Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh suy thoái tài nguyên rừng nhiệt đới do biến đổi khí hậu, cháy rừng, hạn hán và tình trạng khai thác trái phép, diện tích, trữ lượng cũng như nguồn gen thực vật rừng tự nhiên tại Việt Nam bị suy giảm đáng kể. Thực trạng này trực tiếp làm suy giảm chức năng phòng hộ đầu nguồn và hạn chế khả năng cung cấp lâm sản cho phát triển kinh tế - xã hội. Trước chủ trương đóng cửa rừng tự nhiên và đẩy mạnh phục hồi rừng bằng các mô hình trồng rừng hỗn giao, việc tìm hiểu các quy luật sinh thái học, đặc biệt là mối quan hệ tương hỗ và cạnh tranh giữa các loài cây gỗ trong quần xã tự nhiên, trở thành cơ sở khoa học then chốt. Thực tế công tác trồng rừng hỗn giao hiện nay chủ yếu dựa trên các báo cáo nghiệm thu và đánh giá sinh trưởng chung, thiếu các dẫn liệu định lượng về tương tác sinh thái và tổ thành loài trên từng lập địa cụ thể.

Để giải quyết khoảng trống thực tiễn trên, tác giả Trần Anh Tuấn (Khoa Lâm nghiệp, Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên) đã thực hiện khóa luận tốt nghiệp với đề tài: "Nghiên cứu mối quan hệ tự nhiên giữa các loài cây rừng với loài cây Vàng anh (Saraca dives) và loài cây Vối (Cleistocalyx operculatus Roxb) tại Vườn Quốc gia Ba Bể, Tỉnh Bắc Kạn", dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Thanh Tiến (2018).

Khóa luận xác định 3 mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

  1. Xác định một số đặc điểm cấu trúc lâm phần nơi phân bố tự nhiên của loài cây Vàng anh (Saraca dives) và cây Vối (Cleistocalyx operculatus Roxb) tại Vườn Quốc gia Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn.
  2. Xác định mối quan hệ tự nhiên (khoảng cách, tần suất xuất hiện, mức độ tương tác) giữa các loài cây rừng lân cận với hai loài cây nghiên cứu chính là Vàng anh và Vối.
  3. Đề xuất tập đoàn cây trồng rừng hỗn giao phù hợp với loài Vàng anh và loài Vối phục vụ công tác phục hồi sinh thái tại Vườn Quốc gia Ba Bể và các vùng sinh thái tương tự.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Cấu trúc lâm phần và mối quan hệ tương tác tự nhiên giữa hai loài cây mục tiêu gồm Vàng anh (Saraca dives) và Vối (Cleistocalyx operculatus Roxb) với các loài cây bạn đi kèm trong tầng cây gỗ.
  • Phạm vi không gian: Các dải rừng tự nhiên thuộc địa bàn xã Nam Mẫu, huyện Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn (nằm trong ranh giới Vườn Quốc gia Ba Bể).
  • Phạm vi thời gian: Số liệu thực địa được thu thập và phân tích từ tháng 09/2017 đến tháng 12/2017.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và khái niệm sinh thái

Nghiên cứu dựa trên nền tảng sinh thái học quần xã rừng mưa nhiệt đới và lý thuyết phục hồi rừng:

  • Cơ chế tương tác sinh thái: Sự cùng tồn tại của các loài cây gỗ trong một lâm phần chịu chi phối bởi sự cạnh tranh không gian dinh dưỡng (ánh sáng, nước, khoáng chất) và ảnh hưởng qua lại từ các chất tiết hóa học (phitônxit) qua rễ, thân, lá hoặc hoa. Quá trình này dẫn đến các mối quan hệ hỗ trợ (cộng sinh, hợp tác, hội sinh) hoặc đối kháng (ức chế - cảm nhiễm, cạnh tranh ổ sinh thái).
  • Lý thuyết phục hồi rừng: Kế thừa các khái niệm phân loại hoạt động phục hồi lập địa thoái hóa của Lamd & Gilmour (2003) gồm cải tạo/thay thế (reclamation/replacement), khôi phục nguyên trạng (restoration), và phục hồi chức năng (rehabilitation); kết hợp quan điểm về phục hồi thảm thực vật cây gỗ của Võ Đại Hải và cộng sự (2003), cùng nguyên lý phân chia nhóm cây theo nhu cầu ánh sáng và độ tàn che lâm phần (Yurkevich, 1960; Balley, 1973; UNESCO, 1973).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và thu thập dữ liệu

