Tài liệu mô hình hoá: Đất sự xói mòn, ô nhiễm đất Ứng dụng GIS và mô hình USLE trong tình toán xói mòn đất

FAO 1994 [26]: “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.” Tóm lại, xói mòn đất là quá trình phá hủy lớp thổ n

1 Chương 1: Sự hình thành đất

1.1 Khái niệm về đất

Đất được xem như sản phẩm hoạt động của khí hậu (cl) trên đá mẹ (p) được làmthay đổi dưới ảnh hưởng của thực vật và các cơ thể sống khác (o), địa hình (r) và phụthuộc vào thời gian (t) Jenny đã biểu diễn mối quan hệ sau:

Đất (s) = f(p, Cl, t, r, o), bao gồm 5 biến số và người ta gọi là 5 yếu tố hình thành đất.Người ta khẳng định thực tế đất là hệ thống hở cuối cùng trong đó các quá trình hoạtđộng:

- Hoạt động thêm vào đất:

 Nước, mưa, tuyết, sương

 O2, CO2 từ khí quyển

 N, Cl, S từ khí quyển theo mưa

 Vật chất trầm tích

 Năng lượng từ mặt trời

- Mất khỏi đất:

 Bay hơi nước

 Bay hơi N do quá trình phản ứng nitrat hoá

 C và CO2 do oxy hoá chất hữu cơ

 Mất vật chất do xói mòn

 Bức xạ năng lượng

- Chuyển dịch vị trí trong đất:

 Chất hữu cơ, sét, sét quioxit

 Tuần hoàn sinh học các nguyên tố dinh dưỡng

 Di chuyển muối tan

 Di chuyển do động vật đất

- Hoạt động chuyển hóa trong đất:

 Mùn hoá, phong hoá khoáng

 Tạo cấu trúc kết von, kết tủa

 Chuyển hoá khoáng

 Tạo thanh sét

Sự tạo thành từ đá xảy ra dưới tác dụng của hai quá trình diễn ra ở bề mặt của tráiđất:sự phong hoá đá và tạo thành đất Các quá trình tạo thành đất là tổng hợp những thayđổi hoá học, lý học, sinh học làm cho các nguyên tố dinh dưỡng trong khoáng, đá chuyểnthành dạng dễ tiêu

1.2 Quá trình phong hóa đá

1.2.1 K

h á i n i ệ m

Dưới tác động của những nhân tố bên ngoài ( nhiệt độ, nước, hoạt động của vi sinhvật… ) mà trạng tháivật lý và hoá học của đá và khoáng trên bề mặt đất bị biến đổi Quátrình này gọi là quá trình phong hoá

Kết quả của quá trình phong hoá là đá và khoáng chất bị phá vỡthành những mảnhvụn, hoà tan, di chuyển làm cho trạng thái tồn tại và thành phần hoá học hoàn toàn bị thayđổi Kết quả tạo ra những vật thể vun và xốp - sản phẩm phong hoá và sau quá trìnhphong hoá gọi là mẫu chất – nó là vật liệu cơ bản để tạo thành đất

Mẫu chất và đất có mối liên quan mật thiết, những đặc tính và thành phần hoá họccủa mẫu chất phản ánh những đặc tính và thành phần của đất

Dựa vào từng đặc trưng của từng nhân tố tác động, phong hoá được chia thành 3loại: Phong hoá lý hoc, phong hoá hoá học và phong hoá sinh vật học Các quá trình nàyxảy ra đồng thời và liên quan khăng khít nhau

1.2.2 C

á c q u á t r ì

n h p h o n g h ó a

a) Phong hoá lý học

Quá trình làm vỡ vụn các đá có tính chất lý học (cơ học) đơn thuần

Nguyên nhân:

- Sự thay đổi nhiệt độ

- Sự thay đổi áp suất (mao quản)

- Sự đóng băng của nước trong kẽ nứt

- Sự kết tinh của muối

b) Phong hóa hóa học

Quá trình phá hủy đá và khoáng chất do tác động hóa học của nước và dung dịchnước Phong hóa hóa học làm cho thành phần khoáng học và thành phần hóa học của đáthay đổi Kết quả:

- Làm đá vụn xốp

- Xuất hiện khoáng thứ sinh ( khoáng mới )

- Quá trình hòa tan

Các loại muối clorua và sunfat của các cation kim loại kiềm và kiềm thổ của cáckhoáng dễ hòa tan

- Quá trình hydrat hóa ( quá trình ngậm nước)

Nước là phân tử có cực, nên nếu khoáng chất có các cation và anion có hóa trị tự do sẽhút phân tử nước và trở thành ngậm nước

2Fe2O3 + 3H2O  2Fe2O3 3H2O

CaSO4 + 2H2O  CaSO4 2H2O

Na2SO4 + 10H2O  Na2SO4 3H2O

Hydat hóa làm độ cứng của khoáng giảm, thể tích tăng làm đá bị vỡ vụn và hòatan Như vậy phong hóa hóa học không chỉ phá vỡ đá về mặt hóa học, mà còn thúc đẩyquá trình phong hóa lý học

