Nghiên cứu đặc điểm tích lũy, phân hủy và vai trò thủy văn của vật rơi rụng ở rừng phòng hộ đầu nguồn hồ thủy điện tỉnh Hòa Bình

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Tích lũy và phân hủy vật rơi rụng (VRR) là một trong những hiện tƣợng quan trọng của quá trình tuần hoàn vật chất và lƣu động năng lƣợng cũng nhƣ của quá trình thủy văn cơ bản của hệ sinh thái rừng. Dƣới góc độ sinh thái, sự vận hành của dòng năng lƣợng đi qua hệ sinh thái có thể đƣợc phản ánh tốt qua đặc điểm tích lũy và phân hủy vật chất hữu cơ thực vật thông qua chuỗi chăn nuôi hay chuỗi phế thải. Theo Crockford và Richardson (2000) [66], quá trình phân hủy VRR là một phần quan trọng của chu trình sinh địa hóa trong hệ sinh thái rừng, qua đó những chất dinh dƣỡng đƣợc tái quay vòng và đóng vai trò quan trọng đối với sự hình thành vật chất hữu cơ trong đất. Nó thể hiện khả năng hoàn trả chất dinh dƣỡng cho đất của hệ sinh thái rừng. Dƣới góc độ thủy văn, VRR đƣợc xem là một mắt xích quan trọng, là tầng thứ ba thể hiện hiệu ứng thủy văn rừng. Tuy nhiên, những nghiên cứu về đặc điểm VRR và vai trò thủy văn của nó ở rừng phòng hộ tại Việt Nam còn hạn chế, nên chƣa đủ cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc xác định vai trò sinh thái và thủy văn của nó cũng nhƣ cho việc quản lý có hiệu quả VRR dƣới tán rừng. Thực tế cho thấy, khả năng giữ nƣớc và bảo vệ đất, hạn chế xói mòn - một trong những chức năng quan trọng của rừng phòng hộ đầu nguồn, có liên hệ chặt với thảm thực vật (TTV) rừng, với sự phát sinh và phát triển của TTV rừng. Vì vậy, nghiên cứu về đặc điểm tích lũy và phân hủy vật chất hữu cơ thực vật của rừng phòng hộ đầu nguồn cần đƣợc gắn liền với nghiên cứu đặc điểm thủy văn của vật chất hữu cơ. Mặc dù vậy, việc nghiên cứu đặc điểm tích lũy và phân hủy vật chất hữu cơ thực vật và vai trò thủy văn của VRR ở vùng phòng hộ đầu nguồn hồ thủy điện tỉnh Hòa Bình còn rất hạn chế và chƣa đƣợc hệ thống. Thực tế này đã làm giảm hiệu quả quản lý rừng phòng hộ đầu nguồn theo hƣớng phát huy chức năng giữ nƣớc, bảo vệ đất cũng nhƣ cho việc xác định giải pháp phục hồi sinh khối của hệ sinh thái rừng. Để góp phần giải quyết vấn đề nêu trên, việc thực hiện đề tài luận án "Nghiên cứu đặc điểm tích lũy, phân hủy và vai trò thủy văn của vật rơi rụng ở rừng phòng hộ đầu nguồn hồ thủy điện tỉnh Hòa Bình" là rất cần thiết và có ý nghĩa lớn. 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1. Về lý luận Xác định đƣợc đặc điểm tích lũy, phân hủy và vai trò thủy văn của VRR ở rừng phòng hộ đầu nguồn hồ thủy điện tỉnh Hòa Bình. 2.2. Về thực tiễn Dự báo đƣợc khối lƣợng VRR tích lũy, tồn dƣ và phân hủy ở rừng phòng hộ đầu nguồn cũng nhƣ lƣợng nƣớc giữ tối đa và hữu hiệu bởi vật rơi rụng. 3. Phạm vi nghiên cứu - Về nội dung nghiên cứu + Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu một số chỉ tiêu phản ánh đặc điểm tích lũy, phân hủy và vai trò thủy văn của VRR ở rừng phòng hộ đầu nguồn hồ thủy điện tỉnh Hòa Bình. + Đề tài chỉ dự báo một số đặc trƣng quan trọng của VRR ở rừng phòng hộ đầu nguồn là rừng tự nhiên. - Về địa điểm nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là 3 nhóm TTV có diện tích lớn ở vùng hồ thủy điện tỉnh Hòa Bình, gồm: (i) Đất không có rừng: trảng cỏ, cây bụi; (ii) rừng trồng: Keo tai tƣợng, Luồng; (iii) rừng tự nhiên: rừng tự nhiên nghèo, rừng tự nhiên trung bình, rừng tự nhiên giàu (Theo Thông tƣ số 34/2009/TT-BNNPTNT ngày 10 tháng 6 năm 2009 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn quy định tiêu chí xác định và phân loại rừng [1]). Tổng số có 6 trạng thái thảm thực vật đã đƣợc nghiên cứu. Địa điểm: huyện Đà Bắc, tỉnh Hòa Bình. Thời gian thu thập số liệu ngoại nghiệp: 2011- 2014.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

DƯƠNG THANH HẢI

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM TÍCH LŨY, PHÂN HỦY VÀ VAI TRÒ THỦY VĂN CỦA VẬT RƠI RỤNG Ở RỪNG PHÒNG HỘ ĐẦU NGUỒN HỒ THỦY ĐIỆN TỈNH HÒA BÌNH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP

HÀ NỘI - 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

DƯƠNG THANH HẢI

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM TÍCH LŨY, PHÂN HỦY VÀ VAI TRÒ THỦY VĂN CỦA VẬT RƠI RỤNG Ở RỪNG PHÒNG HỘ ĐẦU NGUỒN HỒ THỦY ĐIỆN TỈNH HÒA BÌNH

Chuyên ngành: Lâm sinh

Mã số: 62.62.02.05

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS PHẠM VĂN ĐIỂN

HÀ NỘI - 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa bảo vệ ở bất kỳ hội đồng học vị nào Tất cả mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cảm ơn, các số liệu và thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 27 tháng 7 năm 2016

Tác giả luận án

Dương Thanh Hải

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo Sau đại học, khoa Lâm học, Bộ môn Lâm sinh, Trường Đại học Lâm nghiệp, Tạp chí Nông nghiệp và PTNT đã quan tâm, chỉ đạo và tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình học tập và nghiên cứu luận án

Xin chân thành cảm ơn NGƯT.PGS.TS Phạm Văn Điển, người trực tiếp hướng dẫn khoa học đã tận tình giúp đỡ, truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm cho tác giả trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án

Nhân dịp này, tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới UBND và người dân

ở huyện Đà Bắc, tỉnh Hòa Bình đã giúp đỡ tác giả thu thập số liệu cho luận án này

Xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học đã có những góp ý quý báu để tác giả bổ sung và hoàn thiện luận án Xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo, gia đình và bạn bè đồng nghiệp đã động viên, hỗ trợ về vật chất và tinh thần để tác giả có thêm nghị lực hoàn thành luận án này

Tác giả đã làm việc với nỗ lực cao của bản thân Tuy nhiên, do thời gian

có hạn, nên luận án không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các nhà khoa học và đồng nghiệp

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH ix

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Ở ngoài nước 4

1.1.1 Nghiên cứu về đặc điểm tích lũy và phân hủy chất hữu cơ 4

1.1.2 Nghiên cứu về vai trò thủy văn của VRR 9

1.2 Ở trong nước 11

1.2.1 Nghiên cứu về đặc điểm tích lũy và phân hủy chất hữu cơ 11

1.2.2 Nghiên cứu về vai trò thuỷ văn của VRR 18

1.3 Thảo luận 21

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.1 Nội dung nghiên cứu 23

2.2 Phương pháp nghiên cứu 24

2.2.1 Quan điểm và phương pháp luận 24

2.2.2 Cách tiếp cận 25

2.2.3 Phương pháp nghiên cứu tài liệu thứ cấp 25

2.2.4 Phương pháp bố trí ô mẫu và lập OTC 26

2.2.5 Phương pháp thu thập số liệu 28

2.2.6 Phương pháp xử lý số liệu 34

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 42

3.1 Đặc điểm điều kiện lập địa, cấu trúc và sinh trưởng của rừng 42

3.1.1 Đặc điểm khí hậu và thủy văn 42

3.1.2 Đặc điểm địa hình - thổ nhưỡng 45

3.1.3 Đặc điểm cấu trúc của các trạng thái TTV 53

3.1.4 Một số đặc trưng của các trạng thái TTV 59

3.2 Đặc điểm tích lũy VRR 59

3.2.1 Thành phần VRR 59

3.2.2 Vật rơi rụng bổ sung 62

3.2.3 Đặc điểm VRR tồn dư 67

3.3 Đặc điểm phân hủy VRR 69

3.3.1 Tổng khối lượng VRR phân hủy của các trạng thái TTV 69

3.3.2 Diễn biến khối lượng VRR phân hủy 70

3.3.3 Tốc độ phân hủy VRR 77

3.3.4 Tác động của vi sinh vật đối với sự phân hủy VRR 79

3.4 Vai trò thủy văn của VRR 85

3.4.1 Quá trình giữ nước của VRR 85

3.4.2 Đặc điểm hút nước của VRR 88

3.4.3 Khả năng giữ nước tối đa của VRR 91

3.4.4 Hệ số độ thô của VRR 92

3.4.5 Ảnh hưởng của VRR đến khả năng thấm nước của đất rừng 92

3.4.6 Ảnh hưởng của VRR đến hệ số xói mòn của đất rừng 94

3.5 Dự báo một số đặc trƣng của VRR……….100

3.5.1 Dự báo khối lượng VRR bổ sung 100

3.5.2 Dự báo khối lượng VRR tồn dư 105

3.5.3 Dự báo khối lượng VRR phân hủy 109

3.5.4 Dự báo lượng nước giữ tối đa và lượng nước giữ hữu hiệu của VRR 119 KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KHUYẾN NGHỊ……….124

1 Kết luận 124

2 Tồn tại 126

3 Khuyến nghị 126

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CFU/g Số đơn vị hình thành khuẩn lạc trong 1 gam mẫu

Cai Chỉ số diện tích tán lá (%)

CP Độ che phủ của cây bụi thảm tươi (%)

CR Hệ số biến động của lượng mưa (%)

DBH, D1,3 Đường kính thân cây ở vị trí 1,3 m (cm)

DTán, DT Đường kính tán lá (m)

DVRR Độ dày của vật rơi rụng (cm)

FAO Tổ chức Nông lương của Liên hiệp Quốc

G Tổng tiết diện ngang lâm phần (m2/ha)

Hvn Chiều cao vút ngọn (m)

Hdc Chiều cao dưới cành (m)

