Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.2.1. Nghiên cứu về đặc điểm tích lũy và phân hủy chất hữu cơ
Phạm Ngọc Hƣng, năm 1988 đã nghiên cứu về mối quan hệ giữa các yếu tố khí tƣợng đến độ ẩm của VRR [23]. Tác giả đã xác định đƣợc độ ẩm tuyệt đối của VRR vào thời điểm 13 giờ hàng ngày từ các ODB, đồng thời đo nhiệt độ không khí, cường độ ánh sáng, lượng mưa, độ ẩm đất từng ngày, mẫu VRR được đem về phòng sấy khô rồi cân lấy khối lƣợng. Nghiên cứu của tác giả đã cho thấy: Độ ẩm VRR dưới tán rừng là một yếu tố chịu tác động tổng hợp của các nhân tố khí tượng, khi yếu tố khí tƣợng tác động đồng thời tăng thì mức độ quan hệ cũng tăng, nhƣng tác giả chƣa xác định mối quan hệ giữa độ tàn che của cây cao và cây bụi với độ ẩm của VRR dưới tán rừng, đây có thể coi là một tồn tại lớn cần được giải quyết.
Kết quả theo dõi động thái thảm mục Bồ đề (Styrax tonkinensis Pierre) từ 3- 10 tuổi ở Vùng Đông Bắc, Bắc Bộ, Hoàng Xuân Tý (1988) [50] nhận xét: Thảm
mục đạt cao nhất là ở năm thứ 6 (5,42 tấn/ha/năm) và sau đó giảm dần. Trị số thảm mục bình quân là 4,39 kg/ha/n. So với các rừng trồng khác nhƣ: Mỡ, Lim, Tre, Diễn trong cùng khu vực, lƣợng thảm mục Bồ đề chỉ bằng 54 -60% còn so với rừng tự nhiên chỉ bằng 44%. Đối với thảm mục ở rừng Bồ đề mọc xen Nứa thì lƣợng thảm mục của Nứa thường lớn hơn. Cường độ phân hủy thảm mục Bồ đề diễn ra rất nhanh. Sau 8 tuần, trọng lƣợng mẫu còn 50% và sau 14 tuần chỉ còn 20%. Trung bình tốc độ phân hủy thảm mục đạt từ 1 – 1,1%. Tác giả đã xác định hệ số K=
Thảm mục tồn dƣ/Tổng lƣợng rơi rụng hàng năm. Hệ số này ở Bồ đề là 0,13.
Tại vùng Trung du Vĩnh Phú, Hà Văn Tuế (1993) [53] đã nghiên cứu về năng suất của một số quần xã rừng trồng nguyên liệu giấy. Qua kết quả nghiên cứu đã đƣa ra năng suất sơ cấp và năng suất VRR của các loại rừng trồng khác nhau và ở những độ tuổi khác nhau nhƣ: năng suất sơ cấp của Bạch đàn (Eucalyptus camaldulensis) tuổi 4 đạt 45.492,4 kg/ha/năm, năng suất VRR 16.009,9 kg/ha/năm;
đối với Keo (Acacia mangium) tuổi 4 năng suất sơ cấp đạt 12.027,3 kg/ha/năm, năng suất VRR đạt 15.568,8 kg/ha/năm….
Một số nghiên cứu về thành phần dinh dƣỡng và độ phân hủy của VRR các tác giả Nguyễn Huy Sơn năm (1995) [37], Đỗ Đình Sâm, Nguyễn Huy Sơn (1997) [36], Nguyễn Huy Sơn (1998) [38] khi nghiên cứu về tập đoàn cây cố định đạm trên đất bazan thoái hoá ở Tây Nguyên đã xác định nghiên cứu đƣợc lƣợng phân hủy của lƣợng VRR của hệ sinh thái rừng. Trong thực tế độ ẩm của VRR có quan hệ rất chặt chẽ với các yếu tố khí tƣợng vì vậy việc xác định đƣợc mối quan hệ giữa chúng rất quan trọng, đó là cơ sở để dự báo độ ẩm VRR theo điều kiện khí hậu.
