[Tóm tắt] Luận án Cơ sở khoa học của các giải pháp lâm sinh áp dụng cho rừng phòng hộ đầu nguồn hồ chứa nước cửa đặt huyện Thường Xuân - Tỉnh Thanh Hóa

vật làm cơ sở khoa học cho các giải pháp kỹ thuật lâm sinh ở khu vực nghiên cứu. 2) Đề xuất tiêu chuẩn cấu trúc và một số giải pháp kỹ thuật lâm sinh tác động vào thảm thực vật rừng phòng hộ đầu nguồn, để rừng sớm đạt đến cấu trúc rừng mong muốn. 3. Ý nghĩa của luận án (1) Về lý luận, luận án đã xác định được mối quan hệ định lượng giữa khả năng điều tiết nguồn nước và phòng chống xói mòn đất với những nhân tố: mưa, địa hình, thổ nhưỡng và thảm thực vật. 2 (2) Về thực tiễn, Luận án đã đề xuất được bảng tra cấu trúc rừng mong muốn đáp ứng yêu cầu phòng hộ đầu nguồn ở vùng hồ chứa nước Cửa Đặt. Bảng này có ý nghĩa chỉ dẫn cho việc vận dụng các giải pháp kỹ thuật lâm sinh, nhằm dẫn dắt rừng sớm đạt yêu cầu phòng hộ đầu nguồn và đáp ứng mục đích phòng hộ - kinh tế. 4. Đóng góp mới của luận án * Về lý luận: 1) Luận án đã xác định được một số cơ sở khoa học quan trọng áp dụng cho rừng phòng hộ đầu nguồn hồ chứa nước Cửa Đặt; 2) Đã lượng hóa và xây dựng được mô hình toán học về mối liên hệ giữa các nhân tố phát sinh dòng chảy với dòng chảy mặt và xói mòn đất. 3) Xu thế phát triển của thảm thực vật rừng hồ Cửa Đặt. * Về thực tiễn: Luận án đã đề xuất được bảng tra yêu cầu cấu trúc rừng mong muốn đáp ứng yêu cầu phòng hộ đầu nguồn ở vùng hồ chứa nước Cửa Đặt, huyện Thường Xuân - tỉnh Thanh Hóa. Luận án có ý nghĩa chỉ dẫn trong việc vận dụng các giải pháp kỹ thuật lâm sinh tác động cho từng nhóm đối tượng thảm thực vật rừng. Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Trên cơ sở nghiên cứu 163 tài liệu tham khảo về: rừng phòng hộ đầu nguồn của các tác giả trong và ngoài nước, điều kiện tự nhiên của địa phương. Đề tài đã tổng quan được những nội dung chính để phục vụ cho nghiên cứu rừng phòng hộ đầu nguồn hồ chứa nước Cửa Đặt. Từ đó, đề tài đã có những nhận xét nêu lên một số quan điểm chung về rừng phòng hộ đầu nguồn, những công trình tiêu biểu và những tồn tại chính để từ đó xác định những nội dung cần thực hiện tiếp của đề tài. 1.1. Thành quả nghiên cứu Nghiên cứu rừng phòng hộ đầu nguồn đã được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên trên các lĩnh vực và đã rút ra một số kết luận sau: 1) Về thuỷ văn rừng: nhìn chung, đất rừng có khả năng thấm nước rất cao và hiếm khi xuất hiện dòng chảy bề mặt ngay cả khi lượng mưa lớn. Tuy nhiên, 3 khi rừng bị chặt hạ trở nên thưa thớt và độ dốc mặt đất lớn thì có thể tạo ra nhiều lượng nước chảy bề mặt. 2) Về xói mòn đất: các công trình nghiên cứu bước đầu đã xây dựng phương trình toán học để dự tính lượng đất xói mòn bề mặt thông qua các chỉ số có liên quan. 3) Về cấu trúc rừng: cấu trúc rừng được xác định thông qua các chỉ số đa dạng loài, chỉ số quan trọng (IV%), đã xây dựng cấu trúc rừng hợp lý thông qua bảng tra hệ số C, xây dựng tiêu chuẩn cấu trúc rừng phòng hộ đầu nguồn,... 4) Về tái sinh rừng: tái sinh rừng mưa nhiệt đới vô cùng phức tạp, cây tái sinh tự nhiên có phân bố cụm, một số khác có phân bố Poisson; tái sinh rừng nhiệt đới có hai đặc điểm tái sinh phổ biến đó là tái sinh vệt của loài cây ưa sáng và tái sinh phân tán liên tục của loài cây chịu bóng. 5) Về khả năng phục hồi rừng: quá trình diễn thế thứ sinh trên cạn lặp lại quá trình tái sinh tự nhiên trên các lỗ trống trong rừng nguyên sinh trên diện rộng,... đất càng bị phá hủy nhiều thì quá trình diễn thế thứ sinh trên cạn càng giống với quá trình diễn thế nguyên sinh. 6) Vận dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất: có rất nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng, điển hình như việc duy trì cấu trúc rừng tự nhiên không đều tuổi thông qua các giải pháp tái sinh, hoặc trồng bổ sung, chặt nuôi dưỡng rừng tự nhiên để dẫn dắt rừng đạt đến cấu trúc gần với cấu trúc của rừng tự nhiên nguyên sinh, . Công trình nghiên cứu đã đề ra phương pháp phân cấp rừng phòng hộ đầu nguồn sông Mê Kông,. Từ đó, Chính phủ và Bộ, Ngành đã ban hành các văn bản, quy định đối với rừng phòng hộ đầu nguồn làm cơ sở định hướng cho việc đầu tư quản lý, phục hồi và phát triển rừng phòng hộ kết hợp kinh tế. 1.2. Những nội dung cần thực hiện tiếp 1) Tiếp tục nghiên cứu mở rộng về đặc điểm các nhân tố phát sinh dòng chảy mặt và xói mòn đất của các thảm thực vật rừng để phát hiện ra quy luật tồn tại trong tự nhiên và định lượng hóa những quy luật đó bằng các công cụ toán học phù hợp. 2) Nghiên cứu cấu trúc và xu thế, tốc độ phát triển của thảm thực vật rừng. 3) Phân chia thảm thực vật rừng phòng hộ đầu nguồn để áp dụng các giải pháp pháp kỹ thuật. 4) Đề xuất các giải pháp lâm sinh nhằm dẫn dắt các trạng thái thảm thực vật rừng ở thời điểm hiện tại sớm đạt cấu 4 trúc mong muốn. 5) bổ sung nguồn dẫn liệu về khả năng thấm và giữ nước thực tế của đất dưới điều kiện mưa tự nhiên. Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nội dung nghiên cứu - Đặc điểm các nhân tố phát sinh dòng chảy và xói mòn đất (Đặc điểm nhân tố mưa; đặc điểm địa hình; đặc điểm thổ nhưỡng và xác định các tham số K, R, C trong phương trình dự đoán xói mòn đất của Wischmeier W.H và Smith D.D.1978). - Đặc điểm lượng nước chảy bề mặt, lượng đất xói mòn và mối liên hệ của nó với những nhân tố có ảnh hưởng quan trọng. - Đặc điểm và khả năng phục hồi của thảm thực vật. - Đề xuất tiêu chuẩn cấu trúc rừng phòng hộ đầu nguồn. - Phân chia thảm thực vật rừng theo giải pháp kỹ thuật tác động. 2.2. Giới hạn nghiên cứu * Về địa bàn nghiên cứu: Địa bàn nghiên cứu cụ thể của đề tài là vùng phòng hộ đầu nguồn hồ chứa nước Cửa Đặt thuộc 2 xã Lương Sơn và Yên Nhân, huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hoá. * Về đối tượng nghiên cứu: Đất trống (trảng cỏ Ia, trảng cây bụi Ib và Ic); rừng tự nhiên từ nghèo đến giầu (rừng nghèo IIA, IIIA1; rừng trung bình IIB, IIIA2 và rừng giầu IIIA3, IIIB); rừng trồng (Keo tai tượng và rừng Luồng). Các trạng thái thảm thực vật khác trong khu vực không thuộc phạm vi nghiên cứu của đề tài. 2.3. Phương pháp nghiên cứu 2.3.1. Quan điểm và phương pháp luận - Là một hệ sinh thái, khả năng phòng hộ hay cung cấp của rừng có giới hạn nhất định, do đó yêu cầu về cấu trúc rừng phòng hộ đầu nguồn đương nhiên tồn tại như một thực thể khách quan. Trong đề tài này, yêu cầu cấu trúc của thảm thực vật rừng phòng hộ đầu nguồn được hiểu là trị số của các nhân tố cấu trúc mà qua đó tỷ lệ dòng chảy bề mặt và lượng đất xói mòn về cơ bản đã giảm đến mức tối thiểu, còn lượng nước trong đất được giữ lại ở mức tối đa. Hệ số dòng chảy mặt càng nhỏ, chứng tỏ khả năng điều tiết nước của rừng 5 càng tốt đặc biệt là khả năng phòng lũ vào mùa mưa. Lượng đất xói mòn và lượng chất dinh dưỡng bị mất càng ít, chứng tỏ khả năng bảo vệ đất của rừng càng tốt. Rừng phòng hộ đầu nguồn hồ chứa nước Cửa Đặt phải: 1) Giảm thiểu lượng nước chảy bề mặt, nhằm góp phần giảm lũ vào mùa mưa. 2) Giảm thiểu lượng đất xói mòn, nhằm hạn chế bồi lấp lòng hồ. 3) Tăng tối đa lượng nước giữ lại trong đất, nhằm chống hạn vào mùa khô. - Phương pháp nghiên cứu tổng quát của đề tài được xác định là: nghiên cứu các chỉ tiêu cụ thể phản ánh đặc trưng tích giữ nước của lớp thảm thực vật rừng và mối liên hệ của chúng với những nhân tố có ảnh hưởng quan trọng. Đánh giá khả năng giữ nước tổng hợp của rừng. Cuối cùng là xác định cấu trúc hợp lý của thảm thực vật rừng phòng hộ đầu nguồn, làm cơ sở cho các giải pháp quản lý rừng theo hướng phát huy đồng thời và tối đa chức năng giữ nước, đất và giá trị kinh tế của rừng. 2.3.2. Phương pháp điều tra thu thập các chỉ tiêu Để thực hiện đầy đủ các nội dung của đề tài, cần phải điều tra đánh giá được các nhân tố địa hình; đặc điểm về đất đai thông qua việc xác định các đặc tính lý hóa của đất (mẫu đất được lấy 5 điểm/ô lần lượt theo độ sâu 0-10 cm, 10-30 cm) và sức thấm nước của đất (mỗi ô thí nghiệm chọn 3 vị trí điển hình, tại mỗi vị trí đặt 1 cặp ống vòng khuyên lồng vào nhau, mỗi năm tiến hành điều tra 5 lần tại các thời điểm khác nhau); xác định lượng nước chảy bề mặt và lượng đất xói (dùng hệ thống máng, thùng thu nước, đồng hồ đo nước để xác định lượng nước chảy bề mặt tiến hành quan sát đo tính sau mỗi trận mưa, lấy mẫu nước ở trong thùng chứa nước để xác định vật chất xói mòn, cứ cách 5 trận mưa lấy mẫu 1 lần); điều tra, thu thập các số liệu về thảm thực vật rừng, cấu trúc, độ che phủ tầng cây cao, cây bụi thảm tươi và vật rơi rụng bằng các phương pháp điều tra lâm học thông thường; đo đếm các chỉ tiêu về khí tượng thủy văn rừng thông qua máy vũ lượng kí và vũ lượng kế của trạm khí tượng, thủy văn (mỗi xã bố trí 01 điểm lắp đặt các thiết bị đo mưa ở nơi bãi đất trống ngay gần kề khu vực các ô nghiên cứu). 6 2.3.3. Tính toán và xử lý số liệu Tính toán các chỉ số về khí tượng thủy văn rừng như lượng mưa năm (P, mm) là tổng lượng mưa trong năm; cường độ mưa bình quân (Ibq, mm/h) được xác định bằng tỷ số giữa lượng mưa (P, mm) và thời gian mưa (t, h) và cường độ mưa lớn nhất trong 30 phút (I30, mm/h) được xác định bằng 2 lần lượng mưa lớn nhất trong 30 phút (P30, mm; năng lượng mưa E = 916 + 331.lg (IBQ), năng lượng mưa gây xói mòn E*= 11,9 + 8,7.lg (IBQ) và hệ số xói mòn do mưa R = 0,01 x EXM x I30 (phút-tấn/acre); tốc độ thấm nước của đất V = S/T (mm/phút); lượng đất xói mòn bề mặt A = 4 3(10 10 )/400a   (tấn/ha/năm); các chỉ số phản ánh khả năng phòng hộ của thảm thực vật rừng (diện tích tán tầng cây cao Cai, độ che phủ cây bụi, thảm tươi CP, % và độ che phủ của vật rơi rụng TM, %); thiết lập các phương trình tương quan giữa các nhân tố có liên quan với hệ số dòng chảy mặt và lượng đất xói mòn (sử dụng phương pháp thống kê toán học trong lâm nghiệp và phần mềm SPSS). Ngoài ra việc xác định công thức tổ thành của từng trạng thái, các đặc trưng về mức độ phong phú R, tỷ lệ hỗn loài Hl1 và Hl2, chỉ số Simpson D1, chỉ số quan trọng (IV%), mật độ cây tái sinh (N/ha), cây tái sinh có triển vọng (Ntv), chất lượng cây tái sinh (Ni%) và mạng hình phân bố cây tái sinh trên mặt đất ở từng trạng thái cũng được tính toán và xử lý thông thường. Chương 3 ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU 3.1. Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu Tổng diện tích lưu vực hồ chứa nước Cửa Đặt khoảng 570.800 ha, diện tich lưu vực thuộc nước bạn Lào (269.800 ha), huyện Quế Phong - tỉnh Nghệ An (79.706 ha) và 221.294 ha thuộc địa giới hành chính tỉnh Thanh Hóa. Trong đó, diện tích lưu vực hồ chứa nước Cửa Đặt thuộc địa giới hành chính huyện Thường Xuân là 154.352,83 ha, gồm các loại trạng thái thảm thực vật từ trảng cỏ, cây bụi 12.455,9 ha, rừng tự nhiên 104.161,68 ha (chủ yếu là rừng phục hồi, một số ít rừng còn trữ lượng), rừng trồng 16.704,16 ha, đất nông nghiệp 8.529,88 ha và đất khác. Địa hình đồi núi với độ cao trung bình khoảng 700m, cao nhất ở khu vực biên giới Việt-Lào (thông thường >1000m, đôi nơi >1200m, cao nhất trên 1700 m), độ dốc 20-350. 7 Lương Sơn và Yên Nhân thuộc lưu vực hồ chứa nước Cửa Đặt, nằm về phía Tây Bắc của huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hoá, có toạ độ địa lí từ 19013’13” đến 20007’47” vĩ độ Bắc và 105004’16”đến 105020’50” kinh độ Đông. Địa hình khu vực nghiên cứu tương đối phức tạp, xung quanh là những dãy núi cao Bù Rinh 1280m (phía Bắc), Bù Hòn Hàn 1208m (phía Nam), Bù Ginh 1183m (phía Đông), Cò Nghe 840m (phía Tây). Địa hình nghiêng dần theo hướng từ Tây Bắc xuống Đông Nam, độ dốc bình quân 230, độ cao trung bình 600m. Từ những đặc điểm về địa hình, địa chất, thổ nhưỡng và hiện trạng tài nguyên rừng tại Lương Sơn và Yên Nhân, cho thấy 2 xã này có những đặc điểm cơ bản có thể đại diện được cho lưu vực hồ chứa nước Cửa Đặt. Vì vậy, trong khuôn khổ luận án chúng tôi đã chọn 2 xã này làm địa bàn nghiên cứu. Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.1. Đặc điểm các nhân tố phát sinh dòng chảy và xói mòn đất 4.1.1. Đặc điểm nhân tố mưa Lượng mưa rơi tương đối lớn, từ 2053.2 - 2976.6mm/ năm tăng dần qua các năm (năm 2009 là 2056,9 mm; năm 2010 là 2484,6 mm và năm 2011 là 2929,4 mm). Tất cả các tháng trong năm đều có mưa, tổng số ngày mưa trong năm biến động từ 139 - 188 ngày, trung bình một năm có khoảng 165 ngày mưa, tập trung nhiều nhất từ tháng 5 đến tháng 10. Lượng mưa trung bình tháng có sự biến động rất lớn giữa các tháng trong năm cao nhất vào tháng 8/2010 từ 785 - 787 mm và thấp nhất vào tháng 12/2010 từ 4,9 - 7,9 mm (hệ số k là 0,811 - 0,917 và 0,816 - 0,923; còn hệ số Cr tương đối cao từ 17,03%-18,56%). Điều này nói lên mức độ thất thường của thời tiết trong thời gian gần đây, nó gây ra những khó khăn không nhỏ trong việc phòng chống xói mòn đối với các khu vực sản xuất theo mùa vụ. Cường độ mưa bình quân và cường độ mưa lớn nhất trong 30 phút có sự biến động giữa các tháng trong năm và giữa các năm với nhau. Cường độ mưa đạt cực đại thường tập trung từ tháng 6 - 9. Năng lượng do mưa sinh ra trong năm và năng lượng mưa gây xói mòn trên một đơn vị diện tích ở địa bàn nghiên cứu là rất lớn, năm 2009: 8 158.279-162.235 J/m2; năm 2010: 189.646-194.656 J/m2; năm 2011: 193.237-198.422,72 J/m2. Vào mùa mưa năng lượng mưa chiếm từ 63,56- 65,69% tổng năng lượng mưa cả năm. Năng lượng mưa gây xói mòn 27.939-53.546,56 J/m2 chiếm 17,59 - 26,99%, tập trung từ tháng 5-10 và lớn nhất là tháng 6-9. Hệ số xói mòn do mưa ở địa bàn nghiên cứu biến động giữa các năm từ 506,59 - 966,63 phút-tấn/acre. Chứng tỏ nguy cơ gây xói mòn do mưa ở địa bàn là rất lớn. Do đó, rất cần có các biện pháp phòng chống xói mòn thích hợp nhằm giảm thiểu tác hại do mưa gây nên. 4.1.2. Đặc điểm địa hình Địa hình có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá vai trò điều tiết dòng chảy của rừng. Những nơi có điều kiện khác nhau về độ dốc và hướng dốc sẽ có sự khác nhau về tính chất vật lý và khả năng giữ nước của đất, đặc biệt là độ dốc sẽ ảnh hưởng lớn đến lượng đất xói mòn. Hướng phơi của các trạng thái thực vật chủ yếu theo 2 hướng Đông Nam và Tây Nam. Độ dốc trong khoảng từ 21 - 340, trung bình là 270. 4.1.3. Đặc điểm thổ nhưỡng - Thành phần cơ giới đất ở các trạng thảm thực vật tại khu vực nghiên cứu: thành phần hạt Sét 7,11-50,11%, Thịt 15,21-42,22%, Cát mịn 9,21- 27,93% và thành phần hạt Cát thô 5,43-44,38%. - Hàm lượng mùn tổng thể (% OM) của các trạng thái thực vật có sự biến động đáng kể giữa các trạng thái từ 1,01 ở trạng thái Ia đến 4,50 ở trạng thái IIIB. Điều này cho thấy, đất đai khu vực nghiên cứu có hàm lượng mùn thấp, đất xấu, nghèo dinh dưỡng. - Khả năng thấm nước của đất + Tốc độ thấm nước ban đầu của đất rừng khá cao, biến động từ 6,78 - 14,87 mm/phút. Tốc độ thấm nước ban đầu của đất có rừng cao hơn so với trảng cỏ và rừng tự nhiên cao hơn rừng trồng. Trên cơ sở đó đề tài đã thiết lập được phương trình tương quan giữa tốc độ thấm nước ban đầu với độ xốp và độ ẩm tầng đất mặt qua phương trình (4-2) với hệ số tương quan R = 0,954 và SigF, Sigta và Sigtb = 0,000. V0 = - 21,830 + 13,773(X%/Wđ%) (4-2) 9 + Tốc độ thấm nước ổn định của đất có ý nghĩa rất quan trọng trong việc xác định điều kiện phát sinh dòng chảy và xói mòn trên sườn dốc. Tốc độ thấm nước ổn định không chỉ phụ thuộc vào độ xốp bình quân của tầng đất mà nó còn phụ thuộc vào độ dày tầng đất. R Sig F Sig ta Sig tb 0,942 0,000 0,000 0,000 Vc = - 10,548 + 0,332X (4-3) 0,852 0,000 0,755 0,000 Vc = 0,255 + 0,056Hđ (4-4) 0,860 0,000 0,014 0,000 Vc = 1,740 + 0,001 (X * Hđ) (4-5) Vì xác suất ta (Sigta) của phương trình (4-4) có giá trị > 0,05, nên tham số a không tồn tại. Như vậy, có thể dự đoán tốc độ thấm nước ổn định của đất theo phương trình (4-3) hoặc (4-5) tùy theo yêu cầu về mức độ chính xác và các chỉ tiêu nhân tố điều tra hiện có; tốc độ thấm nước ổn định tỷ lệ thuận với độ xốp và chiều dầy tầng đất. - Quá trình thấm nước của đất Trạng thái rừng giầu IIIB có tốc độ thấm nước cao nhất (14,87 mmm/phút), thời gian đạt đến tốc độ thấm nước ổn định cũng dài nhất (125 phút). Như vậy, khả năng thấm nước của trạng thái này là tốt nhất, sau đó đến trạng thái IIIA3, IIIA2, IIIA1, IIB và IIA. Tiếp đến là rừng trồng Keo tai tượng và Luồng. Tốc độ thấm nước kém nhất là trạng thái Ia, tốc độ thấm vừa chậm và giảm nhanh, nhanh đạt đến trạng thái thấm nước ổn định, khả năng điều tiết nước kém, dòng chảy mặt sớm xuất hiện khi có mưa. 4.1.4. Xác định các tham số K, R, C trong phương trình dự đoán xói mòn đất của Wischmeier W.H và Smith D.D (1978) Các tham số K và R trong phương trình mất đất phổ dụng của Wischmeier W.H và Smith D.D (1978) đã được xác định ở trên, vì vậy chúng ta chỉ cần xác định tham số thảm thực vật C thông qua phương trình cải tiến (4-6) với hệ số quy đổi từ tấn/acre ra tấn/ha. A = 2,47. R.K.L.S.C.P (4 -6) Hệ số C của thảm thực vật trong phương trình (4-6) được xác định như sau: C = (4-7) 2, 47. . . A K R L S 10 Hệ số tổng hợp LS được tra tại toán đồ hệ số tổng hợp chiều dài sườn dốc và độ dốc và P = 1. Giá trị C là trị số bình quân của các trạng thái thảm thực vật, nó có thể biến động lớn giữa các khu rừng cùng trạng thái. Vì vậy, cần phải dự đoán hệ số C thông qua một số chỉ tiêu nào đó của thảm thực vật. Từ số liệu thu thập được đã xác định được các phương trình tương quan giữa hệ số C với một số chỉ tiêu thảm thực vật. R Sig F Sig ta Sig tb 0,567 0,001 0,000 0,001 C = 0,013 – 1,758e-5*(Cai+CP+TM) (4-8) 0,603 0,005 0,000 0,790 0,810 C = 0.011789 – 1.55658e-005*x + 7.37778e-008*x2 – 1.9401e-010*x3 (4-9) 0,620 0,000 0,000 0,000 C = 0.013251 * exp( -0.002259* (Cai+CP+TM)) (4-10) Phương trình (4-9) có Sigtb, Sigtc > 0,05 nên các tham số b và c không tồn tại, vì vậy chỉ có thể áp dụng phương trình (4-8), (4-10) để xác định hệ số C, tuy nhiên phương trình (4-10) có hệ số tương quan cao hơn (0,620). Vì thế, trong khuôn khổ luận án có thể dùng phương trình (4-10) để dự đoán hệ số C của thảm thực vật tại địa bàn nghiên cứu. Như vậy, muốn dự đoán hệ số C của thảm thực vật tại một khu vực nào đó, cần xác định 3 chỉ tiêu: chỉ số diện tích tán (Cai, %), độ che phủ cây bụi thảm tươi (CP,%), độ che phủ của vật rơi rụng (TM, %). 4.2. Đặc điểm lượng nước chảy bề mặt, lượng đất xói mòn và mối liên hệ với các nhân tố có ảnh hưởng quan trọng Từ đặc điểm lý hóa tính của đất, áp dụng toán đồ của Wischmeier W.H & Smith D.D, chúng ta xác định Hệ số xói mòn đất (K) của các trạng thái từ 0,07- 0,335. Hệ số xói mòn của đất chưa có rừng tại khu vực nghiên cứu lớn hơn 2 lần tại lưu vực hồ thủy điện Hòa Bình. Tuy nhiên, đối với khu vực có rừng hệ số xói mòn đất cả 2 vùng chỉ tương đương nhau. Vì vậy, để tăng tuổi thọ công trình hồ thủy lợi - thủy điện Cửa Đặt và giảm thiểu xói mòn khu vực nghiên cứu, yêu cầu cần đẩy mạnh công tác trồng rừng để sớm tạo ra độ che phủ tại khu vực đất trống. 4.2.1. Lượng nước chảy bề mặt và mối quan hệ với các nhân tố quan trọng Lượng nước chảy bề mặt được xem là một thành phần cân bằng nước quan trọng của tuần hoàn thủy văn rừng, phản ánh tốt nhất khả năng giữ nước của rừng. Hệ số dòng chảy mặt là chỉ tiêu quan trọng phản ánh khả năng điều tiết nước của rừng. Hệ số dòng chảy càng nhỏ, chứng tỏ khả năng 11 điều tiết nước của rừng càng tốt, đặc biệt là khả năng phòng lũ vào mùa mưa. Hệ số dòng chảy mặt (BM/P, %) biến động lớn giữa các trạng thái thảm thực vật, cao nhất ở trạng thái đất trống trảng cỏ Ia (28,23%), thấp nhất ở trạng thái rừng giầu IIIB (3,71%); rừng tự nhiên thấp hơn rừng trồng, cao nhất là trạng thái trảng cỏ. Kết quả nghiên cứu cho thấy, hệ số dòng chảy mặt không chỉ phụ thuộc vào lượng mưa, cường độ mưa mà nó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác (độ dốc, trạng thái, đặc điểm TTV, ). Trong khuôn khổ luận án đã dùng chỉ số diện tích tán (Cai,%) thay cho dùng chỉ số độ tàn che (TC,%). Dựa vào số liệu điều tra đã thiết lập được các phương trình tương quan từ (4-11) đến (4-14). R Sig F Sig ta Sig tb 0,960 0,000 0,000 0,000 BM/P(%) = 34,671 – 5,585* ln[ ( ) * aiC CP TM K    ] (4-11) 0,946 0,000 0,000 0,000 BM/P(%) = 16,485 – 5,927* ln[ 2 * aiC CP TM K   ] (4-12) 0,969 0,000 0,000 0,000 BM/P(%) = 52,498 – 4,675* ln[(Cai+CP+VRR)* d * H K ] (4-13) 0,964 0,000 0,000 0,000 BM/P(%) = 38,642 – 4,972* ln[(Cai+CP+TM)* d 2 * H K ] (4-14) Để dự đoán hệ số dòng chảy tại khu vực nghiên cứu có thể dùng cả 4 phương trình trên, trong đó phương trình (4-13) có hệ số tương quan cao nhất (0,969), điều này nói rằng nhân tố chiều dày tầng đất cũng là nhân tố có ảnh hưởng quan trọng đến hệ số dòng chảy mặt và tỷ lệ nghịch với hệ số dòng chảy mặt. Vì vậy, trong khuôn khổ luận án sử dụng phương trình (4-13) để dự báo hệ số dòng chảy mặt thông qua các chỉ tiêu tổng hợp đảm bảo độ tin cậy cao. 4.2.2. Lượng đất xói mòn và mối quan hệ với các nhân tố quan trọng Một trong những đặc trưng của rừng phòng hộ đầu nguồn khu vực nghiên cứu là chống bồi lấp lòng hồ để duy trì công suất, tuổi thọ và sự an toàn cho nhà máy thủy điện, tăng khả năng điều tiết dòng chảy mà vẫn đảm bảo được hiệu quả kinh tế của rừng. Qua nghiên cứu cho thấy, dưới các trạng thái thảm thực vật lượng đất xói mòn tăng theo thời gian, là do lượng mưa của năm sau tăng hơn năm trước từ 17,51- 22,15%. Riêng trạng thái IIIB lượng đất xói 12 mòn không tăng và lượng đất xói mòn ở trạng thái IIIA2 và IIIA3 tăng nhưng không đáng kể. Điều này chứng tỏ khả năng điều tiết dòng chảy và chống xói mòn của các trạng thái rừng giầu, rừng trung bình là rất tốt. Lượng đất xói mòn ở trạng thái đất trống là cao nhất (83,161 tấn) cao hơn các trạng thái đất có rừng che phủ, trong khi độ dốc của trảng cỏ là thấp (220). Điều này, chứng tỏ thảm thực vật rừng có vai trò rất quan trọng trong việc hạn chế xói mòn đất. Lượng đất xói mòn của trạng thái rừng trồng lớn hơn lượng đất xói mòn của rừng tự nhiên, điều này một lần nữa lại khẳng định, thảm thực vật có vai trò quyết định và có ý nghĩa quan trọng trong việc phòng chống xói mòn. Lượng đất xói mòn phụ thuộc vào các nhân tố khác như: thực vật, địa hình, loại đất,. và chiều dày tầng đất (Hđ, cm), sự phụ thuộc này được biểu diễn dưới dạng các phương trình tương quan từ (4-20) đến (4-25). R Sig F Sig ta Sig tb 0,961 0,000 0,000 0,000 A (tấn/ha/năm) = 101,831 - 17,205* ln[ * aiC CP TM K   ] (4-20) 0,954 0,000 0,000 0,000 A (tấn/ha/năm) = 45,884 - 18,395* ln[ 2 * aiC CP TM K   ] (4-21) 0,971 0,000 0,000 0,000 A (tấn/ha/năm) = 156,844 - 14,412* ln[(Cai + CP + TM)* * dH K ] (4-22) 0,972 0,000 0,000 0,000 A (tấn/ha/năm) = 114,606 – 15,426* ln[(Cai + CP + TM)* d 2 * H K ] (4-23) Các phương trình trên đều có hệ số tương quan rất chặt (R từ 0,954 trở lên) nên có thể áp dụng các phương trình này cho việc dự đoán tổng lượng đất xói mòn thông qua các chỉ tiêu tổng hợp. Trong đó, phương trình (4-23) có hệ số tương quan cao nhất với R = 0,972. Qua đó cho ta thấy, lượng đất bị xói mòn còn chịu ảnh hưởng của nhân tố độ dày tầng đất (Hđ, cm). Để thuận lợi cho việc tính toán luận án sử dụng phương trình (4-22) để dự báo lượng đất xói mòn đất xói mòn tại khu vực nghiên cứu. Lượng đất xói mòn trung bình của khu vực khoảng 36,13647 tấn/ha/năm thuộc cấp xói mòn 2 (cấp xói mòn mạnh). Vì vậy, vấn đề phục hồi lại thảm thực vật rừng để sớm phát huy khả năng phòng hộ điều tiết nguồn nước, giảm thiểu lượng đất xói mòn, chống bồi lấp lòng hồ và tăng tuổi thọ công trình hồ chứa nước Cửa Đặt lại càng trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. 13 4.2.3. Mối quan hệ giữa lượng nước chảy bề mặt với lượng đất xói mòn Lượng đất xói mòn có quan hệ mật thiết với hệ số dòng chảy bề mặt và nó tỉ lệ thuận với hệ số dòng chảy mặt theo phương trình (4-24) và (4-25). R Sig F Sig ta Sig tb 0,978 0,000 0,001 0,000 A (tấn/ha/năm) = 1,869 + 0,318* [ % P BM ] (4-24) 0,979 0,000 0,000 0,000 A (tấn/ha/năm) = 1,804*[ % P BM ]1,146 (4-25) Lượng đất xói mòn có quan hệ rất chặt với hệ số dòng chảy bề mặt, các tham số số tính toán đều tồn tại vì Sigt < 0,05, có thể dùng được cả. Tuy nhiên, để đơn giản hóa trong việc tính toán đồng thời vẫn đảm bảo được độ chính xác cao, luận án chọn phương trình (4-24) biểu diễn mối quan hệ giữa lượng đất xói mòn và hệ số dòng chảy mặt. 4.3. Đặc điểm và khả năng phục hồi của thảm thực vật 4.3.1. Đặc điểm và xu thế cấu trúc thảm thực vật. 4..3.1.1. Đặc điểm cấu trúc rừng Kết quả điều tra thảm thực vật rừng khu vực nghiên cứu qua các ô bán cố định đã xác định được công thức tổ thành loài tại các ô tiêu chuẩn của các trạng thái rừng giầu và trung bình chủ yếu là các loài cây chịu bóng có giá trị kinh tế cao (tập trung chủ yếu từ nhóm II-VI, như: Thị rừng, Táu muối, Nhọc, Giổi, Đinh hương,), còn các trạng thái rừng non và rừng nghèo công thức tổ thành chủ yếu là các loài cây ưa sáng mọc nhanh có giá trị kinh tế thấp (tập trung chủ yếu là cây gỗ nhóm VI-VIII, như: Mắc khẻn, Trẩu, Hu đay, Lòng mang,...). Thành phần các loài tham gia vào công thức tổ thành hầu như ổn định qua các năm. Tuy nhiên, hệ số của công thức tổ thành loài tại Ô9 (trạng thái IIIA1) giảm 1 loài trong năm 2012; tại Ô11 (trạng thái IIA) tăng lên 1 loài trong năm 2010. Điều này cho thấy tại các trạng thái rừng nghèo đang có biến động về mật độ cây cũng như thành phần các loài cây. 4.3.1.2. Các chỉ số đặc trưng của cấu trúc rừng Kết quả điều tra cho thấy, rừng tự nhiên khu vực nghiên cứu có mật độ tương đối cao, mật độ tầng cây cao lớn nhất thuộc trạng thái rừng IIB (từ 725- 755 cây/ha) thấp nhất thuộc trạng thái IIIB (từ 445-450 cây/ha). Đối với rừng giầu và trung bình các chỉ số về tỷ lệ ưu trội, tỷ lệ hỗn loài tương đối ổn định; 14 rừng nghèo chỉ số về tỷ lệ ưu trội giảm dần theo thời gian, còn chỉ số tỷ lệ hỗn loài lại tăng lên. Điều này cho thấy rừng nghèo tại khu vực nghiên cứu đang được phục hồi tốt, số lượng cá thể trong mỗi loài tăng lên theo thời gian. Tỷ số hỗn loài Hl1 ở các trạng thái rừng qua các năm tương đối cao từ 1/4,3 đến 1/3,2 và tỷ Hl1 lớn hơn ít nhất 3 lần Hl2. Điều này cho thấy, rừng tự nhiên khu vực nghiên cứu đã xuất hiện nhóm loài cây ưu thế. 4.3.1.3. Phân bố thảm thực vật Kết quả tính toán cho thấy, phân bố N/HVN và N/D1.3 của tầng cây cao tuân theo luật phân bố Weibull một đỉnh lệch trái, với độ lệch λ từ 0,00316 - 0,1089 và từ 0,0047 - 0,259; độ nhọn α từ 1,457 - 3,539 và từ 0,259 - 2,211. Riêng trạng thái rừng giầu, phân bố N/D1.3 lại tuân theo quy luật phân bố Khoảng cách và Mayer. Điều này cho thấy, khi rừng đã đạt đến trạng thái ổn định các chỉ số về tổ thành, mật độ và trữ lượng sẽ đồng biến với chỉ số đường kính trong những cấp kính đầu và sau đó sẽ nghịch biến ở các cấp kính tiếp theo. 4.3.1.4 Chỉ số đa dạng loài: Chỉ số Simson ở các trạng thái trong 3 năm hầu như không có sự biến động lớn. Chỉ số đa dạng loài (S.W.H’) và mức độ phong phú (R) đã có sự biến động qua các năm, nhưng mức độ biến động của nó không cao. Riêng trạng thái rừng IIIA1, IIB và IIA có sự thay đổi theo xu thế tăng dần mức độ phong phú loài theo thời gian. Chỉ số đa dạng loài cao nhất cũng ở trạng thái rừng IIB (3,431) và thấp nhất ở trạng thái rừng IIA (2,649), mức độ phong phú từ 2,277 - 3,863. 4.3.2. Đặc điểm thảm thực vật về giá trị kinh tế và phòng hộ 4.3.2.1. Đặc điểm thảm thực vật về giá trị kinh tế Trữ lượng rừng tăng lên theo thời gian, riêng trạng thái IIIB và IIA lượng tăng trưởng bình quân không cao (>5m3/ha/năm) các trạng thái rừng tự nhiên khác > 10 m3/ha/năm. Trữ lượng gỗ của các loài có giá trị kinh tế ở trạng thái rừng non và rừng nghèo thấp hơn trữ lượng của những cây gỗ ít giá trị kinh tế. Đối với trạng thái rừng giầu và trung bình thì ngược. Qua đó cho thấy, đối với các trạng thái rừng giầu và rừng trung bình cần có các biện pháp bảo vệ nghiêm ngặt tránh tình trạng khai thác lâm sản trái phép, vì các loài cây gỗ thuộc các trạng thái này có nhiều nguy cơ bị chặt hạ hơn đối với các loài cây ít giá trị kinh tế. 15 4.3.2.2. Đặc điểm thảm thực vật về hiệu năng phòng hộ Chỉ số diện tích tán, độ tàn che, độ che phủ, có ý nghĩa quan trọng trong việc phát huy chức năng phòng hộ của rừng. Chỉ số diện tích tán tăng dần qua các năm ở tất cả các trạng thái rừng cao nhất thuộc trạng thái IIA, điều này nói lên thảm thực vật khu vực nghiên cứu ngày càng phát huy tốt hiệu năng phòng hộ. Độ che phủ của cây bụi, thảm tươi ở trạng thái rừng giầu và trung bình giảm dần theo thời gian. Đối với rừng nghèo, đất trống và rừng Luồng độ che phủ cây bụi thảm tươi tăng dần theo thời gian, riêng rừng Keo tai tượng độ che phủ cây bụi, thảm tươi tăng lên trong giai đoạn từ 2008 đến năm 2010 và sau đó lại giảm dần. Điều này cho thấy độ che phủ cây bụi thảm tươi luôn đồng biến với Cai khi Cai thấp, nhưng khi Cai tăng đến một mức độ nhất định, độ che phủ cây bụi thảm tươi lại có xu hướng nghịch biến với đại lượng này. Độ che phủ của vật rơi rụng tăng dần theo thời gian ở hầu khắc các trạng thái rừng, riêng trạng thái IIIA1 có chiều hướng giảm không đáng kể. Vì, vật rơi rụng của trạng thái này có tỉ lệ cành nhánh lớn hơn so với các trạng thái khác (20,33%) mà cành nhánh đang trong giai đoạn phân hóa. Qua nghiên cứu cho thấy, tổng các chỉ số về Cai, CP và TM càng lớn thì năng lực phòng hộ của rừng càng cao và ngược lại. 4.3.3. Đặc điểm, giá trị cây tái sinh 4.3.3.1. Mật độ, phẩm chất cây tái sinh Mật độ cây tái sinh và mật độ cây tái sinh có triển vọng ở các trạng thái rừng biến động qua các năm, mật độ thấp và ít biến động nhất ở trạng thái rừng giầu IIIB, cao nhất ở trạng thái IIB và IIA. Mật độ cây tái sinh trạng thái IIB cao nhất, thấp nhất ở trạng thái rừng IIIB, điều này cũng được lặp lại đối với mật độ cây tái sinh triển vọng. 4.3.3.2. Phân loại cây tái sinh theo nhóm gỗ Đối với nơi có rừng, mật độ cây tái sinh từ nhóm I - VI lớn hơn mật độ cây tái sinh thuộc nhóm VII, VIII. Tuy nhiên đối với khu vực đất trống thì ngược lại mật độ cây tái sinh nhóm VII, VIII lớn hơn mật độ cây tái sinh nhóm I – VI, vì ở trạng thái Ia, Ib và Ic cây tái sinh chủ yếu thuộc nhóm loài cây ưa sáng mọc nhanh, có giá trị kinh tế thấp. Mạng hình phân bố cây tái sinh theo dạng phân bố đều và phân bố ngẫu nhiên. 16 4.3.4. Mức độ biến động của thảm thực vật 4.3.4.1. Sự gia tăng mật độ cây tái sinh Trạng thái đất trống và rừng trồng công thức tổ thành loài cây tái sinh còn khá đơn điệu tập trung chủ yếu là các loài cây tiên phong ưa sáng ít giá trị kinh tế, mật độ cây tái sinh rất thấp (160-1000 cây/ha). Rừng tự nhiên, công thức tổ thành gồm các loài cây gỗ chịu bóng có giá trị kinh tế cao, mật độ cây tái sinh >3000 cây/ha, phẩm chất tốt chiếm tỷ lệ cao (>55%). Riêng trạng thái IIA số cây có phẩm chất tốt chiếm tỷ lệ thấp (< 30%) và trạng thái IIIB có phẩm chất tốt chiếm tỷ lệ cao nhưng mật độ cây tái sinh lại thấp (<1500 cây/ha). 4.3.4.2. Sự gia tăng về chỉ số diện tích tán (Cai) Từ số liệu điều tra về chỉ số Cai của thảm thực vật rừng qua các năm đã xây dựng các phương trình tương quan giữa lượng tăng trưởng của chỉ số diện tích tán (ZCai) với chỉ số diện tích tán (Cai) R Sig. Sigta Sigtb Sigtc 0,877 0,001 0,001 0,014 0,031 Z(Cai) = 6,237 – 0,035*Cai + 6,537E-5* Cai2 (4-31) 0,847 0,001 0,061 0,001 Z(Cai) = 0,537 + 277,858/Cai (4-32) Chỉ có thể sử dụng phương trình (4-31) để tính tốc độ tăng trưởng bình quân năm của các trạng thái thảm thực vật tại khu vực nghiên cứu thông qua chỉ số Cai hiện tại, vì phương trình (4-32) có Sigta = 0,061 > 0,05. 4.4. Đề xuất tiêu chuẩn cấu trúc rừng phòng hộ đầu nguồn 4.4.1 Cấu trúc hợp lý nhằm đáp ứng yêu cầu phòng hộ đầu nguồn Kết quả phân tích mối liên hệ của hệ số dòng chảy mặt và lượng đất xói mòn với các chỉ tiêu tổng hợp (Cai+CP+ TM)*Hđ/α*K thông qua 2 phương trình (4-13) và (4-22) nêu trên. Vì hệ số xói mòn đất (K), độ dốc (α) và độ dầy tầng đất (Hđ) rất khó, không thể thực hiện ngay được nên nó được coi như bất biến. Nên muốn giảm thiểu được lượng đất xói mòn và hệ số dòng chảy mặt cần phải tác động đến thảm thực vật, cụ thể là cần nâng cao chỉ tiêu tổng hợp (Cai + CP + TM). Mối quan hệ giữa hệ số dòng chảy mặt và lượng đất xói mòn bề mặt với các chỉ tiêu tổng hợp (Cai+CP+ TM)* Hđ/(α*K) được thể hiện qua biểu đồ hình 4.21. 17 Hình 4.21. Biến thiên của hệ số dòng chảy mặt, lượng đất xói mònvới chỉ tiêu tổng hợp 4.4.1.1 Tiêu chuẩn thảm thực vật bắt đầu có ý nghĩa giảm xói mòn đất Trị số của chỉ tiêu tổng hợp nhỏ hơn 1.000, đường biểu diễn hệ số dòng chảy mặt và lượng đất xói mòn bắt đầu giảm có ý nghĩa. Vì vậy, trị số 1.000,0 được coi là trị số nhỏ nhất của chỉ tiêu tổng hợp mà từ đó trở lên tác dụng nuôi dưỡng nguồn nước và bảo vệ đất. U = (Cai + CP + TM)* Hđ/(α*K) ≥ 1.000 (4-33) hay (Cai + CP + TM) ≥ 1.000*α*K/Hđ Với mọi hệ số xói mòn đất, độ dốc mặt đất và chiều dầy tầng đất luôn có thể duy trì được lớp thảm thực vật với chỉ số tổng hợp cao hơn trị số ở bảng, đây là điều kiện để phục hồi dần các lớp phủ thực vật tại địa bàn nghiên cứu. 4.4.1.2. Tiêu chuẩn thảm thực vật đáp yêu cầu phòng hộ bảo vệ đất Tiêu chuẩn thảm thực vật đáp ứng yêu cầu phòng hộ bảo vệ đất áp dụng cho rừng phòng hộ đầu nguồn khu vực nghiên cứu là: Q = (Cai + CP + TM)* Hđ/(α*K) ≥ 22.000 (4-34) hay (Cai + CP + TM) ≥ 22.000*α*K/Hđ Như vậy, ứng với mỗi cặp trị số của độ dầy tầng đất (Hđ, cm), hệ số xói mòn đất (K) và độ dốc mặt đất (α, độ) sẽ có một trị số tương ứng của chỉ số tổng hợp. Đề tài xây dựng được bảng tiêu chuẩn thảm thực vật đáp ứng yêu cầu phòng hộ bảo vệ đất thông qua các cặp giá trị của các chỉ tiêu này. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 10 0 20 00 50 00 80 00 11 00 0 14 00 0 17 00 0 20 00 0 23 00 0 26 00 0 29 00 0 Chỉ tiêu tổng hợp % 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 tấ n/ ha /n ăm BM/P(%) A 18 Trong mọi trường hợp, khi độ dốc lớn hơn 50 đều cần có lớp phủ của cây bụi thảm tươi để bảo đảm khả năng phòng hộ bảo vệ đất. Do vậy, để giảm xói mòn đất không nên dọn sạch hoặc loại bỏ hoàn toàn cây bụi thảm tươi trên sườn dốc. Tỷ lệ che phủ của lớp thảm thực vật ngay cả ở độ dốc 50 và độ dày tầng đất 200 cm thì cũng phải vượt quá 15,0%. Độ dốc mặt đất càng cao, yêu cầu độ che phủ của lớp thảm thực vật càng lớn. Tỷ lệ này, có thể dao động từ 33,0% khi độ dốc là 50, hệ số xói mòn đất là 0,060 và độ dày tầng đất là 200 cm đến 14.740,0 % khi độ dốc là 400, hệ số xói mòn đất là 0,335 và độ dày tầng đất là 20 cm. Khi cần độ che phủ của lớp thảm thực vật >300%, nhất thiết phải xây dựng rừng hỗn loài hay rừng tự nhiên với chỉ số diện tích tán Cai > 200%. Khi cần tỷ lệ che phủ của lớp thảm thực vật >500%, nhất thiết phải bảo vệ rừng tự nhiên nghiêm ngặt, kết hợp với việc sử dụng các biện pháp công trình để giảm lượng đất xói mòn. 4.4.2 Cấu trúc rừng hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế 4.4.2.1. Lựa chọn các loài cây phù hợp với tiểu khí hậu vùng Để lựa chọn đúng loài cây phù hợp với khu vực nghiên cứu, luận án đã lựa chọn ra 50 loài cây gỗ và 10 loài cây bụi, thảm tươi (lâm sản ngoài gỗ) có tần suất xuất hiện nhiều trong các ô điều tra để làm căn cứ đề xuất cây trồng phục hồi rừng vừa mang lại hiệu quả phòng hộ lại vừa có lợi ích về kinh tế. 4.4.2.2. Đề xuất các loài có giá trị kinh tế cao Việc lựa chọn cơ cấu cây trồng phục hồi, tu bổ, cải tạo rừng nhằm sớm phát huy tác dụng phòng hộ mà vẫn đảm bảo duy trì được hiệu quả kinh tế của rừng là việc làm có ý nghĩa sống còn. Luận án đã ưu tiên lựa chọn 14 loài cây gỗ, 6 loài cây bụi đa tác dụng từ 50 loài cây gỗ và 10 loài câu bụi, thảm tươi nêu trên để phục vụ cho công tác nuôi dưỡng, phục hồi rừng thông qua các biện pháp điều tiết tổ thành, trồng bổ sung và làm giầu rừng. 4.5. Phân chia thảm thực vật rừng theo giải pháp kỹ thuật tác động 4.5.1 Phân chia thảm thực vật rừng theo khả năng phục hồi Căn cứ vào tốc độ và xu thế phục hồi của thảm thực vật, đặc biệt là mật độ, chất lượng và phân bố cây tái sinh, được phân chia như sau: - Nhóm trạng thái rừng giầu IIIB mật độ cây tái sinh 2240 cây/ha, cây tái sinh có triển vọng chỉ đạt 1240 cây/ha và phân bố không đều. 19 - Nhóm trạng thái IIIA3, IIIA2, IIB mật độ cây tái sinh 3000cây/ha, trong đó có hơn 2000 cây tái sinh có triển vọng, phân bố đều. - Nhóm trạng thái IIIA1 và IIA mật độ cây tái sinh <3000 cây/ha, trong đó cây tái sinh có triển vọng khoảng < 1500 cây/ha, nhưng mạng hình phân bố thuộc phân bố ngẫu nhiên và không đều. - Nhóm trạng thái đất trống Ic mật độ cây tái sinh và cây tái sinh có triển vọng > 1000 cây/ha, phân bố đều. - Nhóm trạng thái đất trống Ib, Ia mật độ cây tái sinh và cây tái sinh có triển vọng < 600 cây/ha, phân bố không đều. 4.5.2. Phân chia thảm thực vật rừng theo thời gian phục hồi Trên cơ sở thời gian để các trạng thái rừng đạt đến ngưỡng an toàn về khả năng phòng hộ đầu nguồn, đã phân chia thảm thực vật như sau: - Đối với trạng thái rừng giầu (IIIB và IIIA3) đã đạt đến ngưỡng an toàn phòng hộ chống xói mòn đất. - Đối với rừng trung bình trạng thái IIIA2 thời gian để cả 2 ô đạt đến ngưỡng an toàn chỉ cần từ 8 - 9 năm, cần bảo vệ nuôi dưỡng rừng. - Đối với rừng trung bình thuộc trạng thái IIB cần đến 23, 24 năm để rừng mới đạt đến ngưỡng an toàn phòng hộ, cần chăm sóc nuôi dưỡng. - Đối với rừng nghèo trạng thái IIIA1 cần 34 năm và rừng phục hồi IIA cần 41-42 năm thì rừng mới đạt ngưỡng an toàn phòng hộ. 4.5.3. Phân chia thảm thực vật rừng theo giải pháp kỹ thuật tác động - Nhóm trạng thái IIIB ở khu vực xa dân cư, độ dốc lớn (α = 340) cần có các biện pháp xúc tiến tái sinh tự nhiên và khoanh nuôi bảo vệ. - Nhóm trạng thái rừng IIIA3 và IIIA2, với độ dốc (α) khoảng 29-310 cần áp dụng các biện pháp khoanh nuôi, bảo vệ nghiêm ngặt. - Nhóm trạng thái IIB với độ dốc (α) khoảng 280 cần được khoanh nuôi, bảo vệ, nuôi dưỡng, chăm sóc và cải tạo lớp cây tái sinh. - Nhóm trạng thái rừng IIIA1, IIA với độ dốc (α) từ 21-250, mật độ và mạng hình phân bố của nhóm loài cây tái sinh triển vọng chưa đáp ứng yêu cầu thành rừng, cần nâng cao mật độ và điều tiết phân bố. 20 - Nhóm trạng thái đất trống (Ia, Ib), với độ dốc (α) từ 24-250, mật độ và mạng hình phân bố cây tái sinh chưa đủ đáp ứng yêu cầu phục hồi rừng, cần phục hồi rừng thông qua tái sinh nhân tạo. - Nhóm trạng thái đất trống (trảng cỏ Ia), với độ dốc khoảng 200, mật độ cây tái sinh thấp, phân bố không đều cần trồng rừng toàn diện. 4.5.4. Đề xuất giải pháp kỹ thuật lâm sinh nhằm phát huy hiệu quả phòng hộ Trạng thái trảng cỏ (Ia): Các chỉ tiêu tổng hợp của thảm thực vật chưa đạt ngưỡng bắt đầu có ý nghĩa giảm xói mòn đất, độ dốc 200. Cần tiến hành trồng rừng toàn diện tại khu vực này với các loài cây bụi bản địa hoặc cây phân xanh, cây cải tạo đất như Muồng, Cốt khí, Đậu triều, Keo dậu, Dứa,. Nên trồng hỗn giao theo hàng, xen cây với mật độ dày, chỉ xử lý thực bì và làm đất cục bộ hoặc có thể trồng xen các loài cây nông nghiệp tạo độ che phủ mặt đất theo hướng nông lâm kết hợp. Trạng thái Ib: Các chỉ tiêu tổng hợp của thảm thực vật chưa đạt ngưỡng bắt đầu có ý nghĩa giảm xói mòn đất, mật độ cây tái sinh còn thấp, phân bố không đều, độ dốc 240. Cần tiến hành trồng rừng cục bộ, với những nơi chưa có điều kiện có thể áp dụng giải pháp nuôi dưỡng, bảo vệ trồng bổ sung, bảo vệ cây che phủ mặt đất trong mùa mưa. Trạng thái Ic: Các chỉ tiêu tổng hợp của thảm thực vật chưa đạt ngưỡng bắt đầu có ý nghĩa phòng hộ, độ dốc khoảng 250 mật độ cây tái sinh thấp, phân bố đều. Cần tiến hành khoanh nuôi, bảo vệ, đối với những nơi có điều kiện có thể trồng bổ sung theo rạch. Trạng thái rừng IIA và IIIA1: Các chỉ tiêu tổng hợp của thảm thực vật đã đạt ngưỡng bắt đầu có ý nghĩa phòng hộ nhưng chưa đáp ứng tiêu chuẩn phòng hộ bảo vệ đất chống xói mòn, độ dốc từ 21-250. Vì vậy, cần tiến hành khoanh nuôi, bảo vệ kết hợp trồng bổ sung. Có thể áp dụng các điều khoản thích hợp trong Quy phạm phục hồi rừng bằng khoanh nuôi, xúc tiến tái sinh kết hợp trồng bổ sung QPN 21-98. Trạng thái rừng IIB: Các chỉ tiêu tổng hợp của thảm thực vật đã đạt ngưỡng bắt đầu có ý nghĩa phòng hộ nhưng vẫn chưa đáp ứng tiêu chuẩn phòng hộ bảo vệ đất chống xói mòn, độ dốc khoảng 280. Vì vậy, cần tiến hành 21 khoanh nuôi, bảo vệ nghiêm ngặt kết hợp chăm sóc, nuôi dưỡng, cải tạo lớp cây tái sinh và trồng bổ sung cây bụi, thảm tươi thuộc nhóm lâm sản ngoài gỗ. Các trạng thái IIIA2 và IIIA3: Đây là hai trạng thái rừng tự nhiên đã có thời gian phục hồi khá tốt, các chỉ tiêu thảm thực vật đã đạt mức đáp ứng khả năng phòng hộ bảo vệ đất, dộ dốc từ 29-310. Hai trạng thái rừng này đều nằm ở những nơi xa xôi, địa hình phức tạp nên điều kiện trồng rừng là rất khó khăn. Vì vậy, hướng tác động chính là khoanh nuôi, nuôi dưỡng, quản lý, bảo vệ nghiêm ngặt. Trạng thái rừng IIIB: Đây là trạng thái rừng tự nhiên đã có thời gian phục hồi khá tốt, các chỉ tiêu thảm thực vật đã đạt mức đáp ứng khả năng phòng hộ bảo vệ đất, trữ lượng rừng tương đối cao. Tuy nhiên, mật độ cây tái sinh còn tương đối thấp, đặc biệt là nhóm cây tái sinh triển vọng mới đạt 1240 cây/ha. Vì vậy, cần áp dụng biện pháp xúc tiến tái sinh thông qua chặt nuôi dưỡng, chặt thấu quang, kết hợp mở tán để xúc tiến tái sinh tự nhiên, điều chỉnh tổ thành loài, tạo mật độ hợp lý. Được phép khai thác điều chỉnh tổ thành, mật độ, độ tàn che với cường độ không vượt quá 10%. Các biện pháp kỹ thuật áp dụng cho đối tượng này được thực hiện theo quy phạm ngành (QPN 14-92). Trạng thái rừng trồng Keo tai tượng và Luồng: do người dân trồng và quản lý với mục đích chính là kinh doanh theo hướng ổn định và bền vững. KẾT LUẬN - TỒN TẠI - KIẾN NGHỊ 1. Kết luận 1.1. Đặc điểm các nhân tố phát sinh dòng chảy và xói mòn đất 1.1.1. Đặc điểm nhân tố mưa Lượng mưa khu vực nghiên cứu tương đối lớn trên 2000 mm, phân bố không đều tập trung từ tháng 5 đến tháng 10. Lượng mưa trong năm có ngưỡng gây xói mòn từ 1112 - 1943 mm. Năng lượng mưa dao động từ 158.798- 198.422,72 J/m2, năng lượng mưa gây xói mòn chiếm 17,59 - 26,99%. Hệ số xói mòn do mưa ở địa bàn nghiên cứu từ 506,59 - 966,63 phút-tấn/acre. Tổng số ngày mưa trong năm biến động từ 139 - 188 ngày, trung bình khoảng 165 ngày, bình quân 2 - 3 ngày có một ngày mưa. 1.1.2. Đặc điểm địa hình, thổ nhưỡng Địa hình khu vực nghiên cứu tương đối phức tạp, xung quanh là những dãy núi cao, tạo thành một đường biên khép kín và bị chia cắt bởi hệ sông suối dày 22 đặc. Hướng phơi chủ yếu theo 2 hướng Đông Nam và Tây Nam. Độ dốc từ 21 - 340, trung bình là 270. Đất nghèo dinh dưỡng, tốc độ thấm nước ban đầu từ tốt nhất đến cao quá (6,78 - 14,87 mm/phút). Tốc độ thấm nước ban đầu và thấm nước ổn định cao nhất thuộc trạng thái IIIB, thấp nhất thuộc trạng thái đất trống Ia (tốc độ thấm vừa nhỏ và giảm nhanh, nhanh đạt đến ổn định). 1.2. Đặc điểm lượng nước chảy bề mặt, lượng đất xói mòn và mối quan hệ với những nhân tố có ảnh hưởng quan trọng 1.2.1. Đặc điểm lượng nước chảy bề mặt Hệ số dòng chảy mặt biến động lớn giữa các trạng thái thảm thực vật, cao nhất đất trống Ia (28,23%), thấp nhất trạng thái rừng IIIB (3,71%), rừng tự nhiên thấp hơn rừng trồng.Lượng nước chảy bề mặt chịu ảnh hưởng của các nhân tố thực bì, độ dốc, hệ số xói mòn đất và chiều dày tầng đất với hệ số tương quan là 0,969 theo phương trình: BM/P(%) = 52,498 - 4,675* ln[(Cai+CP+VRR)* Hđ/(α*K)] 1.2.2. Đặc điểm lượng đất xói mòn - Lượng đất xói mòn thuộc cấp xói mòn mạnh, thấp nhất là 8,488 tấn/ha/năm ở trạng thái IIIB và cao nhất là 83,161 tấn/ha/năm ở trạng thái Ia, giảm dần từ rừng tự nhiên đến rừng trồng, cao nhất trảng cỏ. Lượng đất xói mòn bề mặt phụ thuộc vào các nhân tố tổng hợp và độ dày tầng đất (Hđ, cm), với hệ số tương quan 0,971. A (tấn/ha/năm) = 156,844 – 14,412* ln[(Cai + CP + TM)*Hđ/(α*K) ] - Hệ số dòng chảy mặt và lượng đất xói mòn có mối quan hệ rất chặt, hệ số tương quan là 0,978 theo phương trình tuyến tính. A (tấn/ha/năm) = 1,869 + 0,318* [BM/P%] 1.3. Đặc điểm xu thế biến động của thảm thực vật 1.3.1. Đặc điểm xu thế cấu trúc thảm thực vật Mật độ cây gỗ tương đối cao từ 445-755 cây/ha, số loài biến động từ 23- 48 loài/ô, số loài tham gia vào công thức tổ thành biến động từ 7 - 15 loài. Tổ thành loài được kết hợp giữa thành phần loài của các loài cây ưa sáng và các loài cây chịu bóng có giá trị kinh tế cao. Tỷ số đa dạng loài từ 2,649 - 3,431, mức độ phong phú từ 2,277 - 3,863. Phân bố N/HVN, N/D1.3 tầng cây cao tuân theo luật phân bố Weibull một đỉnh lệch trái, với độ lệch λ từ 0,00316 - 0,1089 và 0,0047 - 0,259; độ nhọn α từ 1,457 - 3,539 và từ 0,259 - 2,211. 23 1.3.2. Đặc điểm thảm thực vật về giá trị kinh tế và phòng hộ Lượng tăng trưởng bình quân của nhóm cây gỗ có giá trị kinh tế cao lớn hơn lượng tăng trưởng bình quân hằng năm của nhóm cây gỗ ít giá trị kinh tế đối với trạng thái rừng giầu và trung bình. Độ che phủ cây bụi thảm tươi luôn đồng biến với chỉ số diện tích tán tầng cây cao, nhưng khi chỉ số diện tích tán tăng lên nữa thì độ che phủ cây bụi thảm tươi lại có xu hướng nghịch biến với đại lượng này. Hệ số thảm thực vật (C) phụ thuộc vào các chỉ tiêu tổng hợp theo phương trình C = 0.013251* exp(-0.002259* (Cai+CP+TM)). 1.3.3. Mức độ biến đổi của thảm thực vật Mật độ cây tái sinh dưới trạng thái rừng tự nhiên tương đối cao (>2500 cây/ha) tỉ lệ cây có phẩm chất tốt đạt trên 55%, riêng trạng thái IIA khoảng 2000 cây/ha. Trạng thái rừng trồng và đất trống tuy tỷ lệ cây có phẩm chất tốt chiếm tỷ lệ cao, nhưng mật độ cây tái sinh lại thấp (< 1500 cây/ha). Lượng tăng trưởng về chỉ số diện tích tán có quan hệ chặt với chỉ số diện tích tán hiện tại (R = 0,770) theo phương trình Z(Cai) = 6,237 – 0,035*Cai + 6,537E-5* Cai2 1.4. Đề xuất tiêu chuẩn thảm thực vật đáp ứng yêu cầu bảo vệ đất - Tiêu chuẩn thảm thực vật bắt đầu có ý nghĩa giảm xói mòn đất: (Cai + CP + TM) ≥ 1.000*(α*K)/Hđ - Tiêu chuẩn thảm thực vật đáp rừng yêu cầu phòng hộ bảo vệ đất: (Cai + CP + TM) ≥ 22.000*(α*K)/Hđ. 1.5. Phân chia thảm thực vật theo giải pháp kỹ thuật tác động 1.5.1. Phân chia thảm thực vật theo khả năng phục hồi Xét trên khả năng phục hồi rừng của các trạng thái thảm thực vật, luận án đã phân chia thảm thực vật thành 5 nhóm trạng thái cơ bả(Nhóm trạng thái IIIB; Nhóm trạng thái IIIA3, IIIA2, IIB; Nhóm trạng thái IIIA1 và IIA; Nhóm trạng thái đất trống Ic; Nhóm trạng thái đất trống Ib, Ia). 1.5.2. Phân chia thảm thực vật rừng theo giải pháp kỹ thuật tác động Theo các giải pháp kỹ thuật tác động, luận án đã phân chia các thảm thực vật ra 6 nhóm tác động: xúc tiến tái sinh thuộc trạng thái rừng IIIB; chỉ cần bảo vệ thuộc trạng thái rừng IIIA3 và IIIA2; khoanh nuôi bảo vệ, chăm sóc nuôi dưỡng lớp cây tái sinh thuộc trạng thái IIB; xúc tiến, trồng bổ sung, chăm sóc nuôi dưỡng nâng cao mật độ cây tái sinh trạng thái rừng IIIA1 và IIA; xúc 24 tiến tái sinh đủ đáp ứng yêu cầu phục hồi rừng, thuộc nhóm trạng thái Ic và Ib; trồng rừng toàn diện xử lý thực bì và làm đất cục bộ thuộc trạng thái Ia. 2. Tồn tại - Mới chỉ tập trung nghiên cứu trên một số đối tượng thảm thực vật rừng tại hai xã Lương Sơn và Yên Nhân thông qua 24 ô bán cố định, chưa mở rộng được phạm vi nghiên cứu ở các vùng khác ven vùng hồ chứa nước Cửa Đặt. - Chưa nghiên cứu đầy đủ chỉ số, các thành phần cân bằng nước nên chưa đủ dữ liệu để xây dựng phương trình tương quan giữa các chỉ tiêu tổng hợp với lượng nước được giữ lại trong đất. - Chưa xác định được thời gian để trạng thái trảng cỏ, cây bụi thành rừng và thời gian để thảm thực vật đáp ứng mục đích duy trì, điều tiết nguồn nước và xói mòn đất bề mặt. - Chưa có thời gian để kiểm nghiệm các các tiêu chuẩn thảm thực vật đưa ra đáp ứng yêu cầu phòng hộ, bảo vệ đất trên thực tế nên kết quả đề tài đưa ra không tránh khỏi những hạn chế nhất định. 3. Kiến nghị - Ứng dụng những kết quả nghiên cứu của đề tài vào việc phục hồi thảm thực vật rừng phòng hộ đầu nguồn tại khu vực hồ chứa nước Cửa Đặt. Đặc biệt, là những giải pháp kỹ thuật lâm sinh đã nêu. - Các phương trình dự đoán lượng đất xói mòn và tiêu chuẩn thảm thực vật đáp ứng yêu cầu phòng hộ, bảo vệ đất được sử dụng cho những nghiên cứu tiếp theo và có thể áp dụng được vào thực tế tại khu vực đề tài nghiên cứu. - Cần có những nghiên cứu tiếp theo hệ thống và toàn diện hơn cho đối tượng nghiên cứu về quy mô cũng như về phạm vi nghiên cứu. - Cần có những nghiên cứu tiếp theo để xác định được phương trình tương quan giữa chỉ tiêu tổng hợp với lượng nước được giữ lại trong đất, để xác định các chỉ số tổng hợp của thảm thực vật đáp ứng yêu cầu nuôi dưỡng và cung cấp nguồn nước cho hồ Cửa Đặt. DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC Đà CÔNG BỐ 1. Nguyễn Hữu Tân (2013), Nghiên cứu lượng nước chảy và lượng đất xói mòn bề mặt ở một số trạng thái rừng thuộc lưu vực rừng phòng hộ đầu nguồn hồ Thủy lợi- Thủy điện Cửa Đặt, Thường Xuân, Thanh Hóa. Đề tài cấp trường Đại học Hồng Đức, năm 2013. 2. Nguyễn Hữu Tân (2008), Dự đoán lượng đất xói mòn tiềm tàng và vấn đề phân cấp phòng hộ đầu nguồn khu vực hồ thuỷ điện Sơn La. Tạp chí Khoa học lâm nghiệp. No.2/2008, trang 596-602. 3. Nguyễn Hữu Tân (2014), Đặc điểm lượng nước chảy bề mặt và lượng đất xói mòn ở rừng phòng hộ đầu nguồn hồ chứa nước Cửa Đặt, huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hóa. Tạp chí Nông nghiệp và phát triển nông thôn, số 13 năm 2014, trang 86-95. 4. Nguyễn Hữu Tân (2014), Đặc điểm của một số nhân tố phát sinh dòng chảy và xói mòn đất ở vùng hồ chứa nước Cửa Đặt, huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hóa. Tạp chí Nông nghiệp và phát triển nông thôn, số 14 năm 2014, trang 89-97. 5. Đỗ Anh Tuân và Nguyễn Hữu Tân (2014), Tính đa dạng loài và đặc điểm cấu trúc rừng phòng hộ vùng hồ chứa nước Cửa Đặt, huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hóa. Tạp chí Nông nghiệp và phát triển nông thôn, số 16 năm 2014, trang 94-101.