Ứng dụng công nghệ gis và hệ thống phân loại đồ phì tự nhiên fcc thành lập bản đồ độ phì tiềm năng đất trồng lúa tỉnh thái bình

Một số khó khăn và thách thức trong canh tác lúa tỉnh Thái Bình...63 CHƯƠNG 3 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỘ PHÌ TIỀM NĂNG ĐẤT TRỒNG LÚA TỈNH THÁI BÌNH BẰNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI ĐỘ PHÌ FCC...65 3.1..

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là chính xác, trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 20 tháng 04 năm 2015

Tác giả luận văn

Vũ Thị Thi

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

3 PHẠM VI VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 2

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

5 KẾT QUẢ VÀ Ý NGHĨA CỦA LUẬN VĂN 4

5.1 Kết quả của luận văn 4

5.2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 4

6 CẤU TRÚC LUẬN VĂN 5

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN NGHIÊN CỨU 6

1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG 6

1.1.1 Khái niệm và phân loại độ phì của đất 6

1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ phì nhiêu của đất 8

1.2 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PHÂN LOẠI ĐỘ PHÌ TỰ NHIÊN FCC 20

1.3 QUY TRÌNH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỘ PHÌ TIỀM NĂNG ĐẤT BẰNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI ĐỘ PHÌ FCC TRONG GIS 26

1.3.1 Cấu trúc và chức năng c ủa GIS 26

1.3.2 Vai trò của GIS trong thành lập bản đồ chuyên đề 28

1.3.3 Quy trình kỹ thuật thành lập bản đồ độ phì tiềm năng đất bằng hệ thống phân loại độ phì FCC 29

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI NGUYÊN ĐẤT VÀ TÌNH HÌNH CANH TÁC LÚA Ở TỈNH THÁI BÌNH 30

2.1 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA TỈNH THÁI BÌNH 30

2.1.1 Vị trí địa lý 30

2.1.2 Đặc điểm chung về điều kiện tự nhiên 32

2.1.3 Một số tài nguyên thiên nhiên chính 34

2.1.4 Khái quát tình hình kinh tế - xã hội tỉnh Thái Bình 37

2.2 TÀI NGUYÊN ĐẤT TỈNH THÁI BÌNH 40

2.2.1 Quá trình hình thành đất tỉnh Thái Bình 40

2.2.2 Hệ thống phân loại đ ất tỉnh Thái Bình 41

2.2.3 Đặc điểm các loại đất tỉnh Thái Bình 42

2.3 HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT VÀ TÌNH HÌNH CANH TÁC LÚA TỈNH THÁI BÌNH 59

2.3.1 Hiện trạng sử dụng đất tỉnh Thái Bình 59

2.3.2 Tình hình sản xuất lúa tỉnh Thái Bình 60

2.3.3 Một số khó khăn và thách thức trong canh tác lúa tỉnh Thái Bình 63

CHƯƠNG 3 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỘ PHÌ TIỀM NĂNG ĐẤT TRỒNG LÚA TỈNH THÁI BÌNH BẰNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI ĐỘ PHÌ FCC 65

3.1 CHUYỂN ĐỔI PHÂN LOẠI ĐẤT PHÁT SINH SANG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI ĐẤT CỦA FAO-UNESCO 65

3.2 ỨNG DỤNG GIS XÁC ĐỊNH CÁC LOẠI ĐẤT ĐANG TRỒNG LÚA Ở TỈNH THÁI BÌNH 68

3.3 TẦNG CHẨN ĐOÁN VÀ DẤU HIỆU CHẨN ĐOÁN LÀM CƠ SỞ PHÂN LOẠI ĐỘ PHÌ THEO FCC 69

3.3.1 Các tầng chẩn đoán 69

3.3.2 Các đặc tính chẩn đoán 70

3.4 XÁC ĐỊNH CÁC ĐIỀU KIỆN BỔ SUNG LIÊN QUAN ĐẾN ĐỘ PHÌ ĐẤT

THEO HỆ THỐNG PHÂN LOẠI FCC 71

3.4.1 Các yếu tố hạn chế độ phì theo hệ thống phân loại FCC 71

3.4.2 Đề xuất hệ thống FCC cho phân loại độ phì đất trồng lúa tỉnh Thái Bình72 3.5 KẾT QUẢ PHÂN LOẠI ĐỘ PHÌ TIỀM NĂNG ĐẤT TRỒNG LÚA TỈNH THÁI BÌNH 74

3.5.1 Loại độ phì cao .75

3.5.2 Loại độ phì trung bình 75

3.5.3 Loại độ phì thấp 75

3.5.4 Loại độ phì rất thấp 75

3.6 MỘT SỐ ĐỀ XUẤT ĐỊNH HƯỚNG CANH TÁC LÚA BỀN VỮNG TỈNH THÁI BÌNH TRÊN CƠ SỞ KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ĐỘ PHÌ TIỀM NĂNG 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO .80

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Quy trình thành lập bản đồ độ phì tiềm năng đất bằng hệ thống phân loại

độ phì FCC 29 Hình 2.1 Bản đồ hành chính tỉnh Thái Bình 31 Hình 2.2 Bản đồ đất tỉnh Thái Bình theo hệ thống phân loại phát sinh của Việt Nam 58 Hình 2.3 Bản đồ hiện trạng đ ất lúa năm 2013 tỉnh Thái Bình 62 Hình 3.1 Bản đồ đất tỉnh Thái Bình theo hệ thống phân loại của FAO-UNESCO 67 Hình 3.2 Quy trình thành lập bản đồ đất vùng trồng lúa tỉnh Thái Bình 68 Hình 3.3 Bản đồ độ phì tiềm năng đất trồng lúa tỉnh Thái Bình 76

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Kích thước của các loại cấu trúc (mm) 10

Bảng 1.2: Dung trọng của các lo ại đất có thành phần cơ giới khác nhau 11

Bảng 1.3: Đánh giá độ xốp của đất 12

Bảng 1.4: Đánh giá độ xốp của đất 12

Bảng 1.5: Đặc điểm vật lý nước của đất có thành phần cơ giới khác nhau 13

Bảng 1.6: Đánh giá khả năng cung cấp nhiệt của đất 13

Bảng 1.7: Xếp loại phản ứng của đất (Theo pHH2O tỷ lệ chiết đất : nước = 1 : 2,5) 14 Bảng 1.8: Hàm lượng chất hữu cơ tổ ng số và nitơ tổng số trong đất 16

Bảng 1.9: Hàm lượng lân tổng số trong đ ất 16

Bảng 1.10: Hàm lượng đạm thủy phân trong đất 17

Bảng 1.11: Hàm lượng nitrat trong đ ất 17

Bảng 1.12: Hàm lượng lân dễ tiêu trong đất được chiết rút bằng các dụng cụ khác nhau 18

Bảng 1.13: Hàm lượng kali dễ tiêu trong đất 18

Bảng 1.14: Hàm lượng cation trao đổi trong đất (lđl/100 g đất) 19

Bảng 1.15: Hàm lượng Cu và Zn dễ tiêu trong đ ất (mg/kg) 19

Bảng 1.16: Đánh giá CEC và độ no bazơ của đất 20

Bảng 2.1: Lượng nước mưa trung bình qua các năm 33

Bảng 2.2: Phân loại đất tỉnh Thái Bình t ỷ lệ 1:50.000 41

Bảng 2.3: Kết quả phân tích phẫu diện TB11 44

Bảng 2.4: Kết quả phân tích phẫu diện TB6 45

Bảng 2.5: Kết quả phân tích phẫu diện TB9 46

Bảng 2.6: Kết quả phân tích phẫu diện TB13 47 Bảng 2.7: Kết quả phân tích phẫu diện TB2 50 Bảng 2.8: Kết quả phân tích phẫu diện TB8 51 Bảng 2.9: Kết quả phân tích một số tính chất lý học và hóa học của một số loại đất tỉnh Thái Bình 56 Bảng 2.10: Bảng hiện trạng sử dụng đất tỉnh Thái Bình 59 Bảng 2.11: Diện tích, năng suất và sản lượng lúa tỉnh Thái Bình giai đoạn 2009 -

2013 60 Bảng 3.1: Kết quả chuyển đổi tương đương các loại đất tỉnh Thái Bình sang hệ thống phân loại đ ất theo FAO-UNESCO 65 Bảng 3.2: Các đơn vị đất có trong diện tích trồng lúa 69 Bảng 3.4: Thang điểm đánh giá độ phì tiềm năng c ủa hệ thống FCC 73 Bảng 3.5 Tổng điểm của các yếu tố hạn chế độ phì có trong đất trồng lúa tỉnh Thái Bình 74 Bảng 3.6: Kết quả phân loại độ phì đất trồng lúa tỉnh Thái Bình 77

