Tổng quan nghiên cứu

Hệ sinh thái rừng tràm trên đất than bùn tại Vườn quốc gia U Minh Thượng đại diện cho kiểu rừng ngập nước nhiệt đới đặc thù với tính đa dạng sinh học cao, lưu giữ khoảng 250 loài thực vật, hơn 180 loài chim và trên 20 loài bò sát quý hiếm. Tuy nhiên, diện tích rừng tràm tự nhiên toàn vùng bán đảo Cà Mau đã suy giảm nghiêm trọng từ khoảng 400.000 ha vào năm 1950 xuống còn xấp xỉ 10.000 ha phân bố rải rác giữa U Minh Thượng và U Minh Hạ. Đặc biệt, thảm họa cháy rừng lịch sử vào tháng 3 năm 2002 kéo dài suốt 21 ngày đêm đã thiêu trụi 3.212 ha rừng vùng lõi (chiếm 39,96% tổng diện tích 8.038 ha vùng lõi), làm mất trắng 194 ha tầng than bùn cổ có bề dày từ 0,3 m đến 3,0 m.

Nhằm ngăn ngừa nguy cơ hỏa hoạn tái diễn, giải pháp đắp đập bao bờ giữ nước ngập sâu cục bộ quanh năm đã được áp dụng. Dù vậy, việc duy trì mực nước ngập cao liên tục trong mùa khô đã làm thay đổi sâu sắc chế độ thủy văn tự nhiên, khiến rễ tràm bị thối rữa, cây đổ ngã hàng loạt, suy thoái thảm thực vật dưới tán và cản trở hoàn toàn sự tái sinh của hạt tràm tự nhiên. Luận văn thạc sĩ khoa học lâm nghiệp chuyên ngành Quản lý bảo vệ tài nguyên rừng của tác giả Trần Mạnh Long dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Vương Văn Quỳnh được thực hiện tại Vườn quốc gia U Minh Thượng (tổng diện tích tự nhiên 21.107 ha bao gồm 8.038 ha vùng lõi và 13.069 ha vùng đệm thuộc tỉnh Kiên Giang) nhằm giải quyết bài toán mâu thuẫn giữa phòng cháy chữa cháy rừng và bảo tồn sinh thái. Mục tiêu cụ thể là xác định định lượng tác động của chế độ ngập nước thử nghiệm đến khối lượng và độ ẩm vật liệu cháy, từ đó thiết lập quy trình quản lý thủy văn tối ưu giúp hạ thấp nguy cơ cháy xuống cấp an toàn mà vẫn duy trì sức sống bền vững cho hệ sinh thái rừng tràm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng nền tảng lý thuyết tam giác lửa trong khoa học phòng chống cháy rừng, kết hợp với các mô hình chỉ số khí tượng tổng hợp đã được kiểm chứng trên thế giới và tại Việt Nam. Trọng tâm lý thuyết dựa trên mô hình chỉ số khí tượng Nesterov kết hợp hệ số điều chỉnh theo lượng mưa ngày do TS. Phạm Ngọc Hưng cải tiến và mô hình dự báo bổ sung biến số tốc độ gió của chuyên gia A.N Cooper (năm 1991). Đồng thời, đề tài tích hợp thang phân cấp cháy theo độ ẩm vật liệu cháy của TS. Bế Minh Châu (chia độ ẩm thành 5 cấp từ dưới 10% đến trên 50%) và mô hình cân bằng nước khu vực bán đảo Cà Mau.

Bốn khái niệm cốt lõi được chuẩn hóa trong nghiên cứu gồm:

  1. Hệ sinh thái đất than bùn: Tầng tích lũy vật liệu hữu cơ bán phân hủy dày từ 20 cm đến 140 cm, có tính chất xốp nhẹ ở lớp than bùn nâu mặt trên và nén chặt ở lớp than bùn đen phía dưới.
  2. Vật liệu cháy rừng tràm: Bao gồm thảm khô (lá tràm rụng, cành mục, vỏ tràm chứa tinh dầu), thảm tươi (cỏ dại, cây bụi, sậy) và tầng than bùn hữu cơ.
  3. Chế độ ngập nước thử nghiệm: Quy trình điều tiết thủy lực cục bộ thông qua hệ thống cống đập, duy trì các cao độ mặt nước khác nhau theo mùa.
  4. Cân bằng nước tiểu vùng: Tương quan giữa lượng mưa trung bình năm đạt trên 2.000 mm với tổng lượng bốc hơi mùa khô 531,7 mm đến 614,0 mm, tạo ra mức thâm hụt nước mùa khô từ 361,7 mm đến 417,8 mm và thặng dư dòng chảy năm đạt xấp xỉ 884,0 mm.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập thông qua chuỗi số liệu khí tượng thủy văn nhiều năm tại trạm Rạch Giá, số liệu quan trắc mực nước tại 10 thước đo cố định trên kênh Trung tâm và số liệu thực địa thu thập độc lập.

Phương pháp chọn mẫu điều tra là chọn mẫu định tầng theo địa hình và độ dày tầng than bùn:

  • Lập 20 ô tiêu chuẩn đại diện (kích thước 20 m x 25 m, diện tích 500 m² mỗi ô) phân bố trên 5 dạng lập địa: 2 ô trên rừng tràm tự nhiên không bị cháy năm 2002 (cao trình +2,0 m đến +2,1 m), 3 ô khu vực than bùn dày (>1,0 m), 5 ô than bùn trung bình (0,5 m đến 1,0 m), 5 ô than bùn mỏng (<0,5 m) và 5 ô trên nền đất sét trơ.
  • Trong mỗi ô tiêu chuẩn, bố trí 5 ô dạng bản cấp 1 (5 m x 5 m) và trong mỗi ô cấp 1 bố trí 5 ô dạng bản cấp 2 (1 m x 1 m) để thu gom, cân đo khối lượng tươi và khối lượng khô tuyệt đối của toàn bộ cây bụi, thảm tươi và thảm mục.
  • Thiết lập hệ sinh thái quan trắc ngầm gồm 30 giếng đo mực nước ngầm (ống nhựa chuyên dụng đường kính 60 mm, chiều dài 2,5 m, xẻ rãnh mao dẫn) bố trí dọc theo 3 tuyến khảo sát thủy văn xuyên tâm vườn.
  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp cân sấy mẫu ở nhiệt độ 105 độ C để xác định độ ẩm vật liệu cháy, kết hợp phương pháp phân tích hồi quy tương quan đa biến giữa độ sâu mực nước ngầm, cự ly cách kênh và độ ẩm vật liệu cháy nhằm thiết lập phương trình dự báo định lượng nguy cơ cháy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu chỉ ra rằng khối lượng vật liệu cháy tích lũy dưới tán rừng tràm U Minh Thượng rất lớn và có sự phân hóa rõ rệt theo độ sâu ngập nước. Ở những khu vực đất cao không bị ngập hoặc chỉ ngập nhẹ vào đỉnh mùa mưa, khối lượng thảm khô và thảm tươi tích lũy đạt từ 15 tấn/ha đến trên 35 tấn/ha. Khi mực nước mặt rút sâu dưới tầng đất hữu cơ, lượng vật liệu cháy khô nỏ tăng vọt 40% đến 60% chỉ sau 15 đến 20 ngày nắng hạn liên tục.

Thứ hai, mối quan hệ giữa độ ẩm vật liệu cháy và độ sâu mực nước ngầm tuân theo hàm phi tuyến chặt chẽ. Khi mực nước ngầm duy trì ở độ sâu từ 0,0 m đến 0,2 m so với mặt đất, độ ẩm thảm mục và tầng than bùn luôn đạt trên 50%, tương ứng cấp cháy I (hoàn toàn không có khả năng cháy). Tuy nhiên, khi mực nước ngầm hạ sâu quá 0,4 m đến 0,6 m trong giai đoạn tháng 2 đến tháng 4, độ ẩm của thảm khô giảm xuống dưới 16%, đưa nguy cơ cháy nhảy vọt lên cấp IV (nguy hiểm cao) và cấp V (cực kỳ nguy hiểm) với tốc độ bén lửa vượt mức 0,0096 m/s.

Thứ ba, việc giữ nước ngập sâu liên tục trên 0,3 m trong mùa khô đã làm suy giảm 70% đến 80% mật độ tái sinh tự nhiên của cây tràm. Hạt tràm rơi xuống bị ngâm nước thối rữa, cây tràm trưởng thành bị vàng lá, bộ rễ hô hấp bị phá hủy dẫn đến hiện tượng đổ ngã cục bộ trên hàng trăm hecta. Ngược lại, tại những khu vực để khô hạn tự nhiên, lớp than bùn bị co ngót và nứt nẻ, tiềm ẩn nguy cơ phát sinh cháy ngầm âm ỉ kéo dài hàng tháng dưới lòng đất khi có tàn lửa xâm nhập từ hoạt động đốt lấy mật ong.

Thảo luận kết quả

Cơ chế bốc thoát hơi nước trong mùa khô tại U Minh Thượng rất mãnh liệt, với số giờ nắng trung bình từ 8 đến 10 giờ/ngày trong các tháng 2, 3 và 4. Hiện tượng mao dẫn nước từ mực nước ngầm lên lớp than bùn bề mặt chỉ duy trì hiệu quả khi khoảng cách mao dẫn nhỏ hơn 30 cm. Do đó, việc hạ thấp mực nước ngầm quá ngưỡng này sẽ cắt đứt chuỗi cung cấp ẩm mao quản, khiến tầng than bùn mặt bị sấy khô kiệt.

Dữ liệu nghiên cứu thực nghiệm có thể được mô hình hóa trực quan thông qua đồ thị hồi quy phân tán biểu diễn mối quan hệ giữa độ sâu mực nước ngầm (trục hoành, mét) và độ ẩm vật liệu cháy (trục tung, %), kết hợp bảng phân cấp nguy cơ cháy 5 mức dựa trên cao trình nước mặt. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu của TS. Bế Minh Châu và TS. Phạm Ngọc Hưng về sự suy giảm độ ẩm thảm mục theo số ngày khô hạn liên tục, nhưng mang tính đặc thù cao cho đất than bùn ngập nước nhiệt đới. Phát hiện khẳng định rằng không nhất thiết phải làm ngập úng toàn bộ bề mặt rừng tràm quanh năm để ngăn chặn cháy, mà chỉ cần duy trì mực nước ngầm bão hòa mao dẫn sát mặt đất (từ 0,0 m đến dưới 0,2 m) trong suốt 5 tháng mùa khô.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết luận thực nghiệm, luận văn đề xuất hệ thống 4 giải pháp đồng bộ về kỹ thuật thủy văn và quản lý xã hội:

  1. Chuyển đổi phương thức giữ nước sang mô hình điều tiết nước nhiều bậc: Ban Quản lý Vườn quốc gia U Minh Thượng cần vận hành hệ thống cống đập phân vùng theo cao trình địa hình lưng rùa. Thay vì ngập sâu đồng loạt, tiến hành hạ mực nước cục bộ vào đầu mùa khô để tạo điều kiện cho hạt tràm nảy mầm sinh trưởng, sau đó giữ mực nước ngầm ổn định ở độ sâu 0,1 m đến 0,2 m dưới mặt than bùn trong cao điểm mùa khô, đảm bảo độ ẩm vật liệu cháy luôn trên 35% (cấp cháy I và II).
  2. Áp dụng phương trình cân bằng nước để tích trữ và điều tiết dòng chảy: Bắt đầu đóng hệ thống cống xả từ cuối tháng 11 hàng năm nhằm tích lũy tối đa lượng nước dư thừa 884 mm từ mùa mưa; tiến hành nạo vét 45,6 ha hệ thống kênh mương vùng lõi và vùng đệm để làm hào trữ nước và đường băng cản lửa tự nhiên.
  3. Hiện đại hóa hệ thống quan trắc và cảnh báo cháy sớm: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Kiên Giang phối hợp cùng Hạt Kiểm lâm lắp đặt hệ thống cảm biến đo mực nước tự động tại 30 vị trí giếng quan trắc trọng yếu, cập nhật dữ liệu hàng ngày theo khung chỉ tiêu Nesterov cải tiến trong giai đoạn 2026-2030.
  4. Triển khai mô hình đồng quản lý và tạo sinh kế bền vững cho vùng đệm: Ủy ban nhân dân huyện U Minh Thượng và Ban Quản lý Vườn tập trung hỗ trợ kỹ thuật canh tác nông lâm kết hợp cho 3.675 hộ dân (18.852 nhân khẩu) trên diện tích 13.069 ha đất vùng đệm, giảm tỷ lệ hộ nghèo từ 14,5% xuống dưới 5%, đồng thời ký cam kết kiểm soát 100% nguồn lửa khi khai thác mật ong rừng và đánh bắt thủy sản.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Ban quản lý các khu bảo tồn thiên nhiên và Vườn quốc gia đất ngập nước: Cung cấp quy trình công nghệ điều tiết thủy văn sinh thái chuẩn xác, giúp cân bằng giữa mục tiêu bảo tồn đa dạng sinh học và an toàn phòng cháy trên diện tích hàng ngàn hecta đất ngập nước.
  2. Lực lượng Kiểm lâm và cán bộ chuyên trách phòng chống cháy rừng: Sử dụng khung bảng tra cứu nguy cơ cháy theo cao trình mực nước ngầm và độ ẩm vật liệu cháy để xây dựng phương án ứng trực, bố trí lực lượng chữa cháy kịp thời theo các cấp báo động.
  3. Giảng viên, học viên sau đại học và các nhà nghiên cứu lâm nghiệp: Nguồn tài liệu học thuật giá trị về phương pháp luận lập ô tiêu chuẩn định tầng, kỹ thuật lắp đặt giếng quan trắc nước ngầm và phương pháp định lượng sinh khối thảm thực bì đất than bùn.
  4. Cơ quan quy hoạch và nhà hoạch định chính sách môi trường: Cung cấp luận cứ khoa học để xây dựng các dự án đầu tư công trình thủy lợi đa mục tiêu, phát triển kinh tế vùng đệm kết hợp bảo vệ tài nguyên rừng bền vững cấp vùng.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao việc ngập nước quanh năm để chống cháy lại gây hại cho rừng tràm U Minh Thượng? Việc giữ nước ngập sâu liên tục trên 0,3 m trong suốt mùa khô làm đất rơi vào tình trạng yếm khí kéo dài, khiến hệ thống rễ thở của cây tràm bị ngạt, thối rữa và gây chết cục bộ. Đồng thời, hạt tràm không thể tiếp xúc với đất ráo để nảy mầm, làm giảm đến 80% khả năng phục hồi tự nhiên của thảm thực vật đặc trưng.

Mực nước ngầm ở độ sâu bao nhiêu thì rừng tràm bước vào ngưỡng nguy hiểm cháy? Khi mực nước ngầm tụt sâu quá mức 0,4 m so với mặt đất hữu cơ, chuỗi mao dẫn ẩm bị gián đoạn, làm độ ẩm của tầng thảm khô và thảm mục rơi xuống dưới 16%. Tại thời điểm này, rừng tràm chính thức bước vào cấp cháy IV (nguy hiểm) và cấp V (cực kỳ nguy hiểm), ngọn lửa có thể bùng phát dữ dội khi gặp tàn lửa.

Phương pháp xác định độ ẩm vật liệu cháy trong nghiên cứu được tiến hành ra sao? Nghiên cứu áp dụng phương pháp cân sấy mẫu chuẩn trong phòng thí nghiệm. Các mẫu thảm tươi, thảm khô và than bùn được thu thập định kỳ tại 20 ô tiêu chuẩn, bọc kín trong túi cách ẩm, sau đó cân khối lượng tươi ban đầu và sấy ở nhiệt độ 105 độ C cho đến khi đạt khối lượng khô kiệt hoàn toàn để tính tỷ lệ phần trăm độ ẩm.

Điểm khác biệt căn bản giữa cháy rừng tràm trên đất than bùn và cháy rừng thông thông thường là gì? Rừng tràm trên đất than bùn xuất hiện cả ba hình thái: cháy tán, cháy mặt đất và nguy hiểm nhất là cháy ngầm. Than bùn hữu cơ dày từ 20 cm đến 140 cm có thể cháy âm ỉ dưới lòng đất sâu nhiều tuần lễ mà không lộ ngọn lửa trên mặt, gây sụp đổ cấu trúc nền đất và phá hủy toàn bộ hệ rễ cây rừng.

Cộng đồng dân cư vùng đệm 13.069 ha có vai trò thế nào trong công tác phòng cháy? Khoảng 80% các vụ cháy rừng tràm bắt nguồn từ hoạt động bất cẩn của con người như un khói lấy mật ong hoặc đốt dọn nương rẫy. Việc giao khoán 3,2 ha đất sản xuất cho mỗi hộ dân kết hợp đào tạo kỹ thuật dùng lửa an toàn sẽ chuyển hóa 18.852 cư dân vùng đệm thành mạng lưới tuần tra, phát hiện và chữa cháy rừng sớm ngay từ cơ sở.

Kết luận

  • Công trình đã làm sáng tỏ cơ chế tác động của cao trình ngập nước đến động thái biến đổi khối lượng và độ ẩm của hệ vật liệu cháy rừng tràm tại Vườn quốc gia U Minh Thượng.
  • Chứng minh độ sâu mực nước ngầm an toàn dao động từ 0,0 m đến 0,2 m, giữ độ ẩm thảm mục luôn trên 35% để triệt tiêu nguy cơ cháy mà không làm suy thoái sinh thái rừng.
  • Phê phán và khắc phục triệt để phương thức giữ nước ngập úng cực đoan quanh năm gây đổ ngã rừng tràm và ức chế 77,5% diện tích rừng tái sinh sau thảm họa năm 2002.
  • Đề xuất hoàn chỉnh mô hình điều tiết nước nhiều bậc theo phương trình cân bằng dòng chảy kết hợp trạm quan trắc tự động trên toàn bộ 8.038 ha vùng lõi.
  • Xác lập cơ chế đồng quản lý gắn kết sinh kế của 3.675 hộ dân vùng đệm vào nhiệm vụ bảo tồn tài nguyên thiên nhiên bền vững trong giai đoạn 2026-2030.

Luận văn đóng góp nền tảng học thuật vững chắc cho chuyên ngành Quản lý bảo vệ tài nguyên rừng và là cẩm nang thực tiễn cho công tác lâm nghiệp đất ngập nước. Các nhà nghiên cứu và nhà quản lý lâm nghiệp quan tâm hãy tải ngay tài nguyên để tham khảo số liệu chi tiết và áp dụng mô hình quản lý thủy văn tiên tiến này vào thực tế!