Đang tải... (xem toàn văn)
CHƯƠNG I BẢO TỒN VÀ MÔI TRƯỜNG Kỹ thuật đất và nước là sự ứng dụng của các nguyên lý kỹ thuật và sinh học để tìm ra các giải pháp cho các vấn đề quản lý tài nguyên đất và nước. Sự bảo tồn các tài nguyên thiên nhiên mang ý nghĩa sử dụng mà không gây hại trong khi duy trì mức độ sinh lợi liên tục về năng suất cây trồng và cải thiện chất lượng môi trường. Các nhà khoa học phải phát triển những hệ thống kinh tế thỏa mãn các yêu cầu này. Các vấn đề về kỹ thuật liên quan đến bảo tồn đất và nước có thể được chia thành các chủ đề sau: chống xói mòn, tưới, tiêu kiểm soát lũ, bảo tồn và phát triển nguồn nước. Mặc dù xói mòn đất có thể xảy ra ngay cả trong điều kiện tự nhiên, vấn đề cần quan tâm ở đây là xói mòn xảy ra do sự khai thác của con người đối với tài nguyên thiên nhiên và sự mất đi của lớp bảo vệ bởi thảm thực vật tự nhiên. Các vấn đề về đô thị hóa nông thôn, nghiêm trọng hơn do sự gia tăng dân số, và do dòng chảy tăng do các thay đổi lớn trong sử dụng đất.
CHƯƠNG I BẢO TỒN VÀ MÔI TRƯỜNG Kỹ thuật đất nước ứng dụng nguyên lý kỹ thuật sinh học để tìm giải pháp cho vấn đề quản lý tài nguyên đất nước Sự bảo tồn tài nguyên thiên nhiên mang ý nghĩa sử dụng mà không gây hại trì mức độ sinh lợi liên tục suất trồng cải thiện chất lượng môi trường Các nhà khoa học phải phát triển hệ thống kinh tế thỏa mãn yêu cầu Các vấn đề kỹ thuật liên quan đến bảo tồn đất nước chia thành chủ đề sau: chống xói mòn, tưới, tiêu kiểm soát lũ, bảo tồn phát triển nguồn nước Mặc dù xói mòn đất xảy điều kiện tự nhiên, vấn đề cần quan tâm xói mòn xảy khai thác người tài nguyên thiên nhiên lớp bảo vệ thảm thực vật tự nhiên Các vấn đề đô thị hóa nông thôn, nghiêm trọng gia tăng dân số, dòng chảy tăng thay đổi lớn sử dụng đất Tưới tiêu liên quan đến nước chuyển động bề mặt đất hay thấm nhằm tạo điều kiện sinh trưởng tối ưu cho trồng Các hồ chứa thiết bị chứa nước khác xây dựng phục vụ mục đích cấp nước cho dân sinh tưới nguồn nước tự nhiên theo không gian thời gian Cấp nước ngầm xây dựng trì kỹ thuật thu nước nơi có nguồn nước ngầm Kiểm soát lũ bao gồm việc ngăn chặn dòng chảy tràn vùng đất thấp giảm bớt lưu lượng dòng suối sau trận mưa lớn Tại vùng nước, nước đất cần giữ gìn kỹ thuật làm đất cải tiến quản lý trồng, tạo phẳng, tạo đường đồng mức, đào hố, hồ chứa, thu nước, phương pháp tự nhiên để giữ lại nước mưa đất giảm lượng tổn thất bốc bề mặt Tác động hoạt động bảo tồn đến môi trường Một số văn minh khứ bị diệt vong họ không hiểu tác động sản xuất nông nghiệp khả khắc phục Ví dụ, độ mặn cao đất số nơi làm giảm sản lượng đến mức không đủ lương thực đáp ứng cho tồn người Hiện có số ý kiến cho không ý khuyến khích sử dụng công nghệ phù hợp với điều kiện kinh tế để trì sản lượng lương thực lâu dài Do đó, phát triển áp dụng hoạt động bảo tồn có hiệu cao quan trọng để bảo vệ môi trường giữ gìn tài nguyên đất nước cách bền vững Các hoạt động bảo tồn có lợi có hại cho môi trường Ví dụ, ruộng bậc thang vùng đất thoải có lợi việc giảm thiểu xói mòn lắng đọng bùn cát Tưới có hại làm tăng độ mặn dòng hồi quy tiêu thoát xuống hạ lưu Sản phẩm nông nghiệp lương thực sản phẩm sợi quan trọng Tuy nhiên, việc giữ cải thiện môi trường cần thiết điều kiện áp lực dân số gia tăng Khi nguồn nước uống bị ô nhiễm nitrat, thuốc trừ sâu, bùn cát, chất khác cần toàn xã hội quan tâm Sự suy giảm loài vật hoang dã biến số loài yếu tố ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường Thay đổi sử dụng đất làm thay đổi số lượng chất lượng môi trường sống cạn nước Các cấp quyền ngày quan tâm đến nông nghiệp đời sống tự nhiên Rất nhiều hoạt động bảo tồn thực nhằm cải thiện môi trường mà không ảnh hưởng ảnh hưởng đến nông nghiệp Các chi phí cải thiện môi trường lấy từ nguồn thuế việc thu phí Trong điều kiện kinh tế bất lợi cho nông nghiệp năm 1980, cần xúc tiến chương trình nông nghiệp bền vững có mức đầu tư thấp Một giải pháp đề xuất để cải tiến sản xuất nông nghiệp, đồng thời cải thiện môi trường, giảm lượng phân bón, thuốc trừ sâu nguồn chất bổ sung khác Một số ý kiến tranh luận cho tăng lượng phân bón làm tăng sản lượng mà không tốn nhiều đất, không cần canh tác đất dễ xói mòn để giảm thiểu xói mòn ô nhiễm Xói mòn vấn đề nghiêm trọng gây ô nhiễm nước bùn cát, dinh dưỡng, thuốc trừ sâu, làm tăng chi phí xử lý nước Một số nỗ lực đáng ý thực từ năm 1930 để tìm hành động bảo tồn khuyến khích giảm thiểu việc làm đất hành động tương tự để giữ lại phần lại trồng thảm phủ mặt đất Mặc dù việc hạn chế làm đất đem lại lợi ích việc giảm giá sản phẩm lượng thuốc trừ sâu sử dụng tăng lên Thông thường, tác động tiêu nước môi trường có lợi Một dự án tiêu thoát nước thực từ sớm Công viên Trung tâm thành phố NewYork dựng lý bảo vệ sức khỏe người Rõ ràng, tiêu thoát nước đất tạo môi trường thuận lợi cho rễ làm ổn định móng công trình giao thông xây dựng Rất nhiều trồng không phát triển không tiêu thoát nước tốt Trong thời kỳ sơ khai nước Mỹ, sản xuất nông nghiệp quan tâm ưu tiên, việc tiêu nước từ vùng đầm lầy đất ướt khác tiến hành không hạn chế Trong năm sau đó, việc tiêu thoát nước từ vùng ướt tự nhiên bộc lộ số ảnh hưởng có hại đến việc di cư loài sống cạn nước, số mặt khác môi trường Gần 50% số vùng đất ướt Mỹ bị tiêu nước, chủ yếu bang thuộc Đông Nam, Tây miền Trung bờ biển Thái Bình Dương (USDA, 1989) Các vùng đất ướt Mỹ phân bố từ vùng băng vĩnh cửu Alaska đến đầm lầy Florida, đất ướt sa mạc Arizona Bên cạnh việc tạo môi trường sống cho cá sinh vật hoang dã, vùng đất ướt làm tăng lượng nước ngầm, giảm lũ lụt, giữ bùn cát dinh dưỡng, nơi hoạt động giải trí Điều khoản Swampbuster Dự luật Nông nghiệp 1985, 1990 1996 coi luật liên bang Mỹ thông qua để ngăn chặn việc tiêu thoát nước vùng đất ướt Nước tiêu thoát đất vùng ẩm vùng đất tưới thường chứa hàm lượng chất nitrat, nitơ, muối, hóa chất khác cao nước mặt nước dùng để tưới Các tổ chức bảo vệ động vật hoang dã thường cho mương tiêu hở thường thẳng làm giảm chỗ trú cho động vật hoang dã Do quan tâm này, vài dự án cải tạo kênh mương thiết kế lại để loại bỏ thảm thực vật bên mương tiêu nghiêm cấm việc làm hay thay đổi hình dạng bên lại Các đập dâng nhỏ thấp xây dựng kênh lớn để tạo vùng nước trũng làm môi trường sống tốt cho cá Hoạt động tưới miền Trung nước Mỹ thay đổi đáng kể thiết bị tưới trục trung tâm Diện tích đất tưới tăng lên thiết bị tưới trục trung tâm có khả di chuyển địa hình dốc Một lợi ích môi trường góc khu ruộng dù không tưới tồn hay thảm phủ thực vật khác Các góc trở thành nơi cư trú động vật hoang dã góp phần làm tăng thêm nhiều số lượng loài Các dự án tưới, miền Tây nước Mỹ, có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc trị xã hội cộng đồng nơi Các thiết bị trữ nước điều tiết dòng sông phục vụ tưới, việc sử dụng nước mặt nước ngầm, ảnh hưởng đến dòng chảy tối thiểu sông, số lượng cá động vật hoang dã, thảm thực vật tự nhiên sinh trưởng trồng, hoạt động giải trí, đường xá công trình công cộng, đặc điểm riêng biệt vùng Một ví dụ vấn đề nghiêm trọng môi trường ô nhiễm hóa học (selen bo) lượng nước tiêu thoát từ tưới, xảy Vườn quốc gia cho động vật hoang dã Kesterson (KNWR) California, Mỹ (xem Chương 14 15) Việc hạn chế hệ thống tiêu định tòa án Hệ thống tiêu cửa cống bờ trái Pakistan, kênh dài 250 km để dẫn nước nhiễm mặn biển, ví dụ tính chất nghiêm trọng ô nhiễm Biển Salton California ví dụ điểm sử dụng bốc để tiêu nước Rất nhiều người phải di dời nhiều di tích khảo cổ bị chìm nước đập Aswan Ai Cập xây dựng Những tác động tương tự xảy xây dựng đập lớn phục vụ cho mục đích kiểm soát lũ Do vấn đề đề cập đây, việc đánh giá tác động môi trường, đòi hỏi kết quy hoạch tổng thể hơn, bắt buộc hầu hết dự án có tác động đến tài nguyên đất nước Chi tiết hoạt động bảo tồn tài nguyên thiên nhiên tác động chúng đến môi trường đề cập đến hầu hết chương tài liệu này, Chương thảo luận vấn đề liên quan đến chất lượng nước 1.1 Vai trò nhà khoa học bảo tồn tài nguyên đất nước Việc bảo tồn tài nguyên đất nước hợp lý dựa thống toàn diện khoa học ứng dụng kỹ thuật, khí quyển, thực vật đất Các nhà khoa học hệ thống sinh học nông nghiệp đào tạo đất, thực vật, sinh học, vấn đề khác liên quan đến nông nghiệp, sau bổ sung vào kiến thức kỹ thuật, phù hợp để tham gia vào ngành khoa học Để phát triển thực kế hoạch bảo tồn, nhà khoa học phải có kiến thức đất bao gồm đặc tính lý học hóa học, có hiểu biết rộng mối quan hệ tương tác môi trường đất nước - trồng Họ có vai trò đặc biệt nỗ lực họ trực tiếp tạo môi trường phù hợp cho sản lượng tốt trồng động vật Bên cạnh việc ứng dụng kiến thức vào nông nghiệp, họ có vai trò ngày quan trọng lĩnh vực thành thị – nông thôn, đặc biệt liên quan đến việc kiểm soát ô nhiễm nước không khí Để đạt hiệu cao việc ứng dụng kỹ thuật, nhà khoa học phải làm quen với khối kiến thức kinh tế xã hội liên quan đến vấn đề bảo tồn đất nước Họ phải có hiểu biết đầy đủ sách, luật quy định khác quyền liên bang, bang, địa phương Họ cần phải thành thạo kỹ thuật đồ mặt đất vệ tinh, hệ thống thông tin địa lý (GIS), hệ thống đo đạc dự báo thời tiết, báo cáo điều tra đất liệu khác khoa học tự nhiên Để xử lý lượng lớn thông tin, nhà khoa học cần phải am hiểu sử dụng thành thạo máy tính để giải vấn đề công việc Một số phần mềm có đề cập đến sau 1.2 Các nguyên tắc ứng xử bảo tồn Sự gia tăng dân số giới đặt yêu cầu cần thiết phải giữ gìn nguồn tài nguyên thiên nhiên tương lai Dầu mỏ, đất, khoáng sản, gỗ, nhiều vật chất khác bị khai thác cạn kiệt với tốc độ nhanh Một người Mỹ 70 tuổi trung bình đời sử dụng lượng nước gấp triệu lần trọng lượng thể, tỷ lệ với lượng dầu mỏ vật liệu xây dựng 10 nghìn lần, với lượng sử dụng kim loại, gỗ sản phẩm chế tạo khác khoảng nghìn lần (Wolman, 1990) Việc tái chế vật liệu giấy, thủy tinh, kim loại loại khác thực hiện, phần chi phí rác thải tăng lên phần nhận thức ủng hộ cộng đồng bảo tồn môi trường thiên nhiên Sự suy giảm số lượng loài động vật hoang dã biến số loài chứng cho thấy có nhiều vấn đề liên quan đến ô nhiễm nước không khí, việc dần môi trường sống Trong nông nghiệp, xói mòn đất từ cánh đồng nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước, thân đất làm giảm sản lượng lương thực sản phẩm sợi Các chương trình khuyến khích Chính phủ Mỹ từ năm 1930 phát huy tác dụng tốt, nỗ lực nghiên cứu đưa nhiều hoạt động hữu ích cho nông học, làm đất giới Việc khai thác đất tài nguyên thiên nhiên khác phục vụ mục đích kinh tế thực từ người xây dựng nước Mỹ Các hệ thống kinh tế tư nhân cổ vũ cho tư tưởng này, vấn đề quan tâm xã hội Tài nguyên thiên nhiên phải chuyển từ hệ trước cho hệ sau tình trạng nguyên vẹn tốt Hiện tượng chuyển đổi từ đất nông nghiệp ban đầu sang phát triển đô thị mục đích sử dụng phi nông nghiệp khác mà không quan tâm đến nhu cầu lương thực tiếp tục xảy tương lai sản xuất nông nghiệp cạnh tranh với ngành kinh tế khác có lợi nhuận cao Các giải pháp trị vấn đề không phù hợp, tiếp tục khuyến khích giáo dục cách thích hợp ý thức bảo tồn môi trường thiên nhiên 1.3 Sự điều chỉnh môi trường Sản lượng nông nghiệp tăng lên nhờ hệ thống sản xuất hiệu nhờ việc sử dụng phân bón thuốc trừ sâu Những hoạt động nơi định lại gây tác động không gian rộng, tăng cao hàm lượng nitơ nước ngầm nước mặt, hay hàm lượng chất hóa học, thuốc trừ sâu ao hồ, sông suối Việc dân số tập trung vùng đô thị làm suy giảm số lượng chất lượng nguồn nước vốn có hạn Để giảm thiểu tác động tiêu cực hoạt động nông nghiệp, điều chỉnh với môi trường thiết lập Mỗi bang Mỹ thành lập tổ chức quản lý tốt (BMP) Các tổ chức thiết lập nguyên tắc hướng dẫn dựa công nghệ sẵn có tốt (BAT) nhằm giảm thiểu ô nhiễm nguồn tài nguyên đất nước Ví dụ, tài liệu hướng dẫn phân bón (bao gồm lượng thời gian sử dụng) cho nhiều loại trồng khác cho thỏa mãn yêu cầu trồng đồng thời giảm lượng nitơ dòng chảy mặt dòng chảy ngầm Mức xả thải tối đa/ngày (TMDL) lượng bùn cát hóa chất sông, suối đề xuất sử dụng tiêu chuẩn cao 1.4 Tuần hoàn thủy văn Kỹ thuật bảo vệ nguồn tài nguyên đất, nước kiểm soát môi trường dựa trình tuần hoàn thủy văn Tuần hoàn thủy văn (Hình 1.1) bao gồm trình giáng thủy, bốc hơi, thấm, dòng chảy mặt, thoát nước, bổ sung vào nước ngầm, dòng chảy sát mặt Giáng thủy nguồn chủ yếu lượng nước sử dụng Việc đo đạc hay dự báo lượng giáng thủy cần thiết cho hầu hết kế hoạch bảo tồn đất nước Bốc thành phần tổn thất lớn nước rơi xuống dạng giáng thủy Thấm lọc xảy toàn mặt cắt đất bổ sung lượng nước ngầm Dòng chảy mặt cần đo đạc hay dự báo để đánh giá kiểm soát xói mòn đất, dự báo lũ, đánh giá trữ lượng nước mặt Bốc qua khó đo đạc được, kết hợp với lượng bốc mặt thoáng trở thành lượng bốc thoát tổng số Lượng bốc thoát nước quan trọng việc xác lập kế hoạch tưới tiêu nước Nguồn nước ngầm bổ sung thêm lượng thấm Dòng chảy sát mặt đất dòng chảy biên nước vào sông suối hay ao hồ Quá trình tuần hoàn thủy văn trình bày chi tiết Chương 3, Các hoạt động bảo tồn chủ yếu Phần giới hoạt động bảo tồn xói mòn đất, tiêu nước, tưới, kiểm soát lũ, cấp nước 1.5 Xói mòn đất Xói mòn vấn đề nghiêm trọng giới Chống xói mòi đất nước gió yếu tố cần thiết để trì sản lượng trồng, giảm lắng đọng bùn cát, giảm thiểu ô nhiễm ao hồ, sông suối Lượng đất bị xói mòn nước từ ruộng lúa đồng cỏ Mỹ đánh giá tương đương khoảng cm từ 200.000 đất nông nghiệp năm Ngoài lượng đất xói mòn gió gây Một kiện xói mòn gió đáng nhớ trận mưa bụi năm 1934 quét ngang qua nước Mỹ từ Great Plains đến bờ biển Atlantic Ở Mỹ, luật liên bang quy định trợ giúp kỹ thuật khuyến khích tài để kiểm soát xói mòn giảm thiểu ô nhiễm Hình 1.1 Tuần hoàn thủy văn (Heath, 1980) 1.6 Tiêu thoát nước Các hoạt động tiêu nước giới thực từ hàng nghìn năm trước Một vài dự án tiêu thoát lớn điển hình xây dựng vùng đất thấp cải tạo từ biển vùng đất lấn biển Hà Lan vùng đầm lầy miền Đông nước Anh Tiêu nước từ lâu thừa nhận cần thiết để đảm bảo sản lượng trồng lâu dài vùng bình nguyên phẳng có cao độ thấp, vùng ẩm thấp diện tích nông nghiệp tưới Rất nhiều hệ thống tiêu xây dựng vùng ẩm thấp phía Tây miền Trung nước Mỹ để phát triển cải thiện sản lượng trồng Các hệ thống đáp ứng cho tiêu thoát nước bề mặt nước ngầm Khoảng phần ba diện tích đất tưới giới bị nhiễm mặn Các hệ thống tiêu ngầm cần thiết để cải tạo đất bị nhiễm mặn để ngăn chặn tái nhiễm mặn cách trì mực nước ngầm thấp Ở vùng xảy tình trạng úng hạn xen kẽ vụ, ống tiêu bề mặt sử dụng kết hợp tưới tiêu ngầm 1.7 Tưới Tưới nước mở rộng giới sau năm 1950 tăng nhu cầu lương thực sản phẩm sợi, đồng thời phát triển phương pháp tưới có hiệu Việc mở rộng diện tích tưới bắt đầu vùng khô hạn nơi trồng sinh trưởng mà không cần tưới Tiếp đến vùng ẩm để bổ sung vào lượng mưa nhằm đạt sản lượng trồng cao Rất nhiều đập lớn xây dựng để chứa nước Các phương pháp khoan giếng hiệu máy bơm tốt đóng góp đáng kể vào việc cấp nước yêu cầu áp lực hệ thống tưới phun mưa tưới tiết kiệm nước Các khu vực có chất lượng đất tốt, tiêu thoát hợp lý, nguồn nước đảm bảo tưới vùng khí hậu khô hạn, bán khô hạn bán ẩm Nhu cầu nước cho trồng vùng khô hạn tương đối lớn với lượng tưới chiếm đến 80% nguồn nước khai thác 1.8 Kiểm soát lũ cấp nước Lũ lụt tượng tự nhiên quan trọng gây thiệt hại người trồng, nguyên nhân đói nghèo tạo rủi ro sức khỏe, ô nhiễm nước gián đoạn dịch vụ giao thông, dịch vụ công cộng, cứu hỏa, hoạt động cấp cứu Thiệt hại lũ lụt vùng đầu nguồn trước hết xảy với vùng đất nông nghiệp, lũ lụt hạ lưu gây thiệt hại lớn cho vùng đô thị Phần đề cập đến phương án bảo vệ nhằm giảm thiểu xói mòn lũ lụt vùng thượng nguồn Các hoạt động bao gồm việc tăng thấm trữ vào đất nhằm làm giảm lũ, cung cấp nước bổ sung cho tưới Các website tra cứu thông tin: Thông tin kỹ thuật, trung tâm chuyên ngành, ấn phẩm, ảnh… NRCS: http://www.nrcs.usda.gov “Bảo tồn tuần hoàn nước” (Trung tâm Nước Khí tượng, NRCS): http://www.wcc.nrcs.usda.gov/factpub/aib326.html "Sử dụng đất Mỹ, 1997": http://usda.mannlib.cornell.edu Tài liệu tham khảo Heath, R C (1980) Basic Elements of Ground-Water Hydrology with Reference to Conditions in North Carolina U.S Geological Survey Water Resources Investigations Open-File Report 80-44 USGS Open-File Services Section, Denver, CO 80225 Postel, S (1989) Water for Agriculture Facing Limits Paper 93 Washington, DC: Wodd Watch Institute U.S Department of Agriculture (USDA) (1989) The Second RCA Appraisal Soil, Water and Related Resources on Nonfederal Land in the United States Washington, DC: U.S Government Printing Office Vesterby, M., & K S Krupa (1997) Major Uses of Land in the United States Statistical Bulletin No 973 Resource Economics Division, Economic Research Service, U.S Department of Agriculture Washington, DC Wolman, M G (1990) The impact of man EOS, Transactions of the American Geophysical Union, 71(52), 1884-1886