Chương Vai trò sinh thái của không khí



tải về 114.88 Kb.
Chuyển đổi dữ liệu21.08.2016
Kích114.88 Kb.

Chương 9. Vai trò sinh thái của không khí

Chương 7
VAI TRÒ SINH THÁI CỦA KHÔNG KHÍ

7.1. MỞ ĐẦU


Khí quyển đóng vai trò sinh thái quan trọng trong đời sống thực vật. Cây lấy CO2 cần cho quang hợp và O2 cần cho hô hấp đều từ không khí. Trong cơ thể thực vật, các bon chiếm tỷ lệ đến 50% trọng lượng khô. Năng suất và tính ổn định của thực vật cũng phụ thuộc vào không khí. Hoạt động sống của rừng như một nhân tố có tác dụng giữ sự cân bằng chất khí trong khí quyển. Thảm thực vật rừng giống như “van lọc” và cung cấp khí CO2 và O2 cho không khí. Vì thế, rừng có khả năng làm sạch không khí bẩn.

Số lượng năng lượng bức xạ mặt trời và các nguồn năng lượng khác được không khí và đất hấp thu biến đổi theo không gian. Điều này dẫn đến những biến đổi của nhiệt độ không khí và nhiệt độ đất theo từng vùng. Những biến đổi của nhiệt độ không khí và đất dẫn đến những khác biệt về áp suất không khí; ví dụ: sự vận động không khí (gió) từ vùng có áp suất cao đến vùng có áp suất thấp. Như vậy, gió là kết quả chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng nhiệt, sau đó năng lượng nhiệt chuyển thành năng lượng động lực của hệ thống gió.

Hiệu quả sinh thái của gió rất đa dạng. Gió chuyển hơi nước từ các hồ và biển vào đất liền, và nhờ thế đảm bảo mưa rơi. Sự ma sát của các khối không khí vận động hỗn loạn đã tạo ra điện, điện này chuyển thành lửa tự nhiên và bổ sung nguồn đạm cho các hệ sinh thái bằng cách tạo ra các ôxít nitơ (NOx). Gió chuyển bụi và các vật chất hữu cơ từ hệ sinh thái này đến hệ sinh thái khác, làm xáo trộn các phần tử của lớp đất mặt. Sự di chuyển của các hạt đất nhỏ dưới ảnh hưởng của gió có thể chuyển đất có kết cấu trung bình thành đất cát, làm thay đổi độ phì và độ ẩm đất. Đây là một trong những cơ chế quan trọng trong qúa trình sa mạc hóa. Gió có ảnh hưởng đến qúa trình bốc hơi nước từ đất và thoát hơi nước của thực vật, có thể làm khô và làm chết cây. Gió làm lan truyền năng lượng nhiệt từ nơi nóng đến nơi lạnh, và do đó nó góp phần điều hòa nhiệt. Bằng cách vận chuyển các phấn hoa và quả, gió đóng vai trò to lớn trong qúa trình sinh sản, phát tán các mầm sống của thực vật. Gió cũng có vai trò to lớn đối với động vật và con người theo nhiều cách thức khác nhau. Một tác dụng quan trọng là làm phân tán các tác nhân gây ô nhiễm không khí, điều đó giúp các thành phố không bị ô nhiễm. Nhưng gió lớn có thể gây ra những tác hại không nhỏ cho thực vật, động vật và con người như làm tróc rễ cây, làm gẫy cây, làm hư hại hoa quả và tán lá, làm xói mòn đất, làm giảm năng suất của đất, gây ra hư hại nhà cửa và các công trình kiến trúc...

Chương 7 xem xét vai trò của không khí và gió trong đời sống của rừng, mối quan hệ của gió với địa hình, ảnh hưởng của rừng đối với gió và thành phần không khí. Sau cùng, chúng ta thảo luận vai trò của gió trong lâm nghiệp.


7.2. THÀNH PHẦN KHÔNG KHÍ SẠCH VÀ Ý NGHĨA CỦA CHÚNG
Thành phần không khí sạch dẫn ra ở bảng 7.1. Thành phần không khí hầu như không đổi trong khoảng 1000 năm qua, trừ CO2. Các nghiên cứu cho thấy nồng độ khí CO2 tăng lên khoảng 10-12% trong vòng 90 năm qua. Điều này có liên hệ với sự sống của sinh vật và hoạt động của con người.
Bảng 7.1. Thành phần, tỷ trọng (d) và khối lượng riêng (V) của không khí


Chỉ tiêu

Độ ẩm

(%)


Thành phần không khí, %:

P = 760 mmHg

t = 200C



N2

O2

Ar

CO2

hơi nước

Tỷ trọng d

(kg/m3)



V

(m3/kg)



1.Theo khối lượng khô

2.Theo trọng lượng khô

3.Theo trọng lượng ẩm

4.Theo trọng lượng ẩm



0

0

60



90

78,1

75,6


75,3

74,7


20,85

23,05


22,85

22,75


0,95

1,30


1,29

1,28


0,032

0,047


0,046

0,046


0

0

0,53



1,20

1,026

1,026


1,202

1,198


0,830

0,830


0,832

0,836


Ghi chú: Các chất khí khác chỉ chiếm một vài phần ngàn hoặc phần triệu
Lượng CO2 và H2O được rừng hấp thu, lượng O2 tự do mà rừng thải ra không khí có thể xác định được theo định luật bảo toàn vật chất và năng lượng và các định luật nhiệt hóa học. Theo định luật nhiệt động học hóa học, “Hiệu suất năng lượng chuyển hóa hóa học chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối của hệ mà không phụ thuộc vào cách thức phản ứng xảy ra”. Đối với thực vật, trạng thái đầu là CO2, chất khoáng từ đất và bộ máy đồng hóa của cây có khả năng tạo ra chất hữu cơ dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. Trạng thái cuối của hệ là lượng tăng trưởng thực vật khối hàng năm ở dạng tinh trên 1 ha, thành phần hóa học trong thực vật khối và lượng CO2 dư thừa được cây thải vào không khí. Thành phần hóa học trong các bộ phận của cây tìm được qua phân tích. Bảng 7.2 dẫn ví dụ tính toán khả năng hấp thụ CO2 và giải phóng O2 của rừng Vân sam (Liên Xô cũ).
Để dễ tính toán, chúng ta xét đến 1 tấn thực vật khối khô tuyệt đối. Từ bảng 7.2 cho thấy, muốn tách được 510,4 kg các bon từ khí CO2, cần phải có một lượng CO2 là 1873 kg được tạo thành theo phương trình:
CO2 = C + O2

1873 = 510,4 + (510,4*2,67) = 510,4 + 1362,6 (kg).

