BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VIỄN THÁM (RS) VÀ HỆ THỐNG
Chuyên ngành: và
: 62 62 15 05
ii
lãnh
-
-u.
- -
t, khoa Tài
trong quá trình thu
gian tôi
,
iv
2.1.1 Dữ liệu phi không gian 46
2.1.2 Dữ liệu không gian 46
2.2 Nội dung nghiên cứu 47
2.2.1 Điều tra, đánh giá điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội của
huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ 47
2.2.2 Sử dụng viễn thám và GIS đánh giá xói mòn đất huyện Tam
Nông tỉnh Phú Thọ 47
2.2.3 Xây dựng mô hình thực nghiệm 47
2.2.4 Đề xuất một số mô hình chống xói mòn bảo vệ đất dốc huyện
Tam Nông tỉnh Phú Thọ 47
2.3 Phương pháp nghiên cứu 47
2.3.1 Phương pháp điều tra, thu thập số liệu 47
2.3.2 Phương pháp đánh giá xói mòn đất 48
2.3.3 Phương pháp bố trí thực nghiệm 52
2.3.4 Phương pháp kiểm chứng 55
2.3.5 Phương pháp dự báo, đánh giá 55
56
3.1 Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội huyện Tam Nông 56
3.1.1 Điều kiện tự nhiên 56
3.1.2 Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội 64
3.1.3 Hiện trạng sử dụng đất 68
3.1.4 Đánh giá chung về những thuận lợi, khó khăn của huyện Tam Nông 70
3.2 Thành lập bản đồ xói mòn huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ 72
3.2.1 Chuẩn hoá cơ sở dữ liệu bản đồ 72
3.2.2 Bản đồ hệ số xói mòn do mưa (R) 73
3.2.3 Bản đồ hệ số kháng xói đất (K) 77
3.2.4 Bản đồ hệ số ảnh hưởng của địa hình đến xói mòn đất (LS) 79
v
AEZ
Vùng sinh thái nông nghiệp
C
Hệ số xói mòn do ảnh hưởng của lớp phủ thực vật
CSDL
Cơ sở dữ liệu
DEM
Mô hình số địa hình
GIS
Hệ thống thông tin địa lý
GPS
Hệ thống định vị toàn cầu
ICRAF
Tổ chức nông lâm nghiệp thế giới
K
Hệ số xói mòn do đất
KHTN
Khoa học tự nhiên
L
Hệ số xói mòn do chiều dài sườn dốc
MUSLE/RUSLE
Phương trình mất đất phổ dụng biến đổi
NDVI
Chỉ số khác biệt thực vật
P
Hệ số xói mòn do ảnh hưởng của các biện pháp canh tác
R
Hệ số xói mòn do nước
RS
3.12 Diện tích theo mức độ xói mòn các cấp độ dốc 97
3.13 Thống kê diện tích các loại đất theo mức độ xói mòn 98
3.14 Thống kê diện tích theo mức độ xói mòn các xã huyện Tam
Nông tỉnh Phú Thọ 99
3.15 Kết quả xói mòn đất trung bình năm 2008 xã Hương Nộn 104
3.16 Kết quả xói mòn đất năm 2009, 2010 xã Hương Nộn 104
3.17 Kết quả xói mòn đất năm 2009, 2010 thị trấn Hưng Hóa 105
3.18 Kết quả xói mòn đất năm 2009, 2010 xã Dị Nậu 105
3.19 Hệ số xói mòn đất tại các điểm thực nghiệm 106
3.20 So sánh kết quả đo xói mòn trung bình các năm với mô hình 106 viii
STT
Tên hình
Trang
2.1 Sử dụng mô hình RUSLE tính toán xói mòn bằng GIS 48
2.2 Bảng tra toán đồ hệ số K của Wischmeier và Smith 50
2.3 Bể thực nghiệm khu vực nghiên cứu 53
3.1 Vị trí địa lý huyện Tam Nông 57
3.2 Bản đồ đất vùng gò đồi huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ 63
3.3 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2008 huyện Tam Nông 69
3.4 Các bước tính toán hệ số R 74
3.5 Bản đồ hệ số R vùng gò đồi huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ 76
3.6 Các bước thành lập bản đồ hệ số K 77
3.7 Bản đồ hệ số K vùng gò đồi huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ 78
3.8 Quy trình thành lập bản đồ hệ số LS 79
3.9 Mô hình số độ cao DEM vùng gò đồi huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ 81
STT
Tên biểu đồ
Trang
3.1 Diện tích, cơ cấu các loại đất chính năm 2010 68
3.2 Năng suất ngô của thực nghiệm che phủ đất bằng thảm bện hữu cơ 111
1
1
Xói mòn từ lâu đã được coi là nguyên nhân gây thoái hóa tài nguyên
đất nghiêm trọng. 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. Những
công trình nghiên cứu đầu tiên về xói mòn đất được Volni nhà khoa học
người Đức tiến hành từ năm 1877-1895, kết quả cho thấy các nhân tố ảnh
hưởng đến sự xói mòn đất. Sau đó, các nghiên cứu khác về xói mòn đất được
triển khai mạnh mẽ ở Mỹ và một số nước khác trên thế Giới (Hudson, 1981)
[7]. Vì vậy, cùng với thoái hóa đất, xói mòn tồn tại trong suốt quá trình khai
thác và sử dụng đất. Có thể nói rằng: xói mòn là nguyên nhân hàng đầu gây
thoái hóa tài nguyên đất ở miền núi.
