Bài giảng sinh thái rừng

1964: “Quần lạc sinh địa rừng là một khoảnh rừng bất kỳ có sự đồng nhất về thành phần, cấu trúc và các đặc điểm của các thành phần tạo nên nó, và về mối quan hệ giữa chúng với nhau, có n

CHƯƠNG I KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ SINH THÁI RỪNG VÀ RỪNG

I Ý nghĩa của rừng đối với đời sống xã hội

Rừng là nguồn vật chất và tinh thần cơ bản thoả mãn nhu cầu con người Rừng

và đời sống xã hội là hai mặt của vấn đề, nó có mối quan hệ rất chặt chẽ với nhau Tất

cả mọi hoạt động đời sống xã hội, các quá trình hoạt động sản xuất kinh doanh của con người đều liên quan đến rừng Nếu không có rừng thì xã hội loài người không thể tồn tại Trong thực tế, mọi thứ cần thiết cho sự tồn tại của con người như thức ăn, dược liệu, quần áo, các nguyên vật liệu xây dựng nhà cửa, giấy, sợi, hoá lâm sản, đồ dùng hàng ngày… đều phải lấy từ rừng

Tất cả những vật chất, vật liệu đó đều là kết quả tương tác giữa 2 nhân tố chủ yếu là lao động của con người và vật chất được lấy từ rừng Lao động của con người là điều kiện cơ bản của đời sống xã hội, nó không thể tách rời với tài nguyên rừng Cùng với sự phát triển của lực lượng sản xuất, khối lượng sản xuất vật chất cũng được tăng lên qua các chu kỳ kinh doanh Do vậy mà tác động của con người và xã hội đến rừng (tác động đến điều kiện sinh tồn của chính họ) ngày càng tăng Những nhu cầu về gỗ

và sản phẩm của nó trên thế giới không ngừng tăng lên, nếu năm 1960 toàn thế giới khai thác được 1,7 tỷ m3 gỗ thì năm 1970 đã là 2,3 tỷ mét khối và đến năm 2000 sẽ có thể lên tới 4,5- 5 tỷ m3

Các chức năng chính của rừng là bảo vệ môi sinh, khả năng điều hoà khí hậu, bảo vệ và hình thành đất, làm tăng thêm tính đa dạng sinh học của rừng… Ngoài ra rừng còn là nơi cư trú và là nguồn thức ăn cho thế giới động vật Rất nhiều loài chim, thú không thể sống ở ngoài rừng: Hươu, Nai, Hổ, Báo, chim… Tất cả chúng là thành phần quan trọng của hệ sinh thái rừng, bản thân chúng hoàn thành những chức năng nhất định trong việc duy trì trạng thái cân bằng của hệ sinh thái rừng

II Khái niệm chung về sinh thái học, sinh thái rừng

1 Sinh thái học

Sinh thái học là môn khoa học rộng so với các môn khoa học sinh học và nó cũng là khoa học được phát triển nhất, bao trùm, tổng hợp nhất

Thuật ngữ sinh thái học được E.Hacked đưa vào năm 1886, thuật ngữ này có

nguồn gốc từ Hylạp “Oikos” nghĩa của nó là “nhà tự nhiên” hoặc là nơi ở đối với

người và động vật, còn đối với thực vật là “nơi mọc” Như vậy, đây là môn khoa học nghiên cứu về nơi mọc, nơi ở hay về môi trường sống của sinh vật Chính vì vậy có thể

định nghĩa “Sinh thái học là khoa học nghiên cứu về mối quan hệ qua lại giữa các sinh

vật với nhau và giữa chúng với các hoàn cảnh xung quanh”

Theo E P Ô-đum (1986) thì: Sinh thái học là khoa học nghiên cứu “cái nhà tự

nhiên” của chúng ta, nghiên cứu tất cả các động vật, thực vật, các sinh vật khác và tất

cả các quá trình làm nên cái nhà đó bằng tự nhiên để sống Như vậy theo Ô-đum thì sinh thái học là các khoa học về sinh vật ở “cái nhà của mình”, là khoa học mà trong

đó đặc biệt chú ý đến việc phân chia các cộng đồng hoặc tính chất của các mối liên hệ lẫn nhau giữa các sinh vật và giữa chúng với các hoàn cảnh xung quanh

sở của học thuyết về rừng của Môrôdốp, Sucasép thì rừng được coi như một quần lạc sinh địa

Như vậy: “Sinh thái rừng là môn khoa học nghiên cứu về rừng, tức là nghiên cứu về các quần xã sinh vật, về mối quan hệ ảnh hưởng lẫn nhau giữa các cây rừng khác nhau và giữa chúng với các sinh vật khác trong quần xã đó, cũng như mối quan

hệ lẫn nhau giữa sinh vật này với hoàn cảnh xung quanh tại nơi mọc của chúng” (Ô- đum 1986, G Ctepphan1980)

3 Khái niệm về rừng

+ Rừng là một hệ sinh thái

Theo giáo sư G.F.Môrôdốp (1930) cho rằng: “Rừng là một tổng thể cây gỗ, có

mối liên hệ lẫn nhau, nó chiếm một phạm vi không gian nhất định ở mặt đất và trong khí quyển” Rừng chiếm phần lớn bề mặt trái đất và là một bộ phận của cảnh quan địa

lý Ông chỉ ra rằng: Rừng không đồng nhất bởi vì nó chiếm một không gian rộng lớn

và nó là một hiện tượng địa lý Ông cho rằng: Quá trình hình thành rừng luôn luôn chịu ảnh hưởng của những nhân tố sau:

- Đặc điểm sinh vật học các loài gỗ

- Hoàn cảnh địa lý (khí hậu, đá mẹ, địa hình đất)

- Mối quan hệ quần xã giữa các thực vật và giữa thực vật và động vật

- Các nguyên nhân lịch sử, địa chất

- Sự can thiệp của con người

Nhà lâm học nổi tiếng M.E.Tcachencô (1952) cũng đã xác định khái niệm về rừng như vậy Ông đã xem “rừng là một bộ phận của cảnh quan địa lý, nó được tạo ra bởi tổng thể lớn các cây gỗ, giữa chúng có mối quan hệ sinh học rất chặt chẽ với nhau

và với hoàn cảnh xung quanh trên phạm vi một vùng lảnh thổ nhất định”

Hội nghị các nhà khoa học toàn Liên Xô ngày 01/01/1974, đã đi đến thống

nhất định nghĩa rừng như sau: “Rừng là một bộ phận của cảnh quan địa lý, trong đó

bao gồm tổng thể các cây gỗ, cây bụi, cây cỏ, động vật và vi sinh vật, trong quá trình phát triển của mình chúng có mối quan hệ sinh học và ảnh hưởng lẫn nhau và với hoàn cảnh bên ngoài”

Ngoài ra, còn có nhiều khái niệm về rừng còn xem xét trên mức độ khác nhau, theo T.S Mêlêkhốp (1974) nói chung: “Rừng là sự hình thành phức tạp của tự nhiên, là thành phần cơ bản của sinh quyển địa cầu”

Sự phân bố của rừng trên trái đất có tính chất theo đới tự nhiên Căn cứ vào điều kiện sinh thái khác nhau và các thành phần, cấu trúc, đặc điểm sinh trưởng, sản lượng của rừng mà người ta chia rừng thành các loại sau:

- Rừng lá kim hay rừng Taiga ở các vùng khí hậu lạnh hai cực

- Rừng hỗn giao của vùng khí hậu ôn đới bao gồm các loại rừng lá kim và rừng lá rộng

- Rừng ẩm vùng khí hậu nóng, có các loại rừng lá rộng và lá kim

- Rừng lá rộng thường xanh ẩm nhiệt đới

- Rừng mưa xích đạo

- Rừng các vùng khô gọi là rừng thưa hạn sinh

Rừng cũng có thể xem xét trên một khía cạnh khác, như khái niệm " khu rừng" Có nghĩa là rừng chiếm một diện tích lãnh thổ rộng lớn, trên đó có cây gỗ và các thực vật khác, nó khác với các khu khác ở gần đó như thảo nguyên, đồng cỏ, đồng ruộng

Khái niệm rừng thường gặp nhiều trong lý thuyết và ngoài thực tế kinh doanh rừng là "rừng" đồng nhất với khái niệm "lâm phần" Lâm phần là những khu rừng tương đối đồng nhất về các thành phần cây gỗ, cây bụi và các động vật trên mặt đất Khái niệm lâm phần rất giống với khái niệm " quần thể thực vật rừng "hoặc "quần xã thực vật rừng", đó là đơn vị cơ bản nhất của rừng

+ Rừng là quần lạc sinh địa

Nếu hợp nhất các thành phần thực vật của lâm phần với tất cả động vật, vi sinh vật, đất và hoàn cảnh sống của chúng, ta sẽ có khái niệm "quần lạc sinh địa rừng" Thuật ngữ "quần lạc sinh địa" được S.I Sucasép đưa ra năm 1944

Theo Sucasép 1964: “Quần lạc sinh địa rừng là một khoảnh rừng bất kỳ có sự đồng nhất về thành phần, cấu trúc và các đặc điểm của các thành phần tạo nên nó, và

về mối quan hệ giữa chúng với nhau, có nghĩa là đồng nhất về thực vật che phủ, về thế giới động vật và vi sinh vật cư trú tại đó, về các điều kiện tiểu khí hậu, thuỷ văn và đất đai, về các kiểu trao đổi vật chất và năng lượng giữa các thành phần của nó với nhau

và với các hiện tượng tự nhiên khác”

Như vậy rừng là một tập hợp các quần lạc sinh địa riêng biệt Bên cạnh quần

lạc sinh địa rừng, trong tự nhiên còn có các quần lạc sinh địa khác như thảo nguyên, sa mạc…

Hệ sinh thái là đơn vị chức năng cơ bản trong sinh thái học, trong đó bao gồm các thành phần sinh vật và hoàn cảnh vô sinh, giữa các thành phần đó luôn có ảnh hưởng qua lại đến tính chất của nhau và đều cần thiết cho nhau để giữ gìn sự sống dưới dạng như đã tồn tại trên trái đất

Theo C.Vili (1957) đã đưa ra khái niệm như sau: “Hệ sinh thái rừng là một đơn

vị tự nhiên nó bao gồm các thành phần sống và không sống, giữa chúng có sự trao đổi chất và năng lượng tạo nên một hệ thống ổn định" Hay nói cách khác hệ sinh thái là một hệ thống bao gồm quần xã sinh vật và các yếu tố môi trường vật lý, trong đó giữa chúng có sự tương tác với nhau

Các thành phần sống gồm: Thực vật, động vật, vi sinh vật (sinh vật tự dưỡng

và sinh vật dị dưỡng) Trong sinh vật dị dưỡng gồm: Sinh vật tiêu thụ (sinh vật tiêu thụ bậc 1, bậc 2, bậc 3) và sinh vật phân huỷ

Các thành phần không sống: Chất vô cơ, chất hữu cơ, chế độ khí hậu

Lâm sinh học hiện đại thường xem rừng như một hệ thống sinh học tự nhiên tự điều hoà và tự phục hồi (S.V Bê-lốp 1982) Chúng ta nên hiểu hệ thống này là một thể bất kỳ của các mối quan hệ lẫn nhau giữa các thành phần của rừng mà các thành phần này luôn luôn có sự biến đổi về số lượng theo thời gian và không gian Các cây rừng, cây tái sinh, tầng cây bụi thảm tươi, động vật, vi sinh vật, đất và tiểu khí hậu được gọi

là các thành phần của rừng

Theo quan niệm hiện nay: Rừng là một hệ thống động, nghĩa là hệ thống nằm trong trạng thái cân bằng động, dao động trong một giới hạn nhất định Đồng thời rừng cũng có tính ổn định, bền vững nhất định đối với những tác động bất lợi từ bên ngoài Nhờ đó rừng được tồn tại trong thời gian dài và rừng sẽ biến đổi theo không gian và thời gian Ở trong rừng không ngừng diễn ra trao đổi vật chất và năng lượng, do đó rừng là một hệ thống tự điều hoà và tự phục hồi một cách năng động

Khi nghiên cứu về đời sống của rừng, trong lâm sinh học hiện đại người ta dùng phương pháp năng lượng và phương pháp điều khiển Ở phương pháp năng lượng người ta nghiên cứu mối quan hệ năng lượng giữa các thành phần của rừng và hoàn cảnh xung quanh (tức là sự trao đổi năng lượng được tính bằng calo, jun, hex) còn ở phương pháp điều khiển khi nghiên cứu rừng người ta xem xét mối tương quan của hàm số, sự phụ thuộc của các tham số hệ thống (các thành phần của rừng) vào các nhân tố khác Dựa vào hai phương pháp này người ta thiết lập các mô hình năng lượng hoặc các mô hình điều khiển rừng trên cơ sở số lượng và theo những phương trình nhất định

Theo viện sĩ I.S Mêlêkhốp (1974) thì rừng là một hệ thống sinh vật học Hệ sinh thái rừng được đặc trưng bởi những đặc điểm cơ bản như sau:

+ Rừng là một quần thể phức tạp có mối quan hệ qua lại giữa các cá thể trong quần thể, giữa các quần thể trong quần xã và có sự thống nhất giữa chúng với hoàn cảnh trong tổng hợp đó

+ Rừng luôn luôn có sự cân bằng động, có tính ổn định, tự điều hoà và tự phục hồi để chống lại những biến đổi của hoàn cảnh và những biến đổi về số lượng sinh vật, những khả năng này được hình thành do kết quả của sự tiến hoá lâu dài và kết quả của sự chọn lọc tự nhiên của tất cả các thành phần rừng

+ Rừng có khả năng tự phục hồi và trao đổi cao

+ Rừng có sự cân bằng đặc biệt về sự trao đổi năng lượng và vật chất, luôn luôn tồn tại quá trình tuần hoàn sinh vật và trao đổi vật chất và năng lượng, đồng thời nó thải ra khỏi hệ sinh thái các chất và bổ sung thêm vào đó một số chất từ các hệ sinh thái khác + Sự vận động của các quá trình nằm trong có tác động tương hỗ phức tạp dẫn tới sự

ổn định bền vững của hệ sinh thái rừng

+ Rừng có sự phân bố địa lý

Khi xem xét rừng trên quan điểm lâm học thực hành thì chúng ta cần chú ý đến bốn đặc điểm sau:

+ Rừng tồn tại lâu dài theo thời gian

+ Trong rừng luôn có ảnh hưởng lẫn nhau giữa các cây gỗ, cây bụi, thảm tươi và giữa chúng với hoàn cảnh xung quanh

+ Rừng tự điều chỉnh về số lượng cây gỗ

+ Rừng tự tái sinh và tự phục hồi

 Vậy rừng khác với công viên ở chổ nào?

