Luận văn Thạc sĩ Khoa học lâm nghiệp: Nghiên cứu tiềm năng giữ nước của rừng trồng cao su trên đất dốc ở Việt Nam

Chia sẻ: Tri Lộ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:111

Thêm vào BST

Báo xấu

30
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu nhằm xác định được khả năng giữ nước và những nhân tố ảnh hưởng đến khả năng giữ nước của rừng trồng cao su trên đất dốc; đề xuất được những giải pháp nâng cao khả năng giữ nước của rừng trồng cao su trên đất dốc.

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 tiềm năng giữ nước của rừng trồng cao su trên đất dốc ở Việt Nam

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ---------------- ĐOÀN KIM THOAN NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG GIỮ NƯỚC CỦA RỪNG TRỒNG CAO SU TRÊN ĐẤT DỐC Ở VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP Hà Nội, 2010
2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------ ĐOÀN KIM THOAN NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG GIỮ NƯỚC CỦA RỪNG TRỒNG CAO SU TRÊN ĐẤT DỐC Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Quản lý bảo vệ tài nguyên rừng Mã số : 60.62.68 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. VƯƠNG VĂN QUỲNH Hà Nội, 2010
3 LỜI CẢM ƠN Luận văn này được thực hiện và hoàn thành theo Chương trình đào tạo Thạc sĩ của Trường Đại học Lâm nghiệp, Xuân Mai, Hà Nội. Nhân dịp hoàn thành luận văn, Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS.Vương Văn Quỳnh, người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tác giả xin trân trọng cảm ơn Viện sinh thái rừng và Môi trường – Trường Đại học Lâm nghiệp, Ban chủ nhiệm Khoa Sau đại học và Lãnh đạo Trường Đại học Lâm nghiệp, đã động viên, giúp đỡ Tác giả hoàn thành luận văn này. Tác giả xin trân trọng cảm ơn tổng công ty, công ty, nông – lâm trường cao su; các địa phương và cá nhân ở các khu vực nghiên cứu đã dành thời gian giúp đỡ Tác giả trong thời gian thu thập tài liệu. Xin cảm ơn bạn bè và gia đình đã khuyến khích và giúp đỡ Tác giả trong quá trình thực hiện luận văn. Mặc dù đã làm việc nỗ lực nhưng do trình độ hạn chế về nhiều mặt, nên luận văn này không thể tránh khỏi những thiếu xót nhất định. Tác giả rất mong nhận được những lời đóng góp của các nhà khoa học, các thầy cô, bạn bè và xin chân thành tiếp thu mọi ý kiến đóng góp. Tôi xin cam đoan nghiên cứu này là của riêng cá nhân tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luân văn này mà tôi sử dụng chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Tác giả xin trân trọng cảm ơn! Xuân Mai, ngày 15 tháng 05 năm 2010 Học viên thực hiện Đoàn Kim Thoan
4 MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn i Mục lục ii Danh mục các từ viết tắt v Danh mục các bảng vii Danh mục các hình x ĐẶT VẤN ĐỀ 1 Chương1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2 1.1 Trên thế giới 2 1.2 Ở Việt Nam 8 Chương 2 MỤC TIÊU, GIỚI HẠN, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG 13 VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 13 2.1.1 Lý luận 13 2.1.2 Thực tiễn 13 2.2 Giới hạn nghiên cứu 13 2.3 Đối tượng nghiên cứu 13 2.4 Nội dung nghiên cứu 14 Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc rừng cao su có liên quan 2.4.1 14 đến khả năng giữ nước Nghiên cứu đặc điểm đất dưới rừng cao su có liên quan 2.4.2 14 đến khả năng giữ nước Nghiên cứu tiểu khí hậu dưới rừng cao su có liên quan 2.4.3 14 đến khả năng giữ nước Nghiên cứu đặc điểm bốc thoát hơi nước của rừng cao 2.4.4 14 su 2.4.5 Nghiên cứu khả năng giữ nước của đất rừng cao su 14 2.4.6 Đề xuất những giải pháp nâng cao khả năng giữ nước 14