Tương tự, để tách được 61 kg hydro cần phân tích 557,1 kg H2O theo phương trình:
H2O = H2 + 1/2 O2

557,1 = 61,9 + (61,9*8) = 61,9 + 495,1 kg.


Như vậy, để sản xuất được 1 tấn thực vật khối khô tuyệt đối, lượng O2 được rừng thu nhận vào là 1362,6 + 495,1 = 1857,7 (kg). Nhưng theo số liệu của bảng 9.2 ta thấy, trong 1 tấn thực vật khối chỉ chứa 408 kg O2. Do đó, lượng O2 mà rừng thải vào khí quyển trong khi tạo thành 1 tấn thực vật khối khô tuyệt đối là 1857,7 - 408 = 1449,7 kg hay 1,45 tấn. Trong qúa trình tạo thành 1 tấn thực vật khối khô tuyệt đối, rừng Vân sam cũng đã thu nhận một lượng nhiệt là 5.106 kcal (1000 kg sinh khối khô x 5000 kcal/kg = 5*106 kcal năng lượng mặt trời). Nói chung, khi tạo thành 1 tấn gỗ khô tuyệt đối, lượng O2 mà rừng thải vào khí quyển trung bình từ 1302 đến 1420 kg/tấn gỗ khô tuyệt đối (đương lượng ôxy trung bình là 1,3-1,4). Nhưng để hình thành 1 tấn lá khô tuyệt đối, cây xanh thải vào khí quyển nhiều ôxy hơn, vì trong lá chứa nhiều nhựa và ít ôxy (đương lượng O2 = 1,53). Đương lượng hấp thu CO2 lúc tạo ra 1 tấn gỗ hoặc lá khô tuyệt đối trung bình từ 1,72 - 1,84. Trong thực tế, lượng thực vật khối khô tuyệt đối (hoặc sinh khối) được một hécta rừng, đặc biệt là toàn bộ thảm thực vật trên trái đất, hình thành trong một năm là rất lớn. Vì thế, lượng ôxy được rừng thải vào không khí hàng năm cũng rất lớn (ước tính từ 400-430 tỷ tấn/năm). Từ đó cho thấy, rừng như là một “nhà máy xanh” khổng lồ sản xuất ra ôxy tự do cần cho con người và thế giới động vật. Bởi vậy, bảo vệ rừng và các thảm thực vật khác là bảo vệ môi trường sống của chúng ta.
Bảng 7.2. Thành phần nguyên tố trung bình của gỗ và lá

cây Vân sam ở trạng thái khô tuyệt đối


(Dẫn theo Belov, 1976)


Các bộ phận của cây

Thành phần hóa học trung bình, %:




C

H

O

N2

Tro

1. Gỗ cả vỏ

2. Lá


3. Theo trọng lượng

4. Như trên, kg/1 tấn chất khô



50,50

52,40


51,04

510,40


6,20

6,10


6,19

61,90


42,8

36,4


40,8

408,00


0,20

1,32


0,53

5,30


0,28

3,80


1,44

4,40




















Phân tích lượng CO2 rừng hấp thu và lượng O2 rừng thải ra không khí có thể thấy:

(1) Lượng CO2 rừng hấp thu và lượng O2 do chúng thải vào không khí phụ thuộc vào loài cây, tuổi lâm phần cũng như khả năng tăng trưởng của từng bộ phận cây rừng.

(2) Sự phân bố CO2 trong quần thể thực vật theo quy luật chung như sau (hình 7.1):

Ở bề mặt quần thể, nồng độ của nó tăng dần lên, còn ở bên trong quần thể giảm nhanh; trong lớp không khí gần tầng mật độ lá lớn nhất thì nhỏ nhất (do sự hấp thụ của lá), còn đến gần tầng bề mặt đất lại tăng nhanh (do sự phân giải vật rụng). Vào khoảng giữa trưa, nồng độ CO2 trong quần thể thực vật lưu động từ trên xuống dưới, đến gần bề mặt đất thì lưu động ngược từ dưới lên.

(3) Sự biến đổi trong ngày của nồng độ CO2 bên trong quần thể thực vật xảy ra theo chiều hướng: giảm thấp dần từ các giờ buổi sáng đến giữa trưa thì thấp nhất, sau đó tăng dần và đạt cao nhất vào các giờ giữa đêm. Sự biến đổi này cũng phụ thuộc vào độ cao phân bố của quần thể và mật độ diện tích lá.

(4) Nguồn CO2 ở rừng có được là nhờ sự hô hấp của đất - đó là sự phân giải tàn tích hữu cơ và hô hấp của rễ cây. Nồng độ CO2 trong rừng có thể đạt 50 lần lớn hơn so với nồng độ CO2 trong không khí ngoài trời, nghĩa là từ 0,5-1,5% (theo thể tích), đôi khi đến 10% (V. Larcher, 1976). Chính nhờ có nồng độ CO2 cao mà nhiều cây gỗ non có thể sống bình thường dưới tán rừng kín.

(5) Muốn cây rừng đạt được năng suất cao, một biện pháp quan trọng là tạo điều kiện tốt cho sự khoáng hóa các vật rụng. Để thực hiện được điều đó, nhà lâm học có thể xử lý rừng bằng nhiều cách khác nhau: (1) khai thông tán rừng để đưa ánh sáng lọt đến sàn rừng, (2) phát dọn dây leo, cây bụi và cây gỗ vô dụng, (3) làm khô đất lầy...


