Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ lâm nghiệp với đề tài "Nghiên cứu phân vùng lập địa phục vụ cho sản xuất lâm nghiệp tại tỉnh Bình Phước" do nghiên cứu sinh Trần Quốc Hoàn thực hiện tại Trường Đại học Lâm nghiệp (Hà Nội, 2014), dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Vương Văn Quỳnh và Đỗ Xuân Lân, thuộc chuyên ngành Lâm sinh (mã số: 62620205).

Về tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu, tác giả chỉ ra rằng đất lâm nghiệp là tư liệu sản xuất đặc thù, việc nắm vững điều kiện lập địa giữ vai trò quyết định trong việc lựa chọn loài cây trồng và xác lập các biện pháp kỹ thuật lâm sinh thích hợp. Tuy nhiên, trên quy mô cả nước, công tác phân loại và phân vùng lập địa chủ yếu dừng lại ở cấp tiểu vùng, chưa cung cấp đủ cơ sở khoa học để phục vụ quy hoạch sử dụng đất ở tầm trung và vi mô (cấp huyện, cấp xã). Riêng tại tỉnh Bình Phước, các nghiên cứu đánh giá đất đai trước đây còn rời rạc, chưa có tính hệ thống, phần lớn tập trung vào nhóm đất ngoài lâm phần cho các mô hình sản xuất nông nghiệp và chỉ mang tính định hướng vĩ mô. Bên cạnh đó, các phương pháp đánh giá đất hiện hành (FAO, cơ sở lập địa, phân hạng đất, phân cấp đất) đều tồn tại những nhược điểm riêng khi áp dụng độc lập; phần lớn chưa làm rõ tính hệ thống và vai trò điều khiển của các yếu tố lập địa; chưa thiết lập được tiêu chí triệt tiêu ảnh hưởng của tuổi cây để đánh giá mức độ thích ứng sinh trưởng; chưa có cơ sở dữ liệu số hóa dạng raster ô vuông 100 m gắn thuộc tính định lượng phủ kín diện tích cấp tỉnh và chưa có phần mềm chuyên dụng hỗ trợ quản lý.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án bao gồm ba nội dung chính:

  1. Đánh giá đặc điểm các yếu tố tự nhiên cấu thành lập địa và xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu lập địa dạng lưới ô vuông cho toàn bộ địa bàn tỉnh Bình Phước.
  2. Xây dựng hệ thống cấp phân vị, bộ tiêu chuẩn phân loại lập địa từ cấp tiểu vùng, dạng đất đai đến dạng lập địa; tiến hành phân vùng lập địa theo hệ thống cấp phân vị, theo tiềm năng sản xuất và theo khả năng thích hợp với 5 mô hình rừng trồng chủ yếu.
  3. Đề xuất định hướng quy hoạch sử dụng đất, cơ cấu cây trồng, các biện pháp kỹ thuật cải tạo lập địa tác động vào yếu tố hạn chế và phát triển phần mềm chuyên dùng quản lý lập địa.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Các yếu tố tự nhiên cấu thành điều kiện lập địa (khí hậu, địa hình, thổ nhưỡng) và 5 mô hình rừng trồng thuần loài chủ yếu tại địa phương gồm: Dầu rái (Dipterocarpus alatus Roxb), Sao đen (Hopea odorata Roxb), Keo lai (Acacia mangium x Acacia auriculiformis), Cao su (Hevea brasiliensis Muell) và Điều (Anacardium occidentale L.).
  • Phạm vi không gian: Toàn bộ phạm vi ranh giới hành chính tỉnh Bình Phước, nằm trong tọa độ địa lý từ 106°24' đến 107°25' kinh độ Đông và từ 11°07' đến 12°19' vĩ độ Bắc; tổng diện tích tự nhiên được số hóa thành 687.466 ô vuông cơ sở (tương đương 687.466 ha), trải rộng trên 10 huyện, thị xã.
  • Phạm vi thời gian: Kế thừa số liệu khí tượng thủy văn, bản đồ địa hình, bản đồ đất giai đoạn 2007–2012; điều tra thực địa 500 ô tiêu chuẩn điển hình thực hiện trong các năm 2007 và 2011; phân tích mẫu đất tại phòng thí nghiệm năm 2011 và bảo vệ hoàn thành năm 2014.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Trong chương tổng quan, tác giả hệ thống hóa các thành tựu nghiên cứu về lập địa lâm nghiệp trên phạm vi quốc tế và trong nước:

Trên thế giới:

  • Về khái niệm lập địa và yếu tố cấu thành: Ở Liên Xô, lập địa được xem là điều kiện nơi sinh trưởng, phản ánh tác động tổng hợp của các yếu tố ngoại cảnh hình thành nên các kiểu rừng (Tkachenko, Suchaev 1958, Pogrebnhiac). Ở Đức, Schwanecker (1971) phát triển thuyết lâm hình của Suchaev, phân chia lập địa thành các yếu tố tĩnh (sinh thái cảnh: khí hậu, địa hình, đất - lập địa theo nghĩa hẹp) và các yếu tố động/tác nhân (sinh địa quần thể: thực vật, động vật, vi sinh vật, con người - lập địa theo nghĩa rộng). Ở Mỹ, Pogrebnhiac phân chia lập địa dựa trên độ phì và độ ẩm đất; trong khi Blaglovidop và Buadop (1958), Tretop (1981) tại vùng Sankt-Peterburg dựa vào đá mẹ, địa hình, chế độ thoát nước và bổ sung tiêu chuẩn kiểu mùn.
  • Về hệ thống cấp phân vị lập địa: Friedler, Neber và Hunger (1982) ở Đức đề xuất 4 cấp phân vị: cấp vùng sinh trưởng, cấp khu sinh trưởng, cấp phạm vi bức khảm và cấp dạng lập địa (tương đương các cấp cảnh quan và khí hậu). Tại Liên Xô, Blaglovidop, Buadop (1959) và Tretop (1981) chia thành 3 cấp: nhóm lập địa, nhóm phụ lập địa và kiểu lập địa; Pogrebnhiac (1968) xác lập 24 kiểu lập địa dựa vào độ phì và độ ẩm. Tại Trung Quốc, Dương Kế Cảo (1993) xây dựng hệ thống 6 cấp cho vùng Đông Bắc: khu, á khu, tiểu khu, nhóm kiểu, kiểu và kiểu phụ lập địa.
  • Về phương pháp phân loại và đánh giá: Áp dụng chỉ tiêu sinh trưởng của cây rừng qua cấp lập địa (Liên Xô, 1950), chỉ số lập địa (Mỹ, Anh, Trung Quốc, 1970; Sajjaduzzaman và cs., 2005 tại Bangladesh cho rừng Tếch dưới 40 tuổi) và sai số sinh trưởng. Áp dụng đặc trưng tổ thành và cấu trúc thực vật (Đức 1946, Mỹ 1952, Chyi-Ty L và cs. 2004 tại Đài Loan). Áp dụng nhân tố hoàn cảnh vật lý (Smalle 1979 tại cao nguyên Cumberland - Mỹ; các học giả Nhật Bản tại Philippines). Áp dụng phương pháp tổng hợp đa nhân tố và mô hình toán học (FAO 1976, 1984; Đức, Canada, Trung Quốc; hàm sinh trưởng Thomasius 1978: $y = a_0(1 - e^{-bt})$, hàm Michailov: $y = a \cdot e^{-b/t}$, mô hình xác suất của Walter, Richards).

Tại Việt Nam:

  • Thái Văn Trừng dựa trên học thuyết sinh vật địa lý quần thể của Xucasov và hệ sinh thái của Tansley đã xác lập luận điểm sinh thái phát sinh quần thể thực vật, phân thành 5 nhóm nhân tố: địa lý - địa hình, khí hậu - thủy văn, đá mẹ - thổ nhưỡng, khu hệ thực vật và nhân tố sinh vật - hoạt động của con người.
  • Schwanecker và cs. (1971–1984) ban hành Quy trình tạm thời điều tra lập địa lâm nghiệp miền Bắc theo 4 cấp phân vị (vùng sinh trưởng, khu sinh trưởng, bức khảm, dạng lập địa), phân chia miền Bắc thành 7 vùng và 22 khu sinh trưởng.
  • Nguyễn Văn Khánh (1996) đề xuất hệ thống 7 cấp phân vị trên phạm vi toàn quốc (toàn quốc, 2 miền, 4 á miền, 12 vùng, 407 tiểu vùng, dạng đất đai, dạng lập địa).
  • Đỗ Đình Sâm và cs. (1990, 1991–1995) xây dựng hệ thống phân loại lập địa sinh khí hậu và tiềm năng sản xuất đất đồi núi (dựa vào độ dốc S, độ dày D, mùn OM, cơ giới T); đất ngập mặn; phân chia đơn vị đất đai cho 7 vùng kinh tế (trong đó có vùng Đông Nam Bộ và Tây Nguyên).
  • Ngô Đình Quế (1996, 2003, 2006–2010) nghiên cứu lập địa rừng ngập mặn (4 cấp phân vị); phân hạng đất trồng Keo tai tượng vùng trung tâm Bắc Bộ (4 hạng); lập phương trình hồi quy năng suất Dầu rái, Sao đen, Keo lai theo các yếu tố lập địa tại miền Đông Nam Bộ. Tổng cục Lâm nghiệp (2011) quy định bộ tiêu chuẩn dạng đất đai (cấp 2) và dạng lập địa (cấp 1).
  • Tại Bình Phước: Đoàn Địa chất I (2004) xác định 4 nhóm đá mẹ chính (bazan, phiến sét, granite, phù sa cổ). Phạm Quang Khánh (1993, 2003, 2010) thành lập bản đồ đất 1/250.000 (11 đơn vị thuộc 7 nhóm đất) và bản đồ đánh giá đất 1/100.000 cho 11 loại hình sử dụng đất. Trần Quốc Hoàn (2007, 2008, 2012) nghiên cứu xói mòn đất (20 loại hình) và ứng dụng FAO đánh giá đất lâm nghiệp tại huyện Đồng Phú tỷ lệ 1/25.000.

