Đang tải... (xem toàn văn)
Mục tiêu của nghiên cứu này đánh giá tác động của thay đổi sử dụng đất và biến đổi khí hậu đến dòng chảy mặt và xói mòn trên quy mô lưu vực (50 ha) trong thời gian liên tục (từ 2001 đến 2017).
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Nơng nghiệp Việt Nam - Số 12(97)/2018 TÁC ĐỘNG CỦA SỬ DỤNG ĐẤT, KHÍ HẬU THỜI TIẾT ĐẾN DỊNG CHẢY VÀ XĨI MỊN TẠI LƯU VỰC ĐỒNG CAO Phạm Đình Rĩnh1, Trần Đức Tồn1, Nguyễn Duy Phương1, Đỗ Duy Phái , Didier Orange2, Jean Luc Meaght3, Olivier Ribolzi3, C Valentin3 TÓM TẮT Thay đổi sử dụng đất hoạt động sản xuất nông nghiệp lượng mưa bất thường nguyên nhân làm tăng/ giảm hệ số dịng chảy mặt xói mịn đất đất dốc Mục tiêu nghiên cứu đánh giá tác động thay đổi sử dụng đất biến đổi khí hậu đến dịng chảy mặt xói mịn quy mơ lưu vực (50 ha) thời gian liên tục (từ 2001 đến 2017) Kết cho thấy thay đổi sử dụng đất từ sắn đến cỏ Brachacia, trồng rừng bỏ hóa lâu năm ảnh hưởng đến hệ số dòng chảy theo hướng giảm dần từ 68% đến 30% xuống 20% làm giảm lượng xói mịn từ 9,14 tấn/ha/năm (sắn) đến tấn/ha/năm (cỏ Brachacia) khoảng tấn/ha/năm sử dụng đất lưu vực rừng trồng rừng tái sinh Kết nghiên cứu ảnh hưởng trận mưa bất thường đến xói mịn nghiêm trọng mà lượng xói mòn trận mưa bất thường nửa tổng lượng đất xói mịn năm nghiên cứu Từ khóa : Xói mịn đất, thay đổi sử dụng đất, nông lâm kết hợp, lưu vực, đất dốc, lượng mưa I ĐẶT VẤN ĐỀ Những thay đổi nhanh chóng canh tác nông nghiệp đất dốc vùng Đông Nam Á nhằm đáp ứng nhu cầu lương thực áp lực gia tăng dân số làm cho đất ngày trở lên thối hóa (Fox and Vogler, 2005 ; Bruijnzeel, L.A., 2004) Nghiên cứu dạng ô nhỏ vùng Đông Nam Á, số tác giả mức độ xói mịn vùng Thái Lan, Lào Việt Nam mạnh vùng có lượng mưa tập trung, cường độ lớn (Sidle Ro C et al., 2016 ; Hai An Phan Ha et al., 2012) Sự thay đổi khí hậu ngày rõ rệt biểu xuất trận mưa bất thường với lượng mưa lớn cường độ mưa cao ngày nhiều (Phạm Đình Rĩnh ctv., 2014) Đã có nhiều nghiên cứu xói mịn đất đất dốc dạng nhỏ, kết đất xói mịn tính tốn diện tích lớn khơng đại diện xác đặc điểm xói mịn q trình phân bố đất bề mặt (Phạm Đình Rĩnh ctv., 2014) Nghiên cứu nhằm thay đổi sử dụng đất lưu vực biến đổi khí hậu ảnh hưởng đên dịng chảy xói mịn Mục tiêu thu thập số liệu quan trắc dài hạn liên tục khí hậu, sử dụng đất, dịng chảy xói mịn quy mô lưu vực Kết nghiên cứu cung cấp cho nhà nghiên cứu đất, quản lý sử dụng đất, nhà làm sách việc xây dựng sách quản lý sử dụng nguồn tài nguyên đất dốc theo hướng bền vững II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng củasử dụng đất biến đổi khí hậu đến hệ số dịng chảy mặt xói mịn đất giai đoạn sử dụng đất quy mô lưu vực 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu thực lưu vực Đồng Cao, xã Tiến Xuân, huyện Thạch Thất, Hà nội, diện tích nghiên cứu lưu vực 50 chia thành tiểu lưu vực (TLV) lưu vực (LVC), độ dốc trung bình lưu vực dao động từ 15% - 45% (Hình 1) 2.2 Vật liệu phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Vật liệu nghiên cứu - Đất: Đất đỏ vàng biến đổi đá phiến thạch sét thôn Đồng Cao, xã Tiến Xuân, huyện Thạch Thất, Hà Nội - Cây trồng: TLV1: Trồng sắn đến năm 2001, trồng keo (2002 - 2007) sau bỏ hóa TLV2: Trước năm 2003 trồng sắn; giai đoạn 2003 - 2005 trồng cỏ chăn nuôi (Bracaria Juzisiensis) kết hợp trồng xen rừng trám, táu Từ năm 2006 tiếp tục trồng rừng (trám, táu, keo) TLV3: Năm 2001 - 2002 sắn Từ năm 2003 keo xen sắn (nông lâm kết hợp) TLV4: Rừng tự nhiên xen bụi (hoàn toàn trạng thái tự nhiên) Thiết bị quan trắc: Mỗi tiểu lưu vực lưu vực xây dựng đập quan trắc, đập quan trắc có thiết bị quan trắc máy ghi mực nước, máy lấy mẫu tự động (Hình 2) Viện Thổ nhưỡng Nơng hóa ; Sinh thái Đất- Viện Nghiên cứu Phát triển, Pháp Đơn vị nghiên cứu sinh thái môi trường Paris- Viện Nghiên cứu Phát triển, Pháp 97 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Nơng nghiệp Việt Nam - Số 12(97)/2018 Hình Sơ đồ vị trí TLV LVC a b c d Hình Thiết bị nghiên cứu a) Đập hứng xói mòn; b) Máy ghi mực nước; c) Máy lấy mẫu tự động; d) Trạm khí tượng 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu thơng số khí hậu thời tiết: Lượng mưa, cường độ mưa, nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, tốc độ gió, xạ mặt trời, đo trạm khí tượng tự động đặt lưu vực nghiên cứu (Phần d Hình 2) - Nghiên cứu dòng chảy: Mỗi LVC TLV lắp quan trắc mực nước phấn (b) hình Thiết bị tự động ghi lại mực nước chảy qua đập hứng thơng qua kích thước đập hứng để tính toán tổng lượng nước lưu vực - Định lượng xói mịn: Được xác định thơng qua quan trắc trực tiếp (đất trôi huyền phù): Các đập hứng xây dựng để quan trắc đo đếm lưu lượng nước để hứng tồn lượng đất trơi lượng huyền phù qua lưu vực Lượng đất trôi đọng lại đập hứng cân đong đo đếm theo phương pháp cân trọng lượng đất trôi xơ đất trận mưa có lượng đất trơi ít, 98 trận mưa có lượng đất trơi nhiều tính tốn lượng đất m3 xác định cho toàn đập hứng Lượng đất trôi cân đo cho trận mưa lấy mẫu xác định độ ẩm để xác định trọng lượng đất khô bị Lượng huyền phù xác định thông qua hệ thống lấy mẫu nước tự động theo mực nước (Phạm Đình Rĩnh ctv., 2014) 2.3 Thời gian địa điểm nghiên cứu Nghiên cứu thực từ năm 2001 đến 2017 lưu vực Đồng Cao, xã Tiến Xn, huyện Lương Sơn, tỉnh Hịa Bình III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu điều kiện khí hậu trồng lưu vực 3.1.1 Điều kiện khí hậu Kết quan trắc lượng mưa cường độ mưa (Bảng 1) cho thấy lượng mưa thấp 1.052 mm Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 12(97)/2018 (năm 2002), lượng mưa cao 2.510 (năm 2001) trung bình 1.618 mm Những năm lượng mưa có cường độ mưa cao đạt 75 mm/giờ năm 2003; 2005; 2008, 2011; 2012, 2013, 2014 2017 Những năm lượng mưa có cường độ nhỏ 25 mm/giờ tập trung nhiều năm 2004; 2006; 2007 2009, 2015, 2016 Sự khác nguyên nhân dẫn đến thay đổi lượng nước chảy tràn đất lưu vực (Bảng 1) Bảng Lượng mưa phân theo cường độ mưa lưu vực nghiên cứu Năm 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 TB Cường độ mưa (mm/h) Lượng (25 (< 50 mưa < 25 > 75 50) - 