện Phú Lương 38

3.2.4 Ý nghĩa lý thuyết và thực tiễn trong hoạt động của con người đối với tài nguyên sinh khí hậu 40

3.2.5 Hiện trạng sử dụng đất theo chỉ số thực vật (NDVI) và độ dốc trên địa bàn huyện Phú Lương 41

3.3 Nghiên cứu đặc điểm tính chất môi trường đất dốc dựa trên phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất môi trường đất dốc tại huyện Phú Lương 42

3.3.1 Phân tích một số tính chất đất theo độ dốc với thực vật (chỉ số NDVI) 42

3.3.2 Phân tích một số hàm lượng kim loại nặng theo độ dốc với mục đích sử dụng đất nông nghiệp tại huyện Phú Lương 54

3.3.3 Phân tích hóa chất BVTV theo mục đích sử dụng đất nông nghiệp 64

3.4 Khó khăn, tồn tại và đề xuất các giải pháp bảo vệ môi trường đất dốc trên

địa bàn huyện Phú Lương 65

3.4.1 Khó khăn, tồn tại 65

3.4.2 Đề xuất các giải pháp bảo vệ môi trường đất dốc tại huyện Phú Lương 66

3.4.3 Định hướng sử dụng bảo vệ môi trường đất dốc tại huyện Phú Lương 71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

1 Kết luận 75

2 Kiến nghị 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

AHC : Phân tích chùm dựa vào khoảng cách

(Agglomerative Hierarchical Clustering) BTNMT : Bộ tài nguyên môi trường

QL_CT : Khoảng cách đến đường lớn (Quốc lộ 3C

hoặc đường cao tốc Thái Nguyên - Bắc Kạn) SKS : Khoảng cách đến nơi khai thác khoáng sản Sig : Sai khác ở mức ý nghĩa ( P<0,01 và P<0,05) TBVTV : Thuốc bảo vệ thực vật

TCCS/PTHH : Tiêu chuẩn cơ sở / Phân tích hóa hoc

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

TNSKH : Tài nguyên sinh khí hậu

UBND : Ủy ban nhân dân

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang Bảng 1.1: Tổng hợp những nghiên cứu ảnh hưởng đến tính chất môi trường

đất trên thế giới 11

Bảng 1.2: Tổng hợp những nghiên cứu ảnh hưởng đến tính chất môi trường đất tại Việt Nam 17

Bảng 2.1: Phân loại NDVI theo chất lượng thực vật trong lớp phủ bền mặt đất 24

Bảng 2.2: Tọa độ và vị trí lấy mẫu đất khu vực nghiên cứu 25

Bảng 2.3: Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích đất 26

Bảng 3.1: Phân loại theo cấp độ dốc ở các tiểu vùng tại huyện Phú Lương 29

Bảng 3.2: Phân loại, loại đất theo cấp độ dốc tại huyện Phú Lương 31

Bảng 3.3: Phân loại đất theo tầng dày tại huyện Phú Lương 32

Bảng 3.4: Ma trận tương quan giữa yếu tố tài nguyên sinh khí hậu tại vùng 1 33

Bảng 3.5: Phương trình tương quan giữa NDVI với các giá trị tại vùng 1 34

Bảng 3.6: Ma trận tương quan giữa yếu tố tài nguyên sinh khí hậu tại vùng 2 36

Bảng 3.7: Phương trình tương quan giữa NDVI với các giá trị tại vùng 2 36

Bảng 3.8: Ma trận tương quan giữa yếu tố tài nguyên sinh khí hậu tại vùng 3 38

Bảng 3.9: Phương trình tương quan giữa NDVI với các giá trị tại vùng 3 38

Bảng 3.10: Hiện trạng sử dụng đất phân loại theo chỉ số thực vật NDVI và độ dốc trên địa bàn huyện Phú Lương 41

Bảng 3.11: Kết quả phân tích một số tính chất đất tại các độ dốc với thực vật (chỉ số NDVI) 42

Bảng 3.12: Tổng phương sai giải thích cho một số tính chất đất 49

Bảng 3.13: Ma trận thành phần quay của một số tính chất đất 50

Bảng 3.14: Ma trận tương quan (Pearson Correlation) giữa độ dốc với các yếu tố tài nguyên sinh khí hậu và tính chất đất 52

Bảng 3.15: Phân tích thống kê mô tả một số kim loại nặng trong đất 55

Bảng 3.16: Tổng phương sai giải thích của một số kim loại nặng trong đất 59

Bảng 3.17: Ma trận thành phần quay của một số kim loại nặng trong đất 59

Bảng 3.18: Ma trận tương quan (Pearson Correlation) giữa độ dốc với các yếu tố tài nguyên sinh khí hậu, hoạt động của con người và kim loại nặng trong đất 63

Bảng 3.19: Kết quả hóa chất BVTV theo mục đích sử dụng đất nông nghiệp 64

Bảng 3.20: Tổng hợp định hướng sử dụng hợp lý tài nguyên sinh khí hậu và bảo vệ môi trường đất dốc trên địa bàn huyện Phú Lương 72

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1: Độ dốc của mặt đất 4

Hình 2.1: Sơ đồ giả thuyết nghiên cứu 28

Hình 3.1: Quan hệ giữa các yếu tố tài nguyên sinh khí hậu tại tiểu vùng 1 huyện Phú Lương 35

Hình 3.2: Quan hệ giữa các yếu tố tài nguyên sinh khí hậu tại tiểu vùng 2 huyện Phú Lương 37

Hình 3.3: Quan hệ giữa các yếu tố tài nguyên sinh khí hậu tại tiểu vùng 3 huyện Phú Lương 39

Hình 3.4: Phân bố không gian nội suy của hàm lượng pH trong đất 43

Hình 3.5: Phân bố không gian nội suy của hàm lượng Đạm tổng số trong đất 44

Hình 3.6: Phân bố không gian nội suy của hàm lượng Mùn tổng số trong đất 45

Hình 3.7: Phân bố không gian nội suy của hàm lượng K2O dễ tiêu trong đất 46

Hình 3.8: Phân bố không gian nội suy của hàm lượng P2O5 dễ tiêu trong đất 46

Hình 3.9: Phân bố không gian nội suy của hàm lượng Ca2+ trao đổi trong đất 47

Hình 3.10: Phân bố không gian hàm lượng Mg2+ trao đổi trong đất 48

Hình 3.11: Giá trị riêng và phần trăm tích lũy của phương sai 49

Hình 3.12: Sự phân bố của các tính chất đất và các thuộc tính cảm quan trên cùng mặt phẳng tương quan giữa thành phần chính thứ F1 và thứ F2 50

Hình 3.13: Hàm lượng pHKCl và kim loại nặng trong 3 loại đất 56

Hình 3.14: Phân bố không gian nội suy của các kim loại nặng khác nhau 58

Hình 3.15: Giá trị riêng và phần trăm tích lũy của phương sai của các 59

Hình 3.16: Sự phân bố của một số kim loại nặng và các thuộc tính cảm quan 60

Hình 3.17: Dendrogram (AHC) theo vị trí lấy mẫu với một số kim loại nặng và pHkcl trong đất 61

Hình 3.18: Bản đồ định hướng sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên sinh khí hậu và bảo vệ môi trường đất dốc huyện Phú Lương, tỉnh Thái Nguyên 71

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hoạt động của con người dẫn đến những thay đổi trong môi trường toàn cầu, ngày càng nghiêm trọng, những hậu quả cho cuộc sống tương lai của chúng

ta Sự thay đổi thành phần không khí - một phần do phát thải CO2 và 'khí nhà kính'

- dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ về không gian và biến đổi thời gian, những thay đổi

do sự nóng lên toàn cầu, như thay đổi lượng mưa trong khí quyển, sự gia tăng độ

ẩm ở một số địa điểm Những thay đổi được phản ánh một cách nhạy cảm bởi các

hệ sinh thái (thảm thực vật tự nhiên và sử dụng đất trong canh tác nông nghiệp) cùng với những thay đổi đáng kể trong quá trình hình thành và suy thoái đất, các tính chất môi trường đất và các chức năng của đất (Várallyay, 2010) [52] Đặc biệt, kiến thức về tính chất đất trên các thảm thực vật khác nhau rất quan trọng để hiểu được các quy trình về mặt đất và sinh thái, dự báo sản xuất nông nghiệp và các chính sách quản lý môi trường đất hợp lý, các hệ thống canh tác có nhiều loại đất, môi trường sống, các tính trạng vi khí hậu, và các loại cây trồng, dẫn đến sự khác nhau về độ màu mỡ của đất, giữ nước và năng suất cây trồng (Sciarretta et

al, 2014) [49] Địa hình (độ dốc) là yếu tố chính kiểm soát quy trình thủy văn và đất đai ở quy mô cảnh quan Điều đáng nói về mặt chất lượng đất tại các địa hình khác nhau, cùng với tính chất đất, khí hậu, sinh vật và thời gian, là một trong những yếu tố hình thành nền đất cơ bản Ảnh hưởng của độ dốc cũng rõ ràng trong khái niệm tính chất đất Các mô hình độ cao kỹ thuật số (DEM) và các chỉ số địa hình được tính toán từ các DEM này cho phép đo lường về mối liên hệ giữa địa hình và các đặc điểm tính chất đất Những mối tương quan này đã khẳng định tầm quan trọng của địa hình đối với tính chất đất, mặc dù có sự phân tán đáng kể, có thể do sự không đồng nhất trong tập dữ liệu lớn (Jan Seibert et al, 2007) [39] Mặt khác sự lan truyền chất ô nhiễm và thuốc bảo vệ thực vật trong đất nông nghiệp dốc có thể dẫn đến ô nhiễm nước mặt thông qua các quy trình vận chuyển nhanh như bị ảnh hưởng bởi địa hình phức tạp và tính đa dạng không gian cao của tính chất đất và sử dụng đất ở vùng đồi núi (Xiangyu Tang et al, 2012) [53] Việt Nam với 3/4 diện tích đất tự nhiên là đất dốc Nhìn chung đây là những loại đất khó

khai thác sử dụng và kém hiệu quả, đặc biệt khi đất đã mất thảm thực vật che phủ Xói mòn và rửa trôi là những mối đe dọa thường xuyên đối với đất dốc và vùng nhiệt đới ẩm, gây nên sự mất dinh dưỡng và độ phì của lớp đất mặt, ảnh hưởng đến năng suất cây trồng, gây tác hại xấu đối với môi trường (Lê Quốc Doanh và

cs, 2006) [9] Phú Lương là huyện miền núi nằm ở phía Bắc tỉnh Thái Nguyên, diện tích đất dốc chiếm trên 70% diện tích toàn huyện, địa hình cao, chia cắt phức tạp do quá trình Castơ phát triển mạnh (Viện quy hoạch và thiết kế nông nghiệp, 2005) [32] Các vấn đề về canh tác, khai thác khoáng sản và các yếu tố tài nguyên sinh khí hậu luôn đe dọa thường xuyên đối với đất dốc trên địa bàn huyện Cùng với các hoạt động canh tác nông nghiệp, sử dụng phân bón, thuốc bảo vệ thực vật của người dân và các hoạt động lân cận đến khu vực đất dốc như giao thông, khai thác khoáng sản, trong các thập kỷ qua tại khu vực Có quan hệ gì với tính chất môi trường đất hay không được đặt ra ? Để giải quyết những vấn đề này thì việc nghiên cứu tính chất môi trường đất dốc có vai trò hết sức quan trọng Với lý do

