Tổng quan luận án
Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu
Tại Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào (CHDCND Lào), cháy rừng là một hiện tượng phổ biến gây tổn thất lớn đến tài nguyên thiên nhiên, môi trường, kinh tế và đời sống xã hội. Khu rừng phòng hộ đầu nguồn Nam Ngưm được thành lập năm 2005 với tổng diện tích 289.635 ha, giữ vai trò phòng hộ và điều tiết nguồn nước cho các công trình thủy điện Nam Ngưm 1 và Nam Ngưm 2. Đây là khu vực có kiểu rừng hỗn giao cây lá rộng với cây lá kim phân bố tự nhiên trên các dạng địa hình và thổ nhưỡng đa dạng, đồng thời là trung tâm đa dạng sinh học lưu giữ nhiều loài động, thực vật quý hiếm nằm trong Sách đỏ Lào và Danh lục Đỏ thế giới (IUCN).
Tuy nhiên, tài nguyên rừng tại khu vực bị xâm hại nghiêm trọng, trong đó cháy rừng chiếm trên 80% tổng số các vụ xâm hại, làm suy thoái khoảng 2.000 ha rừng. Đáng chú ý, trận cháy rừng xảy ra vào năm 2016 đã thiêu hủy 230 ha, dẫn đến sự suy giảm nghiêm trọng về cấu trúc thảm thực vật, chất lượng đất và chức năng phòng hộ đầu nguồn.
Trước thực trạng đó, công tác quản lý và khắc phục hậu quả cháy rừng tại địa phương chủ yếu dừng lại ở việc thống kê diện tích thiệt hại và chữa cháy cơ học. Việc nghiên cứu cơ sở khoa học cho các biện pháp lâm sinh phục hồi rừng sau cháy chưa được giải quyết đồng bộ, dẫn đến quá trình phục hồi diễn ra chậm và gặp nhiều khó khăn:
- Về mặt lý thuyết: Chưa xác định rõ hướng tiếp cận phù hợp để phục hồi hệ sinh thái rừng hỗn giao lá rộng - lá kim sau cháy thích ứng với điều kiện tự nhiên bản địa; chưa đánh giá được hiệu quả của từng biện pháp can thiệp kỹ thuật lâm sinh.
- Về mặt thực tiễn: Chưa lượng hóa được các đặc trưng biến động về cấu trúc, đặc điểm tái sinh và khả năng tự phục hồi của rừng; chưa phân loại đối tượng rừng sau cháy theo cấp độ tổn thương để làm căn cứ đề xuất các giải pháp kỹ thuật lâm sinh và phương án quản lý phù hợp cho từng trạng thái.
Do đó, đề tài luận án "Nghiên cứu cơ sở khoa học phục hồi rừng sau cháy tại khu rừng phòng hộ Nam Ngưm, nước Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào" được thực hiện nhằm cung cấp luận cứ khoa học và thực tiễn để phục hồi diện tích rừng sau cháy.
Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu tổng quát: Xác định được một số đặc điểm biến động quần xã thực vật rừng và đất rừng sau khi cháy theo thời gian làm cơ sở khoa học cho việc đánh giá khả năng phục hồi rừng sau cháy tại khu rừng phòng hộ Nam Ngưm, nước CHDCND Lào.
- Mục tiêu cụ thể:
- Mục tiêu 1: Xác định được các đặc trưng cơ bản và biến động về các chỉ tiêu cấu trúc của rừng, đất rừng trên kiểu rừng hỗn giao cây lá rộng với cây lá kim sau khi cháy tại khu rừng phòng hộ Nam Ngưm.
- Mục tiêu 2: Xác định và đề xuất được một số giải pháp nâng cao hiệu quả phục hồi rừng sau cháy áp dụng cho kiểu rừng hỗn giao lá rộng với lá kim tại khu rừng phòng hộ Nam Ngưm, nước CHDCND Lào.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Quần xã thực vật rừng thuộc kiểu rừng hỗn giao cây lá rộng với cây lá kim và một số tính chất lý - hóa học của đất rừng sau vụ cháy năm 2016 tại khu rừng phòng hộ đầu nguồn Nam Ngưm.
- Phạm vi nội dung: Tập trung nghiên cứu cấu trúc tầng cây cao, lớp cây tái sinh, cây bụi thảm tươi và đặc điểm hóa - lý của tầng đất mặt (0 - 20 cm) trên các khu vực không tác động và khu vực thử nghiệm các biện pháp kỹ thuật lâm sinh phục hồi.
- Phạm vi không gian:
- Hiện trường khu rừng hỗn giao lá rộng - lá kim bị cháy năm 2016 tại khu rừng phòng hộ Nam Ngưm, tỉnh Xiêng Khoảng, CHDCND Lào.
- Phân tích tiêu bản và mẫu đất tại: Phòng Tiêu bản thực vật (Viện Khoa học và Công nghệ quốc gia Lào); Phòng Phân tích đất (Viện Nghiên cứu Thống kê Tài nguyên và Môi trường - Bộ Tài nguyên và Môi trường Lào); Trường Đại học Lâm nghiệp (Việt Nam).
- Phạm vi thời gian: Thu thập số liệu và theo dõi thực địa trong giai đoạn từ tháng 01/2017 đến năm 2021 (thực hiện 5 đợt đo đếm định kỳ).
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Các hướng nghiên cứu chính đã được tổng quan
Tác giả luận án đã hệ thống hóa các công trình nghiên cứu trong nước và quốc tế theo các nhóm nội dung chính:
-
Khái niệm và phân loại cháy rừng:
- Định nghĩa cháy rừng theo Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO, 2019), Phạm Ngọc Hưng (2001), Bế Minh Châu và Phùng Văn Khoa (2002), và Luật Lâm nghiệp Lào năm 2019.
- Phân loại theo kiểu cháy: Cháy mặt, cháy tán, cháy ngầm (Phạm Ngọc Hưng, 2001; Bế Minh Châu, 2012).
- Phân loại theo cấp độ cháy: 4 cấp gồm không cháy, cháy thấp, cháy trung bình, cháy cao theo chỉ số CBI (Key và Benson, 2003; Annette Parsons et al., 2009) và hệ thống phân cấp theo Luật Lâm nghiệp Lào (Quốc hội Lào, 2018).
-
Quan niệm về phục hồi rừng sau cháy:
- Quan điểm của Tổ chức Cây gỗ Nhiệt đới Quốc tế (ITTO, 2002, 2019) phân biệt ba khái niệm: Tái tạo/khôi phục nguyên trạng (restoration), phục hồi chức năng/hệ sinh thái (rehabilitation), và cải tạo (reclamation). Luận án tiếp cận theo hướng rehabilitation nhằm đưa hệ sinh thái rừng sau cháy về trạng thái ổn định và nâng cao sản lượng lâm phần.
- Sơ đồ diễn thế và các giai đoạn phục hồi hệ sinh thái của David Lamb và Don Gilmour (2003).
-
Nghiên cứu quá trình tái sinh phục hồi tự nhiên sau cháy:
- Nghiên cứu quốc tế: Zald et al. (2008) tại Sierra Nevada (Mỹ) về tái sinh rừng hỗn giao lá rộng - lá kim; Keyser et al. (2008) tại Black Hills (Mỹ) về biến động cấu trúc rừng thông theo cấp độ cháy; Catry et al. (2013) tại Bồ Đào Nha về sinh trưởng chồi của Eucalyptus globulus; Crotteau et al. (2013) tại Cascades (Mỹ) về mật độ tái sinh sau 10 năm; Harvey et al. (2016) tại dãy núi Glacier (Mỹ) về ảnh hưởng của hạn hán và khoảng cách đám cháy đến Pinus contorta; Rother và Veblen (2016) tại Colorado (Mỹ) về tái sinh Pinus ponderosa và Pseudotsuga menziesii; Costa et al. (2017) tại Brazil; Satyam Verma et al. (2017) tại Ấn Độ; Sonsoles González - De Vega et al. (2018) tại Tây Ban Nha về rừng Pinus halepensis; De Andrade et al. (2019) tại rừng Amazon (Brazil).
- Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS: Các công trình sử dụng ảnh Landsat, MODIS, SPOT, Sentinel đánh giá phục hồi thảm thực vật sau cháy của Joseph D. White et al. (1999, 2017), Zhang JH và Liu C (2005), Bright et al. (2019), Christopoulou et al. (2019), Margarita Arianoutsou et al. (2011), Ran Meng et al. (2014), H. Tonbul et al. (2016).
- Nghiên cứu tại Việt Nam: Lê Đình Thuận (2000) tại Ba Vì về rừng Acacia mangium; Vương Văn Quỳnh và Cs (2005) tại U Minh và Tây Nguyên; Nguyễn Văn Túc (2011) tại Tam Đảo về rừng thông Mã vĩ; Bế Minh Châu và Cs (2014), Trần Minh Cảnh (2019), Trần Quang Bảo và Cs (2018) tại Vườn quốc gia Hoàng Liên.
- Nghiên cứu tại CHDCND Lào: Xaivanh Khotthakhun (2008) đánh giá tái sinh rừng sau chiến tranh tại khu bảo tồn Nai Ca tông (Savannakhet); Eshetu Yirdaw et al. (2019) về cấu trúc và đa dạng thực vật trên đất nương rẫy bỏ hoang.
-
Nghiên cứu phục hồi rừng bằng các biện pháp kỹ thuật lâm sinh:
- Nghiên cứu quốc tế: Chen W et al. (2014) tại dãy Greater Hinggan (Trung Quốc) về biện pháp chặt vệ sinh, chặt nuôi dưỡng; Kristi Parro et al. (2015), Mara Zadina et al. (2015) tại Estonia về quản lý rừng thông sau cháy; Soung-Ryoul Ryu et al. (2017) tại Hàn Quốc; Okan Ürker et al. (2017) tại Thổ Nhĩ Kỳ về rừng Pinus brutia; Enrico Marcolin et al. (2019) tại dãy Alps (Ý); Dodson et al. (2010) tại Washington (Mỹ) về tạo băng cản xói mòn và gieo hạt bổ sung.
- Nghiên cứu tại CHDCND Lào: Sovu et al. (2010) tại tỉnh Xiêng Khoảng về xúc tiến tái sinh kết hợp gieo hạt Vối thuốc và Thông ba lá; Chanthon Khothakhun (2015) tại tỉnh Savannakhet về xử lý lâm phần Bạch đàn sau cháy; Báo cáo luận chứng kinh tế - kỹ thuật của Sở Nông Lâm nghiệp tỉnh Xiêng Khoảng (DAFX, 1995).
Khoảng trống nghiên cứu được lựa chọn giải quyết
Tổng quan tài liệu cho thấy phần lớn các nghiên cứu tại Lào trước đây mới dừng lại ở việc đánh giá chung về tái sinh tự nhiên trên đất nương rẫy hoặc rừng sau chiến tranh, chưa có công trình nào đánh giá có hệ thống về:
- Đặc điểm biến động cấu trúc lâm phần và tính chất lý - hóa học đất rừng theo từng cấp độ cháy cụ thể tại khu rừng phòng hộ đầu nguồn Nam Ngưm.
- Khả năng tự phục hồi của kiểu rừng hỗn giao lá rộng - lá kim sau vụ cháy nghiêm trọng năm 2016.
- Cơ sở khoa học để phân chia đối tượng rừng sau cháy và thử nghiệm các giải pháp kỹ thuật lâm sinh can thiệp tương ứng (khoanh nuôi xúc tiến tái sinh, chặt nuôi dưỡng, gieo sạ hạt bổ sung) kết hợp với công nghệ viễn thám NBR và chỉ số CBI.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết và khái niệm áp dụng
- Lý thuyết phục hồi hệ sinh thái rừng thứ sinh (Rehabilitation): Dựa trên quan điểm của ITTO (2002, 2019) và mô hình diễn thế phục hồi của David Lamb và Don Gilmour (2003), xác định phục hồi sau cháy là quá trình thúc đẩy diễn thế tiến bộ nhằm khôi phục cấu trúc, nâng cao tính đa dạng sinh học và chất lượng lâm phần.
- Khung phân loại cấp độ cháy: Sử dụng Chỉ số cháy tổng hợp (Composite Burn Index - CBI) của Key và Benson (2003) tích hợp với quy định của Luật Lâm nghiệp Lào năm 2018, chia làm 3 cấp độ:
- Cấp cháy thấp (CT): $\text{CBI} \le 20%$
- Cấp cháy trung bình (CTB): $20% < \text{CBI} \le 80%$
- Cấp cháy cao (CC): $\text{CBI} > 80%$
[Hiện trạng rừng và cháy rừng (DAFX, Kiểm lâm, 30 OTC)]
[Phân cấp độ cháy trận cháy 2016 (35 OTC CBI + Landsat 8 NBR + ArcGIS 10.1)]
[Theo dõi thực nghiệm 5 năm: 2017 - 2021 (21 OTC bán cố định, 105 ODB, 7 phẫu diện đất)]
[Phân chia đối tượng tác động & Đề xuất giải pháp lâm sinh, quản lý]
Phương pháp nghiên cứu cụ thể
1. Phương pháp điều tra hiện trạng rừng và cháy rừng
- Hiện trạng tài nguyên rừng: Thiết lập 30 ô tiêu chuẩn (OTC) điển hình (diện tích $2.000\text{ m}^2/\text{ô}$) trên các tuyến khảo sát thuộc 2 kiểu rừng chính để xác định trữ lượng và cấu trúc (rừng giàu $M > 200\text{ m}^3/\text{ha}$, rừng trung bình $100\text{ m}^3/\text{ha} < M \le 200\text{ m}^3/\text{ha}$, rừng nghèo $50\text{ m}^3/\text{ha} < M \le 100\text{ m}^3/\text{ha}$).
- Thống kê cháy rừng và nguyên nhân: Thu thập chuỗi số liệu cháy rừng giai đoạn 2010 - 2020 từ Sở Nông Lâm nghiệp tỉnh Xiêng Khoảng (DAFX), Chi cục Kiểm lâm và Ban quản lý khu rừng phòng hộ Nam Ngưm.
2. Phương pháp đánh giá cấp độ cháy vụ cháy năm 2016
- Điều tra CBI trên thực địa: Lập 35 OTC tạm thời ($2.000\text{ m}^2/\text{ô}$) vào tháng 12/2016, đánh giá tỷ lệ cháy trên 5 tầng cấu trúc:
- Tầng A: Thảm khô, lá rụng (ô mẫu $1\text{ m}^2$)
- Tầng B: Cây bụi, thảm tươi và cây tái sinh $\le 1\text{ m}$ (ô dạng bản ODB $25\text{ m}^2$)
- Tầng C: Cây bụi, cây gỗ, dây leo có chiều cao $1\text{ m} < H \le 5\text{ m}$ (ODB $25\text{ m}^2$)
- Tầng D: Tầng cây gỗ tán giữa (OTC $2.000\text{ m}^2$)
- Tầng E: Tầng cây vượt tán (OTC $2.000\text{ m}^2$)
- Xử lý viễn thám và GIS: Sử dụng 2 cảnh ảnh vệ tinh Landsat 8 OLI/TIRS tải từ Google Earth Engine (ảnh ngày 01/07/2016 trước khi cháy và ngày 12/11/2016 sau khi cháy; độ che phủ mây $< 10%$). Tính toán chỉ số đốt cháy chuẩn hóa (NBR), thiết lập tương quan hồi quy tuyến tính giữa NBR và CBI thực địa, nội suy và biên tập bản đồ phân vùng cấp độ cháy trên phần mềm ArcGIS 10.1.
3. Phương pháp bố trí ô tiêu chuẩn thực nghiệm và thu thập số liệu
Thiết lập 21 OTC bán cố định ($2.000\text{ m}^2/\text{ô}$) và 105 ODB ($25\text{ m}^2/\text{ô}$, bố trí tại 4 góc và tâm OTC) vào tháng 3/2017. Mỗi OTC chôn 5 cột mốc bê tông tại các góc và tâm để định vị GPS.
| TT |
Biện pháp tác động / Cấp độ theo dõi |
Số lượng OTC |
Mã hiệu OTC |
Số phẫu diện đất |
Ký hiệu phẫu diện |
| 1 |
Khoanh nuôi, xúc tiến tái sinh (cháy thấp) |
3 |
$\text{OTC}_{\text{KN,xtts}}\text{ 19, 20, 21}$ |
1 |
PDND1 |
| 2 |
Chặt nuôi dưỡng (cháy trung bình) |
3 |
$\text{OTC}_{\text{Cnd}}\text{ 1, 2, 3}$ |
1 |
PDND2 |
| 3 |
Gieo sạ hạt bản địa (cháy cao) |
3 |
$\text{OTC}_{\text{Gs}}\text{ 4, 5, 6}$ |
1 |
PDGS3 |
| 4 |
Đối chứng (khu không bị cháy) |
3 |
$\text{OTC}_{\text{Đc}}\text{ 7, 8, 9}$ |
1 |
PDĐC4 |
| 5 |
Cháy thấp tự nhiên (không tác động) |
3 |
$\text{OTC}_{\text{Ct}}\text{ 10, 11, 12}$ |
1 |
PDCT5 |
| 6 |
Cháy trung bình tự nhiên (không tác động) |
3 |
$\text{OTC}_{\text{Ctb}}\text{ 13, 14, 15}$ |
1 |
PDCTB6 |
| 7 |
Cháy cao tự nhiên (không tác động) |
3 |
$\text{OTC}_{\text{Cc}}\text{ 16, 17, 18}$ |
1 |
PDCC7 |
| Tổng |
|
21 |
|
7 |
|
- Theo dõi thực vật: Thực hiện 5 đợt đo đếm liên tục qua các năm 2017, 2018, 2019, 2020 và 2021. Tất cả các cây trong OTC và ODB được đánh số bằng thẻ nhôm dập số chìm, chia dải theo hướng Bắc - Nam.
- Tầng cây cao ($D_{1.3} \ge 6\text{ cm}$): Đo đường kính $D_{1.3}$ bằng thước kẹp kính, chiều cao vút ngọn ($H_{\text{vn}}$) bằng máy đo cao laser Nikon Forestry Pro; đánh giá chất lượng theo cấp đạt phẩm chất (AB) và không đạt phẩm chất (C).
- Tầng cây tái sinh: Đo đếm trong ODB đối với cây mạ ($H \le 0,5\text{ m}$) và cây con ($H > 0,5\text{ m}, D_{1.3} < 6\text{ cm}$), xác định nguồn gốc tái sinh (hạt/chồi) và tình trạng sinh trưởng.
- Phân tích đất: Đào 7 phẫu diện đất đại diện, lấy mẫu đất ở độ sâu 0 - 20 cm tại hai thời điểm: tháng 3/2017 (ngay sau khi lập ô) và tháng 3/2021 (sau 4 năm theo dõi). Phân tích các chỉ tiêu lý tính (thành phần cơ giới, độ xốp) và hóa tính (hàm lượng mùn, pH, N tổng số, $\text{P}_2\text{O}_5$ tổng số, $\text{K}_2\text{O}$ tổng số).
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Chương này tổng thuật toàn diện cơ sở lý luận và thực tiễn về cháy rừng và phục hồi rừng sau cháy. Tác giả phân tích các khái niệm về cháy rừng, các hình thức cháy (cháy mặt, cháy tán, cháy ngầm), và phương pháp phân cấp độ cháy theo chỉ số CBI của Key và Benson (2003).
Về lý thuyết phục hồi, chương 1 làm rõ quan niệm của ITTO về phục hồi rừng (rehabilitation) và sơ đồ quá trình phục hồi hệ sinh thái của David Lamb và Don Gilmour (2003). Tổng quan chi tiết các công trình nghiên cứu tái sinh tự nhiên và giải pháp kỹ thuật lâm sinh (chặt nuôi dưỡng, tỉa thưa chồi, gieo hạt bổ sung, tạo băng cản xói mòn) tại nhiều quốc gia (Mỹ, Trung Quốc, Ý, Bồ Đào Nha, Hàn Quốc, Việt Nam, Lào). Cuối chương, tác giả chỉ ra các khoảng trống nghiên cứu tại khu rừng phòng hộ Nam Ngưm, làm cơ sở xác lập mục tiêu, đối tượng và nội dung cho đề tài luận án.
Chương 2: Nội dung, phương pháp và điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu
Chương 2 trình bày tổng quan điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của khu vực nghiên cứu tại khu rừng phòng hộ Nam Ngưm (tỉnh Xiêng Khoảng, CHDCND Lào) với địa hình chia cắt phức tạp, khí hậu nhiệt đới gió mùa vùng cao, và hệ thống thủy văn thuộc lưu vực sông Nam Ngưm.
Nội dung trọng tâm của chương là thiết kế phương pháp luận 4 bước và quy trình kỹ thuật thu thập số liệu:
- Phương pháp điều tra hiện trạng 2 kiểu rừng qua 30 OTC điển hình.
- Phương pháp đánh giá cấp độ cháy vụ cháy năm 2016 thông qua chỉ số CBI trên 35 OTC tạm thời, kết hợp xử lý ảnh vệ tinh Landsat 8 (tính chỉ số NBR) trên Google Earth Engine và thành lập bản đồ trên ArcGIS 10.1.
- Thiết kế hệ thống thực nghiệm gồm 21 OTC bán cố định ($2.000\text{ m}^2/\text{ô}$), 105 ODB ($25\text{ m}^2/\text{ô}$) và 7 phẫu diện đất (tầng 0 - 20 cm) theo dõi liên tục 5 đợt (2017 - 2021).
- Quy trình đo đếm các chỉ tiêu lâm học tầng cây cao (đường kính $D_{1.3}$, chiều cao, phẩm chất AB/C), tầng cây tái sinh (mật độ, chiều cao, nguồn gốc tái sinh hạt/chồi) và phương pháp phân tích lý - hóa học đất.
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Chương 3 trình bày các kết quả định lượng chính của luận án theo 4 phần:
1. Hiện trạng rừng và cháy rừng tại khu vực nghiên cứu
- Thống kê diện tích và đặc trưng cấu trúc của 2 kiểu rừng chính: Rừng hỗn giao cây lá rộng thường xanh và Rừng hỗn giao cây lá rộng với cây lá kim.
- Chuỗi số liệu cháy rừng giai đoạn 2010 - 2020 ghi nhận các đợt cháy gây tổn thất lớn, trong đó vụ cháy năm 2016 làm thiệt hại 230 ha.
- Kết quả giải đoán viễn thám kết hợp chỉ số CBI đã phân chia diện tích vụ cháy năm 2016 thành 3 cấp độ: Cháy thấp (CT), Cháy trung bình (CTB), và Cháy cao (CC).
- Xác định nguyên nhân gây cháy: Trên 80% các vụ cháy bắt nguồn từ các hoạt động của con người (đốt nương làm rẫy, săn bắt động vật, sử dụng lửa bất cẩn trong rừng).
2. Biến động cấu trúc rừng và tính chất đất theo thời gian (2017 - 2021)
- Tính chất đất rừng sau cháy:
- Thành phần cơ giới đất chịu tác động của nhiệt độ lửa rừng và xói mòn sau cháy.
- Độ xốp của đất, hàm lượng mùn tổng số, đạm tổng số (N), lân tổng số ($\text{P}_2\text{O}_5$), và kali tổng số ($\text{K}_2\text{O}$) ở tầng 0 - 20 cm bị suy giảm mạnh ở các cấp độ cháy cao ngay sau cháy (2017), sau đó có xu hướng phục hồi chậm theo thời gian đến năm 2021.
- Độ pH đất có sự biến động tăng nhẹ trong giai đoạn đầu do lượng tro kiềm sau cháy, sau đó dần ổn định trở lại.
- Cấu trúc tầng cây cao:
- Mật độ cây cao bình quân/ha, số lượng loài và mức độ phong phú loài giảm mạnh theo cấp độ cháy. Cấp cháy cao ghi nhận tỷ lệ cây chết đứng và rụng lá trên 80%.
- Qua 4 năm theo dõi (2017 - 2021), số lượng cá thể sống sót phục hồi cành nhánh và một số cây tầng cao mới bước vào cỡ kính đo đếm ($D_{1.3} \ge 6\text{ cm}$) có sự chuyển biến tích cực ở cấp cháy thấp và trung bình.
- Cấu trúc lớp cây tái sinh:
- Mật độ tái sinh, số lượng loài tái sinh, chiều cao bình quân và độ che phủ thảm tươi tăng dần theo các năm sau cháy.
- Nguồn gốc tái sinh: Ở cấp cháy trung bình và cao, tái sinh bằng chồi chiếm tỷ lệ ưu thế trong những năm đầu; tái sinh từ hạt gia tăng dần ở các năm sau khi nguồn hạt rơi rụng và điều kiện đất cải thiện.
3. Kết quả thử nghiệm 3 biện pháp kỹ thuật lâm sinh phục hồi rừng
So sánh giữa các ô có tác động kỹ thuật và ô không tác động (đối chứng tự nhiên) cho thấy:
- Biện pháp khoanh nuôi xúc tiến tái sinh (trên cấp cháy thấp): Thúc đẩy nhanh quá trình phục hồi mật độ và chất lượng cây tái sinh triển vọng, bảo tồn tốt số cây mẹ còn sót lại.
- Biện pháp chặt nuôi dưỡng, vệ sinh rừng (trên cấp cháy trung bình): Việc loại bỏ cây chết khô, cành gãy mục và điều chỉnh mật độ chồi giúp cải thiện điều kiện ánh sáng và dinh dưỡng, làm tăng tốc độ sinh trưởng chiều cao và tỷ lệ cây đạt phẩm chất tốt (AB).
- Biện pháp gieo sạ hạt loài cây bản địa (trên cấp cháy cao): Làm tăng đáng kể mật độ cây tái sinh mục đích và độ che phủ bề mặt so với ô cháy cao để tái sinh tự nhiên thuần túy, giúp hạn chế xói mòn đất mặt.
- Các chỉ tiêu lý - hóa học đất (hàm lượng mùn, độ xốp, N, P, K) trên các ô có tác động kỹ thuật đều có xu hướng cải thiện rõ rệt hơn so với các ô không tác động sau 4 năm.
4. Đề xuất giải pháp kỹ thuật lâm sinh và quản lý sau cháy
- Lựa chọn loài cây mục đích: Sử dụng phương pháp đối lập để sàng lọc danh mục các loài cây bản địa có khả năng thích nghi với đất sau cháy, sinh trưởng nhanh và có tính chống chịu lửa rừng.
- Phân chia đối tượng tác động: Dựa trên ma trận phân cấp mật độ cây cao mục đích và mật độ cây tái sinh mục đích trên từng cấp độ cháy (CT, CTB, CC).
- Xây dựng sơ đồ phân khu và giải pháp lâm sinh:
- Cấp cháy thấp: Áp dụng khoanh nuôi bảo vệ, xúc tiến tái sinh tự nhiên.
- Cấp cháy trung bình: Áp dụng chặt nuôi dưỡng, dọn vệ sinh rừng kết hợp tỉa thưa chồi và chăm sóc cây tái sinh.
- Cấp cháy cao: Áp dụng biện pháp gieo sạ hạt hoặc trồng bổ sung cây bản địa kết hợp các công trình hạn chế xói mòn đất.
- Biện pháp quản lý và phòng cháy: Đề xuất hoàn thiện quy chế phối hợp quản lý bảo vệ rừng, xây dựng hệ thống đường băng cản lửa, củng cố lực lượng kiểm lâm và nâng cao nhận thức cộng đồng địa phương theo Luật Lâm nghiệp Lào 2019.
Kết quả và những đóng góp mới
Đóng góp về mặt lý luận khoa học
- Cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng về quy luật biến động cấu trúc lâm phần (tầng cây cao, cây tái sinh, cây bụi thảm tươi) và tính chất lý - hóa học đất tầng mặt (0 - 20 cm) theo thời gian (2017 - 2021) trên 3 cấp độ cháy tại kiểu rừng hỗn giao cây lá rộng với cây lá kim ở CHDCND Lào.
- Làm sáng tỏ khả năng tự phục hồi và các rào cản diễn thế sinh thái sau cháy rừng tại khu rừng phòng hộ đầu nguồn Nam Ngưm, bổ sung luận cứ khoa học cho chuyên ngành Quản lý tài nguyên rừng và Lâm học nhiệt đới.
Đóng góp về mặt thực tiễn
- Ứng dụng thành công phương pháp tích hợp chỉ số cháy tổng hợp CBI trên thực địa với chỉ số đốt cháy chuẩn hóa NBR từ ảnh vệ tinh Landsat 8 để khoanh vùng và thành lập bản đồ phân cấp độ cháy chính xác.
- Xây dựng tiêu chí lựa chọn loài cây mục đích bản địa và hệ thống phân loại đối tượng rừng sau cháy dựa trên mật độ cây cao và cây tái sinh.
- Đề xuất và thử nghiệm thành công gói giải pháp kỹ thuật lâm sinh phân hóa theo từng cấp độ cháy (khoanh nuôi xúc tiến tái sinh cho cấp cháy thấp; chặt nuôi dưỡng vệ sinh rừng cho cấp cháy trung bình; gieo sạ hạt cây bản địa cho cấp cháy cao).
- Đề xuất hệ thống giải pháp quản lý, PCCCR và bảo vệ rừng phòng hộ phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội của tỉnh Xiêng Khoảng và các quy định của Luật Lâm nghiệp Lào 2019.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của luận án
- Thời gian theo dõi thực nghiệm trong khuôn khổ luận án kéo dài 5 năm (2017 - 2021), do đó mới chỉ phản ánh được động thái phục hồi ở giai đoạn đầu của quá trình diễn thế sinh thái sau cháy.
- Phạm vi nghiên cứu đất rừng mới tập trung phân tích ở tầng đất mặt (độ sâu 0 - 20 cm), chưa khảo sát biến động dinh dưỡng và vi sinh vật ở các tầng đất sâu hơn.
- Đối tượng nghiên cứu giới hạn trên kiểu rừng hỗn giao cây lá rộng với cây lá kim tại khu rừng phòng hộ Nam Ngưm, chưa mở rộng so sánh với các kiểu rừng thuần loài hoặc các khu vực địa lý khác tại Lào.
Hướng nghiên cứu tiếp theo
- Tiếp tục duy trì hệ thống 21 ô tiêu chuẩn bán cố định để theo dõi diễn thế cấu trúc lâm phần và tích lũy sinh khối rừng trong giai đoạn 10 - 20 năm tiếp theo.
- Nghiên cứu sâu hơn về chu trình dinh dưỡng khoáng, hoạt tính sinh học của đất và khả năng hấp thụ carbon của rừng phục hồi sau cháy.
- Thử nghiệm mở rộng các giải pháp kỹ thuật lâm sinh đề xuất cho các kiểu rừng khác bị cháy tại các tỉnh miền Bắc và Nam nước CHDCND Lào.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng sau:
- Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên ngành Lâm nghiệp, Quản lý tài nguyên rừng, Sinh thái học: Tham khảo khung phương pháp luận nghiên cứu kết hợp giữa điều tra thực địa truyền thống (OTC, ODB, phẫu diện đất) với công nghệ viễn thám và GIS (Google Earth Engine, Landsat 8 NBR, ArcGIS 10.1); quy trình tính toán chỉ số CBI.
- Giảng viên và các cơ sở đào tạo lâm nghiệp: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy cho các học phần Quản lý lửa rừng, Lâm học nhiệt đới, Điều tra quy hoạch rừng và Phục hồi hệ sinh thái rừng.
- Cơ quan quản lý nhà nước, Chi cục Kiểm lâm và Ban quản lý rừng phòng hộ tại Lào: Ứng dụng trực tiếp quy trình lập bản đồ cấp độ cháy, phương pháp phân loại đối tượng rừng sau cháy và các biện pháp kỹ thuật lâm sinh can thiệp để lập phương án quản lý, phục hồi rừng sau cháy tại địa phương.
Câu hỏi thường gặp
1. Trận cháy rừng nghiêm trọng năm 2016 tại khu rừng phòng hộ Nam Ngưm gây thiệt hại bao nhiêu diện tích và thuộc kiểu rừng nào?
Trận cháy xảy ra vào năm 2016 đã làm thiệt hại 230 ha rừng, xảy ra trên quần xã thực vật thuộc kiểu rừng hỗn giao cây lá rộng với cây lá kim tại khu rừng phòng hộ Nam Ngưm (tỉnh Xiêng Khoảng, CHDCND Lào).
2. Tác giả luận án sử dụng phương pháp nào để phân chia cấp độ cháy cho vụ cháy năm 2016?
Tác giả sử dụng phương pháp đánh giá Chỉ số cháy tổng hợp (Composite Burn Index - CBI) trên 5 tầng thực vật tại 35 ô tiêu chuẩn tạm thời theo phương pháp của Key và Benson (2003), sau đó thiết lập tương quan với chỉ số đốt cháy chuẩn hóa (NBR) trích xuất từ ảnh vệ tinh Landsat 8 trên Google Earth Engine và phân vùng bản đồ trên ArcGIS 10.1 theo 3 cấp độ: Cháy thấp ($\text{CBI} \le 20%$), Cháy trung bình ($20% < \text{CBI} \le 80%$), và Cháy cao ($\text{CBI} > 80%$).
3. Hệ thống ô tiêu chuẩn thực nghiệm theo dõi biến động cấu trúc rừng và đất được thiết kế như thế nào?
Hệ thống gồm 21 ô tiêu chuẩn (OTC) bán cố định với diện tích $2.000\text{ m}^2/\text{ô}$ ($40\text{ m} \times 50\text{ m}$), bên trong mỗi OTC bố trí 5 ô dạng bản (ODB) diện tích $25\text{ m}^2/\text{ô}$ và 1 phẫu diện đất (tổng cộng 7 phẫu diện đại diện cho các công thức). Số liệu được đo đếm 5 đợt liên tục từ năm 2017 đến năm 2021; mẫu đất tầng 0 - 20 cm được lấy và phân tích tại 2 mốc thời gian: tháng 3/2017 và tháng 3/2021.
4. Ba biện pháp kỹ thuật lâm sinh được luận án thử nghiệm trên các cấp độ cháy là gì?
Ba biện pháp kỹ thuật lâm sinh thử nghiệm gồm:
- Khoanh nuôi, xúc tiến tái sinh tự nhiên áp dụng trên cấp cháy thấp ($\text{OTC}_{\text{KN,xtts}}\text{ 19, 20, 21}$).
- Chặt nuôi dưỡng và vệ sinh rừng áp dụng trên cấp cháy trung bình ($\text{OTC}_{\text{Cnd}}\text{ 1, 2, 3}$).
- Gieo sạ hạt cây bản địa áp dụng trên cấp cháy cao ($\text{OTC}_{\text{Gs}}\text{ 4, 5, 6}$).
5. Dụng cụ và thiết bị chính được sử dụng để điều tra thực địa trong luận án là gì?
Các thiết bị chính gồm: Máy định vị GPS để xác định tọa độ các mốc bê tông; máy đo cao laser Nikon Forestry Pro để đo chiều cao cây tầng cao và cây con tái sinh; thước kẹp kính đo đường kính ngang ngực ($D_{1.3}$); thước mét đo chiều cao cây mạ; và thẻ nhôm dập số chìm gắn đinh hoặc dây để theo dõi cố định từng cá thể cây qua 5 năm.
Kết luận
Luận án tiến sĩ của tác giả Sing Soupanya đã giải quyết thành công vấn đề xác lập cơ sở khoa học cho công tác phục hồi rừng sau cháy tại khu rừng phòng hộ Nam Ngưm, CHDCND Lào. Bằng việc kết hợp chặt chẽ giữa công nghệ viễn thám Landsat 8, chỉ số CBI và hệ thống 21 ô tiêu chuẩn thực nghiệm theo dõi định kỳ qua 5 năm (2017 - 2021), công trình đã định lượng rõ quy luật biến động cấu trúc lâm phần và tính chất lý - hóa học đất tầng mặt theo từng cấp độ cháy. Kết quả nghiên cứu đã chứng minh tính hiệu quả của các biện pháp lâm sinh can thiệp phân hóa (khoanh nuôi xúc tiến tái sinh, chặt nuôi dưỡng, gieo sạ hạt bản địa), cung cấp luận cứ thực tiễn quan trọng cho việc phục hồi và quản lý bền vững tài nguyên rừng phòng hộ tại CHDCND Lào.
