Luận văn Thạc sĩ Khoa học Lâm nghiệp: Nghiên cứu xói mòn đất dưới một số thảm thực vật tại khu vực hồ chứa nước cửa đặt huyện Thường Xuân - tỉnh Thanh Hóa

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:127

Thêm vào BST

Báo xấu

43
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm đề xuất được tiêu chuẩn đánh giá thảm thực vật phòng chống xói mòn đất và một số giải pháp kỹ thuật nhằm phát triển rừng theo hướng đáp ứng tiêu chuẩn đề ra. 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 xói mòn đất dưới một số thảm thực vật tại khu vực hồ chứa nước cửa đặt huyện Thường Xuân - tỉnh Thanh Hóa

--------------- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ---------------------- VŨ THỊ HƯỜNG NGHIÊN CỨU XÓI MÒN ĐẤT DƯỚI MỘT SỐ THẢM THỰC VẬT TẠI KHU VỰC HỒ CHỨA NƯỚC CỬA ĐẶT HUYỆN THƯỜNG XUÂN - TỈNH THANH HÓA 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 ---------------------- VŨ THỊ HƯỜNG NGHIÊN CỨU XÓI MÒN ĐẤT DƯỚI MỘT SỐ THẢM THỰC VẬT TẠI KHU VỰC HỒ CHỨA NƯỚC CỬA ĐẶT HUYỆN THƯỜNG XUÂN - TỈNH THANH HÓA Chuyên ngành: LÂM HỌC Mã số: 60.62.60 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. TS. Hà Quang Khải 2. TS. Phạm Văn Điển Hà Nội, 2010
i LỜI CẢM ƠN Luận văn được hoàn thành theo chương trình đào tạo thạc sỹ Lâm sinh khóa 15 tại Trường Đại học Lâm nghiệp, giai đoạn 2007 - 2010. Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi của Ban giám hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp, Ban chủ nhiệm khoa Sau Đại học, Bộ môn Lâm sinh, Khoa Lâm học. Nhân dịp này, tôi xin cảm ơn những giúp đỡ quý báu đó. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS. Hà Quang Khải, TS. Phạm Văn Điển, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong quá trình thực tập và hoàn thành luận văn này. Để thu thập số liệu thực nghiệm cho luận văn, tôi đã nhận được sự giúp đỡ có hiệu quả của ThS. Nguyễn Hữu Tân, giảng viên trường Đại học Hồng Đức, các bạn sinh viên Khoa nông lâm trường Đại học Hồng Đức, các cán bộ kiểm lâm thuộc Ban quản lý rừng phòng hộ đầu nguồn Sông Chu, UBND xã LươngSơn, UBND xã Yên Nhân, huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hóa. Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình đó. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới tất cả bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Tuy đã có nhiều cố gắng, song thời gian, trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Tôi rất mong nhận được sự góp ý, bổ sung, của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn ! Xuân Mai, ngày 12 tháng 9 năm 2010 Tác giả Vũ Thị Hường
ii 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 ĐẶ VẤN ĐỀ 1 Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2 1.1. Ở ngoài nước 2 1.1.1. Thành quả nghiên cứu 2 1.1.2. Tồn tại nghiên cứu 7 1.2. Ở trong nước 8 1.2.1. Thành quả nghiên cứu 8 1.2.2. Tồn tại nghiên cứu 12 1.3. Thảo luận 13 Chương 2: MỤC TIÊU, GIỚI HẠN, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG 14 VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu nghiên cứu 14 2.1.1. Về lý luận 14 2.1.2. Về thực tiễn 14 2.2. Đối tượng nghiên cứu 14 2.3. Nội dung nghiên cứu 14 2.3.1. Nghiên cứu đặc điểm của chế độ mưa 14 2.3.2. Nghiên cứu đặc điểm địa hình -thổ nhưỡng 15