HVRR Hệ số suy diễn tổng lượng vật rơi rụng

IBP Chương trình sinh học quốc tế

Viết tắt/ký hiệu Nội dung diễn giải

DANH MỤC BẢNG

1 2.1 Số lượng các ô nghiên cứu trong các trạng thái 26

2 3.1 Các đặc trưng về khí hậu ở địa điểm nghiên cứu 43

3 3.2 Chỉ số không đồng đều và hệ số biến động của lượng mưa 44

4 3.3 Đặc điểm địa hình ở địa điểm nghiên cứu 45

6 3.5 Kết quả phân tích một số tính chất hóa học của đất 48

7 3.6 Kết quả phân tích trữ lượng mùn, đạm và hàm lượng các chất dễ tiêu 50

8 3.7 Tổ thành tầng cây cao và tầng cây tái sinh tự nhiên 54

10 3.9 Một số chỉ tiêu cấu trúc và sinh trưởng bình quân của các trạng

11 3.10 Thành phần và khối lượng VRR ở địa điểm nghiên cứu 60

12 3.11 Tổng khối lượng VRR bổ sung của các trạng thái TTV 62

13 3.12 Diễn biến lượng VRR bổ sung của các trạng thái TTV 64

14 3.13 Diễn biến lượng VRR tồn dư của các trạng thái TTV 68

15 3.14 Tổng lượng VRR phân hủy của các trạng thái TTV 70

17 3.16 Mối quan hệ giữa lượng VRR bổ sung, phân hủy và tồn dư 76

18 3.17 Khối lượng và tốc độ phân hủy trung bình của VRR 78

19 3.18 Mật độ vi sinh vật dưới các trạng thái TTV 79

20 3.19 Lượng vật rơi rụng, chất hữu cơ, vi sinh vật đất tổng số dưới các

21 3.20 Hoạt tính sinh học của một số nhóm vi sinh vật chủ yếu 81

22 3.21 Khả năng phân hủy xenlulo của một số chủng vi khuẩn trong đất

23 3.22 Tính đa dạng vi sinh vật đất dưới các trạng thái TTV 85

24 3.23 Độ che phủ và độ dày của VRR 86

31 3.30 Hệ số xói mòn đất dưới các trạng thái TTV 96

32 3.31 Ảnh hưởng của lượng VRR tồn dư và độ che phủ VRR đến xói

34 3.33 Độ ẩm tự nhiên, lượng nước giữ hữu hiệu của VRR 99

35 3.34 Kết quả xác định các tham số của phương trình dự báo khối

36 3.35 Sai số xác định khối lượng VRR bổ sung 103

37 3.36 Xác định tham số của phương trình dự báo lượng VRR tồn dư 105

39 3.38 Xác định tham số của phương trình dự báo lượng VRR phân hủy 110

41 3.40 Phương trình dự báo khối lượng VRR bổ sung và phân hủy 115

43 3.42 Bảng tra lượng nước giữ hữu hiệu và lượng nước giữ tối đa 120

DANH MỤC HÌNH

1 2.1 Bản đồ vị trí các ô tiêu chuẩn ở khu vực nghiên cứu 27

3 3.2 So sánh các chỉ tiêu tính chất hóa học của đất giữa các trạng thái TTV 53

4 3.3 Bản đồ hiện trạng rừng huyện Đà Bắc, Hòa Bình 57

5 3.4 Bản đồ quy hoạch ba loại rừng huyện Đà Bắc, Hòa Bình 58

11 3.10 Diễn biến lượng VRR tồn dư của các trạng thái TTV 67

14 3.13 Diễn biến khối lượng VRR phân hủy của các trạng thái TTV 73

15 3.14 Mối quan hệ giữa lượng VRR bổ sung, phân hủy và tồn dư 75

23 3.22 Biến đổi của lượng nước hút và tốc độ hút nước của VRR 90

24 3.23 Tốc độ thấm nước ban đầu của đất dưới trạng thái TTV 94

25 3.24 Ảnh hưởng của VRR tồn dư và độ che phủ VRR đến xói mòn đất 98

26 3.25 Quan hệ giữa khối lượng VRR bổ sung với khối lượng VRR tồn dư 103

27 3.26 Quan hệ giữa khối lượng VRR phân hủy với khối lượng VRR tồn dư 112

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận án

Tích lũy và phân hủy vật rơi rụng (VRR) là một trong những hiện tượng quan trọng của quá trình tuần hoàn vật chất và lưu động năng lượng cũng như của quá trình thủy văn cơ bản của hệ sinh thái rừng

Dưới góc độ sinh thái, sự vận hành của dòng năng lượng đi qua hệ sinh thái có thể được phản ánh tốt qua đặc điểm tích lũy và phân hủy vật chất hữu cơ thực vật thông qua chuỗi chăn nuôi hay chuỗi phế thải Theo Crockford và Richardson (2000) [66], quá trình phân hủy VRR là một phần quan trọng của chu trình sinh địa hóa trong hệ sinh thái rừng, qua đó những chất dinh dưỡng được tái quay vòng và đóng vai trò quan trọng đối với sự hình thành vật chất hữu cơ trong đất Nó thể hiện khả năng hoàn trả chất dinh dưỡng cho đất của hệ sinh thái rừng

Dưới góc độ thủy văn, VRR được xem là một mắt xích quan trọng, là tầng thứ

ba thể hiện hiệu ứng thủy văn rừng Tuy nhiên, những nghiên cứu về đặc điểm VRR

và vai trò thủy văn của nó ở rừng phòng hộ tại Việt Nam còn hạn chế, nên chưa đủ

cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc xác định vai trò sinh thái và thủy văn của nó cũng như cho việc quản lý có hiệu quả VRR dưới tán rừng Thực tế cho thấy, khả năng giữ nước và bảo vệ đất, hạn chế xói mòn - một trong những chức năng quan trọng của rừng phòng hộ đầu nguồn, có liên hệ chặt với thảm thực vật (TTV) rừng, với sự phát sinh và phát triển của TTV rừng Vì vậy, nghiên cứu về đặc điểm tích lũy và phân hủy vật chất hữu cơ thực vật của rừng phòng hộ đầu nguồn cần được gắn liền với nghiên cứu đặc điểm thủy văn của vật chất hữu cơ

Mặc dù vậy, việc nghiên cứu đặc điểm tích lũy và phân hủy vật chất hữu cơ thực vật và vai trò thủy văn của VRR ở vùng phòng hộ đầu nguồn hồ thủy điện tỉnh Hòa Bình còn rất hạn chế và chưa được hệ thống Thực tế này đã làm giảm hiệu quả quản lý rừng phòng hộ đầu nguồn theo hướng phát huy chức năng giữ nước, bảo vệ đất cũng như cho việc xác định giải pháp phục hồi sinh khối của hệ sinh thái rừng

Để góp phần giải quyết vấn đề nêu trên, việc thực hiện đề tài luận án "Nghiên cứu đặc điểm tích lũy, phân hủy và vai trò thủy văn của vật rơi rụng ở rừng phòng

hộ đầu nguồn hồ thủy điện tỉnh Hòa Bình" là rất cần thiết và có ý nghĩa lớn

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Về nội dung nghiên cứu

+ Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu một số chỉ tiêu phản ánh đặc điểm tích lũy, phân hủy và vai trò thủy văn của VRR ở rừng phòng hộ đầu nguồn hồ thủy điện tỉnh Hòa Bình

+ Đề tài chỉ dự báo một số đặc trưng quan trọng của VRR ở rừng phòng hộ đầu nguồn là rừng tự nhiên

- Về địa điểm nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là 3 nhóm TTV có diện tích lớn ở vùng hồ thủy điện tỉnh Hòa Bình, gồm: (i) Đất không có rừng: trảng cỏ, cây bụi; (ii) rừng trồng: Keo tai tượng, Luồng; (iii) rừng tự nhiên: rừng tự nhiên nghèo, rừng tự nhiên trung bình, rừng tự nhiên giàu (Theo Thông tư số 34/2009/TT-BNNPTNT ngày 10 tháng 6 năm 2009 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn quy định tiêu chí xác định và phân loại rừng [1]) Tổng số có 6 trạng thái thảm thực vật đã được

nghiên cứu

Địa điểm: huyện Đà Bắc, tỉnh Hòa Bình

Thời gian thu thập số liệu ngoại nghiệp: 2011- 2014

4 Những đóng góp mới của luận án

- Đặc điểm tích lũy, phân hủy và vai trò thủy văn của VRR dưới một số trạng thái TTV rừng ở vùng phòng hộ đầu nguồn hồ thủy điện tỉnh Hòa Bình đã được nghiên cứu khá toàn diện, làm cơ sở cho việc xác định đóng góp của VRR đối với vai trò thủy văn của hệ sinh thái rừng

- Việc dự báo lượng VRR bổ sung, tồn dư, phân hủy có ý nghĩa trong công tác điều tra rừng, làm cơ sở xác định nhanh vai trò thủy văn của VRR trong rừng phòng

hộ đầu nguồn là rừng tự nhiên, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý rừng phòng hộ đầu nguồn ở khu vực nghiên cứu

5 Bố cục của luận án

Phần mở đầu: Luận giải sự cần thiết của luận án, mục đích nghiên cứu, ý nghĩa lý luận và thực tiễn của luận án

Chương 1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 3 Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết luận, tồn tại, khuyến nghị: các kết luận rút ra từ kết quả nghiên cứu, nêu những hạn chế, tồn tại của luận án và các khuyến nghị về ứng dụng những kết quả nghiên cứu đã thu được và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm khắc phục những tồn tại

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Vật rơi rụng được các nhà sinh thái học đánh giá là một mắt xích quan trọng của quá trình lưu động và tuần hoàn vật chất trong hệ sinh thái rừng VRR được

định nghĩa: là lượng cành, lá khô, hoa, quả, thân cây chết hàng năm rơi rụng xuống đất rừng Nói cách khác, VRR là lớp xác thực vật như lá, cành, hoa, quả, v.v… rơi xuống mặt đất tạo thành lớp thảm dưới tán cây và bị phân hủy ở các mức độ khác nhau

Đặc điểm tích lũy của VRR được hiểu là sự tăng thêm của lớp thảm mục trong

chu trình sinh học của hệ sinh thái rừng Tỷ lệ thay đổi về khối lượng của lượng VRR bổ sung và lượng VRR phân hủy phụ thuộc vào nguồn cung và sự chuyển hóa sau này của thảm mục

Đặc điểm phân hủy của VRR được hiểu là sự chuyển hóa lớp thảm mục thành

mùn Lượng sinh khối của lớp thảm mục cung cấp phần lớn chất hữu cơ và dinh dưỡng khoáng cho đất, chúng đóng vai trò quan trong trong quá trình hình thành đất

và trong các chu trình tuần hoàn vật chất của hệ thống “đất rừng - thực vật rừng -

đất rừng”

Trong khi vai trò thủy văn của VRR được hiểu là khả năng giữ nước, điều tiết nguồn nước và bảo vệ đất VRR có tác dụng điều hòa nhiệt độ đất rừng, giữ ẩm, điều hòa nguồn nước, ngăn chặn dòng chảy trên mặt đất, giúp cho đất rừng thấm nước tốt hơn, giảm lượng bốc hơi mặt đất, ngăn ngừa xói mòn đất, làm tiêu giảm, phân tán lượng nước chảy trên bề mặt, hạn chế khả năng hình thành, duy trì của lũ lụt đầu nguồn, hạn chế bồi lắng bùn đất ở các lòng sông, lòng hồ, gây khó khăn cho phát triển và giảm tuổi thọ các công trình thủy điện, Do ý nghĩa quan trọng đối với phát triển của rừng, nên việc duy trì VRR ở rừng nhiệt đới là rất cần thiết

