Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Đà và hồ chứa thủy điện Hòa Bình giữ vị trí huyết mạch đối với an ninh năng lượng cũng như điều tiết nguồn nước cho toàn bộ vùng đồng bằng Bắc Bộ. Tuy nhiên, tình trạng khai thác rừng và tập quán canh tác nương rẫy trên đất dốc đã khiến tài nguyên rừng suy thoái trầm trọng. Theo ước tính của các chuyên gia môi trường, lượng bùn cát bồi lắng hàng năm vào lòng hồ lên tới 83,6 triệu tấn, đe dọa làm mất 60% dung tích hữu ích của công trình chỉ sau 25 năm vận hành. Cường độ xói mòn tại khu vực này thuộc nhóm nghiêm trọng nhất cả nước, với lượng đất màu bị bào mòn trung bình khoảng 20.000 tấn trên mỗi kilomet vuông hàng năm.

Xuất phát từ thực trạng cấp bách đó, đề tài tập trung giải quyết bài toán phục hồi và nâng cao chức năng phòng hộ đầu nguồn thông qua đánh giá thực nghiệm các mô hình lâm sinh sinh thái. Mục tiêu cụ thể là lượng hóa ảnh hưởng của 8 mô hình rừng trồng tới khả năng chống xói mòn, điều tiết dòng chảy bề mặt, bảo tồn độ phì của đất và diễn thế thảm thực vật; từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật, kinh tế và xã hội có cơ sở khoa học vững chắc.

Nghiên cứu được triển khai liên tục trong giai đoạn 2006–2011 tại Tiểu khu 54 lòng hồ Sông Đà và Khoảnh 3 xã Thung Nai, huyện Cao Phong, tỉnh Hòa Bình. Phạm vi nghiên cứu đại diện cho dải đất xung yếu ven hồ dài 200 km với địa hình dốc bình quân từ 16 đến 25 độ. Kết quả đề tài mang ý nghĩa then chốt trong việc bảo vệ hơn 70.619 ha đất vùng phòng hộ sông Đà của tỉnh Hòa Bình, đồng thời góp phần ổn định sinh kế cho 349 hộ dân địa phương với 97% là đồng bào dân tộc Mường và Dao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết sinh thái học thủy văn rừng và lý thuyết diễn thế thứ sinh nhiệt đới làm nền tảng khoa học cốt lõi. Lý thuyết thủy văn rừng khẳng định lớp thảm phủ thực vật và tán rừng nhiều tầng có chức năng hấp thụ năng lượng hạt mưa, tăng cường khả năng thấm của đất lên tới 250 mm nước mưa trong một giờ, qua đó hạn chế tạo dòng chảy tràn và giảm đỉnh lũ. Ngược lại, khi độ dốc địa hình tăng từ 10 đến 15 độ thì cường độ xói mòn tăng 21,44%, và khi độ dốc tăng gấp đôi thì lượng dòng chảy bề mặt tăng tới 58,1%.

Bên cạnh đó, mô hình nông lâm kết hợp và phục hồi rừng bền vững được ứng dụng nhằm dung hòa mối quan hệ giữa sinh thái và kinh tế. Các khái niệm trung tâm bao gồm: rừng phòng hộ đầu nguồn rất xung yếu, dòng chảy bề mặt và dòng rắn xói mòn, độ tàn che của tán cây, cùng chỉ số bồi hoàn vật rơi rụng. Nghiên cứu tích hợp các nguyên lý lâm sinh học hiện đại để đánh giá sự trao đổi vật chất giữa tầng cây gỗ mục đích với cây che bóng phù trợ và thảm cây thuốc dưới tán.

Phương pháp nghiên cứu

Dữ liệu sơ cấp được thu thập thông qua hệ thống quan trắc thực nghiệm thực địa kéo dài 6 năm (2006–2011), kết hợp dữ liệu khí tượng từ Trạm nghiên cứu môi trường và rừng phòng hộ sông Đà với lượng mưa trung bình 1.859,3 mm mỗi năm. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 8 mô hình sinh thái rừng trồng và 1 công thức đối chứng không tác động. Thí nghiệm được bố trí theo phương pháp khối ngẫu nhiên đầy đủ với 3 lần lặp lại trên các ô thí nghiệm diện tích 0,6 ha đồng nhất về điều kiện lập địa, nâng tổng diện tích theo dõi lên hơn 5,4 ha. Phương pháp chọn mẫu phân tầng điển hình được lựa chọn nhằm bảo đảm tính đại diện tuyệt đối cho cấu trúc thổ nhưỡng và thảm thực vật đồi núi ven hồ.

Hệ thống định vị bao gồm các ô tiêu chuẩn 1.000 m2 (kích thước 40x25 m) chứa 5 ô dạng bản 16 m2 (kích thước 4x4 m) tại 4 góc và trung tâm để theo dõi đa dạng thực vật và tái sinh tự nhiên. Khả năng chống xói mòn và dòng chảy mặt được đo đạc định lượng bằng ô định vị 200 m2 (kích thước 10x20 m) xây tường gạch bao quanh, kết nối hệ thống rãnh gom xi măng và 2 bể lắng dung tích 2 m3 và 0,125 m3 có lắp đồng hồ đo lưu lượng tự động. Mẫu đất được lấy theo phẫu diện sâu 1,0–1,2 m và phân tích trong phòng thí nghiệm bằng các phương pháp chuẩn mực: phương pháp Walkley-Black xác định mùn tổng số, phương pháp Kjeldahl xác định đạm tổng số, phương pháp Kiecxanop xác định lân dễ tiêu, và quang kế ngọn lửa xác định kali trao đổi. Việc áp dụng các phương pháp phân tích hóa lý tiêu chuẩn này giúp hạn chế tối đa sai số thực nghiệm và bảo đảm tính khách quan khi so sánh giữa các công thức rừng trồng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, về diễn thế thảm thực vật và độ che phủ, tất cả các mô hình rừng trồng đều cho thấy sự gia tăng rõ rệt về số lượng loài và độ khép tán sau 7 năm thiết lập (2004–2011). Mô hình làm giàu rừng có độ che phủ cao nhất đạt 79% với 36 loài thực vật xuất hiện, tăng từ 31 loài năm 2006. Tiếp theo là mô hình Keo lai xen cây bản địa đạt độ che phủ 76% (31 loài), và mô hình bản địa xen cây dược liệu đạt 73% (35 loài). Ngược lại, ô đối chứng không trồng rừng chỉ đạt độ che phủ 56% với 16 loài cây bụi đơn sơ.

Thứ hai, về hiệu quả kiểm soát xói mòn đất, dữ liệu thực nghiệm chứng minh rừng trồng làm suy giảm vượt bậc lượng đất bị bào mòn qua các năm. Mô hình làm giàu rừng thể hiện khả năng giữ đất vượt trội nhất khi lượng xói mòn năm 2011 chỉ còn 1,90 tấn/ha/năm, tương đương 41,94% so với đối chứng (giảm hơn 58% lượng đất mất). Mô hình bản địa xen dược liệu và mô hình bản địa xen Cốt khí cũng giữ lượng xói mòn ở mức thấp từ 2,20 đến 2,60 tấn/ha/năm. Trong khi đó, mô hình nông lâm kết hợp có lượng xói mòn cao nhất trong các mô hình trồng rừng, đạt 3,70 tấn/ha/năm (chiếm 81,68% so với đối chứng).

Thứ ba, về điều tiết dòng chảy và bảo vệ dinh dưỡng đất, các mô hình có cấu trúc tầng tán phức hợp đã cắt giảm từ 30% đến 45% lưu lượng dòng chảy mặt so với đất đồi trọc. Tầng thảm mục hữu cơ từ vật rơi rụng hàng năm bổ sung lượng lớn sinh khối, hạn chế hiện tượng rửa trôi các nguyên tố dinh dưỡng khoáng đa lượng như nitơ và kali, đồng thời cải thiện rõ rệt dung tích hấp thu và độ ẩm tầng đất mặt từ 0 đến 30 cm.

Thảo luận kết quả

Khả năng chống xói mòn và điều tiết dòng chảy vượt trội của mô hình làm giàu rừng và mô hình cây bản địa hỗn giao bắt nguồn từ cấu trúc tán rừng nhiều tầng thẳng đứng kết hợp với mạng lưới rễ cây phát triển sâu rộng. Tán lá của các loài Lim xanh, Giẻ đỏ, Re gừng, Sao đen đóng vai trò như lớp đệm cơ học phân tán động năng trực tiếp của hạt mưa mùa nhiệt đới, ngăn chặn quá trình phá vỡ kết cấu viên thổ nhưỡng. Nguyên nhân khiến mô hình nông lâm kết hợp có lượng xói mòn lên tới 5,10 tấn/ha/năm trong giai đoạn đầu năm 2006 là do tập quán canh tác đốt nương dọn sạch thực bì để gieo ngô và sắn, khiến mặt đất bị phơi trần trước các trận mưa lớn đầu mùa.

Kết quả này hoàn toàn tương đồng với các công trình nghiên cứu kinh điển về thủy văn rừng tại Tây Nguyên và miền núi phía Bắc, khẳng định việc nâng cao độ tàn che từ 0,3 lên 0,8 có thể giảm dòng chảy bề mặt trên 30%. Để phục vụ công tác báo cáo và hoạch định chính sách, toàn bộ diễn biến số lượng loài thực vật và tỷ lệ che phủ nên được trực quan hóa thông qua biểu đồ cột đa chuỗi theo trục thời gian 2006–2011; trong khi đó, dữ liệu về lượng đất mất, lưu lượng dòng chảy và hàm lượng dinh dưỡng bị rửa trôi rất thích hợp để trình bày dưới dạng biểu đồ đường kết hợp bảng phân tích phương sai so sánh với ô đối chứng.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, ưu tiên nhân rộng mô hình làm giàu rừng và mô hình trồng cây bản địa xen cây dược liệu trên toàn bộ diện tích rừng phòng hộ xung yếu lưu vực hồ Hòa Bình. Chi cục Kiểm lâm phối hợp cùng Ban Quản lý Rừng phòng hộ tỉnh Hòa Bình cần thiết lập kế hoạch trồng bổ sung các loài cây gỗ lớn bản địa như Lim xanh, Giẻ đỏ, Re gừng, Trám trắng với mật độ từ 400 đến 600 cây/ha, kết hợp gieo cấy Ba kích, Sa nhân dưới tán. Mục tiêu hướng tới là nâng độ che phủ của toàn dải ven hồ lên trên 80% và khống chế lượng xói mòn đất dưới mức 2,0 tấn/ha/năm trong lộ trình 2012–2020.

Thứ hai, chuẩn hóa và chuyển giao quy trình kỹ thuật canh tác đất dốc bền vững cho mô hình nông lâm kết hợp. Phòng Nông nghiệp và Trạm Khuyến nông huyện Cao Phong cần hướng dẫn người dân bãi bỏ hoàn toàn tập quán đốt dọn thực bì sạch trơn; bắt buộc thiết lập các băng rào chắn bằng cây Cốt khí hoặc cỏ Vetiver theo đường đồng mức với chiều rộng băng từ 1,5 đến 2,0 m nhằm giảm thiểu 40% lượng đất trôi và dòng chảy mặt ngay trong giai đoạn 2013–2015.

Thứ ba, xây dựng mạng lưới quan trắc định vị tự động về thủy văn và xói mòn đất lưu vực sông Đà. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hòa Bình chủ trì phối hợp với các viện nghiên cứu chuyên ngành lắp đặt từ 10 đến 15 trạm đo xói mòn chuẩn hóa tại các tiểu khu xung yếu, tiến hành phân tích định kỳ hàm lượng phù sa và dưỡng chất sau các đợt mưa lớn trên 50 mm nhằm cung cấp dữ liệu cảnh báo sớm bồi lắng lòng hồ giai đoạn 2013–2018.

Thứ tư, hoàn thiện cơ chế chi trả dịch vụ môi trường rừng gắn liền với chương trình xóa đói giảm nghèo bền vững. Ủy ban nhân dân tỉnh Hòa Bình cần chỉ đạo trích một phần nguồn thu từ Nhà máy Thủy điện Hòa Bình để nâng mức hỗ trợ nhận khoán bảo vệ rừng từ 200.000 đồng lên mức 400.000–600.000 đồng/ha/năm cho 349 hộ dân tại xã Thung Nai, bảo đảm tăng thu nhập bình quân đầu người của đồng bào Mường, Dao lên gấp 2 lần vào năm 2016.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm cán bộ quản lý và quy hoạch lâm nghiệp tại các Ban quản lý rừng phòng hộ, Chi cục Kiểm lâm các tỉnh Tây Bắc: Luận văn cung cấp hệ thống số liệu thực chứng về mật độ trồng, cơ cấu loài bản địa và định mức kinh tế kỹ thuật để xây dựng dự án phục hồi rừng đầu nguồn.

Nhóm giảng viên, nghiên cứu viên và học viên cao học chuyên ngành Khoa học Môi trường, Lâm sinh, Quản lý Tài nguyên: Công trình là tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp thiết lập ô định vị đo xói mòn 200 m2, phương pháp giải tích phẫu diện đất và quy trình tính toán thủy văn rừng định lượng.

Nhóm lãnh đạo chính quyền địa phương và cán bộ khuyến nông vùng trung du miền núi: Cung cấp cơ sở thực tiễn để lồng ghép các mô hình kinh tế sinh thái (kết hợp cây gỗ lớn với dược liệu và cây ăn quả) vào chương trình mục tiêu quốc gia xây dựng nông thôn mới và giảm nghèo vùng đồng bào thiểu số.

Nhóm chuyên gia của các tổ chức phi chính phủ và các tổ chức phát triển quốc tế hoạt động trong lĩnh vực bảo tồn sinh thái, biến đổi khí hậu: Nắm bắt bức tranh tổng thể về tương tác sinh kế - môi trường vùng lòng hồ thủy điện nhằm thiết kế các can thiệp tài trợ bảo vệ lưu vực sông mang tính khả thi cao.

Câu hỏi thường gặp

Trong các mô hình thử nghiệm, mô hình nào đạt hiệu quả sinh thái và chống xói mòn tối ưu nhất? Mô hình làm giàu rừng đạt hiệu quả cao nhất nhờ tận dụng thảm thực vật tự nhiên sẵn có kết hợp trồng bổ sung 400 cây bản địa/ha. Sau 7 năm, mô hình đạt độ che phủ cao nhất là 79% và lượng đất mất do xói mòn thấp nhất, chỉ 1,90 tấn/ha/năm (giảm hơn 58% so với đất không trồng rừng).

Tại sao mô hình nông lâm kết hợp lại có lượng xói mòn đất cao hơn các mô hình rừng trồng khác? Do người dân giữ thói quen phát trắng, đốt sạch thực bì trước khi trồng ngô và sắn trên sườn dốc từ 16 đến 25 độ. Việc mất đi tầng che phủ bề mặt trong mùa mưa lớn khiến lượng đất mất ở mô hình này lên tới 3,70–5,10 tấn/ha/năm, chiếm từ 81% đến 98% lượng xói mòn của đối chứng.

Những loài cây gỗ bản địa nào sinh trưởng tốt và phù hợp nhất cho vùng bán ngập và ven hồ Hòa Bình? Nghiên cứu khẳng định các loài Lim xanh, Lim xẹt, Giẻ đỏ, Re gừng, Kháo vàng, Sao đen, Trám trắng và Sấu thể hiện khả năng thích ứng lập địa tuyệt vời. Chúng phát triển tán lá dày, bộ rễ bám sâu giữ đất và tạo ra lượng vật rơi rụng dồi dào bồi bổ độ phì cho đất dốc.

Việc trồng xen cây dược liệu và cây Cốt khí mang lại giá trị gia tăng gì cho hệ sinh thái rừng? Cây dược liệu như Sa nhân, Ba kích và cây họ đậu như Cốt khí giúp nâng độ che phủ mặt đất lên 72–73% chỉ sau thời gian ngắn, cố định đạm sinh học làm tơi xốp đất, đồng thời mang lại nguồn thu nhập ngắn hạn giúp người dân giảm áp lực chặt phá rừng tự nhiên.

Nghiên cứu này đóng góp lợi ích kinh tế trực tiếp nào cho công trình Thủy điện Hòa Bình? Bằng việc kiểm soát xói mòn và giảm thiểu dòng rắn, các mô hình rừng giúp ngăn chặn đáng kể khối lượng bùn cát bồi lắng 83,6 triệu tấn mỗi năm, kéo dài tuổi thọ khai thác của hồ chứa và tiết kiệm hàng chục tỷ đồng chi phí nạo vét lòng hồ hàng năm.

Kết luận

  • Tổng kết thực nghiệm toàn diện 8 mô hình sinh thái rừng phòng hộ và 1 công thức đối chứng tại khu vực xung yếu hồ Hòa Bình qua 6 năm theo dõi chặt chẽ (2006–2011).
  • Khẳng định mô hình làm giàu rừng và mô hình cây bản địa xen dược liệu là hai giải pháp tối ưu nhất, đạt độ che phủ 73–79% và giảm lượng xói mòn xuống mức 1,90–2,50 tấn/ha/năm.
  • Chứng minh mối tương quan trực tiếp giữa độ che phủ nhiều tầng tán với việc cắt giảm 30–45% dòng chảy bề mặt và duy trì ổn định hàm lượng dưỡng chất mùn, đạm, lân trên sườn dốc 16–25 độ.
  • Cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn xác đáng phục vụ công tác quy hoạch, quản lý bền vững hơn 70.619 ha đất rừng phòng hộ lưu vực sông Đà và bảo đảm an toàn cho hồ Thủy điện Hòa Bình.
  • Kêu gọi các cơ quan quản lý và chính quyền địa phương khẩn trương nhân rộng các mô hình sinh thái kết hợp thực thi chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng đồng bộ trong giai đoạn tiếp theo.