Tổng quan nghiên cứu

Khu dự trữ sinh quyển Cần Giờ sở hữu tổng diện tích tự nhiên 71.361 ha, đóng vai trò lá phổi xanh và tấm lá chắn phòng hộ xung yếu cho Thành phố Hồ Chí Minh. Sau giai đoạn 1965-1970 bị tàn phá nặng nề bởi chất độc hóa học, công cuộc khôi phục rừng ngập mặn được triển khai liên tục từ năm 1978, tái thiết thành công hàng chục ngàn hecta rừng Đước (Rhizophora apiculata). Tuy nhiên, công tác quản lý tài nguyên rừng trong nhiều năm chủ yếu dựa vào các phương pháp đánh giá định tính hoặc bảng biểu tạm thời, dẫn đến sai số điều tra trữ lượng thực tế lên tới 26% đến 98%. Việc áp dụng phương pháp chặt hạ cây tiêu chuẩn truyền thống vừa tốn kém kinh phí, vừa làm suy giảm cấu trúc lâm phần non.

Trước yêu cầu cấp thiết về quản lý rừng bền vững, luận văn tập trung giải quyết bài toán định lượng sức sản xuất và dự báo trữ lượng gỗ đứng thông qua việc xây dựng hệ thống biểu lâm nghiệp tiêu chuẩn. Mục tiêu cụ thể bao gồm: phân chia biểu cấp đất khoa học, xây dựng biểu hình số thân cây, lập biểu thể tích hai nhân tố có độ chính xác cao và thiết lập biểu quá trình sinh trưởng toàn diện cho loài Đước trồng. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện đồng bộ tại 24 tiểu khu rừng phòng hộ Cần Giờ đối với các lâm phần từ 3 đến 25 tuổi. Kết quả đề tài tạo nền tảng khoa học vững chắc, giúp giảm thiểu sai số điều tra lâm sinh xuống dưới 2%, tiết kiệm khoảng 40% chi phí kiểm kê thực địa và phục vụ trực tiếp cho hơn 1.000 hộ dân nhận khoán bảo vệ rừng cùng các đơn vị quản lý chuyên trách.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết tăng trưởng và sản lượng rừng kinh điển của Vanselow (1941), Assmann (1961) và Weck (1955), khẳng định rằng quá trình tích lũy sinh khối cây rừng là hàm số phụ thuộc vào điều kiện lập địa, tuổi cây và các biện pháp kỹ thuật lâm sinh. Về phương pháp ước lượng thể tích, tác giả kế thừa mô hình tương quan hình học thân cây khởi xướng từ Cotta (1804) và hoàn thiện bởi Sandrasegaran (1972), kết hợp chặt chẽ công thức thể tích Huber với phương pháp tích phân đường sinh.

Khung lý thuyết của luận văn tích hợp 5 khái niệm cốt lõi:

  1. Cấp đất và Chỉ số cấp đất (Site Index - SI): Thước đo sức sản xuất lập địa tại tuổi cơ sở $A_0 = 13$ năm.
  2. Chiều cao tầng trội ($h_d$): Chiều cao bình quân của 20% số cây có đường kính lớn nhất trong lâm phần.
  3. Hình số ngang ngực ($f_{1.3}$): Tỷ số giữa thể tích thực của thân cây so với thể tích hình trụ có đáy đo tại vị trí 1,3 m và chiều cao bằng chiều cao vút ngọn ($h$).
  4. Độ thon thân cây ($q_2$): Tỷ số giữa đường kính tại vị trí 1/2 chiều cao thân cây ($d_{0.5h}$) và đường kính ngang ngực ($d_{1.3}$).
  5. Thể tích cây đứng ($V$): Đại lượng tính toán qua quan hệ $V = g \cdot h \cdot f_{1.3}$, trong đó $g$ là tiết diện ngang thân cây.

Phương pháp nghiên cứu

Hệ thống số liệu thực nghiệm được thu thập từ 90 ô tiêu chuẩn tạm thời phân bố đều tại 24 tiểu khu rừng phòng hộ Cần Giờ. Mỗi ô tiêu chuẩn có diện tích $200\text{ m}^2$, bảo đảm mật độ tối thiểu trên 35 cây/ô để phản ánh đúng cấu trúc quần thể. Phương pháp chọn mẫu phân tầng điển hình được áp dụng theo các cấp tuổi từ 3 đến 25 tuổi và các điều kiện ngập triều khác nhau.

Dữ liệu giải tích thân cây bao gồm 269 cây mẫu trong 90 ô tiêu chuẩn để xây dựng biểu thể tích, 33 cây giải tích độc lập tại 11 ô để kiểm nghiệm độ chính xác, và 6 ô tiêu chuẩn riêng biệt để đánh giá đường cong cấp đất. Quá trình xử lý số liệu sử dụng phần mềm Statgraphics 7.0, Minitab và Excel thông qua kỹ thuật hồi quy phi tuyến được tuyến tính hóa. Phương pháp này được lựa chọn vì khả năng tối ưu hóa tham số mô hình, kiểm soát sai số tương đối $S%$ và trắc nghiệm độ tin cậy bằng tiêu chuẩn Fisher ($F$) và Student ($t$) với mức ý nghĩa $P < 0{,}05$.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm đã xác lập 4 phát hiện khoa học mang tính đột phá cho rừng Đước Cần Giờ:

  1. Xác lập mô hình cấp đất 3 cấp chuẩn xác: Đường cong sinh trưởng chiều cao tầng trội theo tuổi tuân theo phương trình hàm mũ Korf dạng $h_d = 3{,}68902 \cdot A^{0{,}480361}$ với hệ số tương quan $R = 0{,}9788$ và sai số tiêu chuẩn $SE = 0{,}03$. Tại tuổi cơ sở 13 năm, thang phân cấp chia thành 3 cấp đất rõ rệt: Cấp I đạt chỉ số $S_I = 14{,}89\text{ m}$, Cấp II đạt $S_{II} = 12{,}64\text{ m}$ và Cấp III đạt $S_{III} = 10{,}39\text{ m}$, với khoảng cách biến thiên giữa các cấp là $2{,}25\text{ m}$.
  2. Quy luật biến động hình số và độ thon: Hình số $f_{1.3}$ có quan hệ nghịch đảo chặt chẽ với đường kính ngang ngực thông qua phương trình $f_{1.3} = 0{,}8241 - 0{,}3031 \cdot \log(d_{1.3})$ ($R = -0{,}9201$). Khi đường kính tăng từ $4\text{ cm}$ lên $24\text{ cm}$, hình số giảm tương ứng từ $0{,}6418$ xuống $0{,}4058$. Mối tương quan giữa $f_{1.3}$ và độ thon $q_2$ đạt hệ số $R = 0{,}8874$.
  3. Mô hình thể tích hai nhân tố tối ưu: Phương trình thể tích tối ưu được xác lập dưới dạng $\log(V) = -4{,}2121 + 1{,}71174 \cdot \log(d_{1.3}^2 \cdot h)$ với hệ số tương quan vượt trội $R = 0{,}9944$, hệ số biến động $V% = 9{,}06%$ và sai số chính xác $P% = 0{,}55%$.
  4. Xác định tuổi thành thục số lượng: Phân tích giao điểm giữa đường tăng trưởng định kỳ hàng năm ($Z_M$) và đường tăng trưởng bình quân ($A_M$) cho thấy hai đường gặp nhau tại mốc 21 tuổi, khẳng định chu kỳ kinh doanh tối ưu của rừng Đước là từ 20 đến 21 năm.

Thảo luận kết quả

Việc lựa chọn chiều cao tầng trội $h_d$ (20% số cây lớn nhất) thay cho chiều cao bình quân $h_{tb}$ là bước tiến then chốt, bởi $h_d$ ít chịu tác động bởi mật độ tỉa thưa nhân tạo. Khi đối chiếu với các công trình trước đây, biểu thể tích của đề tài cho thấy tính ưu việt vượt bậc: sai số tương đối trung bình khi kiểm nghiệm trên 33 cây mẫu chỉ đạt $1{,}99%$, sai số nhỏ nhất $0{,}36%$. Trong khi đó, biểu thể tích 1 nhân tố của Viện Điều tra Quy hoạch Rừng có sai số lên đến $26{,}69% - 98{,}0%$, và biểu của một số nghiên cứu ven biển Nam bộ trước đó có sai số $7{,}09%$.

Về mặt trực quan hóa, toàn bộ hệ thống dữ liệu sinh trưởng đường kính (từ $4{,}2\text{ cm}$ ở tuổi 3 đến $18{,}6\text{ cm}$ ở tuổi 25) và trữ lượng lâm phần (tăng từ $12\text{ m}^3/\text{ha}$ lên trên $220\text{ m}^3/\text{ha}$) được tích hợp thành ma trận bảng tra hai chiều và đồ thị đường cong sinh trưởng phân chia 3 dải màu sắc riêng biệt. Điều này cho phép cán bộ quản lý chỉ cần đo đường kính ngang ngực và chiều cao vút ngọn là có thể tra ngay thể tích cây đứng mà không cần chặt hạ cơ học.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm, đề tài đưa ra 4 nhóm khuyến nghị hành động cụ thể nhằm nâng cao hiệu lực quản lý rừng phòng hộ:

  1. Áp dụng ngay hệ thống bảng tra thể tích và biểu cấp đất vào quy trình kiểm kê lâm phần thường niên: Ban Quản lý rừng phòng hộ Cần Giờ cần triển khai áp dụng bảng biểu mới trên toàn bộ 24 tiểu khu rừng trong giai đoạn 2024-2025, thay thế hoàn toàn phương pháp ước lượng định tính, hướng tới mục tiêu giảm $100%$ tình trạng chặt hạ cây mẫu và nâng độ tin cậy điều tra trữ lượng đạt trên $98%$.
  2. Tập huấn chuyển giao kỹ thuật cho lực lượng nhận khoán bảo vệ rừng: Tổ chức tối thiểu 12 lớp đào tạo kỹ năng đo đếm và sử dụng bảng biểu đơn giản cho khoảng 1.000 hộ gia đình và lực lượng Thanh niên Xung phong trong vòng 6 tháng. Mục tiêu giúp người dân tự xác định chính xác sản lượng gỗ tỉa thưa tận thu hàng năm với sai số dưới $5%$.
  3. Chuẩn hóa chế độ tỉa thưa và chu kỳ khai thác kinh doanh: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn cần phê duyệt phương án điều chế rừng dựa trên tuổi thành thục số lượng 20-21 năm. Lịch tỉa thưa nuôi dưỡng cần thực hiện định kỳ theo các mốc tuổi 7, 11 và 16 năm nhằm duy trì mật độ tối ưu và đạt trữ lượng gỗ cừ trên $180\text{ m}^3/\text{ha}$ khi khai thác chính.
  4. Số hóa cơ sở dữ liệu đường cong sinh trưởng thành phần mềm ứng dụng: Sở Khoa học và Công nghệ chủ trì phối hợp xây dựng phần mềm quản lý rừng trên thiết bị di động trong quý IV/2025, cho phép cán bộ kiểm lâm nhập số liệu đo đếm nhanh và tự động tính toán trữ lượng, dự báo năng suất rừng theo từng tiểu khu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu cung cấp giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

  1. Ban quản lý rừng phòng hộ và Chi cục Kiểm lâm: Cung cấp công cụ đo đếm định lượng chuẩn xác để xây dựng phương án quản lý rừng bền vững, thẩm định sản lượng khai thác tỉa thưa củi và gỗ cừ trên diện tích hơn 30.000 ha rừng Đước trồng.
  2. Các hộ gia đình và đơn vị nhận khoán quản lý bảo vệ rừng: Giúp người dân, đặc biệt là các hộ dân tại Cần Giờ và lực lượng Thanh niên Xung phong, dễ dàng tra cứu thể tích cây đứng qua đường kính ngang ngực, nâng cao tính minh bạch khi bàn giao lâm sản.
  3. Nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học ngành Lâm học: Tài liệu tham khảo mẫu mực về phương pháp luận lập biểu sản lượng, kỹ thuật giải tích thân cây ngập mặn và ứng dụng mô hình toán học Korf, Schumacher trong dự báo năng suất sinh thái.
  4. Các cơ quan quản lý tài nguyên rừng tại Đồng bằng sông Cửu Long: Cung cấp cơ sở khoa học để đối chiếu, hiệu chỉnh và áp dụng mô hình cho các vùng rừng ngập mặn tương đồng tại Cà Mau, Bến Tre, Trà Vinh với quy mô hàng trăm ngàn hecta.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao nghiên cứu lại chọn chiều cao tầng trội ($h_d$) thay vì chiều cao bình quân ($h_{tb}$) để phân chia cấp đất? Chiều cao bình quân $h_{tb}$ thường bị biến động mạnh khi lâm phần trải qua các đợt tỉa thưa nhân tạo hoặc thay đổi mật độ tự nhiên. Ngược lại, chiều cao tầng trội $h_d$ (đo trên 20% số cây lớn nhất) có hệ số biến động rất nhỏ ($V% < 5%$) và giữ tính ổn định cao, phản ánh trung thực sức sản xuất lập địa nguyên bản của đất rừng Cần Giờ.

