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 nước mưa, gió và trọng lực tác động lên bề mặt đất Hiện tượng này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại đất, độ dốc địa hình, mật độ che phủ thực vật, lượng mưa và cường độ mưa (Ellison, 1944).
Xói mòn là hiện tượng mà các phần tử nhỏ, cục đất và lớp bề mặt của đất bị bào mòn và cuốn trôi bởi sức gió và nước, theo FAO (1994).
Xói mòn đất diễn ra qua ba pha: Pha đầu tiên là sự tách rời các phần tử nhỏ từ bề mặt đất, tiếp theo là sự vận chuyển các phần tử này 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 bắt đầu (theo R.P.C Morgan, 2005).
Xói mòn là quá trình chuyển động vật lý của lớp đất mặt do nhiều yếu tố như lực đập của mưa, dòng chảy nước, tốc độ gió và trọng lực Nó được định nghĩa là sự mang đi lớp đất do nước, gió, tuyết và các tác nhân địa chất khác, bao gồm cả sạt lở Quá trình này không chỉ di chuyển lớp đất mà còn làm mất đi lớp mùn ở tầng mặt, mang theo cả vật liệu tan và không tan (theo Lê Đức và Trần Khắc Hiệp, 2006).
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, thoái hóa đất và laterit hóa Hiện tượng này ảnh hưởng trực tiếp đến sự sống và phát triển của thảm thực vật rừng cùng với các loại cây trồng khác (Nguyễn Quang Mỹ, 2005).
1.1.2 Các dạng xói mòn đất
Xói mòn đất có nhiều dạng chính, bao gồm 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 vẫn có sự khác biệt rõ rệt.
Xói mòn bề mặt là quá trình mất đất đồng đều do nước chảy, khiến đất bị cuốn đi theo từng lớp Hạt mưa làm phân tán bề mặt đất, dẫn đến việc 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 làm mất lớp đất màu mỡ, dẫn đến khả năng giữ nước kém và thoái hóa đất, giảm năng suất cây trồng Xói mòn rãnh tạo ra các mương, hào, khe sâu trên bề mặt đất, gây khó khăn cho canh tác và làm giảm năng suất do sự phân bố không đều của chất màu và nước Sản phẩm xói mòn phủ lên tầng đất canh tác, chôn vùi cây trồng và tiếp tục giảm năng suất.
Sản phẩm xói mòn lắng đọng trong lòng suối, hồ, sông và bến cảng làm giảm khả năng trữ nước, 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 gần bề mặt, và khi tốc độ gió đạt đến một ngưỡng nhất định, nó có thể gây ra hiện tượng xói mòn Động lực của gió tác động lên các hạt đất, làm cho chúng lăn và va chạm với nhau, tạo ra một chuỗi chuyển động Khi hạt đất bị gió cuốn đi, chúng rơi xuống và tạo ra lực tác động mạnh hơn, kích thích sự di chuyển của các hạt khác Những hạt nhẹ hơn dễ dàng bị gió cuốn theo 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 - 0,5 mm, đặc biệt là từ 0,1 - 0,15 mm, bị bắn lên khỏi mặt đất với độ cao từ 1 m trở lên Độ cao của bước nhảy có mối tương quan với độ dài bước nhảy, tỷ lệ 1:4 đến 1:5 Để xảy ra hiện tượng này, vận tốc gió tối thiểu cần đạt 16 km/h trong môi trường phòng 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 dễ dàng 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 xảy ra do sự tương tác của nhiều yếu tố như khí hậu, loại đất, lớp che phủ mặt đất và phương thức quản lý Những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến mức độ xói mòn bao gồm đặc tính của gió, độ ẩm của đất, mức độ che phủ thực vật, độ gồ ghề của bề mặt đất, 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 Trong số đó, tốc độ gió là một yếu tố chính quyết định mức độ xói mòn.
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 các thông số quan trọng để mô tả hiện tượng xói mòn do gió Gió có tốc độ lớn thường gây ra xói mòn nhiều hơn so với gió chậm, và 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 sự phân bố của các hạt cơ giới cũng như khả năng hình thành kết cấu đất Đất cát, với hàm lượng chất hữu cơ thấp và kết cấu yếu, dễ bị xói mòn hơn Ngược lại, đất có kết cấu tốt có khả năng chống xói mòn cao 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 mà còn xuất hiện trên nhiều loại đất khác ở Việt Nam, bao gồm cả vùng đồng bằng và trũng úng.