75) (mm) mm/h* mm/h mm/h mm/h 2.510 1.052 257 248 202 345 1.584 291 386 274 633 1.353 518 594 188 54 1.842 372 232 566 673 1.242 295 189 291 467 1.220 323 387 219 292 1.842 372 232 566 673 1.335 509 279 183 365 1.263 160 241 617 245 1.977 438 410 450 679 1.570 460 350 280 480 1.946 367 673 466 441 1.519 370 282 349 519 1.743 648 354 387 355 1.392 459 357 352 224 2.126 620 476 466 564 1.618 410 355 372 425 Ghi chú: -: khơng có số liệu; * < 25 mm/ giờ: cường độ xói mịn yếu; 25 - 50 mm/giờ: cường độ xói mịn yếu đến trung bình; 50 – 70 m/giờ: cường độ xói mịn mạnh; >75 mm/giờ: cường độ xói mịn mạnh (Norman Hudson, 1981) 3.1.2 Sử dụng đất lưu vực Cây trồng lưu vực thay đổi theo giai đoạn khác chia thành giai đoạn chính: Giai đoạn năm 2001 đến năm 2002 trồng chủ yếu sắn chiếm 50% tổng diện tích lưu vực (Hình 3), Giai đoạn thứ (năm 2003 đến năm 2006) giai đoạn diện tích sắn lưu vực bị giảm cịn 7% diện tích lưu vực tồn diện tích trồng sắn chuyển sanh trồng cỏ và sắn xen keo Giai đoạn thứ từ năm 2007 đến năm 2011 diện tích trồng cỏ chuyển thành bỏ hóa sắn xen keo chuyển thành chuyên keo, diện tích hàng năm trồng ngơ cịn 3% giai đoạn từ năm 2012 đến lưu vực chủ yếu rừng trồng bỏ hóa lâu năm (Hình 3) 3.2 Ảnh hưởng sử dụng đất khí hậu đến xói mịn đất lưu vực Đồng cao 3.2.1 Ảnh hưởng thay đổi sử dụng đất, lượng mưa đến xói mịn tiểu lưu vực Thí nghiệm nghiên cứu dài hạn cho xu hướng xói mịn phụ thuộc chủ yếu vào sử dụng đất lượng mưa theo cường độ mưa (Hình 4) Ảnh hưởng rõ giai đoạn đầu 2001 - 2003 trồng lưu vực chiếm phần trăm lớn sắn đại diện tiểu lưu vực 1, TLV2 TLV3 tồn diện tích trồng sắn, lượng xói mịn đất quan trắc 11 tấn/ha/năm Năm 2002 lượng mưa thấp (1200 mm) so với năm 2001 (2510 mm) lượng đất xói mòn thu cao (6 tấn/ha/năm) Giai đoạn sau từ năm 2003 đến năm 2006 diện tích sắn chuyển đổi sang trồng cỏ, lượng đất xói mịn giảm xuống còn từ - tấn/ha/năm ngoại trừ năm 2003 có trận mưa bất thường vào thời điểm người dân làm đất canh trồng cỏ lượng đất xói mịn thu tấn/ha/năm Giai đoạn từ năm 2007 đến năm 2011 diện tích trồng cỏ chuyển lưu vực sang trồng rừng, xói mòn giảm xuống khoảng tấn/ha/năm giai đoạn tiếp từ năm 2012 đến năm 2017 trồng lưu vực ổn định rừng trồng phát triển diện tích bỏ hóa, năm lượng đất xói mòn ảnh hưởng lớn lượng mưa trận mưa bất thường với lượng đất thu từ tấn/ha/năm đến tấn/ha/ năm (Hình 4) Kết nghiên cứu ảnh hưởng thay đổi sử dụng đất làm giảm đáng kể xói mịn từ 12 tấn/ha/năm đến tấn/ha/năm, thay đổi từ canh tác sắn sang trồng cỏ, bỏ hóa lâu dài trồng rừng, kết nghiên cứu tương đồng với nghiên cứu (Nguyễn văn Dung ctv., 2005) ảnh hưởng mưa số phương thức sử dụng đất đến xói mịn Đà Bắc Hịa Bình qua thí nghiệm sử dụng đất sắn, lúa nương, bỏ hóa trồng rừng kết luận trồng rừng bỏ hóa hai hình thức làm giảm dịng chảy xói mịn so với sắn lúa nương, kết luận ảnh hưởng sử dụng đất đến xói mịn đáng kể qua hình thức sử dụng đất 99 Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 12(97)/2018 Hình Cây trồng giai đoạn nghiên cứu Hình Ảnh hưởng sử dung đất lượng mưa đến xói mịn tiểu lưu vực 100 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Nơng nghiệp Việt Nam - Số 12(97)/2018 3.2.2 Ảnh hưởng trận mưa bất thường với cường độ lớn đến xói mịn đất lưu vực Đồng Cao Kết nghiên cứu chứng minh cho thấy rằng, trận mưa bất thường giai đoạn nghiên cứu ảnh hưởng lớn đến lượng đất thu đập hứng xói mòn lượng đất theo nước (huyền phù) Cường độ mạnh, lượng đất xói mịn lớn đặc biệt lượng đất dạng huyền phù Năm 2003 xuất trận mưa lượng mưa kéo dài ngày cường độ mưa (220 mm/giờ) lượng đất huyền phù thu tấn/ha/trận mưa đất trôi thu 0,5 tấn/ha/trận mưa tổng đất xói mịn năm đạt tấn/ha/năm Năm 2008 có trận mưa với cường độ 125/mm/giờ, đất trơi thu 0,2 tấn/ha/trận mưa huyền phù 210 125 thu 0,9 tấn/ha/trận mưa, tổng lượng đất xói mòn năm 2,8 tấn/ha/năm tương tự trận mưa bất thường năm 2011, năm 2014 2017 cho thấy ảnh hưởng mạnh (Hình 5) Cũng nghiên cứu xói mịn với trận mưa bất thường, tác giả (Martinez Casasnovas J et al., 2002) nghiên cứu nhỏ, hình thức sử dụng đất ngô Tác giả kết luận lượng đất xói mịn thu 207 tấn/ha/trận mưa có lượng mưa 190 mm cường độ 170 mm/giờ Điều chứng minh xói mịn phụ thuộc chặt vào cường độ mưa ảnh hưởng lớn, nghiêm trọng tiền đề việc gây sạt lở đất vùng có độ dốc lớn 145 220 180 Hình Mối quan hệ cường độ mưa đến đất trôi, huyền phù xói mịn trận mưa bất thường 3.3 Ảnh hưởng sử dụng đất khí hậu đến xói mịn dịng chảy mặt tồn lưu vực Ảnh hưởng sử dụng đất khí hậu đến hệ số dịng chảy mặt xói mịn cho thấy tác động rõ rệt trồng sắn đến dòng chảy xói mịn Những năm đầu lưu vực che phủ sắn, hệ số dòng chảy mặt so với lượng mưa vào lưu vực 68%, đất xói mòn > tấn/ha/năm (năm 2001) Lượng mưa năm 2002 thấp năm nghiên cứu (1.052 mm) hệ số dịng chảy xói mịn tương đối cao (45% 3,5 tấn/ha/năm tương ứng) Năm 2003 ảnh hưởng trận mưa bất thường với lượng mưa 362 mm cường độ 210 mm/giờ hệ số dịng chảy mặt lượng đất xói mịn tăng lên so với năm 2002 (Hình 5) Những năm từ năm 2004 đến năm 2006 diện tích sắn giảm xuống thay trồng cỏ bracachia rừng, hệ số dòng chảy mặt giảm dần xuống 20 - 30% lượng đất xói mịn giảm đáng kể hẳn, dao động khoảng - tấn/ha/năm Từ năm 2007 đến năm 2011 diện tích trồng cỏ khơng cịn thay trồng rừng bỏ hóa, hệ số dịng chảy lượng đất xói mmonfcos chiều hướng giảm.Từ năm 2011 đến t lưu vực khơng cịn canh táccây hàng năm hệ số dịng chảy giảm xuống 10%/ha/ năm xói mòn giảm dần - tấn/ha/ năm Kết nghiên cứu liên tục thời gian dài chứng minh thay đổi sử dụng đất lưu vực làm giảm đáng kể hệ sơ dịng chảy lượng đất xói mịn Kết nghiên cứu cho thấy, hệ số che phủ rừng bỏ hóa lâu năm (hệ số che phủ cao) với thay đổi khí hậu xuất ngày nhiều trận mưa bất thường có lượng mưa cường độ mưa lớn hệ số dịng chảy lượng đất xói mịn lớn, tiền đề việc sạt lở đất vùng đất dốc 101 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Nơng nghiệp Việt Nam - Số 12(97)/2018 Hình Ảnh hường sử dụng đất lượng mưa đến dịng chảy, xói mịn IV KẾT LUẬN - Sự thay đổi sử dụng đất lưu vực ảnh hưởng mạnh