Tài liệu Nghiên cứu cơ sở khoa học sản xuất chế phẩm sinh học tăng độ ẩm của vật liệu cháy dưới tán rừng thông nhằm hạn chế khả năng cháy rừng ở việt nam

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NGUYỄN ĐỨC ANH NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC SẢN XUẤT CHẾ PHẨM SINH HỌC TĂNG ĐỘ ẨM CỦA VẬT LIỆU CHÁY DƯỚI TÁN RỪNG THÔNG NHẰM HẠN CHẾ KHẢ NĂNG CHÁY RỪNG Ở VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ LÂM NGHIỆP Thái Nguyên, 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NGUYỄN ĐỨC ANH NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC SẢN XUẤT CHẾ PHẨM SINH HỌC TĂNG ĐỘ ẨM CỦA VẬT LIỆU CHÁY DƯỚI TÁN RỪNG THÔNG NHẰM HẠN CHẾ KHẢ NĂNG CHÁY RỪNG Ở VIỆT NAM Chuyên ngành : Lâm học Mã số ngành : 8.62.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ LÂM NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học:1. PGS.TS Trần Quốc Hưng 2. TS. Vũ Văn Định Thái Nguyên, 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của bản thân và Trong quá trình nghiên cứu tôi có sử dụng một phần số liệu của đề tài: “Nghiên cứu sản xuất chế phẩm sinh học phân hủy nhanh vật liệu cháy dưới tán rừng thông nhằm hạn chế khả năng cháy rừng ở Việt Nam” được thực hiện từ năm 2016- 2020. Nếu có gì sai sót tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Học viên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ii LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên tôi đã trang bị cho mình kiến thức cơ bản về chuyên môn dưới sự giảng dạy và chỉ bảo tận tình của toàn thể thầy cô giáo. Để củng cố lại những khiến thức đã học cũng như làm quen với công việc nghiên cứu nên quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp là một giai đoạn rất quan trọng, tạo điều kiện cho học viên cọ sát với thực tế nhằm củng cố lại kiến thức đã tích lũy được trong nhà trường đồng thời nâng cao tư duy hệ thống lý luận để nghiên cứu ứng dụng một cách có hiệu quả những tiến bộ khoa học kỹ thuật vào thực tiễn sản xuất. Xuất phát từ nguyện vọng của bản thân, được sự nhất trí của nhà trường, ban chủ nhiệm khoa sau Đại học, khoa Lâm nghiệp và sự hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo PGS.TS Trần Quốc Hưng và TS. Vũ Văn Định, tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu Nghiên cứu cơ sở Khoa học sản xuất chế phẩm sinh học tăng độ ẩm của vật liệu cháy dưới tán rừng thông nhằm hạn chế khả năng cháy rừng ở Việt nam” Trong thời gian nghiên cứu đề tài, được sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của các Thầy cô giáo trong khoa sau Đại học và khoa Lâm nghiệp cùng với sự phối hợp giúp đỡ của ban lãnh đạo Trung tâm Nghiên cứu Bảo vệ rừng - Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam và đặc biệt là nhóm nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu sản xuất chế phẩm sinh học phân hủy nhanh vật liệu cháy dưới tán rừng thông nhằm hạn chế khả năng cháy rừng ở Việt Nam”. Qua đây tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc nhất đến các thầy cô giáo trong khoa Lâm nghiệp, đặc biệt là các thầy giáo PGS.TS. Trần Quốc Hưng và TS. Vũ Văn Định người đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cám ơn Ban lãnh đạo Trung tâm nghiên cứu Bảo vệ rừng, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam và các anh, chị, em của Trung tâm Nhiên cứu Bảo vệ rừng đã cộng tác và hỗ trợ tôi thực hiện công việc. Trong quá trình thực hiện luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi kính mong nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để bản luận văn này hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 9 năm 2019 Học viên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 1. Đặt vấn đề...................................................................................................... 1 2. Mục tiêu của luận văn ................................................................................... 