I. Tổng Quan Nghiên Cứu Xói Mòn Đất Thách Thức và Giải Pháp
Nghiên cứu xói mòn đất tại các vùng rừng phòng hộ đầu nguồn, đặc biệt là khu vực hồ chứa nước Cửa Đặt, đang trở nên cấp thiết. Việc đảm bảo an toàn lâu dài cho các công trình thủy lợi, thủy điện đòi hỏi giải quyết cả lý luận và thực tiễn. Tuy nhiên, các nghiên cứu chuyên sâu còn hạn chế, thiếu thông tin dự báo lượng đất xói mòn và tiêu chuẩn thảm thực vật hợp lý. Điều này dẫn đến việc đầu tư trồng rừng không hiệu quả, thậm chí kém hơn thảm thực vật bị thay thế. Nghiên cứu này nhằm đưa ra cơ sở khoa học cho quản lý và sử dụng rừng phòng hộ đầu nguồn, xác định lượng đất xói mòn trên sườn dốc, mối liên hệ với các nhân tố ảnh hưởng, từ đó đề xuất tiêu chuẩn thảm thực vật giảm xói mòn và giải pháp kỹ thuật lâm sinh.
1.1. Ảnh Hưởng Của Rừng Đến Xói Mòn Đất Mối Liên Hệ Thủy Văn
Ảnh hưởng của rừng đến xói mòn đất liên hệ mật thiết với ảnh hưởng đến số lượng nước. Các nghiên cứu thường tập trung vào ảnh hưởng của rừng đến lượng nước trên quy mô lâm phần. Lượng nước giữ bởi vật rơi rụng có tác dụng bổ sung nước cho đất và cung cấp cho thực vật. Vật rơi rụng còn có những lỗ hổng lớn, dễ dàng bốc hơi nước. Nghiên cứu của Black và Kelliher (1989) cho thấy lượng nước bốc hơi từ vật rơi rụng chiếm khoảng 3-21% tổng lượng nước bốc hơi trên mặt đất rừng.
1.2. Vai Trò Của Vật Rơi Rụng Cung Cấp Dinh Dưỡng và Giữ Nước
Sự hút giữ nước của vật rơi rụng có ý nghĩa quan trọng về mặt cung cấp chất dinh dưỡng cho thảm thực vật rừng. Nghiên cứu của Tietema và cộng sự (1992) cho thấy tốc độ nitrate hóa và tốc độ khoáng hóa của thảm mục phụ thuộc vào hàm lượng nước của nó. Vật rơi rụng có khả năng ngăn giữ nước tương đối lớn, nên có tác dụng bổ sung nước cho đất và cung cấp cho thực vật (Vu Chí Dân và Vương Lễ Tiên, 2001).
II. Giải Mã Quá Trình Thấm Nước Yếu Tố Quyết Định Xói Mòn Đất
Quá trình thấm nước của đất là một trong những vấn đề được nghiên cứu sâu rộng trong lĩnh vực thủy văn học. Từ lý luận phát sinh dòng chảy, sự thấm nước của đất là chỉ thị cho khả năng của tầng điều tiết quan trọng nhất trong tuần hoàn thủy văn rừng, sau khi nước mưa đã đi qua bầu không khí, lớp thảm thực vật và vật rơi rụng che phủ. Nước thấm xuống đất và nước tích giữ trong đất rừng có ý nghĩa rất quan trọng đối với cơ chế hình thành dòng chảy trên đất rừng. Có nhiều mô hình thấm nước của đất dựa vào việc đơn giản hóa quá trình vật lý và các mô hình kinh nghiệm.
2.1. Mô Hình Thấm Nước Của Đất Từ Green Ampt Đến Smith Parlange
Có nhiều mô hình thấm nước của đất dựa vào việc đơn giản hóa quá trình vật lý và các mô hình kinh nghiệm, trong đó bao gồm mô hình Green – Ampt (1911) , mô hình Horton (1933, 1945), mô hình Philip (1957, 1969) và mô hình cải tiên của nó là mô hình Smith R E – Parlange J Y, (1978). Kết quả nghiên cứu của Trần Huệ Tuyền (1994) cho thấy, đất rừng có độ hổng mao quản lớn, thì tốc độ thấm nước của đất rừng sẽ tăng lên.
