Sự hình thành đất và xói mòn đất

1 Chương 1: Sự hình thành đất 1.1 Khái niệm đất Đất xem sản phẩm hoạt động khí hậu (cl) đá mẹ (p) làm thay đổi ảnh hưởng thực vật thể sống khác (o), địa hình (r) phụ thuộc vào thời gian (t) Jenny biểu diễn mối quan hệ sau: Đất (s) = f(p, Cl, t, r, o), bao gồm biến số người ta gọi yếu tố hình thành đất Người ta khẳng định thực tế đất hệ thống hở cuối trình hoạt động: - Hoạt động thêm vào đất:      Nước, mưa, tuyết, sương O2, CO2 từ khí N, Cl, S từ khí theo mưa Vật chất trầm tích Năng lượng từ mặt trời      Bay nước Bay N trình phản ứng nitrat hoá C CO2 oxy hoá chất hữu Mất vật chất xói mòn Bức xạ lượng - Mất khỏi đất: - Chuyển dịch vị trí đất:     Chất hữu cơ, sét, sét quioxit Tuần hoàn sinh học nguyên tố dinh dưỡng Di chuyển muối tan Di chuyển động vật đất - Hoạt động chuyển hóa đất:     Mùn hoá, phong hoá khoáng Tạo cấu trúc kết von, kết tủa Chuyển hoá khoáng Tạo sét Sự tạo thành từ đá xảy tác dụng hai trình diễn bề mặt trái đất:sự phong hoá đá tạo thành đất Các trình tạo thành đất tổng hợp thay đổi hoá học, lý học, sinh học làm cho nguyên tố dinh dưỡng khoáng, đá chuyển thành dạng dễ tiêu 1.2 Quá trình phong hóa đá 1.2.1 Khái niệm Dưới tác động nhân tố bên ( nhiệt độ, nước, hoạt động vi sinh vật… ) mà trạng tháivật lý hoá học đá khoáng bề mặt đất bị biến đổi Quá trình gọi trình phong hoá Kết trình phong hoá đá khoáng chất bị phá vỡthành mảnh vụn, hoà tan, di chuyển làm cho trạng thái tồn thành phần hoá học hoàn toàn bị thay đổi Kết tạo vật thể vun xốp - sản phẩm phong hoá sau trình phong hoá gọi mẫu chất – vật liệu để tạo thành đất Mẫu chất đất có mối liên quan mật thiết, đặc tính thành phần hoá học mẫu chất phản ánh đặc tính thành phần đất Dựa vào đặc trưng nhân tố tác động, phong hoá chia thành loại: Phong hoá lý hoc, phong hoá hoá học phong hoá sinh vật học Các trình xảy đồng thời liên quan khăng khít 1.2.2 Các trình phong hóa a) Phong hoá lý học Quá trình làm vỡ vụn đá có tính chất lý học (cơ học) đơn Nguyên nhân: - Sự thay đổi nhiệt độ - Sự thay đổi áp suất (mao quản) - Sự đóng băng nước kẽ nứt - Sự kết tinh muối b) Phong hóa hóa học Quá trình phá hủy đá khoáng chất tác động hóa học nước dung dịch nước Phong hóa hóa học làm cho thành phần khoáng học thành phần hóa học đá thay đổi Kết quả: - Làm đá vụn xốp - Xuất khoáng thứ sinh ( khoáng ) - Quá trình hòa tan Các loại muối clorua sunfat cation kim loại kiềm kiềm thổ khoáng dễ hòa tan - Quá trình hydrat hóa ( trình ngậm nước) Nước phân tử có cực, nên khoáng chất có cation anion có hóa trị tự hút phân tử nước trở thành ngậm nước 2Fe2O3 + 3H2O  2Fe2O3 3H2O CaSO4 + 2H2O  CaSO4 2H2O Na2SO4 + 10H2O  Na2SO4 3H2O Hydat hóa làm độ cứng khoáng giảm, thể tích tăng làm đá bị vỡ vụn hòa tan Như phong hóa hóa học không phá vỡ đá mặt hóa học, mà thúc đẩy trình phong hóa lý học Quá trình oxy hóa Trong khoáng chất cấu tạo đá, chứa nhiều ion hóa trị thấp (Fe 2+ , Mn2+ ), ion bị oxy hóa thành hóa trị cao làm cho khoáng bị phá hủy thay đổi thành phần 2FeS2 + 2H2O + 7O2  2FeSO4 + 2H2SO4 4FeSO4 + 2H2SO4 + O2  2Fe2(SO4)3 + H2O Quá trình thủy phân Nước bi phân ly thành H+ + OH– Trong vỏ đất chứa nhiều khoáng silicat – muối axit yếu (axit silic: H2SiO3, axit amulosilic: H2[Al2Si6O16]) Trong các khoáng chứa ion kim loại kiềm kiềm thổ, trình thủy phân, ion H + nước điện ly thay cation K[AlSi3O8] + H+ + OH–  HalSi3O8 + KOH Quá trình phong hóa hóa học làm đá vỡ vụn thay đổi thành phần khoáng đá c) Phong hóa sinh học Là trình biến đổi học, hóa học loại khoáng chất đá tác dụng sinh vật sản phẩm chúng Sinh vật hút nguyên tố dinh dưỡng trình phong hóa giải phóng để tồn Sinh vật tiết axit hữu ( axit axetic, malic, oxalit,…) CO dạng H2CO3 Các axit phá vỡ phân giải đá khoáng chất Những vi sinh vật hoạt động phân giải cũng giải phóng axit vô ( axit nitric, sunfuric…) làm tăng trình phá hủy đá Tảo địa y có khả phá hủy đá thông qua tiết hệ rễ len lỏi vào khe đá Tác dụng phong hóa học hệ rễ len lỏi gây áp suất đá 1.3 Quá trình hình thành đất 1.3.1 Khái niệm Quá trình hình thành đất phức tạp, bao gồm nhiều hoạt