Bài viết Đặc điểm thấm nước của đất dưới một số loại hình sử dụng đất tại núi Luốt, Xuân Mai, Hà Nội được nghiên cứu nhằm xác định quá trình phát sinh dòng chảy và đề xuất giải pháp để điều tiết nước, bảo vệ đất chống xói mòn cho một số loại hình sử dụng đất.
Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường ĐẶC ĐIỂM THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT DƯỚI MỘT SỐ LOẠI HÌNH SỬ DỤNG ĐẤT TẠI NÚI LUỐT, XUÂN MAI, HÀ NỘI Bùi Xn Dũng Trường Đại học Lâm nghiệp TĨM TẮT Tính thấm đất tiêu quan trọng phản ảnh khả giữ nước, hạn chế dòng chảy mặt tiêu giảm hình thành đỉnh lũ Nhằm đánh giá đặc điểm thấm nước đất núi Luốt, chúng tơi sử dụng ống vịng khun (loại đơn) thí nghiệm loại hình sử dụng đất, gồm rừng trồng hỗn lồi (Thơng Keo; Bạch Đàn - Keo), rừng trồng loài (Keo tai tượng, Keo tràm, Thông), trảng cỏ - bụi đất khơng có thảm thực vật che phủ với 49 lần đo (7 lần/loại hình) vào nhiều thời điểm khác Nghiên cứu thu kết sau: 1) Đặc điểm thấm nước đất núi Luốt tuân theo quy luật đạt giá trị cao thời gian đầu suy giảm dần theo thời gian Tốc độ thấm ban đầu ổn định đạt giá trị cao đất rừng keo tràm (tương ứng 24,8 9,7 mm phút-1) thấp đất trống (8,9 1,1 mm phút-1) Thời gian đạt tốc độ thấm ổn định rừng thường nhanh đất trảng cỏ - bụi nơi trống; 2) Tốc độ thấm ban đầu (mm phút-1) loại hình sử dụng đất có xu hướng phụ thuộc vào độ ẩm lớp đất mặt với mức độ quan hệ trung bình (r = 0,4) Tuy nhiên tốc độ thấm ban đầu lại khơng có quan hệ rõ ràng với dung trọng độ xốp Trái lại, tốc độ thấm ổn định (mm phút-1) không phụ thuộc rõ ràng vào độ ẩm đất bề mặt, phụ thuộc vào dung trọng độ xốp Từ khóa: Loại hình sử dụng đất, quy luật thấm đất, tốc độ thấm ban đầu, tốc độ thấm ổn định I ĐẶT VẤN ĐỀ Tính thấm đất trình nước từ bề mặt di chuyển vào đất mẫu chất Tính thấm đất thành phần trình thủy văn quan trọng cân nước (Horton, 1933) Đặc điểm trình thấm ảnh hưởng trực tiếp đến phát sinh q trình dịng chảy dịng chảy mặt, dòng chảy đất dòng chảy ngầm Khi tốc độ thấm nhanh, khả thấm đất lớn khơng xảy phát sinh dịng chảy mặt (Điển, 2009) Khi dịng chảy ưu dòng chảy đất dòng chảy ngầm Trong trường hợp q trình xói mịn đất khơng xảy xảy với lượng nhỏ Tài nguyên nước điều tiết, tài nguyên đất đồng thời bảo vệ Trong trường hợp ngược lại, tốc độ thấm đất thấp, khả thấm nhỏ, tỷ lệ lượng nước chảy bề mặt so với lượng mưa lớn, tỷ lệ dòng chảy đất dịng chảy ngầm nhỏ Khi tài nguyên nước không điều tiết, tài nguyên đất phải đối mặt với nguy suy thối xói mịn, trượt lở Do vậy, để quản lý có hiệu tài nguyên đất nước, việc trì tốt đặc tính thấm đất đóng vai trị quan trọng Đặc tính thấm đất phụ thuộc vào nhiều nhân tố đặc điểm mưa, tính chất đất, đặc điểm địa hình lớp che phủ bề mặt (thể qua loại hình sử dụng đất) (Bouma Dekker, 1978) Các số mưa có ảnh hưởng tới tính thấm bao gồm lượng mưa, cường độ mưa tần suất mưa Trong trường hợp lượng mưa cường độ mưa lớn khả thấm đất có xu hướng nhỏ Ngược lại, với trận mưa nhỏ, thời gian mưa kéo dài khả tốc độ thấm đất tốt Bên cạnh đặc điểm mưa, loại hình sử dụng đất ảnh hưởng lớn đến đặc tính thấm đất Chỉ tiêu che phủ bề mặt, phương thức sử dụng đất loại hình ảnh hưởng trực tiếp tới đặc tính thấm đất (Onda Yukawa, 1995) Thường tỷ lệ che phủ bề mặt đất lớn, phương thức làm đất tác động đến bề mặt đất đất có tốc độ khả thấm cao Ngược TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2016 47 Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường lại, tỷ lệ che phủ thấp, phương thức sử dụng đất tác động lớn đến bề mặt khả thấm đất giảm Ngoài ra, đặc điểm đất độ ẩm, dung trọng, độ xốp, thành phần giới đất… ảnh hưởng lớn đến đặc điểm thấm đất (Haws, 2004) Thông thường, độ ẩm đất thấp, độ xốp cao, thành phần giới đất cát tốc độ thấm đất cao ngược lại Trong nhân tố tác động đến đặc tính thấm đất, nhân tố mưa khó can thiệp chúng khơng phụ thuộc vào ý chí chủ quan người Chúng ta dự báo tượng tiêu cực liên quan đến mưa để phòng ngừa Hai nhân tố lại (đặc điểm đất thảm thực vật) quản lý nhằm điều tiết tốt nguồn nước bảo vệ tài nguyên đất Vì vậy, giải pháp quản lý tập trung nhiều vào hai nhân tố Nghiên cứu đặc tính thấm nước đất tiến hành từ thập kỷ 30 kỷ 20 nhiều nhà khoa học giới (Horton, 1933; Bouma Dekker, 1978; Sharma cộng sự, 1980) Các nghiên cứu xoay quanh việc tìm quy luật thấm đất tác động nhân tố mưa, đất che phủ thực vật tới chúng (Haws cộng sự, 2004) Dune cộng (1991) ảnh hưởng mưa, che phủ thực vật điều kiện địa hình tới đặc tính thấm đất, Hiraoka cộng (2010) làm rõ tỷ lệ che phủ bề mặt tăng tốc độ thấm ổn định đất tăng theo Mặc dù chủ đề nghiên cứu thực nhiều nơi giới, Việt Nam chưa có nhiều nghiên cứu (Phổ, 1992; Nga, 2009; Hường, 2009; Lan cộng sự, 2010; Sơn, 2011; Hiển, 2012) Là số nhà nghiên cứu quan tâm chủ đề này, Phạm Văn Điển (2006) xác định đặc điểm thấm số loại đất rừng phụ thuộc vào độ xốp, độ dày độ ẩm tầng đất Tuy nhiên, ảnh hưởng biến đổi mạnh theo không gian 48 thời gian nghiên cứu tác giả giải phạm vi nghiên cứu nhỏ, thời gian nghiên cứu ngắn Vì vậy, nhằm cung cấp thêm sở khoa học đặc tính thấm đất nhân tố ảnh hưởng tới trình này, tác giả tiến hành nghiên cứu: “Đặc điểm thấm nước đất số loại hình sử dụng đất Núi Luốt, Xuân Mai, Hà Nội” Kết nghiên cứu sở quan trọng nhằm xác định trình phát sinh dòng chảy đề xuất giải pháp để điều tiết nước, bảo vệ đất chống xói mịn cho số loại hình sử dụng đất II ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu Núi Luốt có