1.1 Ở ngoài nước

1.1.1 Nghiên cứu về đặc điểm tích lũy và phân hủy chất hữu cơ

Về phương pháp nghiên cứu khả năng tích lũy và phân hủy vật chất hữu cơ thực vật, từ năm 1840 trở về trước, các tác giả đã đi sâu vào lĩnh vực sinh lý thực

vật, đặc biệt là nghiên cứu vai trò và hoạt động của diệp lục trong quá trình quang hợp để tạo nên các sản phẩm hữu cơ dưới tác động của các nhân tố tự nhiên như: đất, nước, không khí và năng lượng ánh sáng mặt trời

Sang thế kỷ XIX, nhờ áp dụng các thành tựu khoa học như hoá phân tích, hoá thực vật và đặc biệt là vận dụng nguyên lý tuần hoàn vật chất trong thiên nhiên, các nhà khoa học đã thu được những thành tựu đáng kể Một số tác giả đã tổng kết quá trình nghiên cứu và phát triển sinh khối rừng trong các công trình nghiên cứu của mình như: Riley, G A (1944) [92], Steemann N E (1954) [95], Fleming, R H et

al (1957) [70]

Sự tích lũy VRR được mô tả và kiểm chứng dựa trên cơ sở của mô hình toán học đơn giản của Olson J S (1963) [89] Tác giả đã đưa ra những giả định như sau: Giả sử B là sinh khối hoặc khối lượng của vật chất hữu cơ; Bss là sinh khối hoặc khối lượng của vật chất hữu cơ hiện tại trong điều kiện trạng thái ổn định; P là năng suất (đầu vào của hệ thống); k là cường độ phân hủy Lúc này tỷ lệ thay đổi của sinh khối trong hệ thống ở một số khoảng thời gian rời rạc (t), (giả sử một ngày hoặc

năm) được thể hiện là:

B t



 = Đầu vào - thất thoát (đối với khoảng thời gian đó) Nếu năng suất vẫn không đổi, thì tỷ lệ tức thời của sự thay đổi khối lượng (tỷ lệ khi

∆B bị giới hạn và ∆t bằng không) là:

B t





= P - kB (1.1) Mặt khác dưới điều kiện trạng thái ổn định theo đó năng suất (hay đầu vào của

hệ thống) phải bằng lượng thất thoát, ta có: P = k Bss Nếu những giả định trên hợp

lệ và hai trong số các thông số này có thể được điều tra thì sau đó có thể tính toán được thông số thứ ba Nếu có thể thì tất cả các giá trị đầu vào của hệ thống và tỷ lệ phân hủy nên được đo đếm xác định độc lập

Cùng với sự ra đời của chương trình sinh học quốc tế (International Biological Program) "IBP" (1964), Lieth, H (1964) [83] cũng đã thể hiện năng suất trên toàn thế giới bằng bản đồ năng suất, những vấn đề này đã tác động mạnh mẽ tới việc

nghiên cứu sinh khối Những nghiên cứu trong giai đoạn này tập trung vào các đối tượng đồng cỏ, savan, rừng rụng lá, rừng mưa thường xanh

Trong vòng chu chuyển dinh dưỡng, năng lượng ánh sáng mặt trời là nguồn năng lượng khởi đầu từ bên ngoài vào hệ sinh thái Tiếp nhận ánh sáng mặt trời cùng các vật chất vô cơ khác để sản xuất chất hữu cơ là thực vật màu xanh chứa diệp lục (ngoài các sinh vật quang hợp và vi sinh vật hóa tổng hợp thì thực vật đóng vai trò chủ yếu nhất) Tầm quan trọng của thực vật màu xanh chứa diệp lục là tổng hợp được chất hữu cơ phức tạp từ các chất vô cơ đơn giản để nuôi dưỡng sự sống mà các sinh vật tiêu thụ và các sinh vật phân hủy không thể thực hiện được Do đó quá trình tích lũy và phân hủy vật chất hữu cơ được mô tả rõ nhất thông qua vòng chu chuyển dinh dưỡng của hệ sinh thái rừng (Greig Smith P., Butterworth, 1964) [74] Theo Odum, nếu chỉ có tích lũy mà không có quá trình phân hủy chất hữu cơ, thì trái đất của chúng ta đã trở thành bãi rác (Odum, 1975) [87] Trong quá trình phân hủy, các sinh vật phân hủy đóng vai trò rất quan trọng Chất hữu cơ bị phân hủy gồm các VRR, xác chết và các chất bài tiết của động vật, thực vật, rễ cây Chúng được chuyển hóa thành mùn, thông qua quá trình khoáng hóa, mùn lại được chuyển hóa thành các chất dinh dưỡng khoáng ở dạng dễ tiêu để cung cấp cho thực vật và làm biến đổi tính chất vật lý, hóa học đất

Bên cạnh đó sự tích lũy và phân hủy vật chất hữu cơ thực vật cũng chịu ảnh hưởng lớn của môi trường tự nhiên như: Thời tiết, địa hình, thổ nhưỡng và các tác động của con người Tốc độ phân hủy VRR trên bề mặt rừng nhiệt đới diễn ra nhanh hơn 10 lần so với rừng ôn đới Hệ số tốc độ phân hủy VRR (k, năm) ở rừng

tự nhiên nhiệt đới là 0,3 - 5,3, ở rừng trồng nhiệt đới là 0,11 - 2,0; ở rừng ôn đới là

0,19 - 0,68 (rừng Eucalyptus, Australia) (R Leuning, P M Attiwill, 1978) [82]

Nhóm bọ nhảy sống chủ yếu ở tầng thảm và lớp bề mặt của hệ sinh thái đất Thức ăn của chúng rất đa dạng như: mô lá đang bị phân hủy, xác hữu cơ, vi khuẩn

và nấm… Chúng có mối liên hệ dinh dưỡng với hệ vi sinh vật phân hủy xenlulô, do

đó, chúng có ảnh hưởng lớn tới quá trình phân hủy xác hữu cơ Nghiên cứu về nhóm này một số tác giả (Tanner E V J., 1981) [97], (Wardle D A., P Lavelle,

1997) [100] cho thấy nhóm bọ nhảy có vai trò tham gia tích cực trong quá trình phân hủy thảm mục

Vòng tuần hoàn vật chất và dinh dưỡng bao gồm một chuỗi mắt xích có mối quan hệ chặt chẽ với nhau từ quá trình quang hợp, phân phối các bon, sự thu nhận, mất đi chất dinh dưỡng và quá trình phân hủy các phần sinh khối đã được tạo ra (Cole và Rapp, 1981) [65]

Vật rơi rụng khi tiếp xúc với mặt đất thì quá trình phân hủy đã diễn ra, nó giải phóng những chất dinh dưỡng cơ bản thiết yếu Qua đó các tác giả đã nhận định đây

là một quá trình rất quan trọng cho việc điều hoà vòng tuần hoàn các bon (C) và dinh dưỡng (Schimel J P., M K Firestone, K Killham, 1984) [94]

Để có thể hiểu và giải thích được sự khác nhau về mô hình tuần hoàn vật chất, các chất dinh dưỡng và giải thích tại sao các quần hệ lại phát triển khác nhau cần có những nghiên cứu về vòng tuần hoàn vật chất và dinh dưỡng Qua đó cho thấy vòng tuần hoàn vật chất và dinh dưỡng đóng vai trò rất quan trọng trong việc điều hòa chức năng và sự phát triển của các hệ sinh thái rừng (Waring và Schlesinger, 1985 [101]) Trên bề mặt đất rừng chỉ che phủ 21% diện tích, nhưng sinh khối thực vật của

nó chiếm đến 75% so với tổng sinh khối thực vật trên cạn và lượng tăng trưởng hàng năm chiếm 37% Chính vì vậy hiện nay một số nghiên cứu đã tập trung hướng vào các nhân tố có ảnh hưởng đến quá trình tích lũy của lớp TTV rừng (Pastor và Post, 1986) [90]; (Ceulemans và Saugier, 1991) [64]

Khi nghiên cứu về khả năng tích lũy và phân hủy chất hữu cơ thực vật, một loạt khái niệm, thuật ngữ đã được làm rõ như: tổng sản lượng, sản lượng, sản lượng thuần, sản lượng sơ cấp, năng suất, năng suất sinh học, năng suất kinh tế, năng suất tiềm tàng của thực vật rừng, năng suất sinh thái, tốc độ và hiệu suất quang hợp, tốc

độ phân hủy Một trong những chỉ tiêu phản ánh khả năng tích lũy chất hữu cơ thực vật là chỉ số diện tích lá (Leaf Area Index - LAI), đây là một trong những chỉ tiêu phản ánh đầu vào của quá trình phân hủy là VRR Theo Kimmins, J P (1998) [79], việc định lượng những chỉ tiêu này là rất quan trọng khi nghiên cứu về tích lũy

và phân hủy chất hữu cơ của rừng

Phần lớn các hệ sinh thái rừng nhu cầu hàng năm là tái sử dụng các chất dinh dưỡng được giải phóng từ sự phân hủy vật chất hữu cơ (Sundarapandian S M., P S Swamy, 1999) [96] Trong các hệ sinh thái rừng tự nhiên, người ta ước tính tổng lượng rơi rụng và đào thải trong cả quá trình đời sống của quần thụ là 90 - 99% tổng lượng tăng trưởng của chúng Trong đó lớn nhất là lá cây (đào thải 100%), tiếp đến

là cành, rễ và cuối cùng là thân cây Lượng VRR trên bề mặt rừng cũng thay đổi tùy thuộc vào vị trí địa lý của hệ sinh thái Nói chung, phần sinh khối chứa trong thành phần VRR của rừng ôn đới lớn hơn rừng nhiệt đới (rừng lá kim ôn đới lượng VRR khoảng 1 - 500 tấn/ha; rừng nhiệt đới lượng VRR khoảng 5 - 100 tấn/ha) Lượng VRR nhiều hay ít còn phụ thuộc vào cấu trúc của rừng (mật độ, thành phần loài, tuổi cây …), điều kiện khí hậu trong năm và độ phì đất Lượng VRR thay đổi mạnh theo mùa Ở vùng ôn đới và các vĩ độ cao, cây có thời gian sinh trưởng ngắn, lá cây thường rụng vào mùa không khí lạnh (Thu - Đông) còn ở vùng nhiệt đới, cây có thời gian sinh trưởng hầu như quanh năm lên lá cây thường xanh, lá rụng trải đều trong năm Theo Kimmins, J P (1998) [79], lượng VRR dưới mặt đất ước tính khoảng 13,7 tấn/ha (lập địa tốt) đến 7,3 tấn/ha (lập địa nghèo) Chính vì vậy lượng VRR dưới mặt đất rất lớn vì phần rễ cây chiếm 30% sinh khối của cây Tuy nhiên, việc đo đạc lượng VRR này là rất khó và có độ chính xác chưa cao

