Tài liệu ứng dụng công nghệ gis để xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ quản lý chất lượng đất nông nghiệp trên địa bàn huyện lập thạch, tỉnh vĩnh phúc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TÀO 7 BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM LÊ VĂN HẢI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS ĐỂ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN LẬP THẠCH, TỈNH VĨNH PHÚC LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TÀO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM LÊ VĂN HẢI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS ĐỂ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN LẬP THẠCH, TỈNH VĨNH PHÚC CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 60.44.03.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS HỒ THỊ LAM TRÀ HÀ NỘI - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đây là công trình nghiên cứu của tôi, chưa được công bố trên bất kỳ tài liệu, tạp chí, cũng như một hội thảo nào. Các số liệu sử dụng đã được trích dẫn. Những kết quả trình bày trong luận văn hoàn toàn trung thực. Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Lê Văn Hải Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành chương trình cao học và luận văn, trước hết tôi xin chân thành cảm ơn đến các Thầy, Cô trong khoa Môi trường, Viện đào tạo sau đại học - Học viện Nông nghiệp Việt Nam. Trong suốt quá trình học tập, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình, cũng như những kiến thức của các Thầy, Cô. Đặc biệt, tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS. TS Hồ Thị Lam Trà, Cô giáo đã trực tiếp giảng dạy, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện để tôi có thể hoàn thành bản luận văn đạt kết quả tốt nhất. Đồng thời, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến Anh, Chị và Ban lãnh đạo phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Lập Thạch đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi tiến hành nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn các Anh, Chị đồng nghiệp và Ban lãnh đạo Trung tâm Đánh giá đất - Trung tâm Điều tra, Đánh giá tài nguyên đất - Tổng cục Quản lý Đất đai đã giúp đỡ trong quá trình triển khai, thu thập số liệu để tôi hoàn thành bản luận văn này. Cuối cùng, tôi gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè của tôi đã động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện về mọi mặt, để tôi có thể hoàn thành tốt chương trình học, cũng như nội dung bản luận văn. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Lê Văn Hải Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii MỤC LỤC........................................................................................................ iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .........................................................................v DANH MỤC BẢNG ........................................................................................ vi DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................. vii MỞ ĐẦU ............................................................................................................1 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU................................................................3 1.1. Chất lượng đất ............................................................................................3 1.1.1. Khái niệm chất lượng đất .......................................................................3 1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng chất lượng đất .....................................................3 1.2. Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý GIS ............................................ 12 1.2.1. Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý GIS ......................................... 12 1.2.2. Các thành phần của GIS ...................................................................... 12 1.2.3. Chức năng GIS .................................................................................... 13 1.3. Ứng dụng công nghệ GIS trong xây dựng cơ sở dữ liệu ......................... 14 1.3.1. Sự cần thiết việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý môi trường .................. 14 1.3.2. Tiêu chuẩn và tổ chức cơ sở dữ liệu ..................................................... 18 1.3.3. Các nguyên tắc chính ứng dụng trong việc xây dựng cơ sở dữ liệu ...... 20 1.3.4. Nội dung thông tin chủ yếu của CSDL quản lý sử dụng đất nông nghiệp .......................................................................................................................... 22 1.3.5. Ứng dụng công nghệ GIS trên thế giới và Việt Nam ............................ 