Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về ảnh hưởng của lập địa đến cây trồng 1. Trên thế giới Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của các nhân tố lập địa đến sinh trưởng và phát triển cho từng đối tượng cây trồng như các loài cây lá kim, Tếch, Bạch đàn, Keo… Week J. (1970) [64] khi nghiên cứu về rừng mưa nhiệt đới ở Australia đã khẳng định sinh trưởng của thực vật phụ thuộc vào các yếu tố: đá mẹ, độ ẩm của đất, thành phần cơ giới, CaCO3, hàm lượng mùn và đạm.
Cũng theo tác giả, lượng tăng trưởng hàng năm (R - m3/năm) của Tếch (Tectona grandis) chịu ảnh hưởng của độ sâu tầng đất (P, cm) và độ no bazơ (S, mg/100g đất) thông qua phương trình: R = 1/3(P*S) (1.1) Nghiên cứu các loài cây lá kim vùng núi cao Rocky Mountain (Hoa Kỳ) Merrill R. Kaufmann and Michael G. Ryan (1986) [55] đã kết luận: giữa tăng trưởng thể tích hàng năm (AnnVolGr) 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): Phương trình tương quan giữa tăng trưởng thể tích hàng năm và hiệu suất sinh trưởng của cây với một số nhân tố lập địa TT Loài cây Phương trình tương quan r2 AnnVolGr=0,044+0,168*10- 5 (1. Kaufmann and Michael G.
Ryan (1986) [55] Đến năm 1988, công trình nghiên cứu của Jain S. [48] đã đề cập đến mối quan hệ giữa sinh trưởng của rừng tự nhiên và rừng phi lao với một số tính chất đất. Kết quả nghiên cứu cho thấy tính chất của đất liên quan trực tiếp đến lượng tăng trưởng về chiều cao và đường kính hàng năm. Tuy nhiên, mối quan hệ giữa tính chất đất và tăng trưởng chiều cao là chặt chẽ hơn so với tăng trưởng đường kính.
Các loài cây mọc nhanh luôn được cho rằng có khả năng thích ứng tốt trên mọi điều kiện lập địa. Nghiên cứu mới đây của Christian Rarivoson, Manon Vincelette, Tsitandy and Roger Mara (2008) [40] cũng đưa ra kết luận tương tự khi tiến hành điều tra về sinh trưởng và khả năng thích ứng của 5 loài cây mọc nhanh gồm có Acacia mangium, A. crassicarpa, Eucalyptus camaldulensis, E. robusta và Corymbia citriodara khi đem trồng trên đất cát và nghèo dinh dưỡng ở vùng Mandromondromotra - Madargasca.
Kết quả cho thấy, tỷ lệ sống sót của các loài cây trên được trồng sau 3 năm biến động từ 60 – 90% và chiều cao đạt từ 2,0 – 4,9m. Như vậy, các loài cây này có thể trồng được trên đất nghèo dinh dưỡng ở khu vực nghiên cứu. Mặc dù Acacia mangium và A. crassicarpa có tỷ lệ sống sót thấp nhất nhưng 2 loài này sinh trưởng chiều cao lại lớn nhất (lần lượt là 4,9m và 4,6m).
Mức độ tăng trưởng chiều cao của các loài Keo trung bình là 2m/năm cho thấy khả năng thích nghi với điều kiện khí hậu ẩm và đất cát nghèo dinh dưỡng – các khoáng chất, chất hữu cơ và đạm, có pH thấp (pH từ 4 - 5). Nguyên nhân là do các loài Keo c 6 này có khả năng cố định đạm trong không khí thông qua quá trình tuần hoàn dinh dưỡng từ tán lá và rễ có thể giúp cải tạo độ phì cho đất. Nói tóm lại, nguyên tắc “đất nào cây ấy” không những chỉ phù hợp với các cây trồng nông nghiệp mà còn là cơ sở quan trọng trong lựa chọn cây trồng trong sản xuất lâm nghiệp. Nghiên cứu để tìm ra các nhân tố lập địa có ảnh hưởng lớn nhất đối với sinh trưởng của các loài cây rừng sẽ giúp lựa chọn được nơi trồng thích hợp, điều chỉnh các biện pháp kỹ thuật lâm sinh và quản lý lập địa nhằm nâng cao năng suất và tính bền vững của rừng trồng.