2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn ................................................. 2 3.1. Ý nghĩa khoa học ............................................................................... ....... 2 3.2. Ý nghĩa thực tiễn ................................................................................ ....... 2 4. Những đóng góp mới của luận văn ............................................................... 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU............................. 3 1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ............................................................. 3 1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước............................................................ 5 1.2.1. Nghiên cứu về cháy rừng và biện pháp phòng chống cháy rừng thông . 5 1.2.2. Nghiên cứu về vi sinh vật sinh màng nhầy ........................................... 10 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG - ĐỊA ĐIỂM - NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................... 20 2.1. Đối tượng và địa điểm nghiên cứu ........................................................... 20 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu...................................................................... ..... 20 2.1.2. Địa điểm nghiên cứu ....................................................................... ..... 20 2.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 20 2.2.1. Phân lập, tuyển chọn vi sinh vật sinh màng nhầy (Polysacarit) ..... ..... 20 2.2.2. Nghiên cứu hướng dẫn sản xuất chế phẩm sinh học....................... ..... 20 2.2.3. Nghiên cứu kỹ thuật sử dụng chế phẩm sinh học ........................... ..... 20 2.3. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 21 2.3.1. Phân lập, tuyển chọn vi sinh vật sinh màng nhầy (Polysacarit) ..... ..... 21 2.3.2. Nghiên cứu hướng dẫn sản xuất chế phẩm sinh học....................... ..... 25 2.3.3. Phương pháp nghiên cứu kỹ thuật sử dụng chế phẩm sinh học...... ..... 27 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................... 31 3.1. Phân lập, tuyển chọn vi sinh vật sinh màng nhầy (Polysacarit). ............. 31 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn iv 3.1.1. Phân lập vi sinh vật sinh màng nhầy. .................................................... 31 3.1.2. Đánh giá, tuyển chọn vi sinh vật sinh màng nhầy. ............................... 34 3.1.3. Đánh giá một số chủng vi sinh vật sinh màng nhầy tồn tại ở trong điều 100 kiện nhiệt độ và ẩm độ khác nhau. ............................................................ ..... 36 3.1.4 Ảnh hưởng của ẩm độ đến sự sinh trưởng và phát triển của các chủng VSV sinh màng nhầy ...................................................................................... 38 3.1.5. Định danh đến loài và xác định mức độ an toàn sinh học của các chủng vi sinh vật có hoạt tính cao được tuyển chọn. ................................................. 42 3.2. Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất chế phẩm sinh học .................. 45 3.2.1 Nghiên cứu điều kiện sinh trưởng và phát triển của các chủng VSV sinh màng nhầy Polysacarit sử dụng trong sản xuất chế phẩm sinh học (môi trường, tốc độ lắc, thời gian, nhiệt độ, độ pH)............................................................. 45 3.2.2 Nghiên cứu khả năng tập hợp chủng...................................................... 48 3.2.3 Nghiên cứu sản xuất chế phẩm sinh học ................................................ 49 3.2.4 Xây dựng Quy trình sản xuất chế phẩm sinh học .................................. 50 3.3. Nghiên cứu kỹ thuật sử dụng chế phẩm sinh học .............................. ..... 53 3.3.1. Xác định thời điểm sử dụng chế phẩm sinh học ................................... 