  • Thiết kế tuyến và ô mẫu (Phương pháp ô 6 cây): Thiết lập 3 tuyến điều tra thực địa bám theo đường dông và sườn núi qua các trạng thái rừng khác nhau, cự ly giữa các tuyến từ 100 m đến 1.000 m. Trên 3 tuyến, chọn ngẫu nhiên 30 điểm có cây Vàng anh và 30 điểm có cây Vối làm tâm ô (tổng cộng 60 ô mẫu). Tại mỗi ô, cây mục tiêu ở tâm được định vị và đo đếm cùng 5 cây gỗ lân cận gần nhất (tổng số 150 cây bạn cho mỗi loài mục tiêu, tổng mẫu là 300 cá thể cây bạn).
  • Chỉ tiêu đo đếm: Đo đường kính thân tại vị trí 1,3 m ($D_{1.3}$, đơn vị cm) bằng thước dây chu vi $C_{1.3}$; đo chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$, đơn vị m) bằng máy đo cao Laser; đo đường kính tán lá ($D_t$, đơn vị m); xác định góc phương vị và khoảng cách thực tế từ cây tâm đến 5 cây bạn bằng thước dây 50 m và địa bàn ba chân.
  • Định danh loài: Nhận dạng thực vật tại hiện trường dựa trên hình thái vỏ, lá, hoa, quả, chất nhựa; thu thập 2–3 mẫu tiêu bản cành lá cho mỗi cá thể để tra cứu danh lục phân loại thực vật.
  • Dữ liệu kế thừa: Báo cáo hiện trạng tài nguyên rừng, điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội từ UBND xã Nam Mẫu và Ban Quản lý Vườn Quốc gia Ba Bể.

Phương pháp xử lý và phân tích thống kê

  • Xác định tần suất xuất hiện: Tính tần suất xuất hiện theo số điểm quan sát ($f_o%$) và tần suất xuất hiện theo tổng số cây ($f_c%$). Phân nhóm cây bạn theo tiêu chuẩn của Nguyễn Hải Tuất (1991):
    • Nhóm 1 (Rất hay gặp): $f_o \ge 30%$ và $f_c \ge 7%$.
    • Nhóm 2 (Hay gặp): $15% \le f_o < 30%$ và $3% \le f_c < 7%$.
    • Nhóm 3 (Ít gặp): $f_o < 15%$ và $f_c < 3%$.
  • Đánh giá mức độ liên hệ theo xác suất: Sử dụng công thức tính hệ số tương quan liên kết cặp loài $\mu$: $$\mu = \frac{P(AB) - P(A) \cdot P(B)}{1 - P(B)}$$ Trong đó $P(A)$, $P(B)$, $P(AB)$ lần lượt là xác suất xuất hiện loài A, loài B và sự cùng xuất hiện của cả hai loài trong các ô quan sát. Mức độ liên hệ được kiểm định qua giá trị $\chi^2$ và hệ số $\mu$ ($\mu > 0$: tương tác hỗ trợ/dương; $\mu < 0$: tương tác bài xích/âm; $0 \le \mu < 0.3$: quan hệ ngẫu nhiên/trung tính).
  • Mô phỏng cấu trúc không gian: Sử dụng phương pháp biểu diễn trắc đồ lâm học mặt cắt đứng và mặt cắt ngang theo Richards và Davis (1933–1934) ở tỷ lệ 1/200 nhằm trực quan hóa sự phân tầng và mức độ giao thoa tán lá.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Chương này nêu rõ tính cấp thiết của việc bảo vệ và phục hồi tài nguyên rừng tại Việt Nam, phân tích các nguyên nhân gây suy giảm diện tích rừng nhiệt đới và sự thiếu hụt các nghiên cứu định lượng về quan hệ sinh thái liên loài để phục vụ trồng rừng hỗn giao. Tác giả xác định 3 mục tiêu cụ thể, 4 nội dung nghiên cứu chính và khẳng định ý nghĩa khoa học trong việc bổ sung dẫn liệu lâm sinh phục vụ công tác quản lý, phục hồi hệ sinh thái rừng tại Vườn Quốc gia Ba Bể.

