Tiến Sĩ Nghiên cứu đặc điểm tích lũy, phân hủy và vai trò thủy văn của vật rơi rụng ở rừng phòng hộ đầu nguồ

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN . i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v
DANH MỤC BẢNG vii
DANH MỤC HÌNH . ix
MỞ ĐẦU . 1
Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU . 4
1.1. Ở ngoài nước 4
1.1.1. Nghiên cứu về đặc điểm tích lũy và phân hủy chất hữu cơ 4
1.1.2. Nghiên cứu về vai trò thủy văn của VRR 9
1.2. Ở trong nước 11
1.2.1. Nghiên cứu về đặc điểm tích lũy và phân hủy chất hữu cơ 11
1.2.2. Nghiên cứu về vai trò thuỷ văn của VRR 18
1.3. Thảo luận 21
Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 23
2.1. Nội dung nghiên cứu . 23
2.2. Phương pháp nghiên cứu . 24
2.2.1. Quan điểm và phương pháp luận .24
2.2.2. Cách tiếp cận . 25
2.2.3. Phương pháp nghiên cứu tài liệu thứ cấp 25
2.2.4. Phương pháp bố trí ô mẫu và lập OTC 26
2.2.5. Phương pháp thu thập số liệu 28
2.2.6. Phương pháp xử lý số liệu 34
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN . 42
3.1. Đặc điểm điều kiện lập địa, cấu trúc và sinh trưởng của rừng . 42
3.1.1. Đặc điểm khí hậu và thủy văn 42
3.1.2. Đặc điểm địa hình - thổ nhưỡng 45
3.1.3. Đặc điểm cấu trúc của các trạng thái TTV 53
3.1.4. Một số đặc trưng của các trạng thái TTV 59 iv

3.2. Đặc điểm tích lũy VRR . 59
3.2.1. Thành phần VRR . 59
3.2.2. Vật rơi rụng bổ sung . 62
3.2.3. Đặc điểm VRR tồn dư . 67
3.3. Đặc điểm phân hủy VRR 69
3.3.1. Tổng khối lượng VRR phân hủy của các trạng thái TTV 69
3.3.2. Diễn biến khối lượng VRR phân hủy 70
3.3.3. Tốc độ phân hủy VRR . 77
3.3.4. Tác động của vi sinh vật đối với sự phân hủy VRR . 79
3.4. Vai trò thủy văn của VRR . 85
3.4.1. Quá trình giữ nước của VRR . 85
3.4.2. Đặc điểm hút nước của VRR . 88
3.4.3. Khả năng giữ nước tối đa của VRR .91
3.4.4. Hệ số độ thô của VRR . 92
3.4.5. Ảnh hưởng của VRR đến khả năng thấm nước của đất rừng 92
3.4.6. Ảnh hưởng của VRR đến hệ số xói mòn của đất rừng 94
3.5. Dự báo một số đặc trưng của VRR .100
3.5.1. Dự báo khối lượng VRR bổ sung . 100
3.5.2. Dự báo khối lượng VRR tồn dư 105
3.5.3. Dự báo khối lượng VRR phân hủy . 109
3.5.4. Dự báo lượng nước giữ tối đa và lượng nước giữ hữu hiệu của VRR . 119
KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KHUYẾN NGHỊ .124
1. Kết luận 124
2. Tồn tại 126
3. Khuyến nghị . 126
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC




v


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt/ký hiệu Nội dung diễn giải
A Tuổi cây (năm)
atm Átmốtphe
BS Bổ sung
BPH Bán phân hủy
CPH Chưa phân hủy
CFU/g Số đơn vị hình thành khuẩn lạc trong 1 gam mẫu
CO 2 Khí cácbonníc
C ai Chỉ số diện tích tán lá (%)
CP Độ che phủ của cây bụi thảm tươi (%)
C R Hệ số biến động của lượng mưa (%)
DBH, D 1,3 Đường kính thân cây ở vị trí 1,3 m (cm)
D Tán, DT Đường kính tán lá (m)
D VRR Độ dày của vật rơi rụng (cm)
FAO Tổ chức Nông lương của Liên hiệp Quốc
G Tổng tiết diện ngang lâm phần (m
2
/ha)
Hvn Chiều cao vút ngọn (m)
Hdc Chiều cao dưới cành (m)
H VRR Hệ số suy diễn tổng lượng vật rơi rụng
IBP Chương trình sinh học quốc tế
I as Cường độ ánh sáng
k Chỉ số không đồng đều
LAI Chỉ số diện tích lá
LK Loài khác
L Tán Chiều dài tán (m)
M Trữ lượng rừng (m 3
)
Max Giá trị lớn nhất
Min Giá trị nhỏ nhất vi

Viết tắt/ký hiệu Nội dung diễn giải
N Số cây
NM Nấm mốc
ODB Ô dạng bản
OTC Ô tiêu chuẩn
P Tổng lượng mưa/năm (mm)
PH Phân hủy
PTNT Phát triển nông thôn
R Hệ số tương quan
S Diện tích (ha)
S Hệ số biến động khối lượng VRR (%)
t
0
Nhiệt độ ( 0
C)
TB Giá trị trung bình
TC Độ tàn che
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
TD Tồn dư
t kk Nhiệt độ không khí (
0
C)
TTV Thảm thực vật
TSK Tổng sinh khối
VK Vi khuẩn
VRR Vật rơi rụng
VSV Vi sinh vật
Wđ Độ ẩm đất (%)
W kk Độ ẩm không khí (%)
Wtdư Khối lượng VRR tồn dư tại thời điểm dự báo (kg/ha; tấn/ha)
XK Xạ khuẩn
α Độ dốc (độ)

vii

DANH MỤC BẢNG

TT Bảng Nội dung Trang
1 2.1 Số lượng các ô nghiên cứu trong các trạng thái 26
2 3.1 Các đặc trưng về khí hậu ở địa điểm nghiên cứu 43
3 3.2 Chỉ số không đồng đều và hệ số biến động của lượng mưa 44
4 3.3 Đặc điểm địa hình ở địa điểm nghiên cứu 45
5 3.4 Một số tính chất lý học của đất 46
6 3.5 Kết quả phân tích một số tính chất hóa học của đất 48
7 3.6 Kết quả phân tích trữ lượng mùn, đạm và hàm lượng các chất dễ tiêu 50
8 3.7 Tổ thành tầng cây cao và tầng cây tái sinh tự nhiên 54
9 3.8 Chỉ số đa dạng tầng cây gỗ 55
10 3.9
Một số chỉ tiêu cấu trúc và sinh trưởng bình quân của các trạng
thái thảm thực vật
59
11 3.10 Thành phần và khối lượng VRR ở địa điểm nghiên cứu 60
12 3.11 Tổng khối lượng VRR bổ sung của các trạng thái TTV 62
13 3.12 Diễn biến lượng VRR bổ sung của các trạng thái TTV 64
14 3.13 Diễn biến lượng VRR tồn dư của các trạng thái TTV 68
15 3.14 Tổng lượng VRR phân hủy của các trạng thái TTV 70
16 3.15 Diễn biến khối lượng VRR phân hủy 71
17 3.16 Mối quan hệ giữa lượng VRR bổ sung, phân hủy và tồn dư 76
18 3.17 Khối lượng và tốc độ phân hủy trung bình của VRR 78
19 3.18 Mật độ vi sinh vật dưới các trạng thái TTV 79
20 3.19
Lượng vật rơi rụng, chất hữu cơ, vi sinh vật đất tổng số dưới các
trạng thái thảm thực vật
80
21 3.20 Hoạt tính sinh học của một số nhóm vi sinh vật chủ yếu 81
22 3.21
Khả năng phân hủy xenlulo của một số chủng vi khuẩn trong đất
dưới các trạng thái TTV
83
23 3.22 Tính đa dạng vi sinh vật đất dưới các trạng thái TTV 85 viii

24 3.23 Độ che phủ và độ dày của VRR 86
25 3.24 Tốc độ hút nước của VRR ở các trạng thái TTV 88
26 3.25
Ảnh hưởng của mức độ phân hủy VRR và thời gian hút nước
đến lượng nước hút của VRR
89
27 3.26 Lượng nước giữ tối đa theo ba phần ở các trạng thái TTV 91
28 3.27 Hệ số độ thô của VRR 92
29 3.28 Tốc độ thấm nước ban đầu của đất dưới trạng thái TTV 93
30 3.29 Hệ số xói mòn do mưa 94
31 3.30 Hệ số xói mòn đất dưới các trạng thái TTV 96
32 3.31
Ảnh hưởng của lượng VRR tồn dư và độ che phủ VRR đến xói
mòn đất
97
33 3.32 Khả năng hút nước của VRR 98
34 3.33 Độ ẩm tự nhiên, lượng nước giữ hữu hiệu của VRR 99
35 3.34
Kết quả xác định các tham số của phương trình dự báo khối
lượng VRR bổ sung
100
36 3.35 Sai số xác định khối lượng VRR bổ sung 103
37 3.36 Xác định tham số của phương trình dự báo lượng VRR tồn dư 105
38 3.37 Sai số xác định lượng VRR tồn dư 108
39 3.38 Xác định tham số của phương trình dự báo lượng VRR phân hủy 110
40 3.39 Sai số xác định lượng VRR phân hủy 113
41 3.40 Phương trình dự báo khối lượng VRR bổ sung và phân hủy 115
42 3.41 Bảng tra khối lượng VRR 116
43 3.42 Bảng tra lượng nước giữ hữu hiệu và lượng nước giữ tối đa 120
ix

DANH MỤC HÌNH

TT Hình Nội dung Trang
1 2.1 Bản đồ vị trí các ô tiêu chuẩn ở khu vực nghiên cứu 27
2 3.1 Biểu đồ khí hậu theo thời gian 43
3 3.2 So sánh các chỉ tiêu tính chất hóa học của đất giữa các trạng thái TTV 53
4 3.3 Bản đồ hiện trạng rừng huyện Đà Bắc, Hòa Bình 57
5 3.4 Bản đồ quy hoạch ba loại rừng huyện Đà Bắc, Hòa Bình 58
6 3.5 Thành phần VRR của các trạng thái TTV 61
7 3.6 Tổng khối lượng VRR bổ sung qua các năm 63
8 3.7 Động thái lượng VRR bổ sung 66
9 3.8 Động thái lượng VRR bổ sung của các trạng thái TTV 66
10 3.9 Động thái lượng VRR tồn dư 67
11 3.10 Diễn biến lượng VRR tồn dư của các trạng thái TTV 67
12 3.11 Tổng khối lượng VRR phân hủy 72
13 3.12 Diễn biến khối lượng VRR phân hủy 72
14 3.13 Diễn biến khối lượng VRR phân hủy của các trạng thái TTV 73
15 3.14 Mối quan hệ giữa lượng VRR bổ sung, phân hủy và tồn dư 75
16 3.15 Tốc độ phân hủy VRR bình quân 1 tháng 79
17 3.16 Nấm mốc 83
18 3.17 Vi khuẩn 83
19 3.18 Xạ khuẩn 83
20 3.19 D vòng phân hủy vi khuẩn 84
21 3.20 D vòng phân hủy nấm mốc 84
22 3.21 Độ dày của VRR 87
23 3.22 Biến đổi của lượng nước hút và tốc độ hút nước của VRR 90
24 3.23 Tốc độ thấm nước ban đầu của đất dưới trạng thái TTV 94
25 3.24 Ảnh hưởng của VRR tồn dư và độ che phủ VRR đến xói mòn đất 98
26 3.25 Quan hệ giữa khối lượng VRR bổ sung với khối lượng VRR tồn dư 103
27 3.26 Quan hệ giữa khối lượng VRR phân hủy với khối lượng VRR tồn dư 112

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của luận án
Tích lũy và phân hủy vật rơi rụng (VRR) là một trong những hiện tượng quan
trọng của quá trình tuần hoàn vật chất và lưu động năng lượng cũng như của quá
trình thủy văn cơ bản của hệ sinh thái rừng.
Dưới góc độ sinh thái, sự vận hành của dòng năng lượng đi qua hệ sinh thái có
thể được phản ánh tốt qua đặc điểm tích lũy và phân hủy vật chất hữu cơ thực vật
thông qua chuỗi chăn nuôi hay chuỗi phế thải. Theo Crockford và Richardson
(2000) [66], quá trình phân hủy VRR là một phần quan trọng của chu trình sinh địa
hóa trong hệ sinh thái rừng, qua đó những chất dinh dưỡng được tái quay vòng và
đóng vai trò quan trọng đối với 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.
Dưới góc độ thủy văn, VRR được xem là một mắt xích quan trọng, là tầng thứ
ba thể hiện hiệu ứng thủy văn rừng. Tuy nhiên, những nghiên cứu về đặc điểm VRR
và vai trò thủy văn của nó ở rừng phòng hộ tại Việt Nam còn hạn chế, nên chưa đủ
cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc xác định vai trò sinh thái và thủy văn của nó
cũng như cho việc quản lý có hiệu quả VRR dưới tán rừng. Thực tế cho thấy, khả
năng giữ nước và bảo vệ đất, hạn chế xói mòn - một trong những chức năng quan
trọng của rừng phòng hộ đầu nguồn, có liên hệ chặt với thảm thực vật (TTV) rừng,
với sự phát sinh và phát triển của TTV rừng. Vì vậy, nghiên cứu về đặc điểm tích
lũy và phân hủy vật chất hữu cơ thực vật của rừng phòng hộ đầu nguồn cần được
gắn liền với nghiên cứu đặc điểm thủy văn của vật chất hữu cơ.
Mặc dù vậy, việc nghiên cứu đặc điểm tích lũy và phân hủy vật chất hữu cơ
thực vật và vai trò thủy văn của VRR ở vùng phòng hộ đầu nguồn hồ thủy điện tỉnh
Hòa Bình còn rất hạn chế và chưa được hệ thống. Thực tế này đã làm giảm hiệu quả
quản lý rừng phòng hộ đầu nguồn theo hướng phát huy chức năng giữ nước, bảo vệ
đất cũng như cho việc xác định giải pháp phục hồi sinh khối của hệ sinh thái rừng.
Để góp phần giải quyết vấn đề nêu trên, việc thực hiện đề tài luận án "Nghiên
cứu đặc điểm tích lũy, phân hủy và vai trò thủy văn của vật rơi rụng ở rừng phòng
hộ đầu nguồn hồ thủy điện tỉnh Hòa Bình" là rất cần thiết và có ý nghĩa lớn. 2