Bảng tổng hợp các hệ thống tiêu chuẩn phân loại lập địa tiêu biểu tại Việt Nam được tác giả điểm lại trong văn bản:

Tác giả / Cơ quan Năm Cấp phân vị / Tiêu chuẩn Yếu tố và cấp phân chia chủ yếu
Đỗ Đình Sâm 1990 Nhóm lập địa sinh khí hậu Mức độ thoát nước (thoát nước mạnh, thoát nước, thoát nước yếu); Mức độ khô hạn (rất khô, khô, ẩm, ẩm thường xuyên).
Nguyễn Văn Khánh 1996 Hệ thống địa tổng hợp 6 cấp Miền (tháng lạnh); Á miền (độ dài mùa mưa); Vùng (trường độ lạnh ở miền Bắc, trường độ khô ở miền Nam: $S, A, D$); Tiểu vùng (nhiệt độ, lượng mưa, số tháng khô, địa hình, đất và đá mẹ); Dạng đất đai (độ dốc, độ dày tầng đất, thành phần cơ giới); Dạng lập địa (địa mạo, độ dốc, loại đất).
FAO / Ngành Lâm nghiệp 1984 Phân hạng thích hợp cây Sao đen 4 cấp ($S_1, S_2, S_3, N$); dựa trên 6 yếu tố: Thành phần cơ giới ($T_3, T_1, T_2, T_4$), Độ dốc ($<15^\circ, 15-25^\circ, 25-35^\circ, >35^\circ$), Độ dày ($>100, 50-100, <50\text{ cm}$), Độ cao ($<100, 100-300, 300-800, >800\text{ m}$), Cây tái sinh ($IC, IB_1, IB_2, IA$), Lượng mưa ($>2000, 1500-2000, 1000-1500, <1000\text{ mm}$).
Ngô Đình Quế 2006–2009 Phân hạng đất Keo tai tượng 4 hạng đất (Hạng 1: $>18\text{ m}^3/\text{ha/năm}$; Hạng 2: $15-18$; Hạng 3: $10-15$; Hạng 4: $<10$); dựa vào loại đất ($Fp, Ff, D, Fs, Fq, Fv, E$), độ dốc, độ dày tầng đất, thực bì tái sinh và mùn tổng số.

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết: Luận án tập trung giải quyết tình trạng thiếu vắng một nghiên cứu toàn diện từ tiểu vùng đến dạng lập địa trên địa bàn tỉnh Bình Phước; khắc phục nhược điểm phụ thuộc vào tuổi cây khi đánh giá sinh trưởng; giải quyết bài toán định lượng hóa dữ liệu không gian bằng hệ thống lưới raster độ phân giải cao (1 ha/ô); và xây dựng công cụ phần mềm quản lý tích hợp cơ sở dữ liệu phục vụ trực tiếp cho sản xuất lâm nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên ba cơ sở lý thuyết và phương pháp luận chính:

  1. Phương pháp luận hệ thống điều khiển: Coi hệ sinh thái rừng và lập địa là một thể thống nhất có quan hệ tương tác. Trong phức hợp các yếu tố ngoại cảnh, các yếu tố quan trọng nổi trội có tính quyết định được xác định là các "chốt điều khiển". Các giải pháp kỹ thuật lâm sinh bản chất là sự tác động có chủ đích vào những chốt điều khiển này nhằm hướng hệ thống phát triển theo mục tiêu sản xuất mong muốn.
  2. Phương pháp luận sinh thái học: Sinh trưởng của cây rừng chịu sự chi phối của hai nhóm nhân tố là hoàn cảnh và di truyền (Richards). Mối quan hệ giữa yếu tố lập địa và sinh trưởng cây rừng biểu diễn dưới dạng đường cong sinh thái với các ngưỡng: giới hạn thấp, hạn chế, thích hợp vừa, thích hợp, và rất thích hợp. Mức độ phù hợp của loài cây với lập địa phải được nghiên cứu riêng biệt cho từng loài dựa trên các chỉ tiêu sinh trưởng thực tế.
  3. Phương pháp luận kinh tế học: Việc đánh giá và phân vùng lập địa xuất phát từ yêu cầu tối ưu hóa hiệu quả kinh tế (tối đa hóa trữ lượng gỗ hoặc sản lượng lâm sản ngoài gỗ trên một đơn vị diện tích), cung cấp căn cứ để người sử dụng đất lựa chọn loài cây thích hợp nhất tại mỗi tọa độ cụ thể.

Phương pháp nghiên cứu thực tế và thu thập dữ liệu:

  • Phương pháp kế thừa: Kế thừa hệ thống bản đồ tỷ lệ 1/100.000 của tỉnh Bình Phước (bản đồ đất năm 2010, bản đồ nhiệt độ và lượng mưa năm 2008, bản đồ địa hình, bản đồ hành chính, thủy văn, bản đồ địa chất năm 2007, hiện trạng rừng năm 2011), số liệu khí tượng thủy văn, 149 mẫu phân tích đất có sẵn và niên giám thống kê tỉnh giai đoạn 2007–2012.
  • Khảo sát sơ bộ và điều tra chi tiết: Thực hiện 10 tuyến khảo sát sơ bộ qua 10 huyện, thị xã. Trên cơ sở đó, thiết lập 40 tuyến điều tra chi tiết cắt qua các dạng lập địa và mô hình sử dụng đất.
  • Hệ thống ô tiêu chuẩn (ÔTC): Bố trí 500 ÔTC điển hình (diện tích 1.000 m², kích thước hình chữ nhật), mật độ 10–15 ÔTC trên một tuyến.
  • Điều tra thổ nhưỡng tại ÔTC: Đào phẫu diện, định vị tọa độ bằng GPS; đo độ dốc; xác định loại đất; vê giun đất xác định thành phần cơ giới theo 6 cấp (cát, cát pha, thịt nhẹ, thịt trung bình, thịt nặng, sét); đo độ chua $pH_{H_2O}$ bằng giấy quỳ; xác định độ dày tầng đất, độ xốp, hàm lượng mùn, tỷ lệ đá lẫn lớn và đá ong (% diện tích). Lấy mẫu đất rây trong nước qua sàng mắt lưới 2 mm để xác định tỷ lệ % trọng lượng kết von rời rạc và đá vụn đường kính $\le 5\text{ cm}$.
  • Phân tích phòng thí nghiệm: Lấy mẫu đất tại các tầng phát sinh của 84 ÔTC đại diện gửi phân tích tại Phân viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp Miền Nam: hàm lượng mùn (phương pháp Tiurin/Walkley Black), đạm tổng số $N_{ts}$ (phương pháp Kjeldahl), lân tổng số $P_2O_5$ (phương pháp so màu), kali tổng số $K_2O$ (phương pháp quang kế ngọn lửa), độ chua trao đổi $pH_{KCl}$ (phương pháp pH-mét). Tổng hợp dữ liệu thổ nhưỡng từ 116 mẫu (84 mẫu năm 2011, 32 mẫu năm 2007) và 149 mẫu kế thừa.
  • Điều tra thực vật tại ÔTC: Điều tra tầng cây cao (loài cây, đường kính $D_{1.3}$, chiều cao vút ngọn $H_{vn}$, chiều cao dưới cành $H_{dc}$, đường kính tán, độ tàn che, mật độ, năm trồng); điều tra cây bụi, cây tái sinh, thảm tươi và lấy mẫu thảm khô (5 mẫu dạng bản/ô).

Kỹ thuật xử lý số liệu, mô hình hóa và xây dựng cơ sở dữ liệu:

  • Xây dựng lưới ô vuông cơ sở raster: Sử dụng phần mềm MAP10.5 tạo lưới ô vuông kích thước 100 m x 100 m (1 ha/ô) bao phủ toàn bộ tỉnh Bình Phước, gồm 687.466 ô liền kề. Sử dụng phần mềm ARC10 xử lý mô hình số độ cao (DEM) và mô hình độ dốc, sau đó chuyển đổi định dạng (.shp sang .tab) và cập nhật dữ liệu nhiệt độ, lượng mưa, độ cao, độ dốc, loại đất vào từng ô vuông bằng lệnh SQL Select trong MAP10.5.
  • Thiết lập phương trình thực nghiệm thổ nhưỡng: Sử dụng phần mềm thống kê STA15 xây dựng 15 phương trình hồi quy đa nhân tố liên hệ giữa các yếu tố thổ nhưỡng với các biến địa hình và khí hậu cho từng loại đất từ dữ liệu 500 ÔTC. Lập trình trên Microsoft Visual FoxPro 9 (MVF9) để gán giá trị thổ nhưỡng tính toán cho toàn bộ 687.466 ô vuông.
  • Xác lập chỉ số sinh trưởng tương đối để triệt tiêu ảnh hưởng của tuổi: Tác giả xây dựng hai chỉ số sinh trưởng tương đối: $$\text{Idk} = \frac{dk_{tt}}{dk_{tuoi}} \quad (2.1)$$ $$\text{Ihvn} = \frac{hvn_{tt}}{hvn_{tuoi}} \quad (2.2)$$ Trong đó: $dk_{tt}$ và $hvn_{tt}$ là đường kính và chiều cao vút ngọn trung bình thực tế đo tại ÔTC; $dk_{tuoi}$ và $hvn_{tuoi}$ là đường kính và chiều cao lý thuyết tính theo phương trình sinh trưởng thực nghiệm phụ thuộc vào tuổi của từng loài cây. Khi $\text{Idk}, \text{Ihvn} > 1$, sinh trưởng tại điểm điều tra cao hơn mức trung bình toàn tỉnh (lập địa thuận lợi hơn) và ngược lại.
  • Định lượng hóa biến định danh loại đất: Chuyển đổi tên loại đất thành chỉ số đất tổng hợp ($Idat_s$) theo công thức: $$Idat_s = \frac{\sum_{j=1}^m Ihvn_j / m}{\sum_{i=1}^n Ihvn_i / n} \quad (2.7)$$ Với $m$ là số ÔTC của loài cây trên loại đất $s$, $n$ là tổng số ÔTC của loài cây trên toàn bộ các loại đất.
  • Xác định trọng số yếu tố lập địa: Dựa trên hệ số tương quan riêng phần giữa chỉ số sinh trưởng và các biến lập địa: $$Pr_i = \frac{R_{tbmax}}{R_{tbi}} \quad (2.10)$$ Trong đó $R_{tbi}$ là hệ số tương quan riêng phần trung bình của yếu tố $i$, $R_{tbmax}$ là hệ số tương quan riêng phần trung bình lớn nhất, $Pr_i$ là trọng số tính điểm tiềm năng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: TỔNG QUAN

Chương 1 trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu lập địa trên thế giới và tại Việt Nam. Tác giả phân tích các khái niệm về lập địa, hệ thống cấp phân vị, các phương pháp phân loại (theo tiềm năng, theo mức độ thích hợp, theo FAO, phân hạng đất, biểu cấp đất), các hàm sinh trưởng toán học (Thomasius, Michailov), vai trò sinh thái của các yếu tố địa lý, khí hậu, đất đai đối với thực vật rừng và ứng dụng công nghệ thông tin (GIS MapInfo, ArcEngine, Visual Studio MVF9). Tác giả tổng kết điều kiện tự nhiên tỉnh Bình Phước (địa hình đồi bát úp lượn sóng chuyển tiếp Tây Nguyên - Nam Bộ; khí hậu cận xích đạo mưa 84–90% tập trung theo mùa; 4 nền đá mẹ chính; 7 nhóm đất với 11 đơn vị đất). Chương này chỉ ra 8 tồn tại chính của các nghiên cứu trước, xác định 7 nội dung nghiên cứu cần giải quyết và nêu bật 5 tính mới của luận án.

Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương 2 mô tả chi tiết toàn bộ thiết kế nghiên cứu:

  • Nội dung nghiên cứu bao quát từ đặc điểm lập địa, phân vùng lập địa (theo 3 hướng: cấp phân vị, tiềm năng, thích hợp cho 5 loài cây), đề xuất giải pháp bố trí cây trồng, biện pháp kỹ thuật cải tạo và phát triển phần mềm quản lý.
  • Phương pháp luận kết hợp hệ thống điều khiển, sinh thái học và kinh tế học.
  • Kỹ thuật điều tra thực địa 500 ÔTC (diện tích 1.000 m²), đào phẫu diện, đo đạc lâm học và thử nghiệm rây kết von rời rạc trong nước.
  • Quy trình phân tích 84 mẫu đất trong phòng thí nghiệm; quy trình tạo lập lưới raster 687.466 ô vuông bằng MAP10.5; quy trình tính toán mô hình số độ cao, độ dốc bằng ARC10.
  • Các công thức toán học xác định chỉ số $\text{Idk}, \text{Ihvn}$, chỉ số đất tổng hợp $Idat_s$, trọng số tương quan riêng phần $Pr_i$, 15 phương trình thực nghiệm thổ nhưỡng trên STA15 và quy trình tự động hóa phân cấp, phân vùng lập địa bằng phần mềm MVF9.

