Kỹ thuật sinh học môi trường

Ở điều kiện nước không bị ô nhiễm, năng suất sinh khối của thực vật thuỷ sinh khá cao. Ở đó thực vật không bị tác động xấu của các yếu tố vật lý, hoá học và sinh học. Các loài thực vật[r]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2018

PGS.TS BÙI XUÂN DŨNG THS KIỀU THỊ DƯƠNG

Kü THUËT SINH HäC M¤I TR¦êNG

PGS.TS BÙI XUÂN DŨNG, THS KIỀU THỊ DƯƠNG

BÀI GIẢNG

KỸ THUẬT SINH HỌC MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2018

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, con người

đã không ngừng nâng cao điều kiện sống về vật chất cũng như những tiện nghi phục vụ cuộc sống của mình Tuy nhiên, đi cùng với những thành tựu đó lại là sự xuống cấp ngày càng nghiêm trọng về chất lượng môi trường sống Những chức năng cơ bản của môi trường không ngừng suy giảm Chất lượng không gian sống tiếp tục suy giảm mạnh thể hiện ở đất đai ngày càng bạc màu, xói mòn, sa mạc hoá, mặn hoá, phèn hoá, sự thất thường của dòng chảy kéo theo là hạn hán, lũ lụt, sự gia tăng các hiện tượng thời tiết cực đoan như bão, lũ… Bên cạnh đó sự tuyệt chủng của các loài ngày càng gia tăng, nhiều nguồn tài nguyên đang có nguy cơ cạn kiệt hoặc không có khả năng phục hồi Các chức năng chứa đựng và đồng hóa chất thải biểu hiện ở sự mất cần bằng về thành phần không khí, CO2 ngày càng tăng, sự ô nhiễm bụi, tiếng ồn và những chất khí độc hại ngày càng nghiêm trọng cùng với nó

là hiện tượng hiệu ứng nhà kính, thủng tầng ozon đang đe doạ trực tiếp đến đời sống của con người

Nhận thức được sự nghiêm trọng đó, con người đã có rất nhiều giải pháp khác nhau nhằm thay đổi thực tế tồi tệ này Nhiều giải pháp quản lý, giải pháp công nghệ

và giải pháp xã hội được thực hiện đã góp phần quan trọng trong việc bảo vệ môi trường Trong những giải pháp đó, giải pháp sử dụng sinh vật và hệ sinh thái để bảo

vệ và cải biến môi trường đang thể hiện những tính ưu việt hơn hẳn

Là một môn học bắt buộc trong chương trình đào tạo cử nhân khoa học môi

trường, trường đại học Lâm nghiệp, môn học “Kỹ thuật sinh học môi trường”

nhằm trang bị những kiến thức cơ bản về vai trò của sinh vật và hệ sinh thái với môi trường thông qua đó đưa ra được những giải pháp trong việc bảo vệ và cải thiện môi trường Với mục đích đó, bài giảng Kỹ thuật sinh học Môi trường được thiết lập Bài giảng bao gồm các nội dung chính như sau: Kỹ thuật sinh học bảo vệ môi trường đất; Kỹ thuật sinh học bảo vệ môi trường nước; Kỹ thuật sinh học bảo vệ môi trường không khí; Kỹ thuật xử lý chất thải hữu cơ; Kỹ thuật sinh học xử lý nước thải

Tài liệu biên soạn lần đầu nên không tránh khỏi thiếu sót, tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp của các chuyên gia, các nhà khoa học và bạn

bè đồng nghiệp để sửa chữa, bổ sung và hoàn chỉnh nội dung nhằm đáp ứng ngày càng tốt hơn yêu cầu của quá trình đào tạo

Nhóm tác giả

Chương 1

KỸ THUẬT SINH HỌC BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG ĐẤT

1.1 Kỹ thuật sinh học bảo vệ đất chống xói mòn

1.1.1 Khái niệm đất và quá trình hình thành

Con người được sinh ra trên mặt đất, sống và lớn lên nhờ vào đất và khi chết lại trở về với đất Tuy nhiên, không ít người lại có thái độ thờ ơ với thiên nhiên và môi trường nên không biết đất là gì? Đất sinh ra từ đâu? Đất quý giá thế nào? Và vì sao chúng ta cần bảo vệ nguồn tài nguyên đất?

Cho tới nay, có rất nhiều khái niệm về Đất Tuy nhiên, khái niệm được sử

dụng phổ biến về đất đó là: “Đất là vật thể thiên nhiên cấu tạo độc lập lâu đời do kết quả của quá trình hoạt động tổng hợp của 5 yếu tố hình thành đất: đá, sinh vật, khí hậu, địa hình và thời gian” (Docutraiep, 1789) Đây là một khái niệm đầu

tiên khá hoàn chỉnh về đất Các loại đá cấu tạo nên vỏ trái đất dưới tác động của khí hậu, sinh vật và địa hình trải qua một thời gian nhất định dần dần bị phá hủy, vụn nát ra rồi sinh ra đất Sau này nhiều nhà nghiên cứu cho rằng cần bổ sung thêm một số yếu tố khác đặc biệt là vai trò của con người Chính con người khi tác động vào đất đã làm thay đổi khá nhiều tính chất đất và nhiều khi đã tạo ra một loại đất mới chưa hề có trong tự nhiên, thí dụ: Đất trồng lúa nước

Nếu biểu thị khái niệm này dưới dạng công thức toán học thì ta có thể coi đất là hàm của một số yếu tố hình thành theo thời gian:

Đ = f (Đa, SV, KH, Đh, Nc, Ng)t Trong đó:

SV: Sinh vật; Ng: Hoạt động của con người;

Mỗi yếu tố đều đóng vai trò nhất định trong quá trình hình thành đất Đá (1)

là nền móng của đất Chính đá đã bị phá hủy và vỡ vụn ra tạo thành các phần khoáng chiếm tới gần 95% trọng lượng khô của trái đất Bởi vậy, thành phần khoáng vật và hóa học của đá có ảnh hưởng đến thành phần của đất Ví dụ: Nếu

đá chứa nhiều cát thì đất cũng nhiều cát, nếu đá chứa nhiều kali thì thường đất cũng giàu kali… Nếu đá dễ phá hủy thì tầng đất dày, nếu đá khó phá hủy thì tầng

đất mỏng… Tuy nhiên, nếu chưa có sinh vật (2) thì đá vụn vẫn chưa được gọi là

đất Những sinh vật đầu tiên sống trên đá nhờ vào nước và một ít chất dinh dưỡng,

khi chết đi chúng để lại xác hữu cơ trong đất dưới dạng chất hữu cơ màu đen gọi

là mùn Có sinh vật, có mùn thì đó mới là đất Chính nhờ chất mùn này mà thế hệ thực vật sống tiếp theo lại lấy chất dinh dưỡng từ đất để lớn lên rồi khi chết đi lại phân giải và tạo nên chất mùn của đất hình thành chu trình kín giữa đất và cây

Khí hậu (3) ảnh hưởng trực tiếp đến sinh vật và sự phá hủy của đá Nhờ năng

lượng ở dạng nhiệt nước, sinh vật mới sinh trưởng phát triển và đá mới phá hủy được Như vậy, có thể thấy các yếu tố nhiệt ẩm ảnh hưởng lớn đến sự hình thành đất Ở đới khí hậu cận cực, vào mùa băng giá toàn bộ các quá trình sinh vật đều ngừng lại, thậm chí nhiều quá trình sinh lý hóa ở trong đất cũng hạn chế vì nhiệt quá thấp, ngược lại ở đới khí hậu nóng ẩm quanh năm, các quá trình sinh vật, lý hóa xảy ra mạnh mẽ nên quá trình hình thành đất rất mạnh mẽ, đất rất dày, cây cối

mọc tốt Nước (4) trong đất và nước ngầm có ảnh hưởng đến sự hình thành đất

Nước là môi trường hòa tan nhiều chất hóa học, nếu đó là chất có hại cho cây như NaCl thì đất mặn và cây chết Nếu đó là các chất dinh dưỡng tốt cho cây thì đây lại là nguồn thức ăn, nếu các chất dinh dưỡng này bị di chuyển ra khỏi đất thì nước đã làm cho đất mất chất dinh dưỡng, đất có thể chua và nghèo đi… Nếu nước quá nhiều thì đất úng, thiếu không khí, các sinh vật trong đất và cây sẽ chết

Địa hình (5) đóng vai trò tái phân phối lại những năng lượng mà thiên nhiên cung

cấp cho mặt đất Trên cùng một khu vực, nhiệt lượng mặt trời nhận được là như nhau nhưng ở trên núi cao thì lạnh, có khi băng tuyết bao phủ, ở dưới thấp thì nóng, có khi nóng như vùng hoang mạc Cùng một lượng mưa như nhau nhưng nơi thấp thì úng nước, nơi cao vẫn hạn hán Chính vì vậy, đất trũng khác đất cao,

đất đồng bằng khác đất miền núi Thời gian (6) là một yếu tố đặc biệt Mọi yếu tố

ngoại cảnh muốn tác động vào đất, mọi quá trình xảy ra trong đất đều đòi hỏi một thời gian nhất định Vả lại chính bản thân chúng cũng biến đổi theo thời gian, khí hậu thời kỳ này nóng, thời kỳ sau lạnh, thời kỳ này là rừng nhiệt đới, thời kỳ sau trơ trụi như hoang mạc, vì vậy đất cũng biến đổi tiến hóa theo thời gian Vai trò

của con người (7) khác hẳn các yếu tố trên Qua hoạt động sống, nhờ các thành

tựu kỳ diệu của khoa học, con người đã tác động vào thiên nhiên nói chung và đất đai nói riêng một cách mạnh mẽ Tác động này có thể là tốt, vừa đem lại lợi ích cho con người vừa phù hợp với quy luật của tự nhiên như tưới nước cho đất khô, tiêu nước cho đất úng, bón phân cho đất xấu, trồng rừng trên đất trọc… Cũng có khi là tác động xấu làm ô nhiễm đất bằng chất độc hóa học hoặc bụi phóng xạ, phá rừng làm đất trơ trụi, xói mòn…

Quá trình hình thành đất thường diễn ra theo 4 giai đoạn (hình 1.1): Phá vỡ kết cấu của đá thông qua quá trình phong hóa, theo quá trình này đá sẽ bị phá vỡ kết cấu và hình thành nên các khe hở Các khe hở này sẽ là khoảng trống để các chất hữu cơ thâm nhập Chất hữu cơ xâm nhập sẽ tạo môi trường cho thực vật phát triển và bắt đầu hình thành các tầng đất Tầng đất hình thành sẽ giúp cho thực vật phát triển tốt hơn

Hình 1.1 Các giai đoạn hình thành đất (Karu, Abuja, 2013)

Trong các yếu tố kể trên, yếu tố nào là quan trọng nhất, đó là một câu hỏi rất khó có câu trả lời thỏa đáng Tuy nhiên, theo mối quan hệ của đất với người,

có thể coi con người và sinh vật là quan trọng nhất Sự tác động của con người vào sinh vật thường thông qua hoạt động làm thay đổi các loại hình sử dụng đất

sẽ thúc đẩy hoặc hạn chế quá trình hình thành đất Nếu tác động trong phạm vi hình thành đất sẽ giúp đất cân bằng không bị suy thoái Ngược lại, nếu tác động quá lớn sẽ dẫn đến quá trình suy thoái đất đai và sa mạc hóa Một trong những nguy cơ lớn nhất làm gia tăng quá trình suy thoái đất đó là hiện tượng xói mòn