23 1.3.6. Giới thiệu về phần mềm Mapinfo ........................................................ 28 Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................... 30 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................ 30 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ......................................................................... 30 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................ 30 2.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 30 2.2.1. Khái quát về vùng nghiên cứu ............................................................. 30 2.2.2. Đánh giá độ phì nhiêu của đất nông nghiệp trên địa bàn huyện Lập Thạch ................................................................................................................ 30 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page iii 2.2.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ quản lý chất lượng đất bằng công nghệ GIS .................................................................................................................... 31 2.2.4. Quản lý cơ sở chất lượng đất ............................................................... 31 2.3. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 31 2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu ............................................................... 31 2.3.2. Phương pháp đánh giá chất lượng đất .................................................. 33 2.3.3. Phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu ................................................... 39 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 42 3.1. Khái quát về vùng nghiên cứu ................................................................. 42 3.1.1. Điều kiện tự nhiên ............................................................................... 42 3.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội..................................................................... 46 3.1.3. Hiện trạng sử dụng đất nông nghiệp .................................................... 48 3.2. Đánh giá độ phì nhiêu của đất nông nghiệp huyện Lập Thạch, tỉnh Vĩnh Phúc.................................................................................................................. 51 3.2.1. Tài nguyên đất huyện Lập Thạnh ......................................................... 51 3.2.2. Đánh giá độ phì nhiêu của đất nông nghiệp ......................................... 56 3.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ quản lý chất lượng đất bằng công nghệ GIS ................................................................................................................... 59 3.3.1. Chuẩn hóa dữ liệu cho hệ thống mới.................................................... 59 3.3.2. Cấu trúc dữ liệu ................................................................................... 60 3.3.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu ........................................................................ 60 3.3.4. Nhập và chồng xếp các nhóm thông tin ............................................... 66 3.3.5. Cơ sở dữ liệu chất lượng đất ................................................................ 67 3.4. Quản lý cơ sở dữ liệu chất lượng đất huyện Lập Thạch ......................... 73 3.4.1. Truy xuất dữ liệu ................................................................................. 74 3.4.2. Ứng dụng trong quản lý chất lượng đất ................................................ 76 3.4.3. Cập nhật cơ sở dữ liệu ......................................................................... 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 83 1. Kết luận ........................................................................................................ 83 2. Kiến nghị ...................................................................................................... 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 85 PHỤ LỤC ......................................................................................................... 87 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BVMT : Bảo vệ môi trường CSDL : Cơ sở dữ liệu CEC : Dung tích hấp thu DBMS : Database Management System GIS : Hệ thống thông tin địa lý K2O (%) : Kali tổng số N (%) : Nitơ tổng số NN&PTNT : Nông nghiệp và Phát triển nông thôn OM (%) : Hàm lượng chất hữu cơ tổng số pHKCl : Độ chua của đất P2O5 (%) : Phốtpho tổng số TN&MT : Tài nguyên và Môi trường Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page v DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Vị trí các điểm điều tra, lấy mẫu được kế thừa trên địa bàn huyện Lập Thạch ............................................................................................................ 