Kỹ thuật hạt nhân – giảm thiểu xói mòn đất

Xói mòn đất là mối đe dọa đối với nông nghiệp và sản xuất lương thực. Đây là nguyên nhân hàng đầu gây suy thoái đất, ảnh hưởng đến 1,9 tỷ ha đất trên toàn thế giới (gần 2/3 tài nguyên đất toàn cầu)

Xói mòn đất là quá trình loại bỏ lớp đất mặt, nơi chứa các chất dinh dưỡng và nước cho thực vật. Đây là một dạng thoái hóa đất phổ biến nhất hiện nay. Khi lớp đất màu mỡ này bị rửa trôi, năng suất của đất sẽ giảm và làm mất đi nguồn lực quan trọng đối với sự phát triển của cây lương thực. Không giống như gió hay mặt trời, đất là nguồn tài nguyên hữu hạn, không thể tái tạo và đang dần suy thoái ở mức báo động. Sự suy thoái đất đang ảnh hưởng đến khoảng 1,5 tỷ người, đặc biệt là ở các nước đang phát triển. Chính bởi vậy, kỹ thuật hạt nhân như kỹ thuật bụi phóng xạ (FRN) và kỹ thuật đồng vị bền (CSSI), trở nên quan trọng khi có thể giúp các chuyên gia hiểu rõ hơn về nguyên nhân và cơ chế của xói mòn đất, xác định các điểm nóng xói mòn và đánh giá tác động của các phương pháp quản lý đất đai đối với tỷ lệ xói mòn, nhằm làm cho đất có khả năng chống chịu tốt hơn với các tác động của biến đổi khí hậu.

Nguyên nhân – tác động đến xói mòn đất

Xói mòn đất là một quá trình tự nhiên và xảy ra trên tất cả các lục địa, đất phổ biến ở các vùng đất dốc và thường do các yếu tố tự nhiên, bao gồm gió hoặc mưa lớn. Tuy nhiên, hoạt động của con người, như phá rừng hoặc quản lý đất đai không phù hợp, đã đẩy nhanh quá trình này lên hai đến ba bậc. Xói mòn đất làm mất lớp đất màu mỡ và các chất dinh dưỡng cho cây trồng, đe dọa đối với sản xuất nông nghiệp, an ninh lương thực và môi trường, mà chủ yếu là tài nguyên nước. Đất là nguồn cung cấp tới 95% cây lương thực cho con người, vì vậy sức khỏe và sự sẵn có của đất ảnh hưởng đến chất lượng và số lượng sản xuất lương thực. Khoảng 1/4 dân số thế giới phụ thuộc trực tiếp vào lương thực được sản xuất trên đất bạc màu và tốc độ suy thoái ngày càng tăng dẫn đến việc thế giới mất đi hàng triệu ha đất mỗi năm.

Đất bị xói mòn cũng ảnh hưởng đến chất lượng nước và môi trường sống thủy sinh do đất có thể theo dòng chảy đến các nguồn nước, như sông và hồ, làm tắc nghẽn các hồ chứa nước và làm cho các chất dinh dưỡng rửa trôi từ đồng ruộng tích tụ trong nước, dẫn đến bùng phát tảo. Điều này gây nguy hại cho chất lượng nước và cho môi trường sống của các loài thủy sinh. Ngoài ra, ngay cả trong các hồ chứa lớn, như đại dương, trầm tích có thể tích tụ với số lượng đủ lớn để làm tăng độ đục và giảm tầm nhìn các vùng nước lân cận, đe dọa đến tính bền vững của hệ sinh thái thủy sinh và đến sự chết dần của hệ thực vật.

Các hậu quả khác của xói mòn đất bao gồm suy thoái chức năng hệ sinh thái, tăng nguy cơ sạt lở đất và lũ lụt, thiệt hại về đa dạng sinh học, thiệt hại đối với cơ sở hạ tầng đô thị và trong trường hợp nghiêm trọng có thể dẫn tới di dời dân cư.

Kỹ thuật hạt nhân có thể giúp ích gì?

Đất bị xói mòn có thể không được bổ trợ và cải thiện chất lượng trong nhiều thế hệ, vì vậy, điều quan trọng là đánh giá tỷ lệ xói mòn và bồi tụ của đất, cũng như cải thiện quản lý đất và thực hiện các biện pháp bảo tồn đất. Đây là vấn đề mà các kỹ thuật hạt nhân có thể giải quyết. Hiện nay, các kỹ thuật FRN và CSSI được sử dụng phổ biến nhất để giải quyết xói mòn đất. Các kỹ thuật FRN giúp đánh giá và định lượng tỷ lệ xói mòn đất, trong khi phương pháp CSSI xác định các khu vực bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi xói mòn.

