Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong hệ sinh thái tự nhiên, rừng đóng vai trò thiết yếu trong việc bảo tồn nguồn gen, duy trì đa dạng sinh học, phòng hộ đầu nguồn, điều hòa khí hậu và chống xói mòn, sạt lở đất. Tuy nhiên, tình trạng suy thoái và thu hẹp diện tích rừng tự nhiên trong những năm gần đây đã làm suy giảm nghiêm trọng nguồn tài nguyên thực vật bản địa quý hiếm. Nhằm phục hồi lớp thảm thực vật, các chương trình trồng rừng trước đây ở Việt Nam thường tập trung vào các loài cây mọc nhanh phục vụ mục tiêu kinh tế ngắn hạn, dẫn đến việc thiếu hụt các cấu trúc rừng có tính bền vững sinh thái lâu dài. Trước thực tế đó, chiến lược phát triển lâm nghiệp đã chú trọng chuyển dịch sang nghiên cứu, bảo tồn và phát triển các loài cây bản địa có khả năng thích nghi cao với điều kiện sinh thái địa phương.

Tại Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, Khoa Lâm nghiệp đã tiến hành xây dựng mô hình thực nghiệm gây trồng một số loài cây bản địa. Mặc dù mô hình bước đầu đã được thiết lập, các đánh giá định lượng cụ thể về khả năng sinh trưởng, tỷ lệ sống và sự thích ứng của từng loài cây trong giai đoạn đầu vẫn chưa được thực hiện một cách có hệ thống. Đề tài khóa luận tốt nghiệp "Nghiên cứu sinh trưởng của một số loài cây bản địa: (Cây Xoan nhừ, Lát hoa, Re hương, Kim giao, Gội nước) tại mô hình Khoa Lâm nghiệp, Trường Đại học Nông Lâm" do sinh viên Đàm Thu Hảo thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Trần Quốc Hưng nhằm giải quyết khoảng trống thực nghiệm này.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể gồm 2 nội dung:

  1. Đánh giá tình hình sinh trưởng của 5 loài cây bản địa trồng trong mô hình vườn cây bản địa tại Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.
  2. Đề xuất một số biện pháp kỹ thuật lâm sinh nhằm phát triển cây bản địa trong mô hình vườn cây bản địa tại Khoa Lâm nghiệp, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: 5 loài cây gỗ bản địa được trồng trong mô hình bao gồm: Xoan nhừ (Choerospondias axillaris), Lát hoa (Chukrasia tabularis), Re hương (Cinnamomum parthenoxylon), Kim giao (Nageia fleuryi), và Gội nước (Aphanamixis polystachya).
  • Phạm vi không gian: Mô hình vườn cây bản địa thuộc khuôn viên Khoa Lâm nghiệp, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên (xã Quyết Thắng, thành phố Thái Nguyên), với tổng diện tích khu vực là 0,8 ha, trong đó khu vực bố trí nghiên cứu chiếm 0,2 ha.
  • Phạm vi thời gian: Quá trình theo dõi và thu thập số liệu thực địa diễn ra liên tục từ tháng 01/2018 đến tháng 05/2018 (các cây trồng được đưa vào mô hình từ tháng 10/2017, đạt 7 tháng tuổi tại thời điểm kết thúc đợt đo cuối).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài dựa trên cơ sở lý thuyết về bảo tồn ngoại vi (chuyển vị - ex-situ conservation) và quy luật sinh trưởng lâm sinh học. Bảo tồn ngoại vi được định nghĩa là phương thức chuyển dời và bảo tồn các loài thực vật hoặc nguồn vật liệu di truyền ra khỏi môi trường sống tự nhiên vốn có sang môi trường mới (như vườn thực vật, vườn ươm, khu bảo tồn thực nghiệm) nhằm duy trì vốn gen quý hiếm phục vụ nghiên cứu khoa học và giáo dục. Về mặt sinh thái lâm nghiệp, sinh trưởng của cây rừng là sự gia tăng kích thước theo thời gian dưới tác động tổng hợp của các nhân tố nội tại (đặc tính di truyền của loài) và các yếu tố tiểu hoàn cảnh (đất đai feralit, độ ẩm, chế độ nhiệt và tương tác giữa các loài trong quần xã thực vật nhân tạo).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và thu thập số liệu thực địa:

  • Mã hóa cá thể cây: Để phục vụ điều tra chính xác, từng cá thể cây trong mô hình được gắn mã số thẻ và biển hiệu nhận diện theo loài: Xoan nhừ quy ước là Me, Lát hoa là Chu, Re hương là Pa, Kim giao là Na, và Gội nước là Ap.
  • Kế hoạch thu thập số liệu: Tiến hành định kỳ qua 5 đợt đo đạc cách nhau đúng 1 tháng: Đợt 1 (10/01/2018), Đợt 2 (10/02/2018), Đợt 3 (10/03/2018), Đợt 4 (10/04/2018), và Đợt 5 (10/05/2018).
  • Đo đếm các chỉ tiêu sinh trưởng hình thái:
    • Đường kính sát gốc ($D_{00}$): Đo bằng thước kẹp cơ khí sát gốc cây theo 2 chiều vuông góc Đông – Tây và Nam – Bắc, sau đó tính trị số bình quân.
    • Chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$): Dùng bút xóa trắng đánh dấu vạch mốc chuẩn tại gốc cây, sử dụng thước dây đo khoảng cách thẳng đứng từ điểm chuẩn đến đỉnh sinh trưởng cao nhất của ngọn cây.
    • Động thái ra lá: Đếm trực tiếp tổng số lượng lá thật trên từng cá thể qua các đợt đo để theo dõi sự phát triển sinh khối lá mới.
  • Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu điều tra thực địa được tổng hợp và tính toán bằng phần mềm Microsoft Excel 2013 dựa trên các công thức thống kê toán học trong lâm nghiệp:
    • Tỷ lệ sống: $C% = \frac{n}{N} \times 100$ (trong đó $n$ là số cây sống, $N$ là tổng số cây trồng ban đầu).
    • Giá trị trung bình mẫu: $\bar{x} = \frac{\sum x_i}{n}$ áp dụng cho chiều cao trung bình ($H_{vn\ TB}$) và đường kính trung bình ($D_{00\ TB}$).
    • Sai tiêu chuẩn: $S = \sqrt{\frac{\sum (x_i - \bar{x})^2}{n - 1}}$.
    • Hệ số biến động: $S% = \frac{S}{\bar{x}} \times 100$.

Nội dung chính theo từng chương

Khóa luận được cấu trúc thành 5 phần chính theo đúng quy chuẩn báo cáo khoa học lâm nghiệp:

Phần 1: Mở đầu

Tác giả trình bày tính cấp thiết của đề tài, vai trò của cây bản địa trong bảo tồn đa dạng sinh học và phát triển lâm nghiệp bền vững; chỉ ra tính cấp bách của việc đánh giá định lượng tốc độ sinh trưởng của các loài cây gỗ bản địa được gây trồng trong mô hình vườn thực vật của trường; đồng thời xác định rõ mục tiêu, ý nghĩa học thuật và giá trị thực tiễn trong công tác phát triển lâm sinh.

Phần 2: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Phần này hệ thống hóa các tài liệu khoa học liên quan:

  • Tình hình nghiên cứu trên thế giới: Tổng quan lịch sử phát triển của khoảng 1.800 vườn thực vật trên 150 quốc gia (các vườn bách thảo tại Châu Âu từ thế kỷ XVI, Kirstenbosch tại Nam Phi, Vườn thực vật Bắc Kinh, Singapore Botanic Gardens...); các công trình nghiên cứu về mật độ lập địa, cấu trúc tán và tỉa thưa cây rừng của Vanlaar (1976), Julians Evan (1982), Hunt (1969) và các mô hình trồng rừng hỗn loài tại Malaysia (1999).
  • Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam: Khái quát các mô hình vườn thực vật tiêu biểu (Thảo Cầm Viên Sài Gòn, Vườn Bách Thảo Hà Nội, Vườn thực vật Cúc Phương, Vườn thực vật Bảo tàng Tài nguyên rừng Việt Nam...); lược khảo các nghiên cứu gây trồng cây bản địa của Lê Đồng Tấn (2016 tại Điện Biên), Triệu Văn Hùng (1993), Bùi Trọng Thủy (2011), Nguyễn Đức Mạnh (2009), Lưu Phạm Hoành, Phạm Xuân Hoàn (2002), Vi Hồng Khanh (2003)...
  • Đặc điểm sinh thái 5 loài nghiên cứu: Mô tả chi tiết hình thái nhận biết, phân bố địa lý, đặc tính sinh vật học và giá trị sử dụng của Xoan nhừ (Choerospondias axillaris), Lát hoa (Chukrasia tabularis), Re hương (Cinnamomum parthenoxylon), Kim giao (Nageia fleuryi), và Gội nước (Aphanamixis polystachya).
  • Đặc điểm khu vực nghiên cứu: Khuôn viên mô hình nằm trên nền đất feralit dốc tụ pha cát lẫn đá nhỏ phát triển từ đá sa thạch, đất chua, nghèo mùn và cố định lân kém; khí hậu mang tính chất nhiệt đới gió mùa thành phố Thái Nguyên với mùa mưa (tháng 4 - tháng 10) và mùa khô (tháng 11 - tháng 3 năm sau).

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Xác định cụ thể 5 đối tượng loài nghiên cứu; quy định phạm vi khảo sát thực địa tại mô hình 0,2 ha thuộc Khoa Lâm nghiệp; thiết lập quy trình gắn thẻ mã hóa cây trồng (Me, Chu, Pa, Na, Ap), quy định 5 đợt thu thập số liệu hàng tháng từ 10/01/2018 đến 10/05/2018; chi tiết hóa quy trình thao tác đo $D_{00}$ và $H_{vn}$; thiết lập hệ thống công thức toán thống kê lâm sinh ($C%$, $\bar{x}$, $S$, $S%$) và công cụ xử lý bảng tính Excel 2013.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương này công bố và phân tích toàn bộ dữ liệu thực nghiệm thu được:

  • Khái quát phân lô: Cây được trồng theo mật độ khoảng cách $3\text{m} \times 3\text{m}$, kích thước hố đào $30\text{cm} \times 30\text{cm} \times 30\text{cm}$, bố trí theo phương thức hỗn loài theo đám xen kẽ (quy mô 18 đến 45 cây mỗi đám).
  • Tỷ lệ sống: Sau 7 tháng trồng (5 tháng theo dõi thực địa), cả 5 loài đều đạt tỷ lệ sống tuyệt đối 100% (tổng số 133 cây sống trên 133 cây trồng ban đầu).
  • Sinh trưởng đường kính sát gốc ($D_{00}$): Gội nước có mức tăng trưởng đường kính lớn nhất với 0,986 cm (từ 0,929 cm lên 1,914 cm), tiếp theo là Xoan nhừ tăng 0,626 cm (từ 0,090 cm lên 0,716 cm), Lát hoa tăng 0,550 cm (từ 0,095 cm lên 0,645 cm), Re hương và Kim giao cùng tăng 0,348 cm.
  • Sinh trưởng chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$): Re hương đạt mức tăng chiều cao lớn nhất với 0,217 m (từ 0,445 m lên 0,663 m), tiếp theo là Xoan nhừ tăng 0,213 m (từ 0,386 m lên 0,599 m), Gội nước tăng 0,182 m (từ 0,889 m lên 1,071 m), Lát hoa tăng 0,118 m (từ 0,373 m lên 0,491 m), và Kim giao tăng thấp nhất đạt 0,112 m (từ 0,244 m lên 0,355 m).
  • Động thái ra lá: Các loài liên tục phát sinh lá mới qua các tháng (Re hương tăng trung bình 3 lá/tháng, Xoan nhừ tăng 2-3 lá/tháng, Kim giao tăng 2 lá/tháng, Gội nước tăng 1-2 lá/tháng, Lát hoa tăng 1-3 lá/tháng), phản ánh hệ rễ cây con đã bắt đầu hấp thu tốt nguồn phân bón lót.
  • Thảo luận và đề xuất: Phân tích ảnh hưởng của nền đất feralit nghèo mùn và đề xuất các giải pháp kỹ thuật lâm sinh hỗ trợ cây sinh trưởng.

Phần 5: Kết luận, tồn tại và kiến nghị

Tổng hợp các chỉ số định lượng về tỷ lệ sống và mức tăng trưởng; đánh giá mức độ thích nghi của 5 loài cây bản địa trong mô hình; chỉ rõ các điểm tồn tại về thời gian khảo sát ngắn, cây còn ở giai đoạn vườn ươm/cây non, thiếu chuỗi số liệu quá khứ; đồng thời nêu các kiến nghị tiếp tục mở rộng chu kỳ nghiên cứu và tăng cường kinh phí bảo vệ mô hình.

Kết quả và đóng góp

Kết quả định lượng thực nghiệm

Dữ liệu thu thập qua 5 đợt điều tra thực nghiệm (từ ngày 10/01/2018 đến 10/05/2018) đối với 5 loài cây bản địa được tổng hợp trong bảng số liệu dưới đây:

STT Tên loài Số cây theo dõi ($N$) Tỷ lệ sống ($C%$) $D_{00}$ lần đo 1 (cm) $D_{00}$ lần đo 5 (cm) Tăng trưởng $D_{00}$ (cm) $H_{vn}$ lần đo 1 (m) $H_{vn}$ lần đo 5 (m) Tăng trưởng $H_{vn}$ (m) Số lá lần 1 (lá) Số lá lần 5 (lá) Động thái ra lá trung bình
1 Re hương 31 100% 0,090 0,439 0,348 0,445 0,663 0,217 17 30 +3 lá/tháng
2 Xoan nhừ 37 100% 0,090 0,716 0,626 0,386 0,599 0,213 6 14 +2 đến 3 lá/tháng
3 Kim giao 20 100% 0,178 0,525 0,348 0,244 0,355 0,112 32 41 +2 lá/tháng
4 Gội nước 14 100% 0,929 1,914 0,986 0,889 1,071 0,182 3 9 +1 đến 2 lá/tháng
5 Lát hoa 31 100% 0,095 0,645 0,550 0,373 0,491 0,118 4 9 +1 đến 3 lá/tháng

Giải pháp và biện pháp kỹ thuật lâm sinh đề xuất

Dựa trên các đặc tính sinh trưởng và điều kiện đất đai feralit tại khu vực nghiên cứu, tác giả đề xuất các biện pháp kỹ thuật lâm sinh sau:

  1. Chuẩn bị đất và xử lý thực bì: Cần phát dọn triệt để cây bụi và thảm tươi cạnh tranh dinh dưỡng với cây con; giữ đúng mật độ trồng tiêu chuẩn $3\text{m} \times 3\text{m}$ và quy cách đào hố $30\text{cm} \times 30\text{cm} \times 30\text{cm}$.
  2. Kỹ thuật trồng dặm: Thường xuyên kiểm tra để tiến hành trồng dặm kịp thời nếu phát hiện cây bị chết nhằm đảm bảo mật độ và sự đồng đều của lâm phần.
  3. Chăm sóc và cải tạo đất: Định kỳ làm cỏ, xới xáo vun gốc, tưới tiêu hợp lý; tăng cường bón phân hữu cơ và vi sinh để cải tạo tính chất chua và nghèo mùn của đất feralit sa thạch.
  4. Bảo vệ mô hình: Xây dựng hệ thống hàng rào bảo vệ xung quanh khu vực mô hình để ngăn chặn triệt để sự xâm phạm của gia súc (trâu, bò) từ khu dân cư lân cận và thường xuyên theo dõi phòng trừ sâu bệnh hại.

Đóng góp của đề tài

  • Về mặt khoa học: Công trình cung cấp chuỗi số liệu thực nghiệm đo đạc chi tiết về tốc độ tăng trưởng đường kính gốc ($D_{00}$), chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$), biến động số lượng lá và tỷ lệ sống của 5 loài cây gỗ bản địa quý hiếm trong giai đoạn đầu sau khi gây trồng chuyển vị.
  • Về mặt thực tiễn: Khẳng định tính khả thi của việc thiết lập mô hình vườn cây bản địa hỗn loài theo đám tại Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên; tạo nguồn dẫn liệu lâm sinh phục vụ trực tiếp cho công tác đào tạo, thực tập và nghiên cứu khoa học của sinh viên, cán bộ ngành Lâm nghiệp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận thẳng thắn chỉ ra các điểm hạn chế trong quá trình thực hiện:

  • Thời gian nghiên cứu thực địa còn ngắn (5 tháng theo dõi, từ tháng 01 đến tháng 05/2018), cây trồng mới đạt 7 tháng tuổi nên kết quả chỉ phản ánh được giai đoạn bén rễ và sinh trưởng ban đầu, chưa đánh giá được toàn diện chu kỳ sinh trưởng của cây gỗ lớn.
  • Đề tài không kế thừa được số liệu thô từ các đợt đo trước thời điểm nghiên cứu nên gặp khó khăn trong việc xây dựng chuỗi thời gian tăng trưởng dài hạn.
  • Giới hạn nghiên cứu mới chỉ tập trung vào các chỉ tiêu kích thước hình thái cơ bản ($D_{00}$, $H_{vn}$, số lá); chưa mở rộng nghiên cứu được các quy luật tương quan giữa chiều cao với đường kính ngang ngực ($D_{1.3}$), đường kính tán với đường kính thân, cũng như các quy luật kết cấu cấu trúc lâm phần phức tạp.
  • Chưa có đủ thời gian và dữ liệu để kiểm chứng độ chính xác của các mô hình sản lượng mang tính tổng quát đối với cây bản địa sinh trưởng chậm.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được tác giả kiến nghị:

  • Tiếp tục duy trì công tác đo đạc, theo dõi định kỳ các chỉ tiêu sinh trưởng của 5 loài cây trên trong các năm tiếp theo để xác lập quy luật sinh trưởng qua các giai đoạn tuổi.
  • Mở rộng phạm vi khảo sát sang các loài cây bản địa khác hiện có trong vườn thực vật.
  • Tiến hành các nghiên cứu chuyên sâu về tình hình phát sinh sâu bệnh hại và các quy luật kết cấu lâm phần khi tầng tán khép lại.
  • Bổ sung kinh phí xây dựng hàng rào kiên cố bảo vệ vườn thực vật khỏi sự xâm lấn của gia súc và thảm cỏ dại từ khu dân cư lân cận.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn đối với:

  • Sinh viên và học viên cao học: Thuộc các chuyên ngành Lâm nghiệp, Nông Lâm kết hợp, Quản lý tài nguyên rừng và Bảo tồn đa dạng sinh học; đặc biệt hữu ích khi tìm hiểu phương pháp bố trí thí nghiệm thực địa, kỹ thuật đánh mã thẻ định danh cây trồng và phương pháp xử lý số liệu toán học lâm sinh bằng Excel.
  • Cán bộ kỹ thuật và quản lý lâm nghiệp: Đáng tham khảo ở phần số liệu sinh trưởng thực nghiệm của 5 loài cây bản địa (Gội nước, Xoan nhừ, Lát hoa, Re hương, Kim giao) trên nền đất feralit nghèo dinh dưỡng, làm cơ sở lựa chọn tập đoàn cây trồng phục hồi rừng phòng hộ đầu nguồn và xây dựng các vườn thực vật chuyển vị.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận nghiên cứu trên những loài cây bản địa nào và mã quy ước trên thẻ cây là gì?
Khóa luận nghiên cứu 5 loài cây bản địa gồm: Xoan nhừ (Choerospondias axillaris, mã thẻ Me), Lát hoa (Chukrasia tabularis, mã thẻ Chu), Re hương (Cinnamomum parthenoxylon, mã thẻ Pa), Kim giao (Nageia fleuryi, mã thẻ Na), và Gội nước (Aphanamixis polystachya, mã thẻ Ap).

2. Tỷ lệ sống của các loài cây bản địa sau thời gian nghiên cứu đạt bao nhiêu?
Sau 5 tháng theo dõi thực địa (tổng thời gian 7 tháng kể từ khi trồng), cả 5 loài cây bản địa trong mô hình đều đạt tỷ lệ sống 100% trên tổng số 133 cây theo dõi (Re hương: 31 cây, Xoan nhừ: 37 cây, Kim giao: 20 cây, Gội nước: 14 cây, Lát hoa: 31 cây), không có cá thể nào bị chết.

3. Loài cây nào có mức tăng trưởng đường kính sát gốc và chiều cao vút ngọn lớn nhất trong mô hình?
Loài có mức tăng trưởng đường kính sát gốc ($D_{00}$) lớn nhất là Gội nước với giá trị tăng 0,986 cm (từ 0,929 cm lên 1,914 cm). Loài có mức tăng trưởng chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$) lớn nhất là Re hương với giá trị tăng 0,217 m (từ 0,445 m lên 0,663 m), xếp ngay sau là Xoan nhừ tăng 0,213 m.

4. Điều kiện đất đai tại mô hình nghiên cứu có những đặc điểm gì đáng chú ý?
Khu vực mô hình nằm trên nền đất feralit dốc tụ pha cát lẫn đá nhỏ phát triển từ đá sa thạch. Đất có màu xám đen, độ pH thấp (đất chua), hàm lượng mùn và dinh dưỡng thấp do đã canh tác nhiều năm, tích lũy nhiều nhôm và sắt, khả năng cố định lân kém dẫn đến hàm lượng lân dễ tiêu rất thấp.

5. Phương pháp đo đạc đường kính gốc và chiều cao vút ngọn được tiến hành như thế nào?
Đường kính sát gốc ($D_{00}$) được đo bằng thước kẹp cơ khí sát gốc theo 2 chiều vuông góc Đông – Tây và Nam – Bắc rồi lấy giá trị trung bình. Chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$) được đo bằng thước dây tính từ một điểm mốc cố định kẻ bằng bút xóa trắng ở gốc cây đến đỉnh ngọn sinh trưởng cao nhất.

Kết luận

Khóa luận của tác giả Đàm Thu Hảo đã cung cấp bức tranh thực nghiệm định lượng chi tiết về khả năng thích ứng và tốc độ sinh trưởng của 5 loài cây gỗ bản địa (Xoan nhừ, Lát hoa, Re hương, Kim giao, Gội nước) tại vườn thực nghiệm Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên. Kết quả khẳng định cả 5 loài đều đạt tỷ lệ sống tuyệt đối 100%, có sự phát triển liên tục về đường kính sát gốc, chiều cao vút ngọn và số lượng lá mới mặc dù canh tác trên nền đất feralit nghèo mùn. Đây là công trình nghiên cứu cơ sở có giá trị khoa học và thực tiễn, đóng góp dẫn liệu tin cậy cho công tác phát triển rừng bản địa và bảo tồn chuyển vị nguồn gen thực vật tại khu vực trung du miền núi phía Bắc.