Hiện tượng rửa trôi trong đất xảy ra 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 diễn ra trên bề mặt và theo chiều sâu ở các vùng đất hình thành trên các bậc thềm dốc thoải hoặc lượn sóng Ngoài ra, ở những vùng đất thấp bị ngập úng theo mùa hoặc lâu năm, rửa trôi xảy ra từ trên mặt đất xuống các lớp đất bên dưới.
Sự rửa trôi trong đất dẫn đến việc mất mát chất hữu cơ và hợp chất mùn, làm cho đất trở nên nghèo mùn, có màu xám trắng và giảm khả năng giữ nước cũng như chất dinh dưỡng Hiện tượng này cũng làm cho đất mặt chứa nhiều cát, gây khó khăn trong việc giữ ẩm và hấp phụ dinh dưỡng, dẫn đến tình trạng đất khô hạn, nghèo dinh dưỡng và dễ bị bí tắc khi có mưa kéo dài Ngoài ra, rửa trôi còn làm mất các chất dinh dưỡng thiết yếu như sắt, nhôm, các cation Ca, Mg và 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, dẫn đến những loại đất bị thoái hóa với diện tích lớn Nghiên cứu cho thấy đến 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 một cách tính toán và có mục đích rõ ràng, mang lại nhiều lợi ích hơn là tác hại Ví dụ, lửa được dùng để dọn rừng, canh tác nương rẫy và thậm chí là để phòng chống cháy Việc sử dụng lửa 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 Nghiên cứu về biến đổi nhiệt độ đất sau cháy chỉ ra rằng nhiệt độ bề mặt đất có thể đạt 800°C sau 1 phút và giảm xuống 300°C sau 17 phút; ở lớp đất khoáng sâu 5 - 8 cm, nhiệt độ tăng lên 300°C trong 14 phút và 50°C trong 72 phút (Ahlgren, 1970).
Lửa có tác động lớn đến cân bằng nước trong rừng, làm tăng lượng thoát hơi nước từ thực vật và bốc hơi nước từ đất, dẫn đến tăng dòng chảy mặt và giảm dòng chảy ngầm Cháy rừng cũng là yếu tố quan trọng 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 đất.
Lửa làm tăng tỉ trọng đất do chất hữu cơ bị cháy và các lỗ hổng bị bít kín bởi tro và khoáng sét, dẫn đến giảm độ xốp Khi lửa ở nhiệt độ thấp đến trung bình, cấu trúc đất có thể được cải thiện nhờ lớp màng chống thấm nước hình thành trên bề mặt hạt kết cấu Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng cao, độ bền của cấu trúc đất giảm nhanh chóng, gây ra sự phá vỡ nghiêm trọng Nguyên nhân bao gồm sự phá hủy keo đất, gia tăng tro và cation K+, làm chết vi sinh vật và giảm độ che phủ, cùng với mưa rơi trực tiếp xuống đất Cường độ cháy rừng cao cũng làm giảm tỷ lệ hạt sét và tăng tỷ lệ hạt bụi và cát do thay đổi hàm lượng khoáng sét, oxit và hydroxit, dẫn đến xói mòn đất.
Sử dụng lửa gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng, trong đó xói mòn đất tăng lên đáng kể do một số nguyên nhân như giảm độ xốp và độ thấm, giảm hoạt động của động vật đất như giun đất và một số động vật tiết túc, suy giảm kết cấu đất, giảm độ che phủ và thảm mục, cùng với sự gia tăng dòng chảy bề mặt.
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 việc đốt cháy chất hữu cơ, dẫn đến mất mát chất hữu cơ khi nhiệt độ đạt 200 đến 250°C và hoàn toàn bị phá hủy ở 460°C Tại 220°C, khoảng 37% chất hữu cơ bị mất, làm giảm lượng mùn trong đất Ngoài ra, độ pH của đất thường tăng do sự biến chất các axit hữu cơ, với sự gia tăng đáng kể chỉ xảy ra khi nhiệt độ vượt quá 450 đến 500°C Đốt lửa có thể làm tăng giá trị pH của lớp đất mặt lên gấp 3 lần ngay sau khi cháy nhờ vào sự xuất hiện của các nguyên tố kiềm như K, Ca, Mg trong tro Tuy nhiên, sự thay đổi này chỉ diễn ra trong thời gian ngắn và có thể mất tới 50 năm để phục hồi đến giá trị pH ban đầu trước khi cháy.
Sau khi xảy ra cháy, tổng lượng cation trao đổi của đất bị giảm do mất đi các hợp chất chứa hàm lượng cation cao, chẳng hạn như chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng.
Khi đốt ở nhiệt độ 200°C, đạm tổng số có thể bay hơi tới 64% Mức độ mất đạm phụ thuộc vào điều kiện đốt, dao động từ 75 kg đến 907 kg/ha Tuy nhiên, hàm lượng đạm mất đi có thể được bù lại nhanh chóng nhờ hoạt động của vi khuẩn cố định đạm sau khi đốt, do độ pH và chất dinh dưỡng trong đất tăng lên Điều này giúp cây trồng phát triển mạnh mẽ hơn Sự biến đổi của đạm trong đất dưới tác động của các cách đốt khác nhau tương tự như biến đổi chất hữu cơ Sau đốt, chất hữu cơ khoáng hóa nhanh, giải phóng dinh dưỡng dễ tiêu trong thời gian ngắn Lửa ở cường độ trung bình và cao chuyển hóa ni tơ hữu cơ thành ni tơ vô cơ, với hai dạng chính là amoni (NH4+) và nitrat (NO3-), cả hai đều có thể được cây trồng sử dụng ngay Lượng phốt pho chuyển hóa từ hữu cơ sang vô cơ không lớn như ni tơ, nhưng nhiệt độ đốt làm tăng giá trị pH, từ đó ảnh hưởng tích cực đến hàm lượng phốt pho dễ tiêu trong đất, mặc dù 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 ít ảnh hưởng 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 mà 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 chúng có khả năng chịu đựng điều kiện khô và nóng Trong khi đó, giun đất, đặc biệt là nhóm giun Enchytracus, bị tác động mạnh mẽ nhất do chúng sống ở lớp đất gần bề mặt, nơi có thể chết tới 50 - 60%.
Ô nhiễm môi trường, theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), được định nghĩa là sự thải ra các chất thải nguy hại hoặc năng lượng vào môi trường, gây ảnh hưởng 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 khác nhau 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 tự nhiên gây ảnh hưởng đến môi trường bao gồm phun trào núi lửa, mưa bão dẫn đến ngập úng, xâm thực thủy triều làm đất nhiễm mặn, và hiện tượng cát bay hay hạn hán khiến đất bị vùi lấp.
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 tăng cao, gây ra ô nhiễm môi trường đất Để đáp ứng nhu cầu này, việc khai thác độ phì nhiêu của đất phải được tăng cường 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 thiểu thất thoát và gia tăng lợi nhuận trong thu hoạch Tuy nhiên, quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa và phát triển mạng lưới giao thông đang dẫn đến 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 được phân loại theo ý nghĩa dinh dưỡng thành hai loại: phân có tác dụng trực tiếp cung cấp chất dinh dưỡng cho cây và phân có tác dụng gián tiếp nhằm cải thiện tính chất đất, như vôi.
Phân bón có vai trò quan trọng trong việc tăng tổng sản lượng nông nghiệp tại Việt Nam và nhiều quốc gia khác, vượt trội hơn so với việc mở rộng diện tích canh tác và tăng số vụ mùa Theo số liệu từ Vụ Khoa học Công nghệ và Chất lượng sản phẩm, việc sử dụng phân bón hiệu quả đã góp phần đáng kể vào sự phát triển nông nghiệp bền vững.
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 Thị trường đã cung cấp khoảng 1.420 loại phân bón khác nhau.
Biến đổi của phân bón trong môi trường đất bao gồm năm 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 qua xói mòn và rửa trôi bề mặt.
Cây trồng chỉ hấp thụ 50-65% dinh dưỡng từ phân đạm vô cơ và 20-30% từ phân hữu cơ trong năm đầu Hiệu quả của phân bón phụ thuộc vào liều lượng và thời gian bón, nhưng việc sử dụng phân bón không hợp lý có thể gây hại cho đất và môi trường, dẫn đến tình trạng đất chua hóa, giảm hàm lượng vôi, và tích tụ nitrat, amoni, kim loại nặng Sử dụng phân khoáng liên tục mà không bổ sung phân hữu cơ sẽ làm đất chai cứng và giảm năng suất Do đó, nên trộn phân khoáng với phân chuồng đã hoai, và trước khi sử dụng, phân chuồng cần được ủ để tiêu diệt mầm bệnh và hạt cỏ dại, đồng thời cung cấp năng lượng cho vi sinh vật phát triển 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 rất cao, đặc biệt là phân lân có chứa nhiều cadmium (Cd), trong khi phân chuồng cũng chứa KLN nhưng ở mức độ thấp hơn, cung cấp dinh dưỡng đa lượng cho cây Phân lân, đặc biệt là supe lân, chứa một lượng KLN nhất định, chủ yếu là Cd Tuy nhiên, do mức sử dụng phân lân hiện tại chưa cao, nguy cơ ô nhiễm đất và nông sản bởi Cd vẫn chưa đáng lo ngại.
