Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới Nghiên cứu về rừng ngập mặn và hiệu quả chắn sóng của các dải rừng ngập mặn. Rừng ngập mặn là tên chung của những dải rừng ven biển bị ngập thường xuyên hoặc định kỳ bởi thuỷ triều. Với diện tích rộng, sinh khối lớn, tổ thành đa dạng và đặc biệt là phân bố ở nơi “đầu sóng ngọn gió” rừng ngập mặn được xem là đối tượng có giá trị kinh tế và sinh thái to lớn.
Nó có khả năng cung cấp gỗ củi và nhiều loại hải sản giá trị, có khả năng cố định bùn cát, chắn gió, chắn sóng bảo vệ các nhà cửa, đồng ruộng và những công trình kinh tế văn hoá ven bờ, góp phần quan trọng vào bảo vệ môi trường sống của con người và thiên nhiên nói chung ở nhiều vùng duyên hải. Với ý nghĩa kinh tế và sinh thái to lớn rừng ngập mặn đã trở thành đối tượng nghiên cứu của nhiều tác giả. Đến cuối thế kỷ XX các nghiên cứu đã được thực hiện ở hầu hết các quốc gia có RNM. Chúng tập trung vào ba lĩnh vực chính: (1) - sự hình thành đặc điểm cấu trúc và sinh thái RNM, (2)- giá trị kinh tế và sử dụng RNM, và (3)- vấn đề kinh tế xã hội và chính sách cho quản lý RNM.
Các nghiên cứu về RNM thường dành một phần hoặc toàn bộ vào sự hình thành cấu trúc và sinh thái rừng. Những vấn đề được hàng trăm tác giả quan tâm đến là điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng, thủy văn, đặc điểm tổ thành, quá trình tái sinh, diễn thế, sinh trưởng, phát triển, năng suất sinh học v.v… Phân tích kết quả nghiên cứu của các tác giả cho phép đi đến một số kết luận sau: - Rừng ngập mặn trên thế giới có khoảng 18.700 ha, phân bố trong phạm vi rộng ở các vùng biển ấm. Vị trí xa nhất của RNM ở Bắc bán cầu là vịnh Agaba thuộc Hồng Hải (300B) và Nam Nhật Bản (320B); ở Nam bán -4- cầu là Nam Autralia (380N), đảo Chatham và phía Tây New Zeyland (440N) (Walter,1971; Blasco F. - Rừng ngập mặn phân bố chủ yếu ở vùng có khí hậu ấm và mưa nhiều.
Mặc dù có thể tồn tại ở những vùng nhiệt độ tháng lạnh nhất xuống đến 100C, song thuận lợi nhất cho phát triển rừng ngập mặn vẫn là những vùng nhiệt độ trung bình từ 200C trở lên và lượng mưa trên 1000 mm/năm (Larsson J. - Đất RNM có nguồn gốc là phù sa lắng đọng ở nơi dòng nước yếu. Lớp trên cùng của trầm tích là bùn và sét, phần dưới đã bắt đầu cứng chặt. Đất RNM thường chứa nhiều chất dinh dưỡng do nước triều mang đến nhưng rất thiếu oxy.
Dưới rừng ngập mặn có quá trình tích lũy liên tục thực vật gẫy đổ do già cỗi của nhiều thế hệ. Chúng lẫn trong đất tạo nên những tầng sinh phèn dưới mặt đất làm cho lượng phèn tiềm tàng luôn ở mức cao. Hoạt động thủy triều hàng ngày làm cho đất có độ mặn trung bình khoảng 15/oo - 25/oo. Tính chất lý, hóa học của đất phụ thuộc nhiều vào nguồn gốc của phù sa và trầm tích (Sammut J.
- Nước triều là nhân tố tác động lớn nhất đến sự phân bố của cây RNM. Ở đâu có nước triều vào sâu trong các cửa sông thì RNM cũng phân bố sâu trong nội địa. Dòng nước ngọt do các sông, rạch đổ ra làm loãng độ mặn của nước biển, phù hợp với sự phát triển của nhiều loài trong từng giai đoạn sống nhất định của RNM. - Danh lục thực vật của RNM thế giới với số loài dao động từ 50 đến 75 loài (Logo và Snedaker, 1974; Saenger và các cộng sự, 1983; Blasco, 1984).
Các chi thực vật phổ biến nhất ở RNM thuộc các chi Mắm, Đước, Vẹt, Dà, Giá và Bần. RNM là nơi cư trú của hàng chục loài thú, hơn 200 loài chim, -5- nhiều loài cá tôm và động vật nhuyễn thể. Tuy nhiên, do điều kiện ngập nước và độ mặn cao nên tổ thành RNM thường đơn giản, hiện tượng ưu thế loài thường rất rõ với cấu trúc phổ biến là một tầng cây gỗ. Có rất ít các loài cây bụi và cây thân cỏ dưới rừng ngập mặn.
- Quá trình tái sinh dưới RNM là tái sinh lỗ trống hoặc tái sinh vệt. Phần lớn cây RNM là loài ưa sáng mạnh, nên chúng chỉ thực sự tái sinh được ở những ô trống do cây rừng gãy đổ tạo ra hoặc nơi bãi bồi bên ngoài (Phan Nguyên Hồng, 1995; Turner, R. - Phù hợp với quá trình biến đổi của bãi bồi là một chuỗi gần như có thứ tự của các quần xã RNM thay thế nhau, bắt đầu từ các quần xã tiên phong như Mắm thuần loài, Mắm và Đước, Đước chiếm ưu thế đến các quần xã ổn định hơn như Đước thuần loài, Đước hỗn giao với Đưng hoặc Vẹt, Đước hỗn giao với Vẹt, Vẹt thuần loại, hỗn giao Ô rô, Giá, Bần, Cóc, Chà là hỗn giao cây RNM và cây xâm nhập v. - Ở vùng nhiệt đới nóng ẩm và trên phù sa màu mỡ cây RNM thường lớn nhanh và đạt kích thước to lớn tới vài chục met, trữ lượng rừng lên tới hàng trăm m3/ha.
Ngược lại ở những vùng Á nhiệt đới, trên đất xấu RNM thường có dạng trảng cây bụi với chiều cao cây rừng giới hạn ở mức một vài mét và tổng sinh khối không vượt quá 50 tấn/ha. Tốc độ sinh trưởng cây rừng ngập mặn trong những năm đầu thường tăng lên, đến khoảng năm thứ 10 - 15 tăng trưởng ổn định và lại bắt đầu giảm dần. Vào khoảng 35 - 40 tuổi cây rừng chuyển sang tuổi thành thục tự nhiên, kích thước cây rừng không tăng nữa và nó bắt đầu già cỗi, gẫy đổ (Phan Nguyên Hồng, 1987; Lee,S. Nghiên cứu về khả năng chắn sóng của rừng ngập mặn -6- Trong hầu hết các công trình nghiên cứu về RNM đều đề cập tới vai trò phòng hộ bảo vệ môi trường, trong đó có vai trò chắn sóng biển của RNM.
Gayathri Sriskanthan (1994) đã khẳng định giống như các bãi trầm tích, RNM có vai trò như đê chắn sóng của rạn san hô và làm phân tán năng lượng và độ lớn sóng biển. Chúng góp phần quan trọng trong việc duy trì tính toàn vẹn của dải ven biển (Phan Nguyên Hồng, 2004). Bretchneider và Reid đã nghiên cứu sự giảm sóng do ma sát nền đáy ở vùng không có thảm thực vật ngập mặn và nhận thấy rằng tại vùng nước sâu không có thảm thực vật rừng ma sát nền không làm giảm chiều cao sóng (Herbich, 2000). Trước đây các nghiên cứu tập trung chủ yếu vào khả năng của rừng ngập mặn chắn sóng tạo bởi gió và thủy triều.
