Tổng quan nghiên cứu

Khu dự trữ sinh quyển quần đảo Cát Bà được UNESCO chính thức công nhận vào ngày 02 tháng 12 năm 2004, sở hữu tổng diện tích tự nhiên đạt 29.831,5 ha bao gồm 26.941 ha phần đảo và 9.300 ha mặt nước biển. Trong đó, hệ sinh thái rừng trên núi đá vôi chiếm diện tích lớn nhất với khoảng 9.800 ha, là nơi lưu giữ nguồn tài nguyên đa dạng sinh học vô cùng phong phú với 1.585 loài thực vật bậc cao có mạch và 343 loài động vật có xương sống trên cạn, bao gồm loài Voọc Cát Bà đặc hữu quý hiếm. Tuy nhiên, dưới áp lực của các hoạt động khai thác quá mức trong lịch sử cùng sự biến đổi khí hậu, nhiều diện tích rừng tự nhiên trên núi đá vôi đã bị suy thoái nghiêm trọng, làm biến dạng cấu trúc không gian và suy giảm trữ lượng gỗ xuống mức chỉ bằng 50% so với rừng tự nhiên trên núi đất.

Vấn đề cốt lõi đặt ra là các hệ sinh thái núi đá vôi có tính cân bằng cực kỳ mong manh; khi thảm phủ thực vật mất đi, tầng đất mỏng bị xói mòn rửa trôi nhanh chóng khiến khả năng tự phục hồi diễn ra vô cùng khó khăn. Mục tiêu cụ thể của công trình là nghiên cứu xác định các đặc điểm lâm học cơ bản về cấu trúc tầng cây cao, quy luật tái sinh tự nhiên và ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái tại 4 kiểu quần xã thực vật rừng trên núi đá vôi, từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật lâm sinh và quản lý phù hợp. Nghiên cứu được thực hiện tập trung trên địa bàn huyện Cát Hải, thành phố Hải Phòng trong giai đoạn 2016 đến 2018. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn quan trọng, đóng góp trực tiếp vào mục tiêu phục hồi 7.000 ha rừng nghèo kiệt tại vùng đệm và vùng lõi, nâng cao độ che phủ rừng và bảo tồn 81 loài thực vật nguy cấp ghi trong Sách Đỏ Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng của thuyết diễn thế sinh thái học quần xã rừng nhiệt đới của Odum và lý thuyết phân chia tầng thứ thảm thực vật rừng Việt Nam của Thái Văn Trừng. Cụ thể, cấu trúc không gian thẳng đứng của rừng mưa nhiệt đới được phân tách thành 5 tầng rõ rệt: tầng vượt tán (A1), tầng ưu thế sinh thái (A2), tầng dưới tán (A3), tầng cây bụi (B) và tầng thảm tươi cỏ quyết (C).

Bên cạnh đó, mô hình định lượng chỉ số giá trị quan trọng (Important Value Index - IV%) của Daniel Marmillod được áp dụng nhằm đánh giá vai trò sinh thái thực sự của từng loài cây trong lâm phần thông qua công thức kết hợp giữa tỷ lệ phần trăm số cây và tỷ lệ phần trăm tiết diện ngang. Hệ thống lý luận của đề tài tập trung vào 4 khái niệm then chốt: quần xã thực vật rừng trên núi đá vôi kiệt nước, cấu trúc tổ thành tầng cây cao, mật độ tầng thứ theo mặt phẳng thẳng đứng và quy luật tái sinh tự nhiên dưới tán rừng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn bao gồm số liệu thứ cấp kế thừa từ Đề tài khoa học công nghệ cấp quốc gia mã số 24/17/ĐTĐL.CN-XHNVTN cùng báo cáo hiện trạng rừng năm 2017 của Ban Quản lý Vườn Quốc gia Cát Bà, kết hợp toàn diện với nguồn số liệu sơ cấp thu thập qua điều tra thực địa trong năm 2018.

