Nghiên cứu khả năng thấm nước của đất theo các mô hình sử dụng đất tại Lương Sơn

• Chuyên ngành: Nông Lâm Nghiệp
• Đề tài: Nghiên Cứu Khả Năng Thấm Nước Của Đất Tại Một Số Mô Hình Sử Dụng Đất Khác Nhau Ở Lương Sơn – Hòa Bình
• Loại tài liệu: Đề tài nghiên cứu
• Địa điểm: Hòa Bình

• ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Ngoài nước
• 1.2. Ở trong nước

I. Tổng quan khả năng thấm nước của đất tại Lương Sơn Hòa Bình

Khả năng thấm nước của đất là một chỉ tiêu vật lý quan trọng, phản ánh khả năng của đất trong việc hấp thụ và cho nước di chuyển qua các lỗ hổng. Tại Lương Sơn, một huyện bán sơn địa của tỉnh Hòa Bình, đặc tính này có ý nghĩa quyết định đối với việc quản lý tài nguyên nước và phát triển nông lâm nghiệp bền vững. Dòng chảy mặt và xói mòn là những vấn đề nghiêm trọng, gây thoái hóa đất nhanh chóng, làm giảm độ phì nhiêu và ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống cộng đồng. Nghiên cứu về khả năng thấm nước của đất không chỉ giúp hiểu rõ cơ chế hình thành dòng chảy mà còn là cơ sở khoa học để các nhà hoạch định chính sách đưa ra biện pháp can thiệp phù hợp. Các nghiên cứu trước đây, cả trong và ngoài nước, đã đặt nền móng lý thuyết quan trọng, từ định luật Darcy (1856) đến các mô hình phức tạp hơn như Horton (1933) và Philip (1957). Tuy nhiên, việc áp dụng các mô hình này tại Việt Nam, đặc biệt là khu vực có điều kiện địa hình, khí hậu và thảm thực vật đặc thù như Lương Sơn, vẫn còn nhiều hạn chế. Việc thiếu các nghiên cứu định lượng chi tiết đã dẫn đến những hệ quả tiêu cực như đất trống đồi trọc, lũ lụt và hạn hán. Do đó, một phân tích chuyên sâu về đặc tính thấm tại đây là vô cùng cần thiết.

1.1. Tầm quan trọng của việc nghiên cứu xói mòn đất

Hiện tượng xói mòn đất liên quan mật thiết đến khả năng thấm nước của đất. Khi lượng mưa vượt quá khả năng hấp thụ của đất, dòng chảy mặt sẽ hình thành, cuốn trôi lớp đất mặt màu mỡ. Tài liệu nghiên cứu gốc chỉ rõ: "Tác động của xói mòn đã ảnh hưởng trực tiếp không chỉ tới hoạt động sản xuất nông lâm nghiệp tại chỗ, mà còn ảnh hưởng đến môi trường sinh thái và cuộc sống của cộng đồng người dân vùng hạ lưu". Việc nghiên cứu định lượng khả năng thấm giúp dự báo nguy cơ xói mòn, từ đó đề xuất các giải pháp canh tác bảo vệ đất, chẳng hạn như trồng cây che phủ, làm ruộng bậc thang, hoặc áp dụng các mô hình nông lâm kết hợp. Hiểu rõ mối quan hệ này là chìa khóa để bảo vệ đất dốc và phát triển bền vững.

1.2. Sơ lược về đặc điểm đất đai Hòa Bình tại Lương Sơn

Lương Sơn có địa hình chuyển tiếp giữa đồng bằng và miền núi, với các loại đất chủ yếu là feralit phát triển trên nhiều loại đá mẹ khác nhau. Theo tài liệu khảo sát, khu vực nghiên cứu chủ yếu là đất feralit phát triển trên đá Poocfirit, sa thạch và phiến thạch. Đặc điểm đất đai Hòa Bình tại đây là có thành phần cơ giới từ thịt nhẹ đến trung bình, nhiều nơi là đất sét pha Lương Sơn, có độ dốc phổ biến từ 15 đến 35 độ. Những đặc tính này, kết hợp với chế độ mưa tập trung cao vào mùa hè, tạo ra những thách thức lớn về quản lý đất đai, đặc biệt là vấn đề khả năng thoát nước của đất và nguy cơ sạt lở, xói mòn.

II. Thách thức từ khả năng thấm nước của đất kém tại Lương Sơn

Khả năng thấm nước kém là một trong những thách thức lớn nhất đối với việc sử dụng đất bền vững tại Lương Sơn, Hòa Bình. Khi đất không thể hấp thụ lượng nước mưa lớn, đặc biệt trong các trận mưa có cường độ cao, hậu quả trực tiếp là sự gia tăng của dòng chảy mặt. Dòng chảy này không chỉ gây lãng phí nguồn tài nguyên nước quý giá mà còn là tác nhân chính gây ra hai vấn đề nghiêm trọng: ngập úng tại Lương Sơn ở những vùng trũng thấp và xói mòn đất ở các sườn dốc. Đất bị xói mòn sẽ mất đi lớp mặt giàu dinh dưỡng, trơ sỏi đá, làm giảm năng suất cây trồng và phá vỡ cấu trúc đất. Tình trạng này kéo dài dẫn đến thoái hóa đất không thể phục hồi, biến những khu rừng phòng hộ thành trảng cỏ, đe dọa an ninh lương thực và môi trường sinh thái. Nghiên cứu của Williams (1998) cũng chỉ ra rằng tính chất vật lý đất, độ dốc và trạng thái bề mặt là các yếu tố quyết định tỷ lệ nước thấm vào đất. Tại Lương Sơn, hoạt động canh tác nương rẫy không hợp lý và việc chặt phá rừng đã làm thay đổi trạng thái bề mặt, khiến vấn đề càng trở nên trầm trọng hơn.

2.1. Mối liên hệ giữa khả năng thoát nước của đất và ngập úng

Khi khả năng thoát nước của đất bị hạn chế do cấu trúc đất bị nén chặt hoặc thành phần hạt mịn cao, nước sẽ bị ứ đọng trên bề mặt. Tại các vùng địa hình thấp và thung lũng của Lương Sơn, hiện tượng này là nguyên nhân chính gây ra ngập úng cục bộ sau những trận mưa lớn. Ngập úng không chỉ gây thiệt hại cho hoa màu, ảnh hưởng đến giao thông mà còn làm tăng nguy cơ ô nhiễm nguồn nước. Vấn đề này đặc biệt nghiêm trọng trên các loại đất có tỷ lệ sét cao, vốn có tính trương nở mạnh khi gặp nước, làm bít kín các khe hổng và cản trở quá trình thấm.

2.2. Hiện trạng thoái hóa do xói mòn đất trên sườn dốc

Trên các sườn dốc, khả năng thấm nước kém dẫn đến dòng chảy mặt mạnh, gây ra xói mòn đất nghiêm trọng. Lớp đất mặt, nơi chứa hàm lượng mùn và dinh dưỡng cao nhất, bị rửa trôi, để lại tầng đất phía dưới nghèo nàn, chai cứng. Quá trình này làm giảm độ ẩm của đất, phá vỡ các đoàn lạp, và làm giảm độ xốp, tạo ra một vòng luẩn quẩn khiến khả năng thấm ngày càng kém đi. Các mô hình canh tác độc canh như trồng sắn, ngô trên đất dốc mà không có biện pháp bảo vệ là một trong những nguyên nhân chính thúc đẩy quá trình thoái hóa này, được ghi nhận trong nghiên cứu của Trần Đức Toàn và Nguyễn Văn Thiết (2004).

III. Phương pháp thí nghiệm thấm đất xác định hệ số thấm chuẩn

Để đánh giá chính xác khả năng thấm nước của đất, việc áp dụng các phương pháp nghiên cứu khoa học và tiêu chuẩn hóa là bắt buộc. Đề tài "Nghiên cứu khả năng thấm nước của đất tại một số mô hình sử dụng đất khác nhau ở Lương Sơn – Hòa Bình" đã sử dụng phương pháp thực nghiệm tại hiện trường kết hợp phân tích trong phòng thí nghiệm. Cách tiếp cận này cho phép định lượng các chỉ tiêu quan trọng như tốc độ thấm ban đầu, tốc độ thấm ổn định và tổng lượng nước thấm. Phương pháp chính được lựa chọn là thí nghiệm thấm đất bằng ống vành khuyên (vòng đo thấm). Đây là phương pháp phổ biến, đơn giản và hiệu quả, đặc biệt phù hợp với các điều kiện địa hình phức tạp tại Việt Nam, như Lee Macdonal (1999) đã đề xuất. Việc lựa chọn phương pháp này giúp hạn chế các yếu tố chủ quan và chi phí so với phương pháp mưa nhân tạo, trong khi vẫn cung cấp dữ liệu đáng tin cậy về hệ số thấm của đất. Các mẫu đất sau đó được thu thập và phân tích tại phòng thí nghiệm chuyên ngành để xác định các chỉ tiêu vật lý liên quan, cung cấp một bức tranh toàn diện về đặc tính thủy văn của đất.

3.1. Quy trình thực hiện thí nghiệm hiện trường chi tiết

Quy trình thí nghiệm hiện trường được tiến hành bằng cách sử dụng vòng đo thấm đơn có đường kính 40cm. Vòng sắt được đóng xuống đất đến độ sâu 15cm để đảm bảo độ chắc chắn và hạn chế hiệu ứng bờ. Nước được đổ vào vòng và duy trì ở một cột nước không đổi (5cm) trong suốt quá trình đo. Lượng nước bổ sung vào vòng trong các khoảng thời gian nhất định (mỗi phút) được ghi lại để tính toán tốc độ thấm. Quá trình đo kéo dài trong 60 phút để xác định được thời điểm tốc độ thấm đạt trạng thái ổn định. Phương pháp này được thực hiện lặp lại trên nhiều vị trí và các cấp độ dốc khác nhau tại ba mô hình sử dụng đất: rừng trồng Keo lai, rừng trồng Bạch đàn và nương rẫy.

3.2. Phân tích mẫu tại phòng thí nghiệm LAS XD chuyên dụng

Các mẫu đất tại vị trí thí nghiệm được lấy bằng ống dung trọng và gửi về phân tích tại phòng thí nghiệm LAS-XD (Phòng phân tích Đất, Trường Đại học Lâm nghiệp). Các chỉ tiêu quan trọng được xác định bao gồm: độ ẩm của đất, dung trọng, tỷ trọng, độ xốp và thành phần hạt của đất. Kết quả phân tích từ phòng thí nghiệm cung cấp dữ liệu nền tảng để giải thích sự khác biệt về khả năng thấm nước giữa các mô hình sử dụng đất. Ví dụ, độ xốp cao và cấu trúc đất tốt thường tương quan với hệ số thấm cao. Việc kết hợp dữ liệu hiện trường và phòng thí nghiệm mang lại độ tin cậy cao cho kết quả nghiên cứu.

IV. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng khả năng thấm nước của đất

Khả năng thấm nước của đất không phải là một hằng số mà chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố nội tại và ngoại cảnh. Nghiên cứu tại Lương Sơn đã tập trung phân tích mối liên hệ định lượng giữa đặc trưng thấm và các nhân tố như cấu trúc đất, độ ẩm ban đầu, độ xốp, độ dốc và loại hình thảm thực vật che phủ. Kết quả cho thấy đất dưới các trạng thái rừng có tốc độ thấm nước cao hơn đáng kể so với đất nương rẫy canh tác. Điều này khẳng định vai trò quan trọng của thảm thực vật trong việc duy trì và cải thiện các đặc tính vật lý của đất. Lớp thảm mục và hệ rễ cây rừng giúp tăng cường độ xốp, tạo ra các đường ống dẫn nước tự nhiên và bảo vệ bề mặt đất khỏi tác động phá vỡ cấu trúc của hạt mưa. Cụ thể, nghiên cứu chỉ ra tốc độ thấm ổn định ở đất rừng có thể đạt từ 2,5 – 8,0 mm/phút, trong khi ở đất nương rẫy con số này thấp hơn nhiều. Các mô hình toán học như Horton và Phillip cũng được sử dụng để mô phỏng quá trình thấm, trong đó mô hình Phillip cho thấy sự phù hợp hơn với điều kiện đất rừng tại khu vực nghiên cứu.

4.1. Vai trò của cấu trúc đất độ xốp và độ ẩm của đất

Kết quả phân tích cho thấy mối tương quan chặt chẽ giữa tốc độ thấm và các đặc tính vật lý của đất. Đất có cấu trúc đất dạng viên, độ xốp cao (trên 50%) và hàm lượng mùn lớn có khả năng thấm nước tốt nhất. Ngược lại, đất bị nén chặt, độ xốp thấp và có cấu trúc đất bị phá vỡ sẽ có tốc độ thấm rất kém. Bên cạnh đó, độ ẩm của đất ban đầu cũng là một yếu tố quan trọng. Đất khô có tốc độ thấm ban đầu rất cao do lực mao quản lớn, nhưng tốc độ này giảm nhanh khi đất dần bão hòa. Hiểu rõ các yếu tố này giúp đưa ra các biện pháp cải tạo đất trồng hiệu quả.

