Nghiên cứu đặc trưng thấm và giữ nước tiềm tàng của đất rừng tại núi luốt xuân mai chương mỹ hà nội

Khi nước thấm vào đất và dịch chuyển trong đất, đứng về mặt bản chấtvật lý học mà nói, chúng chịu sự chi phối của trọng lực do lực hấp dẫn địa cầusinh ra và lực tác dụng mao quản do tiếp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

ĐẶT VẤN ĐỀ

Nghiên cứu đặc trưng thấm và giữ nước của đất rừng có ý nghĩa quantrọng đối với ngành Lâm nghiệp Nắm được đặc trưng thấm và giữ nước củađất rừng, có thể hình dung được sự vận động và biến đổi của lượng nướctrong đất rừng, xác định được năng lực điều tiết tuần hoàn thuỷ văn của đất và

cơ chế phát sinh dòng chảy

Khả năng thấm và giữ nước của đất là cơ sở quan trọng nhất để giữnước trong đất và giữ đất tại chỗ Hiệu quả giữ nước của đất là chỉ tiêu tổnghợp chi phối chu trình thuỷ văn và hiệu quả phòng chống xói mòn đất Ngoài

ra, nó còn là cơ sở để giải thích cơ chế phát sinh dòng chảy, xây dựng căn cứkhoa học cho xác định yêu cầu cấu trúc rừng bảo vệ nguồn nước, đồng thời để

đề xuất các giải pháp phát huy tốt hơn các chức năng có lợi khác của rừng

Tuy nhiên, những nghiên cứu về đặc trưng thấm và giữ nước của đấtrừng ở Việt Nam còn rất hạn chế Kết quả của phần lớn các nghiên cứu đómới chỉ giúp nhận thức một cách sơ bộ về đặc trưng thấm, giữ nước của đấtrừng Điều này đã gây khó khăn cho việc phân tích cơ chế phát sinh dòngchảy trên sườn dốc, dự báo xói mòn đất và lũ lụt; đồng thời chưa đủ luận cứkhoa học để đề xuất những giải pháp quản lý rừng phòng hộ nguồn nước theohướng phát huy đồng thời và tối đa những chức năng có lợi của rừng cả vềsinh thái và kinh tế

Để góp phần giải quyết một số tồn tại nêu trên, đề tài “Nghiên cứu đặc trưng thấm và giữ nước tiềm tàng của đất rừng tại núi Luốt - Xuân Mai - Hà Nội” đã được thực hiện.

Do điều kiện nghiên cứu và thời gian có hạn, đề tài chỉ xác định một số

đặc trưng thấm và giữ nước tiềm tàng của đất rừng trong điều kiện cung cấp

nước nhân tạo ở khu rừng thực nghiệm núi Luốt của trường Đại học Lâmnghiệp, như một ví dụ minh họa thể hiện đặc trưng thấm, giữ nước của đấtrừng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Ở ngoài nước

1.1.1 Thành qu ả nghiên cứu

1.1.1.1 Khả năng thấm nước của đất

Sự thấm nước của đất là một trong những vấn đề được nghiên cứu sâu rộng trong lĩnh vực thủy văn học, từ lý luận sản sinh dòng chảy mặt tiếp giáp

mà xét, sự thấm nước của đất là chỉ thị cho khả năng của tầng điều tiết quantrọng nhất trong tuần hoàn thủy văn của nước, sau khi nước mưa đã đi quabầu không khí và lớp thảm thực vật che phủ Sự thấm nước của đất có tácdụng rất quan trọng trong việc hình thành cơ chế phát sinh dòng chảy Cónhiều mô hình thấm nước của đất dựa vào việc đơn giản hóa quá trình vật lý

và các mô hình kinh nghiệm, trong đó có mô hình Philip và mô hình cải tiếncủa nó là mô hình Smith - Parlange, mô hình Green - Ampt, mô hình Horton,

mô hình Holtan, vv

Khi nước thấm vào đất và dịch chuyển trong đất, đứng về mặt bản chấtvật lý học mà nói, chúng chịu sự chi phối của trọng lực do lực hấp dẫn địa cầusinh ra và lực tác dụng mao quản do tiếp xúc giữa nước và hạt đất (Baver,1937) (dẫn theo Nguyễn Thị Bích Ngọc, [33]), nhưng do sự biến đổi của kếtcấu đất và của thành phần cơ giới đất, dẫn đến sự rối loạn đan chéo vào nhaucủa con đường vận động của nước trong đất, việc ứng dụng định luật Darcy -định luật mô tả vận động của nước trong một môi trường đồng nhất nhiều lỗhổng - và phương trình liên tục về sự vận động của nước trong đất rừng đểnghiên cứu định lượng và dự báo, sẽ dẫn đến những sai lệch tương đối lớn sovới tình hình thực tế vì phạm vi sử dụng của định luật Darcy là dùng cho vận

động của dòng chảy trong một tầng đất Vận động của dòng chảy ưu tiên của

nước trong đất là vận động của dòng chảy rối loạn, mô tả nó về mặt lý luận có

thể sử dụng phương trình Darcy - Weisbach Những nghiên cứu trước kia về

dòng ưu tiên chủ yếu là sử dụng dòng chảy theo đường ống, dòng chảy theo

đường ống là vận động của dòng chảy rối loạn của chất lỏng đi theo conđường vận động thông qua các lỗ hổng lớn hơn mao quản của cơ chất(Atkinson, 1978) (dẫn theo Lê Hồng Liên, [28]); nhưng những nghiên cứugần đây cho thấy rõ, dù rằng trong đất cát (cơ chất) thuần nhất, nhưng do sựkhông ổn định của mức độ đỉnh cao ẩm ướt, nên vẫn có thể dẫn đến vận độngdòng chảy của nước trong đất theo chủ quan (Stagnitti and Parlange, 1995)(dẫn theo Nguyễn Thị Bích Ngọc, [33]) Từ góc độ ảnh hưởng của rừng đốivới tuần hoàn thủy văn mà xét, do trong hoàn cảnh của rừng có sự phân giảiliên tục của thảm mục, hoạt động của rễ cây, hoạt động phong phú của độngvật dẫn đến vận động của dòng chảy theo đường ống trong các lỗ hổng tươngđối lớn, có một ý nghĩa vô cùng quan trọng về ảnh hưởng của rừng đối với sựhình thành dòng chảy lưu vực rừng và lượng nước sản sinh ra của lưu vực(Jones, 1997) (dẫn theo Lê Hồng Liên, [28])

Do đó, bất luận là vận động theo phương thẳng đứng hoặc ra các bêntheo phương nằm ngang của nước trong môi trường đất, khi xem xét đến tính

chất không đồng nhất của môi trường đất, việc sử dụng phương trình Laplace cho vận động bão hòa và phương trình Richards cho vận động không bão hòa

- vốn là mô tả vận động của chất lỏng trong môi trường đồng nhất để mô tảvận động thực tế của nước trong đất sẽ rất khó đạt được tính chân thực chuẩnxác của nó

Công trình nghiên cứu đầu tiên về đặc trưng thấm nước của đất là củaDarcy (1856) (dẫn theo Nguyễn Thị Bích Ngọc, [33]) Tác giả này đã đưa rađịnh luật Darcy để tính lượng nước thấm vào đất Trong định luật này tác giả

đã khẳng định hệ số thấm phụ thuộc vào tính chất đất đồng thời phụ thuộc vàotính chất của chất lỏng (nước) - tức là độ nhớt của chúng, mà độ nhớt lại phụ

thuộc vào nhiệt độ và mức độ khoáng hóa Khi nhiệt độ giảm thì độ nhớt sẽtăng dẫn đến làm giảm tốc độ thấm và ngược lại Tác giả đã biểu thị bằngcông thức toán học và được gọi là định luật Darcy:

Q = K.S.T.h/lTrong đó: Q là lượng nước thấm (cm3), K là hệ số thấm (cm3), T là thờigian thấm (phút), h là độ chênh lệch áp lực cột nước ở đầu trên và đầu dướicủa cột thấm, l là chiều dài đoạn đường thấm (cm) Đồng thời, định luật cònđược biểu thị bằng phương trình tốc độ thấm:

V = K.IVới V là tốc độ thấm (mm/giây, cm/phút, hoặc m/ngày đêm), I = h/lSau này, người ta nhận thấy rằng khi xác định tốc độ thấm của đấttrong những điều kiện nhiệt độ thay đổi thì không thể so sánh được, do đóngười ta quy về điều kiện tiêu chuẩn ở 100C bằng cách sử dụng hệ số điều chỉnh nhiệt độ của Hazen là: 0,7 + 0,3t khi tính hệ số thấm.

