Tổng quan luận án

Vấn đề biến đổi khí hậu, nước biển dâng và các hiện tượng thời tiết cực đoan đang tác động trực tiếp đến dải ven biển Việt Nam. Tại khu vực miền Trung, dải bờ biển trải dài qua 14 tỉnh từ Thanh Hóa đến Bình Thuận có khoảng 40 vạn ha cồn cát, bãi cát di động đang đối mặt với nguy cơ sa mạc hóa. Tỷ lệ đất cát hoang hóa chưa sử dụng tại nhiều địa phương chiếm từ 22% đến 35% tổng diện tích đất cát ven biển (Hà Tĩnh có 8.000 ha, chiếm 30,35%; Quảng Bình có 8.000 ha, chiếm 24,1%; Quảng Trị có trên 10.000 ha). Việc thiết lập và duy trì hệ thống rừng phòng hộ chắn gió, chắn cát bay gặp nhiều trở ngại do điều kiện lập địa khắc nghiệt: đất cát rời rạc, chua, nghèo mùn và dinh dưỡng, dung tích hấp thu thấp, khả năng giữ nước và giữ phân kém, thường xuyên chịu tác động cơ học của gió bão và cát vùi lấp hoặc bốc trơ gốc.

Khoảng trống nghiên cứu được tác giả xác định bao gồm:

  • Việc phân chia lập địa vùng cát ven biển trước đây chưa gắn kết chặt chẽ giữa các yếu tố hình thành đất với mục tiêu phòng hộ chắn gió, chắn cát bay.
  • Thiếu các dẫn liệu thực nghiệm về tập đoàn cây trồng thích hợp trên từng nhóm lập địa cụ thể, đặc biệt là các dạng lập địa khó khăn (cát mới bồi ven biển, cát di động, bán ngập theo mùa).
  • Thiếu các giải pháp kỹ thuật đồng bộ về bảo vệ cơ học cây con giai đoạn đầu, kỹ thuật làm đất (lên líp), bón lót phân hữu cơ vi sinh kết hợp chất giữ ẩm nhằm tăng tỷ lệ sống và chất lượng lâm phần.
  • Chưa lượng hóa đầy đủ các chỉ số chức năng phòng hộ như hiệu năng chắn gió, chắn cát, cải thiện tính chất đất và khả năng tích lũy carbon, hấp thụ CO2 của các cấu trúc đai rừng.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án:

  1. Mục tiêu lý luận: Bổ sung cơ sở khoa học về các biện pháp kỹ thuật trồng rừng phòng hộ trên các nhóm dạng lập địa vùng cát ven biển nhằm nâng cao hiệu quả gây trồng và chức năng phòng hộ ứng phó với biến đổi khí hậu.
  2. Mục tiêu thực tiễn:
    • 2.1. Xác định cơ sở phân chia lập địa và các biện pháp kỹ thuật trồng rừng phòng hộ trên các nhóm dạng lập địa chính vùng cát ven biển khu vực nghiên cứu.
    • 2.2. Đánh giá hiệu quả chắn gió, chắn cát, cải thiện đất và hấp thụ carbon của một số đai rừng phòng hộ vùng cát ven biển.
    • 2.3. Đề xuất bổ sung một số giải pháp kỹ thuật trồng rừng phòng hộ phù hợp và định hướng sử dụng hiệu quả, bền vững các nhóm dạng lập địa chính vùng cát ven biển ba tỉnh Bắc Trung Bộ.

Đối tượng nghiên cứu:

  • Các dạng lập địa chính vùng cát ven biển tại 3 tỉnh Hà Tĩnh, Quảng Bình và Quảng Trị.
  • Các loài cây trồng rừng phòng hộ chính: Keo lá liềm (Acacia crassicarpa A.Cunn ex Benth), Keo lá tràm (Acacia auriculiformis A.Cunn ex Benth) và Phi lao (Casuarina equisetifolia L., gồm giống địa phương và dòng 601 Trung Quốc).

