Chương 1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XÓI MÒN VÀ ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ THỰC VẬT Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI Tổng hợp các nghiên cứu có tính chất lý thuyết liên quan đến vấn đề xói mòn và theo dõi biến động lớp phủ thực vật bằng phương pháp viễn thám được trình bày trong các chương mục có liên quan của luận án được xem là cơ sở cho định hướng các nghiên cứu của luận án. Trong chương này, nghiên cứu sinh chủ yếu tập trung vào tình hình cũng như các xu hướng nghiên cứu mới nhất. Những nghiên cứu mới có nội dung rất phong phú, nhiều khi chỉ phản ánh một vài khía cạnh liên quan đến vấn đề nghiên cứu được đề cập trong luận án hoặc có thể thiên về khía cạnh kỹ thuật. Tổng quan về nghiên cứu xói mòn 1.Vấn đề xói mòn Có thể nói rằng con người đã quan tâm đến hiện tượng xói mòn từ rất sớm, từ thời Hy Lạp và La Mã cổ đại đã có những tác giả đề cập đến xói mòn cùng với việc bảo vệ đất.
Quá trình xói mòn hiện đại được gắn liền với các hoạt động nông nghiệp. Một vài tác giả đã cho rằng đất đai bị khai thác cạn kiệt có thể là nguyên nhân khiến các nền văn minh quá khứ mất đi [31]. Vì vậy, cùng với thoái hoá đất, xói mòn tồn tại như một vấn đề trong suốt quá trình phát triển của toàn nhân loại. Từ năm 1877 đến 1895 Các chuyên gia về đất người Đức đã tiến hành các thí nghiệm sớm nhất về xói mòn đất.
Sau đó, vào năm 1917, các giáo sư Mỹ đã xây dựng những bồn chứa đầu tiên để nghiên cứu ảnh hưởng của dòng chảy tới xói mòn đất, sườn và cây trồng. Theo các phân tích lý hoá cũng như sự khác biệt của dữ liệu thu thập từ các ô thí nghiệm, Middleton H. và các đồng nghiệp (1930, 1932) nghiên cứu tính kháng xói của đất dựa trên tính bền vững cấu trúc và tính thấm. Zingg đã thiết lập mối quan hệ giữa tổng lượng đất xói mòn và độ dốc, chiều dài sườn từ việc nghiên cứu tương quan giữa tổng lượng đất mất và các yếu tố địa hình 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Từ kết quả đó, Browing (1947) đã tạo nên hệ thống quan hệ với việc giới thiệu hoàn chỉnh hệ số kháng xói của đất [64]. Về nguyên nhân xói mòn, hầu hết các nhà nghiên cứu đều thống nhất rằng có hai nguyên nhân cơ bản dẫn tới hiện tượng thoái hoá đất đang diễn ra mạnh mẽ trên qui mô toàn cầu hiện nay: tự nhiên và con người. Nguyên nhân con người, theo nhiều nhà nghiên cứu thể hiện ở sự quản lý đất kém và dường như đó là một cái giá phải trả cho sự phát triển kinh tế, xã hội. Các giải pháp đưa ra, được phân tích là khả thi nhất, là các biện pháp can thiệp vào lớp phủ thực vật nhằm đạt được hiệu quả tốt hơn trong việc chống xói mòn [41].
Xói mòn tự nhiên là quá trình diễn ra liên tục trong tự nhiên và chỉ là thứ yếu nếu so với xói mòn do nguyên nhân con người. Tuy vậy, việc phân định nguyên nhân xói mòn không phải lúc nào cũng dễ dàng và cũng không cần thiết, nên trong việc lập bản đồ xói mòn, nhiều khi người ta không phân biệt hai nguyên nhân này [31]. Ở Việt Nam, xói mòn do nước (hay do mưa) là nguyên nhân chính gây xói mòn và xói mòn có thể được coi là quá trình thoái hoá đất cơ học quan trọng nhất ở các vùng miền núi [54]. Ở Việt Nam trước đây, một số tác giả đã nghiên cứu xói mòn đất ở Đông bắc, Tây bắc bằng các phương pháp đơn giản và trực quan như đóng cọc, dùng dây dọi.