1.1.2 Đặc điểm và bản chất của xói mòn

1.1.2.1 Khái niệm về xói mòn

Xói mòn là hiện tượng phá hủy và cuốn trôi đất theo nước (hình 1.2), gió hoặc trọng lực Như vậy, đối tượng của xói mòn là lớp đất mặt và động lực gây

ra xói mòn chính là sự lôi cuốn của gió, của dòng nước và của trọng lực

Đá bắt đầu bị

phân hủy

Xâm nhập chất hữu cơ

Hình thành tầng đất

Đất được hình thành giúp tv phát triển

Trong các loại xói mòn thì xói mòn do nước xảy ra trên các lưu vực sông là quan trọng nhất, gây tác hại nghiêm trọng nhất Đó cũng là địa bàn hoạt động trọng tâm của công tác phòng chống xói mòn Mặc dù chúng ta cũng đều biết nếu quá trình bào mòn vận chuyển làm mất đi lớp đất mặt màu mỡ trên diện tích rất lớn thì quá trình bồi tụ lại hình thành những đồng bằng phù sa châu thổ đất phì nhiêu như đồng bằng Bắc bộ, đồng bằng Nam bộ ở nước ta Nhưng trên thực

tế lợi ích đó không thể bù đắp được những thiệt hại ghê gớm do xói mòn gây ra

Hình 1.2 Các giai đoạn của quá trình xói mòn do nước gây ra

1.1.2.2 Bản chất vật lý của xói mòn do nước và quy luật lực học của xói mòn

Ở bất cứ 1 điểm nào trên mặt đất khi bị một lực tác dụng của nước nó sẽ sinh ra một phản lực Khi lực tác động của nước lớn hơn lực đề kháng của đất thì phát sinh ra xói mòn Vì vậy, bản chất vật lý của xói mòn đất là quá trình động lực học của nước bao gồm tác dụng công phá của giọt nước mưa và tác dụng đẩy, cuốn trôi của dòng chảy (Hình 1.2) Tất cả đều là quá trình biến từ thế năng thành động năng Nước chảy là một loại vận động của thể lỏng cho nên có thể nghiên cứu nó theo phương pháp động lực học

+ Tác dụng bào mòn của giọt nước mưa (pha bào mòn - bắn phá): Khi

mưa to các giọt nước mưa đập mạnh xuống mặt đất có thể sinh ra một động năng rất lớn làm tan rã các hạt đất và bắn tung lên rồi toé ra xung quanh, ở nơi bằng có thể bắn ngang xa tới 1 - 1,5 m, ở đất dốc những hạt đất bị vỡ đó thường tung xuống phía dưới sườn dốc xa hơn và nhiều hơn phía bên trên sườn dốc Với

độ dốc trên 100 những hạt đất chịu lực xung kích của giọt mưa bắn tung lên và di động xuống phía dưới dốc tới 3/4, còn 1/4 di động lên phía trên Do sự khác

Bắn phá

Cuốn trôi

Bồi tụ

nhau đó làm cho đất qua nhiều lần vỡ ra và bắn lên có thể di động xuống chân dốc Quá trình bắn phá này nhiều hay ít là tuỳ thuộc vào đường kính của giọt mưa, cường độ mưa và thời gian kéo dài trận mưa

Lực xung kích của giọt mưa thường tác động đều trên toàn bộ mặt dốc, những hạt bị vỡ vụn sẽ lấp kín những lỗ hổng trên mặt đất làm cho lượng nước thấm xuống đất giảm đi và tăng lượng nước chảy xói trên mặt do đó tác dụng xói mòn càng tăng lên Khi bàn tới tác dụng bào mòn của giọt nước mưa cần phải phân biệt đất bị bào mòn và đất bị cuốn trôi Nếu trên sườn dốc chúng ta có những ruộng bậc thang, đào mương đắp bờ theo đường đồng mức thì chúng ta có thể giảm thấp được tác dụng của dòng chảy, khống chế được đất bị cuốn trôi Nhưng trường hợp đó vẫn không ngăn cản được những hạt đất bị lực xung kích của giọt nước bắn tung lên và di chuyển từ bậc thang này xuống bậc thang khác, hoặc bắn tung qua bờ, qua mương và như vậy đất vẫn bị bào mòn Vì thế đồng thời cải tạo địa hình chúng ta phải tăng cường che phủ thực bì trên mặt đất Nếu trên mặt đất có thực bì che phủ thì trước khi giọt mưa rơi xuống nó sẽ tiếp xúc với tầng che phủ, động năng của hạt mưa và tốc độ của các hạt mưa giảm xuống Một số trường hợp nơi có rừng che phủ các hạt nước mưa hoàn toàn bị thảm thực vật giữ lại

+ Tác dụng cuốn trôi của dòng nước (pha cuốn trôi): Khi mưa lớn lượng

nước mưa rơi xuống mặt đất sẽ phân phối như sau: Một phần bốc hơi vào khí quyển, một phần thấm xuống đất và một phần hình thành dòng chảy mặt (nếu là đất dốc) Thường thường bốc hơi là không đáng kể cho nên nếu lượng nước thấm càng giảm đi thì dòng chảy trên mặt đất càng được tăng cường Dòng chảy trên mặt có thể phân chia làm hai loại: Dòng nước mặt và dòng nước khe Dòng nước mặt là một lớp nước mỏng vận chuyển trên toàn bộ mặt đất rộng, dòng nước khe thì tập trung di động trong lòng các khe rãnh

Điểm khác nhau giữa tác dụng bào mòn của giọt mưa và của dòng chảy

là ở hậu quả của chúng Sự khác nhau đó là do sự phân bố năng lượng của hai loại bào mòn không giống nhau Trên toàn bộ mặt đất năng lượng của lực xung kích của giọt mưa đều lớn như nhau Nhưng năng lượng của dòng chảy thì tăng dần từ đoạn trên xuống đoạn dưới của dốc Khi dòng chảy hoạt động

nó sẽ gây ra một động năng rất lớn lôi cuốn các hạt đất trôi theo dòng nước, mặt khác bản thân nước chảy và các vật chất chứa trong dòng nước chảy gây

ra một lực ma sát rất lớn trên mặt tiếp xúc giữa dòng nước và mặt đất nên gây

ra bào mòn cũng mạnh hơn

Hạt đất bị bắn tung lên theo hạt mưa và lượng đất bào mòn do dòng chảy

sẽ được vận chuyển và bồi tụ (pha bồi tụ) lại trên hành trình ra sông suối, ao hồ hoặc các bộ phận tích nước khác Hạt đất xói mòn có thể được bồi tụ trên sườn dốc (chỗ trũng) hoặc vận chuyển ra các bộ phận chứa nước Vì vậy, lượng đất xói mòn trên sườn dốc thường không được vận chuyển toàn bộ ra sông suối hay

bộ phận tích nước

1.1.2.3 Phân loại xói mòn

Có nhiều cách phân loại xói mòn khác nhau như:

- Dựa vào động lực gây ra xói mòn:

Gồm hai loại: Xói mòn do gió và xói mòn do nước Ở những nơi lớp đất mặt rời rạc thảm thực vật che phủ kém, khi trời hanh, có gió thổi mạnh, lớp đất mặt bị gió cuốn bay lên thành những đám bụi rất lớn và di chuyển đi Xói mòn

do gió tác động rất nghiêm trọng ở những vùng thảo nguyên khô hạn, những vùng đất cát rời rạc Ở nước ta vùng cát bay Quảng Bình chính là do tác động của xói mòn do gió Xói mòn do nước phổ biến ở nước ta và có tác hại nghiêm trọng hơn, nó phát sinh chủ yếu ở nơi đất dốc, ít thực vật che phủ, khi mưa lớn tạo thành những dòng chảy ở trên mặt làm cuốn trôi đi lớp đất mặt màu mỡ gây

ra tổn thất rất nghiêm trọng

- Dựa vào mức độ bào mòn:

Bao gồm xói mòn bình thường và xói mòn gia tốc Đất luôn luôn tồn tại hai quá trình song song: Quá trình phát sinh, hình thành đất và quá trình bào mòn rửa trôi Khi quá trình bào mòn rất chậm, chậm hơn quá trình hình thành đất khi

đó gọi là xói mòn bình thường Xói mòn bình thường không gây tác hại đối với đất Còn xói mòn gia tốc là khi tốc độ bào mòn lớn hơn tốc độ hình thành đất Mức độ, quy mô của xói mòn gia tốc ngày càng mãnh liệt và gây tác hại rất nghiêm trọng cho đất dốc

- Dựa vào lịch sử phát sinh:

Bao gồm xói mòn cổ đại và xói mòn hiện đại Xói mòn cổ đại là chỉ các quá trình xói mòn xảy ra trước khi có những hoạt động kinh tế, nhất là hoạt động nông nghiệp của con người Nguyên nhân gây ra xói mòn cổ đại là do tác động đơn thuần của tự nhiên Xói mòn cổ đại phát huy tác dụng trên cơ sở địa hình đã được cấu tạo do vận động tạo sơn, băng hà rồi bào mòn, trầm tích lại để tạo ra quy mô của địa hình và hình thành địa mạo xói mòn ngày nay Trên cơ sở địa hình địa mạo do xói mòn cổ đại tạo thành đó, do tác động sản xuất của con

người đã dẫn đến sự xuất hiện xói mòn gia tốc hiện đại, vì thế nó có liên quan mật thiết với xói mòn hiện đại Sau khi con người xuất hiện đã khai thác lợi dụng đất, phá hoại mạnh mẽ thảm thực vật trên mặt đất làm cho quy mô và tốc

độ xói mòn ngày càng tăng lên, hạn chế trở lại hoạt động sản xuất của con người Xói mòn gia tốc hiện đại thường chỉ trong một năm hoặc chỉ vài ngày, vài giờ đã

có thể cuốn đi một lớp đất mà trong thiên nhiên phải hình thành hàng trăm nghìn năm, đó là một hậu quả vô cùng nghiêm trọng

- Dựa vào hình thức bào mòn: Bao gồm xói mòn mặt, xói khe, lũ đá, sụt, lở

và trượt đất

+ Xói mòn mặt: Là hiện tượng cuốn trôi đi một lớp đất mặt màu mỡ trên đất dốc sau mỗi trận mưa Khi mưa rơi nước chảy theo sườn dốc được dàn mỏng đều trên mặt đất dưới hình thức một màng lưới dày đặc của vô số dòng nhỏ Sự hoạt động của dòng chảy trong trường hợp này không mạnh lắm và gần như tác động bằng nhau trên toàn bộ mặt dốc Hình thức xói mòn này xảy ra tương đối chậm, đó là quá trình mài rũa và di chuyển không ngừng các sản phẩm phong hoá xuống dưới thấp Lớp nước chảy tràn trên sườn dốc bằng vô số dòng nhỏ ấy, khi thì xuất hiện, khi thì mất đi trong quá trình vận chuyển cho nên trên mặt dốc

có xen kẽ các khu bào mòn và bồi tụ vật chất một cách phức tạp Ngoài dạng xói mòn mặt theo rãnh nhỏ còn có dạng xói mòn mặt theo tầng và theo hình vẩy cá

Ở nước ta hình thức xói mòn mặt rất phổ biến và gây tổn thất khá lớn Nhưng vì lượng đất cuốn đi phân bổ đều và xảy ra dần dần nên khó nhận thấy vì thế loại xói mòn này rất ít được chú ý Thực ra hình thức xói mòn mặt đã và đang gây tổn thất rất lớn, nếu không có biện pháp ngăn chặn thì độ phì nhiêu của đất sẽ giảm đi nhanh và tạo điều kiện cho xói mòn khe phát triển