2. Mục tiêu nghiên cứu
2.1. Về lý luận
Xác định được đặc điểm tích lũy, phân hủy và vai trò thủy văn của VRR ở
rừng phòng hộ đầu nguồn hồ thủy điện tỉnh Hòa Bình.
2.2. Về thực tiễn
Dự báo được khối lượng VRR tích lũy, tồn dư và phân hủy ở rừng phòng hộ
đầu nguồn cũng như lượng nước giữ tối đa và hữu hiệu bởi vật rơi rụng.
3. Phạm vi nghiên cứu
- Về nội dung nghiên cứu
+ Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu một số chỉ tiêu phản ánh đặc điểm tích lũy,
phân hủy và vai trò thủy văn của VRR ở rừng phòng hộ đầu nguồn hồ thủy điện tỉnh
Hòa Bình.
+ Đề tài chỉ dự báo một số đặc trưng quan trọng của VRR ở rừng phòng hộ
đầu nguồn là rừng tự nhiên.
- Về địa điểm nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là 3 nhóm TTV có diện tích lớn ở vùng hồ
thủy điện tỉnh Hòa Bình, gồm: (i) Đất không có rừng: trảng cỏ, cây bụi; (ii) rừng
trồng: Keo tai tượng, Luồng; (iii) rừng tự nhiên: rừng tự nhiên nghèo, rừng tự nhiên
trung bình, rừng tự nhiên giàu (Theo Thông tư số 34/2009/TT-BNNPTNT ngày 10
tháng 6 năm 2009 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn quy định tiêu chí
xác định và phân loại rừng [1]). Tổng số có 6 trạng thái thảm thực vật đã được
nghiên cứu.
Địa điểm: huyện Đà Bắc, tỉnh Hòa Bình.
Thời gian thu thập số liệu ngoại nghiệp: 2011- 2014.
4. Những đóng góp mới của luận án
- Đặc điểm tích lũy, phân hủy và vai trò thủy văn của VRR dưới một số trạng
thái TTV rừng ở vùng phòng hộ đầu nguồn hồ thủy điện tỉnh Hòa Bình đã được
nghiên cứu khá toàn diện, làm cơ sở cho việc xác định đóng góp của VRR đối với
vai trò thủy văn của hệ sinh thái rừng.
- Việc dự báo lượng VRR bổ sung, tồn dư, phân hủy có ý nghĩa trong công tác
điều tra rừng, làm cơ sở xác định nhanh vai trò thủy văn của VRR trong rừng phòng
hộ đầu nguồn là rừng tự nhiên, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý rừng phòng hộ
đầu nguồn ở khu vực nghiên cứu.
5. Bố cục của luận án
Phần mở đầu: Luận giải sự cần thiết của luận án, mục đích nghiên cứu, ý
nghĩa lý luận và thực tiễn của luận án.
Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu.
Chương 2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu.
Chương 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận.
Kết luận, tồn tại, khuyến nghị: các kết luận rút ra từ kết quả nghiên cứu, nêu
những hạn chế, tồn tại của luận án và các khuyến nghị về ứng dụng những kết quả
nghiên cứu đã thu được và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm khắc phục
những tồn tại.