Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Một số khái niệm cơ bản Rừng phòng hộ: Theo luật Bảo vệ và phát triển rừng năm 2004, rừng phòng hộ là loại rừng được sử dụng chủ yếu để bảo vệ nguồn nước, bảo vệ đất, chống xói mòn, chống xa mạc hóa, hạn chế thiên tai, điều hòa khí hậu góp phần bảo vệ môi trường. RPHĐN: Theo Quyết định 186/2006/QĐ-TTG ngày 14/8/2006, đưa ra khái niệm về RPHĐN là: RPHĐN là rừng được xác lập nhằm tăng cường khả năng điều tiết nguồn nước của các dòng chảy, hồ chứa nước để hạn chế lũ lụt, giảm xói mòn, bảo vệ đất, hạn chế bồi lấp các lòng sông, lòng hồ. RPHĐN được xác lập dựa trên các tiêu chí và chỉ số về diện tích, lượng mưa, độ dốc, độ cao, đất.
Quy mô của RPHĐN phù hợp với quy mô của lưu vực sông và việc quản lý RPHĐN gắn với việc quản lý tổng hợp lưu vực sông. Vùng đầu nguồn: Là hệ thống phức hợp do 3 hệ thống con tạo thành: Hệ thống kinh tế, hệ thống sinh thái, hệ thống xã hội. Do sự tồn tại của điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội có tính chất khu vực, nên các hệ thống này có sự khác biệt khá rõ nét về đặc điểm ranh giới, cấu trúc, chức năng, vật chất. về thực chất là phân vùng đầu nguồn hoặc lưu vực thành các đơn vị diện tích khác nhau, trong đó mỗi đơn vị diện tích đều có sự đồng nhất về kinh tế, sinh thái và xã hội.
Thông qua mối quan hệ qua lại giữa các bộ phận tổ thành trong nội bộ của các hệ thống đó sẽ là những căn cứ khoa học có tính chiến lược để quy hoạch phát triển vùng đầu nguồn, cho việc lợi dụng hợp lý và bền vững tài nguyên thiên nhiên nhằm thúc đẩy sự phát triển hài hòa và bền vững ở vùng đầu nguồn. Cấp phòng hộ đầu nguồn (vùng xung yếu): Cấp phòng hộ đầu nguồn là một chỉ tiêu phản ánh nguy cơ suy thoái tài nguyên nước và đất của một 3 khoảnh đất nào nó, được biểu hiện bằng một trong ba mức độ từ thấp đến cao, gồm: ít xung yếu (IXY), xung yếu (XY) và rất xung yếu (RXY). Yêu cầu xây dựng RPHĐN cũng tăng dần theo ba cấp phòng hộ đầu nguồn này. Cấp đầu nguồn là tập hợp những cảnh quan có những đặc trưng nhất định về mặt địa lý, địa hình, thổ nhưỡng, khí hậu thủy văn và kinh tế xã hội.
Mỗi cấp đầu nguồn thích hợp cho một kiểu sử dụng đất đặc trưng, như vậy phân cấp đầu nguồn cho phép xác định vị trí của những vùng rủi ro có liên quan đến sử dụng đất. Phân cấp đầu nguồn: Phân cấp đầu nguồn là phân chia cảnh quan (hoặc diện tích đầu nguồn) thành các cấp khác nhau, như là sự mô tả tiềm năng về nguy cơ xói mòn theo đặc điểm tiềm năng địa hình dựa vào các đặc trưng địa lý và môi trường của chúng. Phân cấp đầu nguồn tập trung vào quá trình suy thoái đất và nước cũng như những biện pháp ngăn chặn chúng thông qua việc sử dụng đất thích hợp. Mức nhạy cảm ở vùng đầu nguồn không đồng nhất, phụ thuộc vào điểm của những nhân tố quyết định đến tiềm năng xói mòn và nguy cơ khô hạn, trong đó quan trọng nhất là độ dốc, độ cao, loại đất và chế độ mưa.
Khi độ dốc càng lớn, độ cao càng tăng, khả năng chứa nước của đất càng thấp, lượng mưa càng nhiều thì mức nhảy cảm càng cao. Việc phân tích tính nhạy cảm của vùng đầu nguồn, phân chia và ghép nhóm các diện tích trong nó thành những cấp có mức nhạy cảm khác nhau và cần có những biện pháp quản lý khác nhau được gọi là phân cấp đầu nguồn. Như vậy, thực chất phân cấp đầu nguồn là việc nghiên cứu những đặc điểm của vùng đầu nguồn, ghép chúng thành những nhóm lớn nhỏ khác nhau theo tiềm năng xói mòn và khô hạn. Ở Việt Nam, vùng đầu nguồn được phân chia thành 3 cấp với mức độ xung yếu khác nhau: 4 - Vùng rất xung yếu: Bao gồm những nơi đầu nguồn nước, có độ dốc lớn, gần sông, gần hồ có nguy cơ bị xói mòn mạnh, có yêu cầu cao nhất về điều tiết nước.
- Vùng xung yếu: Bao gồm những nơi có độ dốc, mức độ xói mòn và điều tiết nguồn nước trung bình, nơi có điều kiện kết hợp phát triển sản xuất lâm nghiệp, có yêu cầu cao về bảo vệ đất và sử dụng đất. - Vùng ít xung yếu: Bao gồm những nơi có độ dốc thấp, ít nguy cơ xảy ra xói mòn, dòng chảy và các sự cố khác về môi trường. Suy thoái rừng RPHĐN: Các khái niệm về suy thoái rừng phòng hộ còn rất hạn chế và chưa có khái niệm chính thống, có một số nghiên cứu đề cập như sau: Suy thoái rừng RPHĐN là quá trình biến đổi của rừng theo chiều hướng làm giảm dần khả năng đảm bảo chức năng phòng hộ, chủ yếu là chức năng giữ đất và bảo vệ nguồn nước. RPHĐN bị suy thoái nghiêm trọng là rừng bị biến đổi đến mức không còn khả năng tự phục hồi để đảm bảo được các chức năng phòng hộ của nó trong một khoảng thời gian nhất định.
Các nghiên cứu ngoài nước Lược sử nghiên cứu về RPHĐN thường gắn liền với các nghiên cứu về xói mòn đất, thủy văn rừng, phương pháp phân cấp đầu nguồn…do vậy có thể điểm qua một số nét lớn có liên quan đến nội dung nghiên cứu của đề tài như sau: - Về xói mòn đất - Về chức năng phòng hộ nguồn nước của rừng - Về phương pháp phân cấp đầu nguồn - Ứng dụng công nghệ thông tin (GIS) và viễn thám đánh giá suy thoái thực vật vùng đầu nguồn. Messreli và Ives, 1997- trong Price, M F., 2000 [35] cho rằng: Rừng đầu nguồn là các hệ sinh thái ở những vùng núi nơi xuất phát của các hệ thống sông, suối được coi là những “tháp nước” của thế giới và có tầm 5 quan trong tối cao trong việc duy trì và cung cấp nguồn nước sạch, lương thực, năng lượng và nguyên liệu cho các ngành công nghiệp. Rừng đầu nguồn chứa đựng nhiều hệ sinh thái độc đáo và là nguồn ĐDSH làm cơ sở cho sự phát triển bền vững cho cả vùng cao và vùng thấp. Vai trò của rừng đầu nguồn trong bảo vệ đất, cung cấp nước, duy trì lượng mưa, phát triển du lịch sinh thái, cung nước và năng lượng thủy điện, giữ gìn ĐDSH, các giá trị văn hóa và truyền thống dân tộc đã được khuếch đại trong nhiều nghiên cứu.
Tuy nhiên, có rất ít trong số này được chuyển thành hành động cụ thể. Các hệ sinh thái vùng núi nói chung không được liệt vào hàng ưu tiên cao của các cơ quan hỗ trợ phát triển ngoại trừ một số ít nơi dễ tiếp cận và du lịch sinh thái. Điều này sẽ không thay đổi nhiều nếu sự liên kết giữa việc bảo tồn rừng miền núi với sự phát triển bền vững không được trình diễn bằng thực nghiệm dựa trên các luận cứ khoa học. Các lựa chọn cho chiến lược nghiên cứu và phát triển phải đặc trưng cho từng mục tiêu và cho từng lập địa.
Năm lựa chọn chiến lược sau đây cần được tối ưu hóa để liên kết việc bảo tồn rừng đầu nguồn với phát triển bền vững con người. (1) Liên kết giữa bảo vệ rừng đầu nguồn với khả năng cung cấp nước; (2) Liên kết rừng đầu nguồn với bảo vệ đất và nước, phòng ngừa suy thoái đất và các lợi ích thủy văn; (3) Liên kết bảo tồn rừng đầu nguồn với biến đổi khí hậu; (4) Liên kết bảo tồn rừng đầu nguồn với du lịch sinh thái bền vững; và (5) Liên kết rừng đầu nguồn với các lợi ích ĐDSH (Price, M. Các nghiên cứu về khả năng giữ nước Thomasius et al., 1978: Hạn chế lũ của RPHĐN thường được thực hiện theo hai cách tiếp cận: Tiếp cận theo quy mô khu rừng và tiếp cận theo quy mô lưu vực. - Ở quy mô khu rừng, người ta tập trung nghiên cứu chế độ thủy văn rừng bằng phương trình cân bằng nước: 6 M=B+C+ (T-S) Trong đó: M là lượng mưa, B là lượng bốc hơi, C lượng nước chảy bề mặt, T là lượng nước thấm vào đất, S là lượng nước được sử dụng, (T-S) thể hiện sự thay đổi trữ lượng nước trong đất.
Lượng mưa khi rơi vào tán rừng được chia thành 4 phần như sau: Nt = Nr + Nmt + Ng + Nb Trong đó: Nt là lượng nước mưa rơi xuống tán rừng; Nr là lượng nước lọt qua tán rừng rơi trực tiếp xuống mặt đất, Nmt là lượng nước chảy men thân xuống mặt đất, Ng là lượng nước đọng lại trên tán rồi giỏ giọt xuống mặt đất và Nb là lượng nước bốc hơi từ tán và từ mặt đất trở lại không khí. Các thành phần này phụ thuộc vào điều kiện bức xạ, gió và độ ẩm không khí và trước hết là lượng mưa cụ thể. Nếu cơn mưa nhỏ toàn bộ lượng nước sẽ được tán lá hấp thụ rồi bốc hơi, khi lượng mưa lớn dần thì tỷ lệ nước đạt đến mặt đất cũn tăng lên và có thể đạt 90% ở các cơn mưa lớn, lượng nước bốc hơi bình quân từ 15-30%. - Ở quy mô lưu vực, người ta tập trung nghiên cứu vào mối quan hệ của các đặc trưng dòng chảy, tổng lượng dòng chảy, mô đun dòng chảy, độ muộn đỉnh lũ, hệ số tăng, giảm lũ.
với diện tích và tỷ lệ che phủ rừng dưới ảnh hưởng các nhân tố mưa, địa hình, thổ nhưỡng và hình dạng lưu vực. Công cụ quan trọng nhất của hướng nghiên cứu theo quy mô lưu vực là các phương trình cân bằng nước và các phương pháp phân tích đa biến. Phương trình cân bằng nước trong lưu vực được dùng để xác định các đại lượng khó điều tra như lượng bốc hơi và dòng chảy ngầm từ những đại lượng đã biết như lượng mưa, dòng chảy bề mặt và lượng nước còn lưu lại trong lưu vực. Phương pháp phân tích đa biến được sử dụng để phát hiện các tương quan giữa rừng với các nhân tố dòng chảy dưới ảnh hưởng của các biến số địa hình, khí hậu và đất đai.
Những thí nghiệm nghiên cứu về ảnh hưởng của rừng đến dòng 7 chảy thường rất tốn kém, nhưng quy luật ảnh hưởng của rừng vẫn chưa được làm sáng tỏ đầy đủ. Nguyên nhân là do thông tin về đặc điểm của nhiều nhân tố nhân tố ảnh hưởng như độ dốc, độ chênh cao, loại và dạng đất trong lưu vực thường không chính xác. Chúng thường biến động mạnh trong một lưu vực và gây nhiễu cho quá trình phân tích ảnh hưởng của rừng đến dòng chảy (Fiebiger, G.