Tổng quan nghiên cứu

Khu bảo tồn thiên nhiên Xuân Liên thuộc tỉnh Thanh Hóa sở hữu diện tích rừng đặc dụng lên đến 26.303,6 ha, nằm trong vùng sinh thái Trường Sơn Bắc – nơi có độ che phủ rừng tự nhiên đạt 46,7%. Khu vực này lưu giữ giá trị đa dạng sinh học đặc biệt với 752 loài thực vật bậc cao có mạch thuộc 440 chi và 130 họ, trong đó có 38 loài được ghi danh trong Sách Đỏ Việt Nam và thế giới. Đặc biệt, các loài thuộc ngành Hạt trần (Gymnospermae) cổ xưa như Pơ mu, Sa mộc dầu, Bách xanh, Dẻ tùng sọc trắng đóng vai trò rường cột trong cấu trúc thảm thực vật rừng kín thường xanh nhiệt đới và á nhiệt đới núi thấp tại đây.

Tuy nhiên, nguồn tài nguyên di truyền thực vật quý hiếm này đang đứng trước nguy cơ suy thoái nghiêm trọng. Quá trình khai thác gỗ thương phẩm quy mô lớn trong thập niên 1990, kết hợp với các hoạt động xâm lấn rừng trái phép, cháy rừng và việc xây dựng công trình thủy lợi - thủy điện Cửa Đạt đã chia cắt sinh cảnh sống của các loài hạt trần. Áp lực sinh kế từ 8.643 hộ dân vùng đệm với tỷ lệ hộ nghèo lên tới 60,5% khiến tình trạng khai thác trộm vẫn âm ỉ diễn ra. Bên cạnh đó, công tác quản lý bảo tồn trong giai đoạn 2000 - 2009 còn gặp nhiều lỗ hổng do thiếu hụt dữ liệu khoa học về phân bố không gian, đặc tính sinh thái và cơ chế tái sinh tự nhiên.

Đề tài được thực hiện nhằm khảo sát toàn diện hiện trạng phân bố, đặc điểm sinh thái học, cấu trúc tái sinh và áp lực cạnh tranh của các loài Hạt trần trên phạm vi 34,167 km tuyến điều tra. Từ cơ sở dữ liệu thực địa thu thập được, nghiên cứu đề xuất hệ thống giải pháp bảo tồn tại chỗ kết hợp bảo tồn chuyển vị và thử nghiệm nhân giống vô tính, góp phần gìn giữ nguồn gen thực vật nguy cấp cho khu vực Bắc Trung Bộ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên lý thuyết diễn thế sinh thái và phân loại thảm thực vật rừng nhiệt đới của Thái Văn Trừng (1998), kết hợp với hệ thống phân loại thực vật hạt trần thế giới. Khung nghiên cứu tập trung vào mối quan hệ tương hỗ giữa cấu trúc lâm phần tầng vượt tán và khả năng thích nghi của thực vật lá kim cổ sinh trên các đai cao địa hình từ 800m đến 1.600m.

Mô hình định lượng cạnh tranh không gian sinh dưỡng của Hegyi (1974) được ứng dụng để đánh giá chỉ số cạnh tranh (CI) giữa các loài hạt trần mục tiêu với các loài cây gỗ lá rộng đi kèm trong cùng lâm phần. Tình trạng đe dọa của các loài được đối chiếu theo ba hệ thống tiêu chuẩn: Danh lục Đỏ của Tổ chức Bảo tồn Thiên nhiên Quốc tế (IUCN 2000), Sách Đỏ Việt Nam (2007) và danh mục quản lý thực vật rừng nguy cấp, quý, hiếm theo Nghị định số 32/2006/NĐ-CP của Chính phủ.

Các khái niệm trọng tâm xuyên suốt đề tài bao gồm: bảo tồn nguyên vị (In-situ conservation), bảo tồn chuyển vị (Ex-situ conservation), tái sinh tự nhiên từ hạt, chỉ số cạnh tranh tầng tán và kiểu phụ thứ sinh nhân tác rừng kín thường xanh á nhiệt đới.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được tích hợp từ việc kế thừa các tài liệu điều tra lâm nghiệp giai đoạn 1998 - 2009 và số liệu khảo sát thực địa chi tiết thực hiện trên 15 tuyến điều tra chính cùng 2 tuyến phụ với tổng chiều dài 34,167 km, bao phủ các tiểu khu trọng điểm 484, 489, 497 và 516.

Phương pháp chọn mẫu lâm học được tiến hành theo nguyên tắc ngẫu nhiên có định hướng qua các trạng thái rừng. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm việc kiểm đếm toàn bộ các cá thể hạt trần tầng cây cao có đường kính ngang ngực (D1.3) từ 6 cm trở lên, đo đạc chiều cao vút ngọn (Hvn), chiều cao dưới cành (Hdc) bằng thước Blummleiss và đường kính tán (Dt) theo hai hướng Đông - Tây, Nam - Bắc. Nhằm đánh giá chính xác năng lực tái sinh tự nhiên, đề tài thiết lập 48 ô dạng bản diện tích 4 m2 (kích thước 2m x 2m) phân bố đối xứng theo 4 hướng quanh gốc của 6 cây mẹ Pơ mu trưởng thành, gồm 24 ô trong tán và 24 ô ngoài tán.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích chỉ số cạnh tranh Hegyi là nhằm lượng hóa chính xác mức độ chèn ép không gian sống của các loài cây lân cận lên cây hạt trần trung tâm, tạo cơ sở cho các biện pháp tỉa thưa lâm sinh. Trữ lượng thân cây cá thể được tính toán qua công thức thể tích hình học V = Gi x Hivn x f (với hình số f = 0,45). Nghiên cứu kết hợp công cụ đánh giá nhanh nông thôn có sự tham gia của người dân (PRA) và phỏng vấn bán cấu trúc (RRA) tại 14 thôn vùng đệm. Thử nghiệm nhân giống vô tính bằng phương pháp giâm hom sử dụng chất kích thích sinh trưởng ABT, NAA và TTG (chứa 1% IBA) trên nền cát khử trùng bằng dung dịch Benlate 15%.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Khảo sát thực địa dọc 15 tuyến điều tra đã xác định được sự hiện diện của 7 loài thực vật thuộc ngành Hạt trần (Gymnospermae) thuộc 4 họ thực vật tiêu biểu tại Khu bảo tồn thiên nhiên Xuân Liên:

Thứ nhất, họ Hoàng đàn (Cupressaceae) gồm Bách xanh (Calocedrus macrolepis) và Pơ mu (Fokienia hodginsii); họ Bụt mọc (Taxodiaceae) có Sa mộc dầu (Cunninghamia konishii); họ Thông đỏ (Taxaceae) có Dẻ tùng sọc trắng (Amentotaxus argotaenia); họ Kim giao (Podocarpaceae) gồm Thông nàng (Dacrycarpus imbricatus), Thông tre lá dài (Podocarpus neriifolius) và Kim giao núi đất (Nageia wallichiana). Trong số đó, có tới 4 loài thuộc nhóm thực vật nguy cấp, quý, hiếm cần ưu tiên bảo tồn nghiêm ngặt theo Nghị định 32/2006/NĐ-CP nhóm IIA. Tuyến đỉnh Trại Keo ghi nhận độ phong phú cao nhất với 5 loài hạt trần cùng phân bố, chiếm 71,4% tổng số loài điều tra được.

Thứ hai, về phân bố không gian và đai cao, các loài hạt trần tập trung chủ yếu tại đai cao từ 903m đến 1.543m trên nền đất Feralit mùn núi trung bình, nơi có độ dốc từ 8 độ đến 35 độ. Pơ mu phân bố rộng nhất trên các tiểu khu 484, 489, 497 và 516. Ngược lại, Kim giao núi đất rơi vào tình trạng cực kỳ nguy cấp khi quá trình rà soát mở rộng chỉ phát hiện được duy nhất 1 cá thể tại khoảnh 2, tiểu khu 516.

Thứ ba, về khả năng tái sinh tự nhiên, nghiên cứu ghi nhận sự phân hóa đối lập sâu sắc. Đối với loài Pơ mu, mật độ tái sinh tự nhiên đạt 1.302 cây/ha, tập trung chủ yếu ở ngoài tán cây mẹ (chiếm 88% tổng số cây tái sinh trong các ô tiêu chuẩn), tuy nhiên có tới 76% số cây tái sinh có chiều cao dưới 50 cm và không ghi nhận cá thể nào đạt chiều cao trên 100 cm. Đối với loài Sa mộc dầu, tỷ lệ tái sinh tự nhiên ghi nhận mức 0% trên toàn bộ các điểm điều tra, hoàn toàn không tìm thấy cây mạ hoặc cây con dưới tán rừng.

Thứ tư, về tương tác sinh thái, chỉ số cạnh tranh Hegyi cho thấy loài Dẻ (Quercus sp.) là nhân tố cạnh tranh mạnh nhất đối với Pơ mu với chỉ số CI đạt 2,326 (cao hơn cả chỉ số cạnh tranh nội loài của Pơ mu là 1,522). Đối với Sa mộc dầu, loài Dẻ tiếp tục là đối thủ cạnh tranh lớn nhất với chỉ số CI đạt 1,185, tiếp sau là Pơ mu với CI đạt 0,712.

Thảo luận kết quả

Dữ liệu điều tra cấu trúc lâm phần và mật độ cá thể theo cấp kính có thể được trực quan hóa rõ nét thông qua biểu đồ phân bố tần số đường kính dạng hình chuông lệch phải và bảng đối sánh đa tiêu chí giữa các đai cao. Cấu trúc tầng tán rừng kín thường xanh á nhiệt đới tại Xuân Liên phân hóa thành 4 tầng rõ rệt, trong đó Pơ mu và Sa mộc dầu luôn chiếm lĩnh tầng vượt tán với chiều cao vút ngọn đạt từ 25m đến 35m và đường kính thân từ 1,0m đến 1,5m.

Nguyên nhân cốt lõi khiến Sa mộc dầu hoàn toàn mất khả năng tái sinh tự nhiên và Pơ mu bị nghẽn sinh trưởng ở giai đoạn cây mạ bắt nguồn từ đặc điểm thổ nhưỡng và thảm mục. Tại các đỉnh núi cao trên 1.000m, lớp thảm khô và thảm mục hữu cơ tích tụ dày từ 0,3m đến 0,5m tạo thành lớp đệm cơ học ngăn cản hạt giống tiếp xúc với tầng đất khoáng ẩm. Khi hạt nảy mầm trên lớp thảm mục, rễ mầm không thể hút được nước và khoáng chất nên cây con nhanh chóng chết khô vào mùa đông.

So sánh với các nghiên cứu nhân giống vô tính tại Vườn quốc gia Ba Vì và vùng núi Bát Đại Sơn tỉnh Hà Giang, kết quả nghiên cứu tại Xuân Liên khẳng định các loài hạt trần lá kim chịu sự cạnh tranh không gian sinh dưỡng rất khốc liệt từ các loài cây lá rộng mọc nhanh như Dẻ, Sao mặt quỷ và Lòng mang. Việc chỉ số cạnh tranh CI của loài Dẻ vượt ngưỡng 2,0 giải thích vì sao các cá thể hạt trần non bị triệt tiêu ánh sáng tầng dưới, đòi hỏi các can thiệp lâm sinh mở tán có kiểm soát để duy trì quần thể.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, thiết lập 4 trạm chốt bảo vệ rừng chuyên trách tại các tiểu khu trọng điểm 484, 489, 497 thuộc xã Bát Mọt và tiểu khu 516 thuộc xã Vạn Xuân. Mục tiêu bảo vệ nguyên vẹn 1.050,5 ha diện tích rừng kín thường xanh á nhiệt đới núi cao, chấm dứt hoàn toàn tình trạng khai thác trộm gỗ Pơ mu và Sa mộc dầu. Thời gian triển khai hoàn thiện trong giai đoạn 2011 - 2013 do Ban quản lý Khu bảo tồn thiên nhiên Xuân Liên chủ trì.

Thứ hai, thực hiện biện pháp lâm sinh hỗ trợ tái sinh tự nhiên đối với quần thể Sa mộc dầu và Pơ mu. Tiến hành phát dọn thảm mục, xới đất cục bộ theo băng với diện tích từ 15 m2 đến 20 m2 xung quanh gốc các cây mẹ thành thục vào thời điểm trước mùa hạt rụng (tháng 9 đến tháng 11 hàng năm). Đồng thời, tiến hành tỉa thưa có chọn lọc các cây gỗ lá rộng cạnh tranh mạnh như Dẻ và Sao mặt quỷ nhằm hạ chỉ số cạnh tranh CI xuống dưới mức 1,0, tạo điều kiện cho cây tái sinh tiếp nhận ánh sáng.

Thứ ba, xây dựng vườn ươm nhân giống vô tính và thực hiện chương trình bảo tồn chuyển vị (Ex-situ). Áp dụng quy trình kỹ thuật giâm hom cành bánh tẻ thu từ cây mẹ trẻ, xử lý chất điều hòa sinh trưởng ABT nồng độ 1,0% cho Pơ mu và thuốc bột TTG chứa 1% IBA cho Sa mộc dầu. Mục tiêu đạt tỷ lệ ra rễ trên 85%, cung ứng 10.000 cây giống đạt tiêu chuẩn để trồng làm giàu rừng trên diện tích 50 ha tại đai cao phù hợp từ năm 2011 đến năm 2015.

Thứ tư, nâng cao hiệu quả phối hợp quản lý vùng đệm và chuyển đổi sinh kế cho 8.643 hộ dân thuộc 14 thôn giáp ranh. Đẩy mạnh tiến độ giao đất lâm nghiệp ổn định theo Nghị định 02/CP cho 885 hộ chưa có đất, hỗ trợ kinh phí khoán bảo vệ rừng từ chương trình 661 và Nghị quyết 30a, nâng thu nhập bình quân từ sản xuất nông lâm nghiệp vượt ngưỡng 618.000 đồng/hộ/năm nhằm giảm thiểu áp lực khai thác tài nguyên rừng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm thứ nhất là Ban quản lý các Vườn quốc gia và Khu bảo tồn thiên nhiên khu vực Bắc Trung Bộ và Tây Bắc (như Xuân Liên, Pù Hoạt, Pù Mát, Bát Đại Sơn). Luận văn cung cấp bản đồ phân bố 15 tuyến điều tra và quy trình quản lý 32 tiểu khu rừng đặc dụng, giúp các đơn vị xây dựng phương án quản lý rừng bền vững và bảo vệ nghiêm ngặt các loài cây lá kim quý hiếm.

Nhóm thứ hai là các nhà khoa học, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Lâm học, Quản lý tài nguyên rừng và Thực vật học. Đề tài cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng chuẩn xác về chỉ số cạnh tranh Hegyi, cơ chế tái sinh dưới thảm mục dày và phương pháp luận khảo sát thực địa tại các địa hình núi cao chia cắt mạnh.

Nhóm thứ ba là các kỹ sư lâm sinh, cán bộ kỹ thuật tại các trung tâm giống cây rừng và trạm khuyến lâm. Luận văn cung cấp quy trình kỹ thuật giâm hom vô tính chi tiết với các công thức xử lý nồng độ chất kích thích ABT, NAA, TTG và dung dịch Benlate 15%, phục vụ sản xuất cây giống bản địa quy mô lớn.

Nhóm thứ tư là các cơ quan quản lý nhà nước như Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Chi cục Kiểm lâm tỉnh Thanh Hóa và chính quyền huyện Thường Xuân. Luận văn cung cấp bức tranh toàn cảnh về kinh tế - xã hội 14 thôn vùng đệm, hỗ trợ xây dựng chính sách giao đất giao rừng và phân bổ ngân sách các chương trình mục tiêu quốc gia bảo vệ rừng.

Câu hỏi thường gặp

Nguyên nhân chính nào dẫn đến sự suy thoái nghiêm trọng của các loài Hạt trần tại Xuân Liên? Sự suy thoái bắt nguồn từ lịch sử khai thác gỗ thương phẩm quá mức trong thập niên 1990, kết hợp với áp lực khai thác trộm từ 60,5% hộ dân nghèo vùng đệm. Bên cạnh đó, các loài hạt trần chỉ phân bố hẹp ở đai cao trên 900m và gặp trở ngại lớn về tái sinh tự nhiên do tầng thảm mục dày.

Vì sao Sa mộc dầu không thể tái sinh tự nhiên dưới tán rừng tại khu vực nghiên cứu? Khảo sát thực địa ghi nhận tỷ lệ tái sinh tự nhiên của Sa mộc dầu đạt 0% do tầng thảm mục hữu cơ dày từ 30 cm đến 50 cm. Hạt Sa mộc dầu có kích thước nhỏ, khi rụng xuống bị giữ lại trên thảm mục, rễ mầm không thể tiếp xúc với tầng đất khoáng dinh dưỡng để sinh trưởng thành cây con.

Loài cây nào tạo ra áp lực cạnh tranh không gian sinh dưỡng lớn nhất đối với Pơ mu? Theo mô hình định lượng Hegyi, loài Dẻ (Quercus sp.) là đối thủ cạnh tranh mãnh liệt nhất đối với Pơ mu với chỉ số cạnh tranh CI đạt 2,326. Chỉ số này cao hơn đáng kể so với mức độ cạnh tranh nội loài của chính các cá thể Pơ mu (CI = 1,522) và loài Sao mặt quỷ (CI = 1,511).

Luận văn đã ghi nhận được bao nhiêu loài Hạt trần và loài nào có nguy cơ đe dọa cao nhất? Nghiên cứu đã ghi nhận chính xác 7 loài Hạt trần thuộc 4 họ thực vật, trong đó có 4 loài thuộc nhóm nguy cấp và sắp bị tuyệt chủng. Loài Kim giao núi đất có nguy cơ biến mất cao nhất khi toàn bộ đợt khảo sát mở rộng chỉ tìm thấy duy nhất 1 cá thể tại khoảnh 2, tiểu khu 516.

Phương pháp nhân giống vô tính nào cho hiệu quả cao nhất đối với Pơ mu và Sa mộc dầu? Phương pháp giâm hom cành bánh tẻ thu từ cây mẹ chưa thành thục kết hợp xử lý chất điều hòa sinh trưởng ABT nồng độ 1,0% cho Pơ mu và thuốc bột TTG chứa 1% IBA cho Sa mộc dầu trên nền cát sạch khử nấm Benlate 15% mang lại tỷ lệ ra rễ đạt từ 85% đến 90%.

Kết luận

  • Xác lập danh mục 7 loài thuộc ngành Hạt trần (Gymnospermae) tại Khu bảo tồn thiên nhiên Xuân Liên, trong đó có 4 loài nguy cấp cần bảo vệ nghiêm ngặt theo Nghị định 32/2006/NĐ-CP.
  • Khẳng định vùng phân bố tối ưu của các loài hạt trần tập trung tại đai cao từ 903m đến 1.543m trên diện tích 1.050,5 ha rừng kín thường xanh á nhiệt đới.
  • Định lượng chính xác áp lực cạnh tranh sinh thái thông qua mô hình Hegyi, xác định loài Dẻ là nhân tố chèn ép không gian sống mạnh nhất với chỉ số CI đạt 2,326 đối với Pơ mu và 1,185 đối với Sa mộc dầu.
  • Chỉ ra mắt xích đứt gãy trong quá trình tái sinh tự nhiên khi Sa mộc dầu đạt tỷ lệ tái sinh 0% và 76% cây tái sinh Pơ mu bị nghẽn phát triển ở chiều cao dưới 50 cm do thảm mục dày.
  • Hoàn thiện gói giải pháp bảo tồn đồng bộ kết hợp khoanh vùng bảo vệ 32 tiểu khu, xử lý lâm sinh dọn thảm mục cục bộ và nhân giống giâm hom đạt tỷ lệ sống trên 85%.

Nghiên cứu của tác giả Mai Văn Chuyên là đóng góp học thuật quan trọng, cung cấp luận cứ khoa học vững chắc cho việc xây dựng đề án bảo tồn nguồn gen thực vật nguy cấp giai đoạn tiếp theo. Các cơ quan quản lý và nhà nghiên cứu cần phối hợp triển khai ngay các giải pháp kỹ thuật lâm sinh và chính sách hỗ trợ sinh kế vùng đệm để bảo vệ bền vững hệ sinh thái hạt trần Xuân Liên.