Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Nghiên cứu mối quan hệ tương hỗ giữa sinh trưởng Keo tai tượng (Acacia mangium Willd.) trồng thuần loài với một số tính chất đất ở Tuyên Quang và Thừa Thiên Huế

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:112

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Nghiên cứu mối quan hệ tương hỗ giữa sinh trưởng Keo tai tượng (Acacia mangium Willd.) trồng thuần loài với một số tính chất đất ở Tuyên Quang và Thừa Thiên Huế" được thực hiện nhằm làm phong phú thêm các kết quả nghiên cứu về loài Keo tai tượng trong việc đánh giá tương tác giữa rừng trồng Keo tai tượng và yếu tố đất. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Nghiên cứu mối quan hệ tương hỗ giữa sinh trưởng Keo tai tượng (Acacia mangium Willd.) trồng thuần loài với một số tính chất đất ở Tuyên Quang và Thừa Thiên Huế

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP -------------------------- NGUYỄN THÙY MỸ LINH NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ TƯƠNG HỖ GIỮA SINH TRƯỞNG KEO TAI TƯỢNG (Acacia mangium Willd.) TRỒNG THUẦN LOÀI VỚI MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐẤT Ở TUYÊN QUANG VÀ THỪA THIÊN HUẾ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP Hà Nội - 2010
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ---------------------------- NGUYỄN THÙY MỸ LINH NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ TƯƠNG HỖ GIỮA SINH TRƯỞNG KEO TAI TƯỢNG (Acacia mangium Willd.) TRỒNG THUẦN LOÀI VỚI MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐẤT Ở TUYÊN QUANG VÀ THỪA THIÊN HUẾ Chuyên ngành: LÂM HỌC Mã số: 60.62.60 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. BÙI THẾ ĐỒI 2. TS. PHAN MINH SÁNG Hà Nội – 2010
i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành nghiên cứu này, ngoài sự cố gắng, nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự hỗ trợ từ phía các cán bộ Phòng Lâm Sinh – Viện Khoa học Lâm Nghiệp Việt Nam trong quá trình khảo sát hiện trường và điều tra thực tế để có được bộ số liệu đầy đủ và đáng tin cậy. Bên cạnh đó, không thể không kể đến sự quan tâm và tạo điều kiện thuận lợi từ phía ban lãnh đạo cũng như các cán bộ Trung tâm Nghiên cứu sinh thái và Môi trường rừng trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn TS. Bùi Thế Đồi và TS. Phan Minh Sáng, những người đã hướng dẫn tận tình để đề tài đạt được kết quả như mục tiêu đặt ra. Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến các bạn bè, đồng nghiệp đã đóng góp những ý kiến quý báu giúp luận văn của tôi được hoàn thiện hơn. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình luận văn nào trước đây. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng 9 năm 2010 Tác giả Nguyễn Thùy Mỹ Linh
ii MỤC LỤC Trang phụ bìa LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi ĐẶT VẤN ĐỀ 1 Chương 1 4 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .............................................................4 1.1. Tổng quan về ảnh hưởng của lập địa đến cây trồng .....................................4 1.1.1. Trên thế giới ...........................................................................................4 1.1.2. Ở Việt Nam .............................................................................................6 1.2. Tổng quan về ảnh hưởng của rừng trồng đến đất .........................................8 1.2.1. Trên thế giới ...........................................................................................8 1.2.2. Ở Việt Nam ...........................................................................................13 1.3. Tổng quan về cây Keo tai tượng (Acacia mangium Willd.) .......................17 1.3.1. Trên thế giới .........................................................................................17 1.3.2. Ở Việt Nam ...........................................................................................19 1.4. Mô hình ảnh hưởng hỗn hợp, phần mềm R và ứng dụng của chúng..........20 1.4.1. Mô hình ảnh hưởng hỗn hợp ...............................................................20 1.4.2. Tổng quan về phần mềm R ...................................................................21 Chương 2 23 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................23 2.1. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................23 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..............................................................23 2.3. Địa điểm nghiên cứu ...................................................................................24 2.4. Nội dung nghiên cứu...................................................................................24 2.5. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................24
