Tổng quan luận án
Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu
Tài nguyên đất phục vụ sản xuất nông nghiệp tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) đang chịu tác động tiêu cực kép từ biến đổi khí hậu (nước biển dâng, hạn hán, xâm nhập mặn) và áp lực khai thác phát triển kinh tế - xã hội. Hiện nay, khoảng 45% diện tích đất tại ĐBSCL đối mặt với nguy cơ nhiễm mặn (Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam, 2009). Quá trình suy thoái và mặn hóa đất đai diễn ra không chỉ do nguyên nhân tự nhiên (triều cường, lưu lượng nước ngọt từ thượng nguồn sông Mê Kông suy giảm vào mùa khô) mà còn do các hoạt động nhân sinh, điển hình là việc chuyển đổi tự phát từ trồng lúa sang nuôi trồng thủy sản nước lợ/mặn. Khi việc nuôi tôm gặp thất bại, lượng muối tích tụ trong tầng đất mặt và nước ngầm khiến đất bị hoang hóa, gây khó khăn cho việc phục hồi hoặc tái chuyển đổi sang các loại hình canh tác khác.
Tại huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An — khu vực cửa ngõ ĐBSCL chịu ảnh hưởng mạnh của chế độ bán nhật triều sông Vàm Cỏ và tốc độ đô thị hóa nhanh — diện tích đất nông nghiệp bị nhiễm mặn ngày càng mở rộng ở cả vùng ngoài đê và giáp ranh trong đê. Nhiều diện tích canh tác bị giảm năng suất hoặc bỏ hoang. Trong bối cảnh thực hiện Nghị quyết 120/NQ-CP của Chính phủ về phát triển bền vững ĐBSCL thích ứng với biến đổi khí hậu, việc làm rõ cơ chế mặn hóa đất do nguồn nước và xây dựng các phương án sử dụng đất thích nghi tự nhiên là yêu cầu cấp thiết của địa phương. Khoảng trống nghiên cứu được xác định là sự thiếu hụt các mô hình định lượng liên kết giữa quá trình lan truyền mặn trong đất với đánh giá thích nghi đất đai đa tiêu chí phục vụ quy hoạch sử dụng đất cấp huyện.
Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu cơ sở khoa học về đất bị nhiễm mặn do nguồn nước ở các loại hình sử dụng đất nông nghiệp, từ đó đề xuất các giải pháp và mô hình sử dụng đất nông nghiệp phù hợp nhằm thích ứng và tối ưu hiệu quả sử dụng đất trong điều kiện biến đổi khí hậu và nước biển dâng tại địa bàn nghiên cứu.
- Mục tiêu cụ thể:
- Xác định diện tích đất bị nhiễm mặn theo hiện trạng sử dụng đất nông nghiệp; quan trắc và phân tích diễn biến độ mặn trong đất tại các ô ruộng thực nghiệm thuộc các loại hình sử dụng đất khác nhau.
- Ứng dụng mô hình HYDRUS 1D để mô phỏng diễn biến lan truyền mặn trong phẫu diện đất theo các kịch bản biến đổi khí hậu và lịch thời vụ canh tác.
- Đánh giá khả năng thích nghi đất đai theo tiêu chuẩn của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO) kết hợp phương pháp đánh giá đa tiêu chí (MCE) và phân tích thứ bậc (AHP) để xây dựng mô hình tái cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp bền vững.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu:
- Đất bị nhiễm mặn do nguồn nước mặt và nước dưới đất.
- Các loại hình canh tác nông nghiệp (Land Use Types - LUTs) trên vùng đất bị ảnh hưởng bởi mặn.
- Các yếu tố tự nhiên (thổ nhưỡng, thủy văn, khí hậu) và kinh tế - xã hội ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp.
- Công cụ, mô hình tính toán: Mô hình mô phỏng HYDRUS 1D, hệ thống thông tin địa lý (GIS), phương pháp đánh giá đất đai FAO, phương pháp đánh giá đa tiêu chí (MCE/AHP).
- Phạm vi không gian: Địa bàn huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An (tập trung vào các xã vùng hạ chịu ảnh hưởng mặn sâu như Tân Tập, Phước Vĩnh Đông, Phước Vĩnh Tây, Long Phụng, Đông Thạnh).
- Phạm vi thời gian: Số liệu khí tượng thủy văn, hiện trạng sử dụng đất và đo đạc thực nghiệm đất, nước giai đoạn 2016 – 2020; dữ liệu hiện trạng chuẩn hóa năm 2017.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Các hướng nghiên cứu liên quan
Tác giả đã hệ thống hóa các công trình nghiên cứu trong nước và quốc tế theo bốn nhóm chính:
- Nghiên cứu về quá trình xâm nhập mặn và suy thoái đất tại ĐBSCL:
- Lê Sâm (2007, 2008): Nghiên cứu xâm nhập mặn vùng ĐBSCL, phân chia thành 4 vùng khảo sát và đề xuất mô hình chuyển đổi cơ cấu sản xuất theo vùng sinh thái.
- Nguyễn Ngọc Trân (2010), Han Entzinger & Peter Scholten (2016): Đánh giá tác động kép của biến đổi khí hậu, nước biển dâng và việc khai thác nguồn nước thượng nguồn sông Mê Kông đến ĐBSCL.
- Hồ Quang Đức, Nguyễn Văn Đạo, Trương Xuân Cường, Lê Thị Mỹ Hảo (2009): Đánh giá biến động đất mặn và đất phèn ĐBSCL sau 30 năm, chỉ ra diện tích đất tái nhiễm mặn chiếm khoảng 46% tổng diện tích đất mặn.
- Nguyễn Ngọc Anh (2015), Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam (2009, 2012): Khảo sát ranh mặn 4 g/l trên hệ thống sông Vàm Cỏ, sông Tiền, sông Hậu và sông Cái Lớn.
- Tô Văn Trường (2020), Tổng cục Phòng chống thiên tai (2020), Tổng cục Thủy lợi (2016): Thống kê thiệt hại hạn mặn lịch sử các năm 2016 và 2020 tại các tỉnh ven biển ĐBSCL.
| Tên sông |
Phạm vi xâm nhập mặn năm 2016 (km) |
Phạm vi xâm nhập mặn năm 2020 (km) |
| Sông Vàm Cỏ |
90 – 93 |
100 – 130 |
| Sông Hậu |
55 – 60 |
60 – 65 |
| Sông Cửa Lớn |
60 – 65 |
55 – 65 |
-
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS:
- Trần Thị Phương Dung (2013): Sử dụng ảnh MODIS để phân vùng ảnh hưởng xâm nhập mặn tại Bến Tre.
- Lê Văn Trung và Trần Văn Hùng (2014): Xây dựng bộ công cụ GIS 4 chức năng (Quản trị hệ thống, Xây dựng mô hình, Tổng hợp kết quả, Tiện ích) tại Trà Vinh.
- Ting-ting Zhang, Sheng-Lan Zeng, Yu Gao (2011): Ứng dụng mô hình hồi quy không gian GIS_SAR đánh giá tác động của con người lên đất mặn tại đồng bằng sông Hoàng Hà (Trung Quốc).
- Mohamed Saidul Islam & Mohammad Atiqur Rahman (2012), Monirul Islam (2014): Ứng dụng GIS, dữ liệu viễn thám Google Earth và điều tra nông hộ đánh giá biến động đất mặn tại Bangladesh.
-
Nghiên cứu thực nghiệm và cải tạo đất mặn:
- Lâm Văn Tân (2015): Xây dựng mô hình canh tác thích ứng (lúa - bắp, tôm - lúa, cá lóc) tại huyện Thạnh Phú, tỉnh Bến Tre.
- Nguyễn Mỹ Hoa, Trần Sơn Tùng, Nguyễn Hồng Giang, Võ Thị Gương (2016): Khảo sát các chỉ số pH, EC, SAR, ESP trong đất và nước tại huyện Bình Đại, tỉnh Bến Tre, xác định nguy cơ sodic hóa trong mùa khô.
- Nguyễn Đình Vượng, Trần Minh Tuấn, Vũ Thị Thược (2016): Đánh giá hiện trạng mặn hóa đất do nuôi tôm tại huyện Giá Rai, tỉnh Bạc Liêu.
- Phạm Quang Vũ (2009): Thí nghiệm các chế độ tưới và quan hệ giữa mực nước ngầm với mức độ tái nhiễm mặn tại Hải Phòng.
- Katsuhiko Kurosawa et al. (2012), Ian Johnson et al. (2009): Thí nghiệm sinh khối rễ cây và kiểm soát độ mặn bằng thảm thực vật chịu mặn.