31 Bảng 2.2: Ma trận so sánh cặp đôi các chỉ tiêu về tính chất lý hóa học của đất ....... 34 Bảng 2.3: Giá trị Si của các chỉ tiêu tổng hợp độ phì nhiêu ................................ 35 Bảng 2.4: Phân cấp tổng giá trị độ phì S ............................................................ 36 Bảng 2.5: Ma trận so sánh cặp đôi các chỉ tiêu của đất ruộng lúa, lúa màu; đất trồng cây trồng cạn ngắn ngày ....................................................................... 36 Bảng 2.6: Ma trận so sánh cặp đôi các chỉ tiêu của đất trồng cây lâu năm .......... 36 Bảng 2.7: Ma trận so sánh cặp đôi các chỉ tiêu của đất lâm nghiệp .................... 37 Bảng 2.8: Ma trận so sánh cặp đôi các chỉ tiêu của đất nuôi trồng thủy sản........ 37 Bảng 2.9: Giá trị Si của các chỉ tiêu đánh giá chất lượng đất theo các loại sử dụng đất nông nghiệp trên địa bàn huyện Lập Thạch.............................................. 38 Bảng 3.1: Yếu tố khí hậu trung bình/năm trong giai đoạn 2000 - 2013 của trạm Vĩnh Yên....................................................................................................... 44 Bảng 3.2: Yếu tố khí hậu trung bình/năm trong giai đoạn 2000 - 2013 của trạm Tam Đảo ....................................................................................................... 45 Bảng 3.3: Yếu tố khí hậu trung bình/năm trong giai đoạn 2001 - 2013 của trạm Việt Trì ......................................................................................................... 45 Bảng 3.4: Hiện trạng sử dụng đất huyện Lập Thạch năm 2013 .......................... 50 Bảng 3.5: Diện tích các loại đất trên địa bàn huyện Lập Thạch .......................... 51 Bảng 3.6: Cấu trúc cơ sở dữ liệu thuộc tính nhóm nền địa lý ............................. 61 Bảng 3.7: Cấu trúc cơ sở dữ liệu thuộc tính của hiện trạng sử dụng đất ................. 62 Bảng 3.8: Cấu trúc cơ sở dữ liệu thuộc tính của chất lượng đất .......................... 64 Bảng 3.9: Mã hóa thông tin về chất lượng đất trên địa bàn huyện Lập Thạch, tỉnh Vĩnh Phúc ..................................................................................................... 65 Bảng 3.10: Chất lượng đất ruộng lúa, lúa màu trên địa bàn huyện Lập Thạch .... 69 Bảng 3.11: Chất lượng đất trồng cây trồng cạn ngắn ngày trên địa bàn huyện Lập Thạch ............................................................................................................ 70 Bảng 3.12: Chất lượng đất trồng cây lâu năm trên địa bàn huyện Lập Thạch ..... 71 Bảng 3.13: Chất lượng đất lâm nghiệp trên địa bàn huyện Lập Thạch ............... 71 Bảng 3.14: Chất lượng đất nuôi trồng thủy sản trên địa bàn huyện Lập Thạch .. 72 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mối liên hệ giữa thông tin dữ liệu với thực tiễn sản xuất, nghiên cứu ... 17 Hình 1.2: Các nguyên tắc chính thực hiện xây dựng cơ sở dữ liệu ..................... 21 Hình 2.1: Trình tự xây dựng CSDL phục vụ quản lý chất lượng đất huyện Lập Thạch ............................................................................................................ 41 Hình 3.1: Sơ đồ vị trí huyện Lập Thạch trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc ................. 42 Hình 3.2: Cơ cấu giá trị sản xuất ngành kinh tế nông nghiệp năm 2013 trên địa bàn huyện Lập Thạch .................................................................................... 48 Hình 3.3: Trình tự chồng xếp các nhóm thông tin đơn tính ................................ 67 Hình 3.4: Kết quả liên kết dữ liệu chất lượng đất ............................................... 67 Hình 3.5: Cấu trúc cơ sở dữ liệu chất lượng đất huyện Lập Thạch ................... 68 Hình 3.6: Hiển thị các thông tin về chất lượng đất ............................................. 75 Hình 3.7: Yêu cầu tìm kiếm thông tin về khu vực trồng đất lúa ......................... 77 Hình 3.8: Thể hiện thông tin thuộc tính ............................................................. 78 Hình 3.9: Hiển thị các thông tin liên quan đến chất lượng đất đối với từng khoanh đất ................................................................................................................. 78 Hình 3.10: Hiển thị các thông tin về thổ nhưỡng của đất.................................... 80 Hình 3.11: Hiển thị các thông tin về chế độ tưới ................................................ 