Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới Các nhà khoa học trên thế giới nhận thấy vai trò, tầm quan trọng của vật rơi rụng và đã có những nghiên cứu về vật rơi rụng từ rất sớm. Những nghiên cứu thường mang tính chuyên sâu về một tính chất hay một đặc điểm của vật rơi rụng. Những nghiên cứu về vật rơi rụng, sự tích lũy và phân hủy vật rơi rụng Vật rơi rụng là bộ phận quan trọng, hợp thành của hệ sinh thái rừng, là quá trình đào thải của lâm phần.
Đối với nhà lâm sinh học, vật rơi rụng được đánh giá là một mắt xích quan trọng của quá trình lưu động và tuần hoàn vật chất trong hệ sinh thái rừng. Với nhà nghiên cứu về khoa học lửa rừng thì vật rơi rụng là một trong ba yếu tố gây nên cháy rừng (nguồn nhiệt, vật liệu cháy và Oxy). Như vậy, nghiên cứu về vật rơi rụng có mối liên quan chặt chẽ với các nghiên cứu về sinh thái cây rừng, mnước chảy trên bề mặt. Qua các chức năng đó, vật rơi rụng được coi là tầng hoạt động thứ hai của hiệu ứng thủy văn rừng, sau tầng thứ nhất là tầng tán rừng (Wu, Z.
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 ( dẫn theo Vu Chí Dân & Vương Lễ Tiên, 2001) [7]. Ngoài ra, do vật rơi rụng có những lỗ hổng lớn và nhiều hơn so với đất, nên lượng nước ngăn giữ bởi vật rơi rụng dễ dàng bốc hơi. Những nghiên cứ của Black và Kelliher (1989) (dẫn theo Vu Chí Dân và Vương Lễ Tiên (2001) [7] cho thấy rằng, lượng nước bốc hơi từ vật rơi rụng của các kiểu rừng khác nhau chiếm khoảng 3 – 21% tổng lượng nước bốc hơi trên bề mặt đất rừng. Sự hút, giữ nước của vật rơi rụng có ý nghĩa quan trọng về mặt cung cấp chất dinh dưỡng cho thảm thực vật rừng.
Những nghiên cứu của Tietema và cộng sự (1992) (dẫn theo Vu Chí Dân và Vương Lễ Tiên (2001) [7] cho thấy, tốc độ nitrate hóa và tốc độ khoáng hóa của thảm mục phụ thuộc vào hàm lượng nước của nó. Nghiên cứu về thành phần và lượng vật rơi rụng Qua nhiều năm nghiên cứu về hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới, năm 1952 tác giả P. Richard và David cho biết: “Mô sống ở rừng chiếm 80 - 90% tổng lượng chất hữu cơ, còn lại 10 - 20% chất hữu cơ tồn tại ở vật rơi rụng và ở 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 thái hóa mạnh và không thể phục hồi lại được”. Sau đó, nhà khoa học Barilevich năm 1965 đã đưa ra nghiên cứu về cấu trúc vật rơi rụng.
Trong nghiên cứu này, thuật ngữ vật rơi rụng được hiểu là: các cành khô, lá rụng và cây chết như sau: - Vật rơi rụng là những bộ phận tươi chiếm khoảng 40 – 50% (rừng ôn đới), 20 – 30% (rừng nhiệt đới). - Vật rơi rụng là phần trên mặt đất đã được tích lũy lâu năm chiếm 30 – 40%. - Vật rơi rụng là phần rễ cây chết trong đất chiếm 5 – 20%. Lượng vật rơi rụng là mắt xích chủ yếu trong vòng tuần hoàn vật chất và dinh dưỡng; đồng thời 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) [1]. Nghiên cứu về dinh dưỡng hoàn trả cho đất trong rừng Bambusa bambos ở các độ tuổi khác nhau, tác giả Shanmughavel (2000) cho biết: lượng vật rơi rụng trung bình trong các rừng Bambusa bambos 4 tuổi, 5 tuổi và 6 tuổi tương ứng là 15,4 tấn/ha, 17 tấn/ha và 20,3 tấn/ha, trong đó lượng vật rơi rụng từ lá chiếm 58% và từ cành chiếm 42% (dẫn theo Đặng Thịnh Triều, [29]). Nghiên cứu về lượng vật rơi rụng nhằm có được tiêu chuẩn để đánh giá năng suất và cung cấp thông tin về sự phân hủy, 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. Điển hình là mô 5 hình dự đoán năng suất lượng rơi rụng được đề xuất bởi Bray & Gorham, 1964 và Silver, 1994 [1].
Thành phần và hàm lượng chất dinh dưỡng có trong vật rơi rụng là rất lớn, đã có nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu về vấn đề này. Đầu tiên phải kể đến nghiên cứu sơ khai về vật rơi rụng là nghiên cứu của P. Richard và David năm 1952. Ông đã khẳng định: “Hữu cơ của các mô sống ở rừng chiếm 80 – 90% tổng lượng chất hữu cơ, còn lại 10 – 20% chất hữu cơ 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 phân hủy mau chóng thì đất rừng bị thoái hóa mạnh và không thể phục hồi lại được”.
Công trình nghiên cứu tác dụng của thảm thực vật rừng đối với đất của Monin (Nga) đã chứng minh rằng : “Với mỗi loại thảm che khác nhau, lượng vật rơi rụng, chất hữu cơ hàng năm trả lại cho đất và khả năng làm tăng độ phì của đất là khác nhau” [10]. Trong cùng thời gian này, nhà khoa học Nga, Arohegova đã nghiên cứu vật rơi rụng dưới rừng cây lá kim đặc trưng cho vùng ôn đới và kết luận về hàm lượng các nguyên tố dinh dưỡng mà hàng năm cây rừng trả lại cho đất thông qua vật rơi rụng như sau: Nguyên tố dinh dưỡng Lượng hoàn trả/năm (Kg/ha/năm) N 40,2 P 3,5 K 12,7 Ca 25,4 Mg 9,6 (Nguồn: Dẫn theo Nguyễn Tiến Dũng (2010) [6] ) Đến năm 1980, nghiên cứu của Chijok cũng cho thấy: các loài cây khác nhau thì hàm lượng dinh dưỡng trả lại cho đất cũng khác nhau. Sự so sánh này dựa trên nguyên tố dinh dưỡng Nitơ. 6 Loài cây Lượng Nitơ (%) Bạch đàn trắng 1,03 – 1,71 Bạch đàn liễu 1,20 – 1,86 Thông nhựa 0,91 – 1,31 Lõi thọ 2,05 – 2,51 Thông Caribe 0,89 – 1,21 (Nguồn: Dẫn theo Nguyễn Tiến Dũng (2010) [6] ) Qua một số nghiên cứu trên chúng ta có thể thấy khái niệm về vật rơi rụng đã dần dần được hoàn chỉnh, đồng thời các nghiên cứu về đặc điểm, thành phần, động thái các nguyên tố dinh dưỡng có trong vật rơi rụng cũng được đề cập.Song, những nghiên cứu này chủ yếu được tiến hành cho đối tượng rừng trồng thuần loài, rừng lá kim thuộc vùng ôn đới.
Để có được những kết luận mang tính đầy đủ hơn về vật rơi rụng thì đối tượng rừng mưa mùa nửa rụng lá và rừng mưa nhiệt đới còn chứa đựng những vấn đề khoa học thú vị. Ở Trung Quốc đã có một số nghiên cứu lớn về thành phần vật rơi rụng như nghiên cứu của LôTuấn Bồi và một số tác giả năm 1987 tại rừng Tiên Phong Lĩnh đã khẳng định: thành phần hóa học của vật rơi rụng trong rừng mưa mùa nửa rụng lá cao hơn rừng mưa nhiệt đới, hàm lượng nguyên tố ở cành, lá, tạp chất rừng mưa mùa nửa rụng lá sắp xếp theo thứ tự sau [17]: - Cành: Ca > N > K > Mg > Si > P - Lá: Ca > Si > N > K > Mg > P - Tạp chất: K > N > Ca > Si > Mg > P 1. Nghiên cứu về tích lũy và phân hủy vật rơi rụng Sự phân giải vật rụng nhờ vào hoạt động của vi sinh vật đất và động vật nhuyễn trùng (đại biểu là giun đất). Vi sinh vật đất, giun đất có vai trò cực kỳ quan trọng trong sự hình thành đất.
Chúng tham gia đồng hóa các chất hữu cơ, thảm khô, thảm mục, làm cho đất tơi xốp, thoáng khí, giàu dinh dướng khoáng.Đây là nhóm nhân tố hình thành đất không thể thay thế. 7 Quá trình phân giải vật rơi rụng là hợp phần quan trọng của vòng sinh địa hóa trong hệ sinh thái rừng, nơi những chất dinh dưỡng được tái quay vòng 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, thể hiện khả năng hoàn trả chất dinh dưỡng cho đất trong hệ sinh thái rừng. Nếu sự phân gải vật rơi rụng diễn ra chậm thì hầu hết các chất khoáng sẽ quay trở lại nền rừng.
Vật rơi rụng bị phân giải tạo thành mùn có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với quá trình hình thành đất và điều chỉnh sự thu nhận của các chất khoáng vào đất. Trong một ha rừng tự nhiên có hàng chục, hàng trăm tấn vật rụng. Khi đủ nhiệt, ánh sáng và độ ẩm, các lớp vật rụng này được các vi sinh vật đất công phá và qua nhiều chu trình biến đổi trung gian chúng trở thành mùn nhuyễn. Mùn nhuyễn có một loạt tính chất như xốp, dung tích chứa khí cao.
Đất có nhiều thảm mục và mùn trở thành đất có độ phì cao, có cấu trúc tơi xốp, thấm nước nhanh và giữ nước tốt. Thảm mục là môi trường sống lý tưởng của nhiều loài vi sinh vật và động vật nhuyễn trùng. Sự tích luỹ các vật rụng chưa bị phân giải có thể làm tăng lớp đệm, do đó có ảnh hưởng đến tính chất đất rừng và tái sinh rừng.E, Trần Văn Trường, những quá trình phân hủy vật rơi rụng là quan trọng nhất điều hòa các dòng vật chất và năng lượng. Quá trình phân hủy được kiểm soát bởi một lượng lớn các yếu tố vô sinh và hữu sinh (Lavelle et al.
Sự kiểm soát này được kiểm soát, trước hết bởi những điều kiện cụ thể của một cấu trúc hay trạng thái rừng và được thực hiện chủ yếu thông qua hoạt động của các loài vi sinh vật đất, các loài động vật đất cỡ lớn – sinh vật phân hủy. Đồng thời số lượng, mức độ phong phú và hoạt động phân hủy của sinh vật và vi sinh vật đất được xác định bởi lượng và chất của vật rơi rụng (nguồn dự trữ dinh dưỡng) [1]. Nếu chỉ có tích lũy mà không có quá trình phân hủy chất hữu cơ, thì trái đất của chúng ta đã trở thành hố rác (Odum, 1975).