Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.Trên thế giới. Nghiên cứu đặc điểm của đất rừng Đất rừng là thành phần quan trọng của hệ sinh thái rừng. Đất và quần thể thực vật rừng có mối quan hệ chặt chẽ và chịu sự tác động qua lại với nhau. Do vậy đất rừng có tính chất khác biệt so với nhiều loại đất khác.
Nghiên cứu về đất rừng đã được nhiều tác giả trên thế giới thực hiện từ những thế kỷ trước. Những kinh nghiệm, đầu tiên về đất được tích luỹ trong thời cổ Hy lạp “Sự phân loại đất” độc đáo trong các tuyển tập của những nhà triết học cổ Hy lạp Aristos, Teoflast. Các ông lúc bấy giờ đã chia ra đất tốt, đất phì nhiêu và đất cằn cỗi, không phì nhiêu. Tuy vậy, thổ nhưỡng phát triển thành một khoa học muộn hơn nhiều.
Độ phì nhiêu của đất đóng vai trò cực kỳ quan trọng và ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và chất lượng cây trồng. Ngược lại, các loài cây khác nhau cũng có ảnh hưởng đến độ phì đất khac nhau. Trên thế giới, nhiều nghiên cứu đã tập trung vào mối quan hệ giữa đặc tính của đất và sinh trưởng của cây trồng. Nhiều quan điểm cho rằng đối với vùng ôn đới phản ứng của đất (pH), hàm lượng CaCO3 và các chất bazơ khác, thành phần cấp hạt và điện thế ôxy hóa khử của đất là những yếu tố quan trọng nhất, có nghĩa là yếu tố hóa học quan trọng hơn yếu tố vật lý.
Còn ở những vùng nhiệt đới, các nghiên cứu cho rằng các yếu tố: Khả năng giữ nước, độ sâu của đất, độ thoáng khí của đất là những yếu tố giữ vai trò chủ đạo tức là yếu tố vật lý quan trọng hơn yếu tố hóa học. 4 Tại Mỹ, năm 1964, Klingebiel và Nontgomery. [30] thuộc nhiệm vụ bảo tồn đất đai Bộ nông nghiệp đưa ra khái niệm (khả năng đất đai) trong công tác đánh giá đất đai ở Hoa Kỳ. Trong việc đánh giá này các đơn vị bản đồ đất đai được nhóm lại dựa vào khả năng sản xuất một loại cây thực vật tự nhiên nào đó, chỉ tiêu chính thức là các hạn chế của lớp phủ thổ nhưỡng đối với mục tiêu canh tác được đề nghị.
Hệ thống đánh giá đất đai này mang tính chất sơ bộ, gắn đất đai với hiện trạng sử dụng đất hay còn gọi là "loại hình sử dụng đất". (1942) (trích dẫn theo Phạm Văn Điển, (1998)) [5] cùng với các cộng tác viên ở bang Iowa, Mỹ đã nghiên cứu tính xói mòn của các loại đất và ảnh hưởng các phương thức luân canh cùng với phương pháp trồng cây tới ảnh hưởng của xói mòn. Cũng trong thời gian này, một ban nghiên cứu xói mòn được thành lập và lần đầu tiên yếu tố mưa đã được đề cập tới. Sau đó, hàng loạt các phương trình đã được công bố như phương trình Musgrave; Phương trình xói mòn phổ dụng của Wischmeier W.D (RUSLE), đây là phương trình hiện đang được áp dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới, cho kết quả khả quan.
(1971) [10] thì rừng nhiệt đới có tới 75 % tổng lượng các bon hữu cơ nằm trong phần sinh khối của rừng, phần các bon nằm trong đất dưới rừng chỉ có 25%…Đặc biệt sự trao đổi vật chất giữa rừng nhiệt đới và đất, diễn ra rất nhanh và mãnh liệt, tạo thành một vòng tuần hoàn vật chất giữa rừng và đất được khép kín, trong thời gian rất ngắn, so với các miền rừng ôn đới. Đặc điểm này đã giải thích rõ nguyên nhân sự giảm sút nhanh về độ phì của đất, khi thảm thực vật rừng nhiệt đới bị phá huỷ, như đốt rừng làm nương rẫy. (1959) [35] khi nghiên cứu chu trình dinh dưỡng giữa rừng và đất ở Amazôn đã cho thấy trong rừng nhiệt đới tự nhiên, lớp nấm, rễ dày đặc trong tầng đất mặt đã phân huỷ tức thời lớp thảm mục và thu hút ngay các chất dinh dưỡng khoáng rồi chuyển tiếp vào tế bào của cây gỗ. Stark và Jordan đã gọi hiện tượng đó là cái "bẫy dinh dưỡng" nhằm đảm bảo cho các muối khoáng không bị rửa trôi và quay vòng được nhiều lần trong một năm.
Chính cơ chế này đã tạo điều kiện cho rừng nhiệt đới phát triển nhanh với một lượng dinh dưỡng rất nghèo so với đất ôn đới, các tác giả này đã cho rằng trong điều kiện rừng nhiệt đới sống gần như chỉ cần vào lớp đất mỏng phía trên cùng. Tuy nhiên hiện tượng này chỉ xảy ra ở các rừng cực đỉnh tự nhiên. Nó không xảy ra ở các rừng trồng với chu kỳ khai thác ngắn. (1994) [33] thì việc trồng rừng có thể đem lại những ảnh hưởng tích cực khi mà độ phì đất được cải thiện.
Ngược lại nó đem lại 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 hoá trong xử lý thực bì, khai thác, trồng rừng là nguyên nhân dẫn đến sự suy giảm sức sản xuất của đất. Kostưtrev thực hiện nhiều nghiên cứu về mối quan hệ giữa đất và thực vật và đưa ra nhiều lý luận có giá trị về thổ nhưỡng và trồng trọt.
Ông đã xác định đất là lớp thổ bì trong đó có một khối lớn rễ thực vật phát triển và nhấn mạnh mối liên quan chặt chẽ của sự hình thành đất với hoạt động sống của thực vật. Lần đầu tiên ông đã đưa ra khai niệm về sự hình thành mùn liên quan đến hoạt động sống của vi sinh vật. Những công trình của ông về tốc độ phân giải xác thực vật phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm, tính chất lý học của đất và hợp chất cacbonnat canxi có ý nghĩa rất quan trọng. Và ông đã chỉ ra vai 6 trò to lớn của cấu trúc đất bền trong nước đối với độ phì nhiêu của đất.
Ông đã nêu lên sự liên hệ chặt chẽ giữa các biện pháp kỹ thuật nông nghiệp với những tính chất cuả đất và nhấn mạnh sự cần thiết phải thay đổi các biện pháp canh tác cho phù hợp với điều kiện khí hậu và đất đai của từng vùng. Trong công trình “đất sécnôzôm Nga” (1886) ông đã nêu ra các đặc điểm hình thành mùn trong đất và các biện pháp nâng cao độ phì nhiêu của đất. Công lao lớn của ông là đã gắn chặt giữa thổ nhưỡng và trồng trọt. Những năm cuối thế kỷ XIX và đầu thế kỷ XX liên quan với sự phát triển chung của khoa học tự nhiên và vật lý, hoá học và sinh vật học, trong thổ nhưỡng cũng hình thành các chuyên môn vật lý đất, hoá học đất và sinh học đất.
(Liên Xô, 1960, 1973) (trích dẫn theo Phạm Văn Điển, (1998)) [5] đã nghiên cứu rất tỉ mỷ sự khác biệt về lượng nước bị giữ lại trên các tán rừng, lượng nước chảy men thân cây, khả năng thấm và giữ nước của đất rừng. Ông khẳng định rằng cây rừng có ảnh hưởng rất lớn đến độ ẩm đất và mực nước ngầm. Bên cạnh khả năng thấm nước, đất rừng còn có khả năng giữ nước. Đó là khả năng của đất giữ nước lại cho nó trong điều kiện có dòng chảy tự do về phía dưới.
