Tổng quan luận án

Nghiên cứu về tài nguyên đất và nguồn nước trong sản xuất nông nghiệp tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) phản ánh thực trạng suy thoái tài nguyên dưới tác động kép của biến đổi khí hậu (nhiệt độ tăng, hạn hán, nước biển dâng, xâm nhập mặn) và áp lực phát triển kinh tế - xã hội, đô thị hóa. Tình trạng chuyển đổi cơ cấu sản xuất nông nghiệp tự phát từ trồng lúa sang nuôi trồng thủy sản (nuôi tôm) trên diện rộng ven biển và ven các cửa sông, sau nhiều vụ thất bại, đã dẫn đến hiện tượng đất bị nhiễm mặn nghiêm trọng, nhiều diện tích bị bỏ hoang hóa và suy giảm quỹ đất canh tác. Việc thực thi Nghị quyết 120/NQ-CP của Chính phủ về phát triển bền vững ĐBSCL thích ứng với biến đổi khí hậu đặt ra yêu cầu tái cơ cấu nông nghiệp dựa trên quan điểm thuận tự nhiên. Tuy nhiên, các nguồn số liệu quan trắc về diễn biến độ mặn trong môi trường đất và tầng nước dưới đất còn phân tán, thiếu các nghiên cứu định lượng kết hợp giữa mô phỏng truyền mặn và đánh giá thích nghi đất đai làm căn cứ điều chỉnh quy hoạch.

Mục tiêu nghiên cứu tổng quát của luận án là nghiên cứu cơ sở khoa học về đất bị nhiễm mặn do nguồn nước ở các loại hình sử dụng đất nông nghiệp, từ đó đề xuất các giải pháp sử dụng đất nông nghiệp phù hợp trong điều kiện của vùng nghiên cứu.

Mục tiêu cụ thể của luận án bao gồm:

  1. Xác định diện tích bị nhiễm mặn trong điều kiện hiện trạng sử dụng đất nông nghiệp.
  2. Xem xét diễn biến độ mặn trong đất trên các ô ruộng thực nghiệm ở các loại hình sử dụng đất.
  3. Ứng dụng mô hình HYDRUS 1D để mô phỏng các kịch bản diễn biến mặn do tác động của biến đổi khí hậu kết hợp đánh giá khả năng thích nghi các loại hình sử dụng đất nông nghiệp trong điều kiện ảnh hưởng của xâm nhập mặn.
  4. Đề xuất các giải pháp canh tác nông nghiệp hợp lý thông qua mô hình tái cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp bền vững trên các vùng đất bị nhiễm mặn.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài bao gồm:

  • Đất bị nhiễm mặn do nguồn nước.
  • Các loại hình canh tác nông nghiệp khác nhau trên vùng đất bị nhiễm mặn.
  • Các yếu tố tự nhiên và kinh tế - xã hội ảnh hưởng đến quá trình canh tác nông nghiệp và xâm nhập mặn.
  • Các kỹ thuật và công cụ hỗ trợ quá trình phân tích, đánh giá: mô hình toán mô phỏng (HYDRUS 1D), mô hình thực nghiệm, phân tích thống kê, hệ thống thông tin địa lý (GIS), phương pháp đánh giá đa tiêu chí (MCE/AHP).

Phạm vi nghiên cứu:

  • Không gian: Địa bàn huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An – khu vực cửa ngõ vùng ĐBSCL, chịu ảnh hưởng mặn từ hệ thống sông Vàm Cỏ, sông Cần Giuộc và chịu sức ép chuyển đổi đất do quá trình đô thị hóa.
  • Thời gian và dữ liệu: Dữ liệu hiện trạng nông nghiệp và sử dụng đất giai đoạn 2010–2017; các đợt đo đạc thực nghiệm, lấy mẫu quan trắc độ mặn và tính chất lý hóa đất được thực hiện định kỳ từ tháng 7/2016 đến tháng 7/2018; phân tích mẫu đất tại phòng thí nghiệm vào các đợt tháng 7/2016 và tháng 3/2017.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng thuật hệ thống các công trình nghiên cứu liên quan đến đất nhiễm mặn, xâm nhập mặn, mô hình hóa và đánh giá thích nghi đất đai trong nước và quốc tế:

  • Nghiên cứu về quá trình xâm nhập mặn và biến đổi khí hậu tại ĐBSCL:

    • Lê Sâm (2007, 2008) phân tích phạm vi ảnh hưởng của xâm nhập mặn trên 50% diện tích toàn đồng bằng, chia thành 4 vùng khảo sát (cửa sông Cửu Long, ven sông Vàm Cỏ, ven biển Tây và bán đảo Cà Mau), đồng thời đề xuất mô hình chuyển đổi cơ cấu sản xuất trên các vùng sinh thái.
    • Jeremy Carew-Reid (2008) theo kịch bản ICEM chỉ ra rằng khi nước biển dâng 1,0 m, Long An chịu ngập 49,4% diện tích toàn tỉnh, đặc biệt là vùng hạ lưu sông Vàm Cỏ.
    • Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam (2009, 2012) đánh giá nồng độ mặn 10–40 g/l xâm nhập sâu từ 50–70 km vào nội đồng và chỉ ra tính chất phân tán, tổng hợp của số liệu mặn trong tầng nước ngầm tại các tỉnh.
    • Nguyễn Ngọc Trân (2010), Han Entzinger và Peter Scholten (2016) phân tích các thách thức môi trường cộng hưởng tại ĐBSCL do biến đổi khí hậu và tác động nguồn nước từ thượng nguồn sông Mekong.
    • Võ Tòng Xuân (2013) phân tích mô hình luân canh tôm - lúa và đề xuất triển khai hệ thống đo độ mặn dựa vào cộng đồng.
    • Hồ Quang Đức, Nguyễn Văn Đạo, Trương Xuân Cường, Lê Thị Mỹ Hảo (2009) đánh giá sự biến động đất mặn sau 30 năm sử dụng tại ĐBSCL, cho thấy diện tích đất tái nhiễm mặn chiếm khoảng 46% tổng diện tích đất mặn.
    • Nguyễn Ngọc Anh (2015) khảo sát tình trạng mặn tiến sâu trên sông Cái Lớn, sông Tiền, sông Hậu và cao nhất tại sông Vàm Cỏ.
    • Báo cáo của Tổng cục Thủy lợi (2016), Tổng cục Phòng chống Thiên tai (2020), Tô Văn Trường (2020), Trung tâm CEE Sóc Trăng (2010), JICA (2013) tổng hợp thiệt hại sản xuất nông nghiệp trong các mùa khô lịch sử 2016 và 2019–2020.
  • Nghiên cứu ứng dụng công cụ GIS và viễn thám:

    • Trần Thị Phương Dung (2013) sử dụng ảnh vệ tinh MODIS phân vùng xâm nhập mặn tại Bến Tre dựa trên cơ cấu cây trồng.
    • Lê Văn Trung và Trần Văn Hùng (2014) tích hợp GIS trong quản lý, đánh giá và dự báo thông tin nhiễm mặn tại Trà Vinh với 4 chức năng chính.
    • Ting-ting Zhang, Sheng-Lan Zeng, Yu Gao (2011) ứng dụng GIS và hồi quy không gian (GIS_SAR) đánh giá mặn hóa tại đồng bằng sông Hoàng Hà (Trung Quốc).
    • Mohamed Saidul Islam và Mohammad Atiqur Rahman (2012), Monirul Islam (2014) kết hợp GIS, viễn thám và thảo luận nhóm tập trung (FGD) để đánh giá biến động đất nông nghiệp bị mặn hóa tại Satkhira và các vùng ven biển Bangladesh.
  • Nghiên cứu thực nghiệm và biến động chất lượng đất mặn:

    • Lâm Văn Tân (2015) thử nghiệm các mô hình canh tác tại huyện Thạnh Phú (Bến Tre) trên các vùng ngọt, lợ, mặn.
    • Nguyễn Mỹ Hoa, Trần Sơn Tùng, Nguyễn Hồng Giang, Võ Thị Gương (2016) khảo sát các chỉ số pH, EC, SAR, ESP trên mô hình lúa - dưa hấu tại huyện Bình Đại (Bến Tre), chỉ ra nguy cơ sodic hóa đất trong mùa khô.
    • Phạm Quang Vũ (2009) nghiên cứu mối quan hệ giữa độ mặn đất và nước ngầm ở tầng 10–60 cm tại Kiến Thụy (Hải Phòng).
    • Nguyễn Đình Vượng, Trần Minh Tuấn, Vũ Thị Thược (2016) khảo sát quá trình nuôi tôm dẫn đến mặn hóa đất tại Giá Rai (Bạc Liêu).
    • Katsuhiko Kurosawa và cộng sự (2012), Ian Johnson và cộng sự (2009) tiến hành các thí nghiệm sinh khối rễ cây và kiểm soát mặn bằng chế độ tưới, khoảng cách trồng.
  • Nghiên cứu mô hình truyền mặn trong đất:

    • Nguyễn Văn Tỉnh (1996) ứng dụng thuật toán Newmark và phương pháp phần tử hữu hạn trên Borland Pascal 7 để mô phỏng động thái muối trong đất lúa tại Hải Phòng.
    • Trần Ngọc Trang, Nguyễn Hoàng Long, Nguyễn Xuân Hải (2014) tích hợp mô hình Mike 11 và Saltmod dự báo mặn hóa đất lúa tại Tiền Hải (Thái Bình).
    • Nguyễn Văn Quí, Nguyễn Minh Cường, Nguyễn Hồng Giang, Trần Huỳnh Khanh, Võ Thị Gương (2014) sử dụng chương trình STELLA mô phỏng cân bằng nước và tích lũy muối cho cây bắp tại Thạnh Phú (Bến Tre) với $R^2 = 0{,}95$.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án xác định: Phần lớn các nghiên cứu trước đây đánh giá xâm nhập mặn dựa trên mạng lưới nguồn nước mặt hoặc khảo sát đất đai đơn lẻ, chưa có sự kết nối định lượng giữa diễn biến độ mặn của nguồn nước tưới với quá trình lan truyền mặn trong tầng đất canh tác theo thời vụ và chưa tích hợp mô hình toán HYDRUS 1D vào khung đánh giá thích nghi đất đai đa tiêu chí (FAO, MCE, AHP, GIS) để tái cơ cấu sử dụng đất cho một địa bàn cửa sông cụ thể như huyện Cần Giuộc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết

Luận án dựa trên các nền tảng lý thuyết và tiêu chuẩn phân loại chuyên ngành:

  1. Lý thuyết mặn hóa đất và các chỉ số hóa học: Quá trình mặn hóa là sự tích tụ các muối trung tính hòa tan chứa các anion $Cl^-$, $SO_4^{2-}$ và cation $Na^+$, $Mg^{2+}$, $Ca^{2+}$, $K^+$.
  • Phân loại đất mặn theo tổng muối hòa tan của FAO (1993):
Cấp độ mặn Tính chất Tổng muối hòa tan (g/l)
Cấp 0 Không mặn < 0,15
Cấp 1 Mặn ít 0,15 – 0,35
Cấp 2 Mặn trung bình 0,35 – 0,65
Cấp 3 Mặn nhiều > 0,65
  • Tỉ số hấp phụ Natri ($SAR$) theo USDA Salinity Laboratory (1954): $$SAR = \frac{[Na^+]}{\sqrt{\frac{[Ca^{2+}] + [Mg^{2+}]}{2}}}$$ Trong đó nồng độ các ion tính bằng meq/l trong mẫu nước hoặc dung dịch đất bão hòa.

  • Phần trăm natri trao đổi ($ESP$) được ước tính theo công thức của Kamporst và Bolt (1978): $$\frac{ESP}{100 - ESP} = 0{,}015 \times SAR$$ Đất được phân loại là bị sodic hóa khi $ESP > 15%$ và độ dẫn điện $EC < 4\text{ dS/m}$ ($4000\ \mu\text{S/cm}$) theo TCVN 12180-1:2017.

  1. Lý thuyết mô hình toán HYDRUS 1D: Phần mềm mô phỏng dòng chảy nước không bão hòa và sự vận chuyển chất tan trong môi trường đất:
  • Module dòng chảy nước dưới đất giải phương trình Richards biến đổi cho môi trường một chiều.
  • Module lan truyền chất giải phương trình đối lưu - phân tán (advection-dispersion equation).
  • Module hút nước của rễ cây áp dụng hàm tiêu giảm thế năng nước của Feddes.
  • Quan hệ giữ nước và độ dẫn thủy lực của đất được mô tả qua hệ phương trình Van Genuchten.
  1. Phương pháp luận đánh giá thích nghi đất đai bền vững:
  • Khung đánh giá đất đai của FAO (1976) dựa trên việc so khớp giữa yêu cầu sử dụng đất (LUR) của từng loại hình canh tác (LUT) với các đặc tính (LC) và chất lượng đất đai (LQ) của từng đơn vị bản đồ đất đai (LUM).
  • Kỹ thuật đánh giá đa tiêu chí (MCE) và quy trình phân tích thứ bậc (AHP) nhằm xác định trọng số ưu tiên, chỉ số nhất quán ($CI$) và tỷ số nhất quán ($CR$), chuẩn hóa dữ liệu bản đồ bằng hàm Fuzzy membership để cân bằng các mục tiêu kinh tế, xã hội và môi trường.

