Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, tốc độ đô thị hóa gia tăng nhanh chóng đã kéo theo tình trạng ô nhiễm môi trường đô thị nghiêm trọng, đặc biệt là chất lượng không khí. Theo các khảo sát môi trường, chỉ số chất lượng không khí (AQI) tại Việt Nam từ năm 2015 trở lại đây thường xuyên duy trì ở mức xấu, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe đường hô hấp và tim mạch của cư dân. Trước thực trạng này, việc phát triển và nâng cao chất lượng mảng xanh đô thị được xác định là giải pháp sinh thái có tính khả thi và hiệu quả cao nhằm điều hòa vi khí hậu, hấp thụ khói bụi, giảm tiếng ồn và điều tiết dòng chảy nước mưa.

Phần mềm I-Tree do Cục Lâm nghiệp Hoa Kỳ (USFS) phát triển từ tháng 8/2006 là bộ công cụ hỗ trợ định lượng và định giá các dịch vụ sinh thái của cây xanh như hấp thụ, lưu trữ cacbon, lọc các chất ô nhiễm và quản lý cấu trúc rừng đô thị. Tuy nhiên, tại Thành phố Hồ Chí Minh, việc ứng dụng công cụ này còn tương đối mới và các công viên lớn trên địa bàn vẫn chưa có đầy đủ nguồn dữ liệu định lượng cụ thể về dịch vụ môi trường. Do đó, khóa luận tốt nghiệp ngành Lâm học của tác giả Nguyễn Mạnh Kiên (Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM) thực hiện đề tài nhằm đánh giá hiện trạng thực tế và định lượng các giá trị bảo vệ môi trường của cây xanh công viên.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định như sau:

  1. Mục tiêu tổng quát: Đánh giá tình hình sinh trưởng của cây thân gỗ tại các công viên và ứng dụng phần mềm I-Tree Canopy để định lượng giá trị bảo vệ môi trường, từ đó đề xuất các giải pháp quản lý, chăm sóc và bảo dưỡng cây xanh phù hợp.
  2. Mục tiêu cụ thể:
    • Đánh giá tình hình sinh trưởng của cây thân gỗ theo các chỉ tiêu hình thái và phân cấp kỹ thuật.
    • Định lượng giá trị bảo vệ môi trường bao gồm khả năng lưu trữ cacbon, độ che phủ tán cây, hấp thụ bụi mịn và các chất khí độc hại.
    • Đề xuất các biện pháp kỹ thuật chăm sóc, bảo dưỡng phù hợp với hiện trạng cây trồng.
    • Thiết lập các bước xây dựng cơ sở dữ liệu thuộc tính để phục vụ công tác quản lý cây xanh bằng công nghệ GIS.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Toàn bộ cây thân gỗ trồng trong khuôn viên công viên và các chỉ tiêu lợi ích môi trường định lượng qua mô hình (độ che phủ, lưu trữ và hấp thụ cacbon, loại bỏ khí độc CO, NO2, O3, SO2 và bụi mịn PM2.5).
  • Phạm vi không gian: Khảo sát tại 3 công viên lớn thuộc khu vực trung tâm TP.HCM, bao gồm Công viên 23/9 (Quận 1, quy mô khoảng 8 ha), Công viên Lê Văn Tám (Quận 1, quy mô khoảng 8 ha) và Công viên Lê Thị Riêng (Quận 10, quy mô khoảng 8 ha).
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai thu thập số liệu và phân tích từ ngày 19/04/2023 đến ngày 19/08/2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của nghiên cứu dựa trên các khái niệm về lâm nghiệp đô thị (Urban Forestry) xuất phát từ Bắc Mỹ trong thập niên 1960, cùng các quan điểm quản lý hệ thống cây xanh đô thị hiện đại: quan điểm hệ thống xã hội - hệ sinh thái, quan điểm cây xanh là nguồn tài nguyên dùng chung có tính cạnh tranh, và quan điểm quản lý rừng đô thị bền vững.

Cơ sở pháp lý và quy chuẩn kỹ thuật áp dụng trong đề tài gồm:

  • Thông tư số 20/2005/TT-BXD ngày 20/12/2005 của Bộ Xây dựng: Hướng dẫn quản lý cây xanh đô thị, làm căn cứ phân loại cấp cây theo chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$) thành 3 nhóm (Cây loại 1: $H_{vn} \le 6\text{ m}$; Cây loại 2: $6\text{ m} < H_{vn} \le 12\text{ m}$; Cây loại 3: $H_{vn} > 12\text{ m}$) và theo đường kính ngang ngực ($D_{1.3}$) thành 5 cấp ($D_{10} \le 10\text{ cm}$; $10\text{ cm} < D_{20} \le 30\text{ cm}$; $30\text{ cm} < D_{40} \le 50\text{ cm}$; $50\text{ cm} < D_{60} \le 70\text{ cm}$; $D_{80} > 70\text{ cm}$).
  • Quyết định số 52/2013/QĐ-UBND của UBND TP.HCM: Ban hành danh mục cây cấm trồng trên đường phố và khu vực công cộng đô thị.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa điều tra thực địa và xử lý nội nghiệp:

  • Thu thập tài liệu và định danh: Sử dụng tài liệu chuyên ngành Thực vật rừng (Nguyễn Thường Hiền, 2005) và 500 loài cây thường dùng trong thiết kế cảnh quan (Đinh Quang Diệp, 2020) để định danh tên loài, tên khoa học và họ thực vật. Phương pháp tính toán thống kê áp dụng theo tài liệu Thống kê trong Lâm nghiệp (Nguyễn Minh Cảnh, 2009).
  • Điều tra thực địa: Tiến hành gắn mã số cố định cho từng cá thể cây gỗ. Đo chu vi thân cây tại vị trí 1,3 m ($C_{1.3}$) bằng thước dây để quy đổi ra đường kính ($D_{1.3} = C_{1.3} / 3{,}14$); đo chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$) và chiều cao dưới cành ($H_{dc}$) bằng thước đo cao Blume-Leiss kết hợp sào đo cao; đo đường kính tán ($D_{tan}$) theo hai hướng trực giao Đông - Tây và Nam - Bắc. Đánh giá phẩm chất cây theo 4 cấp hình thái: Loại A (Tốt), Loại B (Trung bình), Loại C (Xấu), Loại D (Rất xấu).
  • Xử lý nội nghiệp và mô hình hóa:
    • Ứng dụng công cụ I-Tree Canopy thuộc bộ phần mềm I-Tree (USFS) để giải đoán ảnh hàng không, rải ngẫu nhiên các điểm mẫu khảo sát trên không ảnh Google Earth nhằm phân loại các lớp phủ bề mặt (cây xanh, cỏ, đất, nước, bề mặt không thấm nước), tính toán sai số chuẩn (SE) và ước tính trữ lượng cacbon cũng như mức hấp thụ các chất khí ô nhiễm.
    • Phân tích biến động độ che phủ giữa thời điểm quá khứ (năm 2003) và hiện tại (năm 2023) thông qua tích hợp dữ liệu không ảnh lịch sử từ Google Earth Pro.
    • Sử dụng phần mềm MapInfo Pro 15.0 để xây dựng cơ sở dữ liệu GIS (gồm dữ liệu không gian và bảng dữ liệu thuộc tính 12 trường) nhằm phục vụ công tác truy vấn không gian, hỗ trợ quản lý kỹ thuật cây xanh đô thị.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mở đầu

Chương này trình bày tính cấp thiết của đề tài trong bối cảnh ô nhiễm không khí đô thị tại TP.HCM ngày càng gia tăng, xác định vai trò của mảng xanh công viên và giới thiệu sơ bộ về công cụ I-Tree. Tác giả nêu rõ mục tiêu tổng quát, 4 mục tiêu cụ thể, đối tượng nghiên cứu là cây thân gỗ cùng giới hạn các chỉ tiêu sinh thái tại 3 công viên trung tâm (23/9, Lê Văn Tám, Lê Thị Riêng) trong giai đoạn nghiên cứu năm 2023.

Chương 2: Tổng quan

Nội dung chương tổng hợp hệ thống cơ sở pháp lý, các định nghĩa chuyên ngành về cây xanh công viên, cây xanh đường phố, cây xanh trường học và bệnh viện. Tác giả phân tích các tiêu chuẩn lựa chọn cây xanh công viên (thân thẳng, gỗ dẻo dai, rễ cọc bám sâu, không tiết chất độc, tán gọn). Phần tổng quan tài liệu điểm lại các nghiên cứu lâm nghiệp đô thị trên thế giới (Singapore, Đan Mạch) và tại Việt Nam (chương trình quản lý CityWork tại Hải Phòng, chương trình trồng 1 triệu cây xanh của GreenViet, các ứng dụng I-Tree Eco tại Đà Nẵng). Chương này cũng giới thiệu chi tiết cấu trúc bộ công cụ I-Tree gồm 5 nhóm chương trình (Core Programs, Utilities, Partner Tools, Research Programs, Legacy Programs), cơ chế hoạt động của I-Tree Canopy, điều kiện tự nhiên - kinh tế - xã hội của TP.HCM và lịch sử hình thành của 3 công viên nghiên cứu.

Chương 3: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 3 trình bày chi tiết quy trình nghiên cứu gồm 4 nội dung chính. Phương pháp điều tra thực địa được chuẩn hóa qua biểu mẫu khảo sát thông tin thực vật (ghi nhận tọa độ X, Y, tên loài, họ, $D_{1.3}$, $H_{vn}$, $H_{dc}$, $D_{tan}$, cấp phẩm chất A-B-C-D). Quy trình nội nghiệp mô tả phương pháp phân cấp sinh trưởng theo Thông tư 20/2005/TT-BXD, các bước thiết lập ranh giới dạng Shapefile (*.shp) trên Google Earth, phân loại điểm ảnh ngẫu nhiên trên I-Tree Canopy để tính toán dịch vụ môi trường và các bước số hóa dữ liệu vào hệ thống GIS MapInfo Pro 15.0.

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Chương 4 cung cấp toàn bộ các kết quả điều tra và phân tích định lượng:

  • Thành phần loài thực vật: Tổng hợp được 35 loài cây gỗ thuộc 17 họ tại 3 công viên. Họ Đậu (Fabaceae) chiếm ưu thế lớn nhất về số loài. Có 9 loài cây xuất hiện đồng thời ở cả 3 công viên. Đáng chú ý, điều tra phát hiện 5 loài cây thuộc danh mục cây cấm trồng theo Quyết định số 52/2013/QĐ-UBND (gồm Bàng ta, Mít, Xà cừ, Mò cua, Điệp phèo heo). Ngoài ra, tác giả ghi nhận 28 loài cây tạo hình, cây cảnh thuộc 24 họ thực vật.
  • Hiện trạng số lượng cá thể: Tổng số cây thân gỗ điều tra được tại 3 công viên là 1.021 cây. Loài Lim xẹt (Peltophorum pterocarpum) chiếm tỷ lệ cao nhất toàn bộ khu vực nghiên cứu với 238 cây (đạt 23,3%).
  • Đặc trưng sinh trưởng hình thái:
    • Đường kính ngang ngực ($D_{1.3}$): Tại Công viên 23/9, $D_{1.3}$ trung bình đạt 23,0 cm (dao động từ 11,1 cm đến 64,0 cm); Công viên Lê Văn Tám có $D_{1.3}$ trung bình đạt 24,9 cm (dao động từ 12,1 cm đến 95,5 cm); Công viên Lê Thị Riêng có $D_{1.3}$ trung bình đạt 26,1 cm (dao động từ 7,0 cm đến 82,8 cm). Loài Me tây đạt $D_{1.3}$ lớn nhất (95,5 cm), loài Bằng lăng nước có $D_{1.3}$ nhỏ nhất (11,1 cm).
    • Chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$): Loài Xà cừ có $H_{vn}$ lớn nhất (19,0 m), loài Muồng hoàng yến có $H_{vn}$ nhỏ nhất (4,5 m). Phần lớn cây gỗ tại các công viên thuộc cấp chiều cao $H_2$ và $H_3$, đã phát huy đầy đủ tác dụng che bóng và cảnh quan.
  • Giá trị bảo vệ môi trường và độ che phủ: Kết quả tính toán từ mô hình I-Tree Canopy chỉ ra lượng hấp thụ cacbon tối đa đạt 13,79 tấn/năm và tổng lượng lưu trữ cacbon đạt 346,35 tấn, cùng với khả năng loại bỏ đáng kể các chất khí ô nhiễm (CO, NO2, O3, SO2) và bụi mịn PM2.5. So sánh ảnh lịch sử 2003 và 2023 cho thấy sự thay đổi rõ rệt của cấu trúc thảm phủ qua 20 năm phát triển đô thị.
  • Đề xuất kỹ thuật và CSDL: Đề xuất quy trình chăm sóc (cắt tỉa mé nhánh, hạ độ cao, tẩy chồi, xử lý sâu bệnh, xử lý cây lở loét thân, đa thân) và xây dựng CSDL MapInfo với 12 trường thuộc tính để phục vụ truy vấn và lọc dữ liệu cây xanh (như lọc danh sách cây phẩm chất B).
Chỉ tiêu khảo sát Công viên 23/9 Công viên Lê Văn Tám Công viên Lê Thị Riêng Tổng cộng / Toàn vùng
Tổng số cá thể cây gỗ ($N$) 258 cây 343 cây 420 cây 1.021 cây
Số lượng loài cây gỗ 15 loài 21 loài 24 loài 35 loài
Số lượng họ thực vật 9 họ 11 họ 14 họ 17 họ
Loài cây chiếm ưu thế nhất Lim xẹt (86 cây; 33,3%) Lim xẹt (136 cây; 39,7%) Bạch đàn (143 cây; 34,0%) Lim xẹt (238 cây; 23,3%)
Đường kính $D_{1.3}$ trung bình 23,0 cm 24,9 cm 26,1 cm > 20 cm
Biên độ dao động $D_{1.3}$ 11,1 – 64,0 cm 12,1 – 95,5 cm 7,0 – 82,8 cm 7,0 – 95,5 cm

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Chương tổng kết các phát hiện chính về thành phần loài, các chỉ số sinh trưởng và các giá trị môi trường định lượng được. Tác giả kiến nghị các đơn vị quản lý công viên tiếp tục rà soát thay thế các loài cây thuộc danh mục cấm trồng, áp dụng phần mềm MapInfo và I-Tree Canopy vào quản lý định kỳ để tối ưu hóa công tác duy tu cây xanh đô thị.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đạt được các kết quả cụ thể sau:

  • Thống kê toàn diện 1.021 cá thể cây gỗ thuộc 35 loài và 17 họ thực vật tại 3 công viên. Xác định Lim xẹt là loài cây chủ đạo tại Công viên 23/9 (33,3%) và Lê Văn Tám (39,7%), trong khi Bạch đàn chiếm ưu thế tại Công viên Lê Thị Riêng (34,0%). Ghi nhận sự hiện diện của 28 loài cây tạo hình cảnh quan thuộc 24 họ.
  • Đánh giá định lượng cấu trúc sinh trưởng: Đường kính $D_{1.3}$ trung bình ở cả 3 công viên đều trên 20 cm. Loài Me tây có đường kính lớn nhất đạt 95,5 cm; loài Xà cừ đạt chiều cao lớn nhất 19,0 m. Phần lớn cây xanh nằm ở cấp tuổi trung niên và thành thục, phát huy hiệu quả che bóng tốt.
  • Định lượng dịch vụ hệ sinh thái bằng I-Tree Canopy: Cung cấp số liệu định lượng về khả năng lưu trữ cacbon (đạt 346,35 tấn), lượng hấp thụ cacbon hàng năm (lớn nhất 13,79 tấn/năm) cùng năng lực loại bỏ bụi mịn PM2.5 và các khí độc hại (CO, NO2, O3, SO2).
  • Phát hiện bất cập trong cơ cấu loài: Nhận diện 5 loài cây gỗ nằm trong danh mục cấm trồng theo Quyết định số 52/2013/QĐ-UBND (Bàng ta, Mít, Xà cừ, Mò cua, Điệp phèo heo), cung cấp cơ sở để cơ quan quản lý lập kế hoạch thay thế dần.
  • Đề xuất giải pháp quản lý kỹ thuật: Xây dựng quy trình kỹ thuật chăm sóc, cắt tỉa cành nhánh nguy hiểm, phòng trừ sâu bệnh hại thân cây, và thiết lập cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS gồm 12 trường thuộc tính trên phần mềm MapInfo Pro 15.0 để tự động hóa việc theo dõi tình trạng cây.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận chỉ ra một số hạn chế kỹ thuật trong quá trình thực hiện:

  • Độ chính xác của việc giải đoán ảnh trong I-Tree Canopy phụ thuộc vào chất lượng phân giải không gian của ảnh vệ tinh trên Google Earth Pro; tại một số vị trí có độ phân giải kém hoặc mây che phủ, việc nhận diện phân loại lớp phủ gặp khó khăn.
  • Nghiên cứu chỉ giới hạn điều tra trên 3 công viên trung tâm tại TP.HCM trong khoảng thời gian 4 tháng, chưa bao quát toàn bộ hệ thống công viên và cây xanh đường phố trên toàn địa bàn thành phố.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được gợi mở:

  • Mở rộng phạm vi ứng dụng I-Tree Eco kết hợp khảo sát đo đếm chi tiết tán lá để lượng hóa sâu hơn các giá trị kinh tế của dịch vụ sinh thái cho toàn bộ hệ thống rừng đô thị TP.HCM.
  • Xây dựng các kịch bản mô phỏng sinh trưởng giả định nhằm lựa chọn tập đoàn loài cây tối ưu cho các dự án quy hoạch công viên mới.

Giá trị tham khảo

Tài liệu này là nguồn tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên, học viên cao học và nhà nghiên cứu thuộc các ngành Lâm học, Lâm nghiệp đô thị, Quản lý tài nguyên rừng, Kiến trúc cảnh quan và Khoa học môi trường.
  • Các cơ quan quản lý công viên cây xanh, Trung tâm Quản lý Hạ tầng kỹ thuật (thuộc Sở Xây dựng) và các công ty công viên cây xanh đô thị trong việc áp dụng mô hình I-Tree Canopy và GIS MapInfo vào số hóa quản lý cây xanh thực tế.
  • Các phần đáng tham khảo nhất gồm: Phương pháp đo đếm phân cấp kỹ thuật theo Thông tư 20/2005/TT-BXD, quy trình chuẩn hóa dữ liệu viễn thám trên I-Tree Canopy và cấu trúc thiết lập 12 trường thuộc tính CSDL cây xanh trên MapInfo.

Câu hỏi thường gặp

1. Nghiên cứu đã khảo sát bao nhiêu cá thể cây gỗ và loài cây nào chiếm tỷ lệ lớn nhất?
Nghiên cứu đã điều tra chi tiết 1.021 cá thể cây thân gỗ thuộc 35 loài tại 3 công viên. Loài Lim xẹt (Peltophorum pterocarpum) chiếm số lượng nhiều nhất với 238 cây, tương ứng 23,3% tổng số cây khảo sát.

2. Khóa luận phát hiện những loài cây nào nằm trong danh mục cấm trồng theo quy định của TP.HCM?
Dựa trên Quyết định số 52/2013/QĐ-UBND của UBND TP.HCM, tác giả phát hiện 5 loài cây thuộc danh mục cấm trồng tại các công viên gồm: Mò cua, Điệp phèo heo, Bàng ta, Mít và Xà cừ do các đặc tính rễ phá hủy công trình hoặc hoa, quả ảnh hưởng vệ sinh và an toàn.

3. Kích thước đường kính và chiều cao lớn nhất của cây gỗ ghi nhận được là bao nhiêu?
Đường kính ngang ngực ($D_{1.3}$) lớn nhất thuộc về loài Me tây (Samanea saman) với 95,5 cm tại Công viên Lê Văn Tám. Chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$) lớn nhất thuộc về loài Xà cừ (Khaya senegalensis) với 19,0 m.

4. Mô hình I-Tree Canopy đã định lượng được những giá trị bảo vệ môi trường cụ thể nào?
Mô hình đã định lượng được tổng lượng lưu trữ cacbon đạt 346,35 tấn, mức hấp thụ cacbon đạt cao nhất 13,79 tấn/năm, đồng thời ước tính khối lượng loại bỏ bụi mịn PM2.5 và các chất khí ô nhiễm không khí gồm CO, NO2, O3 và SO2.

5. Hệ thống cơ sở dữ liệu GIS phục vụ quản lý cây xanh trong khóa luận được xây dựng như thế nào?
Tác giả nhập số liệu điều tra vào bảng tính Excel, sau đó chuyển đổi sang phần mềm MapInfo Pro 15.0 để thiết lập CSDL không gian và thuộc tính gồm 12 trường thông tin chi tiết, cho phép thực hiện các lệnh truy vấn không gian (Query) phục vụ quản lý và phân loại cây theo phẩm chất.

Kết luận

Khóa luận của tác giả Nguyễn Mạnh Kiên đã đánh giá toàn diện hiện trạng sinh trưởng của 1.021 cá thể cây gỗ tại 3 công viên trung tâm TP.HCM theo đúng các quy chuẩn lâm nghiệp hiện hành. Nghiên cứu chứng minh tính hiệu quả của việc ứng dụng công cụ I-Tree Canopy trong việc định lượng năng lực lưu trữ và hấp thụ cacbon cũng như giảm thiểu ô nhiễm không khí đô thị. Bên cạnh đó, đề tài đã đề xuất giải pháp kỹ thuật chăm sóc thực địa kết hợp xây dựng CSDL GIS 12 trường thuộc tính trên MapInfo, đóng góp cơ sở khoa học thiết thực cho công tác quy hoạch và quản lý bền vững hệ thống cây xanh đô thị.