Khóa luận tốt nghiệp Quản lý tài nguyên thiên nhiên: Nghiên cứu tính thấm nước của một số loại hình sử dụng đất ở khu vực Núi Luốt, trường Đại học Lâm nghiệp

Chia sẻ: Elysale25 Elysale25 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:62

Thêm vào BST

Báo xấu

46
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là cung cấp cơ sở khoa học cho việc đề xuất những giải pháp nhằm cải thiện khả năng thấm nước của đất rừng, góp phần nâng cao hiệu quả bảo vệ nguồn nước của rừng nhằm hạn chế xói mòn và dự báo lũ rừng tại khu vực Núi Luốt, trường Đại học Lâm nghiệp.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp Quản lý tài nguyên thiên nhiên: Nghiên cứu tính thấm nước của một số loại hình sử dụng đất ở khu vực Núi Luốt, trường Đại học Lâm nghiệp

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG & MÔI TRƢỜNG -------------------- KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TÍNH THẤM NƢỚC CỦA MỘT SỐ LOẠI HÌNH SỬ DỤNG ĐẤT Ở KHU VỰC NÚI LUỐT, TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP Ngành: Quản lý tài nguyên thiên nhiên (C) Mã số: 301 Giáo viên hướng dẫn : TS. Bùi Xuân Dũng Sinh viên thực hiện : Phạm Quang Trung Lớp : 56B- QLTNTN MSV : 1153091144 Khóa học : 2011-2015 Hà Nội – 2015
LỜI CẢM ƠN Nhằm đánh giá kết quả học tập, rèn luyện của bản thân sau quá trình học tập tại trường ĐH Lâm Nghiệp, được sự cho phép của Ban Giám Hiệu trường ĐH Lâm Nghiệp, khoa Quản lý tài nguyên rừng & môi trường, bộ môn Quản lý môi tường, tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu tính thấm nước của một số loại hình sử dụng đất ở khu vực Núi Luốt, trường Đại học Lâm nghiệp” Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù nhiều hay ít, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường Đại học đến nay, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và bạn bè. Trong quá trình thực hiện nghiên cứu đề tài khóa luận thì tôi đã được sự hỗ trợ và giúp đỡ từ rất nhiều người. Nhân dịp này tôi xin đặc biệt chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Bùi Xuân Dũng, người đã hướng dẫn tận tình trong suốt quá trình nghiên cứu đề tài. Tôi cũng xin cảm ơn Ban giám đốc, tập thể cán bộ công nhân viên của Ban quản lý khu vực Núi Luốt cũng như toàn thể bạn bè và gia đình đã động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này. Mặc dù đã hết sức cố gắng, song bước đầu làm quen với nghiên cứu khoa học, cộng với kiến thức còn hạn hẹp nên không thể tránh khỏi những sai sót, vì vậy tôi rất mong nhận được sự đóng góp của thầy hướng dẫn, các thầy cô và bạn bè để bài khóa luận được hoàn chỉnh hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2015. Sinh viên thực hiện Phạm Quang Trung
MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 1 PHẦN I. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................ 3 1.1. Cơ sở khoa học ........................................................................................... 3 1.1.1. Một số khái niệm liên quan ..................................................................... 3 1.1.2. Khái niệm rừng và các công trình nghiên cứu ảnh hưởng của rừng ..... 6 1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ............................................................. 8 1.2.1. Thành quả nghiên cứu ............................................................................. 8 1.3. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ............................................................. 9 1.3.1. Thành quả nghiên cứu ............................................................................. 9 PHẦN II. MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................................... 14 2.1. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................. 14 2.1.1. Mục tiêu chung ...................................................................................... 14 2.1.2. Mục tiêu cụ thể ...................................................................................... 14 2.2. Đối tượng và giới hạn nghiên cứu............................................................ 14 2.2.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................ 