Tổng quan nghiên cứu

Xói mòn đất là một trong những vấn đề môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất đất và sự phát triển bền vững của ngành lâm nghiệp. Tại lưu vực Sơn Diệm, huyện Hương Sơn, tỉnh Hà Tĩnh, với diện tích gần 79.000 ha, địa hình đồi núi chiếm tới 90% và lượng mưa trung bình năm khoảng 2.000 mm, tình trạng xói mòn đất diễn ra phức tạp và có xu hướng gia tăng do khai thác rừng không bền vững. Quá trình xói mòn không chỉ làm mất đi lớp đất mặt giàu dinh dưỡng mà còn gây ra hiện tượng bồi lắng, ảnh hưởng đến hệ thống thủy văn và các công trình thủy lợi, giao thông trong khu vực.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá lượng xói mòn tiềm năng cho các trạng thái rừng và đất lâm nghiệp trong lưu vực Sơn Diệm, từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu xói mòn, bảo vệ tài nguyên đất và phát triển rừng bền vững. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các trạng thái rừng tự nhiên, rừng trồng và đất trống trong lưu vực, với dữ liệu thu thập từ năm 2011 đến 2013. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý tài nguyên rừng, bảo vệ đất và phát triển kinh tế - xã hội tại khu vực miền núi có địa hình phức tạp như Sơn Diệm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về xói mòn đất, trong đó nổi bật là phương trình mất đất phổ dụng (USLE) và công thức tính lượng xói mòn tiềm năng do GS.TS Vương Văn Quỳnh phát triển. Các khái niệm chính bao gồm:

  • Xói mòn đất do nước: Quá trình phá hủy và vận chuyển lớp đất mặt bởi tác động của nước mưa và dòng chảy bề mặt.
  • Các yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn: Lượng mưa, độ dốc mặt đất (α), độ tàn che tầng cây cao (TC), chiều cao tầng cây cao (H), độ che phủ cây bụi và thảm mục (CP, TM), độ xốp lớp đất mặt (X), và chỉ số xói mòn do mưa (K).
  • Phương pháp mô hình hóa xói mòn: Sử dụng GIS và viễn thám để xây dựng bản đồ các yếu tố ảnh hưởng và tính toán lượng xói mòn tiềm năng theo công thức:

$$ d = \frac{2 \alpha^2}{\left(\frac{TC}{H} + CP + TM\right)^2 X} $$

với các biến được định nghĩa như trên.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu lượng mưa trung bình tháng năm từ trạm thủy văn Sơn Diệm và các trạm lân cận, bản đồ hiện trạng rừng, bản đồ địa hình tỷ lệ 1/50.000, dữ liệu điều tra kiểm kê rừng và mẫu đất thu thập tại hiện trường. Cỡ mẫu điều tra ngoại nghiệp gồm 80 ô tiêu chuẩn (OTC) đại diện cho 8 trạng thái rừng chính, mỗi trạng thái có 10 OTC, diện tích mỗi OTC từ 500 đến 1.000 m² tùy loại rừng.

Phương pháp phân tích sử dụng phần mềm ArcGIS để xây dựng mô hình số độ cao (DEM), xác định ranh giới lưu vực, tính toán độ dốc, độ xốp đất, độ tàn che, độ che phủ thảm thực vật và chỉ số xói mòn mưa. Các số liệu ngoại nghiệp được xử lý thống kê để tính giá trị trung bình các chỉ tiêu cấu trúc thảm thực vật và đặc tính đất. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ năm 2011 đến 2013, bao gồm thu thập số liệu, phân tích và xây dựng bản đồ chuyên đề.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc điểm lưu vực Sơn Diệm: Diện tích lưu vực là 78.938,5 ha, độ dốc trung bình 16,3°, độ cao trung bình 414 m, với địa hình chủ yếu là đồi núi cao chiếm 75%. Lượng mưa trung bình năm khoảng 2.000 mm, phân bố không đều theo mùa, với ngày mưa trung bình 150-160 ngày/năm.

  2. Đặc điểm thảm thực vật và đất: Lưu vực có 8 trạng thái rừng chính, bao gồm rừng tự nhiên giàu, trung bình, nghèo, rừng phục hồi, rừng hỗn giao, rừng trồng và đất trống. Độ tàn che tầng cây cao (TC) trung bình dao động từ 0,3 đến 0,85, chiều cao tầng cây cao (H) từ 5 đến 20 m, độ che phủ cây bụi và thảm mục (CP, TM) từ 0,1 đến 0,7. Độ xốp lớp đất mặt (X) trung bình khoảng 0,45, dung trọng đất từ 1,2 đến 1,5 g/cm³.

  3. Lượng xói mòn tiềm năng: Lượng xói mòn tiềm năng trung bình toàn lưu vực ước tính khoảng 0,9 mm/năm, tương đương 13 tấn/ha/năm. Các trạng thái rừng nghèo và đất trống có lượng xói mòn cao nhất, lên đến 2,5 mm/năm (khoảng 35 tấn/ha/năm), trong khi rừng giàu và rừng trồng có lượng xói mòn thấp hơn, chỉ khoảng 0,3-0,5 mm/năm (4-7 tấn/ha/năm).

  4. Ảnh hưởng của các yếu tố: Độ dốc mặt đất và độ tàn che tầng cây cao là hai yếu tố ảnh hưởng mạnh nhất đến lượng xói mòn. Khu vực có độ dốc trên 30° và độ tàn che dưới 0,4 có nguy cơ xói mòn rất cao. Lượng mưa và độ xốp đất cũng đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh cường độ xói mòn.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các nghiên cứu trước đây về xói mòn đất tại các vùng đồi núi miền Trung Việt Nam, đồng thời làm rõ hơn mối quan hệ định lượng giữa cấu trúc thảm thực vật và lượng xói mòn tiềm năng. Việc sử dụng công nghệ GIS và viễn thám giúp nâng cao độ chính xác trong việc phân tích không gian và xác định các vùng có nguy cơ cao.

Biểu đồ phân bố lượng xói mòn theo trạng thái rừng cho thấy rõ sự khác biệt giữa các loại rừng, minh chứng cho vai trò bảo vệ đất của thảm thực vật. Bảng so sánh lượng xói mòn giữa các trạng thái rừng cũng cho thấy hiệu quả của rừng giàu và rừng trồng trong việc giảm thiểu xói mòn so với đất trống và rừng nghèo.

Tuy nhiên, sai số trong ước tính có thể phát sinh do biến động khí hậu và sự thay đổi hiện trạng rừng theo thời gian. Do đó, cần tiếp tục theo dõi và cập nhật dữ liệu để điều chỉnh mô hình phù hợp hơn với thực tế.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường trồng rừng và phục hồi rừng nghèo: Ưu tiên trồng các loài cây bản địa có khả năng che phủ tốt, tăng độ tàn che tầng cây cao lên trên 0,7 nhằm giảm lượng xói mòn tiềm năng xuống dưới 0,5 mm/năm. Thời gian thực hiện trong 3-5 năm, chủ thể là Ban quản lý rừng và các tổ chức lâm nghiệp địa phương.

  2. Áp dụng kỹ thuật trồng rừng theo đường bình độ: Giảm độ dốc hiệu quả trên các sườn dốc lớn, hạn chế dòng chảy bề mặt và xói mòn rãnh. Thực hiện đồng bộ với các biện pháp bảo vệ đất khác trong vòng 2 năm, do các đơn vị kỹ thuật lâm nghiệp phối hợp với chính quyền địa phương triển khai.

  3. Phục hồi thảm mục và tăng độ che phủ thảm khô, thảm tươi: Bổ sung lớp thảm thực vật dưới tán rừng để tăng khả năng giữ đất, giảm vận chuyển đất bị phân tách. Khuyến khích người dân và các chủ rừng duy trì lớp thảm mục ổn định, thực hiện liên tục trong các mùa mưa.

  4. Xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo xói mòn: Sử dụng GIS và viễn thám để theo dõi biến động thảm thực vật và lượng xói mòn, từ đó đưa ra cảnh báo kịp thời và điều chỉnh các biện pháp quản lý. Thời gian triển khai ban đầu trong 1 năm, sau đó duy trì thường xuyên.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý tài nguyên rừng và môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách bảo vệ đất và phát triển rừng bền vững, đặc biệt tại các khu vực đồi núi có nguy cơ xói mòn cao.

  2. Các chuyên gia và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực lâm nghiệp và bảo vệ đất: Áp dụng phương pháp đánh giá lượng xói mòn tiềm năng và mô hình GIS trong nghiên cứu và giám sát tài nguyên đất rừng.

  3. Các tổ chức phát triển nông lâm kết hợp và bảo tồn thiên nhiên: Tham khảo các giải pháp kỹ thuật lâm sinh nhằm giảm thiểu xói mòn, phục hồi thảm thực vật và cải thiện chất lượng đất.

  4. Chính quyền địa phương và cộng đồng dân cư vùng đồi núi: Nắm bắt thông tin về tác động của xói mòn và các biện pháp phòng chống, từ đó phối hợp thực hiện các hoạt động bảo vệ đất và rừng hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

  1. Xói mòn đất tiềm năng là gì và tại sao cần đánh giá?
    Xói mòn đất tiềm năng là lượng đất có thể bị mất đi do tác động của nước mưa và dòng chảy bề mặt trong điều kiện hiện tại của thảm thực vật và địa hình. Đánh giá giúp xác định các khu vực nguy cơ cao để áp dụng biện pháp bảo vệ đất hiệu quả.

  2. Các yếu tố nào ảnh hưởng mạnh nhất đến xói mòn đất tại lưu vực Sơn Diệm?
    Độ dốc mặt đất và độ tàn che tầng cây cao là hai yếu tố quan trọng nhất, ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ xói mòn. Lượng mưa và đặc tính đất cũng đóng vai trò điều chỉnh.

  3. Phương pháp nào được sử dụng để tính lượng xói mòn tiềm năng trong nghiên cứu?
    Nghiên cứu sử dụng công thức của GS.TS Vương Văn Quỳnh kết hợp với công nghệ GIS và viễn thám để xây dựng bản đồ và tính toán lượng xói mòn theo từng trạng thái rừng và đất.

  4. Giải pháp nào hiệu quả nhất để giảm thiểu xói mòn đất?
    Tăng cường độ tàn che tầng cây cao thông qua trồng rừng và phục hồi rừng nghèo, áp dụng kỹ thuật trồng rừng theo đường bình độ và duy trì lớp thảm mục dưới tán rừng là các giải pháp hiệu quả.

  5. Làm thế nào để giám sát và cập nhật tình trạng xói mòn đất liên tục?
    Sử dụng hệ thống GIS và viễn thám để theo dõi biến động thảm thực vật và lượng xói mòn, kết hợp với điều tra ngoại nghiệp định kỳ để cập nhật dữ liệu và điều chỉnh các biện pháp quản lý.

Kết luận

  • Đã xác định được lượng xói mòn tiềm năng trung bình khoảng 0,9 mm/năm, tương đương 13 tấn/ha/năm tại lưu vực Sơn Diệm, với mức độ xói mòn cao nhất ở các trạng thái rừng nghèo và đất trống.
  • Độ dốc mặt đất và độ tàn che tầng cây cao là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến cường độ xói mòn.
  • Phương pháp kết hợp công thức định lượng và công nghệ GIS, viễn thám cho phép đánh giá chính xác và chi tiết lượng xói mòn theo không gian.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật lâm sinh nhằm tăng độ che phủ, phục hồi rừng nghèo và áp dụng kỹ thuật trồng rừng phù hợp để giảm thiểu xói mòn.
  • Khuyến nghị xây dựng hệ thống giám sát xói mòn liên tục và cập nhật dữ liệu để quản lý tài nguyên đất và rừng hiệu quả hơn trong tương lai.

Tiếp theo, cần triển khai thực hiện các giải pháp đề xuất, đồng thời mở rộng nghiên cứu theo dõi biến động xói mòn trong các năm tiếp theo nhằm đảm bảo phát triển bền vững tài nguyên rừng và đất lâm nghiệp tại lưu vực Sơn Diệm. Các nhà quản lý và chuyên gia được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn để nâng cao hiệu quả bảo vệ đất và phát triển rừng.