Một số tác giả đã xác định được VRR từ các ODB hay bẫy lưới ni lông, thời gian thu thập số liệu theo tuần hay một tháng hai lần hay hàng tháng Tuy nhiên thiết bị và phương pháp nghiên cứu còn hạn chế Điển hình như một số tác giả: Tại Malaysia, Burghouts T B A., N M Van Straalen, L A Bruijnzeel (1998) [62] khi nghiên cứu tại rừng mưa nhiệt đới đã sử dụng các bẫy VRR được làm bằng lưới ni lông diện tích 0,7 m2, kích thước mắt lưới 1 x 1 mm và được gắn

cố định trên bốn cột nhựa, đặt cách mặt đất 50 cm để thu thập lượng VRR theo tuần Phương pháp này của tác giả có nhược điểm là chỉ áp dụng ở nơi địa hình thuận lợi

vì thời gian thu thập khá gần nhau

Khi nghiên cứu về rừng nhiệt đới thường xanh vùng khô hạn ở phía Nam Ấn

Độ, Arul Pragasan và Parthasarathy (2005) [57] đã xác định được VRR từ các ODB Tác giả đã loại bỏ tất cả các lớp thảm mục trên đất rừng trong phạm vi 0,5 x 0,5 m, các lớp này được xác định bằng cách xếp các viên sỏi và đá sẵn có, để tạo điều kiện thuận lợi cho thu thập mẫu hàng tháng trong vòng một năm sau đó

Phương pháp này của tác giả có nhược điểm là việc đánh dấu các ODB bằng vật liệu có sẵn (như sỏi, đá….) dễ bị tác động từ các yếu tố ngoại cảnh như sự di chuyển của con người, động vật… làm sai lệch vị trí của ODB

Đến năm 2006, cũng tại Sabah, Malaysia, Dent và cộng sự (2006) [68] khi tiến hành nghiên cứu rừng mưa nhiệt đới đã sử dụng 21 bẫy VRR tại các OTC đại diện cho mỗi sinh cảnh Các bẫy này được làm bằng ống nhựa gắn thành khung vuông kích thước 1 x 1 m có gắn lưới ni lông (mắt lưới 2 x 2 mm), đặt cách mặt đất 40 cm Các tác giả đã tiến hành thu VRR hai lần trong một tháng

Đối với rừng nửa rụng lá nhiệt đới, Sanches và cộng sự (2008) [93] khi nghiên cứu về động thái VRR đã sử dụng bẫy được làm bằng gỗ gắn thành khung có diện tích 1 m2 có gắn lưới ni lông Tiến hành thu thập VRR hàng tháng, sau đó đem về rửa bằng nước sạch và phân loại thành lá, cành và cơ quan sinh sản (hoa và quả), sau đó sấy khô và xác định khối lượng VRR được tính bằng khối lượng khô trên

một đơn vị diện tích trong một tháng (tấn/ha/năm)

1.1.2 Nghiên cứu về vai trò thủy văn của VRR

Đối với rừng phòng hộ đầu nguồn, đa số các nghiên cứu cho thấy, sự tích lũy sinh khối của TTV là cơ chế chủ yếu cho việc phát huy chức năng giữ nước và bảo vệ đất của TTV rừng Tầng cây cao, cây bụi thảm tươi, VRR trong rừng cũng có vai trò rất lớn trong việc giữ nước và hạn chế xói mòn đất (Wischmeier W H., 1978) [103] Rừng là một hiện tượng địa lý và là một hiện tượng lịch sử, vì vậy những hiện tượng diễn ra trong tuần hoàn thuỷ văn rừng cũng không ngừng thay đổi theo không gian và thời gian (Mêlêkhốp, 1980 [28]; C B Bê lốp, 1982 [2]; Burton V., Barnes

et al., 1998 [63] - dẫn theo Phạm Văn Điển và cộng sự (2011) [17]) Vấn đề ở chỗ, xuất phát từ không gian và thời gian khác nhau để nghiên cứu tìm hiểu bản chất, phát hiện quy luật và mô phỏng tuần hoàn thuỷ văn rừng bằng những công cụ nhất định, qua đó giúp cho việc giải thích cơ chế tuần hoàn thuỷ văn và dự báo các thành phần cân bằng nước của rừng cho những không gian và thời gian khác với độ tin cậy nhất định Bằng các thí nghiệm trong phòng, Ellison (Hudson N., 1981 [24]) thấy rằng các loại đất khác nhau có biểu hiện khác nhau trong các pha của xói mòn đất do nước Ellison là người đầu tiên phát hiện ra vai trò của lớp phủ thực vật trong

việc hạn chế xói mòn đất và vai trò cực kỳ quan trọng của hạt mưa rơi đối với xói mòn Phát hiện của Ellison đã mở ra một phương hướng mới trong nghiên cứu xói mòn đất, đã làm thay đổi quan điểm nghiên cứu về xói mòn và khẳng định khả năng bảo vệ đất của lớp TTV Nó đã mở ra phương hướng sử dụng cấu trúc TTV trong các biện pháp chống xói mòn nhằm bảo vệ độ phì của đất Các nghiên cứu xói mòn bắt đầu chuyển sang nghiên cứu định lượng, xác định cơ chế xói mòn, tìm công thức toán học để mô phỏng quá trình xói mòn Nhờ các phương tiện hiện đại người

ta đã tiến hành nghiên cứu xói mòn không chỉ trong điều kiện tự nhiên mà cả trong điều kiện nhân tạo (mưa nhân tạo, độ dốc nhân tạo, độ che phủ nhân tạo) Các nhà nghiên cứu nổi tiếng trong giai đoạn này là: Zakharop P X., 1981 [56], Wischmeier

W H., 1978 [103], Kirkby M J và Chorley, 1967 [80]

Rừng có thể điều tiết lượng nước chảy men thân cây (Bruijnzeel L A., 1990) [59] Nhờ đó, rừng có thể giữ nước trên tán (Vương Lễ Tiên và Lý Á Quang, 1991) [48] Kết quả nghiên cứu của G Fiebiger (1993) [73] xác nhận rằng, nguy cơ xói mòn đất dưới tầng cây gỗ có thể tăng lên do giọt mưa dưới tán rừng có kích thước

lớn hơn Những loài cây có phiến lá to (như lá tếch - Tectona grandis) thường tạo ra

các giọt nước ngưng đọng với kích thước lớn, nên khi rơi từ tán lá trên cao xuống sẽ

có sức công phá bề mặt đất lớn hơn so với sức công phá của giọt mưa tự nhiên trên

đất trống Loài Anthocephalus chinensis với phiến lá to và tầng tán cao 10 m lại tạo

nên những hạt nước rơi có năng lượng gây xói mòn bằng 147% so với năng lượng

của hạt mưa rơi tự nhiên Loài Albizzia falcataria với tầng tán cao 20 m so với mặt

đất tạo ra giọt mưa có năng lượng gây xói mòn bằng 102% so với năng lượng của giọt mưa ở nơi trống (G Fiebiger, 1993) [73] Vì vậy, một trong những tiêu chí chọn loại cây trồng rừng phòng hộ đầu nguồn ở vùng nhiệt đới là chọn cây có tán lá dày, rậm, nhưng phiến lá phải nhỏ, càng nhỏ càng tốt

Những nghiên cứu khác cho thấy rằng, cây bụi, thảm tươi và VRR có vai trò rất lớn trong việc hạn chế xói mòn đất Nếu chúng bị phá trụi hoặc bị lấy đi khỏi đất rừng thì tác dụng hạn chế xói mòn đất của rừng sẽ giảm FAO (1994a, 1994b) [54, 55] đã tổng kết nhiều tài liệu nghiên cứu về xói mòn đất dưới các loại rừng và các

kiểu sử dụng đất khác nhau và đã chỉ ra rằng, quá trình tích lũy sinh khối là cơ chế sinh vật học chủ yếu để khống chế xói mòn đất

VRR có khả năng ngăn giữ nước tương đối lớn, nên có tác dụng bổ sung nước

cho đất và cung cấp nước cho thực vật (Vu Chí Dân & Vương Lễ Tiên, 2001) [8]

Ngoài ra, do VRR có những lỗ hổng lớn và nhiều hơn so với đất, nên lượng nước ngăn giữ lại bởi VRR dễ dàng bốc hơi đi Những nghiên cứu của Black và Kelliher (1989) (dẫn theo Vu Chí Dân & Vương Lễ Tiên (2001) [8] cho thấy rằng, lượng nước bốc hơi từ VRR của các kiểu rừng khác nhau chiếm khoảng 3 - 21% tổng lượng nước bốc hơi trên mặt đất rừng Sự hút, giữ nước của VRR còn có ý nghĩa quan trọng về mặt cung cấp chất dinh dưỡng cho TTV rừng Những nghiên cứu của Tietema và cộng sự (1992) (dẫn theo Vu Chí Dân & Vương Lễ Tiên, 2001) [8] cho thấy, tốc độ nitrat hóa và tốc độ khoáng hóa của thảm mục phụ thuộc vào hàm lượng nước của nó Schaap và Bouten (1997) (dẫn theo Vu Chí Dân và Vương Lễ Tiên (2001) [8] sử dụng thiết bị đo lường lysimeter (thẩm kế) để xác định lượng nước bốc hơi của VRR, đồng thời dùng phương trình Penman - Monteith để mô phỏng tốc độ bốc hơi nước của VRR và sự khác biệt của nhiệt độ không khí trên bề mặt của nó đến độ cao 01 mét, đã thu được kết quả tương đối tốt

1.2 Ở trong nước

1.2.1 Nghiên cứu về đặc điểm tích lũy và phân hủy chất hữu cơ

Phạm Ngọc Hưng, năm 1988 đã nghiên cứu về mối quan hệ giữa các yếu tố khí tượng đến độ ẩm của VRR [23] Tác giả đã xác định được độ ẩm tuyệt đối của VRR vào thời điểm 13 giờ hàng ngày từ các ODB, đồng thời đo nhiệt độ không khí, cường độ ánh sáng, lượng mưa, độ ẩm đất từng ngày, mẫu VRR được đem về phòng sấy khô rồi cân lấy khối lượng Nghiên cứu của tác giả đã cho thấy: Độ ẩm VRR dưới tán rừng là một yếu tố chịu tác động tổng hợp của các nhân tố khí tượng, khi yếu tố khí tượng tác động đồng thời tăng thì mức độ quan hệ cũng tăng, nhưng tác giả chưa xác định mối quan hệ giữa độ tàn che của cây cao và cây bụi với độ ẩm của VRR dưới tán rừng, đây có thể coi là một tồn tại lớn cần được giải quyết

Kết quả theo dõi động thái thảm mục Bồ đề (Styrax tonkinensis Pierre) từ 3-

10 tuổi ở Vùng Đông Bắc, Bắc Bộ, Hoàng Xuân Tý (1988) [50] nhận xét: Thảm

mục đạt cao nhất là ở năm thứ 6 (5,42 tấn/ha/năm) và sau đó giảm dần Trị số thảm mục bình quân là 4,39 kg/ha/n So với các rừng trồng khác như: Mỡ, Lim, Tre, Diễn trong cùng khu vực, lượng thảm mục Bồ đề chỉ bằng 54 -60% còn so với rừng tự nhiên chỉ bằng 44% Đối với thảm mục ở rừng Bồ đề mọc xen Nứa thì lượng thảm mục của Nứa thường lớn hơn Cường độ phân hủy thảm mục Bồ đề diễn ra rất nhanh Sau 8 tuần, trọng lượng mẫu còn 50% và sau 14 tuần chỉ còn 20% Trung bình tốc độ phân hủy thảm mục đạt từ 1 – 1,1% Tác giả đã xác định hệ số K= Thảm mục tồn dư/Tổng lượng rơi rụng hàng năm Hệ số này ở Bồ đề là 0,13