Nội dung triển khai kết quả nghiên cứu và thảo luận (theo cấu trúc mục tiêu của luận án)

Dựa trên đề cương nội dung chi tiết được xác lập tại Chương 2, các kết quả nghiên cứu tập trung vào các nhóm nội dung chính:

  • Đặc điểm các yếu tố lập địa tỉnh Bình Phước: Tổng hợp và số hóa bản đồ các yếu tố nhiệt độ, lượng mưa, độ dốc, độ cao, đá mẹ và các đặc tính lý hóa đất (độ dày tầng đất, mùn, đạm, lân, kali, độ xốp, độ chua, tỷ lệ sét, tỷ lệ kết von) trên hệ thống lưới 687.466 ô vuông cơ sở.
  • Phân vùng lập địa theo hệ thống cấp phân vị: Thiết lập hệ thống 3 cấp phân vị gồm cấp tiểu vùng lập địa, cấp dạng đất đai và cấp dạng lập địa; xây dựng bộ tiêu chuẩn phân loại cho từng cấp và số hóa thành các bản đồ phân vùng cấp phân vị trên môi trường GIS.
  • Phân vùng lập địa theo tiềm năng sản xuất: Tính toán điểm tiềm năng cho từng ô lưới dựa trên thang điểm và trọng số tương quan riêng phần ($Pr_i$); thành lập bản đồ phân vùng tiềm năng đất lâm nghiệp tỉnh Bình Phước theo các cấp tiềm năng; phân tích thuận lợi và hạn chế của từng cấp.
  • Phân vùng lập địa theo khả năng thích hợp với 5 mô hình rừng trồng chủ yếu: Thiết lập các phương trình hồi quy đa biến giữa chỉ số sinh trưởng ($\text{Ihvn}, \text{Idk}$) của Dầu rái, Sao đen, Keo lai, Cao su, Điều với các yếu tố lập địa; xác định ngưỡng phân cấp mức độ thích hợp (rất thích hợp, thích hợp, thích hợp vừa, ít thích hợp, không thích hợp); lập bản đồ phân vùng thích hợp cho từng loài cây và xây dựng bảng tra cấp thích hợp trên từng dạng lập địa.
  • Đề xuất giải pháp và ứng dụng công nghệ: Đề xuất cơ cấu cây trồng theo cấp xã, huyện; xác định các yếu tố chốt điều khiển bị hạn chế tại từng dạng lập địa để áp dụng biện pháp kỹ thuật lâm sinh cải tạo; hoàn thiện và vận hành phần mềm chuyên dùng "Site management 1.0".

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới về mặt khoa học và thực tiễn của luận án bao gồm:

  1. Xây dựng cơ sở dữ liệu số hóa dạng raster độ phân giải cao: Tạo lập thành công hệ thống lưới cơ sở dữ liệu lập địa gồm 687.466 ô vuông (kích thước mỗi ô 100 m x 100 m, tương đương 1 ha ngoài thực địa), lượng hóa đầy đủ các giá trị thuộc tính khí hậu, địa hình, thổ nhưỡng phủ kín phạm vi toàn tỉnh Bình Phước.
  2. Thiết lập hệ thống tiêu chuẩn phân loại lập địa đa hướng và toàn diện: Xây dựng đồng bộ các bộ tiêu chuẩn phân loại: bộ tiêu chuẩn cấp phân vị (tiểu vùng, dạng đất đai, dạng lập địa); bộ tiêu chuẩn phân loại tiềm năng sản xuất đất lâm nghiệp; và bộ tiêu chuẩn đánh giá khả năng thích hợp riêng biệt cho 5 mô hình rừng trồng chủ yếu (Dầu rái, Sao đen, Keo lai, Cao su, Điều).
  3. Đề xuất phương pháp chỉ số sinh trưởng tương đối: Thiết lập công thức tính chỉ số sinh trưởng tương đối về đường kính ($\text{Idk}$) và chiều cao ($\text{Ihvn}$), giải quyết bài toán triệt tiêu ảnh hưởng của yếu tố tuổi lâm phần, tạo ra thước đo phản ánh khách quan mức độ phù hợp của điều kiện lập địa đối với sinh trưởng cây rừng.
  4. Ứng dụng phương pháp luận hệ thống điều khiển trong lâm sinh: Làm rõ vai trò của các yếu tố lập địa đóng vai trò "chốt điều khiển", làm cơ sở lý luận cho việc định hình các biện pháp kỹ thuật tác động có trọng tâm để cải tạo lập địa.
  5. Phát triển phần mềm ứng dụng quản lý chuyên ngành: Toàn bộ kỹ thuật xử lý dữ liệu lớn được lập trình tự động hóa bằng ngôn ngữ Microsoft Visual FoxPro 9 (MVF9) kết nối phần mềm MapInfo 10.5; xây dựng thành công phần mềm chuyên dùng quản lý lập địa tỉnh Bình Phước (Site management 1.0).