đó, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu đặc điểm tính chất đất và đề

xuất giải pháp bảo vệ môi trường đất dốc trên địa bàn huyện Phú Lương, tỉnh Thái Nguyên’’

2 Mục tiêu của đề tài

2.1 Mục tiêu tổng quát

Nghiên cứu chỉ ra các đặc điểm tính chất môi trường đất dốc và các yếu tố tác động đến tính chất đất, nhằm đưa ra giải pháp bảo vệ môi trường đất dốc cho người dân huyện Phú Lương

2.2 Mục tiêu cụ thể

- Nghiên cứu thực trạng cấp độ dốc, tầng dầy trên địa bàn huyện Phú Lương;

- Nghiên cứu các yếu tố tác động đến tính chất môi trường đất dốc dựa vào phân tích tương quan giữa các yếu tố tài nguyên sinh khí hậu trên địa bàn huyện phú Lương;

- Nghiên cứu đặc điểm tính chất môi trường đất dốc dựa trên phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất môi trường đất dốc trên địa bàn huyện Phú Lương;

- Đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường đất dốc trên địa bàn huyện Phú Lương

3 Ý nghĩa của đề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Giúp học viên vận dụng kiến thức khoa học vào thực tiễn, mặt khác nghiên cứu, đặc điểm độ dốc và những đặc điểm tính chất môi trường đất dốc, tạo nguồn tư liệu cho nghiên cứu khoa học sau này

3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Từ kết quả nghiên cứu của đề tài, sẽ chỉ ra đặc điểm, tính chất môi trường đất dốc, và giúp đưa ra giải pháp bảo vệ đất dốc tốt nhất, cung cấp cơ sở khoa học trong việc quản lý, bảo vệ môi trường đất dốc trên địa bàn huyện Phú Lương

Chương 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1.1 Cơ sở khoa học

1.1.1 Cơ sở lý luận

1.1.1.1 Khái niệm về môi trường đất

Môi trường đất là một thước đo về khả năng của đất để thực hiện chức năng sinh thái và cây trồng, đặc biệt nó phản ánh sự kết hợp của các đặc tính hóa học, vật

lý và sinh học Một số tính chất của đất tương đối quan trọng hơn những tính chất khác và không thay đổi được Những tính chất đất khác có thể được thay đổi bởi hoạt động của con người Ngày nay, ba nhóm môi trường đất thường được xác định: chức năng tiện ích đất (chức năng sản xuất, cơ sở hạ tầng diện tích, nguồn nguyên liệu); Các chức năng của đất trong môi trường (các chức năng phi sản xuất như: thấm nước và giữ nước, vận chuyển vật chất, chức năng đệm và vệ sinh); Chức năng văn hoá đất (lịch sử tự nhiên và con người) (Pavel Novák et al, 2010) [43]

Đất có chức năng môi trường duy trì sự ổn định của hệ sinh thái toàn cầu Sự

ổn định của môi trường được duy trì thông qua chu kỳ tự nhiên của năng lượng, nước và vật chất Đất là một môi trường lọc nước ngầm và chất lượng nước ngầm,

và là một không gian duy trì khổng lồ cho nước Dự trữ lượng cacbon, nitơ, photpho, và lưu huỳnh chứa trong chất hữu cơ trong đất Đất là một môi trường chuyển đổi trong đó việc khử nhiễm, phân hủy, và tổng hợp lại của các chất khác nhau diễn ra Do đó môi trường đất là quan trọng Nó là điều cần thiết cho mỗi xã hội con người (Blum et al, 2006) [34]

Đất dốc là đất có bề mặt nằm nghiêng, thường ghồ ghề không bằng phẳng hay nhấp nhô, lượn sóng Mặt nghiêng đó gọi là sườn dốc hay mặt dốc, góc được tạo thành giữa mặt dốc và mặt bằng (mặt phẳng nằm ngang) gọi là độ dốc của mặt đất hay độ dốc của địa hình (Nguyễn Viết Khoa và cs, 2008) [18] Trong sản xuất nông lâm nghiệp người ta thường phân chia đất đai theo 5 cấp độ dốc như sau:

Suy thoái môi trường đất là sự suy giảm về chất lượng của các hợp phần tạo lên môi trường đất, qua đó làm giảm khả năng sản xuất của đất cũng như giảm sản lượng cây trồng, số lượng sinh vật trên đất (LBVMT, 2014)

Ô nhiễm môi trường đất là sự biến đổi của các thành phần môi trường đất không phù hợp với tiêu chuẩn môi trường đất, gây ảnh hưởng xấu đến con người và sinh vật Ô nhiễm môi trường đất được xem là tất cả các hiện tượng làm nhiễm bẩn môi trường đất bởi các chất gây ô nhiễm, qua đó có thể phân loại đất bị ô nhiễm theo nguồn gốc phát sinh, hoặc theo các tác nhân gây ra ô nhiễm (LBVMT, 2014)

1.1.1.2 Đặc tính của môi trường đất

- Môi trường đất có biểu hiện như một hệ sinh thái hoàn chỉnh như:

+ Có hệ thống cấu trúc và hoạt động hoàn chỉnh;

+ Hoạt động liên tục;

+ Liên hệ chặt chẽ giữa môi trường bên trong và bên ngoài;

+ Phần vô sinh và hữu sinh không có ranh giới, chúng tương tác, hòa quyện lẫn nhau (Lê Huy Bá, 2009) [5]

- Thành phần cơ giới và các lý tính cơ bản của môi trường đất tương tự như

sự phản ánh của đất

- Tính chất hóa học của môi trường đất:

+ Dung dịch đất là môi trường để các quá trình lý, hóa và sinh học diễn ra trong đất Dung dịch đất là một dạng nước tự do đặc biệt bao quanh hạt keo với một lực liên kết nhất định Dung dịch đất gồm dung môi (nước mưa, nước ngầm, nước

tự do trong đất) và chất tan (các chất hữu cơ hòa tan như axit humic, axit fulvic và các muối của chúng, các chất vô cơ hòa tan như muối NaCl, Cabonnat, các ion Fe2+,

Fe3+, Al3+, Mn2+, Cu2+, Zn, Pb, Ni, CO, H+, NO2-, NO3-, Mg2+, Mn4+, HPO43-, HCO32-, SO42-, Cl-,…), các chất khí hòa tan (CO2, O2, N2, NH3, ) và các vi khuẩn, thực vật trong đất Thành phần và hàm lượng của dung dịch đất là nguyên nhân làm tăng giảm hoạt tính của môi trường đất (Lê Huy Bá, 2009) [5]

+ Hoạt tính của đất được biểu hiện qua phản ứng môi trường của dung dịch đất, tính đệm và khả năng oxy hóa – khử của nó Phản ứng môi trường thông qua dung dịch đất thể hiện tính chua, kiềm hay trung tính, nó được xác định bởi hàm

lượng ion H hoặc OH, điều này cũng được thể hiện bằng chỉ tiêu pH của đất Nguyên nhân gây chua môi trường đất: Do đặc tính từng loại môi trường (đất phèn chua, đất bazan ít chua, đất nhiều CaCO3); do thực vật lấy đi dinh dưỡng trong đất (K+, Ca2+ Mg2+, Na+…) nên trong môi trường đất chỉ còn lại H+, mà càng nhiều H+

thì đất càng chua; do mưa nhiều các cation kiềm và kiềm thổ bị rửa trôi, còn lại Al3+

, Fe2+ , H+, 3 loại cation này sẽ gây chua cho đất; do chất hữu cơ bị phân giải trong môi trường yếm khí tạo ra nhiều axit hữu cơ; do độ phân ly của axit hữu cơ và bazơ

+ Xét về độ chua của môi trường đất có thể phân ra thành: Độ chua hoạt tính,

độ chua tiềm tàng

- Độ phì của môi trường đất biểu thị liều lượng và tỷ lệ của các yếu tố hóa sinh trong đất Khi môi trường đất có độ phì nhiêu cao thì thực vật phát triển thuận lợi và ngược lại môi trường đất có độ phì nhiêu thấp thì thực vật cằn cỗi, năng suất thấp Độ phì gồm: độ phì tự nhiên, độ phì nhân tạo, độ phì tiềm tàng và độ phì hữu hiệu Độ phì của môi trường đất là nhân tố đặc trưng cho tính chất môi trường đất

- Đặc tính sinh học của môi trường đất thể hiện qua: Tính phong phú, tính đa dạng của sinh vật và các hoạt động của chúng ở trên mặt đất và trong lòng đất Mức