Về quy mô mẫu và phương pháp thu thập, nghiên cứu tiến hành thiết lập 12 ô tiêu chuẩn (OTC) điển hình tạm thời với diện tích mỗi ô là 1.000 m² (tổng diện tích mẫu 1,2 ha) trên 4 trạng thái quần xã thực vật rừng. Tất cả các cây gỗ có đường kính ngang ngực từ 6 cm trở lên được đo đếm chính xác bằng thước kẹp kính (sai số 0,5 cm), chiều cao vút ngọn đo bằng thước Blumeleiss (sai số 0,5 m) và đường kính tán đo theo 2 hướng vuông góc. Trong mỗi ô tiêu chuẩn, tiến hành lập 9 ô dạng bản (ODB) có kích thước 5x5 m (diện tích 25 m²/ô, tổng cộng 108 ô dạng bản trên toàn khu vực) để điều tra lớp cây tái sinh theo 4 cấp chiều cao và 3 cấp chất lượng. Độ tàn che của tán rừng được xác định bằng phương pháp cho điểm tại 100 điểm đo cách đều 5 m theo hệ thống ô lưới.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích thống kê toán học của Brooks và Caruther kết hợp với phần mềm Microsoft Excel là nhằm đảm bảo tính khách quan khi mô hình hóa các quy luật phân bố số cây theo đường kính và tính toán chỉ số phân bố không gian mặt phẳng ngang theo tiêu chuẩn U của Clark và Evans với dung lượng mẫu quan sát 40 cây cho mỗi ô tiêu chuẩn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích số liệu từ 12 ô tiêu chuẩn đã xác định các đặc trưng lâm học quan trọng của rừng tự nhiên trên núi đá vôi Cát Bà:

Thứ nhất, về cấu trúc tầng cây cao, đường kính ngang ngực bình quân dao động từ 14,2 cm đến 26,8 cm, chiều cao vút ngọn bình quân đạt từ 9,5 m đến 15,3 m. Trữ lượng gỗ bình quân của rừng tự nhiên trên núi đá vôi chỉ đạt khoảng 65 m³/ha đến 105 m³/ha, thấp hơn khoảng 45% đến 55% so với các trạng thái rừng nguyên sinh trên đất thịt có cùng điều kiện khí hậu ẩm nhiệt đới. Cấu trúc thẳng đứng thể hiện rõ 2 đến 3 tầng tán, trong đó tầng ưu thế sinh thái (A2) tập trung hơn 70% tổng số cá thể cây gỗ.

Thứ hai, về tổ thành loài và mức độ ưu thế sinh thái, công thức tổ thành dựa trên chỉ số IV% chỉ ra sự vượt trội của một nhóm nhỏ từ 4 đến 7 loài cây ưu thế (chiếm trên 42% tổng giá trị IV%), tiêu biểu như Nghiến, Trai lý, Chò nhai, Vối thuốc, Ràng ràng mít và Ba bét. Các loài còn lại có chỉ số quan trọng nhỏ hơn 5%, đóng vai trò phụ trợ nhưng góp phần duy trì tính đa dạng sinh thái.

Thứ ba, về đặc điểm tái sinh tự nhiên, mật độ cây tái sinh trung bình đạt từ 3.200 đến 8.600 cây/ha trên toàn bộ các trạng thái nghiên cứu. Nguồn gốc tái sinh từ hạt chiếm tỷ lệ vượt trội đạt 78,1% đến 84,5%, trong khi tái sinh chồi chiếm khoảng 15,5% đến 21,9%. Tỷ lệ cây tái sinh có triển vọng đạt phẩm chất tốt dao động từ 48,6% đến 63,2%, tập trung chủ yếu ở cấp chiều cao dưới 1,0 m (chiếm trên 60% tổng số cây tái sinh).

Thứ tư, ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái cho thấy mối tương quan phi tuyến tính giữa độ tàn che và mật độ cây tái sinh mục đích. Ở cấp độ tàn che từ 0,5 đến 0,6, mật độ cây tái sinh đạt giá trị tối ưu với trên 6.500 cây/ha và tỷ lệ cây tốt đạt trên 60%. Khi độ tàn che vượt quá 0,8 hoặc giảm xuống dưới 0,3, số lượng cây con có triển vọng giảm mạnh lần lượt là 35% và 48%.

Thảo luận kết quả

Các phát hiện trên phản ánh điều kiện lập địa khắc nghiệt đặc thù của địa hình karst nhiệt đới tại Cát Bà với hiện tượng kiệt nước theo mùa và tầng đất Feralit nâu đỏ phong hóa mỏng, nằm xen kẽ trong các hốc đá tai mèo lởm chởm. Dữ liệu cấu trúc lâm phần được trực quan hóa sinh động qua các phẫu đồ rừng và biểu đồ phân bố thực nghiệm số cây theo cỡ đường kính. Đồ thị phân bố có dạng đường cong giảm liên tục một đỉnh lệch trái, chứng minh quy luật đào thải tự nhiên diễn ra khốc liệt ở các cấp đường kính nhỏ từ 6 cm đến 14 cm.

Mức độ tương đồng về thành phần loài giữa tầng cây mẹ và tầng cây tái sinh dao động ở mức trung bình từ 65% đến 72%, chứng minh khả năng thay thế thế hệ của các loài cây mục đích bản địa là tương đối khả quan nhưng cần có sự can thiệp lâm sinh để giải phóng không gian dinh dưỡng. Kết quả này hoàn toàn nhất quán với các nghiên cứu của Trần Hữu Viên tại vùng núi đá vôi Tây Bắc và Hoàng Văn Thập tại vùng đệm Vườn Quốc gia Cát Bà, khẳng định rằng rừng núi đá vôi đòi hỏi các biện pháp bảo vệ xúc tiến tái sinh nghiêm ngặt hơn rất nhiều so với rừng trên núi đất.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các bằng chứng lâm học thực nghiệm, đề tài đưa ra 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý trọng tâm nhằm phục hồi bền vững hệ sinh thái rừng núi đá vôi Cát Bà:

  • Thiết lập hệ thống tuần tra bảo vệ nghiêm ngặt đối với 9.800 ha rừng tự nhiên trên núi đá vôi hiện có, đặt mục tiêu ngăn chặn 100% các hành vi chặt phá gỗ quý và săn bắt động vật hoang dã. Ban Quản lý Vườn Quốc gia Cát Bà chủ trì phối hợp với lực lượng Kiểm lâm địa phương triển khai liên tục trong suốt giai đoạn 2019-2025.
  • Áp dụng biện pháp khoanh nuôi xúc tiến tái sinh tự nhiên kết hợp trồng bổ sung cây bản địa trên diện tích khoảng 7.000 ha rừng nghèo kiệt và nương rẫy cũ thoái hóa. Lựa chọn các loài cây mục đích có khả năng thích nghi cao trên đá vôi như Lát hoa, Trai lý, Nghiến và Kim giao với mật độ trồng bổ sung từ 400 đến 600 cây/ha, phấn đấu nâng độ tàn che của rừng lên mức 0,6 - 0,7 trong lộ trình 5 năm (2019-2024) do Chi cục Kiểm lâm và các chủ rừng thực hiện.
  • Thực hiện các biện pháp điều chỉnh lâm sinh cục bộ thông qua việc phát dọn dây leo, cây bụi xâm lấn và tỉa thưa cây cong queo, sâu bệnh chèn ép cây mục đích tại các khu vực có độ tàn che lớn hơn 0,8. Mục tiêu nâng tỷ lệ cây tái sinh có triển vọng đạt phẩm chất tốt lên trên 75% vào năm 2023, giao cho các tổ chức cộng đồng nhận khoán quản lý rừng thực hiện định kỳ 2 lần/năm.
  • Mở rộng chính sách chi trả dịch vụ môi trường rừng gắn liền với phát triển du lịch sinh thái cộng đồng cho hơn 30 thôn bản vùng đệm, nhằm tạo sinh kế bền vững và giảm trên 80% áp lực khai thác lâm sản phụ trái phép. Ủy ban nhân dân huyện Cát Hải phối hợp với Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn thành phố Hải Phòng thực hiện từ năm 2020 đến năm 2025.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị thực tiễn và học thuật to lớn cho 4 nhóm đối tượng chính sau:

  1. Cơ quan quản lý nhà nước và Ban Quản lý rừng đặc dụng: Cán bộ Vườn Quốc gia Cát Bà, Chi cục Kiểm lâm Hải Phòng và Sở Nông nghiệp & PTNT sử dụng luận văn làm căn cứ khoa học trực tiếp để xây dựng phương án quản lý rừng bền vững và quy hoạch các phân khu bảo tồn nghiêm ngặt.
  2. Nhà khoa học, giảng viên và nghiên cứu sinh ngành Lâm sinh, Sinh thái học: Các nhà nghiên cứu có thể kế thừa bộ cơ sở dữ liệu định lượng chuẩn xác về chỉ số IV%, cấu trúc tầng tán và trắc đồ không gian để so sánh với các hệ sinh thái núi đá vôi khác tại Đông Nam Á.
  3. Các tổ chức phi chính phủ và đơn vị bảo tồn quốc tế (UNESCO, IUCN, WWF): Cung cấp các luận cứ khoa học tin cậy để thiết kế các chương trình tài trợ phục hồi cảnh quan rừng karst, đồng thời bảo tồn sinh cảnh sống cốt lõi cho loài Voọc Cát Bà đang đứng trước nguy cơ tuyệt chủng.
  4. Sinh viên và học viên cao học ngành Quản lý Tài nguyên Rừng: Nguồn tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp bố trí 12 ô tiêu chuẩn, thiết lập 108 ô dạng bản và quy trình xử lý số liệu sinh trưởng lâm học theo các mô hình toán sinh học.

Câu hỏi thường gặp

Hệ sinh thái rừng trên núi đá vôi Cát Bà có đặc điểm sinh trưởng nào khác biệt nhất so với rừng trên núi đất?
Rừng trên núi đá vôi phát triển trên nền địa hình hiểm trở, lớp đất mỏng và thiếu nước ngọt nghiêm trọng. Tốc độ sinh trưởng của cây gỗ rất chậm, trữ lượng gỗ bình quân chỉ đạt khoảng 65 - 105 m³/ha, bằng một nửa so với rừng trên núi đất, khiến khả năng phục hồi tự nhiên khi bị tàn phá suy giảm đáng kể.

Chỉ số giá trị quan trọng (IV%) đóng vai trò gì trong việc lựa chọn loài cây phục hồi rừng?
Chỉ số IV% kết hợp giữa tỷ lệ số cá thể và tỷ lệ tiết diện ngang, phản ánh chính xác vai trò sinh thái của loài. Những loài có IV% lớn hơn 5% như Nghiến, Trai lý, Chò nhai giữ vai trò ưu thế lập quần, là đối tượng ưu tiên hàng đầu để lựa chọn trong các mô hình trồng bổ sung và làm giàu rừng.

Nhân tố sinh thái nào ảnh hưởng mạnh nhất đến mật độ tái sinh tự nhiên tại Cát Bà?
Độ tàn che của tán rừng là nhân tố chi phối mạnh mẽ nhất. Nghiên cứu thực nghiệm chứng minh độ tàn che tối ưu cho cây tái sinh sinh trưởng tốt nằm trong khoảng 0,5 đến 0,6 với mật độ trên 6.500 cây/ha. Nếu độ tàn che quá cao hoặc quá thấp, tỷ lệ cây triển vọng đều suy giảm từ 35% đến 48%.

Tại sao phương pháp khoanh nuôi xúc tiến tái sinh kết hợp trồng bổ sung lại hiệu quả hơn trồng mới thuần loài?
Do địa hình đá vôi lởm chởm và tầng đất mỏng, việc trồng rừng thuần loài dễ thất bại và chi phí rất cao. Khoanh nuôi xúc tiến tái sinh tận dụng được hơn 78% cây con tái sinh từ hạt sẵn có, kết hợp trồng bổ sung cục bộ giúp duy trì tính đa dạng sinh học và bảo vệ nguồn nước ngầm.

Quy mô mẫu nghiên cứu của luận văn có đảm bảo độ tin cậy khoa học không?
Luận văn tiến hành điều tra trên 12 ô tiêu chuẩn với tổng diện tích 12.000 m² và 108 ô dạng bản điều tra tái sinh với diện tích 2.700 m² đại diện cho 4 trạng thái rừng. Toàn bộ số liệu được kiểm định bằng phương pháp thống kê toán học của Brooks & Caruther, đảm bảo độ chuẩn xác và tính đại diện cao.

Kết luận

  • Luận văn đã xác lập một cách hệ thống các đặc trưng lâm học cơ bản của 4 kiểu quần xã thực vật rừng trên núi đá vôi tại Khu dự trữ sinh quyển Cát Bà, khẳng định vai trò quyết định của nhóm loài ưu thế có chỉ số IV% trên 42%.
  • Chứng minh trữ lượng gỗ rừng karst chỉ đạt khoảng 50% so với rừng núi đất, tốc độ tái sinh tự nhiên từ hạt chiếm ưu thế trên 78% và phụ thuộc chặt chẽ vào độ tàn che tối ưu từ 0,5 đến 0,6.
  • Đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp kỹ thuật lâm sinh và quản trị cộng đồng toàn diện nhằm phục hồi 7.000 ha rừng nghèo kiệt và bảo tồn nguyên vẹn 9.800 ha sinh cảnh núi đá vôi nguyên sinh.
  • Đóng góp luận cứ khoa học quan trọng cho công tác bảo tồn đa dạng sinh học của Khu dự trữ sinh quyển thế giới và bảo vệ 81 loài thực vật quý hiếm ghi trong Sách Đỏ.
  • Xác định lộ trình triển khai các giải pháp phục hồi lâm sinh giai đoạn 2019-2025 gắn liền với cơ chế chi trả dịch vụ môi trường rừng và sinh kế cộng đồng.

Các nhà quản lý lâm nghiệp, viện nghiên cứu và các tổ chức bảo tồn cần nhanh chóng ứng dụng các giải pháp kỹ thuật của luận văn vào thực tiễn quy hoạch để bảo vệ và phát triển bền vững tài nguyên rừng Cát Bà ngay hôm nay.