Tổng quan nghiên cứu

Vườn Quốc gia Cát Bà có tổng diện tích tự nhiên 17.362,96 ha, bao gồm 10.912,51 ha phần đảo và 6.450,45 ha phần biển, được tổ chức UNESCO công nhận là Khu Dự trữ sinh quyển thế giới vào năm 2004. Khu 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 vị trí đặc biệt quan trọng với 1.026 loài, chiếm tới 64,7% tổng số loài thực vật toàn khu vực, bao gồm 81 loài nguy cấp, quý hiếm ghi nhận trong Sách Đỏ Việt Nam 2007 và Danh mục Thực vật rừng nguy cấp, quý hiếm ban hành kèm Nghị định số 32/2006/NĐ-CP của Chính phủ.

Loài Bình vôi (Stephania rotunda Lour.) thuộc họ Tiết dê (Menispermaceae) là nguồn cung cấp ancaloit tự nhiên quý giá, đặc biệt là Rotundin với tỷ lệ chiết xuất từ 1,2% đến 1,5% trong củ tươi, có công dụng an thần, điều hòa huyết áp và hỗ trợ điều trị mất ngủ. Tuy nhiên, hoạt động thu hái thương mại tự phát của người dân cùng áp lực biến đổi sinh cảnh rừng núi đá vôi đã khiến trữ lượng loài bị suy giảm nghiêm trọng. Luận văn thạc sĩ lâm nghiệp của học viên Nguyễn Văn Dinh dưới sự hướng dẫn của Phó Giáo sư, Tiến sĩ Trần Ngọc Hải được thực hiện từ tháng 2/2016 đến tháng 10/2016 tại vùng lõi Vườn Quốc gia Cát Bà nhằm xác định đặc tính lâm học, hiện trạng phân bố và thử nghiệm quy trình nhân giống. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi xác lập cơ sở khoa học để khoanh vùng bảo tồn 500 ha sinh cảnh tự nhiên và chuyển giao kỹ thuật nhân giống đạt tỷ lệ sống trên 80%, mở ra triển vọng phát triển sinh kế bền vững với năng suất bình quân 1 tấn củ khô/ha cho cộng đồng địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên ba trụ cột lý thuyết chuyên ngành lâm sinh và sinh học bảo tồn:

  • Lý thuyết cấu trúc quần xã thực vật và chỉ số giá trị quan trọng (Important Value Index - IV%) của Daniel Marmillod kết hợp hệ thống phân loại thảm thực vật rừng nhiệt đới của Thái Văn Trừng, cho phép định lượng vai trò ưu thế sinh thái của các loài cây gỗ tầng cao nơi Bình vôi phân bố.
  • Lý thuyết sinh thái học quang hợp và giải phẫu thực vật, phân tích mối tương quan giữa tỷ lệ sắc tố diệp lục Chlorophyll a/b với cấu trúc mô đồng hóa nhằm xác định chính xác nhu cầu ánh sáng của loài.
  • Lý thuyết sinh sản sinh dưỡng vô tính và nguyên lý bảo tồn sinh học (kết hợp bảo tồn nguyên vị In-situ và chuyển vị Ex-situ), vận dụng cơ chế phân bào nguyên nhiễm để bảo tồn nguyên vẹn nguồn gen dược liệu quý.

Các khái niệm trọng tâm bao gồm: Đặc điểm lâm học (đặc tính sinh thái, vật hậu, cấu trúc tầng tán và tái sinh tự nhiên), Chỉ số IV% (tỷ lệ tổ thành sinh thái), Nhân giống vô tính (giâm hom cành và nuôi cấy mô in-vitro), Hoạt chất ancaloit (Rotundin và Roemerin trong thân củ).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài được tích hợp từ điều tra thực địa ngoại nghiệp và phân tích nội nghiệp:

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu ngoại nghiệp: Bố trí 05 tuyến điều tra đại diện băng qua các dạng địa hình karst và trạng thái rừng chính. Lập 25 ô tiêu chuẩn (OTC) với diện tích 500 m2/OTC (5 OTC/tuyến) theo đường đồng mức; trong mỗi OTC bố trí 5 ô dạng bản (ODB) diện tích 25 m2 (5x5 m) để thu thập dữ liệu cây tái sinh và thảm tươi. Khảo sát hình thái và vật hậu trên 30 cá thể mẫu; tiến hành phỏng vấn sâu 10 cán bộ kiểm lâm và 18 người dân địa phương.
  • Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm: Lấy 10 mẫu lá bánh tẻ để đo đếm chỉ tiêu giải phẫu cắt ngang mô lá bằng kính hiển vi OPTIKA M-699 có gắn máy ảnh kỹ thuật số Optikam PRO 3; xác định hàm lượng Chlorophyll a, b bằng phương pháp đo mật độ quang học ở bước sóng 665 nm và 649 nm; phân tích 12 phẫu diện đất theo phương pháp Tiurin (mùn), Kjeldahl (đạm tổng số), Oniani (lân dễ tiêu), Matlova (kali dễ tiêu).
  • Thử nghiệm nhân giống: Khảo nghiệm gieo 400 hạt theo 4 phương thức xử lý (100 hạt/công thức); giâm 240 hom (20 cm/hom) xử lý chất kích thích IBA ở 4 nồng độ (0, 500, 1000, 1500 ppm) trên 2 loại thể nền với 3 lần lặp; nuôi cấy mô chồi ngọn trên môi trường MS bổ sung BA và than hoạt tính tại Trung tâm Ứng dụng Tiến bộ Khoa học và Công nghệ Hải Phòng.
  • Xử lý số liệu: Sử dụng phần mềm Excel phân tích phương sai ANOVA 2 nhân tố và phần mềm MapInfo 10.5 kết hợp MapSource 4.0 trên nền định vị vệ tinh GPS để số hóa bản đồ phân bố. Toàn bộ quy trình được thực hiện từ tháng 2 đến tháng 10 năm 2016.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  • Đặc điểm sinh thái và phân bố tự nhiên: Loài Bình vôi tại Vườn Quốc gia Cát Bà phân bố tập trung ở đai độ cao từ 50 m đến 200 m trên nền đá vôi kỷ Cacbon muộn - Pecmi có niên đại 250 - 280 triệu năm. Vị trí phân bố chủ yếu nằm ở chân sườn và sườn dốc (chiếm 72,4% tổng số cá thể ghi nhận), rất hiếm khi xuất hiện ở đỉnh núi đá dốc đứng. Đất nơi loài phân bố là đất Feralit đỏ nâu trên đá vôi (Fv) có tầng đất mỏng 15 - 30 cm, hàm lượng mùn tầng mặt đạt mức giàu (trên 6,8%) và độ chua pH KCL dao động từ 5,8 đến 6,5.
  • Khả năng thích nghi quang học và chu kỳ vật hậu: Tỷ lệ diệp lục a/b dao động từ 2,35 đến 2,68 cùng cấu trúc mô dậu 1 lớp chiếm 32% bề dày phiến lá chứng minh Bình vôi là loài thực vật ưa sáng nhẹ đến trung bình, sinh trưởng tối ưu dưới độ tàn che rừng 0,3 - 0,5. Cây bắt đầu nảy chồi non từ tháng 2 đến tháng 3, ra hoa rộ từ tháng 4 đến tháng 6, quả chín đỏ vào tháng 8 đến tháng 10 và rụng lá ngủ đông từ tháng 11 đến tháng 1 năm sau.
  • Hiệu quả kỹ thuật nhân giống:
    • Gieo hạt: Hạt được chà sạch thịt quả và ngâm nước ấm 35°C - 50°C trước khi gieo cho tỷ lệ nảy mầm đạt 82,0%, cao hơn 54,0% so với phương pháp gieo hạt phơi khô truyền thống (chỉ đạt 28,0%).
    • Giâm hom: Công thức hom xử lý dung dịch IBA nồng độ 1000 ppm trên thể nền 1 (50% đất tầng B + 50% cát ẩm) mang lại tỷ lệ ra chồi đạt cao nhất 86,7%, số chồi bình quân đạt 3,1 chồi/hom và chiều dài chồi đạt 14,6 cm sau 25 ngày, vượt trội rõ rệt so với công thức đối chứng không dùng thuốc (tỷ lệ ra chồi 33,3%).
    • Nuôi cấy mô: Khử trùng mẫu đoạn thân bằng dung dịch HgCl2 0,2% trong 6 phút cho tỷ lệ mẫu sạch sống đạt 73,3%; môi trường bổ sung 0,2 mg/l chất điều hòa BA cho hệ số nhân nhanh tối ưu đạt 3,45 chồi/mẫu.
  • Thực trạng suy thoái quần thể: Mật độ tự nhiên của loài trong 25 ô tiêu chuẩn rất thấp, chỉ đạt bình quân 4,8 cây/ha. Kết quả phỏng vấn 18 người dân địa phương cho thấy 77,8% người dân từng tham gia khai thác củ tự nhiên để bán cho thương lái với giá 15.000 - 25.000 VNĐ/kg củ tươi, khiến số cá thể có đường kính củ trên 20 cm suy giảm hơn 65% so với giai đoạn trước năm 2010.

Thảo luận kết quả

Khả năng tái sinh tự nhiên từ hạt của Bình vôi ngoài rừng nguyên sinh bị hạn chế nghiêm trọng do chế độ khô hạn kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau với lượng bốc hơi nước lên tới 700 mm/năm. Khi hạt chín rụng xuống các hốc đá tai mèo, lớp đất mặt mỏng không đủ giữ ẩm khiến phôi hạt dễ mất sức sống. Thêm vào đó, việc người dân khai thác triệt để phần củ đã triệt tiêu hoàn toàn khả năng tái sinh chồi sinh dưỡng của loài trong tự nhiên.

Kết quả nghiên cứu về tính ưa sáng nhẹ tương đồng với các phát hiện của tác giả Trần Ngọc Hải khi nghiên cứu loài Củ dòm (Stephania dielsiana) tại Vườn Quốc gia Ba Vì, khẳng định các loài thuộc chi Stephania đạt năng suất sinh khối củ cao gấp hai lần khi gây trồng ở độ tàn che 0,3 - 0,4 so với việc trồng dưới tán rừng rậm rạp có độ tàn che trên 0,7. Về phương diện trình bày trực quan, các chuỗi số liệu thực nghiệm trong luận văn được mô hình hóa hiệu quả qua biểu đồ cột thể hiện biến thiên tỷ lệ ra chồi theo nồng độ IBA, đồ thị tương quan hàm lượng diệp lục theo độ che phủ và bản đồ số GIS phân vùng 3 trạng thái rừng ưu tiên bảo tồn tại đảo Cát Bà.

Đề xuất và khuyến nghị

  • Thiết lập khu bảo tồn nguyên vị: Ban Quản lý Vườn Quốc gia Cát Bà chủ trì khoanh vùng bảo vệ nghiêm ngặt 500 ha rừng tự nhiên thường ẩm trên núi đá vôi tại phân khu Trung Trang và Việt Hải; lắp đặt 10 biển báo ranh giới bảo tồn và duy trì tuần tra kiểm soát 2 lần/tuần nhằm giảm 95% tình trạng khai thác trái phép giai đoạn 2017 - 2020.
  • Hoàn thiện quy trình nhân giống chuyển vị: Trung tâm Ứng dụng Tiến bộ Khoa học và Công nghệ Hải Phòng phối hợp cùng Vườn Quốc gia Cát Bà ứng dụng kỹ thuật giâm hom xử lý IBA 1000 ppm và công nghệ nuôi cấy mô in-vitro, đặt mục tiêu sản xuất 30.000 - 50.000 cây giống sạch bệnh phục vụ công tác tái phục hồi nguồn gen giai đoạn 2018 - 2023.
  • Xây dựng mô hình sinh kế gắn với chuỗi giá trị: Ủy ban nhân dân huyện Cát Hải và Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn hỗ trợ chuyển giao kỹ thuật cho 150 hộ dân vùng đệm trồng thử nghiệm 20 ha Bình vôi dưới tán vườn đồi với mật độ 2.500 cây/ha, hướng tới mục tiêu thu hoạch 1 tấn củ khô/ha/năm, tạo nguồn thu nhập từ 25 đến 35 triệu đồng/hộ/năm từ năm 2019 đến năm 2025.
  • Nâng cao năng lực quản lý và truyền thông: Vườn Quốc gia Cát Bà tổ chức 06 khóa tập huấn chuyên môn về điều tra thực vật rừng cho 100% cán bộ kiểm lâm; thực hiện 12 chiến dịch truyền thông pháp luật theo Nghị định 32/2006/NĐ-CP cho hơn 1.200 lượt cư dân địa phương nhằm nâng cao ý thức bảo vệ tài nguyên đa dạng sinh học đến năm 2020.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  • Cán bộ quản lý và chuyên viên tại các Vườn Quốc gia, Khu Bảo tồn Thiên nhiên: Ứng dụng hệ thống bản đồ số MapInfo và dữ liệu tuyến điều tra thực địa để xây dựng đề án khoanh vùng bảo tồn các loài thực vật thân leo có củ quý hiếm trên địa hình núi đá vôi.
  • Giảng viên, nghiên cứu viên và sinh viên ngành Lâm sinh, Quản lý Tài nguyên Rừng: Sử dụng phương pháp điều tra tổ thành rừng theo chỉ số IV% của Daniel Marmillod, kỹ thuật giải phẫu mô thực vật và các chỉ tiêu phân tích đất làm học liệu tham khảo trong nghiên cứu học thuật.
  • Doanh nghiệp dược phẩm và các hợp tác xã nông nghiệp công nghệ cao: Khai thác trực tiếp quy trình nhân giống bằng hom và công nghệ nuôi cấy mô tế bào để phát triển vùng trồng nguyên liệu chiết xuất hoạt chất Rotundin quy mô hàng hóa.
  • Cơ quan hoạch định chính sách nông nghiệp và lâm nghiệp địa phương: Vận dụng các mô hình phát triển sinh kế dưới tán rừng để xây dựng chương trình mục tiêu quốc gia về phát triển dược liệu gắn liền với bảo vệ rừng đặc dụng.

Câu hỏi thường gặp

Loài Bình vôi tại Vườn Quốc gia Cát Bà có giá trị dược tính chính là gì? Củ Bình vôi chứa hàm lượng ancaloit toàn phần từ 1,2% đến 1,5% ở củ tươi, trong đó thành phần chủ yếu là Rotundin (L-tetrahydropalmatin) có tác dụng an thần, chống co giật, gây ngủ êm dịu, hạ huyết áp và điều hòa nhịp tim. Ngoài ra, chiết xuất Roemerin (ancaloit A) trong củ còn có tác dụng gây tê bề mặt niêm mạc rất hữu hiệu.

Những yếu tố sinh thái nào quyết định sự phân bố của Bình vôi tại Cát Bà? Bình vôi phân bố tối ưu ở đai cao 50 - 200 m thuộc vùng sườn và chân núi đá vôi có tầng đất mỏng giàu mùn (hàm lượng mùn trên 6,8%). Loài có tỷ lệ diệp lục a/b đạt 2,35 - 2,68 và mô dậu chiếm 32% phiến lá, phản ánh đặc tính ưa sáng nhẹ dưới độ che tán rừng từ 0,3 đến 0,5.

Phương pháp nhân giống Bình vôi nào cho hiệu quả tối ưu nhất hiện nay? Phương pháp giâm hom đốt thân dài 20 cm chứa chồi ngủ xử lý bằng chất điều hòa sinh trưởng IBA nồng độ 1000 ppm trên thể nền 50% đất tầng B phối trộn 50% cát ẩm mang lại hiệu quả cao nhất với tỷ lệ ra chồi đạt 86,7%, số chồi đạt 3,1 chồi/hom sau 25 ngày theo dõi.

Tại sao trữ lượng Bình vôi tự nhiên tại đảo Cát Bà đứng trước nguy cơ cạn kiệt? Do 77,8% người dân địa phương tham gia thu hái củ tự nhiên ồ ạt để bán cho thương lái với giá rẻ từ 15.000 đến 25.000 VNĐ/kg. Cùng với đó, tái sinh hạt tự nhiên chịu sức ép từ mùa khô hạn kéo dài (lượng bốc hơi 700 mm/năm), khiến mật độ quần thể giảm xuống chỉ còn 4,8 cây/ha.

Luận văn đã đóng góp những giải pháp thực tiễn nào cho công tác bảo tồn? Luận văn đã số hóa bản đồ GIS khoanh vùng ưu tiên bảo tồn 500 ha vùng lõi, chuẩn hóa quy trình nhân giống vô tính đạt tỷ lệ thành công trên 86% và đề xuất mô hình trồng dược liệu dưới tán rừng vườn đồi đạt năng suất 1 tấn củ khô/ha/năm tạo sinh kế ổn định cho cộng đồng.

Kết luận

  • Xác lập hệ thống dữ liệu toàn diện về đặc tính lâm học, sinh vật học và phân bố của loài Bình vôi (Stephania rotunda Lour.) trên sinh cảnh karst đặc thù tại Vườn Quốc gia Cát Bà.
  • Xác định chính xác đặc tính ưa sáng nhẹ (độ tàn che 0,3 - 0,5) và quy luật phân bố tập trung ở đai cao 50 - 200 m tại chân sườn núi đá vôi có tầng mùn giàu.
  • Chuẩn hóa thành công công nghệ nhân giống bằng hom xử lý IBA 1000 ppm đạt tỷ lệ ra chồi 86,7% và gieo hạt xử lý nhiệt đạt tỷ lệ nảy mầm 82,0%.
  • Cung cấp dẫn liệu khoa học cảnh báo về sự suy giảm mật độ quần thể tự nhiên xuống mức 4,8 cá thể/ha do tác động khai thác thương mại không kiểm soát.
  • Đề xuất đồng bộ 4 nhóm giải pháp kết hợp giữa bảo tồn nguyên vị 500 ha vùng lõi và nhân rộng mô hình nông - lâm kết hợp đạt năng suất 1 tấn củ khô/ha/năm.

Đóng góp chính của công trình là cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn vững chắc phục vụ công tác quản lý bảo tồn nguồn gen dược liệu nguy cấp Nhóm IIA theo Nghị định 32/2006/NĐ-CP. Trong giai đoạn 2017 - 2025, các cơ quan chức năng cần tiếp tục quan trắc hàm lượng hoạt chất Rotundin theo tuổi cây và triển khai các vườn ươm thương phẩm quy mô lớn. Các nhà quản lý, viện nghiên cứu và doanh nghiệp hãy tăng cường hợp tác công - tư để bảo tồn và khai thác bền vững nguồn tài nguyên cây thuốc quý giá của đảo Cát Bà.