Đến năm 1937, Vusoski (dẫn theo Lê Hồng Liên, [28]) nhà bác họcngười Nga đã xây dựng được công thức tính lượng nước thấm xuống đất.Công trình nghiên cứu của Fraisơ (1963) (dẫn theo Phùng Ngọc Lan, 1994,[27]) đã nghiên cứu việc phân bố lượng nước rơi trong rừng thường xanh ởBrazil Kết quả nghiên cứu đã đưa ra kết luận là lượng nước trực tiếp xuốngđất rừng sau một trận mưa là rất lớn Nếu đất rừng có khả năng thấm nước caothì sẽ giảm được lượng nước chảy bề mặt, giảm xói mòn

Đã có nhiều mô hình nghiên cứu nước thấm vào đất dựa trên việc đơngiản hóa quá trình vật lý các mô hình kinh nghiệm như mô hình Philip và cảibiến của nó là mô hình Smith - Pilange, mô hình Green - Ampt, mô hìnhHorton, Khả năng thấm nước của đất cũng được nghiên cứu cùng với sự tácđộng ảnh hưởng của lửa rừng Theo kết quả nghiên cứu của Dernes (1976)(dẫn theo Nguyễn Thị Bích Ngọc, [33]) đốt lửa làm cho lớp đất mặt từ 2,5 -

30 cm giảm rõ rệt độ thấm nước và làm tăng sự bay hơi bề mặt, lớp đất mặttrở nên khô, độ xốp của đất giảm, kết cấu đất bị phá vỡ.

Nhìn chung, đất rừng có hiệu suất thấm nước lớn hơn so với các loạihình sử dụng đất khác, hiệu suất ổn định của nước thấm xuống trong đất rừngtốt có thể lên tới 80 cm/h trở lên (Dunne (1978) (dẫn theo Nguyễn Thị BíchNgọc, [33]) Còn ở Trung Quốc, các nhà khoa học thường dùng lượng nướcbão hòa các lỗ hổng ngoài mao quản trong đất rừng để tính toán lượng nướcthấm xuống đất

Sau này đã có khá nhiều mô hình được xây dựng để mô tả quá trìnhthấm nước của đất hoàn thiện và đầy đủ hơn, như các mô hình dựa trên việcđơn giản hoá quá trình vật lý và mô hình kinh nghiệm gồm các mô hình Philip

và mô hình cải tiến của nó là mô hình Smith Parlange, mô hình Green Ampt, mô hình Horton, v.v…Mặc dù, những mô hình này đã mô phỏng khátốt sự vận động của nước trong đất nông nghiệp và trong thuỷ văn lưu vực đấtnông nghiệp (Skaggs and Khaleel, 1982) (dẫn theo Lê Hồng Liên, [28]),nhưng khi ứng dụng trong lưu vực rừng lại gây ra những thách thức nghiêmtrọng (dẫn theo Bùi Hiếu, 2002, [14])

-1.1.1.2 Khả năng giữ nước của đất

Khả năng giữ nước của đất là khả năng giữ lại nước trong điều kiện códòng chảy tự do về phía dưới Số lượng nước được đất giữ lại trong điều kiệnnhư vậy được đặc trưng bằng độ trữ ẩm toàn phần và có tầm quan trọng trongsản xuất nông nghiệp cũng như trong kinh doanh rừng Do đó, có rất nhiềunhà khoa học đã nghiên cứu về vấn đề này

Penman (1991) (dẫn theo Nguyễn Thị Bích Ngọc, [33]) đã sử dụngphương pháp động lượng học không khí để tính toán ra lượng lưu thông tiềmnhiệt dùng cho bốc hơi Monteith cải tiến thêm thành phương pháp tính toánhiệu suất phản xạ của thảm thực vật hình thành phương pháp Penman -

Monteith để tính toán lượng phát tán hơi nước, trong đó việc xác định lực cảnđộng lực học không khí và lực cản của tầng tán rừng có tầm quan trọng bậcnhất.

Theo Jones (1997) (dẫn theo Đỗ Đình Sâm và cộng sự, [38]) nhìn từgóc độ hình thành dòng chảy nếu như không có con đường ưu tiên của vậnđộng của nước trong đất (dòng ưu tiên), sẽ không có khả năng hình thànhdòng chảy mạch nước ngầm, dòng chảy tốc độ nhanh trong đất, dòng chảy lưuvực v.v…

Những nghiên cứu của Atkinson (1978) (dẫn theo Lê Hồng Liên, [28])

về dòng ưu tiên chủ yếu là sử dụng dòng chảy theo đường ống, dòng chảytheo đường ống là vận động của dòng chảy rối loạn của chất lỏng đi theo conđường vận động thông qua các lỗ hổng lớn hơn mao quản

Trong những năm gần đây, đã có nhiều công trình nghiên cứu về dòngchảy mặt như công trình nghiên cứu của Moltranov A.A (1960, 1973),Matveev P.N (1973), Santra Regina L (1989), Giacomin (1992) (dẫn theoPhùng Văn Khoa, [23])…Một trong những công trình nghiên cứu toàn diệnphải kể đến là công trình của Moltranov tiến hành tại Liên Xô Tác giả này đãnghiên cứu khá tỉ mỉ về khả năng thấm và giữ nước của đất rừng, sự khác biệt

về lượng nước bị giữ lại ở trên các tán rừng, lượng nước chảy men thân cây,lượng mưa dưới tán rừng Tác giả đã khẳng định ngay rằng ở những nơi có độdốc 25 - 300, đất rừng vẫn có khả năng chuyển nước chảy mặt đất thành nướcngầm Hiệu quả làm khô đất của cây rừng ở Liên Xô không chỉ thấy trên cácvùng đầm lầy mà còn ở những khu vực có lượng mưa thấp như các vùngTrung Á Kết quả nghiên cứu của Moltranov có ý nghĩa không chỉ trong côngtác xây dựng tiêu chuẩn rừng giữ nước mà còn trong lĩnh vực nghiên cứu hìnhthành và phương pháp nghiên cứu thuỷ văn rừng

Theo Rode và Koloskop (dẫn theo Vương Văn Quỳnh, [37]) độ trữ ẩmhấp phụ cực đại là lượng nước lớn nhất mà đất giữ lại nhờ lực hấp phụ, haynói cách khác là lượng nước lớn nhất của nước liên kết chặt Theo Lebedev,

độ trữ ẩm phân tử cực đại là lượng nước lớn nhất được giữ lại trong đất nhờlực phân tử, bao gồm nước hút ẩm không khí cực đại và nước màng TheoRozop (1936), Rode (1952, 1963, 1969), Astapop (1943), Katriski (1970)(dẫn theo Vương Văn Quỳnh, [37]) độ trữ ẩm cực đại là lượng nước lớn nhất

mà đất giữ lại được sau khi nước trong lưu vực đã rút chảy và không có hiệntượng dâng mao quản từ dưới mạch ngấm lên

Bude Ko (1943) (dẫn theo Bùi Hiếu, [14]) đã sáng lập ra phương phápcân bằng năng lượng thông qua việc dựng lên một phương trình cân bằngnăng lượng để xác định lượng lưu thông tiềm nhiệt dùng cho bốc hơi nước, từ

đó xác định lượng nước bốc hơi

Trên cơ sở nghiên cứu nhiều năm, Kantrinski [40] còn đưa ra bảngđánh giá độ trữ ẩm cực đại sau:

Bảng 1.1 Đánh giá độ trữ ẩm cực đại của đất

30 – 40 Tốt

Đất cát (đất trồng trọt) ở tầng cày có độ trữ ẩm cực đại từ

20 - 25%

40 – 50 Tốt nhất

Theo Rode A.A [40], lượng chứa nước hữu hiệu trong đất được chiathành các dạng sau:

Bảng 1.2: Lượng chứa nước hữu hiệu trong đất

- Không tiêu (thực vật không sử dụng

được)

- Độ trữ ẩm từ không đến sức chứa ẩm phân tử cực đại

- Rất khó sử dụng - Từ sức chứa ẩm phân tử cực đại đến độ

tiếp mà nó mang lại Trần Huệ Tuyền [43] đã nghiên cứu khả năng giữ nướccủa rừng đầu nguồn hồ Tùng Hoa - Côn Minh (Trung Quốc) cho thấy với diệntích rừng đầu nguồn là 60.000 ha, độ tàn che là 30%, hàng năm giữ lại đượckhoảng 8,3 triệu m3nước.