Phần đọc thêm


  • Quan hệ giữa hoạt động sản xuất, sinh hoạt sống của con người với thảm thực vật và nồng độ CO2 trong không khí

Khi xét về chức năng vệ sinh của rừng, nhiều người quan niệm rằng: chức năng vệ sinh của rừng tỷ lệ với khối lượng lá cây, nghĩa là lá cây càng nhiều thì rừng hấp thụ CO2 càng lớn và giải phóng càng nhiều O2 vào không khí. Từ đó họ đề nghị trồng các công viên cây xanh sao cho hệ thống lá nhiều nhất bằng cách chọn lựa các loài cây nhiều lá. Quan niệm như thế chưa thật đầy đủ. Thật vậy, lượng CO2 cây hấp thu và lượng O2 cây giải phóng ra không khí hằng năm tỷ lệ thuận với lượng tăng trưởng thực vật khối. Từ đó cho thấy, để phát huy tốt chức năng vệ sinh của rừng, chúng ta phải trồng các lâm phần cây xanh có năng suất cao, độ đầy cao, mật độ tối ưu trong điều kiện tự nhiên nhất định. Đối với các công viên cây xanh trong thành phố, cần kết hợp chặt chẽ và hài hòa đặc điểm trên đây và yêu cầu thẩm mỹ. Ngoài ra, chúng ta cần bố trí hợp lý rừng và khoảng trống thích hợp. Trong một ngày hè thuận lợi, 1 ha rừng tạo ra 120-150 kg thực vật khối khô, tương ứng hấp thu 220 - 275 kg CO2 và giải phóng ra 180 - 215 kg O2. Số lượng ôxy này đủ cung cấp cho 450 - 500 người sống trong vòng 10 giờ. Cứ 4 - 5 cây gỗ trưởng thành sẽ cung cấp đủ O2 cho một người trong 24 tiếng đồng hồ. Ở điều kiện bình thường, trong lớp không khí dày 1 mét trên 1 ha rừng có chứa 5,64 kg CO2. Lâm phần ấy cũng hấp thu hết lượng CO2 chứa trong lớp không khí dày 45 mét, hay 4,4.105m3 không khí. Nhưng vì không khí luôn có sự luân chuyển từ nơi này đến nơi khác, nên cây xanh không bị đói CO2. Thảm thực vật trên trái đất dự trữ khoảng 1141 tỷ tấn các bon, bằng 212 lần lớn hơn lượng C được phóng thải từ việc đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch hàng năm. Hàng năm thảm thực vật hấp thu 150 - 155 tỷ tấn CO2; nhưng hô hấp của người và động vật, sự đốt cháy các nhiên liệu trong hoạt động công nghiệp và sự phân hủy các tàn tích hữu cơ hàng năm cũng đã thải vào không khí một lượng CO2 còn lớn hơn nhiều. Trong vòng 100 năm trở lại đây, do sự bùng nổ các ngành công nghiệp và dân số thế giới, nên nồng độ CO2 trong không khí đã nâng cao hơn 10-12% so với 100 năm trước đó. Đặc tính của CO2 là cho ánh sáng mặt trời đi qua dễ dàng, nhưng lại ngăn cản bức xạ sóng dài từ mặt đất phát ra. Vì thế, nhiệt độ không khí đang có nguy cơ tăng dần, còn khí hậu trái đất đang bị biến đổi. Hậu quả của các hoạt động công nghiệp còn ảnh hưởng đến sự nhiễm bẩn không khí. Tất cả điều đó đang là mối quan tâm to lớn của mọi người.

Trên trái đất không có kho dự trữ ôxy tự nhiên mà các sinh vật có thể lấy được. Lượng ôxy tự do trong không khí có nguồn gốc thực vật. Người ta ước tính rằng, hàng năm cây xanh sản xuất ra trung bình 431 tỷ tấn ôxy, trong khi đó nhu cầu ôxy của các ngành công nghiệp hiện nay là 100 tỷ tấn/năm. Lượng ôxy dùng trong giao thông và sinh hoạt của người và động vật cũng hết sức lớn. Chẳng hạn, một chiếc ô tô chạy qua 100 km đốt chát hết 13 kg benzil, tương ứng cần 40 kg O2; một máy bay TU-134 của Liên Xô (cũ) bay 900 km/h, đốt cháy hết 1,4 tấn xăng đặc biệt và 4,8 tấn ôxy; một xe gắn máy tiêu hao 2 lít xăng/100 km, tương ứng đốt cháy gần 6 kg ôxy. Trong một ngày đêm, một người bình thường cần từ 0,95 - 1,0 kg ôxy. Thế nhưng, khi chạy xe gắn máy qua đoạn đường 100 km, chúng ta đã thiêu hủy gấp 6 lần lượng ôxy cần cho mình. Dân số thế giới hiện nay là 6,3 tỷ người, trong một năm cần phải chi dùng hơn 2 tỷ tấn ôxy; hô hấp của động vật và côn trùng khoảng 28,5 tỷ tấn ôxy; cháy rừng và thảo nguyên - 8 tỷ tấn ôxy. Ngày nay hàng năm thế giới đốt cháy chừng 10-15 tỷ tấn nhiên liệu các loại, đồng thời cũng đốt cháy 25-35 tỷ tấn ôxy, nhiệt tỏa ra tổng cộng là 2,11017 kcal. Các qúa trình phân hủy tàn tích hữu cơ trên trái đất cần 90 tỷ tấn ôxy/năm (trung bình cần 1,4 tấn ôxy để hủy 1 tấn chất hữu cơ), nhưng đồng thời cũng thải vào không khí 1,65.1013 tấn CO2 và 4,95.1010 tấn H2O cùng nhiều chất tro khác. Hàng năm một số nước công nghiệp phát triển (Mỹ, Nhật Bản, Đức...) đã tiêu thụ một lượng ôxy khổng lồ vượt xa lượng ôxy do các thảm thực vật của họ sản xuất ra. Nhưng may thay sự thiếu hụt ôxy này đã được bù đắp bởi các thảm cây xanh và rừng của nhiều quốc gia khác. Theo dự đoán vào năm 2000, toàn thế giới khai thác 25 tỷ tấn nhiên liệu các loại, cũng sẽ tiêu tốn chừng 60 tỷ tấn ôxy”.