Phạm vi nghiên cứu:

  • Không gian: Vùng cát ven biển các huyện Cẩm Xuyên (Hà Tĩnh), Lệ Thủy (Quảng Bình) và Triệu Phong (Quảng Trị). Các điểm thí nghiệm cụ thể đặt tại xã Cẩm Dương (huyện Cẩm Xuyên), xã Ngư Thủy Bắc (huyện Lệ Thủy) và xã Triệu Trạch (huyện Triệu Phong).
  • Thời gian và nội dung: Luận án thực hiện trong giai đoạn 2015–2021; tập trung đánh giá sinh trưởng, sinh khối và khả năng phòng hộ của các lâm phần rừng trồng; thử nghiệm các biện pháp kỹ thuật (lên líp, bón phân hữu cơ vi sinh Sông Gianh kết hợp chất giữ ẩm, trồng cây phù trợ Dứa dại, trồng rừng chu kỳ 2) đối với rừng trồng từ 12 đến 27 tháng tuổi và đai rừng Keo lá liềm 7–10 tuổi, Phi lao 25 tuổi.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu trong luận án được tổng hợp theo các nhánh nghiên cứu chính trên thế giới và tại Việt Nam:

Hướng nghiên cứu Tác giả, công trình và năm công bố tiêu biểu Nội dung chính được tổng thuật trong văn bản
Phân chia lập địa trên thế giới Krutch (1814, 1849), Pleil (1821, 1829), Rarmann (1867, 1885), Valter (1887, 1925), Krauss (1935, 1954), Kopp (1965, 1969), H. Hunger (1982), Blagovidov & Buadov (1958, 1959), Trectov (1977, 1981), Pôgrepnhiak, Dương Kế Cảo và cs (1993), Huan-Ting et al. (1991), Pye (1983, 1990), Saye (2003), Pandey et al. (1964), Arens & Wiersma (1994). Phân kiểu lập địa theo mối quan hệ sinh trưởng thực vật và môi trường; phân vùng lập địa theo không gian; hệ thống 4 đơn vị lập địa của Đức; phân loại theo điều kiện thoát nước, đá mẹ và địa hình ở Nga; hệ thống phân cấp lập địa 6 cấp tại Trung Quốc; phân loại hình thái cồn cát ven biển.
Kỹ thuật trồng rừng và cố định cát quốc tế Woodhouse (1978), Haishui (1996), Li et al. (2004, 2008), Gadgil & Ede (1998), Harsh & Tewari (1993), Muthana (1982), Gupta et al. (1997), Kutiel et al. (2004), Lusigi (1981), Tom Coates (2000), Zhao et al. (2014), Yang et al. (2014), Wang et al. (2012). Sử dụng thảm phủ thực vật cố định cồn cát; mô hình đai rừng Phi lao kết hợp Keo, Bạch đàn, Thông tại Trung Quốc; chiến lược ổn định cồn cát tại New Zealand, Ấn Độ, Israel, châu Phi; cơ cấu đai cây kết hợp băng cỏ; vai trò giữ nước của đất theo vị trí cồn cát.
Hiệu năng phòng hộ chắn gió, chắn cát quốc tế Lomitcosku (1893, 1909, 1911), Nhikitin (1952), Machiakin (1955), Takle et al. (1988), Midgley et al. (1983), Kejie Zhan et al. (2017), Zhao et al. (2007), Sun et al. (2019), Palone & Todd (1998), Cochard et al. (2008). Phạm vi chắn gió của đai thưa và đai hơi kín (30H đến 60–100H); mức giảm vận tốc gió (25–69%); khả năng cố định 104–233 m³ cát/năm của đai rừng rộng 100m; ảnh hưởng của cấu trúc mật độ, số tầng tán và khoảng cách đai rừng đến hiệu quả phòng hộ.
Phân loại đất và lập địa cát ven biển tại Việt Nam Phan Liêu (1981), Nguyễn Ngọc Bình (1996), Tôn Thất Chiểu & Đỗ Đình Thuận (1996), Đào Công Khanh & Đặng Văn Thuyết (1997), Đỗ Đình Sâm & Nguyễn Ngọc Bình (2001), Đặng Văn Thuyết (2004), Nguyễn Xuân Quát & Đặng Văn Thuyết (2005), Hoàng Xuân Tý (1994), Ngô Đình Quế (2010), Dương Tiến Đức (2012). Xác định 7 nhóm đất cát dọc bờ biển; phân chia đất cát biển theo FAO-UNESCO; phân chia 11 loại đất cát Bắc Trung Bộ; phân chia 3 nhóm với 21 dạng lập địa vùng cát ven biển; xác định 5 nhân tố ảnh hưởng sinh trưởng Phi lao; 5 tiêu chí phân cấp hoang mạc hóa.
Kỹ thuật lâm sinh vùng cát ven biển Việt Nam Lâm Công Định (1977), Lê Đình Khả (1997), Phan Thanh Ngọ (2003), Nguyễn Ngọc Bình (2004, 2006), Đặng Thái Dương (2004, 2010, 2015), Trịnh Văn Hạnh et al. (2011, 2012), Lê Đức Thắng & Nguyễn Thành Tây (2014), Nicolas Witman et al. (2019), Lê Ngọc Cương (2015), Lê Đức Thắng et al. (2017, 2019). Chọn loài cây trồng (Phi lao, Keo lá liềm, Keo lá tràm, Xoan Ấn Độ, cây bản địa rú cát); kỹ thuật làm đất lên líp đơn/líp đôi; thời vụ trồng tháng 11; bón phân hữu cơ vi sinh kết hợp chất giữ ẩm; ứng dụng bánh mùn ép rơm rạ và che phủ gốc.
Đánh giá hiệu quả phòng hộ đai rừng tại Việt Nam Lê Xuân Trường & Vũ Đại Dương (2017), Đặng Thái Dương (2004, 2010, 2015), Đặng Văn Thuyết et al. (2005), Ngô Đình Quế (2008), Nguyễn Thị Liệu (2018), Ngô Thị Phương Anh et al. (2017). Hiệu năng chắn gió theo kết cấu đai kín, đai thưa, đai hơi kín; giảm vận tốc gió 20–40% ở cự ly 4H–20H; giảm độ dày cát bốc từ 35–40cm xuống 10–15cm; nốt sần cố định đạm và tích lũy vật rơi rụng cải thiện tính chất đất cát.

