Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Theo số liệu thống kê của Viện Điều tra Quy hoạch Rừng được tác giả trích dẫn, diện tích rừng tự nhiên của Việt Nam năm 1945 đạt khoảng 14 triệu ha (độ che phủ 43%), nhưng đến năm 1990 chỉ còn 9,175 triệu ha (độ che phủ 27,2%). Nguyên nhân chủ yếu xuất phát từ hậu quả chiến tranh, khai thác bừa bãi và tập quán đốt nương làm rẫy. Sau khi Chính phủ ban hành Chỉ thị 286/TTg năm 1996 về việc đóng cửa, cấm khai thác rừng tự nhiên, diện tích rừng đã từng bước phục hồi; đến năm 2003 đạt 12 triệu ha (độ che phủ 36,1%), gồm 10 triệu ha rừng tự nhiên và 2 triệu ha rừng trồng. Tuy nhiên, thảm thực vật sau khai thác và nương rẫy phần lớn bị biến đổi sâu sắc về mặt cấu trúc, quá trình diễn thế có nguy cơ thoái bộ nếu không có các biện pháp can thiệp kỹ thuật lâm sinh phù hợp dựa trên quy luật sinh thái tự nhiên.

Tại xã Yên Lãng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên, diện tích đất lâm nghiệp chiếm 2.647,45 ha (tương đương 68,20% diện tích tự nhiên của xã), bao gồm 643,88 ha rừng đặc dụng thuộc Vườn Quốc gia Tam Đảo, 503,72 ha rừng phòng hộ và phần còn lại là rừng sản xuất. Trạng thái rừng phục hồi sau nương rẫy và khai thác kiệt (trạng thái IIA) chiếm tỷ lệ đáng kể nhưng đang chịu sức ép từ hoạt động sản xuất nông nghiệp, chăn thả gia súc và khai thác khoáng sản than của địa phương. Để quản lý và nâng cao chất lượng rừng, việc điều tra định lượng cấu trúc và tái sinh tự nhiên là yêu cầu cấp thiết.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài gồm hai nội dung chính:

  1. Xác định được một số đặc điểm cấu trúc tầng cây gỗ và đặc điểm tái sinh tự nhiên (tổ thành, mật độ, chất lượng, nguồn gốc, đa dạng sinh học và quy luật phân bố theo chiều cao) của trạng thái rừng phục hồi IIA tại xã Yên Lãng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên.
  2. Đề xuất được một số giải pháp kỹ thuật lâm sinh phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả phục hồi và quản lý bền vững trạng thái rừng IIA tại khu vực nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu là thảm thực vật rừng phục hồi trạng thái IIA tự nhiên. Phạm vi không gian nghiên cứu được thực hiện tại xã Yên Lãng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên; phạm vi thời gian thu thập và xử lý số liệu thực địa diễn ra từ tháng 01/2015 đến tháng 05/2015.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận dựa trên quan điểm phân loại trạng thái rừng của Loeschau (1966), định nghĩa trạng thái IIA là rừng phục hồi giai đoạn sau nương rẫy hoặc khai thác kiệt, ưu thế bởi các loài cây tiên phong ưa sáng mọc nhanh (Thẩu tấu, Hu đay, Màng tang...), bắt đầu xuất hiện cây chịu bóng và cây gỗ lớn, có sự cạnh tranh không gian dinh dưỡng, mật độ tầng cây cao lớn hơn 1.000 cây/ha với đường kính $D_{1.3} > 10\text{ cm}$ và trữ lượng gỗ không vượt quá $30\text{ m}^3/\text{ha}$. Về phương diện sinh thái học, tác giả vận dụng quan điểm sinh thái phát sinh quần thể của Thái Văn Trừng (1978), coi thảm thực vật rừng và lớp cây tái sinh là tấm gương phản chiếu tổng hợp các điều kiện hoàn cảnh tự nhiên và mối quan hệ tương tác nội tại của lâm phần. Khóa luận cũng kế thừa các khái niệm về phục hồi rừng (rehabilitation), khôi phục (restoration) và cải tạo (reclamation) của Lamb và Gilmour (2003), cùng định nghĩa gây trồng rừng của Smith (2002).

Phương pháp nghiên cứu thực địa và thu thập số liệu được thực hiện thông qua hệ thống ô tiêu chuẩn (OTC) phân cấp điển hình:

  • Ô tiêu chuẩn tạm thời (OTC lớn): Thiết lập 3 OTC đại diện tại 3 vị trí địa hình (chân, sườn, đỉnh dông), diện tích mỗi OTC là $2.500\text{ m}^2$ ($50\text{ m} \times 50\text{ m}$). Tiến hành đo đếm toàn bộ cây gỗ có đường kính ngang ngực $D_{1.3} \ge 6\text{ cm}$ bằng thước kẹp kính/thước dây, đo chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$) và chiều cao dưới cành ($H_{dc}$) bằng thước sào, đo đường kính tán ($D_t$) theo hai hướng Đông - Tây và Nam - Bắc.
  • Ô thứ cấp: Trong mỗi OTC lớn, bố trí 5 ô thứ cấp kích thước $5\text{ m} \times 5\text{ m}$ ($25\text{ m}^2$) tại 4 góc và 1 ô ở trung tâm (tổng số 15 ô thứ cấp qua các OTC). Điều tra toàn bộ cây tái sinh có $D_{1.3} < 6\text{ cm}$, ghi nhận tên loài, đo chiều cao, đánh giá chất lượng (tốt, trung bình, xấu theo tiêu chuẩn thân thẳng, không sâu bệnh, không cụt ngọn), xác định nguồn gốc (hạt hoặc chồi) và đo 30 khoảng cách giữa các cây tái sinh kế cận.
  • Ô dạng bản (ODB): Bố trí 1 ô dạng bản $1\text{ m} \times 1\text{ m}$ tại tâm mỗi ô thứ cấp để điều tra thảm mục, độ che phủ của cây bụi, thảm tươi, dây leo và đo đếm lượng hạt giống trong đất ($g/\text{m}^2$).
  • Phẫu diện đất: Đào 1 phẫu diện đất cho mỗi OTC (kích thước dài $120-150\text{ cm}$, rộng $70-90\text{ cm}$, sâu $120-150\text{ cm}$) để mô tả hình thái phẫu diện, xác định tầng đất, độ ẩm và đặc tính lý hóa đất.

Phương pháp xử lý và phân tích số liệu:

  • Tổ thành tầng cây gỗ xác định qua chỉ số giá trị quan trọng: $$IVI_i (%) = \frac{A_i + D_i}{2}$$ Trong đó $A_i$ là độ phong phú tương đối (%) và $D_i$ là độ ưu thế tương đối theo tiết diện ngang thân $G$ (%). Loài có $IVI \ge 5%$ được đưa vào công thức tổ thành.
  • Công thức tổ thành cây tái sinh dựa trên tỷ lệ số cá thể $n% \ge 5%$ và hệ số tổ thành $K_i = \frac{n_i}{N} \times 10$.
  • Đánh giá tính đa dạng sinh học thông qua chỉ số Shannon - Weaver ($H'$): $$H' = - \sum_{i=1}^s \left(\frac{n_i}{N} \ln \frac{n_i}{N}\right)$$
  • Tỷ lệ cây triển vọng (CTV) xác định theo tỷ lệ phần trăm số cây có chất lượng tốt và trung bình đạt chiều cao $H \ge 1,0\text{ m}$ trên tổng số cây tái sinh.
  • Phân bố cấu trúc cây tái sinh chia theo 7 cấp chiều cao: $< 0,5\text{ m}$; $0,5 - 1,0\text{ m}$; $1,1 - 1,5\text{ m}$; $1,5 - 2,0\text{ m}$; $2,0 - 2,5\text{ m}$; $2,5 - 3,0\text{ m}$ và $> 3,0\text{ m}$. Đánh giá độ dầy rậm thực bì theo thang Drude (Soc, Cop1, Cop2, Cop3, Sp, Sol, Un, Gr).

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1. Mở đầu

Trình bày cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài, nêu bật tính cấp thiết của công tác nghiên cứu phục hồi rừng tự nhiên trong bối cảnh diện tích rừng bị suy thoái. Xác định rõ mục đích, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu tại xã Yên Lãng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên, cùng ý nghĩa khoa học và thực tiễn sản xuất của đề tài đối với việc quy hoạch lâm nghiệp tại địa phương.

Phần 2. Tổng quan nghiên cứu

Tổng hợp các công trình nghiên cứu về cấu trúc và tái sinh rừng trên thế giới (điển hình như nghiên cứu của Lamprecht, Plaudy, Yurkevich về độ tàn che tối ưu 0,6 - 0,7; Xannikov, Vipper về ảnh hưởng của thảm cỏ, cây bụi) và tại Việt Nam (các công trình của Thái Văn Trừng, Trần Đình Lý, Đặng Kim Vui, Vũ Tiến Hinh, Nguyễn Ngọc Lung, Lê Sáu, Lâm Phúc Cố, Trần Ngũ Phương). Phần này cũng phân tích chi tiết điều kiện tự nhiên, địa hình (4 hệ thống suối Cầu Trà, Yên Từ, Cầu Tây, Đèo Xá; 4 hồ lớn), thổ nhưỡng, khí hậu nhiệt đới gió mùa (nhiệt độ trung bình $23^\circ\text{C}$), hiện trạng sử dụng đất năm 2012 của xã Yên Lãng ($3.881,91\text{ ha}$) và đặc điểm nhân khẩu, lao động của địa bàn.

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

Xác định cụ thể đối tượng điều tra là trạng thái rừng phục hồi IIA tại xã Yên Lãng trong thời gian từ tháng 01/2015 đến tháng 05/2015. Mô tả chi tiết phương pháp luận sinh thái phát sinh quần thể; quy cách bố trí OTC lớn ($2.500\text{ m}^2$), ô thứ cấp ($25\text{ m}^2$), ô dạng bản ($1\text{ m}^2$); quy trình đào và mô tả phẫu diện đất; các công thức toán học tính toán chỉ số $IVI$, công thức tổ thành, chỉ số đa dạng sinh học Shannon - Weaver ($H'$), tỷ lệ cây triển vọng và thang cấp phân chia chiều cao.

Phần 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Trình bày toàn bộ số liệu điều tra thực địa và kết quả tính toán định lượng:

  • Khái quát cấu trúc tầng cây gỗ: Xác định số loài (16 - 24 loài/OTC), mật độ tầng cây cao dao động từ 308 đến 336 cây/ha (trung bình: chân 324 cây/ha, sườn 328 cây/ha, đỉnh 320 cây/ha), nhận diện các loài ưu thế ($IVI \ge 5%$) như Thành ngạnh, Xồi, Chẹo tía, Dẻ gai, Lim xẹt, Mỡ, Mán đỉa, Kháo đá, Thẩu tấu.
  • Cấu trúc tổ thành tầng cây tái sinh: Biến động từ 16 đến 23 loài/OTC, trong đó có 5 đến 8 loài ưu thế tham gia vào công thức tổ thành.
  • Mật độ và tỷ lệ cây triển vọng: Mật độ cây tái sinh trung bình đạt từ 3.680 đến 4.860 cây/ha tùy theo vị trí địa hình; tỷ lệ cây triển vọng biến động từ 29,77% đến 38,46%.
  • Đa dạng sinh học: Chỉ số $H'$ biến động từ 2,64 đến 2,81, thể hiện tính đa dạng loài ở mức khá cao và tương đối đồng đều giữa các dạng địa hình.
  • Chất lượng và nguồn gốc: Cây tái sinh chất lượng tốt và trung bình chiếm ưu thế (trên 60 - 70%), nguồn gốc tái sinh từ hạt chiếm tỷ lệ chủ đạo ($56,49% - 80%$, mật độ $2.720 - 3.440\text{ cây/ha}$), tái sinh chồi chiếm tỷ lệ thấp ($8% - 43%$, mật độ $320 - 2.080\text{ cây/ha}$).
  • Quy luật phân bố: Số cây và số loài giảm dần theo sự gia tăng của các cấp chiều cao, tập trung mật độ lớn nhất ở cấp chiều cao $< 1,0\text{ m}$.
  • Đề xuất các biện pháp kỹ thuật lâm sinh: Khoanh nuôi xúc tiến tái sinh tự nhiên kết hợp phát dọn dây leo, chặt bỏ cây sâu bệnh và cây che bóng có hại, nuôi dưỡng các loài cây mục đích có giá trị kinh tế.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã cung cấp hệ thống số liệu định lượng chi tiết về cấu trúc và năng lực tái sinh của trạng thái rừng phục hồi IIA tại xã Yên Lãng, thể hiện qua các chỉ tiêu sinh thái học rừng:

Vị trí địa hình Mật độ tầng cây gỗ (cây/ha) Mật độ cây tái sinh (cây/ha) Tỷ lệ cây triển vọng (%) Chỉ số đa dạng Shannon-Weaver ($H'$) Tỷ lệ nguồn gốc hạt (%) Tỷ lệ nguồn gốc chồi (%)
Chân 320 – 328 (TB: 324) 3.680 – 4.160 (TB: 3.860) 35,94 – 38,46 2,64 – 2,75 65,00 – 80,00 20,00 – 35,00
Sườn 320 – 336 (TB: 328) 4.640 – 5.040 (TB: 4.860) 32,26 – 36,51 2,71 – 2,81 56,49 – 75,00 25,00 – 43,51
Đỉnh 308 – 332 (TB: 320) 3.520 – 3.840 (TB: 3.680) 29,77 – 34,78 2,68 – 2,78 70,00 – 82,00 18,00 – 30,00

Quy luật phân bố số cây và số loài cây tái sinh theo 7 cấp chiều cao tại trạng thái rừng IIA được tổng hợp như sau:

Cấp chiều cao (m) Số cây trung bình (cây/ha) Tỷ lệ số cây (%) Số loài trung bình (loài) Tỷ lệ số loài (%)
$< 0,5$ 873 21,12 11 54,08
$0,5 - 1,0$ 933 22,57 12 58,16
$1,1 - 1,5$ 620 15,00 8 38,78
$1,5 - 2,0$ 567 13,72 7 35,71
$2,0 - 2,5$ 480 11,61 6 30,61
$2,5 - 3,0$ 407 9,84 5 25,51
$> 3,0$ 273 6,61 3 17,35
Tổng cộng 4.133 100,00 20 -

Các phát hiện chính và giải pháp kỹ thuật đề xuất:

  • Mật độ tái sinh tự nhiên tương đối cao (trung bình $4.133\text{ cây/ha}$), trong đó vị trí sườn dốc có mật độ cao nhất ($4.860\text{ cây/ha}$), tiếp đến là chân dốc ($3.860\text{ cây/ha}$) và thấp nhất ở đỉnh dông ($3.680\text{ cây/ha}$).
  • Cây tái sinh chủ yếu có nguồn gốc từ hạt ($56,49% - 80%$), chất lượng tốt và trung bình chiếm đa số, chứng minh tiềm năng tự phục hồi thành rừng gỗ lớn có cấu trúc ổn định.
  • Thành phần loài tái sinh đã xuất hiện các loài cây gỗ bản địa có giá trị kinh tế và phòng hộ như Dẻ gai, Chò chỉ, Mỡ, Kháo đá xen lẫn nhóm tiên phong ưa sáng (Thành ngạnh, Thẩu tấu, Lim xẹt, Kẹn).
  • Đề xuất giải pháp lâm sinh: Áp dụng biện pháp khoanh nuôi xúc tiến tái sinh tự nhiên không trồng bổ sung; thực hiện vệ sinh rừng, chặt bỏ các cây sâu bệnh, cây cong queo hoặc cây tầng trên chèn ép không gian sinh dưỡng của cây mục đích tầng dưới; phát luỗng dây leo, cây bụi xâm lấn; bảo vệ nghiêm ngặt chống chăn thả gia súc và cháy rừng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Khóa luận được thực hiện trong khoảng thời gian 5 tháng (01/2015 - 05/2015), phản ánh đặc điểm thảm thực vật ở thời điểm giao mùa khô sang mùa mưa; dung lượng mẫu điều tra dừng lại ở 3 OTC đại diện ($7.500\text{ m}^2$) trên một địa bàn cấp xã; chưa theo dõi động thái biến động mật độ và tỷ lệ sống sót của cây con qua nhiều năm liên tục; số liệu phân tích định lượng về trữ lượng vật rơi rụng và ngân hàng hạt giống trong đất chưa được trình bày đầy đủ trong văn bản.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo: Cần mở rộng quy mô điều tra trên các trạng thái rừng phục hồi khác (như trạng thái IIB, IIIA, IIIB) tại khu vực đệm Vườn Quốc gia Tam Đảo; thiết lập các ô định vị để theo dõi sinh trưởng và diễn thế động thái của các loài cây tái sinh mục đích theo chu kỳ 3 - 5 năm; nghiên cứu sâu hơn về mối tương quan giữa tính chất hóa lý tầng đất mặt với mật độ nảy mầm của hạt giống lâm nghiệp.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Lâm nghiệp, Quản lý Tài nguyên Rừng, Sinh thái học và Quản lý Môi trường. Phần đáng tham khảo nhất là phương pháp thiết kế hệ thống ô tiêu chuẩn phân cấp (OTC $2.500\text{ m}^2$, ô thứ cấp $25\text{ m}^2$, ô dạng bản $1\text{ m}^2$), quy trình ứng dụng các công thức định lượng sinh thái ($IVI$, $H'$, công thức tổ thành $K_i$) để đánh giá cấu trúc rừng phục hồi sau nương rẫy, cùng hệ thống bảng biểu điều tra thực địa phục vụ công tác quy hoạch lâm sinh tại các tỉnh miền núi phía Bắc.

Câu hỏi thường gặp

1. Trạng thái rừng phục hồi IIA trong nghiên cứu được định nghĩa theo tiêu chuẩn nào?
Trạng thái rừng IIA được xác định theo hệ thống phân loại của Loeschau (1966), là giai đoạn rừng phục hồi sau nương rẫy hoặc khai thác kiệt, ưu thế bởi cây tiên phong ưa sáng mọc nhanh (Thẩu tấu, Hu đay, Màng tang...), bắt đầu có cây chịu bóng và cây gỗ lớn, mật độ cây cao $> 1.000\text{ cây/ha}$ với đường kính $D_{1.3} > 10\text{ cm}$ và trữ lượng gỗ không vượt quá $30\text{ m}^3/\text{ha}$.

2. Mật độ cây tái sinh và tỷ lệ cây triển vọng tại khu vực nghiên cứu đạt mức bao nhiêu?
Mật độ cây tái sinh dao động từ 3.520 đến 5.040 cây/ha (trung bình toàn lâm phần đạt $4.133\text{ cây/ha}$). Vị trí sườn có mật độ cao nhất (trung bình $4.860\text{ cây/ha}$), chân dốc đạt $3.860\text{ cây/ha}$ và đỉnh dông đạt $3.680\text{ cây/ha}$. Tỷ lệ cây triển vọng ($H \ge 1,0\text{ m}$, chất lượng tốt và trung bình) biến động từ 29,77% đến 38,46%.

3. Phân bố cây tái sinh theo các cấp chiều cao phản ánh quy luật sinh thái gì?
Phân bố số cây và số loài giảm dần khi cấp chiều cao tăng lên (cấp $< 0,5\text{ m}$ và $0,5 - 1,0\text{ m}$ chiếm hơn 43% số cây và 54 - 58% số loài; cấp $> 3,0\text{ m}$ chỉ còn 6,61% số cây và 17,35% số loài). Điều này phản ánh quy luật cạnh tranh gay gắt về ánh sáng và không gian dinh dưỡng giữa cây mạ, cây con với thảm tươi, dẫn đến hiện tượng đào thải tự nhiên mạnh mẽ ở các giai đoạn chiều cao đầu đời.

4. Nguồn gốc và chất lượng của tầng cây tái sinh có đặc điểm gì nổi bật?
Cây tái sinh có nguồn gốc từ hạt chiếm ưu thế tuyệt đối ($56,49% - 80%$, mật độ $2.720 - 3.440\text{ cây/ha}$), trong khi tái sinh chồi chỉ chiếm $8% - 43%$. Về chất lượng, cây tốt và trung bình chiếm hơn 60 - 70% tổng số cây điều tra (gấp hơn 2 lần tỷ lệ cây xấu), tạo tiền đề thuận lợi cho việc hình thành tầng rừng gỗ chính có tuổi thọ cao và khả năng chống chịu tốt.

5. Tác giả đề xuất những giải pháp kỹ thuật lâm sinh chủ yếu nào?
Tác giả đề xuất áp dụng giải pháp khoanh nuôi xúc tiến tái sinh tự nhiên không cần trồng bổ sung; tiến hành chặt tỉa cây sâu bệnh, cây bụi và dây leo chèn ép cây mục đích; điều chỉnh độ tàn che để xúc tiến các loài cây có giá trị kinh tế như Dẻ gai, Chò chỉ, Kháo đá, Mỡ; đồng thời tăng cường quản lý bảo vệ rừng, ngăn chặn chăn thả gia súc và cháy rừng.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Khắc Hiếu đã đánh giá toàn diện các đặc điểm cấu trúc tầng cây gỗ và động thái tái sinh tự nhiên của trạng thái rừng phục hồi IIA tại xã Yên Lãng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên. Kết quả phân tích định lượng chứng minh lâm phần có mật độ tái sinh phong phú ($4.133\text{ cây/ha}$), nguồn gốc hạt chiếm ưu thế ($56,49% - 80%$) và chỉ số đa dạng sinh học đạt mức khá ($H' = 2,64 - 2,81$). Đây là căn cứ khoa học thực tiễn vững chắc để áp dụng các giải pháp khoanh nuôi xúc tiến tái sinh tự nhiên và quản lý tài nguyên rừng bền vững tại địa phương.