Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Nghiên cứu khả năng bảo vệ đất của các trạng thái rừng trên lưu vực hồ thủy điện Nậm Chiến, huyện Mường La, tỉnh Sơn La

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:99

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm góp phần xây dựng cơ sở khoa học cho những giải pháp nâng cao hiệu quả bảo vệ đất của rừng trên lưu vực hồ thuỷ điện Nậm Chiến. Để hiểu rõ hơn mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết của luận văn này!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Nghiên cứu khả năng bảo vệ đất của các trạng thái rừng trên lưu vực hồ thủy điện Nậm Chiến, huyện Mường La, tỉnh Sơn La

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP -------------------------------------------- NGUYỄN THÀNH SƠN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG BẢO VỆ ĐẤT CỦA CÁC TRẠNG THÁI RỪNG TRÊN LƯU VỰC HỒ THỦY ĐIỆN NẬM CHIẾN, HUYỆN MƯỜNG LA, TỈNH SƠN LA Chuyên ngành: Quản lý bảo vệ tài nguyên rừng Mã số: 60.62.68 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. VƯƠNG VĂN QUỲNH Hà Nội - Năm 2011
LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ khoa học lâm nghiệp “Nghiên cứu khả năng bảo vệ đất của các trạng thái rừng trên lưu vực hồ thủy điện Nậm Chiến huyện Mường La tỉnh Sơn La” được hoàn thành theo trương trình đào tạo Cao học khóa 17 tại Trường đại học Lâm nghiệp Xuân Mai, Hà Nội. Có được luận văn này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban giám hiệu, các thầy cô trong Khoa đào tạo sau đại học, các thầy cô giáo trực tiếp giảng dạy đã tạo điều kiện giúp đỡ, động viên tác giả hoàn thành luận văn này. Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới PGS.TS. Vương Văn Quỳnh - người hướng dẫn khoa học, đã tận tình hướng dẫn tác giả từ khi hình thành phát triển ý tưởng đến xây dựng đề cương, phương pháp luận, tìm tài liệu và có những chỉ dẫn khoa học quý báu trong suốt quá trình triển khai nghiên cứu và hoàn thành đề tài. Xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ nhiệt tình, tạo điều kiện của Ban lãnh đạo, các anh, chị trong Viện Sinh thái tài nguyên rừng và Môi trường - Trường Đại học Lâm nghiệp; và bà con dân tộc Thái ở xã Ngọc Chiến, đặc biệt là gia đình anh Lò Văn Thoa đối với tác giả trong quá trình thu thập số liệu ngoại nghiệp và xử lý nội nghiệp. Tác giả xin bày tỏ và gửi lời cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp và người thân trong gia đình đã động viên giúp đỡ tác giả hoàn thành bản luận văn này. Mặc dù đã nỗ lực hết mình, nhưng do trình độ hạn ché về nhiều mặt, nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và xin chân thành tiếp thu mọi ý kiến đóng góp đó. Tôi xin cam đoan nghiên cứu này là của riêng cá nhân tôi. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Xin chân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng 9 năm 2011 Tác giả Nguyễn Thành Sơn
MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT...................................................................................... i DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................................ii DANH MỤC CÁC HÌNH ...................................................................................................iii ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................................................... 1 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ......................................................... 3 1.1. Trên thế giới .............................................................................................................. 3 1.1.1. Giai đoạn trước 1944 .......................................................................................... 4 1.1.2. Giai đoạn từ 1944-1980 ...................................................................................... 5 1.1.3. Giai đoạn từ 1980 cho đến nay........................................................................... 8 1.2. Tại Việt Nam: .......................................................................................................... 12 1.2.1. Giai đoạn trước năm 1954. ............................................................................... 12 1.2.2. Giai đoạn từ năm 1954 đến năm 1975. ........................................................... 12 1.2.3. Giai đoạn từ năm 1975 đến nay. ...................................................................... 13 Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................................................................................... 21 2.1. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................... 21 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................... 21 2.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................... 21 2.4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................... 22 2.4.1. Phương pháp thu thập thông tin ...................................................................... 22 2.4.1.1. Phương pháp kế thừa số liệu ....................................................................... 22 2.4.1.2. Phương pháp điều tra thực nghiệm ............................................................. 22 2.4.2. Phương pháp xử lý thông tin ........................................................................... 27 Chương 3. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN – XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU .............. 28 3.1. Điều kiện tự nhiên, tài nguyên khu vực nghiên cứu ............................................ 28 3.1.1. Vị trí địa lý, hành chính .................................................................................... 28 3.1.2. Địa hình............................................................................................................. 28 3.1.3. Khí hậu, thuỷ văn .............................................................................................. 29 3.1.3.1. Khí hậu ........................................................................................................ 29
3.1.3.2. Thuỷ văn ...................................................................................................... 30 3.1.4. Các nguồn tài nguyên ....................................................................................... 31 3.1.4.1. Tài nguyên đất ............................................................................................ 31 3.1.4.2. Tài nguyên nước ......................................................................................... 31 3.1.4.3. Tài nguyên rừng ......................................................................................... 32 3.1.4.4. Tài nguyên khoáng sản .............................................................................. 32 3.2. Đặc điểm xã hội ....................................................................................................... 32 3.2.1. Dân số, lao động ............................................................................................... 32 3.2.2. Đặc điểm kinh tế ............................................................................................... 33 3.2.3. Thực trạng phát triển cơ sở hạ tầng ................................................................ 33 3.2.3.1. Hệ thống đường giao thông ........................................................................ 33 3.2.3.2. Hệ thống công trình thuỷ lợi ....................................................................... 34 3.2.3.3. Năng lượng ................................................................................................. 34 3.2.3.4. Mạng lưới bưu chính - viễn thông .............................................................. 34 3.3.4. Thực trạng phát triển của hệ thống hạ tầng xã hội ........................................ 34 3.3.4.1. Giáo dục - đào tạo ...................................................................................... 34 3.3.4.2. Y tế, chăm sóc sức khỏe nhân dân .............................................................. 35 3.3.Nhận xét chung về điều kiện tự nhiên, xã hội khu vực nghiên cứu ..................... 35 3.3.1. Thuận lợi ........................................................................................................... 35 3.3.2. Những khó khăn, hạn chế ................................................................................ 36 Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................................. 37 4.1. Đặc điểm cấu trúc các thảm thực vật trong khu vực nghiên cứu ....................... 37 4.1.1. Đặc điểm cấu trúc tầng cây cao ....................................................................... 41 4.1.2. Đặc điểm thực vật tầng thấp (thảm tươi cây bụi và cây tái sinh) .................. 46 4.1.3. Đặc điểm lớp thảm khô ..................................................................................... 49 4.2. Phân bố của các trạng thái rừng ........................................................................... 52 4.2.1. Diện tích các trạng thái .................................................................................... 52 4.2.2. Phân bố của các trạng thái............................................................................... 54 4.2.2.1. Phân bố theo độ cao ................................................................................... 54 4.2.2.2. Phân bố rừng theo độ dốc........................................................................... 58 4.3. Đặc điểm đât, xói mòn đất dưới các trạng thái thảm thực vật .......................... 61 4.3.1. Đặc điểm vật lý .................................................................................................. 61
