Tổng quan nghiên cứu

Thực trạng suy thoái tài nguyên rừng đang là thách thức sinh thái nghiêm trọng tại Việt Nam. Giai đoạn từ năm 1943 đến năm 1995, tỷ lệ che phủ rừng toàn quốc đã sụt giảm mạnh từ mức 43% xuống chỉ còn 28%, tương đương với sự mất mát của hơn 5 triệu hecta rừng tự nhiên. Tại tỉnh Cao Bằng, tính đến cuối năm 2013, tổng diện tích đất có rừng đạt 339.484,70 hecta với độ che phủ trên 50,5%, tuy nhiên phần lớn diện tích hiện nay chỉ còn là rừng thứ sinh nghèo kiệt hoặc đang trong quá trình phục hồi sau nương rẫy và khai thác quá mức.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của đề tài tập trung vào việc giải quyết sự thiếu hụt dữ liệu định lượng về đặc điểm cấu trúc lâm phần và quy luật tái sinh tự nhiên của các loài cây gỗ tại các hệ sinh thái miền núi đá vôi và đồi núi thấp. Mục tiêu cụ thể của luận văn là xác định cấu trúc hình thái, thành phần loài, thành phần dạng sống và đánh giá tiềm năng tái sinh tự nhiên của các loài cây gỗ trong 3 kiểu thảm thực vật chính, từ đó xây dựng hệ thống giải pháp kỹ thuật lâm sinh nhằm phục hồi rừng bền vững.

Phạm vi không gian nghiên cứu được thực hiện tại xã Hoàng Tung, huyện Hòa An, tỉnh Cao Bằng – một khu vực có diện tích tự nhiên 2.461 hecta, độ cao trung bình 300 mét so với mực nước biển, nơi có địa hình đồi núi chiếm hơn 66% diện tích và mật độ dân số đạt 138 người trên một kilômét vuông. Thời gian triển khai thu thập và xử lý số liệu thực địa diễn ra liên tục từ tháng 6 năm 2017 đến tháng 12 năm 2017.

Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua việc cung cấp luận cứ khoa học chính xác để quản lý hơn 1.600 hecta đất lâm nghiệp tại địa phương. Kết quả nghiên cứu giúp nâng cao tỷ lệ sống của cây tái sinh mục đích lên trên 60%, giảm thiểu chi phí trồng mới thông qua phương thức khoanh nuôi xúc tiến tái sinh tự nhiên và bảo tồn nguồn gen thực vật quý hiếm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng của hệ thống phân loại thảm thực vật quốc tế do tổ chức UNESCO công bố năm 1973, kết hợp quan điểm sinh thái học thảm thực vật rừng nhiệt đới của các nhà khoa học lâm nghiệp Việt Nam. Khung lý thuyết này phân loại thảm thực vật dựa trên các tiêu chí ngoại mạo cấu trúc, kết hợp với các nhân tố sinh thái phát sinh như độ cao địa hình, nhiệt độ và độ ẩm.

Để phân tích cấu trúc thích nghi của hệ thực vật, đề tài ứng dụng hệ thống phân chia dạng sống của Raunkiaer xây dựng năm 1934 dựa trên vị trí của chồi qua đông so với mặt đất trong thời kỳ bất lợi. Đồng thời, nghiên cứu vận dụng quy luật phân tầng thẳng đứng của Richards năm 1968, lý thuyết phân cấp sinh trưởng lâm phần của Kraft năm 1884 và lý thuyết động thái tái sinh rừng nhiệt đới của các chuyên gia sinh thái học hàng đầu.

Các khái niệm then chốt được chuẩn hóa trong luận văn bao gồm:

  • Thảm thực vật: Toàn bộ lớp phủ thực vật sinh sống trong một không gian địa lý xác định, phản ánh sự tương tác qua lại giữa các quần thể sinh vật với môi trường lập địa.
  • Cấu trúc rừng: Quy luật sắp xếp không gian của các thành phần sinh vật theo chiều thẳng đứng và chiều nằm ngang nhằm đạt tới trạng thái cân bằng sinh thái tương đối.
  • Tái sinh tự nhiên: Quá trình sinh học đặc thù biểu hiện qua sự xuất hiện và phát triển của thế hệ cây con dưới tán rừng có nguồn gốc tự nhiên từ hạt hoặc chồi.
  • Tổ thành loài: Tỷ lệ tham gia về số lượng cá thể của từng loài cây gỗ trong lâm phần, đóng vai trò chỉ thị mức độ ưu thế sinh thái.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài được thu thập từ 3 trạng thái thảm thực vật điển hình đại diện cho các giai đoạn diễn thế phục hồi sau nương rẫy: Thảm cỏ 2 năm tuổi, Thảm cây bụi 9 đến 10 năm tuổi và Rừng thứ sinh 18 đến 20 năm tuổi.

Phương pháp điều tra thực địa áp dụng theo phương pháp tuyến điều tra và ô tiêu chuẩn. Các tuyến điều tra có chiều rộng 4 mét, bố trí vuông góc với đường đồng mức và cách nhau từ 50 đến 100 mét. Trên mỗi kiểu thảm thực vật, tiến hành lập 6 ô tiêu chuẩn phân bố đều ở 3 vị trí địa hình gồm chân đồi, sườn đồi và đỉnh đồi:

  • Đối với Thảm cỏ: Kích thước ô tiêu chuẩn là 1 mét nhân 1 mét (diện tích 1 mét vuông).
  • Đối với Thảm cây bụi: Kích thước ô tiêu chuẩn là 4 mét nhân 4 mét (diện tích 16 mét vuông).
  • Đối với Rừng thứ sinh: Kích thước ô tiêu chuẩn là 20 mét nhân 20 mét (diện tích 400 mét vuông). Bên trong mỗi ô tiêu chuẩn rừng thứ sinh, bố trí 5 ô dạng bản kích thước 5 mét nhân 5 mét (diện tích 25 mét vuông) để đo đếm chi tiết cây tái sinh.

Lý do lựa chọn cỡ mẫu và quy cách ô tiêu chuẩn nêu trên là nhằm đảm bảo diện tích điều tra đại diện tối thiểu đạt trên 30% diện tích ô tiêu chuẩn, phản ánh trung thực quy luật phân bố của quần xã thực vật nhiệt đới.

Các chỉ tiêu đo đếm bao gồm: Chiều cao vút ngọn đo bằng thước đo chuyên dụng Blumeleiss kết hợp sào chia vạch 0,1 mét đối với cây dưới 4 mét; đường kính gốc và đường kính ngang ngực; độ che phủ và độ nhiều theo thang đo Drude gồm 7 cấp độ. Cây gỗ tái sinh được định nghĩa là những cây có chiều cao từ 20 centimét trở lên và đường kính gốc không quá 6 centimét.

Phương pháp phân tích không gian nằm ngang sử dụng tiêu chuẩn kiểm định U của Clark và Evans dựa trên phân bố Poisson với dung lượng mẫu quan sát đạt 36 lần đo. Dữ liệu thực vật học được định danh theo danh lục thực vật quốc gia và xử lý thống kê sinh học trên phần mềm máy tính chuyên dụng trong suốt chu kỳ từ tháng 6 đến tháng 12 năm 2017.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả điều tra thực địa tại xã Hoàng Tung đã ghi nhận sự đa dạng sinh học phong phú của hệ thực vật bậc cao có mạch:

Thứ nhất, về phân bố bậc taxon, nghiên cứu đã thống kê được 338 loài thuộc 240 chi và 89 họ của 6 ngành thực vật có mạch. Trong đó, ngành Mộc lan chiếm ưu thế tuyệt đối với 76 họ (chiếm 85,39%), 224 chi (chiếm 93,33%) và 315 loài (chiếm 93,18%). Riêng lớp Mộc lan có 273 loài, chiếm 80,77% tổng số loài của khu hệ. Ngành Dương xỉ đứng thứ hai với 7 họ (chiếm 7,87%), 10 chi (chiếm 4,17%) và 15 loài (chiếm 4,44%). Các ngành còn lại như Thông đất, Thông, Khuyết lá thông và Mộc tặc chỉ chiếm từ 0,30% đến 0,89% về số lượng loài.

Thứ hai, về cấu trúc hình thái không gian, các kiểu thảm thực vật có sự phân tầng rõ rệt theo thời gian phục hồi. Rừng nguyên sinh ít bị tác động và rừng trên núi đá vôi duy trì cấu trúc từ 4 đến 5 tầng, với tầng vượt tán đạt chiều cao 25 đến 30 mét, đường kính thân 50 đến 60 centimét và độ che phủ từ 10% đến 20%. Tầng tán chính cao 20 đến 25 mét có độ che phủ đạt 60% đến 70%. Rừng thứ sinh phục hồi sau khai thác có cấu trúc 3 tầng với chiều cao tầng tán ưu thế từ 10 đến 12 mét và độ tàn che đạt khoảng 70%.

Thứ ba, về đặc điểm tái sinh tự nhiên, mật độ cây gỗ tái sinh có sự gia tăng mạnh mẽ dọc theo quá trình diễn thế. Ở thảm cỏ 2 năm tuổi, mật độ cây gỗ tái sinh còn thưa thớt, nhưng ở rừng thứ sinh 18 đến 20 năm tuổi, mật độ cây tái sinh đạt mức cao từ 4.300 đến 5.200 cây trên một hecta. Về nguồn gốc, cây tái sinh từ hạt chiếm tỷ lệ vượt trội từ 75% đến 82%, trong khi cây tái sinh từ chồi chỉ chiếm từ 18% đến 25%. Chất lượng cây tái sinh được đánh giá rất khả quan khi tỷ lệ cây sinh trưởng tốt đạt từ 55% đến 62%, cây chất lượng trung bình chiếm khoảng 28% đến 33% và cây phẩm chất xấu chỉ chiếm dưới 12%.

Thứ tư, về phân bố không gian và cấp chiều cao, giá trị tiêu chuẩn U của Clark và Evans dao động trong khoảng từ -1,45 đến 0,82 (nằm trong giới hạn từ -1,96 đến 1,96), chứng minh cây gỗ tái sinh phân bố theo quy luật ngẫu nhiên. Lớp cây con tập trung chủ yếu ở cấp chiều cao cấp I và cấp II (dưới 1,0 mét), chiếm tỷ trọng trên 58% tổng số cây tái sinh được đo đếm.

Thảo luận kết quả

Sự vượt trội về số lượng loài của ngành Mộc lan và lớp Mộc lan phản ánh tính chất nhiệt đới gió mùa điển hình của hệ thực vật vùng Đông Bắc Việt Nam. Sự xuất hiện của các loài cây gỗ bản địa có giá trị kinh tế và sinh thái cao như Nghiến, Trai lý, Lát hoa, Trám trắng, Dẻ gai và Kháo vàng trong cấu trúc tầng tán cho thấy môi trường lập địa tại xã Hoàng Tung vẫn giữ được tiềm năng dinh dưỡng tốt.

Quá trình diễn thế sinh thái tiến triển từ thảm cỏ sang thảm cây bụi và rừng thứ sinh đã tạo ra sự thay đổi căn bản về vi khí hậu dưới tán. Độ tàn che tăng từ mức dưới 30% ở thảm cỏ lên 70% ở rừng thứ sinh giúp giữ ẩm cho tầng đất mặt, hạn chế xói mòn và tạo tầng thảm mục thuận lợi cho hạt cây rừng nảy mầm. Các loài cây tiên phong ưa sáng như Hu đay, Màng tang và Bời lời nhớt đóng vai trò cây che bóng ban đầu, thúc đẩy sự xuất hiện của các loài cây gỗ chịu bóng ở giai đoạn tiếp theo.

So sánh với các công trình nghiên cứu tại các vùng lân cận như xã Bạch Đằng (huyện Hòa An) và Khu bảo tồn thiên nhiên Phia Oắc - Phia Đén, tỷ lệ cây tái sinh phẩm chất tốt tại xã Hoàng Tung (55% đến 62%) tương đương với kết quả ghi nhận tại các khu vực này (52,43% đến 62,69%). Điều này khẳng định năng lực tự phục hồi tự nhiên của thảm thực vật đồi núi Cao Bằng là rất lớn nếu được bảo vệ khỏi các tác động tiêu cực của con người.

Dữ liệu nghiên cứu về cấu trúc phân tầng và phân bố cây tái sinh có thể được trực quan hóa thông qua biểu đồ cột thể hiện tương quan giữa mật độ cá thể và 6 cấp chiều cao, cùng bảng ma trận hệ số tổ thành loài. Các mô hình biểu đồ này là công cụ trực quan hỗ trợ các nhà lâm sinh dự báo xu hướng thay đổi tầng tán trong chu kỳ 5 đến 10 năm tiếp theo.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu thực địa, bốn nhóm giải pháp lâm sinh trọng tâm được đề xuất nhằm phục hồi và phát triển bền vững hệ sinh thái rừng tại xã Hoàng Tung:

Thứ nhất, đối với diện tích Thảm cỏ (phục hồi 2 năm): Thực hiện khoanh nuôi tái sinh kết hợp trồng dặm bổ sung các loài cây gỗ tiên phong đa mục đích như Hu đay, Màng tang, Kháo vàng và Vối thuốc với mật độ từ 600 đến 800 cây trên một hecta. Mục tiêu là nâng độ che phủ từ dưới 30% lên trên 60% trong giai đoạn từ năm 2024 đến năm 2026. Chủ thể thực hiện chính là các hộ gia đình nhận khoán đất lâm nghiệp dưới sự hỗ trợ giống cây từ Ủy ban nhân dân xã Hoàng Tung.

Thứ hai, đối với diện tích Thảm cây bụi (phục hồi 9 đến 10 năm): Áp dụng biện pháp lâm sinh xúc tiến tái sinh tự nhiên thông qua việc phát dọn dây leo, cây bụi chèn ép và xới đất quanh gốc cây con tái sinh. Tiến hành tra dặm các loài cây gỗ bản địa có giá trị kinh tế như Trám trắng, Dẻ gai đỏ và Lát hoa với mật độ 300 đến 500 cây trên một hecta. Chỉ tiêu đặt ra là bảo vệ và nuôi dưỡng 100% số cây gỗ tái sinh có triển vọng sinh trưởng tốt trong lộ trình 3 năm (2024 - 2027) dưới sự hướng dẫn kỹ thuật của Trạm Kiểm lâm địa bàn.

Thứ ba, đối với diện tích Rừng thứ sinh (phục hồi 18 đến 20 năm): Triển khai các biện pháp tỉa thưa vệ sinh rừng, chặt bỏ những cây cong queo, sâu bệnh và dây leo ngoại tầng gây hại. Bảo vệ nghiêm ngặt các cây mẹ gieo giống có đường kính trên 25 centimét để duy trì nguồn hạt giống tự nhiên, nhằm đạt mật độ tầng cây mục đích từ 500 đến 700 cây trên một hecta vào năm 2028. Hoạt động này do Ban quản lý rừng cộng đồng thôn bản trực tiếp giám sát và vận hành.

Thứ tư, về cơ chế quản lý và chính sách: Tổ chức 100% các khóa tập huấn chuyển giao kỹ thuật lâm nghiệp cho 852 hộ dân trên địa bàn 14 xóm. Kiện toàn lực lượng tuần tra bảo vệ rừng chuyên trách, kiểm soát chặt chẽ 1.600 hecta rừng tự nhiên hiện có, ngăn chặn triệt để hành vi khai thác gỗ trái phép và lấn chiếm đất rừng làm nương rẫy. Thực hiện chi trả đầy đủ dịch vụ môi trường rừng để tạo sinh kế ổn định cho người dân địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị học thuật và thực tiễn sâu sắc, phù hợp cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm sau:

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về lâm nghiệp và tài nguyên môi trường: Chi cục Kiểm lâm, Phòng Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn huyện Hòa An và Sở Nông nghiệp tỉnh Cao Bằng có thể sử dụng các số liệu về mật độ tái sinh và phân loại thảm thực vật làm cơ sở khoa học để xây dựng phương án quy hoạch rừng phòng hộ, rừng sản xuất và ban hành kế hoạch khoanh nuôi bảo vệ rừng cấp tỉnh giai đoạn 2025 - 2030.

  2. Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Sinh học, Sinh thái học, Quản lý tài nguyên rừng: Tài liệu là nguồn tham khảo chuẩn mực về phương pháp nghiên cứu cấu trúc quần thể thực vật nhiệt đới, quy trình điều tra tuyến, kỹ thuật thiết lập ô tiêu chuẩn, ô dạng bản, thang đo độ nhiều Drude và thuật toán kiểm định phân bố không gian U của Clark và Evans.

  3. Kỹ sư lâm nghiệp và cán bộ kỹ thuật tại các ban quản lý rừng, vườn quốc gia: Công trình cung cấp hướng dẫn thực hành về kỹ thuật lựa chọn cây gỗ tái sinh mục đích, phương pháp xúc tiến tái sinh tự nhiên không cần trồng mới toàn diện, giúp tối ưu hóa chi phí đầu tư phục hồi sinh thái tại các hệ sinh thái núi đá vôi miền Bắc.

  4. Chính quyền địa phương và cộng đồng dân cư xã Hoàng Tung: Cung cấp bức tranh toàn diện về hiện trạng tài nguyên sinh vật bản địa, hỗ trợ chính quyền cấp xã xây dựng hương ước bảo vệ rừng cộng đồng và định hướng chuyển đổi sinh kế gắn với bảo vệ môi trường sinh thái cho hơn 3.450 nhân khẩu tại địa phương.

Câu hỏi thường gặp

Khu hệ thực vật tại xã Hoàng Tung có bao nhiêu loài thực vật có mạch đã được định danh? Qua khảo sát thực địa bằng phương pháp tuyến điều tra và ô tiêu chuẩn, nghiên cứu đã thống kê được 338 loài thuộc 240 chi và 89 họ của 6 ngành thực vật bậc cao có mạch. Trong đó, ngành Mộc lan chiếm ưu thế áp đảo với 315 loài, tương đương 93,18% tổng số loài của toàn khu hệ khảo sát.

Cấu trúc tầng tán của rừng thứ sinh phục hồi sau khai thác tại khu vực nghiên cứu được phân chia như thế nào? Rừng thứ sinh tại khu vực nghiên cứu có cấu trúc 3 tầng chức năng rõ rệt. Tầng tán rừng ưu thế có chiều cao từ 10 đến 12 mét với độ tàn che đạt khoảng 70%. Tầng dưới tán gồm các loài cây bụi và gỗ nhỏ cao từ 3 đến 5 mét với độ che phủ 40%. Tầng thảm tươi dày rậm có độ che phủ từ 30% đến 40% bề mặt đất.

Quy luật phân bố không gian của cây gỗ tái sinh dưới tán rừng tuân theo dạng nào? Kiểm định thống kê theo tiêu chuẩn U của Clark và Evans cho kết quả giá trị U dao động từ -1,45 đến 0,82, nằm trọn vẹn trong khoảng giới hạn từ -1,96 đến 1,96. Điều này khẳng định thế hệ cây gỗ tái sinh tại các kiểu thảm thực vật phân bố hoàn toàn theo quy luật ngẫu nhiên trên mặt phẳng nằm ngang.

Nguồn gốc và chất lượng của các loài cây gỗ tái sinh được đánh giá ra sao? Cây gỗ tái sinh trong khu vực nghiên cứu có nguồn gốc chủ yếu từ hạt giống tự nhiên, chiếm tỷ lệ cao từ 75% đến 82%, trong khi cây tái sinh từ chồi chỉ chiếm từ 18% đến 25%. Đa số cây con có sinh lực tốt với tỷ lệ cây phẩm chất tốt đạt từ 55% đến 62%, tạo tiền đề thuận lợi cho việc phục hồi rừng tự nhiên.

Vì sao giải pháp khoanh nuôi xúc tiến tái sinh lại vượt trội hơn so với trồng rừng mới thuần loại? Khoanh nuôi xúc tiến tái sinh tận dụng tối đa nguồn cây con bản địa phong phú với mật độ lên tới 4.300 đến 5.200 cây trên một hecta, bảo tồn được cấu trúc đa tầng tán nguyên bản của hệ sinh thái nhiệt đới và giúp tiết kiệm hơn 60% chi phí đầu tư ngân sách so với việc phát trắng để trồng mới rừng thuần loại.

Kết luận

  • Đề tài đã đánh giá toàn diện hiện trạng đa dạng sinh thái học với 338 loài thực vật có mạch thuộc 89 họ tại xã Hoàng Tung, phản ánh rõ nét đặc trưng của khu hệ thực vật nhiệt đới gió mùa Đông Bắc.
  • Cấu trúc không gian của thảm thực vật được mô tả chi tiết từ 1 tầng ở thảm cỏ đến 3-5 tầng tán phức tạp ở rừng thứ sinh và rừng tự nhiên trên núi đá vôi.
  • Khẳng định tiềm năng phục hồi tự nhiên mạnh mẽ của rừng thông qua mật độ cây tái sinh đạt trên 4.300 cây trên một hecta, với trên 75% cá thể có nguồn gốc từ hạt và hơn 55% đạt phẩm chất sinh trưởng tốt.
  • Xây dựng thành công hệ thống 4 nhóm giải pháp kỹ thuật lâm sinh có tính ứng dụng cao, gắn liền với từng giai đoạn diễn thế phục hồi của thảm thực vật tại địa phương.
  • Cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng phục vụ công tác quy hoạch tài nguyên rừng và định hướng phát triển lâm nghiệp bền vững cho tỉnh Cao Bằng.

Đóng góp khoa học then chốt của luận văn là làm sáng tỏ quy luật phân bố ngẫu nhiên và động thái phục hồi của cây gỗ tái sinh sau nương rẫy tại vùng núi đá vôi. Trong giai đoạn 2024 - 2028, các cơ quan chức năng cần triển khai ngay các mô hình khoanh nuôi thử nghiệm theo khuyến nghị của đề tài. Các nhà quản lý, nhà nghiên cứu và người dân hãy chung tay ứng dụng các tiến bộ khoa học lâm sinh này vào thực tế để bảo tồn và làm giàu nguồn tài nguyên rừng quý giá của quê hương.