Tài liệu Nghiên cứu tiềm năng và đề xuất sử dụng bền vững đất nông nghiệp tại lưu vực hồ ba bể, tỉnh bắc kạn

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN NGUYỄN QUANG THI NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG VÀ ĐỀ XUẤT SỬ DỤNG BỀN VỮNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP TẠI LƯU VỰC HỒ BA BỂ, TỈNH BẮC KẠN LUẬN ÁN TIẾN SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI THÁI NGUYÊN, NĂM 2017 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN NGUYỄN QUANG THI NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG VÀ ĐỀ XUẤT SỬ DỤNG BỀN VỮNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP TẠI LƯU VỰC HỒ BA BỂ, TỈNH BẮC KẠN NGÀNH: QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI MÃ SỐ: 62.85.01.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Hoàng Văn Hùng THÁI NGUYÊN, NĂM 2017 i LỜI CAM ĐOAN Đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tôi xin đảm bảo những số liệu và kết quả trong luận án này là trung thực, khách quan và chưa có ai công bố trong bất kỳ một công trình nghiên cứu nào khác. Các tài liệu tham khảo đều có nguồn trích dẫn theo quy định. TÁC GIẢ Nguyễn Quang Thi ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Hoàng Văn Hùng đã hết lòng hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án này. Tôi xin trân trọng cảm ơn các Giáo sư, Tiến sĩ, các nhà khoa học, các giảng viên Khoa Quản lý Tài nguyên; Phòng Đào tạo (Bộ phận sau đại học); Ban Giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên; Ban Giám đốc và Ban đào tạo - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Bắc Kạn; Phòng Tài nguyên và Môi trường, Phòng Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn và Uỷ ban nhân dân huyện Ba Bể và Chợ Đồn; Ủy ban nhân dân xã, các cán bộ địa chính, nông nghiệp, khuyến nông, các các bộ thôn bản và bà con nhân dân 11 xã trong lưu vực hồ Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn đã hợp tác, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cám ơn bạn bè đồng nghiệp và đặc biệt là vợ, con, gia đình đã luôn động viên và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận án này. TÁC GIẢ Nguyễn Quang Thi iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................... viii MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1 1.Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ................................................................................... 2 2.1. Mục tiêu tổng quát ................................................................................................... 2 2.2. Mục tiêu cụ thể ......................................................................................................... 2 3. Ý nghĩa của đề tài............................................................................................................ 2 3.1. Ý nghĩa khoa học ......................................................................................................... 2 3.2. Ý nghĩa thực tiễn .......................................................................................................... 3 4. Một số đóng góp mới của đề tài .................................................................................. 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU ........................................... 4 1.1. Cơ sở lý luận chung.................................................................................................. 4 1.1.1. Một số khái niệm khoa học ................................................................................... 4 1.1.2. Lưu vực ................................................................................................................. 5 1.1.3. Sử dụng đất nông nghiệp bền vững..................................................................... 16 1.1.4. Hiệu quả sử dụng đất........................................................................................... 21 1.1.4.1. Sự cần thiết phải đánh giá hiệu quả sử dụng đất .............................................. 21 1.1.4.2. Tiêu chuẩn đánh giá hiệu quả sử dụng đất ....................................................... 21 1.1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng đất nông nghiệp ........................ 22 1.1.5. Đánh giá đất và đánh giá tiềm năng đất đai ........................................................... 24 1.2. Các nghiên cứu về sử dụng đất nông nghiệp lưu vực trên thế giới và Việt Nam .. 27 1.2.1. Các nghiên cứu về sử dụng đất nông nghiệp lưu vực trên thế giới..................... 27 1.2.2. Các nghiên cứu về sử dụng đất nông nghiệp theo lưu vực tại Việt Nam ................ 35 1.3. Các nghiên cứu về sử dụng đất nông nghiệp tại Bắc Kạn và lưu vực hồ Ba Bể ... 47 1.4. Đánh giá chung về tổng quan tài liệu ..................................................................... 49 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 53 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 53 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu.......................................................................................... 53 iv 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................. 53 2.2. Nội dung nghiên cứu .............................................................................................. 53 2.3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 53 2.3.1. Phương pháp xác định lưu vực............................................................................ 53 2.3.2. Phương pháp thu thập số liệu tài liệu .................................................................. 54 2.3.3. Phương pháp phúc tra, chỉnh lý bản đồ đất và lấy mẫu đất phân tích ...................... 56 2.3.4. Phương pháp phân tích đất .................................................................................. 57 2.3.5. Phương pháp đánh giá hiệu quả, bền vững của các loại sử dụng đất.................. 57 2.3.6.Phương pháp xây dựng bản đồ bằng công nghệ GIS và các phần mềm chuyên dụng ................................................................................................................... 59 2.3.7. Phương pháp đánh giá tiềm năng đất nông nghiệp dựa trên hướng dẫn đánh giá đất của FAO ................................................................................................. 59 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................. 61 3.1. Một số nét khái quát về điều kiện tự nhiên của lưu vực hồ Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn . 61 3.1.1. Phạm vi lưu vực hồ Ba Bể và vị trí địa lý ............................................................... 61 3.1.2. Địa hình ............................................................................................................... 61 3.1.3. Khí hậu, thời tiết........................................................................................ 62 3.1.4. Thuỷ văn .............................................................................................................. 63 3.1.5. Tài nguyên rừng .................................................................................................. 64 3.1.6. Tài nguyên đất tại lưu vực hồ Ba Bể................................................................... 65 3.2. Hiện trạng sử dụng đất, các loại sử dụng đất nông nghiệp và các yếu tố ảnh hưởng đến sử dụng đất nông nghiệp tại lưu vực hồ Ba Bể ............................... 74 3.2.1. Hiện trạng sử dụng đất tại lưu vực hồ Ba Bể ...................................................... 74 3.2.2. Hiện trạng các loại sử dụng đất và kiểu sử dụng đất tại lưu vực hồ Ba Bể................ 76 3.3. Đánh giá hiệu quả sử dụng đất nông nghiệp lưu vực hồ Ba Bể ............................. 83 3.3.1. Đánh giá hiệu quả kinh tế.................................................................................... 83 3.3.2. Đánh giá hiệu quả xã hội của các loại sử dụng và kiểu sử dụng đất................... 91 3.3.3. Đánh giá hiệu quả môi trường của các loại sử dụng đất lưu vực hồ Ba Bể ........ 95 3.3.4. Đánh giá tính bền vững của các loại sử dụng đất lưu vực hồ Ba Bể .................. 99 3.3.5. Nhận xét chung ................................................................................................. 100 3.4. Đánh giá tiềm năng đất nông nghiệp lưu vực hồ Ba Bể ...................................... 102 3.4.1. Xây dựng bản đồ đơn vị đất đai ........................................................................ 102 3.4.2. Đánh giá tiềm năng đất đai với các loại sử dụng đất đã lựa chọn để phát triển trong lưu vực ................................................................................................... 109 3.4.3. Nhận xét chung ................................................................................................. 113 v 3.5. Xây dựng một số mô hình sử dụng đất bền vững tại lưu vực hồ Ba Bể .................. 114 3.5.1. Mô hình thâm canh lúa có nước tưới chủ động tại tiểu vùng hạ lưu ................ 114 3.5.2. Mô hình sử dụng đất dốc không có tưới với kiểu sử dụng đất Đậu tương xuân - lúa mùa - ngô lai tại tiểu vùng trung lưu ....................................................... 115 3.5.3. Mô hình thâm canh khoai môn ......................................................................... 116 3.5.4. Mô hình trồng cây dược liệu dưới tán rừng tại tiểu vùng thượng lưu .............. 118 3.6. Đề xuất định hướng và giải pháp sử dụng bền vững đất nông nghiệp tại lưu vực hồ Ba Bể .......................................................................................................... 120 3.6.1. Đề xuất định hướng sử dụng bền vững đất nông nghiệp tại lưu vực hồ Ba Bể 120 3.6.2. Giải pháp sử dụng đất nông nghiệp bền vững tại lưu vực hồ Ba Bể ................ 124 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 129 1. Kết luận ................................................................................................................... 129 2. Kiến nghị ................................................................................................................. 130 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .............. 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 132 PHỤ LỤC vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Diện tích 10 lưu vực sông, hồ lớn nhất trên thế giới ...................... 10 Bảng 2.1: Danh sách các xã được chọn và số phiếu được điều tra tại các tiểu vùng của lưu vực hồ Ba Bể ............................................................. 55 Bảng 3.1: Phân cấp độ cao lưu vực hồ Ba Bể ................................................. 62 Bảng 3.2: Thống kê diện tích các loại đất theo phân loại phát sinh tại lưu vực hồ Ba Bể ............................................................................. 65 Bảng 3.3: Kết quả phân tích phẫu diện LVBB1 đất phù sa ngòi suối ............ 66 Bảng 3.4: Kết quả phân tích phẫu diện LVBB2 đất đỏ nâu trên đá vôi ......... 68 Bảng 3.5: Kết quả phân tích phẫu diện LVBB3 đất đỏ vàng trên đá sét ......................................................................................................... 69 Bảng 3.6: Kết quả phân tích phẫu diện LVBB4 đất vàng đỏ trên đá granit ........ 71 Bảng 3.7: Kết quả phân tích phẫu diện LVBB5 đất đỏ vàng biến đổi do trồng lúa nước ............................................................................. 72 Bảng 3.8: Hiện trạng sử dụng đất lưu vực hồ Ba Bể năm 2015 ..................... 75 Bảng 3.9: Tổng hợp các loại sử dụng và kiểu sử dụng đất tại lưu vực hồ Ba Bể .......................................................................................... 77 Bảng 3.10: Hiệu quả kinh tế của các loại sử dụng và kiểu sử dụng đất nông nghiệp tại lưu vực hồ Ba Bể ................................................... 84 Bảng 3.11: Bảng phân cấp hiệu quả kinh tế của các loại sử dụng đất nông nghiệp tại lưu vực hồ Ba Bể (tính bình quân trên 1ha) .......... 88 Bảng 3.12: Phân cấp đánh giá hiệu quả kinh tế các loại sử dụng đất nông nghiệp tại lưu vực hồ Ba Bể ................................................... 89 Bảng 3.13: Phân cấp hiệu quả xã hội của các loại sử dụng đất nông nghiệp tại lưu vực hồ Ba Bể ............................................................ 91 Bảng 3.14: Phân cấp đánh giá hiệu quả xã hội của các loại sử dụng đất nông nghiệp tại lưu vực hồ Ba Bể ................................................... 92 Bảng 3.15: Phân cấp hiệu quả môi trường của các loại sử dụng đất nông nghiệp tại lưu vực hồ Ba Bể ................................................... 96 Bảng 3.16: Phân cấp hiệu quả môi trường các loại sử dụng, kiểu sử dụng đất lưu vực hồ Ba Bể .............................................................. 98 Bảng 3.17: Bảng phân cấp hiệu tính bền vững của các loại, kiểu sử dụng đất nông nghiệp tại lưu vực hồ Ba Bể ................................... 99 Bảng 3.18: Các loại và kiểu sử dụng đất bền vững được lựa chọn để đề xuất phát triển tại lưu vực hồ Ba Bể ........................................ 100 Bảng 3.19: Tổng hợp các yếu tố, chỉ tiêu và ngưỡng phân cấp phục vụ xây dựng bản đồ đơn vị đất đai lưu vực hồ Ba Bể ........................ 103 Bảng 3.20: Tổng hợp diện tích các loại đất lưu vực hồ Ba Bể ..................... 104 Bảng 3.21: Phân cấp độ dốc lưu vực hồ Ba Bể............................................. 104 vii Bảng 3.22: Phân cấp độ dày tầng đất mịn ..................................................... 105 Bảng 3.23: Phân cấp thành phần cơ giới ....................................................... 105 Bảng 3.24: Phân vùng nhiệt độ không khí lưu vực Ba Bể ............................ 