Tổng quan nghiên cứu

Quản lý vật liệu cháy dưới tán rừng trồng là mắt xích sống còn trong công tác phòng cháy chữa cháy rừng tại Việt Nam, nơi các vụ cháy thảm khô hàng năm đe dọa nghiêm trọng tài nguyên sinh thái và kinh tế. Thảm khô bao gồm cành khô, lá rụng, vỏ cây và thảm tươi tầng thấp là một trong ba đỉnh của tam giác cháy; trong khi nguồn oxy khí quyển luôn ổn định và nguồn lửa khởi phát mang tính ngẫu nhiên, thì khối lượng và sự phân bố của vật liệu cháy quyết định trực tiếp đến cường độ và tốc độ lan tràn của đám cháy. Trong thực tế quản lý lâm nghiệp, sự thiếu hụt các nghiên cứu định lượng về quy luật tích lũy và phân hủy thảm mục đã dẫn đến hai khuynh hướng sai lệch: hoặc để vật liệu cháy tích tụ vượt ngưỡng nguy hiểm 10 tấn/ha, hoặc đốt dọn thực bì sạch hàng năm làm suy thoái đất, thất thoát dinh dưỡng và triệt tiêu cây tái sinh non.

Nghiên cứu được triển khai nhằm giải quyết căn cơ vấn đề trên thông qua việc xác định đặc điểm cấu trúc lâm phần, khối lượng thảm khô, đo lường tốc độ phân hủy vật rơi rụng và tốc độ tích lũy nhiên liệu cháy dưới tán ba loài cây trồng phổ biến gồm Keo tai tượng (Acacia mangium), Thông mã vĩ (Pinus massoniana) và Vối thuốc (Schima superba). Phạm vi khảo nghiệm thực nghiệm được tiến hành tại khu vực rừng thực nghiệm Núi Luốt (Trường Đại học Lâm nghiệp) và vùng trồng thử nghiệm tại huyện Lục Ngạn, tỉnh Bắc Giang trong giai đoạn liên tục từ tháng 8 năm 2009 đến tháng 1 năm 2010. Ý nghĩa cốt lõi của công trình là thiết lập cơ sở khoa học định lượng cho biện pháp đốt trước có điều khiển, giúp hạ tải lượng vật liệu cháy xuống mức an toàn dưới 8 tấn/ha, giảm thiểu từ 80% đến 90% nguy cơ bùng phát cháy lớn mà vẫn bảo toàn độ phì nhiêu của đất và tính bền vững của hệ sinh thái rừng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự giao thoa giữa lý thuyết nhiệt động lực học ngọn lửa và sinh thái học tuần hoàn vật chất rừng. Thứ nhất, lý thuyết tam giác cháy trong khoa học lửa rừng khẳng định đám cháy rừng là phản ứng oxy hóa các hợp chất hữu cơ ở nhiệt độ cao khi hội đủ ba yếu tố: nguồn nhiệt, oxy và vật liệu cháy. Trên nền tảng đó, lý thuyết quản lý nhiên liệu cháy có điều khiển (Prescribed Burning) được áp dụng nhằm chủ động can thiệp vào chu kỳ tích lũy vật liệu hữu cơ, giảm thiểu tải lượng cháy mặt đất vào đầu mùa khô khi độ ẩm vật liệu còn an toàn.

Thứ hai, mô hình cân bằng động học vật rơi rụng và chu trình tuần hoàn dinh dưỡng khoáng trong hệ sinh thái rừng nhiệt đới của các học giả quốc tế và trong nước được vận dụng triệt để. Tốc độ biến động của lớp thảm khô là kết quả của quá trình cân bằng động giữa lượng vật rơi rụng bổ sung hàng tháng và tốc độ phân giải hữu cơ của vi sinh vật đất. Các khái niệm trung tâm bao gồm:

  • Thảm khô và vật liệu cháy: Toàn bộ sinh khối hữu cơ chết trên mặt đất rừng gồm lá rụng, cành cây, hoa, quả mục nát một phần.
  • Tốc độ phân hủy thảm mục: Tỷ lệ phần trăm suy giảm khối lượng hữu cơ khô theo thời gian dưới tác động của nhiệt ẩm và vi sinh vật.
  • Chu kỳ đốt trước: Khoảng thời gian tính bằng năm để khối lượng thảm mục tích lũy từ mức không lên đến ngưỡng nguy hiểm gây cháy rừng (khoảng 10 tấn/ha).
  • Băng xanh cản lửa: Đai rừng phòng cháy nhiều tầng tán sử dụng các loài cây lá rộng khó bắt lửa để cản trở đám cháy lan tràn.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp điều tra ngoại nghiệp thực địa, phương pháp cân mẫu trực tiếp trong phòng thí nghiệm và phân tích thống kê toán học đa biến.

Về cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu, tác giả thiết lập hệ thống 3 ô tiêu chuẩn điển hình kích thước 20m x 20m (400 m²/ô) cho mỗi loài cây, tương ứng với 9 ô tiêu chuẩn trên toàn khu vực nghiên cứu. Trong mỗi ô tiêu chuẩn lớn, phương pháp điều tra được bố trí chi tiết:

  • Tầng cây cao và độ tàn che: Sử dụng mạng lưới 80 điểm ngẫu nhiên hệ thống để xác định độ tàn che; đo đếm đường kính D1.3, chiều cao vút ngọn và chiều cao dưới cành bằng thước đo quang học chuyên dụng; giải tích 5 cây tiêu chuẩn mỗi ô để tính diện tích bề mặt lá (m²/ha).
  • Tầng cây bụi và thảm tươi: Lập 5 ô dạng bản kích thước 5m x 5m (25 m²) bố trí tại 4 góc và trung tâm ô tiêu chuẩn lớn để đo sinh khối tươi, độ che phủ và chiều cao bình quân.
  • Khối lượng và phân bố thảm khô: Lập 25 ô dạng bản kích thước 1m x 1m trong mỗi ô tiêu chuẩn để thu gom toàn bộ thảm khô, phân loại theo tầng chiều cao (0 đến 0,3m; 0,3 đến 0,6m; 0,6 đến 1,0m; trên 1,0m) và cân khối lượng khô tuyệt đối với cân kỹ thuật chính xác 0,01g.
  • Đo lường vật rơi rụng và tốc độ phân hủy: Bố trí lưới hứng kích thước 2m x 2m (4 m²) dưới tán rừng để thu mẫu vật rụng định kỳ mỗi tháng một lần (mỗi đợt hứng 3 ngày liên tục). Tốc độ phân hủy được theo dõi thông qua phương pháp túi lưới (litter bag) với tổng số 120 túi mẫu (mỗi túi chứa 200 - 250g lá hoặc cành khô), cân định kỳ mỗi tháng một lần liên tục trong 6 tháng.

Lý do lựa chọn phương pháp túi lưới kết hợp lưới hứng vật rụng định kỳ và phân tích tương quan hồi quy là vì đây là quy chuẩn chuẩn hóa cao nhất trong nghiên cứu sinh thái học phân hủy, giúp cô lập được biến số rụng tự nhiên và đo đếm chính xác mức suy giảm khối lượng dưới tác động biến thiên của các nhân tố thời tiết thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Khảo sát cấu trúc lâm phần ghi nhận sự khác biệt rõ nét giữa các trạng thái rừng. Mật độ cá thể đạt 2.462 cây/ha ở rừng Vối thuốc, cao vượt trội so với Keo tai tượng (625 cây/ha) và Thông mã vĩ (575 cây/ha). Chiều cao dưới cành của Keo tai tượng và Thông mã vĩ đều đạt trên 5,0m, trong khi Vối thuốc đạt 3,2m. Tỷ lệ che phủ của tầng cây bụi thảm tươi dưới tán Vối thuốc lên tới 76% do tán rừng chưa khép hoàn toàn, cao hơn rất nhiều so với mức 47% ở rừng Keo tai tượng và 42% ở rừng Thông mã vĩ.

Tải lượng vật liệu cháy tích lũy dưới các kiểu rừng có sự phân hóa đáng kể:

  • Rừng Keo tai tượng: Tổng khối lượng vật liệu cháy đạt 12,88 tấn/ha (trong đó thảm khô chiếm 8,63 tấn/ha, tương đương 67,0%; thảm tươi chiếm 4,25 tấn/ha, tương đương 33,0%).
  • Rừng Thông mã vĩ: Tổng khối lượng vật liệu cháy đạt 11,73 tấn/ha (thảm khô chiếm 7,81 tấn/ha, tương đương 66,6%; thảm tươi chiếm 3,92 tấn/ha, tương đương 33,4%).
  • Rừng Vối thuốc: Tổng khối lượng vật liệu cháy đạt 13,34 tấn/ha (thảm khô chiếm 6,50 tấn/ha, tương đương 48,7%; thảm tươi chiếm 6,84 tấn/ha, tương đương 51,3%).

Về phân bố không gian, hơn 50% khối lượng thảm khô của rừng Keo tai tượng và Thông mã vĩ tập trung dày đặc ở độ cao sát mặt đất dưới 0,3m, tạo nên tầng vật liệu liên tục theo chiều ngang rất thuận lợi cho việc hình thành cháy mặt đất. Độ ẩm vật liệu cháy của cả ba loài đều suy giảm mạnh mẽ từ mùa mưa sang mùa khô: từ mức 33,6% đến 38,1% trong tháng 8 xuống chỉ còn 12,9% đến 14,2% vào tháng 12, đẩy nguy cơ bén lửa lên mức báo động đỏ vào cuối năm.

Lượng vật rơi rụng trung bình hàng tháng đạt 864,2 kg/ha/tháng (tương đương 10,37 tấn/ha/năm) đối với Keo tai tượng, 775,0 kg/ha/tháng (9,30 tấn/ha/năm) đối với Thông mã vĩ và 708,3 kg/ha/tháng (8,50 tấn/ha/năm) đối với Vối thuốc. Tốc độ phân hủy mẫu lá khô diễn ra mạnh nhất ở Keo tai tượng, tiếp đến là Vối thuốc và chậm nhất là Thông mã vĩ. Mức giảm khối lượng thảm khô theo ngày tương quan chặt chẽ với nhiệt độ không khí và lượng mưa bình quân ngày với hệ số tương quan hồi quy đạt mức rất cao R = 0,99.

Thảo luận kết quả

Sự khác biệt về tốc độ phân hủy giữa các loài cây bắt nguồn từ đặc tính hình thái giải phẫu và thành phần hóa học của lá. Phiến lá Keo tai tượng có kích thước lớn (chiều dài 20,1 cm, diện tích bề mặt 142,7 cm²), cấu trúc mô xốp mềm giúp giữ ẩm và tạo điều kiện lý tưởng cho hệ vi sinh vật phân giải phát triển bùng nổ khi nhiệt độ và độ ẩm không khí tăng cao. Ngược lại, lá Thông mã vĩ có dạng kim hẹp (bề rộng chỉ 1mm, diện tích bề mặt 1,9 cm²), bề mặt phủ lớp cutin dày và chứa hàm lượng nhựa, tanin và lignin cao, ức chế quá trình hoai mục tự nhiên, khiến thảm khô tồn lưu kéo dài và rất dễ bén lửa.

Khi xem xét dưới dạng đồ thị phân tán và bảng phân tích hồi quy, mối liên hệ giữa tốc độ giảm khối lượng lá khô và lượng mưa bình quân ngày thể hiện rõ dạng hàm số tuyến tính bậc nhất. Dữ liệu từ biểu đồ biến đổi khối lượng theo thời gian cho thấy độ dốc đường suy giảm của Keo tai tượng là lớn nhất, minh chứng cho sự thất thoát sinh khối nhanh chóng trong các tháng 8 và tháng 9 khi lượng mưa đạt trên 9,9 mm/ngày. Bảng tổng hợp cân bằng tích lũy chỉ ra rằng, sau thời điểm đốt trước dọn sạch thực bì, lượng vật rụng tích lũy của Thông mã vĩ tăng nhanh hơn về mặt nguy cơ cháy do tốc độ phân hủy quá chậm so với tốc độ rụng bổ sung.

So sánh với các nghiên cứu sinh thái thảm mục của nhiều tác giả trong nước và quốc tế, kết quả này hoàn toàn thống nhất với quy luật: các kiểu rừng có hệ số phân giải thảm mục thấp sẽ có lượng tích lũy thảm khô trên mặt đất rất lớn, đòi hỏi phải có sự can thiệp cơ học hoặc nhiệt học của con người để triệt tiêu tải lượng cháy tiềm tàng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Thiết lập chu kỳ đốt trước định kỳ theo từng loài cây: Ban quản lý rừng phòng hộ và các công ty lâm nghiệp cần thực hiện đốt trước có điều khiển với chu kỳ 1,5 đến 2 năm/lần đối với rừng Thông mã vĩ và 2,5 đến 3 năm/lần đối với rừng Keo tai tượng. Mục tiêu duy trì khối lượng thảm khô tích lũy dưới ngưỡng an toàn 8,0 tấn/ha. Thời điểm đốt bắt buộc phải tiến hành vào đầu mùa khô (từ tháng 11 đến đầu tháng 12) khi độ ẩm vật liệu cháy còn duy trì trong khoảng 15% đến 20%, đốt ngược chiều gió để khống chế ngọn lửa cao không quá 0,5m.
  2. Quy hoạch và xây dựng hệ thống băng xanh cản lửa bằng cây Vối thuốc: Chi cục Kiểm lâm các địa phương phối hợp với các chủ rừng triển khai trồng đai rừng cản lửa nhiều tầng bằng cây Vối thuốc với bề rộng băng từ 15m đến 20m dọc theo các đường phân khoảnh và ranh giới rừng. Định kỳ hàng năm vào quý 3, tiến hành phát dọn thảm tươi cây bụi tầng thấp dưới băng cản lửa nhằm hạ độ che phủ từ 76% xuống dưới 30%, triệt tiêu nguy cơ cháy chuyển tiếp từ mặt đất lên tán.
  3. Chuyển đổi phương thức trồng rừng hỗn giao lá rộng và lá kim: Khuyến nghị các viện nghiên cứu và chủ rừng ứng dụng mô hình hỗn loài giữa Thông mã vĩ với các loài cây lá rộng họ Đậu hoặc Vối thuốc với mật độ trồng từ 1.600 đến 2.000 cây/ha. Việc kết hợp cây lá rộng giúp cải thiện tiểu khí hậu dưới tán, tăng độ ẩm tương đối của thảm khô thêm 15% đến 25% và thúc đẩy tốc độ phân giải chất hữu cơ tự nhiên nhanh hơn từ 20% đến 30%.
  4. Số hóa quy trình dự báo nguy cơ cháy và quản lý vật liệu cháy: Đề nghị Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn các tỉnh trang bị phần mềm tích hợp mô hình tính toán cân bằng vật rơi rụng và độ ẩm thảm mục theo dữ liệu thời tiết thời gian thực cho các Hạt kiểm lâm cơ sở trong lộ trình 12 tháng, phục vụ công tác cảnh báo cháy cấp 4 và cấp 5 chính xác tới từng tiểu khu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  • Lực lượng Kiểm lâm và Cảnh sát Phòng cháy chữa cháy & Cứu nạn cứu hộ: Nắm vững cơ sở khoa học về động thái ẩm của thảm khô và kỹ thuật đốt trước có kiểm soát để xây dựng phương án tác chiến phòng cháy chữa cháy rừng sát với thực tế địa bàn.
  • Kỹ sư lâm sinh, Ban quản lý rừng đặc dụng và rừng phòng hộ: Ứng dụng các thông số kỹ thuật về mật độ, độ tàn che và chu kỳ tích lũy vật liệu cháy để thiết kế băng xanh cản lửa, xử lý thực bì và điều chế lâm phần an toàn.
  • Học viên cao học, nghiên cứu sinh và giảng viên chuyên ngành Lâm học, Quản lý tài nguyên rừng: Khai thác khung phương pháp luận thực nghiệm chuẩn xác về bẫy hứng vật rụng, kỹ thuật túi lưới phân hủy và các mô hình hồi quy toán học ứng dụng trong sinh thái học rừng.
  • Các nhà hoạch định chính sách lâm nghiệp và cơ quan quản lý môi trường: Sử dụng các dẫn liệu thực chứng định lượng để hoàn thiện các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia và ban hành sổ tay hướng dẫn đốt trước an toàn sinh thái tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao việc đốt trước vật liệu cháy cần căn cứ chính xác vào tốc độ phân hủy tự nhiên? Tốc độ phân hủy quyết định tốc độ tích lũy thảm mục trên mặt đất. Khi lượng tích lũy vượt 10 tấn/ha, nguy cơ cháy thảm khốc sẽ bùng phát. Đốt trước theo chu kỳ tính toán giúp hạ tải lượng cháy đúng thời điểm mà không làm triệt tiêu chất hữu cơ và vi sinh vật đất do đốt quá dày.

Loài cây nào trong ba loài nghiên cứu có nguy cơ cháy mặt đất cao nhất và vì sao? Rừng Thông mã vĩ có nguy cơ cháy cao nhất. Mặc dù lượng rụng hàng năm (9,30 tấn/ha) thấp hơn Keo tai tượng (10,37 tấn/ha), nhưng lá thông chứa nhiều nhựa, diện tích tiếp xúc hẹp và phân hủy rất chậm, khiến thảm khô tích tụ lâu bền và bắt lửa cực nhanh ở độ ẩm dưới 13%.

Thời điểm nào trong năm thích hợp nhất để triển khai đốt trước vật liệu cháy? Thời điểm tối ưu là đầu mùa khô, cụ thể từ tháng 11 đến đầu tháng 12. Khi đó, độ ẩm thảm khô dao động từ 15% đến 20%, đủ điều kiện để ngọn lửa cháy âm ỉ khống chế dưới 0,5m, làm sạch vật liệu chết mà không gây cháy táp tán cây cao hay chết cây tái sinh non.

Cây Vối thuốc có những ưu thế gì khi được chọn làm cây trồng chính trong băng xanh cản lửa? Vối thuốc là loài cây lá rộng thường xanh bản địa, phiến lá dày mọng nước khó bắt cháy, mật độ tán rậm rạp giúp ngăn tàn lửa bay lướt trên ngọn. Khi phát dọn bớt tầng thảm tươi dưới tán, băng cây Vối thuốc tạo nên đai cô lập chia cắt hoàn hảo các đám cháy lan.

Nhiệt độ và lượng mưa ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ phân giải thảm khô? Nhiệt độ và lượng mưa tác động thuận chiều rất mạnh mẽ tới tốc độ phân giải (hệ số tương quan R = 0,99). Trong các tháng mưa nhiều và nhiệt độ cao từ tháng 8 đến tháng 10, mức tiêu hao khối lượng thảm khô hàng ngày tăng vọt, sau đó giảm mạnh khi bước vào mùa đông khô lạnh.

Kết luận

  • Luận văn đã định lượng chính xác sinh khối vật liệu cháy dưới tán rừng Keo tai tượng (12,88 tấn/ha), Thông mã vĩ (11,73 tấn/ha) và Vối thuốc (13,34 tấn/ha).
  • Xác lập quy luật phân hủy thảm mục phụ thuộc tuyến tính vào nhiệt độ và lượng mưa với độ tin cậy thống kê rất cao (R = 0,99).
  • Xác định chu kỳ đốt trước tối ưu là 1,5 đến 2 năm đối với Thông mã vĩ và 2,5 đến 3 năm đối với Keo tai tượng để giữ tải lượng cháy dưới ngưỡng nguy hiểm 10 tấn/ha.
  • Khẳng định giá trị thực tiễn vượt trội của cây Vối thuốc trong việc kiến tạo hệ thống băng xanh phòng cháy nhiều tầng tán bền vững.
  • Đóng góp khung phương pháp luận thực nghiệm chuẩn mực cho khoa học quản lý vật liệu cháy và phòng chống cháy rừng tại Việt Nam.

Trong giai đoạn tiếp theo từ năm 2026 đến 2030, các đơn vị quản lý lâm nghiệp cần nhanh chóng thể chế hóa quy trình đốt trước có điều khiển vào quy chuẩn kỹ thuật quốc gia, đồng thời mở rộng mô hình băng xanh Vối thuốc trên các diện tích rừng trồng trọng điểm toàn quốc. Các chủ rừng và cơ quan quản lý hãy chủ động áp dụng các giải pháp quản lý vật liệu cháy định lượng để bảo vệ an toàn tài nguyên rừng và hệ sinh thái bền vững.