iii Chương 3 29 ĐẶC ĐIỂM KHÁI QUÁT KHU VỰC NGHIÊN CỨU ...................................29 3.1. Tỉnh Tuyên Quang ......................................................................................29 3.2. Tỉnh Thừa Thiên Huế .................................................................................31 Chương 4 35 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN..................................................35 4.1. Ảnh hưởng của đất đến sinh khối rừng trồng Keo tai tượng ......................35 4.1.1. Đặc điểm sinh khối rừng trồng Keo tai tượng thuần loài ....................35 4.1.2. Đặc điểm đất dưới các lâm phần rừng trồng Keo tai tượng thuần loài ........................................................................................................................37 4.1.3. Phân tích ảnh hưởng của các tính chất đất đến sinh trưởng sinh khối các lâm phần Keo tai tượng. ..........................................................................48 4.2. Ảnh hưởng của các kiểu sử dụng đất đến lập địa. ......................................52 4.2.1. Đặc điểm sinh khối của các kiểu sử dụng đất. .....................................52 4.2.2. Đặc điểm đất dưới các kiểu sử dụng đất. ............................................54 4.2.3. Phân tích ảnh hưởng của các kiểu sử dụng đất đến các tính chất đất 65 Chương 5 69 KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ................................................................69 5.1. Kết luận .......................................................................................................69 5.2. Tồn tại .........................................................................................................71 5.3. Kiến nghị.....................................................................................................71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHỤ LỤC
iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT BD Dung trọng đất (Bulk Density, g/cm3) FRA Đánh giá tài nguyên rừng toàn cầu (Global Forest Resource Assessment ) KSD Kiểu sử dụng đất LME Mô hình ảnh hưởng hỗn hợp (Linear Mixed-effect Model) N Nitơ tổng số (%) pH Độ pH đất P2O5 Lân dễ tiêu (Extractable P, mg/kg đất) Repl Lần lặp (Replication) RT Rừng trồng (Plantation) RTS Rừng thứ sinh (Secondary) SD Độ lệch chuẩn (Standard Deviation) S% Hệ số biến động Site Lập địa SK Sinh khối (tấn/ha) SOC Tổng Cacbon đất (Soil Organic Carbon, %) TEC Tổng cation bazơ trao đổi (cmol/kg đất) (Total Exchangeable Base Cations) TQ Tuyên Quang TTH Thừa Thiên Huế
v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 4.1. Sinh khối và tăng trưởng sinh khối của các lâm phần rừng trồng Keo tai tượng 35 Bảng 4.2. Dung trọng đất dưới các lâm phần Keo tai tượng 38 Bảng 4.3. Đặc điểm pH đất dưới các lâm phần Keo tai tượng 400 Bảng 4.4. Hàm lượng cacbon trong đất dưới các lâm phần Keo tai tượng 422 Bảng 4.5. Nitơ tổng số trong đất dưới các lâm phần Keo tai tượng 44 Bảng 4.6. Đặc điểm lân dễ tiêu trong đất dưới các lâm phần Keo tai tượng 46 Bảng 4.7. Tổng cation bazơ trao đổi trong đất dưới các lâm phần Keo tai tượng 47 Bảng 4.8. Ảnh hưởng của tuổi và tính chất đất với sinh khối rừng trồng theo mô hình ảnh hưởng hỗn hợp 49 Bảng 4.9. So sánh ảnh hưởng của các tính chất đất đến sinh khối các lâm phần Keo tai tượng theo ANCOVA và LME 51 Bảng 4.10. Tổng hợp các mô hình ảnh hưởng của các chỉ tiêu đất chính đến sinh khối rừng trồng Keo tai tượng 51 Bảng 4.11. Đặc điểm Sinh khối của các lâm phần nghiên cứu 53 Bảng 4.12. Đặc điểm dung trọng dưới các kiểu sử dụng đất 55 Bảng 4.13. Đặc điểm độ pH đất dưới các kiểu sử dụng đất 57 Bảng 4.14. Tổng cacbon trong đất dưới các kiểu sử dụng đất 58 Bảng 4.15. Hàm lượng Nitơ tổng số dưới các kiểu sử dụng đất 60 Bảng 4.16. Hàm lượng lân dễ tiêu trong đất dưới các kiểu sử dụng đất 62 Bảng 4.17. Tổng Cation bazơ trao đổi trong đất dưới các kiểu sử dụng đất 63 Bảng 4.18. Ảnh hưởng của sinh khối các lâm phần dưới các kiểu sử dụng đất đến các tính chất đất theo mô hình ảnh hưởng hỗn hợp 65 Bảng 4.19. So sánh ảnh hưởng sinh khối và kiểu sử dụng đất đến các tính chất đất theo ANCOVA và LME 67 Bảng 4.20. Tổng hợp các mô hình ảnh hưởng của sinh khối và kiểu sử dụng đất đến tính chất đất 688
vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các kiểu sử dụng đất đến tính chất đất 25 Hình 4.1. Tăng trưởng sinh khối của các lâm phần rừng trồng Keo tai tượng 37 Hình 4.2. Biến đổi dung trọng đất dưới các lâm phần Keo tai tượng 39 Hình 4.3. Biến đổi pH đất dưới các lâm phần Keo tai tượng 41 Hình 4.4. Biến đổi tổng cacbon trong đất dưới các lâm phần Keo tai tượng 43 Hình 4.5. Biến đổi Nitơ tổng số trong đất dưới các lâm phần Keo tai tượng 45 Hình 4.6. Biến đổi Lân dễ tiêu trong đất dưới các lâm phần Keo tai tượng 46 Hình 4.7. Biến đổi tổng cation bazơ trao đổi trong đất dưới các lâm phần Keo tai tượng 48 Hình 4.8. Độ tương quan giữa các tính chất đất với sinh khối rừng trồng Keo tai tượng 50 Hình 4.9. Tăng trưởng sinh khối của các kiểu sử dụng đất 54 Hình 4.10. Biến đổi dung trọng đất dưới các kiểu sử dụng đất 56 Hình 4.11. Biến đổi pH đất dưới các kiểu sử dụng đất 58 Hình 4.12. Biến đổi Tổng cacbon trong đất dưới các kiểu sử dụng đất 59 Hình 4.13. Biến đổi hàm lượng Nitơ tổng số trong đất dưới các kiểu sử dụng đất 61 Hình 4.14. Biến đổi hàm lượng Lân dễ tiêu trong đất dưới các kiểu sử dụng đất 63 Hình 4.15. Biến đổi Tổng cation bazơ trao đổi trong đất dưới các kiểu sử dụng đất 64 Hình 4.16. Xu hướng ảnh hưởng giữa sinh khối và kiểu sử dụng đất đến các tính chất đất 66
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Theo báo cáo Đánh giá tài nguyên rừng toàn cầu 2010 của FAO (FRA 2010) [46], tổng diện tích rừng toàn cầu được ước tính khoảng trên 4 tỷ ha, bao phủ 31% diện tích đất toàn cầu, tương đương với trung bình 0,6 ha rừng/đầu người. Tuy nhiên, trong thập kỷ gần đây, khoảng 13 triệu ha rừng mỗi năm bị chuyển đổi sang mục đích sử dụng khác hoặc bị mất đi do các nguyên nhân tự nhiên so với 16 triệu ha rừng bị mất hàng năm vào những năm 1990. Rừng tự nhiên chiếm 36% tổng diện tích rừng toàn cầu nhưng đã bị suy giảm hơn 40 triệu ha tính đến năm 2000. Mặc dù tỷ lệ phá rừng có giảm nhưng vẫn còn ở tình trạng đáng báo động. Các nước đang phát triển được ví là “cái kho dự trữ” của rừng nhiệt đới cũng đang dần bị cạn kiệt. Trong khoảng thời gian từ năm 1981 – 1985 diện tích rừng nhiệt đới giảm xuống còn 1,93 tỷ ha với tốc độ phá rừng là 11,3 triệu ha/năm; giai đoạn 1980 – 1990 thì tốc độ phá rừng nhiệt đới ở những nước đang phát triển là 14,63 triệu ha/năm và theo điều tra mới đây thì tốc độ này đang là 12,91 triệu ha/năm (FAO, 2006) [45]. Mặc dù rừng thứ sinh và rừng trồng không thể có được thành phần, giá trị về đa dạng sinh học và cấu trúc phức tạp như rừng nguyên sinh ban đầu nhưng chúng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp các sản phẩm lâm nghiệp truyền thống, làm giảm áp lực vào các vùng cần được bảo vệ và cung cấp các dịch vụ sinh thái quan trọng như điều hòa dòng chảy và bảo vệ lưu vực. Chúng cũng góp phần vào sự phát triển bền vững của nhiều quốc gia đang phát triển (Evans và Turnbull, 2004) [43]. Cũng theo thống kê của FAO (FRA 2010) [46], diện tích rừng trồng tăng lên đáng kể đến năm 2010, chiếm 7% diện tích rừng toàn thế giới, tương đương với 64 triệu ha. Trong giai đoạn 2005 – 2010, diện tích rừng trồng tăng lên 5 triệu ha mỗi năm. ¾ rừng trồng hiện nay là các loài cây bản địa và ¼ là loài cây nhập nội. 30% tương đương với khoảng 1,2 tỷ ha rừng trên thế giới được sử dụng chủ yếu để cung cấp các sản phẩm gỗ và lâm sản ngoài gỗ.
2 Phương thức truyền thống để làm tăng nhanh chóng độ che phủ rừng và năng suất gỗ cao là trồng rừng cây gỗ thuần loại. Nhưng thực tế nhiều rừng trồng thuần loại trong đó bao gồm cả rừng trồng các loài cây ngoại lai được sử dụng rất hiệu quả cho nhiều mục đích khác nhau. Chính vì vậy, mặc dù rừng trồng thuần loại đem lại nhiều vấn đề về môi trường sinh thái nhưng chúng vẫn có thể đem lại năng suất và sự bền vững nếu như được quản lý tốt. Hầu hết rừng trồng ở vùng nhiệt đới là thuần loại và các loài cây trồng phổ biến là Thông, Bạch đàn và Keo vì kỹ thuật trồng đơn giản và đem lại năng suất cao. Gần đây, nhiều khu rừng trồng hỗn loài đã được thiết lập (chủ yếu là các loài cây bản địa) đã không chỉ đáp ứng được nhu cầu cung cấp gỗ mà còn đem lại những giá trị sinh thái như đa dạng sinh học, phục hồi độ phì đất. Trong khi vấn đề trồng rừng hỗn loài đem lại lợi ích hay bất lợi cho kinh tế và sinh thái vẫn còn đang được tranh cãi thì trồng rừng thuần loại tiếp tục giữ vai trò quan trọng trong việc đem lại những lợi ích cho kinh tế xã hội bằng cách giảm áp lực trực tiếp đến đa dạng sinh học của các khu rừng tự nhiên nhiệt đới và đóng vai trò như vùng đệm và rào cản xung quanh các khu bảo tồn (Evans and Turnbull, 2004) [43]. Ở Việt Nam, theo Quyết định số 1267/QĐ-BNN-KL về việc công bố hiện trạng rừng toàn quốc năm 2008 [5], tổng diện tích rừng ở nước ta là 13.118.776 ha (trong đó, rừng tự nhiên 10.348.591 ha