Ảnh hưởng của vật liệu che phủ đến quả trình phát sinh dòng chảy và lượng đất xói mòn trong quy mô thí nghiệm

Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá đặc điểm phát sinh dòng chảy mặt và lượng đất xói mòn của các đối tượng nghiên cứu có vật liệu che phủ khác nhau.. Những nghiên cứu trên đều thực hiện ở ngoà

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ẢNH HƯỞNG CỦA VẬT LIỆU CHE PHỦ ĐẾN QUÁTRÌNH PHÁT SINH DÕNG CHẢY VÀ LƯỢNG ĐẤT XÓI MÕN

TRONG QUY MÔ THÍ NGHIỆM

Ngành : Quản lý tài nguyên thiên nhiên (C)

Mã số : 310

Giáo viên hướng dẫn : TS Bùi Xuân Dũng

Sinh viên thực hiện : Tạ Thị Diệu Linh

Lớp : 56B – QLTNTN

Khóa học : 2011 - 2015

Hà Nội – 2015

LỜI CẢM ƠN

Được sự đồng ý của Trường Đại học Lâm nghiệp, Khoa Quản lý tài

nguyên rừng và Môi trường Tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài “ảnh hưởng của vật liệu che phủ đến quá trình phát sinh dòng chảy và lượng đất xói mòn trong quy mô thí nghiệm”

Nhân dịp hoàn thành chuyên đề, tôi xin gửi lời cảm ơn tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp, các thầy cô giáo trong Khoa Quản lý tài nguyên rừng và Môi trường và các thầy cô trên phòng thực hành bộ môn đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi thực hiện đề tài Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Bùi Xuân Dũng, người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo và giúp

đỡ tôi trong suốt quá trình xây dựng đề cương, nghiên cứu và thực hiện đề tài

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến bạn bè và gia đình

đã ủng hộ và giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu Đó là nguồn cổ vũ lớn lao đối với tôi

Mặc dù đã nỗ lực làm việc, nhưng do thời gian thực hiện đề tài còn nhiều hạn chế, khối lượng nghiên cứu lớn nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót nhất định Tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến xây dựng của quý thầy

cô, các nhà khoa học, bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Xuân Mai, ngày 12 tháng 5 năm 2015

Sinh viên nghiên cứu

Tạ Thị Diệu Linh

TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1 Tên khóa luận: Ảnh hưởng của vật liệu che phủ đến quá trình phát sinh dòng chảy và lượng đất xói mòn trong quy mô thí nghiệm

2 Giáo viên hướng dẫn: TS Bùi Xuân Dũng

3 Sinh viên thực hiện: Tạ Thị Diệu Linh

4 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá đặc điểm phát sinh dòng chảy mặt và lượng đất xói mòn của các đối tượng nghiên cứu có vật liệu che phủ khác nhau

Đề xuất một số giải pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu sự phát sinh dòng chảy mặt và xói mòn đất

5 Nôi dung nghiên cứu

Để thực hiện được các mục tiêu đề ra, đề tài tiến hành những nội dung nghiên cứu sau:

- Nghiên cứu đặc điểm phát sinh dòng chảy mặt của các đối tượng có vật liệu che phủ khác nhau

- Xác định lượng đất xói mòn của các đối tượng nghiên cứu và đánh giá khả năng bảo vệ đất của từng loại

- Dựa vào kết quả nghiên cứu của đề tài đề xuất một số giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả bảo vệ đất chống xói mòn

6 Những kết quả đạt được

- Dòng chảy mặt của các đối tượng dao động từ: (3,67 – 30,6mm) đất trống; (2,8 – 29,23mm) đất có lưới cước; (0,87 – 15,3mm) đất có thảm khô; (0,37 – 13,06) đất có thảm cỏ Dòng chảy mặt tỷ lệ thuận với lượng mưa và có mối quan hệ chặt với nhau, lượng mưa càng lớn thì dóng chảy mặt càng lớn và ngược lại Trong 4 đối tượng nghiên thì thảm cỏ có dòng chảy mặt nhỏ nhất và đất trống có dòng chảy mặt lớn nhất Thời gian xuất hiện dòng chảy mặt tỷ lệ nghịch với lượng mưa và chỉ số API2 Thảm cỏ là đối tượng có thời gian xuất hiện dòng chảy mặt muộn nhất và lưới che có thời gian xuất hiện sớm nhất

- Lượng đất xói mòn của các đối tượng nghiên cứu dao động từ: (0,96 – 14,31g) đất trống; (0,84 – 3,4g) đất có lưới cước che phủ; (0,8 – 1,21g) đất có thảm khô; (0,77 – 1,06g) đất có thảm cỏ Lượng đất xói mòn tỷ lệ thuận với lượng mưa và có mối quan hệ chặt với nhau Đất có thảm cỏ bảo vệ đất tốt nhất

và đất trống là đối tượng gây xói mòn lớn nhất Ngoài ra lượng đất xói mòn tỷ

lệ thuận với dòng chảy mặt và có mối quan hệ chặt với nhau

- Một số giải pháp được đề xuất nhằm tăng độ che phủ và tính thấm, hạn chế sự tiếp xúc trực tiếp của hạt mưa tới mặt đất

Xuân Mai, ngày 12 tháng 5 năm 2015 Sinh viên

Tạ Thị Diệu Linh

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH viii

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ ix

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Trên thế giới 3

1.1.1 Nghiên cứu dòng chảy mặt 3

1.1.2 Nghiên cứu xói mòn 4

1.2 Việt Nam 6

1.2.1 Nghiên cứu dòng chảy mặt 7

1.2.2 Nghiên cứu xói mòn đất 8

CHƯƠNG 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 13

2.1.1 Mục tiêu chung 13

2.1.2 Mục tiêu cụ thể 13

2.2 Đối tượng nghiên cứu 13

2.3 Nội dung nghiên cứu 13

2.4 Phương pháp nghiên cứu 13

2.4.1 Điều tra ngoại nghiệp 13

2.4.2 Kế thừa tài liệu 23

2.4.3 Xử lý và phân tích số liệu 23

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 24

3.1 Đặc điểm phát sinh dòng chảy mặt từ các đối tượng có vật liệu che phủ khác nhau 24

3.2 Lượng đất xói mòn từ các đối tượng che phủ sau mỗi trận mưa 33

3.3 Đề xuất một số giải pháp hạn chế phát sinh dòng chảy mặt và xói mòn 38

3.3.1 Cơ sở đề xuất giải pháp 38

3.3.2 Đề xuất một số giải pháp hạn chế dòng chảy mặt và xói mòn đất 39

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ 40

4.1 Kết luận 40

4.2 Tồn tại 41

4.3 Kiến nghị 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Tx : Thời gian xuất hiện dòng chảy mặt

API2 : Chỉ số mưa trước đó 2 ngày

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Lượng nước bề mặt của các đối tượng sau mỗi trận mưa 24 Bảng 3.2 Thời gian xuất hiện dòng chảy mặt của các đối tượng 29 Bảng 3.3 Lượng đất xói mòn của các đối tượng sau mỗi trận mưa 33 Bảng 3.4 Lượng đất xói mòn và dòng chảy mặt của các đối tượng nghiên cứu 36 Bảng 3.5 Giá trị trung bình của các nhân tố nghiên cứu 38

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Đất trồng cỏ (Thùng 1) 15

Hình 2.2 Đất có thảm khô (Thùng 2) 15

Hình 2.3 Đất trống (Thùng 3) 16

Hình 2.4 Đất có lưới cước che phủ (Thùng 4) 16

Hình 2.5 Khu vực đặt thí nghiệm 17

Hình 2.6 Cách bố trí tạo mưa cho thí nghiệm 17

Hình 2.7 Dụng cụ thí nghiệm 18

Hình 2.8 Lượng nước bề mặt sau trận mưa ngày 16/4/2015 với lượng mưa 19,05mm/trận 19

Hình 2.9 Quan sát thời gian xuất hiện dòng chảy mặt của các đối tượng nghiên cứu 20

Hình 2.10 Lọc đất và sấy đất trên phòng thí nghiệm 22

Hình 2.11 Cân đất 22

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 3.1 Phản ứng của dòng chảy mặt với lượng mưa 25 Biểu đồ 3.2 Tương quan giữa lượng mưa và dòng chảy mặt 27 Biểu đồ 3.3 Mối quan hệ giữa dòng chảy mặt và API2 28 Biểu đồ 3.4 Phản ứng của thời gian xuất hiện dòng chảy mặt với mỗi trận mưa 30 Biểu đồ 3.5 Tương quan giữa lượng mưa và thời gian xuất hiện dòng chảy mặt 31 Biểu đồ 3.6 Mối quan hệ giữa thời gian xuất hiện dòng chảy mặt với API2 32 Biểu đồ 3.7 Phản ứng của lượng đất xói mòn với các trận mưa ở các điều kiện che phủ khác nhau 34 Biểu đồ 3.8 Mối tương quan giữa lượng mưa với lượng đất xói mòn 35 Biểu đồ 3.9 Mối quan hệ giữa lượng đất xói mòn và dòng chảy mặt 37

ĐẶT VẤN ĐỀ

Xói mòn là hiện tượng bào mòn lớp đất bề mặt, làm mất lớp mùn và chất dinh dưỡng của đất, gây ảnh hưởng lớn tới đời sống sản xuất nông – lâm nghiệp của con người Hiện nay, hiện tượng xói mòn đất ngày một tăng lên trong khi quỹ đất canh tác là hữu hạn và dân số ngày càng tăng lên Theo các nghiên cứu của FAO – UNEP hàng năm có từ 5 – 7 triệu ha đất mất khả năng sản xuất do xói mòn đất Những nguyên nhân gây nên xói mòn như: canh tác lạc hậu, đốt nương làm rẫy, lũ quét,…

Thông thường xói mòn xảy ra khi có sự xuất hiện dòng chảy mặt cường độ mưa lớn hơn tốc độ thấm của đất Khi đó dòng chảy mặt bắt đầu xuất hiện và cuốn theo lớp đất bề mặt Vì vậy sự phát sinh dòng chảy mặt được xem là nhân tố quan trọng quyết định sự mức độ xói mòn có thể xảy ra

Để bảo vệ đất chống xói mòn cần phải có những biện pháp nhằm giảm thiểu nguy cơ xuất hiện dòng chảy mặt Một trong những biện pháp để giảm thiểu

đó chính là tăng cường che phủ bề mặt đất nhằm giảm tác động bắn phá trực tiếp từ hạt mưa (pha bắn phá) và giảm thiểu tác động cuốn trôi của dòng chảy mặt (pha cuốn trôi) Trong tự nhiên thảm thực vật thường được xem là giải pháp hữu hiệu nhất Tuy nhiên trong nhiều điều kiện nhân tạo chúng ta cần tìm thêm những vật liệu có thể thay thế và dễ áp dụng trong điều kiện thực tế Thí nghiệm nhằm tìm ra những giải pháp thích hợp là một hướng đi quan trọng

Những nghiên cứu về dòng chảy mặt và xói mòn đất được thực hiện bởi rất nhiều các nhà khoa học cả trong và ngoài nước Theo nghiên cứu Nguyễn Văn Dũng và Trần Đức Viên (2003) và nhiều tác giả khác [2] đã khẳng định: lượng đất mất do xói mòn tỷ lệ thuận với lượng mưa và cường độ mưa Trong cùng một khu vực nghiên cứu trận có lượng mưa lớn và cường độ lớn thì lượng đất xói mòn lớn và ngược lại Một nghiên cứu khác của Nguyễn Thế Đặng (2006) [18], dòng chảy mặt và lượng đất xói mòn tỷ lệ thuận và có quan hệ chặt với độ dốc, theo định luật Ery thì khi độ dốc tăng lên 2 lần, tốc

độ dòng chảy tăng 4 lần và xói mòn tăng 64 lần Ngoài ra ông cũng chỉ ra mưa càng to và tập trung, đất có khả năng thấm thấp thì dòng chảy sẽ càng mạnh Một trận mưa to và tập trung, đất có khả năng thấm thấp thì dòng chảy mặt sẽ càng mạnh Với một trận mưa tập trung có lưu lượng lớn hơn hoặc bằng 10mm đã gây ra dòng chảy mặt và tất yếu sẽ gây ra xói mòn Lượng đất xói mòn nhiều hay ít còn phụ thuộc bề mặt đất có che phủ hay không

Những nghiên cứu trên đều thực hiện ở ngoài thực địa nên các điều kiện về loại đất, độ dốc, độ ẩm đất không đồng nhất nên khi đưa ra kết quả vẫn có sự sai lệch, có khi phản ánh không chính xác quá trình phát sinh dòng chảy và lượng đất xói mòn Chính vì vậy để đồng nhất các điều kiện có ảnh hưởng tới quá trình phát sinh dòng chảy mặt và lượng đất xói mòn khi kiểm

tra ảnh hưởng của bề mặt che phủ tôi tiến hành nghiên cứu chủ đề: “Ảnh

hưởng của vật liệu che phủ đến quá trình phát sinh dòng chảy và lượng đất xói mòn trong quy mô thí nghiệm”

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Trong những thập kỷ gần đây, dân số tăng nhanh nên nhu cầu về đất ở, lương thực, thực phẩm và lâm sản ngày càng tăng Ngoài ra việc khai thác rừng bừa bãi chưa được quản lý chặt chẽ đã dẫn tới việc môi trường sống bị tàn phá đặc biệt là tài nguyên đất và tài nguyên nước Giữa thế kỷ XVlll, nhiều diện tích rừng đã bị chặt bỏ để canh tác nông nghiệp Từ đó đất bị xói mòn nhiều, chính dinh dưỡng trong đất giảm đi đáng kể khiến năng suất cây trồng giảm và nhiều nơi đất bạc màu bị bỏ hoang dẫn tới hiện tượng sa mạc hóa Đứng trước thực tế này đã thúc đẩy các nhà khoa học nghiên cứu về đất, xói mòn đất và các biện pháp hạn chế xói mòn, bảo vệ đất băng các biện pháp như: trồng rừng, nghiên cứu vật liệu che phủ đất,

1.1 Trên thế giới

1.1.1 Nghiên cứu dòng chảy mặt

Nghiên cứu dòng chảy mặt chính là nghiên cứu về thủy văn rừng Các nghiên cứu về thủy văn rừng đã được đề cập tới từ rất lâu tuy nhiên tới năm

1930 trở lại đây có những nghiên cứu định lượng cụ thể thì những nghiên cứu này mới mang lại ý nghĩa rõ rệt Dòng chảy mặt đất là thành phần quan trọng của tuần hoàn nước trong hệ sinh thái rừng, phản ánh tốt nhất khả năng giữ nước của rừng Nhìn chung đất rừng tự nhiên có khả năng thấm nước cao và ít xuất hiện dòng chảy mặt (douglass, 1977; Pritchett, 1979) Mặt khác khi rừng

bị chặt hạ trở nên thưa thớt và độ dốc mặt đất lớn có thể tạo ra nhiều lượng nước chảy bề mặt hơn (Ruxton B P, 1967; Imeson A C và Vis, 1982) [7] Năm 2006 tại Châu Phi, J.O.Owino, S.F.O.wido, M.C.Chemelil đã tiến hành thí nghiệm đánh giá về khả năng hạn chế dòng chảy mặt và mất đất thịt nhẹ bằng cỏ Hương Bài và cỏ voi Kết quả cho thấy dòng chảy mặt trên đất có cỏ Hương bài và cỏ Voi giảm tương ứng là 54% và 12% Tuy nhiên phần lớn các kết luận đã nghiên cứu chưa được định lượng chính xác và chưa được khái quát thành quy luật[20]

Bằng phương pháp tạo mưa nhân tạo, nhóm tác giả Tao Liang, Hao Wang, Hsiang-te Kung và Chao-sheng Zhang khi nghiên cứu ảnh hưởng của

5 loại hình sử dụng đất (rừng tre, vườn trồng dâu tằm, rừng thông, mảnh đất trồng rau và ruộng lúa) đến sự mất đi các chất dinh dưỡng tại phía tây lưu vực Tiaoxi – Trung Quốc (2004) đã đưa ra kết luận như sau: Với cường độ mưa 2mm/phút thì sau 10 phút dòng chảy mặt bắt đầu xuất hiện trên đất trồng rau, còn với 4 loại hình sử dụng đất còn lại thời gian trung bình để xuất hiện dòng chảy mặt cần 2,5 đến 5 phút [20]

1.1.2 Nghiên cứu xói mòn

Xói mòn đất được nghiên cứu từ rất sớm, nhà triết học cổ đại Platon đã nêu ra mối liên hệ giữa lũ lụt và xói mòn đất với việc tàn phá rừng Đến thế

kỷ XIX, xói mòn đất được nghiên cứu rộng rãi, công trình nghiên cứu đầu tiên về xói mòn đất và dòng chảy được thực hiện bởi nhà bác học Volni người Đức trong thời kì 1877 – 1885[7] Những ô thí nghiệm được sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiều nhân tố như thực bì, lượng mưa tới dòng chảy và xói mòn đất Tuy nhiên phần lớn các kết luận chưa rõ ràng Bằng các thí nghiệm trong phòng, Ellsion cho thấy các loại đất khác nhau có biểu hiện khác nhau trong các pha của xói mòn đất do nước Ellsion là người đầu tiên phát hiện ra vai trò của lớp phủ thực vật với xói mòn đất[7] và từ đó đã mở ra phương hướng bảo vệ đất bằng thảm thực vật

Một số kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng: nếu chiều dài sườn dốc tăng lên hai lần thì lượng đất xói mòn cũng tăng xấp xỉ hai lần (đối với đất sản xuất lâm nghiệp) và tăng lên gần ba lần trên đất trồng cà phê Trong điều kiện nhiệt đới ảnh hưởng của chiều dài sườn dốc cũng rõ nét hơn so với các nước

ôn đới (Hudson, 1981)

Năm 1958 Wishchmeier và Smith đã đưa ra phương trình mất đất phổ dụng, các yếu tố gây xói mòn đất có 7 yếu tố chính và được biểu thị bằng phương trình tổng quát [25]:

A= R.K.LS.C.P

Trong đó: A: Lượng đất xói mòn (tấn/acre/năm)

R: Hệ số xói mòn do mưa (phút – tấn/ acre)

K: Hệ số xói mòn của đất

LS: Hệ số xói mòn do độ dốc và chiều dài dốc

C: Hệ số xói mòn do lớp phủ thực vật

P: Hệ số bảo vệ đất do hoạt động canh tác

Phương trình mất đất đã làm sáng tỏ vai trò của từng nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn Nó còn có tác dụng định hướng cho nhiều nghiên cứu nhằm xác định quy luật xói mòn và nghiên cứu các mô hình canh tác bền vững ở các khu vực có điều kiện kinh tế khác nhau Tuy nhiên do điều kiện về địa lý, loại đất và tập quán canh tác ở mỗi khu vực là khác nhau vì vậy muốn áp dụng được phương trình này cần nghiên cứu sâu về điều kiện địa lý, loại đất và tập quán canh tác phù hợp (Phạm Văn Điển, 2006)

Nhiều đề tài nghiên cứu mối quan hệ giữa lượng đất xói mòn với độ dốc mặt đất và chiều dài sườn dốc Theo Sing V.A (Võ Đại Hải, 1996)[9], độ dốc quyết định thế năng của hạt đất và phát sinh dòng chảy bề mặt, do vậy nó

là yếu tố quyết định đến lượng đất xói mòn Năng lượng gây xói mòn của dòng chảy bề mặt gia tăng khi độ dốc tăng lên Ông đã đưa ra công thức biểu thị mối liên hệ giữa xói mòn đất và chiều dài sườn dốc như sau:

M= C.LnTrong đó: - M là lượng đất xói mòn

- S là độ dốc (tính theo %)

- a là số mũ của phương trình

Hướng nghiên cứu mới phổ biến trong nghiên cứu xói mòn đất và dòng chảy mặt ở Mỹ và Canada là phương pháp tái tạo mưa Bằng những thí nghiệm trong phòng hoặc ngoài thực địa, các tác giả đã xác lập những ô thí nghiệm có diện tích khác nhau để nghiên cứu xói mòn và tìm ra những quy luật diễn biến xói mòn cũng như xác định dược tương đối chính xác ảnh hưởng của các nhân tố: thực vật, độ che phủ, loại đất, (Nguyễn Văn Khiết, 2009)[13]

1.2 Việt Nam

Nước ta nằm trong đới khí hậu nhiệt đới ẩm và có lượng mưa tương đối lớn (800 – 2000 mm) Tuy nhiên, lượng mưa lại phân bố không đều giữa các tháng mà tập trung vào các tháng từ tháng 5 – tháng 10, chính vì vậy những cơn mưa với cường độ lớn đã làm xói mòn và sạt lở đất ở những khu vực có

độ dốc cao Mặt khác, do nạn khai thác rừng và phá nương làm rẫy bừa bãi của người dân làm mất đi độ che phủ lớn và tạo ra những khoảng đất trống và trai lì bề mặt nên hiện tượng xói mòn và thoái hóa ngày càng nghiêm trọng

Theo số liệu điều tra hiện trạng sử dụng đất (2008), Việt Nam có khoảng 25 triệu ha nên nguy cơ xảy ra xói mòn đất là rất lớn Quan trắc ở 14 khu vực thuộc: Phú Thọ, Bắc Cạn, Thái Nguyên, Đăk Lăk cho thấy tỉ lệ mất đất tới 1 – 2%/ năm Kết quả nghiên cứu về xói mòn đất của hội Khoa học đất Việt Nam ở huyện Quỳnh Nhai – Sơn La cho ước tính lượng đất mất hàng năm lên tới 800 nghìn tấn thiệt hại gần 15 tỷ đồng Không những thế số liệu nghiên cứu cho thấy 50% đất tự nhiên bị xói mòn (3,2 triệu ha đất đồng bằng,

13 triệu ha đất đồi núi) Có nhiều đề tài nghiên cứu về quá trình phát sinh dòng chảy mặt, xói mòn đất và mối quan hệ của các yếu tố như độ dốc, thảm thực vật, rừng với xói mòn và phát sinh dòng chảy

1.2.1 Nghiên cứu dòng chảy mặt

Những nghiên cứu về dòng chảy mặt ở Việt Nam còn khá mới mẻ và thường gắn liền với xói mòn đất Công trình nghiên cứu về rừng với tác dụng dòng chảy được thực hiện bởi các tác giả Vũ Văn Tuấn (1993), Vũ Văn Tuấn

và Phạm Thị Lan Hương (1998) đã chỉ ra rằng: với khả năng tiêu thụ một lượng nước rất lớn của cây rừng, đã góp phần làm giảm thiểu xói mòn và dòng chảy Bên cạnh đó đất rừng cũng là một nhân tố ảnh hưởng rõ nét đến dòng chảy mặt Sự khác nhau về tính chất, chủ yếu là tính chất vật lý của các loại đất sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến xói mòn đất và quá trình phát sinh dòng chảy Theo Đỗ Đình Sâm, Ngô Đình Quế và Vũ Tấn Phương, 2002 (Phạm Văn Điển, 2006) chỉ ra: lưu lượng dòng chảy tại nơi có rừng thấp hơn từ 2,5 đến 2,7 lần so với khu vực canh tác nông nghiệp, rừng tự nhiên có tác dụng tốt hơn rừng trồng trong việc giảm dòng chảy mặt

Mối liên hệ giữa dòng chảy mặt và lượng mưa được Võ Đại Hải (2006) biểu thị dưới dạng phương trình sau:

Log(y) = a + bLog(x) Trong đó: y là dòng chảy mặt

x là lượng mưa

Tác giả khẳng định vai trò đặc biệt quan trọng của lớp phủ thảm tươi, cây bụi trong việc làm giảm dòng chảy mặt và xói mòn Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng: khi chiều dài sườn dốc tăng lên 2 lần thì dòng chảy mặt tăng lên 58,1 lần; nếu giảm độ tàn che từ 0,7 – 0,8 xuống 0,3 – 0,4 thì dòng chảy mặt tăng 30,4% ( đối với rừng tự nhiên)

Nghiên cứu của Phạm Văn Điển (1998) nghiên cứu về đặc điểm thủy văn của một số thảm thực vật rừng làm cơ sở cho việc xây dựng tiêu chuẩn rừng giữ nước – vùng xung yếu hồ thủy điện Hòa Bình đã phát hiện lượng dòng chảy bề mặt không chỉ có mối liên hệ chặt với các nhân tố: độ dốc, độ xốp, độ che phủ cây bụi thảm tươi mà còn phụ thuộc vào độ tàn che tầng cây

cao Trung bình tỷ lệ dòng chảy mặt chiếm 51,83% lượng mưa, cao nhất ở khu vực đất trống và thấp nhất ở rừng keo tai tượng

Phùng văn Khoa (1997) [15] nghiên cứu đặc điểm thủy văn rừng thông đuôi ngựa tại núi Luốt – Xuân Mai cho chỉ ra rằng: lượng dòng chảy mặt đất chiếm từ 3 – 5% tổng lượng mưa và phụ thuộc chặt chẽ với chỉ tiêu tổng hợp của 3 nhân tố là độ dốc, độ xốp và độ che phủ của cây bụi thảm tươi Theo tác giả, tiêu chuẩn rừng giữ nước là trị số của độ che phủ lớp cây bụi thảm tươi

mà tại đó lượng nước chảy bề mặt đạt mức tối thiểu Tuy nhiên, do phạm vi nghiên cứu hẹp và đối tượng nghiên cứu là rừng trồng thông đuôi ngựa thuần loài đều tuổi (14 – 15 tuổi) nên công trình chỉ mang tính thử nghiệm về phương pháp nghiên cứu

Theo nghiên cứu của Bùi Xuân Dũng và cộng sự [3] về dòng chảy tại núi Luốt – trường đại học Lâm nghiệp cho biết với những lượng mưa lớn tương ứng có được dòng chảy lớn Cụ thể trận mưa lớn nhất lên đến 400mm, trong khi trận mưa nhỏ nhất là 14mm có dòng chảy tương ứng là 346mm và 0,02mm Hệ số dòng chảy lưu vực dao động từ 0,1 đến 97% Điều này chỉ ra rằng ở những lưu vực có quy mô nhỏ, dòng chảy theo mùa thì hầu hết lượng mưa đều chuyển thành dòng chảy lưu vực

1.2.2 Nghiên cứu xói mòn đất

Ở Việt Nam, các công trình nghiên cứu về xói mòn thường được thực hiện theo các mảng khác nhau Như nghiên cứu những nhân tố có ảnh hưởng tới xói mòn như: độ dốc, độ xốp và chiều dài sườn dốc, thảm thực vật, loài cây, lượng mưa, cường độ mưa; nghiên cứu xói mòn để đề xuất tiêu chuẩn thảm thực vật rừng phòng hộ nguồn nước; nghiên cứu xói mòn phục vụ cho sản xuất Nông – lâm nghiệp,

Một số nghiên cứu về những nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn như:

Nghiên cứu của Nguyễn Văn Dũng và Trần Đức Viên (2003) và nhiều tác giả khác [2] đã khẳng định: lượng đất mất do xói mòn tỷ lệ thuận với lượng mưa, cường độ mưa Trong khu vực nghiên cứu có các trận mưa lớn nhỏ khác

nhau, những trận mưa có lượng mưa bằng nhau nhưng cường độ mưa khác nhau thì trận có cường độ mưa lớn hơn thì lượng đất xói mòn nhiều hơn Vì khi cường độ mưa lớn, lượng nước thấm vào đất giảm sẽ làm tăng dòng chảy mặt khi đó lượng đất xói mòn nhiều hơn

Theo nghiên cứu của Võ Đại Hải (1996) [9] chỉ ra rằng: cùng với một điều kiện là rừng tự nhiên 3 tầng, độ tàn che 0,7 – 0,8 với độ dốc 10⁰ thì lượng đất xói mòn là 0,84 tấn/ha; với độ dốc 15⁰ thì lượng đất xói mòn là 1,28 tấn/ha Như vậy độ dốc ảnh hưởng lớn tới lượng đất bị xói mòn, độ dốc càng lớn thì lượng đất xói mòn càng nhiều Ngoài ra tác gải chỉ ra rằng nếu giảm độ tàn che từ 0,7 - 0,8 xuống mức 0,3 - 0,4 thì xói mòn đất sẽ tăng lên 42,2% và dòng chảy mặt tăng 30,4% đối với rừng tự nhiên; xói mòn đất tăng 27,1% và dòng chảy mặt tăng 33,8% đối với rừng le Ngoài ra rừng có nhiều tầng tán thì khả năng giữ nước và đất càng tốt, rừng có một tầng tán thì lượng đất xói mòn cao gấp 3 lần so với rừng có 3 tầng tán

Những loài cây khác nhau có đặc điểm hình thái (chiều cao, độ dày tầng tán, diện tích của cán lá, ) cũng khác nhau Loài cây có diện tích phiến lá càng lớn thì khả năng bảo vệ đất chống xói mòn càng kém Điều này có thể lý giải như sau: diện tích phiến lá càng lớn thì giọt nước tích tụ trên lá càng lớn

và khi rơi xuống mặt đất rừng có động năng lớn, kéo theo khả năng phá vỡ kết cấu của đất và dễ bị cuốn trôi hơn Kết quả nghiên cứu của Võ Đại Hải (1996) [9] cho thấy đất dưới tán rừng Tếch bị xói mòn cao hơn ở rừng thông 3

lá là 178,7%; đất dưới rừng Trẩu bị xói mòn cao hơn keo lá trám là 263,1% Mặt khác, tầng thảm khô rơi rụng là nhân tố hạn chế lượng xói mòn đáng kể

do tầng này tạo ra một lớp phủ mặt đất dầy ngăn không cho hạt mưa tác động trực tiếp lên bề mặt đất, từ đó giảm đáng kể lượng đất bị xói mòn Ngoài ra, theo tác giả vật rơi rụng ở trạng thái khô có thể hút được lượng nước bằng 1,38 lần trọng lượng khô của nó, còn với lớp vật rơi rụng đã bị phân hủy 30 – 40% thì có thể hút được trọng lượng nước gấp 3,21 lần Trên 1 ha rừng tự

nhiên lớp thảm mục có thể hút được 35.840 lít nước, tương đương với một lượng mưa 3,6mm

Nghiên cứu lượng nước chảy bề mặt và lượng đất xói mòn dưới rừng cao

su ở Hà Tĩnh của Cao Mạnh Cường [1] chỉ ra: Lượng mưa và lượng đất xói mòn có quan hệ chặt với nhau với hệ số r dao động từ 0,9 đến 0,98, từ đó cho thấy cường độ mưa lớn thì mức độ xói mòn càng lớn và ngược lại

Theo kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của các các loại thảm thực che với dòng chảy mặt và lượng đất xói mòn tại núi Luốt trường Đại học Lâm nghiệp của Chảo Thị Yến [24] cho biết: lượng đất xói mòn và dòng chảy mặt tỷ lệ thuận với nhau và 2 đại lượng này quan hệ chặt với nhau với R² dao động từ 0,682 đến 0,87 Lượng nước dòng chảy mặt càng lớn thì lượng đất xói mòn càng nhiều và ngược lại

Nghiên cứu của Vương Văn Quỳnh và cộng sự (1999) trên cùng diện tích dồng nhất chỉ có một trạng thái rừng và không làm đất hàng năm thì cường độ xói mòn (mm/năm) tỷ lệ thuận với bình phương độ dốc mặt đất Đồng thời tác giả cũng đưa ra phương trình dự báo xói mòn đất ở Việt Nam:

( ) Trong đó: d là cường độ xói mòn đất (mm/năm)

α là độ dốc mặt đất (độ)

TC là độ tàn che của tầng cây cao (lớn nhất là 1)

H là chiều cao bình quân của tầng cây cao (m)

CP là tỷ lệ che phủ mặt đất của lớp phủ thảm tươi cây bụi

Từ công thức tình cường độ xói mòn đất, Vương Văn Quỳnh và cộng sự đã xác định tiêu chuẩn bảo vệ đất rừng và lớp phủ thực vật nói chung thỏa mãn điều kiện d <0,8 mm/năm

Tình trạng bề mặt đất được đề cập trong nghiên cứu của Nguyễn Văn Khiết (2009) [13] chủ yếu là độ bằng phẳng (hay lồi lõm) của bề mặt và tỷ lệ

đá tồn tại ở lớp đất mặt Đây là hai nhân tố quan trọng có tác dụng ngăn cản dòng chảy mặt cũng như giảm sự tác động của giọt nước trực tiếp làm phá vỡ kết cấu đất Về độ lồi lõm của bề mặt đất, cùng một lượng mưa, cường độ mưa, điều kiện địa hình, bề mặt càng phẳng thì tốc độ dòng chảy mặt càng lớn và ngược lại bề mặt càng lồi lõm thì tốc độ dòng chảy càng nhỏ Mặt khác

bề mặt lồi lõm cũng tạo ra những “vũng” nước nhỏ, trong suốt quá trình mưa những vũng nước này làm giảm động năng của giọt nước rơi xuống bề mặt đất Bề mặt lồi lõm cũng có tác dụng làm giảm chiều dài sườn dốc, nhờ đó mà giảm được lượng xói mòn Về tỷ lệ đá mặt, đá lộ đầu nếu tỷ lệ đá cao sẽ có tác dụng làm giảm tiết diện tiếp xúc trực tiếp của những giọt mưa xuống đất

và đồng thời làm đổi hướng của dòng chảy mặt (đối với đá lớn) và hạn chế được lượng mất đất do xói mòn

Các tác động của con người có thể ảnh hưởng tích cực hoặc tiêu cực đến quá trình xói mòn đất Nếu con người có những biện pháp canh tác, mô hình sử dụng đất hợp lý thì lượng xói mòn đất giảm và ngược lại các biện pháp canh tác và mô hình sử dụng đất không phù hợp lại là những nguyên nhân dẫn đến xói mòn Kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả đã chứng minh: các mô hình sử dụng đất khác có lượng xói mòn đất khác nhau Một số nghiên cứu xói mòn bởi các mô hình canh tác nông – lâm nghiệp như:

Nghiên cứu của,Nguyễn Thanh Lâm Trần An Phong (1996) [19] cho thấy: - Nếu đất còn rừng, lượng xói mòn từ 3 - 12 tấn/ha/năm Nếu đất trồng

cà phê hay chè thì lượng xói mòn từ 22 - 77 tấn/ha năm Nếu đất không trồng trọt, chỉ có cỏ mọc tự nhiên mất từ 150 - 235 tấn/ha/năm Nếu đất trồng sắn và lúa nương thì lượng mất đất từ 175 - 260 tấn/ha/năm Như vậy đất có rừng

bảo vệ đất tốt nhất và với mô hình canh tác nông nghiệp thì lượng đất mất đi nhiều nhất

Kết luận chung

Mặc dù các nghiên cứu về ảnh hưởng của thảm thực vật với dòng chảy mặt và lượng đất xói mòn sau mỗi trận mưa được thực hiện nhiều nơi trên thế giới và Việt Nam Tuy nhiên, những nghiên cứu trên còn đưa ra những vấn đề cần nghiên cứu thêm như: quá trình phát sinh dòng chảy mặt, đặc điểm thời tiết trước khi có mưa và lượng nước bề mặt của các đối tượng có vật liệu che phủ khác nhau Ở Việt Nam việc nghiên cứu quá trình phát sinh dòng chảy mặt và lượng đất xói mòn trong quy mô thí nghiệm còn rất mới mẻ Việc nghiên cứu trong quy mô thí nghiệm có thể đồng nhất các điều kiện ảnh hưởng tới phát sinh dòng chảy và lượng đất xói mòn mà các công trình nghiên cứu ngoài thực địa không thể đáp ứng được Như vậy kết quả so sánh giữa các đối tượng nghiên cứu sẽ chính xác hơn Vì vậy tôi tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các loại vật liệu che phủ đến quá trình phát sinh dòng chảy và lượng đất xói mòn trong quy mô thí nghiệm Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ

là cơ sở để tiến hành thực nghiệm ngoài thực tế và có những biện pháp bảo vệ đất hợp lý

CHƯƠNG 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

2.1.1 Mục tiêu chung

Góp phần cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn nhằm xây dựng giải

pháp quản lý hiệu quả tài nguyên đất và nước cho Việt Nam

2.1.2 Mục tiêu cụ thể

- Đánh giá được đặc điểm phát sinh dòng chảy mặt của các đối tượng

có vật liệu che phủ bề mặt khác nhau

- Xác định được lượng đất xói mòn của các đối tượng có vật liệu che phủ bề mặt khác nhau

- Đề xuất một số giải pháp kĩ thuật nhằm giảm thiểu sự phát sinh dòng chảy mặt và xói mòn đất

2.2 Đối tượng nghiên cứu

- Đất trống

- Đất có thảm thực vật

- Đất có thảm khô

- Đất có lớp lưới cước che phủ

2.3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu đặc điểm phát sinh dòng chảy mặt của các đối tượng có vật liệu che phủ khác nhau

- Xác định lượng đất xói mòn của các đối tượng có vật liệu che phủ khác nhau

- Đề xuất giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả bảo vệ đất chống xói mòn

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Điều tra ngoại nghiệp

Nhằm thử nghiệm khả năng bảo vệ đất chống xói mòn của các loại vật liệu che phủ khác nhau, đề tài tiến hành trong quy mô thí nghiệm nhằm đồng

nhất các điều kiện như: độ dốc, loại đất, độ ẩm để so sánh và kiểm tra được mức ảnh hưởng của mưa tới các loại đất khi lượng mưa thay đổi Mô hình thí nghiệm và cách thu thập số liệu được mô tả cụ thể như sau:

2.4.1.1 Thiết kế thí nghiệm

- Lấy 4 thùng xốp có kích thước thùng : dài 43 cm; rộng 30 cm; cao 15

cm làm giá thể đựng đất và vật liệu che phủ

- Chọn đất vườn tại hộ gia đình bà Nguyễn Thị Tước để làm mẫu đất làm thí nghiệm Xáo trộn đều đất bề mặt rồi cho vào 4 thùng xốp với độ dầy mỗi thùng 8 cm

- Ở bề rộng của mỗi thùng cắt hết từ trên cho đến khi sát với mặt đất bên trong để đảm bảo lượng nước bề mặt và lượng đất xói mòn chảy ra mà không bị cản lại bởi cạnh thùng xốp

- Để dẫn lượng nước bề mặt và lượng đất xói mòn sau mỗi trận mưa ra bình chứa, đề tài thiết kế một ống nhựa có đường kính 8cm dài 32cm và cắt ống nước đó làm đôi theo chiều dọc để tạo thành máng dẫn nước và đất xói mòn Gắn ống nhựa đã cắt vào sát thùng xốp và ngang với bề mặt đất trong thùng

- Dùng bình chứa với dung lượng 1,5 lít để hứng lượng nước và lượng đất xói mòn của các đối tượng nghiên cứu sau mỗi trận mưa

- Trên mỗi thùng xốp có một tấm che ở phía trên để hạn chế lượng nước mưa rơi vào làm sai lệch lượng nước trong bình chứa

- Có 4 đối tượng nghiên cứu là: đất có thảm cỏ, đất có thảm khô, đất trống, đất có lưới che phủ được thiết kế như các hình từ hình 3.1 đến hình 3.4

Hình 2.6 Cách bố trí tạo mưa cho thí nghiệm

- Sử dụng thiết bị đo mưa của Mỹ để xác định lượng mưa của mỗi trận Và ống đong nước để xác định lượng nước của dòng chảy mặt (hình 2.7)