+ Xói mòn khe: Nói chung xói mòn mặt chỉ phát sinh một cách điển hình ở những sườn dốc phẳng Ở những nơi mặt dốc gồ ghề thì sau khi dòng nước mặt tập trung đến một lượng nhất định do sự tăng lên của lưu lượng và lưu tốc, do sự tăng lên của sức bào mòn mà mặt đất bị xẻ thành khe rãnh Khi bắt đầu rãnh rất nhỏ, về sau miệng rãnh tiến dần lên phía trước, đồng thời chiều sâu và bề rộng rãnh ngày càng phát triển sâu rộng ra Như vậy, xói mòn khe là hình thức xói mòn mà trên mặt đất hình thành các rãnh với kích thước lớn nhỏ khác nhau Ngoài hai hình thức xói mòn mặt và xói mòn khe kể trên còn có:

+ Lũ đá: Ở những nơi cao dốc mạnh, thực bì che phủ kém Khi mưa to đá đất bị cuốn theo dòng nước rất mạnh đưa xuống có khi vùi lấp cả ruộng đồng ở

khu vực lân cận và gây ra tác hại rất lớn, rất nguy hiểm

+ Sụt hang: Là do trong đất có hang hốc không thể đỡ được khối lượng đất nặng ở trên nên sụt xuống thành hầm hố Do trong đất có nhiều đá vôi (CaCO3)

có khả năng tan mạnh sau khi bị tác động của nước mưa đá vôi tan ra và bị thấm xuống dưới sâu hoặc bị lôi cuốn đi hình thành những hang hốc rất lớn trong lòng đất (hiện tượng Karst) Ở nước ta hiện tượng hang hốc, suối cụt, suối ngầm… thường gặp phổ biến trên những vùng núi đá vôi

+ Lở đất: Là do tác động của sức ly tâm dòng nước uốn cong hoặc sóng vỗ bào mòn ven bờ thành hàm ếch, dưới tác dụng của trọng lực đất sẽ lở xuống Lở đất gây tác hại rất lớn ở bờ sông bờ hồ và bờ suối Nhất là ở các sông độ dốc lớn, lưu tốc mạnh Ở nước ta lở đất dọc hai bên bờ sông Hồng… đã gây ra tác hại rất lớn cho nhân dân và hàng năm Nhà nước phải chi một số tiền lớn để thả kè chống xói lở bảo vệ đê

+ Trượt đất: Là hiện tượng trôi trượt cả hệ thống sườn dốc xuống dưới thấp trong những điều kiện địa chất thuỷ văn nhất định và theo quy mô lớn Khi nước mưa ngấm vào bề dầy lớp đất hoặc đá nằm ở sườn dốc đã làm trọng lượng của

nó tăng lên, mặt khác trong quá trình thấm nước đã tạo ra một lớp trơn nằm giữa lớp đất (hoặc đá) không thấm nước với lớp thấm nước bên trên và phá hoại sự liên kết giữa hai lớp đó mà phát sinh ra hiện tượng trượt đất Trượt đất dễ xảy ra nơi có độ dốc lớn và hướng các vỉa đá mẹ xếp theo hướng dốc Hiện tượng này

có thể xảy ra từ từ và cũng có thể xảy ra tức khắc Ở nước ta về mùa mưa hiện tượng trượt đất lở núi lấp cả đường giao thông ở miền núi cũng thường xảy ra

1.1.2.4 Các nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn do nước

Xói mòn đất chỉ xảy ra khi sức phá hoại của giọt mưa và dòng chảy lớn hơn sức đề kháng của đất Vì vậy, các nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn đất chính

là các nhân tố ảnh hưởng tới sức phá hoại của giọt mưa, sức cuốn trôi của dòng chảy và sức kháng xói mòn của đất Nói cách khác, quá trình xói mòn có phát sinh phát triển được hay không, quy mô và cường độ của nó được mở rộng và mạnh yếu tới mức độ nào còn tuỳ thuộc vào điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội của vùng đó

* Các nhân tố tự nhiên ảnh hưởng tới xói mòn đất bao gồm: khí hậu, địa hình, địa chất, đất và thảm thực vật che phủ trên mặt đất

- Điều kiện khí hậu: Quan hệ giữa điều kiện khí hậu với tình hình xói mòn đất hết sức mật thiết và cũng là quan hệ rất phức tạp Trong các yếu tố của khí

hậu thì mưa là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp, còn các yếu tố khác chỉ ảnh hưởng gián tiếp tới xói mòn đất Về mưa, cần phải xét tới: lượng mưa bình quân hàng năm, tình hình phân bố mưa trong năm, cường độ mưa… Nơi có lượng mưa bình quân hàng năm lớn, tập trung, cường độ mạnh thì xói mòn cao hơn những nơi có lượng mưa bình quân hàng năm ít, phân bố đều, cường độ nhỏ Nơi có cường độ mưa lớn lượng mưa nhiều làm cho sức công phá của hạt mưa mạnh, phá vỡ các đoàn lạp đất, làm cho độ xốp của đất giảm đi nhanh nên sức thấm nước giảm và nhanh chóng hình thành dòng chảy mặt gây xói mòn

Ở nước ta lượng mưa hàng năm rất lớn, trung bình từ 1364,1 mm (Sơn La) đến 2859,8 mm (Móng Cái) trong đó 80% lượng mưa tập trung vào mùa hè Đó

là điều kiện rất thuận lợi làm tăng nguy cơ xói mòn của nước ta

- Điều kiện địa hình: Địa hình là cơ sở của xói mòn đất là điều kiện gây ra dòng chảy, làm cho thế năng của nước trên mặt đất biến thành động năng Những nhân tố địa hình ảnh hưởng tới xói mòn đất là: độ cao, độ dốc, chiều dài sườn dốc, hình dạng mặt dốc và hướng dốc

Độ dốc càng lớn thì tốc độ chảy của dòng nước càng mạnh do đó lực bào mòn đất sẽ tăng lên và sự cuốn trôi đất cũng càng nhiều Dốc càng dài thì càng

về phía chân dốc lớp nước chảy càng dày lưu lượng càng lớn, tốc độ chảy càng nhanh và sức công phá cũng càng mạnh

Hình dạng mặt dốc cũng ảnh hưởng lớn tới xói mòn đất vì có quan hệ tới

độ dốc cục bộ và có quan hệ với đường đi của dòng chảy Ở mặt dốc thẳng độ dốc không thay đổi, cường độ xói mòn thay đổi tuỳ theo chiều dài dốc, xói mòn mạnh nhất ở phần cuối của dốc Ở mặt dốc lồi càng xa đỉnh độ dốc càng tăng nhất là phần cuối của dốc, nhưng từ giữa dốc trở xuống thì tăng rất nhanh nên xói mạnh ở phần cuối dốc Ở mặt dốc lõm thì càng xa đỉnh, dốc càng thoải dần, cho nên tốc độ dòng chảy thay đổi không rõ Nói chung ở gần đỉnh xói mòn mạnh, càng xuống dưới xói mòn càng nhẹ dần, phần cuối dốc có khi hình thành một lớp bồi tụ Dốc phức tạp là sự xen kẽ giữa những đoạn dốc thẳng, dốc lồi, dốc lõm và những đoạn thẳng Vì thế, độ dài dốc bị cắt gián đoạn Độ dốc của phần dốc có lớn nhưng ngắn và xen kẽ, cho nên tăng cơ hội thấm nước và do đó dòng chảy bị giảm yếu Mặt dốc hình phễu hoặc hình lòng máng là các loại địa hình tập trung dòng chảy rất mạnh nên nguy cơ xói mòn cao

Ở những hướng dốc khác nhau thì điều kiện tiểu khí hậu cũng khác nhau vì điều kiện chiếu sáng, ẩm độ, gió đều rất khác nhau Thành phần thực bì, tình hình sinh trưởng của cây khác nhau, nên mức độ che phủ cũng khác nhau Trên

những hướng dốc khác nhau thì tình hình đất cũng khác nhau, cường độ phân giải thảm mục cũng không giống nhau Chính là do sự khác nhau ở trên mà tốc

độ và góc độ rơi của giọt mưa, lưu lượng và tốc độ dòng chảy, sức công phá của giọt mưa và của dòng chảy đều có khác nhau Do đó, dẫn đến sự xói mòn khác nhau trên những hướng dốc khác nhau

Tóm lại địa hình là cơ sở của xói mòn đất, đồng thời cũng là cơ sở của hoạt động sản xuất của con người Cho nên khi sử dụng đất đai cần chú ý tới những điều kiện có tính chất quy luật nói trên để khống chế dòng chảy hạn chế xói mòn đất, nhằm giữ nước, giữ màu cải tạo đất để sản xuất lâu dài

- Điều kiện địa chất và đất: Đất là đối tượng của xói mòn Như trên đã nói lực đề kháng của đất với động năng của hạt nước sẽ quyết định đến mức độ xói mòn Trong khi đó mức đề kháng lớn hay nhỏ là do tính chất của đá mẹ và loại đất quyết định

Như chúng ta đã biết, sự phong hoá trên mỗi loại đá mẹ khác nhau sẽ hình thành các loại đất với tính chất khác nhau, do đó tính chất và cường độ xói mòn

ở mỗi loại đất cũng không giống nhau

Ở các loại đất phát triển trên đá thô như: granit, sa thạch… có sức liên kết kém, hoặc trên phiến thạch sét sức thấm nước thấp đều dẫn tới cường độ xói mòn rất mạnh Loại đá mẹ còn là yếu tố quyết định hình thức của xói mòn Thí dụ: Đất trên phiến thạch sét sức thấm nước kém, thường có xói khe Ở vùng đá vôi thì hiện tượng hang hốc (Karst) hố sụt lại là chủ yếu Còn trên đất sa thạch, granit thì hình thức xói mòn mặt là phổ biến

Hình thức xếp lớp của đá mẹ có ảnh hưởng tới chế độ thuỷ văn của lớp đất mặt Do đó tính chất và cường độ xói mòn cũng khác nhau Thí dụ: Khi đá mẹ xếp lớp nằm ngang thì sức chứa nước kém, lượng nước chảy trên mặt nhiều xói mòn mặt sẽ nghiêm trọng, nhưng ít bị sụt lở Khi hướng của tầng đá mẹ xếp lớp ngược chiều với hướng dốc thì nước ngấm dễ hơn, nhiều hơn, nước chảy trên mặt ít, xói mặt không lớn nhưng khi sườn dốc không ổn định dễ bị sụt lở nghiêm trọng

Hình thức xếp lớp của đá mẹ cũng ảnh hưởng trực tiếp tới hình dạng của mặt dốc

Đất là đối tượng cho sự phá hoại của dòng nước mặt, cho nên tình hình và tính chất của đất ảnh hưởng quan trọng tới xói mòn Suy cho cùng khi nghiên cứu quan hệ giữa đất và xói mòn thì vấn đề cần phải xét tới là sức đề kháng của đất với động năng của các hạt nước Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng chi phối

nhưng ở đây chúng ta chỉ xét tới những yếu tố cơ bản và quyết định nhất như: độ thấm nước và sức chứa nước, kết cấu của đất, độ xốp của đất, thành phần cơ giới của đất, ẩm độ đất và độ sâu của lớp đất

