Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Một số khái niệm có liên quan * Rừng phòng hộ đầu nguồn Theo Luật Bảo vệ và Phát triển rừng 2017 thì RPH được phân theo mức độ xung yếu, sử dụng chủ yếu để bảo vệ nguồn nước, bảo vệ đất, chống xói mòn, chống sa mạc hóa, hạn chế thiên tai, điều hòa khí hậu, góp phần bảo vệ môi trường, quốc phòng, an ninh, kết hợp kinh doanh du lịch sinh thái, nghỉ dưỡng, giải trí, bao gồm: (i) Rừng phòng hộ đầu nguồn; rừng bảo vệ nguồn nước của cộng đồng dân cư; rừng phòng hộ biên giới; và (ii) Rừng phòng hộ chắn gió, chắn cát bay; rừng phòng hộ chắn sóng, lấn biển. RPHĐN được hiểu như sau (theo QĐ 17/2015/QĐ-TTg ngày 09/06/2015): - RPHĐN nhằm tăng cường khả năng điều tiết nguồn nước cho các dòng chảy, hồ chứa nước, hạn chế lũ lụt, giảm xói mòn, bảo vệ đất, hạn chế bồi lấp các lòng hồ và khu vực hạ du. - Diện tích RPHĐN gồm diện tích rừng và đất lâm nghiệp quy hoạch theo quy định của Nhà nước nhằm mục đích chủ yếu là bảo vệ và phát triển RPHĐN.
- Quy mô của RPHĐN phù hợp với quy mô của lưu vực sông, hồ và việc quản lý RPHĐN gắn với công tác quản lý tổng hợp lưu vực sông, hồ. * Suy thoái rừng Ở Việt Nam, thuật ngữ suy thoái rừng cũng đã được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Suy thoái rừng là một quá trình dẫn đến phá vỡ cấu trúc rừng, mất sự đa dạng của các loài cây bản địa. Các quá trình sinh thái học này đặc trưng lên rừng tự nhiên và năng suất của chúng (Will de Jong và cs, 2006) [92].
Suy thoái rừng có thể xảy ra dưới nhiều hình thức và được biểu hiện ở nhiều quy mô khác nhau, sự suy thoái xảy ra khi các sự kiện phi tự nhiên gây ra những xáo trộn trong các quá trình tự nhiên làm tổn hại sự cân bằng sinh thái (Trần Văn Con, 2001) [7]. 6 * Rừng phòng hộ đầu nguồn bị suy thoái Suy thoái RPHĐN là quá trình biến đổi của RPHĐN theo chiều hướng làm giảm dần khả năng đảm bảo các chức năng phòng hộ của nó, chủ yếu là chức năng giữ đất và bảo vệ nguồn nước; RPHĐN bị suy thoái nghiêm trọng là rừng bị biến đổi đến mức không còn khả năng tự phục hồi để đảm bảo được các chức năng phòng hộ của nó trong một khoảng thời gian nhất định (5 năm) (Vương Văn Quỳnh, 2007) [42]. Ngô Đình Quế và cs (2009) [41] cho biết: (i) Suy thoái rừng là quá trình dẫn đến sự phá vỡ cấu trúc rừng dưới tác động của các nhân tố tự nhiên hoặc xã hội; (ii) Sự phá vỡ cấu trúc của rừng được biểu hiện ở suy giảm về độ tàn che của rừng, tầng thứ, suy giảm về trữ lượng và tổ thành loài cây; phân bố số cây và độ tàn che trên mặt đất rừng không đồng đều; (iii) Suy giảm về chức năng phòng hộ của rừng, đặc biệt là khả năng điều tiết nguồn nước và chống xói mòn đất. * Phục hồi rừng Phục hồi rừng có thể được hiểu một cách khái quát là quá trình ngược lại của sự suy thoái.
Theo quá trình diễn thế, sau khi phải chịu những tác động phi tự nhiên phá vỡ cân bằng sinh thái; với khả năng tự điều chỉnh tự nhiên và cơ chế nội cân bằng sinh thái thì có xu hướng vận động thiết lập một trạng thái cân bằng mới (gần giống với trạng thái ban đầu), quá trình này được gọi là diễn thế phục hồi. Để phục hồi lại các hệ sinh thái rừng (HSTR) đã bị thoái hóa, chúng ta có rất nhiều lựa chọn tùy thuộc vào từng đối tượng và mục đích cụ thể nhằm đảo ngược quá trình suy thoái rừng là cải tạo, khôi phục và phục hồi rừng. * Quản lý rừng bền vững QLRBV là quá trình quản lý những lâm phần ổn định nhằm đạt được một hoặc nhiều mục tiêu quản lý đã được đề ra một cách rõ ràng như đảm bảo sản xuất liên tục những sản phẩm và dịch vụ rừng mà không làm giảm đáng kể những giá trị di truyền và năng suất của rừng trong tương lai và không gây ra những tác động xấu đối với môi trường tự nhiên và xã hội (ITTO, 1990) [25]. QLRBV là sự quản lý rừng và đất rừng theo cách thức và cường độ phù hợp để duy trì đa dạng sinh học, năng suất, khả năng tái sinh và sức sống của rừng, và duy trì tiềm năng của rừng trong hiện tại và trong trương lai, các chức năng sinh 7 thái, kinh tế và xã hội của rừng ở cấp địa phương, quốc gia và toàn cầu, và không gây ra những tác động xấu đối với các hệ sinh thái (HST) khác (Theo tiến trình Helsinki của EU [5]).
Tình hình nghiên cứu trên thế giới 1. Những nghiên cứu về vai trò phòng hộ đầu nguồn của rừng * Nghiên cứu về vai trò của thảm thực vật rừng tới dòng chảy mặt và xói mòn đất Đối với mỗi quốc gia trên thế giới, RPH luôn chiếm một vị trí quan trọng trong kế hoạch bảo vệ môi trường sinh thái và phòng chống thiên tai. Vì vậy, nghiên cứu về RPH được rất nhiều tác giả quan tâm. W (1981) [21], Fiebige G (1993) [73] đã xác nhận nguy cơ xói mòn đất dưới tầng cây gỗ có thể tăng lên do giọt mưa dưới tán rừng có kích thước lớn hơn.
X (1981) [67] cho biết, xói mòn đất tăng tỷ lệ với đường kính của hạt mưa và bình phương của tốc độ rơi của hạt mưa. Nhiều phương trình dự báo xói mòn đã được nghiên cứu và công bố, trong đó phương trình của Wischmeier W., được thừa nhận và ứng dụng rộng rãi (Wischmeier W. Những nghiên cứu này đã góp phần tìm ra cơ chế của quá trình xói mòn cũng như việc đề xuất các biện pháp chống xói mòn thích hợp và có ý nghĩa đặc biệt đối với công tác xây dựng và phát triển RPHĐN. Các công trình nghiên cứu thủy văn rừng trên thế giới thường tập trung chủ yếu vào việc đánh giá vai trò điều tiết nước của rừng như khả năng ngăn cản nước mưa của tán rừng, lượng nước phân chia thành dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm, lượng nước chảy men thân cây,.
Có thể kể đến như: Lutschev A., và cs (1989) [85], Giaccomin A. Dòng chảy mặt trong rừng không đáng kể (2 - 16 %) nhưng sau 11 năm dòng chảy năm tăng (74 - 84%), lượng nước bốc hơi từ vật rơi rụng của các trạng thái rừng khác nhau chiếm khoảng 3 - 21 % tổng lượng nước bốc hơi trên bề mặt đất 8 rừng. Có thể kể đến như: Spac J. And Don (1986), Black T.
Ngoài ra, còn có nhiều công trình nghiên cứu về dòng chảy mặt như: Zhang, et all (2001, 2004) [94], [95]; Van Dijk et all (2007) [89]; Sun G., et all (2005) [87]; Rambal S. Nghiên cứu xây dựng các mô hình hóa trong nghiên cứu thủy văn rừng như: Richar A., et all (2000) [84]; Van Dijk., et all (2007) [89]; Yong G. FAO (1994a, 1994b) [17], [18] đã chỉ ra rằng, quá trình tích lũy sinh khối là cơ chế sinh vật học chủ yếu để khống chế xói mòn đất. FAO (1995) cho rằng, rừng có tác dụng quan trọng trong việc điều tiết dòng chảy, giảm lưu lượng nước bề mặt, góp phần làm giảm lũ lụt.
Đối với lưu vực nhỏ, độ che phủ của rừng có thể làm giảm thiểu lượng nước lúc chảy xuống hạ lưu (dẫn theo Vũ Tấn Phương, 2009) [38]. Ở Liên Xô cũ cũng như một số nước (Mỹ, Anh, Thụy Sỹ, Trung Quốc, Nhật Bản,.) đã tiến hành nhiều nghiên cứu và thực nghiệm đánh giá vai trò thủy văn của thảm phủ thực vật. Nhìn chung, các nhà khoa học đều cho rằng, thảm phủ thực vật có ảnh hưởng khác nhau đến các đặc trưng dòng chảy sông suối. Đối với RPHĐN, có nhiều nghiên cứu cho thấy tầng cây cao, cây bụi thảm tươi, vật rơi rụng trong rừng có vai trò rất lớn trong việc giữ nước và hạn chế xói mòn đất.
Có thể kể đến như: Douglass (1977), Pritchett (1979), Foster G. C và Vis (1982), Ellison (1947), Zakharop P. Tóm lại, ở các nước tiên tiến trên thế giới, các trạm nghiên cứu về thủy văn rừng được bố trí thành mạng lưới rộng trên toàn quốc hoặc cho các vùng sinh thái, số liệu thu thập được lưu trữ liên tục trong thời gian dài. Vì vậy, đảm bảo thiết lập được các quy luật khí hậu thủy văn rừng cho từng vùng, từ đó đưa ra những kết quả có giá trị để đề xuất các biện pháp quy hoạch và xây dựng RPH.
Phương pháp nghiên cứu cũng chuyển dần từ định tính sang định lượng, đặc biệt là đã ứng dụng toán học để mô hình hóa các kết quả nghiên cứu thực nghiệm, mở rộng khả năng ứng dụng vào thực tiễn. 9 * Nghiên cứu ảnh hưởng của rừng đến điều tiết dòng chảy và hạn chế lũ lụt Trên thế giới, nghiên cứu khả năng điều tiết dòng chảy, giảm lũ của rừng được tiếp cận theo 2 hướng: nghiên cứu ở quy mô khu rừng và nghiên cứu ở quy mô lưu vực (Ciesiolkn C. - Nghiên cứu ở quy mô khu rừng, khả năng giảm lũ của rừng được hiểu là khả năng làm giảm dòng chảy mặt, tăng dòng chảy ngầm và nhờ đó, làm chậm và phân tán sự di chuyển của nước mưa về sông suối; làm giảm quá trình hình thành lũ. Tỷ lệ dòng chảy mặt được xem là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá khả năng giảm lũ của rừng.
Các khu rừng nghiên cứu thường được hướng vào đặc điểm phân bố của dòng nước khi vào HSTR dưới ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, khi vào HSTR lượng giáng thủy (gồm cả mưa, tuyết, sương,.) được chia thành 3 hợp phần: (a) Nước đọng lại trên tán và bốc hơi trở lại khí quyển (chiếm từ 10 - 45 %); (b) Nước vào tán và chảy men theo thân cây xuống mặt đất rừng (1 - 5 %) và (c) Nước lọt qua tán rừng xuống mặt đất rừng (50 - 90 %). Các tác giả nghiên cứu về phân bố của dòng nước khi vào HST có thể kể đến như: Pritchett (1979), Trương Hồng Giang (1989), Hibbert (1967), Ruxton (1967), Moltranop (1973), Douglass (1977), Dunne (1978), Jordan và C. Khả năng giữ nước của rừng có giới hạn và phụ thuộc nhiều vào đặc điểm của đất rừng như độ xốp, cấu tượng đất, tốc độ thấm nước, hàm lượng mùn, độ dày tầng đất.
Chúng quyết định lượng giữ nước của đất rừng (Vu Chí Dân, Vương Lễ Tiên, 2001 [15]).