Khi nghiên cứu về bốc hơi nước, Danton (1976) (dẫn theo Phùng NgọcLan, [27]) khẳng định, khả năng giữ nước của đất phụ thuộc vào khả năng bốchơi bề mặt đất và đưa ra phương trình sau:

Nhìn chung, những nghiên cứu về khả năng thấm, giữ nước của đấtrừng của các tác giả là khá đa dạng và đã có những kết quả nhất định có thể

áp dụng vào thực tiễn sản xuất nông - lâm nghiệp

1.1.1.3 Lượng nước bốc hơi

Bốc hơi nước trên đất rừng là một trong những nhân tố quan trọng nhấtcủa tuần hoàn nước và cân bằng năng lượng của hệ sinh thái rừng; những biếnđổi về lượng nước sản sinh ra của lưu vực do những biến đổi của rừng gây ra

có liên quan chặt chẽ với bốc hơi nước của rừng Người ta cho rằng: thảmthực vật rừng có lượng nước thoát hơi lớn hơn các loại thảm thực vật khác,

cộng với sự ngăn giữ nước của các tầng tán rừng và lớp thảm mục trong rừngchính là nguyên nhân chủ yếu làm cho lượng nước sản sinh ra của lưu vựctăng lên khi diện tích rừng giảm đi Vì thế việc đo lường hoặc tính toán chuẩnxác những biến đổi theo không gian và thời gian của bốc hơi nước trên đấtrừng có ý nghĩa rất quan trọng đối với việc đánh giá ảnh hưởng cơ lý của tuầnhoàn thuỷ văn rừng và mở mang khai thác mô hình thuỷ văn lưu vực, đối vớiviệc định ra phương án quản lý kinh doanh rừng hợp lý Tuy nhiên, do có rấtnhiều nhân tố ảnh hưởng đến bốc hơi của rừng, và cũng do tính khác biệt vềthời gian và tính dị biệt về không gian cực kỳ lớn, cho nên nếu đem những kếtquả thí nghiệm với một quy mô tương đối nhỏ trên hiện trường thực nghiệm

mà suy tính áp dụng cho quy mô sườn dốc hoặc lưu vực tương đối lớn sẽ tấtyếu ảnh hưởng đến độ chuẩn xác của nó

Bốc hơi nước trên đất rừng là do các quá trình trao đổi bức xạ, chuyểndịch (vận chuyển) của hơi nước và sinh trưởng phát triển của sinh vật tạo nên.Phương pháp đo lường chuẩn xác nhất là sử dụng thiết bị đo bốc hơi nướcLysimeter, nhưng do tính hạn chế của nó khi đem ra sử dụng ngoài thực tếđồng ruộng, nên chưa được ứng dụng rộng rãi Các phương pháp được sửdụng rộng rãi để nghiên cứu bốc hơi nước của rừng bao gồm: phương phápthuỷ văn học, phương pháp khí tượng học, phương pháp thuỷ động lực họcđất và phương pháp sinh lý thực vật học

Phương pháp thuỷ văn học là phương pháp dựa vào phương trình cânbằng lượng nước hệ thống, thông qua đo lường lượng mưa, lượng nước thấmxuống các tầng đất sâu, lượng dòng chảy trên mặt đất và biến đổi động tháicủa nước được tích giữ trong đất, để tính toán ra lượng bốc hơi hệ thống

Phương pháp vi khí tượng học lại có thể chia ra làm 4 phương pháp là:phương pháp động lực học không khí, phương pháp cân bằng năng lượng,phương pháp tổng hợp và phương pháp tương quan dòng xoáy Phương pháp

động lực học không khí là dựa vào mối quan hệ giữa lượng hơi nước lưuthông theo chiều thẳng đứng với thang độ độ ẩm theo chiều thẳng đứng, thôngqua tài liệu phân bố của tốc độ gió theo chiều thẳng đứng để tính toán ra hệ sốtrao đổi hỗn lưu hơi nước và sau đó tính ra lượng bốc hơi Phương pháp cânbằng năng lượng được coi là một phương pháp vi khí tượng học để xác địnhlượng bốc hơi nước của rừng chuẩn xác nhất và thực dụng nhất hiện nay(Rose and Sharma, 1984) (dẫn theo Phạm Văn Điển, [10]) Người sáng lập raphương pháp này là học giả Liên xô cũ nổi tiếng Budyko, ý tưởng cơ bản củaphương pháp này là thông qua việc dựng lên một phương trình cân bằng nănglượng để xác định lượng lưu thông tiềm nhiệt dùng cho bốc hơi nước, từ đó

mà tính ra lượng nước bốc hơi Cũng giống như với phương pháp động lựchọc không khí, trong trường hợp có đối lưu không khí thì phương pháp cânbằng năng lượng dễ sinh ra sai số khá lớn Phương pháp tổng hợp là sự tổnghợp của hai phương pháp nêu trên, tức là kết hợp phương trình lưu thôngkhông khí với phương trình cân bằng năng lượng lại với nhau, từ đó khôngcần phải xác định hơi nước trong tán rừng, tốc độ gió, thang độ nhiệt độ (từmặt đất lên đến tán rừng) cũng vẫn có thể tính toán được bốc hơi nước của đấtrừng Penman sử dụng phương pháp động lực học không khí để tính toán ralượng lưu thông tiềm nhiệt dùng cho bốc hơi nước, Monteith cải tiến thêmthành phương pháp tính toán tỷ lệ phản xạ của thảm thực vật, vì thế loạiphương pháp này chính là sử dụng phương trình Penman - Monteith để tínhtoán lượng bốc hơi nước, trong đó việc xác định lực cản trở (trở lực) động lựchọc không khí và lực cản trở (trở lực) của tầng tán rừng có tầm quan trọng bậcnhất

Phương pháp thuỷ động lực học đất cũng còn gọi là phương pháp lượnglưu thông vận động của nước, trong đó bao gồm các phương pháp: Phươngpháp lượng lưu thông số 0, phương pháp lượng lưu thông bề mặt và phương

pháp lượng lưu thông định vị (Lôi Chí Đống vv 1998; Dư Thân Hiểu, 1993)(dẫn theo Phạm Văn Điển, [10]) Như trên đã đề cập, do hiện nay các phươngpháp lượng lưu thông đều trực tiếp sử dụng định luật Darcy - miêu tả di độngcủa nước theo hướng thẳng đứng và phương trình giữ cân bằng khối lượng đểtính toán lượng bốc hơi nước, nên khi đem phương pháp này ứng dụng cholưu vực rừng thì độ tin cậy của nước theo phương ra hai bên sườn dốc, khiếncho khi tính toán lượng lưu thông phải dùng đến phương trình dòng chảy theokhông gian hai chiều mới thực hiện được.

Ở Trung Quốc bắt đầu công tác nghiên cứu bốc hơi nước của rừng vàođầu những năm 60 (thế kỷ 20) (Từ Đức Ứng, 1988), dẫn theo Phạm VănĐiển, [10]), phần lớn kết quả nghiên cứu cho thấy, lượng bốc hơi của hệ sinhthái rừng bao gồm cả tổn thất nước do ngăn giữ của tán rừng và thảmmục đại thể chiếm vào khoảng 40% - 80% của lượng mưa nơi đó (Lưu KếVinh, 1996) dẫn theo Phạm Văn Điển, [10]) Khang Văn Tinh sử dụngphương pháp khuyếch tán hỗn lưu để tiến hành nghiên cứu quy luật bốc hơibình quân năm trong rừng Samu nhân tạo chiếm 82,2% tổng lượng nước rơihàng năm, trong đó lượng bốc hơi và thoát hơi nước của tán rừng chiếmkhoảng 89,3% tổng lượng bốc hơi và thoát hơi nước của rừng, còn lượng bốchơi nước của đất rừng chiếm có 10,7%; kết quả này hoàn toàn phù hợp vớilượng bốc hơi và thoát hơi nước được tính toán theo phương pháp cân bằngnước

1.1.2 T ồn tại nghiên cứu

Mặc dù đã thu được nhiều thành quả trong gần một thế kỷ qua, nhưngviệc nghiên cứu khả năng thấm và giữ nước của đất rừng trên thế giới vẫn còntồn tại một số bất cập như:

- Thiếu các mô hình toán học đảm bảo độ tin cậy và đơn giản để môphỏng quá trình nước chảy tràn, đọng nước trên bề mặt,

- Nghiên cứu đặc trưng thấm và giữ nước của đất rừng chưa đượcnghiên cứu một cách độc lập, vẫn chỉ như một nhánh trong nghiên cứu thuỷvăn rừng.

1.2 Ở Việt Nam

1.2.1 Thành qu ả nghiên cứu

1.2.1.1 Khả năng thấm nước của đất

Ở Việt Nam, các công trình nghiên cứu về lĩnh vực thuỷ văn đất rừngtuy còn mới mẻ nhưng đã được một số thành công như việc phát triển từngbước phương pháp nghiên cứu định lượng, mang tính hệ thống, góp phầnquan trọng tạo dựng cơ sở khoa học cho việc xây dựng các khu rừng phòng

hộ nước ta Tuy nhiên, các công trình đó chủ yếu là nghiên cứu cấu trúc, đặcđiểm của rừng, độ tàn che, khả năng điều tiết nước của rừng…chưa có côngtrình nào nghiên cứu hoàn thiện đến các tính chất thuỷ văn của đất rừng ỞViệt Nam những nghiên cứu về khả năng thấm nước của đất cũng đã được ápdụng và đạt được những thành quả nhất định

Trần Kông Tấu, Ngô Văn Phụ, Hoàng Văn Huây và các cộng sự (1986)[40] đã thí nghiệm trên 3 loại đất khác nhau: Đất phù sa nước ngọt sông Hậu(Cần Thơ), đất phèn Châu Đốc (An Giang), đất mặn phèn thuộc nông trườngĐông Hải - Bạc Liêu Kết quả cho thấy tốc độ thấm của đất phèn là lớn nhất,sau đó là đất phù sa nước ngọt sông Hậu và thấp nhất là đất mặn phèn Đấtphù sa nước ngọt có tính thấm cao như vậy vì đất rất tơi xốp đặc biệt hàmlượng mùn khá cao Đối với đất mặn phèn có hệ số thấm thấp là do tính

“trương” của đất mặn quá mạnh

Khi nghiên cứu về đặc tính thấm nước trên đất phèn ở Đồng bằng SôngCửu Long, Chu Đình Hoàng [17] dựa vào cơ chế thấm nước để thiết kế hệthống kênh mương để rửa mặn, rửa phèn trên nước

Nghiên cứu về tốc độ thấm nước, Hà Quang Khải [22] đã chỉ ra rằnggiai đoạn đầu của sự thấm nước vào đất, các loại nước hấp phụ và nước maoquản được hình thành và có tốc độ thấm nhỏ, sau đó nước thấm vào đất là dotrọng lực với tốc độ thấm lớn hơn Từ đó tác giả chia tốc độ thấm nước củađất ra thành 3 loại: Khả năng thấm nước cao (Vt >1,5cm/phút), khả năng thấmtrung bình (Vt dao động từ 0,5 - 1,5 cm/phút), và khả năng thấm kém (Vt <0,5cm

/phút)

Ngoài ra có một số các công trình khác cũng đề cập tới ảnh hưởng củakiểu thảm thực vật với khả năng thấm nước của đất rừng như Nguyễn ViếtPhổ [35], Phạm Ngọc Dũng [3] Các tác giả khẳng định cây rừng ở nước ta cókhả năng tiêu thụ một lượng nước rất lớn, đồng thời đất rừng cũng là mộtnhân tố ảnh hưởng rất rõ đến tốc độ thấm

1.2.1.2 Khả năng giữ nước của đất

Nghiên cứu vai trò giữ nước của rừng ở nước ta được bắt đầu vàonhững năm 1970 và đẩy mạnh vào đầu những năm 1990, tuy vậy đây vẫn làvấn đề còn khá mới mẻ và chưa được nghiên cứu nhiều

Theo Hoàng Văn Thế (1986) (dẫn theo Nguyễn Viết Phổ) [35] thì khảnăng bốc hơi vật lý là khả năng bốc hơi từ đất trần còn gọi là bốc hơi khoảngtrống, nó phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thời tiết, địa hình

Một số công trình nghiên cứu dã đề cập đến vai trò điều tiết nước củarừng, ảnh hưởng của kiểu thảm thực vật rừng tới việc thay đổi chế độ dòngchảy mặt tại các lưu vực và ảnh hưởng đến lượng nước của sông ngòi nhưcông trình của Nguyễn Viết Phổ [35], Vũ Văn Tuấn [41], [42] Những nghiêncứu này cho thấy vai trò điều tiết nước đặc biệt hữu hiệu của thảm thực vậtrừng, đặc biệt là việc cung cấp nước cho sông suối vào mùa khô NguyễnNgọc Lung và cộng sự [31] đã dựa vào mật độ thấm, thoát nước và sự thoái

hóa của các loại đất để cho điểm và đánh giá vai trò của nhân tố đất ảnhhưởng tới xói mòn và dòng chảy.

Công trình nghiên cứu ở Tứ Quận, Tuyên Quang của bộ môn khí tượngthủy văn rừng (Viện nghiên cứu Lâm nghiệp Việt Nam cũ) (dẫn theo PhạmVăn Điển, 2006) [10] tập trung chủ yếu vào việc tìm hiểu lượng nước chảy bềmặt và lượng đất xói mòn dưới tán rừng bồ đề trồng thuần loài đều tuổi trongkhoảng thời gian 3 năm (1974 - 1976)

Theo Hoàng Văn Thế (1986) (dẫn theo Bùi Hiếu, 2002) [14], khả năngbốc hơi vật lý là khả năng bốc hơi từ đất trần còn gọi là bốc hơi khoảng trống,

nó phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thời tiết, địa hình

Lê Đăng Giảng và Nguyễn Thị Hoài Thu [11] đã tổng kết kết quảnghiên cứu về khả năng giữ nước, điều tiết dòng chảy của rừng thứ sinh hỗngiao lá rộng tại núi Tiên, Hữu Lũng, Lạng Sơn

Theo Trần Kông Tấu, Ngô Văn Phụ, Hoàng Văn Huầy (1986) [40] khảnăng giữ nước của đất có quan hệ chặt chẽ với thành phần cơ giới đất Đấtcàng có thành phần cơ giới nặng thì khả năng giữ nước và độ trữ ẩm cực đạicàng lớn Theo thứ tự có thể xếp loại khả năng giữ nước của các loại đất chính

ở Việt Nam như sau:

Ferralsols > Acrisols (trên gơnai) > Acrisols (trên phù sa cổ)

Sự vận động ẩm trong đất chưa bão hoà đã được Phạm Thịnh vàNguyễn Quang Kim (2003, [39]) mô phỏng bằng phần mềm Reproduce Phầnmềm này đã mô phỏng được sự biến đổi độ ẩm đất trong đất trồng cây theophương thẳng đứng Kết quả đã đưa ra được phương trình cân bằng nướctrong mỗi lớp đất:

Qi.Δt- (E + Ti) = Δθi- hi(i = 1)(qi - 1- qi).Δt+ Ti.Δt= θi.hI(i = 2N)

Phần mềm trên đã kể đến nhiều yếu tố có ảnh hưởng quan trọng đếnquá trình biến đổi độ ẩm trong đất như đặc tính vật lý của đất, loại cây trồng

và thời kỳ sinh trưởng, cường độ thoát hơi nước và chiều sâu mực nướcngầm

Ngoài những công trình nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến khảnăng thấm và giữ nước của đất rừng, còn có một số các công trình nghiên cứucác biện pháp nâng cao khả năng giữ nước của đất rừng

Năm 1997, kết quả nghiên cứu của Phùng Văn Khoa [23] về đặc điểm

thuỷ văn rừng thông đuôi ngựa (Pinus massoniana) tại núi Luốt, Xuân Mai,

Hà Tây đã đi đến một số nhận xét sau: (1) lượng nước bốc hơi từ mặt đất biếnđộng từ 30 - 35%, phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm không khí dưới tán rừng.(2) Lượng nước chảy bề mặt chiếm từ 3 - 5% và phụ thuộc chặt chẽ vào độche phủ của cây bụi thảm tươi (3) Lượng nước còn lại trong đất chiếm xấp xỉ

10 - 15%

Một số nghiên cứu cho rằng khi độ ẩm đất lớn thì bốc hơi chủ yếu lànước liên kết lỏng của đất, năng lượng để bốc hơi một đơn vị thể tích nướcxấp xỉ bằng năng lượng bốc hơi một đơn vị thể tích nước trên mặt thoáng tự

do Ngược lại khi độ ẩm giảm thì lượng nước bốc hơi cũng giảm theo cho đếnkhi độ ẩm đất giảm đến trị số cây héo thì lượng bốc hơi thực tế trở lên khôngđáng kể nữa (thường dưới 1mm/ngày) Dựa vào kết quả nghiên cứu trênngười ta đã xây dựng công cụ để dự báo được lượng nước bốc hơi thực tếtương ứng với các trị số ẩm khác nhau trong đất Điều này cho phép việc tínhtoán chế độ tưới cho hoa màu và cây công nghiệp

Phạm Văn Điển [5] đã sử dụng nhân tố nhiệt độ (T) và độ ẩm khôngkhí (V) làm nhân tố chủ đạo có ảnh hưởng tới bốc hơi nước mặt đất, cho thấynhiệt độ (T) và độ ẩm không khí (V) là nhân tố chủ đạo ảnh hưởng tới bốc hơi

mặt đất Tác giả đã xây dựng được cả phương trình tương quan để xác địnhlượng hơi nước bốc hơi vật lý từ đất trong cả thời kỳ, phương trình có dạng:

E = 0,0576 + 7,18 (T/V)2với hệ số tương quan rất cao (r = 0,908)

Từ đó xây dựng các phương trình tương quan để dự đoán lượng nướcbốc hơi vật lý từ đất trong các thời kỳ

Điển hình là công tác nghiên cứu trên đất cát của Chi cục Thủy lợi BìnhThuận phối hợp với Trường Đại học Bách khoa TP HCM (dẫn theo Nguyễn

Tử Siêm và Thái Phiên) [41] trong 2 năm tại khu vực Suối Tiên và khu vựcthôn Giếng Kết quả nghiên cứu cho thấy nước mưa là nguồn nước chính củacon suối này, mỗi năm trung bình chỉ có 31,5 mm nước mưa ngấm vào đất tạothành nước ngầm, mà nước ngầm là lượng nước được tích giữ lại nhiều nhấttrong đất Nên để tăng lượng nước ngầm trong đất cần làm tăng nguồn nướcmưa cho khu vực Các nhà khoa học bằng phương hướng thiết lập các côngtrình thu nước rộng khắp vùng thượng lưu suối Tiên đã cho kết quả khá thànhcông Kết quả là khu vực sát lòng suối Tiên về phía hạ lưu tăng mực nướcngầm từ 2 - 6 m (trong 3 năm) và 3 - 7,5 m (sau 10 năm) Hay kết quả nghiêncứu tại khu vực hai thôn (Giếng Triền và Hồng Phong) cũng bằng phương án

bổ sung nguồn nước mưa trên toàn khu vực cụ thể là xây dựng hệ thống liên

hồ gồm 33 hồ trữ nước, dung tích 4500 m3/hồ và trồng 157 km cỏ Vetiver (làloại cây trồng mới có nhiều ưu điểm, có thể sinh trưỏng trên mọi loại đất và

có bộ rễ mọc thẳng xuống mặt đất ít nhất là 3 m, làm thành “Đường chắnngầm sinh học”) đã làm giảm lượng nước mặt chảy đi và tăng nguồn nướcngầm của khu vực (dự kiến, sau 9 năm mực nước ngầm của vùng này sẽ dângcao thêm từ 3,5 - 8 m)

Gần đây nhất, Phạm Văn Điển [10] đã nghiên cứu khả năng giữ nướccủa một số thảm thực vật rừng ở vùng phòng hộ hồ thủy điện Hòa Bình Kếtquả nghiên cứu cũng đã đề cập tới khả năng thấm và giữ nước của đất rừng:

Đất dưới các trạng thái rừng ở địa bàn nghiên cứu có tốc độ thấm nước cao,tốc độ thấm nước ban đầu từ 6,7 - 15,2 mm/phút, tốc độ thấm nước ổn định từ2,5 – 8,0 mm/phút Tốc độ thấm nước có liên hệ chặt với độ xốp, độ dày và

độ ẩm đất

1.2.2 T ồn tại nghiên cứu

Vì lý do khác nhau mà cho đến nay, vẫn chưa có công trình khoa họcnào nghiên cứu một cách có hệ thống và đồng bộ về đặc trưng thấm và giữnước của đất rừng ở Việt Nam Phần lớn vấn đề này mới được thực hiện ởmức độ nhất định, thường được gắn liền với nghiên cứu xói mòn đất và tậptrung nhiều ở rừng tự nhiên, mức độ định lượng còn chưa cao Một số tồn tạichính như sau:

- Thiếu những công trình nghiên cứu theo hướng phát hiện quy luật vàgiải thích cơ chế và định lượng những quy luật đó bằng các công cụ toán họcphù hợp

- Phương pháp và thiết bị nghiên cứu còn chưa được cải tiến, còn lạchậu so với nhiều nước trên thế giới (dẫn theo Phạm Văn Điển, 2006 [10]) Vìvậy, việc cải tiến phương pháp và thiết bị nghiên cứu phù hợp và khả thi trongđiều kiện mưa nhiệt đới là cần thiết

CHƯƠNG 2 MỤC TIÊU, GIỚI HẠN, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Về lý luận: Xác định được khả năng thấm, giữ nước của đất rừng trên

địa bàn nghiên cứu

- Về thực tiễn: Đề xuất một số giải pháp kỹ thuật nhằm cải thiện khả

năng thấm, giữ nước của đất rừng, góp phân nâng cao hiệu quả bảo vệ nguồnnước của rừng

2.2 Giới hạn nghiên cứu

Luận văn chỉ nghiên cứu khả năng thấm và giữ nước tiềm tàng của đất

tức là khả năng thấm và giữ nước của đất trong điều kiện được cung cấp đủnước bằng phương pháp tưới nhân tạo

2.3 Nội dung nghiên cứu

2.3.1 Đặc điểm lập địa khu vực nghiên cứu

- Chế độ mưa

- Địa hình

- Thổ nhưỡng

- Thảm thực vật

2.3.2 Đặc trưng thấm nước của đất rừng

- Tốc độ thấm nước ban đầu

- Tốc độ thấm nước ổn định

- Quá trình thấm nước

- Quá trình đọng nước trên mặt đất

2.3.3 Đặc trưng giữ nước của đất rừng

- Lượng nước bão hoà

- Lượng nước giữ hữu hiệu

- Biến động độ ẩm đất theo chiều ngang

- Biến động độ ẩm đất theo chiều đứng

- Biến động độ ẩm đất theo thời gian

- Lượng nước bốc hơi

2.3.4 Đề xuất một số giải pháp cải thiện khả năng thấm, giữ nước của đất

r ừng

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Quan điểm, phương pháp luận

Đặc trưng thấm nước của đất được biểu thị thông qua tốc độ thấmnước, thời gian thấm nước ổn định và quá trình thấm nước

Tốc độ thấm nước của đất là tốc độ nước từ mặt đất đi vào trong đất,

được biểu thị bằng mm/phút Tốc độ thấm được gọi là tiềm tàng khi trên mặt đất có lớp nước đọng, nước sẽ thấm xuống đất theo tốc độ thấm tiềm tàng

này Tốc độ thấm là đặc trưng quan trọng nhất về vận động của nước dưới đấttrong điều kiện có nhiều khe hổng Nếu tốc độ cấp nước trên mặt đất nhỏ hơn

tốc độ thấm tiềm tàng thì tốc độ thấm thực tế sẽ nhỏ hơn tốc độ thấm tiềm tàng.

Thời gian thấm nước ổn định là khoảng thời gian mà lượng nước đã đạtđến trạng thái bão hoà, được biểu thị bằng phút

Quá trình thấm nước là quá trình nước từ mặt đất thâm nhập vào trongđất Do quá trình thấm nước bị ảnh hưởng của nhiều nhân tố theo không gian

và thời gian nên đã được mô tả một cách gần đúng bằng các mô hình toánhọc

Khả năng giữ nước của đất là khả năng của đất trong việc giữ lại nướctrong điều kiện có dòng chảy tự do về phía dưới Lượng nước giữ lại này cótầm quan trọng trong sản xuất nông - lâm nghiệp, cũng như trong kinh doanh

rừng Khả năng giữ nước của đất được quyết định bởi độ lớn nhỏ và tính chấtcủa các khe hổng trong đất Khe hổng trong đất được chia làm khe hổng maoquản và khe hổng ngoài mao quản Lượng nước tích giữ trong mao quảnkhông thể cung cấp, bổ sung cho sông ngòi hoặc nguồn nước ngầm mà chỉ cóthể cung cấp cho rễ cây hấp thu và bốc hơi mặt đất Nên các khe hổng ngoàimao quản sẽ vừa là con đường dẫn cho đất bão hoà nước, vừa là không giantạm thời lưu giữ nước Loại nước được lưu giữ này có ý nghĩa cực kỳ quantrọng đối với việc quản lý tài nguyên nước Đây cũng chính là lượng nướcđược tích giữ tiềm tàng của đất rừng có thể mang lại hiệu quả cao.

Phương pháp luận nghiên cứu tổng quát của đề tài là: Xác định nhữngyếu tố có ảnh hưởng rõ đến khả năng thấm, giữ nước của đất; kế thừa các kếtquả nghiên cứu và căn cứ vào đặc điểm của khu vực nghiên cứu để đề xuấtnhững biện pháp kỹ thuật nhằm cải thiện khả năng thấm, giữ nước của đất, từ

đó đề xuất được các mô hình cấu trúc rừng hợp lý, góp phần nâng cao hiệuquả kinh tế, sinh thái của rừng

2.4.2 Phương pháp kế thừa tài liệu

- Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu

- Các tài liệu, tư liệu về quy hoạch khu nghiên cứu thực nghiệm rừngnúi Luốt, những biện pháp kỹ thuật lâm sinh đã áp dụng

- Kế thừa có chọn lọc các báo cáo nghiên cứu khoa học, kinh nghiệmcủa các Viện nghiên cứu, Bộ môn Lâm sinh, bộ môn Điều tra Quy hoạch, bộmôn Khí tượng thủy văn trường Đại học Lâm nghiệp,

2.4.3 Phương pháp thu thập số liệu

2.4.3.1 Bố trí thí nghiệm và thu thập số liệu

Đề tài đã bố trí 8 ô tiêu chuẩn điển hình, phân bố ở các trạng thái rừngkhác nhau Các ô tiêu chuẩn được bảo vệ và có ranh giới, cột mốc rõ ràng; các ô

có diện tích đủ lớn để thể hiện đặc trưng của các trạng thái rừng Dựa trên kết

quả khảo sát thực địa, đề tài đã bố trí hệ thống ô tiêu chuẩn có diện tích 1000 m2(25 m x 40 m) tại các lô rừng Thông và rừng Keo.

Dưới đây là sơ đồ phân bố các ô tiêu chuẩn tại các trạng thái rừng trên núi Luốt:

Hình 2.1: Sơ đồ phân bố OTC trên núi Luốt

Số liệu được thu thập trong OTC bao gồm:

- Địa hình: Các nhân tố của điều kiện địa hình bao gồm: Độ dốc mặtđất (α, độ), hướng phơi, chiều dài sườn dốc (L, m) được đo theo phương phápđiều tra Lâm học

- Thổ nhưỡng: Các chỉ tiêu điều tra của điều kiện thổ nhưỡng bao gồm:+ Tỷ trọng đất: Mẫu đất dùng để xác định tỷ trọng là mẫu tổng hợpđược thu thập bằng ống dung trọng từ 10 điểm ngẫu nhiên trong ô tiêu chuẩn

+ Dung trọng đất: Được xác định bằng phương pháp ống dung trọngthông qua cân và sấy khô ngoài thực địa

+ Độ xốp mao quản được xác định thông qua độ ẩm đồng ruộng (haylượng nước chứa lớn nhất) và độ ẩm cây héo.