+ Đất thấm nước nhiều hay ít có ảnh hưởng quan trọng nhất đối với xói mòn Đất có sức thấm nước nhanh sẽ hạn chế có thể tiêu diệt hoàn toàn dòng nước mặt, do đó mà khống chế hoặc trừ hẳn được tác hại của xói mòn Đất có sức chứa nước và giữ nước tốt sẽ luôn luôn duy trì một độ ẩm thích hợp để đất không khô quá (vì khô quá khi nước thấm vào sẽ gây ra một phản lực ép ra làm cho đất bị phá hoại) Nhưng cũng không quá ẩm đến mức bão hoà nước không thấm xuống được nữa

+ Đất có kết cấu đoàn lạp vững bền có khả năng tăng cường sức thấm nước

và giữ nước của đất Nhưng đồng thời đất có kết cấu đoàn lạp lớn còn có khả năng chống lại sức lôi cuốn của dòng chảy vì kết cấu của hạt đất to hơn đòi hỏi phải có một sức đẩy lớn hơn mới cuốn trôi được Mặt khác do sức liên kết chặt chẽ giữa các đoàn lạp và bản thân mỗi đoàn lạp cũng có khả năng chống lại sức phá hoại do lực xung kích của giọt mưa

+ Độ xốp của đất nói lên số lượng lỗ hổng trong đất nhiều hay ít do đó nó

có ảnh hưởng lớn tới tốc độ thấm nước và sức chứa nước của đất và tất nhiên cũng ảnh hưởng tới cường độ xói mòn đất

+ Thành phần cơ giới của đất cũng có ảnh hưởng rất lớn tới chế độ nước của đất và xói mòn đất Đất sét có sức liên kết lớn, không dễ bị phân tán và cuốn trôi nhưng thường bị bí chặt khó thấm nước dễ tạo ra dòng chảy mạnh, dễ sinh

ra xói khe nghiêm trọng Đất cát thì ngược lại, tuy dễ thấm nước nhưng lại rời rạc dễ bị cuốn trôi, nên hình thức chủ yếu là xói mòn mặt Đất thịt thì cả hai đặc điểm trên (thấm và dính kết) được điều tiết vừa phải nên xói mòn ít hơn Đất cát bột mịn (limon) thì thấm nước kém mà lại rời rạc vì vậy xói mòn mạnh

+ Lớp đất mặt dày hay mỏng cũng có ảnh hưởng nhiều tới xói mòn vì nó ảnh hưởng tới lượng chứa nước của lớp đất và sự xuất hiện tăng cường của dòng chảy + Thành phần hoá học của đất cũng có ảnh hưởng lớn tới xói mòn nhưng

về mặt này cho tới nay cũng chưa được nghiên cứu nhiều Một số kết quả nghiên cứu cho thấy rằng tỷ số SiO2/R2O3 của đất là một trong những chỉ tiêu ảnh hưởng rõ rệt nhất Tỷ số SiO2/R2O3 còn phản ánh kết quả của quá trình xói mòn đất, nó càng lớn chứng tỏ đất bị xói mòn càng nhiều, chất keo mất đi càng nhiều

- Điều kiện thực bì: Nếu như 3 yếu tố địa hình, đất và khí hậu trên một số mặt nào đó có thể là nguyên nhân gây ra xói mòn nhưng trên một khía cạnh khác

chúng có tác dụng hoà hoãn chống xói mòn, thì yếu tố thực bì khác hẳn bao giờ

nó cũng có tác dụng tích cực Nói cách khác tuỳ theo mức độ khác nhau, bất kỳ một thảm thực vật nào cũng đều có tác dụng chống xói mòn giữ nước bảo vệ đất Rất nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới đều chứng minh rõ điều đó Tác dụng của thực bì đối với việc bảo vệ đất chống xói mòn có thể quy lại mấy điểm sau đây:

+ Khi nước mưa rơi xuống phải qua tán lá, cành và thân cây rồi mới tới mặt đất nên sẽ mất lực xung kích vì thế mà tránh được sự bào mòn mặt đất do tác động của giọt nước mưa, một bộ phận của nước mưa bị giữ lại trên tán cây rồi bốc hơi vào khí quyển.Vì vậy, lưu lượng của dòng chảy giảm làm cho lưu tốc giảm, tạo điều kiện cho nước thấm xuống đất được nhiều hơn nên năng lực bào mòn của dòng chảy cũng yếu đi rất nhiều (cơ chế giữ nước trên lá, thân, cành) + Cành khô lá rụng của thực vật rơi rụng xuống mặt đất làm thành lớp thảm mục có tác dụng lọc nước và ngăn cản dòng chảy Mặt khác, thảm mục cung cấp cho đất mùn là loại keo hữu cơ để hình thành cấu tượng đoàn lạp cho đất nên làm tăng cường khả năng thấm nước cho đất (cơ chế hoàn lại vật chất của sinh vật)

+ Do sự phát triển của bộ rễ thực vật làm thành một màng lưới dày đặc ở trong đất có tác dụng giữ đất và còn làm cho đất xốp tăng khả năng thấm nước

và giữ nước của đất Khi rễ cây chết đi nó không những tạo thành những hang hốc trong đất, mà những chất keo hữu cơ do rễ phân giải cộng với sự phân chia các hạt đất một cách cơ giới của bộ rễ sống tạo cho đất có một kết cấu đoàn lạp vững bền, tơi xốp Do đó, cũng tăng khả năng thấm nước cho đất (cơ chế đâm xuyên của rễ)

Trong những tác dụng tích cực bảo vệ đất của thảm thực vật thì tác dụng của thảm thực vật rừng và thảm cỏ là lớn nhất

Ngoài 4 nhân tố tự nhiên chủ yếu ở trên trực tiếp ảnh hưởng tới xói mòn đất còn có những yếu tố phụ khác như động vật ở trong rừng, sự hoạt động trong lòng Trái đất (núi lửa, động đất) cũng có khi là nguyên nhân gây ra xói mòn Mặc dù các nhân tố tự nhiên đã được tách riêng trong quá trình nghiên cứu Tuy nhiên, trong thực tế các nhân tố đó có tác dụng tổng hợp không thể nhìn nhận chúng một cách độc lập mà chúng ta phải coi chúng là một hệ thống thiên nhiên thống nhất Tất nhiên một mặt phải thấy mối quan hệ qua lại không thể tách rời, mặt khác cũng rất quan trọng là trong điều kiện cụ thể phải tìm ra nhân

tố nào là chủ đạo

* Các nhân tố kinh tế xã hội ảnh hưởng tới xói mòn:

Nhân tố con người làm đất bị xói mòn chủ yếu biểu hiện trên các mặt sau đây:

- Phương thức canh tác không hợp lý như: đốt nương làm rẫy, du canh

du cư, trồng trọt quảng canh không có biện pháp phòng chống xói mòn, làm cho đất thoái hoá nghèo kiệt rất nhanh, làm giảm mất sức sinh trưởng của cây trồng một cách nhanh chóng Do đó, tạo điều kiện cho xói mòn phát sinh và phát triển;

- Khai thác rừng bừa bãi, khai hoang không chú ý bảo vệ rừng, khai thác rừng vượt quá lượng tăng trưởng của rừng đồng thời không chú ý công tác tái sinh rừng cho kịp với tốc độ khai thác Ngoài ra trong kỹ thuật khai thác không chú ý đúng mức vấn đề bảo vệ đất trong khâu lao kéo vận xuất cũng làm cho xói mòn trở thành nghiêm trọng;

- Trong khai hoang đốt phá bừa bãi cả vào rừng ven khe đầu nguồn, khai hoang cả trong mùa mưa Do đó, đã phá hoại một cách nghiêm trọng thảm thực

bì che phủ, giúp cho nước cuốn trôi và làm giảm độ phì đất;

- Trong các công tác trồng rừng đại quy mô không chú ý đến vấn đề chọn loại hình hỗn giao, bố trí hàng cây thẳng góc với hướng dốc, quản lý chăm sóc rừng non, cũng gây ra xói mòn đất khi rừng chưa khép tán Hạn chế tác dụng bảo vệ đất của rừng sau này;

- Sự chăn thả súc vật trên đồng cỏ một cách quá mức làm cho đồng cỏ phát sinh hiện tượng xói mòn đất một cách nghiêm trọng thậm chí dần dần biến thành một khu vực trọc trụi;

- Khi thiết kế xây dựng các công trình đường xá, cầu cống, nhà cửa ở miền núi, nếu không chú ý đúng mức tới tình hình xói mòn thì cũng gây ra xói mòn sụt lở rất nghiêm trọng

1.1.2.5 Tính cấp bách của chống xói mòn bảo vệ đất

- Xói mòn đang là nhân tố quan trọng nhất làm suy thoái tài nguyên đất, làm hoang hóa các vùng đất dốc nhiệt đới, làm đói nghèo của người dân ở nhiều vùng trên thế giới Xói mòn làm trôi đất, trôi màu, độ phì của đất giảm một cách nghiêm trọng Do đó, năng suất cây trồng giảm sút và không ổn định

Do sự phát triển của xói mòn hàng năm, đất đai màu mỡ bị cuốn trôi theo các dòng sông đưa ra biển một khối lượng rất lớn Theo tài liệu của Bộ thuỷ lợi

cũ thì hệ số bào mòn hàng năm của lưu vực sông Đà là 1.220 tấn/km2, lưu vực Sông Thao là 640 tấn/km2, sông Lô là 270 tấn/km2, (lưu vực sông Hồng là 55.600 km2, riêng phần chảy qua Việt Nam là 11.200 km2) hoặc theo tài liệu

thuỷ văn thì lượng phù sa hàng năm của mấy con sông đó như sau: Sông Đà (lấy

ở Hoà Bình) là 62x106 tấn/năm; Sông Thao (lấy ở Lào Cai) là 36x106 tấn/năm; Sông Lô (lấy ở Phù Ninh) là 9x106 tấn/năm

Hàng năm các sông ngòi trên toàn miền Bắc đã vận chuyển ra biển một khối lượng đất chừng 100 triệu m3, riêng sông Hồng chiếm tới 80 triệu m3 thuộc vào loại nhiều phù sa nhất trên thế giới nếu tính theo chiều dài của sông Do tình trạng xói mòn ngày càng phát triển nên lượng bùn cát chuyển đi của các sông cũng ngày một tăng

Tình trạng này sẽ gây nhiều tác hại rất lớn cho miền núi Nếu giả thiết mỗi năm xói mòn mặt bào đi một lớp đất dày độ 0,5 - 1 cm thôi, thì hàng năm trên 1

km2 cũng mất chừng 6.000 - 12.000 tấn đất, trong đó có tới 200 - 300 tấn mùn, 6

- 16 tấn đạm, 10 - 15 tấn lân, 200 - 300 tấn kali Xói mòn không những làm trôi đất, trôi màu mà còn làm cho tính chất thay đổi Do xói mòn, rửa trôi nên đất đồi núi của ta ngày càng chua, pH ngày càng giảm đã ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng, năng suất của cây trồng

- Xói mòn càng mạnh thì khả năng phục hồi của đất và tài nguyên sinh học càng khó khăn Vì vậy, nhiều nơi do xói mòn mạnh hoặc lâu dài mà đất gần như không còn khả năng phục hồi nữa Do xói mòn ngày càng mạnh làm cho đất đai thoái hoá không còn có khả năng sản xuất được ngày càng mở rộng,

do đó mà diện tích đất canh tác ngày càng thu hẹp Ở nước ta diện tích đồi trọc, đất bị thoái hoá nghiêm trọng, trơ sỏi đá không còn khả năng sản xuất ngày càng gia tăng