và 2.770.182 ha rừng trồng); độ che phủ rừng toàn quốc năm 2008 là 38,7%. Tuy diện tích rừng có tăng, nhưng chất lượng rừng tự nhiên cũng như rừng trồng còn thấp, chưa đáp ứng được chức năng sản xuất và phòng hộ. Trong khi đó hiện trạng diện tích chưa sử dụng toàn quốc còn 6,7 triệu ha, với đồi núi trọc là 6,16 triệu ha chiếm 18,59% diện tích tự nhiên của cả nước, chủ yếu lại là đất thoái hóa [5]. Việc kinh doanh các loại cây trồng sinh trưởng nhanh, chu kỳ kinh doanh ngắn cũng tiềm ẩn nguy cơ làm suy giảm độ phì đất. Vậy vấn đề đặt ra là làm thế nào để vừa tạo ra được sản lượng rừng trồng cung cấp gỗ nguyên liệu lại vừa đảm bảo khả năng phục hồi đất tốt để hướng tới mục tiêu sử dụng đất bền vững trong lâm nghiệp là những vấn đề cấp thiết cần được
3 giải quyết. Hay nói cách khác là lựa chọn loài cây phục hồi đất như thế nào? Nhiều nghiên cứu đã khẳng định rằng các loài cây họ Đậu, trong đó có loài Keo, có khả năng cố định đạm trong đất nên cải thiện đáng kể độ phì cho đất. Trong quá trình phát triển các loài keo ở Việt Nam, cây Keo tai tượng đã chứng tỏ nhiều ưu điểm vượt trội do tốc độ sinh trưởng nhanh trên đất trống đồi núi trọc nghèo kiệt nhưng không làm suy thoái đất. Chính vì vậy, Keo tai tượng đã được quan tâm trồng thử nghiệm ở nhiều nơi và được coi là loài cây trồng rừng chủ đạo trong phạm vi cả nước. Cho đến nay, ở trong nước đã có nhiều công trình nghiên cứu về sinh trưởng, kỹ thuật gây trồng… loài cây này với các kết quả rất phong phú. Tuy nhiên, về mối quan hệ giữa đất và rừng trồng Keo tai tượng thì các nghiên cứu trước đây chủ yếu mới chỉ tập trung cho nghiên cứu theo một chiều về ảnh hưởng của đất đến sinh trưởng Keo tai tượng hoặc ảnh hưởng của rừng trồng Keo tai tượng đến đất. Còn quan hệ tương tác giữa hai đối tượng này vẫn chưa được thực hiện một cách bài bản. Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu mối quan hệ tương hỗ giữa sinh trưởng Keo tai tượng (Acacia mangium Willd.) trồng thuần loài với một số tính chất đất ở Tuyên Quang và Thừa Thiên Huế” được thực hiện nhằm làm phong phú thêm các kết quả nghiên cứu về loài Keo tai tượng trong việc đánh giá tương tác giữa rừng trồng Keo tai tượng và yếu tố đất.
4 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về ảnh hưởng của lập địa đến cây trồng 1.1.1. Trên thế giới Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của các nhân tố lập địa đến sinh trưởng và phát triển cho từng đối tượng cây trồng như các loài cây lá kim, Tếch, Bạch đàn, Keo… Week J. (1970) [64] khi nghiên cứu về rừng mưa nhiệt đới ở Australia đã khẳng định sinh trưởng của thực vật phụ thuộc vào các yếu tố: đá mẹ, độ ẩm của đất, thành phần cơ giới, CaCO3, hàm lượng mùn và đạm. Cũng theo tác giả, lượng tăng trưởng hàng năm (R - m3/năm) của Tếch (Tectona grandis) chịu ảnh hưởng của độ sâu tầng đất (P, cm) và độ no bazơ (S, mg/100g đất) thông qua phương trình: R = 1/3(P*S) (1.1) Nghiên cứu các loài cây lá kim vùng núi cao Rocky Mountain (Hoa Kỳ) Merrill R. Kaufmann and Michael G. Ryan (1986) [55] đã kết luận: giữa tăng trưởng thể tích hàng năm (AnnVolGr) và hiệu suất sinh trưởng (Growth Efficency) có mối quan hệ với một số nhân tố lập địa là: tiềm năng hấp thụ bức xạ (PAI - Potential absorbed irradiance), tọa độ địa lý (Azim - Azimuth), độ cao so với mực nước biển (Elev - Elevation), khả năng cung cấp nước (Water Sup - Water Supply), sự cạnh tranh diện tích lá (LA Comp - Leaf area competition) và các hệ số sử dụng cho các biến tuyệt đối (b1, b2): Phương trình tương quan giữa tăng trưởng thể tích hàng năm và hiệu suất sinh trưởng của cây với một số nhân tố lập địa TT Loài cây Phương trình tương quan r2 AnnVolGr=0,044+0,168*10- 5 (1.2) (PAI)+0,299*10-4(Azim)-0,153*10-4(Elev)- 0,64 Engelmann spruce 0,43*10-7(Age)2 Growth Efficency = 0,053 - 0,147*10 - 3(Age) (1.3) 0,54 + 0,912*10-4(Azim)
5 AnnVolGr = 1,8*10-3 + 0,344*10-5(PAI) - (1.4) 0,78 0,580*10-7(Age)2 Subalpine fir Growth Efficency = 0,054 – 0,146*10-3(Age) (1.5) 0,35 + 0,122*10-3(Azim) AnnVolGr = 0,044 + b1(Water Sup) + (1.6) 4,3*10-3(LA Comp) – 0,117*10-4(Elev) - 0,51 b2(Crown class) Lodgepole pine Growth Efficency = 0,1 - 0,218*10-2(Age) (1.7) + 0,440*10-5(Age)2 + 0,286*10-3(Azim) + 0,80 0,123*10-3(Elev) Nguồn: Merrill R. Kaufmann and Michael G. Ryan (1986) [55] Đến năm 1988, công trình nghiên cứu của Jain S. H., Rangaswamy C. R. Và Sarma C. R. [48] đã đề cập đến mối quan hệ giữa sinh trưởng của rừng tự nhiên và rừng phi lao với một số tính chất đất. Kết quả nghiên cứu cho thấy tính chất của đất liên quan trực tiếp đến lượng tăng trưởng về chiều cao và đường kính hàng năm. Tuy nhiên, mối