Tổng quan nghiên cứu
Việt Nam được công nhận là một trong những trung tâm đa dạng sinh học hàng đầu khu vực với hơn 12.000 loài thực vật bậc cao có mạch, trong đó khoảng 30% là loài đặc hữu bản địa. Mặc dù thực vật ngành Hạt trần tại Việt Nam chỉ có khoảng 50 loài (thuộc 29 loài của ngành Thông), nhưng nhóm loài này lại chiếm đến 27% số chi và 5 trong số 8 họ đã biết trên toàn cầu. Trong số đó, loài Bách xanh núi đá (Calocedrus rupestris Aver.Phan) thuộc họ Hoàng đàn (Cupressaceae) là nguồn gen hạt trần đặc biệt quý hiếm, cổ xưa với niên đại lịch sử tiến hóa hàng trăm triệu năm.
Tuy nhiên, Bách xanh núi đá hiện đang đứng trước nguy cơ tuyệt chủng rất cao do diện tích vùng phân bố tự nhiên hẹp, các tiểu quần thể bị chia cắt nghiêm trọng và tình trạng khai thác gỗ trái phép để lấy tinh dầu thơm kéo dài qua nhiều thập kỷ. Trong Sách Đỏ Việt Nam, loài này được xếp ở cấp Nguy cấp (EN A2cd, C1) và được Liên minh Bảo tồn Thiên nhiên Quốc tế (IUCN) đánh giá ở mức Nguy cấp (Endangered). Hiện nay, ngoài một quần thể tập trung khoảng 2.500 cây có độ tuổi từ 500 đến 600 năm tại Vườn quốc gia Phong Nha - Kẻ Bàng, các dữ liệu chuyên sâu về đặc điểm lâm học của loài tại miền Bắc còn rất hạn chế.
Công trình nghiên cứu được triển khai tại Khu bảo tồn thiên nhiên Chạm Chu (tổng diện tích 15.262,3 ha, trải dài trên địa bàn 5 xã thuộc hai huyện Hàm Yên và Chiêm Hóa, tỉnh Tuyên Quang) trong mốc thời gian từ tháng 3 đến tháng 10 năm 2015. Mục tiêu trọng tâm là xác định cấu trúc phân bố, đặc điểm sinh vật học, sinh thái học và vật hậu học của quần thể Bách xanh núi đá mới phát hiện. Đề tài cung cấp hệ thống luận cứ khoa học thực chứng nhằm bảo vệ nguồn gen hạt trần nguy cấp, hỗ trợ công tác quản lý tài nguyên rừng bền vững cho 956 loài thực vật và 44 loài trong Sách Đỏ tại Chạm Chu, đồng thời mở ra tiềm năng khai thác du lịch sinh thái cảnh quan gắn với bảo tồn thiên nhiên.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết áp dụng
Nghiên cứu được xây dựng trên hệ thống phân loại học thực vật hạt trần của Takhtajan (chia thành 6 lớp, 10 họ) và Kubitzkii (gồm 4 lớp, 7 họ), kết hợp bộ khóa định danh Thực vật chí Đông Dương cùng các tài liệu mô tả chuẩn hóa loài của Averyanov và Phan Kế Lộc (năm 2005). Đây là nền tảng phân loại toàn diện dựa trên hình thái học so sánh, cấu trúc giải phẫu vi phẫu và đặc điểm cơ quan sinh sản của chi Calocedrus.
Lý thuyết thích nghi sinh thái và sinh lý học thực vật được vận dụng để làm sáng tỏ mối quan hệ giữa cấu trúc mô học lá với môi trường lập địa núi đá vôi khắc nghiệt. Nghiên cứu áp dụng khung lý thuyết quang hợp và phân tích tỷ lệ diệp lục a/b theo tiêu chuẩn của Lê Đức Diên (1986) và Grodzinxki (1981): tỷ lệ a/b nhỏ hơn 2,3 đặc trưng cho cây chịu bóng, từ 2,3 đến 3,0 thuộc nhóm trung tính và lớn hơn 3,0 thuộc nhóm cây ưa sáng. Các khái niệm cốt lõi bao gồm: vật hậu học cá thể (Phenology), tái sinh tự nhiên (Natural regeneration), tầng nhô ưu thế sinh thái rừng mưa nhiệt đới và tính chịu hạn của thực vật thạch sinh.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa điều tra thực địa lâm học và phân tích hóa sinh trong phòng thí nghiệm. Dữ liệu thực địa được thu thập qua 6 tuyến khảo sát trọng điểm gồm Xuân Nhậy, Nậm Húc, Khuẩy Cùng, Đá Trắng, Phiêng Mu và Bãi Chò. Cỡ mẫu nghiên cứu được thiết lập với 10 ô tiêu chuẩn (OTC) có diện tích 1.000 m2/ô (tổng diện tích điều tra 10.000 m2) tại 2 khu vực xuất hiện Bách xanh núi đá: 2 OTC tại khu vực Bãi Chò (đai cao từ 725 m đến 735 m) và 8 OTC tại khu vực Đá Trắng (đai cao từ 900 m đến 1.000 m).
Để khảo sát tầng cây tái sinh, phương pháp rút mẫu ngẫu nhiên hệ thống được áp dụng bằng cách thiết lập 5 ô dạng bản (ODB) diện tích 25 m2 (5 m x 5 m) tại 4 góc và trung tâm của mỗi OTC, hình thành tổng quy mô 50 ODB. Cây thân gỗ và tầng cây tái sinh được đo đếm chiều cao vút ngọn, đường kính thân ở vị trí 1,3 m (D1.3) và phân chia theo cấp chiều cao (dưới 50 cm, từ 50 đến 100 cm, và trên 100 cm).
Tại phòng thí nghiệm của Trung tâm Đa dạng sinh học thuộc Trường Đại học Lâm nghiệp, 30 mẫu lá bánh tẻ khỏe mạnh được giải phẫu vi mô lát mỏng và đo lường trên kính hiển vi Optika Vision Pro ở độ phóng đại 10 lần và 40 lần để tính toán độ dày lớp cutin, biểu bì, mô dậu và mô khuyết. Hàm lượng diệp lục a và b được định lượng bằng phương pháp trích ly dung dịch cồn tuyệt đối, đo mật độ quang học trên máy đo quang phổ tại bước sóng 665 nm và 649 nm. Các mẫu đất đại diện được phân tích chỉ tiêu mùn tổng số theo phương pháp Tiurin, pH KCl, đạm theo Kjeldahl và lân dễ tiêu theo Oniani. Việc kết hợp điều tra OTC diện tích lớn với phân tích vi phẫu chuyên sâu nhằm đảm bảo tính đại diện thống kê và độ chuẩn xác khoa học cho một loài cây có mật độ cá thể phân bố hẹp.
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Những phát hiện chính
Quá trình điều tra thực nghiệm đã ghi nhận nhiều số liệu đặc trưng về hình thái, sinh thái và đặc điểm tái sinh của loài Bách xanh núi đá tại Khu bảo tồn thiên nhiên Chạm Chu:
- Đặc điểm hình thái và kích thước cá thể: Bách xanh núi đá tại Chạm Chu là loài cây gỗ lớn thường xanh có thân thẳng, tròn đều với tán tháp rộng. Cây trưởng thành đạt chiều cao vút ngọn dưới 20 m, chiều cao dưới cành từ 7 đến 12 m và đường kính thân D1.3 dao động từ 75 đến 85 cm (một số cá thể đạt tiềm năng trên 100 cm). Vỏ cây màu xám nứt dọc đặc trưng với nhiều đốm trắng lớn; gỗ có màu vàng nhạt chuyển sang vàng xám và mùi thơm đặc trưng. Lá dạng vảy, mọc đối chéo chữ thập, có kích thước từ 3 đến 7 mm với chóp lá tù, phân biệt rõ rệt so với mũi nhọn của loài Bách xanh (Calocedrus macrolepis).
- Quy luật vật hậu 2 chu kỳ: Quần thể Bách xanh núi đá có hiện tượng ra nón 2 lần trong năm. Chu kỳ 1 bắt đầu xuất hiện nón vào đầu tháng 2, mọc rộ từ cuối tháng 2 đến đầu tháng 3, nón già vào tháng 4 và kết thúc vào tháng 5. Chu kỳ 2 bắt đầu từ đầu tháng 8, mọc rộ vào cuối tháng 8 đến đầu tháng 9, nón già vào tháng 10 và hoàn tất rụng hạt vào tháng 11. Kích thước nón hạt hình trứng rộng đạt 4–6 mm x 2,5–3,5 mm với 8 đến 12 vảy nhọn.
- Cấu trúc vi phẫu lá và tính thích nghi: Giải phẫu vi mô cho thấy bề dày lá Bách xanh núi đá trưởng thành đạt trung bình 502,94 µm (biên độ dao động từ 228,57 đến 595,79 µm), trong khi bề dày lá cây tái sinh đạt tới 593,97 µm (dày hơn khoảng 18% so với cây trưởng thành và dày hơn 55% so với lá loài Bách xanh Calocedrus macrolepis vốn chỉ đạt 383 µm). Lớp cutin mặt trên và mặt dưới rất dày, dao động từ 6,00 đến 6,39 µm, đóng vai trò ngăn chặn tình trạng bốc thoát hơi nước.
- Sinh lý quang hợp và sinh thái phân bố: Tỷ lệ diệp lục a/b của cây trưởng thành và cây tái sinh đều ở mức xấp xỉ 2,3, kết hợp với cường độ quang hợp thấp (1,24 đến 15,24 mgCO2/dm2/h), chứng minh Bách xanh núi đá là loài cây chịu bóng trong giai đoạn đầu đời. 100% diện tích phân bố của loài tập trung ở đai cao trên 700 m (chủ yếu từ 900 m đến 1.000 m tại khu vực Đá Trắng), hoàn toàn vắng mặt ở đai cao dưới 700 m. Loài chỉ hiện diện tại các vách đá vôi hiểm trở thuộc trạng thái rừng nguyên sinh giàu (trạng thái IIIB với trữ lượng gỗ trên 200 m3/ha).
Thảo luận kết quả
Các dữ liệu nghiên cứu thực nghiệm được tổng hợp và biểu diễn thông qua hệ thống bảng chỉ tiêu giải phẫu mô học, đồ thị tần số phân bố đường kính D1.3 và sơ đồ không gian phân tầng rừng. Kết quả khẳng định tính tương quan chặt chẽ giữa đặc tính sinh lý thực vật với điều kiện vi khí hậu khắc nghiệt trên sườn và đỉnh núi đá vôi dốc (nhiệt độ trung bình năm 22,9 độ C, lượng mưa trung bình 1.661 mm/năm nhưng tập trung tới 65,24% vào mùa mưa).
So sánh với quần thể khoảng 2.500 cây Bách xanh núi đá tại Vườn quốc gia Phong Nha - Kẻ Bàng và các nghiên cứu nhân giống tại Ba Vì hay Lâm Đồng, quần thể Chạm Chu có mật độ tập trung cao hơn tại đai cao 930 - 960 m (chiếm từ 27 đến 35 cây gỗ lớn trên mỗi OTC 1.000 m2). Tuy nhiên, số lượng cây tái sinh tự nhiên có chiều cao trên 100 cm trong các ô dạng bản lại rất thấp (chỉ chiếm tỷ lệ dưới 15% tổng số cây tái sinh).
Nguyên nhân chính là do cấu trúc tán rừng kín thường xanh có độ tàn che lớn (0,7 đến 0,8), lớp thảm mục và rêu dày ngăn cản hạt tiếp xúc với khe đá có đất mùn sau hai đợt ra nón. Mặt khác, dù cây non ưa bóng nhưng khi đạt chiều cao trên 1 m, cây cần nhiều ánh sáng tán xạ hơn để tăng cường độ quang hợp. Thêm vào đó, sức ép sinh kế từ 28.411 người dân (trong đó dân tộc Tày chiếm 60%, dân tộc Dao chiếm 23,8%) phân bố tại 5 xã vùng đệm cùng hoạt động khai thác trộm gỗ quý làm đồ thủ công mỹ nghệ khiến nguồn cây mẹ bị suy giảm nghiêm trọng.
Đề xuất và khuyến nghị
Nhằm bảo tồn nguồn gen nguy cấp và phát triển bền vững quần thể Bách xanh núi đá tại Chạm Chu, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý cụ thể:
- Quy hoạch phân khu bảo tồn nghiêm ngặt đai cao: Thiết lập ranh giới bảo vệ tuyệt đối 100% diện tích phân bố của loài tại khu vực Đá Trắng và Bãi Chò (đai cao từ 700 m đến 1.000 m), tiến hành cắm mốc ranh giới số hóa bằng GPS VN-2000 hoàn thành trước quý 4 năm 2016. Chủ thể thực hiện là Ban Quản lý Hạt Kiểm lâm Khu bảo tồn thiên nhiên Chạm Chu phối hợp với chính quyền 5 xã vùng đệm.
- Áp dụng biện pháp lâm sinh xúc tiến tái sinh tự nhiên: Thực hiện phát dọn dây leo, bụi rậm và điều chỉnh độ tàn che tán rừng xuống mức 0,6 quanh các cây mẹ có đường kính 75-85 cm vào tháng 2 và tháng 8 hàng năm (ngay trước thời điểm nón chín rụng hạt). Mục tiêu là nâng tỷ lệ sống sót của cây con tái sinh thêm 25% đến 30% trong giai đoạn 2016 - 2018. Chủ thể thực hiện là Đội Kiểm lâm cơ động và các tổ tuần tra bảo vệ rừng cộng đồng.
- Triển khai kỹ thuật nhân giống nhân tạo và bảo tồn chuyển chỗ (Ex-situ): Thu hái nón hạt đúng độ chín sinh lý vào tháng 4 và tháng 10, kết hợp phương pháp giâm hom cành non xử lý chất kích thích ra rễ IBA nồng độ thích hợp tại vườn ươm thực nghiệm. Mục tiêu tạo ra 5.000 cây giống đạt tiêu chuẩn lâm sinh trong giai đoạn 2017 - 2020 để trồng dặm phục hồi rừng. Chủ thể thực hiện là Trung tâm Đa dạng sinh học thuộc Trường Đại học Lâm nghiệp phối hợp với Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Tuyên Quang.
- Hỗ trợ sinh kế và nâng cao nhận thức cộng đồng vùng đệm: Triển khai chính sách giao khoán bảo vệ rừng gắn với chi trả dịch vụ môi trường rừng cho 6.227 hộ dân địa phương; xây dựng các mô hình nông lâm kết hợp cải thiện thu nhập nhằm giảm 100% các vụ vi phạm chặt phá gỗ Bách xanh núi đá từ năm 2017 trở đi. Chủ thể thực hiện là Ủy ban nhân dân huyện Hàm Yên, huyện Chiêm Hóa và Chi cục Kiểm lâm tỉnh Tuyên Quang.
Đối tượng nên tham khảo luận văn
Công trình luận văn là tài liệu tham khảo học thuật chuyên sâu và có giá trị ứng dụng thực tiễn cao cho nhiều nhóm đối tượng:
- Ban quản lý các khu bảo tồn thiên nhiên và vườn quốc gia: Cung cấp tài liệu thực tiễn và bộ chỉ số sinh thái để cán bộ kiểm lâm áp dụng vào công tác khoanh vẽ ranh giới bảo vệ nghiêm ngặt, xây dựng phương án tuần tra định kỳ bằng GPS theo đai cao địa hình tại các vùng rừng núi đá vôi.
- Các nhà khoa học, chuyên gia thực vật và sinh thái rừng: Cung cấp nguồn dữ liệu thực nghiệm về giải phẫu hiển vi lá, hàm lượng diệp lục quang phổ và nhịp điệu vật hậu 2 chu kỳ của thực vật hạt trần cổ xưa, làm tiền đề mở rộng các đề tài nghiên cứu về sinh lý học cây rừng nguy cấp.
- Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Lâm học, Quản lý tài nguyên rừng: Tài liệu đóng vai trò là case study mẫu mực về quy trình thiết lập 10 ô tiêu chuẩn 1.000 m2, 50 ô dạng bản 25 m2, kết hợp chặt chẽ giữa điều tra ngoại nghiệp với phân tích lý hóa đất và vi phẫu trong phòng thí nghiệm.
- Các tổ chức phi chính phủ và cơ quan bảo tồn quốc tế (IUCN, WWF): Khai thác số liệu hiện trạng quần thể để đánh giá chính xác mức độ đe dọa sinh học, từ đó xây dựng hồ sơ tài trợ các dự án bảo tồn nguồn gen thực vật đặc hữu có nguy cơ tuyệt chủng tại Việt Nam.
Câu hỏi thường gặp
Bách xanh núi đá (Calocedrus rupestris) khác với loài Bách xanh (Calocedrus macrolepis) ở những điểm nào?
Bách xanh núi đá có chóp lá tù, lá vảy to dài 5–7 mm, nón hạt nhỏ (4–6 mm) với 8–12 vảy nhọn và cuống rất ngắn (0,5–1,5 mm). Trong khi đó, loài Bách xanh thông thường có chóp lá nhọn, nón hạt lớn hơn (12–18 mm) với 6 vảy nứt thành 3 mảnh. Bề dày lá Bách xanh núi đá đạt 502,94 µm, dày hơn đáng kể so với mức 383 µm của Bách xanh.
Thời điểm tối ưu để thu hái nón giống Bách xanh núi đá tại Chạm Chu là khi nào?
Loài có 2 vụ nón trong năm. Đợt 1 nên thu hái nón vào tháng 4 (sau giai đoạn mọc rộ cuối tháng 2 đến đầu tháng 3). Đợt 2 nên tiến hành thu hái vào tháng 10 (sau giai đoạn mọc rộ cuối tháng 8 đến đầu tháng 9). Việc thu hái đúng thời điểm nón chuyển sang màu nâu đỏ hóa gỗ giúp tối ưu hóa tỷ lệ nảy mầm của hạt.
Tại sao loài Bách xanh núi đá chỉ phân bố ở độ cao trên 700 m tại Khu bảo tồn Chạm Chu?
Do đặc tính sinh thái ưa khí hậu mát mẻ ẩm ướt của vùng á nhiệt đới núi cao và cấu trúc lập địa đá vôi thoát nước tốt. Tại đai cao từ 700 m đến 1.000 m, nhiệt độ trung bình thấp hơn và độ ẩm duy trì ở mức 80-85%, tạo điều kiện cho các lâm phần rừng nguyên sinh giàu trữ lượng (trên 200 m3/ha) tồn tại, thích hợp cho sự sinh trưởng của loài.
Kết quả phân tích giải phẫu lá và diệp lục có ý nghĩa gì đối với kỹ thuật ươm trồng?
Tỷ lệ diệp lục a/b đạt xấp xỉ 2,3 cùng lớp cutin dày 6,00–6,39 µm chứng minh cây non có tính chịu bóng cao và chịu hạn tốt. Khi gieo ươm nhân tạo hoặc xúc tiến tái sinh, cần thiết lập giàn che bóng từ 40% đến 50% ánh sáng trong 1–2 năm đầu, sau đó mới dỡ bỏ dần để cây thích nghi với ánh sáng tự nhiên.
Tình trạng đe dọa của Bách xanh núi đá được xếp ở cấp độ nào trong các danh lục bảo tồn?
Trong Sách Đỏ Việt Nam năm 2007, Bách xanh núi đá được xếp hạng Nguy cấp (EN A2cd, C1). Danh lục Đỏ của Liên minh Bảo tồn Thiên nhiên Quốc tế (IUCN) cũng xếp loài này vào nhóm Nguy cấp (Endangered) do số lượng cá thể suy giảm mạnh ngoài tự nhiên và phạm vi phân bố ngày càng bị thu hẹp.
Kết luận
- Luận văn đã xác lập đầy đủ dẫn liệu khoa học về đặc điểm lâm học và hình thái của quần thể Bách xanh núi đá (Calocedrus rupestris) tại KBTTN Chạm Chu với đường kính thân đạt 75–85 cm và chiều cao dưới 20 m.
- Phát hiện quy luật vật hậu học ra nón 2 chu kỳ trong năm (tháng 2–4 và tháng 8–11), cung cấp mốc thời gian chính xác cho công tác thu hái hạt giống và nhân giống lâm nghiệp.
- Làm sáng tỏ cấu tạo vi phẫu thích nghi (bề dày lá 502,94–593,97 µm, cutin dày trên 6 µm) và đặc tính sinh lý ưa bóng ở giai đoạn non thông qua tỷ lệ diệp lục a/b đạt 2,3.
- Xác định không gian phân bố đặc hữu hẹp tập trung tại 2 khu vực Bãi Chò và Đá Trắng ở đai cao từ 700 m đến 1.000 m trên nền đá vôi thuộc trạng thái rừng giàu IIIB.
- Đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp kỹ thuật xúc tiến tái sinh, nhân giống sinh dưỡng và quy hoạch quản lý bảo vệ nghiêm ngặt nguồn gen thực vật giai đoạn 2016–2020.
Nghiên cứu mở ra hướng đi cấp thiết trong việc hoàn thiện quy trình nhân giống vô tính in vitro và giâm hom cành để bảo tồn chuyển chỗ nguồn gen Bách xanh núi đá. Các cơ quan quản lý và nhà khoa học cần tiếp tục phối hợp triển khai các dự án trồng phục hồi loài thực địa, kết hợp quảng bá giá trị đa dạng sinh học độc đáo của Khu bảo tồn thiên nhiên Chạm Chu.