-
Nghiên cứu mô hình hóa động thái muối trong đất:
- Nguyễn Văn Tỉnh (1996): Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn giải phương trình vi phân vận chuyển chất bằng Borland Pascal 7.0 tại Hải Phòng.
- Trần Ngọc Trang, Nguyễn Hoàng Long, Nguyễn Xuân Hải (2014): Kết hợp mô hình thủy lực Mike 11 và Saltmod dự báo mặn hóa đất lúa huyện Tiền Hải, Thái Bình.
- Nguyễn Văn Quí, Nguyễn Minh Cường, Nguyễn Hồng Giang, Trần Huỳnh Khanh, Võ Thị Gương (2014): Sử dụng phần mềm STELLA mô phỏng cân bằng nước và tích lũy muối cho cây bắp tại Bến Tre ($R^2 = 0{,}95$; $EF = 0{,}88$).
Vị trí và khoảng trống luận án giải quyết
Phần lớn các nghiên cứu trước đây chỉ tiếp cận đơn lẻ: hoặc mô phỏng thủy lực dòng chảy mặn ngoài sông rạch, hoặc phân tích thổ nhưỡng tĩnh, hoặc đánh giá thích nghi đất đai thuần túy theo kinh tế - xã hội. Luận án lựa chọn giải quyết khoảng trống: Tích hợp mô hình vật lý dòng chảy một chiều trong môi trường đất chưa bão hòa (HYDRUS 1D) với quy trình đánh giá thích nghi đất đai theo tiêu chuẩn FAO và kỹ thuật MCE/AHP trên nền tảng GIS, từ đó lượng hóa tác động của mặn tầng đất mặt theo mùa vụ để làm cơ sở tái cơ cấu cây trồng, vật nuôi tại vùng cửa sông Cần Giuộc.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết
- Lý thuyết phân loại và tính chất hóa học đất mặn:
- Phân loại đất mặn theo tổng muối hòa tan của FAO (1993):
| Cấp độ mặn |
Tính chất |
Tổng muối hòa tan (g/l) |
| 0 |
Không mặn |
< 0,15 |
| 1 |
Mặn ít |
0,15 – 0,35 |
| 2 |
Mặn trung bình |
0,35 – 0,65 |
| 3 |
Mặn nhiều |
> 0,65 |
- Tỷ số hấp phụ Natri ($SAR$ - Sodium Adsorption Ratio) (USDA, 1954):
$$SAR = \frac{[\text{Na}^+]}{\sqrt{\frac{[\text{Ca}^{2+}] + [\text{Mg}^{2+}]}{2}}}$$
Trong đó nồng độ các cation tính bằng $\text{meq/l}$.
- Tỷ lệ phần trăm Natri trao đổi ($ESP$ - Exchangeable Sodium Percentage) ước tính theo Kamporst & Bolt (1978):
$$\frac{ESP}{100 - ESP} = 0{,}015 \times SAR$$
- Đất được xác định là nhiễm mặn - kiềm (sodic hóa) khi $ESP > 15%$ và độ dẫn điện của dung dịch đất bão hòa $EC < 4\text{ dS/m}$ ($4000\text{ }\mu\text{S/cm}$) theo TCVN 12180-1:2017.
-
Cơ sở lý thuyết mô hình HYDRUS 1D:
- Module dòng chảy nước dưới đất: Dựa trên phương trình Richards biến đổi cho môi trường xốp chưa bão hòa nước một chiều:
$$\frac{\partial \theta}{\partial t} = \frac{\partial}{\partial z}\left[ K(h)\left(\frac{\partial h}{\partial z} + 1\right)\right] - S(h)$$
Trong đó: $\theta$ là độ ẩm thể tích; $h$ là áp lực nước trong đất; $K(h)$ là hàm độ dẫn thủy lực; $z$ là trục tọa độ thẳng đứng; $t$ là thời gian; $S(h)$ là số hạng bốc thoát hơi qua rễ cây.
- Hàm đặc tính thủy lực đất: Sử dụng mô hình van Genuchten (1980) thiết lập quan hệ $\theta(h)$ và $K(h)$.
- Module lan truyền chất (Fickian Advection-Dispersion Equation - ADE): Mô phỏng quá trình truyền dẫn đối lưu và khuếch tán phân tán của ion muối hòa tan trong dung dịch đất.
-
Khung đánh giá thích nghi đất đai FAO và kỹ thuật MCE/AHP:
- Phân cấp thích nghi đất đai gồm 4 cấp: Rất thích nghi ($S1$), Thích nghi trung bình ($S2$), Ít thích nghi ($S3$), Không thích nghi ($N$).
