Tổng quan nghiên cứu

Khu vực thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh mang đặc trưng khí hậu nhiệt đới gió mùa với lượng mưa trung bình năm từ 1.500 mm đến 2.000 mm, lượng mưa cực đại có thể lên tới 4.000 mm và chỉ số xói mòn của mưa đạt mức K = 514. Địa hình đồi núi dốc phổ biến từ 10 đến 25 độ khiến nguy cơ rửa trôi, thoái hóa tầng đất mặt diễn ra rất nghiêm trọng nếu thảm thực vật che phủ bị suy giảm. Tại Trung tâm Thực hành và Thực nghiệm Nông lâm nghiệp thuộc Trường Cao đẳng Nông Lâm Đông Bắc, diện tích đất tự nhiên đạt 975,9 ha, trong đó rừng trồng chiếm 312,3 ha (32,0%) với ưu thế thuộc về loài Keo tai tượng (Acacia mangium Wild) có quy mô lên tới 235,2 ha.

Mặc dù cây Keo tai tượng là loài cây sinh trưởng nhanh, sinh khối lớn và có khả năng cố định đạm cải tạo đất, song các đánh giá định lượng về chức năng phòng hộ, giữ đất và điều tiết thủy văn của rừng trồng thuần loài tại địa phương vẫn còn nhiều khoảng trống khoa học. Vấn đề canh tác phát dọn thực bì hàng năm và chu kỳ kinh doanh gỗ nhỏ đã bộc lộ những hạn chế trong việc duy trì thảm mục bảo vệ đất.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là xác định đặc điểm cấu trúc lâm phần (tầng cây cao, thảm tươi cây bụi, thảm khô); định lượng các chỉ tiêu lý tính đất (độ xốp, độ ẩm mùa khô, dung trọng, bề dày tầng đất) dưới tán rừng Keo tai tượng các cấp tuổi 1 và 2 so với rừng tự nhiên và rừng trồng Thông mã vĩ; đồng thời mô hình hóa cường độ xói mòn đất mặt. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm giúp tối ưu hóa cấu trúc rừng phòng hộ đầu nguồn và nâng cao hiệu quả giữ đất bền vững tại khu vực Đông Bắc Bộ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên lý thuyết tuần hoàn thủy văn đất rừng nhiệt đới và quy luật động năng hạt mưa phá hủy cấu trúc đất của Ellison. Quá trình xói mòn đất dốc chịu sự tác động đồng thời của tán rừng làm tán xạ động năng giọt mưa, thảm mục giữ nước mặt và hệ thống rễ cây liên kết cơ học các hạt thổ nhưỡng.

Mô hình mất đất tổng quát thích ứng điều kiện Việt Nam của nhóm tác giả Vương Văn Quỳnh được áp dụng để tính toán cường độ xói mòn đất $d$ (mm/năm):

$$d = \frac{2,31 \times 10^{-6} \times K \times \alpha^2}{TC \times (1 + CP + TM)^2 \times X \times H}$$

Trong đó, $\alpha$ là độ dốc mặt đất (độ); $TC$ là độ tàn che tầng cây cao ($0 \le TC \le 1,0$); $CP$ là độ che phủ thảm tươi cây bụi; $TM$ là tỷ lệ che phủ thảm khô ($0 \le TM \le 1,0$); $X$ là độ xốp tổng số lớp đất mặt 0–5 cm (%); $H$ là chiều cao bình quân tầng cây cao (m); và $K$ là chỉ số xói mòn do mưa địa phương ($K = 514$).

Bên cạnh đó, nghiên cứu vận dụng các khái niệm về dung trọng ($D$, g/cm³), tỷ trọng ($d$, g/cm³), độ xốp mao quản và độ ẩm tuyệt đối của thổ nhưỡng ($W$, %) theo các tiêu chuẩn phân loại đất Feralit đồi núi.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp tiếp cận hệ sinh thái kết hợp điều tra thực địa ngoại nghiệp và phân tích hóa lý trong phòng thí nghiệm:

  • Quy mô và phương pháp chọn mẫu: Lập 18 ô tiêu chuẩn (OTC) định vị với diện tích 1.000 m² (25 m x 40 m) phân bố đại diện theo 3 vị trí địa hình (chân đồi, sườn đồi, đỉnh đồi) trên 4 trạng thái thảm thực vật: Rừng tự nhiên (422,3 ha đối chứng), Rừng Thông mã vĩ (53,7 ha đối chứng), Rừng Keo tai tượng cấp tuổi 1 (3 năm tuổi) và Rừng Keo tai tượng cấp tuổi 2 (6 năm tuổi).
  • Thu thập dữ liệu cấu trúc rừng: Đo đếm 100% đường kính ngang ngực ($D_{1.3}$) bằng thước kẹp kính và chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$) bằng thước Blume-Leiss. Sử dụng lưới 100 điểm đo ngẫu nhiên/OTC để xác định độ tàn che ($TC$), tỷ lệ che phủ thảm tươi ($CP$) và tỷ lệ che phủ thảm khô ($TM$). Bố trí 5 ô dạng bản (ODB) $25\text{ m}^2$ tại 4 góc và tâm OTC để khảo sát cây bụi, cùng 5 ô $1\text{ m}^2$ thu sinh khối thảm khô kiệt.
  • Phân tích thổ nhưỡng: Đào 18 phẫu diện đất sâu đến 1,2 m hoặc chạm tầng đá mẹ; lấy mẫu nguyên dạng bằng ống dung trọng $V = 100\text{ cm}^3$ theo các tầng sâu 0–10 cm, 10–20 cm, 20–40 cm, 40–60 cm và 60–80 cm. Xác định độ ẩm tuyệt đối bằng phương pháp sấy khô ở nhiệt độ 105°C vào tháng 12 năm 2015 (thời điểm mùa khô); xác định tỷ trọng bằng bình Picnomet.
  • Xử lý dữ liệu: Ứng dụng thống kê sinh học, kiểm định sai khác trung bình Student ($t$-test) ở mức ý nghĩa $p < 0,05$ và phân tích tương quan hồi quy tuyến tính trên phần mềm chuyên dụng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả điều tra thực nghiệm tại 18 ô tiêu chuẩn cho thấy sự biến động rõ rệt về cấu trúc lâm phần và các chỉ số lý tính đất giữa các trạng thái rừng:

  • Đặc điểm cấu trúc tầng tán và thảm che phủ: Rừng Keo cấp tuổi 1 có mật độ cây cao nhất đạt 1.498 cây/ha nhưng độ tàn che chỉ đạt 40% ($H_{vn} = 3,5\text{ m}$; $D_{1.3} = 4,1\text{ cm}$). Đến cấp tuổi 2, mật độ giảm xuống theo quy luật tự tỉa thưa tự nhiên kết hợp chăm sóc, độ tàn che nâng lên 63% ($H_{vn} = 6,4\text{ m}$; $D_{1.3} = 9,1\text{ cm}$). Độ che phủ thảm tươi cây bụi ở rừng Keo cấp tuổi 1 và tuổi 2 lần lượt là 38% và 44%, thấp hơn đáng kể so với rừng tự nhiên (67%) và rừng Thông (63%). Sinh khối thảm khô dưới tán rừng Keo tuổi 1 chỉ đạt 4.681 kg/ha (che phủ 57%) và tuổi 2 đạt 6.085 kg/ha (che phủ 65%), trong khi rừng tự nhiên tích lũy tới 7.623 kg/ha (che phủ 80%).
  • Độ ẩm đất trong mùa khô: Đất rừng tự nhiên duy trì độ ẩm trung bình cao nhất đạt 16,4%, tiếp đến là rừng Thông đạt 15,7%, rừng Keo cấp tuổi 1 đạt 13,4% và thấp nhất là rừng Keo cấp tuổi 2 với 12,1%. Đáng chú ý, ở tầng đất mặt 0–10 cm, độ ẩm đất rừng đối chứng đạt tới 19,3%, trong khi đất dưới tán rừng Keo chỉ đạt 11,4%. Độ ẩm đất rừng Keo có xu hướng tăng dần theo độ sâu (đạt 14,3% ở tầng 60–80 cm), ngược lại với rừng tự nhiên có độ ẩm giảm dần xuống tầng dưới.
  • Độ xốp và độ dày tầng đất: Độ xốp tổng số tầng mặt (0–10 cm) của rừng Keo đạt 51,53%, thấp hơn 9,02% so với rừng đối chứng (60,55%). Giá trị kiểm định $t = 4,48$ lớn hơn tiêu chuẩn $t_{0.05} = 2,12$, khẳng định sự suy giảm độ xốp tầng mặt dưới rừng Keo có ý nghĩa thống kê rõ rệt. Bề dày tầng đất rừng tự nhiên đạt trung bình 120 cm, rừng Keo tuổi 2 đạt 103,3 cm và rừng Keo tuổi 1 đạt 90 cm, giảm dần theo chiều tăng của độ dốc sườn (từ 120 cm ở chân đồi dốc 10 độ xuống còn 80 cm trên đỉnh đồi dốc 25 độ).

Thảo luận kết quả

Sự khác biệt về khả năng giữ đất giữa rừng trồng Keo tai tượng và các trạng thái rừng đối chứng bắt nguồn sâu xa từ cấu trúc thảm thực vật và biện pháp tác động lâm sinh. Tầng thảm khô và thảm tươi cây bụi dưới tán rừng Keo có hệ số biến động không gian lớn (hệ số biến động thảm khô đạt 19,4% so với 9,0% ở rừng đối chứng). Nguyên nhân chính là do hoạt động phát dọn thực bì 1–2 lần mỗi năm trong giai đoạn chăm sóc rừng non, làm lộ mặt đất và gia tăng dòng chảy tràn.

Khi trình bày dữ liệu qua đồ thị tương quan hồi quy, mối liên hệ giữa độ ẩm đất và tuổi rừng thể hiện tương quan thuận rất chặt chẽ ($R = 0,88$), chứng minh hệ rễ phát triển theo thời gian giúp gia tăng độ dẫn mao quản và khả năng giữ ẩm. Tuy nhiên, ở giai đoạn rừng non 3–6 tuổi, nhu cầu thoát hơi nước của loài Keo sinh trưởng nhanh là rất lớn, kết hợp với độ tàn che tầng mặt chưa khép kín triệt để ($TC = 40–63%$), khiến lượng nước bốc hơi tầng đất mặt diễn ra mạnh mẽ trong mùa khô.

Biểu đồ phân bố độ xốp theo độ sâu cho thấy sự suy giảm mạnh ở lớp đất 0–20 cm của rừng Keo so với rừng tự nhiên (chênh lệch tới 9,24% tại lớp 0–10 cm), phản ánh tác động xáo trộn đất và dẫm nén bề mặt trong quá trình thực hành, chăm sóc lâm sinh.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả định lượng về xói mòn và tính chất thổ nhưỡng, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật lâm sinh nhằm nâng cao khả năng bảo vệ đất của rừng trồng Keo tai tượng:

  1. Cải tiến quy trình chăm sóc và phát dọn thực bì: Chấm dứt hoàn toàn phương thức phát dọn trắng toàn diện trên các sườn dốc trên 15 độ. Chuyển sang phát tỉa cục bộ theo băng hoặc hố, duy trì tỷ lệ che phủ của lớp thảm tươi cây bụi tối thiểu từ 60% đến 70% nhằm phân tán động năng giọt mưa và giảm lưu tốc dòng chảy mặt.
  2. Bảo tồn và quản lý lớp thảm mục hữu cơ: Tuyệt đối không đốt dọn vật rơi rụng sau khai thác hoặc tỉa cành. Duy trì khối lượng thảm khô trên mặt đất đạt trên 6.500 kg/ha với tỷ lệ che phủ thảm mục đạt trên 75%, giúp giảm cường độ xói mòn đất xuống dưới mức 1,5 mm/năm.
  3. Chuyển hóa rừng thuần loài sang cấu trúc hỗn giao đa tầng: Tiến hành trồng dặm, trồng xen các loài cây bản địa có tán rậm, rễ sâu (như Dẻ đỏ, Kháo vàng, Giổi Bắc, Re) với tỷ lệ hỗn giao từ 25% đến 30% diện tích trong giai đoạn 2026–2028, nhằm nâng độ tàn che tầng cây cao lên trên 70% và cải thiện độ xốp đất tầng mặt.
  4. Xây dựng công trình sinh học chống xói mòn phụ trợ: Áp dụng kỹ thuật xếp dải cành nhánh tỉa thưa theo đường đồng mức tại các sườn dốc từ 15 đến 25 độ, hoàn thành định kỳ vào tháng 3 hàng năm trước mùa mưa bão; giao Ban Quản lý Trung tâm Thực hành Nông lâm nghiệp chủ trì giám sát và kiểm định chất lượng định kỳ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và lý luận cao, phù hợp với các nhóm độc giả:

  • Cơ quan quản lý nhà nước và lực lượng Kiểm lâm: Cung cấp căn cứ khoa học chuẩn xác để xây dựng tiêu chí kỹ thuật quản lý rừng phòng hộ đầu nguồn và thẩm định quy trình canh tác rừng gỗ lớn tại các địa phương vùng Đông Bắc Bộ.
  • Học viên, nghiên cứu sinh chuyên ngành Lâm sinh và Thủy văn rừng: Cung cấp tài liệu tham khảo mẫu mực về quy trình thiết lập ô tiêu chuẩn, phương pháp lấy mẫu phẫu diện đất dốc và ứng dụng mô hình toán học dự báo xói mòn đất mặt.
  • Các công ty lâm nghiệp và chủ rừng quy mô lớn: Hướng dẫn giải pháp chuyển đổi kỹ thuật chăm sóc rừng keo kinh tế gắn liền với bảo vệ độ màu mỡ của thổ nhưỡng, hạn chế suy thoái tầng đất sau nhiều chu kỳ luân canh.
  • Các tổ chức phi chính phủ và chuyên gia bảo tồn tài nguyên: Cung cấp bộ chỉ số nền về tương quan giữa thảm phủ thực vật và cân bằng nước trong đất phục vụ các dự án thích ứng biến đổi khí hậu và quản lý lưu vực bền vững.

Câu hỏi thường gặp

Khả năng giữ đất của rừng trồng Keo tai tượng khác biệt như thế nào so với rừng tự nhiên?

Rừng tự nhiên có độ che phủ thảm khô đạt 80% (7.623 kg/ha) và độ tàn che 68%, giúp độ xốp tầng đất mặt đạt 60,55%. Trong khi đó, rừng Keo tuổi 2 có độ che phủ thảm khô 65% (6.085 kg/ha) và độ xốp đất mặt đạt 51,53%, dẫn đến khả năng ngăn chặn xói mòn bề mặt của rừng Keo thấp hơn rừng tự nhiên khoảng 15% đến 25%.

Tại sao độ ẩm tầng đất mặt dưới tán rừng Keo trong mùa khô lại thấp hơn rừng đối chứng?

Do rừng Keo ở giai đoạn 3–6 tuổi có cường độ sinh trưởng nhanh, nhu cầu hút nước cao từ tầng rễ mặt. Đồng thời, tập quán phát dọn thực bì làm giảm thảm che phủ (chỉ đạt 38–44%), khiến độ ẩm tầng 0–10 cm dưới tán Keo chỉ đạt 11,4%, thấp hơn nhiều so với mức 19,3% ở rừng đối chứng.

Chỉ số xói mòn của mưa K = 514 tại khu vực nghiên cứu có mức độ nguy cơ ra sao?

Chỉ số $K = 514$ thuộc nhóm nguy cơ xói mòn do mưa rất cao tại vùng Đông Bắc Bộ. Với cường độ mưa lớn tập trung từ tháng 4 đến tháng 10, nếu độ tàn che tầng tán và thảm mục bị suy giảm, tốc độ cuốn trôi tầng đất mặt trên các sườn dốc 15–25 độ sẽ gia tăng theo cấp số nhân.

Kỹ thuật phát dọn thực bì hiện nay cần thay đổi cụ thể ra sao để hạn chế xói mòn?

Cần loại bỏ phương pháp phát dọn trắng toàn diện. Thay vào đó, áp dụng kỹ thuật phát dọn theo băng đồng mức rộng 1,0–1,5 m hoặc phát quanh gốc đường kính 1 m, giữ lại nguyên vẹn dải cây bụi thảm tươi tự nhiên giữa các hàng cây nhằm duy trì độ che phủ mặt đất trên 60%.

Mối quan hệ giữa độ dốc sườn đồi và bề dày tầng đất được xác định như thế nào?

Bề dày tầng đất tỷ lệ nghịch với độ dốc địa hình: tại vị trí chân đồi (độ dốc 8–10 độ), bề dày tầng đất đạt mức tối đa 120 cm; tại vị trí sườn (độ dốc 15–16 độ), bề dày đạt 80–100 cm; và tại đỉnh đồi dốc trên 20–25 độ, bề dày tầng đất chỉ còn 80 cm.

Kết luận

  • Tổng kết cấu trúc: Rừng Keo tai tượng 6 năm tuổi đạt độ tàn che 63%, chiều cao 6,4 m và mật độ 1.498 cây/ha ở giai đoạn tuổi 1, thể hiện tốc độ sinh trưởng vượt trội nhưng cấu trúc thảm tươi và thảm mục còn kém bền vững so với rừng tự nhiên.
  • Chất lượng thổ nhưỡng: Độ xốp đất tầng mặt dưới rừng Keo đạt 51,53% (thấp hơn rừng đối chứng 9,02%), và độ ẩm mùa khô tầng 0–10 cm đạt 11,4%, chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi cường độ phát dọn thực bì và chế độ tiêu thụ nước của cây Keo.
  • Quy luật xói mòn: Khả năng giữ đất phụ thuộc chặt chẽ vào độ tàn che tầng cây cao ($TC$), tỷ lệ che phủ thảm mục ($TM$) và độ xốp đất mặt ($X$), trong đó lớp thảm khô phân bố đều đóng vai trò cốt lõi làm giảm lưu tốc dòng chảy.
  • Đóng góp thực tiễn: Luận văn đã cung cấp bộ dữ liệu định lượng chuẩn xác tại 18 ô tiêu chuẩn và đề xuất thành công gói giải pháp lâm sinh hỗn giao hóa, điều chỉnh quy trình chăm sóc đất dốc tại Quảng Ninh.
  • Kế hoạch triển khai: Đề nghị các đơn vị quản lý lâm nghiệp áp dụng ngay quy trình phát dọn thực bì cục bộ và bảo tồn thảm mục trên toàn bộ 235,2 ha rừng Keo thuộc địa bàn nghiên cứu trong giai đoạn 2026–2030 để đảm bảo tính bền vững môi trường.