Xác định khả năng giữ nước của đất Bài tập sinh thái học

Khả năng giữ nước của đất có vai trò rất quan trọng trong việc hình thành cơ chế phát sinh dòng chảy, là tiền đề cho quá trình giữ đất tại chỗ. Khả năng giữ nước của đất là yếu tố quan trọng có thể sử dụng trong các đánh giá, ứng dụng trong lĩnh vực quản lý nguồn nước. Trong đó, lượng nước giữ tiềm tàng của đất và dung tích chứa nước hữu hiệu của đất là hai trong số những chỉ tiêu đánh giá khả năng giữ nước của đất. Với ý nghĩa này, bài tập sử dụng các số liệu từ bài báo “ Đặc trưng giữ nước của đất dưới một số trạng thái thảm thực vật ở vùng hồ thủy điện tỉnh Hòa Bình” của PGS.TS Phạm Văn Điển để phân tích quá trình tính toán nội nghiệp hai chỉ tiêu: (1) lượng nước giữ tiềm tàng của đất; (2) dung tích chứa nước hữu hiệu của đất.

MỤC LỤ

BÀI TẬP 1: Xác định một số chỉ tiêu đánh giá khả năng giữ nước của đất 2

I ĐẶT VẤN ĐỀ 2

II KẾT QUẢ THỰC HIỆN 2

1 Lượng nước giữ tiềm tàng của đất 2

2 Dung tích chứa nước hữu hiệu của đất 4

2.1 Quy trình tính lượng nước trong đất trước thời kỳ mưa (mm) 4

2.2 Quy trình tính lượng nước tại điểm khô héo 5

2.3 Lượng nước đồng ruộng I m 7

2.4 Lượng chứa nước I M 7

2.5 Dung tích chứa nước hữu hiệu I e 7

III KẾT LUẬN 9

BÀI TẬP 2: Quá trình gia tăng số lượng quần thể, quần xã thực vật rừng 10

1 Một số khái niệm liên quan 10

2 Quá trình tăng số lượng quần thể thực vật rừng 11

2.1 Những chỉ số cơ bản xác định quá trình tăng số lượng quần thể và các dạng gia tăng số lượng cá thể của quần thể thực vật rừng 11

2.2 Ý nghĩa của việc nghiên cứu các dạng tăng trưởng của số lượng quần thể… 14

3 Tính biến động của quần thể và cơ chế điều chỉnh số lượng cá thế của quần thể thực vật rừng 15

3.1 Tính biến động của quần thể thực vật 15

3.2 Cơ chế điều chỉnh số lượng cá thế của quần thể thực vật rừng 15

4 Quá trình tăng số lượng của quần xã thực vật rừng: 17

5 Kết luận 19

BÀI TẬP 1:

Xác định một số chỉ tiêu đánh giá khả năng giữ nước của đất.

I ĐẶT VẤN ĐỀ

Khả năng giữ nước của đất có vai trò rất quan trọng trong việc hình thành cơ chế phát sinh dòng chảy, là tiền đề cho quá trình giữ đất tại chỗ Khả năng giữ nước của đất là yếu tố quan trọng có thể sử dụng trong các đánh giá, ứng dụng trong lĩnh vực quản lý nguồn nước Trong đó, lượng nước giữ tiềm tàng của đất và dung tích chứa nước hữu hiệu của đất là hai trong số những chỉ tiêu đánh giá khả năng giữ nước của đất Với ý nghĩa này, bài tập sử dụng các số liệu từ bài báo “ Đặc trưng giữ nước của đất dưới một số trạng thái thảm thực vật ở vùng hồ thủy điện tỉnh Hòa Bình” của PGS.TS Phạm Văn Điển để phân tích quá trình tính toán nội nghiệp hai chỉ tiêu: (1)- lượng nước giữ tiềm tàng của đất; (2)- dung tích chứa nước hữu hiệu của đất

II KẾT QUẢ THỰC HIỆN

1 Lượng nước giữ tiềm tàng của đất

Lượng nước giữ tiềm tàng của đất rừng bao gồm lượng nước giữ tiềm tàng trong khe hổng mao quản và lượng nước giữ tiềm tàng trong khe hổng ngoài mao quản Tổng của hai loại này là lượng nước giữ tiềm tàng bão hòa của đất

Lượng nước giữ trong các khe hổng mao quản, ngoài mao quản của đất rừng được tính toán theo độ dày tầng đất, dựa trên số đo bình quân về độ xốp của đất:

Imq = Hđ X mq

100 (1.1)

Inmq = Hđ X nmq

100 (1.2)

Ibh = (Imq + Inmq) (1.3) trong đó: Imq là lượng nước giữ trong các khe hổng mao quản của đất (mm)

Inmq là lượng nước giữ ngoài mao quản của đất (mm)

Ibh là lượng nước bão hòa của đất

Hđ là độ dày tầng đất (mm)

Xmq và Xnmq lần lượt là độ xốp mao quản và độ xốp ngoài mao quản của đất (%)

Từ công thức (1.1), (1.2) và (1.3), ta xác định được giá trị lượng nước giữ tiềm tàng trong khe hổng mao quản, lượng nước giữ tiềm tàng trong khe hổng ngoài mao quản, lượng nước bão hòa của đất trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Lượng nước giữ tiềm tàng của đất.

Độ

Dung trọng đất

Độ xốp (%) Lượng nước giữ tiềm tàng của đất (mm)

TT

Trạng

thái

TTV

dày tầng đất (cm)

(g/cm 3 ) Tổng

độ xốp

Độ xốp mao quản

Độ xốp ngoài mao quản

Mao quản

Ngoài mao quản

Bão hoà

5 IIIA1 85.2 1.58 45.2 26.46 18.74 225.44 159.66 385.10

6 IIIA2 109 1.45 47.91 26.09 21.82 284.38 237.84 522.22

10 Luồng 96 1.46 45.44 25.27 20.17 242.59 193.63 436.22

Bảng 1.1 cho thấy lượng nước giữ bão hòa tiềm tàng của đất đạt giá trị cao nhất ở trạng thái IIIB (Ibh = 690.34 mm) và thấp nhất ở trạng thái IA (Ibh = 332.26 mm) Giá trị cao nhất gấp 2.08 lần giá trị thấp nhất Lượng chênh lệch giữa giá trị cao nhất và thấp nhất tương đối lớn, có điều này là do lượng nước giữ tiềm tàng của đất không chỉ phụ thuộc vào độ xốp mao quản và ngoài mao quản, mà còn phụ

thuộc nhiều vào độ dày tầng đất thấm (Hđ) Lượng giữ nước ở rừng tự nhiên nhìn chung cao hơn rõ rệt so với ở rừng trồng và đất chưa có rừng trạng thái IA, IB Kết quả này cho thấy vai trò quan trọng của cấu trúc lớp phủ thực vật trong điều tiết nguồn nước cho lưu vực, giảm xói mòn, rửa trôi

Số liệu phân tích cũng cho thấy lượng nước giữ tiềm tàng của các khe hổng ngoài mao quản thường thấp hơn so với lượng nước giữ tiềm tàng của các khe hổng mao quản Đối với những nơi đất dốc, lượng nước giữ ở các khe hở mao quản thấp thì ngay cả khi có lớp phủ thực vật thì tác dụng phòng chống lũ và xói mòn còn thấp, cần có các công trình, biện pháp chống xói mòn, trượt lở đất

2 Dung tích chứa nước hữu hiệu của đất

Để xác định tiêu chuẩn này, bài tập có sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa như sau:

- Độ ẩm của đất ( biểu thị theo khối lượng): khả năng chứa nước của đất, độ ẩm đất trong bài được tính bằng phần trăm trọng lượng đất khô ( lấy khối lượng nước có trong mẫu đất so với khối lượng mẫu đất sấy khô ở 1050 C)

Wm (%) = M n

M đk 100 (2-1) Trong đó Mn là khối lượng nước, Mđk là khối lượng đất khô kiệt

- Độ ẩm tối đa đồng ruộng: là độ ẩm tương ứng với trường hợp đất canh tác được làm bão hòa nước, khi tất cả các mao quản trong đất chứa đầy nước còn các khoảng trống khác chứa không khí, được biểu thị bằng phần trăm của trọng lượng đất khô

- Độ ẩm cây héo: Là độ ẩm nhỏ nhất của đất mà lúc đó cây trồng không thể hút được nước để nuôi cây, cây héo và không hồi phục được

2.1.Quy trình tính lượng nước trong đất trước thời kỳ mưa (mm)

Ta có

Wm (%) = M n

M đk 100 (2-1)

→ Mn = M đk W m

100 (2-2)

Mđk = Vđk Dđk (2-3)

Trong đó, Vđk là thể tích đất khô kiệt, Dđk là dung trọng đất

Ta xác định trên một đơn vị diện tích đất là 1m2, như vậy

Thể tích đất trên 1m2 :

Vđk= Hđ S = Hđ 1 = Hđ (2-4) Trong đó, Hđ là độ dày tầng đất (m) Sau khi xác định được khối lượng nước có trong đất Mn dựa vào các công thức (2-1), (2-2), (2-3), (2-4), ta xác định lượng nước I trong đất trước thời kỳ mưa: Lại có

Vn = M n

D n (2-5) Trong đó, Vn là thể tích nước có trong đất trên diện tích 1m2 (cm3); Dn là khối lượng riêng của nước Dn = 1 (g/cm3)

I = V n

S (2-6)

Ví dụ: Xác định lượng nước có trong đất trước thời kỳ mưa với trạng thái thực vật IA:

Thể tích đất trên 1m2:

Vđk= Hđ S = 10077 . 1= 0.77 (m3) =770000 (cm3) Khối lượng đất trên 1m2 :

Mđk = Vđk Dđk = 770000* 1.53 = 1178100 (g) Khối lượng nước trên 1 m2:

Mn = M đk W m

100 = 1178100×7.37100 = 86825.97 (g) Thể tích nước trên 1m2

Vn= M n

D n = 86825.971 = 86825.97 (cm3) = 0.086826 (m3) Lượng nước I = hnước = V n

S = 0.0868261 = 0.086826(m) = 86.826 (mm) Tương tự với các trạng thái thực vật khác

2.2.Quy trình tính lượng nước tại điểm khô héo

Khi trong đất có một lượng nước nhỏ đến mức rễ cây không thể hấp thụ được, lúc đó là cây bắt đầu rủ héo và nếu tiếp tục khô kiệt thì nó sẽ chết hoàn toàn Lượng nước nhỏ bé như vậy cây sẽ bắt đầu rủ héo được gọi là độ ẩm cây héo Có thể xác định gián tiếp được độ ẩm cây héo nhưng muốn biết chính xác độ ẩm cây héo của một loại đất đối với cây trồng cụ thể ta tiến hành trồng cây, tuỳ theo mục đích nghiên cứu mà để cho cây bắt đầu héo ở giai đoạn sinh trưởng phát triển nào đó rồi lấy mẫu đất phân tích độ ẩm

Như vậy bản chất xác định lượng nước tại điểm khô héo giống với xác định bản chất lượng nước có trong đất trước thời kỳ mưa, khác nhau ở quá trình lấy mẫu, ta có thể thực hiện giống quy trình tại mục 2.1, thay độ ẩm đất trước thời kỳ mưa bằng độ ẩm cây héo (Wch )

Giá trị độ ẩm cây héo (Wch) được lấy từ bảng 2.1

Bảng 02 Độ ẩm cây héo và độ ẩm đồng ruộng

TT Trạng thái TTV Độ ẩm cây héo

(%)

Độ ẩm đồng ruộng (%)

Ví dụ: Xác định lượng nước có trong đất tại điểm khô héo với trạng thái thực vật IA:

Thể tích đất trên 1m2:

Vđk= Hđ S = 10077 . 1= 0.77 (m3) =770000 cm3

Khối lượng đất trên 1m2 :

Mđk = Vđk Dđk = 7700* 1.53 = 1178100 (g) Khối lượng nước trên 1 m2:

Mn = M đk W ch

100 = 1178100×7.03100 = 82820 (g) Thể tích nước trên 1m2

Vn= M n

D n = 828201 = 82820 (cm3) = 0.082820 (m3) Lượng nước Ich = hnước = V n

S = 0.0828201 = 0.082820(m) = 82.820 (mm) Tương tự với các trạng thái thực vật khác

2.3.Lượng nước đồng ruộng I m

Dựa trên khái niệm độ ẩm tối đa đồng ruộng là độ ẩm tương ứng với trường hợp đất canh tác được làm bão hòa nước, khi tất cả các mao quản trong đất chứa đầy nước còn các khoảng trống khác chứa không khí, được biểu thị bằng phần trăm của trọng lượng đất khô, ta thấy rằng hàm lượng nước ngoài đồng ruộng cũng chính là lượng nước mao quản treo được giữ lại trong đất tại những khe hở mao quản do có lực mao quản và sức căng bề mặt Giá trị lượng nước đồng ruộng cũng chính bằng giá trị lượng nước trong mao quản của đất đã được xác định trong mục 1

2.4.Lượng chứa nước I M

IM = Im - Ich (2-7)

2.5.Dung tích chứa nước hữu hiệu I e

Ie = Im – I (2-8)

Sau đó ta có thể so sánh các giá trị về lượng chứa nước IM và dung tích chứa nước hữu hiệu Ie của các trạng thái thực vật khác nhau với trạng thái thực vật có giá trị các chỉ tiêu nhỏ nhất

Như vậy ta được kết quả về dung tích chứa nước hữu hiệu của đất tại bảng 2.2

Bảng 2.2 Dung tích chứa nước hữu hiệu của đất

Trạng

thái

TTV

Trước thời kỳ

mưa

Lượng nước ở điểm khô héo (mm)

Lượng nước đồng ruộng (I m , mm)

Lượng chứa nước

I M

(mm)

So sánh

I M

Dung tích chứa nước hữu hiệu

I e

(mm)

So sánh

I e M đk (g)

M n

(trước mưa) (g)

M n (cây héo) (g)

Độ ẩm

đất

(%)

Lượng nước I (mm)

Keo

Bảng 2.2 cho thấy dung tích chứa nước hữu hiệu của đất có sự chênh lệch tương đối lớn giữa các trạng thái thực vật Dung tích chứa nước hữu hiệu cao nhất

ở trạng thái rừng IIIB (Ie = 170.46 mm), và thấp nhất ở các trạng thái đất chưa có rừng IA (Ie = 109.9 mm), IB (Ie = 110.10 mm), rừng trồng keo tai tượng (Ie = 107.79

mm) ,trạng thái IIIA1 (Ie = 107.79 mm) Giá trị dung tích chứa nước hữu hiệu cao nhất gấp 1.58 lần giá trị thấp nhất

So sánh về lượng chứa nước IM, giá trị này cao nhất ở trạng thái rừng IIIB (IM

= 252.10 mm) và thấp nhất ở trạng thái rừng IA (IM = 113.91 mm) Lượng chênh lệch giữa giá trị cao nhất và giá trị thấp nhất lớn Giá trị cao nhất cao gấp 2.21 lần giá trị thấp nhất

Như vậy, nhìn chung, giá trị dung tích trữ nước hữu hiệu và giá trị lượng nước chứa đều cao nhất ở trạng thái rừng tự nhiên IIIB, và thấp dần khi trữ lượng và cấu trúc rừng đơn giản hơn So sánh giữa rừng tự nhiên và rừng trồng, các giá trị này ở rừng trồng đều thấp hơn ngay cả khi so với trạng thái rừng IIA , IIB là trạng thái rừng thứ sinh phục hồi Điều này một lần nữa là minh chứng cho vai trò của cấu trúc lớp phủ thực vật trong việc giữ nước, điều tiết nước, chống xói mòn

III KẾT LUẬN.

Qua những số liệu đã phân tích, ta thấy rằng các chỉ tiêu tính toán được bao gồm: lượng nước giữ tiềm tàng của đất và dung tích chứa nước hữu hiệu của đất đều có sự chênh lệch lớn giữa các trạng thái rừng khác nhau,giữa rừng tự nhiên và rừng trồng lượng chênh lệch giữa giá trị cao nhất là lớn nhất của các chỉ tiêu dao động từ 1.58 đến 2.21 lần Các chỉ tiêu này đều có giá trị cao nhất ở trạng thái rừng IIIB và thấp dần khi trữ lượng và cấu trúc rừng đơn giản hơn, thấp nhất ở trạng thái

IA Các chỉ tiêu đánh giá khả năng giữ nước này ở rừng tự nhiên cao hơn ở rừng trồng

Qua đó cho thấy được vai trò quan trọng của cấu trúc của lớp phủ thực vật với khả năng giữ nước của đất cũng như hiệu quả môi trường, điều tiết nước ở lưu vực của rừng tự nhiên, đặc biệt là rừng trạng thái IIIB là trạng thái rừng có trữ lượng lớn

và cấu trúc rừng vốn có ít thay đổi

Bài tập 2:

QUÁ TRÌNH GIA TĂNG SỐ LƯỢNG QUẦN THỂ, QUẦN XÃ THỰC VẬT

RỪNG

Trên khía cạnh ý nghĩa, sinh thái học là môn khoa học nhằm giải quyết các vấn đề sử dụng các nguồn tài nguyên, là cơ sở lý luận cho mọi hoạt động, tác động vào tự nhiên có tính đến các quy luật của quá trình tự nhiên Nhờ đó, có thể tránh được những xung đột gay gắt giữa con người và tự nhiên, giữa lợi ích kinh tế, xã hội, môi trường Nghiên cứu về quá trình tăng số lượng quần thể, quần xã là một nội dung quan trọng trong sinh thái học quần thể, quần xã thực vật rừng Xác định được quá trình điều hòa số lượng sinh vật có thể góp phần cho việc xác định phương pháp, mức độ khai thác, sử dụng, bảo vệ sao cho phù hợp Nghiên cứu về quá trình tăng số lượng quần thể, quần xã thực vật rừng có nhiều ý nghĩa không chỉ

về mặt lý thuyết mà còn rất quan trọng cả về mặt thực tiễn

Với ý nghĩa nêu trên, tôi thực hiện tiểu luận làm rõ một số vấn đề xung quanh quá trình tăng số lượng quần thể, quần xã Nội dung tìm hiểu bao gồm các dạng gia tăng số lượng cá thể của quần thể, một vài đặc điểm xung quanh sự gia tăng số lượng quần xã thực vật rừng Thêm vào đó, do mối liên hệ chặt chẽ giữa quá trình tăng và quá trình giảm số lượng của quần thể thực vật rừng, bài tiểu luận đóng góp một vài phác họa về sự biến động số lượng quần thể cũng như cơ chế điều chỉnh số lượng quần thể thực vật rừng để có thể làm rõ sự gia tăng số lượng xung quanh trạng thái cân bằng

1 Một số khái niệm liên quan

- Quần xã: Tập hợp các quần thể của các loài khác nhau, giữa chúng có mối quan hệ tác động qua lại lẫn nhau trong một vùng lãnh thổ nhất định- được gọi

là nơi ở, nơi mọc,hoặc điều kiện nơi mọc [1]

- Quần thể: là một nhóm cá thể riêng biệt của một loài sống trong một khoảng không gian xác định, có những đặc điểm sinh thái đặc trưng của cả nhóm, chứ không phải của từng cá thể riêng biệt [1]

2 Quá trình tăng số lượng quần thể thực vật rừng.

2.1 Những chỉ số cơ bản xác định quá trình tăng số lượng quần thể và các dạng gia tăng số lượng cá thể của quần thể thực vật rừng.

Sự tăng trưởng số lượng của quần thể liên quan chặt chẽ với 3 chỉ số cơ bản:

- Mức sinh sản

- Mức tử vong

- Sự phân bố các nhóm tuổi của quần thể

Mỗi chỉ số có một ý nghĩa và giá trị riêng, song nếu biệt lập chúng, ta không thể thảo luận được về sự tăng trưởng số lượng của quần thể

Sự tăng trưởng, trước hết phụ thuộc vào tốc độ sinh sản và tử vong, trong mối liên quan:

r = b – d Trong đó:

r là hệ số (tốc độ) tăng trưởng riêng tức thời của quần thể bị phân lập (không có di cư và nhập cư), tức là số lượng gia tăng trên đơn vị thời gian

b và d lần lượt là các giá trị số lượng cá thể sinh ra và chết đi trên một đơn

vị thời gian

Nếu r > 0, quần thể phát triển số lượng

r = 0, quần thể ổn định về số lượng

r < 0, quần thể suy giảm số lượng

Từ tốc độ tăng trưởng riêng và tốc độ tử vong riêng, ta cũng có mối quan hệ:

Δ N

Nếu Δ N và Δtvô cùng bé, ta có mối liên hệ”

N dt = r hay dN dt = r.N (1.2) Lấy tích phân cơ bản 2 vế của phương trình ta có:

Phương trình (1.2),(1.3) là phương trình hàm mũ với dạng đường cong chữ J,

thể hiện sự tăng trưởng số lượng của quần thể áp dụng trong điều kiện không có sự giới hạn các yếu tố môi trường gồm không gian nơi ở và chất dinh dưỡng Khi đó,

do không có yếu tố giới hạn nên kích thước quần thể sẽ gia tăng liên tục Tốc độ tăng số lượng của quần thể trong điều kiện môi trường không bị giới hạn (r) phụ thuộc vào thành phần tuổi và tốc độ tăng trưởng riêng được tạo ra bởi các nhóm tuổi khác nhau của quần thể tham gia vào sinh sản Do đó, chỉ số về tốc độ tăng trưởng đối với ngay một loài cũng có thể khác nhau phụ thuộc cấu trúc của quần thể Chỉ khi sự phân bố của các nhóm tuổi trong quần thể được xác lập một cách ổn định vững chắc thì tốc độ tăng trưởng riêng mới ổn định và được gọi là “tốc độ tăng trưởng tự nhiên nội tại” của loài, ký hiệu là rmax (Chapman, 1928) [2]

Trong thực tế, số lượng bất kỳ quần thể nào cũng không thể tăng lên vô hạn theo hàm số mũ Ngược lại, sự gia tăng số lượng quần thể theo dạng hàm mũ chỉ kéo dài một thời gian nhất định Sau đó, do những giới hạn về không gian nơi ở, nguồn thức ăn, các quan hệ cạnh tranh, dịch bệnh và tiềm năng sinh học của loài, nên kích thước quần thể sẽ gia tăng chậm dần và đạt đến một giới hạn nhất định Nói cách khác, sự tăng số lượng của quần thể luôn chịu sự chống đối của môi trường ( các yếu tố vô sinh và hữu sinh) Số lượng càng tăng, sức chống đối càng mạnh Dạng đường cong tăng trưởng này được Verhuslt (1854) mô tả bằng đường cong Sigmoid ( hay đường cong tăng trưởng theo kiểu chữ S) [2] Đường cong chữ

S thể hiện sự tăng trưởng số lượng của quần thể áp dụng trong điều kiện có sự chống đối của môi trường.