Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Khu Bảo tồn Thiên nhiên (BTTN) Thần Sa – Phượng Hoàng (huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên) được thành lập theo Quyết định số 3841/QĐ-UB ngày 01/12/1999 và điều chỉnh quy hoạch theo Quyết định số 1518/QĐ-UBND ngày 10/7/2014 của UBND tỉnh Thái Nguyên, với tổng diện tích tự nhiên 19.800 ha (vùng lõi quy hoạch 17.000 ha nằm trên địa bàn 7 xã và 1 thị trấn). Khu bảo tồn sở hữu hệ sinh thái rừng núi đá vôi đặc trưng vùng Đông Bắc, có tính đa dạng sinh học cao với nhiều nguồn gen thực vật quý hiếm. Tuy nhiên, áp lực dân sinh từ 20.411 nhân khẩu (với 4.446 hộ gia đình, tỷ lệ hộ nghèo 32,5% theo số liệu năm 2012) cùng các hoạt động canh tác nương rẫy, khai thác lâm sản trái phép đã làm diện tích và chất lượng rừng tự nhiên suy giảm.
Để phục hồi và quản lý rừng bền vững, việc nắm vững bản chất quy luật tái sinh tự nhiên là cơ sở quan trọng hàng đầu giúp xác lập các biện pháp kỹ thuật lâm sinh phù hợp. Khóa luận tập trung giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể sau:
- Mục đích nghiên cứu: Đánh giá đặc điểm tái sinh tự nhiên trạng thái rừng phục hồi tại Khu BTTN Thần Sa – Phượng Hoàng, làm cơ sở khoa học đề xuất giải pháp kỹ thuật lâm sinh và xúc tiến tái sinh.
- Nhiệm vụ/Mục tiêu nghiên cứu:
- Xác định các đặc điểm cấu trúc tổ thành loài và mật độ tầng cây gỗ.
- Xác định một số đặc điểm tái sinh tự nhiên của trạng thái rừng phục hồi (tổ thành, mật độ, cây triển vọng, chất lượng, nguồn gốc và phân bố).
- Đề xuất một số biện pháp kỹ thuật lâm sinh thúc đẩy quá trình tái sinh tự nhiên trạng thái rừng phục hồi.
- Đối tượng nghiên cứu: Lớp cây tái sinh tự nhiên và tầng cây gỗ tại trạng thái rừng phục hồi (trạng thái IIA) sau nương rẫy và khai thác.
- Phạm vi nghiên cứu:
- Không gian: Khu BTTN Thần Sa – Phượng Hoàng, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên (tọa độ địa lý từ 105°51’05" đến 106°08’38" kinh độ Đông; từ 21°45’12" đến 21°56’30" vĩ độ Bắc).
- Thời gian: Tiến hành điều tra và thu thập số liệu từ tháng 8/2017 đến tháng 12/2017.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu vận dụng quan điểm sinh thái phát sinh quần thể trong thảm thực vật rừng nhiệt đới của Thái Văn Trừng (1978), coi thảm thực vật và lớp cây tái sinh tự nhiên là sự phản chiếu tổng hợp các điều kiện hoàn cảnh tự nhiên và mối quan hệ tương tác sinh thái. Khóa luận tiếp thu các khái niệm phân loại phục hồi rừng (rehabilitation), khôi phục (restoration), cải tạo (reclamation), cùng các lý thuyết về mối quan hệ giữa độ tàn che tán rừng của Yurkevich (1960) và cấu trúc tầng tán của Daniel Marmillod (1958).
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và điều tra thực địa được thực hiện thông qua hệ thống ô tiêu chuẩn đại diện:
- Thiết kế mẫu điều tra ngoại nghiệp:
- Lập 9 ô tiêu chuẩn (OTC) diện tích 1.000 m² (kích thước 50 m × 20 m) tại 3 dạng địa hình đặc trưng: 3 OTC ở chân núi, 3 OTC ở sườn núi và 3 OTC ở đỉnh núi.
- Trong mỗi OTC, bố trí 5 ô dạng bản (ODB) diện tích 25 m² (kích thước 5 m × 5 m) gồm 4 ô ở 4 góc và 1 ô ở trung tâm để đo đếm lớp cây tái sinh, cây bụi và thảm tươi (tổng số 45 ODB).
- Chỉ tiêu đo đếm:
- Tầng cây gỗ: Đo đường kính ngang ngực ($D_{1.3} \ge 6\text{ cm}$), chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$), chiều cao dưới cành ($H_{dc}$), đường kính tán ($D_t$) theo hai hướng Đông - Tây và Nam - Bắc, phân cấp phẩm chất (tốt, trung bình, xấu).
- Lớp cây tái sinh: Định danh loài, nguồn gốc (hạt hoặc chồi), phẩm chất (tốt, trung bình, xấu), đo chiều cao theo 3 cấp (0 - 50 cm, 50 - 100 cm, > 100 cm), đo khoảng cách ngẫu nhiên giữa các cá thể gần nhất.
- Cây bụi và thảm tươi: Xác định thành phần loài, số lượng khóm, chiều cao bình quân, ước lượng phần trăm độ che phủ mặt đất.
- Phương pháp phân tích và xử lý số liệu:
- Tổ thành tầng cây gỗ: Xác định qua chỉ số giá trị quan trọng ($IVI% = \frac{N_i% + G_i%}{2}$); loài có $IVI \ge 5%$ được đưa vào công thức tổ thành.
- Tổ thành cây tái sinh: Tính tỷ lệ số cá thể $n_j% = \frac{n_j}{\sum n_i} \times 100$; loài có $n% \ge 5%$ tham gia công thức tổ thành; hệ số tổ thành $K_i = \frac{n_i}{N} \times 10$.
- Mật độ và tỷ lệ cây triển vọng (CTV): Tính mật độ $N/\text{ha} = \frac{10.000 \times n}{S}$; cây triển vọng là cây có chất lượng tốt, trung bình và chiều cao $\ge 1\text{ m}$.
- Phân bố không gian mặt phẳng nằm ngang: Sử dụng tiêu chuẩn kiểm định $U$ của Clark và Evans ($U < -1,96$: phân bố cụm; $-1,96 \le U \le 1,96$: phân bố ngẫu nhiên; $U > 1,96$: phân bố đều).
Nội dung chính theo từng chương
Phần 1: Mở đầu
Trình bày tính cấp thiết của việc bảo vệ và phục hồi tài nguyên rừng tại Việt Nam và Khu BTTN Thần Sa – Phượng Hoàng. Xác định rõ mục đích, 3 mục tiêu cụ thể, ý nghĩa khoa học trong việc làm sáng tỏ quy luật tái sinh trên núi đá vôi, cùng ý nghĩa thực tiễn cung cấp cơ sở kỹ thuật cho công tác quản lý và bảo tồn rừng đặc dụng.
Phần 2: Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Hệ thống hóa cơ sở lý luận về tái sinh rừng, phục hồi rừng và cấu trúc lâm phần. Điểm luận các công trình nghiên cứu trên thế giới (Yurkevich, Daniel Marmillod, Xannikov) và trong nước (Thái Văn Trừng, Trần Ngũ Phương, Trần Đình Lý, Đặng Kim Vui, Vũ Tiến Hinh, Nguyễn Thị Thoa). Tổng thuật chi tiết điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu: địa hình núi đá dốc chia cắt sâu, khí hậu nhiệt độ trung bình 22,9°C, lượng mưa 1.941,5 mm/năm; thổ nhưỡng gồm đất nâu đỏ feralit trên núi đá vôi và đất vàng đỏ trên phiến thạch sét; hệ thực vật gồm 1.096 loài thuộc 160 chi; dân số 20.411 người với 5 dân tộc chính (Tày, Dao, Nùng, Kinh, Mông).
Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Quy định rõ đối tượng khảo sát là trạng thái rừng phục hồi (IIA). Thiết lập quy trình phương pháp luận điều tra 9 OTC (1.000 m²) và 45 ODB (25 m²), các công thức toán học tính toán mật độ, tiết diện ngang, công thức tổ thành $IVI$, phân loại cây triển vọng, phân cấp chiều cao và công thức kiểm định phân bố mặt phẳng nằm ngang của Clark và Evans.
Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Trình bày toàn bộ số liệu điều tra thực nghiệm qua các bảng biểu phân tích chuyên sâu:
- Cấu trúc tầng cây gỗ: Mật độ dao động 350 - 620 cây/ha (trung bình 460 cây/ha), số loài tham gia tổ thành từ 13 đến 23 loài, loài ưu thế gồm Kháo trơn, Dẻ gai, Côm tầng, Sồi phảng, Dẻ lá tre, Táu muối, Thành ngạnh, Trâm trắng.
- Đặc điểm tái sinh tự nhiên: Số loài tái sinh biến động 8 - 24 loài/ô; mật độ tái sinh trung bình 858 cây/ha (chân núi 1.130 cây/ha, sườn núi 707 cây/ha, đỉnh núi 737 cây/ha); tỷ lệ cây triển vọng bình quân đạt 34,13%.
- Chất lượng và nguồn gốc: Cây chất lượng tốt chiếm 50,61% - 54,80%, trung bình 38,07% - 39,64%, xấu 6,72% - 13,32%; nguồn gốc tái sinh từ hạt chiếm ưu thế áp đảo (74,77% - 85,19%), tái sinh chồi chỉ chiếm 14,81% - 25,23%.
- Quy luật phân bố: Phân bố theo chiều cao tập trung ở cấp 50 - 100 cm (46,2%) và > 100 cm (37,9%), cấp 0 - 50 cm chỉ chiếm 15,9%. Phân bố mặt phẳng nằm ngang tại cả 3 vị trí địa hình đều có chỉ số $U < -1,96$ (chân núi $U = -7,3$; sườn $U = -8,5$; đỉnh $U = -7,9$), phản ánh dạng phân bố cụm.
- Ảnh hưởng của nhân tố sinh thái: Phân tích định lượng sự cạnh tranh của cây bụi (mật độ 1.520 - 2.530 cây/ha, cao 3,5 - 5 m) và thảm tươi (độ che phủ 30 - 40%), ảnh hưởng của địa hình và độ tàn che đến mật độ, phẩm chất cây con.
- Đề xuất giải pháp: Đưa ra các biện pháp kỹ thuật lâm sinh như phát dọn dây leo, tỉa thưa cây bụi cạnh tranh, điều chỉnh mật độ phân bố cụm sang phân bố đều, kết hợp khoanh nuôi xúc tiến tái sinh tự nhiên có tác động.
Phần 5: Kết luận và kiến nghị
Tóm tắt các chỉ số sinh thái định lượng của rừng phục hồi trạng thái IIA và đề xuất kiến nghị với Ban quản lý Khu BTTN Thần Sa – Phượng Hoàng trong công tác bảo vệ, hỗ trợ kinh phí phục hồi rừng.
Kết quả và đóng góp
Khóa luận đã định lượng hóa các chỉ tiêu sinh thái học lâm nghiệp của trạng thái rừng phục hồi tại Khu BTTN Thần Sa – Phượng Hoàng thông qua các số liệu điều tra thực địa cụ thể:
| Chỉ tiêu lâm sinh |
Chân núi |
Sườn núi |
Đỉnh núi |
Trung bình toàn lâm phần |
| Mật độ tầng cây gỗ (cây/ha) |
433 |
490 |
457 |
460 |
| Số loài cây gỗ xuất hiện trong OTC |
14 - 21 |
13 - 23 |
13 - 21 |
17 |
| Mật độ cây tái sinh (cây/ha) |
1.130 |
707 |
737 |
858 |
| Số cây triển vọng (CTV/ha) |
423 |
263 |
280 |
322 |
| Tỷ lệ cây triển vọng (%) |
34,40 |
31,70 |
36,29 |
34,13 |
| Tỷ lệ tái sinh từ hạt (%) |
85,19 |
74,77 |
76,05 |
78,67 |
| Tỷ lệ tái sinh từ chồi (%) |
14,81 |
25,23 |
23,95 |
21,33 |
| Tỷ lệ cây phẩm chất tốt (%) |
54,80 |
50,61 |
53,40 |
52,94 |
| Tỷ lệ cây phẩm chất xấu (%) |
6,72 |
13,32 |
7,10 |
9,05 |
| Chỉ số kiểm định phân bố ngang ($U$) |
-7,3 |
-8,5 |
-7,9 |
$U < -1,96$ (Phân bố cụm) |
Các kết quả định lượng khẳng định:
- Tầng cây tái sinh có sự tham gia của nhiều loài cây gỗ bản địa có giá trị sinh thái (Dẻ gai, Sồi phảng, Táu muối, Trám trắng, Thành ngạnh, Mạy tèo).
- Tái sinh bằng hạt chiếm ưu thế tuyệt đối (78,67%), đảm bảo cho sự tồn tại lâu dài, hệ thống rễ vững chắc và khả năng chống chịu điều kiện sống khắc nghiệt trên núi đá vôi.
- Tỷ lệ cây tái sinh ở cấp chiều cao 50 - 100 cm (46,2%) và > 100 cm (37,9%) cao hơn nhiều so với cấp 0 - 50 cm (15,9%), chứng tỏ quá trình đào thải tự nhiên diễn ra gay gắt ở giai đoạn cây mạ do cạnh tranh với cây bụi, thảm tươi.
Giải pháp và kiến nghị kỹ thuật lâm sinh:
- Biện pháp điều chỉnh không gian dinh dưỡng: Tiến hành phát dọn thảm tươi, dây leo (Cỏ lào, Bông lau, Dây pọp, Sắn dây rừng, Vuốt hùm) và tỉa thưa cây bụi (Sim, Mua, Nứa) quanh gốc cây con triển vọng để tăng cường ánh sáng và dinh dưỡng.
- Điều chỉnh cấu trúc phân bố: Can thiệp tỉa thưa cục bộ tại các vị trí phân bố cụm dày đặc nhằm chuyển dần sang dạng phân bố ngẫu nhiên hoặc phân bố đều, tạo điều kiện cho cây tái sinh sinh trưởng cân đối.
- Khoanh nuôi xúc tiến tái sinh có trồng bổ sung: Ưu tiên khoanh nuôi tại các khu vực chân núi và sườn núi có mật độ tái sinh tự nhiên tốt; trồng dặm bổ sung các loài cây bản địa có giá trị tại các khoảng trống có mật độ tái sinh thấp.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Nghiên cứu được thực hiện trong thời gian ngắn (từ tháng 8/2017 đến tháng 12/2017), chủ yếu thu thập số liệu vào giai đoạn cuối mùa mưa chuyển sang mùa khô, chưa theo dõi được động thái tái sinh theo chu kỳ các mùa trong năm; dung lượng mẫu nghiên cứu tập trung ở 9 OTC trên trạng thái rừng phục hồi IIA.
- Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng nghiên cứu diễn thế và biến động tái sinh tự nhiên theo thời gian nhiều năm (định vị OTC lâu dài); mở rộng khảo sát trên các trạng thái rừng khác trong khu bảo tồn (rừng nghèo kiệt, rừng núi đá trên đỉnh cao) và nghiên cứu chuyên sâu về mối quan hệ giữa đặc điểm sinh lý nảy mầm hạt giống của từng loài cây quý hiếm với các điều kiện vi khí hậu dưới tán rừng.
Giá trị tham khảo
- Đối tượng thụ hưởng:
- Sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Quản lý tài nguyên rừng, Lâm học, Sinh thái học thực vật và Quản lý môi trường.
- Ban Quản lý Khu BTTN Thần Sa – Phượng Hoàng, Chi cục Kiểm lâm tỉnh Thái Nguyên và các cơ quan quy hoạch lâm nghiệp địa phương.
- Phần nội dung đáng tham khảo:
- Quy trình phương pháp lập ô tiêu chuẩn (OTC) và ô dạng bản (ODB) để đánh giá cấu trúc rừng và tái sinh trên địa hình núi đá vôi (Phần 3).
- Phương pháp toán học ứng dụng chỉ số $IVI$, công thức tổ thành loài và tiêu chuẩn kiểm định phân bố mặt phẳng nằm ngang Clark & Evans (Phần 3 và Phần 4).
- Bộ số liệu thực địa chi tiết về mật độ, tổ thành, tỷ lệ cây triển vọng và chất lượng cây tái sinh theo từng đai địa hình chân - sườn - đỉnh núi (Phần 4).
Câu hỏi thường gặp
1. Mật độ cây tái sinh trung bình của trạng thái rừng phục hồi trong khu vực nghiên cứu là bao nhiêu và phân bố giữa các dạng địa hình như thế nào?
Mật độ cây tái sinh trung bình toàn lâm phần đạt 858 cây/ha. Mật độ có sự phân hóa rõ rệt theo địa hình: cao nhất ở chân núi với 1.130 cây/ha, tiếp đến là đỉnh núi với 737 cây/ha và thấp nhất ở sườn núi với 707 cây/ha.
2. Nguồn gốc của cây tái sinh tại Khu BTTN Thần Sa – Phượng Hoàng chủ yếu từ đâu và tỷ lệ cụ thể là bao nhiêu?
Lớp cây tái sinh có nguồn gốc chủ yếu từ hạt, chiếm tỷ lệ trung bình 78,67% (chân núi đạt 85,19%, đỉnh núi 76,05%, sườn núi 74,77%). Tái sinh chồi chỉ chiếm tỷ lệ phụ trợ trung bình 21,33% (dao động từ 14,81% đến 25,23%).
3. Tỷ lệ cây triển vọng (CTV) được xác định dựa trên tiêu chuẩn nào và đạt giá trị bao nhiêu?
Cây triển vọng được xác định là những cây tái sinh có phẩm chất tốt hoặc trung bình và đạt chiều cao từ 1,0 m trở lên. Tỷ lệ CTV trung bình toàn khu vực đạt 34,13% (tương ứng mật độ bình quân 322 cây/ha), trong đó vị trí chân núi đạt 34,40% (423 CTV/ha), sườn núi đạt 31,70% (263 CTV/ha) và đỉnh núi đạt 36,29% (280 CTV/ha).
4. Cây tái sinh tại khu vực nghiên cứu phân bố theo quy luật không gian nằm ngang nào?
Theo kết quả kiểm định tiêu chuẩn $U$ của Clark và Evans dựa trên khoảng cách đo ngẫu nhiên ($n = 30$), chỉ số kiểm định tại chân núi ($U = -7,3$), sườn núi ($U = -8,5$) và đỉnh núi ($U = -7,9$) đều nhỏ hơn $-1,96$. Do đó, cây tái sinh ở cả 3 vị trí địa hình đều phân bố theo dạng cụm.
5. Thành phần loài cây gỗ ưu thế tham gia vào cấu trúc tầng cây cao gồm những loài nào?
Tầng cây gỗ có mật độ trung bình 460 cây/ha, gồm các loài ưu thế tham gia vào công thức tổ thành ($IVI \ge 5%$) như Kháo trơn (Machilus sp.), Dẻ gai (Castanopsis indica), Côm tầng (Elaeocarpus sp.), Sồi phảng (Lithocarpus ducampii), Dẻ lá tre (Quercus helferiana), Táu muối, Thành ngạnh (Cratoxylum prunifolium), và Trâm trắng.
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Hoàng Văn Hơn đã hoàn thành việc điều tra thực nghiệm và phân tích định lượng toàn diện cấu trúc tầng cây gỗ cùng đặc điểm tái sinh tự nhiên trạng thái rừng phục hồi (IIA) tại Khu BTTN Thần Sa – Phượng Hoàng. Kết quả cho thấy thảm thực vật tái sinh có thành phần loài đa dạng, tỷ lệ tái sinh hạt cao (trung bình 78,67%), tỷ lệ cây triển vọng đạt 34,13% và phân bố không gian theo dạng cụm. Công trình cung cấp các dẫn liệu khoa học chính xác làm căn cứ đề xuất các giải pháp kỹ thuật lâm sinh như điều chỉnh mật độ, phát dọn thảm tươi cạnh tranh và khoanh nuôi xúc tiến tái sinh, đóng góp thiết thực cho công tác quản lý và phát triển bền vững hệ sinh thái rừng núi đá vôi tại địa phương.