Tổng quan nghiên cứu

Khu bảo tồn thiên nhiên Bình Châu – Phước Bửu sở hữu tổng diện tích tự nhiên 10.880 ha, trong đó đất có rừng chiếm 9.310 ha (tương đương 85,5%) với 8.285 ha là rừng tự nhiên nguyên vẹn. Thảm thực vật nơi đây chứa đựng hơn 750 loài thực vật bậc cao thuộc 123 họ, đóng vai trò như một lá chắn sinh thái xung yếu chống nạn cát bay, điều hòa nguồn nước ngầm và bảo tồn nguồn gen ven biển độc đáo tại vùng Đông Nam Bộ. Tuy nhiên, các hệ sinh thái rừng kín thường xanh hơi ẩm nhiệt đới ven biển đang chịu áp lực lớn từ biến đổi khí hậu và suy giảm chất lượng rừng, trong khi cơ sở dữ liệu định lượng về các ưu hợp cây họ Sao Dầu (Dipterocarpaceae) vẫn chưa được giải mã toàn diện.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là xác định cấu trúc lâm sinh và quy luật sinh thái của ưu hợp Dầu cát (Dipterocarpus costatus Pierre) – loài cây gỗ lớn bản địa giữ vai trò kiến tạo sinh cảnh. Mục tiêu cụ thể nhằm phân tích cấu trúc tổ thành loài, kết cấu mật độ, tầng tán, chỉ số cạnh tranh, đặc tính tái sinh tự nhiên và đa dạng sinh học để cung cấp luận cứ khoa học chuẩn xác cho công tác bảo tồn. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện thực địa từ tháng 8/2018 đến tháng 10/2018 tại các phân khu rừng tự nhiên thuộc Khu bảo tồn thiên nhiên Bình Châu – Phước Bửu, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu.

Về mặt ý nghĩa học thuật và thực tiễn, công trình thiết lập hệ thống chỉ số sinh thái định lượng chuẩn mực với mật độ trung bình 693 cây/ha, tiết diện ngang 28,3 m2/ha và trữ lượng bình quân 231,4 m3/ha. Đây là cơ sở cốt lõi phục vụ xây dựng các biện pháp kỹ thuật lâm sinh, phục hồi rừng ven biển và kiểm soát suy thoái đa dạng sinh học theo các tiêu chuẩn lâm nghiệp hiện đại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng hệ thống lý thuyết phân loại thảm thực vật nhiệt đới của giáo sư Thái Văn Trừng (1999), kết hợp lý thuyết cấu trúc tầng tán rừng mưa nhiệt đới của Richards (1965) và Whitmore (1998). Nghiên cứu kế thừa quan điểm phân chia quần thể thực vật thành quần hệ và xã hợp, trong đó ưu hợp thực vật được xác định khi nhóm loài ưu thế chiếm 40% đến 50% tổng số lượng cá thể hoặc thể tích lâm phần.

Bên cạnh đó, mô hình đánh giá tính phức tạp cấu trúc rừng của Holdridge (chỉ số Stand Complexity Index - SCI) và mô hình hỗn giao của Nguyễn Văn Trương (1984) được tích hợp để mô tả không gian quần thụ. Các khái niệm học thuật then chốt được chuẩn hóa bao gồm:

  1. Chỉ số giá trị quan trọng (IVI%): Đo lường vị thế sinh thái của loài qua trung bình cộng của mật độ tương đối (N%), tiết diện ngang tương đối (G%) và thể tích thân cây tương đối (V%).
  2. Chỉ số cạnh tranh tán (Crown Competition Index - CCI): Đánh giá áp lực chiếm lĩnh không gian dinh dưỡng và ánh sáng giữa các cá thể cây gỗ.
  3. Đa dạng sinh học Alpha và Beta: Lượng hóa qua các chỉ số Shannon-Weiner ($H'$), Gini-Simpson ($1-\lambda'$), Pielou ($J'$) và hệ số tương đồng Sorensen ($C_S$).
  4. Quy luật phân bố toán học: Mô hình hóa mối quan hệ phân bố số cây theo cấp đường kính (N/D) và cấp chiều cao (N/H).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn số liệu thực chứng được thu thập thông qua phương pháp rút mẫu điển hình tại trạng thái rừng ổn định có trữ lượng đạt trên 150 m3/ha theo Thông tư số 34/2009/TT-BNNPTNT của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 6 ô tiêu chuẩn (OTC) cố định diện tích 0,20 ha (2.000 m2/ô, tổng diện tích điều tra 1,2 ha), chia thành 2 nhóm cấu trúc: nhóm ưu hợp Dầu cát có IVI dưới 30% (UhDaucat<30%) bố trí 3 OTC và nhóm có IVI trên 30% (UhDaucat>30%) bố trí 3 OTC. Tình trạng tái sinh tự nhiên được đo đếm chi tiết trên 60 ô dạng bản (ODB) diện tích 16 m2 (4x4 m), bố trí đều trên hai dải cạnh của các ô tiêu chuẩn.

Phương pháp chọn mẫu điển hình giúp nắm bắt đúng cấu trúc của quần thể rừng thành thục, hạn chế tối đa các sai số ngẫu nhiên do ngoại cảnh. Phương pháp phân tích số liệu kết hợp chặt chẽ giữa thống kê sinh học và mô hình hóa toán học phi tuyến:

  • Sử dụng thuật toán Marquardt để làm khớp và kiểm định các hàm phân bố lý thuyết (hàm Mũ, hàm Beta, hàm Khoảng cách) cho các biến số đường kính và chiều cao. Lý do lựa chọn phương pháp này là nhằm tối thiểu hóa tổng bình phương sai lệch (SSR) và sai số tuyệt đối trung bình (MAE).
  • Xây dựng hàm hồi quy phi tuyến tính ước lượng diện tích tán ($S_T$) và chỉ số cạnh tranh tán ($CCI$) theo cấp chiều cao và mật độ.
  • Tính toán chỉ số đa dạng loài bằng phần mềm chuyên dụng Primer 5.0 và Statgraphics Plus 4.0 trong khung thời gian phân tích từ tháng 8/2018 đến tháng 12/2018.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích định lượng từ 6 ô tiêu chuẩn đã xác lập 4 phát hiện khoa học cốt lõi:

  1. Đa dạng tổ thành loài và tính ưu thế tuyệt đối của họ Sao Dầu: Nghiên cứu ghi nhận tổng cộng 55 loài cây gỗ thuộc 42 chi của 30 họ thực vật. Họ Sao Dầu giữ vai trò ưu thế sinh thái cao nhất với IVI chiếm 48,5%, kế đến là họ Bồ hòn (10,4%), họ Sim (7,4%) và họ Máu chó (5,2%). Trong 55 loài, có 6 loài ưu thế và đồng ưu thế chiếm tới 65,4% chỉ số IVI (Dầu cát đạt IVI cao nhất 31,7%, Làu táu đạt 10,1%, Trâm mốc đạt 7,2%, Trường quả nhỏ đạt 7,0%, Máu chó lá nhỏ đạt 5,1%, Sến cát đạt 4,3%).
  2. Sự khác biệt về mật độ và sinh khối giữa các nhóm ưu hợp: Mật độ lâm phần trung bình đạt 693 cây/ha, tiết diện ngang đạt 28,3 m2/ha và trữ lượng đạt 231,4 m3/ha. Nhóm UhDaucat>30% thể hiện ưu thế vượt trội về mặt trữ lượng với 240,5 m3/ha (G đạt 30,2 m2/ha; N đạt 710 cây/ha), cao hơn 8,19% so với nhóm UhDaucat<30% vốn có trữ lượng đạt 222,3 m3/ha (G đạt 26,4 m2/ha; N đạt 675 cây/ha).
  3. Quy luật phân bố đường kính (N/D) và chiều cao (N/H): Phân bố số cây theo cấp đường kính tuân theo hàm phân bố số mũ giảm dần. Tiêu chuẩn chọn mô hình cho thấy hàm phân bố Mũ có tổng bình phương sai lệch SSR rất nhỏ (SSR = 597 ở nhóm <30% và SSR = 242 ở nhóm >30%), tối ưu hơn hẳn hàm phân bố Beta (SSR tương ứng là 2.148 và 1.100). Số lượng cây tập trung áp đảo ở cấp đường kính $D < 20$ cm, chiếm 68,6% ở nhóm UhDaucat<30% và 60,8% ở nhóm UhDaucat>30%. Phân bố N/H có dạng đường cong một đỉnh lệch trái với số cây tập trung dày đặc nhất ở cấp chiều cao $H = 10$ m (lớp $H < 10$ m chiếm từ 57,3% đến 60,6% tổng số cây).
  4. Động thái cạnh tranh không gian và hiện trạng tái sinh: Chỉ số phức tạp cấu trúc (SCI) và chỉ số cạnh tranh tán (CCI) tăng dần tỷ lệ thuận theo mức độ chiếm ưu thế của Dầu cát. Khả năng tái sinh tự nhiên dưới tán rừng diễn ra thuận lợi với hệ số tương đồng thành phần loài giữa cây tái sinh và cây mẹ đạt mức rất cao ($C_S > 75%$). Tuy nhiên, đa số cây tái sinh bị ứ đọng ở cấp chiều cao $H < 100$ cm do hạn chế về nguồn sáng dưới tán rừng khép kín.
+-------------------------------------------------------------------------------+
|                      BẢNG SO SÁNH CÁC CHỈ TIÊU LÂM SINH                       |
+-------------------------+--------------------+--------------------+-----------+
| Chỉ tiêu sinh thái      | Nhóm UhDaucat <30% | Nhóm UhDaucat >30% | Trung bình|
+-------------------------+--------------------+--------------------+-----------+
| Số loài cây gỗ ghi nhận | 43 loài            | 45 loài            | 44 loài   |
| Mật độ quần thụ (N)     | 675 cây/ha         | 710 cây/ha         | 693 cây/ha|
| Tiết diện ngang (G)     | 26,4 m2/ha         | 30,2 m2/ha         | 28,3 m2/ha|
| Trữ lượng thân cây (M)  | 222,3 m3/ha        | 240,5 m3/ha        | 231,4 m3/ha|
| Độ tàn che bình quân    | 0,80               | 0,80               | 0,80      |
| Hệ số tương đồng loài CS| 75,0% (toàn bộ)    | 83,3% (6 loài chính)           |
+-------------------------+--------------------+--------------------+-----------+

Thảo luận kết quả

Cấu trúc N/D giảm theo hàm mũ và N/H lệch trái phản ánh trạng thái rừng nguyên sinh tự nhiên đang trong quá trình diễn thế ổn định, có sự cân bằng sinh thái giữa các thế hệ cây rừng. Số lượng cây con ở cấp đường kính nhỏ ($D < 20$ cm) dồi dào là nguồn dự trữ quan trọng để thay thế tầng cây già cỗi. Khi trực quan hóa dữ liệu qua biểu đồ trắc diện tầng tán rừng (dài 30 m x rộng 10 m), sự phân tầng thể hiện rõ nét thành 3 tầng cây gỗ: tầng vượt tán với các cá thể Dầu cát cao trên 20 m, tầng ưu thế sinh thái ở độ cao 10 - 20 m và tầng dưới tán dưới 10 m.

So sánh với các nghiên cứu trước đây về rừng Sao Dầu tại Đông Nam Bộ của giáo sư Thái Văn Trừng (1999) và khu vực Nam Cát Tiên của các nhà sinh thái học lâm nghiệp, quần thể Dầu cát tại Bình Châu – Phước Bửu mang nét đặc thù rõ rệt. Đất cát ven biển có độ phì thấp, tỷ lệ cát chiếm 60% đến 70% và dinh dưỡng dễ bị rửa trôi, nhưng Dầu cát vẫn chiếm lĩnh vị trí ưu thế sinh thái tuyệt đối nhờ bộ rễ cọc phát triển sâu và tán lá dày.

Hiện tượng cây tái sinh tập trung chủ yếu ở cấp chiều cao dưới 100 cm (chiếm trên 70% mật độ cây tái sinh) là do độ tàn che tán rừng đạt mức cao (bình quân 0,8), dẫn đến thiếu hụt ánh sáng cục bộ dưới tán rừng. Để chuyển hóa cây con lên các cấp chiều cao lớn hơn ($H > 200$ cm), lâm phần cần xuất hiện các khoảng trống tán tự nhiên hoặc can thiệp tỉa thưa sinh thái.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các dẫn liệu thực chứng, bốn nhóm giải pháp lâm sinh trọng điểm được đề xuất nhằm nâng cao hiệu quả quản lý và bảo tồn ưu hợp Dầu cát:

  1. Điều tiết độ tàn che mở không gian dinh dưỡng: Ban Quản lý Khu bảo tồn thiên nhiên Bình Châu – Phước Bửu cần tiến hành điều chỉnh độ tàn che tán rừng từ mức 0,80 hiện tại xuống mức tối ưu khoảng 0,60 đến 0,65 tại các vạt rừng có mật độ tái sinh dày đặc. Mục tiêu là nâng tỷ lệ cây Dầu cát tái sinh vượt qua cấp chiều cao 100 cm đạt trên 35% trong lộ trình thực hiện từ năm 2024 đến năm 2026.
  2. Khoanh nuôi xúc tiến tái sinh kết hợp chăm sóc cây con: Đội ngũ kỹ sư lâm sinh và cán bộ kiểm lâm địa bàn thực hiện phát dọn dây leo, cây bụi chèn ép xung quanh gốc cây tái sinh mục tiêu trong bán kính 1,5 m đến 2,0 m. Biện pháp này hướng đến mục tiêu hỗ trợ tối thiểu 1.000 cây con khỏe mạnh/ha đạt cấp chiều cao trên 200 cm trước khi mùa khô bắt đầu vào tháng 11 hàng năm.
  3. Bảo tồn nguồn gen và tuyển chọn cây mẹ vượt trội: Chi cục Kiểm lâm tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu phối hợp với các cơ quan chuyên môn tiến hành rà soát, đánh số định danh cho 50 cây mẹ Dầu cát và Sến cát ưu trội có đường kính $D > 40$ cm và chiều cao $H > 20$ m để làm nguồn thu hái hạt giống chất lượng cao, triển khai định kỳ vào quý 3 hàng năm.
  4. Xây dựng mạng lưới giám sát sinh thái định kỳ: Phòng Khoa học và Hợp tác Quốc tế của Khu bảo tồn duy trì hệ thống 6 ô tiêu chuẩn định vị GPS, thực hiện đo đếm biến động 12 chỉ tiêu lâm học và chỉ số cạnh tranh tán CCI theo chu kỳ 12 tháng/lần, đảm bảo cơ sở dữ liệu dự báo diễn thế rừng chính xác đến năm 2030.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị khoa học và ứng dụng thực tiễn sâu rộng cho 4 nhóm đối tượng chuyên môn:

  1. Cán bộ quản lý tại các Ban Quản lý Khu bảo tồn thiên nhiên và Vườn quốc gia ven biển: Vận dụng trực tiếp các số liệu định lượng về mật độ (693 cây/ha), tiết diện ngang (28,3 m2/ha) và trữ lượng (231,4 m3/ha) để xây dựng phương án quản lý rừng bền vững, quy hoạch phân khu bảo tồn nghiêm ngặt và lập kế hoạch làm giàu rừng tự nhiên.
  2. Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Lâm học, Quản lý tài nguyên rừng: Sử dụng khung phương pháp luận kết hợp giữa điều tra sinh thái và thuật toán tối ưu hóa phi tuyến Marquardt để làm tài liệu tham khảo giảng dạy, nghiên cứu cấu trúc quần thể thực vật và phân tích đa dạng sinh học.
  3. Kỹ sư lâm nghiệp và chuyên gia phục hồi sinh thái: Ứng dụng các quy luật tái sinh tự nhiên, mối tương quan giữa chỉ số cạnh tranh tán CCI và chiều cao cây để thiết kế các mô hình khoanh nuôi, xúc tiến tái sinh và phục hồi rừng họ Sao Dầu trên các lập địa đất cát nghèo dinh dưỡng.
  4. Cơ quan quản lý nhà nước về Lâm nghiệp và Môi trường cấp tỉnh (Sở Nông nghiệp & PTNT): Khai thác kết quả nghiên cứu làm căn cứ khoa học hoàn thiện chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng, đánh giá khả năng hấp thụ carbon của rừng thường xanh ven biển và xây dựng chiến lược ứng phó biến đổi khí hậu cấp địa phương.

Câu hỏi thường gặp

Ưu hợp Dầu cát tại Khu bảo tồn thiên nhiên Bình Châu – Phước Bửu có đặc trưng tổ thành loài như thế nào?

Quần xã thực vật ghi nhận 55 loài cây gỗ thuộc 42 chi của 30 họ thực vật. Họ Sao Dầu giữ vai trò ưu thế sinh thái cao nhất với chỉ số giá trị quan trọng IVI đạt 48,5%. Sáu loài cây gỗ chiếm ưu thế và đồng ưu thế gồm Dầu cát (IVI = 31,7%), Làu táu (10,1%), Trâm mốc (7,2%), Trường quả nhỏ (7,0%), Máu chó lá nhỏ (5,1%) và Sến cát (4,3%), đóng góp 65,4% tổng giá trị IVI của toàn quần xã.

Tại sao mô hình phân bố hàm Mũ lại phù hợp hơn mô hình Beta trong việc mô tả phân bố số cây theo cấp đường kính (N/D)?

Kiểm định thống kê theo tiêu chuẩn cực tiểu hóa tổng bình phương sai lệch cho thấy hàm Mũ đạt giá trị SSR rất thấp (597 ở nhóm ưu hợp dưới 30% và 242 ở nhóm trên 30%), trong khi hàm Beta có sai số lớn hơn gấp 3,6 đến 4,5 lần (SSR tương ứng là 2.148 và 1.100). Do đó, hàm Mũ phản ánh chính xác quy luật giảm số cây theo cấp đường kính của rừng tự nhiên nhiệt đới ổn định.

Tình trạng tái sinh tự nhiên của loài Dầu cát dưới tán rừng hiện nay diễn ra ra sao?

Cây Dầu cát có khả năng tái sinh tự nhiên rất tốt với thành phần loài cây con có hệ số tương đồng cao so với tầng cây mẹ ($C_S > 75%$). Tuy nhiên, đa số cây tái sinh hiện tập trung ở cấp chiều cao $H < 100$ cm do độ tàn che tán rừng dày đặc (bình quân 0,80), gây trở ngại cho quá trình sinh trưởng vượt tầng nếu không có khoảng trống ánh sáng hỗ trợ.

Chỉ số cạnh tranh tán (CCI) mang lại ý nghĩa gì cho các can thiệp lâm sinh?

Chỉ số CCI lượng hóa mức độ giao tán và cạnh tranh không gian dinh dưỡng giữa các cá thể cây gỗ theo từng cấp chiều cao. Kết quả cho thấy áp lực cạnh tranh tăng dần theo mức độ chiếm ưu thế của Dầu cát. Chỉ số này giúp xác định chính xác tầng chiều cao cần tác động tỉa thưa để giảm cạnh tranh bất lợi, tối ưu hóa điều kiện sinh trưởng cho các cây mục đích.

Nghiên cứu áp dụng tiêu chuẩn phân loại nào để xác định tính ổn định của lâm phần?

Nghiên cứu áp dụng tiêu chuẩn phân loại trạng thái rừng theo Thông tư số 34/2009/TT-BNNPTNT của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Tính ổn định sinh thái được xác lập tại các trạng thái rừng tự nhiên từ trung bình đến giàu, nơi trữ lượng thân cây đạt từ 192,1 m3/ha đến 283,9 m3/ha (bình quân toàn khu vực đạt 231,4 m3/ha).

Kết luận

  • Đã xác định toàn diện cấu trúc lâm học của 55 loài cây gỗ thuộc 42 chi và 30 họ tại Khu bảo tồn thiên nhiên Bình Châu – Phước Bửu, khẳng định vị thế ưu thế sinh thái của họ Sao Dầu (IVI = 48,5%) và loài Dầu cát (IVI = 31,7%).
  • Định lượng chính xác các thông số quần thụ chuẩn mực với mật độ bình quân 693 cây/ha, tiết diện ngang 28,3 m2/ha, trữ lượng gỗ 231,4 m3/ha và độ tàn che tán rừng đạt 0,80.
  • Chứng minh quy luật phân bố số cây theo cấp đường kính tuân theo hàm Mũ giảm dần (SSR tối ưu từ 242 đến 597) và phân bố chiều cao có dạng một đỉnh lệch trái tại cấp $H = 10$ m.
  • Xác lập cơ sở khoa học về hiện tượng nghẽn sinh trưởng tái sinh ở cấp chiều cao $H < 100$ cm, cung cấp căn cứ trực tiếp cho các can thiệp tỉa thưa mở tán cục bộ.
  • Đề xuất hệ thống 4 giải pháp lâm sinh đồng bộ với lộ trình cụ thể từ năm 2024 đến năm 2030 phục vụ bảo tồn và phát triển bền vững nguồn gen cây gỗ lớn ven biển.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã chuẩn hóa cơ sở dữ liệu định lượng và mô hình toán học sinh thái cho ưu hợp Dầu cát trên lập địa đất cát đặc thù miền Đông Nam Bộ. Kế hoạch tiếp theo là mở rộng nghiên cứu động thái tích lũy carbon và quan trắc diễn thế rừng định kỳ giai đoạn 2024 – 2028. Các nhà khoa học, chuyên gia lâm nghiệp và nhà quản lý tài nguyên được khuyến khích khai thác, trích dẫn các phát hiện từ công trình này để hoàn thiện quy trình kỹ thuật phục hồi rừng tự nhiên tại Việt Nam.