Nghiên cứu xói mòn đất phục vụ khai thác và sử dụng hợp lý tài nguyên đất tỉnh kon tum

Kon Tum có điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa, lượng mưa trung bình năm từ 2.500 - 3.000 mm; lượng mưa tập trung theo mùa, lượng mưa trong mùa mưa chiếm 80 - 90% lượng mưa của năm, kết

HUỲNH MINH TRUNG

NGHIÊN CỨU XÓI MÕN ĐẤT PHỤC VỤ KHAI THÁC VÀ

SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN ĐẤT TỈNH KON TUM

Chuyên ngành: ĐỊA LÍ TỰ NHIÊN

Mã số: 8440217

Người hướng dẫn: PGS.TS LƯU THẾ ANH

Bình Định, tháng 8 năm 2019

quả nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã đƣợc trích dẫn trong luận văn này đều đƣợc chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả

Huỳnh Minh Trung

dẫn vô cùng quý báu của PGS.TS Lưu Thế Anh, người hướng dẫn khoa học

đã hết lòng hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Quý thầy, cô giáo của Khoa Địa

lý - Địa chính (nay thuộc khoa Tự nhiên), Trường Đại học Quy Nhơn đã dìu dắt, dạy dỗ và truyền đạt những kiến thức bổ ích, cũng như tận tình giúp đỡ

em trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này

Em xin cảm ơn lãnh đạo, cán bộ Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh, Sở Nông nghiệp và phát triển Nông thôn, Đài Khí tượng Thủy văn tỉnh Kon Tum, Chi Cục Kiểm lâm Kon Tum, Chi Cục trồng trọt và chăn nuôi tỉnh Kon Tum đã nhiệt tình giúp đỡ, cung cấp tài liệu trong quá trình thực hiện đề tài

Em xin cảm ơn CN Nguyễn Ngọc Thành, Viện Địa lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã có nhiều ý kiến góp ý, hỗ trợ kỹ thuật

để em có thể hoàn thành luận văn của mình

Em xin chân thành cảm ơn Đề tài KH&CN cấp Quốc gia “Nghiên cứu,

đề xuất mô hình sử dụng bền vững tài nguyên thiên nhiên xuyên biên giới thuộc ba nước Việt Nam - Lào - Campuchia (gồm các tỉnh Kon Tum, Quảng Nam, Đà Nẵng, Ratanakiri, Atapeu)”, mã số TN18/T19, thuộc Chương trình

Tây Nguyên 2016-2020 đã hỗ trợ và cung cấp số liệu để thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn!

Quy Nhơn, ngày 04 tháng 9 năm 2019

Tác giả

Huỳnh Minh Trung

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu 2

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XÓI MÕN ĐẤT 4

1.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ XÓI MÒN ĐẤT 4

1.1.1 Một số khái niệm liên quan đến xói mòn đất 4

1.1.2 Phân loại xói mòn đất 5

1.1.3 Các yếu tố gây xói mòn và ảnh hưởng đến xói mòn đất 6

1.2 TỔNG QUAN CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU XÓI MÒN ĐẤT 14

1.2.1 Trên thế giới 14

1.2.2 Ở Việt Nam 16

1.2.3 Một số mô hình chuẩn đoán và đánh giá xói mòn 20

1.3 CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

1.3.1 Cách tiếp cận 23

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu 24

ĐẤT TỈNH KON TUM 39

2.1 ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN TỈNH KON TUM 39

2.1.1 Vị trí địa lý 39

2.1.2 Đặc điểm địa chất 41

2.1.3 Địa hình và địa mạo 41

2.1.4 Khí hậu và thủy văn 42

2.1.5 Tài nguyên rừng 46

2.1.6 Tài nguyên đất 47

2.1.7 Tài nguyên khoáng sản 49

2.2 ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - XÃ HỘI TỈNH KON TUM 49

2.2.1 Dân số và lao động 49

2.2.2 Đặc điểm các ngành kinh tế 51

2.2.3 Hiện trạng sử dụng đất 56

2.3.4 Tập quán canh tác của đồng bào các dân tộc tỉnh Kon Tum 57

CHƯƠNG 3 HIỆN TRẠNG XÓI MÕN ĐẤT VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN ĐẤT TỈNH KON TUM 59

3.1 TÍNH TOÁN LƯỢNG ĐẤT XÓI MÒN TỈNH KON TUM 59

3.1.1 Tính toán hệ số R 59

3.1.2 Tính toán hệ số K 63

3.1.3.Tính toán hệ số LS 66

3.1.4 Tính toán hệ số C 72

3.2.1 Tiêu chuẩn áp dụng phân cấp xói mòn 78

3.2.2 Phân cấp xói mòn đất tỉnh Kon Tum 79

3.3 Đề xuất các giải pháp giảm thiểu xói mòn đất tỉnh Kon Tum 84

3.3.1 Các căn cứ để đề xuất giải pháp giảm thiểu xói mòn đất 84

3.3.2 Đề xuất các giải pháp giảm thiểu xói mòn đất tỉnh Kon Tum 86

3.3.3 Đề xuất mô hình sản xuất nông nghiệp hợp lý cho tỉnh Kon Tum 92

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95

1 Kết luận 95

2 Kiến nghị 96

DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 PHỤ LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao)

DEM Digital Elvertion Model

GIS: Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System) USLE Phương trình mất đất phổ dụng (Universal Soil Loss Equation)

Bảng 1.2: Ảnh hưởng của độ dốc và chiều dài sườn dốc đến xói mòn đất tại

trạm nghiên cứu xói mòn Sông Cầu, Thái Nguyên 9

Bảng 1.3: Phân loại các phân tử cơ học đất ở Liên Xô (cũ) 11

Bảng 1.4: Chỉ số xói mòn K của một số loại đất vùng đồi núi ở Việt Nam 30

Bảng 1.5: Kết quả tính toán hệ số xói mòn của một số loại đất theo toán đồ Wischmeier & Smith 30

Bảng 1.6: Giá trị hệ số C, P của một số loại hình sử dụng đất và thảm thực vật 36

Bảng 1.7: Bảng tra C theo Hội Khoa học đất Quốc tế 36

Bảng 1.8: Bảng tra hệ số P theo Hội Khoa học đất Quốc tế 37

Bảng 2.1: Các giá trị đặc trưng khí hậu các tiểu vùng khí hậu tỉnh Kon Tum 44

Bảng 2.2: Lượng mưa trung bình tại các huyện 45

Bảng 2.3: Hệ thống phân loại đất tỉnh Kon Tum tỷ lệ 1: 100.000 48

Bảng 2.4: Tốc độ phát triển GDP phân theo ngành kinh tế năm 2013 - 2017 51

Bảng 2.5: Hiện trạng sử dụng đất Kon Tum tính đến 31/12/2017 56

Bảng 3.1: Thống kê diện tích theo chỉ số R tỉnh Kon Tum 60

Bảng 3.2: Chỉ số kháng xói của đất (K) theo diện tích tỉnh Kon Tum 66

Bảng 3.3: Thống kê diện tích theo cấp độ dốc của tỉnh Kon Tum 69

Bảng 3.4: Thống kê diện tích theo các cấp giá trị chỉ số LS tỉnh Kon Tum 70

Bảng 3.5: Kết quả tính toán hệ số cây trồng (C) khu vực tỉnh Kon Tum 72

Bảng 3.6: Giá trị hệ số C theo diện tích tỉnh Kon Tum 73

Bảng 3.7: Kết quả tính toán hệ số (P) theo lớp phủ thực vật tỉnh Kon Tum 75

Bảng 3.8: Giá trị hệ số P thống kê theo diện tích tỉnh Kon Tum 78

Bảng 3.9: Phân loại mức độ xói mòn đất do mưa 78

Bảng 3.10: Diện tích xói mòn đất tiềm năng tỉnh Kon Tum 81

Bảng 3.11: Bảng thống kê diện tích các cấp xói mòn hiện tại tỉnh Kon Tum 84

Hình 1.2 Quy trình xây dựng bản đồ hệ số xói mòn đất do mưa (R) 29

Hình 1.3 Quy trình thành lập bản đồ hệ số xói mòn của đất (K) 33

Hình 1.4 Quy trình thành lập bản đồ hệ số LS 34

Hình 1.5 Quy trình thành lập bản đồ hệ số C 37

Hình 1.6 Quy trình thành lập bản đồ hệ số P 38

Hình 2.1 Bản đồ hành chính tỉnh Kon Tum 40

Hình 3.1 Bản đồ lượng mưa trung bình năm tỉnh Kon Tum 61

Hình 3.2 Bản đồ hệ số R tỉnh Kon Tum 62

Hình 3.3 Bản đồ thổ nhưỡng tỉnh Kon Tum 64

Hình 3.4 Bản đồ hệ số K tỉnh Kon Tum 65

Hình 3.5 Mô hình số độ cao DEM tỉnh Kon Tum 67

Hình 3.6 Bản đồ độ dốc tỉnh Kon Tum 68

Hình 3.7 Xây dựng bản đồ hướng dòng chảy (Flow direction) trong ArcGIS 69

Hình 3.8 Xây dựng bản đồ dòng chảy tích lũy trong ArcGIS 69

Hình 3.9 Bản đồ hệ số xói mòn do yếu tố địa hình (LS) tỉnh Kon Tum 71

Hình 3.10 Bản đồ hệ số C tỉnh Kon Tum 74

Hình 3.11 Bản đồ hiện trạng lớp phủ thực vật tỉnh Kon Tum 76

Hình 3.12 Bản đồ hệ số xói mòn do các biện pháp canh tác (P) tỉnh Kon Tum 77

Hình 3.13 Bản đồ xói mòn đất tiềm năng tỉnh Kon Tum 80

Hình 3.14 Bản đồ xói mòn đất trung bình năm 2015 tỉnh Kon Tum 83

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Đất vừa là điều kiện tự nhiên, vừa là một dạng tài nguyên thiên nhiên

có ý nghĩa cực kỳ quan trọng đối với quy hoạch và phát triển kinh tế, đặc biệt

là trong nông nghiệp và lâm nghiệp ở bất kỳ lãnh thổ nào Điều 54 Hiến pháp

năm 2013 đã quy định: “Đất đai à tài nguy n đ c biệt c a qu c gia, nguồn

c quan tr ng ph t tri n đất nước, đư c quản theo ph p u t” Hiện nay,

bên cạnh tình trạng suy giảm diện tích đất nông lâm nghiệp do sức ép của quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa, các quá trình thoái đất cũng đang diễn ra mạnh mẽ ở nhiều nơi, với quy mô và cường độ khác nhau Trong đó, xói mòn đất là một hiện tượng tự nhiên làm thoái hóa tài nguyên đất, làm mất đất, giảm độ phì của đất, gây ra hiện tượng bạc màu, ảnh hưởng nghiêm trọng đến năng suất cây trồng, thậm chí dẫn đến tàn phá môi trường

Kon Tum là một tỉnh miền núi, nằm ở phía Bắc vùng Tây Nguyên có địa hình đa dạng, phức tạp với nhiều đồi núi, cao nguyên và các vùng trũng xen kẽ nhau Kon Tum có điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa, lượng mưa trung bình năm từ 2.500 - 3.000 mm; lượng mưa tập trung theo mùa, lượng mưa trong mùa mưa chiếm 80 - 90% lượng mưa của năm, kết hợp với địa hình dốc đã dẫn đến quá trình xói mòn đất do nước diễn ra mạnh, đặc biệt là những khu vực bị mất lớp phủ thực vật, làm mất diện tích đất canh tác ở nhiều nơi, tài nguyên đất bị thoái hóa nghiêm trọng, ảnh hưởng lớn đến các hoạt động sản xuất nông nghiệp và lâm nghiệp Bên cạnh đó, việc sử dụng tài nguyên đất của tỉnh Kon Tum vẫn còn tồn tại nhiều vấn đề bất cập, như công tác quản lý đất; tình trạng phá rừng lấy đất sản xuất nông nghiệp; tình trạng phát triển nông - lâm nghiệp tự phát, không theo quy hoạch, phá vỡ quy hoạch

sử dụng đất, cơ cấu cây trồng chưa phù hợp; sự xuất hiện ngày càng nhiều các

nhà máy thủy điện vừa và nhỏ cũng góp phần đẩy mạnh quá trình xói mòn đất diễn ra ở nhiều nơi

Vì vậy việc nghiên cứu nguy cơ xói mòn đất luôn là một trong những vấn đề quan trọng và cần thiết nhằm phục vụ tốt hơn cho công tác quản lý và

sử dụng hợp lý tài nguyên đất tỉnh Kon Tum

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Đánh giá định lượng hiện trạng và nguyên nhân xói mòn đất trên địa bàn tỉnh Kon Tum

- Đề xuất được một số biện pháp giảm thiểu xói mòn đất trong quá trình khai thác và sử dụng tài nguyên đất tỉnh Kon Tum theo hướng bền vững

3 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Các nguyên nhân gây xói mòn và các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất tỉnh Kon Tum

- Tính toán được lượng đất tổn thất do xói mòn bằng các mô hình toán làm cơ sở đề xuất các giải pháp giảm thiểu xói mòn đất

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn bộ lãnh thổ tỉnh Kon Tum, với tổng diện tích khoảng 9.680,5 km2

3.3 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan cơ sở lý luận và thực tiễn nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới và ở Việt Nam, từ đó xây dựng quy trình nghiên cứu xói mòn đất cho địa bàn nghiên cứu

- Điều tra, khảo sát thực địa bổ sung số liệu, tài liệu và dữ liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu

- Nghiên cứu đặc điểm, đặc trưng các nguyên nhân gây xói mòn đất và các nhân tố ảnh hưởng đến các quá trình xói mòn đất tỉnh Kon Tum

- Ứng dụng mô hình toán để tính toán lượng đất tổn thất do xói mòn đất gây ra trên địa bàn tỉnh Kon Tum

- Đề xuất một số giải pháp nhằm giảm thiểu xói mòn đất phục vụ khai thác và sử dụng hợp lý tài nguyên đất tỉnh Kon Tum theo hướng bền vững

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XÓI MÕN ĐẤT 1.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ XÓI MÕN ĐẤT

1.1.1 Một số khái niệm liên quan đến xói mòn đất

Đến nay, có rất nhiều các định nghĩa, khái niệm khác nhau về xói mòn đất Theo tiếng Latin, xói mòn (erosion) có nghĩa là thể hiện sự ăn mòn dần Theo đó, xói mòn đất là quá trình làm hao hụt đất (lớp mặt của đất, keo đất, lượng mùn, những tầng đất tơi xốp, các vụn đất và đá sét bị mất đi hoặc trôi theo sườn dốc) Xói mòn xảy ra do các nhân tố tự nhiên (mưa, gió) và các hoạt động khai thác của con người (chặt phá rừng để lấy đất canh tác, canh tác không áp dụng biện pháp bảo vệ đất, phát triển cơ sở hạ tầng như xây nhà, làm đường,…) [24]

Theo khái niệm khác, xói mòn đất là hiện tượng di chuyển những phần

tử đất từ cao xuống thấp, hoặc từ nơi này đến nới khác do tác động của ngoại lực (như nước, gió) Xói mòn làm cho đất bị mất hàm lượng mùn và các chất dinh dưỡng khoáng trong đất

Theo Hudson (1981), xói mòn đất là quá trình san bằng, trong đó các hạt đất hay đá cứng bị nhào lộn, rửa trôi và di chuyển dưới tác dụng của trọng lực, gió và nước là động lực chính của quá trình này [12]

Tống Đức Khang (2008) coi xói mòn đất là hiện tượng lớp đất mặt bị bào mòn do các hạt đất tách rời nhau và di chuyển ra khỏi bề mặt đất [15]

Theo FAO (2015), “xói mòn đất được định nghĩa là loại bỏ nhanh lớp đất mặt khỏi bề mặt đất qua các yếu tố như gió, nước hoặc làm đất”[28]

Morgan (2005) cho rằng, xói mòn đất là một quá trình gồm các pha bao gồm: (i) Sự tách rời của các phần tử nhỏ từ mặt đất , (ii) sau đó vận chuyển chúng dưới các tác nhân gây xói như nước chảy và gió; (ii) quá trình bồi lắng

sẽ xảy ra khi năng lượng không còn đủ để vận chuyển các sản phẩm này [14]

1.1.2 Phân loại xói mòn đất

Quá trình xói mòn đất trải qua hai giai đoạn đó là sự tách rời các hạt đất sau đó di chuyển các hạt đất ra khỏi bề mặt đất ban đầu

Tác nhân chính của hai giai đoạn này là gió, nước và tác động của trọng lực, ngoài ra còn có thể do tuyết tan hay do dòng bùn đá

1.1.2.1 Xói mòn do gió

Xói mòn do gió là sự tách rời và di chuyển các hạt đất do tác động của gió Xói mòn do gió xảy ra phổ biến ở vùng đất có thành phần cơ giới nhẹ như vùng đất cát ven biển, vùng đất đồi bán khô cằn, những khu vực có gió mạnh có thể dễ dàng huy động các hạt đất, đặc biệt là trong thời gian khô hạn, mặt đất ít lớp phủ thực vật Xói mòn gió không chỉ huy động bụi mà các hạt đất thô hơn (cát) cũng chịu tác động làm nhảy cóc hoặc trườn trên bề mặt

Xói mòn gió thường do quản lý kém nguồn đất như canh tác quá mức, phá rừng

1.1.2.2 Xói mòn do trọng lực

Do đặc tính của đất là có độ xốp, đất có khe hở với nhiều kích thước khác nhau và do lực hút của Trái đất, nên đất có khả năng di chuyển từ tầng trên mặt xuống các tầng đất sâu do chính trọng lực của nó, còn gọi là hiện tượng rửa trôi theo chiều sâu Bên cạnh đó xói mòn do trọng lực cũng xãy ra trong trường hợp tác động kết hợp của trọng lực đất đá trên sườn dốc và dòng chảy tràn

1.1.2.3 Xói mòn do nước

Xói mòn do nước gây ra do tác động của nước chảy tràn trên bề mặt (nước mưa, băng tuyết tan hay tưới tràn), hiện tượng xói mòn do nước gây ra

đối với đất sản xuất nông nghiệp thường mạnh nhất ở các bề mặt đất trống, sau khi làm đất chuẩn bị gieo trồng

Xói mòn mặt đất có hai quá trình vật lý cơ bản xảy ra đó là tác động phá vỡ hạt đất và tác động cuốn trôi của dòng chảy Trong quá trình mưa, khi lực của giọt nước mưa hay dòng chảy tác động lên bề mặt đất sẽ phát sinh ra phản lực Hai lực đó không cân bằng nhau và thông thường lực tác động của nước lớn hơn lực đề kháng của đất nên đã gây ra xói mòn (Nguyễn Xuân Quát, 1994) [22]

Nước mưa chảy tràn trên mặt đất tạo sự rửa trôi trên mặt Nước không chỉ cuốn trôi các phần tử cơ giới mịn mà còn hòa tan các muối khoáng làm cho đất ngày càng trở nên nghèo kiệt, tầng đất mỏng dần, thậm chí có nơi chỉ còn trơ sỏi đá

Để xảy ra xói mòn nước cần có năng lượng của mưa là tách các hạt đất

ra khỏi thể đất sau đó nhờ dòng chảy vận chuyển chúng đi Khoảng cách di chuyển các hạt đất phụ thuộc vào năng lượng dòng chảy, địa hình bề mặt đất,… Tác động của mưa gây ra xói mòn đối với đất gồm các tác động va đập phá vỡ, làm tách rời các hạt đất và sau đó vận chuyển các hạt đất bị phá hủy theo các dòng chàv tràn trên mặt đất Dòng chảy của nước có thể tạo ra các rãnh xói, khe xói hoặc bị bóc theo từng lớp Kiểu xói mòn do nước gây ra có thể chia thành các dạng [4]:

- Xói mòn thẳng là sự xói lở đất, đá mẹ theo những dòng chảy tập trung, ăn sâu tạo thành các rãnh xói và mương xói

- Xói mòn phẳng là sự rửa trôi đất một cách tương đối đồng đều trên bề mặt do nước chày dàn đều, đất bị cuốn đi theo từng lớp, phiến

1.1.3 Các yếu tố gây xói mòn và ảnh hưởng đến xói mòn đất

Xói mòn đất là một quá trình động lực phá hủy và làm biến đổi không ngừng bề mặt đất, là một dạng tai biến thiên nhiên xảy ra thường xuyên trên

đất dốc làm giảm độ phì nhiêu của đất một cách nhanh chóng và nghiêm trọng, ảnh hưởng lớn đến cảnh quan và môi trường sinh thái Zakharov (1981)cho rằng, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành và mức độ xói mòn đất chia ra làm hai nhóm: Nhóm các yếu tố lịch sử tự nhiên hay là nhóm các yếu tố tự nhiên; nhóm các yếu tố kinh tế - xã hội (KT-XH) liên quan đến quá trình hoạt động sản xuất của con người [27]

“Xói mòn đất do tự nhiên gây ra là một quá trình liên tục, chậm rãi, xói mòn tự nhiên là một phần của quá trình tái tạo tự nhiên còn gọi là xói mòn đất cho phép” [15] Tuy nhiên, cùng với mức độ gia tăng hoạt động sản xuất của con người thì nạn xói mòn đất đã gia tăng một cách đáng kể đồng thời phụ thuộc vào phương pháp sử dụng đất đai của con người Xói mòn đất đồng thời chịu ảnh hưởng của các nhân tố tự nhiên và KT-XH, mỗi nhân tố có thể làm tăng hoặc giảm lượng đất xói mòn [15]

Có thể xác định 5 nhân tố chính ảnh hưởng đến xói mòn đất là: Địa hình, khí hậu, đất đai, thảm thực vật và con người

1.1.3.1 Điều kiện địa hình

Địa hình là nhân tố tự nhiên có vai trò quan trọng trong quá trình xói mòn đất, với mỗi kiểu địa hình khác nhau sẽ xuất hiện các dạng xói mòn khác nhau Nhân tố địa hình ảnh hưởng đến xói mòn đất thông qua độ dốc của địa hình và chiều dài sườn dốc

Độ dốc có tác động tới tất cả các dạng xói mòn đất thông qua sự phân chia lưu lượng dòng chảy và cường độ của dòng chảy Độ dốc bề mặt đất càng lớn thì tốc độ dòng chảy mặt càng mạnh, động năng dòng chảy càng lớn gây ra mức độ xói mòn càng lớn và ngược lại Theo Zakharov (1981) quá trình xói mòn bắt đầu phát triển ở độ dốc địa hình từ 0,5 - 20; trên các sườn dốc có độ nghiêng từ 6-100 thì hiện tượng xói mòn đất xuất hiện ở trạng thái đầy đủ nhất [27]

Theo Lê Đức và Trần Khắc Hiệp [8], xói mòn đất có thể xảy ra ở địa hình có độ dốc 30 và nếu độ dốc địa hình tăng lên hai lần thì cường độ xói mòn đất sẽ tăng lên bốn lần hoặc nhiều hơn Theo kết quả nghiên cứu của một

số tác giả cho thấy, độ dốc địa hình có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình xói mòn đất, nhất là trong điều kiện bề mặt đất không có lớp phủ thực vật hay lớp phủ thực vật mỏng

Bảng 1.1: Ảnh hưởng của độ dốc đến xói mòn

trồng

Độc dốc ( 0 )

Lượng đất bị tổn thất (tấn/ha/năm)

Tác giả và năm công bố

Đất nâu đỏ trên

bazan

Chè 1 tuổi 3 96 Nguyễn Quang Mỹ

(Tây Nguyên, 1982)

1978-8 221

15 305 Đất vàng nhạt

trên phù sa cổ

Chè lâu năm

3 4 Phú Thọ

(1980-1987)

5 12

22 167 Đất đỏ vàng

tròn, đá sét và

biến chất

Rừng thưa 4 15 Nguyễn Danh Mô,

Nông trường sông Cầu (1966-1967)

tăng lên là 20,7 tấn/ha và 23,6 tấn/ha (Bảng 1.2)

Bảng 1.2: Ảnh hưởng của độ dốc và chiều dài sườn dốc đến xói mòn đất tại trạm

nghiên cứu xói mòn Sông Cầu, Thái Nguyên

100

128

146

Nguồn: Nguyễn Viết Khải, 2014 [15]

Theo Lê Văn Khoa và đồng tác giả (2001) nếu tăng chiều dài sườn dốc lên 2 lần thì lượng đất bị xói mòn tăng từ 7 - 8 lần [16]

Hình dạng sườn dốc cũng có ý nghĩa rất lớn, sườn có dốc vồng lên hay mấp mô thì lượng đất mất đi nhiều hơn so với sườn phẳng Sườn có hình lõm hay lòng đĩa ít bị mất đất hơn Như vậy, để tính toán lượng đất xói mòn trên vùng đất dốc không thể tách rời hai yếu tố trên, mà phải liên hệ chặt chẽ giữa yếu tố độ dốc địa hình và chiều dài sườn dốc

Ngoài ra địa hình còn ảnh hưởng đến quá trình xói mòn thông qua việc thay đổi vi khí hậu trong vùng; địa hình núi cao với sườn chắn gió ẩm tạo nên những vùng mưa lớn hơn sườn khuất gió

1.1.3.2 Lượng mưa và chế độ mưa

Khí hậu tác động trực tiếp hay gián tiếp đến quá trình xói mòn đất thông qua nhiều yếu tố như mưa, độ ẩm, bức xạ mặt trời, gió,… Đối với một đất nước nằm trong khu vực nhiệt đới ẩm gió mùa như Việt Nam thì mưa đóng vai trò quan trọng nhất quan đối với xói mòn đất Mưa vừa là tác nhân phá hủy đất vừa là nguồn tạo ra dòng chảy trên bề mặt hoặc dòng chảy trên các sườn dốc Kích cỡ hạt mưa, vận tốc mưa rơi, cường độ và thời gian mưa đều có ảnh hưởng lớn đến mức độ xói mòn

Lượng mưa và cường độ mưa càng lớn (lượng mưa trên một đơn vị thời gian) thì lượng đất bị xói mòn càng lớn

Lượng mưa ảnh hưởng rất lớn đến quá trình xói mòn đất Ở những vùng có lượng mưa thấp, quá trình xói mòn do nước diễn ra yếu vì lượng nước rơi xuống bề mặt đất ít nên khả năng tạo thành dòng chảy ít, động năng

ít do đó không có khả năng vận chuyển vật chất đi xa và ngược lại Tuy nhiên, không phải lượng mưa lớn thì xói mòn lớn mà nó còn thụ thuộc vào cường độ mưa và đặt tính của mưa Với tổng lượng mưa hàng năm lớn song nếu chia ra làm nhiều trận mưa có mức độ nhẹ thì mức độ xói món sẽ ít đi so với lượng mưa ít hơn nhưng mưa tập trung với cường độ cao Ở nhiều vùng Châu Âu mưa tương đối nhẹ, xói mòn ít xảy ra nghiêm trọng; trong khi phần lớn các nước ở vùng nhiệt đới và một số vùng thuộc Hoa Kỳ có lượng mưa lớn và cường độ lớn cuốn đi nhiều đất hơn

Hiện tượng gia tăng xói mòn khi mưa rào mạnh còn liên quan đến kích thước hạt mưa Kích thước hạt mưa thay đổi đáng kể trong một trận mưa đồng thời ảnh hưởng đến tốc độ rơi của nó Giọt mưa đạt tốc độ lớn nhất sau khi rơi

từ 7 - 10 m (Law, 1941) [15], tốc độ này quyết định đến động năng của giọt mưa là khả năng bắn phá các hạt đất Số lượng hạt mưa càng nhiều, càng lớn thì sức công phá càng mạnh và làm cho đất bị chặt hơn, giảm khả năng thấm nước của đất, sau đó dòng chảy sẽ cuốn đất đi

Cường độ mưa là lượng mưa trong một thời gian nhất định được tính bằng đơn vị mm/h Theo một số nghiên cứu trên thế giới thì những trận mưa

có cường độ mưa trên 25 mm/h thì mới có tác dụng tạo nên dòng chảy và từ

đó tăng khả năng gây xói mòn [14] Những trận mưa có cường độ mưa lớn sẽ làm cho lượng nước mưa không kịp thấm xuống đất, lượng nước này sẽ chuyển thành dòng chảy trên mặt và tiếp tục bóc tách và cuốn trôi các hạt đất mặt với cường độ lớn

1.1.3.3 Đặc điểm các loại đất

Đặc tính của các loại đất có ảnh hưởng đến mức độ xói mòn đất bởi các đặc trưng như: Thành phần cơ giới, khả năng thấm nước, cấu trúc của đất, độ tơi xốp, hàm lượng hữu cơ trong đất, sự liên kết giữa các hạt đất,

a) Thành phần cơ giới của đất:

Thành phần cơ giới của đất là tỷ lệ tương đối giữa các cấp hạt trong đất

Từ những tỉ lệ đó, tên đất được đặt là đất cát, đất thịt hoặc đất sét Trong đó, các cấp hạt cơ giới là kết quả của quá trình hình thành đất tạo ra những hạt đất riêng rẽ có kích thước và hình dạng khác nhau Đất có nguồn gốc phát sinh khác nhau sẽ rất khác nhau về hàm lượng SiO2, FeO, Fe2O3, Al2O3 và các thành phần khác Chúng thay đổi một cách có quy luật theo sự nhỏ dần của những cấp hạt Thành phần cơ giới của đất còn là biểu hiện đặc trưng về nguồn gốc phát sinh và tính chất nông học Tất cả các tính chất của những nguyên tố cơ học, hóa học của đất đều thay đổi một cách có quy luật với cấp hạt của đất Cho đến nay để phân chia thành phần cơ giới của đất, Việt Nam thường áp dụng bảng phân loại các cấp hạt của Liên Xô (cũ)

Bảng 1.3: Phân loại các phân tử cơ học đất ở Liên Xô (cũ)

Trong thực tế việc áp dụng vào phân loại đất theo thành phần cơ giới được xét theo 3 cấp hạt là cấp hạ cát, cấp hạt limông và cấp hạ sét

Đất có thành phần cơ giới nặng (phần trăm tỉ lệ sét cao) và đất có hàm lượng hữu cơ cao có tính liên kết càng lớn, khả năng phân tán của đất càng giảm thì tính bền vững của các hạt đất càng cao thì nguy cơ xói mòn thấp Ở những loại đất có thành phần cơ giới nhẹ, tính liên kết nhỏ, độ ngậm nước thấp như đất bồi tích, đất giàu silic hòa tan thì có nguy cơ xói mòn lớn

b) Cấu trúc của đất:

Cấu trúc của đất là một trạng thái của đất, ở đó đất có cấu tạo hạt kết (đoàn lạp) đảm bảo cho cây trồng có điều kiện thích hợp về chế độ nước, không khí và nhiệt, tuy nhiên ở một số trường hợp đất không tạo thành các hạt kết như trong đất cát thô hay trong mẫu chất gọi là đất không hạt kết

Theo Zakarốp [8], trong tự nhiên thường gặp các dạng cấu trúc của đất

ở 3 dạng: Dạng cấu trúc khối, dạng cấu trúc lăng trụ và dạng cấu trúc hình tấm (phiến)

Kết cấu của đất cũng là yếu tố rất quan trọng xác định các quá trình xói mòn Đất có kết cấu hạt càng nhỏ và có cấu trúc dạng viên càng rõ thì có độ xốp càng lớn, có độ hổng mao quản và khoảng không giữa các hạt lớn nên độ

trữ ẩm cao, khả năng dẫn nước tốt, nước dễ thấm sâu theo các lỗ hổng lớn nên hạn chế việc hình thành dòng chảy trên mặt, giảm bớt quá trình xói mòn rửa trôi bề mặt ở vùng đồi núi

c) Chất hữu cơ trong đất:

Chất hữu cơ trong đất có thể hấp thụ và chứa đựng nhiều nước hơn các chất vô cơ trong đất, nó giúp cho việc liên kết các hạt đất thành hạt lớn hơn hoặc thành cục, tạo cho đất có cấu tượng tốt Đất có chứa nhiều thành phần hợp chất hữu cơ có tính liên kết bền vững hơn và có khả năng chống xói mòn tốt hơn, ngược lại những loại đất chứa ít chất hữu cơ rất dễ bị xói mòn hơn

1.1.3.4 Ảnh hưởng của lớp phủ thực vật

Thảm thực vật là một yếu tố vô cùng quan trọng bảo vệ đất khỏi xói mòn Độ che phủ của thảm thực vật có ý nghĩa quyết định đến lượng đất bị xói mòn Nếu trên mặt đất có cây che phủ, hạt mưa không rơi trực tiếp xuống đất mà rơi và phân tán trên cành lá, do tác động cơ học nhỏ dẫn đến xói mòn xảy ra với cường độ nhỏ Hay nói cách khác thảm thực vật giúp giảm bớt năng lượng gây xói mòn trực tiếp của hạt mưa đối với đất Bên cạnh đó, thảm thực vật còn giúp phân tán và giảm tốc độ dòng chảy trên sườn dốc; tăng kết cấu đất, làm tăng khả năng thấm nước, giảm dòng chảy trên mặt Ở những nơi không có lớp phủ thực vật, hiện tượng xói mòn đất xảy ra mạnh mẽ hơn

Theo nghiên cứu của Võ Đại Hải (1996) [16], 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 lên 27,1% và dòng chảy mặt tăng 33,8% đối với rừng le Rừng càng có nhiều tầng tán thì khả năng giữa nước và đất càng tốt, rừng có 1 tầng tán thì lượng đất xói mòn sẽ cao gấp 3 lần so với rừng có 3 tầng tán

Tóm lại, mỗi loại cây trồng khác nhau thì có đặc điểm hình thái khác nhau sẽ có khả năng bảo vệ đất và hạn chế xói mòn khác nhau

1.1.3.5 Tập quán và các biện pháp canh tác

Con người là chủ thể tích cực, quan trọng nhất thông qua các hoạt động sản xuất có thể tác động tích cực hay tiêu cực đến quá trình xói mòn đất Nếu con người có các biện pháp sử dụng và quản lý đất đai hợp lý và khôn khéo

có thể hạn chế và ngăn chặn xói mòn đất như canh tác theo đường đồng mức, làm ruộng bậc thang nơi đất dốc, tạo băng xanh, đa canh, trồng xen canh, Ngược lại, việc sử dụng các biện pháp canh tác và mô hình sử dụng đất không phù hợp sẽ dẫn đến thúc đẩy hiện tượng xói mòn diễn ra ngày càng mạnh hơn

Tình trạng phá rừng, làm mất diện tích rừng trên đất dốc cũng đã gây ra hiện tượng xói mòn đất và những trận lụt lịch sử trên thế giới

Việc chăn thả gia súc quá mức và mất kiểm soát cũng là một trong những nguyên nhân làm đất bị xói mòn Chăn thả gia súc quá mức làm giảm thảm cây cỏ, nhiều nơi đất trở nên trơ trụi, không có thảm cỏ bảo vệ Bên cạnh đó, việc gia súc dẫm đạp sẽ làm cho đất bị phá vỡ cấu trúc, lớp đất bị nén chặt, giảm khả năng thấm nước, từ đó dẫn đến tăng quá trình xói mòn đất

Ở các nước đang phát triển, phương thức du canh du cư, phá rừng lấy đất canh tác, tình trạng đốt nương làm rẫy vẫn còn tồn tại và đã làm cho quá trình xói mòn hoạt động mạnh, làm mất tầng đất mặt tới mức báo động

1.2 TỔNG QUAN CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU XÓI MÕN ĐẤT 1.2.1 Trên thế giới

Vấn đề xói mòn đất đã được đề cập đến trong nhiều nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước Thực tế, hiện tượng xói mòn đất đã được con người quan tâm nghiên cứu từ rất sớm Nhiều nền văn minh trên thế giới đều bắt đầu từ những nơi có nền sản xuất nông nghiệp năng suất cao Có nghiên cứu cho rằng, sự suy tàn của một số nền văn minh cổ đại bắt nguồn từ việc năng suất canh tác giảm đi mà nguồn gốc là do sự quản lý đất sai lầm

Một nghiên cứu của Guatemala khoảng năm thứ 900 sau Công nguyên về nền văn minh kéo dài 1.700 năm của người Maya cho rằng, một trong những nguyên nhân làm cho nền văn minh này sụp đổ là do nạn xói mòn đất [13]

Xói mòn đất được nghiên cứu ở khắp trên thế giới Tại Mỹ, những thực nghiệm đầu tiên nhằm xác định xói mòn đất về mặt định lượng được các tổ chức Lâm nghiệp Mỹ tiến hành tại Bang Iuta vào năm 1915 [27] Tiếp theo sau đó, nhiều các công trình nghiên cứu và thực nghiệm chống xói mòn đã được triển khai Công trình nghiên cứu đầu tiên của Volni cho thấy nguyên nhân chủ yếu của xói mòn đất là hạt nước rơi Các nghiên cứu chi tiết đầu tiên

về xói mòn do mưa được tiến hành bởi Laws (1941), Ellison (1944) phân tích các tác động cơ học của hạt mưa lên đất và đưa ra tiến trình xói mòn Theo

Stalling (dẫn theo Hudson, 1981) [27] : “Việc phát hiện ra rằng các hạt mưa

là nhân t chính c a xói mòn nước đã kết thúc thời đại đấu tranh vô hiệu quả

c a con người ch ng lại xói mòn và lần đầu tiên gieo niềm hi v ng giải quyết

đư c một cách có kết quả vấn đề xói mòn đất mà trước đây không nh n ra”

Năm 1947, Musgrave và cộng sự đã phát triển một phương trình thực nghiệm được gọi là phương trình Musgrave (Hudson, 1995) [27] Tiếp đến các tác giả Wischmeier và Smith (1958, 1978) đã nghiên cứu và phát triển phương trình mất đất phổ dụng (USLE) dựa trên kết quả quan trắc và thực nghiệm ở 47 địa phương của 21 bang vùng Trung và Tây Hoa Kỳ [1]

Từ giữa những năm 1980 đến đầu năm 1990 các mô hình tính toán xói mòn khác nhau đã được phát triển dựa trên phương trình USLE ở nhiều nơi trên thế giới nhằm đáp ứng đòi hỏi cấp bách về bảo vệ môi trường, nâng cao năng suất và thu nhập từ ngành trồng trọt, như: mô hình dự đoán mất đất cho miền Nam của Châu Phi - SLEMSA (Elwell, 1981), mô hình SOILLOSS (Rosewell, 1993) được phát triển tại Úc và mô hình ANSWERS được phát triển vào cuối những năm 1970 để đánh giá được mức độ bồi lắng lưu vực

sông do lượng đất bị xói mòn, rửa trôi (Beasley và cộng sự) [14]

Dựa trên cơ sở số liệu thực nghiệm một số vùng của Rumani, Motoc và Trăcculesce cũng đã đưa ra công thức tính lượng đất bị xói mòn [15]

Ở Nga, Koctiakov đã xây dựng công thức từ kinh nghiệm để tính lượng đất bị rửa trôi dựa trên cơ sở tài liệu thực nghiệm ở Nga, chủ yếu tập trung vào hệ số ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu, đất và độ che phủ [15]

Cùng với sự phát triển các nghiên cứu xói mòn đất, các mô hình tính toán lượng đất tổn thất do xói mòn với sự hỗ trợ đắc lực của công nghệ thông tin Các biện pháp chống xói mòn đất như đắp bờ, làm rộng bậc thang, canh tác theo đường đồng mức, luân canh cây trồng, trồng theo băng, trồng đệm, che phủ cho đất và các biện pháp công trình khác đã mạng lại nhiều kết quả trong công tác chống xói mòn Nhiều tổ chức nghiên cứu xói mòn và bảo vệ đất khỏi xói mòn điển hình như:

- Hệ thống nhóm nghiên cứu nông nghiệp quốc tế (Consultative Group

on International Agricultural Research - CGIAR) với một số nghiên cứu về xói mòn đất đã được tiến hành tại các trung tâm nghiên cứu nông nghiệp quốc

tế được quản lý bởi hệ thống này [14]

- Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (FAO) đã cố gắng phát triển phương pháp đánh giá sự bạc màu của đất gây ra bởi xói mòn

và các tác nhân khác ảnh hưởng đến năng suất, sản lượng cây trồng thông qua việc hỗ trợ các dự án cho các nước thành viên, bao trùm nhiều chủ đề, liên quan tới nhiều chuyên môn và kéo theo các chuyên gia có nhiều kinh nghiệm

về bảo vệ đất của nhiều quốc gia như dự án quản lý vùng đầu nguồn và phát triển đất vùng cao ở Cộng hòa Triều Tiên [13]

1.2.2 Ở Việt Nam

Lịch sử nghiên cứu xói mòn đất ở Việt Nam mới chỉ phát triển từ khoảng năm 1940 trở lại đây Theo Nguyễn Quang Mỹ (2005) [27], có thể

chia quá trình nghiên cứu xói mòn đất ở Việt Nam thành 3 giai đoạn:

1.2.2.1 Giai đoạn trước năm 1954

Trong giai đoạn này, Việt Nam bị thực dân Pháp đô hộ, hầu như không

có công trình nào nghiên cứu về xói mòn đất Tuy nhiên, thực tế vẫn có hàng loạt các công trình chống xói mòn đất được xây dựng từ kinh nghiệm sản xuất của người nông dân như dựng các công trình trên đất dốc bằng gỗ chắn, xây dựng ruộng bậc thang của cộng đồng dân cư dân tộc H'Mông, Dao, ở vùng Đông Bắc và Tây Bắc Việt Nam

1.2.2.2 Giai đoạn từ 1954 - 1975

Các công trình nghiên cứu về xói mòn đất bắt đầu vào những năm

1960, thời kỳ miền Bắc xây dựng Xã hội chủ nghĩa

Năm 1962, có các công trình của Nguyễn Ngọc Bình, Nguyễn Quý Khải, Cao Văn Minh,… đã nêu lên ảnh hưởng của độ dốc đến xói mòn đất, góp phần đưa ra các tiêu chí bảo vệ đất, sử dụng và khai thác đất dốc

Năm 1963, nghiên cứu xói mòn khu vực được tiến hành, một số nhà khoa học mà đứng đầu là Tôn Gia Huyên đã công bố các nghiên cứu xói mòn đất trên nương lúa ở Tây Bắc Chu Đình Hoàng (1962, 1963) đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của lượng mưa đến xói mòn và chống xói mòn đất bằng biện pháp canh tác [14]

Trong thời kỳ này, một số công trình của một số tác giả (dẫn theo Nguyễn Quang Mỹ, 2005 ) đã được công bố như: Nguyễn Quý Khải (1962, 1963), Nguyễn Ngọc Bình (1962), Cao Văn Bính (1962), Nguyễn Xuân Kỳ (1962), Tôn Gia Huyên (1964, 1965), Tạ Quang Bửu (1963, 1964, 1965), Nguyễn Xuân Quát (1963, 1964), Chu Đình Hoàng (1963), Trần Ích Châm (1964), Hồ Sỹ Chúc (1964), Bùi Văn Chi (1964), Bùi Quang Toản (1965), Bùi Ngọc Toản (1965), Nguyễn Văn Hảo (1965), Phương Chí Phạm (1965),

Phạm Văn Ca (1966), Vũ Thanh Huyên (1967), Nguyễn Văn Tường (1967), Trần Tri Phương (1970), Hà Học Ngô (1971), Trần An Phong (1973)[27]

Nhìn chung, các công trình nghiên cứu trên đã giải quyết được nhiều vấn đề về xói mòn đất và đề xuất được các biện pháp chống xói mòn đất Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu có tính định lượng chưa cao

1.2.2.3 Giai đoạn từ sau năm 1975

Sau năm 1975 đến nay, có nhiều tác giả tiến hành nghiên cứu về xói mòn đất và các biện pháp hạn chế xói mòn đất ở nhiều nơi trong nước, nhiều phương pháp nghiên cứu xói mòn hiện đại hơn đã được áp dụng

Trong giai đoạn này, một số trạm quan trắc xói mòn đất đã được xây dựng như: Trạm nghiên cứu xói mòn đất ở vùng Tây Nguyên đặt tại Hàm Rồng, Pleiku (Gia Lai) xây dựng năm 1976; trạm nghiên cứu xói mòn đất tại tỉnh Thái Nguyên; trạm nghiên cứu xói mòn đất tại huyện Hữu Lũng (Lạng Sơn); trạm nghiên cứu xói mòn đất Ekmat, Buôn Mê Thuột (Đắk Lắk)[27]

Các trạm quan trắc trên cùng với các Chương trình nghiên cứu tổng hợp Tây Nguyên I (1976 - 1980) và Tây Nguyên II (1980 - 1985), Chương trình nghiên cứu Tây Bắc đã thu thập được bộ số liệu thực tế hết sức có ý nghĩa và giá trị để mở đầu cho thời kỳ nghiên cứu xói mòn đất định lượng, từ

đó đưa ra một số biện pháp chống xói mòn đất thích hợp [27] Việc quan trắc một loạt các yếu tố tự nhiên và tác động của con người qua các biện pháp canh tác và cơ cấu cây trồng cũng đã đem lại nhiều kết quả khả quan

Nghiên cứu xói mòn đất Tây Nguyên đã được tác giả Nguyễn Quang

Mỹ tiến hành từ năm những 1977 trong “Chương trình điều tra tổng h p Tây Nguyên” bằng phương pháp dựng trạm, trại, bãi - bể quan trắc; đóng cọc kết

hợp với khảo sát thực địa; tổng hợp trên bản đồ đã phản ánh khách quan tình hình xói mòn đất Tây Nguyên thời kỳ đó ở từng khu vực có độ dốc, chiều dài sườn và lớp phủ thực vật khác nhau [9]

Trên cơ sở xem xét mối tương quan quan giữa các yếu tố ảnh hưởng tới xói mòn đất, tác giả Vi Văn Vị (1983) [14] đã xây dựng lý thuyết thành lập chỉ tiêu tiềm lực xói mòn thuộc vùng mưa rào dòng chảy Tác giả đã thiết lập được một số công thức tính lượng xói mòn sườn dốc và modun dòng chảy cát bùn trong sông thuộc miền Bắc Việt Nam

Nguyễn Quang Mỹ và Hoàng Xuân Cơ (1983) [14] đã tính mối tương quan giữa chỉ số mưa và xói mòn ở Tây Nguyên bằng công thức của các tác giả nước ngoài cho thấy, giữa chỉ số mưa và lượng đất xói mòn có mối tương quan không chặt chẽ, giữa cường độ mưa và chỉ số mưa trung bình có mối tương quan rất chặt chẽ

Tác giả Thái Phiên và Nguyễn Tử Siêm (1995) đã nghiên cứu, tính toán lượng dòng chảy khác nhau, tùy thuộc vào tính chất đất, độ dốc địa hình, độ che phủ của cây trồng và đưa ra các biện pháp kỹ thuật sinh học có thể hạn chế dòng chảy bề mặt nhằm hạn chế xói mòn đất do nước mưa

Biện pháp sinh học bảo vệ và cải thiện độ phì nhiêu đất dốc (1996) của Nguyễn Tử Siêm, Thái Phiên, Trần Đức Toàn với các biện pháp chống xói mòn trên đất phù sa cổ Ba Vì; đất phát triển trên đá bazan Đắk Lắk và đất phát triển trên phiến thạch sét ở Lương Sơn, Hòa Bình như tạo băng cây xanh theo đường đồng mức, mương bờ, tạo bồn, trồng cây phủ đất, đều cho kết quả tốt, giảm lượng đất bị xói mòn 50% so với đối chứng

Tống Đức Khang và Nguyễn Đức Quý (2008) [15] đã nêu cơ bản về các nguyên nhân gây xói mòn đất ở Việt Nam, đồng thời đưa ra các biện pháp tổng hợp để bảo vệ đất, chống xói mòn vùng đồi núi Việt Nam

Đặc biệt, từ năm 1990 đến nay, với sự phát triển vượt bậc công nghệ thông tin, các tư liệu ảnh Viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) kết hợp với các mô hình toán đã được ứng dụng rộng rãi trong các nghiên cứu về xói mòn đất và đã đem lại nhiều kết quả khả quan trong công tác chống xói

mòn, bảo vệ đất Ưu điểm của phương pháp này là cho kết quả có độ chính xác cao, tiết kiệm thời gian, tiết kiệm chi phí và có thể áp dụng đối với các vùng lãnh thổ rộng lớn Một số nghiên cứu xói mòn đất ứng dụng Viễn thám

và GIS có thể kể đến như: Nguyễn Ngọc Thạch, Nguyễn Tứ Dần (1998), Nguyễn Xuân Đạo, Phạm Văn Cự (1993, 1995), Nguyễn Quang Mỹ (1996), Lại Vĩnh Cẩm (1999), Cao Đăng Dư (2000), Trần Văn Ý (2000) và Vũ Anh Tuân (2004) (dẫn theo Nguyễn Quan Mỹ, 2005) [27] Tiếp theo có một số tác giả tiếp tục ứng dụng Viễn thám và GIS để nghiên cứu xói mòn đất như: Đánh giá xói mòn đất huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ (Trần Quốc Vinh, 2012); ứng dụng phương trình mất đất phổ dụng (USLE) và GIS đánh giá xói mòn tiềm năng đất Tây Nguyên và đề xuất giải pháp giảm thiểu xói mòn (Nguyễn Mạnh Hà và nnk, 2013); ứng dụng phương trình mất đất phổ dụng

và kỹ thuật GIS trong đánh giá lượng xói mòn đất tỉnh Kon Tum (Lưu Thế Anh và Nguyễn Ngọc Thành, 2015)

Nhìn chung các công trình nghiên cứu về xói mòn đất ở Việt Nam trong hơn 30 năm qua có thể tóm tắc theo các hướng sau:

- Nhóm nghiên cứu về những nhân tố hoạt động của xói mòn đất

- Nhóm nghiên cứu về xói mòn đất theo vùng lãnh thổ

- Nhóm nghiên cứu các biện pháp chống xói mòn đất

- Nhóm nghiên cứu định lượng xói mòn đất bằng mô hình toán

- Nhóm nghiên cứu về phân vùng xói mòn đất

- Nhóm nghiên cứu định lượng xói mòn đất bằng Viễn thám và GIS

1.2.3 Một số mô hình chuẩn đoán và đánh giá xói mòn

Trên thế giới có nhiều nghiên cứu về các mô hình đánh giá xói mòn đã được nghiên cứu và đưa vào sử dụng như:

- Mô hình đ nh gi xói mòn đất tr n cơ sở phương trình mất đất phổ dụng (Universal Soil Los Equation – USLE) [27]

Phương trình mất đất phổ dụng – USLE được Wischmeier và Smith và những người khác hoàn thành năm 1978, được chấp nhận rộng rãi và trở thành một công cụ đánh giá xói mòn được sử dụng phổ biến tại Mỹ và các nước khác trên toàn thế giới

Năm yếu tố chính được sử dụng để tính toán lượng đất mất trên một khu vực cụ thể, đó là: mưa, đất, thực vật, địa hình, biện pháp canh tác và biện pháp bảo vệ đất Các giá trị xói mòn phản ánh bởi các yếu tố đó có thể thay đổi đáng kể do sự biến đổi của các điều kiện thời tiết Phương trình mất đất phổ dụng có dạng như sau:

A =R x K x LS x C x P

A - Lượng đất mất bình quân bị xói mòn trong năm (tấn/ha/năm)

R - Hệ số xói mòn do mưa Yếu tố lượng mưa và dòng chảy mặt theo

vị trí địa lý Cường độ và thời gian mưa bão càng lớn thì tiềm năng xói mòn càng cao

K - Hệ số kháng xói của đất Đó là lượng đất mất trung bình theo đơn

vị diện tích cho một loại đất cụ thể K là đơn vị đo độ nhạy của các hạt đất tách rời và vận chuyển bởi mưa và dòng chảy mặt Kết cấu là yếu tố chính ảnh hưởng đến K, chứ không phải là cấu trúc, vật chất hữu cơ và cũng như tính chất thấm

LS - Hệ số ảnh hưởng của địa hình đến xói mòn đất Hệ số LS thể hiện

tỷ số đất mất dưới các điều kiện cụ thể mà tại một địa bàn với độ dốc sườn

“chuẩn” và độ dài sườn xác định Sườn càng dài và càng dốc, thì nguy cơ xói mòn càng cao

C - Hệ số ảnh hưởng của lớp phủ thực vật đến xói mòn đất Hệ số này được sử dụng để xác định ảnh hưởng tương đối của độ che phủ đất trong sự ngăn ngừa mất đất Hệ số C là một tỷ số so sánh lượng đất mất từ đồng ruộng

với lượng đất mất tương ứng của đất bỏ hóa cách năm Hệ số C có thể xác định bởi việc lựa chọn kiểu canh tác và phương pháp canh tác

P - Hệ số ảnh hưởng của các biện pháp canh tác đến xói mòn đất Hệ số này phản ánh ảnh hưởng của các hoạt động con người sẽ làm giảm khối lượng

và tốc độ của nước bề mặt và do vậy làm giảm khối lượng xói mòn Hệ số P thể hiện tỷ số của lượng đất mất đi bởi các biện pháp canh tác

- Phương trình mất đất phổ dụng hiệu chỉnh (Revised Universal Soil

Loss Equation - RUSLE): RUSLE là mô hình tính toán định lượng xói mòn

đất do mưa trên cơ sở nền tảng của mô hình USLE được Renard hoàn thiện và phát triển năm 1997 Mô hình RUSLE cập nhật thông tin của dữ liệu đầu vào

và kết hợp với một số quá trình của xói mòn đất Phương trình tương quan để tính toán lượng đất xói mòn của mô hình RUSLE cũng tương tự như phương trình mất đất phổ dụng USLE.[27]

Tuy nhiên, nguyên tắc để hiệu chỉnh chỉ số xói mòn do mưa R là dựa vào lượng mưa, khả năng gây xói mòn của dòng chảy mặt hình thành do nước mưa hoặc tuyết tan Chỉ số C cũng được hiệu chỉnh và thay đổi so với mô hình USLE, cụ thể C được tính toán dựa trên chỉ số phụ về tỷ số tổn thất đất SLR (Soil loss ratios) Chỉ số SLR phụ thuộc vào độ ẩm đất, độ nhám của bề mặt, lớp phủ bề mặt, độ dày tán lá, kiểu sử dụng đất chính,… (Renard, 1997)

- Mô hình WEPP [27]

Mô hình WEPP là kết quả của dự án dự báo xói mòn đất do nước (Water Erosion Prediction Project) của Phòng Nghiên cứu Quốc gia về Xói mòn đất của Mỹ (National (USA) Soil Erosion Research Laboratory)

"WEPP à một qu trình, mô phỏng một c ch i n tục và à một mô hình d b o xói mòn đư c sử dụng cho c c m y tính c nhân Nó có th ứng dụng cho c c qu trình xói mòn sườn đồi (xói mòn dạng phẳng và xói mòn

rãnh), cũng như mô phỏng c c qu trình thuỷ văn và xói mòn tr n c c ưu v c nhỏ"

Mô hình WEPP thể hiện một công nghệ mới về dự báo xói mòn dựa trên cơ sở khí hậu, lý thuyết thấm, thuỷ văn, cơ lý đất, khoa học về cây trồng, thuỷ lực học và cơ học về xói mòn Mô hình có nhiều điểm thuận lợi Các thuận lợi nổi bật bao gồm khả năng ước lượng sự phân bố về lượng đất mất đi

do xói mòn theo thời gian và không gian (lượng đất thực sự mất đi của toàn

bộ sườn dốc hoặc đối với mỗi điểm trên một tuyến sườn dốc có thể được ước tính theo ngày, tháng hoặc trung bình năm)

- Mô hình Morgan, Morgan và Finney (MMF): năm 1984, Morgan và

nhóm nghiên cứu đã phát triển một mô hình để dự báo lượng đất mất trung bình hàng năm Với mục đích cố gắng giữ nguyên tính đơn giản của mô hình USLE kết hợp với một số kỹ thuật mới trong nghiên cứu các pha của quá trình xói mòn gồm: pha nước (năng lượng của hạt mưa phá vỡ cấu trúc của đất) và pha vận chuyển, bồi lắng vật chất Sự vận chuyển và bồi lắng vật chất trong quá trình xói mòn đất là kết quả của sự tách các hạt đất ra khỏi các tập hợp (phá vỡ cấu trúc của đất) bởi dòng chảy mặt hình thành do nước mưa Do vậy, pha vận chuyển và bồi lắng vật chất gồm 2 phương trình tính toán, phương trình thứ nhất để tính toán khả năng phá vỡ cấu trúc của đất, tách các hạt đất và phương trình thứ 2 dùng để tính toán khả năng vận chuyển vật chất của dòng chảy mặt

1.3 CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.3.1 Cách tiếp cận

Có nhiều cách tiếp cận và xu hướng khác nhau trong nghiên cứu xói mòn đất Trong đó, xu hướng tiếp cận phổ biến hiện nay là nghiên cứu xói mòn đất theo hướng mô hình hóa nhằm diễn tả động lực của quá trình xói

mòn và nghiên cứu xói mòn kết hợp với các khoa học khác, chủ yếu để tìm hiểu quá trình, cũng như tác động của xói mòn đất lên môi trường nhằm đề xuất các biện pháp chống xói mòn khả thi [14]

Tiếp cận tổng hợp được vận dụng nhiều trong các nghiên cứu xói mòn đất, khi coi tự nhiên là một tổng thể thống nhất và hoàn chỉnh; các hợp phần

tự nhiên có mối quan hệ tương hỗ chặc chẽ với nhau Vì vậy, khi nghiên cứu một hiện tượng tự nhiên, đặc biệt là nghiên cứu xói mòn đất cần xem nó là kết quả của các quá trình tác động qua lại lẫn nhau giữa các hợp phần địa lý tự nhiên, cũng như các tác nhân ảnh hưởng khác

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu

Qua công trình nghiên cứu xói mòn đất của các tác giả đã thực hiện, có thể nhận thấy, có nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng, như:

- Phương pháp kế thừa và tổng hợp tài liệu

- Phương pháp khảo sát thực địa

- Phương pháp thực nghiệm

- Phương pháp phân loại, phân vùng lãnh thổ theo mức độ xói mòn

- Phương đánh giá xói mòn dùng đồng vị phóng xạ

- Phương pháp mô hình hóa

- Phương pháp chuyên gia

Trong nghiên cứu cụ thể này, tác giả sử dụng kết hợp một số phương pháp nghiên cứu cơ bản như sau:

1.3.2.1 Phương pháp kế thừa và tổng hợp tài liệu

Tiến hành thu thập và tổng hợp các số liệu về điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên, KT-XH và tình hình sử dụng đất Kon Tum như:

- Niên giám thống kê tỉnh Kon Tum năm 2017

- Báo cáo kết quả thống kê đất đai năm 2017 tỉnh Kon Tum

- Số liệu đo lượng mưa một số năm của một số trạm đo mưa đặt trên địa bàn tỉnh Kon Tum

- Các loại bản đồ về địa hình, thổ nhưỡng, hiện rạng sử dụng đất, hiện trạng lớp phủ thực vật của tỉnh Kon Tum năm 2015

- Kết quả phân tích các mẫu đất chính của tỉnh Kon Tum của kết quả điều tra thoái hóa đất kỳ đầu tỉnh Kon Tum

Đồng thời, kế thừa có chọn lọc kết quả nghiên cứu của một số công trình nghiên cứu xói mòn đã được thực hiện trước đây, từ đó lựa chọn phương pháp và quy trình nghiên cứu phù hợp áp dụng cho điều kiện cụ thể của tỉnh Kon Tum, nơi có địa hình núi chia cắt, biến động sử dụng đất lớn

Để tiến hành xử lý số liệu tác giả sử dụng các phần mền như Microsoft Excel, ArcGIS 10.5, MapInfor

1.3.2.2 Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa

Tiến hành lập và lựa chọn các tuyến điều tra, khảo sát thực địa để bổ sung số liệu, tài liệu và dữ liệu về điều kiện địa hình, địa mạo, tập quán canh tác, hiện trạng sử dụng đất, quan sát và mô tả các đặc điểm của quá trình xói mòn trên thực địa Cụ thể:

- Khảo sát thực trạng xói mòn đất tại một số địa điểm trên địa bàn tỉnh Kon Tum trên cơ sở phân tích các dữ liệu về xói mòn đất và các bản đồ địa hình, thảm thực vật, đất, thủy văn của tỉnh Kon Tum

- Khảo sát thực trạng sử dụng đất hiện nay ở các địa điểm điều tra

- Khảo sát thảm thực vật chính ở các địa điểm điều tra

Trên cơ sở phân tích các dữ liệu về địa hình và hiện trạng sử dụng đất

và hiện trạng lớp phủ thực vật của tỉnh Kon Tum; tác giả đã lựa chọn một số địa điểm tiến hành khảo sát, điều tra, mô tả chi tiết các dạng xói mòn đất ở một số địa điểm khảo sát (mỗi địa điểm được khảo sát mang tính đặc trưng cho các nhân tố gây xói mòn đất), từ đó xác định nguyên nhân và cường độ

xói mòn đất như sau:

- Thành phố Kon Tum: Xã Đắk Bla (thực vật chủ yếu là cây bụi và trảng cỏ, địa hình có độ dốc tương đối lớn)

- Huyện Kon Rẫy: Tân Lập, Đắk Ruồng (thực vật trảng cỏ, cây bụi)

- Huyện Sa Thầy: Xã Sa Bình (cây bụi)

- Huyện Đắk Tô: Xã Diên Bình (độ dốc lớn)

- Huyện Đắk Hà: Thôn 7 thuộc xã Đắk Măng (Độ dốc lớn, rừng trồng)

- Huyện Đắk Glei: Xã Xốp (Độ dốc lớn)

- Huyện Kon Plong: Xã Đắk Long (độ dốc địa hình lớn và bị chia cắt mạnh, thảm thực vật rừng đang bị tàn phá nặng nề)

1.3.2.3 Phương pháp tham vấn chuyên gia

Phương pháp này được sử dụng nhằm tham vấn ý kiến các chuyên gia

có kinh nghiệm trong lĩnh vực nghiên cứu Từ đó, có cách tiếp cận và cái nhìn toàn diện hơn trong quá trình nghiên cứu, đánh giá xói mòn đất tỉnh Kon Tum Bên cạnh việc khảo sát các địa điểm trên, tác giả còn tiến hành tham vấn, xin ý kiến của các chuyên gia trong lĩnh vực quản lý tài nguyên đất, nước, rừng,… như Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ thực vật, Chi cục Kiểm lâm, Cục Thống kê tỉnh Kon Tum, một số hộ dân có kinh nghiệm trong sản xuất nông nghiệp,… Từ đó, xác định nguyên nhân, đặc điểm và cường độ xói mòn đất, làm cơ sở thành lập bản đồ xói mòn tỉnh Kon Tum và các biện pháp canh tác nhằm góp phần bảo vệ đất, hạn chế xói mòn đất hiệu quả hiện nay

1.3.2.4 Phương pháp mô hình hóa

Sử dụng Phương trình mất đất phổ dụng (USLE) của Wischmeier - Smith (1978) để tính toán lượng đất tổn thất do xói mòn đất gây ra:

A = R * K * L * S * C * P

1.3.3 Quy trình các bước nghiên cứu xói mòn đất tỉnh Kon Tum

Để tiến hành nghiên cứu xói mòn đất của một khu vực nào đó, cần phải xác định rõ và lựa chọn được phương pháp tiến hành nghiên cứu Trong nghiên cứu này, phương pháp mô hình hóa bằng USLE kết hợp với kỹ thuật GIS được sử dụng Các bước thành lập bản đồ xói mòn đất tiềm năng và bản

đồ hiện trạng xói mòn đất khu vực nghiên cứu như sau:

Hình 1.1 Quy trình thành lập bản đồ xói mòn đất bằng mô hình USLE và GIS

Các số liệu đầu vào được thu thập, xử lý và tính toán phục vụ xây dựng các bản đồ hệ số đầu vào cho mô hình USLE gồm:

1.3.3.1 Xác định hệ số xói mòn đất do mưa (R)

Hệ số xói mòn do mưa (R) chỉ sự tác động của mưa và dòng chảy mặt đối với quá trình xói mòn đất Giá trị hệ số R tỉ lệ thuận với lượng đất bị xói mòn do nước mưa Hệ số R bao gồm tổng lượng mưa năm và cường độ mưa Cùng một lượng mưa trung bình năm, tuy nhiên cường độ mưa tập trung càng lớn, thời gian mưa càng lâu thì nguy cơ xói mòn đất càng cao Như vậy hệ số

R phụ thuộc vào từng khu vực nhất định, mỗi khu vực đều có sự khác nhau về lượng mưa, cường độ mưa và phân bố mưa Để tiến hành nghiên cứu xói mòn

ở tỉnh Kon Tum, tác giả sử dụng công thức hệ số R như sau:

Dữ liệu đầu vào

100K = 2,1*10-4 * M1,14(12-a) + 3,25(b-2) + 2,5(c-3) Theo công thức của Hội Khoa học Đất quốc tế (ISSS) (1995)[25]

Tính toán theo công thức Bản đồ hệ số R

Bảng 1.4: Chỉ số xói mòn K của một số loại đất vùng đồi núi ở Việt Nam

K (tính trung bình) Theo toán đồ

W-S

Theo công thức ISSS

1 Đất đen có tầng kết von dày 5 0,09 0,11

18 Đất mùn Alit núi cao 19 0,15 0,16

19 Đất mùn Alit núi cao Glây 25 0,12 0,14

20 Đất mùn thô than bùn núi cao 15 0,11 0,12

Nguồn: Nguyễn Tr ng Hà (1996) [10]

Bảng 1.5: Kết quả tính toán hệ số xói mòn của một số loại đất theo toán đồ

Wischmeier & Smith

1 CM.fr I > 100 cm Bazan 0,210

2 CM.fv.st I > 100 cm 0,210