Tổng quan nghiên cứu

Khu vực rừng phòng hộ đầu nguồn huyện Anh Sơn, tỉnh Nghệ An đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong việc phòng hộ đầu nguồn, duy trì nguồn nước cho hệ thống sông Lam và sông Giăng, bảo vệ đất chống xói mòn và bảo tồn đa dạng sinh học thuộc vùng đệm Vườn quốc gia Pù Mát. Với tổng diện tích được giao quản lý là 7.916,0 ha, trong đó diện tích rừng tự nhiên chiếm 7.208,4 ha (tương đương 91,06%), khu vực này sở hữu nguồn tài nguyên thực vật phong phú với hơn 670 loài thuộc 312 chi của 104 họ thực vật. Tuy nhiên, các hoạt động khai thác kiệt trong quá khứ cùng áp lực canh tác nương rẫy đã làm suy giảm chất lượng rừng, khiến diện tích rừng nghèo chiếm 26,86% (1.935,9 ha) và rừng non phục hồi chiếm 30,00% (2.162,6 ha).

Trước thực trạng cấu trúc rừng bị xáo trộn, nghiên cứu được triển khai nhằm làm sáng tỏ các đặc trưng cấu trúc tầng cây cao và quy luật tái sinh tự nhiên tại 3 trạng thái rừng thứ sinh tiêu biểu: rừng non phục hồi (trạng thái IIB), rừng phục hồi sau khai thác kiệt (trạng thái IIIA1) và rừng phục hồi có trữ lượng khá (trạng thái IIIA2). Mục tiêu cốt lõi là xác định công thức tổ thành, mật độ, mạng hình phân bố không gian, chất lượng cây con và ảnh hưởng của điều kiện lập địa, thảm tươi đến khả năng phục hồi. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học định lượng giúp các nhà quản lý lâm nghiệp xây dựng giải pháp kỹ thuật lâm sinh tối ưu, nâng cao tỷ lệ cây tái sinh có triển vọng lên trên 50%, bảo đảm mục tiêu phòng hộ bền vững và gia tăng giá trị kinh tế sinh thái cho vùng Tây Nghệ An.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết diễn thế sinh thái rừng nhiệt đới của Richard (1952) và luận điểm của Thái Văn Trừng (1978) về vai trò của ánh sáng như một nhân tố sinh thái điều khiển quá trình tái sinh tự nhiên. Phân loại cấu trúc rừng dựa theo hệ thống phân loại trạng thái rừng của Loetschert (1963) áp dụng cho kiểu rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới tại Việt Nam.

Khung phân tích tập trung vào 4 khái niệm khoa học cốt lõi:

  1. Tổ thành loài: Tỷ trọng tham gia của từng loài cây trong lâm phần thông qua hệ số tổ thành biểu thị mức độ ưu thế sinh thái.
  2. Cây tái sinh có triển vọng: Những cá thể cây con có chiều cao vượt qua tầng cây bụi thảm tươi (thường lớn hơn 1,0 m) và đạt phẩm chất sinh trưởng từ trung bình đến tốt (cấp A và B).
  3. Độ tàn che tán rừng: Tỷ lệ che phủ của tán cây tầng cao xuống mặt đất, quyết định chế độ vi khí hậu và bức xạ quang hợp dưới tán.
  4. Mạng hình phân bố không gian: Mô hình sắp xếp cá thể trên mặt đất, được định lượng thông qua kiểm định tỷ số phương sai trên trung bình của phân bố xác suất Poisson.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp điều tra lâm học kết hợp xử lý thống kê toán học, triển khai trên hệ thống 6 ô tiêu chuẩn (OTC) tạm thời điển hình với diện tích 1.000 m² mỗi ô (kích thước 40 m × 25 m). Các OTC được bố trí đại diện cho 3 trạng thái rừng (IIB, IIIA1, IIIA2) tại 2 vị trí địa hình đặc trưng là chân đồi và sườn đỉnh đồi. Việc chọn mẫu điển hình bảo đảm dung lượng quan sát tối thiểu lớn hơn 30 cây tầng cao trên mỗi ô nhằm phản ánh chính xác cấu trúc lâm phần.

Để thu thập dữ liệu tầng cây tái sinh, mỗi OTC được thiết lập 30 ô dạng bản (ODB) có diện tích 3 m² (2 m × 1,5 m), tổng cộng 180 ODB với tổng diện tích đo đếm 540 m². Tầng cây bụi thảm tươi được điều tra qua 5 ODB diện tích 20 m² (5 m × 4 m) bố trí tại 4 góc và trung tâm mỗi OTC. Dữ liệu thực nghiệm được phân tích thông qua mô hình phân bố giảm Meyer bằng phương pháp bình phương tối thiểu để mô phỏng quan hệ số cây theo cấp chiều cao (N/H), kiểm định chỉ số Poisson K để xác định quy luật phân bố mặt phẳng, cùng các tham số thống kê mô tả (độ lệch Sk, độ nhọn Ex, hệ số biến động S%) trên phần mềm chuyên ngành.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích số liệu thực nghiệm từ các ô tiêu chuẩn mang lại 4 nhóm kết quả định lượng nổi bật:

  1. Cấu trúc tầng cây cao có sự phân hóa rõ rệt theo mức độ phục hồi: Trạng thái IIB có mật độ 420 - 470 cây/ha, đường kính ngang ngực bình quân (D1.3) đạt 10,87 - 10,99 cm, chiều cao vút ngọn (Hvn) từ 9,13 - 9,43 m và trữ lượng thấp ở mức 14,72 - 21,99 m³/ha. Trạng thái IIIA1 đạt mật độ 390 - 440 cây/ha, D1.3 từ 18,74 - 18,81 cm, trữ lượng 110,14 - 113,34 m³/ha. Trạng thái IIIA2 có mật độ cao nhất đạt 460 - 510 cây/ha, D1.3 bình quân 20,44 - 20,76 cm, Hvn từ 16,55 - 16,75 m và trữ lượng đạt 145,06 - 154,36 m³/ha. Độ tàn che toàn khu vực dao động ổn định từ 0,56 đến 0,69.

  2. Mật độ tái sinh cao và tổ thành loài phong phú: Toàn bộ khu vực ghi nhận từ 69 đến 81 loài cây tái sinh tham gia vào cấu trúc dưới tán. Mật độ cây tái sinh đạt mức rất cao, dao động từ 6.667 đến 8.556 cây/ha ở trạng thái IIB, từ 8.834 đến 9.223 cây/ha ở trạng thái IIIA1 và từ 8.667 đến 9.223 cây/ha ở trạng thái IIIA2. Nhóm loài cây mục đích bản địa có giá trị gỗ lớn và phòng hộ cao như Lim xanh (Erythrophleum fordii), Táu mật (Vatica odorata), Re hương (Cinnamomum iners), Giổi lông (Michelia mediocris), Vàng tâm (Manglietia fordiana) chiếm ưu thế rõ nét trong công thức tổ thành bên cạnh các loài tiên phong mọc nhanh như Thôi ba, Sòi trắng, Sòi tía. Mật độ cây con tại vị trí chân đồi luôn cao hơn sườn đỉnh đồi từ 15,2% đến 28,3%.

  3. Chất lượng cây con tốt và nguồn gốc hạt chiếm ưu thế: Cây tái sinh có nguồn gốc từ hạt chiếm tỷ lệ vượt trội từ 55% đến 68% trên toàn lâm phần, đặc biệt ở phân cấp chiều cao dưới 1,0 m tỷ lệ cây mầm từ hạt đạt 28,20% - 38,36%. Về chất lượng, cây phẩm chất tốt (loại A) chiếm tỷ lệ cao nhất với 34,67% - 45,78%, cây trung bình (loại B) đạt 27,27% - 46,67% và cây xấu (loại C) chỉ chiếm 11,67% - 31,17%. Mật độ cây tái sinh có triển vọng đạt từ 3.444 đến 4.445 cây/ha, chiếm tỷ lệ từ 40,27% đến 55,98% tổng số cây tái sinh.

