Khóa luận: Nghiên cứu tính thấm nước của đất tại Núi Luốt, ĐH Lâm Nghiệp

Khóa luận tốt nghiệp nghiên cứu tốt nghiệp quản lý tài nguyên thiên nhiên nghiên cứu tính thấm nước của một số loại hình sử dụng, vận dụng lý thuyết vào thực tế, đề xuất giải pháp

• Tác giả: Phạm Quang Trung
• Người hướng dẫn: Ts. Bùi Xuân Dũng
• Trường học: Trường Đại học Lâm nghiệp
• Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên thiên nhiên
• Đề tài: Nghiên cứu tính thấm nước của một số loại hình sử dụng đất ở khu vực Núi Luốt, trường Đại học Lâm nghiệp
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan tính thấm nước của đất và vai trò thiết yếu

Tính thấm nước của đất là một trong những đặc tính vật lý quan trọng nhất, quyết định khả năng cho phép nước di chuyển qua các lỗ rỗng và khe nứt bên trong. Đặc tính này không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến chu trình thủy văn, quá trình bổ sung nước ngầm mà còn là yếu tố nền tảng cho sự sinh trưởng của thực vật và sức khỏe của toàn bộ hệ sinh thái. Một cách khoa học, khả năng thấm nước của đất được định lượng bằng hệ số thấm của đất (K), một chỉ số cho biết tốc độ di chuyển của nước qua một đơn vị diện tích đất dưới một gradien thủy lực nhất định. Việc hiểu rõ cơ chế này là chìa khóa cho công tác quản lý tài nguyên nước hiệu quả, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi sử dụng đất đang diễn ra mạnh mẽ. Nghiên cứu thực hiện tại khu vực Núi Luốt, Trường Đại học Lâm nghiệp đã cung cấp những dữ liệu quý giá về sự khác biệt trong tính thấm nước giữa các loại hình sử dụng đất khác nhau như đất lâm nghiệp, đất nông nghiệp và trảng cỏ. Kết quả từ nghiên cứu này cho thấy mỗi loại hình sử dụng đất, với những đặc thù riêng về lớp phủ thực vật và tác động của con người, đều tạo ra những thay đổi rõ rệt đến cấu trúc đất và độ rỗng của đất, từ đó làm thay đổi đáng kể tốc độ thấm nước của đất. Phân tích này không chỉ mang ý nghĩa học thuật mà còn là cơ sở khoa học vững chắc để đề xuất các giải pháp cải tạo đất, phòng chống xói mòn và rửa trôi, và giảm thiểu nguy cơ ngập úng.

1.1. Giải mã khái niệm hệ số thấm và độ dẫn thủy lực

Để đánh giá chính xác khả năng thấm nước, các nhà khoa học sử dụng hai chỉ số quan trọng là hệ số thấm của đất và độ dẫn thủy lực. Hệ số thấm (K), được định nghĩa lần đầu bởi định luật Darcy (1856), là một hằng số tỷ lệ mô tả sự dễ dàng mà một chất lỏng (như nước) có thể chảy qua một môi trường rỗng (như đất). Đơn vị của nó thường là mét/giây hoặc cm/giây. Trong khi đó, độ dẫn thủy lực là một khái niệm rộng hơn, mô tả tốc độ dòng chảy thực tế trong điều kiện cụ thể, và nó phụ thuộc không chỉ vào đặc tính của đất mà còn vào đặc tính của chất lỏng (độ nhớt, khối lượng riêng). Tuy nhiên, trong các ứng dụng liên quan đến nước trong đất, hai thuật ngữ này thường được sử dụng thay thế cho nhau. Hệ số này chịu ảnh hưởng lớn bởi các đặc tính vật lý của đất như thành phần cơ giới của đất (tỷ lệ cát, thịt, sét), cấu trúc đất (cách các hạt đất liên kết với nhau) và đặc biệt là độ rỗng của đất.

1.2. Tầm quan trọng trong quản lý tài nguyên nước và môi trường

Tính thấm nước của đất đóng vai trò trung tâm trong việc điều tiết dòng chảy và quản lý tài nguyên nước. Đất có khả năng thấm cao cho phép nước mưa ngấm xuống lòng đất, làm giảm lượng thoát nước bề mặt. Quá trình này mang lại hai lợi ích lớn: một là bổ sung cho các tầng chứa nước ngầm, nguồn cung cấp nước uống và tưới tiêu quan trọng; hai là giảm thiểu tốc độ và khối lượng dòng chảy mặt, từ đó hạn chế nguy cơ xói mòn và rửa trôi đất màu mỡ, bảo vệ cơ sở hạ tầng và giảm thiểu ngập úng ở vùng hạ lưu. Ngược lại, khi tính thấm của đất bị suy giảm do nén chặt hoặc bịt kín bề mặt, nước mưa sẽ nhanh chóng tạo thành dòng chảy mặt, cuốn theo đất và các chất ô nhiễm, gây thoái hóa đất và làm suy giảm chất lượng nguồn nước. Do đó, việc duy trì và cải thiện tính thấm của đất là một chiến lược then chốt trong phát triển bền vững, bảo vệ môi trường và thích ứng với biến đổi khí hậu.