53 3.3.2. Xác định phương thức sử dụng chế phẩm sinh học tại chỗ .................. 57 3.3.3. Xác định phương thức sử dụng chế phẩm bằng phương pháp thu gom vật liệu cháy .................................................................................................... ..... 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn v KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ ..................................................... 62 2. Tồn tại ......................................................................................................... 63 3. Kiến nghị ..................................................................................................... 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 64 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU Chữ viết tắt/ký hiệu Giải nghĩa đầy đủ ADN Acid Deoxyribo Nucleic BNN &PTNT Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn CFU Đơn vị khuẩn lạc trong 1 ml hoặc 1 gam CT Công thức D1.3 Đường kính ngang ngực ĐC Đối chứng DTB Đường kính trung bình Hdc Chiều cao dưới cành Hvn Chiều cao vút ngọn KV Khu vực LSD Khoảng sai dị M Trọng lượng MĐ Mật độ PCR Polymerase Chain Reaction PDA Potato Dextrose Agar TCLN Tổng cục Lâm nghiệp TB Trung bình VK Vi khuẩn VSV Vi sinh vật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Số lượng vi sinh vật sinh màng nhầy phân lập được ở các khu vực nghiên cứu................................................................................ 31 Bảng 3.2: Hàm lượng polysacarrit tạo thành của các chủng vi sinh vật phân lập được ................................................................................................ 35 Bảng 3.3: Kết quả thí nghiệm sự ảnh hưởng của nhiệt độ nuôi cấy đến đường kính khuẩn lạc vi khuẩn sinh màng nhầy ........................................................ 37 Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm sự ảnh hưởng của độ ẩm không khí đến đường sinh trưởng của VSV sinh màng nhầy ............................................................ 38 Bảng 3.5: Kết quả thí nghiệm khả năng sinh màng nhầy đối với VLC của các chủng vi sinh vật trong bình thí nghiệm ......................................................... 40 Bảng 3.6: Kết quả thí nghiệm khả năng giữ ẩm của các chủng VSV sinh màng nhầy với vật liệu cháy trên quy mô chậu vại .................................................. 41 Bảng 3.7: Kết quả định danh các chủng VSV sinh màng nhầy ...................... 42 Bảng 3.8: Kết quả thí nghiệm sự ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng đến mật độ tế bào của VSV sinh màng nhầy ......................................................... 45 Bảng 3.9: Kết quả đánh giá sự ảnh hưởng của tốc độ lắc đến mật độ tế bào VSV sinh màng nhầy............................................................................................... 47 Bảng 3.10: Kết quả đánh giá ảnh hưởng của thời gian nhân sinh khối đến mật độ tế bào .......................................................................................................... 47 Bảng 3.11: Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của pH môi trường đến mật độ tế bào ............................................................................................................. ..... 48 Bảng 3.12: Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của chất mang đến mật độ VSV trong sản xuất chế phẩm.................................................................................. 49 Bảng 3.13: Kết quả thí nghiệm thời điểm xử lý chế phẩm ảnh hưởng đến khả năng tăng độ ẩm của vật liệu cháy tại Sóc Sơn, Hà Nội và Hoành Bồ Quảng Ninh ................................................................................................................. 