độ đa dạng, phong phú còn đặc trưng qua số lượng các sản phẩm tàn tích hữu cơ, mùn và các hợp chất mùn để lại trong đất và trên mặt đất Ngoài ra, trong đất luôn tồn tại một hàm lượng hữu cơ sống và không sống nhất định, ảnh hưởng tới đặc tính

sinh học và tính chất môi trường đất

1.1.2 Căn cứ pháp lý

- Luật Bảo vệ môi trường 2014 số 55/2014/QH13 đã được Quốc hội nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam (CHXHCNVN) khóa XIII, kỳ họp thứ 7,

thông qua ngày 23/6/2014 có hiệu lực ngày 1/1/2015

- Nghị định số 19/2015/NĐ - CP V/v Quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Bảo vệ môi trường 2014

- QCVN 03/MT: 2015/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn cho phép của kim loại nặng trong đất

- TCVN 4046: 1985 - Đất trồng trọt - Phương pháp lấy mẫu

- TCVN 5297: 1995 - Chất lượng đất - Lấy mẫu - yêu cầu chung

- TCVN 6495/2: 2001 - Chất lượng đất - Từ vựng các thuật ngữ và định

nghĩa liên quan đến lấy mẫu

- TCVN 6857: 2001 - Chất lượng đất - Phương pháp đơn giản để mô tả đất

- TCVN 7377: 2004 - Chất lượng đất- giá trị chỉ thị pH trong đất Việt Nam

- TCVN 7538/2: 2005 (ISO 10381-2:2002) - Chất lượng đất lấy mẫu Phần 2 hưỡng dẫn kỹ thuật lấy mẫu

- TCVN 6647: 2007 (ISO 11464:2006), Chất lượng đất - Xử lý sơ bộ mẫu để phân tích lý hóa

- TCVN 9236/2: 2012 - Chất lượng đất - Giá trị chỉ thị hàm lượng các chất vô

cơ trong các nhóm đất chính ở Việt Nam - Phần 2: Giá trị chỉ thị hàm lượng magiê trao đổi

- TCVN 9236/1: 2012 - Chất lượng đất - Giá trị chỉ thị hàm lượng các chất vô

cơ trong các nhóm đất chính ở Việt Nam - Phần 1: Giá trị chỉ thị hàm lượng canxi trao đổi

- QCVN 15: 2008/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật trong đất

1.2 Nghiên cứu về tính chất đất và độ dốc trên thế giới và Việt Nam

1.2.1 Những nghiên cứu trên thế giới

Tài nguyên đất trên thế giới có khoảng 13.500 triệu ha, trong đó đất đang canh tác chiếm 10,60% tổng diện tích này, và còn có một tiềm năng lớn hơn chiếm 14,7% (1000 triệu ha) đất đồi núi có khả năng sản xuất nông lâm nghiệp Phần lớn diện tích đất này nằm ở Bắc Mỹ, Nam Mỹ, Châu Phi và Châu Đại Dương (Nguyễn Thế Đặng

và cs, 2003) [10]

Trên toàn thế giới, ước tính mỗi năm có khoảng 75 tỷ tấn đất màu mỡ bị mất khỏi các hệ thống canh tác nông nghiệp, ước tính tổng lượng đất bị xói mòn do nước từ đất canh tác trên thế giới mỗi năm từ cấp I đến VI là 67 tỷ tấn Vào những năm 90, các nhà khoa học về đất Lal và Stewart và Ôn (Lê Viết Bảo, 2012) [6] Một nghiên cứu kéo dài ba năm của các nhà nghiên cứu liên quan đến Bộ Tài nguyên nước Trung Quốc, Học viện Khoa học Trung Quốc và Học viện Kỹ thuật Trung Quốc đã báo cáo trong năm 2009 rằng tất cả 646 quận của Trung Quốc đều bị thiệt

hại về đất và nước, tương đương với một khu vực kết hợp 3,75 triệu km Một nghiên cứu kéo dài hai năm cho biết, nếu tỷ lệ mất đất hiện tại ở Trung Quốc tiếp tục trong vòng 50 năm tới, sản lượng lương thực sẽ giảm 40% Xem xét nước này chỉ chiếm 3% tổng diện tích đất trên thế giới và hoạt động canh tác nông nghiệp có liên quan đến hàng nghìn năm Sự mất đất và nước từ đất nông nghiệp, đặc biệt là đất nông nghiệp dốc, được coi là những mối đe dọa môi trường lớn đối với sự bền vững của hệ sinh thái ở cao nguyên Hoàng Gia, Trung Quốc Khoảng 60% tổng lượng trầm tích và lưu lượng đầu nguồn có nguồn gốc từ đất nông nghiệp dốc do các nhân tố tự nhiên và con người, chẳng hạn như cường độ mưa, độ dốc và thực tiễn quản lý đất đai, tất cả đều góp phần làm suy thoái đất nông nghiệp (Nishigaki et al, 2017) [42] Sự xuống cấp của đất ở Ấn Độ được ước tính sẽ xảy ra trên diện tích 147 triệu ha (Mha), trong đó có 94 Mha do xói mòn nước, 16 Mha từ axit hóa, 14 Mha do lũ lụt,

9 Mha do xói mòn do gió, 6 Mha từ độ mặn và 7 Mha từ một sự kết hợp của các yếu

tố Điều này cực kỳ nghiêm trọng bởi vì Ấn Độ hỗ trợ 18% dân số thế giới và 15% sản lượng gia súc thế giới, nhưng chỉ có 2,4% diện tích đất trên thế giới Mặc dù diện tích đất có tỉ lệ thấp, Ấn Độ đứng thứ hai thế giới trong sản lượng nông nghiệp Nông, lâm nghiệp và thủy sản chiếm 17% tổng sản phẩm quốc nội và sử dụng khoảng 50% tổng số lao động của cả nước Nguyên nhân của sự xuống cấp của đất

do cả tự nhiên lẫn do con người gây ra Các nguyên nhân tự nhiên bao gồm: động đất, sóng thần, hạn hán, tuyết lở, sạt lở đất, phun trào núi lửa, lũ lụt, lốc xoáy và cháy rừng Sự xuống cấp của đất do con người gây ra là do phá rừng, các hoạt động nông nghiệp không phù hợp, quản lý không hợp lý nước thải công nghiệp và chất thải, chăn thả gia súc, bảo vệ rừng không hợp lý, khai thác bề mặt, phát triển đô thị

và phát triển thương mại - công nghiệp Các biện pháp canh tác nông nghiệp không phù hợp bao gồm: việc sử dụng quá mức các loại phân bón vô cơ, quản lý nước tưới tiêu không hợp lý, sử dụng quá mức thuốc trừ sâu, dẫn đến tích lũy trong cây trồng

và một số nguyên nhân xã hội chủ yếu của sự suy thoái đất ở Ấn Độ là thiếu đất, suy thoái đất đai bình quân đầu người, áp lực kinh tế đối với đất, thuê đất, đói nghèo

và gia tăng dân số Trong bài đánh giá suy thoái đất đai ở Ấn Độ, được tóm tắt thành (1) các nguyên nhân chính làm suy thoái đất ở các vùng khí hậu nông nghiệp

khác nhau; (2) các kết quả nghiên cứu ghi nhận cả suy thoái đất và cải thiện tính chất đất trong các hệ thống nông nghiệp khác nhau; Và (3) các giải pháp tiềm năng

để cải thiện tính chất của đất ở các vùng khác nhau bằng cách sử dụng nhiều phương pháp tiếp cận nông nghiệp (Ranjan Bhattacharyya et al, 2015) [47]

Địa hình của một sinh thái nhất định, lượng mưa và gió kết hợp với nhau dẫn đến ảnh hưởng đến sự nhạy cảm của đất đai về xói mòn đất Tại Philipin, nơi có hơn 58% diện tích đất có độ dốc lớn hơn 110 và ở Jamaica, 52% diện tích đất có độ dốc lớn hơn 200, tỷ lệ xói mòn đất đến 400 (tấn/ha/năm) Tỷ lệ xói mòn cao đặc biệt

là ở những vùng đất thấp và dốc, đã được chuyển đổi từ rừng sang trồng trọt Ngay

cả ở một nước phát triển với đất nông nghiệp dồi dào như Hoa Kỳ, nơi ít cần khai thác vùng đất nông nghiệp có sườn dốc, thiệt hại do xói mòn vào năm 2007 trung bình là 13 (tấn/ha/năm) Trong một khu vực phát triển như Châu Âu, đo được tỷ lệ xói mòn dao động từ 3 đến 40 (tấn/ha/năm) với thiệt hại do các cơn bão từng 20 -

40 (tấn/ha/năm), có thể xảy ra từ hai hoặc ba năm thường xuyên ở châu Âu, với tổn thất hơn 100 (tấn/ha/năm) trong các thời tiết cực đoan (USDA/NRCS 2007) [51]

1.2.1.1 Những nghiên cứu về tính chất đất và độ dốc trên thế giới

Các tính chất đất khác nhau trong hệ thống quản lý đất và sử dụng đất, trong

đó đất rừng tự nhiên và các khu rừng trồng được bảo vệ là những hệ thống quan trọng nhất trong việc duy trì tính chất đất, trong khi đất canh tác và đất ruộng bị ảnh hưởng nghiêm trọng do hoạt động từ con người Ngoài ra nghiên cứu cho thấy hàm lượng carbon hữu cơ, pH, N tổng số, P2O5 dễ tiêu, hàm lượng sét cao hơn đáng kể trong rừng tự nhiên và các khu trồng rừng được bảo vệ (Tesfahunegn, 2016) [50]

Theo Alemayehu Adugna và cs, (2016) [33] chỉ ra tỷ lệ cát và mùn, hàm lượng hữu cơ trong đất, hàm lượng N tổng số, độ chua, khả năng trao đổi cation, và hàm lượng Ca2+ trao đổi cao hơn ở vùng đất rừng Hàm lượng Mg2+ trao đổi là cao nhất trong đất chăn thả, trong khi tỷ lệ sét, hàm lượng P dễ tiêu và K+ trao đổi là cao nhất trong đất canh tác Tỷ lệ thay đổi cát, sét, chất hữu cơ, khả năng trao đổi cation Ca2+ và

Mg2+ trao đổi cao hơn trong đất trồng trọt so với đất chăn thả và đất lâm nghiệp

Nghiên cứu đặc điểm đất dưới các loại hình canh tác khác nhau chịu ảnh hưởng của các vùng khí hậu nông nghiệp cho thấy đất bị axit vừa phải trong phản

