Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Keo lai (Acacia mangium $\times$ Acacia auriculiformis) là giống cây lâm nghiệp sinh trưởng nhanh, có khả năng thích ứng cao, cải thiện vi khí hậu và cải tạo đất. Tại Việt Nam, Keo lai được xác định là một trong những loài cây trồng chủ lực cung cấp gỗ nguyên liệu cho công nghiệp sản xuất bột giấy, ván dăm và viên nén năng lượng với diện tích ước tính đạt khoảng 500.000 ha. Cây có khả năng đạt lượng tăng trưởng thường xuyên hàng năm trên 30 $\text{m}^3/\text{ha}/\text{năm}$ trong điều kiện lập địa và chăm sóc thích hợp. Tại khu vực Trạm Thực nghiệm Lâm nghiệp Tân Phú (huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương), rừng trồng Keo lai được mở rộng nhằm tạo sinh kế cho người dân địa phương và thay thế diện tích cây cao su bị thanh lý do suy giảm hiệu quả kinh tế.

Mặc dù diện tích rừng trồng phát triển nhanh, các dữ liệu định lượng về đặc điểm sinh trưởng đường kính, chiều cao, thể tích thân cây và trữ lượng lâm phần Keo lai tại địa bàn huyện Phú Giáo vẫn chưa được hệ thống hóa đầy đủ. Việc thiếu hụt các cơ sở khoa học về động thái cấu trúc và quy luật sinh trưởng gây khó khăn cho công tác dự báo sản lượng, lập kế hoạch tỉa thưa nuôi dưỡng và xác định tuổi khai thác tối ưu. Do đó, đề tài "Đặc điểm sinh trưởng của rừng trồng Keo lai (Acacia mangium $\times$ Acacia auriculiformis) tại Trạm Thực nghiệm Lâm nghiệp Tân Phú, huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương" được thực hiện nhằm cung cấp căn cứ lâm học cho hoạt động quản lý rừng trồng tại địa phương.

Mục tiêu nghiên cứu của khóa luận được xác định cụ thể:

  1. Mục tiêu tổng quát: Xác định đặc điểm sinh trưởng và cấu trúc của rừng trồng Keo lai từ tuổi 2 đến tuổi 7 tại khu vực nghiên cứu.
  2. Mục tiêu cụ thể:
    • Xác định quy luật sinh trưởng của rừng trồng Keo lai tuổi 2 đến 7 thông qua mô hình hóa mối quan hệ tương quan giữa các chỉ tiêu sinh trưởng (đường kính $D_{1.3}$, chiều cao vút ngọn $H_{vn}$, mật độ lâm phần $N$, thể tích cây cá thể $V$, trữ lượng lâm phần $M$) với tuổi cây ($A$).
    • Xây dựng biểu quá trình sinh trưởng của rừng trồng Keo lai tuổi 2 đến 7 phục vụ công tác quản lý và kinh doanh rừng tại địa phương.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Các lâm phần rừng trồng Keo lai thuần loài ở các cấp tuổi 2, 3, 4, 5, 6 và 7 (trồng trong giai đoạn 2016 – 2022).
  • Phạm vi không gian: Trạm Thực nghiệm Lâm nghiệp Tân Phú, huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương.
  • Phạm vi thời gian: Số liệu thực địa được thu thập từ tháng 11 năm 2022 đến tháng 2 năm 2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và đối tượng thực vật

Keo lai tự nhiên là dạng lai chéo giữa Keo tai tượng (Acacia mangium) và Keo lá tràm (Acacia auriculiformis), thừa hưởng đặc tính sinh trưởng nhanh của Keo tai tượng và khả năng chịu hạn, cành nhánh nhỏ, thân thẳng của Keo lá tràm. Tại Việt Nam, các dòng vô tính Keo lai như BV10, BV16, BV32 đã được Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn công nhận giống theo Quyết định số 132-QĐ/BNN-KHCN ngày 17/01/2000; dòng BV33 được công nhận giống quốc gia theo Quyết định số 1998-QĐ/BNN-KHCN ngày 11/07/2006.

