Tổng quan nghiên cứu

Biến đổi khí hậu đang tạo ra những tác động rõ nét và tiêu cực đến các hệ sinh thái rừng tại Việt Nam. Trong nửa thế kỷ qua, nhiệt độ trung bình toàn quốc đã tăng khoảng 0,7 độ C và mực nước biển dâng khoảng 20 cm, làm gia tăng tần suất cũng như mức độ khốc liệt của các đợt hạn hán. Khu vực Tây Bắc có tổng diện tích tự nhiên đạt hơn 3,74 triệu ha với 1.589.000 ha rừng, độ che phủ rừng đạt 44,5%. Vùng đất này giữ vai trò là tấm lá chắn phòng hộ đầu nguồn trọng yếu cho hệ thống thủy điện và đồng bằng Bắc Bộ. Tuy nhiên, với địa hình núi cao hiểm trở có độ dốc phổ biến từ 20 đến 25 độ, chịu tác động gay gắt của hoàn lưu gió phơn Tây Nam khô nóng vào mùa khô cùng tập quán canh tác nương rẫy, Tây Bắc trở thành một trong những trọng điểm cháy rừng khốc liệt nhất cả nước.

Vấn đề nghiên cứu then chốt là xác định các chỉ tiêu khí hậu phản ánh nguy cơ hỏa hoạn và đánh giá định lượng sự biến đổi của nguy cơ cháy rừng theo các kịch bản biến đổi khí hậu. Mục tiêu cụ thể của đề tài là phân cấp nguy cơ cháy cho các trạng thái rừng chính, thiết lập chỉ số khí hậu đặc trưng và dự báo xu thế biến đổi của nguy cơ cháy rừng theo kịch bản phát thải trung bình B2 đến các mốc thời gian 2020, 2030, 2050 và 2090. Nghiên cứu được thực hiện tại 4 tỉnh Tây Bắc gồm Hòa Bình, Sơn La, Điện Biên và Lai Châu, trong đó điều tra thực nghiệm chuyên sâu tại 38 ô tiêu chuẩn thuộc tỉnh Sơn La và Hòa Bình. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quyết định trong việc cung cấp cơ sở khoa học để tối ưu hóa công tác phòng cháy chữa cháy rừng, góp phần bảo vệ bền vững hơn 1,54 triệu ha rừng tự nhiên đầu nguồn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết tam giác lửa của Chandler và Brown, khẳng định sự hình thành và lan tràn của đám cháy rừng là quá trình ôxy hóa vật liệu hữu cơ phụ thuộc mật thiết vào ba yếu tố: nguồn nhiệt, dưỡng khí và vật liệu cháy. Bên cạnh đó, đề tài vận dụng mô hình đánh giá đa tiêu chuẩn của Nijkamp năm 1982 để lượng hóa chỉ số hiệu quả canh tác và phản ánh nguy cơ cháy theo từng kiểu trạng thái rừng.

Các khái niệm chuyên ngành cốt lõi bao gồm:

  • Vật liệu cháy rừng: Khối lượng thảm tươi và thảm khô tích tụ trên mặt đất rừng có khả năng bắt lửa.
  • Độ ẩm vật liệu cháy tại thời điểm 13 giờ: Thông số đo lường hàm lượng nước trong thảm mục, quyết định ngưỡng phát hỏa thực tế.
  • Chỉ số khí tượng tổng hợp P theo phương pháp Nesterov cải tiến: Tính toán tổng tích số giữa nhiệt độ và độ thiếu hụt bão hòa không khí lúc 13 giờ kể từ ngày cuối cùng có lượng mưa vượt quá 5 mm.
  • Kịch bản biến đổi khí hậu trung bình B2: Dự báo xu thế gia tăng nhiệt độ và biến động lượng mưa trong thế kỷ 21 do Bộ Tài nguyên và Môi trường công bố.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp chọn mẫu điển hình có phân tầng được áp dụng để thiết lập 38 ô tiêu chuẩn kiểm chứng có diện tích 1.000 m2 (kích thước 30m x 33m) tại các trạng thái rừng chủ yếu ở Sơn La và Hòa Bình. Cỡ mẫu này đảm bảo tính đại diện thống kê cao cho các kiểu rừng tự nhiên lá rộng thường xanh, rừng núi đá, rừng tre nứa, rừng hỗn giao và rừng trồng thuần loài. Trong mỗi ô tiêu chuẩn, đề tài bố trí 25 ô dạng bản diện tích 1 m2 để thu thập, cân đo khối lượng thảm khô, thảm tươi và xác định độ ẩm vật liệu cháy tại thời điểm 13 giờ.

Nguồn dữ liệu khí tượng sử dụng chuỗi số liệu quan trắc liên tục trong 30 năm từ 1980 đến 2010 tại hệ thống trạm khí tượng quốc gia trong vùng, kết hợp số liệu thống kê cháy rừng lịch sử từ Cục Kiểm lâm. Phương pháp phân tích đa tiêu chuẩn kết hợp trọng số chuyên gia được lựa chọn vì cho phép tổng hợp đồng thời các yếu tố sinh thái phức tạp như độ tàn che tầng cây cao, độ che phủ thảm cây bụi, chiều cao vút ngọn và khối lượng vật liệu cháy. Quá trình phân tích tương quan hồi quy đa biến giữa chỉ số khí hậu Qi và số ngày có nguy cơ cháy cao trong tháng được thực hiện hoàn chỉnh trong giai đoạn 2012 đến 2014 nhằm đảm bảo tính chuẩn xác và độ tin cậy của mô hình dự báo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích định lượng từ 38 ô tiêu chuẩn cho thấy sự phân hóa sâu sắc về nguy cơ cháy giữa các trạng thái rừng tại Tây Bắc thông qua chỉ số tích hợp ECT:

Thứ nhất, trạng thái rừng tre nứa và rừng trồng thuộc Cấp III (Mức độ rất nguy hiểm với lửa, chỉ số ECT từ 1,60 trở lên). Rừng tre nứa tích lũy lượng thảm khô lên tới 10,15 tấn/ha với chỉ số ECT đạt 1,65. Trong khi đó, rừng trồng các loài cây như thông, keo, bạch đàn có khối lượng thảm khô trung bình 8,20 tấn/ha, tỷ lệ che phủ thảm khô đạt 89,2% và chỉ số ECT đạt mức cao nhất toàn vùng là 1,72. Riêng rừng thông thuần loài có độ che phủ thảm khô đạt tuyệt đối 100%, tạo điều kiện bắt lửa cực kỳ nguy hiểm.

Thứ hai, trạng thái rừng hỗn giao gỗ - tre nứa và rừng trên núi đá thuộc Cấp II (Mức độ nguy hiểm, chỉ số ECT từ 1,00 đến dưới 1,60). Rừng hỗn giao có chỉ số ECT là 1,56 với khối lượng thảm khô 9,88 tấn/ha. Rừng trên núi đá có chỉ số ECT đạt 1,29, tuy lượng thảm khô thấp hơn ở mức 4,28 tấn/ha nhưng độ ẩm vật liệu cháy lúc 13 giờ tụt xuống mức rất thấp là 9,6%, khiến thảm thực vật cực kỳ dễ bốc cháy khi gặp nguồn nhiệt.

Thứ ba, trạng thái rừng tự nhiên lá rộng thường xanh thuộc Cấp I (Mức độ ít nguy hiểm, chỉ số ECT đạt 0,74). Nhờ độ tàn che tầng cây cao duy trì ở mức cao từ 0,57 đến 0,77 và độ che phủ thảm tươi đạt 57,6%, độ ẩm vật liệu cháy dưới tán rừng này đạt mức trung bình 14,8%, tạo lớp đệm vi khí hậu ẩm ướt ngăn ngừa hỏa hoạn tự nhiên.

Thứ tư, dưới tác động của biến đổi khí hậu theo kịch bản B2, nhiệt độ trung bình tại Tây Bắc dự báo tăng từ 1,0 đến 2,0 độ C vào năm 2050 và tăng từ 1,6 đến 2,6 độ C vào năm 2100. Số ngày có nguy cơ cháy cao và rất cao trong mùa khô (từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau) tăng từ 15 đến 25 ngày, đặc biệt mở rộng đỉnh điểm vào tháng 3 và tháng 4.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến sự khác biệt về cấp nguy cơ cháy giữa các trạng thái rừng nằm ở đặc điểm tích lũy vật liệu cháy và vi khí hậu dưới tán. Ở các diện tích rừng trồng và rừng tre nứa, cấu trúc tầng tán đơn giản cùng với sự phân rã chậm của lá kim và cành khô tạo nên lớp bổi dày đặc. Khi mùa khô hanh kéo dài kết hợp gió phơn thổi mạnh, độ ẩm thảm khô giảm xuống dưới ngưỡng an toàn 10%, biến lớp thảm mục thành mồi dẫn lửa hoàn hảo. Ngược lại, rừng tự nhiên lá rộng thường xanh giàu và trung bình duy trì cấu trúc đa tầng tán, cản bức xạ mặt trời trực tiếp và giữ ẩm bề mặt đất rất hiệu quả.

Dữ liệu nghiên cứu về mối quan hệ giữa khối lượng thảm mục, độ ẩm vật liệu cháy và chỉ số ECT của 6 trạng thái rừng có thể được mô tả trực quan thông qua biểu đồ phân tán kết hợp đồ thị mạng radar đa chiều. Diễn biến không gian của số ngày có nguy cơ cháy cao qua các mốc thời gian 2020, 2030, 2050 và 2090 được hiển thị rõ nét trên bản đồ phân vùng rủi ro GIS, minh chứng cho sự mở rộng nhanh chóng của vùng đệm báo động đỏ tại các thung lũng khô nóng Sơn La và Điện Biên. Kết quả này hoàn toàn tương thích với các công trình nghiên cứu khí hậu quốc tế tại Australia và Trung Quốc, khẳng định sự nóng lên toàn cầu làm gia tăng biên độ rủi ro hỏa hoạn từ 20% đến 50% tại các khu vực nội địa.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chủ động phòng ngừa và giảm thiểu thiệt hại do cháy rừng trong bối cảnh biến đổi khí hậu gia tăng, các giải pháp mang tính hành động cao cần được triển khai đồng bộ:

  • Nâng cấp hệ thống cảnh báo sớm bằng công nghệ thông tin và ảnh viễn thám: Ứng dụng phần mềm cảnh báo nguy cơ cháy rừng tích hợp chỉ số khí hậu Qi và dữ liệu vệ tinh quan trắc điểm nóng nhiệt độ theo thời gian thực. Mục tiêu giảm 50% thời gian phát hiện điểm cháy ban đầu trong giai đoạn 2024–2026, do Chi cục Kiểm lâm các tỉnh Tây Bắc chủ trì phối hợp với các viện nghiên cứu lâm nghiệp.

  • Xây dựng và phục hồi hệ thống băng cản lửa xanh lâm sinh: Trồng bổ sung các loài cây bản địa có khả năng tích nước cao và khó cháy như cây vạng trứng, muồng đen, dẻ trên các dải băng rộng 15 đến 20m bao quanh vùng rừng thông, rừng keo và rừng tre nứa xung yếu. Hoàn thành 100% việc thiết lập đường băng cản lửa tại các khu rừng đầu nguồn trước năm 2027 dưới sự quản lý của các Ban Quản lý rừng phòng hộ.

  • Áp dụng kỹ thuật đốt trước vật liệu cháy có kiểm soát: Tổ chức xử lý đốt giảm tải khối lượng thảm khô vào đầu mùa khô (tháng 10 đến tháng 11) khi độ ẩm vật liệu cháy còn trên 15% tại các trạng thái rừng có nguy cơ cháy cấp III. Biện pháp này giúp loại bỏ từ 40% đến 60% lượng thảm khô tích tụ hàng năm, do Hạt Kiểm lâm cơ sở hướng dẫn kỹ thuật cho các chủ rừng.

  • Củng cố mạng lưới phòng cháy chữa cháy rừng dựa vào cộng đồng theo phương châm 4 tại chỗ: Kiện toàn hơn 1.200 tổ đội quần chúng bảo vệ rừng thôn bản, phân định rõ trách nhiệm chỉ huy, lực lượng, phương tiện và hậu cần tại chỗ. Kế hoạch hoàn thiện huấn luyện nghiệp vụ chữa cháy rừng thích ứng biến đổi khí hậu hoàn thành trong giai đoạn 2024–2030 dưới sự chỉ đạo của Ủy ban nhân dân cấp huyện và xã.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị ứng dụng thực tiễn cao cho nhiều nhóm đối tượng:

  • Cơ quan quản lý nhà nước và lực lượng Kiểm lâm địa phương: Sử dụng bản đồ phân vùng nguy cơ cháy rừng và thuật toán chỉ số Qi để phân bổ nguồn lực tuần tra, bố trí trạm quan sát và xây dựng phương án phòng cháy chữa cháy rừng cấp tỉnh tại Sơn La, Hòa Bình, Điện Biên và Lai Châu.

  • Ban Quản lý các khu rừng đặc dụng và phòng hộ: Vận dụng số liệu định lượng về đặc điểm vật liệu cháy của 6 trạng thái rừng để quy hoạch phân khu lâm sinh, thiết kế băng cản lửa xanh bảo vệ an toàn diện tích 1,54 triệu ha rừng tự nhiên lưu vực sông Đà.

  • Các nhà khoa học, giảng viên và sinh viên chuyên ngành Lâm sinh, Quản lý tài nguyên rừng và Biến đổi khí hậu: Khai thác phương pháp luận đánh giá đa tiêu chuẩn ECT, hệ thống 38 ô tiêu chuẩn thực nghiệm và mô hình hồi quy vi khí hậu làm tài liệu tham khảo cho các công trình nghiên cứu chuyên sâu tiếp theo.

  • Các tổ chức phát triển nông thôn và cộng đồng dân cư địa phương: Tham khảo các giải pháp quản lý lửa có kiểm soát và phương thức canh tác nương rẫy an toàn để phòng tránh nguy cơ cháy lan trong sản xuất nông lâm nghiệp vùng cao.

Câu hỏi thường gặp

Trạng thái rừng nào tại khu vực Tây Bắc có nguy cơ cháy cao nhất? Rừng trồng thuần loài như thông, keo và rừng tre nứa tự nhiên có nguy cơ cháy cao nhất, xếp ở Cấp III với chỉ số ECT từ 1,65 đến 1,72. Nguyên nhân do khối lượng thảm khô tích tụ dày đặc từ 8,2 đến 10,15 tấn/ha, tỷ lệ che phủ thảm khô từ 89,2% đến 100% kết hợp với cấu trúc tầng tán thưa, rất dễ bắt lửa khi độ ẩm giảm sâu.

Biến đổi khí hậu làm gia tăng số ngày có nguy cơ cháy rừng ở Tây Bắc ra sao? Theo kịch bản biến đổi khí hậu trung bình B2, nhiệt độ trung bình tại vùng Tây Bắc tăng từ 1,0 đến 2,0 độ C vào năm 2050, khiến số ngày có nguy cơ cháy cao và rất cao tăng thêm từ 15 đến 25 ngày trong mỗi mùa khô. Mùa cháy rừng có xu hướng kéo dài và mở rộng đỉnh điểm sang các tháng 3, 4 và 5.

Chỉ số ECT trong phân cấp nguy cơ cháy rừng được xác định như thế nào? Chỉ số ECT được xây dựng dựa trên phương pháp phân tích đa tiêu chuẩn của Nijkamp, kết hợp 3 thông số sinh thái then chốt gồm: khối lượng thảm khô, khối lượng thảm tươi và độ ẩm vật liệu cháy lúc 13 giờ. Chỉ số tổng hợp này cho phép xếp hạng chính xác mức độ nguy hiểm với lửa của từng trạng thái rừng.

Tại sao rừng tự nhiên lá rộng thường xanh lại ít có nguy cơ cháy hơn các kiểu rừng khác? Rừng tự nhiên lá rộng thường xanh thuộc Cấp I ít nguy hiểm với chỉ số ECT chỉ đạt 0,74. Kiểu rừng này có độ tàn che tầng cây cao đạt từ 0,57 đến 0,77 và độ che phủ thảm tươi 57,6%, giúp che chắn ánh nắng mặt trời và duy trì độ ẩm thảm mục luôn ở mức cao khoảng 14,8%, ngăn cản quá trình bén lửa tự nhiên.

Biện pháp kỹ thuật nào giúp giảm khối lượng vật liệu cháy dưới tán rừng hiệu quả nhất? Kỹ thuật đốt trước có kiểm soát vào đầu mùa khô kết hợp dọn sạch vật liệu cháy thành các đường ranh cản lửa là biện pháp hiệu quả hàng đầu. Phương pháp này loại bỏ an toàn từ 40% đến 60% khối lượng thảm khô dưới tán rừng thông và rừng keo, ngăn chặn hữu hiệu nguy cơ đám cháy phát triển từ mặt đất bùng lên cháy tán.

Kết luận

  • Luận văn đã định lượng hóa thành công nguy cơ cháy cho 6 trạng thái rừng chính tại vùng Tây Bắc thông qua thang chỉ số ECT biến thiên từ 0,74 đến 1,72.
  • Nhận diện rõ ràng rừng tre nứa và rừng trồng thông, keo là hai đối tượng có mức độ nguy hiểm cháy rừng cao nhất với khối lượng thảm mục vượt trên 8 tấn/ha.
  • Chứng minh tính quy luật của sự gia tăng số ngày có nguy cơ cháy cao thêm 15 đến 25 ngày trong mùa khô theo kịch bản biến đổi khí hậu B2.
  • Thiết lập hệ thống giải pháp kỹ thuật lâm sinh toàn diện gồm băng cản lửa xanh, đốt trước có kiểm soát và ứng dụng chỉ số Qi trong cảnh báo viễn thám.
  • Đóng góp luận cứ khoa học vững chắc phục vụ quy hoạch bảo vệ tài nguyên rừng đầu nguồn sông Đà và thích ứng hiệu quả với thiên tai cực đoan.

Trong giai đoạn từ nay đến năm 2030, các địa phương vùng Tây Bắc cần khẩn trương số hóa bản đồ phân cấp nguy cơ cháy rừng chi tiết đến từng tiểu khu và xã vùng cao. Các cấp quản lý và cộng đồng hãy chủ động áp dụng các giải pháp kỹ thuật lâm sinh thích ứng biến đổi khí hậu để bảo vệ màu xanh bền vững cho đại ngàn Tây Bắc.