Khoảng trống luận án giải quyết: Luận án kế thừa và mở rộng hệ thống phân chia lập địa vùng cát ven biển Bắc Trung Bộ từ 3 nhóm với 21 dạng lập địa lên 4 nhóm với 38 dạng lập địa thông qua 5 tiêu chí và 20 chỉ tiêu cụ thể; đồng thời hoàn thiện gói kỹ thuật lâm sinh (lên líp, bón 100g phân hữu cơ vi sinh Sông Gianh + 10g chất giữ ẩm, trồng hàng rào sống cây Dứa dại) và định lượng toàn diện 4 chỉ tiêu phòng hộ (giảm gió, chắn cát, tích lũy dinh dưỡng đất, trữ lượng carbon/hấp thụ CO2).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án xây dựng trên các cơ sở lý thuyết và khung phân tích lâm sinh học:

  • Khái niệm lập địa: Lập địa được xác định là một phức hợp các yếu tố hoàn cảnh sống của sinh vật bao gồm thổ nhưỡng, địa hình, khí hậu, thế giới sinh vật và tác động của con người (theo Đào Thế Tuấn, 1984; Ngô Đình Quế, 2010; Ngô Đình Quế & Nguyễn Xuân Quát, 2012).
  • Rừng phòng hộ chắn gió, chắn cát bay: Rừng được xác lập nhằm mục đích giảm cường độ gió, cố định cát di động, bảo vệ các vùng sản xuất nông nghiệp, khu dân cư và công trình hạ tầng ven bờ (Luật Lâm nghiệp 2017; Bộ Khoa học và Công nghệ, 2018).
  • Khung phân tích thực nghiệm: Tiếp cận hệ thống, cấu trúc, quan sát thực nghiệm sinh trưởng lâm phần và khí động lực học đai rừng.

Phương pháp nghiên cứu cụ thể:

  1. Phương pháp điều tra xã hội học lâm nghiệp:
    • Sử dụng công cụ đánh giá nông thôn có sự tham gia của người dân (PRA) và đánh giá nhanh nông thôn (RRA).
    • Tiến hành phỏng vấn cán bộ địa phương và hộ gia đình qua phiếu điều tra có cấu trúc sẵn với tổng số 180 phiếu (30 phiếu/xã × 2 xã/huyện × 1 huyện/tỉnh × 3 tỉnh Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị).
  2. Phương pháp lập ô tiêu chuẩn (OTC) và giải tích cây mẫu:
    • Bố trí 87 OTC điển hình tạm thời trên các dạng lập địa đại diện, diện tích 500 m²/ô (kích thước hình chữ nhật 25m × 20m, chiều dài song song với đường bờ biển).
    • Đo đếm toàn bộ các chỉ tiêu: đường kính gốc ($D_0$), đường kính ngang ngực ($D_{1.3}$), chiều cao vút ngọn ($H_{VN}$), đường kính tán ($D_T$) theo hai hướng vuông góc Đông–Tây và Nam–Bắc.
    • Đào 3 phẫu diện đất/OTC tại 3 tầng sâu: $T_1$ (0–20 cm), $T_2$ (21–40 cm), $T_3$ (> 40 cm), lấy mẫu đất hỗn hợp 0,5 kg/tầng mang về phòng thí nghiệm Viện Nghiên cứu và Phát triển Vùng phân tích.
    • Chặt hạ và giải tích thân cây mẫu Keo lá liềm để xác định sinh khối tươi, sinh khối khô các bộ phận (thân, cành, lá, rễ) và phân tích hàm lượng carbon.
  3. Tiêu chuẩn và phương pháp phân tích phòng thí nghiệm:
    • Độ chua trao đổi ($pH_{KCl}$): TCVN 5979:2007.
    • Hàm lượng mùn tổng số (OM%): TCVN 6644:2000.
    • Nitơ tổng số ($N_{ts}$%): TCVN 6498:1999; Nitơ dễ tiêu: TCVN 5255:2000.
    • Phốt pho tổng số ($P_2O_5\ ts$%): TCVN 8940:2011; Phốt pho dễ tiêu: TCVN 5256:2009.
    • Kali dễ tiêu ($K_2O_{dt}$): TCVN 8662:2010.
    • Thành phần cấp hạt (cát thô 2,0–0,2 mm; cát mịn 0,2–0,02 mm; limon 0,02–0,002 mm; sét < 0,002 mm): TCVN 8567:2010.
  4. Bố trí thí nghiệm lâm sinh hiện trường:
    • Các thí nghiệm 1, 2, 3, 5, 6, 7 thiết kế theo khối ngẫu nhiên đầy đủ (RCBD), 1 nhân tố, 3 lần lặp lại. Diện tích mỗi ô thí nghiệm là 360 m² (chứa 90 cây/công thức/lần lặp).
    • Kỹ thuật chuẩn bị: Kích thước hố đào 40 × 40 × 40 cm; mật độ trồng 2.500 cây/ha (cự ly 2,0 × 2,0 m); lên líp và che phủ tàn dư thực vật quanh gốc; thời vụ trồng tháng 11 dương lịch.
    • Vật liệu thử nghiệm: Phân hữu cơ vi sinh Sông Gianh (độ ẩm 30%, chất hữu cơ 15%, $P_2O_5$ 1,5%, Acid Humic 2,5%, Ca 1,0%, Mg 0,5%, S 0,3%, các chủng vi sinh vật Bacillus, Azotobacter, Aspergillus $1 \times 10^6$ CFU/g); chất giữ ẩm polyme siêu hấp thụ nước ("Hạt nước", hấp thụ 305–350 lần khối lượng ở 25°C, thời gian lưu giữ nước 10–12 tháng).
    • Thí nghiệm 4: Thử nghiệm cây phù trợ Dứa dại (Pandanus) và vị trí trồng bổ sung trên đất cát mới bồi ven biển xã Cẩm Dương (Hà Tĩnh), diện tích 1.800 m², mật độ 4.444 cây/ha (cự ly 1,5 × 1,5 m), gồm 3 công thức: CT1 (đối chứng, trồng Phi lao phía trước đai rừng cũ 25 tuổi), CT2 (trồng Phi lao phía trước kết hợp 1 hàng Dứa dại cách mép đai 50cm, cự ly cây 30–40 cm), CT3 (trồng Phi lao phía sau đai rừng cũ).
  5. Phương pháp đo đạc hiệu năng phòng hộ và xử lý số liệu:
    • Hiệu năng chắn gió ($E$): Đo vận tốc gió bằng máy đo gió chuyên dụng tại các khoảng cách bội số chiều cao cây ($H$) phía trước và sau đai rừng.
    • Đo mức độ di động cát: Đóng cọc tiêu chuẩn đo chiều cao cát bốc và cát lấp định kỳ.
    • Xử lý thống kê: Phân tích phương sai (ANOVA), kiểm định sai khác hậu định Duncan/Tukey, phân tích hồi quy tương quan và vẽ biểu đồ phân bố qua phần mềm thống kê chuyên ngành.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 1 tổng thuật hệ thống hóa các tài liệu khoa học trong nước và quốc tế về 3 trụ cột: (1) Cơ sở lý luận và tiêu chí phân chia lập địa vùng cát ven biển; (2) Kỹ thuật gây trồng rừng phòng hộ và ảnh hưởng của các biện pháp lâm sinh đối với sinh trưởng cây trồng trên đất cát; (3) Cơ sở khoa học đánh giá hiệu quả phòng hộ chắn gió, chắn cát, cải thiện môi trường của các đai rừng.