- Xói mòn là nguyên nhân đang làm tăng quá trình suy thoái nhiều nhân tố của môi trường khác như ô nhiễm nước, thay đổi địa hình địa mạo Nó được coi

là nhân tố làm biến đổi mạnh mẽ nhất điều kiện tài nguyên môi trường hành tinh

và làm cho đất mất dần khả năng nuôi dưỡng sự sống

Chống xói mòn là một nhiệm vụ cấp bách nhất của nhân loại vì sự tồn tại lâu bền của con người trên hành tinh

1.1.3 Phương pháp xác định xói mòn

Xác định lượng đất xói mòn từ sườn dốc thường có thể dựa vào 3 phương pháp khác nhau như đo đạc thực địa, dựa vào đồng vị hóa học và dựa vào mô hình dự báo Tùy theo yêu cầu quản lý hay mục tiêu nghiên cứu mà có thể lựa chọn phương pháp cho thích hợp

1.1.3.1 Phương pháp đo đạc thực địa

a Cầu đo xói mòn

Hình 1.3 Mô tả cách thức sử dụng cầu đo xói mòn

để xác định xói mòn rãnh

Cầu đo xói mòn là một thiết bị gồm có 2 cọc cắm có thể bằng sắt và một thanh ngang nối giữa hai cọc đó Trên thanh ngang được chia thành nhiều đoạn khác nhau tùy theo địa hình được gắn với các cọc nhỏ dùng để xác định độ sâu

từ mặt đất hiện tại tới thanh ngang Để xác định lượng đất xói mòn hay bồi tụ trên một mặt cắt hay sườn dốc nào đó, chúng ta chỉ việc xác định độ sâu ban đầu (d0) tính từ mặt đất tới thanh ngang lúc mới lắp đặt Sau một thời gian hay sau một hoặc vài trận mưa (tùy theo mục tiêu nghiên cứu), chúng ta xác định độ sâu tại thời điểm t (dt) Độ chênh lệch độ sâu (△d = dt - d0) chính là lượng đất xói mòn hay bồi tụ tại vị trí đo (Hình 1.3)

Hình 1.4 Phương pháp đóng cọc chăng dây để xác định xói mòn

Khi xác định xói mòn bề mặt, một số tác giả ở Việt Nam, điển hình là nhóm nghiên cứu của Vương Văn Quỳnh và các cộng sự, 1996 đã sử dụng nó

với tên gọi khác là phương pháp Đóng cọc chăng dây Về mặt nguyên lý để xác

định xói mòn là không có sự khác biệt (Hình 1.4)

Xói mòn rãnh sau trận mưa ngày 21 tháng

08 năm 2003 tại Swale, Mỹ

b Lập ô hoặc bãi đo xói mòn

Hình 1.5 Cách thiết kế ô hoặc bãi đo xói mòn

Tùy theo mục đích yêu cầu của nghiên cứu mà lựa chọn ô hay bãi đo xói mòn (diện tích có thể từ 1 m2 – ô dạng bản tới 200 m2- sườn dốc) Ô hay bãi đo xói mòn thường được giới hạn bởi các tấm chắn khác nhau (bằng nhựa hoặc kim loại…) để ngăn không cho nước hay đất xói mòn từ ngoài vào Cạnh cuối (phía thấp nhất) thường được lắp đặt một máng hứng nước và chất xói mòn Máng này được nối với một thùng chứa nhằm xác định lượng đất xói mòn từ ô hay bãi nghiên cứu Tùy theo diện tích và lượng mưa khu vực nghiên cứu mà lựa chọn thùng chứa có kích thước phù hợp (Hình 1.5)

c Đo dấu hiệu xói mòn (bề dày lớp đất mất đi)

Hình 1.6 Cách xác định dấu hiệu xói mòn ngoài thực địa

Trên bề mặt đất thường có những điểm có sức đề kháng cao (rễ cây, chỏm đá…) nên khi hạt mưa tác động trực tiếp vào, đất sẽ không bị phá vỡ Ngược lại,

những chỗ có sức đề kháng thấp sẽ bị hạt mưa phá vỡ kết cấu và bị bắn tung theo hạt mưa hoặc cuốn theo dòng chảy Sự mất đi của lớp đất này sẽ để lại dấu vết trên mặt đất Dựa vào sự chênh lệch này có thể xác định được bề dày lớp đất mất đi (Hình 1.6) Tuy nhiên, phương pháp này không xác định được khoảng thời gian xói mòn và thường là dấu hiệu xói mòn cho khoảng thời gian ngắn đó

là trận mưa hoặc mùa mưa trước đó

1.1.3.2 Đo xói mòn dựa vào đồng vị phóng xạ Censium 137 (Cs - 137) hoặc Chì (Pb)

Cs-137 hoặc Pb thường có độ dính bám cao với hạt đất nên khi hạt đất di chuyển do xói mòn thì các nguyên tố này cũng di chuyển theo Thông thường do nguồn gốc tự nhiên hay từ bom hạt nhân làm cho các nguyên tố này phát tán đều trên bề mặt đất (phân bố chủ yếu ở độ sâu từ 0-10 cm) Tuy nhiên khi xói mòn xảy ra sẽ làm cho phân bố này không còn đều trên mặt đất nữa Dựa vào đặc điểm này người ta có thể xác định được lượng đất xói mòn Phương pháp này được sử dụng tương đối phổ biến ở các nước phát triển nhưng ít được sử dụng ở Việt Nam vì thiết bị phân tích đắt đỏ

1.1.3.3 Xác định xói mòn dựa vào mô hình dự báo

- Trên thế giới, mô hình phổ biến nhất được sử dụng để dự báo xói mòn là phương trình mất đất phổ quát của Wischmeier (Revised Universal Soil Loss Equation-RUSLE) Theo phương trình này, lượng đất bị xói mòn A (tấn/ha/năm) được tính:

A = R.K.L.S.C.P Trong đó:

R là chỉ số xói mòn của mưa;

- Phương trình dự báo xói mòn của Việt Nam (Vương Văn Quỳnh và cộng

sự, 1996)

Dựa vào việc quan sát 63 ô thực nghiệm là rừng và mô hình canh tác nông

lâm nghiệp, nhóm tác giả đã xây dựng được mô hình thực nghiệm để dự báo lượng đất xói mòn hàng năm thông qua các chỉ tiêu cấu trúc của thực vật và chỉ tiêu tiềm năng xói mòn của đất, địa hình Cụ thể:

d= {2.31x10-6 K 2)/{[(TC/H)+CP+TM]2X}, Trong đó:

d là cường độ xói mòn (mm/năm);

 là độ dốc mặt đất (độ);

TC là độ tàn che tầng cây cao, được xác định theo phương pháp mạng lưới điểm, lớn nhất là 1.0;

H là chiều cao tầng cây cao (m);

CP là tỷ lệ che phủ mặt đất của lớp thảm tươi, cây bụi, được xác định theo phương pháp mạng lưới điểm, lớn nhất 1.0;

TM là tỷ lệ che phủ của lớp thảm mục trên mặt đất, được xác định theo phương pháp mạng lưới điểm, lớn nhất là 1.0;

X là độ xốp lớp đất mặt, trên các địa hình dốc, độ xốp thường không vượt quá 0,75;

K là chỉ số xói mòn của mưa, hay đại lượng phản ánh năng lực gây xói mòn đất của mưa, nó phụ thuộc vào lượng mưa và cường độ mưa ở khu vực nghiên cứu:

Ri là lượng mưa tháng thứ i trong năm, tính bằng mm/tháng

Theo Hundson (1971): Tốc độ hình thành đất trong điều kiện có canh tác ở nhiệt đới khoảng 11,2 tấn/ha/năm, với dung trọng 1,4 g/cm3 thì lượng mất đất tương đương là 0,8 mm/năm Dựa vào ngưỡng hình thành này thì những mô hình canh tác nông lâm nghiệp hoặc hệ sinh thái rừng có lượng đất xói mòn hàng năm d < 0,8 mm/năm được coi là đảm bảo trong ngưỡng an toàn Nói cách khác, mô hình có khả năng bảo vệ đất hạn chế xói mòn

1.1.4 Kỹ thuật sinh học bảo vệ đất chống xói mòn

1.1.4.1 Những nguyên tắc chung về phòng chống xói mòn đất

Công tác phòng chống xói mòn cần phải đảm bảo một số nguyên tắc sau đây:

a Hướng vào pha bào mòn

Lực xung kích của giọt mưa gây tác hại chủ yếu trên đất trọc trụi không có thực bì che phủ, đây là động lực gây ra xói mòn mặt Nguyên tắc cơ bản để ngăn

chặn lực xung kích của giọt nước mưa là tạo ra lớp che phủ trên mặt đất Trong quá trình sản xuất có thể bố trí phương thức gieo trồng thích hợp để tạo ra tàn che cây xanh trên mặt đất, hoặc dùng cành khô lá rụng, rơm rạ, cỏ khô che phủ lên mặt đất làm cho những giọt mưa không trực tiếp rơi xuống mặt đất Do đó,

mà ngăn cản được sự bào mòn

b Hướng vào pha cuốn trôi

Khi mưa lớn, đất đã bão hoà nước không có khả năng thấm nước sẽ xuất hiện dòng chảy trên mặt đất Do động năng của dòng chảy và sức ma sát của đất

bị cuốn trôi từ chỗ cao rồi lắng đọng bồi tụ ở chỗ trũng Để ngăn chặn dòng nước mặt, làm giảm thấp lưu lượng và tốc độ dòng chảy trên cơ bản chúng ta có thể tác động vào các mặt sau:

- Làm thay đổi địa hình biến mặt dốc dài liên tục thành dốc ngắn gián đoạn

Do đó, mà cắt đứt dòng chảy, phân tán dòng chảy, làm giảm lưu lượng và tốc độ của nó Về mặt này chúng ta có thể dùng biện pháp đắp bờ, đào mương giữ nước, đào hố san bậc thang ở mặt dốc…

- Làm giảm độ dốc của sườn đồi từ đó giảm được tốc độ dòng chảy Do đó, động năng của dòng chảy cũng bị giảm như vậy cũng chính là giảm được sự bào mòn, vận chuyển bùn cát của dòng chảy Thí dụ: làm bậc thang, đắp đập ngăn dòng chảy ở khe suối… đều làm giảm độ dốc của mặt đất, giảm tốc độ dòng chảy và lưu lượng của nó và giảm được xói mòn;

- Tập trung nước ở nhiều chỗ trên mặt dốc bằng cách đào hố chứa nước, đào mương, đắp bờ giữ nước… cũng giảm thấp lưu lượng của dòng chảy hạn chế được xói mòn;

- Tạo ra nhiều “vật chắn” trên mặt đất để ngăn cản làm giảm động năng của dòng chảy do đó cũng giảm được xói mòn;

- Cải tạo tính chất lý hóa của đất như: cải tạo kiến trúc và kết cấu của đất, cải tạo độ xốp của đất, bón phân nâng cao tỷ lệ mùn trong đất… tất cả đều tăng cường khả năng thấm nước và chứa nước của đất, một mặt để tiêu hao lưu lượng của dòng chảy, mặt khác cũng là để nâng cao sức đề kháng xói mòn của đất Ngoài ra đất được cải tạo, độ phì được nâng cao thì cây trồng phát triển mạnh, càng tăng cường tác dụng bảo vệ đất