iii 2.3.3. Nghiên cứu đặc điểm của thảm thực vật 15 2.3.4. Lượng đất xói mòn 15 2.3.5. Đề xuất tiêu chuẩn thảm thực vật đáp ứng yêu cầu bảo vệ đất 15 2.3.6. Đề xuất giải pháp kỹ thuật lâm sinh giảm thiểu lượng đất xói 16 mòn tại khu vực nghiên cứu 2.4. Phương pháp nghiên cứu 16 2.4.1. Quan điểm và phương pháp luận 16 2.4.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm 17 2.4.3. Phương pháp thu thập số liệu 18 2.4.4. Tính toán và xử lý số liệu 25 Chương 3. ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 29 2.2. Điều kiện tự nhiên 29 2.1.1. Vị trí địa lý 29 2.2.2. Địa hình, địa mạo 29 2.2.3. Đất đai, thổ nhưỡng 30 2.2.4. Khí hậu 31 2.2.5. Thủy văn 31 2.2.5. Tài nguyên thực vật rừng 32 2.3. Điều kiện kinh tế - xã hội 33 Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 35 4.1. Đặc điểm của chế độ mưa 35 4.1.1. Lượng mưa và cường độ mưa 35 4.1.2. Phân bố mưa 36 4.1.2. Năng lượng mưa và hệ số xói mòn do mưa 40 4.2. Đặc điểm địa hình-thổ nhưỡng 42 4.2.1. Đặc điểm địa hình 42 4.2.2. Đặc điểm thổ nhưỡng 43
iv 4.3. Đặc điểm thảm thực vật 54 4.3.1. Tầng cây cao 54 4.3.2. Cây bụi, thảm tươi 56 4.3.4. Vật rơi rụng 57 4.4. Lượng đất xói mòn 67 4.4.1. Lượng nước chảy bề mặt 69 4.4.2. Mối liên hệ giữa lượng đất xói mòn với những nhân tố có ảnh 72 hưởng quan trọng 4.4.3. Xác định các tham số K, R, C trong phương trình dự đoán 77 xói mòn đất của Wischmeier W.H và Smith D.D (1978) 4.5. Đề xuất tiêu chuẩn thảm thực vật đáp ứng yêu cầu bảo vệ đất 80 4.5.1. Tiêu chuẩn thảm thực vật bắt đầu có ý nghĩa giảm xói mòn đất 81 4.5.2. Tiêu chuẩn thảm thực vật đáp ứng yêu bảo vệ đất 84 4.6. Đề xuất giải pháp kỹ thuật lâm sinh giảm thiểu lượng đất xói mòn 86 tại khu vực nghiên cứu Chương 5. KẾT LUẬN - TỒN TẠI - KHUYẾN NGHỊ 92 5.1. Kết luận 92 5.2. Tồn tại 94 5.3. Khuyến nghị 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Chú giải Đơn vị tính A Lượng đất xói mòn Tấn/ha/năm BM Lượng nước chảy bề mặt dm3, mm BM/P Hệ số dòng chảy mặt % C Hệ số thảm thực vật CP Độ che phủ của cây bụi, thảm tươi % Cai Chỉ số diện tích tán % d Tỷ trọng đất g/cm3 D Dung trọng đất g/cm3 D1.3 Đường kính cây ở vị trí 1.3m cm Dt Đường kính tán m E Năng lượng mưa J/m2 Exm Năng lượng mưa gây xói mòn J/m2 H Chiều cao cây m Hđ Độ dày tầng đất cm Ibq Cường độ mưa bình quân mm/phút, mm/h I30 Cường độ mưa lớn nhất trong 30 phút mm/h k Chỉ số không đều của mưa K Hệ số xói mòn đất L Chiều dài sườn dốc m LS Hệ số địa hình N Mật độ cây Cây/ha OM Hàm lượng mùn %
vi ÔTC Ô tiêu chuẩn P Lượng mưa mm R Hệ số xói mòn do mưa J/m2, phút-tấn/acre S Hệ số độ dốc t Thời gian phút TM Độ che phủ vật rơi rụng % TTTV Trạng thái thảm thực vật  Độ dốc mặt đất độ TC Độ tàn che của tầng cây cao % VC Tốc độ thấm nước ổn định mm/phút V0 Tốc độ thấm nước ban đầu mm/phút VRR Vật rơi rụng X Độ xốp chung % Xi Lượng mưa bình quân tháng i trong năm mm X Lượng mưa tháng bình quân mm Wđ Độ ẩm đất tầng đất mặt % Nxb Nhà xuất bản