Phần 2: Tổng quan nghiên cứu

Nội dung chương tổng hợp lịch sử nghiên cứu cấu trúc rừng và mối quan hệ liên loài trên thế giới (công trình của Richards, Lamprecht, Yurkevich, Balley, UNESCO) và tại Việt Nam (các nghiên cứu của Nguyễn Văn Trương, Nguyễn Hải Tuất, Nguyễn Thị Mừng, Nguyễn Thành Mến, Hoàng Văn Thắng, Phạm Văn Bốn). Đồng thời, chương trình bày chi tiết điều kiện tự nhiên của Vườn Quốc gia Ba Bể (diện tích 7.610 ha thành lập theo Quyết định 83/TTg năm 1992, công nhận Di sản ASEAN năm 2004 và khu Ramsar năm 2011, hệ thực vật gồm 1.281 loài thuộc 162 họ), đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa (lượng mưa trung bình 1.378 mm/năm, độ ẩm 83,3%, nhiệt độ 22°C), địa hình karst hiểm trở và các sức ép nhân sinh lên tài nguyên rừng (đốt nương rẫy, khai thác lâm sản trái phép, di dân tự do).

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

Chương này mô tả chi tiết địa bàn nghiên cứu tại xã Nam Mẫu, thiết kế bố trí 3 tuyến điều tra thực địa với tổng số 60 ô tiêu chuẩn 6 cây (30 ô cho Vàng anh, 30 ô cho Vối), hệ thống công thức toán học xác suất tính tần suất $f_o, f_c$, hệ số tương quan $\mu$, kiểm định $\chi^2$, và quy trình lập trắc đồ ngang - dọc lâm phần theo phương pháp Richards & Davis.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương trình bày các số liệu thực nghiệm thu được từ 60 ô tiêu chuẩn:

  • Lâm phần loài Vàng anh: Ghi nhận 31 loài cây bạn đi kèm trên 150 cá thể. Kích thước trung bình của cây Vàng anh mục tiêu: $D_{1.3} = 31,85\text{ cm}$, $H_{vn} = 11,45\text{ m}$, $D_t = 5,2\text{ m}$. Các loài có chiều cao vượt trội gồm Thung ($18,3\text{ m}$), Sấu ($16,3\text{ m}$), Xoan đào ($15,8\text{ m}$), Sung ($15,0\text{ m}$).
  • Lâm phần loài Vối: Ghi nhận 37 loài cây bạn đi kèm trên 150 cá thể. Kích thước trung bình của cây Vối mục tiêu: $D_{1.3} = 30,94\text{ cm}$, $H_{vn} = 11,23\text{ m}$, $D_t = 5,1\text{ m}$. Các loài có chiều cao tầng trên gồm Thung ($19,0\text{ m}$), Sung ($18,2\text{ m}$), Sấu ($15,6\text{ m}$).
  • Tần suất và phân nhóm cây bạn:
    • Nhóm rất hay gặp đi cùng Vàng anh: Sổ ($f_o = 93,33%$, $f_c = 29,33%$), Ô rô ($f_o = 63,33%$, $f_c = 14,67%$), Đại phong tử ($f_o = 50,00%$, $f_c = 10,00%$), Chẹo ($f_o = 36,67%$, $f_c = 7,33%$).
    • Nhóm rất hay gặp đi cùng Vối: Sung ($f_o = 93,33%$, $f_c = 22,00%$), Trâm trắng ($f_o = 66,67%$, $f_c = 13,33%$), Sổ ($f_o = 50,00%$, $f_c = 10,00%$), Đại phong tử ($f_o = 40,00%$, $f_c = 8,00%$).
  • Mức độ tương tác sinh thái: Xác định mối quan hệ tương hỗ dương ($QH+$) và ngẫu nhiên ($NN$) giữa các cặp loài.
  • Trắc đồ lâm học: Khoảng cách bình quân từ cây Vàng anh đến Sổ là $4,33\text{ m}$, Ô rô là $3,81\text{ m}$, Đại phong tử là $4,35\text{ m}$, Chẹo là $4,71\text{ m}$. Khoảng cách từ cây Vối đến Sung là $4,48\text{ m}$, Trâm trắng là $4,30\text{ m}$, Sổ là $4,63\text{ m}$, Đại phong tử là $4,70\text{ m}$. Độ che phủ tán lá giữa các cá thể ít bị chồng chéo, hạn chế sự cạnh tranh gay gắt về không gian sinh dưỡng.