Để giảm thiểu xói mòn ở miền núi, hai vấn đề cần được song song
nghiên cứu là: bản thân quá trình xói mòn (xói mòn do điều kiện tự nhiên gây
ra), nguyên nhân và các yếu tố ảnh hưởng đến nó và xói mòn do các hoạt
động của con người. Các nghiên cứu về xói mòn đất là cơ sở khoa học giúp
Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài:
là rất cấp thiết và được lựa chọn để thực hiện.
2
- Xác định các hệ số xói mòn đất, mức độ xói mòn đất huyện Tam
Nông tỉnh Phú Thọ bằng công nghệ RS và GIS theo phương trình mất đất phổ
dụng biến đổi RUSLE.
- Từ kết quả nghiên cứu, đánh giá khả năng ứng dụng phương pháp RS
và GIS trong nghiên cứu xói mòn và đề xuất một số biện pháp bảo vệ đất
chống xói mòn có hiệu quả trên địa bàn huyện. 3
3
3.1 Ý nghĩa khoa học
Khẳng định khả năng ứng dụng công nghệ Viễn thám và Hệ thống
thông tin địa lý đánh giá và tính toán xói mòn đất của một huyện trung du
miền núi Việt Nam.
3.2 Ý nghĩa thực tiễn
- Đã đánh giá xói mòn đất, xói mòn tiềm năng theo phương trình mất
đất phổ dụng biến đổi (RUSLE) huyện Tam Nông. Góp phần cung cấp thông
tin tư liệu bản đồ, số liệu thuộc tính về điều kiện tự nhiên khu vực.
- Góp phần giúp cho các nhà khoa học nông, lâm nghiệp sử dụng các
mô hình phòng chống xói mòn một cách có hiệu quả.
4
- Đối tượng nghiên cứu: Đất gò đồi huyện Tam Nông - tỉnh Phú Thọ.
- Phạm vi nghiên cứu:
+ Về không gian: Đất gò đồi huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ, được
phân bố trên 18/20 xã, thị trấn theo ranh giới hành chính được xác định trên
bản đồ địa giới hành chính và bản đồ đất.
cao tuyệt đối của vùng đồi từ 15 m, nơi địa hình bắt đầu bị chia cắt mạnh còn
giới hạn trên có thể đến 300 m so với mặt nước biển. Lê Quý An (1995) [1] thì
cho rằng giới hạn thấp nhất của vùng đồi là 25 m và giới hạn ở độ cao không được
đề cập mà chỉ nói đến giới hạn của độ dốc phải nhỏ hơn 25
0
.
Trong ấn phẩm “Những loại đất chính miền Bắc Việt Nam”, Vũ Ngọc
Tuyên và cộng sự (1996) [46] cho rằng vùng Trung du bao gồm những loại
đất phân bố ở độ cao từ 25 m đến 200 m . Để xác định vùng đất đồi thì độ cao 5
tương đối hoặc độ cao chia cắt sâu có ý nghĩa quyết định. Tuy nhiên về vấn
đề này cũng có nhiều cách phân chia khác nhau: nhà địa mạo Nga Spiridonov
cho rằng dạng địa hình đồi có độ cao tương đối (chia cắt sâu) khoảng 10m-
100 m và độ dốc 3
0
-8
0
(dẫn theo Trần Đình Lý (2006) [13]) nhưng theo Vũ
Tự Lập (1999) [10] là 25-250 m và độ dốc 8-15 độ.