5 của rừng cao su trên đất dốc 2.5 Phương pháp nghiên cứu 14 2.5.1 Quan điểm và phương pháp luận 14 2.5.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 15 2.5.3 Phương pháp thu thập số liệu 16 2.5.4 Phương pháp xử lý số liệu 19 Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 22 Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc rừng cao su có liên quan 3.1 22 đến khả năng giữ nước 3.1.1 Đặc điểm tầng cây cao 22 Đường kính cây rừng của rừng cao su và rừng keo tai 3.1.1.1 23 tượng 3.1.1.2 Chiều cao cây rừng của rừng cao su và rừng keo tượng 24 3.1.1.3 Độ tàn che tầng cây cao rừng cao su 28 3.1.1.4 Mật độ rừng trồng cao su 29 3.1.2 Đặc điểm tầng cây bụi thảm tươi 30 3.1.3 Đặc điểm lớp thảm khô 31 3.1.3.1 Khối lượng thảm khô 31 3.1.3.2 Phân bố của thảm khô 32 Nghiên cứu đặc điểm đất dưới rừng cao su có liên 3.2 33 quan đến khả năng giữ nước 3.2.1 Độ chặt đất 33 3.2.2 Độ xốp đất 39 3.2.3 Độ ẩm đất 49 3.3 Nghiên cứu tiểu khí hậu dưới rừng cao su có liên quan đến khả năng giữ nước 54 3.4 Nghiên cứu đặc điểm bốc thoát hơi nước của rừng 59 cao su 3.4.1 Bốc hơi mặt đất của rừng cao su và rừng đối chứng 59
6 3.4.1.1 Bốc hơi mặt đất của rừng cao su 59 3.4.1.2 Bốc hơi mặt đất của rừng đối chứng 61 Sự khác biệt bốc hơi mặt đất giữa rừng cao su 3.4.1.3 64 và rừng đối chứng 3.4.2 Thoát hơi nước ở rừng cao su và rừng đối chứng 65 3.4.2.1 Thoát hơi nước ở rừng cao su 65 3.4.2.2 Thoát hơi nước của rừng tai tượng 70 3.5 Nghiên cứu khả năng chứa nước của đất rừng cao su 72 3.5.1 Nghiên cứu dung tích chứa nước của đất rừng cao su 72 3.5.2 Nghiên cứu đặc điểm biến đổi khả năng giữ nước của rừng cao su và những nhân tố ảnh hưởng đến khả năng 74 giữ nước của rừng cao su trên đất dốc 3.6 Nghiên cứu đề xuất những giải pháp nâng cao khả 77 năng giữ nước của rừng cao su trên đất dốc 3.6.1 Những giải pháp nâng cao dung tích chứa nước của 77 đất rừng cao su 3.6.2 Những giải pháp nâng cao tính thấm nước của đất rừng 84 Chương 4 KẾT LUẬN - TỒN TẠI - KIẾN NGHỊ 89 4.1 Kết luận 89 4.2 Tồn tại và kiến nghị 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC
7 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Chú giải 𝑅 2 Hệ số xác định 𝑡05 Chỉ tiêu student kiểm tra BH Lượng bốc hơi mặt đất (kg/ha/giờ) BHlt Lượng bốc hơi mặt đất lý thuyết (kg/ha/giờ) BHtt Lượng bốc hơi mặt đất thực tế (kg/ha/giờ) CP Độ che phủ của lớp cây bụi thảm tươi (%) D1.3 Đường kính thân cây ở độ cao 1.3m cách mặt đất (cm) Dt Đường kính tán cây (m) Dt Đường kính tán cây rừng (m) Hcb Chiều cao cây bụi (cm) Hdc Chiều cao dưới cành (m) Htt Chiều cao thảm tươi (cm) Hvn Chiều cao vút ngọn cây rừng (m) I Dung tích chứa nước hữu ích tối đa (𝑚3 /ℎ𝑎) M lá Khối lượng lá kg/ha Max Giá trị lớn nhất Min Giá trị nhỏ nhất n Dung lượng mẫu OTC Ô tiêu chuẩn P Lượng mưa (mm) r Độ ẩm không khí (%) R Hệ số tương quan rcs Độ ẩm không khí trong rừng cao su (%) rdc Độ ẩm không khí trong rừng đối chứng (%) Sig. F Xác suất kiểm tra sự tồn tại của hệ số xác định Sig.𝑡𝑎𝑖 Xác xuất kiểm tra sự tồn tại của các hệ số trong phương trình tương quan STD Sai tiêu chuẩn mẫu t Chỉ tiêu student tính được TB Trung bình mẫu TC Độ tàn che cây cao (%) Td Nhiệt độ đất (℃)
