Đặt vấn đề Trong nhƣ̃ng năm qua, việc quản lý và sƣ̉ dụng bền vƣ̃ng đất canh tác đặc biệt là vùng đất dốc chƣa đƣợc quan tâm đúng mƣ́c và vẫn đang là bài toán làm đau đầu các nhà quản ly.́ Hàng trăm hecta rừng tự nhiên bị tàn phá hàng năm làm cho diện tí ch đất trống đồi núi trọc ngàcàng y tăng hoặc thay vào đó là những diện tích rừng trồng kém chất lƣợng, khả năng bảo vệ đất thấp. Dòng chảy mặt và xói mòn đất đang là vấn đề hết sức nghiêm trọng, một bài toán khó giải cho các nhà hoạch định chính sách, quy hoạch và sử dụng nguồn tài nguyên đất nƣớc. Hiện tƣợng xói mòn đang xảy ra mạnh , mỗi năm hàng nghì n tấn đất mầu mỡ bị xói mòn rửa trôi chảy ra các con sông suối và về hạ nguồn. Thƣ̣c trạng này làm cho đất bị mất dần khả năng canh tá.c Trong sản xuất Nông Lâm nghiệp , đất đai là công cụ sản xuất vô cùng quý giá và không thể thay thế , không chỉ mang lại cho con ngƣời các sản phẩm trồng trọt trên chúng mà còn ảnh hƣởng trƣ̣c tiếp và có tí nh quyết đị nh đến cuộc sống của con ngƣời thông qua việc ảnh hƣởng đến các yếu tố nhƣ năng suất cây trồng, các hiện tƣợng thời tiết nhƣ hạn hán, lũ lụt, sạt lở đất.
Huyện Định Hoá có tích rừng tự nhiên năm 2000 là 18.007 ha đến năm 2005 chỉ còn 17. Diện tích rừng có xu hƣớng giảm mạnh. Hậu quả là năm 2008 vừa qua ở Huyện Định Hoá đã xảy ra các trận lũ rừng lớn gây thiệt hại trầm trọng về tài sản cũng nhƣ tính mạng của ngƣời dân nghèo mới đây. Việc nghiên cƣ́u về khả năng thấm và giữ nƣớ c của đất rừng để nhằm hạn chế xói mòn và dự báo lũ rừng chƣa đƣợc nghiên cứu.
Diện tích đất trống đồi núi trọc có xu hƣớng gia tăng, sản xuất nông nghiệp năng xuất thấp do đất bị xói mòn trầm trọng. Dƣới góc độ thủy văn rừng, đất rừng là kho tích giữ nƣớc to lớn và quan trọng. Giữ nƣớc trong đất là tiền đề cho giữ đất tại chỗ. Lƣợng nƣớc giữ trong đất dù bị bốc hơi vật lý hay thoát hơi nƣớc qua thực vật để hình thành sinh khối, đều là lƣợng nƣớc hữu ích.
Điều đó khẳng định rằng, khả năng thấm và giữ nƣớc của đất rừng có tầm quan trọng đặc biệt đối với lĩnh vực quản lý nguồn nƣớc. Mặt khác, địa điểm nghiên cứu của công trình là đất rừng ở huyện Định Hoá đây là khu vực luôn tiềm ẩn nguy cơ suy thoái Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn 2 đất và nƣớc nghiêm trọng. Vì vậy, việc bảo tồn và phát triển rừng để cung cấp ổn định nguồn nƣớc, ngăn cản quá trình xói mòn, kiểm soát mực nƣớc Sông Chu, sông Công và sông Đu là cực kỳ quan trọng. Do vậy, vấn đề thấm và giữ nƣớc của đất đã đƣợc lựa chọn làm đối tƣợng chính của công trình nghiên cứu này.
Xuất phát tƣ̀ thƣ̣c tế đó, đƣợc sự cho phép của Ban giám hiệu nhà trƣờng, Khoa Sau đại học, dƣới sự hƣớng dẫn trực tiếp của PGS. TS Đỗ Thị Lan, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: "Nghiên cứu khả năng thấm và giữ nước tiềm tàng của đất rừng huyện Định Hoá, Thái Nguyên" 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.Mục tiêu chung Cung cấp cơ sở khoa học cho việc đề xuất những giải pháp nhằm cải thiện khả năng thấm, giữ nƣớc của đất rừng, góp phần nâng cao hiệu quả bảo vệ nguồn nƣớc của rừng nhằm hạn chế xói mòn và dự báo lũ rừng 2. Mục tiêu cụ thể +Xác định đƣợc khả năng thấm, giữa nƣớc của đất rừng; + Xác định đƣợc những nhân tố ảnh hƣởng đến khả năng giữ nƣớc của đất dƣới một số trạng thái thảm thực vật rừng khác nhau; + Đề xuất một số giải pháp kĩ thuật nhằm cải thiện khả năng thấm, giữ nƣớc của đất rừng, góp phần nâng cao hiệu quả bảo vệ nguồn nƣớc của rừng nhằm hạn chế xói mòn và dự báo lũ rừng.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3. Ý nghĩa khoa học - Đề tài là một bƣớc kế tiếp phát triển các nghiên cứu khoa học trƣớc đó trong lĩnh vực nghiên cứu khả năng thấm và giữ nƣớc của đất rừng. Ý nghĩa thực tiễn - Đề tài giúp cho việc đánh giá khả năng thấm và giữ nƣớc của đất rừng trên địa bàn nghiên cứu từ đó cung cấp cơ sở khoa học cho việc đề xuất những giải pháp nhằm cải thiện khả năng thấm, giữ nƣớc của đất rừng, góp phần nâng cao hiệu quả bảo vệ nguồn nƣớc của rừng nhằm hạn chế xói mòn và dự báo lũ rừng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Cơ sở khoa học của đề tài 1.
Một số khái niệm liên quan - “Khả năng thấm nước của đất” là khả năng lƣu giữ lại dòng chảy bề mặt và biến chúng thành dòng chảy ngầm trong lòng đất (Vũ Thị Quỳnh Nga, 2009) [16]. - “Tốc độ thấm của đất ” biểu thị bằng mm/phút là tốc độ nƣớc từ mặt đất đi vào trong đất. Nếu trên mặt đất có lớp nƣớc đọng, nƣớc sẽ thấm xuống đất theo tốc độ thấm tiềm năng. Tốc độ thấm là đặc trƣng quan trọng nhất về vận động của nƣớc dƣới đất trong môi trƣờng lỗ hổng (Vũ Thị Quỳnh Nga, 2009) [16].
- “ Tốc độ thấm nước ban đầu” (mm/phút) là một chỉ tiêu quan trọng phản ánh đặc trƣng thấm nƣớc của đất rừng. Tốc độ thấm nƣớc khởi đầu đƣợc tính là giá trị trung bình của tốc độ thấm trung bình trong 5 phút đầu tiên (Vũ Thị Quỳnh Nga, 2009) [16]. - “ Tốc độ thấm nước ổn định của đất” (mm/phút) là tốc độ thấm khi đất đƣợc cung cấp đủ nƣớc và tầng đất mặt đã bão hòa nƣớc. Khi đất đạt đến tốc độ thấm ổn định và tốc độ thấm nhỏ hơn cƣờng độ mƣa, dòng chảy bề mặt sẽ đƣợc tạo ra cùng với việc cuốn trôi vật chất xói mòn (Vũ Thị Quỳnh Nga, 2009) [14].
- “ Quá trình thấm nước ” là quá trình nƣớc từ mặt đất thâm nhập vào trong đất. Có nhiều nhân tố ảnh hƣởng đến tốc độ thấm bao gồm điều kiện trên mặt đất và lớp phủ thực vật, tính chất của đất nhƣ độ xốp, kết cấu đất, độ ẩm đất (Nguyễn Thị Thúy Hƣờng, 2009) [10]. - “ Phẫu diện đất” là mặt cắt thẳng đứng từ bề mặt đất xuống tầng đá mẹ. Các loại đất khác có độ dày và đặc trƣng phẫu diện khác nhau.
Phẫu diện đất là hình thái biểu hiện bên ngoài phản ánh quá trình hình thành, phát triển và tính chất của đất (Nguyễn Thế Đặng, 2006) [6]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn 4 Một phẫu diện đất điển hình thƣờng gồm các tầng đất sau: Tầng thảm mục, tầng mùn (tầng rửa trôi), tầng tích tụ, tầng mẫu chất, tầng đá mẹ. + Tầng thảm mục nằm trên mặt đất. Tầng này được kí hiệu là Ao (có sách kí hiệu là O), ở đây nó chứa những cành lá, xác thực vật rơi rụng.
Tầng này cũng đƣợc chia nhỏ hơn A01, A02 và A03. Tầng A01 chứa những chất hữu cơ chƣa phân giải. Tầng A02 chứa những chất hữu cơ đã bị phân giải một phần, A03 chứa những chất hữu cơ đã phân giải mạnh, một phần đã thành mùn. Tầng thảm mục chỉ xuất hiện ở đất dƣới rừng, dƣới đồng cỏ, nơi mà chất hữu cơ đƣợc trả lại cho đất khá nhiều.
Mặt khác sự có mặt của tầng này còn liên quan tới điều kiện phân giải các hợp chất hữu cơ, bản chất của các chất hữu cơ. Những nơi điều kiện phân giải các hợp chất hữu cơ thuận lợi, tầng này hoặc không xuất hiện, hoặc mỏng, không điển hình (Nguyễn Thế Đặng, 2006) [6]. + Tầng mùn (tầng rửa trôi): ký hiệu là A. Tại đây, các hợp chất mùn đƣợc hình thành.
Đất thƣờng màu đen, nâu đen. Đất thƣờng có kết cấu viên, tơi xốp, giầu dinh dƣỡng.Tuy nhiên dƣới tác dụng của nƣớc nó cũng là tầng bị rửa trôi.Phần lớn các loại vi sinh vật đất đều tập trung ở tầng này. Trong tầng A lại có thể xuất hiện những tầng khác nhau: A1, A2, A3. ++ A1 là tầng tích luỹ mùn nhiều nhất, màu đen nhất.
Tại đây các hợp chất hữu cơ đƣợc phân giải, tổng hợp để tạo nên các hợp chất mùn trong đất. Đất thƣờng có kết cấu viên, tơi xốp, giàu dinh dƣỡng. ++ A2 là tầng rửa trôi mạnh nhất. Tại đây các chất dinh dƣỡng và hợp chất mùn bị phá huỷ và rửa trôi xuống các tầng sâu.
Bởi vậy, hàm lƣợng chất dinh dƣỡng và mùn ở đây thấp. Thạch anh chiếm tỷ lệ lớn trong các thành phần khoáng. Nó thƣờng có màu sáng hơn so với các tầng khác. Tầng A2 đặc trƣng cho đất Potdon của miền khô, lạnh.
Tuy nhiên theo Fritland thì đất Việt nam thƣờng có tầng A2 không điển hình (Nguyễn Thế Đặng, 2006) [6]. ++ Tầng A3 là tầng chuyển tiếp đến tầng B. + Tầng tích tụ: ký hiệu là B Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn 5 Những chất bị rửa trôi từ tầng trên xuống, phần lớn đƣợc tích luỹ tại đây, đặc biệt là sét. Bởi vậy hàm lƣợng sét ở tầng này cao hơn hẳn so với các tầng khác do đó nó thƣờng bị chặt, khó thấm nƣớc.
Tầng B càng phát triển, chứng tỏ đất có tuổi càng cao. Tầng B lại có thể chia nhỏ hơn thành B1, B2, B3: + Tầng B1 là một phần của tầng A chuyển tiếp đến tầng B. + Tầng B2 là tầng tích tụ điển hình. + Tầng B3 là phần chuyển tiếp của tầng B đến tầng C.
Tầng A và B là phần điển hình của đất, nó tạo nên độ dày của đất. Độ dày tầng đất đƣợc tính từ trên mặt đất xuống đến hết tầng B. + Tầng C được gọi là tầng mẫu chất, nó đƣợc hình thành từ sự phong hoá đá và khoáng ban đầu. +Cuối cùng là tầng đá mẹ ký hiệu là D 1.
Cơ sở khoa học 1. Khái niệm rừng và các công trình nghiên cứu ảnh hưởng của rừng Rừng là quần xã sinh vật trong đó cây rừng là thành phần chủ yếu. Quần xã sinh vật phải có diện tích đủ lớn. Giữa quần xã sinh vật và môi trƣờng, các thành phần trong quần xã sinh vật phải có mối quan hệ mật thiết để đảm bảo khác biệt giữa hoàn cảnh rừng và các hoàn cảnh khác (Phạm Văn Điển, 2009) [4].
Ngay từ thở sơ khai, con ngƣời đã có những khái niệm cơ bản nhất về rừng.