- Thảm thực vật:

+ Đường kính thân cây (D1,3): Được đo ở độ cao 1,3 m của từng câythuộc theo hai chiều Đông - Tây và Nam - Bắc với độ chính xác đến 0,1 cm,sau đó tính trị số trung bình

+ Chiều cao vút ngọn (Hvn): Được đo bằng thước đo cao Blumme Leiss kết hợp với độ chính xác đến dm

-+ Đường kính tán (Dt): Đường kính tán cây rừng được xác định bằngthước dây và sào, đo hình chiếu của mép tán lá trên mặt phẳng ngang theo cáchướng Đông - Tây, Nam - Bắc với độ chính xác đến dm, sau đó tính trị sốtrung bình

+ Độ tàn che tầng cây cao (TC, %): Được xác định bằng phương pháp

hệ thống mạng lưới điểm gồm 100 điểm/OTC

+ Độ che phủ (CP, %): Được xác định thông qua điều tra ô dạng bản (3

m x 3 m) Tổng diện tích ô dạng bản chiếm 10% diện tích ô tiêu chuẩn Trênmỗi ô dạng bản điều tra theo phương pháp đường chéo

- Chế độ mưa: Số liệu được thu thập tại bộ môn Khí tượng thuỷ văn vàtrạm khí tượng thủy văn Ba Vì - Hà Nội

2.4.3.2 Điều tra đặc trưng thấm nước của đất

Đề tài đã sử dụng phương pháp ống vòng khuyên để điều tra đặc trưngthấm nước của đất mà không sử dụng phương pháp thí nghiệm trong phòng vìkhông có điều kiện thực hiện: Mỗi ô thí nghiệm chọn 3 vị trí điển hình, tạimỗi vị trí đặt 1 cặp ống lồng vào nhau, đường kính bên trong ống nhỏ là 20

cm, đường kính bên trong ống lớn là 30 cm, chiều cao các ống là 35 cm Cácống được khắc vạch ở phía trong Đóng ống sâu xuống đất 20 cm, tưới nước

từ từ vào 2 ống sao cho mực nước trong ống luôn giữ một lớp nước dày 4 cm

phía trên đất mặt Thí nghiệm được kéo dài cho tới khi nước thấm ổn định làkết thúc Thông thường từ 3 - 6h, đất đạt tốc độ thấm nước ổn định Việc điềutra tốc độ thấm nước của đất rừng được thực hiện cho từng ô thí nghiệm ở cáctrạng thái thảm thực vật Tổng số đã điều tra 24 vị trí.

2.4.3.3 Điều tra khả năng giữ nước của đất

* Biến động độ ẩm:

- Theo chiều ngang: Trong mỗi ô thí nghiệm tiến hành xác định độ ẩmtầng đất mặt (0 - 10 cm) ở 3 vị trí khác nhau vào lúc 10h sáng bằng phươngpháp sấy Tổng số điều tra là 24 vị trí Kết quả điều tra được, ghi vào mẫubiểu

- Theo chiều đứng: Trong mỗi ô thí nghiệm chọn đào 1 vị trí đại diệnđiển hình, tiến hành đào sâu 60 cm, lấy mẫu đất để xác định độ ẩm theo các vịtrí, 0 - 10 cm; 10 - 30 cm; 30 - 60 cm bằng phương pháp sấy Tổng số đã điềutra 8 vị trí Kết quả điều tra được, ghi vào mẫu biểu

- Theo thời gian giữa các trạng thái rừng: Độ ẩm tự nhiên của lớp đấtmặt (0 - 10 cm) được xác định hàng ngày vào lúc 9h sáng bằng phương phápsấy Tổng số đã điều tra 8 vị trí Kết quả điều tra được, được ghi vào mẫubiểu

* Lượng nước bốc hơi nước vật lý từ đất: Lượng nước bốc hơi vật lýcủa đất được xác định bằng cách lấy mẫu ở trạng thái tự nhiên vào ống đohình trụ có đường kính 5,5 cm, để mẫu đất bốc hơi tự nhiên sau 1h dưới tánrừng Tổng số đã điều tra 16 vị trí Xác định lượng bốc hơi bằng cân cơ họcvới độ chính xác đến 0,01 g, sau đó ghi kết quả vào mẫu biểu

* Xác định lượng chứa nước lớn nhất: Sau khi xác định được khả năngthấm nước của đất ta lấy cỏ khô hoặc rơm rạ ủ kín toàn bộ khu vực nghiêncứu Sau 12h ta bỏ rơm rạ và lấy đất ở độ sâu 5 cm ở gần tâm để xác định độ

ẩm bằng đốt cồn Tổng số đã điều tra 8 vị trí Kết quả điều tra được, được ghivào mẫu biểu.

* Xác định sức hút ẩm tối đa: Đất phơi khô, nghiền nhỏ, qua rây 0,25

mm, cân từ 5 - 10 gam (trên cân phân tích) cho vào chén thủy tinh đã sấy Tốtnhất nên dùng loại chén có đường kính 5 cm, cao 3 cm, có nắp đậy Chén cóđất đem cân và đặt vào bình hút ẩm, đáy bình có chứa axít sunfuric 10% (ướcchừng 100 - 300 cc) Tùy số lượng cho vào bình hút ẩm mà lấy lượng axítsunfuric cho vừa phải (cứ 1gam đất thì lấy 2cc H2SO4 10%) Không nên choaxít đầy quá

Trên mặt axít tạo ra không khí chứa đầy hơi nước (gần 100% độ ẩmtương đối) Trong không khí đó đất sẽ hút hết hơi nước

Bình hút ẩm (trong đựng chén có đất) cần bôi vadơlin trên miệng vàđậy nắp lại Dùng bơm (chân không) hút hết không khí trong bình ra để chonắp bình dính chặt vào với bình Sau đó đặt vào chỗ tối có nhiệt độ ổn định

Sau 3 ngày đem ra cân các chén trên, ghi số liệu vào sổ Sau khi cân lần

1, đặt chén trở lại bình hút ẩm, sau 3 ngày nữa cân trở lại Thường lần cân thứ

2 khối lượng tăng lên Tiếp tục làm như vậy đến khi đạt kết quả gần cố định(có thể khác nhau số lẻ thứ 3 là được) Cuối cùng đem các chén đó sấy đếntrọng lượng cố định ở 1050C Thời gian bão hòa như vậy khoảng 1 tháng

Tổng số đã điều tra 8 mẫu

Nước mất khi sấy tính ra % so với khối lượng đất khô cho ta sức hút

ẩm tối đa

Nước mất khi sấy tính ra % so với khối lượng đất khô cho ta sức hút

ẩm tối đa Từ sức hút ẩm cực đại này bằng cách nhân với hệ số 1,5 ta tínhđược độ ẩm cây héo

Lượng nước giữa sức chứa ẩm đồng ruộng và độ ẩm cây héo là lượngnước hữu hiệu mà cây có thể sử dụng được

- Cường độ mưa bình quân (IBQ, mm/h) được xác định bằng tỷ số giữalượng mưa (P, mm) và thời gian mưa (t, giờ):

IBQ(mm/h) =

t P

- Đặc điểm phân bố mưa được xác định thông qua các chỉ tiêu: Phân bố

số ngày mưa theo tháng trong năm, phân bố số trận mưa theo thời gian mưa,phân bố lượng mưa trong năm, phân bố lượng mưa và cường độ mưa theotháng trong năm Những chỉ tiêu này được biểu diễn bằng phương pháp lậpbảng kết hợp với biểu đồ

Sử dụng mô hình Horton (1933, 1939) và mô hình Philip (1957, 1969)

để mô phỏng quá trình thấm nước của đất rừng

- Mô hình Horton (1933, 1939):

Vt= Vc+ (V0- Vc)e-ktTrong đó: Vt: là tốc độ thấm nước ở thời điểm t

Vc: là tốc độ thấm nước ổn định

V0: là tốc độ thấm nước ban đầu, với V 0=

t S

Q

.

10trong đó:

Q là lượng nước tiêu hao (cm3 hoặc ml), S là diện tích mặt cắt ngang của ống

đo nước (cm2), t là thời gian (phút)

k: là một tham số của mô hìnht: là thời gian thấm nước

- Mô hình Philip (1957, 1969):

V = (2

1) St-1/2+ ATrong đó: S : là tỷ lệ hút nước

t : là thời gian

A : là tốc độ thấm nước ổn định

- Độ xốp của đất: Được xác định thông qua tỷ trọng và dung trọng đất

- Độ xốp tổng số của đất được xác định thông qua tỷ trọng và dungtrọng đất

- Độ xốp ngoài mao quản được xác định thông qua độ xốp tổng số và

Trong đó: d: tỷ trọng (g/cm3)

D: dung trọng (g/cm3

- Độ xốp mao quản được tính bằng công thức:

Xmq % = % độ ẩm đồng ruộng + % độ ẩm cây héo

- Độ xốp ngoài mao quản:

Xnmq= X% - Xmq%

- Các phương trình tương quan được thiết lập hướng dẫn của giáo trình

“Thống kê toán học trong lâm nghiệp” của Nguyễn Hải Tuất và Ngô Kim

Khôi (1996)

CHƯƠNG 3 ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU

3.1 Điều kiện tự nhiên

3.1.1 V ị trí địa lý

Khu nghiên cứu thực nghiệm núi Luốt trường Đại học Lâm nghiệp nằm

ở phía Bắc trường Đại học Lâm nghiệp, cách thị xã Hòa Bình 45km về phíaĐông Nam và thị xã Hà Đông 35km về phía Tây Bắc có tọa độ địa lý:

- 20050'30" độ vĩ Bắc, 05030'45" độ kinh Đông

- Phía Đông giáp Quốc lộ 21A

- Phía Tây và Tây Bắc giáp xã Hòa Sơn, huyện Lương Sơn, tỉnh HòaBình

- Phía Nam giáp thị trấn Xuân Mai và Quốc lộ 6

- Phía Bắc giáp đội 6 nông trường chè Cửu Long

3.1.2 Địa hình

Khu nghiên cứu có địa hình tương đối đơn giản, gồm hai quả đồi nốitiếp chạy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, một đỉnh có độ cao 133 m so vớimặt nước biển và một đỉnh có độ cao 90 m Độ dốc trung bình của khu nghiêncứu là 150

3.1.3 Khí h ậu thủy văn

* Khu vực Xuân Mai thuộc tiểu vùng khí hậu 3 của miền Bắc ViệtNam, hàng năm có hai mùa rõ rệt: Mùa mưa bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 10,mùa khô bắt đầu từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau Trong thời gian này lượngmưa nhỏ hơn lượng bốc hơi

Bảng 3.1: Một số chỉ tiờu khớ hậu - thủy văn khu vực Xuõn Mai

(theo trạm khớ tượng thủy văn Ba Vỡ, Hà Nội)

(oC)

Lượng mưa(mm)

Nhiệt độ Lượng mưa

Độ ẩm

Chế độ nhiệt: Nhiệt độ trung bình năm là 23,10C; nhiệt độ tháng nóngnhất (tháng 6) là 28,50C; nhiệt độ tháng lạnh nhất (tháng 1) là 15,70C.

Chế độ mưa: Chế độ mưa hàng năm trung bình là 2125 mm, phân bốkhông đều qua các tháng trong năm: Lượng mưa bình quân tháng cao nhất(tháng 8): 360 mm; lượng mưa tháng bình quân thấp nhất (tháng 12): 12 mm

Số ngày mưa trong năm là khoảng 210 ngày

Độ ẩm không khí: Khu vực nghiên vứu có độ ẩm không khí tương đốicao nhưng phân bố không đều qua các tháng trong năm Độ ẩm không khítrung bình năm là: 84,83%; tháng có độ ẩm không khí cao nhất (tháng 4) là96,9%; tháng có độ ẩm không khí thấp nhất (tháng 12) là 81,1%

Chế độ gió: Khu vực nghiên cứu chịu ảnh hưởng của hai luồng gióchính:

+ Gió Đông Bắc thổi từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau

+ Gió Đông Nam thổi từ tháng 4 đến tháng 7

+ Ngoài ra từ tháng 4 đến tháng 6 khu vực còn chịu ảnh hưởng của gióLào

* Thủy văn: Là vùng đồi thấp, không có hệ thống sông suối chảy nênnguồn cung cấp nước bề mặt và nước ngầm chủ yếu là nước mưa Do lượngmưa biến động lớn giữa các tháng và cả giữa các năm nên lượng nước cũngbiến động lớn giữa các năm Tuy nhiên xung quanh khu vực núi Luốt cónhiều ao, hồ nên khả năng tích nước mặt là cao nhưng chế độ sử dụng chưahợp lý nên thưòng thiếu nước về mùa khô Lượng nước ngầm ở khu vựctrường Đại học Lâm nghiệp là lớn hơn khu vực xung quanh nên khả năngcung cấp nước khoan tương đối tốt, không bị thiếu nước về mùa khô

3.1.4 Đất đai, thổ nhưỡng

Đất khu vực nghiên cứu là đất Feralit màu nâu vàng phát triển trên đá

mẹ Foocfiarit chủ yếu là tầng trung bình đến dày, diện tích có đất tầng mỏng

chiếm tỷ lệ rất ít, những nơi tầng đất dày tập trung chủ yếu ở hai chân quả đồi,sườn Đông Nam quả đồi thấp (90 m so với mặt nước biển) và phía sườn TâyNam quả đồi cao (133 m so với mặt nước biển) Tầng đất mỏng tập trung ởđỉnh đồi, sườn phía Đông Bắc quả đồi thấp, sườn Tây Bắc quả đồi cao.Những nơi tầng đất mỏng tỷ lệ đá lẫn lớn Đá lộ đầu tập trung chủ yếu ở đỉnh

và phía gần đỉnh 133

Đất ở núi Luốt thuộc nhóm được hình thành trên đá mẹ thuộc nhómMắcma Bazơ và trung tính Theo tên gọi của FAO - UNESCO được gọi lànhóm ferrasols (Kí hiệu: FR), loại đất Rhocdic Ferrasols (Kí hiệu: FRr)

Đất trong khu vực khá đồng nhất về tính chất và sự hình thành, sự khácnhau chủ yếu ở tỷ lệ đá lẫn, tầng dày và sau này sự tác động của thực vật đãđược phát huy Thành phần cơ giới từ thịt trung bình đến sét trung bình, hàmlượng chất dinh dưỡng dễ tiêu, nghèo mùn và đạm tổng số trung bình Nhìnchung đất núi Luốt có tính chất phù hợp với nhiều loại cây trồng nông - lâmnghiệp

Theo thời gian, tác động của các trạng thái thực vật (rừng) khác nhau

đã bắt đầu có ảnh hưởng đến tính chất của đất Các loài keo, thông có tácdụng cải tạo đất khá rõ, bạch đàn làm chua đất chút ít, những chỉ tiêu khácvẫn bình thường Nhìn chung đất khá chặt, đặc biệt là đất ở khu vực chân đồi

và những lớp đất sâu ở khu vực đỉnh yên ngựa Kết von thật và giả được tìmthấy ở khắp nơi trong khu vực, có những nơi kết von chiếm tới 60 - 70 %.Điều này chứng tỏ sự tích lũy sắt khá phổ biến và trầm trọng trong đất, ở một

số nơi đá ong được phát hiện với mức độ nhiều hoặc ít Đá ong chủ yếu tậptrung ở chân đồi phía Tây Nam, Đông Nam đồi cao Hàm lượng mùn trongđất nhìn chung là thấp, quá trình tích lũy mùn kém Những đặc điểm trênphần nào nói lên mức độ ferralit khá mạnh trong khu vực Trong những nămtrước đây, quá trình xói mòn và rửa trôi khá nghiêm trọng Điều đó được thể

hiện qua kết cấu phẫu diện đất: Tầng A thường mỏng có tỷ lệ sét cao nên khimưa rất dính Tầng B nằm trong khoảng từ 10 - 110 cm có tỷ lệ sét từ 25 -26% Tầng C thường dày và một số đá lẫn đã bị phong hóa tạo ra tầng BC xen

kẽ Đất có hàm lượng chất dinh dưỡng cao, hàm lượng mùn từ 2 - 4%, độ ẩm

từ 6 - 9% Tỷ lệ đá lẫn trong đất ở mức độ trung bình

3.2 Đặc điểm lịch sử rừng trồng

Trước năm 1984, thực vật trong khu vực chủ yếu là cây bụi thảm tươi,gồm những loài cây chủ yếu như: Sim, mua, bồ cu vẽ, cỏ lào, trinh nữ…Từsau năm 1984 trường Đại học Lâm nghiệp đã tiến hành trồng rừng với cácloài cây chủ yếu như: Thông đuôi ngựa, Keo lá tràm, Keo tai tượng, Bạch đàntrắng,…sau đó ở dưới tán những loài cây này tiến hành trồng các loài cây bảnđịa có nguồn gốc ở rừng tự nhiên nhằm bảo tồn nguồn gen và phục hồi đadạng sinh học

Sau năm 1985, trường Đại học Lâm nghiệp đã trồng rừng với các loàicây chủ yếu là Thông mã vĩ, Keo lá tràm, Keo tai tượng, Bạch đàn trắng

Năm 1993, Trung tâm nghiên cứu thực nghiệm trường Đại học Lâmnghiệp đã trồng thử một số loài cây bản địa dưới tán rừng như: Đinh, Lim, Láthoa, Gội trắng,…nhưng chưa thành công do rất nhiều nguyên nhân gây nên