Kết quả nghiên cứu của Đặng Ngọc Dinh và cộng sự (1998) [3] và
Viện Nghiên cứu Chiến lược và Chính sách Khoa học & Công nghệ (2002)
[49] về vùng gò đồi Bắc Trung bộ thì gò đồi được hiểu là vùng lãnh thổ kẹp
giữa núi và đồng bằng hoặc những vùng đất cao xen với đồng bằng, có độ cao
từ 20-300 m so với mặt biển. Vì có vị trí trung gian chuyển tiếp giữa núi và
đồng bằng nên có nơi gọi là vùng trung du, vùng bán sơn địa. Về hình thái bề
ngoài đó là những vùng đất cao lúp xúp, có độ cao sàn sàn gần bằng nhau, đỉnh
thường bằng phẳng, sườn lồi hay thoai thoải, ở chân thường là các thung lũng
phân cách.
2
O
3
.nH
2
O) để dần dần tạo kết
von sắt và đá ong. Quá trình tích lũy tuyệt đối sắt nhôm là quá trình thoái hóa
đất nghiêm trọng như đá ong hóa, kết von gây khó khăn hoặc mất khả năng
trồng trọt.
- Dưới tác động của các
thảm thực vật, sau chu kỳ sinh trưởng của các loại cây trồng, sinh khối mà
chúng trả lại cho đất sẽ được phân giải và tổng hợp thành chất hữu cơ mới của
đất, đó là các hợp chất hữu cơ cao phân tử màu đen thường gọi là mùn. Quá
trình này xảy ra ở vùng gò đồi dưới các thảm thực vật khác nhau, tạo độ phì
cho đất. Chính vì vậy, ở những nơi còn giữ được nhiều rừng và thảm cỏ tự
nhiên, độ phì của đất sẽ cao hơn.
- Đất nghèo khoáng sét, chất hữu cơ cũng như
các nguyên tố vô cơ do xói mòn hoặc rửa trôi theo chiều sâu phẫu diện và bề
mặt làm cho lớp đất mặt trở nên bạc trắng, mất kết cấu, nghèo chất hữu cơ,
chất dinh dưỡng và sắt. Quá trình này không những chỉ xảy ra ở vùng gò đồi
đã được khai phá từ lâu nhưng không được bảo vệ, cây trồng phát triển kém
mà còn xảy ra ngay trên những chân đất có quá trình canh tác không hợp lý.
- Quá trình chua hóa: Các cation kiềm và kiềm thổ như Na
+
, K
+
, Ca
2+
,
Mg
Xói mòn là một cụm từ Latinh “erosion” thể hiện sự ăn mòn dần. Theo
định nghĩa của Từ điển Bách khoa Toàn thư Việt Nam [95] thì xói mòn đất được
hiểu là “Quá trình các tác nhân khí hậu (mưa, gió), đôi khi cả con người (các
hoạt động chặt phá rừng để lấy đất canh tác, phát triển cơ sở hạ tầng như xây
nhà, làm đường, v.v.) tác động lên mặt đất làm cho lớp mặt của đất, keo mùn,
những tầng đất tơi xốp, các vụn đất và đá sét bị mất đi hoặc trôi theo sườn dốc”.
Viện sĩ L. I. Paraxolop (dẫn theo Zakharov, 1981) [52] cho rằng “Xói
mòn đất cần phải hiểu là những hiện tượng phá hủy và cuốn trôi theo đất cũng
như các quặng xốp bằng dòng nước và gió thể hiện dưới nhiều hình thức và
rất phổ biến”.
Husdson (1981) [7] coi xói mòn là quá trình san bằng, trong đó các hạt
đất hay đá cứng bị nhào lộn, rửa trôi và di chuyển dưới tác dụng của trọng
lực, gió và nước là động lực chính của quá trình này. 8
Khi nghiên cứu về tác nhân của lớp phủ thực vật thì Nguyễn Quang Mỹ
(2005) [17] cho rằng, xói mòn đất là một quá trình phá hủy lớp thổ nhưỡng
(bao gồm cả phá hủy thành phần cơ giới, lý và hóa tính, chất dinh
dưỡng,…của đất) dưới tác động của các nhân tố tự nhiên và nhân tạo, làm
giảm độ phì nhiêu của đất, gây ra bạc màu, thoái hóa đất, laterit hóa, trơ sỏi
đá… ảnh hưởng trực tiếp đến sự sống và phát triển của thảm thực vật rừng,
thảm cây trồng khác.
1.1.2.2
Trong quá trình nghiên cứu xói mòn đất, người ta đi đến một số khái
niệm sau:
- : xảy ra do tác động của lực
tự nhiên lên mặt đất.