vii DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang 4.1 Lượng mưa và cường độ mưa cả năm (2009) 35 4.2 Phân bố mưa theo tháng trong năm (2009) 36 4.3 Phân bố lượng mưa và cường độ mưa theo tháng trong năm 37 4.4 Phân bố lượng mưa theo cấp cường độ mưa 39 4.5 Hệ số biến động của mưa các tháng trong năm 40 4.6 Phân bố năng lượng mưa và năng lượng mưa gây xói mòn 40 theo tháng trong năm 4.7 Phân bố hệ số xói mòn do mưa theo các tháng trong năm 42 4.8 Đặc điểm địa hình tại các trạng thái thảm thực vật 43 4.9 Tính chất vật lý của đất tại khu vực nghiên cứu 44 4.10 Bảng tốc độ thấm nước ban đầu bình quân của các trạng thái 48 thảm thực vật 4.11 Đánh giá tốc độ thấm nước của đất 49 4.12 Các nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ thấm nước ban đầu 50 4.13 Tốc độ và thời gian thấm nước ổn định của các trạng thái 51 thảm thực vật 4.14 Tốc độ thấm nước ổn định và các nhân tố ảnh hưởng 51 4.15 Phương trình liên hệ của tốc độ thấm nước ổn định với các 52 nhân tố ảnh hưởng 4.16 Quá trình thấm nước của đất 53 4.17 Một số đặc điểm của tầng cây cao 56 4.18 Đặc điểm cây bụi thảm tươi trên các trạng thái thảm thực vật 57 4.19 Độ che phủ, khối lượng và thành phần của vật rơi rụng ở các 59 trạng thái thảm thực vật 4.20 Lượng vật rơi rụng bình quân (kg/ha) của các trạng thái 60 thảm thực vật
viii 4.21 Ảnh hưởng của các phần rơi rụng và thời gian hút nước đến 62 lượng nước hút của vật rơi rụng (lít nước/kg vật rơi rụng khô) 4.22 Tốc độ hút nước của vật rơi rụng ở các trạng thái thảm thực 65 vật khác nhau 4.23 Lượng vật rơi rụng và lượng nước giữ tối đa theo ba phần ở 66 các trạng thái thảm thực vật 4.24 Lượng nước chảy bề mặt đo được trên các ô thí nghiệm ở 69 các trạng thái thảm thực vật 4.25 Hệ số dòng chảy mặt và các chỉ tiêu tổng hợp của các trạng 71 thái thảm thực vật 4.26 Phương trình tương quan của hệ số dòng chảy mặt với chỉ 71 tiêu tổng hợp 4.27 Thống kê lượng đất xói mòn theo đặc điểm của địa hình-thổ nhưỡng 73 4.28 Thống kê lượng đất xói mòn dưới các trạng thái thảm thực vật 73 4.29 Tiêu chuẩn các cấp xói mòn của nhà nước số 579 TCVN 1995 75 4.30 Phương trình tương quan giữa lượng đất xói mòn với một số 75 đặc điểm của địa hình-thổ nhưỡng 4.31 Phương trình tương quan giữa lượng đất xói mòn với các 76 chỉ tiêu tổng hợp 4.32 Phương trình tương quan giữa lượng đất xói mòn với hệ số 77 dòng chảy mặt 4.33 Các tham số K, LS, R, C 78 4.34 Phương trình tương quan giữa hệ số C với các chỉ tiêu tổng hợp 79 4.35 Dự đoán hệ số C của thảm thực vật 80 4.36 Tiêu chuẩn thảm thực vật bắt đầu có ý nghĩa giảm xói mòn 82 4.37 Tiêu chuẩn thảm thực vật đáp ứng yêu cầu phòng hộ bảo vệ đất 84 4.38 So sánh chỉ tiêu tổng hợp hiện tại và chỉ tiêu mong đợi của 88 thảm thực vật