Vai trò vệ sinh của rừng còn biểu hiện ở chỗ chúng có khả năng làm giảm các khí độc hai như H2S, NO2, NO, CO, CO2, HCl..., ngăn cản và hấp phụ một số bụi, chất phóng xạ, hơi độc...Ví dụ: 1 hécta rừng lục hóa thành phố có thể hấp thu được 8 kg H2CO3 trong 1 giờ, bằng lượng CO2 do 200 người thải ra trong một ngày. Rừng môi sinh và hệ thống cây xanh đô thị có thể làm sạch 70 - 80 tấn bụi/năm, hay làm giảm 30 - 40% bụi trong không khí. Hàng ngày rừng còn tiết ra rất nhiều phitônxít có tác dụng diệt khuẩn và nấm. Một hécta rừng lá kim có thể thải ra 5 kg phitônxít, rừng lá rộng - 2-3 kg... Người ta thấy rằng 2 kg phitônxít đủ để làm sạch không khí của một thành phố cỡ trung bình (1 triệu dân).


7.3. RỪNG VÀ CÁC CHẤT THẢI ĐỘC HẠI TRONG KHÔNG KHÍ
7.3.1. Rừng và các chất độc hại trong môi trường không khí
Thông qua sự phát triển của các ngành công nghiệp, giao thông vận tải, mở rộng sử dụng hóa chất trong nông - lâm nghiệp và phát triển dân số, con người đã làm cho môi trường xung quanh bị biến đổi hết sức sâu sắc. Việc thải khí độc hại và bồ hóng vào khí quyển đã gây ra ô nhiễn không khí. Sự nhiễm bẩn môi trường nước và đất do ảnh hưởng của xói mòn đất, hoạt động nông - lâm nghiệp và giao thông vận tải cũng đang tăng nhanh. Thuật ngữ ô nhiễm môi trường có thể hiểu là sự xuất hiện những vật chất lạ trong một hợp phần (hay toàn bộ các hợp phần) nào đó của môi trường, kết quả là gây hại cho sinh vật và con người. Nồng độ cho phép của một vài chất độc hại trong không khí dẫn ra ở bảng 7.3.

Bảng 7.3. Quy định nồng độ cho phép của các hợp chất độc hại

trong không khí đối với người



(Dẫn theo Belov, 1976)


Tên hợp chất

Nồng độ cho phép, mg/m3 không khí

(trung bình ngày đêm)



1. Sunfua dioxit (SO2)

2. Monooxit cacbon (CO)

3. Dihydrosunfua (H2S)

4. Hợp chất florua

5. Clo (Cl)

6. Benzil

7. Axeton

8. Oxit nitơ (N2O5)

9. Bụi không độc

10. Muội than

11. Benzen (C6H6)


0,05

1,00


0,008

0,01


0,03

1,50


0,35

0,085


0,15

0,05


0,80

Nguồn chất nhiễm bẩn trong không khí bao gồm nguồn tự nhiên (động đất, núi lửa, cháy rừng và thảo nguyên do ảnh hưởng của sấm chớp, sự phân hủy các tàn dư hữu cơ…) và nhân tạo (các chất thải trong công nghiệp, giao thông vận tải, hoạt động nông – lâm - ngư nghiệp và sinh hoạt của cộng đồng…). Chúng có thể tồn tại ở dạng dung dịch, dạng khí và dạng rắn. Chất thải khí tồn tại ở dạng CO, CO2, SO2, NOx (NO, NO2, N2O...), CH3, H2S...Dạng lỏng bao gồm H2SO4, HCl, dầu mỡ, axit hữu cơ, xà phòng... Chất thải rắn gồm có nhựa, giấy, vỏ hộp các loại, kim loại, gỗ... Những chất độc hại này có thể tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đến cây gỗ và các loài cây khác. Dưới đây chúng ta xem xét ảnh hưởng của một số tác nhân ô nhiễm cơ bản đến thảm thực vật và con người.



1. Sunfua dioxit. Sunfua dioxit (SO2) là chất khí có ảnh hưởng rất lớn đến thực vật. Khi xâm nhập vào cơ thể thực vật qua khí khổng và rễ cây, SO2 làm cho lá cây mất màu xanh (gây ra bệnh úa vàng), làm hại biểu bì của lá (gây ra bệnh bạc lá), làm rụng lá, làm thay đổi qúa trình sinh hóa và sinh lý của cây, làm giảm năng suất chất khô, làm tăng tính mẫn cảm của cây với nhiệt độ thấp. Trong số các loài cây chịu ảnh hưởng mạnh của SO2, địa y là loài có tính mẫn cảm rất cao với SO2. Nồng độ SO2 trong không khí là 60 g/m3 (0,002 ppm) đã làm cho địa y bị stress, và khi đó không khí cần được xử lý (Theo Hawksworth & Rose, 1970).

2. Khí Etylen (C2H4). Khí Etylen gây ảnh hưởng rất lớn đến cây rừng, thậm chí ở nồng độ rất nhỏ (10-4g/m3không khí). Khi tiếp xúc với khí Etylen, lá cây chuyển từ xanh sang hồng đỏ và nâu, sau đó bị chết.

3. Khí F2. Chất khí này có ảnh hưởng đến cây rừng như làm xuất hiện những vết màu xanh xám, màu hồng hoặc trắng. Khi nồng độ F2 cao có thể làm cây xanh bị tử vong.

4. Mưa axit. Như chúng ta đã biết, các ngành công nghiệp và giao thông vận tải đã thải vào môi trường không khí rất nhiều khí độc hại; trong đó hai chất khí nguy hiểm nhất là SO2 và NOx. Để ngăn chặn sự nhiễm bẩn gần các nhà máy và trạm năng lượng, người ta thải những chất khí này vào môi trường không khí thông qua các ống khói cao. Khi bay vào không khí, chúng sẽ hỗn hợp với hơi nước và hình thành các loại axít (H2SO4, HCl, HNO2 và HNO3, H2CO3). Ví dụ:

- Đối với ôxit nitơ:

2N2O + O2  4NO,

2NO + O2  2NO2,

2NO2 + H2O  HNO2 + HNO3

- Đối với lưu hùynh:

S + O2  SO2,

2SO2 + O2  2SO3  H2SO3,

2SO2 + H2SO3  H2SO4.