địa hình tương đối đồng mang tính gị núi thấp, bị chía cắt, gồm đồi nối tiếp chạy dài km theo hướng từ Đông sang Tây, đỉnh có độ cao tuyệt đối 133 m (hình 2.1) Đỉnh cịn lại có độ cao tuyệt đối 76 m, độ dốc trung bình 15o, nơi dốc 27o, hướng phơi chủ yếu hướng Đông Bắc, Tây Bắc Đông Nam Đất khu vực Núi Luốt đất Feralit nâu vàng phát triển đá mẹ Poocfiarit thuộc nhóm đá mắcma trung tính, tầng dày trung bình tùy thuộc vào vị trí địa hình Núi Luốt gồm nhiều loại hình che phủ khác Rừng Keo tràm có diện tích lớn tới 17,6 ha, sau rừng Keo tai tượng (12,9 ha), rừng trồng Thơng (11,5 ha), rừng hỗn giao nhiều lồi (10,2 ha), rừng hỗn giao Bạch Đàn, Keo (5,2 ha), rừng hỗn giao Thông với Keo tràm (4,7 ha), đất trảng cỏ bụi đất khơng có thực vật che phủ Các hệ sinh thái rừng có tuổi từ 25 - 30 nên có độ cao trung bình từ 12 - 15 m, độ tàn che che phủ tốt (>80%).Vì nghiên cứu lựa chọn kiểm tra đặc điểm thấm đất loại hình sử dụng đất khác nhau, gồm rừng trồng hỗn loài (Thông - Keo, Bạch Đàn - Keo), rừng trồng lồi (Keo tai tượng, Keo tràm, TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2016 Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường Thông), trảng cỏ - bụi đất khơng có thảm thực vật che phủ 2.2 Đánh giá đặc điểm thấm nước số loại hình sử dụng đất Núi Luốt Để đánh giá đặc tính thấm đất, chúng tơi sử dụng phương pháp đo đạc trường Đặc điểm thấm đất xác định ống vòng khun đơn (Single ring) Đường kính vịng khun 20 cm, chiều cao ống 25 cm (hình 2.2) Với loại hình sử dụng đất tiến hành đo ngày liên tục vào thời điểm buổi sáng (1 lần) buổi chiều (1lần) hàng ngày với lần đo/loại hình sử dụng đất Các loại hình đất sử dụng để đo tốc độ thấm bao gồm: Keo tai tượng (vị trí 1), Thơng (vị trí 2), Keo tràm (vị trí 3), rừng hỗn lồi Bạch đàn Keo (Bạch đàn + Keo (vị trí 4), rừng hỗn lồi Thơng - Keo (vị trí 5), Trảng cỏ (vị trí 6) đất trống (vị trí 7) (hình 2.1) Hình 2.1 Địa điểm nghiên cứu sơ đồ bố trí ô thí nghiệm đo tốc độ thấm đất loại hình sử dụng đất khác Hình 2.2 Vòng đo tốc độ thấm đất loại hình sử dụng đất 2.3 Xác định ảnh hưởng số tính chất vật lý đến tính thấm nước đất Để xác định ảnh hưởng số nhân tố vật lý đất đến tính thấm, tiến hành lựa chọn đất rừng trồng lồi Thơng Cụ thể chúng tơi tiến hành đo đạc 38 lần tốc độ thấm đất rừng Thông tập trung vào thời gian tháng tháng 10 năm 2015 Các lần đo thực nhiều điều kiện khác độ ẩm độ xốp Sau lần đo tốc độ thấm, đồng thời tiến hành lấy mẫu đất để phân tích tính TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2016 49 Quản lý Tài nguyên rừng & Mơi trường chất vật lý đất Các tính chất vật lý đất gồm độ ẩm, dung trọng độ xốp đất thuộc tầng đất mặt (0 - cm) Để xác định tiêu đề tài tiến hành lấy mẫu trường nơi