53 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn viii Bảng 3.14: Kết quả thí nghiệm liều lượng sử dụng chế phẩm sinh học ảnh hưởng đến độ ẩm vật liệu cháy ở Sóc Sơn, Hà Nội ........................................ 55 Bảng 3.15: Kết quả thí nghiệm liều lượng sử dụng chế phẩm sinh học ảnh hưởng đến độ ẩm vật liệu cháy ở Hoành Bồ, Quảng Ninh ............................. 56 Bảng 3.16: Sử dụng chế phẩm sinh học ảnh hưởng đến độ ẩm vật liệu cháy ở Sóc Sơn, Hà Nội .............................................................................................. 57 Bảng 3.17: Sử dụng chế phẩm sinh học ảnh hưởng đến độ ẩm vật liệu cháy ở Hoành Bồ, Quảng Ninh ................................................................................... 58 Bảng 3.18: Gom vật liệu cháy để xử lý chế phẩm ảnh hưởng đến độ ẩm vật liệu cháy ở Hoành Bồ, Quảng Ninh ................................................................ 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ix DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 3.1: Một số chủng Vi sinh vật sinh màng nhầy phân lập được .............. 34 Hình 3.2. Khả năng sinh polysaccarit của chủng P.16.1 và P.51 ................... 36 Hình 3.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sinh trưởng của P16.1 ....................... 38 Hình 3.4: Ảnh hưởng của ẩm độ đến đường kính khuẩn lạc chủng P16.1 ..... 39 Hình 3.5: Vị trí phân loại của chủng P16.1 và chủng P08 .............................. 43 Hình 3.6: Thí nghiệm xác định phương thức sử dụng chế phẩm tại chỗ ........ 60 Hình 3.7: Tiến hành thu gom Vật liệu cháy chuẩn bị thí nghiệm tại Sóc Sơn – Hà Nội ....................................................................................... 61 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Rừng được coi là “lá phổi xanh” của nhân loại, là nguồn tài nguyên quý giá, có giá trị to lớn đối với nền kinh tế quốc dân, đời sống và văn hóa cộng đồng, các hoạt động du lịch sinh thái, nghiên cứu khoa học, an ninh quốc phòng và chất lượng cuộc sống con người nói chung. Tuy nhiên, tài nguyên rừng đang bị suy giảm nghiêm trọng ở nhiều nơi cả về số lượng và chất lượng. Một trong những nguyên nhân quan trọng làm mất rừng là do cháy rừng. Tính đến 31/12/2018 diện tích rừng toàn quốc 14.491.295 ha, trong đó: Rừng tự nhiên 10.255.525 ha, rừng trồng là 4.235.770 ha; độ che phủ là 41,65% (911/QĐ-BNN-TCLN ngày 19/03/2019). Tính riêng giai đoạn từ 2014 đến tháng 6/2018 tổng số đã có 1.712 vụ cháy rừng, diện tích cháy rừng lên đến 7.569. diện tích cháy rừng bình quân hàng năm 1297 ha (Tổng cục Lâm nghiệp 2018). Điều này gây thiệt hại lớn về mặt kinh tế, gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khỏe con người, mất nhiều nguồn gen quý hiếm và làm mất cân bằng sinh học. Cây Thông là cây trồng chủ yếu với diện tích đứng thứ 3 sau Bạch đàn và Keo, diện tích rừng thông các loại hiện nay khoảng trên 400.000 ha bao gồm chủ yếu là Thông nhựa (Pinus merkusii), Thông ba lá (Pinus kesyia), Thông đuôi ngựa (Pinus massoniana). Thông là loài cây lâm nghiệp mang lại giá trị rất lớn về mặt kinh tế như: Cung cấp gỗ, nhựa,... và bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, nguy cơ khả năng cháy rừng cao vì có chứa hàm lượng nhựa từ 2%-12% (Bế Minh Châu, 2001), khi cháy lửa lan nhanh, khó dập tắt nên thường gây nhiều thiệt hại lớn. Chế phẩm sinh học tăng độ ẩm vật liệu cháy dưới tán rừng thông góp phần hạn chế được cháy rừng ở Việt Nam. Chính vì vậy, việc nghiên cứu cơ sở khoa học tạo chế phẩm sinh học nhằm tăng độ ẩm VLC dưới tán rừng và chuyển hóa chúng thành một sản phẩm có lợi là phân hữu cơ sinh học giúp cải thiện tính chất lý hóa của đất, giúp cây rừng sinh trưởng và phát triển tốt nhằm tăng hiệu quả kinh tế, bảo vệ được môi trường sinh thái. Xuất phát từ những lý do trên đề tài “Nghiên cứu cơ sở khoa học sản xuất chế phẩm sinh học tăng độ ẩm 2 vật liệu cháy dưới tán rừng Thông nhằm hạn chế khả