Ở Việt Nam Ở Việt Nam các nghiên cứu về ảnh hưởng của lập địa đến cây trồng mục đích chủ yếu là nhằm xác định điều kiện gây trồng và phân hạng đất trồng rừng cho các loài cây lâm nghiệp. Các tác giả Ngô Đình Quế, Vũ Tấn Phương và các cộng sự đã thực hiện nhiều công trình nghiên cứu và đưa ra các kết luận có ý nghĩa quan trọng về lĩnh vực này. Năm 1991, Ngô Đình Quế [16] đã xem xét mối quan hệ giữa chiều cao tầng trội (Hdo) của Thông ba lá với một số yếu tố sinh thái cho các lâm phần có tuổi từ 5 – 30. Kết quả cho thấy chiều cao tầng trội (Hdo) chịu tác động của các nhân tố độ dày tầng đất (D), nhóm thực bì dưới rừng (TB) và tuổi cây (A) theo phương trình: Hdo = 0,99659*A0,859*TB0,3218*D0,5011 (1.8) Tác giả Vũ Tấn Phương (2001) [11] cũng đã đưa ra phương trình để dự đoán sinh trưởng Hvn và D1,3 theo tuổi của Keo lai dựa trên việc lựa chọn các chỉ tiêu đất ảnh hưởng chủ yếu là: tổng số mùn (M), dung trọng đất (d), pH(H2O) và tuổi rừng (A): Hvn = 14,222 – 0,719M – 17,193d + 2,2pH(H2O) + 2,013A (r = 0,96) (1.10) c 7 Năm 2008, Đinh Thanh Giang, Ngô Đình Quế (2008) [19] và Nguyễn Văn Thắng, Ngô Đình Quế (2008) [24], cũng chỉ ra các tính chất của đất có ảnh hưởng rõ rệt nhất đến năng suất rừng trồng (Vc/năm) của các loài Thông mã vĩ, Thông nhựa và Keo tai tượng.
Các yếu tố này bao gồm: độ dày tầng đất (DD), hữu cơ tổng số (OM, %) và lân dễ tiêu (Pdt, ppm): Phương trình tương quan giữa năng suất rừng trồng với các chỉ tiêu đất TT Loài cây Phương trình tương quan r2 Vc/năm = -11,98*10-3 + 0,21*10-3DD + 1,81*10- (1.11) Thông mã vĩ 0,96 3 *OM + 0,81*10-3*Pdt Vc/năm = - 8,2*10-3 + 0,13*10-3DD + 2,6*10-3OM (1.12) Thông nhựa 0,90 + 17*10-3Pdt Keo tai Vc/năm = - 3*10-3 + 0,1*10-3DD + 10-3*OM + (1.13) 0,94 tượng 0,1*10-3Pdt Nguồn: Đinh Thanh Giang, Ngô Đình Quế (2008) [6] và Nguyễn Văn Thắng, Ngô Đình Quế (2008) [24] Cũng theo Ngô Đình Quế (2008) [19] sinh trưởng chiều cao trung bình hàng năm (H) và trữ lượng (M, m3/ha) của rừng Thông ba lá ở Lâm Đồng chịu sự tác động bởi một số nhân tố lập địa đã được xác định là: các nhóm thực bì (TB) bên dưới lâm phần thông ba lá, độ dày đất (D, cm), số cây/ha (N); độ xốp (X, %) và CaMg (lđl/100g đất): M = 0,1268 x (TB)0,2880 x (D)0,6189 x (N)0,8062 (r = 0,92) (1.15) Các nghiên cứu trên đây đều cho kết luận chung rằng sinh trưởng của các loài cây trồng rừng chính ở Việt Nam có mối quan hệ chặt chẽ với các yếu tố lập địa chủ đạo có ảnh hưởng đến độ phì của đất. Đây là cơ sở khoa học quan trọng trong việc xác định cây trồng phù hợp trên các lập địa cụ thể. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu này có dung lượng mẫu nhỏ, vì vậy khả năng đại diện cho tổng thể còn chưa cao. Tổng quan về ảnh hưởng của rừng trồng đến đất 1.