Quá trình oxy hóa

Trong các khoáng chất cấu tạo đá, chứa nhiều ion hóa trị thấp như (Fe2+ , Mn2+ ),những ion này bị oxy hóa thành hóa trị cao hơn làm cho khoáng bị phá hủy và thay đổithành 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 quả đất chứa nhiều khoáng silicat – đó

là muối của axit yếu (axit silic: H2SiO3, axit amulosilic: H2[Al2Si6O16]) Trong các khoángnày chứa các ion kim loại kiềm và kiềm thổ, trong quá trình thủy phân, những ion H+ donước điện ly sẽ thay thế cation này

K[AlSi3O8] + H+ + OH–  HalSi3O8 + KOH

Quá trình phong hóa hóa học làm đá vỡ vụn và thay đổi thành phần của khoáng và đá.c) Phong hóa sinh học

Là quá trình biến đổi cơ học, hóa học các loại khoáng chất và đá dưới tác dụng củasinh vật và những sản phẩm của chúng

Sinh vật hút những nguyên tố dinh dưỡng do các quá trình phong hóa trên giải phóng ra

Tảo và địa y có khả năng phá hủy đá thông qua bài tiết và hệ rễ len lỏi vào khe đá

Tác dụng phong hóa cơ học do hệ rễ len lỏi và gây áp suất trên đá

1.3 Quá trình hình thành đất

1.3.1 K

h á i n i ệ m

Quá trình hình thành đất rất phức tạp, bao gồm nhiều hoạt động: sinh học, hóahọc,lý học, lý – hóa học tác động tương hỗ lẫn nhau:

- Sự tổng hợp chất hữu cơ và phân giải chúng

- Sự tập trung tích lũy chất hữu cơ, vô cơ và sự rửa trôi chúng

- Sự phân hủy các khoáng chất và sự tổng hợp các hợp chất hóa hoc mới

- Sự xâm nhập của nước vào đất và mất nước từ đất

- Sự hấp thu năng lượng mặt trời của đất làm đất nóng lên và mất năng lượng từ đất, làmcho đất lạnh đi

Từ khi xuất hiện sự sống trên trái đất thì quá trình phong hóa xảy ra đồng thời vớiquá trình hình thành đất

Thực chất của quá trình hình thành đất là vòng tiểu tuần hoàn sinh học, thưc hiện

do hoạt động sống của sinh học (động vật, thực vật và vi sinh vật) Trong vòng tuần hoànnày sinh vật đã hấp thu năng lượng, chất dinh dưỡng và các khí từ khí quyển để tổng hợpnên chất hữu cơ ( quang hợp ) Các chất hữu cơ này vô cơ hóa nhờ vi sinh vật và là nguồnthức ăn cho sinh vật ở thế hệ sau

Thực vật của vòng đại tuần hoàn địa chất là quá trình phong hóa đá để tạo thành mẫuchất Còn bản chất của quá trình hình thành đất là vòng tiểu tuần hoàn sinh học, vì có tiểutuần hoàn sinh học đất mới được hình thành, những nhân tố cơ bản cho độ phì nhiêu củađất mới được tạo ra

1.3.2 C

á c y

ế u t ố h ì n h t h à n h đ ấ t

Đất được hình thành do sự biến đổi liên tục và sâu sắc tầng mặt của đất dưới tácdụng của sinh vật và các yếu tố môi trường Các yếu tố tác động vào quá trình hình thànhđất và làm cho đất được hình thành gọi là các yếu tố hình thành đất

Docuchaev người đầu tiên nêu ra 5 yếu tố hình thành đất và gọi đó là yếu tố phát sinhhọc

- Hơi nước và năng lượng mặt trời

- Sinh vật sống trên trái đất

Khí hậu có ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến quá trình hình thành đất:

- Trực tiếp: nước và nhiệt độ

+ Nước mưa quyết định độ ẩm, mức độ rửa trôi, pH của dung dịch đất và tham gia tíchcực vào phong hóa hóa học

+ Nhiệt độ làm cho đất nóng hay lạnh, nó thúc đẩy quá trình hóa học, hòa tan và tích lũychất hữu cơ

- Gián tiếp: Biểu hiện qua thế giới sinh vật mà sinh vật là yếu tố chủ đạo cho quá trìnhhình thành đất: biểu hiện qua quy luật phân bố địa lý theo vĩ độ, độ cao và khu vực

(3) Yếu tố sinh học

- Cây xanh có vai trò quan trọng nhất vì nó tổng hợp nên chất hữu cơ từ những chất vô cơcủa đất và của khí quyển – nguồn chất hữu cơ của đất

- Vi sinh vật phân hủy, tổng hợp và cố định nitow (N)

- Các động vật có xương và không xương xới đảo đất làm cho đất tơi xốp, đất có cấu trúc.Xác sinh vật là nguồn chất hữu cơ cho đất , có thể nói vai trò của sinh vật trong quá trìnhhình thành đất là: tổng hợp, tập trung, tích lũy chất hữu cơ, phân giải và biến đổi chất hữucơ

