Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ lâm nghiệp với đề tài "Nghiên cứu cơ sở khoa học để phục hồi rừng trên núi đá vôi tại Vườn Quốc gia Cát Bà" do nghiên cứu sinh Lê Hồng Liên thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Bùi Thế Đồi, bảo vệ tại Trường Đại học Lâm nghiệp vào năm 2024 thuộc ngành Lâm sinh (mã ngành: 9.05).

Vườn Quốc gia (VQG) Cát Bà đại diện cho hệ sinh thái rừng trên núi đá vôi hải đảo đặc thù ở miền Bắc Việt Nam, có vai trò quan trọng trong bảo tồn đa dạng sinh học và hệ thống rừng đặc dụng. Tổng diện tích tự nhiên của VQG Cát Bà là 17.362,96 ha, trong đó quy hoạch đất lâm nghiệp là 10.443,6 ha (chiếm 60,2%). Diện tích rừng tự nhiên trên núi đá vôi là 5.891,69 ha (chiếm 56,6% đất lâm nghiệp), bao gồm 1.056,27 ha rừng nguyên sinh (17,3% diện tích rừng) và 4.856,09 ha rừng thứ sinh (chiếm gần 70% diện tích rừng tự nhiên, phần lớn là rừng nghèo và nghèo kiệt). Hệ sinh thái rừng trên núi đá vôi có tầng đất mỏng, khả năng giữ nước kém, tính chống chịu thấp; khi bị tác động tiêu cực bởi con người và tự nhiên thì khả năng tự phục hồi rất chậm.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án xác định là: các nghiên cứu trước đây tại khu vực chủ yếu mang tính mô tả định tính, kiểm kê taxon đơn thuần, thiếu các phân tích định lượng sinh thái chuyên sâu về cấu trúc lâm phần và tái sinh tự nhiên trong mối tương tác đa chiều với điều kiện lập địa và các nhân tố kinh tế - xã hội. Đồng thời, các nghiên cứu phục hồi rừng trước đó thiếu mô hình rừng mục tiêu (rừng giàu/nguyên sinh) để làm đối chứng khoa học, chưa lượng hóa được mức độ phục hồi cho từng kiểu phụ rừng cụ thể.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định gồm:

  1. Mục tiêu lý luận: Cung cấp luận cứ khoa học cho việc nghiên cứu phục hồi hệ sinh thái rừng tự nhiên trên núi đá vôi tại VQG Cát Bà.
  2. Mục tiêu thực tiễn:
    • Xác định đặc trưng hiện trạng, thực trạng quản lý rừng, lập địa, cấu trúc sinh thái, tái sinh tự nhiên, đa dạng loài thực vật trong mối tương tác với các nhân tố kinh tế - xã hội cho các kiểu phụ rừng và quần xã thực vật rừng (QXTVR) tại VQG Cát Bà.
    • Phân chia các kiểu phụ và QXTVR điển hình, đánh giá mức độ phục hồi làm cơ sở đề xuất các giải pháp kỹ thuật lâm sinh và quản lý tổng hợp nhằm phục hồi rừng tự nhiên trên núi đá vôi tại khu vực nghiên cứu.

Đối tượng, địa điểm và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Rừng kín lá rộng thường xanh mưa ẩm nhiệt đới trên núi đá vôi (các kiểu phụ rừng và QXTVR), các nhân tố lập địa, đất đai và các nhân tố kinh tế - xã hội tác động (cộng đồng dân cư bản địa, dân di cư, công tác quản lý bảo vệ rừng).
  • Địa điểm nghiên cứu: Khu vực vùng lõi (phân khu bảo vệ nghiêm ngặt, phân khu phục hồi sinh thái) và vùng đệm (vùng đệm trong, vùng đệm ngoài) của VQG Cát Bà, thành phố Hải Phòng.
  • Phạm vi thời gian: Quá trình điều tra, thu thập và xử lý số liệu thực địa được tiến hành qua 2 đợt: Đợt 1 từ tháng 04/2017 đến tháng 12/2018; Đợt 2 từ tháng 06/2021 đến tháng 12/2022.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu trong luận án được phân tích theo hai bình diện quốc tế và trong nước:

Trên thế giới, các công trình của Williams (2008), Ford và Williams (2007), Gutiérrez và cộng sự (2014) chỉ ra rằng hệ sinh thái đá vôi (Karst) chiếm khoảng 12% diện tích đất toàn cầu, đặc trưng bởi tầng đất mỏng, độ thẩm thấu cao, thiếu nước theo mùa và tốc độ xói mòn vật lý vượt trội tốc độ hình thành đất. Liu và cộng sự (2021), Kiew và cộng sự (2019), Wang và cộng sự (2019), Makoto và Wilson (2019), Sritharan và cộng sự (2021) phân tích sự thích nghi của thực vật núi đá vôi với môi trường nghèo dinh dưỡng, giàu canxi, tỷ lệ đá lộ đầu cao và mức độ đặc hữu cục bộ lớn. Chen và cộng sự (2022), van der Velden và cộng sự (2014) khi nghiên cứu rừng nhiệt đới gió mùa núi đá vôi ở Xishuangbanna (Trung Quốc) nhấn mạnh hiện tượng quần hợp đơn ưu (1 - 2 loài chiếm 90% cá thể tầng cây cao) song song với tỷ lệ lớn các loài cây hiếm gặp (rare tree species) và sự suy giảm khả năng tái sinh tự nhiên do chia cắt địa hình. Về mặt phục hồi, Lamb và Gilmour (2003) phân lập ba mức độ can thiệp: cải tạo/thay thế (reclamation/replacement), phục hồi (rehabilitation) và khôi phục (restoration). Holl và Aide (2011) xây dựng khung căn cứ lựa chọn giải pháp phục hồi thụ động hoặc chủ động. Quá trình suy thoái và các dự án kỹ thuật phục hồi sinh thái núi đá vôi quy mô lớn tại Trung Quốc cũng được tổng hợp qua các nghiên cứu của Wang và Zhou (1999), Tong và cộng sự (2018), Xu và cộng sự (2017), Ouyang và cộng sự (2019).

Tại Việt Nam, các nghiên cứu địa mạo và sinh thái của Tuyet (2001, 2004), Vũ Tự Lập (2004), Đào Trọng Năng (1979), Trần Hữu Viên (2005) ghi nhận diện tích núi đá vôi khoảng 60.000 km² (18% diện tích cả nước), tập trung chủ yếu ở miền Bắc và Bắc Trung Bộ với hệ thực vật bậc cao khoảng 2.000 loài. Về phân loại thảm thực vật, Thái Văn Trừng (1978) xếp rừng núi đá vôi vào kiểu phụ thổ nhưỡng kiệt nước trên đất đá vôi xương xẩu (Đk) thuộc kiểu rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới; Trần Ngũ Phương (1970) xếp vào đai nhiệt đới mưa mùa và á nhiệt đới lá kim. Các công trình về cấu trúc, đa dạng và kỹ thuật lâm sinh trên núi đá vôi được thực hiện bởi Nguyễn Bá Thụ (1995) tại Cúc Phương, Phan Thanh Lâm (2016) tại Yên Tử, Trần Thị Thúy Vân (2016) tại Thài Phìn Tủng, Nguyễn Vạn Thường (1991) tại các tỉnh miền Bắc, Trần Văn Con (2006, 2015), Hoàng Kim Ngũ và Bùi Thế Đồi (2002). Lịch sử kỹ thuật phục hồi rừng từ quy trình "Tu bổ rừng" những năm 1970 đến quan điểm lâm học "gần với tự nhiên" của Phạm Xuân Hoàn (2002), Phạm Văn Điển và Nguyễn Thị Thu Hoàn (2015), Nguyễn Xuân Quát (2014), Ngô Đình Quế và Đỗ Đình Sâm (2001), Võ Đại Hải và cộng sự (2003), cùng các mô hình khoanh nuôi xúc tiến tái sinh của Hoàng Xuân Tý (1986), Ngô Quang Đê và Phạm Xuân Hoàn (1995), Trần Xuân Thiệp (1995) đã đặt nền móng cho các văn bản quy phạm kỹ thuật như Thông tư 29/2018/TT-BNNPTNT và Thông tư 17/2022/TT-BNNPTNT của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn.

Tại khu vực đảo Cát Bà, Van và cộng sự (2010), Hoàng Văn Thập (2008), Long và cộng sự (2021), Triệu Thái Hưng (2021) đã bước đầu nghiên cứu thảm thực vật, các mô hình khoanh nuôi xúc tiến tái sinh có trồng bổ sung loài bản địa (Nghiến, Kim giao, Lát hoa, Re hương, Trám đen) và khai thác lâm sản ngoài gỗ gắn với cộng đồng.

Vị trí của luận án: Luận án giải quyết khoảng trống học thuật bằng cách kết hợp phương pháp nghiên cứu sinh thái định lượng với đánh giá hệ thống sinh thái - xã hội, sử dụng rừng nguyên sinh giàu làm mô hình đối chứng chuẩn mực, từ đó phân loại chi tiết 7 kiểu phụ rừng và 21 QXTVR, áp dụng thang đánh giá 5 sao chuẩn quốc tế (McDonald và cộng sự, 2016) để xác định mức độ phục hồi và đề xuất giải pháp kỹ thuật lâm sinh chuyên biệt cho từng trạng thái.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án xây dựng trên ba quan điểm tiếp cận:

  • Tiếp cận hệ thống sinh thái: Xem cấu trúc và tổ thành rừng hiện tại là kết quả phản chiếu của tổng hòa các tác động sinh thái và nhân tác trong quá khứ;
  • Tiếp cận sinh thái - xã hội: Kết hợp lịch sử sử dụng đất, áp lực khai thác tài nguyên và sinh kế của cộng đồng địa phương vào phân tích động thái rừng;
  • Tiếp cận tổng hợp: Liên kết đa ngành giữa lâm sinh, thổ nhưỡng, đa dạng sinh học và quản lý chính sách rừng.

Khung lý thuyết phân loại thảm thực vật dựa trên hệ thống của Thái Văn Trừng (1978), phân chia trạng thái rừng theo Thông tư số 33/2018/TT-BNNPTNT và Loeschau (1963). Đánh giá mức độ phục hồi áp dụng bộ tiêu chuẩn quốc tế của Hội Phục hồi Sinh thái Quốc tế (SER) do McDonald và cộng sự (2016) công bố.

Phương pháp nghiên cứu thực địa và thu thập dữ liệu được thiết kế đồng bộ:

Hạng mục nghiên cứu Quy mô / Dung lượng mẫu Phương pháp và công cụ thu thập
Tuyến khảo sát thảm thực vật 13 tuyến chính (rộng 30 m, mở rộng 10 m mỗi bên; cứ 1,5 km mở 2 tuyến phụ dài 2 - 12 km). Kế thừa 18 tuyến từ Đề tài ĐTĐL.CN-25/17. Khảo sát thực địa, ghi nhận tọa độ GPS, phân loại thảm thực vật, thống kê loài quý hiếm, ghi nhận tần suất tác động nhân tác (thấp, trung bình, cao).
Ô tiêu chuẩn (OTC) tầng cây cao 63 OTC (kích thước 1.000 m² = 50 m x 20 m), gồm 7 kiểu phụ rừng x 3 QXTVR x 3 OTC lặp lại. Kế thừa từ 108 OTC của Đề tài ĐTĐL.CN-25/17 và lập mới. Thiết lập OTC cải tiến của Whittaker; đo đếm toàn bộ cây gỗ có $D_{1.3} \ge 6\text{ cm}$ bằng thước dây mm; đo chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$) bằng thước đo cao laser Vertex ($\pm 0,5\text{ m}$); phân cấp chất lượng cây (tốt, trung bình, xấu); chụp ảnh xác định độ tàn che tại 5 điểm.
Ô thứ cấp tầng cây gỗ nhỏ 63 ô thứ cấp B ($10\text{ m} \times 10\text{ m} = 100\text{ m}^2$) đặt tại tâm mỗi OTC A. Đo đếm cây gỗ nhỏ có $D_{1.3} < 6\text{ cm}$ và $H_{vn} > 2\text{ m}$.
Ô dạng bản cây tái sinh 1.260 ô dạng bản C ($2\text{ m} \times 2\text{ m} = 4\text{ m}^2$), gồm 20 ô C phân bố đều trong mỗi OTC A. Đo đếm cây tái sinh có $D_{1.3} < 6\text{ cm}$ hoặc $H_{vn} \le 2\text{ m}$; phân loại nguồn gốc tái sinh (hạt, chồi); đánh giá chất lượng cây tái sinh và độ che phủ thảm tươi, cây bụi.
Mẫu đất phân tích lý, hóa tính 21 mẫu đất tầng mặt ($0 - 30\text{ cm}$), lấy hỗn hợp từ 5 điểm/OTC tại 7 kiểu phụ x 3 QXTVR. Phân tích tại Trường Đại học Lâm nghiệp: Tỷ trọng bình Picnome; dung trọng ống gõ (TCVN 6860:2001); $\text{pH}_{\text{H}_2\text{O}}$ đo điện cực (TCVN 5979:2007); mùn Chiurin (TCVN 4050-85); đạm tổng số Kjeldahl (TCVN 6498:1999); lân tổng số $\text{P}_2\text{O}_5$ so màu (TCN 453:2001); kali tổng số $\text{K}_2\text{O}$ quang kế ngọn lửa (TCN 454:2001); $\text{Ca}^{2+}, \text{Mg}^{2+}$ Complexon; CEC Amoni-Axetat (TCVN 6646:2000); cấp hạt FAO pipet (TCVN 8567:2010).
Điều tra xã hội học và chính sách 102 phiếu phỏng vấn bán cấu trúc (2 cán bộ quản lý VQG, 10 kiểm lâm thuộc 5 trạm, 30 đại diện cộng đồng từ 6 xã, 60 hộ gia đình từ 6 xã). Phỏng vấn bán cấu trúc, phân tích các bên liên quan (Stakeholder analysis), phân tích nhóm 2 bước (two-step cluster analysis) về tác động kinh tế - xã hội.
Mô hình phục hồi lâm sinh thực nghiệm 16 OTC ($1.000\text{ m}^2$), gồm 4 biện pháp tác động x 4 OTC lặp lại. Điều tra tỷ lệ sống, đường kính, chiều cao, sinh trưởng của cây trồng trong các mô hình: làm giàu rừng, khoanh nuôi xúc tiến tái sinh tự nhiên có/không trồng bổ sung.