ix DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình Trang 2.1 Sơ đồ ô thí nghiệm và bố trí máng thu nước 19 2.2 Sơ đồ máng thu nước trong ô thí nghiệm và mặt cắt 20 2.3 Ảnh bố trí máng thu nước tại ÔTC 01 21 2.4 Sơ đồ tuyến điều tra độ tàn che tầng cây cao 24 2.5 Sơ đồ bố trí ô điều tra độ che phủ của lớp cây bụi, thảm tươi 24 4.1 Biểu đồ phân bố lượng mưa theo tháng trong năm 38 4.2 Biểu đồ quá trình thấm nước của đất tại các trạng thái thực vật 53 4.3 Ảnh trạng thái rừng trồng keo tai tượng 54 4.4 Ảnh trạng thái rừng trồng Luồng 55 4.5 Ảnh trạng thái rừng tự nhiên IIIA3 55 4.6 Ảnh thí nghiệm quá trình hút nước của vật rơi rụng 61 4.7 Biểu đồ đường biểu diễn quá trình hút nước của vật rơi rụng 63 trạng thái IA 4.8 Biểu đồ đường biểu diễn quá trình hút nước của vật rơi rụng 63 trạng thái IIA, IIB 4.9 Biểu đồ đường biểu diễn quá trình hút nước của vật rơi rụng 64 trạng thái IIIA1, IIIA3 4.10 Biểu đồ đường biểu diễn quá trình hút nước của vật rơi rụng 64 trạng thái rừng trồng Keo tai tượng và Luồng 4.11 Biểu đồ tỷ lệ nước giữ tối đa của vật rơi rụng ở các trạng thái 67 thảm thực vật 4.12 Ảnh bố trí máng thu nước tại trạng thái rừng tự nhiên II B 68 4.13 Ảnh bố trí máng thu nước tại trạng thái rừng trồng Keo tai tượng 68 4.14 Ảnh bố trí máng thu nước tại trạng thái rừng trồng Luồng 69 4.14 Biểu đồ hệ số dòng chảy mặt tại các trạng thái thảm thực vật 70 4.15 Biểu đồ lượng đất xói mòn tại các trạng thái thảm thực vật 74
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Nghiên cứu xói mòn đất ở vùng rừng phòng hộ đầu nguồn đang trở thành một nhu cầu khách quan và khẩn thiết trong những năm gần đây. Đặc biệt là từ khi có nhu cầu phải đảm bảo an toàn lâu dài cho các công trình thủy lợi, thủy điện. Nhu cầu đó, đòi hỏi cần được giải quyết cả về lý luận và thực tiễn. Tuy nhiên, những nghiên cứu chuyên sâu về lĩnh vực này còn nhiều hạn chế, bởi chúng ta còn thiếu nhiều thông tin cần thiết cho việc dự báo lượng đất xói mòn. Cũng như chưa xác định được tiêu chuẩn hợp lý của thảm thực vật đáp ứng yêu cầu bảo vệ đất, hạn chế xói mòn trên từng khu vực cụ thể, để đảm bảo tính ổn định, bền vững của môi trường sống và sự trường tồn của các công trình thủy lợi, thủy điện. Hạn chế này, đã dẫn tới ở một số điểm người ta chi phí nhiều tiền để trồng rừng giữ nước và chống xói mòn đất, nhưng những rừng trồng tạo ra lại có khả năng giữ nước và bảo vệ đất không cao, thậm chí kém hơn so với những thảm thực vật bị thay thế trước đó. Thực tế đó chỉ ra rằng, việc nghiên cứu xói mòn đất nhằm đưa ra những cơ sở khoa học cho các giải pháp quản lý và sử dụng rừng phòng hộ đầu nguồn là hết sức cần thiết và cấp bách. Để góp phần giải quyết tồn tại trên đề tài “Nghiên cứu xói mòn đất dưới một số thảm thực vật tại khu vực hồ chứa nước Cửa Đặt, huyện Thường Xuân – tỉnh Thanh Hóa” đã được thực hiện. Phương hướng của đề tài là xác định lượng đất xói mòn trên sườn dốc và mối liên hệ của nó với những nhân tố có ảnh hưởng quan trọng, qua đó đề xuất tiêu chuẩn thảm thực vật đáp ứng yêu cầu giảm thiểu xói mòn đất và một số giải pháp kỹ thuật lâm sinh nhằm phát triển rừng theo hướng đáp ứng tiêu chuẩn đã đề ra.
2 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Ở ngoài nước 1.1.1. Thành quả nghiên cứu Ảnh hưởng của rừng đến xói mòn đất do nước có liên hệ mật thiết với những ảnh hưởng của rừng đến số lượng nước. Vì vậy, trong các công trình nghiên cứu về xói mòn đất thường dành một nội dung đáng kể cho việc nghiên cứu ảnh hưởng của rừng đến số lượng nước trên quy mô lâm phần. 1.1.1.1. Lượng nước giữ bởi vật rơi rụng Vật rơi rụng có khả năng ngăn giữ nước tương đối lớn, nên có tác dụng bổ sung nước cho đất và cung cấp cho thực vật (Vu Chí Dân và Vương Lễ Tiên, 2001) [2]. Ngoài ra, vật rơi rụng còn có những lỗ hổng lớn và nhiều hơn so với đất, nên lượng nước giữ bởi vật rơi rụng dễ dàng bốc hơi đi. Những nghiên cứu của Black và Kelliher (1989) (dẫn theo Phạm Văn Điển, 2009) [9] cho thấy rằng, 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. Schaap và Bouten (1997) (dẫn theo Vu Chí Dân và Vương Lễ Tiên, 2001) [2] sử dụng thiết bị đo lường Lysimeter để xác định lượng nước bốc hơi của vật rơi rụng và sự khác biệt của nhiệt độ không khí trên bề mặt của nó đến độ cao một mét, đã thu được kết quả tương đối tốt. Sự hút giữ nước của vật rơi rụng còn có ý nghĩa quan trọng về mặt cung cấp chất dinh dưỡng cho thảm thực vật rừng. Những nghiên cứu của Tietema và cộng sự (1992) (dẫn theo Phạm Văn Điển, 2009) [9] cho thấy, tốc độ nitrate hóa và tốc độ khoáng hóa của thảm mục phụ thuộc vào hàm lượng nước của nó.
3 1.1.1.2. Lượng nước chảy bề mặt Nhìn chung, đất rừng có khả năng thấm nước rất cao và hiếm khi xuất hiện dòng chảy bề mặt ngay cả khi lượng mưa cao (Douglass, 1977) [39]; Pritchett, 1979) [44]. Tuy nhiên, khi rừng bị chặt hạ trở nên thưa thớt và độ dốc mặt đất lớn thì có thể tạo ra nhiều lượng nước chảy trên bề mặt (Ruxton, 1967) [45]. Thủy văn học truyền thống đã phát triển lý luận về dòng chảy trên mặt đất của Horton vào những năm 30 và 40 của thế kỷ 20 (Horton, 1935, 1945) (dẫn theo Phạm Văn Điển (2009) [9] để nghiên cứu cơ chế hình thành dòng chảy trên mặt đất. Lý luận này, chiếm một địa vị thống trị trong lĩnh vực thủy văn học công trình kéo dài suốt khoảng 30 năm (Foster G R, 1982) [42]. Tiến vào những năm 1960, việc hình thành khái niệm diện tích sản sinh dòng chảy biến động đã tuyên chiến một cách hùng hồn với địa vị thống trị của cơ chế hình thành dòng chảy trên mặt đất siêu thấm. Hewlett và Hibbert (1967) [43] đã dựa vào những quan trắc thực nghiệm và chỉ ra rằng trong hoàn cảnh rừng, cường độ mưa rất ít khi có thể vượt qua được cường độ nước thấm vào đất, đã nêu ra khung lý luận về động thái hình thành dòng chảy của mưa to, sau đó đã triển khai nhiều nghiên cứu thực nghiệm nhằm tìm hiểu cơ chế hình thành dòng chảy của mưa to dữ dội, chủ yếu trên những khu vực ôn đới ẩm ướt của châu Âu và ở nước Mỹ (Bonell,1993) [38]. Vào những năm 1970, lý luận diện tích sản sinh dòng chảy biến động đã được tiếp thu rộng rãi, những nghiên cứu về thủy văn học trên đất dốc đã hưng thịnh và phát triển mạnh mẽ - các học giả Trung quốc gọi nó là “trường phái thủy văn học đất dốc” (Chiêm Đạo Giang, 1989; Nhuế Hiếu Phương, 1996) (dẫn theo Phạm Văn Điển, 2009) [9]- đặt cơ sở cho việc hình thành lý luận về cơ chế hình thành dòng chảy.
4 1.1.1.3. Quá trình thấm và giữ nước của đất Sự thấm nước của đất là một trong những vấn đề được nghiên cứu sâu rộng trong lĩnh vực thủy văn học. Từ lý luận phát sinh dòng chảy, sự thấm 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. Nước thấm xuống đất và nước tích giữ trong đất rừng có ý nghĩa rất quan trọng đối với cơ chế hình thành dòng chảy trên đất rừng. Có nhiều mô hình thấm nước của đất dựa vào việc đơn giản hóa quá trình vật lý và các mô hình kinh nghiệm, trong đó bao gồm mô hình Green – Ampt (1911) , mô hình Horton (1933, 1945), mô hình Philip (1957, 1969) và mô hình cải tiên của nó là mô hình Smith R E – Parlange J Y, (1978), v.v... (dẫn theo Phạm Văn Điển, 2009) [9]. Kết quả nghiên cứu của Trần Huệ Tuyền (1994) [36] cho thấy, đất rừng có độ hổng mao quản lớn, thì tốc độ thấm nước của đất rừng sẽ tăng lên. Lượng nước giữ trong đất là một chỉ tiêu rất quan trọng để đánh giá tác dụng nuôi dưỡng nguồn nước của rừng. Ở Trung Quốc, các nhà khoa học thường dùng lượng nước bão hòa các lỗ hổng ngoài mao quản trong đất rừng để tính toán lượng nước thấm xuống đất. Theo kết quả nghiên cứu, mỗi hecta đất rừng có thể tích giữ được lượng nước 641 – 679 tấn/ha (Vu Chí Dân, Vương Lễ Tiên, 2001) [2]. 1.1.1.2. Nghiên cứu về xói mòn đất Công trình nghiên cứu đầu tiên về xói mòn đất được thực hiện bởi nhà bác học Volni người Đức trong thời kỳ 1877 đến 1885 (Hudson, 1981) [17]. Những ô thí nghiệm nhỏ được ông sử dụng để nghiên cứu hàng loạt nhân tố như thực bì, lớp phủ thực bì, loại đất, độ dốc của bề mặt đất có liên quan đến dòng chảy và xói mòn đất. Tuy nhiên, phần lớn các kết luận chưa được định
5 lượng rõ ràng. Bằng thí nghiệm trong phòng, Ellsion (Hudson, 1981) [17] thấy rằng các loại đất khác nhau có biểu hiện khác nhau trong các pha của xói mòn đất do nước. Ellison là người đầu tiên 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. Phát hiện này của ông đã mở ra một phương hướng mới trong nghiên cứu về xói mòn và khẳng định khả năng bảo vệ đất của lớp thảm thực vật. Nó đã mở ra hướng sử dụng cấu trúc thảm thực vật trong các biện pháp chống xói mòn nhằm bảo vệ độ phì của đất. Tiếp theo đó, nhiều tác giả đã tập trung nghiên cứu tác động của giọt mưa và ảnh hưởng cuả dòng chảy tới xói mòn đất, đưa ra cơ chế của quá trình xói mòn đất, như công trình của Hudson H (1981) [17], đã nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hạt mưa, cường độ mưa, phân bố mưa,… tới xói mòn đất. Tác giả cho biết xói mòn đất tăng tỷ lệ với đường kính của hạt mưa và bình phương của tốc độ dòng chảy. Cùng với các nhân tố mưa, các nhân tố khác gây ảnh hưởng tới xói mòn đất như độ dốc, chiều dài sườn dốc, loại đất, lớp phủ thực vật,…Cũng đã được nghiên cứu sâu, rộng trong các công trình của Smith D.D và Wischmeier W.H (1957), của Ching J.G (1978), Benven (1958) (dẫn theo Võ Đại Hải, 1996) [13], … Những nghiên cứu này đã góp phần tìm ra cơ chế của quá trình xói mòn cũng như việc đề xuất các biện pháp chống xói mòn thích hợp. Nhiều phương trình dự báo xói mòn đất đựơc xây dựng dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm như phương trình của A.D. Ivanovski và Kornov (1937), phương trình Corchiacop A.N (1938), phương trình Wischmeier W.H – Smith D.D (1957-1962) (dẫn theo Phạm Ngọc Dũng, 1991) [3]… Kết quả quan trọng của nghiên cứu xói mòn và khả năng bảo vệ đất trong giai đoạn này là để xây dựng được phương trình mất đất phổ dụng ở trường đại học
6 tổng hợp Pardin (Mỹ) vào cuối năm 1950 (Hudson, 1981) [17]. Sau đó phương trình được Wischmeier W.H hoàn chỉnh dần (Wischmeier W.H, 1978) [46]. Phương trình mất đất phổ dụng đã làm sáng tỏ vai trò của từng nhân tố ảnh hưởng tới xói mòn. Nó còn có tác dụng 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 điều kiện địa lý khác. Với sự trợ giúp của hệ thống thông tin địa lý (GIS), ngày nay người ta đã sử dụng rộng rãi phương trình Wischmeier W.H – Smith D.D để xây dựng bản đồ xói mòn đất, phân vùng đất xói mòn để từ đó xác định các biện pháp phòng chống thích hợp cho từng loại đất và từng vùng. Đây là hướng đi mới rất có hiệu quả, cho kết quả nhanh, giảm được chi phí, nhưng đòi hỏi số liệu đầu vào phải chính xác. Tuy nhiên, sử dụng phương trình mất đất phổ dụng vẫn gặp phải những khó khăn nhất định, đòi hỏi phải có những nghiên cứu bổ sung để điều chỉnh các hệ số cho phù hợp với điều kiện địa lý, địa chất, thổ nhưỡng, tập quán canh tác và đặc tính cây trồng ở từng địa phương. Kết quả nhiên cứu của G.Fiebiger (1993) [41] xác nhận rằng, nguy cơ xói mòn đất dưới tầng cây gỗ có thể tăng lên do giọt mưa dưới tán có kích thước lớn hơn. Những loại cây có phiến lá to (như lá tếch – Tectona grandis) thường tạo ra các giọt nước ngưng đọng có kích thước lớn, nên khi rơi từ tán lá xuống sẽ có sức công phá bề mặt đất lớn hơn so với sức công phá của giọt mưa tự nhiên trên đất trống... Vì vây, một trong những tiêu chí chọn loài cây trồng rừng phòng hộ đầu nguồn ở vùng nhiệt đới là chọn cây có tán lá dày nhưng phiến lá phải nhỏ, càng nhỏ càng tốt. Những nghiên cứu khác cho thấy rằng, cây bụi, thảm tươi và vật rơi rụng có vai trò rất lớn trong việc hạn chế xói mòn đất. Nếu chúng bị phá trụi hoặc bị lấy đi khỏi đất rừng thì tầng cây gỗ phía trên sẽ không có tác dụng giảm thiểu xói mòn trên sườn dốc. FAO (1994a, 1994b) [11], [12] đã tổng kết
7 nhiều tài liệu nghiên cứu xói mòn đất dưới các loại rừng và kiểu sử dụng đất khác nhau và đã chỉ ra rằng, quá trình tích lũy lượng sinh vật là cơ chế sinh vật học chủ yếu để khống chế xói mòn. Ở Trung Quốc, trong lĩnh vực nghiên cứu hiệu quả nuôi dưỡng nguồn nước, đã phân tích tác dụng của bộ rễ cây trên bề mặt đất dốc với sự ổn định của thành phần cơ giới để nghiên cứu tác dụng khống chế xói mòn trọng lực của rừng dưới góc độ động lực học; nghiên cứu về độ thô của bề mặt đất rừng để phân tích tác dụng cản trở làm chậm tốc độ dòng chảy trên mặt đất rừng (Trương Hồng Giang, 1989) [19]. 1.1.2. Tồn tại nghiên cứu Trong gần một thế kỉ qua mặc dù đã thu được nhiều thành quả trong việc nghiên cứu chức năng phòng hộ nguồn nước, bảo vệ đất chống xói mòn của rừng những trên thế giới vẫn còn tồn tại nhiều vấn đề cần được giải quyết ngay. - Dẫn liệu về khả năng thấm và giữ nước thực tế của đất dưới điều kiện mưa thiên nhiên còn rất hạn chế. - Phương pháp nghiên cứu khả năng thấm và giữ nước của đất rừng chưa được phát triển mạnh. Hiện tại phương pháp ống vòng khuyên vẫn là một phương pháp phổ biến, số liệu thu được chỉ phản ánh khả năng thấm và giữ nước tiềm tàng của đất rừng, chưa phải là số liệu thực tế dưới điều kiện mưa tự nhiên. Việc phát triển các thiết bị gây mưa nhân tạo cũng gặp nhiều khó khăn, thường chỉ áp dụng cho khu nghiên cứu hẹp từ 0,5 m2 tới vài chục mét vuông. Độ đều, kích thước hạt mưa, cường độ mưa của mưa nhân tạo cũng không giống như các chỉ tiêu tương ứng của mưa tự nhiên. - Nhiều nghi vấn chưa được giải đáp, tranh luận còn gay gắt giữa các nhà khoa học về vai trò bảo vệ đất của rừng.