quan hệ giữa tính chất đất và tăng trưởng chiều cao là chặt chẽ hơn so với tăng trưởng đường kính. Các loài cây mọc nhanh luôn được cho rằng có khả năng thích ứng tốt trên mọi điều kiện lập địa. Nghiên cứu mới đây của Christian Rarivoson, Manon Vincelette, Tsitandy and Roger Mara (2008) [40] cũng đưa ra kết luận tương tự khi tiến hành điều tra về sinh trưởng và khả năng thích ứng của 5 loài cây mọc nhanh gồm có Acacia mangium, A. crassicarpa, Eucalyptus camaldulensis, E. robusta và Corymbia citriodara khi đem trồng trên đất cát và nghèo dinh dưỡng ở vùng Mandromondromotra - Madargasca. Kết quả cho thấy, tỷ lệ sống sót của các loài cây trên được trồng sau 3 năm biến động từ 60 – 90% và chiều cao đạt từ 2,0 – 4,9m. Như vậy, các loài cây này có thể trồng được trên đất nghèo dinh dưỡng ở khu vực nghiên cứu. Mặc dù Acacia mangium và A. crassicarpa có tỷ lệ sống sót thấp nhất nhưng 2 loài này sinh trưởng chiều cao lại lớn nhất (lần lượt là 4,9m và 4,6m). Mức độ tăng trưởng chiều cao của các loài Keo trung bình là 2m/năm cho thấy khả năng thích nghi với điều kiện khí hậu ẩm và đất cát nghèo dinh dưỡng – các khoáng chất, chất hữu cơ và đạm, có pH thấp (pH từ 4 - 5). Nguyên nhân là do các loài Keo
6 này có khả năng cố định đạm trong không khí thông qua quá trình tuần hoàn dinh dưỡng từ tán lá và rễ có thể giúp cải tạo độ phì cho đất.. Nói tóm lại, nguyên tắc “đất nào cây ấy” không những chỉ phù hợp với các cây trồng nông nghiệp mà còn là cơ sở quan trọng trong lựa chọn cây trồng trong sản xuất lâm nghiệp. Nghiên cứu để tìm ra các nhân tố lập địa có ảnh hưởng lớn nhất đối với sinh trưởng của các loài cây rừng sẽ giúp lựa chọn được nơi trồng thích hợp, điều chỉnh các biện pháp kỹ thuật lâm sinh và quản lý lập địa nhằm nâng cao năng suất và tính bền vững của rừng trồng. 1.1.2. Ở Việt Nam Ở Việt Nam các nghiên cứu về ảnh hưởng của lập địa đến cây trồng mục đích chủ yếu là nhằm xác định điều kiện gây trồng và phân hạng đất trồng rừng cho các loài cây lâm nghiệp. Các tác giả Ngô Đình Quế, Vũ Tấn Phương và các cộng sự đã thực hiện nhiều công trình nghiên cứu và đưa ra các kết luận có ý nghĩa quan trọng về lĩnh vực này. Năm 1991, Ngô Đình Quế [16] đã xem xét mối quan hệ giữa chiều cao tầng trội (Hdo) của Thông ba lá với một số yếu tố sinh thái cho các lâm phần có tuổi từ 5 – 30. Kết quả cho thấy chiều cao tầng trội (Hdo) chịu tác động của các nhân tố độ dày tầng đất (D), nhóm thực bì dưới rừng (TB) và tuổi cây (A) theo phương trình: Hdo = 0,99659*A0,859*TB0,3218*D0,5011 (1.8) Tác giả Vũ Tấn Phương (2001) [11] cũng đã đưa ra phương trình để dự đoán sinh trưởng Hvn và D1,3 theo tuổi của Keo lai dựa trên việc lựa chọn các chỉ tiêu đất ảnh hưởng chủ yếu là: tổng số mùn (M), dung trọng đất (d), pH(H2O) và tuổi rừng (A): Hvn = 14,222 – 0,719M – 17,193d + 2,2pH(H2O) + 2,013A (r = 0,96) (1.9) D1,3 = 14,315 – 1,407M – 16,572d + 2,473pH(H2O) +1,430A (r = 0,90) (1.10)
7 Năm 2008, Đinh Thanh Giang, Ngô Đình Quế (2008) [19] và Nguyễn Văn Thắng, Ngô Đình Quế (2008) [24], cũng chỉ ra các tính chất của đất có ảnh hưởng rõ rệt nhất đến năng suất rừng trồng (Vc/năm) của các loài Thông mã vĩ, Thông nhựa và Keo tai tượng. Các yếu tố này bao gồm: độ dày tầng đất (DD), hữu cơ tổng số (OM, %) và lân dễ tiêu (Pdt, ppm): Phương trình tương quan giữa năng suất rừng trồng với các chỉ tiêu đất TT Loài cây Phương trình tương quan r2 Vc/năm = -11,98*10-3 + 0,21*10-3DD + 1,81*10- (1.11) Thông mã vĩ 0,96 3 *OM + 0,81*10-3*Pdt Vc/năm = - 8,2*10-3 + 0,13*10-3DD + 2,6*10-3OM (1.12) Thông nhựa 0,90 + 17*10-3Pdt Keo tai Vc/năm = - 3*10-3 + 0,1*10-3DD + 10-3*OM + (1.13) 0,94 tượng 0,1*10-3Pdt Nguồn: Đinh Thanh Giang, Ngô Đình Quế (2008) [6] và Nguyễn Văn Thắng, Ngô Đình Quế (2008) [24] Cũng theo Ngô Đình Quế (2008) [19] sinh trưởng chiều cao trung bình hàng năm (H) và trữ lượng (M, m3/ha) của rừng Thông ba lá ở Lâm Đồng chịu sự tác động bởi một số nhân tố lập địa đã được xác định là: các nhóm thực bì (TB) bên dưới lâm phần thông ba lá, độ dày đất (D, cm), số cây/ha (N); độ xốp (X, %) và CaMg (lđl/100g đất): M = 0,1268 x (TB)0,2880 x (D)0,6189 x (N)0,8062 (r = 0,92) (1.14) H = 0,009745 x (X)0,9895 x (CaMg)0,0707 (r = 0,94) (1.15) Các nghiên cứu trên đây đều cho kết luận chung rằng sinh trưởng của các loài cây trồng rừng chính ở Việt Nam có mối quan hệ chặt chẽ với các yếu tố lập địa chủ đạo có ảnh hưởng đến độ phì của đất. Đây là cơ sở khoa học quan trọng trong việc xác định cây trồng phù hợp trên các lập địa cụ thể. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu này có dung lượng mẫu nhỏ, vì vậy khả năng đại diện cho tổng thể còn chưa cao.
8 1.2. Tổng quan về ảnh hưởng của rừng trồng đến đất 1.2.1. Trên thế giới Bất cứ quá trình sinh trưởng và phát triển nào của cây trồng đều ít nhiều có ảnh hưởng đến tính chất của đất đặc biệt là các chỉ tiêu độ phì đất. Nhưng sự ảnh hưởng của các loài cây mọc nhanh hoặc các loài cây kinh doanh với chu kỳ ngắn đến đất vẫn là các đối tượng chủ yếu được các nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm. Đối với Thông và Tếch, nghiên cứu của Keeves (1966) [52] đã bước đầu cho thấy lập địa bị thoái hóa sau khi khai thác rừng Thông Pinus radiata trồng với chu kỳ ngắn ở Úc. Theo tác giả, có tới 90% chất dinh dưỡng trong sinh khối bị lấy đi khỏi rừng sau khi khai thác. Nhưng chưa có kết luận khẳng định về sự ảnh hưởng của Tếch đến độ phì đất. Năm 1983, sau kết luận của Keeves (1966) [52] về ảnh hưởng của Thông Pinus radiata và Tếch, Turvey N. D. (1983) [63] cũng đã tiếp tục nghiên cứu cho hai đối tượng này. Theo ông, tầng thảm mục dày và khó phân giải của Thông làm chậm sự quay vòng các nguyên tố khoáng và đạm ở các lập địa này. Tuy nhiên, sự thay thế rừng Bạch đàn tự nhiên ở Úc bằng rừng trồng Thông Pinus radiata với chu kỳ chặt 15 – 20 năm (400 m3/ha) vẫn làm giảm độ phì đất sau khai thác. Nếu như ở nghiên cứu của Keeves (1966) [52] trước đây cho rằng chưa có bằng cớ gì về việc làm giảm lập địa của Tếch nhưng Turvey (1983) [63] đã khẳng định trồng Tếch thuần loài ở Ấn Độ và Java đã làm giảm độ phì và năng suất luân kỳ sau. Nghiên cứu của Marquez O. và cs. (1993) [54] cũng kết luận tính chất đất dưới rừng Tếch trồng thuần loài tuổi khác nhau (2,7 và 12 tuổi) đã có sự biến đổi, cụ thể là lượng Ca, Mg, pH và dung lượng cation trao đổi là cao nhất ở rừng Tếch 12 tuổi. Tuy nhiên, lượng Lân dễ tiêu lại giảm đi một cách rõ rệt theo tuổi trong khi lượng Kali dễ tiêu lại biến động rất ít. Sự thay đổi độ phì nhiệt đới về hàm lượng mùn và đạm trong đất do trồng Lõi thọ và Thông caribaea thuần loài theo chiều hướng giảm đi nhanh chóng tiếp tục được khẳng định khi nghiên cứu ở 5 khu vực tại Trung Phi và Nam Mỹ bởi Chijiok E. O. (1980) [39]. Theo nghiên cứu này, đến năm thứ 6 – 7 các yếu tố này
9 vẫn chưa phục hồi. Lượng Kali tuy ban đầu có tăng lên, nhưng sau đó lại bị giảm rõ rệt. Tác giả cũng cho thấy với chu kỳ khai thác 14 năm, trung bình đất bị mất đi 150 – 400 kg đạm, 200 – 1000 kg Kali cho mỗi hecta. Tác giả cũng dự đoán với nhịp độ khai thác như vậy thì sản lượng khó giữ vững được ở các luân kỳ sau. Ảnh hưởng của rừng trồng Bạch đàn đến đất vẫn còn đang gây tranh cãi. Nếu như theo nghiên cứu của Keeves (1966) [52] ông đã kết luận Keo Acacia mearnsii đã 8 luân kỳ chặt chồi mà chưa thấy giảm năng suất rõ rệt trong lúc rừng Bạch đàn sau 3 luân kỳ đã giảm sản lượng nếu không có phân bón. Nhưng trái với kết luận này, Ghosh R. C. (1978) [47] cùng Basu P. K. và Aparajita Mandi (1987) [34] khi nghiên cứu về ảnh hưởng của rừng Bạch đàn lai trồng vào các năm 1971, 1975 và 1981 đến tính chất đất lại cho thấy nhìn chung độ phì đất dưới rừng Bạch đàn lai đã được cải thiện và tăng theo tuổi cây. Chất hữu cơ và dung lượng cation trao đổi tăng đáng kể trong khi đạm tổng số tăng rất ít và độ chua của đất cũng giảm. Có thể nói các loài cây họ Đậu là đối tượng được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất về khả năng cải tạo đất của chúng trong đó có Keo, một loài cây trồng rừng phổ biến ở hầu hết các nước nhiệt đới. Mặc dù rừng trồng Keo lá tràm ở các tuổi 2, 3 và 4 nhưng nghiên cứu của Chakraborty R. N. và Chakraborty D. (1989) [38] đã khẳng định rằng các lâm phần này cải thiện đáng kể một số tính chất độ phì đất như độ chua của đất biến đổi từ 5,9 đến 7,6; khả năng giữ nước