Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới Có thể nói Docutraev (1846-1903) là người sáng lập ra khoa học về đất, nêu ra những nguyên tắc khoa học về sự phát sinh và phát triển của đất. Trước ông những nghiên cứu về đất không đặt trong mối liên hệ với những quy luật phát sinh và hình thành ra nó. Theo ông, nghiên cứu như vậy không toàn diện và là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến không tìm ra được những biện pháp tốt để nâng cao độ phì nhiêu của đất.
Ông khẳng định rõ ràng mối liên quan có tính chất quy luật giữa đất và các điều kiện của môi trường xung quanh. Trong nhiều năm nghiên cứu, kết quả được thể hiện ở trong công trình phân loại đất Secnôzôm ở Nga. Trong đó, Ông đã nêu ra học thuyết hình thành đất Secnôzôm, mô tả tính chất của chúng, những số liệu phân tích đặc điểm hình thái, quy luật phân bố đất Secnôzôm và phương pháp nâng cao độ phì nhiêu của chúng. Trên cơ sở nghiên cứu ấy, ông đã nêu ra cơ sở khoa học của việc hình thành đất trong điều kiện tự nhiên.
Ông cho rằng đất là một vật thể thiên nhiên, có lịch sử riêng. Nó được hình thành do tác động của 5 yếu tố là: Đá mẹ, sinh vật, khí hậu, địa hình và thời gian. Nghiên cứu đất không chỉ xét từng yếu tố, từng điều kiện riêng rẽ, mà phải xét chúng trong mối liên quan chặt chẽ với nhau. Ngoài ra ông còn nêu ra các vùng tự nhiên ảnh hưởng tới sự hình thành đất, sơ đồ phân loại đất của nửa phía bắc địa cầu, các phương pháp nghiên cứu đất và những biện pháp nâng cao độ phì nhiêu của đất.
Ông đã gắn chặt thổ nhưỡng lý thuyết với thực hành và đã nghiên cứu nguyên nhân làm cho khô hạn ở vùng đất thảo nguyên và đưa ra các biện pháp cải thiện chế độ nước ở vùng này để nâng cao độ phì nhiêu của đất. Dẫn theo Lê Văn Cường [3]. Docutraev đã nhấn mạnh rằng nhân tố chủ đạo trong quá trình hình thành đất ở nhiệt đới là thảm thực vật rừng. Bởi thực vật là nhân tố sáng tạo ra chất hữu cơ và khi chết đi nó tạo thành mùn [5].
Week (1970) đã nghiên cứu và cho thấy mối quan hệ giữa sinh trưởng của loài Techtona Grandis tại Su Đăng với một số yếu tố đất: R = 1/3 x P x S. Trong đó R là sinh trưởng hàng năm (m3/ha); P là độ dày tầng đất (cm); S là độ no bazơ (mg/100g) [30]. 3 Webb và Tracey (1969) trong rừng Nula nhiệt đới ở Úc sinh trưởng của thực vật phục thuộc vào đá mẹ, độ ẩm của đất, trong rừng thứ sinh một số nhân tố quan trọng là độ dày tầng đất, thành phần cấp hạt, CaCo3, hàm lượng mùn và đạm [8]. Ormand và Will khi nghiên cứu sau khai thác rừng P.
Radiata với chu kỳ ngắn đã cho thấy đất rừng bị thoái hóa khá rõ. Năm 1978, Turvey cũng cho biết khi thay thế rừng tự nhiên bằng P. radiata với chu kỳ 15 - 20 năm sản lượng 400 m3/ha đã làm giảm độ phì đất do khai thác. Hơn nữa do thảm thực mục rừng thông khó phân giải nên làm chậm quay vòng các chất khoáng ở các dạng lập địa này [6].
Week (1970) đã chỉ ra rằng, độ phì của đất đóng vai trò cực kỳ quan trọng và ảnh hưởng trực tiếp đến sinh trưởng và năng suất cây trồng. Ngược lại các loài cây khác nhau cũng có ảnh hưởng khác nhau đến độ phì đất. Trong những năm gần đây có một số công trình nghiên cứu cụ thể về vấn đề này và mới chỉ nghiên cứu cho từng đối tượng cây trồng cụ thể. Mối quan hệ giữa sinh trưởng của Tếch (Tectona grandis) và một số yếu tố đất được xây dựng thông qua phương trình: R = 1/3 (P x S), trong đó R là lượng tăng trưởng hàng năm (m3/ha); P là độ dày của tầng đất (cm) và S là độ no bazơ (mg/100 đất) [30].
Nghiên cứu các loài cây lá kim vùng núi cao Rocky Mountain (Hoa Kỳ), Merrill và cộng sự (1986) [38] đã kết luận: giữa tăng trưởng thể tích hàng năm (Ann VolGr) 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). Trong lĩnh vực đất rừng, đã có nhiều công trình của các tác giả trên thế giới đi sâu nghiên cứu về tính chất của đất ở các khu vực khác nhau, ở các cấp tuổi rừng trồng khác nhau và đã rút ra được kết luận: Nhìn chung độ phì của đất dưới rừng trồng đã được cải thiện tăng dần theo tuổi. Các loài cây khác nhau có ảnh hưởng rất khác nhau đến độ phì của đất, cân bằng nước, sự thủy phân thảm mục và chu trình dinh dưỡng khoáng. Chijiok (1989) đã nghiên cứu sự thay đổi độ phì của đất nhiệt đới do trồng cây Lõi thọ và Thông caribaea thuần loài ở 5 khu vực tại Trung Phi và Nam Mỹ cũng 4 thấy lượng mùn, đạm bị giảm đi nhanh chóng.
Đến năm thứ 6 - 7 các yếu tố này vẫn chưa được hồi phục. Lượng kali ban đầu tuy có tăng lên nhưng sau đó lại bị giảm đi rõ rệt. Tác giả cũng cho thấy, với chu kỳ khai thác 14 năm trung bình đất mất đi 150 - 400kg đạm, 200 - 1000kg kali cho mỗi hecta. Nhiều nghiên cứu đã xác nhận rằng, các cây gỗ mọc nhanh tiêu thụ một lượng dinh dưỡng rất lớn ở giai đoạn đầu và giảm dần ở các tuổi già hơn.
Vì vậy việc trồng cây mọc nhanh với chu kỳ khai thác ngắn ở nhiệt đới sẽ làm cho đất nhanh chóng bị kiệt quệ hơn so với các rừng trồng cây lá kim có chu kỳ dài (80 - 100) như ôn đới [9]. Nghiên cứu của Mongia và Bandyopadhyay (1992) chỉ ra, việc thay thế rừng mưa nhiệt đới bằng các loại rừng trồng có giá trị kinh tế cao như: Tếch, Cọ Dầu,… là nguyên nhân dẫn đến giảm chất hữu cơ, kali dễ tiêu, lân dễ tiêu và đặc biệt là dung trọng của đất tăng lên [3]. Ohta (1993) nghiên cứu về sự thay đổi tính chất đất do việc trồng rừng Keo lá tràm ở vùng Pantabagan, Philippin. Tác giả đã xem xét sự biến đổi tính chất đất dưới rừng Keo lá tràm 5 năm tuổi và rừng Thông ba lá 8 tuổi trồng trên đất thoái hoá nghèo kiệt.
