Xây dựng bản đồ nguy cơ xói mòn đất và đề xuất mô hình sản xuất nông nghiệp hợp lý cho huyện quản bạ, tỉnh hà giang

Vấn đề xói mòn đất đã được đề cập đến trong cáccông trình nghiên cứu của nhiều tác giả trong và ngoài nước từ nhiều thập niên nay[26].. Những thí nghiệm về tác động của xói mòn đến chất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-Nguyễn Thị Mai Hương

XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGUY CƠ XÓI MÒN ĐẤT VÀ ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP HỢP LÝ

CHO HUYỆN QUẢN BẠ - TỈNH HÀ GIANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-Nguyễn Thị Mai Hương

XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGUY CƠ XÓI MÒN ĐẤT VÀ ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP HỢP LÝ

CHO HUYỆN QUẢN BẠ - TỈNH HÀ GIANG

Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

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

Hà Nội - 2015

LỜI CẢM ƠN

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

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

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

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

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

Hà Nội, 2015Tác giả

Nguyễn Thị Mai Hương

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU i

DANH MỤC HÌNH VẼ ii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan về xói mòn đất 3

1.1.1 Khái niệm xói mòn đất 3

1.1.2 Các nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn đất 4

1.1.3 Phân loại xói mòn đất 13

1.2 Lịch sử nghiên cứu xói mòn đất 14

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

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

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

2.1 Đối tượng nghiên cứu 27

2.2 Nội dung nghiên cứu 27

2.3 Phương pháp nghiên cứu 27

2.3.1 Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu 28

2.3.2 Phương pháp khảo sát thực địa 28

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

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 42

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

3.1.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 42

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

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

3.2.1 Xác định các hệ số xói mòn đất 53

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

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

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

3.3.2 Đề xuất mô hình sản xuất nông nghiệp hợp lý cho huyện Quản Bạ 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

DANH MỤC BẢNG BIỂU

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

Bảng 1 2 Phân mức xói mòn theo độ dốc 8

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

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

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

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

Bảng 3 2 Các loại đất huyện Quản Bạ 56

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

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

Hình 1.1 Các nhân tốchínhảnh hưởng đến xói mòn đất

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Hình 3.6 Mô hình DEM huyện Quản Bạ

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

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

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

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

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CGIAR: Consultative Group on International Agricultural ResearchDEM: Digital Elevation Model

FAO: Food anh Agriculture Organization

GIS: Geographic information system

NN&PTNT: Nông nghiệp và phát triển nông thôn

SALT: Kỹ thuật canh tác trên đất dốc

SALT2: mô hình kỹ thuật nông lâm súc kết hợp

SLEMSA: Soil-Loss Estimation Model for Southern AfricaUNEP: United Nations Environment Programme

USLE: Universal Soil Loss Erosion

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Xói mòn đất từ lâu được coi là nguyên nhân gây thoái hóa tài nguyên đấtnghiêm trọng ở các vùng đồi núi [36] Xói mòn đất là một hiện tượng tự nhiênnhưng do các hoạt động của con người đã làm cho hiện tượng này diễn ra ngàycàng nghiêm trọng Mỗi năm ở vùng đồi núi nước ta bị mất đi một khối lượng đấtkhổng lồ do hiện tượng xói mòn Xói mòn đất làm mất đất, phá huỷ lớp thổ nhưỡng

bề mặt, làm giảm độ phì của đất, gây ra bạc màu, ảnh hưởng trực tiếp tới sự sống vàphát triển của thảm thực vật Vấn đề xói mòn đất đã được đề cập đến trong cáccông trình nghiên cứu của nhiều tác giả trong và ngoài nước từ nhiều thập niên nay[26]

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

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

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

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

2 Mục tiêu của luận văn

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

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

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

3 Nhiệm vụ chính của luận văn

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

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

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

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

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

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

1.1.1 Khái niệm xói mòn đất

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1.1.2 Các nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn đất

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

Khí hậu

Conngười

Ảnh hưởng hai chiều Ảnh hưởng tích cực Ảnh hưởng tiêu cực

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

[8] 1.1.2.1 Ảnh hưởng của khí hậu lên xói mòn:

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

a Lượng mưa:

Lượng mưa ảnh hưởng rất lớn đến quá trình xói mòn Ở những khu vực cólượng mưa thấp thì khả năng xói mòn là rất thấp vì lượng mưa không đủ để tạo

4

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

b Bốc hơi nước:

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

Vì vậy tác động của mưa sẽ phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, địa chất, thổnhưỡng của khu vực Nhiệt độ càng cao, độ ẩm không khí thấp dẫn tới bốc hơi càngmạnh, đất càng bị nén chặt, tốc độ và khả năng thấm ít thì lượng mưa tạo dòngchảy bề mặt càng nhiều, Do đó ảnh hưởng của trận mưa đầu và thời gian đầucủa một trận mưa ít hớn so với những trận mưa sau và ở thời gian sau vì độ thấmcủa đất, và hơi ẩm của không khí đã bị thay đổi

c Cường độ mưa:

Quá trình hình thành dòng chảy phụ thuộc nhiều vào cường độ của trận mưa.Cường độ mưa là lượng mưa trong một thời gian nhất định trong một đơn vị tính làmm/h Theo các kết quả nghiên cứu ở nhiều khu vực trên thế giới thì những trận mưa

có cường độ mưa trên 25 mm/h thì mới có tác dụng tạo nên dòng chảy và từ đó mớigây xói mòn Tỷ lệ lượng mưa tạo ra trong năm được tạo ra bởi các trận mưa cócường độ lớn hơn 25 mm/h càng nhiều thì khả năng gây xói mòn càng lớn Nếu thờigian mưa dồn dập trong thời gian ngắn thì đó chính là tiền đề cho sự hình thành lũquét, trượt lở ở vùng núi gập lụt ở hạ lưu, cùng với việc gia tăng xói mòn đất

d Đặc tính của mưa:

Đặc tính của mưa cũng ảnh hưởng lớn đến xói mòn của đất Mưa rào nhiệt đớigây tác hại nhiều hơn nhiều so với mưa nhỏ ở các vùng ôn đới Ở các vùng có khí hậunửa khô, mưa có cường độ lớn mang tính chất mưa rào nhưng không kéo dài vẫn gây

ra xói mòn nghiêm trọng Mặt khác xói mòn cũng mạnh nếu lượng mưa chỉ đạt trungbình nhưng ở trên những sườn dốc thiếu lớp phủ thực vật Khi hạt mưa

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

e Thời gian mưa:

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

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

sự điều tiết và cản nước của lớp phủ thực vật

f Các yếu tố khác:

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

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

1.1.2.2 Ảnh hưởng của địa hình lên xói mòn:

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

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

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

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

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

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

a Ảnh hưởng của độ dốc lên xói mòn:

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

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

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

Loại đất

Đất đỏBazan

Đất phù sacổ

Đất Feralit

đỏ vàng

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

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

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

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

Đất có độ dốc từ 15o - 250: đây là những vùng có độ dốc trung bình nhưng

đã phải hạn chế sản xuất nông nghiệp với các loại cây nông nghiệp ngắn ngày, có

độ che phủ thấp hoặc cây trồng cần chăm sóc đặc biệt không nên trồng trên đất dốctrên 150 Các loại cây trồng lâu năm có tán lá rộng, che phủ cao có thể trồng đượcnhưng phải có biện pháp hạn chế xói mòn Mô hỉnh sử dụng hợp lý nhất là sản xuấtnông lâm kết hợp

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

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

5 cấp như sau:

Bảng 1 2 Phân mức xói mòn theo độ dốc

Yếu

8

Trung bình

Mạnh vừa

Mạnh

Rất mạnh

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

1.1.2.3 Ảnh hưởng của yếu tố đất lên xói mòn:

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

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

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

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

Những tính chất quan trọng của đất gồm: thành phần cơ giới, cấu trúc, tốc độthấm và giữ nước, độ xốp hay độ nén của đất

a Thành phần cơ giới của đất:

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

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

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

Thành phần cơ giới của đất (hay còn gọi là thành phần cấp hạt) là hàm lượngphần trăm của những nguyên tố cơ học có kích thước khác nhau khi đoàn lạp đất ởtrạng thái bị phá huỷ

Các nguyên tố cơ học được phân loại theo độ lớn khác nhau Hiện nay phổbiến nhất là bảng phân loại của N.A Katrinski (Liên Xô cũ)

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

Kích thước cấp hạt (mm)

Các nguyên tố cơ học được chia làm 2 loại:

Kích thước > 0,01 mm: thành phần Cát vật lý

Kích thước < 0,01 mm: thành phần Sét vật lý

Theo quy định quốc tế năm 1930 thì phân loại khác một chút theo cách phânloại của Mỹ Thành phần cát được coi là những hạt có kích thước > 0,02 mm, thànhphần sét có kích thước < 0,02 mm

b Cấu trúc đất:

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

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

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

có khả năng bị xói mòn lớn hơn

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

Tốc độ thấm sử dụng trong đánh giá xói mòn đất được chia thành 6 cấp độ:Tốc độ thấm nhanh (rapid)

Tốc độ thấm nhanh vừa (mod, to rapid)

Tốc độ thấm trung bình (monderate)

Tốc độ thấm hơi chậm (slow to mod)

Tốc độ thấm chậm (slow)

Tốc độ thấm rất chậm (very slow)

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

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

1.1.2.5 Ảnh hưởng của con người đến xói mòn đất:

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

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

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

1.1.3 Phân loại xói mòn đất

1.1.3.1 Xói mòn do nước

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

ra xói mòn nước cần có năng lượng của mưa làm tách các hạt đất ra khỏi thể đấtsau đó nhờ dòng chảy vận chuyển chúng đi Khoảng cách di chuyển hạt đất phụthuộc vào năng lượng của dòng chảy, địa hình của bề mặt đất, Bao gồm có cácdạng sau [3]:

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

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

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

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

độ lớn, làm đất bị đào khoét sâu

1.1.3.2 Xói mòn do gió

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

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

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

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

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

1.2 Lịch sử nghiên cứu xói mòn đất

1.2.1 Lịch sử nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới

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

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

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

1.2.1.1 Các xu hướng nghiên cứu xói mòn đất

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

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

Theo Baver (1939) các nghiên cứu đầu tiên về xói mòn đất được các nhàkhoa học người Đức thực hiện vào những năm 1877 (Hudson, 1995) Năm 1907 tại

Mỹ các chương trình nghiên cứu về xói mòn đất được bắt đầu khi Bộ Nông nghiệpnước này tuyên bố chính sách về bảo vệ nguồn tài nguyên đất Các nghiên cứu chitiết đầu tiên về mưa được tiến hành bởi Laws (1941) Ellison (1944) đã phân tíchcác tác động cơ học của hạt mưa lên đất và đưa ra tiến trình xói mòn Công thứctoán học được Zingg (1940) đưa vào để đánh giá ảnh hưởng của độ dốc và độ dàicủa sườn dốc đến sự xói mòn [35]

Năm 1947 Musgrave và cộng sự đã phát triển một phương trình thực nghiệmđược gọi là phương trình Musgrave (Hudson, 1995) Phương trình này đã đượctriển 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 đãđược 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 hìnhSOILLOSS (Rosewell, 1993) được phát triển tại Úc và mô hình ANSWERS đượcphát triển vào cuối những năm 1970 để đánh giá mức độ bồi lắng lưu vực sông(Beasley và cộng sự, 1980) [40]

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

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

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

hành bởi Viện nghiên cứu cây trồng nhiệt đới bán khô hạn quốc tế trong những năm

1980 và 1990 Những thí nghiệm về tác động của xói mòn đến chất lượng đất vànăng suất đã được đã được tiến hành trong những năm 1980 và 1990 bởi Trung tâmnông nghiệp nhiệt đới quốc tế và Ban nghiên cứu và quản lý đất quốc tế Một trongcác khía cạnh quan trọng của công tác nghiên cứu xói mòn tại các trung tâm nghiêncứu nông nghiệp quốc tế liên quan đến việc phát triển các mạng lưới nhằm đưa racác chương trình hợp tác với các viện nghiên cứu nông nghiệp quốc gia trong cácvùng sinh thái do họ quản lý Tại hội nghị quốc tế về quản lý và bảo tồn đất trongcác vùng nhiệt đới ẩm (1975), các nhà khoa học đã kết hợp với nhau và cuối cùngthành lập một mạng lưới nhằm tổ chức các cuộc hội thảo định kỳ luân phiên dưới

sự bảo trợ của Tổ chức bảo tồn đất quốc tế Liên quan chặt chẽ với tổ chức này là

Tổ chức bảo tồn đất và nước thế giới

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

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

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

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

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

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

Gần đây, xói mòn đất được nghiên cứu mở rộng hơn dưới nhiều loại hình vàtính chất khác nhau Xu hướng phổ biến hiện nay trong nghiên cứu xói mòn trên thếgiới, thể hiện qua hội thảo lần thứ 12 được tổ chức tại Bắc Kinh năm 2002 lànghiên cứu xói mòn theo hướng mô hình hóa diễn tả động lực của quá trình xóimòn và nghiên cứu xói mòn kết hợp với các khoa học khác, chủ yếu để tìm hiểu quátrình cũng như tác động của xói mòn lên môi trường nhằm có các biện pháp chốngxói mòn khả thi [8].

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

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

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

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

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

và khí hậu

b Phương pháp mô hình hóa

Sử dụng mô hình để diễn tả quá trình xói mòn Các mô hình này có thể làthực nghiệm hoặc lý thuyết Ưu điểm của phương pháp này so với các phươngpháp khác là đã phần nào lượng hóa được vai trò của từng yếu tố ảnh hưởng tớiquá trình xói mòn, có nghĩa là làm rõ hơn vai trò của chúng trong toàn bộ hệ thống.Phương pháp này cũng cho phép ứng dụng các công nghệ thông tin vào nghiên cứutính toán Hạn chế của phương pháp này là do quá trình xói mòn diễn ra rất đadạng, thay đổi theo điều kiện cụ thể của từng địa phương nên mô hình có thể dùngtốt cho địa phương này nhưng không đúng với địa phương khác Vì vậy, khi vậndụng các mô hình cần phải chú ý tới các điều kiện đặc thù tại địa phương, hay đúnghơn, là sử dụng các thông số của mô hình đã được kiểm chứng cho địa phương [8]

1.2.1.3 Các mô hình đánh giá xói mòn

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

a Mô hình kinh nghiệm

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

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

Mô hình kinh nghiệm có những hạn chế sau:

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

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

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

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

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

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

Chiều dài và cấu trúc của sườn dốc cũng có ảnh hưởng rất lớn tới quá trìnhxói mòn đất Lượng đất bị mất ở các sườn dốc phẳng sẽ lớn hơn ở các sườn dốc códạng lồi

Theo phương trình của Wischmeier W.H-Smith, yếu tố độ dốc và chiều dàisườn dốc được tính toán theo công thức cũng như thể hiện trên toán độ với điềukiện được quy về ô tiêu chuẩn có chiều dài 22,13m và độ dốc 9%

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

Phương trình tính toán xói mòn:

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

Phương trình Wischmeier - Smith như sau:

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

* Mô hình nhận thức đơn giản

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

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

Theo nhận xét của Phạm Hùng [10], mô hình nhận thức có các ưu điểm và nhược điểm sau:

Ưu điểm:

Phương pháp này có

- Mô tả và tính toán khá chi tiết quá trình chuyển tải hạt đất trên sườn dốc thông qua việc phân chia lưu vực

- Không bắt buộc phụ thuộc vào hình dạng xác định

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

* Mô hình nhận thức phức tạp:

Các mô hình loại này được xây dựng dựa vào bản chất vật lý của hiện tượngxói mòn lưu vực Quá trình xói mòn lưu vực được mô tả qua ba quá trình chính:quá trình bóc tách các hạt đất do năng lượng của hạt mưa; quá trình chuyển tải hạtđất do dòng chảy mặt gây nên và quá trình bồi lắng do khả năng chuyển tải hạt đấtcủa bề mặt lưu vực nhỏ hơn nồng độ tập trung các hạt Mỗi quá trình đều tuân thủnhững định luật vật lý và có thể mô phỏng được Toàn bộ ba quá trình trên là liêntục và tạo nên động lực của quá trình xói mòn trên bề mặt lưu vực Có thể kể ra các

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

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

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

1.2.2 Lịch sử nghiên cứu xói mòn đất tại Việt Nam

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

1.2.2.1 Giai đoạn trước năm 1960

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

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

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

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

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

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

Năm 1962 có các công trình của Nguyễn Ngọc Bình, Nguyễn Quý Khải, CaoVăn Minh đã nêu lên ảnh hưởng của độ dốc đến xói mòn đất, góp phần đưa ra cáctiêu 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 bằngbiện pháp canh tác [19] Nguyễn Xuân Quát, Bùi Ngạnh (1964) xây dựng các thínghiệm chống xói mòn ở Cầu Hai, Phú Thọ Tôn Gia Huyên (1962), Tôn GiaHuyên, Bùi Quang Toản (1965) tiến hành các thí nghiệm chống xói mòn trên nươnglúa ở Hát Lót, Tây Bắc Thái Phiên (1965) đặt thí nghiệm và xây dựng mô hìnhchống xói mòn tại đồi Ấp Bắc, Nông trường quốc doanh Sao Vàng, Thanh Hóa.Các công trình nghiên cứu của các tác giả này đã giải quyết được nhiều vấn đềtrong xói mòn và chống xói mòn nhưng tính định lượng chưa cao.

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

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

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

1.2.2.3 Sau năm 1975

Từ 1976 đến nay đã áp dụng nhiều phương pháp nghiên cứu xói mòn hiệnđại hơn Nhiều tập thể tác giả đã tiến hành nghiên cứu quy mô hơn, tiến hành xâydựng các bãi và các bể hứng nước và đất trôi sau các trận mưa để định lượnglượng đất và nước đã bị nước mưa cuốn đi dưới các thảm cây trồng khác nhaunhư: Trạm nghiên cứu xói mòn An Châu, Hữu Lũng (Cao Lạng), Trạm của trườngĐại học Nông nghiệp 3 kết hợp với Viện Nông hoá Thổ nhưỡng (1980 - 1985),Trạm nghiên cứu đất đồi Quỳnh Châu, Nghệ An kết hợp với Viện Nông hoá Thổnhưỡng (1975 - 1985), Trạm nghiên cứu xói mòn đất Tây Nguyên và Trạm KhảiXuyên, Vĩnh Phú Những trạm nghiên cứu trên đã tiến hành quan trắc một loạt cácyếu tố tự nhiên và tác động của con người qua các biện pháp kỹ thuật trồng trọt trênnhiều loại đất và cơ cấu cây trồng, bước đầu thu được nhiều kết quả khả quan

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

ở nước ta trong việc khai hoang và xây dựng các vùng kinh tế mới ở trung du vàmiền núi, Vũ Ngọc Tuyên (1978) về biện pháp xây dựng đồi nương và biện phápcanh tác trên đất dốc, Đinh Viết Chung (1978) về những yếu tố cơ bản ảnh hưởngđến xói mòn đất, Lê Thạc Cán, Nguyên Quang Mỹ (1982) quan sát về xói mòn đất ởViệt Nam, Đỗ Hưng Thành (1981) về quan hệ giữa lượng đất xói mòn do mưa vớimột số đặc tính lý hoá cuả đất Tây Bắc, Nguyễn Quang Mỹ, Quách Cao Yêm vàHoàng Xuân Cơ (1985) về những kết quả ban đầu nghiên cứu xói mòn đất TâyNguyên

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

Nghiên cứu của Vi Văn Vị (1983) đã xây dựng lý thuyết về thành lập chỉ tiêutiềm lực xói mòn thuộc vùng mưa rào dòng chảy, đã xét tương quan giữa các yếu tốảnh hưởng tới xói mòn; chỉ ra một yếu tố chính ảnh hưởng tới xói mòn để đặctrưng cho khả năng xói mòn Dựa trên nhận định của mình và số liệu thực tế, tác giảthiết lập được một số công thức tính lượng xói mòn sườn dốc và modun dòng chảycát bùn trong sông thuộc miền Bắc Việt Nam Theo tác giả, mức độ chính xác củamột số công thức khá cao, có thể áp dụng trong thực tiễn Việt Nam

Nguyễn Quang Mỹ, Hoàng Xuân Cơ (1983) đã tính mối tương quan giữa chỉ sốmưa và xói mòn ở Tây Nguyên qua áp dụng công thức của các tác giả nước ngoàithấy: giữa chỉ số mưa và lượng đất bị xói mòn có mối tương quan không chặt chẽ;giữa cường độ mưa và chỉ số mưa trung bình có mối tương quan rất chặt chẽ.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2.1 Đối tượng nghiên cứu

* Phạm vi nghiên cứu:

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

* Đối tượng nghiên cứu:

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

2.2 Nội dung nghiên cứu

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

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

- Đánh giá tổng quan về xói mòn đất

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

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

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

2.3 Phương pháp nghiên cứu

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

A = R x K x (L x S) x (C x P)Trong đã:

A: Lượng đất mất hàng năm (tấn/ha)

R: Hệ số xói mòn do mưa

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

L: Hệ số xói mòn của chiều dài sườn dốc

S: Hệ số xói mòn của độ dốc

C: Hệ số bảo vệ đất của thảm thực vật, cây trồng và hệ thống canh tác

P: Hệ số bảo vệ đất của các công trình chống xói mòn

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

- Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu

- Phương pháp khảo sát thực địa

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

2.3.1 Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu

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

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

- Tình hình sử dụng tài nguyên đất, nước

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

- Phát triển tài nguyên nước của huyện

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

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

2.3.2 Phương pháp khảo sát thực địa

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

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

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

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

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

và Thiết kế Nông nghiệp xây dựng

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

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

và chiều dài sườn dốc (L, S)

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

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

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

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

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

dưới dạng ruộng bậc thang

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

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

hệ số LS và bản đồ hệ số CP

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

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