năng cháy rừng ở Việt Nam” là cần thiết có ý nghĩa cả về lý luận và thực tiễn. 2. Mục tiêu của luận văn -Xác định được cơ sở khoa học tạo chế phẩm sinh học tăng độ ẩm vật liệu cháy dưới tán rừng thông nhựa nhằm hạn chế khả năng cháy rừng ở Việt Nam. - Phân lập tuyển chọn được 3-5 chủng vi sinh vật sinh màng nhầy dưới tán rừng thông có hàm lượng Polysacarit: 15g/l tồn tại và phát triển phù hợp với vật liệu cháy dưới tán rừng thông. - Sản xuất được chế phẩm sinh học tăng độ ẩm vật liệu cháy dưới tán rừng thông bằng vi sinh vật sinh màng nhầy Polysacarit có khả năng phát triển và mức độ cạnh tranh sinh học, an toàn, thân thiện với môi trường tăng hơn 10% độ ẩm của vật liệu cháy dưới tán rừng trước mùa khô. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn 3.1. Ý nghĩa khoa học Đóng góp các dữ liệu, luận cứ khoa học tạo chế phẩm sinh học tăng độ ẩm vật liệu cháy dưới tán rừng thông nhằm hạn chế khả năng cháy rừng, cải tạo đất và tăng khả năng sinh trưởng của rừng thông ở Việt Nam. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả nghiên cứu của luận văn góp phần nâng cao hiệu quả quản lý phòng chống cháy rừng thông. 4. Những đóng góp mới của luận văn - Lần đầu tiên nghiên cứu cơ sở khoa học tạo chế phẩm sinh học tăng độ ẩm vật liệu cháy dưới tán rừng thông nhằm hạn chế khả năng cháy rừng ở Việt Nam. - Tạo chế phẩm sinh học đa chức năng phân hủy vật liệu cháy, tăng khả năng sinh trưởng của rừng thông và cải tạo đất. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Nghiên cứu về cháy rừng Theo nghiên cứu của FAO đưa ra khái niệm về cháy rừng: “Cháy rừng là sự xuất hiện và lan truyền của những đám cháy trong rừng mà không nằm trong sự kiểm soát của con người, gây nên những tổn thất nhiều mặt về tài nguyên, của cải và môi trường”. Cháy rừng xảy ra khi có mặt đồng thời của 3 thành tố là nguồn nhiệt, ôxy và vật liệu cháy (VLC); và tùy thuộc vào đặc điểm của các yếu tố nêu trên, cháy rừng có thể được hình thành, phát triển hay bị ngăn chặn hoặc suy yếu đi (Brown, 1979; Chandler et al., 1983). Vì vậy, về bản chất những biện pháp PCR chính là những biện pháp tác động vào 3 yếu tố trên theo chiều hướng ngăn chặn và giảm thiểu quá trình cháy. Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra 3 yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự hình thành và phát triển cháy rừng là thời tiết, loại rừng và hoạt động kinh tế - xã hội (KT - XH) của con người. Thời tiết đặc biệt là lượng mưa (Lm), nhiệt độ không khí (Tkk), độ ẩm không khí (Wkk) và tốc độ gió (Vg) ảnh hưởng quyết định đến tốc độ bốc hơi và độ ẩm vật liệu cháy (Wvlc) rừng qua đó ảnh hưởng đến khả năng bén lửa và lan tràn đám cháy. Loại rừng ảnh hưởng tới tính chất vật lý, hoá học, khối lượng và phân bố của vật liệu cháy qua đó ảnh hưởng đến loại cháy, khả năng hình thành và tốc độ lan tràn của đám cháy và hoạt động KT - XH của con người, như: sản xuất nương rẫy, săn bắn thú rừng và du lịch sinh thái,... đều có ảnh hưởng trực tiếp đến mật độ và phân bố nguồn lửa khởi đầu của các đám cháy. Phần lớn các biện pháp PCR đều được xây dựng trên cơ sở phân tích đặc điểm 3 yếu tố trên trong hoàn cảnh cụ thể ở địa phương (Pancel, 1993; Richmond, 1976). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 4 Nghiên cứu về vật liệu cháy rừng Vật liệu cháy là một trong ba yếu tố hình thành tam giác lửa, có nghĩa là một trong các yếu tố duy trì sự cháy cùng với oxy. Từ trước đến nay người ta đã rất chú trọng vào VLC bằng các biện pháp đốt trước, dọn các thực bì nhằm giảm thiểu số lượng vật liệu dễ cháy. Khối lượng và tính chất của vật liệu cháy ảnh hưởng đến cháy (chất có thể cháy) cung cấp cho các điều kiện cần thiết cho các đặc điểm và các tác động đến một đám cháy rừng. Vì vậy, nghiên cứu các vật liệu dễ cháy dưới tán rừng thông nhằm đề xuất biện pháp ngăn chặn lửa hiệu quả trở thành vấn đề được quan tâm