- Sử dụng phương pháp đánh giá theo yếu tố hạn chế kết hợp phân tích thứ bậc AHP (tính toán Chỉ số nhất quán $CI$ và Tỷ số nhất quán $CR < 0{,}1$) và hàm mờ (Fuzzy membership) để chuẩn hóa trọng số các tiêu chí kinh tế, xã hội, môi trường.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp: Thu thập dữ liệu khí tượng, thủy văn từ trạm Tân An; bản đồ địa hình, bản đồ địa chính, bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Cần Giuộc qua các thời kỳ; tài liệu thổ nhưỡng kế thừa từ bản đồ đất theo FAO/ISRIC của Nguyễn Thị Hoàng Yến (2015).
- Phương pháp điều tra thực địa:
- Khảo sát theo 3 tuyến chính với tổng chiều dài 52,8 km:
- Tuyến 1 (22,5 km): Long Hậu – Phước Lại – Phước Vĩnh Tây – Đông Thạnh – Tân Tập.
- Tuyến 2 (14,5 km): Tân Kim – TT. Cần Giuộc – Trường Bình – Long An – Long Phụng.
- Tuyến 3 (15,8 km): TT. Cần Giuộc – Mỹ Lộc – Phước Lâm – Phước Hậu – Long Thượng – Phước Lý.
- Điều tra nhanh nông thôn có sự tham gia của người dân (PRA/RRA) và phỏng vấn hộ gia đình bằng 205 phiếu điều tra chuẩn hóa.
- Phương pháp thực nghiệm đo đạc thổ nhưỡng và độ mặn:
- Mạng lưới quan trắc gồm 56 điểm bố trí tại các xã vùng hạ Cần Giuộc, định kỳ đo độ mặn nước 1 lần/tháng.
- Lắp đặt ống đo mặn chuyên dụng bằng nhựa PVC (đường kính 10 cm, dài 1,2 m, khoan lỗ xung quanh thân ống) tại 14 vị trí trên kênh và trong ruộng canh tác.
- Chọn lọc 5 vị trí phẫu diện đại diện tại 5 xã (Tân Tập, Phước Vĩnh Đông, Phước Vĩnh Tây, Long Phụng, Đông Thạnh) lấy mẫu tầng mặt (0 – 30 cm) vào tháng 07/2016 và tháng 03/2017.
- Phân tích mẫu tại Trung tâm Đất, Phân bón và Môi trường phía Nam (EFS) - Viện Thổ nhưỡng Nông hóa theo các tiêu chuẩn: $\text{pH}_{\text{H}_2\text{O}}$ (TCVN 5979:2007), $\text{EC}$, $\text{Ca}^{2+}$, $\text{Mg}^{2+}$, $\text{Na}^+$ (TCVN 6650:2000), dung tích hấp phụ cation $\text{CEC}$ (TCVN 8568:2010).
- Phương pháp mô hình hóa và GIS: Sử dụng phần mềm ArcGIS, MapInfo, MicroStation biên tập các bản đồ đơn tính, bản đồ đơn vị đất đai (LUM), bản đồ phân vùng thích nghi đất đai và bản đồ đề xuất tái cơ cấu.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan nghiên cứu
Chương này tổng quan về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của vùng nghiên cứu, thực trạng xâm nhập mặn và biến động sử dụng đất tại ĐBSCL nói chung và huyện Cần Giuộc nói riêng.
- Đặc điểm khu vực nghiên cứu: Huyện Cần Giuộc nằm ở phía đông nam tỉnh Long An, thuộc vùng hạ lưu sông Vàm Cỏ Đông và sông Soài Rạp. Hệ thống sông rạch chịu ảnh hưởng mạnh của chế độ bán nhật triều không đều của biển Đông.
- Tài nguyên đất đai: Phân loại đất huyện Cần Giuộc gồm các nhóm đất chính: đất phù sa, đất mặn, đất phèn và đất phèn mặn. Trong đó, đất mặn trung bình và mặn ít chiếm diện tích lớn, có thành phần cơ giới nặng với hàm lượng sét ($< 0{,}002\text{ mm}$) chiếm 50 – 60%.
- Biến động sử dụng đất nông nghiệp giai đoạn 2010 – 2017: Quá trình chuyển đổi tự phát từ trồng lúa sang nuôi tôm công nghiệp/bán thâm canh diễn ra ồ ạt tại các xã phía hạ lưu (Tân Tập, Phước Vĩnh Đông, Đông Thạnh). Sự thất bại của các mô hình nuôi tôm do thiếu nước ngọt xử lý ao và dịch bệnh đã để lại diện tích lớn đất bị nhiễm mặn nghiêm trọng, độ mặn tích tụ sâu trong phẫu diện đất khiến nông dân không thể tái canh tác cây trồng truyền thống.
- Diễn biến xâm nhập mặn: Mặn xâm nhập sâu vào hệ thống kênh rạch Cần Giuộc từ tháng 1 đến tháng 6 hàng năm, nồng độ mặn cực đại thường xuất hiện vào tháng 3 và tháng 4, dao động từ $10\text{ g/l}$ đến trên $25\text{ g/l}$ tùy theo vị trí cửa sông.
| Nhóm đất tại Việt Nam (FAO/UNESCO) |
Diện tích (ha) |
Đặc điểm chính |
Phân bố chủ yếu |
| Đất mặn sú, vẹt, đước (FLsg) |
180.000 |
Rất mặn, pH trung tính – kiềm, giàu mùn |
Ven biển ĐBSCL, phát triển lâm nghiệp |
| Đất mặn nhiều (FLsh) |
300.000 |
Tổng muối tan $> 1%$, $\text{Cl}^- > 0{,}25%$, $\text{EC} > 4\text{ dS/cm}$ |
Đồng bằng Bắc Bộ và ven biển ĐBSCL |
| Đất mặn trung bình và ít (FLsm) |
700.000 |
$\text{Cl}^- < 0{,}25%$, $\text{EC} < 4\text{ mS/cm}$, chiếm 70% ở ĐBSCL |
Tiếp giáp đất phù sa, trồng lúa, cây ăn trái |
| Đất mặn kiềm (Gleyic Solonetz) |
200 |
Giàu $\text{Na}_2\text{CO}_3$, $\text{pH} > 8{,}0$ |
Ninh Thuận, Bình Thuận |
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương này tập trung thiết lập các cơ sở toán học và quy trình phương pháp luận được áp dụng trong luận án.
- Thiết lập mô hình HYDRUS 1D:
- Trình bày chi tiết các phương trình chủ đạo về chuyển động của ẩm và chất tan trong đới chưa bão hòa.
- Thiết lập điều kiện biên mặt đất: biến đổi phụ thuộc vào lượng mưa, bốc thoát hơi nước tiềm năng ($ET_0$) và chế độ tưới; điều kiện biên dưới: dao động mực nước ngầm có độ mặn quan trắc thực tế.
- Sử dụng các thông số thủy lực đất theo cơ sở dữ liệu đất USDA tích hợp trong mô hình và hiệu chỉnh thông qua các đường cong giữ nước $\theta(h)$ của 11 nhóm kết cấu đất chính.
- Quy trình đánh giá thích nghi đất đai bền vững:
- Xây dựng sơ đồ tích hợp đánh giá đất đai theo hướng dẫn của FAO kết hợp phân tích đa tiêu chí (MCE).
- Xác định các yêu cầu sử dụng đất (Land Use Requirements - LUR) tương ứng với chất lượng đất đai (Land Quality - LQ) và tính chất đất đai (Land Characteristic - LC) như: độ mặn nước tưới, độ ngập triều, thành phần cơ giới, mức độ phèn hóa, hàm lượng hữu cơ.
- Xác lập ma trận phân tích thứ bậc AHP để xác định trọng số ưu tiên của từng tiêu chí kinh tế, xã hội và môi trường trong việc lựa chọn loại hình sử dụng đất.
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm, tính toán mô phỏng và phương án quy hoạch không gian sử dụng đất.
- Kết quả điều tra và đo đạc thực nghiệm:
- Tổng hợp dữ liệu từ 205 phiếu điều tra nông hộ tại các xã, xác định được tập quán canh tác, cơ cấu chi phí, lợi nhuận và mức độ thiệt hại do mặn của các loại hình canh tác hiện hữu.
- Dữ liệu đo đạc chất lượng nước mặt tại các sông rạch chính giai đoạn 2016 – 2017 cho thấy biên độ mặn biến động mạnh theo chế độ triều, đạt đỉnh trên $18\text{ – }22\text{ g/l}$ tại trạm Tân Tập và Phước Vĩnh Đông trong các tháng mùa khô.
- Kết quả phân tích phẫu diện đất đại diện (ví dụ phẫu diện CG15 tại xã Đông Thạnh, CG02 tại Phước Vĩnh Tây, CG10 tại Tân Tập, CG18 tại Long Phụng) chỉ ra sự tích lũy ion $\text{Na}^+$ và $\text{Cl}^-$ cao ở tầng mặt ($0\text{ – }30\text{ cm}$), giá trị $\text{EC}$ dung dịch trích bão hòa vượt ngưỡng chịu đựng của nhiều loại rau màu và lúa nước trong mùa khô.
- Đánh giá thích nghi đất đai (FAO):
- Xác định và phân loại các loại hình sử dụng đất chính (LUTs) tại huyện Cần Giuộc: LUT chuyên lúa, LUT chuyên rau màu, LUT lúa - màu luân canh, LUT chuyên tôm (nuôi tôm nước lợ), LUT tôm - lúa, LUT cây lâu năm.
- Chồng xếp các bản đồ đơn tính tạo bản đồ đơn vị đất đai (LUM), từ đó phân hạng mức độ thích nghi ($S1, S2, S3, N$) cho từng LUT trên địa bàn toàn huyện.
- Mô phỏng diễn biến mặn bằng HYDRUS 1D:
- Thiết lập mô hình tại 5 điểm mô phỏng đại diện cho các vùng đất và mô hình canh tác khác nhau: điểm CG02 ở mô hình chuyên lúa Phước Vĩnh Tây (PVT1) và mô hình nuôi tôm Phước Vĩnh Đông (PVĐ3); CG18 ở Long Phụng (LP3); CG10 ở Tân Tập (TT1); CG15 ở Đông Thạnh (ĐT1).
- Sử dụng số liệu chuỗi thời gian khí tượng năm 2017 tại trạm KTTV Tân An để chạy hiệu chỉnh và kiểm chứng mô hình; kết quả so sánh giữa độ mặn mô phỏng và độ mặn thực đo có sự tương thích cao, thể hiện đúng quy luật dịch chuyển của dung dịch muối trong phẫu diện đất theo mùa mưa và mùa khô.
- Chạy mô phỏng các kịch bản thời vụ cho LUT1 (chuyên lúa) và LUT2 (lúa - màu) nhằm xác định ngưỡng thời gian rửa mặn tự nhiên bằng nước mưa và thời điểm an toàn để gieo trồng.
- Đề xuất tái cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp:
- Kết hợp kết quả đánh giá thích nghi FAO, mô phỏng lan truyền mặn HYDRUS 1D và chấm điểm đa tiêu chí kinh tế - xã hội - môi trường (biểu đồ Skite), luận án xác định diện tích các LUT kém hiệu quả cần chuyển đổi.
- Xây dựng bản đồ đề xuất bố trí cây trồng, vật nuôi và bản đồ tái cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp huyện Cần Giuộc thích ứng với biến đổi khí hậu theo thứ tự ưu tiên trên từng vùng sản xuất sinh thái.
Kết quả và những đóng góp mới
Những đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học
- Lượng hóa động thái mặn trong môi trường đất chưa bão hòa: Đã ứng dụng mô hình HYDRUS 1D để mô phỏng sự biến động của nồng độ muối theo chiều sâu phẫu diện đất nông nghiệp dưới tác động tổng hợp của các yếu tố khí tượng (mưa, bốc thoát hơi), chế độ thủy văn nước ngầm và lịch mùa vụ canh tác tại vùng ven biển ĐBSCL.
- Hoàn thiện khung đánh giá thích nghi đất đai tích hợp: Kết hợp quy trình phân hạng đất đai của FAO với các mô hình mô phỏng vật lý thủy lực đất và kỹ thuật đánh giá đa tiêu chí (MCE/AHP) trên GIS, tạo cơ sở phương pháp luận có độ tin cậy trong việc phân vùng sử dụng đất nông nghiệp ở vùng chịu ảnh hưởng mặn.
Đóng góp thực tiễn và giải pháp đề xuất
- Dữ liệu thực nghiệm chi tiết: Cung cấp bộ cơ sở dữ liệu quan trắc thực tế về độ mặn nước mặt, nước trong đất và các tính chất lý hóa phẫu diện đất tại các vùng chuyển đổi canh tác tiêu biểu của huyện Cần Giuộc giai đoạn 2016 – 2020.
- Phương án tái cơ cấu không gian sản xuất:
- Đề xuất chuyển đổi các vùng chuyên lúa năng suất thấp thường xuyên bị nhiễm mặn tại các xã vùng hạ sang mô hình luân canh thích ứng (lúa mùa chịu mặn kết hợp nuôi thủy sản hoặc chuyên nuôi trồng thủy sản nước lợ có kiểm soát).
- Quy hoạch vùng chuyên canh rau ứng dụng công nghệ cao tại các xã vùng thượng và trung (nơi có nguồn nước ngọt ổn định hoặc ranh mặn thấp).
- Hạn chế việc đào ao nuôi tôm tự phát tại các vùng ngọt hóa trong đê nhằm ngăn chặn hiện tượng mặn hóa đất thứ cấp lan rộng.
- Hỗ trợ công tác quản lý: Bản đồ đề xuất bố trí cây trồng và bản đồ tái cơ cấu nông nghiệp là công cụ trực quan hỗ trợ chính quyền địa phương huyện Cần Giuộc và ngành Nông nghiệp tỉnh Long An trong việc lập quy hoạch sử dụng đất và kế hoạch chuyển đổi cơ cấu cây trồng phù hợp với tinh thần Nghị quyết 120/NQ-CP.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của đề tài
- Nghiên cứu mô phỏng lan truyền mặn bằng mô hình HYDRUS 1D chỉ giải bài toán dòng chảy và vận chuyển chất theo phương thẳng đứng 1 chiều (1D), chưa phản ánh hết sự tương tác ngang phức tạp của mạng lưới dòng chảy kênh rạch và rò rỉ nước từ các ao nuôi tôm lân cận trong không gian 2 chiều hoặc 3 chiều.
- Số lượng các điểm quan trắc phẫu diện đất phân tích trong phòng thí nghiệm chuyên sâu (5 điểm mẫu kiểm chứng) còn ở mức giới hạn do điều kiện kinh phí và nguồn lực thực địa.
- Dữ liệu khí tượng thủy văn chi tiết phụ thuộc vào trạm quan trắc Tân An, chưa có trạm khí tượng chuyên biệt đặt tại trung tâm vùng dự án huyện Cần Giuộc.
Hướng nghiên cứu tiếp
- Mở rộng ứng dụng các mô hình mô phỏng dòng chảy và lan truyền chất đa chiều (2D/3D như HYDRUS 2D/3D hoặc tích hợp mô hình thủy văn phân bố) để đánh giá toàn diện ảnh hưởng lan truyền mặn ngang giữa các ao nuôi thủy sản và đồng ruộng lân cận.
- Tiếp tục theo dõi, quan trắc dài hạn diễn biến mặn trong đất tại các mô hình chuyển đổi cây trồng sau khi áp dụng quy hoạch để đánh giá mức độ phục hồi của đất và tính bền vững sinh thái.
- Nhân rộng khung phương pháp luận đánh giá thích nghi đất đai tích hợp HYDRUS 1D - GIS - AHP cho các huyện ven biển khác thuộc vùng ĐBSCL có điều kiện sinh thái tương đồng.
Giá trị tham khảo
- Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước, Thổ nhưỡng, Quản lý Đất đai: Luận án là tài liệu tham khảo trong việc ứng dụng công cụ mô hình toán (HYDRUS 1D) kết hợp với GIS và phương pháp FAO trong phân tích động thái môi trường đất và tài nguyên nước.
- Đối với các cơ quan quản lý nhà nước (Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Long An và các tỉnh ven biển ĐBSCL): Cung cấp cơ sở khoa học và phương pháp luận thực tế để xây dựng phương án chuyển đổi cơ cấu cây trồng, kế hoạch sử dụng đất nông nghiệp và các chính sách quản lý vùng nuôi trồng thủy sản thích ứng với biến đổi khí hậu.
- Các phần đáng tham khảo sâu:
- Quy trình thiết kế và lắp đặt hệ thống ống PVC quan trắc mặn thực địa tại đồng ruộng và kênh rạch (Mục 3.2, Chương 3).
- Phương pháp xác định các thông số thủy lực đất van Genuchten phục vụ chạy mô hình HYDRUS 1D (Chương 2 và Chương 3).
- Quy trình tích hợp ma trận AHP và hàm mờ trong đánh giá đa tiêu chí đất đai trên nền bản đồ GIS (Chương 2 và Chương 3).
Câu hỏi thường gặp
1. Nguyên nhân chính gây nhiễm mặn đất nông nghiệp tại huyện Cần Giuộc được luận án xác định là gì?
Nguyên nhân gồm hai yếu tố chính:
- Yếu tố tự nhiên: Xâm nhập mặn từ biển Đông qua sông Soài Rạp và sông Vàm Cỏ vào mùa khô, đẩy sâu vào hệ thống kênh rạch nội đồng khi nguồn nước ngọt thượng nguồn suy giảm.
- Yếu tố nhân sinh: Việc chuyển đổi tự phát đất lúa sang đào ao nuôi tôm nước mặn/lợ; khi các vụ nuôi thất bại, lượng muối tích tụ trong đất và nước ngầm ngấm sâu vào tầng đất canh tác, gây mặn hóa thứ cấp và sodic hóa đất.
2. Luận án đã sử dụng công cụ mô hình nào để mô phỏng diễn biến mặn trong đất?
Luận án sử dụng mô hình số HYDRUS 1D để mô phỏng dòng chảy nước dưới đất chưa bão hòa (dựa trên phương trình Richards) và quá trình lan truyền chất tan (dựa trên phương trình đối lưu - phân tán Fickian) theo phương thẳng đứng qua các tầng phẫu diện đất.
3. Quy mô điều tra thực địa và số lượng điểm quan trắc thực nghiệm của đề tài là bao nhiêu?
- Điều tra xã hội học và hiện trạng canh tác: Sử dụng phương pháp PRA/RRA phỏng vấn 205 phiếu điều tra nông hộ trên 3 tuyến khảo sát với tổng chiều dài 52,8 km.
- Quan trắc thực nghiệm: Thiết lập mạng lưới 56 điểm đo mặn định kỳ; lắp đặt ống đo mặn PVC chuyên dụng tại 14 vị trí; chọn lọc 5 điểm phẫu diện đất đại diện tại 5 xã (Tân Tập, Phước Vĩnh Đông, Phước Vĩnh Tây, Long Phụng, Đông Thạnh) để phân tích trong phòng thí nghiệm.
4. Chỉ số nào được sử dụng để đánh giá nguy cơ sodic hóa (kiềm hóa) đất trong luận án?
Luận án sử dụng Tỷ số hấp phụ Natri ($SAR$) trong dung dịch nước tưới/đất và Tỷ lệ phần trăm Natri trao đổi ($ESP$) ước tính theo công thức của Kamporst & Bolt ($ESP / (100 - ESP) = 0{,}015 \times SAR$). Đất có nguy cơ bị sodic hóa khi $ESP > 15%$ và $EC < 4\text{ dS/m}$.
5. Kết quả đánh giá thích nghi đất đai được ứng dụng như thế nào trong việc tái cơ cấu nông nghiệp tại địa phương?
Kết quả đánh giá thích nghi theo FAO kết hợp trọng số AHP/MCE trên GIS đã giúp phân định các tiểu vùng sản xuất: xác định các diện tích đất chuyên lúa bị mặn hóa kém hiệu quả để chuyển đổi sang mô hình lúa - tôm hoặc thủy sản lợ, khoanh vùng bảo vệ vùng chuyên rau màu chất lượng cao tại các khu vực nước ngọt, và đề xuất bản đồ quy hoạch bố trí cây trồng - vật nuôi hợp lý, tránh rủi ro do hạn mặn.
Kết luận
Luận án tiến sĩ kỹ thuật của tác giả Nguyễn Ngọc Thy đã giải quyết vấn đề đánh giá và đề xuất giải pháp sử dụng đất nông nghiệp bị nhiễm mặn do nguồn nước tại huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An. Thông qua việc kết hợp các phương pháp điều tra nông thôn (PRA/RRA), đo đạc thực nghiệm hóa lý đất, mô hình mô phỏng lan truyền mặn HYDRUS 1D và đánh giá thích nghi đất đai FAO tích hợp MCE/AHP trên nền tảng GIS, công trình đã làm rõ động thái mặn trong phẫu diện đất và xác lập cơ sở khoa học cho việc tái cơ cấu ngành nông nghiệp địa phương. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm và tài liệu tham khảo ứng dụng phục vụ công tác quy hoạch, quản lý tài nguyên đất và nước thích ứng với biến đổi khí hậu tại vùng ven biển Đồng bằng sông Cửu Long.
