MỞ ĐẦU Vật rụng dưới tán rừng là nguồn cung cấp các dinh dưỡng chủ yếu cho đất rừng, duy trì độ phì nhiêu của đất, là nhân tố quan trọng đảm bảo năng suất và tính ổn định của hệ sinh thái rừng. Tuy nhiên, ở những nơi khối lượng vật rụng được tích lũy quá nhiều lại có thể trở thành nguồn vật liệu cháy nguy hiểm, trở thành nguyên nhân quan trọng của những vụ cháy rừng. Trong những năm gần đây, việc khai thác vật rụng dưới tán rừng để sản xuất phân bón, vật liệu xây dựng, hay nhiên liệu v. được xem là một trong những giải pháp lồng ghép mục tiêu nâng cao thu nhập với giảm thiểu nguy cơ cháy rừng.
Nó đảm bảo giảm được khối lượng vật liệu cháy và nguy cơ cháy rừng trong thời kỳ khô hạn, đồng thời tạo thêm được việc làm, tăng thu nhập cho người dân, bảo vệ đất, bảo vệ được các loài động thực vật, nâng cao hiệu quả kinh tế và môi trường của rừng nói chung. Tuy nhiên, để thu được năng suất lá rụng cao trong khi vẫn phát huy được vai trò bảo vệ đất của nó và duy trì khối lượng ở mức an toàn để giảm thiểu nguy cơ cháy rừng thì cần nghiên cứu đặc điểm tích lũy và năng suất lá rụng dưới tán rừng. Đây là cơ sở cho phương pháp dự báo biến động năng suất và xác định chu kỳ và khối lượng thu gom lá rụng hợp lý. Nghiên cứu đặc điểm tích lũy và năng suất lá rụng dưới các trạng thái rừng phục vụ mục đích khai thác còn ít được thực hiện ở Việt Nam.
Đề tài “Nghiên cứu năng suất vật rụng làm cơ sở quản lý vật liệu cháy dƣới rừng thông tại Trung tâm phát triển lâm nghiệp Hà Nội” nhằm xác định năng suất lá rụng và kỹ thuật khai thác dưới rừng trồng thông để nâng cao thu nhập từ và giảm thiểu nguy cơ cháy rừng tại Trung tâm Phát triển Lâm nghiệp Hà Nội. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới Các nghiên cứu trên thế giới về vật rụng dưới tán rừng chủ yếu được thực hiện bởi các nhà lâm học. Họ tập trung vào thành phần và khối lượng vật rụng, đặc điểm tích lũy, phân hủy và dinh dưỡng trong đất rừng, những nhân tố ảnh hưởng đến khả năng tích lũy vật rụng, hiệu quả và những giải pháp quản lý vật rụng để nâng cao độ phì đất và năng suất rừng nói chung.
Khi nghiên cứu vật rụng như một nguồn vật liệu cháy, người ta thường phân tích đặc điểm biến động của thành phần và khối lượng của chúng, từ đó đề xuất giải pháp giảm thiểu nguy cơ cháy rừng thông qua việc đốt trước vật liệu cháy mà không đề cập đến việc biến nguồn vật liệu cháy khổng lồ dưới tán rừng thành nguồn nguyên liệu để tạo các sản phẩm hữu ích cho xã hội. Khi nghiên cứu về vật rơi rụng, P.Richard và David (1952) đã khẳng định “Hữu cơ ở các mô sống ở rừng chiếm 80-90% tổng lượng chất hữu cơ, 10-20% chất hữu cơ còn tồn tại ở vật rơi rụng và trong đất, khi lớp phủ thực vật mất đi đồng thời điều kiện nhiệt ẩm cao ở vùng nhiệt đới làm cho vật rơi rụng bị phân giải mau chóng thì đất rừng bị thoái hóa mạnh và không thể phục hồi lại được. Brailevich năm 1965 đã đưa ra kết quả nghiên cứu về cấu trúc vật rơi rụng (gồm cành khô lá rụng và cây chết) như sau: phần tươi: 40- 50% (ôn đới), 20-30% (nhiệt đới); phần trên mặt đất đã được tích lũy lâu năm 30-40%; phần rễ cây chết 5-20%. Từ những năm 1963, Olson đã nghiên cứu về thành phần hóa học của vật rơi rụng và sự phân giải chất dinh dưỡng của vật rơi rụng dưới đất rừng, ông đã đưa ra phương trình phân hủy của thưc vật như sau: X/Xo =e^(-k*t) Trong đó: Xo : Lượng vật rơi rụng trước khi bắt đầu phân hủy.