1 Rừng là một hiện tượng tự nhiên

2 Rừng đảm bảo tự tái sinh và phục hồi tự nhiên không ngừng, dưới tán rừng thường xuyên thấy xuất hiện cây non, còn ở công viên hoặc vườn bị ức chế bởi những hoạt động kinh doanh của con người không có tái sinh mà thay vào đó là những cây trồng

3 Rừng luôn luôn được bảo vệ không bị tàn phá bởi những hiện tượng tự nhiên thầm lặng như: Gió, lửa, sâu bệnh…

Trong quá trình tiến hoá lâu dài rừng phải thích ứng với các nhân tố bất lợi Một trong những phản ứng thích nghi của rừng là tăng số lượng quả, hạt và tăng số lượng cây mầm lớn trong thời gian nhất định, sau đó là cây con và ổn định

Trong rừng tự nhiên từ giai đoạn non đến già thường xảy ra quá trình tỉa thưa tự nhiên một cách liên tục, điều đó nói lên sự khác biệt giữa rừng với các quần thể cây trồng ở công viên, ở vườn cây Ở tuổi rừng non người ta tìm được rất nhiều cây gỗ nhưng đến giai đoạn thành thục hoặc già thì còn rất ít Ở công viên hoặc vườn thì quá trình tỉa thưa là do con người tác động và hoàn thành không có quá trình tái sinh tự nhiên, nhờ vậy mà có thể tính toán mật độ một cách chính xác

4 Khả năng tự phục hồi rừng thể hiện mối quan hệ lẫn nhau giữa các cây gỗ ở trong rừng Hình dạng bên ngoài của hai cây cùng loài, cùng tuổi, nhưng môi trường sống khác nhau thì chúng có khả năng này khác nhau Đây là kết quả của mối quan hệ giữa cây và môi trường sống

Các cây mọc trong rừng có tán hẹp, thân vươn cao, thẳng, sự tỉa thưa tự nhiên nhiều hơn Còn cây ở chổ trống trong vườn hoặc ở công viên thì ngược lại có tán thấp, xoè rộng, nhiều cành, hình dạng thân cây không dẹp, độ thon lớn…

5 Những cây gỗ trong rừng thường tạo ra một hoặc một số tầng Đời sống của rừng bắt đầu từ sự khép tán của các cây gỗ Sau khi khép tán dưới rừng tạo ra điều kiện tiểu khí hậu đặc biệt Khí hậu rừng nó cũng khác với khí hậu ở công viên, vườn hoặc chổ trống Trong đó những đặc điển riêng của rừng khác với quần thể hay quần xã khác

6 Ở rừng có sự xuất hiện các loài thực vật và động vật đến cư trú (hình thành các thể sinh vật mới) Như vậy rừng tự nhiên hoàn toàn khác với quần thể, quần xã nhân tạo, mặc dù chúng là những thực vật thân gỗ

III Thành phần của quần xã thực vật và những đặc trưng của lâm phần

Một khu rừng lớn hay nhỏ cũng đều do những lâm phần tạo nên, các lâm phần đó

có sự khác nhau về thành phần loài cây, tuổi, mật độ và các đặc trưng khác ở mỗi lâm phần Có thể chia ra các thành phần của quần xã thực vật rừng như sau: cây gỗ, cây tái sinh, cây bụi, thảm tươi, thực vật ngoại tầng, thế giới động vật (côn trùng , vi sinh vật)

và đất

1 Quần thể, quần xã cây gỗ

Đó là tập hợp các loài cây gỗ trong rừng, nghĩa là những cây có thân chính rõ

ràng Theo thành phần các loài cây gỗ người ta chia ra rừng thuần loài (các loài cây khác không quá 10%) và rừng hỗn giao (được tạo bởi nhiều loài cây)

Thành phần của rừng người ta chia ra loài cây ưu thế, loài cây chủ yếu và loài cây thứ yếu

+ Loài cây ưu thế là loài cây chiếm trữ lượng lớn hơn 50% tổng trữ lượng cây đứng của rừng Nếu rừng đó phức tạp nhiều loài cây mà có trữ lượng gần như nhau thì loài nào có ý nghĩa kinh doanh lớn nhất sẽ là cây ưu thế (theo quan điểm kinh tế)

+ Loài cây mục đích là loài cây có giá trị phù hợp với mục đích kinh doanh hoặc loài cây chủ yếu là loài cây được tiến hành kinh doanh (được chăm sóc, nuôi dưỡng) + Loài cây thứ yếu là loài cây kém giá trị kinh tế hơn loài cây chủ yếu Cách biểu thị tổ thành rừng được ghi như sau:

Loài nào có trữ lượng lớn (số lượng nhiều) thì được ghi đầu tiên, sau đó là các loài khác và ghi kèm theo tỷ lệ tham gia của mỗi loài (tỷ lệ thường được tính theo trữ lượng rừng từ 1 - 10)

* Các đặc điểm của quần xã thực vật rừng

- Độ khép tán tuyệt đối: là tổng diện tích tán cây rừng chiếu thẳng xuống mặt đất (m²/ha)

- Độ khép tán tương đối: là tổng diện tích tán cây (m²) trên tổng diện tích khu rừng

- Độ tàn che của rừng không thể vượt quá 1,0 được biểu thị 0,1 – 1,0 Nếu tính

độ tàn che của các loài cây gỗ so với diện tích khu rừng thì có thể lớn hơn 1,0 Bởi vì tán của từng loài cây riêng biệt hoặc các bộ phận của nó có thể nằm dưới tán các cây khác, trong những trường hợp đó là sự trùng lặp nhau

- Độ đầy tuyệt đối là tổng thiết diện ngang của tất cả các thân cây gỗ ở độ cao ngang ngực (1,3m) và được biểu thị bằng (m²/ha) Người ta thường xác định độ dày của rừng bằng biểu tính sẳn theo sự thay đổi đường kính của thân cây

- Độ đầy tương đối là tỷ lệ tổng thiết diện các cây rừng cụ thể so với tổng thiết diện ngang ở rừng bình thường hoặc rừng chuẩn - rừng chuẩn trong điều kiện lập địa

2 Cây tái sinh

Đó là thế hệ rừng non dưới tán rừng già, ở nơi đã khai thác hay bị cháy mà chúng

có khả năng hình thành rừng Cây tái sinh được chia ra cây mạ và cây con là cây từ một tuổi trở lên đến khi có đường kính ngang ngực nhỏ hơn 6 cm đối với gỗ nhỏ hoặc

10 cm đối với gỗ lớn và có chiều cao nhỏ hơn 1/2 chiều cao của rừng (gỗ nhỏ) hoặc nhỏ hơn 1/3 chiều cao cây rừng (gỗ lớn)

3 Cây bụi, cây nửa bụi

Là những cây không có thân chính rõ ràng và không có khả năng hình thành cây rừng ở điều kiện lập địa tại đó Tuy nhiên chúng vẫn có khả năng bảo vệ và làm giàu

đất, bảo vệ nguồn nước và hạn chế sự phát triển cỏ dại, nhiều khi nó lại là đối thủ cạnh tranh với cây tái sinh, ngăn cản nảy mầm của hạt giống

4 Tầng thảm tươi

Là những loài cỏ quyết, rêu, địa y… có tác dụng che phủ mặt đất, đồng thời cũng

có ảnh hưởng đến tái sinh rừng, tranh giành chất dinh dưởng và nước trong đất rừng

5 Thực vật ngoại tầng

Là những loài cây cỏ, dây leo, thực vật phụ sinh…chúng mọc hoặc bò không cố định ở một tầng cụ thể, mà nó ở các tầng khác nhau Thực vật ngoại tầng có thể che phủ mặt đất, cho quả và làm thuốc chữa bệnh Nhưng nó cũng có thể ngăn cản sinh trưởng của cây rừng hoặc làm tăng nguy cơ cháy rừng

6 Thế giới động vật

Sự đa dạng về thành phần loài phụ thuộc vào cấu trúc rừng, chúng có ảnh hưởng đến đời sống cây rừng và quá trình trao đổi vật chất, năng lượng trong hệ sinh thái rừng

IV Hoàn cảnh, hoàn cảnh sinh thái và phân loại các nhân tố sinh thái

Hệ sinh thái rừng là một tổng hợp phức tạp các mối quan hệ lẫn nhau của các quá trình, trong đó sự trao đổi vật chất và năng lượng với hoàn cảnh xung quanh là quá trình cơ bản nhất

Rừng và hoàn cảnh luôn tác động qua lại lẫn nhau rất chặt chẽ, luôn luôn vận động và biến đổi Nhiều nhà khoa học đã xem hoàn cảnh của rừng như là một nhân tố rất quan trọng đối với sinh trưởng và phát triển của rừng, là nhân tố cơ bản, nhân tố có trước, nhờ đó mới có chất hữu cơ

Những nhân tố có ảnh hưởng đến đời sống thực vật và đến tính chất của mối quan hệ lẫn nhau được gọi là nhân tố sinh thái Tổng hợp các nhân tố sinh thái gọi

hoàn cảnh sinh thái Trong tự nhiên các nhân tố sinh thái luôn luôn luôn tác động đến nhân tố đời sống sinh vật Song mức độ này tác động đến cá thể, quần thể hay quần xã sinh vật là không như nhau Cho nên khi nghiên cứu người ta thường tập tách ra nghiên cứu từng nhân tố một và phân tích tập trung chủ yếu vào các nhân tố chủ yếu Tác động của bất kỳ một nhân tố nào, nếu như nó không có mặt thì nó sẽ nằm ở mức

độ tối thấp và tối cao hay còn gọi là sức biểu hiện sinh thái

Sức biểu hiện của sinh thái hay khả năng thích nghi của sinh vật là khả năng định cư của sinh vật ở các nơi khác nhau, các vùng sinh thái khác nhau Một số loài có khả năng thích nghi hẹp, chúng chỉ sống được trong một phạm vi biến đổi nhất định của các nhân tố sinh thái Có những loài có khả năng thích nghi rộng, chúng có thể sống mọi nơi và trong những điều kiện có sự biến động lớn của các nhân tố sinh thái Các loại đó có khả năng phân bố rộng khắp trên toàn lãnh thổ, sinh trưởng và phát triển ở những điều kiện khác nhau và thường gặp hầu hết tất cả các vùng

Căn cứ vào khả năng chống chịu của các sinh vật mà người ta chia ra các vùng sinh thái khác nhau:

- Vùng sống: Các hoạt động của sinh vật xảy ra bình thường

- Vùng ức chế (hạn chế): Là những vùng thuộc giới hạn dưới hoặc giới hạn trên của những hoạt động sống của sinh vật

- Vùng chết: Là những vùng vượt quá giới hạn vùng sống

Trong vùng sống người ta còn chia ra vùng sống thích hợp (sống bình thường) và vùng sống tối ưu Tại vùng sống tối ưu sinh vật thường có tốc độ sinh trưởng và phát triển điều độ nhất, tiêu thụ năng lượng ít nhất, khả năng chết sẽ nhỏ nhất, sự sống được kéo dài hơn và khả năng ra hoa kết quả sẽ cao nhất

+ Phân loại các nhân tố sinh thái

Hiện nay có rất nhiều cách phân loại nhân tố sinh thái Trong đó phân loại đơn giản và phổ biến nhất là chia thành 2 nhóm nhân tố sinh thái Nhóm các nhân tố sinh vật và nhóm các nhân tố vô sinh

Nhóm các nhân tố hữu sinh bao gồm: Thực vật, động vật, vi sinh vật và con người; Nhóm các nhân tố vô sinh gồm: Đất, khí hậu, địa hình…; Hoạt động con người

Các nhân tố khí hậu hoặc các nhân tố của hoàn cảnh trên mặt đất gồm: Bức xạ

mặt trời, cường độ ánh sáng, nhiệt độ, lượng mưa, ẩm độ không khí, thành phần không khí, sấm sét, gió bão…Tất cả các nhâm tố sinh thái này đều ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng phát triển và phân bố của rừng Điều kiện khí hậu ảnh hưởng đến hạt giống

và chất lượng hạt giống

Các nhân tố đất: Ẩm độ và các chất dinh dưởng cho cây được hoà tan trong đất

Trong đó oxy trong đất, tính chua, tính chất vật lý của đất, độ dày của tầng đất, độ sâu của rễ, thảm khô, thảm mục và mùn

Các nhân tố địa chất: Đá mẹ có ảnh hưởng đến thành phần và mức độ hình thành

đất, ảnh hưởng đến dòng chảy bề mặt đất Do đó ảnh hưởng đến mức độ xói mòn đất

và mực nước sông, suối, các khe

Các nhân tố địa hình: Hình dạng địa hình sẽ tác dụng đến nhân tố sinh thái trên

bề mặt: Ánh sáng, tốc độ và hướng gió, nhiệt độ ẩm độ và tính chất vật lý, hoá học của đất và ảnh hưởng đến mức độ xói mòn của bề mặt đất…Do đó sẽ ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của rừng

Các nhân tố thực vật: Thực vật không chỉ có cây bụi, cỏ, rêu, địa y, dây leo và

các loại vi khuẩn nấm, mà còn có cả cây rừng cạnh tranh và ảnh hưởng qua lại lẫn nhau Mức độ ảnh hưởng lẫn nhau giữa các cây rừng luôn phụ thuộc vào đặc tính sinh học và đặc tính sinh thái của từng loài

Các đặc tính sinh vật học của loài như: Tốc độ sinh trưởng của loài, tái sinh chồi hoặc tái sính hạt, phương thức phát tán quả và hạt, năng lực nãy mầm và tỷ lệ sống, khả năng đề kháng của loài đối với sâu bệnh hại, điều kiện tự nhiên, chất lượng gỗ và giá trị sử dụng của loài đó, hình dạng và kích thước của tán, hệ rễ Đó là những đặc tính sinh vật học của loài, loài cây này có chiến thắng được loài cây khác hay không là nhờ vào các đặc tính đó Đặc tính sinh thái học là những đặc tính yêu cầu đối với điều kiện hoàn cảnh bên ngoài của cây như mối quan hệ giữa loài cây và nhịêt độ, độ ẩm, ánh sáng, dinh dưỡng, các nhu cầu đối với độ phì, sức đề kháng với điều kiện bất lợi

Các nhân tố động vật và vi sinh vật: Các nhân tố này ảnh hưởng đến rừng cả có

lợi và có hại, thông qua con đường trực tiếp hoặc gián tiếp mà nó ảnh hưởng đến thực vật

Hoạt động của con người: Đó là tác động trực tiếp hoặc gián tiếp của con người

đến tự nhiên và đến các sinh vật, là nhân tố ảnh hưởng lớn nhất đến đời sống của rừng, trong đó bao gồm hoạt động có ý thức và vô ý thức cho nên ảnh hưởng cả có lợi

và có hại với rừng

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Trình bày khái niệm chung về hệ sinh thái rừng và rừng

2 So sánh sự khác nhau giữa rừng và công viên

3 Anh (chị) cho biết rừng có những đặc trưng cơ bản nào?

4 Phân tích vai trò của rừng đối với đời sống xã hội

CHƯƠNG II

MỐI QUAN HỆ QUA LẠI GIỮA QUẦN XÃTHỰC VẬT RỪNG

VÀ HOÀN CẢNH XUNG QUANH

I Mối quan hệ giữa thực vật rừng và ánh sáng

1 Ý nghĩa của ánh sáng đối với đời sống cây rừng

Bức xạ mặt trời là nguồn năng lượng chính đi vào hệ sinh thái rừng, có ý nghĩa quyết định trong quá trình quang hợp tạo nên sinh khối của rừng Chính quá trình tổng hợp chất gluxid đã ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển rừng Ánh sáng mặt trời là một trong những ngoại cảnh quan trọng nhất Ý nghĩa của nó đặc biệt lớn lao và được thể hiện ở những mặt sau:

- Sự sống của thực vật phụ thuộc vào quang hợp, mà quang hợp phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời bởi vì cường độ sinh trưởng của cây có liên quan chặt chẽ với cường

độ quang hợp có thể xác định bằng lượng CO2 đã sử dụng từ không khí bởi thực vật Đối với những cây rừng mọc ở những điều kiện thuận lợi thì quá trình quang hợp chúng sử dụng 1% - 2% so với lượng ánh sáng hoàn toàn Quá trình quang hợp thực vật phải trải qua hai giai đoạn, giai đoạn một được thực hiện ngoài ánh sáng khoảng trong 0,0001s Phản ứng quang hợp xảy ra dưới ảnh hưởng của ánh sáng, ánh sáng sẽ kích thích phân tử diệp lục trong lá cây hoạt động

- Ánh sáng ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây rừng Ở rừng có mật độ dầy vì thế quang hợp thực của cây rừng sẽ chỉ xảy ra khi các lá cây có đầy đủ các tia sáng mặt trời

Kết quả nghiên cứu của X.Xirli (1949) đã đi đến kết luận rằng: trong giới hạn cường độ ánh sáng từ 1% - 5% cường độ ánh sáng hoàn toàn quang hợp sẽ cân bằng với lượng bức xạ thu nhận được, nếu như các yếu tố khác thuận lợi thì quang hợp sẽ tiếp tục tăng Cũng trong điều kiện đó nếu lượng bức xạ ánh sáng đi xuống quá nhiều thì hô hấp tăng cao, nước cung cấp không đảm bảo, khí khổng có khả năng phải đóng lại, tích luỹ quá nhiều các chất đồng hoá trong các lá cây, có thể sẽ dẫn tới quá trình quang hợp giảm xuống hoặc ngừng hẳn Khi ánh sáng thiếu thì các cây trong rừng sẽ phát triển mạnh về chiều cao và khi ánh sáng thừa sẽ kích thích sự sinh trưởng cành nhánh Khi thiếu ánh sáng thì các cây gỗ ở trong rừng sẽ phát triển mạnh về chiều cao

và khi ánh sáng thừa sẽ kích thích sự sinh trưởng cành nhánh

- Ánh sáng ảnh hưởng trực tiếp đến hình thái cây rừng

Cây mọc ở trong bóng râm và mọc nơi có ánh sáng hoàn toàn có sự khác biệt nhau rất rõ về cấu trúc và hình thái bên ngoài

+ Ánh sáng làm biến đổi cấu tạo giải phẩu cây rừng khi mọc ở các điều kiện khác nhau, làm thay đổi kích thước các nhân tố giải phẩu ở thân và lá

Ví dụ: Cây ngoài ánh sáng lá nhỏ hơn và dầy hơn, tỷ lệ mô dậu và mô khuyết lớn

hơn; lá trong bóng râm mỏng hơn, độ dày mô dậu giảm 1,5 - 2,5 lần

- Mỗi loài cây rừng có nhu cầu ánh sáng khác nhau Có loài cây ưa sáng, loài cây chịu bóng

- Ánh sáng điều hoà sự hình thành cành nhánh cây gỗ (tán cây ở ngoài rừng có số lượng cành nhánh nhiều hơn trong rừng) Cây trong rừng phải vươn lên tìm ánh sáng xảy ra quá trình tỉa thưa tự nhiên

- Ánh sáng ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của cây rừng thông qua thay đổi các nhân tố của môi trường sinh thái Khi ánh sáng dưới tán rừng thay đổi thì nhiệt độ đất,

độ ẩm đất, vi sinh vật đất thay đổi và dẫn đến quá trình phân giải thảm mục thay đổi, lượng mùn và độ phì đất cũng thay đổi theo Ánh sáng giữ vai trò như một cái đòn bẩy

để điều tiết các nhân tố sinh thái khác Con người điều tiết ánh sáng trong vườn ươm bằng cách làm dàn che bóng cho cây, ủ rơm rạ, cỏ trên đất để điều hoà nhiệt độ và giữ

độ ẩm cho đất Để thoả mản nhu cầu ánh sáng của những loài cây tái sinh sống dưới tán rừng Có thể điều tiết thông qua điều tiết độ khép tán của tầng cây cao

- Ánh sáng làm giảm khả năng nẩy mầm của hạt giống cây rừng, ảnh hưởng đến quá trình ra hoa tạo quả của cây rừng Trên thực tế những cây mọc lẻ hoặc mọc ở bìa rừng sẽ ra hoa kết quả sớm hơn số lượng và chất lượng hạt quả cao hơn Ngay trên cùng một cây cũng vậy ở phần ngọn phía trên tán thường cho quả nhiều hơn và tốt hơn Do ánh sáng làm giảm khả năng nẩy mầm của hạt nên có nơi người ta đã cất trử hạt bằng cách dùng ánh sáng để giảm khả năng nẩy mầm của hạt trong một giới hạn thời gian nhất định

- Ánh sáng có ảnh hưởng đến tình trạng cây bụi , cỏ và dây leo cũng như mức độ phát triển của nó ở dưới tán rừng

- Ánh sáng kích thích hoạt động của vi sinh vật đất

- Ánh sáng ảnh hưởng rất lớn đến các thời kỳ của quá trình tái sinh rừng

Ngoài ra ánh sáng còn ảnh hưởng đến các nhân tố sinh thái khác như nhiệt độ,

ẩm độ không khí, gió từ đó sẽ gián tiếp ảnh hưởng đến đời sống cây rừng

2 Tính ưa sáng, chịu bóng của cây rừng và phương pháp xác định

Yêu cầu về ánh sáng của các loài cây gỗ không giống nhau, một số loài cây ưa

sáng sống yếu ớt hoặc chết ở điều kiện bóng râm, một số loài cây khác sống trong bóng râm cũng có khả năng sinh trưởng và phát triển bình thường trong điều kiện che bóng Biểu hiện của nó bằng sự giảm cường độ quang hợp và kết quả là giảm mức độ

hình thành sinh khối Để đánh giá tính ưa sáng của cây rừng, người ta dùng chỉ tiêu sinh trưởng có hiệu quả của các loài trong điều kiện ánh sáng lớn hơn 30% so với ánh sáng hoàn toàn ở chổ trống và dựa vào kết quả đánh giá để xếp thứ tự theo khả năng ưa sáng của các loài cây Các cây chịu bóng có khả năng giữ được cường độ quang hợp trong điều kiện bóng râm Đặc tính chịu bóng của nó được thể hiện ở mức độ ánh sáng tối thiểu, sự hình thành các chất hữu cơ trong quá trình quang hợp lớn hơn sự tiêu phí trong quá trình hô hấp Như vậy người ta căn cứ vào đặc trưng hình thái để xác định loài ưa sáng và loài chịu bóng Các đặc trưng đó bao gồm:

- Mật độ hoặc độ khép tán của cây rừng Cây ưa sáng thì lá ít, tán thưa, có nghĩa

là ánh sáng lọt xuống nhiều hơn

- Sự tỉa cành tự nhiên Cây ưa sáng tán vươn cao, tỉa cành tốt Trong khi đó cây

chịu bóng tán thấp và kéo dài bề ngang hơn

- Tốc độ tỉa thưa tự nhiên của cây rừng Cây ưa sáng tỉa thưa sớm, cường độ tỉa

thưa cao hơn và tính đến tuổi thành thục chỉ còn 5%-6% số cây sống sót

- Khả năng sống trong bóng râm của cây tái sinh Loài chịu bóng khả năng sống

trong bóng râm mạnh hơn, còn ưa sáng thì có thể sống yếu ớt hoặc chết

- Độ dày vỏ, độ nứt vỏ của cây Vỏ càng dày và càng nứt nẻ thì cây đó càng ưa

sáng, còn cây chịu bóng thì vỏ thường mỏng và nhẵn hơn

3 Quy luật phân bố bức xạ quang hợp và ánh sáng

- Rừng phản xạ các tia sáng nằm trong phần ánh sáng nhìn thấy của thành phần quang phổ tất cả là 3%-6% bức xạ mặt trời, 44% - 70% ở vùng tia đỏ và tia hồng ngoại, 2% -3% tia đỏ, da cam và chàm, 7% - 8% các tia lục và lục vàng

- Rừng lọt ánh sáng nhiều hay ít (10% - 25%) phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, độ cao của mặt trời, độ tàn che của rừng, độ đầy, độ khép tán của các cây gỗ, độ dài và hình dạng của lá, chiều cao và mật độ của rừng…Là điều kiện tốt để các tia sáng xuyên qua tán rừng thường được quan sát thấy trong điều kiện thời tiết nhiều mây hoặc trời râm, còn nếu trời quang mây thì các tia xuyên qua nhiều nhất thường vào những buổi trưa (h=90°) và thấp nhất thường ở 10o-18° Bức xạ mặt trời lọt xuống đất dưới tán rừng phụ thuộc vào độ tàn che, độ tàn che càng cao thì mức độ lọt sáng càng giảm Trong cùng một độ tàn che hoặc độ đầy thì các loài cây khác nhau có độ lọt sáng khác nhau, điều đó liên quan đến độ che phủ của loài cây Nhờ đó, dưới tán rừng của những loài cây ưa sáng tồn tại nhiều loài cây tái sinh của các loài cây chịu bóng và nhiều khi

nó mọc rất tốt ở độ tàn che 0,7 - 0,8 Ánh sáng của bức xạ quang hợp còn phụ thuộc vào tuổi lâm phần ở thời kỳ sinh trưởng và phát triển của rừng, thời kỳ rừng sinh trưởng và phát triển mạnh nhất là mức ánh sáng lọt xuống ít nhất

Chế độ ánh sáng dưới tán rừng có những đặc điểm riêng biệt của nó, nên khi đo cường độ ánh sáng dưới tán rừng cần chú ý những điểm sau:

1, Tán rừng có khả năng chọn lọc ánh sáng qua tán, rừng lá rộng chọn lọc tốt hơn rừng lá kim Khi ánh sáng xuống dưới tán rừng sự giảm cường độ bức xạ mặt trời là rất

rõ rệt, đặc biệt là bức xạ quang hợp so với chổ trống

2, Sự thay đổi thành phần quang phổ của bức xa mặt trời được biểu hiện ở tia đỏ

và tia hồng ngoại, sự biến đổi này phụ thuộc vào tán rừng và loại rừng, dưới tán rừng

lá rộng cho ánh sáng đi qua 1% - 2% bức xạ sinh lý

3, Ở trong rừng thời gian chiếu sáng trong một ngày thường bị rút ngắn đi từ 1-3 giờ

4, Các vùng sáng ở trên mặt đất dưới tán rừng nó không cố định mà nó di chuyển theo thời gian và không gian Sự khác nhau về phần ánh sáng xuyên qua dưới tán rừng

và giữa các tán rừng là do sự không đồng đều nhau về chế độ ánh sáng Do đó ánh sáng khi đi qua tán rừng sẽ tập trung dưới dạng nhiều điểm hoặc các vệt, có các bóng râm và nửa bóng râm xuất hiện do gió đung đưa Sự biến động lá cây làm thay đổi nhanh hoặc làm dao động ánh sáng các vệt dưới tán rừng Vì vậy chế độ ánh sáng dưới tán rừng không cố định Đó là điều cần chú ý khi đo cường độ ánh sáng dưới tán rừng Cường độ ánh sáng thường được đo ở độ cao ngang ngực (1,3 m trở lên) và phải tiến hành ở những điều kiện như nhau: vào lúc trời quang mây hoặc không có gió, bầu trời bị che phủ hoàn toàn Thời gian đo tốt nhất vào 11–13h

Ánh sáng dưới tán rừng thấp là một trong những nhân tố chủ yếu để xác định tình trạng lớp cây tái sinh dưới tán rừng Thường khi lớp tuổi của cây tái sinh tăng lên thì nhu cầu ánh sáng của nó cũng tăng theo, các loài cây ưa sáng yêu cầu ánh sáng lớn hơn, loài cây này sẽ chết ở điều kiện ánh sáng 10%-12% đối với cây dưới 2 tuổi và 25% -30% đối với cây từ 5-10 tuổi

4 Điều khiển ánh sáng và nâng cao sản lượng rừng trong sản xuất lâm nghiệp

Điều khiển ánh sáng trong rừng là con đường kinh tế nhất trong việc tác động vào hoàn cảnh nhằm nâng cao sản lượng và chất lượng rừng Ánh sáng có ảnh hưởng lớn đến sự hình thành lá, cành, kích thước và hình dạng thân cây, sự tỉa cành, tỉa thưa tự nhiên, sự phát triển của thảm tươi cây bụi, sự phân giải thảm mục ảnh hưởng đến sinh trưởng và chất lượng gỗ cũng như đến chất lượng hạt giống cây rừng

Về mối quan hệ lẫn nhau giữa cường độ ánh sáng và cường độ quang hợp cây rừng cho đến nay còn ít người nghiên cứu và những nghiên cứu đó chưa đầy đủ Sự tích lũy chất hữu cơ và năng lượng hoá học trong quá trình quang hợp ở cây rừng có mối quan hệ rất chặt chẽ với hoạt động của bộ máy quang hợp Cho nên chúng ta có thể biến đổi hoặc điều khiển cường độ quang hợp bằng cách tăng hoặc giảm nguồn ánh sáng (một nhân tố sinh thái dễ điều khiển nhất) bằng cách biến đổi độ tàn che của rừng

để tạo ra một hoàn cảnh ánh sáng theo ý muốn ở trong rừng Điều đó có nghĩa là chúng

ta tạo ra ảnh hưởng tốt đối với sinh trưởng và phát triển của cây rừng Đó là một trong

những cơ sở lý luận kinh doanh rừng, đặc biệt trong chặt nuôi dưỡng, chặt tỉa thưa, khai thác chọn hợp lý nhằm nâng cao sản lượng rừng

Trong thực tế sản xuất lâm nghiệp người ta đã sử dụng nhiều biện pháp để tăng sản lượng rừng bằng cách tạo ra hình thái tán cây thích hợp nhất cho từng loài để có sự chiếu sáng phù hợp trên bề mặt lá cây Mật độ rừng lớn sẽ dẫn đến kích thước của tán cây rừng bị giảm và một số cây sẽ bị che tán Mật độ cao, sản lượng chung của rừng sẽ

bị giảm Để giữ mật độ rừng ở mức độ tối ưu và cường độ quang hợp cao nhất thì việc chặt cây (chặt nuôi dưỡng) để tạo ra không gian dinh dưỡng thích hợp là rất cần thiết Trên thực tế người ta cho rằng rừng có độ tàn che 0,7- 0,8 là tốt nhất và tốt nhất nên thay đổi độ tàn che, thay đổi tán rừng một cách từ từ, từng bước một

Cường độ tỉa thưa của các loài cây, loại rừng, giai đoạn tuổi và điều kiện lập địa khác nhau là phải khác nhau Bởi vì cơ quan quang hợp của cây rừng có cảm ứng đối với ánh sáng không giống nhau Sau khi tỉa thưa cường độ quang hợp dưới tán rừng bị biến đổi mạnh, số lượng tia sáng tăng lên rỏ rệt, các cơ quan quang hợp cũng được hình thành thêm và như vậy sản lượng quang hợp (hay sản lượng rừng) tăng lên

Độ chiếu sáng không đều ở các phía nên có cây rừng bị lệch tán, gỗ lệch tâm, thân

sẽ bị cong, ảnh hưởng đến chất lượng gỗ, chất lượng sản phẩm của rừng, cũng vì thế

mà những cây rừng mọc trong bóng các cành nhánh của nó thường mọc ngang Những cành phía trên tạo tạo với thân cây một góc nhọn, những cành dưới tạo với thân cây một góc vuông, một số cành cong queo do thiếu ánh sáng và xảy ra hiện tượng tỉa cành

tự nhiên Như vậy điều khiển ánh sáng trong rừng bằng cách chặt nuôi dưỡng sẽ có tác dụng làm cho tán cây rừng, thân cây phát triển tốt, cân đối và sẽ cho chúng ta chất lượng gỗ cao hơn

Ánh sáng còn ảnh hưởng rất lớn đến sự ra hoa, tạo quả của cây rừng Tán cây được chiếu sáng càng tốt thì mùa ra quả càng nhiều Chất lượng của hạt giống cũng phụ thuộc vào thành phần và cường độ ánh sáng lớn Ví dụ: Trong một cây nhưng ở phần phía Đông Nam thì lượng hạt giống nhiều hơn, chất lượng hạt giống cao hơn, tỷ

lệ nẩy mầm nhiều hơn, thời gian ngủ nghĩ ít hơn so với những hạt phía Tây Bắc Những cây mọc ở ngoài rừng hoặc bìa rừng sẽ ra hoa, kết quả sớm hơn những cây mọc

ở trong rừng rậm Vì vậy, kinh doanh rừng giống, hạt giống cần thiết phải chặt nuôi dưỡng một cách có hệ thống và thường xuyên để luôn đảm bảo ánh sáng cho cây mẹ

và để tăng chất lượng, sản lượng quả, hạt cây rừng

Ngoài ra đối với những khu rừng gần thành thục và đã thành thục, người ta vẫn có thể chặt tỉa thưa một số cây trước khi khai thác nhằm tạo ra điều kiện thuận lợi cho việc xuất hiện một lớp cây tái sinh dưới tán rừng và tạo điều kiện ánh sáng thuận lợi cho sinh trưởng của cây tái sinh chỉ có cách là từng bước chặt bớt đi những cây mẹ Việc điều khiển và lợi dụng ánh sáng để xúc tiến sinh tự nhiên hoặc tái sinh nhân tạo hay làm giàu rừng, trong thực tế sản xuất lâm nghiệp người ta làm giàu rừng bằng biện pháp như khai thác chính, trong điều chế và cải tạo rừng, đặc biệt là trong trồng

rừng Điều đó có ý nghĩa lớn trong việc tận dụng ánh sáng mặt trời để nâng cao sản

lượng và chất lượng rừng

II Mối quan hệ giữa quần xã thực vật rừng và nhiệt độ

1 Ý nghĩa nhiệt độ trong đời sống cây rừng

Nhiệt lượng trên mặt đất và sự phân bố trong năm có ý nghĩa nhất định đối với sự phân bố thực vật Nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình sống của thực vật trong đó có cây rừng như: Quang hợp, hô hấp, trao đổi các chất hữu cơ và vô cơ, sinh trưởng, tích luỹ khối lượng gỗ, hình thành quả và hạt, phân bố rừng

Trong quá trình quang hợp nhiệt độ ảnh hưởng như sau:

Ánh sáng, diệp lục

CO2+ H2O C6H12O6 + O2

Như vậy trong quá trình quang hợp muốn hình thành một phân tử chất hữu cơ phải tiêu thụ một lượng năng lượng nhiệt là 674 kcal Vì vậy mà cường độ quang hợp phụ thuộc vào nhiệt độ không khí trong giai đoạn phản ứng nhiệt Đối với những cây mọc trong rừng, quang hợp được tiến hành ở nhiệt độ không khí dưới 0°C, có nơi đến -8oC ( mặc dù vậy trong nhiệt độ đó, các tế bào, mô thực vật với trời nằng mùa đông thường được đốt nóng gần bằng hoặc cao hơn 0o

C

Các mô thực vật hoạt động sống thông thường trong khoảng từ 0 - 50oC và nhiệt

độ thích hợp nhất trong khoảng 10 - 25oC, nhiệt độ tối ưu trong khoảng 15 - 25o

C Nhiệt độ tăng hoạt động của thực vật tăng đến lúc đạt được nhiệt độ tối ưu sau đó nó sẽ giảm dần đến khi nhiệt độ rất cao Thực vật sẽ bị chết do quá trình lý bắt đầu bị rối loạn

- Sự trao đổi chất thấp được xác định bằng điểm băng (0°C) và sự hạn chế protêin

do nhiệt độ cao 50 - 60°C Nhiệt độ cao tối đa và tối thấp có ảnh hưởng rõ rệt đến đời sống cây rừng

- Nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình tái sinh và dạng sống của thực vật, nhìn chung dưới ảnh hưởng của nhiệt độ các quá trình hoạt động sống của cây rừng tiến hành như sau:

1 Có sự hoạt động của các enzim, nhờ đó mà có hoạt động sinh hoá được xúc tiến, đặc biệt là quang hợp và hô hấp

2 Hấp thụ và hoà tan CO2, O2 vào trong các tế bào thực vật

3 Quá trình thoát hơi nước được xảy ra

4 Xuất hiện khả năng hút nước và chất dinh dưỡng của hệ thống rễ

5 Xuất hiện thẩm thấu của các tế bào

Như vậy, đối với quá trình sinh trưởng khác nhau có thể có những nhu cầu về nhiệt

độ thích hợp không giống nhau, cho nên không thể khẳng định sinh trưởng hay sản lượng một loài nào đó bằng một giới hạn nhiệt độ thích hợp nhất định

Đặc điểm chế độ nhiệt có ý nghĩa quan trọng trong đời sống của thực vật Cây chỉ

có khả năng đâm chồi nẩy lọc ở nhiệt độ không khí lớn hơn 5°C Các yếu tố khác nhau của chế độ nhiệt độ là nhiệt độ ban ngày, ban đêm, tổng lượng nhiệt, sự chênh lệch nhiệt độ ban ngày và ban đêm Tất cả yếu tố đó đều ảnh hưởng đến sinh trưởng của thực vật Ngoài ra sinh trưởng còn phụ thuộc vào các loài cây, các quần thể và điều kiện nơi mọc của chúng

Sự biến đổi chế độ nhiệt ở mặt đất và ở trong rừng có sự khác nên nhu cầu nhiệt cũng biến đổi khác nhau

2 Cân bằng nhiệt mặt đất và trong rừng

Năng lượng cân bằng bức xạ mặt đất bị phân tán cho sự trao đổi nhiệt với các tầng thạch quyển (đất, các loại đá) và thuỷ quyển (độ sâu mức nước đại dương, biển, hồ ), chi phí cho sự bốc hơi nước và sự đốt nóng tầng khí quyển gần mặt đất Sự phân tán nhiệt được biểu thị dưới dạng phương trình cân bằng nhiệt (Buđưcô, 1971) như sau:

`

Trong đó: R: Dòng nhiệt bức xạ hay bức xạ cân bằng

L: Lượng nhiệt để hình thành hơi nước, nó phụ thuộc nhiệt độ bốc hơi bề mặt (Kcal/kg)

( L=597 - 0,6.To) E: Lượng nước bốc hơi (kg)

L.E: chi phí nhiệt bốc hơi (Kcal)

P: dòng nhiệt từ mặt đất đến tầng khí quyển (Kcal)

A: dòng nhiệt từ mặt đất đến các tầng dưới đất (kcal)

Trong điều kiện khô A=0, tức là khi bề mặt đất không bị nguội đi, không bị nóng

lên thì cân bằng bức xạ có thể ở dạng: R = L.E + P

Chi phí nhiệt cho bốc hơi (E) phụ thuộc vào lượng mưa và lượng bốc hơi Sự cân bằng nhiệt ở mặt đất dưới tán rừng khác với chỗ trống có rừng là do phần năng lượng mặt trời bị phân tán cho sự bốc hơi sinh lý và cho sự hình thành sinh khối trong quá

trình quang hợp Phương trình nhiệt dưới tán rừng có thể biểu thị dưới dạng:

R t = E qh + E bh + E bb + E tk + E t

- Rt: là dòng nhiệt bức xạ trên tán rừng

- Eqh: chi phí nhiệt cho quang hợp

- Ebh: chi phí nhiệt cho bốc hơi từ tán cây

- Ebb: chi phí nhiệt bốc hơi từ mặt đất, cây cỏ

- Etk: chi phí nhiệt trao đổi không khí giữa rừng và không khí đi qua

- Et: chi phí nhiệt cho thoát hơi nước

Theo nghiên cứu rừng lợi dụng năng lượng mặt trời trong quá trình quang hợp 0,9 - 1,1%, lớn hơn đồng cỏ khoảng 3 lần

3 Ảnh hưởng của rừng đến nhiệt độ

Rừng có ảnh hưởng rất rõ đến không khí và nhiệt độ đất Về mùa đông nhiệt độ trong rừng lá rộng cao hơn bên ngoài rừng khoảng 0,5 - 3,0°C Ngược lại mùa hè nhiệt

độ trong rừng thấp hơn từ 1,5 - 2,5°C Về mùa hè trời quang mây nhiệt độ không khí vào ban ngày trong rừng thấp hơn ngoài rừng 2 - 5°C, ban đêm cao hơn từ 2 - 3°C Nhiệt độ thay đổi vào thời gian ban ngày và ban đêm theo chiều thẳng đứng

Nhiệt độ phụ thuộc vào thành phần khoáng vật và thành phần cơ giới đất Nhìn chung nhiệt độ trong rừng thấp hơn ngoài rừng khoảng 2 - 3°C, ở vùng rừng hỗn giao nhiệt đới khoảng 3-5°C Nhưng vào mùa đông nhiệt độ lại cao hơn tư 0,5 -1,0°C, sự giao động nhiệt độ đất ban đêm xảy ra muộn hơn nhiệt độ không khí và thường ơt độ sau 20 - 25 cm Nhiệt độ đất ở sườn Đông Bắc và sườn Tây Nam cũng chênh lệch nhau 1-2°C Ngoài ra, còn chịu ảnh hưởng của các nhân tố như độ cao, địa hình, độ dốc, hướng phơi, lượng thảm mục đều ảnh hưởng đến sự biến động và chế độ nhiệt

4 Ảnh hưởng của nhiệt độ cực hạn cao, cực thấp đến cây rừng

Nhiều nhà khoa học đã cho rằng, các tế bào thực vật chỉ có khả năng tồn tại trong một giới hạn nhiệt độ nhất định Nếu nhiệt độ cao quá hoặc thấp quá sẽ làm cho cây rừng sinh trưởng kém hoặc bị chết không có khả năng hoạt động

Nhiệt độ cực hạn cao sẽ gây nhiều nguy hiểm đối với tế bào thực vật như làm cho cây rừng khô kiệt nước trong lá và thân, gây bỏng ở cổ rể cây con, phá huỷ chất diệp lục, gây rối loạn hô hấp và quá trình sinh lý khác, gây cháy lá, đốt nóng thân cây, đốt nóng thân cây và làm cháy tượng tầng và cuối cùng làm biến đổi chất prôtêin gây tích

luỹ các axid hữu cơ trong tế bào và làm đông tụ các tế bào, cây sẽ chết Đất rừng quá nóng làm cây lở cổ rễ, rộp võ cây và cháy cổ rễ, những hiện tượng trên thường xuất hiện vào đầu mùa hè do nhiệt độ cao nóng vào ban đêm và sự chênh lệch nhiệt độ ngày

và làm xấu đi quá trình hô hấp của rễ

Như vậy ánh sáng mặt trời đã gây ra hiệu quả nhiệt đến tất cả các loài thực vật trên trái đất, trong đó có cây rừng Hiệu quả đó ảnh hưởng rất lớn đến sản xuất lâm nghiệp Nhiệt độ thấp vào mùa đông luôn là nguyên nhân làm chết cây rừng, đặc biệt là cây mới sinh, cây non ở vườn ươm hoặc cây mới trồng Tính chịu rét của các loài cây gỗ được xác định bằng khả năng tích luỹ các chất trong tế bào như dịch bào và sự làm giảm lượng nước tự do vào đầu mùa đông Theo Macximốp thì nguyên nhân chết của

tế bào là do rét làm chết tế bào chất và do hình thành những tinh thể băng trong gian bào, mà bên trong hầu như không thay đổi thể tích

5 Một số biện pháp phòng chống nhiệt độ cực hạn

Điều hoà chế độ nhiệt ở trong rừng (khu khai thác, thung lũng) và ở vườn ươm có ý nghĩa rất lớn Sự tỉa thưa cây rừng và khai thác chọn ở tầng trên có thể làm độ chiếu sáng dưới tán rừng tăng lên 2 - 3 lần và cải thiện sự đốt nóng mặt đất khoảng 2 - 3°C Trong thực tế sản xuất lâm nghiệp người ta thường áp dụng một số biện pháp sau:

- Nhanh chóng phát hiện và dự báo kịp thời để tìm ra các biện pháp phòng chống chủ động, kịp thời

- Chọn phương thức khai thác rừng và xác định các chỉ tiêu kỹ thuật trong khai thác cho hợp lý

- Chọn phương pháp chặt nuôi dưỡng cho thích hợp cùng với các chỉ tiêu chặt nuôi dưỡng phù hợp

- Chọn đất trồng rừng thích hợp với đặc điểm sinh thái với các loài cây và chọn cây trồng hỗn giao cho hợp lý để tạo ra những cấu trúc rừng ổn định với những tác động của nhiệt độ cực hạn

- Vườn ươm cần che phủ hợp lý cho các luống cây con, tưới nước thường xuyên khi năng hạn, bón phân, hun khói hoặc chăm sóc cẩn thận khi gặp trời lạnh

- Tạo ra các đai rừng phòng hộ ngăn chặn tác động của nhiệt độ cao, thấp xung quanh khu vực vườn ươm hoặc khu rừng tái sinh sau khai thác

III Mối quạn hệ giữa thực quần xã vật rừng và nước

1 Ý nghĩa của nước trong đời sống thực vật của rừng

Nước là một hợp chất vô cơ rất cần thiết cho đời sống nói chung và cho thực vật nói riêng Nước chiếm tỷ lệ khá lớn cho cây rừng Nguồn nước cung cấp cho cây rừng chủ yếu là từ đất, nhưng lượng nước trong khí quyển cũng có ý nghĩa lớn, vì nó ảnh hưởng đến nguồn nước trong đất và lượng nước bốc hơi, nước mưa và sương mù

Chính nước mưa không phải là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến sinh trưởng của thực vật Mưa tuyết và các dạng nước khác có ý nghĩa bổ sung lượng nước vào trong đất, qua đó ảnh hưởng gián tiếp đến sinh trưởng của thực vật nhờ tác động vào đất Đồng thời mưa còn mang đến cho đất và thực vật các chất dinh dưởng dưới dạng ion Tuy nhiên có lúc mưa tác động trực tiếp đến sinh trưởng của thực vật như khí có mưa to, mưa rào, mưa đá…sẽ gây hại lớn cho thực vật Ở nơi dốc mạnh, mưa phá hoại cấu tượng và độ tơi xốp của đất mặt gây ra xói mòn, rửa trôi, làm thoái hoá đất Khi mưa

to, mưa nhiều gây ra lũ lụt, ứ nước gây ngập úng và thiệt hại cho thực vật

Nước là điều kiện tồn tại không thể thiếu được của cả sinh vật trên trái đất, là thành phần cấu tạo protêin và axid nuclêic Nước cần thiết cho tất cả các tế bào sống Trong cây rừng có chứa từ 60-80% trọng lượng nước Nước được chứa đựng trong các tế bào sống cũng như tế bào chết của cây Hàng năm nước trong cơ quan của cây không như nhau

Trong quá trình quang hợp để tạo được một tấn sinh khối khô tuyệt đối phải chi phí gần 0,55 tấn nước Ngoài ra để giữ độ ẩm bình thường cây gỗ cần chi phí 1,15 tấn nước cho một tấn chất khô Như vậy chi phí tất cả là 1,7 tấn nước, nếu ta tính cả quá trình trao đổi chất để hình thành nên một tấn gỗ thì hàng năm cần 350 - 500 tấn nước cộng cả phần dưới đất nữa để hình thành nên một tấn gỗ sẽ phải lên tới 900 - 1100 tấn nước Tuy nhiên sản xuất gỗ nếu đem so với sản xuất nhôm và thuộc da thì cần ít nước hơn, một tấn nhôm, da cần 1500 tấn nước hoặc một tấn sợi hoá học cần 2000 - 5000 tấn nước (Bêlốp, 1976)

Cây rừng hút dinh dưỡng chủ yếu ở dạng dung dịch, nước bao bọc phần cuối rễ dày khoảng 0,5 mm Nước cần thiết cho quá trình trao đổi chất và quá trình thoát hơi nước nhằm hạ nhiệt độ lá cây xuống khoảng 6 - 10°C vào lúc trời nắng nóng và mùa

hè, vì vậy phải chi phí cho 23% nhiệt lượng cho các quá trình quang hợp trên.Trong

điều kiện bình thường, các lá cây có thể vận chuyển từ 1-2 gam nước trên 1 dm2

trong

1 giờ

Không thể không nhấn mạnh vai trò của nước trong sự nảy mầm của hạt giống vì hạt không thể nảy mầm nếu thiếu nước Khi đó nước sẽ kích thích hệ thống enzim trong hạt, tạo sự cân bằng nước, tăng cường sự trao đổi chất và thúc đẩy cây sinh trưởng Nhiều loài cây gỗ thuốc phát tán hạt nhờ nước Nước và nhiệt là hai nhân tố tạo thành hệ nhiệt ẩm xác định sự phân bố của thực vật trên trái đất Đảm bảo cho rừng xuất hiện ở mỗi vùng địa lý của thực vật được xác định thì cần phải có một giới hạn về lượng mưa nhất định Nhà khoa học Đôcachaep đã chỉ rõ rằng: Phạm vi xác định địa lý của thực vật được xác định bởi điều kiện độ ẩm khí hậu Điều kiện đó phụ thuộc vào lượng mưa và lượng bốc hơi dưới tác động của nhiệt lượng

Theo Vưsôtxki (95) đã đề nghị giới hạn phân bố rừng và hình thái đất bằng chỉ tiêu tương quan giữa lượng mưa và lượng bốc hơi để đặc trưng cho vùng khí hậu

Lượng bốc hơi của một vùng khí hậu thường phụ thuộc vào nhiệt độ, ẩm độ không khí và lượng mưa Khi nhiệt độ tăng thì lượng bốc hơi lại tăng lên, khi ẩm độ và lượng mưa tăng thì lượng bốc hơi giảm xuống Theo N.I Ivanốp, lượng bốc hơi được tính theo công thức sau:

M: lượng bốc hơi nước trong thời kỳ nhất định (mm)

T: nhiệt độ trung bình không khí thời đó (C)

a: độ ẩm trung bình không khí thời đó (%)

G.Txelianiốp (1930) đã đề nghị sử dụng chỉ tiêu hệ số thuỷ nhiệt – quan hệ lượng mưa trong thời kỳ sinh trưởng với nhiệt độ trung bình của những ngày trên 10°C Sau này Menzenxep (1980) gọi là hệ số ẩm độ:

Rn

K=

0,2 (∑T >10 ) + 306

Trong đó:

- Rn: tổng lượng mưa trong năm (mm)

Ở Việt Nam, theo Thái Văn Trừng chế độ khô ẩm là nhân tố quyết định việc hình thành các thảm thực vật nguyên sinh khí hậu Chế độ khô ẩm là một phức hệ bao gồm lượng mưa hàng năm, chỉ số khô hạn và ẩm độ tương đối trung bình thấp nhất:

M = 0,00144 (25 +T)² x (100 – a)

Thái Văn Trừng đã chia lượng mưa của nước ta thành 5 cấp:

- Cấp 1: Tổng lượng mưa năm (P)>2.500 mm

- Cấp 2: P = 1.200 – 2.500 mm, trong đó lượng mưa giới hạn trong tháng mưa là 100mm

- Cấp 3:P = 600 - 1200 mm, trong đó lượng mưa giới hạn trong tháng mưa là 50mm

- Cấp 4: P = 300 – 600 mm, trong đó lượng mưa giới hạn trong tháng mưa là 25 mm

- Cấp 5: P< 300 mm, đây là cấp mưa đặc biệt xuất hiện ở vùng bán hoang mạc

Căn cứ vào lượng mưa hàng năm, chỉ số khô hạn và ẩm độ tương đối trung bình thấp nhất Thái Văn Trừng (1978) đã xây dựng bản chế độ khô ẩm và sắp xếp theo thứ

tự từ rất tốt đến rất xấu và cùng với bảng phân loại chế độ nhiệt được ông dùng làm cơ

sở để phân loại các kiểu thảm thực vật khí hậu nguyên sinh đặc trưng bằng hình thái cấu trúc

Trong cùng một chế độ nhiệt, tuỳ theo chế độ khô ẩm mà trong các thảm thực vật có các dạng sống ưu thế trong tầng lập quần, độ tàn che của tầng ưu thế sinh thái sẽ biến đổi theo hướng từ kín đến thưa

Khi chế độ khô ẩm biến đổi theo hướng giảm sự thuận lợi thì trong dạng sống ưu thế của thảm thực vật cũng có sự thay đổi từ cây cao (rừng), cây bụi (rú) đến thực vật thân cỏ (trảng, truôn, thảo nguyên) chiếm ưu, độ tàn che của tầng ưu thế sinh thái sẽ biến đổi theo chiều hướng từ kín đến thưa

Hàng loạt quần hệ rừng thứ tự diễn ra: Kiểu thảm thực vật lá thường xanh, nữa lá rụng, rụng lá, lá cứng…Theo đó các kiểu rừng kín thường xanh mưa ẩm, rừng kín nữa rụng lá ẩm, kiểu rừng kín rụng lá hơi ẩm,…kiểu rừng kín lá cứng hơi khô,…

Biểu 2.1 Bảng phân loại chế độ ẩm ở Việt Nam (Thái Văn Trừng – 1970)

Tên vùng khí hậu

0-1 1-2

0 0-1

85

85

Ẩm Hơi ẩm

600 – 1200 (3)

4-6 7-9

1-2 2-4

0-1 0-2

50

50

Hơi khô Khô

Tỷ lệ hơi nước trong không khí phụ thuộc vào nhiệt độ, nếu T° = 27°C thì hơi nước

Độ chênh lệch áp suất hơi nước là cơ chế đầu tiên để điều hành sự vận chuyển nước

từ khí quyển vào lá cây và từ đất vào rễ thực vật

+ Sự trao đổi hơi nước giữa thực vật và khí quyển

Độ ẩm không khí có ý nghĩa lớn đối với sự biến đổi các quá trình trao đổi nước trong các tế bào thực vật Nếu áp suất hơi nước trong thực vật cao hơn ở ngoài không khí thì nước sẽ vào thực vật đi vào khí quyển Đó là hiện tượng bình thường xảy ra vào ban ngày khi không có mưa Còn nếu ngược lại thì nước sẽ từ khí quyển vào thực vật như những lúc mưa hoặc lúc có sương bám ở lá cây Trong trường hợp áp suất như nhau thì sự trao đổi nước giữa thực vật và khí quyển không xảy ra

Thí dụ: Khi không khí bảo hoà hơi nước, nhiệt độ không khí và nhiệt độ thực vật như

nhau thì không có sự trao đổi nước và thường xảy ra vào ban đêm

Tốc độ vận chuyển nước tỷ lệ thuận với độ chênh lệch áp suất hơi nước giữa thực vật và khí quyển và nó phụ thuộc vào tốc độ gió

Cường độ hơi nước phụ thuộc vào nhiệt độ thực vật, nhiệt độ không khí tương đối, tóc độ vận chuyển gió Cho nên trong điều kiện đất ẩm, không khí càng dày đặc và dòng không khí càng lớn Sự trao đổi nước giữa thực vật và dòng khí quyển sẽ xảy ra qua con đường khí khổng Cường độ trao đổi nước lúc này sẽ điều hoà bằng sự đóng

mở khí khổng Khí khổng và tầng cutin đóng vai trò chủ yếu trong việc điều hoà sự vận chuyển hơi nước

Sự thoát hơi nước là một quá trình chủ yếu trong mối quan hệ giữa thực vật và nước bởi nó tạo ra sự chênh lệch về năng lượng và chính nhờ đó mà có sự vận chuyển nước trong thực vật vì thế mà có ảnh hưởng bất lợi đến sinh trưởng của cây rừng, thậm chí càng làm cho cây bị chết

+ Mưa được hình thành từ hơi nước

Mưa là nguồn nước chính của thực vật Hiện nay người ta đánh giá lượng mưa được hình thành từ hơi nước và lượng mưa rơi xuống mặt đất là ngang nhau

Mưa xuất hiện khi không khí nóng ẩm thấp hơn điểm sương là lúc có nhiệt độ tạo ra

độ ẩm bảo hoà hơi nước 100% (Thấp hơn khả năng giữ ẩm của nó) Sự làm lạnh diễn

ra khi có khối không khí lạnh ở phía trên có chứa cả khối lượng khí nóng ở phía dưới hoặc ngược lại và cũng có khi do tác động của khối không khí chuyển từ dưới chân lên đỉnh núi cao sẽ gây ra mưa đại hình

Nếu hơi nước được ngưng kết thấp hơn điểm đóng băng thì sẽ hình thành tuyết và cao hơn điểm đóng băng sẽ hình thành mưa Nước lạnh sẽ làm thành lớp không khí và nếu nhiệt độ không khí dưới 0°C thì sẽ hình thành mưa đá hay tuyết Nếu nước mưa lạnh khi rơi xuống đất gặp nhiệt độ 0°C thì sẽ hình thành đá hoặc băng trên bề mặt đất.Trong không khí nhiều hơi nước, khối lượng hơi nước đó hình thành từng hạt nhỏ, những hạt nhỏ này sẽ hình thành trên mặt đất các đám mây và sương mù Các đám mây hoặc những hạt sương mù đó nếu gặp một vật nào đó sẽ tạo thành những lớp đá trắng trong suốt hay lớp tuyết và khi nước ngưng kết trên bề mặt lạnh gần mặt đất sẽ hình thành nên một lớp sương

Ảnh hưởng của mưa đối với thực vật không phải là trực tiếp qua việc bổ sung ẩm độ cho đất Ảnh hưởng có tính chất cơ giới của nước đối với cây rừng như mưa đá, mưa tuyết, bão tuyết ở vùng phía bắc và mưa bão, mưa rào ở vùng phía nam là nguyên nhân làm cho cây rừng và cây con bị chết hoặc chất lượng bị giảm

+ Sương

Sương và sương mù có ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng và phân bố của rừng Ngoài

ra sương còn làm giảm làm mất đi sự thoát hơi nước của thực vật và trong điều kiện

ẩm độ không khí cao thì cây rừng có khả năng ngưng kết một lượng nước khá lớn từ sương mù Vào ban đêm một lượng nước có thể ngưng kết trên lá cây rừng dưới dạng sương và trong đó một số sẽ rơi xuống đất bổ sung phần nào cho độ ẩm trong đất, do

đó ảnh hưởng tới cây rừng

Vào mùa hè, sương mù có ảnh hưởng đến khí hậu rừng, nó tác động trực tiếp đến độ

ẩm của cây và gián tiếp làm giảm thời gian chiếu sáng, làm giảm nhiệt độ mùa hè, làm tăng nồng độ CO2 Cây rừng hấp thụ nước từ không khí, trong đó có cả sương mù; cây rừng hấp thụ nước ngưng kết từ sương mù và một phần lượng nước này rơi xuống đất

sẽ làm tăng độ ẩm đất do đó ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây rừng Ngoài ra, các nhà nghiên cứu cho biết rằng: ở ngoài chổ trống có khi đến 40 ngày không có mưa, nhưng tán rừng với 5 cây rừng vẫn thu được trên 500 mm nước do sương mù rơi xuống

+ Sự tuần hoàn nước giữa đất và cây rừng

Sự tuần hoàn các chất dinh dưỡng chỉ có thể xảy ra khi có sự tuần hoàn nước từ đất theo rễ cây lên lá, sau đó vào khí quyển và khí quyển đi ngược lại xuống đất Đa số các chất dinh dưỡng ở trong đất đều ở dạng ion, những chất này muốn đi vào cây phải có

độ ẩm đất Khi cây hút nước các chất dinh dưỡng phải đi vào cây cùng với rễ, thân cây,

lá trong dạng hoà tan Như vậy nước là phương tiện vận chuyển mọi chất dinh dưỡng

Sự thoát hơi nước từ lá tạo cho khả năng vận chuyển nước từ đất lên ngọn của cây và

nó đóng vai trò quan trọng trong việc bổ sung hơi nước cho khí quyển Cuối cùng mưa khí quyển rơi xuống sẽ trực tiếp hoặc gián tiếp bổ sung lượng nước trong đất

Như vậy tuần hoàn nước cũng giống tuần hoàn dinh dưỡng trong hệ sinh thái rừng Tuy nhiên phần lớn diện tích trên trái đất đều ở trạng thái thiếu nước Nước là nhân tố quan trọng trong sự phân bố và sinh trưởng của rừng Những vùng có lượng mưa nhiều

và phân bố đều thì nước không phải là nhân tố giới hạn mà là các nhân tố khác Sự tuần hoàn nước có ảnh hưởng đến dòng sông, suối và lượng nước trong đất Vì vậy tuần hoàn nước có ý lớn đối với các nhà hoạt động sản xuất kinh doanh nông, lâm, thuỷ sản, thuỷ lợi và kinh doanh trên các hồ nước

3 Quan hệ của thực vật đối với nước

- Nhu cầu nước của thực vật là lượng nước cần thiết để đảm bảo mọi quá trình hoạt động của thực vật diễn ra bình thường

- Yêu cầu của nước là quan hệ đối với điều kiện ẩm độ của hoàn cảnh và khả năng thích nghi với lượng nước cần thiết trong điều kiện nhất định

Căn cứ vào mức độ quan hệ của thực vật người ta chia ra các nhóm thực vật sau: + Thực vật chịu hạn: Là những thực vật mọc được ở nơi khô, có khả năng chịu hạn rất cao nhờ các biện pháp thích ứng của nó

+ Thực vật chịu khô: Trung gian giữa nhóm ưa khô và ưa ẩm trung bình

+ Thực vật trung tính: Yêu cầu độ ẩm trung bình và chúng có khả năng chống chịu hạn ở mức độ nhất định

+ Thực vật ưa ẩm: Yêu cầu độ ẩm trung bình và không chịu được hạn khô, ở nơi khô rễ của chúng kém phát triển, ăn nông, ít phân nhánh

Đối với nhóm thực vật chịu hạn, chúng có ý nghĩa thiết thực với công tác trồng rừng, chúng có khả năng chống lại điều kiện khô hạn đối với các loại lá có vẩy, lá cứng, có lông và tầng cutin để giữ nước ở tế bào và giảm sự thoát hơi nước, có hệ rễ phát triển để hút nước Mặt khác, chúng có khả năng rút vào trạng thái ngủ nhanh khi gặp hạn và khi có nước thì lại tiếp tục sinh trưởng rất nhanh

Ví dụ : Ở nước ta có nhiều loài thực vật khô hạn, chúng thường mọc trên đất trống, đồi núi trọc, ven biển như: Cây phi lao, thông lá kim…

4 Ảnh hưởng của quần xã thực vật đến sự cần bằng nước

Sự cân bằng nước trong rừng được có thể được biểu thị qua công thức sau (theo Vưnôtxki, 1938):

Trong đó: - R: Nguồn nước mưa

- E: Nước bốc hơi (mm)

- T: Thoát hơi nước (mm)

- S: Dòng chảy bề mặt (mm)

- W: Dòng thấm vào bề mặt đất (mm)

Như vậy, cân bằng nước trong rừng là tương quan giữa lượng nước thu nhận được

và lượng nước mất đi, sự cân bằng này có thể biểu thị bằng công thức sau:

P = I +E 1 +E 2 + T +S +W W '

Trong đó: P: Lượng mưa (mm)

I : Lượng nước trong tán cây rừng (mm)

E1: Lượng nước thoát hơi từ bề mặt đất (mm)

E2: Lượng nước bốc hơi từ thảm tươi (mm)

T: Thoát hơi nước trong tán rừng (mm)

S: Dòng chảy bề mặt (mm)

W: Dòng thấm xuống đất và tầng nước ngầm (mm)

R = E + T + S + W

W'': Sự biến đổi độ ẩm trong đất (mm)

Trong công thức trên chúng ta cần chú ý những ảnh hưởng của rừng đối với cân bằng nước như sau:

* Tổng lượng nước bao gồm những thành phần sau:

+ Phần nước mưa do tán cây để lại

+ Phần bốc hơi từ mặt đất và từ lớp thảm tươi sát mặt đất

+ Phần thoát hơi nước do tán rừng

+ Phần còn lại là dòng chảy bề mặt, lượng nước trong đất và lượng nước đi vào tầng nước ngầm

- Lượng nước trong tán cây rừng (I) phụ thuộc vào các nhân tố: Kiểu rừng, tuổi, thành phần loài cây, độ tàn che và dạng sống của rừng, điều kiện khí tượng, lượng mưa

và cường độ mưa, thực vật che phủ, gió, ẩm độ, nhiệt độ và mùa trong năm

Thông thường thì I trong khoảng 30 - 35% tổng lượng mưa, ở rừng lá kim I khoảng

20 - 24%, rừng lá rộng là 12 - 25% tổng lượng mưa

- Lượng nước bốc hơi (E): Trong rừng lượng nước bốc hơi ít hơn ngoài chỗ trống và phụ thuộc và tán rừng và độ dày của tán, lượng nước trong các tầng tán, cấu trúc rừng, cượng độ mưa, ẩm độ, nhiệt độ không khí, gió và mùa trong năm

Thông thường lượng nước bốc hơi từ mặt đất ở trong rừng khoảng 10-25% tổng lượng mưa, lượng nước bốc hơi mạnh nhất là ở lớp đất mặt và lớp thảm tươi ở rừng thông thưa và ít nhất ở rừng lá rộng có mật độ cao

- Phần S: Dòng chảy bề mặt phụ thuộc vào độ dốc và chiều dài sườn dốc, cường độ

và thời gian kéo dài trận mưa, kết cấu và độ ẩm đất, độ cao của địa hình, cây bụi, thảm tươi, thành phần cơ giới và độ dày tầng đất

Thông thường, ở rừng chưa bị tác động dòng chảy bề mặt khoảng 2% tổng lượng mưa, còn ở đất mặt, đất mùn, thảm tươi bị phá hoại thì dòng chảy bề mặt rất lớn ở rừng nên tạo ra các điều kiện thuận lợi để dòng chảy bề mặt thành dòng thấm xuống đất và dòng nước ngầm

- Phần W: Dòng chảy ngầm (vào đất) phụ thuộc bởi tổng lượng nước bốc hơi, càng bốc hơi nước càng nhiều thì càng ít lượng nước thấm vào đất Ảnh hưởng của rừng đến lượng nước ngầm phụ thuộc vào hoàn cảnh sinh thái và thực trạng của rừng Nhìn chung, rừng có khả năng tích luỹ nước trong đất và nâng cao trữ lượng nước ngầm, đặc biệt ở những nơi thường xuyên có lượng nước bổ sung cho tầng ngầm Dòng chảy xuống đất phụ thuộc rát lớn và tính chất vật lý của đất như độ tơi xốp, độ chặt, thành phần cơ giới và độ ẩm đất, thàm mục cũng như lượng mưa, cường độ mưa

Trong thực tế sản xuất chúng ta phải xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến R, E,

T, W, S để điều chỉnh cấu trúc rừng nhằm quản lý, bảo vệ và nuôi dưỡng nguồn nước

cũng như việc chống xói mòn, rữa trôi, thoái hoá đất cũng như việc phòng chống lũ lụt,

hạn hán

5 Vai trò bảo vệ, điều hoà nước, bảo vệ bờ sông, bờ đập của rừng

+ Vai trò bảo vệ nước của rừng

- Tăng dòng chảy các suối vào thời kỳ khô hạn (dòng chảy mực nước ngầm và dòng thấm xuống đất)

- Tăng tổng lượng dòng chảy các suối

Nói chung ý nghĩa bảo vệ của rừng được thể hiện ở chổ giữ gìn và tích luỹ ẩm độ ở dạng tăng trử lượng trong đất và trong tầng nước ngầm Qua đó sẽ tiết kiệm được lượng bốc hơi từ mặt đất và nuôi dưỡng nguồn nước ở các dòng sông suối, làm sạch nguồn nước và cải thiện chất lượng nước

Theo Vưsôpxki (1962) cho rằng vai trò bảo vệ nước lớn nhất của rừng là chống được dòng lũ bề mặt, tăng được dòng thấm xuống đất, tăng lượng thoát hơi nước để tổng hợp chất hữu cơ và điều hoà dòng chảy sông, suối tăng dòng thấm xuống đất hoặc bằng cách tăng dòng chảy bề mặt và tăng lượng bốc hơi nước

Theo M.E.Tkachenkô (1955) thì khả năng bảo vệ nước của rừng được thể hiện ở chổ nó phân tán giọt nước mưa ở tán rừng và tăng thêm sự gia nhập của nó Đặc biệt vào mùa khô thì bảo vệ được lượng nước ở các hồ chứa nước khỏi bị mất nước và không bị ô nhiễm nguồn nước

Theo A.A.Mônchanốp (1962) thì vai trò bảo vệ nước của rừng được biểu hiện ở những ảnh hưởng của nó đến chế độ nước sông, suối bằng cách giữ gìn và nuôi sống tầng nước ngầm và nước trong đất Rừng có ảnh hưởng đến chế độ nước của đất, nhờ

đó đảm bảo việc nâng cao sản lượng rừng Ngoài ra, rừng còn ảnh hưởng đến chất lượng sông, suối, ao, hồ, bể chứa nước và các giếng nước ở các hộ gia đình, nước trong đất và tầng nước ngầm Bởi lẽ, bản thân rừng có khả năng làm sạch chất bẩn, vi khuẩn độc hại và cải thiện thành phần hoá học của nước góp phần nâng cao chất lượng nước

Vai trò bảo vệ của rừng phần lớn phụ thuộc vào kiểu rừng, thành phần loài cây, tuổi,

độ dày, cấp đất của rừng và hoàn cảnh sinh thái của nó Các chỉ tiêu thấp nhất về giữ vai trò nước của rừng được thấy vào thời kỳ có lượng tăng trưởng sinh khối là cao nhất, khi đó có sự chi phí nước bốc hơi tổng số cao nhất

Theo một số tài liệu của các nhà nghiên cứu khoa học ở Nga cho biết rằng:

- Dòng chảy hằng năm của các con sông được tăng lên ở các khu vực có diện tích rừng tăng và dòng chảy các con sông ở nơi nhiều rừng hơn so với nơi ít rừng trong lưu vực

- Dòng thấm tăng sẽ làm tăng mực nước ngầm và được quan sát thấy ở những lưu vực có diện tích rừng tăng

- Ở vùng núi, tổng dòng chảy hằng năm tăng cùng với sự tăng diện tích rừng ở các lưu vực suối, đồng thời dòng thấm xuống đất cũng tăng

+ Vai trò điều hoà nước của rừng

Vai trò điều hoà nước của rừng được thể hiện ở các chức năng của nó và được biểu hiện ở chổ làm giảm dòng chảy bề mặt và chuyển lượng nước thấm xuống đất tham gia vào mạch nước ngầm

Các chức năng giữ nước, điều hoà và bảo vệ nguồn nước của rừng có liên quan chặt chẽ với nhau nên chức năng bảo vệ nguồn nước của rừng là một điều rất quan trọng và cần thiết, đặc biệt trong việc quản lý vùng rừng phòng hộ đầu nguồn

Như vậy nhờ tính chất điều hoà nguồn nước mà rừng có khả năng giữ nước và làm tăng nguồn nước Hiệu quả chủ yếu của chức năng điều hoà nguồn nước được biểu hiện ở chỗ làm giảm dòng chảy bề mặt và điều hoà được dòng chảy sông, suối đồng thời nuôi dưỡng được nguồn nước trong đất và trong tầng nước ngầm Cho nên nó có khả năng làm tăng chức năng điều hoà dòng chảy ở sông, suối vào mùa khô hạn

Vai trò điều hoà nguồn nước có liên quan rất chặt chẽ với cấu trúc của thảm thực vật che phủ mặt đất Vai trò điều hoà nước của đất rừng bị phá huỷ khi lớp thảm thực vật

bị huỷ hoại do khai thác, do chăn thả trâu bò Vì vậy nếu chúng ta khai thác gỗ mà vẫn giữ được thảm thực vật thì nó sẽ không ảnh hưởng mấy đến tính chất điều hoà nước trong đất Cho nên cần thiết phải bảo vệ lớp thảm tươi và thảm mục để giữ gìn chức năng điều hoà nước của rừng mới khai thác

Để đánh giá vai trò điều hoà nguồn nước của rừng người ta thường sử dụng rộng rãi các chỉ tiêu sau đây:

1, Hệ số dòng chảy

2, Môđun dòng chảy

3, Hệ số độ ẩm tổng số

4, Hệ số nuôi dưỡng sông, suối bằng nguồn nước trong đất

Theo Tarankốp (1980) thì có thể đánh giá mức độ ảnh hưởng của rừng trong việc điều hoà số lượng bằng công thức:

∆v = Kv x ∆W

Trong đó:

∆v: Lượng nước cung cấp cho sông, suối từ nguồn nước trong đất (mm)

Kv: Hệ số cung cấp nước cho sông, suối bằng nguồn nước trong đất (mm)

∆w: Độ lớn độ ẩm tổng cộng của vùng lảnh thổ (tổng lượng mưa, lượng nước của dòng chảy bề mặt)

Công thức này cho biết dưới ảnh hưởng của rừng thì dòng nước thấm xuống đất sẽ

bị biến mất như thế nào trong quan hệ với độ ẩm tổng cộng

Sự biến đổi dòng chảy ngầm không chỉ ảnh hưởng đến nguồn nước mà còn ảnh hưởng đến vai trò giữ nước của rừng

Để đánh giá vai trò điều hoà nước của một kiểu rừng nào đó có thể dùng chỉ tiêu về khả năng điều hoà nước của rừng và hệ số điều hoà nước

Khả năng điều hoà nước của rừng nên hiểu là tổng lượng nước của rừng có thể giữ ở phần trên mặt đất và phần trong thảm mục, trong đất cũng như phần chuyển vào tầng nước ngầm Chỉ tiêu này có thể thay đổi dưới ảnh hưởng của những tác động hoạt động sản xuất kinh doanh

Hệ số điều hoà nước có thể xác định bằng mối quan hệ giữa khả năng điều hoà nước của rừng vào những ngày mưa cao nhất những ngày đó Lượng mưa này có thể biến động trong phạm vi rộng (Ví dụ: Ở Nga biến động khoảng 100-300 mm)

+ Vai trò bảo vệ bờ sông, bờ đập của rừng

Những đai rừng dọc bờ sông chống xói lở và giữ chặt đất nhờ hệ thống rễ bám sâu trong đất, chống lại quá trình xâm thực của các dòng chảy Các quá trình phá huỷ bờ sông thường thấy ở các vách dựng đứng, nơi có hệ thống rễ cây bám vào từ mức nước ngầm trở lên, còn từ chỗ đó xuống là mực nước ngầm, nó sẽ rửa trôi hai bên bờ sông Như vậy, bờ sông được hệ thống rễ cây bảo vệ chống lại sự xâm thực của dòng chảy

Ở những đoạn xâm thực, lõm vào bờ sông, cần có rừng để khắc phục và làm giảm sự phát triển theo chiều thẳng đứng

Hiệu quả chống xói mòn xâm thực của rừng phụ thuộc vào độ dày của hệ thống rễ cây và khả năng mọc xuyên qua đất xuống các tầng sâu Chính các hệ thống rễ cây này

sẽ chống lại những tác động cơ giới của dòng chảy gây phá huỷ tầng đất dày ở chổ lõm vào hai bên bờ sông, đồng thời tăng thêm khối lượng đất cho bờ vào mùa khô nên đảm bảo sự ổn định hai bên bờ sông

- Các loại thực vật cây gỗ, cây bụi khi có hệ thống rễ của chúng xuyên qua bờ bằng tác động cơ giới chúng sẽ giữ cho bờ khỏi bị sạt lỡ và khi tán cây thoát hơi nước sẽ hút nước bờ sông lên, làm tăng thêm tính ổn định của bờ sông

Như vậy rừng hai bên bờ sông sẽ có tác dụng đến dòng chảy của sông khác nhau Ở chỗ lõm của bờ sông rừng có khả năng chống xói mòn, còn ở chổ lồi của bờ sông rừng

sẽ đảm nhiệm vai trò tích luỹ và giữ chặt lượng phù sa cho bờ sông Vì vậy những dãy rừng phòng hộ hai bên bờ sông có vai trò lớn trong việc giữ gìn, bảo vệ nguồn nước và bảo vệ bờ sông, bờ đập

IV Mối quan hệ giữa quần xã thực vật rừng với không khí và gió

1.Ý nghĩa của khí quyển và thành phần không khí

Khí quyển là một nhân tố sinh thái quan trọng trong đời sống của rừng Khí quyển cung cấp O2 và CO2 cho quá trình quang hợp và hô hấp của thực vật Các bon chiếm 50% trọng lượng khô của tất cả các cây rừng Trong khí quyển có sự vận động của không khí (gọi là gió), nó ảnh hưởng có lợi và có hại đến đời sống cây rừng Nhờ hoạt động sống của rừng mà nó giữ được cân bằng không khí của khí quyển Theo Glacôp ( 1975) thì thành phần khí quyển được biểu thị như sau:

Biểu 2.2 Thành phần không khí trong khí quyển

Theo khối lượng khô

Theo khối lượng khô

Theo khối lượng ẩm

Theo khối lượng ẩm

20.85 23.05 22.85 22.75

0.034 0.047 0.046 0.046

0.95 1.30 1.29 1.28

0

0 0.53 1.20 Nitơ là nhân tố sinh tồn của thực vật, lượng nitơ trong không khí hầu như không được thay đổi

Lượng nitơ trong khí quyển chỉ có vi sinh vật đất có khả năng sử dụng được một phần, ngoài ra còn có thực vật hạ đẳng chỉ sử dụng được nitơ khi có sấm sét và khi đã quan sát chế biến của vi sinh vật Nitơ trong đất được thực vật sử dụng dưới dạng ion hoà tan như NO3¯ và NH4+

Nitơ có nhiều trong không khí chiếm 78% nhưng cây rừng không có khả năng sử dụng trực tiếp Nitơ ở dạng tự do trong không khí, chỉ có một số vi khuẩn mới có khả năng sử dụng trực tiếp tự do để tổng hợp nên hợp chất hữu cơ

Nguồn O2 chủ yếu do quá trình quang hợp của thực vật màu xanh thải ra, ngoài ra còn do các tia tử ngoại của bức xạ mặt trời tác động với hơi nước cung cấp O2 cho khí quyển

Hằng năm thực vật giải phóng khoảng 43.1010 tấn O2, trong khi đó nhu cầu về O2của công nghiệp hiện nay là 1010 tấn/năm Như vậy rõ ràng rằng, trong khí quyển luôn chứa một lượng O2 đủ để thoả mản bất cứ một nhu cầu nào của thực vật và động vật

+ Đối với hệ sinh thái rừng, sự thiếu hụt ôxy trong đất không đảm bảo nhu cầu của

hệ rễ sẽ dẫn đến giảm sự tích luỹ chất hữu cơ ở thực vật và làm yếu cường độ trao đổi vật chất và năng lượng của cây rừng

+ Hàm lượng ôxytrong không khí chiếm 21,45% đủ để đáp ứng nhu cầu của thực

vật Tuy nhiên ở môi trường nước, ngập nước, đất cứng có thể gây thiếu ôxy

- Thành phần không khí

+ Hàm lượng CO2 trong không khí rất ít (0,03% về thể tích) nhưng lại là nguyên liệu cơ bản quan trọng trong quá trình quang hợp tạo thành chất hữu cơ, tích luỹ sinh khối tạo nên sản lượng rừng Hàm lượng CO2 trong không khí không đủ để đáp ứng cho nhu cầu quang hợp của thực vật

+ Hàm lượng ôxy trong không khí chiếm 21,45% đủ để đáp ứng nhu cầu của thực

vật Tuy nhiên ở môi trường nước, ngập nước, đất cứng có thể gây thiếu ôxy

+ Nitơ có nhiều trong không khí chiếm 78% nhưng cây rừng không có khả năng sử

dụng trực tiếp Nitơ ở dạng tự do trong không khí, chỉ có một số vi khuẩn mới có khả năng sử dụng trực tiếp tự do để tổng hợp nên hợp chất hữu cơ

Ngoài ra các chất khí thải công nghiệp như H2S, SO2, CL2, F, …không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn gây hại cho con người và động vật Vì vậy, vai trò của “lâm nghiệp đô thị” ngày càng quan trọng và rất cần thiết

Trong không khí khí Cacbonic (CO2) không ngừng tăng lên

Ví dụ:

- Từ năm 1900 – 1935, CO2 tăng lên từ 0,029 đến 0,032 %

- Từ 1970 đến nay, CO2 tăng lên từ 0,0326 đến 0,034 %

Lượng CO2 trong khí quyển ngày càng tăng nên dẫn đến nhiệt độ bình quân trên trái đất tăng, gây nguy cơ mất cân bằng sinh thái và ô nhiễm môi trường

* Nguyên nhân chính làm tăng CO 2 trong khí quyển là

- Do mất rừng quá nhanh: Diện tích rừng nhiệt đới, người ta tính hằng năm rừng nhiệt đới mất khoảng 17 triệu ha và gần 10 ngàn các loài động vật, thực vật

- Các hình thức đốt than, củi trong sinh hoạt và cháy rừng cũng làm tăng lượng CO2một cách nhanh chóng Hàng năm việc đốt than, củi tạo ra khoảng 10° CO2

- Sự hô hấp của động vật, thực vật, vi sinh vật, con người và quá trình phân giải chất hữu cơ cũng giải phóng CO2 trong khí quyển

Nhu cầu CO2 đối với thực vật khoảng 59.1010 tấn/năm H2O và CO2 là nguồn vật chất chủ yếu cho quang hợp của thực vật để tạo ra hợp chất hữu cơ ban đầu nhờ năng

lượng ánh sáng mặt trời và diệp lục của cây xanh

as’ + diệp lục

CO2 + H2O C6H12O6 + O2

Theo BêLốp (1976), hằng năm để hình thành 1 tấn chất khô trong quá trình quang hợp thì rừng sẽ hấp phụ 1,7 – 1,9 tấn CO2 và giải phóng ra khí quyển 1,4-1,5 tấn O2 Hoặc đối với rừng thông: Nếu sản xuất một tấn sinh khối phải hấp thụ 510,4 kg cacbon Như vậy phải hấp thụ từ không khí 1 873 kg CO2 theo phương trình

+ Một ha rừng nơi đất tốt vào mùa khô trong một ngày hè đã có khả năng tạo 120 -

150 chất khô, hấp thụ được 220 - 275 kg CO2 và giải phóng 180 - 215 kg O2 lượng ôxy này cung cấp cho khoảng 430 - 500 người trong 10 giờ

+ Nguồn CO2 chủ yếu ở trong rừng là do sự phân giải vật chất hữu cơ trong mùn và đất do sự phân giải, CO2 trong rừng bị thay đổi theo cường độ quang hợp Ban đêm

CO2 cao hơn ban ngày, lượng CO2 thấp nhất vào buổi trưa, cao nhất vào buổi sáng, mùa hè CO2 cao hơn mùa đông

+ Ở lớp không khí sát mặt đất lượng (10-20 cm) lượng CO2 là cao nhất

+ Ban ngày lượng CO2 trong rừng cao hơn ngoài rừng 10-30%

+ Đối với những cây sống dưới tán rừng thì CO2 có ý nghĩa rất lớn vì nó có khả năng bổ sung sự thiếu hụt ánh sáng để cây rừng có khả năng quang hợp

2 Tác động của không khí bị ô nhiễm đến quần xã thực vật rừng và người

+ Tác động của không khí bị ô nhiễm đến cây rừng

Hiện nay nguồn gây ô nhiễm lớn cho cây rừng là động cơ giao thông và chất thải công nghiệp Vì nó tiếp xúc vào thịt lá, giữa tế bào mô xốp nó sẽ tích luỹ chất độc và được tế bào hấp thụ, sau đó nó ngấm vào bên trong tế bào Gây ra những tác động xấu

về quá trình sinh lý, sinh hoá và phá huỷ cơ chế hoạt động của khí khổng Các khí độc

có thể gây ra bệnh chết thối các mô và các hiện tượng bệnh lý khác, gây ra ức chế quang hợp và quá trình trao đổi nước và các quá trình sinh hoá, làm giảm sự thoát hơi nước, hạn chế quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật

- Các khí độc do công nghiệp thải ra như: SO2, H2SO3, H2S… sau đó là HNO3, F2,

Cl2, O3…

- Các hiện tượng mưa axít gồm H2CO3, H2SO4, HNO3, H2S… làm thiệt hại hàng triệu ha rừng trên trái đất

Tầng ôzôn nằm ở độ cao từ 16 đến 60 km so với mặt đất Khi tầng ôzôn bị phá huỷ

sẽ gây hiện tượng thủng tầng khi quyển, làm cho lá cây trương nước, mặt lá trắng bạc

ra, trên mặt lá bị phủ chấm nhỏ Chính vì vậy làm giảm rất nhiều sản lượng mùa màng cây trồng

Bụi có ảnh hưởng lớn đến thực vật Khi thực vật bị ô nhiễm lá cây sẽ bị biến đổi từ màu xanh sang màu vàng nhạt rồi sang màu nâu, sau đó là lá rụng và cây chết

+Tác động không khí bị ô nhiễm đến người và động vật

Hiện nay ô nhiễm khí quyển đã đến mức nguy hiểm cho sự sống của con người và động vật Trong thực tế nhiều người và động vật đã bị mắc bệnh, và một một số người

đã bị chết bởi chất thải vào trong không khí

Bụi khí quyển chứa SiO2 và Si tự do là nguyên nhân gây nên bệnh phổi của những người có nghề nghiệp như nơi sản xuất thuốc trừ sâu, than, xi măng Ở những nơi đó nhiều người bị bệnh phổi (phổi dính lại), bị bệnh lở loét da, gây viêm da và cơ quan hô hấp, bị tổn thương mắt, mũi, họng (có khi bị co thắt các dây chằng ở họng làm khản hoặc mất tiếng) Nếu hít phải hạt bụi cứng và nhỏ có kích thước từ 0,6-1,0mm sẽ taọ ra các hốc chứa hoặc bụi bị hấp thụ vào máu, còn một số sẽ bị tích tụ trong các hạch có

mủ Khi phổi bị ô nhiễm chức năng hô hấp và hình thành máu có thể bị phá huỷ và gây

ra bệnh họng, bệnh đường hô hấp Nhiều kết quả nghiên cứu đã chứng minh rằng sự ô nhiễm không khí và sự chết vì bệnh phổi có mối quan hệ rất chặt chẽ

Trong không khí có một số chất ô nhiễm thường gây ra những triệu chứng riêng biệt:

Ví dụ: Bị ngộ độc phốt pho (P) thì lúc đầu đau ở cuống dạ dày, da vàng, ngủ ăn mất

ngon, trao đổi chất chậm dần đi Nếu cứ bị nhiễm độc kéo dài thì sẽ biến dạng xương, xương sẽ rất giòn và dễ gãy, dễ vỡ và khả năng đề kháng chống chịu của cơ thể sẽ bị giảm sút

Bị nhiễm độc bởi SO2 sẽ cảm thấy mùi khác thường, nếu nồng độ tăng cao sẽ kích thích dịch nhầy ở mũi, họng, mắt và các bộ phận ngoài da (làm ẩm da) Khi bị nhiễm phải chất độc SO2 nhiều sẽ gây ra bệnh ở phổi và đường hô hấp, có khi bị sưng phổi, họng hoặc bại liệt cơ quan hô hấp

Khi bị nhiễm độc Cs sẽ bị rối loạn thần kinh nặng nề, hoạt động của bộ não sẽ bị phá huỷ

C20H20 là loại khí được hình thành khi đốt cháy than, củi không hoàn toàn nó là loại khí rất nguy hiểm đỗi với người và động vật Khi bị nhiễm độc loại khí này sẽ gây ra bệnh ung thư hoặc có tính chất ung thư, gây ra hiện tượng mất thoải mái hoặc tạo ra tâm lý bất lợi cho con người

PbO có ảnh hưởng lớn đến người và động vật, nếu chúng bị nhiễm độc có thể bị ốm hoặc bị chết

Nhìn chung các loại khí độc trong khí quyển khi rơi xuống đất, nước và xuống thực vật sẽ gây độc hại đối với các cơ thể sinh vật trên mặt đất thông qua con đường hô hấp rồi sau đó sẽ đi vào cơ thể động vật và thực vật gây độc cho các cơ thể này hoặc nếu động vật ăn phải thực vật nhiễm độc thì chúng cũng sẽ bị nhiễm độc theo

bị gãy Đối với Ong khi bị nhiễm độc F2 thì sẽ chết hàng loạt

Thực vật khi bị nhiễm Mo sẽ ngăn cản hút đồng (Cu), mà thực vật không có hoặc thiếu Cu thì động vật ăn thực vật sẽ cảm thấy mất ngon Còn nếu động vật bị nhiễm độc Mo thì sẽ bị lở loét

Các loại chim, Thỏ sẽ bị chết hàng loạt khi chúng bị nhiễm độc bởi CdS, Pb hoặc PbO

3 Vai trò bảo vệ không khí của rừng

+ Ảnh hưởng có lợi của rừng đến hoàn cảnh xung quanh và sức khoẻ con người

Trong giai đoạn hiện nay các biện pháp phòng chống ô nhiễm không khí, nước và đất có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ môi trường sinh thái

Hàng năm con người thải ra khoảng 4 tỉ tấn các chất bẩn gây ô nhiễm, trong đó có các khí thải do phương tiện giao thông thải ra Ngoài ra trong khí quyển còn có các hạt

bồ hóng, bụi, khói do quá trình đốt cháy cácbon như than, củi, cháy rừng… đã thải vào khí quyển gần 1 triệu tấn tro và gần 200-300 triệu tấn bụi, các chất độc hoá học, thuốc trừ sâu, phân bón hoá học… cũng là những nguyên nhân gây ô nhiễm khí quyển rất nghiêm trọng

Trước các hiện tượng này, thì hệ sinh thái rừng đóng vai trò to lớn trong việc điều hoà môi trường sống và giảm sự ô nhiễm môi trường, rừng giống như “ nhà máy lọc bụi khổng lồ” như là “lá phổi của trái đất”, tuy nhiên nếu tác động đó quá mức thì nó

sẽ phá huỷ môi trường sinh thái , làm ảnh hưởng đến các động vật và sinh vật sống trong rừng

Như vậy nếu chúng ta làm sạch tương đối một thành phần nào đó thì nó sẽ gây ảnh hưởng đến thành phần khác của hệ sinh thái đó hoặc hệ sinh thái khác

Vai trò làm giảm ô nhiễm của rừng được biểu hiện khi làm giảm sự tập trung các khí độc, ngăn cản bụi, giảm lượng bụi trong không khí, nó hấp thụ được các chất phóng xạ, các chất hôi thối… Theo thống kê thì 1 ha rừng hấp thụ 220 - 280 kg CO2, giải phóng ra 180 - 220 kg O2 và một cây là 24g O2 Trong khi đó một người cần 500 g

O2/ ngày đêm để tồn tại, như vậy phải cần 24 cây để phục vụ đủ cho một năm Nếu chỉ tồn tại tập trung 20 mg/m³ thì đã gây nguy hiểm đến đời sống con người nhưng rừng

có thể làm sạch nó chính vì thế mà rừng có vai trò rất quan trọng

Ví dụ: Một ha rừng lục hoá, rừng môi sinh và cây xanh đô thị trong một năm có thể

ngăn cản và làm sạch từ 70 - 80 tấn bụi và làm giảm từ 30 - 40 % lượng bụi trong

không khí Người ta tính được rằng khi làm sạch 18m³ bằng không khí thì một ha rừng thông ngăn cản được 38 tấn bụi, một ha rừng giẻ ngăn cản được 68 tấn bụi Sở dĩ như vậy là do diện tích bề mặt lá lớn hơn

Ngoài ra cây rừng có khả năng hấp thụ các chất độc H2OC12, dầu, ete, phênol Đặc biệt là một số loài cây có khả năng hấp thụ chất phóng xạ khoảng 25%

Các chất phitoxit do các cây thực vật tiết ra, các vi khuẩn, nấm có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sống của hệ sinh thái Qua nghiên cứu một ha rừng rộng tiết ra khoảng 1-3kg phitoxit, một ha rừng lá kim là 5 kg Phitoxit ở 1 ha thông diệt vi khuẩn gây bệnh lao và điều trị đau bệnh tim

Nói chung chất phitoxit có khả năng tác động đến cảm giác và ảnh hưởng đến hệ thống thần kinh con người, làm tăng các quá trình hoạt động sinh lý quan trọng trong

cơ thể sinh vật, cải thiện thành phần không khí, bồi bổ sức khoẻ nên người ta gọi đó là

Rừng lục hoá ở thành phố là phương tiện đáng tin tưởng trong việc chống tiếng ồn

có thể trực tiếp hay gián tiếp Khả năng chống tiếng ồn phụ thuộc vào độ dày, tổ thành

và mật độ, chiều cao cây gỗ, cây bụi, sự có mặt cây tái sinh và thảm tươi

Ngoài ra còn phụ thuộc vào điều kiện thời tiết Đai rừng chống tiếng ồn hiệu quả nhất là rừng có cấu trúc phức tạp, có thành phần hỗn loài với nhiều thành phần cây bụi, cây tái sinh và thảm tươi

Hiện nay tình trạng ô nhiễm môi trường không khí của các thành phố, thị xã nước ta

đã đến mức báo động, các chất bẩn như khí độc, hơi đã tăng lên gấp nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép Chính vì vậy mà rất nhiều người đã bị mắc bệnh về mũi, họng và phổi, phế quản…Vì vậy việc trồng rừng môi sinh xung quanh khu dân cư, bảo vệ và phát triển các loại rừng này và các loại rừng khác ở nước ta là hết sức cấp bách Theo kinh nghiệm trên thế giới thì bề dày của các đai rừng bảo vệ môi trường không khí đó phải đạt từ 100 - 150m và phải trồng bằng các loại cây bản địa có giá trị vệ sinh môi trường cao

4 Mối quan hệ giữa gió và quần xã thực vật rừng

+ Gió ảnh hưởng đến quần xã thực vật rừng

Gió là sự vận động của khối khí, sự vận động của gió tạo ra ở những vùng có không khí khác nhau trên trái đất Vai trò của gió rất đa dạng và phức tạp, nó phụ thuộc vào hướng và tốc độ gió mà có lợi hay có hại Vận động của gió rất cần thiết cho quá trình thoát hơi nước, làm tăng sự thoát hơi nước của cây Tuy nhiên gió mạnh sẽ gây khô bộ

máy quang hợp và làm héo lá cây, lúc đó hệ thống lá cây sẽ không thoả mãn yêu cầu

về nước cho lá cây

Tốc độ gió sẽ phá huỷ vách một tế bào và làm khô lá Nếu tốc độ gió khoảng 1-3m/s thì quang hợp sẽ tăng, nếu tốc độ gió 5m/s thì quang hợp sẽ giảm, vì gió kéo theo CO2

và độ ẩm không khí

Gió tham gia vào quá trình thụ phấn hoa và phán tán quả hạt, làm tăng mức độ tỉa cành cho cây, thay đổi thành phần không khí, làm tăng sự thoát hơi nước giúp cho quá trình hút các chất dinh dưỡng từ đất, mang không khí ẩm đến và đem không khí khô đi Tuy nhiên gió cũng đem rất nhiều điểm bất lợi cho rừng như làm thay đổi hình dạng cây theo chiều hướng xấu đi, làm cho hệ thống rễ và gỗ cây rừng phát triển không cân đối Gió làm gãy ngọn hoặc thân cây, đặc biệt là khi gió to cây sẽ bị bật gốc hay đổ Gió làm giảm lượng tăng trưởng về chiều cao của cây rừng Gió làm giảm độ ẩm và làm đất khô Gió làm tăng nguy cơ cháy rừng, gió to làm ảnh hưởng rất lớn đến lá, cành, hoa, quả của cây rừng và quá trình bốc hơi vật lý ở bề mặt tăng

+ Quần xã thực vật rừng ảnh hưởng đến gió

Ảnh hưởng của quần xã thực vật rừng đến gió rất lớn và khác nhau

Rừng làm giảm tốc độ gió, làm thay đổi chiều hướng và tính chất của gió Khi gió gặp phải tán rừng ngăn cản thì hướng gió phải thay đổi, gió đi ra một bên tán hoặc vượt cao lên trên tán chính vì vậy làm tốc độ gió giảm xuống Do đó làm thay đổi khí hậu sau đai rừng và gây ra dòng đối lưu không khí và ảnh hưởng đến phân bố của gió theo chiều cao, sự bốc hơi về mặt vật lý sau đai rừng

Vì thế mà người ta thường ứng dụng để xây dựng rừng chắn gió, chắn cát bảo vệ mùa màng và khu rừng môi sinh phục vụ nghĩ ngơi, nghĩ mát xung quanh thành phố và bảo vệ không khí trong sạch

Khả năng chắn gió của những dãy rừng bảo vệ phụ thuộc vào cấu trúc của rừng Những đai rừng có cấu trúc thưa và cao hơn cấu trúc kín thì nên bố trí vuông gốc với hướng gió chính hoặc lệch hướng gió từ 45-90°, không nên tạo gốc đón gió nhỏ hơn 45°, vì khi đó không còn tác dụng chắn gió

IV Mối quan hệ giữa quần xã thực vật rừng và đất

1 Ảnh hưởng của đất đến rừng

Đất và khí hậu là những nhân tố quan trọng đối với sự tồn tại và phát triển của quần

xã thực vật rừng Trong một vùng khí hậu, đất đóng vai trò quan trọng có tính chất quyết định

Đất là thành phần quan trọng của hệ sinh thái rừng, nó thường xuyên có mối quan

hệ qua lại với các thành phần khác của hệ sinh thái, đặc biệt với quần xã thực vật rừng + Quần xã thực vật rừng ảnh hưởng đến sự hình thành đất

+ Quần xã thực vật rừng (hệ thống rễ cây rừng) ăn sâu xuống đất và luồn lách qua các kẽ đá nên ảnh hưởng đến đá mẹ và sự hình thành đất

+ Đá mẹ không ảnh hưởng gián tiếp đến quần xã thực vật rừng qua sự hình thành đất mà nó ảnh hưởng trực tiếp đến thành phần quần xã thực vật rừng và sản lượng của

nó

Ví dụ: Trong thực tế nhiều nơi có cùng một loại đá mẹ, nhưng có trường hợp khác

nhau:

- Trường hợp thứ nhất: Đá mẹ hình thành đất giàu mùn và giàu dinh dưỡng khoáng

sẽ cho sản lượng rừng cao

- Trường hợp thứ hai: Hình thành đất nghèo dinh dưỡng và pốt - zôn hoá sẽ cho sản lượng rừng thấp

Quần xã thực vật rừng là chỉ tiêu quan trọng trong việc đánh giá độ sâu của tầng đất, nước mưa thấm xuống đất đi vào tầng đá mẹ tạo ra các phản ứng, sau đó ở dạng hoà tan đi vào hệ thống rễ rồi thấm vào các tề bào thực vật

- Đất rừng có khả năng tích luỹ các chất hữu cơ từ các vật rơi rụng và xác chết thực vật, động vật rừng

- Trong rừng có đầy đủ chất dinh dưỡng, khoáng, nhiệt độ, nước và không khí…

- Tính ổn định của rừng có liên quan đến đất vì nó tạo ra điểm tựa cho các loại cây,

ở mỗi tầng đất khác nhau thì các tầng đất của nó khác nhau

Đất cung cấp cho cây rừng nước, không khí, dinh dưỡng khoáng, chất mùn, các nguyên tố vi lượng Bo, Mo, Cu, Zn Trong tất cả các yếu tố chủ đạo hình thành đất thì thảm thực vật đóng vai trò quyết định bởi vì nó là yếu tố tạo ra chất hữu cơ và khi chết

- Đất không chỉ ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển, thành phần và cấu trúc của cây rừng mà còn ảnh hưởng đến năng suất, sản lượng và chất lượng gỗ rừng

- Đất là một chỉ tiêu quan trọng để dự báo và phân loại quần xã thực vật rừng và rừng

Ví dụ: Phân chia các kiểu rừng, các điều kiện lập địa, căn cứ vào các loại đất đã xây

dựng được bản đồ thảm thực vật rừng trong quá khứ, đặc biệt là nơi đã mất rừng từ lâu

Đất là nhân tố luôn chịu sự tác động thường xuyên của con người và bị con người làm thay đổi Đất khô đi hay ẩm ướt thêm, đất bị nghèo kiệt hay bị xấu đi hoặc được tăng độ phì đều có ảnh hưởng đến hoạt động kinh doanh của con người

+ Ảnh hưởng của địa hình

- Địa hình ảnh hưởng đến chế độ nhiệt và độ ẩm đất, nước mưa từ khí quyển, nước ngầm, các chất bám dính vào các hạt đất, sự biến đổi về thành phần và độ dày tầng đất, năng lượng nhiệt…đều có liên quan đến địa hình Tất cả những biến đổi đó sẽ được biểu hiện ở các đặc điểm của quần xã thực vật

C.B.Zonn (1964) đã phân loại đất theo dạng địa hình và biểu hiện sự di chuyển các chất theo sơ

đồ sau:

Hình 2.1 Sơ đồ phân bố theo địa hình và sự di chuyển chất dinh dưỡng khoáng

- Sản lượng liên quan đến độ ẩm và các chất dinh dưỡng trong đất nhưng độ ẩm lại

có liên quan chặt chẽ đến địa hình

- Ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm và nước của sườn dốc liên quan đến độ dốc từ đó ảnh hưởng đến quần xã và sản lượng của nó

- Ảnh hưởng của địa hình đến sự tồn tại và phát triển của cây tái sinh được biểu hiện

rõ rệt Nếu đất khô quá hay ẩm quá thì tái sinh cây rừng cũng khó tồn tại và phát triển, hoặc khi cây gặp nhiệt độ thấp thì cây sẽ chết hoặc không sử dụng được dinh dưỡng khoáng trong đất

- Độ cao của địa hình cũng ảnh hưởng lớn đến các nhân tố sinh thái khác như: Lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, gió…Từ đó sẽ ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển và sản lượng rừng, đặc biệt là cây tái sinh

Vùng tích tụ, đất có tầng dày Vùng di chuyển, tầng

đất mỏng, đất dốc Vùng bán ngập

- Độ cao của địa hỡnh cú ảnh hưởng lớn đến tớnh chất vật lý đất Ở cỏc đai cao của

địa hỡnh, dưới tỏc động mạnh của giú nờn cú xúi mũn và phong hoỏ đất, ở đú thường khụ hơn so với mức trung bỡnh của lónh thổ, ngược lại vựng thung lũng ớ bị tỏc động nờn cú sự tớch luỹ đất nhanh hơn và khụng bị xúi mũn, độ ẩm cao hơn so với mức trung bỡnh của vựng đú Sự phõn bố rừng theo độ cao tương đối thường là một trong những chỉ tiờu để phõn loại điều kiện lập địa

+ Độ dốc và hướng phơi: Độ dốc càng lớn thỡ diện tớch bề mặt trờn 1ha càng lớn, vỡ

vậy, những khu rừng mọc tốt cú độ dốc vừa phải thỡ đỳng như quy luật, phần lớn số cõy và sản lượng rừng trờn 1 ha đều cao hơn những nơi bằng phẳng Vai trũ lớn của độ dốc thể hiện trong mối quan hệ với hướng phơi và hướng giú Ở những hướng phơi khỏc nhau sẽ đún nhận được nguồn năng lượng khỏc nhau, do đú sẽ ảnh hưởng khỏc nhau đến sinh trưởng và sản lượng rừng

Thổ nh-ỡng o

o o o o o

Đai á nhiệt núi

Đai ôn ấm núi

Đai ôn đới tầng d-ới

Đai hàn núi vừa tầng trên

Đài tuyết núi cao Tuyết

Đài nguyên núi cao

Thảo nguyên núi cao Rừng lá kim

Rừng hỗn hợp lá kim, lá rộng Rừng th-ờng xanh lá rộng

Rừng lá cứng th-ờng xanh

Thảo nguyên Rừng rụng lá mùa đông Rừng lá kim

Đài nguyên Tuyết

Đai độ cao Tuyết vĩnh cửu

* Địa hỡnh khỏc nhau sẽ hỡnh thành cỏc tiểu khớ hậu khỏc nhau

Hiện nay người ta chia ra: Đại, trung và tiểu địa hỡnh

Đại đại hỡnh: vựng nỳi, trung du, đồng bằng

Trung địa hỡnh: đồi, khe, thung lũng…

Tiểu địa hỡnh: hướng đụng, tõy, nam, bắc hoặc chõn, sườn, đỉnh…