ứng và các giá trị EC được quan sát thấy trong một giới hạn cho tỉ lệ cacbon hữu cơ

và cation trao đổi thể hiện sự thay đổi lớn từ thấp đến cao và trung bình đến cao tương ứng N, P và K dễ tiêu cũng ở mức thấp đến trung bình Các giá trị như: N, P

và K dễ tiêu cao hơn ở các vùng trung gian, tiếp theo là vùng ôn đới, trong khi giá trị thấp của các chất dinh dưỡng này được quan sát thấy ở các vùng đất nhiệt đới Các OC, CEC và N, P, và K dễ tiêu ở đất trên bề mặt so với đất mặt được cải tạo phục vụ phát triển nông nghiệp (Sharma et al, 2015) [48]

Các khía cạnh và độ dốc có thể kiểm soát sự di chuyển của nước và chất hữu

cơ tại các độ dốc và góp phần vào sự khác biệt tính chất không gian của đất Trong một hệ sinh thái rừng, các tính chất của đất cũng bị ảnh hưởng bởi các thảm thực vật Nghiên cứu cho thấy cacbon hữu cơ, N, K dễ tiêu, Fe có khả năng chiết suất cao và Na2+ có thể trao đổi cao nhất ở đỉnh đồi, trong khi đó độ pH, P, Ca và Mg có thể trao đổi cao hơn đáng kể ở chân (0-5 cm) Các OC tăng lên tại vị trí độ dốc khi

độ dốc càng cao, có thể là do chất lượng của rác thải từ cây rừng Các kết quả phân tích dự phòng (RDA) cũng cho thấy sự phân tách rõ ràng các tính chất đất giữa các vị trí dốc Các kết quả này xác nhận rằng yếu tố độ dốc liên quan đến việc vận chuyển

và tích tụ các chất tan dẫn đến pH cao hơn, Ca và Mg trao đổi, cacbon hữu cơ thấp hơn, N và K, Zn thì lắng đọng ở vùng thấp (Chun-Chih Tsui et al, 2004) [37]

Thảm thực vật có ảnh hưởng tích cực đến giảm mật độ số lượng lớn tính chất đất, như tỉ lệ độ xốp và mao độ xốp tăng trong các lớp đất bề mặt nhưng không phải trong lớp dưới bề mặt Ngoài ra, các chất hữu cơ trong đất, N tổng số, N dễ tiêu

và K dễ tiêu là lớn hơn tại các địa điểm vùng cây bụi và rừng so với sử dụng đất khác Hàm lượng P tổng số và dễ tiêu lớn hơn tại các địa điểm đất nông nghiệp Kết quả của nghiên cứu này chỉ ra rằng hệ thực vật trên đất bị xói mòn có thể cải tạo màu mỡ cho đất tại các đồn điền cũ và trong khu vực có thế tự nhiên (Feng Jiao et

al, 2011) [38]

Theo Piekarczyk et al, (2012) [44] các kỹ thuật viễn thám cho phép truy cập nhanh vào thông tin về điều kiện đất đai và đã được áp dụng trên một số vùng trên toàn thế giới để lập bản đồ các tính chất vật lý và hóa học của đất Tuy nhiên, trong trường hợp các bề mặt được bao phủ bởi thảm thực vật, cũng có thể ước tính các

điều kiện đất bằng các dữ liệu viễn thám do các mô hình thực vật thường phản ánh các tính chất của đất Giá trị pixel trên hình ảnh vệ tinh tỷ lệ thuận với lượng bức xạ phản xạ từ bề mặt thực vật Vì có mối liên hệ chặt chẽ giữa điều kiện đất đai, sinh khối thực vật và phản ứng quang phổ do đó thảm thực vật xanh có thể đóng vai trò như là một biện pháp gián tiếp về đất

Theo Xiaoran Zhang et al, (2016) [54] độ che phủ thực vật được thể hiện bằng chỉ số thực vật khuyếch đại chuẩn hóa (NDVI), và 8 tính chất đất của các mẫu đất được đo Các mối quan hệ giữa NDVI và tính chất đất được xác định bằng phân tích tương quan Kết quả như sau Mật độ khối lượng đất và NDVI tương quan tuyến tính tương đối Độ rỗng đất và NDVI tương quan tuyến tính Hàm lượng nước của khối lượng đất có tương quan bậc hai với NDVI, do đó hàm lượng đáy của đất

và hàm lượng đạm tổng của đất Cả logarit của hàm lượng chất hữu cơ trong đất và logarit của kali cung cấp cho đất đều có tương quan chức năng khối với NDVI Hàm lượng phosphorus có trong đất và NDVI có thể tương quan hàm nghịch đảo Kết luận rằng phản ứng của lớp phủ thực vật đối với các tính chất của đất cho thấy

sự gián đoạn ở một mức độ nhất định, và mỗi phản ứng khác với phản ứng khác khi các tính chất của đất thay đổi trong phạm vi nhất định

Đặc điểm địa hình như một điều kiện môi trường sống toàn diện, quyết định ánh sáng, nhiệt độ, nước, tính chất đất và môi trường sống của thực vật trong không gian khác nhau, tác động trực tiếp đến sự phân bố các yếu tố tính chất đất và các thảm thực vật ( Chen Yao et al, 2006) [36]

1.2.1.2 Những nghiên cứu ảnh hưởng đến tính chất môi trường đất trên thế giới

Bảng 1.1: Tổng hợp những nghiên cứu ảnh hưởng đến tính chất môi trường đất trên thế giới

Nguồn Nguyên nhân/ yếu tố/ yếu tố

quyết định

Được sử dụng trong nghiên cứu

Barrow ,(1991)

Stocking và Murnaghan, (2001)

Sannwald

Huber-et al, (2006)

Lu et

et al, (2007)

Nguồn Nguyên nhân/ yếu tố/ yếu tố

quyết định

Được sử dụng trong nghiên cứu

Barrow ,(1991)

Stocking và Murnaghan, (2001)

Sannwald

Huber-et al, (2006)

Lu et

et al, (2007)

Ô nhiễm và các nguyên nhân

Luật và / hoặc chính sách không

1.2.1.3 Những nghiên cứu kim loại nặng trong đất nông nghiệp trên thế giới

Kim loại nặng là kim loại ổn định hoặc kim loại có mật độ lớn hơn 4,5(g/cm3),

cụ thể là Pb, Cu, Ni, Cd, Zn, Hg và Cr Chúng có tính ổn định và không thể bị phân hủy hoặc phá huỷ, do đó chúng có khuynh hướng tích tụ trong đất và trầm tích, có một

số nguồn kim loại nặng trong môi trường như sau: 1) Không khí bao gồm khai thác, luyện kim và lọc dầu, sản xuất và sử dụng các sản phẩm thương mại kim loại và xe cộ; 2) Nước có nước thải sinh hoạt, nước thải và nước thải công nghiệp, nhà máy nhiệt điện và ô nhiễm không khí; 3) Đất có - chất thải nông nghiệp và động vật, nước thải đô thị và công nghiệp, tro than đá, phân bón, hàng sản xuất phế thải và bụi phóng xạ trong khí quyển (BaishyaKarishma et al, 2014) [35]

Theo Nagajyoti et al, (2010) [41] Sự tích tụ kim loại nặng trong bề mặt đất bị ảnh hưởng bởi nhiều đối tượng môi trường, cũng như các hoạt động của con người, như sản xuất công nghiệp, giao thông, nông nghiệp và thủy lợi Các vùng đất rộng có thể bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng thải ra từ các nhà máy, lò đốt rác, nước thải công nghiệp, và từ việc áp dụng bùn hoặc ủ phân, thuốc trừ sâu và phân bón Bất kể nguồn nào nó cũng tích tụ kim loại nặng có thể làm suy giảm chất lượng đất, giảm sản lượng cây trồng và chất lượng nông sản, và do đó tác động tiêu cực đến sức khoẻ con người, động vật và hệ sinh thái

Điều quan trọng là xác định các nguồn kim loại nặng, ngoài việc định lượng hàm lượng của chúng và biến đổi không gian trong đất, sự nhiễm bẩn kim loại nặng và các yếu tố đất khác lên cấu trúc và sự phong phú của các loài trong cộng đồng tiên phong trên nền đất xỉ nhân tạo Hàm lượng kim loại nặng tăng cao ảnh hưởng tiêu cực đến sự phong phú của các loài thực vật bậc cao (Kaja Rola et al, 2015) [40]

Theo Pingguo Yang et al, (2014) [45] đối với đất nông nghiệp, các nguồn ô nhiễm chính của kim loại nặng là các hoạt động như tưới tiêu bằng nước thải, thuốc trừ sâu, phân bón nông nghiệp và phân hữu cơ, thải bỏ chất thải đô thị và công nghiệp và

ô nhiễm không khí từ xe cơ giới và đốt nhiên liệu hóa thạch Kim loại nặng trong đất nông nghiệp đã trở nên cao hơn mức cho phép Nó cũng đã trở thành một điểm nóng cho nghiên cứu về nghiên cứu khoa học môi trường đất đai quốc tế và đảm bảo tính bền vững của nó Các phương pháp thống kê đa biến bao gồm phân tích thành phần chính (PCA) và phân tích cụm (CA) là các công cụ thống kê được sử dụng trong quá trình xác định ô nhiễm Đã có nhiều báo cáo rằng các phương pháp PCA đã được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng địa hoá để xác định nguồn ô nhiễm đất và phân biệt

sự đóng góp tự nhiên với nhân tạo

1.2.2 Những nghiên cứu tại Việt Nam

Việt Nam, đất dốc chiếm 70% lãnh thổ đồng thời là địa bàn cư trú của hàng chục triệu người thuộc tất cả 54 dân tộc anh em, chủ yếu là các dân tộc thiểu số Dân

cư của 54 dân tộc thiểu số có khoảng gần 8 triệu người năm 1999, và hơn 10 triệu người tính đến 1/4/2008 Những năm gần đây, sự di cư từ đồng bằng, đô thị lên miền núi theo chủ trương của Nhà nước và di cư tự do ngày càng tăng đã làm cho dân cư vùng núi cao cũng trở nên đông đúc Điều này tạo nên sức ép về sử dụng, khai thác đất đồi núi để kiếm sống hằng ngày của người dân ở đây Trong phạm vi cả nước, đất dốc bao gồm các khu vực gò đồi, cao nguyên, núi thấp và núi cao phân bố ở cả 8 vùng sinh thái trong toàn quốc, với diện tích khoảng 24,862 triệu ha Tuy nhiên, ở hai vùng: Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long diện tích đất dốc chiếm một tỷ lệ rất nhỏ nên chủ yếu tập trung ở vùng núi phía Bắc, Tây Trung bộ và Tây Nguyên Trong cả 8 vùng sinh thái, nhóm đất đỏ vàng chiếm diện tích lớn nhất, sau đó là nhóm đất màu vàng đỏ trên núi và cuối cùng là nhóm đất xám bạc màu (Nguyễn Công Vinh và cs, 2011) [31]