Sau đó các hỗn hợp gồm nước và axít được gió mang đi xa đến hàng ngàn kilômét. Cuối cùng, các hỗn hợp này rơi trở về trái đất dưới dạng mưa có chứa axít, do đó người ta gọi là “mưa axít”. Mưa axít gây ra nhiều tác hại khác nhau. Trước hết, mưa axít gây ảnh hưởng đến môi trường sinh thái đất, làm chết các sinh vật đất, gây phản ứng chua, làm chai cứng và thoái hóa đất. Đối với thực vật, mưa axit không chỉ gây hại cho rừng và đồng cỏ tự nhiên mà còn ảnh hưởng đến cây nông nghiệp và cây ăn trái. Khi rơi vào các thủy vực, mưa axit gây ảnh hưởng rất lớn đến cá, tôm và nhiều sinh vật khác. Ngoài ra, mưa axit còn hủy hoại nhiều công trình kiến trúc và gây bệnh cho người. Thật vậy, quy mô và hậu quả của mưa axít là hết sức lớn. Hiện nay mưa axit xảy ra chủ yếu ở các nước công nghiệp phát triển thuộc châu Âu và Mỹ. Chỉ tính riêng ở châu Âu người ta đã thấy:



  • 7 triệu hécta rừng đã chết và đang chết do mưa axít (trong đó nhiều nhất thuộc các nước Đức, Thụy Sĩ, Hà Lan, Ba Lan, Ao, Bỉ và Đan Mạch...);

  • 80% hồ nước của miền bắc Na Uy bị ô nhiễm bởi mưa mưa axít, trong đó 50% do nguồn ô nhiễm từ nước khác mang đến;

  • Ở Thụy Sĩ, hàng năm phải tiếp nhận lượng khí SO2 từ nơi khác mang đến gấp 6 lần lượng SO2 do chính họ sản xuất, 18000 hồ nước đã bị ô nhiễm nặng;

  • Nước Anh sản xuất 3,6 triệu tấn SO2/năm, trong đó 70% rơi vào nước khác;

  • So với 50 năm trước, hiện nay lượng axít trong đất của vùng Scandinavia lớn hơn 10 lần.

Mưa axít là một vấn đề có thể ngăn chặn được, nhưng điều này không phải dễ dàng. Nguyên nhân cơ bản là vì “tiền là trung tâm của mọi vấn đề về mưa axít”. Thật vậy, hiện nay chúng ta chưa thể thay thế nhiên liệu hóa thạch bằng năng lượng sạch để phát điện và sản xuất. Nói khác đi, mưa axit càng ít thì điện và hàng hóa công - nông nghiệp càng đắt. Để ngăn chặn mưa axít, các nước đã cam kết cùng nhau làm ngay một số việc sau đây: (1) hàng năm cắt giảm 5% lượng khí thải vào không khí, (2) cải tiến công nghệ sản xuất, (3) thay thế các máy móc tiêu hao nhiều nhiên liệu bằng các loại máy sử dụng tiết kiệm nhiên liệu, (4) tìm các nguồn năng lượng mới sạch hơn, (5) xử lý các chất thải chứa axit, (6) bón vôi cho đất và nước...Ở nhiều trung tâm công nghiệp lớn trên thế giới (Tokyo, London, Bruc-xen, New York...), chất độc hại nhiều lúc đã hình thành các lớp sương mù - đó là thành phần các chất độc hại như khí SO2, khói và bồ hóng...Khí độc hại làm nghẹt khí quản, gây tử vong cho người và gia súc có bệnh đường hô hấp. Vào năm 1952, tại London có 4000 người chết vì khói độc hại.

Các loài cây gỗ cũng có khả năng thích ứng nhất định với tác động xấu của môi trường. Ngoài ra, rừng có vai trò lớn đối với việc làm sạch không khí. Vai trò vệ sinh của rừng biểu hiện ở chỗ chúng có khả năng làm giảm các khí độc hai như H2S, NO2, NO, CO, CO2, HCl..., ngăn cản và hấp phụ một số bụi, chất phóng xạ, hơi độc... Ví dụ: 1 hécta rừng lục hóa thành phố có thể hấp thu được 8 kg H2CO3 trong 1 giờ, bằng lượng CO2 do 200 người thải ra trong một ngày. Rừng môi sinh và hệ thống cây xanh đô thị có thể hấp phụ 70-80 tấn bụi/năm, hay làm giảm 30-40% bụi trong không khí. Ở những khu công nghiệp lớn, nồng độ bụi trong không khí đạt tới 15-20 mg/m3, trong khi đó ở vùng ngoại vi thành phố là 1,3 - 3,0 mg/m3; quy định cho phép là 0,5 mg/m3.



Rừng và đai cây xanh có khả năng làm giảm sự nhiễm bẩn không khí thông qua 4 con đường cơ bản sau đây: (1) chúng làm giảm tốc độ gió, ngăn cản sự bay lên của bụi và các phần tử đất tơi rời trên mặt đất; (2) hệ thống rễ cây cố định đất và chống phân tán đất thành các phần tử nhỏ vào không khí; (3) do gió trong đai rừng có tốc độ nhỏ, các hạt bụi khó bốc lên cao, hạt nặng bị lắng đọng xuống đất; (4) lá và cành cây như một bộ lọc bụi và bồ hóng; ví dụ: một lâm phần cây xanh có diện tích bề mặt lá từ 40-100 ngàn m2/ha, bề mặt cành và thân bằng 20 - 30% diện tích lá; tổng bề mặt ngăn cản bụi đạt tới 0,5.105-1,5.105 m2/ha. Chính nhờ bốn con đường này mà rừng giống như một bộ lọc khổng lồ, giữ lại trên bề mặt lá, thân và cành của chúng nhiều chất thải ở dạng bụi và khí độc. Khả năng giữ bụi của cây xanh phụ thuộc vào cấu tạo bề mặt thân, cành, lá. Để tạo rừng bảo vệ môi trường và phòng chống sự ô nhiễm không khí, chúng ta cần tuyển chọn các loài cây gỗ và cây bụi sinh trưởng nhanh, có tính ổn định cao với khí độc. Nhà lâm học cũng cần nhận thấy rằng, không phải bất kỳ loài cây nào cũng có khả năng chống lại sự nhiễm bẩn không khí. Theo A.A. Monchanov (1964), nồng độ khí SO2 tăng đến 26,0 mg/m3 không khí sẽ làm cho cây lá kim bị chết, 5-26 mg/m3 không khí sẽ gây hại lớn cho tất cả các loài cây gỗ. Các chất H2S và hợp chất florua có thể phá hủy hoạt tính của lục lạp, chất nguyên sinh bị thủy phân, tế bào bị mất nước...Vì vậy, có thể xem các mức độ bị hại của cây trồng là một trong những căn cứ để dự báo mức độ độc hại của các khí thải trong không khí.