1.1.4.2 Dùng thảm thực vật rừng cho bảo vệ đất chống xói mòn

a Phân loại rừng chống xói mòn

Khống chế xói mòn, cải biến bộ mặt tự nhiên của một khu vực xói mòn cần

phải áp dụng biện pháp tổng hợp Trồng rừng chống xói mòn là một bộ phận tổ thành quan trọng trong biện pháp tổng hợp đó để tiến tới thực hiện khẩu hiệu:

“đất chứa nước, nước nuôi cây, cây giữ nước”

Đặc điểm của rừng chống xói mòn biểu hiện ở tính sản xuất và tính tổng hợp của nó Tính sản xuất của rừng chống xói mòn biểu hiện ở chức năng sản xuất gỗ và các lâm sản khác của rừng và chức năng phục vụ sản xuất nông nghiệp của rừng trực tiếp hoặc gián tiếp sản xuất ra nhiều củi, phân bón, thức ăn cho người và gia súc… đáp ứng đầy đủ cho sản xuất Đồng thời trong giai đoạn rừng non chưa khép tán, thực hiện nông lâm xen canh để lấy ngắn nuôi dài kinh doanh toàn diện, hỗ trợ cho sinh trưởng của rừng

Rừng chống xói mòn vừa được coi là biện pháp sản xuất, vừa là biện pháp công trình Thực hiện tính sản xuất và tính tổng hợp của rừng chống xói mòn là phải đảm bảo được mục đích yêu cầu phòng hộ, đảm bảo các nguyên tắc bố trí rừng chống xói mòn, nhưng đồng thời cũng phản ánh tính chất linh động của phòng chống xói mòn Phải căn cứ vào tác dụng khống chế dòng nước chảy ngăn chặn đất bị cuốn trôi để bố trí gây trồng theo từng giải hay từng đám hoặc kết hợp giải với đám, ngay cả việc xác định bề rộng, diện tích, kết cấu của rừng,

vị trí của đai rừng đều có một yêu cầu nhất định, nhưng trong điều kiện cụ thể cũng có sự linh động nhất định, thường do điều kiện lợi dụng đất khác nhau mà trồng ít hoặc nhiều hoặc không trồng rừng chống xói mòn hoặc trồng toàn diện

Do chức năng, nhiệm vụ và yêu cầu phòng hộ của mỗi loại rừng khác nhau người ta chia hệ thống rừng chống xói mòn thành các loại sau:

- Rừng phòng hộ ở đỉnh núi, đường chia nước;

- Rừng điều tiết nước bảo vệ mặt dốc;

- Rừng bảo vệ ruộng bậc thang;

- Rừng bảo vệ hồ chứa nước;

- Rừng bảo vệ đồng cỏ;

- Rừng bảo vệ chống xói mòn cho vườn quả ở đất dốc

b Nguyên tắc bố trí gây trồng và chọn loại cây trồng chống xói mòn

Khi tiến hành trồng rừng chống xói mòn trên các khu vực khác nhau cần phải xuất phát từ tình hình địa lý tự nhiên khác nhau, yêu cầu phòng hộ khác nhau để định ra phương thức bố trí gây trồng thích hợp và chọn loại cây trồng đáp ứng đủ yêu cầu phòng hộ Xuất phát từ những tác dụng chủ yếu của rừng chống xói mòn là điều tiết, khống chế dòng chảy, ngăn chặn đất cuốn trôi, giữ

đất lắng đọng bùn cát Thì những nguyên tắc bố trí trồng rừng chống xói mòn bao gồm:

- Phải chiếm một diện tích thoả đáng đủ để duy trì nuôi dưỡng nguồn nước, cải tạo thiên nhiên;

- Phải có bề rộng thích hợp đủ sức ngăn chặn dòng chảy, phát huy tối đa tác dụng giữ đất, lắng đọng bùn cát;

- Hướng của đai rừng phải bố trí theo đường đồng mức và ngăn chặn được toàn bộ các dòng chảy;

- Rừng chống xói mòn thường phải bố trí với mật độ dầy để phát huy cao nhất tác dụng ngăn chặn dòng chảy, đồng thời trồng dầy rừng mau khép tán, mau chóng phát huy lợi ích về mặt phòng hộ;

- Rừng chống xói mòn cần có kết cấu nhiều tầng để phát huy mạnh mẽ tác dụng giữ nước và che đất ngăn chặn lực xung kích của giọt mưa trực tiếp tác động vào mặt đất Đồng thời rừng hỗn giao nhiều tầng cũng có tác dụng cải tạo đất nhanh chóng

Tuy nhiên, điều kiện tự nhiên ở khu vực xói mòn thường khắc nghiệt: mùa khô thì hạn hán, mùa mưa thì lũ lụt, đất đai nghèo xấu, xói lở bồi tụ không ổn định… Vì vậy, việc chọn loại cây trồng chống xói mòn gặp nhiều khó khăn Ngoài ra rừng phòng hộ chống xói mòn được trồng trên nhiều điều kiện khác nhau, với nhiều đối tượng bảo vệ khác nhau, mỗi đối tượng đó lại có những yêu cầu riêng biệt, cho nên tiêu chuẩn để chọn loại cây trồng cũng không giống nhau Nhưng nhìn chung khi chọn cây để trồng trên đai rừng chống xói mòn cần đảm bảo mấy nguyên tắc sau:

1 Có bộ rễ phát triển mạnh (sâu, rộng) để cố định đất;

2 Có nhiều cành nhánh, tán lá rậm để che đất;

3 Lá có thể làm phân, làm thức ăn cho gia súc được;

4 Sinh trưởng nhanh để chóng khép tán, mau chóng phát huy khả năng phòng hộ;

5 Có khả năng chịu được khô hạn, chịu được đất nghèo xấu không đòi hỏi nhiều nước và chất dinh dưỡng;

6 Có khả năng sinh chồi nhanh, mạnh;

7 Không có cùng loại sâu bệnh với cây trồng chính;

8 Không có chất độc đối với người, gia súc và cá;

9 Kết hợp lấy được gỗ, củi, quả và lâm sản khác;

10 Có khả năng chịu ngập nước, thân dẻo chịu được nước lũ

Tất nhiên trong điều kiện cụ thể chọn loại cây trồng cho một đai rừng chống xói mòn nào đó không thể thoả mãn hết được các yêu cầu nói trên Trong một số trường hợp cụ thể thì các nguyên tắc chọn loại cây trồng ở trên lại chưa

- Phương thức gây trồng thuần loại hay hỗn giao, tỷ lệ các loại cây hỗn giao;

- Quy mô gây trồng như trồng thành dải, trồng thành đám hay trồng toàn diện;

- Chọn loại cây trồng là cây lấy gỗ, cây ăn quả, cây cao hay cây bụi;

- Phương thức và phương pháp làm đất khi trồng…

Nhìn chung ở những nơi địa hình không phức tạp thì trên đỉnh núi và đường dông nên trồng rừng phòng hộ thành những dải rừng có chiều rộng của dải từ 20 m – 30 m hoặc có thể lớn hơn Nơi địa hình phức tạp có thể trồng thành từng đám rừng Nơi đồi núi độc lập nên trồng thành đám ở chỏm núi, chỏm đồi

Nơi đất sâu dốc nhẹ có thể trồng thuần loại cây gỗ, cây ăn quả, nơi đất xấu nên bố trí trồng hỗn giao cây gỗ với cây bụi Điều kiện dốc mạnh đất quá xấu, đá

lộ đầu nhiều có thể trồng toàn diện bằng cây bụi kết hợp với nuôi dưỡng đồng cỏ Tuỳ theo điều kiện địa hình và độ dày lớp đất để bố trí phương thức làm đất toàn diện hay cục bộ Ngoài ra cần bố trí kết hợp với các biện pháp thuỷ lợi công trình như: kết hợp trồng rừng với làm mương, hố vẩy cá, đắp bờ giữ nước, trồng rừng trên bậc thang…

d Trồng rừng điều tiết nước ở sườn dốc

Để hạn chế sự phá hoại ngày càng mạnh của dòng nước mặt, để tăng lượng nước trong đất, trên những khu vực sản xuất nông nghiệp, cây công nghiệp, cây

ăn quả ở đất dốc, trên những mặt dốc ở đầu nguồn tập trung nước của hồ chứa nước cứ cách một cự ly nhất định nên trồng một dải rừng điều tiết dòng chảy Khi chảy qua những dải rừng dòng nước mặt sẽ bị phân tán, giảm lưu tốc, tăng lượng

nước thấm; đồng thời bùn cát của dòng chảy thông qua qua đó cũng bị ngăn chặn lắng đọng lại Như vậy, tác dụng của dải rừng điều tiết dòng chảy rất lớn

- Hình thức bố trí dải rừng điều tiết dòng chảy ở sườn dốc phụ thuộc vào yêu cầu phát triển sản xuất và yêu cầu phòng chống xói mòn

Thí dụ: Ở những khu vực sản xuất trên bậc thang ta nên lợi dụng đất hoang giữa các khu bậc thang, lợi dụng các bờ bậc thang Ở những khu vực sản xuất trên đất dốc thì cách một cự ly nhất định trên mặt dốc nên bố trí những dải rừng điều tiết dòng chảy Ở những khu vực trồng rừng kinh doanh trên diện tích lớn cũng có thể lợi dụng các băng phòng cháy, đường bộ, đường chia lô khoảnh để thiết kế rừng điều tiết dòng chảy

Khi bố trí dải rừng điều tiết dòng chảy ở mặt dốc cần quán triệt nguyên tắc

là diện tích rừng (điều tiết nước) nhỏ mà phát huy hiệu quả phòng hộ lớn

Phải căn cứ vào lưu lượng của dòng chảy mặt và khả năng hút nước, giữ nước của rừng để xác định diện tích rừng Ở Nga và Trung Quốc công thức sau đây thường được dùng để xác định diện tích rừng, chống xói mòn ở đất dốc:

F = (A x K1 + P x K2)/h Trong đó:

F là diện tích rừng bảo vệ dốc (ha);

A là diện tích bậc thang mà diện tích rừng bảo vệ dốc phải phòng chống (ha);

P là diện tích đồng cỏ mà diện tích rừng bảo vệ dốc phải phòng chống (ha);

K1 là bề dày tầng nước mặt lớn nhất của dòng chảy mặt sản sinh ra trên mỗi

vị trí của dải rừng có thể phân thành 4 hình thức cơ bản như sau:

+ Trên mặt dốc lồi: Phần đỉnh dốc tương đối bằng, xói mòn nhẹ, phần chân dốc độ dốc mạnh khoảng cách tới đường chia nước càng xa thì tốc độ càng mạnh, lưu lượng và lưu tốc cũng càng tăng, do đó xói mòn càng mạnh Dải rừng nên bố trí ở gần phía chân dốc;

+ Trên mặt dốc lõm: Phần trên đỉnh dốc mạnh, càng xa đỉnh dốc càng giảm, tuy lưu lượng có lớn nhưng lưu tốc nhỏ, vì thế xói mòn giảm, thậm chí không có xói mòn mà lại bồi tụ Dải rừng nên bố trí ở gần đỉnh hoặc tạo thành chỏm rừng; + Trên mặt dốc thẳng: Càng xa đỉnh dốc sự tập trung dòng chảy càng lớn,

lưu lượng và lưu tốc tăng lên, nên bố trí dải rừng ở giữa mặt dốc;

+ Trên mặt dốc hỗn hợp cần bố trí mức độ xói mòn từng đoạn để bố trí dải rừng cho thích hợp

