Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Rừng tự nhiên đóng vai trò thiết yếu trong việc bảo vệ môi trường, duy trì độ phì nhiêu của đất, hạn chế thiên tai và bảo tồn đa dạng sinh học. Tuy nhiên, nguồn tài nguyên này đang bị suy giảm nghiêm trọng do các hoạt động nhân sinh, đặc biệt là tập quán du canh, du cư và đốt nương làm rẫy ở các vùng núi cao. Tại Việt Nam, công tác phục hồi rừng đã được đặt ra từ những năm 1950–1960 dưới hình thức "Khoanh núi nuôi rừng", sau đó chuyển biến thành phương thức "Khoanh nuôi xúc tiến tái sinh" từ thập niên 1980 và được thể chế hóa qua các tiêu chuẩn ngành, tiêu biểu là "Quy phạm các giải pháp kỹ thuật lâm sinh áp dụng cho rừng sản xuất gỗ và tre, nứa" (QPN 14-92).

Xã Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên là địa bàn vùng cao có địa hình phức tạp, chủ yếu là đồi núi thấp và núi đá vôi hiểm trở, nằm trong vùng đệm của Khu bảo tồn thiên nhiên Thần Sa – Phượng Hoàng. Mặc dù diện tích đất lâm nghiệp lớn với hệ thực vật phong phú, trữ lượng các loài gỗ quý hiện nay đã suy giảm đáng kể; phần lớn diện tích rừng tự nhiên là rừng phục hồi sau khai thác và nương rẫy. Trong đó, Nghiến gân ba (Excentrodendron tonkinensis) là loài cây gỗ lớn bản địa quý hiếm, đặc trưng cho hệ sinh thái rừng núi đá vôi nhưng đang chịu áp lực suy thoái lớn về số lượng cá thể và chất lượng lâm phần. Nhằm xây dựng cơ sở khoa học cho công tác quản lý, phục hồi và bảo tồn loài cây này, đề tài khóa luận được xác lập với hai mục tiêu cụ thể:

  1. Đánh giá thực trạng tái sinh tự nhiên của loài cây Nghiến gân ba trong các hệ sinh thái rừng phục hồi tại xã Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên.
  2. Tìm hiểu các quy luật tái sinh tự nhiên của loài cây Nghiến gân ba và bổ sung tư liệu khoa học làm cơ sở cho việc đề xuất các giải pháp kỹ thuật lâm sinh thúc đẩy quá trình diễn thế, nâng cao chất lượng rừng phục hồi.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các đặc điểm tái sinh tự nhiên của lâm phần có loài Nghiến gân ba phân bố. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các chỉ tiêu số lượng, chất lượng, cấu trúc tổ thành và quy luật phân bố của tầng cây tái sinh dưới tán rừng phục hồi tại xã Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên trong khoảng thời gian từ tháng 01/2019 đến tháng 06/2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận vận dụng quan điểm sinh thái phát sinh quần thể trong thảm thực vật rừng nhiệt đới của Thái Văn Trừng (1978), coi thảm thực vật tái sinh tự nhiên là sự phản chiếu tổng hợp tác động của các nhân tố hoàn cảnh sinh thái đến quá trình phục hồi rừng thứ sinh. Các cơ sở lý luận về phân loại nhóm cây theo nhu cầu ánh sáng (Lamprecht, 1989), độ tàn che tối ưu (Yurkevich, 1960), phân bố cây tái sinh (Richards, 1952; Bernard Rollet, 1974) và các nghiên cứu lâm sinh trong nước (Vũ Đình Huề, 1969, 1975; Trần Ngũ Phương, 1970, 2000; Vũ Tiến Hinh, 1991) được sử dụng để định hình khung phân tích.

Phương pháp thu thập số liệu thực địa được tiến hành thông qua hệ thống ô tiêu chuẩn (OTC) tạm thời:

  • Thiết lập 9 OTC diện tích $1.000\text{ m}^2$ ($40\text{ m} \times 25\text{ m}$) bố trí theo phương pháp điển hình, đại diện cho các điều kiện địa hình (chân núi, sườn núi, đỉnh núi).
  • Tầng cây gỗ: Đo đếm toàn bộ các cây có đường kính ngang ngực $D_{1.3} \ge 6\text{ cm}$, đo chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$), chiều cao dưới cành ($H_{dc}$) bằng sào đo cao chia vạch đến $0,1\text{ m}$, đo đường kính tán ($D_t$) theo hai hướng Đông–Tây và Nam–Bắc.
  • Tầng cây tái sinh: Trong mỗi OTC, bố trí 5 ô thứ cấp diện tích $25\text{ m}^2$ ($5\text{ m} \times 5\text{ m}$) gồm 4 ô ở 4 góc và 1 ô ở trung tâm (tổng diện tích điều tra tái sinh là $125\text{ m}^2/\text{OTC}$). Thống kê toàn bộ cây tái sinh có $D_{1.3} < 6\text{ cm}$, ghi nhận tên loài, đo chiều cao, phân loại chất lượng (Tốt, Trung bình, Xấu), xác định nguồn gốc (Hạt, Chồi) và đo khoảng cách giữa 30 cặp cây tái sinh kế cận.

Phương pháp xử lý và phân tích số liệu:

  • Tổ thành tầng cây gỗ: Xác định qua chỉ số giá trị quan trọng sinh thái ($IVI%$), tính bằng công thức: $$IVI_i (%) = \frac{N_i% + G_i%}{2}$$ (Trong đó $N_i%$ là tỷ lệ số cây, $G_i%$ là tỷ lệ tiết diện ngang của loài thứ $i$). Loài có $IVI \ge 5%$ được đưa vào công thức tổ thành.
  • Tổ thành cây tái sinh: Tính theo tỷ lệ số cá thể $n%_j \ge 5%$ và hệ số tổ thành $K_i = \frac{n_i}{N} \times 10$.
  • Chỉ số đa dạng sinh học Shannon-Weaver ($H'$): $$H' = -\sum_{i=1}^s \left(\frac{n_i}{N} \ln \frac{n_i}{N}\right)$$
  • Mật độ cây tái sinh ($N/\text{ha}$) và tỷ lệ cây triển vọng ($CTV%$ với chiều cao $H \ge 1,0\text{ m}$).
  • Phân bố tái sinh theo 7 cấp chiều cao: $< 0,5\text{ m}$; $0,5 - 1,0\text{ m}$; $1,1 - 1,5\text{ m}$; $1,5 - 2,0\text{ m}$; $2,0 - 2,5\text{ m}$; $2,5 - 3,0\text{ m}$; $> 3,0\text{ m}$.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Chương này làm rõ tính cấp thiết của việc nghiên cứu đặc điểm tái sinh tự nhiên của loài Nghiến gân ba trong bối cảnh diện tích rừng tự nhiên bị suy giảm do canh tác nương rẫy. Tác giả tổng hợp lịch sử chính sách phục hồi rừng tại Việt Nam, nêu bật tầm quan trọng của QPN 14-92, khái quát điều kiện địa hình xã Thần Sa và xác định rõ 2 mục tiêu nghiên cứu, đối tượng, phạm vi không gian, thời gian cùng ý nghĩa khoa học và thực tiễn của khóa luận.

Phần 2: Tổng quan nghiên cứu

Nội dung chương hệ thống hóa cơ sở lý luận về tái sinh rừng, phân tích ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của ba phương thức: tái sinh tự nhiên, tái sinh nhân tạo và xúc tiến tái sinh tự nhiên. Chương tổng thuật các công trình nghiên cứu tái sinh rừng nhiệt đới trên thế giới và ở Việt Nam, đồng thời tổng quan các nghiên cứu thực vật học về cây Nghiến (Excentrodendron tonkinense / Burretiodendron hsienmu). Cuối chương là phần khái quát điều kiện tự nhiên, tài nguyên đất (trong đó đất xám bạc màu chiếm $75,63%$), tài nguyên rừng, khoáng sản và đặc điểm kinh tế - xã hội huyện Võ Nhai.

Phần 3: Đối tượng, địa điểm, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết phương pháp luận tiếp cận theo quan điểm sinh thái học phát sinh quần thể; quy trình lập 9 OTC tạm thời diện tích $1.000\text{ m}^2$ và 45 ô thứ cấp $25\text{ m}^2$. Thiết lập đầy đủ 4 nội dung nghiên cứu và hệ thống các công thức toán học lâm sinh sử dụng để tính toán tổ thành $IVI%$, mật độ, chất lượng, nguồn gốc, tỷ lệ cây triển vọng và chỉ số đa dạng Shannon-Weaver.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương tập trung phân tích các số liệu thực chứng thu thập tại 9 OTC ở Thần Sa:

  • Đặc điểm tầng cây gỗ: Mật độ tầng cây gỗ biến động từ 280 đến 410 cây/ha; mật độ cá thể Nghiến đạt từ 10 đến 60 cây/ha. Số loài xuất hiện trong OTC từ 15 đến 20 loài, trong đó có 4 đến 8 loài tham gia công thức tổ thành.
  • Mô tả hình thái học loài Nghiến: Cây gỗ lớn cao 33–40m, đường kính 80–115cm, gốc có bạnh vè, vỏ nứt sần sùi; lá đơn hình trứng dài 10–12cm, rộng 7–10cm với 3 gân gốc; hoa đơn tính màu trắng vàng; quả dài 3–4cm có 5 cạnh cánh khô tự mở; hai nhịp sinh trưởng trong năm (tháng 2–3 và tháng 6–7).
  • Đặc điểm tầng cây tái sinh: Mật độ cây tái sinh đạt 4.640–8.480 cây/ha; mật độ cây triển vọng ($H \ge 1,0\text{ m}$) đạt 1.440–2.560 cây/ha. Mật độ tái sinh cao nhất ở chân núi và giảm dần lên sườn và đỉnh núi. Chỉ số Shannon dao động từ -0,9811 đến -1,2493. Tỷ lệ cây tái sinh có phẩm chất xấu và nguồn gốc tái sinh chồi chiếm tỷ lệ đáng kể ở nhiều ô tiêu chuẩn.
OTC Mật độ tầng gỗ (cây/ha) Mật độ Nghiến tầng gỗ (cây/ha) Mật độ cây tái sinh (cây/ha) Mật độ TS triển vọng (cây/ha) Chỉ số Shannon ($H'$)
OTC 1 360 30 6.320 2.080 -1,0954
OTC 2 300 30 6.720 1.840 -1,1722
OTC 3 410 10 8.480 2.560 -1,0756
OTC 4 370 20 8.400 2.560 -0,9811
OTC 5 350 30 6.160 1.920 -1,2042
OTC 6 320 20 4.640 1.440 -1,1192
OTC 7 390 60 7.200 2.000 -1,1636
OTC 8 280 20 6.720 2.320 -1,1648
OTC 9 330 30 7.520 2.160 -1,2493

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng hợp các phát hiện chính về quy luật tái sinh của Nghiến gân ba và đề xuất hệ thống giải pháp kỹ thuật lâm sinh cho rừng phục hồi tại khu vực nghiên cứu.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu cung cấp số liệu thực địa chi tiết về cấu trúc lâm phần và đặc điểm tái sinh tự nhiên tại xã Thần Sa:

  1. Cấu trúc tầng cây gỗ và sự hiện diện của loài Nghiến: Tầng cây gỗ có mật độ trung bình từ 280 đến 410 cây/ha, số loài từ 15–20 loài/OTC. Mật độ cây Nghiến trưởng thành đạt từ 10 cây/ha (OTC 3) đến 60 cây/ha (OTC 7). Các loài cây gỗ đi kèm chủ yếu trong công thức tổ thành gồm Nhọc đá, Sung đá, Màng tang, Chay bắc bộ, Hương viên núi, Kháo, Dẻ gai, Lộc mại.

  2. Cấu trúc và mật độ tầng cây tái sinh theo đai địa hình:

    • Vị trí chân núi (độ cao 170–173m, gồm OTC 3, 4, 9): Mật độ cây tái sinh đạt từ 7.520 đến 8.480 cây/ha; mật độ cây tái sinh triển vọng cao nhất, dao động từ 2.160 đến 2.560 cây/ha.
    • Vị trí sườn núi (độ cao 273–293m, gồm OTC 1, 7, 8): Mật độ cây tái sinh đạt từ 6.320 đến 7.200 cây/ha; mật độ cây tái sinh triển vọng đạt từ 2.000 đến 2.320 cây/ha.
    • Vị trí đỉnh núi (độ cao 315–353m, gồm OTC 2, 5, 6): Mật độ cây tái sinh đạt từ 4.640 đến 6.720 cây/ha; mật độ cây tái sinh triển vọng thấp nhất, dao động từ 1.440 đến 1.920 cây/ha.
  3. Chất lượng và nguồn gốc cây tái sinh: Số lượng cây tốt dao động từ 1.254 đến 2.869 cây/ha, cây trung bình từ 1.234 đến 3.241 cây/ha, cây xấu từ 1.147 đến 3.837 cây/ha. Về nguồn gốc, cây tái sinh từ hạt dao động từ 2.378 đến 3.567 cây/ha; cây tái sinh từ chồi chiếm từ 1.890 đến 5.102 cây/ha.

Chỉ tiêu phân tích Giá trị thấp nhất Giá trị cao nhất Vị trí / Ô tiêu chuẩn điển hình
Mật độ tầng cây gỗ (cây/ha) 280 410 Thấp nhất ở OTC 8; Cao nhất ở OTC 3
Mật độ cá thể Nghiến gỗ lớn (cây/ha) 10 60 Thấp nhất ở OTC 3; Cao nhất ở OTC 7
Tổng mật độ cây tái sinh (cây/ha) 4.640 8.480 Thấp nhất ở OTC 6 (Đỉnh); Cao nhất ở OTC 3 (Chân)
Mật độ cây tái sinh triển vọng (cây/ha) 1.440 2.560 Thấp nhất ở OTC 6 (Đỉnh); Cao nhất ở OTC 3, 4 (Chân)
Cây tái sinh có nguồn gốc hạt (cây/ha) 2.378 3.567 Thấp nhất ở OTC 8; Cao nhất ở OTC 9
Cây tái sinh có nguồn gốc chồi (cây/ha) 1.890 5.102 Thấp nhất ở OTC 6; Cao nhất ở OTC 4
Chỉ số đa dạng sinh học ($H'$) -1,2493 -0,9811 Thấp nhất ở OTC 9; Cao nhất ở OTC 4

Giải pháp kỹ thuật lâm sinh do tác giả đề xuất:

  • Áp dụng phương thức xúc tiến tái sinh tự nhiên kết hợp các biện pháp bảo vệ nghiêm ngặt đối với diện tích rừng phục hồi trên núi đá vôi.
  • Thực hiện phát dọn dây leo, cây bụi chèn ép và tỉa thưa cục bộ để điều chỉnh độ tàn che tán rừng về mức thích hợp (khoảng 0,4–0,6), tạo điều kiện ánh sáng thuận lợi cho cây mạ và cây con của loài Nghiến sinh trưởng.
  • Bảo vệ nghiêm ngặt các cây mẹ gieo giống trưởng thành hiện có trong lâm phần nhằm duy trì nguồn hạt giống tự nhiên.

Đóng góp của khóa luận: Bổ sung nguồn dẫn liệu định lượng về đặc điểm sinh thái học, cấu trúc tổ thành và quy luật phân bố tái sinh của loài Nghiến gân ba tại vùng đệm Khu bảo tồn thiên nhiên Thần Sa – Phượng Hoàng, phục vụ trực tiếp cho công tác bảo tồn nguồn gen thực vật nguy cấp trên núi đá vôi miền Bắc.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận được thực hiện trong phạm vi thời gian 6 tháng (từ tháng 01/2019 đến tháng 06/2019) tại một khu vực hành chính (xã Thần Sa), do đó chưa bao quát được toàn bộ chu kỳ vật học qua nhiều năm của loài Nghiến (vốn có hiện tượng một số năm không ra hoa, kết quả).

Hướng nghiên cứu tiếp theo cần tập trung:

  • Tiếp tục theo dõi động thái tái sinh, tỷ lệ sống sót và tốc độ sinh trưởng của cây con Nghiến qua các mùa trong nhiều năm liên tiếp.
  • Khảo sát chuyên sâu mối quan hệ giữa đặc điểm lý hóa tính của đất núi đá vôi với tỷ lệ nảy mầm của hạt giống Nghiến ngoài thực địa.
  • Thử nghiệm các mô hình kỹ thuật trồng bổ sung, làm giàu rừng bằng cây con Nghiến gân ba được nhân giống có kiểm soát.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Quản lý tài nguyên rừng, Lâm học, Sinh thái học thực vật và Quản lý bảo tồn thiên nhiên.

Các nội dung có giá trị tham khảo cao bao gồm:

  • Quy trình thiết kế và điều tra ô tiêu chuẩn hỗn hợp ($1.000\text{ m}^2$ cho tầng cây gỗ và hệ thống ô thứ cấp $25\text{ m}^2$ cho tầng tái sinh) trên địa hình đồi núi đá vôi dốc đứng.
  • Phương pháp tính toán và xử lý định lượng các chỉ số sinh thái lâm vi: công thức tổ thành $IVI%$, hệ số tổ thành tầng tái sinh, chỉ số Shannon-Weaver và tỷ lệ cây triển vọng.
  • Cơ sở dữ liệu thực nghiệm về danh lục cây đi kèm và mật độ phân bố của loài Nghiến gân ba theo các đai địa hình tại khu vực Võ Nhai, Thái Nguyên.

Câu hỏi thường gặp

1. Mật độ tầng cây gỗ và số lượng cây Nghiến trưởng thành tại khu vực khảo sát là bao nhiêu? Theo kết quả điều tra 9 OTC tại xã Thần Sa, mật độ tầng cây gỗ dao động từ 280 đến 410 cây/ha. Mật độ cá thể cây Nghiến trưởng thành đạt từ 10 đến 60 cây/ha (thấp nhất tại OTC 3 với 10 cây/ha và cao nhất tại OTC 7 với 60 cây/ha).

2. Mật độ cây tái sinh và cây triển vọng thay đổi như thế nào theo địa hình? Mật độ cây tái sinh giảm dần theo độ cao địa hình: tại chân núi đạt 7.520–8.480 cây/ha (cây triển vọng đạt 2.160–2.560 cây/ha); tại sườn núi đạt 6.320–7.200 cây/ha (cây triển vọng đạt 2.000–2.320 cây/ha); tại đỉnh núi đạt 4.640–6.720 cây/ha (cây triển vọng đạt 1.440–1.920 cây/ha).

3. Đặc điểm hình thái lá và quả của cây Nghiến gân ba được ghi nhận ra sao? Lá cây Nghiến có phiến hình trứng, kích thước 10–12cm x 7–10cm, mép nguyên, có 3 gân gốc và 5–7 đôi gân bên, cuống lá dài 3–5cm không phình và chuyển màu vàng đỏ khi rụng. Quả dài 3–4cm, đường kính 1,8cm, có 5 cạnh cánh, cuống quả dài 3–5cm, thuộc dạng quả khô tự mở.

4. Tỷ lệ nguồn gốc cây tái sinh (hạt và chồi) dưới tán rừng phục hồi có đặc điểm gì? Cây tái sinh dưới tán rừng phục hồi tại Thần Sa gồm cả hai nguồn gốc: tái sinh từ hạt dao động từ 2.378 đến 3.567 cây/ha; tái sinh từ chồi dao động từ 1.890 đến 5.102 cây/ha. Tại nhiều ô tiêu chuẩn (như OTC 3, 4, 8), mật độ cây tái sinh từ chồi cao hơn mật độ cây tái sinh từ hạt.

5. Phương pháp đánh giá chỉ số đa dạng sinh học tầng cây tái sinh trong khóa luận là gì và kết quả ra sao? Tác giả sử dụng chỉ số đa dạng Shannon-Weaver ($H'$). Giá trị tính toán trên 9 OTC dao động từ -0,9811 (OTC 4, 13 loài) đến -1,2493 (OTC 9, 20 loài), phản ánh mức độ phong phú loài và tính đồng đều tương đối ổn định giữa các trạng thái phục hồi.

Kết luận

Khóa luận của tác giả Nguyễn Đăng Huy đã làm rõ thực trạng cấu trúc tầng cây gỗ và các quy luật tái sinh tự nhiên của loài Nghiến gân ba (Excentrodendron tonkinensis) tại xã Thần Sa, huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên. Kết quả khảo sát cho thấy mật độ cây tái sinh phân bố không đều và có xu hướng giảm dần từ chân núi lên đỉnh núi, đồng thời nguồn gốc tái sinh chồi chiếm tỷ trọng lớn trong lâm phần. Công trình cung cấp hệ thống số liệu định lượng có giá trị khoa học, làm tiền đề thực tiễn cho việc áp dụng các biện pháp khoanh nuôi xúc tiến tái sinh và bảo tồn loài cây gỗ quý hiếm này trên hệ sinh thái núi đá vôi.