Dựa trên kết quả của những kỹ thuật này, các biện pháp bảo tồn đất có thể được thực hiện, như làm ruộng bậc thang, canh tác theo đường đồng mức, cắt xén theo dải, làm đất, không làm đất, phủ đất, che phủ cây trồng, tạo rãnh xói mòn.

Kỹ thuật FRN

Bụi phóng xạ tồn tại khắp nơi trên thế giới. Bụi phóng xạ phổ biến nhất là cesium-137 (Cs-137), được giải phóng chủ yếu trong quá trình thử nghiệm vũ khí hạt nhân trong những năm 1950-1960. Chất phóng xạ này được phân tán trong bầu khí quyển, sau đó lắng đọng bởi mưa và tích tụ trên lớp đất mặt.

Mặc dù lượng lượng bụi phóng xạ trong đất rất nhỏ và vô hại đối với con người, nhưng nó có thể đo được bằng phép đo phổ gamma và có thể được sử dụng để ước tính tỷ lệ xói mòn đất. Khi lớp đất mặt bị ảnh hưởng bởi xói mòn, nồng độ Cs-137 bị giảm xuống và vị trí đất xói mòn lắng đọng, nồng độ Cs-137 sẽ tăng lên. Theo dõi phân bố lại FRN cho phép các chuyên gia xác định có bao nhiêu đất đã được lấy đi từ một vị trí cụ thể và lắng đọng ở một vị trí khác. Để phân tích được dữ liệu, kỹ thuật này cần có xác định trước các tác động không phải do xói mòn hoặc bồi tụ, mà do phân rã phóng xạ, từ đó tạo lên đường cơ sở. Các vị trí bị xói mòn và bồi tụ sau đó được so sánh với vị trí tham chiếu để tính toán lượng đất bị xói mòn hoặc lắng đọng. Ngoài Cs-137, hai hạt nhân phóng xạ cũng được sử dụng để theo dõi xói mòn đất là chì 210 (Pb-210) và berili-7 (Be-7).

Sử dụng FRN để đánh giá xói mòn đất thuận tiện hơn, rẻ hơn và ít tốn công hơn so với các phương pháp thông thường, chẳng hạn như đo thể tích loại bỏ đất hoặc đo lượng phù sa ở quy mô không gian trên các thửa đất có kích thước khác nhau. Các kỹ thuật FRN đặc biệt hữu ích trong việc nghiên cứu tác động của việc sử dụng đất đến xói mòn đất và hiệu quả của các biện pháp bảo tồn đất. Thông tin này là không thể thiếu để xây dựng các chiến lược bảo tồn đất, lựa chọn các biện pháp bảo tồn phù hợp và thực hiện các chương trình bảo tồn đất.

Kỹ thuật CSSI

Kỹ thuật FRN phổ biến nhưng không thể xác định được tất cả các khía cạnh trong đánh giá xói mòn đất. Vì lý do này, khi xác định nguồn gốc của trầm tích và các điểm nóng xói mòn ở các khu vực lớn hơn, chẳng hạn như lưu vực đầu nguồn, phương pháp CSSI được sử dụng. Kỹ thuật CSSI đo đồng vị ổn định cacbon 13 (C-13) để phân biệt các nguồn chất hữu cơ khác nhau của đất, do mỗi loài thực vật có C-13 khác nhau, được lưu giữ trong đất khi các mô thực vật phân hủy. Điều này cho phép xác định các hệ sinh thái và sử dụng đất, góp phần tạo ra chất hữu cơ cho đất. Phân tích C-13 yêu cầu các thành phần mô thực vật ổn định và không bị phân hủy trong đất. Axit béo, có nguồn gốc từ rễ cây, là thích hợp nhất. Khi các mô thực vật phân hủy, các axit béo trở thành một phần của chất hữu cơ trong đất. Chúng có các dấu hiệu đồng vị ổn định duy nhất, có thể được phân tích và sử dụng giống như “dấu vân tay”.

Sử dụng kỹ thuật CSSI, các nhà khoa học đối sánh “dấu vân tay” của các hợp chất trong đất với các hợp chất trong hệ sinh thái ở khu vực nghiên cứu đã chọn. Bằng cách lấy mẫu của khu vực bị xói mòn, các nhà khoa học có thể xác định nguồn gốc của đất và trầm tích bị xói mòn trong các hồ chứa nước, cũng như các khu vực đặc biệt dễ bị xói mòn. Thông tin này có giá trị để xác định chính xác các biện pháp bảo tồn đất.