động: sinh học, hóa học,lý học, lý – hóa học tác động tương hỗ lẫn nhau: - Sự tổng hợp chất hữu phân giải chúng - Sự tập trung tích lũy chất hữu cơ, vô rửa trôi chúng - Sự phân hủy khoáng chất tổng hợp hợp chất hóa hoc - Sự xâm nhập nước vào đất nước từ đất - Sự hấp thu lượng mặt trời đất làm đất nóng lên lượng từ đất, làm cho đất lạnh Từ xuất sống trái đất trình phong hóa xảy đồng thời với trình hình thành đất Thực chất trình hình thành đất vòng tiểu tuần hoàn sinh học, thưc hoạt động sống sinh học (động vật, thực vật vi sinh vật) Trong vòng tuần hoàn sinh vật hấp thu lượng, chất dinh dưỡng khí từ khí để tổng hợp nên chất hữu ( quang hợp ) Các chất hữu vô hóa nhờ vi sinh vật nguồn thức ăn cho sinh vật hệ sau Thực vật vòng đại tuần hoàn địa chất trình phong hóa đá để tạo thành mẫu chất Còn chất trình hình thành đất vòng tiểu tuần hoàn sinh học, có tiểu tuần hoàn sinh học đất hình thành, nhân tố cho độ phì nhiêu đất tạo 1.3.2 Các yếu tố hình thành đất Đất hình thành biến đổi liên tục sâu sắc tầng mặt đất tác dụng sinh vật yếu tố môi trường Các yếu tố tác động vào trình hình thành đất làm cho đất hình thành gọi yếu tố hình thành đất Docuchaev người nêu yếu tố hình thành đất gọi yếu tố phát sinh học (1) Đá mẹ - Nguồn cung cấp vật chất vô cho đất, trước hết khoáng chất, xương ảnh hưởng tới thành phần giới, khoáng học học đất - Thành phần tính chất đất chịu ảnh hưởng đá mẹ thường biểu rõ rệt giai đoạn đầu trình hình thành đất, sau bị biến đổi sâu sắc trình hóa học sinh học xảy đất (2) Khí hậu Khí hậu tham gia vào trình hình thành đất thể qua: - Nước mưa - Các chất khí quyển: O2, CO2, NO2 - Hơi nước lượng mặt trời - Sinh vật sống trái đất Khí hậu có ảnh hưởng trực tiếp gián tiếp đến trình hình thành đất: - Trực tiếp: nước nhiệt độ + Nước mưa định độ ẩm, mức độ rửa trôi, pH dung dịch đất tham gia tích cực vào phong hóa hóa học + Nhiệt độ làm cho đất nóng hay lạnh, thúc đẩy trình hóa học, hòa tan tích lũy chất hữu - Gián tiếp: Biểu qua giới sinh vật mà sinh vật yếu tố chủ đạo cho trình hình thành đất: biểu qua quy luật phân bố địa lý theo vĩ độ, độ cao khu vực (3) Yếu tố sinh học - Cây xanh có vai trò quan trọng tổng hợp nên chất hữu từ chất vô đất khí – nguồn chất hữu đất - Vi sinh vật phân hủy, tổng hợp cố định nitow (N) - Các động vật có xương không xương xới đảo đất làm cho đất tơi xốp, đất có cấu trúc Xác sinh vật nguồn chất hữu cho đất , nói vai trò sinh vật trình hình thành đất là: tổng hợp, tập trung, tích lũy chất hữu cơ, phân giải biến đổi chất hữu (4) Yếu tố địa hình - Địa hình khác xâm nhập nước, nhiệt chất hòa tan khác Nơi có địa hình cao, dốc, độ ẩm bé nơi có địa hình thấp trũng Địa hình cao thường bị rửa trôi, bào mòn - Hướng dốc ảnh hưởng đến nhiệt độ đất - Địa hình ảnh hưởng tới hoạt động sống giới sinh vật, tới chiều hướng cường độ trình hình thành đất (5) Yếu tố thời gian - Yếu tố coi tuổi đất Đó thời gian diễn trình hình thành đất loại đất định tạo thành tuổi - Đất có tuổi cao, thời gian hình thành đất dài phát triển đất rõ rệt - Ngày hoạt động sản xuất người có tác động mạnh trình hình thành đất Do số tác giả có xu hướng đưa vào yếu tố thứ trình hình thành đất 1.4 Sự phát triển trình hình thành đất - Đất hình thành, không ngừng tiến hóa gắn liền với tiến hóa sinh giới Sự sống xuất trái đất đánh dấu khởi đầu trình tạo thành đất - Sinh vật đơn giản ( vi khuẩn, tảo ) tham gia vào trình tạo thành đất Chúng sống sản phẩm phong hóa vật lý đá, sau làm giàu chất hữu cho sản phẩm phong hóa - Sau vi khuẩn, tảo xuất sinh vật tiến hóa mộc tặc, thạch tùng, dương xỉ, rêu sau thực vật bậc cao, làm cho đất phát triển cường độ chất lượng - Khi thực vật xanh bao phủ khắp mặt đất, hệ thống rễ chúng phát triển đa dạng ăn sâu vào lớp đá phong hóa, lượng chất hữu cơ, mùn, chất dinh dưỡng, đạm tích lũy nhiều, hình thành độ phì ổn định Đánh dấu giai đoạn chất lượng trình hình thành đất - Sự tiến hóa sinh giới từ đơn giản đến phức tạp hoàn thiện qua hàng triệu năm, nên trình phát triển để hình thành đất cũng lâu dài 1.5 Các chức đất Đất có chức năng: (1) Môi trường để loại