4.2. So sánh khả năng thấm giữa các mô hình sử dụng đất

Nghiên cứu đã so sánh ba mô hình sử dụng đất điển hình: rừng Keo lai, rừng Bạch đàn và đất nương rẫy. Kết quả cho thấy đất dưới tán rừng Keo lai và Bạch đàn có hệ số thấm của đất cao hơn hẳn so với đất nương rẫy. Cụ thể, đất nương rẫy có độ xốp trung bình là 52,58%, trong khi đất rừng bạch đàn là 52,84% và rừng keo là 49,66%. Mặc dù độ xốp không chênh lệch quá lớn, nhưng sự khác biệt về lớp thảm mục và hoạt động của hệ rễ đã tạo ra sự khác biệt rõ rệt về tốc độ thấm. Điều này chứng tỏ việc duy trì che phủ rừng là biện pháp hữu hiệu nhất để tăng cường khả năng giữ nước của đất và giảm thiểu rủi ro thiên tai.

V. Ứng dụng kết quả nghiên cứu khả năng thấm nước của đất

Những phát hiện từ báo cáo khảo sát địa chất Lương Sơn về khả năng thấm nước của đất mang lại giá trị ứng dụng thực tiễn to lớn trong nhiều lĩnh vực. Đối với ngành nông lâm nghiệp, các dữ liệu này là cơ sở để quy hoạch sử dụng đất hợp lý, lựa chọn cây trồng phù hợp và áp dụng các biện pháp canh tác bền vững nhằm bảo vệ tài nguyên đất và nước. Đối với ngành xây dựng và giao thông, thông tin về hệ số thấm của đất là một thông số đầu vào quan trọng trong công tác tư vấn địa chất công trình. Nó giúp các kỹ sư đánh giá sự ổn định của mái dốc, tính toán hệ thống thoát nước và thiết kế các giải pháp xử lý nền móng yếu một cách hiệu quả. Việc lượng hóa được mối quan hệ giữa các đặc tính đất và khả năng thấm cho phép xây dựng các mô hình dự báo chính xác hơn về nguy cơ ngập úng tại Lương Sơn và xói mòn, hỗ trợ công tác phòng chống thiên tai và ứng phó với biến đổi khí hậu. Cuối cùng, kết quả nghiên cứu cung cấp luận cứ khoa học cho các cơ quan quản lý nhà nước trong việc ban hành chính sách khuyến khích bảo vệ rừng và phục hồi hệ sinh thái.

5.1. Đề xuất giải pháp cải tạo đất trồng và canh tác bền vững

Dựa trên kết quả nghiên cứu, các giải pháp cải tạo đất trồng cần tập trung vào việc tăng cường hàm lượng chất hữu cơ, cải thiện cấu trúc đất và tăng độ xốp. Các biện pháp cụ thể bao gồm: bón phân hữu cơ, trồng cây phân xanh, luân canh cây trồng họ đậu, và áp dụng kỹ thuật canh tác tối thiểu (không làm đất). Đối với đất dốc, cần áp dụng các mô hình nông lâm kết hợp, trồng cây theo đường đồng mức và duy trì thảm thực vật che phủ quanh năm để hạn chế xói mòn đất. Những biện pháp này không chỉ nâng cao khả năng thấm mà còn cải thiện độ phì nhiêu của đất một cách lâu dài.

5.2. Gợi ý cho xử lý nền móng yếu và công trình xây dựng

Trong lĩnh vực xây dựng, đặc biệt là tại các khu vực có nền đất là đất sét pha Lương Sơn, hiểu biết về khả năng thấm là cực kỳ quan trọng. Đất có hệ số thấm thấp thường đi kèm với độ ổn định kém khi bão hòa nước. Dữ liệu về thấm nước giúp các kỹ sư lựa chọn phương pháp xử lý nền móng yếu phù hợp, như sử dụng cọc cát, bấc thấm để tăng cường khả năng thoát nước, hoặc các biện pháp gia cố nền móng khác. Việc này đảm bảo an toàn và tuổi thọ cho các công trình, từ nhà ở dân dụng đến các dự án hạ tầng lớn.