Luận văn sử dụng mô hình mô phỏng swat nhằm thành lập bản đồ xói mòn đất vùng tây bắc việt nam

luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NễNG NGHIỆP HÀ NỘI

-

GIANG THANH TÙNG

Sử dụng mô hình mô phỏng SWAT nhằm thành lập bản đồ xói mòn đất

vùng Tây Bắc Việt Nam

LUẬN VĂN THẠC SĨ NễNG NGHIỆP

Chuyờn ngành : QUẢN Lí ðẤT ðAI

Mó số : 60.62.16 Người hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN DUY BèNH

HÀ NỘI - 2009

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là kết quả nghiên cứu của tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào

Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ trong quá trình thực hiện luận văn ñã ñược cám ơn, các thông tin trích dẫn ñã chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2009

Tác giả luận văn

Giang Thanh Tùng

LỜI CẢM ƠN

ðể có ñược kết quả nghiên cứu này, ngoài sự cố gắng và nỗ lực của bản thân, tôi ñã nhận ñược sự giúp ñỡ từ rất nhiều ñơn vị và cá nhân Tôi xin ghi nhận và bày tỏ lòng biết ơn tới những tập thể, cá nhân ñã dành cho tôi sự giúp

ñỡ quý báu ñó

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng sự giúp ñỡ nhiệt tình của thầy giáo TS Nguyễn Duy Bình, người ñã trực tiếp hướng dẫn ñề tài này Tôi xin chân thành cảm ơn những ý kiến ñóng góp quý báu của các thầy,

cô trong Khoa ðất và Môi trường, các thầy cô trong Khoa Sau ñại học

Tôi xin chân thành cảm ơn bộ môn Tài nguyên nước, ñã tạo ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian tiến hành chạy thử nghiệm mô hình tại bộ môn

Tôi xin chân thành cảm ơn các ñồng chí lãnh ñạo Bộ Tài nguyên & Môi trường, Trung tâm khí tượng thuỷ văn ñã tạo ñiều kiện về thời gian và cung cấp số liệu giúp tôi thực hiện ñề tài này

Cám ơn sự cổ vũ, ñộng viên và giúp ñỡ của gia ñình, các anh, chị ñồng nghiệp, bạn bè trong quá trình học tập và thực hiện luận văn

Hà Nội, ngày tháng năm 2009

Tác giả luận văn

Giang Thanh Tùng

2.1.2 Diễn biến xói mòn ñất trên Thế giới và Việt Nam 5

2.2.1 ðiều kiện tự nhiên – kinh tế - xã hội và tập quán canh tác 8

2.3 Những nghiên cứu xói mòn ñất trên Thế giới và ở Việt Nam 13

2.4 Những nghiên cứu và sử dụng SWAT trên thế giới 53

3.1.1 Thu thập số liệu, dữ liệu 55

3.1.3 Thực hiện mô phỏng xói mòn ñất kiểm ñịnh kết quả mô hình 55

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Các phương pháp (cơng cụ) đánh giá các pha trong xĩi mịn đất 15Bảng 2.2 Quan hệ giữa cường độ mưa và đường kính hạt mưa trung bình 22Bảng 2.3 Quan hệ giữa đường kính, trọng lượng và vận tốc rơi của hạt mưa 23Bảng 2.4 Tính trị số C cho luân canh lúa mỳ ở Dehradun 37

Bảng 2.8 Kết quả phịng chống xĩi mịn của các biện pháp bảo vệ đất dốc

Bảng 2.9 Tác dụng chống xĩi mịn của các biện pháp làm đất trên 50

Bảng 2.11 Giá trị xĩi mịn chẩn đốn ở khu vực Tây Nguyên 52Bảng 2.12 Ảnh hưởng của các cơng thức bảo vệ đất đến xĩi mịn đất 52Bảng 2.13 Thành phần hố học của tướng rắn bị rửa trơi 53Bảng 2.14 Thành phần các yếu tố đa lượng trên đất dốc trồng lúa 53Bảng 4.2 Một số file chính của dữ liệu đầu ra quá trình xĩi mịn 82Bảng 4.3 Những file chính của mỗi HRU trong dữ liệu đầu ra quá trình xĩi mịn83Bảng 4.4 Những file chính của mỗi SUB trong dữ liệu đầu ra quá trình xĩi mịn83

DANH MỤC BIỂU ðỒ

Hình 2.1 Biểu ñồ về sự giảm chiều sâu lớp ñất trồng qua các năm kể từ

trạng thái ban ñầu của nó khi chưa trồng trọt (Y0, D0) 19Hình 2.2: Biểu ñồ phản ánh sự giảm năng suất từ Pm (mức trung bình

Hình 2.4 Mối quan hệ giữa tỷ lệ mưa và ñường kính hạt mưa 24Hình 2.5 Sơ ñồ lực tác ñộng lên hạt ñất trong dòng chảy 25Hình 2.6 Sơ ñồ mô tả phương pháp ño bộ rễ thực vật xác ñịnh lượng

Hình 4.9 Mô hình số hoá ñộ cao DEM tại khu vực nghiên cứu 65

Hình 4.11 Vị trí trạm mưa khu vực nghiên cứu và toàn miền Bắc 68

Hình 4.14 Bức xạ nhiệt ño ñược tại trạm Tabu - ðiện Biên 72

Hình 4.16 Giao diện chuẩn hoá dữ liệu DEM vùng nghiên cứu 74Hình 4.17 Giao diện xác ñịnh ranh giới vùng nghiên cứu Tây Bắc

(Trong ñó màu ñỏ là khoanh vùng Tây Bắc, màu xanh là hệ

Hình 4.19 Giao diện xác ñịnh vị trí các trạm ño nước trong mô hình 76

Hình 4.20 Giao diện kết quả của quá trình xác ñịnh lưu vực con của

Hình 4.21 Giao diện kết quả của quá trình xác ñịnh lưu vực con của

Hình 4.22 Giao diện kết quả của quá trình xác ñịnh lưu vực con của

Hình 4.23 Giao diện kết quả của quá trình xác ñịnh lưu vực con của

Hình 4.24 Giao diện kết quả ảnh hưởng xói mòn do sông tại khu vực

Hình 4.25 Giao diện kết quả ảnh hưởng xói mòn do sông tại khu vực

Hình 4.26 Giao diện nhập dữ liệu khí tượng ñầu vào cho SWAT 80Hình 4.27 Giao diện khí tượng thể hiện trong khu vực nghiên cứu 80Hình 4.28 Giao diện chuẩn bị và chạy mô hình mô phỏng SWAT 81

Hình 4.29 Hộp thoại chỉ ra chạy mô hình mô phỏng xói mòn ñất

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

SWAT Soil and Water Assessment Toll Phương pháp ñánh giá ñất

và nước

GIS Geopraphic Information System Hệ thống thông tin ñịa lý HRU Hydrologic Response Unit ðơn vị ñồng nhất về phản

ứng của thủy văn

Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ

ñất ñai Nam Phi USLE Universal Soil Loss Equation Phương trình mất ñất cổ

ñiển của Wischmeier và Smith

MUSLE Modified Universal Soil Loss

Equation

Phương trình mất ñất ñã sửa ñổi của Williams

PET Potential Evapotranspiration Bốc thoát hơi nước khả

năng PEST Parameter Estimator System Mô hình ước lượng thông số

ñộc lập

Phụ lục bao gồm 2 phần:

A Phần 1: Dữ liệu ñầu vào cho quá trình xói mòn mà chúng tôi sử dụng cho mô

hình:

1 DEM (Digital Elevetion Model): Mô hình số hóa ñộ cao của khu vực nghiên

cứu, tỷ lệ 1: 1.000.000, với ñộ rộng ñủ bao trùm toàn bộ khu vực nghiên cứu

2 Sử dụng ñất ñai (Landuse): Bao gồm dữ liệu của các loại hình sử dụng ñất có

trong vùng nghiên cứu

Dữ liệu sử dụng ñất ñai bao gồm có 3 tập file:

1 ðẶT VẤN ðỀ

1.1 Tính cấp thiết của ñề tài

Trong sản xuất Nông – Lâm nghiệp, ñất ñai là tài nguyên rất quý giá, là

tư liệu sản xuất, không có gì có thể thay thế ñược Mọi quá trình sản xuất ñều gắn liền với ñất và ñộ màu mỡ của nó ðộ màu mỡ của ñất phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nguồn gốc tự nhiên, ñịa hình, thời tiết khí hậu, thực vật và tình hình sử dụng ñất của con người Vì những tác nhân kể trên, ñộ mầu mỡ và diện tích trồng trọt luôn luôn nằm trong 2 quá trình trái ngược nhau: tăng lên

và bị suy giảm Quá trình nào chiếm ưu thế là phụ thuộc vào hình thức và trình ñộ sử dụng ñất của con người Thêm nữa, một trong những nguyên nhân quan trọng của quá trình giảm ñộ phì nhiêu của ñất là xói mòn Chẳng những vậy, xói mòn ñất kéo theo sự bồi lắng làm thay ñổi chế ñộ thuỷ văn của lưu vực, gây ảnh hưởng tiêu cực ñến sản xuất và môi trường