Tác giả chỉ rõ những hạn chế tồn tại ở vùng ven biển miền Trung: tỷ lệ đất hoang hóa lớn (Hà Tĩnh 8.000 ha, Quảng Bình 8.000 ha, Quảng Trị trên 10.000 ha), đai rừng trồng thuần loài dễ suy thoái, kỹ thuật trồng truyền thống tốn kém (thay đất đồi, gánh nước tưới) nhưng tỷ lệ thành rừng thấp, cây con bị vùi lấp hoặc trơ gốc do cát di động. Chương này xác lập luận cứ về việc phải kết hợp đồng bộ giữa phân chia lập địa chi tiết, cải tạo môi trường đất hố trồng bằng chất giữ ẩm/phân vi sinh và thiết lập đai bảo vệ cơ học sống.

Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày chi tiết khung logic nghiên cứu, đặc điểm tự nhiên - xã hội của vùng cát 3 tỉnh Bắc Trung Bộ và toàn bộ quy trình thu thập, phân tích dữ liệu.

Bảng thống kê phân bố 87 ô tiêu chuẩn điều tra thực trạng theo các huyện, loài cây và nhóm dạng lập địa:

Huyện / Tỉnh Loài cây điều tra Dạng lập địa theo ký hiệu Cấp tuổi lâm phần Số lượng OTC
Cẩm Xuyên (Hà Tĩnh) Phi lao BCH2AT4 2 3
Phi lao BbCH1AnT4 25 3
Keo lá tràm BCcH2AT4 7 3
Keo lá liềm BCcH2AT5 1, 2 6
Lệ Thủy (Quảng Bình) Phi lao BCH2AT4 2 3
Phi lao BCcH2KT2 2 3
Phi lao BCH2KT2 2, 6, 10, 15 12
Phi lao CCcH2KT2 2 3
Phi lao CCcH3KT1 5, 10 6
Phi lao CCcH3KT2 2 3
Keo lá tràm BCcH2KT2 6, 7, 8, 9, 10, 13 18
Keo lá tràm CCcH3KT2 2 3
Keo lá liềm CCcH2KT2 2 3
Triệu Phong (Quảng Trị) Phi lao BCcH2KT2 2 3
Phi lao CCcH2KT2 2 3
Keo lá tràm BCcH2AT2 9 3
Keo lá tràm BCcH2KT2 7 3
Keo lá liềm BCcH2AT4 8, 10 6
Tổng số 87

Chương này cũng thiết lập chi tiết sơ đồ bố trí 7 khối thí nghiệm lâm sinh tại thực địa nhằm kiểm chứng tác động của phân hữu cơ vi sinh Sông Gianh (100g/hố), chất giữ ẩm polyme (10g/hố), cây phù trợ Dứa dại và các dạng lập địa khác nhau đối với sinh trưởng của Keo lá liềm, Keo lá tràm và Phi lao.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 3 là phần thực nghiệm trọng tâm của luận án, được cấu trúc thành 5 nội dung chính:

  1. Cơ sở khoa học xây dựng tiêu chí và phân chia các nhóm dạng lập địa: Luận án hoàn thiện hệ thống gồm 5 tiêu chí với 20 chỉ tiêu cụ thể để phân chia lập địa vùng cát ven biển Bắc Trung Bộ:
  • Tiêu chí 1: Địa hình, địa mạo (4 dạng: Đụn cát di động - Đ, Cồn cát bán di động - C, Cồn cát/bãi cát cố định - B, Cồn cát/bãi cát nhân tác - NT).
  • Tiêu chí 2: Độ cao địa hình tuyệt đối (3 cấp: < 6m, 6–12m, > 12m).
  • Tiêu chí 3: Độ sâu xuất hiện mực nước ngầm trong mùa khô (3 cấp: nông < 1m, trung bình 1–2m, sâu > 2m).
  • Tiêu chí 4: Loại đất và độ dày tầng cát (chia theo nguồn gốc cát trắng vàng, cát trắng xám, mức độ gắn kết).
  • Tiêu chí 5: Trạng thái thực bì và thực vật chỉ thị (cỏ chịu hạn, trảng cây bụi, rú cát tự nhiên). Kết quả phân chia được 38 dạng lập địa thuộc 4 nhóm dạng lập địa chính:
  • Nhóm I: Đụn cát di động ven biển.
  • Nhóm II: Cồn cát bán di động.
  • Nhóm III: Cồn cát, bãi cát cố định (gồm các phân nhóm III1 - bãi cát bằng phẳng cao, III2 - đất cát mới bồi ven biển, III3 - cồn cát cố định gồ ghề).
  • Nhóm IV: Cồn cát, bãi cát nhân tác (khu vực sau khai thác sa khoáng titan hoặc nuôi trồng thủy sản).
  1. Đánh giá thực trạng kỹ thuật gây trồng và sinh trưởng rừng phòng hộ: Số liệu điều tra 180 phiếu PRA/RRA chỉ ra rằng các biện pháp kỹ thuật truyền thống áp dụng không đồng bộ, tỷ lệ sống sau 1 năm thường dưới 60% trên các cồn cát bán di động nếu không có biện pháp che chắn. Kết quả phân tích 87 OTC cho thấy đất cát ven biển có hàm lượng dinh dưỡng rất nghèo kiệt ($N_{ts}$ biến động từ 0,012% đến 0,045%, $P_2O_5$ dễ tiêu đạt 0,35–1,2 mg/100g đất, mùn < 0,5%), tỷ lệ cấp hạt cát thô và mịn chiếm trên 90–95%, cấp sét < 1,5%.

  2. Kết quả các thí nghiệm biện pháp kỹ thuật lâm sinh:

  • Thí nghiệm 1 & 5 (Phân bón + Chất giữ ẩm): Công thức CT3 (100g phân vi sinh Sông Gianh + 10g chất giữ ẩm/gốc) cho kết quả sinh trưởng vượt trội có ý nghĩa thống kê ($p < 0,05$) so với đối chứng (ĐC) trên cả nhóm lập địa II và III3 tại Lệ Thủy và Triệu Phong. Cây Phi lao và Keo lá liềm ở CT3 đạt tỷ lệ sống > 90%, tăng trưởng đường kính gốc ($D_0$) tăng 22–35%, chiều cao ($H_{VN}$) tăng 25–40%, số cành dài trên 50 cm và lượng cành nhánh cấp 1 phân hóa mạnh hơn hẳn so với ĐC.
  • Thí nghiệm 2 (Trồng rừng chu kỳ sau trên lập địa III1 tại Cẩm Xuyên): Cây Keo lá liềm trồng chu kỳ 2 được bón lót CT3 kết hợp lên líp sinh trưởng tốt, khắc phục hiện tượng suy thoái sinh trưởng do đất kiệt dinh dưỡng sau khai thác chu kỳ 1.
  • Thí nghiệm 3 (So sánh loài trên lập địa III1 tại Lệ Thủy): Ở giai đoạn 27 tháng tuổi, Keo lá liềm thể hiện khả năng chịu hạn, tích lũy vật rơi rụng và tăng trưởng sinh khối cao hơn Keo lá tràm trên đất cát khô ráo thoát nước mạnh.
  • Thí nghiệm 4 (Hàng rào phù trợ Dứa dại trên lập địa III2 tại Cẩm Xuyên): Công thức CT2 (trồng bổ sung Phi lao có hàng Dứa dại che chắn phía trước) giúp tỷ lệ sống của cây Phi lao đạt trên 88%, giảm tỷ lệ chết ngọn và gãy đổ do gió biển và sóng đánh trôi gốc so với CT1 (đối chứng không có Dứa dại, tỷ lệ bật gốc/chết ngọn cao).
  1. Hiệu quả phòng hộ của các đai rừng:
  • Chắn gió: Đai rừng Keo lá liềm 7–10 tuổi mật độ 1.666–2.000 cây/ha có hệ số lọt gió $k = 0,48$, làm giảm vận tốc gió từ 62% đến 90,9% ở khoảng cách $5H$ đến $15H$ phía sau đai rừng.
  • Chắn cát: Sau 3 tháng theo dõi, đai rừng Keo lá liềm 14 tháng tuổi làm giảm đáng kể chiều cao cát bốc và cố định bề mặt cát; lớp cát di động ở nơi có đai rừng chỉ dao động 10–15 cm so với 35–40 cm ở khu vực đất trống không có rừng.
  • Cải thiện đất: Rừng Keo lá liềm hình thành lượng vật rơi rụng phong phú hoàn trả cho đất; khối lượng nốt sần rễ cố định đạm phát triển mạnh, làm tăng độ ẩm đất thêm 9,4–10,6%, tăng hàm lượng mùn và chuyển dịch tỷ lệ hạt mịn (< 0,02 mm) tăng dần dưới tán rừng.
  • Tích lũy carbon và hấp thụ CO2: Xác lập phương trình tương quan sinh khối và trữ lượng carbon giữa các bộ phận thân cây cá thể và toàn lâm phần Keo lá liềm, chứng minh tiềm năng hấp thụ CO2 tích lũy theo cấp tuổi của rừng phòng hộ vùng cát.
  1. Đề xuất giải pháp kỹ thuật trồng rừng phòng hộ: Xây dựng ma trận hướng dẫn kỹ thuật chi tiết cho từng nhóm dạng lập địa (loài cây, xử lý thực bì, kích thước líp, phân bón, mật độ, phương thức trồng hỗn giao hoặc bố trí đai bảo vệ).

