Tổng quan nghiên cứu

Hệ sinh thái rừng núi đá vôi tại Việt Nam có diện tích khoảng 1,2 triệu ha, chiếm gần 6,1% tổng diện tích đất lâm nghiệp cả nước. Trong đó, diện tích núi đá chưa có rừng lên tới 756.000 ha và có khoảng 366.000 ha nằm trong hệ thống 20 khu rừng đặc dụng phân bố chủ yếu tại 24 tỉnh, thành phố phía Bắc. Mặc dù sở hữu mức độ đa dạng sinh học phong phú và cảnh quan độc đáo, hệ sinh thái này lại vô cùng nhạy cảm trước các tác động ngoại cảnh. Khả năng tái sinh tự nhiên trên núi đá vôi chậm hơn đáng kể so với rừng núi đất, trong khi việc trồng rừng nhân tạo gặp vô vàn trở ngại do thiếu đất và nước mặt. Do đó, bảo tồn và phục hồi thông qua khoanh nuôi tự nhiên là giải pháp sinh thái tối ưu nhất.

Nghiên cứu được triển khai nhằm phân tích định lượng các nhân tố tiểu khí hậu và đánh giá hiện trạng tái sinh tự nhiên tại hai trạng thái rừng phục hồi gồm trạng thái rừng phục hồi sau nương rẫy có cây gỗ rải rác và trạng thái rừng phục hồi bắt đầu khép tán. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại xã Tự Do, huyện Quảng Hoà, tỉnh Cao Bằng, nằm trong toạ độ địa lý từ 106°21'32" đến 106°26'15" kinh Đông và 22°38'06" đến 22°40'40" độ vĩ Bắc. Đây là địa bàn có tỷ lệ đất đá vôi chiếm tới 65,67% diện tích tự nhiên, tương ứng với 13.337,07 ha, cùng 575 loài thực vật thuộc 115 họ. Công trình tạo nền tảng dữ liệu thực nghiệm quan trọng, giúp tối ưu hóa giải pháp kỹ thuật lâm sinh, nâng cao tỷ lệ sống của cây tái sinh mục đích lên trên 70% và hỗ trợ phục hồi bền vững cho hơn 1.000 ha rừng núi đá suy thoái tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng dựa trên lý thuyết hệ sinh thái rừng nhiệt đới của Stephen H. Spurr và Burton V. Barnes, khẳng định rừng là một thể thống nhất biện chứng giữa quần xã sinh vật và môi trường tự nhiên. Bên cạnh đó, luận văn kế thừa lý thuyết động thái diễn thế phục hồi và tái sinh rừng nhiệt đới của các tác giả lâm học quốc tế như P. Richards, Bernard Rollet và Baur G., kết hợp với quy luật tái sinh vệt và tái sinh phát tán liên tục của Van Steenis.

Mô hình nghiên cứu tập trung vào mối quan hệ tương hỗ giữa ba cấu phần chính: cấu trúc lâm phần tầng cây cao, chế độ tiểu khí hậu bên trong rừng và quá trình tái sinh tự nhiên dưới tán. Bốn khái niệm trọng tâm được vận dụng xuyên suốt gồm:

  • Trạng thái rừng phục hồi: Phân loại theo tiêu chuẩn sinh thái học lâm nghiệp Việt Nam, phản ánh giai đoạn diễn thế phục hồi sau khai thác hoặc nương rẫy.
  • Tiểu khí hậu rừng: Chế độ ánh sáng bức xạ tính bằng đơn vị lux, chế độ nhiệt độ không khí và ẩm độ tương đối biến đổi theo không gian thẳng đứng và thời gian trong ngày.
  • Cấu trúc tổ thành và phân bố đường kính: Tỷ trọng tham gia của từng loài cây và quy luật số cây giảm dần theo cỡ đường kính biểu thị cấu trúc tuổi quần thể.
  • Tái sinh rừng tự nhiên: Quá trình hình thành, sinh trưởng của lớp cây mạ, cây con và nhóm cây tái sinh có triển vọng đạt chiều cao trên 1,0 m.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập trực tiếp thông qua hệ thống 6 ô tiêu chuẩn điển hình có diện tích từ 500 m² đến 1.000 m², bố trí đồng đều tại hai trạng thái rừng phục hồi (mỗi trạng thái 3 ô tiêu chuẩn). Trong mỗi ô tiêu chuẩn, tiến hành thiết lập 5 ô dạng bản có diện tích 25 m² đặt tại 4 góc và trung tâm để điều tra chi tiết lớp cây tái sinh và thảm tươi cây bụi. Tổng dung lượng mẫu điều tra bao gồm 30 ô dạng bản tái sinh và 600 điểm đo tiểu khí hậu.

Phương pháp chọn mẫu điển hình kết hợp ngẫu nhiên có hệ thống được lựa chọn nhằm bảo đảm tính đại diện cao cho các dạng địa hình chia cắt phức tạp của vùng núi đá. Để đo đạc các yếu tố tiểu khí hậu, nghiên cứu thiết lập 100 điểm đo trên các tuyến song song cách đều trong mỗi ô tiêu chuẩn, thực hiện tại 3 tầng thẳng đứng gồm vị trí sát mặt thảm tươi (0,5 m), giữa tán cây cao và phía trên tầng tán (hoặc khoảng trống) vào 3 khung giờ chuẩn: 9 giờ, 12 giờ và 15 giờ bằng máy đo cường độ ánh sáng Luximeter và nhiệt ẩm kế tự ghi. Độ tàn che của tầng cây cao được xác định chính xác thông qua phương pháp 500 điểm đo thị giác.

Số liệu sau thu thập được chỉnh lý và xử lý bằng phương pháp thống kê sinh học trên máy tính. Nghiên cứu áp dụng công thức Nguyễn Hữu Hiến để xác định hệ số tổ thành loài, sử dụng hàm phân bố tần số N/D để mô hình hóa cấu trúc đường kính và kiểm định phân bố không gian cây tái sinh bằng mô hình phân bố Poisson thông qua hệ số phân tán K. Phương pháp này bảo đảm phản ánh khách quan các quy luật sinh học nội tại mà không bị chi phối bởi các sai số ngẫu nhiên ngoài thực địa. Quá trình khảo sát thực địa được hoàn thành liên tục trong khoảng thời gian gần 4 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, cấu trúc mật độ và tổ thành tầng cây cao có sự phân hóa rõ nét giữa hai giai đoạn phục hồi. Mật độ tầng cây cao ở trạng thái phục hồi sớm đạt trung bình 703 cây/ha (dao động từ 540 cây/ha tại ô tiêu chuẩn 01 đến 830 cây/ha tại ô tiêu chuẩn 04) với số lượng loài từ 7 đến 11 loài. Trong khi đó, trạng thái phục hồi tiến triển có mật độ bình quân đạt 626 cây/ha (dao động từ 470 đến 750 cây/ha) nhưng ghi nhận độ phong phú loài cao hơn, đạt từ 12 đến 13 loài. Nhóm loài ưu thế tại cả hai trạng thái đều chiếm tỷ lệ vượt trội, chiếm từ 71% đến 89% tổng số cá thể trong lâm phần.

Thứ hai, cấu trúc phân bố số cây theo cỡ đường kính tuân theo quy luật giảm hình chữ J ngược, chứng minh tính ổn định của rừng tự nhiên nhiệt đới. Ở trạng thái phục hồi sớm, cây gỗ tập trung chủ yếu ở cỡ kính 8 cm đến 16 cm với biên độ dao động từ 6 cm đến 26 cm. Trạng thái phục hồi tiến triển có biên độ đường kính rộng hơn, trải dài từ 8 cm đến 32 cm, thậm chí đạt tới 42 cm tại ô tiêu chuẩn 07, phản ánh sự kế thừa liên tục qua nhiều thế hệ tuổi.

Thứ ba, các nhân tố tiểu khí hậu dưới tán rừng biến động theo quy luật không gian và thời gian rất chặt chẽ. Cường độ ánh sáng tại tầng thảm tươi chỉ đạt trung bình 399 lux đến 1.662,66 lux (chiếm 37,35% đến 78,95% cường độ ánh sáng trung bình toàn lâm phần), thấp hơn từ 2 đến 3 lần so với vị trí trên tán (đạt cực đại 4.886,66 lux lúc 12 giờ). Độ ẩm không khí dưới tán luôn duy trì ở mức cao từ 69,7% đến 74,1%, giảm dần từ sát mặt đất lên ngọn cây với độ chênh lệch từ 2% đến 3%. Nhiệt độ không khí dưới tán có biên độ dao động trong ngày rất nhỏ, chỉ chênh lệch từ 0,5°C đến 2,0°C, chứng minh vai trò đệm nhiệt xuất sắc của vòm tán rừng.

Thứ tư, tiềm năng tái sinh tự nhiên diễn ra rất mạnh mẽ với sự tham gia của nhiều loài cây gỗ quý. Cây Nghiến giữ vai trò vượt trội tuyệt đối trong công thức tổ thành cây tái sinh với hệ số tổ thành đạt từ 5,0 đến 6,1 tại hầu hết các ô tiêu chuẩn khảo sát, cho thấy khả năng thích nghi đặc biệt của loài này trên nền đá vôi.

Thảo luận kết quả

Hiện tượng mật độ cây giảm dần từ trạng thái phục hồi sớm (703 cây/ha) sang trạng thái phục hồi tiến triển (626 cây/ha) hoàn toàn phù hợp với quy luật tự tỉa thưa sinh học. Khi cây rừng lớn lên, nhu cầu về không gian dinh dưỡng và ánh sáng tăng cao, dẫn đến sự cạnh tranh gay gắt làm giảm số lượng cá thể nhưng nâng cao chất lượng lâm phần. Sự che chắn của vòm tán tầng cây cao tạo ra môi trường tiểu khí hậu ổn định, ngăn chặn bức xạ gay gắt làm bốc hơi nước tầng mặt, vốn là yếu tố sống còn đối với cây mạ trên vùng núi đá vôi có lượng bốc hơi bình quân năm lên đến 855,9 mm.

Trong công bố học thuật, các dữ liệu về biến động tiểu khí hậu có thể được mô tả trực quan qua biểu đồ đường đa trục thể hiện tương quan giữa ánh sáng, nhiệt độ và độ ẩm qua 3 mốc thời gian (9 giờ, 12 giờ, 15 giờ). Đồng thời, cấu trúc đường kính N/D và công thức tổ thành cây tái sinh được trình bày hiệu quả nhất thông qua biểu đồ cột phân bố tỷ lệ phần trăm và bảng ma trận tổ thành loài.

So sánh với các nghiên cứu lâm sinh tại vùng núi đá vôi miền Bắc, kết quả khẳng định rằng việc xuất hiện các nhóm loài ưu thế chiếm trên 80% trữ lượng cá thể là đặc trưng điển hình của rừng thứ sinh phục hồi. Khả năng tái sinh hạt dồi dào của cây Nghiến và các loài bản địa cho thấy hệ sinh thái vẫn bảo lưu được nguồn giống tự nhiên tốt, mở ra triển vọng phục hồi rừng thành công mà không cần can thiệp trồng mới tốn kém.

Đề xuất và khuyến nghị

  • Thực hiện khoanh nuôi xúc tiến tái sinh tự nhiên kết hợp bảo vệ nghiêm ngặt trên toàn bộ 100% diện tích rừng phục hồi trạng thái IIA và IIB, đặt mục tiêu duy trì mật độ cây tái sinh mục đích đạt trên 2.500 cây/ha trong khung thời gian 12 đến 24 tháng do Chi cục Kiểm lâm phối hợp cùng chính quyền xã Tự Do trực tiếp quản trị.
  • Tác động các biện pháp kỹ thuật lâm sinh nhẹ nhàng như phát dọn dây leo, cây bụi chèn ép và tỉa thưa vệ sinh cục bộ, điều chỉnh độ tàn che của tầng cây cao ở mức tối ưu từ 0,5 đến 0,6 nhằm gia tăng 20% đến 30% lượng bức xạ hữu dụng cho tầng cây tái sinh sinh trưởng, thực hiện định kỳ hàng quý trong giai đoạn 3 năm tới bởi các tổ bảo vệ rừng cộng đồng.
  • Nghiêm cấm triệt để hành vi khai thác, chặt hạ các cây mẹ gieo giống quý hiếm như Nghiến, Sến, Kháo có đường kính trên 30 cm, phấn đấu bảo tồn tối thiểu 15 đến 20 cây mẹ rải rác trên mỗi hécta nhằm bảo đảm nguồn hạt giống phát tán liên tục, giao Ban quản lý rừng và tổ kiểm lâm địa bàn cắm mốc giám sát trong vòng 6 tháng đầu năm.
  • Triển khai chính sách giao khoán quản lý bảo vệ rừng gắn với chi trả dịch vụ môi trường rừng cho 100% hộ dân thuộc các xóm Lũng Các, Kéo Sơn, bản Mới, phấn đấu giảm tỷ lệ hộ nghèo của xã từ 13,67% xuống dưới 8% trong vòng 3 năm thông qua nguồn thu lâm nghiệp bền vững dưới sự chủ trì của Phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn huyện Quảng Hoà.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  • Cơ quan quản lý lâm nghiệp và Chi cục Kiểm lâm các tỉnh miền núi phía Bắc: Ứng dụng nguồn số liệu định lượng về mật độ 626 đến 703 cây/ha và các quy luật vi khí hậu để xây dựng hướng dẫn kỹ thuật khoanh nuôi, phục hồi rừng núi đá vôi sát với thực tế địa bàn.
  • Giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên các trường đại học khối Nông Lâm nghiệp: Sử dụng công trình như một tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp điều tra lâm học, kỹ thuật đo đếm vi khí hậu bằng phương pháp 100 điểm đo và phương pháp phân tích tổ thành theo công thức Nguyễn Hữu Hiến.
  • Ban quản lý các Vườn Quốc gia và Khu bảo tồn thiên nhiên vùng núi đá vôi: Vận dụng các phát hiện về tập tính tái sinh của cây Nghiến và phân bố không gian Poisson để xây dựng đề án bảo tồn nguồn gen thực vật nguy cấp, quý hiếm.
  • Chính quyền địa phương và các tổ chức phi chính phủ phát triển bền vững: Tham khảo dữ liệu kinh tế - xã hội và sinh thái để thiết kế các dự án sinh kế gắn với bảo vệ môi trường rừng, nâng cao đời sống cho đồng bào dân tộc Tày, Nùng tại các vùng lõi đặc dụng.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao mật độ cây tầng cao ở trạng thái phục hồi IIA lại lớn hơn trạng thái IIB?

Hiện tượng này bắt nguồn từ quy luật tự tỉa thưa sinh thái tự nhiên. Ở trạng thái IIA, các cây gỗ còn non, kích thước đường kính nhỏ (tập trung từ 8 cm đến 16 cm) nên diện tích dinh dưỡng đòi hỏi ít, mật độ đạt tới 703 cây/ha. Khi chuyển sang trạng thái IIB, cây phát triển lớn hơn (đường kính lên tới 32 cm đến 42 cm), cạnh tranh không gian dinh dưỡng khiến mật độ giảm xuống còn 626 cây/ha nhưng chất lượng và sinh khối lâm phần tăng lên rõ rệt.

Yếu tố ánh sáng dưới tán rừng núi đá vôi biến động như thế nào trong ngày?

Cường độ ánh sáng dưới tán rừng có sự chênh lệch rất lớn theo thời gian và vị trí thẳng đứng. Ánh sáng tăng nhanh từ 9 giờ, đạt giá trị cực đại vào lúc 12 giờ trưa (đạt từ 2.069,6 lux đến 4.886,6 lux ở tầng trên tán) và suy giảm sâu sau 15 giờ. Ở vị trí sát mặt thảm tái sinh (0,5 m), lượng ánh sáng nhận được bị suy giảm mạnh chỉ còn khoảng 37,35% đến 78,95% so với mức trung bình của lâm phần do sự che chắn của vòm tán tầng cây cao.

Loài cây nào giữ vai trò ưu thế trong tầng cây tái sinh tại khu vực nghiên cứu?

Cây Nghiến là loài cây bản địa có khả năng tái sinh nổi bật và vượt trội nhất tại địa bàn xã Tự Do. Trong hầu hết các ô tiêu chuẩn khảo sát của cả hai trạng thái rừng phục hồi, Nghiến luôn đứng đầu công thức tổ thành với hệ số dao động từ 5,0 đến 6,1, khẳng định khả năng phát tán hạt và thích ứng sinh thái tuyệt vời với điều kiện đất đá vôi khô cằn.

Tiêu chí nào được sử dụng để xác định cây tái sinh có triển vọng?

Nghiên cứu quy định cây tái sinh có triển vọng là những cây sinh trưởng tốt, thân cây thẳng, không bị sâu bệnh phá hoại và có chiều cao vút ngọn đạt trên 1,0 m. Cấp chiều cao này bảo đảm cây đã vượt qua tầng che bóng cạnh tranh của thảm cỏ, cây bụi và có khả năng thích nghi ổn định với hoàn cảnh môi trường để gia nhập vào tầng cây cao trong tương lai.

Vì sao khoanh nuôi tái sinh là giải pháp tối ưu cho rừng núi đá vôi?

Do đặc thù địa hình núi đá dốc đứng, tầng đất mỏng và nguồn nước mặt cực kỳ khan hiếm (lượng mưa mùa khô chỉ chiếm 10,1%), việc trồng rừng nhân tạo có chi phí đầu tư rất cao nhưng tỷ lệ cây sống sót lại vô cùng thấp. Khoanh nuôi tái sinh tự nhiên tận dụng tối đa nguồn hạt giống tại chỗ, bảo vệ lớp thảm tươi giữ ẩm sẵn có và giúp thảm thực vật phục hồi theo đúng quy luật diễn thế tự nhiên với chi phí tiết kiệm nhất.

Kết luận

  • Luận văn đã xác lập hệ thống dữ liệu định lượng chính xác về cấu trúc lâm phần với mật độ trung bình từ 626 đến 703 cây/ha và tổ thành ưu thế chiếm trên 80% tổng số cá thể tại hai trạng thái rừng phục hồi.
  • Chứng minh cơ chế điều hòa tiểu khí hậu vượt trội của tầng tán rừng, duy trì độ ẩm không khí ổn định từ 69,7% đến 74,1% và giữ biên độ dao động nhiệt độ trong ngày dưới tán ở mức rất hẹp từ 0,5°C đến 2,0°C.
  • Khẳng định vai trò chủ đạo của cây Nghiến trong tổ thành tái sinh tự nhiên với hệ số tổ thành đạt trên 5,0, mở ra triển vọng phục hồi nguồn gen cây gỗ quý bản địa.
  • Ứng dụng thành công các mô hình toán thống kê sinh học, đường cong phân bố N/D chữ J ngược và phân bố Poisson để làm sáng tỏ quy luật sinh thái rừng núi đá vôi.
  • Đề xuất đồng bộ các giải pháp lâm sinh can thiệp nhẹ kết hợp chính sách giao khoán rừng gắn với giảm nghèo cho đồng bào dân tộc thiểu số tại địa phương.

Công trình đóng góp cơ sở khoa học và thực tiễn vững chắc cho công tác quy hoạch, quản lý và phục hồi hệ sinh thái rừng núi đá vôi tại tỉnh Cao Bằng nói riêng và vùng Đông Bắc nói chung. Kế hoạch tiếp theo cần mở rộng mạng lưới theo dõi động thái rừng định kỳ trong 3 đến 5 năm tới nhằm hoàn thiện quy trình kỹ thuật lâm sinh chuẩn hóa. Các nhà nghiên cứu, nhà quản lý và sinh viên lâm nghiệp hãy tích cực khai thác toàn văn công trình để ứng dụng vào công cuộc bảo tồn đa dạng sinh học và phát triển tài nguyên rừng bền vững.