8 Tdcs Nhiệt độ đất rừng cao su (℃) Tddc Nhiệt độ đất rừng đối chứng (℃) TK Độ che phủ của thảm khô(%) Tkcs Nhiệt độ không khí rừng cao su (℃) Tkdc Nhiệt độ không khí rừng đối chứng (℃) Tkk Nhiệt độ không khí (℃) TTV Thực vật rừng V Hệ số biến động (%) W Độ ẩm đất (%) Wcs Độ ẩm đất rừng cao su (%) Wdc Độ ẩm đất rừng đối chứng (%)
9 DANH MỤC CÁC BẢNG Mục Tên bảng Trang 3-1 Đặc điểm cấu trúc rừng cao su và rừng keo tai tượng 23 3-2 Mật độ rừng trồng ở các khu vực nghiên cứu 30 3-3 Đặc điểm cây bụi thảm tươi dưới rừng cao su và TTV đối chứng 31 3-4 Kết quả kiểm tra sự khác biệt về khối lượng và tỷ lệ che phủ của thảm khô giữa rừng cao su và rừng đối chứng 32 3-5 Đặc điểm phân bố thảm khô trên mặt đất rừng cao su và TTV đối chứng 33 3-6 Độ chặt (số lần đóng búa) để thanh sắt xuyên qua các tầng đất khác nhau dưới rừng cao su và TTV đối chứng 34 3-7 Kết quả kiểm tra sự khác biệt về độ chặt giữa rừng cao su và TTV đối chứng 36 3-8 Độ dốc và độ chặt đất dưới rừng cao su 37 3-9 Độ xốp đất dưới rừng cao su và TTV đối chứng 41 3-10 Độ xốp đất dưới rừng cao su và đối chứng ở các tầng đất 43 3-11 Kết quả kiểm tra sự khác biệt độ xốp đất dưới rừng cao su và các TTV đối chứng 45 3-12 Độ xốp đất rừng cao su, độ dốc, độ cao và chiều cao cây rừng 46 3-13 Độ xốp đất dưới rừng tự nhiên ở một số địa phương 50 3-14 Độ xốp đất trung bình dưới rừng cao su và các rừng khác 50 3-15 Độ ẩm đất dưới rừng cao su và rừng đối chứng 52 3-16 Độ tàn che rừng cao su ở các tuổi khác nhau 55 3-17 Thống kê các chỉ tiêu tiểu khí hậu dưới rừng cao su và rừng đối chứng 57 3-18 Các chỉ tiêu thống kê kiểm tra sự khác biệt về nhiệt độ không khí giữa rừng cao su và rừng đối chứng ở các địa phương 60 3-19 Các chỉ tiêu thống kê kiểm tra sự khác biệt về độ ẩm không khí 60 giữa rừng cao su và rừng đối chứng ở các địa phương 3-20 Các chỉ tiêu thống kê kiểm tra sự khác biệt về nhiệt độ đất giữa 60
10 rừng cao su và rừng đối chứng ở các địa phương 3-21 Các chỉ tiêu thống kê liên quan đến bốc hơi mặt đất dưới rừng cao su 61 3-22 Biến đổi lượng bốc hơi mặt đất theo các giờ trong ngày 61 3-23 Biến đổi lượng bốc hơi mặt đất theo các giờ trong ngày 63 3-24 Các chỉ tiêu thống kê liên quan đến bốc hơi mặt đất dưới rừng đối chứng 64 3-25 Biến đổi lượng bốc hơi mặt đất theo các giờ trong ngày 65 3-26 Biến đổi lượng bốc hơi mặt đất theo các giờ trong ngày 66 3-27 Các chỉ tiêu thống kê bốc hơi mặt đất dưới rừng ở các địa phương 67 3-28 Các chỉ tiêu thống kê cường độ thoát hơi rừng cao su và rừng đối chứng ở các địa phương 68 3-29 Giá trị bình quân một số chỉ tiêu điều tra cây tiêu chuẩn rừng cao su và rừng đối chứng 69 3-30 Phương trình liên hệ giữa khối lượng lá cây cao su tiêu chuẩn với các nhân tố ảnh hưởng 71 3-31 Lượng thoát hơi nước của rừng cao su ở các địa phương 72 3-32 Lượng thoát hơi nước của rừng keo tai tượng ở các địa phương 74 3-33 Kiểm tra sự khác biệt về lượng thoát hơi 75 3-34 Ước lượng dung tích chứa nước hữu ích tối đa dưới rừng cao su, TTV đối chứng và rừng tự nhiên 76 3-35 Kiểm tra sự khác biệt về dung tích chứa nước hữu ích tối đa của đất rừng cao su, TTV đối chứng và rừng tự nhiên 76 3-36 Kết quả lựa chọn các nhân tố có ảnh hưởng rõ rệt nhất đến dung tích chứa nước hữu ích tối đa 78 3-37 Xác định và kiểm tra sự tồn tại của các tham số của phương trình liên hệ giữa dung tích chứa nước hữu ích tối đa của đất rừng cao su với các nhân tố có ảnh hưởng rõ rệt nhất 79 3-38 Bảng dự báo dung tích chứa nước tối đa của rừng cao su 82
11 DANH MỤC CÁC HÌNH Mục Tên hình vẽ Trang 3-1 Đường kính trung bình cây rừng của rừng cao su và của rừng keo tai tượng giữa các địa phương 24 3-2 Chiều cao trung bình cây rừng của rừng cao su và của rừng keo tai tượng giữa các địa phương 25 3-3 Chiều cao trung bình cây rừng giữa các ô tiêu chuẩn khu nghiên cứu Bình Phước 26 3-4 Biểu đồ tương quan giữa chiều cao trung bình và đường kính trung bình các ô tiêu chuẩn rừng cao su ở Bình Phước 26 3-5 Biểu đồ tương quan giữa chiều cao trung bình và đường kính trung bình các ô tiêu chuẩn rừng cao su ở Đăk Nông 27 3-6 Biểu đồ tương quan giữa chiều cao trung bình và đường kính trung bình các ô tiêu chuẩn rừng cao su ở Hà Tĩnh 27 3-7 Độ tàn che trung bình rừng cao su ở các địa phương 28 3-8 Biểu đồ tương quan giữa độ tàn che trung bình và chiều cao vút ngọn trung bình của rừng cao su ở tất cả các địa phương 29 3-9 Mật độ trồng trung bình của rừng cao su ở các địa phương 30 3-10 Độ chặt tầng đất từ 0 -10cm dưới rừng cao su và TTV đối chứng 35 3-11 Độ chặt tầng đất từ 0 - 20cm dưới rừng cao su và các TTV đối chứng 35 3-12 Biến đổi độ chặt tầng đất 0-10cm với độ dốc mặt đất 40 3-13 Biến đổi độ chặt tầng đất 0-20cm với độ dốc mặt đất 40 3-14 Độ xốp đất dưới rừng cao su và TTV đối chứng 41 3-15 Các rễ nhỏ (rễ cám) của cao su trong tầng đất mặt đã được lật lên 42 3-16 Độ xốp tầng đất mặt 0-10 cm dưới rừng cao su và các TTV đối chứng 43 3-17 Độ xốp tầng đất mặt 20-40 cm dưới rừng cao su và các TTV đối chứng 44 3-18 Độ xốp tầng đất mặt 40-60 cm dưới rừng cao su và các TTV đối 44 chứng
12 3-19 Biến đổi của độ xốp tầng đất 0-10 cm theo độ dốc mặt đất 47 3-20 Biến đổi của độ xốp tầng đất 20-40 cm theo độ dốc mặt đất 47 3-21 Biến đổi của độ xốp tầng đất 40-60 cm theo độ dốc mặt đất 48 3-22 Biến đổi của độ xốp tầng đất 0-10 cm theo chiều cao cây rừng 48 3-23 Biến đổi của độ xốp tầng đất 20-40 cm theo chiều cao cây rừng 49 3-24 Biến đổi của độ xốp tầng đất 40-60 cm theo chiều cao cây rừng 49 3-25 Độ xốp đất dưới rừng cao su, TTV đối chứng và rừng tự nhiên 51 3-26 Biến đổi của mức chênh lệch độ ẩm đất giữa rừng cao su và rừng đối chứng (∆da) vào chỉ số K 53 3-27 Liên hệ của độ tàn che rừng cao su theo tuổi 55 3-28 Độ ẩm và nhiệt độ không khí, nhiệt độ đất dưới rừng cao su và rừng đối chứng 58 3-29 Liên hệ giữa độ ẩm và nhiệt độ không khí ở rừng cao su 59 3-30 Liên hệ giữa độ ẩm và nhiệt độ không khí ở rừng đối chứng 59 3-31 Biến đổi của lượng bốc hơi dưới rừng cao su theo giờ trong ngày 62 3-32 Liên hệ giữa số liệu bốc hơi mặt đất tính theo phương trình lý thuyết và theo kết quả điều tra thực tế ở các ô thí nghiệm rừng cao su 64 3-33 Biến đổi của lượng bốc hơi dưới rừng đối chứng theo giờ trong ngày 65 3-34 Liên hệ giữa số liệu bốc hơi mặt đất tính theophương trìnhlý thuyết và theo kết quả điều tra thực tế ở các ô thí nghiệm rừng đối chứng 67 3-35 Biểu đồ liên hệ của khối lượng lá cây tiêu chuẩn với đường kính thân 69 3-36 Biểu đồ liên hệ của khối lượng lá cây tiêu chuẩn với đường kính tán 70 3-37 Biểu đồ liên hệ của khối lượng lá cây tiêu chuẩn với chiều cao vút ngọn 70 3-38 Biểu đồ liên hệ của khối lượng lá cây tiêu chuẩn với tích số đường kính bình phương với chiều cao vút ngọn 71
13 3-39 Liên hệ của khối lượng lá cây tiêu chuẩn với đường kính thân của rừng keo tai tượng 73 3-40 Liên hệ của khối lượng lá cây tiêu chuẩn với chiều cao vút ngọn của rừng keo tai tượng 73 3-41 Liên hệ giữa dung tích chứa nước của đất rừng cao su với hệ số mật độ, độ che phủ, và lượng mưa 80 3-42 Bản đồ phân vùng mưa theo yêu cầu áp dụng biện pháp nâng cao khả năng giữ nước của rừng cao su ở Việt Nam 85 3-43 Cày xới để tăng tính thấm và giữ nước của đất 88 3-44 Trồng chè giữa các hàng cao su để bảo vệ đất 89 3-45 Giữ lại thảm khô để nâng cao khả năng giữ nước của đất 89 3-46 Giữ lại thảm tươi cây bụi giữa các hàng cao su 90 3-47 Trồng nông lâm kết hợp để tăng độ tàn che cho rừng cao su 90
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Cao su là một trong những loài cây trồng không chỉ cho hiệu quả kinh tế cao mà còn cung cấp nguồn nguyên liệu chiến lược cho nhiều lĩnh vực sản xuất và đời sống. Nó được phát triển ở nhiều quốc gia trên thế giới như Indonesia, Thái Lan, Malaysia, India, Trung Quốc,.... Và ở Việt Nam, hàng năm rừng cao su cho doanh thu từ khoảng vài chục cho đến hàng trăm triệu đồng trên hecta. Với hiệu quả kinh tế cao, cao su đã và sẽ là một trong những loài cây chủ đạo cho phát triển kinh tế ở miền núi Việt Nam. Cho đến nay, tổng diện tích rừng cao su hơn 500.000 ha, nó được trồng chủ yếu ở các vùng Đông Nam Bộ, Tây Nguyên và một số tỉnh miền Trung. Hiện nay, cao su còn được nghiên cứu để mở rộng diện tích ra các tỉnh phía Bắc, theo dự đoán diện tích trồng rừng cao su có thể tăng lên hàng triệu ha. Tuy nhiên, trước sự gia tăng về diện tích trồng cao su thì có một số ý kiến trái ngược nhau. Một số người cho rằng rừng cao su ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường, nhất là khả năng giữ đất và giữ nước. Mặc dù nhiều chỉ trích chỉ dựa trên những nhận xét cảm tính nhưng đã ảnh hưởng nhất định đến chủ trương và giải pháp phát triển cao su ở Việt Nam. Cho đến nay, những nghiên cứu về hiệu quả môi trường của rừng cao su, trong đó có khả năng giữ nước còn rất hạn chế, chưa đáp ứng được yêu cầu của thực tiễn phát triển rừng cao su. Để đánh giá được hiệu quả môi trường và xác định những giải pháp cần thiết cho phát triển rừng trồng cao su bền vững cần tiến hành những nghiên cứu đầy đủ hơn, nhiều mặt hơn. Đề tài được tiến hành nhằm góp phần giải quyết nhiệm vụ trên: “Nghiên cứu tiềm năng giữ nước của rừng trồng cao su trên đất dốc ở Việt Nam”. Vì hạn chế về thời gian luận văn này chỉ nghiên cứu khả năng giữ nước của rừng trồng cao su dưới ảnh hưởng của một số nhân tố chủ yếu trên cơ sở so sánh với các thảm thực vật đối chứng.
2 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Thế giới 1.1.1. Quan điểm Mối quan hệ qua lại giữa rừng và nước là một nội dung nghiên cứu cực kỳ quan trọng trong lĩnh vực thủy văn học (Whitehead P G và Robinson M, 1993 [53]). Nghiên cứu vai trò giữ nước của rừng cũng chính là nghiên cứu thủy văn rừng (Chritensen và cộng sự, 1998 [36]; Franklin, 1989 [42]; Swank W T, 1992 [52]). Thuật ngữ “ Vai trò giữ nước của rừng” có rất nhiều khái niệm và định nghĩa nhưng chúng đều phản ánh hai quan điểm bổ sung lẫn nhau: Một là, rừng có thể điều tiết, phân phối dòng chảy, làm tăng lưu lượng dòng chảy trong mùa khô hạn. Hai là, rừng có thể lưu giữ và làm chậm quá trình tích luỹ nước vào dòng chảy, nhờ đó làm giảm lưu lượng của đỉnh lũ. Trong quan điểm chung, giá trị giữ nước của rừng có nghĩa là giữ và tích lũy nước ở bất kỳ dạng nào - làm tăng trữ lượng của nó trong đất, giảm thoát hơi nước mặt đất, tăng mực nước ngầm, và qua đó làm tăng lượng nước sông, suối, ổn định dòng chảy nước sông suối, cũng như làm sạch nước (Mon-tra-nop, 1960, 1973- dẫn theo Vương Văn Quỳnh, 1999 [27]). Khả năng giữ nước của rừng được phản ánh thông qua ảnh hưởng của nó đến tính hiệu ích của nguồn nước với nhiều chỉ tiêu khác nhau như: mức thay đổi của hàm lượng chất hóa học, các chất hòa tan trong nước sau khi đã đi qua hệ sinh thái rừng, hệ số dòng chảy bề mặt, mực nước ngầm, tần suất lũ, cấu trúc rừng, các tính chất vật lý của đất rừng,… Tuy nhiên, trong các chỉ tiêu đó thì chỉ tiêu về hệ số dòng chảy bề mặt, cấu trúc rừng, lượng nước giữ lại trong đất là những chỉ tiêu tốt nhất thuyết minh cho khả năng giữ nước của rừng. Dòng chảy mặt càng thấp, lượng nước giữ lại trong đất càng nhiều, khả năng giữ nước của rừng sẽ càng cao. Khả năng giữ nước của rừng có giới hạn và phụ thuộc nhiều vào đặc điểm của đất rừng như độ xốp, cấu tạo đất, tốc độ thấm nước, hàm lượng mùn, độ dày tầng
3 đất. Chúng quyết định lượng giữ nước của đất rừng (Vu Chí Dân và Vương Lễ Tiên, 2001 [1]). Khái niệm “ Dung tích giữ nước của rừng” phản ánh khả năng giữ nước của nó và được xác định bằng tổng lượng nước giữ lại trên tán, lượng nước giữ lại bởi vật rơi rụng và lượng nước tích lũy trong đất. Quan điểm này được các nhà thủy văn rừng chấp nhận một cách rộng rãi (Vu Chí Dân và Vương Lễ Tiên, 2001[1]; Trần Huệ Tuyền, 1994 [34]). Thuật ngữ “ Thủy văn rừng” ra đời từ lâu, nhưng chỉ từ những năm 1930 trở lại đây, khi các phương pháp nghiên cứu định lượng phát triển, thì những nghiên cứu về thủy văn rừng mới thu được thành tựu và có ý nghĩa rõ rệt (Hibbert A.R, 1967 [45]; Sharma W, 1996 [51]). 1.1.2. Những nghiên cứu về thủy văn rừng Nghiên cứu thủy văn rừng trên thế giới đã thu được nhiều thành quả. Các công trình nghiên cứu thủy văn rừng thường tập trung chủ yếu vào việc đánh giá vai trò điều tiết nước của rừng, ví dụ như khả năng ngăn cản nước mưa của tán rừng, lượng nước phân chia thành dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm, lượng nước chảy men thân cây…Và xác định, dự báo xói mòn đất. Fraisơ (1936) (Phùng Ngọc Lan, 1986 [15]) đã nghiên cứu việc phân phối lại lượng nước rơi trong rừng thường xanh ở Brazil. Kết quả nghiên cứu dẫn đến những kết luận sau: - Phần nước mưa lọt qua tán rừng rơi vào ống đo mưa ở tầm cao 1,5 m: 33%. - Bốc hơi trực tiếp từ tán cây: 21%. - Chảy xuống dọc thân cây: 46%. Trong đó: + Bốc hơi bề mặt: 9,2%. + Vỏ cây hấp thụ: 9,2%. + Xuống tới gốc cây: 27,6%. Trong đó: Rễ cây hấp thu: 20,7%. Trực tiếp xuống đến nước ngầm: 6,9%. Ở châu Úc, Lima và Oloughlin (Poore M.E.D, 1988 [22]) khi nghiên cứu về thủy văn rừng bạch đàn tự nhiên đã kết luận rằng lượng nước chảy men thân cây,
4 dòng chảy mặt, lượng mưa bị tán rừng ngăn giữ… đều có quan hệ tuyến tính với lượng mưa theo dạng: y = a + bx, trong đó: x: lượng mưa y: dòng chảy mặt Nghiên cứu về khả năng giữ nước trên tán: qua các nghiên cứu cho thấy tỷ lệ lượng nước mưa giữ lại trên tán rừng lá kim ôn đới chiếm 20-40% (Vương Lễ Tiên và Lý Á Quang, 1991 [30]). Theo các nghiên cứu về tỷ lệ lượng nước mưa ngăn giữ bởi tán rừng tương ứng với các đới khí hậu khác nhau ở Trung Quốc cho thấy phạm vi biến động của tỷ lệ này trong khoảng 11,4-34,3%, hệ số biến động 6,68-55,05%, trong đó tỷ lệ nước mưa bị giữ lại trên tán của rừng lá kim thường xanh Á nhiệt đới ở miền Tây là lớn nhất, rừng hỗn giao cây lá rộng thường xanh với cây lá rộng rụng lá á nhiệt đới, miền núi là nhỏ nhất (Vu Chí Dân - Christoph Peisert - Dư Tân Hiểu, 2001 [2]). Trong tác dụng điều hòa dòng chảy của quần lạc sinh địa rừng, đất có vai trò quan trọng. Điều này có liên quan tới tính thấm rất cao của đất rừng. Không có quần lạc thực vật nào có thể tạo được lớp đất xốp và tính thấm cao như đất rừng. Tốc độ thấm nước của đất rừng có thể đạt hàng trăm milimet một giờ (Dunne T, 1978 [40]). Kết quả nghiên cứu của Trần Huệ Tuyền (1994) [34] cho thấy, đất rừng có độ hổng ngoài mao quản lớn, thì tốc độ thấm nước và lượng nước thấm của đất rừng sẽ tăng lên. Theo kết quả nghiên cứu, mỗi hecta đất rừng có thể tích giữ được lượng nước 641- 679 tấn/năm (Vu Chí Dân và Vương Lễ Tiên, 2001 [1]). Nghiên cứu về khả năng giữ nước của vật rơi rụng trong rừng: vật rơi rụng, thảm mục trong rừng có khả năng ngăn giữ nước tương đối lớn, nên có tác dụng bổ sung nước cho đất và cung cấp nước cho thực vật (Vu Chí Dân và Vương Lễ Tiên, 2001- dẫn theo Phạm Văn Điển, 2006 [9]). Bên cạnh đó, do vật rơi rụng có những lỗ hổng lớn và nhiều hơn so với đất, nên lượng nước ngăn giữ lại bởi vật rơi rụng dễ dàng bốc hơi đi. Theo Black và Kelliher, 1989 (dẫn theo Vu Chí Dân và Vương Lễ Tiên, 2001 [1]) cho thấy, lượng nước bốc hơi từ vật rơi rụng của các kiểu rừng khác nhau chiếm khoảng 3 – 21% tổng lượng nước bốc hơi trên mặt đất rừng. Ngoài ra, sự hút nước của vật rơi rụng còn có ý nghĩa quan trọng về mặt cung cấp chất dinh
5 dưỡng cho thảm thực vật rừng. Những nghiên cứu của Tietema và cộng sự (1992) (dẫn theo Vu Chí Dân và Vương Lễ Tiên, 2001 [1])cho thấy, tốc độ nitrate hóa và tốc độ khoáng hóa của thảm mục phụ thuộc vào hàm lượng nước của nó. Nghiên cứu về bốc thoát hơi nước của rừng được các nhà khoa học Trung Quốc đề cập vào những năm 1960 (theo Dư Tân Hiểu, 1993 [12], phần lớn các kết quả cho thấy lượng nước bốc hơi và thoát hơi của rừng chiếm từ 40-80% tổng lượng mưa (bao gồm cả tổn thất nước do ngăn giữ của tán rừng và thảm mục,…). Lượng bốc thoát hơi bình quân năm trong rừng Sa mu chiếm 82,2% tổng lượng nước rơi hàng năm, còn lượng bốc thoát hơi của tán rừng chiếm 89,3% tổng lượng nước bốc thoát hơi của rừng. Có nhiều công trình nghiên cứu về lượng nước chảy men thân, theo một số tài liệu thống kê cho thấy lượng nước này thường chiếm tỷ lệ từ 1-3% tổng lượng mưa (Bruijnzeel L A, 1990 [35]). Mặc dù, đây là tỷ lệ thấp so với các thành phần cân bằng nước khác, nhưng nó có giá trị cung cấp một phần dinh dưỡng cho cây cá lẻ (Herwitz F, 1986 [44]). Nghiên cứu về lượng nước chảy trên bề mặt đất: đất có khả năng giữ nước nhưng hiệu quả lại rất khác nhau, nó phụ thuộc vào loại đất. Nói chung, đất rừng tự nhiên có khả năng thấm nước rất cao và rất ít khi xuất hiện dòng chảy mặt (Doughlass, 1977 [39]). Còn các rừng có tán lá càng thưa thớt và độ dốc mặt đất càng lớn thì tạo ra lượng nước chảy bề mặt càng lớn (Imeson AC và Vis 1982 [46]: Ruxton B P, 1967 [50]). Kết quả nghiên cứu về lượng mưa lọt tán còn hạn chế, một số công trình mới chỉ bước đầu đưa ra được kết quả như: tỷ lệ phần trăm của lượng nước mưa lọt tán so với tổng lượng mưa của các loại rừng thường ở mức 75% trở lên. Lượng mưa lọt tán rừng phụ thuộc vào cấu trúc lá, chỉ số diện tích lá, đặc điểm mưa và nhân tố gió; năng lượng của lượng nước mưa lọt tán ở rừng cây gỗ một tầng thường lớn hơn năng lượng của mưa ngoài nơi trống; hàm lượng chất dinh dưỡng khoáng trong thành phần của nước mưa lọt tán cao hơn so với ở nước mưa ngoài nơi trống (Jordan và C.F Herrera, 1981 [48]).