Kết quả cho thấy khoảng 19% khối lượng đất quốc gia đã giảm năng suất sinh khối dai dẳng trong 25 năm qua Hầu hết các vùng đất thoái hoá đều có ở Đông Nam

Bộ và đồng bằng sông Cửu Long (17.984 km2), Tây Bắc (14.336 km2) và Tây Nguyên (13.504 km2) Nghiên cứu đã xác định 6 và 5 loại điểm nóng về suy thoái sinh thái xã hội ở các vùng nông nghiệp và rừng Những hạn chế về khả năng sẵn có của chất dinh dưỡng đất và khả năng duy trì chất dinh dưỡng đang lan rộng khắp các vùng trong cả nước (Quyet Manh Vu et al, 2014) [46]

1.2.2.1 Những nghiên cứu ảnh hưởng đến tính chất đất và độ dốc tại Việt Nam

Theo Tổng cục Thống kê năm 2014, hàng năm diện tích rừng bị phá, bị cháy lên đến 2.000 ha - 4.000 ha Trong đó tập trung chủ yếu ở khu vực Tây Nguyên (chiếm trên 40% tổng diện tích rừng bị phá, bị cháy), kế tiếp là Bắc Trung bộ và Duyên hải miền Trung (21%) Hệ quả làm mất một diện tích lớn lớp phủ thực vật dẫn đến đất bị rửa trôi và xói mòn đất Sự suy giảm diện tích rừng đã gây sức ép không nhỏ đối với môi trường, làm mất các chất dinh dưỡng trong đất, làm suy thoái và mất tính năng sản xuất của đất Hoạt động xây dựng các hồ trữ nước, công trình thủy lợi và khai thác nước ngầm phục vụ tưới tiêu và sản xuất nông nghiệp, cũng là một trong các nguyên nhân gây suy thoái tài nguyên đất, ảnh hưởng đến môi trường và cảnh quan sinh thái Dưới tác động của BĐKH và hoạt động phát triển KT - XH, thoái hóa đất ở nước ta có

xu hướng gia tăng cả về quy mô và mức độ thoái hóa do gia tăng quá trình xói mòn, rửa trôi, trượt lở đất, hoang hóa, ngập úng (Báo cáo tổng kết công tác BVMT giai đoạn

2011 – 2015) [7]

Theo Quyet Manh Vu et al, (2014) [46] đã chỉ ra cho đến nay, tại Việt Nam, phân tích xu hướng thời gian không được sử dụng để đánh giá sự thay đổi dài hạn năng suất sinh khối của đất ở quy mô quốc gia Hơn nữa, các nguyên nhân của suy thoái đất đã không được xác định một cách có hệ thống trên quy mô quốc gia và theo cách không rõ ràng về không gian Và đã chỉ ra; (i) xác định các điểm nóng về địa lý của sự suy giảm năng suất sinh khối do con người gây ra ở Việt Nam trong hai thập kỷ qua, và (ii) xác định các điểm nóng khác nhau đối với các nguyên nhân xã hội và sinh thái khác nhau của suy thoái sinh khối Các phát hiện có thể cung cấp một mô hình trên toàn quốc có thể hướng dẫn các nghiên cứu tiếp theo được thực hiện trên các quy

mô tốt hơn về những gì tập trung để thông qua

Xét về cấu trúc đất, nhìn chung các hệ thống canh tác đã làm tăng dung trọng dẫn đến giảm độ xốp của đất, việc sử dụng phân bón tăng năng suất sinh khối và hàm lượng hữu cơ trong đất Ở đất canh tác, sự mất cấu trúc đất xây ra ở trạng thái mất hạt kết đất < 0,10 mm Trên đất chưa canh tác sự tích lũy hạt kết đất khoảng 55,6%, trong khi trên đất canh tác chỉ còn 30 % Song, có sự tăng lên của hạt kết lớn được hình thành Khả năng thấm nước thấp nhất đất không được che phủ tốt Thực hiện canh tác theo băng, luân canh cây phủ đất, và cày vùi tàn dư hữu cơ có thể duy trì SOC từ 1 đến 2% Biện pháp canh tác truyền thông đốt sinh khối hữu cơ làm cho SOC giảm mạng và

độ chặt của đất tăng lên (Thái Phiên và cs, 2001) [22]

Theo Nguyễn Thị Kim Anh (2006) [1] chỉ ra rằng thảm thực vật có tác động qua lại và làm ảnh hưởng, biến đổi tính chất đất, tại các độ dốc khác nhau từ đó làm tăng độ phì (tăng hàm lượng mùn, đạm, K2O, P2O5, độ pH, Ca2+, Mg2+ trao đổi) ở vùng đồi tỉnh Thái Nguyên

Theo Giáp Thị Hồng Anh (2007) [2] đã chỉ ra các chỉ tiêu (hàm lượng mùn, độ

ẩm, hàm lượng N,P,K và các cation Ca2+, Mg2+ trao đổi) trong đất nhìn chung đều biến đổi theo quy luật tăng dần khi độ che phủ của thảm thực vật tăng lên, khi nghiên cứu một số đặc điểm của thảm thực vật thứ sinh và tính chất đất tại xã Canh Nậu, huyên Yên Thế, tỉnh Bắc Giang

Đất có độ dốc lớn, quá trình xói mòn rửa trôi xẩy ra mạnh làm cho đất có thành phần cơ giới nhẹ, đất chua, nghèo mùn và các chất dinh dưỡng dễ tiêu Đây là những yếu tố hạn chế trực tiếp trong đất làm cho năng suất cây trồng nương rẫy đạt thấp Tỷ

lệ che phủ rừng thấp, mức độ bốc hơi nước gia tăng trong khi khả năng giữ nước của đất thấp nên ít có khả năng đáp ứng nhu cầu của cây trồng khi không có mưa trong thời gian kéo dài nhiều ngày Ngược lại khi có mưa lớn sẽ gây xói mòn rủa trôi và gây bất cập về khả năng cung cấp nước cho cây trồng (Nguyễn Xuân Cự và cs, 2007) [8]

Lương Đức Toàn và cs, (2016) [24] cho rằng tính chất đất vùng Tây Bắc có

xu thế chua hơn, hàm lượng cácbon hữu cơ tổng số giảm, đặc biệt là các loại đất vàng đỏ trên núi cao, đất đỏ trên đá vôi, đất đỏ vàng trên đá sét, hàm lượng lân dễ tiêu có xu hướng thấp hơn, hàm lượng kali dễ tiêu có xu hướng cao hơn, ngoài trừ các đất đỏ nâu trên đá vôi và đất đỏ vàng trên magma axit, độ no bazơ trong đất giảm

đi một cách rõ rệt, mặt khác nghiên cứu chỉ ra những yếu tố hạn chế chính trong đất nông nghiệp vùng Tây Bắc là: địa hình dốc; đất chua, hàm lượng hữu cơ và các chất dinh dưỡng thấp, đá lẫn nhiều Lượng mưa phân bố không đều, mùa khô kéo dài và tần xuất hiện nhiệt độ thấp và sương muối khá cao ảnh hưởng rất lớn đến sản xuất nông nghiệp trong vùng

Bùi Hải An và cs, (2016) [3] Cho rằng việc so sánh giữa các tính chất đất hiện tại với sự biến động các tính chất này trong 40 năm qua, pHKCl của các nhóm đất hiện đều ở mức thấp, đặc biệt là nhóm đất phèn Hàm lượng OC trong đất phèn đặc biệt cao, sắt di động trong nhóm đất mặn cao, tổng cation bazơ trao đổi thấp là những yếu

tố hạn chế của nhóm đất này Từ phân tích mối tương quan giữa các tính chất đất và năng suất lúa cho thấy, các yếu tố lân tổng số ở đất phù sa; kali tổng số ở đất phèn; sunphat hòa tan, tổng muối tan và kali tổng số ở đất mặn là các chỉ tiêu có ảnh hưởng đến năng suất lúa

Tình hình sử dụng phân bón, thuốc BVTV trong nông hộ còn tùy tiện, mất cân đối nên chưa đạt hiệu quả cao, làm gia tăng phát thải ảnh hưởng đến môi trường, năng suất và sản lượng cây trồng, Bón thừa đạm (nitơ) sẽ thúc đẩy phát thải khí nhà kính (NH3, NO2) Ôxit nitơ là khí nhà kính nghiêm trọng thứ ba, chỉ sau CO2 và mê-tan, đồng thời cũng phá hủy lớp ozone ở tầng bình lưu Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, nông nghiệp chiếm khoảng 80 % phát thải khí ôxit nitơ do con người gây ra trên toàn thế giới, đã tăng lên đáng kể trong những năm gần đây, chủ yếu là do tăng sử dụng phân bón nitơ Phân bón nitơ thúc đẩy phát thải khí nhà kính bằng cách kích thích các vi khuẩn trong đất sản sinh ra oxit nitơ nhiều hơn Ôxit nitơ là khí nhà kính nghiêm trọng thứ ba, chỉ sau CO2 và mê-tan, đồng thời cũng phá hủy lớp ozone ở tầng bình lưu (Nông Văn Huấn, 2014) [17]