8 - Còn ít kinh nghiệm về một số lĩnh vực nghiên cứu như nghiên cứu quá quá trình sinh địa trong tuần hoàn thủy văn, nghiên cứu đặc tính thủy văn của rừng gắn với hóa học đất,… - 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, trong đó có phương pháp đo lượng đất xói mòn. - Cho đến nay vẫn chưa có phương pháp nào đo lượng đất xói mòn được coi là chuẩn mực trên phạm vi toàn thế giới để sử dụng một cách thống nhất. 1.2. Ở trong nước 1.2.1. Thành quả nghiên cứu Nghiên cứu về xói mòn đất ở nước ta còn tương đối mới mẻ, tản mạn và chỉ được phát triển mạnh trong những năm của thập kỷ 60. Các công trình nghiên cứu xói mòn đất đầu tiên xuất hiện vào những năm 1960-1964 như công trình của Nguyễn Ngọc Bình, Cao Văn Vinh (dẫn theo Võ Đại Hải,1996) [13] về ảnh hưởng của độ dốc tới xói mòn đất, góp phần đề ra các chỉ tiêu và qui chế bảo vệ, sử dụng và khai thác đất dốc. Cũng trong thời gian này các tác giả như Tôn Gia Huyên, Chu Đình Hoàng, Nguyễn Xuân Quát – Bùi Ngạnh (1963) (dẫn theo Võ Đại Hải, 1996) [13], … đã tập trung nghiên cứu ở Tây Bắc, Bắc Thái, Sơn La, Phú Thọ, Lào Cai về biện pháp công trình và trồng cây phân xanh che phủ đất. Những kết quả nghiên cứu này, đã góp phần xây dựng nên qui phạm tạm thời thiết kế trên đồi của Bộ Nông Nghiệp. Mười năm tiếp theo (1965-1975) công tác nghiên cứu xói mòn đất tuy có ít đi nhưng thực chất đã có hướng phát triển theo chiều rộng và chiều sâu, đã
9 có phân vùng xói mòn, xây dựng các trạm quan trắc xói mòn định vị lâu dài, … Nổi bật nhất là công trình của Chu Đình Hoàng (1976, 1977) và Đào Khương (1970) (dẫn theo Võ Đại Hải, 1996) [13] về những nét đặc trưng chủ yếu cảu xói mòn vùng khí hậu nhiệt đới Việt Nam; công trình của bộ môn khí tượng thủy văn (Viện nghiên cứu lâm nghiệp) về ảnh hưởng của rừng tới xói mòn; công trình của Hà Ngọc Ngô (1971) và của Ngô Đức Thiều (dẫn theo Võ Đại Hải, 1996) [13] về biện pháp công trình phân cấp dòng chảy; công trình của Bùi Quang Toản (1974) (dẫn theo Võ Đại Hải, 1996) [13] về kỹ thuật canh tác trên nương đã định canh, … Những nghiên cứu này đã đề ra được một số biện pháp chống xói mòn đất thích hợp. Trong những năm 1980 các công trình nghiên cứu đã tập trung vào xói mòn đất và khả năng giữ nước của một số cây trồng nông nghiệp và công nghiệp, đặc biệt là ở các vùng Tây Nguyên. Trong thời gian này, nhiều khu nghiên cứu quan trắc định vị đã được xây dựng kiên cố bằng gạch và xi măng, gỗ, kim loại,… Hàng loạt các công trình mang nhiều sắc thái và đi vào định lượng một cách vững chắc như công trình nghiên cứu của Nguyễn Quang Mỹ, Lê Thạc Cán (1983) [22], của Nguyễn Quang Mỹ, Quách Cao Yêm, Hoàng Xuân Cơ (1984)... (dẫn theo Phạm Văn Điển, 2006) [7]. Những công trình nghiên cứu này đã làm rõ ảnh hưởng của nhân tố địa hình tới xói mòn, vai trò phòng hộ về chống xói mòn của một số thảm thực vật nông nghiệp, đã chú ý tới độ che phủ gắn liền với các giai đoạn phát triển của cây trồng, định hướng cho việc xây dựng các giải pháp phòng chống xói mòn trên đất dốc. Trong công trình nghiên cứu xói mòn đất ở Thanh Hòa (Vĩnh Phúc), Nguyễn Quang Mỹ và Đào Đình Bắc (1985) (Dẫn theo Phạm Văn Điển, 2009) [9] đã đưa ra một số đặc điểm xói mòn đất ở Việt Nam như sau: - Quá trình xói mòn đất ở Việt Nam có những đặc điểm khác biệt so với các nước ở miền ôn đới, hàn đới. Ở nước ta, hiện tượng xói mòn theo bề