Thực hiện thí nghiệm đốt trước có kiểm soát tại ba OTC với các điều kiện và kết quả nghiên cứu về đặc tính của các đám cháy được thống kê tại bảng 4.4 như sau:
Ngày đốt: 31/5/2013 Độ cao tuyệt đối: 300m
Độ ẩm không khí: 81% Độ dốc: 20-22o
Nhiệt độ không khí: 28oC Tốc độ gió: 30m/ph Trạng thái rừng: Thông thuần loài (30 tuổi)
Loại đất: Feralit phát triển trên đá sa thạch
TT Chỉ tiêu OTC01 OTC02 OTC03
1 Thời gian đốt và kết thúc 7-9h 7-8h 7-8h
2 Độ ẩm VLC (%) 15 10,9 16,3
3 Khối lượng VLC (tấn/ha) 13 12 12,5
4 Khối lượng VLC thực tế (tấn/ha) 11,05 10,69 10,46 5 Tốc độ lan tràn (m/ph) 1,25 1,67 1,50 6 Cường độ cháy (kw/m) 414,3 535,6 470,7 7 Chiều cao ngọn lửa (cm) 150 180 170 8 Chiều cao vỏ cây bị xém (cm) 200 250 220 9 Biện pháp thực hiện Không hạ thực bì, đốt toàn diện Hạ thấp thực bì, đốt theo dải (500m2) Hạ thấp thực bì, đốt theo đám(9m2) 10 Bảo vệ cây Dọn sạch vật liệu bán kính 1m quanh gốc 11 Chuẩn bị hiện trường Chuẩn bị trước 5 ngày
Số liệu ở bảng 4.4 cho thấy điều kiện ban đầu để bố trí thí nghiệm giữa các OTC tương đối đồng nhất nhưng kết quả về thời gian đốt, đặc điểm vật liệu và các thông số phản ánh đặc tính đám cháy ở mỗi phương pháp đốt không giống nhau.
So sánh với bảng phân cấp về cường độ cháy của Cheney (1981) [7], cho thấy ở OTC 01 và OTC 03 có cường độ < 500kw/m (mức thấp) còn OTC 02 có cường độ ở mức trung bình.
OTC 01 không thực hiện biện pháp hạ thấp thực bì, để nguyên dạng trạng thái thực bì của rừng và đốt có kiểm soát. Khối lượng VLC cao đạt 13 tấn/ha. Tuy nhiên sau khi đốt, khối lượng VLC không hết. Loại vật liệu còn lại gồm
thân, cành của các cây bụi có kích thước khoảng 1 – 2cm. Khối lượng VLC còn lại trung bình của OTC 01 bằng 2 tấn/ha.
Tốc độ cháy của OTC 01 đạt 1,25m/ph là thấp nhất so với hai ô còn lại. Vì không chặt hạ các cây bụi, thảm tươi nên trong quá trình cháy, đám cháy mất một nguồn nhiệt lớn cho việc sấy khô tất cả các loại vật liệu còn tươi. Điều này góp phần làm tốc độ lan tràn của đám cháy bị chậm lại và có cường độ 414,3kw/m. Đối với loại VLC có kích thước lớn hơn, ngọn lửa không đủ nóng để sấy khô và các loại vật liệu này thường còn lại sau cháy.
Chiều cao lớn nhất của tầng thảm tươi, cây bụi và vật liệu cháy ở OTC 01 khoảng 130cm nhưng chiều cao của ngọn lửa chỉ có 150cm. Điều này là do cấu trúc thẳng đứng của VLC được phân tách thành hai tầng rõ rệt: Tầng thảm khô, thảm mục có bề dày 30cm và tầng thảm tươi hay VLC tươi ở phía trên và có chiều cao là 100cm. Khi đốt, tầng thảm khô, thảm mục ngọn lửa cháy lên tầng VLC tươi tạo ra ngọn lửa cao 150cm.
Đối với OTC 02 việc hạ thấp thực bì bằng cách dùng dao phát thủ công. Hoạt động này chủ yếu tác động vào tầng thảm tươi và không có tác động gì đối với tầng thảm khô, mục. Vật liệu cháy qua thời gian chuẩn bị và phơi dưới tán rừng độ ẩm còn là 10,9%, do đó OTC 02 có cường độ cháy cao nhất là 535,6kw/m và chiều cao ngọn lửa lên tới 180cm.
Hai OTC 02 và 03 đều thực hiện biện pháp hạ thấp chiều cao của VLC như nhau, tuy cùng trạng thái địa hình và điều kiện khí tượng nhưng tốc độ lan tràn và cường độ đám cháy OTC 03 thấp hơn OTC 02. Điều này có thể được giải thích như sau: Diện tích một đám đốt ở OTC 02 là 500m2 còn OTC 03 là 09m2. Với diện tích đám cháy lớn, lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình cháy được hấp thu tối đa vào VLC xung quanh nhiều hơn so với đám cháy có diện tích nhỏ nên cũng làm giảm cường độ cháy của ngọn lửa. Điều quan trọng có khi là độ ẩm VLC do xếp đống nên ở OTC 03 có độ ẩm cao hơn.
4.2.2. Một số Tính chất vật lý và hóa học của đất rừng trước và sau khi đốt
Đất là một trong những nhân tố sinh thái quan trọng đối với sự tồn tại và phát triển của quần xã thực vật rừng. Nó cung cấp cho cây rừng phần lớn các chất dinh dưỡng để cấu tạo nên cơ thể sống như là H2O, O2, N, P, K..., khoáng chất và các nguyên tố vi lượng khác. Chính vì vậy khi tính chất vật lý và hóa học của đất bị thay đổi, thường dẫn đến thay đổi tổ thành cây tái sinh, thảm thực bì và quần xã thực vật.
Để đánh giá mức độ ảnh hưởng của biện pháp đốt trước có kiểm soát tại khu vực, đề tài tiến hành nghiên cứu tính chất vật lý, hóa học của đất trước và sau khi thực hiện các biện pháp đốt trước tương ứng với các OTC.
4.2.2.1. Tính chất vật lý của đất rừng trước và sau khi đốt trước
Tính chất vật lý của đất bao gồm nhiều yếu tố như là tỉ trọng, dung trọng, độ ẩm, độ xốp, thành phần cơ giới, cấu trúc của đất, tỷ lệ đá lẫn...Tuy nhiên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu sự thay đổi của tỉ trọng, dung trọng, độ xốp và tỉ lệ đá lẫn tại các OTC trước và sau khi tiến hành biện pháp đốt trước VLC. Kết quả phân tích được trình bày tại bảng 4.5 và được thể hiện ở hình 4.1.
Bảng 4.5: Kết quả phân tích tính chất vật lý của đất
OTC Chỉ tiêu Trước
đốt Sau đốt 1 ngày Sau đốt 3 tháng Tỉ lệ đá lẫn (%) 01 Dung trọng (g/cm3) 1,16 1,35 1,30 50-55 Tỉ trọng 2,95 2,89 2,69 Độ xốp (%) 60,54 53,16 51,64 02 Dung trọng (g/cm3) 1,30 1,13 1,11 50-55 Tỉ trọng 3,03 2,77 2,69 Độ xốp (%) 57,14 59,22 58,79 03 Dung trọng (g/cm3) 0,98 1,03 1,47 50-55 Tỉ trọng 2,84 2,88 2,79 Độ xốp (%) 65,59 64,22 47,51
Ta biết rằng các chỉ tiêu dung trọng, tỉ trọng và độ xốp quyết định mức độ sinh trưởng và phát triển của thảm thực bì. Dung trọng càng lớn, độ nén chặt càng cao nó làm hạn chế khả năng phát triển của rễ cây, Độ xốp được coi là yếu tố rất quan trọng, nó ảnh hưởng nhiều đến khả năng thấm nước, thoát nước của đất và quyết định trực tiếp tới lượng ô xi trong đất. Độ xốp càng cao, lượng hơi nước và ô xi trong đất càng nhiều tạo điều kiện thuận lợi cho cây phát triển, đặc biệt là sự tái sinh của hạt và cây con.
Ở khu vực nghiên cứu độ xốp thay đổi như hình 4.1.
Hình 4.1: Sự biến đổi độ xốp của đất rừng trước và sau khi đốt trước ở các OTC
Kết quả ở bảng 4.5 và hình 4.1 tại OTC 01 độ xốp của đất rừng tại khu vực nghiên cứu có sự khác biệt. Đất rừng trước khi đốt có độ xốp là 60,54%, đất rừng sau khi đốt độ xốp đã giảm còn 53,16% và tiếp tục giảm sau khi đốt ba tháng. So với trước khi đốt, ở thời gian sau đốt ba tháng độ xốp của đất rừng đã giảm đi 8,9%.
Ở OTC 02 độ xốp của đất rừng không có sự biến động nhiều. Trước khi đốt, độ xốp đất rừng là 57,14%, sau khi đốt độ xốp có tăng lên một chút
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00
OTC01 OTC02 OTC03
Do xop (%) TĐ SĐ 1 ngày SĐ 3 tháng Độ xốp (%)
(59,22%) nhưng không đáng kể. So với trước khi đốt, sau khi đốt 3 tháng độ xốp đất rừng tăng lên 58,79%, không thay đổi nhiều so với trước khi đốt.
Ở OTC 03 sau khi thực hiện biện pháp đốt, độ xốp đất rừng cũng bị suy giảm theo thời gian như OTC 01. Sau khi đốt trước, độ xốp giảm 1,37%. Thế nhưng sau 3 tháng thì độ xốp đất rừng lại giảm đi rất rõ rệt. So với trước khi đốt độ xốp đã giảm 18,08%.
Sau khi áp dụng đốt trước tại ba OTC, OTC 02 có cường độ cháy cao nhất là 535,57kw/m nhưng độ xốp của đất rừng hầu như không có sự chênh lệch rõ rệt. Còn ở OTC 01 và 03 cường độ cháy thấp hơn OTC 02 nhưng đất rừng có sự biển đổi độ xốp khác biệt hơn, (OTC 01 giảm 8,9%, OTC 03 giảm 18,08%).
4.2.2.2. Tính chất hóa học của đất trước và sau khi đốt trước
Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong đất ảnh hưởng lớn tới quá trình hình thành độ phì của đất cũng như sinh trưởng và phát triển của cây tái sinh sau khi đốt trước.
Để thấy được sự biến đổi tính chất hóa học của đất rừng sau khi thực hiện biện pháp đốt trước có kiểm soát, đề tài đã lấy mẫu và phân tích. Kết quả một số tính chất hóa học của đất ở các OTC được trình bày tại bảng 4.6.
Bảng 4.6: Kết quả phân tích một số tính chất hóa học của đất ở các OTC
OTC Chỉ tiêu Trước
khi đốt Sau đốt 1 ngày Sau đốt 3 tháng
01 Độ pH 4,20 4,31 3,68 Mùn (%) 1,43 1,74 2,30 Nitơ (NH4+) (mg/100g) 9,832 6,677 3,911 Phốt pho (P2O5) (mg/100g) 1,364 1,534 1,175 02 Độ pH 4,12 4,41 3,84 Mùn (%) 1,95 1,85 2,96 Nitơ (NH4+) (mg/100g) 5,072 4,606 4,465 Phốt pho (P2O5) (mg/100g) 1,361 1,788 1,424
03 Độ pH 4,23 4,32 3,96 Mùn (%) 1,74 1,90 2,38 Nitơ (NH4+) (mg/100g) 6,070 5,000 2,791 Phốt pho (P2O5) (mg/100g) 1,253 1,737 1,694 TB Độ pH 4,18 4,35 3,83 Mùn (%) 1,71 1,83 2,55 Nitơ (NH4+) (mg/100g) 6,994 5,437 3,722 Phốt pho (P2O5) (mg/100g) 1,326 1,686 1,431 a. Độ pH
Độ pH là chỉ tiêu đánh giá mức độ chua, trung tính hay là kiềm của môi trường đất. Nó được thể hiện thông qua nồng độ của ion H+. Độ pH của đất ở ba OTC theo thời gian nghiên cứu được thể hiện ở hình 4.2
Hình 4.2: Biến đổi độ pH của đất rừng trước và sau khi đốt trước
3,20 3,40 3,60 3,80 4,00 4,20 4,40 4,60
OTC01 OTC02 OTC03 TB
Axis Title
TĐ SĐ 1ngày SĐ 3tháng
Từ kết quả phân tích độ pH ở các ô nghiên cứu cho thấy đất rừng trước khi đốt có độ pH khá đồng nhất, biến động từ 4,12 (OTC 02) đến 4,23 (OTC 03) và đều ở mức chua.
Sau khi đốt 1 ngày, độ pH trong đất của cả ba OTC đều tăng, với mức tăng từ 0,09 (OTC 03) đến 0,29 (OTC 02) và trung bình của cả ba OTC là 0,14. Như vậy, có thể thấy với tác động của đám cháy đốt trước, độ chua của đất đã được cải thiện, dù mức tăng không nhiều. Ở thời điểm sau khi đốt 3 tháng, giá trị pH trong đất ở cả ba ô nghiên cứu đều giảm hơn so với ngay sau khi đốt (trung bình cho cả ba ô là 0,52). Điều này có thể do sau khi thực hiện biện pháp đốt trước, đất rừng được bổ sung một lượng khoáng chất, muối khoáng, một số hợp chất khí từ việc đốt tầng thảm khô, mục và cây bụi thảm tươi... trung hòa một phần các ion H+ do vậy độ pH của đất được tăng lên. Sau 3 tháng tầng cây bụi thảm tươi và cây tái sinh chưa kịp phục hồi, mặt đất trống trơn, địa hình trên sườn có độ dốc từ 20 đến 22o
đã làm tăng quá trình xói mòn, rửa trôi. Dẫn đến đất rừng có độ chua lớn hơn. Tuy nhiên cũng có thể nhận thấy giữa các OTC với 3 phương pháp đốt, sự tăng và giảm giá trị pH trong đất không có sự chênh lệch nhiều.
b. Hàm lượng mùn
Mùn không những là nguồn dự trữ các chất dinh dưỡng cho cây trồng thông qua quá trình khoáng hóa mà còn ảnh hưởng đến tính chất lý học, hóa học của đất như: Độ xốp, độ ẩm, độ thoáng khí, khả năng giữ nước ... từ đó ảnh hưởng đến chu trình tuần hoàn vật chất giữa thực vật, đất và vi sinh vật.
Hình 4.3: Biến đổi hàm lượng mùn trong đất rừng thông trước và sau khi đốt
Từ số liệu ở bảng 4.6 và biểu đồ hình 4.3 cho thấy đất rừng thông tại khu vực rừng phòng hộ Tĩnh Gia nhìn chung hàm lượng mùn ở mức nghèo (1,43- 1,95%) và trung bình đạt 1,71%.
Sau khi đốt một ngày, hàm lượng mùn trong đất ở OTC 01 (phương pháp đốt toàn diện) và OTC 03 (phương pháp đốt theo đám) có tăng hơn một chút, với mức tăng 0,16-0,31%. Riêng OTC 02 (phương pháp đốt theo dải và độ ẩm 10,9%) lại có hàm lượng mùn giảm 0,1%.
OTC 01 và 03 có cường độ cháy thấp do vậy dưới tác dụng của nhiệt độ của đám cháy một phần đã thúc đẩy quá trình phân giải tạo thành mùn sau cháy, một phần đốt cháy VLC tạo thành mùn. Còn đối với OTC 02 có cường độ cháy 535,6Kw/m đám cháy cũng có những tác dụng như hai OTC trên nhưng do cường độ cháy và nhiệt độ cháy cao hơn đã đốt cháy một phần lượng nhỏ mùn của đất, làm lượng mùn của OTC này giảm xuống.
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50
OTC01 OTC02 OTC03 TB
Chart Title TĐ
SĐ 1 ngày SĐ 3 tháng
Kết quả phân tích mẫu đất sau khi đốt 3 tháng thấy rằng, hàm lượng mùn trong đất của cả ba OTC đều tăng dao động từ 2,30-2,96% (trung bình 0,72%). Trong đó ở OTC 02 tăng cao nhất (1,11%). Điều này có thể giải thích, dưới ảnh hưởng của đám cháy đã làm tầng cây bụi, thảm tươi cháy, để lại một hệ thống rễ cây dày đặc dưới mặt đất. Một phần rễ cây đã bị cháy, phần lớn còn nằm lại và được sinh vật phân giải. Do đó hàm lượng mùn trong đất sau cháy 3 tháng tăng lên và đạt mức trung bình.
Tuy nhiên cần chú ý thường vào thời gian từ tháng 8-10, tại khu vực Thanh Hóa nói chung và Tĩnh Gia nói riêng có nhiều trận mưa với lượng mưa lớn, cường độ lớn nếu không nhanh chóng phục hồi thảm thực bì để bảo vệ đất thì nguy cơ xói mòn, rửa trôi làm mất đi hàm lượng mùn tại khu cực nghiên cứu.
c. Hàm lượng Nito dễ tiêu (NH4+)
Đạm (N) trong đất có ý nghĩa rất lớn đối với đời sống thực vật được thể hiện ở chỗ nó đi vào thành phần các chất quan trọng nhất của tế bào sống đó là Protein và axit nucleic. Thực vật chỉ hấp phụ đạm ở dạng các hợp chất vô cơ. Những hợp chất vô cơ này đi vào cơ thể thực vật trở thành những nguyên liệu để cấu tạo nên các hợp chất hữu cơ phức tạp có chứa đạm. Thực vật không hút được đạm tự do trong khí quyển mà chúng thường hút đạm từ dưới đất dưới dạng muối nitrat (NO3-) và muối amon (NH4+) là chính [18].
Các nguồn đạm cung cấp cho thực vật ở khu vực nghiên cứu bao gồm: (1) Từ cành khô lá rụng được vi sinh vật phân giải qua quá trình nitrat và amon hóa. (2) Vi khuẩn cố định đạm tự do trong khí quyển chủ yếu là các loài cây trong họ Đậu. (3) Nguồn đạm tự nhiên từ khí quyển do mưa cung cấp dưới dạng muối NO3-, do hiện tượng phóng điện của khí quyển tạo ra nhưng không nhiều. (4) Nguồn đạm bổ sung cho đất từ ngoài thông qua bón phân. Trong đó, nguồn đạm cung cấp chủ yếu cho đất tại khu vực nghiên cứu là do vi sinh vật phân giải từ cành khô lá rụng và thảm mục mà cung cấp cho đất và cho cây rừng.
Theo kết quả phân tích, hàm lượng Nitơ được biểu diễn như hình 4.4.
Hình 4.4: Hàm lượng Nito dễ tiêu (NH4+) ở các đối tượng nghiên cứu
Từ số liệu bảng 4.6 và hình 4.4 cho thấy, trước khi đốt hàm lượng ni tơ trong đất ở OTC 02 và 03 ở mức trung bình, OTC 01 ở mức giàu. Như vậy giữa các OTC, hàm lượng ni tơ có sự khác biệt lớn, giao động từ 5,072 – 9,832 (mg/100g), trung bình là 6,991mg/100g.
Sau đốt trước 1 ngày hàm lượng ni tơ ở cả ba OTC đều giảm, mức độ giảm có sự giao động lớn từ 0,466mg/100g (OTC 02) đến 3,155mg/100g (OTC 01). Trong quá trình đốt, dưới tác động của nhiệt độ cao ni tơ bị bay hơi một phần. Do vậy hàm lượng ni tơ bị giảm trung bình 1,56mg/100g so với trước khi đốt.
Sau đốt 3 tháng hàm lượng ni tơ ở OTC 02 (phương pháp đốt theo dải) giảm đi một lượng nhỏ (0,141mg/100g), thế nhưng ở hai OTC 01 (phương pháp đốt toàn diện) và OTC 03 (phương pháp đốt theo đám) có mức giảm lớn hơn, mức giảm là 2,766mg/100g (OTC 01) và 2,209mg/100g (OTC 03). Kết quả phân tích như trên có thể giải thích như sau: (1) Sau khi đốt trước mặt đất được
0,00 2,00 4,00