Sự giữ nước trên lưu vực

68 Ch­¬ng 3 Sù gi÷ n­íc trªn l­u vùc 3.1 Giíi thiÖu vµ ®Þnh nghÜa Khi gi¸ng thñy r¬i xuèng bÒ mÆt cã thùc vËt, chØ cã mét phÇn cã thÓ r¬i tíi ®­îc bÒ mÆt ®Êt phÝa d­íi. Mét phÇn cña l­îng m­a cã thÓ bÞ chÆn l¹i bëi l¸ vµ th©n cña th¶m thùc vËt vµ ®­îc chøa t¹m thêi trªn bÒ mÆt cña chóng. Mét Ýt hoÆc tÊt c¶ l­îng n­íc nµy cã thÓ bay h¬i l¹i vµo trong khÝ quyÓn vµ do ®ã kh«ng tham gia vµo c¸c thµnh phÇn cña vßng tuÇn hoµn thñy v¨n. Qu¸ tr×nh nµy ®­îc ®Æt tªn lµ tæn thÊt do bÞ gi÷ l¹i (interception loss). L­îng n­íc cßn l¹i tíi ®­îc bÒ mÆt ®Êt t¹o thµnh l­îng m­a thùc (net rainfall) (H×nh 3.1). PhÇn chñ yÕu cña l­îng m­a nµy bao gåm l­îng m­a xuyªn qua ®­îc gåm nh÷ng nh÷ng giät m­a r¬i xuyªn qua kho¶ng trèng cña t¸n c©y vµ n­íc nhá xuèng tõ nh÷ng l¸, cµnh vµ th©n c©y ­ít xuèng mÆt ®Êt; mét l­îng n­íc th­êng th­êng nhá h¬n rÊt nhiÒu ch¶y thµnh dßng nhá däc c¸c cµnh vµ nh¸nh c©y råi theo th©n c©y xuèng mÆt ®Êt gäi lµ dßng ch¶y ch¶y theo cµnh c©y (stemflow). Mét khu rõng cã thÓ cã líp phñ c©y bôi mµ b¶n th©n nã còng cã sù chÆn n­íc vµ nh÷ng thµnh phÇn stemflow. Mét líp cña ®èng r¸c l¸ trªn mÆt ®Êt còng cã thÓ chÆn l¹i mét Ýt n­íc. Qu¸ tr×nh gi÷ n­íc rÊt quan träng do mét sè nguyªn nh©n sau. Thø nhÊt, l­îng m­a thùc bªn d­íi t¸n c©y th­êng nhá h¬n l­îng m­a tæng céng (gross rainfall) r¬i xuèng phÇn trªn cña t¸n c©y. Trong mét sè tr­êng hîp, tæn thÊt do sù gi÷ n­íc cã thÓ kh¸ lín vµ cã ¶nh h­ëng ®¸ng kÓ ®Õn c©n b»ng n­íc. Thø hai, v× lµ kÕt qu¶ cña sù ®i qua t¸n l¸ c©y nªn sù biÕn thiªn theo kh«ng gian cña l­îng m­a thùc lín h¬n nhiÒu so víi l­îng m­a tæng céng. L­îng m­a xuyªn qua ®­îc vµ n­íc ch¶y nhá giät ®­îc tÝch tô ë c¸c r×a cña c¸c t¸n c©y, trong lóc ®­îc tÝch tô l¹i nh÷ng giät n­íc s¸t víi th©n c©y vµ dßng ch¶y theo cµnh c©y th­êng ®­a ®Õn nh÷ng gi¸ trÞ lín cña sù thÊm vµ sù bæ sung ®é Èm cho ®Êt vµ thËm chÝ sù khëi ®Çu cña nh÷ng dßng ch¶y vµ l¹ch nhá trªn bÒ mÆt. Thø ba, sù di chuyÓn cña l­îng m­a qua t¸n l¸ cña thùc vËt cã thÓ lµm t¨ng sù biÕn ®æi kÝch th­íc c¸c giät n­íc. §iÒu nµy cã thÓ liªn quan tíi sù xãi mßn ®Êt vµ dÉn ®Õn nh÷ng thay ®æi ®¸ng kÓ cña thµnh phÇn hãa häc cña n­íc (xem ch­¬ng 8). Sù gi÷ n­íc ®­îc tr×nh bµy trong mét ch­¬ng riªng biÖt víi ch­¬ng bèc h¬i (ch­¬ng 4) tuy chóng cã cïng b¶n chÊt vËt lý, tæn thÊt do chÆn n­íc chØ cã thÓ xuÊt hiÖn khi t¸n cña th¶m thùc vËt bÞ Èm ­ít. L­îng gi÷ nµy phô thuéc nhiÒu vµo nh÷ng biÕn ®æi cña l­îng m­a h¹n ng¾n vµ thêi ®o¹n cña m­a c¸ biÖt vµ kho¶ng thêi gian kh« h¹n gi÷a c¸c trËn m­a. 3.2 Sù chÆn n­íc vµ c©n b»ng n­íc Do nh÷ng tiÕn triÓn gÇn ®©y trong hiÓu biÕt cña chóng ta vÒ nh÷ng c¬ chÕ kiÓm so¸t bèc h¬i vµ tho¸t h¬i tõ thùc vËt mµ vai trß cña sù chÆn n­íc trong c©n b»ng 69 n­íc cña nh÷ng l­u vùc ®· t­¬ng ®èi s¸ng tá. Trong rÊt nhiÒu n¨m ®· cã hai quan ®iÓm tr¸i ng­îc. Mét quan ®iÓm cho r»ng tæn thÊt do sù chÆn n­íc kh«ng cã ¶nh h­ëng thùc tÕ nµo ®Õn c¸n c©n n­íc cña l­u vùc trong khi quan ®iÓm kia cho r»ng nã lµm gi¶m nh÷ng gi¸ trÞ ®Çu vµo thùc vµ do ®ã sÏ lµm gi¶m bít sù bæ sung n­íc cho ®Êt vµ dßng s«ng. H×nh 