CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về đất cát biển 1.1 Trên thế giới 1.1 Diện tích và phân bổ đất cát biển trên thế giới Đất cát bao phủ khoảng 10% tổng diện tích đất toàn cầu (tương đương 1.000 ha (FAO/WRB/2014)), trong đó tập trung chủ yếu tại các vùng khô hạn và bán khô hạn [2] Các khu vực đất cát rộng lớn được tìm thấy ở các rìa lục địa, bao gồm các phần phía Bắc của Châu Âu, Bắc Mỹ và Châu Á, cũng như phần phía nam của Nam Mỹ và Châu Phi. Chúng cũng xuất hiện ở giữa các lục địa, chủ yếu ở các sa mạc của các vùng khô hạn và bán khô hạn như tại Sahara, Ả rập Saudi, Thổ Nhĩ Kỳ, Tây bắc Trung Quốc và Tây Bắc Úc.1 Tỷ lệ phân bổ của đất cát theo không gian [3] 8 Các đặc tính lý hóa của đất cát biển trên thế giới được tóm tắt tại bảng 1. Kết quả tổng hợp cho thấy, đất cát có đặc tính chung là nghèo chất dinh dưỡng, sức sản xuất thấp hơn so với các loại đất khác. Đất cát có dung trọng ở nhóm thấp (1,1-1,7 g/cm3) và tỷ trọng ở nhóm cao (2,6-2,65 g/cm3), khả năng giữ nước kém thể hiện qua giá trị độ ẩm tối đa đồng ruộng thấp (5-22%) và độ ẩm cây héo thấp (1-7%), độ dẫn thủy lực tương đối lớn (10-7 - 10-3 m/s).
Nhiệt độ trong đất cát biển tương đối cao gây nhiều khó khăn đối với trồng trọt, trong khi chất hữu cơ rất nghèo (0,1-0,19%) và dung tích CEC thấp (3,8-11,5 cmolc/kg) [4] Hình 1.2 Tỷ lệ sử dụng đất cát trên thế giới [4] 1.2 Thực trạng và kinh nghiệm sử dụng đất cát biển cho canh tác nông nghiệp tại một số nước trên thế giới Kinh nghiệm của một số nước nhằm cải tạo, quản lý và sử dụng tối ưu đất cát biển là cần đảm bảo 5 điều kiện tiên quyết: (i) Bảo vệ đất cát biển khỏi các tác động của xói mòn do gió, do nước thông qua việc thiết lập các dải chắn gió và hệ thống cây trồng theo hàng/dải. (ii) Cải thiện cấu trúc của đất cát biển, trong đó tập trung vào khả năng giữ nước, bằng cách áp dụng kết hợp các biện pháp quản lý đất và nước, lựa chọn hệ thống cây trồng thích hợp kết hợp cùng với các sản phẩm chăn nuôi. 9 (iii) Cải thiện tình trạng dinh dưỡng của đất thông qua việc sử dụng phân bón kết hợp với thực tiễn sử dụng các cây họ đậu và cỏ. (iv) Lựa chọn phương pháp tưới để duy trì lượng nước sẵn có kịp thời cho cây trồng cùng với việc duy trì cân bằng nước và muối tối ưu.
(v) Lựa chọn hệ thống cây trồng đáp ứng các điều kiện tiên quyết số (ii) và (iii) nhằm đạt được lợi ích kinh tế tối đa. Thực tiễn các giải pháp quản lý và sử dụng đất cát biển phổ biến trên thế giới thường tập trung vào quản lý dinh dưỡng và quản lý tưới cho vùng cát. Bên cạnh những lợi ích đạt được như tăng độ phì nhiêu, cải thiện chế độ nước trong đất thì còn có một số hạn chế như chi phí cao, đòi hỏi nguồn nhân lực dồi dào và phát thải khí CH4 trong nông nghiệp (Bảng 1.1 Tổng hợp thực tiễn các giải pháp quản lý đất cát biển hiện nay [3] Thực tiễn quản lý tốt Lợi ích Thách thức nhất Chất cải tạo đất (ví dụ đất Cải tạo các đặc tính vật lý Tốn kém giàu sét, chất hoạt động của đất bề mặt, TSH) [82], [84] Bảo tồn, giảm làm đất và Cải tạo các đặc tính vật lý Hiệu quả hạn chế trên đất không cày bừa [85] của đất, cải thiện chuỗi các cát bon, Quản lý tưới [86] Tối đa hóa hiệu quả sử Tốn kém, khó để dự đoán dụng nước chuyển động của nước trong đất đối với đất cát, các phản hồi giữa độ ẩm đất và khí hậu Quản lý chất dinh dưỡng Tối đa hóa hiệu quả sử Phát sinh khí nhà kính; [87] dụng chất dinh dưỡng Quản lý tàn dư thực vật Giảm xói mòn đất và thoát Phát sinh khí nhà kính; [88] hơi nước; Châu Á, có diện tích đất cát chiếm khoảng 86. Dưới áp lực gia tăng dân số, kéo theo nhu cầu về lương thực, mở rộng diện tích đất canh tác, do vậy việc khai thác đất cát cho canh 10 tác nông nghiệp ngày càng được quan tâm tại khu vực này [5].
Một số kinh nghiệm quản lý, sử dụng đất cát tại các nước có diện tích đất cát biển lớn tại khu vực như sau: Tại Trung Quốc Tại Trung Quốc, đất cát có diện tích và tiềm năng rất lớn để khai thác cho nông nghiệp với 426.145 km2 chiếm 5% tổng diện tích đất tự nhiên của quốc gia này [5]. Do vậy, trong nỗ lực biến sa mạc thành vùng đất đai màu mỡ, năm 1978 chính phủ Trung Quốc đã xây dựng chương trình “Rừng phòng hộ Ba Bắc”, “Chương trình vành đai phòng hộ Ba Bắc, hay Vạn lý Trường thành xanh- nhằm ngăn chặn sự mở rộng của sa mạc Gobi, bắt đầu các dự án trồng rừng tại khu vực Đông Bắc, Bắc và Tây Bắc, Trung Quốc. Các chương trình này giúp ngăn chặn bão cát, xói mòn đất, giúp bảo vệ nông nghiệp, bảo tồn đất và cát. Kết quả của chương trình đạt được kết quả với hơn 7,88 triệu héc ta cây chắn gió đã được trồng; 333.200 km2 sa mạc đã được phủ xanh và hơn 10 triệu héc ta đồng cỏ đã được bảo vệ hoặc phục hồi [6].
Đồng thời, để kiểm soát vấn đề sa mạc hóa ngày càng nghiêm trọng tại khu vực miền Bắc của Trung Quốc, Chính phủ Trung Quốc đã phê duyệt kế hoạch kiểm soát 666 triệu ha đất bị sa mạc hóa trong 10 năm. Các kỹ thuật kiểm soát sa mạc bao gồm: trồng cây xanh, cây cỏ và cây bụi, thủy lợi, khai thác đất chôn lấp, ổn định các cồn cát bằng các bàn cờ rơm. Chương trình phát triển vành đai phòng hộ để hình thành “Vạn lý trường thành xanh” đã có 35 triệu cây trải dài 700 km trên khắp miền Bắc Trung Quốc. Tại Shapotou các cồn cát được tưới bằng nước phù sa trên tầng đất mặt 30cm trong vòng 25 năm.
Những khu vực này đã cho thấy kết quả tốt về mặt tăng cường chất dinh dưỡng cho đất cát, cho năng suất cao về ngũ cốc, rau, nho và trái cây. Sử dụng bàn cờ rơm và các cây bụi bản địa đã thiết lập hệ sinh thái ổn định trên các cồn cát di động của sa mạc Tengger. Trong khi đó, tại khu vực Nội Mông, nhờ các chương trình “trị cát” nhằm ngăn cát di chuyển, một lượng lớn cây trồng đã phủ xanh các vùng đất cát khô cằn. Đồng thời chương trình “vành đai phòng hộ” đã dựng nên những “hàng rào xanh” ngăn cát, gió từ đó người dân địa phương có thể trồng cây ăn quả, cây lương thực sau chục năm cải tạo đất.3 Hình ảnh các tấm thảm rơm để cải tạo đất cát tại Trung Quốc [7] Hình 1.3 là một trong những công nghệ dệt cát được người nông dân/công nhân tại Wengniute ở thành phố Xích Phong, thuộc Nội Mông hình thành nên các tấm thảm rơm.
Họ dùng những lớp rơm rạ mùa trước, cắm xuống mặt đất cát với độ sâu từ 20-25 cm. Lớp rơm rạ này có tác dụng cố định cát không di chuyển sang các vùng lân cận. Trong các ô cát được khoanh lại, người dân trồng các loại cây lá kim như cây thông, cây cỏ để chắn cát [7]. Bên cạnh đó, các nhà khoa học Trung Quốc đến từ Đại học Giao thông Trùng Khánh đã phát triển một loại bột nhão làm từ xenlulo thực vật, khi bổ sung vào đất cát đã giúp giữ lại nước và chất dinh dưỡng trong đất cát, biến vùng đất cát thành môi trường sống lý tưởng cho các loài thực vật.
Các nhà khoa học đã chứng minh loại bột này giúp làm giảm nhu cầu phân bón và mang lại năng suất cao hơn. Từ vùng đất cát sa mạc Ulan Buh thuộc khu tự trị Nội Mông, phía Bắc Trung Quốc nhờ áp dụng phương pháp mới này người ta đã biến khu vực này thành vùng đất đai màu mỡ trồng lúa, ngô, cà chua, dưa hấu và hoa hướng dương. Ngoài ra, việc sử dụng đất giàu sét nano lỏng, cũng là giải pháp được nghiên cứu để cải tạo đất cát tại Trung Quốc [8]. Tại Indonesia Tương tự Trung Quốc, Indonesia có diện tích đất cát rất lớn với 401.403 m2, chiếm 22% tổng diện tích đất tại quốc gia này, trong đó tập trung chủ yếu tại Situbondo, phía đông tỉnh Java, Mageland, phía Trung tỉnh Java, Lombok, Bantul Regency, Yogyakarta,.
Các giải pháp được áp dụng để cải tạo đất biển tại quốc gia này bao gồm bổ sung than sinh học, sử dụng đất giàu sét và phân bò và bổ sung các chất hữu cơ để cải tạo các đặc tính vật lý của đất cát bao gồm khả năng giữ nước, kết cấu đất, dung 12 trọng, độ xốp. Đất giàu sét có khả năng ổn định chất hữu cơ trong đất thông qua việc cung cấp lớp màng phủ bảo vệ trên các hạt đất giúp ngăn cản hoặc làm chậm quá trình phân hủy của vi sinh vật. Đất giàu sét và chất hữu cơ thay đổi tính chất vật lý đất thông qua quá trình xi măng hóa, kết dính và thay thế các hạt đất. Cải tạo đặc tính vật lý đất sẽ giúp sự phân phối và thâm nhập của rễ lớn hơn, tăng sự hấp thu chất dinh dưỡng do vậy có thể làm tăng sự phát triển của cây trồng [9].
Bên cạnh đó, các giải pháp trồng xen ngô và đậu tương với khuyến nghị trồng xen canh 3 hàng ngô và 3 hàng đậu tương để đạt được năng suất cao, tăng tình trạng dinh dưỡng của đất, tăng hấp thụ đạm và lân đối với dinh dưỡng của cây trồng [10]. Ngoài ra cây bìm bịp cũng được trồng và chứng minh như một chất điều hòa và tăng độ phì nhiêu của đất cát biển [11]. Tại Israel Mặc dù là quốc gia nhỏ với diện tích chỉ khoảng 20.000 km2 trong đó hơn 50% diện tích đất đai là sa mạc, và khí hậu vô cùng khắc nghiệt, tuy nhiên Israel lại được biết đến là một trong các quốc gia hàng đầu về quản lý và sử dụng đất và nước cho nông nghiệp. Mặc dù chỉ có 20% diện tích đất đủ điều kiện canh tác nông nghiệp tuy nhiên ngành nông nghiệp đóng góp tới 2,5% GDP và 3,6% kim ngạch xuất khẩu của nước này.
Quốc gia này đã rất thành công trong việc chuyển hóa đất cát sa mạc cằn cỗi trở thành đất canh tác trồng trọt.