trồng sinh trưởng phát triển (2) Địa bàn cho trình biến đổi phân hủy phế thải hữu khoáng (3) Nơi cư trú cho động vật đất (4) Địa bàn cho công trình xây dựng (5) Địa bàn để cung cấp nước lọc nước 2.1 Chương 2: KHÁI QUÁT VỀ XÓI MÒN Khái niệm xói mòn đất 2.1.1 Khái niệm Chúng ta có nhiều khái niệm khác xói mòn đất như: Ellison (1944) [23]: “Xói mòn tượng di chuyển đất nước mưa, gió tác động trọng lực lên bề mặt đất Xói mòn đất xem hàm số với biến số loại đất, độ dốc địa hình, mật độ che phủ thảm thực vật, lượng mưa cường độ mưa” FAO (1994) [26]: “Xói mòn tượng phần tử mảnh, cục có lớp bề mặt đất bị bào mòn, trôi sức gió sức nước.” Tóm lại, xói mòn đất trình phá hủy lớp thổ nhưỡng bề mặt tác động yếu tố tự nhiên kinh tế xã hội, làm đất, giảm chất lượng đất ảnh hưởng đến môi trường, kinh tế xã hội Các khái niệm xói mòn đất phụ thuộc vào hướng tiếp cận đối tượng mục tiêu nghiên cứu 2.1.2 Nguyên nhân gây xói mòn đất: - Nguyên nhân sâu xa: + Khai thác mức sử dụng không bền vững tài nguyên sinh học: Nhằm thỏa mãn nhu cầu sống, người không ngừng khai thác nguồn tài nguyên từ thiên nhiên Khi dân số tang lên, nhu cầu sử dụng cũng tang theo họ sử dụng phương pháp khai thác hữu hiệu Việc sử dụng phương pháp khai thác gỗ không bền vững từ trước đến coi mối đe dọa lớn, làm cạn kiệt nguồn tài nguyên gỗ tự nhiên mà làm giảm sút nghiêm trọng chất lượng rừng gây xói mòn đất nghiêm trọng + Việc sử dụng đất không hợp lý trồng ngắn ngày đất dốc, phương thức canh tác chủ yếu quản canh, biện pháp phục hồi, bồi dưỡng, bảo vệ đất… tất yếu dẫn đến thoái hóa đất - Nguyên nhân trực tiếp + Lượng mưa cường độ mưa: Mưa yếu tố ảnh hưởng lớn trực tiếp đến xói mòn đất, lượng mưa phân bố không đồng đều, tập trung vào mùa mưa Chỉ cần lượng mưa 10mm, nơi có độ dốc 10 gây tượng xói mòn đất Lực giọt mưa khiến cho lớp đất phần mặt bị tách thành hạt, hạt đất di chuyển theo dòng chảy dễ dàng hơn, trực tiếp gây xói mòn, giọt mưa lớn sức công phá mạnh Việt Nam nước có lượng mưa cao hàng năm, lượng mưa bình quân hàng năm từ 1800 – 2000 mm, có nơi lượng mưa cao 4000mm/năm (ở Huế) Ở Việt Nam, 85% lượng mưa tập trung vào tháng mùa mưa nhìn chung lượng mưa lớn cường độ mưa mạnh lượng đất bị xói mòn nhiều + Địa hình: Độ dốc định đến hạt đất dòng chảy phát sinh bề mặt Độ dốc lớn xói mòn mạnh Cường độ xói mòn phụ thuộc vào chiều dài dốc: dốc dài khối lượng nước chảy, tốc độ dòng chảy, lực quán tính tăng, xói mòn mạnh Công bố nghiên cứu tài liệu giới rằng, thường sau rừng bị khai phá, năm đầu dòng chảy tăng lên 820mm Vì vùng đất trống đồi núi trọc, đất dốc có nguy lớn thoái hóa nhanh bị dòng chảy rửa trôi Đây trở ngại lớn sử dụng đất dốc - Độ che phủ đất cây: độ che phủ đất có ý nghĩa định tới lượng đất bị xói mòn mặt đất có che phủ mưa không rơi trực tiếp xuống đất phân tán cành, xói mòn xảy với cường độ nhỏ Nguyên nhân chủ yếu gây xói mòn đất vùng nhiệt đối nước ta nước mưa Mưa với cường độ lớn tạo dòng chảy bề mặt đất xói mòn đất xảy mạnh nơi có độ dốc lớp phủ thực vật nghèo 2.2 Sơ lược lịch sử nghiên cứu xói mòn đất 2.2.1 Trên giới Theo Baver (1939) nghiên cứu xói mòn đất nhà khoa học người Đức thực vào năm 1877 (Hudson, 1995) Năm 1907 Mỹ chương trình nghiên cứu xói mòn đất bắt đầu Bộ Nông nghiệp nước tuyên bố sách bảo vệ nguồn tài nguyên đất Các nghiên cứu chi tiết mưa tiến hành Laws (1941) Ellison (1944) phân tích tác động học hạt mưa lên đất đưa tiến trình xói mòn Công thức toán học Zingg (1940) đưa vào để đánh giá ảnh hưởng độ dốc độ dài sườn dốc đến xói mòn Năm 1947 Musgrave cộng phát triển phương trình thực nghiệm gọi phương trình Musgrave (Hudson, 1995) Phương trình triển khai áp dụng nhiều năm Wischmeier and Smith (1958) đưa công thức tính xói mòn đất, gọi phương trình đất phổ dụng (USLE) Từ năm 1980 đến đầu năm 1990 mô hình xói mòn khác phát triển dựa phương trình USLE nhiều nơi giới như: mô hình dự đoán đất cho miền nam châu Phi- SLEMSA (Elwell, 1981), mô hình SOILOSS (Rosewell, 1993) phát triển Úc mô hình ANSWERS phát triển vào cuối năm 1970 để đánh giá mức độ bồi lắng lưu vực sông (Beasley cộng sự, 