Sự phân hủy vật chất hữu cơ thực vật cũng chịu ảnh hưởng lớn của môi trường tự nhiên như: Khí hậu, địa hình, thổ nhưỡng và các tác động của con người, nhưng bên cạnh đó ảnh hưởng của nhóm động vật nói chung, nhóm vi sinh vật nói riêng có ảnh hưởng đến quá trình này. Kết quả nghiên cứu về khu hệ vi sinh vật đất đồi núi 6 tỉnh Bắc Trung bộ Việt Nam và đất A- Lưới bị nhiễm chất độc đioxin của Tống Kim Thuần và cộng sự (2002), (2004) [45, 46, 47] cho thấy số lƣợng nhóm vi sinh vật phân hủy xenlulo đạt 105 CFU/g ở đất rừng và 103 CFU/g ở đất cây bụi và đất trơ sỏi đá.
Theo Ngô Đình Quế (2003) [29] khi nghiên cứu về lượng VRR của rừng Đước ở các độ tuổi khác nhau cho thấy, tổng lượng VRR hàng năm của rừng Đước có sự biến động theo tuổi. Từ tuổi 6 đến tuổi 36, lƣợng VRR hàng năm dao động từ 9,41 tấn/ha (thấp nhất ở tuổi 9) đến 18,79 tấn/ha (cao nhất ở tuổi 12). Trong các độ tuổi 10, tuổi 12 và tuổi 36, lƣợng VRR hàng năm có sự chênh lệch khá cao giữa các độ tuổi, cao nhất ở tuổi 12 (18,79 tấn/ha), cao hơn các tuổi 10, tuổi 21 và tuổi 36 tương ứng là 6,64; 6,66; 1,41 tấn/ha. Như vậy, tổng lượng VRR hàng năm của rừng Đước có sự khác nhau giữa các độ tuổi.
Sinh khối của rừng Tràm có thể đƣợc xác định nhanh ngoài thực địa thông qua chỉ tiêu đường kính thân cây ngang ngực (DBH) với sai số nhỏ hơn 10%, đây là chỉ tiêu sử dụng tốt trong ƣớc lƣợng sinh khối nhanh rừng Tràm ở thực địa. Tổng sinh khối phần trên mặt đất của rừng Tràm trên đất than bùn và đất phèn có thể tính toán bằng một hàm số hoặc biểu sinh khối đã đƣợc lập cho rừng Tràm: Tổng sinh khối (TSK) = a x DBHb. Với a = 0,258 và b = 2,352. Sinh khối (tươi và khô) của thân, cành, lá của cây Tràm sinh trưởng trên đất than bùn và đất phèn cũng có thể đƣợc xác định nhanh ngoài thực địa thông qua mối liên hệ của chúng với DBH (Lê Minh Lộc, 2005) [26].
Nghiên cứu sinh khối và khả năng hấp thụ các bon của rừng Mỡ (Manglietia conifera Dandy) trồng tại Tuyên Quang và Phú Thọ, Lý Thu Quỳnh (2007) [31] đã đưa ra kết quả bước đầu về lượng VRR có dao động khá lớn ở các cấp đất, các cấp tuổi. Mối tương quan giữa sinh khối khô và sinh khối tươi của cành, lá và các thành phần khác đều ở mức tương đối chặt đến rất chặt (R: 0,83 - 0,94) và quan hệ sinh khối khô và tươi của cành luôn chặt hơn rất nhiều so với của lá và các VRR khác.
Nghiên cứu về năng suất lƣợng rơi của rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên tại Trạm Đa dạng Sinh học Mê Linh, tỉnh Vĩnh Phúc, Lê Đồng Tấn, Đỗ Hoàng Chung (2007) [39], Đỗ Hoàng Chung, Lê Đồng Tấn (2009) [4] đã chỉ ra năng suất lƣợng rơi của rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên tại khu vực nghiên cứu đạt trung bình từ 8,24 - 15,69 tấn/ha/năm, trong đó tỷ lệ lá chiếm từ 71,04% - 85,89%; cành chiếm tỷ lệ 14,09% - 25,7%. Các bộ phận sinh sản (hoa, quả) chiếm tỷ lệ rất ít so với tổng lƣợng rơi hàng năm.
