Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Bắc Ninh có diện tích tự nhiên 82.271 ha, là địa phương có quy mô địa lý nhỏ nhất Việt Nam nhưng lại sở hữu mật độ dân số rất cao, đạt 1.778 người/km2 vào năm 2021. Cùng với tốc độ tăng trưởng kinh tế mạnh mẽ và sự bùng nổ của các khu công nghiệp, áp lực gia tăng dân số đã thúc đẩy quá trình chuyển đổi mục đích sử dụng đất diễn ra nhanh chóng. Trong giai đoạn 2016 - 2021, diện tích đất sản xuất nông nghiệp của tỉnh đã sụt giảm 2.850 ha, đặt ra thách thức lớn đối với an ninh lương thực cục bộ và môi trường sinh thái. Để đáp ứng nhu cầu lương thực trong điều kiện quỹ đất thu hẹp, người dân đẩy mạnh thâm canh, lạm dụng phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật, làm biến đổi tiêu cực đặc tính lý hóa của thổ nhưỡng.

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Địa lí Tự nhiên của tác giả Nguyễn Thị Thùy, thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên năm 2023 dưới sự hướng dẫn của TS. Phạm Hương Giang, tập trung giải quyết bài toán cấp bách này qua đề tài nghiên cứu hiện trạng môi trường đất sản xuất nông nghiệp tỉnh Bắc Ninh giai đoạn 2016 - 2021. Mục tiêu trọng tâm của công trình là đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng đất canh tác thông qua các chỉ số nông hóa và mức độ ô nhiễm độc chất, xác định các nguyên nhân tự nhiên lẫn nhân sinh, từ đó thiết lập các giải pháp khoa học nhằm bảo vệ và cải tạo môi trường đất.

Phạm vi nghiên cứu bao quát toàn bộ 8 đơn vị hành chính cấp huyện, thị xã, thành phố của tỉnh Bắc Ninh, tập trung chủ yếu vào đất chuyên trồng lúa và đất trồng cây hàng năm khác. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài thể hiện qua việc cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác, hỗ trợ công tác quản lý và bảo vệ 40.985 ha đất sản xuất nông nghiệp của tỉnh Bắc Ninh, góp phần định hướng chuyển dịch cơ cấu cây trồng an toàn sinh học và hướng tới mục tiêu phát triển bền vững trong thời kỳ mới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết phát sinh thổ nhưỡng học kinh điển của nhà khoa học Vasily Dokuchaev từ năm 1879, xác định đất là vật thể tự nhiên độc lập hình thành từ sự tác động tổng hợp của 5 yếu tố tự nhiên gồm đá mẹ, địa hình, khí hậu, sinh vật, thời gian cùng với nhân tố con người thông qua hoạt động canh tác. Bên cạnh đó, luận văn vận dụng lý thuyết phát triển bền vững được thống nhất tại Hội nghị Thượng đỉnh Trái đất Johannesburg năm 2002, đòi hỏi sự cân bằng hài hòa giữa tăng trưởng kinh tế, công bằng xã hội và bảo vệ tài nguyên môi trường. Luận văn quán triệt sâu sắc quan điểm hệ thống của Ludwig von Bertalanffy, xem môi trường đất nông nghiệp là một phân hệ mở có mối liên hệ mật thiết, trao đổi vật chất liên tục với nguồn nước, không khí và hệ sinh thái xung quanh.

Các khái niệm trọng tâm bao gồm môi trường đất sản xuất nông nghiệp, độ chua trao đổi pHKCl, các chỉ tiêu dinh dưỡng đa lượng NPK tổng số và chất hữu cơ tổng số. Trong đó, độ chua trao đổi có khoảng giá trị tối ưu từ 5,5 đến 7,0 để cây trồng hấp thu khoáng chất thuận lợi nhất; nếu chỉ số này giảm dưới 4,5 thì đất bị chua nghiêm trọng, khiến ion kim loại di động cản trở quá trình hấp thu phốt pho và kali. Hàm lượng chất mùn chiếm từ 85% đến 90% tổng lượng chất hữu cơ phân giải, đóng vai trò quyết định độ phì nhiêu. Dựa trên khung phân loại quốc tế FAO-UNESCO-WRB năm 2006, thổ nhưỡng nông nghiệp Bắc Ninh gồm 6 nhóm đất chính, trong đó nhóm đất phù sa chiếm diện tích chủ đạo với hơn 31.000 ha, giữ vai trò nền tảng cho canh tác lúa nước.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn kết hợp chặt chẽ giữa nghiên cứu lý thuyết, phân tích dữ liệu quan trắc và khảo sát thực địa. Nguồn dữ liệu thứ cấp được thu thập chính thống từ Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh với chuỗi số liệu quan trắc môi trường kéo dài 6 năm liên tục từ năm 2016 đến năm 2021, cùng số liệu thống kê từ Niên giám thống kê tỉnh Bắc Ninh các năm 2016 và 2021. Các thông số phân tích bao gồm pHKCl, hàm lượng đạm tổng số, lân tổng số, kali tổng số, chất hữu cơ, 5 kim loại nặng độc hại gồm As, Cd, Pb, Zn, Cu và dư lượng thuốc bảo vệ thực vật thuộc nhóm Clo hữu cơ cùng nhóm Lân hữu cơ.

Để làm rõ phương thức canh tác thực tế, tác giả thực hiện phương pháp điều tra xã hội học với cỡ mẫu 50 phiếu khảo sát nông hộ kết hợp phỏng vấn sâu tại 8 huyện, thị xã, thành phố. Phương pháp chọn mẫu phân tầng ngẫu nhiên được áp dụng dựa trên đặc trưng các tiểu vùng sinh thái nông nghiệp, bảo đảm tính đại diện cho cả vùng chuyên canh lúa thâm canh cao lẫn vùng cây rau màu hàng năm.

Lý do lựa chọn phương pháp đánh giá tổng hợp đối chiếu với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 03-MT:2015/BTNMT và Thông tư 60/2015/TT-BTNMT là nhằm chuẩn hóa các chỉ số theo quy định pháp lý hiện hành. Đồng thời, nghiên cứu ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý GIS kết hợp phần mềm chuyên dụng MapInfo để xây dựng hệ thống bản đồ số hóa tỷ lệ cao, giúp thể hiện trực quan ranh giới và không gian phân bố chất lượng môi trường đất một cách chính xác.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, diện tích đất sản xuất nông nghiệp tại Bắc Ninh có xu hướng sụt giảm liên tục trong giai đoạn 2016 - 2021. Đến năm 2021, tổng diện tích đất sản xuất nông nghiệp còn 40.985 ha, chiếm 49,8% diện tích tự nhiên toàn tỉnh, giảm 2.850 ha so với mức 43.835 ha của năm 2016 (tương ứng mức suy giảm 6,5%). Trong đó, đất trồng cây hàng năm chiếm 40.231 ha, tương đương 98,2% đất sản xuất nông nghiệp. Đất chuyên trồng lúa giữ vai trò áp đảo với 37.179 ha, chiếm 92,4% quỹ đất cây hàng năm, tập trung lớn nhất tại thị xã Quế Võ với 7.693 ha và thị xã Thuận Thành với 5.707 ha.

Thứ hai, hiện trạng chua hóa thổ nhưỡng diễn ra phổ biến trên các vùng canh tác lúa nước. Đa số các mẫu đất khảo sát có giá trị pHKCl nằm trong ngưỡng từ rất chua đến chua, nhiều vị trí ghi nhận độ chua trao đổi giảm sâu dưới mức 4,5. Trạng thái chua hóa cục bộ làm hạn chế khả năng giải phóng chất dinh dưỡng dễ tiêu cho rễ cây, đồng thời thúc đẩy quá trình cố định phốt pho và rửa trôi các cation kiềm.

Thứ ba, hàm lượng dinh dưỡng khoáng tầng mặt phản ánh sự phân hóa mạnh mẽ do áp lực phân bón vô cơ. Hàm lượng đạm tổng số và lân tổng số tại hầu hết các tầng đất mặt đạt mức trung bình đến giàu, phản ánh hệ quả của quá trình tích lũy dưỡng chất qua nhiều vụ gieo trồng liên tục. Ngược lại, hàm lượng kali tổng số chỉ dao động ở mức trung bình và xuất hiện dấu hiệu suy kiệt trên các chân đất thành phần cơ giới nhẹ hoặc đất cát pha.

Thứ tư, hàm lượng kim loại nặng và dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật cơ bản nằm trong ngưỡng kiểm soát nhưng tiềm ẩn rủi ro cục bộ. Nồng độ của 5 kim loại nặng As, Cd, Pb, Zn và Cu trong đất trồng lúa và cây hàng năm khác đều nằm dưới ngưỡng tối đa cho phép theo Quy chuẩn QCVN 03-MT:2015/BTNMT. Tuy nhiên, hàm lượng đồng và kẽm có xu hướng tích tụ cao hơn rõ rệt tại các khu vực tiếp giáp làng nghề luyện kim và cụm công nghiệp. Dư lượng thuốc bảo vệ thực vật nhóm Clo hữu cơ và Lân hữu cơ phần lớn ở mức an toàn, song vẫn phát hiện các điểm có nguy cơ tích tụ tại các chân ruộng trũng tiếp nhận nước thải sinh hoạt và nông nghiệp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng đất bị chua hóa và mất cân đối dinh dưỡng là tập quán bón phân thiếu khoa học của người dân. Theo thống kê của ngành nông nghiệp, lượng phân bón vô cơ sử dụng trung bình trên cả nước đạt 560 kg/ha, cao gấp 4 lần lượng phân bón hữu cơ (140 kg/ha). Tại Bắc Ninh, việc bón quá nhiều các loại phân có tính chua sinh lý như kali clorua, phân đạm ure hay super photphat đã khiến nồng độ ion H+ và Al3+ tự do trong dung dịch đất tăng cao. Tình trạng này khiến hơn 50% lượng đạm và gần 80% lượng lân dư thừa không được cây trồng hấp thu hết, dẫn đến cố định hóa học hoặc rửa trôi gây ô nhiễm nguồn nước lân cận.

Bên cạnh yếu tố nội tại của nông nghiệp, sự phát triển công nghiệp với giá trị sản xuất năm 2022 đạt 168.251 tỷ đồng cùng hệ thống hàng chục làng nghề truyền thống đã tạo ra áp lực phát thải ngoại sinh rất lớn. Nước thải chưa qua xử lý triệt để từ các cơ sở sản xuất tiểu thủ công nghiệp và rác thải sinh hoạt đô thị theo hệ thống kênh mương thủy nông Bắc Đuống và Nam Đuống xâm nhập vào đồng ruộng. Kết quả này tương đồng với nghiên cứu của tác giả Nguyễn Khánh Tân năm 2016 tại phường Châu Khê thị xã Từ Sơn và công trình của tác giả Phạm Thị Mỹ Phương năm 2018 tại vùng rau chuyên canh, khẳng định mối liên hệ trực tiếp giữa mật độ phát triển công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp với sự gia tăng hàm lượng kim loại nặng trong đất nông nghiệp phụ cận.

Để trực quan hóa các phát hiện này, toàn bộ dữ liệu thực nghiệm của luận văn được cấu trúc hóa thông qua hệ thống bảng tổng hợp số liệu nông hóa nhiều chỉ tiêu và các biểu đồ cơ cấu tỷ lệ phần trăm phân cấp dinh dưỡng NPK. Đặc biệt, việc xây dựng bản đồ hiện trạng môi trường đất tỷ lệ 1:50.000 trên nền tảng GIS đã phân vùng rõ rệt các điểm đất an toàn, vùng đất có dấu hiệu chua hóa mạnh và các tọa độ có nguy cơ tích tụ kim loại nặng, tạo công cụ trực quan hỗ trợ đắc lực cho công tác chỉ đạo sản xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, thiết lập mạng lưới quan trắc và giám sát môi trường đất định kỳ. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh cần chủ trì, phối hợp với chính quyền 8 huyện, thị xã, thành phố xây dựng các trạm quan trắc thổ nhưỡng cố định trên toàn bộ 40.985 ha đất sản xuất nông nghiệp. Mục tiêu cụ thể là kiểm soát 100% các chỉ số pHKCl, NPK tổng số và kim loại nặng với tần suất lấy mẫu 2 lần mỗi năm trong lộ trình từ năm 2024 đến năm 2026, tích hợp dữ liệu vào cổng thông tin quản lý môi trường số của tỉnh.

Thứ hai, chuyển đổi quy trình canh tác và tái cân bằng dinh dưỡng đất. Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Bắc Ninh cần ban hành hướng dẫn kỹ thuật nhằm giảm thiểu từ 20% đến 30% lượng phân bón hóa học vô cơ, đồng thời nâng tỷ lệ sử dụng phân bón hữu cơ vi sinh đạt trên 40% tại 263 vùng sản xuất hàng hóa tập trung quy mô từ 5 ha trở lên. Kế hoạch này cần triển khai quyết liệt trong giai đoạn 2024 - 2028, kết hợp bón vôi nông nghiệp với định mức từ 400 đến 500 kg/ha để nâng độ chua pHKCl lên mức tối ưu từ 5,5 đến 6,5.

Thứ ba, kiểm soát triệt để các nguồn phát thải công nghiệp và nước thải làng nghề đan xen. Ban Quản lý các Khu công nghiệp tỉnh Bắc Ninh cùng Ủy ban nhân dân các cấp phải tiến hành rà soát, yêu cầu 100% cơ sở sản xuất tại các cụm công nghiệp và làng nghề tái chế hoàn thành hệ thống xử lý nước thải đạt quy chuẩn kỹ thuật môi trường trước năm 2027. Tuyệt đối ngăn chặn hành vi xả nước thải công nghiệp chưa qua xử lý vào hệ thống kênh mương tưới tiêu phục vụ sản xuất lúa và hoa màu.

Thứ tư, hoàn thiện hệ thống thu gom và tiêu hủy chất thải nguy hại đồng ruộng. Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ thực vật tỉnh Bắc Ninh phối hợp cùng 50 tổ dịch vụ nông nghiệp cơ sở xây dựng các bể chứa đạt chuẩn kỹ thuật để thu gom triệt để 100% bao bì, vỏ chai thuốc bảo vệ thực vật sau sử dụng. Mục tiêu đến năm 2030, toàn bộ lượng rác thải nguy hại nông nghiệp phát sinh hàng năm được vận chuyển và tiêu hủy theo đúng quy trình an toàn môi trường, ngăn ngừa nguy cơ tồn dư hóa chất Clo và Lân hữu cơ trong đất.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm thứ nhất bao gồm các cơ quan quản lý nhà nước và hoạch định chính sách, tiêu biểu là Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Bắc Ninh. Dữ liệu thực nghiệm về biến động 40.850 ha đất sản xuất cùng hệ thống bản đồ số hóa GIS là tài liệu tham khảo giá trị để tích hợp vào Quy hoạch tỉnh Bắc Ninh thời kỳ 2021 - 2030, tầm nhìn đến năm 2050, hỗ trợ phân định chính xác hành lang cách ly giữa khu công nghiệp và vùng sản xuất nông nghiệp.

Nhóm thứ hai là các nhà khoa học, giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Địa lý Tự nhiên, Quản lý Đất đai, Khoa học Môi trường và Nông hóa Thổ nhưỡng. Luận văn cung cấp khung phương pháp luận hoàn chỉnh từ việc thiết kế 50 phiếu điều tra nông hộ đến quy trình phân tích đối chiếu tiêu chuẩn kỹ thuật môi trường, tạo tiền đề khoa học vững chắc để phát triển các đề tài nghiên cứu suy thoái đất tại lưu vực châu thổ sông Hồng.

Nhóm thứ ba là các doanh nghiệp nông nghiệp, hợp tác xã sản xuất theo tiêu chuẩn VietGAP và nông nghiệp hữu cơ. Doanh nghiệp có thể khai thác các đánh giá chi tiết về độ chua pHKCl và nồng độ kim loại nặng để lựa chọn vị trí đầu tư canh tác an toàn tại 263 vùng sản xuất hàng hóa tập trung có quy mô từ 5 ha trở lên, hạn chế tối đa rủi ro tồn dư hóa chất độc hại trong nông sản xuất khẩu.

Nhóm thứ tư là lãnh đạo chính quyền cơ sở, hội nông dân và cán bộ khuyến nông tại 8 huyện, thị xã thuộc tỉnh Bắc Ninh. Kết quả nghiên cứu giúp cán bộ địa phương nắm bắt sâu sắc thực trạng chất lượng đất tại từng tiểu vùng, từ đó trực tiếp tuyên truyền và hướng dẫn cho hơn 766.000 lao động nông thôn điều chỉnh tỷ lệ bón phân cân đối, bảo vệ sức khỏe đất và nâng cao năng suất mùa vụ một cách bền vững.

Câu hỏi thường gặp

Nguyên nhân chính nào khiến đất sản xuất nông nghiệp tại Bắc Ninh bị chua hóa mạnh? Hiện tượng đất bị chua hóa chủ yếu do tập quán lạm dụng phân bón vô cơ kéo dài của người nông dân với lượng dùng bình quân lên tới 560 kg/ha. Các loại phân chua sinh lý phổ biến như super photphat và kali clorua khi bón vào đất sẽ giải phóng nhiều ion axit tự do. Trong thực tế canh tác, sự thiếu hụt phân bón hữu cơ khiến đất mất khả năng đệm sinh học, làm cho trị số pHKCl tại nhiều chân ruộng giảm sâu dưới ngưỡng 4,5.

Diện tích đất trồng lúa tại tỉnh Bắc Ninh biến động như thế nào trong chu kỳ nghiên cứu? Diện tích đất chuyên trồng lúa của tỉnh năm 2021 đạt 37.179 ha, chiếm 92,4% tổng diện tích đất trồng cây hàng năm nhưng giảm đáng kể so với các năm trước. Xu hướng sụt giảm diễn ra mạnh nhất tại các địa phương có tốc độ đô thị hóa nhanh như thành phố Bắc Ninh và thành phố Từ Sơn, nơi hàng nghìn hecta đất lúa màu mỡ được thu hồi để xây dựng khu công nghiệp, khu đô thị và mở rộng mạng lưới giao thông.

Hàm lượng kim loại nặng trong đất nông nghiệp của tỉnh có vượt ngưỡng an toàn hay không? Kết quả kiểm nghiệm 5 chỉ tiêu kim loại nặng gồm As, Cd, Pb, Zn và Cu cho thấy hầu hết các điểm nghiên cứu đều nằm trong giới hạn an toàn theo Quy chuẩn QCVN 03-MT:2015/BTNMT. Tuy nhiên, tại một số khu vực đất nông nghiệp nằm gần kề các cụm công nghiệp hoặc làng nghề luyện kim truyền thống, hàm lượng kẽm và đồng đã ghi nhận sự gia tăng cục bộ, tiệm cận mức cảnh báo ô nhiễm.

Dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong môi trường đất canh tác được ghi nhận ở mức độ nào? Hàm lượng tồn dư của các hóa chất bảo vệ thực vật thuộc nhóm Clo hữu cơ và Lân hữu cơ nhìn chung vẫn nằm trong giới hạn cho phép. Dù vậy, rủi ro ô nhiễm thứ cấp vẫn luôn thường trực do việc vứt bừa bãi bao bì thuốc bảo vệ thực vật sau sử dụng tại mương máng nội đồng. Hoạt động thâm canh cao độ tại các vùng rau màu chuyên canh làm tăng nguy cơ tích lũy hóa chất khó phân hủy trong đất tầng mặt.

Hệ thống thông tin địa lý GIS đóng góp vai trò gì trong công trình nghiên cứu này? Phần mềm GIS MapInfo cho phép số hóa toàn bộ mạng lưới không gian lấy mẫu và hiện trạng sử dụng đất tại 8 huyện, thị xã, thành phố. Thông qua công cụ này, tác giả đã xây dựng thành công bản đồ hiện trạng môi trường đất sản xuất nông nghiệp với tỷ lệ trực quan, giúp các nhà quản lý dễ dàng khoanh vùng các diện tích đất suy thoái, theo dõi diễn biến độ phì và đưa ra phương án xử lý kịp thời.

Kết luận

  • Luận văn thạc sĩ hoàn thành việc phân loại, đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng 40.985 ha đất sản xuất nông nghiệp trên địa bàn 8 đơn vị hành chính cấp huyện của tỉnh Bắc Ninh.
  • Phản ánh chính xác thực trạng chua hóa thổ nhưỡng với nhiều khu vực có pHKCl dưới mức 4,5 do hệ quả của việc lạm dụng 560 kg/ha phân bón vô cơ trong thời gian dài.
  • Xác lập chuỗi dữ liệu thực nghiệm quan trắc liên tục 6 năm từ năm 2016 đến năm 2021, khẳng định 5 kim loại nặng độc hại cơ bản nằm trong ngưỡng an toàn của quy chuẩn quốc gia.
  • Ứng dụng thành công phần mềm GIS MapInfo để xây dựng hệ thống bản đồ số hóa phản ánh biến động suy giảm 2.850 ha đất sản xuất nông nghiệp dưới tác động của công nghiệp hóa.
  • Đề xuất đồng bộ 4 nhóm giải pháp kỹ thuật canh tác và chính sách quản lý có tính khả thi cao, được kiểm định nghiêm ngặt với tỷ lệ trùng lặp Turnitin chỉ 18%.

Đóng góp khoa học lớn nhất của luận văn là cung cấp bức tranh toàn cảnh, chân thực về chất lượng thổ nhưỡng nông nghiệp tỉnh Bắc Ninh, kết nối chặt chẽ giữa lý thuyết địa lý tự nhiên với thực tiễn bảo vệ tài nguyên đất.

Trong giai đoạn từ năm 2024 đến năm 2030, các cấp chính quyền và cơ quan quản lý cần nhanh chóng đưa các khuyến nghị của nghiên cứu vào kế hoạch hành động thực tế, triển khai quy hoạch vùng sản xuất an toàn kết hợp phục hồi độ phì nhiêu của đất. Độc giả và các đơn vị chuyên môn hãy chủ động liên hệ, tham khảo toàn văn công trình nghiên cứu học thuật này để cùng chung tay xây dựng nền nông nghiệp sinh thái tuần hoàn, bảo vệ bền vững nguồn tài nguyên đất quý báu của quê hương Bắc Ninh.