Tổng quan nghiên cứu

Khả năng giữ nước của đất dưới các trạng thái thảm thực vật đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững tài nguyên rừng. Tại Khu Bảo tồn Thiên nhiên Thượng Tiến, huyện Kim Bôi, tỉnh Hòa Bình, diện tích rừng phòng hộ chiếm tới 91,3% tổng diện tích tự nhiên 11.835 ha, trong đó các trạng thái rừng trung bình, rừng nghèo, rừng phục hồi và trảng cỏ cây bụi chiếm 92,8% diện tích khu vực nghiên cứu. Lượng mưa trung bình hàng năm đạt khoảng 1.584 mm, tập trung chủ yếu vào mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 10, chiếm 77% tổng lượng mưa. Nghiên cứu nhằm xác định khả năng giữ nước của đất dưới các trạng thái thảm thực vật phổ biến, từ đó đề xuất diện tích rừng phòng hộ cần thiết để bảo vệ nguồn nước, hạn chế xói mòn đất và giảm thiểu thiên tai như lũ lụt, hạn hán.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là đánh giá độ ẩm đất, độ xốp đất và lượng nước giữ lại trong đất dưới các trạng thái thảm thực vật, đồng thời xác định các nhân tố ảnh hưởng như cấu trúc rừng, điều kiện thổ nhưỡng, địa hình. Phạm vi nghiên cứu tập trung tại Khu Bảo tồn Thiên nhiên Thượng Tiến trong giai đoạn 2003-2005, với dữ liệu khí tượng thủy văn, địa hình và thổ nhưỡng được thu thập chi tiết. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc quy hoạch diện tích và phân bố rừng phòng hộ, góp phần nâng cao hiệu quả bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế - xã hội bền vững cho địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết thủy văn rừng, trong đó khả năng giữ nước của rừng được hiểu là khả năng giữ và tích lũy nước trong đất, giảm bốc hơi, tăng mực nước ngầm và hạn chế dòng chảy bề mặt. Hai mô hình chính được áp dụng gồm:

  • Mô hình Philip về quá trình thấm nước trong đất, giúp mô phỏng vận động nước dưới các tầng đất rừng có cấu trúc phức tạp.
  • Phương trình dự báo độ ẩm đất dựa trên các nhân tố cấu trúc thảm thực vật như độ tàn che, độ che phủ, thảm khô, độ xốp đất, độ cao và độ dốc địa hình.

Các khái niệm chính bao gồm: độ ẩm đất (độ âm đất), độ xốp đất, độ tàn che, độ che phủ, thảm thực vật rừng (rừng trung bình, rừng nghèo, rừng phục hồi, trảng cỏ cây bụi), và khả năng giữ nước của đất.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính gồm số liệu khí tượng thủy văn (lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm không khí) trong 3 năm (2003-2005), dữ liệu thổ nhưỡng, địa hình, và điều tra thực địa tại 40 ô tiêu chuẩn (ÔTC) phân bố đều trên 4 trạng thái thảm thực vật, mỗi trạng thái 10 ÔTC. Diện tích mỗi ÔTC là 400 m² (20m x 20m), bố trí theo nguyên tắc chọn mẫu điển hình và trải đều trên các dạng địa hình khác nhau.

Phương pháp phân tích bao gồm đo đạc trực tiếp các chỉ tiêu cấu trúc rừng (mật độ cây, đường kính thân, chiều cao cây, độ tàn che, độ che phủ), đo độ ẩm đất ở các tầng sâu khác nhau (0-10 cm, 20-30 cm, 50-60 cm, 80-100 cm, trên 100 cm), xác định độ xốp đất qua tỷ trọng và dung trọng đất. Dữ liệu được xử lý bằng phần mềm Excel và Visual FoxPro, áp dụng các phương pháp thống kê toán học để phân tích mối quan hệ giữa các nhân tố và khả năng giữ nước của đất.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong 3 năm, từ thu thập số liệu khí tượng thủy văn, điều tra thực địa, đến xử lý và phân tích dữ liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phân bố diện tích và cấu trúc thảm thực vật:

    • Rừng nghèo chiếm diện tích lớn nhất với 1.487,9 ha (26,5%), rừng phục hồi 1.374,3 ha (24,5%), rừng trung bình 1.320 ha (23,5%), trảng cỏ cây bụi 1.025,5 ha (18,3%).
    • Mật độ cây rừng biến động từ 219 đến 773 cây/ha, thấp nhất ở rừng nghèo (360 cây/ha), cao nhất ở rừng phục hồi (596 cây/ha).
    • Đường kính bình quân thân cây lớn nhất ở rừng trung bình (20 cm), thấp nhất ở rừng phục hồi (14,7 cm).
    • Chiều cao cây trung bình dao động từ 10,9 m (rừng phục hồi) đến 15,5 m (rừng trung bình).
    • Độ tàn che và độ che phủ cây bụi thảm tươi dao động từ 31,7% đến 64,3%, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng giữ nước.

  2. Đặc điểm độ ẩm và độ xốp đất:

    • Độ ẩm đất dưới các trạng thái thảm thực vật có sự khác biệt rõ rệt, với độ ẩm trung bình cao nhất ở rừng trung bình và thấp nhất ở trảng cỏ cây bụi.
    • Độ xốp đất dao động từ khoảng 40% đến 60%, cao hơn ở các trạng thái rừng có mật độ cây và thảm thực vật dày đặc.
    • Tốc độ thấm nước ổn định của đất rừng đạt từ 2,5 đến 8,0 mm/phút, cao hơn nhiều so với đất nông nghiệp.

  3. Khả năng giữ nước của đất:

    • Lượng nước giữ lại trong đất ở các trạng thái thảm thực vật dao động từ 104,7 mm/ha/năm (trảng cỏ) đến 574,7 mm/ha/năm (rừng tự nhiên).
    • Lượng nước mưa bị giữ lại trên tán rừng chiếm từ 10% đến 20% tổng lượng mưa, tỷ lệ này có liên hệ chặt chẽ với độ tàn che và độ che phủ của thảm thực vật (hệ số tương quan 0,97).
    • Lượng nước chảy bề mặt thấp nhất ở rừng tự nhiên, cao nhất ở trảng cỏ, cho thấy vai trò quan trọng của rừng trong việc giảm dòng chảy mặt và hạn chế xói mòn đất.

  4. Đề xuất diện tích rừng phòng hộ cần thiết:

    • Dựa trên độ ẩm đất thích hợp (60% độ trữ ẩm toàn phần), diện tích rừng phòng hộ cần thiết được xác định nhằm đảm bảo chức năng giữ nước và bảo vệ môi trường.
    • Phân bố rừng phòng hộ cần tập trung ở các vùng có độ dốc từ 15 độ trở lên và độ cao trên 500 m, nơi có cấu trúc thảm thực vật đa dạng và trữ lượng lớn.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy cấu trúc thảm thực vật và đặc điểm thổ nhưỡng là những nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến khả năng giữ nước của đất. Rừng trung bình với mật độ cây cao, đường kính thân lớn và độ tàn che dày đặc có khả năng giữ nước tốt nhất, phù hợp với vai trò phòng hộ đầu nguồn. Ngược lại, trảng cỏ cây bụi do bị tác động bởi hoạt động nông nghiệp và khai thác nên khả năng giữ nước thấp, dễ gây ra dòng chảy bề mặt và xói mòn đất.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả phù hợp với quan điểm rằng rừng tự nhiên có khả năng giữ nước và điều tiết dòng chảy hiệu quả hơn so với các loại hình thảm thực vật khác. Việc xác định diện tích và phân bố rừng phòng hộ dựa trên các chỉ tiêu khoa học giúp nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên rừng, giảm thiểu rủi ro thiên tai và bảo vệ nguồn nước cho vùng hạ lưu.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ phân bố diện tích thảm thực vật theo độ cao và độ dốc, biểu đồ mật độ và đường kính cây rừng, cũng như bảng tổng hợp độ ẩm đất và lượng nước giữ lại dưới các trạng thái thảm thực vật, giúp minh họa rõ nét sự khác biệt và tác động của từng trạng thái đến khả năng giữ nước.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường bảo vệ và phục hồi rừng trung bình nhằm duy trì mật độ cây cao, độ tàn che và độ che phủ thảm thực vật, đảm bảo khả năng giữ nước tối ưu. Chủ thể thực hiện: Ban Quản lý Khu bảo tồn và chính quyền địa phương, trong vòng 3 năm tới.

  2. Quy hoạch phân bố rừng phòng hộ tập trung ở vùng có độ dốc từ 15 độ trở lên và độ cao trên 500 m, nơi có tiềm năng giữ nước cao, nhằm giảm thiểu dòng chảy bề mặt và xói mòn đất. Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phối hợp với Viện Sinh thái rừng, trong 2 năm tới.

  3. Áp dụng các biện pháp kỹ thuật trồng rừng phù hợp, ưu tiên các loài cây có tán lá nhỏ, mật độ cao để hạn chế kích thước giọt mưa gây xói mòn, đồng thời tăng cường lớp thảm mục giữ nước. Chủ thể thực hiện: Các đơn vị trồng rừng và nông dân địa phương, trong 5 năm tới.

  4. Xây dựng hệ thống giám sát độ ẩm đất và lượng nước giữ lại thường xuyên, sử dụng công nghệ GIS và viễn thám để theo dõi biến động thảm thực vật và khả năng giữ nước, phục vụ công tác quản lý và điều chỉnh quy hoạch. Chủ thể thực hiện: Viện Khoa học Lâm nghiệp và Ban Quản lý Khu bảo tồn, trong 3 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà quản lý tài nguyên rừng và môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách bảo vệ và phát triển rừng phòng hộ, quy hoạch diện tích và phân bố rừng phù hợp với điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội.

  2. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành Lâm học, Thủy văn rừng: Tham khảo phương pháp luận, số liệu thực địa và mô hình phân tích để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về khả năng giữ nước của rừng và tác động môi trường.

  3. Chính quyền địa phương và các tổ chức phát triển nông thôn: Áp dụng các giải pháp phục hồi rừng và quản lý đất đai nhằm giảm thiểu thiên tai, cải thiện điều kiện sinh thái và nâng cao đời sống người dân.

  4. Các đơn vị trồng rừng và bảo vệ rừng: Tham khảo các tiêu chí lựa chọn loài cây, mật độ trồng và kỹ thuật quản lý thảm thực vật để tăng cường chức năng giữ nước và phòng hộ đầu nguồn.

Câu hỏi thường gặp

  1. Khả năng giữ nước của đất dưới các trạng thái thảm thực vật khác nhau có sự khác biệt như thế nào?
    Độ ẩm đất và lượng nước giữ lại cao nhất ở rừng trung bình với mật độ cây dày và độ tàn che lớn, trong khi trảng cỏ cây bụi có khả năng giữ nước thấp nhất do cấu trúc thảm thực vật thưa thớt và bị tác động nhiều.

  2. Các nhân tố nào ảnh hưởng chính đến khả năng giữ nước của đất?
    Cấu trúc thảm thực vật (mật độ cây, độ tàn che, độ che phủ), đặc điểm thổ nhưỡng (độ xốp, tỷ trọng đất), địa hình (độ dốc, độ cao) và điều kiện khí hậu (lượng mưa) là các nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến khả năng giữ nước.

  3. Làm thế nào để xác định diện tích rừng phòng hộ cần thiết cho một khu vực?
    Diện tích rừng phòng hộ được xác định dựa trên tiêu chuẩn độ ẩm đất thích hợp (khoảng 60% độ trữ ẩm toàn phần), kết hợp với phân tích các nhân tố ảnh hưởng và sử dụng mô hình dự báo độ ẩm đất theo các chỉ tiêu cấu trúc thảm thực vật và địa hình.

  4. Tại sao rừng trung bình có khả năng giữ nước tốt hơn rừng nghèo hay rừng phục hồi?
    Rừng trung bình có mật độ cây cao hơn, đường kính thân lớn hơn và độ tàn che dày đặc, giúp giảm động năng của hạt mưa, tăng khả năng thấm nước và giữ nước trong đất, trong khi rừng nghèo và phục hồi thường bị tác động khai thác và có cấu trúc thảm thực vật kém phát triển.

  5. Các biện pháp nào có thể nâng cao khả năng giữ nước của rừng phòng hộ?
    Tăng mật độ cây trồng, lựa chọn loài cây có tán lá nhỏ, bảo vệ lớp thảm mục, quy hoạch phân bố rừng phù hợp với địa hình và áp dụng công nghệ giám sát độ ẩm đất là những giải pháp hiệu quả để nâng cao khả năng giữ nước của rừng.

Kết luận

  • Khả năng giữ nước của đất dưới các trạng thái thảm thực vật tại Khu Bảo tồn Thiên nhiên Thượng Tiến có sự khác biệt rõ rệt, trong đó rừng trung bình giữ nước tốt nhất với lượng nước giữ lại trong đất lên tới 574,7 mm/ha/năm.
  • Cấu trúc thảm thực vật, đặc điểm thổ nhưỡng và địa hình là các nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến khả năng giữ nước của đất.
  • Đề xuất diện tích rừng phòng hộ cần thiết dựa trên tiêu chuẩn độ ẩm đất thích hợp, tập trung vào các vùng có độ dốc và độ cao phù hợp để phát huy tối đa chức năng giữ nước và bảo vệ môi trường.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc quy hoạch và quản lý rừng phòng hộ, góp phần giảm thiểu thiên tai và phát triển kinh tế - xã hội bền vững tại địa phương.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai các giải pháp phục hồi và bảo vệ rừng, xây dựng hệ thống giám sát và mở rộng nghiên cứu trên quy mô lưu vực để hoàn thiện chính sách quản lý tài nguyên rừng.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ và phát triển rừng phòng hộ, góp phần bảo vệ nguồn nước và môi trường sống bền vững cho thế hệ tương lai.