- Hoạt động sản xuất nông nghiệp và một số hoạt
động của con người đã làm mất cân bằng tự nhiên (giữa đất, thảm thực vật và
phẳng, dạng xói mòn này rất dễ nhận ra do hình thái của bề mặt bị xói mòn.
- Xói mòn : dạng xói mòn này gặp ở các khu vực tập
trung dòng chảy bề mặt, tạo nên xói mòn dạng tuyến tính.
- : 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.
b/ Xói mòn do gió: Xói mòn này có thể xuất hiện ở bất cứ dạng địa
hình nào. Gió mang sản phẩm xói mòn theo những hướng khác nhau. Tuy
nhiên, mức độ phá hủy đất phụ thuộc vào địa hình khu vực và loại đất.
c/ Xói mòn trọng lực: Xói mòn này xuất hiện do tác động kết hợp giữa
trọng lực của đất đá trên sườn dốc và dòng chảy tràn. Mặc dù mang tính địa
phương nhưng nó có thể mang đến thảm họa khủng khiếp.
d/ Xói mòn dòng bùn đá: Là một loại lũ quét đi qua các vùng đất đá bở 10
rời và địa hình thuận lợi cho việc tập trung nước và chất rắn.
e/ Xói mòn do tuyết tan, băng tan: Xói mòn mạnh hay yếu là phụ thuộc
vào yếu tố cường độ mưa và lượng mưa, độ dốc, chiều dài sườn, hướng phơi
của địa hình, địa hình bề mặt, đặc điểm của lớp phủ thổ nhưỡng và thảm thực
vật, tình trạng sử dụng đất, kỹ thuật trồng trọt, phương pháp tổ chức sản xuất
và các yếu tố xã hội.
1.1.2.3
Theo các nhà nghiên cứu xói mòn đất Wischmeier và Smith (1958)
[90], Murty (1982) [83] đều cho rằng quá trình xói mòn xảy ra theo 3 pha:
-
Quá trình xói mòn chỉ xảy ra khi các vật liệu thành tạo đất bị tách ra
khỏi bề mặt đất, khi đó phải có một lực tác động nhất định lên các vật liệu,
lực tác động đó do nhiều nguyên nhân: do các hạt mưa, do dòng chảy. Ở đây
chúng ta đề cập đến nguyên nhân gây ra pha tách đất là do mưa, sự va đập của
gây ra xói mòn. Các yếu tố lịch sử tự nhiên quan trọng nhất bao gồm: khí hậu,
địa hình, đất đai, thực vật.
Các nghiên cứu khác đều cho thấy sự phá hủy và vận chuyển đất mạnh
hay yếu tùy thuộc vào ảnh hưởng của tập hợp các yếu tố; trong đó, chủ yếu là:
khí hậu, thổ nhưỡng, địa hình, thực vật, các biện pháp canh tác và bảo vệ đất.
a/ Yếu tố khí hậu
Theo Wischmeier và Smith (1958) [90], Hudson (1981) [7], trong các
yếu tố khí hậu (gồm: mưa, độ ẩm, bức xạ mặt trời ) thì mưa (bao gồm cả
tuyết) là yếu tố quan trọng hơn cả đối với xói mòn đất do nước. Mưa vừa là
tác nhân phá hủy đất vừa là nguồn tạo ra dòng chảy trên mặt lớn. Nói cách
khác, mưa là nguyên nhân gây ra hai pha đầu của quá trình xói mòn đất.
Nước mưa giữ vai trò chủ yếu trong các yếu tố khí hậu tác động trực
tiếp đến xói mòn. Nước mưa tạo ra dòng chảy trên bề mặt hoặc dòng chảy 12
trên các sườn dốc. Các yếu tố khí hậu khác (nhiệt độ, độ ẩm không khí, gió)
chỉ ảnh hưởng gián tiếp đến xói mòn.
Nếu chỉ là mưa phùn thì ngay cả khi tổng lượng mưa rất lớn cũng
không thấy hiện tượng bào mòn đất hoặc bào mòn đất không đáng kể, bởi đất
đã từ từ hấp thụ toàn bộ nước rơi xuống mặt đất và chỉ khi mưa quá kéo dài
đất đã bão hòa nước thì mới có khả năng xuất hiện dòng chảy trên bề mặt và
xuất hiện xói mòn. Hiện tượng gia tăng xói mòn khi mưa rào mạnh còn liên
quan đến sự tăng kích thước hạt mưa. Hạt mưa càng lớn thì sức phá hủy các
cục đất càng mạnh và làm đất chặt, giảm khả năng ngấm nước của đất đai; hạt
mưa càng lớn thì khả năng ngấm nước của đất càng yếu. Theo Abramop (dẫn
theo Zakharov (1981) [52]), nếu kích thước của hạt mưa tăng từ 0,5 mm tới
(1,5 – 1,8) mm thì khả năng ngấm nước của đất giảm xuống 2,1 lần; còn kích
thước của hạt mưa được tăng từ 2,4 – 2,9 mm thì khả năng ngấm nước đó sẽ
giảm xuống 3,6 lần.
- : Độ ẩm của đất tăng thì sự rửa trôi cũng tăng nhưng ở mức độ
yếu hơn so với sự gia tăng dòng chảy. Nghiên cứu của Zakharov và cộng sự
(Zakharov, 1981) [52] cho thấy: nếu độ ẩm của lớp đất 10 cm thay đổi từ 16,8
– 35,5%, mức độ mưa 2 mm/phút trên đất dốc nghiêng 10
0
(đất sét pha trung
bình cacbonat) thì sự rửa trôi tăng 1,43 lần, còn dòng chảy tăng lên gấp 2 lần và
chiếm 84,3% lượng nước mưa rơi xuống mặt dốc; nếu độ ẩm của đất là 16,8%
thì lượng nước mưa chảy mất chỉ chiếm 41,8% tổng lượng nước mưa rơi.
- Xói mòn nước xuất hiện trên những đất được hình
thành tại các khoáng sét có độ ngấm nước không cao lại dễ bị rửa trôi (như
hoàng thổ). Trên các loại cát phong tích và bồi tích cổ có khả năng ngấm
nước cao, xói mòn phát triển rất yếu. Về vấn đề này, N. I. Xuxo (dẫn theo
Zakharov, 1981) [52] khẳng định: mặc dù địa hình là yếu tố chủ yếu gây xói
mòn nhưng trong các loại trạng thái của nó, xói mòn cũng thể hiện sự tác
động của cấu tạo địa chất khu vực. 14
c/ Thực vật
Theo Zakharov (1981) [52] thì tất cả các loại thực vật đều là yếu tố
chống xói mòn rất mạnh; mức độ tác dụng của thảm thực vật phụ thuộc vào
loại và trạng thái thực vật, thực vật càng tốt và độ dày của nó càng cao thì vai
trò bảo vệ đất và giữ nước của nó càng lớn; cây nông nghiệp có khả năng giữ
tới 11% lượng nước mưa, còn cây lấy gỗ có khả năng giữ 30%; xói mòn
mạnh nhất tại các khu vực dốc, không có thực vật và ở những cánh đồng cày để
hoang; cỏ lâu năm, đồng cỏ đặc biệt là hỗn hợp cây họ đậu – hòa thảo có khả
năng bảo vệ đất chống xói mòn rất cao.
Cây cối có ý nghĩa lớn trong việc bảo vệ đất khỏi xói mòn do gió, người
ta xếp loại thực vật theo mức độ giảm dần chống xói mòn như sau:
. Độ nghiêng
của dốc tăng lên, tốc độ chảy của dòng chảy cũng tăng lên, mức độ xói mòn
cũng tăng lên. Trên các dốc có độ nghiêng từ 6-10
0
thì xói mòn xuất hiện ở
trạng thái đầy đủ nhất.
e/ Sử dụng đất
Lịch sử canh tác cho thấy rằng, xói mòn hiện tại xuất hiện là do kết quả
con người sử dụng đất đai một cách không khoa học. Bennet và Loudecmin
(dẫn theo Zakharov (1981) [52] cho rằng, xói mòn đất cùng với tuổi canh tác,
xói mòn bắt đầu khi mà mưa rào rơi trên những luống cày đầu tiên được xới
lên bằng những công cụ rất thô sơ của thời kỳ tiền lịch sử. Kỹ thuật canh tác
giữ một vai trò đáng kể trong việc phát triển xói mòn. Đất bị cày từ năm này
qua năm khác ở độ sâu 9-l1 cm sẽ hình thành lớp đệm. Nước ngấm từ bề mặt
xuống dễ dàng chảy theo lớp đệm này, rửa trôi lớp đất xốp phía trên, làm mất
kết cấu lớp đất canh tác và từ đó đất dễ bị nước và gió cuốn đi.
1.1.2.5
Theo các nghiên cứu về xói mòn của các nhà khoa học thì tùy theo từng
đều kiện và yêu cầu đặt ra mà có các phương pháp nghiên cứu khác nhau.
Có 2 phương pháp cơ bản để đánh giá xác định xói mòn, đó là: Định
Copyright: Tài liệu đại học ©