Đặt vấn đề Hiện nay việc quản lý và sử dụng tài nguyên đất vẫn là thách thức cho các nhà quản lý. Diện tích rừng tự nhiên ngày càng suy giảm làm khả năng bảo vệ đất thấp đi. Mất rừng nên lũ quét, lũ lụt, hạn hán xảy ra nhiều hơn và hiện tượng xói mòn đất cũng rất nghiêm trọng. Xói mòn đang xảy ra mạnh nó rửa trôi những lớp đất màu mỡ theo dòng nước chảy ra sông suối về hạ nguồn.
Đối với sản xuất Nông Lâm nghiệp, đất là công cụ vô cùng quý giá, cơ bản và không gì thay thế được. Đất đai có vai trò quan trọng quyết định cuộc sống của con người nhờ có khả năng sản xuất ra sản phẩm của cây trồng, ảnh hưởng đến các hiện tượng thời tiết như lũ quét, sạt lở đất, lũ lụt, hạn hán,… Rừng tự nhiên ngày càng giảm đi được thay thế bằng rừng trồng như rừng trồng phòng hộ, rừng sản xuất,… rừng trồng không chỉ sản xuất kinh doanh mang lại lợi nhuận về kinh tế mà còn góp phần củng cố kết cấu đất, giảm sự xói mòn. Do vậy, vấn đề thấm và giữ nước của đất rừng trồng keo đã được lựa chọn làm đối tượng chính của đề tài nghiên cứu này. Được sự cho phép của Ban giám hiệu nhà trườngvà Khoa môi trường, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: "Nghiên cứu khả năng thấm và giữ nước của đất rừng trồng keo xã Thịnh Đức- Thành Phố Thái Nguyên".
Mục đích - Đề xuất những giải pháp nhằm cải thiện khả năng thấm, giữ nước của đất rừng, góp phần nâng cao hiệu quả bảo vệ nguồn nước của rừng nhằm hạn chế xói mòn. Mục tiêu nghiên cứu + Xác định được khả năng thấm, giữ nước của đất rừng rừng trồng. + Xác định được những nhân tố ảnh hưởng đến khả năng giữ nước của đất rừng trồng. + Đề xuất một số giải pháp kĩ thuật nhằm cải thiện khả năng thấm, giữ nước của đất rừng, góp phần nâng cao hiệu quả bảo vệ nguồn nước của rừng nhằm hạn chế xói mòn.
n 3 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Cơ sở khoa học 2. Một số khái niệm liên quan - “Khả năng thấm nước của đất” là khả năng lưu giữ lại dòng chảy bề mặt và biến chúng thành dòng chảy ngầm trong lòng đất (Vũ Thị Quỳnh Nga, 2009) [16]. -“ Quá trình thấm nước ” là quá trình nước từ mặt đất thâm nhập vào trong đất.
Có nhiều nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ thấm bao gồm điều kiện trên mặt đất và lớp phủ thực vật, tính chất của đất như độ xốp, kết cấu đất, độ ẩm đất (Nguyễn Thị Thúy Hường, 2009) [16]. -“Tốc độ thấm của đất ” biểu thị bằng mm/phút là tốc độ nước từ mặt đất đi vào trong đất. Nếu trên mặt đất có lớp nước đọng, nước sẽ thấm xuống đất theo tốc độ thấm tiềm năng. Tốc độ thấm là đặc trưng quan trọng nhất về vận động của nước dưới đất trong môi trường 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 trưng thấm nước của đất rừng. Tốc độ thấm nước khởi đầu được 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 được cung cấp đủ nước và tầng đất mặt đã bão hòa nước. Khi đất đạt đến tốc độ thấm ổn định và tốc độ thấm nhỏ hơn cường độ mưa, dòng chảy bề mặt sẽ được tạo ra cùng với việc cuốn trôi vật chất xói mòn (Vũ Thị Quỳnh Nga, 2009) [16].
n 4 - “ 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 trưng 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) [5]. Một phẫu diện đất điển hình thường 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, ở tầng này chứa những cành lá, xác thực vật rơi rụng. Tầng này còn được chia nhỏ hơn A01, A02 và A03. Tầng A01 chứa những chất hữu cơ chưa 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 dưới rừng, dưới đồng cỏ, nơi mà chất hữu cơ được 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) [5].
+ Tầng mùn (tầng rửa trôi): ký hiệu là A. Tại tầng này, các hợp chất mùn được hình thành. Đất thường màu đen hoặc nâu đen. Đất thường có kết cấu viên, tơi xốp, giầu dinh dưỡng.Tuy nhiên dưới tác dụng của nước 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 được phân giải, tổng hợp để tạo nên các hợp chất mùn trong đất.
Đất thường có kết cấu viên, tơi xốp, giàu dinh dưỡng. n 5 + A2 là tầng rửa trôi mạnh nhất. Tại đây các chất dinh dưỡng và hợp chất mùn bị phá huỷ và rửa trôi xuống các tầng sâu. Vì vậy, hàm lượng chất dinh dưỡng và mùn ở đây thấp.
Thạch anh chiếm tỷ lệ lớn trong các thành phần khoáng. Nó thường có màu sáng hơn so với các tầng khác. Tầng A2 đặc trưng cho đất Potdon của miền khô, lạnh. Tuy nhiên theo Fritland thì đất Việt nam thường có tầng A2 không điển hình (Nguyễn Thế Đặng, 2006) [5].
+ Tầng A3 là tầng chuyển tiếp xuống tầng B. + Tầng tích tụ: ký hiệu là B Những chất bị rửa trôi từ tầng trên xuống, phần lớn được tích luỹ tại đây, đặc biệt là sét. Bởi vậy hàm lượng sét ở tầng này cao hơn hẳn so với các tầng khác do đó nó thường bị chặt, khó thấm nước. 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 được tính từ trên mặt đất xuống đến hết tầng B. + Tầng C được gọi là tầng mẫu chất, nó được hình thành từ sự phong hoá đá và khoáng ban đầu. +Cuối cùng là tầng đá mẹ ký hiệu là D -Tuổi lâm phần là nhân tố cấu trúc về mặt thời gian, phản ánh giai đoạn sinh trưởng phát triển của lâm phần. Đối với rừng trồng, căn cứ vào giai đoạn phát triển của lâm phần người ta chia thành các cấp tuổi: Cấp tuổi 1: rừng non Cấp tuổi 2: rừng sào Cấp tuổi 3: rừng trung niên n 6 Cấp tuổi 4: rừng gần thành thục Cấp tuổi 5: rừng thành thục Cấp tuổi 6: rừng quá thành thục Lưu ý: -Cấp tuổi có thể ngắn hoặc dài, tùy thuộc vào loài cây, điều kiện lập địa.
Đối với loài cây sinh trưởng nhanh, cấp tuổi có thể 2-5 năm; đối với loài cây sinh trưởng chậm, cấp tuổi có thể là 10-20 năm [3]. Khái niệm rừng và các công trình nghiên cứu ảnh hưởng của rừng Ngay từ thuở sơ khai, con người đã có những khái niệm cơ bản nhất về rừng. Rừng là nơi cung cấp mọi thứ phục vụ cuộc sống của họ. Lịch sử càng phát triển, những khái niệm về rừng được tích lũy, hoàn thiện thành những học thuyết về rừng.
Rừng là một tổng thể cây gỗ, có mối liên hệ lẫn nhau, nó chiếm một phạm vi không gian nhất định ở mặt đất và trong khí quyển. Rừng chiếm phần lớn bề mặt Trái Đất và là một bộ phận của cảnh quan địa lý, (Morozov, 1930) [13]. 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 trường, 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) [9]. * Ảnh hưởng của rừng đến đến số lượng nước trong quy mô lâm phần: Nghiên cứu về khả năng giữ nước của lâm phần rừng trên thế giới đã thu được nhiều thành quả, trong đó đáng chú ý là những thành quả liên quan đến việc định hướng các thành phần cân bằng nước trong hệ sinh thái rừng và xác định, dự báo xói mòn đất. n 7 * Lượng nước mưa giữ lại trên tán rừng Lượng nước mưa giữ lại bởi tán rừng phụ thuộc vào nhiều nhân tố, trong đó bao gồm loài cây, tuổi rừng, mật độ lâm phần, cấu trúc của tán rừng, tần suất mưa, cường độ mưa, thời gian mưa. Cũng giống như hệ sinh thái và quá trình thủy văn, lượng nước mưa ngăn bởi tán rừng cũng biến động theo không gian và thời gian.
* Lượng nước hút giữ bởi vật rơi rụng trong rừng Vật rơi rụng có khả năng giữ nước tương đối lớn, nên có tác dụng bổ sung nước cho đất và cung cấp nước cho thực vật. Ngoài ra, do vật rơi rụng có những lỗ hổng lớn và nhiều hơn so với đất, nên lượng nước ngăn giữ lại bởi vật rơi rụng dễ dàng bốc hơi (Vu Chí Dân, Vương Lễ Tiến, 2001) [15]. * Lượng nước chảy trên bề mặt đất Nhìn chung, đất rừng tự nhiên có khả năng thấm nước cao và ít khi xuất hiện dòng chảy bề mặt. Tuy nhiên, khi rừng bị chặt hạ trở nên thưa thớt và độ dốc mặt đất lớn, có thể tạo ra nhiều lượng nước chảy trên bề mặt (Phạm Văn Điển, 2009) * Bốc hơi và thoát hơi nước Bốc hơi và thoát hơi nước là do các quá trình trao đổi bức xạ, vận chuyển của hơi nước và sinh trưởng của thực vật tạo nên.
Phương pháp đo lường chuẩn xác nhất là sử dụng thiết bị đo bốc hơi và thoát hơi nước Lysimeter, nhưng khả năng ứng dụng của nó còn hạn chế.