14 2.2.2. Giới hạn nghiên cứu .............................................................................. 14 2.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 15 2.4. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 15 2.4.1. Phương pháp thống kê, kế thừa truyền thống ....................................... 15 2.4.2. Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa.............................................. 15 2.4.3. Phương pháp đo đạc lấy mẫu ngoài thực địa ....................................... 15 2.4.4. Phương pháp bố trí thí nghiệm ............................................................. 15 2.4.5. Phương pháp thu thập số liệu ............................................................... 17 PHẦN III. ĐẶC ĐIỂM ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ............................. 23 3.1. Điều kiện tự nhiên .................................................................................... 23 3.1.1.Vị trí địa lý.............................................................................................. 23 3.1.3. Khí hậu thuỷ văn ................................................................................... 23
3.1.4. Đất đai thổ nhưỡng ............................................................................... 25 3.1.5.Đặc điểm về động - thực vật .................................................................. 26 3.2. Điều kiện dân sinh kinh tế -xã hội ........................................................... 27 PHẦN IV. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................ 29 4.1. Đặc điểm diện tích và phân bố các lọai hình sử dụng đất tại khu vực. ... 29 4.1.1 Hiện trạng diện tích các loại đất ở Núi Luốt. ........................................ 29 4.1.2. Đặc điểm phân bố các loại hình sử dụng đất tại khu vực. ................... 31 4.2. Tính thấm nước của một số loại hình sử dụng đất. .................................. 32 4.2.1. Tốc độ thấm nước ban đầu .................................................................... 36 4.2.2.Tốc độ thấm nước ổn định. .................................................................... 37 4.2.3. Quá trình thấm nước. ........................................................................... 38 4.3. Ảnh hưởng của các nhân tố vật lý của đất đến tính thấm của nước. ....... 39 4.4. Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiêu quả giữ nước của một số loại hình sử dụng đất. ............................................................................................. 49 4.4.1 Các giải pháp cải thiện tính chất đất. ..................................................... 49 4.4.2. Các giải pháp cải thiện độ xốp của đất.................................................. 49 4.4.3. Các giải pháp cải thiện độ dày tầng đất. ............................................... 50 4.4.4. Các giải pháp cải thiện bề mặt đất. ....................................................... 50 PHẦN V. KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ .................................. 52 5.1. Kết luận. ................................................................................................... 52 5.2. Tồn tại. ..................................................................................................... 54 5.3. Kiến nghị. ................................................................................................. 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 2.1. Tên các vị trí đo tốc độ thấm. 16 Bảng 2.2. Kết quả đo tính thấm nước 19 Bảng 3.1: Đặc điểm khí hậu khu vực nghiên cứu 24 Bảng 4.1. Đặc điểm của các chỉ tiêu thấm. 35 Bảng 4.2. Bảng đánh giá tốc độ thấm nước của đất 37 Bảng 4.3. Một số tính chất vật lý và chỉ tiêu Vo, Vc của đất ở các 39 trạng thái. Bảng 4.4. Sự dao động dung trọng đất giữa 3 tầng đất của 7 vị trí. 40 Bảng 4.5. Phân cấp độ xốp 42