Trên thế giới Bất cứ quá trình sinh trưởng và phát triển nào của cây trồng đều ít nhiều có ảnh hưởng đến tính chất của đất đặc biệt là các chỉ tiêu độ phì đất. Nhưng sự ảnh hưởng của các loài cây mọc nhanh hoặc các loài cây kinh doanh với chu kỳ ngắn đến đất vẫn là các đối tượng chủ yếu được các nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm. Đối với Thông và Tếch, nghiên cứu của Keeves (1966) [52] đã bước đầu cho thấy lập địa bị thoái hóa sau khi khai thác rừng Thông Pinus radiata trồng với chu kỳ ngắn ở Úc. Theo tác giả, có tới 90% chất dinh dưỡng trong sinh khối bị lấy đi khỏi rừng sau khi khai thác.
Nhưng chưa có kết luận khẳng định về sự ảnh hưởng của Tếch đến độ phì đất. Năm 1983, sau kết luận của Keeves (1966) [52] về ảnh hưởng của Thông Pinus radiata và Tếch, Turvey N. (1983) [63] cũng đã tiếp tục nghiên cứu cho hai đối tượng này. Theo ông, tầng thảm mục dày và khó phân giải của Thông làm chậm sự quay vòng các nguyên tố khoáng và đạm ở các lập địa này.
Tuy nhiên, sự thay thế rừng Bạch đàn tự nhiên ở Úc bằng rừng trồng Thông Pinus radiata với chu kỳ chặt 15 – 20 năm (400 m3/ha) vẫn làm giảm độ phì đất sau khai thác. Nếu như ở nghiên cứu của Keeves (1966) [52] trước đây cho rằng chưa có bằng cớ gì về việc làm giảm lập địa của Tếch nhưng Turvey (1983) [63] đã khẳng định trồng Tếch thuần loài ở Ấn Độ và Java đã làm giảm độ phì và năng suất luân kỳ sau. Nghiên cứu của Marquez O. (1993) [54] cũng kết luận tính chất đất dưới rừng Tếch trồng thuần loài tuổi khác nhau (2,7 và 12 tuổi) đã có sự biến đổi, cụ thể là lượng Ca, Mg, 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. Sự thay đổi độ phì nhiệt đới về hàm lượng mùn và đạm trong đất do trồng Lõi thọ và Thông caribaea thuần loài theo chiều hướng giảm đi nhanh chóng tiếp tục được khẳng định khi nghiên cứu ở 5 khu vực tại Trung Phi và Nam Mỹ bởi Chijiok E. Theo nghiên cứu này, đến năm thứ 6 – 7 các yếu tố này c 9 vẫn chưa phục hồi. Lượng Kali tuy ban đầu có tăng lên, nhưng sau đó lại bị giảm rõ rệt.
Tác giả cũng cho thấy với chu kỳ khai thác 14 năm, trung bình đất bị mất đi 150 – 400 kg đạm, 200 – 1000 kg Kali cho mỗi hecta. Tác giả cũng dự đoán với nhịp độ khai thác như vậy thì sản lượng khó giữ vững được ở các luân kỳ sau. Ảnh hưởng của rừng trồng Bạch đàn đến đất vẫn còn đang gây tranh cãi. Nếu như theo nghiên cứu của Keeves (1966) [52] ông đã kết luận Keo Acacia mearnsii đã 8 luân kỳ chặt chồi mà chưa thấy giảm năng suất rõ rệt trong lúc rừng Bạch đàn sau 3 luân kỳ đã giảm sản lượng nếu không có phân bón.
Nhưng trái với kết luận này, Ghosh R. và Aparajita Mandi (1987) [34] khi nghiên cứu về ảnh hưởng của rừng Bạch đàn lai trồng vào các năm 1971, 1975 và 1981 đến tính chất đất lại cho thấy nhìn chung độ phì đất dưới rừng Bạch đàn lai đã được cải thiện và tăng theo tuổi cây. Chất hữu cơ và dung lượng cation trao đổi tăng đáng kể trong khi đạm tổng số tăng rất ít và độ chua của đất cũng giảm.