Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Theo quy định của Luật Bảo vệ môi trường năm 2012, công tác quản lý và giám sát thực hiện cam kết bảo vệ môi trường đối với mọi tổ chức, cá nhân hoạt động trên lãnh thổ Việt Nam là nhiệm vụ cấp thiết. Trên phạm vi toàn cầu, quỹ đất sản xuất đang chịu sự suy thoái nghiêm trọng do xói mòn, rửa trôi, bạc màu, nhiễm mặn, nhiễm phèn, biến đổi khí hậu dẫn tới sa mạc hóa và áp lực khai thác quá mức. Tổng diện tích đất bị sa mạc hóa trên thế giới được ghi nhận là 103,520 triệu hecta [6, tr74]. Tại Việt Nam, diện tích đất chịu tác động mạnh bởi hoang mạc hóa lên đến 7,85 triệu hecta, chiếm 23,7% tổng diện tích đất tự nhiên cả nước [6, tr75]. Bên cạnh đó, môi trường đất còn chịu tác động từ tồn dư chất độc điôxin sau chiến tranh, dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật tại các vùng chuyên canh cây lương thực, tập quán du canh du cư làm kiệt quệ chất đất mà không bổ sung dinh dưỡng, cùng quá trình nhiễm mặn, nhiễm phèn diễn ra liên tục.

Về mặt pháp lý và kỹ thuật, Thông tư số 17/2011/TT-BTNMT ngày 08/06/2011 của Bộ Tài nguyên và Môi trường đã quy định quy trình kỹ thuật thành lập bản đồ môi trường đối với không khí, nước mặt lục địa và nước biển, nhưng chưa ban hành quy trình kỹ thuật riêng cho môi trường đất. Nghiên cứu môi trường đất đòi hỏi phải phân tích mối tương quan tổng hợp và tác động qua lại nhiều chiều của các thành phần lý - hóa - sinh, dẫn đến việc xây dựng quy trình kỹ thuật thành lập bản đồ môi trường đất cấp tỉnh gặp nhiều khó khăn. Đồng thời, hệ thống tiêu chuẩn quốc gia (TCQG) và căn cứ khoa học so sánh, đánh giá chất lượng môi trường (CLMT) đất còn thiếu đồng bộ.

Tại tỉnh Hải Dương, quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đã thúc đẩy chuyển đổi mục đích sử dụng đất, thu hẹp diện tích nông nghiệp và gia tăng áp lực thâm canh, lạm dụng hóa chất bảo vệ thực vật, làm phát sinh nguồn thải chưa được kiểm soát chặt chẽ. Hải Dương có địa hình chuyển tiếp gồm cả đồng bằng và đồi núi, không tiếp giáp biển, có diện tích đất nông nghiệp lớn chiếm 63,83% tổng diện tích đất tự nhiên [65]. Do đó, việc nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học để thành lập bản đồ CLMT đất bằng phương pháp định lượng tổng hợp là yêu cầu thực tiễn cấp bách.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu và các nhiệm vụ của luận án được xác định cụ thể trong văn bản như sau:

  • Mục đích nghiên cứu (Mục 2): Xác định cơ sở khoa học thành lập bản đồ môi trường đất cấp tỉnh, phục vụ quản lý và bảo vệ môi trường đất, góp phần hoàn thiện quy định quy trình kỹ thuật thành lập bản đồ môi trường đất, làm căn cứ hỗ trợ xây dựng bộ TCQG về môi trường đất của Việt Nam; đồng thời ứng dụng phương pháp chỉ số chất lượng môi trường tổng cộng (TEQI) để thành lập các bản đồ CLMT đất ở tỉnh Hải Dương.
  • Nhiệm vụ nghiên cứu:
    1. Tổng quan các hướng nghiên cứu về thành lập bản đồ chuyên đề và đánh giá CLMT đất phục vụ quản lý và bảo vệ môi trường đất.
    2. Nghiên cứu cơ sở khoa học của việc thành lập các bản đồ chuyên đề môi trường đất, đề xuất quy trình công nghệ thành lập bản đồ môi trường đất cấp tỉnh.
    3. Xây dựng kế hoạch và tiến hành thu thập hệ thống tài liệu, số liệu, mẫu đất từ các phẫu diện trên địa bàn tỉnh Hải Dương; xử lý số liệu, tính toán các thông số phục vụ việc xác định chỉ số tổng hợp đánh giá CLMT đất.
    4. Thành lập các bản đồ: bản đồ mạng lưới các điểm thu mẫu đất, bản đồ CLMT đất chuyên lúa, bản đồ CLMT đất chuyên lúa - màu và tổ hợp ra bản đồ CLMT đất trồng cây lương thực tỉnh Hải Dương tỷ lệ 1:100.000.
    5. Đề xuất các giải pháp trong quản lý và bảo vệ môi trường đất của tỉnh Hải Dương, góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội theo định hướng phát triển bền vững.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Theo Mục 3 của luận án, đối tượng và phạm vi nghiên cứu được phân định:

  • Đối tượng nghiên cứu:
    • Các nhân tố phát sinh, quá trình hình thành và suy thoái đất.
    • Các tiêu chí để đánh giá CLMT đất và nguyên tắc, phương pháp phản ánh CLMT đất lên bản đồ.
    • Quy trình kỹ thuật thành lập bản đồ CLMT đất cấp tỉnh có ứng dụng GIS và quan trắc khảo sát thực địa.
    • Đặc điểm môi trường đất và cách thức phản ánh trên bản đồ CLMT đất tỉnh Hải Dương.
  • Phạm vi không gian (lãnh thổ): Nghiên cứu cơ sở khoa học áp dụng trên địa bàn tỉnh Hải Dương.
  • Phạm vi nội dung: Tập trung vào đất trồng cây lương thực (gồm đất chuyên lúa và đất chuyên lúa - màu), không nghiên cứu các loại đất chuyên trồng cây công nghiệp, cây ăn quả lâu năm, đất núi đá, đất thổ cư, đất chuyên dùng và đất ngập nước. Luận án áp dụng phương pháp đánh giá CLMT tổng hợp sử dụng chỉ số CLMT tổng cộng (TEQI) của tác giả Phạm Ngọc Hồ [83] để xây dựng chỉ số chất lượng môi trường đất tổng cộng (TSQI) với 11 chỉ tiêu đánh giá, có tính đến trọng số cho các nhóm chỉ thị (nhóm tổng số, nhóm dễ tiêu) và nhóm ô nhiễm kim loại nặng. Bản đồ CLMT đất tỉnh Hải Dương năm 2010 được thành lập ở tỷ lệ 1:100.000.
  • Phạm vi thời gian và nguồn tư liệu: Dữ liệu nghiên cứu tiếp cận chủ yếu trong giai đoạn 2000 - 2010, một số nội dung cập nhật đến năm 2012. Số liệu mẫu đất thực địa được kế thừa từ dự án "Quy hoạch môi trường tỉnh Hải Dương giai đoạn 2006 - 2020" do UBND tỉnh Hải Dương chủ trì với 104 mẫu tại 52 vị trí phẫu diện lấy vào tháng 7 năm 2007.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trên thế giới

Tác giả luận án hệ thống hóa các nghiên cứu quốc tế theo ba nhóm chính:

  • Phương pháp chỉ số và thang đánh giá chất lượng đất:
    • J. Pieri (2000) khẳng định tầm quan trọng của các chỉ số phản ánh CLMT đất, đặc biệt là chất hữu cơ (OM) và sự cân bằng dinh dưỡng trong đất gắn với độ dày tầng đất, độ dốc, thảm thực vật [78].
    • Phương pháp chỉ số CLMT của Mỹ do W. đề xuất sử dụng trọng số $W_i$, tuy nhiên trọng số này cho điểm theo ý kiến chuyên gia mang tính chủ quan và thang đánh giá 5 cấp (rất xấu, xấu, trung bình, tốt, rất tốt) chỉ áp dụng cho nước mặt, không có hướng dẫn cụ thể cho đất.
    • Phương pháp phân hạng từ 1 đến 4 của Bỉ cũng mới dừng lại ở đánh giá CLMT nước mặt.
    • Phương pháp chỉ số chất lượng môi trường (EQI) được triển khai từ những năm 80 của thế kỷ XX tại Liên Xô, Canada, Mỹ nhằm biểu thị CLMT tại điểm $\vec{r}_j$ ở thời điểm $t$ thông qua chỉ tiêu tổng hợp $P$ từ $n$ thông số có giá trị $C_i$ [32].
    • Nhóm tác giả M. Schulin công bố công trình "Đánh giá chất lượng đất hoàn thổ bằng hệ thống chuyên gia logic mờ" trên tạp chí Geoderma.
    • Nhóm tác giả G. Capri (2009) công bố công trình "Đánh giá chất lượng đất thông qua các chỉ số ở cấp vi mô thuộc vùng trồng ngô ở phía Bắc nước Ý" trên tạp chí Ecological Indicators.
    • C. Sirguey cùng cộng sự (2008) công bố công trình "Tác động của quá trình oxy hóa hóa học tới chất lượng của đất" trên tạp chí Khí tượng (quyển 72, số 2, tr. 282-298).
    • Tổ chức Mạng lưới quản lý đất dốc vùng nhiệt đới khu vực Đông Nam Á do FAO tài trợ công bố hai tài liệu: Độ phì của đất (2000) và Gạo – Rối loạn dinh dưỡng và quản lý dinh dưỡng (2001), đưa ra ngưỡng tối thiểu cho các chỉ tiêu hóa học: $\text{pH}{\text{H}2\text{O}} < 4{,}5$; $\text{pH}{\text{KCl}} < 4{,}2$; $\text{C} < 4{,}2%$; $\text{P} < 200\text{ ppm}$; $\text{CEC} < 10\text{ meq/100g}$ (mc/kg); $\text{K}^+{\text{dt}} < 0{,}2\text{ meq/100g}$; $\text{Ca}^{2+} < 0{,}5\text{ meq/100g}$ [68].
  • Quy chuẩn ngưỡng kim loại nặng trong đất: Các quốc gia đã ban hành ngưỡng tối đa cho phép (MAS – Maximal Allowable Standard). Nghiên cứu tại Anh đưa ra thang phân loại đất ô nhiễm kim loại nặng dùng trong cải tạo đất [62]:
Kim loại nặng tổng số Ô nhiễm loại 1 (ppm) Ô nhiễm loại 2 (ppm) Ô nhiễm loại 3 (ppm) Ô nhiễm nặng dị thường loại B (ppm)
Đồng (Cu) 100 - 200 200 - 500 500 - 2.000 > 2.000
Cadimi (Cd) 1 - 3 3 - 10 10 - 50 > 50
Thủy ngân (Hg) 1 - 3 3 - 10 10 - 50 > 50
  • Nghiên cứu tác động sử dụng đất và ứng dụng GIS:
    • Kanok và N. Rerkasem (2009) nghiên cứu chuyển đổi mục đích sử dụng đất tại miền núi Đông Nam Á [82].
    • D. Pistocchi (2007) đề xuất giải pháp không gian cho đánh giá môi trường chiến lược trong quy hoạch sử dụng đất [77].
    • J. Rounsevell (2009) phân tích tác động biến đổi khí hậu kết hợp sử dụng đất đến đa dạng sinh học.
    • K. Branko (2009) công bố trên tạp chí Hazardous Materials về ảnh hưởng của quy hoạch đất đến môi trường đất [77].
    • C. Aubrecht và cộng sự (2009) tích hợp quan sát Trái đất và GIS để mô hình hóa chức năng sử dụng đất đô thị [70].

Các hướng nghiên cứu tại Việt Nam

  • Lý luận bản đồ học chuyên đề: Kế thừa các công trình nền tảng như bộ bản đồ thời Nguyễn An Nam đại quốc họa đồ, các đề tài cấp Nhà nước giai đoạn 1980 - 1990; giáo trình Bản đồ chuyên đề của Lê Huỳnh và Lê Ngọc Nam (2001); công trình Atlas Quốc gia Việt Nam do GS. Nguyễn Văn Chiển làm chủ nhiệm; tài liệu Đất Việt Nam (2000) của Hội Khoa học đất Việt Nam; các thông tư của Bộ TN&MT (Số 03/2011/TT-BTNMT, Thông tư số 23/2012/TT-BTNMT, Thông tư số 02/2013/TT-BTNMT); Tập bản đồ Nông nghiệp Việt Nam (2001); Tập bản đồ giao thông Việt Nam (Lê Phước Dũng, 2006); công trình Atlas Đồng Nai gồm 146 bản đồ (trong đó có 20 bản đồ đất đai); luận án tiến sĩ của Đỗ Văn Thanh (tỉnh Bắc Giang) và Lưu Thế Anh (tỉnh Đắk Lắk và Đắk Nông).
  • Thực trạng đánh giá CLMT qua chỉ số:
    • Chỉ số WQI (2010) của Tổng cục Môi trường đánh giá chất lượng nước mặt lục địa với 9 thông số, thang điểm cố định, mắc hiệu ứng "ảo" do sử dụng trung bình cộng và trung bình nhân, không áp dụng được cho nước ngầm và nước biển.
    • Chỉ số AQI (2011) của Tổng cục Môi trường đánh giá không khí tự động, lấy giá trị $\max(\text{AQI}i)$ và quy định tiêu chuẩn $\text{PM}{10}$ bằng bụi lơ lửng tổng số (TSP), chưa tính trọng số và không áp dụng cho quan trắc định kỳ.
    • Công thức trung bình cộng $\text{AQI}_i$ của Cục Kiểm soát ô nhiễm (2011) tự cho điểm trọng số chủ quan.
    • Phạm Ngọc Hồ (2010) phát triển chỉ số chất lượng môi trường tổng cộng (TEQI) giải quyết triệt để hiệu ứng "ảo", xác lập trọng số $W_i$ và ngưỡng phân cấp dựa trên các điều kiện toán học (MIN, MAX, trung vị, trung bình), phù hợp với số liệu quan trắc thực tế [83].
  • Các nghiên cứu về đất và môi trường đất: Đặng Trung Thuận (2005 - Địa hóa học), Lê Văn Khoa và cộng sự (2000 - Đất và môi trường; 2002 - Khoa học môi trường), Nguyễn Đình Hoè và Nguyễn Thế Thôn (2001 - Địa chất môi trường), Trần Phước Cường (2011), Lưu Đức Hải và cộng sự (2006), Vũ Tự Lập (1982), Nguyễn Thị Kim Thái (2011), Phạm Ngọc Hồ và Hoàng Xuân Cơ (2000 - đánh giá môi trường tỉnh Hòa Bình ứng dụng GIS). Trung tâm Điều tra, Đánh giá tài nguyên đất (2011) thực hiện điều tra môi trường đất vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ [60].

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Các công trình trước đây tại Việt Nam chủ yếu đánh giá CLMT đất dựa trên các chỉ tiêu hóa - lý riêng lẻ, mang tính rời rạc hoặc áp dụng đánh giá định tính theo FAO, chưa xây dựng được cơ sở khoa học và quy trình kỹ thuật hoàn chỉnh để thành lập bản đồ CLMT đất cấp tỉnh bằng một chỉ số tổng hợp định lượng, có tính đến trọng số khách quan của từng nhóm chỉ thị. Luận án lựa chọn giải quyết khoảng trống này bằng việc ứng dụng và phát triển chỉ số TEQI thành chỉ số TSQI phục vụ thành lập bản đồ chuyên đề CLMT đất tại tỉnh Hải Dương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và các quan điểm tiếp cận

Luận án vận dụng hệ thống 5 quan điểm khoa học địa lý và môi trường:

  1. Quan điểm nguồn gốc phát sinh đất: Dựa trên học thuyết của V.V. Docuchaev (thế kỷ XIX) về 5 yếu tố hình thành đất (đá mẹ, khí hậu, sinh vật, thời gian, địa hình) kết hợp vai trò bổ sung của con người theo trường phái Đông Âu, cùng quan điểm của V.R. Wiliam (1863 - 1930) về độ phì của đất [48]. Luận án phân tích các quá trình phong hóa, feralit, macgalit, alit, glây, phèn hóa, mặn hóa, rửa trôi để làm rõ đặc trưng phát sinh đất tại Hải Dương.
  2. Quan điểm hệ thống: Tiếp cận môi trường đất như một hệ sinh thái mở hoàn chỉnh, hoạt động liên tục, không có ranh giới tuyệt đối giữa phần vô sinh và hữu sinh [6]. Môi trường đất ghi nhận tổng thể tác động tương hỗ giữa các quá trình tự nhiên và hoạt động kinh tế - xã hội.
  3. Quan điểm lịch sử: Phân tích sự biến đổi của CLMT đất gắn liền với lịch sử bồi tụ phù sa sông Hồng và lịch sử khai thác canh tác lâu đời của cư dân địa phương.
  4. Quan điểm tổng hợp lãnh thổ: Xem xét môi trường đất trong mối liên hệ hữu cơ với môi trường nước, không khí, sinh vật và môi trường nhân văn nhằm tránh đánh giá phiến diện.
  5. Quan điểm phát triển bền vững: Định hướng khai thác tối ưu quỹ đất gắn liền với các giải pháp bảo vệ, phục hồi, giảm thiểu tổn hại môi trường đất.

Khung khái niệm và phân loại

  • Môi trường và môi trường đất: Tiếp cận theo định nghĩa của Lê Thạc Cán (1995) [16] và Điều 3 Luật Bảo vệ môi trường năm 2005/2012 [47]. Môi trường đất bao gồm các yếu tố cấu thành dung dịch đất, keo đất, khoáng vật (chiếm 90 - 95% chất khô), thành phần cơ giới (cát, limon, sét) và các hoạt tính lý - hóa - sinh.
  • Phân cấp hạt theo quan điểm của Mỹ và Nga [6]:
Tên cấp hạt Kích thước theo quan điểm của Mỹ (mm) Kích thước theo quan điểm của Nga (mm)
Cấp hạt cát 2,00 - 0,05 1,00 - 0,05
Cấp hạt limon 0,05 - 0,002 0,05 - 0,001
Cấp hạt sét < 0,002 < 0,001
  • Hệ thống 11 chỉ tiêu chất lượng môi trường đất:
    • Nhóm hóa sinh và độ phì: $\text{pH}$, chất hữu cơ ($\text{OM}$ / mùn), đạm tổng số ($\text{N}$), lân tổng số ($\text{P}2\text{O}{5\text{ts}}$), kali tổng số ($\text{K}2\text{O}{\text{ts}}$), lân dễ tiêu ($\text{P}2\text{O}{5\text{dt}}$), kali dễ tiêu ($\text{K}2\text{O}{\text{dt}}$), dung tích cation trao đổi ($\text{CEC}$).
    • Nhóm kim loại nặng: Asen ($\text{As}$), Cadimi ($\text{Cd}$), Đồng ($\text{Cu}$), Chì ($\text{Pb}$), Kẽm ($\text{Zn}$).
  • Thang phân cấp đánh giá CLMT đất theo chỉ số TSQI (5 bậc):
    1. Chưa suy thoái (CLMT đất tốt).
    2. Bắt đầu suy thoái (CLMT đất trung bình).
    3. Suy thoái nhẹ (CLMT đất kém).
    4. Suy thoái mạnh (CLMT đất xấu).
    5. Suy thoái rất mạnh (CLMT đất rất xấu).

Phương pháp nghiên cứu cụ thể

  • Phương pháp thống kê, phân tích và tổng hợp tài liệu: Triển khai qua 3 bước (thống kê hệ thống tài liệu văn bản, báo cáo quy hoạch, bản đồ chuyên đề; phân loại, kiểm tra độ chính xác; tổng hợp hình thành cơ sở khoa học).
  • Phương pháp bản đồ và Hệ thống thông tin địa lý (GIS): Sử dụng phần mềm ArcGIS 10 và MapInfo 11 để số hóa, chuẩn hóa thuộc tính và dữ liệu không gian; thực hiện chồng xếp các lớp chuyên đề (thổ nhưỡng, hiện trạng sử dụng đất, hành chính, giao thông), tính toán không gian và biên tập bản đồ ở tỷ lệ 1:100.000.
  • Phương pháp khảo sát thực địa: Thiết lập các tuyến thu mẫu xuất phát từ trung tâm thành phố Hải Dương dựa trên bản đồ thổ nhưỡng và hiện trạng sử dụng đất. Thu thập 104 mẫu đất tại 52 vị trí phẫu diện vào tháng 7 năm 2007 (Phụ lục 1), kết hợp thu thập thông tin chế độ canh tác, chăm sóc và năng suất cây trồng.
  • Phương pháp điều tra xã hội học: Tiếp cận người dân, phỏng vấn trực tiếp bằng bảng hỏi tại các hộ gia đình, thôn, xã để thu thập thông tin về thuận lợi, khó khăn, tập quán sử dụng phân bón, thuốc bảo vệ thực vật và kiểm định lại kết quả nghiên cứu.

Nội dung chính theo từng chương

Luận án có độ dài 156 trang, bao gồm 30 bảng số liệu, 27 hình ảnh (trong đó có 8 bản đồ chuyên đề) và phần phụ lục gồm 16 bảng số liệu. Nội dung chính được triển khai qua 3 chương:

Chương 1: Cơ sở khoa học thành lập bản đồ môi trường đất

Chương 1 tập trung tổng quan hệ thống cơ sở lý luận về bản đồ học chuyên đề, khoa học thổ nhưỡng và khoa học môi trường. Tác giả phân tích các nhân tố hình thành đất tự nhiên (đá mẹ granit, cát kết, đá vôi, đá phiến sét; địa hình đồng bằng và đồi núi; khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa; sinh vật và thời gian) cùng tác động nhân sinh. Phân tích chi tiết thành phần dung dịch đất, độ chua hoạt tính, độ chua tiềm tàng, dung tích hấp thu keo đất ($\text{CEC}$), cơ chế cố định lân (chiếm 98% dạng cố định, chỉ 2% hòa tan/trao đổi), cùng cơ chế phát tán và tích tụ các kim loại nặng ($\text{Cu}, \text{Cd}, \text{Pb}, \text{Zn}, \text{As}$).

Chương này phân tích các hạn chế của các phương pháp đánh giá môi trường truyền thống (phương pháp FAO, ma trận, danh mục, WQI, AQI) và xác lập cơ sở toán học cho phương pháp chỉ số chất lượng môi trường tổng cộng (TEQI/TSQI). Trọng số $W_i$ của 11 chỉ tiêu được xác lập bằng thuật toán dựa trên các giá trị $\text{MIN}, \text{MAX}$, trung vị và trung bình, loại bỏ hoàn toàn tính chủ quan của chuyên gia và khắc phục triệt để hiệu ứng "ảo". Trên cơ sở đó, tác giả đề xuất quy trình kỹ thuật 5 bước thành lập bản đồ môi trường đất cấp tỉnh:

  1. Xác định cơ sở khoa học, mục tiêu và tiêu chuẩn áp dụng.
  2. Thu thập, kế thừa tài liệu văn bản, bản đồ nền và dữ liệu quan trắc phẫu diện đất.
  3. Xử lý dữ liệu không gian và thuộc tính, ứng dụng GIS tính toán chỉ số TSQI cho từng điểm mẫu.
  4. Nội suy không gian, chồng xếp các lớp thông tin chuyên đề và biên tập bản đồ CLMT đất theo các loại hình sử dụng đất.
  5. Đánh giá hiện trạng, đóng gói sản phẩm bản đồ và đề xuất giải pháp quản lý.
+-----------------------------------------------------------------------------+
|               QUY TRÌNH KỸ THUẬT THÀNH LẬP BẢN ĐỒ MÔI TRƯỜNG ĐẤT            |
+-----------------------------------------------------------------------------+
| Bước 1: Xác định cơ sở khoa học, mục tiêu, tiêu chuẩn áp dụng               |
|         - Xác lập hệ thống 11 chỉ tiêu (độ phì, dinh dưỡng, kim loại nặng)  |
|         - Thiết lập thuật toán tính trọng số Wi và thang phân cấp TSQI      |
+-----------------------------------------------------------------------------+
                                      |
                                      v
+-----------------------------------------------------------------------------+
| Bước 2: Thu thập tài liệu, bản đồ nền và khảo sát thực địa                  |
|         - Thu thập bản đồ địa hình, thổ nhưỡng, hiện trạng sử dụng đất      |
|         - Khảo sát thực địa, lấy 104 mẫu đất tại 52 phẫu diện (tháng 7/2007)|
+-----------------------------------------------------------------------------+
                                      |
                                      v
+-----------------------------------------------------------------------------+
| Bước 3: Xử lý dữ liệu, phân tích mẫu và tính toán chỉ số TSQI               |
|         - Phân tích lý - hóa - sinh mẫu đất tại phòng thí nghiệm             |
|         - Nhập cơ sở dữ liệu GIS (ArcGIS 10, MapInfo 11)                    |
|         - Tính toán giá trị TSQI cho từng phẫu diện khảo sát                |
+-----------------------------------------------------------------------------+
                                      |
                                      v
+-----------------------------------------------------------------------------+
| Bước 4: Chồng xếp lớp dữ liệu, nội suy không gian và biên tập bản đồ        |
|         - Thành lập bản đồ mạng lưới điểm thu mẫu đất                       |
|         - Thành lập bản đồ CLMT đất chuyên lúa (1:100.000)                  |
|         - Thành lập bản đồ CLMT đất chuyên lúa - màu (1:100.000)            |
|         - Tổ hợp bản đồ CLMT đất trồng cây lương thực (1:100.000)           |
+-----------------------------------------------------------------------------+
                                      |
                                      v
+-----------------------------------------------------------------------------+
| Bước 5: Đóng gói sản phẩm, đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp        |
|         - Đánh giá mức độ suy thoái môi trường đất cấp huyện/tỉnh           |
|         - Đề xuất định hướng quản lý và bảo vệ môi trường đất bền vững      |
+-----------------------------------------------------------------------------+

Chương 2: Thành lập bản đồ môi trường đất tỉnh Hải Dương, phục vụ quản lý và bảo vệ môi trường đất

Chương 2 trình bày việc ứng dụng thực nghiệm quy trình công nghệ thành lập hệ thống bản đồ môi trường đất tại tỉnh Hải Dương ở tỷ lệ 1:100.000. Dữ liệu đầu vào sử dụng hệ thống 104 mẫu đất thu thập từ 52 vị trí phẫu diện phân bố đại diện trên các vùng địa hình đồng bằng và đồi núi của tỉnh Hải Dương. Tác giả ứng dụng phần mềm ArcGIS 10 và MapInfo 11 để chuẩn hóa cơ sở dữ liệu không gian, xây dựng các lớp thông tin chuyên đề: lớp hành chính, lớp giao thông - thủy văn, lớp thổ nhưỡng, lớp hiện trạng sử dụng đất và lớp phẫu diện đất.

Dựa trên kết quả phân tích 11 thông số ($\text{pH}, \text{OM}, \text{N}, \text{P}2\text{O}{5\text{ts}}, \text{K}2\text{O}{\text{ts}}, \text{P}2\text{O}{5\text{dt}}, \text{K}2\text{O}{\text{dt}}, \text{CEC}, \text{Cu}, \text{Cd}, \text{Pb}, \text{Zn}, \text{As}$), chương này tính toán giá trị TSQI cho từng điểm không gian $\vec{r}_j$, tiến hành nội suy không gian và phân cấp theo 5 mức độ suy thoái. Kết quả biên tập bao gồm hệ thống các bản đồ chuyên đề:

  • Bản đồ mạng lưới các điểm thu mẫu đất tỉnh Hải Dương.
  • Bản đồ chất lượng môi trường đất chuyên lúa tỉnh Hải Dương tỷ lệ 1:100.000.
  • Bản đồ chất lượng môi trường đất chuyên lúa - màu tỉnh Hải Dương tỷ lệ 1:100.000.
  • Bản đồ tổ hợp chất lượng môi trường đất trồng cây lương thực tỉnh Hải Dương tỷ lệ 1:100.000.

Chương 3: Chất lượng môi trường đất và bảo vệ môi trường đất tỉnh Hải Dương

Chương 3 phân tích bức tranh toàn diện về hiện trạng CLMT đất trồng cây lương thực trên địa bàn tỉnh Hải Dương dựa trên kết quả thành lập bản đồ. Tác giả làm rõ mối quan hệ tương tác giữa đặc điểm phát sinh thổ nhưỡng với các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội: sức ép gia tăng dân số, việc chuyển đổi đất nông nghiệp phục vụ phát triển khu/cụm công nghiệp, tập quán thâm canh sử dụng quá mức phân bón vô cơ và thuốc bảo vệ thực vật, các nguồn phát sinh chất thải sinh hoạt và công nghiệp chưa qua xử lý.

Từ kết quả phân vùng mức độ suy thoái đất (từ chưa suy thoái đến suy thoái rất mạnh), chương này đề xuất hệ thống giải pháp quản lý và kỹ thuật bảo vệ môi trường đất:

  • Hoàn thiện quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp gắn với kiểm soát các nguồn xả thải.
  • Áp dụng các biện pháp canh tác bền vững, bổ sung phân hữu cơ, phân vi sinh để tái tạo độ phì và bù đắp lượng mùn ($\text{OM}$) bị suy giảm.
  • Kiểm soát chặt chẽ dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật và hàm lượng kim loại nặng tại các vùng chuyên canh lúa và rau màu.
  • Ứng dụng hệ thống bản đồ môi trường đất số làm công cụ hỗ trợ ra quyết định trong công tác thanh tra, giám sát môi trường định kỳ tại các cấp quản lý địa phương.

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới của luận án

Theo công bố của tác giả, luận án mang lại các đóng góp mới về mặt khoa học và thực tiễn:

  1. Về mặt lý luận: Phương pháp đánh giá CLMT đất bằng chỉ số chất lượng môi trường đất tổng cộng (TSQI) đã góp phần hoàn thiện phương pháp đánh giá CLMT đất và xây dựng khung cơ sở khoa học thành lập bản đồ môi trường đất cấp tỉnh, đáp ứng nhu cầu nghiên cứu, đánh giá tài nguyên đất cấp địa phương phục vụ quản lý và bảo vệ môi trường đất ở Việt Nam.
  2. Về mặt thực tiễn: Xây dựng quy trình kỹ thuật thành lập bản đồ môi trường đất cấp tỉnh có khả năng chuẩn hóa và áp dụng cho các địa phương khác trong cả nước khi nghiên cứu thành lập bản đồ môi trường đất chuyên đề.

Luận điểm bảo vệ

  • Luận điểm 1: Cơ sở khoa học thành lập bản đồ môi trường đất tỉnh Hải Dương được xây dựng bằng việc ứng dụng GIS kết hợp với các phương pháp nghiên cứu thực tiễn để đảm bảo tính chính xác, góp phần hoàn thiện cơ sở lý luận thành lập bản đồ môi trường.
  • Luận điểm 2: Ứng dụng phương pháp đánh giá CLMT đất bằng chỉ số chất lượng môi trường đất tổng cộng trong thành lập bản đồ CLMT đất tỉnh Hải Dương thể hiện tính khoa học và tính thực tiễn cao.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

Căn cứ theo giới hạn phạm vi nghiên cứu do tác giả xác định:

  • Về đối tượng đất: Luận án mới chỉ tập trung nghiên cứu trên đất trồng cây lương thực (gồm đất chuyên lúa và đất chuyên lúa - màu, chiếm tỷ trọng lớn trong 63,83% đất nông nghiệp của tỉnh), chưa mở rộng nghiên cứu sang các loại hình sử dụng đất khác như đất chuyên trồng cây công nghiệp, đất cây ăn quả lâu năm, đất lâm nghiệp, đất núi đá, đất thổ cư, đất chuyên dùng và đất ngập nước.
  • Về số lượng chỉ tiêu: Luận án sử dụng 11 chỉ tiêu hóa học và kim loại nặng; chưa tích hợp đầy đủ các chỉ tiêu sinh học đất chi tiết và tồn dư các hợp chất hữu cơ bảo vệ thực vật phức tạp do điều kiện thu thập và phân tích mẫu còn hạn chế.
  • Về chuỗi thời gian: Số liệu phẫu diện thực địa được kế thừa từ đợt khảo sát tháng 7 năm 2007 (dự án Quy hoạch môi trường tỉnh Hải Dương 2006 - 2020), chuỗi số liệu tiếp cận chính từ năm 2000 đến 2010 (cập nhật đến 2012), chưa phản ánh liên tục các biến động phát sinh sau giai đoạn này.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Mở rộng quy trình kỹ thuật và chỉ số TSQI để đánh giá cho toàn bộ các loại hình sử dụng đất khác (đất đô thị, đất công nghiệp, đất rừng, đất cây ăn quả lâu năm).
  • Bổ sung thêm các chỉ tiêu quan trắc vi sinh vật học đất và tồn dư hóa chất bảo vệ thực vật đặc thù vào thuật toán tính toán TSQI.
  • Áp dụng và kiểm chứng quy trình công nghệ thành lập bản đồ môi trường đất tại các tỉnh thuộc các vùng sinh thái khác nhau trên phạm vi toàn quốc.

Giá trị tham khảo

Luận án cung cấp tài liệu tham khảo khoa học hữu ích cho các nhóm đối tượng và lĩnh vực cụ thể:

  • Cơ quan quản lý nhà nước (Bộ Tài nguyên và Môi trường, Tổng cục Môi trường, Tổng cục Quản lý đất đai, Sở TN&MT các tỉnh): Tham khảo quy trình kỹ thuật 5 bước và phương pháp xác định trọng số $W_i$ để hoàn thiện quy định kỹ thuật thành lập bản đồ môi trường đất cấp tỉnh, bổ sung cho Thông tư số 17/2011/TT-BTNMT và hỗ trợ xây dựng bộ TCQG về môi trường đất.
  • Cán bộ quản lý và quy hoạch địa phương tại Hải Dương: Sử dụng trực tiếp hệ thống bản đồ chuyên đề tỷ lệ 1:100.000 cùng kết quả phân vùng suy thoái đất để bố trí cơ cấu cây trồng hợp lý, giám sát các điểm nóng ô nhiễm và xây dựng kế hoạch bảo vệ môi trường đất bền vững.
  • Giảng viên, nghiên cứu sinh, học viên cao học ngành Địa lý tự nhiên, Bản đồ học, Khoa học môi trường, Quản lý đất đai: Tham khảo khung lý thuyết kết hợp giữa học thuyết phát sinh đất của V.V. Docuchaev, phương pháp chỉ số TEQI/TSQI và công nghệ GIS (ArcGIS, MapInfo) trong việc mô hình hóa và trực quan hóa các thành phần môi trường dạng số.

Câu hỏi thường gặp

1. Điểm khác biệt cơ bản giữa phương pháp chỉ số TSQI trong luận án với các chỉ số WQI và AQI do Tổng cục Môi trường ban hành là gì?

Chỉ số WQI (nước) và AQI (không khí) ban hành năm 2010 - 2011 có hạn chế là thang đánh giá cố định, số thông số khảo sát hữu hạn ($n=9$ đối với WQI), trọng số do chuyên gia tự cho điểm mang tính chủ quan và mắc phải hiệu ứng "ảo" do sử dụng trung bình cộng hoặc trung bình nhân. Ngược lại, chỉ số TEQI/TSQI do Phạm Ngọc Hồ đề xuất và luận án áp dụng có thang phân cấp phụ thuộc trực tiếp vào số thông số khảo sát thực tế $n$; trọng số $W_i$ và ngưỡng đánh giá được xác lập bằng thuật toán dựa trên các điều kiện toán học ($\text{MIN}, \text{MAX}$, trung vị, trung bình), không mắc hiệu ứng "ảo" và phản ánh trung thực số liệu quan trắc thực địa.

2. Mạng lưới lấy mẫu phẫu diện đất thực địa tại tỉnh Hải Dương được tổ chức như thế nào?

Mạng lưới lấy mẫu được thiết kế xuất phát từ trung tâm là thành phố Hải Dương tỏa đi các tuyến dựa trên bản đồ thổ nhưỡng, bản đồ hiện trạng sử dụng đất và bản đồ hành chính tỉnh. Đợt thu thập mẫu được thực hiện vào tháng 7 năm 2007 với tổng cộng 104 mẫu đất thu tại 52 vị trí phẫu diện phân bố đại diện trên toàn tỉnh Hải Dương.

3. Luận án sử dụng những công cụ phần mềm nào để xử lý dữ liệu và thành lập bản đồ?

Luận án ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) với hai phần mềm chuyên dụng chính là ArcGIS 10 và MapInfo 11 để chuẩn hóa cơ sở dữ liệu, quản lý thuộc tính, tính toán không gian, chồng xếp các lớp dữ liệu và biên tập xuất bản đồ chuyên đề.

4. Hệ thống bản đồ chất lượng môi trường đất trong luận án được xuất bản ở tỷ lệ bao nhiêu và gồm những bản đồ nào?

Hệ thống bản đồ CLMT đất tỉnh Hải Dương được thành lập ở tỷ lệ 1:100.000, bao gồm:

  • Bản đồ mạng lưới các điểm thu mẫu đất.
  • Bản đồ chất lượng môi trường đất chuyên lúa.
  • Bản đồ chất lượng môi trường đất chuyên lúa - màu.
  • Bản đồ tổ hợp chất lượng môi trường đất trồng cây lương thực tỉnh Hải Dương.

5. Thang đánh giá chất lượng môi trường đất tổng cộng (TSQI) trong luận án được phân thành mấy cấp độ?

Thang đánh giá TSQI được phân thành 5 bậc tương ứng với các mức độ suy thoái môi trường đất:

  1. Chưa suy thoái (CLMT đất tốt).
  2. Bắt đầu suy thoái (CLMT đất trung bình).
  3. Suy thoái nhẹ (CLMT đất kém).
  4. Suy thoái mạnh (CLMT đất xấu).
  5. Suy thoái rất mạnh (CLMT đất rất xấu).

Kết luận

Luận án tiến sĩ đã xác lập cơ sở khoa học và quy trình công nghệ thành lập bản đồ chất lượng môi trường đất cấp tỉnh thông qua việc kết hợp công nghệ GIS với phương pháp chỉ số chất lượng môi trường đất tổng cộng (TSQI). Nghiên cứu giải quyết khoảng trống kỹ thuật trong công tác thành lập bản đồ môi trường đất chuyên đề mà các văn bản pháp quy hiện hành chưa quy định cụ thể. Hệ thống bản đồ tỷ lệ 1:100.000 cùng các phát hiện về mức độ suy thoái đất trồng cây lương thực tại tỉnh Hải Dương là nguồn tư liệu định lượng quan trọng, hỗ trợ đắc lực cho công tác quản lý tài nguyên đất và hoạch định chính sách phát triển bền vững tại địa phương.