Phương pháp nghiên cứu

Luận án kết hợp các phương pháp nghiên cứu định tính và định lượng:

  • Phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp: Thu thập dữ liệu khí tượng thủy văn, số liệu kinh tế - xã hội, bản đồ hiện trạng sử dụng đất nông nghiệp năm 2010–2017, bản đồ thổ nhưỡng theo chuẩn FAO/ISRIC và số liệu thổ nhưỡng kế thừa từ Nguyễn Thị Hoàng Yến (2015).
  • Phương pháp điều tra thực địa:
    • Khảo sát theo 3 tuyến: Tuyến 1 dài 22,5 km (Long Hậu – Phước Lại – Phước Vĩnh Tây – Đông Thạnh – Phước Vĩnh Tây – Tân Tập); Tuyến 2 dài 14,5 km (Tân Kim – TT Cần Giuộc – Trường Bình – Long An – Long Phụng); Tuyến 3 dài 15,8 km (TT Cần Giuộc – Mỹ Lộc – Phước Lâm – Phước Hậu – Long Thượng – Phước Lý).
    • Điều tra nhanh nông thôn có sự tham gia (PRA/RRA) và phỏng vấn trực tiếp 205 hộ nông dân theo phiếu câu hỏi soạn sẵn kết hợp lấy ý kiến cán bộ quản lý địa phương.
  • Phương pháp đo đạc thực nghiệm và phân tích mẫu:
    • Thiết lập mạng lưới quan trắc gồm 56 điểm đặt ống nhựa PVC (đường kính 10 cm, chiều cao 1,2 m, khoan lỗ thu nước trên thân ống) đặt trên kênh và trên ruộng tại các xã vùng hạ Cần Giuộc; đo độ mặn định kỳ 1 tháng/lần.
    • Lựa chọn 14 vị trí đo mặn thực nghiệm chuyên sâu bằng ống PVC.
    • Thu thập mẫu đất tầng mặt (0–30 cm) tại 5 vị trí kiểm chứng thuộc 5 xã đại diện: Tân Tập, Phước Vĩnh Đông, Phước Vĩnh Tây, Long Phụng, Đông Thạnh trong 2 đợt (tháng 7/2016 và tháng 3/2017).
    • Phân tích mẫu tại Trung tâm Đất Phân bón và Môi trường phía Nam (Viện Nông hóa Thổ nhưỡng - EFS) theo tiêu chuẩn quốc gia: $pH_{H_2O}$ (TCVN 5979:2007), $EC$ và các cation hòa tan (TCVN 6650:2000), dung tích hấp thu $CEC$ (TCVN 8568:2010).
  • Phương pháp bản đồ và GIS: Sử dụng các phần mềm MicroStation, MapInfo, ArcGIS để biên tập bản đồ địa hình, bản đồ hiện trạng nông nghiệp 2017, bản đồ đơn vị đất đai (LUM), bản đồ phân vùng thích nghi đất đai và bản đồ tái cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp.
  • Phương pháp thống kê: Xử lý số liệu điều tra, số liệu quan trắc và tính toán ma trận tương quan bằng Microsoft Excel.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa các đặc điểm tự nhiên, nguồn nước, tình hình đất mặn tại ĐBSCL và tổng quan chi tiết điều kiện khu vực nghiên cứu huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An.

Về quy mô và phân bố đất mặn tại Việt Nam theo phân loại FAO/UNESCO:

STT Loại đất (Ký hiệu) Diện tích (ha) Đặc điểm lý hóa chính Phân bố và khả năng sử dụng
1 Đất mặn sú, vẹt, đước (Gleyi Salic Fluvisols - FLsg) 180.000 Rất mặn, pH trung tính đến kiềm, giàu mùn, $N%$ khá - giàu, $P_2O_5%$ trung bình, $K_2O%$ khá - giàu, cation trao đổi trung bình - khá. Ven biển đồng bằng Nam Bộ; phát triển lâm nghiệp rừng ngập mặn.
2 Đất mặn nhiều (Hapli Salic Fluvisols - FLsh) 300.000 Tổng muối tan $> 1%$, $Cl^- > 0{,}25%$, $EC > 4\text{ dS/cm}$ ở $25^\circ\text{C}$, thành phần cơ giới nặng ở Nam Bộ, nhẹ ở Bắc Bộ. Ven biển Bắc Bộ (Thái Bình, Nam Định, Ninh Bình) và Nam Bộ (Tiền Giang, Trà Vinh, Bạc Liêu, Cà Mau).
3 Đất mặn trung bình và ít (Molli Salic Fluvisols - FLsm) 700.000 $Cl^- < 0{,}25%$, $EC < 4\text{ mS/cm}$, ít chua ($pH_{KCl}: 6\text{–}8$), tỷ lệ $Ca^{2+}/Mg^{2+} < 1$, hàm lượng mùn và đạm trung bình, kali khá - giàu. Chiếm 70% diện tích phân bố ở ĐBSCL tiếp giáp đất phù sa; trồng trọt và kết hợp thủy sản.
4 Đất mặn kiềm (Gleyic Solonetz) 200 Chứa nhiều $Na_2CO_3$ và $NaHCO_3$, $pH > 8$, xuất hiện đốm muối trắng hoặc hàm lượng hữu cơ cao ($pH > 9$). Phân bố hẹp tại Ninh Thuận, Bình Thuận; cây cà giang sinh trưởng được.

Về thực trạng xâm nhập mặn tại ĐBSCL qua các năm cực đoan:

Tên sông Phân bổ chiều dài xâm nhập mặn ranh 4 g/l năm 2016 (km) Phân bổ chiều dài xâm nhập mặn ranh 4 g/l năm 2020 (km)
Sông Vàm Cỏ 90 – 93 100 – 130
Sông Hậu 55 – 60 60 – 65
Sông Cửa Lớn 60 – 65 55 – 65

Thiệt hại sản xuất nông nghiệp trong đợt hạn mặn năm 2020 được ghi nhận tại nhiều địa phương, trong đó Cà Mau thiệt hại 16.000 ha diện tích lúa - tôm và 104,7 ha vụ mùa; Kiên Giang thiệt hại 1.503 ha lúa - tôm và 172 ha vụ mùa; Long An ghi nhận 5.177 ha lúa bị ảnh hưởng (gồm 3.977 ha thiệt hại trên 70%) và 9.600 ha thanh long bị tác động.

Đối với huyện Cần Giuộc:

  • Điều kiện địa hình thấp dần ra biển và hệ thống sông rạch chịu chế độ bán nhật triều không đều từ Biển Đông qua sông Soài Rạp và sông Cần Giuộc.
  • Tài nguyên đất gồm các nhóm đất chính: đất mặn, đất phèn và đất phù sa. Trong đó đất mặn tập trung tại các xã vùng hạ (Tân Tập, Phước Vĩnh Đông, Phước Vĩnh Tây, Đông Thạnh, Long Phụng).
  • Biến động nông nghiệp giai đoạn 2010–2017: Diện tích đất trồng lúa có xu hướng giảm do chuyển sang đất nuôi trồng thủy sản và rau màu chuyên canh hoặc bỏ hoang do nguồn nước tưới bị mặn hóa.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 trình bày cấu trúc toán học của mô hình HYDRUS 1D và khung lý thuyết đánh giá đất đai theo tiêu chí của FAO kết hợp phân tích đa tiêu chí:

  1. Cơ chế vận hành mô hình HYDRUS 1D:
  • Module dòng chảy giải phương trình Richards: $$\frac{\partial \theta}{\partial t} = \frac{\partial}{\partial z} \left[ K(h) \left( \frac{\partial h}{\partial z} + 1 \right) \right] - S(h)$$ Trong đó $\theta$ là độ ẩm thể tích, $h$ là thế năng áp suất nước, $K(h)$ là độ dẫn thủy lực không bão hòa, $z$ là tọa độ không gian thẳng đứng, $t$ là thời gian, $S(h)$ là số hạng tiêu giảm do rễ cây hút nước.
  • Quan hệ $\theta(h)$ và $K(h)$ xác định qua các thông số của phương trình Van Genuchten ($\theta_r, \theta_s, \alpha, n, l, K_s$).
  • Module vận chuyển chất tan giải phương trình khuếch tán đối lưu một chiều: $$\frac{\partial (\theta C)}{\partial t} = \frac{\partial}{\partial z} \left( \theta D \frac{\partial C}{\partial z} \right) - \frac{\partial (q C)}{\partial z}$$ Trong đó $C$ là nồng độ chất tan (độ mặn), $D$ là hệ số phân tán, $q$ là thông lượng dòng chảy.
  1. Phương pháp đánh giá thích nghi đất đai bền vững:
  • Cấu trúc phân loại thích nghi theo FAO gồm 4 cấp: Rất thích nghi (S1), Thích nghi trung bình (S2), Ít thích nghi (S3) và Không thích nghi (N).
  • Lập bản đồ đơn vị đất đai (LUM) bằng kỹ thuật chồng xếp các lớp bản đồ đơn tính: bản đồ đất, bản đồ mặn, bản đồ ngập triều, bản đồ hiện trạng sử dụng đất.
  • Tích hợp phương pháp đánh giá đa tiêu chí (MCE) và phân tích thứ bậc (AHP) với 3 nhóm tiêu chí:
    • Tiêu chí kinh tế: Hiệu quả đồng vốn, thu nhập thuần, giá trị sản xuất trên một đơn vị diện tích.
    • Tiêu chí xã hội: Khả năng giải quyết việc làm, mức độ chấp nhận của người dân, tính ổn định mùa vụ.
    • Tiêu chí môi trường: Nguy cơ mặn hóa đất, mức độ thoái hóa đất, nhu cầu sử dụng nước ngọt và tính bền vững sinh thái.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm hiện trường, mô phỏng toán và phương án đề xuất tái cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp tại huyện Cần Giuộc:

  1. Kết quả điều tra thực trạng canh tác và nông hộ:
  • Xử lý 205 phiếu điều tra PRA/RRA tại các xã cho thấy cơ cấu cây trồng gồm 4 nhóm chính: chuyên lúa (1–2 vụ), chuyên rau màu, luân canh lúa - tôm/thủy sản, và chuyên nuôi tôm nước lợ.
  • Ranh mặn trên sông Cần Giuộc và các kênh nhánh trong mùa khô đạt mức cao điểm vào tháng 3 và tháng 4, dao động từ 4 g/l đến trên 18 g/l, làm hạn chế nguồn nước lấy vào đồng ruộng.
  1. Kết quả đo đạc thực nghiệm và phân tích hóa học đất:
  • Quan trắc diễn biến độ mặn tại 56 điểm đặt ống và 14 điểm đo mặn thực nghiệm phản ánh sự gia tăng độ mặn tầng mặt trong mùa khô do bốc thoát hơi nước và sự mao dẫn muối từ tầng dưới lên.
  • Kết quả phân tích tính chất lý hóa tại 5 phẫu diện đại diện (CG02 - Phước Vĩnh Tây/Phước Vĩnh Đông, CG18 - Long Phụng, CG10 - Tân Tập, CG15 - Đông Thạnh) cho thấy:
    • Tầng mặt đất bị ảnh hưởng mặn có độ dẫn điện $EC$ biến thiên mạnh giữa mùa khô và mùa mưa.
    • Các chỉ số $SAR$ và $ESP$ tại các điểm nuôi tôm chuyển đổi cho thấy đất có biểu hiện sodic hóa cục bộ, khả năng thoát nước kém khi chuyển ngược lại trồng lúa nếu không có biện pháp rửa mặn hiệu quả.
  1. Đánh giá thích nghi đất đai theo phương pháp FAO:
  • Luận án xây dựng yêu cầu sử dụng đất cho các loại hình canh tác lựa chọn (LUT chuyên lúa, LUT chuyên rau, LUT tôm - lúa, LUT nuôi tôm, LUT cây ăn trái chịu hạn mặn).
  • Xác định diện tích phân bổ của từng LUT ở các mức thích nghi S1, S2, S3 và N trên bản đồ đơn vị đất đai huyện Cần Giuộc. Các vùng chuyên lúa ngoài đê bao có mức thích nghi giảm xuống S3 hoặc N trong mùa khô do thiếu nước ngọt.
  1. Kết quả mô phỏng độ mặn bằng HYDRUS 1D:
  • Thiết lập thông số mô hình dựa trên số liệu thực nghiệm đất năm 2017 và chuỗi số liệu khí tượng (mưa, bốc thoát hơi nước) tại trạm KTTV Tân An.
  • So sánh kết quả mô phỏng và thực đo năm 2017 tại 5 điểm mẫu cho thấy sự phù hợp cao giữa đường phân bố độ mặn mô phỏng và số liệu quan trắc thực tế theo các nút tính toán (Node).
  • Mô phỏng các kịch bản thời vụ của LUT1 (lúa) và LUT2 (tôm/màu) trong điều kiện biến đổi khí hậu giúp xác định chính xác thời điểm độ mặn trong đất vượt ngưỡng chịu đựng của cây trồng để khuyến cáo lịch xuống giống hoặc điều tiết nguồn nước.
  1. Phương án đề xuất tái cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp:
  • Tổng hợp điểm đánh giá kinh tế - xã hội - môi trường theo phương pháp AHP cho từng LUT.
  • Xác định diện tích các loại hình canh tác kém hiệu quả cần chuyển đổi.
  • Xây dựng bản đồ đề xuất bố trí cây trồng và bản đồ tái cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp huyện Cần Giuộc theo hướng phân vùng sinh thái thích ứng:
    • Vùng kiểm soát được nước ngọt (vùng thượng): Duy trì chuyên canh lúa chất lượng cao và rau an toàn.
    • Vùng chuyển tiếp (vùng trung): Phát triển mô hình luân canh linh hoạt theo mùa (lúa mùa mưa, cây trồng chịu mặn hoặc thủy sản mùa khô).
    • Vùng ven sông, cửa sông thường xuyên nhiễm mặn (vùng hạ): Chuyển hẳn sang mô hình nuôi trồng thủy sản sinh thái, nuôi tôm ứng dụng công nghệ hoặc phát triển rừng ngập mặn kết hợp.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã đạt được các kết quả và đóng góp mới sau:

  1. Về mặt khoa học và phương pháp luận:
  • Đánh giá được mức độ thích nghi của các hệ thống canh tác nông nghiệp hiện hữu trên vùng đất bị nhiễm mặn do nguồn nước tại khu vực ven biển ĐBSCL (điển hình tại huyện Cần Giuộc, Long An).
  • Thiết lập quy trình ứng dụng mô hình toán HYDRUS 1D kết hợp đo đạc thực nghiệm ngoài hiện trường để mô phỏng diễn biến lan truyền mặn trong tầng đất canh tác nông nghiệp dưới tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng.
  • Tích hợp thành công khung đánh giá thích nghi đất đai FAO với công cụ GIS và kỹ thuật đánh giá đa tiêu chí (MCE/AHP) để giải quyết bài toán quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp bền vững.
  1. Về mặt thực tiễn và ứng dụng:
  • Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm chi tiết về hiện trạng mặn hóa, tính chất lý hóa của các phẫu diện đất đại diện và diễn biến độ mặn nguồn nước mặt tại huyện Cần Giuộc giai đoạn 2016–2018.
  • Xây dựng hệ thống bản đồ chuyên đề: bản đồ hiện trạng nông nghiệp 2017, bản đồ đơn vị đất đai (LUM), bản đồ thích nghi đất đai và bản đồ đề xuất tái cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp huyện Cần Giuộc.
  • Cung cấp cơ sở khoa học hỗ trợ chính quyền địa phương xây dựng chính sách phân bố quỹ đất sản xuất, điều chỉnh lịch thời vụ và lựa chọn loại hình canh tác thích ứng thuận tự nhiên theo tinh thần Nghị quyết 120/NQ-CP.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

  • Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm tập trung chuyên sâu trên địa bàn huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An; do đó việc mở rộng áp dụng cần phải hiệu chỉnh các thông số đất và chế độ thủy văn phù hợp với từng tiểu vùng sinh thái khác ở ĐBSCL.
  • Mô hình HYDRUS 1D là mô hình mô phỏng một chiều theo phương thẳng đứng, chưa phản ánh đầy đủ động thái dòng chảy ngang và tương tác phức tạp hai chiều/ba chiều giữa tầng nước mặt kênh rạch và các tầng chứa nước dưới đất có áp.
  • Mạng lưới điểm đo đạc phẫu diện đất chuyên sâu phân tích đầy đủ các chỉ tiêu hóa học còn giới hạn (5 điểm kiểm chứng tại 5 xã đại diện).

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Mở rộng phạm vi nghiên cứu và thiết lập mạng lưới quan trắc độ mặn trong đất trên quy mô toàn bộ các vùng sinh thái ven biển ĐBSCL.
  • Ứng dụng các mô hình mô phỏng dòng chảy và lan truyền mặn đa chiều (2D/3D) để đánh giá toàn diện tương tác giữa nguồn nước mặt, nước ngầm và tầng rễ cây.
  • Cập nhật các kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng và các kịch bản điều tiết thủy điện từ thượng nguồn sông Mekong giai đoạn mới để nâng cao độ chính xác dự báo.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo cho các đối tượng và cơ quan:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học, giảng viên và sinh viên các chuyên ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước, Quản lý Đất đai, Khoa học Thổ nhưỡng, Thủy lợi và Nông nghiệp bền vững: Tham khảo quy trình tích hợp mô hình HYDRUS 1D, kỹ thuật phân tích đất nhiễm mặn và phương pháp đánh giá đất đai theo FAO kết hợp GIS/AHP.
  • Cơ quan quản lý nhà nước (Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Long An và các tỉnh ven biển ĐBSCL): Sử dụng số liệu và bản đồ đề xuất để hoạch định chính sách phân vùng sản xuất, quy hoạch sử dụng đất cấp huyện và xây dựng phương án ứng phó hạn mặn.
  • Cán bộ kỹ thuật và khuyến nông địa phương: Tham khảo ngưỡng thích nghi của các loại hình canh tác (LUT) và diễn biến nồng độ mặn theo mùa để hướng dẫn nông dân bố trí lịch thời vụ và kỹ thuật rửa mặn đất.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng đất nông nghiệp bị nhiễm mặn tại huyện Cần Giuộc là gì? Nguyên nhân gồm cả yếu tố tự nhiên và nhân tạo: tác động của biến đổi khí hậu làm gia tăng xâm nhập mặn từ hệ thống sông Vàm Cỏ và sông Soài Rạp trong mùa khô khi nguồn nước ngọt thượng lưu suy giảm; kết hợp với tác động từ việc người dân chuyển đổi tự phát từ trồng lúa sang nuôi tôm nước lợ, dẫn nước mặn vào nội đồng nhưng sau đó nuôi thất bại làm đất bị mặn hóa và sodic hóa khó phục hồi.

  2. Mạng lưới thực nghiệm đo đạc độ mặn trong đất của luận án được bố trí ra sao? Nghiên cứu thiết lập mạng lưới 56 điểm đặt ống nhựa PVC (đường kính 10 cm, cao 1,2 m có khoan lỗ) tại các xã vùng hạ để đo độ mặn định kỳ 1 tháng/lần; chọn 14 vị trí đo mặn thực nghiệm chuyên sâu và 5 điểm phẫu diện đại diện tại 5 xã (Tân Tập, Phước Vĩnh Đông, Phước Vĩnh Tây, Long Phụng, Đông Thạnh) để lấy mẫu tầng mặt (0–30 cm) phân tích tại phòng thí nghiệm EFS theo các tiêu chuẩn TCVN.

  3. Mô hình HYDRUS 1D thực hiện nhiệm vụ gì trong luận án? HYDRUS 1D được sử dụng để giải phương trình Richards và phương trình đối lưu - phân tán nhằm mô phỏng diễn biến độ ẩm và nồng độ mặn ($Cl^-$/tổng muối tan) theo độ sâu tầng đất tại các phẫu diện thực nghiệm; kiểm chứng với số liệu đo thực tế năm 2017 và dự báo các kịch bản mặn hóa dưới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu theo lịch thời vụ của từng loại hình sử dụng đất.

  4. Tiêu chí phân cấp đất mặn theo tổng muối hòa tan của FAO (1993) được quy định như thế nào? FAO (1993) phân chia thành 4 cấp độ: Cấp 0 (Không mặn, tổng muối hòa tan $< 0{,}15\text{ g/l}$); Cấp 1 (Mặn ít, $0{,}15\text{–}0{,}35\text{ g/l}$); Cấp 2 (Mặn trung bình, $0{,}35\text{–}0{,}65\text{ g/l}$); Cấp 3 (Mặn nhiều, $> 0{,}65\text{ g/l}$).

  5. Phương án tái cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp tại huyện Cần Giuộc được xây dựng dựa trên nguyên tắc nào? Phương án được xây dựng dựa trên sự tích hợp giữa bản đồ thích nghi đất đai theo tiêu chí FAO với kết quả đánh giá đa tiêu chí (MCE/AHP) bao gồm 3 nhóm tiêu chí kinh tế, xã hội, môi trường; phân vùng không gian thành các vùng ngọt hóa ổn định, vùng chuyển đổi luân canh linh hoạt và vùng chuyên thủy sản mặn lợ thích ứng thuận tự nhiên theo Nghị quyết 120/NQ-CP.

Kết luận

Luận án đã giải quyết bài toán xác định đặc điểm nguồn nước và đề xuất giải pháp sử dụng đất nông nghiệp bị nhiễm mặn tại huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An. Thông qua việc kết hợp điều tra nông hộ (205 phiếu), quan trắc thực nghiệm (56 điểm ống đo, 5 phẫu diện chuyên sâu), mô phỏng truyền mặn bằng HYDRUS 1D và đánh giá thích nghi đất đai theo tiêu chuẩn FAO trên nền tảng GIS và AHP, công trình đã làm rõ động thái mặn hóa trong môi trường đất. Các kết quả nghiên cứu và hệ thống bản đồ tái cơ cấu sử dụng đất cung cấp luận cứ khoa học tin cậy cho công tác quản lý tài nguyên đất, quy hoạch nông nghiệp thích ứng với biến đổi khí hậu và nước biển dâng tại vùng ven biển Đồng bằng sông Cửu Long.