106 Bảng 3.25: Phân vùng lượng mưa trung bình năm lưu vực hồ Ba Bể .......... 106 Bảng 3.26: Tổng hợp diện tích theo khả năng tưới nước lưu vực hồ Ba Bể ................................................................................................... 107 Bảng 3.27: Phân cấp khả tiêu, thoát nước ..................................................... 107 Bảng 3.28: Đặc tính đơn vị đất đai lưu vực hồ Ba Bể .................................. 108 Bảng 3.29: Yêu cầu sử dụng đất của các loại sử dụng đất nông nghiệp tại lưu vực hồ Ba Bể .................................................................................... 110 Bảng 3.30: Kết quả phân hạng mức độ thích hợp của đất đai với các loại sử dụng đất lưu vực hồ Ba Bể ............................................... 112 Bảng 3.31: Hiệu quả của mô hình thâm canh 2 vụ lúa trên đất có tưới tại lưu vực hồ Ba Bể (bình quân trong 2 năm) .............................. 114 Bảng 3.32: Hiệu quả của mô hình lúa cạn - đậu tương - ngô trên đất dốc không có tưới tại lưu vực hồ Ba Bể (bình quân trong 2 năm) ............................................................................................... 116 Bảng 3.33: Một số đặc điểm hình thái của 4 giống khoai môn .................... 117 Bảng 3.34: Kết quả theo dõi về sinh trưởng và năng suất của các giống khoai môn ............................................................................ 117 Bảng 3.35: Chất lượng củ của các giống khoai môn thử nghiệm ................ 118 Bảng 3.36: Tỷ lệ sống của các cây dược liệu trong mô hình ........................ 119 Bảng 3.37: Hiệu quả của mô hình trồng cây dược liệu dưới tán rừng tại lưu vực hồ Ba Bể ..................................................................... 119 Bảng 3.38: Đề xuất sử dụng đất nông nghiệp bền vững lưu vực hồ Ba Bể đến năm 2020 ........................................................................... 122 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 - Sơ đồ phương pháp xác định lưu vực .......................................... 54 Hình 3.1: Bản đồ phân cấp nguy cơ xói mòn đất lưu vực hồ Ba Bể .......... 126 viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ALES (Automated Land Evaluation Hệ thống đánh giá đất tự động System) ANLT An ninh lương thực ATTP An toàn thực phẩm BĐKH Biến đổi khí hậu BVMT Bảo vệ môi trường CAQ Cây ăn quả CIAT (The International Center for Trung tâm Quốc tế Nông nghiệp Tropical Agriculture) Nhiệt đới DEM (Digital Elevation Model) Mô hình số độ cao ĐBSH Đồng bằng sông Hồng ĐKTN Điều kiện tự nhiên FAO (Food and Agriculture Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Organization of the United Nations) Liên Hiệp Quốc FESLM (Framework for Evaluating Khung đánh giá quản lý đất bền vững Sustainable and Management) GDP (Gross Domestic Product) Tổng sản phẩm quốc nội GIS (Geographic information system) Hệ thống thông tin địa lý H (High) Cao IBSRAM (International Board for Soil Research and Management) Tổ chức Quốc tế nghiên cứu quản lý IRRI (The International Rice Research Viện nghiên cứu lúa quốc tế đất dốc Institute) KT-XH-MT Kinh tế - Xã hội – Môi trường LUT (Land use type) Loại hình sử dụng đất L (Low) Thấp LMU (Land Mapping Unit) Bản đồ đơn vị đất đai LV Lưu vực ix M (Medium) Trung bình MBCR (Marginal Benefit Cost Ratio) Chỉ số chi phí lơi ích cận biên MNBB Miền núi Bắc Bộ NLKH Nông lâm kết hợp NN & PTNT Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn PTBV Phát triển bền vững SALT (Sloping Agricultural Land Kỹ thuật canh tác trên đất dốc Technology) SDHL Sử dụng hợp lý SWAT (Soil and Water Assessment Công cụ đánh giá nước và đất Tool) TB Trung bình TNTN Tài nguyên thiên nhiên XMTN Xói mòn tự nhiên UBND Ủy ban nhân dân VAC Vườn ao chuồng VACR Vườn ao chuồng rừng VietGAP (Vietnamese Good Thực hành nông nghiệp tốt theo tiêu Agricultural Practices) chuẩn Việt Nam VSMT Vệ sinh môi trường 1 MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài Bắc Kạn là tỉnh vùng núi cao, có địa hình phức tạp, 90% dân số là đồng bào dân tộc thiểu số, hơn 80% dân số sống bằng nghề nông lâm nghiệp, tỷ lệ hộ nghèo là 15,39 % năm 2013. Sản xuất nông nghiệp còn nhỏ lẻ, manh mún; khả năng cạnh tranh của hàng nông sản không cao, giá trị thu nhập trên một đơn vị diện tích canh tác thấp. Nhiều lao động trong độ tuổi chưa có việc làm, chất lượng lao động được đào tạo nghề chưa đáp ứng yêu cầu. Một số nơi còn nhiều phong tục, tập quán lạc hậu, dân trí thấp, khả năng tiếp cận với các dịch vụ kinh tế - xã hội còn hạn chế. Chủ trương của tỉnh Bắc Kạn nói riêng, các tỉnh miền núi nói chung và quan điểm đường lối của Đảng, Nhà nước ta trong giai đoạn hiện nay là phát triển ngành nông lâm nghiệp theo hướng bền vững, xoá đói, giảm nghèo thông qua các nghị quyết và chương trình, dự án quốc gia và của tỉnh như Nghị quyết số 30a/2008/NQ-CP ngày 27/12/2008 của Chính phủ về Chương trình giảm nghèo nhanh và bền vững, Nghị quyết số 80/NQ-CP ngày 19 tháng 5 năm 2011 của Chính phủ về định hướng giảm nghèo bền vững thời kỳ từ năm 2011 đến năm 2020, Chương trình 134, Chương trình 135, Chương trình nông thôn mới... Quản lý, sử dụng đất bền vững và có hiệu quả đã trở thành chiến lược quan trọng đối với sự tồn tại và phát triển của mỗi quốc gia. Tuy vậy, tài nguyên đất đang đối mặt với các thách thức: hoang hóa và suy thoái đất là một trong tám vấn đề cấp bách trong chiến lược bảo vệ môi trường thế giới trong thế kỷ XXI. Thoái hóa đất, xói mòn, rửa trôi, bồi lắng hạ lưu, v.v... chủ yếu do các hoạt động sản xuất của con người. Quản lý, sử dụng đất bền vững là nhiệm vụ trọng tâm nhằm bảo vệ và phát triển quỹ đất nông nghiệp quốc gia, đồng thời đáp ứng yêu cầu của sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Ở Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu về sử dụng đất, xói mòn đất trên quy mô ô thửa, sườn dốc và theo đơn vị hành chính, nhưng ít nghiên cứu ở quy mô lưu vực. Lưu vực hồ Ba Bể ngoài những đặc điểm địa hình, đồi núi, khí hậu đặc trưng của tỉnh Bắc Kạn và vùng sinh thái miền núi phía Bắc, còn có 2 những đặc điểm riêng biệt của tiểu vùng khí hậu hồ trên núi đá với khu vực trung tâm của lưu vực là hồ Ba Bể, được biết đến là một trong 20 hồ nước ngọt đẹp nhất thế giới đã được công nhận là Vườn di sản ASEAN, là khu Ramsar thứ ba của Việt Nam, hồ là trung tâm của Vườn quốc gia Ba Bể và nằm trọn vẹn trong khu vực bảo vệ nghiêm ngặt của Vườn, mặt hồ có diện tích hơn 300 ha, có chiều dài 8 km và chiều rộng 800 m. Nằm trên độ cao 178 m so với mặt nước biển, hồ Ba Bể là hồ tự nhiên trên núi duy nhất có ý nghĩa đặc biệt quan trọng ở Việt Nam. Hồ Ba Bể “viên ngọc xanh” còn là một điểm du lịch sinh thái nổi tiếng trong nước và quốc tế. Việc sử dụng đất trong lưu vực hồ Ba Bể bên cạnh việc nâng cao hiệu quả kinh tế - xã hội môi trường, còn phải bảo vệ cảnh quan, sinh thái, hạn chế tối đa việc bồi lấp lòng hồ và các sông suối. Xuất phát từ những lý do trên, sau khi tìm hiểu tình hình thực tế tại địa phương và khu vực nghiên cứu tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu tiềm năng và đề xuất sử dụng bền vững đất nông nghiệp tại lưu vực hồ Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn”. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2.1. Mục tiêu tổng quát Đánh giá được tiềm năng khai thác sử dụng đất cho phát triển nông nghiệp bền vững và định hướng sử dụng gắn với giải pháp thực hiện. 2.2. Mục tiêu cụ thể - Đánh giá được hiện trạng sử dụng đất, hiệu quả của các loại sử dụng đất nông nghiệp; - Đánh giá được tiềm năng khai thác, sử dụng đất cho nông nghiệp bền vững tại lưu vực hồ Ba Bể; - Định hướng sử dụng đất nông nghiệp bền vững và các giải phải thực hiện tại lưu vực . 3. Ý nghĩa của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học - Góp phần bổ sung cơ sở lý luận và thực tiễn trong đánh tiềm năng, sử dụng đất nông nghiệp bền vững tại một lưu vực hồ lớn có rừng quốc gia dựa trên tiếp cận hệ thống, tổng hợp và liên ngành. 3 - Cung cấp cơ sở khoa học cho việc quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp nói riêng và sử dụng đất nói chung phục vụ phát triển kinh tế, xã hội và bảo vệ môi trường trong lưu vực. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu của đề tài không chỉ giúp nâng cao giá trị gia tăng trên một đơn vị diện tích đất nông nghiệp mà còn góp phần bảo tồn quỹ đất nông nghiệp gắn với bảo tồn đa dạng sinh học tại rừng quốc gia Ba Bể. 4. Một số đóng góp mới của đề tài - Đề tài là công trình nghiên cứu có hệ thống, tổng hợp đầu tiên về sử dụng đất nông nghiệp trên toàn lưu vực hồ Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn. Lựa chọn được các loại sử dụng đất và mô hình sử dụng đất nông nghiệp bền vững đề xuất cho áp dụng. - Đề tài đã xây dựng được một bộ dữ liệu bao gồm cả dữ liệu không gian với các bản đồ chuyên đề và bản đồ tổng hợp bằng các phương pháp chuẩn và dữ liệu thuộc tính về hiện trạng sử dụng đất, tài nguyên đất, rừng, khí hậu làm cơ sở cho các nghiên cứu chuyên ngành tiếp theo. 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1.1. Cơ sở lý luận chung 1.1.1. Một số khái niệm khoa học - Đất (soil): Docuchaev (1846 – 1903) đã đưa ra một định nghĩa tương đối hoàn chỉnh về đất: "Đất là lớp vỏ phong hoá trên cùng của trái đất, được hình thành do tác động tổng hợp của năm yếu tố sinh vật, khí hậu, đá mẹ, địa hình và thời gian. Nếu là đất đã sử dụng thì có thêm sự tác động của con người là yếu tố hình thành đất thứ 6”. Giống như vật thể sống khác, đất cũng có quá trình phát sinh, phát triển và thoái hoá vì các hoạt động về vật lý, hoá học và sinh học luôn xảy ra trong nó. Theo Wiliam (1863 – 1939) đưa ra định nghĩa: "Đất là lớp tơi xốp của vỏ lục địa có khả năng sản xuất ra những sản phẩm của cây trồng". Như vậy theo quan điểm này, đặc tính cơ bản nhất của đất là độ phì nhiêu, là khả năng cho sản phẩm. - Đất đai (land): Là một vùng đất có ranh giới, vị trí, diện tích cụ thể và có các thuộc tính tương đối ổn định hoặc thay đổi nhưng có tính chất chu kỳ có thể dự đoán được có ảnh hưởng tới việc sử dụng đất trong hiện tại và tương lai của các yếu tố tự nhiên, kinh tế, xã hội như thổ nhưỡng, khí hậu, địa hình, địa mạo, địa chất, thuỷ văn, thực vật, động vật cư trú và hoạt động sản xuất của con người. Theo học thuyết sinh thái học cảnh quan (Landscape Ecology), đất đai được coi là vật mang (Carrier) của hệ sinh thái (EcoSystem). Trong đánh giá phân hạng, đất đai được định nghĩa như sau: “Một vùng hay khoanh đất được xác định về mặt địa lý là một diện tích bề mặt của trái đất với những thuộc tính ổn định hoặc thay đổi có tính chất chu kỳ có thể dự đoán được của sinh quyển bên trên, bên trong và bên dưới nó như là: không khí, đất, điều kiện địa chất, thủy văn, thực vật và động vật cư trú, những hoạt động hiện nay và trước đây của con người, ở chừng mực mà những thuộc tính này có ảnh hưởng, có ý nghĩa tới việc sử dụng vạt đất đó của con người hiện tại và trong tương lai”. - Chất lượng đất đai (land quality): Một thuộc tính của đất có ảnh hưởng tới tính bền vững đất đai đối với một kiểu sử dụng đất cụ thể như: đất cát, đất mặn, đất phèn, đất phù sa (loại đất), độ dốc (0 - <30; 3 - <80; v.v…), v.v... - Khái niệm về đánh giá đất (Land Evaluation - LE): FAO đã định 5 nghĩa về đánh giá đất đai như sau: Đánh giá đất đai là quá trình so sánh, đối chiếu những tính chất vốn có của vạt/khoanh đất cần đánh giá với những tính chất đất đai mà loại yêu cầu sử dụng đất cần phải có (FAO, 1976). - Sử dụng đất (land uses): Đó là hoạt động tác động của con người vào đất đai nhằm đạt kết quả mong muốn trong quá trình sử dụng. Trên thực tế có nhiều loại hình sử dụng đất chủ yếu như đất trồng cây hàng năm, đất trồng cây lâu năm, đất trồng cỏ, đất trồng rừng, đất cảnh quan du lịch, v.v…, ngoài ra còn có đất sử dụng đa mục đích với hai hay nhiều kiểu sử dụng chủ yếu trên cùng một diện tích đất. Kiểu sử dụng đất có thể là trong hiện tại nhưng cũng có thể là trong tương lai, nhất là khi các điều kiện kinh tế, xã hội, cơ sở hạ tầng, tiến bộ khoa học thay đổi. Trong mỗi kiểu sử dụng đất thường gắn với những đối tượng cây trồng hay vật nuôi cụ thể. - Yêu cầu sử dụng đất đai (land use requirements - LUR) là những đòi hỏi về đặc tính và tính chất đất đai để đảm bảo cho mỗi loại sử dụng đất đưa vào đánh giá có thể phát triển bền vững - Loại/kiểu sử dụng đất đai chính (major kind of land use): Phân chia nhỏ chủ yếu của sử dụng đất nông nghiệp như: đất sản xuất nông nghịêp, đất lâm nghiệp, đất nuôi trồng thuỷ sản, đất làm muối, đất nông nghiệp khác. Ví dụ: Nông nghiệp nước trời; Nông nghiệp được tưới; Lâm nghiệp - rừng; Đồng cỏ chăn thả; Nuôi trồng thuỷ sản. - Loại/kiểu sử dụng đất (land utilization type- LUT): Một loại sử dụng đất đai được miêu tả hay xác định theo mức độ chi tiết từ kiểu sử dụng đất chính. Loại sử dụng đất đai có liên quan tới mùa vụ, kết hợp mùa vụ hoặc hệ thống cây trồng với các phương thức quản lý và tưới xác định trong môi trường kỹ thuật và kinh tế - xã hội nhất định. - Loại sử dụng đất là bức tranh mô tả thực trạng sử dụng đất của một vùng đất với những thuộc tính của các LUT và các yêu cầu sử dụng đất (LUR) của chúng, LUT được cụ thể hoá bằng kiểu sử dụng đất. 1.1.2. Lưu vực 1.1.2.1. Khái niệm lưu vực Nước trên bề mặt đất theo quy luật chung đều chảy từ nơi cao xuống nơi thấp, lâu ngày các đường chảy tạo thành sông suối, hồ. Mỗi một dòng sông đều có phần diện tích hứng và tập trung nước gọi là lưu vực sông, hồ. Một lưu vực sông, hồ là vùng địa lý được giới hạn bởi đường chia nước (hay còn gọi là đường phân thủy) trên mặt và dưới đất. Đường chia 6 nước trên mặt (hay còn gọi là đường phân nước mặt) là đường nối các đỉnh cao của địa hình. Nước từ đỉnh cao chuyển động theo hướng dốc của địa hình để xuống chân dốc là các suối nhỏ rồi tập trung đến các nhánh sông lớn hơn chảy về biển. Cứ thế chúng tạo thành mạng lưới sông. Trên lưu vực sông, ngoài các diện tích đất trên cạn còn có các phần chứa nước trong lòng sông, hồ và các vùng đất ngập nước theo từng thời kỳ. Tất cả phần bề mặt lưu vực cả trên cạn và dưới nước là môi trường cho các loài sinh sống. Đường chia nước dưới đất (hay còn gọi đường phân nước ngầm) là đường giới hạn trong lòng đất mà theo đó nước ngầm chảy về hai phía đối lập nhau. Đường phân nước mặt và đường phân nước ngầm nhìn chung là không trùng nhau, do đó sẽ có hiện tượng nước từ lưu vực này chuyển sang lưu vực khác. Sự khác nhau là do cấu tạo và phân bố địa chất khác nhau. Đặc biệt, với các lưu vực sông nằm trên vùng đá vôi thường xuất hiện hiện tượng kaster, tức dòng chảy ngầm từ lưu vực này chuyển sang lưu vực khác, thậm chí dòng chảy mặt trên sông tự nhiên biến mất và lộ ra ở hạ lưu hay chuyển sang một dòng sông của lưu vực khác...). Về mặt hình thái, lưu vực một con sông, hồ có thể chia thành các vùng thượng lưu, trung lưu và hạ lưu. - Vùng thượng lưu thường là các vùng cao với địa hình dốc, chia cắt phức tạp. Đây là nơi khởi nguồn của các dòng sông và bề mặt thường bao phủ bằng những cánh rừng được ví như những “kho nước xanh” có vai trò điều hòa dòng chảy, làm giảm dòng chảy đỉnh lũ và tăng lượng dòng chảy mùa cạn cho khu vực hạ lưu. - Vùng trung lưu thường là vùng đồi núi hoặc cao nguyên có địa hình thấp và thoải hơn, là vùng trung gian chuyển nước xuống vùng hạ lưu. Tại vùng trung lưu, các con sông thường có độ dốc nhỏ hơn, lòng sông bắt đầu mở rộng ra và bắt đầu có bãi, đáy sông có nhiều cát mịn. Các bãi ven sông thường có nguy cơ bị ngập nước tạo thành các bãi chứa lũ tạm thời. - Vùng hạ lưu là vùng thấp nhất của lưu vực sông, hồ, phần lớn là đất bồi tụ lâu năm có thể tạo nên các vùng đồng bằng rộng. Nhìn chung các sông, hồ khi chảy đến hạ lưu thì mặt cắt sông mở rộng, sông thường phân thành nhiều nhánh đổ ra biển. Sông ở hạ lưu thường có độ dốc nhỏ, dòng bùn cát chủ yếu ở đáy sông là cát mịn và bùn. Do mặt cắt sông mở rộng nên tốc độ nước giảm nhỏ khiến cho quá trình bồi lắng là chủ yếu, còn xói lở chỉ xảy ra trong mùa lũ tại một số điểm nhất định. Tại hạ lưu gần biển các sông 7 thường dễ bị phân nhánh, lòng sông biến dạng uốn khúc theo hình sin và thường có sự biến đổi về hình thái dưới tác động của quá trình bồi xói liên tục. Lưu vực sông, hồ là một hệ thống mở và luôn tương tác với tầng khí quyển bên trên thông qua hoạt động của hoàn lưu khí quyển và chu trình thuỷ văn, nhờ đó hàng năm lưu vực sông đều nhận được một lượng nước đến từ mưa để sử dụng cho các nhu cầu của con người và duy trì hệ sinh thái. Có nhiều khái niệm khác nhau về lưu vực sông, hồ dưới đây là một số định nghĩa có thể tham khảo: - Phần diện tích mặt đất giới hạn bởi đường phân thủy, trên đó nước chảy vào một con sông, hồ hay một hệ thống sông, hồ nào đó gọi là lưu vực. Phần diện tích từ đó nước mặt và nước ngầm tập trung vào một hệ thống được gọi là diện tích tập trung nước của hệ thống sông, hồ. - Lưu vực sông, hồ là vùng địa lý mà trong phạm vi đó nước mặt, nước dưới đất chảy tự nhiên vào sông, hồ. - Phần mặt đất bao gồm tất cả những vật tự nhiên và nhân tạo có trên đó và cung cấp nguồn nước nuôi dưỡng cho hệ thống sông, hồ hay một con sông, hồ riêng biệt gọi là lưu vực của hệ thống sông, hồ hoặc là lưu vực sông, hồ. Lưu vực của mỗi con sông, hồ bao gồm phần thu nước bề mặt và phần thu nước ngầm. Phần thu nước mặt là phần diện tích bề mặt trái đất mà từ đó tất cả lượng nước sinh ra gia nhập vào hệ thống sông, hồ hoặc một con sông, hồ riêng biệt. Phần thu nước ngầm được tạo nên bởi tầng đất đá mà từ đó nước ngầm chảy vào lưới sông, hồ. - Một lưu vực sông, hồ là diện tích đất được giới hạn bởi đường phân thủy mà trên đó tất cả nước sẽ tập trung chảy ra một cửa duy nhất. Lưu vực sông, hồ cũng được gọi là diện tích lưu vực. Các cạnh của một lưu vực sông, hồ được gọi là đầu nguồn, ở phía bên kia đường phân thủy, sẽ có một lưu vực sông, hồ khác. Tóm lại, lưu vực sông, hồ là vùng đất mà tất cả lượng mưa rơi trên đó đều tập trung về một sông, hồ. Lưu vực sông, hồ được giới hạn bằng các đường chia nước. Lưu vực sông, hồ được gọi là lưu vực kín khi có đường chia nước mặt và đường chia nước ngầm trùng nhau; nếu không trùng nhau thì gọi là lưu vực hở. Trong thực tế tính toán rất khó có thể xác định chính xác đường phân nước ngầm nên thường coi là trùng với đường phân nước mặt. Lưu vực tương tự là lưu vực có cùng điều kiện hình thành dòng chảy 8 với lưu vực nghiên cứu. 1.1.2.2. Các phương pháp xác định lưu vực Hiện nay, có 2 phương pháp xác định lưu vực như sau: - Phương pháp cổ điển: Sử dụng bản đồ địa hình in trên giấy; - Phương pháp kỹ thuật số: Sử dụng công cụ hỗ trợ của hệ thống thông tin địa lý GIS với bản đồ kỹ thuật số. * Xác định lưu vực bằng bản đồ địa hình Trước khi có các công cụ hỗ trợ trên máy tính thì phương pháp xác định lưu vực sông, hồ phổ biến là sử dụng bản đồ cao độ địa hình, tạo các đường đồng cao độ, sau đó khoanh lưu vực theo những cao độ lớn nhất trên khu vực nghiên cứu. Phương pháp xác định đường phân thuỷ (ranh giới) lưu vực sông, hồ trên bản đồ địa hình được thực hiện theo các bước sau: - Bước 1: Xác định vị trí cần nghiên cứu trên sông, hồ - Bước 2: Xác định đường chia nước lưu vực. Việc xác định này thực hiện bằng cách nối các điểm cao độ cao nhất trong khu vực. Công việc xác định ranh giới lưu vực sông trên thực tế thường chịu ảnh hưởng bởi kinh nghiệm và tính chủ quan của người thực hiện, và mất khá nhiều thời gian. - Bước 3: Sau khi xác định được đường chia nước lưu vực, việc tiếp theo là xác định diện tích lưu vực và các đặc trưng cần thiết khác. Diện tích lưu vực thường được thực hiện bằng phương pháp đếm ô vuông hoặc dùng máy đo diện tích chạy theo đường phân nước được xác định trên bản đồ địa hình. Để đảm bảo độ chính xác người ta thường dùng các bản đồ địa hình tỉ lệ lớn 1/5.000, 1/10.000, 1/25.000 hay lớn hơn, tuỳ yêu cầu về độ chính xác. Phương pháp này có một số ưu, nhược điểm sau: - Ưu điểm: Được thực hiện khá đơn giản, không cần các thiết bị máy tính; Có thể tổng quan hóa lưu vực trên bản đồ giấy. - Nhược điểm: Mất nhiều thời gian để khoanh lưu vực, tính diện tích lưu vực hoặc độ dốc. Bên cạnh đó, việc xác định lưu vực sông, hồ bằng phương pháp này phụ thuộc nhiều vào các yếu tố chủ quan khi tiến hành công việc trên bản đồ. Độ chính xác của lưu vực phụ thuộc rất lớn vào trình độ và kinh nghiệm của người thực hiện. Phương pháp này không linh hoạt khi cần có sự thay đổi về vị trí,... * Xác định lưu vực bằng bản đồ số GIS Công cụ hiệu quả nhất hiện nay hỗ trợ việc xác định ranh giới lưu vực 9 sông, hồ bất kỳ là sử dụng công nghệ GIS bao gồm các phương pháp tính, các phần mềm chuyên dụng, và cơ sở dữ liệu bản đồ số bao gồm: bản đồ dưới dạng vector (dạng điểm, đường, và vùng) hay dưới dạng raster (dạng ô lưới). Hiện nay, có nhiều phần mềm GIS được ứng dụng rộng rãi như MapInfo, Arcview GIS, ArcGIS, Map Windows,... Để kết hợp việc xác định ranh giới lưu vực với phân tích, đánh giá, và tính toán các đặc trưng lưu vực sông, hồ nhiều công cụ được xây dựng và nhúng kết vào các phần mềm này. Một trong những các công cụ điển hình về xác định lưu vực sông, hồ được nhiều người biết đến đó là Hydrologic Modeling (v.1.1), AVSWAT (ArcView SWAT) được viết bằng ngôn ngữ Avenue Script trong Arcview GIS 3.2; AV-ThreshR (1999-2000) (NWS-HRL); HEC-GeoHMS (ESRI, HEC) kết hợp HECPrepro (Univ. of Texas at Austin) và Watershed Delineator (ESRI, TNRCC),... Ngoài ra, có khá nhiều các công cụ, đoạn chương trình được chia sẻ miễn phí trên mạng internet có thể sử dụng cho việc xác định lưu vực sông, hồ. Để xác định lưu vực sông, hồ một cách tự động, hầu hết các công cụ được xây dựng dựa trên lý thuyết "mô hình dòng chảy 8 hướng" (D8 flow direction model). Mô hình này dựa trên lý thuyết là dòng chảy tại một ô lưới (grid) sẽ chảy đến 1 trong 8 hướng xung quanh ô lưới đó. Các công cụ xác định ranh giới lưu vực sông, hồ chỉ khác nhau về mức độ sử dụng thể hiện qua các đặc tính của công cụ như (1) tính linh động trong xác định lưu vực, (2) tốc độ tính toán nhanh chậm, (3) việc tính toán các đặc trưng lưu vực, (4) cách thức lưu giữ, liên kết thông tin, và (5) cách thức sử dụng và kết nối các đặc trưng của lưu vực sông với các công cụ khác bên ngoài. Các bước cơ bản để xác định lưu vực sông, hồ một cách tự động dựa trên bản đồ số dưới dạng raster (ô lưới) như sau: - Bước 1: Chuẩn bị số liệu cao độ số DEM - Bước 2: Xử lý số liệu cao độ số (Xử lý số liệu cao độ -Fill DEM) - Bước 3: Tính toán xác định hướng dòng chảy theo mô hình 8 hướng trên (Flow Direction) - Bước 4: Xác định liên kết hướng dòng chảy giữa các ô lưới (Flow Accumulation) - Bước 5: Xác định lưu vực sông, hồ và tính toán các đặc trưng của nó. Phương pháp xác định ranh giới lưu vực sông, hồ bằng ứng dụng công nghệ GIS trên bản đồ số có thể khắc phục được những nhược điểm của