Việt Nam là một nước nhiệt ñới gió mùa, có lượng mưa lớn và phân bố không ñồng ñều theo không gian và thời gian Hơn 75% diện tích là ñất dốc (ñồi núi), trong ñó không ít diện tích ñã bị bóc tầng thảm thực vật, do vậy ñất ñai ñứng trước nguy cơ xói mòn nghiêm trọng

Xói mòn ñất là sự liên quan chính ở Việt Nam kể từ khi nó ảnh hưởng tới nền nông nghiệp, nghèo khổ và không ñảm bảo lương thực tại những vùng ñồi núi của ñất nước Mà ở những vùng ñồi núi ñó cũng ñược nghiên cứu cả

về lý luận và thực tiễn trong một số ñề tài trong thời gian trước, nhưng nhờ sự phát triển nhanh chóng và ứng dụng của công nghệ thông tin, ñặc biệt là Mô hình hoá hệ thống và Hệ thống thông tin ñịa lý (Geographic Information System, GIS), cho phép ñánh giá sự xói mòn ñất có thể ñược thực hiện hiệu quả và chi tiết hơn

Từ những năm 1980, trên thế giới ñã có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng công nghệ tin học mô hình, GIS và cơ sở dữ liệu ñể mô phỏng và ñánh

giá khả năng bị xói mòn ñất Trong những năm gần ñây xuất hiện nhiều phần mềm mô phỏng xói mòn ñất trên lưu vực sông Nhưng ở Việt Nam, theo tôi ñược biết có rất ít ñề tài ứng dụng mô hình xói mòn ñất trên lưu vực

Trong nghiên cứu này, tôi sẽ kết hợp mô hình xói mòn ñất (SWAT) và

GIS cho một vùng rộng lớn của miền Bắc Việt Nam với tiêu ñề: “Sử dụng mô

hình mô phỏng SWAT nhằm thành lập bản ñồ xói mòn ñất vùng Tây Bắc Việt Nam”

1.2 Mục ñích nghiên cứu

- Phát triển và ứng dụng mô hình xói mòn ñất cho vùng Tây Bắc Việt Nam

- Xây dựng bản ñồ nguy cơ xói mòn ñất tại vùng Tây Bắc

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài

Xây dựng bản ñồ xói mòn ñất cho vùng núi Tây Bắc Việt Nam, làm cơ

sở cho việc ñánh giá nguy cơ xói mòn ñất cho vùng núi Tây Bắc Việt Nam

2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XÓI MÒN đẤT

2.1 Hiện trạng xói mòn ựất trên thế giới và Việt Nam

2.1.1 Nguyên nhân xói mòn

Trong những công trình nghiên cứu khoa học về quan hệ giữa tài nguyên ựất và những thay ựổi vĩ mô về môi trường, các chuyên gia ựều cảnh báo sự khan hiếm tài nguyên ựất ngày càng tăng và hậu quả của thoái hoá ựất gây ảnh hưởng ựến loài người còn nhanh hơn những tác ựộng do thay ựổi khắ hậu Mặt khác, do sức ép về dân số và nhu cầu dân sinh của người dân vùng cao nói riêng và người dân trên thế giới nói chung về lương thực, thực phẩm cũng như các nhu cầu khác Trong những năm gần ựây ựã có nhiều diện tắch rừng bị tàn phá thành nương rẫy, thay vào ựó là cây công nghiệp ngắn ngày, canh tác du canh du cư của ựồng bào vùng cao hầu như không có biện pháp bảo vệ ựất và nhu cầu về ựất ngày càng gia tăng điều này ựã làm giảm ựi ựáng kể diện tắch rừng tự nhiên Trên thế giới hiện có khoảng 407 triệu ha diện tắch ựất nông nghiệp canh tác nhờ nước trời, thì 282 triệu ha hiện nay ựang canh tác và có khoảng 100 triệu ha chủ yếu nằm trong vùng nhiệt ựới ẩm của đông Nam Á Phần lớn những diện tắch này là ựất dốc và ựất chua nhiệt ựới, khoảng 40 Ờ 60 triệu ha ựất này trước kia vốn ựược rừng tự nhiên che phủ, ựến nay diện tắch rừng và thảm thực vật ựã bị chặt phá, ựốt làm nương rẫy một phần ựã chuyển thành cây bụi và cỏ Chắnh nạn phá rừng làm một số diện tắch rừng bị cằn khô sỏi ựá, làm mất dần ựi lớp che phủ bề mặt ựất, mất khả năng giữ và thấm nước vốn có của ựất đây là những nguy cơ tạo ra các dòng chảy tràn bề mặt lớn trên diện rộng khi có mưa, ựiều này không chỉ gây xói mòn mạnh mà còn gây sạt nở, trượt ựất và lũ quét [50] Từ các nguyên nhân này, hàng năm trên thế giới do tác ựộng của xói mòn, ựã có khoảng 25 tỷ tấn ựất bị cuốn ra sông, biển và 5 Ờ 7 triệu ha ựất bị mất khả năng canh tác [8] Chỉ tắnh riêng châu Á cũng có khoảng 440 triệu ha ựất chịu ảnh hưởng của

xói mòn do nước, trong ựó 322 triệu ha ở đông Nam Á [51]

đông Nam Á, nơi có tới 52,8% diện tắch ựất nông nghiệp là ựất dốc, do khai thác và sử dụng với cường ựộ cao, không hợp lý ựã làm gia tăng lũ quét, trượt và sạt lở ựất ở thượng lưu, bồi tụ các thung lũng và công trình thủy lợi chứa nước, làm lắng ựọng và lũ lụt ở hạ lưu, ựã biến đông Nam Á thành ựiểm nóng về xói mòn trên thế giới Trong số 17 nước đông Nam Á, Việt Nam là một trong 5 nước có tác ựộng xói mòn do nước ở mức khá nghiêm trọng Những năm gần ựây, hơn 3 tỷ tấn ựất bị xói mòn hàng năm lắng ựọng ở các con sông và trong nước biển, ựã ựẩy nhanh quá trình phá huỷ hệ sinh thái cửa sông và vùng ven biển, vốn ựược ựánh giá là rất ựa dạng và quý giá nhất thế giới [23] Ở Trung Quốc, hàng năm sông Hoàng Hà ựã vận chuyển 1,6 tỷ m3vào vịnh Becgan, ở Ấn độ sông Brahmaputea ựã vận chuyển 726 triệu tấn vào sông Indus là 435 triệu tấn bùn cát sản phầm của xói mòn [52]

Do ựặc trưng về vị trắ ựịa lý cho nên ở Việt Nam vấn ựề xói mòn có nhiều nguyên nhân, song xói mòn do mưa xảy ra là nguyên nhân chắnh Miền Bắc Việt Nam có khắ hậu khắc nghiệt, mưa gió thất thường và khó dự báo trước Trong những năm gần ựây vấn ựề sạt lở ựất do mưa ở các vùng trung

du miền núi ựã xảy ra liên tục làm ảnh hưởng tới sản xuất nông nghiệp và lâm nghiệp Mặt khác, do chưa có các chắnh sách về ựịnh cư và tái ựịnh cư, các dự

án lớn nên một số vùng xảy ra việc tàn phá diện tắch rừng ựầu nguồn làm nương rẫy nhằm mục ựich kiếm cái ăn, cái mặc sau khi phải di rời từ các khu nhằm mục ựắch phát triển kinh tế của quốc gia như: Thuỷ ựiện Hoà Bình, Thuỷ ựiện Sơn La,Ầ ựã tác ựộng không nhỏ tới người dân sau này Những nhóm dân tộc khác do di cư và ựến ựịnh cư muộn hơn hoặc sức mạnh chắnh trị thấp hơn sống ở vị trắ cao hơn phù hợp với sở thắch văn hoá và biện pháp canh tác của họ Vấn ựề này không những thiệt hại về kinh tế mà còn thiệt hại

về con người cũng rất ựáng kể Thay ựổi khắ hậu ựi cùng với canh tác trên ựất dốc của bà con ựồng bào, dân tộc miền Bắc ựã và ựang là vấn ựề gây nên xói

mòn rửa trôi, sạt lở nghiêm trọng

Những nghiên cứu gần ựây cho thấy những phê phán về hệ thống trồng trọt du canh phá rừng là chưa có căn cứ Việc trồng các cây hàng hoá ở vùng cao, việc sử dụng phân hóa học và thuốc trừ sâu ựã và ựang ảnh hưởng rất nhiều ựến môi trường như giảm diện tắch rừng, suy giảm nguồn nước, ô nhiễm và xói mòn ựất còn mạnh hơn nhiều so với trồng trọt du canh

