Tổng quan nghiên cứu

Huyện Bạch Thông, tỉnh Bắc Kạn sở hữu diện tích đất lâm nghiệp lên đến 42.900,6 ha, chiếm 75,5% tổng diện tích tự nhiên toàn huyện, trong đó diện tích quy hoạch rừng phòng hộ chiếm tới 19.401,0 ha. Nằm tại vị trí xung yếu ở thượng nguồn lưu vực Sông Cầu với mạng lưới sông suối dốc đứng dài trên 30 km, khu vực này thường xuyên đối mặt với nguy cơ sạt lở đất, lũ quét và xói mòn nghiêm trọng trong mùa mưa bão kéo dài từ tháng 5 đến tháng 10. Trong những thập kỷ qua, sự suy giảm chất lượng rừng tự nhiên đã làm gia tăng đáng kể tính biến động của dòng chảy mặt, đồng thời làm suy thoái tài nguyên đất và nguồn nước phục vụ sản xuất của hơn 30.351 người dân địa phương.

Nghiên cứu được thực hiện với mục tiêu xác định định lượng các đặc điểm thủy văn then chốt của các trạng thái rừng tự nhiên phổ biến, làm cơ sở khoa học vững chắc phục vụ công tác quy hoạch, điều chỉnh và thiết kế cấu trúc rừng phòng hộ đầu nguồn tại tỉnh Bắc Kạn. Phạm vi khảo sát tập trung tại các xã trọng điểm của huyện Bạch Thông trong giai đoạn từ năm 2009 đến 2012, bao phủ 3 trạng thái rừng chủ yếu chiếm tới 66,08% tổng diện tích rừng toàn vùng: rừng phục hồi với 113.225,4 ha (chiếm 49,4%), rừng nghèo với 32.474,9 ha (chiếm 14,17%) và rừng trung bình với 5.693,6 ha (chiếm 2,5%). Ý nghĩa của đề tài được khẳng định qua việc giải quyết khoảng trống trong việc lượng hóa tương quan giữa các chỉ số lâm học với hệ số dòng chảy mặt và khả năng giữ nước, giúp các nhà quản lý nâng cao hiệu quả phòng hộ sinh thái bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết cân bằng nước hệ sinh thái rừng và lý luận dung tích giữ nước của thảm thực vật theo quan điểm của các nhà khoa học thủy văn lâm nghiệp. Phương trình cân bằng nước tổng thể được áp dụng để xác định sự phân chia lượng mưa rơi xuống tán rừng thành lượng nước giữ lại trên tán, lượng mưa lọt tán đến mặt đất, lượng nước chảy men thân, lượng dòng chảy mặt, lượng nước thấm vào đất và lượng bốc thoát hơi sinh lý. Cơ chế dòng chảy và xói mòn trên sườn dốc kế thừa học thuyết diện tích sản sinh dòng chảy biến động kết hợp với mô hình thấm nước Philip trong môi trường đất dốc nhiệt đới.

Các khái niệm then chốt được lượng hóa bao gồm:

  • Dung tích giữ nước của rừng: Tổng khả năng tích trữ nước của tán cây, lớp vật rơi rụng thảm mục và các tầng đất mặt.
  • Dòng chảy mặt: Lượng nước mưa không kịp thấm vào đất, chảy tràn trên bề mặt sườn dốc mang theo vật liệu đất xói mòn.
  • Độ tàn che và độ che phủ: Tỷ lệ che bóng của tầng cây cao và tầng cây bụi thảm tươi trên mặt đất, đóng vai trò giảm động năng giọt mưa.
  • Hệ số tiêu giảm nước: Khả năng duy trì và điều tiết nguồn nước ngầm của đất rừng vào mùa khô.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp chọn mẫu điển hình kết hợp phân bố trải đều trên các dải độ dốc từ 12 độ đến 34 độ và độ cao tuyệt đối từ 130 m đến 394 m. Tổng cỡ mẫu khảo sát ngoại nghiệp gồm 18 ô tiêu chuẩn tạm thời với diện tích 1.000 m² mỗi ô (kích thước 25 m x 40 m), phân đều cho 3 trạng thái rừng (6 ô mỗi trạng thái). Hệ thống thực nghiệm đo dòng chảy mặt và xói mòn đất bao gồm 9 bãi đo định vị có diện tích 100 m² (kích thước 10 m x 10 m), được bao viền đắp gờ đất phủ nilon và gắn đồng hồ đo lưu lượng có độ phân giải 0,0001 m³ với sai số kiểm định từ 2% đến 5%.

Dữ liệu thoát hơi nước sinh lý được đo lường bằng phương pháp cân nhanh Ivanov trên 15 cây tiêu chuẩn theo chu kỳ 10 ngày một lần, trong khi lượng bốc hơi mặt đất được thu thập qua các ống thẩm kế mini kết hợp hệ thống 12 ống đo mưa lọt tán. Việc lựa chọn mô hình phân tích hồi quy tương quan phi tuyến trên phần mềm SPSS và Excel cho phép lượng hóa chính xác mối liên hệ giữa các biến số cấu trúc lâm phần với các chỉ tiêu thủy văn, đảm bảo các giả định thống kê có độ tin cậy vượt trội so với các đánh giá định tính đơn thuần.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả điều tra thực nghiệm tại 18 ô tiêu chuẩn đã lượng hóa rõ nét sự khác biệt về cấu trúc hình thái giữa 3 trạng thái rừng tự nhiên:

  • Trạng thái rừng trung bình: Đạt chất lượng cấu trúc phòng hộ tối ưu với mật độ 910 cây/ha, đường kính ngang ngực bình quân đạt 25,6 cm, chiều cao vút ngọn trung bình 13,7 m, đường kính tán 4,5 m và độ tàn che đạt mức cao nhất 53%.
  • Trạng thái rừng phục hồi: Thể hiện tiềm năng phòng hộ khá tốt với mật độ 640 cây/ha, đường kính thân 24,6 cm, chiều cao vút ngọn 12,3 m, đường kính tán 3,5 m và độ tàn che bình quân 46%.
  • Trạng thái rừng nghèo: Thể hiện sự suy thoái cấu trúc nghiêm trọng khi mật độ chỉ đạt 320 cây/ha, đường kính ngang ngực 13,0 cm, chiều cao vút ngọn 9,9 m, đường kính tán 3,3 m và độ tàn che rất thấp, chỉ đạt 21%.

Về mặt thủy văn, lượng dòng chảy mặt và lượng xói mòn đất có mối quan hệ nghịch đảo chặt chẽ với độ tàn che của tầng cây cao và độ che phủ cây bụi thảm tươi. Tại các bãi đo có độ dốc trên 30 độ, rừng trung bình với tầng thảm mục dày và độ tàn che 53% đã làm giảm lượng dòng chảy mặt và xói mòn đất tới hơn 60% so với rừng nghèo. Lượng nước thấm xuống đất ở rừng trung bình và rừng phục hồi cao hơn rõ rệt nhờ hệ thống rễ cây phát triển mạnh cùng độ xốp đất mặt trên nền đá biến chất duy trì ở mức thuận lợi.

Thảo luận kết quả

Sự suy giảm dòng chảy mặt và xói mòn ở rừng trung bình bắt nguồn từ cấu trúc đa tầng tán liên tục. Tầng cây cao đóng vai trò như lá chắn phân tán động năng trực tiếp của hạt mưa, sau đó tầng cây bụi thảm tươi và lớp thảm khô tiếp tục giữ lại một lượng nước tương đương từ 2 đến 4 lần khối lượng khô của bản thân chúng. Khi nước mưa chạm mặt đất, hệ thống lỗ hổng ngoài mao quản hình thành từ hoạt động sinh vật đất và rễ cây giúp tốc độ thấm duy trì ở mức cao, hạn chế tối đa quá trình bão hòa cục bộ gây dòng chảy tràn.

Kết quả này hoàn toàn nhất quán với các quy luật thủy văn đã được công bố tại vùng hồ Hòa Bình và các nghiên cứu lâm học thực nghiệm tại miền Bắc Việt Nam, khẳng định rằng khi tổng độ giao tán, độ che phủ thảm tươi và thảm mục đạt trên ngưỡng 95% trên sườn dốc thì khả năng phòng hộ nguồn nước đạt trạng thái ổn định nhất. Về mặt trình bày dữ liệu, các chuỗi quan hệ giữa độ tàn che với lượng nước thấm và cường độ xói mòn được minh họa trực quan qua các đường cong hồi quy đơn biến và đa biến, phản ánh rõ các điểm uốn chuyển tiếp về mặt chất lượng phòng hộ giữa các trạng thái rừng.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm định lượng về cân bằng nước và xói mòn đất, 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý được đề xuất nhằm nâng cao hiệu quả phòng hộ của rừng tự nhiên tại Bạch Thông:

  1. Thực hiện khoanh nuôi xúc tiến tái sinh và làm giàu rừng: Chi cục Kiểm lâm tỉnh Bắc Kạn và Hạt Kiểm lâm Bạch Thông cần tập trung phục hồi 32.474,9 ha rừng nghèo trong giai đoạn 2024–2028, đưa mục tiêu độ tàn che tầng cây cao từ mức 21% hiện tại lên tối thiểu 55% đến 60%, kết hợp trồng bổ sung các loài cây bản địa có tán dày, phiến lá nhỏ và rễ sâu.
  2. Bảo tồn nghiêm ngặt thảm mục và tầng cây bụi thảm tươi: Ban quản lý rừng phòng hộ và chính quyền các xã triển khai hướng dẫn kỹ thuật lâm sinh không phát dọn trắng thực bì dưới tán, duy trì độ che phủ tầng dưới trên 70% và lượng thảm mục tối thiểu 4 đến 5 tấn/ha nhằm giảm 75% lượng đất xói mòn bề mặt trước năm 2026.
  3. Quy hoạch phân vùng phòng hộ theo cấp độ dốc và loại đất: Ủy ban nhân dân huyện Bạch Thông ứng dụng mô hình số hóa lập địa, đưa toàn bộ diện tích đất lâm nghiệp có độ dốc trên 25 độ trên nền đất Feralit đỏ vàng vào diện bảo vệ nghiêm ngặt, nghiêm cấm các hoạt động khai thác trắng làm gián đoạn tính liên tục của thảm phủ sinh thái.
  4. Kiện toàn cơ chế giao khoán gắn với chi trả dịch vụ môi trường rừng: Huy động nguồn lực từ hơn 19.000 lao động tại địa phương tham gia quản lý 19.401,0 ha rừng phòng hộ đầu nguồn Sông Cầu, gắn quyền lợi kinh tế của cộng đồng dân tộc thiểu số với trách nhiệm bảo vệ nguồn nước lưu vực.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và bộ dữ liệu thực nghiệm của luận văn mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng chuyên môn:

  • Cơ quan quản lý nhà nước và lực lượng Kiểm lâm: Cung cấp luận cứ khoa học để xây dựng phương án quản lý rừng bền vững, quy hoạch phân loại 3 loại rừng và thẩm định các dự án chi trả dịch vụ môi trường rừng tại lưu vực miền núi phía Bắc.
  • Kỹ sư lâm nghiệp và đơn vị tư vấn quy hoạch: Ứng dụng các thông số định lượng về mật độ, độ tàn che và cơ cấu loài để thiết kế các mô hình lâm sinh phục hồi rừng phòng hộ đầu nguồn trên đất dốc.
  • Giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên ngành Lâm học: Sử dụng phương pháp thiết kế bãi đo xói mòn 100 m² và phương pháp cân nhanh đo thoát hơi nước làm tài liệu tham khảo giảng dạy và nghiên cứu thực địa.
  • Ban quản lý các dự án sinh thái và biến đổi khí hậu: Khai thác các hệ số cân bằng nước lưu vực để xây dựng kịch bản giảm thiểu rủi ro thiên tai, hạn hán và lũ quét tại các vùng đầu nguồn xung yếu.

Câu hỏi thường gặp

Độ tàn che của rừng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng giữ nước như thế nào? Độ tàn che càng lớn giúp phân tán động năng hạt mưa, giảm hiện tượng đóng váng mặt đất và kéo dài thời gian tập trung dòng chảy. Thực nghiệm cho thấy khi độ tàn che đạt 53% ở rừng trung bình, lượng nước thấm vào đất tăng đáng kể so với mức tàn che 21% của rừng nghèo.

Lớp thảm mục trong rừng tự nhiên có vai trò gì trong việc chống xói mòn? Lớp thảm khô và lá rụng hoạt động như một lớp lọc cơ học ngăn dòng chảy xiết và có khả năng thấm hút lượng nước gấp 2 đến 4 lần trọng lượng bản thân. Điều này giữ lại độ ẩm tại chỗ và bảo vệ lớp đất mặt Feralit tơi xốp không bị cuốn trôi.

Phương pháp đo đạc nào được sử dụng để xác định lượng xói mòn đất dốc trong nghiên cứu? Đề tài thiết lập 9 bãi đo định vị diện tích 100 m² trên 3 cấp độ dốc từ 12 đến 34 độ. Bãi đo được bao viền nilon, có hệ thống rãnh gom và hố thu gắn đồng hồ lưu lượng độ phân giải 0,0001 m³ cùng hố lắng cát chuyên dụng.

Tại sao rừng nghèo lại có nguy cơ gây lũ quét cao hơn các trạng thái rừng khác? Rừng nghèo có mật độ cây thưa (320 cây/ha), độ che phủ kém và tầng đất mặt dễ bị nén chặt. Khi mưa lớn kéo dài, lượng nước không thể thấm sâu sẽ hình thành dòng chảy mặt nhanh với lưu lượng đỉnh lớn, làm tăng nguy cơ lũ quét cục bộ.

Kết quả nghiên cứu này có thể chuyển giao áp dụng cho các địa phương khác không? Các phương trình hồi quy và chỉ số cấu trúc rừng tối ưu hoàn toàn có thể áp dụng cho các vùng có điều kiện lập địa, thổ nhưỡng Feralit và khí hậu nhiệt đới gió mùa tương đồng tại vùng Trung du và Miền núi phía Bắc.

Kết luận

  • Luận văn đã xác định toàn diện các chỉ số cấu trúc lâm phần và đặc điểm thủy văn của 3 trạng thái rừng tự nhiên chủ yếu tại huyện Bạch Thông, tỉnh Bắc Kạn.
  • Thực nghiệm trên 18 ô tiêu chuẩn và 9 bãi đo xói mòn chứng minh rừng trung bình (độ tàn che 53%, mật độ 910 cây/ha) có hiệu quả điều tiết nước và giảm xói mòn vượt trội so với rừng nghèo.
  • Lượng hóa thành công các thành phần cân bằng nước bao gồm lượng mưa lọt tán, dòng chảy mặt, thấm sâu, giữ nước trong đất và thoát hơi nước của thảm thực vật.
  • Xác lập cơ sở khoa học để đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật lâm sinh và quản lý lưu vực đầu nguồn Sông Cầu theo hướng đa mục tiêu.
  • Trong giai đoạn 2024–2026, các đơn vị quản lý lâm nghiệp cần triển khai số hóa giám sát chỉ số tàn che và áp dụng mô hình phục hồi rừng nghèo trên toàn địa bàn.

Hãy ứng dụng ngay các kết quả nghiên cứu định lượng này vào công tác lập kế hoạch quản lý và phục hồi rừng phòng hộ đầu nguồn để bảo vệ bền vững tài nguyên đất và nguồn nước.