Tổng quan nghiên cứu

Cháy rừng là một trong những nguyên nhân chính gây suy giảm nghiêm trọng diện tích và chất lượng rừng ở Việt Nam, với tổng số 1.712 vụ cháy rừng từ năm 2014 đến tháng 6/2018, làm thiệt hại trung bình khoảng 1.297 ha rừng mỗi năm (Tổng cục Lâm nghiệp, 2018). Rừng thông, với diện tích trên 400.000 ha, là loại rừng dễ bị cháy do chứa hàm lượng nhựa từ 2% đến 12%, khiến lửa lan nhanh và khó kiểm soát. Việc phát triển các biện pháp phòng chống cháy rừng hiệu quả là cấp thiết nhằm bảo vệ tài nguyên rừng và môi trường sinh thái.

Luận văn tập trung nghiên cứu cơ sở khoa học sản xuất chế phẩm sinh học tăng độ ẩm vật liệu cháy dưới tán rừng thông nhằm hạn chế khả năng cháy rừng. Mục tiêu cụ thể là phân lập và tuyển chọn 3-5 chủng vi sinh vật sinh màng nhầy có hàm lượng polysacarit trên 15 g/l, phát triển phù hợp với vật liệu cháy dưới tán rừng thông, đồng thời sản xuất chế phẩm sinh học có khả năng tăng độ ẩm vật liệu cháy trên 10% trước mùa khô. Nghiên cứu được thực hiện tại các khu vực điển hình như Hoành Bồ (Quảng Ninh) và Sóc Sơn (Hà Nội) trong giai đoạn 2016-2020.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc giảm thiểu nguy cơ cháy rừng mà còn góp phần cải tạo đất, tăng khả năng sinh trưởng của rừng thông, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường sinh thái. Đây là bước tiến quan trọng trong phòng chống cháy rừng, đồng thời mở ra hướng ứng dụng vi sinh vật sinh màng nhầy trong quản lý rừng bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên ba lý thuyết chính: (1) Tam giác lửa trong cháy rừng gồm nguồn nhiệt, oxy và vật liệu cháy (VLC), trong đó VLC đóng vai trò quyết định khả năng bắt lửa và lan truyền đám cháy; (2) Vai trò của vi sinh vật sinh màng nhầy (polysacarit) trong việc giữ ẩm và cải tạo đất, giúp tăng độ ẩm vật liệu cháy; (3) Mô hình sinh trưởng và phát triển vi sinh vật trong điều kiện nhiệt độ, độ ẩm và pH khác nhau, ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất chế phẩm sinh học.

Các khái niệm chính bao gồm: vật liệu cháy dưới tán rừng (thảm khô, thảm mục có đường kính nhỏ hơn 1 cm), polysacarit sinh học, vi sinh vật sinh màng nhầy, độ ẩm vật liệu cháy, và phương pháp phân lập, tuyển chọn vi sinh vật.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính gồm 75 mẫu đất và mùn dưới tán rừng thông tại bốn khu vực nghiên cứu: Hoành Bồ (Quảng Ninh), Sóc Sơn (Hà Nội), Tĩnh Gia (Thanh Hóa), và Lộc Bình (Lạng Sơn). Vi sinh vật sinh màng nhầy được phân lập bằng phương pháp pha loãng và nuôi cấy trên môi trường AT ở 30°C trong 3-5 ngày. Việc tuyển chọn chủng dựa trên độ nhớt dịch nuôi cấy và hàm lượng polysacarit khô, sử dụng nhớt kế Ostwald để đo độ nhớt.

Phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ (5°C đến 40°C) và độ ẩm không khí (60%-100%) đến sinh trưởng vi sinh vật được thực hiện bằng đo đường kính khuẩn lạc trên môi trường chuyên dụng. Phương pháp định danh vi sinh vật sử dụng giải trình tự gen 16S rRNA và so sánh với cơ sở dữ liệu quốc tế.

Quy trình sản xuất chế phẩm sinh học được xây dựng dựa trên nghiên cứu điều kiện sinh trưởng tối ưu của vi sinh vật (môi trường, tốc độ lắc, thời gian, nhiệt độ, pH), khả năng tập hợp chủng không đối kháng, và thử nghiệm phối trộn với các chất mang như mùn hữu cơ, than bùn, tinh bột sắn, apatits. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ 2016 đến 2020, với các thí nghiệm tại phòng thí nghiệm và hiện trường.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phân lập và tuyển chọn vi sinh vật sinh màng nhầy: Từ 75 mẫu đất, đã phân lập được 32 chủng vi sinh vật sinh màng nhầy, trong đó Hoành Bồ chiếm 37,5% (12 chủng), Tĩnh Gia 31,25% (10 chủng), Lộc Bình 18,75% (6 chủng), và Sóc Sơn 6,25% (2 chủng). Có 13 chủng có hàm lượng polysacarit trên 15 g/l, tiêu biểu như P08 (17,2 g/l), P58, P60, P65, P73.

  2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sinh trưởng: Các chủng vi sinh vật phát triển tốt trong khoảng nhiệt độ 10°C đến 35°C, đạt đường kính khuẩn lạc lớn nhất ở 25-30°C (ví dụ, chủng P16.1 đạt 59,6 mm ở 25°C). Ở 5°C và 40°C, sinh trưởng kém với đường kính khuẩn lạc dưới 5 mm.

  3. Ảnh hưởng của độ ẩm không khí: Vi sinh vật sinh màng nhầy phát triển tối ưu ở độ ẩm không khí 80%-95%, đặc biệt là 90%. Ở độ ẩm thấp hơn 80% hoặc cao hơn 95%, sinh trưởng giảm đáng kể.

  4. Khả năng tăng độ ẩm vật liệu cháy: Thí nghiệm trên quy mô chậu vại cho thấy sử dụng chế phẩm sinh học từ các chủng vi sinh vật sinh màng nhầy làm tăng độ ẩm vật liệu cháy dưới tán rừng thông từ 10% đến trên 15% so với đối chứng không sử dụng chế phẩm. Liều lượng sử dụng tối ưu là khoảng 0,5%-1,0% khối lượng vật liệu cháy.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy vi sinh vật sinh màng nhầy có khả năng sinh polysacarit cao, giúp giữ ẩm hiệu quả cho vật liệu cháy dưới tán rừng thông, từ đó làm giảm khả năng bắt lửa và lan truyền cháy rừng. Nhiệt độ và độ ẩm không khí là các yếu tố môi trường quan trọng ảnh hưởng đến sinh trưởng vi sinh vật, phù hợp với điều kiện khí hậu miền Bắc Việt Nam.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, việc ứng dụng vi sinh vật sinh màng nhầy trong cải tạo đất và giữ ẩm đã được chứng minh hiệu quả, tuy nhiên nghiên cứu này là lần đầu tiên tập trung vào vật liệu cháy dưới tán rừng thông tại Việt Nam. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ đường kính khuẩn lạc theo nhiệt độ và độ ẩm, cũng như bảng so sánh độ ẩm vật liệu cháy giữa các công thức sử dụng chế phẩm.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Sản xuất và ứng dụng chế phẩm sinh học: Triển khai sản xuất chế phẩm sinh học từ các chủng vi sinh vật sinh màng nhầy có hàm lượng polysacarit cao, sử dụng liều lượng 0,5%-1,0% khối lượng vật liệu cháy để tăng độ ẩm vật liệu cháy dưới tán rừng thông. Thời gian áp dụng tốt nhất là trước mùa khô, từ tháng 1 đến tháng 4 hàng năm.

  2. Phương thức sử dụng chế phẩm: Áp dụng rắc chế phẩm sinh học theo đường băng cản lửa hoặc theo đường đồng mức với diện tích xử lý từ 25% đến 100% tùy theo mật độ vật liệu cháy, kết hợp với hoạt hóa bằng vôi bột để tăng hiệu quả giữ ẩm.

  3. Tăng cường quản lý và giám sát: Các cơ quan quản lý lâm nghiệp cần phối hợp với các trung tâm nghiên cứu để giám sát hiệu quả sử dụng chế phẩm, đồng thời đào tạo cán bộ kỹ thuật và người dân địa phương về kỹ thuật sử dụng chế phẩm sinh học.

  4. Nghiên cứu mở rộng: Khuyến khích nghiên cứu tiếp tục mở rộng ứng dụng chế phẩm sinh học cho các loại rừng khác và điều kiện khí hậu khác nhau, đồng thời đánh giá tác động lâu dài đến sinh trưởng rừng và cải tạo đất.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý lâm nghiệp: Hỗ trợ xây dựng chính sách và chương trình phòng chống cháy rừng hiệu quả, áp dụng công nghệ sinh học trong quản lý rừng.

  2. Nhà nghiên cứu và học viên ngành lâm nghiệp, vi sinh vật: Cung cấp dữ liệu khoa học và phương pháp nghiên cứu mới về vi sinh vật sinh màng nhầy và ứng dụng trong bảo vệ rừng.

  3. Doanh nghiệp sản xuất chế phẩm sinh học: Tham khảo quy trình sản xuất và ứng dụng chế phẩm sinh học tăng độ ẩm vật liệu cháy, phát triển sản phẩm thân thiện môi trường.

  4. Người dân và cộng đồng sống gần rừng: Nắm bắt kiến thức về phòng chống cháy rừng, kỹ thuật sử dụng chế phẩm sinh học để bảo vệ tài nguyên rừng và môi trường sống.

Câu hỏi thường gặp

  1. Chế phẩm sinh học tăng độ ẩm vật liệu cháy là gì?
    Chế phẩm sinh học là sản phẩm chứa vi sinh vật sinh màng nhầy polysacarit có khả năng giữ ẩm và phân hủy vật liệu cháy dưới tán rừng, giúp tăng độ ẩm vật liệu cháy trên 10%, giảm nguy cơ cháy rừng.

  2. Vi sinh vật sinh màng nhầy có vai trò gì trong phòng cháy rừng?
    Chúng tiết polysacarit tạo màng nhầy giúp giữ nước, tăng độ ẩm vật liệu cháy, làm giảm khả năng bắt lửa và lan truyền đám cháy, đồng thời cải tạo đất và tăng khả năng sinh trưởng của cây rừng.

  3. Liều lượng sử dụng chế phẩm sinh học như thế nào là hiệu quả?
    Theo nghiên cứu, liều lượng từ 0,5% đến 1,0% khối lượng vật liệu cháy là tối ưu, giúp tăng độ ẩm vật liệu cháy từ 10% đến trên 15% so với đối chứng.

  4. Thời điểm sử dụng chế phẩm sinh học phù hợp nhất?
    Thời điểm tốt nhất là trước mùa khô, từ tháng 1 đến tháng 4, khi vật liệu cháy bắt đầu khô và nguy cơ cháy rừng tăng cao.

  5. Chế phẩm sinh học có an toàn với môi trường không?
    Chế phẩm được sản xuất từ các chủng vi sinh vật an toàn, thân thiện với môi trường, không gây ô nhiễm và có tác dụng cải tạo đất, tăng độ phì nhiêu, góp phần bảo vệ hệ sinh thái rừng.

Kết luận

  • Đã phân lập và tuyển chọn thành công 32 chủng vi sinh vật sinh màng nhầy, trong đó 13 chủng có hàm lượng polysacarit trên 15 g/l, phù hợp với điều kiện vật liệu cháy dưới tán rừng thông.
  • Vi sinh vật sinh màng nhầy phát triển tối ưu ở nhiệt độ 25-30°C và độ ẩm không khí 80%-95%, phù hợp với điều kiện khí hậu miền Bắc Việt Nam.
  • Sản xuất chế phẩm sinh học từ các chủng vi sinh vật này giúp tăng độ ẩm vật liệu cháy từ 10% đến trên 15%, góp phần hạn chế khả năng cháy rừng.
  • Đề xuất các giải pháp ứng dụng chế phẩm sinh học trong phòng chống cháy rừng, bao gồm liều lượng, phương thức và thời điểm sử dụng cụ thể.
  • Khuyến nghị tiếp tục nghiên cứu mở rộng và ứng dụng thực tiễn nhằm nâng cao hiệu quả bảo vệ rừng và phát triển bền vững.

Luận văn mở ra hướng đi mới trong phòng chống cháy rừng bằng công nghệ sinh học, kêu gọi các nhà quản lý, nhà khoa học và cộng đồng cùng phối hợp triển khai để bảo vệ tài nguyên rừng quý giá của Việt Nam.