6 Trên thế giới, nghiên cứu thủy văn rừng thường được tiến hành gắn liền với nghiên cứu xói mòn đất. Công trình nghiên cứu đầu tiên về xói mòn đất và dòng chảy được thực hiện bởi nhà bác học Volni người Đức trong những năm 1877-1885 (Hudson N, 1981 [13]). Ông nghiên cứu mối quan hệ giữa những nhân tố như: địa hình, cấu trúc của lớp phủ thực vật, lượng mưa, đặc điểm thấm và giữ nước của đất tới xói mòn đất. Tuy nhiên, phần lớn kết quả chưa được định lượng một cách chính xác. Một phương hướng mới trong nghiên cứu xói mòn đất đã được mở ra đó là: sử dụng cấu trúc thảm thực vật trong các biện pháp chống xói mòn nhằm bảo vệ độ phì của đất. Nó được đánh dấu bởi phát hiện của Ellison (Hudson N, 1981 [13]), thông qua các thí nghiệm trong phòng ông đã phát hiện ra vai trò của lớp phủ thực vật trong việc hạn chế xói mòn đất và vai trò cực kỳ quan trọng của hạt mưa rơi đối với xói mòn. Tiếp theo đó là một loạt các công trình nghiên cứu xói mòn với mức độ định lượng cao. Trường Đại học Tổng hợp Pardiu (Mỹ) vào cuối năm 1950 đã xây dựng được phương trình mất đất (Hudson N, 1981 [13]). Về sau phương trình này được Wischmeier W.H. hoàn chỉnh dần (Wischmeier W.H., 1978 [54]). Phương trình này có ý nghĩa quan trọng trong việc định hướng cho nhiều nghiên cứu nhằm xác định quy luật xói mòn và nghiên cứu các mô hình canh tác bền vững ở các khu vực có điểu kiện địa lý khác nhau. Nhưng việc sử dụng phương trình mất đất gặp phải những khó khăn nhất định. Vì vậy, cần phải có những nghiên cứu bổ sung để điều chỉnh các hệ số cho phù hợp với điều kiện tự nhiên, tập quán canh tác, đặc tính cây trồng của từng vùng. Theo kết quả nghiên cứu của G. Fiebiger (1993) [41] cho thấy, nguy cơ xói mòn đất dưới tầng cây gỗ có thể tăng lên do giọt mưa dưới tán rừng có kích thước lớn hơn. Trong nghiên cứu cũng chỉ ra: loài Albizzia falcataria với tầng tán cao 20 m so với mặt đất, tạo ra giọt mưa có năng lượng gây xói mòn bằng 102% so với năng lượng của giọt mưa ở nơi trống. Loài Anthocephalus chinensis với phiến lá to và tầng tán cao 10 m, tạo nên những hạt nước rơi có năng lượng gây xói mòn bằng 147% so với năng lượng của hạt mưa rơi tự nhiên. Các nghiên cứu khác cho thấy, cây bụi, thảm tươi và vật rơi rụng có vai trò rất lớn trong việc hạn chế xói mòn đất.
7 1.1.3. Những nghiên cứu về thủy văn rừng cao su Vấn đề thuỷ văn lớn nhất của rừng cao su là vấn đề ô nhiễm nước ở dòng chảy, chủ yếu do xói mòn khi trời mưa cát đá chảy vào sông suối (Craswell E.T , 1998 [37], Garrity D.P ,1993 [43], Li H. , 2007 [49]). Bên cạnh đó là tồn dư của các loại thuốc diệt cỏ và thuốc trừ sâu được sử dụng cho rừng trồng cao su nhưng những nghiên cứu về vấn đề này vẫn còn hạn chế. Thông thường thì khi rừng tự nhiên bị thay thế bởi loại hình sử dụng đất khác như trồng cao su thì gây ra các vấn đề về thủy văn. Ở rừng cao su độc canh môi trường tương đối đơn giản sự cân đối lượng mưa thấp hơn ở rừng tự nhiên do đó sẽ làm tăng lên lượng nước chảy cả bề mặt và cả nước ngầm. Điều này sẽ làm tăng lên dòng chảy địa phương mà thường bị đổi màu đá cát, sạn và có thể có một loạt những tác động đa dạng và một trong những tác động của việc tăng lượng nước chảy bề mặt và lượng nước ngầm là hiện tượng lũ lụt. Nước chảy bề mặt có thể thay đổi từ ít (1%) đến nhiều (20-30%) (Critchley và Bruijnzeel 1996 [38]). Đối với cao su hỗn giao, với một môi trường phức tạp hơn và nhiều sinh vật hơn thì tác động này cũng có nhưng ít rõ rệt hơn. Lượng nước được sử dụng cho cao su tăng lên khi chúng trưởng thành và do đó lượng nước vượt quá giới hạn sẽ giảm thì lúc đó có thể hiện tượng dư thừa dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm sẽ giảm ở cả hệ thống cao su độc canh, cao su hỗn giao. Nhìn chung, nghiên cứu xói mòn đất cũng như nghiên cứu thủy văn rừng trên thế giới đã gặt hái được một số thành công rất lớn trong gần một thế kỷ qua. Bên cạnh đó, nó vẫn còn tồn tại nhiều vấn đề cần được giải quyết như: Nghiên cứu khả năng giữ nước của rừng nhiệt đới về mặt định lượng còn hạn chế. Nhiều nghi vấn chưa được giải đáp, tranh luận về khả năng giữ nước của rừng giữa các nhà khoa học rất gay gắt. Thiếu các mô hình toán học đảm bảo độ tin cậy và đơn giản. Phương pháp và thiết bị đo một số thành phần cân bằng nước còn lạc hậu, chi phí lớn, hoặc không phù hợp với điều kiện rừng nhiệt đới (Phạm Văn Điển, 2006 [9]).