Còn khả năng chắn sóng thần chủ yếu được tiến hành trong những năm gần đây sau trận sóng thần gây thiệt hại kinh hoàng ở Ấn Độ và nhiều nước Đông nam Á năm 2003 (Latief H. Yoshihiro Mazda và cộng sự (1997) đã nghiên cứu tác dụng làm giảm chiều cao của sóng biển khi đi sâu vào các đai rừng. Tác giả chỉ ra với RNM 6 năm tuổi với chiều dài đai rừng 1,5km có thể làm giảm chiều cao sóng từ 1m ở ngoài biển còn 0,05m khi vào đến bờ. Còn khi nghiên cứu tác dụng của rừng ngập mặn trong việc chống lại sóng thần, tác giả đã đưa ra kết luận là tác động của thủy lực của sóng thần lên những khu rừng ngập mặn không thể tính toán bằng các phương pháp nội suy từ thủy triều và sóng biển (Yoshihiro Mazda và cộng sự, 2005).
Các tác giả đã đưa ra những yêu cầu về đường kính bình quân cây rừng ở vị trí ngang ngực (D1.3) và bề rộng đai rừng W đối với những sóng thần có chiều cao (H) khác nhau (số ở bảng 2. Một số chỉ tiêu cơ bản về sóng thần -7- Chiều cao sóng thần (H), m 3 4.5 6 7 10 Đường kính tối thiểu 10 35 100 (D1.3), cm Bề rộng tối thiểu của đai 20 100 rừng, (W), m Việc nghiên cứu các mô hình lý thuyết đã cho thấy tham số hệ số độ nhám bề mặt của rừng được dùng để tạo mô hình hoá tác dụng của rừng có thể được ước lượng từ các cuộc khảo sát hoặc các hình ảnh số về lớp thảm thực vật. Thông tin này sau đó có thể được sử dụng để tạo mô hình và dự báo những tác động của các đợt sóng thần tương lai. Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy sóng thần cũng như sự ngập úng giảm đi mỗi khi mật độ của rừng tăng lên.
Kandasamy Kathiresan, Narayanasamy Rajendran (2005) đã nghiên cứu "Vai trò của rừng ngập mặn ven biển trong việc giảm tác hại của sóng thần" tại dọc bờ biển Parangippettai, bang Tamil Nadu, Ấn Độ đã khẳng định sóng thần ít gây tổn hại về tài sản và sinh mạng cho những vùng có RNM. Harada và cộng sự (2000) đã làm thí nghiệm thủy lực nghiên cứu khả năng làm giảm tác động của sóng thần bởi nhiều mô hình khác nhau: rừng ngập mặn, rừng ven biển, các khối chắn sóng, đá, nhà chắn sóng và kết luận rằng rừng ngập mặn có tác dụng như những bức tường bê tông trong việc làm giảm tác động của sóng thần, ngăn chặn sự phá hủy nhà cửa ở phía sau rừng. & Hadi S (2007) cho thấy có 4 cách thức mà rừng ngập mặn làm giảm thiệt hại của sóng thần. (1)- ngăn giữ sự trôi dạt của các loại gỗ củi, -8- thuyền bè và các vật nổi - những thứ có thể gây tổn hại tới các công trình trong quá trình trôi dạt.
(2)- giảm vận tốc dòng chảy, vì vậy giảm độ sâu mực nước ngập do sóng gây lên. (3)- cung cấp một mạng lưới che đỡ cho những người bị sóng thần cuốn trôi. (4)- tích luỹ cát và tạo các dụn cát có tác dụng như những vật cản trở sóng thần. Tuy nhiên, khả năng bảo vệ của rừng ngập mặn có thể biến đổi nhiều phụ thuộc vào kích thước của cây, mật độ và chiều sâu của rừng, một số mảnh rừng nhỏ sẽ có thể có tác dụng rất thấp hoặc không có tác dụng phòng hộ gì.
Trong trường hợp sóng thần quá lớn thì rừng có thể không có tác dụng gì, thậm chí nó còn tăng sự tổn hại do các cây rừng bị đổ và bật rễ lên, sau đó bị cuốn trôi vào phía lục địa. Thematic paper (2006) đã tổng kết những nghiên cứu về khả năng của rừng ngập mặn chắn sóng biển do bão. Các tác giả nhận thấy để có tác dụng phòng hộ chắn sóng do bão thì rừng phải có bề dày hàng km. Rừng ngập mặn có khả năng giảm sóng là do lực ma sát và sự cản trở ở vùng đáy, thân và cả rễ cây rừng.
Khả năng chắn sóng giảm khi nước lên.