(4) Yếu tố địa hình

- Địa hình khác nhau thì sự xâm nhập của nước, nhiệt các chất hòa tan sẽ khác nhau Nơi

có địa hình cao, dốc, độ ẩm bé hơn nơi có địa hình thấp và trũng Địa hình cao thường bịrửa trôi, bào mòn

- Hướng dốc ảnh hưởng đến nhiệt độ của đất

- Địa hình ảnh hưởng tới hoạt động sống của thế giới sinh vật, tới chiều hướng và cường

độ của quá trình hình thành đất

(5) Yếu tố thời gian

- Yếu tố này được coi là tuổi của đất Đó là thời gian diễn ra quá trình hình thành đất vàmột loại đất nhất định được tạo thành đó là tuổi

- Đất có tuổi càng cao, thời gian hình thành đất càng dài thì sự phát triển của đất càng rõrệt

- Ngày nay hoạt động sản xuất của con người có tác động rất mạnh đối với quá trình hìnhthành đất Do vậy một số tác giả có xu hướng đưa vào yếu tố thứ 6 của quá trình hìnhthành đất.

1.4 Sự phát triển của quá trình hình thành đất

- Đất được hình thành, không ngừng tiến hóa gắn liền với sự tiến hóa của sinh giới Sựsống xuất hiện trên trái đất đánh dấu sự khởi đầu của quá trình tạo thành đất

- Sinh vật đơn giản ( vi khuẩn, tảo ) tham gia đầu tiên vào quá trình tạo thành đất Chúngsống trên các sản phẩm đầu tiên của phong hóa vật lý các đá, sau đó làm giàu chất hữu cơcho sản phẩm phong hóa

- Sau vi khuẩn, tảo xuất hiện các sinh vật tiến hóa hơn như mộc tặc, thạch tùng, dương xỉ,rêu và sau đó là thực vật bậc cao, làm cho đất phát triển về cường độ và chất lượng

- Khi thực vật xanh bao phủ khắp mặt đất, hệ thống rễ của chúng phát triển đa dạng ănsâu vào lớp đá phong hóa, thì lượng chất hữu cơ, mùn, chất dinh dưỡng, đạm tích lũynhiều, hình thành độ phì ổn định Đánh dấu giai đoạn chất lượng của quá trình hình thànhđất

- Sự tiến hóa của sinh giới từ đơn giản đến phức tạp được hoàn thiện qua hàng triệu năm,nên quá trình phát triển để hình thành đất cũng lâu dài như vậy

1.5 Các chức năng của đất

Đất có 5 chức năng:

(1) Môi trường để các loại cây trồng sinh trưởng và phát triển

(2) Địa bàn cho các quá trình biến đổi và phân hủy các phế thải hữu cơ và khoáng

(3) Nơi cư trú cho các động vật đất

(4) Địa bàn cho các công trình xây dựng

(5) Địa bàn để cung cấp nước và lọc nước

2 Chương 2: KHÁI QUÁT VỀ XÓI MÒN

2.1 Khái niệm xói mòn đất

2.1.1 K

h á i n i ệ m

Chúng ta có nhiều khái niệm khác nhau về xói mòn đất như:

Ellison (1944) [23]: “Xói mòn là hiện tượng di chuyển đất bởi nước mưa, bởi giódưới tác động của trọng lực lên bề mặt của đất Xói mòn đất được xem như là một hàm sốvới biến số là loại đất, độ dốc địa hình, mật độ che phủ của thảm thực vật, lượng mưa vàcường độ mưa”

FAO (1994) [26]: “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.”

Tóm lại, xói mòn đất là quá trình phá hủy lớp thổ nhưỡng bề mặt dưới tác động củacác yếu tố tự nhiên và kinh tế xã hội, làm mất đất, giảm chất lượng đất và ảnh hưởng đếnmôi trường, kinh tế xã hội Các khái niệm xói mòn đất phụ thuộc vào hướng

tiếp cận đối tượng và mục tiêu nghiên cứu

2.1.2 N

g u y ê n n h

â n g â y r a x ó i m ò n đ ấ t :

- Nguyên nhân sâu xa:

+ Khai thác quá mức và sử dụng không bền vững tài nguyên sinh học: Nhằm thỏa mãnnhu cầu của cuộc sống, con người đã không ngừng khai thác các nguồn tài nguyên từthiên nhiên Khi dân số tang lên, nhu cầu sử dụng cũng tang theo và họ đã sử dụng cácphương pháp khai thác hữu hiệu hơn Việc sử dụng các phương pháp khai thác gỗ khôngbền vững từ trước đến nay đều được coi là mối đe dọa lớn, nó không những làm cạn kiệtnguồn tài nguyên gỗ tự nhiên mà còn làm giảm sút nghiêm trọng chất lượng rừng gây xóimòn đất nghiêm trọng

+ Việc sử dụng đất không hợp lý như trồng cây ngắn ngày trên đất dốc, phương thức canhtác chủ yếu là quản canh, không có biện pháp phục hồi, bồi dưỡng, bảo vệ đất… tất yếudẫn đến thoái hóa đất

- Nguyên nhân trực tiếp

+ Lượng mưa và cường độ mưa: Mưa là một trong những yếu tố ảnh hưởng lớn và trựctiếp đến xói mòn đất, lượng mưa phân bố không đồng đều, tập trung vào mùa mưa Chỉ

cần lượng mưa trên 10mm, ở những nơi có độ dốc trên 100 là có thể gây ra hiện tượng xóimòn đất Lực của giọt mưa khiến cho lớp đất ở phần mặt trên bị tách ra thành từng hạt,các hạt đất di chuyển theo dòng chảy sẽ dễ dàng hơn, trực tiếp gây ra xói mòn, giọt mưacàng lớn sức công phá càng mạnh Việt Nam là nước có lượng mưa cao hàng năm, lượngmưa bình quân hàng năm từ 1800 – 2000 mm, có nơi lượng mưa rất cao 4000mm/năm (ởHuế) Ở Việt Nam, 85% lượng mưa tập trung vào 6 tháng mùa mưa nhìn chung lượngmưa càng lớn và cường độ mưa càng mạnh thì lượng đất bị xói mòn càng nhiều.

+ Địa hình: Độ dốc quyết định đến thế năng của hạt đất và dòng chảy phát sinh trên bềmặt Độ dốc càng lớn thì xói mòn càng mạnh Cường độ xói mòn còn phụ thuộc vàochiều dài dốc: dốc càng dài khối lượng nước chảy, tốc độ dòng chảy, lực quán tính càngtăng, xói mòn càng mạnh Công bố nghiên cứu của các tài liệu trên thế giới đã chỉ rarằng, thường sau khi rừng bị khai phá, trong 3 năm đầu dòng chảy tăng lên 820mm Vìvậy những vùng đất trống đồi núi trọc, đất dốc có nguy cơ rất lớn thoái hóa nhanh do bịdòng chảy rửa trôi Đây là một trong những trở ngại lớn nhất khi sử dụng đất dốc

- Độ che phủ đất của cây: độ che phủ đất có ý nghĩa quyết định tới lượng đất bị xói mòn.nếu trên mặt đất có cây che phủ thì mưa không rơi trực tiếp xuống đất và phân tán trêncành, lá cây do đó xói mòn xảy ra ít và với cường độ nhỏ

Nguyên nhân chủ yếu gây xói mòn đất ở vùng nhiệt đối như nước ta là do nướcmưa Mưa với cường độ lớn đã tạo các dòng chảy bề mặt đất xói mòn đất xảy ra mạnh ởnhững nơi có độ dốc và lớp phủ thực vật nghèo

2.2 Sơ lược về lịch sử nghiên cứu xói mòn đất

2.2.1 T

r ê n t h ế g i

ớ i

Theo Baver (1939) các nghiên cứu đầu tiên về xói mòn đất được các nhà khoa học người Đức thực hiện vào những năm 1877 (Hudson, 1995) Năm 1907 tại Mỹ các chươngtrình nghiên cứu về xói mòn đất được bắt đầu khi Bộ Nông nghiệp nước này tuyên bố chính sách về bảo vệ nguồn tài nguyên đất Các nghiên cứu chi tiết đầu tiên về mưa được tiến hành bởi Laws (1941) Ellison (1944) đã phân tích các tác động cơ học của hạt mưa lên đất và đưa ra tiến trình xói mòn Công thức toán học được Zingg (1940) đưa vào để đánh giá ảnh hưởng của độ dốc và độ dài của sườn dốc đến sự xói mòn

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 SOILOSS (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)

2.2.2 T

ạ i V i ệ t N a m

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 Đến những năm 1960 thì các nghiên cứu xói mòn ở Việt Nam đáng chú ý là của tác giả Nguyễn Ngọc Bình (1962) 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.

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) đã tiếnhành 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 Xiêm và Thái Phiên (1996) với công trình nghiên cứu về đất đồi núi Việt Nam[19] 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

2.2.3 M

ộ t s ố n g h i ê n c ứ u v ề

x ó i m ò n c ó ứ n g d ụ n g c ô n g n g h ệ G I S t ạ i V i ệ

t N a m

Trong những năm gần đây với việc ứng dụng GIS vào nghiên cứu xói mòn thì

đã có một số công trình được tiến hành như: “Ứng dụng GIS ước lượng xói mòn đất tại lâm trường Mã Đà- Tỉnh Đồng Nai” của Nguyễn Kim Lợi (2006); “Ứng dụng GIS và viễn thám đánh giá xói mòn đất lưu vực hồ Dầu Tiếng” của Trần Tuấn Tú, Nguyễn

Trường Ngân (2009); “Ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) để dự báo xóimòn đất tại huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Cạn” của Hoàng Tiến Hà (2009) Các công trình nghiên cứu này tập trung vào tính toán lượng đất xói mòn, đề ra một số biện pháp hạn chếxói 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 X

