ĐẶT VẤN ĐỀ Xói mòn là hiện tƣợng bào mòn lớp đất bề mặt, làm mất lớp mùn và chất dinh dƣỡng của đất, gây ảnh hƣởng lớn tới đời sống sản xuất nông – lâm nghiệp của con ngƣời. Hiện nay, hiện tƣợng xói mòn đất ngày một tăng lên trong khi quỹ đất canh tác là hữu hạn và dân số ngày càng tăng lên. Theo các nghiên cứu của FAO – UNEP hàng năm có từ 5 – 7 triệu ha đất mất khả năng sản xuất do xói mòn đất. Những nguyên nhân gây nên xói mòn nhƣ: canh tác lạc hậu, đốt nƣơng làm rẫy, lũ quét,… Thông thƣờng xói mòn xảy ra khi có sự xuất hiện dòng chảy mặt.
cƣờng độ mƣa lớn hơn tốc độ thấm của đất. Khi đó dòng chảy mặt bắt đầu xuất hiện và cuốn theo lớp đất bề mặt. Vì vậy sự phát sinh dòng chảy mặt đƣợc xem là nhân tố quan trọng quyết định sự mức độ xói mòn có thể xảy ra. Để bảo vệ đất chống xói mòn cần phải có những biện pháp nhằm giảm thiểu nguy cơ xuất hiện dòng chảy mặt.
Một trong những biện pháp để giảm thiểu đó chính là tăng cƣờng che phủ bề mặt đất nhằm giảm tác động bắn phá trực tiếp từ hạt mƣa (pha bắn phá) và giảm thiểu tác động cuốn trôi của dòng chảy mặt (pha cuốn trôi). Trong tự nhiên thảm thực vật thƣờng đƣợc xem là giải pháp hữu hiệu nhất. Tuy nhiên trong nhiều điều kiện nhân tạo chúng ta cần tìm thêm những vật liệu có thể thay thế và dễ áp dụng trong điều kiện thực tế. Thí nghiệm nhằm tìm ra những giải pháp thích hợp là một hƣớng đi quan trọng.
Những nghiên cứu về dòng chảy mặt và xói mòn đất đƣợc thực hiện bởi rất nhiều các nhà khoa học cả trong và ngoài nƣớc. Theo nghiên cứu Nguyễn Văn Dũng và Trần Đức Viên (2003) và nhiều tác giả khác [2] đã khẳng định: lƣợng đất mất do xói mòn tỷ lệ thuận với lƣợng mƣa và cƣờng độ mƣa. Trong cùng một khu vực nghiên cứu trận có lƣợng mƣa lớn và cƣờng độ lớn thì lƣợng đất xói mòn lớn và ngƣợc lại. Một nghiên cứu khác của Nguyễn Thế Đặng (2006) [18], dòng chảy mặt và lƣợng đất xói mòn tỷ lệ thuận và có quan hệ chặt với độ dốc, theo định luật Ery thì khi độ dốc tăng lên 2 lần, tốc 1 độ dòng chảy tăng 4 lần và xói mòn tăng 64 lần.
Ngoài ra ông cũng chỉ ra mƣa càng to và tập trung, đất có khả năng thấm thấp thì dòng chảy sẽ càng mạnh. Một trận mƣa to và tập trung, đất có khả năng thấm thấp thì dòng chảy mặt sẽ càng mạnh. Với một trận mƣa tập trung có lƣu lƣợng lớn hơn hoặc bằng 10mm đã gây ra dòng chảy mặt và tất yếu sẽ gây ra xói mòn. Lƣợng đất xói mòn nhiều hay ít còn phụ thuộc bề mặt đất có che phủ hay không.
Những nghiên cứu trên đều thực hiện ở ngoài thực địa nên các điều kiện về loại đất, độ dốc, độ ẩm đất không đồng nhất nên khi đƣa ra kết quả vẫn có sự sai lệch, có khi phản ánh không chính xác quá trình phát sinh dòng chảy và lƣợng đất xói mòn. Chính vì vậy để đồng nhất các điều kiện có ảnh hƣởng tới quá trình phát sinh dòng chảy mặt và lƣợng đất xói mòn khi kiểm tra ảnh hƣởng của bề mặt che phủ tôi tiến hành nghiên cứu chủ đề: “Ảnh hưởng của vật liệu che phủ đến quá trình phát sinh dòng chảy và lượng đất xói mòn trong quy mô thí nghiệm”. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Trong những thập kỷ gần đây, dân số tăng nhanh nên nhu cầu về đất ở, lƣơng thực, thực phẩm và lâm sản ngày càng tăng. Ngoài ra việc khai thác rừng bừa bãi chƣa đƣợc quản lý chặt chẽ đã dẫn tới việc môi trƣờng sống bị tàn phá đặc biệt là tài nguyên đất và tài nguyên nƣớc.