Phương pháp phân tích và xử lý số liệu:

  • Đa dạng sinh học: Phân loại dạng sống theo Raunkiaer (1934) điều chỉnh bởi Nguyễn Nghĩa Thìn (1997, 2007) thành 14 nhóm; phân loại giá trị sử dụng thành 11 nhóm. Đánh giá cấp độ nguy cấp theo Sách đỏ Việt Nam (2007), Nghị định 06/2019/NĐ-CP (sửa đổi bổ sung tại Nghị định 84/2021/NĐ-CP), Danh mục CITES và Danh lục đỏ IUCN (2020). Tính toán các chỉ số đa dạng: Margalef ($d_1$), Menhinik ($d_2$), Simpson ($D$), Shannon ($H$), chỉ số đa dạng Rényi ($H_\alpha$), chỉ số tương đồng thành phần loài ($SI$), chỉ số quan trọng ($IVI%$).
  • Phân tích tương quan đa biến: Sử dụng phân tích thành phần chính (PCA) trên ma trận cấu trúc lâm phần và ma trận nhân tố sinh thái - xã hội bằng gói vegan trong ngôn ngữ R. Phân cấp cụm kết tụ (AHC) theo phương pháp liên kết Ward với khoảng cách Euclidean bằng gói Factoextra (R phiên bản 4.0).
  • Đánh giá mức độ phục hồi: Xây dựng thang điểm 5 cấp cho từng chỉ số cấu trúc và đa dạng dựa trên hàm phân vị tứ phân vị (Quartile), biểu diễn trực quan hóa bằng đồ thị hoa gió/radar.

Nội dung chính theo từng chương

Luận án gồm 146 trang (chưa kể phụ lục), 30 bảng số liệu, 26 hình vẽ/biểu đồ, 152 tài liệu tham khảo. Cấu trúc nội dung chi tiết theo từng chương như sau:

Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu (20 trang)

Chương 1 hệ thống hóa các tài liệu khoa học về hệ sinh thái núi đá vôi trên thế giới và tại Việt Nam. Tác giả làm rõ các đặc tính sinh thái đặc thù của thảm thực vật Karst: thích nghi với điều kiện khô hạn sinh lý, đất mỏng tích tụ trong khe nứt đá, mức độ đệm thấp trước các tác động ngoại cảnh. Luận án phân tích nguyên nhân gây suy thoái rừng đá vôi bao gồm xói mòn tự nhiên, cacxtơ hóa kết hợp với các tác động nhân viễn như khai thác gỗ chọn kiệt, phá rừng làm nương rẫy, khai thác lâm sản ngoài gỗ, săn bắt và chăn thả gia súc.

Chương này cũng tổng hợp lịch sử các giải pháp phục hồi rừng từ các biện pháp lâm sinh cổ điển (chặt dần, nuôi dưỡng, làm giàu) đến các can thiệp sinh thái hiện đại (khoanh nuôi bảo vệ, xúc tiến tái sinh tự nhiên kết hợp trồng bổ sung cây bản địa). Đồng thời, tác giả đánh giá thực trạng các công trình nghiên cứu tại VQG Cát Bà, chỉ ra những điểm còn thiếu về phân loại chi tiết kiểu phụ rừng, thiếu vắng số liệu định lượng về tương tác sinh thái - xã hội và xác lập cơ sở khoa học cho đề tài nghiên cứu.

Chương 2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu (23 trang)

Chương 2 trình bày 4 nội dung nghiên cứu chính và chi tiết hóa phương pháp luận, quy trình bố trí thí nghiệm, công thức và kỹ thuật phân tích dữ liệu:

  1. Đánh giá hiện trạng rừng tự nhiên trên núi đá vôi và thực trạng quản lý rừng tại VQG Cát Bà.
  2. Nghiên cứu một số đặc điểm lâm học của các kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi (cấu trúc tầng cây cao, cấu trúc lớp cây tái sinh, biến động đa dạng sinh học và tính chất lý hóa của đất).
  3. Nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái - xã hội tới quá trình phục hồi rừng và phân chia mức độ phục hồi của các kiểu phụ rừng và QXTVR.
  4. Đề xuất hệ thống giải pháp kỹ thuật lâm sinh và quản lý tổng hợp phục hồi rừng tự nhiên trên núi đá vôi tại VQG Cát Bà.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa điều tra thứ cấp, phỏng vấn xã hội học (102 phiếu), thiết lập hệ thống 13 tuyến khảo sát và 63 ô tiêu chuẩn định lượng ($1.000\text{ m}^2$) theo phương pháp Whittaker cải tiến, lấy 21 mẫu đất phân tích 10 chỉ tiêu lý hóa học, cùng các công cụ thống kê đa biến PCA, AHC và đánh giá phục hồi theo thang điểm 5 sao trên nền tảng phần mềm R.