II. Thách thức từ biến đổi sử dụng đất ảnh hưởng tính thấm

Sự biến đổi sử dụng đất là một trong những tác nhân mạnh mẽ nhất làm thay đổi các đặc tính thủy văn của đất. Quá trình đô thị hóa, thâm canh nông nghiệp và phá rừng đã và đang làm suy giảm nghiêm trọng khả năng thấm nước của đất trên quy mô toàn cầu. Khi một khu rừng được chuyển đổi thành đất nông nghiệp, việc cày xới liên tục và sử dụng máy móc hạng nặng có thể phá vỡ cấu trúc đất tự nhiên, làm giảm độ rỗng của đất và tạo ra lớp đất đế cày bị nén chặt. Tình trạng này còn trở nên tồi tệ hơn ở các khu vực đô thị. Quá trình bê tông hóa bề mặt bằng các công trình xây dựng, đường sá, vỉa hè đã tạo ra những lớp phủ gần như không thấm nước, ngăn cản hoàn toàn quá trình bổ sung nước cho đất. Hậu quả trực tiếp là sự gia tăng đột biến của dòng chảy bề mặt sau mỗi trận mưa. Dòng nước không thể thấm xuống đất sẽ tập trung nhanh chóng, gây quá tải cho hệ thống thoát nước và dẫn đến những trận ngập úng ngày càng thường xuyên và nghiêm trọng hơn. Đồng thời, dòng chảy mạnh cũng là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng xói mòn và rửa trôi, làm mất đi lớp đất mặt màu mỡ và gây bồi lắng lòng sông, hồ. Những thách thức này đòi hỏi phải có những nghiên cứu sâu sắc về tác động của từng loại hình sử dụng đất để đưa ra các giải pháp quy hoạch và quản lý phù hợp.

2.1. Tác động tiêu cực của đô thị hóa và bê tông hóa bề mặt

Quá trình đô thị hóa là nguyên nhân hàng đầu làm suy giảm tính thấm nước. Việc thay thế các bề mặt thấm tự nhiên như đất và thảm thực vật bằng các bề mặt không thấm như bê tông, nhựa đường (quá trình bê tông hóa) đã loại bỏ khả năng thấm tự nhiên của đất. Một nghiên cứu cho thấy, một khu vực đô thị hóa cao có thể làm tăng lượng thoát nước bề mặt lên gấp nhiều lần so với một khu vực nông thôn có cùng lượng mưa. Nước mưa không thể ngấm xuống đất mà chảy tràn trên bề mặt, cuốn theo các chất ô nhiễm từ đường phố, khu công nghiệp và đổ thẳng ra sông hồ, gây ô nhiễm nguồn nước. Sự thiếu hụt nguồn nước bổ sung cho các tầng ngầm cũng dẫn đến hiện tượng sụt lún đất và cạn kiệt nguồn nước ngầm, ảnh hưởng đến an ninh nguồn nước cho đô thị.

2.2. Hậu quả xói mòn rửa trôi và gia tăng nguy cơ ngập úng

Khi khả năng thấm nước của đất bị hạn chế, lượng nước chảy trên bề mặt tăng lên, tạo ra năng lượng đủ lớn để bào mòn và vận chuyển các hạt đất. Đây chính là cơ chế của xói mòn và rửa trôi. Trên các sườn dốc, hiện tượng này đặc biệt nghiêm trọng, có thể dẫn đến sạt lở đất, mất đất sản xuất và sa mạc hóa. Các vật liệu bị xói mòn sẽ được vận chuyển đến các vùng thấp hơn, gây bồi lắng các dòng sông, kênh rạch và hồ chứa, làm giảm khả năng thoát lũ và trữ nước của chúng. Sự kết hợp giữa lượng dòng chảy mặt gia tăng và hệ thống thoát nước bị suy giảm năng lực là công thức hoàn hảo cho các thảm họa ngập úng, gây thiệt hại nặng nề về kinh tế, xã hội và môi trường. Đây là một vòng luẩn quẩn, trong đó việc quản lý đất đai không bền vững làm trầm trọng thêm các vấn đề về nước, và ngược lại.

III. Phương pháp đo độ thấm nước của đất tại thực địa

Để đánh giá chính xác tốc độ thấm nước của đất, các nghiên cứu khoa học cần áp dụng những phương pháp đo đạc chuẩn hóa và đáng tin cậy. Các thí nghiệm xác định hệ số thấm có thể được thực hiện trong phòng thí nghiệm hoặc trực tiếp tại thực địa. Trong đó, các phép đo tại thực địa được ưu tiên vì chúng phản ánh chân thực hơn điều kiện tự nhiên của đất, bao gồm cả cấu trúc đất nguyên trạng, hoạt động của sinh vật và ảnh hưởng của rễ cây. Nghiên cứu tại Núi Luốt đã sử dụng một trong những phương pháp đo độ thấm nước phổ biến và hiệu quả nhất là phương pháp vòng đơn (Simple Ring Infiltrometer). Kỹ thuật này sử dụng một vòng thép được đóng xuống đất ở một độ sâu nhất định. Nước được đổ vào vòng và duy trì ở một độ cao không đổi, sau đó đo lường lượng nước cần bổ sung theo thời gian để tính toán tốc độ thấm. Bên cạnh việc đo trực tiếp, nghiên cứu cũng tiến hành thu thập mẫu đất tại các tầng sâu khác nhau để phân tích các đặc tính vật lý của đất như độ ẩm đất, dung trọng, tỷ trọng, từ đó tính toán ra độ rỗng của đất. Việc kết hợp cả hai phương pháp này cho phép không chỉ xác định được tốc độ thấm mà còn lý giải được nguyên nhân gây ra sự khác biệt về khả năng thấm giữa các loại đất, cung cấp một bức tranh toàn diện và sâu sắc về thủy văn học đất.

3.1. Kỹ thuật thí nghiệm xác định hệ số thấm bằng vòng đơn

Phương pháp vòng đơn, một dạng của thấm kế (permeameter) hiện trường, là một kỹ thuật tiêu chuẩn để thực hiện thí nghiệm xác định hệ số thấm. Quy trình bắt đầu bằng việc chuẩn bị một bề mặt đất bằng phẳng, loại bỏ lớp thảm mục và thực vật bề mặt. Một vòng thép (trong nghiên cứu là vòng có đường kính 14 cm, cao 12 cm) được đóng thẳng đứng xuống đất đến độ sâu khoảng 5 cm để hạn chế dòng chảy ngang. Nước sau đó được đổ vào vòng đến một mức xác định (ví dụ 5 cm) và đồng hồ bấm giờ được khởi động. Người thực hiện thí nghiệm liên tục theo dõi và bổ sung nước để duy trì mực nước không đổi, đồng thời ghi lại lượng nước đã bổ sung tại các khoảng thời gian nhất định. Dữ liệu thu được cho phép vẽ biểu đồ lượng thấm tích lũy theo thời gian, từ đó xác định được tốc độ thấm nước ban đầu và tốc độ thấm nước ổn định của đất.

3.2. Phân tích các đặc tính vật lý của đất có liên quan

Việc đo tốc độ thấm chỉ là một phần của câu chuyện. Để hiểu tại sao đất thấm nhanh hay chậm, cần phải phân tích các đặc tính vật lý của đất. Mẫu đất được thu thập cẩn thận bằng các ống dung trọng chuyên dụng tại các tầng khác nhau (0-5 cm, 10-20 cm, 20-50 cm). Trong phòng thí nghiệm, các mẫu này được dùng để xác định độ ẩm đất (bằng phương pháp sấy khô), dung trọng (khối lượng đất khô trên một đơn vị thể tích tự nhiên), và tỷ trọng (khối lượng riêng của hạt đất rắn). Từ dung trọng và tỷ trọng, độ rỗng của đất được tính toán theo công thức P% = (1 - Dung trọng/Tỷ trọng) x 100. Độ rỗng là chỉ số quan trọng nhất vì nó thể hiện phần trăm thể tích của các khe hở trong đất, nơi nước có thể di chuyển qua.

IV. Phân tích tính thấm nước theo các loại hình sử dụng đất

Kết quả từ nghiên cứu tại khu vực Núi Luốt đã chỉ ra sự khác biệt rõ rệt về khả năng thấm nước của đất giữa các loại hình sử dụng đất khác nhau. Các loại hình được đưa vào so sánh bao gồm đất lâm nghiệp (rừng Thông, rừng Keo tai tượng, rừng hỗn loài), đất nông nghiệp (vườn trồng rau) và đất trảng cỏ. Phân tích cho thấy tốc độ thấm nước của đất không chỉ phụ thuộc vào bản chất của đất mà còn chịu ảnh hưởng sâu sắc từ lớp phủ thực vật và các hoạt động canh tác. Một phát hiện đáng chú ý là đất trồng rau muống có tốc độ thấm ban đầu (Vo) cao nhất, có thể do hoạt động làm đất thường xuyên tạo ra độ tơi xốp tạm thời trên bề mặt. Tuy nhiên, đất lâm nghiệp, đặc biệt là các khu rừng có thảm mục dày và hệ rễ phát triển, thường duy trì được tốc độ thấm ổn định (Vc) cao và bền vững hơn. Mối tương quan chặt chẽ đã được xác định giữa tốc độ thấm với các chỉ tiêu vật lý quan trọng. Cụ thể, độ rỗng của đất có tương quan thuận mạnh mẽ với tốc độ thấm, trong khi độ ẩm đất ban đầu lại có tương quan nghịch. Điều này khẳng định rằng đất càng tơi xốp, nhiều khe hở và càng khô thì khả năng hút và thấm nước ban đầu càng nhanh.

4.1. So sánh tốc độ thấm giữa đất lâm nghiệp nông nghiệp và trảng cỏ

Dữ liệu thực nghiệm cho thấy một bức tranh đa dạng. Đất nông nghiệp (trồng rau) đạt tốc độ thấm ban đầu (Vo) cao nhất (7.03 mm/phút), tiếp theo là rừng Keo dậu (3.6 mm/phút). Thấp nhất là rừng hỗn loài (1.4 mm/phút). Sự chênh lệch này phản ánh tác động của việc cày xới ở đất nông nghiệp, tạo ra các lỗ rỗng lớn tạm thời. Tuy nhiên, khi xét đến tốc độ thấm ổn định (Vc), yếu tố phản ánh độ dẫn thủy lực bền vững của phẫu diện đất, thì thứ tự có thể thay đổi. Đất lâm nghiệp với cấu trúc đất ổn định do hệ rễ và chất hữu cơ thường có khả năng duy trì tốc độ thấm ổn định tốt hơn, giúp điều tiết dòng chảy hiệu quả trong các trận mưa kéo dài. Trong khi đó, đất trảng cỏ và một số loại rừng trồng có độ nén chặt cao hơn cho thấy tốc độ thấm thấp hơn đáng kể.

4.2. Mối tương quan giữa độ rỗng độ ẩm và tốc độ thấm nước

Phân tích hồi quy từ dữ liệu nghiên cứu tại Núi Luốt đã chứng minh các quy luật cơ bản của thủy văn học đất. Biểu đồ tương quan cho thấy mối quan hệ tỷ lệ thuận rõ rệt giữa tốc độ thấm nước ban đầu và độ rỗng của đất ở cả ba tầng đất được khảo sát. Điều này có nghĩa là khi độ xốp tăng lên 1%, tốc độ thấm cũng tăng theo một hệ số nhất định. Ngược lại, mối quan hệ giữa tốc độ thấm ban đầu và độ ẩm đất ban đầu là tỷ lệ nghịch. Đất có độ ẩm ban đầu cao thì các lỗ rỗng nhỏ đã chứa đầy nước, làm giảm khả năng hút nước mao quản và khiến tốc độ thấm nước của đất chậm lại. Những mối quan hệ này là cơ sở để dự báo khả năng thấm và nguy cơ phát sinh dòng chảy mặt dựa trên việc đo đạc các đặc tính vật lý của đất.

4.3. Vai trò của lớp phủ thực vật trong việc duy trì cấu trúc đất

Tác động của loại hình sử dụng đất lên tính thấm chủ yếu diễn ra thông qua ảnh hưởng của lớp phủ thực vật. Dưới tán đất lâm nghiệp, lớp thảm mục (lá, cành cây rơi rụng) hoạt động như một tấm đệm, ngăn các hạt mưa tác động trực tiếp lên bề mặt đất, tránh làm vỡ kết cấu và bịt kín các lỗ rỗng. Lớp thảm mục này cũng là nguồn cung cấp chất hữu cơ dồi dào, thúc đẩy hoạt động của vi sinh vật, tạo ra cấu trúc đất dạng viên tơi xốp và ổn định. Hệ thống rễ cây chằng chịt tạo ra các đường dẫn nước tự nhiên, giúp nước thấm sâu và nhanh hơn. Ngược lại, ở những khu đất trống hoặc canh tác không che phủ, bề mặt đất bị phơi bày trực tiếp, dễ bị đóng váng sau mưa, làm giảm đáng kể tốc độ thấm.

V. Top giải pháp cải thiện khả năng thấm nước của đất hiệu quả

Dựa trên những hiểu biết về các yếu tố ảnh hưởng đến tính thấm, có thể đề xuất nhiều giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm cải tạo đất và nâng cao khả năng hấp thụ nước. Mục tiêu chung của các giải pháp này là tăng cường độ rỗng của đất, cải thiện cấu trúc đất và bảo vệ bề mặt đất khỏi các tác động tiêu cực. Đối với đất nông nghiệp, các biện pháp canh tác bền vững như nông nghiệp bảo tồn, trồng cây che phủ, luân canh cây trồng và bổ sung chất hữu cơ (phân chuồng, phân xanh, compost) đã được chứng minh là cực kỳ hiệu quả. Những kỹ thuật này không chỉ giúp tăng cường sức khỏe của đất mà còn giảm thiểu xói mòn và rửa trôi, đồng thời tiết kiệm nước tưới. Trong bối cảnh đô thị, các giải pháp hạ tầng xanh như vỉa hè thấm nước, vườn mưa, mái nhà xanh và các hồ điều hòa sinh học đang ngày càng được ưa chuộng. Chúng mô phỏng lại các quá trình thủy văn tự nhiên, cho phép nước mưa thấm xuống đất ngay tại nơi nó rơi xuống, giảm áp lực cho hệ thống thoát nước và giảm nguy cơ ngập úng. Lựa chọn loại hình sử dụng đất phù hợp với điều kiện địa hình và thổ nhưỡng cũng là một chiến lược vĩ mô quan trọng, góp phần vào việc quản lý tài nguyên nước một cách bền vững.

5.1. Kỹ thuật cải tạo đất tăng cường độ rỗng và cấu trúc

Các biện pháp cải tạo đất trực tiếp nhắm vào việc cải thiện các đặc tính vật lý của đất. Bổ sung chất hữu cơ là giải pháp nền tảng, vì mùn hữu cơ hoạt động như một chất keo kết dính các hạt đất thành những kết cấu viên ổn định, tạo ra các lỗ rỗng lớn (macropores) giúp thoát nước nhanh. Canh tác tối thiểu hoặc không cày xới giúp bảo vệ cấu trúc đất tự nhiên và các kênh dẫn do giun đất và rễ cây tạo ra. Đối với đất bị nén chặt, các biện pháp cơ học như cày sâu phá vỡ lớp đế cày có thể cần thiết, nhưng phải được kết hợp với việc bổ sung chất hữu cơ để duy trì hiệu quả lâu dài. Những kỹ thuật này giúp tăng độ rỗng của đất và ổn định cấu trúc đất, từ đó nâng cao khả năng thấm nước của đất một cách bền vững.

5.2. Lựa chọn loại hình sử dụng đất bền vững hạn chế dòng chảy mặt

Quản lý biến đổi sử dụng đất một cách khôn ngoan là giải pháp mang tính chiến lược. Trên những vùng đất dốc, việc duy trì hoặc tái trồng rừng là biện pháp tốt nhất để tối đa hóa khả năng thấm và kiểm soát xói mòn và rửa trôi. Các hệ thống nông lâm kết hợp, nơi cây nông nghiệp được trồng xen với cây lâm nghiệp, là một lựa chọn bền vững cho phép vừa sản xuất vừa bảo vệ đất. Trong quy hoạch đô thị, việc ưu tiên các không gian xanh và hạ tầng thấm nước thay vì bê tông hóa toàn bộ bề mặt sẽ giúp giảm thiểu thoát nước bề mặt và nguy cơ ngập úng. Việc lựa chọn đúng loại hình sử dụng đất không chỉ cải thiện tính thấm mà còn mang lại nhiều lợi ích đồng thời khác như bảo tồn đa dạng sinh học, điều hòa khí hậu và nâng cao chất lượng cuộc sống.

VI. Kết luận và định hướng nghiên cứu tính thấm nước tương lai

Nghiên cứu về tính thấm nước của đất theo loại hình sử dụng tại khu vực Núi Luốt đã một lần nữa khẳng định vai trò quyết định của các hoạt động con người đối với các chức năng thủy văn của đất. Kết quả cho thấy rõ ràng rằng khả năng thấm nước của đất không phải là một hằng số bất biến mà biến động mạnh mẽ tùy thuộc vào việc đất được sử dụng cho mục đích lâm nghiệp, nông nghiệp hay bị bỏ hoang. Các yếu tố vật lý như độ rỗng của đất, cấu trúc đất và độ ẩm đất là những cơ chế trực tiếp chi phối tốc độ thấm nước của đất. Những phát hiện này cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho việc xây dựng các mô hình dự báo dòng chảy, đánh giá nguy cơ xói mòn và hoạch định chính sách sử dụng đất bền vững. Trong tương lai, các nghiên cứu cần được mở rộng trên nhiều loại đất và điều kiện khí hậu khác nhau. Việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến như viễn thám và mô hình hóa thủy văn sẽ giúp lượng hóa tác động của biến đổi sử dụng đất trên quy mô lớn hơn, từ đó hỗ trợ hiệu quả cho công tác quy hoạch vùng và quản lý tài nguyên nước quốc gia, hướng tới một tương lai an toàn và bền vững trước những thách thức của biến đổi khí hậu và áp lực phát triển.

6.1. Tóm tắt kết quả chính từ nghiên cứu thực tiễn tại Núi Luốt

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng: (1) Tốc độ thấm nước biến động lớn giữa các loại hình sử dụng đất, trong đó đất nông nghiệp có thể có tốc độ thấm ban đầu cao do cày xới, nhưng đất lâm nghiệp có xu hướng duy trì khả năng thấm bền vững hơn nhờ lớp phủ thực vật và cấu trúc ổn định. (2) Tốc độ thấm nước của đất có tương quan thuận chặt chẽ với độ rỗng của đất và tương quan nghịch với độ ẩm đất ban đầu. (3) Các hoạt động của con người, từ việc lựa chọn loài cây trồng đến phương thức canh tác, đều để lại dấu ấn rõ rệt lên đặc tính thấm của đất. Những kết luận này nhấn mạnh sự cần thiết của việc quản lý đất đai một cách khoa học và có ý thức để bảo vệ chức năng điều tiết nước của đất.

6.2. Triển vọng ứng dụng trong quy hoạch đô thị và nông nghiệp

Những hiểu biết về tính thấm nước có tiềm năng ứng dụng to lớn. Trong nông nghiệp, chúng giúp nông dân lựa chọn các phương pháp canh tác thông minh để giữ nước, chống hạn và bảo vệ đất khỏi xói mòn và rửa trôi. Trong quy hoạch đô thị, việc tích hợp các mô hình thấm nước vào quá trình thiết kế có thể giúp tạo ra các thành phố bọt biển (sponge cities), có khả năng tự điều tiết nước mưa, giảm thiểu ngập úng và tái tạo nguồn nước ngầm. Các nhà quản lý có thể sử dụng dữ liệu về hệ số thấm của đất để phân vùng chức năng, xác định các khu vực cần bảo vệ nghiêm ngặt cho mục đích bổ sung nước ngầm và các khu vực có thể phát triển nhưng cần áp dụng các giải pháp thoát nước bền vững. Đây là hướng đi tất yếu để xây dựng các cộng đồng kiên cường và bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Trong quá trình sản xuất các hoạt động Nông - Lâm nghiệp, con người thường nghiên cứu các đặc tính của đất. “Đất là lớp tơi xốp của lớp vỏ trái đất có khả năng tạo ra sản phẩm của cây trồng”, là tài sản vô cùng quý giá đối với mỗi quốc gia trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội. Đối với mỗi loại đất sẽ tìm ra những loại cây trồng phù hợp để thu được hiệu quả kinh tế cao nhất.Đối với hoạt động sản xuất Lâm nghiệp, nhu cầu tìm hiểu đặc tính đất là vô cùng quan trọng, không chỉ riêng vai trò của đất đối với cây rừng mà còn là sự tương tác ngược lại: vai trò của cây rừng với đất như trong việc bảo vệ xói mòn, sạt lở hay việc giữ nước của cây rừng đối với loại đất đó.Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố khí hậu tới các đặc tính của đất sẽ tìm ra được mối quan hệ giữa cây rừng với các nguồn sống khác nhau. Một trong các nghiên cứu được quan tâm như: khi lượng mưa quá lớn, tính thấm nước của đất giảm theo thời gian, hình thành dòng chảy mặt sẽ xuất hiện sớm hay muộn, hoặc với mỗi loại đất, tính thấm nước nhiều hay ít sẽ tốt cho cây rừng,… Trong một khu vực rừng trồng sẽ phân bố các trạng thái rừng khác nhau, đi kèm theo đó là sự phân loại nhiều loại đất khác nhau.

Ngay cả trong cùng một trạng thái rừng, việc phân bố các loại đất cũng vô cùng phức tạp cả về không gian chiều ngang lẫn không gian chiều dọc, đặc biệt là các chỉ số về tính chất vật lý của đất được đặc biệt quan tâm, bới đó là các đặc trưng phản ánh mối quan hệ giữa tính thấm nước của đất với đất rừng. Góp phần đưa ra những tính toán hợp lý trong việc xác định loài cây rừng phù hợp cũng như thiết kế cấu trúc rừng mang tính khoa học cả về chất và lượng với nhiệm vụ bảo vệ, cải tạo đất rừng lâu dài và hiệu quả theo tinh thần chung của các nhà quản lý Nông- Lâm nghiệp trên khắp thế giới. Sự thấm nước của đất là một trong những vấn đề được nghiên cứu sâu rộng trong lĩnh vực thủy văn học. Từ lý luận phát sinh dòng chảy mặt, sự thấm 1 nước của đất là chỉ thị cho khả năng của tầng điều tiết quan trọng nhất trong tuần hoàn thủy văn rừng, sau khi nước mưa đã đi qua bầu không khí, lớp thảm thực vật và vật rơi rụng che phủ.

Sự thấm nước của đất có tác dụng rất quan trọng trong việc hình thành cơ chế phát sinh dòng chảy và quá trình xói mòn của đất. Trong trường hợp tốc độ và khả năng thấm cao thì dòng chảy mặt hầu như không xuất hiện nên xói mòn không xảy ra. Khi tốc độ và khả năng thấm thấp thì dòng chảy mặt sẽ xuất hiện nên nguy cơ xói mòn sẽ xảy ra. Hậu quả sẽ dẫn đến sự mất đất, mất chất dinh dưõng trong đất, giảm năng suất cây trồng và đặc biệt, xói mòn đất gây ra tàn phá môi trường nghiêm trọng: nương rẫy chỉ gieo trồng vài ba vụ rồi bỏ, lại phá rừng đốt rẫy.

Lâm sản bị tiêu hao rất nhiều. Sau nhiều lần phá như vậy, cuối cùng chỉ còn đồi núi trọc, hậu quả là đất đai bị thoái hóa. Khi rừng cây bị phá sẽ kèm theo nạn lũ lụt, hạn hán và khí hậu khu vực thay đổi rõ rệt. Ở Việt Nam, các nghiên cứu về đặc tính thấm nước của đất trên các loại hình sử dụng đất khác nhau còn rất hạn chế.

Vì vậy để góp phần quản lý bền vững tài nguyên đất và nước, tôi đã tiến hành thực hiện đề tài:“ Nghiên cứu tính thấm nước của một số loại hình sử dụng đất ở khu vực Núi Luốt, trường Đại học Lâm nghiệp”. 2 PHẦN I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Cơ sở khoa học 1. Một số khái niệm liên quan - “Khả năng thấm nước của đất” là khả năng lưu giữ lại dòng chảy bề mặt và biến chúng thành dòng chảy ngầm trong lòng đất (Vũ Thị Quỳnh Nga, 2009) [8].

-“ Quá trình thấm nước ” là quá trình nước từ mặt đất thâm nhập vào trong đất. Có nhiều nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ thấm bao gồm điều kiện trên mặt đất và lớp phủ thực vật, tính chất của đất như độ xốp, kết cấu đất, độ ẩm đất (Nguyễn Thị Thúy Hường, 2009) [8]. -“Tốc độ thấm của đất ” biểu thị bằng mm/phút là tốc độ nước từ mặt đất đi vào trong đất. Nếu trên mặt đất có lớp nước đọng, nước sẽ thấm xuống đất theo tốc độ thấm tiềm năng.

Tốc độ thấm là đặc trưng quan trọng nhất về vận động của nước dưới đất trong môi trường lỗ hổng (Vũ Thị Quỳnh Nga, 2009) [8]. -“ Tốc độ thấm nước ban đầu” (mm/phút) là một chỉ tiêu quan trọng phản ánh đặc trưng thấm nước của đất rừng. Tốc độ thấm nước khởi đầu được tính là giá trị trung bình của tốc độ thấm trung bình trong 5 phút đầu tiên (Vũ Thị Quỳnh Nga, 2009) [8]. -“ Tốc độ thấm nước ổn định của đất” (mm/phút) là tốc độ thấm khi đất được cung cấp đủ nước và tầng đất mặt đã bão hòa nước.

Khi đất đạt đến tốc độ thấm ổn định và tốc độ thấm nhỏ hơn cường độ mưa, dòng chảy bề mặt sẽ được tạo ra cùng với việc cuốn trôi vật chất xói mòn (Vũ Thị Quỳnh Nga, 2009) [8]. - “ Phẫu diện đất” là mặt cắt thẳng đứng từ bề mặt đất xuống tầng đá mẹ. Các loại đất khác có độ dày và đặc trưng phẫu diện khác nhau. Phẫu diện đất là hình thái biểu hiện bên ngoài phản ánh quá trình hình thành, phát triển và tính chất của đất (Nguyễn Thế Đặng, 2006) [3].

3 Một phẫu diện đất điển hình thường gồm các tầng đất sau: Tầng thảm mục, tầng mùn (tầng rửa trôi), tầng tích tụ, tầng mẫu chất, tầng đá mẹ. + Tầng thảm mục nằm trên mặt đất. Tầng này được kí hiệu là Ao, ở tầng này chứa những cành lá, xác thực vật rơi rụng. Tầng này còn được chia nhỏ hơn A01, A02 và A03.

Tầng A01 chứa những chất hữu cơ chưa phân giải. Tầng A02 chứa những chất hữu cơ đã bị phân giải một phần, A03 chứa những chất hữu cơ đã phân giải mạnh, một phần đã thành mùn. Tầng thảm mục chỉ xuất hiện ở đất dưới rừng, dưới đồng cỏ, nơi mà chất hữu cơ được trả lại cho đất khá nhiều. Mặt khác sự có mặt của tầng này còn liên quan tới điều kiện phân giải các hợp chất hữu cơ, bản chất của các chất hữu cơ.

Những nơi điều kiện phân giải các hợp chất hữu cơ thuận lợi, tầng này hoặc không xuất hiện, hoặc mỏng, không điển hình (Nguyễn Thế Đặng, 2006) [3]. + Tầng mùn (tầng rửa trôi): ký hiệu là A. Tại tầng này, các hợp chất mùn được hình thành. Đất thường màu đen hoặc nâu đen.

Đất thường có kết cấu viên, tơi xốp, giầu dinh dưỡng.Tuy nhiên dưới tác dụng của nước nó cũng là tầng bị rửa trôi. Phần lớn các loại vi sinh vật đất đều tập trung ở tầng này. Trong tầng A lại có thể xuất hiện những tầng khác nhau: A1, A2, A3. + A1 là tầng tích luỹ mùn nhiều nhất, màu đen nhất.

Tại đây các hợp chất hữu cơ được phân giải, tổng hợp để tạo nên các hợp chất mùn trong đất. Đất thường có kết cấu viên, tơi xốp, giàu dinh dưỡng. + A2 là tầng rửa trôi mạnh nhất. Tại đây các chất dinh dưỡng và hợp chất mùn bị phá huỷ và rửa trôi xuống các tầng sâu.

Vì vậy, hàm lượng chất dinh dưỡng và mùn ở đây thấp. Thạch anh chiếm tỷ lệ lớn trong các thành phần khoáng. Nó thường có màu sáng hơn so với các tầng khác. Tầng A2 đặc trưng cho đất Potdon của miền khô, lạnh.

Tuy nhiên theo Fritland thì đất Việt nam thường có tầng A2 không điển hình (Nguyễn Thế Đặng, 2006) [3]. + Tầng A3 là tầng chuyển tiếp xuống tầng B. 4 + Tầng tích tụ: ký hiệu là B Những chất bị rửa trôi từ tầng trên xuống, phần lớn được tích luỹ tại đây, đặc biệt là sét. Bởi vậy hàm lượng sét ở tầng này cao hơn hẳn so với các tầng khác do đó nó thường bị chặt, khó thấm nước.

Tầng B càng phát triển, chứng tỏ đất có tuổi càng cao. Tầng B lại có thể chia nhỏ hơn thành B1, B2, B3: + Tầng B1 là một phần của tầng A chuyển tiếp đến tầng B. + Tầng B2 là tầng tích tụ điển hình. + Tầng B3 là phần chuyển tiếp của tầng B đến tầng C.

Tầng A và B là phần điển hình của đất, nó tạo nên độ dày của đất. Độ dày tầng đất được tính từ trên mặt đất xuống đến hết tầng B. + Tầng C được gọi là tầng mẫu chất, nó được hình thành từ sự phong hoá đá và khoáng ban đầu. +Cuối cùng là tầng đá mẹ ký hiệu là D -Tuổi lâm phần là nhân tố cấu trúc về mặt thời gian, phản ánh giai đoạn sinh trưởng phát triển của lâm phần.

Đối với rừng trồng, căn cứ vào giai đoạn phát triển của lâm phần người ta chia thành các cấp tuổi: Cấp tuổi 1: rừng non Cấp tuổi 2: rừng sào Cấp tuổi 3: rừng trung niên Cấp tuổi 4: rừng gần thành thục Cấp tuổi 5: rừng thành thục Cấp tuổi 6: rừng quá thành thục Lưu ý: -Cấp tuổi có thể ngắn hoặc dài, tùy thuộc vào loài cây, điều kiện lập địa. Đối với loài cây sinh trưởng nhanh, cấp tuổi có thể 2-5 năm; đối với loài cây sinh trưởng chậm, cấp tuổi có thể là 10-20 năm [16]. Khái niệm rừng và các công trình nghiên cứu ảnh hưởng của rừng Ngay từ thuở sơ khai, con người đã có những khái niệm cơ bản nhất về rừng. Rừng là nơi cung cấp mọi thứ phục vụ cuộc sống của họ.

Lịch sử càng phát triển, những khái niệm về rừng được tích lũy, hoàn thiện thành những học thuyết về rừng. Rừng là một tổng thể cây gỗ, có mối liên hệ lẫn nhau, nó chiếm một phạm vi không gian nhất định ở mặt đất và trong khí quyển. Rừng chiếm phần lớn bề mặt Trái Đất và là một bộ phận của cảnh quan địa lý, (Morozov, 1930) [13]. Rừng là quần xã sinh vật trong đó cây rừng là thành phần chủ yếu.

Quần xã sinh vật phải có diện tích đủ lớn. Giữa quần xã sinh vật và môi trường, các thành phần trong quần xã sinh vật phải có mối quan hệ mật thiết để đảm bảo khác biệt giữa hoàn cảnh rừng và các hoàn cảnh khác (Phạm Văn Điển, 2009) [2].