7.3.2. Sự iôn hóa ôxy không khí và sự thải phitônxit của rừng
Ôxy được hệ thống cây xanh thải vào không khí khác với ôxy nhận từ các nguồn khác bởi lượng phitônxit và iôn chống ô nhiễm không khí. Ôxy của rừng thải ra có mức iôn hóa rất cao, hơn 2-3 lần ôxy của biển và 5-10 lần lớn hơn ôxy không khí trong các thành phố. Sự iôn hóa không khí được tạo ra do sự tương tác qua lại của các điện tích không khí với các điện tích của bề mặt đất và nước biển. Từ lâu các nhà khoa học đã khám phá ra hiện tượng hút bám của các electron tự do với nguyên tử ôxy và một số chất khí khác. Nhờ đó các phân tử chất khí có dư điện tích và trở thành phân tử mất cân bằng. Các nguyên tử ôxy có xác suất bị iôn hóa cao hơn các nguyên tử khác 10 lần. Nitơ trong lớp không khí gần mặt đất không bị iôn hóa. Các iôn có kích thước 10-8cm được gọi là các iôn nhẹ (ký hiệu là ± n), còn các iôn có kích thước 10-5cm được gọi là các iôn nặng (ký hiệu là ± N). Hệ số hạ cực q = N±/n± đặc trưng cho qúa trình iôn hóa. Không khí càng sạch thì q có giá trị càng nhỏ (Mink, 1963 ). Nồng độ các iôn dương và âm trong không khí có lợi cho cơ thể con người, nhất là có tác dụng điều trị các bệnh cao huyết áp, suyễn viêm khí quản, lao phổi. Các iôn nhẹ, đặc biệt các iôn mang dấu âm rất có lợi cho sức khỏe con người.

Mức iôn hóa trong các điều kiện môi trường khác nhau như sau (Theo A.A. Mink, 1964; AN.L. Chirevskii, 1964):


Điều kiện tự nhiên Số iôn nhẹ/m3 không khí
- Trong rừng và gần rừng 2000 - 3000

- Trên núi 2000 - 3000

- Không khí nơi không có rừng 1000

- Trên mặt biển cách bờ 5 km 800 - 900

- Công viên cây xanh 800

- Gần xưởng máy 220 - 400

- Nơi dân cư đông đúc 25 – 100
Giới hạn thấp nhất của các iôn trong không khí là 25 - 50, khi ấy không khí đã có hại cho sức khỏe con người. Các iôn nặng ít có tác dụng về sinh lý đối với sức khỏe con người. Rừng có ảnh hưởng rất lớn đến nồng độ iôn hóa trong không khí. Theo A.A. Mink (1963) và U.V. Dumanxkii (1969), nồng độ iôn lớn nhất ở nơi có rừng che phủ 35 - 60% lãnh thổ (lấy bằng 100%), giảm còn 15 - 30% khi độ che phủ của rừng là 5-10% lãnh thổ. Vì thế, các công viên cây xanh, các đai rừng quanh thành phố và nơi đông dân cư có vai trò quan trọng đối với sức khỏe con người.

Nhiều thực vật còn thải vào không khí các chất dễ bay hơi có tác dụng diệt khuẩn. Những chất này được gọi là phitônxit, nghĩa là các chất độc của thực vật. Các phitônxit tác dụng rất mạnh đến các vi sinh vật và sinh vật đơn bào khác. Về mặt hóa học, các phitônxit là các chất dầu dễ bay hơi, các alcaloid cấu thành từ các hydrocacbon. Khi tạo thành các phitônxit thì CO2, H2 và O2 được tách ra. Vào ngày hè, một hécta rừng có thể thải ra chừng 2 - 5 kg phitônxit. Các nghiên cứu cho thấy 2 kg phitônxit đủ để sát trùng không khí của một thành phố cỡ vừa (khoảng 1 triệu dân cư). Tác dụng của chúng kéo dài đến chừng nào dòng không khí đã mang đi hết phitônxit.


7.4. RỪNG VÀ GIÓ
Sự vận động của các dòng không khí trong khí quyển được gọi là hoàn lưu khí quyển (gió). Người ta phân biệt 3 kiểu hoàn lưu khí quyển: hoàn lưu chung, hoàn lưu địa phương và hoàn lưu gió mùa. Hoàn lưu chung của khí quyển là tập hợp những dòng không khí bao trùm lên những vùng rộng lớn trên trái đất và ít thay đổi. Hoàn lưu địa phương là những dòng không khí hình thành do sự khác biệt về địa lý, địa hình. Hoàn lưu địa phương bao gồm gió đất, gió biển, gió núi và gió thung lũng. Gió đất và gió biển hình thành ở vùng ven biển hoặc ở những nơi có hồ nước lớn, còn gió núi và gió thung lũng hình thành ở vùng núi và thung lũng. Gió mùa là loại gió thay đổi theo mùa trong năm. Dưới đây chúng ta xem xét vai trò sinh thái của gió đối với thảm thực vật rừng.
7.4.1. Ảnh hưởng của gió đến thảm thực vật rừng
Gió ảnh hưởng rất đa dạng đến thảm thực vật rừng. Điều này tùy thuộc vào loại gió, tốc độ và hướng gió. Dưới đây là một số ảnh hưởng của gió đến rừng mà nhà lâm học cần quan tâm.

