Nghiên cứu ảnh hưởng của thảm thực vật đến một số tính chất lý hóa học và vi sinh vật đất ở xã phúc xuân thành phố thái nguyên tỉnh thái nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM DƢƠNG THỊ THANH MAI NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA THẢM THỰC VẬT ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT LÝ, HĨA HỌC VÀ VI SINH VẬT ĐẤT Ở XÃ PHÚC XUÂN - THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN TỈNH THÁI NGUYÊN Chuyên ngành: Sinh Thái Học Mã số: 60.42.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS MA THỊ NGỌC MAI THÁI NGUYÊN - 2012 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Nếu sai tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Tác giả Dương Thị Thanh Mai Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến TS Ma Thị Ngọc Mai - Đại học Sư Phạm Thái Ngun, người thầy tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thiện luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy, cô khoa Sinh học, trường Đại học Sư phạm -Đại học Thái Nguyên, khoa Sau Đại học - Đại học Thái Nguyên, Viện Khoa học Sự sống, phòng thí nghiệm khoa Hóa học - Trường Đại học Sư Phạm Đại học Thái Nguyên nhiệt tình giảng dạy giúp đỡ học tập, nghiên cứu khoa học Tôi xin trân trọng cảm ơn Sở Nông Nghiệp Phát Triển Nông Thôn, Sở Tài Nguyên - Môi Trường tỉnh Thái Nguyên, UBND tỉnh Thái Nguyên, UBND xã Phúc Xn giúp đỡ tơi q trình triển khai nghiên cứu đề tài Qua đây, xin gửi lời cám ơn chân thành tới Ban Giám đốc, lãnh đạo phòng Đào tạo - Khoa học đảm bảo chất lượng giáo dục Trung tâm Giáo dục Quốc phòng Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ thời gian học Cao học Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới tồn thể gia đình, bạn bè đồng nghiệp cổ vũ, động viên suốt thời gian qua Trong q trình thực luận văn cịn hạn chế thời gian, kinh phí trình độ chun mơn nên khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến quý báu thầy cô giáo, nhà khoa học, bạn bè đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 20 tháng năm 2012 Tác giả Dương Thị Thanh Mai Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng biểu, hình vi MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu 3 Phạm vi nghiên cứu Đóng góp luận văn Chƣơng TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Khái niệm chung thảm thực vật 1.2 Những nghiên cứu thảm thực vật giới, Việt Nam khu vực nghiên cứu 1.2.1 Những nghiên cứu thảm thực vật giới 1.2.2 Những nghiên cứu thảm thực vật Việt Nam 1.2.3 Những nghiên cứu thảm thực vật khu vực nghiên cứu 1.3 Những nghiên cứu ảnh hưởng thảm thực vật đến tính chất lý hóa vi sinh vật đất giới Việt Nam 10 1.3.1 Những ảnh hưởng hệ sinh thái đất đến phát triển thảm thực vật giới Việt Nam 10 1.3.2 Những nghiên cứu ảnh hưởng thảm thực vật tới hệ sinh thái đất rừng giới Việt Nam 12 1.4 Những nghiên cứu khả cải tạo đất số trồng 14 Chƣơng ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN - KINH TẾ - XÃ HỘI TẠI VÙNG NGHIÊN CỨU 16 2.1 Điều kiện tự nhiên 16 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv 2.1.1 Vị trí địa lý 16 2.1.2 Địa hình 17 2.1.3 Đất đai 18 2.1.4 Khí hậu, thuỷ văn 20 2.1.5 Tài nguyên rừng 21 2.2 Điều kiện Kinh tế - xã hội 21 Chƣơng ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 3.1 Đối tượng nghiên cứu 23 3.2 Địa điểm nghiên cứu 23 3.3 Nội dung nghiên cứu 23 3.3.1 Phân loại thảm thực vật xác định cấu trúc thảm thực vật khu vực nghiên cứu 23 3.3.2 Đặc điểm đất qua giai đoạn phục hồi rừng 23 3.4 Phương pháp nghiên cứu 23 3.4.1 Phương pháp luận 23 3.4.2 Phương pháp phân chia giai đoạn phục hồi 24 3.4.3 Điều tra thu thập số liệu 24 3.4.4 Phương pháp phân tích 26 Chƣơng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 32 4.1 Hiện trạng thảm thực vật - Cấu trúc thảm thực vật KVNC 32 4.1.1 Giai đoạn I - Trạng thái thảm cỏ 34 4.1.2 Giai đoạn II - Trạng thái thảm bụi 34 4.1.4 Giai đoạn IV - Trạng thái rừng thứ sinh trưởng thành 35 4.2 Đặc điểm đất qua giai đoạn phục hồi rừng 36 4.2.1 Hình thái phẫu diện đất 36 4.2.2 Sự thay đổi thành phần giới đất, dung trọng độ xốp 38 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn v 4.2.3 Dung trọng độ xốp 39 4.2.4 Sự thay đổi mùn NPK 40 4.2.3 Sự thay đổi độ chua Ca++, Mg++ trao đổi 43 4.2.4 Vi sinh vật đất giai đoạn diễn thảm thực vật 44 4.2.5 Thành phần số nhóm vi sinh vật có ích đất 49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52 I Kết luận 52 II Đề nghị 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 Phụ lục 1: Một số ảnh chụp khu vực nghiên cứu 59 Phụ lục Một số ảnh chụp vi sinh vật đất 62 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, CÁC HÌNH Bảng 2.1 Diện tích phân bố nhóm đất theo độ cao, độ dốc tỉnh Thái Nguyên 19 Bảng 2.2 Hiện trạng sử dụng đất xã Phúc Xuân 20 Bảng 3.1 Ký hiệu độ nhiều thực bì theo chuẩn Drude 26 Bảng 4.1 Cấu trúc hình thái theo chiều thẳng đứng trạng thái thảm cỏ, thảm bụi rừng thứ sinh 33 Bảng 4.2 Hình thái phẫu diện đất giai đoạn phục hồi rừng 37 Bảng 4.3 Thành phần giới đất qua giai đoạn phục hồi rừng 38 Bảng 4.4 Dung trọng độ xốp đất qua giai đoạn phục hồi rừng 39 Bảng 4.5 Hàm luợng mùn chất dinh dưỡng đất qua giai đoạn phục hồi rừng 41 Bảng 4.6 Độ chua & hàm lượng Ca++, Mg++ trao đổi đất qua giai đoạn phục hồi rừng 44 Bảng 4.7 Số lượng VSV (CFU/g) mẫu đất tầng đất mặt độ sâu cm - 10 cm; 10 cm - 20 cm giai đoạn phụ hồi thảm thực vật rừng xã Phúc Xuân - TP Thái Nguyên 45 Hình 2.1 Bản đồ thành phố Thái Nguyên khu vực nghiên cứu 16 Hình 4.1 Biểu đồ biến động số lượng VSV (CFU/g) theo độ sâu đất 46 Hình 4.2 Biểu đồ biến động số lượng vi khuẩn theo giai đoạn phát triển thảm thực vật độ sâu 0-10 cm, 10-20 cm 47 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Rừng - phổi hành tinh Rừng không nơi cung cấp nhiều loại lâm sản quý nguồn nguyên liệu cho số ngành công nghiệp Vai trò quan trọng rừng trái đất với đời sống người vai trò điều hịa khí hậu Rừng có ảnh hưởng đến bốc nước môi trường xung quanh giữ cân nồng độ oxi khí Rừng khơng cung cấp oxi mà cịn có tác dụng lọc khơng khí, làm cho khơng khí lành Rừng hấp thụ lượng lớn khí CO2 khí quyển, làm giảm tác nhân gây Hiệu ứng nhà kính Ngồi ra, Rừng có vai trị quan trọng việc hạn chế xói mịn đất, xói mịn sườn đất dốc, Có thể nói Rừng tài ngun vơ quý giá quốc gia, Rừng quan trọng vậy! Nhưng người lại khai thác Rừng cách mức, tất lợi ích kinh tế Vì lợi trước mắt, người sẵn sàng hủy hoại môi trường sống Đất thành phần quan trọng hệ sinh thái rừng yếu tố hình thành quần thể rừng Đất có q trình phát sinh phát triển phụ thuộc vào nhiều yếu tố có khí hậu, đá mẹ, thực vật, tuổi địa chất hoạt động người Đất quần thể rừng có mối quan hệ hữu chặt chẽ đất vừa yếu tố hình thành rừng, có vai trị quan trọng q trình sinh trưởng rừng, đồng thời chịu ảnh hưởng trực tiếp thảm thực vật rừng tạo nên độ phì đất rừng, độ phì đ ó c h í n h nhân tố tổng hợp quy định nhiều yếu tố như: T hành phần giới, cấu tượng đất, độ ẩm, độ thống khí, độ dày tầng đất, đặc điểm hố tính Do độ phì ảnh hưởng đến nhiều mặt hệ sinh thái rừng nói riêng thảm thực vật nói chung Đất tốt độ phì cao Ngược lại thảm thực vật có tác dụng trở lại với đất cách tích cực, thúc đẩy cho đất nhanh chóng tăng độ phì nhiêu đất [41] Theo thống kê trước trái đất có diện tích diện tích rừng chiếm khoảng tỉ giảm xuống 4,4 tỉ vào năm 1958, 3,8 tỉ vào năm 1973 Hiện diện tích rừng khoảng 2,9 tỉ Các nhà khoa học cảnh báo hàng năm giới trung bình 16,7 triệu rừng tiếp tục đà vịng 166 năm tới trái đất khơng cịn rừng [39] Diện tích rừng bị giảm cách nhanh chóng nguyên nhân tác động trực tiếp gián tiếp người biến đổi thiên nhiên làm cho đất rừng ngày bị suy thối Ở nước ta Đảng nhà nước ln trọng tới vấn đề bảo vệ phục hồi lại rừng nói riêng phục hồi thảm thực vật nói chung, năm qua trình khai thác mức tài nguyên rừng với phong tục tập quán lạc hậu địa phương như: Du canh du cư, đốt rừng làm nương rẫy phát triển ngành chăn nuôi gia súc làm cho diện tích rừng nước ta ngày bị thu hẹp Theo số liệu thống kê năm 1943 độ che phủ rừng nước ta 43%, đến năm 1993 26% Mặc dù năm 1999 số tăng lên 33,2% chưa đảm bảo mức an toàn sinh thái cho phát triển bền vững đất nước Khi có nghiên cứu sâu tính chất lý, hóa vi sinh vật đất, qua thấy ảnh hưởng thảm thực vật tới đất rừng, ta đưa phương pháp nhằm mục đích phục hồi lại hệ sinh thái rừng sử dụng đất cách hợp lí quan điểm sinh thái phát triển bền vững Đồng thời đề xuất biện pháp để cải tạo nơi đất bị xói mịn, bạc màu, nhanh chóng phủ xanh đất trống đồi trọc Với lý chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng thảm thực vật đến số tính chất lý, hóa học vi sinh vật đất xã Phúc Xuân, thành phố Thái Nguyên tỉnh Thái Nguyên” Mục tiêu nghiên cứu - Phân loại thảm thực vật theo khung phân loại UNESCO (1973), xác định giai đoạn phát triển thảm thực vật, cấu trúc hình thái kiểu thảm thực vật khu vực nghiên cứu - Xác định tính chất vật lý, hóa học vi sinh vật đất kiểu thảm thực vật nghiên cứu, sở bước đầu đánh giá tác dụng bảo vệ đất chống xói mịn rửa trơi chất dinh dưỡng đất, nâng cao độ phì kiểu thảm thực vật - Đề xuất biện pháp lâm sinh phù hợp cho số kiểu thảm nhằm nâng cao khả phục hồi rừng, tăng độ che phủ, góp phần vào việc vừa có tác dụng bảo vệ mơi trường nói chung mơi trường đất nói riêng, vừa tạo giá trị kinh tế phục vụ cho sống người Phạm vi nghiên cứu Đề tài thực thời gian từ năm (2011-2012) xã Phúc Xuân - Thành phố Thái Nguyên Tỉnh Thái Nguyên Do điều kiện hạn chế thời gian khơng có kinh phí hỗ trợ, đề tài tập trung nghiên cứu: Một số kiểu thảm thưc vật; ảnh hưởng chúng đến thay đổi tính chất lý, hóa học vi sinh học đất Đề tài không nghiên cứu tác động trở lại yếu tố môi trường đất đến kiểu thảm thực vật Các khu vực chọn nghiên cứu thuộc xã Phúc Xuân có đặc điểm tương đối đồng như: đá mẹ, địa hình, hướng phơi, tác động người động vật… Đóng góp luận văn Đưa dẫn liệu định lượng góp phần làm sáng tỏ mối quan hệ thảm thực vật đến hệ sinh thái đất rừng xã Phúc Xuân, Thành phố Thái Nguyên tỉnh Thái Nguyên 51 trình tái sinh tự nhiên, sinh trưởng phát triển thảm thực vật rừng Hai trình tồn mối quan hệ thống hài hồ q trình phục hồi hệ sinh thái rừng tự nhiên Quá trình phục hồi rừng tự nhiên tiền đề cho trình cải thiện đặc điểm lý tính hố tính đất, làm tăng hàm lượng hạt sét sét vật lý, làm tăng độ xốp tầng đất mặt Thảm thực vật phục hồi góp phần cải thiện đặc tính hố học đất tăng hàm lượng mùn, đạm tổng số, lân kali dễ tiêu Cùng với trình cải thiện đặc tính lý hố học đất, số lượng thành phần vi sinh vật đất tăng lên đáng kể Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết luận Hiện trạng thảm thực vật thứ sinh khu vực nghiên cứu giai đoạn trình phục hồi rừng, trình phục hồi thảm thực vật chia thành giai đoạn: Giai đoạn I (3-5 năm) trạng thái thảm cỏ; Giai đoạn II (6-8 năm) trạng thái thảm bụi; Giai đoạn III (10-14 năm) trạng thái rừng non thứ sinh; Giai đoạn IV (10-14 năm) trạng thái rừng thứ sinh Sự phân chia tầng thứ giai đoạn phục hồi rừng liên quan đến thời gian thảm thực vật phục hồi, trạng thái thảm cỏ trạng thái thảm bụi có cấu trúc tầng chưa rõ rệt, trạng thái rừng non thứ sinh có cấu trúc tầng, tầng có gỗ có chiều cao trung bình 5,0-8,0m, tầng chiều cao trung bình 1-3m, tầng thảm tươi có chiều cao < 0,5m; trạng thái rừng thứ sinh trưởng thành giai đoạn phát triển từ rừng non thứ sinh, trạng thái gồm tầng, tầng có có chiều cao trung bình 8,0-13,0m, tầng chiều cao trung bình 5-6m, tầng có chiều cao trung bình 1,0-3,0m, tầng gồm có chiều cao trung bình < 1,0m Đặc điểm đất qua giai đoạn phục hồi rừng 2.1 Hình thái phẫu diện đất: sau thời gian bỏ hóa 10 năm tầng A0 xuất hiện, độ dầy tầng đất đa phần lớn 45cm 2.2 Đặc điểm lý, hóa tính đất: Hàm lượng sét (hạt