mở đầu bằng công trình nghiên cứu của Ellison năm 1934[14]. Bằng các thí nghiệm trong phòng, lần đầu tiên ông đã phát hiện ra nhân tố cực kì quan trọng ảnh hưởng tới xói mòn đất đó là hạt mưa. Động năng của hạt mưa, sức bắn phá của nó trên bề mặt đất có vai trò quan trọng nhất, quyết định đến xói mòn. Thí nghiệm của Ellison đã chứng minh rằng, việc giảm động năng của hạt mưa bằng các dàn che nhân tạo hoặc tán lá của lớp phủ thực vật có thể làm giảm xói mòn đến hàng trăm lần.
Phát hiện của Ellison đã làm thay đổi quan điểm nghiên cứu về xói mòn và khả năng bảo vệ đất của các thảm thực vật. Nó đã mở ra phương hướng sử dụng cấu trúc thảm thực vật trong các biện pháp chống xói mòn nhằm bảo vệ độ phì của đất. Các nghiên cứu xói mòn bắt đầu chuyển sang nghiên cứu định lượng, xác định cơ chế xói mòn. Các nhà nghiên cứu nổi tiếng trong giai đoạn này là: Elison [14], Delixop, Mikhovic [34], Wichmeier W.
Xói mòn đất đã được các nhà khoa học thế kỉ XX nghiên cứu thực nghiệm và khái quát hóa thành công thức toán học như: Phương trình xói mòn mặt đất của Horton (1945), phương trình mặt đất của Musgave (1947), phương trình phá hủy kết cấu của hạt mưa (bằng các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm) của Elison (1945), phương trình mặt đất phổ dụng của Wischmeier và Smith (1958,1978),. hoặc nghiên cứu thông qua xây dựng mô hình mô phỏng như: Mô hình bồi lắng của Megev (1967), Mô hình mô phỏng quá trình bồi lắng fleming và Fhamy (1973), Mô hình mất đất do dòng chảy của Fleming và Waker (1977),. Hudson (1971,1981), Zakharop (1973) và nhiều tác giả khác đã nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hạt mưa, cường độ mưa và phân bố mưa tới xói mòn và dòng chảy mặt. Trong khi đó các nhân tố khác ảnh hưởng đến xói mòn như: Chiều dài sườn dốc, loại đất, lớp phủ thực vật,.
cũng được nghiên cứu sâu và rộng. Điển 6 hình là các nghiên cứu của các tác giả Wischmeier (1966, 1971). Những kết quả nghiên cứu này đã góp phần tìm ra cơ chế của quá trình xói mòn cũng như đề xuất các biện pháp phòng chống xói mòn thích hợp. Kết quả quan trọng của nghiên cứu xói mòn và khả năng bảo vệ đất trong giai đoạn này là xây dựng được phương trình mất đất phổ dụng (USLE) ở trường đại học tổng hợp Pardin (Mỹ) vào cuối năm 1950 [14].
Các yếu tố gây xói mòn được quy lại thành 7 yếu tố chính và biểu thị bằng phương trình có dạng tổng quát: A = R.1) Trong đó: A: Lượng đất xói mòn trung bình (tấn/ha/năm) R: Chỉ số phản ánh năng lực xói mòn của mưa K: Chỉ số năng lực chống xói mòn của đất, L: Hệ số độ dài sườn dốc (lượng đất mất trên thửa đất quan trắc so với trên thửa đất tiêu chuẩn dài 22,13m) S: Hệ số độ dốc (Lượng đất mất trên thửa đất quan trắc so với trên thửa đất tiêu chuẩn có độ dốc 9%) C: Hệ số canh tác (lượng đất mất trên thửa đất quan trắc so với trên thửa đất tiêu chuẩn được làm đất theo tiêu chuẩn). P: Hệ số bảo vệ đất( Lượng đất mất trên thửa đất có bảo vệ so với trên thửa đất không được bảo vệ). Phương trình này đã làm sáng tỏ vai trò của từng nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn. Nó có tác dụng định hướng cho nhiều nghiên cứu nhằm xác định quy luật xói mòn ở các khu vực có điều kiện địa lý khác nhau.
Tuy nhiên, sử dụng phương trình mất đất vẫn gặp phải những khó khăn nhất định: 7 + Điều kiện địa lý, địa chất của các khu vực có thể khác xa với điều kiện nơi xây dựng phương trình. Vì thế khi áp dụng phải có những nghiên cứu điều chỉnh các hệ số để phù hợp với điều kiện địa phương. Đây cũng là quá trình nghiên cứu đòi hỏi phải tốn kém về thời gian và kinh phí, không phải nơi nào cũng làm được. + Tập quán canh tác của các dân tộc cũng không giống nhau, vì vậy hệ số về phương pháp quản lý sử dụng đất cũng không giống nhau.
+ Phương trình đã xác định hệ số cho 128 kiểu cây trồng khác nhau, nhưng chủ yếu là cho các kiểu phối hợp cây trồng trong nông nghiệp, chưa tính đến sự đa dạng của các thảm thực vật rừng. Vào những năm 1970, phương trình mất đất phổ dụng được cải tiến để áp dụng cho đất rừng và một số loại đất phi nông nghiệp khác được gọi là phương trình mất đất biến đổi: A= R.2) Trong đó: A: Lượng đất bị xói mòn R: Chỉ số tính xói mòn của mưa K: Hệ số tính xói mòn của đất LS: Hệ số địa hình MV: Hệ số về biện pháp quản lý thực bì. Trong phương trình mất đất biến đổi, tính phức tạp của phương trình mất đất phổ dụng đã đươc giảm bớt trên cơ sở ghép các nhân tố độ dốc và chiều dài sườn dốc thành nhân tố địa hình, nhân tố cây trồng và nhân tố bảo vệ đất thành nhân tố quản lý thực bì. Việc áp dụng phương trình mất đất biến đổi đã trở thành đơn giản hơn.
Tuy nhiên, mục tiêu sử dụng của phương trình vẫn là đất nông nghiệp. Khi áp dụng cho các loại rừng thì độ chinh xác không cao, phương trình vẫn cần nghiên cứu bổ xung. 8 Trong giai đoạn này các công trình nghiên cứu không chỉ giới hạn ở Mỹ, Liên Xô mà còn được tiến hành ở nhiều quốc gia khác trên thế giới. Tuy nhiên, nghiên cứu xói mòn đất chủ yếu vẫn được tiến hành một cách độc lập theo những chương trình được hoạch định của từng cơ quan, từng quốc gia.
Còn rất ít những tổ chức quốc tế đứng ra giữ vai trò liên kết các nghiên cứu trong lĩnh vực này. Giai đoạn từ 1980 cho đến nay Sự phát triển kỹ thuật công nghiệp và quá trình gia tăng dân số đã thúc đẩy khai phá nhiều vùng rừng, chuyển thành khu canh tác nông nghiệp. Do không coi trong biện pháp bảo vệ đất nên hàng năm trên thế giới đã bị thái hóa chừng 20 triệu ha. Xói mòn đất không chỉ làm thu hẹp nhanh chóng diện tích canh tác mà còn là nguyên nhân dẫn đến sự biến đổi tính chất của nhiều thành phần môi trường như nguồn nước, thực vật, động vât.
Xói mòn đã trở thành nguyên nhân quan trọng dẫn đến suy thoái môi trường hiện nay. Vì vậy, trong “Chiến lược bảo vệ toàn cầu”, bảo vệ đất được xem là một trong những nhiệm vụ có tính chất chiến lược vì sự tồn tại lâu bền của con người. Khả năng chống xói mòn, bảo vệ đất trở thành chỉ tiêu cơ bản hình thành giá trị sinh thái của các phương thức canh tác. Những nghiên cứu về quản lý sử dụng đất trong thời kỳ này hướng vào hai mục tiêu chính: - Nhằm phát hiện những quy luật hoạt động của xói mòn của từng địa phương, từng quốc gia để xây dựng dự báo xói mòn và xây dựng biện pháp chống xói mòn với những công trình của: R.
- Xây dựng các biện pháp bảo vệ đất đặc biệt là công nghệ bảo vệ đất dốc, trong đó có công trình của K. Kết quả nghiên cứu cơ bản của giai đoạn này được thể hiện ở 2 mặt sau: * Phát triển các mô hình toán học để dự báo xói mòn. 9 Phương trình được áp dụng chủ yếu là phương trình mất đất phổ dụng cải tiến (RUSLE) của Wischmeier.H (1997) trên cơ sở gộp hệ số độ dốc và hệ số chiều dài sườn dốc thành hệ số địa hình: A= P.3) Trong đó: A: Lượng đất mất đi hàng năm R: Chỉ số phản ánh năng lực xói mòn của mưa. K: Chỉ số năng lực chống xói mòn của đất.
LS: Chỉ số địa hình. C: Chỉ số về thực vật. P: Chỉ số về biện pháp canh tác. Phương trình của Wischmeier đã gợi ý về các biện pháp chống xói mòn bảo vệ đất.
Đó là tất cả những giải pháp nhằm giảm thiểu một hoặc một nhóm các nhân tố ảnh hưởng đến xói mòn đất trong các phương trình của wischmeier. Tuy nhiên, việc áp dụng phương trình này cũng gặp nhiều khó khăn, đặc biệt trong điều kiện thiếu dữ liệu nghiên cứu cơ bản để xác định các thông số cần thiết, chẳng hạn thiếu dữ liệu về mưa, thiếu dữ liệu về khả năng chống xói mòn của đất, hay dữ liệu về ảnh hưởng của các kiểu trồng cây đến xói mòn v. Vì vậy, phương trình xói mòn đất của Wischmeier ngày nay được vận dụng theo hướng cải tiến hoặc bổ sung những tham số của phương trình để sử dụng trong nhiều quốc gia. Tham số được nghiên cứu điều chỉnh nhiều nhất là tham số C cho những kiểu thảm thực vật không có trong xây dựng phương trình ban đầu.
Phương trình USLE cũng được điều chỉnh để dự báo xói mòn cho một khu vực cụ thể theo từng trận mưa (RUSLE1), hoặc cho một sườn dốc khi không tính đến sự thay đổi về độ dốc (RUSLE2) (Foster et al. Có thể điểm qua một số dạng đã được thay đổi của phương trình mất đất phổ dụng như sau: 1) Phương trình dự báo cường độ xói mòn đất của Foster và cộng sự (1982) 10 Ae=qece (1.4) Trong đó: Ae: Cường độ xói mòn cho từng trận mưa qe: Tốc độ dòng chảy (volume/area/time) ce: Lượng xói mòn trên đơn vị thể tích (mass/volume), được tính như sau: ce=b1EI30/qe (1.5) b1: Hệ số thực nghiệm, re: Tổng lượng mưa E: Động năng trận mưa I30: Cường độ mưa cực đại trong 30 phút 2) Phương trình dự báo cường độ xói mòn đất của Kinnell and Risse(1998) Ae=b3QREI30 (1.6) Trong đó: Ae: Cường độ xói mòn cho từng trận mưa b3: Hệ số thực nghiệm QR: Tỷ lệ giữa lượng mưa và dòng chảy. 3) Phương trình dự báo cường độ xói mòn đất của Renard et al. (1997) Ae·veg=KUMQRBEI30Ce Trong đó: Ae.veg: Lượng xói mòn trên một khu vực có thực vật QRB: Tỷ lệ dòng chảy trên đất trống bỏ hoá Ce: Chỉ số thực vật trong phương trình USLE KUM: Chỉ số năng lực chống xói mòn của đất 4) Phương trình dự báo cường độ xói mòn đất của Tiwari và các cộng sự (2000) A1e= bKeEI30 (1.7) Trong đó: A1e: Lượng đất mất đi trên trong một trận mưa (event) trên một đơn vị diện tích 11 E: là động năng trận mưa I30: Cường độ mưa cực đại trong 30 phút Ke: Chỉ số về năng lực chống xói mòn của đất b: Hệ số điều chỉnh thay đổi theo độ dốc, chiều dài sườn dốc 5) Phương trình dự báo cường độ xói mòn đất của USDA-ARS (2008) Ae=A1eLSCePe (1.8) Trong đó: A1e: Lượng đất xói mòn của đất trống bỏ hoá.