1980) 2.2.2 Tại Việt Nam Do nước ta có địa hình chủ yếu đồi núi, xói mòn đất diễn thường xuyên nên tượng xói mòn cũng nghiên cứu từ sớm Thái Công Tụng Moorman (1958) có nghiên cứu xói mòn đất Sau trình nghiên cứu họ đưa kết luận phương pháp canh tác ruộng bậc thang người làm nông giúp giảm tượng xói mòn Đến năm 1960 nghiên cứu xói mòn Việt Nam đáng ý tác giả Nguyễn Ngọc Bình (1962) nêu lên ảnh hưởng độ dốc đến xói mòn đất, góp phần đưa tiêu chí bảo vệ đất, sử dụng khai thác đất dốc, Chu Đình Hoàng (1962, 1963) nghiên cứu ảnh hưởng giọt mưa đến xói mòn đất chống xói mòn biện pháp canh tác Từ năm 80 trở công trình nghiên cứu bắt đầu áp dụng phương trình đất đất phổ dụng Wischmeier and Smith (1978) như: Phạm Ngọc Dũng (1991) tiến hành nghiên cứu ứng dụng phương trình đất phổ quát vào dự báo tiềm xói mòn đất đưa biện pháp chống xói mòn cho tỉnh Tây nguyên, Nguyễn Tử Xiêm Thái Phiên (1996) với công trình nghiên cứu đất đồi núi Việt Nam[19] Về mặt lý luận tác giả đánh giá lực phòng hộ số dạng cấu trúc thảm thực vật rừng mặt chống xói mòn tiến hành nghiên cứu với quy mô áp dụng biện pháp chống xói mòn đại 2.2.3 Một số nghiên cứu xói mòn có ứng dụng công nghệ GIS Việt Nam Trong năm gần với việc ứng dụng GIS vào nghiên cứu xói mòn 10 có số công trình tiến hành như: “Ứng dụng GIS ước lượng xói mòn đất lâm trường Mã Đà- Tỉnh Đồng Nai” Nguyễn Kim Lợi (2006); “Ứng dụng GIS viễn thám đánh giá xói mòn đất lưu vực hồ Dầu Tiếng” Trần Tuấn Tú, Nguyễn Trường Ngân (2009); “Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) để dự báo xói mòn đất huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Cạn” Hoàng Tiến Hà (2009) Các công trình nghiên cứu tập trung vào tính toán lượng đất xói mòn, đề số biện pháp hạn chế xói mòn chưa đề cặp đến vấn đề hạn chế hậu xói mòn gây 2.3 Phân loại xói mòn đất 2.3.1 Xói mòn nước Xói mòn nước gây tác động nước chảy tràn bề mặt Để xảy xói mòn nước cần có lượng mưa làm tách hạt đất khỏi thể đất sau nhờ dòng chảy vận chuyển chúng Khoảng cách di chuyển hạt đất phụ thuộc vào lượng dòng chảy, địa hình bề mặt đất Bao gồm có dạng sau: - Theo dòng nước gây xói mòn + Xói mòn đất dòng chảy thường xuyên gây như: Sông suối, + Xói mòn đất dòng chảy tạm thời: dòng lũ… + Xói mòn đất nước chảy tràn - Theo tác động nước: Xói mòn nước phân biệt làm hai dạng: rửa trôi bề mặt theo trình chảy tràn xói mòn khe rãnh Các loại hình xói mòn tác động nước: Kiểu xói mòn nước gây tác động nước chảy tràn bề mặt (nước mưa, bang tuyết tan hay tưới tràn): Để xảy xói mòn, nước cần có lượng để tách hạt đất, sau vận chuyển chúng Mưa nước tách hạt đất xong việc vận chuyển chúng bao xa phải phụ thuộc vào dòng chảy Tác động mưa gây xói mòn đất gồm tác động va đập phá vỡ, làm tách rời hạt đất sau vận chuyển hạt đất bị phá hủy theo dòng chảy tràn mặt đất Dòng chảy nước tạo rãnh xói, khe xói bị bóc theo lớp, người ta chia kiểu xói mòn nước gây thành dạng: 11 + Xói mòn thẳng: lở đất, đá mẹ theo dòng chảy tập trung, ăn sâu tạo rãnh xói mương xói + Xói mòn phẳng: rửa trôi đất cách tương đối đồng bề mặt nước chảy dàn đều, đất bị theo lớp, phiến + Xói mòn theo lớp: tác động xói mòn làm đất bị theo lớp không đồng vị trí khác bề mặt đất dốc Tuy nhiên, dạng xói mòn cũng kèm theo rãnh xói nhỏ đặc biệt rõ đồi trọc trồng bị bỏ hoang - Xói mòn theo khe, rãnh: Là tượng bề mặt đất tạo thành dòng xói theo khe, rãnh sườn dốc nơi mà dòng chảy tập trung Thường mưa lâu, dòng chảy tự nhiên tạo thành khe lớn hay nhỏ tùy thuộc vào mức độ xói đường cắt nước chảy xuống + Mương xói: Thường thể nơi có mức độ xói mòn nghiêm trọng, đất bị xói mòn dạng lớp khe, rãnh mức độ mạnh vùng đất cao, dốc, mưa lớn tạo nên dòng chảy cực đại sườn dốc Ngoài việc bào mòn lớp đất mặt chúng có khả tạo dòng xói rãnh xói có nơi sâu – 6m tới tận lớp đá mẹ làm khả sản xuất đất 2.3.2 Xói mòn gió Là tượng xói mòn gây sức gió Đây tượng xói mòn xảy nơi có điều kiện thuận lợi sau: - Đất khô, tơi bị tách nhỏ đến mức độ gió - Mặt đất phẳng có thực vật che phủ thuận lợi cho việc di chuyển gió - Diện tích đất đủ rộng tốc độ gió đủ mạnh để mang hạt đất Thông thường đất cát loại dễ bị xói mòn gió liên kết hạt cát nhỏ, đất lại bị khô nhanh Dưới tác dụng gió đất di chuyển thành nhiều dạng phức tạp như: nhảy cóc, trườn bề mặt, lơ lửng 2.3.3 Tiến trình xói mòn đất Về nguyên lý, Ellision (1944) xem xói mòn đất hàm số với biến số loại đất, độ dốc địa hình, mật độ che phủ thảm thực vật, lượng mưa cường độ mưa Xói mòn trình tự nhiên, nhiên vài nơi trình diễn nhanh 12 hoạt động người Ellision xác định tác nhân gây xói mòn mạnh mẽ xung lực hạt mưa tác động vào mặt đất chia trình thành giai đoạn: - Giai đoạn 1: Hạt mưa rơi xuống làm vỡ cấu trúc đất, tách rời hạt đất khỏi - bề mặt đất Giai đoạn 2: Những hạt đất bị bong bị dòng nước trôi theo sườn dốc, di - chuyển nơi khác, làm đất khu vực Giai đoạn 3: Những hạt đất lắng đọng nơi khác, tăng thêm khối lượng đất cho nơi này, vùi lấp bề mặt đất cũ, làm cạn lòng hồ Hình 2.1 Tiến trình xói mòn đất (Nguồn: Nguyễn Kim Lợi, 2005 ) Quá trình xói mòn gồm: xói lở song suối xói mòn, rửa trôi bề mặt - Xói lở sông suối: trình xác định theo công thức động dòng chảy: F = vm2/2 Trong đó: F động khối nước chảy m khối lượng nước chảy v vận tốc dòng chảy Như động dòng chảy tỉ lệ thuận với bình phƣơng tốc độ dòng chảy Trong trình xói lở, dòng chảy tạo vật liệu, phù sa Tùy theo kích thước phù sa tốc độ dòng chảy mà phù sa vận chuyển xuôi theo chiều dòng chảy Khi động dòng chảy không đủ sức mang phận vật chất, phù sa lắng đọng xuống dòng sông gọi trình bồi tụ - Xói mòn rửa trôi bề mặt: Là trình xói mòn dòng chảy tạm thời sườn lúc mưa tuyết tan chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố tự 13 nhiên, yếu tố địa hình quan trọng 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn đất Căn theo kết nghiên cứu trình xói mòn nhà khoa học (Ellision 1944, Wishmeier Smith 1978…) yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn đất gồm: mưa, địa hình, thổ nhưỡng, độ che phủ bề mặt, yếu tố người Hình 2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất 2.4.1 Yếu tố mưa (Rainfall Erosion Index) Sau nhiều công trình nghiên cứu xói mòn đất cách có hệ thống nhà khoa học phát nhân tố quan trọng gây xói mòn đất hạt mưa Theo Elison (1944) người hạt mưa thủ phạm tạo xói mòn Năm 1985 Hudson N.W từ kết thực nghiệm cho thấy hạt mưa có động lớn 256 lần so với dòng chảy mặt mà sinh Hình 2.3 Tiến trình tác động mưa đến xói mòn đất (Nguồn: Nguyễn Kim lợi, 2005) Như tác động chủ yếu hạt mưa phá vỡ kết cấu lớp đất mặt 14 động điều làm hạt đất tách khỏi mặt đất Đồng thời mưa tạo dòng chảy để vận chuyển hạt đất đến vị trí bồi lắng Giữa hạt mưa dòng chảy tạo có mối quan hệ với Chính va đập mưa vào mặt đất làm cho đất hóa lầy dòng chảy mặt tăng lên Ảnh hưởng lượng mưa: ảnh hưởng lớn đến xói mòn đất, trình xói mòn bị chi phối đặc trưng mưa: phân bố mưa, cường độ mưa, lượng mưa, loại mưa chế độ mưa Kết quan trắc lượng đất bị xói mòn đất trồng chè, độ dốc 80 địa điểm khác sau: Bảng 2.1 Ảnh hưởng lượng mưa đến xói mòn Địa điểm Lượng mưa, mm Lượng đất xói mòn 1500 1769 2041 2447 (T/ha/năm) 52 58 150 189 Phú hộ Khải xuân Di Linh Playku 2.4.2 Yếu tố thổ nhưỡng (Soil Erodibility Index) Thổ nhưỡng hay tính chất đất (tính chất vật lý, hóa học, sinh học) yếu tố định tính xói mòn đất Khi hạt mưa rơi xuống đất có hai tác động xảy đất dẫn đến trình xói mòn đất: - Năng lượng hạt mưa va đập phá vỡ kết cấu đất, tác động đến tính chất hóa học vật lý, làm tách rời hạt đất - Quá trình vận chuyển hạt đất Nếu đất có kết cấu, tồn trạng thái cân bằng, khe hở đoàn lạp trì làm cho cấu trúc đất khó bị phá vỡ Nếu đất cấu tạo hạt kết hạt đất không liên kết với Đất rời rạc lượng hạt mưa tác động vào đất làm cho cấu trúc đất dễ bị phá vỡ dẫn đến xói mòn đất Như vậy, xói mòn loại đất khác khác Tính xói mòn đất không chịu ảnh hưởng thành phần giới mà thuộc vào cấu trúc đất Đối với loại đất có cấu trúc, giàu hữu khả kháng xói mòn tốt loại đất có cấu trúc (cấu trúc rời rạc), nghèo hữu 2.4.3 Nhân tố địa hình (LS - Factor) 15 Độ dốc ảnh hưởng, liên quan trực tiếp đến lượng đất xói mòn , rửa trôi , độ dốc định hạt đất dòng chảy phát sinh mặt Năng lượng gây xói mòn dòng chảy bề mặt gia tăng độ dốc tăng lên Đất có độ dốc lớn dễ bị xói mòn đất phẳng yếu tố tạo xói mòn như: bắn tóe đất, xói rửa bề mặt, lắng đọng, di chuyển khối tác động lớn sườn dốc có độ dốc cao Dạng hình học sườn dốc có ảnh hưởng khác đến xói mòn Lượng đất từ sườn dốc phẳng lớn sườn dốc có dạng lõm nhỏ sườn dốc có dạng lồi Ngoài ảnh hưởng độ dốc, xói mòn phụ thuộc chiều dài sườn dốc Bảng 2.2: Ảnh hưởng độ dốc đến xói mòn đất Loại đất Cây trồng Đất Bazan Đất Bazan Đất Bazan Đất phù sa cổ Đất phù sa cổ Đất phù sa cổ Đất phù sa cổ Chè tuổi Chè tuổi Chè tuổi Sắn tuổi Sắn tuổi Sắn tuổi Sắn tuổi Độ dốc (độ) Lượng đất Địa điểm, năm nghiên (tấn/ha/năm) cứu 96 Tây Nguyên 211 (1978 - 1982) 305 15 Vĩnh Phú 47 57 (1982 - 1986) 147 (Nguồn: Nguyễn Quang Mỹ, 2005) 15 22 Bảng 2.2 cho thấy độ dốc tăng lần cường độ xói mòn tăng 2- lần Chiều dài sườn dốc cũng nhân tố ảnh hưởng đến trình xói mòn đất Chiều dài sườn tăng, khối lượng nước lớn, lớp nước dày, tốc độ lượng dòng chảy lớn trình rửa trôi, xói mòn đất Bảng 2.3 Ảnh hưởng chiều dài sườn dốc đến xói mòn Cây trồng Chè Độ dốc, độ Chiều dài sườn dốc, mm Tổn thất đất T/ha 30 27 40 204 16 2.4.4 Yếu tố che phủ mặt (Crop management factor) Dưới tác động mưa vùng đất trống, có độ dốc lớn khả xói mòn cao Nhưng đất có lớp thảm phủ thực vật, lớp thảm phủ thực vật có hai tác dụng chính: - Thứ hấp thu lượng tác động hạt mưa, phân tán lực mưa, nước có khả chảy xuống dọc theo thân xuống đất làm giảm lực tác động - hạt mưa đối cấu trúc đất Thứ hai vật rơi rụng lớp thực phủ lá, cành cây, tạo lượng mùn làm cho đất tơi xốp, giữ đất, giữ nước, làm giảm lưu lượng dòng chảy tràn bề mặt Hình 2.4: Mối quan hệ độ che phủ xói mòn đất (Nguồn: Nguyễn Kim Lợi, 2005) Tóm lại, loài thực vật có đặc trưng riêng nên thực vật có ảnh hưởng khác đến trình xói mòn Thực vật phát triển xanh tốt mức độ che phủ dày vai trò bảo vệ đất giữ nước lớn Bảng 2.4 Quan hệ độ che phủ lượng đất bị xói mòn Loại Đậu phộng Lúa nương Khoai mì Tỷ lệ che phủ, z% 10 – 15 10 - 15 10 – 15 17 Lượng đất mất(T/ha/năm 105 95 98 Bắp Cà phê (2 năm) Cà phê (18 năm) Cây rừng 30 – 35 20 – 30 70 – 80 80 - 90 15 69 15 12 Nguồn: Thái Phiên (1990) 2.4.5 Yếu tố người (Practice Human) Trong hoạt động người tác động đến giới tự nhiên theo hai hướng tích cực tiêu cực, hoạt động nguyên nhân trực tiếp hay gián tiếp tác động lên xói mòn Con người hạn chế ngăn chặn xói mòn thông qua biện pháp sử dụng quản lý đất đai hợp lý khôn khéo Các tác động khí hậu, thủy văn, địa hình tính chất đất, người mức độ độ định kiểm soát điều chỉnh nhờ biện pháp quản lý: Tác động người thông qua hoạt động: phá rừng, đốt rừng, thảm phủ, khai phá đất trồng bừa bãi, phá rừng phòng hộ đầu nguồn, phá rừng nơi đất dốc, du canh, du cư…, làm cho mức độ xói mòn tăng nhanh 2.4.6 Phân loại mức độ xói mòn Ở Việt Nam, lượng đất bị xói mòn hàng năm vào khoảng – 1,5 đất có rừng, 100 – 150 đất rừng Dựa vào lượng đất hàng năm ha, người t đáng giá mức độ xói mòn theo cấp quy mô sau: Bảng 2.5 Phân loại mức độ xói mòn đất Cấp xói mòn Mức độ xói mòn Yếu Trung bình yếu Trung bình Mạnh Rất mạnh Nguy hiểm Lượng đất (T/ha/năm) – 20 20 – 50 50 – 100 100 – 150 150 – 200 >200 2.5 Tác hại xói mòn đất Xói mòn đất gây nhiều thiệt hại cho sản xuất nông nghiệp, môi trường hệ sinh thái bao gồm: - Mất đất, chất dinh dưỡng đất: Lượng đất bị xói mòn lớn, làm giảm quỹ đất cho sản xuất nông nghiệp Lượng chất dinh dưỡng bề mặt đất bị xói mòn 18 hết lượng dinh dưỡng cần thiết cho trồng Ngoàira lượng chất dinh dưỡng bị làm thay đổi tính chất hóa lý đất - Năng suất trồng: Năng suất trồng bị giảm mạnh đất bị chất dinh dưỡng Nghiêm trọng hơn, nhiều nơi xói mòn đất mà sau nhiều vụ thu hoạch vụ sau thu hoạch - Gây hại đến môi trường, hệ sinh thái: Các chất dinh dưỡng bị dòng chảy với hạt đất thực vật (chủ yếu tảo) hấp thụ để phát triển sinh khối Khi tảo chết đi, phân hủy chất hữu vi sinh vật làm giảm lượng oxy nước đe dọa đến sinh tồn loài cá động vật khác cuối phá vỡ cân hệ sinh thái nước Xói mòn gây ô nhiễ nguồn nước hạt đất có chứa photpho, nitrat hay hấp thụ thuốc trừ sâu gây nguy hại đến sức khỏe người Bên cạnh đó, hạt đất bị di chuyển dòn chảy làm nước trở nên đục, tia nắng mặt trời khó thâm nhập vào nước đục, làm hạ thấp khả quang hợp thực vật thủy sinh 2.6 Các biện pháp chống xói mòn Không có biện pháp đơn lẽ có khả chống xói mòn, mà thông thường tùy điều kiện cụ thể vùng mà chọn lựa sắp đặt hệ thống biện pháp thích hợp Về nguyên lý, Ellision (1944) xác định tác nhân gây xói mòn mạnh mẽ xung lực hạt mưa tác động vào mặt đất ông chia trình thành pha: - Pha 1: Tách hạt đất khỏi đất - Pha 2: Di chuyển phân tử bị tách nơi khác - Pha 3: Lắng đọng chúng nơi khác Nếu hạn chế pha 1, không xảy pha pha biện pháp hệ thống thuộc nhóm tăng cường che phủ mặt đât trở nên quan trọng - Bố trí cấu trồng đa dạng theo kiểu nông – lâm kết hợp, tạo tán che nhiều tầng, nhiều lớp mặt đất lớp thảm mục, tầng lớp cấy sống nhiều lớp, nhiều tầng hạn chế đáng kể xung lực hạt mưa - Trồng xen thành băng hàng năm với lâu năm, luân phiên băng, trồng xen, trồng gối tạo tán che tối đa 19 - Các biện pháp công trình đồng ruộng như: ruộng bật thang, kiến thiết đồi nương, làm đất gieo trồng theo đường đồng mức ( contour farming), trồng hàng ngang dốc để cắt dòng chảy Nguyên tắt chung kiểm soát xói mòn gồm hệ thống: (1) Hệ thống biện pháp tăng cường che phủ mặt đất thông qua việc quản lý đất thiết lập, quản lý hệ thống trồng (2) Hệ thống biện pháp ngăn ngừa, cắt ngắn, phân tán làm giảm lưu lượng dòng chảy (3) Hệ thống biện pháp tăng cường khả ứng chịu đất * Làm ruộng bậc thang: + Ruộng bậc thang biện pháp chống xói mòn tích cực áp dụng nhiều vùng đất dốc giới chúng có khả canh tác lâu dài đất dốc, tạo điều kiện thâm canh cho trồng, annawng suất, sản lượng cao ổn định Để xây dựng ruộng bậc thang đất đai phải có điều kiện sau đây: + Đất phải có tầng dày tối thiểu từ 60cm trở lên, đất dày làm ruộng bậc thang thuận lợi, bề rộng mặt ruộng rộng + Độ dốc xây dựng ruộng bậc thang tốt từ – 250, nơi có độ dốc lớn 250 làm ruộng bậc thang vùng Sapa, nhiên đòi hỏi nhiều công sức, thời gian tốn đất + Những nơi làm ruộng bậc thang để trồng lúa nước đòi hỏi phải có nguồn nước có khả giải nước tưới Nguyên tắc thiết kế ruộng bậc thang: + Ruộng bậc thang phải thiết kế theo đường đồng mức + Ruộng bậc thang thiết phải có bờ Mặt ruộng rộng hay hẹp phụ thuộc vào độ dốc tầng dày đất * Canh tác theo đường đồng mức (Trồng thành dải): ngăn chặn dòng nước chảy, tăng khả giữ đất thấm nước * Biện pháp công trình thềm đơn giản - Thềm ăn quả: dạng thềm canh tác không liên tục dạng thềm bậc thang hẹp, dốc nghịch Thềm ăn làm sườn dốc > 30 Khoảng cách ăn 20 bảo vệ băng lớp phủ thực vật tự nhiên lâu năm hay cỏ, họ đậu bảo vệ đất khác Cây trồng trồng theo bồn riêng - Thềm sử dụng linh hoạt: Là dạng thềm nằm cách xa, xen kẽ dải sườn đồi chưa xử lý dùng để canh tác hỗn hợp Thềm để trồng lương thực chủ yếu, phần sườn dốc chưa xử lý trồng dài ngày hay lấy gỗ - Thềm tự nhiên: thềm tự nhiên hình thành sau tạo bờ thấp (dải chắn) đất hay đá thu lượm chỗ, hay dải cỏ dày theo đường đồng mức sườn dốc thoải Chúng thiết kế thi công cho đỉnh đê chắn phía cao ngang tầm điểm đoạn sườn dốc tới đê phía Sau vài năm canh tác thềm hình thành bồi đắp tự nhiên, loại thường áp dụng cho sườn dốc – 120 * Bố trí đa canh, biện pháp phủ đồi, trồng bảo vệ đất, Việt Nam trồng cỏ vetiver tạo thảm thực vật chống xói mòn hiệu (đặc tính cỏ rễ dài ăn sâu vào đất giúp cố định đất, cản trở tốc độ dòng nước) * Biện pháp lâm nghiệp: Trồng rừng đỉnh đồi, núi, sườn dốc dọc ven biển, ven sông để chống xói mòn, ngăn chặn dòng chảy giữ ẩm cho đất đồng thời hạn chế xói mòn gió * Biện pháp hóa học: Đưa vào đất chất kết dính hóa học tạo cho đất liên kết chống xói mòn Ngoài người ta dùng số chất có khả giữ đất khác thạch cao, sợi, thủy tinh tạo thành màng bảo vệ mặt đất Ví dụ dùng polyme để kết dính hạt đất tạo lớp đất bền vững * Biện pháp tái chế giảm thiểu xói mòn Luôn trì độ ẩm cho đất, tránh tượng đất bị khô kiệt Có thể thực biện pháp xây dựng hồ chứa nước, hệ thống thủy lợi phục vụ tưới tiêu, giếng khoan Thường xuyên che phủ cho đất đai rừng chắn gió, thảm thực vật tự nhiên hệ thống trồng thích hợp cho khu vực thông qua việc sử dụng mô hình nông – lâm kết hợp với luân canh xen canh 21 [...]... rừng ở nơi đất dốc, du canh, du cư…, làm cho mức độ xói mòn tăng nhanh 2.4.6 Phân loại mức độ xói mòn Ở Việt Nam, lượng đất bị xói mòn hàng năm vào khoảng 1 – 1,5 tấn ở đất có rừng, và 100 – 150 tấn ở đất không có rừng Dựa vào lượng đất mất hàng năm trên 1 ha, người t đáng giá mức độ xói mòn theo các cấp và quy mô sau: Bảng 2.5 Phân loại mức độ xói mòn đất Cấp xói mòn 1 2 3 4 5 6 Mức độ xói mòn Yếu Trung... các rãnh xói, khe xói hoặc bị bóc theo từng lớp, người ta chia kiểu xói mòn do nước gây ra thành các dạng: 11 + Xói mòn thẳng: là sự lở đất, đá mẹ theo những dòng chảy tập trung, ăn sâu tạo ra 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 chảy dàn đều, đất bị cuốn đi theo từng lớp, phiến + Xói mòn theo lớp: tác động của xói mòn làm đất bị... cấu trúc đất khó bị phá vỡ Nếu đất không có cấu tạo hạt kết thì các hạt đất không liên kết với nhau Đất như vậy rời rạc khi năng lượng của hạt mưa tác động vào đất làm cho cấu trúc đất dễ bị phá vỡ dẫn đến xói mòn đất Như vậy, sự xói mòn của các loại đất khác nhau thì khác nhau Tính xói mòn của đất không chỉ chịu sự ảnh hưởng của thành phần cơ giới mà còn thuộc vào cấu trúc đất Đối với các loại đất có... bề mặt đất Bao gồm có các dạng sau: - Theo dòng nước gây ra xói mòn + Xói mòn đất do dòng chảy thường xuyên gây ra như: Sông suối, + Xói mòn đất do dòng chảy tạm thời: dòng lũ… + Xói mòn đất do nước chảy tràn - Theo tác động của nước: Xói mòn do nước có thể phân biệt làm hai dạng: rửa trôi bề mặt theo quá trình chảy tràn và xói mòn khe rãnh Các loại hình xói mòn do tác động của nước: Kiểu xói mòn do... chế xói mòn nhưng vẫn chưa đề cặp đến vấn đề hạn chế các hậu quả do xói mòn gây ra 2.3 Phân loại xói mòn đất 2.3.1 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. .. mạnh Nguy hiểm Lượng đất mất (T/ha/năm) 0 – 20 20 – 50 50 – 100 100 – 150 150 – 200 >200 2.5 Tác hại của xói mòn đất Xói mòn đất đã gây ra nhiều thiệt hại cho sản xuất nông nghiệp, môi trường và hệ sinh thái bao gồm: - Mất đất, chất dinh dưỡng trong đất: Lượng đất bị mất do xói mòn là rất lớn, làm giảm đi quỹ đất cho sản xuất nông nghiệp Lượng chất dinh dưỡng trên bề mặt đất bị xói mòn 18 cuốn đi hết... dưới + Mương xói: Thường thể hiện ở những nơi có mức độ xói mòn nghiêm trọng, đất bị xói mòn cả ở dạng lớp và khe, rãnh ở mức độ mạnh do trên những vùng đất cao, dốc, mưa lớn tạo nên những dòng chảy cực đại trên sườn dốc Ngoài việc bào mòn lớp đất mặt chúng còn có khả năng tạo ra những dòng xói hoặc rãnh xói có nơi sâu 5 – 6m tới tận lớp đá mẹ và làm mất đi khả năng sản xuất của đất 2.3.2 Xói mòn do gió... bằng phẳng vì các yếu tố tạo xói mòn như: sự bắn tóe đất, sự xói rửa bề mặt, sự lắng đọng, và di chuyển khối tác động lớn hơn trên sườn dốc có độ dốc cao Dạng hình học của sườn dốc có ảnh hưởng khác nhau đến xói mòn Lượng đất mất đi từ sườn dốc phẳng lớn hơn khi sườn dốc có dạng lõm và nhỏ hơn khi sườn dốc có dạng lồi Ngoài ảnh hưởng của độ dốc, xói mòn còn phụ thuộc và chiều dài sườn dốc Bảng 2.2:... năng kháng xói mòn tốt hơn các loại đất có không có cấu trúc (cấu trúc rời rạc), nghèo hữu cơ 2.4.3 Nhân tố địa hình (LS - Factor) 15 Độ dốc ảnh hưởng, liên quan trực tiếp đến lượng đất xói mòn , rửa trôi , vì độ dốc quyết định thế năng của hạt đất và dòng chảy phát sinh trên mặt Năng lượng gây xói mòn của dòng chảy bề mặt gia tăng khi độ dốc tăng lên Đất có độ dốc lớn dễ bị xói mòn hơn đất bằng phẳng... tố tự 13 nhiên, trong đó yếu tố địa hình là quan trọng nhất 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn đất Căn cứ theo kết quả nghiên cứu quá trình xói mòn của các nhà khoa học (Ellision 1944, Wishmeier và Smith 1978…) thì các yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn đất gồm: mưa, địa hình, thổ nhưỡng, độ che phủ bề mặt, yếu tố con người Hình 2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất 2.4.1 Yếu tố mưa (Rainfall Erosion