hoặc mô tả, đánh giá định tính quá trình xói mòn trong 4 năm (1961-1964). Sau đó, do chiến tranh (1965-1976), vấn đề xói mòn ít được quan tâm nghiên cứu. Những công trình đầu tiên nghiên cứu xói mòn ở Việt Nam đáng chú ý là của các tác giả Nguyễn Quí Khải (1962), Nguyễn Xuân Khoát (1963), Tôn Gia Huyên (1963, 1964), Bùi Quang Toản (1965), Trần An Phong (1967).Trong những năm 1977, 1978, các đề tài nghiên cứu xói mòn được triển khai trong nhiều chương trình khoa học cấp nhà nước như các chương trình Tây nguyên, Tây bắc, Môi trường.Những công trình này đã đi sâu nghiên cứu ảnh hưởng của nhiều yếu tố tự nhiên đến xói mòn; phương pháp nghiên cứu định lượng, có sức thuyết phục do quan trắc, cân đo chính xác. Đáng chú ý một số công trình của Bùi Quang Toản (1985), Đỗ Hưng Thành (1982), Phan Liên (1984), Nguyễn Quang Mỹ và nnk (1985, 1987) [12,13,15,19,20].
Nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố địa hình tới xói mòn, 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Quang Mỹ đã có những tổng kết đáng chú ý. Tác giả cho rằng hiện tượng xói mòn trên lãnh thổ Việt Nam là khá nghiêm trọng do ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên và canh tác. Các kết luận đáng chú ý nhất về ảnh hưởng của địa hình tới quá trình xói mòn có thể được tóm tắt như sau: • Độ dốc tăng 2 lần, xói mòn tăng từ 2 đến 4 lần • Chiều dài sườn tăng 2 lần, xói mòn tăng 2 đến 7,5 lần • Hướng Đông, Đông nam, Tây nam, Tây, do năng lượng mặt trời chiếu nhiều, nhiệt độ tăng cao dẫn tới quá trình phong hoá khiến vật chất bị vỡ làm cho xói mòn tăng từ 1,8 đến 3,9 lần. • Sườn lồi tăng 2 đến 3 lần so với sườn thẳng.
Sườn lõm xói mòn yếu, sườn bậc thang xói mòn không đáng kể [12]. Một số nghiên cứu xói mòn phục vụ cho công tác tính toán bồi lắng cũng đáng được đề cập. Vi Văn Vị và Trần Bích Nga [26] đã thử dự đoán lượng cát bùn bồi lấp lòng hồ Hoà Bình với con lượng xói mòn được đề cập cho toàn lưu vực là từ 20000 đến 40000 tấn/km2 năm. Nghiên cứu sự liên quan giữa xói mòn và trầm tích trên lưu vực sông đã dẫn tới những kết luận đáng chú ý.
Dựa trên số liệu quan sát của xói mòn và lượng trầm tích thu được trên một lưu vực sông, Zhou Jinxing và đồng nghiệp đã kết luận được rằng với thời gian dài, lượng xói mòn và trầm tích đạt tới cân bằng. Với thời gian ngắn, chúng không thể hiện sự cân bằng này mà thông qua một loạt yếu tố về địa hình và dòng chảy, xói mòn ảnh hưởng tới lượng trầm tích trên toàn lưu vực [95]. Không nhằm nghiên cứu xói mòn tại từng điểm, Lại Vĩnh Cẩm [54] sử dụng phương trình mất đất tổng quát (USLE) để đánh giá tiềm năng và mức độ xói mòn hiện tại của từng lưu vực (4 lưu vực lớn ở miền Bắc Việt Nam). Kết quả nghiên cứu về xói mòn tại các lưu vực được tích hợp với phân tích lưu vực nhằm chỉ ra các khu vực xói mòn nguy hiểm và làm cơ sở cho đề xuất các biện pháp phòng tránh hữu hiệu nhằm mục tiêu phát triển bền vững [54].
Trong thời gian gần đây, khoảng từ những năm 90, với sự phát triển mạnh mẽ của hệ thông tin địa lý, một số nhà nghiên cứu Việt Nam cũng đã thử giải quyết bài 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com toán xói mòn bằng cách mô hình hoá, sử dụng sức mạnh tính toán của công nghệ tin học. Phương trình mất đất tổng quát (USLE) của Wischmeier và Smith được sử dụng rộng rãi trong các mô hình do tính minh bạch và dễ áp dụng của nó. Điển hình cho các nghiên cứu loại này là của Trần Minh Ý, Lại Vinh Cẩm, Nguyễn Tứ Dần. Gần đây nhất, trong đề tài nghiên cứu cơ bản 74 06 01, các tác giả đã ứng dụng phương trình mất đất tổng quát USLE để tính toán xói mòn.
Điểm đặc biệt đáng nói là các thông tin về lớp phủ thực vật, và qua đó “thông số lớp phủ thực vật” đã được thu nhận qua tư liệu viễn thám đa phổ UoSAT-12 [27]. Ảnh hưởng của xói mòn đến môi trường đã được tổng kết bởi nhiều tác giả khác nhau [59,95,98]và đây cũng là một trong những hướng nghiên cứu xói mòn quan trọng. Nhiều tác giả cho rằng thay đổi của kiểu sử dụng đất là nguyên nhân chính của xói mòn đất và ô nhiễm dòng chảy mặt. Xói mòn và ô nhiễm dòng chảy mặt là đặc biệt nghiêm trọng với đất nông nghiệp do bón phân.
Xói mòn và ô nhiễm dòng chảy tràn là nguyên nhân dẫn tới ô nhiễm nước, vì vậy kế hoạch sử dụng đất trong thung lũng là rất quan trọng [57,59]. Quan tâm đến hạn chế xói mòn, các tác giả thống nhất rằng lớp phủ thực vật là yếu tố chính làm giảm sự xói mòn đất và ô nhiễm dòng tràn, đứng về mặt vật lý của lớp phủ, nghĩa là độ phủ của nó. Kiểu của lớp phủ ảnh hưởng trực tiếp tới xói mòn, vì vậy, bảo vệ lớp phủ thực vật là rất quan trọng [34,39,87]. Mô hình và mô hình hóa xói mòn Ngay từ những này đầu, các nghiên cứu xói mòn đã có hướng tập trung vào việc mô hình hóa quá trình phức tạp này.
Việc mô hình hóa xói mòn được dựa trên hai kiểu chính là mô hình kinh nghiệm với các qui luật được rút ra từ những quan sát chi tiết và lâu dài và mô hình nhận thức sử dụng các hiểu biết về vật lý để mô phỏng quá trình xói mòn như một hàm số toán học. Có thể kể ra đây một số mô hình kinh nghiệm như Musgrave (1947), Renfro (1975) và nổi tiếng nhất là mô hình USLE (Universal Soil Loss Equation) do Wischmeier và Smith phát triển [9,10,63]. Hiện nay, nhiều phiên bản của mô hình này đang được sử dụng tại nhiều nơi trên 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Thế giới với các thông số được thay đổi cho phù hợp với điều kiện địa phương. Các “mô hình nhận thức” [10] thường được sử dụng có thể kể ra là mô hình GAMES, mô hình WEPP [10,47].
Hiện nay, các mô hình xói mòn được phát triển ngày càng phong phú để phù hợp với tình hình từng địa phương cụ thể. Ðiều này cho thấy tích chất phức tạp cũng như đa dạng của quá trình xói mòn. Chỉ trong một trang web về các mô hình xói mòn, người đọc có thể tìm thấy 20 mô hình chính riêng với quá trình xói mòn do nước (http://soilerosion.net/doc/models_menu. Lưu ý rằng đây mới chỉ là liệt kê các mô hình đã được tin học hóa.