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới của luận án:

  1. Đóng góp về lý luận:
    • Nghiên cứu bổ sung, xây dựng hệ thống 5 tiêu chí với 20 chỉ tiêu khoa học phù hợp với đặc thù dải ven biển Bắc Trung Bộ, thực hiện phân chia chi tiết 38 dạng lập địa thuộc 4 nhóm dạng lập địa chính vùng cát ven biển 3 tỉnh Hà Tĩnh, Quảng Bình và Quảng Trị.
    • Bổ sung cơ sở dữ liệu định lượng về sinh trưởng, sinh khối, đặc tính hình thành nốt sần, lượng vật rơi rụng hoàn trả dinh dưỡng, hiệu năng giảm gió, mức độ giữ cát và phương trình tương quan hấp thụ CO2 của loài Keo lá liềm và Phi lao trên đất cát ven biển.
  2. Đóng góp về thực tiễn:
    • Xác định được công thức bón lót tối ưu: 100g phân hữu cơ vi sinh Sông Gianh kết hợp 10g chất giữ ẩm (polyme siêu hấp thụ nước)/hố, giúp nâng cao tỷ lệ sống (> 90%) và tăng trưởng sinh khối cây con Phi lao, Keo lá liềm trong 2 năm đầu trên các lập địa cát khô hạn, nghèo dinh dưỡng.
    • Hoàn thiện giải pháp kỹ thuật bảo vệ cơ học bằng sinh học: Thiết lập hàng rào cây Dứa dại (Pandanus) làm đai chắn ngoài cùng kết hợp trồng bổ sung Phi lao trên dạng lập địa cát mới bồi (nhóm III2), giải quyết hiện tượng sóng và gió đánh bật gốc cây con.
    • Đề xuất quy trình kỹ thuật lâm sinh đồng bộ (làm đất lên líp đơn/líp đôi, thời vụ trồng tháng 11, mật độ 1.600–2.500 cây/ha, bón lót và chăm sóc xới vun phủ gốc) ứng dụng cho từng nhóm dạng lập địa tại 3 tỉnh Hà Tĩnh, Quảng Bình và Quảng Trị.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án:

  • Thời gian theo dõi các mô hình thí nghiệm lâm sinh tập trung chủ yếu ở giai đoạn cây non từ 12 đến 27 tháng tuổi; chưa theo dõi được liên tục toàn bộ chu kỳ sinh trưởng thành thục của các lâm phần rừng phòng hộ.
  • Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm giới hạn tại 3 tỉnh Bắc Trung Bộ (Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị), do đó khi áp dụng cho các vùng cát khác (như vùng cát khô hạn cực Nam Trung Bộ hoặc bãi cát ngập triều miền Bắc) cần có sự điều chỉnh cục bộ.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

  • Tiếp tục theo dõi động thái sinh trưởng, cấu trúc tầng tán, khả năng tái sinh tự nhiên và diễn thế thảm thực vật dưới tán các mô hình thí nghiệm khi rừng khép tán ở giai đoạn 5–10 năm tuổi và lớn hơn.
  • Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế sinh thái học nốt sần cộng sinh cố định đạm của Keo lá liềm trên các loại cát khác nhau.
  • Thử nghiệm mở rộng các mô hình nông lâm kết hợp (NLKH) và bổ sung các loài cây bản địa có giá trị kinh tế - sinh thái vào sâu phía trong các đai rừng phòng hộ đã khép tán.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo cho các đối tượng:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên các ngành Lâm sinh, Quản lý tài nguyên rừng, Sinh thái học nhiệt đới và Khoa học đất: Tham khảo phương pháp phân chia lập địa vi mô, kỹ thuật bố trí ô tiêu chuẩn và phương pháp luận thiết kế thí nghiệm lâm sinh trên vùng đất cát ven biển.
  • Giảng viên đại học và các nhà khoa học lâm nghiệp: Sử dụng số liệu giải tích sinh khối, trữ lượng carbon, phương trình hồi quy hấp thụ CO2 và các chỉ tiêu lý hóa tính đất cát ven biển phục vụ giảng dạy và nghiên cứu chuyên sâu.
  • Các nhà quản lý, cán bộ kỹ thuật tại Sở Nông nghiệp & PTNT, Chi cục Kiểm lâm, Ban quản lý rừng phòng hộ ven biển tại các tỉnh miền Trung: Ứng dụng trực tiếp hệ thống phân chia 38 dạng lập địa và gói kỹ thuật lâm sinh (lên líp, bón phân Sông Gianh + chất giữ ẩm, hàng rào Dứa dại) vào công tác lập quy hoạch, thiết kế và thi công các dự án trồng rừng phòng hộ ven biển thích ứng với biến đổi khí hậu.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án đã phân chia lập địa vùng cát ven biển ba tỉnh Bắc Trung Bộ thành bao nhiêu nhóm và dạng lập địa, dựa trên những tiêu chí nào?
Luận án đã xây dựng 5 tiêu chí với 20 chỉ tiêu (địa hình địa mạo, độ cao tuyệt đối, mực nước ngầm mùa khô, loại đất/độ dày tầng cát, trạng thái thực bì) để phân chia thành 38 dạng lập địa thuộc 4 nhóm dạng lập địa chính: Nhóm I (Đụn cát di động ven biển), Nhóm II (Cồn cát bán di động), Nhóm III (Cồn cát, bãi cát cố định - chia thành 3 phân nhóm III1, III2, III3) và Nhóm IV (Cồn cát, bãi cát nhân tác sau khai thác titan/thủy sản).

2. Công thức bón lót và sử dụng vật liệu giữ ẩm nào mang lại hiệu quả sinh trưởng tốt nhất cho cây trồng trong các thí nghiệm?
Công thức thí nghiệm 3 (CT3) gồm 100g phân hữu cơ vi sinh Sông Gianh kết hợp với 10g chất giữ ẩm polyme siêu hấp thụ nước ("Hạt nước" có khả năng hút nước 305–350 lần) cho một hố trồng đem lại kết quả sinh trưởng tốt nhất. Công thức này giúp tăng tỷ lệ sống trên 90%, tăng trưởng đường kính gốc ($D_0$) vượt 22–35% và chiều cao ($H_{VN}$) vượt 25–40% so với đối chứng không bón trên các nhóm lập địa II và III3.

3. Biện pháp kỹ thuật nào được luận án đề xuất để xử lý hiện tượng cây Phi lao bị sóng biển và cát bay đánh bật gốc trên lập địa cát mới bồi ven biển?
Luận án đề xuất giải pháp trồng một hàng rào sinh học bằng cây Dứa dại (Pandanus) chạy dọc mép ngoài cùng (khoảng cách cây cách cây 30–40 cm, cách hàng Phi lao ngoài cùng 50 cm và cách mép biển 30–50 m) kết hợp trồng bổ sung 5–7 hàng Phi lao phía trước đai rừng cũ. Hàng Dứa dại đóng vai trò cản sóng và giảm vận tốc gió sát mặt đất, giúp tỷ lệ sống của cây Phi lao đạt trên 88% và hạn chế tình trạng trôi cát trơ gốc.

4. Khả năng chắn gió của đai rừng Keo lá liềm được định lượng như thế nào qua nghiên cứu?
Đai rừng Keo lá liềm 7–10 tuổi mật độ 1.666–2.000 cây/ha có kết cấu hơi kín với hệ số lọt gió $k = 0,48$. Trong phạm vi khoảng cách từ $5H$ đến $15H$ (tương đương 40m đến 120m) phía sau đai rừng, đai rừng làm giảm vận tốc gió từ 62,03% đến 90,94% so với vận tốc gió ban đầu trước đai.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Lê Đức Thắng đã giải quyết một cách có hệ thống cơ sở khoa học và kỹ thuật gây trồng rừng phòng hộ trên vùng cát ven biển các tỉnh Hà Tĩnh, Quảng Bình và Quảng Trị. Công trình đã chuẩn hóa 5 tiêu chí phân chia 38 dạng lập địa thuộc 4 nhóm chính, đồng thời khẳng định hiệu quả vượt trội của giải pháp bón lót phân vi sinh kết hợp chất giữ ẩm polyme và đai cây phù trợ Dứa dại. Các dẫn liệu định lượng về khả năng giảm gió, cố định cát, cải tạo đất và lưu trữ carbon của Keo lá liềm và Phi lao cung cấp căn cứ thực tiễn quan trọng cho công tác quy hoạch, khôi phục và phát triển bền vững hệ thống rừng phòng hộ dải ven biển Bắc Trung Bộ.