DANH MỤC CÁC HÌNH Tên hình Trang Hình 2.1. Bản đồ vệ tinh của Núi Luốt trên bản đồ Việt Nam 16 Hình 2.2. Vị trí tiến hành xác đinh tính thấm nước của đất 17 Hình 2.3. Mô hình vòng thép. 18 Hình 2.4. Cách đóng vòng thép xuống đất để đo tốc độ thấm. 19 Hình 4.1. Biểu đồ diện tích các trạng thái sử dụng đất ở Núi Luốt. 29 Hình 4.2. Bản đồ chi tiết hiện trạng đất của Núi Luốt 30 Hình 4.3. Quy luật thấm của loại hình Rừng Hỗn Loài 1. 32 Hình 4.4. Quy luật thấm của loại hình Rừng Keo Tai Tượng. 32 Hình 4.5. Quy luật thấm của loại hình Rừng Hỗn Loài 2. 33 Hình 4.6. Quy luật thấm của loại hình Rừng Keo Dậu. 33 Hình 4.7. Quy luật thấm của loại hình Vườn trồng rau muống. 34 Hình 4.8. Quy luật thấm của loại hình Rừng Thông 34 Hình 4.9. Quy luật thấm của loại hình Trảng Cỏ. 35 Hình 4.10. Biểu đồ thể hiện tốc độ thấm ban đầu của các trạng thái. 36 Hình 4.11. Biểu đồ thể hiện tốc độ thấm ổn định của các trạng thái. 38 Hình 4.12. Biểu đồ thể hiện tổng lượng thấm của các trạng thái 38 Hình 4.13. Mối tương quan giữa vận tốc thấm ban đầu với độ ẩm tầng đất 43 Hình 4.14. Mối tương quan giữa vận tốc thấm ban đầu với độ ẩm tầng đất 43 Hình 4.15. Mối tương quan giữa vận tốc thấm ban đầu với độ ẩm tầng đất 44 Hình 4.16. Mối tương quan giữa vận tốc thấm ban đầu với độ xốp tầng đất 44 Hình 4.17. Mối tương quan giữa vận tốc thấm ban đầu với độ xốp 45 tầng đất Hình 4.18. Mối tương quan giữa vận tốc thấm ban đầu với độ xốp tầng đất 45 Hình 4.19. Mối tương quan giữa vận tốc thấm ổn định với độ xốp tầng đất 46 Hình 4.20. Mối tương quan giữa vận tốc thấm ổn định với độ xốp tầng đất 46 Hình 4.21. Mối tương quan giữa vận tốc thấm ổn định với độ xốp tầng đất 47 Hình 4.22. Mối tương quan giữa vận tốc thấm ban đầu với độ ẩm tầng đất 47 Hình 4.23. Mối tương quan giữa vận tốc thấm ban đầu với độ ẩm tầng đất 48 Hình 4.24. Mối tương quan giữa vận tốc thấm ban đầu với độ ẩm tầng đất 48
ĐẶT VẤN ĐỀ Trong quá trình sản xuất các hoạt động Nông - Lâm nghiệp, con người thường nghiên cứu các đặc tính của đất. “Đất là lớp tơi xốp của lớp vỏ trái đất có khả năng tạo ra sản phẩm của cây trồng”, là tài sản vô cùng quý giá đối với mỗi quốc gia trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội. Đối với mỗi loại đất sẽ tìm ra những loại cây trồng phù hợp để thu được hiệu quả kinh tế cao nhất.Đối với hoạt động sản xuất Lâm nghiệp, nhu cầu tìm hiểu đặc tính đất là vô cùng quan trọng, không chỉ riêng vai trò của đất đối với cây rừng mà còn là sự tương tác ngược lại: vai trò của cây rừng với đất như trong việc bảo vệ xói mòn, sạt lở hay việc giữ nước của cây rừng đối với loại đất đó.Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố khí hậu tới các đặc tính của đất sẽ tìm ra được mối quan hệ giữa cây rừng với các nguồn sống khác nhau. Một trong các nghiên cứu được quan tâm như: khi lượng mưa quá lớn, tính thấm nước của đất giảm theo thời gian, hình thành dòng chảy mặt sẽ xuất hiện sớm hay muộn, hoặc với mỗi loại đất, tính thấm nước nhiều hay ít sẽ tốt cho cây rừng,… Trong một khu vực rừng trồng sẽ phân bố các trạng thái rừng khác nhau, đi kèm theo đó là sự phân loại nhiều loại đất khác nhau. Ngay cả trong cùng một trạng thái rừng, việc phân bố các loại đất cũng vô cùng phức tạp cả về không gian chiều ngang lẫn không gian chiều dọc, đặc biệt là các chỉ số về tính chất vật lý của đất được đặc biệt quan tâm, bới đó là các đặc trưng phản ánh mối quan hệ giữa tính thấm nước của đất với đất rừng. Góp phần đưa ra những tính toán hợp lý trong việc xác định loài cây rừng phù hợp cũng như thiết kế cấu trúc rừng mang tính khoa học cả về chất và lượng với nhiệm vụ bảo vệ, cải tạo đất rừng lâu dài và hiệu quả theo tinh thần chung của các nhà quản lý Nông- Lâm nghiệp trên khắp thế giới. 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 phát sinh dòng chảy mặt, sự thấm 1