Giữa thế kỷ XVlll, nhiều diện tích rừng đã bị chặt bỏ để canh tác nông nghiệp. Từ đó đất bị xói mòn nhiều, chính dinh dƣỡng trong đất giảm đi đáng kể khiến năng suất cây trồng giảm và nhiều nơi đất bạc màu bị bỏ hoang dẫn tới hiện tƣợng sa mạc hóa. Đứng trƣớc thực tế này đã thúc đẩy các nhà khoa học nghiên cứu về đất, xói mòn đất và các biện pháp hạn chế xói mòn, bảo vệ đất băng các biện pháp nhƣ: trồng rừng, nghiên cứu vật liệu che phủ đất,. Trên thế giới 1.
Nghiên cứu dòng chảy mặt Nghiên cứu dòng chảy mặt chính là nghiên cứu về thủy văn rừng. Các nghiên cứu về thủy văn rừng đã đƣợc đề cập tới từ rất lâu tuy nhiên tới năm 1930 trở lại đây có những nghiên cứu định lƣợng cụ thể thì những nghiên cứu này mới mang lại ý nghĩa rõ rệt. Dòng chảy mặt đất là thành phần quan trọng của tuần hoàn nƣớc trong hệ sinh thái rừng, phản ánh tốt nhất khả năng giữ nƣớc của rừng. Nhìn chung đất rừng tự nhiên có khả năng thấm nƣớc cao và ít xuất hiện dòng chảy mặt (douglass, 1977; Pritchett, 1979).
Mặt khác khi rừng bị chặt hạ trở nên thƣa thớt và độ dốc mặt đất lớn có thể tạo ra nhiều lƣợng nƣớc chảy bề mặt hơn (Ruxton B P, 1967; Imeson A C và Vis, 1982) [7]. Năm 2006 tại Châu Phi, J.Chemelil đã tiến hành thí nghiệm đánh giá về khả năng hạn chế dòng chảy mặt và mất đất thịt nhẹ bằng cỏ Hƣơng Bài và cỏ voi. Kết quả cho thấy dòng chảy mặt trên đất có cỏ Hƣơng bài và cỏ Voi giảm tƣơng ứng là 54% và 12%. Tuy nhiên phần lớn các kết luận đã nghiên cứu chƣa đƣợc định lƣợng chính xác và chƣa đƣợc khái quát thành quy luật[20].
3 Bằng phƣơng pháp tạo mƣa nhân tạo, nhóm tác giả Tao Liang, Hao Wang, Hsiang-te Kung và Chao-sheng Zhang khi nghiên cứu ảnh hƣởng của 5 loại hình sử dụng đất (rừng tre, vƣờn trồng dâu tằm, rừng thông, mảnh đất trồng rau và ruộng lúa) đến sự mất đi các chất dinh dƣỡng tại phía tây lƣu vực Tiaoxi – Trung Quốc (2004) đã đƣa ra kết luận nhƣ sau: Với cƣờng độ mƣa 2mm/phút thì sau 10 phút dòng chảy mặt bắt đầu xuất hiện trên đất trồng rau, còn với 4 loại hình sử dụng đất còn lại thời gian trung bình để xuất hiện dòng chảy mặt cần 2,5 đến 5 phút [20]. Nghiên cứu xói mòn Xói mòn đất đƣợc nghiên cứu từ rất sớm, nhà triết học cổ đại Platon đã nêu ra mối liên hệ giữa lũ lụt và xói mòn đất với việc tàn phá rừng. Đến thế kỷ XIX, xói mòn đất đƣợc nghiên cứu rộng rãi, công trình nghiên cứu đầu tiên về xói mòn đất và dòng chảy đƣợc thực hiện bởi nhà bác học Volni ngƣời Đức trong thời kì 1877 – 1885[7]. Những ô thí nghiệm đƣợc sử dụng để nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiều nhân tố nhƣ thực bì, lƣợng mƣa tới dòng chảy và xói mòn đất.
Tuy nhiên phần lớn các kết luận chƣa rõ ràng. Bằng các thí nghiệm trong phòng, Ellsion cho thấy các loại đất khác nhau có biểu hiện khác nhau trong các pha của xói mòn đất do nƣớc. Ellsion là ngƣời đầu tiên phát hiện ra vai trò của lớp phủ thực vật với xói mòn đất[7] và từ đó đã mở ra phƣơng hƣớng bảo vệ đất bằng thảm thực vật. Một số kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng: nếu chiều dài sƣờn dốc tăng lên hai lần thì lƣợng đất xói mòn cũng tăng xấp xỉ hai lần (đối với đất sản xuất lâm nghiệp) và tăng lên gần ba lần trên đất trồng cà phê.
Trong điều kiện nhiệt đới ảnh hƣởng của chiều dài sƣờn dốc cũng rõ nét hơn so với các nƣớc ôn đới (Hudson, 1981). Năm 1958 Wishchmeier và Smith đã đƣa ra phƣơng trình mất đất phổ dụng, các yếu tố gây xói mòn đất có 7 yếu tố chính và đƣợc biểu thị bằng phƣơng trình tổng quát [25]: A= R.P 4 Trong đó: A: Lƣợng đất xói mòn (tấn/acre/năm) R: Hệ số xói mòn do mƣa (phút – tấn/ acre) K: Hệ số xói mòn của đất LS: Hệ số xói mòn do độ dốc và chiều dài dốc C: Hệ số xói mòn do lớp phủ thực vật P: Hệ số bảo vệ đất do hoạt động canh tác Phƣơng trình mất đất đã làm sáng tỏ vai trò của từng nhân tố ảnh hƣởng tới xói mòn. Nó còn có tác dụng định hƣớng cho nhiều nghiên cứu nhằm xác định quy luật xói mòn và nghiên cứu các mô hình canh tác bền vững ở các khu vực có điều kiện kinh tế khác nhau. Tuy nhiên do điều kiện về địa lý, loại đất và tập quán canh tác ở mỗi khu vực là khác nhau vì vậy muốn áp dụng đƣợc phƣơng trình này cần nghiên cứu sâu về điều kiện địa lý, loại đất và tập quán canh tác phù hợp.
(Phạm Văn Điển, 2006) Nhiều đề tài nghiên cứu mối quan hệ giữa lƣợng đất xói mòn với độ dốc mặt đất và chiều dài sƣờn dốc.A (Võ Đại Hải, 1996)[9], độ dốc quyết định thế năng của hạt đất và phát sinh dòng chảy bề mặt, do vậy nó là yếu tố quyết định đến lƣợng đất xói mòn. Năng lƣợng gây xói mòn của dòng chảy bề mặt gia tăng khi độ dốc tăng lên. Ông đã đƣa ra công thức biểu thị mối liên hệ giữa xói mòn đất và chiều dài sƣờn dốc nhƣ sau: n M= C.L Trong đó: - M là lƣợng đất xói mòn - C là hằng số - L là chiều dài sƣờn dốc - n là số mũ Theo Sing V.A và Musgave sự phụ thuộc giữa xói mòn đất và độ dốc đƣợc thể hiện bằng hàm toán sau: a M= S Trong đó: - M là lƣợng đất xói mòn (tấn/ acre) 5 - S là độ dốc (tính theo %) - a là số mũ của phƣơng trình Hƣớng nghiên cứu mới phổ biến trong nghiên cứu xói mòn đất và dòng chảy mặt ở Mỹ và Canada là phƣơng pháp tái tạo mƣa. Bằng những thí nghiệm trong phòng hoặc ngoài thực địa, các tác giả đã xác lập những ô thí nghiệm có diện tích khác nhau để nghiên cứu xói mòn và tìm ra những quy luật diễn biến xói mòn cũng nhƣ xác định dƣợc tƣơng đối chính xác ảnh hƣởng của các nhân tố: thực vật, độ che phủ, loại đất,.
Việt Nam Nƣớc ta nằm trong đới khí hậu nhiệt đới ẩm và có lƣợng mƣa tƣơng đối lớn (800 – 2000 mm). Tuy nhiên, lƣợng mƣa lại phân bố không đều giữa các tháng mà tập trung vào các tháng từ tháng 5 – tháng 10, chính vì vậy những cơn mƣa với cƣờng độ lớn đã làm xói mòn và sạt lở đất ở những khu vực có độ dốc cao.