Chương 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận (84 trang)

Chương 3 là phần trọng tâm của luận án, trình bày các kết quả nghiên cứu định lượng và thảo luận chi tiết qua 4 tiểu mục:

3.1. Hiện trạng rừng tự nhiên trên núi đá vôi và thực trạng quản lý rừng tại VQG Cát Bà

Luận án thống kê diện tích rừng tự nhiên trên núi đá vôi tại VQG Cát Bà gồm 5.891,69 ha, phân bố qua các phân khu chức năng. Hệ thực vật trên núi đá vôi được ghi nhận phong phú về taxon, dạng sống (14 nhóm) và công dụng (11 nhóm), có sự hiện diện của nhiều loài nguy cấp trong Sách đỏ Việt Nam và Danh lục đỏ IUCN. Đánh giá công tác quản lý cho thấy hiệu quả của các chính sách khoán bảo vệ rừng, hoạt động của 5 trạm kiểm lâm địa bàn, đồng thời chỉ ra áp lực từ các hoạt động dân sinh của 6 xã vùng đệm và vùng lõi (thu hái LSNG, chăn thả, du lịch sinh thái tự phát). Các mô hình phục hồi rừng giai đoạn 2016 - 2020 (khoanh nuôi xúc tiến tái sinh 53,62 ha, khoanh nuôi có trồng bổ sung 1.150,37 ha, làm giàu rừng 220,50 ha) cho thấy sự cải thiện về trữ lượng nhưng mật độ và thành phần loài tái sinh tự nhiên còn biến động.

3.2. Đặc điểm lâm học của các kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá tại VQG Cát Bà

Luận án đã xác định và phân loại 7 kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi tại VQG Cát Bà, tương ứng với 21 QXTVR điển hình:

Ký hiệu Tên kiểu phụ rừng Trạng thái rừng Vị trí phân bố Các ưu hợp quần xã thực vật rừng (QXTVR) điển hình
I.Đk1 Kiểu phụ thổ nhưỡng kiệt nước trên đất đá vôi xương xẩu ít bị tác động (Đối chứng) Rừng nguyên sinh gỗ tự nhiên núi đá LRTX giàu Vùng lõi (Phân khu bảo vệ nghiêm ngặt) - Lòng mang đa hình + Chẹo tía + Ô rô
- Chẹo tía + Côm tầng + Nhội
- Sấu + Mòng + Huỳnh đường cao
I.Np1-1 Kiểu phụ thứ sinh nhân tác trên đất đá vôi xương xẩu Rừng gỗ tự nhiên núi đá LRTX trung bình Vùng lõi (Bảo vệ nghiêm ngặt & Phục hồi sinh thái) - Sấu + Ô rô
- Huỳnh đường cao + Ô rô
- Sao hòn gai + Hồng tùng + Re hương
I.Np1-2 Kiểu phụ thứ sinh nhân tác trên đất đá vôi phục hồi sau khai thác chọn Rừng gỗ tự nhiên núi đá LRTX nghèo Vùng lõi (Bảo vệ nghiêm ngặt & Phục hồi sinh thái) - Chẹo tía + Côm trắng
- Chẹo tía + Kháo vàng
- Hồng quân + Chẹo tía + Côm tầng
I.Np1-3 Kiểu phụ thứ sinh nhân tác trên đất đá vôi phục hồi sau khai thác mạnh Rừng gỗ tự nhiên núi đá LRTX nghèo Vùng lõi (Phân khu phục hồi sinh thái) - Trâm núi + Trường + Ô rô
- Lòng mang + Trâm núi
- Ô rô + Trường
I.Np1-4 Kiểu phụ thứ sinh nhân tác trên đất đá vôi phục hồi sau khai thác kiệt Rừng gỗ tự nhiên núi đá LRTX nghèo Vùng đệm trong - Côm tầng + Mòng
- Mạy tèo + Chà ran
- Trường kẹn + Ô rô
I.Np2-1 Kiểu phụ thứ sinh nhân tác trên đất đá vôi thoái hoá chân núi sau khai thác Rừng gỗ tự nhiên núi đá LRTX nghèo kiệt Vùng đệm ngoài - Trọng đũa + Mật sạ
- Sảng nhung + Chẹo tía + Lòng mang
- Vạng trứng + Chẹo tía + Hồng quân
I.Np2-2 Kiểu phụ thứ sinh nhân tác trên đất đá vôi thoái hoá sau nương rẫy Rừng gỗ tự nhiên núi đá LRTX nghèo kiệt Vùng đệm ngoài - Vả + Bời lời lá tròn
- Vả + Bời lời lá tròn + Lòng mang
- Vả + Lòng mang + Bời lời lá tròn

Phân tích định lượng lâm học cho thấy:

  • Cấu trúc tầng cây cao: Có sự suy giảm rõ rệt về mật độ cá thể ($N$), đường kính ngang ngực trung bình ($D_{1.3}$), chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$), tổng tiết diện ngang ($G$) và trữ lượng ($M$) từ kiểu phụ rừng nguyên sinh đối chứng (I.Đk1) đến các kiểu phụ thứ sinh thoái hóa (I.Np2-1, I.Np2-2). Mối quan hệ giữa phân bố số cây theo cấp đường kính ($N/D$) và cấp chiều cao ($N/H$) thể hiện sự phân hóa rõ giữa rừng ít bị tác động và rừng sau nương rẫy/khai thác kiệt.
  • Cấu trúc lớp cây tái sinh: Mật độ cây tái sinh tổng số, tỷ lệ cây tái sinh có triển vọng (TSTV) và hệ số tổ thành loài tái sinh ($K_i$) có sự phân hóa mạnh giữa các kiểu phụ. Rừng nguyên sinh và trung bình có tỷ lệ tái sinh từ hạt cao và chất lượng tốt, trong khi các kiểu phụ sau nương rẫy có mật độ tái sinh chồi chiếm ưu thế.
  • Đa dạng sinh học: Các chỉ số đa dạng loài Margalef ($d_1$), Menhinik ($d_2$), Simpson ($D$), Shannon ($H$) và chỉ số Rényi ($H_\alpha$) của cả tầng cây cao lẫn lớp cây tái sinh đều đạt giá trị cao nhất ở kiểu phụ I.Đk1 và I.Np1-1, giảm dần ở các kiểu phụ thoái hóa chân núi và sau nương rẫy. Chỉ số tương đồng thành phần loài ($SI$) phản ánh mức độ chia cắt và khác biệt tổ thành giữa các sinh cảnh.
  • Đặc điểm đất: Đất tại các kiểu phụ rừng trên núi đá vôi biến động rõ rệt về tính chất cơ lý và hóa học. Tỷ lệ đá lẫn, hàm lượng mùn ($\text{OM}%$), đạm tổng số ($N%$), lân tổng số ($\text{P}_2\text{O}_5%$), kali tổng số ($\text{K}_2\text{O}%$) và dung lượng hấp thu ($\text{CEC}$) ở kiểu phụ I.Đk1 cao hơn có ý nghĩa so với các kiểu phụ thoái hóa sau nương rẫy (I.Np2-2).

3.3. Ảnh hưởng của nhân tố sinh thái - xã hội và phân chia mức độ phục hồi

  • Phân tích PCA chỉ ra mối tương quan chặt chẽ giữa các chỉ tiêu cấu trúc lâm phần ($D_{1.3}, H_{vn}, G, M$, độ tàn che, hàm lượng mùn) với trục tọa độ chính, tách biệt rõ nhóm rừng nguyên sinh/trung bình với nhóm rừng nghèo kiệt chịu áp lực nhân tác cao (tần suất tác động của cộng đồng, cự ly dân cư).
  • Phân tích cụm AHC (phương pháp Ward, khoảng cách Euclidean) đã nhóm 7 kiểu phụ rừng và 21 QXTVR thành các phân lớp phục hồi tương đồng.
  • Đánh giá mức độ phục hồi theo thang điểm 5 sao: Kiểu phụ đối chứng I.Đk1 đạt chuẩn tối đa (5 sao); kiểu phụ I.Np1-1 đạt ngưỡng phục hồi tốt (4 - 5 sao); các kiểu phụ I.Np1-2, I.Np1-3, I.Np1-4 đạt mức phục hồi trung bình (3 - 4 sao); các kiểu phụ thoái hóa I.Np2-1, I.Np2-2 chỉ đạt mức thấp (1 - 2 sao) ở nhiều tiêu chí cấu trúc và tái sinh, đòi hỏi sự can thiệp kỹ thuật tích cực.

3.4. Đề xuất các giải pháp tổng hợp phục hồi và quản lý rừng tự nhiên trên núi đá vôi tại VQG Cát Bà

Luận án xây dựng ma trận giải pháp kỹ thuật lâm sinh và quản lý phân theo từng đối tượng kiểu phụ rừng cụ thể:

  • Kiểu phụ I.Đk1 và I.Np1-1: Áp dụng biện pháp bảo vệ nghiêm ngặt, khoanh nuôi bảo tồn nguyên vẹn cấu trúc và nguồn gen các loài cây quý hiếm.
  • Kiểu phụ I.Np1-2 và I.Np1-3: Áp dụng khoanh nuôi xúc tiến tái sinh tự nhiên không trồng bổ sung, kết hợp các biện pháp nuôi dưỡng rừng, luỗng phát dây leo bụi rậm chèn ép cây tái sinh mục đích.
  • Kiểu phụ I.Np1-4: Khoanh nuôi xúc tiến tái sinh tự nhiên có trồng bổ sung các loài cây bản địa chịu hạn, ưa canxi có giá trị bảo tồn và kinh tế (Nghiến, Kim giao, Lát hoa, Re hương, Trám đen).
  • Kiểu phụ I.Np2-1 và I.Np2-2: Áp dụng các biện pháp kỹ thuật phục hồi tích cực (trồng rừng làm giàu, cải tạo hoàn cảnh rừng bằng cây tiên phong cải tạo đất họ Đậu, gieo hạt thẳng hoặc trồng cây con có bầu tại các hốc đá có đất).
  • Nhóm giải pháp kinh tế - xã hội: Hoàn thiện cơ chế giao khoán bảo vệ rừng, phát triển sinh kế vùng đệm thông qua mô hình đồng quản lý, khai thác bền vững lâm sản ngoài gỗ, phát triển du lịch sinh thái có kiểm soát để giảm áp lực xâm hại rừng tự nhiên.

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

  1. Luận án đã xác định cơ sở khoa học để phục hồi rừng tự nhiên trên núi đá vôi tại VQG Cát Bà thông qua việc làm sáng tỏ các đặc trưng cấu trúc sinh thái lâm phần, quy luật phân bố đường kính - chiều cao, động thái tái sinh tự nhiên và diễn thế đa dạng loài thực vật trong mối liên hệ tương tác định lượng với điều kiện lập địa thổ nhưỡng và các nhân tố kinh tế - xã hội cho 7 kiểu phụ rừng và 21 QXTVR điển hình.
  2. Thiết lập được hệ thống dữ liệu đối chứng chuẩn mực từ kiểu phụ rừng nguyên sinh giàu (I.Đk1) trên núi đá vôi hải đảo, cung cấp cơ sở sinh thái học định lượng phục vụ so sánh và đánh giá diễn thế phục hồi rừng Karst.

Những đóng góp mới về mặt thực tiễn

  1. Phân loại chi tiết và phân chia mức độ phục hồi của 7 kiểu phụ rừng và 21 QXTVR tại VQG Cát Bà theo khung tiêu chuẩn quốc tế 5 sao (SER), lượng hóa chính xác các chỉ tiêu lâm học cần can thiệp phục hồi.
  2. Đề xuất hệ thống các giải pháp kỹ thuật lâm sinh (khoanh nuôi bảo vệ, xúc tiến tái sinh tự nhiên có/không trồng bổ sung, làm giàu rừng bằng cây bản địa) gắn liền với các giải pháp quản lý sinh thái - xã hội và sinh kế cộng đồng vùng đệm, phục vụ trực tiếp cho công tác quy hoạch, quản lý rừng bền vững và bảo tồn đa dạng sinh học tại VQG Cát Bà.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Luận án được thực hiện dựa trên phương pháp điều tra ô tiêu chuẩn điển hình tạm thời tại hai thời điểm (đợt 1: 2017 - 2018 và đợt 2: 2021 - 2022), do đó chưa thiết lập được chuỗi số liệu giám sát định vị dài hạn cố định qua nhiều thập kỷ để theo dõi liên tục toàn bộ tiến trình diễn thế phục hồi tự nhiên trên núi đá vôi.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Cần tiếp tục duy trì và mở rộng hệ thống ô tiêu chuẩn định vị cố định tại 7 kiểu phụ rừng đã xác lập; tiến hành nghiên cứu sâu hơn về cơ chế sinh lý thích ứng của các loài cây bản địa ưu thế trong điều kiện khô hạn cực đoan và biến đổi khí hậu; theo dõi, đánh giá hiệu quả sinh trưởng lâu dài của các mô hình trồng bổ sung cây bản địa trên các lập địa thoái hóa sau nương rẫy.

Giá trị tham khảo

Công trình luận án có giá trị tham khảo chuyên môn đối với:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên ngành Lâm sinh, Quản lý tài nguyên rừng, Sinh thái học: Cung cấp phương pháp luận nghiên cứu định lượng sinh thái rừng kết hợp phân tích đa biến (PCA, AHC) và khung đánh giá phục hồi 5 sao áp dụng cho hệ sinh thái Karst.
  • Ban Quản lý Vườn Quốc gia Cát Bà và các khu bảo tồn thiên nhiên vùng núi đá vôi (đặc biệt là khu vực karst ven biển, hải đảo): Cung cấp cơ sở dữ liệu chi tiết về 7 kiểu phụ rừng, 21 QXTVR và danh mục các giải pháp kỹ thuật lâm sinh cụ thể phục vụ công tác lập phương án quản lý rừng bền vững.
  • Cơ quan hoạch định chính sách lâm nghiệp (Cục Lâm nghiệp, Sở Nông nghiệp và PTNT các địa phương có rừng đá vôi): Tham khảo làm căn cứ hoàn thiện các quy trình kỹ thuật khoanh nuôi phục hồi rừng đặc dụng và rừng phòng hộ trên núi đá vôi.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án đã xác định và phân loại bao nhiêu kiểu phụ rừng và quần xã thực vật rừng tại VQG Cát Bà?
Luận án đã phân loại 7 kiểu phụ rừng tự nhiên trên núi đá vôi (gồm 1 kiểu phụ thổ nhưỡng nguyên sinh ít bị tác động I.Đk1 làm đối chứng và 6 kiểu phụ thứ sinh nhân tác từ I.Np1-1 đến I.Np2-2) cùng 21 quần xã thực vật rừng (QXTVR) điển hình (mỗi kiểu phụ có 3 QXTVR đại diện).

2. Hiện trạng diện tích thảm thực vật rừng tự nhiên tại VQG Cát Bà được ghi nhận như thế nào trong luận án?
Tổng diện tích rừng tự nhiên trên núi đá vôi tại VQG Cát Bà là 5.891,69 ha (chiếm 56,6% đất lâm nghiệp), trong đó rừng nguyên sinh là 1.056,27 ha (chiếm 17,3% diện tích rừng), còn lại 4.856,09 ha là rừng thứ sinh (chiếm gần 70% diện tích rừng tự nhiên, chủ yếu là rừng nghèo và nghèo kiệt).

3. Phương pháp đánh giá mức độ phục hồi rừng trong luận án được xây dựng dựa trên nguyên tắc nào?
Luận án áp dụng bộ tiêu chuẩn đánh giá phục hồi hệ sinh thái theo thang điểm 5 sao của Hội Phục hồi Sinh thái Quốc tế (McDonald và cộng sự, 2016). Các chỉ số cấu trúc tầng cây cao, lớp cây tái sinh và nhân tố xã hội được chia thành 4 cấp theo giá trị tứ phân vị (Quartile) bằng phần mềm R; một trạng thái rừng được coi là đạt ngưỡng phục hồi chức năng sinh thái khi tất cả các chỉ số đạt tối thiểu 4 điểm.

4. Quy mô mẫu điều tra lâm học định lượng và mẫu đất trong luận án được thiết kế như thế nào?
Luận án thiết lập 13 tuyến khảo sát thực địa chính, 63 ô tiêu chuẩn định lượng tầng cây cao ($1.000\text{ m}^2$/ô), 63 ô thứ cấp đo cây gỗ nhỏ ($100\text{ m}^2$/ô), 1.260 ô dạng bản đo cây tái sinh ($4\text{ m}^2$/ô), 16 ô tiêu chuẩn đánh giá mô hình lâm sinh, 21 mẫu đất tầng mặt ($0 - 30\text{ cm}$) phân tích 10 chỉ tiêu lý hóa học, cùng 102 phiếu phỏng vấn xã hội học.

5. Luận án chỉ ra những loài cây gỗ bản địa mục đích nào phù hợp cho công tác phục hồi rừng tại VQG Cát Bà?
Các loài cây gỗ bản địa mục đích được xác định bao gồm Nghiến (Excentrodendron tonkinense), Kim giao (Nageia fleuryi), Lát hoa (Chukrasia tabularis), Re hương (Cinnamomum parthenoxylon), Trám đen (Canarium pimela), kết hợp các loài cây phụ trợ và cải tạo hoàn cảnh rừng phù hợp với từng phân loại lập địa núi đá.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của Lê Hồng Liên đã hoàn thành việc xây dựng cơ sở khoa học cho công tác phục hồi hệ sinh thái rừng tự nhiên trên núi đá vôi tại Vườn Quốc gia Cát Bà bằng các phương pháp nghiên cứu sinh thái định lượng kết hợp phân tích tương tác sinh thái - xã hội. Kết quả phân loại 7 kiểu phụ rừng, 21 quần xã thực vật rừng cùng bộ tiêu chí đánh giá mức độ phục hồi 5 sao đã cung cấp luận cứ thực chứng quan trọng để xác lập hệ thống giải pháp kỹ thuật lâm sinh và quản lý tổng hợp. Công trình đóng góp thiết thực vào kho tàng tài liệu lâm học nhiệt đới núi đá vôi và nâng cao hiệu quả bảo tồn tài nguyên rừng tại khu dự trữ sinh quyển quần đảo Cát Bà.