nước của đất là chỉ thị cho khả năng của tầng điều tiết quan trọng nhất trong tuần hoàn thủy văn rừng, sau khi nước mưa đã đi qua bầu không khí, lớp thảm thực vật và vật rơi rụng che phủ. Sự thấm nước của đất có tác dụng rất quan trọng trong việc hình thành cơ chế phát sinh dòng chảy và quá trình xói mòn của đất. Trong trường hợp tốc độ và khả năng thấm cao thì dòng chảy mặt hầu như không xuất hiện nên xói mòn không xảy ra. Khi tốc độ và khả năng thấm thấp thì dòng chảy mặt sẽ xuất hiện nên nguy cơ xói mòn sẽ xảy ra. Hậu quả sẽ dẫn đến sự mất đất, mất chất dinh dưõng trong đất, giảm năng suất cây trồng và đặc biệt, xói mòn đất gây ra tàn phá môi trường nghiêm trọng: nương rẫy chỉ gieo trồng vài ba vụ rồi bỏ, lại phá rừng đốt rẫy. Lâm sản bị tiêu hao rất nhiều. Sau nhiều lần phá như vậy, cuối cùng chỉ còn đồi núi trọc, hậu quả là đất đai bị thoái hóa. Khi rừng cây bị phá sẽ kèm theo nạn lũ lụt, hạn hán và khí hậu khu vực thay đổi rõ rệt. Ở Việt Nam, các nghiên cứu về đặc tính thấm nước của đất trên các loại hình sử dụng đất khác nhau còn rất hạn chế. Vì vậy để góp phần quản lý bền vững tài nguyên đất và nước, tôi đã tiến hành thực hiện đề tài:“ Nghiên cứu tính thấm nước của một số loại hình sử dụng đất ở khu vực Núi Luốt, trường Đại học Lâm nghiệp”. 2
PHẦN I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Cơ sở khoa học 1.1.1. Một số khái niệm liên quan - “Khả năng thấm nước của đất” là khả năng lưu giữ lại dòng chảy bề mặt và biến chúng thành dòng chảy ngầm trong lòng đất (Vũ Thị Quỳnh Nga, 2009) [8]. -“ Quá trình thấm nước ” là quá trình nước từ mặt đất thâm nhập vào trong đất. Có nhiều nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ thấm bao gồm điều kiện trên mặt đất và lớp phủ thực vật, tính chất của đất như độ xốp, kết cấu đất, độ ẩm đất (Nguyễn Thị Thúy Hường, 2009) [8]. -“Tốc độ thấm của đất ” biểu thị bằng mm/phút là tốc độ nước từ mặt đất đi vào trong đất. Nếu trên mặt đất có lớp nước đọng, nước sẽ thấm xuống đất theo tốc độ thấm tiềm năng. Tốc độ thấm là đặc trưng quan trọng nhất về vận động của nước dưới đất trong môi trường lỗ hổng (Vũ Thị Quỳnh Nga, 2009) [8]. -“ Tốc độ thấm nước ban đầu” (mm/phút) là một chỉ tiêu quan trọng phản ánh đặc trưng thấm nước của đất rừng. Tốc độ thấm nước khởi đầu được tính là giá trị trung bình của tốc độ thấm trung bình trong 5 phút đầu tiên (Vũ Thị Quỳnh Nga, 2009) [8]. -“ Tốc độ thấm nước ổn định của đất” (mm/phút) là tốc độ thấm khi đất được cung cấp đủ nước và tầng đất mặt đã bão hòa nước. Khi đất đạt đến tốc độ thấm ổn định và tốc độ thấm nhỏ hơn cường độ mưa, dòng chảy bề mặt sẽ được tạo ra cùng với việc cuốn trôi vật chất xói mòn (Vũ Thị Quỳnh Nga, 2009) [8]. - “ Phẫu diện đất” là mặt cắt thẳng đứng từ bề mặt đất xuống tầng đá mẹ. Các loại đất khác có độ dày và đặc trưng phẫu diện khác nhau. Phẫu diện đất là hình thái biểu hiện bên ngoài phản ánh quá trình hình thành, phát triển và tính chất của đất (Nguyễn Thế Đặng, 2006) [3]. 3
Một phẫu diện đất điển hình thường gồm các tầng đất sau: Tầng thảm mục, tầng mùn (tầng rửa trôi), tầng tích tụ, tầng mẫu chất, tầng đá mẹ. + Tầng thảm mục nằm trên mặt đất. Tầng này được kí hiệu là Ao, ở tầng này chứa những cành lá, xác thực vật rơi rụng. Tầng này còn được chia nhỏ hơn A01, A02 và A03. Tầng A01 chứa những chất hữu cơ chưa phân giải. Tầng A02 chứa những chất hữu cơ đã bị phân giải một phần, A03 chứa những chất hữu cơ đã phân giải mạnh, một phần đã thành mùn. Tầng thảm mục chỉ xuất hiện ở đất dưới rừng, dưới đồng cỏ, nơi mà chất hữu cơ được trả lại cho đất khá nhiều. Mặt khác sự có mặt của tầng này còn liên quan tới điều kiện phân giải các hợp chất hữu cơ, bản chất của các chất hữu cơ. Những nơi điều kiện phân giải các hợp chất hữu cơ thuận lợi, tầng này hoặc không xuất hiện, hoặc mỏng, không điển hình (Nguyễn Thế Đặng, 2006) [3]. + Tầng mùn (tầng rửa trôi): ký hiệu là A. Tại tầng này, các hợp chất mùn được hình thành. Đất thường màu đen hoặc nâu đen. Đất thường có kết cấu viên, tơi xốp, giầu dinh dưỡng.Tuy nhiên dưới tác dụng của nước nó cũng là tầng bị rửa trôi. Phần lớn các loại vi sinh vật đất đều tập trung ở tầng này. Trong tầng A lại có thể xuất hiện những tầng khác nhau: A1, A2, A3. + A1 là tầng tích luỹ mùn nhiều nhất, màu đen nhất. Tại đây các hợp chất hữu cơ được phân giải, tổng hợp để tạo nên các hợp chất mùn trong đất. Đất thường có kết cấu viên, tơi xốp, giàu dinh dưỡng. + A2 là tầng rửa trôi mạnh nhất. Tại đây các chất dinh dưỡng và hợp chất mùn bị phá huỷ và rửa trôi xuống các tầng sâu. Vì vậy, hàm lượng chất dinh dưỡng và mùn ở đây thấp. Thạch anh chiếm tỷ lệ lớn trong các thành phần khoáng. Nó thường có màu sáng hơn so với các tầng khác. Tầng A2 đặc trưng cho đất Potdon của miền khô, lạnh. Tuy nhiên theo Fritland thì đất Việt nam thường có tầng A2 không điển hình (Nguyễn Thế Đặng, 2006) [3]. + Tầng A3 là tầng chuyển tiếp xuống tầng B. 4
+ Tầng tích tụ: ký hiệu là B Những chất bị rửa trôi từ tầng trên xuống, phần lớn được tích luỹ tại đây, đặc biệt là sét. Bởi vậy hàm lượng sét ở tầng này cao hơn hẳn so với các tầng khác do đó nó thường bị chặt, khó thấm nước. Tầng B càng phát triển, chứng tỏ đất có tuổi càng cao. Tầng B lại có thể chia nhỏ hơn thành B1, B2, B3: + Tầng B1 là một phần của tầng A chuyển tiếp đến tầng B. + Tầng B2 là tầng tích tụ điển hình. + Tầng B3 là phần chuyển tiếp của tầng B đến tầng C. Tầng A và B là phần điển hình của đất, nó tạo nên độ dày của đất. Độ dày tầng đất được tính từ trên mặt đất xuống đến hết tầng B. + Tầng C được gọi là tầng mẫu chất, nó được hình thành từ sự phong hoá đá và khoáng ban đầu. +Cuối cùng là tầng đá mẹ ký hiệu là D -Tuổi lâm phần là nhân tố cấu trúc về mặt thời gian, phản ánh giai đoạn sinh trưởng phát triển của lâm phần. Đối với rừng trồng, căn cứ vào giai đoạn phát triển của lâm phần người ta chia thành các cấp tuổi: Cấp tuổi 1: rừng non Cấp tuổi 2: rừng sào Cấp tuổi 3: rừng trung niên Cấp tuổi 4: rừng gần thành thục Cấp tuổi 5: rừng thành thục Cấp tuổi 6: rừng quá thành thục Lưu ý: -Cấp tuổi có thể ngắn hoặc dài, tùy thuộc vào loài cây, điều kiện lập địa... Đối với loài cây sinh trưởng nhanh, cấp tuổi có thể 2-5 năm; đối với loài cây sinh trưởng chậm, cấp tuổi có thể là 10-20 năm [16]. 5
1.1.2. Khái niệm rừng và các công trình nghiên cứu ảnh hưởng của rừng Ngay từ thuở sơ khai, con người đã có những khái niệm cơ bản nhất về rừng. Rừng là nơi cung cấp mọi thứ phục vụ cuộc sống của họ. Lịch sử càng phát triển, những khái niệm về rừng được tích lũy, hoàn thiện thành những học thuyết về rừng. 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, (Morozov, 1930) [13]. Rừng là quần xã sinh vật trong đó cây rừng là thành phần chủ yếu. Quần xã sinh vật phải có diện tích đủ lớn. Giữa quần xã sinh vật và môi trường, các thành phần trong quần xã sinh vật phải có mối quan hệ mật thiết để đảm bảo khác biệt giữa hoàn cảnh rừng và các hoàn cảnh khác (Phạm Văn Điển, 2009) [2]. * Ảnh hưởng của rừng đến đến số lượng nước trong quy mô lâm phần: Nghiên cứu về khả năng giữ nước của lâm phần rừng trên thế giới đã thu được nhiều thành quả, trong đó đáng chú ý là những thành quả liên quan đến việc định hướng các thành phần cân bằng nước trong hệ sinh thái rừng và xác định, dự báo xói mòn đất. * Lượng nước mưa giữ lại trên tán rừng Lượng nước mưa giữ lại bởi tán rừng phụ thuộc vào nhiều nhân tố, trong đó bao gồm loài cây, tuổi rừng, mật độ lâm phần, cấu trúc của tán rừng, tần suất mưa, cường độ mưa, thời gian mưa. Cũng giống như hệ sinh thái và quá trình thủy văn, lượng nước mưa ngăn bởi tán rừng cũng biến động theo không gian và thời gian. * Lượng nước hút giữ bởi vật rơi rụng trong rừng Vật rơi rụng có khả năng giữ nước tương đối lớn, nên có tác dụng bổ sung nước cho đất và cung cấp nước cho thực vật. Ngoài ra, do vật rơi rụng có những lỗ hổng lớn và nhiều hơn so với đất, nên lượng nước ngăn giữ 6
lại bởi vật rơi rụng dễ dàng bốc hơi (Vu Chí Dân, Vương Lễ Tiến, 2001) [7]. * Lượng nước chảy trên bề mặt đất Nhìn chung, đất rừng tự nhiên có khả năng thấm nước cao và ít khi xuất hiện dòng chảy bề mặt. Tuy nhiên, khi rừng bị chặt hạ trở nên thưa thớt và độ dốc mặt đất lớn, có thể tạo ra nhiều lượng nước chảy trên bề mặt (Phạm Văn Điển, 2009) * Bốc hơi và thoát hơi nước Bốc hơi và thoát hơi nước là do các quá trình trao đổi bức xạ, vận chuyển của hơi nước và sinh trưởng của thực vật tạo nên. Phương pháp đo lường chuẩn xác nhất là sử dụng thiết bị đo bốc hơi và thoát hơi nước Lysimeter, nhưng khả năng ứng dụng của nó còn hạn chế. Các phương pháp được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu bốc hơi và thoát hơi nước của rừng là phương pháp lý thực vật học và phương pháp thủy văn học (Phạm Văn Điển, 2009) [3]. Phương pháp sinh lý thực vật học chủ yếu xác định lượng nước thoát hơi của thực vật, trong đó bao gồm phương pháp xung nhiệt mạch dẫn (vận chuyển của nhựa cây), phương pháp nguyên tố đồng vị phóng xạ, phương pháp kim châm khí khổng và phương pháp buồng thông gió, phương pháp cân nhanh của Ivanov… Sử dụng phương pháp sinh lý thực vật học để xác định lượng nước thoát hơi của một cây và suy luận lượng nước tiêu hao của cả lâm phần. Phương pháp thủy văn học dựa vào phương trình cân bằng lượng nước trong hệ thống, thông qua đo lường lượng mưa, lượng nước thấm xuống các tầng đất sâu, lượng nước chảy trên mặt đất và biến đổi động thái của nước trong đất, để tính toán lượng nước bốc hơi và thoát hơi của hệ thống (Dư Tân Hiểu, 1991) [7]. 7
1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 1.2.1. Thành quả nghiên cứu 1.2.1.1. Khả năng thấm nước của đất Tuần hoàn thủy văn rừng được mô tả theo một trình tự nhất định, bắt đầu từ khi nước mưa đi vào hệ sinh thái, đến quá trình nước mưa bị giữ lại trên tán rừng, nước mưa lọt qua tán, nước mưa chảy men thân cây, nước mưa chảy tràn bề mặt đất, đến quá trình nước thấm xuống đất, bốc hơi nước vật lý từ đất từ thảm mục, thoát hơi nước của thực vật để trở về khí quyển. Nhìn chung, các quá trình trên chịu ảnh hưởng rõ nét của cấu trúc lớp thảm thực vật rừng, chế độ mưa, địa hình, đất. Quá trình thấm nước của đất là một trong những vấn đề được nghiên cứu sâu rộng trong lĩnh vực thủy văn học. Theo lý luận phát sinh dòng chảy bề mặt, sự thấm nước của đất là chỉ thị cho khả năng của tầng điều tiết quan trọng trong tuần hoàn thủy văn rừng, sau khi nước mưa đi qua bầu khí quyển và lớp thảm thực vật che phủ. Sự thấm nước của đất có tác dụng rất quan trọng trong việc hình thành cơ chế phát sinh dòng chảy. Trên thế giới, công trình đầu tiên nghiên cứu về đặc trưng thấm của đất là của nhà bác học Darcy vào năm 1856, ông đã đưa ra định luật có tên Định luật Darcy để tính lượng nước thấm vào đất theo phương trình. Q = K.S.T.h/l Trong đó: Q là lượng nước thấm (cm3) K là hệ số thấm (cm3) T là thời gian thấm (phút) H là độ chênh lệch áp lực cột nước ở đầu trên và đầu dưới của cột thấm L là chiều dài đoạn đường thấm (cm) Đồng thời định luật còn được biểu thị bằng phương trình tốc độ thấm V = K.I 8
Trong đó: V là tốc độ thấm được đo bằng (mm/giây,cm/phút, m/ngày.đêm); I = h/l Sau này người ta nhận thấy rằng khi xác định tính chất thấm của đất trong những điều kiện nhiệt độ thay đổi thì không thể so sánh được. Do vậy, người ta quy về điều kiện chuẩn ở 100oC bằng cách sử dụng "hệ số điều chỉnh nhiệt độ" của Hazen là (0,7+0,03t) khi tính toán hệ số thấm. Hệ số thấm theo nhiệt độ điều chỉnh được tính theo công thức sau: K10 = Kt / (0,7 + 0,03t) Trong đó: K10 là hệ số thấm ở điều kiện 100oC Kt là hệ số thấm thời điểm t T là nhiệt độ nước sử dụng khi xác định Đến năm 1937, Vusoski nhà bác học Nga đã xây dựng công thức tính lượng nước thấm xuống mặt đất: W = P0 - (E0 + T +S) Trong đó: W là lượng nước thấm xuống P0 là nước mưa trung bình năm tại khu vực nghiên cứu E0 là lượng nước bốc hơi T là lượng nước thoát hơi từ thực vật S là lượng nước chảy trên mặt đất 1.3. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 1.3.1. Thành quả nghiên cứu 1.3.1.1 Khả năng thấm nước của đất Ở việt Nam, những nghiên cứu và khả năng thấm nước của đất thường đi kèm với nghiên cứu thủy văn rừng, xói mòn đất, dòng chảy mặt. Tính tới nay, chưa có nhiều công trình nghiên cứu chi tiết về khả năng thấm nước của đất. Hầu hết các đề tài chỉ nghiên cứu tốc độ thấm trên một khía cạnh là yếu 9
tố ảnh hưởng đến xói mòn và dòng chảy mặt. Một số ít nghiên cứu tốc độ thấm và ảnh hưởng của một số nhân tố như lượng mưa, cường độ mưa, độ xốp đất, độ ẩm, độ dốc tới tốc độ thấm. Nguyễn Ngọc Lung và cộng sự (1995, mức độ thấm được coi là nhân tố ảnh hưởng lớn tới xói mòn và dòng chảy. Tác giả đã phân cấp mức độ thấm sau đó cho điểm từ đó đánh giá vai trò của nhân tố đất ảnh hưởng tới xói mòn và dòng chảy [9]. Những nghiên cứu về dòng chảy mặt và xói mòn đất của Bùi Ngạnh (1977), Nguyễn Ngọc Lung và Võ Đại Hải (1997) cho thấy rừng càng dày rậm tự nhiên thì lượng nước thấm vào đất và chuyển thành dòng chảy ngầm càng nhiều, khả năng làm giảm xói mòn càng lớn. Phạm Văn Điển (2006), Phạm Văn Điển và Phạm Đức Tuấn (2008), trong nghiên cứu đặc trưng thấm nước của đất dưới một số trạng thái thảm thực vật ở vùng hồ thủy điện Hòa Bình đã xây dựng 45 OTC định vị (2001- 2004), dưới 10 trạng thái thảm thực vật thuộc 4 nhóm (trảng cây bụi, trảng cây bụi, rừng trồng và rừng tự nhiên). Bằng phương pháp thí nghiệm thấm nước ống vòng khuyên và các phép phân tích, tác giả đã xác định: tốc độ thấm ban đầu, tốc độ thấm nước và thời gian đạt tốc độ thấm ổn định, quá trình thấm nước, lượng nước thấm và ảnh hưởng của một số nhân tố quan trọng tới đặc trưng thấm nước. Kết quả nghiên cứu cho thấy 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 từ 2,5 - 8 mm/phút. Tốc độ thấm nước của đất có liên quan chặt chẽ với độ xốp, độ dày và độ ẩm của tầng đất. Tác giả đã mô phỏng quá trình thấm nước của đất rừng bằng mô hình Horton và mô hình Phillip, trong đó mô hình Phillip mô tả quá trình thấm nước tốt hơn [1]. Đoàn Thanh Sơn (2011) trong nghiên cứu khả năng thấm và giữ nước tiềm tàng của đất rừng huyện Định Hoá, Thái Nguyên đã xây dựng 9 OTC với 3 trạng thái thảm thực vật với 3 nhóm ( rừng tự nhiên, rừng trồng và trảng cây 10
bụi) bằng phương pháp ống vòng khuyên , tác giả đã xác định tốc độ thấm ban đầu, tốc độ thấm nước và thời gian đạt tốc độ thấm ổn định, quá trình thấm nước, lượng nước thấm và ảnh hưởng của một số nhân tố quan trọng tới đặc trưng thấm nước. Kết quả nghiên cứu cho thấy độ thấm nước ban đầu ở các trạng thái thảm thực vật xếp theo thứtự giảm dần: Rừng tự nhiên IIA> rừng trồng > trảng cây bụi. Tốc độ thấm nước ban đầu của đất tỉ lệ thuận với độ xốp tầng đất mặt và tỉ lệ nghịch với độ ẩm ban đầu của đất. Đất càng tơi xốp, tốc độ thấm nước ban đầu càng nhanh, độ ẩm ban đầu càng lớn tốc độ thấm nước càng chậm. Tốc độ thấm nước ổn định: Trong các trạng thái thảm thực vật, đất ở trạng thái rừng tự nhiên IIA có tốc độ thấm ổn định cao nhất sau đó đến đất ở trạng thái rừng trồng và thấp là đất ở trạng thái trảng cây bụi. Tốc độ thấm nước ổn định tỷ lệ thuận với độ xốp bình quân và với độdày tầng đất. Quá trình thấm nước có tổng lượng thấm ở các trạng thái thảm thực vật có thể xếp theo thứ tựgiảm dần như sau: Rừng tự nhiên IIA> rừng trồng > trảng cây bụi[17]. Bùi Huy Hiển (2012) trong nghiên cứu khả năng thấm nước của đất tại một số mô hình sử dụng đất ở Lương Sơn- Hòa Bình đã xây dựng trên 3 mô hình sử dụng đất bao gồm: rừng trồng keo lai, rừng trồng bạch đàn và nương rẫy. Mỗi mô hình ở 4 cấp độ dốc (15o- 20o,20o-25o,25o -30o,30o- 30o). Trên mỗi cấp độ dốc ở từng mô hình sử dụng đất bố trí 10 vị trí điển hình để làm thí nghiệm đo thấm. Kết quả nghiên cứu cho thấytheo bảng đánh giá đất dựa vào độ xốp chung (Hà Quang Khải, 2002) đất ở 3 mô hình sử dụng đất thuộc 3 cấp đầu tiên của bảng phân loại. Cấp 1: đô xốp < 50%; cấp 2: độ xốp từ 50%- 55% và cấp 3: 55%- 65%, ứng với loại đất có tầng canh tác là không tốt, đạt yêu cầu và rất tốt. Trong đó, đại đa số đạt yêu cầu canh tác. Tổng lượng nước thấm ở các mô hình: Theo bảng phân loại tốc độ của đất của Hà Quang Khải (2002), thì tốc tốc độ thấm nước ở mô hình thuộc 2 dạng: Khả năng thấm nước cao (> 1.5cm/giờ) và khả năng thấm nước trung bình ( 0.5 – 1.5 cm/ giờ). Trong đó, chủ yếu là khả năng thấm nước cao. Tổng lượng thấm 11
có mối liên hệ tuyến tính với các nhân tố độ ẩm, độ xốp và độ dốc. Tốc độ thấm ổn định và tốc độ thấm khởi đầu giữa các mô hình có sự khác nhau, trong đó mô hình keo lai được coi là vo và vccao nhất. Tồn tại mối quan hệ tuyến tính vc, vo với các nhân tố độ dốc dộ xốp độ ẩm [18]. Khác với các nước tiên tiến trên thế giới, ở Việt Nam việc sử dụng thiết bị mưa nhân tạo trong nghiên cứu về thủy văn rừng nói chung và nghiên cứu về tính thấm của đất nói riêng chưa thực sự phổ biến. Sử dụng vòng đo thấm hay còn gọi là ống vòng khuyên là cách phổ biến trong nghiên cứu khả năng thấm nước của đất tại Việt Nam. 1.3.1.2. Khả năng giữ nước của đất. Theo Hoàng Văn Thế (1986) thì khả năng bốc 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. (Nguyễn Viết Phổ, 1992) [11]. Theo Trần Kông Tấu, Ngô Văn Phụ, Hoàng Văn Huầy khả năng giữ nước của đất có quan hệ chặt chẽ với thành phần cơ giới đất. Đất càng có thành phần cơ giới nặng thì khả năng giữ nước và độ trữ ẩm cực đại càng lớn. (Trần Kông Tấu và cộng sự, 1986) [12]. Công trình nghiên cứu của Chu Đình Hoàng (1995) về đặc tính thấm nước trên đất phèn ở đồng bằng Sông Cửa Long. Dựa trên cơ chế thấm nước tác giả đã thiết kế hệ thống kênh mương tiêu nước rửa phèn. Theo kết quả nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Lung (1996) lượng nước thấm xuống đất biến động từ 50-90% lượng nước giáng thủy. Tùy từng trạng thái lớp phủ bề mặt khác nhau mà có lượng nước thấm nhiều hay ít. Lê Đăng Giảng và Nguyễn Thị Hoài Thu đã tổng kết kết quả nghiên cứu về khả năng giữ nước, điều tiết dòng chảy của rừng thứ sinh hỗn giao lá rộng tại núi Tiên, Hữu Lũng, Lạng Sơn (Nguyễn Thị Thúy Hường, 2009) [10]. Công trình nghiên cứu ở Tứ Quận, Tuyên Quang của bộ môn khí tượng thủy văn rừng (Phạm Văn Điển, 2006) [1], tập trung chủ yếu vào việc tìm 12
hiểu lượng nước chảy bề mặt và lượng đất xói mòn dưới tán rừng bồ đề trồng thuần loài đều tuổi trong khoảng thời gian 3 năm (1974 - 1976). Ngoài những công trình nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng thấm và giữ nước của đất rừng, còn có một số các công trình nghiên cứu các biện pháp nâng cao khả năng giữ nước của đất rừng. Công tác nghiên cứu trên đất cát của Chi cục Thủy lợi Bình Thuận phối hợp với Trường Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh (Vũ Văn Tuấn, 1997) trong 2 năm tại khu vực Suối Tiên và khu vực thôn Giếng. Kết quả nói chung cho thấy nước mưa là nguồn nước chính của con suối này, mỗi năm trung bình chỉ có 31,5mm nước mưa ngấm vào đất tạo thành nước ngầm, mà nước ngầm là lượng nước được tích giữ lại nhiều nhất trong đất. Nên để tăng lượng nước ngầm trong đất cần làm tăng nguồn nước mưa cho khu vực. Các nhà khoa học bằng phương hướng thiết lập các công trình thu nước rộng khắp vùng thượng lưu suối Tiên đã cho kết quả khá thành công. Kết quả là khu vực sát lòng suối Tiên về phía hạ lưu tăng mực nước ngầm từ 2 - 6m (trong 3 năm) và 3 - 7,5 m (sau 10 năm). Hay kết quả nghiên cứu 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 4500m3/hồ và trồng 157km cỏ Vetiver (là loại cây trồng mới có nhiều ưu điểm, có thể sinh trưởng trên mọi loại đất và có bộ rễ mọc thẳng xuống mặt đất ít nhất là 3m, làm thành "Đường chắn ngầm sinh học") đã làm giảm lượng nước mặt chảy đi và tăng nguồn nước ngầm của khu vực (dự kiến, sau 9 năm mực nước ngầm của vùng này sẽ dâng cao thêm từ 3,5 - 8m). Nhận xét:Mặc dù, ở Việt Nam các nghiên cứu về đặc tính thấm nước của đất đã được thực hiện bởi một số tác giả từ năm 1995 đến năm 2012. Tuy nhiên, các nghiên cứu thường tập trung vào 1 tới 3 trạng thái sử dụng đất khác nhau, trong mỗi trạng thái lại phân ra nhiều các OTC ở nhiều vị trí có tính chất vật lý của đất tương đương nhau dẫn đến các đặc trung thấm chưa có nhiều sự khác biệt rõ rệt. Qua đó, tôi đã lựa chọn ra nhiều đối tượng đất rừng với 7 vị trí khác nhau có tính nhất đất khác biệt rõ rệt để nghiên cứu đặc trung thấm nước của đất. 13
PHẦN II MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu nghiên cứu 2.1.1. Mục tiêu chung - Cung cấp cơ sở khoa học cho việc đề xuất những giải pháp nhằm cải thiện khả năng thấm nước của đất rừng, góp phần nâng cao hiệu quả bảo vệ nguồn nước của rừng nhằm hạn chế xói mòn và dự báo lũ rừng tại khu vực Núi Luốt, trường Đại học Lâm nghiệp. 2.1.2. Mục tiêu cụ thể - Nghiên cứu đặc điểm diện tích và phân bố của lọai hình sử dụng đất tại khu vực. - Xác định tính thấm nước của một số loại hình sử dụng đất và ảnh hưởng của các nhân tố vật lý của đất đến tính thấm của nước. - Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiêu quả giữ nước của một số loại hình sử dụng đất. 2.2. Đối tƣợng và giới hạn nghiên cứu 2.2.1. Đối tượng nghiên cứu - Khoá luận tiến hành nghiên cứu tính thấm nước và một số tính chất vật lý đất rừng trồng của một số loại hình sử dụng đất. - Địa điểm: Khu vực Núi Luốt, trường Đại học Lâm nghiệp. - Ngày bắt đầu: 10/02/2015 - Ngày kết thúc: 25/04/2015 2.2.2. Giới hạn nghiên cứu *Giới hạnvề đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tính thấm nước và một số tính chất vật lý đất ở độ sâu 0 – 50cm tại các vị trí và các trạng thái rừng trồng khác nhau. 14