3.1 Tæn thÊt do bÞ chÆn n­íc (l) ®­îc ®Þnh nghÜa lµ hiÖu sè gi÷a l­îng gi¸ng thñy tæng céng (P) vµ l­îng m­a thùc (N). L­îng m­a thùc ®­îc h×nh thµnh bëi l­îng m­a xuyªn qua ®­îc (T) vµ dßng ch¶y qua th©n vµ cµnh c©y (S). MÆc dï cã b»ng chøng ®¸ng kÓ chøng minh r»ng l­îng gi¸ng thñy thùc tÕ phÝa d­íi rõng c©y nhá h¬n nhiÒu so víi ë vïng ®Êt trèng (vÝ dô Horton, 1919) nh­ng nã còng kh«ng ch¾c ch¾n v× tæn thÊt n­íc do bÞ chÆn n­íc cho thÊy sù t¨ng râ rµng cña bèc h¬i. Mét ®iÒu cã thÓ g©y tranh luËn lµ tæn thÊt do chÆn n­íc ®­îc c©n b»ng bëi mét sù gi¶m t­¬ng øng cña l­îng n­íc mµ th¶m thùc vËt hót lªn (l­îng n­íc nµy sÏ ngõng l¹i khi t¸n l¸ ­ít). Trong tr­êng hîp ®ã, t¸c ®éng tæng céng lªn sù c©n b»ng n­íc sÏ ®­îc trung hßa hoÆc rÊt nhá cã thÓ bá qua. §Õn hiÖn t¹i mÆc dï tÇm quan träng cña sù chÆn n­íc ®· ®­îc nhËn thøc réng r·i h¬n rÊt nhiÒu nh­ng nã vÉn chØ ®­îc tr×nh bµy trong mét phÇn tham kh¶o ng¾n ngñi trong mét sè s¸ch vÒ thñy v¨n c«ng tr×nh gÇn ®©y (vÝ dô Shaw, 1994; Hornberger vµ c¸c céng sù, 1998). Tuy nhiªn, trong ch­¬ng nµy sÏ chØ ra sù quan träng cña sù chÆn n­íc ®èi víi thñy v¨n häc. Gi¶ thuyÕt nhÊn m¹nh r»ng tæn thÊt do sù chÆn n­íc vÒ c¬ b¶n cã thÓ bay h¬i trong bÊt kú thêi gian nµo b»ng chØ mét l­îng nhÊt ®Þnh n¨ng l­îng lµ cã thÓ thùc hiÖn ®­îc. N¨ng l­îng nµy hoÆc ®­îc sö dông ®Ó lµm bèc h¬i n­íc trong l¸ c©y (tho¸t h¬i) hoÆc ®Ó bèc h¬i n­íc trªn bÒ mÆt cña l¸ c©y (interception). Do ®ã, sù chÆn n­íc Ýt nhÊt mét phÇn ®­îc c©n b»ng bëi sù gi¶m l­îng tho¸t h¬i (sÏ xuÊt hiÖn nÕu trêi kh«ng m­a) (Rutter, 1968). Nh÷ng thÝ nghiÖm tr­íc ®©y trªn nh÷ng c©y th©n cá b»ng c¸ch sö dông thÈm kÕ c©n (McMillan vµ Burgy, 1960) cho thÊy kh«ng cã sù kh¸c biÖt gi÷a sù bèc h¬i cña t¸n l¸ ­ít vµ sù tho¸t h¬i cña cá kh«ng bÞ ­ít ®­îc cung cÊp mét l­îng n­íc thÝch hîp. Hä kÕt luËn r»ng tæn thÊt do sù gi÷ n­íc ®­îc c©n b»ng bëi mét sù gi¶m t­¬ng øng cña sù tho¸t h¬i. V× vËy tæn thÊt do sù gi÷ n­íc kh¸c sù bèc h¬i vµ kh«ng ph¶i lµ sù thªm vµo l­îng tho¸t h¬i vµ do ®ã sÏ cã Ýt (nÕu cã) ¶nh h­ëng ®Õn 70 c©n b»ng n­íc cña mét l­u vùc. Theo phÐp ngo¹i suy cã thÓ thÊy mét t×nh huèng t­¬ng tù x¶y ra ®èi víi nh÷ng khu rõng nh­ng qu¸ khã ®Ó cã thÓ x¸c minh b»ng thùc nghiÖm. Gi¶ thuyÕt vÒ ¶nh h­ëng trung gian nµy râ rµng ®· lµm t¨ng thªm sù tin t­ëng ®¸ng kÓ th«ng qua c¸c lËp luËn trªn vµ tµi liÖu ®­îc c«ng nhËn vÒ bèc h¬i bëi Penman. ¤ng lµ ng­êi ®· kh¼ng ®Þnh r»ng: “trong khi n¨ng l­îng ®ang ®­îc tiªu hao hÕt ®Ó lo¹i bá l­îng n­íc bÞ chÆn l¹i, th× l­îng n¨ng l­îng t­¬ng tù kh«ng thÓ ®­îc tiªu hao ®Ó lo¹i bá hÕt l­îng n­íc tho¸t h¬i” (Pennan, 1963). Tuy nhiªn, b»ng chøng cho thÊy ®©y kh«ng ph¶i lµ c©u tr¶ lêi hoµn thiÖn. Nh÷ng nghiªn cøu vÒ l­u vùc ë ch©u ¢u vµ n­íc Mü chØ ra r»ng rõng gi¶m dßng ch¶y s«ng tæng céng cã liªn quan ®Õn ®ång cá (Engler, 1919; Bates vµ Henry, 1928; Keller, 1988; Swank vµ Crossley, 1988). §iÒu nµy ®­îc gi¶i thÝch theo nhiÒu c¸ch kh¸c nhau nh­ lµ do nh÷ng sai sè cña thùc nghiÖm, hoÆc do rõng cã kh¶ n¨ng gi÷ l¹i l­îng n­íc lín h¬n tõ mÆt ®Êt h¬n lµ nh÷ng th¶m thùc vËt thÊp h¬n trong thêi gian ®Êt thiÕu n­íc. Mét b­íc tiÕn quyÕt ®Þnh trong nhËn thøc ®­îc ®­a ra bëi Law (1958) ë T©y B¾c n­íc Anh – ng­êi nghiªn cøu c©n b»ng n­íc cña mét thÈm kÕ nhá tù nhiªn ®­îc ®Æt trong rõng c©y v©n sam. Nh÷ng ®o ®¹c bao gåm c¶ l­îng m­a tæng céng vµ l­îng m­a thùc cïng víi sù tiªu n­íc. L­îng n­íc dïng hµng n¨m (m­a tæng trõ ®i l­îng n­íc tiªu ®i) lín h¬n 50% so víi l­îng n­íc dïng ghi l¹i ®­îc ë m¸y ®o ngÊm n­íc cã cá bao phñ hay ë l­u vùc cã cá bao phñ ë gÇn ®ã. H¬n n÷a l­îng n­íc mµ rõng sö dông d­êng nh­ lín h¬n ®¸ng kÓ so víi gi¸ trÞ n¨ng l­îng bøc x¹ thùc cã thÓ cung cÊp cho qu¸ tr×nh bèc h¬i. KÕt qu¶ nµy miªu t¶ sinh ®éng sù chÆn n­íc, kh«ng ph¶i gièng nh­ sù tho¸t h¬i mµ lµ gi¸ trÞ tæn thÊt thùc cña n­íc (sÏ ®­îc bæ sung cho ®Êt vµ n­íc ngÇm hoÆc cho dßng s«ng nÕu kh«ng cã sù chÆn n­íc). Nh÷ng c©u hái chñ yÕu cÇn ®­îc tr¶ lêi lµ qu¸ tr×nh bèc h¬i tõ bÒ mÆt Èm ­ít cña th¶m phñ thùc vËt cã thÓ x¶y ra víi mét tèc ®é lín h¬n ®¸ng kÓ so víi sù tho¸t h¬i tõ bÒ mÆt kh«ng bÞ ­ít hay kh«ng vµ qu¸ tr×nh bèc h¬i ®¸ng kÓ cña n­íc bÞ chÆn l¹i cã thÓ x¶y ra trong nh÷ng tr­êng hîp mµ tèc ®é tho¸t h¬i nhá kh«ng ®¸ng kÓ hay kh«ng ch¼ng h¹n tõ th¶m thùc vËt chÕt bÞ ­ít vµ trong mïa ®«ng, ban ®ªm. Nh÷ng c©u tr¶ lêi kh¼ng ®Þnh cho c¸c c©u hái nµy yªu cÇu mét sù lý gi¶i vÒ nguån gèc cña n¨ng l­îng cho tæn thÊt bèc h¬i phô thªm vµo qu¸ tr×nh bèc h¬i. B»ng chøng tÝch lòy l¹i mét c¸ch nhanh chãng trong nh÷ng n¨m 60 (phÇn lín ë nh÷ng vïng cã rõng) nh»m ñng hé mét kÕt luËn lµ n­íc bÞ chÆn l¹i bèc h¬i nhanh h¬n nhiÒu so víi n­íc tho¸t h¬i vµ do ®ã phÇn lín tæn thÊt do sù chÆn n­íc lµ kÕt qu¶ cña mét tæn thÊt phô thªm trong c¸n c©n n­íc cña l­u vùc. Rutter (1963) ph¸t hiÖn ra r»ng tæn thÊt do bèc h¬i tõ nh÷ng cµnh c©y ­ít v­ît qu¸ tæn thÊt tõ nh÷ng cµnh c©y kh«ng bÞ ­ít chØ mÊt n­íc duy nhÊt qua qu¸ tr×nh tho¸t h¬i. Nh÷ng thÝ nghiÖm hiÖn thùc h¬n cña Rutter (1963; 1967), Patric (1966), Helvey (1967) vµ Leyton vµ nh÷ng ng­êi kh¸c, (1967) cho thÊy trong suèt thêi kú mïa ®«ng, tæn thÊt cña n­íc bÞ chÆn l¹i v­ît qu¸ ®¸ng kÓ tèc ®é tho¸t h¬i trong cïng nh÷ng ®iÒu kiÖn m«i tr­êng. Nh÷ng kÕt qu¶ cña c¸c nghiªn cøu cho c¸c l­u vùc nhá ®· cho thÊy sù t¨ng thªm ®¸ng kÓ l­îng n­íc lµ do sù lo¹i bá th¶m thùc vËt (Hewlett vµ Miner, 1961; Hibbert, 1967) vµ l­îng n­íc bÞ gi¶m ®i lµ do sù chuyÓn ®æi tõ rõng c©y l¸ réng sang rõng th«ng (Swank vµ Miner, 1968), phÇn lín lµ kÕt qu¶ cña nh÷ng ¶nh h­ëng cña sù chÆn n­íc. Sau ®ã mét sù kÕt hîp cña nh÷ng ph©n tÝch lý thuyÕt vµ sù thu thËp sè liÖu ®· 71 x¸c nhËn rÇng gi¸ng thñy bÞ chÆn l¹i bëi th¶m thùc vËt bèc h¬i víi tèc ®é lín h¬n sù tho¸t h¬i tõ cïng mét lo¹i th¶m thùc vËt trong cïng mét ®iÒu kiÖn (Murphy vµKnoerr, 1975) vµ sù chªnh lÖch cã thÓ kho¶ng 2-3 lÇn (Singh vµ Szeicz,1979) hoÆc b»ng 5 lÇn tèc ®é tho¸t h¬i (Stewart vµ Thom, 1973). Singh vµ Szeicz (1979) vµ Stewart (1977) ®· kÕt luËn: 68% cña sù chÆn n­íc d­íi ¸nh s¸ng ban ngµy lµ phÇn thªm vµo cho sù tho¸t h¬i (vÝ dô 32% cã thÓ ®­îc bï l¹i bëi sù tho¸t h¬i). Pearce vµ c¸c céng sù (1980) nhËn thÊy nÕu tÝnh to¸n tæn thÊt n­íc thªm vµo do sù tån t¹i cña sù bèc h¬i víi tèc ®é lín vµo ban ®ªm cña l­îng n­íc bÞ chÆn l¹i th× tæn thÊt n­íc bÞ chÆn l¹i thùc tÕ cã thÓ tíi 84% cña l­îng n­íc bÞ chÆn tæng céng. H¬n n÷a, theo nh÷ng quan tr¾c cña Pearce vµ c¸c céng sù (1980), tæn thÊt n­íc bÞ chÆn l¹i thùc tÕ sÏ t¨ng lªn khi tû lÖ cña thêi ®o¹n m­a ban ®ªm víi l­îng m­a t¨ng lªn. §iÒu nµy cã nghÜa lµ trong nhiÒu khu vùc cã l­îng m­a lín, ®Æc biÖt lµ nh÷ng vïng khÝ hËu h¶i d­¬ng - n¬i Ýt nhÊt 1/2 c¸c c¬n m­a cã thÓ xuÊt hiÖn vµo ban ®ªm, tÇm quan träng cña sù chÆn n­íc nh­ lµ mét tæn thÊt do bèc h¬i vµ c­êng ®é cña tæn thÊt thùc cã thÓ rÊt ®­îc ®Ò cao liªn quan ®Õn nh÷ng khu vùc mµ m­a bÞ chi phèi bëi nh÷ng ho¹t ®éng ®èi l­u ban ngµy. Trong nh÷ng ®iÒu kiÖn cô thÓ, nh÷ng nh©n tè kh¸c cã thÓ g©y ra nh÷ng tæn thÊt chÆn n­íc thùc ®­îc thªm vµo. VÝ dô: ë mét sè vïng, sù tho¸t h¬i cã thÓ bÞ giíi h¹n bëi hiÖu lùc cña sù gi÷ n­íc h¬n lµ n¨ng l­îng g©y bèc h¬i. Khi ®ã b»ng viÖc t¨ng l­îng n­íc s¾n cã, sù chÆn n­íc sÏ t¨ng tæn thÊt n­íc tæng céng cña l­u vùc. Sù bay h¬i cña n­íc bÞ chÆn l¹i bëi thùc vËt vµ bëi mét tÇng r¸c l¸ tÊt nhiªn sÏ t­¬ng øng víi tæn thÊt chÆn n­íc thùc (McMillan vµ Burgy, 1960), nh©n tè duy nhÊt liªn quan ®Õn tr­êng hîp nµy lµ kh¶ n¨ng tr÷ cña sù chÆn n­íc vµ sù rót hÕt cña nã th«ng qua qu¸ tr×nh bay h¬i. L­îng tr÷ cña tæn thÊt do chÆn n­íc ®· ®­îc Zinke (1967) ®¸nh gi¸ lµ gi÷ vai trß quan träng nhÊt trong viÖc t¸c ®éng ®Õn c©n b»ng n­íc cña l­u vùc. Sù lý gi¶i ®Çu tiªn/chñ yÕu cho tèc ®é bèc h¬i lín ë nh÷ng bÒ mÆt thùc vËt ­ít vµ ®Æc biÖt lµ tõ t¸n l¸ Èm ­ít cña c¸c khu rõng liªn quan tíi tÇm quan träng t­¬ng ®èi cña hai lùc c¶n chÝnh ë t¸n l¸ cña th¶m thùc vËt ®­îc ¸p ®Æt lªn dßng h¬i n­íc vµo trong khÝ quyÓn ë phÝa trªn. §iÒu nµy sÏ ®­îc th¶o luËn chi tiÕt h¬n trong ch­¬ng 4 trong mèi quan hÖ víi ph­¬ng tr×nh Penman-Monteith dïng ®Ó tÝnh to¸n bèc h¬i. Trong ph¹m vi nµy chóng ta cã kh¶ n¨ng nhËn thÊy søc c¶n bÒ mÆt lµ mét søc c¶n sinh lý, thùc vËt ®­îc ¸p ®Æt bëi chÝnh t¸n l¸ cña th¶m thùc vËt lªn qu¸ tr×nh di chuyÓn cña n­íc qua sù tho¸t h¬i vµ søc c¶n khÝ ®éng lùc lµ mét phÐp ®o cña søc c¶n ®­îc sinh ra do h¬i n­íc chuyÓn ®éng t¸ch khái bÒ mÆt th¶m thùc vËt ch¼ng h¹n bÒ mÆt bèc h¬i Èm ­ít ®i vµo líp khÝ quyÓn xung quanh. Trong nh÷ng ®iÒu kiÖn kh« h¹n, t¸n l¸ cña rõng cã cã søc c¶n bÒ mÆt lín h¬n kh«ng ®¸ng kÓ so víi cá vµ thùc vËt bËc thÊp h¬n, nh­ng khi bÒ mÆt cña thùc vËt Èm ­ít, søc c¶n nµy thùc tÕ ®­îc bá qua vµ gi¶m xuèng ®Õn 0 ®èi víi tÊt c¶ c¸c d¹ng thùc vËt (Calder, 1979). Søc c¶n khÝ ®éng lùc vÒ c¬ b¶n phô thuéc vµo ®é nh¸m cña bÒ mÆt th¶m thùc vËt (th­êng ë c©y cèi cã xu h­íng lín h¬n ®¸ng kÓ so víi cá). Søc c¶n ®èi víi dßng h¬i trong tr­êng hîp bÒ mÆt th¶m thùc vËt Èm ­ít nhá h¬n so víi bÒ mÆt kh« vµ t­¬ng ®èi thÊp trong tr­êng hîp rõng nÕu so s¸nh víi c©y th©n cá vµ c¸c thùc vËt thÊp kh¸c. Nh÷ng t¸n l¸ nh¸m khÝ ®éng häc cña c¸c khu rõng t¹o nªn sù x¸o trén hiÖu qu¶ h¬n khÝ ®éng häc cña c¸c dßng khÝ mµ c¸c dßng khÝ nµy l¹i lµ nguyªn nh©n t¹o nªn c¬ chÕ vËn chuyÓn cã ¶nh h­ëng lín ®Õn h¬i n­íc. N¨ng l­îng thªm vµo ®Ó duy tr× tèc ®é cao cña tæn thÊt do bèc h¬i cã ¶nh 72 h­ëng lín cña søc c¶n khÝ ®éng häc ®èi víi th¶m thùc vËt Èm ­ít xem ra cã thÓ quy cho n¨ng l­îng b×nh l­u. N¨ng l­îng nµy liªn quan tíi chuyÓn ®éng theo ph­¬ng ngang cña n¨ng l­îng trong khÝ quyÓn (®èi lËp víi ®èi l­u – chuyÓn ®éng theo ph­¬ng th¼ng ®øng). Rutter (1967) chØ ra r»ng trong nh÷ng ®iÒu kiÖn t¸n l¸ Èm ­ít, tæn thÊt do bèc h¬i cã thÓ kh«ng bÞ kiÓm so¸t chñ yÕu bëi sù c©n b»ng bøc x¹ h¬n t¸n l¸ bÞ ­ít. Nã lµm nhiÖm vô nh­ mét c¸i bån tiÕp nhËn n¨ng l­îng b×nh l­u tõ kh«ng khÝ. Quan träng lµ «ng Rutter ®· nhËn thÊy khi n­íc bÞ chÆn l¹i bèc h¬i, t¸n l¸ l¹nh h¬n kh«ng khÝ ë xung quanh vµ gradient nhiÖt ®é ®­îc sinh ra ®ñ ®Ó sinh ra dßng nhiÖt cung cÊp cho n¨ng l­îng thiÕu hôt. Gi¶ thuyÕt nµy sau ®ã ®­îc cñng cè bëi mét sè c¸c nghiªn cøu chñ yÕu vÒ khu vùc cã rõng (vÝ dô Stewart vµ Thom, 1973; Thom vµ Oliver, 1977), ®· th¶o luËn kü l­ìng ®Õn mét møc nhÊt ®Þnh mµ hiÖn nay chóng ta nhËn thøc ®­îc r»ng n¨ng l­îng ®èi l­u cã thÓ b¾t nguån tõ hoÆc lµ l­îng nhiÖt trong kh«ng khÝ ®i qua t¸n l¸ thùc vËt (Stewart, 1977; Singh vµ Szeicz, 1979) hoÆc lµ tõ l­îng nhiÖt ®­îc tr÷ trong chÝnh t¸n l¸ vµ th¶m thùc vËt (Moore, 1976). Stewart (1977) ®· quan tr¾c gradient ©m cña nhiÖt ®é vµ gradient d­¬ng cña h¬i n­íc trong nh÷ng ®iÒu kiÖn Èm ­ít cña t¸n l¸. Tõ nh÷ng quan tr¾c nµy «ng cã thÓ ®o ®¹c ®­îc bèc h¬i víi b­íc thêi gian 20 phót vµ nhËn thÊy 70% cña nh÷ng thêi gian nµy sù bèc h¬i v­ît qu¸ bøc x¹ thùc, n¨ng l­îng thªm vµo ®­îc b¾t nguån tõ kh«ng khÝ ®i qua bÇu trêi. Nh÷ng b»ng chøng thªm n÷a vÒ vai trß cña n¨ng l­îng b×nh l­u vµ n¨ng l­îng dù tr÷ trong viÖc ®Èy m¹nh sù bèc h¬i cña t¸n c©y Èm ­ít ®­îc ®­a ra bëi Pearce vµ nh÷ng ng­êi kh¸c (1980) (ng­êi cñng cè/x¸c nhËn dÊu hiÖu cña tèc ®é bay h¬i nhanh vµo ban ®ªm khi kh«ng cã nguån n¨ng l­îng nµo kh¸c). VÒ viÖc nµy, cÇn chó ý r»ng nh÷ng nghiªn cøu cña Singh vµ Szeicz (1979) vµ Stewart (1977) ®­îc tiÕn hµnh trong nh÷ng khu vùc rõng t­¬ng ®èi nhá bao quanh bëi ®Êt n«ng nghiÖp – n¬i mµ b×nh l­u quy m« lín cña n¨ng l­îng d­ thõa cã thÓ x¶y ra. Tuy nhiªn, cã thÓ trong tr­êng hîp nh÷ng khu rõng rÊt réng lín vÝ dô nh­ th¶m phñ thùc vËt cña Canada hoÆc l­u vùc Amazon - nh÷ng n¬i rõng tr¶i dµi hµng tr¨m km, Ýt n¨ng l­îng d­ thõa h¬n cã thÓ cã khi khu vùc réng lín nh­ vËy bÞ Èm ­ít. Tuy nhiªn khoanh vïng l¹i, t×nh tr¹ng ­ít do m­a d«ng sÏ vÉn cho phÐp gi¶i phãng nhiÖt nh¹y h¬n tõ nh÷ng vïng kh« vµ xóc tiÕn m¹nh qu¸ tr×nh bèc h¬i ë nh÷ng khu vùc ­ít. Sù m« pháng qu¸ tr×nh trao ®æi n¨ng l­îng gi÷a khÝ quyÓn vµ bÒ mÆt cña th¶m thùc vËt bëi Murphy vµ Knoerr (1975) cho thÊy trong nh÷ng ®iÒu kiÖn thÝch hîp, sù thay ®æi c¸n c©n bøc x¹ cã thÓ còng cã vai trß quan träng. Hä nhËn thÊy r»ng ¶nh h­ëng tæng hîp cña sù chÆn n­íc lªn c©n b»ng n¨ng l­îng cña mét khu vùc rõng lµ sù t¨ng lªn cña qu¸ tr×nh trao ®æi Èn nhiÖt ë sù tiªu hao bøc x¹ sãng dµi vµ trao ®æi nhiÖt nh¹y c¶m mµ sù t¨ng nhiÖt nµy biÕn ®æi theo ®é Èm t­¬ng ®èi vµ tèc ®é giã. KÕt qu¶ lµ hä ®­a ra kÕt luËn r»ng bèc h¬i t¨ng c­êng cña n­íc bÞ chÆn l¹i cã thÓ xuÊt hiÖn ë nh÷ng khu rõng cã quy m« lín n¬i b×nh l­u theo ph­¬ng ngang cã thÓ kh«ng ®¸ng kÓ. GÇn ®©y h¬n nh÷ng tiÕn bé trong m« pháng m­a vµ nh÷ng thiÕt bÞ ®o ®¹c kh¸c ®· cho phÐp tiÕn hµnh nh÷ng nghiªn cøu tØ mØ vÒ nh÷ng lo¹i kh¸c cña th¶m phñ thùc vËt bao gåm c©y th©n cá vµ c©y trång n«ng nghiÖp. Finney (1984) ®· nghiªn cøu tØ mØ nh÷ng ®­êng ®i cã thÓ cña nh÷ng h¹t m­a r¬i trªn c©y c¶i Bruxen, cñ c¶i ®­êng 73 vµ khoai t©y, tøc lµ chóng cã thÓ r¬i gi÷a c¸c l¸ c©y, ®Æc tÝnh cña chóng gi÷ nguyªn kh«ng ®æi. L­îng n­íc bÞ chÆn l¹i vµ chuyÓn thµnh dßng n­íc men theo l¸ vµ cµnh c©y. L­îng n­íc bÞ chÆn l¹i vµ kÕt hîp thµnh mét khèi, sau ®ã r¬i xuèng d­íi d¹ng nhá giät; hoÆc lµ bÞ chÆn l¹i vµ bÞ vì tan do va ch¹m víi th¶m thùc vËt vµ sau ®ã chuyÓn thµnh nh÷ng giät nhá h¬n gi÷a c¸c l¸ c©y. ¤ng nhËn thÊy khi thùc vËt tr­ëng thµnh vµ diÖn tÝch chÆn n­íc cña chóng t¨ng lªn th× l­îng n­íc xuyªn qua t¸n l¸ c©y sÏ gi¶m xuèng kÌm theo víi sù t¨ng lªn cña dßng n­íc theo cµnh c©y vµ dßng nhá giät tõ l¸ vµ sù gi¶m nhá cña hiÖn t­îng ®Êt bÞ ­ít ngo¹i trõ t¹i nh÷ng ®iÓm l¸ nhá giät xuèng. Nh÷ng thÝ nghiÖm m« pháng m­a víi c¸c bôi c©y th©n cá cho thÊy c¸ch mµ cÊu tróc cña c©y, víi d·y l¸ héi tô cña nã, trùc tiÕp chÆn n­íc m­a vÒ phÝa tËp trung bôi c©y vµ ®¸m cá. De Ploey (1982) ®· x¸c ®Þnh dßng ch¶y theo cµnh c©y cã thÓ ®ãng “…mét vai trß chÝnh trong qu¸ tr×nh h×nh thµnh dßng ch¶y trªn s­ên dèc víi th¶m thùc vËt gièng nh­ th¶o nguyªn. 3.3 §o ®¹c sù gi÷ n­íc Ph­¬ng ph¸p phæ biÕn nhÊt ®Ó ®o ®¹c tæn thÊt do chÆn n­íc (I) lµ tÝnh to¸n hiÖu sè gi÷a l­îng gi¸ng thñy phÝa trªn líp phñ thùc vËt (P) vµ l­îng gi¸ng thñy thùc phÝa d­íi t¸n l¸ cña chóng bao gåm l­îng m­a xuyªn qua ®­îc (T) vµ dßng ch¶y theo th©n c©y (S). Do ®ã: I = P – T – S (3.1) Do nh÷ng khã kh¨n trong viÖc l¾p ®Æt c¸c thiÕt bÞ phÝa d­íi t¸n l¸ cña thùc vËt, nªn ph­¬ng ph¸p nµy ®­îc sö dông nhiÒu ®èi víi rõng h¬n lµ nh÷ng líp phñ thÊp h¬n. L­îng m­a xuyªn qua ®­îc cã thÓ ®o ®¹c ®­îc b»ng viÖc sö dông m¸y ®o b»ng phÔu hoÆc b»ng r·nh ®­îc ®Æt bªn d­íi t¸n l¸ rõng vµ dßng ch¶y qua th©n vµ cµnh c©y cã thÓ ®­îc thu thËp b»ng nh÷ng m¸ng n­íc g¾n xung quanh chu vi cña th©n c©y dÉn vµo mét c¸i b×nh chøa. ThÕ lµ ®· cã mét sè r¾c rèi cã thÓ ph¸t sinh: Ng­êi ta ®· nhËn thÊy l­îng m­a xuyªn qua ®­îc phô thuéc vµo møc ®é t¸n l¸ bao phñ vµ chØ sè diÖn tÝch l¸ (leaf area index – LAI) tøc lµ diÖn tÝch bÒ mÆt cña l¸ c©y (chØ tÝnh mét mÆt)/ diÖn tÝch t¸n c©y nh« ra; c©y cèi lµ lo¹i rông l¸ hay kh«ng rông l¸; vµ sù b»ng ph¼ng cña bÒ mÆt l¸ c©y. H×nh d¹ng cña l¸ c©y vµ sù ®Þnh h­íng cã thÓ tËp trung l­îng m­a xuyªn qua ®­îc vµo nh÷ng ®iÓm ch¶y nhá giät. Stemflow cã thÓ bÞ chi phèi bëi h­íng cña cµnh c©y vµ ®é gå ghÒ cña vá c©y. Th«ng th­êng, gi¸ng thñy tæng céng ®­îc ®o ®¹c ë nh÷ng khu vùc trèng nh­ng ®«i khi ®iÒu nµy lµ kh«ng thÓ vµ cã thÓ cã nh÷ng vÊn ®Ò do c¸c ¶nh h­ëng cña ®é nh¸m khÝ ®éng lùc cña líp phñ thùc vËt ë phÇn thu nhËn cña vò kÕ trªn mùc t¸n c©y (xem môc 2.4.1). Thªm n÷a cã nh÷ng khã kh¨n trong viÖc lÊy mÉu bÞ chi phèi bëi sù biÕn ®æi rÊt lín theo kh«ng gian cña l­îng m­a xuyªn qua ®­îc vµ stemflow trong nh÷ng khu rõng nhiÖt ®íi (Jackson, 1975). Nh÷ng nghiªn cøu gÇn ®©y trong rõng rËm Amazon (Lloyd vµ Marques, 1988) ®· kh¸m ph¸ tÇm quan träng cña vÊn ®Ò lÊy mÉu do sù tËp trung côc bé ®¸ng kÓ cña l­îng n­íc xuyªn qua t¸n l¸ trong nh÷ng ®iÓm ch¶y nhá giät (H×nh 3.2). Nh÷ng ®¸nh gi¸ tr­íc ®©y vÒ tæn thÊt do chÆn n­íc cña c¸c khu rõng nhiÖt ®íi cã thÓ gÆp sai sè do kÕt qu¶ cña viÖc kh«ng lÊy ®ñ mÉu theo kh«ng gian (Bruijnzeel, 1990) bëi v× rÊt nhiÒu nh÷ng nghiªn cøu tr­íc ®· kh«ng hiÓu ®Çy ®ñ nh÷ng biÕn thiªn rÊt lín theo kh«ng gian cña n­íc m­a xuyªn qua t¸n l¸ 74 ®ßi hái ph¶i cã mét sè l­îng lín c¸c m¸y ®o ®­îc ®Æt t¹i nh÷ng ®Þa ®iÓm ngÉu nhiªn, ®­îc di chuyÓn th­êng xuyªn ®Ó cã ®­îc nh÷ng ®¸nh gi¸ chÝnh x¸c. H×nh 3.2 So s¸nh l­îng m­a xuyªn qua thu ®­îc cña mét m¹ng l­íi c¸c vò kÕ ®­îc thÓ hiÖn b»ng phÇn tr¨m cña l­îng m­a tæng céng cho (a) rõng m­a nhiÖt ®íi, (b) rõng «n ®íi (Lloyd vµ Marques, 1988). Dßng ch¶y theo th©n c©y cã thÓ ®­îc ®o ®¹c b»ng nh÷ng m¸ng n­íc dÎo g¾n xung quanh th©n c©y vµ dÉn n­íc vµo mét thiÕt bÞ chøa n­íc. MÆc dï cã nhiÒu nghiªn cøu tr­íc ®©y bá qua dßng ch¶y theo th©n c©y nh­ng hiÖn nay chóng ta ®· biÕt nã cã ý nghÜa cho nh÷ng loµi nhÊt ®Þnh, vµ nã ®Æc biÖt quan träng cho viÖc nghiªn cøu hãa häc n­íc do nång ®é chÊt tan cao cña nã. Cã mét sè b»ng chøng cho thÊy nÕu tuæi cña c©y t¨ng th× dßng ch¶y theo th©n c©y gi¶m nh­ mét phÇn cña l­îng m­a tæng céng (vÝ dô Johnson, 1990). KÕt qu¶ nµy phÇn nµo do vá cña c©y trë nªn nh¸m h¬n hoÆc ®­îc bao phñ bëi rªu vµ ®Þa y vµ phÇn nµo lµ do c¸c cµnh c©y giµ cçi h¬n cã xu h­íng Ýt dèc h¬n. Mét ph­¬ng ph¸p tháa ®¸ng h¬n trong viÖc ®o ®¹c l­îng m­a thùc lµ sö dông nh÷ng vò kÕ tÊm lín - lo¹i thu thËp c¶ l­îng m­a xuyªn qua ®­îc vµ dßng ch¶y theo th©n c©y (Calder vµ Rosier, 1976; Hall vµ Hopkins, 1997). ViÖc vËn hµnh mét vò kÕ tÊm lín dÔ dµng h¬n lµ vËn hµnh mét sè l­îng lín vò kÕ ®o l­îng m­a xuyªn qua ®­îc vµ dßng ch¶y theo th©n c©y. Nã còng cho mét gi¸ trÞ trung b×nh diÖn tÝch tin cËy vµ cã b»ng chøng r»ng nh÷ng ®Þa ®iÓm cã m­a xuyªn qua cao gÇn víi nh÷ng ®Þa ®iÓm cã m­a xuyªn qua thÊp vµ viÖc quan tr¾c nh÷ng ®Þa ®iÓm gÇn kÒ lµ mét lîi thÕ phô thªm (Calder, 1998). Tuy nhiªn, viÖc sö dông nh÷ng tÊm lín lµ kh«ng thÝch hîp ë 75 nh÷ng n¬i th«ng tin cÇn lµ sù biÕn thiªn theo kh«ng gian cña l­îng m­a thùc, nh­ trong tr­êng hîp nghiªn cøu sù bæ sung ®é Èm ®Êt, xãi mßn hoÆc chÊt l­îng n­íc. Trong khi chóng lµm viÖc hiÖu qu¶ víi nh÷ng khu rõng trång trÎ rËm r¹p, vò kÕ tÊm lín khã gi¶i quyÕt ®èi víi nh÷ng lo¹i rõng kh¸c; thÝ dô chóng kh«ng thÝch hîp ë nh÷ng n¬i th¶m thùc vËt rËm r¹p, hoÆc ë nh÷ng n¬i c©y cèi c¸ch xa nhau vµ c¸c tÊm ph¶i rÊt lín. H¬n n÷a, nÕu yªu cÇu ®o ®¹c trong mét thêi gian dµi, sù tån t¹i cña c¸c tÊm cã thÓ ¶nh h­ëng ®Õn t¸n l¸ c©y do viÖc c¾t ®øt nguån cung cÊp cña l­îng m­a thùc vµ r¸c r¬i xuèng mÆt ®Êt. Nh÷ng nghiªn cøu vÒ sù chÆn n­íc ®èi víi c©y th©n cá vµ nh÷ng th¶m thùc vËt bËc thÊp kh¸c cßn khã kh¨n h¬n nhiÒu mµ ®èi víi chóng nh÷ng kü thuËt kh¸c cã kh¶ n¨ng thùc hiÖn ®­îc. VÝ dô nh÷ng thÈm kÕ c©n nhá ®­îc sö dông ®Ó ®o ®¹c tæn thÊt do bèc h¬i tõ bÒ mÆt Èm ­ít trªn c©y th¹ch nam (Hall, 1985; 1987), nh­ng còng cÇn thËn träng ®Ó ng¨n chÆn nh÷ng giai ®o¹n cña tæn thÊt do tho¸t h¬i. Corbett vµ Crouse (1968) ®· ph¸t minh ra mét ph­¬ng ph¸p ®Ó ®o ®¹c tæn thÊt do chÆn n­íc ë cá b»ng viÖc chÌn vµo nh÷ng vßng ®Öm b»ng kim lo¹i cã ®­êng kÝnh 25 cm vµo trong ®Êt, ®Ó phñ phÝa trªn mÆt ®Êt sao cho ®Êt bªn trong vßng kim lo¹i cã thÓ ®ãng kÝn b»ng c¸ch phÕt vµo mét nhò t­¬ng mñ – lo¹i nµy kh«ng lµm ¶nh h­ëng ®Õn sù ph¸t triÓn cña cá. Mét èng dÉn ë bªn c¹nh cña mçi chiÕc vßng dÉn c¶ l­îng m­a xuyªn qua vµ dßng ch¶y theo th©n c©y ®Õn mét b×nh chøa. Nh÷ng h­íng tiÕp cËn c©n b»ng n­íc ®· ®­îc sö dông ®Ó ®o ®¹c gi¸n tiÕp ®é lín cña tæn thÊt do chÆn n­íc. Mét sè nghiªn cøu sö dông nh÷ng bån thu n­íc nhá ®Ó ®­a ra nh÷ng ®¸nh gi¸ quy m« lín vÒ tæn thÊt do chÆn n­íc. VÝ dô: Swank vµ Miner (1968) nhËn thÊy r»ng ¶nh h­ëng cña viÖc chuyÓn ®æi nh÷ng rõng c©y l¸ réng tr­ëng thµnh thµnh c©y th«ng tr¾ng ph­¬ng §«ng ë hai l­u vùc thùc nghiÖm ë phÝa Nam Appalachians lµ gi¶m dßng ch¶y s«ng gÇn 100 mm sau 10 n¨m. V× phÇn lín l­îng n­íc gi¶m x¶y ra trong mïa ®«ng, nªn nã ®­îc quy chñ yÕu lµ do tæn thÊt do chÆn n­íc ë c©y th«ng kh«ng rông l¸ lín h¬n c©y l¸ réng rông l¸. Sù t¨ng l­îng n­íc, còng cã thÓ phÇn lín do nh÷ng ¶nh h­ëng cña sù chÆn n­íc, ®­îc ®­a ra bëi Pillsbury vµ c¸c céng sù (1962) vµ bëi Hibbert (1971) sau khi chuyÓn ®æi tõ bôi c©y chaparan sang cá. Cuèi cïng, cã mét ph¹m vi c¸c c¸c h­íng nghiªn cøu ®Ó x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng tr÷ cña sù chÆn n­íc vµ nh÷ng thµnh phÇn riªng lÎ cña nã. C¸ch ®¬n gi¶n nhÊt lµ vÏ biÓu ®å l­îng m­a xuyªn qua ®­îc vµ l­îng m­a tæng céng (Leyton vµ c¸c céng sù, 1967), vµ l¾p mét vá bäc bªn trªn nh÷ng ®iÓm l­îng m­a xuyªn qua ®­îc. §­êng kÎ t¹o thµnh phÇn mÆt ph¼ng ©m bÞ ch¾n trªn trôc l­îng m­a xuyªn qua ®­îc thÓ hiÖn kh¶ n¨ng tr÷ cña t¸n l¸. Tuy nhiªn, sè liÖu th­êng cã sù ph©n bè lín do sù ph©n bè cña chu tr×nh Èm vµ kh« trong mçi trËn m­a còng nh­ sù thay ®æi lín cña c¸c ®iÒu kiÖn thùc nghiÖm. Vá bäc cã xu h­íng lµm cho c¸c kÕt qu¶ thiªn vÒ nh÷ng ®iÓm cã sai sè theo cïng mét h­íng. Thªm vµo ®ã cã tÝnh chÊt chñ quan trong viÖc lo¹i trõ nh÷ng c¬n d«ng/trËn b·o nhá nhÊt mµ v× nã cã t×nh tr¹ng Èm ­ít kh«ng hoµn toµn cña t¸n l¸. V× cã tæn thÊt do chÆn n­íc nªn nh÷ng ®o ®¹c vÒ l­îng tr÷ cña t¸n l¸ vµ kh¶ n¨ng tr÷ ®Òu ®­îc biÓu diÔn t­¬ng ®­¬ng ®é s©u (th­êng lµ mm) trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch ®Êt vµ kh«ng gièng víi ®é dÇy vËt lý cña líp mµng n­íc trªn t¸n l¸. B¶ng 3.1 Nh÷ng gi¸ trÞ ®Æc tr­ng cña kh¶ n¨ng chÆn n­íc m­a cña t¸n l¸ ®èi víi c¸c lo¹i th¶m thùc vËt kh¸c nhau, ®­îc biÓu diÔn b»ng chiÒu s©u n­íc t­¬ng ®­¬ng trªn khu vùc ph¸t triÓn cña th¶m thùc vËt (pháng theo sè liÖu cña Rutter vµ 76 c¸c céng sù, 1975; Shuttleworth, 1989; Zinke, 1967; Hall, 1985). Th¶m thùc vËt Kh¶ n¨ng tr÷ cña t¸n l¸ ‘S’ (mm) R¬i xuèng tù do ‘p’ (tû lÖ) L¸ kim: 1.05 0.25 1.5 0.25 1.7 0.05 1.2 0.09 C©y