I. Trờn thế giới
2.1.Nghiờn cứu về ảnh hưởng của rừng đối với sản lượng nước trong
2. Những kết quả nghiờn cứu chủ yếu về ảnh hưởng của rừng đối với dũng
2.1.Nghiờn cứu về ảnh hưởng của rừng đối với sản lượng nước trong
dũng chảy của lưu vực.
Dũng chảy sụng, suối trong lưu vực bị chi phối bởi nhiều nhõn tố như khớ hậu, địa hỡnh, địa chất và thổ nhưỡng, lớp phủ thực vật và hoạt động của con người. Trong cỏc nhõn tố tự nhiờn, lớp phủ thực vật trong lưu vực là nhõn tố con người cú thể can thiệp và làm biến đổi cỏc đặc trưng dũng chảy theo nhu cầu sử dụng nước của mỡnh. Do vậy, mối liờn hệ giữa thảm thực vật núi chung, thảm thực vật rừng núi riờng với dũng chảy trong lưu vực được nghiờn cứu tương đối sõu rộng. Nhỡn chung, những nghiờn cứu về ảnh hưởng của rừng đối với dũng chảy trong lưu vực tập trung vào cỏc vấn đề chủ yếu đú là: (1) Sự biến đổi độ che phủ của rừng đối với sản lượng và chất lượng nước trong dũng chảy, bao gồm cả dũng chảy mựa lũ và mựa cạn; (2) Cỏc loại thảm thực vật khỏc nhau trong lưu vực, được hỡnh thành tự nhiờn và nhõn tạo, cú ảnh hưởng như thế nào đối với sản lượng và chất lượng nước trong dũng chảy;(3) Ảnh hưởng của biến đổi độ che phủ của thảm thực vật đối với dũng chảy sụng suối theo quy mụ khụng gian của lưu vực;(4) Vai trũ của rừng phõn bố ở vựng thượng lưu trong việc ngăn chặn lũ lụt trong dũng chảy ở vựng hạ
lưu. Cú thể lược dẫn một số cụng trỡnh nghiờn cứu chủ yếu trờn thế giới cú liờn quan đến cỏc nội dung này như sau:
- Về sự biến đổi độ che phủ của rừng đối với sản lượng nước trong dũng chảy của lưu vực, kết quả hầu hết cỏc nghiờn cứu trong thời gian gần đõy cho thấy rằng rừng cú khả năng điều tiết sản lượng nước trong dũng chảy theo hướng làm giảm sản lượng nước trong dũng chảy sụng suối. Nguyờn nhõn được lý giải là do khả năng làm giảm dũng chảy trờn mặt đất (nhờ tỏc dụng của tỏn cõy rừng và lớp thảm mục) và nhu cầu sử dụng nước rất nhiều của thảm thực vật rừng ( thụng quỏ quỏ trỡnh hỳt nước của bộ rễ và thoỏt hơi nước của tỏn cõy rừng). Tuy nhiờn, việc định lượng sự tương quan của quỏ trỡnh biến đổi độ che phủ rừng với sản lượng nước trong dũng chảy của cỏc vựng nghiờn cứu cũn khỏc nhau. Qua nghiờn cứu thử nghiệm tại 94 lưu vực, Bosch J.M. và Hewlet J.D.(1982)[37] đó thu thập nhiều thụng tin về ảnh hưởng của thay đổi thảm thực vật đến sản lượng nước, cú thể sử dụng vào thực tiễn đú là: Độ che phủ của cỏc loại rừng Thụng và rừng Bạch đàn biến đổi 10% sẽ gõy ra sự thay đổi trung bỡnh sản lượng nước hàng năm của vựng đầu nguồn là 40 mm, trong khi đú đối với rừng gỗ cứng lỏ rộng rụng lỏ biến đổi 10% độ che phủ gõy ra sự thay đổi trung bỡnh sản lượng nước hàng năm của vựng đầu nguồn là 25 mm và đối với rừng cõy bụi và thảm cỏ biến đổi 10% độ che phủ gõy ra sự thay đổi trung bỡnh sản lượng nước hàng năm của vựng đầu nguồn là 10 mm. Theo kết quả nghiờn cứu của Bruijnzeel.L.A. (2004) [38] và cỏc nhà khoa học khỏc cho thấy thảm thực vật rừng cú khả năng làm giảm dũng chảy mặt và cố định cỏc chất, vỡ vậy cú tỏc dụng như những mỏy lọc làm sạch nguồn nước. Tuy nhiờn cần lưu ý rằng cỏc hoạt động trồng rừng lại cú tỏc dụng ngược lại những tỏc dụng này. Một nghiờn cứu khỏc về ảnh hưởng của việc trồng rừng và phỏ rừng đối với sản lượng nước, Vidan Sahin và Michael. J.Hall (1996) [54] đó phõn tớch số liệu từ 145 thớ
nghiệm đó chỉ ra rằng: Khi giảm độ che phủ của rừng lỏ kim 10% sẽ làm tăng sản lượng nước trong lưu vực khoảng 20-25mm, tương tự đối với rừng bạch đàn giảm độ che phủ 10% sẽ làm tăng sản lượng nước trong lưu vực chỉ 6mm, cũn đối với rừng gỗ rụng lỏ giảm độ che phủ 10% sẽ làm tăng sản lượng nước trong lưu vực 17-19mm. Bờn cạnh đú, kết quả nghiờn cứu cũn cho thấy thụng qua quỏ trỡnh phục hồi rừng, khi tăng độ che phủ của rừng cõy bụi lờn 10% sẽ làm sản lượng nước trong lưu vực giảm 5mm. Tại Hoa kỳ, bằng phương phỏp nghiờn cứu lưu vực cặp đụi giỏm sỏt việc ảnh hưởng của khai thỏc gỗ đối với sản lượng nước hàng năm trong lưu vực, cụ thể là đỏnh giỏ hiệu quả của việc loại bỏ thảm thực vật rừng hay khai thỏc gỗ đối với biến đổi dũng chảy bao gồm dũng chảy cạn và dũng chảy lũ, đặc biệt là sản lượng nước hàng năm, kết quả cho thấy rằng việc giảm độ che phủ rừng ( hoặc lưu vực bị khai thỏc) dưới 20% thỡ sự thay đổi sản lượng nước hàng năm khụng thể xỏc định bằng phương phỏp đo tỷ trọng nước hay phương phỏp đo dũng chảy (John .D.Stednick,1996) [43]. Một nghiờn cứu được tiến hành ở tại hai lưu vực Yulin và Xinlin vựng Xiaoxing, Đụng bắc Trung quốc thuộc vựng nỳi thấp với độ cao từ 250m đến 707 m so với mặt nước biển và độ dốc trong khoảng 10-150, kết quả cho thấy rừng làm giảm đỏng kể dũng chảy lũ trong tổng lượng dũng chảy năm của khu vực nghiờn cứu. Lượng nước giảm đỏng kể khi độ che phủ của rừng đạt 70-85% và sau đú trở nờn ổn định. Bờn cạnh đú, người ta cũn thấy rằng sự thay đổi dũng chảy đối với quỏ trỡnh phục hồi rừng cú liờn quan đến giai đoạn sinh trưởng của rừng, mật độ rừng và kiểu rừng (Y.Yao, T.Cai, X.Wei, M.Zang and C.Ju, 2011)[56]. Trong tổng hợp 20 năm nghiờn cứu về quỏ trỡnh thủy văn ở cỏc loại rừng chớnh của Trung quốc nhằm đỏnh giỏ tỏc động của hoạt động lõm nghiệp đối với quỏ trỡnh thủy văn, đặc biệt là ảnh hưởng của việc khai thỏc rừng đối với chất lượng và sản lượng nước, kết quả cho thấy rừng giảm đỏng kể dũng chảy bề mặt và xúi mũn. Tuy
nhiờn, khụng cú phản ứng ổn định trờn tổng lượng nước của dũng chảy sụng suối đó được quan sỏt. Lý do cho sự khụng ổn định cú thể là do sự phức tạp của cỏc quỏ trỡnh dũng chảy và việc sử dụng cỏc phương phỏp khỏc nhau được ỏp dụng ở quy mụ khụng gian khỏc nhau (X.Wei,S.Liu,G.Zhou,C.Wang, 2005)[55].
Ảnh hưởng của rừng trồng đối với sản lượng nước trong dũng chảy cũng là một vấn đề được cỏc nhà khoa học đặc biệt quan tõm. Nhiều nghiờn cứu cho thấy việc mở rộng diện tớch rừng trồng ở vựng thượng lưu đó làm giảm sản lượng nước rừ rệt trong dũng chảy. Điều này được lý giải là nhu cầu sử dụng nước của rừng trồng cao hơn cỏc thảm thực vật khỏc như cỏc loại cõy ngắn ngày, thảm cỏ, cõy bụi. Bản thõn rừng cú thể cú tỏc dụng giảm dũng chảy mặt và chống xúi mũn tốt, tuy nhiờn cỏc hoạt động trồng rừng và tỏc động vào rừng như làm đường, làm đất trồng rừng, khai thỏc cú thể tăng dũng chảy mặt và xúi mũn cho lưu vực (Nisbet T.R., 2001)[51]. Theo kết quả nghiờn cứu của Kathleen A. Farley và cộng sự (2005) [48] đó chỉ ra rằng khi đất trảng cỏ và đất cõy bụi chuyển sang rừng trồng thỡ sản lượng dũng chảy năm giảm đi 44% và 31%. Trong đú, rừng Bạch đàn làm giảm sản lượng dũng chảy ở mức cao nhất (75%) và rừng Thụng làm giảm 40%. Tỏc động làm giảm dũng chảy kiệt của rừng trồng cũn thể hiện rừ hơn cả lượng dũng chảy trung bỡnh năm. Vỡ vậy, tỏc giả đó đề nghị việc nghiờn cứu trồng rừng cố định CO2 phải xem xột tỏc động làm giảm nguồn nước của rừng trồng. Cỏc kết quả nghiờn cứu của Ge Sun và cộng sự (2005) [44] về việc đỏnh giỏ ảnh hưởng của rừng trồng tới sản lượng nước ở cỏc vựng đất nửa khụ hạn và đất nhiệt đới thoỏi hoỏ ở Trung Quốc cho thấy sự giảm sản lượng trung bỡnh dũng chảy do trồng rừng biến động trong khoảng từ 50 mm/năm đối với vựng khụ cho đến 300 mm/năm đối với vựng ẩm ướt, từ đú cú thể làm giảm tương đối sản lượng nước hàng năm ở mức 20-40%. Thụng qua đú cỏc tỏc giả đó cảnh bỏo
là việc trồng rừng kết hợp với cỏc giải phỏp cụng trỡnh như làm bậc thang hoặc thậm chớ đắp đất cú thể gúp phần làm tăng nguy cơ gõy ra sự suy giảm sản lượng nước trong cỏc lưu vực đầu nguồn, đặc biệt là vựng đất bỏn khụ hạn thuộc cao nguyờn Loess của Trung Quốc. Tuy nhiờn, cũng theo họ thỡ do tỷ lệ diện tớch rừng trồng chiếm khụng đỏng kể trong sự tỏc động của cỏc loại hỡnh sử dụng đất ở cỏc lưu vực lớn, cho nờn ảnh hưởng làm giảm sản lượng nước của rừng trồng sẽ khụng rừ ràng trờn toàn lưu vực. Kết quả nghiờn cứu của P.Dye. và D.Versfeld (2007) [41] đó cho thấy việc trồng rừng sản xuất ở Nam Phi đó làm giảm 3,2% lượng dũng chảy năm bỡnh quõn và 7,8% lượng dũng chảy kiệt. Trong nghiờn cứu rừng, nước và biến đổi khớ hậu, từ tổng hợp trờn toàn cầu của hơn 500 lưu vực, người ta phỏt hiện rằng hơn 70% trong số này khi trồng rừng trờn diện tớch của đồng cỏ, cõy bụi hoặc đất canh tỏc làm giảm dũng chảy hàng năm khoảng 38%. Dũng chảy cạn hàng năm cũng đó giảm đỏng kể và bổ sung nước ngầm cũng bị giảm đỏng kể khi thay đổi sử dụng đất từ trồng trọt hay đồng cỏ sang trồng rừng. Tỏc động của trồng rừng đối với biến đổi dũng chảy trờn sụng theo tuổi cõy vỡ sự thay đổi tỏn lỏ và tầng thảm mục phỏt triển trờn nền rừng và tốc độ thấm tăng. Tỏc động làm giảm dũng chảy sụng suối cao nhất trong 20 năm đầu tiờn sau khi trồng, sau đú được cải thiện (Egginton P., Beall F. and Buttle J.,2011) [42].
Trong khi nhiều cụng trỡnh nghiờn cứu cho rằng rừng cú khả năng điều tiết sản lượng nước trong dũng chảy, vẫn cú nghiờn cứu cho thấy điều này khụng phải là hoàn toàn đỳng. Điển hỡnh là kết quả nghiờn cứu mối quan hệ giữa độ che phủ rừng và dũng chảy sụng suối tại lưu vực Koga cú diện tớch 266 km2 nằm ở đầu nguồn lưu vực Blue Nile (Ethiopia) của cỏc tỏc giả Bishop K., Gebrehiwot S. and Taye A.( 2010) [36]. Sử dụng đồng thời cả hai phương phỏp thu thập số liệu thủy văn và nhận thức cộng đồng dõn cư cho thấy: Khi độ che phủ của rừng giảm từ 16% vào năm 1957 xuống cũn 1% vào
năm 1986, bỏo cỏo thủy văn khụng thấy cú sự thay đổi nào trong chế độ dũng chảy trong khoảng từ năm 1960 đến 2002, mặc dự diện tớch rừng bị giảm và điều này cũng thống nhất với nhận thức của cộng đồng dõn cư ở vựng hạ lưu sống gần trạm đo mực nước. Tuy nhiờn, đối với cộng đồng dõn cư ở vựng thượng lưu cho rằng cú cả sự giảm một ớt dũng chảy mựa cạn và tăng một ớt dũng chảy mựa lũ sau khi độ che phủ rừng giảm. Sự ảnh hưởng của phỏ rừng đầu nguồn làm xuất hiện một vựng đất ẩm làm vật đệm phớa dưới thấp hơn trong lưu vực. Lý giải về kết quả nghiờn cứu này cú thể là do lượng mưa trong khu vực nghiờn cứu suốt cả giai đoạn này quỏ ớt và tỷ lệ độ che phủ rừng trước khi bị tàn phỏ là rất thấp (16%) nờn tỏc động khụng đỏng kể đến chế độ dũng chảy trờn sụng.
- Nghiờn cứu ảnh hưởng của sự phõn bố khụng gian của rừng đối với sản lượng nước trong dũng chảy của lưu vực, Zhang và cộng sự (2007) [58] cho rằng nếu cỏc chỉ số về trạng thỏi thảm thực vật rừng cú ảnh hưởng đến dũng chảy của lưu vực thỡ phõn bố khụng gian của rừng cũng cú ảnh hưởng quan trọng, nhất là khi rừng được phõn bố ở những khu vực tiếp nối trực tiếp với hệ thống tớch nước của thủy vực như sụng suối, hồ. Ảnh hưởng sự phõn bố khụng gian của rừng tới nguồn nước cũng đó được nghiờn cứu một cỏch khỏ hệ thống trong cụng trỡnh của Carsten L. và cộng sự (2007)[39]. Cụng trỡnh này đó chỉ ra rằng ảnh hưởng của rừng tới nguồn nước trờn quy mụ rộng vẫn cần phải được nghiờn cứu nhiều hơn nữa. Đồng thời cỏc tỏc giả đó đề nghị hướng nghiờn cứu nờn tập trung giải quyết cỏc vấn đề cũn bỏ ngỏ như: xỏc định những tớnh chất quan trọng về trạng thỏi cấu trỳc của rừng để chỳng ta cú thể căn cứ vào đú mà điều khiển số lượng và chất lượng nước trong lưu vực; xỏc định vị trớ, quy mụ và sự phõn bố khụng gian tốt nhất của rừng để tối ưu hoỏ cỏc ảnh hưởng tốt đến chất lượng và sản lượng nước; xõy dựng cỏc mụ hỡnh mụ phỏng tốt nhất những tỏc động của rừng tới nguồn nước trong lưu vực.
- Ảnh hưởng của biến đổi độ che phủ của thảm thực vật đối với dũng chảy sụng suối theo quy mụ khụng gian của lưu vực, vẫn cũn những quan điểm chưa thống nhất. Nghiờn cứu ở cỏc lưu vực quy mụ nhỏ (<1 km2) cho thấy sự gia tăng dũng chảy sau loại bỏ độ che phủ rừng và giảm dũng chảy sau khi tạo ra che phủ rừng. Một trong những lợi thế của cỏc nghiờn cứu lưu vực này là hầu hết cỏc điều kiện thực nghiệm cú thể được kiểm soỏt chặt chẽ (Bosch J.M. và Hewlett J.D, 1982)[37]. Tuy nhiờn, theo kết quả nghiờn cứu của một số nhà khoa học khỏc cho rằng, ảnh hưởng của sự thay đổi thảm thực vật đến dũng chảy cú thể khú phõn biệt đặc biệt là ở cỏc lưu vực lớn do việc sử dụng đất khụng đồng nhất, cỏc giai đoạn khỏc nhau của tỏi sinh rừng và cỏc biến đổi khụng gian của lượng mưa (Bruijnzeel L.A, 2004)[38]. Theo một cỏch tiếp cận khỏc, bằng cỏch phõn tớch phản ứng dũng chảy đối với sự thay đổi độ che phủ của thảm thực vật của cỏc lưu vực cú diện tớch từ 100 km2 đến 104 km2 với độ che phủ rừng 11-100%, Zhao và cộng sự (2009) [59] đó đưa ra kết luận: Xuất hiện sự thay đổi dũng chảy là do sự thay đổi thảm thực vật, được nhận thấy khụng chỉ ở cỏc lưu vực nhỏ mà cũn ở cỏc lưu vực lớn hơn. Kết quả quan sỏt thay đổi cường độ của dũng chảy sau khi cú sự thay đổi thảm thực vật cho cỏc lưu vực nhỏ cũng thấy được ở cỏc lưu vực lớn hơn. Từ đú, cỏc kết quả nghiờn cứu từ cỏc lưu vực nhỏ cung cấp thụng tin hữu ớch về tiềm năng ảnh hưởng của sự thay đổi độ che phủ thảm thực vật lờn dũng chảy ở cỏc lưu vực lớn để cú cỏc quyết định quản lý thỏa đỏng hơn.
- Rừng và lũ lụt là vấn đề quan trọng đó được nhiều nhà khoa học trờn thế giới quan tõm nghiờn cứu, trong đú tập trung phõn tớch mối quan hệ giữa rừng và lũ cũng như khả năng ngăn chặn lũ lụt của rừng. Theo tài liệu của FAO và CIFOR (2005)[11], thỡ cỏc nghiờn cứu ở chõu Mỹ và Nam phi nằm trong số những nghiờn cứu đầu tiờn đặt ra vấn đề về tầm quan trọng của mối liờn hệ giữa sự chuyển đổi rừng với cỏc hiện tượng lũ lụt. Nghiờn cứu ở
Hymalaya chỉ ra rằng mức tăng trong khả năng thấm lọc nước của đất cú rừng so với đất khụng cú rừng là khụng đủ ảnh hưởng đến những trận lũ lớn ở vựng hạ lưu (Gilmour and et al, 1987; Hamilton, 1987). Thay vào đú cỏc yếu tố chớnh ảnh hưởng đến hiện tượng lũ lớn với lượng mưa trờn diện rộng là: (i)
Điều kiện địa mạo của lưu vực và (ii) lượng mưa cú trước đú ( Bruijnzeel
1990,2004; Hamilton and King, 1983; Kattelmann,1987; Calder, 2000). Ở cấp độ vĩ mụ, trong sự bựng phỏt cỏc trận lũ lớn thỡ quỏ trỡnh tự nhiờn ở thượng nguồn lưu vực quan trọng hơn so với cỏc hoạt động sử dụng đất đai. Vớ dụ, bằng chứng khoa học mạnh mẽ bỏc bỏ sự đồn đoỏn rằng nạn phỏ rừng ở dóy Himalaya gõy ra lũ lụt lớn ở vựng đất thấp của sụng Hằng và Brahmaputra; những trận lũ lụt cú quy mụ lớn là kết quả từ sự kết hợp của việc nước dõng cao đỉnh điểm và xảy ra đồng thời của cỏc con sụng lớn, dũng chảy từ những ngọn đồi lõn cận cỏc vựng đồng bằng ngập lũ, mưa lớn, lớp nước mặt cao và thủy triều mựa xuõn hơn là việc đắp kố bờn sụng và sự biến mất của cỏc khu