Xói mòn đất đai

Xói mòn đất đai là hiện tượng tự nhiên ảnh hưởng đến mọi dạng địa hình. Trong nông nghiệp, đây là quá trình lớp đất mặt bị cuốn đi do tác động của các yếu tố vật lý như nước và gió, hoặc các hoạt động trồng trọt. Mặc dù xói mòn là một quá trình tự nhiên, nhưng các hoạt động của con người đã làm tăng tốc độ xói mòn lên gấp 10-40 lần. Tăng cường xói mòn có thể gây ra vấn đề nghiêm trọng tại nơi xảy ra và ở những khu vực khác liên quan đến trầm tích. Tại nơi xói mòn, sản lượng nông nghiệp giảm và hệ sinh thái bị phá vỡ, làm giảm độ phì của đất mặt, thậm chí có thể dẫn đến sa mạc hóa. Ngoài ra, xói mòn còn gây lắng đọng trầm tích ở các kênh dẫn, làm giàu các vực nước, và phá hủy cơ sở hạ tầng như đường sá và nhà cửa do trầm tích. Xói mòn do gió và nước là hai yếu tố chính làm giảm chất lượng đất, chiếm đến 84% sự suy thoái đất toàn cầu, do đó đây là một trong những vấn đề môi trường toàn cầu quan trọng.

Phân loại xói mòn đất đai

Xói mòn đất do gió

Xói mòn do gió là hiện tượng khi sức gió gây ra sự cuốn đi đất đai. Hiện tượng này có thể xảy ra ở bất kỳ đâu nếu có những điều kiện sau đây:

• Đất khô, tơi xốp và bị phân nhỏ đủ để gió cuốn đi (thường là đất cát)
• Mặt đất phẳng, ít thực vật, tạo điều kiện cho gió di chuyển dễ dàng
• Diện tích đất đủ lớn và tốc độ gió đủ mạnh để cuốn các hạt đất đi xa

Nguyên lý: Khi tốc độ gió vượt qua một ngưỡng nhất định, nó gây xói mòn. Gió tác động lên bề mặt đất làm cho các hạt đất lăn và va vào nhau, tạo thành một chuỗi phản ứng. Các hạt đất bị gió cuốn đi sẽ va chạm và tác động mạnh mẽ vào các hạt khác, dẫn đến xói mòn lớp đất mặt.

Ảnh hưởng của xói mòn do gió có thể rất phức tạp. Đất bị chuyển dịch theo nhiều cách như nhảy cóc, trườn hoặc bay lơ lửng. Tùy thuộc vào tốc độ gió, có thể xảy ra xói mòn cục bộ hoặc thường xuyên. Xói mòn cục bộ xuất hiện khi tốc độ gió <12 – 15 m/s. Lốc bụi, dạng xói mòn nguy hiểm nhất, xảy ra khi tốc độ gió >15 m/s, có thể cuốn cả bụi và cát, bào mòn một vùng và phủ kín các khu vực khác, gây lấp các làng mạc và ruộng vườn.

Xói mòn do nước

Xói mòn do nước xảy ra khi nước chảy tràn trên bề mặt đất, như mưa, băng tuyết tan hoặc tưới tràn. Hiện tượng này thường mạnh nhất trên các bề mặt đất trống sau khi chuẩn bị gieo trồng.

Theo lý thuyết, xói mòn mặt đất bao gồm hai quá trình vật lý chính: phá vỡ các hạt đất và cuốn trôi chúng bởi dòng chảy. Khi nước mưa hoặc dòng chảy tác động lên bề mặt đất, phản lực được sinh ra. Nếu lực của nước lớn hơn lực đề kháng của đất, xói mòn xảy ra (Nguyễn Xuân Quát, 1994).

Theo Ellison (1994), tác nhân chính gây xói mòn là lực xung từ hạt mưa đập vào mặt đất, và quá trình xói mòn được chia thành ba giai đoạn:

• Giai đoạn 1: Tách các hạt đất ra khỏi khối đất
• Giai đoạn 2: Di chuyển các hạt đất tách ra đến nơi khác
• Giai đoạn 3: Lắng đọng các hạt đất ở vị trí mới

Nếu chúng ta kiểm soát được giai đoạn 1, thì các giai đoạn 2 và 3 sẽ không xảy ra.

Dòng nước có thể tạo ra các rãnh xói, khe xói hoặc làm mất lớp đất. Xói mòn do nước được phân loại thành các dạng sau:

• Xói mòn thẳng xảy ra khi nước chảy tập trung, làm xói mòn đất và đá tạo ra các rãnh và mương xói.
• Xói mòn phẳng là khi đất bị rửa trôi đều trên bề mặt do nước chảy đều, đất bị cuốn đi theo từng lớp. Xói mòn bề mặt rất khó khôi phục và có thể gây thiệt hại nghiêm trọng đến năng suất đất. Ví dụ, nếu xói mòn mất 1 cm đất trên 1 ha, thì khoảng 100 m³ đất, tương đương 150 tấn, sẽ bị mất, trong đó có 6 tấn mùn và 1,5 tấn đạm. Ở vùng nhiệt đới, xói mòn có thể làm mất 3 cm đất mặt mỗi năm, trong khi vùng đồi núi có thể mất 2 cm mỗi năm, dẫn đến thoái hóa đất nhanh chóng. Trên các khu vực cao, dốc, mưa lớn có thể tạo ra dòng chảy mạnh mẽ, làm xói mòn lớp đất mặt và tạo ra các rãnh xói sâu 5 – 6 m, làm mất hoàn toàn khả năng sản xuất của đất.

Yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn

Khí hậu

Khí hậu là yếu tố chính ảnh hưởng đến xói mòn đất. Trong các yếu tố gây xói mòn, mưa là yếu tố quan trọng nhất, bên cạnh đó còn có nhiệt độ không khí, độ ẩm, tốc độ gió và các yếu tố khác cũng có tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đến xói mòn.

• Lượng mưa

Lượng mưa đóng vai trò quan trọng trong quá trình xói mòn. Khu vực có lượng mưa thấp thường ít xảy ra xói mòn vì nước mưa không đủ để tạo dòng chảy do bị ngấm vào đất, bay hơi hoặc sử dụng bởi thực vật. Xói mòn do mưa chỉ trở nên rõ rệt khi lượng mưa trung bình hàng năm vượt quá 300 mm. Nếu lượng mưa vượt 1000 mm/năm, nó thường tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của lớp phủ thực vật và xói mòn không đáng kể. Tuy nhiên, nếu lượng mưa lớn mà rừng bị tàn phá thành đất trống hoặc đồi núi không có cây, xói mòn có thể xảy ra rất nghiêm trọng.

• Bốc hơi nước

Một phần nước bốc hơi trực tiếp vào khí quyển, phần còn lại bốc hơi qua hoạt động của thực vật và động vật, sau đó thấm vào đất qua các khe nứt và thẩm thấu. Nước còn lại sẽ hình thành dòng chảy bề mặt.

• Cường độ mưa

Cường độ mưa có ảnh hưởng lớn đến việc hình thành dòng chảy. Đây là lượng mưa đo được trong một khoảng thời gian cụ thể, tính bằng mm/h. Các nghiên cứu toàn cầu cho thấy chỉ những trận mưa có cường độ trên 25 mm/h mới đủ mạnh để tạo dòng chảy và gây xói mòn. Tỷ lệ lượng mưa năm do các trận mưa có cường độ lớn hơn 25 mm/h càng cao, khả năng xói mòn càng lớn. Mưa dồn dập trong thời gian ngắn có thể dẫn đến lũ quét, trượt lở ở vùng núi và gia tăng xói mòn đất ở hạ lưu.

• Đặc tính của mưa

Đặc tính của mưa cũng ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự xói mòn đất. Mưa rào nhiệt đới thường gây hại nhiều hơn so với mưa nhẹ ở các vùng ôn đới.

• Thời gian mưa

Hay là mức độ tập trung của các trận mưa. Đất thường bị xói mòn nhiều nhất vào mùa mưa, đặc biệt là ở những khu vực không có lớp phủ thực vật để điều tiết và làm giảm tác động của nước.

• Các yếu tố khác:

Các yếu tố như nhiệt độ không khí, bay hơi nước, và tốc độ gió (khi mưa) cũng ảnh hưởng đến xói mòn đất. Tuy nhiên, so với tác động chính của mưa, những yếu tố này thường ít quan trọng hơn, trừ một số trường hợp đặc biệt như lượng mưa rất nhỏ.

Địa hình

Địa hình có ảnh hưởng mạnh mẽ đến xói mòn đất, với từng kiểu địa hình tạo ra các dạng xói mòn khác nhau. Địa hình núi cao và phân cắt với độ dốc lớn thường dẫn đến xói mòn khe rãnh. Trong khi đó, sườn dốc thấp và địa hình phẳng thường gặp xói mòn bề mặt. Địa hình núi đá vôi đặc biệt có thể dẫn đến xói mòn ngầm, hình thành các dạng hang động.

Địa hình có thể ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến xói mòn đất. Trước hết, địa hình thay đổi vi khí hậu của khu vực, từ đó ảnh hưởng gián tiếp đến xói mòn thông qua các yếu tố khí hậu. Địa hình núi cao và sườn chắn gió ẩm là những yếu tố gây ra mưa lớn. Ảnh hưởng trực tiếp của địa hình đến xói mòn thể hiện qua độ dốc và chiều dài của sườn dốc:

Độ dốc:

Độ dốc là yếu tố quan trọng trong việc xác định mức độ xói mòn và dòng chảy bề mặt. Độ dốc càng lớn, xói mòn càng mạnh, và ngược lại. Độ dốc ảnh hưởng đến sự phân chia và cường độ của dòng nước. Xói mòn có thể xảy ra khi độ dốc từ 3 độ, và nếu độ dốc tăng gấp đôi, cường độ xói mòn có thể tăng gấp 4 lần hoặc hơn.

Khi lập bản đồ quy hoạch sử dụng đất với tỷ lệ nhỏ, độ dốc có thể được phân loại theo ba cấp độ như sau:

• Đất có độ dốc dưới 15°: được coi là đất bằng phẳng hoặc ít dốc, bao gồm các khu vực ven biển, đồng bằng thung lũng, cao nguyên thấp, và vùng bán sơn địa. Đây là nơi phù hợp để trồng cây nông nghiệp.
• Đất có độ dốc từ 15° đến 25°: là vùng có độ dốc trung bình, thường cần hạn chế sản xuất nông nghiệp với các cây ngắn ngày và cần chăm sóc đặc biệt. Những cây lâu năm với tán lá rộng có thể trồng được, nhưng cần biện pháp kiểm soát xói mòn. Mô hình hợp lý là kết hợp sản xuất nông lâm nghiệp.
• Đất có độ dốc trên 25°: không được sử dụng cho trồng cây nông nghiệp. Vùng này nên được bảo vệ, phục hồi và trồng rừng.

Trong quy hoạch sản xuất nông nghiệp tại Việt Nam, độ dốc được phân thành 5 cấp độ như sau:

Chiều dài sườn dốc:

Tại cùng một cấp độ dốc, nếu chiều dài sườn dốc tăng, nguy cơ xói mòn đất cũng tăng theo. Chiều dài sườn dốc càng lớn, lượng đất bị bào mòn sẽ tăng tuỳ theo cách sử dụng đất.

Nghiên cứu cho thấy: khi chiều dài sườn dốc tăng gấp đôi, lượng đất xói mòn cũng tăng gần gấp đôi (đối với đất trồng lâm nghiệp) và gần gấp ba trên đất trồng cà phê. Trong điều kiện nhiệt đới, ảnh hưởng của chiều dài sườn dốc rõ ràng hơn so với các vùng ôn đới (Hudson, 1981). Theo nghiên cứu của Lê Văn Khoa và cộng sự (2001), nếu chiều dài sườn dốc gấp đôi, lượng đất xói mòn có thể tăng từ 7-8 lần.

Con người

Con người có thể tác động đến môi trường theo cả hướng tích cực lẫn tiêu cực, và những tác động này có thể dẫn đến xói mòn đất một cách trực tiếp hoặc gián tiếp. Các hoạt động của con người bao gồm:

• Canh tác du mục, đốt rừng để làm rẫy.
• Phá hủy thảm thực vật rừng tự nhiên.
• Khai thác gỗ không bền vững.
• Phá rừng và xây dựng cơ sở hạ tầng.
• Chăn thả gia súc quá mức: Sử dụng cỏ chăn thả tự do, làm giảm thảm thực vật tự nhiên và tăng cường sự nén chặt của đất, dẫn đến gia tăng nước chảy tràn, xói mòn đất và mất nước.
• Khai thác khoáng sản.
• Áp dụng kỹ thuật canh tác không phù hợp.

Thảm thực vật

Nghiên cứu của Võ Đại Hải (1996) cho thấy: khi giảm độ che phủ từ 0,7 - 0,8 xuống 0,3 - 0,4, xói mòn đất sẽ tăng 42,2% và dòng chảy mặt tăng 30,4% đối với rừng tự nhiên; xói mòn tăng 27,1% và dòng chảy mặt tăng 33,8% đối với rừng le. Rừng với nhiều tầng tán có khả năng giữ nước và đất tốt hơn; rừng với một tầng tán có lượng đất xói mòn cao gấp 3 lần so với rừng ba tầng tán.

Đất đai

Mỗi loại đất có khả năng chống xói mòn khác nhau. Tính xói mòn của đất có thể được định nghĩa là mức độ dễ bị xói mòn của đất, ngược lại với khả năng chống xói mòn của nó. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính xói mòn được phân thành hai nhóm chính:

• Nhóm 1: Các đặc tính vật lý của đất như cấu trúc, thành phần cơ giới và tốc độ thấm nước.
• Nhóm 2: Các biện pháp canh tác và quản lý đất trong quá trình sử dụng. Các yếu tố quan trọng của đất bao gồm: thành phần cơ giới, cấu trúc, tốc độ thấm và giữ nước, độ xốp và độ nén của đất.

Kiểm soát xói mòn

Kiểm soát xói mòn do gió

• Duy trì lớp phủ bề mặt bằng cách quản lý cây trồng dư thừa và trồng cây che phủ.
• Giữ chiều cao gốc rạ và cây trồng sau thu hoạch trong khoảng 30 – 40 cm.
• Trồng cây chắn gió để bảo vệ đất.
• Tưới nước đầy đủ và duy trì độ ẩm đất phù hợp.
• Trồng cây theo băng và vuông góc với hướng gió để giảm tác động của gió.

Kiểm soát xói mòn do nước

Nguyên tắc

• Giảm tốc độ nước chảy tràn: Chiều dài dốc càng lớn, tốc độ dòng chảy càng cao. Sử dụng các vật cản trên đường chảy sẽ làm giảm tốc độ dòng chảy. Các phương pháp như ruộng bậc thang, bờ đá, và trồng cây theo đường đồng mức giúp thực hiện nguyên tắc này.
• Duy trì tốc độ thấm nước cao: Đất có cấu trúc viên, vững chắc và sa cấu trung bình thường có khả năng thấm nước tốt.
• Giảm năng lượng của hạt mưa: Thảm phủ thực vật và tán lá giữ lại một phần nước, giảm lượng nước chảy tràn, đồng thời làm giảm năng lượng của hạt mưa khi tiếp xúc với mặt đất.

Các giải pháp: giải pháp nông học và cơ học

Giải pháp nông học:

• Trồng cây phủ đất: Duy trì lớp che phủ trên đất, đặc biệt trong mùa mưa, bằng cách trồng các loại cây che phủ hoặc cây trồng chính. Những cây này không chỉ bảo vệ đất khỏi tác động trực tiếp của mưa mà còn cung cấp nhiều chất hữu cơ và dinh dưỡng cho đất nếu được quản lý đúng cách.
• Quản lý dư thừa cây trồng: Để lại dư thừa cây trồng trên đồng ruộng thay vì đốt, là phương pháp hiệu quả để kiểm soát xói mòn. Nghiên cứu cho thấy việc phủ 30% dư thừa có thể giảm xói mòn từ 50 - 60%.
• Luân canh cây trồng: Trồng các loại cây khác nhau theo từng vụ có thể cải thiện cấu trúc đất và tăng khả năng thấm nước, nhờ vào hệ thống rễ đa dạng và tán lá che phủ đất.
• Trồng cây theo đường đồng mức.
• Trồng cây đệm theo băng.
• Trồng cây chắn gió dọc theo lối đi: Một cách cải tiến của trồng cây theo đường đồng mức là trồng cây chắn gió dọc theo lối đi, tạo thành hàng rào sinh học chống xói mòn.
• Thiết lập đường đồng mức: Kỹ thuật làm đất chạy song song với đường đồng mức, dùng để trồng cây theo băng hoặc nối các mảnh ruộng bậc thang.
• Tái trồng rừng: Có thể trồng rừng với cây lấy gỗ hoặc cây ăn quả.
• Hệ thống nông lâm kết hợp.
• Thiết lập hàng rào sinh học: Sử dụng công nghệ cỏ vetiver, có bộ rễ mạnh mẽ và sâu, hiệu quả trong kiểm soát xói mòn trên các điều kiện môi trường khó khăn.

Giải pháp cơ học:

• Thiết lập ruộng bậc thang.
• Trồng cỏ trên các mương dẫn nước.
• Thiết lập đập và ao hồ để giữ nước.
• Phân tán dòng chảy nước.
• Xây đập chắn nước.

Chú thích