của đất tăng từ 22,9 đến 32,7%; chất hữu cơ tăng từ 0,81 và 2,70%; đạm tăng từ 0,36 đến 0,50% và đặc biệt màu sắc của đất cũng biến đổi một cách rõ rệt từ màu nâu vàng sang màu nâu. Năm 1992, John A. Parrotta (1992) [49] cũng đã khẳng định vai trò cải tạo đất của một loài cây họ Đậu Albizia lebbek (L.) Benth trồng ở trên đất đồng cỏ bị thoái hóa ven biển Puerto Rico khi so sánh với các ô đối chứng được điều chỉnh về sinh khối, năng suất, mật độ cây dưới tán rừng, chất dinh dưỡng tích lũy trong thực bì, vật chất hữu cơ trong thảm rừng và thành phần chất khoáng trong đất. Trong đó, hàm lượng cacbon (OC) và Nitơ tổng số (TN) ở độ sâu 0 – 20cm là 1,70% OC và 0,095% TN cao hơn so với ô đối chứng, nhưng hàm lượng lân dễ tiêu và các cation
10 có khả năng trao đổi không có sự khác biệt với đối chứng. Hàm lượng chất hữu cơ trên mặt đất và hàm lượng rễ (< 2mm) dưới tán rừng Albizia lebbek trung bình là 349 g/m2 và 362 g/m2 cũng lớn hơn so với đối chứng (311 g/m2; 105 g/m2). Khi so sánh tính chất đất dưới hai loại rừng trồng Keo lá tràm 5 tuổi và Thông ba lá 8 tuổi so với đối chứng (đất trống) ở vùng Pantabagan - Philipines, Ohta (1993) [58] đã kết luận, dung trọng và độ xốp của đất ở tầng 0 – 5 cm đã đều thay đổi theo hướng tích cực. Tuy nhiên, lượng Ca2+ ở tầng đất mặt dưới 2 loại rừng này lại thấp hơn so với đối chứng (đất trống). Cũng trong năm 1993, Bernhard Reversat F. [35] đưa ra các con số cho thấy lượng rơi rụng của rừng cây mọc nhanh gồm Bạch đàn lai, Keo tai tượng và Keo lá tràm ở các tuổi 5 – 8 trồng trên đất cát thuộc khu vực Tây Nam Congo biến đổi tương đối lớn, 5 tấn/ha/năm đối với rừng Bạch đàn lai và 10 tấn/ha/năm đối với rừng Keo. Kết quả phân tích lượng rơi rụng cũng chỉ rõ rằng lượng rơi rụng ở rừng Bạch đàn lai nghèo đạm hơn so với rừng Keo và khả năng phân giải thảm mục ở rừng Keo nhanh hơn so với rừng Bạch đàn lai. Sau 17 năm trồng rừng lá kim chất hữu cơ, đạm tổng số, cation trao đổi giảm và độ chua trao đổi tăng ở tầng 10 – 30 cm (Alfredson H., Condron L. M., Clarholm M. và Davis M. R. (1998) [33]) . Tác giả cũng cho rằng nhôm di động và độ chua trao đổi là những yếu tố dễ bị thay đổi do việc trồng rừng nghiên cứu về sự biến đổi độ chua của đất và chất hữu cơ khi chuyển đổi hình thức sử dụng đất từ đất có trảng cỏ che phủ sang rừng lá kim. So sánh khả năng cải tạo đất của Lõi Thọ và Keo tai tượng, Agustin R. Mercado, Jr., Charmaine Pailagao, Gil Arcinal, Lorena Loma and Efren Pagalan (2003) [32] kết luận, Keo tai tượng là loài cây có tiềm năng khi làm hàng rào để duy trì năng suất của sản xuất nông nghiệp và được đánh giá là tốt hơn sử dụng Lõi Thọ hoặc cây bụi. Tuy nhiên, pH đất khi trồng Keo tai tượng (pH = 4,2) lại nhỏ hơn một chút so với đất trồng Lõi Thọ (pH = 4,5) và cây bụi (pH = 4,7). Không có sự khác biệt đáng kể về hàm lượng lân và kali dễ tiêu được tìm thấy nhưng hàm lượng N và
11 C trong đất trồng Keo tai tượng có xu hướng cao hơn các trạng thái còn lại. Song, khả năng cố định nitơ của Keo tai tượng lại giảm từ 70 – 50% khi cây trưởng thành. Macedo M.O., Resende A.S., Garcia P.C., Boddey R.M., Jantalia C.P., Urquiaga S., Campello E.F.C., Franco A.A. (2007) [53] đã đánh giá tiềm năng phục hồi đất thoái hóa của các loài cây tiên phong có khả năng cố định đạm (Acacia mangium, Acacia auriculiformis, Enterolobium contortisiliquum, Gliricidia sepium, Leucaena leucocephala, Mimosa caesalpiniifolia và Paraserianthes falcataria) ở thị trấn ven biển ở Rio de Janeiro, Brazil. Tất cả các loài này đều được cấy vi khuẩn nốt sần rễ và nấm Mycorrhizal. Kết quả cho thấy hàm lượng dinh dưỡng tích lũy trong vật rơi rụng ở rừng phục hồi giống với hàm lượng này đã