Tổng quan nghiên cứu

Vườn Quốc gia Cát Bà sở hữu tổng diện tích tự nhiên 17.362,96 ha, bao gồm 10.912,51 ha phần đảo và hơn 6.450 ha phần biển, được tổ chức UNESCO công nhận là Khu Dự trữ sinh quyển thế giới vào năm 2004. Hệ thực vật tại đây vô cùng phong phú với 1.588 loài thực vật bậc cao có mạch thuộc 850 chi và 187 họ, trong đó tài nguyên cây thuốc chiếm đến 1.026 loài (tương đương 64,7% tổng số loài thực vật của toàn khu hệ). Trong số này, loài Bình vôi (Stephania rotunda Lour.) thuộc họ Tiết dê (Menispermaceae) là cây dược liệu quý chứa hàm lượng hoạt chất rotundin từ 1,2% đến 1,5% trong củ tươi, mang giá trị an thần, gây ngủ và điều hòa huyết áp vượt trội. Loài đã được đưa vào Sách Đỏ Việt Nam năm 2007 và xếp vào Nhóm IIA theo Nghị định số 32/2006/NĐ-CP của Chính phủ nhằm hạn chế khai thác thương mại.

Tuy nhiên, áp lực khai thác dược liệu trái phép của người dân sống ven rừng kết hợp với sự suy thoái sinh cảnh karst đá vôi đặc thù đã khiến mật độ quần thể Bình vôi suy giảm nghiêm trọng. Luận văn thạc sĩ lâm học thực hiện nghiên cứu chuyên sâu tại vùng lõi Vườn Quốc gia Cát Bà trong giai đoạn 2014-2016 nhằm xác định các đặc điểm sinh vật học, sinh thái học, cấu trúc lâm phần và thử nghiệm các phương thức nhân giống hữu tính, vô tính. Công trình cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn để thiết lập quy hoạch bảo tồn nguyên vị (In-situ), xây dựng vườn giống chuyển vị (Ex-situ), đồng thời mở ra định hướng phát triển mô hình trồng cây thuốc dưới tán rừng đạt năng suất ước tính 1 tấn củ khô/ha, góp phần bảo vệ 81 loài thực vật nguy cấp và nâng cao sinh kế bền vững cho cộng đồng địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết cấu trúc quần xã thực vật nhiệt đới của Thái Văn Trừng (1978) kết hợp phương pháp xác định chỉ số giá trị quan trọng (Important Value Index - IVI) của Daniel Marmillod nhằm lượng hóa vai trò sinh thái và mức độ ưu thế của loài cây trong lâm phần rừng tự nhiên. Bên cạnh đó, luận văn áp dụng lý thuyết sinh thái học cá thể và thích nghi quang hợp thực vật để phân tích hàm lượng sắc tố diệp lục a, b qua phương pháp đo quang phổ ở bước sóng 665 nm và 649 nm, đồng thời giải phẫu cấu trúc mô đồng hóa dưới kính hiển vi quang học.

Các khái niệm then chốt được triển khai xuyên suốt công trình gồm:

  • Bảo tồn nguyên vị (In-situ) và Bảo tồn chuyển vị (Ex-situ) nguồn gen thực vật nguy cấp.
  • Cấp tuổi sinh dưỡng quần thể (phân chia thành 4 cấp: cây mạ, cây con, cây trưởng thành và cây già cỗi).
  • Hệ số tổ thành lâm phần và động thái tái sinh tự nhiên dưới tán rừng.
  • Cơ chế phân bào nguyên nhiễm trong nhân giống vô tính sinh dưỡng (hom thân leo và nuôi cấy mô in vitro).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu ngoại nghiệp được thu thập thông qua hệ thống 5 tuyến điều tra đại diện chạy qua các đai cao và trạng thái rừng karst đặc thù. Trên các tuyến, tác giả thiết lập 25 ô tiêu chuẩn (OTC) với diện tích 500 m2/OTC (mỗi tuyến 5 OTC) định vị bằng máy GPS và la bàn địa chất. Trong mỗi OTC, bố trí tiếp 5 ô dạng bản (ODB) diện tích 25 m2 (5x5m) để đo đếm tầng cây tái sinh và thảm tươi cây bụi. Cỡ mẫu nghiên cứu hình thái và theo dõi vật hậu học gồm 30 cá thể mẫu ở các cấp tuổi khác nhau; đồng thời phỏng vấn sâu 10 cán bộ kiểm lâm Vườn Quốc gia Cát Bà và 18 người dân địa phương để tổng hợp tri thức bản địa.

Nghiên cứu giải phẫu lá sử dụng 10 mẫu lá bánh tẻ phân tích trên kính hiển vi quang học OPTIKA M-699 có gắn camera kỹ thuật số chuyên dụng. Phân tích thổ nhưỡng thực hiện trên mẫu đất 0,5 kg/tầng lấy tại phẫu diện đất có loài phân bố để đo chỉ số mùn tổng số theo phương pháp Tiurin, đạm tổng số bằng phương pháp Kjeldahl và lân hữu hiệu theo phương pháp Onianai.

Thực nghiệm nhân giống được thiết kế đồng bộ: khảo nghiệm 4 phương thức xử lý hạt nảy mầm với dung lượng 100 hạt/công thức trên diện tích gieo 10 m2; giâm hom cành 20 cm với 4 mức nồng độ chất kích thích IBA (0 ppm, 500 ppm, 1000 ppm, 1500 ppm) kết hợp 2 loại thể nền (thể nền 1 gồm 50% đất tầng B + 50% cát ẩm; thể nền 2 gồm 70% đất tầng B + 30% mùn cưa mục) lặp lại 3 lần với 30 hom/công thức; nuôi cấy mô in vitro với chất khử trùng HgCl2 0,2% và môi trường MS bổ sung 0,1 - 0,3 mg/l BA. Việc lựa chọn phần mềm xử lý thống kê sinh học Excel, phân tích phương sai hai nhân tố ANOVA và phần mềm bản đồ MapInfo 10.5 giúp đảm bảo độ tin cậy tuyệt đối và tính khách quan khoa học cho toàn bộ số liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân bố không gian của loài Bình vôi tại Vườn Quốc gia Cát Bà tập trung chủ yếu ở đai cao từ 50m đến 150m so với mực nước biển trên các sườn núi đá vôi có độ dốc từ 25 đến 40 độ. Mật độ bắt gặp trung bình đạt 3 đến 5 cá thể/OTC, xuất hiện nhiều nhất trong kiểu phụ rừng thứ sinh phục hồi trên núi đá vôi (chiếm diện tích 3.399,63 ha của vườn) và rừng nguyên sinh thường ẩm nhiệt đới. Thổ nhưỡng nơi loài sinh trưởng là đất Feralit nâu đỏ phát triển trên đá vôi với hàm lượng mùn tầng mặt đạt mức khá từ 4,5% đến 7,2%, độ pH biến thiên từ 5,5 đến 6,8.

Phân tích giải phẫu và hàm lượng sắc tố cho thấy tỷ lệ diệp lục a/b của lá cây đạt từ 2,1 đến 2,4, cấu trúc thịt lá có tầng mô dậu phát triển vừa phải, chứng minh Bình vôi là loài thực vật ưa sáng nhẹ đến trung bình, sinh trưởng thích hợp nhất dưới tán rừng có độ tàn che từ 0,4 đến 0,6 (tương ứng 40% - 60%).

Trong khảo nghiệm nhân giống hữu tính, phương thức chà sát sạch thịt quả và ngâm hạt trong nước ấm 35°C - 50°C trước khi gieo cho tỷ lệ nảy mầm đạt 76%, cao hơn 46% so với phương thức gieo tươi nguyên quả (chỉ đạt 30%). Đối với nhân giống vô tính bằng giâm hom thân leo, công thức xử lý IBA nồng độ 1000 ppm trên thể nền đất tầng B trộn cát ẩm (tỷ lệ 50:50) mang lại tỷ lệ hom ra chồi cao nhất đạt 83,3%, số chồi bình quân đạt 2,8 chồi/hom và chiều dài chồi trung bình đạt 14,8 cm sau 25 ngày theo dõi. Nuôi cấy mô trên môi trường MS bổ sung 0,2 mg/l BA cho hệ số nhân chồi tối ưu đạt 3,4 lần sau 7 tuần.

Thảo luận kết quả

Các số liệu thực nghiệm được trực quan hóa qua biểu đồ tương quan giữa nồng độ chất kích thích ra rễ và tỷ lệ sống của hom cành, kết hợp bảng tổ thành loài tầng cây cao có chỉ số IVI lớn hơn 5%. Tái sinh tự nhiên bằng hạt của Bình vôi trong môi trường tự nhiên rất hạn chế (tỷ lệ cây mạ dưới 5% trong các ô dạng bản), nguyên nhân chính do vỏ quả hạch dày, hạt khó tiếp xúc với đất trong các hốc đá vôi khô hạn vào mùa đông.

So sánh với các nghiên cứu trước đây trên chi Stephania tại Vườn Quốc gia Ba Vì của một số tác giả trong nước, kết quả nghiên cứu khẳng định tính tương đồng về phản ứng quang chu kỳ nhưng chỉ ra rằng loài Bình vôi tại đảo Cát Bà có tính chống chịu khô hạn và khả năng thích ứng cao hơn trên nền đá vôi nghèo dinh dưỡng. Khám phá về hiệu quả của chất điều hòa sinh trưởng IBA nồng độ 1000 ppm mở ra giải pháp đột phá trong việc nhân nhanh giống vô tính quy mô lớn mà không cần phá hủy củ mẹ tự nhiên.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm bảo tồn bền vững loài Bình vôi tại Vườn Quốc gia Cát Bà, luận văn đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp hành động cụ thể:

  • Bảo tồn nguyên vị (In-situ): Thiết lập ngay 3 phân khu bảo vệ nghiêm ngặt tại các tiểu khu vùng lõi có mật độ cá thể cao trước quý II/2017. Giao Hạt Kiểm lâm Vườn Quốc gia Cát Bà chủ trì tăng cường 4 lượt tuần tra mỗi tháng, cắm mốc ranh giới bảo vệ nhằm duy trì nguyên vẹn 100% các cá thể mẹ tự nhiên.
  • Bảo tồn chuyển vị (Ex-situ): Xây dựng vườn thực vật bảo tồn nguồn gen quy mô 500 m2 tại trạm thực nghiệm của vườn trong giai đoạn 2017-2018. Ứng dụng quy trình nhân giống bằng hom xử lý IBA 1000 ppm trên giá thể cát ẩm và đất tầng B để sản xuất 10.000 cây giống đạt tiêu chuẩn xuất vườn hàng năm.
  • Phát triển sinh kế cộng đồng: Chuyển giao quy trình kỹ thuật gây trồng cây Bình vôi dưới tán rừng sản xuất và vườn nhà cho 50 hộ dân tại xã Trân Châu và xã Việt Hải. Mục tiêu đạt sản lượng thương phẩm 1 tấn củ khô/ha sau 3 năm gây trồng, giúp nâng cao thu nhập của người dân địa phương lên 25%, giảm thiểu triệt để tình trạng vào rừng khai thác lậu.
  • Nâng cao năng lực và thực thi pháp luật: Tổ chức định kỳ 12 lớp tập huấn chuyên đề hàng năm cho hơn 300 lượt cán bộ kiểm lâm và cộng đồng thôn bản; áp dụng nghiêm các chế tài xử phạt hành chính theo Nghị định số 32/2006/NĐ-CP đối với các hành vi buôn bán, vận chuyển dược liệu trái phép.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  • Ban quản lý các Vườn Quốc gia và Khu bảo tồn thiên nhiên: Ứng dụng mô hình điều tra theo tuyến kết hợp ô tiêu chuẩn trên địa hình karst và khai thác dữ liệu bản đồ phân bố GIS để lập kế hoạch quản lý bảo vệ rừng đặc dụng.
  • Nhà khoa học, giảng viên và nghiên cứu sinh chuyên ngành Lâm nghiệp, Sinh thái học: Kế thừa hệ số tổ thành lâm phần, dữ liệu phân tích giải phẫu mô lá, hàm lượng diệp lục quang phổ và phương pháp phân tích phương sai ANOVA trong các đề tài nghiên cứu thực vật học.
  • Doanh nghiệp dược phẩm và đơn vị phát triển dược liệu: Tiếp cận quy trình nhân giống sinh dưỡng bằng hom và nuôi cấy mô in vitro để xây dựng vùng trồng nguyên liệu đạt tiêu chuẩn GACP-WHO, khai thác hoạt chất rotundin đạt tỷ lệ từ 1,2% đến 1,5%.
  • Sinh viên đại học và học viên cao học ngành Quản lý tài nguyên rừng: Tham khảo cấu trúc luận văn chuẩn mực, phương pháp lập ô tiêu chuẩn 500 m2 trên núi đá vôi và phương pháp điều tra phỏng vấn xã hội học nông thôn.

Câu hỏi thường gặp

Loài Bình vôi tại Vườn Quốc gia Cát Bà chứa hoạt chất chính nào và có công dụng dược lý gì? Củ Bình vôi chứa hàm lượng ancaloit toàn phần đạt từ 1,2% đến 1,5% trong củ tươi, thành phần chủ yếu là rotundin và roemerin (khoảng 1%). Hoạt chất này có tác dụng an thần, gây ngủ, hạ huyết áp, chống co thắt cơ trơn và hỗ trợ điều trị hiệu quả các chứng mất ngủ, ho hen, sốt nóng trong y học cổ truyền.

Tại sao khả năng tái sinh tự nhiên của cây Bình vôi ngoài thực địa lại ở mức rất thấp? Tỷ lệ cây tái sinh tự nhiên từ hạt dưới tán rừng chỉ đạt dưới 5% do hạt có lớp vỏ cứng khó ngấm nước, quả rụng dễ bị rửa trôi hoặc mắc kẹt trên vách đá khô cằn thiếu đất mặt. Bên cạnh đó, nạn khai thác đào bới cả củ mẹ của người dân làm cạn kiệt nguồn hạt giống phát tán tự nhiên.

Kỹ thuật nhân giống vô tính nào đem lại tỷ lệ sống và phát triển chồi cao nhất cho loài Bình vôi? Phương pháp giâm hom thân leo dài 20 cm xử lý chất điều hòa sinh trưởng IBA ở nồng độ 1000 ppm trên giá thể đất tầng B trộn cát ẩm (50:50) cho tỷ lệ ra chồi đạt 83,3%, số chồi trung bình đạt 2,8 chồi/hom và chiều dài chồi đạt 14,8 cm sau 25 ngày.

Loài Bình vôi sinh trưởng thích hợp nhất trong điều kiện ánh sáng và đất đai như thế nào? Cây thích nghi tối ưu dưới độ tàn che tán rừng từ 0,4 đến 0,6 với tỷ lệ diệp lục a/b từ 2,1 đến 2,4. Về thổ nhưỡng, loài phát triển tốt nhất trên nền đất Feralit nâu đỏ phát triển trên đá vôi ở đai cao 50m - 150m có tầng mùn mặt dày và độ ẩm tương đối từ 80% đến 86%.

Luận văn đề xuất mô hình sinh kế cụ thể nào để hạn chế người dân khai thác rừng tự nhiên? Luận văn khuyến nghị mô hình gây trồng bán tự nhiên dưới tán rừng sản xuất và vườn hộ gia đình với quy mô ban đầu 50 hộ dân, dự kiến đạt năng suất thu hoạch 1 tấn củ khô/ha sau 3 năm canh tác, tạo nguồn cung dược liệu hợp pháp và bền vững cho thị trường.

Kết luận

  • Đã xác định toàn diện đặc tính hình thái, vật hậu và phân bố sinh thái của loài Bình vôi (Stephania rotunda Lour.) trên diện tích 17.362,96 ha tại Vườn Quốc gia Cát Bà.
  • Chứng minh Bình vôi là loài ưa sáng nhẹ đến trung bình (độ tàn che tối ưu 0,4 - 0,6) phân bố chủ yếu ở đai cao 50m - 150m trên đất Feralit nâu đỏ phát triển từ đá vôi.
  • Làm chủ công nghệ nhân giống hạt đạt tỷ lệ nảy mầm 76% và kỹ thuật giâm hom cành bằng IBA 1000 ppm đạt tỷ lệ sống 83,3%.
  • Xác lập cơ sở khoa học vững chắc cho 3 khu vực ưu tiên bảo tồn nguyên vị (In-situ) và quy trình sản xuất 10.000 cây giống bảo tồn chuyển vị (Ex-situ).
  • Mở ra giải pháp phát triển sinh kế trồng dược liệu dưới tán rừng đạt năng suất 1 tấn củ khô/ha, kết hợp hài hòa giữa bảo vệ đa dạng sinh học và phát triển kinh tế xã hội.

Trong giai đoạn tiếp theo từ năm 2017 đến năm 2020, các cơ quan chuyên môn cần tiếp tục thử nghiệm hoàn thiện quy trình nuôi cấy mô tế bào quy mô công nghiệp và đánh giá hàm lượng hoạt chất rotundin ở các độ tuổi củ trồng khác nhau. Hãy liên hệ ngay với các đơn vị nghiên cứu lâm nghiệp và Ban quản lý Vườn Quốc gia Cát Bà để tiếp nhận chuyển giao quy trình kỹ thuật nhân giống, chung tay gìn giữ nguồn gen cây thuốc quý bản địa của Việt Nam.