BẢO VỆ ĐẤT
Xói mòn đất
1.1.1 Một số khái niệm về xói mòn đất
Cho đến nay, có một số các khái niệm về xói mòn đất:
Xói mòn đất là hiện tượng di chuyển đất do tác động của nước mưa, gió và trọng lực Hiện tượng này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại đất, độ dốc địa hình, mật độ che phủ thực vật, cũng như lượng và cường độ mưa (theo Ellison, 1944).
Xói mòn là hiện tượng mà các phần tử nhỏ, cục đất và lớp bề mặt bị bào mòn và cuốn trôi do tác động của gió và nước, theo định nghĩa của FAO năm 1994.
Xói mòn đất là một quá trình gồm ba pha: pha đầu tiên là sự tách rời các phần tử nhỏ từ mặt đất, tiếp theo là pha thứ hai khi các phần tử này được vận chuyển bởi các tác nhân như nước và gió Khi năng lượng không đủ để tiếp tục vận chuyển, pha thứ ba - quá trình lắng đọng sẽ diễn ra (theo R.P.C Morgan, 2005).
Xói mòn là quá trình di chuyển vật lý lớp đất mặt do nhiều yếu tố như lực đập của giọt mưa, dòng nước chảy và tốc độ gió Xói mòn đất được hiểu là sự mang đi lớp đất mặt bởi nước, gió, tuyết và các tác nhân địa chất khác, bao gồm cả sạt lở do trọng lực Quá trình này không chỉ làm mất đi lớp mùn ở tầng mặt mà còn mang theo các vật liệu hòa tan và không hòa tan.
Xói mòn đất là quá trình phá hủy lớp thổ nhưỡng do tác động của các yếu tố tự nhiên và nhân sinh, dẫn đến giảm độ phì nhiêu, bạc màu, và thoái hóa đất Hiện tượng này không chỉ làm giảm chất lượng đất mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến sự sống và phát triển của thảm thực vật rừng cũng như các loại cây trồng khác (theo Nguyễn Quang Mỹ, 2005).
1.1.2 Các dạng xói mòn đất
Xói mòn đất có các dạng chính như xói mòn bề mặt, xói mòn thẳng, xói mòn rãnh, mương, hào xói, dòng xói và hang xói Mặc dù xói mòn bề mặt đôi khi được xem như xói mòn thẳng, nhưng thực tế hai quá trình này có sự khác biệt rõ rệt.
Xói mòn bề mặt, hay còn gọi là xói mòn lớp, là hiện tượng mất đất đồng đều trên bề mặt do nước chảy dàn trải Quá trình này xảy ra khi hạt mưa làm phân tán đất, khiến các hạt đất bị cuốn trôi và di chuyển khỏi vị trí ban đầu.
Xói mòn thẳng là sự xói lở đất, đá theo những dòng chảy tập trung ăn sâu tạo thành các rãnh và mương (hào) xói
Xói mòn rãnh (Rilly E.): Tạo thành rãnh xói (Rillies) có bề rộng ≤ 45 cm, sâu
Mương, hào xói (Gullies): Rộng > 45 cm, sâu > 30 cm
Theo hình dạng: mương hào hình chữ V (đối với đất cứng, chặt) và hình chữ
U (đối với đất đá bở rời, kết cấu lỏng lẻo)
Hình 1.1 Dạng xói mòn đất
(Nguồn: Nguyễn Minh Thanh, 2011) 1.1.3 Tác hại của xói mòn đất
Theo Nguyễn Quang Mỹ (2005), xói mòn đất gây nên hai tác hại mang tính dây chuyền và rất phổ biến:
Xói mòn bề mặt dẫn đến mất lớp đất màu mỡ, làm chai cứng và giảm khả năng giữ nước, gây thoái hóa đất và giảm năng suất cây trồng Xói mòn rãnh tạo ra các mương, hào, khe gồ ghề, khiến phân bố chất màu và nước trong đất không đều, gây khó khăn cho canh tác và làm giảm năng suất Sản phẩm xói mòn phủ lên bề mặt đất canh tác, chôn vùi cây trồng và làm giảm năng suất.
Sản phẩm xói mòn và lắng đọng trong lòng suối, hồ, sông, bến cảng làm giảm khả năng trữ nước, gia tăng nguy cơ lũ lụt và gây khó khăn cho giao thông đường thủy.
1.1.4 Xói mòn đất do gió
Gió được hình thành từ sự chuyển động của không khí liên quan đến bề mặt đất Khi tốc độ gió đạt đến một ngưỡng nhất định, nó có khả năng gây xói mòn Động lực từ gió tác động lên các hạt đất, khiến chúng lăn lóc và va chạm với nhau, tạo ra một chuỗi chuyển động Khi gió cuốn các hạt đất khỏi mặt đất, lực tác động mạnh mẽ hơn làm kích thích sự di chuyển của chúng Các hạt nhẹ hơn dễ dàng bị gió cuốn đi Xói mòn đất do gió diễn ra qua ba quá trình tương tự như xói mòn do nước: phá vỡ, di chuyển và lắng đọng.
Cơ chế của các quá trình này rất phức tạp
1.1.4.1 Các dạng chuyển động của hạt đất
Có 3 dạng chuyển động của các hạt đất:
- Lăn (trườn): Các hạt thô (0,5 - 2 mm) chuyển động lăn tròn theo bề ngang sát bề mặt đất;
Nhảy cóc (nhảy vọt) là hiện tượng khi hạt trung bình có kích thước từ 0,1 đến 0,5 mm, đặc biệt là từ 0,1 đến 0,15 mm, bị bắn lên khỏi mặt đất với độ cao từ 1 m trở lên Độ cao và độ dài của bước nhảy có tỷ lệ tương quan từ 1:4 đến 1:5 Để xảy ra hiện tượng này, vận tốc gió tối thiểu cần đạt 16 km/h trong môi trường thí nghiệm và 21 km/h khi ở ngoài thực địa.
Hạt bay là những hạt nhỏ có kích thước dưới 0,1 mm, đặc biệt là dưới 0,01 mm, bao gồm bụi, sét, keo vô cơ, hữu cơ và hạt mùn Những hạt này rất dễ bị gió cuốn lên cao hàng trăm mét và có thể bị thổi bay đi xa.
1.1.4.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất do gió
Xói mòn đất do gió là kết quả của sự tương tác giữa nhiều yếu tố như khí hậu, loại đất, lớp che phủ mặt đất và cách quản lý đất đai Các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến xói mòn bao gồm đặc tính của gió, độ ẩm của đất, mức độ che phủ thực vật, độ gồ ghề của bề mặt, độ bền của các hạt cấu trúc, chiều dài khu vực bị ảnh hưởng, tỷ lệ đá lẫn và thành phần cơ giới của đất Tốc độ gió cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Dữ liệu về vận tốc gió, hướng gió, nhiệt độ không khí, bức xạ mặt trời, độ ẩm tương đối, lượng mưa, nhiệt độ đất và độ ẩm đất là những thông số quan trọng để mô tả xói mòn do gió Gió có tốc độ lớn gây ra xói mòn mạnh hơn so với gió chậm Vận tốc gió thay đổi theo thời gian, bao gồm từng giờ, từng ngày và theo mùa.
Mức độ xói mòn của đất phụ thuộc vào kích thước và phân bố của các hạt cơ giới, cũng như khả năng hình thành kết cấu của chúng Đất cát, với hàm lượng chất hữu cơ thấp và kết cấu yếu, dễ bị xói mòn Ngược lại, đất có kết cấu tốt có khả năng chống xói mòn cao hơn Tuy nhiên, trong điều kiện khô, tất cả các loại đất đều có nguy cơ xói mòn cao hơn.
Rửa trôi
Hiện tượng rửa trôi không chỉ xảy ra trên đất dốc bị xói mòn mà còn xuất hiện trên nhiều loại đất ở Việt Nam, bao gồm cả vùng đồng bằng và trũng úng.
Hiện tượng rửa trôi trong đất chủ yếu do khí hậu nhiệt đới gió mùa với mùa mưa lớn và tập trung, dẫn đến lượng nước và dòng chảy mạnh Sự rửa trôi xảy ra trên các bậc thềm dốc thoải hoặc lượn sóng, ảnh hưởng đến cả bề mặt và chiều sâu của đất Ngoài ra, ở những vùng đất thấp thường xuyên bị ngập nước, quá trình rửa trôi diễn ra từ bề mặt xuống các lớp đất dưới.
Sự rửa trôi trong đất gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng, bao gồm rửa trôi chất hữu cơ và hợp chất mùn, làm cho đất nghèo mùn có màu xám trắng, giảm khả năng giữ nước và dinh dưỡng, và mất kết cấu đất Ngoài ra, rửa trôi cấp hạt sét làm cho lớp đất mặt chứa nhiều cát, dẫn đến khả năng hấp phụ kém, dễ khô hạn và nghèo dinh dưỡng Hơn nữa, quá trình này còn làm mất đi các chất dinh dưỡng thiết yếu như sắt, nhôm, và các cation Ca, Mg, đặc biệt là NPK, khiến đất trở nên kiệt quệ và chua.
Sự thoái hóa đất do rửa trôi là vấn đề phổ biến ở Việt Nam, gây ra những hậu quả nghiêm trọng với diện tích đất bị thoái hóa lớn Nghiên cứu nhiều năm cho thấy 60% diện tích đất dốc bị ảnh hưởng bởi quá trình này.
Bảng 1.6 Một số chỉ tiêu hóa học trên đất đỏ Bazan bị rửa trôi dưới các phương thức canh tác khác nhau
Lúa nương 3 năm và sau 4 năm 1,2 0,1 3,4 14,0
(Nguồn: Hội Khoa học Đất, 2005)
Ảnh hưởng của lửa rừng đến đất và nước suối
1.3.1.1 Lửa tự nhiên (Wild fire)
Lửa không do chủ định của con người gây ra; nếu xảy ra có tác hại rất lớn
1.3.1.2 Lửa khống chế (Prescribed fire)
Lửa được con người sử dụng với mục đích cụ thể, mang lại nhiều lợi ích hơn là tác hại Ví dụ, lửa có thể được dùng để dọn rừng, canh tác nương rẫy, và thậm chí là để chống cháy Việc sử dụng lửa một cách có kiểm soát giúp tối ưu hóa các lợi ích này.
+ Có lợi cho lớp sau của thực vật;
+ Kích thích hạt nảy mầm;
+ Kích thích sự đâm chồi;
+ Tạo thực vật lớp sau theo sự tính toán của con người;
+ Giảm sự tích luỹ các chất hữu cơ thừa nếu cần;
1.3.2 Ảnh hưởng của lửa đến tính chất của đất
1.3.2.1 Những tính chất vật lí đất a Nhiệt độ đất
Cường độ cháy và nguồn vật liệu cháy ảnh hưởng đến nhiệt độ đất trong quá trình cháy Tại Australia, nghiên cứu của Humphreys và Lambert (1965) cho thấy nhiệt độ mặt đất khi đốt cháy sau khai thác đạt từ 350 - 900 °C, trong khi nhiệt độ ở lớp đất sâu 5 - 10 cm là 100 °C Một nghiên cứu khác về sự biến đổi nhiệt độ đất sau khi cháy chỉ ra rằng nhiệt độ bề mặt đất có thể lên đến 800 °C sau 1 phút và giảm xuống 300 °C sau 17 phút Đối với lớp đất khoáng ở độ sâu 5 - 8 cm, nhiệt độ tăng lên 300 °C trong 14 phút và 50 °C sau 72 phút (Ahlgren, 1970).
Lửa có tác động lớn đến cân bằng nước trong rừng, dẫn đến việc tăng cường thoát hơi nước từ thực vật và bốc hơi nước từ đất Điều này làm gia tăng dòng chảy mặt và giảm dòng chảy ngầm trong đất Ngoài ra, cháy rừng cũng là nguyên nhân chính làm tăng khả năng chống thấm nước của đất ở nhiệt độ từ 200 đến 250 độ C, ảnh hưởng đến dung trọng và tỉ trọng của đất.
Lửa làm tăng tỉ trọng đất do chất hữu cơ bị cháy và các lỗ hổng trong đất bị bít kín bởi tro và khoáng sét, dẫn đến giảm độ xốp của đất Độ bền cấu trúc đất có thể tăng khi lửa ở nhiệt độ thấp đến trung bình, tạo ra lớp màng chống thấm nước trên bề mặt hạt kết cấu Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng cao, độ bền này giảm nhanh chóng và cấu trúc đất bị phá vỡ nghiêm trọng do keo đất bị hủy hoại, tạo ra nhiều tro và cation K+, làm giảm vi sinh vật đất và che phủ, khiến mưa rơi trực tiếp xuống đất Cường độ cháy rừng cao cũng làm giảm phần trăm cấp hạt sét và tăng cấp hạt bụi và cát do sự thay đổi hàm lượng khoáng sét, oxit và hydroxit.
Sử dụng lửa gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng, trong đó xói mòn đất tăng lên đáng kể do một số nguyên nhân chính: độ xốp và độ thấm của đất giảm, hoạt động của động vật đất như giun đất và một số loài tiết túc bị suy giảm, cấu trúc đất bị ảnh hưởng, độ che phủ thực vật giảm và thảm mục cũng bị giảm, dẫn đến dòng chảy bề mặt tăng lên.
1.3.2.2 Những tính chất hóa học đất a Sự oxy hóa trong đất tăng lên sau khi đốt
- Do môi trường đất được cải thiện về độ chua
- Các vi khuẩn hảo khí hoạt động tốt hơn
- Các chất phân giải nhanh hơn b Chất hữu cơ
Lửa có ảnh hưởng lớn đến đất, đặc biệt là làm mất chất hữu cơ khi nhiệt độ cháy đạt từ 200 đến 250 độ C, và hoàn toàn phá hủy ở 460 độ C, dẫn đến giảm lượng chất mùn Độ pH của đất cũng tăng khi bị đốt nóng do biến chất các axit hữu cơ, và giá trị pH có thể tăng gấp 3 lần ngay sau khi cháy do sự xuất hiện của các nguyên tố kiềm như K, Ca, Mg trong tro Tuy nhiên, sự thay đổi này chỉ diễn ra tạm thời và có thể mất tới 50 năm để phục hồi về giá trị pH ban đầu trước khi cháy.
Sau khi xảy ra cháy, tổng lượng cation trao đổi của đất giảm do mất đi các hợp chất chứa hàm lượng cation cao, đặc biệt là chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng.
Khi đốt ở nhiệt độ 200°C, có thể mất tới 64% đạm tổng số (Knight, 1996) Mức độ mất đạm phụ thuộc vào điều kiện đốt, với số liệu dao động từ 75 kg đến 907 kg/ha (Klemmedson, 1976; Grier, 1975) Tuy nhiên, đạm mất do đốt có thể được bù đắp nhanh chóng nhờ hoạt động của vi khuẩn cố định đạm, do pH và hàm lượng dinh dưỡng trong đất tăng lên sau đốt Điều này giúp cây rau và cây sinh trưởng mạnh mẽ hơn Sự biến đổi đạm trong các lớp đất cũng tương tự như biến đổi chất hữu cơ Sau đốt, chất hữu cơ khoáng hóa nhanh, giải phóng dinh dưỡng dễ tiêu nhưng chỉ duy trì trong thời gian ngắn Lửa cường độ trung bình và cao chuyển hóa ni tơ hữu cơ thành ni tơ vô cơ, gồm dạng amoni (NH4+) và nitrat (NO3-), với amoni được giải phóng ngay từ sự đốt cháy và nitrat tồn tại trong đất sau vài tuần đến vài tháng Cả hai dạng này đều dễ tiêu cho cây trồng Sự chuyển hóa phốt pho từ hữu cơ sang vô cơ không lớn như ni tơ, nhưng nhiệt độ làm tăng phốt pho vô cơ thành dạng PO4³- Hàm lượng P dễ tiêu cao nhất khi pH khoảng 6,5, và nhiệt độ tăng pH về gần trung tính, ảnh hưởng tích cực đến hàm lượng phốt pho dễ tiêu trong đất, tuy nhiên sự gia tăng này chỉ duy trì trong thời gian ngắn.
Ô nhiễm môi trường đất
1.3.2.3 Sinh vật đất Ảnh hưởng ngay lập tức của lửa là giảm sinh khối của vi sinh vật Tuy nhiên, chúng lại được tăng lên nhanh chóng sau một thời gian không lâu, thậm chí còn cao hơn cả lúc chưa đốt Điều này được giải thích bằng sự sinh sản nhanh của vi sinh vật khi nó gặp môi trường thuận lợi sau đốt, nhất là sau đốt lại gặp mưa rào Trong số những vi sinh vật đất, thì nấm bị tiêu diệt nhiều nhất, đặc biệt là những loại nấm có hại với cây trồng Dùng lửa có thể loại được bệnh do nấm gây ra trong vòng 2 đến 3 năm Tảo ở lớp đất mặt giảm mạnh, nhưng nếu ở chỗ đất ướt thì phục hồi rất nhanh, đặc biệt ở những nơi đất kiềm Sự giảm hàm lượng vi sinh vật phụ thuộc rất nhiều vào thành phần cơ giới đất và độ chua đất lúc đầu
Lửa không gây ảnh hưởng lớn đến động vật lớn sống dưới đất, nhưng tác động chủ yếu đến nguồn thức ăn của chúng Sau khi xảy ra hỏa hoạn, nguồn thức ăn giảm mạnh, khiến chúng không chết nhiều, nhưng phải di chuyển đến nơi khác do thiếu thức ăn.
Sau khi xảy ra đốt, số lượng tiết túc giảm đáng kể do thiếu thức ăn và nơi trú ẩn Kiến ít bị ảnh hưởng hơn vì khả năng chịu đựng điều kiện khô và nóng Trong khi đó, giun đất, đặc biệt là nhóm giun Enchytracus, chịu tác động nặng nề nhất do sống ở lớp đất gần bề mặt, dẫn đến tỷ lệ chết có thể lên tới 50 - 60%.
Ô nhiễm môi trường, theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), được định nghĩa là sự xâm nhập của các chất thải nguy hại hoặc năng lượng vào môi trường, dẫn đến những tác động tiêu cực đến sự sống của sinh vật, sức khỏe con người và làm suy giảm chất lượng môi trường.
Chương trình môi trường của Liên Hợp Quốc định nghĩa ô nhiễm môi trường là sự thay đổi tiêu cực về chất lượng môi trường, ảnh hưởng đến các mục đích sử dụng của nó.
Nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường đất gồm 2 nhóm nguyên nhân:
1.4.2.1 Nguyên nhân có nguồn gốc tự nhiên
Các nguyên nhân gây ra tình trạng đất đai bị ảnh hưởng bao gồm phun trào núi lửa, mưa bão dẫn đến ngập úng, nhiễm mặn do xâm thực thủy triều, và đất bị vùi lấp bởi cát bay hay hạn hán.
1.4.2.2 Nguyên nhân có nguồn gốc nhân sinh
Áp lực gia tăng dân số toàn cầu dẫn đến nhu cầu lương thực và thực phẩm ngày càng cao, gây ra ô nhiễm môi trường đất Để đáp ứng nhu cầu này, cần phải tăng cường khai thác độ phì nhiêu của đất thông qua nhiều biện pháp khác nhau.
Tăng cường sử dụng hóa chất như bón phân vô cơ, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu
Sử dụng thuốc kích thích sinh trưởng giúp giảm thất thoát và tăng cường lợi nhuận cho thu hoạch Tuy nhiên, quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa và phát triển mạng lưới giao thông đang gây ô nhiễm đất do các chất khí thải.
1.4.3 Ô nhiễm đất do phân bón
1.4.3.1 Tác động của phân bón đến môi trường đất
Phân bón là các chất được đưa vào đất nhằm cải thiện dinh dưỡng cho cây trồng và nâng cao độ phì nhiêu của đất Phân bón được phân chia thành hai nhóm chính.
* Nhóm phân khoáng: Bao gồm phân nitơ, phân lân, phân kali, phân magiê, phân Bo, phân molipden và phân hỗn hợp
* Nhóm phân hữu cơ: Bao gồm phân chuồng, phân bắc, phân than bùn, phân xanh và phân rác
Phân bón có ý nghĩa dinh dưỡng quan trọng, được phân loại thành hai loại: phân bón trực tiếp cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng và phân bón gián tiếp, như vôi, giúp cải thiện tính chất đất.
Phân bón có vai trò quan trọng trong việc tăng tổng sản lượng nông nghiệp, vượt xa so với việc chỉ mở rộng diện tích canh tác hoặc tăng số vụ mùa Tại Việt Nam, số liệu từ Cục Khoa học Công nghệ và Chất lượng Sản phẩm cho thấy tác động tích cực của phân bón đối với sản lượng nông sản.
Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn hiện có hơn 100 doanh nghiệp tham gia vào mạng lưới phân bón, bao gồm sản xuất, kinh doanh và tiêu thụ Trên thị trường, đã có khoảng 1.420 loại phân bón khác nhau được đưa ra tiêu thụ.
Biến đổi của phân bón trong môi trường đất diễn ra qua 5 quá trình chính: (i) Hấp thụ bởi thực vật và động vật; (ii) Giữ lại bởi đất; (iii) Rửa trôi và mất chất dinh dưỡng do tiêu nước; (iv) Mất dinh dưỡng qua bốc hơi vào khí quyển; và (v) Mất ở dạng rắn do xói mòn và rửa trôi trên bề mặt đất.
Cây trồng chỉ hấp thụ từ 50 - 65% chất dinh dưỡng từ phân đạm vô cơ trong năm đầu, trong khi phân hữu cơ chỉ đạt 20 - 30% Hiệu lực của phân bón phụ thuộc vào liều lượng và thời gian bón, nhưng việc sử dụng phân không hợp lý có thể gây hại cho đất và môi trường Sử dụng phân bón không hợp lý lâu dài làm đất chua hóa, giảm hàm lượng vôi, kém cấu trúc và ảnh hưởng đến sinh vật đất, dẫn đến tích tụ nitrat, amoni và kim loại nặng Việc sử dụng phân khoáng liên tục mà không bổ sung phân hữu cơ làm giảm năng suất cây trồng Do đó, tốt nhất là trộn phân khoáng với phân chuồng đã hoai Trước khi sử dụng phân chuồng và các phân hữu cơ khác, cần ủ để tiêu diệt mầm bệnh và hạt cỏ dại, đồng thời cung cấp năng lượng cho vi sinh vật và tổng hợp chất đạm mới.
* Kim loại nặng trong phân bón
Hàm lượng các kim loại nặng trong một số phân bón thông thường ở bảng 1.7:
Bảng 1.7 Hàm lượng các KLN trong một số phân bón thông thường (mg/kg)
Nguyên tố Bùn thải hố xí
Phân chuồng Phân lân Vôi Phân đạm
Nguyên tố Bùn thải hố xí
Phân chuồng Phân lân Vôi Phân đạm
(Nguồn: Lê Văn Khoa và các cộng sự, 2010)
Hàm lượng kim loại nặng (KLN) trong bùn thải hố xí cao nhất, trong đó phân lân chứa nhiều Cadmium (Cd) và phân chuồng cung cấp dinh dưỡng đa lượng cho cây Phân lân, đặc biệt là supe lân, có chứa một lượng KLN nhất định chủ yếu là Cd Tuy nhiên, do lượng sử dụng chưa cao, nguy cơ ô nhiễm đất và nông sản bởi Cd vẫn chưa đáng lo ngại.