bởi các nhà quản lý cũng như các nhà khoa học. Các mô hình cháy cho phép đánh giá khả năng xảy ra cháy liên quan đến các vật liệu cháy phức tạp dưới điều kiện đốt trước (Johnson và Peterson, 2005). Nghiên cứu vi sinh vật sinh màng nhầy Trong đất nhóm vi sinh vật sinh màng nhầy (polysacarit) có vai trò quan trọng trong việc giữa ẩm đất và vật liệu cháy dưới tán rừng. Nhóm sinh màng nhầy bao gồm: Lipomyces, Bacillus, Azotobacter, Beijerinckia, Enterobacter… Các nhóm vi sinh vật này, trong quá trình sinh trưởng phát triển, đã tiết ra polysacarit sinh học. Khi có mặt Ca++, các polysacarit sẽ cùng tác động tương hỗ trong đất, giúp gắn kết các hạt đất, các hạt cát với nhau để tạo thành một cấu tượng ổn định và bền vững. Do đó đất có khả năng tăng độ kết cấu, có khả năng giữ nước, chống rửa trôi, làm giảm sự bay hơi nước; thông qua đó độ phì của đất được cải thiện (Babieva và Gorin, 1987). Trên thế giới, vi sinh vật sinh màng nhầy đã được nghiên cứu và ứng dụng trong cải tạo đất từ những năm 80 của thế kỷ XX. Đến những năm 90, việc sản xuất chế phẩm thương mại đã được tiến hành; Superbio là một trong những sản phẩm thương mại đầu tiên được biết đến. Kết quả nghiên cứu của Babieva (1987) cho thấy nhóm VSV sinh màng nhầy Lipomyces, Bacillus có khả năng giữ ẩm đất trong cải tạo đất khô hạn. Alekxandrov và cs thuộc Khoa Thổ nhưỡng, Đại học Tổng hợp Moskova Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 5 đã nghiên cứu vi khuẩn sinh màng nhầy Bacillus sp. để tạo chế phẩm phân bón vi sinh giữ ẩm cho đất. Chế phẩm này đã được sử dụng để tăng năng xuất cây trồng ở các vùng khô hạn thuộc vùng Capcaz. Các nhà khoa học Trung Quốc đã sử dụng các chế phẩm vi sinh giữ ẩm để cải tạo đất đá vôi miền Nam Trung Quốc để trồng các cây công nghiệp. Nhìn chung, cháy rừng được coi là một trong những thảm họa của tự nhiên. Cháy không những làm mất nơi sinh sống của rất nhiều các loài động thực vật, mà còn ảnh hưởng đến biến đổi khí hậu toàn cầu, bên cạnh đó còn đe dọa đến đời sống và kinh tế xã hội của những người sống gần khu vực xung quanh nó. Việc nghiên cứu tạo ra chế phẩm có khả năng phân hủy vật liệu cháy trong tự nhiên nhờ tập đoàn vi sinh vật được tuyển chọn có khả năng phân hủy nhanh nhất, hiệu quả nhất. Giúp đẩy nhanh quá trình phân hủy vật liệu cháy, giảm thiểu nguy cơ cháy rừng là việc hết sức quan trọng và cần thiết. 1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước 1.2.1. Nghiên cứu về cháy rừng và biện pháp phòng chống cháy rừng thông Nghiên cứu về cháy rừng Quá trình phát sinh, phát triển cháy rừng gồm 3 yêu tố: vật liệu cháy, oxy và nguồn nhiệt. Trong đó VLC giữ vai trò cực kỳ quan trọng. Quy mô và mức độ lan tràn nhanh hay chậm quyết định ở khối lượng và độ ẩm của VLC. Nguồn VLC quyết định bởi đặc điểm của từng hệ sinh thái rừng. Hệ sinh thái rừng thông, ngoài thông chiếm ưu thế, dưới chúng còn nhiều loài cây bụi thảm tươi. Về mùa mưa rừng thông thường xanh tốt. Về mùa khô cây rừng rụng lá và tỉa cành, tầng thảm tươi cây bụi thường vàng úa khô héo. Vào các tháng mùa khô số ngày khô hạn liên tục càng lớn thì khối lượng VLC trong rừng càng gia tăng nhanh. Do sản phẩm rơi rụng của rừng thông và cả bản thân cây thông còn sống chứa nhiều dầu, cây đổ bị chết khô, cây chết đứng, cành rơi lá rụng, hoa quả rụng, vỏ cây, rễ cây, lớp cỏ thảm tươi cây bụi… đã bị chết khô tạo ra nguồn vật liệu rừng ở mặt đất và trong không gian rất lớn, dễ bắt lửa (Bế Minh Châu, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 6 2001; Phạm Ngọc Hưng, 1998). Ở rừng thông có 2 tầng VLC nên thường xuất hiện 2 loại cháy Nghiên cứu về vật liệu cháy ở rừng thông Vật liệu cháy theo nghĩa rộng là tất cả vật chất hữu cơ ở trong rừng có thể bắt lửa và bốc cháy bao gồm: thảm mục, cành lá, hoa quả rơi rụng, cỏ, cây bụi thảm tươi, rễ cây, vỏ cây, nhựa cây, gốc cây cây chết đứng, cây bị chết