13/06/2014

Thay đổi môi trường đất trong quá trình phục hồi thảm thực vật ở Phúc Trìu - Thái Nguyên

Abstract: In this report, we present the results of research on environmental changes of the land going up in place of the process of vegetation recovery after milpa farming. Research results showed the recovery of forest vegetation have significantly affected the structure and nature of land. Indicators of soil (moisture, porosity, humus, nitrogen, phosphorus and easy to digest kali) are changing towards increasing the recovery time of vegetation. Not only changed the nature of land but also the structure and number of groups of soil microorganisms were increased follow the recovery process of vegetation (from grass cover to shrub cover, secondary forest) (biodivn.blogspot.com) 


Thảm thực vật là một thành phần quan trọng của hệ sinh thái, cùng với các yếu tố khác như khí hậu, địa hình và sinh vật, nó chi phối quá trình hình thành và biến đổi của môi trường đất. Vì vậy ảnh hưởng của thảm thực vật, đặc biệt là rừng đến đất được biểu hiện trên nhiều mặt, có thể tác động trực tiếp hoặc gián tiếp. Kết quả của quá trình tác động qua nhiều năm đã làm cho đất biến đổi về tính chất lý, hoá học trở thành từng loại đất đặc trưng với mỗi kiểu thảm thực vật. Thảm thực vật có chức năng hấp thụ năng lượng bức xạ mặt trời cùng với chất dinh dưỡng khoáng, nước từ đất để tạo nên sinh khối. Nhưng trong quá trình sinh trưởng và phát triển, một phần sinh khối của thực vật (cành khô, hoa, lá và các cá thể thực vật già bị chết) trả lại cho đất thông qua quá trình mùn hoá và khoáng hoá do các vi sinh vật và động vật sống trong đất thực hiện. Như vậy giữa thảm thực vật, đất và sinh vật sống trong đất tồn tại mối quan hệ chặt chẽ thông qua vòng tuần hoàn vật chất. Sự thay đổi của thảm thực vật (cấu trúc của thảm thực vật) sẽ ảnh hưởng rất lớn đến môi trường đất. Trong bài báo này chúng tôi thông báo một số kết quả nghiên cứu bước đầu về sự thay đổi của môi trường đất (tính chất lý hoá học, thành phần và số lượng vi sinh vật) trong quá trình phục hồi thảm thực vật ở xã Phúc Trìu, thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên. 
Về thảm thực vật 
Hệ thực vật ở khu vực nghiên cứu là hệ thực vật tiêu biểu cho hệ thực vật vùng Đông Bắc, Bắc bộ Việt Nam rất phong phú và đa dạng. Nhưng hiện nay do rừng bị chặt phá nghiêm trọng (khai thác gỗ, canh tác nương rẫy), nên hệ thực vật bị thay đổi rất lớn. 
Các rừng lim, nghiến, sến, táu... đã bị thay thế bằng các cây tái sinh như: kháo, giẻ, ràng ràng, chẹo, bứa, ngát, thàu táu, thành ngạnh, vạng trứng và giang nứa...Một số diện tích rừng tự nhiên sau khai thác kiệt, canh tác nương rẫy đã được thay thế bằng rừng trồng với các loài cây có khả năng cải tạo đất như: keo tai tượng, keo lá chàm, bạch đàn, thông... 
Về thành phần loài thực vật 
Trong các trạng thái thảm thực vật nghiên cứu, chúng tôi đã thống kê được 194 loài, 143 chi, 63 họ thuộc 3 ngành thực vật bậc cao là ngành Mộc lan (Magnoliohyta), ngành Thông đất (Lycopodiophyta) và ngành Dương xỉ (Polypodiophyta). Sự phân bố các loài, các chi, các họ và độ che phủ thực vật giữa các trạng thái rất khác nhau (Bảng 1). Thảm cây bụi có số loài, số họ phong phú nhất (129 loài, 49 họ), rừng thứ sinh có 88 loài và 43 họ, thấp nhất là thảm cỏ (48 loài, 19 họ). Sở dĩ có sự khác nhau như vậy là vì ở trạng thái thảm cỏ do mới bắt đầu của quá trình phục hồi, nên chỉ có các loài chịu được khô hạn mới có khả năng phát triển. Còn ở rừng thứ sinh (rừng non) do tán rừng đã bắt đầu hình thành nên chỉ có nhũng loài chịu bóng mới có khả năng sinh trưởng và phát triển được, các loài không chịu bóng dần bị đào thải, vì vậy thành phần loài ở đây cũng đơn giản hơn ở trạng thái thảm cây bụi. 
Thành phần dạng sống trong các trạng thái thảm thực vật rất khác nhau.Ở thảm cỏ thì dạng cây sống một năm chiếm ưu thế (17 loài), dạng cây sống chồi trên mặt đất có số loài thấp nhất (5 loài). Ở trạng thái rừng thứ sinh nhóm dạng cây sống chồi trên mặt đất có số loài cao nhất (73 loài), các nhóm dạng sống còn lại giảm dần, thấp nhất là cây sống một năm (2 loài). Như vậy, khi thảm thực vật được phục hồi, độ che phủ tăng lên (rừng thứ sinh) thì chỉ có các loài chịu bóng mới phát triển được, còn các dạng sống khác bị đào thải dần. Kết quả này phù hợp với kết quả nghiên cứu của Lê Ngọc Công (2003). 
Bảng 1. Thành phần loài, dạng sống và độ che phủ. 

TT
Trạng thái thm thc vật
Shọ
Sloài
Snhóm dạng sống
Đche phủ chung (%)
1
Thm c
19
48
5
30 - 40
2
Thm cây bụi
49
129
5
45 - 55
3
Rừng thứ sinh
43
88
5
65 - 75

Bảng 2. Thành phần dạng sống của các thảm thực.  
Trạng thái thm thc vật

                                
Dạng sống

Cây chồi trên
mặt đất (Ph)
Cây chồi sát
đất (Ch)
Cây chồi na ẩn
(He)
Cây chồi ẩn
(Cr)
Cây sống một
năm (Th)
Thm c
5
6
11
10
17
Thm cây bụi
76
21
17
12
13
Rừng thứ sinh
73
3
4
7
2
Tính chất của đất 
Hình thái phẫu diện đất dưới các trạng thái thảm thực vật 
Phẫu diện đất là mặt cắt thẳng đứng từ bề mặt đất xuống tầng đá mẹ (Lê Văn Khoa, 2000). Phẫu diện đất là biểu hiện bên ngoài phản ánh tính chất của đất. Trong quá trình hình thành đất, tính chất của đất luôn biến đổi nên hình thái phẫu diện đất cũng thay đổi theo. 
Trong các phẫu diện đất đã đào tại khu vực nghiên cứu cho thấy cùng với sự phục hồi của thảm thực vật thì tầng A0 và tầng mùn cũng tăng dần. Độ dày của tầng đất (tầng A và tầng B) phần lớn đều trên 50cm, đất chưa có hiện tượng kết vón. Tuy nhiên, do điều kiện địa hình, độ dốc mà tầng mùn có độ dày khác nhau. Màu sắc của đất phụ thuộc vào loại đá mẹ. Đất dưới trạng thái thảm thực vật thứ sinh có nhiều lá và cành rụng, rễ cây đan xen nhau nên có nhiều hang giun, tổ kiến nên có tỉ lệ mùn cao hơn ở thảm cây bụi và thảm cỏ (Bảng 3). 
Tính chất lý học của đất 
Các tính chất lý học của đất phụ thuộc nhiều vào cấu trúc của thảm thực vật, sự thay đổi của cấu trúc thảm thực vật đã làm cho một số tính chất bị thay đổi. Qua kết quả nghiên cứu cho thấy độ ẩm của đất tăng dần theo thời gian của quá trình phục hồi thảm thực vật, độ ẩm đất rừng thứ sinh cao gấp 2 lần độ ẩm ở thảm cỏ (5,56% - 2,34%, độ sâu 0 - 10 cm). Độ ẩm của đất giảm theo chiều sâu phẫu diện ở rừng thứ sinh và thảm cây bụi, còn thảm cỏ có độ ẩm thấp nhất, nhưng độ ẩm lại tăng dần theo chiều sâu phẫu diện. Sự thay đổi này là do ở thảm cỏ có độ che phủ thấp nên đất ở tầng mặt bị đốt nóng, lượng nước bốc hơi qua bề mặt cao, còn ở tầng đất dưới ít bị đốt nóng nên có độ ẩm cao hơn. Như vậy, độ ẩm đất có quy luật chung là giảm mạnh khi độ che phủ thấp (Bảng 4). 
Bảng 3. Hình thái phẫu diện đất đặc trưng trong các trạng thái thảm thực vật.

Phẫu diện đặc trưng

Tầng đất



Đdày

Màu sắc


Đá lẫn (%)


Thm c

A0


A1



10


Đen nhạt



A
A2

19
Nâu vàng

2


A3

31
Nâu  vàng nhạt

3

                                                B                                                  50                        Nâu vàng                         




A0


2


Xám nht


Thm cây bụi


A1

7

Xám nht

3

A

A2

18

Nâu  vàng nhạt

5



A3

25

Nâu vàng



                                                B                                                  50                        Nâu vàng                         


A0




4


Nâu
Rừng thứ sinh
A

A1

9

Nâu



A2

14

Nâu đậm



A3

25

Đen nhạt
                                                B                                                  50                        Vàng nâu đm                                            

Bảng 4.  Tính chất lý hcủa đấ
Kiểu thm thc vật
Đsâu
(cm)
Phẫu
Slưng
diện
Đại din
Đẩm
(%)
Đxốp
(%)

0 - 10


2,34
47,2
Thm c
10 - 30
3
PD2
2,21
46,3

30 - 50


3,48
45,2

0 - 10


4,41
50,5
Thm cây bụi
10 - 30
3
PD4
4,59
49,3

30 - 50


3,51
47,2

0 - 10


5,56
55,6
Rừng thứ sinh
10 - 30
3
PD5
5,38
54,7

30 - 50


4,78
52,4
Tính chất hóa học đất 
Một đặc điểm quan trọng của đất lâm nghiệp là tích lũy chất hữu cơ và đạm thông qua chu trình tuần hoàn dinh dưỡng khoáng. Trong các hợp chất hữu cơ thì mùn là thành phần quan trọng nhất đối với độ phì nhiêu của đất, là kho dự trữ dinh dưỡng, khi bị phân hủy mùn cung cấp các khoáng chất cho thực vật. Ngoài các đặc tính trên, mùn còn ảnh hưởng đến tính chất vật lý của đất và làm cho pH của đất ít thay đổi do nó có tính đệm hai chiều. 
Kết quả phân tích cho thấy biểu hiện của quá trình thoái hoá rừng là giảm hàm lượng mùn hữu cơ, lượng mùn dự trữ trong đất và lượng đạm trong đất. Hàm lượng mùn ở tầng đất mặt tăng lên theo thời gian phục hồi của thảm thực vật. Đất ở trạng thái thảm cỏ có hàm lượng mùn ở độ sâu 0 - 10 cm là 5,52%, thảm cây bụi là 6,60%; rừng thứ sinh là 7,76%. Hàm lượng mùn giảm dần theo độ sâu phẫu diện. Kết quả nghiên cứu này phù hợp với kết quả nghiên cứu của các tác giả (Nguyễn Ngọc Bình, 1996; Nguyễn Thế Hưng, 2003; Lê Đồng Tấn, 2003). 
Phản ứng của dung dịch đất không chỉ có ý nghĩa quan trọng với độ phì của đất mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của thực vật và vi sinh vật trong đất. Độ chua của đất có xu hướng biến đổi là tăng dần theo chiều sâu phẫu diện (từ 3,25 đến 4,46 đơn vị) và qua các giai đoạn của quá trình phục hồi. 
* Đạm, Lân, Kali tổng số 
Đạm tổng số (N%) là chỉ tiêu quan trọng với độ phì của đất, vì trong đất đạm khoáng chiếm tỉ lệ nhỏ. Đạm tổng số tập trung ở tầng đất mặt (0 - 10 cm), hàm lượng đạm tăng lên qua các giai đoạn của quá trình phục hồi thảm thực vật (từ 5,52% ở thảm cỏ lên 7,76% ở rừng thứ sinh). 
Lân tổng số là chỉ tiêu quan trọng với độ phì của đất. Hàm lượng lân tổng số trong các mẫu đất đều thấp, phần lớn nhỏ hơn 0,1%. Sự chênh lệch về lân tổng số giữa các tầng đất trong cùng phẫu diện không lớn (thảm cây bụi lân tổng số ở tầng 0 - 10 cm là 0,06%, ở tầng 30 - 50 cm là 0,08%). Kali tổng số ở tầng đất mặt (0 - 10 cm) giảm dần qua các giai đoạn của quá trình phục hồi thảm thực vật, ở giai đoạn thảm cỏ là 0,80; ở rừng thứ sinh là 0,51. Như vậy, kali ở thảm cỏ cao hơn ở rừng thứ sinh là 0,29 đơn vị. Hàm lượng kali tăng dần theo độ sâu các tầng đất, tầng đất > 30 cm có hàm lượng kali cao nhất. Như vây, hàm lượng kali tổng số có liên quan nhiều đến đá mẹ hình thành đất hơn là tác dụng của thảm thực vật. 
* Lân và kali dễ tiêu 
Lân dễ tiêu có vai trò quan trọng cung cấp chất dinh dưỡng cho cây, làm biến đổi độ chua của đất. Trong các mẫu đất nghiên cứu thì hàm lượng lân dễ tiêu cao nhất là ở tầng 0-10cm của rừng thứ sinh (5,59 mg/100 g), nghèo lân nhất là tầng 30 - 50 cm của thảm cỏ (2,31 mg/100g). 
Hàm lượng kali dễ tiêu trong các mẫu nghiên cứu cho thấy kali dễ tiêu có xu thế cao hơn ở tầng mặt (0 - 10 cm) so với các tầng dưới. Điều này cho thấy hàm lượng kali dễ tiêu có liên quan chặt chẽ với trạng thái thảm thực vật. Kết quả nghiên cứu này phù hợp với kết quả nghiên cứu của các tác giả Nguyễn Trường và Vũ Văn Hiển (1997). 
Về vi sinh vật đất 
Vi sinh vật giữ vai trò quan trọng trong việc hình thành cấu trúc đất, là một mắt xích quan trọng trong chu trình tuần hoàn vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái, trong đó có hệ sinh thái rừng. Vi sinh vật phân giải các hợp chất hữu cơ từ các tàn tích động vật, thực vật thành các chất vô cơ hoà tan trong nước, dung dịch đất, rễ cây hấp thụ để sinh trưởng và phát triển. Theo Kennedy và Papendick (1995), Kennedy và Smith (1995), mức độ hoạt động, số lượng và sự thay đổi của quần thể vi sinh vật có thể phản ánh sự ổn định của hệ thống với sự quay vòng chất dinh dưỡng, số lượng các bon được sử dụng trong đất cũng như cấu trúc toàn bộ quần thể và chức năng của chúng trong đất. Sự đa dạng của quần thể vi sinh vật và chức năng của chúng ảnh hưởng lớn đến tính ổn định và khả năng phục hồi của hệ sinh thái đất. Vi sinh vật có vai trò rất quan trọng đối với hệ sinh thái đất và có mối quan hệ mật thiết đối với thảm thực vật, đó là mối quan hệ hai chiều và là nguồn gốc của sự cân bằng trong hệ sinh thái (Tống Kim Thuần, 2000). 
Qua số liệu ở bảng 6 chúng tôi có một số nhận xét sau: 
- Đất dưới ba trạng thái thảm thực vật đều có mặt 7 nhóm vi sinh vật quan trọng trong đất, đó là vi khuẩn hiếu khí, xạ khuẩn, nấm men, nấm sợi, vi sinh vật phân hủy xenlulo, phân giải photphat khó tan, vi sinh vật sinh màng nhày. 
- Số lượng của các nhóm vi sinh vật đất tăng lên theo diễn thế phục hồi của thảm thực vật. Số lượng vi khuẩn đất nói riêng và các nhóm vi sinh vật khác nói chung ở thảm thực vật rừng thứ sinh bao giờ cũng có số lượng cao hơn nhóm vi khuẩn và các nhóm vi sinh vật khác ở các thảm cỏ, thảm cây bụi. Ở đất rừng thứ sinh số lượng vi khuẩn đạt 108CFU/g; trong khi đó nhóm xạ khuẩn, nấm men, nấm sợi chỉ đạt 106CFU/g, vi sinh vật phân giải photphat đạt 108, phân giải xenlulo đạt 108. Số lượng vi khuẩn ở thảm cỏ là 106CFU/g; các nhóm xạ khuẩn, nấm men, nấm sợi chỉ đạt 104CFU/g; nhóm vi sinh vật phân giải photphat, vi sinh vật sinh màng nhày đạt 106CFU/g, còn nhóm vi sinh vật phân giải xenlulo là 105CFU/g. 
Như vậy, độ che phủ của thảm thực vật có ảnh hưởng rất lớn đến sự phân bố về số lượng các của vi sinh vật trong đất, khi thảm thực vật được phục hồi thì đặc tính của đất được cải thiện, tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển thuận lợi. Ngược lại, với chức năng của mình vi sinh vật đất lại góp phần quan trọng vào việc phân giải xác thực vật, động vật bổ sung hàm lượng dinh dưỡng và mùn cho đất tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phục hồi của thảm thực vật (Trần Đình Lý, 1995). 
Bảng 5. Một số tính chất hoá học của đất ở khu vực nghiên cứu. 


Trạng thái thảm thc
Phẫu di
ện đất

Đsâu
NPK tổng số %                    PK dtiêu
Mùn         pHKCl                                                                                         (mg/100g)
vật
Slưng
Đại diện
(cm)
(%)

N
P O
K O
P O
K O



0 - 10
5,52
3,25
0,16
0,09
0,89
1,95
4,39
Thm c
3
PD2
10 - 30
4,38
3,81
0,14
0,07
0,80
1,30
2,73



30 - 50
2,15
3,90
0,11
0,07
1,10
1,20
2,31



0 - 10
6,60
3,55
0,19
0,08
0,64
2,90
3,97
Thm cây bụi
3
PD4
10 - 30
6,43
3,60
0,18
0,07
0,68
1,98
2,23



30 - 50
6,25
3,80
0,17
0,06
0,79
2,23
2,77
Rừng thứ sinh


0 - 10
7,76
3,62
0,21
0,09
0,51
3,67
5,59

3
PD5
10 - 30
5,02
3,79
0,13
0,07
0,50
2,66
3,28



30 - 50
3,78
4,46
0,14
0,08
0,59
1,23
3,18

 




Bảng 6. Thành phần và số lượng vi sinh vật ở khu vực nghiên cứu.  
Trạng thái
Phẫu diện
Vi khuẩn
Xkhun
Nấm men
Nấm si
VSV p/g
VSV p/g
VSV màng
TTV





photphat
xenlulo
nhày
Thm c
PD2
1,4.106
5,5.104
5,3.104
6,2.104
7,1.106
3,5.105
6,9.106
Thm cây bụi
PD4
2,0.108
2,0.105
4,0.104
4,0.105
1,2.109
7,3.107
3,2.108
Rừng thứ sinh
PD5
8,0.108
2,3.105
4,0.106
1,0.106
1,8.107
1,2.108
4,1.108

KẾT  LUẬN 
- Thành phần loài thực vật có sự thay đổi qua các giai đoạn phục hồi của thảm thực vật (rừng thứ sinh có 88 loài, thảm cây bụi 129 loài và thảm cỏ 19 loài). Các loài thực vật được xếp vào 5 nhóm dạng sống cơ bản là: nhóm cây có chồi trên mặt đất (Ph), nhóm cây chồi sát mặt đất (Ch), nhóm cây chồi nửa ẩn (He), nhóm cây chồi ẩn (Cr) và nhóm cây sống một năm (Th). 
- Sự phục hồi của thảm thực vật rừng có ảnh hưởng rõ rệt đến kết cấu, tính chất lý hoá học của đất. Khi độ che phủ tăng lên thì độ ẩm cũng tăng dần (độ ẩm đất ở tầng 0 - 10 cm của thảm cỏ là 2,31%, rừng thứ sinh là 5,56%). Độ chua của đất giảm dần qua các giai đoạn phục hồi thảm thực vật và theo chiều sâu phẫu diện. 
- Hàm lượng mùn tăng dần theo thời gian của quá trình phục hồi thảm thực vật (hàm lượng mùn ở thảm cỏ là 5,56%, rừng thứ sinh là 7,76%), và giảm theo chiều sâu phẫu diện. Hàm lượng đạm,lân tổng số tăng dần theo diến thế đi lên của thảm thực vật, còn kali tổng số giảm dần theo thời gian phục hồi. Hàm lượng lân và kali dễ tiêu đều giảm dần theo độ sâu phẫu diện (rừng thứ sinh 4,14 mg/100 g - 2,14 mg/100 g) và tăng dần theo độ che phủ của thảm thực vật (tầng 0 - 10 cm ở thảm cỏ chỉ đạt 4,39 mg/100 g; ở rừng thứ sinh là 5,59 mg/100 g). 
- Độ che phủ của thảm thực vật có ảnh hưởng lớn đến sự phân bố và số lượng vi sinh vật đất. Số lượng vi sinh vật đất tăng lên theo thời gian phục hồi thảm thực vật từ thảm cỏ , thảm cây bụi tới rừng thứ sinh (ở thảm cỏ số lượng vi khuẩn là 1,4.106CFU/g; thảm cây bụi là 2,0.108CFU/g; ở rừng thứ sinh là 8.108CFU/g).  (biodivn.blogspot.com).
Tài liệu tham khảo:  Đinh Thị Phượng, Lê Ngọc Công, Nguyễn Thị Thu Hà. Tp chí Công nghSinh học 8(3A): 1039-1044, 2011

Xem thêm: