Tổng quan nghiên cứu

Rừng ngập mặn ven biển Việt Nam đóng vai trò xung yếu trong việc điều hòa vi khí hậu, cố định bãi bồi, chắn sóng và bảo vệ hạ tầng đê điều trước tác động của biến đổi khí hậu. Theo số liệu thống kê ngành lâm nghiệp, diện tích rừng ngập mặn trên toàn quốc từng ghi nhận mức suy giảm từ 252.000 ha năm 1983 xuống còn khoảng 156.000 ha vào năm 2008 (tương đương mức giảm hơn 60% so với thời điểm năm 1943). Tại tỉnh Thái Bình, hệ thống rừng ngập mặn hiện có diện tích hơn 4.256 ha, trong đó bần chua (Sonneratia caseolaris L.) là loài cây bản địa tiên phong chiếm tỷ trọng ưu thế tại các bãi bồi cửa sông.

Tuy nhiên, công tác quy hoạch, điều chế và chăm sóc rừng trồng bần chua tại địa phương trong nhiều năm qua còn gặp nhiều hạn chế do thiếu cơ sở dữ liệu định lượng về động thái phát triển lâm phần. Nghiên cứu này được thực hiện nhằm giải quyết khoảng trống học thuật bằng cách đánh giá chi tiết cấu trúc lâm phần và xác lập các hàm quy luật sinh trưởng theo đường kính ngang ngực, chiều cao vút ngọn và thể tích thân cây. Phạm vi khảo sát thực địa được triển khai tại xã Thụy Xuân và xã Thụy Hải thuộc huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình với bờ biển dài 27 km và vùng đất ngập nước rộng 4.404 ha. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học trực tiếp giúp các cơ quan quản lý tối ưu hóa mật độ lâm phần từ 1.060 đến 1.400 cây/ha, góp phần gia tăng hơn 30% hiệu quả chắn sóng bảo vệ vành đai đê biển đồng bằng sông Hồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Đề tài vận dụng lý thuyết động thái lâm phần (Forest Stand Dynamics) và lý thuyết tương quan sinh trưởng allometric trong khoa học điều tra rừng. Theo các nguyên lý lâm sinh học, sinh trưởng của cây gỗ là hàm số của thời gian $y = f(A)$ khi được đặt trong điều kiện lập địa đồng nhất. Mô hình sinh trưởng phi tuyến Schumacher và mô hình Gompertz được lựa chọn để mô phỏng sự tích lũy sinh khối thân cây theo tuổi. Các chỉ tiêu sinh trắc học then chốt được nghiên cứu bao gồm:

  • Đường kính ngang ngực ($D_{1.3}$ tính bằng cm): Phản ánh kích thước trục thân tại độ cao 1,3 m.
  • Chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$ tính bằng m): Đại diện cho tầng tán thẳng đứng của lâm phần.
  • Đường kính tán ($D_t$ tính bằng m): Đại lượng xác định diện tích che phủ dinh dưỡng.
  • Thể tích thân cây ($V$ tính bằng $\text{m}^3$): Chỉ số phản ánh năng suất và trữ lượng gỗ bình quân.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp điều tra lâm học kết hợp xử lý thống kê sinh học trên hệ thống mẫu thực địa:

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Bố trí 15 ô tiêu chuẩn (OTC) cố định hình tròn có diện tích 500 $\text{m}^2$/ô (bán kính $R = 12,62\text{ m}$) trên 5 cấp tuổi rừng gồm 5, 7, 9, 11 và 13 tuổi (mỗi cấp tuổi lập 3 ô tiêu chuẩn lặp lại). Phương pháp chọn mẫu điển hình ngẫu nhiên được áp dụng để đảm bảo tính đại diện cao nhất cho toàn bộ dải rừng phòng hộ.
  • Giải tích thân cây: Tiến hành chặt hạ và giải tích 3 cây tiêu chuẩn theo phương pháp phân đoạn Huber nhằm xác định số vòng năm, quy luật sinh trưởng quá khứ và đo đếm thể tích thân cây chính xác.
  • Phân tích lý hóa tính đất: Đào 15 phẫu diện đất ở 2 tầng độ sâu 0 - 20 cm và 20 - 40 cm, phân tích thành phần cơ giới và độ phì nhiêu theo Tiêu chuẩn Quốc gia (TCVN 5979:2007 cho $\text{pH}_{\text{KCl}}$, TCVN 6498:1999 cho đạm tổng số, TCVN 8940:2011 cho lân tổng số và TCVN 8660:2011 cho kali tổng số).
  • Phân tích dữ liệu: Sử dụng phần mềm thống kê chuyên dụng để hồi quy hàm phi tuyến, kiểm tra độ phù hợp của mô hình qua hệ số xác định $R^2$, kiểm định $t\text{-Student}$ và trắc nghiệm $F\text{-test}$ (ANOVA) ở mức ý nghĩa thống kê $\alpha = 0,05$. Tiến độ nghiên cứu và thu thập thực địa hoàn tất vào tháng 11 năm 2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình điều tra và xử lý số liệu tại các lâm phần bần chua thuần loài mang lại 4 phát hiện khoa học quan trọng:

  1. Sinh trưởng đường kính ngang ngực ($D_{1.3}$): Đường kính bình quân tăng đều theo tuổi rừng, đạt 9,50 cm ở tuổi 5; 10,58 cm ở tuổi 7; 11,46 cm ở tuổi 9; 12,32 cm ở tuổi 11 và đạt 13,89 cm ở tuổi 13. Tăng trưởng đường kính bình quân đạt khoảng 0,55 cm/năm trong giai đoạn 5 đến 13 tuổi. Phân bố số cây theo cỡ kính ($N/D_{1.3}$) chuyển từ dạng đối xứng 1 đỉnh ở tuổi 5 sang dạng lệch phải rõ rệt ở tuổi 13 với hơn 45% số cây tập trung ở cỡ kính lớn từ 13 đến 16 cm.

  2. Sinh trưởng chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$): Chiều cao vút ngọn bình quân tăng từ 7,76 m (tuổi 5) lên 8,13 m (tuổi 7); 8,63 m (tuổi 9); 8,96 m (tuổi 11) và đạt 9,62 m (tuổi 13). Phân bố số cây theo chiều cao ($N/H_{vn}$) ở tuổi 11 đạt độ tập trung cao nhất với 90,4% số cây nằm trong dải chiều cao từ 8,5 đến 10,5 m.

  3. Biến động mật độ và cấu trúc tán: Mật độ lâm phần có xu hướng giảm dần do quy luật tỉa thưa tự nhiên, từ mức 1.250 cây/ha (tuổi 5) và 1.400 cây/ha (tuổi 9) xuống còn 1.060 cây/ha ở tuổi 13 (giảm khoảng 24,3% số cá thể). Đồng thời, đường kính tán bình quân ($D_t$) mở rộng liên tục từ 1,75 m ở tuổi 5 lên 2,21 m ở tuổi 13.

  4. Đặc tính thổ nhưỡng lập địa: Đất bãi bồi có thành phần cơ giới chủ yếu là sét pha thịt (tỷ lệ hạt sét chiếm 34,3% - 58,27%, hạt thịt chiếm 22,27% - 47,77%). Độ chua $\text{pH}_{\text{KCl}}$ dao động từ 6,36 đến 6,80 (chua nhẹ đến ít chua). Đất có hàm lượng lân dễ tiêu rất giàu ($53,24 - 64,26\text{ mg}/100\text{g}$ đất) và kali dễ tiêu dồi dào ($64,08 - 87,53\text{ mg}/100\text{g}$ đất), tạo nền tảng dinh dưỡng lý tưởng cho bần chua phát triển rễ thở.

Thảo luận kết quả

Sự phân hóa mạnh mẽ về đường kính và chiều cao ở giai đoạn 7 đến 9 tuổi bắt nguồn từ hiện tượng khép tán lâm phần, dẫn đến sự cạnh tranh gay gắt về ánh sáng và không gian dinh dưỡng giữa các cá thể. Về mặt trình bày dữ liệu, các đường cong phân bố tần suất thực nghiệm $N - D_{1.3}$ và $N - H_{vn}$ được trực quan hóa qua biểu đồ hình cột kết hợp đường bao mật độ lý thuyết, cho thấy sự phù hợp vượt trội của phân bố chuẩn và Weibull.

Khi mô hình hóa quy luật sinh trưởng, hàm Schumacher thể hiện độ tương thích cao nhất với dữ liệu thực nghiệm (hệ số xác định $R^2 > 0,85$ đối với cả ba nhân tố $D_{1.3}$, $H_{vn}$ và $V$). So sánh với các nghiên cứu rừng bần chua tại Tiên Lãng (Hải Phòng) hay Nghệ An, rừng bần chua tại Thái Thụy có tốc độ tăng trưởng chiều cao nhỉnh hơn khoảng 8% đến 12% trong 5 năm đầu nhờ chế độ phù sa dồi dào từ cửa sông Trà Lý và sông Diêm Hộ với lưu lượng bùn cát bồi tích hàng năm đạt từ 15 đến 20 triệu tấn.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các phát hiện thực nghiệm, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật lâm sinh và quản lý cụ thể:

  1. Thực hiện tỉa thưa nuôi dưỡng lâm phần đúng giai đoạn: Tiến hành tỉa thưa kỹ thuật ở thời điểm rừng đạt 7 đến 9 tuổi nhằm giảm mật độ từ 1.400 cây/ha xuống mức tối ưu khoảng 1.100 - 1.200 cây/ha. Giải pháp này giúp loại bỏ cây sâu bệnh, cây cong queo chèn ép, mở rộng tán cho cây ưu thế và giảm 15% tỷ lệ chết tự nhiên.
  2. Ứng dụng hàm sinh trưởng Schumacher vào điều chế rừng: Đưa hệ thống phương trình tương quan sinh trưởng vào phần mềm quản lý lâm nghiệp của tỉnh Thái Bình để dự báo chính xác trữ lượng gỗ và sinh khối rừng phòng hộ đến năm 2030, phục vụ việc chi trả dịch vụ môi trường rừng.
  3. Nâng cao tiêu chuẩn cây giống trồng rừng ngập mặn: Tuyển chọn hạt giống từ cây mẹ khỏe mạnh trên 10 năm tuổi, gieo ươm trong môi trường nước lợ có độ mặn 1,0% - 1,5% để cây con đạt chiều cao xuất vườn từ 0,6 đến 0,8 m, giúp nâng tỷ lệ sống sau khi trồng rừng mới từ 85% lên trên 95%.
  4. Tăng cường cơ chế phối hợp bảo vệ rừng: Chi cục Kiểm lâm tỉnh Thái Bình phối hợp cùng chính quyền địa phương 2 xã Thụy Xuân và Thụy Hải thiết lập các tổ tuần tra bảo vệ 4.404 ha đất ngập nước ven biển, ngăn chặn tình trạng người dân tự ý đào đắp bờ bao nuôi trồng thủy sản trái phép làm ảnh hưởng đến hệ thống rễ hô hấp của rừng bần chua.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và học thuật cao cho 4 nhóm đối tượng:

  1. Cán bộ quản lý ngành Lâm nghiệp và Chi cục Kiểm lâm: Sử dụng dữ liệu sinh trắc học và hệ thống biểu sinh trưởng để lập kế hoạch quản lý, điều chế và xây dựng dự toán các dự án trồng rừng ngập mặn phòng hộ ven biển.
  2. Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Lâm học: Tiếp cận phương pháp điều tra ô tiêu chuẩn dạng tròn, kỹ thuật giải tích thân cây ngập mặn và phương pháp hồi quy phi tuyến nâng cao trong nghiên cứu lâm sinh.
  3. Các tổ chức phi chính phủ và cơ quan quản lý dự án biến đổi khí hậu: Tham khảo số liệu mật độ và động thái sinh khối rừng bần chua để tính toán năng lực hấp thụ carbon rừng ngập mặn (Blue Carbon) và đánh giá hiệu quả giảm thiểu rủi ro thiên tai.
  4. Ban quản lý rừng phòng hộ và chính quyền địa phương ven biển: Ứng dụng các chỉ dẫn kỹ thuật về mật độ tỉa thưa và mùa vụ để hướng dẫn cộng đồng dân cư địa phương tham gia trồng, chăm sóc và hưởng lợi bền vững từ hệ sinh thái rừng ngập mặn.

Câu hỏi thường gặp

Cây bần chua phát triển tốt nhất trong điều kiện nồng độ mặn bao nhiêu?
Bần chua (Sonneratia caseolaris) là loài cây thích hợp vùng nước lợ cửa sông, phát triển mạnh nhất ở độ mặn dao động từ 4‰ trong mùa mưa đến khoảng 20‰ trong mùa khô. Khi gieo ươm hạt giống, môi trường nước có độ mặn 1,0% - 1,5% đem lại tỷ lệ nảy mầm và tốc độ vươn cao của rễ mầm tối ưu nhất.

Thời điểm nào rừng bần chua cần can thiệp biện pháp tỉa thưa nuôi dưỡng?
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm chỉ ra rằng giai đoạn rừng đạt 7 đến 9 tuổi là thời điểm rừng khép tán toàn phần và diễn ra sự phân hóa đường kính mạnh nhất. Can thiệp tỉa thưa ở giai đoạn này giúp giải tỏa không gian dinh dưỡng, tránh hiện tượng tỉa thưa tự nhiên làm suy giảm mật độ lâm phần dưới mức kiểm soát.

Hàm toán học nào mô phỏng quy luật sinh trưởng bần chua chính xác nhất?
Hàm Schumacher cho kết quả tương thích vượt trội nhất với hệ số xác định $R^2$ đạt trên 0,85 khi mô tả mối quan hệ giữa tuổi rừng ($A$) với các chỉ tiêu sinh trưởng đường kính ($D_{1.3}$), chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$) và thể tích thân cây ($V$), vượt trội hơn so với hàm Gompertz trên cùng tập mẫu.

Tại sao mật độ rừng trồng bần chua lại giảm mạnh từ tuổi 9 đến tuổi 13?
Mật độ giảm từ 1.400 cây/ha ở tuổi 9 xuống 1.060 cây/ha ở tuổi 13 (giảm khoảng 24,3%) chủ yếu do quá trình đào thải tự nhiên khi tán lá giao nhau mạnh, cùng với sự tác động cơ giới cục bộ của sóng triều và điều kiện trầm tích bãi bồi tại ven biển Thái Thụy.

Đặc điểm dinh dưỡng đất bãi bồi ven biển Thái Thụy có phù hợp với bần chua không?
Đất khu vực khảo sát rất thuận lợi cho bần chua nhờ thành phần cơ giới thịt pha sét giữ ẩm tốt, độ chua nhẹ ($\text{pH}_{\text{KCl}}$ từ 6,36 đến 6,80), đặc biệt rất giàu kali dễ tiêu ($64,08 - 87,53\text{ mg}/100\text{g}$ đất) và lân dễ tiêu ($53,24 - 64,26\text{ mg}/100\text{g}$ đất).

Kết luận

  • Xác lập bộ cơ sở dữ liệu định lượng chuẩn xác về các chỉ tiêu sinh trưởng bình quân của rừng trồng bần chua từ 5 đến 13 tuổi tại huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình ($D_{1.3}$ đạt 9,50 - 13,89 cm; $H_{vn}$ đạt 7,76 - 9,62 m).
  • Chứng minh quy luật phân hóa cấu trúc lâm phần diễn ra mạnh mẽ nhất từ sau tuổi 7, dẫn đến sự sụt giảm mật độ từ 1.400 xuống 1.060 cây/ha ở tuổi 13.
  • Khẳng định mô hình hàm Schumacher là công cụ toán học tối ưu để dự báo động thái sinh trưởng đường kính, chiều cao và thể tích thân cây bần chua với độ tin cậy cao ($R^2 > 0,85$).
  • Đề xuất quy trình tỉa thưa lâm sinh ở giai đoạn 7 - 9 tuổi nhằm duy trì mật độ phòng hộ bền vững và củng cố hệ thống rễ thở chắn sóng ven biển.
  • Kế hoạch tiếp theo cần nhân rộng mô hình nghiên cứu sinh khối ngập mặn cho các huyện Tiền Hải và vùng phụ cận trong giai đoạn 2021 - 2030; quý độc giả và nhà quản lý quan tâm vui lòng tham khảo chi tiết toàn văn luận văn thạc sĩ lâm học tại thư viện Trường Đại học Lâm nghiệp.