  4. Quy luật phân bố không gian và cấu trúc chiều cao: Kiểm định phân bố không gian theo chỉ số Poisson K cho giá trị dao động từ 0,17 đến 0,46 (đều nhỏ hơn 1), chứng minh cây tái sinh phân bố theo mạng hình đều trên mặt đất. Phân bố số cây theo cấp chiều cao (N/H) tuân theo quy luật phân bố giảm dạng hàm Meyer với hệ số tương quan cao, tập trung mật độ dày đặc ở cấp chiều cao 0,4 - 2,5 m và giảm nhanh ở các cấp chiều cao trên 3,0 m.

Thảo luận kết quả

Diễn biến tái sinh tự nhiên tại rừng phòng hộ Anh Sơn phản ánh tính quy luật sinh thái sâu sắc của quá trình phục hồi rừng sau tác động. Mật độ tái sinh dồi dào (trên 6.600 cây/ha) bắt nguồn từ nguồn giống tại chỗ của các cây mẹ còn sót lại kết hợp với độ tàn che tầng cao duy trì ở mức thích hợp (0,56 - 0,69). Mức độ tàn che này vừa đủ để cản bớt bức xạ gay gắt mùa khô, vừa tạo chế độ ánh sáng tán xạ thuận lợi cho hạt nảy mầm.

Tầng cây bụi thảm tươi dưới tán có độ che phủ trung bình 49,6% - 59,0% và chiều cao 0,78 - 0,91 m (chủ yếu là Dương xỉ, Guột, Cỏ lào, Sim, Mua). Khi thảm tươi có độ che phủ vượt quá 60% hoặc mọc thành bụi dày đặc, sự cạnh tranh không gian sống và dinh dưỡng đất diễn ra khốc liệt, khiến tỷ lệ cây triển vọng tại một số vị trí trạng thái IIB bị kìm hãm ở mức 40,27%. Ngược lại, ở trạng thái IIIA1 và IIIA2, sự vươn cao của lớp cây con vượt qua tầng thảm tươi đã nâng tỷ lệ cây triển vọng lên trên 51,3% - 55,9%.

Về mặt trực quan hóa số liệu, các phát hiện trên có thể được biểu diễn rõ ràng thông qua đồ thị đường cong phân bố giảm Meyer thể hiện số cây giảm dần theo trục chiều cao, kết hợp biểu đồ cột chồng so sánh tỷ lệ nguồn gốc chồi/hạt và chất lượng cây con giữa hai vị trí địa hình chân đồi và sườn đỉnh đồi. Kết quả này hoàn toàn tương đồng với các nghiên cứu kinh điển của Vũ Đình Huề (1975) và Phùng Ngọc Lan (1986) về quy luật đào thải tự nhiên trong rừng thứ sinh nhiệt đới, khẳng định rằng dù số lượng cây mạ ban đầu rất lớn nhưng chỉ những cá thể có ưu thế cạnh tranh sinh học mới tồn tại để gia nhập tầng tán chính.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các chỉ số định lượng về cấu trúc và tái sinh, 4 nhóm giải pháp kỹ thuật lâm sinh trọng tâm được đề xuất nhằm tối ưu hóa công tác quản lý và phục hồi rừng:

  1. Áp dụng biện pháp khoanh nuôi xúc tiến tái sinh tự nhiên kết hợp làm giàu rừng đối với trạng thái IIB: Ban quản lý rừng phòng hộ Anh Sơn cần tiến hành phát dọn dây leo, cây bụi chèn ép và tỉa thưa cục bộ những cụm cây tái sinh quá dày. Thực hiện trồng bổ sung các loài cây bản địa mục đích như Lim xanh, Re hương, Táu mật với mật độ 300 - 500 cây/ha tại những khoảng trống có độ tàn che dưới 0,4, phấn đấu đưa trữ lượng lâm phần tăng trưởng trên 5 m³/ha/năm trong giai đoạn 2024 - 2028.

  2. Thực hiện nuôi dưỡng và điều chỉnh cấu trúc tầng tán đối với trạng thái IIIA1: Tiến hành chặt nuôi dưỡng, loại bỏ những cây gỗ phẩm chất xấu, cong queo, sâu bệnh hoặc các loài cây tiên phong kém giá trị (như Nhọ nồi, Đỏ ngọn) nhằm giải phóng không gian dinh dưỡng cho cây mục đích. Giữ độ tàn che ổn định ở ngưỡng 0,60 - 0,65, tạo điều kiện cho 4.223 - 4.445 cây/ha tái sinh có triển vọng sinh trưởng nhanh, mục tiêu nâng tỷ lệ cây phẩm chất loại A lên trên 55% sau 3 năm can thiệp.

  3. Bảo tồn nghiêm ngặt và quản lý cấu trúc ổn định đối với trạng thái IIIA2: Giữ nguyên vẹn tầng cây cao có mật độ 460 - 510 cây/ha và trữ lượng 145,06 - 154,36 m³/ha để làm nguồn gieo giống tự nhiên. Định kỳ 6 tháng kiểm tra vệ sinh rừng, phòng chống cháy rừng trong mùa gió Tây Nam khô nóng (nhiệt độ có thể đạt 42,5°C) và kiểm soát sâu bệnh hại nhằm duy trì chức năng phòng hộ đầu nguồn tối ưu.

  4. Nâng cao hiệu quả giao khoán bảo vệ rừng gắn với sinh kế cộng đồng: Huyện Anh Sơn và Ban quản lý cần tiếp tục đẩy mạnh chính sách giao khoán 7.208,4 ha rừng tự nhiên cho 2.507 hộ dân tại các xã vùng đệm như Phúc Sơn, Thọ Sơn. Kết hợp tập huấn kỹ thuật lâm sinh với hỗ trợ phát triển mô hình nông lâm kết hợp dưới tán, giảm thiểu áp lực khai thác gỗ và lấn chiếm đất rừng trái phép.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và hệ thống dữ liệu thực nghiệm của luận văn mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng chính:

  1. Học viên cao học, nghiên cứu sinh và giảng viên chuyên ngành Lâm học, Lâm sinh, Quản lý tài nguyên rừng: Cung cấp tài liệu tham khảo học thuật chuẩn xác về phương pháp điều tra ô tiêu chuẩn, kỹ thuật tính toán công thức tổ thành, nắn hàm toán học Meyer và ứng dụng phân bố Poisson trong nghiên cứu sinh thái rừng nhiệt đới.

  2. Ban quản lý rừng phòng hộ, Vườn quốc gia và Khu bảo tồn thiên nhiên: Cung cấp bộ chỉ số định lượng thực tế để xây dựng phương án quản lý rừng bền vững, xác định tiêu chí khoanh nuôi phục hồi và lập kế hoạch làm giàu rừng tại khu vực Bắc Trung Bộ.

  3. Cán bộ kỹ thuật Chi cục Kiểm lâm và Sở Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn: Sử dụng làm căn cứ khoa học để hoạch định chính sách phân loại rừng, thiết kế các dự án lâm nghiệp và thẩm định chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật trong công tác trồng, chăm sóc và khoanh nuôi tái sinh rừng.

  4. Các tổ chức phi chính phủ và chuyên gia môi trường: Cung cấp dữ liệu nền tảng phục vụ các dự án bảo tồn đa dạng sinh học, tính toán sinh khối phục vụ thị trường chứng chỉ carbon rừng và bảo vệ lưu vực sông ngòi tại vùng đệm Vườn quốc gia Pù Mát.

Câu hỏi thường gặp

Trạng thái rừng IIIA2 có đặc điểm tái sinh nổi bật nào so với các trạng thái khác?
Trạng thái IIIA2 sở hữu mật độ cây tái sinh đạt 8.667 - 9.223 cây/ha với số loài ưu thế tham gia công thức tổ thành cao nhất (11 - 13 loài). Tỷ lệ cây phẩm chất loại A đạt xấp xỉ 43% và mật độ cây có triển vọng đạt mức kỷ lục 4.334 - 4.445 cây/ha nhờ tầng tán ổn định và điều kiện vi khí hậu tối ưu.