khô, than bùn …. phân bố trong đất hay trên mặt đất (Phạm Ngọc Hưng, 1988; Bế Minh Châu, 2001). Vật liệu cháy là một trong 3 yếu tố quan trọng quyết định sự hình thành và phát triển của một đám cháy (VLC, oxy, nguồn nhiệt). Nếu VLC càng nhiều, độ ẩm của VLC càng thấp khả năng bắt lửa càng nhanh, mức độ quy mô đám cháy càng lớn thì tác hại cháy rừng càng nghiêm trọng. Nếu khối lượng VLC trong rừng chỉ kể những phần thực vật đã bọ khô nỏ thì chúng luôn biến động theo không gian và thời gian. Về không gian được quy định bởi vĩ độ, địa lý, địa hình và các yếu tố sinh thái kèm theo như (đất đai khí hậu…). Về thời gian phụ thuộc vào tuổi các lâm phần thông và mùa vụ trong năm. Tuổi cây càng cao thì tỷ lệ chất khô càng nhiều (Nguyễn Văn Trương, 1983; Nguyễn Văn Viễn, 1982). Theo nghiên cứu của Phạm Ngọc Hưng (1988) phân chia vật liệu cháy ở rừng thông nhựa như sau: Vật liệu cháy ở rừng thông non: Rừng thông non là rừng trồng từ 1-7 tuổi, đặc điểm giai đoạn thông non rừng chưa khép tán ánh sáng nhiều nên các loại cây dưới tán rừng chịu chua, hạn mọc rất nhanh: như Ràng ràng; sim, mua, lau, chít, chè vè, cỏ tranh… Lớp thảm tươi có độ cao 0,8-1,2 m. Mùa Xuân và mùa hè mưa nhiều mọc rất xanh tốt. Sang các tháng mùa khô hanh (tháng 10 đến tháng 3 năm sau) lượng mưa rất thấp, lượng bốc hơi nước cao đây là thời kỳ khô hạn kéo dài. Cả lớp thảm tươi bị khô héo và chết vàng úa tạo lên nguồn VLC rừng mặt đất lớn và dễ bắt cháy. Cây thông giai đoạn này còn non yếu, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 7 thấp nên khi xuất hiện cháy thường cả khu rừng thường bị chết từ 70-100% (Phạm Ngọc Hưng, 1982). Vật liệu cháy ở rừng thông trung niên: Đây là giai đoạn rừng khép tán có tuổi từ 8-15 tuổi rừng đã được chặt tỉa thưa, loại trừ cây cong keo, sâu bệnh, cây thông cũng bắt đầu tự tỉa thưa đào thải các cành khô lá rụng (Phùng Ngọc Lan, 1985; Phạm Ngọc Hưng, 1982). Do tán rừng thưa ánh sáng vẫn lọt nhiều nên tầng cây bụi dưới tán rừng vẫn còn rậm rạp. Về mua khô tầng cây cỏ, cây bụi cao 0,8-1,2 m gồm: Ràng ràng, guột, tế, sim, mua… bị khô héo chết đi cùng với cành khô lá rụng tạo ra lớp VLCR trên mặt đất gấp 1-1,5 lần so với giai đoạn rừng non. Cây rừng lại cao hơn nên khi cháy mặt đất, thân cây thông thường bị cháy xém ở độ cao 3-4m, một phần tán lá bị cháy táp, bình quân 30% số cây bị chết. Vật liệu cháy ở rừng thông thành thục: Loại rừng thông này có tuổi từ 16 trở đi chiều cao trung bình 12m, đường kính trung bình khoảng 25 cm, lớp thảm tươi gồm ràng ràng, sim, mua, cỏ dại cao 0,6-1,0 m. Giai đoạn này cây tự tỉa thưa cành, lá nhiều hơn, VLCR ở giai đoạn này nhiều hơn giai đoạn rừng non và rừng trung niên. Tác động của lửa rừng khi xuất hiện cháy trên mặt đất cây thường bị cháy táp, cây rừng bị cháy xém cả lớp vỏ khô ở ngoài nên chưa chết hẳn. Nhưng nó gây tác hại lớn đến sản lượng, sinh trưởng và phát triển của cây vài năm sau rừng thông mới phục hồi được. Về khả năng và mức độ bắt lửa của VLC ở 3 loại rừng cũng rất khác nhau. Vật liệu cháy ở rừng thông non nhiệt độ bắt lửa từ 70-800C, nhiệt độ tự bốc cháy 330-3500C. Vật liệu cháy ở rừng thông trung niên nhiệt độ bắt cháy 100-1200C, nhiệt độ tự bốc cháy 3970C. Rừng thành thục nhiệt độ bắt cháy từ 80-880C, nhiệt độ tự bốc cháy 338-4000C. Tốc độ cháy ở vật liệu rừng non bắt lửa và lan tràn nhanh gấp 2-3 lần ở vật liệu rừng trung niên và gấp 4 lần vật liệu cháy ở rừng thành thục. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 8 Độ ẩm liên quan đến cháy rừng. Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện khí tượng đến độ ẩm và khả năng cháy của vật liệu dưới rừng thông góp phần hoàn thiện phương pháp dự báo cháy rừng tại một số vùng trọng điểm thông ở Miền Bắc Việt Nam. Tác giả đã tiến hành thí nghiệm đốt thử trong điều kiện phòng thí nghiệm với 2 loại nguồn lửa khác nhau là than gỗ và diêm với các mức độ ẩm VLC khác nhau. Các điều kiện ngoại cảnh khác như tốc độ gió, nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ dốc… được khống chế và bảo đảm đồng nhất trong quá trình thí nghiệm. Với nguồn lửa là than gỗ, nếu VLC có độ ẩm khoảng 20,5% tương ứng với độ ẩm tương đối 17% thì vật liệu xung quanh nguồn lửa chỉ bị xém đen rồi tắt mà không có khả năng hình thành ngọn lửa. Ở độ ẩm tuyệt đối 17% tương ứng với độ ẩm tương đối 15%, sau 48 phút 20 giây sẽ xuất hiện ngọn lửa nhỏ nhưng vật liệu không cháy hết. Khi vật liệu có độ ẩm 11% (độ ẩm tương đối 10%), ngọn lửa xuất hiện sau 35 phút, cháy hết vật liệu trong 3 phút 15 giây. Với nguồn lửa là diêm: Độ ẩm tuyệt đối 45% tương ứng với độ ẩm tương đối 31,03% vật liệu có bắt cháy nhưng ngọn lửa yếu, không ổn định và còn dư lại một phần vật liệu không cháy hết, khi độ ẩm 47% vật liệu không có khả năng bắt cháy (Bế Minh Châu, 2001). Độ ẩm là nhân tố gây ảnh hưởng tích cực hoặc tiêu cực đến quá trình phát sinh cháy rừng và quy mô đám cháy. Độ ẩm không khí càng cao thì vật liệu cháy càng ẩm, khó xảy ra cháy; ngược lại, độ ẩm thấp vật liệu cháy khô dẫn tới dễ xảy ra cháy rừng và cháy lớn. Để có biện pháp phòng ngừa và dự báo phòng cháy rừng cụ thể, độ ẩm được chia làm 3 loại sau: * Độ ẩm không khí: Nhìn chung độ ẩm không khí ở các vùng rừng núi cao hơn nhiều so với bên ngoài. Nguyên nhân là do sự thoát hơi nước của thực vật trong quá trình hoạt động sinh lý. Mặt khác, do đất rừng luôn ẩm ướt, quá trình bốc hơi vật lý thường xuyên xảy ra cung cấp độ ẩm cho lớp không khí ở bên trên nó. Ngoài ra ở trong rừng tính từ giới hạn mặt đất rừng cho tới ngọn tán cây, do mật độ cây dày, cành lá rậm rạp làm cho dòng khí khó lọt từ bên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 9 ngoài vào rừng dẫn đến khả năng vận chuyển độ ẩm từ rừng ra bên ngoài chậm làm cho độ ẩm không khí trong rừng cao hơn bên ngoài rừng. * Độ ẩm vật liệu cháy: Độ ẩm của vật liệu cháy có liên quan tới khả năng bén lửa, nói chung độ ẩm càng thấp khả năng bén lửa càng cao và ngược lại. Nó liên quan tới độ ẩm của không khí theo quan hệ tỉ lệ thuận. Mặt khác, độ ẩm vật liệu cháy còn phụ thuộc vào lượng mưa. Mưa càng lâu, càng lớn thì độ ẩm vật liệu cháy càng cao và thời gian ẩm ướt càng kéo dài. Khí hậu ở Việt Nam với đặc thù là mưa theo mùa, làm cho độ ẩm vật liệu cháy cũng biến đổi theo mùa. Tính chất này cũng phần nào quyết định mùa cháy rừng ở Việt Nam, thường mùa cháy là mùa khô. Tuy nhiên trong mùa mưa, nếu có kỳ ít mưa, nắng, nóng kéo dài, vật liệu cháy sẽ bị khô rất nhanh và đạt tới độ bén lửa cao, chính trong khoảng thời gian này cháy rừng rất dễ xảy ra. Điều này cũng giải thích vì sao ở các vùng rừng núi nước ta cháy rừng lại có thể xuất hiện bất kỳ thời gian nào trong năm, nhưng cháy rừng về mùa khô vẫn là chủ yếu và chiếm tỷ lệ cao. * Độ ẩm của đất: Lượng nước tạo thành độ ẩm của đất trong rừng bao gồm: nước mưa đọng trên mặt đất rừng; lượng nước thực tại trong tầng đất mặt và nước ngầm thường xuyên duy trì và làm ẩm mặt đất rừng bằng hiện tượng mao dẫn ( mực nước ngầm thường xuyên biến động theo mùa, về mùa khô thường nằm sâu hơn so với mùa mưa, còn ở địa hình đồi núi cao mực nước ngầm ít có ảnh hưởng tới độ ẩm của lớp bề mặt) 14 Nhìn chung độ ẩm đất rừng tương đối cao hơn so với bên ngoài và phụ thuộc nhiều vào các đặc điểm của cấu trúc rừng bao gồm: mật độ cây rừng, loài cây, tính chất đất rừng, địa hình, hướng phơi... Nước trong đất rừng thường xuyên bốc hơi làm tăng độ ẩm không khí trong rừng, thời gian ẩm kéo dài thì khả năng bắt lửa của vật liệu cháy giảm đi. Nói chung, với độ ẩm của đất rừng thích hợp, dưới tác dụng của nhiệt độ không khí và nhiệt độ đất, vi sinh vật hoạt động thuận lợi, đẩy nhanh quá trình phân giải vật liệu cháy phân bổ trên mặt đất, kể cả quá trình khoáng hoá các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn