XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGUY CƠ XÓI MÒN ĐẤT VÀ ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP HỢP LÝ CHO HUYỆN QUẢN BẠ - TỈNH HÀ GIANG

Vấn đề xói mòn đất đã được đề cập đến trong các công trình nghiên cứu của nhiều tác giả trong và ngoài nước từ nhiều thập niên nay [26].. Xói mòn đất được xem như là một hàm số với biến

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Thị Mai Hương

XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGUY CƠ XÓI MÒN ĐẤT VÀ

ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP HỢP LÝ

CHO HUYỆN QUẢN BẠ - TỈNH HÀ GIANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Thị Mai Hương

XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGUY CƠ XÓI MÒN ĐẤT VÀ

ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP HỢP LÝ

CHO HUYỆN QUẢN BẠ - TỈNH HÀ GIANG

Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ VĂN THIỆN

Hà Nội - 2015

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc về sự giúp đỡ vô cùng quý báu của PGS.TS Lê Văn Thiện, người hướng dẫn khoa học đã hết lòng dạy dỗ, chỉ bảo tận tình, tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các Thầy, Cô Khoa Môi trường nói chung và các Thầy, Cô giáo ở Bộ môn Thổ nhưỡng - Môi trường đất nói riêng đã dìu dắt, dạy dỗ những kiến thức bổ ích trong suốt quá trình học tập, rèn luyện tại trường cũng như đã tạo mọi điều kiện để tôi có thể hoàn thành luận văn một cách tốt nhất

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các lãnh đạo và cán bộ tại Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hà Giang, Uỷ ban nhân dân huyện Quản Bạ, Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Quản Bạ đã tạo điều kiện, cung cấp tài liệu giúp tôi có điều kiện tốt nhất để hoàn thành luận văn

Luận văn có ý kiến góp ý của ThS Phạm Anh Hùng, cán bộ Trung Tâm Tài nguyên và Môi trường - Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp - Bộ NN&PTNT, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến sự giúp đỡ quý báu đó

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời gian qua

Hà Nội, 2015 Tác giả

Nguyễn Thị Mai Hương

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU i

DANH MỤC HÌNH VẼ ii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan về xói mòn đất 3

1.1.1 Khái niệm xói mòn đất 3

1.1.2 Các nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn đất 4

1.1.3 Phân loại xói mòn đất 13

1.2 Lịch sử nghiên cứu xói mòn đất 14

1.2.1 Lịch sử nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới 14

1.2.2 Lịch sử nghiên cứu xói mòn đất tại Việt Nam 22

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

2.1 Đối tượng nghiên cứu 27

2.2 Nội dung nghiên cứu 27

2.3 Phương pháp nghiên cứu 27

2.3.1 Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu 28

2.3.2 Phương pháp khảo sát thực địa 28

2.3.3 Phương pháp xây dựng bản đồ nguy cơ xói mòn đất 30

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 42

3.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội ảnh hưởng đến xói mòn đất tại vùng nghiên cứu 42

3.1.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 42

3.1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội huyện Quản Bạ 48

3.2 Kết quả đánh giá xói mòn đất và lập bản đồ xói mòn đất vùng nghiên cứu 53

3.2.1 Xác định các hệ số xói mòn đất 53

3.2.2 Phân vùng nguy cơ xói mòn đất huyện Quản Bạ 64

3.3 Đề xuất mô hình sản xuất nông nghiệp hợp lý cho huyện Quản Bạ, tỉnh Hà Giang 67

3.3.1 Đề xuất các giải pháp giảm thiểu xói mòn đất 67

3.3.2 Đề xuất mô hình sản xuất nông nghiệp hợp lý cho huyện Quản Bạ 70

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

i

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Ảnh hưởng của độ dốc đến xói mòn đất 7

Bảng 1 2 Phân mức xói mòn theo độ dốc 8

Bảng 1 3 Phân loại thành phần cơ giới đất theo N.A Katrinski 10

Bảng 2 2 Chỉ số xói mòn K của một số đất ở Việt Nam 34

Bảng 2 3 Giá trị hệ số C, P của một số loại hình sử dụng đất và thảm thực vật 38

Bảng 3 1 Hiện trạng sử dụng đất năm 2014 tại huyện Quản Bạ, tỉnh Hà Giang 52

Bảng 3 2 Các loại đất huyện Quản Bạ 56

Bảng 3 3 Hệ số K của các loại đất huyện Quản Bạ 58

Bảng 3 4 Thống kê giá trị hệ số C, P của huyện Quản Bạ 63 Bảng 3 5 Thống kê diện tích các cấp độ phân vùng xói mòn đất huyện Quản Bạ 65

ii

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các nhân tố chính ảnh hưởng đến xói mòn đất 4

Hình 2 1 Khu vực gò đất cao thuộc huyện Quản Bạ 29

Hình 2 2 Hoạt động sản xuất nông nghiệp tại huyện Quản Bạ 30

Hình 2 3 Quy trình tính toán hệ số R [8] 32

Hình 2.4 Quy trình tính toán hệ số LS [8] 32

Hình 2 5 Quy trình đánh giá xói mòn đất theo mô hình USLE [8] 40

Hình 3 1 Sơ đồ ranh giới hành chính huyện Quản Bạ, tỉnh Hà Giang 42

Hình 3 2 Sơ đồ nội suy lượng mưa trung bình hàng năm huyện Quản Bạ (thu nhỏ từ bản đồ tỷ lệ 1:25.000) 54

Hình 3 3 Sơ đồ hệ số R tại huyện Quản Bạ (thu nhỏ từ bản đồ tỷ lệ 1:25.000) 55

Hình 3.4 Sơ đồ phân bố thổ nhưỡng huyện Quản Bạ (thu nhỏ từ bản đồ tỷ lệ 1:25.000)……… 58

Hình 3.5 Sơ đồ hệ số K của huyện Quản Bạ (thu nhỏ từ bản đồ tỷ lệ 1:25.000) 59

Hình 3.6 Mô hình DEM huyện Quản Bạ 62

Hình 3.7 Sơ đồ độ dốc của huyện Quản Bạ (thu nhỏ từ bản đồ tỷ lệ 1:25.000) 64

Hình 3.8 Sơ đồ phân bố hệ số xói mòn do độ dốc và chiều dài sườn dốc (LS) của huyện Quản Bạ, tỉnh Hà Giang (thu nhỏ từ bản đồ tỷ lệ 1:25.000)……….62

Hình 3.9 Sơ đồ phân bố hệ số xói mòn do biện pháp canh tác và quản lý (C*P) huyện Quản Bạ (thu nhỏ từ bản đồ tỷ lệ 1:25.000)……… 64

Hình 3.10 Sơ đồ nguy cơ xói mòn đất huyện Quản Bạ (thu nhỏ từ bản đồ tỷ lệ 1:25.000) 66

iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CGIAR: Consultative Group on International Agricultural Research DEM: Digital Elevation Model

FAO: Food anh Agriculture Organization

GIS: Geographic information system

NN&PTNT: Nông nghiệp và phát triển nông thôn

SALT: Kỹ thuật canh tác trên đất dốc

SALT2: mô hình kỹ thuật nông lâm súc kết hợp

SLEMSA: Soil-Loss Estimation Model for Southern Africa

UNEP: United Nations Environment Programme

USLE: Universal Soil Loss Erosion

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Xói mòn đất từ lâu được coi là nguyên nhân gây thoái hóa tài nguyên đất nghiêm trọng ở các vùng đồi núi [36] Xói mòn đất là một hiện tượng tự nhiên nhưng do các hoạt động của con người đã làm cho hiện tượng này diễn ra ngày càng nghiêm trọng Mỗi năm ở vùng đồi núi nước ta bị mất đi một khối lượng đất khổng

lồ do hiện tượng xói mòn Xói mòn đất làm mất đất, phá huỷ lớp thổ nhưỡng bề mặt, làm giảm độ phì của đất, gây ra bạc màu, ảnh hưởng trực tiếp tới sự sống và phát triển của thảm thực vật Vấn đề xói mòn đất đã được đề cập đến trong các công trình nghiên cứu của nhiều tác giả trong và ngoài nước từ nhiều thập niên nay [26]