(1) Gió có ảnh hưởng đến qúa trình sinh sản và sinh lý của thực vật. Ảnh hưởng của gió đến qúa trình sinh sản của thảm thực vật rừng biểu hiện ở chỗ gió giúp cây thụ phấn, phát tán hạt giống đi xa. Gió đưa các khối không khí ẩm có chứa một lượng lớn CO2, ôxy và hơi nước vào vùng phân bố tán cây, ngăn cản hoặc làm giảm sự tích tụ CO2 vào ban đêm ở lớp không khí bên trong và dưới tán rừng. Điều này làm thay đổi sự trao đổi CO2 và O2, làm giảm quang hợp vào buổi sáng. Do sự phân tán và làm giảm bề dày của lớp không khí ẩm bao quanh tán lá, gió đẩy nhanh sự khuyếch tán hơi nước qua khí khổng và dẫn đến mất cân bằng nước trong cây. Tuy vậy, sự mất mát nước không tăng lên một cách tỷ lệ thuận cùng với tốc độ gió mà tăng theo căn bậc hai của tốc độ gió. Khi gió tăng lên từ không mét, tốc độ mất nước tăng nhanh, nhưng ít có sự khác biệt về tốc độ mất nước giữa gió lớn và trung bình. Hiệu quả của gió đối với cân bằng nước của thực vật biểu hiện rõ ở những đai rừng phân bố trên sườn núi. Gió foehn (gió Lào) xuất hiện ở những vùng núi cao thuộc khu vực Tây Bắc và miền Trung nước ta có ảnh hưởng lớn đến thực vật. Nhiệt độ trong gió foehn có thể đạt đến 40-450C, độ ẩm không khí có thể giảm thấp đến 15-20%. Điều kiện này làm cây thoát nước mạnh và dẫn đến mất cân bằng nước. Sự mất nước lại ảnh hưởng đến sự thu nhận dinh dưỡng từ đất. Gió trong lúc thời tiết khô nóng hoặc lạnh có thể làm khô héo lá cây non và vật rụng cả ở rừng tự nhiên lẫn dưới tán rừng trồng. Hiện tượng này cũng có thể xảy ra ngay ở những lâm phần phân bố ở nơi ẩm. Gió còn ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của hệ rễ, và qua đó cũng ảnh hưởng đến tăng trưởng của cây.

(2) Gió lớn có ảnh hưởng mạnh mẽ đến hình thái và cấu trúc tán lá và thân cây gỗ. Nhiều quan sát cho thấy, gió làm cong thân cây, làm lệch tán cây (tán lá ở phiá khuất gió phát triển mạnh hơn tán lá ở phiá đón gió), kết quả gây ra hiện tượng lệch tâm các vòng năm trên thân cây gỗ. Gió mạnh làm giảm sự phát triển chiều cao, nhưng làm tăng sự phát triển đường kính thân cây; kết quả là cây thường lùn. Ở những nơi có gió mạnh kèm theo gió xoáy, rừng được hình thành với một số đặc trưng rất điển hình như: cấu trúc tán nhấp nhô do gió làm đổ gẫy cây, trong lỗ trống xuất hiện nhiều dây leo, cây bụi... Gió lớn thành bão còn làm tróc rễ cây, làm đổ gẫy cây, làm tổn hại hệ thống lá và hoa quả. Theo nhận xét của Wadsworth, khi bị tác động của gió thì rừng có đặc điểm sau:

a. Trong các rừng hỗn loài khác tuổi, các tổn hại xảy ra ít hơn là do có sự khác biệt về đặc tính loài cây. Những cây mọc ở tầng cao hay nơi trống bị hại nhiều hơn so với cây mọc trong tán rừng.

b. Những quần thể thuần loài đồng tuổi không bị tổn hại hoàn toàn thì cũng bị hại nặng. Rừng vừa qua tỉa thưa thì mức bị hại lớn hơn.

c. Những loài cây khác nhau bị tổn hại khác nhau. Loài bị đổ, loài khác bị tróc rễ; những cây gỗ bản địa có sức chống chịu với gió hại lớn hơn những loài nhập từ ngoài vào.



(3) Gió có ảnh hưởng đến hệ sinh thái rừng. Thật vậy, gió có thể đưa các mầm bệnh và côn trùng cũng như không khí bị nhiễm bẩn từ nơi khác xâm nhập vào hệ sinh thái, và do đó có thể gây hại cho thảm thực vật, làm thay đổi hệ động vật và vi sinh vật. Sự phá hủy thảm thực vật bởi côn trùng có thể làm đất bị phơi ra ánh sáng, sau đó dưới ảnh hưởng của mưa và gió, đất có thể bị xói mòn. Nhưng gió cũng có thể đem lại lợi ích cho sự hình thành đất và diễn thế các hệ sinh thái thông qua sự vận chuyển các thành phần hữu cơ từ nơi này đến nơi khác. Từ tác dụng của gió, có thể đi đến giải thích nguyên nhân hình thành một số kiểu thảm thực vật trong một khu vực nhất định mà những nhân tố khác ít thấy sai biệt.

(4) Gió có ảnh hưởng đến sự hình thành tiểu địa hình. Điều này có thể thấy xuất hiện trên những vùng đất cát và đất có thành phần cơ giới nhẹ. Đến lượt mình, tiểu địa hình có thể làm đất khô hơn và nóng hơn, và do đó lại dẫn đến gây hại cho cây con mới trồng.

(5) Gió có ảnh hưởng đến cháy rừng. Một tốc độ gió bất kỳ cũng sẽ làm tăng cường qúa trình cháy rừng; gió mạnh có thể chuyển cháy tầng thấp thành cháy tầng cao. Thời tiết vào mùa khô hoặc mùa gió Lào là một trong những điều kiện làm gia tăng nguy cơ cháy rừng.
7.4.2. Ảnh hưởng của rừng đến gió
Như chúng ta đã biết, một dòng không khí đang di chuyển, nếu gặp đai rừng (hoặc chướng ngại vật) thì tốc độ và hướng di chuyển của nó sẽ thay đổi theo chiều thẳng đứng. Đồng thời phiá trước đai rừng hình thành một vùng khí áp cao, còn phiá sau đai rừng áp suất không khí giảm. Sự giảm thấp tốc độ gió trong rừng, trước và sau đai rừng phụ thuộc vào mật độ, chiều cao và sự phân bố cao thấp của các tán cây, nghĩa là phụ thuộc vào độ thấm gió của lâm phần. Theo E.N. Valendik (1964), sơ đồ một đai rừng và sự vận động của gió khi gặp đai rừng biến đổi như hình 7.2.



Theo sơ đồ hình 7.2 cho thấy, so với tốc độ gió trước đai rừng Vo (ở cự ly 15H, với H là chiều cao trung bình của đai rừng), tốc độ gió giảm dần vào phiá trong đai rừng và đạt mức 0,14 Vo ở giữa đai rừng; sau đó nó tăng dần lên, đến cự ly 20-25H thì đạt mức gần như ở phiá trước đai rừng.

Theo E.N. Valendik, tốc độ gió trong đai rừng có thể tìm được từ quan hệ với chiều cao lâm phần như sau:
V = [ 2,22(H/2)-0,83 (H/2)2+0,100 (H/2)3+0,003 (H/2)4 ]*(0,076 V0 +0,063);
trong đó: V - tốc độ gió ở các tầm cao trong đai rừng, m/s; H - chiều cao so với mặt đất, m; V0 - tốc độ gió ở khoảng trống trên độ cao 10 m cách mặt đất, m/s.

Theo quy luật phân bố tốc độ gió trong rừng và không gian ngoài đai rừng, người ta thấy rằng đai rừng phòng hộ chống gió hại cho đồng ruộng cần được bố trí cách nhau từ 20 - 30H, với H là chiều cao bình quân của đai rừng.

Nhà lâm học cần nhận thấy rằng, việc nghiên cứu tốc độ gió trong rừng mang lại nhiều ý nghĩa khác nhau: (1) làm rõ quy luật phân bố cháy rừng, (2) thiết kế đai rừng phòng hộ, (3) xác định những nguy cơ gây hại cho rừng khi gió có tốc độ khác nhau. Một đai rừng phòng chống gió hại hợp lý cần phải tính đến sự phân bố tốc độ gió khi gặp đai rừng, ảnh hưởng của kết cấu cây trồng trong đai và khoảng cách giữa các đai rừng.
7.5. Ý NGHĨA CỦA GIÓ TRONG LÂM NGHIỆP
Vai trò của gió trong hoạt động lâm nghiệp được biểu hiện thông qua những vấn đề sau đây:


  1. Trước hết, gió có thể là nhân tố ấn định việc chọn lựa phương thức kinh doanh rừng và khai thác – tái sinh rừng ở những vùng mà gió hại thường xuyên xuất hiện. So với rừng thuần loài đồng tuổi, rừng tự nhiên hỗn loài khác tuổi với nhiều lớp tán có tính ổn định với gió hại cao hơn. Kinh doanh rừng hỗn loài khác tuổi với việc áp dụng khai thác chọn từng cây hoặc nhóm cây thành thục có thể hạn chế được ảnh hưởng xấu của gió. Đối với rừng thuần loài đồng tuổi, trồng dày sẽ làm tăng tính ổn định với gió hại, và ở đây có thể áp dụng khai thác dần.

  2. Gió lớn làm thay đổi cân bằng nước của thực vật, làm hư hại rễ cây non, làm đổ gẫy cây. Trong những trường hợp như vậy, gió tham gia như một trong những nhân tố cơ bản quyết định sự thành công của các phương thức trồng rừng và khai thác - tái sinh rừng.

  3. Việc thay đổi kích thước băng khai thác rừng có ảnh hưởng đến qúa trình phát tán hạt giống nhờ gió, đến sự hình thành và sự sống sót của cây tái sinh trên khoảnh chặt trắng. Vì thế, việc thiết kế băng khai thác và băng trồng rừng cần phải tính đến không chỉ loại gió và tốc độ gió, mà còn cả đặc tính phát tán của các loài cây.

  4. Cùng với lửa và các nhân tố sinh thái khác, gió có thể tham gia như một nhân tố đẩy nhanh hoặc hạn chế tốc độ của qúa trình diễn thế rừng.

  5. Gió có ảnh hưởng đến hình thái và kết cấu của một số kiểu rừng; do đó gió là một nhân tố tham gia vào qúa trình hình thành một số loại rừng.

7.6. TÓM TẮT


Khí quyển là một nhân tố sinh thái quan trọng trong đời sống thực vật rừng. Cây lấy CO2 cần cho quang hợp và O2 cần cho hô hấp đều từ không khí. Sự hấp thu CO2 và sự giải phóng O2 của rừng không chỉ có ý nghĩa lớn đối với cân bằng các chất khí của khí quyển, mà còn có ý nghĩa phòng chống ô nhiễm môi trường. Gió có ảnh hưởng khác nhau đối với thực vật. Gió tác động đến sinh trưởng và hình thái thực vật thông qua ảnh hưởng đến cân bằng nườc, đến sự trao đổi không khí, đến sự phân bố lại tăng trưởng mới giữa các bộ phân của cây, đến sự sống sót của chồi và lá. Ảnh hưởng của gió đến sinh vật phụ thuộc vào loại gió và tốc độ gió. Gió lớn gây hại mạnh về cơ giới, làm giảm chất lượng gỗ. Sự vận chuyển các thành phần khoáng và chất hữu cơ từ nơi này đến nơi khác dưới ảnh hưởng của gió có ý nghĩa lớn về sinh thái. Gió còn làm phân tán các nguồn vật chất gây ô nhiễm không khí, giúp cây thụ phấn, phân tán và di chuyển các mầm sống, mở rộng khu phân bố của thực vật, và ấn định hình thái của một số kiểu rừng. Gió cũng là nhân tố ấn định các phương thức lâm sinh. Sự phá hủy rừng một cách định kỳ bởi gió, ảnh hưởng của gió đến sự phát tán hạt giống, tác động của gió đến cây con, ảnh hưởng của gió đến các lâm phần sau chặt nuôi dưỡng và khai thác chính là những nhân tố quan trọng trong sự phát triển của các phương thức lâm sinh.









Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2019
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương