Nghiên cứu đặc điểm thảm thực vật thoái hóa và một số mô hình rừng trồng ở thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

VŨ THỊ THANH HƯƠNG

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM THẢM THỰC VẬT

THOÁI HÓA VÀ MỘT SỐ MÔ HÌNH RỪNG TRỒNG

Ở THÀNH PHỐ CẨM PHẢ, TỈNH QUẢNG NINH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

THÁI NGUYÊN - 2017

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

VŨ THỊ THANH HƯƠNG

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM THẢM THỰC VẬT

THOÁI HÓA VÀ MỘT SỐ MÔ HÌNH RỪNG TRỒNG

Ở THÀNH PHỐ CẨM PHẢ, TỈNH QUẢNG NINH

Chuyên ngành: Sinh thái học

Mã số: 62.42.01.20

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

Người hướng dẫn khoa học:

1. PGS. TS. NGUYỄN THẾ HƯNG

2. TS. LÊ ĐỒNG TẤN

THÁI NGUYÊN - 2017

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng rôi. Các kết quả

nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất

kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.

Thái Nguyên, tháng 8 năm 2016

Tác giả luận án

Vũ Thị Thanh Hương

ii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS. Nguyễn Thế Hưng và

TS. Lê Đồng Tấn đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ để tôi có thể hoàn thành

công trình nghiên cứu này.

Tôi xin cảm ơn Ban Đào tạo - Đại học Thái Nguyên, Ban Giám hiệu, Ban chủ

nhiệm khoa Sinh học và Phòng Sau đại học - Trường Đại học Sư phạm (Đại học Thái

Nguyên), đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án này.

Tôi cũng xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân, các bạn đồng

nghiệp, những người luôn động viên, khuyến khích và giúp đỡ về mọi mặt để tôi có

thể hoàn thành công việc học tập, nghiên cứu của mình.

Thái Nguyên, tháng 8 năm 2017

Tác giả luận án

Vũ Thị Thanh Hương

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ...............................................................................................i

LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................ii

MỤC LỤC.........................................................................................................iii

DANH MỤC VIẾT TẮT ..................................................................................iv

DANH MỤC CÁC BẢNG.................................................................................v

DANH MỤC CÁC HÌNH.................................................................................vi

MỞ ĐẦU ...........................................................................................................1

1. Lý do chọn đề tài............................................................................................1

2. Những điểm mới của luận án .........................................................................3

3. Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn của luận án ...........................................3

4. Luận điểm bảo vệ ...........................................................................................4

5. Giả thuyết khoa học .......................................................................................4

6. Cấu trúc của luận án......................................................................................4

Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................................4

1.1. Các công trình nghiên cứu về thảm thực vật...............................................5

1.1.1. Phân loại thảm thực vật .......................................................................5

1.1.2. Nghiên cứu thành phần và cấu trúc của thảm thực vật........................7

1.1.3. Các công trình nghiên cứu về tái sinh, phục hồi rừng .........................9

1.2. Các công trình nghiên cứu về sinh khối, năng suất khả năng tích lũy cacbon

của thảm thực vật .............................................................................................11

1.2.1. Một số khái niệm cơ bản....................................................................11

1.2.2. Lược sử phương pháp đánh giá khả năng tích lũy cacbon của thảm

thực vật........................................................................................................11

1.2.3. Kết quả đánh giá khả năng tích lũy cacbon của thảm thực vật .........12

1.3. Các công trình nghiên cứu về đất đai........................................................16

1.3.1. Nghiên cứu đặc tính vật lý, hóa học của đất đồi núi thoái hóa..........16

1.3.2. Nghiên cứu về tác động của thảm thực vật đối với đất .....................18

1.3.3. Nghiên cứu về bảo vệ đất và chống xói mòn đất...............................19

1.4. Các công trình nghiên cứu về trồng rừng..................................................22

1.4.1. Những vấn đề nghiên cứu cơ bản về trồng rừng ...............................22

1.4.2. Nghiên cứu các giải pháp kinh doanh và kỹ thuật trồng rừng...........23

1.4.3. Các công trình nghiên cứu vấn đề điều tra, quy hoạch rừng trồng....24

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1.................................................................................26

iv

Chương 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN

CỨU ................................................................................................................. 28

2.1. Mục tiêu chung.......................................................................................... 28

2.2. Mục tiêu cụ thể.......................................................................................... 28

2.3. Đối tượng nghiên cứu................................................................................ 28

2.3.1. Các kiểu thảm thực vật tự nhiên thoái hóa ........................................ 28

2.3.2. Một số loại rừng trồng ....................................................................... 30

2.4. Nội dung nghiên cứu................................................................................. 30

2.5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ............................................... 30

2.5.1. Cách tiếp cận...................................................................................... 30

2.5.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 31

Chương 3. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN - XÃ HỘI VÙNG NGHIÊN CỨU... 40

3. 1. Điều kiện tự nhiên.................................................................................... 40

3.1.1. Vị trí địa lý......................................................................................... 40

3.1.2. Địa hình.............................................................................................. 41

3.1.3. Khí hậu - thuỷ văn ............................................................................. 42

3.1.4. Địa chất - thổ nhưỡng ........................................................................ 44

3.1.5. Tài nguyên thiên nhiên ...................................................................... 46

3.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội thành phố Cẩm Phả.......................................... 47

3.2.1. Dân số, dân tộc và phân bố dân cư .................................................... 47

3.2.2. Đặc điểm kinh tế và xã hội ................................................................ 48

3.3. Đánh giá điều kiện thuận lợi và khó khăn về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã

hội của thành phố Cẩm Phả trong việc bảo tồn, phát triển thảm thực vật ....... 49

3.3.1. Thuận lợi............................................................................................ 50

3.3.2. Khó khăn............................................................................................ 51

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3................................................................................. 53

Chương 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ......................................................... 54

4.1. Thành phần thực vật trong các kiểu thảm thực vật thoái hóa ................... 54

4.1.1. Phân tích đặc trưng về thành phần loài thực vật trong mỗi kiểu thảm

thực vật ........................................................................................................ 58

v

4.1.2. Đánh giá mức độ giống nhau về thành phần loài thực vật giữa các kiểu

thảm thực vật ............................................................................................... 63

4.2. Đặc trưng về dạng sống thực vật (Life form) trong các thảm thực vật..... 65

4.2.1. Rừng IIA (Rừng non phục hồi tự nhiên sau nương rẫy ở phường Mông

Dương)......................................................................................................... 67

4.2.2. Thảm thực vật cây bụi IC .................................................................. 67

4.2.3. Thảm thực vật cây bụi IA .................................................................. 68

4.2.4. Thảm cỏ cao...................................................................................... 68

4.3. Cấu trúc của các kiểu thảm thực vật ......................................................... 71

4.3.1. Cấu trúc theo chiều thẳng đứng ......................................................... 71

4.3.2. Cấu trúc theo mặt phẳng ngang ......................................................... 82

4.4. Khả năng tái sinh của các loài cây gỗ trong các thảm thực vật tự nhiên .. 85

4.4.1. Mật độ cây gỗ tái sinh........................................................................ 86

4.4.2. Tổ thành loài trong lớp tái sinh tự nhiên ........................................... 88

4.5. Đặc tính lý hóa của đất trong các thảm thực vật tự nhiên và rừng trồng.. 90

4.5.1. Độ dày tầng đất và khối lượng thảm mục trong đất .......................... 91

4.5.2. Tính chất vật lý của đất...................................................................... 92

4.5.3. Yếu tố độ chua ................................................................................... 95

4.5.4. Đặc tính hóa học ................................................................................ 97

4.6. Khả năng phòng hộ và bảo vệ môi trường của các thảm thực vật ..........107

4.6.1. Khả năng giữ nước trong đất của các thảm thực vật .......................108

4.6.2. Khả năng chống xói mòn đất của các thảm thực vật .......................112

4.6.3. Khả năng tích lũy cacbon tạm thời trong các thảm thực vật tự

nhiên...............................................................................................................116

4.6.4. Khả năng tích lũy cacbon tạm thời trong sinh khối phần trên mặt đất ở

một số loại rừng trồng ....................................................................................126

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4...............................................................................143

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ..............................................................145

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 147LIÊN

QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ...............................................................................147

vi

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................148

PHỤ LỤC......................................................................................................164

iv

DANH MỤC VIẾT TẮT

TT Viết tắt Viết đầy đủ

1 CDM Clean Development Mechanism

2 GDP Gross Domestic Product

3 JIFPRO Japan International Forestry of Promotion

4 IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change

5 ICRAF International Center for Research in Agroforestry

6 UBND Ủy ban nhân dân

7 UNFCCC United Nations Framework Convention on Climate Change

8 UNESCO United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization

v

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Địa điểm, nguồn gốc của các kiểu thảm thực vật thoái hóa ở thành

phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh.................................................... 29

Bảng 4.1: Sự phân bố của các loài, các chi, các họ thực vật trong các kiểu

thảm thực vật thoái hóa ở thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh 54

Bảng 4.2: Sự phân bố của các taxon thực vật trong các kiểu thảm thực vật ở

thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh ...................................... 55

Bảng 4.3: Sự phân bố các taxon thuộc lớp Hai lá mầm (DICOTYLEDONEAE)

và lớp Một lá mầm (MONOCOTYLEDONEAE) trong ngành Hạt kín

(Angiospermae) ...................................................................... 55

Bảng 4.4: Số loài trong các họ thực vật ở thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng

Ninh....................................................................................... 56

Bảng 4.5: Sự phân bố số họ và số loài thực vật trong các thảm thực vật ở thành

phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh................................................ 56

Bảng 4.6: Số loài trong các họ thực vật trong thảm thực vật rừng IIA ....... 59

Bảng 4.7: Số loài trong các họ thực vật trong thảm thực vật cây bụi IC..... 60

Bảng 4.8: Số loài trong các họ thực vật trong thảm thực vật cây bụi IA..... 61

Bảng 4.9: Số loài trong các họ thực vật trong thảm cỏ cao ........................ 61

Bảng 4.10: Sự phân bố các kiểu dạng sống thực vật trong các kiểu thảm thực

vật thoái hóa ở thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh ............... 66

Bảng 4.11: Kiểu phân bố trên mặt đất của các loài cây gỗ trong các thảm thực

vật ở thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh.............................. 83

Bảng 4.12: Sự phân bố cây gỗ tái sinh trong các ô nghiên cứu của thảm thực vật

rừng IIA và thảm cây bụi IC ở thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng

Ninh............................................................................................... 87

Bảng 4.13: Hàm lượng mùn, độ xốp, dung trọng và độ ẩm của đất (ở độ sâu 0

- 30cm) trong các kiểu thảm thực vật ở thành phố Cẩm Phả ...... 95

Bảng 4.14: Hàm lượng mùn và các chất tổng số trong đất (độ sâu 0 - 30cm) của

các thảm thực vật ở thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh ........ 98

vi

Bảng 4.15: Hàm lượng các chất dễ tiêu, các cation trao đổi và độ pH trong đất (độ

sâu 0- 30cm) dưới các kiểu thảm thực vật ở thành phố Cẩm Phả... 104

Bảng 4.16: Cường độ xói mòn đất trong các thảm thực vật ở thành phố Cẩm

Phả, tỉnh Quảng Ninh ............................................................ 112

Bảng 4.17: Sinh khối tươi của các thảm thực vật thoái hóa ....................... 120

Bảng 4.18: Sinh khối khô của các thảm thực vật thoái hóa........................ 121

Bảng 4.19: Lượng cacbon tạm thời được tích lũy trong sinh khối thảm thực vật

cây bụi và thảm cỏ cao .......................................................... 123

Bảng 4.20: Cấu trúc sinh khối tươi phần trên mặt đất cây cá thể Keo tai tượng

trong rừng trồng .................................................................... 129

Bảng 4.21: Cấu trúc sinh khối tươi phần trên mặt đất trong lâm phần rừng trồng

Keo tai tượng ........................................................................ 132

Bảng 4.22: Sinh khối của cây bụi, thảm tươi và vật rơi rụng trong lâm phần

rừng trồng Keo tai tượng ....................................................... 133

Bảng 4.23: Sinh khối khô phần trên mặt đất trong lâm phần rừng trồng Keo tai

tượng ở các độ tuổi khác nhau (tấn/ha)................................... 135

Bảng 4.24: Lượng cacbon tạm thời tích lũy trong sinh khối phần trên mặt đất

rừng trồng Keo tai tượng ....................................................... 136

Bảng 4.25: Lượng giảm phát thải CO2 trong quá trình tạo ra sinh khối phần trên

mặt đất rừng trồng Keo tai tượng ở thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng

Ninh ..................................................................................... 137

Bảng 4.26: Cấu trúc sinh khối tươi phần trên mặt đất cây cá thể Bạch đàn và

Thông trong rừng trồng ......................................................... 140

Bảng 4.27: Cấu trúc sinh khối tươi phần trên mặt đất trong lâm phần rừng trồng

Bạch đàn, Thông ................................................................... 140

Bảng 4.28: Sinh khối khô phần trên mặt đất của Bạch đàn và Thông trong

lâm phần .............................................................................. 141

Bảng 4.29: Sinh khối phần trên mặt đất của cây bụi, thảm tươi và vật rơi rụng

trong lâm phần rừng trồng Bạch đàn, Thông........................... 141

Bảng 4.30: Sinh khối khô phần trên mặt đất trong lâm phần rừng trồng Bạch

đàn, Thông............................................................................ 142

vii

Bảng 4.31: Lượng giảm phát thải CO2 trong quá trình tạo ra sinh khối phần trên

mặt đất rừng trồng Bạch đàn, Thông ở thành phố Cẩm Phả, tỉnh

Quảng Ninh .......................................................................... 142

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1: Sơ đồ bố trí các tuyến điều tra ...................................................... 32

Hình 2.2: Cách bố trí ô dạng bản trong các ô tiêu chuẩn.............................. 33

Hình 2.3: Cách bố trí các điểm lấy mẫu đất trong ô tiêu chuẩn.................... 35

Hình 2.4: Sơ đồ các bước xác định khả năng tích lũy CO2 của thảm thực vật

và xây dựng đường cacbon cơ sở.................................................. 37

Hình 3.1: Vị trí địa lý thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh ......................... 41

Hình 4.1: Sự phân bố số họ và số loài thực vật trong các thảm thực vật ở thành

phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh .................................................... 57

Hình 4.2: Các họ giàu loài nhất trong mỗi kiểu thảm thực vật ở thành phố Cẩm

Phả, tỉnh Quảng Ninh .................................................................... 58

Hình 4.3: Thành phần dạng sống của các kiểu thảm thực vật thoái hóa ở thành

phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh .................................................... 67

Hình 4.4: Tỷ lệ các nhóm dạng sống trong các thảm thực vật ở thành phố Cẩm

Phả, tỉnh Quảng Ninh.................................................................... 71

Hình 4.5: Số cây gỗ tái sinh trong các ô nghiên cứu của thảm thực vật rừng

IIA và thảm cây bụi IC ở thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh88

Hình 4.6: Mối tương quan giữa hàm lượng mùn, độ xốp, dung trọng và độ

ẩm trong đất các thảm thực vật ở thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng

Ninh .............................................................................................. 95

Hình 4.7: Khối lượng thảm mục và khả năng hút nước của thảm mục trong các

thảm thực vật ở thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh................110

Hình 4.8: Khả năng trữ nước của thảm mục trong các thảm thực vật ở thành

phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh...................................................111

Hình 4.9: Khả năng giữ nước của thảm thực vật ở thành phố Cẩm Phả

(tấn/ha).........................................................................................111

Hình 4.10: Phân loại cường độ xói mòn đất trong các thảm thực vật ở thành

phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh ..................................................114

vii

Hình 4.11: Sinh khối tươi và sinh khối khô trung bình của các thảm thực vật

thoái hóa ở thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh (tấn/ha)........122

Hình 4.12: Cấu trúc lượng cacbon tạm thời tích lũy trong sinh khối thảm thực

vật ở thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh ...............................125

Hình 4.13: Đường cacbon cơ sở của các thảm thực vật thoái hóa ở thành phố

Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh .........................................................126

Hình 4.14: Cấu trúc sinh khối tươi của cây cá thể Keo tai tượng trong rừng

trồng Keo tai tượng ở thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh ....128

Hình 4.15: Sinh khối khô cây bụi, thảm tươi và vật rơi rụng trong rừng trồng

Keo tai tượng ở thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh..............133

Hình 4.16: Lượng giảm phát thải CO2 trong quá trình tạo ra sinh khối phần

trên mặt đất rừng trồng Keo tai tượng ở thành phố Cẩm Phả, tỉnh

Quảng Ninh ................................................................................138

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Trong giai đoạn hiện nay, loài người đang phải đối mặt với những tác động

nhiều mặt của biến đổi khí hậu và nước biển dâng (cơ sở hạ tầng bị phá hủy, dịch

bệnh, đói nghèo, mất nơi ở, thiếu đất canh tác, suy giảm hệ sinh thái và đa dạng sinh

học...). Nguyên nhân trực tiếp của biến đổi khí hậu là do phát thải quá mức các khí

nhà kính, đặc biệt là CO2. Lợi ích về mặt môi trường do rừng đem lại là rất lớn. Đặc

biệt, thảm thực vật rừng có khả năng tích lũy một lượng lớn cacbon trong khí quyển.

Vì thế sự tồn tại của thảm thực vật rừng có vai trò đáng kể trong việc chống lại hiện

tượng ấm lên toàn cầu. Tuy nhiên, một trong những vấn đề bức xúc của nhân loại

trong bối cảnh biến đổi khí hậu là diện tích rừng càng ngày càng bị thu hẹp. Bên cạnh

đó, việc quản lý bền vững tài nguyên rừng vẫn là thách thức không nhỏ. Sự suy thoái

về tài nguyên rừng (cả về diện tích và chất lượng) đang được coi là một trong những

nguyên nhân dẫn đến sự biến đổi khí hậu toàn cầu và suy thoái môi trường nghiêm

trọng.

Ứng phó với biến đổi khí hậu được xác định gồm hai hợp phần:Thích ứng

(Adaptation) và Giảm nhẹ (Mitigation). Nghị định thư Kyoto với cơ chế phát triển

sạch CDM (Clean Development Mechanism) đã mở ra cơ hội cho các nước đang phát

triển trong việc tiếp nhận đầu tư từ các nước phát triển để thực hiện các dự án lớn về

Lâm nghiệp. Vì vậy, việc nghiên cứu đặc điểm và khả năng phòng hộ của thảm thực

vật (tự nhiên và nhân tạo) là một hướng nghiên cứu mới cần được quan tâm và phát

triển.

Những vấn đề môi trường cấp bách ở tỉnh Quảng Ninh là sự suy thoái rừng

và tài nguyên sinh vật rừng, suy thoái đất và suy giảm chất lượng nước. Một trong

những nguyên nhân dẫn đến sự suy thoái này là do diện tích rừng ngày càng bị thu

hẹp.

Trong Báo cáo Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Quảng

Ninh đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030 của UBND tỉnh Quảng Ninh[147]

đã chỉ rõ:

- “Khoảng 80% diện tích đất của tỉnh là đồi núi. Đất nông nghiệp chiếm

75,4% tổng diện tích đất nhưng phần lớn lại là đất rừng.