Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Theo số liệu thống kê lâm nghiệp năm 2012 được tác giả dẫn chứng, diện tích đất lâm nghiệp của Việt Nam đạt 15,4 triệu ha (chiếm 58,5% diện tích đất nông nghiệp và 46,4% tổng diện tích tự nhiên toàn quốc), chưa kể hơn 2,7 triệu ha đất đồi núi chưa sử dụng và núi đá chưa có rừng. Đây là không gian sinh sống của hơn 25 triệu người dân vùng núi, bao gồm khoảng 12 triệu đồng bào các dân tộc thiểu số có sinh kế phụ thuộc trực tiếp vào rừng. Tuy nhiên, tài nguyên rừng tự nhiên đang chịu nhiều sức ép suy thoái do gia tăng dân số cục bộ, áp lực kinh tế, trình độ dân trí vùng sâu còn hạn chế, các hoạt động khuyến nông - khuyến lâm chưa đồng bộ và chính sách quản lý rừng cộng đồng còn một số bất cập.

Thực tiễn quản lý và phát triển lâm nghiệp bền vững đòi hỏi phải nắm vững các quy luật cấu trúc và mối quan hệ sinh thái giữa các loài cây trong quần xã thực vật rừng tự nhiên. Việc nghiên cứu cấu trúc lâm phần và mối quan hệ tương hỗ giữa các loài cây bản địa là cơ sở khoa học quan trọng để lựa chọn tập đoàn cây trồng, thiết kế các mô hình trồng rừng phòng hộ hỗn giao và phục hồi rừng tự nhiên. Trên cơ sở đó, đề tài "Nghiên cứu mối quan hệ tự nhiên giữa các loài cây rừng với loài cây Thung (Tetrameles nudiflora) và cây Phay (Duabanga sonneratioides Buch-Ham) tại Vườn Quốc gia Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn" được thực hiện nhằm giải quyết các mục tiêu cụ thể:

  1. Xác định được cấu trúc rừng nơi sinh sống của hai loài cây Thung (Tetrameles nudiflora) và loài cây Phay (Duabanga sonneratioides Buch-Ham) tại Vườn Quốc gia Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn.
  2. Xác định mối quan hệ tự nhiên giữa các loài cây rừng khác với hai loài cây Thung (Tetrameles nudiflora) và loài cây Phay (Duabanga sonneratioides Buch-Ham) tại Vườn Quốc gia Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn.
  3. Đề xuất được tập đoàn cây trồng rừng hỗn giao với loài cây Thung (Tetrameles nudiflora) và loài cây Phay (Duabanga sonneratioides Buch-Ham) tại Vườn Quốc gia Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn nói riêng và các vùng sinh thái tương tự nói chung.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Cấu trúc lâm phần rừng và các mối quan hệ tự nhiên (khoảng cách không gian và tần suất xuất hiện) giữa các loài cây rừng tự nhiên với hai loài cây nghiên cứu chính là Thung (Tetrameles nudiflora) và Phay (Duabanga sonneratioides Buch-Ham).
  • Phạm vi không gian: Rừng tự nhiên thuộc địa bàn xã Nam Mẫu, Vườn Quốc gia Ba Bể, huyện Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn (tọa độ địa lý VQG: 105°36′55″ kinh độ Đông, 22°24′19″ vĩ độ Bắc).
  • Phạm vi thời gian: Thu thập số liệu và điều tra thực địa từ tháng 01/2018 đến tháng 05/2018.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và tổng quan tài liệu

Tác giả hệ thống hóa cơ sở lý luận về phục hồi rừng và các mối tương tác sinh thái trong quần xã thực vật:

  • Khái niệm phục hồi hệ sinh thái rừng: Tiếp cận theo phân loại của Lamb và Gilmour (2003) gồm ba nhóm hành động can thiệp đảo ngược suy thoái: Cải tạo/thay thế (reclamation/replacement), Khôi phục (restoration), và Phục hồi (rehabilitation); cùng định nghĩa trồng rừng (afforestation) và trồng lại rừng (reforestation) theo Smith (2002).
  • Các dạng quan hệ sinh thái học: Quan hệ hỗ trợ (hội sinh, hợp tác, cộng sinh) và quan hệ đối kháng (ức chế - cảm nhiễm, cạnh tranh phân li ổ sinh thái, quan hệ vật chủ - vật ký sinh).
  • Lịch sử nghiên cứu: Kế thừa các phương pháp nghiên cứu cấu trúc rừng mưa nhiệt đới của Richards, Davis, Baur, Catinot, Odum, Van Stennis trên thế giới; cùng các nghiên cứu quan hệ loài và phục hồi rừng tại Việt Nam của Nguyễn Thị Mừng (2000), Nguyễn Văn Thêm (2004), Hoàng Văn Thắng (2003), Trần Đình Lý và cs (1995), Đào Công Khanh (1996), Bảo Huy (1993), Lê Sáu (1996), Vũ Tiến Hinh (1991) và Nguyễn Văn Trương (1983).

Phương pháp điều tra thực địa

  • Thiết kế tuyến điều tra: Thiết lập 3 tuyến điều tra chạy dọc theo dông núi qua các trạng thái rừng khác nhau, cự ly giữa các tuyến dao động từ 100 m đến 1000 m. Định vị tọa độ bằng máy định vị vệ tinh GPS Garmin 76Sx.
  • Phương pháp ô 6 cây: Trên 3 tuyến điều tra, tiến hành lập 30 điểm nghiên cứu cho loài cây Thung và 30 điểm nghiên cứu cho loài cây Phay (mỗi tuyến 10 điểm cho mỗi loài). Lấy cây nghiên cứu chính làm tâm ô, điều tra 5 cây bạn lân cận gần nhất có đường kính ngang ngực $D_{1.3} \ge 6\text{ cm}$ (tổng cộng 150 cây bạn cho mỗi loài cây chính).
  • Thu thập chỉ tiêu lâm học: Đo đường kính thân tại vị trí $1,3\text{ m}$ ($D_{1.3}$) bằng thước dây đo chu vi ($C_{1.3}$); đo chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$) bằng máy đo cao laser; đo đường kính tán ($D_t$); đo cự ly khoảng cách từ cây tâm đến 5 cây bạn lân cận và đo góc phương vị bằng địa bàn ba chân.
  • Định danh loài: Xác định tên cây trực tiếp tại hiện trường thông qua đặc điểm hình thái thân, lá, vỏ, hoa, quả, nhựa mủ; kết hợp thu thập 2–3 mẫu cành lá cho mỗi loài để phân tích định danh.

Phương pháp xử lý và phân tích số liệu

  • Tần suất xuất hiện: Tính tần suất xuất hiện theo số điểm quan sát ($f_o%$) và tần suất xuất hiện theo số cá thể ($f_c%$) ở mức ý nghĩa $\alpha = 0,05$ theo phân nhóm của Nguyễn Hải Tuất (1991).
  • Cấu trúc tổ thành: Xác định tỷ lệ phần trăm số cây ($N_i%$), tỷ lệ phần trăm tiết diện ngang ($G_i%$) và chỉ số tổ thành sinh thái ($IVI%$) để thiết lập công thức tổ thành tầng cây gỗ.
  • Toán xác suất xác định mối quan hệ giữa các loài: Tính xác suất xuất hiện đơn lẻ $P(A)$, $P(B)$ và xác suất xuất hiện đồng thời $P(AB)$. Mức độ liên hệ giữa hai loài được đánh giá qua hệ số tương quan $V$ và giá trị kiểm định $\chi^2$: $$V = \frac{P(AB) - P(A) \cdot P(B)}{\sqrt{P(A)[1 - P(A)] \cdot P(B)[1 - P(B)]}}$$ Trong đó: $V > 0$ thể hiện quan hệ tương tác dương (hỗ trợ), $V = 0$ hoặc $0 \le |V| < 0,3$ thể hiện quan hệ ngẫu nhiên (trung tính), $V < 0$ thể hiện quan hệ bài xích.
  • Mô phỏng trắc đồ lâm học: Vẽ sơ đồ phẫu diện đứng (trắc đồ dọc) và phẫu diện ngang (trắc đồ ngang) của lâm phần ở tỷ lệ 1/200 theo phương pháp của Davis và Richards (1933–1934).

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Trình bày tính cấp thiết của công tác bảo vệ và phục hồi tài nguyên rừng tại Việt Nam; phân tích vai trò phòng hộ môi trường sinh thái và xóa đói giảm nghèo vùng cao; xác định mục tiêu nghiên cứu cấu trúc lâm phần và quan hệ sinh thái của loài cây Thung và cây Phay tại Vườn Quốc gia Ba Bể; xác định ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong việc xây dựng mô hình trồng rừng hỗn giao bản địa.

Phần 2: Tổng quan nghiên cứu

Tổng hợp các khái niệm về phục hồi rừng, các dạng diễn thế sinh thái, các mối quan hệ hỗ trợ và đối kháng giữa các loài thực vật trong quần xã. Đánh giá các công trình nghiên cứu cấu trúc rừng trên thế giới và ở Việt Nam. Khái quát điều kiện tự nhiên, địa hình karst núi đá vôi, khí hậu nhiệt đới gió mùa có sương muối mùa đông, hệ thống thủy văn sông Năng - hồ Ba Bể và đặc điểm kinh tế - xã hội của cộng đồng dân cư sinh sống tại vùng đệm và vùng lõi VQG Ba Bể.

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

Mô tả chi tiết địa bàn nghiên cứu tại xã Nam Mẫu; trình bày khung thời gian thực hiện (01/2018 - 05/2018); quy định các trang thiết bị sử dụng (máy GPS, máy đo cao laser, địa bàn ba chân, thước đo chu vi); chuẩn hóa quy trình điều tra 3 tuyến và 30 điểm lập ô 6 cây cho từng loài; thiết lập các công thức toán xác suất thống kê và phương pháp vẽ trắc đồ phẫu diện rừng tỷ lệ 1/200.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương này tập trung trình bày các dữ liệu thực nghiệm điều tra và phân tích:

  • Cấu trúc lâm phần nơi có mặt loài Thung và Phay: Phân tích các chỉ số bình quân về $D_{1.3}$, $H_{vn}$, $D_t$ và công thức tổ thành tầng cây gỗ.
  • Tần suất và mức độ tương tác sinh thái của cây Thung: Ghi nhận 26 loài cây bạn xuất hiện cùng cây Thung qua 30 ô điều tra; xác định 4 loài cây bạn chiếm ưu thế gồm Ô rô, Thị đá, Mạy tèo, Sảng đá; tính toán hệ số tương quan $V$ và kiểm định $\chi^2$.
  • Tần suất và mức độ tương tác sinh thái của cây Phay: Ghi nhận 31 loài cây bạn xuất hiện cùng cây Phay qua 30 ô điều tra; xác định 4 loài cây bạn chiếm ưu thế gồm Mạy tèo, Trai lí, Ô rô, Kè đuôi dông; tính toán mức độ liên hệ toán học.
  • Không gian lâm học: Phân tích cự ly phân bố không gian qua trắc đồ lâm học tỷ lệ 1/200.
  • Đề xuất tập đoàn cây trồng: Lập danh lục các loài cây có mối quan hệ tương hỗ để đưa vào cơ cấu trồng rừng hỗn giao với cây Thung và cây Phay.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tóm tắt các kết luận cốt lõi về tổ thành loài, hệ số tương quan sinh thái, đề xuất danh mục loài cây trồng hỗn giao thực tế và nêu rõ các kiến nghị cho các hướng nghiên cứu lâm học tiếp theo.


Kết quả và đóng góp

1. Đặc điểm cấu trúc lâm phần của loài Thung và loài Phay

Tại các điểm điều tra ở VQG Ba Bể, các cá thể cây Thung và Phay đều có chỉ tiêu $D_{1.3}$ và $H_{vn}$ vượt trội so với các loài cây bạn xung quanh, đóng vai trò là những cây ở tầng trội của tán rừng tự nhiên trung niên.

Chỉ tiêu bình quân Cây Thung (Tetrameles nudiflora) Cây Phay (Duabanga sonneratioides) Nhóm cây bạn của Thung (Ô rô, Thị đá, Mạy tèo, Sảng đá) Nhóm cây bạn của Phay (Mạy tèo, Trai lí, Ô rô, Kè đuôi dông)
Đường kính $D_{1.3}$ (cm) > Cây bạn 31,7 Dao động từ 25,6 đến 30,5 25,6 – 30,5
Chiều cao $H_{vn}$ (m) > Cây bạn 9,4 Dao động từ 7,5 đến 10,0 7,5 – 10,0
Đường kính tán $D_t$ (m) > Cây bạn 6,5 Dao động từ 4,0 đến 5,5 4,0 – 5,5
Khoảng cách đến cây bạn (m) 3,5 – 7,0 2,5 – 8,0 Trung bình 3,0 – 5,0 Trung bình 3,5 – 7,0

Công thức tổ thành tầng cây gỗ:

  • Lâm phần nơi có mặt cây Thung (30 ô, 150 cây bạn, 26 loài): $$\text{Công thức tổ thành: } 19,33\text{Oro} + 18,00\text{ThĐ} + 17,33\text{MaT} + 14,67\text{SaĐ} + 30,67\text{LK}$$ (Trong đó 4 loài chiếm trên 5% gồm: Ô rô 29 cây - 19,33%; Thị đá 27 cây - 18,00%; Mạy tèo 26 cây - 17,33%; Sảng đá 22 cây - 14,67%).
  • Lâm phần nơi có mặt cây Phay (30 ô, 150 cây bạn, 31 loài): $$\text{Công thức tổ thành: } 20,67\text{MaT} + 18,00\text{TaL} + 16,00\text{Oro} + 5,33\text{KĐD} + 40,00\text{LK}$$ (Trong đó 4 loài chiếm trên 5% gồm: Mạy tèo 31 cây - 20,67%; Trai lí 27 cây - 18,00%; Ô rô 24 cây - 16,00%; Kè đuôi dông 8 cây - 5,33%).

2. Mối quan hệ tương tác sinh thái giữa cây chính và các loài cây bạn

Kết quả phân tích toán xác suất trên 30 ô điều tra thực nghiệm:

Loài cây chính Loài cây bạn Số ô xuất hiện ($n_B$) $P(A)$ $P(B)$ $P(AB)$ Hệ số $V$ Giá trị $\chi^2$ Bản chất quan hệ
Thung Ô rô 28 0,65 0,63 0,27 0,40 5,35 Tương tác dương ($\text{QH}+$)
Thị đá 21 0,62 0,51 0,25 0,31 4,70 Tương tác dương ($\text{QH}+$)
Mạy tèo 22 0,63 0,53 0,18 0,33 4,20 Ngẫu nhiên ($\text{NN}$)
Sảng đá 20 0,62 0,50 0,13 0,31 2,10 Ngẫu nhiên ($\text{NN}$)
Phay Mạy tèo 21 0,62 0,05 0,26 2,16 4,20 Tương tác dương ($\text{QH}+$)
Trai lí 20 0,62 0,50 0,25 0,24 3,60 Tương tác dương ($\text{QH}+$)
Ô rô 20 0,62 0,50 0,25 0,24 2,10 Ngẫu nhiên ($\text{NN}$)
Kè đuôi dông 9 0,56 0,26 0,13 0,07 1,80 Ngẫu nhiên ($\text{NN}$)

3. Đề xuất tập đoàn cây trồng rừng hỗn giao

Dựa trên các phân tích sinh thái thực địa và trắc đồ lâm học, tác giả đề xuất cơ cấu loài cây hỗn giao cho hai loài mục đích:

TT Loài cây trồng chính Danh mục loài cây đề xuất trồng hỗn giao cùng Tên khoa học
1 Thung (Tetrameles nudiflora) - Ô rô
- Thị đá
- Mạy tèo
- Sảng đá
Streblus ilicifolius
Diospyros montana Roxb.
Streblus macrophyllus
Sterculia lanceolata Cav.
2 Phay (Duabanga sonneratioides Buch-Ham) - Mạy tèo
- Trai lí
- Ô rô
- Kè đuôi dông
Streblus macrophyllus
Fagraea fragrans
Streblus ilicifolius
Markhamia stipulata

4. Đóng góp khoa học và thực tiễn của khóa luận

  • Cung cấp dẫn liệu định lượng thực tế về tổ thành loài và mạng lưới cây bạn lân cận của cây Thung và cây Phay trong kiểu phụ rừng trên núi đá vôi tại Vườn Quốc gia Ba Bể.
  • Chứng minh tính khả thi của việc ứng dụng phương pháp ô 6 cây kết hợp toán xác suất và trắc đồ lâm học tỷ lệ 1/200 để phân tích quan hệ tương hỗ giữa các loài cây gỗ rừng nhiệt đới.
  • Xác lập cơ sở sinh thái học thực nghiệm cho việc xây dựng cơ cấu cây trồng hỗn giao bản địa, phục vụ công tác trồng rừng phòng hộ và xúc tiến tái sinh tự nhiên tại vùng Đông Bắc Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế về dung lượng mẫu: Nghiên cứu mới khảo sát 30 ô điều tra ngẫu nhiên cho mỗi loài cây chính (tương ứng 150 cá thể cây bạn), quy mô mẫu còn ở mức độ sơ bộ so với tính đa dạng và biến dị phức tạp của hệ sinh thái rừng tự nhiên VQG Ba Bể.
  • Hạn chế về nội dung sinh học: Đề tài tập trung chủ yếu vào các chỉ tiêu cấu trúc hình thái (đường kính, chiều cao, đường kính tán), cự ly khoảng cách và tần suất xuất hiện; chưa tiến hành các thí nghiệm phân tích chuyên sâu về độc chất sinh thái thực vật (chất phitônxit tiết ra từ rễ hoặc lá) giữa các loài.
  • Hướng nghiên cứu mở rộng: Cần tiếp tục theo dõi, mở rộng phạm vi điều tra ở các trạng thái rừng và các giai đoạn diễn thế khác nhau; bổ sung việc quan trắc các nhân tố lập địa như tính chất lý hóa thổ nhưỡng, độ ẩm, chế độ nhiệt và ánh sáng dưới tán rừng nhằm hoàn thiện quy trình kỹ thuật gây trồng rừng hỗn giao.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên, học viên và nghiên cứu sinh các ngành Quản lý tài nguyên rừng, Lâm học, Sinh thái học thực vật và Quản lý môi trường: Tham khảo phương pháp điều tra ô 6 cây, kỹ thuật phân tích số liệu tổ thành ($N_i%$, $G_i%$, $IVI%$) và phương pháp sử dụng toán xác suất để kiểm định mối quan hệ tương hỗ giữa các loài thực vật.
  • Kỹ sư lâm sinh và cán bộ kỹ thuật tại các Ban quản lý rừng đặc dụng, rừng phòng hộ (đặc biệt khu vực Đông Bắc và vùng núi đá vôi): Vận dụng danh lục các loài cây bạn bản địa (Ô rô, Thị đá, Mạy tèo, Trai lí, Sảng đá, Kè đuôi dông) để thiết kế các mô hình khoanh nuôi xúc tiến tái sinh có trồng bổ sung hoặc trồng rừng hỗn giao phòng hộ bản địa bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp ô 6 cây trong đề tài được tiến hành như thế nào?

Người điều tra xác định cây nghiên cứu chính (Thung hoặc Phay) làm tâm ô, sau đó xác định và đo đếm 5 cây gỗ lân cận gần tâm nhất có đường kính ngang ngực $D_{1.3} \ge 6\text{ cm}$. Các chỉ tiêu thu thập gồm tên loài, đường kính $D_{1.3}$, chiều cao vút ngọn $H_{vn}$, đường kính tán $D_t$, khoảng cách từ cây tâm đến từng cây bạn và góc phương vị đo bằng địa bàn.

2. Những loài cây bạn nào xuất hiện nhiều nhất cùng cây Thung tại VQG Ba Bể?

Trong 30 ô điều tra của cây Thung với 150 cây bạn thuộc 26 loài, có 4 loài chiếm tần suất trên 5% tổng số cá thể là: Ô rô (29 cây, chiếm 19,33%), Thị đá (27 cây, chiếm 18,00%), Mạy tèo (26 cây, chiếm 17,33%) và Sảng đá (22 cây, chiếm 14,67%).

3. Kết quả kiểm định toán học về mối quan hệ giữa cây Thung với các cây bạn cho thấy điều gì?

Cây Thung có mối quan hệ tương tác dương ($\text{QH}+$) với Ô rô ($V = 0,40; \chi^2 = 5,35$) và Thị đá ($V = 0,31; \chi^2 = 4,70$). Đối với Mạy tèo ($V = 0,33; \chi^2 = 4,20$) và Sảng đá ($V = 0,31; \chi^2 = 2,10$), mối quan hệ thể hiện tính chất ngẫu nhiên/trung tính ($\text{NN}$).

4. Công thức tổ thành tầng cây gỗ nơi có mặt loài cây Phay được xác định như thế nào?

Từ dữ liệu 30 ô điều tra cây Phay, công thức tổ thành tầng cây gỗ được xác lập là: $$20,67\text{MaT} + 18,00\text{TaL} + 16,00\text{Oro} + 5,33\text{KĐD} + 40,00\text{LK}$$ Trong đó 4 loài bạn chính là Mạy tèo (20,67%), Trai lí (18,00%), Ô rô (16,00%) và Kè đuôi dông (5,33%).

5. Cự ly khoảng cách giữa cây chính và các loài cây bạn trong lâm phần phân bố ra sao?

Cự ly từ cây Thung đến các cây bạn dao động từ 3,5 m đến 7,0 m (khoảng cách bình quân đến Sảng đá là 3 m, Mạy tèo 4 m, Thị đá 4,5 m, Ô rô 5 m). Cự ly từ cây Phay đến các cây bạn dao động từ 2,5 m đến 8,0 m (bình quân đến Ô rô là 3,5 m, Trai lí 4,3 m, Kè đuôi dông 5 m, Mạy tèo 5–7 m).


Kết luận

Khóa luận của tác giả Hoàng Văn Thái đã khảo sát và định lượng cụ thể các đặc điểm cấu trúc lâm phần cùng mối quan hệ không gian, tần suất xuất hiện giữa cây Thung (Tetrameles nudiflora) và cây Phay (Duabanga sonneratioides) với các loài cây bạn tại Vườn Quốc gia Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn. Nghiên cứu đã xác định được các loài cây có mối tương tác sinh thái dương và tần suất đồng xuất hiện cao gồm Ô rô, Thị đá, Mạy tèo, Trai lí, Sảng đá và Kè đuôi dông. Các dẫn liệu thực nghiệm này là cơ sở khoa học tin cậy để đề xuất danh mục loài cây trồng hỗn giao bản địa, phục vụ trực tiếp cho công tác xúc tiến tái sinh và phát triển rừng phòng hộ tại địa phương.