Luận án tiến sĩ lâm nghiệp: Ảnh hưởng của lập địa đến sinh trưởng và sản lượng mủ rừng trồng cao su (Hevea brasiliensis) tại Lai Châu - Lưu Tiến Đạt

Phân tích ảnh hưởng của lập địa đến sinh trưởng và sản lượng mủ cao su tại Lai Châu. Tìm hiểu các yếu tố địa hình, độ cao, loại đất ảnh hưởng đến hiệu suất sản

• Tác giả: Lưu Tiến Đạt
• Người hướng dẫn: GS. Vương Văn Quỳnh
• Trường học: Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Lâm sinh
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của lập địa đến sinh trưởng và sản lượng mủ của rừng trồng cao su (Hevea brasiliensis) tại tỉnh Lai Châu
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ lâm nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan nghiên cứu lập địa và cây cao su tại Lai Châu

Cây cao su (Hevea brasiliensis) là loài cây công nghiệp quan trọng, cung cấp mủ tự nhiên cho nhiều ngành sản xuất. Tại tỉnh Lai Châu, diện tích rừng trồng cao su mở rộng đáng kể trong thập kỷ qua. Tuy nhiên, điều kiện lập địa vùng núi phía Bắc khác biệt rõ rệt so với các vùng truyền thống như Tây Nguyên hay Đông Nam Bộ. Lập địa bao gồm các yếu tố khí hậu, địa hình và thổ nhưỡng, có mối quan hệ chặt chẽ và tác động tổng hợp đến sinh trưởng cây trồng. Luận án tiến sĩ của Lưu Tiến Đạt (2021) thực hiện tại Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam đã hệ thống hóa cơ sở khoa học về mối liên hệ giữa lập địa và năng suất mủ cao su. Nghiên cứu thu thập đồng thời nhiều yếu tố lập địa, phân tích bằng phương pháp đa biến, từ đó xây dựng chỉ tiêu tổng hợp phản ánh khả năng thích hợp của từng dạng lập địa. Kết quả góp phần quan trọng vào định hướng phát triển bền vững cây cao su tại các tỉnh miền núi phía Bắc Việt Nam.

1.1. Khái niệm lập địa trong lâm nghiệp nhiệt đới

Lập địa là tổng hợp các điều kiện môi trường nơi cây rừng sinh sống, bao gồm khí hậu, địa hình, đất đai và thực bì. Trong lâm nghiệp nhiệt đới, lập địa quyết định trực tiếp đến sinh trưởng, sức sống và năng suất của lâm phần. Các nhà nghiên cứu phân chia lập địa theo nhiều phương pháp: phân loại định tính, phân hạng theo điểm số, hoặc phân chia cấp đất dựa vào chiều cao tầng trội. Mỗi phương pháp phản ánh một khía cạnh khác nhau của mức độ thích hợp giữa loài cây và điều kiện nơi trồng.

1.2. Đặc điểm sinh thái cây cao su Hevea brasiliensis

Cây cao su có nguồn gốc từ rừng mưa nhiệt đới Amazon, ưa nhiệt độ ấm áp từ 25–30°C, lượng mưa trên 1.500 mm/năm và đất có tầng dày, thoát nước tốt. Tại Lai Châu, nhiệt độ thấp hơn và địa hình đồi núi phức tạp tạo ra điều kiện lập địa đa dạng. Một số dạng lập địa thuận lợi cho sinh trưởng nhưng không đạt năng suất mủ tối ưu, đòi hỏi có nghiên cứu chuyên sâu để phân định rõ ranh giới thích hợp trồng cao su theo từng tiểu vùng sinh thái.

II. Phân tích ảnh hưởng của lập địa đến sinh trưởng và sản lượng mủ

Sinh trưởng và sản lượng mủ của rừng trồng cao su phụ thuộc nhiều vào điều kiện lập địa cụ thể. Tại Lai Châu, các yếu tố địa hình như độ cao, độ dốc và hướng phơi ảnh hưởng trực tiếp đến tiểu khí hậu nơi trồng. Độ cao tăng làm giảm nhiệt độ trung bình, kéo dài mùa lạnh, ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình tổng hợp mủ. Thổ nhưỡng với tầng đất dày, thành phần cơ giới thịt pha sét nhẹ, độ pH từ 4,5–6,5 và hàm lượng mùn cao tạo điều kiện tối ưu cho hệ rễ phát triển. Nghiên cứu chỉ ra rằng năng suất mủ có tương quan thuận với độ dày tầng đất và hàm lượng đạm tổng số trong đất. Phương pháp phân tích đa biến được áp dụng để xác định trọng số đóng góp của từng nhân tố lập địa. Kết quả phân tích giúp xây dựng mô hình dự báo sinh trưởng và sản lượng mủ theo từng dạng lập địa, phục vụ quy hoạch vùng trồng cao su hiệu quả tại tỉnh Lai Châu.

2.1. Tác động của khí hậu và địa hình đến năng suất mủ

Nhiệt độ trung bình năm dưới 20°C làm giảm đáng kể tốc độ chảy mủ và tổng sản lượng khai thác. Tại Lai Châu, vùng có độ cao trên 700m so với mực nước biển thường xảy ra hiện tượng sương muối vào mùa đông, gây hại nghiêm trọng cho lá và tầng vỏ cây. Hướng phơi nam và đông nam nhận được nhiều ánh sáng hơn, duy trì nhiệt độ đất cao hơn, tạo điều kiện sinh lý thuận lợi hơn cho quá trình tổng hợp và tích lũy latex trong ống mủ của cây cao su.

2.2. Vai trò của thổ nhưỡng trong sinh trưởng rừng cao su

Đất feralit đỏ vàng trên đá phiến sét và đá vôi tại Lai Châu có đặc tính lý hóa học khác nhau, tạo ra sự phân hóa rõ rệt về sinh trưởng đường kính và chiều cao cây cao su. Tầng đất dày trên 100 cm, ít đá lẫn và không có tầng đế cày cứng tạo điều kiện cho hệ rễ phát triển sâu và rộng. Hàm lượng hữu cơ trong đất ảnh hưởng đến khả năng giữ ẩm và cung cấp dinh dưỡng liên tục, quyết định tốc độ tăng trưởng biomass và chu kỳ mở miệng cạo mủ.

III. Phương pháp phân hạng lập địa thích hợp trồng cao su Lai Châu

Phân hạng lập địa là bước cốt lõi trong quy hoạch vùng trồng cao su bền vững. Luận án áp dụng phương pháp phân tích đa biến kết hợp xây dựng chỉ tiêu tổng hợp điều kiện lập địa. Các nhân tố chủ đạo được chọn lọc dựa trên mức độ tương quan với sinh trưởng và sản lượng mủ thực đo tại các ô tiêu chuẩn. Phương pháp cho điểm theo thang 100 phản ánh mức độ thích hợp của từng nhân tố, sau đó tổng hợp thành chỉ số lập địa tổng hợp. Dựa trên chỉ số này, lập địa được phân thành các hạng từ rất thích hợp đến không thích hợp. Kết quả phân hạng được kiểm định bằng dữ liệu thực đo từ ba công ty cao su lớn tại Lai Châu. Bản đồ lập địa thích hợp xây dựng từ nghiên cứu là công cụ thiết thực cho các nhà quản lý lâm nghiệp, doanh nghiệp và nông dân khi lựa chọn địa điểm trồng mới hoặc mở rộng diện tích cao su.

3.1. Xây dựng chỉ tiêu tổng hợp điều kiện lập địa

Chỉ tiêu tổng hợp lập địa được xây dựng từ tổ hợp các biến: nhiệt độ tối thấp trung bình tháng 1, lượng mưa năm, độ cao địa hình, độ dày tầng đất, thành phần cơ giới và hàm lượng mùn. Mỗi biến được chuẩn hóa và gán trọng số theo mức độ ảnh hưởng thực tế đến sản lượng mủ. Mô hình hồi quy đa nhân tố giúp ước lượng năng suất kỳ vọng theo từng tổ hợp điều kiện lập địa, từ đó phân chia ranh giới các hạng đất trồng cao su một cách khoa học và có cơ sở thực tiễn.