Phần 5: Kết luận và đề nghị

Tổng hợp 4 kết luận cốt lõi về đặc điểm cấu trúc lâm phần, tính chất mối quan hệ tương tác giữa các loài và danh mục loài đề xuất trồng hỗn giao; đồng thời nêu 3 kiến nghị khắc phục các hạn chế về dung lượng mẫu, phương pháp mô phỏng và mở rộng phạm vi nghiên cứu lập địa.


Kết quả và đóng góp

Dữ liệu thực nghiệm về cấu trúc lâm phần và tần suất xuất hiện

Chỉ tiêu sinh trắc học bình quân Cây mục tiêu Vàng anh Sổ (Dillenia indica) Ô rô (Chroesthes lanceolata) Đại phong tử (Hydnocarpus anthelmintica) Chẹo (Engelhardtia roxburghiana)
Đường kính $D_{1.3}$ (cm) 31,85 44,50 16,30 36,50 35,80
Chiều cao $H_{vn}$ (m) 11,45 14,20 10,40 13,90 13,40
Đường kính tán $D_t$ (m) 5,20 5,80 3,90 5,40 5,37
Tần suất điểm $f_o$ (%) - 93,33 63,33 50,00 36,67
Tần suất cây $f_c$ (%) - 29,33 14,67 10,00 7,33
Chỉ tiêu sinh trắc học bình quân Cây mục tiêu Vối Sung (Ficus racemosa) Trâm trắng (Syzygium wightianum) Sổ (Dillenia indica) Đại phong tử (Hydnocarpus anthelmintica)
Đường kính $D_{1.3}$ (cm) 30,94 47,24 38,59 31,59 35,23
Chiều cao $H_{vn}$ (m) 11,23 18,20 12,60 13,30 14,60
Đường kính tán $D_t$ (m) 5,10 6,40 5,40 5,25 5,70
Tần suất điểm $f_o$ (%) - 93,33 66,67 50,00 40,00
Tần suất cây $f_c$ (%) - 22,00 13,33 10,00 8,00

Kết quả kiểm định tương quan liên kết cặp loài

Cặp quan hệ loài Số ô xuất hiện A ($n_A$) Số ô xuất hiện B ($n_B$) Số ô cùng xuất hiện ($n_{AB}$) Xác suất $P(A)$ Xác suất $P(B)$ Xác suất $P(AB)$ Hệ số tương quan $\mu$ Giá trị $\chi^2$ Kết luận quan hệ
Vàng anh - Sổ 30 28 28 0,66 0,64 0,32 0,75 3,80 Quan hệ dương ($QH+$)
Vàng anh - Ô rô 30 19 19 0,62 0,48 0,24 0,62 3,10 Quan hệ dương ($QH+$)
Vàng anh - Đại phong tử 30 16 16 0,61 0,42 0,21 0,53 2,30 Quan hệ dương ($QH+$)
Vàng anh - Chẹo 30 11 11 0,58 0,31 0,15 -0,57 0,95 Quan hệ ngẫu nhiên ($NN$)
Vối - Sung 30 28 28 0,66 0,64 0,32 0,83 4,10 Quan hệ dương ($QH+$)
Vối - Trâm trắng 30 20 20 0,63 0,50 0,25 0,55 3,50 Quan hệ dương ($QH+$)
Vối - Sổ 30 15 15 0,60 0,40 0,20 0,29 1,90 Quan hệ ngẫu nhiên ($NN$)
Vối - Đại phong tử 30 12 12 0,58 0,30 0,17 0,17 0,95 Quan hệ ngẫu nhiên ($NN$)

Đề xuất tập đoàn cây trồng rừng hỗn giao

Dựa trên các chỉ số tương tác sinh thái và sự thích ứng không gian dinh dưỡng qua trắc đồ lâm học, đề tài đề xuất danh mục các loài cây hỗn giao tại các phân khu phục hồi sinh thái của Vườn Quốc gia Ba Bể:

  • Tập đoàn hỗn giao cho loài Vàng anh (Saraca dives): Phối hợp với Sổ (Dillenia indica L.), Ô rô (Chroesthes lanceolata), Đại phong tử (Hydnocarpus anthelmintica), và Chẹo (Engelhardtia roxburghiana Wall).
  • Tập đoàn hỗn giao cho loài Vối (Cleistocalyx operculatus Roxb): Phối hợp với Sung (Ficus racemosa), Trâm trắng (Syzygium wightianum), Sổ (Dillenia indica L.), và Đại phong tử (Hydnocarpus anthelmintica).

Đóng góp của khóa luận

Khóa luận đã định lượng hóa mối quan hệ liên loài của hai loài cây bản địa có giá trị sinh thái (Vàng anh và Vối) tại khu vực núi đá vôi Vườn Quốc gia Ba Bể. Nghiên cứu cung cấp cơ sở sinh thái học thực nghiệm để thay thế phương pháp lựa chọn cây trồng hỗn giao mang tính trực giác, cảm tính bằng các chỉ số tương quan xác suất và phân bố không gian cụ thể.


Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận tự chỉ ra các hạn chế và định hướng nghiên cứu tiếp theo:

  • Quy mô mẫu điều tra: Dung lượng nghiên cứu còn hạn chế (30 ô mẫu cho mỗi loài), tính đại diện cho toàn bộ các dạng sinh cảnh tại Vườn Quốc gia Ba Bể chưa cao.
  • Yếu tố lập địa và môi trường: Chưa tiến hành khảo sát, đo lường định lượng các nhân tố lập địa chi tiết như tính chất lý hóa của đất, nhiệt độ, độ ẩm không khí, chế độ ánh sáng và hàm lượng phitônxit tiết ra từ các cơ quan của cây.
  • Phương pháp mô phỏng không gian: Việc vẽ trắc đồ ngang và trắc đồ dọc lâm phần mới thực hiện thủ công trên giấy ô ly, chưa ứng dụng ngôn ngữ lập trình R hoặc các phần mềm chuyên dụng để mô hình hóa không gian 3 chiều.
  • Phạm vi ứng dụng: Mô hình tập đoàn cây hỗn giao đề xuất mới dừng lại ở quy mô phân khu phục hồi sinh thái tại Vườn Quốc gia Ba Bể, cần kiểm chứng mở rộng trên các vùng sinh thái rừng nhiệt đới khác trước khi áp dụng đại trà.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là nguồn tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho:

  • Sinh viên và học viên: Chuyên ngành Quản lý tài nguyên rừng, Lâm học, Khoa học môi trường và Sinh thái học thực vật khi tìm hiểu phương pháp điều tra ô 6 cây, kỹ thuật tính toán tần suất xuất hiện ($f_o, f_c$) và xác định hệ số tương quan liên kết loài $\mu$.
  • Cán bộ kỹ thuật và quản lý lâm nghiệp: Ban Quản lý Vườn Quốc gia Ba Bể, các khu bảo tồn thiên nhiên và các công ty lâm nghiệp vùng Đông Bắc trong việc xây dựng phương án kỹ thuật phục hồi rừng tự nhiên nghèo kiệt, thiết kế mô hình rừng trồng phòng hộ hỗn giao bản địa.
  • Nội dung giá trị nhất: Hệ thống bảng tra danh lục 31 loài bạn đi kèm Vàng anh và 37 loài bạn đi kèm Vối, cùng các dẫn liệu số đo trắc đồ cự ly không gian tán lá thực tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận sử dụng phương pháp điều tra lâm học nào để thu thập dữ liệu về cây bạn xung quanh cây mục tiêu?
Tác giả sử dụng phương pháp ô 6 cây. Cây mục tiêu (Vàng anh hoặc Vối) được chọn làm tâm ô, sau đó tiến hành đo đếm cự ly, góc phương vị, đường kính thân $D_{1.3}$, chiều cao vút ngọn $H_{vn}$ và đường kính tán $D_t$ của 5 cây gỗ lân cận gần nhất xung quanh tâm.

2. Tổng dung lượng mẫu điều tra thực địa trong nghiên cứu là bao nhiêu?
Nghiên cứu khảo sát 3 tuyến điều tra với 60 ô mẫu tiêu chuẩn, bao gồm 30 ô cho loài Vàng anh (khảo sát 150 cây bạn, ghi nhận 31 loài) và 30 ô cho loài Vối (khảo sát 150 cây bạn, ghi nhận 37 loài). Tổng số cá thể cây bạn được đo đếm là 300 cây.

3. Những loài cây nào có mối quan hệ tương tác hỗ trợ (quan hệ dương) với cây Vàng anh và cây Vối?
Cây Vàng anh có mối quan hệ tương tác dương ($QH+$) với 3 loài: Sổ ($\mu = 0,75; \chi^2 = 3,8$), Ô rô ($\mu = 0,62; \chi^2 = 3,1$), và Đại phong tử ($\mu = 0,53; \chi^2 = 2,3$). Cây Vối có mối quan hệ tương tác dương ($QH+$) với 2 loài: Sung ($\mu = 0,83; \chi^2 = 4,1$) và Trâm trắng ($\mu = 0,55; \chi^2 = 3,5$).

4. Vị trí tầng tán của loài Vàng anh và loài Vối trong cấu trúc lâm phần tự nhiên như thế nào?
Cả hai loài cây mục tiêu đều thuộc tầng dưới tán của rừng trung niên. Chiều cao trung bình của Vàng anh là $11,45\text{ m}$ và Vối là $11,23\text{ m}$, thấp hơn rõ rệt so với các loài cây gỗ tầng vượt tán và tầng ưu thế tán đi kèm như Thung ($18,3 - 19,0\text{ m}$), Sung ($15,0 - 18,2\text{ m}$), Sấu ($15,6 - 16,3\text{ m}$), Xoan đào ($14,2 - 15,8\text{ m}$).

5. Khoảng cách bình quân giữa cây mục tiêu và các loài cây bạn chính trên trắc đồ lâm học là bao nhiêu?
Khoảng cách trung bình từ cây Vàng anh đến Sổ là $4,33\text{ m}$, đến Ô rô là $3,81\text{ m}$, đến Đại phong tử là $4,35\text{ m}$, đến Chẹo là $4,71\text{ m}$. Khoảng cách trung bình từ cây Vối đến Sung là $4,48\text{ m}$, đến Trâm trắng là $4,30\text{ m}$, đến Sổ là $4,63\text{ m}$, đến Đại phong tử là $4,70\text{ m}$.


Kết luận

Khóa luận của tác giả Trần Anh Tuấn đã khảo sát và định lượng thành công cấu trúc lâm phần cùng mối quan hệ tương tác sinh thái tự nhiên của hai loài cây Vàng anh (Saraca dives) và Vối (Cleistocalyx operculatus Roxb) tại Vườn Quốc gia Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn. Thông qua phương pháp ô 6 cây và các phép tính xác suất thống kê, nghiên cứu đã xác định các loài cây bạn có quan hệ tương trợ dương tính và mô tả phân bố không gian qua trắc đồ lâm học. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học xác đáng cho việc đề xuất tập đoàn cây trồng rừng hỗn giao bản địa, đóng góp thiết thực cho công tác phục hồi sinh thái và quản lý bền vững tài nguyên rừng đặc dụng.