Sai số của biểu thể tích hai nhân tố trong luận văn đạt mức bao nhiêu? Qua kiểm nghiệm thực tế trên 33 cây giải tích độc lập tại 11 ô tiêu chuẩn, biểu thể tích hai nhân tố ghi nhận sai số tương đối trung bình chỉ $1{,}99%$, sai số cực đại là $19{,}4%$ và sai số cực tiểu là $0{,}36%$. Mức sai số này thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn ngành lâm nghiệp ($< 10%$).

Căn cứ khoa học nào xác định chu kỳ kinh doanh rừng Đước Cần Giờ là 20-21 năm? Theo lý thuyết sản lượng rừng, chu kỳ khai thác tối ưu về số lượng đạt được khi lượng tăng trưởng định kỳ hàng năm ($Z_M$) cắt đường tăng trưởng bình quân ($A_M$). Dữ liệu thực nghiệm của 90 ô tiêu chuẩn chỉ ra điểm giao nhau xuất hiện chính xác tại mốc 21 tuổi, do đó chu kỳ 20-21 năm là thời điểm tối ưu hóa sinh khối gỗ.

Người dân nhận khoán không có chuyên môn sâu có thể sử dụng bảng biểu này không? Hoàn toàn có thể. Nhóm tác giả đã chuyển hóa phương trình vi tích phân phức tạp thành hệ thống bảng tra số học 2 chiều đơn giản. Người dân chỉ cần dùng thước dây đo chu vi thân cây tại vị trí $1{,}3\text{ m}$ để quy ra đường kính và ước tính chiều cao vút ngọn, sau đó đối chiếu hàng và cột để biết ngay thể tích cây.

Biểu lâm nghiệp này có thể áp dụng cho các tỉnh ven biển khác ở miền Tây Nam Bộ không? Hệ thống bảng biểu có thể áp dụng cho các khu rừng Đước thuần loại có cùng điều kiện lập địa trầm tích ngập triều tại Cà Mau, Bạc Liêu hay Bến Tre. Tuy nhiên, do chế độ ngập triều và độ mặn từng vùng có sai khác nhỏ, các địa phương nên thực hiện giải tích kiểm nghiệm khoảng 20-30 cây mẫu để hiệu chỉnh tham số trước khi nhân rộng.

Kết luận

  1. Nghiên cứu đã hoàn thành xuất sắc hệ thống 4 biểu lâm nghiệp định lượng toàn diện cho loài Đước trồng tại Cần Giờ: biểu cấp đất, biểu hình số thân cây, biểu thể tích hai nhân tố và biểu quá trình sinh trưởng.
  2. Mô hình toán học thể tích $\log(V) = -4{,}2121 + 1{,}71174 \cdot \log(d_{1.3}^2 \cdot h)$ đạt độ tin cậy vượt bậc với hệ số tương quan $R = 0{,}9944$ và sai số kiểm nghiệm trung bình chỉ $1{,}99%$.
  3. Thang phân loại 3 cấp đất khoa học tại tuổi cơ sở 13 năm cùng mốc thành thục số lượng 20-21 năm cung cấp luận cứ chính xác cho chu kỳ khai thác và tỉa thưa nuôi dưỡng rừng.
  4. Lộ trình chuyển giao công nghệ và số hóa dữ liệu cần được các cơ quan chức năng hoàn thành trong giai đoạn 2024-2026 trên quy mô 24 tiểu khu rừng phòng hộ Cần Giờ.
  5. Kính mời các nhà quản lý, đơn vị kiểm lâm và các tổ chức khoa học tải về, áp dụng thực tế và nhân rộng mô hình bảng biểu nhằm nâng cao hiệu quả bảo tồn hệ sinh thái rừng ngập mặn bền vững.