Chương 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. Cơ sở lý thuyết ứng dụng công nghệ viễn thám, GIS và phương pháp đánh giá đa tiêu chí MCE - AHP trong giám sát biến động thoái hoá đất. Nghiên cứu thử nghiệm ứng dụng quy trình giám sát biến động thoái hóa đất trên địa bàn thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh.
Những đóng góp mới của luận án - Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và ảnh VNRedSat-1 trong phân loại, chiết tách thông tin phục vụ việc thành lập bản đồ đất bị xói mòn do mưa. - Xây dựng được quy trình giám sát biến động thoái hóa đất, bản đồ biến động thoái hóa đất biểu thị phạm vi, quy mô, mức độ và sự thay đổi theo thời gian về mức độ thoái hóa đất bằng công nghệ viễn thám, GIS và phương pháp đánh giá đa tiêu chí MCE-AHP. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Các vấn đề cơ bản về thoái hóa đất 1.
Tài nguyên đất Để hiểu được thoái hóa đất, trước tiên phải hiểu về Đất. Tài nguyên đất là một dạng tài nguyên không tái tạo, là tư liệu, là công cụ sản xuất đặc biệt, là tài sản vô cùng quý giá của con người, của quốc gia. Tài nguyên đất bao gồm 2 phạm trù: Đất với phạm trù là thổ nhưỡng (Soil) và đất với phạm trù là đất đai (Land). Đất đai là đối tượng nghiên cứu thiên về khoa học xã hội, trong khi Đất (Soil) lại thiên về khoa học tự nhiên.
Theo Krasil’nikov [45], nhà nghiên cứu người Nga V. Docuchaev đã đưa ra định nghĩa: “Đất là một thực thể tự nhiên có nguồn gốc và lịch sử phát triển riêng, được hình thành dưới tác động tương hỗ của các yếu tố đá mẹ - địa hình, khí hậu, sinh vật, con người và thời gian”. Đây được coi là một khái niệm đầy đủ và khoa học về đất, đã phát triển thành học thuyết phát sinh học đất trong thế kỷ XX. Trong khi đó theo học thuyết phát sinh học đất, trong một hoàn cảnh địa lý từ các loại đá khác nhau sẽ hình thành nên các loại đất khác nhau, vì vậy đất được xem như tấm gương của môi trường địa lý.
Đất dưới góc độ thổ nhưỡng là một lớp mỏng khoáng vật trên bề mặt trái đất đã bị phong hóa kết hợp với thành phần hữu cơ. Vật liệu đất bao gồm một hỗn hợp biến đổi và thường phức tạp của các chất hữu cơ, cát, bùn và các hạt đất sét, hoặc bao gồm các mảnh vụn hữu cơ chiếm ưu thế. Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng khi có loài người, thì con người là yếu tố đặc biệt quan trọng tác động đến sự hình thành và thoái hóa của đất bên cạnh các quá trình tự nhiên. Tầng đất trên cùng dày khoảng vài đến vài chục centimet, được gọi là tầng đất mặt (hay tầng A).
Tầng này chứa nhiều chất hữu cơ nhất và cũng là vùng có vi sinh vật hoạt động mạnh nhất. Ion kim loại và các hạt sét trong tầng 9 đất mặt rất dễ bị cuốn theo nước. Tầng đất tiếp theo được gọi là đất cái (tầng B). Tầng này tiếp nhận chất hữu cơ, các loại muối, hạt sét từ tầng mặt.
Bên dưới tầng đất cái sẽ là tầng đá gốc đã bị phong hóa (tầng C). Loại đá gốc từ đó quyết định thành phần và tính chất chính của đất tạo thành [9]. Đất có các thuộc tính cơ bản như độ phì, kết cấu đất… Độ phì đất được coi như thuộc tính cơ bản để phân biệt với đá mẹ. Độ phì có thể được hiểu là lượng chất dễ tiêu có trong đất.
Độ phì có thể chia thành 2 dạng là: độ phì tự nhiên và độ phì thực tế. Độ phì tự nhiên được tính bởi thành phần hóa học của đá mẹ. Trong khi đó độ phì thực tế được hiểu là độ phì tự nhiên có tính đến các quá trình thổ nhưỡng đang xảy ra và đặt trong mối liên quan với sự tác động của con người. Do có đặc điểm là một hệ mở, đất thường xuyên trao đổi chất và năng lượng với khí quyển, thủy quyển và sinh quyển.
Dưới góc độ sinh thái học và môi trường, có thể xem đất là một cơ thể sống vì trong đất có chứa nhiều sinh vật khác như: tảo, vi khuẩn nấm, động vật, thực vật. Do đó, đất cũng tuân thủ các quy luật sống: phát sinh, phát triển, thái hóa, già cỗi. Đất đai, theo quan điểm sinh thái được coi là vật mang của hệ sinh thái và được định nghĩa là một vùng đất thuộc bề mặt trái đất được xác định về mặt địa lý và có những thuộc tính tương đối ổn định hoặc thay đổi có tính chất chu kỳ có thể dự đoán được của sinh quyển bên trên, bên trong và bên dưới nó. Các thuộc tính của sinh quyển có thể kể đến như: không khí, đất (soil), điều kiện địa chất, thủy văn, thực vật và động vật cư trú, những hoạt động hiện nay và cả những hoạt động trước đây của con người ảnh hưởng đến việc sử dụng của vùng đất đó của con người trong hiện tại và tương lai” [30].
Đất đai có tính cố định vị trí, không thể di chuyển được. Tính cố định về vị trí sẽ quyết định giới hạn về quy mô theo không gian và chịu sự chi phối của các yếu tố môi trường nơi có đất. Đất đai có tính đa dạng phong phú tuỳ thuộc 10 vào mục đích sử dụng đất đai và phù hợp với từng vùng địa lý. Đối với đất đai sử dụng trong nông nghiệp thì tính đa dạng phong phú của đất đai do khả năng thích nghi của các loại cây, con quyết định đất tốt hay xấu xét trong từng loại đất để làm gì, đất tốt cho mục đích này nhưng lại không tốt cho mục đích khác.
Tài nguyên đất là hữu hạn với một tầng mỏng trên bề mặt trái đất. Về lý thuyết, tài nguyên đất có khả năng phục hồi song rất chậm chạp. Để hình thành một phẫu diện đất hoàn chỉnh, con người phải cần đến hàng trăm thậm chí hàng nghìn năm. Tài nguyên đất được đặc trưng bởi hai yếu tố cơ bản là số lượng đất (được xác định theo diện tích) và chất lượng đất (được xác định theo độ phì) [19].
Vì vậy, vấn đề của cơ quan quản lý là giám sát được hai thành phần quan trọng này. Thoái hóa đất Thoái hóa đất có thể định nghĩa theo nhiều cách khác nhau tùy theo các quan điểm tiếp cận. Wasson [63] đưa ra mô tả về khái quát hóa về thoái hóa đất là sự thay đổi của đất làm giảm đi hiệu quả sử dụng của con người”. Cụ thể hơn, thoái hoá đất là sự giảm sút những chức năng của đất trong các hệ sinh thái [33].
Trong khi đó theo FAO (1979) thoái hóa đất là quá trình làm suy giảm khả năng sản xuất ra hàng hóa hoặc các nhu cầu sử dụng đất khác của con người” [37]. Ở Việt Nam, theo tác giả Nguyễn Đình Kỳ [15], thoái hóa đất được chia thành 2 loại: thoái hóa đất tiềm năng và thoái hóa đất hiện trạng. - Thoái hóa đất tiềm năng là khả năng suy giảm độ phì tự nhiên của đất do các quá trình tự nhiên. Thoái hóa đất tiềm năng được tổng hợp từ các yếu tố địa hình như độ dốc, chiều dài sườn, yếu tố khí hậu… - Thoái hóa đất hiện trạng là mức độ suy giảm độ phì hiện tại của phẫu diện đất so với độ phì tự nhiên do các quá trình khai thác và sử dụng của con 11 người.
Thoái hóa hiện tại được thể hiện qua các dấu hiệu như: Phẫu diện bị xáo trộn, xói mòn mất tầng A hay B, đá lẫn, đá lộ đầu tăng, cấu trúc đất bị phá vỡ, hàm lượng mùn suy giảm, xuất hiện mặt chắn địa hóa, các chất dinh dưỡng (N, P, K, Ca, Mg…) cũng giảm xuống qua giới hạn nghèo kiệt hoặc môi trường đất bị ô nhiễm. Một loại đất bị thoái hóa nghĩa là bị suy giảm hoặc mất đi: - Độ phì đất: các chất dinh dưỡng; cấu trúc đất; màu sắc ban đầu của đất; tầng dày đất, thay đổi pH đất… - Khả năng sản xuất: các loại cây trồng, các loại vật nuôi, các loại cây lâm nghiệp. - Cảnh quan sinh thái: rừng tự nhiên, rừng trồng, hệ thống cây trồng. - Hệ sinh vật: thực vật, động vật, vi sinh vật.
- Môi trường sống của con người: cây xanh, nguồn nước, không khí trong lành, nhiệt độ ôn hòa, ổn định… Theo khoản 8 Điều 4 Thông tư số 14/2012/TT-BTNMT ngày 26 tháng 11 năm 2012 của Bộ Tài nguyên và Môi trường, đất bị thoái hóa là đất bị thay đổi những đặc tính và tính chất vốn có ban đầu (theo chiều hướng xấu). Những thay đổi này đến từ sự tác động của điều kiện tự nhiên và con người, và bao gồm các mức độ sau: a) Thoái hóa nhẹ: có một vài dấu hiệu của thoái hóa nhưng vẫn đang ở trong giai đoạn đầu, có thể dễ dàng ngừng quá trình này và sửa chữa thiệt hại mà không phải nỗ lực nhiều. b) Thoái hóa trung bình: nhìn thấy rõ thoái hóa nhưng vẫn có thể kiểm soát và phục hồi hoàn toàn vùng đất với nỗ lực vừa phải. c) Thoái hóa nặng: sự thoái hóa rõ ràng, thành phần đất bị thay đổi đáng kể và rất khó để hồi phục trong thời gian ngắn hoặc không thể hồi phục được.
12 Theo khoản 9 Điều 4 Thông tư số 14/2012/TT-BTNMT, có nhiều loại hình thoái hóa đất, bao gồm: a) Đất bị suy giảm độ phì: loại hình thoái hóa đất này xuất hiện do các nguyên nhân khác nhau hoặc do sự thay đổi về khí hậu hoặc do hoạt động của con người. Hệ quả là đất ngày càng chua hơn, dung tích hấp thu giảm, hàm lượng mùn, các chất dinh dưỡng tổng số và dễ tiêu ngày càng suy giảm hoặc tăng sự tích lũy các chất độc trong đất. b) Đất bị xói mòn do mưa: đây là quá trình bào mòn làm mất dần các lớp đất trên mặt và phá hủy các tầng đất bên dưới do tác động của nước mưa. Theo Young [66], xói mòn là hiện tượng các phần tử mảnh, cục và có khi cả lớp bề mặt đất bị bào mòn, cuốn trôi do sức gió và sức nước.
Theo Jim Ritter [54], xói mòn đất là quá trình tự nhiên làm ảnh hưởng đến tất cả dạng đất. Trong nông nghiệp, xói mòn đất là quá trình lớp đất bề mặt bị chuyển rời do các yếu tố vật lý như nước và gió hoặc các yếu tố liên quan đến hoạt động trồng trọt.