Tại vùng Trung du Vĩnh Phú, Hà Văn Tuế (1993) [53] đã nghiên cứu về năng suất của một số quần xã rừng trồng nguyên liệu giấy Qua kết quả nghiên cứu đã đưa ra năng suất sơ cấp và năng suất VRR của các loại rừng trồng khác nhau và ở

những độ tuổi khác nhau như: năng suất sơ cấp của Bạch đàn (Eucalyptus camaldulensis) tuổi 4 đạt 45.492,4 kg/ha/năm, năng suất VRR 16.009,9 kg/ha/năm; đối với Keo (Acacia mangium) tuổi 4 năng suất sơ cấp đạt 12.027,3 kg/ha/năm,

năng suất VRR đạt 15.568,8 kg/ha/năm…

Một số nghiên cứu về thành phần dinh dưỡng và độ phân hủy của VRR các tác giả Nguyễn Huy Sơn năm (1995) [37], Đỗ Đình Sâm, Nguyễn Huy Sơn (1997) [36], Nguyễn Huy Sơn (1998) [38] khi nghiên cứu về tập đoàn cây cố định đạm trên đất bazan thoái hoá ở Tây Nguyên đã xác định nghiên cứu được lượng phân hủy của lượng VRR của hệ sinh thái rừng Trong thực tế độ ẩm của VRR có quan hệ rất chặt chẽ với các yếu tố khí tượng vì vậy việc xác định được mối quan hệ giữa chúng rất quan trọng, đó là cơ sở để dự báo độ ẩm VRR theo điều kiện khí hậu

Sự phân hủy vật chất hữu cơ thực vật cũng chịu ảnh hưởng lớn của môi trường tự nhiên như: Khí hậu, địa hình, thổ nhưỡng và các tác động của con người, nhưng bên cạnh đó ảnh hưởng của nhóm động vật nói chung, nhóm vi sinh vật nói riêng có ảnh hưởng đến quá trình này Kết quả nghiên cứu về khu hệ vi sinh vật đất đồi núi 6 tỉnh Bắc Trung bộ Việt Nam và đất A- Lưới bị nhiễm chất độc đioxin của Tống Kim Thuần và cộng sự (2002), (2004) [45, 46, 47] cho thấy số lượng nhóm vi sinh vật phân hủy xenlulo đạt 105

CFU/g ở đất rừng và 103 CFU/g ở đất cây bụi và đất trơ sỏi đá

Theo Ngô Đình Quế (2003) [29] khi nghiên cứu về lượng VRR của rừng Đước

ở các độ tuổi khác nhau cho thấy, tổng lượng VRR hàng năm của rừng Đước có sự biến động theo tuổi Từ tuổi 6 đến tuổi 36, lượng VRR hàng năm dao động từ 9,41 tấn/ha (thấp nhất ở tuổi 9) đến 18,79 tấn/ha (cao nhất ở tuổi 12) Trong các độ tuổi

10, tuổi 12 và tuổi 36, lượng VRR hàng năm có sự chênh lệch khá cao giữa các độ tuổi, cao nhất ở tuổi 12 (18,79 tấn/ha), cao hơn các tuổi 10, tuổi 21 và tuổi 36 tương ứng là 6,64; 6,66; 1,41 tấn/ha Như vậy, tổng lượng VRR hàng năm của rừng Đước

có sự khác nhau giữa các độ tuổi

Sinh khối của rừng Tràm có thể được xác định nhanh ngoài thực địa thông qua chỉ tiêu đường kính thân cây ngang ngực (DBH) với sai số nhỏ hơn 10%, đây là chỉ tiêu sử dụng tốt trong ước lượng sinh khối nhanh rừng Tràm ở thực địa Tổng sinh khối phần trên mặt đất của rừng Tràm trên đất than bùn và đất phèn có thể tính toán bằng một hàm số hoặc biểu sinh khối đã được lập cho rừng Tràm: Tổng sinh khối (TSK) = a x DBHb Với a = 0,258 và b = 2,352 Sinh khối (tươi và khô) của thân, cành, lá của cây Tràm sinh trưởng trên đất than bùn và đất phèn cũng có thể được xác định nhanh ngoài thực địa thông qua mối liên hệ của chúng với DBH (Lê Minh Lộc, 2005) [26]

Nghiên cứu sinh khối và khả năng hấp thụ các bon của rừng Mỡ (Manglietia conifera Dandy) trồng tại Tuyên Quang và Phú Thọ, Lý Thu Quỳnh (2007) [31] đã

đưa ra kết quả bước đầu về lượng VRR có dao động khá lớn ở các cấp đất, các cấp tuổi Mối tương quan giữa sinh khối khô và sinh khối tươi của cành, lá và các thành phần khác đều ở mức tương đối chặt đến rất chặt (R: 0,83 - 0,94) và quan hệ sinh khối khô và tươi của cành luôn chặt hơn rất nhiều so với của lá và các VRR khác Nghiên cứu về năng suất lượng rơi của rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên tại Trạm Đa dạng Sinh học Mê Linh, tỉnh Vĩnh Phúc, Lê Đồng Tấn, Đỗ Hoàng Chung (2007) [39], Đỗ Hoàng Chung, Lê Đồng Tấn (2009) [4] đã chỉ ra năng suất lượng rơi của rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên tại khu vực nghiên cứu đạt trung bình từ 8,24 - 15,69 tấn/ha/năm, trong đó tỷ lệ lá chiếm từ 71,04% - 85,89%; cành chiếm tỷ

lệ 14,09% - 25,7% Các bộ phận sinh sản (hoa, quả) chiếm tỷ lệ rất ít so với tổng lượng rơi hàng năm

Nghiên cứu sự phân hủy lá rụng dưới tán rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên tại Trạm Đa dạng Sinh học Mê Linh, tỉnh Vĩnh Phúc, Lê Đồng Tấn, Đỗ Hoàng Chung (2009) [40], đã chỉ ra khối lượng thảm mục trung bình dưới tán rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên tại khu vực nghiên cứu là 9,78 tấn/ha, trong đó lá 7,64 tấn/ha, chiếm 76,39%, cành có 2,23 tấn/ha, chiếm 23,61% Các tác giả đã chỉ ra phần lá rụng tồn

dư chưa phân giải hết liên tục được bổ sung thông qua lượng rơi là động lực chính hình thành lớp thảm mục dưới tán rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên tại Trạm Đa dạng Sinh học Mê Linh, tỉnh Vĩnh Phúc Quá trình phân giải diễn ra liên tục; khối lượng

lá rụng phân giải trong mùa khô (tháng 10 đến tháng 3 năm sau) nhiều hơn mùa mưa (tháng 6 đến tháng 9)

Trong quá trình sống, rừng trả về đất phần lớn các chất khoáng mà chúng đã lấy đi từ đất Các sản phẩm này ở dạng các vật rụng: lá, cành, hoa, quả và thân cây chết Lượng Ca, K, P, N, được cây rừng trả lại cho đất sau khi chết 70 - 90% theo nhu cầu của chúng So với tổng lượng sinh khối chung mà lâm phần tạo ra đến tuổi thành thục, lượng đào thải là 57 - 62%, phần hiện còn trên cây đứng là 38 - 43% Phần đào thải chiếm tỷ lệ lớn nhất là lá, vỏ cây, hoa, quả: 65 - 67% Đây là các bộ phận chứa nhiều đạm và tro Phần gỗ cây bị đào thải là 33 - 35%, phần thân cây hiện còn đến tuổi thành thục là 65 - 67% Nếu xem toàn bộ trữ lượng gỗ thân cây đứng hiện còn ở tuổi thành thục là 100%, thì phần đào thải chiếm 50 - 55% So với phần chất khoáng đã lấy đi từ đất (100%), phần chất khoáng trả lại bề mặt đất rừng trung bình là: đạm 86 đến 90%, các chất tro: 83 đến 89% Sự phân hủy VRR và sự giải phóng chất khoáng thường có liên hệ chặt chẽ với chu trình sinh địa hoá học Nếu sự phân hủy VRR diễn ra chậm thì hầu hết các chất khoáng sẽ quay trở lại bề mặt rừng VRR bị phân hủy tạo thành mùn có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với quá trình hình thành đất và điều chỉnh sự thu nhận các chất khoáng vào đất Trong một héc ta rừng tự nhiên có hàng chục, hàng trăm tấn VRR Khi đủ nhiệt, ánh sáng

và độ ẩm, các lớp VRR này được các vi sinh vật và giun đất công phá và qua nhiều biến đổi trung gian chúng trở thành mùn nhuyễn Mùn nhuyễn có một loạt tính chất như xốp, dung tích chứa khí cao Đất có nhiều thảm mục và mùn trở thành đất có

độ phì cao, có cấu trúc tơi xốp, thấm nước nhanh và giữ nước tốt Thảm mục là môi

trường sống của nhiều loài vi sinh vật và động vật nhuyễn trùng Sự tích luỹ các VRR chưa bị phân hủy có thể làm tăng lớp đệm, do đó có ảnh hưởng đến tính chất đất và tái sinh rừng (Nguyễn Văn Thêm, 2008) [44]

Sinh khối cây cá thể Keo lai có sự dao động theo các cấp đất và các giai đoạn tuổi khác nhau Cấu trúc sinh khối khô cây cá thể Keo lai chủ yếu tập trung vào sinh khối thân 46,37%, rễ 18,60%, cành 16,40%, lá 13,05% và thấp nhất là vỏ 5,59% Cấu trúc sinh khối cây bụi thảm tươi dưới tán rừng trồng Keo lai tập trung nhiều nhất ở tầng thảm tươi (cỏ) chiếm trung bình 42,04%, tiếp theo là rễ cây bụi, chiếm trung bình 29,68%, thân + cành cây bụi chiếm trung bình 19,37% và thấp nhất là ở

lá cây bụi chỉ chiếm trung bình 8,91% Sinh khối lâm phần Keo lai cũng có sự biến động rất lớn theo cấp đất và các tuổi khác nhau Trong đó, trong cùng một cấp đất sinh khối lâm phần Keo lai tăng dần theo tuổi, trong cùng một tuổi sinh khối lâm phần giảm dần theo cấp đất Ở mọi cấp đất sinh khối khô lâm phần Keo lai tập trung chủ yếu ở tầng cây gỗ, sinh khối khô tầng cây gỗ giảm dần theo cấp đất tiếp theo là VRR và cuối cùng là cây bụi thảm tươi, hai loại sinh khối này có xu hướng tăng theo cấp đất Mối quan hệ giữa tổng sinh khối lâm phần với các nhân tố điều tra

D1,3, Hvn, N, A có liên hệ chặt chẽ với nhau Nghiên cứu đã sử dụng hàm lũy thừa (power), phức (compound) để mô phỏng các mối quan hệ này, các phương trình tương quan lập được đều có hệ số tương quan cao, sai tiêu chuẩn thấp, đơn giản và

dễ áp dụng, có thể sử dụng các phương trình này để tính toán nhanh, dự báo sinh khối Keo lai dựa vào các nhân tố điều tra lâm phần như tuổi (A), mật độ (N), D1,3, Hvn, (Võ Đại Hải và cộng sự, 2009) [22]