2.2. Lượng Nước Giữ Trong Đất Chỉ Số Đánh Giá Tác Dụng Nuôi Dưỡng
Lượng nước giữ trong đất là một chỉ tiêu rất quan trọng để đánh giá tác dụng nuôi dưỡng nguồn nước của rừng. Ở Trung Quốc, các nhà khoa học thường dùng lượng nước bão hòa các lỗ hổng ngoài mao quản trong đất rừng để tính toán lượng nước thấm xuống đất. Theo kết quả nghiên cứu, mỗi hecta đất rừng có thể tích giữ được lượng nước 641 – 679 tấn/ha (Vu Chí Dân, Vương Lễ Tiên, 2001).
III. Phương Trình Dự Báo Xói Mòn Đất Ứng Dụng và Hạn Chế
Nhiều phương trình dự báo xói mòn đất được xây dựng dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm như phương trình của A. Ivanovski và Kornov (1937), phương trình Corchiacop A.N (1938), phương trình Wischmeier W. Sau đó phương trình được Wischmeier W.H hoàn chỉnh dần (Wischmeier W. Phương trình mất đất phổ dụng đã làm sáng tỏ vai trò của từng nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn. Nó còn có tác dụng định hướng 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 địa lý khác.
3.1. Phương Trình Mất Đất Phổ Dụng USLE Ưu Điểm và Nhược Điểm
Phương trình mất đất phổ dụng đã làm sáng tỏ vai trò của từng nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn. Nó còn có tác dụng định hướng 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 địa lý khác. Với sự trợ giúp của hệ thống thông tin địa lý (GIS), ngày nay người ta đã sử dụng rộng rãi phương trình Wischmeier W.D để xây dựng bản đồ xói mòn đất, phân vùng đất xói mòn để từ đó xác định các biện pháp phòng chống thích hợp cho từng loại đất và từng vùng.
3.2. GIS và Bản Đồ Xói Mòn Đất Công Cụ Hỗ Trợ Đắc Lực
Với sự trợ giúp của hệ thống thông tin địa lý (GIS), ngày nay người ta đã sử dụng rộng rãi phương trình Wischmeier W.D để xây dựng bản đồ xói mòn đất, phân vùng đất xói mòn để từ đó xác định các biện pháp phòng chống thích hợp cho từng loại đất và từng vùng. Đây là hướng đi mới rất có hiệu quả, cho kết quả nhanh, giảm được chi phí, nhưng đòi hỏi số liệu đầu vào phải chính xác.
IV. Thảm Thực Vật và Xói Mòn Tiêu Chí Chọn Cây Phòng Hộ Hiệu Quả
Kết quả nghiên cứu của G.Fiebiger (1993) xác nhận rằng, nguy cơ xói mòn đất dưới tầng cây gỗ có thể tăng lên do giọt mưa dưới tán có kích thước lớn hơn. Những loại cây có phiến lá to (như lá tếch – Tectona grandis) thường tạo ra các giọt nước ngưng đọng có kích thước lớn, nên khi rơi từ tán lá xuống sẽ có sức công phá bề mặt đất lớn hơn so với sức công phá của giọt mưa tự nhiên trên đất trống. Vì vây, một trong những tiêu chí chọn loài cây trồng rừng phòng hộ đầu nguồn ở vùng nhiệt đới là chọn cây có tán lá dày nhưng phiến lá phải nhỏ, càng nhỏ càng tốt.
4.1. Kích Thước Giọt Mưa Dưới Tán Cây Yếu Tố Ảnh Hưởng Xói Mòn
Kết quả nghiên cứu của G.Fiebiger (1993) xác nhận rằng, nguy cơ xói mòn đất dưới tầng cây gỗ có thể tăng lên do giọt mưa dưới tán có kích thước lớn hơn. Những loại cây có phiến lá to (như lá tếch – Tectona grandis) thường tạo ra các giọt nước ngưng đọng có kích thước lớn, nên khi rơi từ tán lá xuống sẽ có sức công phá bề mặt đất lớn hơn so với sức công phá của giọt mưa tự nhiên trên đất trống.
4.2. Cây Bụi Thảm Tươi và Vật Rơi Rụng Vai Trò Bảo Vệ Đất
Những nghiên cứu khác cho thấy rằng, cây bụi, thảm tươi và vật rơi rụng có vai trò rất lớn trong việc hạn chế xói mòn đất. Nếu chúng bị phá trụi hoặc bị lấy đi khỏi đất rừng thì tầng cây gỗ phía trên sẽ không có tác dụng giảm thiểu xói mòn trên sườn dốc. FAO (1994a, 1994b) đã tổng kết nhiều tài liệu nghiên cứu xói mòn đất dưới các loại rừng và kiểu sử dụng đất khác nhau và đã chỉ ra rằng, quá trình tích lũy lượng sinh vật là cơ chế sinh vật học chủ yếu để khống chế xói mòn.