Đến năm 1996 - 1997, Trung tâm tiếp tục trồng mới thêm một số lượnglớn các loài cây bản địa dưới tán rừng như: Dẻ ăn quả, Re hương,…và trồngdặm các loài cây đã trồng năm 1993 Phần lớn các loài cây bản địa trồng ở núiLuốt được mua hạt từ rất nhiều nguồn khác nhau về ươm tại vườn ươmTrường Đại học Lâm nghiệp Một số ít loài còn lại được mua cây con ở khuvực lân cận như Sơn Tây, Ba Vì, Cúc Phương về trồng Đến nay, các loài câybản địa này sinh ra và trưởng thành tốt góp phần rất lớn vào công tác nghiêncứu, học tập của Thầy, cô giáo và sinh viên trường Đại học Lâm nghiệp

Tổng diện tích núi Luốt theo ranh giới xác định giao cho Trường Đạihọc Lâm nghiệp là 130,03 ha Trong đó:

3.3 Đặc điểm kinh tế - xã hội khu vực núi Luốt

Núi Luốt nằm trong khu vực có dân cư tương đối đông, bao gồm nhiềuthành phần như cán bộ công chức, bộ đội, nông dân, sinh viên, dân buôn bán

có thu nhập và cuộc sống tương đối ổn định

Do là khu rừng duy nhất ở khu vực nên núi Luốt chịu sức ép nhiều mặt

từ mọi phía Ngoài các hoạt động tích cực tác động vào rừng còn có các hoạtđộng diễn ra thường xuyên tác động tiêu cực đến rừng như: Chăn thả trâu bò,chặt cây lấy gỗ, củi, săn bắt chim thú, và nhất là hiện tượng lấn chiếm đất đai.Đây là yếu tố bất lợi cho việc xây dựng và quản lý tài nguyên rừng ở núiLuốt

Về cơ sở hạ tầng trong khu rừng nghiên cứu thực nghiệm:

- Đường điện cao thế: Có 2.053 km đường dây 220 KV, 1.863 kmđường dây 35 KV, và 1.834 km đường dây 10 KV, chưa kể các đường dây hạ

thế khác Các đường điện này với hành lang lưới điện đã chia cắt khu rừngnghiên cứu thực nghiệm thành các mảng nhỏ.

- Hệ thống đường do trường xây dựng: Đường ô tô có tổng chiều dài4,6 km; đường đổ nhựa rộng 4 m; hệ thống đường dạo có chòi nghỉ chân dàigần 2 km, đổ bêtông rộng 1,2 m

- Hệ thống tường bao, hàng rào và các công trình khác như bể nước,đường ống dẫn khu vườn ươm Công nghệ sinh học và nghĩa trang

- Hệ thống đường được xây dựng tập trung ở khoảnh 1 và 3 gần vớikhu hành chính của trường

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.1 Đặc điểm điều kiện lập địa khu vực nghiên cứu

4.1.1 Đặc điểm của chế độ mưa

4.1.1.1 Lượng mưa và cường độ mưa

Nguồn nước của đất là mưa Mưa là một trong những nhân tố có tácđộng trực tiếp đến quá trình xói mòn và ảnh hưởng đến cấu trúc, ngoại mạo

và động thái phát triển của lớp thảm thực vật Lượng mưa là chỉ tiêu dùng đểbiểu thị mưa nhiều hay ít, là chiều cao của lớp nước mưa đo được ở ống đomưa theo quy định chung sau mỗi trận mưa trong một đơn vị thời gian, nóphản ánh mưa lớn hay nhỏ

Do cường độ mưa luôn thay đổi và khó xác định, nên cần sử dụng chỉ

tiêu cường độ mưa bình quân (IBQ) Cường độ mưa bình quân phản ánh mức

độ mưa to hay nhỏ của từng trận mưa hay trong một khoảng thời gian mưaxác định Cường độ mưa bình quân trên phút (IBQ, mm/phút) được xác địnhbằng tỷ số giữa lượng mưa (mm) và thời gian mưa (phút), sau đó quy đổi racường độ mưa bình quân trên giờ (IBQ, mm/h).

Qua thu thập số liệu, đề tài tổng hợp được bảng phân bố lượng mưa vàcường độ mưa tại khu vực nghiên cứu tại phụ biểu 10

Nh ận xét:

Cường độ mưa bình quân (IBQ, mm/h) giữa các tháng có sự sai khác rõrệt Cường độ mưa bình quân đạt trị số nhỏ nhất vào tháng 12 là 0,43 mm/h,lớn nhất vào tháng 9 là 45,70 mm/h Như vậy, các tháng có lượng mưa lớn thìcường độ mưa bình quân (IBQ) đạt trị số lớn và ngược lại, các tháng có lượngmưa nhỏ thì trị IBQcũng có trị số nhỏ Đặc biệt, từ tháng 4 đến tháng 10 là cáctháng có lượng mưa lớn với IBQcũng có trị số lớn do đó, vào các tháng này có

khả năng gây xói mòn đất lớn hơn nên ta cần có các biện pháp bảo vệ đấtchống xói mòn.

Để biểu thị rõ ràng hơn ta nhìn vào hình 4.1

Năm 2005 Năm 2006 Năm 2007 Năm 2008

Hình 4.1: Phân bố lượng mưa theo các tháng trong năm

Tổng hợp lượng mưa và cường độ mưa các năm được trình bày tại bảng4.1:

Bảng 4.1: Lượng mưa và cường độ mưa

Bảng 4.2: Phân bố lượng mưa và số ngày mưa theo tháng trong năm

L.mưa (mm)

Số ngày mưa

L.mưa (mm)

Số ngày mưa

L.mưa (mm)

Số ngày mưa

Nh ận xét:

Số ngày mưa trong năm tương đối lớn, trung bình mỗi năm có khoảng127,8 ngày mưa và tập trung từ tháng 4 đến tháng 10 hàng năm Lượng mưanăm phân bố không đều, tập trung từ tháng 4 đến tháng 10, lượng mưa lớnnhất vào tháng 7 và tháng 8 đạt trung bình từ 160,7 mm đến 538,8 mm Nhưvậy, mùa mưa tại khu vực nghiên cứu kéo dài trong 7 tháng chiếm tới 90,8%tổng lượng mưa của cả năm Mùa khô bắt đầu từ tháng 11 đến hết tháng 3năm sau, với tổng lượng mưa chỉ chiếm 16,3% tổng lượng mưa hàng năm.Tháng có lượng mưa nhỏ nhất là vào tháng 12 và tháng 1, chỉ đạt trongkhoảng từ 0,5 đến 40,8 mm

4.1.2 Địa hình

Địa hình có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá vai trò điều tiếtdòng chảy của rừng Những nơi có điều kiện khác nhau về độ dốc và hướngdốc sẽ có sự khác nhau về tính chất vật lý và khả năng giữ nước của đất

Bảng 4.3: Đặc điểm địa hình tại vị trí của các ô tiêu chuẩn

OTC Trạng thái rừng Độ dốc

2 Thông + Cây bản địa 20 Tây Nam

3 Thông + Cây bản địa 22 Tây Nam

4 Thông + Cây bản địa 12 Đông Nam

6 Keo + Cây bản địa 11 Đông Nam

7 Keo + Cây bản địa 20 Đông Nam

8 Keo + Cây bản địa 17 Tây Nam

Nh ận xét:

Các ô tiêu chuẩn được bố trí chủ yếu ở sườn phía Đông và phía Tây

Độ dốc mặt đất của các ô dao động trong khoảng từ 11 - 220, trung bình là

170 Việc bố trí các ô tiêu chuẩn ở các vị trí khác nhau của mỗi trạng thái rừng

sẽ làm tăng tính đại diện cho ô đối với mỗi trạng thái rừng đó

4.1.3 Th ảm thực vật

Các nhân tố cấu trúc hình thái của thảm thực vật rừng có ảnh hưởng rấtlớn đến khả năng thấm và giữ nước của đất rừng Các nhân tố này quyết địnhđến đặc điểm, tính chất vật lý, hoá học của đất rừng

Tổng diện tích núi Luốt theo ranh giới xác định giao cho trường Đạihọc Lâm nghiệp là 130,03 ha, trong đó:

Diện tích rừng trồng Thông + Cây bản địa là: 25,62 ha

Diện tích rừng trồng Keo + Cây bản địa là: 35,93 ha

Diện tích rừng hỗn giao Thông + Keo là: 1,78 ha

Tổng diện tích đất có rừng trồng Thông, Keo và Cây bản địa là 63,63

ha, còn lại là các loại đất trồng các loài cây khác và đất có mục đích sử dụngkhác

Qua phân tích sơ bộ, đề tài nhận thấy có sự khác biệt tương đối rõ nét

về các đặc điểm cấu trúc giữa các lâm phần Để làm sáng tỏ điều này, đề tài

đã thống kê các chỉ tiêu điều tra lâm phần lên bảng 4.4