xác định được ở rừng ban đầu. Kỹ thuật phục hồi được sử dụng có thể tái tạo hàm lượng C và N tích trữ trong đất sau 13 năm. Hàm lượng C và N tăng lần lượt là 1,73 và 0,13 mg/ha/năm. Và các cây có khả năng cải tạo đất đã tạo ra được sự thay đổi quan trọng này. Tuy nhiên, trồng Keo có thể làm cho đất bị chua ở vùng nhiệt đới ẩm vì các cation trong đất phần lớn bị di chuyển nhanh chóng vào trong thành phần sinh khối của cây trong suốt quá trình Keo sinh trưởng là kết luận của Naoyuki Yamashita, Seiichi Ohta and Arisman Hardjono (2007) [56]. Nghiên cứu đã chứng minh nhận định này thông qua việc so sánh pH đất và các tính chất khác của đất dưới rừng trồng Keo tuổi 8 với rừng thứ sinh và đất cỏ tranh. Kết quả phân tích cho thấy, pH trong đất ở rừng trồng Keo thấp hơn đáng kể so với đất dưới hai trạng thái nói trên ở mỗi tầng đất. Cụ thể, ở tầng 0 – 5cm, pH dưới đất trồng Keo thấp hơn 1,0 đơn vị và ở độ sâu 25 – 30cm, pH dưới đất trồng Keo thấp hơn 0,5 đơn vị so với pH dưới các trạng thái rừng thứ sinh và cỏ tranh. Đối với khả năng tích lũy cacbon trong đất, nhiều nghiên cứu đã đưa ra kết luận rằng các loài cây có khả năng cố định đạm cố định được nhiều cacbon ở trong hệ thống rễ cây hơn các loài khác và các loài cây này cũng có ảnh hưởng tích cực đến quần thể động vật và vi khuẩn đất và từ đó giúp làm tăng cacbon tích trữ trong đất (O’Connell và Sankaran, 1997) [57].
12 Tuy nhiên, không chỉ loài cây mà loại hình sử dụng đất và loại hình sử dụng đất trước khi trồng có ảnh hưởng rất lớn đến sự tích lũy cacbon trong đất. Trong đó, rừng trồng ảnh hưởng đến tích lũy cacbon trong đất theo nhiều chiều hướng khác nhau, nó có thể tăng lên hoặc giảm đi hoặc không thay đổi khi đất được chuyển đổi thành rừng trồng sau loại hình sử dụng đất khác. Biến đổi của cacbon trong đất còn liên quan đến tuổi của rừng trồng. Số liệu tập hợp từ 120 nghiên cứu (Pregitzer và Euskirchen, 2004) [60] và 41 nghiên cứu (Polglase và cs., 2000) [59] về tích lũy cacbon trong đất trong khi tái trồng rừng cho thấy rằng sau 10 năm sự biến đổi cacbon tích lũy trong đất ở độ sâu < 30cm là không đáng kể, nhưng hàm lượng này tăng nhanh 19 năm sau. Trong khoảng thời gian 10 năm đầu sau khi tái trồng rừng cacbon trong đất giảm đi rõ rệt nhất ở tầng mặt (10 – 30cm) (Polglase và cs., 2000 [59]; Pregitzer và Euskirchen, 2004 [60]). Sự khác nhau về cacbon trong đất giữa rừng trồng non, rừng già và rừng tự nhiên là rất đáng kể. Tuy nhiên, trong thời gian dài thì mức độ cacbon trong đất rừng trồng thường cũng được tăng lên (Pregitzer và Euskirchen, 2004) [60]. Ngoài ảnh hưởng đến cacbon trong đất, rừng trồng còn ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính khác của đất. Sự ảnh hưởng này phụ thuộc vào đặc tính loài cây, chẳng hạn như rừng trồng loài cây mọc nhanh yêu cầu dinh dưỡng cao như Bạch đàn làm giảm độ phì của đất, trong khi các loài có khả năng cố định đạm như các loài họ Đậu ảnh hưởng tích cực đến các tính chất cơ bản của đất như C và N, đặc biệt ở tầng mặt (O’Connell và Sankaran, 1997) [57]. Nhưng một số dẫn chứng cho thấy rừng trồng các loài cây cố định đạm có thể làm giảm pH đất làm cho đất chua hơn và hàm lượng lân và các cation trao đổi (Binkley và Giardina, 1997) [36]. Rất nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng trồng rừng thuần loài đặc biệt trồng các loài cây mọc nhanh sử dụng một lượng lớn dinh dưỡng khoáng của đất (O’Connell và Sankaran, 1997) [57]. Đối với ảnh hưởng của loại hình sử dụng đất trước khi trồng cũng có nhiều quan điểm trái ngược nhau. Theo Conant và cs. (2001) [41], hàm lượng cacbon trong đất giảm đi khi chuyển đổi từ đất đồng cỏ sang trồng rừng cây lá kim hoặc các