- Việc định tuyến cho dải rừng điều tiết nước ở mặt dốc khác với dải rừng

hộ điền, vì dải rừng hộ điền yêu cầu chủ yếu của nó là vuông góc với hướng gió hại chính, nhưng do có tác dụng hỗ trợ của giải phụ nên nói chung có thể kết hợp với đường đi, ven sông, lợi dụng hệ thống kênh mương… nên khi định tuyến có thể linh động được Còn dải rừng điều tiết dòng chảy ở mặt dốc khi định tuyến phải đi theo đường đồng mức; vì trồng dải rừng trên đường đồng mức mới vuông góc với hướng dòng chảy, mới phát huy được tác dụng chống xói mòn

Nhưng ở khu vực địa hình thay đổi phức tạp thì trên một dải rừng bố trí theo đường đồng mức không thể cắt ngang toàn bộ đường chảy (lưu tuyến) của dòng nước mặt (nhất là trong điều kiện trình độ kỹ thuật bố trí không khớp với đường đồng mức) Cho nên cần phải bố trí thêm các giải pháp phụ không tuân theo đường đồng mức Có như vậy mới phát huy được đầy đủ hiệu suất của các dải rừng

- Chiều rộng của dải rừng điều tiết nước ở mặt dốc cũng không giống như chiều rộng của dải rừng hộ điền Kết cấu của rừng hộ điền do yêu cầu có trình

độ thông gió khác nhau, cho nên chiều rộng có một phạm vi nhất định không thể rộng quá được Nhưng dải rừng điều tiết nước do yêu cầu cần biến dòng nước mặt thành dòng nước trong đất nên càng rộng càng tốt Trong thực tế chúng ta không thể mở rộng dải rừng một cách tuỳ ý mà phải đảm bảo nguyên tắc chiếm

tỷ lệ diện tích đất nhỏ nhất Cho nên khi xác định chiều rộng của dải rừng điều tiết nước cần phải nghiên cứu ấn định một cách thoả đáng Do độ dốc ảnh hưởng đến tốc độ, chiều dài dốc ảnh hưởng tới lưu lượng của dòng chảy Cho nên chiều rộng của dải rừng còn tuỳ thuộc vào độ dốc, diện tích khu vực cần bảo vệ mà định Khi độ dốc càng mạnh và chiều dài dốc càng lớn thì chiều rộng của dải rừng càng rộng Theo kinh nghiệm của Nga thường lấy chiều rộng của dải rừng

từ 20-60m Nơi bị giới hạn bởi điều kiện địa hình và quy hoạch sử dụng đất đai canh tác thì việc quyết định chiều rộng của dải rừng điều tiết nước cần theo nguyên tắc sau: Khi diện tích cần phòng hộ như nhau, nếu dải rừng ngắn thì nên rộng, dải rừng dài thì nên hẹp hơn Cự ly giữa các giải lớn thì nên rộng, cự ly đó gần thì bố trí hẹp hơn, độ dốc lớn thì đai rộng mà độ dốc nhỏ thì đai hẹp hơn

- Cự ly giữa những dải rừng điều tiết nước theo kinh nghiệm của Nga có thể bằng 4 - 6 lần chiều rộng của dải rừng, trường hợp đặc biệt có thể bằng 10 lần

- Rừng điều tiết dòng chảy ở sườn dốc nói chung là nên chọn kết cấu nhiều tầng, trồng dày nhất là rìa rừng phía đón dòng nước Cây bụi trong rừng điều tiết dòng chảy có tác dụng rất lớn, không những nó phát huy tác dụng ngăn cản dòng nước chảy, tăng cường thấm nước, mà còn hạn chế cỏ dại, hỗ trợ cho cây cao sinh trưởng tốt Do đó, trong gây rừng điều tiết nước phải áp dụng hình thức hỗn giao cây lớn với cây bụi Trong hoàn cảnh đặc biệt để thích ứng với điều kiện khó khăn về địa hình phức tạp, đất mỏng nghèo xấu có thể trồng thành rừng thuần loại cây bụi Dưới đây là một số loại hình, tổ thành kết cấu của rừng điều tiết dòng chảy ở đất dốc

Rừng hỗn giao cây cao với cây bụi: Đây là một loại hình rừng điều tiết dòng chảy cơ bản trên đất dốc Tuỳ theo điều kiện đất và khí hậu của địa phương

để chọn loại cây cao cũng như cây nhỏ, cây bụi cho thích hợp Đa số vùng đồi của ta có thể chọn cây cao như phi lao, bạch đàn, thông nhựa, thông mã vĩ, xà cừ,

sa mu… Cây bụi thì chọn các cây ở địa phương hoặc những cây phân xanh như: muồng, cốt khí, đậu triều, keo dậu, trinh nữ không gai, dứa… Nên hỗn giao theo hàng, xen cây với mật độ dầy

Rừng cây ăn quả: Căn cứ vào yêu cầu của sản xuất, điều kiện đất cho phép thì dải rừng điều tiết nước có thể gây thành rừng cây ăn quả Để phát huy tác dụng điều tiết nước có thể hỗn giao với 50% cây bụi Nếu đất tốt kinh doanh cao độ có bón nhiều phân thì có thể chọn những loại cây bụi cho quả hoặc cây bụi có giá trị kinh tế để tiến hành hỗn giao Bản thân cây ăn quả đòi hỏi phải phòng chống gió nên mặt đón gió có thể trồng 1 hàng cây gỗ lớn Ở nước ta, cây ăn quả loại cây cao có thể chọn: cam, chanh, ổi Cây bụi có thể chọn: dứa, thanh mai, sim… Rừng cây bụi: Dải rừng điều tiết nước ở mặt dốc dùng loại hình rừng thuần loại cây bụi là để thích ứng với điều kiện địa hình thay đổi nhiều, mặt dốc ngắn,

độ dốc lớn để giảm bề rộng và diện tích của dải rừng, đồng thời tránh cây lớn che bóng cây nông nghiệp

Trong công tác khai hoang ở vùng đồi núi để tiến hành sản xuất nông nghiệp, cây công nghiệp cần phải nghiên cứu chừa lại chỏm rừng, băng rừng hoặc cây bụi, cỏ tự nhiên ở ngang dốc để cải tạo thành những dải rừng điều tiết dòng chảy Đó là biện pháp xây dựng hệ thống rừng điều tiết giản đơn nhất

e Rừng chống xói mòn cho cây ăn quả, cây đặc sản ở đất dốc

Vùng đồi núi có điều kiện khí hậu đất đai rất thích hợp cho cây ăn quả phát triển và các loại cây kinh tế đặc dụng Trồng cây ăn quả, cây đặc sản đòi hỏi cày xới vun bón nhiều, nhất là khi có trồng xen cây nông nghiệp Cho nên cần phải

có biện pháp chống xói mòn trong đó bao gồm cả việc trồng rừng chống xói mòn Cây đặc sản, cây ăn quả đòi hỏi phải chống gió bão, sương lạnh một cách nghiêm khắc, nên rừng chống xói mòn đồng thời cũng có tác dụng chống gió, chống lạnh và sương hại

Trên đất dốc nhẹ xói mòn không nghiêm trọng có thể bố trí xen kẽ một dải rừng rồi tới một giải cây ăn quả, cây đặc sản chiều rộng của dải rừng thường bằng 1/8-1/10 giải đất cần bảo vệ Kết cấu của dải rừng phải có cây cao để chống gió, cây bụi để giữ đất ngăn cản dòng chảy, cải tạo đất

Cự ly giữa các dải rừng tuỳ thuộc vào độ dốc và chiều cao của cây cần bảo vệ Dải rừng cần có khả năng hút và giữ nước lắng đọng bùn cát nên cần có chiều rộng nhất định và phải trồng dày, trồng hỗn giao cây lớn cây bụi Khi chọn cây trồng cần phải chú ý cây rừng không có cùng loại sâu bệnh hại với cây cần bảo vệ

Trên đất dốc mạnh có thể kết hợp với các biện pháp công trình như trồng rừng và làm mương trên bờ dưới, cũng có thể san bậc thang, trồng cây ăn quả và cây đặc sản, trên bậc thang trồng cây gỗ, cây bụi hoặc cỏ ở bờ bậc thang Trên bậc thang có thể trồng xen cây nông nghiệp như ngô, đậu, lạc, vừng… hoặc cây phân xanh vừa để lấy ngắn nuôi dài, vừa cải tạo đất trên các bậc thang thúc đẩy sinh trưởng cho cây chủ yếu

Có thể làm bậc thang cách dốc, trên bậc thang trồng cây ăn quả, cây đặc sản phần đất dốc trồng thành băng rừng chống xói mòn, chống gió Trên đất dốc mạnh có điều kiện có thể làm bậc thang bờ đá để trồng cây ăn quả cây đặc sản Trên những mảnh đất còn lại trồng thành những giải cây bụi hoặc những dải rừng hỗn giao giữa cây bụi và cây cao

f Rừng chống xói mòn trên đồng cỏ chăn nuôi ở đất dốc

Mục đích của trồng rừng bảo vệ đồng cỏ chủ yếu là để khống chế dòng nước mặt chống xói mòn, giữ ẩm cho đất, cải thiện điều kiện khí hậu trên đồng

cỏ, đảm bảo cho đồng cỏ phát triển tốt cung cấp đầy đủ thức ăn cho đàn gia súc nhằm phát triển chăn nuôi

Những đồng cỏ chăn nuôi trên đất dốc cần phải bố trí những dải rừng phòng hộ chống xói mòn, chống gió trên đường đồng mức Cách tính chiều rộng,

cự ly cũng giống như cách tính của các dải rừng chống xói mòn trên đất dốc

Ngoài ra cần lợi dụng các đường phân khu, phân khoảnh chăn thả để gây thành mạng lưới rừng phòng hộ

Những đồng cỏ chăn nuôi trên vùng thảo nguyên tương đối bằng phẳng mức độ xói mòn yếu nên bố trí hệ thống rừng phòng hộ thành những ô vuông dựa theo đường phân khu khoảnh chăn thả Ngoài ra trên toàn bộ diện tích đồng

cỏ nên trồng những cây cao lớn với cự ly rất thưa làm cây bóng mát cho gia súc

ăn trên đồng cỏ

Những đồng cỏ dốc mạnh xói mòn nghiêm trọng cần phối hợp trồng rừng chống xói mòn với các biện pháp công trình đơn giản để chống xói mòn như các biện pháp mương bờ, nương bậc thang hẹp, bậc thang cách dốc… Một vấn đề vô cùng quan trọng để chống xói mòn bảo vệ đồng cỏ cần phải hết sức chú ý là việc quản lý đồng cỏ, có kế hoạch chăn thả tốt, tránh sự phá hoại đồng cỏ phá hoại đất của súc vật

Với các loại rừng bảo vệ đê, hồ chứa nước sẽ được giới thiệu tại phần kỹ thuật sinh học bảo vệ nước

1.1.4.3 Dùng băng cây xanh cho bảo vệ đất (Kỹ thuật canh tác đất dốc bền vững)

a Canh tác theo đường đồng mức

- Đặc điểm:

+ Đường đồng mức là đường nối các điểm cùng độ cao với nhau trên mặt đất và nó thường giao với đường nước chảy xuống Canh tác theo đường đồng mức trên đất dốc nhằm giảm lượng nước chảy bề mặt từ đó giảm xói mòn;

+ Thông thường để hạn chế xói mòn người ta trồng các loại cây bụi hay xây dựng các rào chắn dọc theo các đường đồng mức của mặt dốc;

+ Người ta có nhiều cách phối hợp hoa màu, gia súc, cây rừng với nhau trên cùng một diện tích như hoa màu và cây rừng; hoa màu, cây rừng và gia súc…

Hình 1.7 Hệ thống canh tác theo đường đồng mức trên đất dốc

- Hạn chế: Khó khăn trong việc xác định các đường đồng mức và đòi hỏi lao động cho chăm sóc và giữ gìn

- Điều kiện sử dụng kỹ thuật: Có thể áp dụng được ở những vùng canh tác đất dốc

b Canh tác theo bậc thang

- Đặc điểm: Ruộng bậc thang được xây dựng bằng cách đào và đắp đất tạo nên các bậc thềm giống như bậc thang Các hệ thống bậc thang có thể được củng

cố bằng các mô đất hay hàng đá xếp ở mép mỗi bậc thang, cũng có thể trồng cỏ ở giữa hai bậc thang kế tiếp nhau hoặc trồng thêm cỏ và cây bụi thấp ở mép bậc thang Kỹ thuật này rất phổ biến để trồng lúa và các loại hoa màu khác ở vùng cao

Hình 1.8 Hệ thống ruộng bậc thang Sapa

- Hạn chế:

+ Có tác động lớn đến đất nên sẽ làm giảm năng suất ít nhất là 2-3 năm đầu tiên;

+ Cần có kỹ thuật xây dựng và bảo trì bậc thang;

+ Cần nhiều lao động và vốn để xây dựng và bảo trì bậc thang

- Điều kiện áp dụng: Đa số những vùng có lao động, vốn và kỹ thuật thì hình thức này đều được khuyến khích Loại trừ các trường hợp như: Nơi đất cát

và dễ lở; không thích hợp trồng các loài cây không chịu được úng; trên các loại đất nghèo, kỹ thuật canh tác bậc thang cho tỉ lệ thu hồi vốn và lợi nhuận thấp so với kinh phí đầu tư ban đầu

c Cây che phủ đất

- Đặc điểm:

+ Người ta trồng các loại cây phủ đất để bảo vệ đất giảm xói mòn và để cải tạo đất nhờ vào lượng phân xanh của chúng (cày vùi các loại thân lá còn xanh hay các phẩm vật dư thừa hoa màu canh tác);

+ Các loài thực vật này thường là các loại có đời sống ngắn (ít hơn 2 năm)

và được trồng ngoài đất ruộng hay dưới tán các cây trong giai đoạn bỏ hóa Các loài hoa màu phủ đất này cũng được trồng xen hay trồng sau khi gieo giống trồng các loài cây lấy hạt như ngô… Kỹ thuật trồng cây che phủ đất thường được áp dụng ở Việt Nam và các nước khác ở cùng châu Á để loại trừ cỏ dại dưới rừng cao su hay dừa… và nhằm mục đích cung cấp thức ăn cho gia súc Cây che phủ đất còn được trồng trong các hệ thống bỏ hóa để cải tạo độ phì của đất nhanh chóng và rút ngắn được giai đoạn bỏ hóa;

Hình 1.9 Hệ thống cây che phủ mặt đất

+ Một số loài cây thường được trồng như: Sắn dây dại (Pueraria tokinensis), Đậu bướm (Clitoria ternatea), Đậu xanh (Vigna radiate), Đậu triều (Cajanus cajan), Cốt khí (Tephrosia candida), Điền thanh (Sesbania sp)…

- Lợi ích: Cải thiện tính chất lý hóa học đất; Bảo vệ đất chống xói mòn; cản trở cỏ dại phát triển nên giảm dùng phân bón và thuốc diệt cỏ; cung cấp lương thực cho người và cỏ cho gia súc

- Hạn chế: Có thể cạnh tranh nước và chất dinh dưỡng với cây lâu năm; có thể phát triển thành cỏ dại; có thể là nơi trú ẩn cho sâu bệnh hại; một số loài có thể tiết ra các chất hóa học cản trở gây trồng cho các loài hoa màu; chuột và rắn

d Kỹ thuật canh tác nông lâm nghiệp trên đất dốc (SALT1 - Sloping Agricultural Land Technology)

- Đặc điểm của kỹ thuật: Là một hệ thống nông lâm kết hợp bao gồm việc trồng các hàng cây làm hàng ranh (bố trí theo đường đồng mức) và canh tác hoa màu ở đường băng giữa các hàng ranh Các hàng ranh thường rộng 1 mét, được cấu tạo bởi một hoặc hai hàng cây thân gỗ đa niên và định kỳ được cắt tỉa để tránh che bóng cây hoa màu Khoảng cách của hai hàng thay đổi tùy theo độ dốc của khu vực nhưng chỉ giới hạn trong khoảng từ 2 - 6 m Cơ cấu cây được sử dụng trong mô hình này để đảm bảo ổn định và hiệu quả nhất là 75% cây nông nghiệp và 25% cây lâm nghiệp

Việc trồng hàng ranh theo đường đồng mức là hạn chế xói mòn đất, lưu giữ lại lượng đất mặt bị cuốn trôi tại chân các hàng cây, làm giảm vận tốc của dòng chảy bề mặt, cung cấp phẩm vật xanh cho đất để phục hồi và duy trì độ phì đất Sau vài năm hệ thống sẽ hình thành dần các bậc thang

+ Chọn các loài cây họ đậu cố định đạm để trồng trên hàng ranh Tiêu chí

để chọn cây họ đậu là dễ sống, sinh trưởng nhanh, trồng được bằng hạt, nảy chồi tốt khi cắt tỉa

+ Phải áp dụng triệt để kỹ thuật luân canh và xen canh khi canh tác hoa màu nông nghiệp giữa hai hàng ranh cây xanh;

+ Đa dạng hóa tầng tán bằng cách trồng xen cây nông nghiệp lâu năm (trồng một băng cây lâu năm kế tiếp ba băng trồng hoa màu) hay cây rừng bao quanh khu vực canh tác

Hình 1.10 Kỹ thuật canh tác nông lâm nghiệp trên đất dốc (SALT1)

- Điều kiện xây dựng thành công kỹ thuật Salt1:

+ Chọn đúng loài cây họ đậu trồng trên các đường ranh đồng mức;

+ Phải gieo hạt cây này càng dày càng tốt và theo hàng đôi song song với nhau;

+ Cần gieo hạt các cây làm hàng ranh đúng thời vụ vào đầu mùa mưa; + Phải định kỳ cắt tỉa hàng ranh xuống thấp hơn 0,8m để hoa màu nhận đủ ánh sáng

- Lợi ích: Bảo vệ được đất và nước trên đất dốc; phục hồi độ phì đất; duy trì được năng suất và thu nhập lâu dài

- Hạn chế: Mất một diện tích tương đối lớn cho trồng các hàng ranh (khoảng 20% diện tích canh tác) Cây trồng có thể bị cạnh tranh dinh dưỡng và ánh sáng với cây hàng ranh Hiệu quả cải thiện độ phì đất của kỹ thuật này cần

có thời gian dài mới phát huy tác dụng (ít nhất là 4 năm) Tốn công lao động để cắt xén hàng ranh (ít nhất là 4 lần trong một năm)

- Điều kiện áp dụng: Ưu tiên vùng sản xuất ngô Đất canh tác có độ phì nghèo Đất có độ pH cao hơn 5,5 Nơi thiếu cây lâu năm để che phủ đất đai Nơi

có áp lực dân số gia tăng, nơi có giai đoạn bỏ hóa phải ngắn Nông dân có phương thức chăn nuôi có kiểm soát, không thả rong Thu nhập chính của nông dân là dựa vào canh tác nông nghiệp

e Kỹ thuật lâm - nông - đồng cỏ (SALT2 - Simple Agro - livestock technology)

- Đặc điểm kỹ thuật:

Đây là kỹ thuật sử dụng tổng hợp dựa trên kỹ thuật canh tác nông nghiệp trên đất dốc (Salt1) Bằng cách dành một phần đất để trồng cây lấy thức ăn cho chăn nuôi theo phương thức nông súc kết hợp

Bố trí canh tác của SALT2 như sau: 40% diện tích đất dành cho sản xuất nông nghiệp, 20% trồng cây lâm nghiệp và 20 % dành cho trồng cây thức ăn và

cỏ để chăn nuôi, phần đất còn lại là để làm nhà và chuồng trại Các diện tích trên đều được thiết kế trồng cây họ đậu theo đường đồng mức như Salt 1 Với 1 ha đất đồi dốc được bố trí như trên các chủ hộ có thể nuôi nhốt được 14 con dê với thức ăn cắt đem về từ đất trồng cỏ và cây họ đậu Ngoài lương thực thu được trên phần trồng trọt, nông dân có thể thu được 2 lít sữa/con/ngày

Hình 1.11 Kỹ thuật lâm-nông- đồng cỏ

- Lợi ích:

+ Đa dạng hóa thu nhập như thịt, sữa, sản phẩm cây trồng;

+ Vẫn duy trì được độ phì của đất và bảo vệ được đất

- 5, 6 - 10, 11 - 15, 16 - 20 năm sao cho nông dân có sản phẩm thu hoạch đều đặn Phải sử dụng cây mọc nhanh và cho gỗ nhỏ để làm củi, cột, bột giấy để trồng xen phụ trợ cho các cây lâm nghiệp chu kỳ dài Ngoài ra, phải chọn cây có tác dụng cải tạo đất như keo dậu, bản xe lá phượng, lõi thọ, tếch đồng thời có giá trị kinh tế cao

Hình 1.12 Hệ thống canh tác nông-lâm bền vững

Bố trí diện tích sử dụng như sau: 40% cho nông nghiệp + 60% cho lâm nghiệp

- Lợi ích:

+ Đất đai được bảo vệ có hiệu quả;

+ Sản xuất đa dạng từ lương thực, thực phẩm, gỗ củi, và nhiều sản phẩm phụ khác;

+ Có hiệu quả kinh tế cao không chỉ cho trước mắt mà lâu dài nhờ vào tác dụng hỗ trợ nhiều mặt của rừng

- Đặc điểm kỹ thuật: Đây là kỹ thuật sử dụng đất tổng hợp được xây dựng

và phát triển từ năm 1992 dựa trên sự hoàn thiện các kỹ thuật Salt nói trên Trong kỹ thuật này, ngoài đất đai để trồng cây lương thực, cây lâm nghiệp, cây hàng rào xanh, nông dân còn dành ra một phần để trồng cây ăn quả như đu đủ,

chuối, cam, chanh, xoài, dứa, dừa… và cả một số cây công nghiệp có giá trị như

cà phê, ca cao, chè… Trong mô hình này các loài cây ăn quả nhiệt đới đặc biệt được chú ý do sản phẩm của nó có thể bán để thu tiền mặt và cũng là những cây lâu năm nên dễ dàng duy trì được sự ổn định và lâu bền về mặt sinh thái so với cây hàng năm

Hình 1.13 Mô hình sản xuất nông lâm nghiệp với cây ăn quả quy mô nhỏ

- Lợi ích:

+ Tăng thu nhập cho nông dân;

+ Gia tăng được độ che phủ cho mặt đất bằng các loài cây ăn quả

- Chuồng (RVAC)

Hình 1.14 Mô hình sản xuất nông lâm kết hợp

VAC model

(Garden- Pond- Coop)

Hình 1.15 Mô hình sản xuất Vườn- Ao- Chuồng