Để giảm thiểu xói mòn đất ở khu vực miền vúi, hai vấn đề cần được nghiên cứu song song là thực trạng quá trình xói mòn đất, nguyên nhân, các yếu tố ảnh hưởng và những giải pháp ngăn chặn xói mòn đất [20] Có nhiều phương pháp khác nhau để nghiên cứu vấn đề xói mòn đất, trong đó phương pháp sử dụng công nghệ viễn thám GIS để mô hình hóa, tính toán xói mòn đất theo phương trình mất đất phổ dụng của Wischmeier và Smith là phương pháp hiện đại và đem lại hiệu quả cao [26]

Quản Bạ là huyện vùng cao biên giới phía Bắc của tỉnh Hà Giang với địa hình hết sức phức tạp gồm nhiều khu vực núi đá vôi với nhiều khu vực bị chia cắt mạnh có có độ dốc trên 250 và các thung lũng phân bố dọc sông Miện Bên cạnh đó, trong điều kiện mưa lớn và tập trung làm cho đất đai bị xói mòn và thoái hóa, ảnh hưởng rất lớn đến quỹ đất sản xuất nông nghiệp vốn rất ít của huyện Hơn nữa, việc quy hoạch, bố trí cơ cấu cây trồng chưa hợp lý, độ che phủ rừng thấp cũng là những nguyên nhân làm cho lũ ống, lũ quét thường xuyên xảy ra gây thiệt hại về người và của cho nhân dân nơi đây [2,26]

Vì vậy, việc lập bản đồ để đánh giá nguy cơ xói mòn đất và đề xuất mô hình sản xuất đất nông nghiệp hợp lý cho huyện Quản Bạ, tỉnh Hà Giang là quan trọng

và cần thiết Đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

2

2 Mục tiêu của luận văn

- Xác định đƣợc các hệ số xói mòn đất tại vùng nghiên cứu

- Xây dựng đƣợc bản đồ nguy cơ xói mòn đất nhằm tạo cơ sở cho việc đánh giá mức độ xói mòn đất và đề xuất các biện pháp kiểm soát, hạn chế xói mòn đất trên địa bàn nghiên cứu

- Đề xuất đƣợc mô hình sản xuất nông nghiệp hợp lý cho huyện Quản Bạ, tỉnh Hà Giang

3 Nhiệm vụ chính của luận văn

- Thu thập và tổng hợp các tài liệu có liên quan đến xói mòn đất tại vùng nghiên cứu;

- Khảo sát thực địa tại huyện Quản Bạ, tỉnh Hà Giang;

- Xác định và tính các hệ số xói mòn đất;

- Lập các bản đồ thành phần và bản đồ nguy cơ xói mòn đất;

- Đề xuất mô hình sản xuất nông nghiệp hợp lý cho vùng nghiên cứu

3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về xói mòn đất

1.1.1 Khái niệm xói mòn đất

Đến nay, có rất nhiều các định nghĩa, khái niệm khác nhau về xói mòn đất Theo từ điển bách khoa toàn thư về khoa học đất, xói mòn xuất phát từ tiếng Latin

là “erodere” chỉ sự ăn mòn dần, thuật ngữ xói mòn dùng để chỉ các quá trình liên quan đến các lớp đất, đá tơi ra và bị mang đi bởi các tác nhân như gió, nước, băng, tuyết tan hoặc hoạt động của sinh vật

Theo Ellison (1944), “Xói mòn là hiện tượng di chuyển đất bởi nước mưa, bởi gió dưới tác động của trọng lực lên bề mặt của đất Xói mòn đất được xem như

là một hàm số với biến số là loại đất, độ dốc địa hình, mật độ che phủ của thảm thực vật, lượng mưa và cường độ mưa” [40]

Ngoài ra, theo Hudson (1968) xói mòn đất còn được xem là sự chuyển dời vật lý của lớp đất do nhiều tác nhân khác, nhau như lực đập của giọt nước, gió, tuyết và bao gồm cả quá trình sạt lở do trọng lực [40]

Theo FAO (1994), “Xói mòn là hiện tượng các phần tử mảnh, cục và có khi

cả lớp bề mặt đất bị bào mòn, cuốn trôi do sức gió và sức nước.” [43]

R.P.C Morgan, 2005 thì cho rằng, xói mòn đất là một quá trình gồm hai pha bao gồm sự tách rời của các phần tử nhỏ từ mặt đất sau đó vận chuyển chúng dưới các tác nhân gây xói như nước chảy và gió Khi năng lượng không còn đủ để vận chuyển các phần tử này, pha tứ ba – quá trình bồi lắng - sẽ xảy ra

Cũng dựa trên yếu tố trọng lực, tác giả Cao Đăng Dư có quan niệm cho rằng quá trình xói mòn, trượt lở, bồi lấp thực chất là quá trình phân bố lại vật chất dưới ảnh hưởng của trọng lực, xảy ra khắp nơi và bị chi phối bởi yếu tố địa hình

Theo một trong những cách tiếp cận khác khi nghiên cứu về lớp phủ thực vật Nguyễn Quang Mỹ và Nguyễn Tứ Dần (1986) lại cho rằng xói mòn là một quá trình động lực phá hủy độ màu mỡ của đất, làm mất trạng thái cân bằng của cả vùng bị xói mòn lẫn vùng bị bồi tụ [43]

4

1.1.2 Các nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn đất

Có 5 nhân tố chính ảnh hưởng tới xói mòn đất là địa hình, đất đai, thảm thực vật, khí hậu và con người (hình 1.1)

Ảnh hưởng hai chiều

Ảnh hưởng tích cực

Ảnh hưởng tiêu cực

Hình 1 1 Các nhân tố chính ảnh hưởng đến xói mòn đất [8]

1.1.2.1 Ảnh hưởng của khí hậu lên xói mòn:

Yếu tố khí hậu có thể nói là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến xói mòn đất Trong các yếu tố gây xói mòn chính thì mưa là quan trọng hơn cả Đã có nhiều công trình nghiên cứu cả trong phòng thí nghiệm và ngoài thực địa đều cho thấy rằng tác động của hạt mưa lớn hơn nhiều so với các yếu tố khác như hiệu ứng cắt xé và rửa xói của dòng chảy do nước mưa và gây nên Ngoài ra có những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp đến xói mòn như nhiệt độ không khí, độ ẩm, tốc độ gió

a Lượng mưa:

Lượng mưa ảnh hưởng rất lớn đến quá trình xói mòn Ở những khu vực có lượng mưa thấp thì khả năng xói mòn là rất thấp vì lượng mưa không đủ để tạo thành dòng chảy (vì bị mất do ngấm vào đất, bay hơi, thực vật sử dụng ) và do đó không có khả năng vận chuyển vật chất đi xa Lượng mưa trung bình hàng năm

Xói mòn

Địa hình Khí hậu

Con người

Thảm thực vật

Đất đai

5

thường phải lớn hơn 300 mm thì xói mòn do mưa mới xuất hiện rõ Nếu lượng mưa lớn hơn 1000 mm/ năm thì cũng tạo điều kiện tốt cho lớp phủ thực vật phát triển và lượng xói mòn cũng không đáng kể Nhưng với lượng mưa như vậy mà tại những khu vực có rừng bị tàn phá thành đất trống, đồi núi trọc thì xói mòn thì sẽ là rất lớn

b Bốc hơi nước:

Một phần bốc hơi trực tiếp vào khí quyển, phần khác bốc hơi qua hoạt động của thực vật và động vật sau đó được ngấm xuống đất theo khe nứt, thẩm thấu Lượng nước còn lại hình thành dòng chảy bề mặt

Vì vậy tác động của mưa sẽ phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, địa chất, thổ nhưỡng của khu vực Nhiệt độ càng cao, độ ẩm không khí thấp dẫn tới bốc hơi càng mạnh, đất càng bị nén chặt, tốc độ và khả năng thấm ít thì lượng mưa tạo dòng chảy

bề mặt càng nhiều, Do đó ảnh hưởng của trận mưa đầu và thời gian đầu của một trận mưa ít hớn so với những trận mưa sau và ở thời gian sau vì độ thấm của đất, và hơi ẩm của không khí đã bị thay đổi

c Cường độ mưa:

Quá trình hình thành dòng chảy phụ thuộc nhiều vào cường độ của trận mưa Cường độ mưa là lượng mưa trong một thời gian nhất định trong một đơn vị tính là mm/h Theo các kết quả nghiên cứu ở nhiều khu vực 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 mới gây xói mòn Tỷ lệ lượng mưa tạo ra trong năm được tạo ra bởi các trận mưa có cường độ lớn hơn 25 mm/h càng nhiều thì khả năng gây xói mòn càng lớn Nếu thời gian mưa dồn dập trong thời gian ngắn thì đó chính là tiền đề cho sự hình thành lũ quét, trượt lở ở vùng núi gập lụt ở hạ lưu, cùng với việc gia tăng xói mòn đất

d Đặc tính của mưa:

Đặc tính của mưa cũng ảnh hưởng lớn đến xói mòn của đất Mưa rào nhiệt đới gây tác hại nhiều hơn nhiều so với mưa nhỏ ở các vùng ôn đới Ở các vùng có khí hậu nửa khô, mưa có cường độ lớn mang tính chất mưa rào nhưng không kéo dài vẫn gây ra xói mòn nghiêm trọng Mặt khác xói mòn cũng mạnh nếu lượng mưa chỉ đạt trung bình nhưng ở trên những sườn dốc thiếu lớp phủ thực vật Khi hạt mưa

6

lớn (mưa rào thường có đường kính hạt mưa lớn nhất là khoảng 5 mm, ít khi lớn hơn vì nếu quá lớn sẽ không bền vững và dễ bị phá vỡ thành các hạt nhỏ hơn) thì vận tốc khi chạm đất cũng tăng và do đó lực phá huỷ cấu trúc đất vẫn tăng Vận tốc cuối của hạt mưa có đường kính khoảng 5 mm sẽ đạt khoảng 9 m/giây

e Thời gian mưa:

Hay là mức độ tập trung của những trận mưa Thường thì mưa chỉ dồn dập vào mấy tháng mùa mưa, ở Việt Nam mưa tập trung trong 6 tháng, khoảng từ tháng

V đến tháng X nhanh hay chậm hơn tuỳ vùng Lượng mưa trong mùa mưa thường chiếm 70 - 85% lượng mưa cả năm Do mưa dồn dập như vậy mà khả năng thấm xuống đất chỉ có tác dụng ở những trận mưa đầu, còn phần lớn sẽ tạo thành dòng chảy bề mặt khi nước trong đất đã đạt bão hoà Chính vì vậy mà lượng đất bị xói mòn chủ yếu là vào mùa mưa, nhất là những nơi đất đang thời kỳ bỏ hoá không có

sự điều tiết và cản nước của lớp phủ thực vật

f Các yếu tố khác:

Tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên sự xói mòn đất như nhiệt độ không khí,

sự bay hơi nước, tốc độ gió (khi mưa xuống), Những tác động này nếu so sánh với tác động do mưa gây ra thì có thể xem là không đáng kể, trừ một số trường hợp đặc biệt như lượng mưa quá nhỏ

1.1.2.2 Ảnh hưởng của địa hình lên xói mòn:

Địa hình ảnh hưởng rất lớn lên xói mòn và với mỗi kiểu địa hình sẽ có những loại hình xói mòn khác nhau Nếu địa hình núi, phân cắt có độ dốc lớn thì xói mòn khe rãnh dạng tuyến diễn ra mạnh mẽ Còn đối với những mặt sườn phơi và địa hình thấp, thoải thì xói mòn theo diện (hay xói mòn bề mặt) sẽ chiếm ưu thế Với địa hình núi đá vôi thì không có hai loại hình trên mà có xói mòn ngầm, tạo các dạng hang động

Trên lý thuyết thì những vùng núi cao, độ dốc lớn thì được coi là những nơi

có xói mòn, còn những vùng đồng bằng, nơi có độ dốc không đáng kể thì được coi

là vùng bồi tụ, tức là tích tụ vật chất bị xói mòn từ những vùng cao xuống Thực tế thì cả những vùng đồng bằng cũng có bị xói mòn nhưng lượng đất mất rất ít, chủ

7

yếu là quá trình rửa trôi lớp đất màu bề mặt và hậu quả là làm giảm độ phì của đất canh tác Khi thực hiện lập bản đồ xói mòn tiềm năng đất bằng hệ thông tin địa lý thì để đơn giản, chúng tôi chỉ xét tới những vùng có khả năng xói mòn tiềm năng cao (những vùng độ dốc lớn) mà không xét tới nhũng vùng ít khả năng (như vùng thung lũng giữa núi, ruộng bậc thang, đồng bằng) hoặc vùng cồn cát ven biển (chịu tác động mạnh của gió, dòng chảy dọc bờ, thuỷ triều nhiều hơn)

Ảnh hưởng của địa hình có thể trực tiếp hay gián tiếp đến sự xói mòn đất Trước hết, địa hình làm thay đổi vi khí hậu trong vùng đến ảnh hưởng gián tiếp đến xói mòn đất thông qua tác động của khí hậu Địa hình núi cao cùng với sườn chắn gió ẩm là một trong những yếu tố tạo nên những tâm mưa lớn Ảnh hưởng trực tiếp của địa hình đến xói mòn được thông qua yếu tố chính là độ dốc và chiều dài sườn dốc

a Ảnh hưởng của độ dốc lên xói mòn:

Độ dốc là yếu đầu tiên trong yếu tố địa hình, có ảnh hưởng lớn đến xói mòn đất Độ dốc càng lớn thì khả năng xói mòn càng lớn Nó ảnh hưởng tới sự phân chia dòng nước và cường độ dòng nước chảy Xói mòn có thế xảy ra cường độ dốc từ 30

và nếu độ dốc tăng lên hai lần thì cường độ xói mòn tăng lên 4 lần hoặc hơn

Bảng 1 1 Ảnh hưởng của độ dốc đến xói mòn đất

Nguồn:Viện Quy hoạch thiết kế Nông nghiệp, 1984 [37]

Như vậy độ dốc ảnh hưởng lớn đến xói mòn đất, nhất là khi điều kiện lớp đất phủ thực vật mỏng Do vậy việc quy hoạch sử dụng đất trong nông nghiệp là cần thiết để giảm khả năng xói mòn đất khi sử dụng không đúng những vùng đất dốc

Trong điều tra lập bảng đồ đất quy hoạch sử dụng đất tỷ lệ nhỏ có thế xác định độ dốc theo 3 cấp sau:

Đất có độ dốc dưới 150: được coi là vùng đất bằng, ít dốc Trong số này chủ yếu là các vùng đất ven biển, đồng bằng thung lũng, cao nguyên và đồng bằng thấp, vùng bán sơn địa Cây nông nghiệp trồng chủ yếu trên những loại đất này

Đất có độ dốc từ 15o

- 250: đây là những vùng có độ dốc trung bình nhưng đã phải hạn chế sản xuất nông nghiệp với các loại cây nông nghiệp ngắn ngày, có độ che phủ thấp hoặc cây trồng cần chăm sóc đặc biệt không nên trồng trên đất dốc trên 150 Các loại cây trồng lâu năm có tán lá rộng, che phủ cao có thể trồng được nhưng phải có biện pháp hạn chế xói mòn Mô hỉnh sử dụng hợp lý nhất là sản xuất nông lâm kết hợp

Độ dốc trên 250: theo quy định thì không được bố trí cây nông nghiệp ở đây Vùng này chỉ được phép bảo vệ, phục hồi và trồng lại rừng

Trong quy hoạch sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam, độ dốc được chia thành

5 cấp như sau:

Bảng 1 2 Phân mức xói mòn theo độ dốc

Mức độ rửa trôi xói mòn Độ dốc

Nguồn:Viện Quy hoạch thiết kế Nông nghiệp – Bộ NN &PTNT, 1984

1.1.2.3 Ảnh hưởng của yếu tố đất lên xói mòn:

Mỗi loại đất khác nhau thì có tính chống xói mòn khác nhau Có thể định nghĩa tính xói mòn của đất là đại lượng biểu hiện tính chất dễ bị xói mòn của đất Tính xói mòn mang tính chất ngược lại với tính chống xói mòn của đất Những yếu

tố tác dụng đến tính xói mòn của đất được chia làm 2 nhóm:

Nhóm 1: Các tính chất vật lý của đất như cấu trúc đất, thành phần cơ giới,

tốc độ thấm

Nhóm 2: Các biện pháp làm đất trong quá trình sử dụng đất

Những tính chất quan trọng của đất gồm: thành phần cơ giới, cấu trúc, tốc độ

thấm và giữ nước, độ xốp hay độ nén của đất

a Thành phần cơ giới của đất:

Thành phần cơ giới của đất là yếu tố ảnh hưởng theo cả hai cách, trực tiếp và gián tiếp đến xói mòn Ảnh hưởng trược tiếp của nó là làm cho đất có tính chống xói mòn khác nhau tuỳ tỷ lệ % của các hạt sét, cát và limon Còn ảnh hưởng gián tiếp đến xói mòn do nó ảnh hưởng đến khả năng giữ nước và thấm nước dẫn đến từ

đó ảnh hưởng đến tốc độ thấm của nước và lượng nước bị giữ lại trong đất càng lớn thì khả năng hình thành dòng chảy bề mặt càng giảm dẫn đến khả năng xói mòn

giảm

10

Mọi tính chất hoá, lý của đất đều liên quan đến thành phần cơ giới của đất như độ chua mặn, độ xốp, cấu trúc, độ thấm, khả năng hấp phụ các chất dinh dưỡng cũng như các chất ô nhiễm, ví dụ như đất Feralít nâu đỏ phát triển trên Bazan có thành phần cơ giới nặng nên có khả năng giữ nước tốt, hấp thụ nhiều các chất dinh dưỡng, khả năng chống xói mòn đất cao do có độ kết dính bền chặt Xói mòn sẽ lớn trên những loại đất có thành phần cơ giới nhẹ, độ ngậm nước thấp như đất bồi tích,

đất giàu Silic hoà tan

Thành phần cơ giới của đất (hay còn gọi là thành phần cấp hạt) là hàm lượng phần trăm của những nguyên tố cơ học có kích thước khác nhau khi đoàn lạp đất ở

b Cấu trúc đất:

Đất được cấu tạo từ các nguyên tố cơ học như đã xét ở trên Nhờ những năng lượng bề mặt, những lực tác động như lực liên kết hoá trị, lực keo tụ của keo đất lực liên kết Hyđro, của những nguyên tố cơ học này mà có tác dụng gắn kết các hạt đất lại với nhau tạo nên cấu trúc đoản lạp hay còn gọi là những cấu trúc riêng biệt Theo Geđrốit (1926), những đoàn lạp có kích thước nhỏ hơn 0,25 mm gọi là vi đoàn lạp, kích thước lớn hơn 0,25 mm gọi là đại đoàn lạp

Cấu trúc đất được chia thành 3 loại, gồm cấu trúc khối, cấu trúc hình lăng trụ

và cấu trúc dạng phiến, dẹt Nhưng để đánh giá xói mòn đất thì có thể chia thành 4 loại

có khả năng bị xói mòn lớn hơn

Tính thẩm thấu của đất được đo bằng tốc độ thẩm thấu của nước qua một khối đất có chiều sâu nhất định Tốc độ được đo với đơn vị là cm/h và gọi là hệ số thấm nước và dao động trong khoảng 0 đến 60 cm/h

1.1.2.4 Ảnh hưởng của lớp phủ thảm thực vật đến xói mòn đất:

Ngoài ra, một yếu tố quan trọng có ảnh hưởng tới xói mòn là yếu tố thảm thực vật Thảm thực vật có tác dụng rất lớn trong việc ngăn chặn xói mòn nhờ làm tắt năng lượng hạt mưa, làm chậm tích tụ nước, giảm năng lượng của gió, tăng khả năng thấm nước và tăng ma sát cơ học thông qua bộ rễ và thảm lá rụng Thảm thực vật rừng nhiệt đới tự nhiên có khả năng hạn chế xói mòn cao hơn nhiều so với rừng trồng về công năng giữ đất và giữ nước

1.1.2.5 Ảnh hưởng của con người đến xói mòn đất:

Trong các hoạt động của mình con người tác động đến thế giới tự nhiên theo hai hướng tích cực và tiêu cực, các hoạt động này có thể là nguyên nhân trực tiếp hay gián tiếp tác động lên xói mòn Yếu tố con người ở đây có thể là các hoạt động cày bừa, làm đất hay chặt phá rừng, chăn nuôi gia súc trong thời gian dài…

Về mặt tích cực, con người có khả năng tác động vào thảm thực vật nhằm hạn chế xói mòn theo hướng có lợi cho con người thông qua các biện pháp canh tác hợp lý và duy trì sản xuất một cách bền vững Ví dụ, các phương pháp canh tác theo đường đồng mức, trồng cây theo băng, luân canh, đa canh, trồng xen, gối vụ, tạo các đai rừng, bón phân hợp lý để cây phát triển và tạo tán che kịp thời Ngoài ra, trong quá trình canh tác, một số biện pháp công trình cũng có những ảnh hưởng tới mức độ xói mòn đất

Về mặt tiêu cực, việc phá rừng của con người đã gián tiếp đẩy mạnh quá trình xói mòn đất Canh tác trên đất dốc không khoa học, du canh du cư cũng là những tác nhân gây gia tăng xói mòn đất

13

1.1.3 Phân loại xói mòn đất

1.1.3.1 Xói mòn do nước

Xói mòn do nước gây ra do tác động của nước chảy tràn trên bề mặt Để xảy

ra xói mòn nước cần có năng lượng của mưa làm tách các hạt đất ra khỏi thể đất sau

đó nhờ dòng chảy vận chuyển chúng đi Khoảng cách di chuyển hạt đất phụ thuộc vào năng lượng của dòng chảy, địa hình của bề mặt đất, Bao gồm có các dạng sau [3]:

- Xói mòn theo lớp: Đất bị mất đi theo lớp không đồng đều nhau trên những

vị trí khác nhau của bề mặt địa hình Đôi khi dạng xói mòn này cũng kèm theo những rãnh xói nhỏ đặc biệt rõ ở những đồi trọc trồng cây hoặc bị bỏ hoang

- Xói mòn theo các khe, rãnh: Bề mặt đất tạo thành những dòng xói theo các khe, rãnh trên sườn dốc nơi mà dòng chảy được tập trung Sự hình thành các khe lớn hay nhỏ tùy thuộc vào mức xói mòn và đường cắt của dòng chảy

- Xói mòn mương xói: Đất bị xói mòn cả ở dạng lớp và khe, rãnh ở mức độ mạnh do khối lượng nước lớn, tập trung theo các khe thoát xuống chân dốc với tốc

độ lớn, làm đất bị đào khoét sâu

1.1.3.2 Xói mòn do gió

Là hiện tượng xói mòn gây ra bởi sức gió Đây là hiện tượng xói mòn có thể xảy ra tại bất kỳ nơi nào khi có nhưng điều kiện thuận lợi sau [3]:

- Đất khô, tơi và bị tách nhỏ đến mức độ gió có thể cuốn đi

- Mặt đất phẳng có ít thực vật che phủ thuận lợi cho việc di chuyển của gió

- Diện tích đất đủ rộng và tốc độ gió đủ mạnh để mang các hạt đất đi

Thông thường đất cát là loại rất dễ bị xói mòn do gió vì sự liên kết giữa các hạt cát là rất nhỏ, đất lại bị khô nhanh Dưới tác dụng của gió thì đất có thể di chuyển thành nhiều dạng phức tạp như: nhảy cóc, trườn trên bề mặt, lơ lửng

14

1.2 Lịch sử nghiên cứu xói mòn đất

1.2.1 Lịch sử nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới

Có thể nói rằng, con người đã quan tâm đến hiện tượng xói mòn từ rất sớm,

từ thời Hy Lạp và La Mã cổ đại đã có những tác giả đề cập đến xói mòn cùng với việc bảo vệ đất Quá trình xói mòn hiện đại được gắn liền với các hoạt động nông nghiệp Nhiều người cho rằng đất đai bị khai thác cạn kiệt có thể là nguyên nhân khiến các nền văn minh quá khứ mất đi Vì vậy, cùng với thoái hóa đất, xói mòn tồn tại như một vấn đề trong suốt quá trình phát triển của toàn nhân loại [8]

Về nguyên nhân xói mòn, hầu hết các nghiên cứu trên thế giới đều thống nhất rằng có hai nguyên nhân cơ bản dẫn tới hiện tượng thoái hóa đất đang diễn ra mạnh mẽ trên qui mô toàn cầu hiện nay là nguyên nhân tự nhiên và con người Nguyên nhân con người, theo nhiều nhà nghiên cứu được thể hiện ở sự quản lý đất kém và dường như đó là một cái giá phải trả cho sự phát triển kinh tế, xã hội Các giải pháp đưa ra, được phân tích là khả thi nhất, là các biện pháp can thiệp vào lớp phủ thực vật nhằm đạt được hiệu quả tốt hơn trong việc chống xói mòn Xói mòn tự nhiên là quá trình diễn ra liên tục trong tự nhiên và chỉ là thứ yếu nếu so với xói mòn do nguyên nhân con người Tuy vậy, việc phân định nguyên nhân xói mòn không phải lúc nào cũng dễ dàng và cũng không cần thiết, nên trong việc lập bản đồ xói mòn đất, nhiều khi người ta không phân biệt hai nguyên nhân này

1.2.1.1 Các xu hướng nghiên cứu xói mòn đất

Quản lý và kiểm soát xói mòn đã trở thành một thách thức kể từ khi ngành nông nghiệp định cư (settled agriculture) ra đời Với cố gắng kiểm soát xói mòn trên những vùng đất dốc đã dẫn đến sự ra đời của kiểu canh tác trên ruộng bậc thang Ruộng bậc thang đã trở thành nét truyền thống trong các cộng đồng cư dân

cổ trên toàn thế giới bao gồm Trung Đông (Phoenicians), Trung và Đông Nam Á, Tây Á (Yêmen), và Trung – Nam Mỹ Người dân Inca đã thiết kế hệ thống ruộng bậc thang với tường đá phức tạp ở Peru (Wiliam L.S, 1987) [37]

Năm 1947 Musgrave và cộng sự đã phát triển một phương trình thực nghiệm được gọi là phương trình Musgrave (Hudson, 1995) Phương trình này đã được triển khai áp dụng trong nhiều năm cho đến khi Wischmeier and Smith (1958) đưa ra công thức tính xói mòn đất, được gọi là phương trình mất đất phổ dụng (USLE) Từ giữa những năm 1980 đến đầu năm 1990 các mô hình xói mòn khác nhau đã được phát triển dựa trên phương trình USLE ở nhiều nơi trên thế giới như: mô hình dự đoán mất đất cho miền nam 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 mức độ bồi lắng lưu vực sông (Beasley và cộng sự, 1980) [40]

Những nghiên cứu hiện đại về xói mòn đất và các kỹ thuật kiểm soát xói mòn được phát triển ở khắp nơi trên toàn thế giới (R Lal, 2001) [40] Một số tổ chức nghiên cứu xói mòn và bảo tồn đất điển hình là:

Hệ thống nhóm tư vấn về nghiên cứu nông nghiệp quốc tế (Consultative Group on International Agricultural Research (CGIAR)): một số các kết quả nghiên cứu về xói mòn đất đã được tiến hành tại vài trung tâm nghiên cứu nông nghiệp quốc tế được quản lý bởi hệ thống này Liên quan đến hệ thống này có bốn trung tâm quản lý tài nguyên thiên nhiên bao gồm: Viện nông nghiệp nhiệt đới quốc tế tại Nigeria thành lập năm 1967; Trung tâm nông nghiệp nhiệt đới quốc tế tại Columbia cũng thành lập năm 1967; Viện nghiên cứu cây trồng nhiệt đới bán khô hạn quốc tế tại Ấn Độ và Ban nghiên cứu và quản lý đất quốc tế tại Thailand thành lập năm

1984 (R Lal, 1976-1981) Các nghiên cứu quản lý lưu vực tương tự đã được tiến

là Tổ chức bảo tồn đất và nước thế giới

Nghiên cứu đất Liên hiệp quốc và các tổ chức liên quan: các tổ chức khác nghiên cứu về xói mòn đất trên phạm vi quốc tế bao gồm Tổ chức lương thực và Nông nghiệp Liên hiệp quốc (FAO) tại Italia, Chương trình môi trường Liên Hiệp quốc (UNEP) tại Kenya FAO đã cố gắng phát triển phương pháp nhằm đánh giá sự bạc màu của đất gây ra bới xói mòn và các tác nhân khác và tổ chức một mạng lưới

để đánh giá tác động của xói mòn lên sản lượng cây trồng Các nghiên cứu toàn cầu

về xa mạc hóa và phương thức kiểm soát chúng cũng được tổ chức bởi UNEP Cùng với Tổ chức bảo tồn đất quốc tế và Tổ chức bảo tồn đất và nước thế giới còn

có một số tổ chức chuyên môn quốc tế mà thành viên của họ có liên quan đến nghiên cứu xói mòn đất Hai tổ chức quan trọng như thế là Hội các khoa học thủy văn quốc tế và Tổ chức nghiên cứu đất trồng trọt quốc tế Hiệp hội các khoa học đất quốc tế được lập ra để giải quyết các nhiệm vụ liên quan đến xói mòn và bảo tồn đất

Các tổ chức nghiên cứu quốc gia: xói mòn và kiểm soát xói mòn là các vấn

đề ưu tiên hàng đầu với hầu hết các tổ chức nghiên cứu quốc gia trong các lĩnh vực tài nguyên đất, nông học, thủy văn và kỹ thuật nông nghiệp Mỗi quốc gia đều có các tổ chức được lập ra hoặc có chức năng nghiên cứu xói mòn và các biện pháp hạn chế xói mòn đất trong phạm vi lãnh thổ cũng như qui mô quốc tế

17

Gần đây, xói mòn đất được nghiên cứu mở rộng hơn dưới nhiều loại hình và tính chất khác nhau Xu hướng phổ biến hiện nay trong nghiên cứu xói mòn trên thế giới, thể hiện qua hội thảo lần thứ 12 được tổ chức tại Bắc Kinh năm 2002 là nghiên cứu xói mòn theo hướng mô hình hóa 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 lên môi trường nhằm có các biện pháp chống xói mòn khả thi [8]

Nghiên cứu xói mòn đất đã đi được một chặng đường dài và đạt được nhiều kết quả Trọng tâm của các nghiên cứu trong thế kỷ 20 là đo đạc và dự báo tốc độ xói mòn và các tác động trực tiếp đến sản lượng nông nghiệp Một số ảnh hưởng của xói mòn tới chất lượng nước, ô nhiễm, tai biến thiên nhiên, v.v… cũng đã được

đề cập đến Xói mòn đất sẽ tiếp tục là thách thức với việc quản lý bền vững tài nguyên đất và nước trong thế kỷ XXI Vẫn cần phải nghiên cứu các mối quan hệ giữa các tác nhân gây ra xói mòn cả về lý thuyết và thực tế Sử dụng các công cụ viễn thám và GIS cùng với các mô hình hóa trong nghiên cứu xói mòn đất nhằm tăng độ chính xác trong đánh giá cũng là một trong các vấn đề đang được quan tâm hàng đầu hiện nay

1.2.1.2 Các phương pháp đánh giá xói mòn đất [8]

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

Phương pháp này đã được áp dụng ở nhiều nước để phân chia khái quát ra các vùng lớn có mức độ nguy hiểm xói mòn tiềm năng khác nhau trên toàn lãnh thổ một quốc gia Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là thiên về định tính, mang đặc trưng của phương pháp chuyên gia, có khó khăn trong việc giải quyết chính xác ranh giới giữa các vùng và ở phạm vi hẹp Phương pháp này đã được các tác giả Liên Xô (cũ) và Trung Quốc áp dụng Các bản đồ phân vùng theo độ nguy hiểm tiềm năng xuất hiện xói mòn được xây dựng trên cơ sở tổng hợp các bản đồ phân cấp các điều kiện tự nhiên tham gia quá trình xói mòn: địa hình, khí hậu, lớp phủ thực vật Trong các yếu tố đó, các tác giả chú ý nhiều nhất đến các yếu tố địa hình

và khí hậu

18

b Phương pháp mô hình hóa

Sử dụng mô hình để diễn tả quá trình xói mòn Các mô hình này có thể là thực nghiệm hoặc lý thuyết Ưu điểm của phương pháp này so với các phương pháp khác là đã phần nào lượng hóa được vai trò của từng yếu tố ảnh hưởng tới quá trình xói mòn, có nghĩa là làm rõ hơn vai trò của chúng trong toàn bộ hệ thống Phương pháp này cũng cho phép ứng dụng các công nghệ thông tin vào nghiên cứu tính toán Hạn chế của phương pháp này là do quá trình xói mòn diễn ra rất đa dạng, thay đổi theo điều kiện cụ thể của từng địa phương nên mô hình có thể dùng tốt cho địa phương này nhưng không đúng với địa phương khác Vì vậy, khi vận dụng các

mô hình cần phải chú ý tới các điều kiện đặc thù tại địa phương, hay đúng hơn, là

sử dụng các thông số của mô hình đã được kiểm chứng cho địa phương [8]

1.2.1.3 Các mô hình đánh giá xói mòn

Việc mô hình hóa quá trình xói mòn đất bắt đầu vào thập niên 80 thế kỷ 20, góp phần tính toán và dự báo xói mòn Theo Phạm Hùng [10], có thể chia các mô hình ra làm hai loại chính là mô hình kinh nghiệm và mô hình nhận thức Các mô hình được xây dựng trên cơ sở lý thuyết hệ thống với giả thiết là lượng vào và ra của hệ thống là đã xác định

a Mô hình kinh nghiệm

Mô hình kinh nghiệm là các mô hình được xây dựng dựa vào tổng kết từ các quan sát thực tế Nói theo nghĩa hẹp hơn, hầu hết các mô hình này đều dựa vào phương trình mất đất tổng quát của Wischmeier W.H-Smith hoặc các tư duy tương

tự

Mục đích của các mô hình này là để tính toán lượng đất tổn thất trung bình hàng năm cũng như dự báo xói mòn đất bình quân trên đất dốc Ngoài ra, việc sử dụng các mô hình cũng cho phép dự báo những thay đổi về xói mòn đất do biến đổi trong hệ thống canh tác và đề xuất, ước đoán hiệu quả của các biện pháp phòng chống xói mòn

19

Mô hình kinh nghiệm có những hạn chế sau:

- Phạm vi ứng dụng mang tính địa phương, có độ chính xác hạn chế khi áp dụng ở những khu vực khác nhau

- Chưa đề cập đến quá trình bồi lắng và chuyển tải hạt đất

- Không có khả năng tính toán cho từng trận mưa hay các bước thời gian ngắn hơn

- Đối với các lưu vực lớn, độ chính xác chưa cao do tính phức tạp của khu vực nghiên cứu Nhược điểm này có thể được khắc phục bằng cách chia khu vực nghiên cứu thành các khu vực nhỏ hơn

* Mô hình tính xói mòn theo Wischmeier W.H-Smith

Theo Wischmeier W.H-Smith, có 5 yếu tố tự nhiên ảnh hưởng tới quá trình xói mòn đất, đó là: chế độ mưa, độ dốc, chiều dài sườn dốc, thảm thực vật (hay còn gọi là yếu tố thực bì) và các biện pháp hạn chế xói mòn Độ dốc quyết định thế năng của hạt đất và dòng chảy phát sinh trên bề mặt, do vậy đây là yếu tố quyết định đến

kiện được quy về ô tiêu chuẩn có chiều dài 22,13m và độ dốc 9%

Như vậy, có thể nói rằng xói mòn bị ảnh hưởng bởi 5 yếu tố chính là độ dốc, chiều dài sườn dốc, loại đất, thảm thực bì và các biện pháp tác động của con người

tới đất

Phương trình tính toán xói mòn:

Để tính toán lượng đất bị xói mòn, chúng tôi dựa trên cơ sở của phương pháp Wischmeier - Smith và có tham khảo các hệ số thực nghiệm của các công trình nghiên cứu ở Việt nam

là lý thuyết cơ học chất rắn, chất lỏng và phân tích mô hình kinh nghiệm

* Mô hình nhận thức đơn giản

Bản chất của các mô hình nhận thức đơn giản là quá trình xói mòn được chia làm hai bước, bước đất bị bóc tách và bước đất được chuyển tải tới cửa ra Lượng đất bị bóc tách thường được tính theo phương trình mất đất tổng quát, quá trình chuyển tải được tính toán qua các hàm diễn toán thành phần chuyển tải Các mô hình thuộc loại nàu có thể kể ra là Mô hình diễn toán bùn cát theo Muskingum, Sign

và Quiroga, 1986; Kết hợp mô hình mô phỏng mưa, dòng chảy và bùn cát, Franchini và Schipa, 1993 [10]

- Không bắt buộc phụ thuộc vào hình dạng xác định

Nhược điểm: phương pháp này được thực hiện mà không hoàn toàn dựa vào quá trình vật lý của hiện tượng xói mòn mà mới chỉ đề cập đến lượng đất tổn thất hàng năm

* Mô hình nhận thức phức tạp:

Các mô hình loại này được xây dựng dựa vào bản chất vật lý của hiện tượng xói mòn lưu vực Quá trình xói mòn lưu vực được mô tả qua ba quá trình chính: quá trình bóc tách các hạt đất do năng lượng của hạt mưa; quá trình chuyển tải hạt đất

do dòng chảy mặt gây nên và quá trình bồi lắng do khả năng chuyển tải hạt đất của

bề mặt lưu vực nhỏ hơn nồng độ tập trung các hạt Mỗi quá trình đều tuân thủ những định luật vật lý và có thể mô phỏng được Toàn bộ ba quá trình trên là liên tục và tạo nên động lực của quá trình xói mòn trên bề mặt lưu vực Có thể kể ra các

mô hình phổ biến như sau: Dự báo xói mòn do nước (WEPP), Lane và Nearing, 1989; Mô hình xói mòn châu Âu, Morgan, 1992; Chương trình dự báo xói mòn theo quá trình, Schramm, 1994 [10]

Ưu điểm quan trọng nhất của các mô hình nhận thức phức tạp là nó đã khắc phục nhiều nhược điểm của mô hình nhận thức đơn giản Các mô phỏng sát với quá trình xói mòn trên bề mặt lưu vực, cho phép xem xét phản ứng của hệ thống thủy văn khi muốn thay đổi một bộ phận hay toàn bộ cấu trúc của hệ thống

Nhược điểm dễ nhận thấy của mô hình này là đòi hỏi lượng thông tin đầu vào tương đối lớn và chính xác

22

1.2.2 Lịch sử nghiên cứu xói mòn đất tại Việt Nam

Lịch sử nghiên cứu xói mòn đất ở Việt Nam có thể điểm qua các giai đoạn sau: trước năm 1960, từ 1960 đến 1975 và sau năm 1975

1.2.2.1 Giai đoạn trước năm 1960

Việt Nam là một nước nhiệt đới gió mùa, khí hậu và địa hình phân hóa phức tạp do đó hiện tượng xói mòn diễn ra rộng khắp và đa dạng, công tác nghiên cứu xói mòn đất cũng vì thế đã được quan tâm từ rất sớm Tuy nhiên, các nghiên cứu xói mòn đất và các biện pháp chống xói mòn trong giai đoạn trước những năm 1960 hầu như chưa đem lại kết quả gì đáng kể và chỉ dựa chủ yếu vào kinh nghiệm thực tiễn

Cùng với nền văn minh lúa nước, bằng phương pháp truyền thống cha ông ta

đã xây dựng khá nhiều ruộng bậc thang trồng lúa nước ở những nơi có điều kiện thuận tiện về cung cấp nước tự chảy từ các khu rừng già, đồng thời với xây kè, cống, đập, đào mương dẫn nước Nhiều ruộng bậc thang ở miền núi và vùng cao đến nay vẫn canh tác và cho năng suất ổn định

Thời kỳ bỏ hoá, khôi phục độ phì nhiêu của đất trong tập quan du canh cũng

là giải pháp truyền thống về chống xói mòn đất, bảo vệ đất trong điều kiện đất rộng người thưa

Do nước ta có địa hình chủ yếu là đồi núi, xói mòn đất diễn ra thường xuyên nên hiện tượng xói mòn cũng đã được nghiên cứu từ rất sớm Thái Công Tụng và Moorman (1958) đã có những nghiên cứu về cơ bản xói mòn đất Sau quá trình nghiên cứu họ đưa kết luận phương pháp canh tác ruộng bậc thang của người làm nông giúp giảm hiện tượng xói mòn

23

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 Chu Đình Hoàng (1962, 1963) nghiên cứu sự ảnh hưởng của giọt mưa đến xói mòn đất và chống xói mòn bằng biện pháp canh tác [19] Nguyễn Xuân Quát, Bùi Ngạnh (1964) xây dựng các thí nghiệm chống xói mòn ở Cầu Hai, Phú Thọ Tôn Gia Huyên (1962), Tôn Gia Huyên, Bùi Quang Toản (1965) tiến hành các thí nghiệm chống xói mòn trên nương lúa ở Hát Lót, Tây Bắc Thái Phiên (1965) đặt thí nghiệm và xây dựng mô hình chống xói mòn tại đồi Ấp Bắc, Nông trường quốc doanh Sao Vàng, Thanh Hóa Các công trình nghiên cứu của các tác giả này đã giải quyết được nhiều vấn đề trong xói mòn và chống xói mòn nhưng tính định lượng chưa cao

Đào Khương, Vũ Hữu Giao (1970) xây dựng các bãi đo dòng chảy và xói mòn kết hợp với cơ cấu cây trồng tại Nông trường Sông Cầu, Bắc Thái

Từ 1962 - 1975, công tác nghiên cứu đã phát triển cả về bề rộng và bề sâu, thể hiện trong các chương trình của các tác giả Tạ Quang Bửu (1963), Chu Đình Hoàng (1962,1963) về tác dụng xói mòn đất của giọt mưa và chống xói mòn bằng biện pháp canh tác, Hà Học Ngô (1971) về ảnh hưởng của biện pháp cắt dòng chảy

và cây trồng phủ đất đến khả năng giữ ẩm chống xói mòn ddất trên các đồi chè

1.2.2.3 Sau năm 1975

Từ 1976 đến nay đã áp dụng nhiều phương pháp nghiên cứu xói mòn hiện đại hơn Nhiều tập thể tác giả đã tiến hành nghiên cứu quy mô hơn, tiến hành xây dựng các bãi và các bể hứng nước và đất trôi sau các trận mưa để định lượng lượng đất và nước đã bị nước mưa cuốn đi dưới các thảm cây trồng khác nhau như: Trạm nghiên cứu xói mòn An Châu, Hữu Lũng (Cao Lạng), Trạm của trường Đại học Nông nghiệp 3 kết hợp với Viện Nông hoá Thổ nhưỡng (1980 - 1985), Trạm nghiên cứu đất đồi Quỳnh Châu, Nghệ An kết hợp với Viện Nông hoá Thổ nhưỡng (1975 - 1985), Trạm nghiên cứu xói mòn đất Tây Nguyên và Trạm Khải Xuyên, Vĩnh Phú Những trạm nghiên cứu trên đã tiến hành quan trắc một loạt các yếu tố tự nhiên và tác động của con người qua các biện pháp kỹ thuật trồng trọt trên nhiều loại đất và

cơ cấu cây trồng, bước đầu thu được nhiều kết quả khả quan

24

Nhiều công trình đã bắt đầu xử lý tương quan gữa các yếu tố và áp dụng mô hình toán học trong xử lý số liệu và nghiên cứu xói mòn đất Đáng lưu ý là các công trình của Lê Quang Đán (1976) về rừng, lũ lụt, xói mòn, Chu Đình Hoàng (1976, 1977) về lớp phủ thực vật hạn chế xói mòn và một số ý kiến nhằm hạn chế xói mòn

ở nước ta trong việc khai hoang và xây dựng các vùng kinh tế mới ở trung du và miền núi, Vũ Ngọc Tuyên (1978) về biện pháp xây dựng đồi nương và biện pháp canh tác trên đất dốc, Đinh Viết Chung (1978) về những yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến xói mòn đất, Lê Thạc Cán, Nguyên Quang Mỹ (1982) quan sát về xói mòn đất

ở Việt Nam, Đỗ Hưng Thành (1981) về quan hệ giữa lượng đất xói mòn do mưa với một số đặc tính lý hoá cuả đất Tây Bắc, Nguyễn Quang Mỹ, Quách Cao Yêm và Hoàng Xuân Cơ (1985) về những kết quả ban đầu nghiên cứu xói mòn đất Tây Nguyên

Từ những năm 80 trở đi thì các công trình nghiên cứu bắt đầu áp dụng phương trình mất đất đất phổ dụng của Wischmeier and Smith (1978) như: Phạm Ngọc Dũng (1991) [28] đã tiến hành nghiên cứu về ứng dụng phương trình mất đất phổ quát vào dự báo tiềm năng xói mòn đất và đưa ra các biện pháp chống xói mòn cho các tỉnh Tây nguyên, Nguyễn Tử Siêm và Thái Phiên (1996) với công trình nghiên cứu về đất đồi núi Việt Nam [35] Về mặt lý luận các tác giả đã đánh giá được năng lực phòng hộ của một số dạng cấu trúc thảm thực vật rừng về mặt chống xói mòn và tiến hành các nghiên cứu với quy mô và áp dụng các biện pháp chống xói mòn hiện đại hơn

Nghiên cứu của Vi Văn Vị (1983) đã xây dựng lý thuyết về thành lập chỉ tiêu tiềm lực xói mòn thuộc vùng mưa rào dòng chảy, đã xét tương quan giữa các yếu tố ảnh hưởng tới xói mòn; chỉ ra một yếu tố chính ảnh hưởng tới xói mòn để đặc trưng cho khả năng xói mòn Dựa trên nhận định của mình và số liệu thực tế, tác giả 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 Theo tác giả, mức độ chính xác của một

số công thức khá cao, có thể áp dụng trong thực tiễn Việt Nam

25

Nguyễn Quang Mỹ, Hoàng Xuân Cơ (1983) đã tính mối tương quan giữa chỉ

số mưa và xói mòn ở Tây Nguyên qua áp dụng công thức của các tác giả nước ngoài thấy: giữa chỉ số mưa và lượng đất bị 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

Vì vậy, có thể dùng các phương trình hồi quy thích hợp để tính cường độ xói mòn qua các chỉ số mưa trung bình và có thể áp dụng trong những khu vực lân cận

có cùng điều kiện như ở trạm nghiên cứu Đặc trưng của mưa có mối tương quan chặt chẽ với xói mòn là cường độ mưa cực đại trung bình Từ đó dùng phương trình hồi quy thích hợp có thể tính cường độ xói mòn qua các cường độ mưa

Công trình phân vùng xói mòn đất trung du Bắc bộ của Đào Đình Bắc (1984) trong "Phân vùng xói mòn đất miền trung du" đã thử nghiệm xây dựng sơ đồ phân vùng xói mòn đất vùng trung du Bắc bộ trên cơ sở các số liệu, các nhân tố gây xói mòn và ảnh hưởng giữa chúng

Thái Phiên, Nguyễn Tử Siêm (1986) đã tổng kết kết quả nghiên cứu của chương trình Nhà nước 02 - 15 giai đoạn 1980 - 1985 về "Áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật trong công tác khai hoang và chống xói mòn đất mới khai hoang" trong

5 năm về các biện pháp sử dụng, bảo vệ, cải tạo đất đỏ vàng khai hoang phục hoá trên các địa bàn đất dốc chính trên toàn quốc Nhiều mô hình bảo vệ đất, chống xói mòn trên các loại đất chính và cơ cấu cây trồng chính đã được thực hiện và trở thành tiến bộ kỹ thuật áp dụng trong sản xuất

Các nghiên cứu và thí nghiệm dài hạn về chống xói mòn, bảo vệ đất trong chương trình đất dốc châu Á "Sử dụng, quản lý đất đốc để phát triển nông nghiệp bền vững" đã được tiến hành ở Việt Nam từ 1990 tới nay Một số kết quả nghiên cứu đã được đăng tải trên các tạp chí khoa học như: nguy cơ thoái hoá và những ưu tiên nghiên cứu đất đồi ở nước ta (1993), quản lý đất dốc để phát triển lâu bền cho sản xuất nông nghiệp (1992 - 1995), tác dụng của nông lâm kết hợp tới xói mòn đất (1995), tác động kỹ thuật sinh học tới bảo vệ đất dốc (1965)

26

Đặc biệt là trong những năm gần đây, phương pháp viễn thám và GIS đã được áp dụng trong nghiên cứu xói mòn đất Đặc biệt là trong đo vẽ bản đồ, đánh giá định lượng các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất Tiêu biểu cho giai đoạn này là các công trình của Nguyễn Quang Mỹ, Nguyễn Xuân Đạo, Phạm Văn

Cự, Nguyễn Ngọc Thạch, Nguyễn Tứ Dần, Lại Vĩnh Cẩm Các công trình ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu xói mòn đất có độ tin cậy cao, thời gian thực hiện ngắn và đem lại chi phí thấp