thực đo độ thấm để đánh giá Mẫu đất lấy ống dung trọng (kích thước: cao 7,2 cm, đường kính cm) thời điểm đo tốc độ thấm đất Mẫu đất sau lấy cho vào túi nylon buộc chặt ghi cụ thể thơng tin thời gian, vị trí số thứ tự mẫu Mẫu sau đem phịng phân tích nhằm xác định tiêu cần điều tra chọn hai tiêu phản ánh đặc tính thấm bao gồm tốc độ thấm ban đầu (mm/phút) tốc độ thấm ổn định (mm/phút) Tốc độ thấm nước ban đầu phản ánh đặc trưng thấm nước đất rừng phút Tốc độ thấm nước ban đầu cao thường phản ảnh bề mặt đất bị xáo trộn thảm mục tốt Tốc độ thấm nước ổn định tốc độ thấm đất cung cấp đủ nước tầng đất mặt thường bão hòa nước Tốc độ thấm nước ổn định thường phản ánh đặc trưng bề dày tầng đất, độ xốp đặc điểm loài Quan hệ biến lựa chọn phương trình hồi quy tuyến tính Nhằm xác định ảnh hưởng số nhân tố vật lý đất độ ẩm, dung trọng độ xốp đến đặc tính thấm đất, chúng tơi lựa III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, THẢO LUẬN 3.1 Đặc điểm thấm nước đất số loại hình sử dụng đất Biểu đồ 3.1 Đặc điểm thấm nước đất rừng trồng hỗn giao Đặc điểm thấm đất rừng trồng hỗn lồi Thơng - Keo Keo - Bạch Đàn thể xu hướng giống (biểu đồ 3.1) Cụ thể tốc độ thấm đất đạt cao phút đầu giảm phút sau Cả hai loại hình sử dụng đất có xu hướng đạt giá trị ổn định sau thời gian đo 90 phút Tuy nhiên đất 50 rừng trồng hỗn lồi Thơng - Keo lớn rừng trồng hỗn loài Keo - Bạch Đàn Cụ thể, tốc độ thấm ban đầu rừng Thông - Keo Keo Bạch Đàn 19,0 14,4 mm/phút Tốc độ thấm ổn định rừng Thông - Keo 5,1 mm/phút, rừng trồng Keo Bạch Đàn 3,3 mm/phút (biểu đồ 3.3) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2016 Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường Biểu đồ 3.2 Đặc điểm thấm nước đất rừng trồng loài Đặc điểm thấm nước đất rừng trồng loài (Keo tai tượng, Keo tràm Thơng) có xu hướng thay đổi giống (biều đồ 3.2) Tốc độ thấm đạt giá trị cao phút giảm dần phút Tốc độ thấm có xu hướng ổn định sau 87 phút làm thí nghiệm Tuy nhiên tốc độ thấm rừng trồng lồi Keo tràm có xu hướng lớn nhiều so với rừng trồng lồi Keo tai tượng Thơng Tốc độ thấm ban đầu đất rừng trồng Keo tràm đạt tới 24,8 mm/phút, rừng trồng Keo tai tượng 17,8 mm/phút rừng Thông 15,9 mm/phút Tốc độ thẩm ổn định Keo tràm 9,7 mm/phút, tốc độ thấm ổn định đất rừng Thông Keo tai tượng 3,6 2,7 mm/phút (biểu đồ 3.2) 18 Đất trống 16 Tốc độ thấm(mmphút-1) Trảng cỏ, bụi 14 12 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Thời gian (phút) Biểu đồ 3.3 Đặc điểm thấm nước đất trống trảng cỏ - bụi Đặc điểm thấm nước đất Trảng cỏ - bụi đất trống có xu hướng thay đổi giống (biểu đồ 3.3) Tốc độ thấm đạt giá trị cao phút giảm dần phút Tốc độ thấm có xu hướng ổn định sau 100 phút làm thí nghiệm Tuy nhiên tốc độ thấm