Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường: Ứng dụng GIS và viễn thám trong đánh giá xói mòn đất trên địa bàn huyện Đồng Hỷ tỉnh Thái Nguyên

Chia sẻ: Mao A Mẫn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:81

Thêm vào BST

Báo xấu

79
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn “Ứng dụng GIS và viễn thám trong đánh giá xói mòn đất trên địa bàn huyện Đồng Hỷ tỉnh Thái Nguyên” nhằm đánh giá hiện trạng xói mòn đất huyện Đồng Hỷ dựa trên ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS). Đề xuất một số giải pháp chống xói mòn đất. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường: Ứng dụng GIS và viễn thám trong đánh giá xói mòn đất trên địa bàn huyện Đồng Hỷ tỉnh Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NGUYỄN THÀNH LUÂN ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG ĐÁNH GIÁ XÓI MÒN ĐẤT TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN ĐỒNG HỶ, TỈNH THÁI NGUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Thái Nguyên - 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NGUYỄN THÀNH LUÂN ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG ĐÁNH GIÁ XÓI MÒN ĐẤT TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN ĐỒNG HỶ, TỈNH THÁI NGUYÊN Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số ngành: 8 44 03 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Hoàng Văn Hùng Thái Nguyên - 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi. Các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định. Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam. Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác. HỌC VIÊN Nguyễn Thành Luân Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
ii LỜI CẢM ƠN Để có thể hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh sự nỗ lực cố gắng của bản thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô, cũng như sự động viên ủng hộ của gia đình và bạn bè trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn thạc sĩ. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy PGS.TS. Hoàng Văn Hùng người đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn này. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý thầy cô trong khoa Tài nguyên Môi trường và Phòng đào tạo – Đào tạo sau đại học, trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và cho đến khi thực hiện đề tài luận văn. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến phòng Tài nguyên Môi trường huyện Đồng Hỷ, Ủy ban nhân dân huyện Đồng Hỷ đã không ngừng hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện luận văn. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đến gia đình, các anh chị và các bạn đồng nghiệp đã hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh. Thái Nguyên, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận văn Nguyễn Thành Luân Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................... ii MỤC LỤC ................................................................................................ iii DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................... vi DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................... vii MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết......................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu.............................................................................. 2 3. Ý nghĩa của đề tài nghiên cứu ............................................................... 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU........................... 3 1.1. Xói mòn đất và các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất................... 3 1.1.1. Xói mòn đất ..................................................................................... 3 1.1.2. Các quá trình xói mòn đất ............................................................... 5 1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất......................................... 6 1.2. Nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới .............................................. 11 1.2.1. Các nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới ..................................... 12 1.2.2. Các phương pháp đánh giá xói mòn đất........................................ 15 1.2.3. Một số mô hình đánh giá xói mòn đất .......................................... 17 1.3. Nghiên cứu xói mòn đất ở Việt Nam ............................................... 19 1.4. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) ....................................................... 22 1.4.1. Lịch sử phát triển của GIS ............................................................ 22 1.4.2. Ứng dụng GIS trực tiếp xây dựng bản đồ xói mòn....................... 23 1.4.3. Ứng dụng GIS và mô hình hóa tính toán xói mòn đất .................. 24 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................................ 26 2.1. Đối tượng nghiên cứu....................................................................... 26 2.2. Phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 26 2.3. Nội dung nghiên cứu ........................................................................ 26 2.4. Phương pháp nghiên cứu.................................................................. 26 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
iv 2.4.1. Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu ........................................... 26 2.4.2. Phương pháp kế thừa..................................................................... 27 2.4.3. Phương pháp tính toán các tham số theo phương trình của Wischmeier W.H và Smith D.D.......................................................................... 27 2.4.4. Phương pháp chồng xếp xây dựng bản đồ xói mòn đất huyện Đồng Hỷ .................................................................................................. 35 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................... 37 3.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên 37 3.1.1. Điều kiện tự nhiên của huyện Đồng Hỷ, Thái Nguyên................. 37 3.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội của huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên .......................................................................................... 44 3.2. Xây dựng bản đồ xói mòn đất huyện Đồng Hỷ giai đoạn năm 2013 và 2018 ............................................................................................... 48 3.2.1. Xây dựng bản đồ hệ số xói mòn do mưa (R) ................................ 48 3.2.2. Thành lập bản đồ hệ số kháng xói của đất (K) ............................. 50 3.2.3. Thành lập bản đồ hệ số địa hình (LS) ........................................... 53 3.2.4. Thành lập bản đồ hệ số lớp phủ thực vật (C) ................................ 55 3.2.5. Bản đồ hệ số canh tác (P) .............................................................. 56 3.2.6. Bản đồ xói mòn huyện Đồng Hỷ .................................................. 58 3.3. Đề xuất một số giải pháp giảm thiểu và chống xói mòn đất tại khu vực nghiên cứu ..................................................................................... 64 3.3.1. Giải pháp nông nghiệp chống xói mòn đất ................................... 64 3.3.2. Giải pháp lâm nghiệp chống xói mòn đất ..................................... 65 3.3.3. Giải pháp kết hợp nông, lâm nghiệp chống xói mòn đất .............. 66 3.3.4. Chống xói mòn bằng biện pháp công trình ................................... 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................. 68 1. Kết luận ............................................................................................... 68 2. Kiến nghị ............................................................................................. 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................... 70 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
v Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Hệ số xói mòn đất của một số loại đất ở Việt Nam ............ 30 Bảng 2.2: Bảng tra hệ số P theo hội khoa học đất quốc tế .................. 35 Bảng 2.3: Phân cấp mức độ xói mòn đất theo TCVN 5299 – 1995.... 36 Bảng 3.1: Các loại đất chính của huyện Đồng Hỷ .............................. 41 Bảng 3.2: Hiện trạng sử dụng đất của huyện Đồng Hỷ năm 2017 .......... 43 Bảng 3.3: Kết quả tính hệ số R cho các trạm đo mưa huyện Đồng Hỷ ........................................................................................ 48 Bảng 3.4: Hệ số kháng xói các loại đất huyện Đồng Hỷ .................... 50 Bảng 3.5: Độ dốc trên các loại đất của huyện ..................................... 54 Bảng 3.6: Bảng tính toán hệ số P huyện Đồng Hỷ năm 2013 và năm 2018 ..................................................................................... 57 Bảng 3.7: Diện tích xói mòn đất theo các cấp độ huyện Đồng Hỷ năm 2013 và năm 2018 ............................................................... 60 Bảng 3.8: Diện tích xói mòn đất huyện Đồng Hỷ năm 2018 phân theo đơn vị hành chính................................................................ 61 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1. Các nhân tố chính ảnh hưởng đến xói mòn đất .................... 6 Hình 2.2. Sơ đồ các bước tính toán hệ số R trong GIS....................... 29 Hình 2.3. Sơ đồ quy trình xây dựng bản đồ hệ số LS......................... 33 Hình 3.1. Bản đồ hệ số xói mòn do mưa trên địa bàn huyện Đồng Hỷ năm 2013 và năm 2018 ....................................................... 49 Hình 3.2. Bản đồ hệ số kháng xói đất (K) của huyện Đồng Hỷ năm 2013 và 2018 ................................................................................ 52 Hình 3.3. Bản đồ mô hình số độ cao DEM huyện Đồng Hỷ .............. 53 Hình 3.4. Bản đồ độ dốc năm 2013 và năm 2018 huyện Đồng Hỷ .... 53 Hình 3.5. Bản đồ hệ số địa hình LS huyện Đồng Hỷ năm 2013 và năm 2018 ..................................................................................... 54 Hình 3.6. Bản đồ chỉ số khác biệt thực vật NDVI huyện Đồng Hỷ năm 2013 và 2018 ....................................................................... 55 Hình 3.7. Bản đồ hệ số lớp phủ thực vật (C) huyện Đồng Hỷ năm 2013 và năm 2018 ........................................................................ 56 Hình 3.8. Bản đồ hệ số canh tác P huyện Đồng Hỷ năm 2013 và năm 2018 ..................................................................................... 57 Hình 3.9. Bản đồ phân cấp xói mòn đất huyện Đồng Hỷ năm 2013 .. 58 Hình 3.10. Bản đồ phân cấp xói mòn đất huyện Đồng Hỷ năm 2018 .. 59 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Đất đai là một tài nguyên thiên nhiên quý giá của mỗi quốc gia và cũng là yếu tố mang tính quyết định sự tồn tại và phát triển của con người và các sinh vật khác trên trái đất. Đất đai là tài sản mãi mãi với loài người, là điều kiện để sinh tồn, là điều kiện không thể thiếu được để sản xuất, là tư liệu sản xuất cơ bản trong nông, lâm nghiệp. Bởi vậy, nếu không có đất đai thì không có bất kỳ một ngành sản xuất nào, con người không thể tiến hành sản xuất ra của cải vật chất để duy trì cuộc sống và duy trì nòi giống đến ngày nay. Trải qua một quá trình lịch sử lâu dài con người chiếm hữu đất đai biến đất đai từ một sản vật tự nhiên thành một tài sản của cộng đồng, của một quốc gia. Đất đai là tư liệu sản xuất gắn liền với hoạt động của con người. Con người tác động vào đất đai nhằm thu được sản phẩm để phục vụ cho các nhu cầu của cuộc sống. Tác động này có thể trực tiếp hoặc gián tiếp và làm thay đổi tính chất của đất đai có thể chuyển đất hoang thành đất sử dụng được hoặc là chuyển mục đích sử dụng đất. Tuy nhiên hiện nay do thực trạng sử dụng đất, do ảnh hưởng bởi các yếu tố tự nhiên. Đất đai đã và đang bị ảnh hưởng tiêu cực. Trong đó hiện tượng xói mòn đất là một trong những hệ quả tiêu cực mà con người và thiên nhiên gây ra cho môi trường đất. Đồng Hỷ có tổng diện tích tự nhiên 427,73km2, trong đó đất lâm nghiệp chiếm 55,91%, đất sản xuất nông nghiệp 31,95%, đất phi nông nghiệp 10,78%. Là một huyện đang có nhiều chuyển dịch về cơ cấu kinh tế xã hội do đang trong quá trình tiếp nhận sự mở rộng địa bàn của thành phố Thái Nguyên. Đặt ra những vấn đề cấp thiết trong sử dụng và bảo vệ tài nguyên đất trong phát triển kinh tế xã hội. Cho đến thời điểm hiện tại, đã có một số công trình nghiên cứu khoa học phục vụ cho phát triển kinh tế xã hội của huyện Đồng Hỷ nói riêng và tỉnh Thái
2 Nguyên nói chung. Tuy nhiên chưa có đề tài nào tiến hành đánh giá xói mòn đất bằng công nghệ GIS và viễn thám chi tiết cho khu vực này. Công nghệ GIS ngày càng nâng cao khả năng thu thập, xử lý và phân tích dữ liệu thông tin địa lý. Trong đó, các bài toán hỗ trợ cho đánh giá xói mòn đất như: xử lý ảnh số, mô hình hóa địa hình, chồng ghép phân tích dữ liệu, v.v… được tiến hành một cách hiệu quả và khách quan. Trên thế giới, việc nghiên cứu đánh giá xói mòn đất được quan tâm tại nhiều quốc gia, đặc biệt là tại các khu vực có nguy cơ xói mòn cao. Xuất phát từ những lí do trên và được sự nhất trí của nhà trường, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Hoàng Văn Hùng. Tôi tiến hành thực hiện luận văn: “Ứng dụng GIS và viễn thám trong đánh giá xói mòn đất trên địa bàn huyện Đồng Hỷ tỉnh Thái Nguyên”. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá hiện trạng xói mòn đất huyện Đồng Hỷ dựa trên ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS). - Đề xuất một số giải pháp chống xói mòn đất. 3. Ý nghĩa của đề tài nghiên cứu - Ý nghĩa khoa học: Luận văn ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) và viễn thám để đánh giá và dự báo xói mòn đất qua việc phân tích không gian và mối quan hệ của các nhân tố địa hình, thủy văn, thổ nhưỡng, thực vật và con người tại huyện Đồng Hỷ. - Ý nghĩa thực tiễn của luận văn: Đánh giá hiện trạng xói mòn đất tại huyện Đồng Hỷ, từ đó xây dựng bản đồ xói mòn đất khu vực nghiên cứu làm cơ sở đề xuất một số giải pháp hạn chế xói mòn đất.
3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Xói mòn đất và các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất 1.1.1. Xói mòn đất Xói mòn đất là quá trình tự nhiên làm ảnh hưởng đất tất cả các dạng địa hình. Trong nông nghiệp, xói mòn đất là quá trình lớp đất mặt bị mang đi nơi khác do các yếu tố vật lý như nước và gió hoặc các yếu tố liên quan đến hoạt động trồng trọt. Trong khi xói mòn là một quá trình tự nhiên, các hoạt động của con người làm gia tăng tốc độ xói mòn lên 10-40 lần. Xói mòn gia tăng có thể gây ra các vấn đề tại vị trí đó hoặc những nơi khác liên quan đến các dòng trầm tích này. Tại vị trí xói mòn như làm giảm sản lượng nông nghiệp và phá vỡ hệ sinh thái, cả hai yếu tố này làm giảm độ phì của tầng đất mặt. Trong một vài trường hợp, kết quả cuối cùng là sự sa mạc hóa. Các ảnh hưởng ngoài nơi xói mòn như sự lắng đọng trầm tích trên các kênh dẫn và gây phú dưỡng các vực nước, cũng như gây phá vỡ đường sá và nhà cửa liên quan đến trầm tích. Xói mòn do gió và nước là hai yếu tố cơ bản làm giảm chất lượng đất; Nếu xét cả hai trường hợp này, chúng chiếm đến 84% sự xuống cấp của đất trên toàn cầu, nên đây là một trong những vấn đề môi trường quan trọng nhất toàn cầu. (http://wikipedia.org) Các kiểu xói mòn đất chính Kiểu xói mòn do nước Kiểu xói mòn do nước gây ra do tác động của nước chảy tràn trên bề mặt (nước mưa, băng tuyết tan hay tưới tràn). Hiện tượng xói mòn do nước gây ra đối với đất sản xuất nông nghiệp thường mạnh nhất ở các bề mặt đất trống, sau khi làm đất chuẩn bị gieo trồng. Ðể xảy ra xói mòn, nước cần có năng lượng để tách các hạt đất, rồi sau đó vận chuyển chúng đi. Mưa và nước có thể tách được các hạt đất song việc vận chuyển được chúng đi bao xa phải phụ thuộc vào
4 dòng chảy. Tác động của mưa gây ra xói mòn đối với đất gồm các tác động va đập phá vỡ, làm tách rời các hạt đất và sau đó vận chuyển các hạt đất bị phá hủy theo các dòng chảy tràn trên mặt đất. Dòng chảy của nước có thể tạo ra các rãnh xói, khe xói hoặc bị bóc theo từng lớp, người ta chia kiểu xói mòn do nước gây ra thành các dạng: - Xói mòn thẳng là sự xói lở đất, đá mẹ theo những dòng chảy tập trung, ăn sâu tạo ra các rãnh xói và mương xói. - Xói mòn phẳng là sự rửa trôi đất một cách tương đối đồng đều trên bề mặt do nước chảy dàn đều, đất bị cuốn đi theo từng lớp, phiến. Khi lớp đất trên bề mặt bị xói mòn thì rất khó khôi phục và những thiệt hại của xói mòn có thể ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức sản xuất của đất. Ví dụ một phép tính đơn giản nếu đất bị xói mòn 1cm đất thì trên 1 ha đất mất đi 100m3 đất, tương đương 150 tấn, trong đó có 6 tấn mùn và 1,5 tấn đạm. Trong khi đó, ở vùng nhiệt đới có những nơi xói mòn làm mất 3cm đất mặt hàng năm. Riêng vùng đồi núi hàng năm bình quân mất đi khoảng 2cm điều này làm cho đất ở đây bị thoái hóa nhanh chóng. Trên những vùng đất cao, dốc, mưa lớn còn tạo nên những dòng chảy cực đại trên sườn dốc và ngoài việc bào mòn lớp đất mặt chúng còn có khả năng tạo ra những dòng xói hoặc rãnh xói. Có rãnh sâu 5 - 6m tới tận lớp đá mẹ và làm mất đi hoàn toàn khả năng sản xuất của đất đai. (http://wikipedia.org) Kiểu xói mòn do gió Kiểu xói mòn do gió là hiện tượng xói mòn gây ra bởi sức gió. Ðây là hiện tượng xói mòn có thể xảy ra ở bất kì nơi nào khi có những điều kiện thuận lợi sau đây (http://wikipedia.org): - Ðất 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 được các hạt đất đi. Thông thường đất cát là loại đất rất dễ bị xói mòn do gió vì sự liên kết giữa các hạt cát là rất nhỏ, đất lại bị khô nhanh. Ảnh hưởng của xói mòn do gió
5 gây ra khá phức tạp, đất bị chuyển dịch đi có thể dưới các hình thức nhảy cóc, trườn trên bề mặt hoặc bay lơ lửng. 1.1.2. Các quá trình xói mòn đất 1.1.2.1. Xói lở sông suối Xói lở sông suối là một vấn đề diễn ra tại nhiều nơi trên thế giới, ở những nơi này khi có thiên tai thì hậu quả của nó sẽ gia tăng, ảnh hưởng tiêu cực đến sinh kế của con người và các hoạt động cộng đồng khác. Theo Nguyễn Quang Mỹ (2005), quá trình xói lở sông suối được xác định theo công thức về động năng của dòng chảy như sau: F = vm2/2 Trong đó: F: là động năng của khối nước chảy m: là khối lượng nước chảy v: là vận tốc dòng chảy Qua công thức trên có thể nhận xét, động năng của dòng chảy tỉ lệ thuận với bình phương của tốc độ dòng chảy. Trong quá trình xói lở, dòng chảy tạo ra vật liệu, phù sa. Tùy theo kích thước phù sa và tốc độ dòng chảy mà phù sa có thể vận chuyển xuôi theo chiều dòng chảy. Khi động năng của dòng chảy không đủ sức mang đi từng bộ phận vật chất, phù sa sẽ lắng đọng xuống dòng sông gọi là quá trình bồi tụ. 1.1.2.2. Xói mòn và rửa trôi bề mặt Xói mòn và rửa trôi bề mặt là quá trình xói mòn do dòng chảy tạm thời trên sườn lúc mưa hoặc tuyết tan do chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố tự nhiên, trong đó yếu tố địa hình là quan trọng nhất. Bên cạnh đó, yếu tố tác động do con người cũng ảnh hưởng không nhỏ đến quá trình này, các tác động này đến chủ yếu từ các hoạt động như: Khai thác tài nguyên đất thiếu hợp lý, khai thác tài nguyên rừng bừa bãi,…
6 1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến 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. Khí hậu Địa hình Xói mòn Con Đất đai Thảm người thực vật Hình 2.1: Các nhân tố chính ảnh hưởng đến xói mòn đất Ảnh hưởng hai chiều Ảnh hưởng tích cực Ảnh hưởng tiêu cực 1.1.3.1. Ảnh hưởng của các nhân tố khí hậu đến xói mòn đất Yếu tố khí hậu có thể nói là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến xói mòn đất. Trong các yếu tố gây xói mòn chính thì mưa là quan trọng hơn cả. Đã có nhiều công trình nghiên cứu cả trong phòng thí nghiệm và ngoài thực địa đều cho thấy rằng tác động của hạt mưa lớn hơn nhiều so với các yếu tố khác như hiệu ứng cắt xé và rửa xói của dòng chảy do nước mưa gây nên. Ngoài ra có những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp đến xói mòn như nhiệt độ không khí, độ ẩm, tốc độ gió . . . a. Lượng mưa: Có thể nói, một trong những nhân tố quan trọng gây ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất đó chính là lượng mưa. Mức độ xói mòn cũng phụ thuộc rất lớn vào lượng mưa tại mỗi khu vực, tại những khu vực có lượng mưa thấp thì khả năng xói mòn là rất thấp vì lượng mưa không đủ để tạo thành dòng chảy (vì bị mất do ngấm vào đất, bay hơi, thực vật sử dụng...) và do đó không có khả năng vận chuyển vật chất đi xa. Lượng mưa trung bình hàng năm
7 thường phải lớn hơn 300 mm thì xói mòn do mưa mới xuất hiện rõ. Tuy nhiên, vấn đề xói mòn do mưa còn phụ thuộc vào tỷ lệ lớp phủ trên đất có tại khu vực đó. Với cùng lượng mưa 1.000mm tại các khu vực có độ che phủ rừng cao, mức độ xói mòn xảy ra thấp hơn so với khu vực đất trống, đồi núi trọc. (Nguyễn Quang Mỹ, 2005) b. Bốc hơi nước: Một phần bốc hơi trực tiếp vào khí quyển, phần khác bốc hơi qua hoạt động của 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, thổ nhưỡng của khu vực. Nhiệt độ càng cao, độ ẩm không khí thấp dẫn tới bốc hơi càng mạnh, đất càng bị nén chặt, tốc độ và khả năng thấm ít thì lượng mưa tạo dòng chảy bề mặt càng nhiều, . . . Do đó ảnh hưởng của trận mưa đầu và thời gian đầu của một trận mưa ít hơn so với những trận mưa sau và ở thời gian sau vì độ thấm của đất, và hơi ẩm của không khí đã bị thay đổi. (Nguyễn Quang Mỹ, 2005) 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 là mm/h. Lượng mưa hàng năm 250 mm tập trung chỉ trong 3 tháng có thể gây ra xói mòn nhiều hơn 2.000 mm trải ra trong 10- 12 tháng. (Peace Corp Information Collection & Exchange, 2010) 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 mới gây xói mòn. Tỷ lệ lượng mưa tạo ra trong năm được tạo ra bởi các trận mưa có cường độ lớn hơn 25 mm/h càng nhiều thì khả năng gây xói mòn càng lớn. Nếu thời gian mưa dồn dập trong thời gian ngắn thì đó chính là tiền đề cho sự hình thành lũ quét, trượt lở ở vùng núi ngập lụt ở hạ lưu, cùng với việc gia tăng xói mòn đất. (Nguyễn Quang Mỹ, 2005)
8 d. Đặc tính của mưa: Đặc tính của mưa cũng ảnh hưởng lớn đến xói mòn của đất. Mưa rào nhiệt đới gây tác hại nhiều hơn nhiều so với mưa nhỏ ở các vùng ôn đới. Ở các vùng có khí hậu nửa 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 trung bình 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 5mm, ít khi lớn hơn vì nếu quá lớn sẽ không bền vững và dễ bị phá vỡ thành các hạt nhỏ hơn) thì vận tốc khi chạm đất cũng tăng và do đó lực phá huỷ cấu trúc đất vẫn tăng. Vận tốc cuối của hạt mưa có đường kính khoảng 5mm sẽ đạt khoảng 9m/s. (Nguyễn Quang Mỹ, 2005) e. Thời gian mưa: Hay còn gọi là mức độ tập trung của những trận mưa. Ở Việt Nam mưa tập trung trong 6 tháng chiếm 70 – 85% lượng mưa cả năm, mùa mưa bắt đầu khoảng từ tháng 5 đến tháng 10, tốc độ mưa nhanh hay chậm hơn không giống nhau ở mỗi vùng. Do mưa dồn dập như vậy mà khả năng thấm xuống đất chỉ có tác dụng ở những trận mưa đầu, còn phần lớn sẽ tạo thành dòng chảy bề mặt khi nước trong đất đã đạt bão hoà. Chính vì vậy mà lượng đất bị xói mòn 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. (Nguyễn Quang Mỹ, 2005) 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 sánh với tác động do mưa gây ra thì có thể xem các yếu tố này chỉ là yếu tố gián tiếp và mức độ ảnh hưởng là không đáng kể, trừ một số trường hợp đặc biệt như lượng mưa quá nhỏ. (Nguyễn Quang Mỹ, 2005) 1.1.3.2. Ảnh hưởng của địa hình đến xói mòn đất Địa hình ảnh hưởng rất lớn lên xói mòn và với mỗi kiểu địa hình sẽ có những loại hình xói mòn khác nhau. Nếu địa hình núi, phân cắt có độ dốc lớn
9 thì xói mòn khe rãnh dạng tuyến diễn ra mạnh mẽ. Còn đối với những mặt sườn phơi và địa 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 các dạng 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 tế thì cả những vùng đồng bằng cũng có bị xói mòn nhưng lượng đất mất rất ít, chủ 7 yếu là quá trình rửa trôi lớp đất màu bề mặt và hậu quả là làm giảm độ phì của đất canh tác. 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 đến xói mòn đất thông qua tác động của khí hậu. Địa hình núi cao cùng với sườn chắn gió ẩm là một trong những yếu tố tạo nên những tâm mưa lớn. Ảnh hưởng trực tiếp của địa hình đến xói mòn được thông qua yếu tố chính là độ dốc và chiều dài sườn dốc. Độ dốc và chiều dài sườn dốc là các yếu tố địa hình có vai trò quan trọng trong việc đánh giá xói mòn đất. Kết hợp với các yếu tố về lượng mưa, cường độ mưa,… độ dốc, độ dài sườn dốc càng lớn thì khả năng xói mòn càng lớn. Nó ảnh hưởng tới sự phân chia dòng nước và cường độ dòng nước chảy. Xói mòn có thế xảy ra cường độ dốc từ 3o và nếu độ dốc tăng lên hai lần thì cường độ xói mòn tăng lên 4 lần hoặc hơn. Như vậy độ dốc và độ dài sườn dốc ảnh hưởng lớn đến xói mòn đất, nhất là đối với các khu vực có điều kiện lớp đất phủ thực vật mỏng. Do vậy việc quy hoạch sử dụng đất trong nông nghiệp là cần thiết để giảm khả năng xói mòn đất khi sử dụng không đúng những vùng đất dốc. Theo Viện Quy hoạch thiết kế nông nghiệp, độ dốc được phân loại như sau: 0 – 3o, 3 – 8o, 8 – 15o, 15 – 25o, >25o. (Viện Quy hoạch và thiết kế nông nghiệp, 2010) 1.1.3.3. Ảnh hưởng của lớp phủ thực vật đến xói mòn đất
10 Việc đánh giá xói mòn thông qua độ dày lớp phủ thực vật là một trong những yếu tố không thể thiếu. Tại các khu vực với các điều kiện lượng mưa, độ dốc, loại đất,… như nhau thì khu vực nào có lớp phủ thực vật dày luôn có mức độ xói mòn thấp hơn. Lớp thảm thực vật được coi như một lớp lá chắn bảo vệ đất, hạn chế sự tác động của dòng chảy lên chất lượng đất. Cơ chế làm suy giảm mức độ xói mòn đất của thảm thực vật thông qua khả năng thấm nước, giảm tốc độ gió, giảm tốc độ dòng chảy nhờ bộ rễ và thảm lá. 1.1.3.4. Ảnh hưởng của loại đất đến quá trình xói mòn đất a. Thành phần cơ giới của đất: Mỗi loại đất có một đặc tính lý, hóa học khác nhau, việc phù hợp với các loại cây trồng để tạo nên lớp phủ thực vật cũng khác nhau. Bên cạnh đó, mỗi loại đất lại có tính thấm nước, giữ nước khác nhau do đó, có thể nói, thành phần cơ giới của đất cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình xói mòn đất. b. Cấu trúc đất: Độ xói mòn của đất là ước tính khả năng của đất để chống xói mòn, dựa trên các đặc tính vật lý của từng loại đất. Kết cấu là đặc tính chính ảnh hưởng đến sự ăn mòn, nhưng cấu trúc, chất hữu cơ và tính thấm cũng góp phần. Nói chung, các loại đất có tốc độ xâm nhập nhanh hơn, hàm lượng chất hữu cơ cao hơn và cấu trúc đất được cải thiện có khả năng chống xói mòn cao hơn. Cát, đất mùn cát và đất có kết cấu mùn có xu hướng ít bị xói mòn hơn phù sa, cát rất mịn và một số loại đất có kết cấu đất sét. Mức độ xói mòn trong quá khứ cũng có ảnh hưởng đến sự xói mòn của đất. Nhiều loại đất dưới bề mặt bị phơi nhiễm trên các vị trí bị xói mòn có xu hướng dễ bị xói mòn hơn so với đất ban đầu là do cấu trúc kém hơn và chất hữu cơ thấp hơn. Các mức dinh dưỡng thấp hơn thường liên quan đến lớp đất dưới đất góp phần làm giảm năng suất cây trồng và độ che phủ của cây trồng kém hơn, do đó cung cấp bảo vệ cây trồng ít hơn cho đất. (Jim Ritter, 2012) 1.1.3.5. Ảnh hưởng của con người đến xói mòn đất
11 Trong tự nhiên, có rất nhiều yếu tố tác động chính đến quá trình xói mòn của đất. Tuy nhiên, con người lại chính là một trong những nhân tố khiến quá trình đó diễn ra nhanh và mạnh mẽ hơn. Xét về mặt tích cực, con người sử dụng đất vào mục đích sản xuất nông nghiệp góp phần suy giảm quá trình xói mòn đất thông qua các biện pháp canh tác hợp lý như canh tác theo đường đồng mức, bón phân hợp lý cho cây trồng, sử dụng các hình thức sản xuất nông – lâm kết hợp,… Ngoài ra, con người cũng ngày càng chú trọng đến việc giảm nhẹ mức độ xói mòn đất thông qua những nghiên cứu khoa học về đánh giá mức độ xói mòn và tìm ra giải pháp khắc phục. Song, xét về mặt tiêu cực, con người đã gây ra nhiều tác động tiêu cực đối với môi trường nói riêng và môi trường đất nói chung như khai thác tài nguyên đất bất hợp lý, lạm dụng sử dụng thuốc trừ sâu, phân bón hóa học quá mức, đặc biệt là tình trạng phá rừng để mở rộng đất sản xuất nông nghiệp hay xây dựng cơ sở hạ tầng…. 1.2. Nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới Đã từ lâu qua quá trình chặt phá rừng, khai thác đất trồng trọt, người ta đã phát hiện đất đồi núi rất nhanh chóng bị suy thoái do hiện tượng đất bị xói mòn, rửa trôi. Nghiên cứu của N. Hudson (1981) cho thấy vấn đề bảo vệ đất và chống xói mòn đã được các nhà triết học cổ đại đề cập đến. Platon (427-347 trước Công nguyên) đã nêu ra được mối quan liên quan giữa lũ lụt và xói mòn đất với việc tàn phá rừng. Từ thế kỷ 18, các nhà khoa học bắt đầu xúc tiến các công trình nghiên cứu về xói mòn và các biện pháp chống xói mòn bảo vệ đất dốc. Các công trình của các tác giả phải kể đến như: phương trình xói mòn đất của Horton (1945), phương trình mất đất của Musgave (1947), phương trình phá hủy kết cấu hạt mưa của Ellison (1945); phương trình xói mòn mặt của Dragoun (1962), Geoge Fleming (1981); phương trình mất đất phổ dụng USLE của Wischmeier và Smith (1958); mô hình mô phỏng quá trình bồi lắng của