80 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page vii MỞ ĐẦU Hiện nay, công nghệ thông tin là một phần không thể thiếu cho sự phát triển kinh tế - xã hội, nó được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực khác nhau. Môi trường cũng là một ngành không ngoại lệ, việc ứng dụng công nghệ thông tin vào lĩnh vực môi trường ngày càng mang lại nhiều lợi ích, đặc biệt là việc ứng dụng phần mềm như GIS trong công tác quản lý môi trường. Cho đến nay, hệ thống thông tin địa lý (GIS) là hệ thống hỗ trợ tốt cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu do khả năng tích hợp dữ liệu và biểu diễn được dữ liệu không gian. Ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý chất lượng môi trường không chỉ thuần tuý lưu trữ số liệu, mà còn là mô hình có chức năng tập hợp, đồng bộ, cập nhật, xử lý, thể hiện số liệu về chất lượng môi trường. Theo quy định tại Luật Đất đai 2013, hoạt động mới trong nhiệm vụ quan trọng về hệ thống thông tin đất đai và cơ sở dữ liệu (chương IX) được đề xuất: hệ thống thông tin đất đai được thiết kế tổng thể và xây dựng thành một hệ thống thống nhất trên phạm vi cả nước, phục vụ đa mục tiêu và theo tiêu chuẩn, quy chuẩn quốc gia, quốc tế được công nhận; xây dựng cơ sở dữ liệu đất đai được xây dựng thống nhất trong phạm vi cả nước (Điều 121), bao gồm cơ sở dữ liệu địa chính, cơ sở dữ liệu điều tra cơ bản về đất đai, cơ sở dữ liệu quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất; cơ sở dữ liệu giá đất; cơ sở dữ liệu thống kê, kiểm kê đất đai và các cơ sở dữ liệu thành phần khác. Đồng thời Luật Đất đai cũng quy định rõ về trách nhiệm của UBND cấp tỉnh trong việc tổ chức xây dựng, quản lý, khai thác hệ thống thông tin, cơ sở dữ liệu đất đai ở địa phương; cung cấp dữ liệu cho Bộ Tài nguyên và Môi trường để tích hợp vào cơ sở dữ liệu đất đai quốc gia. Chương trình hành động của Chính phủ ban hành theo Nghị quyết số 07/NQ-CP ngày 22 tháng 01 năm 2014 và Chỉ thị số 01/CT-TTg của Thủ tướng Chính phủ về việc triển khai thi hành Luật Đất đai, để nâng cao hiệu quả, hiệu lực quản lý sử dụng đất đai cần thiết phải tập trung xây dựng, quản lý, khai thác hệ thống thông tin đất đai, cơ sở dữ liệu đất đai theo quy mô tập trung, thống nhất trên phạm vi cả nước, phục vụ đa mục tiêu. Ngày 30 tháng 06 năm 2014, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ban hành Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 1 Thông tư số 34/2014/TT-BTNMT quy định về xây dựng, quản lý, khai thác hệ thống thông tin đất đai, trong đó: xây dựng hệ thống thông tin đất đai áp dụng đối với cơ quan quản lý nhà nước, cơ quan chuyên môn về tài nguyên và môi trường và các tổ chức, cá nhân có liên quan đến việc xây dựng, quản lý, khai thác hệ thống thông tin đất đai. Lập Thạch là huyện miền núi của tỉnh Vĩnh Phúc, cũng như các huyện khác nằm trong tình hình chung của cả nước, hiện nay các số liệu điều tra cơ bản, các loại bản đồ, tài liệu liên quan đến chất lượng đất còn sơ sài, tra cứu thông tin khó khăn làm cho công tác quản lý chất lượng đất nông nghiệp của huyện gặp nhiều vướng mắc và hiệu quả chưa cao. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, với mong muốn đóng góp một phần trong công việc xây dựng hệ thống quản lý thông tin đất đai, chúng tôi tiến hành nghiên cứu: “Ứng dụng công nghệ GIS để xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ quản lý chất lượng đất nông nghiệp trên địa bàn huyện Lập Thạch, tỉnh Vĩnh Phúc” nhằm xây dựng một cơ sở dữ liệu về chất lượng đất và truy xuất các thông tin của người sử dụng, đảm bảo việc quản lý chất lượng đất mang lại tính chính xác, hiệu quả. * Mục đích nghiên cứu Xây dựng cơ sở dữ liệu không gian và cơ sở dữ liệu thuộc tính phục vụ quản lý chất lượng đất nông nghiệp bằng công nghệ GIS tại huyện Lập Thạch, tỉnh Vĩnh Phúc. * Yêu cầu của đề tài - Các số liệu điều tra, thu thập phải chính xác và đáng tin cậy; - Cơ sở dữ liệu đảm bảo tính đồng bộ, chuẩn hoá, cập nhật và có khả năng truy xuất các thông tin một cách dễ dàng. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 2 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Chất lượng đất 1.1.1. Khái niệm chất lượng đất Trong hoạt động sản xuất nông nghiệp, chất lượng đất đồng nghĩa với khả năng sản xuất hàng hoá ở mức độ cao, giữ vững và nâng cao năng suất, đạt lợi nhuận tối đa và duy trì nguồn tài nguyên đất cho các thế hệ tương lai. Người tiêu dùng quan tâm đến chất lượng đất ở phương diện nó mang đến các loại thực phẩm rẻ, tốt cho sức khoẻ, chủng loại phong phú cho các thế hệ hiện tại và tương lai. Các nhà tự nhiên học xem xét chất lượng đất trong mối quan hệ hài hoà giữa phong cảnh và môi trường xung quanh. Theo các nhà môi trường học thì chất lượng đất phản ánh các chức năng của nó biểu hiện ở khả năng bảo tồn đa dạng sinh học, nâng cao chất lượng nước, thúc đẩy quá trình tuần hoàn dinh dưỡng trong một hệ sinh thái. Như vậy mỗi đối tượng quan tâm đến chất lượng đất ở một góc độ khác nhau nhưng hầu hết các nghiên cứu về chất lượng đất đều nhằm hai mục tiêu sau: - Điều khiển quá trình cải thiện đất trên các cánh đồng và các lưu vực sông. - Kiểm tra định lượng đất tại một quốc gia hoặc vùng cụ thể. Theo quy định tại Thông tư số 35/TT-BTNMT ngày 30 tháng 06 năm 2014 Quy định việc điều tra, đánh giá tài nguyên đất do Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành, trong đó: chất lượng đất là thuộc tính của đất có ảnh hưởng tới tính bền vững đối với mục đích sử dụng đất cụ thể. 1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng chất lượng đất 1.1.2.1. Các yếu tố tự nhiên ảnh hưởng đến chất lượng đất * Ðá mẹ và mẫu chất: Ðá mẹ là cơ sở vật chất ban đầu và cũng là cơ sở vật chất chủ yếu trong sự hình thành đất và chất lượng đất. Các loại đá mẹ khác nhau có thành phần khoáng vật và hoá học khác nhau, do vậy trên các loại đá mẹ khác nhau hình thành nên các loại đất có chất lượng khác nhau. Ðất hình thành trên đá mẹ khó phong hóa như đá granít có độ dầy tầng đất từ mỏng đến trung bình, thành phần cơ giới nhẹ và nghèo các chất dinh dưỡng. Ngược lại, đất hình thành trên đá mẹ dễ phong hóa như đá bazan có tầng đất đất rất dầy, thành phần Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 3 cơ giới nặng và chứa nhiều các chất dinh dưỡng. Về mẫu chất, có hai loại: mẫu chất tại chỗ và mẫu chất phù sa. Mẫu chất tại chỗ hình thành ngay trên đá mẹ, có thành phần và tính chất giống đá mẹ. Mẫu chất phù sa được lắng đọng từ vật liệu phù sa của hệ thống sông ngòi nên có thành phần rất phức tạp (Trần Văn Chính, 2006). * Sinh vật: Sinh vật tác động lên mẫu chất, tạo thành chất hữu cơ trong mẫu chất, làm thay đổi mẫu chất và chuyển mẫu chất thành đất. Tham gia vào quá trình hình thành đất và chất lượng đất có nhiều nhóm sinh vật khác nhau nhưng chủ yếu là thực vật màu xanh, động vật đất và vi sinh vật đất. + Vai trò của thực vật: Thực vật là nguồn cung cấp chất hữu cơ chủ yếu cho mẫu chất và đất. Khoảng 4/5 chất hữu cơ trong đất có nguồn gốc từ thực vật. Trong hoạt động sống của mình, các loài thực vật hút nước, các chất khoáng trong mẫu chất và đất, đồng thời nhờ quá trình quang hợp tạo thành các chất hữu cơ trong cơ thể. Sau khi chết, xác của chúng rơi vào mẫu chất và đất bị phân giải trả lại các chất lấy từ đất và bổ sung thêm cácbon, nitơ... tạo thành chất hữu cơ trong mẫu chất (Trần Văn Chính, 2006). + Vai trò của động vật đất: Ðộng vật sống trong đất có nhiều loài như: giun, kiến, mối... Giun đất có vai trò rất lớn trong sự tạo độ phì đất. Các loại động vật này trong quá trình sống chúng di chuyển trong đất tạo hang, tổ làm cho đất thoáng khí. Bên cạnh đó, các loài động vật này còn có chức năng phân hủy chất hữu cơ và tạo các hạt kết viền bền vững làm cho đất tơi xốp. Khi chết xác chúng được phân giải cung cấp nhiều nitơ và các chất khoáng cho đất, làm tăng độ phì đất. + Vai trò của vi sinh vật: Tập đoàn vi sinh vật trong đất rất phong phú với nhiều chủng loại khác nhau. Về số lượng có thể có tới hàng trăm triệu con trong một gam đất. Trong đất, có rất nhiều quá trình diễn ra đều có sự tham gia trực tiếp hay gián tiếp của tập đoàn vi sinh vật đất. Quá trình phân giải xác hữu cơ, quá trình hình thành mùn, quá trình chuyển hoá đạm trong đất, quá trình cố định đạm từ khí trời... trải qua nhiều phản ứng, nhiều giai đoạn, mỗi phản ứng đều có sự tham gia của một loài sinh vật cụ thể. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 4 Hầu hết các loài vi sinh vật đều sinh sản theo cách tự phân nên lượng sinh khối tạo ra trong đất lớn, sau khi chết xác các loài vi sinh vật bị phân giải góp phân cung cấp chất hữu cơ và tạo độ phì đất. Như vậy, sau khi sự sống xuất hiện, giới sinh vật đã có những tác động sâu sắc về nhiều mặt tới mẫu chất để chuyển mẫu chất thành đất, sinh vật tiếp tục tác động với đất để đất ngày càng phát triển. Nói cách khác nếu không có sinh vật thì chưa có đất, vì vậy các nhà khoa học cho rằng sinh vật là yếu tố quyết định trong sự hình thành đất (Trần Văn Chính, 2006). Các yến tố tự nhiên ảnh hưởng đến chất lượng đất sản xuất nông nghiệp gồm: các loại đất thổ nhưỡng, tính chất lý hóa học cơ bản của loại đất và các đặc tính khác như: địa hình, độ dốc (rất quan trọng đối với chất lượng đất vùng đồi núi), tầng dày (rất quan trọng đối với các cây trồng lâu năm) và các chỉ tiêu về khí hậu như: nhiệt độ, lượng mưa, bức xạ nhiệt, số ngày nắng, úng ngập. Theo Tổng cục Quản lý đất đai (2011), điều kiện khí hậu đã ảnh hưởng lớn đến quá trình hình thành đất của vùng: mùa mưa lớn, tập trung gây ra quá trình xói mòn, rửa trôi rất mạnh.. là một trong những nguyên nhân dẫn đến tầng đất mỏng và đất xói mòn trơ sỏi đá có quy mô đáng kể, đẩy nhanh quá trình phân hóa phẫu diện đất. Mùa mưa ít, bức xạ mặt trời lớn, nhiệt độ cao, cùng với gió Tây khô nóng, ẩm độ không khí thấp tạo điều kiện cho quá trình bốc hơi mạnh, làm đất bị