Trảng cỏ, bụi có xu hướng lớn so với đất trống khơng có thực vật che phủ Tốc độ thấm ban đầu đất trảng cỏ, bụi đạt tới 17,4 mm/phút, đất trống 8,9 mm/phút Tốc độ thấm ổn định Trảng cỏ, bụi 1,9 mm/phút, đất trống 1,1 mm/phút (biểu đồ 3.3) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2016 51 Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường Thấm đất phổ biến Thấm với đất khó thấm nước Biểu đồ 3.4 Các trường hợp thấm nước đất (Horton, 1933) Kết thấm nước từ loại hình sử dụng đất: rừng trồng hỗn loài, loài, trảng cỏ bụi đất trống có xu hướng thấm nước giống với trường hợp thấm nước phổ biến Horton, 1933 (biểu đồ 3.1, 3.2, 3.3 3.4) Điều cho thấy đất loại hình sử dụng khu vực nghiên cứu hầu hết khơng xảy tượng khó thấm nước Kết đồng thời phản ánh khả phòng hộ, điều tiết nước tốt loại hình sử dụng đất khu vực nghiên cứu Tốc độ thấm ban đầu cao sau giảm theo thời gian giai đoạn đầu đất khơ, khoảng cách hạt đất cịn lớn nên đổ nước vào bị thấm nhanh thời gian đầu Theo thời gian lỗ hổng đất trở nên bão hòa, cộng thêm trương nở hạt đất làm giảm kích thước lỗ hổng nên tốc độ thấm có xu hương giảm theo thơi gian Sự suy giảm đạt tới giá trị ổn định tầng đất hồn tồn bão hịa nước, nước cịn thấm tác động trọng lực Tốc độ thấm ban đầu có biến động 52 lớn từ 8,9 – 24,8 mm/phút, trung bình 16,9 mm/phút Tốc độ thấm ban đầu loại hình sử dụng đất có khác biệt rõ ràng (biểu đồ 3.5a) Tốc độ thấm ban đầu cao xảy rừng trồng loài Keo tràm giảm dần từ rừng hỗn giao Thơng Keo, rừng lồi Keo tai tượng, Trảng cỏ bụi, rừng trồng thông, rừng hỗn giao Keo Bạch Đàn đất trống Sự khác biệt tốc độ thấm ban đầu loại hình sử dụng đất khác thảm mục, độ ẩm độ xốp loại hình sử dụng đất Tốc độ thấm ổn định loại hình sử dụng đất dao động lớn từ 1,1 - 9,7 mm/phút, trung bình 3,9 mm/phút Tốc độ thấm ổn định có khác biệt lớn (đến lần) loại hình sử dụng đất (biểu đồ 3.5b) Cụ thể tốc độ thấm ổn định rừng trồng loài Keo tràm lớn nhất, đạt 9,7 mm/phút giảm rừng hỗn lồi Thơng Keo (5,1 mm/phút), rừng lồi Thơng (3,6 mm/phút), rừng Keo - Bạch Đàn (3,3 mm/phút), Trảng cỏ - bụi (1,9 mm/phút) cuối Đất trống (1,1 mm/phút) (biểu đồ 3.5b) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2016 Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường Tốc độ thấm ban đầu (mm phút-1) 25 20 (a) 24.8 19.0 17.8 14.35 15 8.9 10 10 Thông-Keo (b) Tốc độ thấm ổn định (mm phút-1) 17.4 15.85 Keo-BĐ Keo TT Keo LT Thông 9.7 Trảng cỏ, bụi Đất trống 5.1 3.6 3.25 2.65 1.85 1.1 Thông-Keo Keo-BĐ Keo TT Keo LT Thông Trảng cỏ, bụi Đất trống Biểu đồ 3.5 Đặc điểm thấm nước đất loại hình sử dụng đất: (a) Tốc độ thấm ban đầu; (b) Tốc độ thấm ổn định Tốcđộthấmổnđịnh(mmphút-1) 10 y = 0.0526x2 - 1.266x + 8.5298 R² = 0.9209; p