đến dịng chảy mặt xói mịn đất thay đổi lượng mưa, đặc biệt thay đổi từ trồng sắn sang trồng cỏ rừng bỏ hóa - Sự thay đổi khí hậu xuất ngày nhiều trận mưa bất thường có cường độ, lượng mưa lớn ảnh hưởng mạnh đến dịng chảy mặt xói mịn lưu vực Kết nghiên cứu cho thấy độ che phủ đất tăng lên lưu lượng đất xói mịn thu trận mưa bất thường cao, lượng đất xói mịn trận mưa chiếm nửa tổng lượng đất xói mòn thu năm nghiên cứu (năm 2003, năm 2008, năm 2011, năm 2014 năm 2017) LỜI CẢM ƠN Nhóm tác giả xin cảm ơn tổ chức, đơn vị giúp đỡ kinh phí thực nghiên cứu qua giai đoạn: Ngân hàng Phát triển châu Á (ADB) từ 2001 đến 2003, Viện Nghiên cứu Nước Quốc tế (IWMI) từ 2004 đến 2010; Viện Nghiên cứu Phát triển Pháp (IRD) từ 2011 đến 2017 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Dung, Trần Đức Viên, Nguyễn Thanh Lâm, 2005 Ảnh hưởng mưa số phương thức sử dụng đất đến xói mịn thu nhập người dân vùng đất dốc Tân Minh-Đà Bắc-Hồ Bình Tạp chí Nơng nghiệp PTNT; Kỳ I Tháng 12, số 73; 36-38 102 Phạm Đình Rĩnh, Trần Đức Tồn, Nguyễn Duy Phương, Đỗ Duy Phái, Didier Organe, Christain Valentin, 2014 Ảnh hưởng thay đổi phương thức canh tác đất đất dốc đến xói mịn đất dinh dưỡng quy mơ lưu vực Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam ISSN 18591558 No.4(43) Bruijnzeel, L.A., 2004 Hydrological functions of tropical forests: not seeing the soil for the trees? Agriculture, Ecosystems and Environment, Vol 104, pp 185-228 Fox, J., & Vogler, J., 2005 Landuse and land-cover change in montane mainland Southeast Asia Environmental Management, Vol 36, pp 394-403 Hai An Phan Ha, Huon S., Henry des Tureaux T., Orange D., Jouquet P., Valentin C., De Rouw A., Toan Tran Duc, 2012 Impact of fodder cover on runoff and soil erosion at plot scale in a cultivated catchment of North Vietnam Geoderma, Vol 16, pp 177-178 Martinez Casasnovas J; Ramos M; Ribes Dasi M 2002 Soil erosion caused by extreme rainfall events: mapping and quantification in agricultural plots from very detailed digital elevation models Geoderma.Vol 105(1-2), pp 125-140 Norman Hudson, 1981 Effect of rainfall intensity on soil erosion level at different scale, using rainfall simulation in Brasil Hydrology, Vol.18 pp 92-95 Sidle Ro.C and Alan D.Ziegle 2016 The canopy interception-landslide initiation conundrum: from a tropical secondary forest in Northern ThaiLand Hydrology and Earth system sciences Vol 21, pp 651-667 ... Ảnh hưởng sử dụng đất khí hậu đến xói mịn dịng chảy mặt toàn lưu vực Ảnh hưởng sử dụng đất khí hậu đến hệ số dịng chảy mặt xói mịn cho thấy tác động rõ rệt trồng sắn đến dịng chảy xói mịn Những... 2012 đến lưu vực chủ yếu rừng trồng bỏ hóa lâu năm (Hình 3) 3.2 Ảnh hưởng sử dụng đất khí hậu đến xói mịn đất lưu vực Đồng cao 3.2.1 Ảnh hưởng thay đổi sử dụng đất, lượng mưa đến xói mịn tiểu lưu. .. Nam - Số 12(97)/2018 Hình Ảnh hường sử dụng đất lượng mưa đến dịng chảy, xói mịn IV KẾT LUẬN - Sự thay đổi sử dụng đất lưu vực ảnh hưởng mạnh đến dòng chảy mặt xói mịn đất thay đổi lượng mưa, đặc
