Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Theo Luật Bảo vệ môi trường năm 2012, công tác quản lý và giám sát các cam kết bảo vệ môi trường là yêu cầu bắt buộc đối với mọi tổ chức, cá nhân hoạt động trên lãnh thổ Việt Nam. Trên quy mô toàn cầu, tài nguyên đất đang đối mặt với tình trạng suy thoái nghiêm trọng do xói mòn, rửa trôi, bạc màu, nhiễm mặn, nhiễm phèn và biến đổi khí hậu; tổng diện tích đất bị sa mạc hóa trên thế giới đạt 103,520 triệu hecta và diện tích đất bị thoái hóa năm 2005 lên tới mức đáng báo động. Tại Việt Nam, diện tích đất chịu tác động mạnh bởi hoang mạc hóa là 7,85 triệu hecta, chiếm 23,7% tổng diện tích đất tự nhiên của cả nước. Bên cạnh đó, đất đai còn chịu tác động nặng nề bởi chất độc hóa học điôxin tồn lưu sau chiến tranh, dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật tại các vùng chuyên canh nông nghiệp, cũng như tập quán du canh du cư khai thác kiệt quệ dinh dưỡng đất.

Trước thực trạng suy giảm chất lượng môi trường (CLMT) đất, việc xây dựng các công cụ trực quan hóa và mô hình hóa mức độ suy thoái trên bản đồ là yêu cầu cấp thiết. Mặc dù Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ban hành Thông tư số 17/2011/TT-BTNMT ngày 08 tháng 6 năm 2011 quy định quy trình kỹ thuật thành lập bản đồ môi trường không khí, nước mặt lục địa và nước biển, song quy trình kỹ thuật chuyên biệt dành riêng cho môi trường đất vẫn chưa được ban hành do tính chất tương tác đa chiều phức tạp của các thành phần thổ nhưỡng. Mặt khác, hệ thống Tiêu chuẩn Quốc gia (TCQG) và các căn cứ khoa học so sánh, đánh giá CLMT đất ở cấp tỉnh tại Việt Nam còn thiếu đồng bộ; các nghiên cứu trước đây chủ yếu đánh giá theo từng chỉ tiêu riêng lẻ, tạo ra các bản đồ phân tán và khó tích hợp.

Địa bàn tỉnh Hải Dương có diện tích đất nông nghiệp chiếm tới 63,83% tổng diện tích tự nhiên, đóng vai trò trọng yếu đối với sản xuất lương thực. Dưới áp lực của quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, việc chuyển đổi mục đích sử dụng đất, lạm dụng phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật và xả thải chưa qua xử lý đã làm suy thoái nghiêm trọng môi trường đất. Do đó, việc xây dựng cơ sở khoa học và quy trình công nghệ thành lập bản đồ CLMT đất cấp tỉnh ứng dụng trên địa bàn tỉnh Hải Dương là vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cấp bách.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu: Xác định cơ sở khoa học thành lập bản đồ môi trường đất cấp tỉnh nhằm phục vụ công tác quản lý và bảo vệ môi trường đất, góp phần hoàn thiện quy trình kỹ thuật thành lập bản đồ môi trường đất và làm căn cứ xây dựng bộ Tiêu chuẩn Quốc gia 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 hệ thống bản đồ CLMT đất tại 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 và tính toán các thông số phục vụ xác định chỉ số tổng hợp đánh giá CLMT đất.
  4. Thành lập các bản đồ chuyên đề gồm: 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 bản đồ CLMT đất trồng cây lương thực tỉnh Hải Dương tỷ lệ 1:100.000.
  5. Đề xuất các giải pháp quản lý và bảo vệ môi trường đất tỉnh Hải Dương phục vụ phát triển kinh tế - xã hội bền vững.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Các nhân tố phát sinh, quá trình hình thành và suy thoái đất; các tiêu chí đánh giá CLMT đất và phương pháp phản ánh lên bản đồ; quy trình kỹ thuật thành lập bản đồ CLMT đất cấp tỉnh có ứng dụng GIS và quan trắc thực địa; đặc điểm môi trường đất và cách thức thể hiện trên bản đồ CLMT đất tỉnh Hải Dương.
  • Phạm vi không gian: Lãnh thổ tỉnh Hải Dương.
  • Phạm vi nội dung: Tập trung đánh giá CLMT đất trồng cây lương thực (đất chuyên trồng lúa và đất trồng 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 chỉ số chất lượng môi trường tổng cộng (TEQI) của Phạm Ngọc Hồ để xây dựng chỉ số chất lượng môi trường đất tổng cộng (TSQI) dựa trên 11 chỉ tiêu hóa học và kim loại nặng có tính trọng số; thành lập bản đồ CLMT đất tỉnh Hải Dương năm 2010 ở tỷ lệ 1:100.000.
  • Phạm vi thời gian và nguồn tư liệu: Dữ liệu thực địa gồm 104 mẫu đất thu thập tại 52 vị trí phẫu diện vào tháng 7 năm 2007, kế thừa từ dự án "Quy hoạch môi trường tỉnh Hải Dương giai đoạn 2006 - 2020"; các dữ liệu thống kê, văn bản pháp quy và hiện trạng giai đoạn 2000 - 2010, cập nhật bổ sung đến năm 2012.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trên thế giới

  1. Đánh giá chất lượng đất và các chỉ số dinh dưỡng: J. Pieri (2000) nhấn mạnh tầm quan trọng của các chỉ số phản ánh CLMT đất, đặc biệt là hàm lượng chất hữu cơ và sự cân bằng dinh dưỡng đất chịu tác động bởi độ dày tầng đất, độ dốc và thảm thực vật. Mạng lưới quản lý đất dốc vùng nhiệt đới khu vực Đông Nam Á do FAO tài trợ qua các công trình "Độ phì của đất" (2000) và "Gạo – Rối loạn dinh dưỡng và quản lý dinh dưỡng" (2001) đã xác định các ngưỡng hóa học giới hạn của đất: $\text{pH}{\text{H}2\text{O}} < 4{,}5$; $\text{pH}{\text{KCl}} < 4{,}2$; $\text{C} < 4{,}2%$; $\text{P} < 200\text{ ppm}$; $\text{CEC} < 10\text{ me/kg}$; $\text{K}^+{\text{dt}} < 0{,}2\text{ me/kg}$; $\text{Ca}^{2+} < 0{,}5\text{ me/kg}$.
  2. Phương pháp chỉ số chất lượng môi trường (EQI): Phương pháp chỉ số của W. (Mỹ) và thang điểm 1 đến 4 của Bỉ chủ yếu áp dụng cho môi trường nước mặt, trọng số mang tính chủ quan chuyên gia. Phương pháp EQI phát triển từ thập niên 1980 tại Liên Xô, Canada và Mỹ biểu thị trạng thái môi trường qua chỉ tiêu tổng hợp $P$ từ $n$ thông số khảo sát $C_i$. Các nghiên cứu chuyên biệt gồm công trình của M. Schulin trên tạp chí Geoderma về hệ thống logic mờ đánh giá đất hoàn thổ; G. Capri (2009) trên tạp chí Ecological Indicators về chỉ số chất lượng đất vi mô vùng trồng ngô phía Bắc nước Ý; C. Sirguey cùng cộng sự (2008) về tác động của quá trình oxy hóa hóa học tới chất lượng đất.
  3. Đánh giá ô nhiễm kim loại nặng: Nhiều quốc gia đã công bố tiêu chuẩn ngưỡng tối đa cho phép (MAS) đối với kim loại nặng. Tại Anh, thang phân loại ô nhiễm kim loại nặng phục vụ cải tạo đất quy định các mức ô nhiễm loại 1, loại 2, loại 3 và ô nhiễm nặng đối với Cu, Cd, Hg.
  4. Quy hoạch không gian và ứng dụng GIS: D. Pistocchi (2007) đề xuất giải pháp không gian cho đánh giá môi trường chiến lược trong quy hoạch sử dụng đất; Kanok và N. Rerkasem (2009) nghiên cứu chuyển đổi mục đích sử dụng đất tại miền núi Đông Nam Á; J. Rounsevell (2009) phân tích tác động của biến đổi khí hậu và sử dụng đất đến đa dạng sinh học; K. Branko (2009) trên tạp chí Hazardous Materials nghiên cứu ảnh hưởng của quy hoạch đất đến môi trường; 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.
Nhóm tác giả / Tổ chức Năm Nội dung nghiên cứu chính
J. Pieri 2000 Chỉ số chất lượng đất, chất hữu cơ và cân bằng dinh dưỡng
FAO (Mạng lưới đất dốc ĐNA) 2000, 2001 Ngưỡng hóa học đất và thang đánh giá dinh dưỡng cho cây trồng
M. Schulin và cộng sự — Đánh giá đất hoàn thổ bằng hệ thống logic mờ
D. Pistocchi 2007 Giải pháp không gian cho ĐTM chiến lược trong quy hoạch đất
C. Sirguey và cộng sự 2008 Tác động của oxy hóa hóa học đến chất lượng đất
G. Capri và cộng sự 2009 Chỉ số chất lượng đất cấp vi mô vùng trồng ngô Bắc Ý
C. Aubrecht và cộng sự 2009 Tích hợp viễn thám và GIS mô hình hóa sử dụng đất
Kanok & N. Rerkasem 2009 Chuyển đổi sử dụng đất và tri thức bản địa vùng núi ĐNA
K. Branko 2009 Quy hoạch sử dụng đất và chất lượng môi trường đất

Các hướng nghiên cứu tại Việt Nam

  1. Lĩnh vực bản đồ học chuyên đề: Kế thừa truyền thống bản đồ từ thời Nguyễn ("An Nam đại quốc họa đồ") và các đề tài cấp Nhà nước giai đoạn 1980 - 1990; công trình Atlas Quốc gia Việt Nam do Cố GS. Nguyễn Văn Chiển làm chủ nhiệm; giáo trình Bản đồ chuyên đề của Lê Huỳnh và Lê Ngọc Nam (2001); công trình Đất Việt Nam (Hội Khoa học Đất Việt Nam, 2000) công bố bản đồ đất tỷ lệ 1:1.000.000. Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ban hành các Thông tư số 03/2011/TT-BTNMT, 23/2012/TT-BTNMT, 02/2013/TT-BTNMT quy định kỹ thuật lập bản đồ địa chất khoáng sản; Quy phạm thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:100.000 và bản đồ địa chính tỷ lệ 1:10.000; Tập bản đồ Nông nghiệp Việt Nam (2001); Tập bản đồ Giao thông Việt Nam (Lê Phước Dũng, 2006); Atlas Đồng Nai (146 bản đồ, trong đó có 20 bản đồ đất). Các luận án tiến sĩ của Đỗ Văn Thanh (Bắc Giang) và Lưu Thế Anh (Đắk Lắk, Đắk Nông) nghiên cứu bản đồ sinh thái và bản đồ thoái hóa đất.
  2. Lĩnh vực đánh giá chất lượng môi trường: Tổng cục Môi trường ban hành chỉ số WQI (2010) đánh giá chất lượng nước mặt với 9 thông số và chỉ số AQI (2011) đánh giá không khí quan trắc tự động. Tuy nhiên, các chỉ số này gặp hạn chế về số lượng thông số hữu hạn, thang đánh giá cố định và mắc phải hiệu ứng "ảo". Năm 2010, Phạm Ngọc Hồ xây dựng chỉ số chất lượng môi trường tổng cộng (TEQI) giải quyết triệt để hiệu ứng ảo, xác định trọng số $W_i$ và ngưỡng đánh giá dựa trên cơ sở toán học (giá trị nhỏ nhất, lớn nhất, MIN, MAX, trung vị, trung bình).
  3. Các nghiên cứu thổ nhưỡng và môi trường tại Hải Dương: Dự án "Quy hoạch môi trường tỉnh Hải Dương 2006 - 2020" (UBND tỉnh Hải Dương và Trường ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN, 2007) đã phân tích hệ thống mẫu đất nhưng bản đồ CLMT đất vẫn thành lập theo chỉ tiêu đơn lẻ. Năm 2011, Trung tâm Điều tra, Đánh giá tài nguyên đất thực hiện điều tra môi trường đất vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ nhưng chưa xây dựng cơ sở khoa học lập bản đồ theo chỉ số tổng hợp có trọng số.

Khoảng trống nghiên cứu luận án giải quyết

Luận án tập trung giải quyết khoảng trống về phương pháp luận và quy trình kỹ thuật: chuyển đổi từ phương pháp đánh giá theo từng chỉ tiêu riêng lẻ sang phương pháp đánh giá tổng hợp bằng chỉ số chất lượng môi trường đất tổng cộng (TSQI), có tính đến trọng số của các nhóm chỉ tiêu (chất lượng đất và ô nhiễm kim loại); đồng thời thiết lập quy trình công nghệ chuẩn hóa thành lập bản đồ CLMT đất cấp tỉnh tỷ lệ 1:100.000 ứng dụng GIS.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

  • Học thuyết phát sinh đất: Dựa trên quan điểm của V.V. Docuchaev (giữa thế kỷ XIX), đất là vật thể tự nhiên hình thành do tác động tổng hợp của 5 yếu tố: đá mẹ, khí hậu, sinh vật, thời gian và địa hình; được trường phái Đông Âu bổ sung vai trò của nhân tố con người. Quan điểm của V.R. Williams (1863 - 1930) nhấn mạnh độ phì là đặc tính cơ bản của đất.
  • Khái niệm môi trường và suy thoái đất: Luận án vận dụng định nghĩa của FAO (1991, 1974), Lê Thạc Cán (1995) và Luật Bảo vệ môi trường (2005, 2012) về môi trường đất, ô nhiễm đất và suy thoái đất. Suy thoái đất là sự suy giảm năng lực sản xuất và độ phì nhiêu; ô nhiễm đất được phân loại theo nguồn gốc (sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp) hoặc theo tác nhân (hóa học, sinh học, vật lý).
  • Hệ thống 11 chỉ tiêu đánh giá CLMT đất:
    1. Độ pH: Xác định tính chua, kiềm, phản ánh hoạt tính dung dịch đất.
    2. Hàm lượng chất hữu cơ (OM / Mùn): Kho dự trữ dinh dưỡng, quyết định độ phì nhiêu.
    3. Đạm tổng số (Nitơ tổng số): Dinh dưỡng thiết yếu cho sinh trưởng sinh khối thực vật.
    4. Phốt pho tổng số ($\text{P}2\text{O}{5\text{ts}}$): Cấu tạo hợp chất năng lượng ATP, ADP và vật chất di truyền (trong đất dạng cố định chiếm 98%, hòa tan và trao đổi chiếm 2%).
    5. Kali tổng số ($\text{K}2\text{O}{\text{ts}}$): Tham gia quang hợp, chuyển hóa hydrocacbon.
    6. Phốt pho dễ tiêu ($\text{P}2\text{O}{5\text{dt}}$): Khả năng cung cấp lân tức thời (hòa tan tốt nhất ở pH 5,5 - 7,0).
    7. Kali dễ tiêu ($\text{K}2\text{O}{\text{dt}}$): Dạng hòa tan và trao đổi, dễ bị rửa trôi.
    8. Dung tích cation trao đổi (CEC): Đo lường khả năng hấp phụ cation của phức hệ keo đất.
    9. Kim loại nặng Asen (As): Độc tố gây ô nhiễm đất nghiêm trọng ở nồng độ cao.
    10. Kim loại nặng Cadimi (Cd): Độc tính cao, phát sinh từ luyện kim, pin, nhựa.
    11. Kim loại nặng Đồng (Cu), Chì (Pb), Kẽm (Zn): Các nguyên tố vi lượng và độc chất công nghiệp/nông nghiệp, kiểm soát theo ngưỡng tiêu chuẩn.
  • Khung phân cấp đánh giá tổng hợp CLMT đất: Phân chia thành 5 bậc chất lượng tương ứng với mức độ suy thoái:
    • Bậc 1: Chưa suy thoái (CLMT đất tốt).
    • Bậc 2: Bắt đầu suy thoái (CLMT đất trung bình).
    • Bậc 3: Suy thoái nhẹ (CLMT đất kém).
    • Bậc 4: Suy thoái mạnh (CLMT đất xấu).
    • Bậc 5: Suy thoái rất mạnh (CLMT đất rất xấu).

Các quan điểm nghiên cứu

  1. Quan điểm nguồn gốc phát sinh đất: Phân tích bản chất đá mẹ, điều kiện phong hóa và lịch sử hình thành các loại đất tại địa phương.
  2. Quan điểm hệ thống: Xem môi trường đất là hệ sinh thái mở hoàn chỉnh, có sự tương tác chặt chẽ giữa các pha rắn, lỏng, khí và sinh vật.
  3. Quan điểm lịch sử: Đánh giá sự biến đổi môi trường đất gắn liền với lịch sử khai thác lãnh thổ và văn hóa canh tác vùng đồng bằng sông Hồng.
  4. Quan điểm tổng hợp lãnh thổ: Nghiên cứu môi trường đất trong mối liên hệ hữu cơ với môi trường nước, không khí và các hoạt động kinh tế - xã hội.
  5. Quan điểm phát triển bền vững: Định hướng khai thác tối ưu quỹ đất đi đôi với bảo vệ, phục hồi và tái tạo chất lượng đất.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp thống kê, phân tích và tổng hợp tài liệu: Triển khai qua 3 bước: (1) Thống kê, hệ thống hóa tài liệu văn bản, báo cáo quy hoạch, bản đồ chuyên đề, số liệu quan trắc; (2) Phân loại, đánh giá độ tin cậy và tầm quan trọng của tài liệu; (3) Tổng hợp, chiết xuất thông tin hình thành cơ sở khoa học.
  • Phương pháp bản đồ và GIS: Sử dụng các phần mềm chuyên dụng ArcGIS 10 và MapInfo 11 để số hóa, chuẩn hóa thuộc tính, quản lý dữ liệu không gian, thực hiện các phép phân tích không gian, nội suy thông tin, chồng xếp các lớp dữ liệu thổ nhưỡng, hiện trạng sử dụng đất, mạng lưới mẫu và xuất bản đồ chuyên đề tỷ lệ 1:100.000.
  • Phương pháp khảo sát thực địa: Thiết kế các tuyến khảo sát xuất phát từ trung tâm thành phố Hải Dương dựa trên bản đồ thổ nhưỡng, bản đồ hiện trạng sử dụng đất và bản đồ hành chính. Thu thập 104 mẫu đất tại 52 vị trí phẫu diện đại diện trên địa bàn toàn tỉnh vào tháng 7 năm 2007 theo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam.
  • Phương pháp điều tra xã hội học: Tiếp cận cộng đồng dân cư qua phỏng vấn trực tiếp, sử dụng phiếu bảng hỏi tại hộ gia đình, thôn, xã để thu thập thông tin về phương thức canh tác, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, năng suất cây trồng và công tác bảo vệ môi trường đất.

Nội dung chính theo từng chương

Luận án có dung lượng 156 trang, bao gồm 30 bảng số liệu, 27 hình ảnh (trong đó có 8 bản đồ) và 16 bảng số liệu phụ lục. Cấu trúc luận án gồm phần mở đầu, kết luận, phụ lục và 3 chương nội dung:

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

Chương 1 tập trung hệ thống hóa cơ sở lý luận và thực tiễn về đất, môi trường đất, suy thoái môi trường đất và khoa học bản đồ chuyên đề. Tác giả luận giải sâu sắc học thuyết phát sinh đất của V.V. Docuchaev và quá trình phong hóa khoáng vật, xác định các khoáng vật thứ sinh nhóm alumino - silicat (khoáng sét, kaolinit, illit, mônmôrilônít) và oxit/hydroxyt sắt, nhôm quy định các lý tính (dẻo, dính, trương, co, hấp phụ trao đổi ion) và màu sắc của đất.

Chương này phân tích chi tiết sự khác biệt trong thang phân cấp cấp hạt đất theo quan điểm của Mỹ và Nga, làm rõ cơ sở phân loại đất theo thành phần cơ giới:

Tên cấp hạt Kích thước hạt theo quan điểm Mỹ (mm) Kích thước hạt theo quan điểm Nga (mm)
Cấp hạt cát 2,00 – 0,05 2,00 – 0,05 (cát vật lý > 0,01)
Cấp hạt limon (bụi) 0,05 – 0,002 0,05 – 0,001
Cấp hạt sét < 0,002 < 0,001 (sét vật lý < 0,01)

Về mặt hóa học, tác giả phân tích cơ chế dung dịch đất, phản ứng chua hoạt tính và chua tiềm tàng, quá trình rửa trôi cation kiềm ($\text{Ca}^{2+}, \text{Mg}^{2+}, \text{K}^+, \text{Na}^+$) và sự tích tụ các ion gây chua ($\text{Al}^{3+}, \text{Fe}^{2+}, \text{Fe}^{3+}, \text{H}^+$). Chương 1 cũng tổng kết các bảng ngưỡng đánh giá dinh dưỡng và kim loại nặng quốc tế để làm căn cứ đối sánh:

Loại cây trồng $\text{Ca}^{2+}$ trao đổi (me/100g) - Nghèo $\text{Ca}^{2+}$ trao đổi (me/100g) - TB $\text{Ca}^{2+}$ trao đổi (me/100g) - Cao $\text{Mg}^{2+}$ trao đổi (me/kg) - Nghèo $\text{Mg}^{2+}$ trao đổi (me/kg) - TB $\text{Mg}^{2+}$ trao đổi (me/kg) - Cao
Sắn 3 5 10 2 3 4
Khoai lang 3 10 20 2 4 4
Lạc 8 10 30 2 4 8
Đậu tương 8 10 30 2 4 8
Cây công nghiệp 8 10 20 2 5 10
Thức ăn gia súc 8 10 30 2 4 8

Bên cạnh đó, chương 1 phân tích ưu thế vượt trội của phương pháp chỉ số chất lượng môi trường tổng cộng (TEQI) so với các phương pháp truyền thống, xây dựng cơ sở toán học xác định trọng số $W_i$ và thiết lập khung 5 bậc đánh giá chất lượng môi trường đất tổng cộng (TSQI).

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 quy trình công nghệ và kỹ thuật thành lập hệ thống bản đồ CLMT đất tỉnh Hải Dương tỷ lệ 1:100.000 trên nền tảng tích hợp GIS (ArcGIS 10, MapInfo 11) và cơ sở dữ liệu quan trắc thực địa. Tác giả thiết lập quy trình kỹ thuật gồm các bước:

  1. Thu thập và chuẩn hóa hệ thống bản đồ nền: bản đồ hành chính, địa hình, thổ nhưỡng, hiện trạng sử dụng đất tỉnh Hải Dương.
  2. Xây dựng mạng lưới và kế hoạch khảo sát thực địa: bố trí 52 vị trí phẫu diện đại diện cho các vùng đất trồng cây lương thực, thu thập 104 mẫu đất tầng mặt và tầng dưới.
  3. Phân tích phòng thí nghiệm 11 chỉ tiêu chất lượng đất: $\text{pH}$, chất hữu cơ ($\text{OM}$), đạm tổng số ($\text{N}_{\text{ts}}$), 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 ($\text{K}2\text{O}{\text{dt}}$), $\text{CEC}$ và hàm lượng kim loại nặng ($\text{As}, \text{Cd}, \text{Cu}, \text{Pb}, \text{Zn}$).
  4. Tính toán chỉ số TSQI cho từng điểm phẫu diện và thực hiện các thuật toán nội suy không gian.
  5. Biên tập và thành lập các bản đồ chuyên đề thành phần: bản đồ mạng lưới điểm lấy mẫu, bản đồ CLMT đất chuyên lúa, bản đồ CLMT đất chuyên lúa - màu, và tổ hợp thành bản đồ CLMT đất trồng cây lương thực toàn tỉnh.

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

Chương 3 công bố kết quả phân tích hiện trạng, mức độ suy thoái môi trường đất trên địa bàn tỉnh Hải Dương dựa trên kết quả tính toán chỉ số TSQI và phân bố không gian trên bản đồ tỷ lệ 1:100.000. Tác giả đánh giá mối tương quan giữa hiện trạng CLMT đất với điều kiện tự nhiên, địa hình, đặc tính đá mẹ, chế độ thủy văn và cường độ sử dụng đất, phân bón, hóa chất bảo vệ thực vật tại các huyện thị trong tỉnh.

Trên cơ sở kết quả đánh giá phân vùng chất lượng đất, chương 3 đề xuất hệ thống giải pháp toàn diện phục vụ quản lý và bảo vệ môi trường đất:

  • Giải pháp hoàn thiện cơ chế, chính sách và quy chuẩn kỹ thuật quản lý môi trường đất cấp tỉnh.
  • Giải pháp kỹ thuật canh tác: cân đối phân bón hóa học và phân hữu cơ vi sinh, áp dụng luân canh cây trồng hợp lý để phục hồi độ phì nhiêu và hạn chế chua hóa, mặn hóa.
  • Giải pháp kiểm soát nguồn thải: quản lý chặt chẽ chất thải công nghiệp, rác thải sinh hoạt và bao bì thuốc bảo vệ thực vật nhằm ngăn ngừa ô nhiễm kim loại nặng trong đất nông nghiệp.
  • Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong quan trắc định kỳ, giám sát biến động và hỗ trợ ra quyết định quy hoạch sử dụng đất bền vững.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

  1. Hoàn thiện phương pháp luận đánh giá CLMT đất: Luận án đã ứng dụng và phát triển thành công phương pháp chỉ số chất lượng môi trường đất tổng cộng (TSQI) dựa trên nền tảng lý thuyết TEQI của Phạm Ngọc Hồ. Phương pháp này khắc phục hoàn toàn hiệu ứng "ảo" của các chỉ số truyền thống, xác định trọng số $W_i$ và các ngưỡng đánh giá trên cơ sở toán học khách quan, tích hợp đồng thời 11 chỉ tiêu dinh dưỡng và kim loại nặng.
  2. Xây dựng khung cơ sở khoa học thành lập bản đồ môi trường đất cấp tỉnh: Luận án cung cấp luận cứ khoa học hoàn chỉnh cho việc xây dựng bản đồ chuyên đề môi trường đất, đóng góp cơ sở dữ liệu và phương pháp luận hỗ trợ Bộ Tài nguyên và Môi trường hoàn thiện Thông tư quy định quy trình kỹ thuật thành lập bản đồ môi trường đất và xây dựng bộ Tiêu chuẩn Quốc gia về môi trường đất.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  1. Xây dựng quy trình kỹ thuật thành lập bản đồ cấp tỉnh: Thiết lập quy trình công nghệ chuẩn hóa từ khâu thiết kế mạng lưới lấy mẫu, phân tích thí nghiệm, xử lý dữ liệu đến biên tập bản đồ trên phần mềm GIS (ArcGIS, MapInfo), có khả năng chuyển giao và nhân rộng áp dụng cho các tỉnh thành khác trong cả nước.
  2. Bộ sản phẩm bản đồ CLMT đất tỉnh Hải Dương tỷ lệ 1:100.000: Cung cấp hệ thống 8 bản đồ chuyên đề phản ánh chân thực hiện trạng và mức độ suy thoái đất trồng cây lương thực năm 2010.
  3. Căn cứ thực tiễn phục vụ quản lý môi trường: Cung cấp luận cứ khoa học chuẩn xác giúp các cơ quan quản lý nhà nước (Sở Tài nguyên và Môi trường, UBND tỉnh Hải Dương) quy hoạch sử dụng đất, giám sát các điểm nóng ô nhiễm và định hướng phát triển nông nghiệp bền vững.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Phạm vi nội dung nghiên cứu mới chỉ tập trung vào nhóm đất trồng cây lương thực (đất chuyên lúa và đất lúa - màu), chưa mở rộng khảo sát đối với đất trồng cây công nghiệp, cây ăn quả lâu năm, đất rừng, đất chuyên dùng, đất thổ cư và đất ngập nước.
    • Hệ thống chỉ tiêu đánh giá được giới hạn ở 11 thông số hóa học và kim loại nặng; chưa tích hợp đầy đủ các chỉ tiêu vi sinh vật học và dư lượng thuốc bảo vệ thực vật hữu cơ khó phân hủy.
    • Dữ liệu mẫu đất thực địa được thu thập tập trung vào tháng 7 năm 2007 (kế thừa từ dự án quy hoạch môi trường), phản ánh hiện trạng lát cắt thời gian năm 2010.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng quy trình công nghệ và chỉ số TSQI để đánh giá các loại hình sử dụng đất khác (đất lâm nghiệp, đất đô thị, đất công nghiệp).
    • Bổ sung chuỗi số liệu quan trắc đất định kỳ nhiều năm nhằm mô hình hóa và dự báo động thái biến đổi CLMT đất dưới tác động của biến đổi khí hậu.
    • Nghiên cứu tích hợp các chỉ tiêu sinh học đất và các chất ô nhiễm hữu cơ mới nổi vào mô hình chỉ số TSQI.

Giá trị tham khảo

  • Đối với cơ quan quản lý nhà nước và nhà hoạch định chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học và quy trình kỹ thuật trực tiếp phục vụ Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành quy chuẩn kỹ thuật lập bản đồ môi trường đất; hỗ trợ Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Hải Dương trong công tác phân vùng bảo vệ đất, quy hoạch nông nghiệp và giám sát ô nhiễm môi trường.
  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu thuộc chuyên ngành Địa lý Tự nhiên, Bản đồ học, Hệ thống thông tin địa lý (GIS) và Khoa học Môi trường. Phần phương pháp tính toán chỉ số TSQI, kỹ thuật chồng xếp bản đồ GIS và cơ sở lý luận phát sinh thổ nhưỡng có giá trị học thuật cao trong nghiên cứu và giảng dạy đại học.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án sử dụng phương pháp nào để đánh giá tổng hợp chất lượng môi trường đất?
Luận án áp dụng phương pháp chỉ số chất lượng môi trường đất tổng cộng (TSQI), phát triển từ phương pháp TEQI (Total Environment Quality Index) của tác giả Phạm Ngọc Hồ (2010). Phương pháp này tích hợp 11 chỉ tiêu hóa học và kim loại nặng, xác định trọng số $W_i$ và ngưỡng phân cấp dựa trên các điều kiện toán học lý thuyết (min, max, MIN, MAX, trung vị, trung bình), loại bỏ hoàn toàn hiệu ứng "ảo" của các phương pháp cho điểm chuyên gia trước đây.

2. Hệ thống mẫu đất thực địa tại tỉnh Hải Dương được thu thập với quy mô và thời gian như thế nào?
Hệ thống mẫu đất thực địa được thu thập vào tháng 7 năm 2007 trên địa bàn toàn tỉnh Hải Dương, bao gồm 104 mẫu đất tại 52 vị trí phẫu diện đại diện. Mạng lưới tuyến thu thập mẫu được thiết kế xuất phát từ trung tâm thành phố Hải Dương tỏa đi các địa bàn dựa trên bản đồ thổ nhưỡng, bản đồ hiện trạng sử dụng đất và bản đồ hành chính.

3. Thang đánh giá chất lượng môi trường đất tổng cộng trong luận án được phân chia thành mấy cấp bậc?
Thang đánh giá chất lượng môi trường đất theo TSQI được phân chia thành 5 bậc tương ứng với 5 mức độ suy thoái:

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

4. Luận án đã thành lập những bản đồ chuyên đề cụ thể nào cho tỉnh Hải Dương và ở tỷ lệ bao nhiêu?
Luận án thành lập hệ thống các bản đồ chuyên đề tỷ lệ 1:100.000 cho tỉnh Hải Dương năm 2010, bao gồm: bản đồ mạng lưới các điểm thu mẫu đất, bản đồ CLMT đất chuyên lúa, bản đồ CLMT đất chuyên lúa - màu và bản đồ tổ hợp CLMT đất trồng cây lương thực tỉnh Hải Dương.

Kết luận

Luận án tiến sĩ đã xác lập thành công cơ sở khoa học và quy trình công nghệ thành lập bản đồ chất lượng môi trường đất cấp tỉnh thông qua việc ứng dụng công nghệ GIS và phương pháp chỉ số chất lượng môi trường đất tổng cộng (TSQI). Bằng việc phân tích 11 chỉ tiêu hóa học và kim loại nặng trên hệ thống 104 mẫu đất từ 52 phẫu diện thực địa, công trình đã xây dựng hoàn chỉnh bộ bản đồ CLMT đất trồng cây lương thực tỉnh Hải Dương tỷ lệ 1:100.000 năm 2010. Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần hoàn thiện khung lý luận bản đồ môi trường đất mà còn cung cấp luận cứ thực tiễn tin cậy phục vụ quản lý, quy hoạch và bảo vệ tài nguyên đất bền vững tại địa phương và trên phạm vi cả nước.