Tác giả Vương Văn Quỳnh (2010) [32] nghiên cứu các giải pháp sử dụng rừng

để chắn sóng ven biển và giảm lũ ở Việt Nam đã chỉ ra rằng khối lượng VRR ở các trạng thái rừng có sự khác nhau tương đối lớn, dao động 5 - 13 tấn/ha, khối lượng VRR thấp nhất ở rừng trồng cây lá rộng và rừng phục hồi là gần 6 tấn/ha, cao nhất ở rừng tre nứa là 13 tấn/ha ở các rừng khác dao động 7 - 10 tấn/ha

Dương Viết Tình (2010) [49] nghiên cứu khả năng cố định CO2 của một số trạng thái rừng phòng hộ vùng đầu nguồn nhằm góp phần giảm thiểu biến đổi khí hậu ở Thừa Thiên - Huế cho thấy, sinh khối thảm mục khô dưới tán rừng tự nhiên ở

các vị trí chân, sườn và đỉnh là không giống nhau, có biến động rất lớn (3,83 tấn/ha), dao động từ 6,46 tấn/ha (vị trí chân) đến 10,29 tấn/ha (vị trí đỉnh)

Tác giả Dương Thanh Hải, Phạm Văn Điển (2010) đã đưa ra nhận xét VRR thể hiện rõ nét quá trình trao đổi qua lại giữa hệ sinh thái rừng với môi trường [20]; hơn nữa khi nghiên cứu một số đặc điểm của VRR dưới tán TTV rừng về khía cạnh

độ ẩm tự nhiên của VRR, các tác giả cho biết độ ẩm tự nhiên của VRR tại thời điểm điều tra biến động 32,6 - 55,5% Đó là cơ sở để xác định tỷ lệ lượng nước giữ hữu hiệu của VRR

Khi nghiên cứu lượng VRR ở rừng Luồng thuần loài tại Bá Thước, Lang Chánh và Ngọc Lặc (Thanh Hóa), nhóm tác giả Đặng Thịnh Triều, Võ Đại Hải, Nguyễn Văn Bích và Hoàng Văn Thắng (2011) [51] cho biết, tổng lượng VRR ở rừng Luồng thuần loài tại các điểm nghiên cứu dao động từ 3,194 tấn/ha/năm (Lang Chánh) đến 4,082 tấn/ha/năm (Bá Thước) Trong đó lượng VRR đạt lớn nhất ở tháng 11 tại Bá Thước là 0,622 tấn/ha, Lang Chánh 0,497 tấn/ha và Ngọc Lặc 0,533 tấn/ha và lượng VRR ít nhất ở tháng 6 tại Bá Thước là 0,115 tấn/ha, Lang Chánh 0,165 tấn/ha và Ngọc Lặc 0,138 tấn/ha Nhóm tác giả cho biết, lượng VRR giữa các tháng có sự chênh lệch như trên đã thể hiện sự phù hợp với quá trình sinh trưởng, phát triển cũng như chu kỳ khai thác rừng Luồng, điều đó thể hiện ở: (i) khoảng thời gian từ tháng 6 đến tháng 8 lượng VRR ít nhất là thời điểm rừng Luồng sinh măng, số lượng cây Luồng trưởng thành ít do đã tiến hành khai thác; (ii) từ tháng 9 đến tháng 11 lượng VRR lớn vì đây là thời điểm mùa đông; (iii) từ tháng 12 đến tháng 5 năm sau lượng VRR không lớn, đây là thời điểm mà theo đặc điểm khí hậu Việt Nam, đang ở giai đoạn chuyển mùa từ tiết xuân sang hạ, cây rừng nói chung vừa trải qua mùa rụng lá và bắt đầu bước sang mùa sinh trưởng

Nghiên cứu lượng dinh dưỡng trả lại đất rừng thông qua lượng rơi góp phần làm sáng tỏ vòng tuần hoàn dinh dưỡng của hệ sinh thái tác giả Đỗ Hoàng Chung,

Lê Đồng Tấn, Trịnh Xuân Thành, Nguyễn Thị Thanh Nhàn (2011) [5] đã chỉ ra trong nghiên cứu về lượng rơi và dòng dinh dưỡng trong rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên tại Trạm Đa dạng sinh học Mê Linh, Vĩnh Phúc là ở tất cả các quần xã nghiên cứu, lượng N trở lại đất rừng là lớn nhất, sau đó là K, Ca, Mg và P Lượng dinh

dưỡng trở lại đất rừng (kg/ha) thông qua lượng rơi của rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên lần lượt là: 106,88 - 168,18 (N); 0,42 - 1,11 (P); 16,96 - 40,86 (K); 2,23 - 3,82 (Ca) và 1,53 - 2,09 (Mg) Lượng dinh dưỡng trả lại cho đất rừng thông qua lượng rơi phụ thuộc vào cấu trúc và thành phần loài trong quần xã

Nghiên cứu đặc điểm lâm học của một số hệ sinh thái rừng chủ yếu ở Việt Nam, tác giả Trần Văn Con (2011) [3] đưa ra kết luận về lượng VRR ở một số hệ sinh thái rừng như sau: (1) đối với rừng kín lá rộng thường xanh mưa ẩm nhiệt đới, lượng VRR tươi bình quân 11,13 ± 3,95 tấn/ha phân bố không đều trong các tháng; (2) đối với rừng thưa lá rộng rụng lá theo mùa (rừng khộp), lượng VRR trung bình 8,48 ± 1,23 tấn/ha; (3) đối với rừng lá rộng thường xanh ngập mặn, lượng VRR trung bình 7,14 ± 1,48 tấn/ha tập trung vào các tháng 6, 7, 8 và 9; (4) đối với rừng lá rộng thường xanh ngập phèn, lượng VRR bình quân 7,67 ± 1,06 tấn/ha Như vậy, lượng VRR ở các hệ sinh thái rừng khác nhau là không giống nhau, dao động từ 7,14 tấn/ha (rừng lá rộng thường xanh ngập mặn) đến 11,13 tấn/ha (rừng kín lá rộng thường xanh mưa ẩm nhiệt đới) và lượng VRR mới bổ sung thường xuyên không đều ở các tháng trong năm

Khi nghiên cứu về đa dạng nhóm sinh vật phân giải và cường độ phân giải thảm mục trong rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên tại Trạm Đa dạng sinh học Mê Linh, Vĩnh Phúc, Đỗ Hoàng Chung, Nguyễn Thị Thanh Nhàn, Tống Kim Thuần, Nguyễn Trí Tiến, Lê Đồng Tấn, Đặng Kim Vui (2012) [7] đã chỉ ra được ba nhóm

vi sinh vật tham gia phân giải thảm mục tại các quần xã: Nhóm nấm mốc (4 loài); Nhóm vi khuẩn (4 loài); Nhóm xạ khuẩn (15 loài) Trong đó nhóm xạ khuẩn và nấm mốc chiếm ưu thế Có 8 nhóm Mesofauna tham gia phân giải thảm mục Nhóm Collembola tham gia phân giải thảm mục gồm 67 loài thuộc 40 giống, 15 họ Trong

đó có 17 loài bọ nhảy chiếm ưu thế Sinh khối khô của tầng thảm mục tại các quần

xã rừng có sự khác biệt Tổng sinh khối khô của tầng thảm mục tại các quần xã rừng nghiên cứu nằm trong khoảng 8,35 tấn/ha - 12,91 tấn/ha Tác giả đã xác định được hệ số kL tính theo năm dao động từ 1,46 đến 2,88 tùy theo quần xã rừng khác nhau Bằng phương pháp mạng lưới nội tại xác định được cường độ phân giải thảm mục trong các quần xã nghiên cứu nằm ở mức thấp (k = 0,45 - 0,93 năm-1

; t0,95=

3,22 - 6,55 năm) Cường độ phân giải thảm mục phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, gồm: Quần xã sinh vật phân giải, số lượng và chất lượng của VRR và các yếu tố thời tiết khác (Đỗ Hoàng Chung, 2012) [6]

Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Minh Thanh, Dương Thanh Hải (2014) [43] cho thấy: Độ che phủ của lớp phủ thực vật có ảnh hưởng lớn đến sự phát sinh, phát triển của vi sinh vật đất Kết quả phân hủy xenlulo của một số chủng vi sinh vật phân lập từ 18 mẫu đất tại khu vực nghiên cứu cho thấy: hoạt tính phân hủy xenlulo của các chủng vi sinh vật rất khác nhau đặc biệt là nhóm vi khuẩn và nấm mốc, xạ khuẩn thể hiện khả năng phân hủy xenlulo ở các trạng thái đều ở mức yếu (đường kính vòng phân hủy đạt 1 - 5 mm) Như vậy, chỉ xét đến nhóm vi khuẩn và nấm mốc Kết quả nghiên cứu cho thấy: Đối với đất dưới trạng thái rừng tự nhiên từ nghèo đến giàu và rừng trồng Keo tai tượng hay rừng Luồng, số lượng nấm mốc, xạ khuẩn và vi sinh vật phân hủy xenlulo đạt 1,9 x 106

- 4,3 x 107 CFU/g, với đất trảng

cỏ và trảng cỏ, cây bụi giảm 100 - 1.000 lần chỉ còn 1,2 x 103 - 1,4 x 104 CFU/g Kết quả này chứng tỏ độ che phủ, lượng VRR, độ ẩm đất ảnh hưởng rất lớn đến số lượng

vi sinh vật trong đất Mặt khác sự chuyển hóa các chất trong đất nhờ vi sinh vật diễn

ra có độ mạnh yếu rất khác nhau phụ thuộc vào độ che phủ của thực vật

1.2.2 Nghiên cứu về vai trò thuỷ văn của VRR

Ở Việt Nam nghiên cứu về khả năng giữ nước của rừng còn là một vấn đề khá mới mẻ Nó chỉ được bắt đầu vào những năm 1970 với 2 hướng tiếp cận chính là nghiên cứu trên quy mô lưu vực và nghiên cứu trên quy mô khu rừng

Khả năng hút và giữ nước chống xói mòn của VRR được các nhà khoa học trong nước quan tâm như nghiên cứu của Võ Đại Hải (1996) [21] Khi nghiên cứu các dạng cấu trúc hợp lý cho rừng phòng hộ đầu nguồn ở Việt Nam, tác giả Võ Đại Hải đã xác định lượng VRR hàng năm theo phương pháp của Montranop Theo tác giả lớp thảm mục trong rừng cũng có một vai trò không kém phần quan trọng với việc điều tiết nguồn nước và dòng chảy chống xói mòn đất Dưới tán rừng có lớp thảm mục che phủ kín mặt đất ngăn không cho hạt mưa rơi vào đất, hút và giữ lại một phần nước đồng thời là chướng ngại làm giảm tốc độ dòng chảy mặt, qua đó hạn chế được xói mòn dòng chảy mặt Nhờ có lớp cây xanh và lớp thảm mục che

phủ nên độ ẩm của tầng đất mặt (0 - 30 cm) vào những ngày nắng ở trong rừng luôn cao hơn ngoài đất trống, trảng cỏ và cây bụi 2 - 4 lần Qua các nghiên cứu trong ba năm: 1993, 1994, 1995, tác giả đã đưa ra kết luận lượng VRR trong rừng hỗn giao

lá rộng thường xanh nhiệt đới là rất nhiều (11,2 tấn/ha), nếu vật ở trạng thái thô có thể hút được lượng nước bằng 1,38 khối lượng của nó, nếu VRR đã phân huỷ 30 - 40% thì có thể hút được lượng nước gấp 2,3 lần

Nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Lung và Võ Đại Hải (1997) [27] cho thấy vai trò điều tiết nước, chống xói mòn đất của rừng rất lớn Các tác giả đã nghiên cứu toàn diện về thuỷ văn rừng, từ khả năng giữ nước của tán rừng, dòng chảy mặt, dòng chảy men thân, tốc độ thấm nước,… cho tới khả năng giữ nước của tầng thảm tươi cây bụi, lớp thảm mục,… Kết quả nghiên cứu này bước đầu đã xây dựng được một số cơ sở khoa học cho việc xây dựng rừng phòng hộ giữ nước, giữ đất trong thời gian qua ở Việt Nam

Phạm Văn Điển (1998, 1999, 2001, 2002, 2004, 2005, 2006, 2009) [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16] đã nghiên cứu đặc điểm thuỷ văn và khả năng giữ nước của một số TTV rừng tại vùng hồ thủy điện tỉnh Hòa Bình Tác giả đã xác định tốc độ hút giữ nước của VRR ở các trạng thái rừng khác nhau bằng phương pháp ngâm nước và cân nhanh để xác định đặc điểm về khả năng hút nước của VRR

ở các trạng thái TTV khác nhau Kết quả nghiên cứu của tác giả cho thấy: Tốc độ hút giữ nước lúc đầu của VRR tương đối lớn, từ 0 đến 15 phút đầu đạt tốc độ tối đa, sau đó theo thời gian lâu dần thì tốc độ hút giữ nước cũng dần dần giảm xuống, sau

24 giờ thì VRR đạt tới lượng giữ nước tối đa và tốc độ hút giữ nước có xu thế tiến tới 0 Tốc độ hút giữ nước trong khoảng 0 - 15 phút đầu của VRR lớn gấp hai lần tốc độ hút giữ nước trong khoảng thời gian 0 - 30 phút đầu Về tốc độ hút giữ nước của các phần VRR kết quả cho thấy, tốc độ hút giữ nước của phần phân hủy lớn hơn phần bán phân hủy và phần chưa phân hủy Tại Hòa Bình đây là công trình đầu tiên

về lượng nước hút giữ bởi VRR trong rừng

Bằng các phương pháp điều tra hiện trường và thí nghiệm cung cấp nước nhân tạo, Dương Thanh Hải và Phạm Văn Điển (2010) [20] đã xác định được sáu đặc điểm cơ bản của VRR về các khía cạnh lâm học, sinh thái và thủy văn rừng ở vùng

hồ thủy điện tỉnh Hòa Bình Những đặc điểm này được biểu thị thông qua các chỉ

tiêu như: (i)- độ che phủ và độ dày của VRR; (ii)- phân bố khối lượng VRR theo thành phần và theo mức độ phân hủy của VRR; (iii)- tổng lượng VRR và sự biến đổi của lượng VRR trong năm; (iv)- đặc điểm hút nước của VRR; (v)- Lượng nước giữ tối đa của VRR; (vi)- hệ số độ thô của VRR Tác giả cũng đưa ra cách xác định tổng

lượng VRR trong năm bằng cách tính tích số của lượng VRR tại một thời điểm điều tra bất kỳ trong năm với hệ số suy diễn tổng lượng VRR (HVRR)

Hiệu quả giữ nước của VRR là không đáng kể (1,06 - 8,09 mm/năm), nhưng

nó có tác dụng che phủ đất khỏi sức công phá trực tiếp của giọt mưa, hạn chế bốc hơi nước vật lý từ đất, đặc biệt là cản trở dòng chảy trên bề mặt đất dốc nhờ hệ số

độ thô Mặc dù việc xác định hệ số độ thô mới dừng lại ở mức sơ bộ, dựa trên các thí nghiệm cung cấp nước nhân tạo trong điều kiện nghiên cứu còn hạn chế, nhưng cũng có ý nghĩa trong việc mô phỏng vai trò thủy văn của VRR (Dương Thanh Hải, Phạm Văn Điển, 2010) [20]

Kế thừa các phương pháp của Phạm Văn Điển từ năm 2011 đến tháng 5 năm

2013, Nguyễn Minh Thanh, Dương Thanh Hải [42] đã tiến hành nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của một số trạng thái TTV đến môi trường đất tại xã Vầy Nưa, Đà Bắc, Hòa Bình Kết quả nghiên cứu cho thấy VRR có khả năng giữ một lượng nước rất thấp, nên không có tác dụng nhiều cho việc tiêu giảm nước đỉnh lũ và lưu lượng nước lũ, cũng không nên coi là có hiệu quả đối với bảo vệ nguồn nước vì nó không thể chảy vào sông ngòi, cũng không được thực vật hấp thu, mà chỉ thông qua bốc thoát hơi nước trở lại khí quyển Lợi ích của VRR là ở chỗ, nhờ có sự che phủ của VRR mà làm giảm lượng nước bốc hơi, qua đó bảo tồn nước trong đất

Năm 2013, Nguyễn Minh Thanh, Dương Thanh Hải [41] nghiên cứu về khả năng thấm nước của đất tại xã Vầy Nưa, Hòa Bình đã có nhận xét tốc độ thấm nước ban đầu của đất tỷ lệ thuận với độ xốp tầng mặt và tỷ lệ nghịch với độ ẩm ban đầu Thảm thực vật là nguyên nhân gián tiếp gây sự thấm nước, còn nguyên nhân chủ yếu là do độ xốp và độ ẩm tầng đất mặt của đất rừng Cụ thể ở từng trạng thái thực vật cho thấy: Tốc độ thấm nước của đất ở rừng tự nhiên trạng thái giàu cao nhất (14,6 mm/phút) bằng 2,5 lần so với trảng cỏ (5,7 mm/phút) và bằng 1,9 lần so với

rừng trồng Luồng (7,6 mm/phút) Tốc độ thấm nước ban đầu của đất rừng tự nhiên (trung bình là 11,4 mm/phút) cao hơn rừng trồng Keo (8,2 mm/phút), trảng cỏ, cây bụi là 6,4 mm/phút Kết quả này đã chứng tỏ 3 trạng thái rừng tự nhiên và rừng trồng Keo tai tượng có khả năng thấm rất nhanh, các đối tượng còn lại thuộc dạng

- Chưa làm rõ vai trò của các quá trình tích lũy và phân hủy vật chất hữu cơ đối với quá trình tuần hoàn thủy văn rừng và hạn chế xói mòn đất, bảo vệ độ phì đất

- Việc nghiên cứu đặc điểm tích lũy, phân hủy vật chất hữu cơ thực vật mới dừng lại ở việc đánh giá lượng sinh khối thực vật trên mặt đất và gắn liền với việc nghiên cứu khả năng tích lũy các bon trong những năm gần đây Còn ít nghiên cứu định vị và ít hướng vào việc nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái tới quá trình và khả năng tích lũy sinh khối thực vật Ít gắn kết giữa đặc điểm tích lũy và phân hủy vật chất hữu cơ với đặc điểm thủy văn rừng và xói mòn đất, ngay cả trong trường hợp đối tượng nghiên cứu là rừng phòng hộ đầu nguồn

- Phương pháp và thiết bị đo thủy văn rừng nói chung và vai trò thủy văn của VRR nói riêng của một số tác giả như: Helvey và Patric (1965) [75], Leonard R E.,

1967 [81], Jackson, 1975 [77], Dunne T (1978) [67], Frangi và Lugo (1985) [71], Lugo (1986) [85], Herwitz (1986) [76], Lloyd và Marques-Filho, 1988 [84], Ramirez (1988) [91], Kimmin, 1989 [78], Bruijnzeel L A., (1990b, 1991) [60, 61], Thomas Dune (1992) [98], M Djorovic (1992) [86], Gary M Pierzynski, et al (1998) [72], Elias Stainbuck (2002) [69], Beven, (1988) [58], O’ Loughlin (1990) [88], Vertessy

et al., (1990) [99] chưa phản ánh được cơ chế ảnh hưởng của rừng nhiệt đới đến nguồn nước, quy luật biến động của các thành phần cân bằng nước trong tuần hoàn thủy văn rừng, đặc biệt tuần hoàn thủy văn của VRR ở rừng nhiệt đới

Bên cạnh những hạn chế, việc nghiên cứu đặc điểm tích lũy và phân hủy và vai trò thủy văn của VRR ở Việt Nam cũng đã đạt được những thành tựu nhất định, đặc biệt về phương pháp nghiên cứu Nó không chỉ kế thừa được kinh nghiệm của thế giới trong nghiên cứu thủy văn rừng nói chung và thủy văn của VRR nói riêng,

mà còn vận dụng một cách sáng tạo những kỹ thuật mới trong xây dựng cơ sở dữ liệu và phân tích thông tin để nghiên cứu khả năng giữ nước của rừng Ngoài ra, chúng còn được nghiên cứu dựa trên các quan điểm là sinh thái và sinh khối; sinh lý

- sinh thái - sinh trưởng, phân bố và cấu trúc, biến đổi và động thái, thủy văn rừng

và xói mòn đất, dự báo và tác động kỹ thuật cụ thể chưa được quan tâm đúng mức

Vì vậy, việc gắn kết nghiên cứu giữa đặc điểm tích lũy và phân hủy vật chất hữu cơ với cấu trúc quần xã thực vật rừng, điều kiện lập địa và với đặc điểm thủy văn rừng

và xói mòn đất là rất cần thiết

Từ phần tổng quan vấn đề nghiên cứu ở ngoài và trong nước, luận án đặt

ra những câu hỏi nghiên cứu như sau:

- VRR bao gồm những thành phần nào? Khối lượng của chúng ra sao?

- Theo thời gian, diễn biến về khối lượng của VRR như thế nào? Ảnh hưởng của những nhân tố chủ yếu tới chúng?

- VRR có vai trò gì với thủy văn rừng?

- Có thể dự đoán được khối lượng VRR tại các thời điểm bất kỳ trong năm?

Dự báo trong tương lai khối lượng này là bao nhiêu?