1.2.2.2 Những nghiên cứu ảnh hưởng đến tính chất đất tại Việt Nam

Bảng 1.2: Tổng hợp những nghiên cứu ảnh hưởng đến tính chất môi trường đất tại Việt Nam

Nguồn Nguyên nhân/ yếu tố/ yếu tố

quyết định

Được sử dụng trong nghiên cứu

Thái Phiên

và cs, (2001)

Nguyễn Ngọc Nông, (2003)

Nguyễn Thế Đặng và cs, (2003)

Lê Quốc Doanh và

cs, (2006)

Nguyễn Thị Kim Anh (2006)

Nguyễn Xuân Cự và

Bảng 1.2: Tổng hợp những nghiên cứu ảnh hưởng đến tính chất môi trường đất tại Việt Nam (tiếp theo)

Nguồn Nguyên nhân/ yếu tố/ yếu tố

quyết định

Được sử dụng trong nghiên cứu

Đặng Thị

An và cs, (2008)

Đỗ Thị Đức Hạng

và cs, (2011)

Nguyễn Xuân Thành và

cs, (2011)

Nông Văn Huấn, (2014)

Nguyễn Thị Minh Hạnh, (2015)

Lương Đức Toàn

và cs, (2016)

Các nghiên cứu khác

1.2.2.3 Vấn đề ô nhiễm đất trong canh tác nông nghiệp tại Việt Nam

Sử dụng phân bón không đúng cách đã và đang để lại dư lượng phân bón cây trồng không hấp thụ, điều này tác động tiêu cực đến hệ sinh thái nông nghiệp, làm ô nhiễm nguồn nước, đất nông nghiệp Theo số liệu thống kê từ năm 1985 đến nay, diện tích gieo trồng ở nước ta chỉ tăng 57,7 % nhưng lượng phân bón hóa học sử dụng tăng tới 51,7 %, có khoảng 2/3 lượng phân bón hàng năm cây trồng chưa được sử dụng, gây lãng phí tiền bạc của nhân dân Đặc biệt, dưới góc độ môi trường, hàng năm một lượng lớn phân bón được rửa trôi hay bay hơi đã làm ô nhiễm môi trường sản xuất nông nghiệp và môi trường sống, đó là một trong những tác nhân gây ô nhiễm đất, nước, không khí

Trong những năm qua, nhu cầu sử dụng thuốc bảo vệ thực vật ngày càng gia tăng Theo báo cáo của Cục bảo vệ thực vật, ước tính đến nay, có khoảng hơn 3.000 loại thuốc bảo vệ thực vật đang được sử dụng với khối lượng trên 100.000 tấn/năm Lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật trong phòng trừ dịch hại, không tuân thủ các quy định

về sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, thiếu kiến thức về sử dụng thuốc bảo vệ thực vật đã dẫn đến tình trạng tồn dư lượng lớn thuốc bảo vệ thực vật trong đất, ảnh hưởng xấu đến môi trường đất và con người

Hoạt động chăn nuôi gia súc cũng ngày càng phát triển, mở rộng về quy mô và diện tích Chất thải từ các hoạt động chăn nuôi, gia súc, gia cầm hầu như không được

xử lý đúng kỹ thuật, xả thải trực tiếp ra môi trường cũng là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm đất, nước (Nguyễn Thị Minh Hạnh, 2015) [12]

Theo Dương Thị Thơm, (2012) [25] kết luận trong nghiên cứu đất nông nghiệp huyện Sóc Sơn thấy thành phần các chất dinh dưỡng trong đất không cao, đất chua, hàm lượng kali và đạm tổng số thấp; hàm lượng cacbon hữu cơ, lân tổng số và dễ tiêu đều ở mức trung bình đến khá; hàm lượng các cation trao đổi và khả năng hấp thụ trao đổi cation thấp Nguyên nhân chủ yếu là do nguồn gốc phát sinh của đất, mặt khác do

sử dụng thâm canh, áp dụng kỹ thuật trong nông nghiệp còn chưa hợp lý, việc tăng vụ cây trồng, sử dụng chưa hợp lý phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật dẫn đến chất lượng đất bị suy giảm Mặt khác, do các hoạt động sản xuất công nghiệp - TTCN, làng nghề, xây dựng cơ sở hạ tầng; hoạt động thu gom và xử lý chất thải chưa triệt để trên địa bàn huyện đã góp phần làm suy giảm chất lượng đất trong khu vực

Theo Nguyễn Xuân Thành và cs, (2011) [26] cho rằng, nước tưới là một yếu tố không thể thiếu được trong mọi quá trình trồng trọt Chính vì vậy, nhiều nhà khoa học coi nước tưới như là một thứ "dinh dưỡng" cho cây Sử dụng nước tưới không chỉ đem

lại cho thực vật nước mà còn cung cấp cho chúng một số nguyên tố có trong nước Sử dụng hợp lý nguồn nước thải tưới đồng ruộng sẽ tận dụng được lượng Nitơ, Photpho, Kali trong nước, có lợi cho cây trồng Nhưng nếu như nước thải chứa một lượng chất

ô nhiễm chưa qua xử lý đã được dùng tưới bừa bãi, thì có thể đưa các chất có hại trong nguồn nước vào đất gây ô nhiễm

Trong thực tế sản xuất việc bón quá nhiều phân hóa học làm cho phẩm chất nông sản bị giảm sút rõ rệt Bón quá nhiều N có thể dẫn đến nhiều bất lợi cho cây trồng (cây ngũ cốc kéo dài thời gian sinh trưởng, chín muộn, lốp đổ trước khi chín; cây bộ đậu không có quả, hạt) và ảnh hưởng xấu đến chất lượng các nông sản làm tăng tỷ lệ nước

và NO3 gây bất lợi cho người sử dụng, làm giảm tỷ lệ Cu trong cỏ có thể gây vô sinh cho bò sinh sản Bón thừa kali làm giảm lượng Mg trong thức ăn gia súc, làm động vật nhai lại dễ mắc bệnh co cơ đồng cỏ (Nguyễn Như Hà, 2011) [16]

Theo Nguyễn Như Hà và cs, (2011) [16], bón phân không hợp lý, không đúng kỹ thuật có thể làm cho môi trường xấu đi do các loại phân bón có thể tạo ra các chất gây ô nhiễm môi trường Các phân hữu cơ có thể tạo ra nhiều chất khí

CH4, CO2, H2S, , các ion khoáng NO3 Các loại phân hóa học có thể tạo ra các hỗn hợp chất đạm ở thể khí dễ bay hơi hay các ion khoáng dễ bị rửa trôi nhất là

NO3 ; các phân kali hóa học là các phân có khả năng gây chua

Đỗ Thị Đức Hạnh và cs (2011) [14] đã chỉ ra ven các khu vực đô thị hóa, nơi tập trung dân cư với mật độ cao; ven các khu vực sản xuất nông nghiệp; các làng nghề; đất nông nghiệp đã phần nào chịu tác động của các chất thải theo hướng càng xa nguồn thải, mức độ ảnh hưởng càng giảm Khu vực chịu tác động của chất thải làng nghề sản xuất công nghiệp có nguy cơ nhiễm độc do độ dẫn điện của đất cao, tuy nhiên đất lại giảm độ chua do pH được cải thiện Các chất thải của đô thị, của sản xuất công nghiệp và làng nghề cũng góp phần làm tăng hàm lượng N % và OC% Tuy nhiên, P2O5 % trong đất nông nghiệp lại giảm, ảnh hưởng đến năng suất cây trồng Đất nông nghiệp ven khu công nghiệp đã bị ô nhiễm đồng, nhiễm mặn

Hoạt động khai thác mỏ kim loại nặng cũng là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm đất cho khu vực xung quanh Mỏ kẽm chì Làng Hích thuộc xã Tân Long – Huyện Đồng Hỷ – Tỉnh Thái Nguyên là một mỏ được khai thác từ thời thực dân Pháp, đến năm 1980 được khôi phục lại Hiện nay đang khai thác theo công nghệ tuyển quặng ướt, vì vậy bãi xỉ thải của mỏ là một trong những khu vực có nguy cơ gây

ô nhiễm cao cho đất, nước (Đặng Thị An và cs, 2008) [4]

Theo Nguyễn Ngọc Nông, (2003) [21] Khi nghiên cứu hàm lượng của các

nguyên tố Cd, Pb và As trong đất ở Bắc Kạn và ở Thái Nguyên, xác nhận rằng hàm lượng các nguyên tố này càng lớn đối với vùng gần đô thị, khu công nghiệp và khu dân cư tập trung Tuy hàm lượng các nguyên tố chưa vượt quá tiêu chuẩn cho phép nhưng hàm lượng Cd, Pb và As khá cao trong vài loại đất ở vùng thành phố Thái Nguyên đang là sự cảnh báo về môi trường

Theo Lê Thị Thủy và cs, (2008) [27] cho thấy lượng chưa Cu trung bình (ppm) trong các nhóm đất nông nghiệp Việt Nam tăng dần theo thứ tự sau: đất cát biển (6,2), đất xám (9,6), đất phù sa (22,4), đất phèn (24,6), đất mặn (41,9) Trong 5 loại đất này, lượng chứa Cu đều nằm dưới ngưỡng cho phép của TCVN 7209-2002 đối với đất nông nghiệp (50 ppm), duy nhất đáng báo động đối với loại đất đỏ có hàm lượng Cu vượt TCVN (58,3 ppm) Trong các nhóm đất nghiên cứu hàm lượng Pb đều dưới ngưỡng TCVN 7209-2002 (70 ppm), cao nhất ở đất mặn (44,7 ppm) và thấp nhất ở đất cát biển (10,9) Tương tự hàm lượng Zn nằm ở ngưỡng an toàn so với TCVN (200 pmm) cao nhất ở đất đỏ (99,1 ppm) và thấp nhất ở đất cát biển (19,0 ppm)

và các hoạt động của con người đối với tính chất môi trường đất dốc Do đó việc nghiên cứu đặc điểm tính chất môi trường đất dốc huyện Phú Lương là có ý nghĩa và tương đối mới