Vì sao phân bố cây tái sinh theo mặt đất lại đạt kiểu phân bố đều?
Kết quả kiểm định hệ số Poisson K trên toàn bộ 6 ô tiêu chuẩn đều đạt giá trị từ 0,17 đến 0,46 (nhỏ hơn 1). Điều này chứng minh cây con phân tán rộng khắp trên bề mặt đất rừng dưới tác động của tán cây mẹ phân bố đồng đều và quá trình đào thải tự nhiên giúp giảm mật độ tập trung cục bộ.

Độ che phủ của cây bụi thảm tươi ảnh hưởng như thế nào đến cây con?
Độ che phủ thảm tươi từ 49,6% đến 59,0% đóng vai trò che chở giữ ẩm cho đất khi cây mầm mới mọc. Tuy nhiên, nếu thảm tươi cao trên 0,9 m và che phủ quá dày, chúng sẽ cạnh tranh ánh sáng gay gắt, làm giảm tỷ lệ cây triển vọng ở trạng thái IIB xuống còn 40,27%.

Ý nghĩa của việc xác định nguồn gốc cây tái sinh từ hạt và từ chồi là gì?
Cây tái sinh từ hạt (chiếm 55% - 68%) có bộ rễ cọc phát triển sâu, thân cây thẳng, sống lâu năm và đáp ứng mục tiêu kinh doanh gỗ lớn cùng chức năng phòng hộ lâu dài. Cây tái sinh từ chồi sinh trưởng nhanh trong 3 - 5 năm đầu nhưng nhanh thoái hóa, chỉ phù hợp che phủ tạm thời.

Tại sao quy luật phân bố số cây theo chiều cao lại tuân theo hàm Meyer?
Hàm phân bố giảm Meyer mô phỏng chính xác quy luật sinh thái: số lượng cây con tập trung cao nhất ở cấp chiều cao dưới 1,0 m (chiếm hơn 50%) và giảm dần theo cấp số nhân khi chiều cao tăng lên do quá trình cạnh tranh sinh tồn và đào thải tự nhiên khốc liệt dưới tán rừng.

Kết luận

  1. Nghiên cứu đã xác lập hệ thống dữ liệu khoa học toàn diện về cấu trúc lâm phần và đặc tính tái sinh tự nhiên tại rừng phòng hộ đầu nguồn huyện Anh Sơn với 69 - 81 loài cây tái sinh tham gia cấu trúc tầng dưới.
  2. Mật độ tái sinh đạt mức rất cao từ 6.667 đến 9.223 cây/ha, trong đó mật độ cây có triển vọng đạt 3.444 - 4.445 cây/ha và nguồn gốc hạt chiếm ưu thế từ 55% đến 68%, bảo đảm tiềm năng tự phục hồi mạnh mẽ.
  3. Quy luật cấu trúc chiều cao tuân thủ chặt chẽ mô hình phân bố giảm Meyer và mạng hình không gian tuân theo phân bố đều Poisson (K < 1), chịu sự chi phối trực tiếp của độ tàn che (0,56 - 0,69) và vị trí địa hình.
  4. Đóng góp cốt lõi của đề tài là cung cấp hệ thống giải pháp kỹ thuật lâm sinh phân hóa theo từng trạng thái (khoanh nuôi làm giàu cho IIB, nuôi dưỡng điều chỉnh cho IIIA1 và bảo tồn nghiêm ngặt cho IIIA2).
  5. Để hiện thực hóa mục tiêu quản lý rừng bền vững giai đoạn 2024 - 2030, các đơn vị quản lý cần lập tức áp dụng quy trình tỉa thưa, làm giàu rừng bằng cây bản địa và đẩy mạnh liên kết sinh kế với cộng đồng địa phương. Hãy tham khảo và ứng dụng ngay các phát hiện khoa học từ công trình này vào thực tiễn sản xuất lâm nghiệp tại đơn vị.