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

GIS Hệ thống thông tin địa lý

FCC Fertility Capacity Classification - (Hệ thống phân loại độ phì)

WTO World Trade Organization - (Tổ chức thương mại Thế giới)

PRA Participatory Rural Appraisal - (Phương pháp đánh giá của người dân)

FAO Food and Agriculture Organization (Tổ chức Liên Hiệp Quốc về lương

thực và nông nghiệp)

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, công nghệ tin học đã không ngừng phát triển hội nhập vào xu thế của thời đại Cũng từ đó, công nghệ tin học phát huy thế mạnh và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, Hệ thống thông tin

địa lý (GIS) đã được ứng dụng có hiệu quả trong nhiều lĩnh vực khoa học và kinh tế

- xã hội GIS cung cấp các giải pháp thu thập, lưu trữ, cập nhật, phân tích và xử lý thông tin địa lý nhằm hỗ trợ ra quyết định cho công tác quy hoạch, quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường Trong lĩnh vực quản lý tài nguyên thiên nhiên nói chung, quản lý và đánh giá tài nguyên đất nói riêng, GIS đang được ứng dụng rộng rãi và đã chứng tỏ được những ưu thế nổi bật so với các phương pháp truyền thống

Đất đai là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá, là thành phần quan trọng hàng đầu của môi trường sống Trong sản xuất nông - lâm nghiệp, đất vừa là đối tượng lao động, vừa là tư liệu sản xuất không thể thay thế được Do vậy, trong sản xuất nông nghiệp, công tác đánh giá chất lượng đất thông qua các đặc trưng độ phì nhiêu rất được quan tâm nhằm đề ra những giải pháp sử dụng đất hợp lý và quản lý dinh dưỡng cây trồng trên mỗi vùng lãnh thổ nhất định

Thái Bình là tỉnh trọng điểm trồng lúa của Đồng bằng Sông Hồng, với diện tích cấy lúa 2 vụ khoảng 161.800 ha; năng suất lúa bình quân những năm gần đây đạt 65,12 tạ/ha, sản lượng thóc đạt trên 1 triệu tấn/năm Diện tích lúa chiếm trên 10% tổng diện tích các tỉnh đồng bằng Sông Hồng, nhưng sản lượng thóc chiếm trên 22% Thái Bình có cơ sở hạ tầng phát triển, hệ thống thuỷ lợi và đất đai đảm bảo đáp ứng yêu cầu thâm canh lúa và các cây trồng khác

Những năm gần đây, áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật năng suất và chất lượng sản phẩm được tăng lên rõ rệt, trong đó có vai trò sản xuất giống lúa Song thực tiễn sản xuất nông nghiệp cho thấy, ngoài yếu tố giống, phân bón thì độ phì nhiêu của đất cũng đóng vai trò quyết định đến năng suất của cây trồng Sự khai

thác tiềm năng đất đai ở Tỉnh Thái Bình đang diễn ra rất mạnh liệt qua thâm canh tăng vụ, đã làm thay đổi rất nhiều các đặc tính độ phì nhiêu của đất, đẩy nhanh các tiến trình suy thoái đất, làm cạn kiệt nguồn dinh dưỡng cung cấp cho cây trồng Muốn phát triển sản xuất có hiệu quả, người nông dân cũng như nhà quản lý phải hiểu rõ thực trạng độ phì của đất canh tác, xác định được các yếu tố trở ngại đối với cây trồng Từ đó, đưa ra các biện pháp canh tác hợp lý, áp dụng các công thức bón phân hiệu quả nhằm duy trì và nâng cao độ phì của đất

Để quản lý và sử dụng tài nguyên đất hiệu quả trên quan điểm phát triển bền vững, việc nghiên cứu đánh giá độ phì tự nhiên của đất chuyên trồng lúa tỉnh Thái Bình bằng hệ thống phân loại độ phì tiềm năng (Fertility Capacity Classification - FCC) với sự hỗ trợ của công nghệ GIS là yêu cầu cần thiết về khoa học và có ý

nghĩa thực tiễn cao Vì vậy, học viên lựa chọn đề tài luận văn “Ứng dụng công

nghệ GIS và hệ thống phân loại độ phì tự nhiên FCC thành lập bản đồ độ phì tiềm năng đất trồng lúa tỉnh Thái Bình”

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Thành lập được bản đồ độ phì tự nhiên đất trồng lúa tỉnh Thái Bình tỷ lệ 1:50 000 bằng hệ thống phân loại độ phì tiềm năng FCC và công nghệ GIS

- Bước đầu đề xuất một số giải pháp canh tác lúa bền vững tỉnh Thái Bình trên cơ sở kết quả đánh giá và phân loại độ phì tự nhiên

3 PHẠM VI VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

a) Phạm vi nghiên cứu:

- Phạm vi lãnh thổ nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu trong lãnh thổ tỉnh Thái

Bình với diện tích tự nhiên khoảng 153.842 ha; trong đó, tập trung vào diện tích đất trồng lúa của tỉnh khoảng trên 80.000 ha

- Phạm vi khoa học: Luận văn tập trung vào nghiên cứu các tầng chẩn đoán,

dấu hiệu chẩn đoán và các yếu tố hạn chế độ phì tự nhiên của đất tỉnh Thái Bình Từ

đó ứng dụng công nghệ GIS và hệ thống phân loại độ phì tự nhiên FCC thành lập bản đồ độ phì tiềm năng đất trồng lúa tỉnh Thái Bình tỷ lệ 1:50.000

b) Nhiệm vụ nghiên cứu:

- Tổng quan có chọn lọc các công trình nghiên cứu có liên quan đến vấn đề

nghiên cứu; cơ sở lý luận trong đánh giá và phân loại độ phì tự nhiên của đất

- Tìm hiểu cấu trúc và ứng dụng GIS; hệ thống phân loại độ phì tiềm năng FCC, xây dựng quy trình đánh giá và thành lập bản đồ độ phì tự nhiên

- Nghiên cứu các điều kiện hình thành đất, tình hình sản xuất lúa, các tầng chẩn đoán, đặc tính chẩn đoán và vật liệu chẩn đoán trong mối liên hệ với đặc tính

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phương pháp thu thập và kế thừa: Đề tài đã thu thập và kế thừa các tài

liệu, số liệu và các kết quả nghiên cứu có liên quan Trong đó, luận văn đã kế thừa kết quả điều tra, bổ sung chỉnh lý bản đồ đất tỉnh Thái Bình tỷ lệ 1:50 000 do Viện Quy hoạch và Thiết kế nông nghiệp thực hiện năm 2004 - 2005

Đề tài đã kế thừa bộ kết quả phân tích 13 phẫu diện đất đại diện cho các loại đất và loại hình sử dụng đất chính khu vực nghiên cứu tỉnh Thái Bình do Viện Quy hoạch và Thiết kế nông nghiệp thực hiện

- Phương pháp bản đồ và GIS: Song song với các phương pháp nghiên cứu

truyền thống trong khoa học địa lý, phương pháp bản đồ và GIS được sử dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu chuyên ngành Hệ thông tin địa lý (GIS), đặc biệt trong phân tích thông tin không gian và dữ liệu thuộc tính nhằm trả lời nhanh các bài toán đánh giá tổng hợp Trong phạm vi của đề tài, phương pháp GIS được sử dụng để tích hợp các lớp chuyên đề tương ứng với từng yếu tố giới hạn độ phì bằng bài toán cộng điểm để thành lập bản đồ phân cấp

độ phì đất canh tác lúa tỉnh Thái Bình theo 4 cấp:

- Độ phì cao;

- Độ phì trung bình;

- Độ phì thấp;

- Độ phì rất thấp;

- Phương pháp chuyên gia: Các kiến thức và kinh nghiệm của các chuyên

gia về các lĩnh vực nông hóa thổ nhưỡng đã được vận dụng và đóng góp những ý kiến có giá trị thông qua trao đổi và tham vấn trực tiếp trong quá trình thực hiện đề tài luận văn

- Phương pháp so sánh và chuyển đổi tương đương: Trên cơ sở kết quả

phân loại đất của tỉnh Thái Bình theo hệ thống phân loại đất phát sinh của Việt Nam, đề tài tiến hành chuyển đổi tương đương sang hệ thống phân loại định lượng

của FAO-UNESCO

Những kết quả phân tích các mẫu đất, các dấu hiệu và tầng chẩn đoán trong kết quả phân loại đất tỉnh Thái Bình trên bản đồ đất 1:50.000 theo hệ thống phân loại FAO-UNESCO/WBR được so sánh với các yếu tố giới hạn độ phì của hệ thống phân loại độ phì tiềm năng FCC Từ đó, đã tiến hành cho điểm trong thang đánh giá tương ứng của mỗi yếu tố giới hạn độ phì đất