Số lượng nước được đất giữ lại trong những điều kiện như vậy được đặc trưng bằng độ ẩm. Nó có tầm quan trọng lớn trong sản xuất nông nghiệp cũng như trong kinh doanh rừng. Tại Trung Quốc, Trung Quốc thường dùng lượng nước bão hoà phi mao quản trong đất rừng để tính toán, theo kết quả nghiên cứu của Hà Đông Ninh, 1991, mỗi hecta đất rừng tàng trữ được lượng nước là 641-679 tấn. Trung tâm thực nghiệm Gunnarsholt giới thiệu công trình nghiên cứu về chu kỳ tính toán độ ẩm đất rừng theo 3 nguyên tắc: tính toán thể tích lớp bề mặt, 7 phẫu đồ nước trong lớp đất dưới lớp bề mặt và phẫu đồ thể tích thế năng nước trong đất.
Tại úc Khi nghiên cứu về rừng mưa nhiệt đới ở Autralia, Week (1970) [36], đã khẳng định sinh trưởng của thực vật phụ thuộc vào các yếu tố: Đá mẹ, độ ẩm của đất, thành phần cơ giới, hàm lượng mùn, đạm Turvey. (1983) [34] cũng cho rằng sự thay thế rừng bạch đàn tự nhiên ở Úc bằng rừng trồng thông (Pinus radiata) với chu kỳ chặt 15 – 20 năm (400m3/ha) cũng làm giảm độ phì đất do khai thác gỗ. Mặt khác tầng thảm mục dày và khó phân giải của thông cũng làm chậm sự quay vòng các nguyên tố khoáng và đạm ở các lập địa này. Nghiên cứu của Keeves.
(1966) [31] đã bước đầu cho thấy sự thoái hóa lập địa do khai thác rừng thông Pinus radiata với chu kỳ ngắn ở Úc. Theo tác giả, có tới 90% chất dinh dưỡng trong sinh khối bị lấy đi khỏi rừng khi khai thác. Nhìn chung những nghiên cứu quan hệ giữa thực vật với tính chất đất đai đã được nghiên cứu rộng dãi và đã có những kết quả nhất định, có thể áp dụng vào thực tiễn nông lâm nghiệp. Nghiên cứu đặc điểm của đất dưới rừng keo Công tác nghiên cứu về đặc điểm, đặc tính của đất dưới rừng keo cũng như các loại cây khác trên thế giới đã được nhiều tác giả quan tâm.
( 1993 ) [32] nghiên cứu về sự thay đổi tính chất do việc trồng rừng keo lá tràm ở vùng Pantabanga, Philippines. Tác giả đã xem xét sự biến đổi tính chất đất dưới rừng keo lá tràm 5 tuổi và rừng thông ba lá 8 tuổi trồng trên đất thoái hóa nghèo kiệt. Kết quả nghiên cứu của tác giả cho thấy trồng rừng đã làm thay đổi dung trọng và độ xốp của đất ở tầng 0 – 5cm theo hướng 8 tích cực. Tuy nhiên lượng Ca2+ ở tầng đất mặt dưới 2 loại rừng này lại thấp hơn so với đối chứng.
(1989) [29] đã nghiên cứu về sự thay đổi tính chất đất dưới tán rừng keo lá tràm ở các tuổi 2, 3 và 4. Kết quả nghiên cứu cho thấy rừng trồng keo lá tràm cải thiện đáng kể một số tính chất độ phì đất như pH của đất biến đổi từ 5.6, khả năng giữ nước của đất tăng từ 22.7%, chất hữu cơ tăng từ 0.7%, đạm tăng từ 0.504% và đặc biệt là mầu sắc của đất cũng biến đổi một cách rõ rệt từ mầu nâu vàng sang mầu nâu. (1993) [26] nghiên cứu về động thái lượng rơi rụng và chất hữu cơ của rừng cây mọc nhanh gồm bạch đàn lai, keo tai tượng và keo lá tràm ở các tuổi từ 5 – 8 tuổi trồng trên đất cát thuộc khu vực tây nam Congo.