[3] X: Lượng vật rơi rụng còn lại trong một thời gian phân hủy nhất định. t: Thời gian phân hủy (năm). k: Hệ số phân hủy. Ở Trung Quốc đã có một số nghiên cứu lớn về thành phần của vật rơi rụng như nghiên cứu của Lô Tuấn Bồi và một số tác giả năm 1987 tại rừng Tiêm Phong Lĩnh đã khẳng định thành phần hóa hoc trong rừng mưa nửa rụng lá cao hơn rừng mưa nhiệt đới, hàm nguyên tố trong cành, lá, tạp chất rừng mưa theo mùa nửa rụng lá sắp xếp theo thứ tự sau: [12] - Cành : Ca > N > K > Mg > Si > P.
- Lá : Ca > Si > N > K > Mg > P. - Tạp chất : K > N > Ca >Si > Mg > P. Nhìn chung theo các tác giả nước ngoài thì lượng vật rơi rụng, tốc độ phân giải và động thái các nguyên tố dinh dưỡng trong vật rơi rụng có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu và thực tiễn sản xuất lâm nghiệp. Các nghiên cứu đều chỉ ra một điểm chung là: loài vật rơi rụng khác nhau hàm lượng dinh dưỡng khoáng chứa trong chúng cũng khác nhau, tốc độ phân giải cũng khác nhau.
Điều kiện lập địa cũng ảnh hưởng tới sự phân bố của các loài cây, loài cây ảnh hưởng tới vật rơi rụng, tốc độ phân giải phụ thuộc vào loài cây, phụ thuộc vào môi trường phân giải. Lượng rơi (cành, lá, quả, chồi… của cây rơi xuống dưới tán rừng) là một mắt xích chủ yếu trong vòng tuần hoàn vật chất và dinh dưỡng. Đồng thời nó cũng là phương thức chính vận chuyển vật chất hữu cơ và các nguyên tố khoáng từ thảm thực vật xuống mặt đất (Vitousek & Sanford 1986). Nó đặc biệt quan trọng trong hệ sinh thái rừng nhiệt đới, nơi mà chuỗi dinh dưỡng mảnh vụn chiếm ưu thế (Odum 1969).
Quá trình phân giải thảm mục là một phần quan trọng của vòng sinh địa hóa trong hệ sinh thái rừng, nơi những chất dinh dưỡng được tái quay vòng [4] bởi sự phân hủy vật rơi rụng (Crockford và Richardson, 2002) đồng thời nó cũng có vai trò quan trọng trong sự hình thành vật chất hữu cơ trong đất. Nó thể hiện khả năng hoàn trả chất dinh dưỡng cho đất của hệ sinh thái rừng. Ebermayer người Đức nói về vật rơi rụng trong nghiên cứu của mình “Sản lượng chất tàn tạ héo rụng của rừng và những thành phần hóa học của chúng” đã nói lên tầm quan trọng trong tuần hoàn dinh dưỡng của các chất tàn tạ héo rụng [6]. Nghiên cứu về lượng vật rụng giúp ta có được tiêu chuẩn để đánh giá năng suất, cung cấp thông tin về sự phân hủy (khi kết hợp với sự đánh giá về thảm mục ở một thời điểm nhất định), dữ liệu về vật hậu học và dòng dinh dưỡng của hệ sinh thái (Proctor, 1983), cũng như những chỉ số về hiệu suất sử dụng chất dinh dưỡng (Vitousek, 1982), sự ổn định và khả năng tự điều chỉnh của hệ sinh thái để trở lại trạng thái cân bằng dưới tác động của ngoại cảnh.
Đã có một số mô hình dự đoán năng suất lượng rơi được đề xuất (Bray & Gorham 1964 và Silver 1994). Cho đến nay đã có rất nhiều phương pháp được sử dụng để nghiên cứu quá trình phân hủy thảm mục như Whitcamp & Olson (1963), Wiegert & Evans (1964), Wiegert & Murphy (1968), Wood (1971, 1974), Spain (1975), Singh & Gupta (1977) và Woods & Raison (1982).F đã nghiên cứu về động thái vật rơi rụng và chất hữu cơ của rừng mọc nhanh gồm Bạch đàn lai, Keo tai tượng, Keo lá tràm ở các tuổi 5-8 trồng trên đất các khu vực Tây Nam Công Gô. Kết quả nghiên cứu của các tác giả cho thấy lượng rơi rụng biến đổi tương đối lơn, 5 tấn/ha/năm đối với rừng Bạch đàn lai và 10 tấn/ha/năm đối với rừng Keo. Nghiên cứu của Goncalves et al.
(1997) [27] xác định tỷ lệ hàng năm của phân hủy lượng rơi ở tuổi 7 - 8 của rừng Bạch đàn E.grandis là 7,8 tấn/ha [5] (60% từ lá và 40% từ cành cây). Sự phân hủy lớn nhất được tìm thấy vào mùa Xuân và Đông và thấp nhất vào mùa Thu đã cho thấy sự phân hủy là theo mùa. Hàng năm có 42 kgN/ha; 2,3 kgP/ha; 20 kgK/ha và 47 kg Ca/ha đã được phân hủy. Con số này tương đương với 10% của N, 6% P, 10% K và 17% Ca chứa trong cây.
Nghiên cứu khác của tác giả xác định rằng, tổng thảm mục tích lũy trên đất phân rã từ 16 – 24 tấn/ha chỉ trong sáu tháng sau khi khai thác trắng và tỷ lệ phân hủy là 55% /năm. Kết quả nghiên cứu cho thấy: E. grandis 7 tuổi , có tới 30% tổng số N, 18% P, 14% K, 43% Ca và 31% Mg của rừng (sinh khối trên mặt đất và rễ) được tìm thấy trong thảm mục. Một trong những điều kiện xảy ra cháy rừng là vật liệu cháy (VLC) cả về số lượng và tính chất (Johnson và Miyanishi, 2001).
Trên Thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về năng suất lượng rơi và khả năng hoàn trả dinh dưỡng như của Bray và Gorham (1964), Xiaoniu N. Xu và Eiji Hirata (2002), Wenxuan Han và cộng sự (2005) … Sau nghiên cứu này đã có rất nhiều các học giả khác tiếp tục nghiên cứu và đi sâu hơn nữa về vật rơi rụng. Điển hình như nghiên cứu của Bray (1964) về lượng vật rơi rụng của nhiều đối tượng loại rừng khác nhau như rừng ôn đới, nhiệt đới… Tuy nhiên những nghiên cứu này chỉ là những đánh giá bước đầu về lượng vật rơi rụng. Nghiên cứu của Volni thời kỳ sau đó từ (1977- 1985) đã nghiên cứu về ảnh hưởng của vật rơi rụng tới dòng chảy và xói mòn đất.
Bằng cách bố trí những ô thí nghiệm nhỏ để nghiên cứu hàng loạt các nhân tố có liên quan đến dòng chảy và xói mòn đất như thực bì và lớp che phủ bề mặt, lượng vật rơi rụng. Nghiên cứu của Rodin và Basilevic (1976) về cấu trúc vật rơi rụng. Trong nghiên cứu này, thuật ngữ vật rơi rụng được hiểu là các cành khô lá [6] rụng và cây chết. Đồng thời kết quả ghiên cứu cũng chỉ ra cấu trúc vật rơi rụng bao gồm: -Vật rơi rụng chưa phân hủy chiếm khoảng 40 ÷ 50% đối với rừng ôn đới, còn đối với rừng nhiệt đới, tỷ lệ này thấp hơn khoảng 20 ÷ 30%.
- Vật rơi đã phân hủy một phần và được tích lũy lâu năm chiếm 30 ÷ 40%. - Vật rơi rụng là rễ cây chết trong đất chiếm 5 ÷ 10%. Bằng phương pháp đường hồi quy 2 nhân tố, Maisep đã nghiên cứu độ che phủ rừng và lượng thảm mục, thảm khô trên các hồ chứa nước và dòng chảy các con sông vùng tây bắc và thượng lưu sông VonGa.