Nghiên Cứu Xác Định Mô Hình Định Lượng Xói Mòn Đất Cho Hệ Thống Canh Tác Nông Nghiệp Trên Đất Dốc

Luận án tiến sĩ nghiên cứu mô hình định lượng xói mòn đất phù hợp cho hệ thống canh tác nông nghiệp trên đất dốc, ứng dụng hiệu quả.

• Tác giả: Trần Minh Chính
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Trọng Hà
• Trường học: Viện Khoa Học Thủy Lợi Việt Nam
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Tài Nguyên Nước
• Đề tài: Nghiên Cứu Xác Định Mô Hình Định Lượng Xói Mòn Đất Thích Hợp Cho Hệ Thống Canh Tác Nông Nghiệp Điển Hình Trên Đất Dốc
• Loại tài liệu: luận án tiến sỹ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Xói mòn đất và các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất
• 1.2. Xói mòn là tác nhân hạn chế sản xuất nông nghiệp bền vững trên đất dốc
• 1.3. Nghiên cứu xói mòn trên thế giới
• 1.4. Nghiên cứu xói mòn ở Việt Nam
• 1.5. Các phương pháp nghiên cứu định lượng xói mòn đất
• 1.6. Kết luận Chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. Cơ sở lý thuyết của các vấn đề nghiên cứu
• 2.3. Cách tiếp cận nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Hiệu chỉnh hệ số xói mòn do cây trồng (C)
• 3.2. Kiểm định hệ số xói mòn do cây trồng hiệu chỉnh (Ch) và đề xuất áp dụng
• 3.3. Kết luận Chương 3
• KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
• PHỤ LỤC TÍNH TOÁN
• Phụ lục 1: Tổng hợp các các nghiên cứu xói mòn sử dụng mô hình phương trình mất đất phổ dụng
• Phụ lục 2: Vị trí khu vực thí nghiệm và bố trí các ô quan trắc tại Bản Bát, Tân Minh, Đà Bắc, Hòa Bình
• Phụ lục 3: Vị trí khu vực thí nghiệm và bố trí các ô quan trắc tại TX Vĩnh Yên, Vĩnh Phúc
• Phụ lục 4: Vị trí khu vực thí nghiệm và bố trí các ô quan trắc tại Hòa Sơn, Lương Sơn, Hòa Bình
• Phụ lục 5: Vị trí khu vực thí nghiệm và bố trí các ô quan trắc tại Thụy An, Bà Vì, Hà Nội
• Phụ lục 6: Một số hình ảnh trong thời gian thực hiện luận án
• Phụ lục 7: Các thông số đo tại các ô quan trắc thực địa
• Phụ lục 8: Kết quả tính toán các thông số đầu vào và lượng đất mất theo mô hình MMF

Tóm tắt

I. Mô hình định lượng xói mòn đất

Mô hình định lượng xói mòn đất là công cụ quan trọng trong nghiên cứu và quản lý đất dốc. Các mô hình như USLE, RUSLE, và MMF được sử dụng rộng rãi để dự báo lượng đất bị xói mòn. USLE (Phương trình mất đất phổ dụng) là mô hình phổ biến nhất, dựa trên các yếu tố như lượng mưa, địa hình, thảm thực vật, và kỹ thuật canh tác. MMF (Mô hình của Morgan) tập trung vào quá trình tách và vận chuyển đất, phù hợp với điều kiện đất dốc. Việc hiệu chỉnh các mô hình này cho phù hợp với điều kiện địa phương là cần thiết để đảm bảo độ chính xác trong dự báo.

1.1. Phương trình mất đất phổ dụng USLE

Phương trình mất đất phổ dụng (USLE) là mô hình được phát triển từ năm 1965, dựa trên các yếu tố: lượng mưa (R), độ dốc (LS), loại đất (K), thảm thực vật (C), và kỹ thuật canh tác (P). Mô hình này được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu xói mòn đất trên toàn thế giới. Tuy nhiên, USLE có hạn chế khi áp dụng cho các vùng có điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng khác biệt, đặc biệt là vùng nhiệt đới. Do đó, việc hiệu chỉnh các hệ số, đặc biệt là hệ số thảm thực vật (C), là cần thiết để tăng độ chính xác của mô hình.

1.2. Mô hình của Morgan MMF

Mô hình của Morgan (MMF) tập trung vào quá trình tách và vận chuyển đất, phù hợp với điều kiện đất dốc. Mô hình này sử dụng các thông số như lượng mưa, độ dốc, và thảm thực vật để dự báo lượng đất bị xói mòn. MMF được đánh giá cao về khả năng mô phỏng quá trình xói mòn trong điều kiện đất dốc, đặc biệt là ở các vùng có độ che phủ thực vật thay đổi theo mùa. Tuy nhiên, việc áp dụng MMF đòi hỏi dữ liệu đầu vào chi tiết và chính xác.

II. Canh tác nông nghiệp trên đất dốc

Canh tác nông nghiệp trên đất dốc đối mặt với nhiều thách thức do xói mòn đất. Các hệ thống canh tác như đơn canh, xen canh, và luân canh được áp dụng để giảm thiểu xói mòn. Kỹ thuật canh tác như trồng theo đường đồng mức, sử dụng lớp phủ thực vật, và tăng cường phân bón hữu cơ có hiệu quả trong việc bảo vệ đất. Tuy nhiên, việc áp dụng các kỹ thuật này đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về đặc điểm địa hình và thổ nhưỡng của khu vực.

2.1. Hệ thống canh tác đơn canh và xen canh

Hệ thống canh tác đơn canh thường dẫn đến xói mòn đất cao do thiếu lớp phủ thực vật đa dạng. Ngược lại, hệ thống xen canh giúp tăng độ che phủ đất, giảm thiểu tác động của mưa và dòng chảy bề mặt. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, xen canh các loại cây trồng như lúa, ngô, và đậu có hiệu quả trong việc giảm xói mòn đất. Tuy nhiên, việc áp dụng hệ thống xen canh đòi hỏi quy hoạch và quản lý chặt chẽ để đảm bảo hiệu quả kinh tế và môi trường.

2.2. Kỹ thuật canh tác bền vững

Kỹ thuật canh tác bền vững như trồng theo đường đồng mức, sử dụng lớp phủ thực vật, và tăng cường phân bón hữu cơ có hiệu quả trong việc bảo vệ đất. Các kỹ thuật này giúp giảm thiểu tác động của mưa và dòng chảy bề mặt, đồng thời cải thiện độ phì nhiêu của đất. Tuy nhiên, việc áp dụng các kỹ thuật này đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về đặc điểm địa hình và thổ nhưỡng của khu vực, cũng như sự hỗ trợ từ chính sách và công nghệ.

III. Quản lý đất đai và bảo vệ môi trường

Quản lý đất đai và bảo vệ môi trường là yếu tố then chốt trong việc giảm thiểu xói mòn đất. Các biện pháp như quy hoạch sử dụng đất, xây dựng công trình chống xói mòn, và áp dụng kỹ thuật canh tác bền vững có hiệu quả trong việc bảo vệ đất. Nông nghiệp bền vững đòi hỏi sự kết hợp giữa quản lý đất đai và bảo vệ môi trường để đảm bảo sản xuất lâu dài và ổn định.

3.1. Quy hoạch sử dụng đất

Quy hoạch sử dụng đất là biện pháp quan trọng trong việc giảm thiểu xói mòn đất. Việc phân vùng sử dụng đất dựa trên đặc điểm địa hình và thổ nhưỡng giúp tối ưu hóa hiệu quả sản xuất và bảo vệ đất. Các khu vực có độ dốc cao nên được quy hoạch cho mục đích lâm nghiệp hoặc trồng cây lâu năm, trong khi các khu vực có độ dốc thấp có thể sử dụng cho canh tác nông nghiệp. Quy hoạch sử dụng đất cần được thực hiện dựa trên nghiên cứu và đánh giá chi tiết.

3.2. Công trình chống xói mòn

Công trình chống xói mòn như đập chắn, bờ bao, và hệ thống thoát nước có hiệu quả trong việc giảm thiểu xói mòn đất. Các công trình này giúp kiểm soát dòng chảy bề mặt, giảm thiểu tác động của mưa và dòng chảy lên đất. Tuy nhiên, việc xây dựng và duy trì các công trình này đòi hỏi chi phí lớn và sự quản lý chặt chẽ. Các công trình chống xói mòn cần được thiết kế và xây dựng dựa trên đặc điểm địa hình và thổ nhưỡng của khu vực.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Xói mòn đất trên các hệ thống canh tác nông nghiệp vùng đồi núi là một trong những hiểm họa sinh thái và kỹ thuật nghiêm trọng nhất đe dọa sự phát triển nông nghiệp bền vững toàn cầu. Tại Việt Nam, địa hình đồi núi chiếm tới 3/4 diện tích tự nhiên, trong đó đất có độ dốc từ 15° đến 25° chiếm trên 16%, và độ dốc trên 25° chiếm hơn 61%. Thói quen canh tác hỏa canh truyền thống kết hợp với độ dốc cao và lượng mưa nhiệt đới tập trung đã thúc đẩy tốc độ rửa trôi và thoái hóa đất diễn ra khốc liệt. Luận án tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước (mã số: 9 58 02 12) của nghiên cứu sinh Trần Minh Chính, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Nguyễn Trọng Hà tại Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam (năm 2021), mang tiêu đề "Nghiên cứu xác định mô hình định lượng xói mòn đất thích hợp cho hệ thống canh tác nông nghiệp điển hình trên đất dốc", đã giải quyết trực diện bài toán cấp thiết này.

Khoảng trống nghiên cứu (research gap) trọng tâm nằm ở chỗ: các mô hình định lượng mất đất kinh điển của thế giới như Phương trình mất đất phổ dụng (USLE/RUSLE) của Wischmeier và Smith (1978) hay mô hình Morgan–Morgan–Finney (MMF) nguyên bản được thiết lập dựa trên điều kiện khí hậu ôn đới và các ô đất nông nghiệp chuẩn tại Hoa Kỳ hoặc châu Âu. Khi áp dụng nguyên bản vào điều kiện nhiệt đới gió mùa tại Việt Nam, các mô hình này bộc lộ sai số lớn, đặc biệt là hệ số xói mòn do cây trồng ($C$), do đặc thù phân bố lượng mưa biến động cực đoan theo tháng và các phương thức canh tác xen canh, luân canh phức tạp (Mulengera và nnk, 1999; Chu Đức, 1991).

Nghiên cứu tập trung giải quyết ba câu hỏi nghiên cứu và giả thuyết khoa học chính:

1. Câu hỏi 1 (Q1): Những nhân tố thủy văn, thổ nhưỡng và canh tác nào chi phối chủ đạo đến cơ chế tách và vận chuyển hạt đất trên sườn dốc miền núi phía Bắc? Giả thuyết 1 (H1): Xói mòn đất nhiệt đới chịu sự đồng chi phối phi tuyến tính giữa động năng hạt mưa và thảm phủ thực vật biến thiên theo chu kỳ sinh trưởng.
2. Câu hỏi 2 (Q2): Làm thế nào để lượng hóa chính xác hệ số che phủ cây trồng ($C$) phản ánh đúng động thái phát triển tán cây, thời đoạn mưa tập trung và các biện pháp kỹ thuật làm đất đặc thù? Giả thuyết 2 (H2): Hệ số cây trồng hiệu chỉnh ($C_h$) tích hợp hệ số kỹ thuật làm đất ($D$) và trọng số mưa tháng sẽ cải thiện vượt bậc độ chính xác của mô hình USLE.
3. Câu hỏi 3 (Q3): Giữa mô hình bán thực nghiệm USLE hiệu chỉnh và mô hình vật lý phân phối MMF, mô hình nào mô phỏng lượng mất đất chính xác hơn cho các hệ thống canh tác nông nghiệp vùng đồi núi phía Bắc? Giả thuyết 3 (H3): Mô hình USLE với hệ số $C_h$ và mô hình MMF sau khi hiệu chỉnh đều có khả năng tiệm cận số liệu thực nghiệm, nhưng USLE hiệu chỉnh tối ưu hơn về mặt ứng dụng thực tiễn kỹ thuật tài nguyên nước.

Khung lý thuyết của luận án tích hợp chặt chẽ giữa lý thuyết xói mòn đa pha của Ellison (1947), lý thuyết phương trình mất đất thực nghiệm USLE (Wischmeier & Smith, 1978), và lý thuyết cân bằng pha phân tán - vận chuyển MMF (Morgan et al., 2008). Phạm vi nghiên cứu bao quát các điểm quan trắc thực nghiệm điển hình tại vùng trung du và miền núi phía Bắc bao gồm Bản Bát - Tân Minh (Đà Bắc, Hòa Bình), Cò Nòi (Mai Sơn, Sơn La), Hòa Sơn (Lương Sơn, Hòa Bình), Thụy An (Ba Vì, Hà Nội), và Vĩnh Yên (Vĩnh Phúc), thu thập dữ liệu thủy văn - thổ nhưỡng liên tục qua nhiều mùa vụ canh tác (ngô, sắn, lúa nương, lạc, đậu đỗ). Nghiên cứu mang lại ý nghĩa đột phá trong việc xây dựng công cụ định lượng khoa học phục vụ quy hoạch sử dụng đất bền vững và kiểm soát bồi lắng công trình thủy lợi.

Literature Review và Positioning

Lịch sử nghiên cứu xói mòn đất trên thế giới đã trải qua quá trình tiến hóa từ định tính sang bán thực nghiệm và mô hình hóa toán lý. Khởi đầu từ các thí nghiệm của Miller (1917, 1923) và Bennett (1933, 1993) tại Hoa Kỳ, bản chất xói mòn đất do mưa đã được Ellison (1947) làm sáng tỏ thông qua ba pha động học: tách hạt đất do xung lực giọt mưa rơi, di chuyển hạt đất bởi dòng chảy mặt, và lắng đọng bồi tích. Fournier (1960) đã phát triển phương trình hồi quy tương quan lượng phù sa sông ngòi với chỉ số xâm thực mưa $p^2/P$. Sau đó, Wischmeier và Smith (1978) đã đúc kết phương trình USLE kinh điển dựa trên 6 tham số ($R, K, L, S, C, P$). Song song đó, trường phái mô hình dựa trên quá trình vật lý phát triển mạnh với mô hình MMF của Morgan, Morgan và Finney (1984, 2008), mô hình Stanford (Gregory et al., 1973), mô hình EPIC, EUROSEM và PESERA tại châu Âu (Bahrawi et al., 2016).

Tuy nhiên, các cuộc tranh luận học thuật sâu sắc đã nổ ra xoay quanh tính khả dụng của USLE và việc áp dụng hệ số cây trồng $C$. Trường phái thứ nhất (Wischmeier & Smith, 1978; Hội Khoa học Đất Quốc tế - ISSS, 1995) duy trì các bảng tra hệ số $C$ tĩnh dựa trên độ che phủ tán đơn thuần. Ngược lại, trường phái thứ hai (Mulengera et al., 1999; Stone & Hilborn, 2000; Panagos et al., 2015; Morgan, 2005) khẳng định hệ số $C$ là một hàm biến thiên động theo không gian, thời gian và phụ thuộc mật thiết vào kỹ thuật làm đất, tàn dư hữu cơ và năng suất cây trồng. Tại khu vực Đông Nam Á, David (1988) tại Philippines đã chứng minh rằng hệ số $C$ cho cùng một loại cây trồng (như ngô, lạc) có sự dao động rất lớn từ 0,02 đến 0,90 tùy thuộc vào kỹ thuật làm đất và che phủ tàn dư, khác biệt hoàn toàn với giá trị đo đạc tại châu Âu của Panagos et al. (2015).

Tại Việt Nam, nghiên cứu xói mòn chuyển biến mạnh mẽ qua ba giai đoạn lịch sử (Nguyễn Quang Mỹ, 2005). Giai đoạn sau năm 1975 ghi nhận các công trình đột phá của Nguyễn Trọng Hà (1996) khi xây dựng thành công hàm hồi quy chỉ số xói mòn mưa $R = 0,548257 \cdot P - 59,5$ (với sai số dưới 5% so với công thức Roose vùng nhiệt đới) và bộ tham số $K$ cho 20 loại đất đồi núi Việt Nam. Chu Đức (1991) đã chỉ ra những sai lệch hệ thống khi đưa số liệu Việt Nam vào USLE nguyên bản do sự bất tương thích về điều kiện địa lý. Dự án quốc tế EU–BORASSUS (2008) tại Việt Nam và Thái Lan (Đặng Quang Phán et al., 2008; Đào Châu Thu, 2008) hay nghiên cứu hợp tác của Viện Thổ nhưỡng Nông hóa (SFRI) với Viện Nghiên cứu Phát triển Pháp (IRD/iEES Paris) tại lưu vực Đồng Cao (Rochelle et al., 2014) đã chứng minh vai trò ngăn chặn xói mòn của thảm che phủ ngô và thảm cỏ Bracharia ruziziensis (làm giảm lượng đất mất từ 1.305 g/m²/năm ở đất sắn xuống còn 30 g/m²/năm).

Định vị của luận án nằm tại điểm giao thoa giữa việc khắc phục nhược điểm tĩnh của mô hình USLE và sự phức tạp về thông số của mô hình MMF trong điều kiện nhiệt đới gió mùa. Luận án đã giải quyết thành công khoảng trống học thuật bằng cách đưa ra thuật toán hiệu chỉnh động hệ số $C$ thành $C_h$ dựa trên cấu trúc phân bố mưa tháng thực tế và hệ số kỹ thuật canh tác $D$, tạo nên bước tiến vượt bậc so với các nghiên cứu viễn thám tĩnh NDVI (như Durigon et al., 2014; Zhang et al., 2011) vốn không phản ánh được kỹ thuật làm đất và biến động nhanh của cây ngắn ngày.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án đã mở rộng và tái cấu trúc lý thuyết phương trình mất đất phổ dụng của Wischmeier và Smith (1978) trong bối cảnh nông nghiệp nhiệt đới gió mùa. Đóng góp lý thuyết cốt lõi là việc chứng minh sự phụ thuộc có điều kiện của hệ số xói mòn cây trồng ($C$) vào ma trận ba thành phần: tỷ lệ che phủ tán cây theo từng pha sinh trưởng, phân bố tỷ trọng năng lượng mưa theo chu kỳ tháng trong năm, và hệ số kháng xói của các biện pháp kỹ thuật tác động vào đất ($D$).

Nghiên cứu thiết lập mệnh đề lý thuyết mới: Hệ số cây trồng thực tế ($C_h$) không phải là một hằng số cố định cho mỗi loại cây như các bảng tra kinh điển của ISSS (1995), mà là tích hợp tích phân của mức độ che phủ từng tháng với chỉ số xâm thực mưa tương ứng, được điều chỉnh bởi hệ số kỹ thuật canh tác $D$: $$C_h = f(C_i, R_i, D)$$ Trong đó, $C_i$ là hệ số che phủ ở tháng thứ $i$, $R_i$ là tỷ trọng chỉ số xói mòn mưa tháng $i$, và $D$ là hệ số kỹ thuật canh tác phản ánh phương thức cày xới, che phủ tàn dư hoặc tạo rãnh luống. Luận án đã thách thức quan điểm áp dụng cơ học bảng tra USLE tại vùng nhiệt đới, tạo ra sự dịch chuyển nhận thức luận (paradigm shift) từ đánh giá xói mòn "tĩnh - đồng nhất" sang mô hình hóa "động - phân kỳ theo mùa".

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án tích hợp đồng thời ba nền tảng lý thuyết:

1. Lý thuyết cơ học phân tán và vận chuyển đất của Ellison (1947): Phân tách xói mòn thành lượng đất bắn toé do mưa ($J$) và lượng bùn cát vận chuyển bởi dòng chảy mặt ($G$).
2. Lý thuyết thực nghiệm tham số USLE (Wischmeier & Smith, 1978): Khung liên kết 6 nhân tố đa chiều.
3. Lý thuyết cân bằng pha MMF (Morgan–Morgan–Finney, 2008): Cơ chế tiếp cận dựa trên lượng nước sẵn có để tạo dòng chảy và năng lượng dòng chảy.

Khung tiếp cận độc đáo này kết hợp phương pháp mô hình hóa lý thuyết với kiểm định thực nghiệm hiện trường trên các ô tiêu chuẩn. Điều kiện biên của khung phân tích được xác định rõ: áp dụng cho đất dốc nông nghiệp từ 3° đến trên 25° tại vùng đồi núi có lượng mưa bình quân năm lớn hơn 1.200 mm, tập trung chủ yếu cho các hệ thống cây trồng hàng năm đơn canh, luân canh và xen canh đặc thù.

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Luận án tuân thủ thế giới quan thực chứng (positivism) kết hợp chặt chẽ giữa phân tích toán học mô hình và đo đạc thực nghiệm ngoại cảnh nguyên trạng. Thiết kế nghiên cứu áp dụng phương pháp phức hợp đa cấp độ (multi-level experimental design):

• Cấp độ 1 (Cơ sở chuẩn hóa): Khảo sát các thông số nền về lượng mưa, tính chất cơ lý hóa của đất (thành phần cơ giới, dung trọng, hàm lượng mùn OM%) và trắc lượng địa hình (chiều dài sườn $L$, độ dốc $S$).
• Cấp độ 2 (Cấp độ ô vi mô - Micro-plots): Thiết lập mạng lưới các ô thí nghiệm quan trắc dòng chảy và xói mòn theo kích thước chuẩn Wischmeier ($22,13 \text{ m} \times 1,83 \text{ m} = 40,5 \text{ m}^2$) và các ô cải tiến phù hợp địa hình thực tế tại 5 điểm nghiên cứu trọng điểm: Đà Bắc, Lương Sơn (Hòa Bình), Vĩnh Yên (Vĩnh Phúc), Ba Vì (Hà Nội), Mai Sơn (Sơn La).
• Cấp độ 3 (Cấp độ hệ thống canh tác): Đánh giá ma trận các công thức luân canh, xen canh điển hình (ngô thuần, sắn thuần, ngô xen đậu tương, ngô xen lạc, lúa nương luân canh).

Quy trình nghiên cứu rigorous

Quy trình thu thập và xử lý số liệu được chuẩn hóa nghiêm ngặt:

• Xác định hệ số xói mòn do mưa ($R$): Sử dụng chuỗi số liệu mưa đo mưa tự ghi và lượng mưa năm qua công thức thực nghiệm chuẩn hóa cho miền Bắc Việt Nam: $R = 0,548257 \cdot P - 59,5$ (Nguyễn Trọng Hà, 1996). Đồng thời tính toán tỷ lệ năng lượng mưa tập trung theo từng tháng $i$ trong năm ($R_i$).
• Xác định tính xói mòn của đất ($K$): Phân tích thành phần cơ giới 3 cấp hạt (cát, limon, sét), hàm lượng chất hữu cơ theo phương pháp Walkley-Black, độ thấm nước tại hiện trường, và đối chiếu qua toán đồ Wischmeier & Smith (1978) kết hợp công thức ISSS (1995): $100K = 2,241 \cdot [10^{-4} \cdot M^{1.14} \cdot (12 - a) + 3,25 \cdot (b - 2) + 2,5 \cdot (c - 3)]$.
• Xác định hệ số địa hình ($LS$): Tính toán dựa trên chiều dài dốc thực tế ($x$) và góc dốc ($S$) theo phương trình thực nghiệm: $$LS = \left(\frac{x}{22,13}\right)^m \cdot (0,065 + 0,045S + 0,0065S^2)$$ với số mũ $m$ được chuẩn hóa theo cấp độ dốc.
• Thiết lập hệ số cây trồng hiệu chỉnh ($C_h$): Theo dõi định kỳ 10–15 ngày/lần về sự biến thiên độ che phủ tán lá của từng loại cây trồng suốt mùa vụ, kết hợp khoảng cách hàng và mật độ gieo trồng trong các mô hình xen canh. Tích hợp hệ số kỹ thuật canh tác $D$ theo các thang giá trị: cày lật ($D = 0,9 - 1,0$), cày tạo luống ($D = 0,35$), làm đất tối thiểu ($D = 0,25$), phủ bổi hữu cơ ($D = 0,25 - 0,60$).
• Tam giác đạc (Triangulation): Dữ liệu mất đất được kiểm chứng chéo giữa thùng thu gom bùn cát đáy - máng chia dòng tại ô quan trắc hiện trường, tính toán lý thuyết từ mô hình USLE thông thường, USLE hiệu chỉnh ($C_h$), và phân rã hai pha của mô hình MMF.

Data và phân tích

Dữ liệu thực nghiệm được xử lý bằng các thuật toán thống kê hồi quy, phân tích phương sai sai số, kiểm định tương quan Pearson và các chỉ số thống kê đo độ phù hợp mô hình (Nash-Sutcliffe Efficiency - NSE, sai số tương đối $RE%$, sai số bình phương trung bình chân phương RMSE). Việc tính toán các thông số đầu vào và chạy mô phỏng được thực hiện trên nền tảng phần mềm chuyên dụng và bảng tính tối ưu hóa thông số.

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

Nghiên cứu mang lại 5 phát hiện khoa học và thực nghiệm đột phá:

1. Sự chênh lệch nghiêm trọng của hệ số $C$ kinh điển: Áp dụng bảng tra hệ số $C$ của Hội Khoa học Đất Quốc tế (ISSS) và USLE chuẩn làm sai lệch lượng đất mất từ 35% đến hơn 65% so với số liệu thực đo tại các ô thí nghiệm miền núi phía Bắc. Nguyên nhân là do hệ số $C$ cũ bỏ qua sự bất đối xứng giữa thời điểm thảm phủ đạt đỉnh và thời điểm lượng mưa tập trung cao nhất (tháng 6–8).
2. Xác lập thành công bảng chỉ số $C_h$ cho các hệ canh tác điển hình: Luận án lượng hóa chính xác hệ số cây trồng hiệu chỉnh $C_h$ cho vùng nghiên cứu:
   • Mô hình ngô thuần canh: $C_h = 0,28 - 0,38$ (so với $C_{ISSS} = 0,40 - 0,60$).
   • Mô hình sắn thuần canh: $C_h = 0,42 - 0,55$.
   • Mô hình ngô xen lạc / đậu đỗ: $C_h = 0,08 - 0,16$ (giảm xói mòn hơn 60% so với trồng thuần).
   • Mô hình lúa nương có dải băng chắn hữu cơ: $C_h = 0,05 - 0,09$.
3. Đặc tính phân tách và vận chuyển trong mô hình MMF: Kết quả tính toán mô hình MMF chỉ ra rằng trên sườn đất dốc nhiệt đới có lượng mưa lớn, lượng đất tách ra do mưa ($J$) thường lớn hơn rất nhiều so với khả năng vận chuyển của dòng chảy mặt ($G$) trong các tháng đầu vụ khi đất mới cày xới ($J > G$), nhưng chuyển sang trạng thái hạn chế vận chuyển ($G < J$) khi cây trồng khép tán hoàn toàn. Lượng đất mất thực tế bị khống chế bởi $\min(J, G)$.
4. Hiệu lực vượt trội của kỹ thuật phi công trình: Phủ tàn dư thực vật và trồng xen cây họ đậu giúp giảm hệ số kỹ thuật canh tác $D$ xuống mức $0,25 - 0,35$, hạn chế trực tiếp động năng phân tán hạt đất của mưa nhiệt đới tới 75%.
5. So sánh độ chính xác mô hình: Mô hình USLE với hệ số hiệu chỉnh $C_h$ cho hệ số tương quan $R^2 > 0,88$ và $NSE > 0,82$ so với giá trị thực đo, tương đương với độ chính xác của mô hình toán lý MMF ($R^2 > 0,85$), nhưng đòi hỏi số lượng tham số đầu vào ít phức tạp hơn nhiều.

Implications đa chiều

• Về mặt lý thuyết: Bổ sung cơ sở luận cho ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước và Thổ nhưỡng học về động thái xói mòn đa biến số ở vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa.
• Về mặt phương pháp luận: Cung cấp quy trình chuẩn hóa 4 bước để hiệu chỉnh hệ số $C$ cho bất kỳ vùng sinh thái nông nghiệp đồi núi nào, kết hợp dữ liệu khí tượng thông thường và quan trắc thảm phủ.
• Về ứng dụng thực tiễn: Cung cấp công cụ tính toán lượng đất mất nhanh chóng cho các kỹ sư thủy lợi, nông nghiệp để lựa chọn cơ cấu cây trồng (ngô xen lạc, băng cỏ chống xói) tối ưu trên từng cấp độ dốc.
• Về chính sách: Là luận cứ khoa học định lượng để các cơ quan quản lý nông nghiệp (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn) xây dựng quy chuẩn canh tác trên đất dốc > 15°, quy hoạch vùng đệm bảo vệ hồ chứa thủy lợi, thủy điện chống bồi lắng lòng hồ.

Limitations và Future Research

Mặc dù đạt được những đóng góp đột phá, luận án cũng ghi nhận một số giới hạn khoa học nhất định:

• Giới hạn quy mô không gian: Các thực nghiệm chủ yếu thực hiện ở quy mô ô tiêu chuẩn (micro-plots) và sườn dốc đơn nhất, chưa bao quát hoàn toàn các quá trình xói mòn rãnh lớn (gully erosion) và trượt lở khối lớn trên quy mô toàn lưu vực sông.
• Giới hạn chuỗi dữ liệu thời gian: Dữ liệu quan trắc tập trung trong các năm thực hiện đề tài (chuỗi quan trắc 3–5 năm), cần tiếp tục theo dõi dài hạn để đánh giá ảnh hưởng của các chu kỳ biến đổi khí hậu cực đoan (như hiện tượng El Niño/La Niña).
• Giới hạn về loại cây trồng: Nghiên cứu mới tập trung vào các hệ thống cây hàng năm (ngô, sắn, lúa nương, đậu đỗ), chưa mở rộng chi tiết cho các hệ sinh thái nông lâm kết hợp cây ăn quả lâu năm hoặc cây công nghiệp dài ngày.

Chương trình nghiên cứu tương lai (Future research agenda):

1. Mở rộng tích hợp mô hình USLE hiệu chỉnh ($C_h$) với hệ thống thông tin địa lý (GIS) và dữ liệu viễn thám đa phổ thời gian thực (Sentinel-2, PlanetScope) để xây dựng bản đồ xói mòn động độ phân giải cao.
2. Phát triển liên kết mô hình xói mòn sườn dốc với mô hình thủy lực bồi lắng bùn cát trong lòng hồ chứa thủy lợi, thủy điện.
3. Ứng dụng các thuật toán máy học (Machine Learning, Random Forest, ANN) để dự báo nhanh lượng đất mất dựa trên các kịch bản biến đổi khí hậu toàn cầu.

Tác động và ảnh hưởng

Luận án mang lại giá trị tác động sâu rộng trên nhiều bình diện:

• Học thuật: Mở ra hướng tiếp cận chuẩn hóa trong việc bản địa hóa các mô hình xói mòn quốc tế cho vùng Đông Nam Á, tạo nguồn tài liệu tham khảo cốt lõi cho các nghiên cứu sinh chuyên ngành Tài nguyên nước, Thổ nhưỡng và Môi trường.
• Ngành nông nghiệp và thủy lợi: Cung cấp phương pháp định lượng giúp giảm thiểu lượng bùn cát bồi lắng công trình thủy lợi, kéo dài tuổi thọ khai thác của hàng trăm hồ chứa vừa và nhỏ tại vùng miền núi phía Bắc.
• Xã hội và môi trường: Góp phần bảo vệ lớp đất mặt màu mỡ dày 20 cm vốn cần tới 300–400 năm để hình thành tự nhiên, giảm thiểu thiệt hại mất dinh dưỡng đa lượng (tương đương hàng trăm tỷ đồng phân bón hóa học mỗi năm), ổn định sinh kế cho đồng bào dân tộc thiểu số canh tác trên đất dốc.

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và học giả: Tiếp cận phương pháp luận hiệu chỉnh tham số mô hình bán thực nghiệm và toán lý với độ tin cậy khoa học cao.
• Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách (Bộ NN&PTNT, Sở TN&MT): Sử dụng các công thức tính toán và bảng tra $C_h, D$ để ban hành các quy định hướng dẫn canh tác bền vững trên đất dốc và chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng/đất.
• Kỹ sư quy hoạch thủy lợi và nông nghiệp: Áp dụng trực tiếp công thức dự báo lượng bồi lắng để thiết kế dung tích chết hồ chứa và các công trình phân lũ, tiêu thoát nước sườn đồi.
• Cộng đồng nông dân vùng cao: Hưởng lợi từ các mô hình canh tác xen canh cải tiến (ngô xen đậu, phủ bổi) giúp giữ đất, tăng năng suất cây trồng thêm 15–20% và duy trì độ phì nhiêu lâu dài.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì và đã mở rộng lý thuyết nào?

Đóng góp độc đáo nhất là việc phát triển công thức xác định hệ số xói mòn do cây trồng hiệu chỉnh ($C_h$), mở rộng trực tiếp Phương trình mất đất phổ dụng USLE của Wischmeier và Smith (1978). Thay vì sử dụng giá trị $C$ cố định theo bảng tra tĩnh truyền thống, luận án đã thiết lập quan hệ hàm động tích hợp giữa độ che phủ tán lá theo chu kỳ sinh trưởng tháng, tỷ trọng lượng mưa tháng ($R_i$) và hệ số tác động cơ giới của kỹ thuật làm đất ($D$).

2. Điểm cải tiến phương pháp luận so với các nghiên cứu trước đây là gì?

So với các nghiên cứu trước đây (như Chu Đức, 1991 - áp dụng USLE nguyên bản gặp sai số lớn; hay David, 1988 - chỉ đưa ra khung định tính cho Philippines), luận án đã thiết lập một hệ thống quan trắc thực địa đối chứng nghiêm ngặt tại 5 điểm sinh thái khác nhau ở miền núi phía Bắc. Nghiên cứu thực hiện đối soát đồng thời giữa USLE truyền thống, USLE hiệu chỉnh ($C_h$), mô hình toán lý MMF (Morgan et al., 2008) và số liệu thực đo tại hiện trường, tạo nên quy trình kiểm định tham số toàn diện và chuẩn xác.

3. Phát hiện thực nghiệm nào bất ngờ nhất có số liệu minh chứng?

Phát hiện bất ngờ nhất là trong điều kiện canh tác sắn thuần trên đất dốc phù sa cổ hoặc feralit, nếu không có biện pháp bảo vệ, lượng xói mòn đất có thể lên tới 147 tấn/ha/năm (tương đương với mức mất đất gấp gần 150 lần so với rừng tự nhiên phủ kín chỉ mất 1 tấn/ha/năm theo dẫn liệu thực nghiệm Lâm trường Cầu Hai). Tuy nhiên, khi chuyển đổi sang mô hình xen canh ngô - đậu tương hoặc phủ thảm hữu cơ tàn dư thực vật, lượng đất mất giảm mạnh hơn 70%, đưa lượng xói mòn về ngưỡng tiệm cận mức cho phép sinh thái (dưới 10–12 tấn/ha/năm).

4. Luận án có cung cấp quy trình tái lập (Replication Protocol) hay không?

Luận án cung cấp đầy đủ và chi tiết toàn bộ quy trình tái lập bao gồm: quy cách thiết kế ô thí nghiệm $22,13 \text{ m} \times 1,83 \text{ m}$, phương pháp đo độ che phủ thực vật bằng thước lưới định lượng, công thức giải tích xác định $R$, $K$, $LS$, $C_h$, $P$ và bảng hệ số kỹ thuật làm đất $D$ phân loại chi tiết cho từng loại hình canh tác trên đất dốc.

5. Khung chương trình nghiên cứu 10 năm tiếp theo được định hình như thế nào?

Khung chương trình 10 năm tập trung vào 3 hướng chính: (1) Tự động hóa bản đồ xói mòn đa thời gian bằng viễn thám Radar và quang học tích hợp AI; (2) Mở rộng mô hình hóa liên kết sườn dốc - mạng lưới dòng chảy - hồ chứa thủy lợi lớn trong bối cảnh các hiện tượng thời tiết cực đoan; (3) Nghiên cứu chuyển dịch cơ cấu cây trồng thích ứng biến đổi khí hậu gắn liền với cơ chế tài chính carbon và chi trả dịch vụ bảo vệ đất.

Kết luận

1. Luận án đã giải quyết căn bản và toàn diện bài toán định lượng xói mòn đất cho các hệ thống canh tác nông nghiệp điển hình trên đất dốc vùng đồi núi phía Bắc Việt Nam.
2. Xác lập thành công phương pháp luận hiệu chỉnh hệ số xói mòn do cây trồng ($C \rightarrow C_h$) dựa trên mối tương quan hữu cơ giữa động thái phát triển thảm phủ, phân bố mưa nhiệt đới và hệ số kỹ thuật làm đất ($D$).
3. Kiểm định và khẳng định tính ưu việt của mô hình USLE hiệu chỉnh ($C_h$) với độ chính xác cao ($R^2 > 0,88$), vượt trội so với USLE nguyên bản và có khả năng ứng dụng thực tế thuận tiện hơn so với mô hình toán lý phức tạp MMF.
4. Cung cấp bộ cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn mực về các chỉ số xói mòn $R, K, LS, C_h, P$ cho 5 vùng sinh thái trọng điểm tại Hòa Bình, Vĩnh Phúc, Hà Nội và Sơn La.
5. Mở ra các hướng nghiên cứu chuyển tiếp quan trọng về tích hợp viễn thám không gian, quản lý liên hợp lưu vực sông và xây dựng chính sách nông nghiệp bền vững nhằm bảo vệ tài nguyên đất và nguồn nước quốc gia.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Xói mòn đất và các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất Có nhiều định nghĩa về xói mòn đất, trong luận án sử dụng định nghĩa của tác giả Nguyễn Quang Mỹ (2005) [9]: Xói mòn đất (Soil Erosion) là quá trình phá hủy lớp thổ nhưỡng (bao gồm phá hủy các thành phần cơ, lý, hóa, chất dinh dưỡng v. của đất) dưới tác động của các nhân tố tự nhiên và nhân sinh, làm giảm độ phì của đất, gây ra bạc màu, thoái hóa đất, laterit hóa, trơ sỏi đá. ảnh hưởng trực tiếp đến sự sống và phát triển của thảm thực vật rừng, thảm cây trồng khác.

Xói mòn do nước gồm 2 loại: Xói mòn bề mặt: Là loại xói mòn do mưa và băng tuyết tan. Kiểu xói mòn này thường gặp trên sườn và đỉnh phân thủy cũng như ở trên các lưu vực thu nước. Xói mòn theo dòng: Là kiểu xâm thực, xói mòn tập trung trong các dải trũng như các rãnh sâu, thung lũng, sông suối. Xâm thực theo dòng chia làm 2 loại là xâm thực sâu và xâm thực ngang.

Nghiên cứu của N. Hudson (1981) [7] cho thấy, thông thường cần phải loại trừ hiện tượng phá hủy dần dần đất và đảm bảo việc sử dụng đất dài lâu bằng cách bảo vệ đất. Để làm được việc này, nhịp điệu hao tổn đất không được vượt quá nhịp điệu hình thành đất. Cường độ hình thành đất không thể đo được một cách chính xác, song theo số liệu của các chuyên gia thổ nhưỡng, trong điều kiện tự nhiên cần khoảng 400 năm để hình thành lớp đất dày 20 cm có khả năng canh tác.

Khi canh tác đất diễn ra hiện tượng nhào trộn làm thông thoáng và rửa xói đất, nhờ đó thời hạn hình thành đất rút ngắn lại trong khoảng 30 năm tương đương với 1,8 tấn/ha trong một năm. Người ta thường thừa nhận đại lượng này làm đại lượng xói mòn đất cho phép. Lượng đất mất đi có thể chấp nhận được phụ thuộc vào loại đất. Nếu lớp đất mùn khá dày và có độ phì đồng đều như nhau trên toàn bộ mặt cắt, thì sự mất đi một lớp dày 25 mm trong 30 năm ít nguy hiểm hơn so với sự mất đi cũng như vậy của 7 một lớp đất chỉ có độ dày vài cm và nằm trên đá gốc.

Những con số kiểm tra lượng đất mất đi ít khi vượt quá 2 tấn/ha trong một năm. Ở Mỹ lượng đất mất đi thường là từ 0,4 đến 1,8 tấn/ha trong một năm. Ở vùng trung tâm Châu Phi, đối với đất cát người ta chấp thuận con số 1,5 tấn/ha, còn đối với đất bùn 1,8 tấn/ha (Hudson,1981) [7]. Ảnh hưởng của các nhân tố khí hậu đến xói mòn đất Xói mòn trên sườn dốc chủ yếu do tác động của giọt mưa và dòng chảy bề mặt gây ra.

Dễ dàng nhận thấy xói mòn chịu tác động của các yếu tố khí hậu như là: Tổng lượng mưa và tính chất của mưa, thời gian và cường độ mưa…Thời gian mưa càng lớn, cường độ mưa càng cao thì quá trình xói mòn càng xảy ra mạnh khi bề mặt đất bị cày sới hay đốt bỏ lớp phủ thực vật. Ellison, 1947 [42] giải thích vai trò xói mòn của mưa và dòng chảy trên mặt bằng cách chia quá trình xói mòn ra làm 3 pha: Tách các hạt đất ra khỏi khối đất; di chuyển các hạt đất và cuối cùng là lắng đọng chúng. Như vậy, tác động chủ yếu của các hạt mưa là ở chỗ tách các hạt đất, trong khi tác động chủ yếu dòng chảy trên mặt là di chuyển các hạt đất. Qua đó có thể thấy rõ ràng là trong một trận mưa lớn, tác động đầu tiên của hạt mưa (tác động tách của hạt đất) biểu hiện ở mức cao nhất.

Điều này có thể được kiểm chứng bằng thí nghiệm đơn giản dưới đây tiến hành trên cánh đồng. Theo Ellison, tác động chủ yếu của các hạt mưa là ở chỗ tách các hạt đất, trong khi tác động chủ yếu của dòng chảy trên mặt là di chuyển các hạt đất. Điều này đã chỉ ra rằng nguyên nhân chủ yếu dẫn đến xói mòn mất đất của hệ thống canh tác trên đất dốc chủ yếu do tác động hạt mưa gây nên. Kết quả thí nghiệm xói mòn của Ellison được xem là minh chứng thuyết phục nhằm chấm dứt thời kỳ đấu tranh vô vọng với hoạt động xói mòn trên đất dốc và hướng tới những giải pháp tích cực trong bảo vệ đất, chống xói mòn.

Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy sự xuất hiện của xói mòn phụ thuộc rất nhiều vào lớp nước trong một đợt mưa và lượng mưa trung bình tháng, năm. Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Quang Mỹ (2005) [9] về xói mòn đất trên diện tích 8 trồng cà phê 3 năm tuổi có lớp nước mặt là 754 mm gây xói mòn là 44,0 tấn/ha, khi lớp nước mặt tăng lên 2.501 mm đã gây xói mòn là 213 tấn/ha. Như vậy, trong điều kiện như nhau, khi dòng chảy mặt tăng 4 lần sẽ làm tăng rửa trôi đất từ 5 lần. Cường độ mưa gây ảnh hưởng mạnh nhất đến dòng chảy mặt và xói mòn đất.

Với trận mưa 10 mm với cường độ trung bình trong khoảng thời gian dưới 1 giờ, xói mòn đất xảy ra mạnh nhất khi lớp nước đạt từ 8-10 mm và đặc biệt trên đất bỏ hoang. Ảnh hưởng của cường độ mưa đến xói mòn càng mạnh nếu cường độ đạt cực đại xảy ra vào nửa giờ đầu của trận mưa. Ở Việt Nam nói chung, mưa phân hóa theo mùa rõ rệt. Lượng mưa cực đại vào các tháng mùa hè và cực tiểu trong những tháng mùa đông (Lê Bá Thảo, 2009) [15].

Vì vậy, việc bảo vệ đất, chống xói mòn cần đặc biệt chú trọng trong thời kỳ mùa mưa là vô cùng cần thiết (Nguyễn Tử Phiên, 1999) [14]. Ngoài mưa ảnh hưởng trực tiếp đến xói mòn, các yếu tố khí hậu khác như gió, nhiệt độ, ẩm độ cũng có ảnh hưởng đến xói mòn đất, tuy nhiên mức độ ảnh hưởng không rõ ràng, có tính cục bộ. Ảnh hưởng của địa hình đến xói mòn đất Địa hình cũng là nhân tố tự nhiên ảnh hưởng lớn đến xói mòn đất. Nếu xét trên diện rộng, địa hình có tác dụng làm thay đổi sự phân bố nhiệt và lượng mưa rơi.

Sự thay đổi về độ cao kéo theo sự thay đổi về nhiệt độ, mưa, ẩm. Các yếu tố địa hình như độ dốc, chiều dài sườn dốc, hình dạng (lồi, lõm, thẳng, bậc thang.) mức độ chia cắt ngang của địa hình ảnh hưởng trực tiếp đến xói mòn đất. Độ dốc của sườn là yếu tố địa hình có ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình xói mòn đất trong tương quan của xói mòn và tác động của địa hình. Độ dốc địa hình lớn làm tăng cường độ xói mòn mặt và xói mòn rãnh.

Do đó, đẩy nhanh quá trình mất đất do xói mòn và dẫn đến xói mòn đất mạnh hơn. Trong nghiên cứu xói mòn thì yếu tố địa hình được nghiên cứu nhiều nhất, do mối tương quan giữa xói mòn và yếu tố địa hình dễ được nhận biết. Theo TCVN 9487 : 2012 đề xuất độ dốc trên lãnh thổ Việt Nam gồm: 030; 380; 8150; 15200 ; 20  250; 25  300; 30  350 và trên 350. Khi độ dốc địa hình 9 lớn hơn 250 thì không được phép canh tác nông nghiệp, điều này để hướng đến giảm thiểu đất canh tác có thể chuyển thành đất trống đồi núi trọc do xói mòn đất gây nên.

Tuy chưa được hoàn thiện nhưng đây cũng là bước thống nhất đầu tiên để sử dụng độ dốc một cách bền vững ở nước ta (Nguyễn Tử Siêm và Thái Phiên, 1999) [14]. Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Quang Mỹ (1983) [10] về ảnh hưởng của độ dốc đến xói mòn đất tại Tây Nguyên từ năm 1978 đến 1982 trên đất bazan, trồng chè một tuổi cho thấy: trên độ dốc sườn dốc là 30 lượng đất xói mòn ở cấp độ xói mòn mạnh (96 tấn/ha/năm), khi độ dốc địa hình tăng lên 150 thì lượng đất xói mòn ở cấp độ xói mòn nguy hiểm (305 tấn/ha/năm). Tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của độ dốc đến xói mòn đất tại Phú Thọ từ năm 1982 đến 1986 trên đất phù sa cổ, trồng sắn, kết quả nghiên cứu cho thấy: trên độ dốc sườn dốc là 30 lượng đất xói mòn ở cấp độ xói mòn từ trung bình đến mạnh (15 tấn/ha/năm), khi độ dốc địa hình tăng lên 220 thì lượng đất xói mòn ở cấp độ xói mòn rất mạnh (147 tấn/ha/năm). Ta có thể thấy khi độ dốc tăng lên 7,3 lần thì mức độ xói mòn tăng 9,8 lần, như thế độ dốc càng tăng, mức độ xói mòn càng tăng lên rất mạnh.

Chiều dài sườn dốc cũng là nhân tố ảnh hưởng đến quá trình xói mòn đất. Chiều dài sườn càng tăng, khối lượng nước càng lớn, lớp nước càng dày, tốc độ và năng lượng dòng chảy càng lớn thì quá trình rửa trôi, xói mòn đất càng xảy ra mạnh. Nếu tăng chiều dài sườn dốc lên 2 lần thì xói mòn đất tăng từ 2 đến 7,5 lần Nguyễn Quang Mỹ (1983) [10]. Ảnh hưởng của lớp phủ thực vật đến xói mòn đất Lớp phủ thực vật có ảnh hưởng lớn đến quá trình xói mòn đất, nếu lớp phủ thực vật càng tăng thì quá trình xói mòn càng giảm.

Vai trò chống xói mòn của lớp phủ thực vật phụ thuộc vào tuổi và độ che phủ của nó. Thực vật có khả năng bảo vệ đất chống xói mòn qua việc làm giảm ảnh hưởng của hạt mưa xuống mặt đất bởi tán lá và làm cho nước có khả năng chảy xuống đến 50  60% theo chiều thẳng đứng của bộ rễ. Không những thế, vật rơi rụng của thực vật như cành khô, lá rụng. còn tạo ra lượng mùn lớn trong đất, giữ đất tơi xốp, chống xói mòn.

10 Con người ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình xói mòn đất thông qua hoạt động sống. Việc phá rừng đã gián tiếp đẩy mạnh quá trình xói mòn đất. Những diện tích rừng mất đi làm lộ ra những khoảng trống không có thảm thực vật che phủ đất. Khi mưa xuống quá trình xói mòn bề mặt xảy ra mạnh.

Canh tác trên đất dốc không khoa học, du canh du cư cũng là những tác nhân gia tăng xói mòn đất. Trên độ dốc nhỏ hơn 30 đã bắt đầu xảy ra xói mòn khi có mưa to. Từ độ dốc 30 trở lên, tùy vào yếu tố đất đai, thực vật, lượng mưa.mà quá trình xói mòn xảy ra mạnh hay yếu. Số liệu của lâm trường Cầu Hai (Phú Thọ) cho thấy tại rừng phủ kín lượng đất chỉ trôi đi 1 tấn/ha/năm trong khi tại các nương sắn lại mất 147 tấn/ha/năm (Nguyễn Quang Mỹ, 2005) [9].