Về kiến nghị và giải pháp đề xuất:

  • Luận án cung cấp hệ thống bảng tra cấp thích hợp của 5 loài cây trên các dạng lập địa, hỗ trợ trực tiếp cho các chủ rừng và cơ quan quản lý cấp xã, huyện trong việc bố trí cơ cấu cây trồng tối ưu.
  • Đề xuất các biện pháp kỹ thuật cải tạo tập trung vào các yếu tố lập địa chủ đạo bị hạn chế (như tăng độ phì, hạn chế xói mòn, giữ ẩm, cày sâu phá tầng kết von).
  • Đưa phần mềm Site management 1.0 vào phục vụ công tác quy hoạch, giao đất lâm nghiệp và quản lý tài nguyên rừng tại tỉnh Bình Phước.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Về mặt hạn chế:

  • Đối tượng điều tra sinh trưởng thực tế phần lớn là rừng non và rừng trung niên, sự phân hóa tầng tán và cây trội chưa đạt trạng thái ổn định lâu dài; do đó luận án phải sử dụng đường kính và chiều cao bình quân lâm phần làm chỉ tiêu thay thế cho chiều cao cây trội.
  • Nghiên cứu mới chỉ tập trung phân loại và đánh giá thích hợp cho 5 mô hình rừng trồng thuần loài phổ biến; chưa mở rộng đánh giá đối với các loài cây bản địa quý hiếm khác và các mô hình rừng trồng hỗn giao hoặc nông lâm kết hợp phức tạp.
  • Các thuộc tính thổ nhưỡng tại các ô lưới raster chưa qua điều tra phẫu diện trực tiếp được suy diễn thông qua 15 phương trình hồi quy thực nghiệm đa biến, do đó độ chính xác phụ thuộc vào tính đại diện của 500 ÔTC và 116 mẫu đất phân tích phòng thí nghiệm.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

  • Tiếp tục theo dõi, thu thập dữ liệu sinh trưởng của các mô hình rừng trồng ở giai đoạn tuổi thành thục nhằm kiểm chứng, hoàn thiện biểu cấp đất và hàm sinh trưởng.
  • Mở rộng xây dựng tiêu chuẩn phân vùng thích hợp cho các loài cây lâm nghiệp bản địa đa mục đích khác.
  • Nâng cấp phần mềm Site management 1.0 lên các nền tảng WebGIS hoặc ứng dụng di động để hỗ trợ tra cứu trực địa thuận tiện hơn cho cán bộ kỹ thuật cơ sở.

Giá trị tham khảo

Nghiên cứu có giá trị ứng dụng và tham khảo đối với các nhóm đối tượng:

  • Cán bộ nghiên cứu, nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên: Chuyên ngành Lâm sinh, Quản lý tài nguyên rừng, Sinh thái học, và Quản lý đất đai có thể tham khảo phương pháp luận kết hợp hệ thống điều khiển với sinh thái; công thức tính chỉ số sinh trưởng tương đối ($\text{Idk}, \text{Ihvn}$); và kỹ thuật xây dựng mô hình hồi quy đa nhân tố.
  • Cơ quan quản lý nhà nước: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Chi cục Kiểm lâm, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bình Phước và các tỉnh thuộc vùng Đông Nam Bộ có thể sử dụng bản đồ phân vùng, hệ thống bảng tra thích hợp và phần mềm Site management 1.0 trong công tác quy hoạch lâm nghiệp, giao đất, giao rừng và cơ cấu cây trồng.
  • Các chủ rừng, công ty lâm nghiệp, ban quản lý rừng: Dễ dàng tra cứu mức độ thích ứng của từng loài cây trên diện tích quản lý thông qua tọa độ định vị để đưa ra quyết định đầu tư trồng rừng hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

Luận án giải quyết vấn đề ảnh hưởng của tuổi cây đến sinh trưởng như thế nào khi đánh giá lập địa?

Luận án thiết lập hai chỉ số sinh trưởng tương đối là $\text{Idk} = dk_{tt}/dk_{tuoi}$ (cho đường kính) và $\text{Ihvn} = hvn_{tt}/hvn_{tuoi}$ (cho chiều cao vút ngọn). Trong đó, giá trị đo đạc thực tế ($dk_{tt}, hvn_{tt}$) chịu ảnh hưởng đồng thời của lập địa và tuổi, còn giá trị tính theo tuổi ($dk_{tuoi}, hvn_{tuoi}$) được xác định từ các phương trình hồi quy sinh trưởng trung bình của toàn bộ các ô tiêu chuẩn. Khi chia hai đại lượng này, tác động của tuổi được triệt tiêu, chỉ số thu được phản ánh mức độ thuận lợi thuần túy của lập địa tại điểm điều tra.

Hệ thống cơ sở dữ liệu số hóa của luận án được xây dựng với quy mô và kích thước ô lưới ra sao?

Cơ sở dữ liệu được tổ chức dưới dạng lưới raster phủ kín phạm vi toàn tỉnh Bình Phước, bao gồm 687.466 ô vuông cơ sở liền kề nhau. Mỗi ô vuông có kích thước cạnh 100 m (diện tích 1 ha ngoài thực địa), được gán các trường dữ liệu thuộc tính định lượng gồm: nhiệt độ bình quân năm, lượng mưa bình quân năm, độ cao, độ dốc, loại đất và các đặc tính lý hóa đất được tính toán tự động.

5 mô hình rừng trồng nào được lựa chọn làm đối tượng đánh giá khả năng thích hợp?

5 mô hình rừng trồng thuần loài được lựa chọn gồm: Dầu rái (Dipterocarpus alatus Roxb), Sao đen (Hopea odorata Roxb), Keo lai (Acacia mangium x Acacia auriculiformis), Cao su (Hevea brasiliensis Muell) và Điều (Anacardium occidentale L.). Đây là những loài cây phổ biến, có giá trị kinh tế - xã hội cao và phù hợp với định hướng quy hoạch phát triển nông lâm nghiệp của tỉnh Bình Phước.

Các công cụ phần mềm nào được phối hợp sử dụng trong quy trình xử lý dữ liệu của luận án?

Luận án sử dụng phối hợp các phần mềm: MAP10.5 (MapInfo) để tạo lưới raster và biên tập các lớp bản đồ không gian; ARC10 (ArcGIS) để xử lý mô hình số độ cao (DEM) và độ dốc; STA15 (Statistica) để phân tích thống kê và thiết lập 15 phương trình hồi quy thực nghiệm; Microsoft Visual FoxPro 9 (MVF9) để lập trình tính toán thuộc tính cho 687.466 ô vuông và phát triển phần mềm quản lý chuyên dụng Site management 1.0.

Khái niệm "chốt điều khiển" trong luận án được hiểu và ứng dụng như thế nào?

Theo phương pháp luận hệ thống điều khiển, "chốt điều khiển" là những yếu tố lập địa giữ vai trò chủ đạo, quan trọng nổi trội, có ảnh hưởng trực tiếp và mạnh mẽ nhất đến sự sinh trưởng của cây trồng nhưng lại đang ở trạng thái bị hạn chế tại lập địa đó. Việc xác định đúng chốt điều khiển cho phép người sử dụng đất tập trung các biện pháp kỹ thuật lâm sinh (như cày xới, bón phân, giữ ẩm, làm bậc thang chống xói mòn) tác động trực diện vào yếu tố này để nâng cao năng suất rừng trồng.

Kết luận

Luận án của tác giả Trần Quốc Hoàn đã giải quyết đồng bộ bài toán phân loại và phân vùng lập địa phục vụ sản xuất lâm nghiệp tại tỉnh Bình Phước thông qua việc tích hợp phương pháp luận hệ thống điều khiển, sinh thái học và kinh tế học. Bằng việc xây dựng lưới cơ sở dữ liệu số hóa 687.466 ô vuông (1 ha/ô), thiết lập các chỉ số sinh trưởng tương đối ($\text{Idk}, \text{Ihvn}$) triệt tiêu ảnh hưởng của tuổi và xác lập các bộ tiêu chuẩn phân loại đa hướng, công trình đã định lượng hóa mức độ thích hợp của 5 loài cây trồng chính đến từng vị trí cụ thể. Phần mềm chuyên dụng Site management 1.0 được phát triển là công cụ hỗ trợ công tác quản lý, quy hoạch sử dụng đất và kỹ thuật lâm sinh tại địa phương.