Các nghiên cứu về các mối tương quan giữa lan truyền các tính chất môi trường đất tại các độ dốc chưa nhiều nên các phương pháp luận về mối tương quan giữa các yếu tố để tham khảo là rất ít Điều đó làm cho công tác thu thập thông tin và đánh giá

về vấn đề này gặp nhiều khó khăn Do đó, luận văn chọn hướng nghiên cứu với cách tiếp cận mang tính cụ thể và kế thừa có chọn lọc nhằm tập trung phân tích, đánh giá đặc điểm mối quan hệ giữa các yếu tố môi trường, tính chất môi trường đất với độ dốc, đồng thời kết hợp các phần mềm được ứng dụng nhiều trong nghiên cứu khoa học để chỉ ra các đặc điểm của đất dốc

Chương 2

ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

- Các nhân tố ảnh hưởng đến tính chất môi trường đất dốc như: Độ dốc, độ cao, lượng mưa trung bình năm, thực vật (chỉ số NDVI)

- Một số tính chất môi trường đất dốc: pH, Đạm tổng số (N tổng số), Mùn tổng

số (OM tổng số), K2O dễ tiêu, P2O5 dễ tiêu, Ca2+, Mg2+, Pb, As, Cd, theo độ dốc

- Tương quan giữa độ dốc với các yếu tố môi trường, hoạt động của con người và tính chất môi trường đất tại các vị trí dốc

2.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

- Địa điểm nghiên cứu: Đất dốc tại Xã Yên Ninh, Yên Lạc, Động Đạt, huyện

Phú Lương, tỉnh thái nguyên

- Thời gian nghiên cứu từ: 30/08/2016 đến 30/07/ 2017

2.3 Nôi dung nghiên cứu

- Đặc điểm đất dốc theo các cấp độ dốc và tầng dày tại huyện Phú Lương:

+ Phân loại theo cấp độ dốc tại huyện Phú Lương;

+ Phân loại theo tầng dày của đất dốc tại huyện Phú Lương;

+ Hiện trạng loại đất theo cấp độ dốc trên địa bàn huyện Phú Lương

- Nghiên cứu các yếu tố tác động đến tính chất môi trường đất dốc dựa vào phân tích tương quan giữa các yếu tố tài nguyên sinh khí hậu trên địa bàn huyện phú Lương:

+ Tương quan giữa các yếu tố tài nguyên sinh khí hậu tại tiểu vùng 1, vùng 2, vùng 3 trên địa bàn huyện Phú Lương

+ Ý nghĩa lý thuyết và thực tiễn trong hoạt động của con người đối với tài nguyên sinh khí hậu

+ Hiện trạng sử dụng đất theo chỉ số thực vật (NDVI) và độ dốc

- Nghiên cứu đặc điểm tính chất môi trường đất dốc dựa trên phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất môi trường đất dốc tại huyện Phú Lương:

+ Phân tích một số tính chất đất theo độ dốc với chỉ số thực vật (NDVI);

+ Phân tích một số hàm lượng kim loại nặng theo độ dốc với mục đích sử dụng đất nông nghiệp tại huyện Phú Lương;

+ Phân tích hóa chất BVTV theo mục đích sử dụng đất nông nghiệp

- Đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường đất dốc trên địa bàn huyện Phú Lương

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Phương pháp thu thập số liệu

- Thu thập thông tin số liệu thứ cấp: Thu thập các số liệu thứ cấp về điều kiện tự

nhiên, kinh tế, xã hội, tình hình sản xuất nông lâm nghiệp, môi trường của huyện Phú

Lương, các số liệu thu thập gồm: Hiện trạng sử dụng đất, hiện trạng rừng, thổ nhưỡng,

địa hình, độ dốc, phân vùng sinh thái; số liệu về tài nguyên đất

- Phương pháp điều tra khảo sát thực địa: Điều tra, khảo sát địa điểm lấy mẫu,

các thông tin liên quan khác; điều tra, đối soát, bổ sung, chỉnh lý các yếu tố nội dung

cơ sở địa lý trên bản đồ; điều tra, kiểm tra, đối soát kết quả để đối chứng những thông tin

giải đoán ảnh

2.4.2 Phương pháp chọn điểm nghiên cứu

- Phần vùng nghiên cứu: Dựa và điều kiện tự nhiên của huyện trên vùng nghiên cứu tác giả lựa chọn các xã có tính đại diện cho vùng, góp phần thuận lợi hơn cho việc thực hiện mục tiêu nghiên cứu Huyện chia thành 3 vùng sau:

+ Vùng 1: Gồm các xã Yên Ninh, Yên Trạch, Yên Đổ, Ôn Lương, Hợp Thành, Phủ Lý; địa hình núi cao, chia cắt phức tạp tạo ra nhiều khe suối [32], [62]

+ Vùng 2: Gồm các xã Yên Lạc, Phú Đô, Tức Tranh, Vô Tranh; địa hình núi cao

và xen kẽ bằng phẳng, địa chất phức tạp [32], [62]

+ Vùng 3: Gồm các xã Thị trấn Đu, Giang Tiên, Động Đạt, Phấn Mễ, Cổ Lũng, Sơn Cẩm; địa hình bằng phẳng, địa chất phức tạp [32], [62]

- Chọn xã để khảo sát lấy mẫu đất: Yên Ninh; Yên Lạc; Động Đạt

2.4.3 Phương pháp phân tích các yếu tố tác động

- Phương pháp xác định độ cao, độ dốc: Được xác định từ mô hình số độ cao (DEM) từ nguồn htt://earthexplorer.usgs.gov, xây dựng trên phần mềm ArcGIS [28], [68] Để đánh giá khách quan tác giả chia thành các cấp độ dốc sau:

+ Cấp 1 Đất bằng: dưới 30; + Cấp 4 Đất dốc hơi mạnh: từ 15÷ 200; + Cấp 2 Đất dốc nhẹ: từ 3÷ 80; + Cấp 5 Đất dốc mạnh: từ 20÷250;

+ Cấp 3 Đất dốc vừa: từ 8÷ 150; + Cấp 6 Đất dốc rất mạnh: > 250

- Phương pháp xác định yếu tố lượng mưa trung bình năm: Bản đồ lượng mưa được xây dựng dựa vào số liệu lượng mưa trung bình năm của các trạm đo mưa (Dữ liệu về khí tượng [59], [70]), bằng phương pháp nội suy không gian trên phần mềm ArcGis [13], [20], [28]

- Phương pháp xác định chỉ số thực vật: Chỉ số khác biệt thực vật NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) được xác định từ ảnh LANDSAT 8 độ phân giải 30x30m, được chụp tháng 6 năm 2016 từ nguồn htt://earthexplorer.usgs.gov Xây dựng trên phần mềm ArcGis và đối soát với phần mềm giải đoán ảnh ENVI 4.7 với bằng công thức sau [65]:

Trong đó: NIR, RED lần lượt là giá trị phản xạ phổ kênh cận hồng ngoại và

kênh đỏ NDVI có giá trị trong khoảng -1 ≤ I ≤+1; trường hợp cần tổ hợp hoặc tính toán

với các kênh khác, giá trị của NDVI có thể được chuyển thành 256 giá trị (8 bit) Dựa trên mối tương quan giữa các yếu tố tài nguyên khí hậu và chỉ số thực vật NDVI ở trên, đối sánh với bản đồ hiện trạng lớp phủ rừng có thể đề xuất khoảng dao động NDVI cho một số đối tượng sau:

Bảng 2.1: Phân loại NDVI theo chất lượng thực vật trong lớp phủ bền mặt đất Giá trị NDVI Lớp phủ bề mặt đất

> 0,1 Khu vực cẵn cỗi của đá; cát; mặt nước; bê tông

0,1 - 0,2 Đất đá cằn cỗi, cây bụi

0,2 - 0,3 Cây bụi và trảng cỏ; đất nông nghiệp để trống

0,3 - 0,6 Trảng cỏ, cây trồng nông nghiệp, rừng thưa

> 0,6 Rừng nhiệt đới

(Nguồn: NASA, 2013 [66])

2.4.4 Phương pháp lấy mẫu đất phân tích

- Phương pháp lấy mẫu đất: Mẫu đất dốc được lấy tại 3 xã đại diện cho 3 tiểu

vùng đất dốc trên địa bàn huyện Phú lương Lấy mẫu và chuẩn bị mẫu theo TCVN 7538/2:2005- Chất lượng đất - Lấy mẫu và TCVN 5297: 1995 - Chất lượng đất - Lấy mẫu - yêu cầu chung Các mẫu được lấy ở tầng mặt (0 - 20 cm) Tuỳ theo hình dáng

và địa hình mảnh đất lấy 3 - 5 điểm phân bố đều trên toàn diện tích theo quy tắc lấy theo đường chéo, đường vuông góc hay đường dích dắc Các mẫu ban đầu được thu gom lại thành một hỗn hợp chung có khối lượng ít nhất 1 kg Từ mẫu hỗn hợp chung, chọn thành mẫu hỗn hợp trung bình có khối lượng khoảng 0,5kg Các mẫu đất được lấy yêu cầu phải ghi rõ tên mẫu, địa điểm, thời gian lấy, đựng trong túi plastic hoặc

nilon Các tọa độ, độ cao, khoảng cách của các điểm lấy mẫu (bảng 2.2) được xác định

bằng cách sử dụng một hệ thống định vị GPS di động Ngoài ra, các mẫu được lấy chỉ sau hai ngày liên tục mà không có mưa Do sự phân tán về độ cao, độ dốc điều kiện thời tiết khắc nghiệt và cơ sở vật chất chưa phát triển cộng với kinh phí còn hạn chế, nên việc lấy mẫu trong khu vực rất khó khăn Vì vậy, các địa điểm lấy mẫu trong nghiên cứu này phân bố không đồng đều