Về mặt lý thuyết lâm sinh, quá trình sinh trưởng của cây rừng cá thể và lâm phần tuân theo đường cong chữ S (Sigmoid curve), bao gồm ba giai đoạn chính: giai đoạn hình thành và phát triển, giai đoạn trưởng thành, và giai đoạn thành thục đến già cỗi. Do điều kiện nghiên cứu không chặt hạ giải tích thân cây, đề tài tiếp cận đánh giá sinh trưởng cây bình quân lâm phần thông qua phương pháp mô hình hóa toán học (hàm sinh trưởng).

Phương pháp điều tra thực địa

  • Thiết kế ô tiêu chuẩn (OTC): Sử dụng phương pháp lập ô tiêu chuẩn tạm thời hình chữ nhật có diện tích 500 $\text{m}^2$ ($20\text{ m} \times 25\text{ m}$). Tại mỗi cấp tuổi từ tuổi 2 đến tuổi 7, tiến hành lập 3 OTC lặp lại, tổng cộng thực hiện 18 OTC trên toàn bộ khu vực nghiên cứu.
  • Đo đếm chỉ tiêu lâm học:
    • Chu vi thân cây tại vị trí 1,3 m ($C_{1.3}$) được đo bằng thước dây chính xác đến 0,1 cm, từ đó tính ra đường kính ngang ngực: $D_{1.3} = C_{1.3} / \pi$.
    • Đường kính tán ($D_t$) đo theo hai hướng vuông góc bằng thước dây rồi tính trung bình.
    • Chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$) được đo đếm bằng thước đo sào chuyên dụng kết hợp ước lượng thực địa và hiệu chỉnh qua phương trình tương quan.
    • Định vị vị trí các ô điều tra bằng phần mềm Google Earth kết hợp la bàn địa chất.

Phương pháp xử lý thống kê và mô hình hóa

Số liệu điều tra được tổng hợp và phân tích bằng phần mềm Microsoft Excel (công cụ Data Analysis) và phần mềm thống kê chuyên ngành Statgraphics Centurion XV.I.

  • Phân chia cỡ tổ: Khoảng cách tổ ($K$) được xác định theo công thức $K = (X_{max} - X_{min}) / m$, trong đó số tổ $m$ tính theo công thức $m = 5 \log(n)$ hoặc $m = 3{,}3 \log(n) + 1$.
  • Các tham số đặc trưng mẫu: Tính toán giá trị trung bình ($\bar{X}$), phương sai ($S^2$), độ lệch chuẩn ($S$), hệ số biến động ($Cv% = S \times 100 / \bar{X}$), biên độ biến động ($R = X_{max} - X_{min}$), hệ số lệch ($S_k$), và độ nhọn ($E_x$).
  • Mô hình hóa hàm sinh trưởng: Thử nghiệm các dạng phương trình hồi quy phi tuyến và tuyến tính hóa:
    • Hàm Logarithmic-X: $Y = a + b \ln(X)$
    • Hàm Square root-X: $Y = a + b \sqrt{X}$
    • Hàm Double reciprocal: $Y = 1 / (a + b / X)$
    • Hàm S-curve: $Y = \exp(a + b / X)$
    • Hàm Logarithmic-Y square root-X: $Y = \exp(a + b \sqrt{X})$
  • Tiêu chuẩn lựa chọn mô hình: Đánh giá dựa trên hệ số xác định ($R^2$) cao nhất, tổng bình phương sai số dư ($SSR$) nhỏ nhất, sai số chuẩn của ước lượng ($SEE$) nhỏ nhất, sai số tuyệt đối trung bình ($MAE$) nhỏ nhất và giá trị mức ý nghĩa kiểm định ($P\text{-value} < 0{,}05$).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mở đầu

Chương này làm rõ tính cấp thiết của việc nghiên cứu đặc tính sinh trưởng Keo lai tại Trạm Thực nghiệm Lâm nghiệp Tân Phú trong bối cảnh địa phương đang chuyển đổi cơ cấu cây trồng. Tác giả xác định rõ ràng mục tiêu tổng quát, 2 mục tiêu cụ thể, phạm vi nghiên cứu (lâm phần Keo lai từ 2 đến 7 tuổi tại huyện Phú Giáo) và ý nghĩa khoa học lẫn thực tiễn của đề tài trong việc cung cấp cơ sở định lượng cho các tác động lâm sinh (tỉa thưa, điều chế rừng).

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu

Nội dung chương trình bày tổng quan về nguồn gốc lai tự nhiên của Keo lai, các quyết định công nhận giống vô tính của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (BV10, BV16, BV32, BV33), cùng đặc điểm hình thái và giá trị sử dụng gỗ. Đồng thời, chương cung cấp thông tin chi tiết về điều kiện tự nhiên - kinh tế - xã hội của tỉnh Bình Dương và huyện Phú Giáo:

  • Địa hình - thổ nhưỡng: Bình nguyên lượn sóng nhẹ (cao độ 10 – 15 m), nhóm đất xám trên phù sa cổ (chiếm khoảng 200.000 ha toàn tỉnh) và đất nâu vàng trên phù sa cổ (khoảng 35.206 ha).
  • Khí hậu - thủy văn: Khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ trung bình năm 26 – 27 °C, lượng mưa trung bình năm từ 1.800 – 2.000 mm, phân hóa thành hai mùa mưa - khô rõ rệt. Mạng lưới sông ngòi gồm sông Bé, sông Sài Gòn và sông Đồng Nai.
  • Hiện trạng lâm nghiệp: Phú Giáo là một trong hai huyện có quỹ đất lâm nghiệp lớn nhất tỉnh Bình Dương, trong đó Công ty TNHH MTV Lâm nghiệp Bình Dương quản lý 5.683,6 ha đất lâm nghiệp.

Chương 3: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết hệ thống phương pháp luận thu thập số liệu ngoại nghiệp trên 18 ô tiêu chuẩn tạm thời (500 $\text{m}^2/\text{OTC}$, 3 OTC/cấp tuổi từ tuổi 2 đến tuổi 7). Chương mô tả các công thức tính toán toán học thống kê mô tả (phân bố tần số, số trung bình, phương sai, độ lệch chuẩn, hệ số biến động, độ lệch phân bố $S_k$, độ nhọn $E_x$), phương pháp chia tổ thực nghiệm, cùng danh mục các dạng hàm toán học thử nghiệm trên phần mềm Statgraphics Centurion XV.I để xây dựng phương trình tương quan sinh trưởng ($D_{1.3}, H_{vn}, V, N, M$ theo tuổi $A$).

Chương 4: Kết quả nghiên cứu

Đây là chương nội dung trọng tâm của khóa luận, phản ánh toàn bộ các phát hiện thực nghiệm:

  • Cấu trúc phân bố số cây theo cấp đường kính ($N - D_{1.3}$): Ở giai đoạn tuổi 2, 3, 4, đường cong phân bố có dạng lệch phải ($S_k > 0$ ở tuổi 2 và $S_k < 0$ ở tuổi 3, 4 theo cách tính phần mềm), các cây tập trung ở cỡ kính nhỏ. Từ tuổi 5 đến tuổi 7, phân bố chuyển dần sang dạng lệch trái ($S_k$ biến thiên từ $-0{,}41$ đến $0{,}26$), số cây tập trung quanh đường kính bình quân lớn, phản ánh sự thành thục dần của lâm phần.
  • Cấu trúc phân bố số cây theo cấp chiều cao ($N - H_{vn}$): Chiều cao bình quân tăng nhanh từ 6,04 m (tuổi 2) lên 19,6 m (tuổi 5), sau đó tăng chậm ở tuổi 6 (19,7 m) và tuổi 7 (20,3 m). Ở tuổi 4, phân bố xuất hiện dạng nhiều đỉnh ($S_k = 0{,}21, Cv% = 53{,}8%$) do sự phân hóa mạnh mẽ về tầng tán dưới mật độ cao (2.120 cây/ha).
  • Cấu trúc phân bố số cây theo cấp thể tích ($N - V$): Phân bố thể tích ở đa số các cấp tuổi mang dạng đỉnh lệch trái, thể tích cá thể bình quân đạt từ 0,025 $\text{m}^3/\text{cây}$ (tuổi 2) lên 0,231 $\text{m}^3/\text{cây}$ (tuổi 7).
  • Mô hình tương quan sinh trưởng theo tuổi ($A$): Thử nghiệm và xác lập các phương trình tương quan tối ưu cho $D_{1.3}$, $H_{vn}$, $V$, $N$, $M$ theo tuổi lâm phần.
  • Động thái tăng trưởng và lập biểu sinh trưởng: Phân tích quy luật tăng trưởng thường xuyên ($i_D, i_H, i_V$) và tăng trưởng bình quân ($iDbq, iHbq, iVbq$), chứng minh tốc độ tăng trưởng đạt đỉnh ở giai đoạn 2 – 5 tuổi và giảm rõ rệt ở giai đoạn 6 – 7 tuổi.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Tóm lược các chỉ số sinh trưởng đạt được của Keo lai qua 6 cấp tuổi, khẳng định quy luật tăng trưởng nhanh ở các năm đầu và chậm lại sau tuổi 5. Đưa ra các kiến nghị kỹ thuật về thời điểm tỉa thưa (tuổi 3 – 4) và xác định luân kỳ khai thác chính ở tuổi 6 – 7 nhằm tối ưu hóa hiệu quả kinh tế.

Kết quả và đóng góp

Số liệu thực nghiệm sinh trưởng lâm phần Keo lai (tuổi 2 – 7)

Dữ liệu tổng hợp từ 18 ô tiêu chuẩn tại Trạm Thực nghiệm Lâm nghiệp Tân Phú được thể hiện qua bảng sau:

Tuổi ($A$) $D_{1.3}$ thực nghiệm (cm) $H_{vn}$ thực nghiệm (m) Thể tích cây bình quân $V$ ($\text{m}^3/\text{cây}$) Trữ lượng lâm phần $M$ ($\text{m}^3/\text{ha}$) Mật độ lâm phần $N$ (cây/ha)
2 9,8 6,04 0,025 43,9 2.670
3 11,4 11,30 0,061 94,6 2.480
4 12,8 17,50 0,118 — 2.120
5 13,6 19,60 0,151 — 1.530
6 14,4 19,70 0,188 — 1.500
7 15,8 20,30 0,231 225,1 1.460

Hệ thống mô hình tương quan sinh trưởng được lựa chọn

Qua sàng lọc thống kê từ các dạng hàm thử nghiệm trong Statgraphics, các phương trình tương quan biểu diễn tối ưu quy luật sinh trưởng của Keo lai tại khu vực nghiên cứu gồm:

Quan hệ sinh trưởng Dạng mô hình toán học Phương trình tương quan $R^2$ (%) $SSR$ $SEE$
Đường kính theo tuổi ($D_{1.3} - A$) Double reciprocal $D_{1.3} = \frac{1}{0{,}0554111 + 0{,}0885929 / A}$ 73,6 0,0003 0,008
Chiều cao theo tuổi ($H_{vn} - A$) Logarithmic-X $H_{vn} = -1{,}33637 + 12{,}0394 \times \ln(A)$ 92,9 11,9900 1,730
Thể tích theo tuổi ($V - A$) Square root-X $V = -0{,}220447 + 0{,}168036 \times \sqrt{A}$ 99,2 0,00023 0,00568

Phát hiện quy luật lâm học và đóng góp của đề tài

  1. Động thái mật độ và phân hóa tự nhiên: Mật độ lâm phần giảm mạnh theo thời gian từ 2.670 cây/ha ở tuổi 2 xuống còn 1.460 cây/ha ở tuổi 7. Tỷ lệ suy giảm mật độ diễn ra mạnh nhất trong giai đoạn tuổi 4 đến tuổi 5 (từ 2.120 cây/ha xuống 1.530 cây/ha) do hiện tượng tỉa thưa tự nhiên khốc liệt khi tán rừng giao nhau và cạnh tranh ánh sáng gay gắt.
  2. Quy luật tăng trưởng: Tăng trưởng thường xuyên hàng năm ($i_D, i_H, i_V$) và tăng trưởng bình quân ($iDbq, iHbq, iVbq$) tăng trưởng mạnh mẽ từ tuổi 2 đến tuổi 5. Từ tuổi 6 đến tuổi 7, nhịp độ sinh trưởng về đường kính và chiều cao có xu hướng chậm lại rõ rệt (chiều cao chỉ tăng thêm 0,6 m từ tuổi 6 lên tuổi 7; đường kính tăng từ 14,4 cm lên 15,8 cm).
  3. Căn cứ xác định luân kỳ khai thác: Kết quả chứng minh lâm phần Keo lai tại vùng đất Tân Phú - Phú Giáo đạt độ thành thục công nghệ và sinh trưởng kinh tế ở giai đoạn 6 – 7 tuổi (trữ lượng đạt 225,1 $\text{m}^3/\text{ha}$). Đây là thời điểm thích hợp để tiến hành khai thác chính nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao nhất và bắt đầu chu kỳ kinh doanh mới.
  4. Đóng góp kỹ thuật: Đề tài đã xây dựng được biểu quá trình sinh trưởng định lượng chi tiết từ tuổi 2 đến tuổi 7 cho Keo lai tại Bình Dương, cung cấp công cụ tính toán và dự báo sản lượng cho cán bộ kỹ thuật quản lý rừng tại địa phương.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế thực tế của đề tài: Tác giả không tiến hành giải tích thân cây (chặt hạ cây mẫu để đo đếm vòng năm sinh trưởng bên trong thớ gỗ) do điều kiện quy định bảo toàn lâm phần tại trạm thực nghiệm. Nghiên cứu chỉ sử dụng phương pháp điều tra lát cắt không gian trên hệ thống ô tiêu chuẩn tạm thời tại một thời điểm để suy luận cho quá trình sinh trưởng theo thời gian.
  • Hướng nghiên cứu mở rộng:
    • Thực hiện phương pháp giải tích thân cây trên các cấp tuổi khi lâm phần bước vào giai đoạn khai thác để kiểm chứng và hoàn thiện chính xác các đường cong sinh trưởng lịch sử.
    • Thiết lập các ô tiêu chuẩn định vị cố định để theo dõi liên tục động thái lâm phần qua các năm.
    • Nghiên cứu bổ sung các yếu tố ảnh hưởng của lập địa, mật độ trồng ban đầu và các chế độ tỉa thưa nuôi dưỡng rừng đến chất lượng gỗ lớn phục vụ chế biến đồ mộc xuất khẩu.

Giá trị tham khảo

Bản khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên môn có giá trị ứng dụng cụ thể:

  • Đối với sinh viên và học viên ngành Lâm nghiệp, Lâm học, Quản lý tài nguyên rừng: Cung cấp tài liệu mẫu mực về phương pháp điều tra cấu trúc lâm phần, quy trình thu thập và xử lý số liệu ngoại nghiệp, phương pháp ứng dụng phần mềm Statgraphics trong mô hình hóa sinh trưởng cây rừng.
  • Đối với cán bộ quản lý và kỹ thuật viên lâm nghiệp tại Bình Dương và vùng Đông Nam Bộ: Bộ phương trình tương quan ($D_{1.3}-A$, $H_{vn}-A$, $V-A$) và bảng biểu quá trình sinh trưởng là công cụ trực tiếp phục vụ công tác kiểm kê tài nguyên rừng, xây dựng phương án điều chế rừng, dự báo sản lượng gỗ và xác định chế độ tỉa thưa hợp lý cho rừng trồng Keo lai.

Câu hỏi thường gặp

1. Kích thước và số lượng ô tiêu chuẩn được thiết lập trong nghiên cứu là bao nhiêu?

Nghiên cứu đã thiết lập tổng cộng 18 ô tiêu chuẩn tạm thời. Mỗi cấp tuổi (từ tuổi 2 đến tuổi 7) được bố trí 3 ô tiêu chuẩn lặp lại. Mỗi ô tiêu chuẩn có diện tích $500\text{ m}^2$ với kích thước hình học là $20\text{ m} \times 25\text{ m}$.

2. Mật độ lâm phần Keo lai thay đổi như thế nào từ tuổi 2 đến tuổi 7?

Mật độ lâm phần giảm dần qua các năm tuổi do quá trình đào thải tự nhiên và cạnh tranh không gian dinh dưỡng:

  • Tuổi 2: 2.670 cây/ha
  • Tuổi 3: 2.480 cây/ha
  • Tuổi 4: 2.120 cây/ha
  • Tuổi 5: 1.530 cây/ha
  • Tuổi 6: 1.500 cây/ha
  • Tuổi 7: 1.460 cây/ha

3. Phương trình toán học nào mô tả chính xác nhất quy luật sinh trưởng thể tích thân cây theo tuổi?

Mối quan hệ giữa thể tích thân cây cá thể ($V$, $\text{m}^3/\text{cây}$) và tuổi cây ($A$, năm) được mô tả tốt nhất bằng hàm Square root-X: $$V = -0{,}220447 + 0{,}168036 \times \sqrt{A}$$ Phương trình đạt hệ số xác định $R^2 = 99{,}2%$, tổng bình phương sai số dư $SSR = 0{,}00023$ và sai số chuẩn $SEE = 0{,}00568$ ($P < 0{,}05$).

4. Chiều cao và đường kính bình quân của lâm phần Keo lai đạt giá trị bao nhiêu ở tuổi 7?

Tại thời điểm 7 tuổi, đường kính ngang ngực bình quân ($D_{1.3}$) của lâm phần đạt 15,8 cm (biên độ biến động $R = 17{,}18\text{ cm}$, $Cv% = 12{,}3%$) và chiều cao vút ngọn bình quân ($H_{vn}$) đạt 20,3 m (biên độ biến động $R = 13\text{ m}$, $Cv% = 58{,}6%$).

5. Dựa trên số liệu tăng trưởng, tác giả đề xuất thời điểm khai thác rừng Keo lai vào năm tuổi nào?

Tác giả đề xuất nên tiến hành khai thác rừng ở giai đoạn 6 – 7 tuổi. Cơ sở là do tăng trưởng thường xuyên về chiều cao và đường kính sau tuổi 5 tăng rất chậm (chiều cao chỉ tăng từ 19,7 m ở tuổi 6 lên 20,3 m ở tuổi 7), trong khi trữ lượng đã đạt mức $225{,}1\text{ m}^3/\text{ha}$, việc kéo dài chu kỳ nuôi dưỡng sẽ làm giảm hiệu quả kinh tế trên một đơn vị thời gian.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Quang Huy đã giải quyết trọn vẹn các mục tiêu nghiên cứu về cấu trúc và quy luật sinh trưởng của rừng trồng Keo lai từ 2 đến 7 tuổi tại Trạm Thực nghiệm Lâm nghiệp Tân Phú, huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương. Bằng phương pháp điều tra thực địa trên 18 ô tiêu chuẩn và xử lý thống kê bằng phần mềm Statgraphics, nghiên cứu đã xây dựng thành công hệ thống phương trình hồi quy tương quan có độ tin cậy cao cho các chỉ tiêu đường kính, chiều cao và thể tích thân cây. Kết quả phân tích động thái lâm phần chỉ ra rằng Keo lai sinh trưởng mạnh trong 5 năm đầu và suy giảm nhịp độ tăng trưởng ở tuổi 6 và 7, cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn để đề xuất luân kỳ khai thác tối ưu ở 6 – 7 tuổi. Toàn bộ hệ thống bảng biểu quá trình sinh trưởng và mô hình toán học trong đề tài là nguồn tài liệu tham khảo giá trị phục vụ công tác quy hoạch, quản lý và kinh doanh rừng trồng Keo lai tại khu vực Đông Nam Bộ.