Đây là những vấn đề rất quan trọng mà các công trình nghiên cứu trước đây chưa quan tâm đúng mức Trong luận án này tác giả sẽ đưa ra những kết quả nghiên cứu để giải quyết những vấn đề nêu trên Đồng thời để làm rõ đặc điểm tích lũy, phân hủy vật chất hữu cơ và vai trò sinh thái - thủy văn của VRR, cần thiết phải nghiên cứu định vị theo hướng dự báo và phát hiện quy luật Đây cũng là một đòi hỏi đối với việc nghiên cứu về chủ đề này ở Việt Nam

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu

2.1.1 Đặc điểm điều kiện lập địa và cấu trúc, sinh trưởng của rừng

2.1.1.1 Đặc điểm khí hậu và thủy văn

2.1.1.2 Đặc điểm địa hình - thổ nhưỡng

2.1.1.3 Đặc điểm cấu trúc của các trạng thái TTV

2.1.1.4 Các đại lượng sinh trưởng của các trạng thái TTV

2.1.2 Đặc điểm tích lũy VRR

2.1.2.1 Thành phần VRR

2.1.2.2 Vật rơi rụng bổ sung

2.1.2.3 Vật rơi rụng tồn dư

2.1.3 Đặc điểm phân hủy VRR

2.1.3.1 Tổng khối lượng VRR phân hủy của các trạng thái TTV

2.1.3.2 Diễn biến khối lượng VRR phân hủy

2.1.3.3 Tốc độ phân hủy VRR

2.1.3.4 Tác động của vi sinh vật đối với sự phân hủy VRR

2.1.4 Vai trò thủy văn của VRR

2.1.4.1 Quá trình giữ nước của VRR

2.1.4.2 Đặc điểm hút nước của VRR

2.1.4.3 Khả năng giữ nước tối đa của VRR

2.1.4.4 Hệ số độ thô của VRR

2.1.4.5 Ảnh hưởng của VRR đến khả năng thấm nước của đất rừng

2.1.4.6 Ảnh hưởng của VRR đến hệ số xói mòn của đất rừng

2.1.5 Dự báo một số đặc trưng của VRR

2.1.5.1 Dự báo khối lượng VRR bổ sung

2.1.5.2 Dự báo khối lượng VRR tồn dư

2.1.5.3 Dự báo khối lượng VRR phân hủy

2.1.5.4 Dự báo lượng nước giữ tối đa và lượng nước giữ hữu hiệu bởi vật rơi rụng

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Quan điểm và phương pháp luận

Vật rơi rụng là một mắt xích quan trọng của quá trình lưu động và tuần hoàn vật chất trong hệ sinh thái rừng Đặc điểm tích lũy của VRR được hiểu là sự tăng thêm của lớp thảm mục trong chu trình sinh học của hệ sinh thái rừng Tỷ lệ thay đổi về khối lượng của lượng VRR bổ sung và lượng VRR phân hủy phụ thuộc vào nguồn cung và sự chuyển hóa sau này của thảm mục Đặc điểm tích lũy này được phản ánh bởi lượng VRR trên mặt đất ở các thời điểm trong năm (tháng, quý, các mùa) và cả năm

Đặc điểm phân hủy của VRR được hiểu là sự chuyển hóa lớp thảm mục thành mùn Lượng sinh khối của lớp thảm mục cung cấp phần lớn chất hữu cơ và dinh dưỡng khoáng cho đất, chúng đóng vai trò quan trong trong quá trình hình thành đất

và trong các chu trình tuần hoàn vật chất của hệ thống “đất rừng - thực vật rừng - đất rừng”

Trong khi, vai trò thủy văn của VRR được hiểu là khả năng giữ nước, điều tiết nguồn nước và bảo vệ đất Vai trò thủy văn của VRR rất quan trọng, trong đó vai trò gián tiếp (tăng lượng nước thấm xuống đất, giảm lượng nước chảy bề mặt và lượng nước bốc hơi vật lý từ đất) lớn hơn vai trò trực tiếp (thấm và giữ nước trong VRR) Khi nghiên cứu đặc điểm tích lũy, phân hủy và vai trò thủy văn của VRR quan điểm của của luận án cũng được thể hiện ở quan điểm lâm phần, quan điểm tổng hợp và hệ thống Trong đó:

Quan điểm lâm phần:

Các trạng thái TTV rừng đều có những đặc trưng riêng về cấu trúc, hình thái, sinh trưởng, phát triển ở mỗi độ tuổi, từng thời điểm khác nhau trong năm nên có ảnh hưởng đến động thái biến đổi VRR và các chỉ tiêu liên quan đến vai trò thủy văn của VRR Do vậy, khi nghiên cứu đặc điểm của VRR cần phải tiếp cận theo từng trạng thái TTV rừng có đặc trưng khác nhau Chính vì vậy khi nghiên cứu đặc điểm sinh thái, thủy văn của VRR, luận án luôn quan tâm tới đặc điểm cấu trúc của các trạng thái rừng

Quan điểm sinh thái và thủy văn:

Vật rơi rụng vừa là một thành phần sinh thái quan trọng, vừa là một mắt xích thủy văn có ý nghĩa của hệ sinh thái rừng Vì vậy, luận án đã gắn kết tối đa những đặc điểm sinh thái với đặc điểm thủy văn của vật rơi rụng, đồng thời quá trình mô phỏng toán học đã chú ý đúng mức, tôn trọng các quy luật sinh thái và thủy văn rừng

Phương pháp luận tổng quát của luận án là sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên hệ thống OTC định vị để xác định mối liên hệ của các chỉ tiêu cụ thể phản ánh đặc trưng tích lũy, phân hủy và khả năng giữ nước của VRR với những nhân tố có ảnh hưởng quan trọng trong thời gian ba năm Tiếp theo là khái quát hóa thành các quy luật và so sánh sự khác biệt giữa các trạng thái TTV Từ đó đưa ra các dự báo nhằm tạo ra những ứng dụng trong thực tiễn để phát huy đồng thời và tối đa chức năng phòng hộ nguồn nước của TTV

2.2.2 Cách tiếp cận

Cách tiếp cận của đề tài là sử dụng số liệu thực nghiệm được điều tra định kỳ trên ô mẫu định vị có điều kiện sinh thái và điều kiện trạng thái TTV khác nhau để phát hiện và phân tích các mối liên hệ giữa các chỉ tiêu phản ánh đặc điểm tích lũy

và phân hủy vật chất hữu cơ thực vật và vai trò thủy văn của VRR với những nhân

tố có ảnh hưởng chủ yếu

2.2.3 Phương pháp nghiên cứu tài liệu thứ cấp

Kế thừa các kết quả nghiên cứu trước đây làm cơ sở cho việc so sánh, phân tích và phục vụ cho việc viết tổng quan tài liệu

Đã sử dụng có chọn lọc các số liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội huyện Đà Bắc, tỉnh Hòa Bình Các chỉ tiêu khí hậu thủy văn trong thời gian 3 năm của Trạm Khí tượng Thủy văn Hòa Bình do Trung tâm Khí hậu Thủy văn Trung ương cung cấp

Kế thừa một phần số liệu đề tài cấp Bộ (nhiệm vụ nghiên cứu khoa học công nghệ đặc thù của Bộ Nông nghiệp và PTNT): Nghiên cứu đặc điểm tích lũy và phân hủy chất hữu cơ thực vật ở rừng phòng hộ đầu nguồn hồ thủy điện tỉnh Hòa Bình, được thực hiện từ năm 2011 - 2014 và tác giả là cộng tác viên thực hiện phần lớn các nội dung của đề tài

2.2.4 Phương pháp bố trí ô mẫu và lập OTC

* Bố trí ô mẫu định vị: Đã thiết lập 18 ô mẫu định vị Các ô phân bố trên 6

trạng thái TTV chủ yếu ở huyện Đà Bắc thuộc vùng ven hồ thủy điện tỉnh Hòa Bình Đây là các lô rừng đại diện cho các trạng thái rừng đặc trƣng tại khu vực nghiên cứu từ xấu đến tốt, từ nghèo đến giàu, từ trảng cỏ, cây bụi đến rừng tự nhiên

và rừng trồng; phân bố ở độ dốc từ 15 - 350 Số lƣợng các ô nghiên cứu trong các trạng thái TTV đƣợc thể hiện ở bảng 2.1

Bảng 2.1 Số lƣợng các ô nghiên cứu trong các trạng thái

Trạng thái

TTV

Thời gian (năm)

Diện tích (m2/ô)

Số lƣợng (ô)

Diện tích (m2)

Số lƣợng ODB/

OTC (ô)

Tổng ODB (ô)

Tổng lƣợt

số liệu về ODB trong

Hình 2.1 Bản đồ vị trí các OTC ở khu vực nghiên cứu

* Phương pháp lập OTC: Sử dụng bản đồ, thước dây, địa bàn cầm tay để

xác định vị trí OTC Ô tiêu chuẩn (OTC) hình chữ nhật được lập bằng máy GPS và kết hợp với bản đồ địa hình khu vực nghiên cứu

+ Đối với rừng tự nhiên lập OTC có chiều dài 40 m song song với đường đồng mức, chiều rộng 25 m vuông góc với đường đồng mức

+ Đối với rừng trồng lập OTC chiều dài 25 m song song với đường đồng mức, chiều rộng 20 m vuông góc với đường đồng mức

+ Đối với trảng cỏ, cây bụi lập OTC chiều dài 10 m song song với đường đồng mức, chiều rộng 10 m vuông góc với đường đồng mức

* Phương pháp lập ODB

Trên mỗi OTC của trạng thái rừng tự nhiên lập 12 ô dạng bản (ODB), diện tích 4 m2/ô hình nanh sấu Trạng thái rừng trồng lập 5 ODB, diện tích 4 m2/ô tại 4 góc và vị trí trung tâm OTC Trạng thái trảng cỏ, cây bụi lập 3 ODB, diện tích 4

m2/ô

Ô dạng bản được chia làm 4 phần (mỗi phần 1 m2): phần 1 lót ni lông để xác định lượng VRR; 1 phần để xác định lượng chất hữu cơ phân hủy; 1 phần quét sạch sau mỗi lần thu gom VRR, 1 phần để nguyên và lấy mẫu đất Vị trí đặt ô được chọn theo phương pháp đánh số rút thăm trong 4 phần/OTC

2.2.5 Phương pháp thu thập số liệu

* Thu thập số liệu về điều kiện lập địa và cấu trúc, sinh trưởng của rừng

Đặc điểm địa hình

Địa hình được điều tra trên các ODB đã được lập trong mỗi OTC Việc làm này tạo thuận lợi cho xác định mối quan hệ của một số đặc điểm VRR với những nhân tố có ảnh hưởng, trong đó có địa hình

+ Độ dốc mặt đất: Đo bằng địa bàn cầm tay tại các sườn dốc nơi đặt các OTC Trong mỗi OTC đo ở 10 vị trí ngẫu nhiên, khác nhau và tính trung bình

+ Chiều dài sườn dốc là khoảng cách từ đỉnh dông hoặc đường phân thủy đến

+ Độ ẩm đất: Độ ẩm đất cần quan tâm là độ ẩm tự nhiên của lớp đất mặt (0 -

10 cm), chỉ tiêu này được xác định theo phương pháp tủ sấy, sấy ở nhiệt độ 105 -

1100C đến khối lượng không đổi

+ Hàm lượng mùn được phân tích theo phương pháp Tjurin

+ Tỷ trọng được xác định bằng phương pháp Picnomet

+ Dung trọng được xác định bằng ống dung trọng có thể tích 100 cm3

+ Độ xốp được xác định thông qua tỷ trọng và dung trọng:

X = (1 - D/d)* 100 (2.1) Trong đó D là dung trọng và d là tỷ trọng của đất

+ Xác định tỷ lệ của hàm lượng các bon/ni tơ (C/N) bằng công thức:

C/N = (Chất hữu cơ x 0,58)/Đạm tổng số (2.2)

+ Trữ lượng chất hữu cơ trong đất (tấn/ha) xác định bằng công thức: trữ

lượng chất hữu cơ = 10.000 * dung trọng * độ dày tầng đất * % chất hữu cơ (2.3)

Một số chỉ tiêu lý, hóa tính đất được phân tích theo các TCVN, cụ thể như sau:

Thịt 0,05-0,002 mm Sét <0,002 mm