ó i m ò n d o n ư ớ c

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

- 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 trìnhchảy tràn và xói mòn khe rãnh Các loại hình xói mòn do tác động của nước: Kiểu xóimòn do nước gây ra do tác động của nước chảy tràn bề mặt (nước mưa, bang tuyết tanhay tưới tràn): Để xảy ra xói mòn, nước cần có năng lượng để tách các hạt đất, rồi sau đóvận chuyển chúng đi Mưa và nước có thể tách được các hạt đất xong việc vận chuyểnđược chúng đi bao xa phải phụ thuộc vào dòng chảy Tác động của mưa gây ra xói mònđối với đất gồm các tác động va đập phá vỡ, làm tách rời các hạt đất và sau đó vậnchuyển các hạt đất bị phá hủy theo các dòng chảy tràn trên mặt đất Dòng chảy của nước

có thể tạo ra các rãnh xói, khe xói hoặc bị bóc theo từng lớp, người ta chia kiểu xói mòn

- Xói mòn theo các khe, rãnh: Là hiện tượng trên bề mặt đất tạo thành những dòng xóitheo các khe, rãnh trên sườn dốc nơi mà dòng chảy tập trung Thường khi mưa lâu, dòngchảy tự nhiên tạo thành các khe lớn hay nhỏ tùy thuộc vào mức độ xói và đường cắt củanước chảy xuống dưới

+ Mương xói: Thường thể hiện ở những nơi có mức độ xói mòn nghiêm trọng, đất bị xóimòn cả ở dạng lớp và khe, rãnh ở mức độ mạnh do trên những vùng đất cao, dốc, mưalớn tạo nên những dòng chảy cực đại trên sườn dốc Ngoài việc bào mòn lớp đất mặtchúng 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 X

ó i m ò n d o g i ó

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

- 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 thànhnhiều dạng phức tạp như: nhảy cóc, trườn trên bề mặt, lơ lửng

2.3.3 T

i ế n t r ì n h x ó i

m ò n đ ấ t

Về nguyên lý, Ellision (1944) xem xói mòn đất như là một hàm số với biến số làloại đất, độ dốc địa hình, mật độ che phủ của thảm thực vật, lượng mưa và cường độ mưa.Xói mòn là một quá trình tự nhiên, tuy nhiên ở một vài nơi quá trình này diễn ra nhanhhơn do các hoạt động của con người Ellision đã xác định tác nhân gây xói mòn mạnh

mẽ nhất là xung lực hạt mưa tác động vào mặt đất và chia quá trình này thành 3 giaiđoạn:

- Giai đoạn 1: Hạt mưa rơi xuống làm vỡ cấu trúc đất, tách rời từng hạt đất ra khỏi

Hình 2.1 Tiến trình xói mòn đất (Nguồn: Nguyễn Kim Lợi, 2005 )

Quá trình xói mòn gồm: xói lở song suối và xói mòn, rửa trôi bề mặt

- Xói lở sông suối: quá trình này được xác định theo công thức động năng của dòng chảy:

F = vm2/2

Trong đó: F là động năng của khối nước chảy

m là khối lượng nước chảy

v là vận tốc dòng chảyNhư vậy động năng của dòng chảy tỉ lệ thuận với bình phương của tốc độ dòng chảy Trong quá trình xói lở, dòng chảy tạo ra vật liệu, phù sa Tùy theo kích thước phù sa và tốc độ dòng chảy mà phù sa có thể vận chuyển xuôi theo chiều dòng chảy Khi động năng của dòng chảy không đủ sức mang đi từng

bộ phận vật chất, phù sa sẽ lắng đọng xuống dòng sông gọi là quá trình bồi tụ.

- Xói mòn và rửa trôi bề mặt: Là quá trình xói mòn do dòng chảy tạm thời trên sườn lúc mưa hoặc tuyết tan và chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố tự 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 Y

ế u t ố m

ư a ( R a i n f a l l E r o s i o n I n d e x )

Sau nhiều công trình nghiên cứu về xói mòn đất một cách có hệ thống các nhà khoa học phát hiện ra rằng nhân tố quan trọng nhất gây ra xói mòn đất đó là hạt mưa Theo Elison (1944) là người đầu tiên chỉ ra chính hạt mưa là thủ phạm tạo ra sự xói mòn Năm 1985 Hudson N.W từ kết quả thực nghiệm cho thấy hạt mưa có động năng lớn hơn

256 lần so với dòng chảy trên mặt mà nó sinh ra

Hình 2.3 Tiến trình của tác động mưa đến xói mòn đất

(Nguồn: Nguyễn Kim lợi, 2005)

Như vậy tác động chủ yếu của các hạt mưa là sự phá vỡ kết cấu lớp đất mặt

bằng động năng của mình chính điều này làm các hạt đất tách ra khỏi mặt đất Đồng thờimưa còn tạo ra dòng chảy để vận chuyển các hạt đất đến vị trí bồi lắng Giữa hạt mưa vàdòng chảy do nó tạo ra có mối quan hệ với nhau Chính sự va đập của mưa vào mặt đấtlàm cho đất hóa lầy và dòng chảy trên mặt tăng lên

Ảnh hưởng của lượng mưa: ảnh hưởng lớn nhất đến xói mòn đất, quá trình xói mòn bị chi phối bởi các đặc trưng mưa: phân bố mưa, cường độ mưa, lượng mưa, loại mưa và chế độ mưa Kết quả quan trắc về lượng đất bị xói mòn trên đất trồng chè, độ dốc

80 ở các địa điểm khác nhau như sau:

Bảng 2.1 Ảnh hưởng của lượng mưa đến xói mòn

n h ư ỡ n g ( S o i l E r o d i b i l i t y I n d e x )

Thổ nhưỡng hay tính chất đất (tính chất vật lý, hóa học, sinh học) là yếu tố

quyết định tính xói mòn của đất Khi hạt mưa rơi xuống đất thì có hai tác động xảy ra đốivới đất dẫn đến quá trình xói mòn đất:

- Năng lượng của hạt mưa va đập phá vỡ kết cấu đất, tác động đến tính chất hóa học vàvật lý, làm tách rời các hạt đất.

- Quá trình vận chuyển các hạt đất

Nếu đất có kết cấu, tồn tại một trạng thái cân bằng, các khe hở và các đoàn lạpđược duy trì làm cho cấu trúc đất khó bị phá vỡ Nếu đất không có cấu tạo hạt kết thì cáchạt đất không liên kết với nhau Đất như vậy rời rạc khi năng lượng của hạt mưa tác độngvào 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 trúcđất Đối với các loại đất có cấu trúc, giàu hữu cơ thì khả năng kháng xói mòn tốt hơn cácloại đất có không có cấu trúc (cấu trúc rời rạc), nghèo hữu cơ

2.4.3 N

h â n t ố đ ị a h ì n h ( L S - F a c

t o r )

Độ dốc ảnh hưởng, liên quan trực tiếp đến lượng đất xói mòn , rửa trôi , vì độ dốcquyết định thế năng của hạt đất và dòng chảy phát sinh trên mặt Năng lượng gây xóimòn của dòng chảy bề mặt gia tăng khi độ dốc tăng lên Đất có độ dốc lớn dễ bị xói mònhơn đất bằng phẳng vì các yếu tố tạo xói mòn như: sự bắn tóe đất, sự xói rửa bề mặt, sựlắng đọng, và di chuyển khối tác động lớn hơn trên sườn dốc có độ dốc cao Dạng hìnhhọc của sườn dốc có ảnh hưởng khác nhau đến xói mòn Lượng đất mất đi từ sườn dốcphẳng lớn hơn khi sườn dốc có dạng lõm và nhỏ hơn khi sườn dốc có dạng lồi Ngoài ảnhhưởng của độ dốc, xói mòn còn phụ thuộc và chiều dài sườn dốc

Bảng 2.2: Ảnh hưởng của độ dốc đến xói mòn đất

Loại đất Cây trồng Độ dốc (độ)

Lượng đất mất (tấn/ha/năm)

Địa điểm, năm nghiên cứu

(Nguồn: Nguyễn Quang Mỹ, 2005)

Bảng 2.2 cho thấy nếu độ dốc tăng 2 lần thì cường độ xói mòn tăng 2- 4 lần

Chiều dài sườn dốc cũng là nhân tố ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất Chiều dàisườn càng tăng, khối lượng nước càng lớn, lớp nước càng dày, tốc độ và năng lượngdòng chảy càng lớn thì quá trình rửa trôi, xói mòn đất

Bảng 2.3 Ảnh hưởng của chiều dài sườn dốc đến xói mòn Cây trồng Độ dốc, độ Chiều dài sườn dốc, mm Tổn thất đất T/ha

3040

627204

2.4.4 Y

ế u t ố c h e p h ủ m ặ t ( C r o p m a n a g e m e n t f

a c t o r )

Dưới tác động của mưa thì những vùng đất trống, có độ dốc lớn khả năng xóimòn sẽ rất cao Nhưng khi đất có lớp thảm phủ thực vật, lớp thảm phủ thực vật sẽ có haitác dụng chính:

- Thứ nhất hấp thu năng lượng tác động của hạt mưa, phân tán lực của mưa, nước

có khả năng chảy xuống dọc theo thân cây xuống đất làm giảm đi lực tác độngcủa hạt mưa đối cấu trúc đất

- Thứ hai vật rơi rụng của lớp thực phủ như lá, cành cây, tạo ra một lượng mùn làmcho đất tơi xốp, giữ đất, giữ nước, làm giảm lưu lượng dòng chảy tràn trên bề mặt

Hình 2.4: Mối quan hệ giữa độ che phủ và xói mòn đất

(Nguồn: Nguyễn Kim Lợi, 2005)

Tóm lại, mỗi loài thực vật có một đặc trưng riêng nên thực vật có ảnh hưởng

khác nhau đến quá trình xói mòn Thực vật càng phát triển xanh tốt và mức độ che phủcủa nó càng dày thì vai trò bảo vệ đất và giữ nước của nó càng lớn

Bảng 2.4 Quan hệ giữa độ che phủ và lượng đất bị xói mòn

Nguồn: Thái Phiên (1990)

2.4.5 Y

ế u t ố c o n n g ư ờ i ( P r a c t i c e H u

m a n )

Trong các hoạt động của mình con người tác động đến thế giới tự nhiên theo hai hướngtích cực và tiêu cực, các hoạt động này có thể là nguyên nhân trực tiếp hay gián tiếp tácđộng lên xói mòn Con người có thể hạn chế và ngăn chặn xói mòn thông qua các biệnpháp sử dụng và quản lý đất đai hợp lý và khôn khéo Các tác động về khí hậu, thủy văn,địa hình và tính chất đất, con người có thể ở mức độ nhất độ nhất định kiểm soát và điềuchỉnh nhờ các biện pháp quản lý: Tác động của con người thông qua các hoạt động: phárừng, đốt rừng, mất thảm phủ, khai phá đất trồng bừa bãi, phá rừng phòng hộ đầu nguồn,phá rừng ở nơi đất dốc, du canh, du cư…, làm cho mức độ xói mòn tăng nhanh

2.4.6 P

h â n l o ạ i m ứ c đ ộ x ó i m ò n

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

123456

YếuTrung bình yếuTrung bình kháMạnhRất mạnhNguy hiểm

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 hệsinh thái bao gồm:

- Mất đất, chất dinh dưỡng trong đất: Lượng đất bị mất do xói mòn là rất lớn, làm giảm điquỹ đất cho sản xuất nông nghiệp Lượng chất dinh dưỡng trên bề mặt đất bị xói mòncuốn đi hết lượng dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng Ngoàira lượng chất dinh dưỡng bịmất đi còn làm thay đổi cả tính chất hóa lý của đất

- Năng suất cây trồng: Năng suất cây trồng bị giảm mạnh do đất bị mất đi chất dinhdưỡng Nghiêm trọng hơn, nhiều nơi do xói mòn đất mà sau nhiều vụ thu hoạch thìnhững vụ sau đó đã không thể thu hoạch được

- Gây hại đến môi trường, hệ sinh thái: Các chất dinh dưỡng bị dòng chảy cuốn đi cùngvới các hạt đất được thực vật (chủ yếu là tảo) hấp thụ để phát triển sinh khối Khi tảo chết

đi, sự phân hủy các chất hữu cơ bởi các vi sinh vật làm giảm lượng oxy trong nước đedọa đến sự sinh tồn của các loài cá và động vật khác và cuối cùng sẽ phá vỡ sự cân bằngcủa hệ sinh thái nước Xói mòn còn gây ô nhiễ nguồn nước do trong hạt đất có chứaphotpho, nitrat hay hấp thụ thuốc trừ sâu gây nguy hại đến sức khỏe con người Bên cạnh

đó, các hạt đất bị di chuyển bởi dòn chảy làm nước trở nên đục, tia nắng mặt trời khóthâm nhập vào nước đục, làm hạ thấp khả năng quang hợp của thực vật thủy sinh

2.6 Các biện pháp chống xói mòn

Không có bất kỳ một biện pháp đơn lẽ nào có khả năng chống xói mòn, mà thôngthường tùy điều kiện cụ thể của từng vùng mà chọn lựa và sắp đặt một hệ thống các biệnpháp thích hợp.

Về nguyên lý, Ellision (1944) đã xác định tác nhân gây xói mòn mạnh mẽ nhất làxung lực hạt mưa tác động vào mặt đất ông chia quá trình này thành 3 pha:

- Pha 1: Tách các hạt đất ra khỏi đất

- Pha 2: Di chuyển các phân tử bị tách ra đi nơi khác

- Pha 3: Lắng đọng chúng ở một nơi khác

Nếu hạn chế được pha 1, sẽ không xảy ra pha 2 và pha 3 do đó các biện pháp hệthống thuộc nhóm 1 là tăng cường che phủ mặt đât sẽ trở nên quan trọng nhất

- Bố trí một cơ cấu cây trồng đa dạng theo kiểu nông – lâm kết hợp, tạo ra tán che nhiềutầng, nhiều lớp trên mặt đất là lớp thảm mục, tầng trên là những lớp cấy sống nhiều lớp,nhiều tầng sẽ hạn chế đáng kể xung lực của hạt mưa

- Trồng xen thành băng những cây hàng năm với những cây lâu năm, luân phiên giữa cácbăng, trồng xen, trồng gối sẽ tạo được những tán che tối đa

- Các biện pháp công trình đồng ruộng như: ruộng bật thang, kiến thiết đồi nương, làmđất và gieo trồng theo đường đồng mức ( contour farming), trồng các hàng ngang dốc đểcắt dòng chảy

Nguyên tắt chung kiểm soát xói mòn gồm 3 hệ thống:

(1) Hệ thống các biện pháp tăng cường che phủ mặt đất thông qua việc quản lý đất vàthiết lập, quản lý hệ thống cây trồng

(2) Hệ thống các biện pháp ngăn ngừa, cắt ngắn, phân tán và làm giảm lưu lượng củadòng chảy

(3) Hệ thống các biện pháp tăng cường khả năng ứng chịu của đất

* Làm ruộng bậc thang:

+ Ruộng bậc thang là biện pháp chống xói mòn tích cực nhất được áp dụng ở nhiều vùngđất dốc trên thế giới bởi chúng có khả năng canh tác lâu dài trên đất dốc, tạo điều kiệnthâm canh cho cây trồng, annawng suất, sản lượng cao và ổn định

Để xây dựng ruộng bậc thang đất đai phải có các điều kiện sau đây:

+ Đất phải có tầng dày tối thiểu từ 60cm trở lên, đất càng dày làm ruộng bậc thang càngthuận lợi, bề rộng của mặt ruộng càng rộng

+ Độ dốc có thể xây dựng ruộng bậc thang tốt nhất từ 5 – 250, ở những nơi có độ dốc lớnhơn 250 vẫn có thể làm được ruộng bậc thang như ở vùng Sapa, tuy nhiên đòi hỏi nhiềucông sức, thời gian và rất tốn đất.

+ Những nơi làm ruộng bậc thang để trồng lúa nước đòi hỏi phải có nguồn nước hoặc cókhả năng giải quyết được nước tưới

Nguyên tắc thiết kế ruộng bậc thang:

+ Ruộng bậc thang phải thiết kế theo đường đồng mức

+ Ruộng bậc thang nhất thiết phải có bờ Mặt ruộng rộng hay hẹp phụ thuộc vào độ dốc

và tầng dày của đất

* Canh tác theo đường đồng mức (Trồng cây thành dải): ngăn chặn các dòng nước chảy,tăng khả năng giữ đất và thấm nước

* Biện pháp công trình và thềm đơn giản

- Thềm cây ăn quả: là một dạng thềm canh tác không liên tục của dạng thềm bậc thanghẹp, dốc nghịch Thềm cây ăn quả có thể làm trên sườn dốc > 300 Khoảng cách cây ănquả được bảo vệ bằng những băng lớp phủ thực vật tự nhiên lâu năm hay các cây cỏ, cây

họ đậu và các cây bảo vệ đất khác Cây trồng chính được trồng theo các bồn riêng

- Thềm sử dụng linh hoạt: Là các dạng thềm nằm cách nhau khá xa, xen kẽ là các dảisườn đồi chưa được xử lý dùng để canh tác hỗn hợp Thềm để trồng cây lương thực làchủ yếu, trong khi ở phần sườn dốc chưa xử lý ở giữa thì trồng cây dài ngày hay cây lấygỗ

- Thềm tự nhiên: thềm tự nhiên được hình thành sau khi tạo ra các bờ thấp (dải chắn)bằng đất hay đá có thể thu lượm tại chỗ, hay các dải cỏ dày theo đường đồng mức trêncác sườn dốc thoải Chúng được thiết kế và thi công sao cho đỉnh của đê chắn phía dướicao ngang tầm điểm giữa đoạn sườn dốc tới đê kế tiếp ở phía trên Sau vài năm canh tácthềm sẽ được hình thành do sự bồi đắp tự nhiên, loại này thường chỉ áp dụng cho sườndốc 7 – 120

* Bố trí đa canh, biện pháp phủ đồi, trồng cây bảo vệ đất, ở Việt Nam đã trồng cỏ vetivertạo thảm thực vật chống xói mòn rất hiệu quả (đặc tính của cỏ này là rễ dài ăn sâu vào đấtgiúp cố định đất, cản trở tốc độ của dòng nước)

* Biện pháp lâm nghiệp: Trồng rừng trên các đỉnh đồi, núi, sườn dốc và dọc ven biển, vensông để chống xói mòn, ngăn chặn dòng chảy và giữ ẩm cho đất đồng thời còn hạn chế cảxói mòn do gió

* Biện pháp hóa học: Đưa vào đất các chất kết dính hóa học tạo ra cho đất có thể liên kếtchống xói mòn Ngoài ra người ta còn dùng một số chất có khả năng giữ đất khác nhưthạch cao, sợi, thủy tinh tạo thành màng bảo vệ trên mặt đất Ví dụ dùng polyme để kếtdính các hạt đất tạo lớp đất bền vững.

* Biện pháp tái chế và giảm thiểu xói mòn

Luôn duy trì độ ẩm cho đất, tránh các hiện tượng đất bị khô kiệt Có thể thực hiện bằngcác biện pháp xây dựng hồ chứa nước, hệ thống thủy lợi phục vụ tưới tiêu, các giếngkhoan

Thường xuyên che phủ cho đất bằng các đai rừng chắn gió, thảm thực vật tự nhiên và các

hệ thống cây trồng thích hợp cho khu vực thông qua việc sử dụng các mô hình nông –lâm kết hợp với luân canh và xen canh