Cây trồng Độ dốc (0) Chiều dài
sườn dốc (m) Lượng đất mất (tấn/ha/năm) Cà phê 8 3 20 40 6 27 204
Nguồn: Nguyễn Quang Mỹ, Trung du 1976-1982
Hình dạng dốc: Cũng ảnh hưởng tới q trình xói mịn đất. Tác động của độ
nghiêng dốc và chiều dài sườn dốc thường thay đổi lớn do các cấu tử địa hình lồi lõm và do đó ảnh hưởng tới hình dạng dốc. Hình dạng của dốc ảnh hưởng tới xói mịn đất do bị ảnh hưởng của số lượng và tốc độ dòng chảy bề mặt. Hình dạng dốc
có thể lồi, lõm, đồng nhất và lỗi lõm phức tạp. Lượng đất mất đi từ sườn dốc phẳng lớn hơn khi sườn dốc có dạng lõm, nhưng lại nhỏ hơn khi sườn dốc có dạng lồi.
1.2.1.3.3 Ảnh hưởng của yếu tố đất
Đất là đối tượng bị mưa và dòng chảy mặt phá hủy, do vậy sự phát triển của q trình xói mịn đất phụ thuộc vào tính chất và trạng thái của đất. Đại lượng đặc trưng về tính mẫn cảm dễ bị xói mịn của đất là hệ số xói mịn đất (K). Nếu K tăng đất dễ bị xói mịn và ngược lại K giảm đất khó bị xói mịn. Hệ số K phụ thuộc vào cấu trúc, thành phần cơ giới, độ thấm và hàm lượng mùn trong đất.
Thành phần cơ giới được xác định bằng hàm lượng các hạt có kích thước khác nhau chứa trong đất. Khi lượng các hạt nhỏ tăng lên thì đất bị rửa trơi mạnh hơn ngay cả khi tốc độ dòng chảy bề mặt nhỏ. Các hạt nhỏ đó dễ dàng chuyển vào trạng thái lơ lửng trong dòng chảy và bị cuốn đi. Thành phần cơ giới giữ một vai trị to lớn trong các đặc tính nước của đất đặc biệt là khả năng ngấm nước. Những đất có thành phần cơ giới nhẹ và những đất xốp có độ thấm nước rất cao. Như vậy hiện tượng rửa trôi đất tỷ lệ thuận với khả năng chuyển các hạt của đất vào trạng thái lơ lửng và tỷ lệ nghịch với độ ngấm nước của đất. Cấu trúc của đất bị ảnh hưởng chủ yếu vào thời kỳ đầu khi có dịng chảy rửa trơi, sau đó các kết cấu cấu trúc của đất bị phá hủy, lượng phá hủy này tới 60-65% dưới tác động của mưa rào. Do đó tính thấm nước bị giảm và làm giảm tính chống xói mịn của đất. Đồng thời ở các loại đất có cấu trúc khác nhau thì khả năng phân hủy cấu trúc đất bởi dòng chảy mặt cũng khác nhau.
Khả năng bền vững của đất chống lại xói mịn cũng phụ thuộc vào hàm lượng mùn (chất hữu cơ) trong đất. Chất hữu cơ làm giảm khối lượng riêng của đất, tăng dung tích nước của đất lên, giảm độ quánh của đất nặng, đồng thời tăng độ quánh cho đất nhẹ. Chất mùn là một yếu tố quan trọng trong quá trình hình thành và bảo vệ cấu tượng bền của đất. Những cấu tượng này không thay đổi dưới tác dụng của nước mưa mà chúng chỉ tách ra các tiểu cấu tượng ở một mức độ giới hạn. Cấu tượng của đất là khả năng mà đất tách ra thành các phần riêng biệt dưới dạng đa giác và các hạt tròn nhỏ đã được chất mùn và các hạt nhỏ gắn lại với nhau. Các cấu
tượng lớn có độ bền cao được hình thành trong những đất có hàm lượng chất hữu cơ và hàm lượng bùn cao, trong thành phần hấp phụ của chúng chứa Ca2+. Nếu lượng Canxi được tăng lên thì khả năng chống xói mịn của đất được gia tăng. Độ bền của đất sẽ giảm đi rất nhiều và chúng dễ dàng bị nước phá hủy nếu như thành phần hấp phụ của đất chứa toàn natri.
Độ ẩm của đất và mức độ chặt của nó cùng ảnh hưởng tới hiện tượng xói mịn. Trong đất ẩm một phần các khoảng trống đã bị chiếm chỗ nên khả năng thấm nước của nó giảm đi. Đất như vậy khơng có khả năng hấp phụ nhanh nước mưa, do đó làm tăng dòng chảy bề mặt. Nếu độ ẩm của đất tăng thì sự rửa trơi cũng tăng nhưng ở mức độ yếu hơn so với sự gia tăng của dòng chảy.
Đất có cấu trúc tốt sẽ có độ thấm tốt, có nhiều chất hữu cơ sẽ tăng độ kết dính sẽ làm giảm khả năng xói mịn đất. Ngược lại đất khơng có cấu trúc và đất có thành phần cơ giới nặng sẽ làm giảm độ thấm nước làm gia tăng xói mịn. Nếu đất có kết cấu thì nước mưa sẽ thấm nhiều vào đất, lượng dịng chảy bề mặt ít và đất bị xói mịn cũng ít.
1.2.1.3.4 Ảnh hưởng của mức độ che phủ của thảm thực vật
Thảm phủ thực vật là tác nhân quan trọng ảnh hưởng đến xói mịn. Việc tước bỏ lớp phủ thực vật tự nhiên đã làm tăng cường độ hoạt động của xói mịn. Cây trồng có độ che phủ kém, lại biến động theo thời vụ trong năm, thì khơng thể chống đỡ nổi năng lượng hạt mưa rơi. Vì vậy xói mịn do mưa lại ra tăng, nguy cơ xói mịn của mưa sẽ giảm đi trong những điều kiện canh tác nông nghiệp được che phủ và bảo vệ tốt.
Thảm phủ thực vật trên sườn dốc trước hết có tác dụng ngăn cản không cho hạt mưa rơi tác động trực tiếp vào lớp đất mặt, giảm tác động phá hoại kết cấu đất của hạt mưa. Tán lá cây có khả năng giữ lại một lượng nước nhất định, khoảng 13- 14% rồi bốc hơi. Tại những sườn dốc có rừng cây che phủ, do lá cây bị thối rữa, do sự hoạt động của bộ rễ cây, tầng đất mặt thường được phủ một lớp mùn có khả năng thấm và giữ nước rất cao, vì vậy lượng dòng chảy bề mặt và tốc độ dòng chảy giảm đi rõ rệt, năng lực bào mòn giảm, lượng xâm thực do đó sẽ giảm theo. Do tác dụng
che bóng và chắn gió, thảm thực vật làm giảm quá trình bốc thốt hơi từ khoảng trống, duy trì độ ẩm thường xuyên trong đất. Ngoài ra hệ rễ thực vật giữ chặt đất, tăng hệ số ma sát sườn dốc, tăng khả năng thấm nước vào đất vì thế hạn chế xói mịn và rửa trơi.
Lớp phủ thực vật là một yếu tố làm giảm và hạn chế khả năng xuất hiện của dòng chảy mặt. Do đó cũng là yếu tố làm hạn chế khả năng xói mịn của đất.
Bảng 1.5: Ảnh hưởng của cây cà phê và độ dốc đến lượng đất mất do xói mịn
Nguồn [9]
Rõ ràng cường độ xâm thực phụ thuộc rất rõ rệt vào mật độ che phủ. Tầng phủ trên mặt đất càng dầy càng tốt thì lượng nước và lượng đất trơi càng ít.
Thảm thực vật rừng đóng vai trị quan trọng đối với cơng tác chống xói mịn, bảo vệ đất đai, bảo vệ và phát triển sản xuất. Diện tích rừng giảm sẽ làm tăng đỉnh lũ, rút ngắn thời gian tập trung lũ và rừng bị phá hoại mạnh làm cho bề mặt trơ trọc là một trong những nguyên nhân hình thành lũ quét. Rừng bị tàn phá sẽ làm tăng cường độ xói mịn, trượt lở đất, gây lũ bùn đá…
Ở nước ta thảm thực vật bị phá hủy nghiêm trọng, tạo ra nhiều khu đất trống, đồi núi trọc, chính điều này đã làm cho xói mịn đất trở nên trầm trọng làm suy giảm tài nguyên đất và ô nhiễm môi trường.
1.2.1.3.5 Ảnh hưởng của yếu tố con người
Việc sử dụng khai thác đất một cách bất hợp lý của con người đã làm gia tăng q trình xói mịn đất. Nó được thể hiện ở các điểm sau:
Khai hoang đất một cách bừa bãi khơng có kế hoạch, khai hoang đất ở nơi có độ dốc cao, lớp đất mỏng, thảm thực vật khó tái sinh… Điều này tạo điều kiện cho xói mịn đất phát sinh và phát triển mạnh.
Cà phê 1 năm Cà phê 3 năm Cà phê lâu năm
Độ dốc (0) 3 5 8 3 5 8 3 5 8
Lượng đất mất (tấn/ha)
Khai hoang đất một cách không hợp lý: Thường đốt phá hàng loạt, khai hoang trắng không để lại rải rừng chắn gió, chắn nước… làm cho xói mịn đất tăng với cường độ mạnh.
Sử dụng đất không hợp lý: Khi sử dụng đất khai hoang con người nhiều khi khơng hiểu biết đã vơ tình góp phần thúc đẩy q trình xói mịn đất dưới nhiều hình thức (làm đất khơng hợp lý, chọn cây trồng, thời vụ gieo trồng và phương pháp gieo trồng không hợp lý…)
1.2.1.4 Hậu quả của xói mịn đất
Xói mịn đất là một trong những tai biến mơi trường có ảnh hưởng nghiêm trọng đến tài nguyên đất, tùy vào mức độ xói mịn đất mà gây ra những hậu quả với mức độ khác nhau. Xói mịn đất bình thường ít gây tổn thất, cịn xói mịn đất mạnh mẽ gây tổn thất lớn về môi trường và kinh tế.
1.2.1.4.1 Hậu quả của xói mịn đất đến độ phì của đất
Một hậu quả dễ nhận thấy của xói mịn đất là làm một lượng vật chất bị cuốn trôi trên bề mặt, gây trượt đất xói lở, tạo rãnh, bộc lộ lớp đá mẹ và bồi lắng các thung lũng cũng như đồng bằng hạ lưu.
Một hậu quả khác khó nhận biết hơn nhưng vô cùng tai hại đến sản xuất nông nghiệp là nguy cơ làm giảm dự trữ dinh dưỡng trong đất, làm mất khả năng cung cấp đủ và cân bằng chất dinh dưỡng cho cây trồng cả về lượng cũng như về chất.
Khi đất canh tác giảm độ phì (mất chất hữu cơ, đạm, kali, lân…) và độ dày tầng đất (lượng đất mất), nó làm tăng khả năng thối hóa đất, đất trở nên khơ chặt, ít thấm nước, khả năng giữ chất dinh dưỡng kém…
1.2.1.4.2 Hậu quả của xói mịn đất đến năng suất cây trồng
Tác động của xói mịn đất đối với hệ thống canh tác nơng nghiệp khi khơng có biện pháp chống xói mịn đất thích hợp là giảm sức sản suất của đất. Biểu hiện dễ nhận biết nhất là năng suất cây trồng bấp bênh, ngày càng suy giảm.
Ngồi ra xói mịn đất cịn gây thiệt hại đối với nhiều nghành khác như: thủy lợi, giao thông, thủy điện, môi trường… do làm bồi lắng kênh mương, hồ thủy điện,
gây sạt lở đường xá và làm ơ nhiễm nguồn nước. Những chi phí cho việc khắc phục hậu quả này là rất lớn.
1.2.2 Phương pháp nghiên cứu xói mịn đất [10]
1.2.2.1 Các phương pháp nghiên cứu xói mịn đất
Đánh giá nguy hại của xói mịn đất là dạng đặc biệt của đánh giá tài nguyên đất. Tùy thuộc vào mức độ xói mịn đất, lượng đất mất đi, phạm vi khu vực nghiên cứu mà người ta sẽ sử dụng những phương pháp tương ứng. Hiện nay có ba phương pháp nghiên cứu xói mịn đất mà người ta hay sử dụng nhất. Đó là phương pháp quan sát ngồi thực địa, phương pháp quan trắc và phương pháp mơ hình thực nghiệm. Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng, do đó cần phối hợp giữa các biện pháp để có thể phát huy hết những ưu điểm của từng phương pháp.
1.2.2.1.1 Phương pháp ngoài thực địa
Đây là phương pháp lần đầu tiên được sử dụng trong nhiều lĩnh vực nói chung và nghiên cứu xói mịn đất nói riêng. Phương pháp này mơ tả vật chất cấu tạo của lớp bề mặt bằng sự đo vẽ, mơ tả, lấy mẫu và phân tích lập các mặt cắt địa chất, các thông số nghiên cứu tùy thuộc vào mục đích và u cầu cơng việc. Để nghiên cứu xói mịn đất cần các thơng số như: Thành phần cơ giới, cấu trúc đất, hàm lượng mùn, độ dày tầng đất, độ dốc, chiều dài sườn dốc, các yếu tố khí hậu như lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm…
Các thông số thu được từ phương pháp khảo sát thực địa gồm:
Các thông số về sườn dốc, đánh giá khả năng của quá trình hoạt động của sườn dốc cả về định tính và định lượng.
Nghiên cứu đặc điểm của vi địa hình khu vực nghiên cứu.
Đánh giá mức độ xói mịn đất thơng qua đo đạc nghiên cứu trầm tích ở các sườn dốc, chân dốc, trong lịng suối, khe rãnh…
Phân loại đất thơng qua các chỉ tiêu như thành phần cơ giới, cấu trúc đất… Từ đó có các cơ sở dữ liệu cho việc đánh giá xói mịn đất thơng qua các phương pháp như phương pháp mơ hình thực nghiệm, quan trắc…
1.2.2.1.2 Phương pháp quan trắc
Quan trắc là một quá trình tiến hành đo đạc, giám sát, ghi nhận kết quả một cách thường xuyên và liên tục, đồng bộ các chỉ tiêu, yếu tố môi trường cần nghiên cứu. Mơi trường có rất nhiều yếu tố khác nhau, chỉ có thể nghiên cứu những yếu tố chính. Đối với phương pháp quan trắc để đánh giá xói mịn đất cần phải thu thập những thông số sau:
¾ Quan trắc để lấy thơng số về khí hậu gồm lượng mưa trung bình năm, thời điểm mưa, thời gian mưa, cường độ mưa, đặc tính của mưa, nhiệt độ, khả năng bốc hơi..
¾ Quan trắc để thu thập thơng số về dịng chảy, độ dày lớp nước (phụ thuộc vào lượng mưa, khả năng và tốc độ thấm của đất )…
¾ Quan trắc thu thập các yếu tố như địa hình: Độ dốc, chiều dài sườn dốc… và các mối quan hệ của chúng đến xói mịn bằng cách quan trắc ở từng bậc độ dốc của các yếu tố cần thiết:
Các thông số về lớp phủ thực vật và ảnh hưởng của nó đến xói mịn đất: Quan trắc, so sánh giữa các khu vực có các loại lớp phủ khác nhau như khu vực canh tác bình thường, khu vực canh tác có biện pháp chống xói mịn, khu vực đất trống đồi, núi trọc, khu vực có rừng che phủ…
Các thơng số về thành phần đất, hàm lượng chất dinh dưỡng, trầm tích…
1.2.2.1.3 Phương pháp mơ hình thực nghiệm
Các mơ hình mơ phỏng xói mịn đất là sự khái quát từ các dữ liệu đo đạc thực tế dựa trên các điều kiện nhân tạo. Điều kiện nhân tạo ở đây chính là việc mô phỏng những điều kiện thực tế như các yếu tố địa hình, thực vật, mưa, đất… Phần lớn các mơ hình thực nghiệm hiện nay được nghiên cứu được nghiên cứu dựa trên liên kết một số yếu tố tự nhiên chính liên quan đến xói mịn đất và thiết lập mối liên hệ giữa các yếu tố đó với sự xói mịn đất. Thơng thường các yếu tố đó được xác định mối quan hệ với nhau thơng qua việc quan trắc, đo đạc, thí nghiệm và thống kê xác xuất. Các mơ hình thực nghiệm có thể phân thành 3 kiểu:
¾ Mơ hình vật lý: Là mơ hình được thu nhỏ, thực hiện trong phịng thí nghiệm với những điều kiện nhân tạo và giả định về mặt động học trong thực tế là tương ứng nhau. Do tiến hành trong điều kiện nhân tạo hoàn toàn nên rất tốn kém và độ chính xác khơng cao do thiếu thực tế.
¾ Mơ hình Analog: Là mơ hình sử dụng các hệ thống cơ học, mạch điện để nghiên cứu. Chẳng hạn sử dụng dịng điện để mơ phỏng tác động tương đương như dịng nước.
¾ Mơ hình số: Là mơ hình tính tốn dựa trên cơ sở dữ liệu, mơ hình này được chia làm 3 loại:
9 Mơ hình dựa trên cơ sở vật lý thơng thường là dùng các phương trình tốn lý, tính đến quy luật bảo toàn năng lượng và vật chất để mơ phỏng sự vật.
9 Mơ hình Stochastic dựa trên bản chất liên tục của dữ liệu thống kê.
9 Mơ hình thực nghiệm dựa trên xác định các tương quan giữa các biến cố số liệu.
1.2.2.2 Các phương pháp thành lập bản đồ xói mịn đất
Có nhiều cách khác nhau để thành lập bản đồ xói mịn đất nhưng có thể chia thành 2 loại:
¾ Phương pháp truyền thống.
¾ Phương pháp ứng dụng hệ thông tin địa lý (GIS).
1.2.2.2.1 Phương pháp truyền thống
Để thành lập bản đồ chuyên đề cần thông qua 2 bước:
9 Lập bản đồ nền cơ sở địa lý: Gồm ranh giới địa lý, vị trí, các yếu tố tự nhiên như địa hình, thực vật…
9 Lập bản đồ chuyên đề: Tạo lớp thông tin chuyên đề dựa trên bản đồ nền.
Lập bản đồ bằng phương pháp truyền thống địi hỏi số lượng thơng tin lớn lấy từ nghiên cứu thực địa và số liệu quan trắc được và quá trình xử lý số liệu phức tạp. Quá trình thu thập và xử lý số liệu như vậy cần rất nhiều thời gian và công sức