Kết quả của tác giả cho thấy trồng rừng đã làm thay đổi dung trọng và độ xốp của đất ở tầng 0 - 5 cm theo hướng tích cực. Tuy nhiên, lượng Ca2+ ở tầng đất mặt dưới 2 loại rừng lại thấp hơn so với đối chứng (đất trống) [3]. Marquez và cộng sự (1993) nghiên cứu sự thay đổi tính chất đất dưới rừng Tếch trồng thuần loài ở các tuổi 2, 7 và 12. Tác giả cho thấy đất ở dưới rừng Tếch tuổi khác nhau đã có sự biến đổi khác nhau, cụ thể là Ca2+, Mg2+, 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 [9]. Theo Smith (1994) thì việc trồng rừng có thể đem lại những ảnh hưởng tích cực khi mà độ phì của đất được cải thiện. Ngược lại, nó có thể ảnh hưởng tiêu cực nếu nó làm mất cân bằng hay cạn kiệt nguồn dinh dưỡng trong đất. Nhìn chung, việc trồng rừng cải thiện các tính chất vật lý đất.
Tuy nhiên, việc sử dụng cơ giới hóa trong xử lý thực bì, khai thác, trồng rừng là nguyên nhân dẫn đến sự suy giảm sức sản xuất của đất [8]. Trong nghiên cứu tác dụng của thảm thực vật rừng của Mônin (Liên Xô cũ) thì chất rơi rụng hàng năm như sau: Ở thực bì thảm cỏ và thảo nguyên: 1 - 3 tấn/ha. Rừng ôn đới: 5 - 7 tấn/ha. 5 Ở rừng - thảo nguyên: 3 tấn/ha.
Ở rừng mưa mùa: 3 tấn/ha. Ở rừng mưa nhiệt đới xích đạo : 10 - 20 tấn/ha. Điều này chứng tỏ hàng năm với mỗi loại thảm thực vật khác nhau cho lượng cành khô lá rụng trả lại cho đất và độ phì của đất cũng khác nhau, kết quả nghiên cứu rừng mưa nhiệt đới có số lượng dinh dưỡng trả lại cho đất là lớn nhất. Năm 1999, Trung tâm Lâm nghiệp Quốc tế (CIFOR) đã nghiên cứu về quản lý lập địa và sản lượng rừng cho trồng rừng ở các nước nhiệt đới.
CIFOR đã tiến hành nghiên cứu trên các đối tượng là bạch đàn, thông, keo trồng thuần loại trên các lập địa khác nhau ở các nước Congo, Brazil, Nam Phi, Indonesia, Trung Quốc và Ấn Độ. Kết quả nghiên cứu cho thấy, các biện pháp xử lý lập địa khác nhau và các loài cây trồng khác nhau đã có ảnh hưởng rất khác nhau đến độ phì của đất, cân bằng nước, sự phân huỷ thảm thực vật và chu trình dinh dưỡng khoáng [24]. Trong những năm gần đây về lĩnh vực đất rừng, đã có rất nhiều công trình của các tác giả trên thế giới nghiên cứu về tính chất của đất ở các khu vực khác nhau, ở các cấp tuổi rừng trồng khác nhau và đã rút ra được kết luận: Nhìn chung độ phì của đất dưới rừng trồng đã được cải thiện tăng dần theo tuổi. Các loài cây khác nhau có ảnh hưởng khác nhau đến độ phì của đất, cân bằng nước, sự phân hủy thảm mục và chu trình dinh dưỡng khoáng [21, 31, 34, 35, 41, 43, 50].
Ở Việt Nam Nghiên cứu đất rừng mang những đặc trưng rõ nét mà các nhà nghiên cứu đều quan tâm chú ý đó là mối quan hệ hữu cơ giữa đất và thảm thực vật rừng, tức ảnh hưởng của đất tới rừng và ngược lại ảnh hưởng của rừng tới đất. Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới khí hậu nóng ẩm, bởi vậy sự phân bố của thực vật vô cùng phong phú. Trước đây, khi rừng còn chiếm 3/4 diện tích đất nước, hầu hết các loài thực vật nhiệt đới đều có mặt ở các loại đất Việt Nam. Hiện nay rừng bị tàn phá, nhiều loài thực vật đã bị suy giảm nghiêm trọng, một số loài có nguy cơ tuyệt chủng.
Nhất là những loài thực vật quí hiếm, có tác dụng làm thuốc hoặc có giá trị kinh tế cao [7].