2.1.2 Diễn biến xói mòn ựất trên Thế giới và Việt Nam

2.1.2.1 Trên Thế giới

Gần như khắp mọi nơi trên thế giới, xói mòn ựất ựã và ựang ựe doạ ựến

sự phồn vinh của con người Bởi vậy, hầu hết Chắnh Phủ của các quốc gia ựều ủng hộ chương trình nghiên cứu và bảo vệ ựất một cách tắch cực

Sản xuất nông nghiệp trên ựất dốc trên thế giới là vấn ựề lớn ựối với mỗi một quốc gia, nhưng nhìn chung cho thấy hiệu quả sử dụng tiềm năng ựất dốc

là rất hạn chế do nhiều nguyên nhân khác nhau Một trong những nguyên nhân chắnh dẫn tới việc sử dụng không hiệu quả ựó là xói mòn do mưa và xói mòn do gió làm thoái hoá ựất, làm giảm ựộ phì nhiêu của ựất, dẫn ựến năng suất cây trồng giảm, làm thiệt hại ựến nền kinh tế của nhiều quốc gia trên Thế giới Hàng năm nguồn lương thực canh tác trên ựất dốc ựã nuôi sống nhiều triệu người trên Thế giới Riêng lúa nương cũng góp 3,8% sản lượng lúa toàn cầu, phần lớn diện tắch lúa phân bố tập trung ở Ấn độ (6,2 triệu ha), Brazil (3,1 triệu ha), Indonesia (1,4 triệu ha) và rải rác ở các nước trong khu vực khoảng 7,0 triệu ha [53]

Khu vực Châu Á, nơi dân số chiếm ơ dân số toàn cầu, 20% diện tắch ựất nông nghiệp, 35% diện tắch ựất dốc trong tổng diện tắch tự nhiên [19]

đất nông nghiệp khu vực đông Nam Á khoảng 90 tiệu ha chiếm 21% tổng diện tắch ựất tự nhiên, ựất dốc khoảng 58 triệu ha chiếm hoảng 52,8% tổng diện tắch ựất tự nhiên [54]

Nhu cầu sản xuất lương thực, thực phẩm ựể nuôi sống dân tăng thêm

hàng năm ựòi hỏi phải ựẩy mạnh thâm canh trên ựất ựang canh tác Tổ chức FAO chủ trương tiến hành một cuộc cách mạng mới ựể ựảm bảo cung cấp lương thực cho nhân loại, ựặc biệt là cải thiện ựời sống của 800 triệu dân thiếu ựói của thế giới Cuộc cách mạng này quan tâm ựến nhiều tác ựộng môi trường trong việc thâm canh cũng như sự thay ựổi về sử dụng ựất [52]

Một tiềm năng lớn lao ựang nằm trong các vùng ựất dốc trên Thế giới nói chung và vùng nhiệt ựới nói riêng Chỉ tắnh riêng ở khu vực Châu Á Thái Bình Dương, số người sống phụ thuộc vào canh tác trên ựất dốc chiếm khoảng 30 triệu người [55]

Xét về mặt vật lý: xói mòn chắnh là một quá trình tiêu thụ năng lượng Năng lượng bi tiêu hao khi phá vỡ kết cấu của ựất, làm bắn téo những hạt ựất, tạo nên dòng chảy xoáy vận chuyển các hạt ựất trà sát lên bề mặt ựất làm tăng xói mòn, chúng vận chuyển từ nơi có ựộ cao xuống nơi thấp hơn, tạo ra các dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm

Xói mòn ựịa chất: Là loại xói mòn xảy ra dưới tác ựộng của các lực tự nhiên như nước chảy, sóng, gió, nhiệt ựộ, quần thể sinh vật

Xói mòn do nước gồm hai pha: pha tĩnh và pha ựộng Mức ựộ xói mòn sẽ phụ thuộc nhiều vào pha ựộng, trong ựó diễn ra quá trình chắnh: bóc tách các hạt ựất ra khỏi bề mặt ựất, vận chuyển ựi nơi khác Như vậy, theo khái niệm này thì xói mòn không những xảy ra mọi nơi trên bề mặt trái ựất, theo mức ựộ mạnh yếu khác nhau tuỳ thuộc vào lượng mưa đây là một trong những nguyên nhân làm mất lớp ựất màu mỡ, gây ra lũ quét, trượt và sạt lở ựất luôn rình rập ựe doạ sự phồn thịnh của nhân loại

Xói mòn do nước tác ựộng ựến 21% tổng diện tắch đông Nam Á, tác hại

từ mức trung bình ựến nghiêm trọng diễn ra rộng nhất ở Trung Quốc (trên 180 triệu ha), Ấn độ (trên 90 triệu ha), đông Dương (40 triệu ha) Nếu tắnh theo phần trăm (%) so với diện tắch quốc gia thì xói mòn do nước ở mức ựộ: Philippin (38%), Thái Lan (15%), Việt Nam (10%) và Ấn độ (10%) [18]

Kết quả cho thấy ở đông Nam Á diện tắch ựất thoái hoá chiếm trên 45% tổng diện tắch tự nhiên Trong ựó xói mòn do nước là chủ yếu chiếm 10% [10]

Hậu quả của xói mòn ựất ựó chắnh là thoái hoá ựất, làm mất ựộ phì tự nhiên cần thiết ựể sản xuất lương thực và tái tạo tài nguyên sinh vật Sự thoái hoá ựât do hoạt ựộng của con người diễn ra phổ biến trên toàn thế giới trong vài thập niên qua Trong số 1,5 tỷ ha ựất nông nghiệp hiện có trên Trái ựất thì

có khoảng 1/3 ựã bị thoái hoá

2.1.2.2 Ở Việt Nam

đặc thù khắ hậu Việt Nam là nóng ẩm mưa nhiều, lượng mưa và cường

ựộ mưa lớn, bình quân 80% - 85% lượng mưa tập trung vào mùa mưa Khi mưa rơi xuống ựất dốc (R), một phần ngấm theo trọng lực (P1), một phần bốc hơi (P2), còn lại sẽ tạo thành dòng chảy (d) [5] Như vậy phương trình cân bằng nước sẽ là: d = R Ờ (P1 + P2) Trong thực tế khi mưa thì P1 hầu như không ựáng kể, do vậy d sẽ tỷ lệ nghịch với P2 và tỷ lệ thuận với R

Lượng mưa lớn và tập trung, khả năng thấm thấp, nguy cơ tạo dòng chảy

sẽ càng mạnh Mặt khác, ngay trong trận mưa, thông thường khi mới mưa ựất

có khả năng thấm mạnh nhưng càng về sau, tốc ựộ thấm càng giảm kết hợp với ựịa hình dốc, ựộ che phủ thực vật thấp tạo cơ hội cho hạt mưa xâm kắch và

bề mặt ựất, phá vỡ cấu trúc ựất, làm bắn tung các phần tử ựất màu mỡ và bị dòng chảy vận chuyển ựi dẫn ựến xói mòn rửa trôi xảy ra mạnh mẽ đây là hai quá trình chủ ựạo xảy ra trên ựất dốc ở Việt Nam, là một trong những nguyên nhân dẫn ựến thoái hóa ựất [15]

Theo số liệu thống kê của Tổng cục Kắ tượng thuỷ văn, chỉ tắnh riêng ở miền Bắc Việt Nam hàng năm có trên 100 triệu m3 phù sa do tác ựộng của xói mòn ựược hệ thống sông ngòi vận chuyển ra biển đông, trong ựó có 80 triệu

m3 là do sông Hồng Căn cứ vào lượng ựất bị xói mòn và hàm lượng các chất dinh dưỡng có trong ựất, hàng năm lượng dinh dưỡng bị mất ắt nhất cũng

tương ñương với: 100.000 tấn phân ñạm Urê, 220.000 tấn phân Super, 50.000 tấn phân K2SO4 và khoảng 5 triệu tấn phân chuồng, ñó là chưa tính ñến các nguyên tố Ca++, Mg++ cũng bị rửa trôi cùng các nguyên tố vi lượng khác [23] Kết quả nghiên cứu xói mòn trên ô thửa thí nghiệm qua 5 năm cho thấy lượng ñất bị xói mòn khi canh tác các cây nông nghiệp hàng năm rất lớn Thí nghiệm ở Tam ðảo, Vĩnh Phúc trên ñất dốc 15% ñể cỏ tự nhiên cho thấy lượng ñất bị xói mòn là 58 tấn/ha, ñất trồng sắn không có biện pháp bảo vệ là

56 tấn/ha và ñất trồng sắn xem ñậu ñen là 53 tấn/ha Tại ðồng ðăng, Lạng Sơn là 92,5 tấn/ha trên ñất có ñộ dốc 32% trồng sắn ñộc canh, 59,4 tấn/ha ở ñất trồng cây ăn quả theo ñường ñồng mức và 5,2 tấn/ha trên ñất rừng thứ sinh Tại Tây Nguyên - ðắklắc lượng ñất xói mòn trên ñất có ñộ dốc 120 ñể cỏ mọc tự nhiên là 45 tấn/ha, ñất trồng cà phê có tạo bồn quanh gốc là 13 tấn/ha

và cà phê không có biện pháp chống xói mòn là 44 tấn/ha

Như vậy, xói mòn ñất ñã làm suy giảm ñộ phì của ñất, một trong những nguyên nhân dẫn ñến thoái hoá ñất phá vỡ sự phát triển bền vững trên ñất dốc Vậy phải có những biện pháp canh tác như thế nào ñể làm giảm lượng ñất xói mòn, không những duy trì và phát triển diện tích canh tác trên ñất dốc mà còn tăng hệ số sử dụng ñất Muốn vậy các biện pháp canh tác này phải ñảm bảo các chỉ tiêu phát triển bền vững như: phải ñảm bảo hiệu quả sản xuất cho bà con nông dân, phải ñảm bảo hiệu quả sản xuất lâu dài và ñược bà con nông dân chấp nhận

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới xói mòn

2.2.1 ðiều kiện tự nhiên – kinh tế - xã hội và tập quán canh tác

Trong nghiên cứu xói mòn vấn ñề ñịa hình và vị trí ñịa lý là vấn ñề hết sức nhạy cảm Theo số liệu của Tổng cục Thống kê, quỹ ñất các tỉnh miền Bắc ñất dốc trên 250 chiếm 51,6% và ñất dốc dưới 150 có tỷ lệ 24,9% ðất khu vực miền Bắc với tầng dầy 50 – 100 cm chiếm tỷ trọng cao 57,6% của toàn quốc[19]

Bên cạnh yếu tố về ñiều kiện tự nhiên thì vấn ñề xã hội lại ảnh hưởng không nhỏ ñến xói mòn Khi nền kinh tế phát triển ổn ñịnh, người dân sẽ biết bảo vệ môi trường sống của chính họ hơn là giai ñoạn ñói kém

Biện pháp canh tác chống xói mòn bao gồm tất cả các biện pháp giảm nhẹ mất ñất, mất nước trong quá trình canh tác bao gồm: canh tác theo ñường ñồng mức, trồng theo băng, luân canh, ña canh, trồng xen, trồng gối, tạo ñai rừng, tủ gốc, … Tuy nhiên phần lớn ñồng bào dân tộc canh tác nương rẫy là phương thức canh tác ñã ñược người dân áp dụng nhiều ñời nay, do vậy việc chuyển sang phương thức canh tác bảo ñảm lương thực, thực phẩm, cải tạo và bảo vệ ñất tốt nhưng không dễ dàng thay ñổi Mặc dù trong những năm qua một số dự án của Nhà Nước và các tổ chức phi chính phủ ñã giới thiệu nhiều

mô hình canh tác bền vững trên ñất dốc, nhằm ồn ñịnh và nâng cao ñời sống của cộng ñồng dân tộc vùng cao Tuy nhiên các chương trình này thường chưa ñược quan tâm nhiều ñến phong tục tập quán cũng như thói quen canh tác của người dân bản ñịa Do vậy họ rất thụ ñộng với những thay ñổi trong các phương thức canh tác mới mà các dự án mang lại Chính ñiều ñó cần có một cái nhìn khách quan hơn về hình thức canh tác của người dân bản ñịa

2.2.2 Tính chất thổ nhưỡng của ñất

Tính chất ñất quyết ñịnh không nhỏ ñến việc xói mòn ñất do mưa Theo các nghiên cứu cho thấy trên các loại ñất khác nhau thì mức ñộ tàn phá, bóc tách hạt ñất do mưa sẽ khác nhau Khi ñất ñược hình thành trên các loại ñá mẹ khác nhau có mức ñộ thẩm thấu khác nhau dẫn ñến khả năng bóc tách xói mòn khác nhau Loại ñất hình thành trên ñất ñỏ bazan có tầng canh tác dầy, chất ñất rắn, rất khó thẩm thấu no nước trong thời gian mưa có cường ñộ lớn

2.2.3 Lượng mưa và thời gian mưa

Lượng mưa và thời gian mưa sẽ ảnh hưởng ñến mức ñộ bóc tách và tàn phá ñất, gây ra xói mòn ñất Từ những nghiên cứu trước ñây ñã chỉ ra rằng: nếu lượng mưa và thời gian mưa kéo dài sẽ dẫn tới mức ñộ tàn phá ñất càng

cao, thậm chắ còn gây ra lũ quét trên diện rộng

Mưa rào lớn ở vùng nhiệt ựới gây tai hại nhiều hơn so với mưa ở vùng ôn ựới Vành ựai mưa có ựặc tắnh phá hoại cao nằm ở giữa 40 vĩ ựộ Bắc tới 40 vĩ

ựộ Nam Tây Bắc nói riêng và miền Bắc nói chung nằm trong vành ựai nhiệt ựới Bắc bán cầu nên khắ hậu mang tắnh chất khắ hậu nhiệt ựới gió mùa, cùng với ựộ dốc trung bình cao 250 tầng ựất có kết cấu không bền nên xói mòn ựất rất nghiêm trọng

Mùa khô: từ tháng 10 ựến tháng 3 năm sau, trong giai ựoạn này lượng mưa ắt, trung bình 40 mm/tháng, lượng nước bốc hơi trung bình ựạt tới 60 mm/tháng và nhiệt ựộ trung bình 19 0C

Mùa mưa: Bắt ựầu từ tháng 4 và kết thúc vào tháng 9, trong mùa mưa thời tiết nóng ẩm, mưa nhiều, lượng mưa lớn chiếm 80,2% tổng lượng mưa của cả năm Do ựặc thù của mùa khô, lượng mưa nhở hơn lượng bốc hơi ựã làm cho ựất

bị khô hạn, hết hợp với nhiệt ựộ thấp ựã ảnh hưởng ựến lịch mùa vụ và sinh trưởng của cây trồng Trong thời kì ựầu của mùa mưa, bề mặt ựất có ựộ che phủ thấp, lượng mưa, cường ựộ mưa và ựộ dốc lớn ựã xảy ra xói mòn ựất

Nói chung lượng mưa và giờ mưa có mối quan hệ khá chặt chẽ và tác ựộng rất lớn trong việc tắnh toán nghiên cứu xói mòn ựất

2.2.4 độ che phủ của thảm thực vật

đã từ lâu, mối quan hệ giữa thảm thực vật tới quá trình xói mòn ựã ựược thừa nhận và thậm chắ ựã ựược ựịnh lượng hoá trong phương trình mất ựất tổng quát của Whischmeier W.H và Smith D.D Mặt khác công nghệ viễn thám phát triển gần ựây ựã cung cấp cho các nhà nghiên cứu một công cụ rất mạnh ựể nghiên cứu thảm thực vật cũng như sự biến ựổi của chúng dựa trên khả năng chụp ảnh viễn thám ựa thời gian Nhờ vậy, việc phân tắch mối quan

hệ giữa biến ựộng lớp phủ thực vật và quá trình xói mòn cho một lưu vực trở nên khả thi

Khi các yếu tố trên ựã ựược cố ựịnh thì vấn ựề che phủ mặt ựất lại trở nên

quan trong hơn cả.Tại những nơi có mức ựộ che phủ cao với hệ thống các loại cây trồng có sức chống chịu cao sẽ giảm thiểu việc xói mòn bóc tách trực tiếp các hạt ựất rất nhiều Theo nghiên cứu của đỗ Duy Phái viện Khoa học Nông nghiệp cho thấy trên cùng diện tắch nếu mức ựộ che phủ của thảm thực vật lớn hơn thì mức ựộ xói mòn giảm hẳn, cho thấy vấn ựề che phủ của thảm thực vật rất quan trọng trong việc phát triển kinh tế vùng ựồi, chống thoái hoá và bảo

vệ rừng ựầu nguồn [18]

Cần rõ ràng quan hệ giữa biến ựộng lớp phủ thực vật và quá trình xói mòn là một mối quan hệ cực kỳ phức tạp và rất khó có thể ựịnh lượng hoá nếu ựược xem xét trên góc ựộ hệ thống Bản thân quá trình xói mòn có thể ựược coi là một hệ thống với lớp phủ thực vật là một hợp phần Mặt khác, bản thân biến ựộng của lớp phủ thực vật cũng có thể ựược coi là một hệ thống và tương tác với hệ thống xói mòn thông qua không chỉ hợp phần lớp phủ thực vật Biến ựộng này không chỉ ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình xói mòn lưu vực sông mà còn có thể gián tiếp ảnh hưởng tới quá trình này thông qua các yếu tố khác, kể cả lượng mưa Cũng không thể loại trừ khả năng ảnh hưởng ngược lại của quá trình xói mòn tới biến ựộng của lớp phủ thực vật thông qua nhiều tác nhân khác nhau, nhất là con người

Từ ựó chúng ta cần quan tâm ựến tác ựộng lớn của thảm thực vật tới xói mòn ựất, thảm thực vật có tác dụng rất lớn ngăn chặn xói mòn nhờ làm giảm năng lượng giọt mưa, làm giảm tắch tụ nước, giảm năng lượng gió, tạo kết cấu bền của thể ựất, làm tăng mức ựộ thấm nước vào ựất, tăng ma sát cơ học thông qua bộ rễ và thảm lá rụng ẦThảm cây trồng không thể sánh ựược với thảm thực vật rừng tự nhiên nhiệt ựới về công năng giữ nước, giữ ựất đáng lưu ý thảm thực vật là biện pháp hữu hiệu và khả thi, nông dân dễ tiến hành kết hợp trong mọi hoàn cảnh cho việc chống xói mòn ựất [19]

Từ ựó cho thấy ựộ che phủ tối thiểu phải ựạt ựược ngưỡng an toàn sinh

thái là 35% Tuy nhiên ở các vùng khác nhau thì có tỷ lệ khác nhau, nhưng tổng hoà cả hệ thống thì ñộ che phủ chung phải ñạt hoặc vượt ngưỡng Mặt khác tính liên tục che phủ trong năm rất quan trong trong xói mòn ñất

2.2.5 Cây trồng và loại cây trồng

ða dạng sinh học biểu hiện thông qua thành phần cây trồng và loại cây trồng quyết ñịnh nhất ñịnh ñến mức ñộ xói mòn ñất Trong nhiều bài báo nghiên cứu của các tác giả ñi trước cho thấy trên từng loại cây trồng khác nhau thì mức ñộ xói mòn khác nhau Theo tác giả Nguyễn Tử Siêm – Thái Phiên cho thấy các công thức luân canh mang tính khoa học, bổ sung các băng cây phân xanh nhằm phục hồi chất dinh dưỡng cho ñất và cây trồng nhằm giảm bớt việc xói mòn do mưa [19]

Mức ñộ che phủ của cây trồng cũng ảnh hưởng lớn tới xói mòn ñất Nếu mức ñộ che phủ của cây trồng càng cao, sẽ làm giảm bớt sự phá vỡ liên kết quả hạt ñất do tác dụng hạt mưa rơi xuống và ngược lại Bên cạnh ñó bộ lớp

rễ cây cũng góp phần tạo nên cấu trúc liên kết nhau giữa các hạt ñất Những nghiên cứu chỉ ra rằng bộ lớp rễ cây dạng trùm sẽ có khả năng chống xói mòn tốt hơn so với lớp rễ cây dạng cột

Do ñó trong phát triển nông – lâm nghiệp vấn ñề cây trồng ñược quan tâm nhiều nhất, trồng cây trồng nào mang lại hiệu quả kinh tế cao lại chống chịu ñược các ñiều kiện tự nhiên khắc nhiệt của vùng lại vừa cải tạo và bảo vệ ñất chống xói mòn

2.2.6 Dòng chảy mặt và tốc ñộ dòng chảy

Dòng chảy mặt ñược quyết ñịnh bởi ñộ dốc và chiều dài sườn dốc từ ñó

nó tác ñộng ñến lượng ñất mất, mặt khác tốc ñộ dòng chảy ñặc trưng bởi lượng mưa và ñộ dốc ñịa hình, dòng chảy mặt lớn hay nhỏ phụ thuộc rất nhiều vào lượng nước và mức ñộ chênh cao giữa các vùng Hay nói cách khác dòng chuyển dời của ñất bị ảnh hưởng nhiều ñến vị trí ñịa lý, ñịa hình và ñặc biệt là

ñộ dốc dòng chảy Nếu ñộ dốc cao thì tốc ñộ dòng chảy mạnh và ngược lại,

do ñó lượng ñất mất ñi cũng cao hơn vùng có ñộ dốc thấp Dòng chảy mặt và tốc ñộ dòng chảy có ảnh hưởng rất lớn ñến quá trình xói mòn ñất

2.2.7 Hệ số bảo vệ ñất

Việc chống xói mòn ñất mặt và bổ sung chất hữu cơ cho ñất là việc làm cần thiết trong thâm canh nhằm duy trì năng suất ổn ñịnh, ñảm bảo cho một nền nông – lâm nghiệp bền vững không những cần thiết ñối với cây mùa vụ

mà còn cho bất kỳ một cây trồng nào trên ñất dốc Nâng cao hệ số bảo vệ ñất tức là tăng khả năng sử dụng ñất trên cùng một diện tích có sắn

2.2.8 ðộ dốc và chiều dài dốc

ðộ dốc càng cao, chiều dài dốc càng lớn thì khả năng xói mòn ñất và rửa trôi tăng theo, ñó là mối quan hệ tỷ lệ thuận Do ñộ dốc càng cao, các liên kết của hạt ñất sẽ dễ dàng bị phá vỡ bởi lực chảy tràn bề mặt Cộng vào

ñó, chiều dài dốc càng lớn, sẽ làm tăng vận tốc chảy tràn, làm tăng khả năng xói mòn

2.3 Những nghiên cứu xói mòn ñất trên Thế giới và ở Việt Nam

2.3.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

2.3.1.1 Sự phát triển nghiên cứu xói mòn ñất

Gần như ở khắp mọi nơi, xói mòn ñe doạ sự phồn vinh của con người Bởi vậy, ña số Chính phủ và các quốc gia ñều ủng hộ chương trình bảo vệ ñất một cách tích cực

Việc nghiên cứu ảnh hưởng của xói mòn ñất trong các giai ñoạn sớm của nền văn minh cho hay rằng nguyên nhân chính gây nên sự suy yếu của nhiều quốc gia ñã trải qua thịnh vượng là sự thoái hoá của ñất Người xưa ñã nói tới

sự cải tạo ñất: Homer khuyên nên dùng biện pháp bỏ hoá ñể ñất ñược nghỉ; Platon thì nêu ra mối quan hệ giữa lũ lụt và xói mòn ñất với việc tàn phá rừng… Người La Mã ñã hiểu về quản lý nông nghiệp khá hơn chút ít: Virgili

và Plini ñã khuyên nên dùng các biện pháp chống xói mòn [11] Tuy vậy cho

ñến cuối thế kỷ XIX tình trạng nghiên cứu và phòng chống xói mòn ñất vẫn hết sức trì trệ Chỉ mãi ñến khi nhà khoa học ðức Volni nghiên cứu mới thấy ñược các nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn ñất (các nghiên cứu từ 1877 – 1895) Sau

ñó nghiên cứu ñược phát triển khá mạnh ở Mỹ và các nước khác trên Thế giới Tại Mỹ nhiều nghiên cứu về cơ chế xói mòn ñất trong phòng thí nghiệm ñược tiến hành và ñã ñạt ñược kết quả, tạo ra bước ngoặt trong nghiên cứu xói mòn ñất Các ñặc ñiểm cơ bản của quá trình xói mòn ñược xác ñịnh và ñánh giá về mặt ñịnh lượng (mô hình toán hoặc công thức thực nghiệm) Những nhà nghiên cứu tiên phong trong giai ñoạn này có: Miller, Bennet, Bayer, Borot, Wudbern, Musgave, Laws, Ellison, Stalling, Smith, Wischmeier… Các nghiên cứu xói mòn ñất không chỉ dừng ở Mỹ mà còn ñược nghiên cứu nhiều ở Châu Phi: Haillet nghiên cứu ở ðại học Tổng hợp Pretoria (1929), Staplz nghiên cứu ở Tanganica (1933) … Ở Châu Phi ñã tiến hành nghiên cứu lưới trạm nghiên cứu xói mòn ñất ngoài thực ñịa Nhiều cơ qua, tổ chức khoa học ñã ñứng ra liên kết trao ñổi tin tức như: Uỷ ban hợp tác kỹ thuật Nam Xahara (CCTA), Văn phòng ñất liên Phi (BIS), Hội ñồng bảo vệ

và sử dụng ñất ñai Nam Phi (SARCCVS) … [11]

Một số khá lớn công trình nghiên cứu xói mòn ñất ñã ñược tiến hành ở các nước Châu Á (Xrilanca, Ấn ðộ, Ôxtrâylia, Nhật Bản, Thái Lan, Philippin,…), song chủ yếu tập trung vào nghiên cứu ứng dụng (trên thực ñịa

cụ thể) [33, 39, 41, 44]

Trong thập kỷ 88 và những năm ñầu thập kỷ 90 này, việc nghiên cứu xói mòn ñất phát triển mạnh Sự phát triển này ñòi hỏi cấp bách của việc bảo vệ môi trường sống, nâng cấp thu nhập từ trồng trọt với chi phí hợp lý nhất song song với việc cải tạo và bảo vệ ñất Mặt khác sự phát triển của nghiên cứu xói mòn ñất có ñược là do sự phát triển mạnh mẽ phương pháp mô hình mô phỏng bằng toán học thông qua công cụ mạnh là máy vi tính Quá trình mô phỏng hiện trạng xói mòn chủ yếu thông qua Phương trình mất ñất phổ dụng

(Universal Soil Loss Equation) do Wischmeier đề xướng [29] Song tuỳ điều kiện cụ thể, đặc thù của từng vùng khí hậu nĩ được cải tiến cho phù hợp Cơng việc cải tiến này chủ yếu là xác định cụ thể các tham số của phương trình [33] Nghiên cứu đã đề xuất phương trình mất đất phổ dụng cải tiến, mơ hình phương trình mất đất phổ quát cơ sở… Tuy nhiên việc lựa chọn để áp dụng mơ hình nào là tuỳ từng khu vực, từng điều kiện, phương tiện nghiên cứu và yêu cầu về độ chính xác …

Theo George Fleming cĩ thể hệ thống một phần quá trình phát triển của các phương pháp chẩn đốn xĩi mịn đất theo các pha trong bảng 2.1 [29]

Bảng 2.1 Các phương pháp (cơng cụ) đánh giá các pha trong xĩi mịn đất

2 Fleming & Fahmy (1973)

Mơ hình mơ phỏng quá trình bồi lắng

3.Foster & Meyer (1975)

Meyer & Peter Muller (1948)

1 Fleming & Fahmy (1973) Mơ hình vận chuyển chất bồi lắng

2 Jonhanson & Leytham (1977)

Mơ hình thuỷ lực vận chuyển chất bồi lắng

2 Ackerman & Corinth (1962)

Phương trình bồi lắng hồ chứa

1 Thomas (1970) Mô hình bồi lắng hồ chứa

2 Fleming (1972) Mô hình các chất bị vận chuyển do xói mòn

( Nguồn: George Fleming, [29])

2.3.1.2 Sự phân bố xói mòn ñất và hậu quả

Những nhân tố chủ yếu gây ra xói mòn ñất là gió và mưa Trong khuôn khổ của ñề tài này, tôi chỉ ñề cập tới xói mòn nước

Xói mòn nước phụ thuộc hơn cả vào lượng mưa trung bình hàng năm [43] Ở những khu vực có lượng mưa thấp, mưa chỉ gây ra xói mòn không ñáng kể; lượng mưa tạo ra dòng chảy không nhiều, bởi lẽ phần lớn nước ngấm vào ñất và ñược thực vật sử dụng Theo các nghiên cứu của Hudson và các tác giả khác, xói mòn lớn nhất xảy ra ở các vùng có lượng mưa trung bình

và lớn mà thảm thực vật bị khai thác một cách tuỳ tiện

Xói mòn không chỉ phụ thuộc vào lượng mưa mà còn phụ thuộc vào cả ñặc tính của mưa Mưa rào lớn ở vùng nhiệt ñới gây tai hại hơn nhiều so với mưa nhỏ ở vùng ôn ñới Vành ñai mưa có ñặc tính phá hoại cao nằm giữa 40 vĩ ñộ Bắc tới 40 vĩ ñộ Nam Xong ngay cả trong vành ñai này có những khu vực mà ở ñó lượng mưa không gây ra xói mòn Ở các vùng khí hậu nửa khô, mưa có cường ñộ lớn, mang tính chất mưa rào; Song không kéo dài thường gây ra xói mòn nghiêm trọng Xói mòn ñáng kể thường xảy

ra ở các khu vực có lượng mưa trung bình, nếu trên các sườn ñất dốc có kết cấu không bền vững

Hiện tượng xói mòn ñất gây ra hậu quả nghiêm trọng, thể hiện ở các mặt sau:

- Phá huỷ lớp ñất mặt, làm giảm ñộ phì của ñất, ñiều ñó ảnh hưởng tới năng suất cây trồng Xói mòn ñất là nguyên nhân quan trọng dẫn ñến việc làm giảm diện tích trồng trọt

- Làm nâng cao ñáy sông, suối, … từ ñó làm thay ñổi chế ñộ thuỷ văn của các lưu vực gây nên lũ lụt, hạn hán,…

- Làm cạn các hồ chứa dẫn ñến giảm dung tích hữu dụng cho các công trình sử dụng nước, làm giảm tuổi thọ của các công trình này

- Phá huỷ ñất ñai, hệ thông giao thông (ñường sắt, ñường bộ, …) [36] Nhiều nhà khoa học ñã nghiên cứu, tính toán diện tích ñất bị ảnh hưởng của xói mòn Theo Kovda V.A (1970), hàng năm trên Thế giới mất ñi khoảng

6 – 7triệu ha ñất do xói mòn huỷ hoại [39]

Ở Mỹ, kết quả của việc sử dụng ñất tuỳ tiện dẫn ñến khoảng 113 triệu ha ñất trồng trọt và ñồng cỏ bị xói mòn phá hủy nghiêm trọng, còn khoảng 313 triệu ha bị xói mòn ở mức ñộ nhất ñịnh Theo công bố của Bộ Nông nghiệp

Mỹ, hàng năm xói mòn ñất ñã mang ñi khoảng 3 tỷ tấn ñất trên tổng diện tích

sử dụng cho nông nghiệp Khối lượng ựất mất ựó tương ựương với lượng dinh dưỡng khoáng khổng lồ (bao gồm: ựạm, lân, kali, canxi, magiê,Ầ) Khối lượng này vượt quá 21 lần lượng dinh dưỡng khoáng cần phải bón ựể duy trì ựược năng suất trung bình trên toàn bộ diện tắch ựất nông nghiệp

Ở Liên Xô (cũ), các nghiên cứu cho thấy xói mòn ựất xảy ra nghiêm trọng, tập trung chủ yếu vào vùng Trung và Nam phần lãnh thổ thuộc châu

Âu Theo Sobolev, hàng năm tại các vùng này bị rửa trôi khoảng 150 triệu tấn ựất, trong ựó có chứa khoảng 2840 nghìn tấn kali, 142 nghìn tấn phốt pho,

426 nghìn tấn ựạm

Ở khu vực nhiệt ựới, nói chung hiện tượng xói mòn thường xảy ra ở những nơi thiếu biện pháp sử dụng và bảo vệ ựất hợp lý đặc biệt các biện pháp canh tác cổ truyền trên sườn dốc ở những vùng mưa lớn, mưa nhiều thường dẫn ựến xói mòn nghiêm trọng Kết quả xác ựịnh tổn thất ựất và dòng xói mòn ở một số nước như Jamaica, En Sanvado, đài Loan cho thấy kiểu canh tác cổ truyền có thể làm mất ựi 100 Ờ 200 tấn ựất/ha hàng năm Tốc ựộ mất ựất này tương ựương mất ựi từ 10 Ờ 50 mm lớp ựất mặt Tốc ựộ tổn thất cao hơn chắc chắn phải xảy ra trên sườn dốc hơn, khoảng từ 25 Ờ 30 ựộ (hay khoảng 47% - 58%) [39]

FAO ñã ñưa ra các biểu ñồ ñơn giản biểu diễn quan hệ tổng quát giữa chiều sâu lớp ñất bị xóm mòn và năng suất ñất [10]

Hình 2.1 Biểu ñồ về sự giảm chiều sâu lớp ñất trồng qua các năm kể từ

trạng thái ban ñầu của nó khi chưa trồng trọt (Y 0 , D 0 )

Hình 2.2: Biểu ñồ phản ánh sự giảm năng suất từ P m (mức trung bình

trên ñất ñiển hình trong vùng)

Chú ý là sản xuất ngừng (Pz=0) trong khi vẫn còn một ít chiều sâu lớp ñất trồng vào năm Yz

2.3.1.3 Phân loại và cơ chế xói mòn nước

Phân loại

Có nhiều cách phân loại của nhiều tác giả khác nhau:

* Theo Bennet [24] có 4 dạng xói mòn do nước:

- Xói mòn mặt: Ở dạng xói mòn này quá trình rửa trôi các hạt ựất xảy ra ựồng ựều trên bề mặt khu vực ựất dốc để có thể rửa trôi các hạt ựất lượng mưa có phải ựủ ựể tạo dòng chảy bề mặt Theo Bennet ựiều này rất khó xác ựịnh nhưng lại là dạng xói mòn xảy ra phổ biến nhất

- Xói rãnh nhỏ: Thực chất là giai ựoạn tiếp theo của xói mòn mặt, lượng ựất mất cũng lớn tương tự như xói mòn bề mặt Loại xói mòn này rất dễ nhận

ra hơn so với xói mòn mặt

- Xói mòn xảy ra bởi các tác ựộng ựộc lập do va ựập của các hạt mưa Ờ

có quan ựiểm cho rằng ựây chỉ là một pha của xói mòn

- Xói mòn khe (rãnh lớn): Rạng xói mòn này gặp ở các khu vực tập trung dòng chảy bề mặt, kết quả là tạo nên dạng xói tuyến tắnh nhưng không thể xảy ra ở những khu vực canh tác thường xuyên (làm ựất thường xuyên) Nhiều tác giả ở các nước đông Âu và Liên Xô (cũ) chấp nhận sự phân loại của N.V SUS: xói mòn mặt, xói mòn rãnh nhỏ và xói mòn khe, rãnh lớn (xói mòn tuyến tắnh)

Theo các tác giả nghiên cứu ở châu Mỹ, châu Phi, châu Á như: Wischmeier, Murty, SmithẦ [38, 45], xói mòn ựất có thể chia thành hai loại chắnh:

- Xói mòn ựịa chất: Khi các ựiều kiện, về sự cân bằng tự nhiên (giữa khắ hậu và thảm thực vật) không bị phá vỡ, mặt ựất ựược bảo vệ, thảm thực vất như cây cối, rừngẦ làm giảm quá trình rửa trôi của ựất và kiểm soát chống lại sự xói mòn quá mức, tuy nhiên vẫn còn có một khối lượng ựất bị rửa trôi nhất ựịnh trong ựiều kiện này Loại xói mòn này ựược gọi là xói mòn ựịa chất Quá trình này xảy ra rất chậm và thường cân bằng với quá trình hình thành ựất tự nhiên Hậu quả của nó không lớn bởi ắt liên quan ựến ựất trồng trọt

- Xói mòn gia tốc: Khi ñất ñai dưới ñiều kiện bị canh tác, sự cân bằng tự nhiên (giữa ñất, thảm thực vật và các yếu tố khí hậu) Dưới ñiều kiện này việc bào mòn mặt ñất xảy ra với tốc ñộ rất nhanh hơn quá trình hình thành ñất (và tất nhiên khối lượng ñất bị xói mòn rất lớn hơn xói mòn ñịa chất) Loại xói mòn này ñược gọi là xói mòn gia tốc Xói mòn gia tốc làm giảm sút nghiêm trọng ñộ phì của ñất

Cũng theo các tác giả trên, xói mòn có thể chia ra:

- Xói mòn hạt mưa

- Xói mòn mặt

- Xói mòn rãnh nhỏ

- Xói mòn rãnh lớn (khe xói)

- Xói mòn ñáy dòng chảy

- Xói mòn trượt

Cơ chế và các nhân tố ảnh hưởng của xói mòn nước

CƠ CHẾ CỦA XÓI MÒN DO NƯỚC

Các tác giả ñều cho rằng các quá trình xói mòn ñất (nói chung) xảy ra theo 3 pha (3 giai ñoạn) [11,38,47,48]: Pha tách các hạt ñất, pha vận chuyển

và pha lắng ñọng

* Pha 1 Pha tách ñất (phá huỷ ñất)

Muốn quá trình xói mòn xảy ra thì trước hết các hạt ñất phải ñược tách ra khỏi bề mặt Ngoài các yếu tố của bề mặt ñất, phải có một lực tác ñộng nhất ñịnh, lực tác ñộng ñó có thể do một hoặc hai nguyên nhân: do hạt mưa rơi bắn phá mặt ñất hoặc do dòng chảy

- Những ñặc trưng vật lý của mưa gây ra xói mòn bao gồm: lượng mưa, cường ñộ mưa, kích thước hạt mưa và tốc ñộ rơi của hạt mưa, các nghiên cứu của Eilion, Wischmeier và các tác giả khác ñã cho thấy lượng mưa không quan hệ chặt chẽ với lượng ñất bị xói mòn mà tương quan chặt chẽ giữa cường ñộ mưa và lượng ñất bị xói mòn

Cường ñộ mưa (mm/phút hoặc mm/giờ) ñược xác ñịnh qua các máy ño mưa tự ghi

Kích thước của các hạt mưa thay ñổi trong khoảng từ 1 – 7mm theo số liệu của Elilson, G Konke, A Bertram và I Stanev… phần lớn lượng mưa rơi xuống mặt ñất có ñường kính từ 1 – 4mm Các nghiên cứu cho thấy rằng ñối với mỗi trận mưa có thể quan sát ñược các hạt mưa có kích thước khác nhau, ñiều ñó ñòi hỏi phải phân cấp ñường kính các hạt mưa trong các trận mưa Từ các quan sát có thể thấy các trận mưa với cường ñộ nhỏ sẽ có hạt mưa với ñường kính nhỏ và ngược lại ðiều ñó nói lên rằng: giữa cường ñộ mưa và kích thước hạt mưa có mối quan hệ nhất ñịnh Bảng 2.3 cho thấy mối quan hệ giữa cường ñộ mưa và ñường kính các hạt mưa phổ biến [11]

Bảng 2.2 Quan hệ giữa cường ñộ mưa và ñường kính hạt mưa trung bình

Cường ñộ

mưa (mm/h)

ðường kính hạt mưa TB (mm)

Cường ñộ mưa (mm/h)

ðường kính hạt mưa TB (mm) 0,25

1,27

2,54

12,70

0,75 – 1,00 1,00 – 1,25 1,25 – 1,50 1,75 – 2,00

25,4 50,8 101,6 152,4

2,00 – 2,25 2,25 – 2,50 2,75 – 3,00 3,00 – 3,25

Bảng 2.4 Quan hệ giữa ñường kính, trọng lượng và vận tốc rơi của hạt mưa

ðường kính hạt mưa

(mm)

Trọng lượng hạt mưa (mg) Vận tốc mưa (m/s) 0,2

0,3 0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0

0,004 0,014 0,066 0,524 4,185 15,137 38,500

-

-

0,8 1,3 2,2 4,2 5,8 6,9 7,7 8,3 9,0

Hình 2.3 Mưa có cường ñộ nhỏ và trung bình

(Nguồn: Laws và Parson, 1943 [36])

4 65 – 115 mm/h

5 115 – 165 mm/h

14 6 > 165 mm/h

Hình 2.4 Mối quan hệ giữa tỷ lệ mưa và ñường kính hạt mưa

(Nguồn: Laws và Parson, 1943 [36])

Khi không khí tĩnh lặng, vận tốc rơi của hạt mưa ñạt tới 33km/h Trong ñiều kiện gió mạnh, lúc ñó khả năng tách ñất của hạt mưa càng lớn Như vậy, xói mòn ñất xảy ra khi hạt mưa rơi tách ñất ra khỏi bề mặt Khả năng này phụ thuộc vào ñộng năng của mưa

Wischmeier và Smith [46] ñã lập phương trình xác ñịnh ñộng năng mưa thông qua cường ñộ mưa Sau ñó Tejwani Laws, Parson và cộng sự [36] ñã xây dựng công thức tính toán:

Trong ñó: - G: Lượng ñất bị bắn ra (g)

- V: Vận tốc rơi của hạt mưa (m/s)

- d: ðường kính trung bình của hạt mưa (mm)

- J: Cường ñộ mưa (cm/h)

Quá trình tách ñất cũng xảy ra khi có dòng chảy với lực chuyển ñộng

vượt quá lực cản của hạt ñất trong kết cấu

Sơ ñồ tác ñộng lên hạt ñất khi có dòng chảy theo hình dưới ñây:

Hình 2.5 Sơ ñồ lực tác ñộng lên hạt ñất trong dòng chảy

Lực chuyển ñộng của dòng chảy ñược tính theo biểu thức sau:

Pd = λθ.p/2.ω.v2Trong ñó: - λθ: Hệ số phụ thuộc vào hình dạng, kích thước của hạt ñất

- K3: Hệ số phụ thuộc vào loại ñất

Sau khi biến ñổi ta có:

R1 = 0,785.(λt + λc).(1 - sinα) [0,66.(y – y0).d + λ0H].d2 K3

Như vậy, quá trình tách ñất xảy ra khi vận tốc dòng chảy ñạt tới V1 ðộ lớn của V1 tuỳ thuộc vào ñộ dốc, tính chất ñất và ñộ dạy lớp nước của dòng chảy

* Pha 2: Pha vận chuyển

Nếu như ñất bị tách ra mà không ñược vận chuyển (dòng sông chảy) thì xói mòn ñất không xảy ra (Ví dụ: mưa trên một vùng ñất bằng phẳng, nước ñọng lại tại chỗ hoặc thấm vào ñất hết)

Theo M.A Velicanov, I.I Levi…, lực cản sự chuyển ñộng của hạt ñất trong dòng chảy ñược tính theo công thức:

R2 = λt (1 – sinα) (Pt + Px) λt: Hệ số ma sát

Sau khi tính toán có thể viết:

R2 = 0,785.λt (1 – sinα) [0,66.(y – y0).d + y0H] d2

ðể có chuyển ñộng, lực ñẩy ít nhất phải bằng lực cản R2, ta có:

Pd = R2 Thay thế và tính toán ñược:

V2 = 1,44 (λt : λf) [(1 – sinα) : tgα1] g [0,66.d.(y – y0) : y0] + H}0.5Trong các thí nghiệm và tính toán thường có V2 < V1 ðiều này cho thấy sau khi hạt ñất bị phá huỷ thì chỉ cần vận tốc nhỏ hơn, dòng chảy ñã gây ra sự

di chuyển ñất Nói cách khác xói mòn xảy ra

* Pha 3: Lắng ñọng

Quá trình lắng ñọng, ngưng tụ xảy ra khi tốc ñộ dòng chảy giảm xuống ñến mức ñộ nhất ñịnh (có thể do ñộ dốc ñịa hình giảm, có thể do lượng nước

bị thấm ñáng kể hoặc dòng chảy bị cản làm tốc ñộ giảm) Gọi V3 là vận tốc

mà tại ñó quá trình lắng ñọng bắt ñầu xảy ra, ta có công thức tính sau:

V3 = 1,44{(λt : λf).(1 – sinα).g.[0,66d.(y – y0) : y0] + H]0.5Các nhà nghiên cứu bằng thực nghiệm ñã xác ñịnh thông thường α1 = 32,50 và các giá trị V1, V2, V3 ñược biểu diễn thành giản ñồ ñể dễ sử dụng trong thực tiễn

CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ðẾN XÓI MÒN ðẤT

Qua nghiên cứu cơ chế xói mòn ñất do nước, các nhà nghiên cứu nhận thấy sự phá huỷ và vận chuyển ñất mạnh hay yếu tuỳ thuộc vào ảnh hưởng của tập hợp các yếu tố Chủ yếu là: khí hậu, thổ nhưỡng, ñịa hình, thực vật, các biện pháp canh tác và bảo vệ ñất

Theo các tác giả Wischmeier, Smith, Hudson, …[30,45] trong các yếu tố khí hậu (gồm mưa, gió, ñộ ẩm, bức xạ mặt trời,…) thì mưa là yếu tố quan trọng hơn cả ñối với xói mòn ñất do nước (ở các khu vực có tuyết rời thì nói mưa bao gồm cả tuyết) Mưa vừa là tác nhân phá huỷ ñất vừa là nguồn tạo ra dòng chảy mặt lớn Nói cách khác mưa là nguyên nhân gây ra hai pha ñầu của quá trình xói mòn

Tính chất vật lý của ñất ảnh hưởng tới khả năng bị xói mòn của ñất Những tính chất vật lý của ñất ñó bao gồm: kết cấu, thành phần cơ giới, hàm lượng chất hữu cơ, ñộ ẩm và mật ñộ ñất Những ñặc tính hoá học của ñất cũng ảnh hưởng tới khả năng bị xói mòn của ñất ở mức ñộ nhất ñịnh

Thực vật có vai trò quan trọng trong bảo vệ ñất và nước theo các hướng sau:

- Giữ lại một phần nước mưa trên tán lá làm giảm ñộng năng của hạt mưa

và giảm dòng chảy trên bề mặt

- Vận chuyển ñộ ẩm của ñất phát tán vào không khí

- Che phủ mặt ñất tránh khỏi sự tác ñộng trực tiếp của hạt mưa và của dòng chảy

- Hệ rễ thực vật giữ chặt ñất, chống rửa trôi

- Thực vật cải thiện hàm lượng chất hữu cơ, cải thiện chế độ khí, chế độ nước … làm tăng độ phì và tăng khả năng chống xĩi mịn của đất

- Thực vật làm giảm hệ số dịng chảy, giảm lượng nước dẫn đến hạn chế xĩi mịn

Như vậy thực vật là một nhân tố hết sức quan trọng cần chú ý trong quá trình sử dụng và bảo vệ đất

ðịa hình: Xĩi mịn đất phụ thuộc vào độ dốc và độ dài sườn dốc, bởi chúng ảnh hưởng tới tốc độ và khối lượng dịng chảy

Trong các yếu tố kể trên thì thực vật, tính chất đất, độ dài, độ dốc sườn dốc cĩ thể điều chỉnh (mức độ tuỳ từng yếu tố) thơng qua các biện pháp canh tác và sử dụng đất Do vậy biện pháp kỹ thuật canh tác và bảo vệ đất cũng là yếu tố ảnh hưởng đến xĩi mịn đất [29,30,45]

2.3.1.4 Chẩn đốn, đánh giá xĩi mịn đất

Khi nghiên cứu về xĩi mịn đất, tuỳ từng điều kiện, phương tiện và yêu cầu sử dụng kết quả cụ thể mà phương pháp chẩn đốn khác nhau

2.3.1.4.1 ðịnh lượng xĩi mịn đất bằng thực nghiệm

ðể định lượng xĩi mịn đất, các nhà khoa học đã đưa ra nhiều phương pháp thực địa Các phương pháp theo dõi thực địa cho phép xác định lượng đất mất cụ thể trên một dạng hệ thống các điều kiện nhất định (khí hậu thời tiết, đất đai, địa hình, thực vật, các biện pháp kỹ thuật canh tác và bảo vệ đất…) Kết quả của các phương pháp này cho phép xác định lượng đất mất cụ thể trên một diện tích cụ thể, hoặc để so sánh sự ảnh hưởng của một yếu tố đến xĩi mịn đất khi cố định các yếu tố khác Hạn chế của phương pháp này là khơng thể dự báo được lượng đất mất cũng như xác định được sự cần thiết của các biện pháp phịng chống xĩi mịn đất Hạn chế trên nảy sinh là do các yếu tố tác động đến xĩi mịn mang tính định tính và hết sức phức tạp, luơn luơn thay đổi và quan hệ chặt chẽ với nhau Cĩ thế điểm qua một số phương pháp mà các nhà khoa học đã sử dụng để nghiên cứu

a) Phương pháp ñóng cọc (C.Geason) [55]

Trên sườn dốc bố trí cọc ở 3 vị trí ñỉnh, sườn và chân dốc ðịa ñiểm ñặt cọc

ở chân dốc cần phải xác ñịnh sao cho không bị xói và không bồi tụ (ñiểm chuyển tiếp) Sau từng thời gian nhất ñịnh ño ñộ sau bị bào mòn (so với thời ñiểm ñóng cọc) ñược kết quả ở cọc ñỉnh ñộ sau bào mòn là hd, cọc ở sườn là hs

Ta có ñộ sâu bào mòn trung bình ñược tính theo công thức:

0,5 (hs +0,5ha)

Hạn chế bằng phương pháp này là dễ mất cọc, thời gian theo dõi lâu, cọc ñóng ảnh hưởng tới các tính chất vật lý của ñất nơi ñóng, bản thân cọc ảnh hưởng tới dòng chảy, phương pháp xác ñịnh ñộ sâu bào mòn bằng mắt và thước thông thường… Do vậy ñộ chính xác của lượng ñất xác ñịnh ñược là không cao

Tuy nhiên trong thực tế vấn có thể sử dụng ñược ñể ñánh giá chung về hiện tượng xói mòn ñất

b) Phương pháp phẫu diện (Phương pháp Zakharov) [55]

Phương pháp này do Zakharov ñề xướng dựa trên cơ sở các khu vực có hình thái ñịa lý khác nhau, nếu không bị bào mòn thì sẽ có ñộ dày tầng ñất tương ñối ổn ñịnh Nếu bị xói mòn thì ñộ dày tầng A sẽ bị giảm, quá trình xói mòn kéo dài thì dẫn sang tầng B và tầng C… cũng bị xói mòn

Việc xác ñịnh mức ñộ xói mòn ñược tiến hành bằng cách so sánh các vị trí ñất chưa bị xói mòn với các vị trí bị xói mòn của cùng một loại ñất trong cùng các ñiều kiện ñồng nhất

Trong thực tế, như phần ñầu ñã nêu, khi các ñiều kiện khí hậu, ñất ñai và thảm thực vật ở ñiều kiện cân bằng thì chỉ xảy ra quá trình xói mòn ñịa chất

và nó cân bằng với quá trình hình thành ñất, do vậy trong cùng một ñiều kiện

có thể coi tầng ñất có ñộ dày ổn ñịnh Sau khi sử dụng ñất cho trồng trọt, xói mòn gia tốc mới xảy ra ðộ sâu bào mòn trung bình tính ñược (h) chính là ñộ sâu bào mòn tính từ khi bắt ñầu trồng trọt tới thời ñiểm nghiên cứu Nếu biết ñược các mốc thời gian này, có thể tính ñược lượng ñất mất trung bình hàng