Nghiên cứu sự phân hủy lá rụng dưới tán rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên tại Trạm Đa dạng Sinh học Mê Linh, tỉnh Vĩnh Phúc, Lê Đồng Tấn, Đỗ Hoàng Chung (2009) [40], đã chỉ ra khối lượng thảm mục trung bình dưới tán rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên tại khu vực nghiên cứu là 9,78 tấn/ha, trong đó lá 7,64 tấn/ha, chiếm 76,39%, cành có 2,23 tấn/ha, chiếm 23,61%. Các tác giả đã chỉ ra phần lá rụng tồn dƣ chƣa phân giải hết liên tục đƣợc bổ sung thông qua lƣợng rơi là động lực chính hình thành lớp thảm mục dưới tán rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên tại Trạm Đa dạng Sinh học Mê Linh, tỉnh Vĩnh Phúc. Quá trình phân giải diễn ra liên tục; khối lƣợng lá rụng phân giải trong mùa khô (tháng 10 đến tháng 3 năm sau) nhiều hơn mùa mƣa (tháng 6 đến tháng 9).
Trong quá trình sống, rừng trả về đất phần lớn các chất khoáng mà chúng đã lấy đi từ đất. Các sản phẩm này ở dạng các vật rụng: lá, cành, hoa, quả và thân cây chết. Lƣợng Ca, K, P, N,... đƣợc cây rừng trả lại cho đất sau khi chết 70 - 90% theo nhu cầu của chúng. So với tổng lƣợng sinh khối chung mà lâm phần tạo ra đến tuổi thành thục, lƣợng đào thải là 57 - 62%, phần hiện còn trên cây đứng là 38 - 43%.
Phần đào thải chiếm tỷ lệ lớn nhất là lá, vỏ cây, hoa, quả: 65 - 67%. Đây là các bộ phận chứa nhiều đạm và tro. Phần gỗ cây bị đào thải là 33 - 35%, phần thân cây hiện còn đến tuổi thành thục là 65 - 67%. Nếu xem toàn bộ trữ lƣợng gỗ thân cây đứng hiện còn ở tuổi thành thục là 100%, thì phần đào thải chiếm 50 - 55%. So với phần chất khoáng đã lấy đi từ đất (100%), phần chất khoáng trả lại bề mặt đất rừng trung bình là: đạm 86 đến 90%, các chất tro: 83 đến 89%. Sự phân hủy VRR và sự giải phóng chất khoáng thường có liên hệ chặt chẽ với chu trình sinh địa hoá học.
Nếu sự phân hủy VRR diễn ra chậm thì hầu hết các chất khoáng sẽ quay trở lại bề mặt rừng. VRR bị phân hủy tạo thành mùn có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với quá trình hình thành đất và điều chỉnh sự thu nhận các chất khoáng vào đất. Trong một héc ta rừng tự nhiên có hàng chục, hàng trăm tấn VRR. Khi đủ nhiệt, ánh sáng và độ ẩm, các lớp VRR này đƣợc các vi sinh vật và giun đất công phá và qua nhiều biến đổi trung gian chúng trở thành mùn nhuyễn. Mùn nhuyễn có một loạt tính chất nhƣ xốp, dung tích chứa khí cao. Đất có nhiều thảm mục và mùn trở thành đất có độ phì cao, có cấu trúc tơi xốp, thấm nước nhanh và giữ nước tốt. Thảm mục là môi
trường sống của nhiều loài vi sinh vật và động vật nhuyễn trùng. Sự tích luỹ các VRR chưa bị phân hủy có thể làm tăng lớp đệm, do đó có ảnh hưởng đến tính chất đất và tái sinh rừng (Nguyễn Văn Thêm, 2008) [44].
Sinh khối cây cá thể Keo lai có sự dao động theo các cấp đất và các giai đoạn tuổi khác nhau. Cấu trúc sinh khối khô cây cá thể Keo lai chủ yếu tập trung vào sinh khối thân 46,37%, rễ 18,60%, cành 16,40%, lá 13,05% và thấp nhất là vỏ 5,59%.
Cấu trúc sinh khối cây bụi thảm tươi dưới tán rừng trồng Keo lai tập trung nhiều nhất ở tầng thảm tươi (cỏ) chiếm trung bình 42,04%, tiếp theo là rễ cây bụi, chiếm trung bình 29,68%, thân + cành cây bụi chiếm trung bình 19,37% và thấp nhất là ở lá cây bụi chỉ chiếm trung bình 8,91%. Sinh khối lâm phần Keo lai cũng có sự biến động rất lớn theo cấp đất và các tuổi khác nhau. Trong đó, trong cùng một cấp đất sinh khối lâm phần Keo lai tăng dần theo tuổi, trong cùng một tuổi sinh khối lâm phần giảm dần theo cấp đất. Ở mọi cấp đất sinh khối khô lâm phần Keo lai tập trung chủ yếu ở tầng cây gỗ, sinh khối khô tầng cây gỗ giảm dần theo cấp đất tiếp theo là VRR và cuối cùng là cây bụi thảm tươi, hai loại sinh khối này có xu hướng tăng theo cấp đất. Mối quan hệ giữa tổng sinh khối lâm phần với các nhân tố điều tra D1,3, Hvn, N, A có liên hệ chặt chẽ với nhau. Nghiên cứu đã sử dụng hàm lũy thừa (power), phức (compound) để mô phỏng các mối quan hệ này, các phương trình tương quan lập được đều có hệ số tương quan cao, sai tiêu chuẩn thấp, đơn giản và dễ áp dụng, có thể sử dụng các phương trình này để tính toán nhanh, dự báo sinh khối Keo lai dựa vào các nhân tố điều tra lâm phần nhƣ tuổi (A), mật độ (N), D1,3, Hvn,....(Võ Đại Hải và cộng sự, 2009) [22].
Tác giả Vương Văn Quỳnh (2010) [32] nghiên cứu các giải pháp sử dụng rừng để chắn sóng ven biển và giảm lũ ở Việt Nam đã chỉ ra rằng khối lƣợng VRR ở các trạng thái rừng có sự khác nhau tương đối lớn, dao động 5 - 13 tấn/ha, khối lượng VRR thấp nhất ở rừng trồng cây lá rộng và rừng phục hồi là gần 6 tấn/ha, cao nhất ở rừng tre nứa là 13 tấn/ha ở các rừng khác dao động 7 - 10 tấn/ha.
Dương Viết Tình (2010) [49] nghiên cứu khả năng cố định CO2 của một số trạng thái rừng phòng hộ vùng đầu nguồn nhằm góp phần giảm thiểu biến đổi khí hậu ở Thừa Thiên - Huế cho thấy, sinh khối thảm mục khô dưới tán rừng tự nhiên ở
các vị trí chân, sườn và đỉnh là không giống nhau, có biến động rất lớn (3,83 tấn/ha), dao động từ 6,46 tấn/ha (vị trí chân) đến 10,29 tấn/ha (vị trí đỉnh).
Tác giả Dương Thanh Hải, Phạm Văn Điển (2010) đã đưa ra nhận xét VRR thể hiện rõ nét quá trình trao đổi qua lại giữa hệ sinh thái rừng với môi trường [20];
hơn nữa khi nghiên cứu một số đặc điểm của VRR dưới tán TTV rừng về khía cạnh độ ẩm tự nhiên của VRR, các tác giả cho biết độ ẩm tự nhiên của VRR tại thời điểm điều tra biến động 32,6 - 55,5%. Đó là cơ sở để xác định tỷ lệ lượng nước giữ hữu hiệu của VRR.
Khi nghiên cứu lượng VRR ở rừng Luồng thuần loài tại Bá Thước, Lang Chánh và Ngọc Lặc (Thanh Hóa), nhóm tác giả Đặng Thịnh Triều, Võ Đại Hải, Nguyễn Văn Bích và Hoàng Văn Thắng (2011) [51] cho biết, tổng lƣợng VRR ở rừng Luồng thuần loài tại các điểm nghiên cứu dao động từ 3,194 tấn/ha/năm (Lang Chánh) đến 4,082 tấn/ha/năm (Bá Thước). Trong đó lượng VRR đạt lớn nhất ở tháng 11 tại Bá Thước là 0,622 tấn/ha, Lang Chánh 0,497 tấn/ha và Ngọc Lặc 0,533 tấn/ha và lượng VRR ít nhất ở tháng 6 tại Bá Thước là 0,115 tấn/ha, Lang Chánh 0,165 tấn/ha và Ngọc Lặc 0,138 tấn/ha. Nhóm tác giả cho biết, lƣợng VRR giữa các tháng có sự chênh lệch như trên đã thể hiện sự phù hợp với quá trình sinh trưởng, phát triển cũng nhƣ chu kỳ khai thác rừng Luồng, điều đó thể hiện ở: (i) khoảng thời gian từ tháng 6 đến tháng 8 lƣợng VRR ít nhất là thời điểm rừng Luồng sinh măng, số lượng cây Luồng trưởng thành ít do đã tiến hành khai thác; (ii) từ tháng 9 đến tháng 11 lƣợng VRR lớn vì đây là thời điểm mùa đông; (iii) từ tháng 12 đến tháng 5 năm sau lƣợng VRR không lớn, đây là thời điểm mà theo đặc điểm khí hậu Việt Nam, đang ở giai đoạn chuyển mùa từ tiết xuân sang hạ, cây rừng nói chung vừa trải qua mùa rụng lá và bắt đầu bước sang mùa sinh trưởng.
Nghiên cứu lƣợng dinh dƣỡng trả lại đất rừng thông qua lƣợng rơi góp phần làm sáng tỏ vòng tuần hoàn dinh dƣỡng của hệ sinh thái tác giả Đỗ Hoàng Chung, Lê Đồng Tấn, Trịnh Xuân Thành, Nguyễn Thị Thanh Nhàn (2011) [5] đã chỉ ra trong nghiên cứu về lƣợng rơi và dòng dinh dƣỡng trong rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên tại Trạm Đa dạng sinh học Mê Linh, Vĩnh Phúc là ở tất cả các quần xã nghiên cứu, lƣợng N trở lại đất rừng là lớn nhất, sau đó là K, Ca, Mg và P. Lƣợng dinh
dƣỡng trở lại đất rừng (kg/ha) thông qua lƣợng rơi của rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên lần lƣợt là: 106,88 - 168,18 (N); 0,42 - 1,11 (P); 16,96 - 40,86 (K); 2,23 - 3,82 (Ca) và 1,53 - 2,09 (Mg). Lƣợng dinh dƣỡng trả lại cho đất rừng thông qua lƣợng rơi phụ thuộc vào cấu trúc và thành phần loài trong quần xã.
Nghiên cứu đặc điểm lâm học của một số hệ sinh thái rừng chủ yếu ở Việt Nam, tác giả Trần Văn Con (2011) [3] đƣa ra kết luận về lƣợng VRR ở một số hệ sinh thái rừng như sau: (1) đối với rừng kín lá rộng thường xanh mưa ẩm nhiệt đới, lượng VRR tươi bình quân 11,13 ± 3,95 tấn/ha phân bố không đều trong các tháng;
(2) đối với rừng thƣa lá rộng rụng lá theo mùa (rừng khộp), lƣợng VRR trung bình 8,48 ± 1,23 tấn/ha; (3) đối với rừng lá rộng thường xanh ngập mặn, lượng VRR trung bình 7,14 ± 1,48 tấn/ha tập trung vào các tháng 6, 7, 8 và 9; (4) đối với rừng lá rộng thường xanh ngập phèn, lượng VRR bình quân 7,67 ± 1,06 tấn/ha. Như vậy, lƣợng VRR ở các hệ sinh thái rừng khác nhau là không giống nhau, dao động từ 7,14 tấn/ha (rừng lá rộng thường xanh ngập mặn) đến 11,13 tấn/ha (rừng kín lá rộng thường xanh mưa ẩm nhiệt đới) và lượng VRR mới bổ sung thường xuyên không đều ở các tháng trong năm.
Khi nghiên cứu về đa dạng nhóm sinh vật phân giải và cường độ phân giải thảm mục trong rừng thứ sinh phục hồi tự nhiên tại Trạm Đa dạng sinh học Mê Linh, Vĩnh Phúc, Đỗ Hoàng Chung, Nguyễn Thị Thanh Nhàn, Tống Kim Thuần, Nguyễn Trí Tiến, Lê Đồng Tấn, Đặng Kim Vui (2012) [7] đã chỉ ra đƣợc ba nhóm vi sinh vật tham gia phân giải thảm mục tại các quần xã: Nhóm nấm mốc (4 loài);
Nhóm vi khuẩn (4 loài); Nhóm xạ khuẩn (15 loài). Trong đó nhóm xạ khuẩn và nấm mốc chiếm ƣu thế. Có 8 nhóm Mesofauna tham gia phân giải thảm mục. Nhóm Collembola tham gia phân giải thảm mục gồm 67 loài thuộc 40 giống, 15 họ. Trong đó có 17 loài bọ nhảy chiếm ƣu thế. Sinh khối khô của tầng thảm mục tại các quần xã rừng có sự khác biệt. Tổng sinh khối khô của tầng thảm mục tại các quần xã rừng nghiên cứu nằm trong khoảng 8,35 tấn/ha - 12,91 tấn/ha. Tác giả đã xác định đƣợc hệ số kL tính theo năm dao động từ 1,46 đến 2,88 tùy theo quần xã rừng khác nhau. Bằng phương pháp mạng lưới nội tại xác định được cường độ phân giải thảm mục trong các quần xã nghiên cứu nằm ở mức thấp (k = 0,45 - 0,93 năm-1; t0,95=
3,22 - 6,55 năm). Cường độ phân giải thảm mục phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, gồm: Quần xã sinh vật phân giải, số lƣợng và chất lƣợng của VRR và các yếu tố thời tiết khác (Đỗ Hoàng Chung, 2012) [6].
Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Minh Thanh, Dương Thanh Hải (2014) [43]
cho thấy: Độ che phủ của lớp phủ thực vật có ảnh hưởng lớn đến sự phát sinh, phát triển của vi sinh vật đất. Kết quả phân hủy xenlulo của một số chủng vi sinh vật phân lập từ 18 mẫu đất tại khu vực nghiên cứu cho thấy: hoạt tính phân hủy xenlulo của các chủng vi sinh vật rất khác nhau đặc biệt là nhóm vi khuẩn và nấm mốc, xạ khuẩn thể hiện khả năng phân hủy xenlulo ở các trạng thái đều ở mức yếu (đường kính vòng phân hủy đạt 1 - 5 mm). Nhƣ vậy, chỉ xét đến nhóm vi khuẩn và nấm mốc. Kết quả nghiên cứu cho thấy: Đối với đất dưới trạng thái rừng tự nhiên từ nghèo đến giàu và rừng trồng Keo tai tƣợng hay rừng Luồng, số lƣợng nấm mốc, xạ khuẩn và vi sinh vật phân hủy xenlulo đạt 1,9 x 106 - 4,3 x 107 CFU/g, với đất trảng cỏ và trảng cỏ, cây bụi giảm 100 - 1.000 lần chỉ còn 1,2 x 103 - 1,4 x 104 CFU/g. Kết quả này chứng tỏ độ che phủ, lượng VRR, độ ẩm đất ảnh hưởng rất lớn đến số lượng vi sinh vật trong đất. Mặt khác sự chuyển hóa các chất trong đất nhờ vi sinh vật diễn ra có độ mạnh yếu rất khác nhau phụ thuộc vào độ che phủ của thực vật.