Hơn 30 năm qua các công trình nghiên cứu xói mòn đất trong cả nước là đất

đa dạng và phong phú Các phương pháp nghiên cứu xói mòn đất ở nước ta có thể tóm tắt như sau:

- Phân vùng xói mòn trên cơ sở tổng hợp các bản đồ phân cấp của từng yếu

- Phương pháp ứng dụng kỹ thuật hiện đại: tin học và viễn thám để nghiên cứu xói mòn đất

27

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

2.1 Đối tượng nghiên cứu

* Phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu thực hiện tại huyện Quản Bạ, tỉnh Hà Giang

* Đối tượng nghiên cứu:

Đất và các yếu tố ảnh hưởng xói mòn đất tại huyện Quản Bạ, tỉnh Hà Giang

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Thu thập và tổng hợp các tài liệu có liên quan đến xói mòn đất tại vùng nghiên cứu;

- Khảo sát thực địa tại huyện Quản Bạ, tỉnh Hà Giang;

- Đánh giá tổng quan về xói mòn đất

- Xác định và tính các hệ số xói mòn đất;

- Lập các bản đồ thành phần và bản đồ nguy cơ xói mòn đất;

- Đề xuất mô hình sản xuất nông nghiệp hợp lý cho vùng nghiên cứu

2.3 Phương pháp nghiên cứu

Nguyên tắc tính toán lượng xói mòn đất được tính theo phương trình mất đất phổ dụng (USLE) do Wischmeier và Smith xây dựng năm 1978 [37]:

A = R x K x (L x S) x (C x P)

Trong đã:

A: Lượng đất mất hàng năm (tấn/ha)

R: Hệ số xói mòn do mưa

K: Hệ số mẫn cảm của đất đối với xói mòn

L: Hệ số xói mòn của chiều dài sườn dốc

S: Hệ số xói mòn của độ dốc

C: Hệ số bảo vệ đất của thảm thực vật, cây trồng và hệ thống canh tác P: Hệ số bảo vệ đất của các công trình chống xói mòn

28

Để tính toán được các giá trị trên và lập được bản đồ nguy cơ xói mòn đất cho khu vực nghiên cứu, tập thể tác giả đã thực hiện 3 phương pháp sau:

- Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu

- Phương pháp khảo sát thực địa

- Phương pháp xây dựng bản đồ nguy cơ xói mòn đất

2.3.1 Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu

Trong đề tài các dữ liệu, tài liệu được tiến hành thu thập và kế thừa từ nhiều nguồn khác nhau, gồm các lĩnh vực sau:

- Điều kiện tự nhiên (khí hậu, thổ nhưỡng, địa hình, thủy văn), kinh tế, xã hội (giao thông, dân cư, hiện trạng sử dụng đất) của khu vực

- Tình hình sử dụng tài nguyên đất, nước

- Đặc điểm hệ thống nông nghiệp vùng đất dốc, hiệu quả kinh tế của chúng

- Phát triển tài nguyên nước của huyện

- Các dự án phát triển kinh tế xã hội của huyện

Cần phần mềm xử lý dữ liệu gồm: Arcgis 10.2, Mapinfo 11, ENVI 4.5, Microsoft Excel

2.3.2 Phương pháp khảo sát thực địa

Phương pháp này nhằm thu thập bổ sung các tài liệu, số liệu liên quan, gồm các tài liệu, số liệu, bản đồ đang được lưu giữ tại địa phương

Tác giả đã liên hệ và làm việc với Phòng Tài nguyên và Môi trường cả huyện Quản Bạ, Sở Tài nguyên và Môi trường của tỉnh Hà Giang Ngoài ra, tác giả cũng tiến hành khảo sát thực địa, quan sát, kiểm tra một số khu vực có địa hình đặc biệt như núi đá, địa hình có độ dốc cao, một số khu rừng trên vùng nghiên cứu Qua đó,

đã thu thập bổ sung và chỉnh lý được một số tài liệu sau:

- Thu thập bổ sung số liệu về lượng mưa trung bình năm tại các điểm và các trạm đo mưa trong vùng nghiên cứu và các khu vực lân cận để làm cơ sở xây dựng bản đồ hệ số xói mòn do mưa (R)

29

- Thu thập bổ sung các tài liệu, bản đồ đất của tỉnh để làm cơ sở thành lập bản đồ hệ số mẫn cảm của đất đối với xói mòn (K) Bản đồ này do Viện Quy hoạch

và Thiết kế Nông nghiệp xây dựng

- Thu thập bổ sung các sô liệu, kiểm tra, chỉnh lý các số liệu về độ dốc và núi

đá tại vùng nghiên cứu để làm cơ sở cho thành lập bản đồ hệ số xói mòn của độ dốc

và chiều dài sườn dốc (L, S)

Hình 2 1 Khu vực gò đất cao thuộc huyện Quản Bạ

- Trên cơ sở bản đồ hiện trạng rừng và bản đồ hiện trạng sử dụng đất đã được ghép nối và xây dựng trong phòng cùng với công tác khảo sát ngoài thực địa đã được thực hiện, tác giả đã chỉnh lý, bổ sung các khu vực bị trùng lên nhau hoặc bị

bỏ trống Ngoài ra tác giả cũng đã chỉnh lý, bổ sung các nội dung còn thiếu (chủ yếu

là các công trình chống xói mòn) Từ đó, làm cơ sở xây dựng bản đồ hệ số bảo vệ đất của thảm thực vật, hệ thống canh tác và các công trình chống xói mòn (C, P)

30

Hình 2 2 Hoạt động sản xuất nông nghiệp tại huyện Quản Bạ

dưới dạng ruộng bậc thang

2.3.3 Phương pháp xây dựng bản đồ nguy cơ xói mòn đất

Để thành lập bản đồ nguy cơ xói mòn đất cho khu vực nghiên cứu theo mô hình USLE và GIS thì ta cần xây dựng các bản đồ hệ số R, bản đồ hệ số K, bản đồ

hệ số LS và bản đồ hệ số CP

2.3.3.1 Tính toán hệ số xói mòn do mưa (R)

R là hệ số xói mòn của mưa và dòng chảy (rainfall and runoff erosivity) Nó đặc trưng cho sự tác động của mưa đến quá trình xói mòn đất, đây là thước đo sức mạnh xói mòn của mưa và sức chảy tràn trên bề mặt R không chỉ là lượng mưa mà yếu tố này thể hiện qua tổng lượng mưa và cường độ mưa

31

Đối với các bài toán mô hình hóa xói mòn, việc tính toán hệ số xói mòn do mưa thường dựa vào lượng mưa và số ngày mưa trung bình trong nhiều năm liên tiếp Tính toán hệ số xói mòn do mưa dựa vào cường độ mưa thường chỉ áp dụng với các nghiên cứu chi tiết bởi việc thu thập số liệu khí tượng thủy văn rất phức tạp Các số liệu khí tượng thủy văn liên quan đến nghiên cứu xói mòn do nước được cung cấp bởi mạng lưới đài trạm chỉ bao gồm lượng mưa theo ngày Do đó, người

ta tiến hành tổng hợp được lượng mưa trung bình tháng, năm và số ngày mưa trong năm dựa trên số liệu của nhiều năm

Ngoài ra, việc xác lập công thức để tính toán cho hệ số R còn phụ thuộc vào từng khu vực nhất định do mỗi vùng đều có sự khác nhau về lượng mưa, sự phân

bố, tính chất mưa… Cường độ mưa càng lớn và thời gian mưa càng lâu, tiềm năng xói mòn càng cao Khi tính toán hệ số R cho các khu vực khác nhau thì ta có thể áp dụng các công tính R của các khu vực đã nghiên cứu, nhưng ta phải chọn công thức tính hệ số R phù hợp với khu vực đó nhất Ở vùng nghiên cứu, huyện Quản Bạ, tỉnh

Hà Giang, tác giả sử dụng công thức:

R = a + b x P

Trong đó:

R : Hệ số xói mòn do mưa

a, b: Hệ số

P : Lượng mưa trung bình năm

Hệ số a, b được xác định theo tính toán thực nghiệm của A G Toxopeus Với a = 38,5 và b = 0,35

Nhân Q với diện tích ô

Lƣợng mƣa grid

Khả năng thoát tối đa

Tính toán Ia

Hình 2 3 Quy trình tính toán hệ số R [8]