3.2. Quy trình thu thập và phân tích số liệu thực địa

Số liệu được thu thập tại các ô tiêu chuẩn đặt trong rừng trồng cao su của ba công ty: Công ty Cổ phần cao su Lai Châu, Lai Châu 2 và Dầu Tiếng – Lai Châu. Các chỉ tiêu đo đếm gồm đường kính thân, chiều cao vút ngọn, sản lượng mủ cá thể và lâm phần theo từng đợt cạo. Đất được lấy mẫu phân tích lý hóa tính tại phòng thí nghiệm chuyên ngành. Toàn bộ dữ liệu được xử lý bằng phần mềm thống kê, đảm bảo tính khách quan và độ tin cậy cao cho kết luận nghiên cứu.

IV. Kết luận và ứng dụng quản lý rừng trồng cao su bền vững

Nghiên cứu xác định rõ các nhân tố lập địa quyết định đến sinh trưởng và sản lượng mủ cao su tại Lai Châu. Nhiệt độ tối thấp mùa đông, độ dày tầng đất và hàm lượng hữu cơ là ba nhân tố có ảnh hưởng lớn nhất. Diện tích lập địa thích hợp và rất thích hợp chiếm một phần nhất định trong tổng diện tích quy hoạch cao su của tỉnh, tập trung chủ yếu ở các thung lũng và sườn đồi thấp hướng nam. Vùng có độ cao trên 600m và thường xuyên có sương muối không phù hợp phát triển cao su kinh tế. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho ba nhóm giải pháp: chọn lập địa trồng mới, chọn giống phù hợp từng vùng sinh thái và áp dụng kỹ thuật canh tác thích ứng. Đây là đóng góp có giá trị thực tiễn cao, giúp nâng cao hiệu quả kinh tế và giảm rủi ro đầu tư cho các doanh nghiệp và người dân trồng cao su tại Lai Châu và các tỉnh miền núi phía Bắc có điều kiện tương tự.

4.1. Giải pháp chọn lập địa và giống cao su tối ưu

Căn cứ vào bản đồ phân hạng lập địa, ưu tiên trồng cao su trên các dạng lập địa hạng I và II với độ cao dưới 500m, tầng đất dày trên 80cm và ít bị ảnh hưởng bởi gió lạnh. Chọn giống chịu lạnh như RRIV 4, PB 260 hoặc các dòng lai được chọn tạo cho điều kiện miền núi phía Bắc. Kết hợp trồng cây che bóng tạm thời trong giai đoạn kiến thiết cơ bản để giảm thiểu tác hại của sương muối và gió rét đến cây con mới trồng, nâng tỷ lệ sống và rút ngắn chu kỳ kinh doanh.

4.2. Định hướng phát triển bền vững cao su Lai Châu

Phát triển cao su tại Lai Châu cần tuân thủ nguyên tắc thuận lập địa, tránh mở rộng sang vùng không thích hợp chỉ vì lợi ích ngắn hạn. Quy hoạch vùng trồng cần tích hợp dữ liệu lập địa vào hệ thống GIS để giám sát và cập nhật liên tục. Nghiên cứu cũng đặt nền tảng cho các công trình tiếp theo về tác động của biến đổi khí hậu đến năng suất cao su vùng núi, từ đó xây dựng kịch bản thích ứng phù hợp với điều kiện đặc thù của các tỉnh Tây Bắc Việt Nam trong dài hạn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu: 30 trang - Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu: 16 trang - Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận: 82 trang - Chương 4: Kết luận, tồn tại và khuyến nghị: 3 trang 7 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới 1. Khái niệm lập địa Theo các nhà lập địa Đức thì lập địa được hiểu là một phạm vi địa hình nhất định với tất cả những yếu tố của ngoại cảnh ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây cối. Khi thống nhất phương pháp nghiên cứu mối quan hệ giữa sinh trưởng của thực vật rừng với các yếu tố khí hậu, địa hình, đất mà không chú ý đến yếu tố địa lý (phương pháp phân kiểu lập địa) và phương pháp nghiên cứu mối quan hệ giữa thực vật rừng và lập địa trong một không gian nhất định (phương pháp phân vùng lập địa), ngành lâm nghiệp Đức đã đưa ra một phương pháp điều tra lập địa tổng hợp phục vụ sản xuất lâm nghiệp.Schwanecker (1971), trên cở sở thuyết lâm hình của Suchaev (1958) đã đưa ra khái niệm cụ thể về lập địa như sau [35], [90]: * Các yếu tố tĩnh: Sinh thái cảnh - Khí hậu.

Ở Ucraina, Pogrebnhiac (1968), cho rằng kiểu lập địa bao gồm mọi khu đất có điều kiện đất đai giống nhau kể cả nơi có rừng và nơi không có rừng; dựa trên 2 tiêu chí cơ bản là độ phì và độ ẩm của đất, trong đó độ phì được chia làm 4 cấp còn độ ẩm được chia thành 6 cấp đã phân được 24 kiểu lập địa. Theo Blaglovidop và Buadop (1958), Tretop (1981) thì nền lập địa ở vùng Sankt-Peterburg lại được phân chia dựa vào các yếu tố: đá mẹ hình thành đất, địa hình và chế độ thoát nước [55], [54], [58], [65]. Như vậy có thể hiểu: Lập địa là một phạm vi lãnh thổ nhất định với tất cả những yếu tố của ngoại cảnh ảnh hưởng tới sinh trưởng của cây cối. Lập địa theo nghĩa hẹp bao gồm 3 thành phần: khí hậu, địa hình, thổ nhưỡng và theo nghĩa rộng bao gồm 4 thành phần: khí hậu, địa hình, thổ nhưỡng và thế giới động thực vật.

Trong phạm vi nghiên cứu, đề tài xác định các yếu tố cấu thành lập địa phục vụ công tác quy hoạch, kế hoạch và gây trồng, phát triển cây cao su trên địa bàn tỉnh Lai Châu, bao gồm: (i) Điều kiện khí hậu (nhiệt độ trung bình năm, độ ẩm trung bình năm, lượng mưa trung bình năm); (ii) Điều kiện địa hình (độ cao, độ dốc); và (iii) Điệu kiện đất (độ dày tầng đất, loại đất). Nghiên cứu về sinh trưởng và sản lượng cây rừng Nghiên cứu về sinh trưởng và sản lượng rừng là một vấn đề mà được rất nhiều nhà lâm nghiệp trên thế giới đặc biệt quan tâm. Việc thành lập những ô định 9 vị từ thế kỷ XIX đã tìm ra những hệ thống các biểu sinh trưởng phục vụ đắc lực trong việc quản lý, dự đoán, lập kế hoạch trong lĩnh vực sản xuất lâm nghiệp. Sinh trưởng của cây rừng là kết quả của quá trình đồng hóa những nguồn năng lượng của môi trường dưới ảnh hưởng của các quy luật vận động nội tại cũng như mối quan hệ giữa các nhân tố nội tại với các nhân tố ngoại cảnh trong suốt thời gian tồn tại tự nhiên của chúng và là cơ sở chủ yếu để đánh giá sức sản xuất của lập địa, điều kiện tự nhiên cũng như hiệu quả của các biện pháp tác động đã áp dụng [22], [23].

Sản lượng có thể được hiểu là kích thước của một hoặc nhiều cá thể trong lâm phần tại thời điểm nào đó hoặc là lượng gỗ của lâm phần có thể cho thu hoạch từ thời điểm trồng đến thời điểm xác định. Chỉ tiêu thường được sử dụng để đánh giá sản lượng lâm phần là trữ lượng (m3/ha) tại tuổi xác định. Như vậy, sản lượng chính là tổng tăng trưởng hàng năm của lâm phần về một số đại lượng nào đó, như trữ lượng trên hécta tại tuổi A, tổng tiết diện ngang trên hécta tại tuổi A, lượng mủ khai thác được (đối với loài lấy mủ) trên hécta tại tuổi A, trong đó trữ lượng được sử dụng rộng rãi hơn cả, vì đại lượng này phản ánh tổng hợp năng suất của lâm phần [24].Bertalanfly (1951) (dẫn theo Vũ Minh Đức [19]), sinh trưởng là sự lớn lên của cơ thể thông qua sự đồng hóa. Về phương diện toán học, sinh trưởng của rừng được hiểu như một hàm số phụ thuộc vào nhiều biến số: tuổi cây (A), các đặc trưng về nhiệt độ (TT), lượng mưa (VL), ẩm độ (W), lượng bức xạ (BX), dinh dưỡng khoáng trong đất (NPK), mật độ của cây rừng (N), và được biểu diễn dưới dạng phương trình: Y = f(A, TT, VL, W, BX, NPK, N,…) Trong đó f là dạng phương trình toán học thích hợp được xác định bởi các phương pháp thống kê và phù hợp với các đặc tính sinh học của cây rừng.

Nếu như đồng nhất các yếu tố hoàn cảnh thì hàm số trên chỉ còn phụ thuộc vào tuổi (A). Cho đến nay, nhiều nhà khoa học lâm nghiệp trên thế giới đã đi sâu nghiên cứu với sự ứng dụng rộng rãi thống kê toán học để tìm ra các hàm toán học thích 10 hợp cho việc mô tả quá trình sinh trưởng của các loài cây rừng ở các vùng sinh thái khác nhau trên các châu lục. Tuy nhiên, các hàm toán học hay các hàm sinh trưởng được tìm ra chỉ thích hợp với một số loài cây ở một vùng sinh thái cụ thể nào đó. Với tất cả loài cây khác nhau ở các vùng sinh thái khác nhau, các hàm toán học này có phù hợp hay không cần có những nghiên cứu ứng dụng và kết luận về mức độ phù hợp của chúng [21].

Khi nghiên cứu về suất sinh trưởng ở các giai đoạn khác nhau trong quá trình phát triển ở rừng mưa nhiệt đới, Richards cho rằng "Suất sinh trưởng của một cây gỗ trong mọi giai đoạn phát triển của nó đều do hai nhóm nhân tố quyết định là điều kiện hoàn cảnh và tính di truyền. Tính di truyền biến đổi từ loài cây này sang loài cây khác" [50]. Walter, ứng dụng phân tích hệ thống đối với sinh thái học được biết dưới tên gọi hệ sinh thái và đã trở thành một môn khoa học. Mọi hệ toán học trong sinh thái được gọi là mô hình, vì nó là hình ảnh không đầy đủ và trừu tượng của thế giới thực tại.

Mục đích của các mô hình toán học được xây dựng là để dự đoán sự thay đổi của hệ sinh thái. Các mô hình sinh thái thường phức tạp nên phải được nghiên cứu chủ yếu nhờ vào sự mô hình hóa bằng máy tính [46]. Mô hình hồi quy tuyến tính: Một sự mô tả về mối quan hệ giữa hai biến x và y mà không thể xác định được bằng mối quan hệ hàm số y =f(x), có thể xác định được bởi mô hình xác suất. Dạng tổng quát của một mô hình xác suất cho phép y lớn hơn hoặc nhỏ hơn hàm f(x) một độ lệch tự do e nào đó.

Phương trình mô hình có dạng y =f(x) +e [104]. Nếu một phương pháp nghiên cứu yêu cầu một mối quan hệ tuyến tính giữa hai biến thì cần thiết phải chuyển dạng một trong hai hoặc cả hai biến để thỏa mãn yêu cầu này [96]. Kiểu mô hình được mô tả dưới dạng biểu thức toán học thường được sử dụng nhiều nhất trên máy tính, nó được phát triển để diễn tả đúng đắn về sinh vật và ứng dụng trong sinh thái học [111]. Để xây dựng các mô hình hồi quy đa biến, các nhà khoa học lâm nghiệp trên thế giới đã thử nghiệm rất nhiều dạng phương trình toán học và qua đó đề xuất một số hàm tương đối đặc trưng để mô tả quy luật về sinh trưởng và sản lượng rừng cho 11 một số loại rừng cụ thể.

Theo đó, đối với rừng trồng thuần loài người ta thường sử dụng những hàm: (i) Hàm Thomasius (1978) có dạng: y=a0(1-e-bt), trong đó: y là chỉ tiêu sinh trưởng, a0 = ymax là chỉ tiêu sinh trưởng lớn nhất, e là cơ số Neper, b là tham số phương trình phụ thuộc vào loài cây, t là tuổi rừng; (ii) Hàm Michailov có dạng: y=a.e-b/t, trong đó: y là chỉ tiêu sinh trưởng, a và b là tham số của phương trình phụ thuộc vào loài cây, t là tuổi rừng; (iii) Hàm Wenk có dạng: log(lm) = a0 + a1logt + a2loghg + a3logG +a4log2G, trong đó: lm là tăng trưởng về trữ lượng rừng, t là tuổi rừng, hg là chiều cao bình quân của cây rừng theo cây bình quân tiết diện ngang, G là tổng tiết diện ngang của rừng [75]. Nghiên cứu ảnh hưởng của lập địa đến sinh trưởng, năng suất cây rừng và sản lượng mủ cây cao su Tổng kết các nghiên cứu ở các nước nhiệt đới, Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (FAO), 1994 khẳng định khả năng sinh trưởng của rừng trồng phụ thuộc rất rõ vào bốn nhân tố chủ yếu liên quan đến điều kiện lập địa là khí hậu, địa hình, loại đất và hiện trạng thực bì [15]. Khảo sát rừng trồng ở các điều kiện lập địa khác nhau, Pandey (1993) nhận thấy Bạch đàn trắng (Eucalyptus camadulensis) trồng ở vùng nhiệt đới khô với chu kỳ kinh doanh từ 10-20 năm thường chỉ đạt năng suất từ 5-10 m3/ha/năm, nhưng ở vùng nhiệt đới ẩm có thể đạt 30m3/ha/năm. Như vậy, với điều kiện lập địa khác nhau thì sinh trưởng và năng suất của rừng trồng cũng khác nhau rõ rệt [117].

Các nhân tố hoàn cảnh đơn lẻ: Phương pháp này thường sử dụng những nhân tố hoàn cảnh vật lý có tính ổn định, có quan hệ mật thiết với sinh trưởng và năng suất của cây rừng, như: Khí hậu, địa hình, thổ nhưỡng. Các học giả Nhật Bản đã áp dụng hệ thống phân loại đất của Mỹ, của UNESCO và phương pháp nghiên cứu mối quan hệ giữa các nhân tố hoàn cảnh đơn lẻ với sinh trưởng và năng suất của cây rừng tại Philippines [43]. (2017) đã nghiên cứu ảnh hưởng của khô hạn đến sinh trưởng của cao su bằng việc so sánh các phản ứng quang hợp của hai dòng vô tính (RRIM600 và FX3864) có khả năng chịu được hạn hán. Nghiên cứu đã loại 12 bỏ hoàn toàn việc tưới nước cho đến khi tiềm năng nước của lá (Ψw) đạt đến giá trị tới hạn ở thời điểm 38 ngày sau khi thiếu nước đối với cả hai dòng cao su.

Kết quả cho thấy dòng FX3864 nhạy cảm hơn với hạn hán so với dòng RRIM600 có lợi thế về sinh trưởng hơn, có độ ổn định và hiệu quả hơn ở các khu vực có lượng mưa thấp [105].