khô, chai cứng,… Nhiệt độ, ẩm độ cao, bốc hơi mạnh vào mùa ít mưa, quá tình Feralit mạnh, là nguyên nhân hình thành kết von, đá ong trong đất. Một số nơi thuộc vùng núi có độ cao lớn, nhiệt độ thấp, vi sinh vật hoạt động phân giải kém, quá trình feralit cũng yếu, đất thường có tỷ lệ mùn cao. Trong 10 năm gần đây, lượng mưa/năm thay đổi bất thường ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long, mùa khô kéo dài, hạn hán gia tăng dẫn đến gia tăng hiện tượng xâm nhập mặn vào mùa khô và gia tăng diện tích nhiễm phèn do thiếu nước ngọt để ém phèn. Thiên tai, bão, lũ gia tăng sẽ làm tăng hiện tượng rửa trôi, xói mòn, sạt lở bờ sông, bờ biển, bồi lắng lòng sông gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới tài nguyên Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 5 đất. Hiện tượng thiếu nước và hạn hán đã và đang dẫn tới hoang mạc hóa, đặc biệt là các tỉnh miền Trung (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2010). Như vậy, các đặc trưng của khí hậu như nhiệt độ, ẩm độ không khí, lượng mưa... ảnh hưởng rất lớn tới sự hình thành đất và chất lượng đất, trong đó: - Ảnh hưởng trực tiếp: Khí hậu ảnh hưởng trực tiếp đến phong hoá đá, sự thay đổi nhiệt độ tạo sự phá huỷ vật lý, lượng mưa và chế độ mưa ảnh hưởng tới phong hoá vật lý và hoá học... Nhiều quá trình diễn ra trong đất như khoáng hoá, mùn hoá, rửa trôi, xói mòn... chịu sự tác động rõ rệt của khí hậu và hình thành lên các loại đất khác nhau. Ở các điều kiện khí hậu khác nhau hình thành nên những loại đất có chất lượng khác nhau. Những vùng có lượng mưa > bốc hơi, lượng nước thừa sẽ di chuyển trên mặt đất và thấm sâu xuống đất tạo nên các quá trình xói mòn và rửa trôi. Các nguyên tố kiềm, kiềm thổ rất dễ bị rửa trôi, do vậy lượng mưa càng lớn đất bị hoá chua càng mạnh. Những năm gần đây, ảnh hưởng của biến đổi khí hậu ngày càng rõ rệt. Biến đổi khí hậu với sự khốc liệt của thời tiết, sự phân bố không đồng đều của lượng mưa gây nên hạn hán, lũ lụt hay tình trạng nước biển dâng cao cũng có thể đe dọa trực tiếp tiềm năng sản xuất của đất, làm ô nhiễm và suy thoái đất. Biến đổi khí hậu bất thường làm mực nước biển dâng cao dẫn đến tình trạng xâm nhập mặn, tập trung ở các vùng đồng bằng trũng và dải đất ven biển. - Ảnh hưởng gián tiếp: ảnh hưởng gián tiếp của khí hậu thông qua yếu tố sinh vật, khí hậu góp phần điều chỉnh lại yếu tố sinh vật. Mỗi đới khí hậu trên Trái Ðất có các loài thực vật đặc trưng. Các loài thực vật khác nhau thì trong quá trình sống của chúng cũng như xác chúng khi chết đi bỏ lại trong đất phần cơ thể có hàm lượng dinh dưỡng khác nhau và đất cũng có chất lượng khác nhau. Địa hình có những ảnh hưởng lớn đến sự hình thành đất và chất lượng đất. - Ảnh hưởng trực tiếp: Các đặc trưng của địa hình như dáng đất, độ cao, độ dốc... ảnh hưởng trực tiếp đến nhiều quá trình diễn ra trong đất. Vùng đồi núi, vùng cao ở đồng bằng quá trình rửa trôi xói mòn diễn ra mạnh. Ngược lại trong các thung lũng ở vùng đồi núi hoặc vùng trũng ở đồng bằng diễn ra quá trình tích Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 6 luỹ các chất. Lượng nước trong đất cũng phụ thuộc địa hình; vùng cao thường thiếu nước, quá trình ôxy hoá diễn ra mạnh; Vùng trũng thường dư ẩm, quá trình khử chiếm ưu thế... kết quả ở các địa hình khác nhau hình thành nên các loại đất có chất lượng khác nhau. Theo Tổng cục Quản lý đất đai (2010), địa hình của vùng Miền núi và Trung du Bắc bộ rất phức tạp, chia cắt mạnh, chủ yếu là vùng núi cao. Hiện tượng xâm thực dữ dội theo chiều sâu, do đó đa số các thung lũng có dạng hẻm vực, sườn dốc lớn, đã gây nên ở đây quá trình rửa trôi xói mòn mạnh mẽ làm giảm tầng dày đất. - Ảnh hưởng gián tiếp: Địa hình ảnh hưởng gián tiếp đến sự hình thành đất thông qua yếu tố khí hậu và sinh vật. Càng lên cao nhiệt độ càng giảm dần theo quy luật độ cao tăng 100 m, nhiệt độ giảm 0,50C, đồng thời ẩm độ tăng lên. Sự thay đổi khí hậu kéo theo sự thay đổi của sinh vật. Ở các độ cao khác nhau có các đặc trưng khí hậu, sinh vật khác nhau và hình thành nên các loại đất khác nhau. Các loại đất hình thành ở các điều kiện khác nhau sẽ có chất lượng khác nhau. 1.1.2.2.. Sự tác động của con người Sự suy giảm độ phì nhiêu tự nhiên về mặt hóa, lý và sinh học thể hiện rõ nhất là sự mất dần chất hữu cơ trong đất và giảm khả năng cung cấp các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng. Ngoài những nguyên nhân gây nên sự suy thoái chất lượng đất như: phèn hóa, mặn hóa, gia tăng nồng độ kim loại nặng và các chất ô nhiễm khác trong đất thì sự suy thoái đất gây ra do con người được đánh giá là quan trọng nhất, làm đất bị bạc màu nhanh hơn. Đất suy thoái về mặt hóa học là điều kiện môi trường đất không thuận lợi cho các phản ứng hóa học liên quan đến độ phì nhiêu và sinh học đất, gây ảnh hưởng bất lợi đến sự sinh trưởng và phát triển cây trồng. Sự nghèo kiệt dinh dưỡng trong đất là hậu quả của việc sử dụng đất không hợp lý. Nghiêm trọng hơn là lấy mất đi tầng canh tác gồm tầng đất mặt hoặc tầng bên dưới tầng mặt. Đất bị mất tầng đất mặt sẽ có những bất lợi về mặt lý, hóa học đất, ảnh hưởng bất lợi đến môi trường sống của hệ vi sinh vật đất, làm giảm khả năng sản xuất của đất, năng suất cây trồng sụt giảm và cần thiết phải có biện pháp tác động để cải thiện và phục hồi dần chất Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 7 lượng đất. (Võ Thị Gương và cs, 2011). Các nghiên cứu cho thấy đất mất đi 20 cm tầng mặt đưa đến năng suất bắp giảm 44%. Năng suất bắp sụt giảm là chỉ thị của việc thay đổi đặc tính đất và suy giảm độ phì nhiêu của đất (Jagadamma et al., 2009; Jan Frouz et al., 2009). . Yếu tố con người tác động đến chất lượng đất là phổ biến và bởi nhiều phương thức khác nhau như: chặt đốt rừng làm nương rẫy, trồng cây lương thực ngắn ngày trên đất dốc theo phương pháp bản địa (cạo trọc đất, chọc lỗ bỏ hạt, không có biện pháp chống rửa trôi xói mòn đất vào mùa mưa và giữ ẩm đất vào mùa khô, không bón phân, đặc biệt là trả lại chất hữu cơ của đất làm đất không còn khả năng sản xuất do không còn chất dinh dưỡng, tầng đất mỏng, trơ sỏi đá, thiếu nước); trong quá trình trồng trọt không có biện pháp bồi dưỡng, bảo vệ đất như bón phân hữu cơ, trồng xen hoặc luân canh các loài cây phân xanh, cây họ đậu, trồng độc canh sẽ dẫn đến đất bị bạc màu hóa hoặc đất chua, mất phần tử cơ giới limon và sét trên tầng mặt, mất chất hữu cơ, mất kết cấu đất, làm giảm khả năng sản xuất, năng suất cây trồng thấp và bấp bênh. Theo Báo cáo hiện trạng môi trường 2010 do Bộ Tài nguyên và Môi trường thực hiện nạn phá rừng, khai thác gỗ để lấy đất canh tác dẫn đến mất lớp phủ thực vật diễn ra ở các vùng có địa hình dốc, dẫn đến rửa trôi và xói mòn đất. Đây là nguyên nhân chủ yếu làm rửa trôi các chất dinh dưỡng trong đất, làm suy thoái và mất tính năng sản xuất của đất, trong đó có 4 vùng chịu ảnh hưởng mạnh nhất là vùng Trung du miền núi Bắc Bộ, Tây Nguyên, Bắc Trung Bộ và Nam Trung Bộ. Hoạt động sản xuất của con người đã góp phần quan trọng trong việc hình thành và biến đổi đất. Hoạt động sản xuất của con người phản ảnh hai mặt: tích cực và tiêu cực. Các hoạt động như: chặt phá rừng bừa bãi, du canh, du cư, đốt nương làm rẫy, độc canh, quảng canh, không áp dụng công nghệ canh tác tiến bộ trên đất dốc... đã làm cho môi trường ngày càng xấu đi. Những vấn đề chính về môi trường đất đáng được quan tâm là: thiếu nước, khô hạn, đất càng ngày càng chua hơn, nghèo mùn, mất cân bằng dinh dưỡng, nhiễm mặn, nhiễm phèn, thoái hoá Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 8 và mất dần khả năng sản xuất. Áp lực tăng dân số và tình trạng đói nghèo cũng là một trong những nguyên nhân làm cho nông dân không đủ khả năng đầu tư thâm canh, cải tạo đất, không áp dụng công nghệ canh tác tiến bộ trên đất dốc cũng đẩy nhanh quá trình thoái hoá đất. (Tổng cục Quản lý đất đai, 2011) Hoạt động nông nghiệp áp dụng các biện pháp quản lý sử dụng không thích hợp như trồng chay, bón phân không cân đối, thiếu biện pháp bảo vệ đất, … làm đất bị xói mòn, đất chặt, mất mùn và dinh dưỡng, chua hóa. Thực tế quá trình này xảy ra rất mạnh mẽ khi sử dụng đất rừng trồng các cây nông nghiệp ngắn ngày như sắn, lúa nương, ngô. Tốc độ xói mòn, rửa trôi lớn gấp nhiều lần quá trình phong hóa thành tạo đất. Do đó sau một thời gian ngắn canh tác nông nghiệp, nhiều vùng đất đã trở thành xói mòn trơ sỏi đá. Trên các vùng cây công nghiệp lâu năm như chè, hồi, quế mức độ thoái hóa thấp hơn. Tập quán đốt nương làm rẫy là tác nhân gây thoái hóa đất mạnh và triệt để nhất bởi dưới tác động của lửa, cả hệ sinh thái đất rừng bị hủy hoại. Trong những năm qua rừng bị chặt phá mạnh, nhiều nơi biến thành đồng cỏ, rừng tự nhiên phong phú của vùng đã bị thu hẹp dần và thay thế vào đó là các rừng thứ sinh nghèo kiệt hoặc đã trở thành các trảng cây bụi và thảm cỏ tranh. Cuộc sống của đồng bào các dân tộc thiểu số gặp nhiều khó khăn, họ buộc phải phá rừng làm nương rẫy đồng thời khai thác một cách tối đa diện tích nương rẫy để sản xuất. Thời gian bỏ hóa sau canh tác nương rẫy bị rút ngắn đã làm rừng khó phục hồi, đất bị xói mòn mạnh do vậy mà canh tác nương rẫy không còn được ổn định và bền vững như trước. Hệ thống canh tác truyền thống của đồng bào các dân tộc trong vùng là hệ thống canh tác nương rẫy chủ yếu dựa vào độ phì nhiêu tự nhiên của đất, không có đầu tư chăm sóc và hầu như không tiến hành các biện pháp bảo vệ đất. Hiện nay hệ thống canh tác này đã chuyển đổi một phần sang hệ canh tác hiện đại với việc sử dụng phân bón và các giống mới có năng suất cao. Tuy nhiên, do có ít đất bằng và các điều kiện thủy lợi để sản xuất lúa nước nên sản xuất lương thực vẫn được tiếp tục tiến hành với hệ thống cây trồng cạn ngắn ngày. Cây trồng cạn ngắn ngày có độ che phủ thấp, hơn nữa lại đòi hỏi phải xới xáo đất nên gây xói Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 9 mòn rửa trôi mạnh mẽ. Các chất dinh dưỡng bị xói mòn rửa trôi và do cây trồng hút đi quá nhiều so với lượng phân bón đầu tư vào đất nên đất nhanh chóng bị bạc màu. Việc tận thu, sinh khối của cây trồng để lại đất ít nên lượng chất hữu cơ suy giảm nhanh dẫn đến thoái hóa cả những tính chất lý tính khác của đất. Đất sau nương rẫy hoặc đất trồng cây trồng cạn lâu năm thường thoái hóa một cách toàn diện và rất khó khôi phục cải tạo lại các đặc tính vật lý. (Tổng cục Quản lý đất đai, 2010) Do sức ép về dân số, áp lực phát triển kinh tế, sự thiếu đất sản xuất, sử dụng không hợp lý, chỉ chăm lo đến mục tiêu kinh tế mà thiếu biện pháp bảo vệ, cải tạo đất đã dẫn tới các quá trình xói mòn, rửa trôi, tích lũy sắt và nhôm, quá trình hình thành đất xám bạc màu hay xâm nhập mặn. Dân số tăng lên, trong khi quỹ đất bằng tự nhiên thì có hạn dẫn đến tình trạng khai thác đất dốc theo kiểu lợi dụng độ phì tự nhiên, đốt nương làm rẫy, canh tác một cách tự phát thiếu bền vững, gây xói mòn, rửa trôi đất trong mùa mưa lũ. Hậu quả là diện tích rừng bị suy giảm, đồng nghĩa với việc mất khả năng giữ nước của đất, gây hạn hán vào mùa khô và lũ lụt vào mùa mưa, đất bị cát hoá do xói mòn, rửa trôi. Đồng thời một bộ phận dân cư còn sinh sống phân tán, du canh du cư là tiền đề cho chặt phá rừng làm nương rẫy, rác thải sinh hoạt không được tập trung xử lý, gây ảnh hưởng lớn đến môi trường sinh thái trong đó có môi trường đất. Sự đốn cắt quá mức thảm thực vật: người nông dân thôn thường đốn cắt các rừng tự nhiên, rừng trồng, rừng cây bụi đế lấy gỗ, củi đốt và nhiều sản phẩm rừng khác và thường vượt qua tốc độ tái sinh tự nhiên của rừng tập trung ở Ninh Thuận, Bình Thuận, Quảng Nam làm kiệt quệ thảm cây lấy gỗ và cây bụi là một yếu tố chủ yếu dẫn đến sự xói mòn do nước và xói mòn do gió. Việc chặt phá và làm cháy rừng xảy ra tập trung ở các tỉnh Quảng Nam, Phú Yên, Ninh Thuận, Bình Thuận. (Tổng cục Quản lý đất đai, 2011) Luân canh cây trồng không có thời gian bỏ hóa thích hợp: với sức ép của sự gia tăng dân số và sự thiếu đất đai trong sử dụng đất và đất không có thời gian bỏ, không tự phục hồi được dẫn đến suy giảm độ phì nhiêu và bạc màu hóa. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 10 Không thực hiện các biện pháp quản lý bảo vệ đất: phần lớn diện tích đất sản xuất nông nghiệp đã không được duy trì một lớp phủ trên mặt đất bằng thực vật hoặc rơm rạ, băng chắn bằng thực vật bao gồm hàng cây hoặc dải cỏ theo đường đồng mức và các hàng cây chắn gió, nông lâm kết hợp, làm ruộng bậc thang, đắp bờ, đào rãnh... nên không duy trì tính chống chịu của đất đối với xói mòn (chủ yếu là duy trì chất hữu cơ và kết cấu của đất). Mở rộng canh tác trên các đất có khả năng thoái hóa tự nhiên (hoặc thoái hóa tiềm tàng) cao. Sự tăng dân số đã dẫn đến việc sử dụng rộng rãi các đất có nguy cơ bị thoái hóa cao đó là những đất có độ phì nhiêu thấp hoặc đất dễ bị thoái hóa (đất dốc có độ dốc cao; các đất tầng mỏng hoặc đất cát, hoặc đất có nhiều kết von). Sự luân phiên cây trồng không thích hợp. Do kết quả của sự tăng dân số, thiếu đất đai áp lực kinh tế, những người nông dân ở một số vùng đã áp dụng luân phiên cây trồng cao độ chỉ giữa các cây lương thực, đặc biệt là dựa vào cây lúa nước ở những nơi lẽ ra phải áp dụng luân phiên cây lương thực với cây họ đậu thì tốt hơn nên sản lượng ở ruộng lúa ba vụ trong vùng thường không cao. Điều này là nguyên nhân góp phần làm suy giảm độ phì nhiêu của đất. Việc sử dụng phân bón không cân đối, khi sử dụng nhiều phân đạm, trong một thời gian ngắn giúp cây sinh trưởng nhanh và tăng năng suất cây trồng. Tuy nhiên do chỉ tăng lượng phân đạm nên tỷ lệ của N và P cũng như tỷ lệ giữa N với các chất dinh dưỡng khác sẽ tăng lên. Khi đó trong đất sẽ xuất hiện sự thiếu của P và các chất dinh dưỡng khác như S, Zn... dẫn tới quá trình bạc màu hóa. Các hoạt động tích cực như: tổ chức sử dụng đất hợp lý theo phương thức nông lâm kết hợp, đa dạng hoá sinh học, thâm canh, áp dụng quy trình và công nghệ canh tác tiến bộ trên đất dốc, chuyển đổi cơ cấu cây trồng phù hợp với điều kiện tự nhiên sẽ góp phần bảo vệ, cải tạo, nâng cao độ phì nhiêu của đất và cân bằng sinh thái dần được ổn định. Ngoài ra, chế độ nước, khả năng tưới tiêu (các công trình thủy lợi, phương thức tưới: chủ động, bán chủ động, không tưới) cho cây trồng cũng ảnh hưởng đến chất lượng đất. Ảnh hưởng của nước đọng hay dòng chảy trên mặt đất đến Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 11