5 KẾT QUẢ VÀ Ý NGHĨA CỦA LUẬN VĂN

5.1 Kết quả của luận văn

- Đề tài đã xác định được các tầng chẩn đoán, dấu hiệu chẩn đoán và các yếu

tố hạn chế độ phì tiềm năng của đất khu vực tỉnh Thái Bình

- Đã thành lập được bản đồ độ phì tiềm năng đất trồng lúa tỉnh Thái Bình tỷ

lệ 1:50.000 bằng hệ thống phân loại độ phì tự nhiên FCC

5.2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

a) Ý nghĩa khoa học:

Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần hoàn thiện phương pháp luận cũng như quy trình nghiên cứu đánh giá độ phì tiềm năng của đất với sự hỗ trợ của công nghệ GIS kết hợp với hệ thống phân loại độ phì tự nhiên FCC

b) Ý nghĩa thực tiễn:

Kết quả nghiên cứu đã đánh giá được độ phì tiềm năng đất trồng lúa tỉnh Thái Bình ở tỷ lệ 1:50.000 với 5 cấp phục vụ cho công tác quản lý dinh dưỡng cây trồng và sử dụng hợp lý tài nguyên đất trong canh tác lúa Từ đó, quy hoạch lại được các vùng trồng lúa có độ phì cao và đưa ra định hướng quy hoạch sử dụng đất đai chính xác và phù hợp thực tế

6 CẤU TRÚC LUẬN VĂN

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, cấu trúc luận văn gồm có 3 chương chính, được trình bày trong 74 trang đánh máy khổ A4, 7 hình và 33 bảng

Qua đây, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới Bộ môn Bản đồ - Khoa Trắc địa - Trường Đại học Mỏ - Địa chất, các thầy cô giảng dạy trong chương trình đào tạo Cao học chuyên ngành Bản đồ, Viễn thám và Hệ thông tin địa lý đã dạy dỗ tận tâm cho tôi trong quá trình học tập

Xin trân thành cảm ơn TS Lưu Thế Anh, Viện Địa lý - Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn Luận văn đã sử dụng các tư liệu và một số kết quả nghiên cứu của Đề tài độc lập hợp tác với địa phương cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam "Nghiên cứu phân vùng chức năng sinh thái làm cơ sở phục vụ phát triển bền vững kinh tế - xã hội và chủ động thích ứng với biến đổi khí hậu tỉnh Thái Bình", mã số VAST.NĐP.02/15-16 do Viện Địa lý chủ trì thực hiện

Và cuối cùng tôi dành lời cảm ơn vô cùng sâu sắc tới gia đình tôi, những người bạn đã đứng sau cổ vũ động viên tinh thần cho tôi

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN NGHIÊN CỨU 1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG

1.1.1 Khái niệm và phân loại độ phì của đất

a) Khái niệm về độ phì của đất:

Khái niệm về độ phì nhiêu đất đã được biết từ lâu, nhưng trước đây người ta đánh giá chất lượng đất chủ yếu dựa vào kinh nghiệm khi quan sát màu sắc đất, khả năng tạo ra sản phẩm, năng suất cây trồng, Sau khi ngành khoa học đất ra đời thì

khái niệm về độ phì mới được nhìn nhận một cách đúng đắn, có khoa học

Sự phát triển của học thuyết độ phì nhiêu đất gắn liền với tên tuổi của Nhà khoa học đất người Nga là Viliam V.R (1970) Ông đã nghiên cứu chi tiết sự hình thành và phát triển của độ phì nhiêu trong quá trình hình thành đất tự nhiên, các điều kiện xuất hiện độ phì nhiêu trong sự phụ thuộc vào một số đặc tính của đất, cũng như đã hình thành các luận điểm cơ bản về nguyên tắc chung nâng cao độ phì nhiêu đất và sử dụng nó trong sản xuất nông nghiệp Theo đó, độ phì của đất khả năng của đất có thể cung cấp cho những nhu cầu của thực vật về các chất dinh dưỡng khoáng, nước và không khí để tạo ra một năng suất sinh học nhất định nào

đó về gỗ, lá, quả, hạt, và củ, nhằm phục vụ cho các nhu cầu của cuộc sống con người [22]

Hội Thổ nhưỡng học của Viện Hàn lâm Khoa học Liên bang Nga đã định nghĩa: độ phì của đất là tổ hợp những tính chất của đất đảm bảo cho năng suất cây trồng (theo Lê Thái Bạt và Tôn Thất Chiểu, 1999) [3]

Độ phì nhiêu của đất có thể được hiểu là khả năng của đất thỏa mãn các nhu cầu của cây về các nguyên tố dinh dưỡng, nước, đảm bảo cho hệ thống rễ của chúng

có đầy đủ không khí, nhiệt và môi trường lý hóa học thuận lợi cho sinh trưởng và phát triển bình thường

Độ phì nhiêu là đặc tính chất lượng cơ bản của đất phân biệt nó với đá Khái niệm đất và độ phì nhiêu gắn bó chặt chẽ với nhau Độ phì nhiêu là kết quả từ sự phát triển của quá trình hình thành đất cũng như quá trình canh tác khi sử dụng đất

vào mục đích sản xuất nông nghiệp

Như vậy, khái niệm về độ phì là một khái niệm hết sức phức tạp và mang tính chất tương đối Độ phì chỉ mới là khả năng của đất, khả năng này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: loại cây trồng, khả năng sử dụng đất của con người và điều kiện ngoại cảnh, Ngoài ra, độ phì nhiêu của đất nông nghiệp còn phụ thuộc vào

trình độ khoa học kỹ thuật và chế độ chính trị - xã hội

Tóm lại, độ phì nhiêu là tính chất rất phức tạp của đất, nó chịu tác động của tổng hợp của nhiều yếu tố tự nhiên và nhân tạo, trong đó các điều kiện hình thành đất (địa hình, địa chất, khí hậu, thủy văn, thực vật và tác động của con người) đóng

vai trò là nền tảng

b) Phân loại độ phì của đất:

Khi nghiên cứu địa tô trong nông nghiệp, Các Mác đã phân tích sâu sắc và toàn diện độ phì nhiêu của đất Ông chia độ phì nhiêu của đất ra làm các loại sau:

- Độ phì tự nhiên: Là độ phì được tạo ra trong quá trình hình thành đất do

tác động của các yếu tố tự nhiên, hoàn toàn không có sự tham gia của con người

Độ phì nhiêu này phụ thuộc vào thành phần, tính chất của đá mẹ và các yếu tố tham gia vào quá trình hình thành đất; ngoài ra còn phụ thuộc v ào những quá trình lý hóa học, sinh học xảy ra trong đất Độ phì tự nhiên là tính chất đặc trưng tự nhiên của bất kỳ một loại đất nào Trong độ phì tự nhiên gồm 2 phần:

+ Độ phì tiềm tàng: Là một phần của độ phì tự nhiên mà cây trồng tạm thời

chưa sử dụng được để sinh trưởng phát triển và tạo ra năng suất

+ Độ phì hiệu lực (hữu hiệu): Là một phần của độ phì tự nhiên đã biến

thành hiện thực cung cấp nước, thức ăn và những điều kiện sống khác cho cây trồng tạo ra năng suất và được đánh giá bằng năng suất cây trồng Độ phì hiệu lực cao hay thấp phụ thuộc vào hàm lượng các chất dinh dưỡng dễ tiêu của đất đối với cây

Ở đất trồng trọt, độ phì nhiêu hiệu lực phụ thuộc rất lớn vào kỹ thuật canh tác, trình độ phát triển khoa học kỹ thuật và chế độ xã hội, là tổng biểu hiện của

độ phì tự nhiên và độ phì nhân tạo

- Độ phì nhân tạo: Là độ phì được hình thành do canh tác, bón phân, cải tạo

đất, áp dụng kỹ thuật nông nghiệp, luân canh, xen canh, của con người Độ phì nhân tạo cao hay thấp còn phụ thuộc vào lực lượng sản xuất, quan hệ sản xuất, trình

độ khoa học kỹ thuật và chế độ chính trị xã hội Trong thực tế trên cùng một mảnh đất khó có thể phân biệt đâu là độ phì tự nhiên và đâu là độ phì nhân tạo, mà có thể nói thời gian canh tác đất càng lâu, kỹ thuật canh tác càng hoàn thiện thì tính chất ban đầu của độ phì tự nhiên càng giảm và tính chất độ phì nhân tạo tăng lên

- Độ phì kinh tế: Nếu độ phì tự nhiên và độ phì nhân tạo được đánh giá

bằng năng suất cây trồng, thì độ phì kinh tế được đánh giá bằng năng suất lao động, bằng hiệu quả kinh tế cao hay thấp khi canh tác trên mảnh đất ấy

Độ phì kinh tế phụ thuộc vào điều kiên tự nhiên và xã hội nhất định, phụ thuộc vào trình độ quản lý kinh tế, mức độ phát triển của lực lượng sản xuất, của khoa học kỹ thuật và quan hệ sản xuất xã hội

1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ phì nhiêu của đất

a) Các chỉ tiêu hình thái:

- Độ dày tầng đất: Đây là chỉ tiêu đặc trưng cho hình thái phẫu diện đất Độ

dày tầng đất có ý nghĩa quan trọng trong canh tác nông nghiệp, tầng đất dày hay mỏng quyết định đến hàm lượng chất dinh dưỡng nhiều hay ít Vì vậy, đất có tầng canh tác dày thì cây phát triển thuận lợi và tốt hơn đất có tầng canh tác mỏng Theo phân cấp của Hội Khoa học đất Việt Nam (1999), tầng dày của đất được phân thành

3 cấp [3]:

+ Trên 100 cm: tầng đất dày;

+ Từ 50 - 100 cm: tầng dày trung bình;

+ Dưới 50 cm: tầng dày mỏng

- Đá lộ đầu: Đá lộ đầu không chỉ làm giảm diện tích có khả năng gieo trồng

mà đặc biệt gây rất nhiều cản trở trong việc làm đất, bố trí cây trồng, thiết kế và xây dựng đồng ruộng,… Đá lộ đầu được miêu tả theo phần trăm phủ mặt đất cùng với thông tin liên quan như kích thước, khoảng cách và độ cứng của đá lộ thiên [3]:

+ Không có;

+ Rất ít: < 2% diện tích

- Đá lẫn: Đá lẫn là phần đá chưa bị phong hoá còn lẫn trong đất, thường ở

dạng các mảnh vụn có kích thước khác nhau, từ một vài milimet đến vài chục centimet Đá lẫn trong đất làm giảm khối lượng đất mịn, tức là làm giảm trữ lượng dinh dưỡng, nước, không khí và nhiệt trong đất Ngoài ra, nếu tỷ lệ đá lẫn trong đất cao gây cản trở cho việc làm đất, khó khăn cho cơ giới hóa (dụng cụ máy móc) Liên hiệp quốc phân tỷ lệ đá lẫn trong đất thành 6 mức (theo % thể tích chung của đất) như sau [3]:

- Thành phần cơ giới: Được xác định bởi hàm lượng tương đối của 3 cấp hạt

chính của đất: cát, limon và sét Ba thành phần này đã tạo nên bộ xương của đất Vì thế thành phần cơ giới có ý nghĩa quan trọng đối với tính chất của đất Tính chất vật

lý phụ thuộc phần lớn vào thành phần cơ giới của đất Nó quyết định đến tỷ trọng, dung trọng, độ xốp, tính dẻo, tính dính,… của đất Ảnh hưởng đến tính thông khí, giữ nước và nhiệt dung của đất

Thành phần cơ giới của đất ảnh hưởng tới hóa tính của đất như: sự tích lũy

và phân giải mùn, khả năng hấp phụ, tính đệm, tính ôxy hóa - khử của đất và chế độ cung cấp chất dinh dưỡng cho cây của đất Đồng thời, thành phần cơ giới ảnh

hưởng tới sự hoạt động của vi sinh vật đất nên ảnh hưởng tới hoạt tính sinh học của đất

- Cấu trúc đất: Theo FAO (1980), hình dạng và kích thước của cấu trúc được

phân loại như sau:

+ Hình dạng của cấu trúc: Phiến, trụ (cột), khối, hạt

+ Kích thước của các cấu trúc được phân thành 5 loại như sau (Bảng 1.1):

Bảng 1.1: Kích thước của các loại cấu trúc (mm)

Nguồn: FAO, Trung tâm Thông tin đất, 1980

- Tỷ trọng của đất (Dp): Tỷ trọng thể rắn của đất là tỷ số giữa trọng lượng

thể rắn đất (đất không có khoảng trống) của một thể tích nhất định và trọng lượng của nước cùng thể tích Tỷ trọng là một thông số quan trọng giúp ước lượng thành phần khoáng chủ yếu cũng như hàm lượng chất hữu cơ của một loại đất (Trần Bá Linh và nnk, 2006) [12] Theo Trần Kim Tính (2003), tỷ trọng của đất dao động từ 2,5 - 2,8 g/cm3 Trung bình 2,65 g/cm3 phụ thuộc vào tỷ trọng của các khoáng vật và chất hữu cơ trong đất [16] Những loại đất khác nhau sẽ có tỷ trọng khác nhau Thường trong những đất khoáng hay có thạch anh, fenspat, kaolinite, tỷ trọng của chúng thay đổi trong khoảng từ 2,55 - 2,74 g/cm3

Tỷ trọng thể rắn của những đất nghèo mùn trên các tầng mặt thay đổi trong khoảng từ 2,5 - 2,74g/cm3 Ở những tầng tích tụ sâu hơn, do chứa một lượng lớn hợp chất sắt nên tỷ trọng thường tăng,

có trường hợp đạt 2,75 - 2,80 g/cm3 Ngược lại ở những đất giàu mùn thì tỷ trọng của chúng giảm đến 2,4 - 2,3 g/cm3 (Trần Kông Tấu, 2006) [15]

- Dung trọng của đất (Db): Dung trọng là một đặc tính quan trọng để đánh

giá độ phì vật lý và hóa học của đất[15] Error! Reference source not found.

Dung trọng phụ thuộc vào thành phần khoáng, thành phần cơ giới, hàm lượng chất hữu cơ, cấu trúc đất và kỹ thuật làm đất Độ tơi xốp của đất thường cao nhất ngay sau khi làm đất, sau đó bị nén dẽ dần và dung trọng đất tăng lên, sau một thời gian dung trọng sẽ đạt cân bằng và không thay đổi Đất có dung trọng thích hợp nhất cho cây trồng từ 1,0 - 1,1 g/cm3 Đối với cây lúa, dung trọng thấp đôi khi có hại vì đất không giữ được nước Dung trọng > 1,2 g/cm3 và ở tầng đế cày > 1,4 g/cm3 là rất thích hợp cho cây lúa (Võ Thị Gương và cộng sự, 2004) [8]

Bảng 1.2: Dung trọng của các loại đất có thành phần cơ giới khác nhau

Nguồn: Agricultural Comendium, 1989 [20]

Để đảm bảo cho cây trồng phát triển tốt đối với đất thịt thì dung trọng từ 1,1

- 1,4 g/cm3; đối với đất sét thì dung trọng 1,4 g/cm3; đối với đất cát là khoảng 1,6 g/cm3 (Raymond W Miller et al, 2001) Theo Lê Văn Khoa (2004), giá trị dung trọng trung bình của đất thịt có canh tác dao động từ 1,1 - 1,4 g/cm3 Dung trọng cũng được tính toán tổng lượng nước có thể bị giữ lại bởi đất theo một thể tích nào

đó và cũng để đánh giá khả năng phát triển của hệ thống rễ cây trồng và độ thoáng

khí của đất [10]

- Độ xốp của đất (P): Độ xốp của đất được tính bằng phần trăm thể tích của

đất được chiếm bởi không khí và nước Độ xốp là tổng diện tích bề mặt các lỗ rỗng

so với tổng diện tích bề mặt Độ xốp của đất phụ thuộc vào cấu trúc đất, thành phần

cơ giới, dung trọng và tỷ trọng đất Khả năng thoáng khí, khả năng giữ nước của đất phụ thuộc rất lớn vào độ xốp Độ xốp thích hợp cho hầu hết sự tăng trưởng của cây

trồng là 50% [22] Độ xốp được phân cấp để đánh giá độ phì của đất như sau:

Nguồn: FAO, Trung tâm Thông tin đất, 1980

- Đặc tính về nước của đất: Sức hút ẩm của đất (SMT - Soil moisture

tension) được xác định bằng chiều cao cột nước (cm) = 0,3/d Trong đó, d là đường kính của mao quản Chỉ số pF đặc trưng cho sức hút ẩm của đất và pF được tính bằng logarit của SMT (pF = lg(SMT)

Bảng 1.4: Đánh giá độ xốp của đất Đường kính

mao quản (μm)

SMT (cm)

mao quản (μm)

SMT (cm)

dùng làm giá trị đặc trưng cho độ ẩm của đất

+ WP là độ ẩm cây héo, tương ứng với pF = 4,2 (15 atm) Tại giá trị này rễ cây không hút được nước, cây bắt đầu bị héo

+ OD là mức độ khô kiệt (Oven dry), tương ứng với pF = 7, khi này hàm lượng ẩm của đất được xem là bằng không

Bảng 1.5: Đặc điểm vật lý nước của đất có thành phần cơ giới khác nhau

Khoảng dao động

Trung bình

Khoảng dao động

Trung bình

Khoảng dao động

Trung bình

- Chế độ nhiệt của đất: Là một trong những chỉ tiêu đặc trưng cho chế độ

nhiệt của đất Trong đó, khoảng thời gian có nhiệu độ hoạt tính (> 10oC) ở độ sâu

20 cm có ý nghĩa đặc biệt (vì đa số rễ cây phân bố ở tầng này) Tổng nhiệt độ hoạt tính của lớp đất này là chỉ tiêu cung cấp nhiệt chủ yếu của đất

Bảng 1.6: Đánh giá khả năng cung cấp nhiệt của đất Tổng nhiệt độ hoạt

tính của đất ở độ

sâu 20 cm ( o C)

Khả năng cung cấp nhiệt của đất

Tổng nhiệt độ hoạt tính của đất ở độ sâu 20 cm ( o C)

Khả năng cung cấp nhiệt của đất

0 - 400 Cực kỳ thấp 2.100 - 2.700 Trung bình khá

800 0 1.200 Thấp 3.400 - 4.400 Cao 1.200 - 1.600 Hơi thấp 4.400 - 5.600 Rất cao 1.600 - 2.100 Trung bình 5.600 - 7.200 Cực kỳ cao

Nguồn: V.N Dimo

c) Các chỉ tiêu hóa học đất:

- Độ chua hiện tại (pH H2O ): pH là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá độ phì đất

vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng, vi sinh vật đất, tốc độ phản ứng hóa học và sinh hóa trong đất, độc chất trong đất Độ hữu dụng của dưỡng chất trong đất, hiệu lực của phân bón phụ thuộc rất nhiều vào độ chua của đất

Một loại đất rất chua (acid) khi có pH thấp, đất này thiếu Ca và Mg trao đổi, các chất Al, Fe, Mn và Bo hòa tan rất nhiều; trong khi Mo ít hòa tan, độ hữu dụng của N và P rất thấp Một loại đất kiềm có pH cao, đất này nhiều Ca, Mg và Mo, có ít

Al và độ hữu dụng của đạm cao Tổng quát mà nói, đất có pH từ 6 - 7 là tốt nhất vì khi đó hữu dụng tối đa của chất dinh dưỡng

Bảng 1.7: Xếp loại phản ứng của đất

(Theo pHH2O tỷ lệ chiết đất : nước = 1 : 2,5)

Chua mạnh 5,1 - 5,5 Kiềm trung bình 7,9 - 8,4 Chua trung bình 5,6 - 6,0 Kiềm mạnh 8,5 - 9,0

Nguồn: Agricultural Comendium, 1989 [20]

- Độ chua tiềm tàng (pH KCl ): Độ chua tiềm tàng được tính bằng ion H+ tự do

và hấp thu trên bề mặt keo đất Thông thường độ chua này lớn hơn độ chu hiện tại

và biểu thị khả năng gây chua tiềm tàng của đất Nếu trong dung dịch đất tồn tại nhiều muối axit mạnh và bazơ mạnh sẽ làm đất có phản ứng trung tính (pH = 6 - 7) Nếu trong đất tồn tại nhiều muốn axit mạnh và muối bazơ yếu thì đất có phản ứng chua (pH < 6) Nếu trong đất nhiều muốn bazơ mạnh và muối axit yếu thì đất có

phản ứng kiềm (pH > 7,5) Độ pH của đất còn phụ thuộc vào mức độ thực hiện các phản ứng trao đổi ion giữa keo đất với dung dịch đất, giữa dung dịch đất và rễ cây

- Hàm lượng chất hữu cơ tổng số: Chất hữu cơ của đất là dấu hiệu cơ bản để

phân biệt đất với sản phẩm phong hóa từ đá mẹ Đá chỉ có thể trở thành đất khi trong sản phẩm phong hóa của đá xuất hiện chất hữu cơ Chất hữu cơ là một bộ phận cấu thành nên đất, là nguyên liệu tạo nên độ phì nhiêu của đất Chất hữu cơ là phần quý nhất của đất, nó là kho dự trữ dinh dưỡng cho cây trồng Số lượng, thành phần và tính chất của chất hữu cơ trong đất ảnh hưởng lớn tới quá trình hình thành đất và các tính chất lý, hóa, sinh học xảy ra trong đất Nguồn gốc nguyên thủy của chất hữu cơ trong đất là mô thực vật, chất hữu cơ gồm xác bã hữu cơ chưa phân hủy, đang phân hủy và đã phân hủy; trong đó có xác bã hữu cơ động vật, vi sinh vật

Vì vậy, để nông nghiệp phát triển bền vững nhất thiết phải giảm sự mất mát chất hữu cơ của đất, nhất là việc sử dụng đất vùng nhiệt đới (Lê Văn Khoa, 2000) [11]

Theo Đỗ Ánh (2003) chất hữu cơ trong đất là nguồn dinh dưỡng có tương quan rất chặt chẽ với độ phì nhiêu của đất, nhất là trong điều kiện nhiệt đới ẩm của nước ta Những thành tựu nghiên cứu về chất mùn ở điều kiện nhiệt đới của Castagnol (1942), Fridland (1958 - 1964), Duchautour (1968), đã được ghi nhận,

về sau Ngô Văn Phụ (1970 - 1979) đều cho rằng mùn ở đất Việt Nam rất quan trọng trong việc tạo độ phì nhiêu của đất Hàm lượng chất hữu cơ tối thích cho đất lúa nước là 4% Nếu giảm 1% chất hữu cơ thì lân bị giữ chặt trong đất tăng 50 mg/100g đất [2]

- Nitơ tổng số: Nitơ là nguyên tố cần tương đối nhiều cho các loại cây trồng,

nhưng trong đất thường chứa ít đạm Hàm lượng đạm trong đất phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng mùn (thường N chiếm 5 - 10% khối lượng của mùn) Đạm trong đất thường ở hai dạng là đạm vô cơ hoặc đạm hữu cơ Ngoài ra, còn có dạng đạm ở thể khí Nguồn gốc đạm trong đất từ: tác dụng của vi sinh vật cố định đạm, tác dụng của sấm sét bẻ gẫy liên kết 3 của N trong tự nhiên, do tưới nước bổ sung đạm

Theo Ngô Ngọc Hưng (2004) [9], đạm tổng số trong đất vùng nhiệt đới thường thấp hơn trong đất ở vùng ôn đới Đất phù sa thường có hàm lượng đạm từ

trung bình đến khá Đạm là yếu tố giới hạn năng suất chủ yếu trên đa số các loại đất

và cây trồng ở Việt Nam

Theo Đỗ Thị Thanh Ren (1999) [14], đạm được xem là nguyên tố quan trọng trong việc gia tăng năng suất Trên hầu hết các loại đất bón phân đạm giúp gia tăng

sự tăng trưởng cây trồng, đặc biệt là sự phát triển của thân và lá

Bảng 1.8: Hàm lượng chất hữu cơ tổng số và nitơ tổng số trong đất

Mức độ OM tổng số (%) OC tổng số

(%)

N tổng số (%) C/N

Rất cao > 6,0 > 3,50 > 0,300 > 25 Cao 4,3 - 6,0 2,51 - 3,50 0,226 - 0,300 16 - 25 Trung bình 2,1 - 4,2 1,26 - 2,50 0,126 - 0,225 11 - 15 Thấp 1,0 - 2,0 0,60 - 1,25 0,050 - 0,125 8 - 10 Rất thấp < 1,0 < 0,60 < 0,050 < 8

Nguồn: Agricultural Comendium, 1989 [20]

- Hàm lượng lân tổng số: Lân tổng số trong đất phụ thuộc vào thành phần

khoáng của đất Đất phù sa được bồi hàng năm và tầng đất mặt có hàm lượng lân tổng số cao nhất, thấp nhất là các loại đất phèn (Ngô Ngọc Hưng, 2004) [9] Hàm lượng lân trong cây trồng và trong đất thấp hơn hàm lượng N và K Trong đất, lân

có khuynh hướng phản ứng với các thành phần trong đất tạo ra các hợp chất không hòa tan, chậm hữu dụng cho cây trồng Nguyên tố lân trong tự nhiên kết hợp với ôxy để tạo ra P2O5, kết hợp với nước để tạo ra acid orthophosphoric (Đỗ Thị Thanh Ren, 1999) [14]

Nguồn: Lê Văn Căn, 1968 [4]

Trong đất, lân có thể ở dạng hữu cơ hoặc lân khoáng (vô cơ), tùy thuộc vào

sự hình thành và phát triển của đất Hàm lượng lân tổng số trong đất biến thiên trung bình từ 0,02 - 0,015% P2O5 Hàm lượng lân hữu cơ thường chiếm 20 - 80%

lân tổng số Hàm lượng lân không gia tăng theo chiều sâu phẫu diện đất

- Hàm lượng đạm dễ tiêu: Hợp chất nitơ N dễ tiêu chủ yếu tồn tại ở dạng

muối ammonium (NH4+) và muối nitrate (NO3-), chúng được cây đồng hóa tốt hơn các nguồn N hữu cơ (ngoại trừ urea, asparagin, glutamine dễ phân giải thành NH3)

Do đó, trong điều kiện tự nhiên đối với sự dinh dưỡng đạm của thực vật, các vi sinh vật đất có ý nghĩa rất to lớn, chúng khoáng hóa N hữu cơ và cuối cùng chuyển hóa thành NH3 Nguồn này có thể cung cấp cho cây một lượng N khá lớn: 10 - 15 kg/ha Trong đất, nitơ vô cơ chiếm 1 -2 % lượng nitơ tổng số có trong đất Trên những loại đất phì nhiêu lượng nitơ dễ tiêu trong đất có thể đạt 200 kg/ha

Đối với thực vật nói chung và cây trồng nói riêng, N có vai trò sinh lý đặc biệt quan trọng đối với sinh trưởng, phát triển và hình thành năng suất N có mặt trong rất nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng có vai trò quyết định trong quá trình trao đổi chất và năng lượng, đến hoạt động sinh lý của cây

Bảng 1.10: Hàm lượng đạm thủy phân trong đất

Nguồn: Agricultural Comendium, 1989 [20]

- Hàm lượng lân dễ tiêu trong đất: Các đất nghèo lân dễ tiêu nhất ở các đồng

bằng là đất phèn, đất xám và đất cát Đất giàu lân nhất là đất phù sa được bồi hàng năm (Ngô Ngọc Hưng, 2004) [9] Theo Nguyễn Xuân Cự (1992) [6], sự cố định lân trong đất chua chủ yếu do tạo thành các hợp chất Fe và Al phosphate, đây chính là nguyên nhân cơ bản làm cho lượng lân dễ tiêu trong đất thường thấp

Theo Lê Văn Căn (1978) [4], sự cố định lân thường xảy ra rất nhanh ở nồng

độ lân thấp và tùy thuộc vào đặc tính của đất Nhìn chung, đất có khả năng hấp phụ lân rất cao, có khoảng 80% lượng lân đưa vào được đất hấp phụ ở các nồng độ thấp dưới 100 ppm Theo Nguyễn Xuân Cự (2001) [7], khi nồng độ dung dịch là 300 ppm thì đất có khả năng hấp phụ khoảng 40% lượng lân đưa vào

Bảng 1.12: Hàm lượng lân dễ tiêu trong đất được chiết rút

- Hàm lượng kali dễ tiêu trong đất: Kali là nguyên tố đa lượng chỉ thị cho độ

phì của đất và rất quan trọng đối với sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng sau đạm và lân Kali là chất duy nhất duy trì áp suất thẩm thấu của tế bào Trong cây, nó giữ nhiều vai trò sinh lý quan trọng là chất emzyme, tham gia tổng hợp protein, vận chuyển carbonhydrate,

Bảng 1.13: Hàm lượng kali dễ tiêu trong đất

- Hàm lượng cation bazơ trao đổi trong đất:

Bảng 1.14: Hàm lượng cation trao đổi trong đất (lđl/100 g đất)

Nguồn: Agricultural Comendium, 1989 [20]

- Hàm lượng một số nguyên tố vi lượng dễ tiêu:

Nguồn: Các phương pháp nông hóa học nghiên cứu đất, Maxcơva, 1975

- Dung tích hấp phụ cation (CEC): Dung tích hấp phụ cation còn gọi là khả

năng trao đổi cation của đất càng cao chứng tỏ đất có khả năng giữ và trao đổi chất dinh dưỡng tốt CEC của đất liên quan đến khả năng chứa đựng và điều hòa dinh dưỡng, có liên quan đến phương pháp bón phân hợp lý Đất giàu chất hữu cơ, có CEC cao cũng là đất có khả năng bảo quản cao dinh dưỡng cây trồng nếu đất chứa

Al chiếm 60% CEC thì gây độc cho cây trồng Đất bạc màu có CEC thấp, khi đó CEC trở thành yếu tố hạn chế (Đỗ Ánh và nnk, 2000) [2].Theo Nguyễn Vy (2003) [17], CEC trong các loại đất Việt Nam trong khoảng 5 - 30 meq/100 g đất Nhìn chung, giá trị CEC càng cao thì đất càng phì nhiêu Tuy nhiên, độ phì nhiêu của đất

còn phụ thuộc vào thành phần và tỷ lệ các cation dong dung tích hấp phụ đó

Thang đánh giá CEC, tổng bazơ trao đổi (S) và độ bão hòa bazơ (BS) như sau:

Bảng 1.16: Đánh giá CEC và độ no bazơ của đất Mức độ CEC (lđl/100 g đất) S (lđl/100 g đất) BS (%) pH 2,5 (H 2 O)

Theo tính toán của các nhà khoa học cho thấy, trên 1 ha đất trồng trọt (độ sâu

20 - 30 cm) có từ 5 - 7 tấn vi khuẩn; từ 2 - 3 tấn nấn men, nấm mốc, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh, và từ 3 - 4 tấn động vật không xương sống (giun, ấu trùng, sâu bọ, tuyến trùng, ) Vì vậy, khi đánh giá về sinh học đất có thể dùng các chỉ tiêu sau:

- Số lượng vi sinh vật trong đất;

- Khả năng nitrat hóa và khả năng cố định đạm trong đất;

- Cường độ phân giải xenluloza;

- Hô hấp của đất;

- Hoạt tính men của đất

Muốn đảm bảo cho cây trồng sinh trưởng phát triển tốt, cần có

những biện pháp kỹ thuật cải tạo thích hợp đối với từng loại đất, từng điều kiện

cụ thể nhằm mang lại hiệu quả tốt nhất

1.2 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PHÂN LOẠI ĐỘ PHÌ TỰ NHIÊN FCC

Hệ thống phân loại và đánh giá độ phì tự nhiên FCC (Fertitity Capacity Classification) đã được ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới ở các cấp khác nhau, từ quy mô cấp quốc gia đến tỉnh, vùng và đã cho những kết quả khả quan Hiện nay, FAO đã chấp nhận và đưa hệ thống này vào đánh giá và phân loại độ phì tự nhiên

đất của thế giới và xây dựng được 1 hệ thống dữ liệu cho việc đánh giá phân loại độ phì khá hoàn chỉnh là FCCWISE hay FCC3 (FCC - Word Inventory of Soil Emisstion Potentical)

Hệ thống FCC đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới, gồm bản đồ phân bố đất dạng số của toàn thế giới ở độ phân giải 10km Hệ thống cũng đã được ứng dụng ở tỉ lệ cấp tỉnh và quốc gia

Hệ thống FCC là hệ thống phân loại đầu tiên nhấn mạnh vào đặc tính độ phì nhiều đất đai dựa trên cơ sở các thông số định lượng Các thông số cơ bản dùng để đánh giá độ phì tự nhiên của đất trong hệ FCC được lấy từ các số liệu có sẵn đã thu thập trong khi khảo sát lập bản đồ đất Các thông số bao gồm : thành phần cơ giới đất, hàm lượng chất hữu cơ, chế độ nước, mức độ khử thông qua mật độ và màu sắc các đốm rỉ hoặc sự hiện diện của Gley, pH đất, CEC, EC, hàm lượng nhôm và các độc chất khác, hàm lượng Fe2O3 tự do, sự hiện diện của các chất kiềm, muối, đá, sỏi, và một số thông số khác về thành phần tinh khoáng

Hệ thống phân loại tiềm năng độ phì FCC là một hệ thống kỹ thuật cho việc phân các nhóm đất dựa theo các trở ngại mà chúng hiện có ảnh hưởng đến việc quản lý nông nghiệp Hệ thống FCC được phát triển như là cầu nối, nhằm bổ sung lẫn nhau giữa hệ thống phân loại đất và độ phì tự nhiên Các hệ thống phân loại đất như Soil Taxonomy, FAO-UNESCO/WRB, nhấn mạnh vào các đặc tính về phát sinh và phát triển đất và chỉ chú ý nhiều đến các tầng đất dưới sâu vì chúng có các đặc tính ổn định, ít thay đổi theo thời gian Trong khi đó để đánh giá và sử dụng đất, người ta thường chú ý đến tầng cày xới, tầng đất mặt (0 - 20 cm) hoặc tầng có độ sâu đến 50 - 60 cm

Hệ thống phân loại độ phì tiềm năng FCC của Boul S.W và cộng sự đề xuất năm 1975 có điều chỉnh và bổ sung để đánh giá độ phì tự nhiên của đất khu vực nghiên cứu với 03 tiêu chí [19]:

- Thành phần cơ giới tầng mặt (Type) từ 0 - 25 cm gồm 5 chỉ tiêu:

+ G (Gravelly): có đá lẫn và đá lộ đầu;

+ S (Sandy): cát đến cát pha;

+ L (Loamy): thịt nhẹ đến trung bình;

+ C (Clay): Thịt nặng đến sét;

+ O (Ogarnic matter): giàu chất hữu cơ

- Thành phần cơ giới tầng sâu (Substrata type) đến 50 cm, gồm 04 chỉ tiêu:

+ R (Rock): có nhiều đá lẫn hay vật thể cứng;

+ g (glây): đất ngập nước có glây (đất bão hòa nước > 60 ngày/năm);

+ d (dry): đất bị khô hạn (thời gian khô hạn > 90 ngày/năm);

+ e (exchange): khả năng trao đổi cation (CEC) thấp;

+ a (aluminium toxic): độc nhôm khi Al3+ bão hòa > 60%;

+ h (high acid): đất chua khi Al3+ bão hòa 10 - 60% (pH nước = 5 - 6);

+ i: khả năng cố định lân cao;

+ v (vertic): đất nứt nẻ;

+ p: P2O5 dễ tiêu thấp (< 8 ppm);

+ k: K+ trao đổi thấp (< 2 meq/100 g đất);

+ b (basic reaction): phản ứng kiềm (pH > 7,3);

+ n (natri): Na+ cao (Na+ bão hòa/CEC ≥ 15%);

+ c: pH nước < 3,5; l (laterit): kết von nhiều

Hệ thống phân loại độ phì của Sanchez P.A năm 1975 có 3 tiêu chí:

- Thành phần cơ giới tầng mặt (Type): từ 0 - 25 cm có chỉ tiêu:

+ S (Sandy topsoils): Cát tầng mặt;

+ A (Coarse loamy topsoils): Thịt nhẹ tầng mặt

+ M (Fine loamy topsoils): Thịt nặng tầng mặt;

+ T (Silty topsoils): Limon tầng mặt;

+ C (Fine clayey topsoils): Sét tầng mặt;

+ H (Very fine clayey topsoils): Sét nặng tầng (> 60% đất sét);

+ O (Vật liệu đất hữu cơ đến hơn 50 cm)

- Thành phần cơ giới tầng sâu (Substrata type): gồm 7 chỉ tiêu:

+ S (Sandy subsoils): Cát;

+ A (Coarse loamy subsoils): Thịt nhẹ;

+ M (Fine loamy subsoil): Thịt nặng;

+ T (Silty subsoils): Limon;

+ C (Fine clayey subsoils): Sét;

+ C (Fine clayey subsoils): Sét tầng dưới;

+ H (Very fine clayey subsoil): Sét nặng tầng dưới;

+ k* (K - deficient): Thiếu kali (K trao đổi < 0,2 cmol/100 g đất;

+ n (C/N - Ratio): Tỷ lệ C/N lớn hơn 12 trong các lớp đất mặt hoặc đến độ sâu 25 cm;

+ s (Salinity): Nhiễm mặn (Độ mặn > 4 dS/m chiết bão hòa ở 25 °C trong vòng từ 50 cm đến mặt đất;

+ t(Thionic - Acid Sulfate): Nhiễm phèn (pH < 3,5)

Đến năm 1982, Sanchez P.A., Couto W và Boul S.W đã phát triển hệ thống phân loại độ phì gồm có 3 tiêu chí [21]:

- Thành phần cơ giới tầng mặt (Type): từ 0 - 20 cm có 4 chỉ tiêu:

+ S (sandy topsoils): Cát pha đến cát;

+ L (loamy topsoils): Thịt (< 35% sét nhưng không cát pha sét);

+ C (Clayed topsoils): Sét (> 35% sét);

+ O (Organic soils): Giàu hữu cơ đến độ sâu 50 cm hoặc hơn

- Thành phần cơ giới tầng sâu (Substrata type):có 4 chỉ tiêu:

+ d (dry): Đất bị khô hạn (thời gian khô hạn > 90 ngày/năm);

+ e (low cation exchange capacity): Khả năng trao đổi catrion thấp);

+ a (aluminium toxic): Độc nhôm khi Al3+ bão hòa > 60%;

+ h (high acid): Đất chua khi Al3+ bão hòa từ 10 - 60% (pH nước = 5 - 6); + i (high P fixation): Khả năng cố định lân cao do nhiều Fe;

- Thành phần cơ giới tầng mặt (Type):từ 0 đến 20 cm có 4 chỉ tiêu gồm có:

+ S (sandy topsoils): cát pha đến cát;

+ L (loamy topsoils): thịt (< 35% sét nhưng không có cát pha sét;

+ C (clayed topsoils): sét (> 35% sét);

+ O (organic soils): giàu hữu cơ đến độ sâu 50 cm hoặc hơn

- Thành phần cơ giới tầng sâu (Substrata type):có 5 chỉ tiêu là:

+ S (sandy topsoils): cát;

+ L (loamy topsoils): thịt;

+ C (clayed topsoils): sét;

+ R: lớp đá hoặc mặt chắn khác;

+ R-: lớp có thể được tách, cày hoặc làm tơi để làm tăng độ sâu cho rễ

- Các điều kiện bổ sung (Condition modifiers) liên quan đến tính chất hóa lý tầng đất mặt gồm các chỉ tiêu là:

+ g (glây): đất ngập nước và có tầng glây (đất bão hòa nước > 60 ngày/năm); + d (dry): đất bị khô (thời gian khô hạn > 90 ngày/năm);

+ t: mưa và lạnh (nhiệt độ < 8 oC);

+ r: nhiều sỏi mảnh thô (đường kính từ 2 - 25 cm) bất cứ nơi nào trong độ sâu từ 0 - 50 cm;

+ %: độ dốc địa hình;

+ c: pH < 3,5 sau khi sấy;

+ a: > 60% Al bão hòa trong vòng 50 cm hoặc pH < 5,5 trong đất hữu cơ; + no symbol: <60% Al bão hòa của ECEC trong vòng 50 cm;

+ b: giàu CaCO3 trong tầng 0 - 50 cm;

+ s: bão hòa ở nhiệt độ 25oC trong vòng 1m;

+ n: > 15% Na bão hòa của ECEC trong vòng tầng 0 - 50 cm;

Như vậy, hệ thống phân loại của Sanchez năm 2003 đã có những chỉnh sửa

bổ sung thêm 02 chỉ tiêu vào điều kiện bổ sung so với hệ thống phân loại năm 1982

để nhằm mục đích xác định điều kiện đất đai cụ thể ảnh hưởng đến tăng trưởng của thực vật với giới hạn định lượng

Ở Việt Nam, năm 2005 tác giả Võ Quang Minh đã bảo vệ thành công luận án Tiến sỹ "Xây dựng hệ thống đánh giá độ phì nhiêu đất (FCC) cho vùng thâm canh lúa đồng bằng sông Cửu Long" Tác giả đã xây dựng hệ thống đánh giá độ phì nhiêu đất (FCC) cho vùng đất thâm canh lúa ở đồng bằng song Cửu Long dựa vào

hệ thống phân loại FCC của Sanchez (2003) và đề xuất 1 số yếu tố được thêm vào bao gồm: c, c-, f, f-, p, và o Các điều kiện được thay đổi là: a, a-, s, n, i được đề nghị

để phù hợp với điều kiện đất thâm canh lúa của Đồng bằng sông Cửu Long Như vậy, hệ thống phân loai tiềm năng độ phì đất FCC mới, có thay đổi cấu trúc của hệ thống hiện có, cho đánh giá đất thâm canh lúa ở đồng bằng sông Cửu Long Các cải biên chính về hệ thống này là độ sâu tầng đất đánh giá (0 - 20 cm, 20 - 50 cm, và 50

- 100 cm), thành phần cơ giới (cát, thịt, sét) cho mỗi độ sâu, và 15 điều kiện giới hạn bao gồm: a, a-, c, c-, e, f, f-, g+, i, k, n-, s, s-, o và p

1.3 QUY TRÌNH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỘ PHÌ TIỀM NĂNG ĐẤT BẰNG

HỆ THỐNG PHÂN LOẠI ĐỘ PHÌ FCC TRONG GIS

1.3.1 Cấu trúc và chức năng của GIS

Một cơ sở dữ liệu trong hệ thống thông tin địa lý (GIS) có thể chia ra làm 2 loại dữ liệu cơ bản: dữ liệu không gian (dữ liệu bản đồ) và phi không gian (dữ liệu thuộc tính) Mỗi loại có những đặc điểm riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu trữ dữ liệu, hiệu quả xử lý và hiển thị dữ liệu

Dữ liệu không gian là những mô tả số của hình ảnh bản đồ, chúng bao gồm toạ độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh bản đồ cụ thể trên từng bản đồ Hệ thống thông tin địa lý dùng các dữ liệu không gian để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi

Dữ liệu phi không gian là những diễn tả đặc tính, số lượng, mối quan hệ của

các hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng Các dữ liệu phi không gian được gọi là dữ liệu thuộc tính, chúng liên quan đến vị trí địa lý hoặc các đối tượng không gian và liên kết chặt chẽ với chúng trong hệ thống thông tin địa lý thông qua một cơ chế thống nhất chung

Hệ thống GIS được sử dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao vì:

- Dữ liệu không gian chuẩn hóa và phong phú hơn;

- Hiện chỉnh và cập nhật dễ dàng hơn;

- Tìm kiếm, phân tích và hiển thị dễ dàng hơn;

- Tạo ra các thành quả mới;

- Dữ liệu có thể chia sẻ và trao đổi;

- Năng suất tăng;

- Tiết kiệm thời gian và kinh phí;

- Lập kế hoạch tốt hơn

Cấu trúc của hệ thống GIS hoàn chỉnh bao gồm: phần cứng, phần mềm,

dữ liệu, con người và phương pháp

- Phần cứng: Là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động Ngày nay,

phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng từ máy chủ trung tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng (hệ thống máy tính, máy in, máy vẽ, màn hình,…)

- Phần mềm: Phần mềm cung cấp các chức năng và công cụ cần thiết để lưu

trữ, phân tích và hiển thị thông tin địa lý

- Dữ liệu: Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu

Các dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp hoặc mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không gian và thậm chí có thể sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu để tổ chức, lưu giữ và quản lý giữ liệu

- Con người: Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con người tham gia

quản lý hệ thống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế Người sử dụng

GIS có thể là những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống hoặc những người dùng GIS trong công việc

- Phương pháp: Một hệ GIS thành công theo khía cạnh thiết kế là được mô

phỏng và thực thi duy nhất cho một tổ chức Vì vậy, đối với các ứng dụng và các yêu cầu khác nhau của các tổ chức, mỗi hệ GIS sẽ được xây dựng theo những phương pháp nhất định

Chức năng của hệ GIS gồm:

- Thu nhận tiền xử lý dữ liệu trắc địa (tọa độ X, Y)

- Quản lý và xây dựng cơ sở dữ liệu (tạo trường thuộc tính, lưu trữ, hỏi đáp, )

- Đo đạc phân tích không gian (chồng xếp các lớp bản đồ)

- Truy xuất đồ họa trực quan (lập bản đồ, ảnh toàn cảnh)

1.3.2 Vai trò của GIS trong thành lập bản đồ chuyên đề

Tại Việt Nam, công nghệ GIS đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của khoa học và đời sống xã hội như: quản lý và giám sát tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường, phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai, quy hoạch nông lâm nghiệp, quản lý rừng, lưu trữ dữ liệu địa chất, đo đạc bản đồ, địa chính, quản lý

đô thị,… Trong đó, GIS đóng vai trò như một phương pháp hiện đại và không thể thiếu trong việc xây dựng dữ liệu các bản đồ chuyên đề ở các quy mô và tỷ lệ nghiên cứu khác nhau

So với các phương pháp truyền thống khác, công tác xây dựng các bản đồ chuyên đề bằng công nghệ GIS giúp tiết kiệm về thời gian, công sức và cả kinh phí; các kết quả mang lại có độ chính xác và tin cậy cao hơn; dễ dàng sử dụng và cập nhật thông tin

Trong lĩnh vực khoa học đất, GIS đã được ứng dụng trong điều tra, phân loại

và thành lập bản đồ đất, bản đồ hiện trạng sử dụng đất Hiện nay, nhiều tác giả đã sử dụng GIS trong phân loại và đánh giá độ phì và đã có những kết quả đáng ghi nhận

1.3.3 Quy trình kỹ thuật thành lập bản đồ độ phì tiềm năng đất bằng hệ thống phân loại độ phì FCC

Quy trình kỹ thuật thành lập bản đồ độ phì tiềm năng của đất bằng hệ thống FCC với sự hỗ trợ của công nghệ GIS thường được thực hiện qua các bước như sau:

- Bước 1: Chuẩn hóa cơ sở dữ liệu bao gồm cả các công việc chuyển đổi hệ

thống phân loại đất sang hệ thống phân loại của FAO-UNESCO, các số liệu phân tích các mẫu đất đại diện;

- Bước 2: Xác định các tầng chẩn đoán (Diagnostic horizonss), các dấu hiệu

chẩn đoán (Diagnostic properties) và các yếu tố hạn chế độ phì tự nhiên của đất;

- Bước 3: Tham chiếu với hệ thống phân loại độ phì FCC để xác định thành

phần cơ giới của tầng mặt (0 - 20 cm) và tầng dưới (20 - 50 cm) và các điều kiện bổ sung liên quan đến độ phì của đất khu vực nghiên cứu

- Bước 4: Tiến hành cho điểm căn cứ trên các chỉ tiêu đã được xác định từ hệ

thống phân loại FCC và xây dựng các bản đồ thành phần

- Bước 5: Tính tổng điểm của các điểm thành phần cho từng đơn vị đất trên

Lập các bản đồ thành phần

GIS

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI NGUYÊN ĐẤT VÀ TÌNH HÌNH CANH TÁC LÚA Ở TỈNH THÁI BÌNH

2.1 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA TỈNH THÁI BÌNH

2.1.1 Vị trí địa lý

Tỉnh Thái Bình nằm trong phạm vi tọa độ địa lý từ 20o 17' đến 20o 44' vĩ độ Bắc và từ 106o 06' đến 106o 39' kinh độ Đông Phía Đông giáp Vịnh Bắc Bộ; phía Tây giáp tỉnh Hà Nam; phía Nam giáp tỉnh Nam Định; phía Bắc giáp tỉnh Hưng Yên, Hải Dương và thành phố Hải Phòng

Chạy dọc theo chiều từ Tây sang Đông, tỉnh Thái Bình có chiều dài 54 km và

từ Bắc xuống Nam dài 49 km

Nằm trong vùng ảnh hưởng của tam giác tăng trưởng kinh tế Hà Nội - Hải Phòng - Quảng Ninh; hành lang Hải Phòng - Hà Nội - Lạng Sơn - Nam Ninh và vành đai kinh tế ven Vịnh Bắc Bộ, có đường biển và hệ thống sông ngòi thuận lợi cho giao lưu kinh tế Thái Bình cách thủ đô Hà Nội 110 km, cách thành phố cảng Hải Phòng

70 km Đây là hai thị trường lớn để giao lưu, tiêu thụ hàng hoá, trao đổi kỹ thuật công nghệ và kinh nghiệm quản lý kinh doanh

Thái Bình là tỉnh đồng bằng có địa hình tương đối bằng phẳng, đất đai chủ yếu hình thành do quá trình bồi tích phù sa, thuận lợi cho phát triển nông nghiệp Vì vậy, Thái Bình cũng đã nổi tiếng toàn quốc về trồng lúa hai vụ sản lượng cao Phía Đông tiếp giáp với biển với chiều dài bờ biển khoảng 50 km Nằm giữa 2 con sông lớn là sông Hồng và sông Thái Bình với lượng phù sa khổng lồ nên Thái Bình có diện tích đất bãi bồi lớn, được đưa vào khai thác nuôi trồng thuỷ sản và trồng rừng ngập mặn để bảo vệ bờ biển cũng như hệ sinh thái nơi đây Đồng thời, với việc phát triển kinh tế nông nghiệp, trong thời gian qua, Thái Bình cũng chú trọng tới phát triển kinh tế công nghiệp Cụ thể, đã xây dựng các khu công nghiệp như: Ngọc Khánh, Nguyễn Đức Cảnh, Tiền Phong, Tiền Hải, Diêm Điền, Sông Trà, Cầu Nghìn,… và hàng loạt các cụm công nghiệp, làng nghề khác