4.3.1.1. Tỷ trọng ....................................................................................................... 62 4.3.1.2. Dung trọng .................................................................................................. 64 4.3.1.3. Độ xốp ......................................................................................................... 66 4.3.2. Xói mòn ở các trạng thái .................................................................................. 70 4.3.2.1. Hiện trạng xói mòn ở các trạng thái............................................................ 70 4.3.2.2. Ảnh hưởng của độ dốc và độ cao đến cường độ xói mòn các trạng thái .... 72 4.3.2.3. Xói mòn tiềm năng các trạng thái trên lưu vực .......................................... 75 4.3.3 Phân bố và diện tích cần thiết các trạng thái cho chống xói mòn bảo vệ đất của lưu vực hồ thủy điện Nậm Chiến ........................................................................ 80 4.3.3.1. Cơ sở để xác định phân bố cần thiết cho chống xói mòn .......................... 80 4.3.3.2.Tiêu chí xác định phân bố cần thiết các trạng thái cho chống xói mòn ở lưu vực hồ thủy điện Nậm Chiến ................................................................................... 82 4.3.3.3. Phân bố,diện tích cần thiết các trạng thái cho chống xói mòn bảo vệ đất của lưu vực hồ thủy điện Nậm Chiến. ............................................................................ 82 4.4. Đề xuất giải pháp nâng cao khả năng chống xói mòn bảo vệ đất của các trạng thái ở lưu vực hồ thủy điện Nậm Chiến ....................................................................... 84 4.4.1. Quy hoạch sử dụng đất thích hợp với điều kiện địa hình ............................... 84 4.4.2. Tăng cường những biện pháp kỹ thuật để hạn chế xói mòn và canh tác bền vững trên đất dốc. ...................................................................................................... 85 4.4.3. Ngăn cấm những hành động làm thiệt hại rừng, tích cực phục hồi và trồng thêm rừng .................................................................................................................... 86 4.4.4. Nâng cao nhận thức và kiến thức về chống xói mòn bảo vệ đất ............ 87 KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ .......................................................................... 88 1. Kết luận ....................................................................................................................... 88 2. Tồn tại ......................................................................................................................... 89 3. Khuyến nghị ............................................................................................................... 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Giải nghĩa D1.3 Đường kính vị trí 1,3 m Dt Đường kính tán Hvn Chiều cao vút ngọn Hdc Chiều cao dưới cành OTC Ô tiêu chuẩn TC Tàn che CP Tỷ lệ che phủ TM Thảm mục X Độ xốp USLE Phương trình mất đất phổ dụng GIS Hệ thống thông tin địa lý (Geography Information System)
ii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên bảng Trang 1.1 Ảnh hưởng của độ dốc đến xói mòn 17 1.2 Số liệu xói mòn ở các ô rừng trồng 20 3.1 Điều kiện khí hậu cơ bản ở Mường La – Sơn La 30 4.1 Các ô tiêu chuẩn ở khu nghiên cứu 37 4.2 Đặc điểm tầng cây cao dưới các trạng thái rừng 42 4.3 Đặc điểm tầng cây bụi thảm tươi 46 4.4 Khối lượng thảm khô ở các trạng thái rừng 50 4.5 Diện tích các trạng thái trên lưu vực nghiên cứu 53 4.6 Phân cấp độ cao tại lưu vực hồ thủy điện Nậm Chiến. 55 4.7 Diện tích các trạng thái theo độ cao 55 4.8 Phân cấp độ dốc tại lưu vực hồ thủy điện Nậm Chiến 58 4.9 Phân bố diện tích các trạng thái theo độ dốc 58 4.10 Tỷ trọng đất ở các trạng thái rừng nghiên cứu 62 4.11 Dung trọng đất 65 4.12 Độ xốp tầng đất ở các trạng thái 67 4.13 Cường độ xói mòn trung bình của các trạng thái 70 Kiểm tra sự tồn tại của phương trình tương quan và hệ số 4.14 73 biến động Chỉ số cấu trúc bảo vệ đất và độ xốp của các trạng thái trên 4.15 76 lưu vực hồ thủy điện Nậm Chiến 4.16 Chỉ số cấu trúc C1 của một số trạng thái thực vật phổ biến 82
iii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Tên của hình Trang 4.1 Rừng trồng thông 40 4.2 Rừng trồng trẩu 40 4.3 Rừng nghèo 40 4.4 Rừng phục hồi 40 4.5 Rừng trung bình 41 4.6 Đất trống 41 4.7 Rừng Tre nứa 41 4.8 Đất nông nghiệp 41 4.9 Chiều cao vút ngọn tầng cây cao các trạng thái 43 4.10 Đường kính trung bình của các trạng thái 43 4.11 Đường kính tán của các trạng thái rừng 44 4.12 Độ tàn che của các trạng thái 45 4.13 Mật độ cây trên các trạng thái rừng 46 4.14 Độ che phủ (%) cây bụi thảm tươi trên các trạng thái 47 4.15 Che phủ cây bụi ở các trạng thái 48 4.16 Che phủ thảm tươi trên các trạng thái 48 4.17 Chiều cao cây bụi 49 4.18 Chiều cao thảm tươi 49 4.19 Khối lượng thảm khô 50 4.20 Hệ số biến động thảm khô ở các trạng thái 51 Liên hệ của tỷ lệ che phủ của thảm khô với tổng độtàn che và 4.21 51 che phủ của rừng 4.22 Bản đồ hiện trạng lưu vực hồ thủy điện Nậm Chiến 52 4.23 Diện tích các trạng thái có trong lưu vực nghiên cứu 53 4.24 Phân bố diện tích các trạng thái theo độ cao ở lưu vực hồ thủy điện 56 4.25 Phân bố của các trạng thái theo độ cao 57
iv 4.26 Bản đồ phân bố các trạng thái theo độ dốc 57 4.27 Phân bố diện tích các trạng thái theo độ dốc ở lưu vực nghiên cứu 59 4.28 Phân bố của các trạng thái theo độ dốc 60 4.29 Bản đồ phân bố trạng thái theo độ dốc 61 4.30 Tỷ trọng đất ở các trạng thái 63 4.31 Tỷ trọng đất ở các độ sâu 63 4.32 Liên hệ giữa tỷ trọng và chiều sâu 64 4.33 Dung trọng đất ở các trạng thái 65 4.34 Dụng trọng đất ở các tầng sâu khác nhau 66 4.35 Biến động của dung trọng theo độ sâu 66 4.36 Độ xốp các trạng trái trong lưu vực nghiên cứu 68 4.37 Độ xốp các độ sâu 68 4.38 Liên hệ độ xốp và độ sâu tầng đất 69 4.39 Liên hệ của độ xốp tầng mặt với chỉ tiêu cấu trúc rừng 69 4.40 Cường độ xói mòn trung bình ở các trạng thái 71 4.41 Cường độ xói mòn các trạng thái ở các cấp độ dốc 71 4.42 Bản đồ xói mòn hiện trạng lưu vực hồ thủy điện Nậm Chiến 72 4.43 Mối liên hệ của độ dốc đối với cường độ xói mòn trên lưu vực 73 4.44 Bản đồ cường độ xói mòn theo độ dốc của lưu vực 74 4.45 Mối liên hệ của độ cao và cường đô xói mòn 75 4.46 Bản đồ xói mòn tiềm năng trạng thái đất trống 77 4.47 Bản đồ xói mòn tiềm năng trạng thái đất nông nghiệp 77 4.48 Bản đồ xói mòn tiềm năng trạng thái rừng trồng 78 4.49 Bản đồ xói mòn tiềm năng trạng thái rừng nghèo 78 4.50 Bản đồ xói mòn tiềm năng trạng thái rừng trung bình 79 4.51 Bản đồ xói mòn tiềm năng trạng thái rừng phục hồi 79 4.52 Bản đồ xói mòn tiềm năng trạng thái rừng tre nứa 80 Bản đồ phân bố các trạng thái để hạn chế xói mòn bảo vệ đất 4.53 83 khu vực nghiên cứu
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Đất là một thành phần môi trường, một nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng. Chất lượng và số lượng của đất có ý nghĩa quyết định đến khả năng nuôi dưỡng sự sống của các hệ sinh thái trên hành tinh. Trong những thập kỷ qua, trên thế giới, đặc biệt là ở các nước nhiệt đới, tài nguyên đất đã bị khai thác một cách quá mức. Do áp lực của sự gia tăng dân số và nhu cầu lương thực nên hàng trục triệu ha rừng đã bị khai thác và chuyển đổi sang trồng cây lương thực. Khi đất mất đi lớp che phủ, xói mòn đã xảy ra trên quy mô lớn làm độ phì của đất suy giảm nhanh chóng. Nhiều vùng đất thoái hóa đến mức không còn khả năng canh tác. Việt Nam là nước có 3/4 diện tích đồi núi, trong đó có trên 60% có độ dốc trên 150. Trong những năm gần đây nạn chặt phá rừng gia tăng tác động tiêu cực tới tình trạng rửa trôi, xói mòn đất. Theo nghiên cứu của Thái Phiên, Nguyễn Tử Siêm (1999) Việt Nam có khoảng 11 triệu ha đất bị xói món mà nguyên nhân cơ bản là do đất bị khai thác và sử dụng không hợp lý. Xói mòn đất là một hiện tượng phức tạp, chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố tự nhiên như: Mưa, loại đất, địa hình, lớp phủ thực vật,… và tính chủ quan của con người trong hoạt động canh tác. Vì vậy, nghiên cứu về xói mòn, mối liên hệ giữa xói mòn và các nhân tố liên quan đến xói mòn là một đòi hỏi mang tính thời sự. Ở Việt Nam, việc nghiên xói mòn bắt đầu từ thập kỷ 60 thế kỷ trước, đến nay đã thu được nhiều kết quả trong công tác hạn chế xói mòn bảo vệ đất đặc biệt ở vùng núi phía Bắc, miền Trung và Tây Nguyên. Các nghiên cứu tập trung ở các lĩnh vực sản xuất nông, lâm nghiệp và thủy lợi. Mỗi nghiên cứu đề cập đến các đối tượng và loại hình sử dụng đất khác nhau và hầu như tập trung và các loại hình sử dụng đất trong nông nghiệp, nông lâm kết hợp để đề xuất các giải
2 pháp nâng cao năng suất cây trồng và hiệu quả sử dụng đất, và tác động của xói mòn đến dòng chảy và tuổi thọ của các công trình thủy lợi. Trong sản xuất Lâm nghiệp những nghiên cứu về xói mòn bảo vệ đất không nhiều và những nghiên cứu về khả năng hạn chế xói mòn bảo vệ đất của những trạng thái rừng còn ít. Thủy điện Nậm Chiến là một trong những thủy điện vừa và nhỏ được xây dựng trên dòng suối Chiến một trong 5 hệ thống suối lớn trên địa phận huyện Mường La. Lưu vực của hồ thủy điện với địa hình phức tạp, bị chia cắt mạnh, chủ yếu là núi cao và trung bình với độ dốc lớn (hơn 90% diện tích có độ dốc trên 80). Trên lưu vực thủy điện với dân số chủ yếu là dân tộc ít người với phương thức canh tác lạc hậu đốt nương làm rẫy và khai phá rừng để lấy đất canh tác nên rừng trong khu vực bị suy giảm cả chất và lượng kéo theo đó là diện tích đất bị xói mòn ngày càng tăng. Thực tế chỉ ra rằng việc nghiên cứu khả năng bảo vệ đất của các trạng thái trên lưu vực thủy điện Nậm Chiến nhằm tìm ra cơ sở khoa học cho việc đưa ra các biện pháp quy hoạch sử dụng hợp lý diện tích lưu vực mà vừa đảm bảo lợi ích kinh tế cho người dân mà đất vẫn được bảo vệ với cường xói mòn trong mức cho phép. Để góp phần giải quyết tồn tại trên, luận văn “Nghiên cứu khả năng bảo vệ đất của các trạng thái rừng trên lưu vực hồ thủy điện Nậm Chiến huyện Mường La tỉnh Sơn La” đã được thực hiện.
3 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Khả năng chống xói mòn, bảo vệ đất là một trong những chức năng sinh thái quan trọng nhất của rừng. Trước đây khi dân cư còn ít, diện tích đất đưa vào canh tác hàng năm chiếm tỷ lệ không đáng kể, con người đã sử dụng rất hiệu quả hệ sinh thái rừng để phục hồi độ phì trong quá trình luân canh giữa rừng và nương rẫy. Độ phì giảm đi trong những năm canh tác lại được phục hồi nhờ các thảm thực vật rừng sau thời kỳ bỏ hóa lâu dài. Chu kỳ canh tác – bỏ hóa có thể hàng trăm năm. Bằng cách như vậy, con người cùng với nương rẫy, rừng tạo ra những hệ thống nông nghiệp sinh thái ổn định, bền vững, tồn tại từ thế hệ này sang thế hệ khác. Trong thời kỳ này, nghiên cứu khả năng chống xói mòn, bảo vệ đất của rừng cũng như các thảm thực vật khác hầu như chưa được đặt ra. Giữa thế kỷ XVIII, nhiều khu rừng trên thế giới đã bị chặt bỏ, thay thế vào là những diện tích canh tác nông nghiệp. Hiện tượng xói mòn do canh tác liên tục đã dẫn đến làm suy giảm độ phì và năng xuất cây trồng. Thực tiễn đã thúc đẩy những nghiên cứu nhằm xây dựng các biện pháp chống xói mòn, bảo vệ đất. 1.1. Trên thế giới Có thể nói công trình nghiên cứu đầu tiên về xói mòn đất có ý nghĩa quan trọng nhất trong lĩnh vực xói mòn đất đã được thực hiện bởi Volli từ năm 1834 (Hudson, 1981). Ông đã sử dụng một hệ thống các bãi đo dòng chảy để nghiên cứu hàng loạt các nhân tố liên quan đến xói mòn như loại đất, lượng mưa, độ dốc, thực bì. Tác giả khẳng định xói mòn được thực hiện qua hai pha chủ yếu là bắn phá làm tơi rời các hạt đất và cuốn trôi chúng, trong đó pha đầu là quan trọng nhất. Để bảo vệ đất cần giảm được động năng mưa làm sự bắn phá tơi rời đất của các hạt mưa là có ý nghĩa quyết định trong chống xói mòn bảo vệ đất.
4 Xói mòn đất đã được các nhà khoa học thế kỷ XX nghiên cứu thực nghiệm và khái quát thành những công thức toán học như: Phương trình phá hủy kết cấu của hạt mưa (Bằng nghiên cứu trong phòng thí nghiệm) của Ellison (1945), phương trình mất đất phổ dụng của Wischmeier và Smith (1958, 1978), phương trình dự báo cường độ xói mòn đất của Foster và cộng sự (1982)... Thêm vào đó là những nghiên cứu thông qua xây dựng mô hình mô phỏng như: Mô hình xói mòn đất dốc của Foster và Meyer (1975), mô hình mất đất do dòng chảy của Fleming và Walker (1977),... Tuy nhiên, phần lớn các kết luận chưa được định lượng một cách rõ ràng. Sau đó, nhiều nghiên cứu về xói mòn đất dưới ảnh hưởng của lớp phủ thực vật và hoạt động canh tác được thực hiện ở Mỹ, Liên Xô và một số nước phát triển khác. Với sự giúp đỡ của các tổ chức quốc tế, gần đây những nghiên cứu xói mòn đã được thực hiện ở nhiều nước đang phát triển. Có thể chia lịch sử nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới thành 3 giai đoạn. 1.1.1. Giai đoạn trước 1944 Trong giai đoạn này đã có một số công trình nổi tiếng ở Mỹ, Liên Xô và các nước châu Âu Mile, Bennett, Laws, Alde[14], Zakharop[34]. Trong giai đoạn này tồn tại quan điểm chung cho rằng xói mòn chủ yếu do dòng chảy mặt tạo nên. Vì vậy, các tác giả tập trung vào các hướng nghiên cứu hiệu quả các công trình xói mòn ngoài thực địa, như kết cấu các bờ bậc thang, các băng cây xanh chắn đất, cách bố trí cây trồng theo không gian trên mặt đất... Những nghiên cứu được tiến hành nhờ phân tích các thông tin thu được từ hiện trường như: bề dày lớp đất mặt bị mất đi, lượng đất, bùn, cát bị cuốn trôi vào bể chứa. Nhìn chung trong giai đoạn này những nghiên cứu được tiến hành theo phương pháp đơn giản, chưa kết hợp được giữa thực nghiệm ngoài hiện trường với nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, giá trị định lượng chưa cao.
5 1.1.2. Giai đoạn từ 1944-1980 Giai đoạn này được mở đầu bằng công trình nghiên cứu của Ellison năm 1934[14]. Bằng các thí nghiệm trong phòng, lần đầu tiên ông đã phát hiện ra nhân tố cực kì quan trọng ảnh hưởng tới xói mòn đất đó là hạt mưa. Động năng của hạt mưa, sức bắn phá của nó trên bề mặt đất có vai trò quan trọng nhất, quyết định đến xói mòn. Thí nghiệm của Ellison đã chứng minh rằng, việc giảm động năng của hạt mưa bằng các dàn che nhân tạo hoặc tán lá của lớp phủ thực vật có thể làm giảm xói mòn đến hàng trăm lần. Phát hiện của Ellison đã làm thay đổi quan điểm nghiên cứu về xói mòn và khả năng bảo vệ đất của các thảm thực vật. Nó đã mở ra phương hướng sử dụng cấu trúc thảm thực vật trong các biện pháp chống xói mòn nhằm bảo vệ độ phì của đất. Các nghiên cứu xói mòn bắt đầu chuyển sang nghiên cứu định lượng, xác định cơ chế xói mòn. Các nhà nghiên cứu nổi tiếng trong giai đoạn này là: Elison [14], Delixop, Mikhovic [34], Wichmeier W.H, (1978), Kirkby M.J va Chorley (1967). Xói mòn đất đã được các nhà khoa học thế kỉ XX nghiên cứu thực nghiệm và khái quát hóa thành công thức toán học như: Phương trình xói mòn mặt đất của Horton (1945), phương trình mặt đất của Musgave (1947), phương trình phá hủy kết cấu của hạt mưa (bằng các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm) của Elison (1945), phương trình mặt đất phổ dụng của Wischmeier và Smith (1958,1978),... hoặc nghiên cứu thông qua xây dựng mô hình mô phỏng như: Mô hình bồi lắng của Megev (1967), Mô hình mô phỏng quá trình bồi lắng fleming và Fhamy (1973), Mô hình mất đất do dòng chảy của Fleming và Waker (1977),... Hudson (1971,1981), Zakharop (1973) và nhiều tác giả khác đã nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hạt mưa, cường độ mưa và phân bố mưa tới xói mòn và dòng chảy mặt. Trong khi đó các nhân tố khác ảnh hưởng đến xói mòn như: Chiều dài sườn dốc, loại đất, lớp phủ thực vật,... cũng được nghiên cứu sâu và rộng. Điển
6 hình là các nghiên cứu của các tác giả Wischmeier (1966, 1971). Những kết quả nghiên cứu này đã góp phần tìm ra cơ chế của quá trình xói mòn cũng như đề xuất các biện pháp phòng chống xói mòn thích hợp. Kết quả quan trọng của nghiên cứu xói mòn và khả năng bảo vệ đất trong giai đoạn này là xây dựng được phương trình mất đất phổ dụng (USLE) ở trường đại học tổng hợp Pardin (Mỹ) vào cuối năm 1950 [14]. Các yếu tố gây xói mòn được quy lại thành 7 yếu tố chính và biểu thị bằng phương trình có dạng tổng quát: A = R.K.L.S.C.P (1.1) Trong đó: A: Lượng đất xói mòn trung bình (tấn/ha/năm) R: Chỉ số phản ánh năng lực xói mòn của mưa K: Chỉ số năng lực chống xói mòn của đất, L: Hệ số độ dài sườn dốc (lượng đất mất trên thửa đất quan trắc so với trên thửa đất tiêu chuẩn dài 22,13m) S: Hệ số độ dốc (Lượng đất mất trên thửa đất quan trắc so với trên thửa đất tiêu chuẩn có độ dốc 9%) C: Hệ số canh tác (lượng đất mất trên thửa đất quan trắc so với trên thửa đất tiêu chuẩn được làm đất theo tiêu chuẩn). P: Hệ số bảo vệ đất( Lượng đất mất trên thửa đất có bảo vệ so với trên thửa đất không được bảo vệ). Phương trình này đã làm sáng tỏ vai trò của từng nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn. Nó có tác dụng định hướng cho nhiều nghiên cứu nhằm xác định quy luật xói mòn ở các khu vực có điều kiện địa lý khác nhau. Tuy nhiên, sử dụng phương trình mất đất vẫn gặp phải những khó khăn nhất định:
7 + Điều kiện địa lý, địa chất của các khu vực có thể khác xa với điều kiện nơi xây dựng phương trình. Vì thế khi áp dụng phải có những nghiên cứu điều chỉnh các hệ số để phù hợp với điều kiện địa phương. Đây cũng là quá trình nghiên cứu đòi hỏi phải tốn kém về thời gian và kinh phí, không phải nơi nào cũng làm được. + Tập quán canh tác của các dân tộc cũng không giống nhau, vì vậy hệ số về phương pháp quản lý sử dụng đất cũng không giống nhau. + Phương trình đã xác định hệ số cho 128 kiểu cây trồng khác nhau, nhưng chủ yếu là cho các kiểu phối hợp cây trồng trong nông nghiệp, chưa tính đến sự đa dạng của các thảm thực vật rừng. Vào những năm 1970, phương trình mất đất phổ dụng được cải tiến để áp dụng cho đất rừng và một số loại đất phi nông nghiệp khác được gọi là phương trình mất đất biến đổi: A= R.K.LS.MV (1.2) Trong đó: A: Lượng đất bị xói mòn R: Chỉ số tính xói mòn của mưa K: Hệ số tính xói mòn của đất LS: Hệ số địa hình MV: Hệ số về biện pháp quản lý thực bì. Trong phương trình mất đất biến đổi, tính phức tạp của phương trình mất đất phổ dụng đã đươc giảm bớt trên cơ sở ghép các nhân tố độ dốc và chiều dài sườn dốc thành nhân tố địa hình, nhân tố cây trồng và nhân tố bảo vệ đất thành nhân tố quản lý thực bì. Việc áp dụng phương trình mất đất biến đổi đã trở thành đơn giản hơn. Tuy nhiên, mục tiêu sử dụng của phương trình vẫn là đất nông nghiệp. Khi áp dụng cho các loại rừng thì độ chinh xác không cao, phương trình vẫn cần nghiên cứu bổ xung.
8 Trong giai đoạn này các công trình nghiên cứu không chỉ giới hạn ở Mỹ, Liên Xô mà còn được tiến hành ở nhiều quốc gia khác trên thế giới. Tuy nhiên, nghiên cứu xói mòn đất chủ yếu vẫn được tiến hành một cách độc lập theo những chương trình được hoạch định của từng cơ quan, từng quốc gia. Còn rất ít những tổ chức quốc tế đứng ra giữ vai trò liên kết các nghiên cứu trong lĩnh vực này. 1.1.3. Giai đoạn từ 1980 cho đến nay Sự phát triển kỹ thuật công nghiệp và quá trình gia tăng dân số đã thúc đẩy khai phá nhiều vùng rừng, chuyển thành khu canh tác nông nghiệp. Do không coi trong biện pháp bảo vệ đất nên hàng năm trên thế giới đã bị thái hóa chừng 20 triệu ha. Xói mòn đất không chỉ làm thu hẹp nhanh chóng diện tích canh tác mà còn là nguyên nhân dẫn đến sự biến đổi tính chất của nhiều thành phần môi trường như nguồn nước, thực vật, động vât... Xói mòn đã trở thành nguyên nhân quan trọng dẫn đến suy thoái môi trường hiện nay. Vì vậy, trong “Chiến lược bảo vệ toàn cầu”, bảo vệ đất được xem là một trong những nhiệm vụ có tính chất chiến lược vì sự tồn tại lâu bền của con người. Khả năng chống xói mòn, bảo vệ đất trở thành chỉ tiêu cơ bản hình thành giá trị sinh thái của các phương thức canh tác. Những nghiên cứu về quản lý sử dụng đất trong thời kỳ này hướng vào hai mục tiêu chính: - Nhằm phát hiện những quy luật hoạt động của xói mòn của từng địa phương, từng quốc gia để xây dựng dự báo xói mòn và xây dựng biện pháp chống xói mòn với những công trình của: R.Lal(1990), P.Hame(1986)... - Xây dựng các biện pháp bảo vệ đất đặc biệt là công nghệ bảo vệ đất dốc, trong đó có công trình của K.F.Wiersum (1984), R.Lal(1990)... Kết quả nghiên cứu cơ bản của giai đoạn này được thể hiện ở 2 mặt sau: * Phát triển các mô hình toán học để dự báo xói mòn.
9 Phương trình được áp dụng chủ yếu là phương trình mất đất phổ dụng cải tiến (RUSLE) của Wischmeier.W.H (1997) trên cơ sở gộp hệ số độ dốc và hệ số chiều dài sườn dốc thành hệ số địa hình: A= P.K.LS.C.P (1.3) Trong đó: A: Lượng đất mất đi hàng năm R: Chỉ số phản ánh năng lực xói mòn của mưa. K: Chỉ số năng lực chống xói mòn của đất. LS: Chỉ số địa hình. C: Chỉ số về thực vật. P: Chỉ số về biện pháp canh tác. Phương trình của Wischmeier đã gợi ý về các biện pháp chống xói mòn bảo vệ đất. Đó là tất cả những giải pháp nhằm giảm thiểu một hoặc một nhóm các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất trong các phương trình của wischmeier. Tuy nhiên, việc áp dụng phương trình này cũng gặp nhiều khó khăn, đặc biệt trong điều kiện thiếu dữ liệu nghiên cứu cơ bản để xác định các thông số cần thiết, chẳng hạn thiếu dữ liệu về mưa, thiếu dữ liệu về khả năng chống xói mòn của đất, hay dữ liệu về ảnh hưởng của các kiểu trồng cây đến xói mòn v.v... Vì vậy, phương trình xói mòn đất của Wischmeier ngày nay được vận dụng theo hướng cải tiến hoặc bổ sung những tham số của phương trình để sử dụng trong nhiều quốc gia. Tham số được nghiên cứu điều chỉnh nhiều nhất là tham số C cho những kiểu thảm thực vật không có trong xây dựng phương trình ban đầu. Phương trình USLE cũng được điều chỉnh để dự báo xói mòn cho một khu vực cụ thể theo từng trận mưa (RUSLE1), hoặc cho một sườn dốc khi không tính đến sự thay đổi về độ dốc (RUSLE2) (Foster et al., 2003). Có thể điểm qua một số dạng đã được thay đổi của phương trình mất đất phổ dụng như sau: 1) Phương trình dự báo cường độ xói mòn đất của Foster và cộng sự (1982)
10 Ae=qece (1.4) Trong đó: Ae: Cường độ xói mòn cho từng trận mưa qe: Tốc độ dòng chảy (volume/area/time) ce: Lượng xói mòn trên đơn vị thể tích (mass/volume), được tính như sau: ce=b1EI30/qe (1.5) b1: Hệ số thực nghiệm, re: Tổng lượng mưa E: Động năng trận mưa I30: Cường độ mưa cực đại trong 30 phút 2) Phương trình dự báo cường độ xói mòn đất của Kinnell and Risse(1998) Ae=b3QREI30 (1.6) Trong đó: Ae: Cường độ xói mòn cho từng trận mưa b3: Hệ số thực nghiệm QR: Tỷ lệ giữa lượng mưa và dòng chảy. 3) Phương trình dự báo cường độ xói mòn đất của Renard et al. (1997) Ae·veg=KUMQRBEI30Ce Trong đó: Ae.veg: Lượng xói mòn trên một khu vực có thực vật QRB: Tỷ lệ dòng chảy trên đất trống bỏ hoá Ce: Chỉ số thực vật trong phương trình USLE KUM: Chỉ số năng lực chống xói mòn của đất 4) Phương trình dự báo cường độ xói mòn đất của Tiwari và các cộng sự (2000) A1e= bKeEI30 (1.7) Trong đó: A1e: Lượng đất mất đi trên trong một trận mưa (event) trên một đơn vị diện tích
11 E: là động năng trận mưa I30: Cường độ mưa cực đại trong 30 phút Ke: Chỉ số về năng lực chống xói mòn của đất b: Hệ số điều chỉnh thay đổi theo độ dốc, chiều dài sườn dốc 5) Phương trình dự báo cường độ xói mòn đất của USDA-ARS (2008) Ae=A1eLSCePe (1.8) Trong đó: A1e: Lượng đất xói mòn của đất trống bỏ hoá. Ce Pe: Các chỉ số thực vật và biện pháp canh tác cho trận mưa * Những biện pháp bảo vệ đất tập trung vào hai nhóm chính: - Dùng các thảm thực vật để chống xói mòn, chủ yếu là các thảm thực vật rừng, các mô hình nông lâm kết hợp mô hình SALT. - Xây dựng các công trình xói mòn (quan trọng là bậc thang trên đất dốc) Tuy nhiên các công trình vẫn tập trung nghiên cứu chủ yếu với đất canh tác nông nghiệp. Trong giai đoạn này những nghiên cứu về xói mòn và bảo vệ đất mang tính hợp tác cao. Trong các tổ chức quốc tế có vai trò liên kết các chương trình nghiên cứu của nhiều quốc gia như: Viện lúa quốc tế ở Philippine, tổ chức nghiên cứu và quản lý đất IBSRAM ở Nepal. Hầu hết các quốc gia đều có các viện các trung tâm và hiệp hội nghiên cứu quản lý sử dụng đất. Trong những năm gần đây, phát triển của công nghệ viễn thám và GIS cùng với máy tính tốc độ cao đã giúp người ta nâng cao khả năng thu thập và phân tích liên quan đến khả năng bảo vệ đất. Người ta đã xây dựng những mô hình toán để phân tích tác động của các nhân tố đến dòng chảy, trong đó có tác động của rừng. Một trong những mô hình thường được sử dụng để phân tích ảnh hưởng của rừng đến dòng chảy và xói mòn là mô hình SWAT(Soil and Water Assessment Tools) cùng với phần mềm chuyên dụng PLOT32. Đây là mô hình cho phép cập nhật các thông tin liên quan đến dòng chảy trong lưu vực như bản