Bảng 2.2: Tọa độ và vị trí lấy mẫu đất khu vực nghiên cứu

STT Ký hiệu Địa điểm (xã) Cây trồng Tọa độ

Kinh độ Vĩ độ

1 Đ 1 Động Đạt Cây bụi 105°43'15,4"E 21°45'28,0"N

2 Đ 2 Động Đạt Cây bụi 105°43'17,0"E 21°45'28,0"N

3 Đ 3 Động Đạt Cây bụi 105°43'18,4"E 21°45'28,9"N

4 Đ 4 Yên Lạc Keo Non 105°44'54,4"E 21°46'52,7"N

5 Đ 5 Yên Lạc Keo Non 105°44'54,0"E 21°46'52,1"N

6 Đ 6 Yên Lạc Keo Non 105°44'54,4"E 21°46'51,2"N

7 Đ 7 Yên Ninh Keo Lâu năm 105°45'16,9"E 21°52'39,7"N

8 Đ 8 Yên Ninh Keo Lâu năm 105°45'17,2"E 21°52'38,7"N

9 Đ 9 Yên Ninh Keo Lâu năm 105°45'17,4"E 21°52'37,9"N

16 KĐ 7 Yên Ninh Lúa 105°44'35,5"E 21°52'25,4"N

17 KĐ 8 Yên Ninh Chè 105°45'52,3"E 21°53'07,2"N

18 KĐ 9 Yên Lạc Chè 105°45'42,5"E 21°47'02,0"N

19 KĐ 10 Yên Lạc Keo 105°45'42,5"E 21°47'23,8"N

20 KĐ 11 Yên Lạc Lúa 105°45'29,2"E 21°46'33,8"N

21 YN_C Yên Ninh Chè 105°45'34,8"E 21°52'37,6"N

22 YN_L Yên Ninh Lúa 105°45'28,3"E 21°53'05,9"N

23 YN_K Yên Ninh Keo 105°45'20,2"E 21°52'38,3"N

24 YL_L Yên Lạc Lúa 105°44'55,5"E 21°47'16,6"N

25 YL_C Yên Lạc Chè 105°44'34,0"E 21°46'45,1"N

- Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm: Tiến hành phân tích các chỉ

tiêu đất theo các tiêu chuẩn và phương pháp hiện hành Phương pháp phân tích các chỉ

tiêu được thể hiện dưới (bảng 2.3):

Bảng 2.3: Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích đất STT Chỉ tiêu phân tích Phương pháp phân tích

5 P dễ tiêu (mg/100g) Phương pháp Oniani (TCVN 5256 : 2009)

6 Kali dễ tiêu (mg/kg) Phương pháp quang phổ phát xạ;

- Phương pháp xử lý số liệu:

+ Phân tích thống kê được thực hiện bằng phần mềm SPSS v.22.2, phân tích mô

tả đã thu được bằng cách sử dụng các biến sau: trung bình cộng, trung vị, giá trị tối đa, tối thiểu, (SD) độ lệch tiêu chuẩn, (CV%) hệ số biến thiên Ngoài ra, một số chỉ số tính chất môi trường đất đã được tính toán để xác định mức độ tương quan (Pearson Correlation) giữa tính chất môi trường đất và các yếu tối môi trường Chạy đồng thời

nhiều dạng phương trình hồi qui để tìm dạng đường phù hợp nhất (Cure Estimation)

để xây dựng hàm hồi quy giữa các yếu tố tài nguyên sinh khí hậu với nhau

+ Sử dụng XLSTAT 2017, tiến hành phân tích đa biến sử dụng các phương pháp thành phần chính (Principle Component Analysis – PCA), thống kê tóm tắt và kiểm tra thông thường của bộ dữ liệu đã được thực hiện PCA có thể được sử dụng để giảm dữ liệu và để trích xuất một số lượng nhỏ các yếu tố độc lập (thành phần chính)

để tìm mối quan hệ giữa các biến quan sát Cụ thể khi phân tích thành phần chính tức

là đi tìm những trục để quan sát, mô tả tốt nhất, trung thực nhất tập hợp vị trí lấy mẫu tại các độ dốc và chỉ tiêu tính chất môi trường Việc tìm các thành phần chính (trục chính Fi) được thực hiện như sau: tìm trục chính thứ nhất (F1) là trục mà quán tính nhỏ nhất, tức là đường thẳng qua tâm gần tập hợp điểm nhất Trục chính thứ hai (F2)

là trục qua tâm trực giao với trục chính thứ nhất và quán tính của tập hợp điểm theo nó

là nhỏ nhất Trục chính thứ ba (F3) là trục qua tâm, trực giao với hai trục chính thứ nhất (F1) và thứ hai (F2) và gần tập hợp điểm nhất sau hai trục trên Tiếp tục như vậy đến bước thứ i, ta được một hệ i vectơ trực giao tạo thành siêu phẳng i chiều mà tập hợp điểm thể hiện trên đó là rõ nhất Tuy nhiên trong thực tế, khi đã tìm được một số trục chính có tỉ lệ đóng góp tương đối tốt (thường F1 và F2), ta có thể dừng lại để quan sát Qua hình ảnh thu được, có thể thấy các vị trí nào gần nhau, vị trí nào xa nhau, giúp quan sát rõ hơn và đưa ra những nhận xét thích hợp Cách tìm các trục toạ độ được phân tích xây dựng trên cơ sở toán học Phân tích chùm dựa vào khoảng cách (Agglomerative Hierarchical Clustering - AHC), Phương pháp xuất phát từ việc coi các dữ liệu là một tập hợp con và tìm cách ghép các tập con này thành một số lớp theo các mức khác nhau Hình ảnh thu được sau khi ghép các tập con sẽ cho cái nhìn trực quan về mối liên hệ giữa các dữ liệu thu thập được Có nhiều phương pháp xác định mối liên quan giữa các vị trí Mỗi cách xác định mối liên quan tương ứng với một cách lập cây phân loại dựa trên các vị trí đó Với hai vị trí lấy mẫu khác nhau, hai cây phân loại lập được có thể sẽ khác nhau, do đó hình ảnh thu được tương ứng cũng khác nhau Hiện nay, với sự hỗ trợ của máy tính, việc phân loại và đánh giá mối liên quan giữa các vị trí lấy mẫu trở nên đơn giản Chỉ cần chọn thông số ô nhiễm thích hợp và số vị trí lấy mẫu cần phân chia sẽ thu được một hình ảnh trực quan về những thông tin chứa đựng trong các số liệu thu được [15], [45]

+ Ứng dụng GIS (ArcGis v.10.2), sử dụng công cụ tạo điểm ngẫu nhiên (Create Random Points) [56] để lấy 250 giá trị cao nhất của các yếu tố độ dốc, chỉ số NDVI,

lượng mưa trung bình năm để loại bỏ tối đa các tác động của con người và kết nối các

giữa liệu với nhau bằng (Joins and relates) hoặc công cụ (Spatial Join) [57] Sử dụng công cụ (Add Data) [58] để xuất các tọa độ điểm mẫu thu thập được trên bản đồ, ngoài

ra để đảm bảo tọa độ chính xác tác giả xuất các tọa độ điểm point của các giá trị tài nguyên sinh khí hậu ra (Excel 2010) đối chiếu với tọa điểm lấy mẫu Về phân bố

không gian tác giải sử dụng phép nội suy: IDW (Inverse Distance Weight) [63] để xác định tính chất đất IDW là phương pháp nội suy chỉ tính phụ thuộc vào khoảng cách

giữa các mẫu đất Nội suy Kriging trên công cụ môi trường (Geostaitical analyst) để

xác định, phân tích bán đồ Kriging là một nhóm các kỹ thuật sử dụng trong địa thống

kê để nội suy một giá trị của trường ngẫu nhiên (như độ cao z của địa hình) tại điểm không được đo đạc thực tế từ những điểm được đo đạc gần đó [67] Nó cũng có thể tạo

ra một nghiên cứu tương tác về các đặc tính không gian, đó là ô nhiễm đất do sự hiện diện của kim loại nặng trong trường hợp này Chính vì vậy tác giả sử dụng công cụ IDW trong phân tích thành phần tính chất đất, và Kriging trong phân tích nội suy hàm lượng kim loại nặng đối với vùng nông nghiệp dốc

2.4.6 Phương pháp ước lượng và giả thuyết nghiên cứu

Hình 2.1: Sơ đồ giả thuyết nghiên cứu

- Phương pháp ước lượng:

* Đối với tính chất đất:

+ Cây bụi: Tự nhiên không bón phân, không sử dụng hóa chất = 0 + Cây keo non: Khi trồng có dùng, phân lân, thuốc trừ cỏ = 2;

+ Cây keo lâu năm: Khi trồng sau

2 đến 3 năm có dùng, phân lân, thuốc trừ cỏ = 1;

+ Cây lúa: 1 năm 2 vụ có dùng, phân bón, hóa chất BVTV thường xuyên = 3;

* Đối với kim loại nặng:

+ Cây keo lâu năm: Sau 5 năm không dùng phân bón = 0, thuốc trừ cỏ = 1;

+ Cây chè lâu năm: Mấy trục năm thường xuyên dùng khi cần thiết, phân bón, thuốc sâu bệnh = 2; + Cây lúa: Mấy trục năm thường xuyên dùng, phân bón, thuốc trừ

cỏ, thuốc trừ sâu = 2 ( do tập trung tại vùng thấp quanh các dải dốc)

Nôi suy tại các trạm đo mưa quanh khu vực

Chương 3

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc điểm đất dốc theo các cấp độ dốc và tầng dày tại huyện Phú Lương

3.1.1 Phân loại theo cấp độ dốc tại huyện Phú Lương

3.1.1.1 Phân loại theo cấp độ dốc ở các tiểu vùng tại huyện Phú Lương

Theo cấp độ dốc, tác giả chia thành 6 độ dốc, tại 3 tiều vùng, để đánh giá vấn

đền đất dốc trên địa bàn huyện: Số liệu thống kê được tổng hợp trong (bảng 3.1) thể

hiện rõ ràng diện tích và tỷ lệ của từng cấp độ dốc tại 3 tiểu vùng trên huyện Phú Lương, từ bảng tổng hợp này có thể đưa ra các kết luận sơ bộ về địa bàn huyện Phú Lương và đưa ra hướng giải pháp bảo vệ môi trường đất dốc tại các tiểu vùng

Bảng 3.1: Phân loại theo cấp độ dốc ở các tiểu vùng tại huyện Phú Lương

(ha)

Tỉ lệ (%)